JP2011507219A - 封止レンズスタック - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、本発明の目的は、上述の問題を克服し、同じ機能性を有する公知のパッケージまたはデバイスよりも製造が簡単なウェハ・スケール・パッケージおよび光学デバイスを提供することである。本発明のさらなる目的は、すべての光学素子を損傷や汚染から確実に保護するウェハ・スケール・パッケージおよび光学デバイスを提供することである。本発明のさらなる目的は、より製造が簡単で、設計の自由度がより大きいウェハ・スケール・パッケージおよび光学デバイスを提供することである。
本発明によれば、伝統的な設計のレンズ−透明基板(両面基板)の両表面上の光学構造によって形成される両面レンズ−は、一表面のみに光学構造を持ち、他方は平坦な表面である2つの基板を有することにより、2つの「半分の部分」に分割される。よって、1つの両面基板の代わりに2つの片面基板が存在し、「半分の部分」の順番が逆転される。このことは、2つの「半分の部分」の個々の厚さとともに、それらの距離も個々に選択できることを意味し、設計の自由度を新たに拡大する。光学素子は、両面レンズと同じ光学性能が達せられるように賦形および配置される。光学素子の形状、厚さ、および距離に関して制限がないので、さらに性能が向上する。この分割は概して、軸方向視において最も外側のレンズに関係する。中間基板は、存在する場合には、両面であってよい。
好ましくは、空洞部は閉鎖されて、すべての光学素子が完全に基板および/またはスペーサ手段によって横方向においても封止される。これは、スペーサ手段または、連続的な基板における貫通孔のような適切な形状を有する凹部により達成できる。
光学設計:
−上述のように、現在のスタックでは、開口絞りは常にレンズのうちの1つを持つ同じ平面内にある。本発明による封止ウェハスタックは、2つの「フリーの」端面を有し、これにより、絞りも、たとえば平たい端面の一方のような異なる平面内に存在することができる。このことは設計のさらなる柔軟性につながる。
−せめて2つの最も外にあるウェハが片面であり、搭載/支持ウェハの取り付けを可能にして複製の際に(そして複製の後の除去の際に)さらなる安定性を与えるため、より薄いウェハが使用できる。このことも設計のさらなる柔軟性につながる。
−開口絞りが上部表面上に載置される場合、封止スタックは迷光に対して感度が低くなる。なぜなら、絞りの前にレンズが存在して不要な光も「集めて」しまうことがないからであり、性能の向上につながる。
−特に、シングレット(両面基板上に形成された両凸レンズまたは両凹レンズ)に関して、ただしこれに限定されることなく、本発明による封止設計(互いに離間された2つの片面基板)は、視野の隅における特に変調伝達関数(MTF)(すなわち隅における解像度)の点および像面湾曲(すなわち軸上像面および軸外像面のz位置における分離)の点で、より良い性能をもたらす。後者は合焦しない設計に向いている。このより良い性能は主に、封止の場合には2つのレンズ表面間の距離が自由パラメータになり得ることにより達せられるが、通常の場合においては、標準ウェハとして得られる距離にとどまらざるを得ない。
−加えて、封止した場合には、平たい(上部)表面における屈折が幾分利用できるが、通常の設計の場合には、カバーガラスにおける屈折は、センサにおいて主要な光線角度に整合しなければならないために、完全に定められてしまう。すなわち、両方の構造とも3つの表面(2つのレンズと1つの平たい表面)を有するが、封止の場合については、表面の順番が利点をもたらす。このことは、レンズの配向に依存する平凸シングレットの合焦性能に見られる違いよりも似た効果である。
−どのレンズも露出されていないので、レンズを保護する別体のプラスチックフードが必要ない。よって、モジュールの設計が簡略化され、コストが抑えられる。
−それでもプラスチックフードが用いられる場合には、迷光に対する感度が低減されていることで、フードにおける絞りの形状およびサイズの重要性が低くなり、これによってもモジュールの設計が簡略化される。
−上述のように、両面基板の製造は、基板が複製ツールに対して精確に整列されなければならないために、複雑である。本発明により、整列された両面複製の回数を減じることが可能になり、したがってデバイスの作製が簡略化される。
−好ましくはレンズが完全に封止されるので、異物または化学物質がレンズに入り込めない。よって、ウェハパッケージおよび光学デバイスが、アセンブリの状態に対して感度が低くなる。また、上部端面または底部端面が汚れている場合には、標準的な洗浄プロセス
を用いることができる。
−パッケージの端面が平たいことで、ダイシングおよび接着の間の取り扱いが容易になる。パッケージとデバイスも取り扱いが容易になり、これは完全に自動化されたシステムについて顕著である。
−レンズの封止により、環境条件に対する保護の形態において信頼性が増す。これが意味するのは、適切な複製材料およびコーティング等の範囲が大きくなるということである。
−封止により、複製された光学素子の機械的保護が増強される。よって、パッケージはインサート成形に適し得る。
Claims (24)
- 軸方向に積み重ねられる少なくとも2つの外側基板と、
該基板の間の複数の空洞部と、
該空洞部に配置される複数の複製された光学素子と、
を備えるウェハ・スケール・パッケージであって、
少なくとも2つの光学素子が、軸方向視において互いから離間して1つの共通の空洞部内に配置され、該パッケージが、該外側基板の外側表面によって構成される2つの実質的に平坦な端面を備える、ウェハ・スケール・パッケージ。 - 該空洞部が閉鎖され、すべての存在する光学素子が該空洞部内に配置される、請求項1に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 該基板を互いから離間して該基板の間に該空洞部を形成するスペーサ手段をさらに備える、請求項1または2に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 該スペーサ手段は、複数の貫通孔を持つスペーサ基板によってもたらされる、請求項3に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 該基板の少なくとも1つがあらかじめ腑形されて前面と後面を備え、前記前面および後面の少なくとも一方が、複数の凹部を備えて、該基板の間に該空洞部を形成する、請求項1から4のいずれか1項に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 該外側基板の間に配置される少なくとも1つの中間基板をさらに備えて、異なる平面内に配置される少なくとも2つの空洞部の群が該基板の間に形成される、請求項1から5のいずれか1項に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 各群の該空洞部は軸方向視において整列され、光学素子が該中間基板の両表面上に配置されて、該軸方向視において整列される、請求項6に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 該外側基板のうちの1つは、たとえばシリコン基板、GaAs基板、CMOS基板、または他の基板である半導体系基板である、請求項6または7に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- たとえばシリコン基板、GaAs基板、CMOS基板または他の基板である半導体系基板が、該外側基板の該端面の一方に、好ましくは前記端面の全域にわたって取り付けられる、請求項6または7に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 該半導体系基板が撮像素子のアレイまたは光源のアレイを備える、請求項8または9に記載のウェハ・スケール・パッケージ。
- 軸方向に積み重ねられる少なくとも2つの基板部分と、該基板部分の間の少なくとも1つの空洞部と、該軸方向視において互いから離間して該少なくとも1つの空洞部内に配置される少なくとも2つの複製された光学素子とを備える光学デバイスであって、該光学デバイスが、該外側基板部分の外側表面により構成される2つの実質的に平坦な端面を備える、光学デバイス。
- 該基板部分を互いから離間するスペーサ手段をさらに備えて、該基板部分の間に少なくとも1つの空洞部を形成する、請求項11に記載の光学デバイス。
- 該基板部分の少なくとも1つがあらかじめ腑形され、かつ凹部を含んで、該基板の間の該少なくとも1つの空洞部を形成する、請求項11から12のいずれか1項に記載の光学デバイス。
- 該外側基板部分の間に配置される少なくとも1つの中間基板部分をさらに含んで、該軸方向視において異なる平面内に配置される少なくとも2つの空洞部が該基板部分の間に形成される、請求項11から13のいずれか1項に記載の光学デバイス。
- 該空洞部が該軸方向視において整列され、光学素子が、該中間基板部分の両表面上に配置されかつ該軸方向視において整列される、請求項14に記載の光学デバイス。
- −各々内側表面と外側表面とを有する2つの基板を準備するステップと、
−複数の光学素子を複製技術によって該基板の該内側表面上に設け、該外側表面は空きのままとするステップと、
−軸方向に該少なくとも2つの基板を積み重ねて、該内側表面とその上にある該光学素子を対向させるステップと、
−該外側基板を連結して、該外側基板の間に空洞部が形成され、各空洞部が、該軸方向視において互いから離間されて少なくとも2つの光学素子を封入するようにパッケージを形成するステップであって、該パッケージの端面は、実質的に平坦であって、該外側基板の該外側表面によって構成されるステップと、
を含む、ウェハ・スケール・パッケージを製作する方法。 - 少なくとも1つの中間基板を設けるステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 複製技術によって両表面に光学素子を持つ該少なくとも1つの中間基板を設けて、該中間基板の該表面上の該光学素子が、該軸方向視において整列されるようにするステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 該外側基板のうちの1つが半導体系基板であり、好ましくはシリコン基板、GaAs基板、CMOS基板、または他の基板であり、好ましくは複数の撮像素子または複数の光源を有する、請求項17または18に記載の方法。
- たとえばシリコン基板、GaAs基板、CMOS基板、または他の基板である半導体系基板を、該外側基板の該端面の一方に、好ましくは前記端面の全域にわたって取り付けるステップをさらに含む、請求項17または18に記載の方法。
- 2つの基板の間にスペーサ手段を配置して、該基板を互いから離間させ、かつ該基板の間に該空洞部を形成するステップをさらに含む、請求項16から20のいずれか1項に記載の方法。
- 該基板の少なくとも1つが、複数の凹部を持つあらかじめ腑形された基板であり、該少なくとも2つの基板を連結するステップが、該あらかじめ腑形された基板を他方の基板に直接連結させて、該空洞部が該凹部の領域内に形成されるようにするステップを含む、請求項16から20のいずれか1項に記載の方法。
- 特にカメラの光学素子を製作する方法であって、請求項16から22のいずれか1項に記載の方法のステップを含み、軸方向を通る平面に沿って該パッケージをダイシングして該パッケージを個々の光学素子に分離するステップをさらに含む、光学素子の製作方法。
- 該平面が該スペーサ手段を通ることにより、閉鎖された空洞部を有する光学デバイスを形成する、請求項23に記載の方法。
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