光學(xué)元件制造以及并入有所述光學(xué)元件的模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開案涉及光學(xué)元件制造，并且涉及并入有此類光學(xué)元件的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]集成光學(xué)器件用于廣泛應(yīng)用，包括(例如)相機(jī)設(shè)備、用于相機(jī)設(shè)備的光學(xué)器件、以及用于閃光燈的準(zhǔn)直光學(xué)器件，如移動(dòng)電話的相機(jī)中使用的那些光學(xué)器件。集成光學(xué)器件可包括沿光傳播的大體方向堆疊在一起的功能元件(例如，一或多個(gè)光學(xué)元件)。功能元件可相對(duì)于彼此按照預(yù)定空間關(guān)系布置，使得行進(jìn)穿過所述器件的光順序穿過各種元件。然后，可將集成光學(xué)器件并入到另一系統(tǒng)中。
[0003]如上所述集成光學(xué)器件可通過將晶圓按照明確限定的空間關(guān)系逐層堆疊來制造。盡管這樣的晶圓級(jí)制造工藝已被證明是有效的，但還期望進(jìn)一步的效率，同時(shí)仍然允許所述工藝中存在一些靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開案描述一種制造晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法。光學(xué)復(fù)制元件和間隔件復(fù)制區(qū)段可使用單個(gè)復(fù)制工具直接復(fù)制到光學(xué)晶圓(或其它晶圓)上。根據(jù)實(shí)施方式，所復(fù)制的光學(xué)元件和間隔件元件可由相同或不同的材料組成。
[0005]例如，根據(jù)一個(gè)方面，一種制造晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法包括:提供具有光學(xué)元件復(fù)制區(qū)段和間隔件復(fù)制區(qū)段的復(fù)制工具；使用所述復(fù)制工具在晶圓上形成所述光學(xué)元件復(fù)制區(qū)段的負(fù)片，以便提供第一材料的復(fù)制的光學(xué)元件；以及使用所述復(fù)制工具在所述晶圓上形成所述間隔件復(fù)制區(qū)段的負(fù)片，以便提供不同于所述第一材料的第二材料的復(fù)制的間隔件元件。
[0006]根據(jù)另一方面，一種制造晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法包括:提供具有光學(xué)元件復(fù)制區(qū)段和間隔件復(fù)制區(qū)段的復(fù)制工具；將第一液態(tài)、粘性、或塑性可變形的材料提供到所述復(fù)制工具的所述光學(xué)復(fù)制區(qū)段上；使晶圓與所述復(fù)制工具接觸，使得所述第一液態(tài)、粘性、或塑性可變形的材料被按壓在所述晶圓的表面與所述光學(xué)復(fù)制區(qū)段之間；以及使得所述第一液態(tài)、粘性、或塑性可變形的材料硬化，以在所述晶圓表面上形成復(fù)制的光學(xué)元件。所述方法還包括:在所述晶圓與所述復(fù)制工具保持接觸時(shí)，使真空密封吸盤與所述晶圓背面接觸；通過所述真空密封吸盤的入口來注入第二液態(tài)、粘性、或塑性可變形的材料，以便實(shí)質(zhì)上填充所述復(fù)制的間隔件元件的位置；以及使得所述第二液態(tài)、粘性、或塑性可變形的材料硬化，以在所述晶圓的所述表面上形成復(fù)制的間隔件元件。
[0007]模塊可在(例如)晶圓級(jí)工藝中制造，使得所得模塊包括復(fù)制的結(jié)構(gòu)如間隔件元件和光學(xué)元件。光學(xué)元件可與(例如)光電子光電部件(例如，發(fā)光或感光元件)對(duì)準(zhǔn)。
[0008]在附圖和以下描述中闡述一或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。從詳細(xì)描述和圖式以及權(quán)利要求書中，將清楚地知悉其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0009]圖1是光電模塊的實(shí)例的橫截面圖。
[0010]圖2A是主晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0011]圖2B是用于制作晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)制工具的橫截面圖。
[0012]圖2C是復(fù)制工具的部分的頂視圖。
[0013]圖3A至圖3D示出制作復(fù)制的晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。
[0014]圖4示出將晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)切成單獨(dú)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0015]圖5示出形成包括晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)的晶圓堆疊的橫截面圖。
[0016]圖6示出處于晶圓上的復(fù)制的間隔件元件和光學(xué)元件的另一實(shí)例的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1不出光電模塊20的實(shí)例，所述光電模塊20容納有源光學(xué)部件24，如發(fā)光元件或感光元件。發(fā)光元件的實(shí)例包括LED、0LED和激光芯片；感光元件的實(shí)例包括光電二極管和圖像傳感器。模塊20還包括了至少一個(gè)無源光學(xué)元件40。無源光學(xué)元件40可(例如)通過折射和/或衍射和/或反射而使光重新定向，并且可包括(例如)一或多個(gè)透鏡或棱鏡。
[0018]模塊20包括在豎直方向上互相堆疊的若干組成部分。在圖1的實(shí)例中，模塊20包括基板28、間隔件構(gòu)件30、光學(xué)構(gòu)件32和擋板34。光學(xué)部件24安裝在基板28上，并被間隔件構(gòu)件30的壁包圍。光學(xué)部件24的電觸點(diǎn)電連接至模塊20外部附接有焊球22的地方。替代焊球22，一些實(shí)施方式包括處于基板28上的接觸墊，所述接觸墊可稍后與焊球一起提供。模塊20可(例如)使用表面安裝技術(shù)(SMT)貼近于其它電子部件安裝在印刷電路板42上。印刷電路板42可為電子設(shè)備如移動(dòng)電話或其它器具的部件。模塊20特別適于此類應(yīng)用，因?yàn)樗瞿K20可制造成具有特別小的尺寸，并可使用晶圓級(jí)制造技術(shù)來大量生產(chǎn)。
[0019]在圖1的實(shí)例中，光學(xué)構(gòu)件32具有擋光部分36、和透明部分38，光可通過所述透明部分38離開模塊20，和/或光可通過所述透明部分38從模塊20的外部進(jìn)入。附接到光學(xué)構(gòu)件32的無源光學(xué)元件40可幫助將光導(dǎo)引到光學(xué)部件24、或?qū)щx光學(xué)部件24。
[0020]在圖1的示出實(shí)例中，間隔件構(gòu)件30和光學(xué)元件40是可由相同或不同的材料組成并可使用單個(gè)復(fù)制工具形成的復(fù)制結(jié)構(gòu)。本段和以下段描述一種用于制造間隔件構(gòu)件30和無源光學(xué)元件40的復(fù)制技術(shù)。一般來講，復(fù)制是指(例如)蝕刻、壓印或模制的技術(shù)，給定結(jié)構(gòu)或其負(fù)片可借助于所述技術(shù)再生。在復(fù)制工藝的特定實(shí)例中，將結(jié)構(gòu)化表面壓印到液態(tài)、粘性、或塑性可變形的材料中，然后硬化所述材料(例如，通過使用紫外線輻射或加熱固化)，然后將結(jié)構(gòu)化表面移除。因此，獲得結(jié)構(gòu)化表面的復(fù)制品(在這種情況下，所述復(fù)制品是負(fù)片復(fù)制品)。用于復(fù)制的合適材料是(例如)可硬化的(例如，可固化的)聚合物材料或其它復(fù)制材料，即，可在硬化或固結(jié)步驟(例如，固化步驟)中從液態(tài)、粘性、或塑性可變形的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成固體狀態(tài)的材料。
[0021]復(fù)制工藝包括提供復(fù)制工具，所述復(fù)制工具具有用以復(fù)制光學(xué)元件(如光學(xué)元件40)和間隔件構(gòu)件(如間隔件構(gòu)件30)的結(jié)構(gòu)。復(fù)制工具50本身可(例如)通過從如圖2A和圖2B所示主(或次主)晶圓級(jí)間隔件/光學(xué)結(jié)構(gòu)52進(jìn)行復(fù)制來制成。主結(jié)構(gòu)52包括與在復(fù)制工具50正面上的間隔件復(fù)制區(qū)段60的尺寸和形狀相對(duì)應(yīng)的特征54，并還包括與在復(fù)制工具50正面上的光學(xué)元件復(fù)制區(qū)段58的尺寸和形狀相對(duì)應(yīng)的特征56。在示出實(shí)例中，處于復(fù)制工具50上的間隔件復(fù)制區(qū)段60是復(fù)制工具50正面上的鋸齒狀的區(qū)域。每一光學(xué)元件復(fù)制區(qū)段58具有與圖1中的光學(xué)元件40的負(fù)片相對(duì)應(yīng)的特征。主結(jié)構(gòu)52還具有在其外周附近的凹部66。凹部66對(duì)應(yīng)于復(fù)制工具50正面上的局部間隔件復(fù)制區(qū)段68。主結(jié)構(gòu)52可由(例如)玻璃、金屬、或環(huán)氧樹脂材料組成，并包括結(jié)合到包括特征56的主(或次主)光學(xué)晶圓64上的主(或次主)間隔件晶圓62。
[0022]為了從主結(jié)構(gòu)52制作復(fù)制工具50，硅樹脂材料如聚二甲基硅氧烷(PDMS)被傾倒在復(fù)制工具50上方。具有犧牲性脫模支撐件(例如，合適塑料如聚乙二醇對(duì)苯二甲酸酯的箔片)的玻璃板可放置于主結(jié)構(gòu)52頂部，以便將硅樹脂材料按壓到特征54和特征56的區(qū)域中。在硅樹脂材料硬化之后，將玻璃板和脫模支撐件從硬化的硅樹脂上移除，所述硬化的硅樹脂從主結(jié)構(gòu)52上移除，從而最終產(chǎn)生復(fù)制工具50，如圖2B和圖2C所示。
[0023]如圖2C所示，復(fù)制工具50的光學(xué)元件復(fù)制區(qū)段58可形成在立柱頂上，并且間隔件復(fù)制區(qū)段60可形成為互連柵格。局部間隔件復(fù)制區(qū)段68也可形成在立柱頂上。這種布置允許復(fù)制材料流入到間隔件復(fù)制區(qū)段60中，如下文結(jié)合圖3D所述。
[0024]然后，可使用復(fù)制工具50來形成例如在陣列(例如，柵格構(gòu)形)中包括復(fù)制的間隔件和光學(xué)元件兩