TWI730130B - 包括光電裝置次組件的光電模組及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明描述用於製造光電裝置次組件之晶圓級製程，該次組件可經安裝(例如)至一電路基板(諸如一可撓性纜線或印刷電路板)且經整合於包括堆疊於該光電裝置次組件上之一或多個光學次組件之光電模組。該光電裝置次組件可使用焊料回焊技術經安裝至該電路基板上，即使該等光學次組件由非回焊相容之材料組成。
Description
本發明係關於包括光電裝置次組件的光電模組及其等製造方法。
包括光電裝置(諸如光學信號感測器及/或發射器)之光電模組可經整合於(例如)多種消費型電子器件及其他裝置(諸如行動電話、智慧型手機、個人數位助理(PDA)、平板電腦及膝上型電腦以及其他電子裝置(諸如生物裝置、行動機器人及自動化相機等等))。 因為其等允許多個組件同時(即，平行)製造，所以晶圓級製程可為有利的。在本文中，一晶圓係指一實質上碟形或類板形物體，其在一個方向(例如，z-方向或垂直方向)上的延伸相對於其在其他兩個方向(例如，x-及y-或橫向方向)上的延伸係小的。在一些情況中，晶圓級製程可促進在晶圓之各自橫向方向上製造數十、數百或甚至數千相同組件。
本發明描述用於製造光電模組裝置次組件(例如，光學感測器或發射器裝置次組件)之晶圓級製程，其可經安裝至(例如)一電路基板(諸如一可撓性纜線)或印刷電路板(PCB)且經整合於包括堆疊於光電裝置次組件上之一或多個光學次組件之光電模組。 在一些例項中，當焊料回焊製程用於安裝光電裝置次組件時，技術可幫助克服否則可另外發生之問題。例如，在將光學次組件附接至光電裝置次組件之前，藉由將光電裝置次組件安裝至電路基板，光學次組件無需在焊料回焊期間使用時經歷高溫。例如，其中用於光學次組件之材料不能夠承受有時在焊料回焊製程期間使用之相對高溫度，此可為有利的。 在一個態樣中，例如本發明描述一種製造一光電模組之方法。該方法包括在一晶圓級製程中製造光電裝置次組件，將該光電裝置次組件之單體化者安裝至一電路基板上，且隨後將一或多個光學次組件附接至該光電裝置次組件。 一些實施方案包括一或多個下列特徵。例如，在一些情況中，將單體化光電裝置次組件安裝至電路基板上包括使用焊料回焊技術。因此，在一些例項中，即使一或多個光學次組件由非回焊相容之材料組成，光電裝置次組件可使用焊料回焊技術經安裝至電路基板上。在一些情況中，將單體化光電裝置次組件安裝至電路基板上包括在相對高溫度(例如，高達260°C)下執行一或多個製程。安裝光電裝置次組件可包括(例如)將其安裝至一可撓性纜線上。 在一些情況中，將一或多個光學次組件附接至光電裝置次組件包括附接於該光電裝置次組件上之一堆疊中之至少兩個光學次組件。在一些實施方案中，光學次組件本身在晶圓級製程中製造。在將光學次組件附接至光電次組件之前，可單體化光學次組件。在一些例項中，光學次組件包括一光導、一光學擴散器及/或一IR吸收器。 在一些實施方案中，將一或多個光學次組件附接至光電裝置次組件包括將光學次組件之至少一者放置於光電裝置次組件之一凸緣上。一些實施方案包括將光學次組件之一第一者放置於光電裝置次組件之一第一凸緣上且將光學次組件之一第二者放置於光電裝置次組件之一第二凸緣上。 在另一態樣中，一種製造光電裝置次組件之晶圓級方法包括提供光電裝置安裝於其上之一基板。將光電裝置之鄰近者彼此分離之不透明囊封材料之各自區域中之各自溝槽中形成溝槽。各溝槽至少部分透過不透明囊封材料延伸，其對由光電裝置發射或偵測之輻射之一波長或波長範圍實質上不透明。該方法進一步包括將該基板在該等溝槽之位置處切割以形成單體化光電裝置次組件，單體化光電裝置次組件之各者包括受不透明囊封材料橫向圍繞之光電裝置之至少一者。 在一些例項中，溝槽之形成可實施為應力釋放切割以幫助提高可靠性。在一些例項中，在將基板切割成單體化光電裝置次組件之前，移除各溝槽之上邊緣處之一些不透明囊封材料以形成鄰近溝槽之梯階。在一些情況中，當一光學次組件隨後安裝至光電裝置次組件時，鄰近溝槽之梯階之形成可幫助提供多餘黏著劑流動之空間。 一些實施方案包括一或多個下列特徵。例如，該方法可包括提供光電裝置之佈線上之一保護覆蓋物。保護覆蓋物可包括(例如)一PDMS塗層或含有一種氧化物填充材料之一環氧樹脂。在一些例項中，在提供佈線之保護覆蓋物之後，但在不透明囊封材料中形成各自溝槽之前，在基板上提供包括光電裝置之一透明囊封材料。透明囊封材料較佳對由光電裝置發射或偵測之輻射之一波長或波長範圍實質上透明。可將透明囊封材料自提供不透明囊封材料之區域移除，且接著可在移除透明囊封材料之區域中提供不透明囊封材料。在一些情況中，透明囊封材料或不透明囊封材料之至少一者藉由一真空注射技術提供。 在一些情況中，該方法包括將單體化光電裝置次組件之至少一者安裝於一印刷電路板或可撓性基板上。可(例如)使用一焊料回焊製程安裝單體化光電裝置次組件且可包括高溫(例如，高達260°C)。 下文更詳細描述多種實例。自以下詳細描述、附圖及申請專利範圍將容易明白其他態樣、特徵及優點。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2017年2月15日申請之美國臨時申請案第62/459,223號、2017年2月15日申請之美國臨時申請案第62/459,245號、2016年10月14日申請之美國臨時申請案第62/408,183號及2016年6月29日申請之美國臨時申請案第62/356,161號之優先權利。 圖1A及圖1B繪示根據本文所描述之製程可製造光電模組之實例。如圖1A中展示，一光電模組20A包括安裝於一電路基板24(諸如一可撓性電路纜線或其他印刷電路板)上之一光電裝置次組件22。光電裝置次組件22可包括含有輻射感測元件(例如，像素)之(例如)一主動光電裝置28(諸如一光感測器(例如，一光二極體或一CCD或CMOS感測器))。在一些情況中，光電裝置28包括一光發射器(例如，光發射二極體(LED))、紅外線(IR)LED、有機LED(OLED)、紅外線(IR)雷射或垂直腔面發射雷射(VCSEL)。在一些情況中，光電裝置28經實施為一積體電路(IC)半導體晶片或一專用積體電路(ASIC)半導體晶片。為了保護光電裝置28之導電連接(例如，佈線)29，可(例如)藉由一保護覆蓋物30(諸如一聚二甲基矽氧烷(PDMS)噴塗或含有一種氧化物填充材料(例如，SiO2
、Al2
O3
或TiO2
)之一固化環氧樹脂)覆蓋佈線29。在後者情況中，可在將其塗敷於佈線29上之後固化環氧樹脂。 如圖1A中進一步繪示，模組20A包括一光學次組件(例如，一光學擴散器或紅外(IR)吸收器)26。光學次組件26安置於光電裝置次組件22上且可擱置在一體形成為具有光電裝置次組件22之壁34之一單件之一支撐間隔件或凸緣32。因此，壁34及凸緣32可由相同材料(例如，一黑環氧樹脂)組成。在一些情況中，支撐間隔件或凸緣32係環形。 在經繪示實例中，光學次組件26包括一或多個光學元件40之一堆疊，其藉由微間隔件42自彼此分離。在一些實施方案中，光學元件40包括經設計以與具有一特定折射率之一材料(例如，空氣或真空)接觸而操作之一介電濾波器或干涉濾波器。進一步地，在一些實施方案中，光學元件40係基於聚合物之濾波器(例如，IR吸收器)。在一些實施方案中，光學元件40係經設計以與一特定折射率之一材料(例如，空氣或真空)接觸而操作之擴散器(例如，擴散器箔片)。 在經繪示實例中，光學元件40藉由小空氣或真空間隙彼此分離。微間隔件42將光學元件40彼此分離且在其等間建立一小經固定距離。微間隔件42之各者可具有橫向圍繞一空氣或真空間隙之(例如)一環形或一閉合矩形環形。 圖1B繪示包括安裝於一電路基板24(諸如一可撓性電路纜線或其他PCB)上之一光電裝置次組件22A之一光電模組20B(如圖1A之模組20A)。安置於光電裝置次組件22A上係包括一第一光學次組件26A、一光導30及一第二光學次組件26B之光學次組件之一堆疊。圖1B之光電裝置次組件22A之一些細節類似於相對於圖1A之光電裝置次組件22之上文所描述之細節，但是光電裝置次組件22A包括靜置在一第一光學次組件26A上之一第一支撐間隔件或凸緣32及靜置在一光導30上之一第二支撐凸緣32B。在一些情況中，支撐凸緣32、32B係環形。光學次組件26A、26B之各者可包括藉由微間隔件42彼此分離之一或多個光學元件40之一堆疊。光學元件40及微間隔件42之細節可類似於結合圖1A上文所描述之細節。 如圖2中繪示，可如下文製造(例如)模組20A、20B。可製造光電裝置次組件(諸如次組件22(或22A))為一晶圓級製程(202)。接著，一單體化電裝置次組件可經安裝至一電路基板(例如，一可撓性纜線或其他印刷電路板)(204)。在一些例項中，將光電裝置次組件安裝在電路基板上可涉及在相對高溫度(例如，高達260°C)下使用回焊焊料技術。在將光電裝置次組件安裝至電路基板，一或多個光學次組件(例如，光學擴散器、IR吸收器、光導)經安置於光電裝置次組件(206)上且經附接至光電裝置次組件(206)。光學次組件之實例藉由26(圖1A)及26A、26B、30(圖1B)指示。光學次組件可(例如)藉由取置設備且藉由一黏著劑附接放置於光電裝置次組件上。 在將光學次組件附接至光電裝置次組件之前，藉由將光電裝置次組件安裝至電路基板，光學次組件無需在焊料回焊期間經歷相對高溫度。在一些情況中，因為用於光學次組件之材料不能夠承受在焊料回焊製程期間使用之溫度，所以此可為有利的。 光電裝置次組件(圖2中202)之晶圓級製造之進一步細節之一實例在圖3中提供。如圖3中302指示及圖4A中展示，一保護覆蓋物404在安裝於一PCB或其他晶圓400之光電裝置(例如，光感測器或光發射器)28之佈線29上提供。在一些例項中，覆蓋物404由(例如，藉由噴塗)塗敷於佈線29上之PDMS組成。在一些情況中，PDMS在可經安裝於晶圓400之光電組件28以及經耦合至光電組件28之其他積體電路晶片403上提供。在一些例項中，在佈線29上之保護覆蓋物404由含有一種氧化物(例如，SiO2
、Al2
O3
或TiO2
)填充材料之一環氧樹脂組成。額外填充材料可幫助增加環氧樹脂之機械穩定性。然而，由於額外SiO2
或其他氧化物可減小環氧樹脂之透明度，光電裝置28本身將不用環氧樹脂覆蓋。晶圓400可(例如)在一支撐基板402上被支撐。 如圖3中304指示及如圖4B中展示，接著，晶圓400放置於一真空注射成型工具406中，且注射透明囊封材料408以覆蓋包含安裝於其上之光電裝置28之晶圓400。透明囊封材料408實質上對由光電裝置28發射或偵測之輻射之一波長或波長範圍透明。接著，囊封材料408可(例如)藉由熱或UV固化而硬化。接著，在將晶圓400自注射工具406移除之後，執行溝槽切割以形成光電裝置28(參見圖4C及圖3中306)之鄰近者之間之間隙410。 如圖3中308指示及如圖4D中展示，接著，晶圓400放置於另一真空注射工具412中，且一不透明囊封材料414經注射於間隙410中。不透明囊封材料414(實質上對由光電裝置28發射或偵測之輻射之一波長或波長範圍不透明)實質上填充光電裝置28之鄰近者之間之間隙(410)。接著，囊封材料414可(例如)藉由熱及/或UV固化而硬化。 在將晶圓400自真空注射工具412移除之後，執行應力釋放切割以形成不透明囊封材料414(參見圖4E及圖3中之310)之區域之各者中之一溝槽416。在製程之此階段，溝槽416透過不透明囊封材料414部分延伸，但是較佳溝槽之底部不達到晶圓400之上表面。在一些例項中，此應力釋放切割可幫助改良可靠性。 在一些實施方案中，如圖3中312指示且如圖4F中展示，執行一進一步溝槽切割製程以形成不透明囊封材料414之區域之各者之邊緣處之「溢流」梯階418。因此，在溝槽416之各者之鄰近任一側形成梯階418。當一光學次組件26(或26A)隨後經安裝至光電裝置次組件420時，溢流梯階418可幫助提供過量膠或其他黏著劑流動空間。 接著，如圖3中指示且如圖4G中展示，執行進一步切割以彼此單體化光電裝置次組件420。可在溝槽416之位置(即，沿著應力釋放線)執行此額外切割314在應力釋放切割步驟310期間先前形成。透過不透明囊封材料414及透過晶圓基板400執行切割314，因此將晶圓400單體化成多個光電裝置次組件420。如圖3中316指示及如圖4H中展示，單體化光電裝置次組件420之各者可經安裝(例如)於一可撓性PCB或其他基板422上。回焊製程可用於將光電裝置次組件420安裝至基板422。 上文所描述實施方案可進行各種修改，且在一些情況中，結合不同實施方案所描述或展示之特徵可包括在相同實施方案中。相應地，其他實施方案係在申請專利範圍之範疇內。
20A‧‧‧光電模組20B‧‧‧光電模組22‧‧‧光電裝置次組件22A‧‧‧光電裝置次組件24‧‧‧電路基板26‧‧‧光學次組件26A‧‧‧第一光學次組件26B‧‧‧第二光學次組件28‧‧‧主動光電装置/光電組件29‧‧‧導電连接/覆盖佈缐30‧‧‧保護覆蓋物/光導32‧‧‧支撑間隔件凸缘/支撑凸缘32A‧‧‧第二支撑凸缘32B‧‧‧支撑凸缘34‧‧‧壁40‧‧‧光學元件42‧‧‧微間隔件202‧‧‧晶圓級製程204‧‧‧可撓性纜線或其他印刷電路板206‧‧‧光電裝置次組件310‧‧‧應力釋放切割步驟314‧‧‧額外切割400‧‧‧PCB或其他晶圓404‧‧‧保護覆蓋物406‧‧‧真空注射成型工具408‧‧‧透明囊封材料410‧‧‧間隙412‧‧‧真空注射工具414‧‧‧不透明囊封材料416‧‧‧溝槽418‧‧‧梯階420‧‧‧光電裝置次組件422‧‧‧可撓性PCB或其他基板
圖1A係一光電模組之一第一實例。 圖1B係一光電模組之一第二實例。 圖2係用於製造諸如圖1A及圖1B中繪示之光電模組之一流程圖。 圖3係用於製造光電裝置次組件之一流程圖。 圖4A至圖4H繪示光電裝置次組件之製程中之不同階段。
28‧‧‧主動光電裝置/光電組件
400‧‧‧PCB或其他晶圓
404‧‧‧保護覆蓋物
408‧‧‧透明囊封材料
414‧‧‧不透明囊封材料
418‧‧‧梯階
420‧‧‧光電裝置次組件
422‧‧‧可撓性PCB或其他基板
Claims (18)
- 一種製造一光電模組之方法，該方法包含：在一晶圓級製程製造光電裝置；將光電裝置次組件之一單體化者安裝至一電路基板上；及隨後將一或多個光學次組件附接至安裝於該電路基板上之該光電裝置次組件，其中該一或多個光學次組件包括至少一個光學擴散器或IR吸收器。
- 如請求項1之方法，其中將該單體化光電裝置次組件安裝至該電路基板上包括使用焊料回焊技術。
- 如請求項1之方法，其中將該光電裝置次組件之一單體化者安裝至一電路基板上包括將該單體化光電裝置次組件安裝至一可撓性纜線上。
- 如請求項1之方法，其中將一或多個光學次組件附接至光電裝置次組件包括將光電裝置次組件上之一堆疊中之至少兩個光學次組件安裝至該電路基板上。
- 如請求項4之方法，其中該至少兩個光學次組件包括一光導及至少一個光學擴散器或IR吸收器。
- 如請求項1之方法，其中將一或多個光學次組件附接至該光電裝置次 組件包括將該光學次組件之至少一者放置於該光電裝置次組件之一凸緣上。
- 如請求項1之方法，其中將一或多個光學次組件附接至該光電裝置次組件包括將該光學次組件之一第一者放置於該光電裝置次組件之一第一凸緣上且將光學次組件之一第二者放置於該光電裝置次組件之一第二凸緣上。
- 如請求項1之方法，其中將該單體化光電裝置次組件安裝至該電路基板上包括使用焊料回焊技術，且其中該一或多個光學次組件由非回焊相容之材料組成。
- 一種製造光電裝置次組件之晶圓級方法，該方法包含：提供光電裝置安裝於其上之一基板；形成彼此分離該等光電裝置之鄰近者之不透明囊封材料之各自區域中之各自溝槽，其中各溝槽至少部分透過該不透明囊封材料延伸，該不透明囊封材料實質上對由該等光電裝置發射或偵測之輻射之一波長或波長範圍不透明；及切割該等溝槽之位置處之該基板以形成單體化光電裝置次組件，該等單體化光電裝置次組件之各者包括由該不透明囊封材料橫向圍繞之該等光電裝置之至少一者。
- 如請求項9之方法，其進一步包括在切割該基板以形成該等單體化光 電裝置次組件之前移除各溝槽之上邊緣處之一些該不透明囊封材料以形成鄰近該溝槽之梯階。
- 如請求項9之方法，其進一步包括提供一保護覆蓋物於該等光電裝置之佈線上。
- 如請求項9之方法，其進一步包括在提供該保護覆蓋物之後但在形成該不透明囊封材料中之該等各自溝槽之前：在該基板上提供包括該等光電裝置之一透明囊封材料，該透明囊封材料實質上對由該等光電裝置發射或偵測之輻射之一波長或波長範圍透明；自將提供該不透明囊封材料之區域移除該透明囊封材料；及提供該不透明囊封材料於已移除該透明囊封材料之區域中。
- 如請求項9之方法，藉由一真空注射技術提供該透明囊封材料或不透明囊封材料之至少一者。
- 如請求項9之方法，其中提供一保護覆蓋物包括藉由一噴塗技術提供該PDMS塗層。
- 如請求項9之方法，其中提供一保護覆蓋物包括提供含有一種氧化物填充材料之一環氧樹脂。
- 如請求項9之方法，其進一步包括：將該等單體化光電裝置次組件之至少一者安裝至一印刷電路板上。
- 如請求項9之方法，其進一步包括：將該等單體化光電裝置次組件之至少一者安裝至一可撓性基板上。
- 如請求項9之方法，其進一步包括使用一焊料回焊製程安裝該等單體化光電裝置次組件之至少一者。
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