CN215813416U

CN215813416U - 镜头封装结构

Info

Publication number: CN215813416U
Application number: CN202121738920.5U
Authority: CN
Inventors: 汪远; 刘林韬; 陈敏; 王球
Original assignee: Nanjing Weina Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Weina Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2031-07-28

Abstract

本申请提供一种镜头封装结构，包括镜头和封装层，镜头的第一面上设有多个微结构，封装层采用沉积或旋涂的方式敷设在镜头的第一面上且覆盖多个微结构。本申请通过沉积或旋涂的方式在具有微结构的镜头表面形成封装层，相较于相关技术中的方案，沉积和旋涂工艺在封装时的温度较低，对镜头表面的压力较小，不易损坏镜头表面的微结构，从而适用于对具有微结构的镜头进行封装。

Description

镜头封装结构

技术领域

本申请涉及光学镜头封装技术，尤其涉及一种镜头封装结构。

背景技术

光学镜头作为成像组件的主要部件，被广泛应用于各种电子产品(如电脑、手机或平板等)中。为防止光学镜头表面结构由于机械力作用产生损坏或由于环境的洁净度较低而产生污染，通常采用表面封装工艺对镜头进行保护。

在相关技术的方案中，对光学镜头的封装主要采用介质-空气间隙封装和注胶密封封装两种方法。其中，介质-空气间隙封装是在镜头前面加装介质层，并且在镜头和介质层之间形成一定的空气间隙；介质层可选为玻璃层或塑料层，起到保护镜头的作用。注胶密封封装是通过对镜头直接注入熔融的胶水或光学树脂等材料而实现一体化封装。

随着科技的不断发展，设置在电子产品上的光学镜头逐渐朝微型化发展，微型化的镜头表面一般均设有多个微结构以实现不同的功能，因此对微型化的镜头的封装提出了更高的要求。采用相关技术中的方案，由于均需运用熔融材料在高温下进行封装，而高温会对镜头表面的微结构造成不可控的损伤或使其产生热膨胀效应，从而影响镜头的正常使用；此外，相关技术中的封装材料封装时对镜头表面产生的压力会直接损坏镜头表面的微结构。因此，采用相关技术的方案无法对具有微结构的镜头进行封装。

实用新型内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本申请的目的在于提供一种镜头封装结构，以解决相关技术中无法对具有微结构的镜头进行封装的问题。

本申请一实施例提供一种镜头封装结构，包括镜头和封装层，所述镜头的第一面上设有多个微结构，所述封装层采用沉积或旋涂的方式敷设在所述镜头的第一面上且覆盖多个所述微结构。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层为二氧化硅层或硅-玻璃键合结构层。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层的厚度小于等于2μm。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述微结构呈半球形、圆柱形、棱柱形、圆锥形或棱锥形中的任意一种。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层背离所述镜头的表面为平面。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层背离所述镜头的表面的粗糙度为30-60nm。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有增透膜层。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有相位调制膜层。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有偏振膜层。

如上所述的镜头封装结构，可选地，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有微透镜结构层。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为相关技术中介质-空气间隙封装的结构简图；

图2(a)为本申请一实施例提供的镜头的结构简图；

图2(b)为本申请一实施例提供的镜头的截面图；

图3(a)为本申请一实施方式提供的镜头封装结构的结构简图；

图3(b)为本申请一实施方式提供的镜头封装结构的截面图；

图4(a)为本申请另一实施方式提供的镜头封装结构的结构简图；

图4(b)为本申请另一实施方式提供的镜头封装结构的截面图；

图5为本申请一实施方式提供的镜头封装方法的流程图；

图6(a)-图7(b)为图5的方法中各步骤分别对应的结构简图；

图8为本申请另一实施方式提供的镜头封装方法的流程图；

图9(a)-图10(b)为图8的方法中对应的结构简图；

图11为本实施例的镜头封装结构切割后的样品剖面图。

附图标记：

10-镜头；

20-介质层；

30-空气间隙；

100-镜头；110-衬底；120-微结构；

200-封装层；210-凸起结构；

300-增透膜层；

400-相位调制膜层；

500-偏振膜层；

600-微透镜结构层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在相关技术的方案中，对光学镜头的封装主要采用介质-空气间隙封装和注胶密封封装两种方法。其中，介质-空气间隙封装是在镜头前面加装介质层，并且在镜头和介质层之间形成一定的空气间隙；图1为相关技术中介质-空气间隙封装的结构简图；如图1所示，相关技术中介质-空气间隙封装结构包括相对设置的镜头10和介质层20，镜头10和介质层20之间还形成有空气间隙30；介质层20可选为玻璃层或塑料层，起到保护镜头的作用；空气间隙30的间隙大小可根据需要进行设置。而注胶密封封装是通过对镜头直接注入熔融的胶水或光学树脂等材料而实现一体化封装。

随着科技的不断发展，设置在电子产品上的光学镜头逐渐朝微型化发展，微型化的镜头表面一般均设有多个微结构以实现不同的功能，因此对微型化的镜头的封装提出了更高的要求，相关技术中的方案均存在一定的不足之处。介质-空气间隙封装的不足主要有：介质层20是利用熔融的介质层材料在高温下制备而成的；介质层20的折射率与空气间隙30折射率有一定差异，介质层20和空气间隙30组合起来的厚度较厚，使得整个结构的光程误差较大，最终造成成像质量的恶化；当温度上升时，封装在空气间隙30中的空气会发生膨胀，造成热岛效应，对镜头的探测、接收能力会造成较大的影响(例如采用介质-空气间隙封装的雪崩二极管APD器件在温度从室温上升到65℃以上时，对光功率的探测效率会下降50％以上)；制备介质层20时产生的偏心量和厚度等装配精度误差，会对整体光学效率造成影响；介质层20本身的透过率、材料内部的气泡度和表面粗糙度都会影响光学镜头的接收能力。注胶密封封装的不足主要有：胶体本身注入厚度较大，折射率与空气有一定差异，会导致光学系统光程出现误差，最终造成成像质量的恶化，对镜头接收能力有削弱作用；胶体的表面与内部冷却时间的不一致会导致表面产生凹陷或凸起的结构，会对镜头接收的图像造成很大的像差；注入的液体胶中含有不可见的微量气泡，气泡对入射到镜头上的光线有恶化效果。

以上两种封装方式由于均需运用熔融材料在高温下进行封装，而高温会对镜头表面的微结构造成不可控的损伤或使其产生热膨胀效应，从而影响镜头的正常使用；此外，相关技术中的封装材料封装时对镜头表面产生的压力会直接损坏镜头表面的微结构。因此，采用相关技术的方案无法对具有微结构的镜头进行封装。

有鉴于此，本申请旨在提供一种镜头封装结构及镜头封装方法，本申请采用沉积或旋涂的方式在具有微结构的镜头表面形成封装层，在封装层制备时的温度较低，对镜头表面产生的压力较小，不易损坏镜头表面的微结构，从而适用于对具有微结构的镜头进行封装。

下面将结合附图详细的对本申请实施例的内容进行描述，以使本领域技术人员能够更加详细的了解本申请的内容。

实施例一

图2(a)为本申请一实施例提供的镜头的结构简图；图2(b)为本申请一实施例提供的镜头的截面图；图3(a)为本申请一实施方式提供的镜头封装结构的结构简图；图3(b)为本申请一实施方式提供的镜头封装结构的截面图。

请参照图2(a)-图3(b)，本实施例提供一种镜头封装结构，包括镜头100和封装层200，镜头100的第一面上设有多个微结构120，封装层200采用沉积或旋涂的方式敷设在镜头100的第一面上且覆盖多个微结构120。

具体的，本实施例中的镜头100包括衬底110和设置在衬底110上的多个微结构120，镜头100的第一面也即镜头100的封装面，是使用时朝向外部环境的一面，多个微结构120设置在第一面上，多个微结构120的阵列尺寸较小(即相邻两个微结构120之间的间距较小)，微结构120自身的高宽比较大，所以很容易因加工中的接触或应用过程中的震动而出现倒塌、断裂和聚集等现象。因此，本申请中封装层200采用沉积或旋涂的方式敷设在镜头100上，且将多个微结构120完全覆盖，从而实现对镜头100的封装。优选的，在垂直于镜头100轴向的平面内，封装层200的投影和镜头100的投影重合，将封装层200的投影和镜头100的投影重合，可以杜绝制备时封装层200内部产生气泡的风险，并且避免了产生的热膨胀等的影响。封装层200可采用等离子体增强化学的气相沉积(PECVD)法制备在镜头100上，沉积温度优选为100-300℃。

本实施例采用沉积或旋涂工艺形成封装层200，封装层200制作时的温度较低，对镜头100表面的压力较小，不易损坏镜头100表面的微结构120，从而使得本实施例的镜头封装结构具有良好的光学性能。

本实施例的封装层200优选采用具有较高的致密性及渗透性的材料，从而实现在具有复杂结构的衬底上蒸镀，并可有效填充复杂/极小尺寸结构的间隙；封装层200的材料可根据光学需求进行选择，例如封装层200可以为二氧化硅(SiO₂)层或硅-玻璃键合结构(Silicon On Glass，简称SOG)层。二氧化硅是一种坚硬、脆性、不溶的无色透明的固体，可用于沉积工艺形成的封装层。硅-玻璃键合结构指通过机械或化学方法将硅(单晶、多晶、多孔)与玻璃进行粘合后形成的层合材料。通常可以采用的粘合方法有：阳极键合法、黏着剂中间夹层法、硅(或玻璃)表面镀膜粘结法(如碳化硅膜)，硅-玻璃键合结构可用于旋涂工艺形成的封装层。

本实施例由于采用沉积或旋涂工艺形成封装层200，封装层200直接贴合镜头100表面，封装层200的厚度均匀性良好，厚度可控且可达到纳米级别精度。优选的，封装层200的厚度小于等于2μm。较低厚度的封装层200保证了封装结构不会导致镜头100的偏心、位移造成的光程偏差，因此不会造成由于封装装配产生的公差，镜头封装结构具有极高的光学透过率。较低厚度的封装层200对镜头的光程差几乎没有影响，对镜头的像差和分辨率也几乎没有影响。

优选的，如图2(a)和图2(b)所示，本实施例中的微结构120可以呈圆柱形，此外，在其他可能的实施方式中微结构120还可以呈半球形、棱柱形、圆锥形或棱锥形中的任意一种，具体可根据需要进行选择。

为保证镜头100表面的平整度，可对封装层200进行磨抛，使得封装层200背离镜头100的表面为平面。磨抛后封装层200背离镜头100的表面的粗糙度为30-60nm，可以保证镜头100具有极高的光学透过率。

图4(a)为本申请另一实施方式提供的镜头封装结构的结构简图；图4(b)为本申请另一实施方式提供的镜头封装结构的截面图。

请参照图4(a)和图4(b)，本实施例中封装层200背离镜头100的表面上还设有增透膜层300，增透膜层300对工作波段的光线具有增加透射、减少反射的作用。

封装层200背离镜头100的表面上还设有相位调制膜层400，相位调制膜层400可以对入射的光线相位进行调制。

封装层200背离镜头100的表面上还设有偏振膜层500，偏振膜层500可以对入射光线的偏振状态进行改变或旋偏。

封装层200背离镜头100的表面上还设有微透镜结构层600，微透镜结构层600可以对入射光线的视场角产生偏转控制，实现发散、准直或会聚的效果。

通过上述描述可知，本实施例的镜头封装结构适用于具有微结构的镜头的封装，不易损坏镜头表面的微结构，且具有极高的光学透过率。

实施例二

图5为本申请一实施方式提供的镜头封装方法的流程图；图6(a)-图7(b)为图5的方法中各步骤分别对应的结构简图。

请参照图5-图7(b)，本实施例提供一种镜头封装方法，包括：

步骤S101、提供一个表面具有多个微结构的镜头。

如图6(a)和图6(b)所示，本实施例中镜头100包括衬底110和设置在衬底110上的多个微结构120，多个微结构120的阵列尺寸较小(即相邻两个微结构120之间的间距较小)，微结构120自身的高宽比较大。微结构120可以呈圆柱形，此外，在其他可能的实施方式中微结构120还可以呈半球形、棱柱形、圆锥形或棱锥形中的任意一种，具体可根据需要进行选择。

步骤S102、采用沉积或旋涂工艺在镜头上设有微结构的表面制备出封装层。

如图7(a)和图7(b)所示，本实施例的封装层200直接贴合镜头100表面，封装层200的厚度均匀性良好，厚度可控且可达到纳米级别精度。优选的，封装层200的厚度小于等于2μm。较低厚度的封装层200保证了封装结构不会导致镜头100的偏心、位移造成的光程偏差，因此不会造成由于封装装配产生的公差，镜头封装结构具有极高的光学透过率。较低厚度的封装层200对镜头的光程差几乎没有影响，对镜头的像差和分辨率也几乎没有影响。

在一个可能的实施方式中封装层200的材料可以为二氧化硅，封装层200采用等离子体增强化学的气相沉积法制备在镜头100上。

进一步地，封装层200的沉积方法包括：

将镜头100置于95％浓度氮气(N₂)的真空环境中；

向真空环境中充入流速为100-200sccm的硅烷(SiH₄)以及流速为600-750sccm的一氧化二氮(N₂O)进行沉积；

其中，沉积气压优选为600-900mtorr；沉积温度优选为100-300℃。

在另一个可能的实施方式中，封装层200的材料为硅-玻璃键合结构材料，封装层200采用旋涂工艺制备在镜头100上。

进一步地，封装层200的旋涂转速为2000-3000rpm。

图8为本申请另一实施方式提供的镜头封装方法的流程图；图9(a)-图10(b)为图8的方法中对应的结构简图。

请参照图8-图10(b)，本实施例中在步骤S102采用沉积或旋涂工艺在镜头上设有微结构的表面制备出封装层之后，本实施例的方法还包括：步骤S103、对封装层背离镜头的表面进行抛光。

如图9(a)和图9(b)所示，在步骤S102之后，得到的封装层200的表面具有多个与微结构120相对应的凸起结构210，为了消除凸起结构210的影响，本实施例采用抛光工艺将凸起结构210去除。可选地，对封装层200背离镜头100的表面进行抛光的方法为化学机械抛光或离子束抛光。抛光后封装层200背离镜头100的表面的粗糙度为30-60nm，可以保证镜头100具有极高的光学透过率。

对于光学镜头来说，往往需要增加功能层来改善镜头效果，因此在上述步骤S103之后，本实施例的方法还包括：步骤S104、在封装层背离镜头的表面制备功能层，功能层包括增透膜层、相位调制膜层、偏振膜层和微透镜结构层中的至少一层。

如图10(a)和图10(b)所示，在封装层200的表面依次设有增透膜层、相位调制膜层、偏振膜层和微透镜结构层，其中，增透膜层300对工作波段的光线具有增加透射、减少反射的作用。相位调制膜层400可以对入射的光线相位进行调制。偏振膜层500可以对入射光线的偏振状态进行改变或旋偏。微透镜结构层600可以对入射光线的视场角产生偏转控制，实现发散、准直或会聚的效果。

图11为本实施例的镜头封装结构切割后的样品剖面图。如图11所示，采用本实施例中的方法形成的镜头封装结构，其切割后的样品中柱状微结构120保存完好，未出现断裂、坍塌等现象，从而证明本实施例中的方法不易损坏镜头表面的微结构120，能够保证封装后的镜头具有极高的光学透过率。

通过上述可以得出，采用本实施例的镜头封装方法对光学镜头的表面结构无明显影响，从而保证了封装后具有极高的光学透过率。

本实施例的封装方法不仅可以在对常规光学镜头封装以实现对镜头保护时具有优势，并且还可以应用于包括但不局限于下列光学结构：光栅、光子晶体、超材料、超表面、环形共振器、DOE、相位型菲涅尔波带片和微型波带片等。即本实施例的工艺可以应用于表面具有微结构的元件。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本申请中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本申请的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本申请中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种镜头封装结构，其特征在于，包括镜头和封装层，所述镜头的第一面上设有多个微结构，所述封装层采用沉积或旋涂的方式敷设在所述镜头的第一面上且覆盖多个所述微结构。

2.根据权利要求1所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层为二氧化硅层或硅-玻璃键合结构层。

3.根据权利要求1所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层的厚度小于等于2μm。

4.根据权利要求1所述的镜头封装结构，其特征在于，所述微结构呈半球形、圆柱形、棱柱形、圆锥形或棱锥形中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层背离所述镜头的表面为平面。

6.根据权利要求5所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层背离所述镜头的表面的粗糙度为30-60nm。

7.根据权利要求5所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有增透膜层。

8.根据权利要求5所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有相位调制膜层。

9.根据权利要求5所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有偏振膜层。

10.根据权利要求5所述的镜头封装结构，其特征在于，所述封装层背离所述镜头的表面上还设有微透镜结构层。