TW201310102A - 鏡頭模組及其製造方法 - Google Patents

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Chi-Chih Shen
Hui-Hsuan Chen
Wei-Chung Wang
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Abstract

一種鏡頭模組，適應用於晶圓級製程，用以搭配一影像感測器使用，鏡頭模組包括有一基板、一透鏡及一間隔件，透鏡設置於基板的其中一表面上，用以匯聚光線，間隔件設置於基板上相對於透鏡的周圍，以阻擋光線自透鏡周圍穿過基板，其中基板及透鏡是由透光材料所製成，而間隔件則是由非透光材料所製成，用以隔離來自於外界的雜散光，以提升影像感測器的感測效能。

Description

鏡頭模組及其製造方法
本發明係有關於一種鏡頭模組及其製造方法，特別是一種適用於晶圓級製程，並用以搭配一影像感測器使用的鏡頭模組及其製造方法。
一般應用於手持式電子裝置的鏡頭模組主要包括一影像感測器，及一罩設於影像感測器的鏡片座(lens holder)。鏡片座具有一可旋轉的鏡片筒(lens barrel)，鏡片筒並具有一鏡片組。當鏡片組成像於影像感測器時，可藉由鏡片筒相對鏡片座旋轉以改變鏡片組與影像感測器之間的距離，進而使光線聚焦於影像感測器上。然而，在這種鏡頭模組中由於鏡片筒可於鏡片座內部旋轉的設置方式，使得鏡片座在鏡頭模組中佔有一定的空間，進而使鏡頭模組的體積無法縮減，而不適用於日益講求輕量化及小型化的手持式電子裝置上。
因此，目前市場上出現一種晶圓級鏡頭模組(wafer level lens module)，例如美國公告專利第7,564,496號專利案所揭露的晶圓級鏡頭模組，其包括一影像擷取元件(image capturing element)以及依序堆疊並相互貼合於影像擷取元件上方的間隔件(spacer)、蓋板(cover plate)和具有透鏡的透鏡基板(lens substrate)。間隔件並具有一孔洞，用以讓光線可經由透鏡成像於影像感測器上。其中，間隔件、蓋板以及透鏡基板皆是由玻璃材質所組成，其主要是為了避免在晶圓級鏡頭模組的製造過程中，間隔件與蓋板或透鏡基板之間，因為熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion，CTE)的匹配誤差(mismatch)而產生斷裂。同時，由於此鏡頭模組的組成元件均採用積體電路工藝製造，因此，使其相較於傳統鏡頭模組具有較小的體積，而可應用在手機等小型電子設備上。
然而，在上述的晶圓級鏡頭模組中，由於間隔件是採用具有透光性質的玻璃所組成，因此在製造上無法快速的大量生產。並且，在晶圓級鏡頭模組的後續製程中，必須另外增加一遮光罩(sunshade)或罩框(housing)等遮光元件包覆在間隔件、蓋板和透鏡基板的外圍；或者是，在間隔件、蓋板和透鏡基板的外圍塗覆一層遮光塗料，用以隔離外界環境所產生的雜散光，以避免這些雜散光傳遞至影像擷取元件，而影像擷取元件的影像感測效能及影像品質。
如此，除了造成晶圓級鏡頭模組的體積增加外，並同時增添晶圓級鏡頭模組製造上的複雜度和困難度，而導致製造生產成本上升的問題。
鑒於以上的問題，本發明提供一種鏡頭模組及其製造方法，藉以改良習知晶圓級鏡頭模組中必須額外安裝遮光元件，導致晶圓級鏡頭模組的體積無法縮減以及在生產製造時的複雜度及困難度增加，進而造成製造生產成本上升的問題。
本發明揭露一種鏡頭模組，適用於晶圓級製程，此鏡頭模組係用以搭配一影像感測器使用，以使光線適當地透過鏡頭模組匯聚於影像感測器。在晶圓級製程當中，可以適當地加入非透光的間隔件，以搭配透鏡來匯聚光線。為了達成此目的，透鏡設置於一基板的表面，而間隔件相對於透鏡，設置於透鏡的周圍，以不阻擋透鏡匯聚光線，其中基板及透鏡是由透光材料所製成，間隔件是由非透光材料所製成。
本發明並揭露一種鏡頭模組的製造方法，以製作出如同前述的鏡頭模組。所述之製造方法主要為在形成複數鏡頭模組之後，才進行切割，以形成複數個分離的鏡頭模組，便可簡化晶圓級鏡頭模組製造上的複雜度和困難度。
本發明的功效在於，藉由間隔件的非透光特性，使鏡頭模組在應用於影像擷取模組時，可直接以間隔件隔離來自於外界的雜散光，而省略習知鏡頭模組中罩框或遮光罩等遮光元件的設置，可進一步縮減鏡頭模組和影像擷取模組的體積，並同時具有簡化鏡頭模組的製造程序以及降低鏡頭模組的製造成本等優點。
以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
本發明所揭露的鏡頭模組及其製造方法適用於晶圓級製程中，並且所製成的鏡頭模組在使用上，係配置於一影像擷取模組中，用以搭配一影像感測器使用。需注意的是，說明書的圖式係為輔助文字，使此領域的技術人員可以理解如何應用本發明，因此圖式僅繪示出本發明的必要特徵，而且圖式中各元件的尺寸與相對的尺寸關係亦是用以凸顯本發明的必要技術特徵，與實際產品的尺寸可能有所不同，並非用以限制本發明的適用範圍。
「第1圖」繪示本發明的影像擷取模組的剖面示意圖，在本發明第一實施例所揭露的影像擷取模組10中，包括有一電路板110、一影像感測器120及一鏡頭模組20，影像感測器120電性設置於電路板110上，鏡頭模組20設置於電路板110上，並且與影像感測器120位於電路板110的同一側面。
需注意的是，本發明所能適用的光線，除了可見光以外，還包含不可見光，因此本發明所稱的透光材料，係指能夠讓可見光及/或不可見光穿透之材料。在某些會發射出光線的應用中，不可見光具有人眼不可見的特性，對使用者來說，比較不會傷害眼睛。
「第1圖」至「第5圖」分別繪示本發明的鏡頭模組製造流程圖以及鏡頭模組的各種示意圖。第2圖為本發明第一實施例的鏡頭模組的製造流程圖，第3圖為本發明第一實施例的鏡頭模組的分解示意圖，第4圖為本發明第一實施例的單一鏡頭模組的組合示意圖，第5圖為本發明第一實施例的單一鏡頭模組的剖面示意圖。以下一併說明鏡頭模組的製造流程以及元件特徵，元件標號請對照各圖式的標示，其中相同的元件標號代表相同的元件。
在鏡頭模組20的製造上，首先提供一基板210(S101)，基板210是由透光材料所組成，例如為玻璃。基板210具有相對的一第一表面211及一第二表面212，並且於基板210上間隔配置有複數個透鏡213。複數個透鏡213配置於基板210的第一表面211及/或第二表面212，因應不同的需求，在本實施例中，透鏡213可以以凸透鏡或凹透鏡的形式配置。在第一實施例所揭露的鏡頭模組20中，透鏡213是以凸透鏡的形式間隔配置於基板210的第一表面211做為舉例說明，但並不以此為限。
接著，形成一間隔件220於基板的(S102)，此間隔件220是由非透光材料所製成，例如為黑色耐高溫塑膠，設置於該第二表面212上，該間隔件220相對該透鏡213，設置於該透鏡的周圍，以不阻擋該透鏡匯聚該光線。並且，間隔件220具有熔點高於攝氏200度(℃)以及熱膨脹係數匹配於基板210熱膨脹係數的特性。例如當基板210的組成材料為玻璃時，間隔件220的熱膨脹係數不大於100 ppm/℃(百萬分之一/攝氏度)，例如為100 ppm/℃、60 ppm/℃或30 ppm/℃等；或者是熱膨脹係數α1低於50 ppm/℃以及熱膨脹係數α2低於100 ppm/℃等，以避免在鏡頭模組20的使用過程中，基板210與間隔件220之間因熱膨脹係數的匹配誤差而產生應力，所導致間隔件220自基板210上斷裂的情形發生。
因此，上述間隔件220的組成材料具有低熱膨脹係數的特性，以配合該基板之熱膨脹係數，減低因熱膨脹係數的匹配誤差而產生的應力，較佳地，該間隔件的組成材料具有低熱膨脹係數，其可以是但並不侷限於熱膨脹係數約低於30 ppm/℃的液晶高分子(liquid crystalline polymer，LCP)、熱膨脹係數α1和α2分別低於20 ppm/℃和60ppm/℃的環氧樹脂模製化合物(epoxy molding compound，EMC)或者是熱膨脹係數約低於47 ppm/℃的聚醚醚酮(polyaryletherketone，PEEK)等非透光材料。
間隔件220可以由射出成型的加工方式獲得，並且在間隔件220上形成有複數個通孔221。複數個通孔221貫穿間隔件220的相對二側面，且複數個通孔221位於間隔件220上的位置對應於基板210的複數個透鏡213，同時每一通孔221的內徑略大於每一透鏡213的外徑(如「第3圖」所示)。
接著，形成一黏著層230於間隔件220的一側面上(S103)，黏著層230的組成材料可以是但不侷限於熱固性樹脂(thermoset)或紫外光膠(ultraviolet glue)。然後，以基板210的第二表面212設置於黏著層230上，或是以黏著層230附著於基板210的第二表面212(S104)，使間隔件220結合於基板210的第二表面212，並且以複數個通孔221對應於複數個透鏡213。因此，使間隔件220與透鏡213之間的相對位置，是以環繞於透鏡213周圍的方式設置於第二表面212上。之後，沿著複數個透鏡213之間的間隙裁切基板210(S105)，以形成複數個鏡頭模組20。其中，如「第5圖」所示，每一鏡頭模組20具有一基板210、一間隔件220及至少一透鏡213，透鏡213設置於基板210的第一表面211，間隔件220藉由黏著層230結合於基板210的第二表面212，且間隔件220以通孔221對應於透鏡213，而於第二表面212上的相對位置，環繞於透鏡213的周圍。
雖然上述的第一實施例是先經由射出成型的方式製作間隔件220，然後再經由黏著層230將間隔件220黏合於第二表面212上。但是，上述的實施例並非用以限定間隔件220與基板210的結合方式。在部份的實施例中，亦可以直接使間隔件220接觸並且固定於第二表面上。舉例而言，可以經由印刷的方式將間隔件220的材料印刷於第二表面212上，並且於印刷的同時形成這些通孔221。接著再固化印刷於第二表面212上的材料，以形成間隔件220。再舉例而言，使間隔件220接觸並且固定於第二表面212上的方法亦可以是採用微影蝕刻製程來將間隔件220形成於第二表面上。
請再次參閱「第1圖」，因此，當鏡頭模組20應用於影像擷取模組10時，可藉由另一黏著層230'將間隔件220結合於電路板110上，使鏡頭模組20以間隔件220支撐於電路板110上，並以通孔221套設於影像感測器120，使透鏡213與影像感測器120之間產生間距而懸置於影像感測器120上方，並垂直對應於影像感測器120。此時，由於影像感測器120受到鏡頭模組20的包圍，而容置於基板210與間隔件220之間所形成的容置空間內，使來自於外界環境的光線只能經由透鏡213及通孔221傳遞至影像感測器120，並可藉由間隔件220將來自於外界環境的其他雜散光隔離於鏡頭模組20外，因此可避免影像感測器120受到雜散光的影響而降低影像感測的效能與品質。
請參閱「第6圖」和「第7圖」，係為本發明第二實施例所揭露的鏡頭模組20，其與第一實施例之間的差異在於此鏡頭模組20具有二間隔件220、220'。其係於鏡頭模組20的製造過程中，在提供基板210的步驟後，提供二間隔件220、220'。接著，分別形成黏著層230於二間隔件220、220'的一側面上，或者是分別形成黏著層230於基板210的第一表面211及第二表面212上，以藉由黏著層230分別將二間隔件220、220'附著於基板210的第一表面211及第二表面212，使二間隔件220、220'結合於基板210上而構成鏡頭模組20。此外，二間隔件220、220'的設置方式，另可如第一實施例在提供基板210的步驟(S201)後，提供二間隔件220、220'(S202)。接著，形成一黏著層230於其中一間隔件220上(S203)，並藉由黏著層230將此間隔件220設置於基板210的第二表面212(S204)。之後，在裁切基板210的步驟(S207)前，形成一黏著層230於另一間隔件220'上(S205)，並藉由黏著層230將另一間隔件220'設置於基板210的第一表面211上(S206)，此僅為二間隔件220、220'在鏡頭模組20上的設置方式不同，但並非用以限定本發明。
如同前述對於將間隔件220結合於第二表面212的描述，上述第二實施例並非用以限定間隔件220'與基板210的結合方式。同樣地，間隔件220'亦可以經由印刷或是微影蝕刻製程來接觸並且固定於第一表面211上。
基於上述的結構，由於在基板的第一表面及第二表面同時具有間隔件的設置，因此當鏡頭模組應用於影像擷取模組時，可同時藉由二間隔件將來自於外界的雜散光隔離於鏡頭模組外，而進一步的提升影像感測器的感測效能與品質。
綜合前述說明，可知本發明的功效在於，藉由鏡頭模組中間隔件的非透光特性，使鏡頭模組在應用於影像擷取模組時，可直接的以間隔件隔離外界的雜散光，而省略習知鏡頭模組中外罩或遮光罩等遮光元件的設置，可進一步縮減鏡頭模組和影像擷取模組的體積。並且，藉由間隔件的組成材料同時具有高熔點及低熱膨脹係數等特性，可避免間隔件與基板之間在影像擷取模組進行迴焊(reflow)製程時，因熱膨脹係數的匹配誤差而產生斷裂、毀壞的情形發生。
同時，在鏡頭模組的製造上，相較於習知鏡頭模組採用玻璃材料做為間隔件的設置方式，本發明所揭露的鏡頭模組除了可省略如外罩或遮光罩等遮光元件的設置外，另可藉由射出成型的方式形成間隔件，而具有簡化鏡頭模組的製造程序以及降低鏡頭模組的製造成本等優點。且影像感測器可以是但不侷限於金氧互補半導體影像感測器(CMOS image sensor，CIS)，例如亦可為光電耦合元件(Charge Coupled Device)影像感測器。鏡頭模組則可選用可與晶圓製程配合的成品或者整合於製造過程中形成，因此並不侷限於晶圓級鏡頭模組。
另外值得注意的是，前述間隔件亦可透過製程，直接形成於基板上所要結合的第一表面及/或第二表面上，而無須其他黏著材料。例如透過在第一表面及/或第二表面上直接印製上述之非透光材料，待其固化後即於基板的第一表面及/或第二表面上形成間隔件，以使前述的間隔件直接與第一表面及/或第二表面接觸，並且固定於第一表面及/或第二表面上，類似的技術為熟知半導體製程技術者所知悉，在此不加贅述。
雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．影像擷取模組
110．．．電路板
120．．．影像感測器
20．．．鏡頭模組
210．．．基板
211．．．第一表面
212．．．第二表面
213．．．透鏡
220、220'．．．間隔件
221．．．通孔
230、230'．．．黏著層
第1圖為本發明第一實施例的影像擷取模組的剖面示意圖。
第2圖為本發明第一實施例的鏡頭模組的製造流程圖。
第3圖為本發明第一實施例的鏡頭模組的分解示意圖。
第4圖為本發明第一實施例的單一鏡頭模組的組合示意圖。
第5圖為本發明第一實施例的單一鏡頭模組的剖面示意圖。
第6圖為本發明第二實施例的單一鏡頭模組的剖面示意圖。
第7圖為本發明第二實施例的鏡頭模組的製造流程圖。
10．．．影像擷取模組
110．．．電路板
120．．．影像感測器
20．．．鏡頭模組
210．．．基板
213．．．透鏡
220．．．間隔件
230、230'．．．黏著層

Claims (11)

  1. 一種鏡頭模組，適用於晶圓級製程，該鏡頭模組係用以搭配一影像感測器使用，以使光線適當地透過該鏡頭模組匯聚於該影像感測器，該鏡頭模組包括有：一基板，具有相對的一第一表面及一第二表面；一透鏡，設置於該第一表面及該第二表面其中之一表面上，用以匯聚該光線；以及一間隔件，設置於該第二表面上，該間隔件相對該透鏡，設置於該透鏡的周圍，以不阻擋該透鏡匯聚該光線；其中該基板與該透鏡係由透光材料所製成，該間隔件係由非透光材料所製成。
  2. 如請求項1所述之鏡頭模組，其中該間隔件的組成材料係選自於液晶高分子、環氧樹脂模製化合物或聚醚酮。
  3. 如請求項1所述之鏡頭模組，其中該間隔件之熱膨脹係數以及該基板之熱膨脹係數不大於100ppm/℃。
  4. 如請求項1所述之鏡頭模組，更包括另一間隔件，設置於該基板的該第一表面上，並且該二間隔件相對該透鏡，設置於該透鏡的周圍，以不阻擋該透鏡匯聚該光線。
  5. 如請求項1所述之鏡頭模組，更包括一黏著層，位於該間隔件及該基板之間，該間隔件係藉由該黏著層結合於該基板上。
  6. 一種鏡頭模組的製造方法，適用於晶圓級製程，該鏡頭模組係用以搭配一影像感測器使用，以使光線適當地透過該鏡頭模組匯聚於該影像感測器，該製造方法包括以下步驟：提供一基板，該基板的一第一表面或/及一第二表面設置有複數個透鏡；設置一第一間隔件於該基板的該第二表面，該第一間隔件相對該等透鏡，設置於該等透鏡的周圍；以及切割該基板以形成複數個鏡頭模組，且每一該鏡頭模組具有至少一透鏡。
  7. 如請求項6所述之鏡頭模組的製造方法，其中切割該基板之步驟前，更包括有設置一第二間隔件於該基板的該第一表面之步驟。
  8. 如請求項7所述之鏡頭模組的製造方法，其中設置第二間隔件的步驟更包括有：藉由一黏著層將該第二間隔件結合於該基板的該第一表面。
  9. 如請求項7所述之鏡頭模組的製造方法，其中設置該第二間隔件的步驟更包括有：使該第二間隔件直接接觸並且固定於該基板的該第一表面。
  10. 如請求項6所述之鏡頭模組的製造方法，其中設置第一間隔件的步驟更包括有：藉由一黏著層將該第一間隔件結合於該基板的該第二表面。
  11. 如請求項6所述之鏡頭模組的製造方法，其中設置第一間隔件的步驟更包括有：藉由一黏著層將該第一間隔件結合於該基板的該第二表面。
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