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TWI899144B - 光學感測器封裝結構及光學模組結構 - Google Patents

光學感測器封裝結構及光學模組結構

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Publication number
TWI899144B
TWI899144B TW110103405A TW110103405A TWI899144B TW I899144 B TWI899144 B TW I899144B TW 110103405 A TW110103405 A TW 110103405A TW 110103405 A TW110103405 A TW 110103405A TW I899144 B TWI899144 B TW I899144B
Authority
TW
Taiwan
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substrate
transparent
encapsulant
sensor package
optical sensor
Prior art date
Application number
TW110103405A
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English (en)
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TW202139474A (zh
Inventor
柯俊宇
吳祖修
竺煒棠
Original Assignee
日月光半導體製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日月光半導體製造股份有限公司 filed Critical 日月光半導體製造股份有限公司
Publication of TW202139474A publication Critical patent/TW202139474A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI899144B publication Critical patent/TWI899144B/zh

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Abstract

提供一種光學感測器封裝結構及一種光學模組結構。該光學感測器封裝結構包括一基板、一感測元件及一透明囊封物。該感測元件電連接至該基板，且具有面向該基板之一感測區域。該透明囊封物覆蓋該感測元件之該感測區域。

Description

光學感測器封裝結構及光學模組結構
本發明係關於光學感測器封裝結構及光學模組結構，且係關於包括透明囊封物之光學感測器封裝結構及包括透明囊封物之光學模組結構。
光學感測元件由於其非侵入性質而廣泛地用於健康狀況監視器以判定個人生理特性。例如，具有光學感測元件之健康狀況監視器(例如，氧血紅蛋白計(oxihemometer))為用於監視人之血液氧飽和度的非侵入性設備。可將光學感測元件置放於人體之薄部分(通常為指尖或耳垂)上，或在嬰兒的情況下跨越腳置放。光學感測元件使兩種波長之光穿過身體部分至光探測器(photodetector)。量測在該等波長中之每一者下改變的吸光度，使得健康狀況監視器得以判定搏動血之吸光度。
在一些實施例中，一種光學感測器封裝結構包括基板、感測元件及透明囊封物。感測元件電連接至基板，且具有面向基板之感測區域。透明囊封物覆蓋感測元件之感測區域。
在一些實施例中，一種光學感測器封裝結構包括透明基 板、感測元件及透明囊封物。感測元件電連接至透明基板，且具有面向透明基板之感測區域。透明囊封物覆蓋感測元件及透明基板之表面。透明囊封物之折射率與透明基板之折射率的比率在0.98至1.02範圍內。
在一些實施例中，一種光學模組結構包括基板、光發射器、光接收器及第一囊封物。光發射器附接至基板。光接收器附接至基板且具有感測區域。第一囊封物覆蓋光接收器及基板之第一部分。第一囊封物係透明的且覆蓋光接收器之感測區域。
1:光學感測器封裝結構
1a:光學感測器封裝結構
1b:光學感測器封裝結構
2:光學模組結構
10:基板
11:間隙
12:感測元件
14:透明囊封物
14a:透明囊封物
16:遮罩層
17:環境光
18:會聚透鏡
19:光學信號
20:基板
20a:第一部分
20b:第二部分
21:間隙
21':間隙
22:光接收器
23:光發射器
24:第一囊封物
25:第二囊封物
26:遮罩層
29:光學信號
30:光學信號
31:曲線
31a:曲線
31b:曲線
31c:曲線
31d:曲線
32:曲線
32a:曲線
32b:曲線
32c:曲線
32d:曲線
33:曲線
33a:曲線
33b:曲線
33c:曲線
33d:曲線
34:曲線
34a:曲線
34b:曲線
34c:曲線
34d:曲線
41:情況
42:情況
43:第一周邊塊體結構
44:第二周邊塊體結構
45:第一導電通孔
46:第二導電通孔
47:第一外部連接器
48:第二外部連接器
49:中央塊體結構
52:下部模具
54:上部模具
56:固化光
101:第一表面
102:第二表面
103:側面表面
104:電路層
121:第一表面
122:第二表面
123:感測區域
124:側面表面
125:凸塊
141:第一表面
142:第二表面
143:側面表面
161:第一表面
162:第二表面
163:側面表面
164:開口
201:第一表面
202:第二表面
204:第一電路層
205:第二電路層
221:第一表面
222:第二表面
223:感測區域
224:側面表面
225:凸塊
231:第一表面
232:第二表面
233:發射區域
234:側面表面
235:凸塊
241:第一表面
242:第二表面
243:側面表面
251:第一表面
252:第二表面
253:側面表面
261:第一表面
262:第二表面
263:側面表面
264:第一開口
265:第二開口
523:模腔
541:第一表面
542:第二表面
543:入口孔
544:突出部分
θ:入射角
W1:寬度
W2:寬度
W3:寬度
當結合附圖閱讀時，自以下詳細描述易於理解本發明之一些實施例的態樣。應注意，各種結構可能未按比例繪製，且各種結構之尺寸可出於論述清晰起見任意增大或減小。
圖1說明根據本發明之一些實施例的光學感測器封裝結構之剖面圖。
圖2說明圖1之光學感測器封裝結構的頂部立體圖。
圖3說明圖1之光學感測器封裝結構的底部立體圖。
圖4說明沿著圖2之光學感測器封裝結構的線4-4截取的剖面圖。
圖5說明光學信號之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之光學信號具有不同入射角。
圖6說明光學信號之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之光學信號具有不同入射角。
圖7說明光學信號之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之光學信號具有不同入射角。
圖8說明光學信號之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之光學信號具有不同入射角。
圖9說明根據本發明之一些實施例的光學感測器封裝結構之剖面圖。
圖10說明根據本發明之一些實施例的光學感測器封裝結構之剖面圖。
圖11說明根據本發明之一些實施例的光學模組結構之剖面圖。
圖12說明根據本發明之一些實施例的用於製造光學感測器封裝結構之方法的實例之一或多個階段。
圖13說明根據本發明之一些實施例的用於製造光學感測器封裝結構之方法的實例之一或多個階段。
圖14說明根據本發明之一些實施例的用於製造光學感測器封裝結構之方法的實例之一或多個階段。
圖15說明根據本發明之一些實施例的用於製造光學感測器封裝結構之方法的實例之一或多個階段。
貫穿圖式及詳細描述使用共同附圖標記以指示相同或類似組件。自結合附圖獲取之以下詳細描述將容易理解本發明之實施例。
以下揭示內容提供用於實施所提供的標的物之不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以解釋本發明之特定態樣。當然，此等組件及配置僅為實例且不意欲為限制性的。例如，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或上之形成可包括第一特徵及第二特徵直接接觸地形成或安置之實施例，且亦可包括額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成或安置，使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸之實施例。另外，本發明可在各種實例中重複附圖標記及/或字母。此重複係出於簡單及清楚的目的，且本身並不指示所論述的各種實施例及/或組 態之間的關係。
圖1說明根據本發明之一些實施例的光學感測器封裝結構1之剖面圖。圖2說明圖1之光學感測器封裝結構1的頂部立體圖。圖3說明圖1之光學感測器封裝結構1的底部立體圖。圖4說明沿著圖2之光學感測器封裝結構1的線4-4截取的剖面圖。光學感測器封裝結構1包括基板10、感測元件12、透明囊封物(transparent encapsulant)14及遮罩層(mask layer)16。
基板10可係透明的。因此，基板10亦可稱為「透明基板」。在一些實施例中，基板10之材料可係透明的，且可由人眼或機器(例如，電荷耦合裝置(charge-coupled device,CCD))看到或偵測到。在一些實施例中，對於可見光範圍中之波長，基板10之透明材料具有至少約60%、至少約70%，或至少約80%之透光率。可見光範圍中之波長可在400nm至700nm範圍內。基板10之材料可包括玻璃。另外，基板10之折射率可在約1.46至約1.85範圍內。
基板10可具有第一表面101(例如，頂面)、與第一表面101相對之第二表面102(例如，底面)，及在第一表面101與第二表面102之間延伸的四個側面表面103。在一些實施例中，基板10可進一步包括鄰近於基板10之第二表面102或安置於第二表面102上的電路層104。電路層104可包括導電材料，例如但不限於銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、鈦(Ti)、氧化銦錫(ITO)或另一合適之金屬或合金。電路層104可包括複數個跡線、複數個襯墊或其他導電連接。
感測元件12可電連接至基板10，且可具有第一表面121(例如，主動面)、與第一表面121相對之第二表面122(例如，背面)，及在第 一表面121與第二表面122之間延伸的四個側面表面124。另外，感測元件12可進一步具有鄰近於第一表面121之感測區域123。感測元件12可包括安置於感測區域123中的用於感測或偵測光學信號19(例如，光)之感測電路。如圖1中所示，感測元件12通過覆晶結合電連接至基板10。亦即，感測元件12之第一表面121通過複數個凸塊125電連接至基板10之電路層104。因此，感測元件12之感測區域123面向基板10，且在感測元件12之第一表面121(或感測區域123)與基板10之第二表面102之間形成間隙11或空間。間隙11之高度可由凸塊125之高度所決定。
透明囊封物14可安置於基板10之第二表面102上，以覆蓋感測元件12及基板10之第二表面102。如圖1中所示，透明囊封物14可具有第一表面141(例如，頂面)、與第一表面141相對之第二表面142(例如，底面)，及在第一表面141與第二表面142之間延伸的四個側面表面143。透明囊封物14之第一表面141可接觸基板10之第二表面102。例如，透明囊封物14可包括諸如具有或不具有填料之環氧樹脂的光學模製化合物(optical molding compound)。在一些實施例中，對於可見光範圍中之波長，透明囊封物14之透明材料具有至少約60%、至少約70%，或至少約80%之透光率。可見光範圍中之波長可在400nm至700nm範圍內。另外，透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。亦即，透明囊封物14之折射率大體上等於基板10之折射率的(1±2%)倍。
如圖1中所示，透明囊封物14的一部分填充感測元件12與基板10之間的間隙11。因此，間隙11可並非空的空間，且透明囊封物14可覆蓋感測元件12之感測區域123。在一些實施例中，透明囊封物14可進 一步覆蓋感測元件12之六個側表面(包括第一表面121、第二表面122及四個側面表面124)。另外，透明囊封物14可進一步覆蓋凸塊125及基板10之電路層104的一部分。
遮罩層16可安置於基板10之第一表面101上且與感測元件12相對。如圖1中所示，遮罩層16可具有第一表面161(例如，頂面)、與第一表面161相對之第二表面162(例如，底面)，及在第一表面161與第二表面162之間延伸的四個側面表面163。遮罩層16之第一表面161可接觸基板10之第一表面101。例如，遮罩層16可為不透明阻光材料，諸如包括用以吸收或反射可見光之碳黑或顏料之焊料遮罩樹脂(solder mask resin)。在一些實施例中，對於可見光範圍中之波長，遮罩層16之材料具有小於約10%、小於約5%、小於約1%，或小於約0.1%之透光率。
另外，遮罩層16界定對應於感測元件12之開口164。因此，只有穿過遮罩層16之開口164的所要光學信號19可穿過基板10及在間隙11中的透明囊封物14的部分進入感測元件12之感測區域123。未穿過遮罩層16之開口164的光學信號(或光)可由遮罩層16吸收或反射。因此，遮罩層16可允許特定光學信號(或光)進入感測元件12之感測區域123，且可防止非所要光學信號(或光)進入感測元件12之感測區域123。
在一些實施例中，遮罩層16之開口164的尺寸(例如，寬度W2)可略微大於感測元件12之尺寸(例如，寬度W1)。因此，來自透明囊封物14之第二表面142的某些非所要環境光17(圖4)可穿過遮罩層16之開口164，並從光學感測器封裝結構1發射出。亦即，來自透明囊封物14之第二表面142的此非所要環境光17(圖4)可不被遮罩層16之第二表面162反射，以到達感測元件12之感測區域123。此非所要環境光17(圖4)具有入射 角θ。
在圖1至圖3中所說明之實施例中，感測元件12通過覆晶結合電連接至基板10，因此，光學感測器封裝結構1之總厚度減小。此外，透明囊封物14為透明材料，因此，其可進入感測元件12與基板10之間的間隙11，此可減小透明囊封物14之模製過程的難度。另外，透明囊封物14之折射率相對高，因此，若來自透明囊封物14之第二表面142的某些非所要環境光17到達透明囊封物14與基板10之間的界面(例如，基板10之第二表面102)，則此非所要環境光17不會被基板10反射以到達感測元件12之感測區域123，此可減小此非所要環境光17與穿過遮罩層16之開口164的所要光學信號19之間的光學串擾(optical cross-talk)。因此，由感測元件12接收之光學信號19的光信號雜訊比(optical signal-to-noise ratio,OSNR)可大於20db。
圖5說明光學信號19之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物14之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之非所要環境光17具有不同入射角θ。在圖5中，基板10預定為具有1.46之折射率的熔融矽玻璃(fused silicate glass)。曲線31表示當圖4之入射角θ為60度時的模擬結果。曲線32表示當圖4之入射角θ為45度時的模擬結果。曲線33表示當圖4之入射角θ為30度時的模擬結果。曲線34表示當圖4之入射角θ為15度時的模擬結果。如圖5中所示，曲線31、32、33、34大體上彼此一致。若光信號雜訊比(OSNR)之目標值設定為大於或等於20dB，則透明囊封物14之可選擇折射率可在約1.46至約1.49範圍內。因此，透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可在約1.0至約1.02範圍內。
圖6說明光學信號19之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物 14之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之非所要環境光17具有不同入射角θ。在圖6中，基板10預定為具有1.52之折射率的硼矽玻璃(borosilicate glass)。曲線31a表示當圖4之入射角θ為60度時的模擬結果。曲線32a表示當圖4之入射角θ為45度時的模擬結果。曲線33a表示當圖4之入射角θ為30度時的模擬結果。曲線34a表示當圖4之入射角θ為15度時的模擬結果。如圖6中所示，曲線31a、32a、33a、34a大體上彼此一致。若光信號雜訊比(OSNR)之目標值設定為大於或等於20dB，則透明囊封物14之可選擇折射率可在約1.49至約1.55範圍內。因此，透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。
圖7說明光學信號19之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物14之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之非所要環境光17具有不同入射角θ。在圖7中，基板10預定為具有1.85之折射率的LaSFN9玻璃。曲線31b表示當圖4之入射角θ為60度時的模擬結果。曲線32b表示當圖4之入射角θ為45度時的模擬結果。曲線33b表示當圖4之入射角θ為30度時的模擬結果。曲線34b表示當圖4之入射角θ為15度時的模擬結果。如圖7中所示，曲線31b、32b、33b、34b大體上彼此一致。若光信號雜訊比(OSNR)之目標值設定為大於或等於20dB，則透明囊封物14之可選擇折射率可為約1.815。因此，透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可為約0.98。
圖8說明光學信號19之光信號雜訊比(OSNR)與透明囊封物14之折射率之間的關係之模擬結果，其中圖4之非所要環境光17具有不同入射角θ。在圖8之情況41下，基板10預定為具有1.53之折射率的理想基板。曲線31c表示當圖4之入射角θ為60度時的模擬結果。曲線32c表示當 圖4之入射角θ為45度時的模擬結果。曲線33c表示當圖4之入射角θ為30度時的模擬結果。曲線34c表示當圖4之入射角θ為15度時的模擬結果。如圖8中所示，曲線31c、32c、33c、34c大體上彼此一致。若光信號雜訊比(OSNR)之目標值設定為大於或等於20dB，則透明囊封物14之可選擇折射率可在約1.50至約1.56範圍內。因此，透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。
另外，在圖8之情況42下，基板10預定為具有1.76之折射率的理想基板。曲線31d表示當圖4之入射角θ為60度時的模擬結果。曲線32d表示當圖4之入射角θ為45度時的模擬結果。曲線33d表示當圖4之入射角θ為30度時的模擬結果。曲線34d表示當圖4之入射角θ為15度時的模擬結果。如圖8中所示，曲線31d、32d、33d、34d大體上彼此一致。若光信號雜訊比(OSNR)之目標值設定為大於或等於20dB，則透明囊封物14之可選擇折射率可在約1.725至約1.795範圍內。因此，透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。
圖9說明根據本發明之一些實施例的光學感測器封裝結構1a之剖面圖。除了透明囊封物14a之尺寸之外，圖9之光學感測器封裝結構1a類似於圖1至圖4之光學感測器封裝結構1。如圖9中所示，透明囊封物14a之側面表面143與基板10之側面表面103大體上共面。
圖10說明根據本發明之一些實施例的光學感測器封裝結構1b之剖面圖。除了光學感測器封裝結構1b可進一步包括會聚透鏡(convergence lens)18之外，圖10之光學感測器封裝結構1b類似於圖1至圖4之光學感測器封裝結構1。會聚透鏡18安置於基板10中且對應於感測元件12及遮罩層16之開口164。在一些實施例中，會聚透鏡18可延伸穿過 (或貫穿)基板10。因此，會聚透鏡18之厚度可大體上等於基板10之厚度。在本實施例中，基板10可係不透明的。如圖10中所示，會聚透鏡18之尺寸(例如，寬度W3)可小於遮罩層16之開口164的尺寸(例如，寬度W2)及感測元件12之尺寸(例如，寬度W1)。
圖11說明根據本發明之一些實施例的光學模組結構2之剖面圖。光學模組結構2可包括基板20、光發射器(light transmitter)23、光接收器(light receiver)22、第一囊封物24、第二囊封物25、遮罩層26、中央塊體結構49、第一周邊塊體結構43、第二周邊塊體結構44、第一導電通孔(conductive via)45、第二導電通孔46、第一外部連接器47及第二外部連接器48。
光學模組結構2之基板20可類似或相同於圖1至圖3之光學感測器封裝結構1的基板10，且可係透明的。基板20可具有第一表面201(例如，頂面)，及與第一表面201相對之第二表面202(例如，底面)。在一些實施例中，基板20可包括對應於光接收器22之第一部分20a，及對應於光發射器23之第二部分20b。在一些實施例中，基板20可進一步包括鄰近於基板20之第二表面202或安置於第二表面202上的第一電路層204及第二電路層205。第一電路層204及第二電路層205可彼此電連接或可不彼此電連接。
光學模組結構2之光接收器22可類似或相同於圖1至圖3之光學感測器封裝結構1的感測元件12。光接收器22可附接至且電連接至基板20之第一部分20a，且可具有第一表面221(例如，主動面)、與第一表面221相對之第二表面222(例如，背面)，及在第一表面221與第二表面222之間延伸的四個側面表面224。另外，光接收器22可進一步具有鄰近於第 一表面221之感測區域223。光接收器22可包括安置於感測區域223中的用於感測或偵測光學信號29(例如，光)之感測電路。如圖11中所示，光接收器22通過覆晶結合電連接至基板20。亦即，光接收器22之第一表面221通過複數個凸塊225電連接至基板20之第一電路層204。因此，光接收器22之感測區域223面向基板20，且在光接收器22之第一表面221(或感測區域223)與基板20之第二表面202之間形成間隙21或空間。
光學模組結構2之第一囊封物24可類似或相同於圖1至圖3之光學感測器封裝結構1的透明囊封物14。第一囊封物24可安置於基板20之第二表面202上，以覆蓋光接收器22及基板20之第一部分20a。如圖11中所示，第一囊封物24可具有第一表面241(例如，頂面)、與第一表面241相對之第二表面242(例如，底面)，及在第一表面241與第二表面242之間延伸的四個側面表面243。第一囊封物24之第一表面241可接觸基板20之第二表面202。例如，第一囊封物24可包括諸如具有或不具有填料之環氧樹脂的光學模製化合物。在一些實施例中，對於可見光範圍中之波長，第一囊封物24之透明材料具有至少約60%、至少約70%，或至少約80%之透光率。另外，第一囊封物24之折射率與基板20之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。如圖11中所示，第一囊封物24的一部分填充光接收器22與基板20之間的間隙21。因此，第一囊封物24可覆蓋光接收器22之感測區域223。
光發射器23可附接至且電連接至基板20之第二部分20b，且可具有第一表面231(例如，主動面)、與第一表面231相對之第二表面232(例如，背面)，及在第一表面231與第二表面232之間延伸的四個側面表面234。另外，光發射器23可進一步具有鄰近於第一表面231的用於發 射光學信號30(例如，光)之發射區域233。例如，光發射器23可為諸如發光二極體(LED)或另一照射裝置之光發射器(light emitter)。如圖11中所示，光發射器23通過覆晶結合電連接至基板20。亦即，光發射器23之第一表面231通過複數個凸塊235電連接至基板20之第二電路層205。因此，光發射器23之發射區域233面向基板20，且在光發射器23之第一表面231與基板20之第二表面202之間形成間隙21'或空間。
第二囊封物25可類似或相同於第一囊封物24。第二囊封物25可安置於基板20之第二表面202上，以覆蓋光發射器23及基板20之第二部分20b。如圖11中所示，第二囊封物25可具有第一表面251(例如，頂面)、與第一表面251相對之第二表面252(例如，底面)，及在第一表面251與第二表面252之間延伸的四個側面表面253。第二囊封物25之第一表面251可接觸基板20之第二表面202。例如，第二囊封物25可包括諸如具有或不具有填料之環氧樹脂的光學模製化合物。在一些實施例中，對於可見光範圍中之波長，第二囊封物25之透明材料具有至少約60%、至少約70%，或至少約80%之透光率。另外，第二囊封物25之折射率與基板20之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。如圖11中所示，第二囊封物25的一部分填充光發射器23與基板20之間的間隙21'。因此，第二囊封物25可覆蓋發射區域233。
光學模組結構2之遮罩層26可類似或相同於圖1至圖3之光學感測器封裝結構1的遮罩層16。遮罩層26可安置於基板20之第一表面201上且與光發射器23及光接收器22相對。遮罩層26可具有第一表面261(例如，頂面)、與第一表面261相對之第二表面262(例如，底面)，及在第一表面261與第二表面262之間延伸的四個側面表面263。遮罩層26之 第一表面261可接觸基板20之第一表面201。例如，遮罩層26可為不透明阻光材料。在一些實施例中，對於可見光範圍中之波長，遮罩層26之材料具有小於約10%、小於約5%、小於約1%，或小於約0.1%之透光率。另外，遮罩層26可界定對應於光接收器22之第一開口264，及對應於光發射器23之第二開口265。第一開口264之尺寸可大於光接收器22之尺寸。
中央塊體結構49可安置於基板20上且安置在光發射器23與光接收器22之間，以便防止光發射器23與光接收器22之間的串擾或干擾(interference)。中央塊體結構49之材料可為金屬材料或介電材料(諸如聚醯亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)、乾膜、FR-4或另一合適材料)。第一周邊塊體結構43及第二周邊塊體結構44可安置於基板20上且安置在光學模組結構2之周邊部分處。第一周邊塊體結構43對應於光接收器22，且第二周邊塊體結構44對應於光發射器23。第一周邊塊體結構43及第二周邊塊體結構44之材料可為介電材料(諸如聚醯亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)、乾膜、FR-4或另一合適材料)。第一導電通孔45可延伸穿過第一周邊塊體結構43以接觸第一電路層204。第二導電通孔46可延伸穿過第二周邊塊體結構44以接觸第二電路層205。第一外部連接器47可安置於第一導電通孔45之尖端上以用於外部連接。第二外部連接器48可安置於第二導電通孔46之尖端上以用於外部連接。
圖12至圖15說明根據本發明之一些實施例的用於製造光學感測器封裝結構的方法。在一些實施例中，方法係用於製造圖9中所示之光學感測器封裝結構1a。
參考圖12，提供下部模具52及上部模具54。下部模具52界定模腔523。上部模具54具有第一表面541及與第一表面541相對之第二表 面542，且包括自第一表面541向下突出之至少一個突出部分544。另外，上部模具54可界定延伸穿過上部模具54之入口孔543。在一些實施例中，上部模具54之材料可為玻璃，且下部模具52之材料可為鋼。
接著，將具有遮罩層16之基板10安置於下部模具52之模腔523中。遮罩層16之第一表面161可接觸下部模具52之承載面。安置於基板10之第二表面102上的電路層104面向上或面朝向上部模具54。基板10可係透明的，且基板10之折射率可在約1.46至約1.85範圍內。
接著，可將複數個感測元件12通過覆晶結合電連接至基板10。感測元件12中之每一者的第一表面121(例如，主動面)上之感測區域123面向基板10，因此，在感測元件12之第一表面121(或感測區域123)與基板10之第二表面102之間形成間隙11或空間。
參考圖13，將上部模具54向下移動以覆蓋並接觸下部模具52。上部模具54可與下部模具52夾緊，使得模腔523變成大體上封閉空間。上部模具54之入口孔543與封閉模腔523連通。在一些實施例中，上部模具54之突出部分544可接觸基板10。
參考圖14，可藉由擰入(screwing)、拉擠成形(pultrusion)或空氣泵(air pump)將透明囊封物14穿過入口孔543噴射至模腔523中。因此，透明囊封物14可覆蓋感測元件12及基板10之第二表面102。透明囊封物14之折射率與基板10之折射率的比率可在約0.98至約1.02範圍內。如圖14中所示，透明囊封物14的一部分填充感測元件12與基板10之間的間隙11。另外，透明囊封物14可進一步覆蓋凸塊125及基板10之電路層104的一部分。
參考圖15，使固化光56(例如，UV光)穿過上部模具54施 加至透明囊封物14，從而使得透明囊封物14經曝露並固化。接著，移除下部模具52及上部模具54。接著，形成延伸穿過遮罩層16之複數個開口164。開口164中之每一者對應於感測元件12中之每一者。
接著，可進行單體化製程以獲得圖9中所示之複數個光學感測器封裝結構1a。
除非另外指定，否則諸如「上方」、「下方」、「向上」、「左邊」、「右邊」、「向下」、「頂部」、「底部」、「豎直」、「水平」、「側」、「較高」、「下部」、「上部」、「上」、「下面」等空間描述係相對於圖中所示之定向加以指示。應理解，本文中所使用之空間描述僅出於說明之目的，且本文中所描述之結構的實際實施可以任何定向或方式在空間上配置，其限制條件為本發明之實施例的優點不因此配置而有偏差。
如本文中所使用，術語「大約」、「大體上」、「大體」及「約」用以描述及考慮小的變化。當與事件或情形結合使用時，術語可指事件或情形明確發生之情況以及事件或情形極近似於發生之情況。例如，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。例如，若兩個數值之間的差小於或等於該等值之平均值的±10%，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%，則可認為該兩個數值「大體上」相同。
若兩個表面之間的移位不大於5μm、不大於2μm、不大於 1μm或不大於0.5μm，則可認為兩個表面共面或大體上共面。
除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用，單數術語「一」及「該」可包括複數個指示物。
如本文中所使用，術語「導電(conductive)」、「導電(electrically conductive)」及「導電率」係指輸送電流之能力。導電材料通常指示展現對於電流流動之極小或零阻力之彼等材料。導電率之一個量度為西門子/公尺(S/m)。通常，導電材料為具有大於大約104S/m(諸如至少105S/m或至少106S/m)之導電率的一種材料。材料之導電率有時可隨溫度變化。除非另外指定，否則材料之導電率係在室溫下量測。
另外，在本文中有時以範圍格式呈現量、比率及其他數值。應理解，此範圍格式係為便利及簡潔起見而使用，且應靈活地理解為不僅包括明確指定為範圍限制之數值，且亦包括涵蓋於彼範圍內之所有個別數值或子範圍，如同明確指定每一數值及子範圍一般。
雖然本發明已參考其特定實施例進行描述及說明，但此等描述及說明並不為限制性的。熟習此項技術者應理解，在不脫離如由所附申請專利範圍界定的本發明之真實精神及範疇的情況下，可作出各種改變且可取代等效物。圖示可不必按比例繪製。歸因於製造製程及公差，在本發明中之工藝再現與實際設備之間可能存在區別。可存在並未具體說明的本發明之其他實施例。說明書及圖式應被視為說明性，而非限制性。可作出修改，以使特定情況、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隨附之申請專利範圍之範疇內。雖然已參考按特定次序執行的特定操作描述本文中所揭示之方法，但應理解，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，除非本文中具體指示，否則操作之次序及分組並非本發明之限制。
1:光學感測器封裝結構
10:基板
11:間隙
12:感測元件
14:透明囊封物
16:遮罩層
19:光學信號
101:第一表面
102:第二表面
103:側面表面
104:電路層
121:第一表面
122:第二表面
123:感測區域
124:側面表面
125:凸塊
141:第一表面
142:第二表面
143:側面表面
161:第一表面
162:第二表面
163:側面表面
164:開口
W1:寬度
W2:寬度

Claims (18)

  1. 一種光學感測器封裝結構，其包含： 一基板； 一感測元件，其電連接至該基板之一第二表面上之一電路層，且具有面向該基板之一感測區域，該感測元件具有一第一表面、與該第一表面相對之一第二表面，及在該第一表面與該第二表面之間延伸的四個側面表面； 一透明囊封物，其覆蓋該感測元件之該感測區域、該基板之該第二表面及該感測元件之該第一表面、該第二表面及該四個側面表面；及 一遮罩層，安置於該基板之一第一表面上且與該感測元件相對，其中該遮罩層界定對應於該感測元件之一開口，且該開口之尺寸大於該感測元件之尺寸。
  2. 如請求項1之光學感測器封裝結構，其中該基板係透明的，且包含玻璃。
  3. 如請求項1之光學感測器封裝結構，其中對於一可見光範圍中之一波長，該透明囊封物具有至少約60%之透光率，該透明囊封物包括具有或不具有填料之環氧樹脂的光學模製化合物。
  4. 如請求項3之光學感測器封裝結構，其中該透明囊封物之折射率與該基板之折射率的比率在0.98至1.02之範圍內。
  5. 如請求項4之光學感測器封裝結構，其中該基板之折射率在1.46至1.85之範圍內。
  6. 如請求項1之光學感測器封裝結構，其進一步包含安置於該基板中且對應於該感測元件的一會聚透鏡。
  7. 如請求項6之光學感測器封裝結構，其中該會聚透鏡延伸穿過該基板。
  8. 一種光學感測器封裝結構，其包含： 一透明基板，其包含玻璃； 一感測元件，其電連接至該透明基板，且具有面向該透明基板之一感測區域；及 一透明囊封物，其覆蓋該感測元件之六個側表面及該透明基板之一表面，其中該透明囊封物之折射率與該透明基板之折射率的比率在0.98至1.02之範圍內。
  9. 如請求項8之光學感測器封裝結構，其中該透明基板之折射率在1.46至1.85之範圍內。
  10. 如請求項8之光學感測器封裝結構，其中該感測元件通過覆晶結合電連接至該透明基板上之電路層。
  11. 如請求項8之光學感測器封裝結構，其中該透明囊封物的一部分填充該感測元件與該透明基板之間的一間隙。
  12. 如請求項8之光學感測器封裝結構，其中由該感測元件接收之一光學信號的一光信號雜訊比(OSNR)大於20 db。
  13. 如請求項12之光學感測器封裝結構，其中對於一可見光範圍中之一波長，該透明囊封物具有至少約60%之透光率，該透明囊封物包括具有或不具有填料之環氧樹脂的光學模製化合物。
  14. 一種光學模組結構，其包含： 一基板； 一光發射器，其附接至該基板之一第二表面且具有一發射區域； 一光接收器，其附接至該基板之該第二表面且具有一感測區域； 一第一囊封物，其覆蓋該光接收器之一背面，其中該第一囊封物係透明的且覆蓋該感測區域； 一第二囊封物，其覆蓋該光發射器之一背面，其中該第二囊封物係透明的且覆蓋該發射區域； 一中央塊體結構，其安置在該光發射器與該光接收器之間，以防止干擾；以及 一遮罩層，其安置於該基板之一第一表面上，且界定對應於該光接收器之一第一開口，及對應於該光發射器之一第二開口。
  15. 如請求項14之光學模組結構，其中該基板進一步包括安置於該第二表面上的一第一電路層及一第二電路層，該光接收器電連接至該第一電路層，該光發射器電連接至該第二電路層，其中該光學模組結構進一步包含： 一第一周邊塊體結構，其安置於該基板上且安置在該光學模組結構之周邊部分處，該第一周邊塊體結構對應於該光接收器； 一第二周邊塊體結構，其安置於該基板上且安置在光學模組結構之周邊部分處，該第二周邊塊體結構對應於該光發射器； 一第一導電通孔，延伸穿過該第一周邊塊體結構，以接觸該第一電路層； 一第二導電通孔，延伸穿過該第二周邊塊體結構，以接觸該第二電路層； 一第一外部連接器，安置於該第一導電通孔上以用於外部連接；以及 一第二外部連接器，安置於該第二導電通孔上以用於外部連接。
  16. 如請求項15之光學模組結構，其中該第一囊封物之折射率與該基板之折射率的比率在0.98至1.02之範圍內，該第二囊封物之折射率與該基板之折射率的比率在0.98至1.02之範圍內，且該基板之折射率在1.46至1.85之範圍內。
  17. 如請求項16之光學模組結構，其中該第一周邊塊體結構之一底面、該第二周邊塊體結構之一底面、該第一囊封物之一底面、該第二囊封物之一底面及該中央塊體結構之一底面係大致上齊平，其中該第一周邊塊體結構之一側面、該基板之一側面及該遮罩層之一側面係大致上齊平。
  18. 如請求項14之光學模組結構，其中該第一開口之尺寸大於該光接收器之尺寸。
TW110103405A 2020-04-02 2021-01-29 光學感測器封裝結構及光學模組結構 TWI899144B (zh)

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