CN107918177A - 透镜镜筒、透镜镜筒晶片以及相关的方法 - Google Patents

Abstract

用于形成透镜镜筒的方法包括将上晶片的多个上孔径中的每个上孔径对准到(i)中间晶片的多个中间孔径中的相应的一个中间孔径，和(ii)下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径。中间晶片位于上晶片和下晶片之间。该方法还包括将中间晶片结合到上晶片以形成透镜镜筒晶片。共同对准的上孔径、中间孔径和下孔径的每个三元组形成跨越在上晶片的顶面和下晶片的底面之间的晶片孔径。每个上孔径具有各自的上宽度，并且每个中间孔径具有小于相应的上宽度的各自的中间宽度，以在每个三元组中形成用于支撑上孔径中的透镜的壁架。

Description

透镜镜筒、透镜镜筒晶片以及相关的方法

技术领域

本申请涉及透镜镜筒、透镜镜筒晶片、以及形成透镜镜筒的方法。

背景技术

现在，许多大批量消费产品(诸如移动设备和机动车辆)包括数码相机。例如，图1示出了移动设备190，在其中集成有相机模块180。相机模块180包括在成像透镜170之下的图像传感器102。

图2是现有相机模块280的剖视图，相机模块280为相机模块180的实例。相机模块280包括结合到图像传感器102的透镜镜筒200，图像传感器102包括像素阵列104。透镜镜筒200包括盖玻片202、下垫片204、透镜270、上垫片206和顶部盖玻片208。透镜270包括透镜基板272、底部透镜274和顶部透镜276。基板272具有等于图像传感器102的宽度102W的宽度272W。

垫片204一般由玻璃或塑料形成。由玻璃形成的垫片204是昂贵的，然而由塑料形成的垫片204因为热膨胀系数的不匹配而不能与玻璃(例如盖玻片202或基板272)良好地结合。透镜镜筒200可包括例如位于基板272的面向传感器的表面上的不透明涂层271，以防止杂散光到达图像传感器102。

发明内容

在第一实施方式中，透镜镜筒包括环形下层、环形上层和环形中间层。环形下层限定了穿过其中的下孔径。环形上层限定了穿过其中的具有上宽度的上孔径。环形中间层被结合在下层和上层之间，并限定了具有小于上宽度的中间宽度的中间孔径以形成用于支撑设置在上孔径中的透镜的壁架。下孔径、中间孔径和上孔径共同形成贯穿下层、中间层和上层的镜筒孔径的至少部分。

在第二实施方式中，透镜镜筒晶片包括下晶片、中间晶片和上晶片。下晶片包括多个下孔径，每个下孔径具有各自的下宽度并跨越在下晶片的底面和顶面之间。上晶片包括多个上孔径，每个上孔径分别跨越在上晶片的底面和顶面之间。中间晶片被结合在下晶片的顶面和上晶片的底面之间。中间晶片包括多个中间孔径，每个中间孔径与多个下孔径中的相应的一个下孔径和多个上孔径中的相应的一个上孔径对准。每个中间孔径、与该中间孔径对准的下孔径和与该中间孔径对准的上孔径形成跨越在下晶片的底面和上晶片的顶面之间的晶片孔径。每个中间孔径具有比与其对准的相应的上孔径的宽度小的宽度以形成用于支撑放置在与中间孔径对准的上孔径中的透镜的壁架。

在第三实施方式中，用于形成透镜镜筒的方法包括对准步骤和结合步骤。在对准步骤中，该方法将上晶片的多个上孔径中的每个上孔径对准到(i)中间晶片的多个中间孔径中的相应的一个中间孔径，和(ii)下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径。中间晶片位于上晶片和下晶片之间。在结合步骤中，该方法将中间晶片结合到上晶片以形成透镜镜筒晶片。共同对准的上孔径、中间孔径和下孔径的每个三元组形成跨越在上晶片的顶面和下晶片的底面之间的晶片孔径。每个上孔径具有各自的上宽度，并且每个中间孔径具有小于相应的上宽度的各自的中间宽度以在每个三元组中形成用于支撑上孔径中的透镜的壁架。

附图说明

图1示出了现有移动设备，在其中整合有相机模块。

图2是现有相机模块的剖视图，该相机模块为图1的相机模块的实例。

图3A是实施方式中的透镜镜筒的俯视图，并且图3B是实施方式中的透镜镜筒的剖视图。

图4A是为图3的透镜镜筒的实例的透镜镜筒的平面图并且图4B是透镜镜筒的剖视图。

图5A和图5B分别示出了实施方式中的图3的透镜镜筒300带有透镜的平面图和剖视图。

图6A是实施方式中带有透镜的透镜镜筒的平面图，并且图6B和图6C是实施方式中带有透镜的透镜镜筒的剖视图。

图7是示出用于制作以形成图3的透镜镜筒的示例性方法的流程图。

图8A、图8B和图8C分别是实施方式中在图7的方法采用的上晶片、中间晶片和下晶片的平面图。

图9A至图9D是实施方式中的图8的晶片的剖视图，示出了图7的方法的步骤。

图10是实施方式中的根据图7的方法产生的镜筒透镜晶片的剖视图。

具体实施方式

图3A是透镜镜筒300的俯视图，并且图3B是透镜镜筒300的剖视图。图3A包括分别平行于坐标系398的x-z平面和y-z平面的截面31–31'和32–32'。在本文中，除非另有详细说明，坐标轴x、y、z和由其形成的平面参考的是坐标系398。图3A的平面图与x-y平面平行。图3B的剖视图表示了截面31-31'和32-32'的两者中或两者之一中的透镜镜筒300。

透镜镜筒300包括下层310、中间层320和上层330。层310、320和330具有各自的内侧壁310S、320S和330S。层310、320和330具有以各自的内侧壁310S、320S和330S为边界并且具有各自的宽度312W、322W和332W的各自的孔径312、322和332。中间层320具有顶面320T，在图3A中，顶面320T的部分透过孔径332是可见的。宽度332W超过宽度322W。在实施方式中，层310、320和330中的至少两层是整体的，即，它们由单件材料构成。

孔径312、322和332在图3A中以正方形示出，但是其可为其他形状(例如矩形、多边形、椭圆形或圆形)，而不偏离本申请的范围。例如，图4A是透镜镜筒400的平面图，并且图4B是透镜镜筒400的剖视图。图4A包括分别平行于x-z平面和y-z平面的截面41–41'和42–42'。图4A的平面图与x-y平面平行。图4B剖视图表示了截面41–41'和42–42'的两者中或两者之一中的透镜镜筒400。

透镜镜筒400为透镜镜筒300的实例。透镜镜筒400包括下层410、中间层420和上层430，下层410、中间层420和上层430分别为下层310、中间层320和上层330的实例。层410、420和430具有以各自的内部侧墙410S、420S和430S为边界并具有各自的宽度412W、422W和432W的各自的孔径412、422和432。宽度432W超过宽度422W。中间层420具有顶面420T，在图4A中，顶面420T的部分透过孔径432是可见的。

透镜镜筒300可包括结合在其中的透镜。例如，图5A和图5B分别示出了在透镜镜筒300中结合有透镜570的透镜镜筒300的平面图和剖视图，透镜镜筒300和透镜570共同形成了镜筒透镜505。透镜570例如包括在底部透镜573和顶部透镜577之间的基板575。顶部透镜577可经由浸润分配模制(puddle-dispense molding)工艺或其他本领域中已知的工艺形成。透镜570可包括多于三个光学元件或少于三个光学元件，而不偏离本申请的范围。例如，透镜570可为单透镜或双透镜。

底部透镜573具有小于宽度322W的宽度。基板575具有小于宽度332W的宽度。透镜570具有超过宽度322W的凸缘宽度571W，和具有结合面571B的凸缘区域571。与透镜270的基板宽度272W不同，凸缘宽度571W可小于图像传感器宽度102W，进而能够在单个晶片上形成比在相同的晶片上形成的透镜270的数量更多的透镜570。

在镜筒透镜505中，透镜570可在表面571B处结合到中间层320的顶面320T。如图5B所示，结合面571B可为基板575的表面。此外，结合面571B可为顶部透镜577的表面，在这种情况下，(a)基板575具有小于宽度312W的宽度，和(b)基板575和底部透镜573均至少部分地在中间层320的孔径322内。

在实施方式中，镜筒透镜505包括附着至层330的顶部的顶面330T的覆盖层540，以及跨越层540和顶部透镜577之间的区域的层542。层540和542可为一块整体。层542可为透明的并跨越透镜570上方的孔径332。层540和542将顶部透镜577固定在孔径332内。

透镜镜筒300可结合到图像传感器102，使得透镜镜筒300和结合在透镜镜筒300中的透镜570的组合形成相机模块580。图像传感器102的像素阵列104具有对角线504。宽度312被示出超过宽度322W和332W，与宽度312W不超过宽度322W和332W中的至少一个相比，宽度312超过宽度322W和332W能够使透镜镜筒300容纳具有更大对角线504的像素阵列。在相机模块580的实例中，透镜镜筒300例如直接地结合到图像传感器102，使得与现有相机模块280(图2)不同，在图像传感器102和透镜镜筒300之间没有盖玻片。

在镜筒透镜505中，透镜570的表面571B和像素阵列104间隔距离507。层310、320和330具有各自的高度310H、320H和330H。在制造透镜镜筒300的过程中，将距离507精确地确定在公差Δz内可确保透镜570在像素阵列104上形成对焦图像。在透镜镜筒300的第一实施方式中，层330与层320分离，并且层310和320是分离的或者是整体的。在第一实施方式中，距离507至少部分地由高度310H和320H确定。在透镜镜筒300的第二实施方式中，层320和330是整体的，并且距离507部分地由厚度330H确定，在这种情况下，厚度330H不是层厚度，而是从顶面330T延伸的孔的深度。将层的厚度控制在公差Δz内比将孔的深度的厚度控制在公差Δz内的成本低。因此，至少在为了图像质量的目的来满足公差Δz的方面，第一实施方式具有优于第二实施方式的优点。

图6A是带有透镜570的透镜镜筒600的部分的平面图，透镜570和透镜镜筒600共同形成镜筒透镜605。图6B和图6C分别是图6A的镜筒透镜605的部分沿着截面6B–6B'和6C–6C'的剖视图。截面6B–6B'和6C–6C'分别平行于y-z平面和x-z平面。透镜镜筒600为透镜镜筒300的实例并且包括中间层320上的上层630。上层630为上层330的实例，上层630具有外缘630E和具有孔径侧壁632S的孔径632。

上层630具有一个或多个槽口634，槽口634暴露透镜570的部分。如图6A和图6B两者所示，槽口634具有宽度634W和侧壁634S。如图6B所示，在槽口634内，上层630具有例如小于基板575的高度575H的高度634H。在图6C中，与上层630相邻的虚线表示被移除的上层630的部分。虽然基板575和顶部透镜577不与截面6B–6B'相交，但是它们在图6B中以说明性的目的示出。

如图6C所示，通过将液体粘合剂分配至一个或多个槽口634中，使得液体粘合剂在表面320T和571B之间流动，可将透镜570结合至顶面320T。

槽口634从孔径侧壁632S处延伸，使得槽口634的外缘634E距层630的外缘630E为距离636。距离636可等于零，使得平行于截面6B–6B'的一截面既包括外缘630E也包括槽口634。在图6的实例中，尽管上层630具有两个槽口634(1，2)，但是上层630可具有比从孔径侧壁632S处延伸的两个槽口更少或更多的槽口，而不偏离本申请的范围。上层630可具有围绕其孔径632的单一连续槽口。

图7是示出制作透镜镜筒300的示例性方法700的流程图。图8是带孔径的晶片的平面图，并且图9和图10是带孔径的晶片的剖视图，这些视图对应于方法700的步骤。图7至图9最好在下述描述中共同查看。

图8A、图8B和图8C分别是上晶片830、中间晶片820和下晶片810的平面图。下晶片810具有多个孔径812；中间晶片820具有多个孔径822；上晶片830具有多个孔径832。每个孔径812、822和832分别是孔径312、孔径322和孔径332(图3)的实例。孔径812、822和832具有各自的宽度812W、822W和832W。宽度832W超过宽度822W。在每个晶片810、820和830中，在其中的各自的孔径可周期地以中心到中心的距离802间隔。

方法700可包括可选步骤710。在步骤710中，中间晶片的多个中间孔径中的每个中间孔径与下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径对准。图9A是晶片810、820和830的剖视图，晶片810、820和830中包括各自的孔径812、822和832。中间晶片820具有顶面820T。在步骤710的实例中，如图9A所示，中间晶片820的每个孔径822与晶片810中的相应的孔径812对准。

方法700还可包括可选步骤715。在步骤715中，中间晶片附着至下晶片，同时保持每个中间孔径与相应的下孔径对准。在步骤715的实例中，如图9B所示，中间晶片820附着至下晶片810。

当方法700不包括步骤710和715时，中间晶片和下晶片可为整体的。例如，晶片810和820可为单个晶片，其中每对共同对准的孔径812和822为穿过单个晶片的具有非均匀宽度的单个孔径的部分。

在步骤720中，上晶片的多个上孔径中的每个上孔径对准到(i)中间晶片的多个中间孔径中的相应的一个中间孔径，和(ii)下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径。中间晶片位于下晶片和上晶片之间。在步骤720的实例中，如图9C所示，上晶片830的每个孔径832与中间晶片820的相应的孔径822对准。每个孔径822与下晶片810的相应的孔径812对准。

在步骤730中，中间晶片结合到上晶片以形成透镜镜筒晶片。共同对准的上孔径、中间孔径和下孔径的每个三元组形成跨越在上晶片的顶面和下晶片的底面之间的晶片孔径。每个上孔径具有上宽度。每个中间孔径具有小于上宽度的中间宽度，以在每个三元组中形成用于支撑放置在上孔径中的透镜的壁架。在步骤730的实例中，中间晶片820结合到上晶片830，同时保持每个孔径822、相应的孔径812和相应的孔径832对准，其结果为图9D中示出的透镜镜筒晶片900。

透镜镜筒晶片900包括多个晶片孔径912，每个晶片孔径912通过将孔径822与孔径812和832对准而形成。每个晶片孔径912具有对应于其孔径822的最小宽度的相应的中间宽度。例如，孔径822具有最小宽度822W，使得每个晶片孔径912具有中间宽度822W。

方法700可选地包括步骤740。在步骤740中，将透镜设置在每个晶片孔径的壁架上以形成透镜镜筒晶片，透镜镜筒晶片中每个透镜具有超过中间宽度的凸缘宽度。在步骤740的实例中，如图10所示，多个透镜570中的每一个透镜设置在多个晶片孔径912的相应的一个晶片孔径912的表面820T上以形成镜筒透镜晶片1000。镜筒透镜晶片1000包括透镜镜筒晶片900和多个透镜570。对于任一晶片孔径912来说，中间宽度822W小于晶片孔径中的透镜570的凸缘宽度571W。

步骤740可包括步骤742，其中每个透镜结合到透镜的相应的孔径内部的中间晶片的表面上。在步骤742的实例中，每个透镜570经由其结合表面571B结合到透镜570的相应的晶片孔径912的表面820T。通过在晶片830中设有邻接于孔径832的多个槽口634，围绕每个孔径832的晶片830的区域可类似于层630(图6)。图10示出了虚线的可选槽口634。步骤742可包括将粘合剂经由槽口634分配在表面820T上。

方法700可选地包括步骤750。在步骤750中，将透镜镜筒晶片切割以形成多个透镜镜筒。在步骤750的实例中，将透镜镜筒晶片900沿着切割平面902切割以形成多个透镜镜筒300。每个切割平面902位于平行于y-z平面的平面中。在步骤750的在第二实例中，将镜筒透镜晶片1000沿着切割平面902切割以形成多个镜筒透镜505。

方法700可选地包括步骤760。在步骤760中，多个透镜镜筒中的一个透镜镜筒附着至图像传感器，使得下孔径跨越图像传感器的像素阵列。在步骤760的实例中，透镜镜筒300附着至图像传感器102，使得下孔径312的宽度312W跨越像素阵列104。

特征组合

以上描述的特征以及权利要求可以以多种方式组合，而不偏离本申请的范围。下述实例说明了一些可能的、非限制性的组合：

(A1)透镜镜筒包括环形下层、环形上层和环形中间层。环形下层限定了穿过其中的下孔径。环形上层限定了穿过其中的具有上宽度的上孔径。环形中间层结合在下层和上层之间并且限定了具有小于上宽度的中间宽度的中间孔径以形成用于支撑设置在上孔径中的透镜的壁架。下孔径、中间孔径和上孔径共同形成穿过下层、中间层和上层的镜筒孔径的至少部分。

(A2)在由(A1)表示的透镜镜筒中，中间宽度可小于下宽度。

(A3)在由(A1)和(A2)中的一个表示的透镜镜筒中，上宽度可小于下宽度。

(A4)在由(A1)至(A3)中的一个表示的任一透镜镜筒还可包括在上层的顶面中的槽口，槽口从顶面延伸到小于上层的最大厚度的深度并与上孔径邻接以便于在槽口中分配粘合剂以将透镜结合到上层和中间层中的至少一个层。

(A5)在由(A1)至(A4)中的一个表示的任一透镜镜筒还可包括上孔径中的透镜，透镜具有搁在壁架上的凸缘。

(A6)在由(A5)表示的透镜镜筒中，透镜还可包括至少部分地在中间孔径内的非平面表面。

(B1)透镜镜筒晶片包括下晶片、中间晶片和上晶片。下晶片包括多个下孔径，每个下孔径具有下宽度并跨越在下晶片的底面和顶面之间。上晶片包括多个上孔径，每个上孔径具有上宽度并跨越在上晶片的底面和顶面之间。中间晶片结合在下晶片的顶面和上晶片的底面之间。中间晶片包括多个中间孔径，每个中间孔径与多个下孔径中的相应的一个下孔径和多个上孔径中的相应的一个上孔径对准。每个中间孔径、与该中间孔径对准的下孔径和与该中间孔径对准的上孔径形成跨越在下晶片的底面和上晶片的顶面之间的晶片孔径。每个中间孔径的宽度小于与中间孔径对准的上孔径的宽度，以形成用于支撑放置在与中间孔径对准的上孔径中的透镜的壁架。

(B2)在由(B1)表示的透镜镜筒晶片中，每个中间孔径的中间宽度可小于与每个中间孔径对准的下孔径的下宽度。

(B3)在由(B1)和(B2)中的一个表示的透镜镜筒晶片中，上宽度可小于下宽度。

(B4)由(B1)至(B3)中的一个表示的任一透镜镜筒晶片还可包括每个上孔径中的透镜，透镜具有搁在壁架上的凸缘。

(C1)用于形成透镜镜筒晶片的方法包括对准步骤和结合步骤。在对准步骤中，该方法将上晶片的多个上孔径中的每个上孔径对准到(i)中间晶片的多个中间孔径的相应的一个中间孔径，和(ii)下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径。中间晶片位于上晶片和下晶片之间。在结合步骤中，该方法将中间晶片结合到上晶片以形成透镜镜筒晶片。共同对准的上孔径、中间孔径和下孔径的每个三元组形成跨越在上晶片的顶面和下晶片的底面之间的晶片孔径。每个上孔径具有各自的上宽度，并且每个中间孔径具有小于相应的上宽度的各自的中间宽度以在每个三元组中形成用于支撑上孔径中的透镜的壁架。

(C2)由(C1)表示的方法还可包括将透镜镜筒晶片切割以形成多个透镜镜筒。

(C3)由(C1)和(C2)中的一个表示的方法还可包括设置在每个晶片孔径的壁架上的透镜以形成镜筒透镜晶片。

(C4)由(C3)表示的方法还可包括将透镜镜筒晶片切割以形成多个镜筒透镜。

(C5)由(C1)至(C4)中的一个表示的任一方法还可包括，在将多个上孔径中的每个上孔径对准的步骤前，将中间晶片的多个中间孔径中的每个中间孔径与下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径对准。

(C6)由(C5)表示的方法还可包括将中间晶片附着至下晶片，同时保持每个中间孔径与相应的下孔径对准。

可以在以上方法和系统中做出改变，而不偏离本申请的范围。因此，应当注意，以上描述中所包含的内容或附图中所示的内容应被解释为说明性的并且不具有限制意义。权利要求旨在涵盖本文中描述的所有通用和特定特征，以及本方法和系统的范围的所有陈述，这些特征和陈述在语言上均被视为落入权利要求的范围中。

Claims (16)

1.透镜镜筒，包括：

环形下层，限定了穿过其中的下孔径；

环形上层，限定了穿过其中的具有上宽度的上孔径；以及

环形中间层，结合在所述下层和所述上层之间，并限定了具有小于所述上宽度的中间宽度的中间孔径，以形成用于支撑设置在所述上孔径中的透镜的壁架，

所述下孔径、所述中间孔径和所述上孔径共同形成贯穿所述下层、所述中间层和所述上层的镜筒孔径的至少部分。

2.根据权利要求1所述的透镜镜筒，所述中间宽度小于所述下孔径的下宽度。

3.根据权利要求1所述的透镜镜筒，所述上宽度小于所述下孔径的下宽度。

4.根据权利要求1所述的透镜镜筒，还包括在所述上层的顶面中的槽口，所述槽口从所述顶面延伸至小于所述上层的最大厚度的深度并与所述上孔径邻接以便于在所述槽口中分配粘合剂，以将所述透镜结合到所述上层和所述中间层中的至少一层。

5.根据权利要求1所述的透镜镜筒，还包括所述上孔径中的所述透镜，所述透镜具有搁在所述壁架上的凸缘。

6.根据权利要求5所述的透镜镜筒，所述透镜还包括至少部分地在所述中间孔径内的非平面表面。

7.透镜镜筒晶片,包括：

下晶片，包括多个下孔径，每个下孔径分别具有下宽度并跨越在所述下晶片的底面和顶面之间；

上晶片，包括多个上孔径，每个上孔径分别具有上宽度并跨越在所述上晶片的底面和顶面之间；以及

中间晶片，结合在所述下晶片的顶面和所述上晶片的底面之间，并且包括多个中间孔径，每个中间孔径与所述多个下孔径中的相应的一个下孔径和所述多个上孔径中的相应的一个上孔径对准，每个中间孔径、与所述中间孔径对准的下孔径和与所述中间孔径对准的上孔径形成跨越在所述下晶片的底面和所述上晶片的顶面之间的晶片孔径，

每个中间孔径具有各自的中间宽度，所述中间宽度小于与所述中间孔径对准的所述上孔径的相应的上宽度，以形成用于支撑放置在与所述中间孔径对准的所述上孔径中的透镜的壁架。

8.根据权利要求7所述的透镜镜筒晶片，每个中间孔径的所述中间宽度小于与所述中间孔径对准的所述下孔径的所述下宽度。

9.根据权利要求7所述的透镜镜筒晶片，所述上宽度小于所述下宽度。

10.根据权利要求7所述的透镜镜筒晶片，还包括每个上孔径中的透镜，所述透镜具有搁在所述壁架上的凸缘。

11.用于形成透镜镜筒的方法，其包括：

将上晶片的多个上孔径中的每个上孔径对准到(i)中间晶片的多个中间孔径中的相应的一个中间孔径，和(ii)下晶片的多个下孔径中的相应的一个下孔径，所述中间晶片位于所述上晶片和所述下晶片之间；以及

将所述中间晶片结合到所述上晶片以形成透镜镜筒晶片，共同对准的上孔径、中间孔径和下孔径的每个三元组形成跨越在所述上晶片的顶面和所述下晶片的底面之间的晶片孔径，所述上孔径中的每个上孔径具有各自的上宽度，并且所述中间孔径中的每个中间孔径具有小于相应的上宽度的各自的中间宽度，以在每个三元组中形成用于支撑所述上孔径中的透镜的壁架。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述透镜镜筒晶片切割以形成多个透镜镜筒。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括将透镜设置在每个晶片孔径的所述壁架上以形成镜筒透镜晶片。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述透镜镜筒晶片切割以形成多个镜筒透镜。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括，在将多个上孔径中的每个上孔径对准的步骤前：

将所述中间晶片的所述多个中间孔径中的每个中间孔径对准到所述下晶片的所述多个下孔径中的相应的一个下孔径。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述中间晶片结合到所述下晶片，同时保持每个中间孔径与相应的下孔径对准。