KR102434816B1 - 실리콘 기판을 갖는 광전자 모듈, 및 이러한 모듈의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

광전자 모듈은 실리콘 기판을 포함하고, 광전자 디바이스는 실리콘 기판 내에 또는 실리콘 기판 상에 있다. 광학 어셈블리는 광전자 디바이스 위에 배치되고, 스페이서는 실리콘 기판을 광학 어셈블리로부터 분리시킨다. 이러한 모듈을 제조하는 방법 또한 기술된다.

Description

실리콘 기판을 갖는 광전자 모듈, 및 이러한 모듈의 제조 방법{OPTOELECTRONIC MODULES HAVING A SILICON SUBSTRATE, AND FABRICATION METHODS FOR SUCH MODULES}

본 개시 내용은 실리콘 기판을 갖는 광전자 모듈, 및 이러한 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.

스마트폰 및 다른 디바이스들은 때때로 광 모듈, 센서 또는 카메라와 같은 소형화된 광전자 모듈을 포함한다. 광 모듈은, 발광 다이오드(LED), 적외선(IR) LED, 유기 LED(OLED), 적외선(IR) 레이저, 또는 렌즈를 통해 디바이스 바깥으로 광을 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser)(VCSEL)와 같은 발광 소자를 포함할 수 있다. 다른 모듈들은 감광 소자(light detecting element)를 포함할 수 있다. 예를 들어, CMOS 및 CCD 이미지 센서는 주 또는 정면향 카메라에서 이용될 수 있다. 마찬가지로, 근접 센서 및 주변 광 센서는 포토다이오드와 같은 광 감지 소자(light sensing element)를 포함할 수 있다. 카메라뿐만 아니라 발광 및 감광 모듈은 다양한 조합으로 이용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 플래시 모듈 등의 광 모듈은 이미징 센서(imaging sensor)를 갖는 카메라와 조합하여 이용될 수 있다. 감광 모듈과 조합한 발광 모듈은 또한, 제스쳐 인식이나 IR 조명과 같은 다른 응용에 이용될 수 있다.

다양한 모듈 디자인이 제안되었지만, 이러한 모듈의 다양한 양태를 개선하기 위한 끊임없는 산업상 필요가 존재한다. 예를 들어, 모듈이 설계되는 디바이스 내 공간은 종종 매우 귀하다. 따라서, 모듈은 실현가능한 작은 풋프린트(footprint)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 모듈로부터의 부실한 열 전달은 몇몇 경우에 문제가 될 수 있다. 마찬가지로, 몇몇 상황에서는, 온도가 공칭값들(nominal values)로부터 벗어날 때, 모듈의 광학적 특성이 열화될 수 있다.

본 개시 내용은 실리콘 기판을 갖는 광전자 모듈, 및 이러한 모듈의 제조 방법을 설명한다.

후속하는 이점들 중 하나 이상이 몇몇 구현예에 의해 제공된다. 예를 들어, 다양한 전자 및/또는 광전자 구성요소들이 형성되는 실리콘 기판을 이용하는 것에 의해서, 모듈은 비교적 작은 풋프린트(footprint)를 가질 수 있다. 몇몇 경우에서는 인쇄 회로 보드 기판(printed circuit board substrate)의 필요(및 비용)를 제거함으로써 모듈의 전반적인 비용을 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 몇몇 예에서는, 실리콘 기판을 사용함으로써, 실리콘 기판을 사용하지 않는다면 필요할 수도 있는, 기판으로의 적어도 몇몇 배선(wiring)을 피할 수 있다. 또한, 실리콘의 열 전도율이 비교적 높기 때문에, 모듈로부터 멀어지는 방향으로의 열 전달을 개선할 수 있다. 또한, 실리콘의 열 팽창 계수의 관점에서, 실리콘 기판을 사용하는 것은, 온도가 공칭값들에서 벗어날 때의 모듈의 광학적 특성의 열화를 감소시킬 수 있다.

응용에 따라, 모듈은 단일 광학적 채널 또는 다수의 광학적 채널을 가질 수 있다. 예를 들어, 일 양태에 따르면, 광전자 모듈은 실리콘 기판을 포함하고, 광전자 디바이스는 실리콘 기판 내에 또는 실리콘 기판 상에 있다. 광학 어셈블리는 광전자 디바이스 위에 배치된다. 스페이서는 실리콘 기판을 광학 어셈블리로부터 분리시킨다.

바람직하게, 스페이서는, 실리콘 기판 내에 형성되거나 실리콘 기판 상에 장착된 발광 소자로서 또는 실리콘 기판 내에 형성된 감광 소자로서 구현될 수 있는 광전자 디바이스에 의해 방출되는 및/또는 검출 가능한 파장의 광에 실질적으로 불투명하거나(opaque) 그러한 광을 상당히 감쇠시킨다. 몇몇 구현예에서, 스페이서는 측 방향으로(laterally) 실리콘 기판을 둘러싸고, 실리콘 기판과 직접 접촉하고, 실리콘 기판의 외부 표면을 넘어 연장될 수 있다. 광학적 필터들(optical filters) 또는 초점 길이 보정 층들(focal length correction layers)과 같은 다른 광학적 피처들이 또한 제공될 수 있다.

다른 양태에서, 광전자 모듈은 제1 광학적 채널 및 제2 광학적 채널을 포함한다. 제1 광학적 채널 내의 제1 광전자 디바이스는 제1 실리콘 기판에 통합되거나 제1 실리콘 기판 상에 배치되며, 제2 광학적 채널 내의 제2 광전자 디바이스는 제2 실리콘 기판에 통합되거나 제2 실리콘 기판 상에 배치된다. 제1 및 제2 광학 어셈블리는 제1 및 제2 광전자 디바이스 위에 각각 배치된다. 스페이서는 광학 어셈블리들로부터 실리콘 기판들을 분리하고, 스페이서의 일부는 제1 및 제2 채널을 서로 분리시킨다. 스페이서는 제1 및 제2 실리콘 기판을 측 방향으로 둘러싸고, 제1 및 제2 실리콘 기판과 직접 접촉한다.

몇몇 예에서, 제1 광학 어셈블리는 제1 기판으로부터 제1 거리에서 스페이서(spacer) 상에 배치되고, 제2 광학 어셈블리는 제2 기판으로부터 상이한 제2 거리에서 스페이서 상에 배치된다. 몇몇 경우에서는, 제1 및 제2 광학 어셈블리는 광학 어셈블리들의 측 방향으로 인접한(laterally contiguous) 어레이를 형성한다.

본 개시 내용은 또한 광전자 모듈을 제조하는 방법을 설명한다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 웨이퍼-레벨 방법(wafer-level method)은, 상부 및 하부의 진공 주입 툴들(vacuum injection tools)을 복수의 광전자 디바이스에 적용하는 단계를 포함하고, 복수의 광전자 디바이스 각각은 각자의 실리콘 기판에 통합되거나 각자의 실리콘 기판 상에 배치된다. 툴들은 실리콘 기판들을 서로 분리하는 공간들(spaces)을 정의한다. 방법은 공간들 내에 폴리머 재료를 주입하는 단계, 및 스페이서를 형성하기 위해 폴리머 재료를 경화시키는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 광학 어셈블리는, 하나 이상의 광학 어셈블리 각각이 광전자 디바이스 중 적어도 하나 위에 배치되는 결과적인 구조를 얻기 위해서 스페이서에 부착된다. 후속적으로, 결과적인 구조는 적어도 하나의 광학적 채널을 각각 포함하는 복수의 광전자 모듈로 분리된다.

다른 양태들, 특징들 및 이점들은 후속하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 첨부 도면들, 및 청구 범위들로부터 용이하게 명백해질 것이다.

도 1은 다중-채널 광전자 모듈의 일 예이다.
도 2는 단일 채널 광전자 모듈의 일 예이다.
도 3은 다중-채널 광전자 모듈의 또 다른 예이다.
도 4a 내지 도 4i는 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법에서의 단계들을 도시한다.
도 5는 광전자 모듈의 다른 예이다.
도 6a 및 도 6b는 상이한 유형의 광학 어셈블리를 갖는 모듈의 예를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 기계 가공할 수 있는 스페이서 피처들을 갖는 모듈의 예를 도시한다.
도 8은 초점 길이 보정 층을 포함하는 광학 어셈블리의 일 예이다.
도 9a 및 도 9b는 광학적 필터를 갖는 광전자 모듈의 예를 도시한다.

도 1에 나타난 바와 같이, 광전자 모듈(20)의 제1 예는 광학적 채널들의 어레이를 포함한다. 도시된 예에서, 모듈(20)은 방출 채널(22) 및 검출 채널(24)을 포함한다. 모듈(20)은 스페이서(30)에 의해 광학 어셈블리(28)로부터 분리되는 실리콘 기판들(26A, 26B)을 갖는다. 따라서, 모듈(20)의 내부 영역들은 기판들(26A, 26B), 스페이서(30) 및 광학 어셈블리(28)에 의해 한정된다.

각각의 실리콘 기판(26A, 26B)의 상이한 부분들은 상이한 전자적 및/또는 광전자적 특성을 보일 수 있다. 각각의 활성 광전자 디바이스는 각각의 실리콘 기판(26A, 26B)에 통합되거나 각각의 실리콘 기판 상에 배치된다. 예를 들어, 발광 소자(32)(예를 들어, LED, 레이저 다이오드 또는 일련의 LED들 또는 레이저 다이오드들)는 방출 채널(22) 내의 실리콘 기판(26A)내에 형성되거나 실리콘 기판 상에 장착될 수 있다. 마찬가지로, 단일 감광 소자(예를 들어, 포토다이오드) 또는 감광 소자들의 어레이(34)(예를 들어, CMOS 센서의 화소들)가 검출 채널(24) 내의 실리콘 기판(26B)내에 형성될 수 있다. 몇몇 예에서, 추가적인 회로 구성요소들이 실리콘 기판들(26A, 26B) 내에 형성될 수 있다.

스페이서(30)는 광전자 디바이스들(32, 34)을 측 방향으로 둘러싸고 모듈을 위한 측벽들(sidewalls) 역할을 한다. 또한, 스페이서의 부분(30A)은 방출 채널(22)과 검출 채널(24)을 서로 분리시키는 내벽(interior wall) 역할을 한다. 바람직하게는, 스페이서(30)(내벽 부분(30A)을 포함)는, 발광 소자(32)에 의해 방출되는 및/또는 감광 소자(34)에 의해 검출 가능한 파장의 광에 실질적으로 불투명하거나(opaque) 그러한 광을 상당히 감쇠시킨다. 예를 들어, 몇몇 경우에서는, 스페이서(30)는 투명하지 않은 필러(non-transparent filler)(예를 들어, 카본 블랙, 안료(pigment), 또는 염료(dye))를 포함하는 폴리머 재료(polymer material)(예를 들어, 에폭시, 아크릴레이트, 폴리우레탄, 또는 실리콘)로 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스페이서(30)는 또한 실리콘 기판들(26A, 26B)을 측 방향으로 둘러싸고 실리콘 기판들과 직접 접촉하며, 스페이서의 내벽 부분(30A)은 2개의 실리콘 기판(26A, 26B)을 서로 분리시킨다. 이러한 피처들은, 몇몇 예에서, 인접한(adjacent) 반도체 구성요소들로부터의 모듈의 전기적 절연(electrical isolation)을 제공하고 실리콘 기판이 칩핑(chipping)되는 것을 방지하는데에 도움이 될 수 있는 구조적 지원을 제공하여 유익할 수 있다.

광학 어셈블리(28)의 상세들은 특정 응용에 의존할 수 있다. 도 1의 예에서, 광학 어셈블리(28)는 실질적으로 불투명한(opaque) 재료(38) 내에 측 방향으로 매립된 투과형(transmissive) 커버들(36A, 36B)을 포함한다. 투과형 커버들(36A, 36B)은, 예를 들어, 글래스, 사파이어 또는 폴리머 물질로 구성될 수 있다. 투과형 커버들(36A, 36B)은 일반적으로 광전자 디바이스들(32, 34)에 의해 방출되는 또는 검출 가능한 광의 파장에 대해 투명(transparent)하다. 불투명한 섹션들(opaque sections)(38)은, 예를 들어, 스페이서(30)와 동일한 물질로 구성되거나, 소정의 다른 실질적으로 투명하지 않은(non-transparent) 물질로 구성될 수 있다. 각각의 투과형 커버(36A, 36B)는 그것에 대해 형성된 렌즈 또는 다른 빔 형상화 소자들(beam shaping elements)과 같은 하나 이상의 광학적 소자(40)를 가질 수 있다. 광학 어셈블리의 다른 예가 아래에 기술된다.

각각의 실리콘 기판(26A, 26B)의 외측에는 하나 이상의 솔더 범프들(solder bumps) 또는 다른 전도성 컨택들(conductive contacts)(42)(예를 들어, 볼 그리드 어레이(ball grid array))가 제공될 수 있으며, 이는 광전자 디바이스들(32,34) 각각에 공지된 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇 구현예는 전기적 접속들(electrical connections)을 위해서 실리콘 관통 전극들(through-silicon vias)을 포함한다.

몇몇 구현예에서, 모듈은 단일 광학적 채널만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에, 예를 들어 나타난 바와 같이, 모듈(20A)은 단일 감광 채널을 가지고 감광 소자(34)를 포함한다. 다른 경우에서, 모듈은 단일 광 방출 채널을 가질 수 있고 발광 소자(32)를 포함할 수 있다.

몇몇 예에서, 광학적 필터가 채널들 중 하나 이상에 제공된다. 예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이, 모듈(20B)은 2개의 검출 채널(24A, 24B)을 포함한다. 제1 광학적 필터(44A)는 제1 광 센서(34A) 위에 배치되고, 제2 광학적 필터(44B)는 제2 광 센서(34B) 위에 배치된다. 제1 및 제2 필터(44A, 44B)는 동일한 파장(또는 파장 범위)의 통과를 허용하거나, 또는 상이한 파장(또는 파장 범위)의 통과를 허용하도록 조정될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 광학적 필터는 컬러 필터 어레이들(color filter arrays), IR-컷 필터들(IR-cut filters), 대역-통과 필터들(band-pass filters), 모노크롬 필터들(monochrome filters) 또는 필터 없음(no filters)을 포함할 수 있다.

전술한 모듈은, 예를 들어, 웨이퍼-레벨 프로세스(wafer-level process)에서 제조될 수 있다. 웨이퍼-레벨 프로세스는 다수의 모듈이 동시에 병렬로 제조될 수 있도록 허용한다. 일반적으로, 웨이퍼는 실질적으로 디스크 또는 판 유사 형상의 아이템(disk- or plate-like shaped item)을 지칭하고, 그것의 일 방향(y-방향 또는 수직 방향(y-direction or vertical direction))으로의 연장범위(extension)는 다른 두 방향(x- 및 z- 또는 측 방향들(x- and z- or lateral directions))으로의 연장범위에 대하여 더 작다. 몇몇 구현예에서, 웨이퍼의 직경은 5 cm와 40 cm의 사이이고, 예를 들어, 10 cm와 31 cm의 사이일 수 있다. 웨이퍼는, 예를 들어, 2, 4, 6, 8, 또는 12 인치의 직경을 갖는 원통형일 수 있고, 1 인치는 대략 2.54 cm이다. 웨이퍼-레벨 프로세스의 몇몇 구현예에서, 각각의 측 방향으로 적어도 10 개의 모듈을 위한 제공들(provisions)이 있을 수 있고, 몇몇 경우에서는 각각의 측 방향으로 적어도 30 개 또는 심지어 50 개 이상의 모듈을 위한 제공들이 있을 수 있다. 다음 단락은 상술한 바와 같은 광전자 모듈을 제조하기 위한 이러한 웨이퍼-레벨 제조 프로세스의 예를 설명한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 통합된(integrated) 광전자 구성요소들(102)이 형성된 실리콘 웨이퍼(100)가 제공된다. 웨이퍼는 그 후면 상에 전기적 접속들(electrical connections)(104)(예를 들어, 솔더 범프들 또는 볼 그리드 어레이들)을 구비할 수 있고, 또한 실리콘 관통 전극 접속들(through-silicon via connections)을 포함할 수 있다. 후속적으로 광학적 필터(106)는 광전자 구성요소들의 일부 또는 전부에 적용될 수 있다. 몇몇 예에서, 광학적 필터는 광전자 구성요소들(102) 중 어느 것에도 적용되지 않을 수 있다. 몇몇 경우에서는, 예를 들어, 광전자 구성요소를 후속하는 다이싱(dicing) 중에 생성된 입자들(particles) 또는 먼지(dust)로부터 보호하기 위해, 보호 층(protective layer)(예를 들어, 글래스 또는 다른 투명 물질로 구성됨)이 적용될 수 있다. LED, 레이저 다이오드, 또는 VCSELS와 같은 외부 발광체가 또한 실리콘 웨이퍼 상에 장착될 수 있다. 다음으로, 도 4b에 나타난 바와 같이, 지지 웨이퍼(support wafer)(108)가 실리콘 웨이퍼(100)를 지지하도록 적용되고, 도 4c에 나타난 것처럼, 웨이퍼는 적어도 하나의 광전자 구성요소(102)를 각각 포함하는 다수의 개별적인 실리콘 디바이스(110)로 분리된다(예를 들어, 다이싱에 의해서).

실리콘 디바이스들(110)은 지지 웨이퍼(108)로부터 제거될 수 있고, 하부의 진공 주입 툴(vacuum injection tool)(112) 상에 배치될 수 있다(도 4d 참조). 상부의 진공 주입 툴(114) 또한 디바이스들(110)에 적용된다. 도 4d에 나타난 바와 같이, 실리콘 디바이스들(110)과 접촉하게 될 때, 진공 주입 툴들(112, 114)은 실리콘 디바이스들(110) 주위에 공간들(116)을 정의한다. 도시된 바와 같이, 스페이서 재료(118)(예를 들어, 투명하지 않은 필러(non-transparent filler)를 갖는 에폭시)가, 예를 들어, 도 4e에 도시된 바와 같이, 공간들(116) 내에 주입되고, 후속적으로, 예를 들어, UV(ultra-violet) 복사(120) 및/또는 열 처리에 의해서 경화된다(도 4f 참조).

스페이서 재료(118)가 경화된 이후에, 상부 툴(114)은 제거될 수 있다. 결과적인 구조는 하부 툴(112) 상에 남아 있을 수 있고, 이것은 후속하는 제조 단계들 중 일부 동안 지지 구조체로서 기능한다(도 4g 참조). 예를 들어, 웨이퍼-레벨 광학 어셈블리(122)는 스페이서(118)의 자유단(free end)에 (예를 들어, 접착제에 의해) 부착될 수 있다(도 4h 참조). 이 예에서, 웨이퍼-레벨 광학 어셈블리(122)는 불투명한(non-transparent) PCB 웨이퍼(126)의 관통 구멍들에 형성된 투명한 윈도우들(transparent windows)(124)을 포함한다. 광학 어셈블리(122)는, 상응하는 감광 소자(들) 상에 입사광을 포커싱하는 것을 돕기 위해 투명한 윈도우들(124) 각각에 형성된(예를 들어, 복제 기술에 의해), 하나 이상의 빔 형상화 소자(128)(예를 들어, 렌즈)를 포함할 수 있다. 다음으로, 도 4i에 나타난 것처럼, 결과적인 구조는, 각각 단일 광학적 채널 또는 채널들의 어레이를 포함하는 개별 광전자 모듈들로 분리된다(예를 들어, 다이싱 라인들(130)을 따라서). 후속적으로, 모듈들은 하부 지지 툴(112)로부터 제거될 수 있다.

전술한 방법 및 모듈에 대한 다양한 변형이 구현될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에서는, 스페이서들(30)의 하단(bottom)이 실리콘 기판들(26A, 26B)의 하단과 실질적으로 동일 평면상에 있을 수 있지만, 다른 경우에서, 스페이서들은 실리콘 기판(들)의 하단을 벗어나 약간 돌출(protrude)할 수 있다(도 5 참조). 특히, 스페이서들(30)은 외부의 전도성 컨택들(42)이 위치하는 실리콘 기판(들)의 하부 표면(50)을 넘어 연장될 수 있다.

다양한 유형의 광학 어셈블리가 스페이서(30)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 4h의 웨이퍼-레벨 광학 어셈블리(122) 대신에, 적절한 렌즈들(40)을 갖는 각각의 렌즈 경통(lens barrel)(122A)이 각각의 채널에 제공될 수 있다(도 6a 참조). 몇몇 경우에서는, 예를 들어, 렌즈 경통(122A)에 오토포커스 메커니즘(autofocus mechanism)(41)이 포함될 수 있다. 오토포커스 메커니즘은, 예를 들어, 튜닝 가능한 렌즈 또는 압전 소자(piezo-electric element)로 구현될 수 있다. 오토포커스 메커니즘(41)으로부터 실리콘 기판으로의 전기적 접속들(electrical connections)(43)은, 예를 들어, 스페이서(30)의 표면을 따라서 또는 관통 스페이서 접속들(through-spacer connections)로서 제공될 수 있다. 오토포커스 메커니즘(41)은 단독으로 또는, 글래스 광학적 소자(glass optical element), 및/또는 모듈에 대해 매우 정확하고 정밀한 광학적 성능을 제공하기 위한 맞춤형 수직 정렬 피처들과 함께, 사용될 수 있다.

또한, 몇몇 경우에서는, 측 방향으로 인접한(contiguous) 렌즈 어레이 웨이퍼(122B)가 광학 어셈블리의 일부로서 제공될 수 있다(도 6b 참조). 후자의 경우, 하나의 인접한 렌즈 어레이 웨이퍼(122B)가 채널들의 전체 어레이에 걸쳐있을 수 있다. 이러한 배열은, 예를 들어, 모든 채널들이 동일한 높이를 가질 때 특히 유익할 수 있다.

다른 한편으로, 몇몇 경우에서는, 몇몇 채널에 대한 광학적 어셈블리를 다른 채널들의 높이와 다른 높이로 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 상황은 제조 프로세스 중에 초점 길이 보정(focal length correction)을 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 광학 어셈블리를 특정 채널에 부착하기 이전에, 채널의 초점 길이(focal length)가 특정 목표 값(target value)으로부터 벗어나는 범위를 결정하기 위해 광학 측정(들)이 이루어질 수 있다. 초점 길이가 보정되어야 하는 경우, 보정을 제공하는 하나의 방법은 기계적인 기계 가공(mechanical machining)을 통해 스페이서의 높이를 조정하는 것이다. 예를 들어, 도 7a에 나타난 바와 같이, 스페이서들(30)은 그들의 자유단들(free ends)에 기계 가공할 수 있는(machine-able) 피처들(52)을 포함할 수 있다. 특정 채널에 대한 스페이서(30)의 자유단은, 광학 어셈블리(122C)가 스페이서에 부착될 때 특정 초점 길이를 달성하도록 미세-기계 가공(micro-machined)될 수 있다(도 7b 참조). 후속적으로, 광학 어셈블리(122C)는, 예를 들어, 픽앤 플레이스(pick-and place) 장비를 이용하여 채널 위에 위치될 수 있다. 몇몇 예에서, 각각의 광학 어셈블리(122C)는 렌즈(40)와 커버 글래스(36)를 포함거나, 렌즈(40)만 포함하거나 커버 글래스(36)만을 포함한다. 도 7b에 나타난 바와 같이, 인접한(contiguous) 렌즈 어레이 대신에, 결과는 인접하지 않은(non-contiguous) 렌즈 어레이이고, 이는 필요한 경우, 각각의 채널에 대한 광학 어셈블리가 상이한 높이에 배치되도록 한다. 몇몇 경우에서는, 이 프로세스로 인하여 한 채널의 광학 어셈블리가 또 다른 채널의 광학 어셈블리와 약간 다른 높이에 있는 다중-채널 모듈이 생길 수 있다.

채널의 초점 길이를 조정하기 위해서, 스페이서(30)의 높이를 미세 기계 가공하는 것을 대신하여, 또는 그에 부가하여, 몇몇 경우에서는, 초점 길이 보정 층(54)이 제공된다(예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 커버 글래스(36)의 표면 상에 또는 렌즈 웨이퍼(38)의 표면 상에). 초점 길이 보정 층(54)의 두께는, 예를 들어, 채널에 대한 특정 초점 길이를 달성하기 위해서 상기 층을 복사(radiation)에 노출시킴으로써 조정될 수 있다. 따라서, 몇몇 채널은 미세-기계 가공된 스페이서 피처들(52) 및/또는 초점 길이 보정 층(54)을 포함할 수 있다. 다른 채널들은 전술한 피처들 중 어느 것도 포함하지 않을 수 있다. 스페이서(들)(30)의 높이를 미세 기계 가공하는 것 및/또는 초점 길이 보정 층(54)의 두께를 조절하는 것 이후에, 광학 어셈블리는 스페이서에 부착될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 광학적 필터들은 채널들 중 하나 이상에 제공될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 광전자 디바이스(예를 들어, 34A) 상에 직접 필터를 제공하는 것을 대신하여, 또는 그에 부가하여, 필터(44C)가 렌즈 어셈블리 웨이퍼(lens assembly wafer)(38)의 표면 상에(도 9a) 또는 커버 글래스(36)의 표면 상에(도 9b) 제공될 수 있다. 몇몇 경우에서는, 광학적 필터(44D)는 광학 어셈블리에 통합된다(도 9a 및 9b).

본 개시 내용에서 이용된 것으로서, "투명한(transparent)", "투명하지 않은(non-transparent)" 및 "투과형(transmissive)"이라는 용어들은 모듈 내의 디바이스들에 의해 방출되는 또는 검출 가능한 특정한 파장(들)에 관한 것이다. 따라서, 예를 들어, 특정한 피처들은 그것이 다른 파장들의 광을 통과시키도록 허용할 수 있더라도 "투명하지 않은(non-transparent)"으로 고려될 수 있다.

여기에 설명된 모듈은, 예를 들어, 근접 센서 모듈로서 또는, 제스처 감지, 인식 또는 이미징을 위한 것과 같은 다른 광학적 감지 모듈로서 유용할 수 있다. 모듈은 다른 것들 중에서도 스마트폰, 바이오 디바이스, 모바일 로봇, 감시 카메라, 캠코더, 랩톱 컴퓨터 및 태블릿 컴퓨터와 같은 다양한 범위의 소형 전자 디바이스에 통합될 수 있다.

다양한 변형들은 전술한 설명의 사상 내에서 만들어질 수 있다. 따라서, 다른 구현예들은 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (21)

1. 광전자 모듈(optoelectronic module)로서,
   실리콘 기판 - 광전자 디바이스가 상기 실리콘 기판 내에 또는 상기 실리콘 기판 상에 있음 - ;
   상기 광전자 디바이스 위에 배치된 광학 어셈블리; 및
   상기 실리콘 기판을 상기 광학 어셈블리로부터 분리시키는 스페이서(spacer)
   를 포함하고,
   상기 스페이서는 상기 광전자 디바이스에 의해 방출되는 및/또는 검출 가능한 파장들의 광에 실질적으로 불투명하거나 또는 상기 광을 상당히 감쇠시키고,
   상기 스페이서는 측 방향으로 상기 실리콘 기판을 둘러싸고, 상기 실리콘 기판과 직접 접촉하고,
   상기 스페이서의 하단(bottom)은 상기 실리콘 기판의 하단과 동일 평면상에 있는, 광전자 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광전자 디바이스는 상기 실리콘 기판 내에 형성된 또는 상기 실리콘 기판 상에 장착된 발광 소자인, 광전자 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 광전자 디바이스는 상기 실리콘 기판 내에 형성된 감광 소자(light detecting element)인, 광전자 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 광전자 디바이스로의 또는 상기 광전자 디바이스로부터의 광 통로(light path)와 교차하는 광학적 필터를 포함하는 광전자 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 광전자 디바이스로의 또는 상기 광전자 디바이스로부터의 광 통로와 교차하는 초점 길이 보정 층(focal length correction layer)을 포함하는 광전자 모듈.
6. 광전자 모듈(optoelectronic module)로서,
   제1 광학적 채널 및 제2 광학적 채널;
   제1 실리콘 기판 - 상기 제1 광학적 채널 내의 제1 광전자 디바이스는 상기 제1 실리콘 기판 내에 또는 상기 제1 실리콘 기판 상에 있음 - ;
   제2 실리콘 기판 - 상기 제2 광학적 채널 내의 제2 광전자 디바이스는 상기 제2 실리콘 기판내에 또는 상기 제2 실리콘 기판 상에 있음 - ;
   상기 제1 광전자 디바이스 및 상기 제2 광전자 디바이스 위에 각각 배치된 제1 광학 어셈블리 및 제2 광학 어셈블리; 및
   상기 실리콘 기판들을 상기 광학 어셈블리들로부터 분리시키는 스페이서(spacer)
   를 포함하며,
   상기 스페이서의 일부는 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 서로 분리시키고,
   상기 스페이서는 측 방향으로 상기 제1 및 제2 실리콘 기판을 둘러싸고, 상기 제1 및 제2 실리콘 기판과 직접 접촉하고,
   상기 스페이서의 하단(bottom)은 상기 실리콘 기판의 하단과 동일 평면상에 있는, 광전자 모듈.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 광학 어셈블리는 상기 제1 기판으로부터 제1 거리에서 상기 스페이서 상에 배치되고, 상기 제2 광학 어셈블리는 상기 제2 기판으로부터 상이한 제2 거리에서 상기 스페이서 상에 배치되는, 광전자 모듈.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1 광학 어셈블리 및 상기 제2 광학 어셈블리는 광학적 어셈블리들의 측 방향으로 인접한 어레이(laterally contiguous array of optical assemblies)를 형성하는, 광전자 모듈.
9. 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법(wafer-level method)으로서,
   상부 및 하부의 진공 주입 툴들(vacuum injection tools)을 복수의 광전자 디바이스에 적용하는 단계 - 상기 복수의 광전자 디바이스 각각은 각자의 실리콘 기판 내에 통합되거나 각자의 실리콘 기판 상에 배치되고, 상기 툴들은 상기 실리콘 기판들을 서로 분리하는 공간들을 정의함 -;
   상기 공간들 내에 폴리머 재료를 주입하는 단계;
   스페이서를 형성하기 위해서 상기 폴리머 재료를 경화시키는 단계;
   하나 이상의 광학 어셈블리 각각이 상기 광전자 디바이스들 중 적어도 하나 위에 배치되는 결과적인 구조를 얻기 위해서 상기 하나 이상의 광학 어셈블리를 상기 스페이서에 부착하는 단계;
   상기 결과적인 구조를, 적어도 하나의 광학적 채널을 각각 포함하는 복수의 광전자 모듈로 분리하는 단계;
   상기 광전자 디바이스들 중 적어도 하나에 대한 광학적 측정을 수행하는 단계;
   상기 스페이서의 높이를, 상기 광학적 측정의 결과에 적어도 부분적으로 기초하는 양만큼 감소시키는 단계; 및
   후속적으로 상기 광학 어셈블리들 각각을 상기 스페이서의 기계 가공된(machined) 부분에 부착하는 단계
   를 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 각각의 광학 어셈블리들을 부착하는 단계 이전에, 상기 스페이서의 높이를 조정하는 단계를 더 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서의 상기 높이는 미세 기계 가공(micromachining)에 의해 조정되는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
12. 제11항에 있어서,
    제1 광학 어셈블리를 제1 광학적 채널 위의 제1 높이에서 상기 스페이서에 부착하고, 제2 광학 어셈블리를 제2 광학적 채널 위의 상이한 제2 높이에서 상기 스페이서에 부착하는 단계를 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이의 감소는 목표 초점 거리에 더 기초하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
14. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이의 감소는 상기 스페이서의 표면을 미세 기계 가공하는 것(micromachining)에 의해 달성되는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
15. 제9항에 있어서,
    상기 결과적인 구조를 복수의 광전자 모듈로 분리하는 단계는, 상기 스페이서를 관통하는 선들을 따라 다이싱(dicing)하는 단계를 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
16. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광학 어셈블리를 상기 스페이서에 부착하는 단계는, 복수의 광학적 채널에 걸쳐있는 웨이퍼-레벨 광학 어셈블리를 상기 스페이서에 부착하는 단계를 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
17. 제9항에 있어서,
    상기 상부 및 하부의 진공 주입 툴들을 적용하는 단계 이전에,
    실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계 - 상기 복수의 광전자 디바이스는 상기 실리콘 웨이퍼 내에 또는 상기 실리콘 웨이퍼 상에 형성됨 - ; 및
    복수의 별개의(discrete) 광전자 디바이스를 형성하기 위해서 상기 실리콘 웨이퍼를 다이싱하는 단계
    를 더 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼를 다이싱하는 단계 이전에, 광학적 필터 층을 상기 광전자 디바이스들 중 적어도 하나에 적용하는 단계를 더 포함하는, 광전자 모듈을 제조하는 웨이퍼-레벨 방법.
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