一种光学芯片的集成结构的制作方法_2

文档序号:9752692阅读:来源:国知局
光学传感器12光学区域12a塑封起来的透光塑封体13。该透光塑封体13可以对LED芯片的功能层9以及光学传感器12的光学区域12a起到防护的作用,同时不会影响LED芯片、光学传感器12的功能。透光塑封体13采用透光的材料制作,这属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。本发明优选的是,透光塑封体13将整个LED芯片、光学传感器12塑封在基板11上,形成了本发明集成结构的封装壳体。在注塑的时候,该透光塑封体13同时会填充到衬底I的通孔1内,将光学传感器12的光学区域12a覆盖住。
[0034]参考图2的视图方向,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,倾斜面7从第一表面5的边缘位置倾斜向下延伸至第二表面6上;该倾斜面7可以是一倾斜的平面,也可以是从第一表面5倾斜延伸至第二表面6上的曲面。
[0035]在本发明一个具体的实施方式中,所述第一表面5可以为圆形,此时该多个倾斜面7从第一表面5的圆周边缘延伸至第二表面6上,使得所述多个倾斜面7围成一筒状的锥形面,所述第一表面5、倾斜面7、第二表面6共同围成了上端小、下端大的圆台结构;所述通孔1位于圆台结构的中部。
[0036]在本发明另一具体的实施方式中,所述第一表面5为矩形,此时,所述倾斜面7设置有四个,该四个倾斜面7分别从第一表面5的四周边缘延伸倾斜向下延伸至第二表面6上;也就是说,该四个倾斜面7在第二表面6上相交成一矩形结构;使得所述第一表面5、倾斜面7、第二表面6围成了上端小、下端大的四棱台结构,参考图1、图2。当然也可以看成,该衬底I上具有一四棱台结构,四个倾斜面位于该四棱台结构的外侧侧壁上,这就使得每个倾斜面7上功能层9发出的光信号朝向四棱台结构的外侧方向传输。所述通孔10位于该四棱台结构的中部,使得该四棱台结构的四个倾斜面7相对于所述通孔10对称分布。
[0037]在该实施例中,衬底I可以采用具有〈100〉晶向的单晶硅材料,可通过单晶硅的各向异性腐蚀得到上述四个倾斜面7,其中,倾斜面倾斜的角度为54.74°,这种对〈100〉晶向的单晶硅进行各向异性腐蚀的方法属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。
[0038]本发明的LED芯片,其发光区的功能层9包括P型半导体层3、N型半导体层4,该P型半导体层3、N型半导体层4可以采用GaN材料。P型半导体层3、N型半导体层4可以通过依次沉积的方式设置在倾斜面7上;例如可以首先沉积P型半导体层3,接着在P型半导体层3上沉积N型半导体层4;当然也可以是,首先在倾斜面7上沉积N型半导体层4,接着在N型半导体层4上沉积P型半导体层3,最终将LED芯片的PN结形成在倾斜面7上。上述各层沉积的方法均属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。
[0039]图3示出了本发明集成结构的光路示意图,该集成结构可以应用于手势识别领域,参考图3的视图方向,当LED芯片位于左侧倾斜面7上的功能层9发出朝向左上方的光信号时,该光信号在透光塑封体13中传输,到达透光塑封体13的上端位置时,发生折射并在空气中继续传输;当人体的手指在第一位置开始滑动的时候,该光信号会被人体的手指遮挡,并被手指反射至透光塑封体13上,之后经过折射进入至衬底I的通孔10内,并被光学传感器12的光学区域12a感应到,使光学传感器12发出第一响应;LED芯片位于右侧倾斜面7上的功能层9发出朝向右上方的光信号时,该光信号在透光塑封体13中传输,到达透光塑封体13的上端位置时,发生折射并在空气中继续传输;当人体的手指滑动至右方第二位置时,该光信号会被人体的手指遮挡,并被手指反射至透光塑封体13上,之后经过折射进入至衬底I的通孔10内,并被光学传感器12的光学区域12a感应到,使光学传感器12发出第二响应;通过该光学传感器12的第一响应、第二响应,从而可以判断出此时人体手势的方向是由第一位置移动至第二位置上。
[0040]上述光信号经过人体反射并通过通孔10中时,会有某些光信号传输到通孔10的侧壁上,为了使光学传感器12光学区域12a能感应到更多的光信号,在所述通孔10的侧壁上还可以设置一层反射层;光信号从外界传输到通孔10的侧壁上后,经过反射层反射至光学传感器12的光学区域12a上。本发明的反射层可以是金属铝等本领域技术人员所熟知的材料,在此不再具体说明。
[0041]在上述实施例中,功能层9发出的光信号经过透光塑封体13的上端折射到空气中,当然还可以根据实际设计的需要来选择光信号的传输路径,例如在本发明一个优选的实施方式中,选择合适的透光塑封体13形状,使得LED芯片功能层9发出的光信号传输至透光塑封体13的侧壁位置时,发生折射并在空气中继续传输,参考图4。
[0042]上述光学芯片的集成结构,由于其结构所致的光线传输路径,使其可以作为识别手势的传感器来使用。当通过结构设计改变光线的传输路径时,该类光学芯片也可以应用到其它光学测量领域中。例如在本发明一个优选的实施方式中,可在透光塑封体13上位于LED芯片各功能层9的出光路径中设置反射部,通过该反射部将四棱台结构其中一侧功能层9发射出来的光信号反射至四棱台结构的相对侧方向上。例如参考图3的视图方向,当LED芯片位于左侧倾斜面7上的功能层9发出朝向左上方的光信号时,该光信号在透光塑封体13中传输,当该光信号遇到反射部时,使得该光信号朝向四棱台结构的右上方反射。该种结构的光学芯片例如可作为心率传感器应用到可穿戴设备中,从而可以检测人体的心率等体征信息。
[0043]上述LED芯片中,所述第一表面5、倾斜面7、第二表面6围成了上端小、下端大的四棱台结构;在本发明另一具体的实施方式中,所述第一表面5、倾斜面7、第二表面6围成了梯形槽结构,该梯形槽结构与倒立的四棱台形状相匹配,参考图5、图6。当然也可以看成,衬底I上具有一梯形槽结构,四个倾斜面7位于该梯形槽结构的内侧侧壁上,使得位于倾斜面7上功能层9发出的光信号朝向梯形槽结构的内侧方向传输。此时,所述贯通光学传感器12光学区域12a的通孔10位于梯形槽结构的中部,使得该梯形槽结构的四个倾斜面7相对于所述通孔10对称分布。
[0044]在该实施例中,衬底I可以采用具有〈100〉晶向的单晶硅材料,可通过单晶硅的各向异性腐蚀得到上述四个倾斜面7,其中,倾斜面倾斜的角度为54.74°,这种对〈100〉晶向的单晶硅进行各向异性腐蚀的方法属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。
[0045]图7示出了该集成结构的光路示意图,该光学芯片的集成结构可以应用于测量人体体征信息的可穿戴设备领域,参考图7的视图方向,当LED芯片位于左侧倾斜面7上的功能层9发出朝向右上方的光信号时,该光信号在透光塑封体13中传输,到达透光塑封体13的上端时,发生折射并在空气中继续传输,该传输的光信号经过人体皮肤后,反射至透光塑封体13的上端,经过透光塑封体13的折射进入至衬底I的通孔10内,并被光学传感器12的光学区域12a感应到。通过本发明的LED芯片,使得在不同的方向上均有用于检测的光信号发出,从而提高了检测的精度;而且,由于各光信号传输的光学路径完全对称,使得该类可穿戴设备不易受到外界运动信号或佩戴不当的影响。
[0046]该光学芯片的集成结构,由于倾斜面7上功能层9发出的光信号朝向梯形槽结构的内侧方向传输,这就使得传输的光信号有可能直接被光学传感器12的光学区域12a感应到,从而影响到检测的精度。为了解决这一问题,可在衬底I上位于倾斜面7与
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