TWI584645B - 含有乾黏合劑層之光學組件及相關方法 - Google Patents

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Description

含有乾黏合劑層之光學組件及相關方法
本發明係有關於光學組件，特定而言係有關於含有乾黏合劑層之光學組件及相關方法。
晶圓級技術可被用於產生多個平行的光學元件。晶圓級技術通常包括形成含有光學元件陣列的晶圓，例如透鏡陣列或影像感測器陣列。晶圓可以被單一化，換言之，被劃分成許多部分，以分離陣列的光學元件。替代性地，兩個或多個光學元件的晶圓可以被連接在一起形成連接的晶圓組件，此連接的晶圓組件隨後被單一化而得到多個光學組件，其中，各個光學組件通常包括來自各個晶圓的一光學元件。
給定陣列的光學元件通常被設計成是相同的。例如，晶圓上的透鏡陣列的透鏡通常將會被設計成具有相同的性質。然而，通常由於製造的缺陷，陣列中的光學元件之間會有變化。這樣的變化可能需要將一些光學元件排除掉，從而在製造產量上會產生負面的影響。
例如，圖1的橫截面顯示使用晶圓級技術所形成的透鏡模組陣列(未顯示出)的幾個透鏡模組100。在本文件中，一物品的特定實例是經由括號中的數目(例如，透鏡模組100(1))來標示，而不帶括號的數目則用來標示任何這樣的物品(例如，透鏡模組100)。透鏡模組100被設計成具有一個標稱值104的凸緣焦距(FFL，flange focal length)102，其中給定透鏡模組100的FFL 102是從透鏡模組的參考平面106到透鏡模組的焦點108的距離。但是，由於製造的缺陷，FFL 102往往與標稱值104至少在某種程度上會發生變化，如圖1所示。例如，透鏡模組100(1)具有短於標稱值104的FFL 102(1)，透鏡模阻100(2)具有長於標稱值104的FFL 102(2)，而透鏡模組100(3)具有等於標稱值104的FFL 102(3)。
圖2是三個光學組件200的橫截面圖，其是使用透明膠層204連 結圖1的透鏡模組100與相應的影像感測器202所形成。光學組件200被設計為當透鏡模組100具有等於標稱值104的FFL 102時，可以產生一個焦點上的影像。特別是，當給定的透鏡模組100的FFL 102等於標稱值104時，透鏡模組的焦點108將會對準各自的影像感測器202的影像平面206。因此，光學組件200(3)將產生一個焦點上的影像，因為其FFL 102(3)等於標稱值104。與此相比，光學組件200(1)和200(2)，將不會產生焦點上的影像，因為它們各自的FFL 102(1)和102(2)顯著不同於標稱值104。所以，光學組件200(1)和200(2)無法滿足性能目標，因此必需被排除。
在一實施例中，光學組件包括影像感測器，設置在第一方向上的影像感測器上的透鏡模組，透明膠層，由不同於透明膠層的材料所形成的透明乾黏合劑層。各個透明膠層和透明乾黏合劑層係設置在第一方向上的影像感測器和透鏡模組之間。各個透明膠層和透明乾黏合劑層係與影像感測器和透鏡模組形成光學地串聯耦合。
在一實施例中，用於形成光學組件的方法包括：使用透明膠層和透明乾黏合劑層接合第一方向上的影像感測器和透鏡模組，上述透明乾黏合劑層是由不同於透明膠層的材料所形成。各個透明膠層和透明乾黏合劑層係與影像感測器和透鏡模組形成光學地串聯耦合。
100、100(1)‧‧‧透鏡模組
100(2)‧‧‧透鏡模組
100(3)‧‧‧透鏡模組
102、102(1)‧‧‧凸緣焦距(FFL)
102(2)‧‧‧凸緣焦距(FFL)
102(3)‧‧‧凸緣焦距(FFL)
104‧‧‧標稱值
106、106(1)‧‧‧參考平面
106(2)‧‧‧參考平面
106(3)‧‧‧參考平面
108、108(1)‧‧‧焦點
108(2)‧‧‧焦點
108(3)‧‧‧焦點
200、200(1)‧‧‧光學組件
200(2)‧‧‧光學組件
200(3)‧‧‧光學組件
202、202(1)‧‧‧影像感測器
202(2)‧‧‧影像感測器
202(3)‧‧‧影像感測器
204、204(1)‧‧‧透明膠層
204(2)‧‧‧透明膠層
204(3)‧‧‧透明膠層
206、206(1)‧‧‧影像平面
206(2)‧‧‧影像平面
206(3)‧‧‧影像平面
300‧‧‧方法
302、304、306、308‧‧‧步驟
400‧‧‧影像感測器
402‧‧‧玻璃外表面
404、404(1)‧‧‧光敏元件
404(2)‧‧‧光敏元件
500‧‧‧透鏡模組
502、502(1)‧‧‧透鏡
502(2)‧‧‧透鏡
502(3)‧‧‧透鏡
602‧‧‧第一方向
604‧‧‧透明膠層
606‧‧‧透明乾黏合劑層
608‧‧‧光學組件
610‧‧‧厚度
612‧‧‧凸緣焦距(FFL)
614‧‧‧焦點
616‧‧‧影像平面
700‧‧‧透鏡模組
706‧‧‧透明乾黏合劑層
708‧‧‧光學組件
710‧‧‧厚度
712‧‧‧凸緣焦距(FFL)
714‧‧‧焦點
圖1是使用晶圓級技術所形成的三個透鏡模組的橫截面圖。
圖2是包括圖1的透鏡模組的三個光學組件的橫截面圖。
圖3根據一實施例顯示用來形成含有乾黏合劑層的光學組件的方法。
圖4是影像感測器的橫截面圖。
圖5是透鏡模組的橫截面圖。
圖6是根據一實施例的含有乾黏合劑層的光學組件的橫截面圖。
圖7是根據一實施例的另一個含有乾黏合劑層的光學組件的橫截面圖。
申請人已經發現透鏡模組的預期FFL與其實際FFL之間的差異可以由在透鏡模組和接合其上的影像感測器之間包含一個或多個透明的乾黏合劑層來做至少部分地補償。透明的乾黏合劑層的厚度是透鏡模組的FFL的函數。尤其是，透明乾黏合劑層的厚度係選擇成使得當透鏡組件被接合到影像感測器時透鏡模組的焦點大體上與影像感測器的影像平面對齊。例如，使用於具有長的FFL的透鏡模組的透明乾黏合劑層將具有相對大的厚度，以補償透鏡模組的長的FFL。另一方面，使用於具有短的FFL的透鏡模組的透明乾黏合劑層將具有相對小的厚度，以補償透鏡模組的短的FFL。如此依據透鏡模組的FFL來調整透明乾黏合劑層的厚度，可以減少或甚至根本上消除與實際FFL和其預期值之間的差異有關的性能下降，從而提高製造的產率。
另外，製造厚的透明乾黏合劑層是屬比較簡單之事。例如，顯著厚度的透明乾黏合劑層通常可以以單一製造步驟來形成。因此，使用透明乾黏合劑層來補償FFL的變化可提高生產的效率和降低製造的成本。與此相比，形成厚層的一些其他黏合劑材料，例如透明膠，通常需要多個製造步驟。
圖3顯示用來形成含有透明乾黏合劑層的光學組件的方法300。圖4-7顯示方法300的一實例。圖3-7與下面的討論一起參閱最佳。
方法300開始於步驟302，其提供影像感測器和透鏡模組。在步驟302的一實例中，影像感測器400，如圖4之橫截面圖所示，和透鏡模組500，如圖5之橫截面圖所示，係予以提供。影像感測器400例如是互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器或電荷耦合裝置(CCD)影像感測器。影像感測器400包括玻璃外表面402和多個在玻璃外表面402下面的光敏元件404。各個光敏元件404響應入射其上的光而產生相應的電信號。為了清楚起見，只有幾個光敏元件404被標記於圖4中。雖然不是必需的，影像感測器400將典型地進一步包括彩色濾光器陣列(未顯示出)，諸如具有貝爾圖案(Bayer pattern)的彩色濾光器陣列。透鏡模組500包括一個或多個透鏡502。
在步驟308中，使用透明膠層和透明乾黏合劑層，連結在第一方向上的影像感測器與透鏡模組，各個透明膠層和透明乾黏合劑層與影像 感測器和透鏡模組形成光學地串聯耦合，以產生光學組件。透明乾黏合劑層由不同於透明膠層的材料所形成，其厚度是透鏡模組的FFL的函數，如下面所討論。在步驟308的一實例中，使用透明膠層604和透明乾黏合劑層606，連結在第一方向602上的影像感測器400與透鏡模組500，用以光學地串聯耦合影像感測器400、玻璃外表面402、光敏元件404和透鏡模組500以產生光學組件608，如圖6之橫截面所示。因此，透鏡模組500和透鏡502被設置在第一方向602上的各個透明乾黏合劑層606、透明膠層604和影像感測器400之上。在一些實施例中，透明膠層604包括環氧材料，而透明乾黏合劑層606包括丙烯酸材料。然而，透明膠層604及/或透明乾黏合劑層606可以由替代性的黏合材料來形成，只要黏合材料對於感興趣波長的光至少可部分地透射。
方法300可選擇地進一步包括步驟304和306。在步驟304中，形成透明膠層，並在步驟306中，形成透明乾黏合劑層。雖然圖3顯示步驟304在步驟306之前被執行，但步驟306可替代性地在步驟304之前進行，或者並行地進行。在步驟304和306的一實例中，透明膠層604被設置在玻璃外表面402上，而透明乾黏合劑層606被設置在透明膠層604上。在步驟304和306的另一實例中，透明乾黏合劑層606被設置在玻璃外表面402上，而透明膠層604被設置在透明乾黏合劑層606上。在另一個步驟304和306的實例中，透明膠層604被設置在透鏡模組500上，而透明乾黏合劑層606被設置在透明膠層604上。在步驟304和306的又另一個實例中，透明乾黏合劑層606被設置在透鏡模組500上，而透明膠層604被設置在透明乾黏合劑層606上。
使用於方法300中的透明乾黏合劑層的厚度係選擇成使得當透鏡模組與影像感測器接合時，透鏡模組的焦點與影像感測器的影像平面對齊。因此，透明乾黏合劑層的厚度是透鏡模組的FFL的函數，且透明乾黏合劑層的厚度可以不同於透明膠層的厚度。例如，透明乾黏合劑層606在第一方向602上的厚度610是根據透鏡模組500的FFL 612來選擇成使得透鏡模組500的焦點614在第一方向602上被對齊於影像感測器400的影像平面616。在方法300的一些實施例中，還包括確定透鏡模組的FFL的步驟。
作為另一實例，請考慮顯示於圖7之橫截面的光學組件708。光學組件708也是經由方法300來形成，且光學組件708類似於圖6的光學組 件608。然而，光學組件708包括代替透鏡模組500的透鏡模組700和代替透明乾黏合劑層606的透明乾黏合劑層706。透鏡模組700的FFL 712大於透鏡模組600的FFL 612。因此，透明乾黏合劑層706的厚度710大於透明乾黏合劑層606的厚度610，使得透鏡模組700的焦點714與影像感測器400的影像平面616對齊。
雖然方法300是以形成單一光學組件來討論，但可以並行實施多個實例的方法300來形成多個光學組件，例如使用晶圓級技術。在這種情況下，透鏡模組可以被設計為具有足夠長的標稱FFL，使得即使FFL處於其最小的預期值，在焦點位置成像也可以用適當的乾黏合劑層的厚度來實現。
特徵的組合
如上所述以及如下面的申請專利範圍所主張之特徵可以以各種方式組合，而不脫離本發明的範圍。下面的實例說明了一些可能的組合：
(A1)、一種光學組件可以包括影像感測器，設置在第一方向上的影像感測器上的透鏡模組、透明膠層和由不同於透明膠層的材料所形成的透明乾黏合劑層。各個透明膠層和透明乾黏合劑層可以被設置在第一方向上的影像感測器與透鏡模組之間。各個透明膠層和透明乾黏合劑層可以與影像感測器和透鏡模組形成光學地串聯耦合。
(A2)、於(A1)所表示的光學組件中，影像感測器可包括玻璃外表面，透明膠層和透明乾黏合劑層與上述玻璃外表面光學地串聯耦合。
(A3)、於(A2)所表示的光學組件中，影像感測器可包括多個在玻璃外表面下方的光敏元件。
(A4)、於(A1)至(A3)任一項所表示的光學組件中，透鏡模組可包括設置在第一方向上的透明膠層和透明乾黏合劑層二者之上的至少一個透鏡。
(A5)、於(A1)至(A4)任一項所表示的光學組件中，透明膠層可包括環氧材料，而透明乾黏合劑層可包括丙烯酸材料。
(A6)、於(A1)至(A5)任一項所表示的光學組件中，透明膠層在第一方向上的厚度可以不同於透明乾黏合劑層在第一方向上的厚度。
(B1)、一種用於形成光學組件的方法，其可包括使用透明膠 層和透明乾黏合劑層接合在第一方向上的影像感測器和透鏡模組，上述透明乾黏合劑層是由不同於透明膠層的材料所形成，其中各個透明膠層和透明乾黏合劑層是與影像感測器和透鏡模組形成光學地串聯耦合。
(B2)、(B1)所表示的方法可以進一步包括，在接合的步驟之前，將透明膠層設置在影像感測器和透鏡模組之一的上面。
(B3)、(B1)所表示的方法可以進一步包括，在接合的步驟之前，將透明乾黏合劑層設置在影像感測器和透鏡模組之一的上面。
(B4)、(B1)所表示的方法可以進一步包括，在接合的步驟之前，將透明乾黏合劑層設置在透明膠層的上面。
(B5)、(B1)所表示的方法可以進一步包括，在接合的步驟之前，將透明膠層設置在透明乾黏合劑層的上面。
(B6)、(B1)至(B5)任一項所表示的方法可以進一步包括，形成透明乾黏合劑層使其具有的厚度是透鏡模組的凸緣焦距的函數。
(B7)、(B6)所表示的方法可以進一步包括，在形成透明乾黏合劑層的步驟之前，決定透鏡模組的凸緣焦距。
(B8)、於(B1)至(B7)任一項所表示的方法中，透明膠層可包括環氧材料，而透明乾黏合劑層可包括丙烯酸材料。
在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對上述的裝置、方法和系統作出改變。例如，可以省略透明膠層，使得透明乾黏合劑層接觸影像感測器和透鏡模組二者。作為另一實例，兩個或更多的透明乾黏合劑層可以被設置在影像感測器和透鏡模組之間。因此，包含在上述的描述中和顯示在圖式中的事項應當被解釋為說明性的而不是限制性的。下面的申請專利範圍旨在涵蓋本文中所描述的一般的和特定的特徵，以及本發明的裝置、方法和系統的範圍的陳述，上述本發明的裝置、方法和系統的範圍的陳述在文義上可以說均落入其間。
400‧‧‧影像感測器
402‧‧‧玻璃外表面
404(1)‧‧‧光敏元件
404(2)‧‧‧光敏元件
500‧‧‧透鏡模組
502(1)‧‧‧透鏡
502(2)‧‧‧透鏡
502(3)‧‧‧透鏡
602‧‧‧第一方向
604‧‧‧透明膠層
606‧‧‧透明乾黏合劑層
608‧‧‧光學組件
610‧‧‧厚度
612‧‧‧凸緣焦距
614‧‧‧焦點
616‧‧‧影像平面

Claims (12)

  1. 一種光學組件，包括：一影像感測器，包含一玻璃外表面；一透鏡模組，設置在一第一方向上的該影像感測器上；一透明膠層，設置在該第一方向上的該影像感測器和該透鏡模組之間；以及一透明乾黏合劑層，設置在位在該第一方向上的該影像感測器和該透鏡模組之間，該透明乾黏合劑層是由不同於該透明膠層的材料所形成，該透明膠層和該透明乾黏合劑層中的每一者與該玻璃外表面和該透鏡模組形成光學地串聯耦合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該影像感測器包括在該玻璃外表面下方的多個光敏元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學組件，其中該透鏡模組包括至少一透鏡，設置在該第一方向上的該透明膠層和該透明乾黏合劑層二者之上。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光學組件，其中該透明膠層包括一環氧材料，而該透明乾黏合劑層包含一丙烯酸材料。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之光學組件，其中該透明膠層在該第一方向上的厚度不同於該透明乾黏合劑層在該第一方向上的厚度。
  6. 一種用於形成光學組件之方法，包括：使用一透明膠層和一透明乾黏合劑層接合在一第一方向上的一影像感測器和一透鏡模組，該透明乾黏合劑層是由不同於該透明膠層的材料所形成，該透明膠層和該透明乾黏合劑層中的每一者與該影像感測器和該透鏡模組形成光學地串聯耦合；以及在接合步驟之前，形成該透明乾黏合劑層，使其具有的厚度是該透鏡模組的一凸緣焦距的函數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括在該接合的步驟之前，將該透明膠層設置在該影像感測器和該透鏡模組中之一者的上面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括在該接合的步驟之前，將該透明 乾黏合劑層設置在該影像感測器和該透鏡模組中之一者的上面。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括在該接合的步驟之前，將該透明乾黏合劑層設置在該透明膠層的上面。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括在該接合的步驟之前，將該透明膠層設置在該透明乾黏合劑層的上面。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括在該形成該透明乾黏合劑層的步驟之前，決定該透鏡模組的該凸緣焦距。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該透明膠層包括一環氧材料，而該透明乾黏合劑層包含一丙烯酸材料。
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