TW201515251A - 包含位於光發射元件及光檢測元件之間之非透明隔離構件之光電模組 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種光電感測器模組(例如，一光學近接感測器模組)，其包含：一基板；一光發射器，其經安裝於該基板之一第一表面上，該光發射器可操作以發射在一第一波長之光；及一光檢測器，其經安裝於該基板之該第一表面上，該光檢測器可操作以檢測在該第一波長之光。該模組包含：一光學構件，其經佈置成實質上平行於該基板；及一隔離構件，其經佈置於該基板與該光學構件之間。該隔離構件可包圍該光發射器及該光檢測器，且可包含自該基板延伸至該光學構件且使該光發射器及該光檢測器彼此隔離之一壁部。該隔離構件可由(例如)一熱固性聚合物材料、一紫外光固化聚合物材料或一可見光固化聚合物材料構成，其中該隔離構件進一步包含使該隔離構件實質上對可由該光檢測器檢測及/或由該光發射器發射之光非透明的一或多個無機填料及/或染料。

Description

包含位於光發射元件及光檢測元件之間之非透明隔離構件之光電模組
本發明係關於光電模組，諸如光學近接感測器模組。
近接感測器用於檢測一物體之位置或定位。各種類型之近接感測器係可用的，包含光學感測器、電感感測器及電容感測器。
光學近接感測器可採用(例如)反射技術以檢測感測器附近一物體之存在或缺少。一典型技術為使用一發光二極體(LED)及一光學檢測器，其等以使得自該LED發射之光自一物體反射回至該檢測器之一方式而組態。光源可經選擇使得光適合於由該光檢測器檢測。因此，例如，光源可產生該光檢測器能夠最佳檢測且不可能由其他附近來源產生之一頻率之光。
在設計小光學近接中，經常需要解決電干涉、光學串擾及信雜比問題。例如，在一光學近接感測器中存在光學干涉之各種潛在來源：外部(例如陽光、室內照明、意外目標)及內部(例如該近接感測器之子組件之間之光學串擾)。外部干涉有時可經抑制或減少作為信號處理之部分。另一方面，內部干涉可更難以管理，尤其在其中近接感測器安裝於一透明或半透明罩蓋之後使得自該罩蓋反射之光之強度可 在量值上類似於所關注信號之應用中。
本發明揭示光電模組，在一些實施方案中，其可有助於減少光學干涉及串擾，且可改良信雜比。
例如，在一態樣中，一光電模組(例如，一光學近接感測器模組)包含：一基板；一光發射器，其安裝於該基板之一第一表面上，該光發射器可操作以發射在一第一波長之光；及一光檢測器，其安裝於該基板之該第一表面上，該光檢測器可操作以檢測在該第一波長之光。該模組可包含：一光學構件，其佈置成實質上平行於該基板；及一隔離構件，其中該隔離構件佈置於該基板與該光學構件之間。
在一些實施方案中，隔離構件包圍光發射器及光檢測器，且可包含自基板延伸至光學構件且使該光發射器及該光檢測器彼此隔離之一壁部。較佳地，該隔離構件實質上對由該光發射器發射及/或可由該光檢測器檢測之光非透明(即，不透明)。該隔離構件可由(例如)一熱固性聚合物材料、一紫外光固化聚合物材料或一可見光固化聚合物材料構成，其中該隔離構件進一步包含使該隔離構件實質上對可由該光檢測器檢測及/或由該光發射器發射之光非透明之一或多個顏料、無機填料及/或染料。
本發明亦描述一種製作複數個光電感測器模組之方法。
另外，本發明揭示一種行動通信裝置，且其包含一光電感測器模組，諸如上文所描述或下文更詳細描述之模組。
附圖及下文描述中闡釋一或多個實施方案之細節。將自描述及圖式及自技術方案明白其他態樣、特徵及優點。
1‧‧‧模組
2‧‧‧晶圓堆疊
3‧‧‧透明區域
4‧‧‧開口
5‧‧‧透鏡元件
6‧‧‧透明元件
7‧‧‧焊球
9‧‧‧印刷電路板
10‧‧‧電子裝置
12‧‧‧垂直壁分隔部分/壁部
52‧‧‧處理器
54‧‧‧顯示器
64‧‧‧記憶體
66‧‧‧通信介面
68‧‧‧收發器
B‧‧‧擋板構件
BW‧‧‧擋板晶圓
b‧‧‧阻斷部分
D‧‧‧檢測構件
E‧‧‧發射構件
L‧‧‧被動光學組件/透鏡構件
O‧‧‧光學構件
OW‧‧‧光學晶圓
ow'‧‧‧半成品部件
P‧‧‧基板
PW‧‧‧基板晶圓
S‧‧‧隔離構件
s1‧‧‧虛線
s2‧‧‧虛線
s3‧‧‧虛線
s4‧‧‧虛線
s5‧‧‧虛線
SW‧‧‧間隔晶圓
t‧‧‧透明部分
圖1係一光電模組之一橫截面圖。
圖2展示圖1之模組之構成部分之各種橫截面圖。
圖3係用於形成一晶圓堆疊以製造多個如圖1中所展示之模組之晶圓之一橫截面圖。
圖4係用於製造多個圖1之模組的一晶圓堆疊之一橫截面圖。
圖5係具有一結構化表面之一半成品部件之一橫截面圖。
圖6繪示具有一光學近接感測器之一行動電話之一實例。
圖7繪示一行動電話之進一步細節。
如圖1中所繪示，一光電模組1可包含至少一主動光學組件及至少一被動光學組件。一主動光學組件之實例包含一光感測組件或一光發射組件，諸如一光二極體、一影像感測器、一LED、一OLED或一雷射晶片。一被動光學組件之實例包含藉由折射及/或繞射及/或反射而重新導引光之一光學組件，諸如一透鏡、一稜鏡、一鏡子或一光學系統(例如被動光學組件之一集合，其可包含諸如孔徑光闌、影像螢幕或固持器之機械元件)。圖2展示圖1之模組之構成部分之各種橫向示意橫截面圖，其中此等橫向橫截面之近似位置係由圖1中之s1至s5及虛線指示。對於s4及s5，由箭頭指示視圖之方向。
模組1包含在垂直方向上(即，圖1中之z方向)堆疊於彼此上之若干構成部分(P、S、O、B)。正交於垂直(z)方向之x-y平面中之方向(請參閱圖2)可被稱為橫向方向。
模組1包含堆疊於彼此上之一基板P、一隔離構件S、一光學構件O及一擋板構件B。基板P為(例如)一印刷電路板總成。該印刷電路板(PCB)總成之PCB可被稱為一中介層。在該PCB上安裝用於發射光之一發射構件E(例如一光學傳輸器晶粒，其包含(例如)用於發射紅外光或近紅外光之一發光二極體)及用於檢測在由該發射構件E發射之頻率/波長(或頻率/波長範圍)之光之一檢測構件D(例如一光學接收器晶粒，其包含(例如)用於檢測紅外光或近紅外光之一光二極體)。一般而 言，光係指電磁輻射，且可包含(例如)電磁光譜之紅外線部分、可見光部分或紫外線部分中之電磁輻射。
發射構件E及檢測構件D之電接觸件電連接至其中附接焊球7之模組1之外側。一些實施方案包含四個電接觸件：兩個用於發射構件E及兩個用於檢測構件D。取代提供焊球7，一些實施方案包含位於稍後可具備焊球之PCB上之接觸墊。因此，可(例如)使用表面安裝技術(SMT)將模組1鄰近其他電子組件安裝於一印刷電路板9上。印刷電路板9可為一電子裝置10(諸如一手持式通信裝置)之一構成部分。例如，裝置10可為一智慧型電話或其他行動電話。模組1尤其適合於此等應用，此係因為其可經製造以具有一特別小之大小。
隔離構件S具有兩個開口4，其中發射構件E配置於該等開口之一者中且檢測構件D配置於另一者中。依此方式，由隔離構件S橫向地環繞發射構件E及檢測構件D。儘管該等開口展示為實質上圓形，但其等在一些實施方案中可具有其他形狀。
隔離構件S可履行若干任務。其可確保基板P與光學構件O之間(穿過其垂直延伸部)之一明確界定距離，此有助於達成自發射構件E穿過光學構件O及自模組1之外側穿過光學構件O而至檢測構件D上之明確界定的光路徑。隔離構件S亦可藉由實質上對一般可由檢測構件D檢測之光非透明且藉由形成模組1之外側壁之一部分而提供檢測構件D免受不期望由檢測構件D檢測之光之保護。隔離構件S亦可藉由實質上對一般可由檢測構件D檢測之光非透明且藉由在發射構件E與檢測構件D之間形成一壁而提供檢測構件D免受不應到達檢測構件D之由發射構件E發射之光之保護，以便減少發射構件E與檢測構件D之間之光學串擾。依此方式，可防止在模組1內側反射之光及源於發射構件E之雜散光到達檢測構件D。
在一些實施方案中，隔離構件S係由非透明(即，不透明)聚合物 材料製成。例如，隔離構件S可由具有一或多個顏料、無機填料及/或染料之一可硬化(例如，可固化)聚合物材料(諸如一熱固性聚合物、一UV(紫外光)固化聚合物或一可見光固化聚合物)構成，使得所得之材料實質上在所關注之波長非透明。適用於一些實施方案中之聚合物材料的實例包含：環氧樹脂、丙烯酸樹脂(例如，丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、胺基甲酸酯丙烯酸酯或氰基丙烯酸酯)、聚胺基甲酸酯及胺基甲酸酯樹脂、聚矽氧樹脂、有機無機混成聚合物(有機矽烷組合物)、聚醯亞胺、聚胺基甲酸衍生物、聚酯樹脂、酚醛樹脂、乙烯酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯胺-醯亞胺、酚甲醛樹脂、脲甲醛、三聚氰胺甲醛樹脂、氰酸鹽酯、間苯二酚或苯酚-間苯二酚甲醛、聚苯并咪唑、丙烯酸二酯、混成材料(例如，環氧酚醛、環氧聚硫化物、環氧尼龍、腈酚醛、氯丁二烯酚醛或乙烯基酚醛樹脂)。
如上述，可藉由添加一或多個顏料、無機填料及/或染料來製成用於隔離構件S之聚合物，使得其對所關注之(若干)波長非透明。適當顏料之實例包含碳黑以及針對一特定波長或波長範圍之顏料。同樣地，適當無機填料包含各種微粒子及奈米粒子(例如，石墨、石墨烯、矽、金屬及非透明礦物(諸如不透明氧化物))。若添加一染料至聚合物以達成所要不透光性能，則該染料應在所關注之波長範圍中具有一高吸收率。可添加至聚合物以便吸收紅外光之染料的實例包含聚次甲基花青染料。
在一些實施方案中，隔離構件S具備非透明材料(諸如黑色光阻劑、薄金屬及/或金屬氧化物層)之一塗層。此外，在一些實施方案中，可添加額外無機填料材料(例如，石英或玻璃粒子；礦物填料)至聚合物以改良隔離構件S的機械或熱性質。
為達成最大敏感度及檢測範圍，發射構件(例如，LED)E與檢測構件(例如，光二極體)D之間之一緊密距離可為重要的。然而，為避 免歸因於內部串擾之錯誤感測器回應及一減小之動態範圍，位於接收器接近處之發射器需要藉由一隔離壁或蓋之一IR有效光學隔絕。隔離構件S具有使發射構件E與檢測構件D彼此隔離之一垂直壁分隔部分12，這可有助於減少內部光學串擾。
光學構件O包含一阻斷部分b及兩個透明部分t：一者容許由發射構件E發射之光離開模組1；及另一者容許光自模組1之外側進入模組1且到達檢測構件D。
阻斷部分b(例如)藉由由一適當(聚合物)材料製成而實質上對一般可由檢測構件D檢測之光非透明。透明部分t包括各用於光引導之一被動光學組件L或(更特定言之且作為一實例)一透鏡構件L。透鏡構件L可(例如)包括如圖1中所展示之與一透明元件6緊密接觸之兩個透鏡元件5。透明元件6可具有與其中形成阻斷部分b之光學構件O相同之垂直尺寸，使得其中形成阻斷部分b之光學構件O連同透明元件6一起描述一(近乎完美)固體板形狀。透鏡元件5(參閱圖1)藉由折射及/或藉由繞射而重新導引光。例如，透鏡元件可全部具有大體上凸形形狀(如圖1中所展示)，但透鏡元件5之一或多者可經不同地塑形，(例如)大體上或部分凸形。
擋板構件B可提供用以屏蔽非所要光，特定言之，以一所要角度離開模組1或入射至模組1之光。擋板構件B可具有可形成為開口或藉由透明材料形成之兩個隔離透明區域3。在透明區域3之外側，擋板構件B可由實質上衰減或阻斷一般可由檢測構件檢測之光之一材料製成，或其可具備具有此一性質之一塗層，但製造後者可能更複雜。擋板構件B之形狀(或更精確言之，透明區域3之形狀)可不同於圖1及圖2中所展示之形狀(例如錐形形狀或一截頭角錐)。
透明區域3及透明部分t及開口4之橫向形狀未必為圓形，而是可具有其他形狀，例如具有圓角之多邊形或矩形。
模組1係一經封裝之光電組件。模組1之垂直側壁由項P、S、O及B形成。一底壁由基板P形成，及一頂壁由擋板構件B或由擋板構件B與光學構件O一起形成。
如圖2中可見，四個項P、S、O、B(其等亦可被稱為外殼組件)之各者具有與其他外殼組件實質上相同之橫向形狀及橫向尺寸。此促進製造此等模組1之一非常有效率方式，如下文參考圖3及圖4所更詳細描述。外殼組件P、S、O及B之各者具有一大體上塊狀或板狀之形狀，或更一般而言，一長方體形狀，其可能具有孔或開口(諸如，擋板構件B及隔離構件S具有該等孔或開口)或突出部(諸如，光學構件O具有該等突出部)。
在一些實施方案中，模組1為一近接感測器。此一模組1可容許檢測一物體是否位於與該模組相距一預定距離內(例如由檢測構件D產生之一光電流所判斷)，同時發射構件E發射(例如)呈光脈衝形式之光。例如，發射構件E、光學構件O及檢測構件D可經配置使得位於光學構件O之一預定距離或距離範圍內之能夠反射光之一表面能夠藉由檢測構件D而檢測由發射構件E發射且由該表面反射之一足夠高強度之光，而由發射構件E發射及由位於進一步遠離光學構件O且在該預定距離外側之此一表面反射之光將分別不引起由檢測構件D檢測一足夠高光強度。
此外，可提供根據如上文所討論之相同原理而設計之模組，但其除檢測構件D之外，亦包括一或多個額外電子組件(諸如額外光檢測器)、或一或多個積體電路或兩個或兩個以上光源。
模組1中之主動電子組件(諸如圖1之實例中之發射構件E及檢測構件D)可為經封裝或未經封裝之電子組件。可使用諸如引線結合或覆晶技術或任何其他已知表面安裝技術之技術來接觸基板P，如可使用習知穿孔技術。
圖3展示用於形成一晶圓堆疊以製造多個如圖1中所展示之模組之晶圓之一示意橫截面圖。一般而言，一晶圓係指一實質上碟狀或板狀之項，其沿一方向(z方向或垂直方向)之延伸部小於其沿其他兩個方向(x方向及y方向或橫向方向)之延伸部。複數個類似結構或項可配置於一(非空白)晶圓上，或提供於該晶圓內之(例如)一矩形柵格上。一晶圓可具有開口或孔，且在一些情況中，一晶圓可在其橫向區域之一主要部分中無材料。取決於實施方案，一晶圓可由(例如)一半導體材料、一聚合物材料、包括金屬及聚合物或聚合物及玻璃材料之一複合材料製成。特定言之，晶圓可包括諸如可熱固化或可UV固化聚合物之可硬化材料。在一些實施方案中，一晶圓之直徑介於5公分與40公分之間，且可(例如)介於10公分與31公分之間。該晶圓可為具有(例如)2英寸、4英寸、6英寸、8英寸或12英寸之一直徑之圓柱體，1英寸為約2.54公分。晶圓厚度可(例如)介於0.2毫米與10毫米之間，且在一些情況中，介於0.4毫米與6毫米之間。
儘管圖3及圖4僅展示提供三個模組1，但在一些實施方案中，可提供呈一晶圓堆疊之沿各橫向方向之至少十個模組，及在一些情況中提供沿各橫向方向之至少三十個或甚至五十個或更多模組。該等晶圓之各者之尺寸之實例為：橫向上至少5公分或10公分且高達30公分或40公分或甚至50公分；及垂直上(量測基板晶圓PW上未配置組件)至少0.2毫米或0.4毫米或甚至1毫米且高達6毫米或10毫米或甚至20毫米。
在一些實施方案中，四個晶圓可用於產生一晶圓堆疊以製造多個如圖1中所展示之模組。如圖4中所展示，該堆疊包含一基板晶圓PW、一間隔晶圓SW、一光學晶圓OW及一擋板晶圓BW。各晶圓包括大量包含於對應模組1中之對應構件(請參閱圖1及圖2)，(例如)其等配置於一矩形晶格上，其中彼此相距一點距離以促進一隨後的隔離步 驟。
基板晶圓PW可為(例如)包括標準PCB材料之一PCB之一PCB總成，其具備在一側上之焊球7且具備焊接至另一側之主動光學組件(例如構件E及D)。可(例如)藉由使用標準取置機器之取置而將該等主動光學組件放置於基板晶圓PW上。
間隔晶圓SW可有助於使基板晶圓PW及光學晶圓OW彼此維持一實質上恆定距離。因此，將間隔晶圓SW併入至晶圓堆疊中可實現更高成像效能及複雜性。隨後，可將經堆疊晶圓切割成個別微光學結構以導致每晶圓之多個(例如數千個)結構。
為提供最大程度之保護而免於檢測非所要光，晶圓PW、SW、OW、BW之各者實質上可由實質上對可由檢測構件D檢測之光非透明之一材料製成，但諸如透明部分t及透明區域3之透明區域除外。
例如，在一些實施方案中，間隔晶圓SW係由含碳黑(或其他深色顏料)或一無機填料或一染料之一UV固化或熱固化環氧樹脂(或其他聚合物)製成。在一些實施方案中，添加劑嵌入於該環氧樹脂(或其他聚合物)中。該環氧樹脂或其他聚合物材料中之碳黑、無機填料或染料之量可取決於特定應用，且可(例如)取決於間隔晶圓SW之所要或所需光學特性。因此，在一些實施方案中，為減少光學串擾或由檢測構件D檢測其他非所要光，間隔晶圓SW可由含至少0.7%碳黑或無機填料或染料之一UV固化或熱固化環氧樹脂或其他聚合物材料製成，但在一些實施方案中，更低量之碳黑或無機填料或染料可係足夠的。可(例如)隨壁12之橫向厚度來調整在間隔晶圓SW之該環氧樹脂或其他聚合物材料中之碳黑或無機填料或染料的最佳或所要百分比。
例如，在一些實施方案中，壁厚度為約200微米，且該環氧樹脂或其他聚合物材料含有約至少0.8%的碳黑或無機填料或染料。對於具有800奈米之一波長之光，前述組合物可導致每微米約0.0295之一吸 收係數(α)。一般而言，對於具有一厚度d之一壁部12，透射率T=10-α*d。因此，在前述實例中，穿過壁部12之透射率(T)小於0.00015%，其對應於約5.8之一吸收度或光學密度，其中該吸收度表示落於一材料上之輻射量與透射通過該材料之輻射量之一對數比。在一些應用中，碳黑或無機填料或染料之量足夠高，使得在由發射構件E發射之光的波長穿過壁部12之光的透射率(T)不大於0.1%。同樣地，在一些應用中，碳黑或無機填料或染料之量足夠高，使得壁部12在由發射構件E發射之光之波長的吸收度或光學密度為至少3。在一些實施方案中，對於壁12之約200微米之一厚度，隔離構件S在由光發射器發射之光的波長處具有至少每微米0.015之一吸收係數(α)。
如已述，各種聚合物材料(例如環氧樹脂、丙烯酸酯、聚胺基甲酸酯或聚矽氧材料)可用作為間隔晶圓SW之基礎材料，且添加一或多種顏料或其他黏著劑來減小間隔晶圓在所關注之(若干)波長(即，由LED或其他發射構件E發射之光之(若干)波長)處的光學透射特性。間隔晶圓SW之基礎材料的實例包含以下之一或多者：可自Electronic Materials公司購得之EMCASTTM(例如23xx、24xx、25xx及2600系列)；可自Master Bond公司購得之MASTERBONDTM(例如UV15-7DC、UV1ODCTK)；可自DELO Industrial Adhesives購得之DELO-DUALBONDTM(例如AD VE 80342)；可自Addison Clear Wave購得之AC A1449；可自Epoxy Technology公司購得之EPOTEK OG198-54；及LOCTITE334、392、5091。該等前述材料之一些係雙重固化(即，可由UV光固化以及熱固化)。可將碳黑(或其他顏料)或一無機填料或一染料添加至基礎材料，以減小間隔晶圓SW在所關注之(若干)波長的光學透射特性。例如，可將具有足夠高之量之碳黑(或另一顏料)或一無機填料或一染料添加至基礎聚合物材料，使得在由發射構件E發射之光的波長穿過壁部12之光的透射率(T)不大於0.1%。同樣地，在 一些應用中，顏料或無機填料或染料之量足夠高，使得壁部12在由發射構件E發射之光之波長的吸收度或光學密度為至少3。
可(例如)藉由複製來製作間隔晶圓SW及擋板晶圓BW以及光學晶圓OW之至少一部分。複製係指再製一給定結構或其之一陰模之一技術，例如蝕刻、壓印、模製或真空注射。在一複製程序之一特定實例中，將一結構化表面壓印至一液體、黏性或可塑性變形材料中，接著(例如)藉由使用紫外線輻射或加熱之固化來硬化該材料，及接著移除該結構化表面。因此，獲得該結構化表面之一複製品(其在此情況中為一複製陰模)。用於複製之適當材料係(例如)可硬化(例如，可固化)聚合物材料或其他複製材料，即在一硬化或凝固步驟(例如一固化步驟)中可自一液體、黏性或可塑性變形狀態轉換成一固態之材料。
因此，可(例如)藉由將特定應用液體聚合物之液滴精確地施配至一晶圓上來實施晶圓級複製程序。接著，藉由一模具壓印該聚合物且使用紫外光來使該聚合物固化於該晶圓上以使其硬化。接著，使該晶圓與該模具隔離。可在該晶圓之另一側上以微米對準精確度重複此程序。在一些實施方案中，複製材料可被侷限於一工具與基板之表面之間，如美國專利第7,704,418號中所描述，該專利以引用方式併入本文中。
例如，美國公開專利申請案第2011/0039048 A1號及美國臨時申請案第61/746,347號中揭示用於製作間隔晶圓SW之適當複製技術，該等申請案之兩者以引用方式併入本文中。間隔晶圓SW可經製作使得其邊緣處之厚度超過間隔晶圓在圍繞邊緣之表面位置處之厚度。依此方式，使邊緣相對於間隔晶圓之平均厚度而抬高。例如，若間隔晶圓SW自身通常具有100微米(μm)至1500微米之一厚度，則邊緣相對於周圍表面之抬高量可為約1微米至約10微米。
在一些實施方案中，通過晶圓級固化程序之經複製元件(例如間 隔晶圓SW、光學晶圓OW及基板晶圓PW)係熱穩定的且可經受加熱程序(諸如回焊程序)，其中溫度可(例如)高達約260℃。熱穩定元件實質上保持其等之大體形狀且在相對較高之操作溫度下不分解。經複製元件之此特性一般被稱為「可回焊性」。用於製作熱穩定元件之材料可包含(例如)熱固性聚合物或熱塑性聚合物。
此等製作技術促進模組併入至(例如)行動電話或其他電子產品中，此係因為該等模組可直接整合至組裝線程序中。在一些實施方案中，可回焊元件滿足GR-468 CORE環境測試，包含-40℃與+85℃之間之1000次熱循環及+85℃溫度及85%相對濕度下之1000小時熱循環。
例如，如上文所提及，間隔晶圓SW可為由一環氧樹脂及硬化劑形成之一熱固化環氧樹脂，其在一些實施方案中亦含有碳黑(或其他顏料)或一無機填料或一染料。此等環氧化合物之熱穩定性主要取決於環氧樹脂之化學結構及硬化劑之類型。例如，對於熱塑性環氧化合物，一環氧化合物之玻璃轉變溫度可在約100℃至約270℃之範圍內變動。
經複製元件亦可由熱穩定、可紫外線(UV)固化之環氧樹脂或其他聚合物材料形成。在一些實施方案中，可使用「可雙重固化」之材料來形成經複製元件。即，取決於所採用之固化方法為兩者之何者，可使用熱(可熱固化)或紫外光(可UV固化)來固化材料。可用於熱穩定可固化聚合物之材料之實例包含以下之一或多者：可自Electronic Materials公司購得之EMCASTTM(例如，23xx、24xx、25xx及2600系列)；可自Master Bond公司購得之MASTERBONDTM環氧樹脂(例如UV15-7DC及UV1ODCTK)；可自DELO Industrial Adhesives購得之DELO-DUALBONDTM(例如AD VE 80342)材料；可自Addison Clear Wave購得之AC A1449；可自Epoxy Technology公司購得之EPOTEK OG198-54環氧樹脂；及/或LOCTITE 334、392及5091系列材料。
其他材料之實例包含具有明確比率之官能性胺基矽烷及胺基丙基甲基二甲基矽氧烷之一共聚物之環氧樹脂。在一些實施方案中，在可固化環氧樹脂中使用矽化合物可增強環氧樹脂之熱穩定性、耐化學性及耐腐蝕性，而使用含三甲氧基團之矽烷可提供更佳黏著性質。
替代地或另外，可藉由使用環狀化合物作為固化劑來增強可固化環氧樹脂或其他聚合物之熱穩定性。例如，可藉由尤其使用芳香胺及芳香酸酐、酚醛清漆、雙馬來醯亞胺(例如二-(p-馬來酰亞胺基苯基)甲烷)及咪唑衍生物來增強由雙酚A製成之環氧樹脂之熱穩定性。額外樹脂及固化劑之組合亦可用於增強熱穩定性。
透鏡L之材料亦可由適當可回焊材料製成，其中該可回焊材料對可由一檢測構件D檢測之光透明。類似於間隔晶圓元件，透鏡L之適當材料可包含(例如)可硬化(例如，可固化)聚合物材料或在一硬化(例如，固化)步驟中自一液體、黏性或可塑性變形狀態變換成一固態之材料。在一些實施方案中，透過將熱、UV光或一化學添加劑施加至聚合物材料而達成透鏡材料之固化。用於製作間隔晶圓SW、光學晶圓OW或基板晶圓PW之相同聚合物材料(除碳黑、無機填料或染料之外)可用作透鏡材料。可用於形成透鏡之其他聚合物材料包含(例如)以下之一或多者：可購自ThreeBond有限公司之THREEBONDTM 3078A、3078B或3078C系列環氧樹脂；DELO-KATIOBONDTM AD VE 18499環氧樹脂及DELO-PHOTOBONDTM環氧樹脂(例如，GB368及19923系列)，其等之各者可購自DELO Industrial Adhesives；EPOTEKTM環氧樹脂(例如，90-172-4、90-174-3、100-24-3或OG142-13系列環氧樹脂)；可購自Kyoritsu Chemical &有限公司之Kyoritsu XLM-C5或XRC 9-2系列環氧樹脂；可購自Micro Resist Technology股份有限公司之MRT OrmocompTM US-S4環氧樹脂；可購自Showa Denko K.K.之Showa DenkoTM SAS008L-P環氧樹脂；及/或可購自 Wellomer Adhesive Technology之WELLOMERTM環氧樹脂、DUV 764環氧樹脂。
對於光學晶圓OW，複製或模製可用於獲得非透明部分(例如，阻斷部分b)。亦可能藉由鑽孔或蝕刻而提供期望其中為透明部分t之孔。隨後，一所獲得之前驅晶圓具備透鏡構件L以便產生光學晶圓OW。此可藉由複製以(例如)形成透鏡構件L作為整體部件而完成。然而，亦可自一半成品部件開始製造透鏡構件L，該半成品部件為在界定透明區域3之孔內包括透明元件6之一晶圓。此可在透鏡構件L之各者描述至少一頂點且該等頂點位於光學晶圓OW之一垂直橫截面之外側時尤其有用。此一半成品部件可為一平坦碟狀晶圓，其在透明區域3中不具有穿透該晶圓之孔且本質上不具有表面波紋或僅具有淺表面波紋，此等表面波紋通常呈凹形，即，未延伸超過如由阻斷部分b所描述之晶圓表面。
可獲得一類似之半成品部件，其自具有期望其中為透明部分之孔或開口之一平坦前驅晶圓(通常由一材料製成)開始，及接著(例如)使用一施配程序來用透明材料填充該等孔，及(例如)使用一施配器(諸如用於覆晶技術或類似物中之底填程序)來逐一地填充該前驅晶圓中之該等孔，或藉由(例如)使用一塗刷程序(例如自網版印刷所知)或具有輸出材料之若干中空針之一施配器來一次填充若干孔。在施配期間，可將該晶圓放置於(例如)由聚矽氧製成之一平坦支撐板上。應小心防止在施配材料中形成氣泡或空腔，此係因為此會使待產生之透鏡構件L之光學性質降級。例如，吾人可(例如)藉由適當地引導輸出材料之一中空針接近於一邊緣而以使得晶圓材料之變濕開始於由晶圓形成之此一邊緣及一下伏支撐板(或在接近於此一邊緣之一位置中)之一方式實施施配。隨後，(例如)藉由熱或UV輻射而固化經施配材料以便獲得經硬化透明材料。
可藉由拋光而平坦化可以此方式形成之凸形彎月面，以便獲得調整至晶圓厚度之具有平行表面之一透明元件6。接著，藉由複製而將透鏡元件5施加至晶圓OW之一或兩側(頂側及底側)。若為透明元件之凹形彎月面情況中，則可在此等凹形彎月面上進行複製，其中可相應地調整所施加之複製材料之量。
可提供併入光學晶圓OW以及間隔晶圓SW及/或擋板晶圓BW之特徵及功能之一組合光學晶圓。可使用一特定前驅晶圓來完成產生此一組合光學晶圓，且基於此而製造一特定半成品部件。此一前驅晶圓及半成品部件分別具有至少一結構化表面，其通常具有垂直地延伸超過分別待提供於前驅晶圓中且存在於該半成品部件中之透明元件之兩個表面之至少一者之突起部。圖5中示意性繪示具有一結構化表面之一半成品部件ow'之一實例。該半成品部件可用於製造圖1中所展示之一模組。藉由將圖4中之晶圓OW及SW(或晶圓OW及BW或晶圓OW及SW及BW)視為一單個部件，提供一組合之光學晶圓來製造根據圖1之一模組。
為形成一晶圓堆疊2，晶圓經對準且(例如)藉由膠合(例如使用一可熱固化及/或可UV固化之環氧樹脂)而黏合在一起。各主動光學組件(諸如基板晶圓PW上之檢測構件D及發射構件E)應與一對應被動光學組件(諸如光學晶圓OW之透鏡構件L)足夠精確地對準。在一些實施方案中，一孔可形成於基板晶圓PW中，其中該孔延伸穿過基板晶圓PW之一厚度以在回焊程序期間提供通風以解除壓力之上升。該孔可透過鑽孔或一蝕刻程序而形成於基板晶圓PW中。
圖4展示用於製造多個如圖1中所展示之模組1之一晶圓堆疊2之一橫截面圖。薄虛線矩形指示(例如)藉由使用一切割鋸而進行隔離之位置。
大多數對準步驟實施於晶圓級上之事實可以一相對簡單及快速 之方式達成良好對準(特定言之，構件D及E相對於構件L之對準)。因此，整個製程可非常快速及精確。歸因於晶圓尺度製造，僅需要少數生產步驟來製造多個模組1。
如上文所提及，在一些實施方案中，模組1為一近接感測器模組。上文所描述之技術容許使用一晶圓級製程來同時製作多個模組。經封裝之模組1可併入至各種裝置中且可操作地連接至各種裝置，諸如一可攜式電子裝置、一手持可攜式電子裝置、一個人計算裝置、一相機、一音訊或視訊重放裝置、一膝上型電腦或一個人數位助理。
近接感測器模組1之一應用之一特定實例為在一行動電話10(參閱圖6)中。例如，近接感測器模組1可用於檢測：一行動電話接近於使用者之耳朵或面部，使得電話之顯示器可在顯示器未被使用時自動調暗或停用，藉此延長電話電池之壽命。如圖7中所展示，行動電話10之一些實施方案包含一處理器52、記憶體64、一輸入/輸出裝置(諸如一顯示器54)、一通信介面66及一收發器68，以及其他組件。可使用各種匯流排來使各種組件互連，及該等組件之若干者可安裝於一共同母板上或以其他方式適當安裝。近接感測器模組1亦可互連至裝置10中之其他組件，且在一些實施方案中可與該等其他組件之一些組件一起安裝於該共同母板上。
本發明已描述諸多實施方案。然而，應瞭解，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下作出各種修改。相應地，其他實施方案係在申請專利範圍之範疇內。
1‧‧‧模組
3‧‧‧透明區域
4‧‧‧開口
5‧‧‧透鏡元件
6‧‧‧透明元件
7‧‧‧焊球
9‧‧‧印刷電路板
10‧‧‧電子裝置
12‧‧‧垂直壁分隔部分/壁部
B‧‧‧擋板構件
D‧‧‧檢測構件
E‧‧‧發射構件
L‧‧‧被動光學組件/透鏡構件
O‧‧‧光學構件
P‧‧‧基板
S‧‧‧隔離構件
s1‧‧‧虛線
s2‧‧‧虛線
s3‧‧‧虛線
s4‧‧‧虛線
s5‧‧‧虛線

Claims (25)

  1. 一種光電感測器模組，其包括：一基板；一光發射器，其經安裝於該基板之一第一表面上，該光發射器可操作以發射在一第一波長之光；一光檢測器，其經安裝於該基板之該第一表面上，該光檢測器可操作以檢測在該第一波長之光；一光學構件，其經佈置成實質上平行於該基板，其中該光學構件包括對在該第一波長之光透明之第一透明部分及第二透明部分，該光學構件進一步包括實質上衰減或阻斷在該第一波長之入射光之一阻斷部分，且其中該第一透明部分係佈置於該光發射器上方及該第二透明部分係佈置於該光檢測器上方；及一隔離構件，其經佈置於該基板與該光學構件之間，包圍該光發射器及該光檢測器，包含自該基板延伸至該光學構件且使該光發射器及該光檢測器彼此隔離之一壁部，且係由一熱固性聚合物材料、一紫外光固化聚合物材料或一可見光固化聚合物材料構成，其中該隔離構件進一步包含使該隔離構件實質上對可由該光檢測器檢測之光非透明的一或多個無機填料及/或染料。
  2. 如請求項1之光電感測器模組，其中該光發射器包括一發光二極體，且該光檢測器包括一光二極體。
  3. 如請求項2之光電感測器模組，其中該發光二極體發射紅外光或近紅外光，且該光二極體檢測紅外光或近紅外光。
  4. 如請求項1至3中之任一項之光電感測器模組，其中該隔離構件實質上對由該光發射器發射之光非透明。
  5. 如請求項1至3中之任一項之光學感測器模組，其中由該光發射器發射之光之一波長穿過該壁部之光的透射率係不大於0.1%。
  6. 如請求項1至3中之任一項之光學感測器模組，其中由該光發射器發射之光之一波長穿過該壁部之光的透射率係不大於0.00015%。
  7. 如請求項1至3中之任一項之光學感測器模組，其中該壁部中由該光發射器發射之光之一波長之光的吸收度至少為3。
  8. 如請求項1至3中之任一項之光電感測器模組，其包含經耦合至該光發射器之第一電接觸件及經耦合至該光檢測器之第二電接觸件，其中該等第一電接觸件及該等第二電接觸件電經連接至該模組之一外部。
  9. 如請求項1至3中之任一項之光電感測器模組，其包含：第一被動光學組件，其等附接於該光學構件之該第一透明部分，及第二被動光學組件，其等附接於該光學構件之該第二透明部分，其中該等第一被動光學組件係對準該光發射器，且該等第二被動光學組件係與該光檢測器對準。
  10. 如請求項9之光電感測器模組，其中該等第一被動光學組件及該等第二被動光學組件之各者包括一透鏡。
  11. 如請求項1至3中之任一項之光電感測器模組，其中該隔離構件包含聚次甲基花青染料。
  12. 如請求項1至3中之任一項之光電感測器模組，其中該隔離構件包含一無機填料，該無機填料係選自由石墨、石墨烯、矽、金屬及非透明礦物組成之一群組的小粒子。
  13. 一種光電感測器模組，其包括： 一基板；一光發射器，其經安裝於該基板之一第一表面上，該光發射器可操作以發射在一第一波長之光；一光檢測器，其經安裝於該基板之該第一表面上，該光檢測器可操作以檢測在該第一波長之光；一光學構件，其經佈置成實質上平行於該基板，其中該光學構件包括對在該第一波長之光透明之第一透明部分及第二透明部分，該光學構件進一步包括實質上衰減或阻斷在該第一波長之入射光之一阻斷部分，且其中該第一透明部分係佈置於該光發射器上方及該第二透明部分係佈置於該光檢測器上方；及一隔離構件，其經佈置於該基板與該光學構件之間，包圍該光發射器及該光檢測器，包含自該基板延伸至該光學構件且使該光發射器及該光檢測器彼此隔離之一壁部，且係由一熱固性聚合物材料、一紫外光固化聚合物材料或一可見光固化聚合物材料構成，其中該隔離構件進一步包含使該隔離構件實質上對由該光發射器發射之光非透明的一或多個無機填料及/或染料。
  14. 如請求項13之光電感測器模組，其中該光發射器包括一發光二極體，且該光檢測器包括一光二極體。
  15. 如請求項14之光電感測器模組，其中該發光二極體發射紅外光或近紅外光，且該光二極體檢測紅外光或近紅外光。
  16. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其中由該光發射器發射之光之一波長穿過該壁部之光的透射率係不大於0.1%。
  17. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其中由該光發射器發射之光之一波長穿過該壁部之光的透射率係不大於0.00015%。
  18. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其中該壁部中由該光發射器發射之光之一波長之光的吸收度至少為3。
  19. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其包含經耦合至該光發射器之第一電接觸件及經耦合至該光檢測器之第二電接觸件，其中該等第一電接觸件及該等第二電接觸件經電連接至該模組之一外部。
  20. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其包含：第一被動光學組件，其等附接於該光學構件之該第一透明部分，及第二被動光學組件，其等附接於該光學構件之該第二透明部分，其中該等第一被動光學組件係對準該光發射器，且該等第二被動光學組件係與該光檢測器對準。
  21. 如請求項20之光電感測器模組，其中該等第一被動光學組件及該等第二被動光學組件之各者包括一透鏡。
  22. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其中該隔離構件包含聚次甲基花青染料。
  23. 如請求項13至15中之任一項之光電感測器模組，其中該隔離構件包含一無機填料，該無機填料係選自由石墨、石墨烯、矽、金屬及非透明礦物組成之一群組的小粒子。
  24. 一種行動通信裝置，其包含：一處理器，記憶體，一顯示器，一通信介面，一收發器，及 如請求項1至24中之任一項之一光電感測器模組。
  25. 一種製作複數個光電感測器模組之方法，該方法包括：提供一基板晶圓，該基板晶圓具有其上安裝複數個光發射器及安裝複數個光檢測器之一第一表面，其中各光發射器經佈置成鄰近於該等光檢測器之一對應者，該等光發射器及該等光檢測器依一配置安裝於該基板晶圓上，及其中該等光發射器可操作以發射在一第一波長之光，且該等光檢測器可操作以檢測在該第一波長之光；提供一間隔晶圓，其係由一熱固性聚合物材料、一紫外光固化聚合物材料或一可見光固化聚合物材料構成，其中該間隔晶圓進一步包含使該間隔晶圓實質上對由該光發射器發射之光非透明的一或多個無機填料及/或染料，其中該間隔晶圓具有依實質上對應於該基板晶圓上之該等光發射器及該等光檢測器之該配置之一配置的開口；提供一光學晶圓，其包括實質上衰減或阻斷在該第一波長之入射光之一阻斷部分，該光學構件進一步包括對在該第一波長之光透明之複數個第一透明部分及第二透明部分，該等第一透明部分及第二透明部分經配置成依實質上對應於該基板晶圓上之該等光發射器及該等光檢測器之該配置之一配置；準備一晶圓堆疊，其中該間隔晶圓係配置於該基板晶圓與該光學晶圓之間，使得該等光發射器及該等光檢測器係佈置於該基板晶圓與該光學晶圓之間，其中該等光發射器及該等光檢測器係由該間隔晶圓之各自部分包圍，其中該間隔晶圓之各自部分使各特定光發射器與其對應光檢測器隔離，且其中該光學晶圓之各第一透明部分係佈置於該等光發射器之一各自者上方及該光學晶圓之各第二透明部分係佈置於該等光檢測器之一各自 者上方；及使該晶圓堆疊隔離成複數個模組，該等模組之各者包含該等光發射器之至少一者及該等光檢測器之至少一者。
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