JP6689817B2 - 互いに光学的に分離された領域を有するイメージセンサを含む光電子モジュール - Google Patents
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Description
技術分野
本開示は互いに光学的に分離された領域を有するイメージセンサを含む光電子モジュールに関する。
本開示は互いに光学的に分離された領域を有するイメージセンサを含む光電子モジュールに関する。
背景
発光体および光センサを含む光電子モジュールは、たとえば、近接感知、ジェスチャー感知およびカメラ撮影を含む幅広い範囲のアプリケーションに使用可能である。そのようなモジュールは、たとえば、手持ちコンピュータ装置（たとえばスマートフォン）あるいは他のホスト装置などの様々な家電製品に組み込み可能である。
発光体および光センサを含む光電子モジュールは、たとえば、近接感知、ジェスチャー感知およびカメラ撮影を含む幅広い範囲のアプリケーションに使用可能である。そのようなモジュールは、たとえば、手持ちコンピュータ装置（たとえばスマートフォン）あるいは他のホスト装置などの様々な家電製品に組み込み可能である。
いくつかのセンサは発光体からの放射を感知可能な複数の領域を含む。こうして、いくつかのケースにおいて光学的に互いに分離された２つの領域である２つの区別された領域に近接センサを設置することは有利であり得る。たとえば、いくつかのケースにおいて発光体からの放射がセンサの第１の光感知可能領域に影響を与えるが、第２の光感知可能領域（たとえば、反射光の感知が可能なよう光がモジュールから発しモジュール外部の物体によってセンサに向かって反射される場合を除く）に影響を与えないことが望ましいかもしれない。
センサの異なる領域を分離するために、発光された放射の透過性を有しない仕切りが必要である。さらに、仕切りは第１の領域が位置するあるチャンバからの光が第２の領域の位置する他のチャンバに直接通過しないよう実質的に不透光性である。
要約
本開示は壁によって互いに光学的に分離された少なくとも２つの領域を有するイメージセンサを含む光電子モジュールを説明する。壁はイメージセンサ上を延びる橋領域を含むことができさらに、一部が橋領域の下面とイメージセンサの上面との間に配置される硬化接着剤部をさらに含むことができる。イメージセンサの光感知領域（たとえば接着剤による汚染に敏感な、あるいは敏感かもしれない光学的に敏感な領域またはイメージセンサの他の領域）の接着剤による汚染を防止するためにモジュールの組立のための様々な技術が説明される。好ましくは、たとえば、壁の一方側に位置する発光体と壁の他方側に位置するイメージセンサの光感知領域との間で、壁は望ましくない光学上の干渉を防止するために、壁は実質的に不透光性である。
本開示は壁によって互いに光学的に分離された少なくとも２つの領域を有するイメージセンサを含む光電子モジュールを説明する。壁はイメージセンサ上を延びる橋領域を含むことができさらに、一部が橋領域の下面とイメージセンサの上面との間に配置される硬化接着剤部をさらに含むことができる。イメージセンサの光感知領域（たとえば接着剤による汚染に敏感な、あるいは敏感かもしれない光学的に敏感な領域またはイメージセンサの他の領域）の接着剤による汚染を防止するためにモジュールの組立のための様々な技術が説明される。好ましくは、たとえば、壁の一方側に位置する発光体と壁の他方側に位置するイメージセンサの光感知領域との間で、壁は望ましくない光学上の干渉を防止するために、壁は実質的に不透光性である。
たとえば、ある態様によれば、光電子モジュールは第１の領域および第２の領域を含む近接イメージセンサを含む。イメージセンサの第１の領域は第１のチャネル内に配置される一方で、イメージセンサの第２の領域は第２のチャネル内に配置される。壁はイメージセンサによって感知可能な１または複数の波長の光に対して実質的に非透過的であるか、あるいは著しく減衰させる。壁はさらに橋領域およびイメージセンサの上側表面との間の領域を実質的に充填する接着剤を含む。
いくつかの実装は１または複数の以下の特徴を含む。たとえば、接着剤はイメージセンサの側縁部に隣接する領域にも存在してもよい。いくつかのケースにおいて、橋領域は１または複数の接着剤で充填された導管を有する。橋領域は狭い部分を有してもよく、そのそれぞれはイメージセンサのそれぞれの第１または第２の領域と面する。
いくつかのケースにおいて、モジュールはその上にイメージセンサが取り付けられる基板を含む。スペーサはチャネル上の光学アセンブリから基板を分離する。少なくとも橋領域の一部はスペーサと同じ素材で構成されることができ単一のスペーサと連続的で一体的なピースとして形成され得る。
イメージセンサの第１および第２の領域は接着剤による汚染に敏感な領域（たとえば光感知領域）でもよい。イメージセンサ上の接着剤の一部はあふれているが、第１または第２の領域には到達しないメニスカスを形成してもよい。
他の態様では、光電子モジュールの組立方法は基板に取り付けられたスペーサの提供を含む。イメージセンサは基板上に取り付けられ、橋領域がイメージセンサにわたって架橋する。橋領域はスペーサと同じ素材で構成され単一のスペーサと連続的な一体的なピースとして形成される。方法はさらに橋領域およびイメージセンサの上側表面との間のスペースと、イメージセンサの側縁部とスペーサの対向する内側縁部との間への接着剤の提供を含む。続いて、接着剤は硬化される。
いくつかの実装は１または複数の以下の特徴を含む。いくつかのケースにおいて、たとえば、接着剤は二重硬化接着剤であり、方法は第１の技術（たとえばＵＶ硬化）を用いて接着剤を部分的に硬化し、続いて他の組立ステップを実行した後に第２の技術（たとえば熱硬化）を用いて接着剤の硬化を完成させることを含む。いくつかの例において、方法は、接着剤によって形成されたあふれたメニスカスの予備乾燥を含み、接着剤が橋領域およびイメージセンサの上側表面の間のスペースに提供されるにつれて予備乾燥は実行される。他の組立ステップの実行の後、接着剤の硬化は完了可能である。いくつかのケースにおいて、接着剤は橋領域内の１または複数の導管内に接着剤を注入することにより提供可能である。
他の態様によれば、イメージセンサチップのある光感知領域が基本層の第１の側面に位置しイメージセンサチップの第２の光感知領域が基本層の第２の側面に位置するようその上に複数のイメージセンサチップが取り付けられる基板の提供とそれぞれのイメージセンサチップ上で黒エポキシのそれぞれの基本層の提供とを含む。方法はさらにそれぞれの基本層の上に直接それぞれの第１の溝を形成するためにイメージセンサチップにわたってクリアエポキシの外側被覆の提供と基本層のすぐ上の領域から選択的にクリアエポキシを取り除くことを含む。注入過程は第１の溝を黒エポキシで充填し同時にモジュールのための黒エポキシの外側ハウジングを形成して実行される。
他の態様によれば、光電子モジュールを組み立てる方法はモジュールのための最適なチャネルと対応する開口部を有するフレームを規定するスペーサの提供を含む。スペーサの表面は開口部間の橋領域を含む。方法は橋領域上に壁を構築するために複数の異なるスクリーン内をエポキシを押すことを含む。その上にイメージセンサが取り付けられる基板は、エポキシ壁がイメージセンサチップの表面にわたって延びるよう、スペーサのエポキシ側に取り付けられる。エポキシ壁がモジュールを光学的に互いに分離された２つのチャンバに分離するようスペーサ上に光学アセンブリが取り付けられる。
橋の寸法は表面張力により接着剤による汚染に敏感なイメージセンサ上の領域に接着剤が流れ込むのを防止するようなものである。
他の態様、特徴および利点は以下の詳細な説明、添付の図面および請求の趣旨によって明らかであろう。
詳細な説明
図１Ａから図１Ｂに示されるように、光電子モジュール２０はプリント回路板（ＰＣＢ）上のイメージセンサ２２（たとえばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）あるいは他の基板２４を含む。イメージセンサ２２は少なくとも２つの領域２２Ａ、２２Ｂを含む連続的な層として実装され、それぞれの領域は光感知領域（たとえばピクセル）を含む。壁１６はモジュールを２つの区分されたチャンバまたは光学チャネル２８Ａ、２８Ｂに分離し、それぞれのチャネルはイメージセンサ領域２２Ａ、２２Ｂのそれぞれ１つを含む。チャネルの１つ（たとえば２８Ａ）は基板２４上に取り付けられた発光体３０を含む。発光体３０は、たとえば、アプリケーションに応じて、発光ダイオード（ＬＥＤ）、赤外線（ＩＲ）発光ダイオード、有機発光ダイオード、赤外線(ＩＲ)レーザまたは面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として実装可能である。
図１Ａから図１Ｂに示されるように、光電子モジュール２０はプリント回路板（ＰＣＢ）上のイメージセンサ２２（たとえばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）あるいは他の基板２４を含む。イメージセンサ２２は少なくとも２つの領域２２Ａ、２２Ｂを含む連続的な層として実装され、それぞれの領域は光感知領域（たとえばピクセル）を含む。壁１６はモジュールを２つの区分されたチャンバまたは光学チャネル２８Ａ、２８Ｂに分離し、それぞれのチャネルはイメージセンサ領域２２Ａ、２２Ｂのそれぞれ１つを含む。チャネルの１つ（たとえば２８Ａ）は基板２４上に取り付けられた発光体３０を含む。発光体３０は、たとえば、アプリケーションに応じて、発光ダイオード（ＬＥＤ）、赤外線（ＩＲ）発光ダイオード、有機発光ダイオード、赤外線(ＩＲ)レーザまたは面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として実装可能である。
イメージセンサ２２の領域２２Ａのピクセルは、たとえば、発光体３０から発された光を基礎とした基準信号を提供するために使用可能である。イメージセンサ２２の他の領域２２Ｂ内のピクセルは、たとえば、モジュール外部の物体から反射された光を示す、たとえば感知信号を提供するために使用可能である。こうして、いくつかの実装において、モジュール２０は近接感知のために配置される。そのようなアプリケーションにおいて、発光体３０によって発された光はモジュール２０外部の物体の方向を向き、物体によって反射された光の一部はモジュール２０に向き返しイメージセンサ２２の領域２２Ｂ内の感知ピクセルによって感知される。チャネル２８Ａ、２８Ｂの間の光学上の干渉を防止するために、壁２６は好ましくは実質的に不透光性で発光体３０によって発された光の波長に透過性を有しない。モジュール２０はイメージセンサからの信号を呼んで処理する処理電子回路を含んでもよい。モジュール２０はまた発光体をオンおよびオフに制御するための制御電子回路を含んでもよい。
図示された例において、壁２６はイメージセンサ２２の幅にわたって架橋する。壁２６のそれぞれの端部２６ＡはＰＣＢ基板２４をチャネル２８Ａ、２８Ｂ上に配置された光学アセンブリ２５から分離するスペーサ３２と接触する。イメージセンサ２２および発光体３０を横方向に取り囲むスペーサ３２は、モジュール２０の外側壁として役立ち得る。スペーサ３２は、たとえば、発光体３０から発された波長の光に対して実質的に非透過性を有するか、著しく減衰させる素材で、構成可能である。たとえば、いくつかのケースにおいて、スペーサ３２は非透過性素材（たとえばカーボンブラック、顔料、無機充填物または染料）を含む流動性ポリマー素材（たとえばエポキシ、アクリレート、ポリウレタンまたはシリコン）で構成される。光学アセンブリ２５は、たとえば、その上にあるいはその内部にレンズ２３のようなビーム形状の要素が形成される透過性領域２１を形成する透過性素材で充填された通気孔を有するレンズウェハ２７（たとえばＰＣＢウェハ）によって実装可能である。
図１Ａから図１Ｂの実装において、壁２６はいくつかの領域から構成される。橋領域３４はイメージセンサ２２上に延び１または複数の接着剤の充填された導管３６Ａ、３６Ｂを含む。図示された例において、単一の中心導管３６Ａと２つの側縁導管３６Ｂがある。壁２６の橋領域３４とイメージセンサ２２の上表面との間の領域３８は接着剤で充填される。同様に、イメージセンサ２２の側縁部と対向するスペーサ３２の内側縁部との間の領域４０は接着剤で充填される。壁２６の橋領域３４（接着剤の充填された導管３６Ａ、３６Ｂ以外）は、たとえば、スペーサと同じ素材で構成され得る。さらに、いくつかの実装において、橋領域は３４は単一のスペーサ３２と連続的な一体的なピースとして形成される。その固くされた状態（たとえば硬化）において、導管３６Ａ、３６Ｂおよび領域３８、４０内の接着剤はまた発光体３０によって発された波長の光に対して実質的に非透過性か、著しく減衰させるべきである。この例において、橋３４、接着剤の充填された導管３６Ａ、３６Ｂおよび接着剤の充填された領域３８、４０は合わせて壁２６を構成する。
図２および図３Ａから図３Ｂは壁２６を形成するための技術を図示する。まず、図２に示されたように、スペーサ３２−導管（すなわち開口部）３６Ａ、３６Ｂを有する橋領域３４と一体的に形成された−はその上にイメージセンサ２２が取り付けられるＰＣＢ基板２４に取り付けられる。橋領域３４の中心導管３６Ａはイメージセンサ２２のすぐ上に配置可能であり、それぞれの側縁導管３６Ｂはセンサ側縁部４２とスペーサ３２の対向する内側縁部４４の間のスペース４０上に配置可能である。その後、接着剤（たとえばエポキシ）４６は導管（すなわち図３Ａから図３Ｃの端面図に示された中心導管３６Ａと側縁導管３６Ｂ）内に注入される。接着剤４６が中心導管３６Ａ内を流れイメージセンサ２２の頂点に達するにつれて、表面張力は接着剤４６がイメージセンサ２２の敏感な領域２２Ａ、２２Ｂに流れるのを防止し得る。接着剤の粘度と成分は、イメージセンサ２２の上表面と橋領域３４の底との間のスペース３８の厚さ（ｔ）と同様に、表面張力が接着剤４６がイメージセンサ２２の敏感な領域２２Ａ、２２Ｂ上に流れるのを防止するよう適切な接触角度（αおよびβ）を提供するよう選択されるべきである。接着剤４６はそれが導管３６Ａ、３６Ｂと同様にスペース３８、４０を充填するまで流れ続けることができる。しかしながら、図４Ａから図４Ｂに示されたように、最終的なあふれたメニスカスはイメージセンサの敏感な領域（たとえば領域２２Ａ、２２Ｂ）を汚染する大きさであるべきではない。
いくつかの実装において、４００から７０００（ＭＰａ・ｓ）の範囲の粘着性は接着剤（すなわち硬化前の）に適している。いくつかの実装において、３０００から６０００（ＭＰａ・ｓ）の範囲の粘着性が有利である。他の実装には他の値が適するかもしれない。図５および図６はいくつかの実装におけるモジュールの様々な寸法を図示する。たとえば、いくつかの例においては以下の数値が適するかもしれない。
橋幅（ａ）：２００μｍから３００μｍ（たとえば２５０μｍ）
導管幅（ｂ）：８０μｍから１２０μｍ（たとえば１００μｍ）
イメージセンサ高（ｃ）：１２５μｍから１７５μｍ（たとえば１５０μｍ）
橋幅および導管幅（ｄ）：１７５μｍから２２５μｍ（たとえば２００μｍ）
あふれたメニスカスの幅（ｐ）：５０μｍから２５０μｍ
センサ縁部およびスペーサの間のスペースの幅（ｓ）：１００μｍから３００μｍ（たとえば１００μｍ）
イメージセンサの上部と橋領域の下部との間のスペースの高さ（ｔ）：２０μｍから１００μｍ（たとえば５０μｍ）
ａ、ｂ、ｐおよびｔの寸法のための数値は適切な接着導管を可能とするために特に重要である。いくつかのケースにおいていくつかあるいはすべての以上の寸法は異なる値でも適切となるかもしれない。
導管幅（ｂ）：８０μｍから１２０μｍ（たとえば１００μｍ）
イメージセンサ高（ｃ）：１２５μｍから１７５μｍ（たとえば１５０μｍ）
橋幅および導管幅（ｄ）：１７５μｍから２２５μｍ（たとえば２００μｍ）
あふれたメニスカスの幅（ｐ）：５０μｍから２５０μｍ
センサ縁部およびスペーサの間のスペースの幅（ｓ）：１００μｍから３００μｍ（たとえば１００μｍ）
イメージセンサの上部と橋領域の下部との間のスペースの高さ（ｔ）：２０μｍから１００μｍ（たとえば５０μｍ）
ａ、ｂ、ｐおよびｔの寸法のための数値は適切な接着導管を可能とするために特に重要である。いくつかのケースにおいていくつかあるいはすべての以上の寸法は異なる値でも適切となるかもしれない。
接着剤４６を導管３６Ａ、３６Ｂに注入した後、接着剤４６は、たとえば、紫外線（ＵＶ）および／または熱硬化によって固く（すなわち硬化）され得る。
いくつかの実装において、壁の橋領域内の導管内部への接着剤の注入に代えて、接着剤４６は側面から、たとえば、図７Ａに図示されたように、イメージセンサ２２の側縁部４２とスペーサ３２の内側縁部の間の領域４０の一つに施される。接着剤４６は、たとえば、噴射技術を用いて注入可能である。表面張力が接着剤が横方向に広がりすぎることなく、スペース３８を充填するために（図７参照）イメージセンサ２２の上面にわたって接着剤を引っ張る。このようにして、接着剤４６はスペース３８、４０を充填することができるが、イメージセンサ２２の敏感な領域２２Ａ、２２Ｂを汚染しない。この実装において、壁２６の橋領域３４は接着剤のための導管を含まない。こうして、橋３４の幅（’ａ’）は図５の例において対応する橋の幅よりも幾分小さく（例えば２００μｍ）作られ得る。最終的なモジュールの例は図８Ａおよび図８Ｂに図示される。
いくつかの実装において、図９Ａに示されるように、それぞれイメージセンサ２２の敏感領域２２Ａ、２２Ｂと反対側に狭い部分３４Ａを有する橋３４を形成することが有利であり得る。細いセクション３４Ａはイメージセンサ２２の敏感な領域２２Ａ、２２Ｂと接着剤によって形成されたあふれるメニスカスとの間の横方向の距離を増加させ得る（図９参照）。橋３４の細い部分３４Ａの厚さ（’e’）は機械的安定性を保証するために十分大きい（たとえばe≧１００μｍ）。いくつかの例において、メニスカス４８の幅（’ｐ’）は５０から２５０μｍの範囲内にある。この値はいくつかの実装において異なってもよい。
以上の例において、橋領域３４の低位縁部は実質的に四角形である。いくつかのケースにおいて、橋領域３４は切り欠き領域５０を有する低位縁部を有し得る（たとえば図１０Ａ、図１０Ｂ参照）。切り欠き領域５０は接着剤４６のあふれたメニスカスの頂点を上側に引くことを許容する。接着剤４６のより多くが上に引かれるにつれて、あふれたメニスカスの横方向への広がりは低減され、接着剤４６がイメージセンサ２２の敏感領域２２Ａ、２２Ｂから離れ続けることに役立ち得る。切り欠き領域５０は図１０Ａから図１０Ｂに図示された以外の形状を有し得る。
以上の例において、イメージセンサ２２の感光領域は接着剤が接触すると損傷されるかもしれない光学的に敏感な領域（すなわちピクセル）として説明される。しかしながら、いくつかの実装において、感光領域は接着剤による汚染に敏感な、あるいは敏感かもしれないイメージセンサ２２の他の領域でもよい。
以上のモジュールは様々な複数の技術で組み立てられることができ、その例が以下に詳細に説明される。
第１の組立方法において、統合された橋領域３４を含むスペーサ３２は、たとえば、複製／パドル施行または真空射出成形によって形成される（図１１、ブロック１０２）。次に、スペーサ３２およびＰＣＢ基板２４（その上にイメージセンサ２２が取り付けられた）のプラズマ起動（たとえばＯ２および熱）が表面（１０４）の湿潤性を改善するために実行可能である。接着剤（たとえば熱硬化可能なエポキシ）はその後スペーサ３２および／またはＰＣＢ基板２４（１０６）上に施され、スペーサ３２とＰＣＢ基板２４は並べられて互いに接触させられる（１０８）。追加の接着剤（たとえば熱またはＵＶ硬化可能なエポキシ）は橋領域３４の下のスペース３０およびイメージセンサ２２の側縁部４２とスペーサ３２の内側縁部との間の領域４０を充填するために提供される（ブロック１１０）。追加の接着剤（たとえば熱硬化可能なもの）は、スペーサ／基板アセンブリに並べられてこれに取り付けられた（１１８）、光学アセンブリの表面上に提供される（１１６）。接着剤はその後、たとえば、熱により硬化される（１２０）。
第２の組立方法は図１２に図示される。方法は図１１の方法と類似するが、ブロック１１０で提供された追加の接着剤を硬化し橋領域３４の下のスペース３０とイメージセンサ２２の側縁部４２とスペーサ３２の内側縁部４４との間の領域４０を充填することも含む。このケースにおいて、ブロック１１０で提供された接着剤は二重硬化接着剤（たとえば接着剤の完全な硬化を達成するためにＵＶ硬化および熱硬化の両方が要求される）であるべきである。ブロック１１６の前に行われる部分的な仮乾燥（ブロック１１２）は、たとえば、ＵＶ放射を用いて実行されることができ後のプロセス中に要素が並列から移動してしまうのを防止する。硬化プロセスはブロック１２０で（すなわち熱硬化を用いて）完成可能である。
第３の方法は図１３に図示される。この方法は図１２の方法と類似しているが、接着剤を提供した後（ブロック１１０）にのみ仮乾燥（ブロック１１２）を実行することに代えて、接着剤によって形成されたあふれるメニスカスは、メニスカスの形成に伴い連続的にＵＶ放射に晒される（ブロック１１４）。図１４は予備乾燥の例を図示する（ブロック１１０および１１４）。予備乾燥プロセス中、メニスカス４８の形成に伴いＵＶ放射５２はそちらを向き、硬化された接着殻４６Ａが形成され、接着剤がイメージセンサ２２の敏感領域２２Ａ、２２Ｂに達することの防止に役立ち得る。一方で、橋領域３４の下の硬化されない接着剤４６Ｂと、適用された接着剤４６Ｃは粘着性のままであり、橋領域３４の下面とイメージセンサ２２の上表面の間のスペースを充填するために橋領域３４の下により多くの接着剤が引かれるのを許容する。硬化プロセスはブロック１２０で（すなわち熱硬化を用いて）完了可能である。
他のウェハレベル組立方法は図１５Ａから図１５Ｌに図示され、イメージセンサ（たとえば飛行時間（ＴＯＦ）センサ）２２２、発光体（たとえばＶＣＳＥＬ）２３０、およびアプリケーション特別統合回路（ＡＳＩＣ）２２７を含む図１６のモジュール２００のような複数のモジュールの製造のために使用可能であり、そのそれぞれは、たとえば、共通のＰＣＢまたは他の基板２２４に取り付けられる半導体統合チップとして実装可能である。センサ２２２、発光体２３０およびＡＳＩＣ２２７は、たとえば、クリアエポキシ２４０によって囲まれ（すなわち外側被覆され）ることができ、いくつかの例において、センサ２２２および発光体２３０上のそれぞれのレンズを形成する。側壁２３２とカバー２２５とモジュールを２つの区分されたチャンバまたは光学チャネル２２８Ａ、２２８Ｂに分離する内部壁を含むモジュールハウジング２２５は、たとえば、黒エポキシで構成され得る。壁２２６はそれぞれのチャンバ２２８Ａ、２２８Ｂがセンサのピクセルのサブセットを含むそれぞれのイメージセンサ領域２２２Ａ、２２２Ｂを含むようセンサ２２２にわたって架橋する橋領域を含む。以下に説明されるように、センサ２２２にわたって架橋する壁の橋領域は２つのエポキシ施行／射出ステップで形成可能である。
図１５Ａに示されるように、モジュール２００を作るために、複数のイメージセンサ、ＡＳＩＣ２２７および発光体が、たとえばＰＣＢ基板３０１上に取り付けられる。次に、図１５Ｂに示されたように、黒エポキシが壁２２６の橋領域の後の形成のための黒エポキシ基本層を形成するためにそれぞれのＴＯＰチップ２２２上に施される。いくつかの実装において、たとえば、分配バルブを用いて提供可能な基本層３０３の高さは、約３０から５０μｍである。基本層３０３に黒エポキシを施した後、エポキシは熱および／またはＵＶ放射により硬化される。
図１５Ｃに図示されたように、ＰＣＢ基板３０１はＵＶテープ３０５に取り付けられその後第１の上部ツール（すなわち真空チャック／ＰＤＭＳチャック）３１１と第２の下部ツール３０７との間に位置し、さらなるプロセスを促進するために封止プレート３０９によって取り囲まれる。上部ツール３０７はレンズの位置に対応する機構３１３を含み得る。適所のツール３０７、３１１により、クリアエポキシはセンサ２２２、ＡＳＩＣ２２７および発光体２３０の外側被覆を形成するために（真空を用いても用いなくても）射出される。射出されたエポキシはまた機構３１３（存在するならば）によって規定されたレンズ３１７も形成する。クリアエポキシ３１５はその後硬化される（たとえばＵＶ放射および／または熱により）。こうして、同一の射出成形プロセスが外側被覆３１５およびレンズ双方を形成するために使用可能である。
次に、アセンブリはツール３０７、３１１および封止プレート３０９から除去することにより離形される。最終的なアセンブリは図１５Ｄに示される。ＵＶテープ３０５はその後、たとえば、ＵＶ放射により取り除かれる。
図１５Ｅに図示されるように、クリアエポキシ３１５の一部は２つの異なる種類の領域から選択的に取り除かれる（たとえば機械的に）。特に、エポキシ３１５は隣り合うチップ群２２２、２２７、２３０の間の領域３１９から実質的に取り除かれる。以下に説明されるように、領域３１９は後にモジュールのための外側壁（すなわちスペーサ）を形成するために黒エポキシが充填される。クリアエポキシ３１５はまた基本層３０３のすぐ上にある領域３２１から選択的に取り除かれる。たとえば、それぞれのセンサチップ２２２上に形成された基本層３０３のすぐ上でダイシングにより狭い溝が機械加工可能である。正確に提供された基本層３０３の利点は機械的なダイシングによってセンサチップ２２２の頂点まで切断されることの防止に役立つ点である。以下に説明されるように、溝３２１はまたセンサチップ２２２にわたって架橋する壁２２６の端部を完成するために後に黒エポキシで充填される。
図１５Ｆに図示されたように、ＰＣＢ基板３０１はＵＶテープ３２３に取り付けられ、その後第１の上部ツール（すなわちＰＤＭＳバッフル具）３２７および第２の下部ツール（すなわちＰＤＭＳチャック）３２５との間に位置しさらなるプロセスを促進するために封止プレート３２９によって囲まれる。適所のツール３２５、３２７により、黒エポキシ３３１は（真空を用いてまたは用いずに）射出される。溝３２１を充填する射出された黒エポキシ３３１の一部は先に形成された基本層と接触し、これによりセンサチップ２２２にわたる壁の橋領域を完成させる。黒エポキシ３３１が溝３２１を充填するにつれて、それはモジュールのための外側ハウジング（すなわち側壁およびカバー）をも形成する。上部ツール３２７はまた黒エポキシの射出中レンズを封止し保護するための機構を含むことができる。エポキシ３３１はその後、たとえば、熱および／またはＵＶ放射により硬化される。
次に、図１５Ｇに図示されたように、下部ツール３２５はアセンブリから取り除かれ、ＵＶテープ３２３も同様に取り除かれる。いくつかのケースにおいて、第１のツール３２７を適所に位置したまま、全体アセンブリがひっくり返されて（図１５Ｈ参照）、溝３３３はチップの隣接するグループ２２２、２２７、２３０の間の領域においてＰＣＢ基板３０１を通じて形成される（たとえばレーザ掘削により）。溝３３３は幾分黒エポキシ３２１内に延び得る。いくつかのケースにおいて、溝３３３は後のプロセス中アセンブリが他の支持上に取り付けられたときそのたわみの補正を可能とする。
溝３３３を形成した後、第１のツール３２７は取り除かれ（図１５Ｉ参照）、ＵＶダイシングテープ３３５は第１のツールが取り除かれた最終的なアセンブリ３３２の同じ側に固定される（図１５Ｊ参照）。次に、最終的なアセンブリ３３２はそれぞれの溝３３３の位置において黒エポキシを通じてダイシングすることにより個別のモジュールに単体化される。ダイシングはＵＶダイシングテープ３３５に達するまで黒エポキシ３３１を通じて垂直に実行され、これによりアセンブリ３３２を複数の個別のモジュール３３４に分離する（図１５Ｋ参照）。単体化に続いて、ＵＶダイシングテープは取り除かれ、それぞれのモジュール３３４のＰＣＢ基板３０１は高温テープ３３７に取り付けられる（図１５Ｌ参照）。モジュール３３４はその後エポキシ３１５、３３１を十分に硬化するよう固焼きされる（たとえば１時間１２０℃で）。アセンブリ３３２の個別のモジュール３３４への単体化は好ましくは様々な構成要素のゆがみ、損傷および／または剥がれを防止するよう固焼きの前に行われる。モジュール３３４を高温テープ３３７から取り除く前に、自動化された光学検査が導入される。高温テープ３３５を取り除いた後、できあがったものは図１６のモジュール２００のような複数のモジュールである。
図７Ａに関連して以上に説明されたように、いくつかの実装において、接着剤（たとえばエポキシ）４６は、たとえば、橋領域３４、スペーサ３２およびＰＣＢ基板２４の間のスペース３８を充填するために噴射技術を用いて、注入可能である。しかしながら、噴射技術は典型的には、センサ２２の敏感な領域上を流れる低粘度エポキシの使用しか認めない。さらに、いくつかのケースにおいて、低粘度エポキシはエポキシの高さを構築するのをより挑戦的にする。この問題を緩和するために、センサチップにわたって架橋しモジュールを２つのチャンバに分離する壁または橋を形成するために複数ステップの三次元（３Ｄ）印刷技術が使用可能である。このケースにおいて、しかしながら、橋はスペーサ上に直接形成され、次に橋がセンサチップにわたって架橋しモジュールを２つのチャンバに分離するようセンサチップが取り付けられるＰＣＢ基板がスペーサに取り付けられる。
図１７に図示されたように、スペーサ４０２はモジュールのための２つの光学チャネルと対応する開口部４０４を有するフレームを規定する。スペーサ４０２の１つの表面４０３はその幅にわたる橋領域４０６を含む。図１８Ａは橋を構築するためにエポキシを堆積する前のスペーサ４０２の（図１７の線ｘ−ｘに沿ってとられた）側面断面図を図示する。図１８Ａに見られるように、橋領域４０６は角度θを形成する谷領域４０８と肩部４１０を有する。いくつかの例において、角度θは約６０度であり、いくつかの実装においては他の角度が適切かもしれない。以下に説明されるように、橋を構築するためにスペーサ４０２上に高粘度エポキシを順に選択的に適用するためにいくつかのスクリーン（図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ参照）が使用される（図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄ参照）。
第１のスクリーン４２０（図１９Ａ）はスペーサ４０２の表面４０３上に位置し、高粘度エポキシはスクリーン４２０内の開口部４２２を通じて押し出される。開口部４２２はエポキシ４１１がスペーサの谷領域４０８内にエポキシ４１１が堆積されるような形状および位置である（図１８参照）。好ましくは、第１のスクリーン４２０はセンサチップの敏感な領域上にエポキシ４１１があふれるのを防止するよう設計される（すなわちスペーサがセンサチップの取り付けられる基板に取り付けられるとき）。たとえば、特定の実装において、第１のスクリーン４２０内の開口部４２２の寸法は以下のようであり得る：ａ＝６００μｍ；ｂ＝４００μｍ；ｃ＝２５０μｍ；ｄ＝１７５μｍ。他の寸法および形状が他の実装において適切かもしれない。
次に、第１のスクリーン４２０はスペーサ４０２から取り除かれ、第２のスクリーン４２４はスペーサの表面４０３の上に位置する。追加の高粘度エポキシはスクリーン４２４内の開口部４２６を通じて押し出される。開口部４２６は追加のエポキシ４１３がスペーサの肩部４１０に堆積されるような形状および位置である（図１８Ｃ参照）。たとえば、特定の実装において、第２のスクリーン４２４内の開口部４２６の寸法は以下のようであり得る：ｅ＝２５０μｍ；ｆ＝３００μｍ。他の実装では他の寸法または形状が適切かもしれない。
次に、第２のスクリーン４２４はスペーサ４０２から取り除かれ、第３のスクリーン４２８はスペーサの表面４０３上に位置する。追加の高粘度エポキシはスクリーン４２８内の開口部４３０を通じて押し出される。第３のスクリーンは不均一に離された多くの小さな開口部を有する。追加の高粘度エポキシはエポキシ４１５がスペーサの全体表面４０３上により多くまたはより少なく不均一に堆積されるよう開口部４３０を通じて押し出される（図１８Ｄ参照）。
スペーサ４０２上へのエポキシ４１１、４１３、４１５（エポキシ４０７と集約する）の堆積の後、エポキシは硬化される（たとえば熱および／またはＵＶ放射により）。エポキシ４１７が固くされると、ＴＯＦまたは他のイメージセンサチップが取り付けられるＰＣＢまたは他の基板２４は、図２０に示されるように、スペーサ４０２のエポキシ側に取り付けられる。スペーサ４０２の橋領域４０６の下のエポキシ４１７はセンサチップ２２にわたって架橋する壁の一部を形成する。光学アセンブリ（レンズを含む）はその後モジュールを完成するためにスペーサ上に取り付けられる。スペーサ４０２の橋領域とセンサチップ２２上に延びるエポキシ４１７によって形成された内部壁は、光学的に互いに分離された２つのチャンバにモジュールを分離する。それぞれのチャンバはセンサチップ２２のそれぞれの感光部を含むことができる。
以上の組立方法は、いくつかの例において、ウェハレベルで実行可能である。ウェハレベルのプロセスは複数のモジュールの同時製造を可能とする。一般的に、ウェハは実質的にディスクまたはプレート状の形状のアイテムを参照し、その１つの方向への突起（ｙ方向または垂直方向）は他の２つの方向（ｘ方向およびｚ方向または横方向）への突起よりも小さい。いくつかの実装において、ウェハの直径は５センチメートルから４０センチメートルの間にあり、たとえば１０センチメートルから３１センチメートルの間にあり得る。ウェハは１インチ２．５４センチメートルでたとえば２、４、６、８または１２インチの直径を有する筒状でもよい。いくつかのウェハレベルプロセスの実装において、それぞれの横方向において少なくとも１０のモジュールの供給が可能で、いくつかの場合では少なくとも３０または５０あるいはそれ以上のモジュールがそれぞれの横方向に供給可能である。
他の実装は請求項の範囲内である。
Claims (35)
- 光電子モジュールであって、
第１の領域および第２の領域を含む近接イメージセンサチップと、
前記モジュールを第１および第２のチャネルに分離する壁とを備え、前記イメージセンサチップの前記第１の領域は前記第１のチャネル内に配置され、前記イメージセンサチップの前記第２の領域は前記第２のチャネル内に配置され、前記壁は前記イメージセンサチップによって検知可能な１または複数の波長の光に対して不透明であるかこれを著しく減衰させるものであり、
前記壁は前記イメージセンサチップにわたって架橋する橋領域を含み、前記壁は前記橋領域と前記イメージセンサチップの上側表面との間の領域を実質的に充填する接着剤をさらに含む、モジュール。 - 接着剤は前記イメージセンサチップの側縁部に隣接する領域にも存在する、請求項１に記載のモジュール。
- 前記イメージセンサチップの取り付けられる基板をさらに含み、前記基板を前記第１および第２のチャネル上で光学アセンブリから分離するスペーサを含み、前記橋領域の少なくとも一部は前記スペーサと同じ素材で構成され前記スペーサと単一の連続的な一体的なピースとして形成される、請求項１または２に記載のモジュール。
- 前記接着剤はエポキシで構成される、請求項１から３のいずれか１つに記載のモジュール。
- 前記橋領域は１またはそれ以上の接着剤の充填された導管を有する、請求項１から４のいずれか１つに記載のモジュール。
- 前記橋領域はそれぞれ前記イメージセンサチップの前記第１または第２の領域の１つとそれぞれ面する狭い部分を有する、請求項１から４のいずれか１つに記載のモジュール。
- 前記狭い部分の幅は少なくとも１００μｍである、請求項６に記載のモジュール。
- 前記第１の領域および前記第２の領域は前記イメージセンサチップの光感知領域である、請求項１から７のいずれかに記載のモジュール。
- 前記イメージセンサチップの前記第１の領域および前記第２の領域は接着剤による汚染に敏感で、前記イメージセンサチップ上の前記接着剤の一部は前記第１または第２の領域に達しないあふれるメニスカスを形成する、請求項１から８のいずれかに記載のモジュール。
- 前記橋領域は２００μｍから３００μｍの範囲の幅を有する、請求項１から４のいずれかに記載のモジュール。
- 前記橋領域は１７５μｍから２２５μｍの範囲の高さを有する、請求項１から１０のいずれかに記載のモジュール。
- 前記イメージセンサチップの上側表面と前記橋領域の下側表面の間のスペースの高さは２０μｍから１００μｍの範囲内にある、請求項１から１１のいずれかに記載のモジュール。
- 前記橋領域および前記イメージセンサチップの上側表面の間のスペース内の前記接着剤は５０μｍから２５０μｍの範囲内の幅を有するあふれるメニスカスを有する、請求項１から１２のいずれかに記載のモジュール。
- 前記橋領域は前記接着剤と接触する下側縁部を有し、前記下側縁部は切り欠き領域を有する、請求項１から１３のいずれかに記載のモジュール。
- 光電子モジュールを組み立てる方法であって、
前記光電子モジュールは、
第１の領域および第２の領域を含む近接イメージセンサチップと、
前記モジュールを第１および第２のチャネルに分離する壁とを備え、前記イメージセンサチップの前記第１の領域は前記第１のチャネル内に配置され、前記イメージセンサチップの前記第２の領域は前記第２のチャネル内に配置され、前記壁は前記イメージセンサチップによって検知可能な１または複数の波長の光に対して不透明であるかこれを著しく減衰させるものであり、
前記壁は前記イメージセンサチップにわたって架橋する橋領域を含み、前記壁は前記橋領域と前記イメージセンサチップの上側表面との間の領域を実質的に充填する接着剤をさらに含み、前記方法は、
基板に取り付けられたスペーサを提供するステップを備え、前記イメージセンサチップが前記基板上に取り付けられ、前記橋領域は前記スペーサと同じ素材で構成されて前記スペーサと単一の連続的な一体的なピースとして形成され、前記方法は、
前記橋領域と前記イメージセンサチップの上側表面との間のスペースと、前記イメージセンサチップの側縁部と前記スペーサの対向する内側縁部の間のスペースに前記接着剤を提供するステップと、
その後前記接着剤を硬化させるステップとをさらに備える、方法。 - 前記接着剤は二重硬化接着剤であり、前記方法は、
第１の技術を用いて前記接着剤を部分的に硬化させるステップと、
他の組立ステップを実行した後に第２の技術を用いて前記接着剤の硬化をその後完成させるステップとを含む、請求項１５に記載の方法。 - 前記第１の技術はＵＶ硬化であり前記第２の技術は熱硬化である、請求項１６に記載の方法。
- 前記接着剤は二重硬化接着剤であり、前記方法は、
前記接着剤によって形成されたあふれるメニスカスを連続的に事前硬化するステップを含み、前記事前硬化は前記橋領域と前記イメージセンサチップの上側表面の間のスペース内に前記接着剤が提供されるにつれて実行され、前記方法は、
他の組立ステップを実行した後に前記接着剤の硬化をその後完成させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。 - 前記事前硬化はＵＶ硬化を含み、前記硬化は熱硬化を用いて完成される、請求項１８に記載の方法。
- 接着剤を提供するステップは前記橋領域内の１または複数の導管内に前記接着剤を注入することを含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記スペーサは接着剤によって前記基板に取り付けられ、前記方法は前記イメージセンサチップ上に光学アセンブリを取り付けるステップと、その後すべての前記接着剤を硬化させるステップとをさらに含む、請求項１５から２０のいずれか１つに記載の方法。
- 前記接着剤は、硬化に先立ち、４００から７０００（ＭＰａ・ｓ）の範囲内の粘度を有する、請求項１５から２０のいずれか１つに記載の方法。
- 前記接着剤は、硬化に先立ち、３０００から６０００（ＭＰａ・ｓ）の範囲内の粘度を有する、請求項１５から２０のいずれか１つに記載の方法。
- 前記接着剤の表面張力は、前記接着剤が接着剤による汚染に敏感な前記イメージセンサチップ上の領域に流れるのを防止する、請求項１５から２３のいずれか１つに記載の方法。
- 前記表面張力は前記接着剤が前記イメージセンサチップの光感知領域上に流れるのを防止する、請求項２４に記載の方法。
- 前記橋領域および硬化された接着剤は前記イメージセンサチップによって検知可能な１または複数の波長の光に対して実質的に非透過性を有するか、著しく減衰する、請求項１５から２５のいずれか１つに記載の方法。
- 複数の光電子モジュールを組み立てるウェハレベルの方法であって、前記方法は、
複数のイメージセンサチップが取り付けられた基板を提供するステップと、
それぞれの前記イメージセンサチップ上に黒エポキシのそれぞれの基本層を提供するステップとを備え、前記イメージセンサチップの第１の光感知領域は前記基本層に対して前記基本層の第１の側面側に位置し、前記イメージセンサチップの第２の光感知領域は前記基本層に対して前記基本層の第２の側面側に位置し、前記方法はさらに、
前記イメージセンサチップ上にクリアエポキシの外側被覆を提供するステップと、
それぞれの基本層のすぐ上にそれぞれの第１の溝を形成するために前記基本層のすぐ上の領域から前記クリアエポキシを選択的に取り除くステップと、
前記第１の溝を黒エポキシで充填し同時に前記モジュールのための黒エポキシの外側ハウジングを形成する注入プロセスを実行するステップとを備える、方法。 - 複数の単体化されたモジュールを形成するために前記基板をダイシングするステップをさらに含み、それぞれのモジュールは前記イメージセンサチップの前記第１および第２の光感知領域を互いに分離するために前記イメージセンサチップ上を架橋する前記黒エポキシで構成された橋領域を有するそれぞれのイメージセンサチップを含む、請求項２７に記載の方法。
- 前記複数の単体化されたモジュールを形成するために前記基板をダイシングした後に前記黒エポキシを固焼きするステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
- 前記基板を通じて第２の溝を形成するステップを含み、それぞれの前記第２の溝は前記黒エポキシ内に部分的に延び、前記方法はさらに、
前記基板とは逆の前記黒エポキシ側にＵＶダイシングテープを固定するステップと、
複数の単体化されたモジュールを形成するために前記黒エポキシを通じてダイシングするステップとを含み、前記ダイシングは前記第２の溝の位置で実行され、前記方法はさらに、
前記ＵＶダイシングテープを除去し、前記複数のモジュールに高温テープを取り付けるステップと、
前記黒エポキシを硬化させるステップとを含む、請求項２７に記載の方法。 - 前記クリアエポキシで構成されたレンズはクリアエポキシの外側被覆と一体的に形成され、前記レンズおよび前記外側被覆は単一の射出成形過程において形成される、請求項２７から３０のいずれか１つに記載の方法。
- 光電子モジュールの組立方法であって、
前記光電子モジュールは、
第１の領域および第２の領域を含む近接イメージセンサチップと、
前記モジュールを第１および第２のチャネルに分離する壁とを備え、前記イメージセンサチップの前記第１の領域は前記第１のチャネル内に配置され、前記イメージセンサチップの前記第２の領域は前記第２のチャネル内に配置され、前記壁は前記イメージセンサチップによって検知可能な１または複数の波長の光に対して不透明であるかこれを著しく減衰させるものであり、
前記壁は前記イメージセンサチップにわたって架橋する橋領域を含み、前記壁は前記橋領域と前記イメージセンサチップの上側表面との間の領域を実質的に充填する接着剤をさらに含み、前記方法は、
前記第１および第２のチャネルと対応する開口部を有するフレームを規定するスペーサを提供するステップを備え、前記スペーサの表面は前記開口部間の前記橋領域を含み、前記方法はさらに、
前記橋領域上に前記壁を構築するために複数の異なるスクリーンを通じてエポキシを押すステップと、
前記エポキシの壁が前記イメージセンサチップの表面に接触し且つ前記イメージセンサチップの表面にわたって延びるよう、前記イメージセンサチップの取り付けられる基板を、前記スペーサのエポキシ側に取り付けるステップと、
前記スペーサ上に光学アセンブリを取り付けるステップとを備え、前記エポキシの壁は前記モジュールを互いに光学的に分離された前記第１および第２のチャネルに分離する、方法。 - それぞれの前記第１および第２のチャネルは前記イメージセンサチップのそれぞれの光感知領域を含む、請求項３２に記載の方法。
- 複数の異なるスクリーンを通じてエポキシを押すステップは、
前記スペーサの領域にエポキシを適用するために第１のスクリーンを通じてエポキシを押すステップと、
前記スペーサの領域に追加的なエポキシを適用するために第２のスクリーンを通じて前記追加的なエポキシを押すステップと、
前記スペーサの領域にさらなるエポキシを適用するために第３のスクリーンを通じて前記さらなるエポキシを押すステップとを含む、請求項３２または３３に記載の方法。 - 前記第１、第２および第３のスクリーンは互いに異なり前記エポキシはそれぞれのスクリーン内の１または複数の開口部に応じて前記スペーサの前記領域に適用される、請求項３４に記載の方法。
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