CN105531829A - 紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了各种光电模块，并且所述光电模块包括一或多个光电装置。每个光电模块包括一或多个光电装置。侧壁侧向包围每个光电装置并且可与所述光电装置侧面直接接触，或者在一些情况下，可与包围所述光电装置的包覆成型件直接接触。所述侧壁可例如由真空注入材料构成，所述真空注入材料对由所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光是非透明的。所述模块还包括了无源光学元件。根据实施方案，所述无源光学元件可在用于所述模块的盖件上、直接在所述光电装置的顶表面上或包围所述光电装置的包覆成型件上。还描述了制造这样的模块的方法，并且所述方法可以促进使用晶片级工艺来制造所述模块。

Description

紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法
公开领域
本公开案涉及紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法。
背景
智能电话以及其他装置有时包括小型光电模块，诸如光模块、传感器或相机。光模块可包括将光通过透镜发射至装置外部的发光元件，诸如发光二极管(LED)、红外(IR)LED、有机LED(OLED)、红外(IR)激光器、或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。其他模块可以包括测光元件。例如，可将CMOS和CCD图像传感器用于主要相机或前置相机。同样，接近度传感器和环境感光器可包括感光元件，诸如光电二极管。发光模块和测光模块以及相机可以各种组合进行使用。因此，例如，光模块如闪光模块(flashmodule)可与具有成像传感器的相机组合使用。与测光模块组合的发光模块也可用于其他应用，如手势识别或IR照明。
在将光电模块整合至装置(诸如智能电话)中时的一项挑战是如何减少从光模块中的光源的光泄漏或如何例如在传感器或相机情况下防止入射的杂散光碰撞。尽管可使用各种技术来实现这些特征，但是可能难以利用产生极紧凑的模块的方式来这样进行，然而这种极紧凑的模块对于空间宝贵的智能电话和其他装置来说是尤其重要的。
概述
本公开案描述紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法。每个光电模块包括一或多个光电装置。侧壁侧向包围每个光电装置并且可与光电装置侧面直接接触，或者在一些情况下，可与包围光电装置的包覆成型件直接接触。侧壁可例如由真空注入材料构成，所述真空注入材料对光电装置所发射或可由光电装置检测的光为非透明的。模块还包括了无源光学元件。根据实施方案，无源光学元件可在用于模块的盖件上、直接在光电装置的顶表面上或包围光电装置的包覆成型件上。
在一方面，例如，光电模块包括光电装置，所述光电装置安装在基板上。模块侧壁侧向包围光电装置并与光电装置侧面直接接触。侧壁可例如由真空注入材料构成，所述真空注入材料对光电装置所发射或可由光电装置检测的光为非透明的。模块还包括了透明盖件，所述透明盖件被设置在光电装置之上。在一些实施方案中，透明盖件是无源光学元件或可具有附接至其表面的无源光学元件。
在一些实施方案中，也存在有以下特征中的一或多个。例如，模块侧壁可由含有非透明填料材料的UV或热固化聚合物材料构成。透明盖件可通过侧壁与基板分离。在一些实施方案中，无源光学元件(例如，透镜)直接设置在光电装置的上表面上。在这种情况下，无源光学元件还可充当模块本身所用盖件。在一些情况下，形成模块侧壁的非透明材料包覆成型在光电装置的上表面上。包覆成型材料可限定用于放置无源光学元件的空腔。
根据另一方面，光电模块包括光电装置以及侧壁，所述侧壁侧向包围光电装置并与光电装置侧面直接接触。侧壁可由对光电装置所发射或可由光电装置检测的光为非透明的材料构成。无源光学元件设置在光电装置的上表面上，并且导电触点在光电装置下侧上并布置来使得模块直接安装在主机装置的印刷电路板上。因此，模块可布置成使得光电装置可直接安装在外部印刷电路板上，而不需要居间PCB或其他基板。
又一方面，光电模块包括：光电装置，所述光电装置安装在基板上；以及透明的包覆成型件，所述透明的包覆成型件侧向包围光电装置侧面并且覆盖光电装置的顶表面。包覆成型件与光电装置直接接触。模块进一步包括：无源光学元件，所述无源光学元件在包覆成型件顶表面上；以及侧壁，所述侧壁侧向包围光电装置并与包覆成型件的侧面直接接触。例如此类实施方案在光电装置本身并不包括透明盖件的情况下可以是有用的。另外，包覆成型件顶表面可成形来容纳各种成形透镜或其他无源光学元件或例如充当棱镜。
还描述制造模块的方法。这种方法可以包括允许同时制作多个光电模块的晶片级制造技术。在一些实施方案中，所述方法包括一或多个复制和/或真空注入工具以形成模块的各种特征。
在一些实施方案中，模块可制作得相对紧凑，具有相对小的占用面积和/或较小总体高度。这种小型、紧凑模块可尤其有利地用于空间宝贵的移动电话和其他装置。
其他方面、特征和优点将从以下详述、附图和权利要求书显而易见。
附图简述
图1例示根据本发明的光电模块的实例的横截面图。
图2至图6例示用于同时制造多个光电模块的晶片级方法。
图7至图11例示制造多个光电模块的第二晶片级方法。
图12例示根据本发明的光电模块的另一实例的横截面图。
图13是图12的光电模块的俯视图。
图14是根据本发明的光电模块的另一实例的横截面图。
图15A至图15D例示制造多个如图14所示光电模块的晶片级方法。
图16A至图16C例示根据本发明的光电模块的其他实例。
图17A至图17G例示制造多个如图16A至图16C所示光电模块的晶片级方法。
图18A和图18B例示根据本发明的模块的另外实例。
详述
本公开案描述包括充当模块侧壁的非透明间隔物的各种紧凑光电模块。这种模块的实例例示在图1中，该图示出模块20，所述模块包括安装在印刷电路板(PCB)或其他基板24上的光电装置22。光电装置22的实例包括发光元件(例如，LED、IRLED、OLED、IR激光器或VCSEL)或测光元件(例如，光电二极管或其他光传感器)。发光元件或测光元件可嵌入例如半导体基板26中、或形成于其上，所述半导体基板26还可包括其他电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容元件、以及电感元件)，并且所述发光元件或测光元件可由半导体基板26的顶部之上的透明装置盖件28(例如，玻璃盖件)保护。
例如由玻璃、蓝宝石或聚合物材料构成的透明模块盖件30通过间隔物32来与基板24分离。透明模块盖件30总体上对光电装置22所发射或可由光电装置22检测的光的波长为透明的，但是透明模块盖件侧面可被非透明材料33包围。间隔物32优选地由非透明材料构成，所述非透明材料侧向包围光电装置22并且充当用于模块20的侧壁。如图1所示，间隔物32与光电装置22的侧面直接接触，从而可产生具有相对小的占用面积的高度紧凑模块。
在一些实施方案中，附接至透明模块盖件30一侧的是光学元件，诸如透镜或漫射器34。在图1的所示实例中，光学元件34存在于模块20的内部区域中。在一些实施方案中，光学元件34通过复制技术(例如，诸如蚀刻、压花或模制)形成在透明模块盖件30上。在其他实施方案中，可将模制光学元件(例如，透镜)固定在非透明材料构成的框架中，或者可将模制光学元件复制到这种框架中。随后，框架可附接至间隔物32。
光电装置22可使用倒装芯片技术安装至PCB基板24。例如，装置22下侧可以包括一或多个焊料球或其他导电触点38，以将光电装置22电耦接至PCB基板24表面上的导电焊盘。为了提供进一步稳定性，光电装置22的底表面与PCB基板24的顶表面之间区域可用粘合剂底填料42填充。PCB基板24又可包括经镀覆的导电通孔，所述经镀覆的导电通孔从导电焊盘处垂直延伸穿过基板24并耦接至基板24的外侧面上的一或多个焊料球或其他导电触点40。导电触点40允许模块20例如安装在手持装置(诸如移动电话、平板或其他消费电子装置)中的印刷电路板上。
前述模块可制作得相对紧凑，具有相对小的占用面积。例如，在一些实施方案中，图1的模块20的总体尺寸可为约2.0mm(长度)×2.3mm(宽度)×1.3mm(高度)。这种小型、紧凑模块可尤其有利地用于空间宝贵的移动电话和其他装置。
模块(诸如图1所示并描述于上文中的模块)可例如在晶片级工艺中制造，使得多个模块20能够同时制造。一般来说，晶片是指实质上盘状或板状物件，其在一个方向(y方向或垂直方向)上的延度相对于其在另外两个方向(x方向和z方向或侧向方向)上的延度而言较小。在(非空白)晶片上，可将多个类似的结构或物件布置或提供在其中，例如，提供在矩形或其他成形栅格上。晶片可以具有开口或孔，并且在一些情况下，晶片在其侧向区域的主要部分中可不含有相应材料。在一些实施方案中，晶片直径在5cm与40cm之间，并且可例如在10cm与31cm之间。晶片可为圆柱形的，直径为例如2、4、6、8或12英寸，一英寸为约2.54cm。晶片厚度可例如在0.2mm与10mm之间，并且在一些情况下，在0.4mm与6mm之间。在晶片级工艺的一些实施方案中，在每个侧向方向上可以提供至少十个模块，并且在一些情况下，在每个侧向方向上提供至少三十个或甚至五十个或更多个模块。
图2至图6例示用于制造模块(诸如图1的模块20)的晶片级工艺的实例。如图2所示，多个光电装置22安装在PCB或其他支撑晶片102上。在一些实施方案中，装置22阵列安装(例如，通过取放设备)在PCB晶片102上。粘合剂底填料42可用于将装置22附接至PCB晶片102。接着，如图3所示，真空注入PDMS工具104被放置在装置22和PCB晶片102之上。真空吸盘106被提供在PCB晶片102下方并且围绕所述PCB晶片，以便在真空注入工具104与PCB晶片102之间施加真空。
如图3的实例所示，真空注入工具104具有侧向包围每个装置22的空间108。优选地，空间108延伸成略高于装置22顶部。非透明材料114可在真空下通过真空吸盘106中的入口110注入，以便用非透明材料填充空间108(参见图4)。真空吸盘106的出口附近的真空泵112促进所注入的材料流动。非透明材料可例如由含有非透明填料(例如，碳黑、颜料、无机填料或染料)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。随后，非透明材料114硬化(例如，通过UV或热固化)。接着，可将工具104和真空吸盘移除。如图5所示，由此导致非透明壁114侧向围绕每个装置22的侧面形成。非透明壁114与每个装置22的侧面直接接触。此外，非透明壁114从PCB晶片102的上表面处垂直延伸至略高于装置22顶部的点。
接着，如图6所示，光学晶片116(有时称为覆盖晶片)被附接至壁114的顶部，使得光学晶片116实质上平行于PCB晶片102。由此，产生晶片堆叠。因此，壁116充当将PCB晶片102与光学晶片116分离的间隔物。
光学晶片116可例如由PCB材料(诸如G10或FR4(它们是赋予玻璃增强环氧树脂层压材料的品级名称))构成，其中开口填有透射材料(例如，玻璃或塑料)。因此，光学晶片116具有通过非透明区域120而彼此分离的透光区域118。每个透光区域118被直接设置在光电装置22中的对应一个之上，并且充当用于特定波长或波长范围的入射光或出射光(即，装置22所发射或可由装置22检测的光)的透明窗。在一些实施方案中，每个透射性区域118的宽度(或直径)略微小于装置22的对应宽度(或直径)。另外，在一些实施方案中，无源光学元件(例如，透镜)124设置在每个透射性区域118的装置侧表面上。透镜124能够形成在透射性区域118上，例如在将光学晶片116附接至间隔物壁114之前通过复制技术来形成。在其他实施方案中，无源光学元件(例如，透镜)可直接复制到附接至间隔物32的非透明晶片的孔中。在那种情况下，透镜本身还将充当用于模块的透明盖件。
在如上所述将光学晶片116附接至间隔物壁114之后，晶片堆叠可沿线126分成(例如，通过切片)多个模块，如图1的模块20。
在前述制造工艺中，无源光学元件(例如，图6中的透镜124)形成在光学晶片116上，所述光学晶片随后被附接至注入成型的非透明材料114，以便形成晶片堆叠。在其他实施方案中，无源光学元件(例如，透镜)可作为无需如上所述单独光学晶片的晶片级工艺的部分形成。作为替代，如下更详细地解释，用于模块的无源光学元件直接复制到每个装置22的透明盖件28上。以下结合图7至图11描述这种工艺的实例。
如图7所示，多个光电装置22安装在PCB或其他支撑晶片102上。在一些实施方案中，装置22阵列安装(例如，通过取放设备)在PCB晶片102上。粘合剂底填料42可以用于将装置22附接至PCB晶片102。接着，如图8所示，组合的复制和真空注入工具104A被放置在装置22和PCB晶片102之上。真空吸盘106被提供在PCB晶片102下方并且围绕所述PCB晶片，以便在工具104A与PCB晶片102之间施加真空。
如图8的实例所示，复制和真空注入工具104A具有空间108，所述空间侧向包围每个装置22并且随后通过真空注入用非透明材料填充。在一些实施方案中，空间108延伸得略高于装置22的顶部，但是在其他实施方案中，空间108可与透明装置盖件28的顶表面实质齐平。除了用于真空注入材料的空间108之外，工具104A具有光学元件复制区段202，所述光学元件复制区段被成形成对应于将形成在装置22的顶表面上的光学元件(例如，透镜)的形状。
为了形成复制光学元件，复制材料(例如，液态、粘性或可塑性变形的材料)放置在光学复制区段202上，并且透明装置盖件28的顶表面与工具104A接触，以便将复制材料压入每个透明装置盖件28的顶表面与光学元件复制区段202之间。随后，复制材料硬化(例如，通过UV或热固化)，以便在透明装置盖件28的表面上形成复制光学元件204(例如，透镜)(参见图9)。
接着，可以在真空下通过真空吸盘106中的入口110将非透明材料注入，以便用非透明材料填充空间108(参见图10)。真空吸盘106的出口附近的真空泵112促进所注入材料的流动。非透明材料可例如由含有非透明填料(例如，颜料、无机填料或染料)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。随后，非透明材料硬化(例如，通过UV或热固化)。接着，可将组合的复制和真空注入工具104A和真空吸盘移除。如图11所示，由此导致非透明壁206侧向围绕每个装置22的侧面形成。在此，非透明壁206也与每个装置22的侧面直接接触。此外，非透明壁206从PCB晶片102的上表面垂直延伸至略高于装置22的顶部的点，以便侧向环绕每个透镜204。
随后，所安装的装置22可沿线126分成(例如，通过切片)多个模块，如图12的模块210。模块210类似于图1的模块20。然而，替代如图1所示在透明模块盖件30的表面上的光学元件(例如，透镜)34，图12的模块210包括无源光学元件(例如，透镜)34A，所述无源光学元件直接在装置22的上表面上(即，在透明装置盖件28的上表面上)。因此，在这个实例中，光学元件34A还充当用于模块的透明盖件。图12的模块210的布置允许其尺寸(例如，高度)在一些情况下被制成甚至比图1的模块20更小。如图1的模块20，图12的模块210的非透明侧壁22侧向包围装置22并且与装置22的侧面直接接触。此外，在所示实例中，侧壁22可以延伸成略高于装置22的顶部(即，高于透明盖件28的顶表面)，以便环绕复制透镜34A并且提供用于模块的非透明的挡块44。挡块44高度可在需要时通过改变工具104A中的垂直空间108高度来调整(参见例如图8)。
如图7至图11的前述实例中所述，相同工具104A用于形成复制透镜204并且提供真空注入侧壁206。在其他实施方案中，不同工具可用于进行复制和真空注入工艺。例如，第一真空注入工具可用于形成如上所述非透明壁206，并且随后第二复制工具可用于形成光学元件204。在此类情形中，可能有用的是，将真空注入的非透明材料略微包覆成型在透明装置盖件28的顶部上的边缘处。在透明装置盖件28的边缘处的包覆成型区段46(参见图12和13)可以限定空腔48，以促进透镜34A在后续复制工艺期间在适当位置中形成。工具104A中的空间108的上方部分212可在真空注入工艺期间成形以便获得包覆成型区段46(参见例如图8至图11)。
前述模块可制作得相对紧凑，具有相对小的占用面积。例如，在一些实施方案中，图12的模块210的总体尺寸可为约2.0mm(长度)×2.3mm(宽度)×1.0mm(高度)。此类小型、紧凑模块可尤其有利地用于空间宝贵的移动电话和其他装置。
在前述实例(例如，图1和图12)的模块中，光电装置22被安装至PCB或其他基板24。在基板24的下侧上包括导电触点(诸如焊料球40)，以便促进将模块安装在印刷电路板上。因此，在图1和图12的实例中，PCB基板24形成模块的一部分。然而，其他实施方案是可能的，其中成品模块不包括PCB或其他基板24。作为替代，模块可制造成使得光电装置22可直接安装在印刷电路板上，所述印刷电路板并非模块本身的一部分。图14中示出此类模块310的实例。通过省略PCB或其他基板24，模块总体高度可甚至进一步减小。
图14的模块可例如使用牺牲基板来制造，光电装置安装在所述牺牲基板上。在光电装置22的上表面上形成无源光学元件34A并且形成壁32之后，可将牺牲基板移除。这种工艺的实例例示在图15A至图15D中。
如图15A所示，多个光电装置22放置在牺牲性支撑件312上，所述牺牲性支撑件又可例如通过更刚性的带314支撑。牺牲性支撑件312可例如由软粘合剂材料(例如，PDMS或聚合物泡沫)构成，使得光电装置22的焊料球38至少部分嵌入到牺牲性支撑件312中。在其他实施方案中，焊料球38可嵌入充当牺牲性支撑件312的厚膜光致抗蚀剂或干抗蚀剂中。在一些实施方案中，装置22阵列安装(例如，通过取放设备)在牺牲性支撑件312上。接着，如图15B所示，组合的复制和真空注入工具104A被放置在装置22之上并且围绕所述装置。真空吸盘106被提供在刚性的支撑带314下方并且围绕所述刚性的支撑带，以便在工具104A与支撑胶带314之间施加真空。当施加PDMS工具104A和真空吸盘106时，将焊料球38沿光电装置22的底表面压入牺牲性支撑件312的柔软材料中。
光学元件204(例如，透镜)可以类似于以上结合图8至图9所述的方式复制在每个光电装置22的顶表面上。因此，为了形成复制光学元件，复制材料(例如，液态、粘性或可塑性变形的材料)放置在工具104A的光学复制区段202上，并且使透明装置盖件28的顶表面与工具104A接触，以便将复制材料压入每个透明装置盖件28的顶表面与光学元件复制区段202之间。随后，复制材料硬化(例如，通过UV或热固化)，以便在透明装置盖件28的表面上形成复制光学元件204(例如，透镜)(参见图15C)。
另外，非透明壁206可以类似于以上结合图10所述的方式围绕每个光电装置22形成。因此，在真空下可以通过真空吸盘106中的入口110将非透明材料注入，以便用非透明材料填充空间108(参见图15B和图15C)。真空吸盘106的出口附近的真空泵112促进所注入材料的流动。非透明材料可例如由含有非透明填料(例如，颜料、无机填料或染料)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。随后，非透明材料硬化(例如，通过UV或热固化)。
随后，可将组合的复制和真空注入工具104A和真空吸盘106移除。另外，模块可与牺牲性支撑件312分离，并且装置22可沿线126彼此分离(例如，通过切片)(参见图15D)。如果牺牲性支撑件312是由软粘合剂构成，那么模块可例如通过真空抽吸来单独拾取。另一方面，如果牺牲性支撑件312是由厚膜光致抗蚀剂或干膜抗蚀剂构成，那么其可例如通过施加UV辐射移除。在一些实施方案中，装置22可在移除牺牲性支撑件312之前彼此分离(例如，通过切片)。由此导致非透明壁206侧向围绕每个装置22的侧面形成。这里，非透明壁206也与每个光电装置22的侧面和底部直接接触。如图14所示，相同真空注入的非透明材料形成模块310的侧壁32，并且与光电装置22的侧面直接接触。因此，真空注入的非透明材料有效充当用于光电装置22的外壳。此外，在所示实例中，非透明壁206从PCB晶片102的上表面垂直延伸至略高于装置22的顶部的点，以便侧向环绕透镜204，从而提供挡块。在一些实施方案中，真空注入的非透明材料可如上结合图12和13所述的那样略微包覆成型在透明装置盖件28的顶部上的边缘处。
通过将透镜34A直接形成在光电装置22的顶表面上并通过形成模块以使得用于光电装置22的焊料球38可直接安装在外部印刷电路板上而不需要居间PCB或其他基板，即可获得高度紧凑模块310。具体来说，模块310可以具有相对小的总体高度。
在图12和图14的前述实施方案中，无源光学元件(例如，透镜)34A被直接形成在光电装置22的上表面上(例如，透明盖件28上)。然而，在一些实施方案中，可能有利的是将透明包覆成型件402形成在光电装置22之上，并随后继而将光学元件34A形成在包覆成型件402的表面上(参见图16A)。因此，可例如由可固化聚合物(诸如环氧树脂)构成的包覆成型件402保护光电装置22，并且充当用于透镜或其他无源光学元件34A的支撑件。例如在光电装置22本身并不包括透明盖件28的情况下，此类实施方案可为有用的。另外，包覆成型件的使用可避免在制造模块期间对单独光学晶片(例如，图6中的光学晶片116)的需要。包覆成型件402的顶表面可成形来用于各种成形透镜或其他无源光学元件。例如，图16B例示其中包覆成型件402A的透镜侧表面被成形以符合透镜34B的形状的实例。包覆成型件402和透镜34B可由相同或不同的材料构成。例如，包覆成型件402可由具有第一折射率的材料构成，并且透镜34B可由具有较高折射率的第二材料构成。在一些实施方案中，如图16C所示，包覆成型件402B上形成有无源光学微结构34C的表面可为倾斜的(例如，成形为像棱镜)。实施方案(像图16C的一个实施方案)可促进引入光偏转和/或射束成形。在此，光学微结构也可由与包覆成型件402B相同或不同的材料构成。因此，提供透明包覆成型件以包封光电装置22可促进将宽泛范围的无源光学元件中的任何无源光学元件并入模块。
图16A至图16C的模块可例如作为同时制造多个模块的晶片级工艺的部分来制造。这种工艺的实例例示在图17A至图17G。例如，如图17A所例示，多个光电装置(例如，发光装置或测光装置)安装在PCB或其他基板24。在一些实施方案中，装置22阵列安装(例如，通过取放设备)在基板24上。接着，如图17B所示，第一PDMS真空注入工具504被放置在装置22之上并且围绕所述装置。真空吸盘506被提供在基板24下方并且围绕所述基板，以便在第一工具504与基板24之间施加真空。接着，在真空下通过真空吸盘506中的入口110注入透明材料(例如，环氧树脂)，以便透明材料填充空间508，所述空间的形状(当从上方观察时)根据实施方案可为矩形、圆形或一些其他形状。注入通道509以及真空吸盘506的出口附近的真空泵112促进所注入材料的流动。随后，空间508中的透明材料硬化(例如，通过UV或热固化来硬化)，以便形成透明包覆成型区域510(参见图17C)。为了获得具有如图16B的弯曲上表面或如图16C的倾斜上表面的包覆成型区域，由第一工具504限定的空间508的形状可以适当修改。在通过真空注入形成包覆成型区域510之后，将第一工具504和真空吸盘506(参见图17C)移除，并且对应于真空通道509的区域通过沿线512切片来移除。所得结构在图17D中示出。
在一些情况下，替代使用结合图17A至图17D描述的真空注入技术将包覆成型件510形成在每个装置22之上，可通过使用丝网印刷工艺将装置包封在透明材料中，以便将包覆成型件形成在每个装置22之上。例如，安装有发光装置或测光装置22的PCB基板24可放置在丝网印刷机中。随后，通过丝网印刷工艺提供透明包封材料，以便包封每个装置22。在固化包封材料之后，松开丝网并且将其移除，从而产生多个包封装置22。包括包覆成型或包封装置22的PCB晶片24随后可用于例如以下所述图17E至图17G的工艺中。
光学元件204A(例如，透镜)可以类似于以上结合图8和图9所述的方式复制在每个包覆成型区域510的顶表面上。因此，为了形成复制光学元件，复制材料(例如，液态、粘性或可塑性变形的材料)放置在第二组合的复制和真空注入工具504A的光学复制区段202A上。参见图17A。使包覆成型区域510的顶表面与第二工具504A接触，以便将复制材料压入每个包覆成型区域510的顶表面与对应光学元件复制区段202A之间。随后，复制材料硬化(例如，通过UV或热固化)，以便在包覆成型区域510的表面上形成复制光学元件204A(例如，透镜)(参见图17F)。为了形成具有不同形状的光学元件(例如，如图16B的34B或图16C的34C)，光学元件复制区段204A的形状可以适当修改。
另外，非透明壁206A可以类似于以上结合图10所述的方式形成。因此，在真空下可以通过真空吸盘506A中的入口110将非透明材料注入，以便用非透明材料填充包围包覆成型区域510的空间108A(参见图17G)。真空吸盘106A的出口附近的真空泵112促进所注入材料的流动。非透明材料可例如由含有非透明填料(例如，颜料、无机填料或染料)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。随后，非透明材料硬化(例如，通过UV或热固化)。
随后，可将第二工具504A和真空吸盘506A移除，并且可沿线126分离(例如，通过切片)装置22(参见图17G)。相较于图1、图12和图14的实施方案，非透明壁206A不与每个光电装置22的侧面直接接触。作为替代，非透明壁206A分别与包覆成型区域510的侧面直接接触。
在图17G的所示实例中，划片线126被定位成使得每个模块包括一对由非透明壁206A分离的并排光电装置22。因此，所得模块可以包括由非透明壁彼此分离的多个光学通道，所述非透明壁由与模块的外侧壁相同的材料构成。在一些实施方案中，成对光电装置中的一个光电装置22A可为发光元件，而光电装置中的第二光电装置22B可为测光元件。此类模块的实例例示在图18A和18B中。此外，第一类型的无源光学元件可设置在光电装置中的一个光电装置之上，并且不同类型的无源光学元件(或没有无源光学元件)可设置在另一光电装置之上。此类模块的实例例示在图18A和18B中。也可提供具有光电装置、包覆成型区域和无源光学元件的不同组合的其他多通道模块。此类模块可使用如上所述的晶片级技术来制造。工具504(参见图17B)和504A(参见图17E)的分别限定用于真空注入包覆成型区域510的空间508和用于复制无源光学元件204A的特征202A的区域可以适当修改。
在一些实施方案中，每个模块可包含例如仅单个光电装置22(即，单个光学通道)，如图16A至图16C所示。还可能为每个模块提供二维MxN阵列的光电装置22，其中M和N两者是2或更大。当随后安装模块时，例如，当安装在主机装置的印刷电路板上时，可在需要时提供底填料材料以保护焊料球38。
如本公开案所使用，术语“透明的”和非透明的”针对光电装置中的发光元件或测光元件所发射或可由所述元件检测的光谱的可见光和/或非可见光部分(例如，红外)中的光的波长提及。因此，例如，如果模块的特定特征是非透明的，那么所述特征对光电装置中的发光元件或测光元件所发射或可由所述元件检测的光的特定波长为实质上非透明的。然而，特定特征可相对于其他波长为透明的，或部分透明的。
本文中描述的模块可用于广泛应用中，包括例如环境光传感器、接近度传感器、闪光模块和图像传感器，以及其他应用。
可对前述实例做出各种修改。因此，其他实施方案在权利要求书的范围内。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
57.一种制造光电模块的晶片级方法，所述方法包括：
提供支撑基板，在所述支撑基板上安装多个光电装置；
执行第一真空注入以用透明的包覆成型件侧向包围每个光电装置，其中每个包覆成型件还进一步覆盖所述光电装置中的相应一个的上表面，所述包覆成型件具有弯曲的上表面，所述弯曲的上表面被设置在所述光电装置中的所述相应一个的上表面上方；以及
执行第二真空注入以形成侧向包围每个包覆成型区域侧面并与所述侧面接触的侧壁，所述侧壁是由实质上对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光非透明的材料构成。
58.根据权利要求57所述的方法，所述方法包括在执行所述第二真空注入之前，将在所述第一真空注入期间施加的包覆成型材料的部分移除以便形成空间，随后在所述空间中注入用于所述侧壁的所述非透明材料。
59.根据权利要求58所述的方法，其特征在于，将包覆成型材料的部分移除包括使用切分技术。
60.根据权利要求57所述的方法，其特征在于，每一光电模块包括设置在所述光电装置中的每个之上的相应透镜。
61.根据权利要求57所述的方法，其特征在于，所述透明的包覆成型件是由环氧树脂材料构成。
62.根据权利要求57所述的方法，其特征在于，所述侧壁的所述非透明材料是由环氧树脂材料构成。
63.根据权利要求57所述的方法，其进一步包括：
在执行所述第一真空注入后，将所述包覆成型件固化；以及
在执行所述第二真空注入后，将所述侧壁的所述材料固化。
64.根据权利要求63所述的方法，所述方法包括通过UV或热固化将所述包覆成型件硬化。
65.根据权利要求63所述的方法，所述方法包括通过UV或热固化将用于所述侧壁的所述材料硬化。
66.根据权利要求57所述的方法，其进一步包括分成单个光电模块，所述单个光电模块中的每个包括由透明的包覆成型件侧向包围的所述光电装置中的至少一个，所述透明的包覆成型件侧面是由实质上非透明侧壁包围并与所述实质上非透明侧壁接触。
67.根据权利要求66所述的方法，所述方法包括分成单个光电模块，所述单个光电模块中的每个包括多个所述光电装置。

Claims (56)

1.一种光电模块，所述光电模块包括：
光电装置，所述光电装置安装在基板上；
所述模块的侧壁，所述侧壁侧向包围所述光电装置并且与所述光电装置的侧面直接接触，其中所述侧壁是由对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光为非透明的材料构成；以及
透明盖件，所述透明盖件被设置在所述光电装置之上。
2.根据权利要求1所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁是由真空注入材料构成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁是由含有非透明填料材料的UV或热固化聚合物材料构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述透明盖件通过所述侧壁来与所述基板分离，所述模块进一步包括设置在用于所述模块的所述透明盖件的透明区段上的无源光学元件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述光电装置包括：
发光元件或测光元件；以及
透明装置盖件，所述透明装置盖件在所述发光元件或所述测光元件之上，其中所述透明装置盖件不同于设置在所述光电装置之上的所述透明盖件。
6.根据权利要求5所述的光电模块，所述光电模块包括无源光学元件，所述无源光学元件直接设置在所述透明装置盖件上。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述非透明材料包覆成型在所述透明装置盖件上的边缘附近。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述透明盖件是无源光学元件。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述无源光学元件是透镜。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的光电模块，其进一步包括挡块，所述挡块侧向包围所述无源光学元件，其中所述挡块是由与所述模块的所述侧壁相同的非透明材料构成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光电模块，其进一步包括粘合剂底填料，所述粘合剂底填料在所述光电装置与安装有所述光电装置的所述基板之间。
12.一种制造光电模块的晶片级方法，所述方法包括：
提供支撑晶片，在所述支撑晶片上安装多个光电装置；
使用真空注入技术来将非透明材料提供在所述光电装置中的每个的侧面上；
将覆盖晶片附接在所述光电装置之上，以便形成晶片堆叠，其中所述覆盖晶片提供在所述光电装置中的每个之上的透明区段；以及
使得所述晶片堆叠分成多个单个光电模块，所述光电模块中的每个包括被所述模块的侧壁所侧向包围的所述光电装置中的一个，所述侧壁与所述光电装置的所述侧面直接接触并由所述真空注入材料构成。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述真空注入材料实质上对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光为非透明的。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其特征在于，所述侧壁是由含有非透明填料材料的UV或热固化聚合物材料构成。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述覆盖晶片包括多个无源光学元件，使得所述无源光学元件中的相应一个被设置在每个光电装置之上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述无源光学元件被直接复制在所述覆盖晶片的表面上。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，所述方法包括将所述覆盖晶片附接至形成用于所述模块的所述侧壁的所述非透明材料。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，使用真空注入技术来将非透明材料提供在所述光电装置中的每个的侧面上包括：
致使由含有非透明填料的可流动聚合物材料构成的非透明材料提供在真空注入工具的空间中，其中所述空间侧向包围所述光电装置的所述侧面；以及
致使所述非透明材料硬化。
19.一种制造光电模块的晶片级方法，所述方法包括：
提供支撑晶片，在所述支撑晶片上安装多个光电装置；
使用真空注入技术来将非透明材料提供在所述光电装置中的每个的侧面上；
使相应无源光学元件形成在所述光电装置中的每个的表面上；以及
将所述支撑晶片分离以形成多个单个光电模块，所述光电模块中的每个包括被侧壁侧向包围的所述光电装置中的一个，所述侧壁与所述光电装置的所述侧面直接接触并由所述真空注入材料构成。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述侧壁是由实质上对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光为非透明的材料构成。
21.根据权利要求19或20中任一项所述的方法，所述方法包括将所述无源光学元件复制到所述光电装置中的每个的所述表面上。
22.根据权利要求21所述的方法，所述方法包括使用组合的真空注入和复制工具来提供用于所述侧壁的所述真空注入材料并且形成所述复制无源光学元件。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，所述方法包括使得所述非透明材料包覆成型在所述光电装置中的每个的上表面上的边缘附近。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在每个光电装置的所述上表面上的所述包覆成型的非透明材料限定用于放置所述无源光学元件中的相应一个的相应空腔。
25.一种光电模块，所述光电模块包括：
光电装置；
侧壁，所述侧壁侧向包围所述光电装置并且与所述光电装置的侧面直接接触，其中所述侧壁是由对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光为非透明的材料构成；
无源光学元件，所述无源光学元件设置在所述光电装置的上表面上；以及
导电触点，所述导电触点在所述光电装置的下侧并且被布置来将所述模块直接安装在主机装置的印刷电路板上。
26.根据权利要求25所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁的至少一部分充当所述模块的外壁。
27.根据权利要求25至26中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁是由真空注入材料构成。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁是由含有非透明填料材料的UV或热固化聚合物材料构成。
29.根据权利要求25所述的光电模块，其特征在于，所述无源光学元件是透镜。
30.根据权利要求25所述的光电模块，其进一步包括挡块，所述挡块侧向包围所述无源光学元件，其中所述挡块是由与所述侧壁相同的非透明材料构成。
31.一种制造光电模块的晶片级方法，所述方法包括：
提供牺牲性支撑件，在所述牺牲性支撑件上安装多个光电装置；
使用复制技术来在所述光电装置中的每个的表面上形成相应无源光学元件；
使用真空注入技术来在所述光电装置中的每个的侧面上提供侧壁；以及
从所述光电装置分离或移除所述牺牲性支撑件。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述牺牲性支撑件是由软粘合剂材料构成。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述软粘合剂材料包括PDMS或聚合物泡沫。
34.根据权利要求31至33中任一项所述的方法，其特征在于，将所述牺牲性支撑件分离或移除包括提升所述光电装置离开所述牺牲性支撑件。
35.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述牺牲性支撑件是由膜光致抗蚀剂或干抗蚀剂构成。
36.根据权利要求31或35中任一项所述的方法，其特征在于，将所述牺牲性支撑件分离或移除包括将UV辐射施加至所述牺牲性支撑件。
37.根据权利要求31至36中任一项所述的方法，其进一步包括使用UV或热固化来将所述侧壁硬化。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述侧壁实质上对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光为非透明的。
39.根据权利要求31至38中任一项所述的方法，其特征在于，每个无源光学元件是透镜。
40.根据权利要求31至39中任一项所述的方法，其进一步包括使用组合的真空注入和复制工具形成所述无源光学元件并提供用于所述侧壁的真空注入材料。
41.根据权利要求31至40中任一项所述的方法，其进一步包括分成单个模块。
42.一种制造光电模块的晶片级方法，所述方法包括：
提供支撑基板，在所述支撑基板上安装多个光电装置；
执行第一真空注入技术以用透明包覆成型区域侧向包围每个光电装置，其中所述包覆成型区域还覆盖了所述光电装置的顶表面；
执行复制技术，以便在每个包覆成型区域的顶表面上形成相应无源光学元件；以及
执行第二真空注入技术以形成侧向包围每个包覆成型区域的侧面并与所述侧面接触的侧壁。
43.根据权利要求42所述的方法，所述方法包括：
使用第一真空注入工具执行所述第一真空注入技术；以及
使用第二组合的复制和真空注入工具执行所述复制技术和所述第二真空注入技术。
44.根据权利要求42或43中任一项所述的方法，其特征在于，所述侧壁是由实质上对所述光电装置所发射或可由所述光电装置检测的光为非透明的材料构成。
45.根据权利要求42至44中任一项所述的方法，其进一步包括通过UV或热固化来将用于所述包覆成型区域的真空注入材料硬化。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的方法，其进一步包括通过UV或热固化来将用于所述侧壁的真空注入材料硬化。
47.根据权利要求42至46中任一项所述的方法，其进一步包括分成单个模块。
48.一种光电模块，所述光电模块包括：
光电装置，所述光电装置安装在基板上；
透明包覆成型件，所述透明包覆成型件侧向地包围所述光电装置的侧面并且覆盖所述光电装置的顶表面，其中所述包覆成型件与所述光电装置直接接触；
无源光学元件，所述无源光学元件处于所述包覆成型件的顶表面；
侧壁，所述侧壁侧向地包围所述光电装置并且与所述包覆成型件的侧面直接接触。
49.根据权利要求48所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁由对由所述光电装置发射或可由所述光电装置检测的光为实质上非透明的材料构成。
50.根据权利要求48或49中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述无源光学元件是透镜。
51.根据权利要求48至50中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述包覆成型件的所述顶表面具有弯曲形状，所述弯曲形状对应于所述无源光学元件的表面的形状。
52.根据权利要求48至50中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述包覆成型件的所述顶表面相对于所述基板的安装有所述光电装置的平面倾斜。
53.根据权利要求48至52中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述侧壁的所述至少一部分充当所述模块的外壁。
54.根据权利要求48至53中任一项所述的光电模块，所述无源光学元件由具有比所述包覆成型件的折射率高的折射率的材料构成。
55.根据权利要求48至54中任一项所述的光电模块，其特征在于，所述包覆成型件由可固化聚合物构成。
56.一种制造光电模块的晶片级方法，所述方法包括：
提供支撑基板，在所述支撑基板上安装多个光电装置；
执行丝网印刷技术以利用透明包覆成型区域侧向地包围每个光电装置，其中所述包覆成型区域还覆盖所述光电装置的顶表面；
执行复制技术以在每个包覆成型区域的顶表面上形成相应无源光学元件；和
进行真空注入技术以形成侧向地包围每个包覆成型区域的侧面并与所述侧面接触的侧壁。
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