紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法
【专利说明】紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法[0001 ] 公开领域
[0002]本公开案涉及紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法。
[0003]背景
[0004]智能电话以及其他装置有时包括小型光电模块，诸如光模块、传感器或相机。光模块可包括将光通过透镜发射至装置外部的发光元件，诸如发光二极管(LED)、红外(IR)LED、有机LED(OLED)、红外(IR)激光器、或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。其他模块可以包括测光元件。例如，可将CMOS和CCD图像传感器用于主要相机或前置相机。同样，接近度传感器和环境感光器可包括感光元件，诸如光电二极管。发光模块和测光模块以及相机可以各种组合进行使用。因此，例如，光模块如闪光模块(flash module)可与具有成像传感器的相机组合使用。与测光模块组合的发光模块也可用于其他应用，如手势识别或IR照明。
[0005]在将光电模块整合至装置(诸如智能电话)中时的一项挑战是如何减少从光模块中的光源的光泄漏或如何例如在传感器或相机情况下防止入射的杂散光碰撞。尽管可使用各种技术来实现这些特征，但是可能难以利用产生极紧凑的模块的方式来这样进行，然而这种极紧凑的模块对于空间宝贵的智能电话和其他装置来说是尤其重要的。
[0006]概述
[0007]本公开案描述紧凑光电模块以及用于这样的模块的制造方法。每个光电模块包括一或多个光电装置。侧壁侧向包围每个光电装置并且可与光电装置侧面直接接触，或者在一些情况下，可与包围光电装置的包覆成型件直接接触。侧壁可例如由真空注入材料构成，所述真空注入材料对光电装置所发射或可由光电装置检测的光为非透明的。模块还包括了无源光学元件。根据实施方案，无源光学元件可在用于模块的盖件上、直接在光电装置的顶表面上或包围光电装置的包覆成型件上。
[0008]在一方面，例如，光电模块包括光电装置，所述光电装置安装在基板上。模块侧壁侧向包围光电装置并与光电装置侧面直接接触。侧壁可例如由真空注入材料构成，所述真空注入材料对光电装置所发射或可由光电装置检测的光为非透明的。模块还包括了透明盖件，所述透明盖件被设置在光电装置之上。在一些实施方案中，透明盖件是无源光学元件或可具有附接至其表面的无源光学元件。
[0009]在一些实施方案中，也存在有以下特征中的一或多个。例如，模块侧壁可由含有非透明填料材料的UV或热固化聚合物材料构成。透明盖件可通过侧壁与基板分离。在一些实施方案中，无源光学元件(例如，透镜)直接设置在光电装置的上表面上。在这种情况下，无源光学元件还可充当模块本身所用盖件。在一些情况下，形成模块侧壁的非透明材料包覆成型在光电装置的上表面上。包覆成型材料可限定用于放置无源光学元件的空腔。
[0010]根据另一方面，光电模块包括光电装置以及侧壁，所述侧壁侧向包围光电装置并与光电装置侧面直接接触。侧壁可由对光电装置所发射或可由光电装置检测的光为非透明的材料构成。无源光学元件设置在光电装置的上表面上，并且导电触点在光电装置下侧上并布置来使得模块直接安装在主机装置的印刷电路板上。因此，模块可布置成使得光电装置可直接安装在外部印刷电路板上，而不需要居间PCB或其他基板。
[0011]又一方面，光电模块包括:光电装置，所述光电装置安装在基板上；以及透明的包覆成型件，所述透明的包覆成型件侧向包围光电装置侧面并且覆盖光电装置的顶表面。包覆成型件与光电装置直接接触。模块进一步包括:无源光学元件，所述无源光学元件在包覆成型件顶表面上；以及侧壁，所述侧壁侧向包围光电装置并与包覆成型件的侧面直接接触。例如此类实施方案在光电装置本身并不包括透明盖件的情况下可以是有用的。另外，包覆成型件顶表面可成形来容纳各种成形透镜或其他无源光学元件或例如充当棱镜。
[0012]还描述制造模块的方法。这种方法可以包括允许同时制作多个光电模块的晶片级制造技术。在一些实施方案中，所述方法包括一或多个复制和/或真空注入工具以形成模块的各种特征。
[0013]在一些实施方案中，模块可制作得相对紧凑，具有相对小的占用面积和/或较小总体高度。这种小型、紧凑模块可尤其有利地用于空间宝贵的移动电话和其他装置。
[0014]其他方面、特征和优点将从以下详述、附图和权利要求书显而易见。
[0015]附图简述
[0016]图1例示根据本发明的光电模块的实例的横截面图。
[0017]图2至图6例示用于同时制造多个光电模块的晶片级方法。
[0018]图7至图11例示制造多个光电模块的第二晶片级方法。
[0019]图12例示根据本发明的光电模块的另一实例的横截面图。
[0020]图13是图12的光电模块的俯视图。
[0021]图14是根据本发明的光电模块的另一实例的横截面图。
[0022]图15A至图1?例示制造多个如图14所示光电模块的晶片级方法。
[0023]图16A至图16C例不根据本发明的光电模块的其他实例。
[0024 ]图17A至图17G例示制造多个如图16A至图16C所示光电模块的晶片级方法。
[0025]图18A和图18B例示根据本发明的模块的另外实例。
[0026]详述
[0027]本公开案描述包括充当模块侧壁的非透明间隔物的各种紧凑光电模块。这种模块的实例例示在图1中，该图示出模块20，所述模块包括安装在印刷电路板(PCB)或其他基板24上的光电装置22。光电装置22的实例包括发光元件(例如，LED、IR LED、OLED、IR激光器或VCSEL)或测光元件(例如，光电二极管或其他光传感器)。发光元件或测光元件可嵌入例如半导体基板26中、或形成于其上，所述半导体基板26还可包括其他电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容元件、以及电感元件)，并且所述发光元件或测光元件可由半导体基板26的顶部之上的透明装置盖件28(例如，玻璃盖件)保护。
[0028]例如由玻璃、蓝宝石或聚合物材料构成的透明模块盖件30通过间隔物32来与基板24分离。透明模块盖件30总体上对光电装置22所发射或可由光电装置22检测的光的波长为透明的，但是透明模块盖件侧面可被非透明材料33包围。间隔物32优选地由非透明材料构成，所述非透明材料侧向包围光电装置22并且充当用于模块20的侧壁。如图1所示，间隔物32与光电装置22的侧面直接接触，从而可产生具有相对小的占用面积的高度紧凑模块。
[0029]在一些实施方案中，附接至透明模块盖件30—侧的是光学元件，诸如透镜或漫射器34。在图1的所示实例中，光学元件34存在于模块20的内部区域中。在一些实施方案中，光学元件34通过复制技术(例如，诸如蚀刻、压花或模制)形成在透明模块盖件30上。在其他实施方案中，可将模制光学元件(例如，透镜)固定在非透明材料构成的框架中，或者可将模制光学元件复制到这种框架中。随后，框架可附接至间隔物32。
[0030]光电装置22可使用倒装芯片技术安装至PCB基板24。例如，装置22下侧可以包括一或多个焊料球或其他导电触点38，以将光电装置22电耦接至PCB基板24表面上的导电焊盘。为了提供进一步稳定性，光电装置22的底表面与PCB基板24的顶表面之间区域可用粘合剂底填料42填充。PCB基板24又可包括经镀覆的导电通孔，所述经镀覆的导电通孔从导电焊盘处垂直延伸穿过基板24并耦接至基板24的外侧面上的一或多个焊料球或其他导电触点40。导电触点40允许模块20例如安装在手持装置(诸如移动电话、平板或其他消费电子装置)中的印刷电路板上。
[0031 ]前述模块可制作得相对紧凑，具有相对小的占用面积。例如，在一些实施方案中，图1的模块20的总体尺寸可为约2.0mm(长度)X 2.3mm(宽度)X I.3mm(高度)。这种小型、紧凑模块可尤其有利地用于空间宝贵的移动电