本發(fā)明的實(shí)施例涉及光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光電體積描記術(shù)(ppg)是用于通過(guò)將特定波長(zhǎng)下的光照射至身體以及測(cè)量回波信號(hào)(要么通過(guò)諸如手指的末端要么從主體反射)來(lái)測(cè)量生理參數(shù)的一種技術(shù)。不幸地，ppg對(duì)噪聲非常敏感并且不能區(qū)分影響血液流動(dòng)的不同因素(包括心率、呼吸率和身體運(yùn)動(dòng))。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，包括：印刷電路板(pcb)，包括頂面、底面和空腔，其中，所述空腔從所述頂面向下延伸至所述底面；支持件，具有頂面和底面；以及光學(xué)傳感器，接合并且耦合至所述支持件的所述頂面，其中，所述光學(xué)傳感器包括初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)；其中，翻轉(zhuǎn)所述支持件并且接合至所述印刷電路板，其中，所述支持件的所述頂面面向所述空腔，從而使得所述光學(xué)傳感器耦合至所述印刷電路板并且至少部分地延伸至所述空腔。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，包括：印刷電路板(pcb)，包括頂面、底面和空腔，其中，所述空腔從所述頂面向下延伸至所述底面；芯片封裝件，包括頂面和底面，其中，多個(gè)電連接器位于所述芯片封裝件的所述底面處；以及心率傳感器，接合并且耦合至所述芯片封裝件的所述底面，其中，所述心率傳感器包括初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)、光源和光電二極管；其中，所述芯片封裝件通過(guò)所述電連接器接合至所述印刷電路板，并且其中，所述芯片封裝件的所述底面面向所述空腔，從而使得所述心率傳感器耦合至所述印刷電路板并且至少部分地延伸至所述空腔。

本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種電子器件，包括：殼體，包括位于所述殼體的底面處的平板透明材料；以及權(quán)利要求11的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置在所述殼體中；其中，光學(xué)傳感器通過(guò)所述平板透明材料感測(cè)所述電子器件周?chē)奈矬w。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該指出，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1至圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例的示出光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的制造中的中間階段的示意圖；

圖9至圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例的示出光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的制造中的中間階段的示意圖；以及

圖14是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的示出將光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)集成至電子器件的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)原件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。

盡管公開(kāi)的數(shù)值范圍和參數(shù)闡明的廣泛范圍是近似的，但是在具體實(shí)例中報(bào)道的闡明的數(shù)值盡可能精確。然而，任何數(shù)值本質(zhì)上包含必然導(dǎo)致在相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的某些錯(cuò)誤。同樣，如此處使用的，術(shù)語(yǔ)“約”通常意味著在給定值或范圍的10％、5％、1％或0.5％內(nèi)?？蛇x地，術(shù)語(yǔ)“約”意味著在本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員考慮的平均值的可接受的標(biāo)準(zhǔn)誤差內(nèi)。除了操作/工作的實(shí)例，或者除非另有明確的限定，應(yīng)該明白通過(guò)術(shù)語(yǔ)“約”，此處公開(kāi)的所有的數(shù)值范圍、數(shù)量、值和百分比(諸如那些材料的數(shù)量、持續(xù)時(shí)間、溫度、操作條件、數(shù)量的比率等)在所有情況下都可以改變。相應(yīng)地，除非表示相反，否則在本發(fā)明中和附加的要求中闡明的數(shù)值參數(shù)是近似的(可以期望的變化)。至少，每個(gè)數(shù)值參數(shù)至少應(yīng)在報(bào)道的顯著的數(shù)字的數(shù)量的光中并且通過(guò)應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)被解釋。此處表達(dá)的范圍可以為從一個(gè)端點(diǎn)至另一個(gè)端點(diǎn)或兩個(gè)端點(diǎn)之間。除非另有限定，否則此處公開(kāi)的所有范圍都包括端點(diǎn)。

在本發(fā)明中，提出了光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)。在示例性實(shí)施例中，光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)至少包括電連接至印刷電路板(pcb)的傳感器，其中，pcb的空腔容納至少部分傳感器，并且在填充和包圍pcb空腔和傳感器之間的間隙的材料上形成二次光學(xué)透鏡。緊湊的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)允許最終產(chǎn)品的減小的形狀因數(shù)并且提供了適用于各個(gè)光學(xué)感測(cè)目的的成本有效解決方案。示出了形成光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的中間階段。討論了變化的實(shí)施例。貫穿各個(gè)視圖和示出的實(shí)施例，相同的標(biāo)號(hào)用于指定相同的元件。

圖1至圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例的示出光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的制造中的中間階段的示意圖。圖1是示出載體20以及位于載體20上的粘合層22的截面圖。載體20可以是玻璃載體、陶瓷載體等。粘合層22可以由諸如粘合膜的粘合劑形成。

圖2a是示出在載體20上方放置管芯24和25的三維立體圖。管芯24放置在載體20上方的管芯25的一側(cè)處。在一些實(shí)施例中，管芯24和25附接至粘合層22(附著至載體20)。管芯24和25可以是其中包括邏輯晶體管的邏輯器件管芯。管芯24可以包括電源管理集成電路(pmic)(特定地設(shè)計(jì)為管理系統(tǒng)的功耗)。特別地，pmic可以處理電源(諸如電池)的原電壓，并且進(jìn)而供應(yīng)調(diào)節(jié)電壓以驅(qū)動(dòng)多個(gè)片外功耗實(shí)體與pmic分隔開(kāi)。典型的pmic可以包括用于驅(qū)動(dòng)片外功耗實(shí)體的許多高功率片上模塊(諸如開(kāi)關(guān)模式的電池充電器(smbc's)、背光顯示驅(qū)動(dòng)器(wled's)、降壓穩(wěn)壓器、音頻放大器和閃光led驅(qū)動(dòng)器)。當(dāng)處理至片外實(shí)體的功率或來(lái)自片外實(shí)體的功率時(shí)，片上模塊可以消散相當(dāng)大的功率。管芯25可以包括微控制器單元(mcu)。mcu是在單個(gè)集成電路(包含處理器核心、存儲(chǔ)器和可編程輸入/輸出外設(shè))上具有更小規(guī)模的計(jì)算機(jī)。

電連接器26和27分別形成為管芯24和管芯25的頂部，并且電耦合至管芯24中的pmic和管芯25中的mcu。在一些實(shí)施例中，電連接器26和27包括金屬柱(諸如銅柱)(將器件管芯24和管芯25放置在載體20上方之前可以預(yù)成型)。金屬柱可以是無(wú)焊料的，并且可以包括垂直壁。在一些實(shí)施例中，在管芯24和管芯25的頂面處形成介電層，其中，金屬柱(具有至少下部)或整體位于介電層中。介電層的頂面也可以與電連接器26和27的頂端基本齊平。介電層可以由聚酰亞胺、聚苯并惡唑(pbo)、氧化物層、氮化物層或它們的多層組成。當(dāng)沒(méi)有形成介電層時(shí)，金屬柱突出管芯24和管芯25的頂面之上。在這個(gè)實(shí)施例中，沒(méi)有在圖2a和隨后的附圖中描述介電層。

圖2b是示出沿著圖2a的線2-2截取的在載體20上方放置管芯24和25的截面圖。管芯24和25附接至粘合層22(附著至載體20)?？刂乒苄?4、25的厚度和電連接器26和27的高度，使得管芯24和25的金屬柱的頂端彼此基本齊平。此外，由于管芯24和25放置在粘合層22上，因此管芯24和25的背面彼此齊平。

圖2c示出了圖2a和圖2b中的結(jié)構(gòu)的頂視圖。在一些實(shí)施例中，管芯24和25的放置是晶圓級(jí)的，并且因此存在放置在載體20上方的多個(gè)管芯24和25。圖2c示出的載體20具有圓的頂視圖形狀。在可選實(shí)施例中，載體20也可以具有矩形頂視圖形狀，并且管芯24和管芯25可以以陣列布局。在圖2c中，包圍管芯24和25的每個(gè)組的矩形(未標(biāo)記)限定了在隨后的步驟中形成的相應(yīng)的封裝件的邊界。

參照?qǐng)D3，模塑材料40分配和模制在管芯24和25上。模塑材料40填充管芯24和25之間的間隙，并且可以與粘合層22接觸。此外，如果沒(méi)有在管芯24和25的頂面上形成介電層，則模塑材料40可以填充至電連接器26和27之間的間隙。在一些實(shí)施例中，模塑材料40由聚合物組成。例如，模塑材料40可以包括模塑料、模塑底部填充物、環(huán)氧化物或樹(shù)脂。模塑材料40的頂面高于電連接器26和27的頂端。模塑材料40的底面與管芯24和25的背面基本齊平。在分配之后，固化模塑材料40。

下一步，實(shí)施平坦化步驟(可以是研磨步驟或化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)操作)以減薄模塑材料40。直至暴露電連接器26和27的頂端，則可以完成平坦化步驟。圖4中示出了產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。管芯24和25中的電連接器26和27的頂端彼此齊平，并且與模塑材料40的頂面40a齊平。在一些實(shí)施例中，其中，沒(méi)有形成介電層，模塑材料40包圍每個(gè)電連接器26和27并且與每個(gè)電連接器26和27接觸。在可選實(shí)施例中，其中，形成了介電層，電連接器26和27的頂端彼此齊平，并且與介電層的表面和模塑材料40的頂面40a基本齊平。

下一步，參照?qǐng)D5，在模塑材料40上方形成再分布層(rdl)45。rdl45(有時(shí)也稱(chēng)為再分布線)包括位于其中的介電層44和多個(gè)連接圖案42。至少部分連接圖案42電連接至電連接器26和27，并且可以與電連接器26和27互連。可以存在一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多介電層44，每個(gè)均包括相同層級(jí)處的多個(gè)連接圖案42。連接圖案42還包括互連相鄰的再分布層中的連接圖案的通孔。位于底部再分布層和相應(yīng)的介電層44中的連接圖案42的底面與電連接器26和27的頂端以及模塑材料40的頂面40a接觸。在一些實(shí)施例中，通過(guò)形成并且圖案化介電層44，并且在圖案化的介電層44中的開(kāi)口中形成連接圖案42來(lái)形成rdl45。在可選實(shí)施例中，通過(guò)沉積金屬層、圖案化金屬層并且用介電層44填充連接圖案42之間的間隙來(lái)形成rdl45。在又一可選實(shí)施例中，可以使用鑲嵌工藝形成rdl45。rdl45可以由銅、鎳、鈀、鋁、鎢等組成。介電層44可以包括感光材料(諸如聚酰亞胺、pbo等)(可以圖案化而不使用額外的光刻膠)。介電層44也可以由非有機(jī)材料或諸如氧化物和/或氮化物的材料形成。

圖5也示出了根據(jù)一些示例性實(shí)施例的電連接器46的形成。連接器46的形成可以包括在連接圖案42的暴露的部分上放置焊料球，并且回流焊料球。在可選實(shí)施例中，連接器46的形成包括實(shí)施鍍步驟以在連接圖案42的暴露的部分上方形成銅或焊料區(qū)域。連接器46(也可以通過(guò)鍍形成)也可以包括金屬柱或金屬柱和焊帽。在一些實(shí)施例中，組合結(jié)構(gòu)(包括管芯24、25、模塑材料40、上面的rdl45和連接器46)稱(chēng)為集成扇出(info)組件或扇出封裝件48。在隨后的操作中，載體20從封裝件48分離并且可以去除粘合層22。扇出封裝件48占據(jù)部分晶圓(包括多個(gè)扇出封裝件)，并且該晶圓是沿著劃線鋸切成多個(gè)扇出封裝件的鋸切的管芯。

圖6根據(jù)一些示例性實(shí)施例的示出扇出封裝件48上方的傳感器62和64的放置的截面圖。在這個(gè)實(shí)施例中，傳感器62可以是設(shè)計(jì)為用于測(cè)量心率的測(cè)量器件(即，光學(xué)心率傳感器)。例如，采用光學(xué)心率傳感器62以有效地和安全地改進(jìn)身體和精神狀態(tài)。例如，用戶可以采用光學(xué)心率傳感器62來(lái)監(jiān)視鍛煉過(guò)程中他的心率水平并且避免過(guò)度壓力。由于科學(xué)已經(jīng)表明，燃燒存儲(chǔ)在體內(nèi)的脂肪的最有效方式是在人的最大心率的給定心率(約55至65％)下鍛煉，因此可以利用光學(xué)心率傳感器減肥。示例光學(xué)心率傳感器具有多于一個(gè)發(fā)光二極管(提供穿過(guò)透鏡元件66投射至皮膚的光源)。根據(jù)從皮膚反射的光，接近于光源安裝的光學(xué)檢測(cè)器可以檢測(cè)手腕的皮膚下方的血液的運(yùn)行。光學(xué)檢測(cè)器可以通過(guò)接收穿過(guò)透鏡元件67的部分發(fā)射光檢測(cè)血液運(yùn)行。部分發(fā)射光可以是發(fā)光二極管初始發(fā)射的光減去皮膚吸收的量。透鏡元件66和67也可以稱(chēng)為第一或初級(jí)光學(xué)器件。

傳感器64可以是用于校正由于用戶的運(yùn)動(dòng)而由光學(xué)心率傳感器62感測(cè)的偽像的運(yùn)動(dòng)傳感器。運(yùn)動(dòng)傳感器64可以是基于mems的多維加速度計(jì)。例如，運(yùn)動(dòng)傳感器64可以是三維加速度計(jì)(由沿著三個(gè)正交測(cè)量軸設(shè)置的三個(gè)加速度計(jì)組成并且提供表示器件經(jīng)受的加速度的三維加速度數(shù)據(jù))。通過(guò)將接合焊盤(pán)63和65電連接至電連接器46，可以將光學(xué)心率傳感器62和運(yùn)動(dòng)傳感器64接合至扇出封裝件48。

圖7是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的示出扇出封裝件48接合至pcb72上的截面圖。如圖7所示，使用倒裝芯片技術(shù)，通過(guò)電連接器46將具有接合在其上的光學(xué)心率傳感器62和運(yùn)動(dòng)傳感器64的扇出封裝件48直接安裝在pvb72上。pcb72包括由pcb72的側(cè)壁74限定的連續(xù)空腔73。連續(xù)空腔73提供了用于容納接合至扇出封裝件48的光學(xué)心率傳感器62和運(yùn)動(dòng)傳感器64的空間。在這個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示，連續(xù)空腔73是空腔(從pcb72的頂面75向下延伸至底面76)。

根據(jù)延伸至pcb72的空腔73的光學(xué)心率傳感器62和運(yùn)動(dòng)傳感器64的尺寸，可以確定空腔73的尺寸。因此，整個(gè)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)(包括扇出封裝件48、光學(xué)心率傳感器62、運(yùn)動(dòng)傳感器64和pcb72)可以具有緊湊的形狀因數(shù)(更薄)。當(dāng)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)集成至器件時(shí)，諸如包括心率測(cè)量功能的腕表，更薄的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)允許腕表的減小的厚度。此外，通過(guò)圖7中所示的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，可以順帶減小用戶的皮膚和光學(xué)心率傳感器62的初級(jí)光學(xué)器件之間的距離，從而改進(jìn)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和靈敏度。為了接收更多從用戶的皮膚反射的光，pcb72的空腔73的側(cè)壁74可以有意地朝向底面76傾斜。然而，這并不限制本發(fā)明。在一些實(shí)施例中，pcb72的空腔73的側(cè)壁74可以垂直于頂面75和底面76。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的性能，可以采用二次光學(xué)結(jié)構(gòu)。圖8是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的示出在光學(xué)心率傳感器62的初級(jí)光學(xué)器件上形成二次光學(xué)器件82的截面圖。根據(jù)本發(fā)明，二次光學(xué)器件82的不同類(lèi)別或類(lèi)型可以用于應(yīng)用下面的結(jié)構(gòu)材料的光學(xué)性質(zhì)并且結(jié)合不同的特定的幾何形狀(使光學(xué)心率傳感器62的初級(jí)光學(xué)器件變成更有用的)。二次光學(xué)器件82包括突出于二次光學(xué)器件82的底面83的凸面結(jié)構(gòu)84。當(dāng)從光源發(fā)射光時(shí)，凹面結(jié)構(gòu)86可以接收從皮膚反射的光。凸面結(jié)構(gòu)84的中心點(diǎn)位于從透鏡元件66后面的光源發(fā)射的垂直光通過(guò)的路徑處以使發(fā)射光更均勻地分配在用戶的皮膚上。二次光學(xué)器件82還包括凹進(jìn)至二次光學(xué)器件82的底面83的凹面結(jié)構(gòu)86。凹面結(jié)構(gòu)86的中心點(diǎn)位于從皮膚反射的垂直光通過(guò)的路徑處以增加用于透鏡元件67的入射光的總量。

可以在填充并且包圍如圖8所示的pcb空腔73和光學(xué)心率傳感器62和運(yùn)動(dòng)傳感器64之間的間隙的材料上形成凸面結(jié)構(gòu)84和凹面結(jié)構(gòu)86。該材料可以由任何聚合物(包括聚碳酸酯(pc)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇樹(shù)脂(pet)和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))和玻璃組成。此外，可以通過(guò)使用單個(gè)模制工藝制造底面83、凸面結(jié)構(gòu)84和凹面結(jié)構(gòu)86以簡(jiǎn)化制造工藝并且節(jié)約成本。在一些實(shí)施例中，位于初級(jí)光學(xué)器件和二次光學(xué)器件之間的距離，或例如，位于發(fā)射光二極管和凸面透鏡之間的距離設(shè)計(jì)為約500微米以保持封裝件的緊湊。

在一些實(shí)施例中，在具有更多通用結(jié)構(gòu)的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)中反映了本發(fā)明的理念。圖9至圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例的示出光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的制造中的中間階段的示意圖。圖9是示出pcb92的截面圖。圖9中所示的pcb92類(lèi)似于圖8中的。

圖10是示出在pcb92上方的管芯93-96的放置的三維立體圖。如圖10所示，管芯93-96可以并排放置在pcb92上方。在一些實(shí)施例中，管芯93-96可以以其它布置放置在pcb92上方。管芯93-96可以通過(guò)接合焊盤(pán)接合并且電連接至pcb92。在一些實(shí)施例中，pcb92可以由任何其它類(lèi)型的載體(其中包括導(dǎo)電圖案)代替。管芯93和94可以是邏輯器件管芯(其中包括邏輯晶體管)。管芯93可以包括電源管理集成電路(pmic)(特定地設(shè)計(jì)為管理系統(tǒng)的功耗)。特別地，pmic可以處理電源(諸如電池)的原電壓，并且進(jìn)而供應(yīng)調(diào)節(jié)電壓以驅(qū)動(dòng)多個(gè)片外功耗實(shí)體與pmic分隔開(kāi)。典型的pmic可以包括用于驅(qū)動(dòng)片外功耗實(shí)體的高功率片上模塊(諸如開(kāi)關(guān)模式的電池充電器(smbc's)、背光顯示驅(qū)動(dòng)器(wled's)、降壓穩(wěn)壓器、音頻放大器和閃光led驅(qū)動(dòng)器)。當(dāng)處理至片外實(shí)體的功率或來(lái)自片外實(shí)體的功率時(shí)，片上模塊可以消散相當(dāng)大的功率。管芯94可以包括微控制器單元(mcu)。mcu是在單個(gè)集成電路(包含處理器核心、存儲(chǔ)器和可編程輸入/輸出外設(shè))上的具有更小規(guī)模的計(jì)算機(jī)。

管芯95可以是設(shè)計(jì)為用于測(cè)量心率的測(cè)量器件(即，光學(xué)心率傳感器)。例如，采用光學(xué)心率傳感器95以有效地和安全地改進(jìn)身體和精神狀態(tài)。例如，用戶可以采用光學(xué)心率傳感器95來(lái)監(jiān)視鍛煉過(guò)程中他的心率水平并且避免過(guò)度壓力。由于科學(xué)已經(jīng)表明，燃燒存儲(chǔ)在體內(nèi)的脂肪的最有效方式是在人的最大心率的給定心率(約55至65％)下鍛煉，因此可以利用光學(xué)心率傳感器減肥。示例光學(xué)心率傳感器具有兩個(gè)發(fā)光二極管(提供穿過(guò)透鏡元件97投射至皮膚的光源)。根據(jù)從皮膚反射的光，接近于光源安裝的光學(xué)檢測(cè)器可以檢測(cè)手腕的皮膚下方的血液的運(yùn)行。光學(xué)檢測(cè)器可以通過(guò)發(fā)射至皮膚的光并且測(cè)量穿過(guò)透鏡元件98由皮膚吸收的光的量檢測(cè)血液運(yùn)行。透鏡元件97和98也可以稱(chēng)為第一或初級(jí)光學(xué)器件。

傳感器96可以是用于校正由于用戶的運(yùn)動(dòng)而由光學(xué)心率傳感器95感測(cè)的偽像的運(yùn)動(dòng)傳感器。運(yùn)動(dòng)傳感器96可以是基于mems的多維加速度計(jì)。例如，運(yùn)動(dòng)傳感器96可以是三維加速度計(jì)(由沿著三個(gè)正交測(cè)量軸設(shè)置的三個(gè)加速度計(jì)組成并且提供表示器件經(jīng)受的加速度的三維加速度數(shù)據(jù))。在圖11中，通過(guò)將接合焊盤(pán)99和100電連接至pcb92，可以將光學(xué)心率傳感器95和運(yùn)動(dòng)傳感器96接合至pcb92，并且形成了pcb橋接器111。

圖12是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的示出pcb橋接器111接合至pcb122的截面圖。如圖12所示，將翻轉(zhuǎn)的具有接合在其上的光學(xué)心率傳感器95和運(yùn)動(dòng)傳感器96的pcb橋接器111通過(guò)電連接器101直接安裝在pcb122上。pcb122包括由pcb122的側(cè)壁124限定的連續(xù)空腔123。連續(xù)空腔123提供了用于容納接合至pcb122的光學(xué)心率傳感器95和運(yùn)動(dòng)傳感器96的空間。在這個(gè)實(shí)施例中，如圖12所示，連續(xù)空腔123是空腔(從pcb122的頂面125向下延伸至底面126)。

根據(jù)延伸至pcb122的空腔123的光學(xué)心率傳感器95和運(yùn)動(dòng)傳感器96的尺寸，可以確定空腔123的尺寸。如圖12所示，光學(xué)心率傳感器95的厚度大于運(yùn)動(dòng)傳感器96和管芯93、94(見(jiàn)圖10)的厚度，并且因此由厚度限制元件(即，心率傳感器95)確定空腔123的尺寸(即，pcb122的頂面125和底面126之間的距離)。在一些實(shí)施例中，空腔123的尺寸可以為從約1mm至約1.2mm。因此，整個(gè)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)(包括pcb橋接器111和pcb122)可以具有緊湊的形狀因數(shù)(更薄)。當(dāng)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)集成至器件時(shí)，諸如包括心率測(cè)量功能的腕表，更薄的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)允許腕表的減小的厚度。此外，通過(guò)圖12中所示的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，可以順帶減小用戶的皮膚和光學(xué)心率傳感器95的初級(jí)光學(xué)器件之間的距離，從而改進(jìn)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和靈敏度。為了接收更多從用戶的皮膚反射的光，pcb122的空腔123的側(cè)壁124可以有意地朝向底面126傾斜。然而，這并不限制本發(fā)明。在一些實(shí)施例中，pcb122的空腔123的側(cè)壁124可以垂直于頂面125和底面126。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)的性能，可以采用二次光學(xué)結(jié)構(gòu)。圖13是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的示出在光學(xué)心率傳感器95的初級(jí)光學(xué)器件上形成二次光學(xué)器件132的截面圖。根據(jù)本發(fā)明，二次光學(xué)器件132的不同類(lèi)別或類(lèi)型可以用于應(yīng)用下面的結(jié)構(gòu)材料的光學(xué)性質(zhì)并且結(jié)合不同的特定的幾何形狀(使光學(xué)心率傳感器95的初級(jí)光學(xué)器件變成更有用的)。二次光學(xué)器件132包括突出于二次光學(xué)器件132的底面133的凸面結(jié)構(gòu)130。凸面結(jié)構(gòu)130的中心點(diǎn)位于從透鏡元件97后面的光源發(fā)射的垂直光通過(guò)的路徑處以使發(fā)射光更均勻地分配在用戶的皮膚上。二次光學(xué)器件132還包括凹進(jìn)至二次光學(xué)器件132的底面133的凹面結(jié)構(gòu)131。當(dāng)從光源發(fā)射光時(shí)，凹面結(jié)構(gòu)131可以接收從皮膚反射的光。凹面結(jié)構(gòu)131的中心點(diǎn)位于從皮膚反射的垂直光通過(guò)的路徑處以增加用于透鏡元件98的入射光的總量。

可以在填充并且包圍如圖12所示的pcb空腔73和光學(xué)心率傳感器95和運(yùn)動(dòng)傳感器96之間的間隙的材料上形成凸面結(jié)構(gòu)130和凹面結(jié)構(gòu)131。該材料可以由任何聚合物(包括聚碳酸酯(pc)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇樹(shù)脂(pet)和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))和玻璃組成。此外，可以使用單個(gè)模制工藝制造底面133、凸面結(jié)構(gòu)130和凹面結(jié)構(gòu)131以簡(jiǎn)化制造工藝并且節(jié)約成本。

圖14是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的將光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)集成至電子器件的截面圖。光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)1400可以是圖7、圖8、圖12或圖13所示的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)。光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)1400可以集成至電子器件(諸如電子腕表或心率監(jiān)視器)。電子器件包括殼體，并且平板玻璃1402位于殼體的底面處。當(dāng)用戶佩戴電子器件時(shí)，電子器件的平板玻璃1402與用戶的皮膚接觸，從而使得光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)1400可以通過(guò)平板玻璃1402獲得感測(cè)結(jié)果。由于二次光學(xué)結(jié)構(gòu)嵌入在光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)1400內(nèi)，因此可以簡(jiǎn)化和減薄電子器件的底面而沒(méi)有對(duì)它進(jìn)行過(guò)多進(jìn)一步的工藝。請(qǐng)注意，平板玻璃1402可以由任何其它的平板透明材料代替。例如，在一些實(shí)施例中，透明材料可以是平板藍(lán)寶石玻璃。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，包括：印刷電路板(pcb)(包括頂面、底面和空腔)，其中，該空腔從頂面向下延伸至底面；支持件(具有頂面和底面)；以及光學(xué)傳感器(接合并且耦合至支持件的頂面)，其中，光學(xué)傳感器包括初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)；其中，翻轉(zhuǎn)支持件并且接合至pcb，其中，該支持件的頂面面向空腔，從而使得光學(xué)傳感器耦合至pcb并且至少部分地延伸至空腔。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)包括至少設(shè)置在光學(xué)傳感器的初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)上方的二次光學(xué)結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，二次光學(xué)結(jié)構(gòu)包括位于初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)后面的光源發(fā)射的垂直光通過(guò)的路徑處的凸面結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，二次光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括凹面結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)光從光源發(fā)射并且從物體返回時(shí)，凹面結(jié)構(gòu)接收從物體反射的光。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，二次光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步填充并且包圍空腔和光學(xué)傳感器之間的間隙。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光學(xué)傳感器是心率傳感器。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)還包括接合和耦合至支持件的頂面的運(yùn)動(dòng)傳感器，并且運(yùn)動(dòng)傳感器至少部分地延伸至空腔。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)還包括接合并且耦合至支持件的管芯，其中，該管芯包括電源管理集成電路(pmic)或微控制器單元(mcu)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該管芯接合并且耦合至支持件的頂面。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，空腔的側(cè)壁朝向pcb的底面傾斜。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)，包括：印刷電路板(pcb)(包括頂面、底面和空腔)，其中，該空腔從頂面向下延伸至底面；芯片封裝件(包括頂面和底面)，其中，多個(gè)電連接器位于芯片封裝件的底面處；以及心率傳感器(接合并且耦合至芯片封裝件的底面)，其中，心率傳感器包括初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)、光源和光電二極管；其中，芯片封裝件通過(guò)電連接器接合至pcb，并且其中，該芯片封裝件的底面面向空腔，從而使得心率傳感器耦合至pcb并且至少部分地延伸至空腔。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)還包括至少設(shè)置在心率傳感器的初級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)上方的二次光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中，二次光學(xué)結(jié)構(gòu)包括凸面結(jié)構(gòu)和凹面結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，二次光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步填充并且包圍空腔和心率傳感器之間的間隙。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，芯片封裝件是扇出封裝件并且包括電源管理集成電路(pmic)管芯或微控制器單元(mcu)管芯。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，空腔的側(cè)壁朝向pcb的底面傾斜。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了電子器件，包括：殼體，包括位于殼體的底面處的平板透明材料；以及設(shè)置在殼體中的權(quán)利要求1的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)；其中，光學(xué)傳感器通過(guò)平板透明材料感測(cè)電子器件周?chē)奈矬w。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，平板透明材料是平板玻璃。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，平板透明材料是平板藍(lán)寶石玻璃。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，電子器件是電子腕表或心率監(jiān)視器。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了電子器件，包括：殼體，包括位于殼體的底面處的平板透明材料；以及設(shè)置在殼體中的權(quán)利要求11的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)；其中，光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)通過(guò)平板透明材料感測(cè)電子器件周?chē)奈矬w。

上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)施與本人所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。