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TWI791875B - 光學裝置 - Google Patents

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TWI791875B
TWI791875B TW108126596A TW108126596A TWI791875B TW I791875 B TWI791875 B TW I791875B TW 108126596 A TW108126596 A TW 108126596A TW 108126596 A TW108126596 A TW 108126596A TW I791875 B TWI791875 B TW I791875B
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cavity
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cover
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TW108126596A
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Inventor
蔡長晉
黃煜哲
詹勳偉
Original Assignee
日月光半導體製造股份有限公司
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Abstract

一種光學裝置包括一基板、一電子組件及一蓋。該電子組件安置於該基板上。該蓋安置於該基板上。該蓋在該電子組件上方具有一第一空腔且在該第一空腔上方具有一第二空腔。該第二空腔之側壁為傾斜的。

Description

光學裝置
本發明係關於一種光學裝置，且更特定言之，係關於一種包括蓋之光學裝置。
在光學裝置(例如，光掃描感測器、測距感測器(distance finding sensor)、背景光感測系統(background-light sensing system))中，廣泛地使用光發射器(例如，垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)或發光二極體(LED))及/或光偵測器。在一些光學裝置中，蓋可用於保護光發射器及/或光偵測器。蓋具有一或多個開口以曝露光發射器之發光區域或光偵測器之光偵測區域。期望提供一種具有蓋之光學裝置，其可在不增加光學裝置之大小的情況下提供更佳光學性能。
根據本發明之一態樣，一光學裝置包括一基板、一電子組件及一蓋。該電子組件安置於該基板上。該蓋安置於該基板上。該蓋在該電子組件上方具有一第一空腔且在該第一空腔上方具有一第二空腔。該第二空腔之側壁為傾斜的。
根據本發明之另一態樣，一光學裝置包括一基板、一電子組件及蓋。該電子組件安置於該基板上。該蓋安置於該基板上。該蓋在該電子組件上方具有一第一空腔且在該第一空腔上方具有一第二空腔。該蓋具有背離該基板之一頂面。該蓋之該頂面與該第二空腔之一側壁限定大於90度的一角。
圖1A說明根據本發明之一些實施例的光學裝置1之俯視圖。圖1B說明根據本發明之一些實施例的沿線A-A'截取之圖1A中的光學裝置1之橫截面圖。光學裝置1包括基板10、電子組件11及12、蓋13及光透射元件14。在一些實施例中，光學裝置1可為或包括光掃描感測器、測距感測器、背景光感測系統、飛行時間(ToF)感測器或環境光感測器(ALS)。
基板10可包括例如印刷電路板，諸如紙基銅箔層合物、複合銅箔層合物或聚合物浸漬的(p.p.)基於玻璃纖維之銅箔層合物。基板10可包括互連結構，諸如複數個導電跡線、襯墊或通孔。在一些實施例中，基板10包括陶瓷材料或金屬板。在一些實施例中，基板10可包括有機基板或引線框。在一些實施例中，基板10可包括雙層基板，該雙層基板包括核心層及安置於基板10之上表面及下表面上的導電材料及/或結構。導電材料及/或結構可包括複數個跡線、襯墊或通孔。
電子組件11安置於基板10上且例如借助於倒裝晶片或導線接合技術連接至基板10。在一些實施例中，電子組件11為具有光感測區域11d之光偵測器，該光感測區域面向光透射元件14以接收穿過光透射元件14之光。在一些實施例中，光偵測器可包括例如PIN二極體(包括p型半導體區域、純質半導體區域及n型半導體區域之二極體)或光二極體或光電晶體。在一些實施例中，電子組件11可為微機電系統(MEMS)，該微機電系統上具有光感測區域11d。在一些實施例中，電子組件11可為光發射器(例如，發光二極體(LED)、雷射二極體、垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)及類似者)。
電子組件12安置於基板10上且例如借助於倒裝晶片或導線接合技術連接至基板10。在一些實施例中，電子組件12可包括控制器、處理器、記憶體、特殊應用積體電路(ASIC)及類似者。電子組件12經組態以從電子組件11接收訊號並處理所接收訊號。在其他實施例中，電子組件11及12可取決於不同設計需求而整合至單個晶粒/晶片中。
蓋(或外殼) 13安置於基板10上。蓋13限定電子組件11之光感測區域11d上方的空腔(或開口、孔口) 13c1。蓋13進一步限定空腔13c1上方之空腔13c2。在一些實施例中，空腔13c2之寬度大於空腔13c1之寬度。在一些實施例中，空腔13c1之寬度等於或大於光感測區域11d。蓋13具有用以支撐光透射元件14的支撐結構13a。在一些實施例中，由支撐結構13a限定空腔13c1。
光透射元件14安置於空腔13c2內且安置於支撐結構13a上。光透射元件14經組態以允許具有所需波長(色度)或所需波長(色度)範圍之光穿過。在一些實施例中，光透射元件14為用以移除(例如，反射或吸收)光之非所需波長或非所需波長範圍之濾光器。在一些實施例中，光透射元件14可包括其上具有塗料之玻璃或塑料。
在一些實施例中，蓋13之支撐結構13a之厚度受到限制。舉例而言，若支撐結構13a過薄(例如，小於300微米(μm))，則蓋13可在回焊製程期間或之後損壞或破裂(如圖2中所示，該圖展示光學裝置1之相片)，此可造成串擾問題。舉例而言，非所需光可經由蓋13之破裂而進入光感測區域11d，此將減小光學裝置1之訊號雜訊比(SNR)。因此，為避免蓋13之破裂，需要相對較厚之支撐結構13a。然而，此將增加光學裝置1之總厚度，此將對光學裝置1之小型化產生阻礙。
此外，需要光透射元件14與支撐結構13a之間的黏著劑(例如，黏膠或膠帶)來將光透射元件14緊固或固定至支撐結構13a。然而，由於黏著劑可能不均勻，因此將出現光透射元件14之傾斜。此外，塗料塗覆至光透射元件14之頂面、下表面或兩個表面，但在單粒化之後並未塗覆至光透射元件之側向表面。因此，光可經由光路L1進入光感測區域11d，此將減小光學裝置1之SNR。
圖3A說明根據本發明之一些實施例的光學裝置3之俯視圖。圖3B說明根據本發明之一些實施例的沿線B-B'截取之圖3A中的光學裝置3之橫截面圖，且圖3C說明根據本發明之一些實施例的沿線C-C'截取之圖3A中的光學裝置3之橫截面圖。圖3A、3B及3C中所說明的光學裝置3類似於圖1A及1B中所說明的光學裝置1，且下文描述了其間的差異。
如圖3A、3B及3C中所展示，光學裝置3之蓋23包括使蓋23之頂面231與蓋23之支撐結構23a連接的斜面23s (或側向表面)。蓋23限定電子組件11之光感測區域11d上方的空腔(或開口、孔口) 23c1。蓋23進一步限定空腔23c1上方之空腔23c2。空腔23c2之側壁(亦即，斜面23s)為傾斜的。舉例而言，空腔23c2自蓋23之頂面231朝向空腔23c1逐漸變窄。舉例而言，蓋23之頂面231與空腔23c2之側壁限定大於90度的角。舉例而言，空腔23c2之側壁並未與蓋23之頂面231垂直。舉例而言，空腔23c2之側壁並未與空腔23c1之側壁平行。空腔23c2之側壁限定引導結構。在一些實施例中，空腔23c2之寬度大於空腔23c1之寬度。在一些實施例中，如圖3A中所展示，支撐結構23a安置於空腔23c1之邊角處或鄰近於該空腔之邊角而安置。舉例而言，支撐結構23a並未沿著空腔23c1之整個邊緣安置。舉例而言，如圖中3C所展示，該圖說明沿線C-C' (其穿過空腔23c1之邊緣的中心)截取之圖3A中的光學裝置3之橫截面圖，省略支撐結構23a。
光透射元件14安置於空腔23c2內且安置於蓋23之支撐結構23a上。黏膠14g安置於光透射元件14與蓋23之斜面23s之間以將光透射元件14緊固或黏著至蓋23。在一些實施例中，黏膠14g沿著蓋23之斜面23s安置。在一些實施例中，黏膠14g由光吸收材料或光反射材料形成或包括光吸收材料或光反射材料。蓋23之引導結構(例如，斜面23s)可有助於黏膠14g之注入。由於在光透射元件14與蓋23之支撐結構23a之間不存在黏著劑(例如，光透射元件14與支撐結構23a接觸)，因此可消除圖1A及1B中所說明的光學裝置1之傾斜問題。此外，光透射元件14之側向表面經黏膠14g (部分或完全)覆蓋，此將避免光經由光透射元件14之側向表面進入光感測區域11d。
此外，如圖3A、3B及3C中所展示，由於蓋13之支撐結構13a (如圖1A及1B中所說明，其包圍空腔13c1)經引導結構23s替代，因此可減小用於形成蓋23 (其由例如注塑模製形成)之難度或複雜度。此外，可在不出現破裂之情況下減小支撐結構23a之厚度D2 (例如自300 μm至200 μm或更小)，此將有助於光學裝置3之小型化。
如本文中所使用，術語「實質上」、「實質的」、「大約」及「約」用以描述及考慮較小變化。舉例而言，當結合數值使用時，該等術語可指小於或等於彼數值之±10%的變化範圍，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%之變化範圍。作為另一實例，膜或層之厚度「實質上均勻」可指膜或層之平均厚度的小於或等於±10%之標準差，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%的標準差。術語「實質上共面」可指沿著同一平面處於50 μm內之兩個表面，諸如沿著同一平面處於40 μm內、30 μm內、20 μm內、10 μm內或1 μm內的兩個表面。若例如兩個組件重疊或在200 μm內、150 μm內、100 μm內、50 μm內、40 μm內、30 μm內、20 μm內、10 μm內或1 μm內重疊，則兩個組件可視為「實質上對準」。若兩個表面或組件之間的角為例如90°±10°，諸如±5°、±4°、±3°、±2°、±1°、±0.5°、±0.1°或±0.05°，則兩個表面或組件可視為「實質上垂直」。當結合事件或情形使用時，術語「實質上」、「實質的」、「大致」及「約」可指事件或情形精確發生之情況以及事件或情形近似發生之情況。
在一些實施例之描述中，設置在另一組件「上」之組件可涵蓋前者組件直接在後者組件上(例如，與之實體接觸)的情況，以及一或多個介入組件位於前者組件與後者組件之間的情況。
此外，有時在本文中以範圍格式呈現量、比率及其他數值。可理解的為，此類範圍格式出於便利及簡潔起見而使用，且應靈活地理解為不僅包括明確地指定為範圍限制之數值，而且亦包括涵蓋於彼範圍內之所有個別數值或子範圍，如同明確地指定每一數值及子範圍一般。
儘管已參考本發明之具體實施例描述並說明本發明，但此等描述及說明並不限制本發明。熟習此項技術者可清楚地理解，在不脫離如由所附申請專利範圍所定義之本發明的真實精神及範疇之情況下，可進行各種改變，且可在實施例內取代等效元件。說明可不必按比例繪製。由於製造製程等中之變數，在本發明中之藝術再現與實際設備之間可存在區別。可存在並未具體說明的本發明之其他實施例。應將本說明書及圖式視為說明性而非限制性的。可作出修改，以使特定情形、材料、物質組成、方法或製程適應於本發明之目標、精神及範疇。所有此等修改意欲在此處附加之申請專利範圍之範疇內。儘管已參考按特定次序執行之特定操作來描述本文中所揭示的方法，但可理解，在不脫離本發明之教示的情況下，可組合、再細分或重新定序此等操作以形成等效方法。因此，除非在本文中具體指示，否則操作之次序及分組並非對本發明之限制。
1‧‧‧光學裝置 3‧‧‧光學裝置 10‧‧‧基板 11‧‧‧電子組件 11d‧‧‧光感測區域 12‧‧‧電子組件 13‧‧‧蓋 13a‧‧‧支撐結構 13c1‧‧‧空腔 13c2‧‧‧空腔 14‧‧‧光透射元件 14g‧‧‧黏膠 23‧‧‧蓋 23a‧‧‧支撐結構 23c1‧‧‧空腔 23c2‧‧‧空腔 23s‧‧‧斜面 231‧‧‧頂面 A-A'‧‧‧線 B-B'‧‧‧線 C-C'‧‧‧線 D2‧‧‧厚度 L1‧‧‧光路
圖1A說明根據本發明之一些實施例的光學裝置之俯視圖；
圖1B說明根據本發明之一些實施例的光學裝置之橫截面圖；
圖2為展示根據本發明之一些實施例的光學裝置之相片；
圖3A說明根據本發明之一些實施例的光學裝置之俯視圖；
圖3B說明根據本發明之一些實施例的光學裝置之橫截面圖；以及
圖3C說明根據本發明之一些實施例的光學裝置之橫截面圖。
貫穿圖式及實施方式使用共同附圖標號以指示相同或類似組件。結合隨附圖式，根據以下實施方式，可最佳地理解本發明。
3‧‧‧光學裝置
10‧‧‧基板
11‧‧‧電子組件
11d‧‧‧光感測區域
12‧‧‧電子組件
14‧‧‧光透射元件
14g‧‧‧黏膠
23‧‧‧蓋
23a‧‧‧支撐結構
23c1‧‧‧空腔
23c2‧‧‧空腔
23s‧‧‧斜面
231‧‧‧頂面
D2‧‧‧厚度

Claims (22)

  1. 一種光學裝置，其包含：一基板；一電子組件，其安置於該基板上；及一蓋，其安置於該基板上，該蓋在該電子組件上方具有一第一空腔且在該第一空腔上方具有一第二空腔，其中該蓋包括一支撐結構，其與一黏膠材料間隔開；該第一空腔具有一第一側壁及鄰近於該第一側壁的一第二側壁，且該支撐結構具有一表面延伸在該第一側壁與該第二側壁之間；該支撐結構包括複數個部件，該等複數個部件中之各者安置於該第一空腔之各個邊角；且該等複數個部件彼此物理性分離。
  2. 如請求項1之光學裝置，其進一步包含一濾光器安置於該第二空腔內，且該黏膠材料安置於該濾光器與該第二空腔的一側壁之間，其中該黏膠材料的一頂部表面低於該蓋之一頂部表面。
  3. 如請求項2之光學裝置，其中該第二空腔的該側壁與該支撐結構的一頂部表面之間的夾角大於90度。
  4. 如請求項2之光學裝置，其中該濾光器在該基板上的一投影面積與該黏膠材料在該基板上的一投影面積不重合。
  5. 如請求項4之光學裝置，其中該濾光器面對該支撐結構的一下表面從該黏膠材料暴露出來。
  6. 如請求項5之光學裝置，其中該支撐結構鄰近於該第一空腔之複數個邊角中之至少一邊角而安置，且未沿著連接該第一空腔之兩個相鄰邊角的邊緣延伸，其中該第一側壁與該第二側壁界定該至少一邊角。
  7. 如請求項6之光學裝置，其中該濾光器的該下表面的一邊緣從該支撐結構暴露出來。
  8. 如請求項7之光學裝置，其中該濾光器在該基板上的該投影面積完全地位在該支撐結構在該基板上的一投影面積的邊界之內或與該邊界重合。
  9. 如請求項7之光學裝置，其中該支撐結構包括一頂部表面、與該頂部表面相對的一底部表面及延伸在該頂部表面與該底部表面之間的一側表面，且其中該側表面實質上垂直於該底部表面。
  10. 如請求項9之光學裝置，其中該支撐結構具有接觸該濾光器的一部分，且該支撐結構的該部分在一橫截面圖中具有實質上不變的一厚度。
  11. 如請求項1之光學裝置，其中該支撐結構在該基板上的一投影面積與該黏膠材料在該基板上的一投影面積不重合。
  12. 如請求項11之光學裝置，其中該黏膠材料在一橫截面圖中具有實質上三角的形狀。
  13. 如請求項1之光學裝置，其中該支撐結構的一底部表面與該基板的一頂部表面彼此物理性分離。
  14. 如請求項13之光學裝置，其中該蓋具有在該第一空腔下方的一第三空腔，且該電子組件容置於該第三空腔中。
  15. 如請求項1之光學裝置，其中該電子組件與該蓋彼此物理性分離。
  16. 如請求項1之光學裝置，其中該電子組件在該基板上的一投影面積與該支撐結構在該基板上的一投影面積至少局部地重合。
  17. 一種光學裝置，其包含：一蓋，其安置於一載體上並具有一開口；及一支撐元件，其從該開口的一側壁延伸出來；其中該支撐元件界定一孔洞，當從一頂視圖觀看時，該孔洞與該開口具有不同的幾何形狀。
  18. 如請求項17之光學裝置，其進一步包含一光透射元件設置於該支撐元件上且與該開口的該側壁隔開一距離。
  19. 如請求項18之光學裝置，其中該蓋具有一頂部表面及一傾斜面，該傾斜面從該頂部表面延伸至該支撐元件。
  20. 如請求項19之光學裝置，其中該傾斜面經配置以導引該光透射元件至該支撐元件上。
  21. 如請求項17之光學裝置，其中該支撐元件包括第一子支撐元件與第二子支撐元件，其中該第一子支撐元件與該第二子支撐元件隔開一距離。
  22. 如請求項21之光學裝置，其中該第一子支撐元件與該第二子支撐元件分別設置於該開口的一邊角。
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