TW200947007A - Optical module for a camera device, baffle substrate, wafer scale package, and manufacturing methods therefor - Google Patents

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Description

200947007 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明在整合光學模組的領域，特別是具有例如CCD 感應器之影像捕捉單元及例如折射及/或繞射透鏡的至少 一透鏡單元，用以成像在影像捕捉單元上之物體的整合攝 影裝置。整合裝置表示所有元件均被安排於良好界定的空 間關係中。此整合攝影裝置爲例如行動電話的攝影機，其 © 較佳係在大量生產程序中以低成本製造。 更具體而言，本發明關係於一用於攝影裝置的光學模 組，包含：一擋板，其界定影像捕捉單元的預定視野（ FOV )，同時，抑制來自FOV外的點的光束路徑。本發明 更相關於一晶圓級封裝，以表示多數此等光學模組，及有 關於具有多數擋板的擋板基板及有關於製造攝影裝置用的 多數光學模組及製造擋板基板的方法。 〇 【先前技術】 特別是在具有攝影功能的行動電話領域，及其他應用 中，我們想要具有一攝影裝置，其可以在儘可能簡單製程 中，以低成本大量生產但仍同時保有良好影像品質。此等 攝影裝置例如由 W02004/027880所知包含影像捕捉單元 及至少一透鏡單元，沿著一共同軸排列。已知攝影裝置係 藉由在碟片狀基板（晶圓）上，重覆製造多數透鏡單元； 堆疊及連接該等基板，以形成一晶圓級封裝（晶圓疊）並 將該疊切片，以將個別攝影裝置彼此分開。 -5- 200947007 攝影裝置爲整合光學模組，其包含功能單元’例如影 像捕捉單元及至少一透鏡沿著該光傳遞的大致方向堆疊在 一起。這些單元被彼此（整合裝置）安排爲預定空間關係 ，使得彼此不需要更進一步之對準’只有該整合裝置被與 其他系統對準。 透鏡單元的晶圓級複製允許幾百個大致相同裝置以單 一步驟，例如單一或雙側UV壓花製程加以製造。複製技 術包含射出成型、熱滾壓花、平板熱壓、uv壓花。例如 0 ，在uv壓花製程中，主結構的面拓樸係被複製爲例如在 基板頂上的uv可固化環氧樹脂的uv可固化複製材料薄 膜。所複製的面拓樸可以爲折射或繞射光學作用結構，或 其組合。爲了複製，有多數予以製造之光學結構的負拷貝 的複製部的複製工具係例如由一母版加以備製。該工具然 後被用以UV壓花該環氧樹脂。該母版可以爲在熔融矽石 或矽中的微影製造結構、雷射或e-束寫入結構、鑽石刀車 削結構、或其他類型之結構。母版也可以是一由（上）母 © 版複製之在多階段產生製中所生產之子版。 在本文中所用之基板或晶圓的意義爲一碟片或矩形板 或任意其他類型之任意維度穩定的板，通常爲透明材料。 晶圓碟片的直徑典型於5公分至40公分間，例如於1〇公 分至31公分間。其經常爲具有直徑2、4、6、8或12吋 的圓柱，一吋爲約2.54公分。晶圓厚度例如於0.2mm至 10mm間，典型爲0.4mm至6mm間。 如果光需要行經該基板，則基板至少部份透明。較g -6- 200947007 地，明確地說，如果有c MO S感應器，則至少一光學面包 含作爲IR截止濾波的塗層。否則，基板也可能不是透明 的。在攝影裝置中，至少一基板有電·光元件’如同影像 捕捉單元，因此，可能爲矽或GaAs或其他半導體爲主之 晶圓；其也可以爲CMOS晶圓或承載CCD陣列或一陣列 位置感應檢測器的晶圓。 此等整合光學模組可以藉由沿著對應於最小晶圓尺寸 〇 的方向之軸（軸向）堆疊晶圓加以製造。該等晶圓包含在 該晶圓上之功能單元，如透鏡單元或影像捕捉單元，並呈 良好界定空間配置。藉由以適當方式選擇此空間配置，可 以形成包含多數大致相同整合光學模組的晶圓堆疊，其中 該光學模組的單元彼此具有良好界定的空間關係。 藉由間隔件，例如在 US 2003/00 1 043 1 或 WO 2004/027880所揭示之多數分開間隔件或互連間隔矩陣， 晶圓可以彼此分開，及透鏡單元也可以安排在晶圓間，在 〇 與另一晶圓相面對的晶圓面上。 已知在攝影裝置的頂透鏡單元的前面，放置有擋板。 擋板爲界定光的三維通路的單元，否則將不透光。在一攝 影裝置中，擋板作用爲界定影像捕捉單元的視野（FOV ) 及抑制由此FOV外的點來的光束路徑。已知擋板係由一 層在軸向中具有給定厚度的非透明材料及一供光通過的變 化剖面積的貫孔所構成。在已知擋板中，貫孔具有截頭圓 錐形狀，在軸向中有給定範圍及給定開口角。該貫孔的側 壁之厚度與角度決定FOV及可以通過擋板並進入攝影裝 200947007 置的入射光之臨界角（收集角）。經常想要收集角不超出 一預定値。這是因爲以較高角度進入裝置的光爲雜散光及 /或並未直接落入影像捕捉單元的感光部，而只是在攝影 裝置內的一或更多反射後擊中感光部。這可能造成爲該影 像捕捉單元所產生之影像的假影，因而降低影像品質。 已知擋板具有幾百微米（例如1 00-300微米）的厚度 並且貫孔的有關於前壁擋板的法線方向的側壁係被作成推 拔狀，使得具有變化剖面之開口被形成，其直徑範圍係由 0 1至3mm。在感應器與光學系統的這些參數中，這限制的 視野的整個範圍至約40至80度。此類擋板的缺點爲在貫 孔側壁的反射，這也造成了在影像捕捉單元所產生之影像 中之假影，因而，降低影像品質。然而，因爲側壁的面積 降低也造成不想要的雜散光的收集增加，所以也不可能。 已知擋板通常爲射出成型件。它們只在完成製造後， 如果使用晶圓級製程，則在切片步驟後被附接在整合攝影 裝置上。這與低成本晶圓級製造光學模組並不相容。附接 @ 各個擋板至個別攝影裝置的額外步驟很費時與複雜，因此 ，此爲已知模組及製程上之另一缺點。 另一缺點爲光學系統，或至少頂透鏡單元係通過貫孔 加以取用。這也造成了損壞及污染。 WO 2005/041 56 1揭示一攝影模組及其製造方法，其 中半導體外殼包含固態影像感應器及位於該固定感應器上 之透鏡單元。藉由令至少一透明材料板，其兩側被覆蓋以 設有一孔徑的輻射-不透明層’該外殻形成側向散漫輻射 -8 - 200947007 的屏蔽。在層中接近一感應器之孔徑具有較遠離感應器的 層中之孔徑爲小之面積。該透鏡單元被形成在透明基板中 ，該透明基板被包夾在該影像感應器與具有該等孔徑的板 之間。此結構的缺點爲增加了光學介面（例如空氣7玻璃 )的數量，在這些面之反射造成損失。 【發明內容】 0 本發明之目的爲提供一種用於具有改良影像品質的攝 影裝置的光學模組。 本發明之另一目的爲提供一種用於攝影裝置的光學模 組，其可以以低成本在大量生產下製造，及相關製程。 本發明之另一目的爲提供一晶圓級封裝’其包含多數 大致相同的用於攝影裝置的光學模組。 本發明之再一目的爲提供一擋板基板，其具有多數擋 板及相關之製造方法。 〇 這些目的係藉由具有申請專利範圍第1項之特性的攝 影裝置的光學模組、具有申請專利範圍第1 5項特性之多 數擋板的擋板基板、具有申請專利範圍第21項特性之晶 圓級封裝、及申請專利範圍第25項特性之多數攝影裝置 的製造方法、及申請專利範圍第31項特性之擋板基板的 製造方法加以完成。較佳實施例係描述於隨附之申請專利 範圍及示於圖式中。 一種用於攝影裝置的光學模組，該攝影裝置包含：一 頂透鏡單元及選用之透鏡單元，用以成像在影像捕捉單元 -9- 200947007
上之物體。其更包含一擋板，其藉由幾何地決定入射光可 以進入攝影裝置的臨界角度及最後落入該影像捕捉單元的 感光部，而決定在該組合攝影裝置中之影像捕捉單元的視 野。安排在一基板部的影像捕捉單元出現在被完成的攝影 裝置中。依據本發明，該擋板：包含具有前面及背面之大 致透明擋板基板部。其更包含：大致光學上非透明第一層 ，在該前面上，其具有多數第一開口在該前面的內區，及 大致光學非透明第二層，在該背面上，在背面的內區具有 © 多數第二開口。這大致對應於兩平面孔徑，其係被彼此安 排隔開一距離，可以如同其平面的垂直方向所示，以透明 基板被包夾在該等層間。該等層可以很薄（例如幾百nm 或幾原子層），因爲它只需要可以完成光學密度，其係足 夠地完整或至少部份地阻擋光通過該層即可。光然後可以 藉由通過第一開口及隨後通過第二開口，而到達影像捕捉 單元。這些參數中，視野係爲兩開口的形狀態、其軸距及 其彼此的側向位置加以決定。 G 第一與第二開口係被安排彼此離開一軸向距離，此距 離係爲擋板基板的厚度所界定。此距離可以對應於在傳統 擋板中之非透明層的厚度，但也可以更小。開口的形狀可 以例如爲圓形，其中圓形較佳爲同心。較佳地，第一開口 具有較第二開口爲大之直徑。 該頂透鏡單元係被安排在擋板基板的前或背面上，在 非透明層中之第一或第二開口區中。 在組合時，以透鏡單元直接附著至擋板部的分隔開的 -10- 200947007 第一與第二開口形成一光通道，其大致具有與傳統擋板相 同的作用，具有一貫孔及透鏡與之分開’但具有以下優點 -雖然具有第一及第二開口的雙層具有與分開前與背 面的貫孔相同的作用，但並沒有實體側壁。因此’在此等 側壁上的反射並不會造成假影。進入攝影裝置的光不是沒 有反射，就是完全不反射。將擊中在傳統擋板中的貫孔的 Q 側壁之光束將進入透明擋板基板部。它們係爲全內反射所 捕陷，因而被抑制。 -由於其中沒有貫孔，所有安排在攝影裝置內側的透 鏡單元將被完全保護，不受到損壞或污染。尤其，如果擋 板基板被安排在背面，則其確保了頂透鏡之刮傷保護。也 可以確定其他光學單元的保護，包含透鏡單元及影像捕捉 單元，在晶圓級製程的切片步驟中，不受到污染及損壞。 擋板可以以晶圓級製造，例如藉由塗覆一透明基板（ 〇 晶圓），使得非透明層被形成在兩主面上，及藉由移除在 預定區域中之塗層，以形成多數第一與第二開口。這使得 擋板的附接與攝影裝置的晶圓級製程相容（沒有擋板）。 這可以藉由不必個別附接擋板至個別整合裝置加以完成， 因而，可以以更有效及更低成本方式完成。 -在傳統擋板中形成貫孔有機械複雜度。依據本發明 ，並不需要貫孔。在遠薄於傳統擋板的第一與第二層中之 開口可以藉由以晶圓級的已知技術，例如光微影術加以形 成。因此，擋板的製造相當容易。 -11 - 200947007 擋板基板作爲頂透鏡的基板。例如，頂透鏡可以安排 在背面與第二開口接近。結果，擋板基板具有雙功能，其 可以在沒有用於頂透鏡的分開載板下完成。整個模組可以 因此變更薄及較少元件。再者，在模組內的材料介面（空 氣-玻璃，空氣-塑膠）數可以減少。因而降低表面的特殊 處理或其他校正，以降低反射及改良影像品質。如果在一 較佳實施例中，擋板基板部的前面爲平坦（除了該層之外 )，所有出現的透鏡單元係在模組內部，因而，不受到污 @ 染及損壞。 -擋板可以藉由施加一或更多非透明層至一或更多透 明基板加以製造。其優點爲可以實現任意形狀的開口及三 維光通道。開口的形狀可以例如適用至作動感應區的形狀 ，以在感應器上完成更均質的光分佈。對於矩形感應器， 較佳使用具有大致爲矩形基部的開口，其中側線被彎曲爲 凸或凹（枕形、桶形）。任意基板的任意面可以作爲非透 明層的載板，也可以多於兩層，例如三或四層可以具有任 〇 意形狀的個別開口。 頂透鏡單元大致爲半凸透鏡，其中透鏡被彎向影像捕 捉單元。應注意的，在傳統設計中，頂透明單元一直被放 置在基板的頂部，因而，被彎向予以成像的物體。在本發 明之一實施例中，本發明的頂透鏡單元被相對於已知設計 “顛倒”。本發明完成一設計，其中兩透鏡被排列在不同基 板上彼上面對。有關於光學功能’此大致對應於在共同基 板上的古典雙側透鏡或更透鏡單元。然而，“顛倒”提供額 -12- 200947007 外的設計自由度，例如兩曲面的距離參數並不 度所限制，而是可自由選擇。 因爲擋板基板部的前面較佳爲平坦，所以 的整個區域可以在其背面複製頂透鏡單元時停 件上。因此，擋板並不需要複製所需的穩定度 傳統基板作得更薄。 本發明更有關於晶圓級封裝，包含一擋板 0 多數頂透鏡單元，選用地，一基板具有多數影 ，及選用地有其他透鏡單元，用以成像在影像 之物體。大致透明擋板基板具有大致前面及大 ，在前面上具有多數第二開口的大致非透明第 背面上具有多數第二開口的大致非透明第二層 一與第二開口被作成形狀，以在其他參數間， 捉單元的預定視野。頂透鏡單元被安排在擋板 背面。除了光學模組或攝影裝置本身外，該封 Ο 已包含有擋板的個別裝置/攝像裝置可以由晶 切片方式大量生產方式製造。 攝影裝置及封裝可以包含間隔或間隔件， 圓或具有多數開口或多數個別間隔件的間隔板 隔件確保在基板間及在擋板、透鏡單元及影像 之良好界定距離。在較佳實施例中，透鏡單元 及間隔件所密封，因此，受到良好保護。 本發明更有關於在晶圓級上製造用於攝影 光學模組的方法，包含以下步驟： 爲基板的厚 ，擋板基板 放在一支撐 ，其可以較 基板，其有 像捕捉單元 捕捉單元上 致平坦背面 一層，及在 ，其中該第 界定影像捕 基板的前或 裝的優點爲 圓級封裝以 例如間隔晶 。間隔或間 捕捉單元間 完全爲基板 裝置的多數 -13- 200947007 ι·提供一大致透明擋板基板，具有前面及背面；一 大致非透明第一層，在前面具有多數第一開口； 一大致非 透明第二層，在背面具有多數第二開口，及在該前或背面 上’有多數透鏡單元。擋板基板可以爲玻璃晶圓，或由任 意其他透明材料構成。該非透明層可以由在個別面上之薄 膜構成，例如，藉由施加一非透明箔或適當材料塗層及適 當厚度加以構成（例如藉由PVC、濺鍍、CVD、刷塗、噴 塗、浸漬、或其他製程）。 ◎ 2. 選用地，也可以提供間隔件及/或其他透鏡單元被 安排在其他（中間）基板。 3. 基板然後堆疊並彼此連接，使得頂透鏡單元，及 第一與第二開口及選用地間隔件及/或其他透鏡單元被安 排有預定空間關係。通常，此步驟包含沿著共同軸對準出 現在不同基板上的單元。 4. 封裝然後被沿著預定面切片，以將個別模組彼此
分開。 G 選用地，當在完整攝影裝置的晶圓級生產時： 5. 在切片前或後，提供一具有多數影像捕捉單元的 基礎基板。該基礎基板可以爲矽或GaAs或其他半導體爲 主晶圓；其也可以爲CMOS晶圓或晶圓承載CCD陣列或 一陣列的位置感應檢測器。 較佳地，頂透鏡單元藉由複製製程被形成擋板基板上 。較佳地，藉由沈積一材料在表面上，首先形成第一與第 二層。然後，例如藉由光微影及鈾刻，選擇地移除在某些 -14- 200947007 區域中之此材料，而形成開口。然後，頂透鏡單元被複製 在開口區域中，較佳地，覆蓋較第二開口略大的區域。開 口也可以藉由沈積材料在前及背面的選定區域上加以形， 成例如藉由以屏蔽或抗黏塗層加以保護某些區域。 具有透鏡單元的擋板也可以製成單件，例如藉由射出 成型或另一複製處理。 本明更有關於具有多數擋板的擋板基板，及相關之製 © 造方法。該擋板基板更包含··具有前面及背面的大致透明 基板；在前面上，具有多數第二開口的大致非透明第一層 ;及在背面上，具有多數第二開口的大致非透明第二層， 及多數透鏡單元被附接至該前面或背面。其係藉由提供具 有前面與背面的例如玻璃晶圓的大致透明基板；例如藉由 施加薄膜或塗層，例如以PVD、濺鍍、CVD、或其他材料 沈積製程的手段，在前面設置有大致非透明第一層及在背 面上設置大致非透明第二層；及較佳藉由微影術，在該第 〇 一層上設有多數第一開口及在該第一層上設有多數第二開 □。 攝影裝置的較佳應用爲CMOS相機，包含用於行動電 話的CMOS相機。於此，擋板基板的前面可以被直接使用 作爲相機的模組中的相機蓋窗，或者不是分開蓋窗而是電 話外蓋，該前面可以平坦並除了（薄）第一層外，未建構 有其他。這造成簡單的組裝與低材料成本。 本發明的優點光學介面數量與其相關的損失可以降低 、可完成更小軸尺寸的裝置、並可以有效地抑制不想要的 -15- 200947007 光、模組的功能單元之保護可以在製造時及使用時完成、 及擋板製程及整個裝置的製程可以與晶圓級製程相容，因 而，實現以低成本作大量生產。 【實施方式】 依據先前技術的攝影裝置1包含具有雙凸透鏡的光學 系統，其於此係由兩半透鏡3、4安置在透鏡基板部5的 前面6及背面7加以構成。透鏡單元3、4例如爲複製透 ❿ 鏡單元。攝影裝置1更包含一基礎基板部8，具有一影像 捕捉單元9，例如具有影像感應器的CMOS基板。透鏡基 板部5及基礎基板部8係被堆疊於軸向z(垂直於其主面 )並彼此爲間隔件.10所分開。藉此，在透鏡單元3、4與 影像捕捉單元9間實現良好界定軸向距離。該模組係由透 鏡基板部5所構成，間隔件與基礎基板部8藉由提供具有 多數透鏡單元3、4的透鏡基板，提供一間隔件層，例如 具有多數貫孔的間隔基板，及藉由提供具有多數影像捕捉 〇 單元9的基礎基板、然後，堆疊及連接這些基板、及後續 切片，而被製造在晶圓級上。 依據先前技術，這些個別模組係只有在切片步驟後被 提供有擋板2。已知典型擋板2係如圖1所示。其包含前 壁20平行於基板部透鏡基板部5、8及側壁22、24與之 垂直。擋板2以外殼的方式密封該模組。前壁的典型厚度 f爲1 00-3 00微米。擋板2典型係以例如射出成型製程中 之塑膠所作成。 -16- 200947007 擋板2的前壁20具有貫孔26’其典型具有圓剖面， 以作爲光的進入孔徑。影像捕捉單元9的視角或視野係由 貫孔26至影像捕捉單元9的距離，及貫孔26的直徑所決 定。貫孔26的側壁26a係爲錐形並界定具有開口角Ω的 圓錐。具有厚度幾百微米的前壁20的作用爲在小入射角 α的光入射在裝置或前壁20上時，防止光經由貫孔26進 入攝影裝置1(對於無限小厚度t，及在的光將進入 〇 模組中）。因此，擋板2界定一用於入射光的收集角0 wilect 。想要0 eoneet小於90°，因爲以很小入射角進入的光線將 大致相關於雜散光及/或造成在模組內反射/雜散。 另一方面，前壁20的非無限小厚度t造成爲影像捕 捉單元9所產生之影像的假影。如圖1所示，在貫孔26 的側壁26a有反射/雜散。此反射光線28係被以粗虛線表 示。這些反射爲先前技術擋板的固有問題。 另一問題爲頂透鏡單元3可經由貫孔26自由碰觸。 〇 因此，可能在裝置製造或使用時被污染或損壞。 圖2顯示依據本發明之擋板30。擋板30包含大致透 明擋板基板部32，例如，玻璃晶圓的一部份或大致平面材 料件，其係在光學範圍內爲大致透明。 在此實施例中，擋板基板部32具有大致平坦前面33 及大致平坦背面34’即沒有如先前技術貫孔26般的切口 。基板部32具有厚度t’，例如範圍爲150-500微米。如 圖4或6所示，其中有一透鏡單元附接至背面34。擋板基 板部可以預先整形加上，例如一體間隔件。 -17- 200947007 在前面33上有大致非透明材料的第一層35，及在背 面34則有大致非透明材料的第二層36。層35、36在除了 中間部份的第一與第二開口 37、38外，覆蓋了個別面33 、34的整個區域。開口 37、38較佳具有直徑dl及d2的 圓形。它們也可以具其他形狀。在此例子中，開口 37、38 係被彼此同心排列（由軸向觀看）。較佳地，開口 37、38 並不必然對應於完成模組的光軸（如圖3所示）。第一開 口 37的直徑D1係大於第二開口 38的直徑d2。兩直徑範 _ 圍例如由〇.透鏡基板部5至lmm。 此具有個別開口 37、38的兩分隔開之層35、36配置 具有與先前技術貫孔26相同的作用。尤其，開口 37、38 界定上述角度Ω及0 e()neet，因此，完成了視野的定義並 抑制了小入射角的光。光可以經由開口 3 7、3 8與擋板基 板部3 2的透明材料進入模組。 本發明的優點也示於圖2 :對應於入射在圖1側壁 26a上之光線28係以粗虛線顯示。此光線28因爲沒有實 〇 體側壁所以未被反射。相反地，其進入擋板基板部32並 反射於該介面而到達第一與第二層35、36。結果，光並不 能通過擋板3 0。 另一優點爲依據本發明之擋板30，因爲其連續及部份 透明的擋板基板，使得其也可以作爲光學模組的蓋窗。 依據本發明之擋板30，由於在透明基板的兩側上具有 兩層35、36與其之開口，所以，具有光學透明但機械不 透水窗，相較於傳統擋板有更佳的效能。 -18- 200947007 透鏡單元3被安排在擋板基板部32的背面34上之第 二開□ 38的區域中。該透鏡單元對應於圖1中之頂透鏡 單元3。透鏡單元覆蓋了第二開口 38的整個面積，甚至更 寬’使得所有通過開口 38的光被透鏡單元3所作用。第 二層中’至少在開口 38的寬區域內的第二層係被包夾在 透鏡單元3的材料與擋板基板部32之間。透鏡3也可以 側向小於開口 3 8。 〇 圖3至7顯示具有如圖2所示之擋板30的攝影裝置1 。這些實施例的優點爲擋板基板部30係被用以支撐需要 成像一物體至影像捕捉單元的透鏡。這對於先前技藝裝置 並不可能。其也可以在沒有分開的透鏡基板或透鏡基板部 下完成’攝影裝置可以在軸向中具有更小的尺寸。 圖3顯示包含如圖2所示之擋板30 (作爲頂透鏡基板 5)、另一基板部13、及兩層間隔件1〇、11堆疊於軸向z 並被彼此連接以形成光學模組40的堆疊。攝影裝置1係 〇 藉由連接具有影像捕捉單元9的基礎基板部8(或切片前 的完整基礎基板）至該堆疊加以形成。另一基板部5包含 一透鏡單元4附著至其前面。在擋板基板部32上的頂透 鏡單元3及在另一基板部5上的上透鏡單元5對應於圖i 中之傳統透鏡3、4。所顯示爲有關於圖1的透鏡單元的“ 顛倒”配置。 在另一基板部13與擋板3 0間之上間隔件丨丨作用以 保持透鏡單元3、4彼此離開一軸向距離。在頂透鏡基板 部5與基礎基板部8間之下間隔件1 0作爲保持該另一基 -19- 200947007 板部13離開基礎基板部8的前面一軸向距離。 擋板30限制了影像捕捉單元9的視野，降低了經由 兩層35、36間之開口 37入射的光線所造成之假影，同時 ，也作爲一蓋窗，用以保護攝影裝置1的內部或裝置40， 特別是使得頂透鏡單元3不受損壞及污染。 圖4顯示本發明之另一例子。攝影裝置1包含：具有 如圖2所示之擋板基板部32的擋板30;具有一影像捕捉 單元9的基礎基板部8;及間隔件10在這兩基板部32、8 Q 之間。頂透鏡單元3係直接附著至擋板基板部32的背面 34。頂透鏡單元3係部份或整個覆蓋第二層36中之第二 開口 38。其可以直接複製在擋板基板上，或附著於其上。 圖5顯示圖4之實施例的變化例，其中頂透鏡單元3 係安排在擋板基板部30的前面33上，其中其覆蓋第一開 IU 37。 圖6爲本發明之另一實施例。攝影裝置1包含：一擋 板基板部32，其有頂透鏡3附著至其背面；及一基礎基板 〇 部8，具有影像捕捉單元9。其更包含另一基板部13，安 排在該擋板基板部32與基礎基板部8之間，並以兩層間 隔件10、11使之分隔開。該另一基板部13包含兩透鏡單 元4，4’，在其兩面上。 其中也可能可以有比單一或兩側中間基板部更多。 圖7對應於圖4及7實施例的組合：透鏡單元3、4 被安排在擋板基板部30的兩面33、34。 圖8a-8d顯示製造在如圖4所示之模組的晶圓級上的 -20- 200947007 依據本發明之光學模組或攝影裝置的製程的不同步驟。在 圖8a中，提供一光學透明基板3 20，並被塗覆於其兩面上 ，以產生一薄的光學非透明層35、36。塗覆材料較佳爲被 應用於PVD製程的鉻與鉻氧化物的混合物，並具有範圍 幾百nm (例如5 OOnm)的總厚度，即幾原子層。這大致 足以產生吸收進入光的光學密集結構。塗層也可以是任意 其他吸光材料，以PVD、CVD、濺鍍或其他製程加以施加 〇 。塗層也可以是薄塑膠膜或箔。 在如圖8b所示之下一步驟中，第一開口 37係被生產 於第一層35中，及第二開口 38係生產於第二層36中。 較佳地，光微影技術係被用以形成開口 3 7、3 8。感光光阻 係被施加至個別層並在遮罩下被以光照射。一連串的化學 處理然後將曝光圖案刻入在光阻層下的材料中。 或者，可以藉由留下某些區域空白，而使開口 37、38 可以被與層35、36同時生產。這可以藉由將這些區域覆 〇 蓋以層3 5、3 6不會附著，使得其可以被沖掉的材料加以 完成。 在如圖8c所示之下一步驟中，透鏡單元3係被形成 在擋板基板320的背面上，在第二開口 38的區域中。它 們最好是藉由在晶圓級上之複製技術加以形成。例如，提 供具有複製部的複製工具，以一面結構對應於透鏡單元3 的形狀的負面，然後對準並與基板3 2 0接觸，使得在複製 部與基板320的背面間充滿複製材料。複製材料然後被固 化。 -21 - 200947007 另外，也可以在中間基板上形成其他透鏡單元（圖3 或圖6 )。 可以爲承載多數透鏡單元的基板或承載多數影像捕捉 單元的基礎基板的額外基板50被對準並與基板320接觸 。例如間隔基質的間隔件層1 0係被對準在基板320與50 之間。間隔件與基板然後例如爲UV固化黏劑所連接，以 形成晶圓堆疊100 (晶圓級封裝）。 此一完整堆疊100係如圖8d所示。個別光學模組40 或者在具有影像捕捉單元的基礎基板作爲額外基板50中 ，沿著於軸向進行的平面P，較佳地經由間隔件1 0而將 堆疊100切片，而形成攝影裝置1。 圖9及10顯示例如藉由背面爲例的擋板基板320的 平面圖。基板3 20包含一圓板。其上形成一不透明層36， 於此爲在基板320的背面上。 開口 38係被藉由移除沈積材料或藉由只在開口 38旁 的區域中選擇地沈積材料，而形成在該層中。 〇 在圖10中，層36係只被形成在開口 38旁，而留下 其他區域未覆蓋。這些空白區具有改良的面特性，例如， 用以藉由UV固化材料，而將間隔基板黏結至擋板基板。 圖11顯示本發明之實施例，其中，在前面33上之第 一層35中之開口 37係小於在背面34上之第二層36中之 第二開口 38。此作用大致如圖2所示。透鏡單元3、4可 以出現在面33、34之一或兩面上。 圖12a-c顯示第一及第二開口 37、38之非圓形的例 -22- 200947007 子。圖12a顯示矩形開口 37、38。圖12b顯示一枕形，及 圖1 2 c顯示桶形。 通常，開口的輪廓係對應於在開口平面之感應器的作 用區的影像，如同透鏡單元所產生。通過開口的光點因此 具有感應器的形狀，感應器被均質的照射，及降低散射光 〇 具有上述非圓形的擋板也可以結合其他光學模組或攝 φ 影裝置一起使用，例如在其他圖所示。尤其，傳統擋板（ 在基板中之真實孔，其在光軸方向中有某一厚度）也可以 作成那樣。輪廓較佳爲兩折（2-fold)或4折對稱。有關 於矩形感應器，較佳爲矩形、枕形或桶形。圖13 a-c顯示 本發明並不限於兩非透明層所界定擋板。也可以是藉由具 有對應開口的三或更多層35、36、36’、36”所界定的光的 三維通道。開口可以具有任意形狀，例如圖1 2a-c所示之 圓形等。這些形狀並不必然要相同。直徑可以在光傳遞方 〇 向中作增減，或者可以先減，然後增加，或相反也可。較 佳地，可以沿著光傳遞方向所示，透鏡單元被安排於第一 與最後層間。 圖13a的攝影裝置具有兩基板或基板部。其大致對應 於圖6的實施例，不同的是有三非透明層35、36、36’被 安排在第一基板的頂及背面及第二基板的頂面上。 圖13b的裝置對應於圖13a，但具有四個非透明層35 、36、36’、36”安排在兩基板部的兩面上。 在圖l3c的實施例中，有三個非透明層35、36、36, -23- 200947007 安排在兩基板的表面上，但不在第一基板的頂面上。圖 13a-c顯示本發明之各種態樣並建立任意形狀的三維通道 。也可能有更多具有對應非透明層及有或無透鏡單元的基 板0 【圖式簡單說明】 圖1爲依據先前技術的攝影裝置的示意圖； 圖2爲依據本發明之擋板的示意圖； q 圖3-7顯示依據本發明之攝影裝置示意圖； 圖8a-d顯示製程的細節； 圖9及10顯示擋板基板； 圖11顯不一攝影裝置，其中第一開口小於第二開口 1 圖12a-c顯示第一與第二開口的形狀例；及 圖13a-c顯示具有第三及第四層的攝影裝置的其他例 子。 〇 【主要元件符號說明】 1 :攝影裝置 2 :擋板 3 :透鏡單元 4 :透鏡單元 5 :透鏡基板部 6 :前面 -24- 200947007 7 :背面 8 :基礎基板部 9 :影像捕捉單元 1 〇 :間隔件 20 :前壁 22 :側壁 24 :側壁 ❹ 26 :貫孔 2 8 :反射光線 30 :擋板 32 :擋板基板部 3 3 :平坦前面 3 4 :平坦背面 35 :第一層 36 :第二層 ❹ 3 7 :第一開口 3 8 :第二開口 1 1 :間隔件 13 :基板部 40 :光學模組 4’ ：透鏡單元 50 :額外基板 1〇〇 :完成堆疊 3 2 0 :擋板基板 200947007 3 6 ’ ：非透明層 3 6” ：非透明層
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Claims (1)

  1. 200947007 十、申請專利範圍 1. 一種用於攝影裝置的光學模組，該光學模組包含 影像捕捉單元，安排在一基礎基板部上，該光學模組 包含一頂透鏡單元及選用其他透鏡單元，用以成像在該影 像捕捉單元上之物件，及更包含一擋板，界定該影像捕捉 單元的預定視野， © 其中該擋板包含：具有前面與背面的大致透明擋板基 板部；在該前面具有第一開口的大致非透明第一層；及在 該背面具有第二開口的大致非透明第二層，及 其中該頂透鏡單元係安排在該擋板基板部的該前面與 該背面之至少之一上在其中的該開口的區域中。 2. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 第一開口的剖面積係大於該第二開口的剖面積。 3. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 〇 第一開口的剖面積係小於該第二開口的剖面積。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學 模組’其中該第一與第二開口具有圓形的形狀，其係較佳 彼此安排爲同心。 5·如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 頂透鏡單元覆蓋該前或背面的區域，該區域係大於該第一 或第二開口的剖面積。 6.如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中至 少在該第一或第二開口的邊界區域中的該第一與第二層被 -27- 200947007 安排在該頂透鏡單元與該擋板基板部的該前面或背面部之 間。 7. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 擋板基板部的該前面除了該第一層外爲平坦的，更明確地 說，不包含透鏡單元。 8. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 頂透鏡單元係藉由較佳在一晶圓級上的複製製程，形成在 該擋板基板部。 . 9. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，更包含 至少一其他透鏡單元，安排在大致透明中間基板部上。 1 〇.如申請專利範圍第9項所述之光學模組，其中該 至少其他透鏡單元藉由較佳在晶圓級上的複製製程被形成 在該中間基板部上。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 大致非透明第一與第二層係由在該擋板基板部上的一薄膜 或塗層所構成，較佳爲包含鉻及/或鉻氧化物的塗層，或 Ο 塑膠箔。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項所述之光學模組，其中 該第一與第二開口係藉由選擇地移除沈積在該擋板基板部 上之材料或藉由選擇地沈積在該擋板基板部上之材料，尤 其藉由光微影術加以形成。 1 3 .如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 模組之端面係由該擋板基板的該前面所構成。 14. 一種攝影裝置，包含如申請專利範圍第1至13 -28- 200947007 項中任一項所述之光學模組及一影像捕捉單元，安排在一 基礎基板部上，該基礎基板部係直接或間接連接至該光學 模組。 15. —種具有多數擋板的擋板基材，包含： 具有前面及背面的大致透明基板； 在該前面上，具有多數第一開口的大致非透明第一層 :及 © 在該背面上，具有多數第二開口的大致非透明第二層 ，及更包含多數透鏡單元，安排在該擋板基板部的該前面 與該背面之至少之一的該第二開口區域中。 16. 如申請專利範圍第15項所述之擋板基板，其中 該第一開口的剖面積大於該第二開口的剖面積。 17. 如申請專利範圍第15項所述之擋板基板，其中 該第一開口的剖面積小於該第二開口的剖面積。 18. 如申請專利範圍第15至17項中任一項所述之擋 〇 板基板，其中該第一與第二開口具有大致圓形，及其中該 第一與第二開口較佳呈對地同心配置。 1 9 .如申請專利範圍第1 5項所述之擋板基板，其中 該大致非透明第一及第二層係由在該擋板基板部上的薄膜 或塗層所構成，較佳地塗層包含鉻及/或鉻氧化物，或薄 塑膠箔。 20.如申請專利範圍第15項所述之擋板基板，其中 該第一及第二開口係藉由選擇地移除沈積在該擋板基板部 上之材料，或藉由選擇地沈積材料在該擋板基板部上，尤 -29- 200947007 其是藉由光微影術加以形成。 21.如申請專利範圍第15項所述之擋板基板’其中 該擋板基板的該前面在除了該第一層外係平坦的’更明確 地說，並不包含透鏡單元。 2 2 ·如申請專利範圍第1 5項所述之擋板基板，其中 該透鏡單元係藉由複製製程較佳在晶圓級上加以形成。 23. —種晶圓級封裝，包含：依據申請專利範圍第15 至22項中任一項所述之擋板基板，及至少一額外基板堆 0 疊在軸向中；該額外基板係爲支撐多數其他透鏡單元之中 間基板之至少一者，一基板支撐多數影像捕捉單元，及一 間隔件層。 24. 如申請專利範圍第23項所述之晶圓級封裝，包 含：一基礎基材，具有多數影像捕捉單元；多數頂透鏡單 元及選用地其他透鏡單元，用以成像在影像捕捉單元上之 物件；及一具有前面及背面的大致透明擋板；在該前面上 有多數第二開口之大致非透明第一層及在該背面上有多數 〇 第二開口的大致非透明第二層，其中該第一及第二開口界 定該影像捕捉單元的預定視野。 25. —種製造如申請專利範圍第1至13項中任一項 的多數光學模組於晶圓級上的方法，包含以下步驟： -提供具有前面與背面的大致透明擋板；在該前面具 有多數第一開口的大致非透明第一層及在該背面具有多數 第二開口的大致非透明第二層； -將多數頂透鏡單元附著至該擋板基板的該前面與該 -30- 200947007 背面之至少之一的第一或第二開口區域中； -提供至少一額外基板； -堆疊及連接該基板； -將在該堆疊與連接該基板步驟中所形成的封裝沿著 預定平面切片。 2 6.如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該提 供大致透明擋板基板的步驟包含以一材料塗覆該擋板基板 φ 的該前面與背面，以形成大致非透明材料層，並藉由選擇 地移除該材料，而形成該第一與第二開口。 27. 如申請專利範圍第25或26項所述之方法，其中 該附著多數頂透鏡單元的步驟包含藉由複製製程，在該擋 板基板的該前面與背面之至少之一上，形成多數頂透鏡單 元。 28. 如申請專利範圍第25項所述之方法，更包含步 驟有提供大致透明其他基板，具有多數其他透鏡單元在其 ❹ 至少一表面上，該透鏡單元被較佳地藉由複製製程所形成 〇 2 9.如申請專利範圍第25項所述之方法，更包含提 供具有多數影像捕捉單元的基礎基板’及堆疊與連接該基 板，使得該影像捕捉單元、該頂透鏡單元、及該第一與第 二開口被安排呈良好界定的空間關係。 30. 如申請專利範圍第25項所述之方法，更包含提 供間隔基板的步驟。 31. —種製造具有如申請專利範圍第15至22項所述 -31 - 200947007 之多數擋板的擋板基板的方法，包含步驟： -提供具有前面與背面的大致透明基板， •提供大致非透明第一層給該前面及提供大致非透明 第二層給該背面； -提供多數第一開口給該第一層及提供多數第二開口 給該第一層； -附著多數頂透鏡單元包含：在該擋板基板的該前面 與該背面之至少之一上，形成多數頂透鏡單元。 ◎ 32. 如申請專利範圍第3 1項所述之方法，更包含藉 由選擇地移除該等材料層，而形成該第一與第二開口。 33. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中該 第一及/或第二開口的輪廓對應於在該開口的平面中之感 應器的作動區域爲該透鏡單元所產生之影像。 ❹ -32-
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