具有減少漏光或雜散光的屏蔽的光電模塊以及用于此類模塊的制造方法
【專利說明】具有減少漏光或雜散光的屏蔽的光電模塊以及用于此類模塊的制造方法
[0001 ] 公開領(lǐng)域
[0002]本公開涉及具有幫助減少漏光或雜散光的屏蔽的光電模塊以及用于此類模塊的制造方法。
[0003]背景
[0004]智能電話和其他裝置有時包括如光模塊、傳感器或攝像機的小型化光電模塊。光模塊可包括光發(fā)射元件，如發(fā)光二極管(LED)、紅外線(IR)LED、有機LED(OLED)、通過透鏡將光發(fā)射至裝置外部的紅外線(IR)激光器或垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。其他模塊可包括光檢測元件。例如，CMOS和CCD圖像傳感器可用于主攝像機或向前攝像機。同樣地，接近傳感器和環(huán)境光傳感器可包括光傳感元件，如光電二極管。光發(fā)射模塊和光檢測模塊以及攝像機可以各種組合使用。因此，例如，如閃光燈模塊(flash module)的光模塊可與具有成像傳感器的攝像機組合使用。與光檢測模塊組合的光發(fā)射模塊也可用于其他應(yīng)用，如手勢識別或IR照射。
[0005]如圖1中所例示，當(dāng)將光電模塊10整合至如智能電話的裝置中時，一項挑戰(zhàn)是如何減少從光模塊中的光源16的漏光14，或如何例如在傳感器或攝像機的情況下防止入射雜散光碰撞。優(yōu)選地，從光源16發(fā)射的光(或?qū)⒁赡K中的傳感器檢測的光)應(yīng)通過透鏡12并直接穿過模塊10的透明蓋件18退出(或進入)。然而，在一些情況下，一些光14退出(或進入)透明蓋件18的側(cè)面，這可能是不合需要的。
[0006]概述
[0007]本公開描述包括光電裝置(例如，光發(fā)射元件或光檢測元件)和透明蓋件的各種光電模塊。非透明材料被提供在透明蓋件的外部側(cè)壁上，在一些實施方式中，所述非透明材料可有助于減少從透明蓋件的側(cè)面的漏光，或可有助于防止雜散光進入模塊。
[0008]另外，描述用于制造模塊的各種技術(shù)。在一些實施方式中，模塊可在晶片級工藝中制造。此類工藝允許同時制造許多個模塊。在一些實施方式中，各種元件(例如，光學(xué)元件，如透鏡、光學(xué)濾波器或焦距校正層；或間隔物)可使用一個或多個真空注入和/或復(fù)制工具來直接形成在透明晶片的一側(cè)或兩側(cè)上。
[0009]例如，在一方面，光電模塊包括安裝在襯底上的光電裝置和由間隔物保持在離襯底一定距離處的透明蓋件。間隔物由對光電裝置發(fā)射或可由光電裝置檢測的光為非透明的材料構(gòu)成。透明蓋件的側(cè)壁由對光電裝置發(fā)射或可由光電裝置檢測的光為非透明的材料覆至
ΠΠ ο
[0010]—些實施方式包括以下特征中的一個或多個。例如，模塊還可包括光學(xué)元件(例如，在透明蓋件的表面上的透鏡、光學(xué)濾波器(例如，電介質(zhì)帶通濾波器)和/或焦距校正層)。覆蓋透明蓋件的側(cè)壁的非透明材料可例如為構(gòu)成間隔物的相同材料。在一些情況下，覆蓋透明蓋件的側(cè)壁的非透明材料為含有非透明填充劑(例如，碳黑、顏料或染料)的聚合物材料(例如，環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅樹脂)。透明蓋件可實質(zhì)上平行于襯底的平面或以相對于襯底的平面的角度傾斜。
[0011]在另一方面，制造光電模塊的方法包括在支撐表面上提供彼此側(cè)向分離的多個單一化透明襯底。真空注入技術(shù)用于利用非透明材料覆蓋單一化透明襯底中每一個的側(cè)壁，并且形成遠離支撐表面突出的間隔物元件。在一些情況下，方法還包括將相應(yīng)光學(xué)元件(例如，在透明蓋件的表面上的透鏡、光學(xué)濾波器(例如，電介質(zhì)帶通濾波器)和/或焦距校正層)形成或施加于單一化透明襯底中的每一個的表面上。
[0012]—些實施方式包括以下特征中的一個或多個。例如，作為用于利用非透明材料覆蓋單一化透明襯底的側(cè)壁的相同真空注入技術(shù)的部分，可形成間隔物元件。在一些情況下，相同的組合式復(fù)制和真空注入工具用于復(fù)制技術(shù)和用于真空注入技術(shù)。
[0013]在一些實施方式中，方法包括使用第一真空注入工具在第一真空注入工藝期間利用非透明材料來覆蓋透明襯底的側(cè)壁并且在定位有透明襯底的平面的第一側(cè)上形成間隔物元件，和使用第二組合式復(fù)制和真空注入工具在復(fù)制工藝期間在所述平面的第二側(cè)上形成光學(xué)元件，并且在第二真空注入工藝期間在所述平面的第二側(cè)上形成突起。突起可例如用作用于光電模塊的非透明擋塊和/或?qū)侍卣鳌?br>[0014]根據(jù)另一方面，制造光電模塊的方法包括在設(shè)置在支撐表面上的非透明晶片的開口內(nèi)提供多個單一化透明襯底。透明襯底和非透明晶片處于一個平面中，并且支撐表面具有相鄰平面的第一側(cè)的開口。方法包括使用復(fù)制技術(shù)在透明襯底中的每一個上、在平面的第二側(cè)上形成相應(yīng)光學(xué)元件，使用第一真空注入工藝利用第一非透明材料填充支撐表面中的開口，和使用第二真空注入工藝在平面的第二側(cè)上形成非透明間隔物元件。
[0015]根據(jù)又一方面，制造光電模塊的方法包括提供晶片，所述晶片具有彼此側(cè)向間隔的多個透明部分。透明部分中的每一個由非透明材料側(cè)向包圍，并且晶片處于一個平面中并設(shè)置在具有相鄰所述平面的第一側(cè)的開口的支撐表面上。方法包括在平面的第二側(cè)上提供組合式復(fù)制和真空注入工具。使用組合式復(fù)制和真空注入工具，通過復(fù)制技術(shù)在透明襯底中的每一個上、在所述平面的第二側(cè)上形成相應(yīng)光學(xué)元件。用第一非透明材料填充支撐表面中的開口，并且使用組合式復(fù)制和真空注入工具，通過真空注入工藝在所述平面的第二側(cè)上形成由非透明材料構(gòu)成的間隔物元件。
[0016]根據(jù)另一方面，光電模塊包括安裝在襯底上的光電裝置、由間隔物與襯底分離的透明蓋件，和附接至透明蓋件的光學(xué)元件。透明蓋件的側(cè)壁由對光電裝置發(fā)射或可由光電裝置檢測的光為非透明的第一材料覆蓋，并且第一非透明材料由第二不同的非透明材料側(cè)向包圍。在一些實施方式中，第一非透明材料為含有非透明填充劑(例如，碳黑、顏料或染料)的聚合物材料(例如，環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅樹脂)，并且第二非透明材料為玻璃增強環(huán)氧樹脂層壓材料。也可使用其他非透明材料。
[0017]根據(jù)又一方面，制造光電模塊的方法包括提供襯底晶片，所述襯底晶片包括金屬框架和模制空腔，其中金屬框架的數(shù)個部分由模制空腔側(cè)向包封，并且金屬框架具有安裝在所述金屬框架上并彼此側(cè)向分離的光電裝置。方法包括提供包括彼此側(cè)向分離的單一化透明襯底的間隔物/光學(xué)元件結(jié)構(gòu)，所述間隔物/光學(xué)元件結(jié)構(gòu)包括遠離透明襯底突出的間隔物元件，其中透明襯底中的每一個的側(cè)壁由非透明材料側(cè)向包封。間隔物元件的末端附接至模制空腔以形成堆疊。
[0018]在一些情況下，模塊可包括在透明蓋件的對象側(cè)上的光學(xué)元件組件。光學(xué)元件組件可包括例如一個或多個透鏡(例如，注塑模制透鏡的垂直堆疊)。
[0019]其他方面、特征和優(yōu)點將從以下詳細描述、附圖和權(quán)利要求書中顯而易見。
[0020]附圖簡述
[0021]圖1不出光電模塊的實例。
[0022]圖2A-2H示出光電模塊的實例。
[0023]圖3A-3E例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的方法的步驟。
[0024]圖4A-4C例示制造具有傾斜透明襯底的光電模塊的方法的步驟。
[0025]圖5A-5E例示制造具有傾斜透明襯底的光電模塊的另一方法的步驟。
[0026]圖6A-6C例示制造具有傾斜透明襯底的光電模塊的又一方法的步驟。
[0027]圖7A-7E例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的另一方法的步驟。
[0028]圖8A-8D例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的又一方法的步驟。
[0029]圖9A-9D例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的另一方法的步驟。
[0030]圖10A-10B例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的另一方法的步驟。
[0031]圖11A-11B例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的又一方法的步驟。
[0032]圖12A-12D例示使用單一化透明襯底制造光電模塊的又一方法的步驟。
[0033]圖13A-13E例示用于制造接近傳感器模塊的步驟，所述接近傳感器模塊在相鄰?fù)ǖ乐邪ü獍l(fā)射元件和光檢測元件。
[0034]圖14A-14D例示使用具有由非透明材料包圍的透明部分的晶片制造光電模塊的方法的步驟。
[0035]圖15A-15F例示根據(jù)使用跨距橫跨多個光電裝置的透射襯底制造光電模塊的另一方法的步驟。
[0036 ]圖16為通過圖15A-15F的工藝獲得的模塊的實例。
[0037]圖17A-17F例示根據(jù)使用跨距橫跨多個光電裝置的透射襯底制造光電模塊的又一方法的步驟。
[0038]圖18A-18B例示根據(jù)一些實施方式的制造光電模塊的另外步驟。
[0039 ]圖19例示分離圖18B的結(jié)構(gòu)的第一實例。
[0040]圖20為通過圖19的分離獲得的模塊的實例。
[0041]圖21例示分離圖18B的結(jié)構(gòu)的第一實例。
[0042]圖22為通過圖21的分離獲得的模塊的實例。
[0043]圖23A-23C為模塊的其他實例。
[0044 ]圖24A和24B例示制造光電模塊的方法的步驟。
[0045]圖25A-25G為模塊的其他實例。
[0046]詳細描述
[0047]本公開描述用于制造光電模塊的各種技術(shù)，所述光電模塊包括在透明蓋件的外部側(cè)壁上的非透明材料。此種模塊的實例例示在圖2A中，圖中示出模塊20，所述模塊包括安裝在印刷電路板(PCB)或其他襯底24上的光電裝置22。光電裝置22的實例包括光發(fā)射元件(例如，LED、IR LED、OLED、IR激光器或VCSEL)或光檢測元件(例如，光電二極管或其他光傳感器)。
[0048]例如由玻璃、藍寶石或聚合物材料構(gòu)成的透明蓋件26由間隔物28與襯底24分離。間隔物28包圍光電裝置22并且充當(dāng)用于模塊的側(cè)壁。透明蓋件26通常對光電裝置22發(fā)射或可由光電裝置22檢測的光的波長為透明的。間隔物28優(yōu)選地由非透明材料構(gòu)成，所述非透明材料如含有非透明填充劑(例如，碳黑、顏料或染料)的真空注入聚合物材料(例如，環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅樹脂)。附接至透明蓋件26的一側(cè)的是光學(xué)元件，如透鏡30。在圖2A的所例示實例中，透鏡30由復(fù)制技術(shù)形成，并且連同光電裝置22—起存在于模塊20的內(nèi)部區(qū)域32中(S卩，存在于透明蓋件的傳感器側(cè)上)。透明蓋件26的側(cè)壁34還由非透明材料36覆蓋，所述非透明材料在圖2A的所例示實例中由與用于間隔物28的相同材料構(gòu)成。襯底24的外部表面包括一個或多個焊料球或其他導(dǎo)電觸點38，所述導(dǎo)電觸點可借助于延伸穿過襯底24的導(dǎo)電通孔電耦合至光電裝置22。
[0049]在圖2A的實例中，透明蓋件26實質(zhì)上垂直于模塊的光軸并且實質(zhì)上平行于襯底
24。然而，在一些實施方式中，透明蓋件26可以相對于襯底24的平面的角度傾斜。實例例示在圖2B、2C和2D中。在這些實例中的每一個中，透明蓋件26的側(cè)壁34由非透明材料36覆蓋，所述非透明材料可例如由與用于間隔物28的相同材料構(gòu)成。在圖2C的實施方式中，間隔物28還以相對于襯底24的平面的角度傾斜。
[0050]在一些情況下，覆蓋透明蓋件26的側(cè)壁34的非透明材料36由另一非透明材料(例如，如FR4的PCB材料40，F(xiàn)R4為對玻璃增強環(huán)氧樹脂層壓材料指定的等級名稱)包圍。參見圖2E中的模塊20A。玻璃增強環(huán)氧樹脂層壓材料40還可對光電裝置22發(fā)射或可由光電裝置22檢測的光為實質(zhì)上非透明的。
[0051]在一些實施方式中，模塊包括對準特征42，所述對準特征延伸超出透明蓋件26的對象側(cè)表面(參見圖2F中的模塊20B)。此類對準特征42可促進模塊在智能電話或其他電器內(nèi)的定位。對準特征42可例如由與間隔物28相同或不同的非透明材料構(gòu)成。所述對準特征可由延伸穿過玻璃增強環(huán)氧樹脂層壓材料40的非透明材料的區(qū)段附接至間隔物28。
[0052]—些實施方式包括突起44，所述突起在透明蓋件26的側(cè)邊緣處或附近延伸超出所述透明蓋件的頂部，如圖2G中的模組20C中所示的。可由非透明材料(例如，聚合物，如具有碳黑的環(huán)氧樹脂)構(gòu)成的突起44可充當(dāng)擋塊，以幫助引導(dǎo)退出或進入模塊的光。
[0053]在一些實施方式中，光學(xué)元件30被設(shè)置在透明蓋件26的傳感器側(cè)表面上。在其他實施方式中，光學(xué)元件30(例如，透鏡或漫射器)被設(shè)置在透明蓋件26的對象側(cè)表面上(參見，例如，圖2H)，或光學(xué)元件可被設(shè)置在透明蓋件的兩側(cè)上。
[0054]以下段落描述用于制造前述光電模塊和其他類似模塊的各種制造技術(shù)，所述模塊包括光發(fā)射元件(例如，LED、IR激光器或VCSEL)或光檢測元件(例如，光電二極管)和作為模塊的部分整合的如透鏡或漫射器的光學(xué)元件。一些模塊可包括多個光電裝置(例如，光發(fā)射元件和光檢測元件)。在一些實施方式中，模塊在晶片級工藝中制造以便可同時制造多個模塊(例如，數(shù)百個或甚至數(shù)千個模塊)。一些實施方式包括首先將透明晶片安裝或附接在UV切割帶上，然后將透明晶片切割成單一化透明蓋件。另外，在一些實施方式中，可將涂層(例如，光學(xué)濾波器)施加于透明晶片。隨后可將晶片安裝在UV切割帶上，并隨后切割成單一化透明蓋件。一些實施方式包括使用真空注入技術(shù)來在結(jié)構(gòu)化襯底(即，具有非平坦或非平面表面的襯底)上形成各種元件。各種元件(例如，光學(xué)元件或間隔物)可使用一個或多個真空注入和/或復(fù)制工具直接形成在透明晶片的一側(cè)或兩側(cè)上。一些實施方式涉及單一化透明蓋件在如載體晶片、真空吸盤或UV切割帶的支撐表面上的放置。單一化透明蓋件可具有各種形狀(例如，圓形、二次曲線形(quadrat i c))。
[0055]圖