具有减少漏光或杂散光的屏蔽的光电模块以及用于此类模块的制造方法
【专利说明】具有减少漏光或杂散光的屏蔽的光电模块以及用于此类模块的制造方法
[0001 ] 公开领域
[0002]本公开涉及具有帮助减少漏光或杂散光的屏蔽的光电模块以及用于此类模块的制造方法。
[0003]背景
[0004]智能电话和其他装置有时包括如光模块、传感器或摄像机的小型化光电模块。光模块可包括光发射元件，如发光二极管(LED)、红外线(IR)LED、有机LED(OLED)、通过透镜将光发射至装置外部的红外线(IR)激光器或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。其他模块可包括光检测元件。例如，CMOS和CCD图像传感器可用于主摄像机或向前摄像机。同样地，接近传感器和环境光传感器可包括光传感元件，如光电二极管。光发射模块和光检测模块以及摄像机可以各种组合使用。因此，例如，如闪光灯模块(flash module)的光模块可与具有成像传感器的摄像机组合使用。与光检测模块组合的光发射模块也可用于其他应用，如手势识别或IR照射。
[0005]如图1中所例示，当将光电模块10整合至如智能电话的装置中时，一项挑战是如何减少从光模块中的光源16的漏光14，或如何例如在传感器或摄像机的情况下防止入射杂散光碰撞。优选地，从光源16发射的光(或将要由模块中的传感器检测的光)应通过透镜12并直接穿过模块10的透明盖件18退出(或进入)。然而，在一些情况下，一些光14退出(或进入)透明盖件18的侧面，这可能是不合需要的。
[0006]概述
[0007]本公开描述包括光电装置(例如，光发射元件或光检测元件)和透明盖件的各种光电模块。非透明材料被提供在透明盖件的外部侧壁上，在一些实施方式中，所述非透明材料可有助于减少从透明盖件的侧面的漏光，或可有助于防止杂散光进入模块。
[0008]另外，描述用于制造模块的各种技术。在一些实施方式中，模块可在晶片级工艺中制造。此类工艺允许同时制造许多个模块。在一些实施方式中，各种元件(例如，光学元件，如透镜、光学滤波器或焦距校正层；或间隔物)可使用一个或多个真空注入和/或复制工具来直接形成在透明晶片的一侧或两侧上。
[0009]例如，在一方面，光电模块包括安装在衬底上的光电装置和由间隔物保持在离衬底一定距离处的透明盖件。间隔物由对光电装置发射或可由光电装置检测的光为非透明的材料构成。透明盖件的侧壁由对光电装置发射或可由光电装置检测的光为非透明的材料覆至
ΠΠ ο
[0010]—些实施方式包括以下特征中的一个或多个。例如，模块还可包括光学元件(例如，在透明盖件的表面上的透镜、光学滤波器(例如，电介质带通滤波器)和/或焦距校正层)。覆盖透明盖件的侧壁的非透明材料可例如为构成间隔物的相同材料。在一些情况下，覆盖透明盖件的侧壁的非透明材料为含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。透明盖件可实质上平行于衬底的平面或以相对于衬底的平面的角度倾斜。
[0011]在另一方面，制造光电模块的方法包括在支撑表面上提供彼此侧向分离的多个单一化透明衬底。真空注入技术用于利用非透明材料覆盖单一化透明衬底中每一个的侧壁，并且形成远离支撑表面突出的间隔物元件。在一些情况下，方法还包括将相应光学元件(例如，在透明盖件的表面上的透镜、光学滤波器(例如，电介质带通滤波器)和/或焦距校正层)形成或施加于单一化透明衬底中的每一个的表面上。
[0012]—些实施方式包括以下特征中的一个或多个。例如，作为用于利用非透明材料覆盖单一化透明衬底的侧壁的相同真空注入技术的部分，可形成间隔物元件。在一些情况下，相同的组合式复制和真空注入工具用于复制技术和用于真空注入技术。
[0013]在一些实施方式中，方法包括使用第一真空注入工具在第一真空注入工艺期间利用非透明材料来覆盖透明衬底的侧壁并且在定位有透明衬底的平面的第一侧上形成间隔物元件，和使用第二组合式复制和真空注入工具在复制工艺期间在所述平面的第二侧上形成光学元件，并且在第二真空注入工艺期间在所述平面的第二侧上形成突起。突起可例如用作用于光电模块的非透明挡块和/或对准特征。
[0014]根据另一方面，制造光电模块的方法包括在设置在支撑表面上的非透明晶片的开口内提供多个单一化透明衬底。透明衬底和非透明晶片处于一个平面中，并且支撑表面具有相邻平面的第一侧的开口。方法包括使用复制技术在透明衬底中的每一个上、在平面的第二侧上形成相应光学元件，使用第一真空注入工艺利用第一非透明材料填充支撑表面中的开口，和使用第二真空注入工艺在平面的第二侧上形成非透明间隔物元件。
[0015]根据又一方面，制造光电模块的方法包括提供晶片，所述晶片具有彼此侧向间隔的多个透明部分。透明部分中的每一个由非透明材料侧向包围，并且晶片处于一个平面中并设置在具有相邻所述平面的第一侧的开口的支撑表面上。方法包括在平面的第二侧上提供组合式复制和真空注入工具。使用组合式复制和真空注入工具，通过复制技术在透明衬底中的每一个上、在所述平面的第二侧上形成相应光学元件。用第一非透明材料填充支撑表面中的开口，并且使用组合式复制和真空注入工具，通过真空注入工艺在所述平面的第二侧上形成由非透明材料构成的间隔物元件。
[0016]根据另一方面，光电模块包括安装在衬底上的光电装置、由间隔物与衬底分离的透明盖件，和附接至透明盖件的光学元件。透明盖件的侧壁由对光电装置发射或可由光电装置检测的光为非透明的第一材料覆盖，并且第一非透明材料由第二不同的非透明材料侧向包围。在一些实施方式中，第一非透明材料为含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)，并且第二非透明材料为玻璃增强环氧树脂层压材料。也可使用其他非透明材料。
[0017]根据又一方面，制造光电模块的方法包括提供衬底晶片，所述衬底晶片包括金属框架和模制空腔，其中金属框架的数个部分由模制空腔侧向包封，并且金属框架具有安装在所述金属框架上并彼此侧向分离的光电装置。方法包括提供包括彼此侧向分离的单一化透明衬底的间隔物/光学元件结构，所述间隔物/光学元件结构包括远离透明衬底突出的间隔物元件，其中透明衬底中的每一个的侧壁由非透明材料侧向包封。间隔物元件的末端附接至模制空腔以形成堆叠。
[0018]在一些情况下，模块可包括在透明盖件的对象侧上的光学元件组件。光学元件组件可包括例如一个或多个透镜(例如，注塑模制透镜的垂直堆叠)。
[0019]其他方面、特征和优点将从以下详细描述、附图和权利要求书中显而易见。
[0020]附图简述
[0021]图1不出光电模块的实例。
[0022]图2A-2H示出光电模块的实例。
[0023]图3A-3E例示使用单一化透明衬底制造光电模块的方法的步骤。
[0024]图4A-4C例示制造具有倾斜透明衬底的光电模块的方法的步骤。
[0025]图5A-5E例示制造具有倾斜透明衬底的光电模块的另一方法的步骤。
[0026]图6A-6C例示制造具有倾斜透明衬底的光电模块的又一方法的步骤。
[0027]图7A-7E例示使用单一化透明衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
[0028]图8A-8D例示使用单一化透明衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
[0029]图9A-9D例示使用单一化透明衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
[0030]图10A-10B例示使用单一化透明衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
[0031]图11A-11B例示使用单一化透明衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
[0032]图12A-12D例示使用单一化透明衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
[0033]图13A-13E例示用于制造接近传感器模块的步骤，所述接近传感器模块在相邻通道中包括光发射元件和光检测元件。
[0034]图14A-14D例示使用具有由非透明材料包围的透明部分的晶片制造光电模块的方法的步骤。
[0035]图15A-15F例示根据使用跨距横跨多个光电装置的透射衬底制造光电模块的另一方法的步骤。
[0036 ]图16为通过图15A-15F的工艺获得的模块的实例。
[0037]图17A-17F例示根据使用跨距横跨多个光电装置的透射衬底制造光电模块的又一方法的步骤。
[0038]图18A-18B例示根据一些实施方式的制造光电模块的另外步骤。
[0039 ]图19例示分离图18B的结构的第一实例。
[0040]图20为通过图19的分离获得的模块的实例。
[0041]图21例示分离图18B的结构的第一实例。
[0042]图22为通过图21的分离获得的模块的实例。
[0043]图23A-23C为模块的其他实例。
[0044 ]图24A和24B例示制造光电模块的方法的步骤。
[0045]图25A-25G为模块的其他实例。
[0046]详细描述
[0047]本公开描述用于制造光电模块的各种技术，所述光电模块包括在透明盖件的外部侧壁上的非透明材料。此种模块的实例例示在图2A中，图中示出模块20，所述模块包括安装在印刷电路板(PCB)或其他衬底24上的光电装置22。光电装置22的实例包括光发射元件(例如，LED、IR LED、OLED、IR激光器或VCSEL)或光检测元件(例如，光电二极管或其他光传感器)。
[0048]例如由玻璃、蓝宝石或聚合物材料构成的透明盖件26由间隔物28与衬底24分离。间隔物28包围光电装置22并且充当用于模块的侧壁。透明盖件26通常对光电装置22发射或可由光电装置22检测的光的波长为透明的。间隔物28优选地由非透明材料构成，所述非透明材料如含有非透明填充剂(例如，碳黑、颜料或染料)的真空注入聚合物材料(例如，环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯或硅树脂)。附接至透明盖件26的一侧的是光学元件，如透镜30。在图2A的所例示实例中，透镜30由复制技术形成，并且连同光电装置22—起存在于模块20的内部区域32中(S卩，存在于透明盖件的传感器侧上)。透明盖件26的侧壁34还由非透明材料36覆盖，所述非透明材料在图2A的所例示实例中由与用于间隔物28的相同材料构成。衬底24的外部表面包括一个或多个焊料球或其他导电触点38，所述导电触点可借助于延伸穿过衬底24的导电通孔电耦合至光电装置22。
[0049]在图2A的实例中，透明盖件26实质上垂直于模块的光轴并且实质上平行于衬底
24。然而，在一些实施方式中，透明盖件26可以相对于衬底24的平面的角度倾斜。实例例示在图2B、2C和2D中。在这些实例中的每一个中，透明盖件26的侧壁34由非透明材料36覆盖，所述非透明材料可例如由与用于间隔物28的相同材料构成。在图2C的实施方式中，间隔物28还以相对于衬底24的平面的角度倾斜。
[0050]在一些情况下，覆盖透明盖件26的侧壁34的非透明材料36由另一非透明材料(例如，如FR4的PCB材料40，FR4为对玻璃增强环氧树脂层压材料指定的等级名称)包围。参见图2E中的模块20A。玻璃增强环氧树脂层压材料40还可对光电装置22发射或可由光电装置22检测的光为实质上非透明的。
[0051]在一些实施方式中，模块包括对准特征42，所述对准特征延伸超出透明盖件26的对象侧表面(参见图2F中的模块20B)。此类对准特征42可促进模块在智能电话或其他电器内的定位。对准特征42可例如由与间隔物28相同或不同的非透明材料构成。所述对准特征可由延伸穿过玻璃增强环氧树脂层压材料40的非透明材料的区段附接至间隔物28。
[0052]—些实施方式包括突起44，所述突起在透明盖件26的侧边缘处或附近延伸超出所述透明盖件的顶部，如图2G中的模组20C中所示的。可由非透明材料(例如，聚合物，如具有碳黑的环氧树脂)构成的突起44可充当挡块，以帮助引导退出或进入模块的光。
[0053]在一些实施方式中，光学元件30被设置在透明盖件26的传感器侧表面上。在其他实施方式中，光学元件30(例如，透镜或漫射器)被设置在透明盖件26的对象侧表面上(参见，例如，图2H)，或光学元件可被设置在透明盖件的两侧上。
[0054]以下段落描述用于制造前述光电模块和其他类似模块的各种制造技术，所述模块包括光发射元件(例如，LED、IR激光器或VCSEL)或光检测元件(例如，光电二极管)和作为模块的部分整合的如透镜或漫射器的光学元件。一些模块可包括多个光电装置(例如，光发射元件和光检测元件)。在一些实施方式中，模块在晶片级工艺中制造以便可同时制造多个模块(例如，数百个或甚至数千个模块)。一些实施方式包括首先将透明晶片安装或附接在UV切割带上，然后将透明晶片切割成单一化透明盖件。另外，在一些实施方式中，可将涂层(例如，光学滤波器)施加于透明晶片。随后可将晶片安装在UV切割带上，并随后切割成单一化透明盖件。一些实施方式包括使用真空注入技术来在结构化衬底(即，具有非平坦或非平面表面的衬底)上形成各种元件。各种元件(例如，光学元件或间隔物)可使用一个或多个真空注入和/或复制工具直接形成在透明晶片的一侧或两侧上。一些实施方式涉及单一化透明盖件在如载体晶片、真空吸盘或UV切割带的支撑表面上的放置。单一化透明盖件可具有各种形状(例如，圆形、二次曲线形(quadrat i c))。
[0055]图