緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法
【專利說明】緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法[0001 ] 公開領域
[0002]本公開案涉及緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法。
[0003]背景
[0004]智能電話以及其他裝置有時包括小型光電模塊，諸如光模塊、傳感器或相機。光模塊可包括將光通過透鏡發(fā)射至裝置外部的發(fā)光元件，諸如發(fā)光二極管(LED)、紅外(IR)LED、有機LED(OLED)、紅外(IR)激光器、或垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。其他模塊可以包括測光元件。例如，可將CMOS和CCD圖像傳感器用于主要相機或前置相機。同樣，接近度傳感器和環(huán)境感光器可包括感光元件，諸如光電二極管。發(fā)光模塊和測光模塊以及相機可以各種組合進行使用。因此，例如，光模塊如閃光模塊(flash module)可與具有成像傳感器的相機組合使用。與測光模塊組合的發(fā)光模塊也可用于其他應用，如手勢識別或IR照明。
[0005]在將光電模塊整合至裝置(諸如智能電話)中時的一項挑戰(zhàn)是如何減少從光模塊中的光源的光泄漏或如何例如在傳感器或相機情況下防止入射的雜散光碰撞。盡管可使用各種技術來實現(xiàn)這些特征，但是可能難以利用產(chǎn)生極緊湊的模塊的方式來這樣進行，然而這種極緊湊的模塊對于空間寶貴的智能電話和其他裝置來說是尤其重要的。
[0006]概述
[0007]本公開案描述緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法。每個光電模塊包括一或多個光電裝置。側(cè)壁側(cè)向包圍每個光電裝置并且可與光電裝置側(cè)面直接接觸，或者在一些情況下，可與包圍光電裝置的包覆成型件直接接觸。側(cè)壁可例如由真空注入材料構成，所述真空注入材料對光電裝置所發(fā)射或可由光電裝置檢測的光為非透明的。模塊還包括了無源光學元件。根據(jù)實施方案，無源光學元件可在用于模塊的蓋件上、直接在光電裝置的頂表面上或包圍光電裝置的包覆成型件上。
[0008]在一方面，例如，光電模塊包括光電裝置，所述光電裝置安裝在基板上。模塊側(cè)壁側(cè)向包圍光電裝置并與光電裝置側(cè)面直接接觸。側(cè)壁可例如由真空注入材料構成，所述真空注入材料對光電裝置所發(fā)射或可由光電裝置檢測的光為非透明的。模塊還包括了透明蓋件，所述透明蓋件被設置在光電裝置之上。在一些實施方案中，透明蓋件是無源光學元件或可具有附接至其表面的無源光學元件。
[0009]在一些實施方案中，也存在有以下特征中的一或多個。例如，模塊側(cè)壁可由含有非透明填料材料的UV或熱固化聚合物材料構成。透明蓋件可通過側(cè)壁與基板分離。在一些實施方案中，無源光學元件(例如，透鏡)直接設置在光電裝置的上表面上。在這種情況下，無源光學元件還可充當模塊本身所用蓋件。在一些情況下，形成模塊側(cè)壁的非透明材料包覆成型在光電裝置的上表面上。包覆成型材料可限定用于放置無源光學元件的空腔。
[0010]根據(jù)另一方面，光電模塊包括光電裝置以及側(cè)壁，所述側(cè)壁側(cè)向包圍光電裝置并與光電裝置側(cè)面直接接觸。側(cè)壁可由對光電裝置所發(fā)射或可由光電裝置檢測的光為非透明的材料構成。無源光學元件設置在光電裝置的上表面上，并且導電觸點在光電裝置下側(cè)上并布置來使得模塊直接安裝在主機裝置的印刷電路板上。因此，模塊可布置成使得光電裝置可直接安裝在外部印刷電路板上，而不需要居間PCB或其他基板。
[0011]又一方面，光電模塊包括:光電裝置，所述光電裝置安裝在基板上；以及透明的包覆成型件，所述透明的包覆成型件側(cè)向包圍光電裝置側(cè)面并且覆蓋光電裝置的頂表面。包覆成型件與光電裝置直接接觸。模塊進一步包括:無源光學元件，所述無源光學元件在包覆成型件頂表面上；以及側(cè)壁，所述側(cè)壁側(cè)向包圍光電裝置并與包覆成型件的側(cè)面直接接觸。例如此類實施方案在光電裝置本身并不包括透明蓋件的情況下可以是有用的。另外，包覆成型件頂表面可成形來容納各種成形透鏡或其他無源光學元件或例如充當棱鏡。
[0012]還描述制造模塊的方法。這種方法可以包括允許同時制作多個光電模塊的晶片級制造技術。在一些實施方案中，所述方法包括一或多個復制和/或真空注入工具以形成模塊的各種特征。
[0013]在一些實施方案中，模塊可制作得相對緊湊，具有相對小的占用面積和/或較小總體高度。這種小型、緊湊模塊可尤其有利地用于空間寶貴的移動電話和其他裝置。
[0014]其他方面、特征和優(yōu)點將從以下詳述、附圖和權利要求書顯而易見。
[0015]附圖簡述
[0016]圖1例示根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的實例的橫截面圖。
[0017]圖2至圖6例示用于同時制造多個光電模塊的晶片級方法。
[0018]圖7至圖11例示制造多個光電模塊的第二晶片級方法。
[0019]圖12例示根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的另一實例的橫截面圖。
[0020]圖13是圖12的光電模塊的俯視圖。
[0021]圖14是根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的另一實例的橫截面圖。
[0022]圖15A至圖1?例示制造多個如圖14所示光電模塊的晶片級方法。
[0023]圖16A至圖16C例不根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的其他實例。
[0024 ]圖17A至圖17G例示制造多個如圖16A至圖16C所示光電模塊的晶片級方法。
[0025]圖18A和圖18B例示根據(jù)本發(fā)明的模塊的另外實例。
[0026]詳述
[0027]本公開案描述包括充當模塊側(cè)壁的非透明間隔物的各種緊湊光電模塊。這種模塊的實例例示在圖1中，該圖示出模塊20，所述模塊包括安裝在印刷電路板(PCB)或其他基板24上的光電裝置22。光電裝置22的實例包括發(fā)光元件(例如，LED、IR LED、OLED、IR激光器或VCSEL)或測光元件(例如，光電二極管或其他光傳感器)。發(fā)光元件或測光元件可嵌入例如半導體基板26中、或形成于其上，所述半導體基板26還可包括其他電路元件(例如，晶體管、電阻器、電容元件、以及電感元件)，并且所述發(fā)光元件或測光元件可由半導體基板26的頂部之上的透明裝置蓋件28(例如，玻璃蓋件)保護。
[0028]例如由玻璃、藍寶石或聚合物材料構成的透明模塊蓋件30通過間隔物32來與基板24分離。透明模塊蓋件30總體上對光電裝置22所發(fā)射或可由光電裝置22檢測的光的波長為透明的，但是透明模塊蓋件側(cè)面可被非透明材料33包圍。間隔物32優(yōu)選地由非透明材料構成，所述非透明材料側(cè)向包圍光電裝置22并且充當用于模塊20的側(cè)壁。如圖1所示，間隔物32與光電裝置22的側(cè)面直接接觸，從而可產(chǎn)生具有相對小的占用面積的高度緊湊模塊。
[0029]在一些實施方案中，附接至透明模塊蓋件30—側(cè)的是光學元件，諸如透鏡或漫射器34。在圖1的所示實例中，光學元件34存在于模塊20的內(nèi)部區(qū)域中。在一些實施方案中，光學元件34通過復制技術(例如，諸如蝕刻、壓花或模制)形成在透明模塊蓋件30上。在其他實施方案中，可將模制光學元件(例如，透鏡)固定在非透明材料構成的框架中，或者可將模制光學元件復制到這種框架中。隨后，框架可附接至間隔物32。
[0030]光電裝置22可使用倒裝芯片技術安裝至PCB基板24。例如，裝置22下側(cè)可以包括一或多個焊料球或其他導電觸點38，以將光電裝置22電耦接至PCB基板24表面上的導電焊盤。為了提供進一步穩(wěn)定性，光電裝置22的底表面與PCB基板24的頂表面之間區(qū)域可用粘合劑底填料42填充。PCB基板24又可包括經(jīng)鍍覆的導電通孔，所述經(jīng)鍍覆的導電通孔從導電焊盤處垂直延伸穿過基板24并耦接至基板24的外側(cè)面上的一或多個焊料球或其他導電觸點40。導電觸點40允許模塊20例如安裝在手持裝置(諸如移動電話、平板或其他消費電子裝置)中的印刷電路板上。
[0031 ]前述模塊可制作得相對緊湊，具有相對小的占用面積。例如，在一些實施方案中，圖1的模塊20的總體尺寸可為約2.0mm(長度)X 2.3mm(寬度)X I.3mm(高度)。這種小型、緊湊模塊可尤其有利地用于空間寶貴的移動電