光学传感器装置、设备和光学传感器装置的制造方法制造方法及图纸

一种制造光学传感器装置的方法，其包括以下步骤：设置具有表面(11)的衬底(10)，并且设置集成电路(20)，该集成电路包括被设置用于检测期望的波长范围的光的光学检测器(21)。集成电路(20)和光发射器(30)安装到表面(11)上，其中，所述光发射器(30)被设置用于发射期望的波长范围内的光。所述集成电路(20)和光发射器(30)彼此电连接，并且电连接到衬底(10)。通过沿着所述集成电路(20)的轮廓(24)分配第一光学不透明材料来在光学检测器(21)与光发射器(30)之间形成光屏障(40)。通过用光学透明材料至少部分地封装衬底(10)、集成电路(20)和光发射器(30)来形成模层(50)。由第二光学不透明材料制成的壳体(60)安装在光屏障(40)上，并且由此包围壳体(60)与模层(50)之间的中空空间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学传感器装置、设备和光学传感器装置的制造方法本专利技术涉及一种制造光学传感器装置的方法、一种光学传感器装置、以及一种包括该光学传感器装置的设备。例如，该设备包括被设置为接近传感器模块或被设置为飞行时间传感器模块的光学传感器装置。诸如移动电话、平板电脑、显示器和便携式计算机之类的电子设备包括越来越多的传感器，诸如接近传感器、飞行时间传感器、环境光传感器、颜色传感器或手势传感器。传感器封装被专门设计用于容纳一个或更多个光传感器，以及用于设置高度复杂的传感器模块。根据传感器部件的应用和数量，光学传感器封装能够是非常复杂的，并因此制造成本很高。对于依赖于其光学封装中内置的专用光学设计的接近传感器和飞行时间传感器来说，尤其如此。例如，基于直接飞行时间TOF传感器的距离测量的方法是测量两个事件之间的持续时间，诸如当一系列光脉冲离开测距仪时，被外部物体反射并当所述外部物体最终被TOF传感器接收时。这两个事件(即发射和检测)之间的持续时间与外部物体的距离成正比。明显地，距离测量的精度与时间测量的精度成正比。提高准确性的常用方法是在发射器和接收器之间设置光学参考路径，而不依赖于电子信号来启动计时器。在最先进的集成系统中，垂直腔面发射激光器VCSEL用作发射器，并且集成在单个晶片上的两个单光子雪崩二极管SPAD阵列用作测量信号和参考信号的检测器。为了区分参考信号和测量信号，所述两个SPAD阵列被光学隔离。因此，一个阵列仅接收来自外部目标的信号，并且另一个阵列仅检测直接来自VCSEL的信号。当前的封装解决方案通常依赖于测量SPAD阵列与参考SPAD阵列之间的光学光屏障。这种屏障尤其难以制造，因为它通常需要在覆盖晶片的边缘的不平坦的表面上进行光学防漏密封。已经尝试使用粘粘到衬底的框架和屏障。透镜可以集成在罩盖中。然而，由于大量的单独部件，这种结构制造起来相当复杂，因此很昂贵。目的是提供一种光学传感器装置、一种设备和一种制造光学传感器装置的方法，其提供一种能够更有效地制造的光学传感器装置的封装解决方案。这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。应当理解，除非明确描述为替代，在下文中描述的关于任何一个实施例的任何特征可以单独使用，或者与在下文中描述的其他特征组合使用，并且也可以与任何其他实施例的一个或更多个特征、或者任何其他实施例的任何组合进行组合使用。此外，在不脱离如所附权利要求所限定的光学传感器装置、设备和制造光学传感器装置的方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等效物和修改。制造光学传感器装置的方法包括以下步骤。首先，设置具有表面的衬底，该衬底可以是主表面。此外，还设置了集成电路。例如，集成电路包括光学检测器，例如主光学检测器或第一光学检测器，该光学检测器可操作以检测一波长范围(例如期望的波长范围)内的光。集成电路和光发射器被安装到表面上。光发射器可操作以发射波长范围内的光。然后，集成电路和光发射器彼此电连接，并且连接到衬底。光屏障形成在第一光学检测器与光发射器之间。形成光屏障包含沿着集成电路的轮廓分配第一光学不透明材料。然后，通过用光学透明材料封装衬底、集成电路和光发射器来形成模层。最后，壳体安装在光屏障上，并由此包围壳体与模层之间的中空空间。壳体由第二光学不透明材料制成，即其在期望的波长范围内不透明。例如，光学传感器装置能够被设计为接近传感器或飞行时间传感器。集成电路包括用于接近度或飞行时间测量的必要传感器部件。通常，集成电路已经预先制造。所述至少一个光发射器被配置为在期望的波长范围内发射，该期望的波长范围可以包含诸如单个激光发射线的单波长、多波长或连续波长范围内的可见光。然而，期望的波长范围也可以位于红外或UV光谱中。所提出的工艺步骤的组合可以产生成本有效的解决方案。例如，集成的传感器以及光发射器(诸如VCSEL激光器)能够被光学透明材料(例如模制化合物)完全覆盖和密封。模层能够是平坦的或任意形状的，例如用于引导光或创建透镜，以聚焦或去聚焦进出封装的光。用于模层和光屏障的材料能够直接应用在集成电路上。这使得能够使用传递模制设备和化合物，这可以比注射模制具有显著的成本优势。光学化合物的传递模制是光学传感器封装中的一种生产技术。例如，集成电路和光发射器(例如VCSEL)由模制化合物封装，其保护这些部件免受环境暴露并且提高整体的可靠性。根据产品规格，该封装可以具有透镜或平坦的表面，即使用相同的硅检测器，能够通过改变封装来启用或禁用不同的功能，诸如单区与多区检测。例如，由于壳体连接到光屏障，但是其包围了壳体与模层之间的中空空间，因此创建了允许将壳体与模层机械解耦的间隙。这可以导致减小的热机械应力和光学传感器装置的提高的可靠性。同时，光屏障和壳体将第一光学检测器和光发射器彼此光学隔离，这减少了发射与检测之间的串扰。在一些实施例中，光发射器包括多个光发射器，例如多个LED，其中，多个发射器的不同发射器被配置成发射相同或不同波长的光。单独的发射器能够针对接近检测器和/或飞行时间检测器中的不同范围进行优化，并且因此允许了单区与多区检测。在至少一个实施例中，光检测器包括单像素光电二极管、诸如光电二极管阵列的多像素光电二极管或者带有附接的一个或更多个滤波器的多像素光电二极管。替代地或另外，单个单光子雪崩二极管SPAD或SPAD阵列也能够用于光检测器。光检测器的数量可以提高检测精度，例如，在飞行时间应用中，一个检测事件能够归于一个特定光检测器。SPAD对光(以及IR、UV)的高灵敏度可以进一步提高检测精度。通常，接近和飞行时间应用可以受到低光强度或低信噪比的影响。因此，高灵敏度可以转化为更高的精确度。在至少一个实施例中，集成电路设置有第二光学检测器，例如参考光学检测器。第二光学检测器设置在位于集成电路之上或之中在第一光学检测器旁边。然后，通过沿着集成电路的轮廓分配第一光学不透明材料来在第一光学检测器与第二光学检测器之间形成光屏障。该设计允许了飞行时间应用。因此，所提出的方法是非常灵活的，并且允许光学封装容易地适合于各种应用。在各种实施例中，光发射器包括激光二极管、表面发射激光器、垂直腔表面发射激光器、红外光发射光电二极管和/或可见光发射光电二极管。通常，光传输器连接到集成电路，并且可以不集成在集成电路中。因此，发射器能够从多种选择中选择，这可能会影响信噪比，例如在低光条件下。例如，激光二极管或表面发射激光器以相对紧凑且成本有效的设计提供了相当高的发射强度。在至少一个实施例中，第一不透明材料包括在期望的波长范围内至少部分不透明的模制化合物或灌封化合物。第二不透明材料包括在期望的波长范围内至少部分不透明的模制化合物。光学透明材料包括在期望的波长范围内至少部分透明的模制化合物。模制和灌封化合物能够在模制或铸造工艺中处理。这些工艺在实施光屏障、模层和壳体时允许了高自由度。这样，可以例如通过在模层中创建倾斜或平坦部分来引导光进出封装，或者通过分别为光发射器和/或检测器创建专用光学器件来使封装的光学特性适应其预期应用。在至少一个实施例中，第一不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学传感器装置，其包括：/n-衬底(10)，其具有表面(11)/n-集成电路(20)，其包括可操作以检测一波长范围的光的第一光学检测器(21)，其中，所述集成电路(20)和光发射器(30)安装到所述表面(11)上，所述光发射器(30)可操作以发射所述波长范围内的光，并且其中，所述集成电路(20)和光发射器(30)彼此电连接，并且电连接到所述衬底(10)，/n-光屏障(40)，其形成在所述第一光学检测器(21)与光发射器(30)之间，并且包括沿着所述集成电路(20)的轮廓(24)设置的第一光学不透明材料，/n-模层(50)，其用光学透明材料封装所述集成电路(20)、所述光发射器(30)，以及所述衬底(10)的至少一部分，以及/n-壳体(60)，其安装到由第二光学不透明材料制成的所述光屏障(40)，并且包围所述壳体(60)与模层(50)之间的中空空间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180904 EP 18192541.31.一种光学传感器装置，其包括：
-衬底(10)，其具有表面(11)
-集成电路(20)，其包括可操作以检测一波长范围的光的第一光学检测器(21)，其中，所述集成电路(20)和光发射器(30)安装到所述表面(11)上，所述光发射器(30)可操作以发射所述波长范围内的光，并且其中，所述集成电路(20)和光发射器(30)彼此电连接，并且电连接到所述衬底(10)，
-光屏障(40)，其形成在所述第一光学检测器(21)与光发射器(30)之间，并且包括沿着所述集成电路(20)的轮廓(24)设置的第一光学不透明材料，
-模层(50)，其用光学透明材料封装所述集成电路(20)、所述光发射器(30)，以及所述衬底(10)的至少一部分，以及
-壳体(60)，其安装到由第二光学不透明材料制成的所述光屏障(40)，并且包围所述壳体(60)与模层(50)之间的中空空间。


2.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其中，
-所述集成电路(20)包括第二光学检测器(22)，所述第二光学检测器设置在位于集成电路(20)之上或之中的第一光学检测器(21)旁边，并且
-所述光屏障(40)沿着集成电路(20)的轮廓(24)位于第一光学检测器与第二光学检测器(21、22)之间。


3.根据权利要求1或2所述的光学传感器装置，其中，所述中空空间包括壳体(60)与模层(50)之间的至少一个间隙(63)。


4.根据权利要求3所述的光学传感器装置，其中，所述间隙(63)至少部分地填充有填充材料。


5.根据权利要求1至4之一所述的光学传感器装置，其中，所述壳体(60)包括：
-具有壁(68)的不透明材料的连续主体，其中，所述壁(68)接触表面(11)，
-内表面(65)，其通过凸起(64)被分成两个部分，其中，所述凸起(64)接触光屏障(40)。


6.根据权利要求1至5之一所述的光学传感器装置，其中，
-所述模层(50)包括横跨所述轮廓(24)切入到模层(50)中的切口(51)，以使得所述光屏障(40)的表面(44)从第一光学不透明材料显露，并且
-所述凸起(64)延伸到切口(51)中并且接触所述表面(44)，其中，所述壳体(60)安装在光屏障(40)上。


7.根据权利要求1至6之一所述的光学传感器装置，其中，所述衬底(10)包括在主表面(11)上包围集成电路(20)的边界区域(12)，并且所述壳体(60)安装到边界区域(12)。


8.根据权利要求1至7之一所述的光学传感器装置，其中，
-所述模层(50)包括在第一光学检测器(21)之上的第一透镜(54)和/或在光发射器(30)之上的第二透镜(55)，其中，所述透镜设置在光学透明材料中，并且
-所...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德·埃齐梅尔，克劳斯·施密德格，詹姆斯·艾勒特森，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT