光学传感器封装组件及其制作方法和电子设备与流程

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种光学传感器封装组件及其制作方法和电子设备。

背景技术：

在一些便携式电子设备，例如智能手机中，通常会需要环境光学传感器(Ambient Light Sensor，ALS)来感测环境光亮度，从而可使屏幕亮度随着环境光的变化而变化，以增加使用时间。此外，还需要接近传感器(Proximity Sensor，PS)与发光元件(如红外LED等)来感测物体接近的程度，从而可实现当某物体，如使用者的脸部靠近屏幕时，屏幕的触控功能会自动关闭，避免了使用者在接电话的过程中的误触发的情形，以增进了人机之间的互动性。

将ALS、PS及发光元件集成至同一封装组件中形成光学传感器封装组件，不仅可以共享空间、耗材，还能合并线路布局。这样的光学传感器封装组件通常安装在手机显示面板的侧边，而手机表面为了应用不同类型的光学传感器封装组件，必须设计开孔，诸如长型开孔和圆型开孔等。为了使手机外观更加美观，上述开孔的孔径需要越小越好。然而，ALS与PS在应用上的考量不同，如发光元件与PS之间的接近感测角度过大或过小皆不宜，而ALS的环境光感测角度越大越好，将ALS与PS集成在一起封装，ALS与PS则需要一起应对所述开孔。因此，ALS与PS的集成封装组件对手机表面开孔小型化设计极为重要。

可参考图1a和1b，图1a和1b分别示出了现有技术中光学传感器封装组件的剖面图和俯视图。在现有技术中，将环境光传感器21与接近传感器22相互分离，使得环境光传感器21、接近传感器22均可缩短与发光元件23的距离，不仅获得了较小的接近感测角度，也获得了较大的环境光感测角度，同时还使得手机面板表面的开孔孔径较小。

但由于不同客户的需求不同，当系统客户的光机设计TP(Touch Panel)与器件距离增高时，为符合光机应用需求，对应的，也要增大发光元件23自身的厚度。而发光元件23自身的高度过高，完成将其表面的电极通过电性导线26电连接到基板20上的焊线制程时会有较大的可靠性风险。且由于发光元件23自身的高度过高，而挡板27与发光元件23的距离比较近，完成焊接制程操作难度较大。

在此基础上，上述光学传感器封装组件还需要完成两道封装工艺，如先形成多个透明封装料24，再形成非透明封装料25，工艺复杂，不利于降低封装组件的尺寸。

技术实现要素：

为此，本发明提供了一种光学传感器封装组件及其制作方法和电子设备，其中采用附加的电路板补偿不同结构之间的高度差异以减小封装组件的尺寸。

根据本发明的第一方面，提供一种光学传感器封装组件，包括：第一电路板；在所述第一电路板上相邻设置的第二电路板和第一结构；以及位于所述第二电路板上的第二结构，其中，所述第一结构和所述第二结构分别具有第一高度和第二高度，所述第二电路板具有第一厚度，所述第一厚度与所述第二高度之和与所述第一高度相匹配。

优选地，所述第一结构包括接近传感器，所述第二结构包括发光元件，所述发光元件发出照射光经反射到达所述接近传感器，以检测外部物体的靠近。

优选地，所述第一结构包括环境光传感器，用于检测环境光亮度。

优选地，所述接近传感器内嵌于集成电路芯片的表面，所述环境光传感器设置在所述集成电路芯片上方且位于与所述接近传感器相邻的区域中，所述环境光传感器和所述集成电路芯片的厚度之和大致等于所述第一高度。

优选地所述环境光传感器与所述集成电路芯片电连接。

优选地，还包括位于所述第一结构和所述第二结构之间的挡板，以阻挡所述第二结构产生的光到达所述第一结构。

优选地，所述第二电路板包括至少一个凹陷区域。优选地，所述第二电路板的至少一侧边相对于所述第一电路板的相应侧边缩进预定距离。

优选地，所述第二电路板具有彼此相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边邻近所述挡板，所述第二侧边相对于所述第一电路板的相应侧边缩进预定距离。

优选地，所述第二电路板的至少一个侧边包括凹槽。

优选地，所述凹槽为U形凹槽。

优选地，还包括透明封装料，所述透明封装料覆盖所述第一结构、所述第二结构和所述第二电路板。

优选地，所述第二电路板包括第一组焊垫和第二组焊垫，分别位于所述第二电路板彼此相对的第一表面和第二表面上且彼此连接，所述第二结构位于所述第二电路板的第一表面上，并且采用焊线与所述第一组焊垫电连接。

优选地，所述第一电路板包括第三组焊垫和第四组焊垫，分别位于所述第一电路板彼此相对的第一表面和第二表面上且彼此连接，所述第一结构位于所述第一电路板的第一表面上，并且采用焊线与所述第三组焊垫电连接，所述第二组焊垫与所述三组焊垫彼此连接，所述第四组焊垫用于与外部电路电连接。

根据本发明的第二方面，提供一种电子设备，包括：外壳，所述外壳具有开孔；以及上述的光学传感器，其中，所述光学传感器位于所述外壳内，并且经由所述开孔发出照射光，以及经由所述开孔接收所述照射光在外部物体表面反射的光以及环境光。

根据本发明的第三方面，提供一种光学传感器封装组件的制作方法，包括：在第一电路板设置第二电路板和第一结构，所述第二电路板与所述第一结构相邻；以及在所述第二电路板上设置第二结构，其中，所述第一结构和所述第二结构分别具有第一高度和第二高度，所述第二电路板具有第一厚度，所述第一厚度与所述第二高度之和与所述第一高度相匹配。

优选地，所述第一结构包括接近传感器，所述第二结构包括发光元件，所述发光元件发出照射光经反射到达所述接近传感器，以检测外部物体的靠近。

优选地，所述第一结构包括环境光传感器，用于检测环境光亮度。

优选地，所述接近传感器内嵌于集成电路芯片的表面，所述环境光传感器设置在所述集成电路芯片上方且位于与所述接近传感器相邻的区域中，所述环境光传感器和所述集成电路芯片的厚度之和大致等于所述第一高度。

优选地，所述第二电路板的至少一侧边相对于所述第一电路板的相应侧边缩进预定距离。

优选地，还包括：在所述第一结构和所述第二结构之间设置挡板，以阻挡所述第二结构产生的光到达所述第一结构。

优选地，所述第二电路板包括第一组焊垫和第二组焊垫，分别位于所述第二电路板彼此相对的第一表面和第二表面上且彼此连接，所述第二结构位于所述第二电路板的第一表面上，所述方法还包括：采用焊线将所述第二结构与所述第一组焊垫电连接。

优选地，所述第一电路板包括第三组焊垫和第四组焊垫，分别位于所述第一电路板彼此相对的第一表面和第二表面上且彼此连接，所述第一结构位于所述第一电路板的第一表面上，所述方法还包括：采用焊线将所述第一结构与所述第三组焊垫电连接，将所述第二组焊垫与所述三组焊垫彼此连接，其中，所述第四组焊垫用于与外部电路电连接。

优选地，还包括：采用透明封装料同时覆盖所述第一结构、所述第二结构和所述第二电路板。

采用本发明的技术方案后，采用第二电路板补偿第一结构和第二结构的高度差异。第二结构中的发光元件被垫高。在实际应用时，无论系统客户设计的TP(Touch Panel)与器件距离的高低如何，均无需再调节接近传感器、环境光传感器以及发光元件的厚度即可符合所有客户的光机应用需求，且在焊线制程中，可靠性问题可以得到保障。

进一步地，所述第二结构中的发光元件靠近封装组件的表面，所述发光元件自发光源的出射路径范围缩小，由此可以在环境光传感器的环境光感测范围增大时，减少发光元件自发光源的反射光对环境光传感器的干扰，且可以使发光元件和接近传感器之间的接近感测视角得到进一步的优化。

此外，由于仅需要一道封装料模制制程，不仅工艺简单，还可以进一步缩小光学传感器封装组件的体积。

附图说明

通过以下参照附图对发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1a示出了现有技术中光学传感器封装组件的剖面图。

图1b示出了现有技术中光学传感器封装组件的俯视图。

图2、图3以及图4分别示出了根据本发明第一实施例的光学传感器封装组件基于不同角度的透视图。

图5示出了根据本发明第一实施例的光学传感器封装组件的俯视图。

图6示出了根据本发明第二实施例的光学传感器封装组件的透视图。

图7示出了根据本发明第三实施例的光学传感器封装组件的透视图。

图8a至图8g示出了根据本发明第一实施例的光学传感器封装组件制作方法不同阶段的透视图。

图9a示出了根据本发明第四实施例的电子设备在使用状态的透视图。

图9b示出了根据本发明第四实施例的电子设备在使用状态的剖面图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明实施例的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。

在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。附图中的流程图、框图图示了本发明的实施例的系统、方法、装置的可能的体系框架、功能和操作，附图的方框以及方框顺序只是用来更好的图示实施例的过程和步骤，而不应以此作为对发明本身的限制。

图2至图4分别示出了根据本发明第一实施例的光学传感器封装组件基于不同角度的透视图。图5示出了根据本发明第一实施例的光学传感器封装组件的俯视图。

如图2至图5所示，本发明第一实施例的光学传感器封装组件包括第一电路板101和第二电路板102，所述第二电路板102设置于所述第一电路板101的第一表面上，所述第二电路板102边长较长的两侧边分别为所述第二电路板102的第一侧边和第二侧边，所述第二电路板102的第一侧边和所述第一电路板101的第一侧边对齐设置。其中，所述第二电路板102例如为LED封装载板。

优选地，所述第二电路板102除所述第一侧边和所述第二侧边之外的第三侧边和第四侧边分别有一凹槽，所述凹槽纵向贯穿所述第二电路板102。优选地，在本实施例中，所述凹槽为U形凹槽。由于设置了所述凹槽，用于封装的透明封装料可将所述第二电路板102紧密固定于所述第一电路板101的上表面上，从而避免在高热情况中所述第二电路板102脱落。

如图2和图5所示，所述集成电路芯片104和所述第二电路板102并列设置于所述第一电路板101的第一表面上，所述第一电路板101第一表面上还设置有多个第三焊垫109，所述第三焊垫109排列成两行，相对设置于所述集成电路芯片104两侧。

所述集成电路芯片104的上表面嵌有接近传感器106，且所述集成电路芯片104的上表面上设置有环境光传感器105，所述环境光传感器105相对于所述集成电路芯片104上表面凸起一预定高度，且所述环境光传感器105未遮蔽所述接近传感器106。

所述集成电路芯片104上表面未嵌入接近传感器106，且未安装有环境光传感器105的区域设置有多个第二焊垫108，所述环境光传感器105上表面设置有多个第一焊垫107。

所述第一焊垫107和所述第三焊垫109分别通过焊线113与对应的所述第二焊垫108电性连接。

如图3和图5所示，在所述第二电路板102的上表面设置有第四焊垫110和第五焊垫111，且在所述第五焊垫的上表面上设置有发光元件112，所述发光元件112例如为光垂直腔面发射激光器(VCSEL)、发光二极管(VCSEL LED)或镭射二极管(ASIC Die)中的任意一种。所述发光元件112通过焊线113与所述第四焊垫110电性连接。

如图4所示，在所述第一电路板101的第二表面设置有多个第六焊垫115，所述第六焊垫115位于所述第一电路板101的第二表面上，且透过所述第一电路板101和所述第二电路板102的内部，与所述集成电路芯片104、所述发光元件112相互耦接，使得所述光学传感器封装组件形成表面黏着元件。

其中，所述第一焊垫107、第二焊垫108、第三焊垫109、第四焊垫110、第五焊垫111以及第六焊垫115例如均为铝焊垫，所述焊线113例如均为金线。

如图2至图5所示，所述发光元件112和所述集成电路芯片104之间设置有挡板103，所述挡板103设置于所述第一电路板101的第一表面上，且与所述第二电路板102的第二侧边紧密相邻。所述挡板103可阻挡所述发光元件112与所述环境光传感器105之间的不期望的直接、散射或折射光的透射，并由此使得所述发光元件112和所述环境光传感器105之间的串扰和干涉最小。

可以理解的是，在所述发光元件112例如为红外LED灯的情况下，相对应的，所述挡板103例如为阻绝红外光的塑料、陶瓷或金属中的任意一种。

本发明第一实施例的光学传感器封装组件还包括第一透明封装料114，所述发光元件112、嵌有所述接近传感器106的所述集成电路芯片104以及所述环境光传感器105均在所述第一透明封装料114的封装范围内，且所述挡板103也在所述第一透明封装料114的封装范围内。

本发明第一实施例的光学传感器封装组件相对于现有技术而言，由于增加了所述第二电路板102，所述发光元件112被垫高，在实际应用时，无论系统客户设计的TP(Touch Panel)与器件距离的高低如何，均无需再调节接近传感器106、环境光传感器105以及发光元件112的厚度即可符合所有客户的光机应用需求，且由于接近传感器106、环境光传感器105以及发光元件112的厚度无需做得很厚，在焊线制程中，可靠性问题可以得到保障，且由于发光元件112的厚度可以做得比较小，其可尽可能的接近挡板103，这可尽可能的减小封装组件的尺寸，且减小手机面板上开孔的孔径，同时还无需牺牲接近传感器106的感测范围。

在此基础上，由于增加了第二电路板，所述发光元件112被垫高，所述发光元件112自发光源的出射路径范围117缩小，由此可以在环境光传感器105的环境光感测范围118增大时，减少发光元件112自发光源的反射光对环境光传感器105的干扰，且可以使发光元件112和接近传感器106之间的接近感测视角得到进一步的优化。

此外，本发明第一实施例的光学传感器封装组件，仅需要一道封装料模制制程，相比现有技术中的两次而言，不仅工艺简单，还可以进一步缩小光学传感器封装组件的体积。

图6示出了根据本发明第二实施例的光学传感器封装组件的透视图。如图6所示，本发明第二实施例的光学传感器封装组件相对于本发明第一实施例的光学传感器封装组件，其区别仅在于，所述第二电路板102的第一侧边相对于所述第一电路板101的第一侧边内缩一预定距离。

相对于本发明第一实施例的光学传感器封装组件仅在所述第二电路板102上设置凹槽相比，将所述第二电路板102的第一侧边相对于所述第一电路板101的第一侧边内缩一预定距离，使得所述透明封装料对所述第二电路板102的固定效果更加优越，从而避免在高热情况中所述第二电路板102脱落。

图7示出了根据本发明第三实施例的光学传感器封装组件的透视图。如图7所示，本发明第三实施例的光学传感器封装组件相对于本发明第二实施例的光学传感器封装组件，其区别仅在于，将原本位于所述第一电路板101第一表面上，且紧邻所述第二电路板102第二侧边的挡板103，设置于所述第二电路板102的上表面上，且紧邻所述第二电路板102第二侧边。

与本发明所第二实施例的光学传感器封装组件相比，本发明第三实施例的光学传感器封装组件由于将所述挡板103设置于所述第二电路板102的上表面上，所述第二挡板103对所述第二电路板102起到了固定作用，使得所述透明封装料对所述第二电路板102的固定效果更加优越，从而避免在高热情况中所述第二电路板102脱落。

图8a至图8g示出了根据本发明第一实施例的光学传感器封装组件制作方法不同阶段的透视图。为便于更好的实施本发明第一实施例的集模制光学器件，本发明第五实施例还提供一种集模制光学器件的制作方法。其中名词的含义与本发明第一实施例中相同，具体实现细节可参考本发明第一实施例中的说明。

如图8a所示，首先，在所述第一电路板101的第一表面上设置所述第二电路板102，所述第二电路板102的第一侧边与所述第一电路板101的第一侧边对齐。

如图8b所示，进一步地，在所述第一电路板101的第一表面上设置挡板103，所述挡板103紧邻所述第二电路板102的第二侧边。

如图8c所示，进一步地，在所述第一电路板101第一表面上未被所述第二电路板102和所述挡板103覆盖的区域，设置所述集成电路芯片104，所述集成电路芯片104的上表面嵌有所述接近传感器106。

如图8d所示，进一步地，在所述集成电路芯片104的上表面上设置环境光传感器105，所述环境光传感器105相对于所述集成电路芯片104上表面凸起一预定高度，且所述环境光传感器105未遮蔽所述接近传感器106。

如图8e所示，进一步地，在所述第二电路板102的第五焊垫111的上表面上设置一发光元件112。

如图8f所示，进一步地，用焊线113将对应的焊垫和焊垫，焊垫和元件之间进行连接。

如图8g所示，最后，对图8f所示器件进行封装，形成第一透明封装料114，所述发光元件112、集成电路芯片104以及环境光传感器105均在所述第一透明封装料114的封装范围内，且所述挡板103也在所述第一透明封装料114的封装范围内。

图9a和图9b分别示出了根据本发明第四实施例的电子设备在使用状态的俯视图和剖面图。该如图所示，该电子设备包括外壳201，所述外壳201具有开孔116。光学传感器封装组件100位于所述外壳201内，并且经由所述开孔116发出照射光，以及经由所述开孔116接收所述照射光在外部物体表面反射的光以及环境光。

该电子设备200表面具有小口径开孔116，例如智能手机，所述光学传感器封装组件100通过位于其上方的小口径开孔116进行环境光感测和距离侦测。需要强调的是，为实现对环境光亮度的感测和对物体接近程度的感测，所述光学传感器封装组件100的发光元件112自发光源的出射路径范围117，以及所述环境光传感器105的环境光感测范围118，均在所述小孔径开孔116所限制的区域内。其中，为了更加清晰地示出本发明第四实施例的电子设备的使用状态，在图9b中只示意性的绘出了部分主要器件。

在实际应用时，当物体13接近位于所述光学传感器封装组件100上方的小口径开孔116时，发光元件112的自发光源，例如自发光11经由所述小口径开孔116射到物体13表面，经反射得到的反射光12同样通过所述小口径开口116射到接近传感器106，其中，所述自发光11和反射光12之间的夹角即为发光元件112和接近传感器106之间的接近感测角。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。