TWI427328B - 晶圓級光學透鏡基板、晶圓級光學透鏡模組及其製作方法 - Google Patents

Description

晶圓級光學透鏡基板、晶圓級光學透鏡模組及其製作 方法

本發明是有關於一種透鏡基板、透鏡模組及其製作方法，且特別是有關於一種晶圓級光學透鏡基板、晶圓級光學透鏡模組及其製作方法。

隨著電子產品的模組微型化與低價化之趨勢，晶圓級模組(Wafer Level Module，WLM)技術之出現備受關注。晶圓級模組的技術主要是可將電子產品利用晶圓級的製造技術，而將電子產品的體積微型化並降低成本。其中，晶圓級模組的技術也可以是應用於製作晶圓級光學透鏡模組上，而使得晶圓級光學透鏡模組在體積上遠較傳統的透鏡模組得以獲得縮減，進而可應用在如手機上的相機模組上。

圖1A為習知一種晶圓級光學透鏡模組的局部上視圖，而圖1B為沿圖1A之AA’線所繪示的晶圓級光學透鏡模組的局部剖示圖。請同時參考圖1A與圖1B，習知之晶圓級光學透鏡模組100至少包括一透鏡基板110、一第一間隙層120、一第二間隙層130以及一對基板142、144。透鏡基板110具有一透光基板112與配置於透光基板112兩側的至少一透鏡114。透鏡基板110位於對基板142、144之間，且第一間隙層120位於基板142與透光基板112之間以於其間保持一第一間隙G1，而第二間隙層130位於基板144與透光基板112之間以於其間保持一第二間隙G2。 透鏡114分別位於第一間隙G1與第二間隙G2，如圖1B所示。

在晶圓級光學透鏡模組100中，透鏡基板110與對基板142、144分別採用獨立的基板，因此在封裝對位上，透鏡基板110、基板142、144與間隙層120、130在進行貼合時便可能產生移位(alignment shift)的問題，而降低製作晶圓級光學透鏡模組100的製程可靠度，進而影響成像品質。另外，間隙層120、130通常是採用玻璃或是塑膠之類的透光材料，因此，晶圓級光學透鏡模組100在進行光學成像時，雜散光便容易穿透此間隙層而無法有效地被隔離，而造成雜訊的比例過大，進而在成像品質上無法有效獲得提升。

此外，在製作晶圓級光學透鏡模組100的過程中，透鏡基板110、對基板142、144與間隙層120、130分別採用獨立的零組件，因此製作成本上亦不易獲得降低。

有鑑於此，本發明提供一種晶圓級光學透鏡基板，其在進行成像時具有較佳的成像品質，並具有較低廉的製作成本。

本發明另提供一種晶圓級光學透鏡基板的製作方法，其可製作出上述的晶圓級光學透鏡基板。

本發明更提供一種晶圓級光學透鏡模組，其採用上述的晶圓級光學透鏡基板，而可在進行成像時具有較佳的成 像品質，並同時具有較低廉的製作成本。

本發明提出一種晶圓級光學透鏡基板，其包括一基板以及至少一透鏡。基板具有至少一貫孔與至少一凸緣，其中每一凸緣位於每一貫孔內的一側壁上。每一透鏡位於每一貫孔內並與每一凸緣嵌合。

在本發明之一實施例中，基板具有一第一表面，而第一表面上具有至少一對位孔。在本發明之一實施例中，基板具有相對第一表面的一第二表面，其中第二表面上具有一相對每一對位孔的對位凸部。

在本發明之一實施例中，基板具有一第一表面，而第一表面上具有至少一對位凸部。

在本發明之一實施例中，位於每一側壁上的凸緣的形狀為一長方體。在本發明之一實施例中，位於每一側壁上的凸緣的形狀為一三角柱體。在本發明之一實施例中，三角柱體具有一第一傾斜面與一連接第一傾斜面的第二傾斜面。

在本發明之一實施例中，基板的材質為一遮光材質。在本發明之一實施例中，遮光材質為一黑色膠質。

在本發明之一實施例中，透鏡為一凸透鏡或一凹透鏡。

本發明另提出一種製作出上述晶圓級光學透鏡基板的方法。其製作方法包括下列步驟。首先，提供一基板。接著，於基板上形成至少一貫孔，並於每一貫孔內的一側壁上形成一凸緣。然後，形成一透鏡於每一貫孔內的凸緣 上，並使凸緣與透鏡嵌合。

在本發明之一實施例中，形成貫孔以及位於側壁上的凸緣包括使用電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)技術、沖壓或雷射雕刻技術。

在本發明之一實施例中，形成透鏡於每一貫孔內的凸緣並使凸緣與透鏡嵌合的方式包括下列步驟。首先，使用一卡榫模具承靠凸緣。然後，注入一透光材料於卡榫模具。接著，固化透光材料，以形成透鏡。而後，移除卡榫模具。

在本發明之一實施例中，基板具有一第一表面與一相對第一表面的一第二表面，而晶圓級光學透鏡基板的製作方法更包括於第一表面上形成至少一對位孔以及於第二表面上形成一相對每一對位孔的一對位凸部。

本發明更提出一種晶圓級光學透鏡模組(wafer level optical lens module,WLO lens module)，其包括一第一晶圓級光學透鏡基板以及一第二晶圓級光學透鏡基板。第一晶圓級光學透鏡基板包括一第一基板與至少一第一透鏡。第一基板具有至少一第一貫孔與至少一第一凸緣，其中每一第一凸緣位於每一第一貫孔內的一側壁上。第一基板具有一第一表面，而第一表面上具有一對位凸部。每一第一透鏡位於每一第一貫孔內並與每一第一凸緣嵌合。第二晶圓級光學透鏡基板連接第一晶圓級光學透鏡基板，第二晶圓級光學透鏡基板包括一第二基板與至少一第二透鏡。第二基板具有至少一第二貫孔與至少一第二凸緣，其中每一第二凸緣位於每一第二貫孔內的一側壁上。第二基板具有一第二表面，而第二表面上具有至少一相對每一對位凸部的 對位孔。每一第二透鏡位於每一第二貫孔內並與每一第二凸緣嵌合。第一晶圓級光學透鏡基板的第一對位凸部與第二晶圓級光學透鏡基板的第二對位孔嵌合，以連接第一晶圓級光學透鏡基板與第二晶圓級光學透鏡基板。

在本發明之一實施例中，位於每一側壁上的第一凸緣或第二凸緣的形狀為一長方體或一三角柱體。

在本發明之一實施例中，第一透鏡與第二透鏡各包括一凸透鏡或一凹透鏡。

基於上述，本發明之晶圓級光學透鏡基板藉由在基板上形成至少一貫孔，且於每一貫孔的側壁上形成一凸緣，而透鏡與凸緣互相嵌合，如此相較於習知技術可省略透光基板的使用，而可降低製作成本的負擔。另外，透鏡位於貫孔內，因此，周圍的雜散光便不易傳遞至位於貫孔內的透鏡，進而可提升晶圓級光學透鏡基板的成像品質。再者，基板的材質若採用不易透光的材質，可更進一步地避免周圍的雜散光傳遞至位於貫孔內的透鏡，而更可提升晶圓級光學透鏡基板的成像品質。

另外，本發明亦提供一種前述的晶圓級光學透鏡基板，而可具有前述的優點。再者，本發明亦可提出一種應用前述晶圓級光學透鏡基板的晶圓級光學透鏡模組，而同樣具有上述的優點。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2A為本發明一實施例之晶圓級光學透鏡基板的上視示意圖，而圖2B為沿圖2A之BB’線所繪示的晶圓級光學透鏡基板的局部剖示圖。請參考圖2A與圖2B，本實施例之晶圓級光學透鏡基板200包括一基板210以及至少一透鏡220。基板210具有至少一貫孔212與至少一凸緣214，其中每一凸緣214位於每一貫孔212內的一側壁W1上。

在本實施例中，基板210的材質例如是採用遮光材質或吸光材質。舉例而言，遮光材質可以是一黑色膠質。另外，位於每一側壁W1上的凸緣214的形狀可以是一長方體，如圖2B所示的方形凸緣。

每一透鏡220位於每一貫孔212內並與每一凸緣214嵌合，且透鏡220的厚度L1小於基板210的厚度L2，如圖2B所示。在本實施例中，透鏡220可以是採用凸透鏡、凹透鏡、凹凸透鏡或凸凹透鏡，或其組合，此部分視使用者的需求與設計而定。本實施例是以圖2B所繪示的凸透鏡為舉例說明，但不僅以此為限。另外，透鏡220可以是採用塑膠材質、玻璃材質或是其他適當的透光材質，本實施例是以塑膠材質作為舉例說明，但不僅限於此。

在本實施例中，由於基板210的材質是採用不易透光的材質(如前述的遮光材質)，因此，周圍的雜散光便不易傳遞至位於貫孔212內的透鏡220，如此便可提升晶圓級光學透鏡基板的光學品質，如透鏡成像的品質。另外， 由於透鏡220是與位於貫孔212內的凸緣214嵌合，換言之，相對習知技術是採用將透鏡形成於透光基板上，本實施例之晶圓級光學透鏡基板200可省略透光基板的使用，而可降低製作成本的負擔。

此外，透鏡220是位於貫孔212內，且透鏡220的厚度L1小於基板210的厚度L2，因此位於透鏡220兩側的基板厚度L2便具有如同習知技術中間隙層的功用，而可在晶圓級光學透鏡基板200與其他基板進行貼合時，使透鏡220與其他基板保持一間隙而避免在進行貼合製程時與其他基板產生碰撞，進而造成透鏡220的損壞，再者，為了配合透鏡220的焦距或成像距離，亦可透過適當地設計基板210的厚度L2來達成。換言之，本實施例之晶圓級光學透鏡基板200主要是利用如圖2B所繪示的基板210結構，而同時具有類似習知技術的間隙層與透光基板的結構與功效(即採用類似將間隙層與透光基板一體成型的概念)，進而可避免傳統間隙層與透光基板貼合可能產生的移位(alignment shift)的問題。

在另一實施例中，凸緣214的形狀也可以採用如圖3所繪示的凸緣214a的設計，而形成另一種晶圓級光學透鏡基板300。在圖3中，晶圓級光學透鏡基板300與晶圓級光學透鏡基板200結構相似，惟二者不同處在於，凸緣214a的形狀呈現一三角柱體。詳細而言，此三角柱體具有一第一傾斜面S3與一連接第一傾斜面S3的第二傾斜面S4，如此，利用晶圓級光學透鏡基板300進行成像時，將可增加 其光線進入透鏡220的角度，即位於較邊緣的光線亦可被第一傾斜面S3或第二傾斜面S4反射，而提高整體成像的亮度與品質。

另外，圖4A~4C為本發明另一實施例之晶圓級光學透鏡基板的局部剖示圖。請同時參考圖2B與圖4A~4C，晶圓級光學透鏡基板400a、400b、400c與晶圓級光學透鏡基板200結構相似，惟不同處在於，晶圓級光學透鏡基板400a、400b、400c的基板210具有一第一表面S1與相對第一表面S1的一第二表面S2，其中第一表面S1上可具有至少一對位孔H1，而第二表面S2上可具有一相對每一對位孔H1的對位凸部P1，並在不同的實施形態下，而可呈現如圖4A~4C所繪示的結構，其中對位孔H1與對位凸部P1主要是來用來將多個晶圓級光學透鏡基板進行對位並將這些晶圓級光學透鏡基板連接組立。其中，更為詳細的實施型態可參考之後關於晶圓級光學透鏡模組的結構的描述。

基於上述，本發明亦提供一種製作上述晶圓級光學透鏡基板的方法，其說明如下。

圖5A~圖5E為本發明一實施例之晶圓級光學透鏡基板的製作流程圖。請參考圖5A，首先，提供一基板510，其中基板510的材質例如是遮光材質。舉例而言，遮光材質可以是一黑色膠質。

接著，於基板510上形成至少一貫孔512，並於每一貫孔512內的一側壁W1上形成一凸緣514，如圖5B所繪 示。在本實施例中，形成貫孔512以及位於側壁W1上的凸緣514的方式包括使用電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)加工技術、沖壓或雷射雕刻技術。

然後，形成一透鏡520於每一貫孔512內的凸緣514上，並使凸緣514與透鏡520嵌合，如圖5C至圖5E所示。詳細來說，例如是先使用一卡榫模具M1承靠於凸緣514，並注入一透光材料522於卡榫模具M1內，如圖5C所示。接著，固化透光材料522，以形成透鏡520的模型，如圖5D所示。最後，移除卡榫模具M1，如圖5E所示，如此即可大致完成形成透鏡520於凸緣514上的方法。此外，承上述圖5A~圖5E的步驟，大致完成前述晶圓級光學透鏡基板200的製作方法。

在一實施例中，若於基板510的一第一表面(未繪示)上形成至少一對位孔(未繪示)，或於第二表面(未繪示)上形成一相對每一對位孔的一對位凸部(未繪示)，即可形成如圖4A、圖4B與圖4C所繪示的晶圓級光學透鏡基板400a、400b、400c。

基於上述，本發明更可提供一種晶圓級光學透鏡模組(wafer level optical lens module,WLO lens module)，如圖6A所示。本實施例之晶圓級光學透鏡模組600a包括一第一晶圓級光學透鏡基板610以及一第二晶圓級光學透鏡基板620。第一晶圓級光學透鏡基板610與第二晶圓級光學透鏡基板620例如是分別採用前述晶圓級光學透鏡基板400c與晶圓級光學透鏡基板400b所繪示的結構。從圖6A可知，第一晶圓級光學透鏡基板610的第一對位凸部P1 與第二晶圓級光學透鏡基板620的第二對位孔H1嵌合，而將第一晶圓級光學透鏡基板610與第二晶圓級光學透鏡基板620連接，進而形成一種晶圓級光學透鏡模組600a的結構。此時，搭配使用透明基板將晶圓級光學透鏡模組600a進行封裝，並再結合感測器的使用，便可形成一種晶圓級的成像系統模組。在本實施例中，由於晶圓級光學透鏡基板610、620是採用相似前述晶圓級光學透鏡基板200、300、400a、400b、400c的結構，因此，晶圓級光學透鏡模組600a同樣地具有上述所提及的優點。

在另一實施例中，結合其他可能的晶圓級光學透鏡基板400a、400b、400c的組合，亦可形成另一種晶圓級光學透鏡模組600b，如圖6B所示。本實施例之晶圓級光學透鏡模組600b與晶圓級光學透鏡模組600a結構相似，惟不同處在於，晶圓級光學透鏡模組600b更包括一第三晶圓級光學透鏡基板630，其中第三晶圓級光學透鏡基板630位於第一晶圓級光學透鏡基板610與第二晶圓級光學透鏡基板620之間。在本實施例中，第三晶圓級光學透鏡基板630例如採用前述的晶圓級光學透鏡基板400a的結構，如此一來，第三晶圓級光學透鏡基板630便可透過對位孔H1與對位凸部P1而可與第一晶圓級光學透鏡基板610與第二晶圓級光學透鏡基板620連接，進而形成如圖6B所繪示的晶圓級光學透鏡模組600b的結構。

同樣地，若搭配使用透明基板將晶圓級光學透鏡模組600b進行封裝，並再結合感測器的使用，便可形成另一種晶圓級的成像系統模組。在本實施例中，由於晶圓級光學 透鏡基板610、620、630是採用類似前述晶圓級光學透鏡基板200、300、400a、400b、400c的結構，因此，晶圓級光學透鏡模組600b同樣地具有上述所提及的優點。

綜上所述，本發明之晶圓級光學透鏡基板透過基板的材質採用不易透光的材質，且透鏡位於貫孔內，因此，周圍的雜散光便不易傳遞至位於貫孔內的透鏡，而可提升晶圓級光學透鏡基板的成像品質。另外，透鏡可與位於貫孔內的凸緣嵌合，如此，相對習知技術採用將透鏡形成於透光基板上的作法，本發明的晶圓級光學透鏡基板省略透光基板的使用，而可降低製作成本的負擔。

此外，透鏡位於貫孔內，且透鏡的厚度小於基板的厚度，因此位於透鏡兩側的基板厚度便可具有類似間隙層的功用，而可在晶圓級光學透鏡基板與其他基板進行貼合時，使透鏡與其他基板保持一間隙而避免與其他基板產生碰撞，造成透鏡的損壞。因此，本發明的晶圓級光學透鏡基板的基板結構同時具有類似習知技術的間隙層與透光基板的結構與功效(即採用類似將間隙層與透光基板一體成型的概念)，如此可避免傳統間隙層與透光基板貼合可能產生的移位(alignment shift)的問題。

另外，本發明亦提供一種前述的晶圓級光學透鏡基板，而可具有前述的優點。且，本發明亦可提出一種應用前述晶圓級光學透鏡基板的晶圓級光學透鏡模組，而同樣具有上述的優點。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧晶圓級光學透鏡模組

110‧‧‧透鏡基板

120‧‧‧第一間隙層

130‧‧‧第二間隙層

142、144、210、510‧‧‧基板

112‧‧‧透光基板

114、220‧‧‧透鏡

G1‧‧‧第一間隙

G2‧‧‧第二間隙

200、300、400a、400b、400c‧‧‧晶圓級光學透鏡基板

212、512‧‧‧貫孔

214、214a、514‧‧‧凸緣

522‧‧‧透光材料

600a、600b‧‧‧晶圓級光學透鏡模組

610‧‧‧第一晶圓級光學透鏡基板

620‧‧‧第二晶圓級光學透鏡基板

630‧‧‧第三晶圓級光學透鏡基板

AA’、BB’‧‧‧線

L1‧‧‧厚度

L2‧‧‧厚度

P1‧‧‧對位凸部

H1‧‧‧對位孔

M1‧‧‧卡榫模具

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

S3‧‧‧第一傾斜面

S4‧‧‧第二傾斜面

W1‧‧‧側壁

圖1A為習知一種晶圓級光學透鏡模組的局部上視圖。

圖1B為沿圖1A之AA’線所繪示的晶圓級光學透鏡模組的局部剖示圖。

圖2A為本發明一實施例之晶圓級光學透鏡基板的上視示意圖。

圖2B為沿圖2A之BB’線所繪示的晶圓級光學透鏡基板的局部剖示圖。

圖3為本發明再一實施例之晶圓級光學透鏡基板的局部剖示圖。

圖4A~4C為本發明另一實施例之晶圓級光學透鏡基板的局部剖示圖。

圖5A~圖5E為本發明一實施例之之晶圓級光學透鏡基板的製作流程圖。

圖6A為本發明一實施例之晶圓級光學透鏡模組的局部剖示圖。

圖6B為本發明另一實施例之晶圓級光學透鏡模組的局部剖示圖。

200‧‧‧晶圓級光學透鏡基板

210‧‧‧基板

220‧‧‧透鏡

212‧‧‧貫孔

214‧‧‧凸緣

W1‧‧‧側壁

L1‧‧‧厚度

L2‧‧‧厚度

BB’‧‧‧線

Claims (19)

1. 一種晶圓級光學透鏡基板(wafer level optical lens substrate,WLO lens substrate)，包括：一基板，具有至少一貫孔與至少一凸緣，其中每一該凸緣位於每一該貫孔內的一側壁上；以及至少一透鏡，每一該透鏡位於每一該貫孔內並與每一該凸緣嵌合，且該透鏡的厚度小於該基板的厚度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中該基板具有一第一表面，而該第一表面上具有至少一對位孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中該基板具有相對該第一表面的一第二表面，該第二表面上具有一相對每一該對位孔的對位凸部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中該基板具有一第一表面，而該第一表面上具有至少一對位凸部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中位於每一該側壁上的該凸緣的形狀為一長方體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中位於每一該側壁上的該凸緣的形狀為一三角柱體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中該三角柱體具有一第一傾斜面與一連接該第一傾斜面的第二傾斜面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級光學透鏡基 板，其中該基板的材質為一遮光材質或一吸光材質。
9. 如申請專利範圍第8項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中該遮光材質為一黑色膠質。
10. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級光學透鏡基板，其中該透鏡為一凸透鏡或一凹透鏡。
11. 一種晶圓級光學透鏡基板的製作方法，包括：提供一基板；於該基板上形成至少一貫孔，並於每一該貫孔內的一側壁上形成一凸緣；以及形成一透鏡於每一該貫孔內的該凸緣上，並使該凸緣與該透鏡嵌合。
12. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓級光學透鏡基板的製作方法，其中形成該貫孔以及位於該側壁上的該凸緣包括使用電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)技術、沖壓或雷射雕刻技術。
13. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓級光學透鏡基板的製作方法，其中形成該透鏡於每一該貫孔內的該凸緣並使該凸緣與該透鏡嵌合的方式包括：使用一卡榫模具承靠該凸緣；注入一透光材料於該卡榫模具；固化該透光材料，以形成該透鏡；以及移除該卡榫模具。
14. 如申請專利範圍第11項所述之晶圓級光學透鏡基板的製作方法，該基板具有一第一表面與一相對該第一 表面的一第二表面，而該製作方法更包括：於該第一表面上形成至少一對位孔；以及於該第二表面上形成一相對每一該對位孔的一對位凸部。
15. 一種晶圓級光學透鏡模組(wafer level optical lens module,WLO lens module)，包括：一第一晶圓級光學透鏡基板，包括：一第一基板，具有至少一第一貫孔與至少一第一凸緣，其中每一該第一凸緣位於每一該第一貫孔內的一側壁上，且該第一基板具有一第一表面，而該第一表面上具有一對位凸部；至少一第一透鏡，每一該第一透鏡位於每一該第一貫孔內並與每一該第一凸緣嵌合，且該第一透鏡的厚度小於該第一基板的厚度；一第二晶圓級光學透鏡基板，連接該第一晶圓級光學透鏡基板，該第二晶圓級光學透鏡基板包括：一第二基板，具有至少一第二貫孔與至少一第二凸緣，其中每一該第二凸緣位於每一該第二貫孔內的一側壁上，且該第二基板具有一第二表面，該第二表面上具有至少一相對每一該對位凸部的對位孔；以及至少一第二透鏡，每一該第二透鏡位於每一該第二貫孔內並與每一該第二凸緣嵌合，且該第二透鏡的厚度小於該第二基板的厚度，其中，該第一晶圓級光學透鏡基板的該第一對位 凸部與該第二晶圓級光學透鏡基板的該第二對位孔嵌合，以連接該第一晶圓級光學透鏡基板與該第二晶圓級光學透鏡基板。
16. 如申請專利範圍第15項所述之晶圓級光學透鏡模組，其中位於每一該側壁上的該第一凸緣或該第二凸緣的形狀為一長方體或一三角柱體。
17. 如申請專利範圍第15項所述之晶圓級光學透鏡模組，其中該基板的材質為一遮光材質或吸光材質。
18. 如申請專利範圍第17項所述之晶圓級光學透鏡模組，其中該遮光材質為一黑色膠質。
19. 如申請專利範圍第15項所述之晶圓級光學透鏡模組，其中該第一透鏡與該第二透鏡各包括一凸透鏡或一凹透鏡。