CN110534538A - 镜头模组及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镜头模组及其形成方法，镜头模组包括：第一镜头、基板、侧墙、图像传感器和保护层；通过在所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，在所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器，提高了镜头模组的成像质量。镜头模组的形成方法中，依次键合的图像传感器晶圆、侧墙晶圆和第一镜头晶圆为晶圆级光学元件(WLO)，采用晶圆级制造技术和工艺，可用半导体工艺批量复制加工，之后切割成单个镜头模组，体积小、成本低、可利用半导体工艺大规模生产的优势，且在晶圆级实现了光学元件集成，满足商业级及消费级应用对于成本、体积和生产规模的要求。

Description

镜头模组及其形成方法
技术领域
本发明涉及光学元件领域，特别涉及一种镜头模组及其形成方法。
背景技术
镜头模组具有体积小、功能强大的特点，镜头模组主要组件包括镜头和图像传感器。其主要工作原理为：景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面转为电信号。镜头由不同的透镜组合而成，是镜头模组的重要组成部分，对成像效果起着很至关重要的作用。镜头主要决定画面清晰度(画面清透度、光线、远近景)、图像显示范围，同时影响最高像素。图像传感器是镜头模组的核心模块，将光线转化为电信号。实际应用中，镜头模组内部表面易产生光反射，引入杂散光，杂散光影响镜头模组的成像质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镜头模组及其形成方法，以解决镜头模组的杂散光干扰问题，从而提升镜头模组的成像质量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种镜头模组，包括：
第一镜头、基板、侧墙、图像传感器和保护层；
所述图像传感器的表面形成有保护层，所述侧墙位于所述保护层上，所述侧墙围成环形空间，所述基板盖合在所述侧墙上，所述基板面向所述保护层的一侧形成有第一镜头，所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层。
进一步的，所述基板背离所述保护层的一侧形成有第二镜头，所述第二镜头与所述第一镜头对应设置。
进一步的，所述第一消光层和所述第二消光层的反射率均小于1％。
进一步的，所述侧墙和所述保护层的材质均包括：玻璃。
本发明还提供一种镜头模组的形成方法，包括：
提供第一镜头晶圆，所述第一镜头晶圆包括基板和位于所述基板上的多个第一镜头；
形成第一消光层，所述第一消光层覆盖所述第一镜头的非光学区域表面；
提供侧墙晶圆，所述侧墙晶圆上形成有多个通孔，所述通孔与所述第一镜头对应分布；
形成第二消光层，所述第二消光层至少覆盖所述通孔的侧壁表面；
提供图像传感器晶圆，所述图像传感器晶圆的表面形成有保护层，所述图像传感器晶圆包括多个图像传感器；所述图像传感器与所述第一镜头对应设置；
将所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆依次键合，所述第一镜头面向所述保护层；
将键合的所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆切割得到单个的所述镜头模组。
进一步的，所述第二消光层的厚度为3～50μm。
进一步的，所述第一消光层的材质包括：光阻，碳粉、染料或金属粉末中的任意一种或两种以上的组合；所述第二消光层的材质包括：光阻，碳粉、染料或金属粉末中的任意一种或两种以上的组合。
进一步的，形成第一消光层，具体包括：
将第一消光层的材料形成在所述基板和所述第一镜头的表面；
将所述第一镜头晶圆通过光罩曝光，显影去除所述第一镜头光学区域表面的第一消光层的材料，保留覆盖所述第一镜头的非光学区域表面的所述第一消光层的材料，以形成所述第一消光层。
进一步的，形成第二消光层，具体包括：
在所述侧墙晶圆的一侧表面粘贴薄膜；
将所述第二消光层喷涂在所述侧墙晶圆的上表面和所述通孔的侧壁表面；
移除所述薄膜；
固化所述第二消光层。
进一步的，所述键合采用热固胶或UV胶黏合。
与现有技术相比存在以下有益效果：
本发明提供的镜头模组，在所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，在所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器，提高了镜头模组的成像质量。
本发明提供的镜头模组的形成方法，依次键合的图像传感器晶圆、侧墙晶圆和第一镜头晶圆为晶圆级光学元件(WLO)，采用晶圆级制造技术和工艺，可用半导体工艺批量复制加工，之后切割成单个镜头模组，体积小、成本低、可利用半导体工艺大规模生产的优势，且在晶圆级实现了光学元件集成，满足商业级及消费级应用对于成本、体积和生产规模的要求。采用晶圆级工艺形成的镜头模组在所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，在所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器，提高了镜头模组的成像质量。
附图说明
图1为本发明实施例的镜头模组的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例的镜头模组在没有形成第一消光层和第二消光层状态的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例的镜头模组的形成方法的流程示意图；
图4至图11为本发明实施例的镜头模组的形成方法各步骤示意图。
附图标记说明：
11-基板；12-第一镜头；13-第一消光层；14-光罩；15-第二镜头；21-侧墙晶圆；21a-侧墙；22-PET膜；23-第二消光层；24-通孔；31-图像传感器；32-保护层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的镜头模组及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本实施例的镜头模组的剖面结构示意图。如图1所示，一种镜头模组，包括：
第一镜头12、基板11、侧墙21a、图像传感器31、保护层32；
所述图像传感器31的表面形成有所述保护层32，所述侧墙21a位于所述保护层32上，所述侧墙21a围成环形空间，所述基板11盖合在所述侧墙21a上，所述基板11面向所述保护层32的一侧形成有第一镜头12，所述第一透镜12的非光学区域表面形成有第一消光层13，所述侧墙21a的侧壁表面形成有第二消光层23。
具体的，所述图像传感器31中可包括例如光电二极管，将接收的光信号转化为电信号。所述图像传感器31上可配置有电路基板，电路基板的表面可形成有焊球，也可以是焊盘形式，用于图像传感器信号的引出。电路基板用于将所述电信号放大、归一化输出、EMC电磁干扰屏蔽等。保护层32覆盖所述图像传感器31的表面，用于保护所述图像传感器31，防止损伤或灰尘污染等，保护层32例如为玻璃层，玻璃层为透明的，在保护图像传感器31表面的同时，光线可透过玻璃层照射至图像传感器31，不影响图像传感器31接收光线。
第一镜头12可为凸透镜或凹透镜。图1给出了第一镜头12为凹透镜的示意图，第一镜头12为凹透镜时，第一镜头12的凹形面为光学区域，接收入射光线；在第一镜头12面向保护层32的一侧，凹形面以外的区域为非光学区域。
所述基板11背离所述保护层32的一侧形成有第二镜头15，接收入射光线。景物通过第二镜头15和第一镜头12生成的光学图像投射到图像传感器31转为电信号。
镜头模组使用时，入射光线经所述基板11、第一镜头12照射至保护层32的表面(例如A点)，折射到达图像传感器31；照射至保护层32的表面(例如A点)的光线反射后照射至所述侧墙21a的侧壁表面上的第二消光层23上(例如B点)，并且被第二消光层23吸收，避免了杂散光进入图像传感器31，提高了镜头模组的成像质量。
为便于理解，图2示出了本发明实施例的镜头模组在没有形成第一消光层和第二消光层状态的剖面结构示意图，如图1和图2所示，如果所述侧墙21a的侧壁表面没有形成第二消光层23，所述第一透镜12的非光学区域表面没有形成有第一消光层13，那么入射光线经所述基板11、第一镜头12照射至保护层32的表面(例如A点)，折射到达图像传感器31；同时照射至保护层32的表面的光线反射后照射至所述侧墙21a的侧壁表面上(例如C点)，经侧墙21a反射后到达第一镜头12的表面，经第一镜头12反射后到达保护层32，经保护层32折射后进入图像传感器31，从而对成像产生影响。照射至保护层32的表面(例如A点)的光线反射后产生一系列杂散光。本发明实施例中，具体的第一消光层13和第二消光层23的材料可相同，第一消光层13和第二消光层23的反射率均小于1％。所述侧墙21a的材料例如为玻璃，通常玻璃的反射率约为4％。所述第一消光层13和第二消光层23的反射率远低于所述侧墙21(例如玻璃)的反射率，大大减少了杂散光的反射及形成。
本发明实施例的镜头模组在所述第一透镜12的非光学区域表面形成有第一消光层13，在所述侧墙21a的侧壁表面形成有第二消光层23，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器31，提高了镜头模组的成像质量。
本发明实施例还提供一种镜头模组的形成方法，如图3所示，包括：
提供第一镜头晶圆，所述第一镜头晶圆包括基板和位于所述基板上的多个第一镜头；
形成第一消光层，所述第一消光层覆盖所述第一镜头的非光学区域表面；
提供侧墙晶圆，所述侧墙晶圆上形成有多个通孔，所述通孔与所述第一镜头对应分布；
形成第二消光层，所述第二消光层至少覆盖所述通孔的侧壁表面；
提供图像传感器晶圆，所述图像传感器晶圆的表面形成有保护层，所述图像传感器晶圆包括多个图像传感器；所述图像传感器与所述第一镜头对应设置；
将所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆依次键合，所述第一镜头面向所述保护层；
将键合的所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆切割得到单个的所述镜头模组。
应当理解，所述侧墙晶圆的通孔的侧壁表面即为单个的所述镜头模组的侧墙的侧壁表面。
本发明实施例中依次键合的图像传感器晶圆、侧墙晶圆和第一镜头晶圆为晶圆级光学元件(WLO)，采用晶圆级制造技术和工艺，可用半导体工艺批量复制加工，之后切割成单个镜头模组，体积小、成本低、可利用半导体工艺大规模生产的优势，且在晶圆级实现了光学元件集成，满足商业级及消费级应用对于成本、体积和生产规模的要求。采用晶圆级工艺形成的镜头模组在所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，在所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器，提高了镜头模组的成像质量。
下面结合图4至图11对本发明实施例的镜头模组的形成方法进行更详细的介绍。
如图4所示，提供第一镜头晶圆，所述第一镜头晶圆包括基板11和位于所述基板11上的多个第一镜头12；
形成第一消光层的方法，具体包括：
如图5所示，将第一消光层的材料形成在所述基板11和所述第一镜头12的表面，之后可进行低温烘烤，以初步固化所述第一消光层的材料。具体可将第一消光层的材料喷涂到所述基板11和所述第一镜头12的表面，也可将所述基板11和所述第一镜头12浸入第一消光层的材料溶液中。第一消光层的材料包括光阻、碳粉、染料或金属粉末中的任意一种或两种以上的组合。
如图6和图7所示，图形化所述第一消光层的材料，将所述第一镜头晶圆通过光罩14曝光，显影去除所述第一镜头12光学区域表面的第一消光层的材料，同时还去除部分位于所述基板11上的第一消光层13的材料，保留覆盖所述第一镜头的非光学区域表面的所述第一消光层13，之后高温(例如200℃～230℃)固化所述第一消光层13。具体的，例如第一镜头12的凹形面为光学区域，接收入射光线；第一镜头12的凹形面以外的区域为非光学区域。
如图8所示，形成第二镜头15，在所述基板11的另一侧表面形成多个第二镜头15，所述第二镜头15与所述第一镜头12对应设置，第二镜头15用于接收入射光线。应当理解形成第二镜头15的步骤在形成第一消光层13之前或之后都可以，根据实际情况具体设定。
如图1、图9和11所示，提供侧墙晶圆21，所述侧墙晶圆21上形成有多个通孔24，图11中的虚线为所述侧墙晶圆21分割成图1中的单个的侧墙21a时的划片线。应当理解，所述侧墙晶圆21的通孔24的侧壁表面即为单个的所述镜头模组的侧墙21a的侧壁表面。所述通孔24与所述第一镜头12对应分布；所述侧墙晶圆21的材质例如为玻璃。所述通孔24可为阵列分布，所述通孔24在垂直于侧墙晶圆21的截面上其截面形状可为梯形或矩形。可在侧墙晶圆21的一侧表面贴薄膜(例如PET膜22)。
如图10和图11所示，形成第二消光层的方法，具体包括：将第二消光层23喷涂在所述侧墙晶圆21的上表面和所述通孔24的侧壁表面，所述第二消光层23至少覆盖所述通孔24的侧壁表面。所述第二消光层23的厚度例如为3～50μm。侧墙晶圆21的一侧表面贴的PET膜22主要作用为防止第二消光层材料喷涂过程中从通孔24底部喷射出来，造成污染。喷涂完成之后移除PET膜22，固化所述第二消光层23，具体可采用烘烤方式固化。第二消光层23和第一消光层的材料可相同，也可以不同，第二消光层23的材料包括光阻，碳粉、染料或金属粉末中的任意一种或两种以上的组合。
提供图像传感器晶圆，所述图像传感器晶圆的表面形成有保护层，所述图像传感器晶圆包括多个图像传感器；所述图像传感器与所述第一镜头对应设置；具体的，所述图像传感器中可包括例如光电二极管，将接收的光信号转化为电信号。所述图像传感器上可配置有电路基板，电路基板的表面可形成有焊球，也可以是焊盘形式，用于图像传感器信号的引出。电路基板用于将所述电信号放大、归一化输出、EMC电磁干扰屏蔽等。保护层覆盖所述图像传感器的表面，用于保护所述图像传感器，防止损伤或灰尘污染等，保护层例如为玻璃层，玻璃层为透明的，在保护图像传感器表面的同时，光线可透过玻璃层照射至图像传感器，不影响图像传感器接收光线。
将所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆依次键合，所述第一镜头面向所述保护层。键合时可使用键合胶水，胶水可为热固胶或UV胶。
将键合的所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆切割得到单个的所述镜头模组，单个的所述镜头模组的结构如图1所示。
综上所述，本发明实施例提供的镜头模组在所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，在所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器，提高了镜头模组的成像质量。
本发明实施例提供的镜头模组的形成方法中，依次键合的图像传感器晶圆、侧墙晶圆和第一镜头晶圆为晶圆级光学元件(WLO)，采用晶圆级制造技术和工艺，可用半导体工艺批量复制加工，之后切割成单个镜头模组，体积小、成本低、可利用半导体工艺大规模生产的优势，且在晶圆级实现了光学元件集成，满足商业级及消费级应用对于成本、体积和生产规模的要求。采用晶圆级工艺形成的镜头模组在所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，在所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层，减少了杂散光的反射及形成，有效避免了杂散光进入图像传感器，提高了镜头模组的成像质量。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种镜头模组，其特征在于，包括：
第一镜头、基板、侧墙、图像传感器和保护层；
所述图像传感器的表面形成有保护层，所述侧墙位于所述保护层上，所述侧墙围成环形空间，所述基板盖合在所述侧墙上，所述基板面向所述保护层的一侧形成有第一镜头，所述第一透镜的非光学区域表面形成有第一消光层，所述侧墙的侧壁表面形成有第二消光层。
2.如权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述基板背离所述保护层的一侧形成有第二镜头，所述第二镜头与所述第一镜头对应设置。
3.如权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述第一消光层和所述第二消光层的反射率均小于1％。
4.如权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述侧墙和所述保护层的材质均包括：玻璃。
5.一种镜头模组的形成方法，其特征在于，包括：
提供第一镜头晶圆，所述第一镜头晶圆包括基板和位于所述基板上的多个第一镜头；
形成第一消光层，所述第一消光层覆盖所述第一镜头的非光学区域表面；
提供侧墙晶圆，所述侧墙晶圆上形成有多个通孔，所述通孔与所述第一镜头对应分布；
形成第二消光层，所述第二消光层至少覆盖所述通孔的侧壁表面；
提供图像传感器晶圆，所述图像传感器晶圆的表面形成有保护层，所述图像传感器晶圆包括多个图像传感器；所述图像传感器与所述第一镜头对应设置；
将所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆依次键合，所述第一镜头面向所述保护层；
将键合的所述图像传感器晶圆、所述侧墙晶圆和所述第一镜头晶圆切割得到单个的所述镜头模组。
6.如权利要求5所述的镜头模组的形成方法，其特征在于，所述第二消光层的厚度为3～50μm。
7.如权利要求5所述的镜头模组的形成方法，其特征在于，所述第一消光层的材质包括：光阻，碳粉、染料或金属粉末中的任意一种或两种以上的组合；所述第二消光层的材质包括：光阻，碳粉、染料或金属粉末中的任意一种或两种以上的组合。
8.如权利要求5所述的镜头模组的形成方法，其特征在于，形成第一消光层，具体包括：
将第一消光层的材料形成在所述基板和所述第一镜头的表面；
将所述第一镜头晶圆通过光罩曝光，显影去除所述第一镜头光学区域表面的第一消光层的材料，保留覆盖所述第一镜头的非光学区域表面的所述第一消光层的材料，以形成所述第一消光层。
9.如权利要求5所述的镜头模组的形成方法，其特征在于，形成第二消光层，具体包括：
在所述侧墙晶圆的一侧表面粘贴薄膜；
将所述第二消光层喷涂在所述侧墙晶圆的上表面和所述通孔的侧壁表面；
移除所述薄膜；
固化所述第二消光层。
10.如权利要求5所述的镜头模组的形成方法，其特征在于，所述键合采用热固胶或UV胶黏合。
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