专利名称：小、薄型的光学近距离传感器的制作方法
小、薄型的光学近距离传感器
背景技术：
近距离传感器(proximity sensor)是能够在无物理接触的情况下检测是否存在附近物体的传感器。近距离传感器通常发射电磁波或静电场，或者电磁辐射波束(例如，红外)并搜寻场的变化或返回信号。被感测的物体通常称为近距离传感器的目标。不同的近距离传感器对象需要不同的传感器。例如，电容或光电传感器可以用于塑料对象，电感近距离传感器可以适于金属对象。通常，近距离传感器包括发射器和接收器。当对象被置于近距离传感器的范围内时，对象将从发射器发射的电磁能量(例如，光)反射到接收器。接收器然后发送表示对象存在于范围内的信号。近距离传感器可以用于许多用途。例如，近距离传感器通常用于水龙头以当人的手部位于龙头附近时自动地打开水。在另一示例中，近距离传感器可以用于在测量轴与其支撑轴承之间距离的波动得到情况下监视机器振动。近距离传感器在监视振动方面的用途在大型蒸汽涡轮、压缩机和电动机中较普遍。随着自动设备变得小型化，近距离传感器的封装尺寸也需要变得更小。此外，为了具有竞争力，制造近距离传感器的成本也应该降低。一种用于降低制造近距离传感器的成本的方法是减少为制造近距离传感器所需的步骤数量。
图1是近距离传感器封装的实施例的示意图。图2是近距离传感器封装的实施例的示意图。图3是具有IC(集成电路)的近距离传感器的实施例的示意图。图4A是根据本发明的示例实施例的引线框的立体图，其具有粘接到引线框的底部的第一材料。图4B是根据本发明的示例实施例的引线框的立体图，其具有粘接到引线框的底部的第一材料、以及安装到引线框的顶部的红外光电二极管和IC。图4C是根据本发明的示例实施例的引线框的俯视图，其具有粘接到引线框的底部的第一材料、以及安装到引线框的顶部的红外LED、红外光电二极管和IC，并还具有接合导线。图4D是根据本发明的示例实施例的引线框的立体图，其具有粘接到引线框的底部的第一材料、被第一透明密封件覆盖的红外检测器和IC、以及被第二透明密封件覆盖的红外LED。图4E是根据本发明的示例实施例的引线框的俯视图，其具有被第一透明密封件覆盖的光电二极管和IC、被带有第二光学透镜的第二透明密封件覆盖的红外LED。图4F是根据本发明的示例实施例的引线框的俯视图，其具有粘接到引线框的底部的一部分的第二材料、被第一透明密封件覆盖的红外光电检测器和IC、被第二透明密封件覆盖的红外LED。
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图4G是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装的立体图。图4H是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装的仰视图。图41是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装的俯视图。图5A是根据本发明的示例实施例的面板引线框的俯视图，其具有粘接到面板引线框的底部的第一材料。图5B是根据本发明的示例实施例的面板引线框的俯视图，其具有被第一透明密封件覆盖的红外光电二极管和ic，以及被第二透明密封件覆盖的红外LED。图5C是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装的阵列的俯视图。图6是图示制造近距离传感器封装的方法的流程图。
具体实施例方式附图和说明总体上揭示了近距离传感器封装，其包括引线框、发送器管芯、接收器管芯、以及 ASIC(专用集成电路，application specific integrated circuit)管芯。对于光透明的第一密封体覆盖接收器管芯、ASIC管芯和引线框的第一部分。同样对于光透明的第二密封体覆盖发射器管芯和引线框的第二部分。对于光不透明的密封体覆盖第一透明密封体的一部分、第二透明密封体的一部分和引线框的第三部分。不透明密封体削弱电磁辐射在发射器与接收器之间的传输。因为不透明密封体削弱了电磁辐射在发射器与接收器之间的传输，所以减少了发射器与接收器之间的串扰。发射器与接收器之间串扰的减少将在下文更详细解释。在详细说明中，对形成本文一部分的附图进行参照，在附图中示出了本发明可以实现的特定实施例。对此，方向术语，例如“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“前方”、“后方”、“侧”、 “前”、“后”等是针对图所描述的方向进行使用。因为本发明的各种实施例的部件可以多种不同的方位来定位，所以方向术语仅用于解释而非限制。应该理解可以利用其他实施例，并且可以在不偏离本发明的范围的情况下进行结构或逻辑变化。因此，以下详细说明不应该认为是限制的意味，并且本发明的范围由所附权利要求界定。图1是近距离传感器封装100的实施例的示意图。在此实施例中，发射器是LED 110，并且接收器是光电二极管108。接收器也可以是例如PIN(P型半导体区域)二极管或光电晶体管。LED 110和光电二极管108安装至衬底102。第一光学透镜114和第一透明密封体106形成在LED 110以上。第二光学透镜112和第二透明密封体104形成在光电二极管108以上。出于解释的目的，物体120位于近距离传感器封装100上方。当LED 110受到正偏压时，电流流过LED 110。在本实施例中电流流过LED 110使得LED 110如射线116和118所示发出电磁辐射。射线116辐射通过第一透明密封体106 并通过第一光学透镜114。射线116在离开第一光学透镜114之后被物体120反射，通过第二光学透镜112和第二透明密封体104，进入光电二极管108。射线118行进分别通过第一透明密封体106和第二透明密封体104，入射光电二极管108。光电二极管108将入射的电磁辐射转换为电流。可以对该电流进行检测。检测到的电流量与入射光电二极管108的电磁辐射量成比例。检测到的电流量可以用于确定物体 120与近距离传感器封装100之间的距离。理想地，在去掉背景辐射的情况下应该仅被物体 120反射的来自LED 110的电磁波被转换为电流。但是，其他电磁辐射(例如，射线118)会被转换为电流。入射光电二极管108的来自LED 110的电磁辐射如果不是从物体120反射的，则可以被视为串扰。串扰干扰对从物体120至近距离传感器封装100的距离dl的确定。为了允许近距离传感器封装100更精确地工作，串扰应该最小化。图2是近距离传感器封装200的第二实施例的示意图。在第二实施例中，LED 110 和光电二极管108安装至衬底102。遮蔽构件14和第一透明密封体106形成在LED 110以上。第二光学透镜112和第二透明密封体104形成在光电二极管108以上。对于光不透明的密封件202分别形成在第一透明密封体106和第二透明密封体 104以上，以及衬底102的一部分以上。此外，不透明202分别覆盖第一光学透镜114和第二光学透镜112的一部分。但是，在此实施例中，不透明密封件202不覆盖光学透镜112和 114各自的整个穹顶部分204和206。在此第二实施例中，不透明密封件202削减电磁辐射。 出于解释目的，物体120位于近距离传感器封装200上方。当LED 110被正偏压时，电流流过LED 110。在本实施例中电流流过LED 110使得 LED 110如射线116和118所示发出电磁辐射。射线116辐射通过第一透明密封体106并通过第一光学透镜114。射线116在离开第一光学透镜114之后被物体120反射，通过第二光学透镜112和第二透明密封体104，进入光电二极管108。光电二极管108将入射的电磁辐射转换为电流。可以对该电流进行检测。检测到的电流量与入射光电二极管108的电磁辐射量成比例。检测到的电流量可以用于确定物体 120与近距离传感器封装200之间的距离。在此实施例中，射线118进行通过第一透明密封体106。当射线入射不透明密封件202时，射线118被削弱。因为射线118被不透明密封件 202削弱，所以减少了串扰。减少串扰使得近距离传感器封装200更精确地工作。图3是具有IC(集成电路)302的近距离传感器300的实施例的示意图。在此实施例中，LED 308在节点304处连接至IC 302。在此实施例中，组织牵开器血氧计 310在节点306处连接至IC 302。来自LED 308的电磁辐射312从物体(未示出)反射到光电二极管310中。在此实施例中，IC 302包括发射器驱动器和信号调节器的功能。但是，可以包含其他电子功能，例如信号放大、阳光和环境光去除、以及发射器高保护 (transmitter-stuck-high protection)0图4A是根据本发明的示例实施例的引线框400的立体图，其具有粘接到引线框 400的底部的第一材料402。在此实施例中，第一材料402安装至引线框400的底部。在此示例中，第一材料是聚酰亚胺胶带(kapton tape)。但是，可以使用其他材料。在此实施例中，引线框400是四方扁平无引线封装(QFN)引线框。引线框400包括接合垫盘404-422。 如下文解释的，接合导线可以安装至接合垫盘404-422。图4B是根据本发明的示例实施例的引线框400的立体图，其具有粘接到引线框 400的底部的第一材料402，以及安装到引线框400的顶部的红外LED 460、红外光电二极管 458和IC 302。在此示例中，红外LED 460安装至引线框400的顶部的第一部分。此外，在此示例中，ASIC 302安装至引线框400的顶部的第二部分。此外，在此示例中，红外光电二极管458安装至引线框400的第三部分。图4C是根据本发明的示例实施例的引线框400的俯视图，其具有粘接到引线框 400的底部的第一材料402，以及安装至引线框400的顶部的红外LED 460、红外光电二极管458、以及IC 302，并还具有接合导线424-422。在此示例中使用的红外LED 460是由TYNTEK 制造的型号为TK114IRA的LED。在此示例中使用的红外光电二极管458是由TYNTEK制造的型号为TK043PD的红外光电二极管。在此示例中，接合导线似4连接至红外光电二极管458和接合垫盘404。接合垫盘 404为红外光电二极管458和ASIC 302提供了电力。接合导线似6连接至ASIC 302和接合垫盘404。接合导线422连接至红外LED 460和ASIC 302。其余接合导线和接合垫盘用于对红外近距离传感器封装内部和红外近距离传感器封装外部连接信号。图4D是根据本发明的示例实施例的引线框400的立体图，其具有粘接到引线框 400的底部的第一材料402，以及被第一透明密封件444覆盖的红外光电二极管458和IC 302，被第二透明密封件446覆盖的红外LED 460。在此示例中，第一透明密封件444和第二透明密封件446对于红外光是透明的。利用与用于形成第一透明密封件444和第二透明密封件446相同的透明化合物来形成第一光学透镜448。例如，可以使用的透明化合物是由 Nitto Denko制造的，型号为NT8506。但是，可以使用其他透明化合物，例如透明环氧树脂。 第一光学透镜448位于红外光电二极管458(未示出)以上。使用与用于形成第一透明密封件444和第二透明密封件446相同的透明材料来形成第二光学透镜450。第二光学透镜 450位于红外LED 460(未示出)以上。使用第一模制处理来同时第一透明密封件444、第二透明密封件446、第一光学透镜448和第二光学透镜450。例如，第一模制处理可以使用注模成型。但是可以使用其他模制处理，例如压力下的转移模制。引线框400的一部分可以一体地模制到第一透明密封件 444中。引线框400的另一部分可以一体地模制到第二透明密封件446中。图4E是根据本发明的示例实施例的引线框400的俯视图，其具有被第一透明密封件444覆盖的红外光电二极管和IC，以及被第二透明密封件446覆盖的红外LED。在图4E 中，已经从引线框400的底部去除了第一材料402。在此示例中，第一材料402是聚酰亚胺胶带(kapton tape)。但是，可以使用其他材料。图4F是引线框400的俯视图，其具有被第一透明密封件444覆盖的红外光电二极管和ic，以及被带有第二光学透镜450的第二透明密封件446覆盖的红外LED。此外，根据本发明的示例实施例，第二材料452安装至引线框400的底部。第二材料452覆盖引线框 400的几乎整个底部。使用胶带机来施加第二材料452。但是，可以使用其他方法来施加第二材料452。在此示例中，第二材料452是聚酰亚胺胶带(kapton tape)。但是，可以使用其他材料。图4G是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装454的立体图。在图 4G中，已经在第一透明密封件444、第二透明密封件446以及引线框的一些部分以上形成了不透明密封件456。引线框400的一部分可一体地模制到不透明密封件456中。在此示例中，光学透镜448的顶部和光学透镜450的顶部未被不透明密封件456覆盖。光学透镜450 的顶部为被不透明密封件456覆盖，从而允许被红外LED 460发射的红外辐射向对象物体传输。光学透镜448的顶部未被不透明密封件456覆盖，从而允许从物体反射的红外辐射入射如图41所示的红外光电二极管458。当形成不透明密封件时，形成将光学透镜448和 450暴露的孔449和451。例如，可以用于形成不透明密封件456的不透明化合物由Nitto Denko制造，信号为NT8570。但是，可以使用其他不透明化合物，例如黑色环氧树脂。在此示例中，不透明化合物削弱了在700-1200纳米的频率范围(红外)内的电磁辐射。在此示例中，可以使用压力下的转移模制。但是可以使用其他类型的模制，例如注模成型。在形成不透明密封件456 之后，从引线框400去除第二材料452。通常使用去胶带机来去除第二材料452。但是，可以使用其他方法来去除第二材料452。图4H是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装454的仰视图。在图 4H中，可以看到接合垫盘404-422。接合垫盘404-422用于进行对各种电气装置的电连接。 这些电气装置包括个人数字助理、移动电话、便携装置、手持装置、个人计算机、笔记本计算机、相机、游戏机、自动售货机、非接触式开关、工业机器、以及自动干手器。在本发明的实施例中，红外近距离传感器封装454的物理尺寸为如图4G和4H所示的hi、11和Wl。在红外近距离传感器封装454的一个示例中，高度hi不大于1. 0毫米， 宽度《1不大于2. 5毫米，并且长度11不大于3. 9毫米。这些尺寸使得其非常易于将此红外近距离传感器封装妨4包含在上述装置之一中。图41是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装454的俯视图。从图 41所示的俯视图，可看到红外LED 460和红外光电二极管458。此外，可看到第一光学透镜 448和第二光学透镜450。图5A是根据本发明的示例实施例的面板引线框502的俯视图，其具有粘接到面板引线框502的底部的第一材料503、505和507。在此示例中，面板引线框502包含3 X 3的引线框阵列。在此示例中，可以使用如图4A-4I所述的相同处理来同时制造九个红外近距离封装。但是，可以使用更小或更大的面板引线框。图5B是根据本发明的示例实施例的面板引线框502的俯视图，其具有被第一透明密封件504-520覆盖的红外光电二极管和IC，以及被第二透明密封件522-538覆盖的红外 LED。使用第一模制处理同时地形成第一透明密封件504-520、第二透明密封件522-538、第一光学透镜M0-556、以及第二光学透镜558-574。第一模制处理可以使用注模成型。但是， 可以使用其他模制处理，例如压力下的转移模制。面板引线框502的一些部分可一体地模制到第一透明密封件504-520中。面板引线框502的其他部分可一体地模制到第二透明密封件522-538中。图5C是根据本发明的示例实施例的红外近距离传感器封装582的整列的俯视图。 在图5C中，已经在第一透明密封件504-520、第二透明密封件522-538、以及面板引线框502 的一些部分以上形成不透明密封件580。面板引线框502的一些部分可一体地模制到不透明密封件580中。在此示例中，光学透镜M0-556的顶部和光学透镜558-574的顶部未被不透明密封件580覆盖。在不透明密封件580已经形成并使得其固化之后，红外近距离传感器封装582的阵列可以被分离为各个如图4G所示的红外近距离传感器。图6是示出制造近距离传感器封装的方法的实施例的流程图。在步骤602期间， 提供引线框。在步骤602之后，将第一材料安装至引线框的底部的一部分，这是步骤604。 在步骤606期间，将接收器管芯、发射器管芯以及ASIC管芯安装至引线框。在步骤606之后，将接收器管芯、发射器管芯以及ASIC管芯电耦合至引线框，这是步骤608。在步骤610 期间，将第一透明密封件形成在接收器管芯和ASIC管芯以上，并将第二透明密封件形成在发射器管芯以上。
在步骤610之后，从引线框的背侧去除第一材料，这是步骤612。在去除了第一材料之后，将第二材料安装至引线框的基本整个底部，这是步骤614。在步骤616期间，将不透明密封件形成在第一透明密封件、第二透明密封件以及引线框的顶部的一部分以上。出于解释和说明的目的进行了前述说明。这并不意图是穷举性的或将本发明限制于刚好所公开的形式，并且在以上教导的情况下其他修改和变更是可行的。为了最佳地解释可应用的原理及其实际应用而选择并解释了示例实施例，以由此使得本领域的技术人员最佳地利用适于预期特定应用的各种实施例和各种修改方案。意在将所附权利要求构造包含除了在现有技术范围内实施例以外的各种可选实施例。
权利要求
1.一种近距离传感器封装，包括 发射器管芯；接收器管芯；ASIC(专用集成电路)管芯；引线框，其中所述发射器管芯布置在所述引线框的第一部分上，所述接收器管芯布置在所述引线框的第二部分上，并且所述ASIC管芯布置在所述引线框的第三部分上；第一透明密封件，其中所述第一透明密封件覆盖所述接收器管芯、所述ASIC管芯以及所述引线框的第四部分；第二透明密封件，其中所述第二透明密封件覆盖所述发射器管芯以及所述引线框的第五部分；不透明密封件，其中所述不透明密封件覆盖所述第一透明密封件的一部分、所述第二透明密封件的一部分以及所述引线框的第六部分。
2.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述第一透明密封件和所述第二透明密封件包括环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述第一透明密封件还包括位于所述接收器管芯以上的第一光学透镜。
4.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述第二透明密封件还包括位于所述发射器管芯以上的第二光学透镜。
5.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述不透明密封件包括黑色环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，还包括第一组接合导线，其中所述第一组接合导线电连接至所述接收器管芯、所述ASIC管芯和所述引线框；第二组接合导线，其中所述第二组接合导线电连接至所述发射器管芯和所述引线框； 其中所述第一组接合导线被所述第一密封件覆盖； 其中所述第二组接合导线被所述第二密封件覆盖。
7.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述ASIC管芯包括 至少一个发射器驱动器；至少一个信号调节器； 至少一个信号放大器；以及至少一个发射器高保护电路；其中，所述ASIC管芯可操作地耦合至所述发射器管芯和所述接收器管芯。
8.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述发射器管芯包括LED。
9.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述接收器管芯从由PIN二极管、 光电二极管和光电晶体管组成的群组中选择。
10.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述引线框是四方扁平封装无引线(QFN)引线框。
11.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述引线框的至少第四部分可一体地模制到所述第一透明密封件中。
12.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述引线框的至少第五部分可一体地模制到所述第二透明密封件中。
13.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述引线框的至少第六部分可一体地模制所述不透明密封件中。
14.根据权利要求1所述的近距离传感器封装，其中，所述传感器封装被结合到从以下电子装置组成的群组中所选择的电子装置个人数字助理、移动电话、便携装置、手持装置、 个人计算机、笔记本计算机、相机、电子游戏机、自动售货机、非接触式开关、工业机器、以及自动干手器。
15.根据权利要求14所述的近距离传感器封装，其中，所述封装的高度不大于1.0毫米，所述封装的长度不大于3. 9毫米，且所述封装的宽度不大于2. 5毫米。
16.一种制造近距离传感器封装的方法，包括以下步骤提供引线框，所述引线框具有顶部和底部，其中第一材料被安装至所述引线框的所述底部的第一部分；将接收器管芯安装至所述引线框的所述顶部的第一部分； 将发射器管芯安装至所述引线框的所述顶部的第二部分； 将ASIC管芯安装至所述引线框的所述顶部的第三部分； 将所述接收器管芯、所述发射器管芯和所述ASIC管芯电耦合至所述引线框； 同时地形成位于所述接收器管芯、所述ASIC管芯以及所述引线框的所述底部的第四部分以上的第一透明密封件和位于所述发射器管芯和所述引线框的所述顶部的第五部分以上的第二透明密封件；去除安装至所述引线框的所述底部的所述第一部分的所述第一材料； 将第二材料安装至所述引线框的基本整个底部；在所述第一透明密封件的一部分、所述第二透明密封件的一部分以及所述引线框的所述顶部的第六部分以上形成不透明密封件。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在形成所述第一密封件的同时形成位于所述接收器管芯以上的第一光学透镜。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括在形成所述第二密封件的同时形成位于所述发射器管芯以上的第二光学透镜。
19.一种红外近距离传感器封装，包括 红外发射器管芯；红外接收器管芯；ASIC(专用集成电路)管芯；引线框，其中所述红外发射器管芯布置在所述引线框的第一部分上，所述红外接收器管芯布置在所述引线框的第二部分上，并且所述ASIC管芯布置在所述引线框的第三部分上；第一组接合导线，其中所述第一组接合导线电连接至所述红外接收器管芯、所述红外 ASIC管芯和所述引线框；第二组接合导线，其中所述第二组接合导线电连接至所述红外发射器管芯和所述引线框；包括第一光学透镜的第一透明密封件，其中所述第一透明密封件覆盖所述红外接收器管芯、所述ASIC管芯、所述第一组接合导线以及所述引线框的第四部分； 其中所述第一光学透镜位于所述红外接收器管芯上方；包括第二光学透镜的第二透明密封件，其中所述第二透明密封件覆盖所述红外发射器管芯以及所述引线框的第五部分；其中所述第二光学透镜位于所述红外发射器管芯上方；不透明密封件，其中所述不透明密封件覆盖所述第一透明密封件的一部分、所述第二透明密封件的一部分以及所述引线框的第六部分。
20.根据权利要求19所述的红外近距离传感器封装，其中，所述不透明密封件至少部分地阻挡范围在700nm与IlOOnm之间的波带内的电磁辐射。
全文摘要
本发明涉及小、薄型的光学近距离传感器。在一个实施例中，本发明提供了一种近距离传感器封装，包括发射器管芯、接收器管芯、ASIC管芯、引线框、接合导线、第一透明密封件、第二透明密封件和不透明密封件。发射器管芯、接收器管芯和ASIC管芯安装至引线框的一些部分。接合导线将发射器管芯、接收器管芯、ASIC管芯和引线框电连接。第一透明密封件覆盖接收器管芯、ASIC管芯、接合导线、以及引线框的一部分。第二透明密封件覆盖发射器管芯、接合导线、以及所述引线框的一部分。不透明密封件覆盖第一和第二透明密封件的一部分以及引线框的一部分。
文档编号G01V8/12GK102364358SQ20111015834
公开日2012年2月29日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月8日
发明者兰尼·萨拉万南, 姚雨峰, 欧池本 申请人:安华高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司