CN110418989B - 光导和光导的制造 - Google Patents

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Abstract

本公开描述了光导以及制造光导的方法，所述光导包括：矩形棱柱形棒；在所述矩形棱柱形棒的四侧上的第一聚合物包层或金属包层；以及设置在所述矩形棱柱形棒的所述四侧上的所述第一聚合物包层上的第二聚合物包层。

Description

光导和光导的制造
技术领域
本公开涉及可用于例如光电模块的光导。
背景技术
光导是被设计来在地点之间以最小损耗传输光的装置。光通过全内反射穿过光导传输。光导经常由诸如聚碳酸酯、环氧树脂、丙烯酸树脂和玻璃的光学级材料制成。呈棒形或板形的蓝宝石光导对于传输环境光特别有用。
发明内容
本公开描述了光导和制造光导的方法。
在一个方面，例如，本公开描述了一种制造光导的一种方法。所述方法包括：注射第一聚合物以便于覆盖多个矩形棱柱形棒中的每一个的四侧，同时所述棒并排设置在真空注射工具中。所述方法包括：在所述棒中的相邻棒之间的区域中切割穿过所述第一聚合物，其中在所述切割之后，所述第一聚合物的至少一部分仍覆盖所述棒的所述四侧中的每一侧。注射第二聚合物以便于覆盖所述棒的所述四侧上的所述第一聚合物。所述方法还包括：在所述棒中的相邻棒之间的区域中切割穿过所述第二聚合物，其中在切割穿过所述第二聚合物之后，所述第一聚合物的至少一部分形成所述棒的所述四侧上的第一包层，并且所述第二聚合物的至少一部分形成所述第一包层上的第二包层。
在一些实现方式中，例如通过喷涂涂覆的金属层替代所述第一聚合物被用作所述第一包层的材料。在此类情况下，(例如，如果所述棒未在所述喷涂后粘结在一起)所述第一切割可省略。
一些实现方式包括以下特征中的一个或多个。例如，所述方法可包括：将所述棒中的至少一个分离(例如，切割)成多个单体化光导，所述单体化光导中的每一个包括四侧由所述第一包层和所述第二包层围绕的所述棒的一部分。
在一些情况下，所述方法包括：将所述第一聚合物注入：(i)所述棒中的相邻棒之间的区域，(ii)每个棒的下表面与第一真空注射工具的第一相反表面之间的第一空间，以及(iii)每个棒的上表面与所述第一真空注射工具的第二相反表面之间的第二空间。所述方法可包括：将所述第一聚合物硬化，将所述棒从所述第一真空注射工具移除并将所述棒放置在第一切割胶带上，以及在所述棒位于所述第一切割胶带上时切割穿过所述第一聚合物。
在一些情况下，所述方法包括：将所述第二聚合物注入：(i)所述棒中的相邻棒之间的区域，(ii)每个棒的下表面与第二真空注射工具的第一相反表面之间的第一空间，以及(iii)每个棒的上表面与所述第二真空注射工具的第二相反表面之间的第二空间。所述方法可包括：将所述第二聚合物硬化，将所述棒从所述第二真空注射工具移除并将所述棒放置在第二切割胶带上，以及在所述棒位于所述第二切割胶带上时切割穿过所述第二聚合物。
为促进将每种聚合物注入每个棒的下表面与所述真空注射工具的相反表面之间的空间，所述矩形棱柱形棒可被支撑在一个或多个所述真空注射工具中的突出部上。
所述方法可促进在晶圆级过程制造多个光导，使得(例如数十个、数百个或甚至数千个)光导作为相同过程的一部分被并行制造。
在另一方面，本公开描述了一种光导，其包括：矩形棱柱形棒；在所述矩形棱柱形棒的四侧上的第一聚合物包层；以及设置在所述矩形棱柱形棒的所述四侧上的所述第一聚合物包层上的第二聚合物包层。所述第二包层由不同于所述第一包层的聚合物组成。所述矩形棱柱形棒的第五侧和第六侧为暴露的(即，未被所述第一包层和第二包层覆盖)。
如上所述，在一些实现方式中，金属层可替代所述第一聚合物用作所述第一包层的材料。
在一些实现方式中，所述棒由蓝宝石或在400nm波长处具有至少1.7的折射率的其他材料组成。在一些情况下，所述第一包层和所述第二包层中的每一者的厚度在100μm至150μm的范围内。所述第一包层的材料可基于其光学特性来选择。所述第二包层的材料为，在一些情况下，对特定波长或波长范围的辐射(例如环境光或红外光)基本上不透明的。
其他方面、特征和优点将由以下详细描述、附图和权利要求而显而易见。
附图说明
图1示出了包括光导的光电模块的实例。
图2和图3示出了设置在真空注射工具上的多个蓝宝石棒的实例。
图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11示出了用于制造光导的晶圆级过程的各种阶段。
图12为光导的实例。
具体实施方式
图1示出了包括光导30的光电模块20的实例。光导30可采取例如由在400nm波长处具有至少1.7的折射率的蓝宝石或其他高折射率玻璃(例如Schott N-SF14、Ohara S-LAH59、Hoya TAF3D)或聚合物(例如Solvay R-5000、Mitsui MR-174)组成的棒或板的形式。例如，蓝宝石在400nm(普通光线)处具有约1.786的折射率。
所示模块20还包括安装在电路基板24(诸如柔性电路电缆或其他PCB)上的传感器子组件22。在所示实例中，传感器子组件22包括有源光电装置，诸如包括辐射敏感元件(例如像素)的光传感器(例如光电二极管、CCD或CMOS传感器)28。在一些情况下，装置28实现为集成电路(IC)半导体芯片或专用集成电路(ASIC)半导体芯片。
在一些情况下，模块20包括发射器子组件，所述发射器子组件可操作来发射特定波长或波长范围内的辐射。在这种情况下，发射器子组件可包括光电装置，诸如光发射器(例如发光二极管(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))。尽管以下段落描述了包括传感器子组件的模块，所述描述也适用于包括发射器子组件的模块。
在图2的实例中，包括光导30的光学子组件堆叠设置在传感器子组件22之上。在所示的实例中，下光学子组件26A与上光学子组件26B包括在光学子组件堆叠中并且可实现为例如光学漫射器或红外(IR)吸收器。
图2至图12示出了用于在晶圆级过程中制造多个光导30的步骤。如图2所示，多个蓝宝石棒100并排放置在真空注射工具的下板102上。在所示实例中，十七个蓝宝石100例如由取放设备放置在下板102上。不同数量的蓝宝石棒(或其他高反射率材料棒)可在其他实现方式中提供。每个棒100可具有例如矩形棱柱的形状。在所示实例中，下板102搁置在真空卡盘104上。如图3所指示，每个蓝宝石棒100可由多个突出部110支撑，使得每个棒100的底部与下板102的平面表面之间存在小空间。在所示实例中，每个蓝宝石棒100由四个(即，棒的两端各一个以及沿着棒的中间部分的两个)突出部110支撑。然而，在其他实现方式中，棒100可由不同数量的突出部110支撑。总体上，在其中每个棒110随后将会被切割成单独的光导的位置处提供支撑突出部110可以是有利的。
图4示出了其中三个蓝宝石棒100并排设置在包括下板102和上板112的真空注射工具中的实例。相邻棒100通过其中可注入第一可固化聚合物的小空间114彼此隔开。另外，因为棒100在沿着其长度的离散位置处由突出部110(未在图4中示出)支撑，所以每个棒100的底表面与真空注射工具的下板102的相反表面118之间存在小空间(例如大约100至150μm)116。同样地，每个棒100的顶表面与真空注射工具的上板112的相反表面122之间存在小空间120(例如大约100至150μm)。
接下来，如图5所指示，第一可固化聚合物124(诸如高折射率环氧树脂)被注入空间114、116、120中。第一聚合物124可被选择例如成具有作为光导的第一包层或内包层所期望的特定光学特性。例如，在一些实现方式中，芯材料(高折射率材料)提供可见光谱的80％或更多的透射性并且具有大于1的数值孔径。总体上，芯材料和第一包层可被设计为满足以下公式，其中“NA”为数值孔径，并且“n”为折射率。
Figure BDA0002201259260000041
在一些情况下，包层中的透射性优选地为可见光谱的70％或更多。因此，总体上，具有低折射率的黑色材料可能不适合直接作为第一包层使用。
在将聚合物124硬化(例如通过热固化和/或UV固化)之后，蓝宝石棒100从真空注射工具移除并且放置在例如切割胶带126或一些其他支撑件(见图6)上。在该阶段之后，每个蓝宝石棒100的顶表面和底表面以及右侧表面和左侧表面由第一聚合物材料124覆盖。然而，每个棒100的前侧表面和后侧表面可保持暴露。
接下来，如图6所指示，蓝宝石棒100例如通过在棒100中的多个相邻棒之间的区域处切割穿过固化聚合物124而彼此隔开。切割轮128或其他技术可用于此目的。切割过程不应从棒100的右侧和左侧移除所有的第一聚合物材料124。作为替代，如图7所示，用于内包层的第一聚合物材料124的薄层(例如大约100至150μm)应保持在每个棒100的左侧和右侧上。
四侧被第一聚合物材料124覆盖的棒100随后从切割胶带126移除并且再次放置在真空注射工具中，所述真空注射工具与上文所述真空注射工具类似。因此，如图8所指示，该真空注射工具可包括下板202和上板212。棒100在沿着其长度的离散位置处由突出部(未在图8中示出)支撑。
尽管前述实例将用于第一(即，内)包层124的材料描述为聚合物，在一些实现方式中，第一包层124可以是例如通过喷涂施加的(代替聚合物的)金属层。
如图8所指示，相邻蓝宝石棒100通过其中可注入第二可固化聚合物的小空间214彼此隔开。另外，因为棒100在沿着其长度的离散位置处由突出部(未在图8中示出)支撑，所以每个棒100的底表面(例如，内包层)与真空注射工具的下板202的相反表面218之间存在小空间(例如大约100至150μm)216。同样地，每个棒100的顶表面(例如，内包层)与真空注射工具的上板212的相反表面222之间存在小空间220(例如大约100至150μm)。
接下来，如图9所指示，第二可固化聚合物224(诸如不透明环氧树脂)被注入空间214、216、220中。第二聚合物224可包括例如使化合物224对于可由光电装置28探测(或由其发出)的波长或波长范围的辐射基本上不透明的碳黑或其他色素。在该阶段，在每个蓝宝石棒100的顶表面和底表面以及右侧表面和左侧表面上的第一包层124由第二聚合物材料224覆盖，所述第二聚合物材料224充当光导的第二包层或外包层。第二聚合物材料224通过例如热固化和或UV固化硬化。每个蓝宝石棒100的前侧表面和后侧表面可保持暴露。
在固化之后，真空注射工具放置在例如切割胶带226或一些其他支撑件(见图10)上。然后，蓝宝石棒100例如通过在棒100中的多个相邻棒之间的区域处切割穿过固化聚合物224而彼此隔开。切割轮228或其他技术可用于此目的。切割过程不应从棒100的右侧和左侧移除所有的第二聚合物材料224。作为替代，如图11所示，用于第二包层或外包层的第二聚合物材料224的薄层(例如大约100至150μm)，应保持在每个棒100的左侧和右侧上。
包括其第一包层124和第二包层224的每个棒100也可(例如通过切割)分离成多个小矩形棱柱光导30，如图12所指示。每个所得的单独光导30由四侧围绕有第一包层或内包层124和第二包层或外包层224的蓝宝石(或其他高折射率材料)组成。每个光导30的其他两侧或面保持暴露并且未被包层124和包层224覆盖。
在切割之后，单体化棱柱光导30可从切割胶带226移除，并且并入诸如模块20的光电模块中。
在上述某些实例中，矩形棱柱形棒由蓝宝石组成。在一些实现方式中，棒由其他高折射率材料组成。
其他实现方式也在权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种制造光导的方法，所述方法包括：
注射第一聚合物以便于覆盖多个矩形棱柱形棒中的每一个的四侧，同时所述棒并排设置在真空注射工具中；
在所述棒中的相邻棒之间的区域中切割穿过所述第一聚合物，其中在所述切割之后，所述第一聚合物的至少一部分仍覆盖所述棒的所述四侧中的每一侧；
注射第二聚合物以便于覆盖所述棒的所述四侧上的所述第一聚合物；以及
在所述棒中的相邻棒之间的区域中切割穿过所述第二聚合物，其中在切割穿过所述第二聚合物之后，所述第一聚合物的至少一部分形成所述棒的所述四侧上的第一包层，并且所述第二聚合物的至少一部分形成所述第一包层上的第二包层。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：将所述棒中的至少一个分离成多个单体化光导，所述单体化光导中的每一个包括四侧由所述第一包层和所述第二包层围绕的所述棒的一部分。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述分离包括切割。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述棒在400 nm波长处具有至少1.7的折射率。
5.如权利要求1所述的方法，其包括：将所述第一聚合物注入：(i)所述棒中的相邻棒之间的区域，(ii)每个棒的下表面与第一真空注射工具的第一相反表面之间的第一空间，以及(iii)每个棒的上表面与所述第一真空注射工具的第二相反表面之间的第二空间。
6.如权利要求5所述的方法，其包括：将所述第一聚合物硬化，将所述棒从所述第一真空注射工具移除并将所述棒放置在第一切割胶带上，以及在所述棒位于所述第一切割胶带上时切割穿过所述第一聚合物。
7.如权利要求6所述的方法，其包括：将所述第二聚合物注入：(i)所述棒中的相邻棒之间的区域，(ii)每个棒的下表面与第二真空注射工具的第一相反表面之间的第一空间，以及(iii)每个棒的上表面与所述第二真空注射工具的第二相反表面之间的第二空间。
8.如权利要求7所述的方法，其包括：将所述第二聚合物硬化，将所述棒从所述第二真空注射工具移除并将所述棒放置在第二切割胶带上，以及在所述棒位于所述第二切割胶带上时切割穿过所述第二聚合物。
9.如权利要求7所述的方法，其包括：将所述棒中的每一个支撑在所述第一真空注射工具中的多个突出部上并且随后将所述棒中的每一个支撑在所述第二真空注射工具中的多个突出部上。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述棒由蓝宝石组成。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一包层和所述第二包层中的每一者的厚度在100 μm至150 μm的范围内。
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