JP2017152698A - 光電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光の干渉および相互干渉を減少させることを補助することができ、信号対雑音比を向上させることができる光電子モジュールを提供する。【解決手段】光学式近接センサモジュール1は、基板Pと、基板の第１の表面上に搭載される発光素子とを含み、発光素子は第１の波長の光を放出するように動作可能であり、光学式近接センサモジュール1はさらに、基板の第１の表面上に搭載される光検知器を含み、光検知器は第１の波長の光を検知するように動作可能である。モジュール1は、基板Pに対して実質的に平行に取り付けられる光学部材Oと、基板と光学部材との間に取り付けられる分離部材Sとを含む。分離部材Sは、発光素子および光検知器を囲み得るとともに、基板から光学部材Oへ延在し、発光素子と光検知器とを互いに分離する壁部分を含み得る。分離部材Sは、たとえば、カーボンブラックなどの色素を含有する不透明ポリマー材料から構成され得る。【選択図】図１

Description

関連出願との相互参照
本件出願は、２０１２年４月５日に出願された米国仮出願第６１／６２０，６０５号の優先権の利益を主張するものである。その出願の内容は、引用によりここに援用される。

技術分野
本開示は、光学式近接センサモジュールなどの光電子モジュールに関する。

背景
近接センサは、対象物の位置または場所を検知するために使用される。光学センサ、誘導センサ、および容量センサなどを含む、様々なタイプの近接センサが利用可能である。

光学式近接センサは、たとえば、センサの付近における対象物の有無を検知する反射技術を採用し得る。典型的な技術は、発光ダイオード（ＬＥＤ）および光学検知器を使用するものであり、ＬＥＤから放出される光が対象物に反射して検知器に戻るように構成されている。光源は、光が光検知器による検知に適したものとなるように選択され得る。したがって、たとえば、光源は、光検知器が最良に検知することができ、他の近隣の光源によって生成されそうにない周波数の光を生成し得る。

小さな光学式近接を設計する際には、多くの場合、電気的な干渉、光の相互干渉、および信号対雑音比に係る問題に対処する必要がある。たとえば、光学式近接センサにおける光の干渉には様々な潜在的な原因があり、その原因には、外的なもの（たとえば、日光、屋内の照明、意図されない標的）および内的なもの（たとえば、近接センサの下位構成部品間における光の干渉）が含まれる。外的な干渉は、信号処理の一部として抑制または減少させることができる。他方、内的な干渉は、特に近接センサが透明または半透明のカバーの後ろに搭載され、カバーで反射した光の強度の大きさが対象の信号と同様になり得る適用例においては、管理がより難しい。

概要
光電子モジュールが開示される。この光電子モジュールは、一部の施行例において、光の干渉および相互干渉を減少させることを補助することができ、信号対雑音比を向上させることができる。

たとえば、一局面において、光学式近接センサモジュールは、基板と、基板の第１の表面上に搭載される発光素子とを含み、発光素子は第１の波長の光を放出するように動作可能であり、光学式近接センサモジュールはさらに、基板の第１の表面上に搭載される光検知器を含み、光検知器は第１の波長の光を検知するように動作可能である。モジュールは、基板に対して実質的に平行に取り付けられる光学部材と、分離部材とを含み、分離部材は、基板と光学部材との間に取り付けられる。

一部の施行例において、発光素子は、発光ダイオードを含み、光検知器は、フォトダイオードを含む。一部の施行例において、発光ダイオードは、赤外光または近赤外光を放出し得て、フォトダイオードは、赤外光または近赤外光を検知し得る。

一部の施行例において、光学部材は、第１の波長の光を透過する第１および第２の透明部分と、第１の波長の入射光を実質的に減衰または遮断する遮断部分とを含む。第１の透明部分は、発光素子の上方に取り付けられ得て、第２の透明部分は、光検知器の上方に取り付けられ得る。

分離部材は、発光素子および光検知器を囲み得るとともに、基板から光学部材へ延在して発光素子と光検知器とを互いに分離する壁部分を含み得る。

一部の施行例において、発光素子から放出される光が第１の透明部分を通過するように、および第１の透明部分を通過し、モジュールの外側に位置する表面で反射し、第２の透明部分を通過する光の少なくとも一部が光検知器に検知されるように、発光素子、光学部材、および光検知器が配置され、検知される光の量は、モジュールの外側に位置する表面と光学部材との距離に依存する。

好ましくは、分離部材は、発光素子によって放出された光を実質的に透過しない。一部の施行例において、たとえば、分離部材は、熱硬化エポキシ材料などの不透明ポリマー材料から構成される。

分離部材は、たとえば、色素を含有するエポキシまたは他のポリマー材料（たとえば、アクリレート、ポリウレタン、シリコーン材料）から構成され得る。一部の施行例において、分離部材中の色素の量は十分に大きく、第１の波長で壁部分を通る光の伝達は０．１％以下である。

一部の適用例において、分離部材は、カーボンブラックを含有するエポキシまたは他のポリマー材料から構成され、カーボンブラックは、一部の場合においてエポキシまたは他のポリマー材料に埋め込まれ得る。たとえば、エポキシまたは他のポリマー材料は、少なくとも０．７％のカーボンブラックもしくはそれ以上を含有し得る。一部の適用例において、エポキシまたは他のポリマー材料中のカーボンブラックの量は十分に大きくなり得て、発光素子によって放出された光の波長で壁部分を通る光の伝達は０．１％以下であり、一部の場合においては、これよりも相当に小さい。エポキシまたは他のポリマー材料中のカーボンブラックの量は十分に大きくなり得て、発光素子によって放出される光の波長で壁部分を通る光の吸収率は少なくとも３となる。同様に、分離部材は、発光素子によって放出される光の波長において少なくとも０．０１５／μｍの吸収係数を有し得る。

また、本開示は、複数の光学式近接センサモジュールを作製する方法についても記載する。

加えて、移動通信装置が開示され、この移動通信装置は、上に記載した、または以下により詳細に記載される光学式近接センサモジュールを含む。

１つ以上の施行例についての詳細は、添付の図面および以下の記載において述べられる。他の局面、特徴、および利点は、明細書および図面、ならびに請求項から明らかとなるであろう。

光電子モジュールを示す断面図である。 図１のモジュールの構成要素を示す様々な断面図である。 図１に示されるような複数のモジュールを製造するためのウエハスタックを形成するためのウエハを示す断面図である。 図１の複数のモジュールを製造するためのウエハスタックを示す断面図である。 構造化された表面を有する半仕上げ部品を示す断面図である。 光学式近接センサを有する携帯電話の例を示す図である。 携帯電話のさらなる詳細を示す図である。

詳細な説明
図１に示されるように、光電子モジュール１は、少なくとも１つのアクティブ光学部品と少なくとも１つのパッシブ光学部品とを含み得る。アクティブ光学部品の例としては、フォトダイオード、イメージセンサ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、またはレーザーチップなどの、光感知部品または発光部品が含まれる。パッシブ光学部品の例としては、レンズ、プリズム、ミラー、または光学系（たとえば、開口紋り、イメージスクリーン、または支持体などの機械要素を含み得るパッシブ光学部品の集合）などの、屈折および／または回折および／または反射によって光の方向を変える光学部品が含まれる。図２は、図１のモジュールの構成要素の様々な横概略断面図を示し、これらの横断面のおおよその位置は、図１においてｓ１からｓ５および破線によって示される。ｓ４およびｓ５については、視線の方向が矢印によって示される。

モジュール１は、縦方向（すなわち、図１におけるｚ方向）に互いに積まれた複数の構成要素（Ｐ，Ｓ，Ｏ，Ｂ）を含む。縦（ｚ）方向に対して垂直なｘ−ｙ面（図２を参照）における方向は、横方向という。

モジュール１は、基板Ｐと、分離部材Ｓと、光学部材Ｏと、バッフル部材Ｂとを含み、これらは互いに積まれている。基板Ｐは、たとえば、プリント回路板アセンブリである。ＰＣＢアセンブリのプリント回路板（ＰＣＢ）は、インタポーザという。ＰＣＢの上には、光を放出するための放出部材Ｅ（たとえば、赤外光または近赤外光を放出するための発光ダイオードなどを含む光送信器ダイ）、および放出部材Ｅによって放出される周波数／波長（または周波数／波長の範囲）の光を検知するための検知部材Ｄ（たとえば、赤外光または近赤外光を検知するためのフォトダイオードなどを含む光受信器ダイ）が搭載される。概して、光は電磁放射をいい、たとえば、電磁スペクトルの赤外部分、可視部分、または紫外部分における電磁放射含み得る。

放出部材Ｅおよび検知部材Ｄの電気接触部は、はんだボール７が取り付けられるモジュール１の外側に電気的に接続される。一部の施行例は、４つの電気接触部を含み、２つが放出部材Ｅ用であり、２つが検知部材Ｄ用である。はんだボール７を設ける代わりに、一部の施行例は、後にはんだボールが設けられ得るＰＣＢ上に接続パッドを含む。したがって、モジュール１は、たとえば、表面実装技術（ＳＭＴ）を使用し、他の電子部品に隣接してプリント回路基板９上に搭載され得る。プリント回路基板９は、手持ち通信装置などの電子装置１０の構成要素であり得る。たとえば、装置１０は、スマートフォンまたは他の携帯電話であり得る。モジュール１は、このような用途に特に適している。なぜなら、モジュール１は特に小さいサイズを有するように製造され得るためである。

分離部材Ｓは２つの開口４を有し、放出部材Ｅがその一方に配置され、検知部材Ｄが他方に配置される。この方法により、放出部材Ｅおよび検知部材Ｄは、横方向において分離部材Ｓによって囲まれる。開口は実質的に円形で示されるが、一部の施行例においては他の形状を有してもよい。

分離部材Ｓは、いくつかの役割を果たし得る。分離部材Ｓは、基板Ｐと光学部材Ｏとの間の（縦方向に延在する）距離が良好に規定されるように確保し得て、これにより、放出部材Ｅから光学部材Ｏを介した光路、およびモジュール１の外側から光学部材Ｏを介して検知部材Ｄへ向かう光路を良好に規定することを補助する。また、分離部材Ｓは、検知部材Ｄによって概ね検知可能な光を実質的に透過させないことにより、およびモジュール１の外側壁の部分を形成することにより、本来検知部材Ｄによって検知されるべきではない光から検知部材Ｄを保護し得る。また、分離部材Ｓは、検知部材Ｄによって概ね検知可能な光を実質的に透過させないことにより、および放出部材Ｅと検知部材Ｄとの間に壁を形成することにより、放出部材Ｅと検知部材Ｄとの間の光の相互干渉を減少させるように、検知部材Ｄに到達すべきでない放出部材Ｅから放出される光から検知部材Ｄを保護し得る。この方法によって、モジュール１の内側で反射した光、および放出部材Ｅから生じる迷光が検知部材Ｄに到達しないように防止され得る。一部の施行例において、分離部材Ｓは、たとえば、エポキシ樹脂、アクリレート、ポリウレタン、およびシリコーン材料などの硬化することが可能な（たとえば、硬化可能な）ポリマー材料である、不透明なポリマー材料からなる。分離部材は、たとえば、カーボンブラックを含有するエポキシからなり得る。

最大の感度および検知範囲を実現するために、放出部材（たとえば、ＬＥＤ）Ｅと検知部材（たとえば、フォトダイオード）Ｄとの距離を近くすることが重要となり得る。しかしながら、内部での相互干渉によるセンサの誤反応およびダイナミックレンジの減少を回避するために、受信器の近くに位置する放出器には、分離壁またはカバーによるＩＲ有効光学絶縁（IR-effective optical insulation）が必要である。分離部材Ｓは、放出部材Ｅと検知部材Ｄとを互いに分離する縦壁分割部分１２を有し、内部における光の相互干渉の減少を補助し得る。

光学部材Ｏは、遮断部分ｂと２つの透明部分ｔとを含み、透明部分ｔの一方は、放出部材Ｅから放出される光がモジュール１から出ることを可能とし、他方は、光がモジュール１の外側からモジュール１に入って検知部材Ｄに到達することを可能とする。

遮断部分ｂは、たとえば適した（ポリマー）材料からなることにより、検知部材Ｄによって概ね検知可能な光を実質的に通さない。透明部分ｔの各々は、光をガイドするためのパッシブ光学部品Ｌ、または特定的な例として、レンズ部材Ｌを含む。レンズ部材Ｌは、たとえば、図１に示されるように、透明要素６に密着する２つのレンズ要素５を含む。透明要素６は、遮断部分ｂを形成する光学部材Ｏと同じ縦寸法を有し得て、遮断部分ｂを形成する光学部材Ｏと透明要素６とにより、（完全に近い（close-to-perfect））固体板形状が作られる。レンズ要素５（図１を参照）は、屈折および／または回折によって光の方向を変える。たとえば、レンズ要素は、（図１に示されるように）全てが概ね凸面形状からなるが、レンズ要素５の１つ以上は、たとえば全体的または部分的に凹面になるなど、異なる形状を有し得る。

バッフル部材Ｂは、望ましくない光、特に所望の角度でモジュール１を出る光またはモジュール１に入射する光を防護し得る。バッフル部材Ｂは、開口として形成される、または透明な材料によって形成される、２つの別個の透明領域３を有し得る。透明領域３の外側において、バッフル部材Ｂは、検知部材によって概ね検知可能な光を実質的に減衰または遮断する材料からなり得る、またはこのような特性を有するコーティングが設けられ得る。しかしながら、後者の製造はより複雑であり得る。バッフル部材Ｂの形状、より正確には透明領域３の形状は、図１および図２に示されるものとは異なるものであり得る（たとえば、円錐状の形状または頂部の切り取られたピラミッド）。

透明領域３の横形状のみならず、透明部分ｔおよび開口４の横形状も円形である必要はなく、たとえば角の丸まった多角形または矩形など、他の形状を有してもよい。

モジュール１は、パッケージ化された光電子部品である。モジュール１の縦側壁は、部品Ｐ，Ｓ，Ｏ，Ｂによって形成される。底壁は、基板Ｐによって形成され、上壁は、バッフル部材Ｂ、またはバッフル部材Ｂと光学部材Ｏとを合わせたものによって形成される。

図２に見られるように、ハウジング部品ともいう４つの部品Ｐ，Ｓ，Ｏ，Ｂの各々は、他のハウジング部品と実質的に同じ横形状および横寸法を有する。これにより、図３および図４を参照して以下により詳細に記載されるようなモジュール１を非常に効率的な方法で製造することが容易となる。ハウジング部品Ｐ，Ｓ，Ｏ，Ｂの各々は、概ねブロック形状もしくは板状の形状、またはより概略的には直方体形状を有し、（バッフル部材Ｂおよび分離部材Ｓが有するような）穴もしくは開口または（光学部材Ｏが有するような）突起を有し得る。

一部の施行例において、モジュール１は近接センサである。このようなモジュール１により、たとえば検知部材Ｄによって生成される光電流から判定するなどにより、対象物がモジュールから所定の距離内に位置するか否かを検知することができ、放出部材Ｅは、たとえば光パルスの形態で発光する。たとえば、放出部材Ｅ、光学部材Ｏ、および検知部材Ｄは、光学部材Ｏの所定の距離内または距離範囲内に位置する、光を反射することが可能な表面により、放出部材Ｅから放出されてこの表面で反射される十分に強度の高い光を検知部材Ｄが検知できるように配置され得る。これ故に、放出部材Ｅから放出されて、光学部材Ｏからさらに離れて所定の距離の外側に位置するような表面で反射される光は、検知部材Ｄによる十分に高い光強度の検知を引き起こさない。

さらに、上述のものと同じ原理に従って設計されるが、検知部材Ｄに加えて、追加の光検知器などの１つ以上の追加の電子部品、または１つ以上の集積回路、または２つ以上の光源を含む、モジュールを提供することができる。

モジュール１におけるアクティブ電子部品（図１の例における放出部材Ｅおよび検知部材Ｄなど）は、パッケージ化された電子部品またはパッケージ化されていない電子部品であり得る。基板Ｐとの接触には、ワイヤボンディングもしくはフリップチップ技術などの技術、または従来のスルーホール技術のような任意の他の公知の表面実装技術が使用され得る。

図３は、図１に示されるような複数のモジュールを製造するためのウエハスタックを形成するためのウエハを示す概略断面図である。概して、ウエハは、実質的にディスク形状または板形状の部品をいい、その一方向（ｚ方向または縦方向）への伸長は、他の２つの方向（ｘおよびｙ方向、または横方向）への伸長に対して小さい。（非ブランク（non-blank））のウエハ上において、たとえば矩形のグリッド上に、複数の同様の構造または部品が配置され得る、または設けられ得る。ウエハは、開口または穴を有し得る。一部の場合において、ウエハはその横領域の大部分に材料が無い状態となり得る。施行例に応じて、ウエハは、たとえば、半導体材料、ポリマー材料、金属とポリマーとを含む複合材料、またはポリマーとガラス材料とを含む複合材料からなり得る。特に、ウエハは、熱硬化ポリマーまたはＵＶ硬化ポリマーなどの硬化することが可能な材料を含み得る。一部の施行例において、ウエハの直径は、５ｃｍと４０ｃｍとの間であり、たとえば、１０ｃｍと３１ｃｍとの間であり得る。ウエハは、たとえば、２、４、６、８、または１２インチの直径を有する円筒状であり得て、１インチは約２．５４ｃｍである。ウエハの厚さは、たとえば、０．２ｍｍと１０ｍｍとの間であり得て、一部の場合においては、０．４ｍｍと６ｍｍとの間である。

図３および図４は、３つのモジュール１を設けた場合を示すものであるが、一部の施行例においては、１つのウエハスタックにおいて各横方向に少なくとも１０個のモジュールが設けられ得て、一部の場合において各方向に少なくとも３０個または５０個以上のモジュールが設けられ得る。ウエハの各々の寸法の例は、横方向に少なくとも５ｃｍまたは１０ｃｍであり、３０ｃｍもしくは４０ｃｍまたは５０ｃｍに達し、縦方向に（基板ウエハＰＷ上に部品が何も無い状態で測定）少なくとも０．２ｍｍもしくは０．４ｍｍまたは１ｍｍであり、６ｍｍもしくは１０ｍｍまたは２０ｍｍに達する。

一部の施行例において、図１に示されるような複数のモジュールを製造するためのウエハスタックを作成するために４つのウエハが使用され得る。図４に示されるように、スタックは、基板ウエハＰＷと、スペーサウエハＳＷと、光学ウエハＯＷと、バッフルウエハＢＷとを含む。各ウエハは、対応するモジュール１（図１および図２を参照）に含まれる多数の対応する部材を含み、これらの部材はたとえば矩形の格子上に配置され、後続の分離ステップを容易にするために互いに小さな距離が空けられている。

基板ウエハＰＷは、たとえば、標準的なＰＣＢ材料からなるＰＣＢを含むＰＣＢアセンブリであり得て、一方側にはんだボール７が設けられ、他方側にはんだ付けされたアクティブ光学部品（たとえば、部材ＥおよびＤ）が設けられる。後者は、たとえば標準的なピックアンドプレイスマシンを使用したピックアンドプレイスによって基板ウエハＰＷの上に配置され得る。

スペーサウエハＳＷは、基板ウエハＰＷおよび光学ウエハＯＷを実質的に互いに一定の距離を空けて維持することを補助し得る。したがって、スペーサウエハＳＷをウエハスタックに組み込むことにより、高い撮像性能および複雑性を可能とすることができる。スタックウエハは、その後にさいの目に切られて個別のマイクロ光学構造とされ得て、ウエハごとに複数の（たとえば、数千）の構造が得られる。

望ましくない光の検知からの保護を最大とするために、ウエハＰＷ，ＳＷ，ＯＷ，ＢＷの各々は、透明部分ｔおよび透明領域３などの透明領域を除き、検知部材Ｄによって検知可能な光を実質的に通さない材料から実質的になり得る。

たとえば、一部の施行例において、スペーサウエハＳＷは、カーボンブラックまたは他の暗い色素を含有するＵＶ硬化エポキシまたは熱硬化エポキシ（または他のポリマー）からなり得る。一部の施行例において、カーボンブラックはエポキシ（または他のポリマー）に埋め込まれる。エポキシまたは他のポリマー材料中のカーボンブラックの量は、特定の用途に依存し得て、たとえば、スペーサウエハＳＷの所望の光学特性または必要な光学特性に依存し得る。したがって、一部の施行例においては、光の相互干渉または検知部材Ｄによる他の望ましくない光の検知を減少させるために、スペーサウエハＳＷは、少なくとも０．７％のカーボンブラックを含有するＵＶ硬化もしくは熱硬化エポキシまたは他のポリマー材料からなり得る。しかしながら、一部の施行例においては、より少ない量のカーボンブラックで十分となり得る。スペーサウエハＳＷのためのエポキシまたは他のポリマー材料中の最適または所望のカーボンブラックの割合は、たとえば、壁１２の横方向の厚さに応じて調整され得る。たとえば、一部の施行例において、壁の厚さは約２００μｍであり、エポキシまたは他のポリマー材料は、少なくとも約０．８％のカーボンブラックを含有する。８００ｎｍの波長を有する光については、前述の組成により、約０．０２９５／μｍの吸収係数（α）が得られる。概して、厚さｄを有する壁部分１２については、伝達Ｔ＝１０^−α＊ｄとなる。したがって、前述の例において、壁部分１２の伝達（Ｔ）は、０．０００１５％未満であり、約５．８の吸収率または光学的密度に対応する。吸収率は、材料に対する放射の量の材料を通って伝達される放射の量に対する対数比率を表わす。一部の適用例において、カーボンブラックの量は十分に高く、放出部材Ｅによって放出される光の波長で壁部分１２を通る光の伝達（Ｔ）は０．１％以下である。同様に、一部の適用例において、カーボンブラックの量は十分に高く、放出部材Ｅによって放出される光の波長での壁部分１２の吸収率または光学的密度は少なくとも３となる。一部の施行例において、分離部材Ｓは、壁１２の厚さが２００μｍの場合は、発光素子によって放出される光の波長において少なくとも０．０１５／μｍの吸収係数（α）を有する。

様々なポリマー材料（たとえば、エポキシ樹脂、アクリレート、ポリウレタン、またはシリコーン材料）がスペーサウエハＳＷの基材として使用され得て、１つ以上の色素または他の接着剤が加えられ、対象となる波長（すなわち、ＬＥＤまたは他の放出部材Ｅによって放出される光の波長）でのスペーサウエハの光伝達特性が減少する。スペーサウエハＳＷのための基材の例としては、Electronic Materials, Inc.から入手可能なEMCAST（たとえば、23xx、24xx、25xx、および2600シリーズ）、Master Bond Inc.から入手可能なMASTERBOND（商標）（たとえば、UV15-7DC、UVIODCTK）、DELO Industrial Adhesivesから入手可能なDELO-DUALBOND（商標）（たとえば、AD VE 80342）、Addison Clear Waveから入手可能なAC A1449、Epoxy Technology, Inc.から入手可能なEPOTEK OG198-54、およびLOCTITE 334、392、5091のうちの１つ以上が含まれる。前述の材料の一部は、デュアルキュア型である（すなわち、ＵＶ光および熱によって硬化させることができる）。対象となる波長においてスペーサーウエハＳＷの光伝達特性を減少させるために、カーボンブラックまたは他の色素が基材に加えられ得る。たとえば、カーボンブラックまたは他の色素は、放出部材Ｅによって放出される光の波長において壁部分１２を通過する光の伝達（Ｔ）が０．１％以下となるように十分に大きな量で基礎ポリマー材料に加えられ得る。同様に、一部の適用例において、色素の量は、放出部材Ｅによって放出される光の波長において壁部分１２の吸収率または光学的密度が少なくとも３となるように十分に大きい。

スペーサウエハＳＷおよびバッフルウエハＢＷ、ならびに光学ウエハＯＷの少なくとも一部は、たとえば複製により作製され得る。複製は、たとえばエッチング、エンボス加工、モールド成形、または真空注入など、所与の構造またはそのネガを再現する技術をいう。複製工程の特定の例において、構造化された表面が、液体材料、粘性材料、または塑性変形可能材料にエンボス加工され、紫外放射または加熱を用いた硬化によって材料が硬化され、構造化された表面が取り除かれる。したがって、構造化された表面を有する複製物（この場合においては、ネガ複製物）が得られる。複製に適した材料は、たとえば、硬化させることができる（たとえば、硬化可能な）ポリマー材料または他の複製材料、すなわち硬化させるステップまたは凝固ステップ（たとえば、硬化ステップ）において液体、粘性、または組成変形可能な状態から個体の状態へ変化させることができる材料である。

したがって、たとえば、用途特定液体ポリマーの液滴をウエハ上に正確に投与することにより、ウエハレベルの複製工程が実施され得る。そして、モールドを用いてポリマーにエンボス加工が施され、紫外光を用いてポリマーを硬化させることによってウエハ上でポリマーが硬化する。そして、ウエハがモールドから分離される。この工程は、マイクロメートル単位の配列精度を伴ってウエハの他方側で繰り返され得る。一部の施行例において、複製材料は、引用によりここに援用される米国特許出願第７，７０４，４１８号に記載されるようにツールと基板の表面との間に収容され得る。

スペーサウエハＳＷを作製するのに適した複製技術が、たとえば、米国特許出願公開第２０１１／００３９０４８号Ａ１および米国仮出願第６１／７４６，３４７号に開示されており、これら両方は引用によりここに援用される。スペーサウエハＳＷは、縁部における厚さが縁部まわりの表面箇所におけるスペーサウエハの厚さを超えるように作製され得る。この方法により、縁部がスペーサの平均厚さと比して上昇する。たとえば、スペーサウエハＳＷ自体が概して１００から１５００ミクロン（μｍ）の厚さを有する場合、縁部が囲う表面に対する縁部の上昇は約１から１０μｍであり得る。

一部の施行例において、ウエハレベルの硬化工程を通過する複製要素（たとえば、スペーサウエハＳＷ、光学ウエハＯＷ、および基板ウエハＰＷ）は、熱的に安定し、たとえば温度が約２６０℃に達し得るリフロー工程などの加熱工程に耐え得る。熱的に安定した要素は、実質的にその全体的な形状を維持し、相対的に高い動作温度において分解されることはない。複製要素のこの特性は、概して「リフロー性」という。熱的に安定した要素を作製するために使用される材料は、たとえば、熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを含み得る。

このような作製技術により、たとえば携帯電話または他の電子製品へのモジュールの組み込みが容易となる。なぜなら、モジュールを組み立てライン工程に直接的に組み込むことができるからである。一部の施行例において、リフロー可能要素は、−４０℃と＋８５℃との間での１０００時間の熱サイクル、および＋８５℃の温度および８５％の相対湿度での１０００時間の熱サイクルを含むＧＲ−４６８ＣＯＲＥ環境試験を満たす。

たとえば、上に記載したように、スペーサウエハＳＷは、エポキシ樹脂および硬化剤から形成される熱硬化エポキシであり得て、一部の施行例においてはカーボンブラックも含有する。このようなエポキシ化合物の熱的安定性は、主にエポキシ樹脂の化学構造および硬化剤のタイプに依存する。たとえば、熱可塑性エポキシ化合物については、エポキシ化合物のガラス遷移温度は、約１００℃から２７０℃の範囲内で異なり得る。

また、複製要素は、熱的に安定した、紫外（ＵＶ）硬化エポキシまたは他のポリマー材料から形成され得る。一部の施行例において、複製要素は、「デュアルキュア型」の材料を用いて形成され得る。すなわち、材料は、２つの硬化法のうちいずれが採用されるかに応じて、熱（熱硬化）または紫外光（ＵＶ硬化）のいずれかを用いて硬化され得る。熱的に安定した硬化ポリマーに使用され得る材料の例としては、Electronic Materials, Inc.から入手可能なEMCAST（商標）（たとえば、23xx、24xx、25xx、および2600シリーズ）、Master Bond Inc.から入手可能なMASTERBOND（商標）エポキシ（たとえば、UV15-7DCおよびUVIODCTK）、DELO Industrial Adhesivesから入手可能なDELO-DUALBOND（商標）（たとえば、AD VE 80342）材料、Addison Clear Waveから入手可能なAC A 1449、Epoxy Technology, Inc.から入手可能なEPOTEK OG 198-54エポキシ、および／またはLOCTITE 334、392、および5091シリーズ材料のうち１つ以上が含まれる。

他の材料の例としては、機能性アミノシランとアミノプロピルメチルシロキサンのコポリマーとを定められた比率で有するエポキシが含まれる。硬化エポキシにおいてシリコン化合物を使用することにより、一部の施行例において、エポキシの熱的安定性、化学的耐性、および腐食耐性が向上し、トリメトキシ基を有するシランを使用することにより、接着特性がより良好となり得る。

代替的に、または加えて、硬化エポキシまたは他のポリマーの熱的安定性は、環状化合物を硬化剤として使用することによって向上し得る。たとえば、ビスフェノールＡからなるエポキシ樹脂の熱的安定性は、とりわけ芳香族アミンおよび無水物、ノボラック、ビスマレイミド（たとえば、ジ（ｐ−マレイミドフェニル）メタン）、ならびにイミダゾール誘導体を使用することによって向上し得る。追加の樹脂および硬化剤の組み合わせも、熱的安定性を向上させるために使用され得る。

レンズＬのための材料も、適したリフロー可能な材料からなり得て、このリフロー可能な材料は、検知部材Ｄによって検知可能な光を透過する。スペーサウエハ要素と同様に、レンズＬに適した材料としては、たとえば、硬化することができる（たとえば、硬化可能）ポリマー材料、または硬化する（たとえば、硬化）ステップにおいて液体、粘性、または塑性変形可能な状態から個体の状態へ変態する材料が含まれ得る。一部の施行例において、レンズ材料の硬化は、熱、ＵＶ光、または化学添加剤をポリマー材料に加えることによって実現される。スペーサウエハＳＷ、光学ウエハＯＷ、または基板ウエハＰＷを作製するために使用されるものと同じポリマー材料が、カーボンブラックを除き、レンズ材料として使用され得る。レンズを形成するために使用され得る他のポリマー材料としては、たとえば、ThreeBond Co., Ltd.から入手可能なTHREEBOND（商標）3078A、3078B、もしくは3078Cシリーズのエポキシ、DELO Industrial Adhesivesから各々が入手可能なDELO-KATIOBOND（商標）AD VE 18499エポキシおよびDELO-PHOTOBOND（商標）エポキシ（たとえば、GB368および19923シリーズ）、EPOTEK（商標）エポキシ（たとえば、90-172-4、90-174-3、100-24-3、もしくはOG142-13シリーズのエポキシ）、Kyoritsu Chemical & Co., Ltd.から入手可能なKyoritsu XLM-C5もしくはXRC 9-2シリーズのエポキシ、Micro Resist Technology GmbHから入手可能なMRT Ormocomp（商標）US-S4エポキシ、Showa Denko K.K.から入手可能なShowa Denko（商標）SAS008L-Pエポキシ、ならびに／またはWellomer Adhesive Technologyから入手可能なWELLOMER（商標）エポキシDUV 764エポキシのうちの１つ以上が含まれる。

光学ウエハＯＷについては、不透明部分（たとえば、遮断部分ｂ）を得るために複製またはモールド成形が使用され得る。また、穿孔またはエッチングにより、透明部分が設けられる穴を設けることが可能である。続いて、このように得られた前形ウエハには、レンズ部材Ｌが設けられ、光学ウエハＯＷがもたらされる。これは、たとえばレンズ部材Ｌを単一の部品として形成するなど、複製によって達成され得る。しかしながら、レンズ部材Ｌは、透明領域３が規定される穴の中に透明要素６を含むウエハである半仕上げ部品から製造を始めることができる。これは、レンズ部材Ｌの各々が少なくとも１つの頂点を有し、これらの頂点が光学ウエハＯＷの縦断面の外側に位置する場合には特に有用となり得る。このような半仕上げ部品は、透明領域３にウエハを貫通する穴を有さず、実質的に表面の起伏を有さない、もしくは浅い表面の起伏を有する平坦なディスク状のウエハであり得る。このような表面の起伏は通常は凹面である。すなわち、起伏は、遮断部分ｂのようにウエハ面を超えて延在しない。

このような半仕上げ部品は、透明部分が設けられる穴または開口を有する平坦な前形ウエハ（通常は、１つの材料からなる）から始め、たとえば分注工程を使用して穴を透明材料で満たし、たとえばフリップチップ技術などにおけるアンダーフィル処理に使用される分注器を使用して１つずつ前形ウエハの穴を１つずつ満たす、または、たとえばスキージ処理（たとえば、スクリーン印刷から既知のもの）もしくは材料を出す複数の中空針を有する分注器を使用して一度に複数の穴を満たすことによって得られる。分注時において、ウエハはたとえばシリコーンからなる平坦な支持板の上に置かれ得る。分注された材料における気泡または空洞の形成を防止するよう注意する必要がある。なぜなら、これにより、生産されるレンズ部材Ｌの光学的性質が劣化し得るためである。たとえば、分注は、ウエハによって形成される縁部および下方の支持板（またはこのような縁部に近い場所）で、たとえば材料を出す中空の針をこのような縁部の近くに適切にガイドすることによって、ウエハ材料のウェッティングを開始するような方法で行うことができる。続いて、分注された材料は、たとえば熱またはＵＶ放射によって硬化され、硬化した透明材料が得られる。

この方法により形成され得る凸状のメニスカスは、研磨によって平坦にされ、これにより、ウエハの厚さに調整された平行面を有する透明要素６が得られる。そして、複製により、レンズ要素５がウエハＯＷの一方側または両側（上側および底側）に施される。透明要素のメニスカスが凹状の場合、複製がこれらの上で行われ得て、施される複製材料の量はこれに伴って調整され得る。

光学ウエハＯＷならびにスペーサウエハＳＷおよび／またはバッフルウエハＢＷの特徴および機能性を組み込んだ組み合わせ光学ウエハを設けることができる。このような組み合わせ光学ウエハの作成は、特定の前形ウエハと、これをもとに製造される特定の半仕上げ部品とによって達成され得る。このような前形ウエハおよび半仕上げ部品は、それぞれ、少なくとも１つの構造化された表面を有し、この構造化された表面は、通常はそれぞれが前形ウエハに設けられて半仕上げ部品にある透明要素の２つの表面のうち少なくとも１つを超えて縦方向に延在する突起を有する。図５において、１つの構造化された表面を有する半仕上げ部品оｗ′の例が概略的に示される。半仕上げ部品は、図１に示されるモジュールの製造に使用され得る。図４のウエハＯＷおよびＳＷ（またはウエハＯＷおよびＢＷ、またはウエハＯＷおよびＳＷおよびＢＷ）を１つの部品として考えることにより、組み合わせ光学ウエハが図１に係るモジュールの製造のために提供される。

ウエハスタック２を形成するために、たとえば、熱硬化および／またはＵＶ硬化エポキシ樹脂を使用して糊付けすることにより、ウエハが配列および接着される。各アクティブ光学部品（基板ウエハＰＷ上の検知部材Ｄおよび放出部材Ｅなど）は、十分かつ正確に対応するパッシブ光学部品（光学ウエハＯＷのレンズ部材Ｌなど）と整列させる必要がある。一部の施行例において、基板ウエハＰＷに穴が形成され得て、穴は基板ウエハＰＷの厚さを貫通して延在し、圧力の蓄積を解放するためにリフロー工程時のガス抜きを提供する。穴は、穿孔またはエッチング処理により、基板ウエハＰＷに形成され得る。

図４は、図１に示されるような複数のモジュール１を製造するためのウエハスタック２を示す断面図である。細い破線の矩形は、たとえばダイシングソーを使用した分離が行われる場所を示す。

配列ステップの大部分がウエハレベルで行われるという事実により、相対的に簡易かつ迅速な方法で良好な配列（特に部材Ｌに対する部材ＤおよびＥの配列）を実現することが可能となる。このため、全体的な製造工程が非常に速く正確となり得る。ウエハスケールの製造により、複数のモジュール１を製造するために必要な製造ステップがごく少数となる。

上記のように、一部の施行例において、モジュール１は近接センサモジュールである。上記の技術により、ウエハレベルの製造工程を使用して同時に複数のモジュールを作製することができる。パッケージ化されたモジュール１は、携帯電子装置、手持ち携帯電子装置、パーソナルコンピューティング装置、カメラ、オーディオもしくはビデオ再生装置、ラップトップコンピューター、または携帯情報端末などの幅広い装置に組み込むことができるとともに動作的に接続することができる。

近接センサモジュール１の特定の適用例は、携帯電話１０にある（図６を参照）。たとえば、近接センサモジュール１は、ディスプレイが使用されていない時に携帯電話のディスプレイを自動的に暗くする、または非アクティブ化することによって電話の電池の寿命を長くするように、ユーザの耳または顔の横に携帯電話があることを検知するために使用され得る。図７に示されるように、携帯電話１０の一部の施行例は、他の部品の中で、プロセッサ５２と、メモリ６４と、ディスプレイ５４などの入出力装置と、通信用インターフェース６６と、トランシーバ６８とを含む。様々な構成要素は、様々な経路を使用して相互に接続され得て、構成部品のいくつかは、共通の主回路基板の上に、または適切な他の態様で搭載され得る。また、近接センサモジュール１は、装置１０の他の構成部品に相互に接続され得て、一部の施行例においては、他の構成部品の一部とともに共通の主回路基板の上に搭載され得る。

いくつかの施行例について記載した。これに関わらず、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。このため、他の施行令は、請求項の範囲内となる。

Claims (12)

1. 複数の光学式近接センサモジュールの組立方法であって、
   複数の発光素子が取り付けられ複数の光検知器が取り付けられる第１の表面を有する基板ウェハを提供するステップを含み、それぞれの前記発光素子は対応する前記光検知器に隣接して配置され、前記発光素子と前記光検知器は基盤上に整列して取り付けられ、前記発光素子は第１の波長の光を放出するように動作可能であり、前記光検知器は前記第１の波長の光を検知するように動作可能であり、方法はさらに、
   カーボンブラックを含む非透過性ポリマー素材で構成されたスペーサウェハを提供するステップを含み、前記スペーサウェハは基板上ウェハの前記発光素子および前記光検知器の配列に実質的に対応して並んだ開口部を有し、方法はさらに、
   前記第１の波長の入射光を実質的に減衰または遮断する遮断部分を含む光学ウェハを提供するステップを含み、前記光学ウェハはさらに、前記第１の波長の光を透過する第１および第２の透明部分を含み、前記第１および第２の透明部分は前記基板ウェハの前記発光素子および前記光検知器と実質的に対応して並んで配置され、方法はさらに
   前記発光素子と前記光検知器が前記基板ウェハと前記光学ウェハとの間に並べられるよう前記スペーサウェハが前記基板ウェハと前記光学ウェハとの間に配置されるウェハスタックを準備するステップを含み、前記発光素子および前記光検知器は前記スペーサウェハのそれぞれの部分で取り囲まれ、前記スペーサウェハのそれぞれの部分は特定の前記発光素子を対応する前記光検知器から分離し、前記光学ウェハのぞれぞれの第１の前記透明部分はそれぞれの前記発光素子の１つの上に並べられ、前記光学ウェハのそれぞれの前記第２の透明部分はそれぞれの前記光検知器の１つの上に並べられ、方法はさらに、
   前記ウェハスタックを複数のモジュールに分離するステップを含み、それぞれの前記モジュールは前記発光素子の１つと前記光検知器の１つを含む、方法。
2. 前記発光素子は発光ダイオードであり、前記光検知器はフォトダイオードである、請求項１に記載の方法。
3. 前記スペーサウェハは前記発光素子から発された光を実質的に透過しない、請求項１に記載の方法。
4. 前記ポリマー素材はエポキシ素材を含み、前記カーボンブラックは、前記ポリマー材料に埋め込まれる、請求項１に記載の方法。
5. 前記スペーサウェハは熱硬化エポキシ素材で構成される、請求項１に記載の方法。
6. 前記スペーサウェハの前記ポリマー素材は少なくとも０．７％のカーボンブラックを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記スペーサウェハの前記ポリマー素材は少なくとも０．８％のカーボンブラックを含み、前記スペーサウェハは前記発光素子から発された光を実質的に透過しない、請求項１に記載の方法。
8. 前記ポリマー素材中のカーボンブラックの量は十分に大きく、前記発光素子から発された光の波長で前記壁部分を通る光の伝達は０．１％以下である、請求項１に記載の方法。
9. 前記ポリマー素材中のカーボンブラックの量は十分に大きく、前記発光素子によって放出された光の波長で前記壁部分を通る光の吸収は少なくとも３である、請求項１に記載の方法。
10. 前記ポリマー素材はアクリレート、ポリウレタン、またはシリコン素材を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記光学ウェハは、
    前記第１の透明部分に取り付けられる第１のパッシブ光学部品と、
    前記第２の透明部分に取り付けられる第２のパッシブ光学部品とを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１および第２のパッシブ光学部品はそれぞれレンズを含む、請求項１に記載の方法。