TWI484237B - 用於攝影裝置的光學模組、擋板基板、晶圓級封裝、及其製造方法 - Google Patents

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Description

用於攝影裝置的光學模組、擋板基板、晶圓級封裝、及其製造方法
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。此整合攝影裝置為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。
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WO2004/027880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。
攝影裝置為整合光學模組，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)安排為預定空間關係，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，在UV壓花製程中，主結構的面拓樸係被複製為例如在基板頂上的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為折射或繞射光學作用結構，或其組合。為了複製，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。該母版可以為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為一碟片或矩形板或任意其他類型之任意維度穩定的板，通常為透明材料。晶圓碟片的直徑典型於5公分至40公分間，例如於10公分至31公分間。其經常為具有直徑2、4、6、8或12吋的圓柱，一吋為約2.54公分。晶圓厚度例如於0.2mm至10mm間，典型為0.4mm至6mm間。
如果光需要行經該基板，則基板至少部份透明。較佳地，明確地說，如果有CMOS感應器，則至少一光學面包含作為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，可能為矽或GaAs或其他半導體為主之晶圓；其也可以為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 2003/0010431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。擋板為界定光的三維通路的單元，否則將不透光。在一攝影裝置中，擋板作用為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值。這是因為以較高角度進入裝置的光為雜散光及/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。這可能造成為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100-300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。此類擋板的缺點為在貫孔側壁的反射，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，因為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。
已知擋板通常為射出成型件。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，此為已知模組及製程上之另一缺點。
另一缺點為光學系統，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 2005/041561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，該外殼形成側向散漫輻射的屏蔽。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為小之面積。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。此結構的缺點為增加了光學介面(例如空氣/玻璃)的數量，在這些面之反射造成損失。
本發明之目的為提供一種用於具有改良影像品質的攝影裝置的光學模組。
本發明之另一目的為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。
本發明之另一目的為提供一晶圓級封裝，其包含多數大致相同的用於攝影裝置的光學模組。
本發明之再一目的為提供一擋板基板，其具有多數擋板及相關之製造方法。
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15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)，因為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，視野係為兩開口的形狀態、其軸距及其彼此的側向位置加以決定。
第一與第二開口係被安排彼此離開一軸向距離，此距離係為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為圓形，其中圓形較佳為同心。較佳地，第一開口具有較第二開口為大之直徑。
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側壁之光束將進入透明擋板基板部。它們係為全內反射所捕陷，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(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。
擋板基板作為頂透鏡的基板。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，擋板基板部的前面為平坦(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。其優點為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，較佳使用具有大致為矩形基部的開口，其中側線被彎曲為凸或凹(枕形、桶形)。任意基板的任意面可以作為非透明層的載板，也可以多於兩層，例如三或四層可以具有任意形狀的個別開口。
頂透鏡單元大致為半凸透鏡，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”提供額外的設計自由度，例如兩曲面的距離參數並不為基板的厚度所限制，而是可自由選擇。
因為擋板基板部的前面較佳為平坦，所以，擋板基板的整個區域可以在其背面複製頂透鏡單元時停放在一支撐件上。因此，擋板並不需要複製所需的穩定度，其可以較傳統基板作得更薄。
本發明更有關於晶圓級封裝，包含一擋板基板，其有多數頂透鏡單元，選用地，一基板具有多數影像捕捉單元，及選用地有其他透鏡單元，用以成像在影像捕捉單元上之物體。大致透明擋板基板具有大致前面及大致平坦背面，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，其中該第一與第二開口被作成形狀，以在其他參數間，界定影像捕捉單元的預定視野。頂透鏡單元被安排在擋板基板的前或背面。除了光學模組或攝影裝置本身外，該封裝的優點為已包含有擋板的個別裝置/攝像裝置可以由晶圓級封裝以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，例如間隔晶圓或具有多數開口或多數個別間隔件的間隔板。間隔或間隔件確保在基板間及在擋板、透鏡單元及影像捕捉單元間之良好界定距離。在較佳實施例中，透鏡單元完全為基板及間隔件所密封，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裝置的多數光學模組的方法，包含以下步驟：
1.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。擋板基板可以為玻璃晶圓，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。
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。該基礎基板可以為矽或GaAs或其他半導體為主晶圓；其也可以為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，例如藉由光微影及蝕刻，選擇地移除在某些區域中之此材料，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口。
攝影裝置的較佳應用為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為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。
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例如為複製透鏡單元。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)並彼此為間隔件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為100-300微米。擋板2典型係以例如射出成型製程中之塑膠所作成。
擋板2的前壁20具有貫孔26，其典型具有圓剖面，以作為光的進入孔徑。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係為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的作用為在小入射角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，及在的光將進入模組中)。因此，擋板2界定一用於入射光的收集角θcollect 。想要θcollect 小於90°，因為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造成為影像捕捉單元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。這些反射為先前技術擋板的固有問題。
另一問題為頂透鏡單元3可經由貫孔26自由碰觸。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，其係在光學範圍內為大致透明。
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’，例如範圍為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。
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d1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0.透鏡基板部5至1mm。
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θcollect ，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37、38與擋板基板部32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因為沒有實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30。
另一優點為依據本發明之擋板30，因為其連續及部份透明的擋板基板，使得其也可以作為光學模組的蓋窗。
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。
透鏡單元3被安排在擋板基板部32的背面34上之第二開口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38。
圖3至7顯示具有如圖2所示之擋板30的攝影裝置1。這些實施例的優點為擋板基板部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(作為頂透鏡基板5)、另一基板部13、及兩層間隔件10、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1中之傳統透鏡3、4。所顯示為有關於圖1的透鏡單元的“顛倒”配置。
在另一基板部13與擋板30間之上間隔件11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10作為保持該另一基板部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，也作為一蓋窗，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，其中其覆蓋第一開口37。
圖6為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320，並被塗覆於其兩面上，以產生一薄的光學非透明層35、36。塗覆材料較佳為被應用於PVD製程的鉻與鉻氧化物的混合物，並具有範圍幾百nm(例如500nm)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。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37、38。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蓋以層35、36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320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。
另外，也可以在中間基板上形成其他透鏡單元(圖3或圖6)。
可以為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10係被對準在基板320與50之間。間隔件與基板然後例如為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為額外基板50中，沿著於軸向進行的平面P，較佳地經由間隔件10而將堆疊100切片，而形成攝影裝置1。
圖9及10顯示例如藉由背面為例的擋板基板320的平面圖。基板320包含一圓板。其上形成一不透明層36，於此為在基板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。
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之非圓形的例子。圖12a顯示矩形開口37、38。圖12b顯示一枕形，及圖12c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。
具有上述非圓形的擋板也可以結合其他光學模組或攝影裝置一起使用，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。輪廓較佳為兩折(2-fold)或4折對稱。有關於矩形感應器，較佳為矩形、枕形或桶形。圖13a-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12a-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13c的實施例中，有三個非透明層35、36、36，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。
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
7．．．背面
8．．．基礎基板部
9．．．影像捕捉單元
10．．．間隔件
20．．．前壁
22．．．側壁
24．．．側壁
26．．．貫孔
28．．．反射光線
30．．．擋板
32．．．擋板基板部
33．．．平坦前面
34．．．平坦背面
35．．．第一層
36．．．第二層
37．．．第一開口
38．．．第二開口
11．．．間隔件
13．．．基板部
40．．．光學模組
4’．．．透鏡單元
50．．．額外基板
100．．．完成堆疊
320．．．擋板基板
36’．．．非透明層
36”．．．非透明層
圖1為依據先前技術的攝影裝置的示意圖；
圖2為依據本發明之擋板的示意圖；
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顯示一攝影裝置，其中第一開口小於第二開口；
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。
3．．．透鏡單元
8．．．基礎基板部
10．．．間隔件
30．．．擋板

Claims (59)

  1. 一種用於攝影裝置之光學模組，該攝影裝置包含配置於基礎基板部上之影像補捉單元，該光學模組包含：頂透鏡單元與選用之其他透鏡單元，用於將物體成像於影像補捉單元，且更包含界定該影像補捉單元之預定視野的擋板，其中該擋板包含：具有前表面與後表面之大致上透明的擋板基板部；具有在該前表面上之第一開口的大致上非透明第一層；以及具有在該後表面上之第二開口的大致上非透明第二層；及其中，該頂透鏡單元係直接配置在該擋板基板部的該後表面上之其中的開口之區域，其中，該擋板基板部係用作為該頂透鏡單元的載體基板，其中，該光學模組在該擋板基板部與該基礎基板部之間更包含至少一間隔件，其中，該至少一間隔件係不同於該第二層，其中，該擋板基板部的該前表面係與該第一層的除外共平面，其中，所有提出的透鏡元件係完全由該等基板部與該至少一間隔件所封裝。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該第一開口之橫截面面積係大於該第一開口之橫截面面積。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該第一開口之橫截面面積係小於該第一開口之橫截面面積。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該第一與第二開口具有圓的形狀，該等圓係相對於彼此作同心圓配置。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該頂透鏡單元覆蓋後表面之大於該第二開口的橫截面面積之區域。
  6. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該第二層係至少在該第二開口的邊界區域配置於該等頂透鏡單元與該擋板基板部的該後表面之間。
  7. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該頂透鏡單元係藉晶圓級之複製製程形成於該擋板基板部上。
  8. 如申請專利範圍第1項之光學模組，更包含配置在大致上透明中間基板部上之至少一其他的透鏡單元。
  9. 如申請專利範圍第8項之光學模組，其中，該至少一其他的頂透鏡單元係藉晶圓級之複製製程形成於該中間基板部上。
  10. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該大致上非透明第一與第二層係由該擋板基板部上之薄膜或塗佈層所構成。
  11. 如申請專利範圍第10項之光學模組，其中，該第一與第二開口係對於沉積在該擋板基板部上之材料進行選擇性移除或在該擋板基板部上選擇性沉積材料從而形成。
  12. 如申請專利範圍第1項之光學模組，其中，該模 組的一端面係由該擋板基板之該前表面所構成。
  13. 一種攝影裝置，包含：如申請專利範圍第1項之光學模組；以及配置於基礎基板部上之影像補捉單元；該基礎基板部係直接或間接連接至該光學模組。
  14. 如申請專利範圍第13項之攝影裝置，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該影像補捉單元的影像，其為該頂透鏡單元與選用之其他的透鏡單元所產生。
  15. 如申請專利範圍第10項之光學模組，其中，該塗佈層包含鉻及/或鉻氧化物。
  16. 如申請專利範圍第10項之光學模組，其中，該塗佈層包含薄塑膠箔。
  17. 如申請專利範圍第11項之光學模組，其中，該第一與第二開口係藉光刻而對於沉積在該擋板基板部上之材料進行選擇性移除或在該擋板基板部上選擇性沉積材料從而形成。
  18. 一種用於製造複數個光學模組之方法，包含以下步驟：配置具有前表面與後表面之大致上透明的擋板基板，在該前表面上具有複數個第一開口的大致上非透明第一層，及在該後表面上具有複數個第二開口的大致上非透明第二層；將複數個頂透鏡單元直接附著至該擋板基板的該後表面之該等第二開口之區域中，其中，該擋板基板用作為該 等頂透鏡單元的載體基板；配置至少一額外基板，其中，該至少一額外基板為或包含至少一間隔件，其中，該至少一間隔件係不同於該第二層；堆疊及連接該等基板；將在該堆疊及連接該等基板步驟中所形成的封裝沿著預定平面切片，其中，該擋板基板的該前表面與該第一層的除外共平面，以及其中，所有提出的透鏡單元係完全地由該等基板與該至少一間隔件所封裝。
  19. 如申請專利範圍第18項，其中，配置大致上透明之擋板基板的步驟包含：以一材料塗佈該擋板基板之該前與後表面，以形成大致上非透明之材料層；以及對於該材料進行選擇性移除從而形成該第一與第二開口。
  20. 如申請專利範圍第18項之方法，其中，附著複數個頂透鏡單元的步驟包含：藉複製製程形成複數個頂透鏡單元於該擋板基板的該後表面上。
  21. 如申請專利範圍第18項之方法，更包含：配置大致上透明的其他之基板的步驟，具有複數個其他的透鏡單元於其至少一表面上，該等透鏡單元係藉複製製程所形成。
  22. 如申請專利範圍第18項之方法，更包含：配置具有複數個影像補捉單元的基礎基板，及堆疊及連接該等基板，使得該等影像補捉單元、該等頂透鏡單元、及該第一與第二開口被安排呈良好界定的空間關係。
  23. 一種用於攝影裝置之光學模組，該攝影裝置包含配置於基礎基板部上之影像補捉單元，該光學模組包含：頂透鏡單元與選用之其他透鏡單元，用於將物體成像於影像補捉單元，且更包含界定該影像補捉單元之預定視野的擋板，其中該擋板包含：具有前表面與後表面之大致上透明的擋板基板部；具有在該前表面上之第一開口的大致上非透明第一層；以及具有在該後表面上之第二開口的大致上非透明第二層；及其中，該頂透鏡單元係配置在該擋板基板部的該前表面與該後表面之至少一者的其中之開口的區域，且其中，該第一或第二層係至少在該第一或第二開口的邊界區域配置於該等頂透鏡單元與該擋板基板部的該前或後表面之間。
  24. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該第一開口之橫截面面積係大於該第一開口之橫截面面積。
  25. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該第一開口之橫截面面積係小於該第一開口之橫截面面積。
  26. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該第一與第二開口具有圓的形狀，該等圓係相對於彼此作同心圓配置。
  27. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該頂透鏡單元覆蓋後表面之大於該第一或第二開口的橫截面面積之區域。
  28. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該擋板基板部的該前表面係與該第一層的除外共平面，且不包含透鏡單元。
  29. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該頂透鏡單元係藉晶圓級之複製製程形成於該擋板基板部上。
  30. 如申請專利範圍第23項之光學模組，更包含配置在大致上透明中間基板部上之至少一其他的透鏡單元。
  31. 如申請專利範圍第30項之光學模組，其中，該至少一其他的頂透鏡單元係藉晶圓級之複製製程形成於該中間基板部上。
  32. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該大致上非透明第一與第二層係由該擋板基板部上之薄膜或塗佈層所構成。
  33. 如申請專利範圍第32項之光學模組，其中，該第一與第二開口係對於沉積在該擋板基板部上之材料進行選擇性移除或在該擋板基板部上選擇性沉積材料從而形成。
  34. 如申請專利範圍第23項之光學模組，其中，該模組的一端面係由該擋板基板之該前表面所構成。
  35. 如申請專利範圍第32項之光學模組，其中，該塗佈層包含鉻及/或鉻氧化物。
  36. 如申請專利範圍第32項之光學模組，其中，該塗佈層包含薄塑膠箔。
  37. 如申請專利範圍第33項之光學模組，其中，該第一與第二開口係對於沉積在該擋板基板部上之材料進行選擇性移除或在該擋板基板部上選擇性沉積材料從而形成。
  38. 一種攝影裝置，包含：如申請專利範圍第23項之光學模組；以及配置於基礎基板部上之影像補捉單元；該基礎基板部係直接或間接連接至該光學模組。
  39. 如申請專利範圍第38項之攝影裝置，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該影像補捉單元的影像，其為該頂透鏡單元與選用之其他的透鏡單元所產生。
  40. 一種具有複數個擋板的擋板基板，包含：具有前表面與後表面之大致上透明基板，具有複數個第二開口的大致上非透明第一層於該前表面上，及具有複數個第二開口的大致上非透明第二層於該後表面上，及更包含：複數個透鏡單元係配置於該擋板基板部的該前表面及該後表面之至少一者上之該等第二開口之區域中，其中，該第一或第二層係至少在該第一或第二開口的邊界區域配置於該等頂透鏡單元與該擋板基板部的該前或後表面之間。
  41. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該第一開口之橫截面面積係大於該第一開口之橫截面面積。
  42. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該 第一開口之橫截面面積係小於該第一開口之橫截面面積。
  43. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該第一與第二開口具有大致上圓的形狀，且其中，該第一與第二開口係彼此作同心圓配置。
  44. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該大致上非透明第一與第二層係由該擋板基板部上之薄膜或塗佈層所構成。
  45. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該第一與第二開口係對於沉積在該擋板基板部上之材料進行選擇性移除或在該擋板基板部上選擇性沉積材料從而形成。
  46. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該擋板基板的該前表面係與該第一層的除外共平面，且不含有透鏡單元。
  47. 如申請專利範圍第40項之擋板基板，其中，該等透鏡單元係藉晶圓級之複製製程所形成。
  48. 一種晶圓級封裝，包含：如申請專利範圍第40項之擋板基板，及至少一額外基板堆疊在軸向中，該額外基板係支撐複數個其他的透鏡單元之中間基板之至少一者，基板支撐複數個影像補捉單元，及間隔層。
  49. 如申請專利範圍第44項之擋板基板，其中，該塗佈層包含鉻及/或鉻氧化物。
  50. 如申請專利範圍第44項之擋板基板，其中，該塗佈層包含薄塑膠箔。
  51. 如申請專利範圍第45項之擋板基板，其中，該第一與第二開口係藉光刻而對於沉積在該擋板基板部上之材料進行選擇性移除或在該擋板基板部上選擇性沉積材料從而形成。
  52. 一種製造複數個光學模組的方法，包含以下步驟：配置具有前表面與後表面之大致上透明的擋板基板，在該前表面上具有複數個第一開口的大致上非透明第一層，及在該後表面上具有複數個第二開口的大致上非透明第二層；附著複數個頂透鏡單元至該擋板基板的該前表面和該後表面之至少一者之該第一或第二開口之區域中；配置至少一額外基板；堆疊及連接該等基板；將在該堆疊及連接該等基板步驟中所形成的封裝沿著預定平面切片；其中，該第一或第二層係至少在該第一或第二開口的邊界區域配置於該等頂透鏡單元與該擋板基板部的該前或後表面之間。
  53. 如申請專利範圍第52項，其中，配置大致上透明之擋板基板的步驟包含：以一材料塗佈該擋板基板之該前與後表面，以形成大致上非透明之材料層；以及對於該材料進行選擇性移除從而形成該第一與第二開口。
  54. 如申請專利範圍第52項之方法，其中，附著複 數個頂透鏡單元的步驟包含：複數個頂透鏡單元係藉複製製程形成於該擋板基板的該前表面和該後表面之至少一者上。
  55. 如申請專利範圍第52項之方法，更包含：配置大致上透明的其他之基板的步驟，具有複數個其他的透鏡單元於其至少一表面上，該等透鏡單元係藉複製製程所形成。
  56. 如申請專利範圍第52項之方法，更包含：配置具有複數個影像補捉單元的基礎基板，及堆疊及連接該等基板，使得該等影像補捉單元、該等頂透鏡單元、及該等第一開口與該等第二開口被安排呈良好界定的空間關係。
  57. 如申請專利範圍第52項之方法，更包含：配置間隔件基板的步驟。
  58. 一種製造具有複數個擋板的擋板基板的方法，包含以下步驟：配置具有前表面與後表面之大致上透明基板；配置該前表面具有大致上非透明第一層及配置該後表面具有大致上非透明第二層；配置該第一層具有複數個第一開口及配置該第一層具有複數個第二開口；附著複數個頂透鏡單元，其藉由形成複數個頂透鏡單元於該擋板基板的該前表面和該後表面之至少一者上；其中，該第一或第二層係至少在該第一或第二開口的邊界區域配置於該等頂透鏡單元與該擋板基板部的該前或 後表面之間。
  59. 如申請專利範圍第58項之方法，更包含：形成該等第一開口與該等第二開口的步驟係藉由選擇地移除該等層的材料。
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