[发明专利]光学距离感测装置及其组装方法

说明书

技术领域

本发明系有关于一种光学距离感测装置及其组装方法，尤其是与将多个经半导体封装的晶片再进行板级组装的光学距离感测装置及其组装方法相关。

背景技术

光电装置的应用相当广泛，其中光学感测在许多自动化机械、产业机械、半导体设备、工具机等，是不可缺少的角色的一，举例来说，接近感测(proximity sensing)透过两个光学元件，一个发光元件，如发光二极体(LED)及一个感光元件，以感光元件撷取与处理来自发光元件的光讯号来达成侦测物体是否存在，以便让控制器了解目前机构的有无、物体的位置或通过数量等。详细地说，发光元件，如：红外线发光二极体发射一束红外线讯号，在侦测范围内若有物体接近，部份红外线讯号射至物体时，则会进行反射，此时感光元件，如：红外线感光元件即可侦测到反射的红外线讯号。透过讯号调节、类比数位转换及其他处理制程后，微处理器或微控制器可应用数位化讯号进行后续处理。

在此提出目前常见的几种组装结构。首先，如图1所示，传统的光学距离感测装置1是由一发光单元40及一感光单元50组成。与一般电子晶片相似的，发光元件42与感光元件52从晶圆上切割为晶粒之后，亦需要经由半导体封装制程装载于基板41、51上以增加其机械性强度、藉由金线制程以金线44、54建构出电源连接关系及讯号输出/输入连接通道、并将发光元件42与感光元件52密封于透明物质43、53中而维持其与水气、空气的阻隔性，如此以形成发光单元40及感光单元50。之后，再经板级组装将发光单元40及感光单元50装设于印刷电路板10上、以焊接物质41、51与印刷电路板10电性连接，而构成光学距离感测装置1。然而，由于发光单元40及感光单元50之间并未有任何遮蔽元件，发光单元40所发出来的光讯号在无需通过穿射出保护盖30、经物体20反射回感光单元50的路径(以实线箭头表示)，就可从侧向直接射入感光单元50或在保护盖30上以大角度反射进入感光单元50(以虚线箭头表示)。如此会因误读或背景杂讯过大，造成误判有物体靠近，并不是可靠的设计。

为了改善前述图1的缺点，目前常见的作法是在印刷电路板10与保护盖30之间装设一遮光橡胶60，如图2显示的光学距离感测装置2及图3显示的光学距离感测装置3。图2与图3的差异仅在于图2的发光单元40及感光单元50是直接装设在印刷电路板10上，图3的发光单元40及感光单元50是装设在一软性印刷电路板13上，软性印刷电路板13再透过一连接单元14以装设在印刷电路板10上。然而，无论是图2或图3的架构，遮光橡胶60都是在发光单元40及感光单元50之间及其外侧直接与印刷电路板10与保护盖30连接，以防止光讯号从发光单元40及感光单元50之间通过而射入感光单元50或以大角度在保护盖30上反射而进入感光单元50。可是由于遮光橡胶60的组立制程只能以人工进行，无法与目前的工业机器整合，而面临到组装不易、耗费时间与成本过高的问题。

因此，业界又提出可改善前述问题的架构，如图4显示的光学距离感测装置4，将一发光元件72及一感光元件73以多晶式半导体封装的方式，装设于基板71上。与单晶式半导体封装类似地，在此亦藉由金线制程以金线74建构出电源连接关系及讯号输出/输入连接通道，之后将发光元件72与感光元件72密封于透明物质77中而维持其与水气、空气的阻隔性。然而，在金线制程之后，这里的光学距离感测装置4更装设一遮光盖75与基板71直接连接。遮光盖75上形成两个开口76，使得发光元件72发出的光讯号可从一开口76射出并从另一开口76进入感光元件73，遮光盖75可遮蔽从发光元件72及感光元件73之间或外侧来的光讯号。之后，以表面粘着技术(Surface mount technology)将多晶式光学距离感测单元70装设于印刷电路板10上，透过焊接材料17与印刷电路板10电性连接。

若是要将从保护盖30上反射的光讯号亦一同遮蔽，吾人需改以图5显示的光学距离感测装置5架构进行组装。图5与图4相较，乃是在遮光盖75上多增加一遮光橡胶61。但是可想而知，如此仍会因遮光橡胶60的组立制程只能以人工进行，无法与目前的工业机器整合，而面临到组装不易、耗费时间与成本过高的问题。

因此，如何在进行光学距离感测装置组装时，同时顾及光学特性、成本及制作复杂度实乃亟需研究的课题。

发明内容

本发明的一目的系在提供一种光学距离感测装置及其组装方法，透过在半导体封装时即装设于感光单元中的不透明上盖，遮蔽光杂讯以维持良好的讯号品质。