设有遮光层的光电传感器封装结构和电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及光电传感器技术领域，更具体地说，是涉及设有遮光层的光电传感器封装结构和电子设备。


背景技术：

2.光电传感器在如今的智能医疗、智能家居、工业自动化、便携式设备等方面的应用越来越广泛，如心率传感器、血氧传感器、接近传感器、距离传感器等，使人类的工作生活越来越智能化，便捷化。随着技术要求的提高和发展，为减小整体设备的体积，元器件越来越小型化、功能集成化，为减小此类光电传感器的封装体积，往往倾向于将光发射部分与光信号接收部分封装在同一单元组件中。由于发射芯片的发光角度比较扩散、封装胶体易造成内部光线的折射/反射或外部非待测物体对光线的反射，都会极大的干扰光信号接收部分对真正信号的准确反馈，造成检测结果错误或不稳定。


技术实现要素：

3.本公开的目的在于提供设有遮光层的光电传感器封装结构和电子设备，以解决现有技术中由于发射芯片的发光角度比较扩散、封装胶体易造成内部光线的折射/反射或外部非待测物对光线的反射造成信号干扰，导致检测结果不准确的技术问题。
4.为实现上述目的，本公开采用的技术方案是：
5.一方面，本公开提供一种设有遮光层的光电传感器封装结构，包括：
6.基板，基板的上表面设置有第一安装位和第二安装位，第一安装位上固定有光信号发射单元，第二安装位上固定有光信号接收单元；
7.保护胶层，保护胶层通过注胶方式形成在基板的上表面，包括第一保护胶层和第二保护胶层，其中，第一保护胶层和第二保护胶层分别覆盖光信号发射单元和光信号接收单元；
8.遮光层，该遮光层通过印刷工艺覆盖在第一保护胶层和第二保护胶层上表面，遮光层设置有定向导光通道，包括第一遮光层和第二遮光层；其中，第一遮光层和第二遮光层上的定向导光通道分别覆盖在光信号发射单元和光信号接收单元的上方；
9.光屏蔽胶层，光屏蔽胶层通过注胶方式形成在基板的上表面，至少包括第一光屏蔽胶层、第二光屏蔽胶层和第三光屏蔽胶层，其中，第一光屏蔽胶层和第二光屏蔽胶层之间为第一保护胶层及第一遮光层，第二光屏蔽胶层与第三光屏蔽胶层之间为第二保护胶层及第二遮光层；
10.保护胶层用于保护光信号发射单元和光信号接收单元，且允许光信号发射单元的光信号通过；遮光层的覆盖位置不允许光信号通过，以确保光信号由定向导光通道通过；光屏蔽胶层用于阻止光信号发射单元的光信号通过。
11.在一些实施例中，遮光层的厚度范围是20～200微米。
12.在一些实施例中，遮光层的材料为黑色热固性材料；
13.或者，遮光层的材料为黑色光固性材料。
14.在一些实施例中，遮光层的定向导光通道的形状可以为圆形或方形。
15.在一些实施例中，定向导光通道的面积为对应的光信号发射单元或光信号接收单元的表面积的0.5至1.5倍。
16.在一些实施例中，遮光层可通过丝网印刷、喷印或3d打印方式制作。
17.在一些实施例中，光屏蔽胶层的下表面低于光信号发射单元的上表面；
18.和/或，光屏蔽胶层的下表面低于光信号接收单元的上表面。
19.在一些实施例中，第二光屏蔽胶层的宽度占光信号发射单元与光信号接收单元之间距离的20％-90％；
20.以及，第一光屏蔽胶层和第三光屏蔽胶层分别占第二光屏蔽胶层宽度的20％-60％。
21.在一些实施例中，保护胶层在基板上表面的覆盖面积与光屏蔽胶层在基板上表面的覆盖面积之和等于基板上表面的面积；
22.和/或，保护胶层包含环境光过滤材料或带通性质材料，环境光过滤材料用于过滤光电传感器外界可产生干扰的环境的光信号，带通性质材料能够使特定波段的光通过。
23.另一方面，本公开还提供了一种电子设备，电子设备包括上述的光电传感器。
24.本公开提供的设有遮光层的光电传感器的有益效果至少包括：
25.(1)本公开实施例在光信号发射单元与光信号接收单元之间设置了用于屏蔽光信号发射单元信号的第二光屏蔽胶层，从而可以消除或大大降低内部信号横向串扰，极大地提高了光电传感器检测的准确性；而且，通过在光信号发射单元与光信号接收单元的两侧设置第一光屏蔽胶层和第三光屏蔽胶层，使得该光电传感器在具体应用环境中可以起到屏蔽其他电子器件光信号的作用，进一步提高了光电传感器检测的准确性。
26.(2)本公开实施例通过设置遮光层以及定向导光通道，使得光信号只能由定向导光通道进入光电传感器被光信号接收单元接收，减少环境光和非待测物体反射光线对检测结果造成的干扰。
附图说明
27.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，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公开的一些实施例，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获得其他的附图。
28.图1为本公开实施例提供的光电传感器的结构示意图；
29.图2为本公开实施例提供的光电传感器第一部分的结构示意图；
30.图3为本公开实施例提供的光电传感器第二部分的结构示意图；
31.图4为本公开实施例提供的光电传感器第三部分的结构示意图；
32.图5为本公开实施例提供的光电传感器第四部分的结构示意图；
33.图6为本公开实施例提供的光电传感器第五部分的结构示意图；
34.图7为本公开实施例提供的光电传感器第六部分的结构示意图；
35.图8为本公开实施例提供的光电传感器的第二种状态的结构示意图；
36.图9为本公开实施例提供的光电传感器的第三种状态的结构示意图；
37.图10为本公开实施例提供的光电传感器的第四种状态的结构示意图。
38.其中，图中各附图标记：
39.10基板11光信号发射单元12光信号接收单元13保护胶层131第一保护胶层132第二保护胶层14遮光层141第一遮光层142第二遮光层143定向导光通道15光屏蔽胶层151第一光屏蔽胶层152第二光屏蔽胶层153第三光屏蔽胶层16第一导电位17第一导电连接位18第二导电位19第二导电连接位20第一导电线21第二导电线22第一通孔23第二通孔24第三通孔25第四通孔
具体实施方式
40.为了使本公开所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。
41.需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.请参阅图1，本公开实施例提供了光电传感器封装结构的整体结构示意图，包括基板10、光信号发射单元11、光信号接收单元12、保护胶层13、遮光层14、光屏蔽层。基板10上表面固定有光信号发射单元11和光信号接收单元12；光信号发射单元11和光信号接收单元12分别通过第一导电连接线20和第二导电线21，与基板10上表面的第一导电连接位17和第二导电连接位19连接；光信号发射单元11与光信号接收单元12上设有保护胶层13；保护胶层13上表面设有遮光层14，遮光层14上设置有分别覆盖在光信号发射单元11和光信号接收单元12上方的定向导光通道143；保护胶层13之间及两侧设置有光屏蔽胶层15。需要说明的是，本实施例的设有遮光层的光电传感器封装结构本质上也即光电传感器的结构，为了便于说明，本实施例中将设有遮光层的光电传感器封装结构统称为光电传感器。
43.本实施例提供的设有遮光层14的光电传感器的有益效果至少在于：
44.(1)本公开实施例在光信号发射单元11与光信号接收单元12之间设置了用于屏蔽光信号发射单元11信号的第二光屏蔽胶层152，从而可以消除或大大降低内部信号横向串
扰，极大地提高了光电传感器检测的准确性；而且，通过在光信号发射单元11与光信号接收单元12的两侧设置第一光屏蔽胶层151和第三光屏蔽胶层153，使得该光电传感器在具体应用环境中可以起到屏蔽其他电子器件光信号的作用，进一步提高了光电传感器检测的准确性。
45.(2)本公开实施例通过设置遮光层14以及定向导光通道143，使得光信号只能由定向导光通道143进入光电传感器被光信号接收单元12接收，减少环境光和非待测物体反射光线对检测结果造成的干扰。
46.请参照图2，在一个实施例中，基板10为具有一定厚度的长方形基板10，基板10形状根据不同情况可由本领域技术人员做变化，在此不做限制。基板10的上表面设置有第一导电位16、第一导电连接位17和第二导电位18、第二导电连接位19，基板10的下表面设置有分别与第一导电位16、第一导电连接位17、第二导电位18、第二导电连接位19对应的第三导电位、第三导电连接位、第四导电位、第四导电连接位，基板10上下对应的导电位形状尺寸可以不同，在此不做限制；在基板10的两侧分别设置有用于连接第一导电位16和第三导电位的第一通孔22、连接第一导电连接位17和第三导电连接位的第二通孔23、连接第二导电位18和第四导电位的第三通孔24、连接第二导电连接位19和第四导电连接位的第四通孔25。
47.请参照图3，基板10的上表面设置有第一导电位16和第二导电位18，第一导电位16上固定有光信号发射单元11，第二导电位18上固定有光信号接收单元12。作为示例，光信号发射单元11可以是led也可以是vcsel，芯片结构可以是垂直，也可以是倒装等，根据应用的不同，可以为红外发射芯片或绿光芯片，但不限于这几类芯片，本领域技术人员可以根据实际应用选择不同波段及不同类型芯片，本实施例不对此进行限定；光信号接收单元12可以是光电二极管或光电三极管，但不限于光电二极管或光电三极管，也可以为专用asic芯片，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，本实施例不对此进行限定。需要说明的是，本实施例的光信号发射单元11与光信号接收单元12可以被固定在基板10上，即光信号发射单元11、光信号接收单元12与基板10为两种分离的部件；此外，本实施例的光信号发射单元11与光信号接收单元12还可以直接涵盖于基板10的内部，即与基板10为整体结构。
48.保护胶层13为通过注胶方式形成在基板10的上表面，包括第一保护胶层131和第二保护胶层132，并且第一保护胶层131和第二保护胶层132分别覆盖光信号发射单元11、光信号接收单元12和导电连接线。如图7所示，在完全覆盖光信号发射单元11和光信号接收单元12的前提下，该保护胶层13的形状可以为个的长方体、圆柱体、六面柱体等形状，根据需要进行设置，在此不做限定；作为示例，本实施例的保护胶层13一般为透明硅胶或透明环氧树脂，但不限于透明硅胶或透明环氧树脂，本领域技术人员也可以选择其他相近性能的材料，这样一来，第一保护胶层131和第二保护胶层132不仅可以对光信号发射单元11和光信号接收单元12起到保护作用，从而提高封装的可靠性，稳定性，还允许光信号发射单元11所发射波段的光信号通过。可选地，保护胶层13中还可以混合其他功能性材料，如环境光过滤材料或带通性质材料，其中，环境光过滤材料作用是阻止可产生干扰的环境光信号通过，带通性质材料则允许特定波段的光通过。这样一来，保护胶层13可以阻止对检测信号产生干扰的环境光通过胶体，从而提高光电传感器检测结果的准确性，进而提升光电传感器的整体性能。本实施例中，保护胶层13中可混合的功能性材料不限于上述两种材料，本领域技术
人员可以根据应用要求灵活地选择其他功能材料，本实施例不对此进行限定。
49.遮光层14覆盖在第一保护胶层131和第二保护胶层132上表面，遮光层14设置有定向导光通道143，包括第一遮光层141和第二遮光层142；其中，第一遮光层141和第二遮光层142上的定向导光通道143分别覆盖在光信号发射单元11和光信号接收单元12的上方。
50.请参照图6或图7，在一些实施例中，第一保护胶层131和第二保护胶层132上表面设有遮光层14，包括第一遮光层141和第二遮光层142；第一遮光层141和第二遮光层142上设置有定向导光通道143，分别覆盖在光信号发射单元11和光信号接收单元12的上方。可选地，遮光层14的厚度一般为为20至200微米，保证起到隔绝环境光从遮光层14覆盖部分进入封装体内部，同时阻止光信号发射单元11的光信号从印刷层的覆盖区域射出。
51.在一些实施例中，定向导光通道的截面积大小可以为光发射组件或光接收组件的表面积大小的0.5至1.5倍，低于0.5倍可能导致光信号有效射出或有效接收减弱，高于1.5倍则有可能削弱抗环境光干扰的效果。另外，定向导光通道的截面形状可以为图8所示的圆形、图9所示的方形，也可以为椭圆形、半椭圆形、菱形、倒锥形或其他形状，根据需要具体设置。在一些实施例中，光信号接收单元12对应的定向导光通道143与光信号接收单元12对应的定向导光通道143的形状和大小可以相同也可以不同，如图8所示，二者的大小形状均可以相同；如图9所示，二者的大小可以不同；如图10所示，二者的形状可以不同；根据需要具体设置，在此不做限制。
52.在一些实施例中，遮光层14的材料可以为黑色uv油墨等光固性材料，也可以为黑色硅胶类、黑色环氧树脂类等热固性材料，还可以为其他近似功能的材料，在此不做限制。在一个实施例中，如图8所示，遮光层14与光屏蔽胶层15的材料相同，均为黑色硅胶。在其他的实施例中，遮光层14与光屏蔽胶层15的材料可以相同也可以不同，根据需要进行设置。
53.在一些实施例中，遮光层14可以采用丝网印刷工艺、喷印工艺、3d打印工艺制备或其他可灵活调整形状和尺寸的制备工艺。采用上述制备方法可以根据需要灵活调整定向导光通道143的形状和尺寸，不受传统模具由于固定而无法调整的限制。另外，由于精度要求不同因此在不同应用场景中，可以根据需要进行不同设置，此处不做限制。
54.光屏蔽胶层15为通过注胶方式形成在基板10的上表面，该光屏蔽胶层15至少包括第一光屏蔽胶层151、第二光屏蔽胶层152和第三光屏蔽胶层153；其中，第一光屏蔽胶层151和第二光屏蔽胶层152之间为第一保护胶层131和第一遮光层141，第二光屏蔽胶层152与第三光屏蔽胶层153之间为第二保护胶层132和第二遮光层142。也就是说，在基板10的上表面，从左到右(图1中所示的方向)依次设置有第一光屏蔽胶层151、第一保护胶层131(及第二遮光层142)、第二光屏蔽胶层152、第二保护胶层132(及第二遮光层142)和第三光屏蔽胶层153。其中，光屏蔽胶层15用于阻止光信号发射单元11的光信号通过。这样一来，由于在光信号发射单元11与光信号接收单元12之间设置了用于屏蔽光信号发射单元11信号的第二光屏蔽胶层152，从而可以消除或大大降低内部信号横向串扰，极大地提高了光电传感器检测的准确性。而且，通过在光信号发射单元11与光信号接收单元12的两侧设置第一光屏蔽胶层151和第三光屏蔽胶层153，使得该光电传感器在具体应用环境中可以起到屏蔽其他电子器件光信号的作用，进一步提高了光电传感器检测的准确性。
55.作为示例，光屏蔽胶层15可以是环氧黑胶或黑色硅胶，但不限于环氧黑胶或黑色硅胶，本领域技术人员也可以选择其他相近性能的材料，本实施例不对此进行限定。进一
步，光屏蔽胶层15的下表面低于光信号发射单元11和光信号接收单元12的上表面，以对光信号发射单元11发射的光信号起到更好的屏蔽作用。
56.作为一种具体的实施方式，基板10的上表面形成第一保护胶层131、第二保护胶层132和光屏蔽胶层15后，第一保护胶层131在基板10上的覆盖面积、第二保护胶层132在基板10上的覆盖面积和光屏蔽胶层15在基板10上的覆盖面积等于基板10上表面的总面积，即第一保护胶层131、第二保护胶层132和光屏蔽胶层15共同将基板10的上表面全部覆盖。进一步，第二光屏蔽胶层152的宽度占光信号发射单元11与光信号接收单元12之间距离的20％-90％，既保证光屏蔽胶层15与光信号发射单元11、光信号接收单元12之间的安全距离，同时确保可阻止光信号发射单元11发射的光信号通过；第一光屏蔽胶层151和第三光屏蔽胶层153分别占第二光屏蔽胶层152宽度的20％-60％。需要说明的是，第二光屏蔽胶层152的宽度为图1中的第二光屏蔽胶层152左侧壁到右侧壁之间的距离，光信号发射单元11与光信号接收单元12之间距离可以理解为图1中光信号发射单元11右端与光信号接收单元12左端之间的距离。换言之，即光信号发射单元11与光屏蔽胶层15之间具有一定距离，光信号接收单元12与光屏蔽胶层15之间具有一定距离。如上所述，本实施例提供的光电传感器，在光信号发射单元11与光信号接收单元12之间设置第二光屏蔽胶层152，以消除或大大降低内部信号横向串扰，极大地提高了检测的准确性，同时在光信号发射单元11与光信号接收单元12的两侧设置第一光屏蔽胶层151和第三光屏蔽胶层153，使得该光电传感器在具体应用环境中可以起到屏蔽其他电子器件光信号的作用，提高了检测的准确性；还可以通过在保护胶层13中混合各种功能性材料，如环境光过滤材料，以阻止可对检测信号产生干扰的环境光通过胶体，进一步提高检测结果的准确性，提升光电传感器的整体性能。
57.如图2-5所示，在制作本实施例的光电传感器时，首先提供设置有第一导电位16和第二导电位18的基板10(如图2所示的基板10)，然后将光信号发射单元11和光信号接收单元12分别固定于基板10的第一导电位16和第二导电位18(如图3所示)，下一步可以将基板10放入专用molding灌胶设备，运用胶体灌胶成型得到保护胶层13(如图5所示)，然后通过丝网印刷工艺在保护胶层13上形成带有定向导光通道143的遮光层14(图6)；进一步再通过切割工艺将光信号发射单元11左侧的保护胶层13、光信号发射单元11与光信号接收单元12之间的保护胶层13、以及光信号接收单元12右侧的保护胶层13切除，以得到第一灌胶位、第二灌胶位、第三灌胶位、第一保护胶层131(第一遮光层141)和第二保护胶层132(第二遮光层142)(如图7所示)，最后通过点胶的方式在第一灌胶位、第二灌胶位、第三灌胶位分别形成第一光屏蔽胶层151、第二光屏蔽胶层152和第三光屏蔽胶层153(如图1所示)；其中，第二光屏蔽胶层152的宽度占光信号发射单元11与光信号接收单元12边缘间距的20％～90％，第一光屏蔽胶层151和第三光屏蔽胶层153分别占第二光屏蔽胶层152宽度的20％-60％。
58.可选地，在上述制作过程中，保护胶层13不限于通过molding灌胶成型，本领域技术人员也可以先让胶体成型为胶饼，再将该胶饼与基板10粘合。第一光屏蔽胶层151、第二光屏蔽胶层152和第三光屏蔽胶层153不限于通过点胶方式在第一灌胶位、第二灌胶位、第三灌胶位形成，也可以通过molding灌胶方式或注塑成型方式在第一灌胶位、第二灌胶位、第三灌胶位形成。除上述形成第一保护胶层131、第二保护胶层132和光屏蔽胶层15外，本实施例还可以运用专用模具，一步形成带有第一光屏蔽胶层151、第二光屏蔽胶层152和第三光屏蔽胶层153的保护胶层13，即不需要先形成保护胶层13再切割出灌胶位，进而灌胶形成
光屏蔽胶层15，而是利用专用模具一步形成第一保护胶层131、第二保护胶层132，然后利用专用模具一步形成第一光屏蔽胶层151、、第二光屏蔽胶层152和第三光屏蔽胶层153。本实施例不对具体的专用模具进行说明，本领域技术人员可选择能够实现上述功能的专用模具。
59.可选地，在上述制作过程中，遮光层14不限于通过丝网印刷成型，本领域技术人员也可以通过喷印工艺、3d打印工艺等工艺实现。
60.由于工艺的灵活性，本实施例的光电传感器的整体封装尺寸可根据实际应用需求灵活调整，既可实现大尺寸封装，也可实现小尺寸封装，如2.0mm
×
1.0mm、2.0mm
×
1.6mm等，封装厚度可通过调节注入的胶量灵活调整，如；0.7mm、1.0mm等，为适应不同应用需求提供了极大的灵活性。
61.在一种更具体的实施方式中，本实施例的基板10的上表面和下表面各设置有四个导电位。具体而言，参照图4，基板10的上表面设置有第一导电位16、第一导电连接位17和第二导电位18、第二导电连接位19，第一安装位设置于第一导电位16，第二安装位设置于第二导电位18；其中，位于第一安装位的光信号发射单元11通过第一导电线20与第一导电连接位17连通，位于第二安装位的光信号接收单元12通过第二导电线21与第二导电连接位19连通。第一安装位在第一导电位16的位置，以及第二安装位在第二导电位18的位置，均可以根据实际应用灵活调整，换言之，也可以理解为，直接将光信号发射单元11和光信号接收单元12分别固定到第一导电位16和第二导电位18。
62.基板10的下表面设置有分别与第一导电位16、第一导电连接位17、第二导电位18、第二导电连接位19对应的第三导电位、第三连接导电位、第四导电位、第四连接导电位(图中未示出)。以及，在基板10的两侧分别设置有用于连接第一导电位16和第三导电位的第一通孔22、连接第一导电连接位17和第三连接导电位的第二通孔23、连接第二导电位18和第四导电位的第三通孔24、连接第二导电连接位19和第四连接导电位的第四通孔25。这些通孔可以起到基板10上下导电位电气连接作用。可选地，基板10的上表面和下表面设置的四个导电位的形状和尺寸可以根据实际应用或散热需求灵活调整，本实施例不对此进行限定。
63.按照上述设计，在制作光电传感器时，在光信号发射单元11和光信号接收单元12分别固定到基板10上之后，进一步将光信号发射单元11和光信号接收单元12分别与基板10的第一导电连接位17和第二导电连接位19通过第一导电线20和第二导电线21连接，然后再进行注胶工艺的后续操作。需要说明的是，本实施例的光电传感器并不限定案子上述设计(即在基板10的上下表面设置四个导电位，然后通过导电线与光信号发射单元11和光信号接收单元12连接的方式)，本领域技术人员也可以根据实际需要灵活设计基板10、光信号发射单元11和光信号接收单元12，这些都不脱离本说明书的保护范围。
64.基于同样的构思，本公开还提供了一种电子设备，电子设备包括上述实施例中的设有遮光层的光电传感器封装结构。
65.以上仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。