KR102177372B1 - 광전자 모듈, 특히 플래시 모듈, 및 그것을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

광전자 모듈, 특히 플래시 모듈, 및 그것을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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레네 크롬호프
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Abstract

광전자 모듈이
- 기판 부재(P);
- 상기 기판(P) 상에 실장되는 적어도 하나의 방출 부재(E1, E2);
- 상기 기판(P) 상에 실장되는 적어도 하나의 검출 부재(D);
- 적어도 하나의 수동 광학 부품(L)을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재(O);
- 상기 기판 부재(P)와 상기 광학 부재(O) 사이에 배치되는 적어도 하나의 스페이서 부재(S)
를 포함한다.
광 전자 모듈이 매우 작을 수 있고 대용량에서 고품질로 제조될 수 있다. 특히, 적어도 2개의 방출 부재(E1, E2), 예컨대 2개의 LED가 다양한 색채의 광을 방출하기 위해 제공된다. 이것은 장면의 조명을 개선할 수 있다.

Description

광전자 모듈, 특히 플래시 모듈, 및 그것을 제조하기 위한 방법{OPTO-ELECTRONIC MODULES, IN PARTICULAR FLASH MODULES, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 광전자 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 광전자 부품의 패키징 및 제조에 관한 것이다. 더 상세하게는, 그것은 광전자 모듈 및 그것을 제조하는 방법과 그러한 모듈을 포함하는 기기 및 전자 장치에 관한 것이며, 특히 여기에서 모듈은 플래시 모듈이다. 또한, 장면(scene)을 이미징하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명은 특허청구범위의 전제부(opening clauses)에 따른 방법 및 장치에 관한 것이다.
US 2010/0327164 A1으로부터, 광전자 모듈, 더 구체적으로는 그것의 제조 동안에 광 방출기 다이(light emitter dice) 및 광 검출기 다이(light detector dice)가 이 다이 상에 렌즈를 형성하도록 이송 몰딩 기법을 이용하여 오버몰딩되는 근접 센서가 공지되어 있다.
US 5,912,872 에는, 통합된 광학 장치가 제시되어 있다. 그것의 제조에서, 그 위에 다수의 활성 요소를 구비하는 지지 웨이퍼가 대응하는 다수의 광학 요소를 구비하는 투명한 웨이퍼와 함께 정렬된다. 그러한 지지-투명 웨이퍼 쌍은 이후에 조각조각 다이싱 될 수 있다.
US 2011/0050979 A1 에는, 기능 요소를 갖는 전기-광학 장치용 광학 모듈이 개시되어 있다. 이 광학 모듈은 적어도 하나의 렌즈 요소를 갖는 렌즈 기판 부분, 및 스페이서를 포함한다. 스페이서는 완전히 조립된 전기-광학 장치의 기초 기판 부분으로부터 잘 정의된 축 방향 거리에 렌즈 기판을 유지하는 역할을 한다. 기능적 요소의 개선된 성능을 보장하기 위해, EMC 실드(EMC shield)가 제공된다. 스페이서는 적어도 부분적으로 전기적 전도성이고 따라서 EMC 실드 또는 그 일부를 형성한다. 웨이퍼 스케일로 다수의 그러한 모듈을 제조하는 방법도 또한 US 2011/0050979 A1 에 개시되어 있다.
용어의 정의
"능동 광학 부품(active optical component)": 감광 또는 발광 부품. 예컨대, 포토다이오드, 이미지 센서, LED, OLED, 레이저 칩. 능동 광학 부품은 베어 다이(bare die)로서 또는 패키지 내에, 즉 패키징된 부품으로서 존재할 수 있다.
"수동 광학 부품(passive optical component)": 렌즈, 프리즘, 거울 또는 광학계와 같은 굴절 및/또는 회절 및/또는 (내부 및/또는 외부) 반사에 의해 광을 방향전환시키는 광학 부품으로서, 여기에서 광학계는 구경 조리개(aperture stop), 이미지 스크린, 홀더와 같은 기계 요소를 또한 포함할 수 있는 일군의 그러한 광학 부품이다.
"광전자 모듈(opto-electronic module)": 적어도 하나의 능동 및 적어도 하나의 수동 광학 부품이 포함되는 부품.
"복제(replication)": 주어진 구조 또는 그 역상(negative)을 재현하는 기술. 예컨대, 에칭, 엠보싱, 각인, 주조, 몰딩.
"웨이퍼(wafer)": 실질적으로 디스크형 또는 플레이트형 물품으로서, 한 방향(z 방향 또는 수직 방향)으로의 그 연장 범위가 다른 두 방향(x 및 y 방향 또는 측 방향)으로의 그 연장 범위에 대해 작다. 보통, [비-블랭크(non-blank)] 웨이퍼 상에, 복수의 동일한 구조체 또는 물품이, 전형적으로 직사각형 격자로, 그 안에 배치되거나 제공된다. 웨이퍼는 개구부(opening) 또는 홀(hole)을 구비할 수 있고, 웨이퍼는 심지어 그 측 방향 영역의 주된 부분에서 재료가 없을 수도 있다. 웨이퍼는 임의의 측 방향 형상을 가질 수 있으며, 둥근 형상과 직사각형 형상이 매우 흔하다. 많은 맥락에서, 웨이퍼가 주로 반도체 재료로 제조되는 것으로 이해되지만, 본 특허 출원에서, 이는 명백히 제한 사항이 아니다. 따라서, 웨이퍼는 주로 예컨대 반도체 재료, 중합체 재료, 금속 및 중합체 또는 중합체 및 유리 재료를 포함하는 복합 재료로 제조될 수 있다. 특히, 열 또는 UV 경화성 중합체와 같은 경화 가능한 재료가 제시된 발명과 관련하여 흥미로운 웨이퍼 재료이다.
"측 방향(lateral)": "웨이퍼" 참조.
"수직(vertical)": "웨이퍼" 참조.
"광(light)": 가장 일반적으로는 전자기 방사선; 특히 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시 또는 자외선 부분의 전자기 방사선.
본 발명의 하나의 목적은 특히 소형의 그리고/또한 유용한 광전자 모듈을 창출하는 것이다. 또한, 다수의 그러한 모듈을 포함하는 상응하는 기기 및 적어도 하나의 그러한 모듈을 포함하는 전자 장치 및 그러한 모듈을 제조하는 방법뿐만 아니라 장면을 이미징하기 위한 방법이 제공될 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전자 모듈을 제조하는 대안적인 방법을 창출하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전자 모듈을 제조하는 특히 신속한 방법 및/또는 광전자 모듈을 제조하는 특히 간단한 방법을 창출하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 정확한 정렬을 갖는 광전자 모듈 및 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 작은 치수의 광전자 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 재현성 있게 제조 가능한 광전자 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 적은 수의 제조 단계로 제조 가능한 광전자 모듈 및 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 취급, 특히 간단화된 취급을 수반하는 광전자 모듈을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 작은 및/또는 경량의 촬영 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기록될 장면의 특히 우수한 조명을 제공하는 것을 가능케 하는 것이며, 특히, 특히 작은 전자 장치를 사용하여 그렇게 하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 하나의 광전자 모듈을 포함하는 특히 작은 전자 장치를 제공하는 것이다.
추가의 목적이 아래의 설명과 실시 형태로부터 도출된다.
이들 목적 중 적어도 하나가 특허청구범위에 따른 장치, 기기 및 방법에 의해 적어도 부분적으로 달성된다.
광전자 모듈은
- 기판 부재;
- 상기 기판 상에 실장되는 적어도 하나의 방출 부재;
- 상기 기판 상에 실장되는 적어도 하나의 검출 부재;
- 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재;
- 상기 기판 부재와 상기 광학 부재 사이에 배치되는 적어도 하나의 스페이서 부재
를 포함한다.
방출 부재가 광을 방출하기 위해, 특히 광의 플래시를 위해 제공된다. 검출 부재가 광의 검출을 위해, 특히 적어도 하나의 색과 관련된 광의 특성을 측정하기 위해 제공된다. 그러나 그것은 또한, 특정 실시 형태에서, 전체적인 광 세기(light intensity) 및/또는 공간 또는 각 광 세기 분포를 나타내는 특성을 검출 또는 측정하기 위해 제공될 수 있다. 상기 스페이서 부재의 하나의 임무는 한 쪽에 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품과 다른 쪽에 적어도 하나의 방출 부재 및 적어도 하나의 검출 부재 사이에 잘 정의된 (수직의) 거리를 제공하는 것이다.
한 실시 형태에서, 상기 광학 부재는 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 적어도 하나의 불투명한 부분 및 적어도 하나의 투명한 부분을 포함한다. 특히, 상기 불투명한 부분이 상기 적어도 하나의 투명한 부분의 적어도 하나를 둘러싸는 것이 제공될 수 있고, 더 상세하게는, 상기 불투명한 부분이 상기 적어도 하나의 투명한 부분의 각각을 둘러싸는 것이 제공될 수 있다.
전술된 실시 형태와 결합될 수 있는 한 실시 형태에서, 상기 스페이서 부재는 실질적으로 불투명한 재료로 만들어진다. 이것은 광전자 모듈 안으로 광의 원하지 않는 진입을 방지할 수 있다. 상기 불투명한 물질이 실질적으로 광을 감쇠하거나 또는 차단할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 기판 부재는 실질적으로 인쇄 회로 기판(printed circuit board)이다. 상기 기판 부재는 인쇄 회로 기판 기초 물질, 예를 들어 FR4 물질로 특히 대부분 이루어질 수 있다. 기판 부재는 불투명할 수 있으며, 그것은 상기 방출 부재로부터 그리고 상기 검출 부재로부터 광전자 모듈의 외부에 전기 접촉을 제공할 수 있다. 따라서 상기 기판이 상기 적어도 하나의 검출 부재로부터 상기 기판을 가로질러 적어도 하나의 전기적 연결을 제공하고 상기 적어도 하나의 방출 부재로부터 상기 기판을 가로질러 적어도 하나의 전기적 연결을 제공하는 것을 손쉽게 제공할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 기판 부재는 대체로 블록-형상 또는 플레이트-형상이다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 광학 부재는, 적어도 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 무시하는 경우에, 대체로 블록 형상 또는 플레이트 형상이다.
특히, 상기 기판 부재 및 상기 광학 부재가 일반적으로 서로 평행하게 정렬되는 것이 제공될 수 있다.
이 실시 형태들은 광전자 모듈의 특히 우수한 제조성에 기여할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서,
- 상기 기판; 및
- 상기 스페이서 부재;
의 외부 측 방향 치수는 실질적으로 동일하며, 특히
- 상기 기판;
- 상기 광학 부재; 및
- 상기 스페이서 부재;
의 외부 측 방향 치수가 실질적으로 동일한 것이 제공될 수 있다.
또한 이 실시 형태들은 광전자 모듈의 특히 우수한 제조성에 기여할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 검출 부재가 상기 분리 부재에 의해 둘러싸이며, 상기 방출 부재가 상기 분리 부재에 의해 둘러싸인다. 이것은 원하지 않는, 광전자 모듈 안으로 광의 진입 또는 광전자 모듈 밖으로 광의 방출을 억제할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 모듈은 하우징을 포함하며, 특히 상기 기판 부재, 상기 스페이서 부재 및 상기 광학 부재는 상기 하우징에 기여한다. 이 방법으로, 우수한 제조성이 달성될 수 있고, 특히 작은 광전자 모듈이 제조될 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 스페이서 부재는 경화된 경화 가능한 재료로 만들어진 것 및 복제 공정, 특히 엠보싱을 사용해서 얻어진 것 중 적어도 하나이다. 이것은 (측 방향에서뿐만 아니라 수직 방향에서도) 높은 정밀도를 달성하면서 스페이서 부재의 다양한 디자인을 허용하는 대량 생산을 가능케 할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 적어도 하나의 광학 구조체를 포함하며, 특히 상기 적어도 하나의 광학 구조체는 경화된 경화 가능한 재료로 만들어진 것 및 복제 공정, 특히 엠보싱을 사용해서 얻어진 것 중 적어도 하나이다. 이것은 (측 방향에서뿐만 아니라 수직 방향에서도) 높은 정밀도를 달성하면서 광학 구조체의 다양한 디자인을 허용하는 대량 생산을 가능케 할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 적어도 하나의 렌즈 요소, 특히 적어도 하나의 회절 렌즈 요소를 포함한다. 다양한 응용에서, 렌즈는, 예를 들어 발광 플래시를 위한 플래시 모듈에서, 이점을 제공할 수 있다. 회절 렌즈는, 적어도 수직 방향에 대하여, 특히 공간 절약형일 수 있고, 따라서 특히 작은 모듈 디자인을 가능하게 할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 제1 렌즈를 포함하며, 상기 적어도 하나의 방출 부재로부터 방출된 광이 실질적으로 전부 또는 적어도 대부분 상기 제1 렌즈를 통과하고 상기 적어도 하나의 검출 부재에 충돌하는 광전자 모듈 외부로부터의 광이 실질적으로 전부 또는 적어도 대부분 상기 제1 렌즈를 통과하도록, 상기 제1 렌즈 및 상기 적어도 하나의 방출 부재 및 상기 적어도 하나의 검출 부재가 배열된다. 이 방법으로, 단일 렌즈가 두 가지 임무를 동시에 수행할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 그러나 보통 마지막에 기술된 실시 형태의 예외와 함께, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함하며, 상기 적어도 하나의 방출 부재로부터 방출된 광이 실질적으로 전부 또는 적어도 대부분 상기 제1 렌즈를 통과하도록 상기 제1 렌즈 및 상기 적어도 하나의 방출 부재가 배열되고, 상기 적어도 하나의 검출 부재에 충돌하는 광전자 모듈 외부로부터의 광이 실질적으로 전부 또는 적어도 대부분 상기 제2 렌즈를 통과하도록 상기 제2 렌즈 및 상기 적어도 하나의 검출 부재가 배열된다. 이 방법으로, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈가 그들 각각의 임무를 수행하도록 각각 설계될 수 있다. 예를 들어 방출 부재당 하나의 렌즈 및/또는 검출 부재당 하나의 렌즈를 제공하는 것이 또한 가능하다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 스페이서 부재는 상기 적어도 하나의 검출 부재와 상기 적어도 하나의 방출 부재 사이에 배치되는 부분을 포함하며, 특히 상기 부분은 상기 광전자 모듈을 제1 및 제2 구획으로 분리하고, 상기 제1 구획은 상기 적어도 하나의 방출 부재를 포함하며, 상기 제2 구획은 상기 적어도 하나의 검출 부재를 포함한다. 이것은 상기 방출 부재로부터 방출된 광으로 상기 검출 부재의 조명을 방지하거나 또는 줄일 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 방출 부재는 적어도 하나의 플래시 광원, 특히 적어도 하나의 플래시 LED이다. 플래시 광은 대량 생산 및 극히 작은 형태 인자가 중요한 현대의 소형 전자 장치에서 널리 사용된다. 그러나 방출 부재는 연속적인 광을 방출하기 위해 또한 작동 가능하거나 또는 작동될 수 있다. 적어도 하나의 방출 부재는 예를 들어 LED를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 방출 부재에 의해 방출 가능하거나 또는 방출되는 광에 관해, 특히 가시광이 관심 있을 수 있으나, (대안적으로 또는 부가적으로) 또한 적외선 광이, 예를 들어 저조도(low-light) 장면을 촬영 또는 필름화 하기 위해 특히 관심이 있을 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 광전자 모듈은 적어도 2개의 방출 부재를 포함한다. 이 둘은, 특히 그들 각각의 사양(specifications)에 대해, 명목상으로 다른 것일 수 있거나 또는 명목상으로 같은 것일 수 있다. 특히, 적어도 제1 및 제2의 상기 적어도 2개의 방출 부재는 스펙트럼적으로 상이한 광 방출 특성을 구비한다. 이것은 상이한 장면을 조명할 수 있기를 원하는 경우, 특히 선택 가능한 색 온도 또는 색상의 광으로 장면을 조명하기에 유리할 수 있다. 예를 들어, 적어도 2개의 방출 부재 중 제1의 것이 이 적어도 2개의 방출 부재 중 제2의 것보다 청색 스펙트럼 범위의 광의 더 높은 부분 및/또는 황색 스펙트럼 범위의 광의 더 작은 부분을 포함하는 광을 방출하기 위해 구조화되고 구성되는 것이 제공될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 제1 및 제2의 상기 적어도 2개의 방출 부재가 이들 2개의 방출 부재의 상대적인 방출 세기를 변화시킴으로써 변화하는 색 온도의 백색광 방출을 창출하거나 모방하는 것을 허용하는 스펙트럼 방출 특성을 구비하는 것이 제공될 수 있다. 예를 들어, 방출 부재 중 제1의 것이 제2의 것보다 실질적으로 더 낮은 색 온도의 백색광을 방출하는 것이 제공될 수 있다. 물론, 그것들 일부 또는 그것들 전부가 상이한 스펙트럼 조성의 광을 방출하는, 특히 조절 가능한 색상 또는 색 온도의 광을 방출하는 것을 허용하는, 2개뿐만 아니라 3개 또는 심지어 4개 또는 5개의 방출 부재를 또한 제공할 수 있으며, 이것은 특히 각각의 방출 부재에 의해 방출된 광의 상대적인 세기를 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
마지막에 기술된 실시 형태를 인용하는 일 실시 형태에서, 광전자 모듈은, 광전자 모듈을 이탈하는 상기 하나의 렌즈를 통해 제1의 상기 방출 부재에 의해 방출되는 광의 광 세기 분포(특히 각 광 세기 분포)가 광전자 모듈을 이탈하는 상기 다른 렌즈를 통해 제2의 상기 방출 부재에 의해 방출되는 광의 광 세기 분포와 상이하도록 구조화되고 구성된다. 이것은 예를 들어, 다른 렌즈 또는 줌 렌즈(zoom lens)가 광전자 모듈이 사용되는 (카메라와 같은) 장치 내에 존재하는 경우에 유용할 수 있고, 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 수동 광학 부품에 대한 상기 적어도 2개의 방출 부재의 배열은 그에 따라서, 즉 방출 부재 중 적어도 2개에 대해 상이하게 선택될 수 있다; 그리고/또는 방출 부재 중 적어도 2개는 (실질적으로) 상이한 광 세기 분포를 갖는 광을 방출하기 위해 설계된다 (또는 구조화되고 구성된다); 그리고/또는 적어도 하나의 수동 광학 부품에 의해 달성되는 재배향(redirecting) 또는 빔 형성은 상기 제1 방출 부재에 의해 방출된 광 및 상기 제2 방출 부재에 의해 방출된 광에 대하여 상이하다. 실시 형태는 즉, 특히 상기 제1 및 제2 방출 부재 각각에 의해 방출된 광의 세기 비를 변화시키거나 또는 선택함으로써 변화되거나 또는 선택될 수 있는 적어도 2개의 방출 부재에 의해 제공되는 (장면의) 조명을 제공하는 것을 가능케 할 수 있다.
마지막에 기술된 2개의 실시 형태 (적어도 2개의 방출 부재를 포함하는 광전자 모듈) 중 하나 또는 둘 다를 인용하는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 상기 적어도 2개의 방출 부재 중 제1의 것에 배속된 하나의 렌즈 및 상기 적어도 2개의 방출 부재 중 제2의 것에 배속된 또 다른 렌즈를 포함하고, 상기 제1 방출 부재로부터 방출된 광이 실질적으로 전부 또는 적어도 대부분 상기 하나의 렌즈를 통과하도록 상기 하나의 렌즈 및 상기 제1 방출 부재가 배열되며, 상기 제2 방출 부재로부터 방출된 광이 실질적으로 전부 또는 적어도 대부분 상기 다른 렌즈를 통과하도록 상기 다른 렌즈 및 상기 제2 방출 부재가 배열된다. 특히, 광전자 모듈을 이탈하는 상기 하나의 렌즈를 통해 상기 제1 방출 부재에 의해 방출되는 광의 광 세기 분포가 광전자 모듈을 이탈하는 상기 다른 렌즈를 통해 상기 제2 방출 부재에 의해 방출되는 광의 광 세기 분포와 상이한 것이 제공될 수 있다. 상기 하나의 렌즈 및 상기 다른 렌즈가 하나의 렌즈에서 2개의 다른 부분으로서 구현되는 것을 제공하는 것이 또한 가능하다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 검출 부재는 감색성(color-sensitive)이며, 더 상세하게는 상기 적어도 하나의 검출 부재는 그 위에 충돌하는 광의 색 성분량(color-content)을 나타내는 신호를 출력하기 위해 구조화되고 구성된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 하나의 검출 부재가 부가적으로 또는 단지 광 세기를 구별하게 하고, 특히 그 위에 충돌하는 광의 양에 의존하는 신호를 출력하는 것이 제공될 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 검출 부재는 이미지 센서, 특히 컬러 이미지 센서를 포함한다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 모듈은 적어도 2개의 검출 부재를 포함하며, 특히 상기 검출 부재 중 적어도 2개는 스펙트럼적으로 상이한 감도를 갖는다. 상기 적어도 2개의 검출 부재는 예컨대, 적어도 2개의 포토다이오드(photodiodes) 일 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼적으로 상이한 필터가 검출 부재에 제공될 수 있으며, 그것은 검출 부재에 의해 검출된 광을 (스펙트럼적으로 상이하게) 여과한다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서,
- 상기 적어도 하나의 검출 부재; 및
- 상기 적어도 하나의 방출 부재;
중 적어도 하나는 칩-스케일 패키지로서 또는 베어 다이로서 제공되며, 특히 모든 상기 검출 부재 및 방출 부재가 베어 다이로서 또는 칩-스케일 패키지로서 제공된다. 광전자 모듈은 패키징 되지 않은 칩을 그 안에 실장하는 것을 가능하게 하며, 그것은 다시 특히 작은 모듈 디자인을 가능하게 한다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 모듈은 배플 부분(baffle portion)을 포함한다. 그러한 배플 부분은, 그 위에 상기 스페이서 부재가 배치되는 광학 웨이퍼의 측면에 반대되는 상기 광학 부재의 측면에 보통 배치된다. 그러한 배플 부재는 빛이 통과할 수 있는 개구부를 보통 구비하고, 광은 이어서 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 또한 통과하며 그리고/또는 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 그 전에 통과했었다. 그러한 배플 부재는 잘 정의되도록 모듈을 장착하거나 부착하기 위한 기계적 정지부(mechanical stop)이거나 또는 기계적 정지부를 제공할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 모듈은 광 가이드 요소(light guide element)를 포함하며, 특히 상기 광 가이드 요소는 상기 스페이서 부재로부터 이격하는 방향을 향하는 상기 광학 부재의 한 측면에 배치된다. 광 가이드 부재는 상기 광학 부재의 적어도 일부 또는 한 부분과 일체형으로 형성되거나 또는 상기 광학 부재와는 별개의 부분일 수 있다. 광학 부재는 하나 이상의 기계적 가이드 요소, 예를 들어, 하나 이상의 돌출부(protrusion) 및/또는 하나 이상의 오목부(recess) 및/또는 하나 이상의 모서리(edge)를 특히 포함할 수 있다. 광 가이드 요소는 예컨대 대체로 각주 형상(prismatic shape)일 수 있고, 예컨대 대체로 원통 형상(cylindrical shape)일 수 있다.
표제가 "MICRO-OPTICAL SYSTEM AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF"인, 2011년 10월 5일에 출원된, 일련번호 61/543,490의 US 임시 특허 출원에는, 광 가이드 요소를 포함하는 광전자 모듈과 이것을 제조하기 위한 방법이 기재되어 있다. 그 모듈 및 그것의 구성품의 특징과 그것을 제조하는 방법은 본 특허 출원에 개시된 모듈에 쉽게 적용될 수 있다. 따라서, 일련번호 61/543,490의 상기 US 임시 특허 출원이 본 특허 출원에 참고로 이와 함께 포함된다. 그 안에, 일련번호 61/543,490의 상기 US 임시 특허 출원에서 "기판(base plate)"으로서 지칭된 것은 상기 광학 부재의 부분에 해당한다는 것을 알아차릴 수 있다 (그리고 사실 도면을 비교하는 것으로부터 이미 명확하다).
본 발명에 따른 기기는 기판 웨이퍼, 광학 웨이퍼, 스페이서 웨이퍼를 포함하며, 다수의 기판이 상기 기판 웨이퍼에 포함되고, 다수의 광학 부재가 상기 광학 웨이퍼에 포함되고, 다수의 스페이서 부재가 상기 스페이서 웨이퍼에 포함되며, 특히 상기 기기는 웨이퍼 스택(wafer stack)이다.
그러한 기기는 높은 숫자로 기재된 종류의 광전자 모듈을 제조하는 경우에 매우 유용하다.
본 발명에 따른 전자 장치는 본 발명에 따른 적어도 하나의 광전자 모듈을 포함하고, 특히, 상기 적어도 하나의 방출 부재 및 상기 적어도 하나의 검출 부재에 작동상 연결되는 처리 장치(processing unit)를 포함한다. 상기 전자 장치는 상기 적어도 하나의 광전자 모듈이 작동상 연결되는 전자 회로를 포함하고, 더 상세하게는 상기 전자 회로가 인쇄 회로 기판을 사용하여 구현되고, 상기 광전자 모듈은 상기 인쇄 회로 기판 상에 실장되는 것을 제공하는 것이 가능하다.
상기 처리 장치를 포함하는 상기 전자 장치의 일 실시 형태에서, 상기 처리 장치는 상기 검출 부재로부터 신호를 수신하기 위해 그리고 상기 신호에 의존해서 상기 방출 부재를 제어하기 위해 구조화되고 구성된다. 상기 처리 장치는 따라서 제어기(controller)를 포함할 수 있다 (또는 제어기 일 수 있다). 이것은, 장면 및/또는 장면에 존재하는 광에 의존해서 장면을 조명하는 것을 가능케 할 수 있으며, 특히 장면에 존재하는 광에 따라, 특히 장면에 지배적으로 존재하는 색 온도에 따라 (2개 이상의 방출 부재에 의해 방출되는 적어도 2개의 적어도 실질적으로 동시에 방출된 플래시로 보통 구성되는) 방출된 플래시의 색 온도를 조절하는 것을 가능케 할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 예를 들어, 방출된 광의 공간 및/또는 각 광 세기 분포가, 예를 들어 전자 장치의 (그리고 더 구체적으로는 광전자 모듈의) 방출 부재의 다른 것의 세기(또는 상대적인 세기)를 변화시킴으로써 실현될 수 있다 (예를 들어, 상기 처리 장치 또는 제어기에 의해 제어될 수 있다).
2개 이상의 방출 부재에 의해 광의 후속 방출이 또한 가능하지만, 보통 2개 이상의 플래시는 한 번의 노출 시간 내에 방출될 것이며, 2개 이상의 상이하게 조명된 노출이, 상이한 특성의 플래시에 의해 각각 조명되어, 이어서 이루어지는 것이 또한 가능하다.
전술된 실시 형태와 조합될 수 있는 전자 장치의 일 실시 형태에서, 장치는
- 휴대용 장치(a hand-held device);
- 통신 장치, 특히 휴대용 통신 장치;
- 촬영 장치, 특히 사진 카메라 또는 비디오 카메라
중 적어도 하나이다.
광전자 모듈을 제조하는 방법은
a) 그 위에 다수의 검출 부재 및 다수의 방출 부재가 배치되는 기판 웨이퍼를 제공하는 단계;
b) 스페이서 웨이퍼를 제공하는 단계;
c) 광학 웨이퍼를 제공하는 단계로서, 상기 광학 웨이퍼는 다수의 수동 광학 부품을 포함하며, 특히 상기 수동 광학 부품은 렌즈 요소인, 광학 웨이퍼를 제공하는 단계;
d) 웨이퍼 스택을 준비하는 단계로서, 특히 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재가 상기 기판 웨이퍼와 상기 광학 웨이퍼 사이에 배치되도록, 상기 스페이서 웨이퍼가 상기 기판 웨이퍼와 상기 광학 웨이퍼 사이에 배치되는, 웨이퍼 스택을 준비하는 단계
를 포함한다.
방법의 일 실시 형태에서, 단계 a)는
a1) 픽-앤드-플레이스(pick-and-place)에 의해 상기 기판 웨이퍼 상에 상기 검출 부재 및 상기 방출 부재를 위치시키는 단계
를 포함한다.
전술된 실시 형태와 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 방법은
c1) 복제에 의해, 특히 엠보싱(embossing)을 사용하여, 상기 수동 광학 부품을 제조하는 단계
를 포함한다.
이것은 수동 광학 부품의 고정밀 대량 생산을 가능케 할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 상기 스페이서 웨이퍼는 광을 실질적으로 감쇠하거나 또는 차단하는 재료로 만들어진다. 이것은 제조의 단순화에 기여할 수 있다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 상기 다수의 수동 광학 부품 각각은 상기 방출 부재 중 적어도 하나와 그리고/또는 상기 검출 부재 중 적어도 하나와 연관된다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 방법은
h) 복제 공정에 의해, 특히 엠보싱을 사용하여, 상기 스페이서 웨이퍼를 획득하는 단계
를 포함한다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 방법은
e) 상기 검출 부재가 배치되는 기판 부재의 측면에 반대되는, 기판 센서의 측면에 솔더 볼(solder ball)을 상기 기판 웨이퍼에 제공하는 단계
를 포함한다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 방법은
f) 상기 웨이퍼 스택을, 각각
- 상기 기판 웨이퍼의 부분;
- 상기 검출 부재 중 적어도 하나;
- 상기 방출 부재 중 적어도 하나;
- 상기 스페이서 웨이퍼의 부분
을 포함하는 다수의 별개 모듈로 분리하는 단계
를 추가로 포함한다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 방법은
g) 상기 스페이서 웨이퍼가 배치되는 상기 광학 웨이퍼의 측면에 반대되는 상기 광학 웨이퍼의 측면에 상기 광학 웨이퍼에 이웃하여 배치되는 배플 웨이퍼(baffle wafer)를 제공하는 단계;
를 추가로 포함하며, 특히 더 나아가 단계 d)는
d') 웨이퍼 스택을 준비하는 단계로서, 특히 상기 검출 부재가 상기 기판 웨이퍼와 상기 광학 웨이퍼 사이에 배치되도록, 상기 스페이서 웨이퍼가 상기 기판 웨이퍼와 상기 광학 웨이퍼 사이에 배치되고, 상기 광학 웨이퍼가 상기 배플 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼 사이에 배치되는, 웨이퍼 스택을 준비하는 단계
에 의해 대체된다.
전술된 실시 형태들 중 하나 이상과 조합될 수 있는, 방법의 일 실시 형태에서, 상기 기판 웨이퍼 및 상기 다수의 검출 부재 및 상기 다수의 방출 부재는 인쇄 회로 기판 조립체를 실질적으로 형성한다.
장면을 이미징하는 방법은
- 본 발명에 따른 광전자 모듈을 사용하는 단계;
- 상기 장면에서 방출된 광에 관련된 신호를 상기 적어도 하나의 검출 부재로부터 획득하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 방출 부재가 노출(exposure) 동안에 광을 방출하도록 상기 적어도 하나의 방출 부재를 제어하는 단계로서, 상기 방출된 광은 상기 신호, 특히 상기 신호에 의존하는 상기 방출된 광의 스펙트럼 조성 및/또는 세기 분포에 의존하는, 상기 적어도 하나의 방출 부재를 제어하는 단계
를 포함한다.
이 방법의 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 검출 부재는 감색성이다. 특히 그것은 상기 장면의 색-성분량에 의존하는 신호를 출력하기 위해 구조화되고 구성된다. 이 방법으로, 상기 적어도 하나의 방출 부재는 상기 신호에 의존하는 스펙트럼 조성을 갖는 광을 방출하도록 제어될 수 있다. 이 문맥에서, 적어도 2개의 방출 부재의 제공이 특히 유리할 수 있다. 상기 적어도 하나의 검출 부재에 의해, 장면의 밝기가 상기 장면의 이미지를 기록하기 전에 그리고/또는 상기 장면의 이미지를 기록하는 동안에 평가되는 것을 제공하는 것이 부가적으로 또는 대안적으로 가능하다. 나아가, 상기 적어도 하나의 검출 부재에 의해 광 세기 및/또는 색채(특히 상기 장면에 걸쳐 색 온도 및/또는 색 분포 및/또는 광 세기 분포)가 평가되는 것을 제공하는 것이 부가적으로 또는 대안적으로 가능하다. 이것은, 예를 들어, 장면을 기록하기 전에 광, 특히 광 플래시를 방출(사전-미세폭발)하는 동안, 달성될 수 있다.
예를 들어 방법에 대한 또는 모듈에 대한, 본 발명의 소정의 부분에 관하여 언급된 특징들이 - 적어도 유사하고 논리적으로 의미 있는 한 - 본 발명의 다른 부분, 예를 들어, 전자 장치 또는 기기에 제공될 수 있다는 것은 쉽게 이해된다. 달성 가능한 효과는 서로 일치한다.
추가의 실시 형태와 이점이 종속항과 도면으로부터 도출된다.
본 발명에 의하면, 특히 소형의 그리고/또한 유용한 광전자 모듈이 창출된다. 또한, 다수의 그러한 모듈을 포함하는 상응하는 기기 및 적어도 하나의 그러한 모듈을 포함하는 전자 장치 및 그러한 모듈을 제조하는 방법뿐만 아니라 장면을 이미징하는 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 광전자 모듈을 제조하는 대안적인 방법이 창출된다.
또한, 본 발명에 의하면, 광전자 모듈을 제조하는 특히 신속한 방법 및/또는 광전자 모듈을 제조하는 특히 간단한 방법이 창출된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 정확한 정렬을 갖는 광전자 모듈 및 상응하는 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 작은 치수의 광전자 모듈이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 재현성 있게 제조 가능한 광전자 모듈이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 적은 수의 제조 단계로 제조 가능한 광전자 모듈 및 상응하는 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 개선된 취급, 특히 간단화된 취급을 수반하는 광전자 모듈을 제조하기 위한 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 작은 및/또는 경량의 촬영 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 기록될 장면의 특히 우수한 조명을 제공하는 것이 가능하며, 특히, 특히 작은 전자 장치를 사용하여 그렇게 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 광전자 모듈을 포함하는 특히 작은 전자 장치가 제공된다.
이하에서는, 본 발명이 실시예 및 첨부 도면에 의해 더욱 상세히 기술된다. 도면은 개략적으로 도시된다.
도 1은 광전자 모듈의 단면도이다.
도 2는 도 1의 모듈의 구성요소의 다양한 단면도이다.
도 3은 도 1의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택을 형성하기 위한 웨이퍼의 단면도이다.
도 4는 도 1의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택의 단면도이다.
도 5는 광전자 모듈의 단면도이다.
도 6은 도 5의 모듈의 구성요소의 다양한 단면도이다.
도 7은 광전자 모듈의 제조를 예시한 웨이퍼 스택의 단면도이다.
도 8은 광전자 모듈의 단면도이다.
도 9는 광전자 모듈의 단면도이다.
도 10은 광전자 모듈의 단면도이다.
도 11은 광전자 모듈의 평면도이다.
도 12는 광전자 모듈의 평면도이다.
도 13은 광 가이드 요소를 포함하는 광전자 모듈을 포함하는 전자 장치의 상세 단면도이다.
도 14는 도 13에 예시된 광학 부재의 평면도이다.
도 15는 도 13에 도시된 광학 부재의 광학 웨이퍼의 평면도이다.
도 16은 광 가이드 요소를 포함하는 광학 부재의 사시도이다.
도 17은 광전자 모듈의 단면도이다.
기술된 실시 형태는 실시예로서 의도되고, 본 발명을 제한하지 않아야 한다.
도 1은 광전자 모듈(1)의 개략적인 단면도를 도시한다. 예시된 단면은 수직 단면이다. 도 2는 도 1의 모듈의 구성요소의 다양한 측 방향의 개략적인 단면도를 도시하며, 여기에서 이들 측 단면의 대략적인 위치가 도 1에서 s1 내지 s5와 파선에 의해 지시된다. s4 및 s5에 대해, 관찰 방향이 화살표에 의해 지시된다.
모듈(1)은 용어 "수직"이 정의되는 방향으로 서로 적층되는 수개의 구성요소(P, S, O, B)를 포함하며; 그러한 방향은 z 방향(도 1 참조)에 해당한다. 수직(z) 방향에 수직하는 x-y 평면(도 2 참조) 내에서의 방향은 "측 방향(lateral)"으로 지칭된다.
모듈(1)은 서로 적층되는 기판 부재(P), 스페이서 부재(S), 광학 부재(O) 및 선택적 배플 부재(B)를 포함한다. 기판 부재(P)는 예컨대 인쇄 회로 기판(PCB)이다. 인쇄 회로 기판은 보다 구체적으로는 인터포저(interposer)로도 지칭될 수 있다. PCB 상에, 광, 특히 백색광을 방출하기 위한 방출 부재(E)가 장착될 수 있고, 예컨대, 발광 다이오드; 그리고 검출 부재(D)가 광, 특히 가시광을 검출하기 위해 그 위에 장착될 수 있다, 예컨대 포토 다이오드 또는 이미지 센서. 방출 부재(E) 및 검출 부재(D)의 전기 접촉은 모듈(1)의 외부에 전기적으로 연결되며, 솔더 볼(7)이 거기에 부착된다. 솔더 볼(7)을 제공하는 대신에, 솔더 볼이 제공되지 않은 (또는 나중에 솔더 볼이 제공되는) PCB 상에 접촉 패드(contact pad)를 제공하는 것이 또한 가능할 것이다.
이 방법으로, 모듈(1)은 검출 부재(D)에 의해 출력된 신호에 의존해서 방출 부재(E)를 제어하는 제어기와 같은 다른 전자 부품(미도시)과 이웃하여, 예컨대 표면 실장 기술(SMT)로, 인쇄 회로 기판(9) 상에 실장될 수 있다. 인쇄 회로 기판(9)은 휴대용 통신 장치 또는 촬영 장치, 예컨대 사진 카메라와 같은 전자 장치(10)의 구성요소일 수 있다. 특히, 장치(10)는 스마트폰일 수 있다. 모듈(1)은 그러한 응용에 특히 적합한데, 왜냐하면 그것이 특히 작은 크기를 갖고서 제조될 수 있기 때문이다.
스페이서 부재(S)는 2개의 개구(4)를 구비하며, 방출 부재(E)가 그것들 중 하나 내에 배치되고 검출 부재(D)가 다른 것 내에 배치된다. 이 방법으로, 방출 부재(E) 및 검출 부재(D)는 분리 부재(S)에 의해 측 방향으로 둘러싸인다.
스페이서 부재(S)는 여러 가지 작업을 수행할 수 있다. 그것은 (그 수직 연장부를 통해) 기판 부재(P)와 광학 부재(O) 사이의 잘 정의된 거리를 보장할 수 있으며, 이는 발광 부재(E)로부터 광학 부재(O)를 통해 그리고 모듈(1)의 외부로부터 광학 부재(O)를 통해 검출 부재(D) 상으로 잘 정의된 광 경로를 달성하는데 도움이 된다. 스페이서 부재(S)는 검출 부재(D)에 의해 일반적으로 검출 가능한 광에 대해 실질적으로 불투명함으로써 그리고 모듈(1)의 외벽의 일부분을 형성함으로써, 검출 부재(D)에 의해 검출되지 않아야 하는 광으로부터 검출 부재(D)의 보호를 또한 제공할 수 있다. 그리고, 스페이서 부재(S)는, 방출 부재(E)와 검출 부재(E) 사이에서 광 누화(optical cross-talk)를 감소시키도록, 검출 부재(D)에 의해 일반적으로 검출 가능한 광에 대해 실질적으로 불투명함으로써 그리고 방출 부재(E)와 검출 부재(D) 사이에 벽을 형성함으로써, 검출 부재(D)에 도달하지 않아야 하는, 방출 부재(E)에 의해 방출된 광으로부터 검출 부재(D)의 보호를 또한 제공할 수 있다. 모듈(1) 내부에서 반사된 광 및 방출 부재(E)에서 비롯된 미광(stray light)은 이 방법으로 검출 부재(D)에 도달하는 것을 피할 수 있다. 전형적으로 분리 부재(S)는 중합체 재료, 특히 경화 가능하거나 또는 보다 구체적으로는 큐어링 가능한 중합체 재료, 예컨대 에폭시 수지로 만들어진다.
광학 부재(O)는 차단 부분(b)과 2개의 투명 부분(t)을 포함하며, 하나는 방출 부재(E)에 의해 방출된 광이 모듈(1)을 빠져나가도록 허용하기 위한 것이고, 다른 하나는 광이 모듈(1) 외부로부터 모듈(1)에 들어오고 검출 부재(D)에 도달하도록 허용하기 위한 것이다.
차단 부분(b)은, 예를 들어 적합한 (중합체) 재료로 제조됨으로써, 검출 부재(D)에 의해 일반적으로 검출 가능한 광에 대해 실질적으로 불투명하다. 투명 부분(t)은, 광 가이드 또는 빔 형성을 위해, 수동 광학 부품(L) 또는, 보다 구체적으로 그리고 일 실시예로서, 렌즈 부재(L)를 각각 포함한다. 수동 광학 부품(L)은, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 요소(6)에 밀접 접촉하는 2개의 렌즈 요소(5)를 포함할 수 있다. 투명 요소(6)와 함께 차단 부분(b)을 형성하는 광학 부재(O)가 (완벽에 가까운) 고체 플레이트 형상을 나타내도록, 투명 요소(6)는 차단 부분(b)을 형성하는 광학 부재(O)와 같은 수직 치수를 가질 수 있다. 렌즈 요소(5)는 굴절에 의해(도 1 참조) 그리고/또는 회절에 의해 광을 재배향한다. 예컨대, (도 1에 도시된 바와 같이) 그것들은 모두 일반적으로 볼록한 형상일 수 있지만, 렌즈 요소(5) 중 하나 이상이 상이하게, 예를 들어, 일반적으로 또는 부분적으로 오목하게 형상화될 수 있다. 회절 렌즈 요소는 수직 방향에서 특히 공간-절약적일 수 있다.
배플 부재(B)는 원하지 않는 광, 특히 원하는 각도에서 모듈(1)을 빠져나가거나 또는 모듈(1)에 입사하는 광을 막는 것을 허용한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배플 부재(B)는 개구로서 또는 투명 재료에 의해 구현될 수 있는, 2개의 분리된 투명 영역(3)을 구비할 수 있다. 배플 부재(B)는, 투명 영역(3) 외부에서, 상기 검출 부재에 의해 일반적으로 검출 가능한 광을 실질적으로 감쇠시키거나 또는 차단하는 재료로 만들어질 수 있거나, 또는 그것은 그러한 특성을 갖는 코팅이 제공될 수 있으며, 여기에서 후자는 보통 제조하기에 더욱 복잡할 것이다. 배플 부재(B) 또는 더욱 정확히는 투명 영역(3)의 형상은 물론 도 1 및 도 2에 도시된 것과 상이할 수 있으며, 예컨대 원뿔형 형상(cone-like shape)을 나타내거나 또는 절두 피라미드(truncated pyramid)를 나타낼 수 있다. 배플 부재(B)는 또한 모듈(1)에 장착되는 경우 기계적 정지부를 제공할 수 있다.
투명 영역(3)의 측 방향 형상뿐만 아니라 투명 부분(t)의 그리고 개구(4)의 측 방향 형상도 또한 원형일 필요가 없으며, 다른 외양, 예컨대 둥근 모서리를 갖는 다각형 또는 직사각형을 가질 수 있다.
모듈(1)은 광전자 부품, 더욱 정확히는 패키징된 광전자 부품이다. 모듈(1)의 수직 측벽은 물품(P, S, O 및 B)에 의해 형성된다. 하벽이 기판 부재(P)에 의해 형성되고, 상벽이 배플 부재(B)에 의해 또는 광학 부재(O)와 함께 배플 부재(B)에 의해 형성된다.
도 2에서 잘 볼 수 있는 바와 같이, 위의 이유로 하우징 부품으로도 지칭될 수 있는 4개의 물품(P, S, O, B)은 모두 실질적으로 동일한 측 방향 형상 및 측 방향 치수를 갖는다. 이는 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 후술되는 그러한 모듈(1)을 제조하는 가능한 그리고 매우 효율적인 방법과 관련된다. 이들 하우징 부품(P, S, O 및 B)은 모두 [배플 부재(B) 및 스페이서 부재(S)가 그러한 바와 같이] 홀 또는 개구 또는 [광학 부재(O)가 그러한 바와 같이] 돌출부를 구비할 수 있는, 대체로 블록형 또는 플레이트형 형상 또는 더욱 일반적으로는 대체로 직육면체 형상이다.
도 1에 도시된 모듈(1)은 (그리고 여기에서 설명되는 다른 광전자 모듈도 또한) 플래시 모듈, 더 상세하게는 통합된 광센서를 갖는 플래시 모듈일 수 있다. 그러한 모듈(1)은 모듈(1) 외부에 존재하는 광의 양, 특히 기록될 장면과 같은 장면에 존재하는 광의 양을 - 검출 부재(D)에 의해 - 측정하는 것을 용이하게 할 수 있고, 모듈(1) 외부에 존재하는 광의 상기 측정된 양에 의존하여 - 방출 부재(E)에 의해 - 광의 양을 제공하는 것과, 특히 기록될 장면의 조명을 제공하는 것을 용이하게 할 수 있으며, 상기 조명은 상기 장면에 존재하는 광의 상기 양에 의존한다.
또한, 위에서 논의된 바와 동일한 원리에 따라 설계되지만, 검출 부재(D) 및 방출 부재(E)에 더하여 하나 이상의 추가적인 광 검출기 또는 하나 이상의 집적 회로 또는 하나 이상의 광원과 같은 하나 이상의 추가적인 전자 부품을 포함하는 모듈을 제공하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 부가적인 방출 부재 및/또는 부가적인 검출 부재가 모듈(1)에 존재하는 경우 (도 1에 미도시), 추가 개선이 특히 가능하며, 아래 설명으로부터 명확해질 것이다.
[도 1의 실시예에서 방출 부재(E) 및 검출 부재(D)와 같은] 모듈 내에 포함되는 능동 전자 부품은 패키징된 또는 패키징되지 않은 전자 부품일 수 있다. 기판 부재(P)를 접촉하기 위해, 와이어-본딩 또는 플립 칩 기술 또는 임의의 다른 알려진 표면 실장 기술과 같은 기술이 사용될 수 있으며, 또는 심지어 종래의 관통홀(through-hole) 기술이 사용될 수 있다. 패키징되지 않은 부품들(베어 다이)은 특히 작은 모듈(1)을 설계하는 것을 가능하게 하며, 그것은 칩-스케일 패키지에도 역시 적용된다.
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택[웨이퍼 스택은 본 특허 출원에서 때때로 기기(appliance)로서 또한 지칭된다]을 형성하기 위한 웨이퍼의 개략적인 단면도를 도시한다. (실제로) 완전히 웨이퍼-스케일상에서, 물론 후속 분리 단계와 함께, 그러한 모듈(1)을 제조하는 것이 가능하다. 도 3과 도 4는 단지 3개의 모듈(1)의 제공만을 도시하지만, 보통 하나의 웨이퍼 스택 내에 각각의 측 방향에서 적어도 10개, 그보다는 적어도 30개 또는 심지어 50개 초과의 모듈의 제공이 있을 것이다. 웨이퍼 각각의 전형적인 치수는: 측 방향으로는 적어도 5 ㎝ 또는 10 ㎝, 그리고 최대 30 ㎝ 또는 40 ㎝ 또는 심지어 50 ㎝ 이고; 수직 방향으로는 [기판 웨이퍼(PW) 상에 배치되는 부품이 없는 상태에서 측정시] 적어도 0.2 ㎜ 또는 0.4 ㎜ 또는 심지어 1 ㎜, 그리고 최대 6 ㎜ 또는 10 ㎜ 또는 심지어 20 ㎜ 이다.
도 1에 도시된 바와 같은 다수의 모듈을 제조하기 위해 4개의 웨이퍼가 충분하다: 기판 웨이퍼(PW), 스페이서 웨이퍼(SW), 광학 웨이퍼(OW) 및 배플 웨이퍼(BW). 각각의 웨이퍼는, 전형적으로는 웨이퍼 분리 단계를 위해 서로 약간의 거리를 두고서, 보통 직사각형 격자로 배치되는, 해당 모듈(1)(도 1 및 도 2 참조) 내에 포함되는 다수의 해당 부재를 포함한다.
기판 웨이퍼(PW)는 한 쪽에 솔더 볼(7)이 제공되고 다른 쪽에 솔더링 되거나 또는 접착된 능동 광학 부품(E 및 D)이 제공되는, 표준 PCB 재료의 PCB 일 수 있다. 후자는 표준 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 기계를 사용하여 픽-앤드-플레이스에 의해 기판 웨이퍼(PW) 상에 배치될 수 있다.
원하지 않는 광을 감지하는 것으로부터 최대한의 보호를 제공하기 위해, 모든 웨이퍼(PW, SW, OW, BW)는, 물론 투명 부분(t) 및 투명 영역(3)과 같은 투명 면적을 제외하고, 검출 부재(D)에 의해 일반적으로 검출 가능한 광에 대해 실질적으로 불투명한 재료로 대체로 제조될 수 있다.
웨이퍼(SW 및 BW)와 가능하게는 또한 웨이퍼(OW)의 전부 또는 일부는 복제에 의해 제조될 수 있다. 예시적인 복제 공정에서, 구조화된 표면이 액체, 점성 또는 소성 변형 가능한 재료 내로 엠보싱 되고, 이어서 재료가, 예컨대 자외선 방사 및/또는 가열을 사용하여 큐어링(curing) 함으로써, 경화되고, 이어서 구조화된 표면이 제거된다. 따라서, 구조화된 표면의 복제물(이 경우에 역상 복제물)이 얻어진다. 복제에 적합한 재료는 예컨대 경화 가능한 (특히 큐어링 가능한) 중합체 재료 또는 다른 복제 재료, 즉 경화 단계(특히 큐어링 단계)에서 액체, 점성 또는 소성 변형 가능한 상태로부터 고체 상태로 변화 가능한 재료이다. 복제는 공지된 기술이며, 이에 관한 더욱 세부적인 사항에 대해서는 예컨대 WO 2005/083789 A2를 참조하라.
광학 웨이퍼(OW)의 경우에, 불투명 부분[차단 부분(b)]을 얻기 위해 복제 또는 몰딩이 사용될 수 있다. 투명 부분(t)이 있어야 하는 곳에, 드릴링에 의해 또는 에칭에 의해 홀을 제공하는 것도 또한 가능할 것이다.
이어서, 광학 웨이퍼(OW)를 산출하기 위해, 이렇게 얻어진 전구체 웨이퍼에 수동 광학 부품(L)이 제공된다. 이것은 예컨대 US 2011/0043923 A1에 기술된 바와 같이, 예컨대 수동 광학 부품(L)을 단일 부분으로서 형성하는, 복제에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 수동 광학 부품(L)은, 투명 영역(3)을 정의하는 홀 내에 투명 요소(6)를 포함하는 웨이퍼인, 반완성품(semi-finished part)에서 시작해서 또한 제조될 수 있다. 이것은, 수동 광학 부품(L) 각각이 적어도 하나의 정점(apex)을 형성하고 이들 정점이 렌즈 부재 없이 광학 웨이퍼(OW)의 수직 단면 밖에 위치되는 경우에 특히 유용할 수 있다. 그러한 반완성품은 (보통 그리고 도면에 도시된 예시적인 경우에) 투명 영역(3)에서 웨이퍼를 관통하는 홀을 구비하지 않는, 그리고 사실상 표면 파형부(surface corrugation)를 구비하지 않거나 또는 단지 얕은 표면 파형부만을 구비하는 평평한 디스크형 웨이퍼이며, 그러한 표면 파형부는 보통 오목하며, 즉 차단 부분(b)에 의해 형성되는 바와 같이 웨이퍼 표면을 넘어 연장하지 않는다.
그와 같은 반완성품은, 투명 부분이 있어야 하는 곳인 홀 또는 개구를 구비하는 (전형적으로 하나의 재료로 만들어지는) 평평한 전구체 웨이퍼로부터 시작하여, 이어서 예컨대 분사 공정(dispensing process)을 사용하여 투명 재료로 홀을 충전하며, 예컨대 플립-칩 기술 등에서 저충전(underfilling) 공정을 위해 사용되는 바와 같이 디스펜서를 사용하여 전구체 웨이퍼 내의 홀을 하나씩 충전하거나, 또는 예컨대 (예컨대, 스크린 인쇄로부터 알려진 바와 같은) 스퀴지(squeegee) 공정 또는 재료를 토출하는 수개의 중공 니들(hollow needle)을 갖춘 디스펜서를 사용하여 수개의 홀을 한 번에 충전함으로써 획득될 수 있다. 분사 중, 웨이퍼는 예컨대 실리콘으로 제조되는 평평한 지지판 상에 놓일 수 있다. 분사된 재료 내에 기포 또는 빈 공간(cavities)의 형성을 막기 위해 주의를 기울여야 하는데, 왜냐하면 이것이 제조될 수동 광학 부품(L)의 광학 특성을 열화시킬 것이기 때문이다. 예를 들어, 예컨대 재료를 토출하는 중공 니들을 그러한 에지에 근접하도록 적합하게 안내함으로써, 웨이퍼와 밑에 놓이는 지지판에 의해 형성되는 에지에서 (또는 그러한 에지에 근접한 위치에서) 웨이퍼 재료의 습윤이 시작되도록, 분사를 수행할 수 있다. 이어서, 경화된 투명 재료를 얻기 위해, 예컨대 열 또는 UV 방사에 의해, 분사된 재료가 큐어링 된다.
이러한 방식으로 형성될 수 있는 볼록한 메니스커스(meniscus)는, 웨이퍼 두께에 맞추어진 평행 표면을 갖춘 투명 요소(6)를 얻기 위해 폴리싱에 의해 평평해질 수 있다. 이어서, 복제에 의해, 광학 구조체(5)(예컨대, 렌즈 요소)가 전형적으로 웨이퍼(OW)의 양측(상측 및 하측)에 적용된다. 단지 일측, 특히 하측에만 적용이 또한 가능하다. 투명 요소의 오목한 메니스커스의 경우에, 복제가 이것들에 수행될 수 있으며, 여기에서 적용되는 복제 재료의 양은 그에 따라 조절되어야 할 것이다.
위에서 설명된 반완성품 및 그러한 반완성품을 포함하는 광학 웨이퍼 및 그것들 각각의 제조와 관련한 더 세부적인 내용은 표제가 "METHOD FOR MANUFACTURING PASSIVE OPTICAL COMPONENTS, AND DEVICES COMPRISING THE SAME"인, 2011년 7월 19일에 출원된, 일련번호 61/509,357의 US 임시 출원에서 찾을 수 있으며, 그것은 본 특허 출원에 참고로 여기에 포함된다.
이전에 이미 언급된 바와 같이, 특정 종류의 광학 웨이퍼가 제공되는 점에서 상기 스페이서 웨이퍼(SW) 및/또는 상기 배플 웨이퍼(BW)가 쓰이지 않는 것을 제공하는 것이 일반적으로 가능하다. 즉, 상기 스페이서 웨이퍼(SW) 및/또는 상기 배플 웨이퍼(BW)의 특징 및 기능을 통합하는 광학 웨이퍼("조합 광학 웨이퍼")가 제공될 수 있다. 그러한 "조합 광학 웨이퍼"를 제조하는 것은 특정 전구체 웨이퍼 및 그것에 기초하여 제조되는 특정 반완성품을 사용하여 달성될 수 있다. 그러한 전구체 웨이퍼와 반완성품은, 각각, 보통 각각 전구체 웨이퍼 내에 제공될 그리고 반완성품 내에 존재할 투명 요소의 2개의 표면 중 적어도 하나를 넘어 수직으로 연장되는 돌출부를 구비하는, 적어도 하나의 구조화된 표면을 구비한다. 도 4의 웨이퍼(OW 및 SW)[또는 웨이퍼(OW 및 BW), 또는 웨이퍼(OW 및 SW 및 BW)]를 하나의 단일 부품으로 간주할 때, 도 1에 따른 모듈을 제조하기 위한 해당 광학 웨이퍼("조합 광학 웨이퍼")와 또한 해당 반완성품이 어떻게 보일 것인지가 쉽게 시각화될 수 있다.
또한 위에서 설명된 "조합 스페이서 웨이퍼"와 관련한 부가 정보 및 세부 내용을 제공할 이유를 위해, 앞에서 언급된, 표제가 "METHOD FOR MANUFACTURING PASSIVE OPTICAL COMPONENTS, AND DEVICES COMPRISING THE SAME"인, 2011년 7월 19일에 출원된, 일련번호 61/509,357의 US 임시 출원이 본 특허 출원에 참고로 여기에 포함된다.
웨이퍼 스택(2)을 형성하기 위해, 웨이퍼가 정렬되고 예컨대 접착에 의해, 예컨대 열-경화성 에폭시 수지를 사용하여 함께 본딩된다. [기판 웨이퍼(PW) 상의 검출 부재(D) 및 방출 부재(E)와 같은] 각각의 능동 광학 부품이 대응하는 [광학 웨이퍼(OW)의 수동 광학 부품(L)과 같은] 수동 광학 부품과 충분히 정확하게 정렬되는 것을 보장하는 것이, 보통 중요한 점이다.
도 4는 도 1에 도시된 바와 같은 다수의 모듈(1)을 제조하기 위해 이렇게 얻어진 웨이퍼 스택(2)의 단면도를 도시한다. 가는 파선 직사각형은, 예컨대 다이싱 소(dicing saw)의 사용에 의해 또는 레이저 커팅에 의해, 분리가 일어나는 곳을 나타낸다.
대부분의 정렬 단계가 웨이퍼 레벨로 수행된다는 사실은 상당히 간단하고 매우 신속한 방식으로 [특히 수동 광학 부품(L)에 대한 부재(D 및 E)의] 우수한 정렬을 달성하는 것을 가능하게 한다. 전체 제조 공정은 매우 신속하고 정확하다. 웨이퍼-스케일 제조로 인해, 다수의 모듈(1)을 제조하기 위해 단지 매우 적은 수의 제조 단계만이 요구된다.
도 5 및 도 6은, 각각, 도 1 및 도 2와 같은 방식으로, 광전자 모듈(1)을 도시한다. 이 경우에, 수동 광학 부품은 검출 부재(D)에 대해 그리고 방출 부재(E)에 대해 따로따로 제공되지 않는다. 모듈(1) 외부로부터 검출 부재(D)에 충돌하는 광과 모듈(1)을 빠져나가는, 방출 부재(E)에 의해 방출되는 광은 같은 광학 구조체(5), 예컨대 렌즈 요소를 통과한다. 모듈(1)의 몇몇 다른 부품들은, 그에 따라, 도 2의 그것들과는 약간 다르게 해석된다. 특히, 도 2의 실시 형태와 대조적으로, 검출 부재(D)로부터 방출 부재(E)를 분리하는 어떠한 요소도 모듈(1)에 포함되지 않으며, 도 1의 실시 형태의 경우와 달리, 스페이서 부재(S)의 일 부분은, 검출 부재(D)를 포함하는 하나와, 방출 부재(E)를 포함하는 다른 하나, 2개의 별도의 구획을 생성하는 것에 기여한다.
도 7은 광전자 모듈(1)의 제조를 개략적으로 예시하고, 웨이퍼 스택(2)을 도시하며, 가는 파선 직사각형은 분리가 일어나는 곳을 나타낸다. 투명 광학 웨이퍼(OW)가 제공되고, 수동 광학 부품(L)이 단지 매우 개략적으로 스케치 된다. 그것들은 모듈(1) 내부에 위치한다. 예를 들어, 수동 광학 부품(L), 예컨대 렌즈 또는 렌즈 요소는, 예컨대 엠보싱을 사용하는, 예컨대 복제에 의해, 유리 또는 투명 중합체판 상에 제조될 수 있다. 그러한 광학 웨이퍼(OW)는 차단 부분을 갖추지 않은 투명 부분으로 간주할 수 있다.
예컨대 엠보싱을 사용하는, 예컨대 복제를 사용하여 제조되는 불투명 스페이서 웨이퍼(SW)와 투명 기판 웨이퍼(PW), 예컨대 유리판 또는 중합체-기반의 판이 제공된다. 웨이퍼 스택(2)이 웨이퍼(OW, SW, PW)로 형성되기 전에, LED 및 광 다이오드와 같은 능동 광학 부품(E 및 D)이 보통 본딩에 의해, 예컨대 접착, 솔더링 또는 와이어 본딩에 의해 (기계적으로) 부착된다. 능동 광학 부품(D, E)을 부착하는 것은 웨이퍼 스택(2)을 개별 광전자 모듈(1)로 분리시키기 전에 분명히 수행되는데, 즉 웨이퍼 레벨로 수행되는데, 왜냐하면 이 방식으로, 취급이 간단해지고, 높은 (측 방향) 정렬 정확성이 비교적 쉽게 달성될 수 있기 때문이다.
광전자 모듈(1)의 전기 접촉은 예를 들어 접촉 패드(27)에 의해 형성되며, 또는 리드 프레임에 의해 또는 솔더 볼에 의해 형성되거나 또는 상이하게 제공될 수 있다.
광학 웨이퍼(OW)가, 예를 들어 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 부분적으로 불투명한 것을 제공하는 것이 또한 가능할 것이다.
부분적으로 불투명한 기판 웨이퍼(PW)가, 예를 들어 위에서 반완성품으로서 설명된 것에 기초하여, 제공될 수 있다. 대안적으로, 부분적으로 불투명한 기판 웨이퍼(PW)가 앞서 전구체 웨이퍼로서 설명된 것에 유사하게 제공될 수 있다. 그러나 기판 웨이퍼(P)는, 도 7에 예시된 바와 같이, 보통 (완전히) 불투명할 것이다.
특히 기판 웨이퍼(PW) 및 광학 웨이퍼(OW) 중 적어도 하나가 부분적으로 투명하고 부분적으로 불투명한 경우에, 스페이서 웨이퍼(SW)는, 하나의 웨이퍼 내에 각각의 2개의 웨이퍼(OW 및 SW, 또는 PW 및 SW)의 기능을 조합함으로써, 이것들 중 하나에 의해 대체될 수 있다.
기판 웨이퍼(PW)가 불투명하거나 또는 부분적으로 투명하고 부분적으로 불투명하며, 그리고 광학 웨이퍼(OW)가 부분적으로 투명하고 부분적으로 불투명하며, 그리고 존재하는 경우 스페이서 웨이퍼(SW)가 불투명한 경우에, 단지 원하는 명확히 규정된 방식으로, 더 상세하게는 수동 광학 부품(L)을 통하는 것과 같이 단지 원하는 투명 부분을 통해서만 광이 방출되는 광전자 모듈(1)이 제조될 수 있으며, 명확히 규정된 길을 따라, 더 상세하게는 수동 광학 부품(L)을 통하는 것과 같이 단지 원하는 투명 부분을 통해서만 이동한, 단지 그러한 광이 검출 부재(D)에 [또는, 더 정확하게는, 검출 부재(D)의 광학 활성 표면에] 충돌한다.
물론, 도 7에 예시된 바와 같이, 모듈(1)에 모든 능동 광학 부품(D, E)에 대해 하나의 수동 광학 부품(L)을 제공하는 대신에, 별개의 능동 광학 부품에 대해 별개의 것을 제공하는 것이 또한 가능하다.
도 8은 또 다른 광전자 모듈(1)의 단면도를 개략적으로 예시한다. 도 9 내지 도 12 및 도 17에 예시된 추가 모듈(1)과 또한 마찬가지로, 이 광전자 모듈(1)은 위에서 설명된 방법으로 제조될 수 있다. 모듈(1)은 투명 부분(t) 및 차단 (불투명) 부분(b)을 포함하는 광학 부재(O), 스페이스 부재(S) 그리고 2개의 방출 부재(E1, E2)와 검출 부재(D)가 장착되고 솔더 볼(7)이 적용되는 기판 부재(P)를 포함한다. 모든 능동 광학 부품(E1, E2, D)과 결합해서 단일 수동 광학 부품(L)이 제공된다. 스페이서 부재(14)는, 예컨대 반사 코팅(18)으로, 코팅될 수 있는 경사진 측벽을 구비할 수 있다.
도 9는 또 다른 광전자 모듈(1)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 이 모듈(1)은 여러 측면에서 도 8에 예시된 것과 유사하다. 그러나 차단 부분이 제공되지 않지만, 그렇게, 그리고, 도 1 내지 도 4에 예시된 실시 형태와 유사하게 하는 것이 가능할 것이며, 검출 부재(D)와 방출 부재(E)는 스페이서 부재(S)의 부분에 의해 서로 분리되며, 별개의 수동 광학 부품(La, Lb), 예컨대 렌즈가 제공된다.
도 7 내지 도 9에는, 능동 광학 부품이 솔더 볼에 의해 기판 부재(S)에 전기적으로 연결되는 것처럼 도시된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 기계적 및/또는 전기적 연결을 제공하는 다른 방법이 제공될 수 있다.
도 10은 도 8과 유사한 광전자 모듈(1)을 예시하지만, 여기서, 별개의 수동 광학 부품(La, Lb)이 방출 부재(E1, E2) 및 검출 부재(D1, D2)에 대해 제공된다. 다른 개수의 수동 광학 부품을 제공하고 이것들을 능동 광학 부품에 배정하는 것, 예를 들어, 도 8에서와 같이, 모든 능동 광학 부품에 대해 하나의 수동 광학 부품을 제공하는 것이나, 또는 능동 광학 부품의 각각에 대해 하나의 수동 광학 부품을 제공하는 것이 또한 가능할 것이다.
또한, 도 10에는, 베어 다이 능동 광학 부품을 전기적으로 접촉하는 또 다른 방법이, 즉 와이어본딩[와이어본드 (16)] 및 전기 전도성 접착제(17)를 사용하는 방법이 도시된다. 예를 들어 도 10에 나타낸 바와 같이, 와이어 본드(16)에 의해 능동 광학 부품[방출 부재(E1, E2), 및 검출 부재(D1, D2)]의 전면(front side)을 전기적으로 접촉하면서, 전기 전도성 접착제(17)에 의해 후면을 전기적으로 접촉할 수 있다. 양쪽 접촉자는 기판 부재(P)를 대신하는 PCB 또는 인터포저의 접촉 패드로 지향될 수 있다. 물론, 능동 광학 부품을 전기적으로 접촉하는 다른 방법들도 역시 가능하다.
패킹되지 않은 (베어 다이) 능동 광학 부품을 모듈(1) 내에 포함하는 것은 특히 작은 모듈(1)을 실현하게 할 수 있다.
대부분의 개략적인 그림들에서 능동 광학 부품이 나란히 위치하고 있는 것처럼 그려져 있지만, 3개 이상의 능동 광학 부품이 모듈 내에 존재하는 경우, 예를 들어, 도 11 및 도 12에 예시된 것처럼, 그것들을 다르게 배열하는 것이 오히려 제공될 수 있다.
도 11 및 도 12는, 모듈(1) 내에 수동 광학 부품 및 능동 광학 부품을 배열하는 다양한 가능성을 시각화하기 위해, 광전자 모듈(1)의 개략적인 평면도를 보여준다. 능동 광학 부품(D, D1, D2, E1, E2)의 내부 사각형들은 각각의 능동 광학 부품의 광학 활성 표면을 나타낸다. 하나 이상의 차단 부분(b) 및 배플 부재의 존재 또는 부존재에 따라, 평면도에서 보이는 하우징 부분이 예컨대 도 11에 도시된 바와 같이 하나 이상의 차단 부분(b)에 의해, 배플 부재(미도시)에 의해, 또는 예컨대 도 12에 도시된 바와 같이 스페이서 부재(S)에 의해 제공될 수 있다.
방출 부재(E1, E2)는 예를 들어 LED(발광 다이오드)일 수 있다. 그것들은 오늘날의 사진 카메라 또는 스마트폰에서 사용되는 LED와 같이 고강도 단파 광 방출기일 수 있다.
검출 부재(D, D1, D2)는 예컨대, 도 12에 예시된 것처럼 포토 다이오드이거나, 또는 도 11에 예시된 것처럼 화소 배열구조(이미지 센서)이거나, 또는 다른 것일 수 있다.
도 13 내지 도 16은 광 가이드 요소를 포함하는 광전자 모듈에 관한 것이다.
도 13은 광 가이드 요소(11)를 포함하는 광학 부재(O)를 포함하는 광전자 모듈(1)을 포함하는 전자 장치(10)의 개략적인 세부 단면도를 도시한다. 전자 장치(10)는 개구(52)가, 예컨대 원형 단면의, 예컨대 관통홀의 형태로, 제공되는 하우징(51)을 포함한다. 광학 시스템(1)은 상기 광 가이딩 요소(11), 기판(12) 및 적어도 하나의 수동 광학 부품(L), 특히 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하며, 도 13의 실시 형태에는 단지 하나의 수동 광학 부품이 존재하지만, 위에서 가르치는 바에 따라서, 광전자 모듈(1)이 설계되는 목적에 따라, 2개, 3개 또는 그 이상의 수동 광학 부품이 제공될 수 있는 것이 명백하다. 광 가이딩 요소(11) 및 기판(12)은 별개의 부분이거나 또는 하나의 부분을 형성할 수 있다. 광 가이딩 요소(11), 또는 그것의 적어도 일부가 개구(52) 내에 배치된다. 그 형상은 개구(52)의 형상을 보완하기 위해 설계된다.
광전자 모듈(1)은, 본 특허 출원에서 설명된, 예컨대 LED 및 포토 다이오드 또는 어떤 다른 능동 광학 부품과 같은, 2개의, 또는, 더 일반적으로는 적어도 2개의, 능동 광학 부품(D, E), 즉 검출 부재(D) 및 방출 부재(E)와, 그리고 능동 광학 부품(D, E)을 지지(holding)하는 케이싱 부분[casing portion(25)]을 추가로 포함한다. 케이싱 부분(25)은 하나의 부분일 수 있거나, 또는 2개 이상의 부분, 특히, 도 13에 도시된 바와 같이, 스페이서 부재(S) 및 기판 부재(P)를 포함할 수 있으며, 이것은 본 특허 출원에서 설명된 다른 실시 형태들에서 설명된 것처럼 이해되고 제조될 수 있다. 케이싱 부분(25)은 광학 부재(O)(측 방향과 수직방향 둘 다), 특히 수동 광학 부품에 대하여, 능동 광학 부품(D, E)의 정확하고 일정한 상대 위치를 보장한다. 수직 방향은 도 13에서 (z)로 표시되고 기판(12)에 직각 방향이며, 측 방향(x, y)은 기판(12)에 의해 정의되는 평면 내의 방향이다.
케이싱 부분(25)은, 적어도 하나, 보통 2개 또는 심지어 3개 또는 4개가 제공되는 기계적 가이딩 요소(55)에 의해, 광학 부재(O)에 대하여 측 방향으로 위치된다. 이 기계적 가이딩 요소(55) 각각은 각각의 다른 부분에서 기계적 가이딩 요소와 협력하는데, 예를 들어 케이싱 부분(25)의 가이딩 핀은 기판(12) 내 홀과 상호작용하거나, 또는 그 반대도 또한 마찬가지이다. 수직 정렬은, 잘 정의되고 정확한 수직 위치에서 거기에 [특히 기판 부재(P)에] 부착되는 능동 광학 부품(D, E)과 함께, [특히 스페이서 부재(S)의] 케이싱 부분(25)의 수직 확장부에 의해 주로 보장된다. 물론 케이싱 부분(25)에서 능동 광학 부품(D, E)의 측 방향 위치도 역시 잘 정의되고 정확해야 한다. 그러나, 예를 들어 본 특허 출원에서 설명된 다른 실시 형태에서 설명된 것처럼, 예컨대 본딩, 접착함으로써, 다른 방식으로 광학 부재(O)를 케이싱 부분(25)에 부착하는 것이 가능하며, 케이싱 부분(25) 내에서 그리고 기판 부재(P) 상에서 능동 광학 부품(D, E)의 측 방향 정렬은, 각각, 예를 들어 정렬 마크를 사용해서 웨이퍼 레벨로 또는 픽-앤드-플레이스에 의해, 달성될 수 있다.
기판(12)은 홀과 같은, 하우징(51)의 기계적 가이딩 요소와 협력하는, 정렬 핀과 같은, 2개의 기계적 가이딩 요소(5)를 포함하며, 단지 하나의 기계적 가이딩 요소를 제공하는 것도 또한 가능한데, 특히 왜냐하면 광 가이딩 요소(11)도 기계적 가이딩 요소로서 또한 기능 할 수 있기 때문이며, 그리고/또는 왜냐하면, 예를 들어 사각형 또는 삼각형 또는 별-형상의 측 방향 단면을 제공함으로써, 하우징(51)의 기계적 가이딩 요소와 협력하는 경우에 가이딩 요소(5)가 하우징(51)에 대하여 광학 부재(O)의 회전에 대한 보호를 제공하기 위해 설계될 수 있기 때문이다. 하우징(51)의 핀과 협력하는 기계적 가이딩 요소(5)로서 기판(12)에 홀을 제조하는 것도 또한 가능하다.
예컨대 스레드(thread) 또는 와인딩(winding) 또는 스냅 핏(snap fit)을 제공함으로써, 하우징(51)에 그리고 케이싱 부분(25)에, 각각, 광학 부재(O)를 고정하기 위해, 기계적 가이딩 요소(5 및 55) 또는 그것들 중 몇몇이, 부가적으로, 또한 제공될 수 있다. 그러나, 실제 고정하는 것은, 적어도 부분적으로, 예컨대 에폭시 접착제를 적용하고 접착제를 경화함으로써와 같이 본딩함으로써, 예컨대 방사선 큐어링 또는 열 큐어링에 의하는 것과 같이 큐어링함으로써, 위의 설명을 또한 참조하여, 다르게 제공되는 것을 제공하는 것이 또한 가능하다.
보통, 광 가이딩 요소(11)는 축, 예컨대 중심 축을 나타낸다. 이 축은 보통 수직으로 정렬된다.
능동 광학 부품(D, E)으로의, 또는 능동 광학 부품(D, E)으로부터의 광의 광 경로는 보통, 수동 광학 부품(L) 중 적어도 하나를 통해, 기판(12)을 통해, 그리고 광 가이딩 요소(11)를 통해 이어진다.
기판(12)은 투명 중합체 또는 유리와 같은 투명 재료로 실질적으로 만들어질 수 있다. 그 경우에, (측 방향으로 정렬되는 표면 법선을 갖는) 적어도 그것의 측벽에 코팅, 특히 불투명 코팅을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 그러나 기판(12)이 적어도 하나의 투명 부분과 적어도 하나의 불투명 부분(도 13에 미도시)을 구비하며, 예를 들어 불투명 부분은, 예컨대 도 1 내지 6, 8, 및 10의 실시 형태에서 설명된 것처럼, 불투명한 재료로 실질적으로 만들어지는 것을 제공하는 것이 또한 가능하다.
수동 광학 부품(L)은, 예컨대 회절 또는 굴절 렌즈이거나, 또는 굴절 및 회절 렌즈일 수 있으며, 또는 2개 이상의 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 내부 전반사(total internal reflection: TIR)를 또한 이용할 수 있다.
전자 장치(10)는, 예컨대, 휴대폰, 특히 스마트폰과 같은, 촬영 장치 또는 휴대용 통신 장치일 수 있다. 특히 후자에서는, 그 안에 배치되는 광전자 모듈(1)이 가능한 한 작아야 할 정도로 공간이 매우 부족하다.
기판(12)의 전형적인 치수는 측 방향으로 10 ㎜ 미만, 특히 7 ㎜ 미만이며, 수직으로 0.6 ㎜ 미만, 특히 0.4 ㎜ 미만이다. 광 가이딩 요소(11)의 전형적인 치수는 측 방향으로 5 ㎜ 미만, 특히 3.5 ㎜ 미만이며, 수직으로 3 ㎜, 특히 2 ㎜ 미만이다. 수동 광학 부품(L)으로서 렌즈의 전형적인 치수는 측 방향으로 10 ㎜ 미만, 특히 6 ㎜ 미만이며, 수직으로 3.5 ㎜ 미만, 특히 1 ㎜ 미만이다.
도 14는 도 13에 예시된 광학 부재의 평면도이다.
도 15는 도 13에 도시된 바와 같이 광학 부재(O)의 광학 웨이퍼(30)의 개략적인 평면도이다. 직선은 분리가 일어날 곳을 나타낸다. 그러한 광학 부재(O)의 대량 생산은 웨이퍼-스케일 제조 방법을 사용해서 가능하다. 높은 정렬 정밀도 및 고-수율 고-생산성 제조가 이 방법으로 달성될 수 있다.
도 16은 도 13 및 도 14에 도시된 것과 유사한 광학 부재의 사시도이다. 도 16에 도시된 기판(12)의 둥근 모서리는, 예컨대 레이저 커팅 또는 초음파 커팅을 사용하여 쉽게 제조될 수 있다.
도 13 내지 도 16과 결합하여 논의된 광전자 모듈 및 전자 장치와 특히 그 제조 방법에 관해 추가 세부 사항은 표제가 "MICRO-OPTICAL SYSTEM AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF"인, 2011년 10월 5일에 출원된, 일련번호 61/543,490의 US 임시 출원에서 찾을 수 있으며, 따라서 본 특허 출원에 참고로 여기에 포함된다.
위에서, - 적어도 2개의 방출 부재를 사용하여 - 광전자 모듈에 의해 방출된 광의 색채 또는 색상을 조절하는 것이 가능하다는 것이 언급되고 설명되었지만, 아래에서는, 도 17을 참조하여, 상이한 광 세기 분포가 광전자 모듈로부터 (선택적으로) 방출되는 것을 달성하는 것이 또한 가능하다는 것이 설명될 것이다.
도 17은 또 다른 광전자 모듈(1)의 개략적인 단면도이다. 이 광전자 모듈은 도 9의 것과 매우 유사하며, 따라서 자세한 내용에 대해 도 9가 참조된다. 그러나, 도 17에서, 2개의 방출 부재(E1, E2)는 각각 상이한 수동 광학 부품(La 및 Lc)을 통해 광을 방출한다. 도 17에서 투명 부분(t) 위에 파선을 참조하여 또한 기호로 나타낸 바와 같이, 광 부재(E1)로부터 방출된 광의 광 세기의 각 분포(angular distribution)가 광 부재(E2)로부터 방출된 광의 광 세기의 각 분포와는 상이하도록, 수동 광학 부품(La, Lc)은 상이하게 구조화된다. 더 앞서 언급된 바와 같이, 예컨대 제어기 또는 처리 장치를 사용하여, 방출 부재(E1, E2)가 상이한 세기의 광을 방출하도록 제어될 수 있다; 이것을 달성하기 위해 제어기 또는 처리 장치가 반드시 검출 부재(D)에 작동상 연결되어야 할 필요가 없다는 것을 주목하라. 촬상(image capturing)을 위해 사용되는 경우, 방출 부재(E1, E2)로부터 방출되는 광의 세기 비율은 사용되는 이미징 렌즈의 초점 길이에 의존하여 그리고/또는 포착될 장면에 존재하는 광 분포에 의존하여 선택될 수 있으며, 후자는 검출 부재(D)에 의해 측정될 수 있다.
베어 다이 방출 부재 또는 (칩-스케일 패키지와 같은) 매우 작은-크기의 패키지 내의 방출 부재는 특히 소형의 광전자 모듈의 설계를 가능하게 한다. 그러나, 예컨대 그들 중 하나 이상이 렌즈 또는 조리개 또는 반사체와 같은 수동 광학 부품을 포함하도록 패키징되기 때문에 방출 부재(E1, E2)가, 그 자체로, 이미 상이한 광 세기 분포를 갖는 경우에, 상이한 렌즈(La, Lc)의 제공은 선택사항이다. 그리고 가변 세기 분포의 광을 생산하는 또 다른 방법은 방출 부재(E1, E2)(더 상세하게는 그 각각의 광학 활성 표면)와 각각의 관련된 수동 광학 부품 사이의 상이한 (보통 수직의) 거리를 선택하는 것이다. 이 경우에, 방출 부재(E1, E2)에 대해 별개의 또는 상이한 수동 광학 부품을 사용하는 것이 필요하지 않고, 동일한 하나이거나 또는 2개의 동일하게 구조화된 것이 사용될 수 있다. 각도를 선택적으로 변화시키는 설명된 방법 및/또는 광전자 모듈로부터 방출된 광의 공간 분포가 예컨대, 짝-방법 또는 그들 전부 물론 결합될 수 있다. 그리고, 물론, 선택 가능한 광 세기 분포를 달성하는 원리(그리고 또한 선택 가능한 광 색채를 달성하는 원리)는 참조하여 설명된 각각의 도면에서 예시된 실시 형태에 구속되지 않고, 설명된 다른 실시 형태로부터 추론 가능한 것과 같이, 다른 광전자 모듈 구성에서도 또한 구현될 수 있다.
여기에 개시된 임의의 실시 형태에 대해, 방출 부재는 보통 가시광을 방출한다. 그러나, 특히 낮은-광 상황에서, 하나 이상의 방출 부재가 적외선 광을 방출하는 것을 제공하는 것이 또한 유용할 수 있다. 그리고 광 버스트 (플래시) 방출, 즉 (짧고 강렬한) 광 펄스의 방출이 많은 경우에, 특히 정지 사진(still photography)에서 또는 - 일련의 펄스를 생성하는 - 비디오에서 가치 있을 수 있지만, 어떤 경우에, 연속적인 광의 방출도, 예컨대 (영화, 비디오) 촬영에서, 역시 유용할 수 있다. 또한, 방출 부재는 각각의 목적을 위해 설계될 수 있으며, 그리고/또는 예컨대 상술된 제어기 또는 처리 장치에 의해, 그에 따라 제어될 수 있다.
본 특허 출원에 기재된 광전자 모듈은, 특히 정렬 정밀도가 측 방향으로뿐만 아니라 측 방향으로 고려되는 한, 매우 작을 수 있고 대용량 및 고품질로 제조될 수 있다.
앞에서 언급된 바와 같이, 광 감지 성능, 더 상세하게는 색채 감지 성능을 구비하는 플래시 광 모듈, 특히 그러한 종류의 매우 작은 모듈이 본 발명에 의해 제공될 수 있다. 사진을 촬영하거나 비디오를 만드는 것과 같은 영상 기록과 결합해서 사용되는 경우, 적어도 2개의 방출 부재를 포함하는 모듈을 사용하는 것은 적응된 그리고/또는 개선된, 특히 기록될 장면의 더 자연스러운 조명을 달성하는 것을 가능케 할 수 있으며, 그 경우, 적어도 2개의 방출 부재에 의해 방출된 광의 색채 또는 스펙트럼 조성은 적어도 몇몇의 방출 부재에 대해 부분적으로 또는 실질적으로 상이하고, 색채 또는 스펙트럼 조성은, 예컨대 (하나 또는 여러 신호에 따라) 선택되는 (원하는) 세기 비율을 제공하도록 상기 적어도 2개의 방출 부재로부터 광의 방출을 제어함으로써, 상기 적어도 하나의 검출 부재에 의해 생성된 하나 또는 여러 신호에 의존하여 특히 선택된다.

Claims (27)

  1. - 광전자 부품의 하벽 및 수직 측벽을 형성하는, 기판 부재;
    - 상기 기판 부재 상에 실장되는 적어도 두 개의 방출 부재;
    - 상기 기판 부재 상에 실장되는 적어도 하나의 검출 부재;
    - 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재;
    - 상기 기판 부재와 상기 광학 부재 사이에 배치되는 적어도 하나의 불투명한 스페이서 부재
    를 포함하는 광전자 모듈로서,
    상기 광학 부재는 상기 광전자 부품의 수직 측벽을 추가로 형성하고, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은, 경화된 경화 가능한 재료로 만들어진 그리고 복제 공정을 사용하여 얻어진, 적어도 하나의 광학 구조체를 포함하며,
    상기 스페이서 부재는 상기 광전자 부품의 수직 측벽을 추가로 형성하며,
    상기 적어도 두 개의 방출 부재는 스펙트럼적으로 상이한 광 방출 특성을 구비하며,
    기판 부재, 스페이서 부재 및 광학 부재는 수직 방향으로 지칭되는 방향을 따라 서로 적층되며,
    스페이서 부재는 수직 방향을 따라 연장부를 통해 상기 기판 부재와 상기 광학 부재 사이의 특정 거리를 보장하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방출 부재들 중 적어도 2개가 스펙트럼적으로 상이한 광 방출 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 방출 부재 중 제1 방출 부재는 상기 적어도 두 개의 방출 부재 중 제2 방출 부재보다
    - 청색 스펙트럼 영역에서 더 많은 양의 광;
    - 황색 스펙트럼 영역에서 더 적은 양의 광;
    중 적어도 하나를 포함하는 광을 방출하도록 구조화되고 구성되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 방출 부재 중 적어도 제1 방출 부재와 제2 방출 부재는 두 방출 부재의 상대적인 방출 세기를 변화시킴으로써 색 온도가 변화하는 백색광의 방출을 창출하거나 모방하도록 상이한 스펙트럼 방출 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 방출 부재 중 제1 방출 부재는 제2 방출 부재보다 더 낮은 색 온도의 백색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  6. 제2항에 있어서, 3개, 4개 또는 5개의 방출 부재를 포함하고, 그 일부 또는 그 전부가 상이한 스펙트럼 조성의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 적어도 하나의 투명 부분 및 적어도 하나의 불투명 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 부재는 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 검출 부재는 감색성인 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 방출 부재는 플래시 광원인 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광전자 모듈을 다수 포함하는 기기로서,
    상기 기기는 기판 웨이퍼, 광학 웨이퍼 및 스페이서 웨이퍼를 포함하며,
    상기 기판 웨이퍼에는 다수의 기판 부재가 포함되고,
    상기 광학 웨이퍼에는 다수의 광학 부재가 포함되고,
    상기 스페이서 웨이퍼에는 다수의 스페이서 부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 기기.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광전자 모듈을 적어도 하나 포함하고, 적어도 두 개의 방출 부재에 그리고 적어도 하나의 검출 부재에 작동상 연결되는 처리 장치를 포함하는, 전자 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 처리 장치는 상기 검출 부재로부터 신호를 수신하도록 그리고 상기 신호에 의존해서 상기 방출 부재를 제어하도록 구조화되고 구성되는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  14. - 기판 부재;
    - 상기 기판 부재 상에 실장되는 적어도 두 개의 방출 부재;
    - 상기 기판 부재 상에 실장되는 적어도 하나의 검출 부재;
    - 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재;
    - 상기 기판 부재와 상기 광학 부재 사이에 배치되는 적어도 하나의 스페이서 부재
    를 포함하는 광전자 모듈로서,
    상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 상기 적어도 2개의 방출 부재 중 제1 방출 부재에 배속된 하나의 렌즈 및 상기 적어도 2개의 방출 부재 중 제2 방출 부재에 배속된 다른 렌즈를 포함하며,
    상기 하나의 렌즈 및 상기 제1 방출 부재는 상기 제1 방출 부재로부터 방출된 광이 전부 상기 하나의 렌즈를 통과하도록 배열되고, 상기 다른 렌즈 및 상기 제2 방출 부재는 상기 제2 방출 부재로부터 방출된 광이 전부 상기 다른 렌즈를 통과하도록 배열되며,
    상기 제1 방출 부재에 의해 방출되어 상기 하나의 렌즈를 통해 광전자 모듈을 이탈하는 광의 광 세기 분포는 상기 제2방출 부재에 의해 방출되어 상기 다른 렌즈를 통해 광전자 모듈을 이탈하는 광의 광 세기 분포와 상이하며,
    기판 부재, 스페이서 부재 및 광학 부재는 수직 방향으로 지칭되는 방향을 따라 서로 적층되며,
    스페이서 부재는 수직 방향을 따라 연장부를 통해 상기 기판 부재와 상기 광학 부재 사이의 특정 거리를 보장하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 광 세기 분포는 각 광 세기 분포인 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  16. 제14항에 있어서, 상기 하나의 렌즈와 상기 다른 렌즈는 하나의 렌즈에서 2개의 다른 부분으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  17. 제14항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 적어도 하나의 투명 부분 및 적어도 하나의 불투명 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  18. 제14항에 있어서, 상기 기판 부재는 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  19. 제14항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 방출 부재는 플래시 광원인 것을 특징으로 하는 광전자 모듈.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 광전자 모듈을 다수 포함하는 기기로서,
    상기 기기는 기판 웨이퍼, 광학 웨이퍼 및 스페이서 웨이퍼를 포함하며,
    상기 기판 웨이퍼에는 다수의 기판 부재가 포함되고,
    상기 광학 웨이퍼에는 다수의 광학 부재가 포함되고,
    상기 스페이서 웨이퍼에는 다수의 스페이서 부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 기기.
  21. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 광전자 모듈을 적어도 하나 포함하고, 적어도 두 개의 방출 부재에 그리고 적어도 하나의 검출 부재에 작동상 연결되는 처리 장치를 포함하는, 전자 장치.
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