TWM660841U

TWM660841U - 光學模組封裝結構

Info

Publication number: TWM660841U
Application number: TW113205462U
Authority: TW
Inventors: 邱聖翔
Original assignee: 致伸科技股份有限公司
Filing date: 2024-05-28
Publication date: 2024-09-21

Abstract

提供一種光學模組封裝結構，其包括第一電路板、電子元件、第一導線架及第二導線架、光發射模組及第二電路板。電子元件設置在第一電路板上。第一及第二導線架彼此相鄰並且設置在電子元件上，並且電性連接第一電路板。光發射模組設置在第一及第二導線架上，其中光發射模組包括彼此電性絕緣的第一連接墊及第二連接墊位於光發射模組的底部。第二電路板設置在第一及第二導線架與光發射模組的底部之間，並且包括彼此電性絕緣的第一導電路徑及第二導電路徑，其中第一及第二連接墊分別透過第一及第二導電路徑電性連接第一及第二導線架。

Description

光學模組封裝結構

本創作係有關於一種光學模組封裝結構。

隨著電子產品的尺寸越來越輕薄短小，電子產品內部的封裝結構也持續朝向微型化發展。因此如何進一步縮小封裝結構的體積成為本領域的技術課題。

本創作提供一種光學模組封裝結構，其包括第一電路板、電子元件、第一導線架及第二導線架、光發射模組及第二電路板。電子元件設置在第一電路板上。第一導線架及第二導線架彼此相鄰並且設置在電子元件上，並且電性連接第一電路板。光發射模組設置在第一導線架及第二導線架上，其中光發射模組包括彼此電性絕緣的第一連接墊及第二連接墊位於光發射模組的底部。第二電路板設置在第一導線架及第二導線架與光發射模組的底部之間，並且包括彼此電性絕緣的第一導電路徑及第二導電路徑，其中第一連接墊及第二連接墊分別透過第一導電路徑及第二導電路徑電性連接第一導線架及第二導線架。

在本創作的一些實施例中，光發射模組更包括垂直腔面型雷射器(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)。

在本創作的一些實施例中，光學模組封裝結構更包括：光接收模組，橫向鄰接光發射模組，其中光發射模組的頂表面所在的高度與光接收模組的頂表面所在的高度相同或大致相同。

在本創作的一些實施例中，第一導電路徑具有第一頂導電墊及彼此分離的二個第一底導電墊，第一頂導電墊電性連接光發射模組的第一連接墊，該二個第一底導電墊電性連接第一導線架。

在本創作的一些實施例中，第二電路板具有彼此相對的二個凹部，於上視角度中，該二個凹部分別介於第一導線架的一端與第二導線架的一端之間以及介於第一導線架的另一端與第二導線架的另一端之間。

在本創作的一些實施例中，各凹部的寬度小於第一導線架與第二導線架的間距。

在本創作的一些實施例中，各凹部的垂直投影與電子元件的垂直投影重疊。

在本創作的一些實施例中，光學模組封裝結構更包括：固化後膠層，介於電子元件與第一導線架及第二導線架之間以及位於該二個凹部內。

在本創作的一些實施例中，固化後膠層由光固化及熱固化膠固化而成。

在本創作的一些實施例中，該二個凹部為二個邊孔。

在本創作的一些實施例中，第一導線架及第二導線架透過第一錫膏固定在第二電路板的底表面上，並且光發射模組的底部透過第二錫膏固定在第二電路板的頂表面上。

110:第一電路板

120:電子元件

132:第一導線架

134:第二導線架

140:光發射模組

142:第一連接墊

144:第二連接墊

150:第二電路板

151:第一導電路徑

1511:第一頂導電墊

1512:第一底導電墊

152:第二導電路徑

1521:第二頂導電墊

1522:第二底導電墊

160c:固化後膠層

160u:光固化及熱固化膠

170:焊料

180:光接收模組

35A:第一堆疊結構

35B:第二堆疊結構

以下將結合附圖閱讀，根據以下實施方式可以最好地理解本創作的各方面。然而應當理解的是，根據行業中的慣例，各種特徵不一定按照比例繪製。實際上，為了清楚起見，各種特徵的形狀可作適當的調整，並且各種特徵的尺寸可以任意地增加或減小。

圖1為根據本創作一實施例之光學模組封裝結構的立體示意圖。

圖2為圖1之第一導線架、第二導線架、光發射模組及第二電路板的上視立體分解示意圖。

圖3為圖1之第一導線架、第二導線架、光發射模組及第二電路板的下視立體分解示意圖。

圖4至10為根據本創作一實施例之光學模組封裝結構的製造方法在各製程階段的立體示意圖。

本創作的優點及特徵以及達到其光學模組封裝結構將參照例示性實施例及附圖進行更詳細的描述而更容易理解。然而，本創作可以不同形式來實現，而不應被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的此些實施例將使本創作更加透徹與全面且完整地傳達本創作的範疇。

本文中的空間相對用語，例如「下」、「上」，這是為了便於敘述圖式中一元件或特徵與另一元件或特徵之間的相對關係。這些空間相對用語的真實意義包含其他方位。例如，當圖式上下翻轉180度時，一元件與另一元件之間的關係，可能從「下」變成「上」。本文中所使用的空間相對敘述也應作同樣的解釋。

如先前技術所述，如何進一步縮小封裝結構的體積成為本領域的技術課題。據此，本創作提供一種光學模組封裝結構，其包括第一電路板、電子元件、第一導線架及第二導線架、光發射模組及第二電路板。相較於電子元件及光發射模組配置在不同平面位置的封裝結構，本創作的電子元件及光發射模組係垂直堆疊，因此其占用的平面空間(即X/Y尺寸)較小。另一方面，本創作的封裝結構採用尺寸極小的光發射模組，以及體積很小的第二電路板及輕薄的導線架作為光發射模組與電路板之間的電連接件，因此本創作的封裝結構的體積極小，而可適用於尺寸微型化的各種電子產品(例如AR眼鏡或VR眼鏡)。並且進一步地，光發射模組所在高度可與光接收模組所在高度相同或大致相同，而使光學系統具有良好的對齊性、光學性能及穩定性。以下將詳述本創作的光學模組封裝結構的各種實施例。

圖1為根據本創作一實施例之光學模組封裝結構的立體示意圖。圖2為圖1之第一導線架、第二導線架、光發射模組及第二電路板的上視立體分解示意圖。圖3為圖1之第一導線架、第二導線架、光發射模組及第二電路板的下視立體分解示意圖。請參照圖1至3，光學模組封裝結構包括第一電路板110、電子元件120、第一導線架132及第二導線架134、光發射模組140及第二電路板150。

如圖1所示，電子元件120設置在第一電路板110上。在一些實施例中，電子元件120電性連接第一電路板110。在一些實施例中，電子元件120透過焊球(圖未示)或其他合適的導電件固設在第一電路板110上，並且電性連接第一電路板110(例如第一電路板110內的互連結構(圖未示))。在一些實施例中，電子元件120為驅動器(例如驅動IC)、被動元件或其他合適的電子元件。

如圖1所示，第一導線架132及第二導線架134設置在電子元件120上，並且電性連接第一電路板110。第一導線架132及第二導線架134彼此相鄰但彼此分離未接觸。在一些實施例中，第一導線架132的兩端及第二導線架134的兩端透過焊料170電性連接第一電路板110。然而本創作不限於前述實施例，第一導線架132及第二導線架134亦可透過其他導電件電性連接第一電路板110。在一些實施例中，第一導線架132及第二導線架134的厚度小於或等於0.2毫米，或者甚至小於或等於0.15毫米。

如圖1所示，光發射模組140設置在第一導線架132及第二導線架134上。如圖3所示，光發射模組140包括彼此電性絕緣的第一連接墊142及第二連接墊144位於光發射模組140的底部。在一些實施例中，光發射模組140的底部具有絕緣底板(例如塑膠基板或陶瓷基板)，第一連接墊142及第二連接墊144自絕緣底板的底表面露出。

在一些實施例中，光發射模組140更包括垂直腔面型雷射器(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)(圖未示)或其他合適的光發射元件。在一些實施例中，光發射模組140為垂直腔面型雷射器的封裝結構。

第二電路板150設置在第一導線架132及第二導線架134與光發射模組140的底部之間，並且包括彼此電性絕緣的第一導電路徑151及第二導電路徑152。

在一些實施例中，如圖2及3所示，第一導電路徑151具有第一頂導電墊1511及彼此分離的二個第一底導電墊1512，第一頂導電墊1511電性連接該二個第一底導電墊1512，並且第一頂導電墊1511電性連接光發射模組140的第一連接墊142，該二個第一底導電墊1512電性連接第一導線架132。

在一些實施例中，第二導電路徑152具有第二頂導電墊1521及彼此分離的二個第二底導電墊1522，第二頂導電墊1521電性連接該二個第二底導電墊1522，並且第二頂導電墊1521電性連接光發射模組140的第二連接墊144，該二個第二底導電墊1522電性連接第二導線架134。

在一些實施例中，第二電路板150的底表面上設有阻焊層(solder mask，圖未示)，阻焊層具有四個貫孔，以分別露出該二個第一底導電墊1512及該二個第二底導電墊1522。

第一連接墊142及第二連接墊144分別透過第一導電路徑151及第二導電路徑152電性連接第一導線架132及第二導線架134(如圖2及3所示)，再分別透過第一導線架132及第二導線架134電性連接第一電路板110(如圖1所示)。

在一些實施例中，光發射模組140的垂直腔面型雷射器電性連接第一連接墊142及第二連接墊144。在一些實施例中，參照圖1至3，電子元件120為電性連接第一電路板110的驅動器，驅動器依序透過第一電路板110(例如第一電路板110內的互連結構)、第一導線架132/第二導線架134及第一導電路徑151/第二導電路徑152電性連接第一連接墊142/第二連接墊144，以穩定垂直腔面型雷射器的功率輸出，使其發光波長穩定，符合IEC60825或其他有關於雷射產品的安全標準。

在一些實施例中，第一導線架132及第二導線架134透過第一錫膏(圖未示)固定在第二電路板150的底表面上，並且光發射模組140的底部透過第二錫膏(圖未示)固定在第二電路板150的頂表面上。在一些實施例中，第一錫膏設置在該二個第一底導電墊1512與第一導線架132之間以及該二個第二底導電墊1522與第二導線架134之間，亦即第一錫膏呈點狀而非條狀。在一些實施例中，第二錫膏設置在第一頂導電墊1511與第一連接墊142之間以及第二頂導電墊1521與第二連接墊144之間，亦即第二錫膏呈點狀而非條狀。

值得注意的是，相較於銀膠(含銀粒子、結合劑等)，錫膏的導熱效果更佳，因此第二錫膏、第二電路板150的第一導電路徑151/第二導電路徑152、第一錫膏及第一導線架132及第二導線架134可有效將光發射模組140運作時產生的熱能傳導至外界，故本創作的封裝結構具有極佳的散熱效能。此外，錫膏能提供金屬與金屬之間(例如第一連接墊142/第二連接墊144與第一頂導電墊1511/第二頂導電墊1521之間，以及第一底導電墊1512/第二底導電墊1522與第一導線架132/第二導線架134之間)的高接著強度，因此光發射模組140與第二電路板150之間以及第二電路板150與第一導線架132及第二導線架134之間皆具有高接著強度。

在一些實施例中，第二電路板150具有彼此相對的二個凹部150a。如圖1及2所示，於上視角度中，該二個凹部150a分別介於第一導線架132的一端與第二導線架134的一端之間以及介於第一導線架132的另一端與第二導線架134的另一端之間。在一些實施例中，各個凹部150a的寬度小於第一導線架132與第二導線架134的間距。在一些實施例中，如圖1所示，各凹部150a的垂直投影與電子元件120的垂直投影重疊。在一些實施例中，如圖2所示，該二個凹部150a為二個邊孔。在一些實施例中，該二個凹部150a為貫孔(如圖2所示)或盲孔。

在一些實施例中，如圖1所示，光學模組封裝結構更包括固化後膠層160c，其介於電子元件120與第一導線架132及第二導線架134之間以及位於該二個凹部150a內。在一些實施例中，固化後膠層160c接觸第二電路板150，但未接觸光發射模組140。在一些實施例中，固化後膠層160c由光固化及熱固化膠經過照光製程及加熱製程固化而成。

在一些實施例中，光學模組封裝結構更包括光接收模組180，其橫向鄰接光發射模組140。在一些實施例中，光接收模組180具有光感測器。在一些實施例中，光接收模組180為攝像模組。在一些實施例中，光發射模組140的頂表面所在的高度與光接收模組180的頂表面所在的高度相同或大致相同。如此一來，可確保光學系統具有良好的對齊性，以獲得清晰準確的影像，還可減少光從發射端到接收端的傳播路徑的光路差異，使光學系統具有良好的光學性能及穩定性。此外，光發射模組高度與光接收模組高度不一致的封裝結構可能需要額外的校準及調整步驟以確保其對齊性，導致耗費額外的成本及時間。然而本創作之上述實施例無須耗費額外的成本及時間。

本創作還提供一種光學模組封裝結構的製造方法。圖4至10為根據本創作一實施例之光學模組封裝結構的製造方法在各製程階段的立體示意圖。以下將詳述本創作之製造方法的各個步驟。

如圖4所示，接收第一電路板110及電子元件120，電子元件120位於第一電路板110上。在一些實施例中，光接收模組180亦位於第一電路板110上。在一些實施例中，電子元件120及/或光接收模組180透過焊球或其他合適的導電件固設在第一電路板110上，以電性連接第一電路板110。在一些實施例中，電子元件120及/或光接收模組180透過表面貼焊技術(surface mount technology,SMT)製程固設在第一電路板110上。在一些實施例中，電子元件120為驅動器、被動元件或其他合適的電子元件。

如圖5及6所示，透過表面貼焊技術製程將第一導線架132及第二導線架134固定在第二電路板150的底表面上，以形成第一堆疊結構35A。在一些實施例中，將第一錫膏(圖未示)印刷在第一底導電墊1512及第二底導電墊1522上，然後將第一導線架132及第二導線架134打件到第一底導電墊1512及第二底導電墊1522上。

如圖7及8所示，透過另一表面貼焊技術製程將光發射模組140固定在第一堆疊結構35A的第二電路板150的頂表面上，以形成第二堆疊結構35B。在一些實施例中，將第二錫膏(圖未示)印刷在第一頂導電墊1511及第二頂導電墊1521上，然後將光發射模組140打件到第一頂導電墊1511及第二頂導電墊1521上。

如圖8至10所示，將第二堆疊結構35B的第一導線架132及第二導線架134固定在電子元件120上。在一些實施例中，將第二堆疊結構35B的第一導線架132及第二導線架134固定在電子元件120上之步驟包括：透過黏晶(die bond)製程將第二堆疊結構35B的第一導線架132及第二導線架134固定在電子元件120上。

在一些實施例中，將第二堆疊結構35B的第一導線架132及第二導線架134固定在電子元件120上之步驟包括：分配光固化及熱固化膠160u於電子元件120上方(如圖9所示)；將如圖8所示的第二堆疊結構35B放置在光固化及熱固化膠160u及電子元件120上方，使第一導線架132及第二導線架134接觸光固化及熱固化膠160u(如圖10所示)；對光固化及熱固化膠160u照光，以使光固化及熱固化膠160u部分固化(或可稱預固化)；以及對部分固化之光固化及熱固化膠進行加熱製程，以形成固化後膠層(圖10未示，請參考圖1)。

在一些實施例中，如圖9所示，分配光固化及熱固化膠160u於電子元件上方係透過點膠製程完成。在一些實施例中，光固化及熱固化膠160u包括光固化樹脂及熱固化樹脂。在一些實施例中，光固化及熱固化膠160u更包括導熱粒子。

在一些實施例中，如圖8至10所示，將第二堆疊結構35B放置在光固化及熱固化膠160u及電子元件120上方之步驟更包括：使光固化及熱固化膠160u進入該二個凹部150a。

在一些實施例中，參考圖10，對光固化及熱固化膠160u照光，以使光固化及熱固化膠160u部分固化之步驟包括：使在凹部150a內及其下方的光固化及熱固化膠160u部分固化，而使第一導線架132及第二導線架134與電子元件120之間產生一定的接著強度。在一些實施例中，參考圖10，對光固化及熱固化膠160u照光之步驟包括：對光固化及熱固化膠160u之鄰近兩凹部150a的相對兩側面照光。

在一些實施例中，參考圖10，上片手臂(bond head，圖未示)將第二堆疊結構35B放置在光固化及熱固化膠160u及電子元件120上方之後不移動，待對光固化及熱固化膠160u照光，以使光固化及熱固化膠160u部分固化之後，上片手臂才上移離開，如此一來，能夠避免上片手臂上移離開時拖動第二堆疊結構35B而使其位置明顯偏移(例如X方向、Y方向的偏移以及旋轉角度)。

在一些實施例中，由於光固化及熱固化膠160u已部分固化而產生一定的接著強度，因此在後續將封裝結構移入烤箱以進行加熱製程的過程中，也能夠避免第二堆疊結構35B發生明顯的位置偏移。

如圖10及1所示，使第一導線架132及第二導線架134電性連接第一電路板110。在一些實施例中，使第一導線架132及第二導線架134電性連接第一電路板110係使用焊料噴射(solder jet)處理，以形成焊料170電性連接於第一導線架132及第二導線架134與第一電路板110之間。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。另外，本創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本創作所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本創作之權利範圍。