CN215342510U - 晶圆级微透镜阵列的测试结构及其测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶圆级微透镜阵列的测试结构及其测试装置，测试结构包括：晶圆放置组件和透光组件；晶圆放置组件包括外支撑环以及镂空区域，用于放置形成有微透镜阵列单元的待测晶圆，外支撑环边缘具有缺口且包含限位边界和放置台阶；透光组件，位于晶圆放置组件的一侧表面，正对镂空区域设置，边缘固定于外支撑环。测试结构用于将待测晶圆放置于镂空区域，光源透过透光层产生具有测试图形光场，检测待测晶圆上微透镜的解析力和漏光等性能。测试装置通过测试结构进行微透镜性能检测，将拍摄到的待测晶圆的测试图像与标准图像比较，获得测试结果，并根据测试结果输出测试图谱，定位有缺陷的微透镜阵列单元的位置。

Description

晶圆级微透镜阵列的测试结构及其测试装置

技术领域

本实用新型涉及微透镜领域，尤其涉及一种晶圆级微透镜阵列的测试结构及其测试装置。

背景技术

微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，广泛应用于光学传感器、镭射测距仪和手机镜头等产品。微透镜成像质量判定重要的测试项目包括解析力检测和脏污检测，它们关乎着终端产品的质量和用户体验效果。

传统的微透镜检测方法需要人工操作进行检测，在长时间测试过程中容易引进脏污，并且伴随着重复性动作，检测效率和精度较低；

传统微透镜检测方法只针对光学模组，若检测发现光学模组不合格时，需要对整个光学模组产品进行重工，不仅浪费辅料而且耗费大量人力、物力；并且人工检测受个人主观因素及检测环境等客观因素影响较大，失误率较高，测试结果差异性较大，无法保证产品质量的统一性。

为此，如何提高微透镜检测的效率是目前急需解决的问题。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种晶圆级微透镜阵列的测试结构及其测试装置，以解决微透镜检测效率差的问题。

本申请提供的一种晶圆级微透镜阵列的测试结构，包括：晶圆放置组件，包括外支撑环以及由所述外支撑环包围的镂空区域，用于放置形成有微透镜阵列单元的待测晶圆，所述外支撑环包括限位边界和位于所述限位边界内侧向镂空区域内延伸的放置台阶；透光组件，位于所述晶圆放置组件的一侧表面，正对所述镂空区域设置，且边缘固定于所述外支撑环。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试结构，所述晶圆放置组件还包括内支撑结构，正对于所述待测晶圆内相邻微透镜阵列单元之间的间隔区域。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试结构，所述内支撑结构包括：若干支撑柱，所述支撑柱端部固定于所述透光组件朝向所述晶圆放置组件的一侧表面且正对所述微透镜阵列单元阵列之间的间隔区域交汇处。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试结构，所述内支撑结构包括：若干支撑梁，所述支撑梁在长度方向上的端部固定于所述外支撑环的结构限位边界内侧壁，或者所述支撑梁的底部固定于所述透光组件更接近与所述晶圆放置组件的一侧，顶部正对所述待测晶圆阵列间隔区域。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试结构，所述透光组件包括透光基板和测试图形层，且所述透光基板位于所述晶圆放置组件和所述图形层之间，所述测试图形层正对于所述透光基板之下。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试结构，所述测试图形层包含周期排列的透光区域与非透光区域且尺寸略大于所述镂空区域。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试结构，所述测试图形层形成于所述透光基板远离所述待测晶圆级微透镜单元阵列一侧表面，或者所述透光基板可拆卸固定于所述透光基板远离所述晶圆放置组件一侧，与所述透光基板平行。

可选的，一种晶圆级微透镜阵列的测试装置，还包括：光源结构，设置于所述透光组件远离所述晶圆放置组件的一侧，发光方向朝向所述透光组件。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试装置，所述光源结构包括：平行于所述透光组件设置的光源板和匀光板，所述匀光板位于所述透光组件和所述光源板之间。

可选的，所述晶圆级微透镜阵列的测试装置，还包括：摄像头，可移动的设置于所述晶圆放置组件上方，镜头朝向所述镂空区域；控制器，连接至所述摄像头，用于控制所述摄像头移动，以在检测过程中拍摄所述待测晶圆上各个微透镜阵列所在位置处图像；处理器，连接所述摄像头，用于获取所述摄像头获取的图像数据，并将所述图像数据和标准图像数据进行比较，以判断微透镜阵列的成像效果。

本实用新型的测试结构包括：晶圆放置组件和透光组件，所述晶圆放置组件，包括外支撑环以及由所述外支撑环包围的镂空区域，用于放置待测晶圆，以保证所述待测晶圆的水平放置，便于在测试过程中获取高质量的测试图像；且能够在微透镜阵列单元安装至芯片模组上之前，对微透镜进行检测，且所述晶圆放置组件能够进行晶圆级的检测，单次检测多个微透镜单元阵列，提高检测效率。

进一步，所述晶圆放置组件还包括内支撑结构，用于支撑所述待测晶圆，保持所述待测晶圆在检测过程中保持平整，保证检测时可以完整的捕获所述待测晶圆阵列的图像，从而提高检测准确性。

进一步，所述透光组件包括透光基板和测试图形层，通过具有测试图形层的透光组件，能够产生具有一定规律的透光区域与一定规律的不透光区域，能够对微透镜阵列的微透镜的解析力进行测试。

进一步地，所述测试图形层可拆卸固定于透光基板远离放置组件一侧的表面，在不同的测试需求下，可选择的安装所述测试图形层，能够满足更多检测的需求。

本实用新型的测试装置在所述测试结构基础之上还包括，光源结构、摄像头、控制器和处理器，用于捕获所述待测晶圆阵列图像并处理，测试所述待测晶圆阵列解析力和漏光。

进一步地，所述光源结构包括平行于所述透光组件设置的光源板和匀光板，所述匀光板位于透光组件和光源板之间，用于产生所需的均匀的测试光场。

进一步地，所述光源板尺寸与所述透光组件相同且与所述匀光板中轴线对齐，所述光源板用于产生测试所需的光场。

进一步地，所述控制器可以设定所述摄像器在所述待测晶圆的运动起始点和运动轨迹，拍摄运动轨迹上的晶圆图像或特定的微透镜阵列单元图片。

进一步地，所述处理器用于比对采集的晶圆图像和标准图像，检测所述待测晶圆的解析力和漏光。

进一步地，所述标准图像包括漏光检测的标准图像和解析力检测的标准图像。

进一步地，所述漏光检测的标准图像为使用标准微透镜阵列单元在所述透光组件只有所述测试图形层时得到的图像；所述解析力检测的标准图像为使用标准微透镜阵列单元在所述透光组件含有所述透光基板和所述测试图形层时得到的图像。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的晶圆放置组件的侧视结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的晶圆放置组件的侧视结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的透光组件的示意图；

图4为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的晶圆放置组件的俯视结构示意图；

图5为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列测试结构的晶圆放置组件放置待测晶圆后的俯视结构示意图；

图6为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的测试图层的示意图；

图7为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的测试图层的示意图；

图8为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的测试图层的示意图；

图9为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试结构的测试图层的示意图；

图10为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列测试装置的侧视结构示意图；

图11为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列测试装置的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面通过实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

请参考图1，为本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列测试结构的晶圆放置组件的侧视结构示意图。

所述待测晶圆9厚度通常小于0.2mm；该实施例中，所述待测晶圆9(请参考图10)具有多层结构，包括微透镜、黑胶层和透光面板。待测晶圆9包括若干微透镜阵列单元，每个微透镜阵列单元包括若干阵列排布的微透镜，所述微透镜可以是球面镜、非球面镜、柱镜和棱镜等，能够在微光学角度实现聚焦、成像，光束变换等功能；在其他实施例中，所述微透镜还可以是具有相同功能的其他外形。

所述黑胶层覆盖在所述透光面板单侧表面上所述微透镜之外的区域形成不透光区，所述黑胶层如果漏光会降低所述微透镜的成像性能。

该实施例中，所述测试结构6包括：晶圆放置组件5和透光组件4。

所述晶圆放置组件5，包括外支撑环1以及由所述外支撑环1包围的镂空区域3。所述镂空区域3用于放置所述待测晶圆9的微透镜阵列单元，所述镂空区域3形状与所述待测晶圆9的形状一致且尺寸略大于所述待测晶圆9的尺寸。

所述待测晶圆9的边缘尺寸略小于所述外支撑环1的限位边界101的内径尺寸，所述待测晶圆9需放置在所述放置台阶102上且放置后所述待测晶圆9的高度略低于所述限位边界101远离所述镂空区域3一侧的高度。

所述外支撑环包括限位边界101和位于所述限位边界101内侧向镂空区域内延伸的放置台阶102。所述限位边界101为具有一定厚度、强度的材料制作的组件，所述限位边界101高度略大于所述待测晶圆9高度；所述放置台阶102为具有一定厚度、强度的材料制作的组件，所述放置台阶102固定于所述限位边界101内侧或者所述放置台阶102可拆卸组合于所述限位边界101，所述放置台阶102高度低于所述限位边界101且高度差略大于所述待测晶圆9的厚度。

所述限位边界101沿z轴方向，与所述放置台阶之间的高度差范围大于待测晶圆9的厚度，例如，可以为大于等于0.2mm，具体的，可以是0.2mm～0.5mm。在一实施例中，所述限位边界101的高度范围为0.3mm～0.6mm、所述放置台阶102的高度范围为0.1mm～0.3mm。所述限位边界101和所述放置台阶102具有足够的强度来支撑待测晶圆9，例如，均可以采用抗压强度为1000bar～1500bar，工作温度为-15℃～60℃的PVC材料制作而成。该实施例中，所述限位边界101和所述放置台阶102为一体结构，在其他实施例中，所述限位边界101和所述放置台阶102还可以为分体结构，放置台阶102通过焊接、粘胶等方式与所述限位边界101固定。

在其他实施列中，所述限位边界101和所述放置台阶102还可以采用其他硬质材料，只要能够可靠的支撑所述待测晶圆9即可。

在一实施例中，所述外支撑环1还可以具有对称性缺口11(如图4所示和图5所示)，便于测试时所述待测晶圆9放置和取出；在另一些实施例中，所述外支撑环1可调节大小，例如通过抽插形式改变所述外支撑环1的大小，可实现对不同尺寸的所述待测晶圆9进行测试，不用更换所述外支撑环1，以降低成本。

该实施例中，所述透光组件4包括透光基板401，所述透光基板401固定于所述晶圆放置组件5之下且所述透光基板401需将所述晶圆放置组件5全覆盖，用于检测所述待测晶圆9的漏光情况。

该实施例中，所述晶圆放置组件5还包括：内支撑结构2，所述内支撑结构2沿Z轴方向的高度与所述放置台阶102的高度相同；所述内支撑结构2可固定于所述透光组件4较靠近所述晶圆放置组件5的一侧，用于支撑所述待测晶圆9，保持所述待测晶圆9水平。在其他实施例中，也可以仅通过所述外支撑环1支撑晶圆，而无需提供所述内支撑结构2。

该实施列中，所述内支撑结构2为支撑柱，所述支撑柱具有一定强度的材料制作成的组件；所述内支撑柱与所述放置台阶102高度相同；所述内支撑结构2的端部固定于所述透光组件4朝向所述晶圆放置组件5的一侧表面，且正对所述微透镜阵列单元阵列901之间的间隔区域交汇处(请参考图5)，所述间隔区域可以为所述待测晶圆9的切割道区域。

在一实施例中，所述支撑柱沿Z轴方向高度范围为0.1mm～0.3mm，也可以由抗压强度为1000bar～1500bar、工作温度为-15℃～60℃的PVC板制作成。且所述支撑柱与所述透光组件4通过胶水固定在一起。在其他实施列中，所述支撑柱还可以通过其他方式固定或所述支撑柱和所述透光组件4在制造为一体结构；所述内支撑结构2还可以采用其他硬质材料，只要能够可靠的支撑所述待测晶圆9即可。

在其他实施例中，所述内支撑结构2还可以是支撑梁，所述支撑梁为具有一定厚度和一定强度的材料制作的组件，为长条状。所述支撑梁可以固定于所述透光组件4较靠近所述晶圆放置组件5的一侧表面或者固定于所述放置台阶102远离所述限位边界101的一侧边表面，对应于待测晶圆的微透镜阵列单元之间的间隔区域，用于支撑所述待测晶圆9，保持所述待测晶圆9水平。

在一实施列中，所述支撑梁沿Z轴方向的厚度范围为0.1mm～0.3mm。可以采用抗压强度为1000bar～1500bar、工作温度为-15℃～60℃的PVC板制作成的组件；所述支撑梁可以通过胶水固定于所述透光组件4较靠近所述晶圆放置组件5的一侧表面或者通过胶水固定于所述放置台阶102远离所述限位边界101的一侧边表面。在其他实施列中，所述支撑梁还可以通过其他方式固定或者制造时所述支撑梁与所述放置台阶102为一体结构；所述支撑梁还可以采用其他硬质材料，只要能够可靠的支撑所述待测晶圆9即可。

请参考图2，另一实施例的测试结构的晶圆放置组件的侧视结构示意图。

该实施列中，所述测试结构的透光组件4，包括：透光基板401和测试图形层402，所述透光基板401为均匀、透光、具有一定厚度的玻璃板或硬塑板等材料。所述透光基板401远离所述晶圆放置组件5一侧的表面可以通过在透光基板401表面形成遮光层，并对遮光层进行图形化，形成透光区域，以形成所述测试图形层402。所述测试图形层402用于产生具有一定规律的光场，用于检测所述待测晶圆9上的微透镜的解析力。

该实施例中，所述测试图形层402的局部示意图请参考3所示，所述测试图形层402为一种有规律的、透光区和不透光区相互交替的图形.所述测试图形层402可以形成于所述透光基板401的表面，具体的，通过再透光基板401的表面形成遮光层，然后对所述遮光层进行图形化，形成镂空区403作为透光区。

在其他实施例中，所述测试图形层402也可以是可拆卸固定于所述透光基板401的表面。测试光线透过所述透光组件4后形成的具有明暗相间的测试光场，用于检测所述待测晶圆9上的微透镜的解析力。

请参考图6、图7、图8和图9，为本实用新型的一些实施例中的所述图形层402的示意图。

在一个实施例中，所述图形层402可以是斜条纹的透光区与不透光区(如图6所示)；在另一实施例中，所述图形层402可以是水平条纹的透光区与不透光区(如图7所示)；在另一实施例中，所述图形层402可以是垂直条纹的透光区与不透光区(如图8所示)；在另一实施例中，所述图形层402可以是网格条纹的透光区与不透光区(如图9所示)。在其他实施例中，所述测试图形层还可以具有其他周期性图形。

上述实施例的所述测试结构6用于放置所述待测晶圆9，将所述待测晶圆9边缘放置于所述放置台阶102，所述微透镜阵列单元阵列之间的间隔区域交汇处放置于所述内支撑结构2，保持所述待测晶圆9水平放置。

请参考图10，本实用新型一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试装置的结构示意图。

该实施列中，所述测试装置包括：测试结构6、摄像机7和光源装置10。

所述测试结构如上述实施例中所述，在此不再赘述。

该实施例中，所述摄像机7位于所述晶圆放置组件5上方且镜头朝向所述测试结构设置。所述摄像机用于捕获光线透过所述微透镜阵列单元后在像平面8所形成的图像。

所述光源装置10位于所述透光组件4下方且完全覆盖所述透光组件4；所述光源装置10包括匀光板1001和光源板1002。

所述匀光板1001位于所述透光组件4和所述光源板1002之间，所述匀光板1001为具有一定厚度的透光性材料制作成的组件；所述匀光板1001位于所述待测晶圆9的物像位置；所述光源板1002位于所述匀光板1001之下且所述光源板1002的几何中心与所述匀光板1001的几何中心在同一垂直线上。

在一实施例中，所述匀光板1001为厚度为2.5mm～3.8mm、强度为780bar～1000bar的透光亚克力板。

在其他实施例中，所述匀光板1001还可以采用其他透光性材料，只要可以均匀所述光源板1002产生的光即可。

该实施例中，所述光源板1002用于产生波长为390nm～780nm的可见光光场。

在另一实施例中，所述光源板1002产生不可见的红外光场，配合能够进行红外光拍摄的所述摄像机7，拍摄光线经过所述待测晶圆9后的图像。

在其他实施例中，所述光源板1002所产生的光波波长，可以根据微透镜未来应用的场景中所使用的光波进行设置，以准确检测在特定应用场景下的微透镜的漏光性能。

所述漏光为所述待测晶圆9上所述黑胶层不能完全遮光，所述摄像机7捕获到的图像与漏光检测的标准图像比较，若与所述标准图像不同，存在不规则光斑，则为漏光，这将影响微透镜的成像效果。

所述漏光检测的所述标准图像为使用标准微透镜阵列单元在所述透光组件4只有所述透光基板401时得到的图像。

该实施例中，所述光源装置用于产生测试所需的均匀光场，所述均匀光场经放置所述待测晶圆9后的所述测试结构6生成测试图像，由所述控制器控制所述摄像头7进行X、Y、Z三个方向移动，以拍摄检测过程中所述待测晶圆9上各个微透镜阵列单元的图像，将图像数据传输至处理器，所述处理器将所述图像数据和标准图像数据进行比较，以判断微透镜阵列单元的漏光情况。

请参考图11，本实用新型另一实施例的晶圆级微透镜阵列的测试装置的结构示意图。

该实施例中，所述测试结构包括测试结构6、摄像机7和光源装置10。

所述摄像机7和所述光源装置10如上述实施例中所述，在此不再赘述。

该实施例中，所述测试结构6包含所述测试图形层402，用于检测所述待测晶圆9上的微透镜解析力。

所述解析力是描述所述待测晶圆9上的微透镜再现所述测试图形层402的图形的能力。

所述摄像机7捕获到的图像与解析力检测的标准图像比较，若与所述标准图像不同，则所述待测晶圆9的解析力较差，这将影响微透镜的成像效果。

所述解析力检测的标准图像为使用标准微透镜阵列单元在所述透光组件4包含所述透光基板401和所述测试图形层402时得到的图像。

该实施例中，所述光源装置用于产生测试所需的均匀光场，所述均匀光场经放置所述待测晶圆9后的所述测试结构6生成测试图像，由所述控制器控制所述摄像头7进行X、Y、Z三个方向移动，以拍摄检测过程中所述待测晶圆9上各个微透镜阵列单元的图像，将测试图像数据传输至处理器，所述处理器将所述测试图像数据和标准图像数据进行比较，以判断微透镜阵列单元的解析力情况。所述处理器还可以根据测试结果输出测试图谱，定位具有缺陷的微透镜阵列单元在晶圆上的具体位置。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，包括：

晶圆放置组件，包括外支撑环以及由所述外支撑环包围的镂空区域，用于放置形成有微透镜阵列单元的待测晶圆，所述外支撑环包括限位边界和位于所述限位边界内侧向镂空区域内延伸的放置台阶；

透光组件，位于所述晶圆放置组件的一侧表面，正对所述镂空区域设置，且边缘固定于所述外支撑环。

2.根据权利要求1所述的晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，所述晶圆放置组件还包括内支撑结构，正对于所述待测晶圆内相邻微透镜阵列单元之间的间隔区域。

3.根据权利要求2所述的晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，所述内支撑结构包括：若干支撑柱，所述支撑柱端部固定于所述透光组件朝向所述晶圆放置组件的一侧表面，且正对所述微透镜阵列单元阵列之间的间隔区域交汇处。

4.根据权利要求2所述的晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，所述内支撑结构包括：若干支撑梁，所述支撑梁在长度方向上的端部固定于所述外支撑环的结构限位边界内侧壁，或者所述支撑梁的底部固定于所述透光组件朝向所述晶圆放置组件的一侧表面，顶部正对所述待测晶圆阵列之间的间隔区域。

5.根据权利要求1所述的晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，所述透光组件包括透光基板和测试图形层，且所述透光基板位于所述晶圆放置组件和所述测试图形层之间。

6.根据权利要求5所述的晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，所述测试图形层的图形区域内形成有周期排列的透光区域与非透光区域。

7.根据权利要求5所述的晶圆级微透镜阵列的测试结构，其特征在于，所述测试图形层形成于所述透光基板远离所述晶圆放置组件的一侧表面，或者所述透光基板可拆卸固定于所述透光基板远离所述晶圆放置组件一侧，与所述透光基板平行。

8.一种晶圆级微透镜阵列的测试装置，其特征在于包括：

如权利要求1至7中任一项所述的测试结构；

光源结构，设置于所述透光组件远离所述晶圆放置组件的一侧，发光方向朝向所述透光组件。

9.根据权利要求8所述的晶圆级微透镜阵列的测试装置，其特征在于，所述光源结构，包括：平行于所述透光组件设置的光源板和匀光板，所述匀光板位于透光组件和光源板之间。

10.根据权利要求9所述的晶圆级微透镜阵列的测试装置，其特征在于，还包括：

摄像头，可移动的设置于所述晶圆放置组件上方，镜头朝向所述镂空区域；

控制器，连接至所述摄像头，用于控制所述摄像头移动，以在检测过程中拍摄所述待测晶圆上各个微透镜阵列所在位置处图像；

处理器，连接所述摄像头，用于获取所述摄像头获取的图像数据，并将所述图像数据和标准图像数据进行比较，以判断微透镜阵列的成像效果。

Images