DE112020000917T5

DE112020000917T5 - Herstellung von optischen diffusoren und optische diffusoren

Info

Publication number: DE112020000917T5
Application number: DE112020000917.3T
Authority: DE
Inventors: Ji Wang; Kam Wah Leong; Qichuan Yu; Yeu Woon Chan
Original assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Current assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-11-04
Also published as: TW202103903A; WO2020176037A1; US20220088895A1; CN113474154A

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von optischen Diffusorelementen umfasst das Bereitstellen eines Substrats, das aus einem Polymermaterial besteht und Öffnungen darin aufweist. Ein optisches Diffusormaterial wird in die Öffnungen eingebracht, und das optische Diffusormaterial wird gehärtet, um eine Folie zu bilden, die aus Bereichen des optischen Diffusormaterials besteht, die seitlich von dem Polymermaterial umgeben sind. Das Verfahren umfasst das Trennen der Platte in mehrere optische Diffusorelemente, die ihre mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften beibehalten, wenn sie einem Reflow-Prozess unterzogen werden.

Description

BEREICH DER OFFENLEGUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf optische Diffusoren.
HINTERGRUND
Diffusoren sind optische Elemente, die dazu verwendet werden können, dass sich das Licht gleichmäßiger über eine Oberfläche ausbreitet und helle Stellen mit hoher Intensität reduziert oder entfernt werden. Ein Diffusor kann dazu beitragen, helles oder grelles Licht weicher zu machen, indem es über einen größeren Bereich verteilt wird. In einigen Fällen wird ein optischer Diffusor verwendet, um Licht in einen optischen Sensor zu absorbieren, wie z. B. ein Spektrometer oder einen Umgebungslichtsensor.
Sensormodule, die Diffusoren enthalten, können in verschiedene Arten von Verbraucher- oder anderen Elektronikprodukten eingebaut werden. Die Herstellungsprozesse für solche Produkte sind jedoch manchmal mit relativ hohen Temperaturen verbunden (z. B. 270 °C). So erfordern z. B. Oberflächenmontagetechnologien (SMT), die zur Montage eines Sensormoduls auf einem flexiblen Leiterplattensubstrat verwendet werden, typischerweise solche hohen Temperaturen als Teil eines Reflow-Prozesses. Die hohen Temperaturen, die während dieser Prozesse verwendet werden, können die mechanische Stabilität oder die optische Leistung des Diffusors beeinträchtigen.
ZUSAMMENFASSUNG
Thermisch stabile Elemente behalten im Wesentlichen ihre allgemeine Form bei und zersetzen sich nicht bei relativ hohen Betriebstemperaturen. Diese Eigenschaft kann als „Reflowfähigkeit“ bezeichnet werden.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Verfahren zur parallelen (d.h. gleichzeitigen) Herstellung mehrerer optischer Diffusoren, wobei die optischen Diffusoren aus aufschmelzbaren Materialien bestehen, so dass die optischen Elemente leichter in Vorrichtungen eingebaut werden können, deren Herstellung zumindest teilweise bei erhöhten Temperaturen (z.B. 270 °C) erfolgt, wenn das optische Element in die Vorrichtung oder während nachfolgender Herstellungsprozesse integriert wird.
In einem Aspekt beschreibt die vorliegende Offenbarung beispielsweise ein Verfahren, das die Bereitstellung eines Substrats umfasst, das aus einem Polymermaterial besteht und Öffnungen darin aufweist. Ein optisches Diffusormaterial wird in die Öffnungen eingebracht, und das optische Diffusormaterial wird gehärtet, um eine Folie zu bilden, die aus Bereichen des optischen Diffusormaterials besteht, die seitlich von dem Polymermaterial umgeben sind. Das Verfahren umfasst das Trennen der Platte in mehrere optische Diffusorelemente, die vorzugsweise ihre mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften beibehalten, wenn sie einem Reflow-Prozess unterzogen werden.
Einige Implementierungen umfassen eines oder mehrere der folgenden Merkmale. Das Substrat kann z. B. aus einem schwarzen Epoxid bestehen und durch ein Vakuum-Spritzgießverfahren gebildet werden. Das optische Diffusormaterial kann z. B. ein Epoxidmaterial sein und kann z. B. durch Spritzen aufgetragen werden. In einigen Fällen ist das optische Diffusormaterial in der Lage, Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu streuen.
Das Verfahren kann auch das Entfernen von überschüssigem optischem Diffusormaterial umfassen, das sich außerhalb der Öffnungen befindet. In einigen Fällen wird das überschüssige optische Diffusormaterial durch Polieren (z. B. Läppen) entfernt.
In einigen Implementierungen umfasst das Verfahren das Unterziehen eines oder mehrerer der optischen Diffusorelemente einem Reflow-Prozess (z. B. einem Prozess bei einer Temperatur von mindestens 270 °C).
Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein optisches Diffusorelement mit einem ersten Epoxid, das Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums streuen kann, und einem schwarzen Epoxidmaterial, das das erste Epoxidmaterial seitlich umgibt. Das optische Diffusorelement behält seine mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften, wenn es einem Reflow-Prozess unterzogen wird.
Die hier beschriebenen Techniken können den Einbau der Diffusoren in Mobiltelefone oder andere Elektronikprodukte erleichtern, ohne dass die Diffusoren beim Reflow-Prozess beschädigt werden. So können die Diffusoren direkt in den Fließbandprozess für solche Produkte integriert werden.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

zeigt ein Beispiel für einen optischen Diffusor.
bis illustrieren Schritte in einem Beispielprozess zur Herstellung optischer Diffusoren, wie in gezeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Verfahren zur parallelen (d.h. gleichzeitigen) Herstellung mehrerer optischer Diffusoren, die aus aufschmelzbaren Materialien bestehen, so dass die optischen Elemente leichter in Geräte eingebaut werden können, deren Herstellung zumindest teilweise bei erhöhten Temperaturen (z.B. 270 °C) erfolgt, wenn das optische Element in das Gerät integriert wird oder während nachfolgender Herstellungsprozesse.
Wie in gezeigt, umfasst ein optischer Diffusor 20 einen ersten Abschnitt 22, der so betrieben werden kann, dass er Licht mit einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich (z. B. im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums) streut. In einigen Fällen kann der erste Abschnitt 22 zum Beispiel Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 - 800 nm streuen. Der erste Abschnitt 22 kann seitlich von einem zweiten Abschnitt 24 umgeben sein, der für die jeweilige Wellenlänge oder den jeweiligen Wellenlängenbereich im Wesentlichen undurchlässig ist. Der erste Abschnitt 22 kann z. B. aus einem Epoxid- oder einem anderen Polymermaterial bestehen. Ebenso kann der zweite Abschnitt 24 z. B. aus einem Polymer wie einem schwarzen Epoxid bestehen.
Allgemein ausgedrückt umfasst das Verfahren zur Herstellung der Diffusoren das Einbringen eines Epoxidmaterials für den ersten Abschnitt 22 der Diffusoren in Öffnungen eines undurchsichtigen Substrats, das z. B. aus schwarzem Epoxid besteht. Die 2A bis 6B zeigen verschiedene Details des Verfahrens gemäß einer besonderen Ausführung.
Wie in gezeigt, wird ein Substrat 100 bereitgestellt, das aus schwarzem Epoxid besteht und Öffnungen (z. B. rechteckige Durchgangslöcher) 102 aufweist. Das Substrat 100 kann z.B. durch ein Vakuum-Spritzgussverfahren (VIM) gebildet werden, wie in gezeigt. Im dargestellten Beispiel wird eine MylarTM-Folie oder ein anderer Träger 103 auf ein erstes (unteres) Polydimethylsiloxan (PDMS)-Spritzwerkzeug 104 gelegt. Ein zweites (oberes) strukturiertes PDMS-Injektionswerkzeug 106 wird in unmittelbare Nähe zum ersten PDMS-Werkzeug 104 gebracht. Das zweite PDMS-Werkzeug 106 enthält Hohlräume, in die während des VIM-Prozesses ein flüssiges schwarzes Epoxidmaterial 108 injiziert werden kann. Nach dem Einspritzen des schwarzen Epoxidmaterials in die Kavitäten wird das schwarze Epoxidmaterial gehärtet (z. B. durch thermische und/oder UV-Härtung). Anschließend werden die PDMS-Werkzeuge 104, 106 voneinander getrennt und das entstandene schwarze Epoxid-Substrat 100 wird entfernt.
Als nächstes wird, wie in gezeigt, ein Diffusorepoxid 110 in die Öffnungen 102 des Substrats 100 eingebracht. In einigen Ausführungsformen wird das Diffusorepoxid 110 durch einen Spritzvorgang in die Öffnungen eingebracht. Das Substrat 100 kann während des Dispensiervorgangs von einem Träger 112 gestützt werden. Wie in dargestellt, werden die Öffnungen 102 im schwarzen Epoxid-Substrat 100 mit dem Diffusor-Epoxidmaterial 110 gefüllt.
Als nächstes wird, wie in gezeigt, das in den Öffnungen des Substrats 100 vorhandene Diffusorepoxid 110 gehärtet, z. B. durch UV-Härtung. Das Ergebnis ist, dass die Öffnungen im schwarzen Epoxid-Substrat 100 mit dem gehärteten (z. B. ausgehärteten) Diffusor-Epoxidmaterial gefüllt werden.
Wenn das Diffusor-Epoxidmaterial 110 in die Öffnungen des Substrats 100 eingebracht wird, bleibt typischerweise ein Überschuss 110A an Diffusor-Epoxidmaterial außerhalb der durch die Öffnungen 102 definierten Bereiche vorhanden (z. B. über die obere Oberfläche des Substrats 100 hinausragend). Das überschüssige Epoxidmaterial 110A kann z. B. durch Polieren (z. B. Läppen) entfernt werden. Vorzugsweise wird das überschüssige Material 110A so entfernt, dass die Oberfläche des verbleibenden Epoxidmaterials 110B im Wesentlichen bündig mit dem schwarzen Epoxid-Substrat 100 abschließt, wie in gezeigt. Das Ergebnis ist, wie in gezeigt, eine Platte 200, die aus dem schwarzen Epoxidharz-Substrat 100 besteht, in das mehrere Bereiche von ausgehärtetem Diffusor-Epoxid 110B eingebettet sind.
Als nächstes wird, wie in und gezeigt, die Platte 200 in einzelne optische Diffusoren 20 zerlegt, beispielsweise durch Zerschneiden. Die vereinzelten Diffusoren 20 können in ein optisches Modul oder ein anderes tragbares Host-Computergerät (z. B. Smartphone, Laptop, tragbares Gerät) integriert werden.
Durch die Verwendung von reflowfähigen Materialien für die Diffusoren 20 können die Diffusoren ihre mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften auch dann beibehalten, wenn sie Reflow-Prozessen oder anderen Prozessen bei erhöhten Temperaturen (z. B. 270 °C oder höher) unterzogen werden.
An der vorangegangenen Beschreibung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Somit liegen andere Implementierungen im Rahmen der folgenden Ansprüche.

Claims

Ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats, das aus einem Polymermaterial besteht und Öffnungen darin aufweist; Einbringen eines optischen Diffusormaterials in die Öffnungen; Härten des optischen Diffusormaterials, um eine Folie zu bilden, die aus Bereichen des optischen Diffusormaterials besteht, die seitlich von dem Polymermaterial umgeben sind; und Trennen der Platte in eine Vielzahl von optischen Diffusorelementen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optischen Diffusorelemente ihre mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften beibehalten, wenn sie einem Reflow-Prozess unterzogen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optischen Diffusorelemente ihre mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften beibehalten, wenn sie einer Temperatur von mindestens 270 °C ausgesetzt werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat aus einem schwarzen Epoxid besteht.
Das Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Substrat durch ein Vakuum-Spritzgießverfahren gebildet wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optische Diffusormaterial durch Strahlen aufgetragen wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das optische Diffusormaterial ein Epoxidmaterial ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das optische Diffusormaterial so betrieben werden kann, dass es Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums streut.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst ferner das Entfernen von überschüssigem optischen Diffusormaterial, das sich außerhalb der Öffnungen befindet.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das überschüssige optische Diffusormaterial durch Polieren entfernt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das überschüssige optische Diffusormaterial durch Läppen entfernt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eines oder mehrere der optischen Diffusorelemente einem Reflow-Prozess unterzogen werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eines oder mehrere der optischen Diffusorelemente einem Prozess bei einer Temperatur von mindestens 270 °C unterzogen werden.
Ein optisches Diffusorelement, bestehend aus: ein erstes Epoxid, das Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums streuen kann; und ein schwarzes Epoxidmaterial, das das erste Epoxidmaterial seitlich umgibt, wobei das optische Diffusorelement seine mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften beibehält, wenn es einem Reflow-Prozess unterzogen wird.
Das optische Diffusorelement nach Anspruch 14, wobei das optische Diffusorelement seine mechanische Stabilität und optischen Eigenschaften beibehält, wenn es einer Temperatur von mindestens 270 °C ausgesetzt wird.