DE112019005473T5

DE112019005473T5 - Herstellung optischer Elementmodule

Info

Publication number: DE112019005473T5
Application number: DE112019005473.2T
Authority: DE
Inventors: Uros Markovic
Original assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Current assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN112969572A; WO2020091692A1; US20210394470A1

Abstract

Ein Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Substrats, bei dem eine erste Oberfläche des Substrats mindestens einen optischen Elementmodulbereich enthält, der einen Bereich definiert, in dem mehrere optische Elemente angeordnet werden sollen; Ausbilden eines entsprechenden Aufschmelz-Abfallkanals in der ersten Oberfläche des Substrats und um einen Umfang des optischen Elementmodulbereichs herum für jeden optischen Elementmodulbereich auf der ersten Oberfläche des Substrats Bereitstellen einer ersten Form für ein optisches Element, wobei eine Oberfläche der ersten Form für ein optisches Element mehrere erste Hohlräume enthält, wobei jeder erste Hohlraum eine Form eines entsprechenden optischen Elements der mehreren optischen Elemente definiert; Bereitstellen von Harzkügelchen zwischen der Oberfläche der Form für ein optisches Element und der ersten Oberfläche des Substrats; und Zusammendrücken der ersten Form für ein optisches Element mit der ersten Oberfläche des Substrats, so dass das Harz die mehreren ersten Hohlräume füllt und so dass überschüssiges Harz in den Aufschmelz-Abfallkanal fließt.

Description

TECHNIKBEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung von Modulen mit optischen Elementen.
HINTERGRUND
Batch-Fertigungstechnologien für optische Elemente können die Bildung der mehrfachen optischen Elemente auf Oberflächen von Halbleiter- oder dielektrischen Substraten beinhalten.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Allgemeinen kann der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung in einigen Aspekten in Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementmoduls verkörpert sein, wobei die Verfahren umfassen: Bereitstellen eines Substrats, wobei eine erste Oberfläche des Substrats mindestens einen optischen Elementmodulbereich enthält, der einen Bereich definiert, in dem mehrere optische Elemente angeordnet werden sollen; Ausbilden eines entsprechenden Aufschmelzabfallkanals in der ersten Oberfläche des Substrats und um einen Umfang des optischen Elementmodulbereichs herum für jeden optischen Elementmodulbereich auf der ersten Oberfläche des Substrats; Bereitstellen einer ersten Form für ein optisches Element, wobei eine Oberfläche der ersten Form für ein optisches Element mehrere erste Hohlräume enthält, wobei jeder erste Hohlraum eine Form eines entsprechenden optischen Elements der mehreren optischen Elemente definiert; Bereitstellen einer ersten Mehrzahl von Kügelchen eines härtbaren Harzes zwischen der Oberfläche der Form für optische Elemente und der ersten Oberfläche des Substrats; und Zusammendrücken der ersten Form für optische Elemente mit der ersten Oberfläche des Substrats, so dass die erste Mehrzahl von Kügelchen die mehreren ersten Hohlräume füllt und so dass überschüssiges härtbares Harz in den Aufschmelz-Abfallkanal um den Umfang jedes Bereichs des optischen Elementmoduls fließt.
Implementierungen der Verfahren können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Zum Beispiel umfasst in einigen Implementierungen für einen ersten optischen Elementmodulbereich das Bilden des entsprechenden Reflow-Abfallkanals das Einschneiden einer Nut in die erste Oberfläche des Substrats. Eine Breite der Rille kann durch einen Abstand zwischen einander zugewandten Wänden der Rille definiert sein, und die Breite der Rille kann zwischen etwa 100 Mikrometer und etwa 1 mm betragen. In einigen Ausführungsformen umfassen die Verfahren das Aushärten der ersten Vielzahl von Kügelchen, um die mehreren optischen Elemente zu bilden, und das Trennen des Substrats, das die mehreren optischen Elemente enthält, in mindestens ein separates optisches Elementmodul, wobei das Einschneiden der Rille in die erste Oberfläche des Substrats das Aufbringen einer ersten Schneidklinge mit einem ersten Durchmesser auf die erste Oberfläche des Substrats umfasst, und wobei das Trennen des Substrats in mindestens ein optisches Elementmodul das Schneiden des Substrats mit einer zweiten Schneidklinge mit einem zweiten Durchmesser umfasst, der größer als der erste Durchmesser ist.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Ausbilden des entsprechenden Reflow-Abfallkanals für einen ersten optischen Elementmodulbereich das Ausbilden einer Rille in die erste Oberfläche des Substrats, in der mindestens eine Wand der Rille abgeschrägt ist.
In einigen Implementierungen erstreckt sich für einen ersten optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal kontinuierlich um den ersten optischen Elementmodulbereich.
In einigen Implementierungen umfasst der entsprechende Reflow-Abfallkanal für einen ersten optischen Elementmodulbereich des Substrats mehrere separate Unterkanäle, die sich um den ersten optischen Elementmodulbereich erstrecken.
In einigen Implementierungen umgibt der entsprechende Reflow-Abfallkanal für einen ersten optischen Elementmodulbereich des Substrats vollständig den Umfang des ersten optischen Elementmodulbereichs.
In einigen Implementierungen enthält die erste Oberfläche des Substrats mehrere optische Elementmodulbereiche, und für jeden optischen Elementmodulbereich der mehreren optischen Elementmodulbereiche schneidet der entsprechende Reflow-Abfallkanal, der den Umfang des optischen Elementmodulbereichs umgibt, einen Reflow-Abfallkanal eines benachbarten optischen Elementmodulbereichs.
In einigen Implementierungen umfasst dies außerdem: Aushärten der ersten Vielzahl von Kügelchen, um die Vielzahl von optischen Elementen zu bilden; und Trennen des Substrats, das die Vielzahl von optischen Elementen enthält, in ein oder mehrere separate optische Elementmodule. Das Trennen des Substrats kann das Zerteilen des Substrats umfassen. Das Zerteilen des Substrats kann das Zerteilen entlang der Reflow-Abfallkanäle umfassen.
In einigen Implementierungen werden Gasblasen in mindestens einen Reflow-Abfallkanal gepresst und darin eingeschlossen, da die Form des ersten optischen Elements an die erste Oberfläche des Substrats gepresst wird.
In einigen Implementierungen beinhaltet das Bereitstellen der ersten Vielzahl von Kügelchen des härtbaren Harzes das Bereitstellen der ersten Vielzahl von Kügelchen auf der Oberfläche der ersten Form des optischen Elements, die die mehreren ersten Hohlräume enthält.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine zweite Oberfläche des Substrats mindestens einen zusätzlichen optischen Elementmodulbereich; und das Verfahren umfasst ferner für jeden zusätzlichen optischen Elementmodulbereich auf der zweiten Oberfläche des Substrats das Ausbilden eines entsprechenden Aufschmelzabfallkanals in der zweiten Oberfläche des Substrats und um einen Umfang des zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs; das Bereitstellen einer zweiten optischen Elementform, in der eine Oberfläche der zweiten optischen Elementform mehrere zweite Hohlräume umfasst, wobei jeder zweite Hohlraum der zweiten optischen Elementform eine Form eines entsprechenden optischen Elements definiert; Bereitstellen einer zweiten Vielzahl von Kügelchen eines aushärtbaren Harzes zwischen der Oberfläche der zweiten Form für optische Elemente und der zweiten Oberfläche des Substrats; Zusammendrücken der zweiten Form für optische Elemente mit der zweiten Oberfläche des Substrats, so dass die zweite Vielzahl von Kügelchen die mehreren zweiten Hohlräume füllt und dass überschüssiges aushärtbares Harz in den Aufschmelz-Abfallkanal um den Umfang jedes zusätzlichen Bereichs des optischen Elementmoduls fließt. Für einen ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich des Substrats kann sich der entsprechende Reflow-Abfallkanal kontinuierlich um den ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich erstrecken. Für einen ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich des Substrats kann der entsprechende Reflow-Abfallkanal mehrere separate Unterkanäle enthalten, die sich um den ersten optischen Elementbereich erstrecken. Für einen ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich des Substrats kann der entsprechende Reflow-Abfallkanal den Umfang des ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs vollständig umgeben. Die zweite Oberfläche des Substrats kann mehrere zusätzliche optische Elementmodulbereiche enthalten, in denen für jeden zusätzlichen optischen Elementmodulbereich der mehreren zusätzlichen optischen Elementmodulbereiche der entsprechende Reflow-Abfallkanal, der den Umfang des zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs umgibt, sich mit einem Reflow-Abfallkanal eines benachbarten zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs schneidet. Gasblasen können in mindestens einen Reflow-Abfallkanal in der zweiten Oberfläche des Substrats als Ergebnis des Zusammendrückens der zweiten optischen Elementform an die zweite Oberfläche des Substrats gezwungen und darin eingeschlossen werden.
In einigen Implementierungen umfassen die mehreren optischen Elemente ein refraktives optisches Element, ein diffraktives optisches Element, ein diffraktives optisches Element oder eine Kombination davon.
Implementierungen des gegenwärtig offenbarten Gegenstands können einen oder mehrere Vorteile haben. Zum Beispiel ermöglicht in einigen Implementierungen die Verwendung der Reflow-Abfallkanäle, dass Gasblasen, die sonst in den optischen Elementen gefangen wären, in Bereichen aufgefangen werden, die letztendlich nicht Teil der optischen Elemente oder Teil der optischen Elementmodule sind. Durch die Reduzierung der Gasblasen, die in den optischen Elementen landen, können die Qualität und der Durchsatz der optischen Elementmodule verbessert werden. In einigen Implementierungen kann die Verwendung einer Dicing-Klinge für den zweiten Trennschnitt, die eine geringere Klingenstärke aufweist als die Klingenstärke der Dicing-Klinge, die zur Bildung der Reflow-Abfallkanäle verwendet wird, die Zeitspanne reduzieren, in der das ausgehärtete Harz während des Dicing einer Klinge ausgesetzt ist. In einigen Fällen kann die geringere Klingenstärke auch das Abplatzen des ausgehärteten Harzes reduzieren, was die Qualität und damit den Durchsatz der optischen Elementmodule verbessern kann.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beiliegenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargestellt. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein optisches Elementmodul zeigt.
ist eine schematische Darstellung, die eine Explosionsansicht des optischen Elementmoduls von zeigt.
sind Schemata, die einen beispielhaften Herstellungsprozess für ein optisches Modul darstellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung von optischen Elementmodulen. ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein optisches Elementmodul 100 zeigt. Das Modul 100 umfasst ein Substrat 102 mit einer ersten Oberfläche 104 und einer zweiten Oberfläche 108, die der ersten Oberfläche 104 gegenüber liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Modul 100 ein oder mehrere optische Elemente 106, die auf der ersten Oberfläche 104 ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das Modul 100 auch ein oder mehrere optische Elemente 110 auf der zweiten Oberfläche 108 des Substrats 102.
Die optischen Elemente 106, 110 sind Strukturen, die eine optische Funktion erfüllen, wie z. B. Brechung, Reflexion, Streuung und/oder Beugung von Licht. Optische Elemente 106, 110 können Elemente wie Linsen, Spiegel, Beugungsgitter oder Prismen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Optische Elemente 106, 110 können zufällig oder in geordneten Arrays angeordnet sein, wie in dargestellt. In einigen Ausführungsformen enthalten die Oberflächen, auf denen die optischen Elemente 106, 110 ausgebildet sind (z. B. die erste Oberfläche 104 und die zweite Oberfläche 108), zusätzliche Merkmale oder Strukturen. Zum Beispiel enthalten in einigen Fällen die Oberflächen 104, 108 unterhalb der optischen Elemente 106, 110 Lichtdetektorelemente (z. B. CCD-Elemente) zum Erfassen von Licht, das durch die optischen Elemente 106, 100 hindurchgeht. Alternativ oder zusätzlich umfassen die Oberflächen 104, 108 Strukturen wie Beugungsgitter, Spiegel oder Aperturen, sind aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die Oberflächen 104, 108 Aperturen enthalten, die aus Dünnfilmschichten aus Chrom gebildet sind.
ist eine schematische Darstellung, die eine Explosionsansicht des optischen Elementmoduls 100 zeigt. Zusätzlich zu den optischen Elementen 106, 110 zeigt die Explosionsdarstellung eine zusätzliche Schicht 112, die auf der ersten Oberfläche 104 des Substrats 102 ausgebildet ist. Diese zusätzliche Schicht 112 kann eines oder mehrere der hier beschriebenen Merkmale, z. B. Lichtdetektorelemente, Beugungselemente oder Öffnungen, enthalten. Wie in gezeigt, enthält die Schicht 112 einen dünnen Metallfilm, wie z. B. Chrom.
Das Substrat 102 ist zur Aufnahme der Schicht 112, der optischen Elemente 106 und der optischen Elemente 110 vorgesehen. Das Substrat 102 kann aus Halbleitermaterial wie z. B. Silizium bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat 102 aus dielektrischem Material, wie z. B. Glas oder Polymeren, einschließlich Polyimiden, bestehen. Das Substrat 102 kann z. B. runde Wafer mit einem Durchmesser von 6-8 Zoll umfassen. Alternativ kann das Substrat 102 quadratische Wafer mit, z.B., 6-8 Zoll pro Seite umfassen. Die Substratdicke kann im Allgemeinen zwischen z. B. 300 µm und 3 mm betragen.
In einigen Implementierungen umfasst die Herstellung optischer Elemente, wie z. B. der Elemente 104 und 110 eines optischen Elementmoduls, das Formen der optischen Elemente unter Verwendung von Formen. Zum Beispiel wird ein härtbares Material, wie ein Epoxid oder ein anderes Polymer, in flüssiger Form zwischen einer Oberfläche des Substrats 102 und einer Form bereitgestellt. Die Form definiert die Form des zu formenden optischen Elements. Während es von der Form gehalten wird, wird das aushärtbare Material ausgehärtet, so dass es sich zu dem optischen Element verfestigt. Nach dem Aushärtungsschritt kann das Substrat, auf dem die optischen Elemente geformt werden, in mehrere Chips zerlegt werden, wobei jeder Chip eine Anordnung optischer Elemente enthält. In bestimmten Fällen werden jedoch Gasblasen in dem aushärtbaren Material eingeschlossen, da sie während des Herstellungsprozesses nicht entweichen können. Diese eingeschlossenen Gasblasen verbleiben im aushärtbaren Material, sobald es verfestigt ist, was zu schlecht funktionierenden optischen Elementen und geringer Ausbeute führt. Beispielsweise können eingeschlossene Gasblasen in einer Linse zu einer Verformung der Linsenkrümmung und/oder einer Veränderung des vorgesehenen Linsenbrechungsindexes führen. Wenn auch nur ein optisches Element aufgrund von eingeschlossenen Gasblasen defekt ist, kann es in manchen Fällen notwendig sein, einen ganzen Chip zu entsorgen, selbst wenn die übrigen optischen Elemente keine Defekte aufweisen.
sind Schemata, die einen beispielhaften Herstellungsprozess für optische Module zeigen, der das Einfangen von Gasblasen bei der Bildung optischer Elemente reduziert und zu einer verbesserten Geräteausbeute führen kann. Insbesondere führt der hier offengelegte Herstellungsprozess Kanäle oder Rillen innerhalb des Substrats ein, auf dem die optischen Elemente gebildet werden. Während des Formprozesses breiten sich die Gasblasen in Richtung der Kanäle und weg von den Bereichen aus, in denen die optischen Elemente geformt werden. Die Gasblasen verbleiben während des Aushärtungsschritts in den Kanälen, wodurch verhindert wird, dass das eingeschlossene Gas die Bildung der optischen Elemente negativ beeinflusst. In einigen Fällen dienen die Kanäle, in denen die Gasblasen landen, auch als Markierungen, um zu erkennen, wo ein Substrat gewürfelt werden soll. Mit anderen Worten, die Kanäle können den Umfang mindestens eines Chips definieren, der aus dem Substrat gebildet werden soll.
Wie in dargestellt, ist ein Substrat 102 vorgesehen. Das Substrat 102 kann einen Halbleiterwafer, wie z. B. Silizium, enthalten oder aus einem anderen Material, einschließlich Dielektrika, wie z. B. Glas, gebildet sein. Das Substrat 302 kann zum Beispiel eine Borosilikatglasplatte umfassen, die 8 Zoll mal 8 Zoll groß und 2,4 mm dick ist. Das Substrat 102 kann optional eine oder mehrere Schichten auf seiner Oberfläche enthalten. Zum Beispiel, wie in gezeigt, enthält das Substrat 102 eine Schicht 300 auf einer oberen Oberfläche. Die Schicht 300 kann z. B. einen Dünnfilm aus Metall, Dielektrikum oder Halbleiter enthalten. In einigen Fällen wird die Schicht (oder Schichten) auf der Oberfläche des Substrats 102 so bearbeitet, dass sie ein vordefiniertes Muster aufweist. Eine solche Bearbeitung kann z. B. einen Photolithographieschritt beinhalten, um die zu modifizierenden Bereiche der Schicht 300 zu definieren. In einigen Fällen wird z. B. eine Schicht aus Fotolack 302 auf der Schicht 300 gebildet. Licht 304 aus einem Fotolithografie-Belichtungssystem kann durch eine Maske auf die Fotolackschicht 302 gerichtet werden, um Teile der Schicht 302 selektiv zu belichten und eine molekulare Veränderung in dem belichteten Material zu bewirken, wodurch das belichtete Material entweder löslich oder unlöslich in einer Entwicklerlösung wird. Nach der Belichtung werden die löslichen Teile der Photoresistschicht 302 dann in der Entwicklerlösung entfernt, wobei das gewünschte Muster, wie in gezeigt, zurückbleibt, bei dem Teile der darunter liegenden Schicht 300 belichtet werden.
Dann können, wie in gezeigt, die freigelegten Teile der Schicht 300 entfernt werden. Eine solche Entfernung kann die Anwendung eines nasschemischen Ätzmittels oder eines Trockenätzmittels auf die freiliegenden Teile der Schicht 300 umfassen. Andererseits sind Teile der Schicht 300, die durch den Resist abgedeckt sind, vor dem Entfernen geschützt und verbleiben auf der Substratoberfläche. Nach dem Entfernen der gewünschten Teile der Schicht 300 kann auch das verbleibende Photoresistmaterial entfernt werden. Obwohl die in den gezeigte Strukturierung der Schicht 300 mit einem so genannten Lithografie- und anschließendem Ätzprozess durchgeführt wird, kann die gleiche Struktur in der Schicht 300 auch mit einem so genannten Lift-off-Prozess gebildet werden, bei dem die Fotolackschicht unterhalb der Schicht 300 gebildet wird. Beim Lift-off-Verfahren werden die unerwünschten Teile der Schicht 300 zusammen mit dem löslichen Teil des darunter liegenden Fotolacks entfernt.
In einigen Implementierungen können mehrere Schichten auf der Oberfläche des Substrats 102 gebildet und strukturiert werden. Die Schicht oder Schichten 300 auf dem Substrat 102 können letztendlich so angeordnet sein, dass sie funktionale Elemente auf der Substratoberfläche bereitstellen. Beispielsweise können in einigen Fällen die eine oder mehreren Schichten so konfiguriert sein, dass sie optische Elemente wie Spiegel oder Beugungsgitter bilden. In einigen Fällen können die eine oder die mehreren Schichten zusammen mit dem Substrat funktionale Elemente bilden. Zum Beispiel kann das Substrat 102 zusammen mit der strukturierten Schicht 302 optische Detektorelemente, wie z. B. ladungsgekoppelte Detektoren (CCDs), bilden. Andere Funktionselemente sind ebenfalls möglich.
Nach dem Versehen des Substrats 102 (mit oder ohne zusätzliche Schichten auf seiner Oberfläche) wird mindestens ein Reflow-Abfallkanal 308 in der Substratoberfläche gebildet, wie in gezeigt. Die Reflow-Abfallkanäle 308 sind Rillen oder Gräben, die in der Oberfläche des Substrats 102 ausgebildet sind. Die Reflow-Abfallkanäle 308 können z. B. mit einer Dicing-Klinge 306 gebildet werden.
Die Breite jedes Strömungsabfallkanals 308 kann entsprechend der Breite der verwendeten Dicing-Klinge 306 eingestellt werden. Beispielsweise können die Reflow-Abfallkanäle 308 Breiten im Bereich von etwa 50 Mikrometern bis etwa 1 mm aufweisen, einschließlich z. B. Breiten von etwa 100 Mikrometern, etwa 200 Mikrometern, etwa 300 Mikrometern, etwa 400 Mikrometern, etwa 500 Mikrometern, etwa 600 Mikrometern, etwa 700 Mikrometern, etwa 800 Mikrometern, oder etwa 900 Mikrometern. Die Reflow-Abfallkanäle 308 erstrecken sich nur teilweise in das Substrat 102. Beispielsweise können die Reflow-Abfallkanäle 308 Tiefen im Bereich von etwa 50 Mikrometern bis etwa 1 mm haben, einschließlich, z.B., Tiefen von etwa 100 Mikrometern, etwa 200 Mikrometern, etwa 300 Mikrometern, etwa 400 Mikrometern, etwa 500 Mikrometern, etwa 600 Mikrometern, etwa 700 Mikrometern, etwa 800 Mikrometern oder etwa 900 Mikrometern. Das Verhältnis von Breite zu Tiefe der Reflow-Abfallkanäle 308 kann im Bereich von etwa 1:10 bis etwa 10:1 liegen, z. B. Verhältnisse von etwa 1:5, etwa 1:4, etwa 1:3, etwa 1:2, etwa 1:1, etwa 2:1, etwa 3:1, etwa 4:1 oder etwa 5:1. Die Tiefe und Breite der Kanäle 308 kann auf der Grundlage der beabsichtigten Größe und Anordnung der optischen Elemente, die auf dem Substrat gebildet werden sollen, sowie der erwarteten Toleranzen für das Überlaufen von Epoxidharz aus den Modulbereichen der optischen Elemente ausgelegt werden.
Wie in dargestellt, können die Reflow-Abfallkanäle 308 auf mehreren Oberflächen des Substrats 102 gebildet werden. Beispielsweise können die Reflow-Abfallkanäle 308 auf einer ersten Oberfläche 104 (z. B. der oberen Oberfläche) des Substrats und auf einer zweiten Oberfläche 108 (z. B. der unteren Oberfläche), die der ersten Oberfläche 104 gegenüberliegt, ausgebildet sein. In einigen Implementierungen sind die Reflow-Abfallkanäle 308 nur auf einer Oberfläche des Substrats 102 ausgebildet.
Die Oberflächen des Substrats 102 können einen oder mehrere optische Elementmodulbereiche enthalten, die einen Bereich definieren, in dem mehrere optische Elemente angeordnet werden sollen. In einigen Implementierungen sind die Reflow-Abfallkanäle 308 um einen Umfang von einem oder mehreren der optischen Elementmodulbereiche herum gebildet. Durch Ausbilden der Reflow-Abfallkanäle 308 um die optischen Modulbereiche herum sind die Kanäle 308 so angeordnet, dass sie Gasblasen aufnehmen, die entlang verschiedener Richtungen aus den optischen Elementmodulbereichen herausgedrückt werden.
ist ein Schema, das eine obere Oberfläche, wie z. B. die Oberfläche 104, des Substrats 102 zeigt. Wie in gezeigt, enthält die obere Oberfläche 104 mehrere optische Elementmodulbereiche 310a-310i, die durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet sind. Es ist zu beachten, dass die gestrichelten Linien nicht tatsächlich auf der Oberfläche 104 vorhanden sind, sondern hier zur einfacheren Identifizierung der optischen Elementmodulbereiche dargestellt sind. Obwohl die Modulbereiche 310 so dargestellt sind, dass sie eine rechteckige Fläche haben, können die Bereiche 310 eine Größe und Form haben, die auf der gewünschten Größe und Anordnung der optischen Elemente basiert, die in den Bereichen 310 enthalten sein sollen.
Zumindest der in gezeigte Bereich des optischen Elementmoduls 310e ist vollständig von Reflow-Abfallkanälen 308 umgeben. Im vorliegenden Beispiel sind die Kanäle 308, die den optischen Elementmodulbereich 310e umgeben, kontinuierlich, ohne Unterbrechung, um den optischen Elementmodulbereich 310e herum ausgebildet. In einigen Ausführungsformen sind die Kanäle 308, die einen optischen Elementmodulbereich umgeben, jedoch nicht durchgehend ausgebildet. Beispielsweise können die Kanäle 308 eine oder mehrere Unterbrechungen enthalten, an denen keine Rille in der Oberfläche des Substrats 102 ausgebildet ist, was zu mehreren Unterkanälen führt, die sich um den Bereich des optischen Elementmoduls herum erstrecken.
Obwohl nur ein einzelner optischer Elementmodulbereich 310e als vollständig von den Kanälen 308 umgeben dargestellt ist, können die Kanäle 308 auch andere optische Elementmodulbereiche 310 umgeben. In einigen Implementierungen schneiden sich die Kanäle 308, die um einen ersten optischen Elementmodulbereich herum gebildet sind, mit einem Kanal 308, der um einen zweiten optischen Elementmodulbereich herum gebildet ist, und/oder verdoppeln sich zu einem Kanal 308. Zum Beispiel, wie in gezeigt, schneiden sich die Kanäle 308, die den Bereich 310e umgeben, mit den Kanälen 308, die um einen Umfang der benachbarten Bereiche 310a, 310b, 310c, 310d, 310f, 310g, 310h und 310i angeordnet sind. Zusätzlich sind die Kanäle 308, die um den Umfang des Bereichs 310e gebildet sind, auch doppelt so groß wie die Kanäle 308, die um mindestens einen Teil des Umfangs der benachbarten Bereiche 310b, 310d, 310fund 310h angeordnet sind. In einigen Implementierungen verdoppeln sich die Kanäle 308, die um einen Umfang eines ersten optischen Elementmodulbereichs ausgebildet sind, nicht als Kanäle 308 für benachbarte optische Elementmodulbereiche. Zum Beispiel ist in einigen Fällen jeder optische Elementmodulbereich 310 von einer eigenen Gruppe von Reflow-Abfallkanälen 308 umgeben.
Die in gezeigten Reflow-Abfallkanäle 308 haben einen rechteckigen Querschnitt, was auf die zur Bildung der Kanäle 308 verwendeten Dicing-Messer zurückzuführen ist. Der Querschnitt des Reflow-Abfallkanals 308 kann jedoch stattdessen auch andere Formen aufweisen, je nach dem Herstellungsverfahren, das zur Bildung des Kanals 308 verwendet wird. Zum Beispiel kann der Kanal 308 in einigen Fällen durch isotropes chemisches Ätzen geformt werden, was zu einem allgemein halbkreisförmigen Querschnitt führt. In einigen Fällen kann der Kanal 308 unter Verwendung eines gasbasierten Trockenätzens gebildet werden, bei dem der Richtungsfluss der Ätzmittel schräg zur Substratoberfläche verläuft, was zu einem geneigten Grabenboden im Kanal 308 führt. Alternativ oder zusätzlich kann der Ätzvorgang dazu führen, dass mindestens eine Wand des Kanals 308 eine abgeschrägte Oberfläche aufweist.
Nach dem Ausbilden der Kanäle 308 in der Oberfläche oder den Oberflächen des Substrats 102 wird mindestens eine Form für optische Elemente 312 bereitgestellt, wie in gezeigt. Eine Oberfläche der Form für optische Elemente 312 umfasst mehrere erste Hohlräume 314, wobei jeder erste Hohlraum eine Form eines entsprechenden optischen Elements definiert, das auf dem Substrat 102 ausgebildet werden soll. Die Hohlräume 314 können z. B. eine Linse, ein Prisma, ein Beugungsgitter oder ein anderes optisches Element definieren.
Ein oder mehrere Kügelchen 316 eines aushärtbaren Harzes können dann zwischen der Oberfläche der Form für das optische Element 314 und der ersten Oberfläche 104 des Substrats angebracht werden, wie in gezeigt. Das härtbare Harz kann z. B. ein Polymer enthalten, das durch Einwirkung von Wärme, Strahlung, Elektronenstrahlen oder durch chemische Zusätze gehärtet und verfestigt werden kann. Der Aushärtungsprozess kann verwendet werden, um die Polymere innerhalb des Harzes zu vernetzen und so den Zustand des Polymers zu verfestigen. Beispiele für härtbare Harze sind Epoxidharze. Nach dem Aushärten kann das Harz für eine gewünschte Wellenlänge oder einen gewünschten Wellenlängenbereich des Lichts transparent oder transluzent sein.
Wie in gezeigt, werden die Kügelchen 316 zunächst auf der Form 312 bereitgestellt und die Form 312 wird dann auf die Oberfläche des Substrats 102 aufgebracht, wie in gezeigt. In alternativen Ausführungsformen können die Kügelchen 316 zunächst auf der Oberfläche des Substrats 102 angebracht werden. Alternativ können die Kügelchen 316 sowohl auf der Oberfläche der Form 312 als auch auf der Oberfläche des Substrats 102 aufgebracht werden.
Nachdem die Kügelchen 316 bereitgestellt wurden, wird die Form 312 an die Oberfläche des Substrats 102 gepresst, wie in den gezeigt. Infolge der ausgeübten Kompression füllt das Harz die Hohlräume 314 der Form. Zusätzlich wird überschüssiges Harz 316 aus den Bereichen der optischen Elementmodule in die umgebenden Kanäle 308 gedrückt, wie in gezeigt. Zusätzlich werden Gasblasen innerhalb des aushärtbaren Harzes in mindestens einen Reflow-Abfallkanal gepresst und darin eingeschlossen, da die erste Form für optische Elemente an die erste Oberfläche des Substrats gepresst wird. In einigen Implementierungen verbleibt eine dünne Harzschicht unter den optischen Elementen, die durch den Kompressionsprozess definiert sind. Zum Beispiel kann die dünne Harzschicht eine Dicke zwischen etwa 10 Mikrometer und etwa 60 Mikrometer haben. In einigen Ausführungsformen enthält die Form 312 keine Abstandshalter, die sich von ihrer Oberfläche nach außen erstrecken, so dass die Oberfläche der Form 312 flach an das harzbeschichtete Substrat angelegt werden kann. Die Verwendung von Formen 312 ohne Abstandshalter kann die Lebensdauer der Form erhöhen und die Form leichter reproduzierbar machen. Nachdem die Form 312 an das Substrat 102 gepresst wurde, wird das Harz ausgehärtet, um die mehreren optischen Elemente 318 zu bilden, und die Form 312 kann entfernt werden, wie in dem Beispiel von gezeigt.
In einigen Implementierungen werden mehrere optische Elemente auch auf einer Rückseite oder zweiten Seite des Substrats 102 gebildet. Wie in den gezeigt, wird beispielsweise eine zweite Form 322 bereitgestellt. Zusätzliche Kügelchen 326 aus Harz werden dann zwischen der Oberfläche der Form für das optische Element 322 und der zweiten Oberfläche 108 des Substrats bereitgestellt. Wie hier erläutert, kann das härtbare Harz z. B. ein Polymer umfassen, das durch Einwirkung von Wärme, Strahlung, Elektronenstrahlen oder durch chemische Zusätze gehärtet und verfestigt werden kann. Der Aushärtungsprozess kann verwendet werden, um die Polymere innerhalb des Harzes zu vernetzen und so den Zustand des Polymers zu verfestigen. Beispiele für härtbare Harze sind Epoxidharze. Nach dem Aushärten kann das Harz für eine gewünschte Wellenlänge oder einen gewünschten Wellenlängenbereich des Lichts transparent oder transluzent sein.
Eine Oberfläche der Form 322 für optische Elemente enthält mehrere zweite Hohlräume 324, wobei jeder zweite Hohlraum 324 eine Form eines entsprechenden optischen Elements definiert, das auf der zweiten Oberfläche 108 des Substrats 102 gebildet werden soll. Die Hohlräume 324 können z. B. eine Linse, ein Prisma, ein Beugungsgitter oder ein anderes optisches Element definieren.
Nachdem die Kügelchen 326 bereitgestellt wurden, wird die Form 322 an die zweite Oberfläche 108 des Substrats 102 gepresst, wie in den gezeigt. Infolge der ausgeübten Kompression füllt das Harz die Hohlräume 324 der Form. Zusätzlich wird überschüssiges Harz 326 aus den Bereichen der optischen Elementmodule in die umgebenden Kanäle 308 gedrückt, wie in gezeigt. Zusätzlich werden Gasblasen innerhalb des härtbaren Harzes in mindestens einen Reflow-Abfallkanal gepresst und darin eingeschlossen, da die erste Form für optische Elemente an die erste Oberfläche des Substrats gepresst wird. In einigen Implementierungen verbleibt eine dünne Harzschicht unter den optischen Elementen, die durch den Kompressionsprozess definiert sind. Die dünne Harzschicht kann zum Beispiel eine Dicke zwischen etwa 10 Mikrometer und etwa 60 Mikrometer haben. Nach dem Zusammendrücken der Form 322 auf das Substrat 102 wird das Harz dann ausgehärtet, um die mehreren optischen Elemente 328 zu bilden, und die Form 322 kann entfernt werden, wie im Beispiel von gezeigt.
Nachdem die optischen Elemente auf einer oder beiden Seiten des Substrats 102 ausgebildet worden sind, kann das Substrat 102 einschließlich der optischen Elemente in ein oder mehrere separate optische Elementmodule getrennt werden, wie in den gezeigt. Beispielsweise kann das Substrat 102 durch Zerteilen des Substrats in mehrere separate optische Elementmodule getrennt werden. Das Trennen kann z. B. mit Hilfe von Trennelementen 330 durchgeführt werden. In einigen Implementierungen wird das Substrat entlang der Reflow-Abfallkanäle 308 getrennt. Beispielsweise können die Dicing-Klingen 330 das Substrat durchtrennen, wobei die Abfallkanäle 308 als Führung dafür dienen, wo das Substrat geschnitten werden soll. Jeder optische Elementmodulbereich kann dann nach der Trennung einen entsprechenden separaten Chip ergeben. Beispielsweise können, wie in gezeigt, mehrere separate optische Elementmodule 340, 350 und 360 gebildet werden.
Die Breite des Schnitts, der auf der ersten und/oder zweiten Seite des Substrats 102 ausgeführt wird, kann entsprechend der Dicke des verwendeten Würfelmessers 330 eingestellt werden. In einigen Implementierungen ist die Breite des tiefen Schnitts durch das Substrat 102 (auch als Chip-Trennschnitt bezeichnet), der in dargestellt ist, geringer als eine Breite des ersten flachen Schnitts, der durchgeführt wird, um die Reflow-Abfallkanäle 308 zu erhalten (der Reflow-Abfallkanalschnitt). Als Beispiel kann die Breite der Trennschnitte im Bereich von etwa 50 Mikrometer bis etwa 1 mm liegen, einschließlich z. B. Breiten von etwa 100 Mikrometer, etwa 200 Mikrometer, etwa 300 Mikrometer, etwa 400 Mikrometer, etwa 500 Mikrometer, etwa 600 Mikrometer, etwa 700 Mikrometer, etwa 800 Mikrometer oder etwa 900 Mikrometer.
Es wurde eine Reihe von Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind andere Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementmoduls, wobei das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Substrats, wobei eine erste Oberfläche des Substrats mindestens einen optischen Elementmodulbereich umfasst, der einen Bereich definiert, in dem eine Vielzahl von optischen Elementen angeordnet werden soll Ausbilden eines entsprechenden Aufschmelz-Abfallkanals in der ersten Oberfläche des Substrats und um einen Umfang des Bereichs des optischen Elements herum für jeden Modulbereich des optischen Elements auf der ersten Oberfläche des Substrats Bereitstellen einer ersten Form für ein optisches Element, wobei eine Oberfläche der ersten Form für ein optisches Element eine Mehrzahl von ersten Hohlräumen umfasst, wobei jeder erste Hohlraum eine Form eines entsprechenden optischen Elements der Mehrzahl von optischen Elementen definiert; Bereitstellen einer ersten Vielzahl von Kügelchen eines härtbaren Harzes zwischen der Oberfläche der Form für das optische Element und der ersten Oberfläche des Substrats; und Zusammendrücken der ersten Form für das optische Element an die erste Oberfläche des Substrats, so dass die erste Vielzahl von Kügelchen die Vielzahl von ersten Hohlräumen füllt und dass überschüssiges härtbares Harz in den Rückfluss-Abfallkanal um den Umfang jedes Bereichs des optischen Elementmoduls fließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für einen ersten optischen Elementmodulbereich das Bilden des entsprechenden Reflow-Abfallkanals das Einschneiden einer Rille in die erste Oberfläche des Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Breite der Rille durch einen Abstand zwischen einander zugewandten Wänden der Rille definiert ist, und wobei die Breite der Rille zwischen etwa 100 Mikrometer und etwa 1 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen ersten optischen Elementmodulbereich das Ausbilden des entsprechenden Reflow-Abfallkanals das Ausbilden einer Rille in der ersten Oberfläche des Substrats umfasst, wobei mindestens eine Wand der Rille abgeschrägt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen ersten optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal kontinuierlich um den ersten optischen Elementmodulbereich herum verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen ersten optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal eine Vielzahl von separaten Unterkanälen umfasst, die sich um den ersten optischen Elementmodulbereich erstrecken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen ersten optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal den Umfang des ersten optischen Elementmodulbereichs vollständig umgibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Oberfläche des Substrats eine Vielzahl von optischen Elementmodulregionen umfasst, und wobei für jede optische Elementmodulregion der Vielzahl von optischen Elementmodulregionen der entsprechende Reflow-Abfallkanal, der den Umfang der optischen Elementmodulregion umgibt, sich mit einem Reflow-Abfallkanal einer benachbarten optischen Elementmodulregion schneidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfasst: Aushärten der ersten Mehrzahl von Kügelchen, um die Mehrzahl von optischen Elementen zu bilden; und Trennen des Substrats, das die Vielzahl von optischen Elementen umfasst, in ein oder mehrere separate optische Elementmodule.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trennen des Substrats das Zerteilen des Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Zerteilen des Substrats das Zerteilen entlang der Reflow-Abfallkanäle umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Gasblasen in mindestens einen Reflow-Abfallkanal gezwungen und darin eingeschlossen werden, als Ergebnis des Zusammendrückens der ersten optischen Elementform an die erste Oberfläche des Substrats.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen der ersten Vielzahl von Kügelchen des härtbaren Harzes das Bereitstellen der ersten Vielzahl von Kügelchen auf der Oberfläche der ersten Form für das optische Element umfasst, die die Vielzahl von ersten Hohlräumen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zweite Oberfläche des Substrats mindestens einen zusätzlichen optischen Elementmodulbereich umfasst; Ausbilden, für jeden zusätzlichen optischen Elementmodulbereich auf der zweiten Oberfläche des Substrats, eines entsprechenden Aufschmelzabfallkanals in der zweiten Oberfläche des Substrats und um einen Umfang des zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs; Bereitstellen einer zweiten Form für ein optisches Element, wobei eine Oberfläche der zweiten Form für ein optisches Element eine Mehrzahl von zweiten Hohlräumen umfasst, wobei jeder zweite Hohlraum der zweiten Form für ein optisches Element eine Form eines entsprechenden optischen Elements definiert; Bereitstellen einer zweiten Vielzahl von Kügelchen eines härtbaren Harzes zwischen der Oberfläche der zweiten optischen Elementform und der zweiten Oberfläche des Substrats; Zusammendrücken der zweiten Form für optische Elemente an die zweite Oberfläche des Substrats, so dass die zweite Vielzahl von Kügelchen die Vielzahl von zweiten Hohlräumen füllt und dass überschüssiges härtbares Harz in den Rückfluss-Abfallkanal um den Umfang jedes zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs fließt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei für einen ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal kontinuierlich um den ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich herum verläuft.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei für einen ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal eine Vielzahl von separaten Unterkanälen umfasst, die sich um den ersten optischen Elementbereich herum erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei für einen ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereich des Substrats der entsprechende Reflow-Abfallkanal den Umfang des ersten zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs vollständig umgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die zweite Oberfläche des Substrats eine Vielzahl zusätzlicher optischer Elementmodulbereiche umfasst, und wobei für jeden zusätzlichen optischen Elementmodulbereich der Vielzahl zusätzlicher optischer Elementmodulbereiche der entsprechende Reflow-Abfallkanal, der den Umfang des zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs umgibt, sich mit einem Reflow-Abfallkanal eines benachbarten zusätzlichen optischen Elementmodulbereichs schneidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei Gasblasen in mindestens einen Aufschmelz-Abfallkanal in der zweiten Oberfläche des Substrats als Ergebnis des Zusammendrückens der zweiten optischen Elementform an die zweite Oberfläche des Substrats gedrückt und darin eingeschlossen werden.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl der optischen Elemente ein refraktives optisches Element, ein diffraktives optisches Element, ein diffraktives optisches Element oder eine Kombination davon umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 20, umfassend: Aushärten der ersten Mehrzahl von Kügelchen, um die Mehrzahl von optischen Elementen zu bilden; und Trennen des Substrats, das die Vielzahl von optischen Elementen umfasst, in mindestens ein separates optisches Elementmodul, wobei das Einschneiden der Rille in die erste Oberfläche des Substrats das Aufbringen einer ersten Schneidklinge mit einer ersten Klingendicke auf die erste Oberfläche des Substrats umfasst, und wobei das Trennen des Substrats in mindestens ein optisches Elementmodul das Zerteilen des Substrats mit einer zweiten Dicing-Klinge mit einer zweiten Klingendicke, die größer als die erste Klingendicke ist, umfasst.