一種光學芯片的集成結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光學芯片的集成結構，LED芯片包括設置在光學傳感器上的襯底，所述襯底具有位于不同平面內的第一表面、第二表面，以及從第一表面邊緣傾斜延伸至第二表面上的多個傾斜面；在所述該多個傾斜面上設置有作為LED芯片發光區的功能層。本實用新型的集成結構，LED芯片可通過該多個傾斜面上的功能層進行發光，實現了單顆芯片的多方向發光功能。該LED芯片與光學傳感器集成在一起后，可以適用于利用接近光原理進行檢測的多個測量領域中；而且LED芯片可與光學傳感器分布在垂直方向上，由此可大大降低整個集成結構的尺寸，并可以提高光學芯片測量的穩定性以及精度。
【專利說明】
一種光學芯片的集成結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及光學傳感器領域，更具體地，本實用新型涉及一種光學芯片的集成結構，尤其涉及一種接近光傳感器芯片。
【背景技術】
[0002]隨著智能設備的發展，為實現其智能化的功能，越來越多的傳感器被引入到智能設備中，光學傳感器也不例外。在某些接近光傳感器中，可通過一定的算法來實現手勢識別的功能，這種接近光傳感器一般包括位于中部的光學傳感器以及位于光學傳感器周圍的多個LED芯片，光學傳感器、LED芯片分別獨立封裝在電路基板上。由于現有技術中LED芯片結構的限制，使得上述多個LED芯片與光學傳感器之間必須預留一定的距離，才能使光學傳感器感應到LED芯片發出的光信號；如果LED芯片與光學傳感器之間的距離太小，會導致手勢無法識別或者識別不靈敏。
[0003]在智能可穿戴設備中，也可利用接近光傳感器來測量某些人體的體征信息，例如測量心率等。傳統用來測量人體體征信息的接近光傳感器，由于其光路不對稱，使得在佩戴的過程中，需要保證設備與人體皮膚緊密接觸在一起，否則會造成檢測信號的誤判。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的一個目的是提供一種光學芯片的集成結構的新技術方案。
[0005]根據本實用新型的第一方面，提供了一種光學芯片的集成結構，包括基板、具有光學區域的光學傳感器，所述光學傳感器安裝在基板上;還包括LED芯片，所述LED芯片包括設置在光學傳感器上的襯底，所述襯底具有位于不同平面內的第一表面、第二表面，以及從第一表面邊緣傾斜延伸至第二表面上的多個傾斜面;在所述該多個傾斜面上設置有作為LED芯片發光區的功能層;在所述襯底上還設置有貫通至光學傳感器光學區域的通孔;還包括至少將LED芯片功能層以及光學傳感器光學區域塑封起來的透光塑封體。
[0006]優選地，所述第一表面為圓形，所述多個傾斜面從第一表面的圓周邊緣延伸至第二表面上;所述第一表面、傾斜面、第二表面圍成了圓臺結構;所述貫通光學傳感器光學區域的通孔位于圓臺結構的中部。
[0007]優選地，所述第一表面為矩形，所述傾斜面設置有四個，分別從第一表面的四周邊緣延伸至第二表面上;所述第一表面、傾斜面、第二表面圍成了四棱臺結構，所述位于傾斜面上功能層發出的光信號朝向四棱臺結構的外側方向傳輸;所述貫通光學傳感器光學區域的通孔位于四棱臺結構的中部。
[0008]優選地，還設有反射部，所述反射部被配置為:將四棱臺結構其中一側功能層發射過來的光信號朝四棱臺結構的相對側方向反射。
[0009]優選地，所述傾斜面設置有四個，分別從第一表面的邊緣延伸至第二表面上，所述第一表面、傾斜面、第二表面圍成了一與倒立的四棱臺形狀匹配的梯形槽結構;所述位于傾斜面上功能層發出的光信號朝向梯形槽結構的內側方向傳輸;所述貫通光學傳感器光學區域的通孔位于梯形槽結構的中部。
[0010]優選地，還設有反射部，所述反射部被配置為:將梯形槽結構其中一側功能層傳輸過來的光信號朝梯形槽結構的相對側方向反射。
[0011]優選地，所述襯底上位于傾斜面與通孔之間的位置還設有遮光部。
[0012]優選地，所述襯底為具有〈100〉晶向的單晶硅材料，所述傾斜面通過單晶硅的各向異性腐蝕得到。
[0013]優選地，所述設置在多個傾斜面上的多個功能層彼此隔絕開。
[0014]優選地，所述功能層從傾斜面延伸到至少部分第一表面、第二表面上;在所述第一表面或第二表面的位置設有導通功能層的焊盤。
[0015]本實用新型的集成結構，LED芯片的襯底上設置有多個位于不同方向上的傾斜面，在該多個傾斜面上分別設置用于發光的功能層，使得所述LED芯片可通過該多個傾斜面上的功能層進行發光，實現了單顆芯片的多方向發光功能。該LED芯片與光學傳感器集成在一起后，可以適用于利用接近光原理進行檢測的多個測量領域中；而且LED芯片可與光學傳感器分布在垂直方向上，由此可大大降低整個集成結構的尺寸，并可以提高光學芯片測量的穩定性以及精度。
[0016]本實用新型的發明人發現，在現有技術中，LED芯片只能發出單一方向的光信號，這大大局限了LED芯片與光學傳感器的集成；同時也增大了整個封裝尺寸的面積。因此，本實用新型所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本實用新型是一種新的技術方案。
[0017]通過以下參照附圖對本實用新型的示例性實施例的詳細描述，本實用新型的其它特征及其優點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0018]被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本實用新型的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本實用新型的原理。
[0019]圖1是本實用新型集成結構的剖面示意圖。
[0020]圖2是圖1中去掉透光塑封體的結構示意圖。
[0021]圖3是圖1中集成結構的光路傳輸示意圖。
[0022]圖4是本實用新型集成結構另一實施方式的剖面示意圖。
[0023]圖5是本實用新型集成結構第三種實施方式的剖面示意圖。
[0024]圖6是圖5中去掉透光塑封體的結構示意圖。
[0025]圖7是圖5中集成結構的光路傳輸示意圖。
【具體實施方式】
[0026]現在將參照附圖來詳細描述本實用新型的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本實用新型的范圍。
[0027]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用新型及其應用或使用的任何限制。
[0028]對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
[0029]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0030]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0031]參考圖1、圖2，本實用新型提供了一種光學芯片的集成結構，其包括基板11以及固定在基板11上的光學傳感器12，所述光學傳感器12上具有光學區域12a，通過該光學區域12a來感應外界的光信號，從而使光學傳感器12可以根據不同的光信號而發出不同的響應，例如可根據光線的強弱使光學傳感器12發出不同的控制信號等，這種光學傳感器的結構及其原理均屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0032]光學傳感器例如可以通過貼裝的方式固定在基板11上，在所述光學傳感器12上還設置有LED芯片，所述LED芯片與光學傳感器12分布在垂直方向上。具體地，所述LED芯片包括設置在光學傳感器12上的襯底I，以及作為LED芯片發光區的功能層9，所述襯底I上設置有貫通至光學傳感器12光學區域12a的通孔10，通過該通孔10將光學傳感器12的光學區域12a暴露出來，使其可以感應外界的光信號。
[0033]所述襯底I具有位于不同平面內的第一表面5、第二表面6，以及從第一表面5邊緣傾斜延伸至第二表面6上的多個的傾斜面7，該多個傾斜面7位于不同的方向上。其中，所述LED芯片的功能層9設置在該多個不同方向的傾斜面7上。本實用新型的集成結構，還包括至少將LED芯片功能層9以及光學傳感器12光學區域12a塑封起來的透光塑封體13。該透光塑封體13可以對LED芯片的功能層9以及光學傳感器12的光學區域12a起到防護的作用，同時不會影響LED芯片、光學傳感器12的功能。透光塑封體13采用透光的材料制作，這屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。本實用新型優選的是，透光塑封體13將整個LED芯片、光學傳感器12塑封在基板11上，形成了本實用新型集成結構的封裝殼體。在注塑的時候，該透光塑封體13同時會填充到襯底I的通孔10內，將光學傳感器12的光學區域12a覆蓋住。
[0034]參考圖2的視圖方向，第一表面5、第二表面6可以是相互平行的水平面，且第二表面6位于第一表面5的下方，傾斜面7從第一表面5的邊緣位置傾斜向下延伸至第二表面6上；該傾斜面7可以是一傾斜的平面，也可以是從第一表面5傾斜延伸至第二表面6上的曲面。
[0035]在本實用新型一個具體的實施方式中，所述第一表面5可以為圓形，此時該多個傾斜面7從第一表面5的圓周邊緣延伸至第二表面6上，使得所述多個傾斜面7圍成一筒狀的錐形面，所述第一表面5、傾斜面7、第二表面6共同圍成了上端小、下端大的圓臺結構;所述通孔1位于圓臺結構的中部。
[0036]在本實用新型另一具體的實施方式中，所述第一表面5為矩形，此時，所述傾斜面7設置有四個，該四個傾斜面7分別從第一表面5的四周邊緣延伸傾斜向下延伸至第二表面6上;也就是說，該四個傾斜面7在第二表面6上相交成一矩形結構;使得所述第一表面5、傾斜面7、第二表面6圍成了上端小、下端大的四棱臺結構，參考圖1、圖2。當然也可以看成，該襯底I上具有一四棱臺結構，四個傾斜面位于該四棱臺結構的外側側壁上，這就使得每個傾斜面7上功能層9發出的光信號朝向四棱臺結構的外側方向傳輸。所述通孔10位于該四棱臺結構的中部，使得該四棱臺結構的四個傾斜面7相對于所述通孔1對稱分布。
[0037]在該實施例中，襯底I可以采用具有〈100〉晶向的單晶硅材料，可通過單晶硅的各向異性腐蝕得到上述四個傾斜面7，其中，傾斜面傾斜的角度為54.74°，這種對〈100〉晶向的單晶硅進行各向異性腐蝕的方法屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0038]本實用新型的LED芯片，其發光區的功能層9包括P型半導體層3、N型半導體層4，該P型半導體層3、N型半導體層4可以采用GaN材料。P型半導體層3、N型半導體層4可以通過依次沉積的方式設置在傾斜面7上;例如可以首先沉積P型半導體層3，接著在P型半導體層3上沉積N型半導體層4;當然也可以是，首先在傾斜面7上沉積N型半導體層4，接著在N型半導體層4上沉積P型半導體層3，最終將LED芯片的PN結形成在傾斜面7上。上述各層沉積的方法均屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0039]圖3示出了本實用新型集成結構的光路示意圖，該集成結構可以應用于手勢識別領域，參考圖3的視圖方向，當LED芯片位于左側傾斜面7上的功能層9發出朝向左上方的光信號時，該光信號在透光塑封體13中傳輸，到達透光塑封體13的上端位置時，發生折射并在空氣中繼續傳輸；當人體的手指在第一位置開始滑動的時候，該光信號會被人體的手指遮擋，并被手指反射至透光塑封體13上，之后經過折射進入至襯底I的通孔10內，并被光學傳感器12的光學區域12a感應到，使光學傳感器12發出第一響應;LED芯片位于右側傾斜面7上的功能層9發出朝向右上方的光信號時，該光信號在透光塑封體13中傳輸，到達透光塑封體
13的上端位置時，發生折射并在空氣中繼續傳輸;當人體的手指滑動至右方第二位置時，該光信號會被人體的手指遮擋，并被手指反射至透光塑封體13上，之后經過折射進入至襯底I的通孔10內，并被光學傳感器12的光學區域12a感應到，使光學傳感器12發出第二響應;通過該光學傳感器12的第一響應、第二響應，從而可以判斷出此時人體手勢的方向是由第一位置移動至第二位置上。
[0040]上述光信號經過人體反射并通過通孔10中時，會有某些光信號傳輸到通孔10的側壁上，為了使光學傳感器12光學區域12a能感應到更多的光信號，在所述通孔10的側壁上還可以設置一層反射層;光信號從外界傳輸到通孔10的側壁上后，經過反射層反射至光學傳感器12的光學區域12a上。本實用新型的反射層可以是金屬鋁等本領域技術人員所熟知的材料，在此不再具體說明。
[0041]在上述實施例中，功能層9發出的光信號經過透光塑封體13的上端折射到空氣中，當然還可以根據實際設計的需要來選擇光信號的傳輸路徑，例如在本實用新型一個優選的實施方式中，選擇合適的透光塑封體13形狀，使得LED芯片功能層9發出的光信號傳輸至透光塑封體13的側壁位置時，發生折射并在空氣中繼續傳輸，參考圖4。
[0042]上述光學芯片的集成結構，由于其結構所致的光線傳輸路徑，使其可以作為識別手勢的傳感器來使用。當通過結構設計改變光線的傳輸路徑時，該類光學芯片也可以應用到其它光學測量領域中。例如在本實用新型一個優選的實施方式中，可在透光塑封體13上位于LED芯片各功能層9的出光路徑中設置反射部，通過該反射部將四棱臺結構其中一側功能層9發射出來的光信號反射至四棱臺結構的相對側方向上。例如參考圖3的視圖方向，當LED芯片位于左側傾斜面7上的功能層9發出朝向左上方的光信號時，該光信號在透光塑封體13中傳輸，當該光信號遇到反射部時，使得該光信號朝向四棱臺結構的右上方反射。該種結構的光學芯片例如可作為心率傳感器應用到可穿戴設備中，從而可以檢測人體的心率等體征信息。
[0043]上述LED芯片中，所述第一表面5、傾斜面7、第二表面6圍成了上端小、下端大的四棱臺結構;在本實用新型另一具體的實施方式中，所述第一表面5、傾斜面7、第二表面6圍成了梯形槽結構，該梯形槽結構與倒立的四棱臺形狀相匹配，參考圖5、圖6。當然也可以看成，襯底I上具有一梯形槽結構，四個傾斜面7位于該梯形槽結構的內側側壁上，使得位于傾斜面7上功能層9發出的光信號朝向梯形槽結構的內側方向傳輸。此時，所述貫通光學傳感器12光學區域12a的通孔10位于梯形槽結構的中部，使得該梯形槽結構的四個傾斜面7相對于所述通孔10對稱分布。
[0044]在該實施例中，襯底I可以采用具有〈100〉晶向的單晶硅材料，可通過單晶硅的各向異性腐蝕得到上述四個傾斜面7，其中，傾斜面傾斜的角度為54.74°，這種對〈100〉晶向的單晶硅進行各向異性腐蝕的方法屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0045]圖7示出了該集成結構的光路示意圖，該光學芯片的集成結構可以應用于測量人體體征信息的可穿戴設備領域，參考圖7的視圖方向，當LED芯片位于左側傾斜面7上的功能層9發出朝向右上方的光信號時，該光信號在透光塑封體13中傳輸，到達透光塑封體13的上端時，發生折射并在空氣中繼續傳輸，該傳輸的光信號經過人體皮膚后，反射至透光塑封體13的上端，經過透光塑封體13的折射進入至襯底I的通孔10內，并被光學傳感器12的光學區域12a感應到。通過本實用新型的LED芯片，使得在不同的方向上均有用于檢測的光信號發出，從而提高了檢測的精度;而且，由于各光信號傳輸的光學路徑完全對稱，使得該類可穿戴設備不易受到外界運動信號或佩戴不當的影響。
[0046]該光學芯片的集成結構，由于傾斜面7上功能層9發出的光信號朝向梯形槽結構的內側方向傳輸，這就使得傳輸的光信號有可能直接被光學傳感器12的光學區域12a感應到，從而影響到檢測的精度。為了解決這一問題，可在襯底I上位于傾斜面7與通孔10之間的位置設置一遮光部14，參考圖5、圖6。通過該遮光部14可以防止功能層9發出的光信號直接被光學傳感器12的光學區域12a感應到，從而保證了光學芯片的準確性。該遮光部14可以設置在第二表面6上，例如其可以從第二表面6垂直向上延伸。
[0047]上述光學芯片的集成結構，由于其結構所致的光線傳輸路徑，使其可以作為檢測人體體征的傳感器來使用；當通過結構設計改變光線的傳輸路徑時，該類光學芯片也可以應用到其它光學測量領域中。例如在本實用新型一個優選的實施方式中，可在透光塑封體13上對于LED芯片各功能層9的出光路徑中設置反射部，通過該反射部將位于梯形槽結構其中一側功能層9發射過來的光信號反射至梯形槽結構的相對側方向上。例如參考圖7的視圖方向，當LED芯片位于左側傾斜面7上的功能層9發出朝向右上方的光信號時，該光信號在透光塑封體13中傳輸，當該光信號遇到反射部時，使得該光信號朝向梯形槽結構的左上方反射。該種結構的光學芯片可以應用到上述的手勢識別領域。
[0048]本實用新型的集成結構，LED芯片的襯底上設置有多個位于不同方向上的傾斜面，在該多個傾斜面上分別設置用于發光的功能層，使得所述LED芯片可通過該多個傾斜面上的功能層進行發光，實現了單顆芯片的多方向發光功能。該LED芯片與光學傳感器集成在一起后，可以適用于利用接近光原理進行檢測的多個測量領域中；而且LED芯片可與光學傳感器分布在垂直方向上，由此可大大降低整個集成結構的尺寸，并可以提高光學芯片測量的穩定性以及精度。
[0049]在本實用新型一個優選的實施方式中，所述LED芯片的功能層9從傾斜面7上延伸到至少部分第一表面5、第二表面6上，使得該功能層9可以更好地與傾斜面7結合在一起。同時也可以在第一表面5、第二表面6的位置設置LED芯片的接線端。具體地，在所述第一表面5上或第二表面6的位置設有分別導通P型半導體層3、N型半導體層4的焊盤8。將焊盤8設置在第一表面5或第二表面6的位置，并導通各自的半導體層，使得焊盤8不會影響位于傾斜面7位置的功能層9工作。
[0050 ]本實用新型的LED芯片，為了使LED芯片的功能層9與襯底I的晶格更好地匹配在一起，在第一表面5、第二表面6、傾斜面7與功能層9之間還設置有緩沖層2。在制造的時候，首先在襯底I的第一表面5、第二表面6、傾斜面7上沉積一層緩沖層2，然后在該緩沖層2上形成功能層9。緩沖層2的材料根據襯底I以及功能層9的材料進行選擇，這屬于本領域技術人員的公知常識，在此不再具體說明。
[0051]在本實用新型一個優選的實施方式中，所述設置在多個傾斜面7上的功能層9連通在一起，也就是說，多個傾斜面7上的功能層9是一體的，通過單一的焊盤進行導通，使得整個功能層9同時發光。在另一優選的實施方式中，所述設置在多個傾斜面7上的功能層9彼此隔絕開，使得每個功能層9可以單獨發光，此時需要在每個功能層9上設置獨立的焊盤8，通過各自的焊盤8來導通相應的功能層9，從而可以控制每個功能層9獨立工作。
[0052]雖然已經通過例子對本實用新型的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本實用新型的范圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本實用新型的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本實用新型的范圍由所附權利要求來限定。
【主權項】
1.一種光學芯片的集成結構，其特征在于:包括基板(11)、具有光學區域(12a)的光學傳感器(12)，所述光學傳感器(12)安裝在基板(11)上;還包括LED芯片，所述LED芯片包括設置在光學傳感器(12)上的襯底(I)，所述襯底(I)具有位于不同平面內的第一表面(5)、第二表面(6)，以及從第一表面(5)邊緣傾斜延伸至第二表面(6)上的多個傾斜面(7);在所述該多個傾斜面(7)上設置有作為LED芯片發光區的功能層(9);在所述襯底(I)上還設置有貫通至光學傳感器(12)光學區域(12a)的通孔(10);還包括至少將LED芯片功能層(9)以及光學傳感器(12)光學區域(12a)塑封起來的透光塑封體(13)。2.根據權利要求1所述的集成結構，其特征在于:所述第一表面(5)為圓形，所述多個傾斜面(7)從第一表面(5)的圓周邊緣延伸至第二表面(6)上;所述第一表面(5)、傾斜面(7)、第二表面(6)圍成了圓臺結構;所述貫通光學傳感器(12)光學區域(12a)的通孔(10)位于圓臺結構的中部。3.根據權利要求1所述的集成結構，其特征在于:所述第一表面(5)為矩形，所述傾斜面(7)設置有四個，分別從第一表面(5)的四周邊緣延伸至第二表面(6)上;所述第一表面(5)、傾斜面(7)、第二表面(6)圍成了四棱臺結構，所述位于傾斜面(7)上功能層(9)發出的光信號朝向四棱臺結構的外側方向傳輸;所述貫通光學傳感器(12)光學區域(12a)的通孔(10)位于四棱臺結構的中部。4.根據權利要求3所述的集成結構，其特征在于:還設有反射部，所述反射部被配置為:將四棱臺結構其中一側功能層(9)發射過來的光信號朝四棱臺結構的相對側方向反射。5.根據權利要求1所述的集成結構，其特征在于:所述傾斜面(7)設置有四個，分別從第一表面(5)的邊緣延伸至第二表面(6)上，所述第一表面(5)、傾斜面(7)、第二表面(6)圍成了一與倒立的四棱臺形狀匹配的梯形槽結構;所述位于傾斜面(7)上功能層(9)發出的光信號朝向梯形槽結構的內側方向傳輸;所述貫通光學傳感器(12)光學區域(12a)的通孔(10)位于梯形槽結構的中部。6.根據權利要求5所述的集成結構，其特征在于:還設有反射部，所述反射部被配置為:將梯形槽結構其中一側功能層(9)傳輸過來的光信號朝梯形槽結構的相對側方向反射。7.根據權利要求5所述的集成結構，其特征在于:所述襯底(I)上位于傾斜面(7)與通孔(10)之間的位置還設有遮光部(14)。8.根據權利要求3至7任一項所述的集成結構，其特征在于:所述襯底(I)為具有〈100〉晶向的單晶硅材料，所述傾斜面(7)通過單晶硅的各向異性腐蝕得到。9.根據權利要求1至7任一項所述的集成結構，其特征在于:所述設置在多個傾斜面(7)上的多個功能層(9)彼此隔絕開。10.根據權利要求9所述的集成結構，其特征在于:所述功能層(9)從傾斜面(7)延伸到至少部分第一表面(5)、第二表面(6)上;在所述第一表面(5)或第二表面(6)的位置設有導通功能層(9)的焊盤(8)。
【文檔編號】H01L27/15GK205452288SQ201620007627
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月4日
【發明人】鄭國光, 方華斌, 孫艷美
【申請人】歌爾聲學股份有限公司