光学传感器封装结构和电子设备的制作方法

本发明涉及系统级封装
技术领域：
，特别涉及一种光学传感器封装结构和电子设备。
背景技术：
：光学传感器(比如心率、血氧传感器)一般包括光电二极管和发光二极管，发光二极管发出的光线经过人体组织中的毛细血管反射后，照射至光电二极管，通过光电流交流电流分量的变化规律来测量用户的心率或血氧。相关技术中，光学传感器封装结构包括基板和光电二极管，光电二极管通常采用引线键合方式与基板电性连接，在采用灌封胶对光电二极管进行密封时，灌封胶需要完全包覆光电二极管及其引线，这样会使得灌封胶层的厚度较大，在对灌封胶进行固化时，往往会出现底部胶水固化不彻底的问题，从而导致光学传感器封装结构可靠性较差。上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种光学传感器封装结构和电子设备，旨在解决因灌封胶层的厚度较大而出现的底部胶水固化不彻底的问题，从而提高光学传感器封装结构的可靠性。为实现上述目的，本发明提出的光学传感器封装结构，包括：基板；信号处理芯片，所述信号处理芯片设于所述基板的表面，所述信号处理芯片开设有导电通孔，所述信号处理芯片通过所述导电通孔电性连接于所述基板；光电二极管，所述光电二极管设于所述信号处理芯片背向所述基板的表面，并通过所述导电通孔电性连接于所述基板；以及灌封胶层，所述灌封胶层包覆所述信号处理芯片和所述光电二极管，所述灌封胶层的断裂伸长率大于40％。可选地，所述灌封胶层的杨氏模量低于100mpa。可选地，定义所述灌封胶层背向所述光电二极管的表面与所述光电二极管背向所述信号处理芯片的表面之间的距离为l，0＜l≤0.1mm。可选地，所述基板朝向所述信号处理芯片的表面设置有第一焊盘，所述信号处理芯片朝向所述基板的表面设置有重布线层，所述信号处理芯片通过所述导电通孔和所述重布线层电性连接于所述第一焊盘。可选地，所述信号处理芯片朝向所述基板的表面设置有焊球，所述焊球电性连接于所述重布线层，所述第一焊盘设置有焊点，所述焊球电性抵接于所述焊点。可选地，所述光电二极管的光电电极朝向所述信号处理芯片设置，且所述光电电极通过所述导电通孔电性连接于所述基板。可选地，所述光学传感器封装结构还包括外壳，所述外壳设于所述基板朝向所述信号处理芯片的表面，且所述外壳背向所述基板的表面开设有显露所述基板的第一安装通槽，所述信号处理芯片和所述光电二极管均位于所述第一安装通槽内，所述灌封胶层设于所述第一安装通槽内，并包覆所述信号处理芯片和所述光电二极管。可选地，所述光学传感器封装结构还包括发光二极管，所述发光二极管设于所述基板朝向所述信号处理芯片的表面，并电性连接于所述基板；所述外壳背向所述基板的表面还开设有显露所述基板的第二安装通槽，所述发光二极管位于所述第二安装通槽内，所述灌封胶层还设于所述第二安装通槽内，并包覆所述发光二极管。所述灌封胶层对所述发光二极管所发出光线的透过率大于90％。所述第二安装通槽包括安装槽段和导光槽段，所述安装槽段和所述导光槽段沿背离所述发光二极管的方向依次设置且相连接，所述发光二极管设于所述安装槽段内，所述导光槽段所围合的面积沿背离所述发光二极管的方向逐渐增大。所述基板朝向所述信号处理芯片的表面设置有第二焊盘和第三焊盘，所述发光二极管具有两个发光电极，两个所述发光电极分别电性连接于所述第二焊盘和所述第三焊盘。所述信号处理芯片设置多个，多个所述信号处理芯片间隔设于所述基板的表面，每一所述信号处理芯片均开设有导电通孔，每一所述信号处理芯片均通过所述导电通孔电性连接于所述基板；所述光电二极管对应设置有多个，一所述光电二极管设于一所述信号处理芯片背向所述基板的表面，并通过对应的导电通孔电性连接于所述基板；所述灌封胶层包覆每一所述信号处理芯片和对应的光电二极管。本发明还提出了一种电子设备，所述电子设备包括光学传感器封装结构，所述光学传感器封装结构包括：基板；信号处理芯片，所述信号处理芯片设于所述基板的表面，所述信号处理芯片开设有导电通孔，所述信号处理芯片通过所述导电通孔电性连接于所述基板；光电二极管，所述光电二极管设于所述信号处理芯片背向所述基板的表面，并通过所述导电通孔电性连接于所述基板；以及灌封胶层，所述灌封胶层包覆所述信号处理芯片和所述光电二极管。本发明的技术方案，光学传感器封装结构包括基板、信号处理芯片、光电二极管及灌封胶层，信号处理芯片设于基板的表面，光电二极管设于信号处理芯片背向基板的表面，且信号处理芯片开设导电的导电通孔，信号处理芯片和光电二极管均通过导电通孔电性连接于基板，灌封胶层包覆信号处理芯片和光电二极管。由于本发明光学传感器封装结构中光电二极管是通过信号处理芯片的导电通孔来实现与基板电性连接，而不是采用引线键合实现与基板电性连接，省略了显露在外部的引线所需要覆盖的灌封胶部分，从而可以相对减小灌封胶层的厚度，有效改善因灌封胶层厚度较大而引起的底层灌封胶固化不彻底的问题，从而提高了光学传感器封装结构的可靠性。进一步地，采用灌封胶层的断裂伸长率大于40％，可以有效地改善灌封胶层脆性断裂的问题。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明光学传感器封装结构一实施例的剖视结构示意图；图2为图1光学传感器封装结构的一局部放大结构示意图；图3为图1光学传感器封装结构的另一局部放大结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100光学传感器封装结构30光电二极管10基板31光电电极11第一焊盘40发光二极管12第二焊盘50外壳13外接焊盘51第一安装通槽14显露口52第二安装通槽20信号处理芯片521安装槽段21导电通孔522导光槽段22重布线层60灌封胶层23焊球本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种光学传感器封装结构100，光学传感器可以为心率传感器、血氧传感器或其他类型的光学传感器。请参阅图1，在本发明光学传感器封装结构100的一实施例中，光学传感器封装结构100包括：基板10；信号处理芯片20，信号处理芯片20设于基板10的表面，信号处理芯片20开设有导电通孔21，信号处理芯片20通过导电通孔21电性连接于基板10；光电二极管30，光电二极管30设于信号处理芯片20背向基板10的表面，并通过导电通孔21电性连接于基板10；以及灌封胶层60，灌封胶层60包覆信号处理芯片20和光电二极管30，灌封胶层60的断裂伸长率大于40％。。这里基板10为印制电路板，可以为硅基板10、环氧树脂基板10等，其以表面形成有用于电连接的电路，并设置有与上述电路电性连接的信号引出焊盘。信号处理芯片20一般为模拟前端或微处理器芯片afe/mpu芯片)，一般地，采用倒装芯片的方式将信号处理芯片20贴装在电路基板10设有焊盘的表面，倒装芯片的方法为现有贴片方法，其具体操作在此不作一一赘述。导电通孔21一般为硅通孔，可以采用硅通孔技术(tsv)在信号处理芯片20开设有导电的硅通孔，硅通孔贯穿信号处理芯片20的两表面，信号处理芯片20通过硅通孔电性连接于基板10表面的焊盘。当然地，导电通孔21也可以为其他材质的导电通孔21，比如锡通孔等，均在本发明的保护范围内。光电二极管30(pd)可以通过倒装芯片或芯片黏着工艺贴装在信号处理芯片20背向基板10的表面，并且，光电二极管30可以通过导电通孔21与基板10实现电性连接。其中的倒装芯片和芯片黏着工艺均为现有工艺，其具体操作在此不作一一赘述。灌封胶为透明胶水，包覆信号处理芯片20和光电二极管30的表面，以对信号处理芯片20和光电二极管30起到定位作用，灌封胶固化后形成透明的灌封胶层60。由于光电二极管30是通过导电通孔21实现与基板10的电性连接，相较于光电二极管30采用引线键合与基板10电性连接，省略了显露在外部的引线所需要覆盖的灌封胶部分，从而可以相对减小灌封胶层60的厚度，进而可以改善因灌封胶层60厚度较大而引起的底层灌封胶固化不彻底的情况，从而提高了光学传感器封装结构100的可靠性。在光学传感器封装结构100进行回流产生翘曲时，灌封胶层60上表面变形较大，会产生较大的正应力，光电二极管30边角附近的灌封胶层60存在应力集中，这里采用固化后断裂伸长率为40％以上的胶水，同时减小灌封胶层60的厚度，可以有效地改善灌封胶层60脆性断裂的问题。需要说明的是，这里导电通孔21与基板10的电性连接一般是通过连接导线实现电性连接，当然也可以是采用锡膏实现其电性连接。同样地，导电通孔21与光电二极管30的电性连接方式可以是通过连接导线实现电性连接，也可以是采用锡膏实现其电性连接。因此，可以理解的，本发明的技术方案，光学传感器封装结构100包括基板10、信号处理芯片20、光电二极管30及灌封胶层60，信号处理芯片20设于基板10的表面，光电二极管30设于信号处理芯片20背向基板10的表面，且信号处理芯片20开设导电的导电通孔21，光电二极管30通过导电通孔21电性连接于基板10，灌封胶层60包覆信号处理芯片20和光电二极管30。由于本发明光学传感器封装结构100中光电二极管30是通过信号处理芯片20的导电通孔21来实现与基板10电性连接，而不是采用引线键合实现与基板10电性连接，省略了显露在外部的引线所需要覆盖的灌封胶部分，从而可以相对减小灌封胶层60的厚度，有效改善因灌封胶层60厚度较大而引起的底层灌封胶固化不彻底的问题，从而提高了光学传感器封装结构100的可靠性。进一步地，采用灌封胶层60的断裂伸长率大于40％，可以有效地改善灌封胶层60脆性断裂的问题。可选地，灌封胶层60的材质可选用硅树脂、环氧树脂、丙烯酸酯中的至少一种。可选地，灌封胶层60的杨氏模量低于100mpa。由于灌封胶为高分子材料，其热膨胀系数较大，采用固化后杨氏模量低于100mpa的胶水，可以减小受热时光学传感器封装结构100产生的热应力，有效地改善封装结构于回流时产生的翘曲较大的问题。定义灌封胶层60背向光电二极管30的表面与光电二极管30背向信号处理芯片20的表面之间的距离为l，0＜l≤0.1mm。这里将固化后的灌封胶层60的胶面高度降低，并保证其胶面高度不大于0.1mm，可以有效地改善灌封胶层60脆性断裂的问题。可以理解的，由于灌封胶为高分子材料，本身导热系数不高，本发明灌封胶层60的厚度较小，且胶面高度较低，这样可以改善光学传感器封装结构100的散热条件。同时也可有效地减小灌封胶层60的温度梯度，优化灌封胶层60应力。在本发明的一实施例中，基板10朝向信号处理芯片20的表面设置有第一焊盘11，信号处理芯片20朝向基板10的表面设置有重布线层22，信号处理芯片20通过导电通孔21和重布线层22电性连接于第一焊盘11。这里在信号处理芯片20朝向基板10的表面设置有重布线层22(rdl)，重布线层22与导电通孔21电性抵接并导通。在贴装信号处理芯片20后，信号处理芯片20可以通过导电通孔21和重布线层22与基板10表面的第一焊盘11电性抵接并电性导通，如此的设置方式可以更进一步地减小灌封胶层60的厚度，进而更有效地改善因灌封胶厚度较大而引起的底层灌封胶固化不彻底的问题，从而更进一步提高了光学传感器封装结构100的可靠性。在本发明的一实施例中，信号处理芯片20朝向基板10的表面设置有焊球23，焊球23电性连接于重布线层22，第一焊盘11设置有焊点，焊球23电性抵接于焊点。在贴装信号处理芯片20时，信号处理芯片20表面的焊球23朝向基板10表面的第一焊盘11，贴装后，焊球23对应焊盘的焊点(未标示)，将其焊接便可使其电性导通，如此实现信号处理芯片20与基板10的电性导通，该方式操作简单且有效。进一步地，光电二极管30的光电电极31朝向信号处理芯片20设置，且光电电极31通过导电通孔21电性连接于基板10。光电二极管30具有两个光电电极31，即光电正极和光电负极，两个光电电极31位于光电二极管30的同一侧，在贴装光电二极管30时，将光电电极31朝向信号处理芯片20，贴装后两个光电电极31通过导电通孔21与基板10电性导通，这里电性导通的方式可以为采用连接导线实现电性导通，也可以是采用锡膏方式来实现其电性导通。如此的设置方式，可以更进一步地地减小灌封胶层60的厚度，进而更有效地改善因灌封胶厚度较大而引起的底层灌封胶固化不彻底的情况，从而更进一步提高了光学传感器封装结构100的可靠性。进一步地，请再次参阅图1，光学传感器封装结构100还包括外壳50，外壳50设于基板10朝向信号处理芯片20的表面，且外壳50背向基板10的表面开设有显露基板10的第一安装通槽51，信号处理芯片20和光电二极管30均位于第一安装通槽51内，灌封胶层60设于第一安装通槽51内，并包覆信号处理芯片20和光电二极管30。外壳50可以通过注塑工艺得到，并通过表面贴装技术(smt)贴装在基板10朝向信号处理芯片20的表面，外壳50开设有显露基板10的第一安装通槽51，第一安装通槽51大体呈方形槽，信号处理芯片20和光电二极管30均位于该第一安装通槽51内。灌封胶层填充于该第一安装通槽51内，并包覆信号处理芯片20和光电二极管30，可以理解的，灌封胶层60也包覆基板10位于第一安装通槽51的表面。这里外壳50的设置，可起到对光电二极管30和信号处理芯片20定位的作用，同时便于灌封胶的填充操作。当然地，外壳50也可采用陶瓷材料与基板10烧结为一体结构，均在本发明的保护范围内。请再次参阅图1，光学传感器封装结构100还包括发光二极管40，发光二极管40设于基板10朝向信号处理芯片20的表面，并电性连接于基板10；外壳50背向基板10的表面还开设有显露基板10的第二安装通槽52，发光二极管40位于第二安装通槽52内，灌封胶层60还设于第二安装通槽52，并包覆发光二极管40。这里发光二极管40(led)可以采用倒装芯片或芯片黏着工艺贴装在基板10朝向信号处理芯片20的表面，且发光二极管40电性连接于基板10。其中的倒装芯片和芯片黏着工艺均为现有工艺，其具体操作在此不作一一赘述。外壳50对应发光二极管40开设有显露基板10的第二安装通槽52，用于容置发光二极管40，同样地，灌封胶还填充于第二安装通槽52内，并包覆发光二极管40的表面，同时灌封胶层60也包覆基板10位于第一安装通槽51的表面，灌封胶层60固化后便得到灌封胶层60。光学传感器封装结构100工作时，发光二极管40发出光线，光线穿过透明的灌封胶层60射出，并照射于人体组织中的毛细管，经反射后照射至发光二极管40，并将反映光电流交流电分量的变化规律的信号传输至信号处理芯片20，经光电数据转换后输出，以反映用户的心率和血氧。可以理解的，由于发光二极管40设于第二安装通槽52内，第二安装通槽52不仅起到对发光二极管40定位的作用，同时第二安装通槽52的侧壁可以起到有效阻止led光线直射到pd，从而保证光学传感器封装结构100的测量准确性。可选地，灌封胶层60对发光二极管40所发出光线的透过率大于90％。这里选用灌封胶层60为透明的胶层，对led光线的透过率大于90％，可以有利于提高光学传感器封装结构100的检测准确性。请再次参阅图1，第二安装通槽52包括安装槽段521和导光槽段522，安装槽段521和导光槽段522沿背离发光二极管40的方向依次设置且相连接，发光二极管40设于安装槽段521内，导光槽段522所围合的面积沿背离发光二极管40的方向逐渐增大。这里安装槽段521大体呈方形槽，用于安装发光二极管40，导光槽段522大体呈梯形槽，用以引导发光二极管40的光线。将导光槽段522所围合的面积沿背离发光二极管40的方向逐渐增大设置，可以有效地将发光二极管40的光线聚焦后发射出，有利于提高光学传感器封装结构100的检测准确性。当然地，这里导光槽段522也可呈其他的形状，比如沿背离发光二极管40的方向逐渐增大的阶梯槽状，均在本发明的保护范围内。在本发明的一实施例中，基板10朝向信号处理芯片20的表面设置有第二焊盘12和第三焊盘(未图示)，发光二极管40具有两个发光电极，两个发光电极分别电性连接于第二焊盘12和第三焊盘。发光二极管40具有两个发光电极(未标示)，即发光正电极和发光负电极，在贴装发光二极管40时，发光二极管40的发光负电极朝向基板10设有第二焊盘12的表面，且发光负电极通过导电银胶粘贴于第二焊盘12，以实现发光负电极与第二焊盘12的电性导通。同时，发光二极管40的发光正电极通过连接导线与第三焊盘电性导通，如此便可实现发光二极管40与基板10的电性导通。需要说明的，基板10的内部形成有导电层(未图示)和金属走线(未图示)，基板10表面的第一焊盘11、第二焊盘12及第三焊盘通过金属走线和导电层来实现相互之间电性导通。此外，基板10还设置有外接焊盘13，外接焊盘13通过金属走线和导电层与第一焊盘11、第二焊盘12及第三焊盘电性导通，并且，基板10背向外壳50的表面还开设有显露口14，用以显露外接焊盘13。外接焊盘13用以实现整个光学传感器封装结构100的电性连接，一般地，外接焊盘13通过连接导线电性连接于外部电路板。在本发明的一实施例中，信号处理芯片20设置多个，多个信号处理芯片20间隔设于基板10的表面，每一信号处理芯片20均开设有导电通孔21，每一信号处理芯片20均通过导电通孔21电性连接于基板10；光电二极管30对应设置有多个，一光电二极管30设于一信号处理芯片20背向基板10的表面，并通过对应的导电通孔21电性连接于所述基板10；灌封胶层60包覆每一信号处理芯片20和对应的光电二极管30。相应的，外壳50对应开设有多个第一安装通槽51，相对应的一信号处理芯片20和一光电二极管30均位于一所述第一安装通槽51内；灌封胶填充每一第一安装通槽51，并包覆对应的信号处理芯片20和光电二极管30。这里信号处理芯片20和光电二极管30对应设置有多组，以实现多种功能。可选地，信号处理芯片20可以为模拟前端芯片、加速度计芯片、电源管理芯片、心电芯片等。本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括如前所述的光学传感器封装结构100，该光学传感器封装结构100的具体结构参照前述实施例。由于电子设备采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。需要说明的是，电子设备包括壳体，壳体内设置有电路板，光学传感器封装结构100安装固定于壳体内，其安装固定方式可以为卡扣固定、螺钉固定、胶接固定或其他合理且有效的固定方式，壳体对应光学传感器封装结构100的发光二极管40开设有检测口，以供发光二极管40发出的光线穿过。光学传感器封装结构100中基板10的外接焊盘13通过连接导线电性连接于壳体内的电路板，以实现其光学传感器的功能。这里电子设备一般为可穿戴式电子设备，比如手机、手表、耳机、手环等。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12