CN105474392B - 具有减少漏光或杂散光的屏蔽的光电模块以及用于此类模块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述包括光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)和透明盖件的各种光电模块。非透明材料被提供在所述透明盖件的侧壁上，在一些实施方式中，所述非透明材料可有助于减少从所述透明盖件的侧面的漏光，或可有助于防止杂散光进入所述模块。本发明还描述用于制作所述模块的制造技术。

Description

具有减少漏光或杂散光的屏蔽的光电模块以及用于此类模块 的制造方法
公开领域
本公开涉及具有帮助减少漏光或杂散光的屏蔽的光电模块以及用于此类模块的制造方法。
背景
智能电话和其他装置有时包括如光模块、传感器或摄像机的小型化光电模块。光模块可包括光发射元件，如发光二极管(LED)、红外线(IR)LED、有机LED(OLED)、通过透镜将光发射至装置外部的红外线(IR)激光器或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。其他模块可包括光检测元件。例如，CMOS和CCD图像传感器可用于主摄像机或向前摄像机。同样地，接近传感器和环境光传感器可包括光传感元件，如光电二极管。光发射模块和光检测模块以及摄像机可以各种组合使用。因此，例如，如闪光灯模块(flash module)的光模块可与具有成像传感器的摄像机组合使用。与光检测模块组合的光发射模块也可用于其他应用，如手势识别或IR照射。
如图1中所例示，当将光电模块10整合至如智能电话的装置中时，一项挑战是如何减少从光模块中的光源16的漏光14，或如何例如在传感器或摄像机的情况下防止入射杂散光碰撞。优选地，从光源16发射的光(或将要由模块中的传感器检测的光)应通过透镜12并直接穿过模块10的透明盖件18退出(或进入)。然而，在一些情况下，一些光14退出(或进入)透明盖件18的侧面，这可能是不合需要的。
概述
本公开描述包括光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)和透明盖件的各种光电模块。非透明材料被提供在透明盖件的外部侧壁上，在一些实施方式中，所述非透明材料可有助于减少从透明盖件的侧面的漏光，或可有助于防止杂散光进入模块。
另外，描述用于制造模块的各种技术。在一些实施方式中，模块可在晶片级工艺中制造。此类工艺允许同时制造许多个模块。在一些实施方式中，各种元件(例如，光学元件，如透镜、光学滤波器或焦距校正层；或间隔物)可使用一个或多个真空注入和/或复制工具来直接形成在透明晶片的一侧或两侧上。
例如，在一方面，光电模块包括安装在衬底上的光电装置和由间隔物保持在离衬底一定距离处的透明盖件。间隔物由对光电装置发射或可由光电装置检测的光为非透明的材料构成。透明盖件的侧壁由对光电装置发射或可由光电装置检测的光为非透明的材料覆盖。
一些实施方式包括以下特征中的一个或多个。例如，模块还可包括光学元件(例如，在透明盖件的表面上的透镜、光学滤波器(例如，电介质带通滤波器)和/或焦距校正层)。覆盖透明盖件的侧壁的非透明材料可例如为构成间隔物的相同材料。在一些情况下，覆盖透明盖件的侧壁的非透明材料为含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。透明盖件可实质上平行于衬底的平面或以相对于衬底的平面的角度倾斜。
在另一方面，制造光电模块的方法包括在支撑表面上提供彼此侧向分离的多个单一化透明衬底。真空注入技术用于利用非透明材料覆盖单一化透明衬底中每一个的侧壁，并且形成远离支撑表面突出的间隔物元件。在一些情况下，方法还包括将相应光学元件(例如，在透明盖件的表面上的透镜、光学滤波器(例如，电介质带通滤波器)和/或焦距校正层)形成或施加于单一化透明衬底中的每一个的表面上。
一些实施方式包括以下特征中的一个或多个。例如，作为用于利用非透明材料覆盖单一化透明衬底的侧壁的相同真空注入技术的部分，可形成间隔物元件。在一些情况下，相同的组合式复制和真空注入工具用于复制技术和用于真空注入技术。
在一些实施方式中，方法包括使用第一真空注入工具在第一真空注入工艺期间利用非透明材料来覆盖透明衬底的侧壁并且在定位有透明衬底的平面的第一侧上形成间隔物元件，和使用第二组合式复制和真空注入工具在复制工艺期间在所述平面的第二侧上形成光学元件，并且在第二真空注入工艺期间在所述平面的第二侧上形成突起。突起可例如用作用于光电模块的非透明挡块和/或对准特征。
根据另一方面，制造光电模块的方法包括在设置在支撑表面上的非透明晶片的开口内提供多个单一化透明衬底。透明衬底和非透明晶片处于一个平面中，并且支撑表面具有相邻平面的第一侧的开口。方法包括使用复制技术在透明衬底中的每一个上、在平面的第二侧上形成相应光学元件，使用第一真空注入工艺利用第一非透明材料填充支撑表面中的开口，和使用第二真空注入工艺在平面的第二侧上形成非透明间隔物元件。
根据又一方面，制造光电模块的方法包括提供晶片，所述晶片具有彼此侧向间隔的多个透明部分。透明部分中的每一个由非透明材料侧向包围，并且晶片处于一个平面中并设置在具有相邻所述平面的第一侧的开口的支撑表面上。方法包括在平面的第二侧上提供组合式复制和真空注入工具。使用组合式复制和真空注入工具，通过复制技术在透明衬底中的每一个上、在所述平面的第二侧上形成相应光学元件。用第一非透明材料填充支撑表面中的开口，并且使用组合式复制和真空注入工具，通过真空注入工艺在所述平面的第二侧上形成由非透明材料构成的间隔物元件。
根据另一方面，光电模块包括安装在衬底上的光电装置、由间隔物与衬底分离的透明盖件，和附接至透明盖件的光学元件。透明盖件的侧壁由对光电装置发射或可由光电装置检测的光为非透明的第一材料覆盖，并且第一非透明材料由第二不同的非透明材料侧向包围。在一些实施方式中，第一非透明材料为含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)，并且第二非透明材料为玻璃增强环氧树脂层压材料。也可使用其他非透明材料。
根据又一方面，制造光电模块的方法包括提供衬底晶片，所述衬底晶片包括金属框架和模制空腔，其中金属框架的数个部分由模制空腔侧向包封，并且金属框架具有安装在所述金属框架上并彼此侧向分离的光电装置。方法包括提供包括彼此侧向分离的单一化透明衬底的间隔物/光学元件结构，所述间隔物/光学元件结构包括远离透明衬底突出的间隔物元件，其中透明衬底中的每一个的侧壁由非透明材料侧向包封。间隔物元件的末端附接至模制空腔以形成堆叠。
在一些情况下，模块可包括在透明盖件的对象侧上的光学元件组件。光学元件组件可包括例如一个或多个透镜(例如，注塑模制透镜的垂直堆叠)。
其他方面、特征和优点将从以下详细描述、附图和权利要求书中显而易见。
附图简述
图1示出光电模块的实例。
图2A-2H示出光电模块的实例。
图3A-3E例示使用单一化透明衬底制造光电模块的方法的步骤。
图4A-4C例示制造具有倾斜透明衬底的光电模块的方法的步骤。
图5A-5E例示制造具有倾斜透明衬底的光电模块的另一方法的步骤。
图6A-6C例示制造具有倾斜透明衬底的光电模块的又一方法的步骤。
图7A-7E例示使用单一化透明衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
图8A-8D例示使用单一化透明衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
图9A-9D例示使用单一化透明衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
图10A-10B例示使用单一化透明衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
图11A-11B例示使用单一化透明衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
图12A-12D例示使用单一化透明衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
图13A-13E例示用于制造接近传感器模块的步骤，所述接近传感器模块在相邻通道中包括光发射元件和光检测元件。
图14A-14D例示使用具有由非透明材料包围的透明部分的晶片制造光电模块的方法的步骤。
图15A-15F例示根据使用跨距横跨多个光电装置的透射衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
图16为通过图15A-15F的工艺获得的模块的实例。
图17A-17F例示根据使用跨距横跨多个光电装置的透射衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
图18A-18B例示根据一些实施方式的制造光电模块的另外步骤。
图19例示分离图18B的结构的第一实例。
图20为通过图19的分离获得的模块的实例。
图21例示分离图18B的结构的第一实例。
图22为通过图21的分离获得的模块的实例。
图23A-23C为模块的其他实例。
图24A和24B例示制造光电模块的方法的步骤。
图25A-25G为模块的其他实例。
详细描述
本公开描述用于制造光电模块的各种技术，所述光电模块包括在透明盖件的外部侧壁上的非透明材料。此种模块的实例例示在图2A中，图中示出模块20，所述模块包括安装在印刷电路板(PCB)或其他衬底24上的光电装置22。光电装置22的实例包括光发射元件(例如，LED、IR LED、OLED、IR激光器或VCSEL)或光检测元件(例如，光电二极管或其他光传感器)。
例如由玻璃、蓝宝石或聚合物材料构成的透明盖件26由间隔物28与衬底24分离。间隔物28包围光电装置22并且充当用于模块的侧壁。透明盖件26通常对光电装置22发射或可由光电装置22检测的光的波长为透明的。间隔物28优选地由非透明材料构成，所述非透明材料如含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的真空注入聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。附接至透明盖件26的一侧的是光学元件，如透镜30。在图2A的所例示实例中，透镜30由复制技术形成，并且连同光电装置22一起存在于模块20的内部区域32中(即，存在于透明盖件的传感器侧上)。透明盖件26的侧壁34还由非透明材料36覆盖，所述非透明材料在图2A的所例示实例中由与用于间隔物28的相同材料构成。衬底24的外部表面包括一个或多个焊料球或其他导电触点38，所述导电触点可借助于延伸穿过衬底24的导电通孔电耦合至光电装置22。
在图2A的实例中，透明盖件26实质上垂直于模块的光轴并且实质上平行于衬底24。然而，在一些实施方式中，透明盖件26可以相对于衬底24的平面的角度倾斜。实例例示在图2B、2C和2D中。在这些实例中的每一个中，透明盖件26的侧壁34由非透明材料36覆盖，所述非透明材料可例如由与用于间隔物28的相同材料构成。在图2C的实施方式中，间隔物28还以相对于衬底24的平面的角度倾斜。
在一些情况下，覆盖透明盖件26的侧壁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，FR4为对玻璃增强环氧树脂层压材料指定的等级名称)包围。参见图2E中的模块20A。玻璃增强环氧树脂层压材料40还可对光电装置22发射或可由光电装置22检测的光为实质上非透明的。
在一些实施方式中，模块包括对准特征42，所述对准特征延伸超出透明盖件26的对象侧表面(参见图2F中的模块20B)。此类对准特征42可促进模块在智能电话或其他电器内的定位。对准特征42可例如由与间隔物28相同或不同的非透明材料构成。所述对准特征可由延伸穿过玻璃增强环氧树脂层压材料40的非透明材料的区段附接至间隔物28。
一些实施方式包括突起44，所述突起在透明盖件26的侧边缘处或附近延伸超出所述透明盖件的顶部，如图2G中的模组20C中所示的。可由非透明材料(例如，聚合物，如具有碳黑的环氧树脂)构成的突起44可充当挡块，以帮助引导退出或进入模块的光。
在一些实施方式中，光学元件30被设置在透明盖件26的传感器侧表面上。在其他实施方式中，光学元件30(例如，透镜或漫射器)被设置在透明盖件26的对象侧表面上(参见，例如，图2H)，或光学元件可被设置在透明盖件的两侧上。
以下段落描述用于制造前述光电模块和其他类似模块的各种制造技术，所述模块包括光发射元件(例如，LED、IR激光器或VCSEL)或光检测元件(例如，光电二极管)和作为模块的部分整合的如透镜或漫射器的光学元件。一些模块可包括多个光电装置(例如，光发射元件和光检测元件)。在一些实施方式中，模块在晶片级工艺中制造以便可同时制造多个模块(例如，数百个或甚至数千个模块)。一些实施方式包括首先将透明晶片安装或附接在UV切割带上，然后将透明晶片切割成单一化透明盖件。另外，在一些实施方式中，可将涂层(例如，光学滤波器)施加于透明晶片。随后可将晶片安装在UV切割带上，并随后切割成单一化透明盖件。一些实施方式包括使用真空注入技术来在结构化衬底(即，具有非平坦或非平面表面的衬底)上形成各种元件。各种元件(例如，光学元件或间隔物)可使用一个或多个真空注入和/或复制工具直接形成在透明晶片的一侧或两侧上。一些实施方式涉及单一化透明盖件在如载体晶片、真空吸盘或UV切割带的支撑表面上的放置。单一化透明盖件可具有各种形状(例如，圆形、二次曲线形(quadratic))。
图3A-3E例如例示用于制造如图2A的模块20的模块的晶片级工艺。具有光学元件复制区段58和间隔物区段60的复制和真空注入工具50用于形成包括复制光学元件62和真空注入间隔物64的间隔物/光学元件结构72(参见图3C)。具体来说，如图3A所示，将会形成有光学元件(例如，透镜)的单一化透明衬底66被放置在支撑表面68上。支撑表面68可例如实施为载体晶片，所述载体晶片安置在聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)真空密封吸盘70上。或者，真空密封吸盘70自身可充当支撑表面。在一些实施方式中，支撑表面68可被实施为瞬时衬底(例如，UV切割带、PDMS、玻璃、聚合物晶片、用于形成复制光学元件62和/或间隔物64的工具，或前述实例中任何实例的组合)。单一化衬底66可例如由透明材料构成，所述透明材料如玻璃或透明塑料或聚合物材料。
如本公开中所使用的，复制是指将结构化表面压花到液体、粘性或可塑性变形材料中并随后例如通过使用紫外线辐射或加热进行固化来使材料硬化的技术。以这种方式，获得结构化表面的复制品。用于复制的合适材料为例如可硬化(例如，可固化)聚合物材料或其他复制材料，即，在硬化或凝固步骤(例如，固化步骤)中可从液体、粘性或可塑性变形状态转变成固态的材料。如例如图3A所示，复制材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)被放置在复制工具50的光学复制区段58上(图3A)，并且使复制区段58与单一化透明衬底66接触，以便复制材料被压到单一化透明衬底66的上表面与光学复制区段58之间。复制材料随后被硬化(例如，通过UV或热固化硬化)以在单一化透明衬底66的表面上形成复制光学元件62(例如，透镜)。
接着，真空注入材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)通过真空密封吸盘70的入口注入，以便实质上填充间隔物区段60并形成间隔物元件64(参见图3B)。同时，透明衬底66之间的空间被填充以使得透明衬底的侧壁由真空注入材料覆盖或被嵌入真空注入材料内。在一些实施方式中，提供在真空密封吸盘70的出口附近的真空泵促进真空注入材料填充间隔物区段60。尽管用于形成透镜62的复制材料为透明的(即，对光电装置发射或可由光电装置检测的光的波长为透明的)，用于间隔物64的真空注入材料优选地为非透明的并且例如由聚合物构成，所述聚合物如具有碳黑的环氧树脂。用于间隔物64的真空注入材料随后被硬化(例如，通过UV或热固化来硬化)，因此在支撑表面68上形成间隔物元件64(图3B)。在移除复制和真空注入工具50后，得到的是晶片级间隔物/光学元件结构72，其包括在透明衬底66上的光学元件62，所述透明衬底由间隔物元件64的数个部分彼此侧向分离(图3C)。在一些实施方式中可应用于图3A-3B的工艺的其他细节描述于美国临时专利申请号61/746,347中，所述美国临时专利申请的内容以引用方式并入。
接着，间隔物/光学元件结构72被附接至安装有多个光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)76的PCB或其他衬底74(图3D)。衬底74的相反表面包括一个或多个焊料球或其他导电触点78，所述导电触点可借助于延伸穿过衬底74的导电通孔电耦合至光电装置76。例如使用热稳定的粘合剂将衬底74附接至在间隔物/光学元件结构72上的间隔物元件64。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠80，所述光电装置中的每一个与光学元件(例如，透镜)62中的相应一个对准。在一些情况下，非透明挡块晶片被附接在透明衬底66的相反侧上，以便在所得模块的对象侧上提供挡块。在一些实施方式中，图像传感器可被附接或电连接至PCB衬底，并且随后在工艺后期(例如，在执行图3D中的步骤之后)被附接至间隔物光学元件结构72。
堆叠80随后可沿切割线82分离以形成单个闪光灯模块20，所述闪光灯模块中的每一个包括与附接至透明盖件的透镜元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由非透明材料覆盖或被嵌入非透明材料内(参见图3E和2A)。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个模块20。
图4A-4C例示用于制造如图2B所示的光电模块21A(即，具有以一定角度倾斜的透明盖件26)的晶片级工艺中的步骤。可例如在透明晶片(例如，由玻璃或透明塑料或聚合物材料构成)上复制光学元件(例如，透镜)。随后可将晶片分离(例如，通过切割分离)成单一化透明衬底66，所述透明衬底中的每一个包括在透明衬底表面上的复制光学元件62。接着，如图4A所示，单一化衬底66被放置在第一真空注入工具51A上，并且使第二真空注入工具51B从上方与衬底66接触。工具51A、51B包括相应的倾斜表面63A、63B，衬底66和光学元件62被定位在所述倾斜表面之间。
随后可注入真空注入材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)，以便实质上填充空间60并形成非透明间隔物/侧壁元件64(参见图4B)。在填充工具51A、51B之间的空间时，透明衬底66的侧壁由真空注入材料覆盖或被嵌入真空注入材料内。在一些实施方式中，真空泵促进真空注入材料填充空间60。真空注入材料优选地为非透明的，并且可例如由聚合物构成，所述聚合物如具有碳黑的环氧树脂。每一单一化透明衬底66的透镜场(lens yard)应被选择来以使得其可保护光学元件62免于真空注入材料的影响(即，防止环氧树脂材料淹没光学元件)。用于间隔物/侧壁元件64的真空注入材料随后被硬化(例如，通过UV或热固化来硬化)。在移除真空注入工具51A、51B后，得到的是晶片级间隔物/光学元件结构72A，其包括在透明衬底66上的光学元件62，所述透明衬底由间隔物/侧壁元件64的数个部分彼此侧向分离(图4C)。晶片级间隔物/光学元件结构72A的后续处理可如以上结合图3D所述来进行。在切割之后，可获得多个模块21，其中每一模块包括带有光学元件的倾斜透明衬底。模块的透明衬底的侧边缘由非透明材料覆盖。
图5A-5E例示用于制造如图2C所示的光电模块21A(即，具有以一定角度倾斜的透明盖件26)的晶片级工艺中的步骤。如图5A所示，第一组合式复制和真空注入工具51C用于在透明单一化衬底66的(传感器侧)表面上复制光学元件(例如，透镜)62。第一工具51C包括空腔60A，所述空腔部分地由彼此处于不同高度的倾斜表面61界定。
在第一工具51C保持在适当位置时，使第二真空注入工具51D与衬底66的相反(对象侧)表面接触(参见图5B)。随后可注入真空注入材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)，以便实质上填充工具51C、51D之间的空间并形成非透明间隔物/侧壁元件64A(参见图5C)。在填充工具51C、51D之间的空间时，透明衬底66的侧壁由真空注入材料覆盖或被嵌入真空注入材料内。另外，间隔物/侧壁元件64A包括倾斜末端部分65。在固化真空注入材料之后，将工具51C、51D从所得光学元件/间隔物结构移除，随后可被分离成单个光学元件/间隔物部件73(参见图5D)。光学元件/间隔物部件73随后可被反转并附接至表面上安装有光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)76的PCB或其他衬底74(图5E)。光学元件/间隔物部件73被安装成使得倾斜末端部分65被附接至衬底74的表面，从而产生每一部件73的以相对于衬底74的角度倾斜的间隔物/侧壁28。所得结构随后可被分离(例如，通过切割分离)成多个模块21A，如图2C所示
图6A-6C例示用于制造如图2C所示的光电模块21B(即，具有以一定角度倾斜的透明盖件26)的晶片级工艺中的步骤。如图5A所示，单个单一化透明衬底66被支撑在第一组合式复制和真空注入工具51E的倾斜表面上。第二真空注入工具51F被定位在单一化衬底66上方。第一工具51E用于在每一单一化衬底66的(传感器侧)表面上复制光学元件(例如，透镜)62。在两个工具51E、51F处于适当位置中的情况下，注入真空注入材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)以便实质上填充工具之间的空间并形成非透明间隔物/侧壁元件64B(参见图5C)。在填充工具51E、51F之间的空间时，透明衬底66的侧壁由真空注入材料覆盖或被嵌入真空注入材料内。在固化真空注入材料之后，从包括透明衬底66上的光学元件62的所得光学元件/间隔物结构72B移除工具51E、51F，所述透明衬底由间隔物/侧壁元件64的数个部分彼此侧向分离(参见图6C)。晶片级间隔物/光学元件结构72B的后续处理可如以上结合图3D所述来进行。在切割之后，可获得多个模块21B，其中每一模块包括带有光学元件的倾斜透明衬底。模块的透明衬底的侧边缘由非透明材料覆盖。
图7A-7E例示用于制造如图2E所示的光电模块20A的步骤，其中覆盖透明盖件的侧壁的非透明材料例如由玻璃增强环氧树脂层压材料(例如，FR4)包围。如图7A所示，将会形成有光学元件的单一化透明衬底66被放置在相对坚实的非透明晶片90的相应开口(例如，空腔)92内，所述非透明晶片可例如由印刷电路板(PCB)材料(如FR4)构成。如上所述，单一化衬底66可例如由透明材料构成，所述透明材料如玻璃或透明塑料或聚合物材料。每一开口92优选地稍微大于放置在开口内的单一化透明衬底66的直径(或宽度)，以使得单一化透明衬底66与非透明晶片90的相邻部分之间存在小的空隙93。非透明晶片90以及单一化透明衬底66可被放置在充当支撑表面的PDMS真空密封吸盘70上。在一些情况下，被放置在真空密封吸盘70上的单独载体晶片充当支撑表面。
接着，使用复制和真空注入工具50(参见图7B)以类似于以上结合图3A-3B所述的技术的方式将复制光学元件62(例如，透镜)形成于单一化透明衬底66的表面上。另外，由真空注入技术(参见图7B)以类似于以上结合图3A-3B所述的技术的方式形成非透明间隔物元件64。单一化透明衬底66与非透明晶片90的相邻部分之间的空隙93还由真空注入间隔物材料填充。因此，透明衬底66的侧壁由真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述真空注入间隔物材料内，所述真空注入间隔物材料由非透明晶片90的材料(例如，FR4)包围。特定透明衬底66的侧壁上的真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)因此形成具有间隔物元件64的单一连续区域。在移除复制和真空注入工具50后，得到的是晶片级间隔物/光学元件结构94(图7C)。
接着，间隔物/光学元件结构94被附接至安装有多个光电装置76的PCB或其他衬底74(图7D)。如结合先前实例所述，衬底74可例如使用热稳定的粘合剂附接至间隔物/光学元件结构94上的间隔物元件64。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠96，所述光电装置中的每一个与光学元件(例如，透镜)62中的相应一个对准。在一些情况下，非透明挡块晶片被附接在透明衬底66的相反侧上，以便在所得模块的对象侧上提供挡块。
随后可沿切割线82分离堆叠96以形成单个模块20A，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件的光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述第一非透明材料内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个模块20A(参见图7E和2E)。
图8A-8D例示另一晶片级工艺的步骤，如图7A-7E的先前工艺，所述另一晶片级工艺还包括将用于光学元件的单一化透明衬底放置在相对坚实的非透明晶片的相应开口(例如，空腔)内。图8A-8D的工艺可用于制造如图2H的模块20D的多个光电模块，其中光学元件(例如，透镜)被设置在透明盖件的对象侧表面上。
如图8A所示，单一化透明衬底66被放置在相对坚实的非透明晶片102的相应开口(例如，空腔)92内，所述非透明晶片可例如由PCB材料(如FR4)构成。这里同样，单一化衬底66可例如由透明材料构成，所述透明材料如玻璃或透明塑料或聚合物材料。每一开口92优选地稍微大于放置在开口内的单一化透明衬底66的直径(或宽度)，以使得单一化透明衬底66与非透明晶片102的相邻部分之间存在小的空隙93。非透明晶片102以及单一化透明衬底66可被放置在充当支撑表面的PDMS真空密封吸盘70上。在一些情况下，被放置在真空密封吸盘70上的单独载体晶片充当支撑表面。
接着，真空注入工具100具有用于形成晶片级间隔物结构的间隔物区段60(参见图8B)。具体来说，通过用非透明材料填充间隔物区段60的真空注入技术形成间隔物元件64。真空注入工艺可类似于以上结合图3A-3B所述的工艺。单一化透明衬底66与非透明晶片102的相邻部分之间的空隙93还由真空注入间隔物材料填充。因此，透明衬底66的侧壁由真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述真空注入间隔物材料内，所述真空注入间隔物材料由非透明晶片102的材料(例如，FR4)包围。在移除复制和真空注入工具100后，得到的是晶片级间隔物结构104，其包括在实质上平面支撑结构101上的非透明间隔物64，所述实质上平面支撑结构由透明衬底66、非透明晶片102的数个区段和在透明衬底66的侧壁上的非透明间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)的数个部分构成(参见图8C)。与先前实例(即，图3A-3E和图7A-7E)对比，光学元件(例如，透镜)不由用于形成真空注入间隔物64的相同工具形成。替代地，光学元件在不同工艺步骤中形成。
如图8C所示，间隔物结构104可被附接至安装有多个光电装置76的PCB或其他衬底74。如结合先前实例所述，衬底74可例如使用热稳定的粘合剂附接至间隔物结构104上的间隔物元件64。得到的是堆叠106，所述堆叠包括由非透明间隔物元件64侧向包围光电装置76的阵列。
也如图8C所示，组合式复制和真空注入工具108被提供在平面支撑结构101上方的与间隔物元件64相反的的侧面上。复制和真空注入工具108包括用于在透明衬底66的对象侧表面上形成复制透镜元件111的光学元件复制区段110。复制和真空注入工具108进一步包括挡块区段112和对准区段114，以分别地形成挡块和对准特征(例如，图2H中的特征42和44)。
为形成复制透镜元件111，复制材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)被放置在复制工具108的光学复制区段110上，并且使复制区段110与单一化透明衬底66接触，以便复制材料被压到单一化透明衬底66的上表面与光学复制区段110之间。复制材料随后被硬化(例如，通过UV或热固化硬化)以在单一化透明衬底66的对象侧表面上形成复制透镜。
另外，注入真空注入材料(例如，液体、粘性或可塑性变形材料)以便实质上填充工具108的挡块区段112和对准区段114。尽管用于形成透镜111的复制材料为透明的(至少对将会由光电装置发射或可由光电装置检测的光的波长为透明的)，填充挡块区段112和对准区段114的真空注入材料优选地为非透明的并且例如由聚合物构成，所述聚合物如具有碳黑的环氧树脂。然而，一般来说，使用第一真空注入工具100来形成间隔物64并使用第二真空注入工具108来形成挡块和对准特征允许填充挡块区段112和对准区段114的材料与形成间隔物区段64的材料相同或不同。用于挡块和对准特征的真空注入材料随后被硬化(例如，通过UV或热固化来硬化)。在移除复制和真空注入工具108后，得到的是包括光学元件(例如，透镜)以及处于外部表面上的挡块和对准特征的堆叠。
随后可沿切割线分离堆叠以单个形成单个模块20D，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件对象侧表面的光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述第一非透明材料内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。每一模块20D还包括真空注入挡块特征44和对准特征42(参见图8D)。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个光电模块20D。
如以上结合图8C所述，在一些情况下，组合式复制和真空注入工具108用于在透明衬底66上复制透镜并形成挡块特征44和对准特征42。在其他实施方式中，替代在透明衬底66上直接复制透镜，可将包括一个或多个光学元件(例如，透镜)的先前形成的光学堆叠附接在每一透明衬底66之上。
前述实例提供包括透明盖件26的对象侧表面上的光学元件(例如，透镜)30的模块。接着结合图9A-9D描述的方法提供用于制造光电模块的晶片级技术，如图2G的模块20C，所述光电模块具有在透明盖件26的面向光发射元件22的表面(即，透明盖件的传感器侧)上的光学元件(例如，透镜)。图9A-9D的方法还提供用于类似于先前实例中的那些特征的真空注入挡块特征和对准特征。
如图9A所示，用于光学元件的单一化透明衬底66被放置在相对坚实的非透明晶片120的相应开口(例如，空腔)92内，所述非透明晶片可例如由PCB材料(如FR4或其他玻璃增强环氧树脂层压材料)构成。同样在这种情况下，每一开口92优选地稍微大于放置在开口内的单一化透明衬底66的直径(或宽度)。除用于单一化透明衬底66的开口92之外，非透明晶片120具有穿过其宽度的小的垂直空隙124，从而形成与界定充当支撑表面的PDMS真空密封吸盘122上的挡块区段126和对准区段128的开口对准的通道。
接着，使用组合式复制和真空注入工具100A(参见图B)以类似于以上结合图3A-3B所述的技术的方式将复制光学元件62(例如，透镜)形成于单一化透明衬底66的表面上。另外，由真空注入技术以类似于以上结合图3A-3B所述的技术的方式形成非透明间隔物元件64。同时，空隙124以及真空密封吸盘122中的挡块区段126和对准区段128也由真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)填充。因此，单一真空注入步骤可用于在非透明晶片120的一侧上形成间隔物元件64，以及在非透明晶片120的另一侧上形成挡块特征130和对准特征132。相同工具100A可用于这些特征的真空注入以及光学元件62的复制。由图9A-9B所例示的步骤还产生透明衬底66的侧壁，所述侧壁由真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述真空注入间隔物材料内，所述真空注入间隔物材料由非透明晶片120的材料(例如，FR4)包围。处于特定透明衬底66的侧壁上的真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)因此与间隔物元件64并与挡块特征130和对准特征132形成单一连续区域。在移除复制和真空注入工具100A后，得到的是晶片级间隔物/光学元件结构134(图C)。
接着，间隔物/光学元件结构134被附接至安装有多个光电装置76的PCB或其他衬底74(参见图9C)。如结合先前实例所述，衬底74可例如使用热稳定的粘合剂附接至间隔物/光学元件结构134上的间隔物元件64。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠136，所述光电装置中的每一个与光学元件(例如，透镜)62中的相应一个对准。
随后可沿切割线分离堆叠136以形成单个光电模块20C，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件的光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述第一非透明材料内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个光电模块20C(参见图9D和2G)。
在图7A-7E和9A-9D的所例示实例中，光学元件(例如，透镜)仅被提供在模块的传感器侧中。然而，可修改那些工艺来将光学元件的形成也整合到模块的对象侧上。例如，在执行由图7A-7D所例示的步骤之后，第二光学元件(例如，透镜)62A可被形成于每一透明衬底66的上侧上(参见图10A)。可在PCB衬底74(PCB衬底上安装有光电装置76)附接至间隔物元件64之前或之后形成第二光学元件62A。此外，第二光学元件62A可例如通过复制技术形成。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠140，所述光电装置中的每一个由非透明间隔物64侧向包围，并且与一对光学元件62、62A对准，透明衬底66的任一表面上存在一个光学元件。
随后可沿切割线分离堆叠140以形成单个光电模块20F(参见图10B)，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件的一对垂直堆叠光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述第一非透明材料内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个光电模块20F。
第二组复制光学元件(例如，透镜)还可被提供为图9A-9D的工艺的部分。例如，在执行由图9A-9C所例示的步骤之后，第二光学元件(例如，透镜)62A可通过复制形成于每一透明衬底66的上侧上(参见图11A)。可在PCB衬底74(PCB衬底上安装有光电装置76)附接至间隔物元件64之前或之后形成第二光学元件62A。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠142，所述光电装置中的每一个由非透明间隔物64侧向包围，并且与一对光学元件62、62A对准，透明衬底66的任一表面上存在一个光学元件。
随后可沿切割线分离堆叠142以形成单个光电模块20G(参见图11B)，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件的一对垂直堆叠光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述第一非透明材料内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。在这个实例中，每一模块20G还包括挡块特征42和对准特征44。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个光电模块20G。
如以上结合图8A-8D的实例所述，可能利用不同于形成间隔物的材料的非透明材料来形成挡块和对准特征。图12A-12D例示另一实例，其允许用于挡块和对准特征的非透明材料不同于(或相同于)形成间隔物的材料。使用不同材料可为合乎需要的，例如用于允许模块的各种非透明部分具有不同透明度。
如图12A所示，用于光学元件的单一化透明衬底66被放置在相对坚实的非透明晶片120的相应开口(例如，空腔)92内，所述非透明晶片可例如由印刷电路板(PCB)材料(如FR4或其他玻璃增强环氧树脂层压材料)构成。每一开口92优选地稍微大于放置在开口内的单一化透明衬底66的直径(或宽度)。除用于单一化透明衬底66的开口92之外，非透明晶片120具有穿过其宽度的小的垂直空隙124，从而形成与在充当支撑表面的PDMS真空密封吸盘122上的挡块区段126和对准区段128对准的通道。
接着，使用包括光学元件复制区段58的组合式复制和真空注入工具100B(参见图12B)将复制光学元件62(例如，透镜)形成于单一化透明衬底66的表面上。此外，空隙124以及真空密封吸盘122中的挡块区段126和对准区段128由非透明真空注入材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)填充，同时工具100B保持在适当位置。相同工具100B因此可用于这些特征的真空注入以及光学元件62的复制。由图12A所例示的步骤产生透明衬底66的侧壁，所述侧壁由非透明真空注入材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述非透明真空注入材料内，所述非透明真空注入材料由非透明晶片120的材料(例如，FR4)包围。处于特定透明衬底66的侧壁上的真空注入材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)因此与挡块特征130和对准特征132形成单一连续区域(参见图12B)。
接着，移除复制和真空注入工具100B，并且如图12B所示，第二真空注入工具100C被提供来形成间隔物元件64。第二真空注入工具100C包括间隔物区段60，所述间隔物区段通过真空注入利用非透明材料来填充。如以上所指示，用于间隔物的材料可不同于用于挡块和对准特征的材料。在填充间隔物区段60之后，从所得间隔物/光学元件结构148移除第二真空注入工具100C(参见图12C)。
在图9A-9C的工艺与图8A-8C的工艺之间的一个差异涉及填充透明晶片120中的空隙124的非透明材料。在图8A-8C中，空隙124与间隔物区段60同时并利用相同材料填充。另一方面，在图12A-12C中，空隙124与挡块和对准区段126、128同时并利用相同材料填充。因此，如果不同材料用于形成间隔物64和挡块特征/对准特征132，那么空隙124中的材料将取决于是使用图8A-8C的工艺还是图12A-12C的工艺。
在移除第二工具100C之后，将间隔物/光学元件结构148附接至安装有多个光电装置76的印刷电路板(PCB)或其他衬底74(参见图12C)。如结合先前实例所述，衬底74可例如使用热稳定的粘合剂附接至间隔物/光学元件结构148上的间隔物元件64。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠150，所述光电装置中的每一个与光学元件(例如，透镜)62中的相应一个对准。
随后可沿切割线分离堆叠150以形成单个光电模块20H，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件的光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)覆盖或被嵌入所述第一非透明材料内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个光电模块20H。
在一些方面类似于以上所述的工艺的晶片级工艺可用于制造包括光发射元件和光检测元件两者的模块。例如，如图13A所示，将会形成有光学元件的单一化透明衬底66被放置在相对坚实的非透明晶片90A的相应开口(例如，空腔)内，所述非透明晶片处于充当支撑表面的PDMS真空吸盘70上。使用组合式复制和真空注入工具50A将复制光学元件62(例如，透镜)形成于单一化透明衬底66的表面上。另外，使用组合式复制和真空注入工具50A通过真空注入来形成非透明间隔物元件64A、64B、64C(参见图13A-13B)。同时，透明衬底66与非透明晶片90A的相邻部分之间的空隙93由非透明真空注入材料填充，以便透明衬底的侧壁由非透明材料覆盖或被嵌入非透明材料内。图13A-13B类似于图7A-7B，例外的是工具50A中的间隔物区段60A、60B和60C可设定成彼此不同的大小。具体来说，如从以下描述中变得显而易见的，每一较窄间隔物区段60B对应于形成在用于单一模块的相邻光学通道之间的间隔物元件64B。较宽间隔物区段60C对应于形成用于两个相邻模块的壁的间隔物元件64C。在移除复制和真空注入工具50A后，得到的是晶片级间隔物/光学元件结构94A，其包括光学元件62和间隔物元件64A、64B、64C(图13C)。
接着，如图13D所示，在一些实施方式中，第二组光学元件(例如，透镜)62A可通过在每一透明衬底66的第二侧面上的复制来形成。此外，在一些实施方式中，挡块晶片被附接在透明衬底66的相反侧上，以便在所得模块的对象侧上提供挡块。间隔物/光学元件结构94A被附接至安装有不同类型光电装置76A、76B(例如，光发射元件76A和光检测元件76B)的PCB或其他衬底74。光发射元件76A和光检测元件76B交替以使得每一光发射元件76A相邻于光检测元件76B。或者，单一化光发射和检测装置可被附接至间隔物/光学元件结构94A。所得结构可被分离(例如，通过切割分离)成多个模块201，所述模块中的每一个包括相邻光学通道，光学通道中的一个包括光发射元件76A(例如，LED)，并且光学通道中的一个包括光检测元件76B(例如，光电二极管)。相邻光学通道由非透明间隔物64彼此分离。此外，透明盖件的侧壁被嵌入第一非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)内，所述第一非透明材料由第二非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料，如FR4)包围。此类模块可例如用作接近传感器。
在前述实例中，用于光学元件(例如，透镜)的单一化透明衬底66被放置于相对坚实的非透明的PCB晶片的开口(例如，空腔)内。在一些实施方式中，替代将预形成的单一化透明衬底插入非透明晶片中的开口中，PCB类型晶片可预形成有对应于用于模块的透明盖件的透明区段。例如，如图14A所示，可例如由非透明印刷电路板(PCB)材料(如FR4或其他玻璃增强环氧树脂层压材料)构成的相对坚实的晶片220还包括对应于用于模块的透明盖件的透明区段266。
晶片220具有穿过其宽度的小的垂直空隙224，从而形成与在充当支撑表面的PDMS真空密封吸盘122上的特征228(例如，对准或挡块区段)对准的通道。
接着，使用组合式复制和真空注入工具200将复制光学元件262(例如，透镜)形成于透明区段266的表面上。另外，如由图14A-14B所指示，工具200中的间隔物区段260由如所述用于形成非透明间隔物元件264的非透明材料填充。同时，空隙224以及真空密封吸盘222中的对准(和/或挡块)区段228也由真空注入间隔物材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)填充。因此，单一真空注入步骤可用于在晶片220的一侧上形成间隔物元件264，以及在晶片220的另一侧上形成对准(和/或挡块)特征232。此外，相同工具200可用于这些特征的真空注入以及光学元件262的复制。如在图14A-14B中可见，透明区段266的侧面保持由晶片220的周围非透明区段(例如，FR4)覆盖或被嵌入所述周围非透明区段内。在移除复制和真空注入工具200后，得到的是晶片级间隔物/光学元件结构234(图14C)。在一些实施方式中，替代使用工具200通过真空注入形成间隔物元件264，间隔物元件264可通过将间隔物晶片附接至其上形成有复制透镜和真空注入对准(和/或挡块)特征的结构来提供。
接着，间隔物/光学元件结构234被附接至其上安装有多个光电装置76的印刷电路板(PCB)或其他衬底74(参见图14C)。如结合先前实例所述，衬底74可例如使用热稳定的粘合剂附接至间隔物/光学元件结构234上的间隔物元件64。得到的是包括光电装置76的阵列的堆叠236，所述光电装置中的每一个与光学元件(例如，透镜)262中的相应一个对准。
随后可沿切割线分离堆叠236以形成单个光电模块20I(参见图14D)，所述模块中的每一个包括与附接至透明盖件的光学元件对准的光电装置，所述透明盖件的外部侧壁由非透明材料(例如，玻璃增强环氧树脂层压材料,如FR4)覆盖或被嵌入所述非透明材料内。因此，前述技术可用于以晶片级规模制造多个光电模块20J。
在前述实例中，制造方法包括将间隔物/光学元件结构附接至其上安装有多个光电装置的PCB或其他衬底。在其他实施方式中，单一化光电装置可被附接至间隔物/光学元件结构而不是附接其上安装有光电装置的晶片大小衬底。
此外，尽管前述实例中的一些包括每一模块中的单一光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)，但是类似于前述技术的技术可用于制造包括两个或更多个光发射元件的模块，所述光发射元件中的每一个与一个或多个相应光学元件对准。此类模块可例如充当双重LED闪光灯模块，所述模块可包括包围两个或更多个光发射元件的非透明侧壁而无将光发射元件彼此分离的间隔物。在一些实施方式中，模块还可包括其他光电或光学部件。
在前述实例的一些中，在制造工艺期间，每一单一化透明衬底66跨距跨于用于单一光学通道的区域。然而，在一些实施方式中，可为有利的是：使用稍微较大的单一化透明衬底，其例如跨距跨于两个光学通道。在一些情况下，使用此类较宽单一化透明衬底可增加在制造期间的稳定性。此外，较宽单一化透明衬底可在一些情况下较易于使用拾取与放置设备来定位。以下结合图15A-15F描述使用跨距多个(例如，两个)光学通道的单一化透明衬底来制造光电模块的工艺。所得模块中的每一个可包括例如两个光电装置(例如，发射装置和光检测装置)。
图15A-15E例示用于在透射衬底上形成无源光学元件(例如，透镜)以及形成间隔物特征、挡块特征和壁特征的步骤。如图15A所示，这些特征可使用上PDMS工具300A和下PDMS工具300B来形成，所述工具通过在透射衬底上复制无源光学元件来促进所述无源光学元件的形成，并且通过真空注入技术来促进间隔物、挡块和壁特征的形成。上工具300A包括复制特征302A，所述复制特征对应于将要形成于透射衬底的上表面上的无源光学元件(例如，透镜)。同样地，下工具300B包括复制特征302B，所述复制特征对应于将要形成于透射衬底的下表面上的无源光学元件(例如，透镜)。
上工具300A和下工具300B还包括相应空间304A、304B，所述相应空间对应于用于模块的壁特征的区域。另外，下工具300B包括空间306，所述空间对应于用于模块的间隔物特征的区域。上工具100A包括空间308，所述空间对应于用于模块的挡块特征的区域。
为形成透镜元件，可固化环氧树脂310被分配在上工具300A的复制特征302A上，以及分配在下工具300B的复制特征302B上。参见图15B。此外，如图15C所示，单一化透射衬底312被放置在下工具300A上的可固化环氧树脂310的每一区域之上。每一单一化透射衬底312跨距跨于由空间306中的一个分离的两个相邻的环氧树脂310的区域。如前所述，衬底312可例如由对感兴趣的特定波长为透明的玻璃、蓝宝石或聚合物)构成。
接着，如图15D所例示，使上工具300A和下工具300B彼此对准并进行接触，以便上工具100A的复制特征302A上的环氧树脂材料310与相应透射衬底312的顶表面进行接触。随后例如通过UV或热固化来硬化用于透镜的环氧树脂材料310。在随后固化时，环氧树脂材料310应为透明的(至少对将要从模块发射或由模块检测的光的波长为透明的)。
接着，通过真空注入将非透明可固化材料提供在工具300A、300B之间的空间304A、304B、306、308中，以使得空间由非透明材料填充。非透明材料可例如由含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料、无机填充剂或染料)的可流动聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)构成。参见图15E。非透明材料随后被硬化(例如，通过UV或热固化硬化)。硬化的非透明材料形成壁特征314、挡块特征318和间隔物特征316。工具300A、300B随后可被移除。所得结构319(包括透射衬底312、透镜310、间隔物特征316、挡块特征318和壁特征314)可被附接至其上安装有光电装置(即，光发射装置76A和光检测装置76B)的衬底晶片320，如图15F所示。衬底晶片320可例如为PCB晶片。可沿线322将所得堆叠321分离(例如，通过切割分离)成多个模块，所述模块中的每一个包括在相应光学通道中的光发射装置76A和光检测装置76B。
如果如图15F所示执行切割，则所得模块的透明盖件312的外部侧壁326将不由非透明材料覆盖(参见图16)，从而在一些情况下可允许从模块的漏光和/或杂散光进入模块中的发生。以下结合图15和16来描述用于在模块的外部侧壁之上提供非透明材料的技术。
在一些实施方式中，图15F的结构319可在附接至衬底晶片320之前切割。此外，在一些实施方式中，替代将结构319附接至其上安装有多个光发射装置76A和光检测装置76B的衬底晶片320，可将单一化光电装置76A、76B附接至结构319。前述方法可允许在组装之前(即，在将其上安装有装置76A、76B的支撑件附接至结构319之前)对光学和/或光电部件的测试。
图15A-15F的工艺(包括上工具300A和底部工具300B的使用)也可用于每一透明衬底跨距跨于用于仅单一通道的区域的情形。
图17A-17F例示用于获得类似于图15F的堆叠321的堆叠的另一制造技术。在这种情况下，如图17A所示，多个单一化透射衬底312被安装在牺牲衬底410上。如前所述，透射衬底312可例如由对感兴趣的波长(即，由光发射装置76A发射和可由光检测装置76B检测的光的波长)为透明的玻璃、蓝宝石或聚合物构成。提供组合式复制和真空注入工具400A，并且可固化环氧树脂材料被分配在工具的复制特征402上，随后与透射衬底312的暴露表面进行接触以形成复制透镜元件310，如图17B所示。随后例如通过热或UV固化来硬化环氧树脂材料。此外，工具400A与牺牲衬底410之间的空间404以及工具400A与透射衬底312之间的空间406由非透明材料填充，所述非透明材料如含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料、无机填充剂或染料)的可流动聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。参见图17B。非透明材料随后可被硬化(例如，通过UV或热固化硬化)以形成壁特征416和间隔物特征418。工具400A和牺牲衬底410随后被移除。所得结构420((包括透射衬底312、透镜310、间隔物特征418和壁特征416)例示在图17C中。
结构420随后被安装在其上安装有光电装置(即，光发射装置76A和光检测装置76B)的衬底晶片320(例如，PCB晶片)上，如图17D所示。第二组合式复制和真空注入工具400B可用于形成透射衬底312的第二侧上的透镜、挡块特征以及壁特征416的上部。可固化环氧树脂材料被分配在工具400B的复制特征422上，随后与透射衬底312的暴露表面进行接触以形成复制透镜元件310B，如图17E所示。可例如通过热或UV固化来硬化环氧树脂材料。此外，工具400B与壁特征的先前形成的区段416之间的空间424以及工具400B与透射衬底312之间的空间426由非透明材料填充，所述非透明材料如含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料、无机填充剂或染料)的可流动聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。参见图15。非透明材料随后可被硬化(例如，通过UV或热固化硬化)以形成壁特征416的上区段416B并形成挡块特征428。第二工具400B随后可被移除。图17F所例示的所得结构421类似于由图15A-15F的工艺所获得的图15F的结构321。也可沿线322将图17F的结构412分离(例如，通过切割分离)成多个模块，所述模块中的每一个包括在相应光学通道中的光发射装置76A和光检测装置76B。
如上所述，如果如图15F所示执行切割，那么所得模块的透明盖件312的外部侧壁326将不由透明材料覆盖(参见，例如，图16)，从而在一些情况下可允许从模块的漏光和/或杂散光进入模块中的发生。现在描述用于提供非透明材料以覆盖透明盖件的侧壁的技术。
透射盖件312的侧壁326可由非透明材料覆盖的一种方式由图15A-15B例示。例如，以图15F的结构321(或图17F的结构421)开始，从每一挡块特征(例如，318)的顶部形成穿过下层透射衬底312的开口(例如，沟槽)510，如图18A所示。沟槽510应完全延伸穿过透射衬底312的厚度，并且优选地应部分地延伸到下方的间隔物特征(例如，316)中。沟槽510可例如通过切割、微机械加工或激光切割技术来形成。沟槽510随后可使用例如真空注入技术利用非透明材料512填充，以便在透射衬底312的各种部分的侧边缘上提供非透明层。参见图18B。真空注入技术可涉及将PDMS工具放置在图18A中所示的结构的顶部上。覆盖透射衬底312的侧边缘的非透明材料510可例如为含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的可固化聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。图18B的结构520随后可被分离(例如，通过切割分离)成多个单个模块。
例如，如图19所例示，结构520可通过沿线522切割穿过壁特征416、416B来分离，以形成如图20的模块530的模块。模块530包括由充当非透明内部壁的间隔物418彼此分离的光发射装置76A和光检测装置76B。非透明材料512也将透射衬底312彼此分离，以帮助防止杂散光进入光学检测通道。模块的外部壁416也由非透明材料构成，并且覆盖透射盖件312的外部侧壁326，从而可有助于防止从透射盖件的侧面的漏光。图15F的结构321可以类似方式加以处理以获得类似于图20的模块的多个模块。
在一些实施方式中，替代沿如图19中的切割线522分离结构520，可沿穿过非透明材料512和间隔物418的切割线524分离结构520(参见图21)，以形成如图22的模块540的模块光模块。模块540也包括由内部壁416彼此分离的光发射装置76A和光检测装置76B，所述内部壁可有助于防止杂散光进入光学检测通道。模块的外壁由非透明间隔物418和覆盖透射盖件312的外部侧壁326的非透明材料512构成。非透明材料512可有助于防止从透射盖件312的侧面的漏光。图15F的结构321可以类似方式加以处理以获得类似于图22的模块的多个模块。
尽管许多前述实例包括作为光学元件的透镜，但是一些实施方式可除透镜之外替代透镜而包括其他类型的光学元件(例如，光学滤波器和/或FFL校正层)。在一些情况下，此类光学元件可在单一化之前被提供在透明衬底(例如，晶片)上。例如，在一些情况下，光学滤波器层或焦距校正层可被施加于透明盖件衬底(例如，晶片)，所述透明盖件衬底随后被切割成单一化盖件，所述盖件中的每一个的表面上具有光学滤波器或焦距校正层中的至少一个。焦距校正层可例如为焦点法兰长度(focal flange length，FFL)校正层。FFL有时称为法兰焦距。各自在其表面包括光学滤波器层或焦距校正层的单一化盖件随后可被整合到以上所述的任何制造技术(例如，图3A-3E；图4A-4C；图5A-5E；图6A-6C；图7A-7E；图8A-8D；图9A-9D；图10A-10B；等等)中。
包括FFL校正层可例如对图像传感器应用来说为尤其有利的。因此，在一些情况下，透明盖件可包括仅在一侧上的复制透镜，或在一些情况下，可在任一侧上不包括复制透镜。实例例示在图23A和23B中，图中分别示出多通道模块500A和500B。
图23A和12B的模块500A和500B包括支撑在PCB或其他衬底524上的图像传感器522。图像传感器522具有由间隔物528侧向包围的光学敏感区域523，所述间隔物也充当用于模块的传感器侧的侧壁。透明盖件526的侧边缘由非透明材料(例如，具有碳黑的环氧树脂)侧向包围并覆盖。在一些情况下，包围透明盖件526的非透明材料为与间隔物228相同的材料。透明盖件526可例如由玻璃、蓝宝石或聚合物材料构成，并且由间隔物528与图像传感器522分离。在图23A和23B的所例示实例中，每一透明盖件526的对象侧包括光学滤波器530，所述光学滤波器可例如实施为薄的涂层。同样地，每一透明盖件的传感器侧可包括FFL校正层532以校正通道焦距。每一通道中的FFL校正层532的厚度可与另一通道中的FFL层532的厚度有所不同。在一些情况下，仅一些通道具有FFL校正层。
非透明材料539可在透明盖件526的边缘附近延伸超出所述透明盖件的顶部。取决于实施方式，覆盖透明盖件526的侧壁的非透明材料536可与间隔物528的材料和/或延伸超出透明盖件526的顶部的非透明材料539相同或不同。PCB衬底524的外部侧面可包括导电触点，所述导电触点可借助于延伸穿过衬底524的导电通孔电耦合至图像传感器522。
模块500A、500B可包括一个或多个光学元件组件550。光学元件组件可被附接至组件540，所述组件由透明盖件526(包括透镜元件、FFL校正层532或滤波器层530(如果存在的话))和非透明壁/间隔物528、536、539构成。每一光学元件组件550可包括例如放置在透镜筒554中的一个或多个注塑模制光学元件(例如，透镜)552的堆叠。在一些情况下，注塑模制透镜堆叠的阵列可被共同地提供用于一个以上的光学通道(参见图23A)，而在其他实施方式中，单独的透镜堆叠被提供用于每一相应通道(参见图23B)。
包括透明盖件526(连同FFL校正层532和/或滤波器层530)和非透明壁/间隔物528、536、539的多个组件540可作为晶片级工艺的部分加以制造。在一些实施方式中，通道FFL校正层被提供在透明晶片的一侧上。FFL校正层可例如由玻璃或聚合物材料构成，且可例如通过旋涂、喷涂或溅镀来施加。光学滤波器层可被施加于透明晶片的另一侧。用于模块的间隔物和壁可使用以上详细描述的技术(例如，复制或真空注入以及沟槽形成和在一些情况下利用非透明材料填充沟槽)来形成。瞬时衬底(例如，UV切割带、PDMS衬底、玻璃衬底、聚合物晶片)可用于在前述步骤期间支撑所述结构。在一些情况下，透镜可被复制在光学滤波器层的表面上。另外，如果光学滤波器层不提供在透明晶片上，那么在一些情况下，透镜可被直接地复制在透明晶片的表面上。
接着，光学元件组件(即，透镜堆叠)可被附接至间隔物/光学元件/嵌入式透明盖件组件的对象侧。这可以晶片级规模或通过将单个透镜堆叠附接至间隔物/光学元件/嵌入式透明盖件组件来完成。接着，可测量每一光学通道的焦距(例如，FFL)并与指定值比较。如果对特定通道测量的FFL偏离所需值，那么可在那个通道中选择性地移除FFL校正层以修正FFL值。光刻技术可例如用于按需要部分地或完全地移除FFL校正层。因为通道可具有不同FFL值，所以可需要不同量的通道FFL校正层来实现针对各种通道的校正FFL值。对一些通道来说，可不需要FFL校正。在其他情况下，可移除通道FFL校正层的一部分。在其他情况下，可不移除通道FFL校正层的部分。因此，取决于实施方式，通道FFL校正层可针对所有通道存在或仅针对一些通道存在。此外，最终通道FFL校正层的厚度可在一个通道与下一通道之间有所不同，这取决于每一通道中需要的FFL校正的量。
晶片级结构(包括间隔物、侧边缘由非透明材料包围并覆盖的透明盖件以及光学元件组件)随后可被分离成单个组件，所述单个组件中的每一个包括例如光学通道的阵列。单独组件中的每一个随后可被附接至单个图像传感器组件(即，安装有成像器传感器的PCB衬底)。
在一些实施方式中，可能需要直接在图像传感器522的有源光敏区域523上提供光学滤波器530A。此类滤波器可被提供来例如替代透明盖件526上的滤波器530。这种布置可例如在将透镜复制在每一透明盖件526的表面上的情况下为有用的。
图23A和23B的模块中的每一个包括多个光学通道。也可提供包括类似特征的单一模块。此种模块500C的实例例示图23C中。透明盖件526的侧壁以及光学滤波器530的侧壁由间隔物228的非透明材料覆盖。模块500C也包括实施为放置在透镜筒554中的一个或多个注塑模制光学元件(例如，透镜)552的堆叠的光学元件组件。在所例示实例中，模块500C不包括FFL校正层532。
以上讨论的光学滤波器可以各种方式实施。例如，在一些实施方式中，电介质带通滤波器可施加于光传感元件(例如，图像传感器)的光敏表面或施加于设置在光传感元件之上的透明盖件的表面。在一些情况下，此种带通滤波器通过气相沉积或溅镀而沉积在透明盖件上(或在晶片级工艺的情况下，沉积在透明晶片上)。优选地，电介质滤波器被沉积在例如由玻璃、蓝宝石或另一透明材料构成的透明盖件上，所述另一透明材料具有的机械/热膨胀性质类似于玻璃或蓝宝石的机械/热膨胀性质。带通滤波器可为有利的，因为所述带通滤波器允许极窄范围的波长碰撞于光传感元件上(例如，光电二极管或图像传感器)。在一些情况下，电介质带通滤波器可允许高选择性的滤波器。例如，电介质带通滤波器可用于滤出环境IR辐射，同时允许特定所需波长的IR(例如，从投射光源产生的光)的透射。
在前述制造实例中，间隔物/光学元件结构(例如，图3C的72)由粘合剂直接附接至安装有多个光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)的PCB或其他衬底晶片(参见，例如，图3D)。具体来说，间隔物/光学元件结构的间隔物元件的自由末端由粘合剂直接附接至PCB或其他衬底晶片。在所得模块中，将PCB或其他衬底24与透明盖件26分离的间隔物28由非透明材料构成，所述非透明材料如含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的真空注入聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。参见，例如，图2A-2H。然而，在一些实施方式中，替代将间隔物/光学元件结构直接附接至PCB或其他衬底晶片，将间隔物/光学元件结构附接至形成衬底晶片的部分的结构元件。实例例示在以下讨论的图24A和24B中。
如图24A所示，间隔物/光学元件结构602包括透明盖件604，所述透明盖件的侧壁606由形成间隔物608的相同真空注入非透明材料覆盖。衬底晶片618包括具有开口的金属框架610和模制空腔614。模制空腔614装配在金属框架610的开口内，以便金属框架610的侧壁由模制空腔614侧向包封。衬底晶片618(即，金属框架610和模制空腔614的组合)还可称为“引线框”。可例如由金属(如铜、铝或镍)构成的金属框架610具有安装在金属框架表面上并且彼此侧向间隔的光电装置612。另外，模制空腔614应具有匹配间隔物608的尺寸的尺寸，以使得间隔物元件608和模制空腔614的自由末端可由粘合剂彼此直接附接，如图24B所示。这例如在光电装置612为高功率光发射器(例如，高功率LED或VCSEL)的情况下可为尤其有利的，因为模制空腔614的材料可相对廉价地制成，而且可为高反射性的和耐高温的。可沿切割线616分离由间隔物/光学元件结构602和衬底晶片618形成的堆叠以形成多个模块，如图25A中的模块。在一些实施方式中，衬底晶片结构618可被附接至以上讨论的任何其他类型的间隔物/光学元件结构以形成非透明间隔物材料覆盖透明盖件的侧壁的其他类型模块。一些实例例示在图25B-25F中。因此，在一些情况下，透明盖件604可包括在透明盖件表面的一个或两个上的光学元件。光学元件可为透镜(参见图25A、25B和25C)、光学滤波器(参见图25D和25E)或FFL校正层。在一些情况下，包括透镜堆叠的光学元件组件550可被附接在透明盖件604之上(参见图25F和25G)。
在图25A-25G的模块中，间隔物608的一个末端被附接(例如，由粘合剂附接)至模制空腔614的末端。因此，模制空腔614被附接至间隔物608，所述间隔物可例如由含有非透明填充剂(如碳黑、颜料或染料)的真空注入聚合物材料(如环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)构成。每一模块中的透明盖件604的侧壁606可由与间隔物608相同或相似的材料侧向包封；同样地，每一模块中的金属衬底610的侧壁可由模制空腔614侧向包封。
如本公开所使用的，术语“透明”、“非透明”和“透射”是参考模块中的装置(例如，22A、22B、76A、76B)发射或可由所述装置检测的特定波长而言。因此，例如，特定特征可被视为“非透明的”，即使所述特定特征可允许其他波长的光通过也是如此。
可在本发明的精神内做出各种修改。因此，其他实施方式在权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种制造光电模块的方法，所述光电模块中的每一个包括至少一个光电装置，所述方法包括：
在相同支撑表面上提供彼此侧向分离的多个单一化透明衬底，所述多个单一化透明衬底的每一个具有的侧向侧壁面向所述多个单一化透明衬底的其它单一化透明衬底的侧向侧壁；
使用真空注入技术以利用与所述侧向侧壁接触的非透明材料并通过将所述非透明材料提供在将所述单一化透明衬底彼此侧向分离的空间中来覆盖单一化透明衬底中的每一个的所述侧向侧壁；和
形成远离所述支撑表面突出的间隔物元件，以形成晶片结构，所述晶片结构包含透明衬底，所述透明衬底由所述间隔物元件的数个部分而彼此侧向分离，
其中每个所述间隔物元件具有相应自由末端，
其中作为用于利用非透明材料覆盖所述单一化透明衬底的所述侧壁的相同的所述真空注入技术的部分，形成所述间隔物元件，
其中所述方法进一步包括：
移除所述支撑表面；
将衬底晶片附接至所述间隔物元件的所述自由末端以便形成垂直堆叠，其中多个光电装置被安装在所述衬底晶片上，或将结构元件附接至所述间隔物元件的所述自由末端以便形成垂直堆叠，其中所述结构元件在衬底晶片的安装有多个光电装置的表面上，所述光电装置中的每一个由所述结构元件侧向包围；和
将所述垂直堆叠分离成多个单个模块，所述模块中的每一个包括所述光电装置中的至少一个。
2.如权利要求1所述的方法，其包括：在将所述单一化透明衬底放置在所述支撑表面上之后，通过压纹类型复制技术将光学元件形成或施加在每一单一化透明衬底的表面上。
3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：将光学元件形成或施加在透明晶片上，并且随后将所述透明晶片分离成所述多个单一化透明衬底。
4.如权利要求3所述的方法，其包括：在将所述透明晶片分离成所述多个单一化透明衬底之前，将所述透明晶片附接至UV切割带。
5.如权利要求2所述的方法，其中单一组合式复制和真空注入工具用于所述压纹类型复制技术并且用于所述真空注入技术。
6.如权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述透明衬底处在一个平面中，其中所述光学元件在所述平面的第一侧上，并且所述间隔物元件在所述平面的第二侧上。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述光学元件是在所述间隔物元件的形成之后通过压纹类型复制技术来形成。
8.如权利要求2所述的方法，其进一步包括：在单一化透明衬底中的每一个的表面上形成相应光学元件之前，将所述单一化透明衬底插入所述支撑表面上的非透明晶片的开口内。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述透明衬底处于一个平面中，所述方法进一步包括：
使用第一真空注入工具在第一真空注入工艺期间利用非透明材料在所述平面的第一侧上形成所述间隔物元件并覆盖所述透明衬底的所述侧壁；和
使用第二组合式复制和真空注入工具在压纹类型复制工艺期间在所述平面的第二侧上形成光学元件，并且在第二真空注入工艺期间在所述平面的所述第二侧上形成突起。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述突起充当用于所述光电模块的非透明挡块。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述突起充当用于所述光电模块的对准特征。
12.如权利要求9-11中任一项所述的方法，其中在所述平面的所述第二侧上形成所述突起包括利用非透明材料填充所述第二组合式复制和真空注入工具中的开口。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述透明衬底被设置在所述支撑表面上的非透明晶片的开口内，其中所述透明衬底和所述非透明晶片处于一个平面中，并且其中所述支撑表面具有相邻于所述平面的一侧的开口，所述方法进一步包括：
在所述平面的第二侧上提供组合式复制和真空注入工具；
执行压纹类型复制工艺以在所述透明衬底上形成光学元件；和
执行真空注入工艺以利用非透明材料形成所述间隔物元件并填充所述支撑表面中的所述开口。
14.如权利要求13所述之方法，其中存在穿过由所述透明衬底和所述非透明晶片界定的所述平面的通道，其中通道中的至少一些紧靠所述透明衬底的侧壁，并且其中所述通道在所述支撑表面中的所述开口与所述组合式复制和真空注入工具中的对应于所述间隔物元件的空间之间延伸，所述方法包括：
执行单一真空注入工艺以利用非透明材料填充所述通道、所述支撑表面中的所述开口和所述组合式复制和真空注入工具中的所述空间。
15.如权利要求13所述之方法，其中所述支撑表面为真空吸盘的表面。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其中覆盖所述单一化透明衬底的所述侧壁的所述非透明材料为含有非透明填充剂的聚合物。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述聚合物包括环氧树脂。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述非透明填充剂包括碳黑。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述结构元件包括金属框架。
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