飞时测距传感器与其制造方法与流程

1.本发明有关于一种传感器与其制造方法，特别是有关于一种飞时测距传感器与其制造方 法。


背景技术：

2.随着科技的日新月异，近年来，由于飞时测距(tof；time of flight)组件，具有组件 尺寸小，较大的感测范围，并能同时在各式各样的环境中运作，因此，广泛地应用于消费性 电子产品、汽车与各种工业产品中。
3.测距是量测从传感器到感兴趣的待侦测的对象之距离的过程。传统的测距系统可提供一 个或更多个功能，包括接近感测、远程感测和/或三维成像。这些系统通常包括用于照明待侦 测的对象的探询源(例如，光源)，以及用于寄存来自探询源与对象的交互的返回信号的图像 传感器数组(例如，互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor；cmos) 图像传感器)。
4.目前灵敏度较高的图像传感器，例如，雪崩光电二极管的图像传感器，能够使用更少的 来自探询源的入射光子启动信号检测，但是也变得对背景噪声更敏感。
5.然而，传统的飞时距传感器的厚度较厚，如何能进一步地降低飞时距传感器的厚度，将 有助于提升飞时距传感器的应用范围。


技术实现要素：

6.本发明之一目的在于提供一种飞时测距传感器，用以减少飞时测距传感器的厚度。
7.根据本发明之一实施例提供一种飞时测距传感器。飞时测距传感器包含有基板、单光子 雪崩侦测芯片、垂直空腔面射型雷射、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片以及树脂外壳。单 光子雪崩侦测芯片黏着于基板之上，而垂直空腔面射型雷射(vertical-cavitysurface-emitting laser；vcsel)亦黏着于基板之上。第一窄带滤光片则设置于单光子雪崩 侦测芯片的上方，而第二窄带滤光片则设置于垂直空腔面射型雷射的上方。树脂外壳包覆第 一窄带滤光片以及第二窄带滤光片，且该第一窄带滤光片的上表面以及第二窄带滤光片的上 表面与树脂外壳的上表面共平面。
8.在一些实施例中，单光子雪崩侦测芯片包含有单光子雪崩二极管以及芯片保护层形成于 单光子雪崩二极管的周围。
9.在一些实施例中，飞时测距传感器更包含有金属线，连接于单光子雪崩侦测芯片以及基 板之间。
10.在一些实施例中，飞时测距传感器更包含有第一胶框，围绕于单光子雪崩侦测芯片的周 围。
11.在一些实施例中，飞时测距传感器更包含有第二胶框，围绕于垂直空腔面射型雷射的周 围。
12.在一些实施例中，第一胶框或第二胶框系由液态胶固化所形成之胶框。
13.在一些实施例中，第一胶框或第二胶框系由双面胶带所形成之胶框。
14.在一些实施例中，树脂外壳围绕第一胶框以及第二胶框外围。
15.在一些实施例中，飞时测距传感器更包含有第一胶框，形成于单光子雪崩侦测芯片的芯 片保护层之上，并围绕单光子雪崩二极管。
16.在一些实施例中，第一窄带滤光片的上表面的表面积小于单光子雪崩侦测芯片的上表面 的表面积。
17.根据本发明之另一态样，系提供一种飞时测距传感器制造方法，包含有下列步骤，提供 基板，黏着单光子雪崩侦测芯片于基板之上，黏着垂直空腔面射型雷射于基板之上，设置框 胶，贴合第一窄带滤光片于单光子雪崩侦测芯片的上方，贴合第二窄带滤光片，于垂直空腔 面射型雷射的上方，以及利用压模封胶，形成树脂外壳，以包覆第一窄带滤光片以及第二窄 带滤光片，且第一窄带滤光片的上表面以及第二窄带滤光片的上表面与树脂外壳的上表面共 平面。
18.在一些实施例中，飞时测距传感器制造方法更包含有，利用研磨制程，以使第一窄带滤 光片的上表面以及第二窄带滤光片的上表面与树脂外壳的上表面共平面。
19.在一些实施例中，单光子雪崩侦测芯片包含有单光子雪崩二极管，以及芯片保护层形成 于单光子雪崩二极管的周围。
20.在一些实施例中，飞时测距传感器制造方法更包含有，利用焊线制程，将金属线连接于 单光子雪崩侦测芯片以及基板之间。
21.在一些实施例中，设置框胶的步骤，包含有利用框胶，形成第一胶框，围绕于单光子雪 崩侦测芯片的周围，以及形成第二胶框，围绕于垂直空腔面射型雷射的周围。
22.在一些实施例中，第一胶框或第二胶框系由液态胶固化所形成之胶框。
23.在一些实施例中，第一胶框或第二胶框系由双面胶带所形成之胶框。
24.在一些实施例中，树脂外壳围绕第一胶框以及第二胶框外围。
25.在一些实施例中，设置框胶的步骤包含有利用框胶形成第一胶框，于单光子雪崩侦测芯 片的芯片保护层之上，并围绕单光子雪崩二极管，以及形成第二胶框，围绕于垂直空腔面射 型雷射的周围。
26.在一些实施例中，第一窄带滤光片的上表面的表面积小于单光子雪崩侦测芯片的上表面 的表面积。
27.因此，透过前述之各实施例所述架构，本发明之飞时测距传感器具有较小的厚度，可以 方便地安装于各种电子装置之中，例如是智能手机等手持式电子装置之中，以提升电子装置 的测距功能。
28.以上所述仅系用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效 等等，本发明之具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。
附图说明
29.为让本发明之上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式之说明如 下：
30.第1a图至第1f系根据本发明一实施例之飞时测距传感器制造方法的步骤示意图；
31.图2系飞时测距传感器的外观尺寸示意图；
32.图3系根据本发明另一实施例之飞时测距传感器的示意图；
33.图4系根据本发明又一实施例之飞时测距传感器的示意图；以及
34.图5系根据本发明再一实施例之飞时测距传感器的示意图。
35.附图标记：100:飞时测距传感器
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114:芯片保护层
36.101～105:步骤
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120:垂直空腔面射型雷射
37.110:单光子雪崩侦测芯片
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130:基板
38.112:单光子雪崩二极管
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140:金属线
39.150:框胶
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352:第一胶框
40.152:第一胶框
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354:第二胶框
41.154:第二胶框
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360:第一窄带滤光片
42.160:第一窄带滤光片
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362:上表面
43.162:上表面
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370:第二窄带滤光片
44.170:第二窄带滤光片
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382:树脂外壳
45.172:上表面
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400:飞时测距传感器
46.180:树脂模制化合物
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410:单光子雪崩侦测芯片
47.182:树脂外壳
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412:单光子雪崩二极管
48.183:上表面
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414:芯片保护层
49.201:厚度
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420:垂直空腔面射型雷射
50.202:厚度
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430:基板
51.203:厚度
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440:金属线
52.204:高度
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454:第二胶框
53.205:间距
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460:第一窄带滤光片
54.206:厚度
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470:第二窄带滤光片
55.300:飞时测距传感器
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482:树脂外壳
56.310:单光子雪崩侦测芯片
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492:第一胶框
57.312:单光子雪崩二极管
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500:飞时测距传感器
58.314:芯片保护层
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510:单光子雪崩侦测芯片
59.316:上表面
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512:单光子雪崩二极管
60.320:垂直空腔面射型雷射
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514:芯片保护层
61.330:基板
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520:垂直空腔面射型雷射
62.340:金属线
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530:基板
63.540:金属线
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582:树脂外壳
64.560:第一窄带滤光片
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592:第一胶框
65.570:第二窄带滤光片
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594:第二胶框
具体实施方式
66.以下将以图式揭露本发明之复数个实施例，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以 下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就
是说， 在本发明实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用 的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示之。
67.第1a图至第1f图是飞时测距传感器制造方法的步骤示意图，而第2图一飞时测距传感 器的外观尺寸示意图，第3图至第5图是飞时测距传感器的多个实施例之示意图。
68.参阅第1a图至第1f图，飞时测距传感器制造方法，包含有下列步骤。首先，步骤101， 将晶粒黏着(die attach)在基板上，提供基板130，并黏着单光子雪崩侦测芯片110以及 垂直空腔面射型雷射120于基板130之上。
69.在一些实施例中，单光子雪崩侦测芯片110包含有单光子雪崩二极管112以及芯片保护 层114，形成于单光子雪崩二极管112的周围，以保护单光子雪崩侦测芯片110中的电路。
70.然后，参阅第1b图，步骤102，利用焊线制程，将金属线140，连接于单光子雪崩侦测 芯片110以及基板130之间。
71.在一些实施例中，金属线140可以是铝金属线、银金属线、铜金属线或金线，其均不脱 离本发明之精神与保护范围。
72.然后，参阅第1c图，步骤103，进行点框胶(glue dispensing)制程，以设置框胶150 并围绕于单光子雪崩侦测芯片110的周围，同时也围绕于垂直空腔面射型雷射120的周围。
73.然后，参阅第1d图，步骤104，进行窄带滤光片贴合(nbp glass laminating；narrowbandpass filter glass laminating)，以将第一窄带滤光片160利用框胶150黏合于单光子雪崩 侦测芯片110的上方，并将第二窄带滤光片170利用框胶150黏合于垂直空腔面射型雷射120 的上方。同时参阅第1e图，框胶150形成第一胶框152，围绕于单光子雪崩侦测芯片110的 周围，以及形成第二胶框154，围绕于垂直空腔面射型雷射120的周围。
74.在一些实施例中，第一胶框152或第二胶框154，系由液态框胶固化所形成之胶框，然 本发明并不限定于此。
75.步骤105，进行压模封胶(molding)制程，以将树脂模制化合物180密封于基板130之 上，并露出第一窄带滤光片160以及第二窄带滤光片170，使垂直空腔面射型雷射120的雷 射光线可以透过第二窄带滤光片170向外发射，并使单光子雪崩侦测芯片110可以经由第一 窄带滤光片160接收反射回来的雷射光线。
76.在一些实施例中，步骤105，还可以包含一研磨制程，以使第一窄带滤光片160的上表 面162以及第二窄带滤光片170的上表面172与树脂外壳182的上表面183共平面，然本发 明并不限定于此，其亦可在压模封胶制程中直接使第一窄带滤光片160的上表面162以及第 二窄带滤光片170的上表面172与树脂外壳182的上表面183共平面，其亦不脱离本发明之 精神与保护范围。换言之，本发明之飞时测距传感器制造方法可以进一步利用研磨制程将第 一窄带滤光片160以及第二窄带滤光片170上方残留的树脂模制化合物180移除，以露出第 一窄带滤光片160以及第二窄带滤光片170，或者在压模封胶制程中使第一窄带滤光片160 的上表面162以及第二窄带滤光片170的上表面172与树脂外壳182的上表面183共平面。
77.在一些实施例中，参阅第1f图，第一窄带滤光片160的上表面162的表面积大于单光子 雪崩侦测芯片110的上表面积。
78.在一些实施例中，树脂模制化合物180亦可以使用任何od(optical density；光密
度) 值大于2的材料所形成，其均不脱离本发明之精神与保护范围。在一些实施例中，树脂模制 化合物180可以是，环氧树脂(epoxy)，酚醛树脂(phenolic resin)，聚丁烯对苯二甲酸酯 树脂(polybutylene terephthalate；pbt)等，其均不脱离本发明之精神与保护范围。
79.参阅第1f图，由于利用压模封胶，所形成树脂外壳182，可以包覆第一窄带滤光片160 以及第二窄带滤光片170，且第一窄带滤光片160的上表面162以及第二窄带滤光片170的 上表面172与树脂外壳182的上表面183共平面。因此，本发明所揭露之飞时测距传感器100 可以具有更为轻薄的外观尺寸。
80.进一步参阅第2图，如图中所示，厚度201为飞时测距传感器100的总厚度，其约小于 400μm(micrometer；微米)，较佳地小于等于350μm。
81.此外，厚度202则为基板130的厚度，例如是约150μm的柔性印刷电路板(fpc；flexibleprinted circuit board)，然本发明并不限定于此。
82.厚度203则为第一窄带滤光片160以及第二窄带滤光片170的厚度，例如是小于100μm， 较佳地约为50μm。
83.厚度206则为树脂外壳182的厚度，例如是小于250μm，较佳地小于等于200μm。
84.在一些实施例中，金属线140约凸出于单光子雪崩侦测芯片110的芯片保护层114一高 度204，例如是40μm，较佳地小于40μm。而金属线140亦与上方第一窄带滤光片160形成有 一间距205，例如是40μm，较佳地小于40μm。
85.在一些实施例中，第一胶框152或第二胶框154，系由液态胶固化所形成之胶框。
86.进一步参阅第3图，系根据飞时测距传感器的另一实施例示意图。
87.飞时测距传感器300包含有基板330、单光子雪崩侦测芯片310、垂直空腔面射型雷射 320、金属线340、第一窄带滤光片360、第二窄带滤光片370以及树脂外壳382。单光子雪 崩侦测芯片310黏着于基板330之上，垂直空腔面射型雷射320亦黏着于基板330之上，第 一窄带滤光片360则设置于单光子雪崩侦测芯片310的上方，第二窄带滤光片370则设置于 垂直空腔面射型雷射320的上方。此外，树脂外壳382包覆第一窄带滤光片360以及第二窄 带滤光片370，且第一窄带滤光片360的上表面以及第二窄带滤光片370的上表面与树脂外 壳382的上表面较佳地共平面。
88.相同地，单光子雪崩侦测芯片310包含有单光子雪崩二极管312以及芯片保护层314形 成于单光子雪崩二极管312的周围。
89.金属线340则连接于单光子雪崩侦测芯片310以及基板330之间。
90.在一些实施例中，飞时测距传感器300更包含有第一胶框352，形成于单光子雪崩侦测 芯片310的芯片保护层314之上，并围绕单光子雪崩二极管312，以及第二胶框354，围绕于 垂直空腔面射型雷射320的周围。值得注意的是，与第2图之飞时测距传感器100不同的是， 第一窄带滤光片360仅位于部分的单光子雪崩侦测芯片310的上方，而第一胶框352形成于 单光子雪崩侦测芯片310的芯片保护层314之上，而第一窄带滤光片360固定于单光子雪崩 二极管312的上方，以减少所需的窄带滤光片的面积，更利用树脂外壳382有效地进行光线 遮蔽，避免干扰，进而提升飞时测距传感器300的精确度。
91.在一些实施例中，第一窄带滤光片360的上表面362的表面积小于单光子雪崩侦测芯片 310的上表面316的表面积。此外，树脂外壳382更有部分固定于单光子雪崩侦测芯片310 的芯片保护层314之上，且金属线340可以被树脂外壳382所包覆与固定。
92.在一些实施例中，第一胶框352以及第二胶框354，系由液态胶固化所形成之胶框。树 脂外壳382则分别围绕第一胶框352以及第二胶框354外围。
93.另参阅第4图，系根据飞时测距传感器的另一实施例示意图。飞时测距传感器400包含 有基板430、单光子雪崩侦测芯片410、垂直空腔面射型雷射420、金属线440、第一窄带滤 光片460、第二窄带滤光片470以及树脂外壳482。单光子雪崩侦测芯片410黏着于基板430 之上，垂直空腔面射型雷射420亦黏着于基板430之上，第一窄带滤光片460则设置于单光 子雪崩侦测芯片410的上方，第二窄带滤光片470则设置于垂直空腔面射型雷射420的上方。 此外，树脂外壳482包覆第一窄带滤光片460以及第二窄带滤光片470，且第一窄带滤光片 460的上表面以及第二窄带滤光片470的上表面与树脂外壳482的上表面较佳地共平面。
94.相同地，单光子雪崩侦测芯片410包含有单光子雪崩二极管412以及芯片保护层414形 成于单光子雪崩二极管412的周围。
95.金属线440则连接于单光子雪崩侦测芯片410以及基板430之间。
96.在一些实施例中，飞时测距传感器400更包含有第一胶框492，形成于单光子雪崩侦测 芯片410的芯片保护层414之上，并围绕单光子雪崩二极管412，以及第二胶框454，围绕于 垂直空腔面射型雷射420的周围。第一窄带滤光片460仅位于部分的单光子雪崩侦测芯片410 的上方，而第一胶框492形成于单光子雪崩侦测芯片410的芯片保护层414之上，而第一窄 带滤光片460固定于单光子雪崩二极管412的上方，以减少所需的窄带滤光片的面积，更利 用树脂外壳482有效地进行光线遮蔽，避免干扰，进而提升飞时测距传感器400的精确度。
97.在一些实施例中，第一窄带滤光片460的上表面的表面积小于单光子雪崩侦测芯片410 的上表面的表面积。此外，树脂外壳482更有部分固定于单光子雪崩侦测芯片410的芯片保 护层414之上，且金属线440可以被树脂外壳482所包覆与固定。
98.值得注意的是，与第2图与第3图之飞时测距传感器不同的是第一胶框492系由双面胶 带所形成之胶框，而第二胶框454系由液态胶固化所形成之胶框。
99.进一步参阅第5图，系根据飞时测距传感器的另一实施例示意图。飞时测距传感器500 包含有基板530、单光子雪崩侦测芯片510、垂直空腔面射型雷射520、金属线540、第一窄 带滤光片560、第二窄带滤光片570以及树脂外壳582。单光子雪崩侦测芯片510黏着于基板 530之上，垂直空腔面射型雷射520亦黏着于基板530之上，第一窄带滤光片560则设置于 单光子雪崩侦测芯片510的上方，第二窄带滤光片570则设置于垂直空腔面射型雷射520的 上方。此外，树脂外壳582包覆第一窄带滤光片560以及第二窄带滤光片570，且第一窄带 滤光片560的上表面以及第二窄带滤光片570的上表面与树脂外壳582的上表面较佳地共平 面。
100.相同地，单光子雪崩侦测芯片510包含有单光子雪崩二极管512以及芯片保护层514形 成于单光子雪崩二极管512的周围。
101.金属线540则连接于单光子雪崩侦测芯片510以及基板530之间。
102.在一些实施例中，飞时测距传感器500更包含有第一胶框592，形成于单光子雪崩侦测 芯片510的芯片保护层514之上，并围绕单光子雪崩二极管512，以及第二胶框594，围绕于 垂直空腔面射型雷射520的周围。第一窄带滤光片560仅位于部分的单光子雪崩侦测芯片510 的上方，而第一胶框592形成于单光子雪崩侦测芯片510的芯片保护层514之上，而
第一窄 带滤光片560固定于单光子雪崩二极管512的上方，以减少所需的窄带滤光片的面积，更利 用树脂外壳582有效地进行光线遮蔽，避免干扰，提升飞时测距传感器500的精确度。
103.在一些实施例中，第一窄带滤光片560的上表面的表面积小于单光子雪崩侦测芯片510 的上表面的表面积。此外，树脂外壳582更有部分固定于单光子雪崩侦测芯片510的芯片保 护层514之上，且金属线540可以被树脂外壳582所包覆与固定。
104.值得注意的是，与第2图、第3图与第4图之飞时测距传感器不同的是，第一胶框592 系由双面胶带所形成之胶框，而第二胶框594亦系由双面胶带所形成之胶框。
105.综上所述，本发明所揭露之飞时测距传感器具有较小的厚度，可以方便地安装于各种电 子装置之中，例如是智能手机等手持式电子装置之中，以提升电子装置的测距功能。
106.最后，上述所揭露之各实施例中，并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离 本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，皆可被保护于本发明中。因此本发明之 保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。