专利名称：隔离元件和用于制造隔离元件的方法
技术领域：
本发明涉及借助于复制过程在晶片规模以明确限定的空间布置制造具有例如折 射和/或衍射透镜的一个或多个光学元件的集成光学器件的领域。更具体而言，其涉及如 相应独立权利要求的前序部分中所述的用于制造隔离元件的方法和隔离元件。
背景技术：
集成光学器件例如是照相机器件、用于照相机器件的光学装置、或用于闪光灯尤 其是对于照相机移动电话而言的准直光学装置。已知通过压印或成型的复制技术进行光学 元件的制造。对具有成本效益的批量生产而言特别感兴趣的是晶片规模制造过程，其中，通 过复制在盘形结构(晶片)上制造光学元件阵列，例如透镜。在大多数情况下，堆叠具有 附着到其的光学元件的两个或更多晶片以便形成晶片规模封装或晶片堆叠，其中，附着于 不同衬底的光学元件被对准。在复制之后，可以将此晶片结构分离成单独的光学器件(切 割)。在本文中所使用的意义的晶片或衬底是盘形或矩形板或任何在维度上稳定、通常 透明的材料的任何其它形状的板。晶片盘的直径通常在5cm与40cm之间，例如，在IOcm与 31cm之间。其常常是圆筒形的，具有2、4、6、8或12英寸的直径，一英寸约为2. 54cm。晶片 厚度例如在0. 2mm与IOmm之间，通常在0. 4mm与6mm之间。集成光学器件包括沿着光传播的大体方向堆叠在一起的功能元件，其中的至少一 个是光学元件。因此，通过器件行进的光依次穿过多个元件。这些功能元件被布置成彼此 之间(集成器件)呈预定的空间关系，使得不需要进一步相互对准，只有光学器件就本身而 言要与其它系统对准。可以通过在晶片上以明确限定的空间布置堆叠包括例如光学元件的功能元件的 晶片来制造此类光学器件。此类晶片规模封装(晶片堆叠)包括沿着对应于最小晶片尺度 的方向(轴向)的轴堆叠并相互附着的至少两个晶片。晶片中的至少一个承载复制光学元 件，并且另一个可以包括或可以意图接纳光学元件或其它功能元件，诸如光电元件(例如， CCD或CMOS传感器阵列)。晶片堆叠因此包括并排布置的多个大体相同的集成光学器件。通过隔离装置，例如US 2003/0010431或WO 2004/027880中公开的多个单独隔离 物或互连隔离矩阵，可以将晶片相互隔离，并且还可以在晶片之间的面对另一晶片的晶片 表面上布置光学元件。因此，隔离物被夹在顶部晶片与底部晶片之间。可以用其它晶片和 中间隔离物来重复此布置。
发明内容
本发明的目的是产生隔离晶片和用于制造最初提及的类型的隔离晶片的方法，其 考虑简单且具有成本效益的制造过程。另一目的是提供改善结果得到的晶片堆叠的质量和 产量的隔离晶片。这些目的由根据各独立权利要求的隔离晶片和用于制造隔离晶片的方法实现。
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用于晶片堆叠的隔离晶片包括具有第一表面和第二表面的隔离体，并且其意图被 夹在第一晶片与第二晶片之间。也就是说，所述隔离物将靠着第一表面放置的第一晶片和 靠着第二表面放置的第二晶片保持彼此相距恒定距离。隔离物还提供被布置为使得第一晶 片和第二晶片的功能元件可以与开口对准的开口。用于制造隔离晶片的方法包括步骤 提供成形工具； 借助于形状复制过程，根据工具的形式来形成隔离物。在本发明的优选实施例中，形成隔离物的步骤包括步骤 提供可变形、亦即液体或粘性状态下的隔离材料； 将隔离材料的形状限定为工具的负版(negative)； 对隔离材料进行硬化，从而产生隔离晶片；以及 将隔离晶片与工具分离。优选地通过固化对隔离材料进行硬化。固化是高分子化学和工艺工程中的术语， 指的是通过由化学添加剂、紫外辐射、电子束(EB)或加热产生的聚合物链的交联进行聚合 物材料的韧化或硬化。因此，隔离物可以由首先处于液体或粘性状态且可固化的合成有机 或无机基材制成。一种优选基材是环氧树脂。可以将该基材可选地与用于着色的染料、和 /或诸如玻璃纤维等的填料金属混合。在成形工具仍处于原位的同时对材料进行固化_例 如UV固化。UV光固化是考虑到很好地控制硬化过程的快速工艺。在本发明的另一优选实施例中，隔离物由热塑性材料制成。将其加热并随后通过 形状复制过程、例如通过包括注模的冲压或模制来对其进行成形。在冷却时，材料以隔离物 的期望形状硬化。复制过程可以是压印或冲压过程，其中，将可变形或粘性或液体组分隔离材料设 置在衬底的表面上或成形工具上。也就是说，在工具与衬底之间布置衬底材料。衬底通常 是在尺寸上同样为晶片规模的硬板，其中，‘晶片规模’指的是与半导体晶片相当的尺寸的 盘状或板状衬底的尺寸，诸如具有在2英寸与12英寸之间的直径的盘。然后，移动并靠着 衬底压紧复制工具或成形工具。最迟一旦成形工具抵靠衬底，该移动立即停止。作为替换，复制过程可以是模制过程。相反，在模制过程中，首先将从中对隔离物 进行成形的成形工具压到衬底的表面上以形成限定腔体，随后通过模制过程填充该腔体。
0022]在本发明的另一优选实施例中，将隔离材料设置在工具上，并在靠着工具移动衬 底之前，在衬底板与隔离材料之间布置抗粘附层。该抗粘附层允许硬化隔离物容易地从衬 底板分离。抗粘附层可以是例如聚酯薄膜的薄箔，或者可以是通过对衬底进行喷洒或润湿 涂敷的材料(例如，聚四氟乙烯)的抗粘附膜。可以在固化之后将抗粘附层留在隔离物上。在本发明的优选实施例中，提供成形工具的步骤包括借助于形状复制过程根据靠 模的形状来形成工具。然后可以将工具补充为包括用于增加硬度和坚固性的背板。在本发明的另一优选实施例中，第一和第二表面中的至少一个包括将所述表面与 开口分离的边缘，并且对隔离材料进行硬化的步骤包括使边缘附近的区域中的隔离晶片的 厚度缩减得比在边缘本身处的大。这得到隔离物，其中，边缘处的隔离晶片的厚度超过边缘 周围的表面位置处的隔离晶片的厚度。换言之，边缘相对于隔离物的平均厚度而言提高。在 本发明的优选实施例中，边缘相对于周围表面的提高约为一至十微米。隔离物本身通常具有100至1500微米的厚度。当使用隔离物来此产生堆叠时，将粘合剂、即液体或粘性胶涂敷于隔离物的表面。 由于边缘的提高，隔离物与相邻晶片之间的自由空间朝着边缘逐渐缩减。液体粘合剂被毛 细管力朝着边缘吸引。这有助于保证即使在粘合剂中陷入气泡，在边缘附近或边缘处也不 留下气泡。相反，通过将粘合剂吸引在那里迫使任何空气远离边缘。结果，即使在将晶片堆 叠切割成单独的单元之后，边缘也被很好地密封。即使在边缘处不存在显著地提高，或根本没有提高，粘合剂也将沿着两个晶片之 间的间隙散布，只要存在粘合剂的贮存处即可。此类贮存处可以是沉积在一个晶片上、在稍 后与另一晶片相对地移动的表面上、和/或在腔体中的一滴或一点粘合剂，但是使得该滴 相互靠着设置晶片时与另一晶片接触。非常接近的晶片表面之间的间隙由于毛细管力而变 得被胶/粘合剂填充，并且，空气相反地移位至腔体中。这是相对局部的效应，因为空气和胶的交换在例如大约Imm(毫米)至小于3mm内 发生(对特定的典型粘合剂)。例如，如果没有腔体的区域在给定腔体之间延伸约3mm，则 在一个维度上，气泡可以沿着这3mm在不确定的任意位置处形成。在中间引入腔体，即在中 间，在距现有腔体1.5mm处，促使空气集中在腔体处，即在明确限定的位置处。还可以根据其功能将这些附加腔体或凹坑称为流量控制腔体。然而，这不排除其 同样具有其它功能。相反，当其它腔体或开口与光电或微电子元件的主要功能相结合地使 用，例如用于光的通过时，应将其它腔体或开口称为器件腔体。应将要粘合在一起的两个表 面之间(例如，在隔离物与衬底之间)的间隙或窄隙简单地称为间隙。在本发明的优选实施例中，如果凹坑或腔体是邻接的且其沿着用于分割晶片的切 割线定位，则出现其另一种功能。如果在没有粘合到顶部晶片的情况下分割隔离晶片，则由 切割锯造成的锯齿状边缘位于凹陷区域中而不是在诸如边缘区的最高区域中。当稍后将单 个隔离晶片以其顶面粘合到另一表面时，锯齿状边缘不妨碍顶面与另一表面的对准。当只存在稍后产生的光学元件所需的器件腔体或开口时，则任何过量的胶应积聚 在腔体的边缘处。这要求胶剂量方法的一定精度，因为过多的胶最终将填充腔体至妨碍腔 体中的光学或电子元件的功能或光路径的程度。然而，如果存在附加腔体，则过量的胶应进 入其中，在那里其不产生干扰。并且，空气和过量的胶更快地流过被成形为通道的腔体，这 改善工艺的速度和胶厚度的均勻性。为了更好地控制胶的流量，在本发明的优选变体中，将胶设置到流量控制腔体上 或其中。胶的设置服从胶润湿要粘合在一起的两个表面之间的间隙的前提。结果，胶被毛 细管力吸入间隙中，直至其到达间隙的末端为止，即在器件腔体的边缘处。由这些边缘来明 确限定胶的边界。过量的胶保持在其来自的流量控制腔体中。胶可以流动的距离当然受到 可用胶的量、其粘度和诸如胶和晶片材料的润湿性等其它物理参数的限制。流量控制腔体比较容易在借助于形状复制过程制成的晶片(不仅是隔离晶片)中 制造。然而，还可以将流量控制腔体和相应结合方法应用于用其它工艺和材料制造的晶片。由于通过形状复制过程(而不是从玻璃板对其进行机械加工)来形成隔离物，所 以可以在隔离物的表面中形成实际上任意的形状并提供开口任意形状，除底切形状之外。 因此，在本发明另外的优选实施例中，靠模(master)的顶面和底面以及因此的相应隔离物 的顶面和底面中的至少一个包括用于收集剩余胶和空气的凹槽或通道、或用于在形成晶片堆叠之后将隔离物中的开口连接到环境空气的通道。此类通道可以在隔离物的顶面和/或 底面中形成。通过用承载功能元件的至少一个晶片堆叠根据本发明的至少一个隔离物来产生 晶片堆叠。通过将晶片堆叠分离或切割成多个晶片堆叠元件，制造相应的集成光学器件作 为来自晶片堆叠的晶片堆叠元件。晶片堆叠可以是中间产物，包括例如一个晶片和一个隔 离物。可以在稍后对此类堆叠提供被隔离物隔开的另一晶片。或者，可以将堆叠切割成单 独的元件，逐个地使用隔离物对该单独元件进行组装。在本发明的优选实施例中，晶片一方面包括围绕开口(或器件腔体)的隔离区域， 另一方面包括剩余区域。使得剩余区域或连接区域至少为晶片的一半厚，优选地小于其总 厚度的20%。绝对地说，连接区域优选地至少0. 2mm至0. 3mm厚，总厚度在例如0. 5mm至 Imm至1.5mm范围内。结果，晶片的机械稳定性足以限定开口和周围隔离区域的相对位置。 然而，由于连接区域是相对薄的，所以得到以下优点■晶片与在全部区域上具有全厚度的晶片相比很少会翘曲。晶片变得较厚时，这 变得特别重要，例如对于大于Imm的厚度而言。■由于从模具去除晶片之后的材料膨胀，晶片很少会沿xy方向、即在晶片的平面 内膨胀。■晶片的任何部分处的有效壁厚减小。也就是说，从晶片的最深点到晶片表面的 距离减小。结果，用于硬化的更多UV光到达最深点，并改善了硬化过程。在UV照射之后， 当晶片不再在模具中时发生且可能还涉及不期望的晶片变形的硬化的时间减少。可以将连接区域-通常为在晶片的至少一个表面中成形的凹槽结合到隔离晶片 中，以及承载功能元件的晶片中，诸如结合被模制到晶片中或其上的透镜的模制晶片。在本发明的另一优选实施例中，隔离区域包括具有平行于隔离晶片的平面的基本 上平坦的表面的小的提高突出体，其限定隔离晶片的总厚度。这对于必须明确限定隔离物 厚度的应用而言可能是必要的。在本发明的另一优选实施例中，连接区域包括直角通道网格。这留下矩形、台状隔 离物区域。所述通道优选地被布置为处于晶片堆叠(限定？)将被分割成单元元件、即沿 着切割线分割的位置上。因此，还可以将通道称为切割通道。得到以下其它优点■切割锯必须切穿较少的隔离物晶片材料，减少锯条上的磨损，和/或允许更快 的分割。■锯切过程中的可选改善是切割中的锯切步骤的减少可以在不必使锯切过程适 应材料变化的情况下锯穿多层材料。在本发明的另一优选实施例中，连接区域包括被接合隔离物区域的桥元件分离的 通孔。这进一步减少可能促进隔离晶片的翘曲及其它变形的连接区域中的材料量。优选地，切割通道的宽度在0. 2mm左右，即类似于切割锯条的厚度。优选地，通道 宽度略大，考虑到了通道与锯的相应的不对准。将深连接区域的优点与流量控制腔体不应过深的要求组合得到本发明的混合优 选实施例在这里，表面区域一方面包括限定隔离晶片的厚度的突出体，另一方面包括用于 沉积胶和/或用于吸收过量胶的局部流量控制腔体相对深的连接区域将过深而不允许足 够量的胶到达被粘合到隔离区域上的衬底。因此，将这些一个或多个局部流量控制腔体布置在隔离区域的顶面上。胶被沉积在这些流量控制腔体中，并且当将隔离物粘合到另一表 面时如已经解释地那样造成胶的流动。在用于产生隔离晶片或工具的复制过程中，深的连接区域可能由于陷入空气而导 致问题。因此，作为仅在模具(工具或靠模)上倾倒复制品的替代，执行以下步骤-最初，将复制材料的至少一部分喷洒到模具上，从而润湿整个复制表面并优选地 填充深特征。一方面，其在没有陷入空气的情况下填充模具的较深特征，另一方面，大大地 改善了模具表面的润湿性。-随后，将液体复制材料分布在模具上。这优选地通过将预定量的液体复制材料放 置到模具上、至少大约在模具的中间处并随后朝着模具移动板(反之亦然)、促使复制材料 向外流、覆盖整个模具并将空气推出来实现。最初对模具喷洒复制材料以便改善相对于随后涂敷的复制材料的润湿性的这种 方法当然可适用于任何复制阶段，特别是涉及深且窄的特征的阶段。胶以一定的润湿角或接触角(即内角，在胶内部，在模具表面与胶表面之间)沿着 模具的干燥表面流动。对于干燥模具而言，此角度通常大于90°。结果，在模具的形状周围 流动并再次相遇的胶很可能在会聚的胶之间陷入空气。相反，如果至少用胶的薄膜来覆盖模具表面，则在模具表面上流动的成块胶之间 的润湿角是小的，通常远低于90°结果，在形状周围流动的胶首先在该形状的表面处相遇， 并且在胶的两个会聚部分之间不陷入空气。在本发明的另一实施例中，不仅是隔离物，而且晶片堆叠的其它元件由塑料材料 制成并通过形状复制过程来制造。此类其它元件特别地是承载功能元件的晶片、和光学功 能元件(折射和/或衍射透镜)本身。塑料材料可以是树脂、环氧或热塑性材料，并且优选 地是可固化的，特别是UV可固化的。所选塑料材料优选地被设计为能够经受达到约260°C的温度，以便例如考虑到了 对晶片堆叠和将其安装在上面的印刷电路进行回流焊接。结果，通过用塑料材料替换用于晶片衬底的常见玻璃材料，可以用相同或类似的 过程来制造不同的晶片类型，这简化制造过程并减少所使用的工具和设施的数目。通过从属权利要求，其它优选实施例是显而易见的。可以将方法权利要求的特征 与器件权利要求的特征组合，反之亦然。
在下文中将参照在附图中以示意性的方式示出的优选示例性实施例来更详细地 解释本发明的主题，在附图中图1示出靠模的顶视图；图2示出靠模的截面的横向剖视图；图3示出具有从靠模成形的工具的靠模的截面的横向剖视图；图4示出具有复制材料的工具的截面的横向剖视图；图5示出工具的截面的横向剖视图，具有在工具与板之间成形的复制材料；图6示出结果得到的隔离物的截面的横向剖视图；图7示出隔离物的立视图8示出隔离物的细节的横向剖视图；图9示出晶片堆叠的细节的横向剖视图；图10示出靠模的另一实施例的横向剖视图；图11示出隔离物的相应细节的横向剖视图；图12示出隔离物的相应细节的立视图；图13在立视图和横向剖视图中示出具有连续或连接通道的隔离物和沉积的胶 滴；图14示出不相连的凹槽或通道；图15示出没有功能相关开口的隔离物中的不相连凹槽或通道；图16示出空气和过量的胶朝着凹槽的流动；图17示出具有深凹槽并因此较不易于翘曲的隔离物；图18示出本发明的优选实施例中的隔离晶片的单个切断隔离元件；图19示出本发明的优选实施例中的单个切断晶片堆叠元件；以及图20示出用于用胶的两步涂敷来复制隔离晶片的工艺步骤。在图中所使用的参考标号及其意义在参考标号列表中以概要的形式列出。原则 上，在图中对相同的部分提供相同的参考标号。
具体实施例方式图1示出靠模3的顶视图，并且图2示出靠模3的截面的横向剖视图。靠模3包 括腔体23并具有本质上与最终隔离晶片相同的形状，例外的是某些维度(x，y，x)膨胀而补 偿在隔离晶片制造过程期间发生的任何收缩。通常，只要隔离晶片的高度或厚度不超过某 一高度，则只需补偿晶片的高度(ζ维度)的收缩，并且可以忽视平面(X和y维度)内的收 缩。对于较厚的隔离晶片，例如，对于某些材料而言大于1mm，晶片可能在固化期间或之后翘 曲。靠模3可以是由金属或玻璃或其它材料制成的高精度机械加工部件。出于制造隔离晶 片的本目的，优选地通过由钢或玻璃来制造靠模隔离晶片并随后将其粘合到由钢或玻璃制 成的平面来产生靠模。可以用抗粘附涂层来处理靠模以便在模具制造步骤期间更好地释放 模具2。腔体23被示为是具有垂直侧壁的圆形，但是还可以包括其它形状和倾斜的壁，得到 相应地形成的隔离物。腔体23、或隔离晶片上的其它特征形成例如每2mm至3mm至5mm重 复的网格。在下一步骤中，由靠模3来制造模具，或简单地说是工具2。这通过在靠模3的顶 部上倾倒液体或粘性材料来执行。图3示出具有从靠模3成形的工具2的靠模3的截面的 横向剖视图。一旦液体或粘性材料凝固，则将工具2与靠模3分离。因此，工具2具有靠模 3的负版外形(negative topography) 0工具2可以由材料合成物制成。例如，可以使用玻 璃背板(图中未示出)来增加工具的硬度，同时使用柔软材料来对靠模的外形进行成形。相 对软(与玻璃相比)的工具材料可以由诸如PDMS(聚二甲基硅氧烷)的塑料制成。在工具准备好的情况下，可以开始隔离晶片制造。为此，向工具2上沉积或倾倒限 定量的可固化材料(优选地为诸如环氧材料的UV固化材料)。图4示出此阶段的横向剖视 图，亦即添加有复制材料20的工具2的截面。然后，将板4放置在工具2和复制材料20上。可以向板4施加一些压力以迫使复制材料20进入工具2的腔体。在面对隔离材料20的板4的一侧，可以施加抗粘结层5以 使得在固化之后容易分离隔离晶片。抗粘结层5可以是仅用于隔离晶片一次的牺牲聚酯薄 膜箔。硬背板4可以是玻璃板以也让UV光在复制材料20的UV固化期间通过玻璃板4。图 5示出具有工具2的截面的此阶段的横向剖视图，具有在工具2和板4之间成形的复制材料 20 (或箔5，如果其存在)。一旦隔离晶片材料20被均勻地散布于工具2，则将整个夹层结构(工具2、盖板4、 可选箔5和隔离材料20)放置在UV光下以使隔离晶片材料20凝固。在凝固之后，可以通 过提升顶板4并从新成形的隔离晶片1去除隔离晶片工具2来打开该夹层结构。然后可以 再次填充工具2以制造下一个隔离晶片1。通常，可以从工具制造几十个至几百个隔离晶 片。从一个工具制造的隔离晶片的数目是隔离晶片和工具材料的相容性的函数。出于经济 原因，工具材料与隔离晶片材料的良好相容性有益于使工具的使用寿命最大化。在从工具分离隔离晶片1之后，牺牲聚酯薄膜箔5可以保持附着于隔离晶片1。此 聚酯薄膜箔5可以继续留在隔离晶片1上作为存储或其它工艺步骤期间的保护箔。图6示 出在固化并去除工具2和板4之后结果得到的隔离物或隔离晶片1的截面的横向剖视图。 在本示例中，示出了仍附着于隔离物1的箔5。在某些情况下，可以在聚酯薄膜箔5与工具2之间形成环氧材料的薄层或膜。此 膜在从隔离物1去除箔5时脱落，或者可以用压缩空气将其吹除。图7示出隔离物1的立视图。隔离物1的几何结构由原始靠模3的形状确定，除 由于在工具复制中和隔离物复制过程中的收缩而引起的尺度变化之外。隔离物1因此包括 多个开口 13，开口 13通过边缘或边缘区域15与隔离物的顶面11和底面12分离。在本发明的优选实施例中，复制材料20在固化期间、或者更一般地说在凝固过程 期间的收缩行为促使隔离孔周围的侧壁保持总体上略微高于隔离晶片1的平均高度。此高 度差在几微米的范围内，诸如一至十微米。图8示出隔离物的细节的相应横向剖视图。隔离晶片孔或开口 13周围的此增加的高度在将隔离晶片1粘合到扁平晶片期间 具有积极效果，诸如在形成晶片堆叠8时。这在图9中示出，图9示出晶片堆叠8的细节的 横向剖视图；由于毛细管力的效应，涂敷于隔离物1表面的胶17被拉到胶间隙的最薄部分， 亦即到隔离开口 13周围的表面区域。因此，胶集中在隔离开口 13周围，并且迫使可能被陷 入隔离物1与相邻顶部晶片6之间的胶中的气泡18远离边缘15。结果，通过用顶部晶片 6(和底部晶片7)覆盖开口 13产生的隔离孔腔体被胶17密封。在本发明的另一优选实施 例中，(还)通过对靠模3和工具2进行成形以产生凹坑16来形成凹坑16。请注意，将顶面11和底面12、及顶部晶片6和底部晶片7标记为“顶部”和“底部” 以便易于说明；更一般地说，还可以将其标记为“第一”和“第二”表面/晶片。空气的陷入主要在将顶部晶片6粘合到隔离物时是个问题如果首先将底部晶片 7粘合到隔离物1，则开口 13打开，并且胶可能从隔离物下面溢出到开口 13，使空气移位通 过开口 13。然而，当随后将顶部晶片6粘合到隔离物1时，则空气不能再通过开口 13溢出， 因为其现在在两端处是关闭的。这是在由提高的边缘引起的毛细管效应开始起作用来密封 边缘15时的情况。图9还举例示出由开口 13限定的腔体之一中的功能元件9。实际上，通常每个开 口 13将包括此类功能元件9。这些功能元件9通常是光学或电光器件，诸如折射或衍射透镜、光受体、光敏或光发射器件、图像传感器等。对于每个晶片，功能元件9通常是彼此相同 的并由晶片规模制造工艺产生，例如用于形成元件的复制过程或用于形成电子或光电元件 的IC制造。在将功能元件9与隔离物1组合之前将其布置在顶部晶片6和/或底部晶片7 上。当晶片堆叠8完成时，这可能涉及未示出的晶片和隔离物，沿着切割线22将晶片堆叠 8切割成单独元件、或晶片堆叠元件19，其优选地是集成光学器件21。图10示出包括在复制之后得到布置在图11所示的开口 13周围的隔离凹槽25的 靠模凹槽24的靠模3。隔离凹槽25优选地被沿着切割线布置并用于在将顶部晶片6放置 在隔离物1上时收集过量的胶。隔离凹槽25可以相互连接并连接到隔离物1的侧面，或者 其可以形成收集并包含多余胶的隔离体积并通过毛细管力迫使空气远离边缘或边缘区域 15。在用于将顶部晶片6粘合到隔离物1上的相应方法中，仅将胶涂敷于顶面11的选择区 域。例如通过(丝)网印刷或喷射(类似于喷墨式印刷机中的喷墨印刷)来实现此选择性 胶沉积。将所选区域或粘合区域28布置在留在开口 13与隔离凹槽25并且可选的通气通 道26之间的表面区域中的顶面11上，在下文中进行解释图12示出隔离物1的相应细节的立视图。仅示出了多个隔离元件中的四个。该 隔离元件被对应于未来切割线的隔离凹槽25分离。隔离元件中的三个被示为具有被顶面 11完全围绕的开口 13，使得在将顶部晶片6粘合到隔离物1之后，开口 13将被密封，如参 照图9所解释的那样。隔离元件之一包括远离开口 13引出的顶面11中的通气通道26。在 不应将开口 13密封的应用中使用此类实施例。通气通道26通向远离开口 13的位置并例 如在切割晶片堆叠时被切开。在切开通气通道26之后，开口 13向环境空气打开。通气通 道26优选地包括障碍物，例如，诸如曲径(meander) 27或窄部的形状特征。此类障碍物允 许空气流过完成的通道26，但是形成用于例如在切割晶片堆叠时使用的冷却液体的障碍， 从而防止液体进入开口 13。当向顶面11涂敷胶时，通气通道26当然也被从粘合区域28排 除。可以向粘合表面28本身涂敷胶，而且可以向凹槽25的选择部分涂敷，例如在凹槽25 的网格的交叉点29处。在后一种情况下，当将顶部晶片6放置在隔离晶片1上时，胶将被 毛细管力吸出凹槽25并散布于粘合表面28上。在本发明的优选实施例中，对于每个开口 13而言，仅存在单个此类通气通道26。 这将防止在切割锯切穿通气通道26时水通过通气通道26进入，因为不存在相应体积的空 气可以通过其离开开口 13第二通道。虽然图12举例示出作为同一隔离物1的一部分的两种不同类型的隔离元件，但实 际上通常所有的隔离元件将是相同类型的，亦即有或没有通气通道26。图13在立视图和在横向剖视图A-A'中示出与在图12中类似的通道或凹槽25。 剖视图A-A'示意性地示出在凹槽25的交叉点处设置在凹槽25中或之上的胶滴30。还可 以沿着凹槽25将液滴30涂敷于其它位置，或边缘区域15。在所有情况下，毛细管力将胶吸 出凹槽25进入位于隔离晶片1上的另一晶片之间的空间并使胶分布在晶片之间。此方法 起作用的前提是在将另一晶片放置在隔离晶片1上之后，胶必须与两个晶片之间的窄隙或 间隙接触，以便被吸入间隙中。为了此方法起作用，对于液体环氧胶而言，凹槽25与其它凹 槽25或开口 13之间的距离应为2mm或3mm或5mm左右。图14在立视图中示出在隔离物中具有分离或不相连凹槽的其它布置与图12的 交叉和接合的凹槽25相反，凹槽25是不相交的。凹槽25充当流体控制腔体，因为其控制
12边缘区域15中的空气和胶的流量。流量控制腔体可以具有变化尺寸和在晶片表面上的分 布。流体控制腔体的宽度可以为从0. 05mm至10mm，其深度例如为0. 02mm至10mm，并且腔 体的间距可以是0. 1匪至10匪。根据图15，使用本发明的另一优选实施例将没有任何开口 13的晶片粘合到衬底。 凹槽25控制胶的流量，使得一方面过量的胶被集中在凹槽中，并且另一方面，任何陷入空 气被收集在凹槽25中。这允许控制气泡的位置，使得胶层的预定区域28没有空气。当然， 还可以用交叉和接合凹槽来实现此流量控制。图16在横向剖视图中示意性地示出由箭头 指示的空气和过量的胶17朝着凹槽25的流动，如果胶17位于远离凹槽25 (或开口 13)的 位置的话。虽然所示的示例是基于液滴沉积，即单独地沉积一滴胶，但本发明在沿着线或多 个线段沉积胶时也可适用。此类线可以是直线或曲径线。原则上，参照图11至16所解释的流动效应、几何特征15、16、25和胶设置可适用 于任何类型的晶片，不仅是在复制过程中制成的隔离晶片1。然而，复制过程使得特别容易 制造具有用于控制胶流量的几何特征的隔离晶片1。如果稍后将在制造过程中切割晶片，则再次优选地将凹槽25设置为与切割线22一致。在本发明的另一优选实施例中，凹槽25的深度至少是隔离晶片1的厚度的一半或 达到80%或以上。绝对地说，对于例如Imm至1.5mm或2mm的隔离晶片而言，凹槽或通道 25优选地如此深，以致于将晶片保持在一起的剩余材料具有0. 2mm至0. 4mm至0. 5mm的厚 度。图17示意性地示出此类隔离晶片1的截面的视图，深凹槽25将剩余材料限定为台状 隔离元件31。具有此类深凹槽25防止隔离晶片1翘曲或过度收缩。在切割线22与深凹槽 25 一致的情况下，切割过程对锯产生较少的磨损，并且可以使其简化。图18示出与晶片分离的单个隔离元件31。隔离元件31的顶面33包括从顶面33 突出的微隔离物32。其突出的高度优选地约为20微米，亦即在10或15至25或35微米之 间。由于本实施例中的深凹槽25可能太深而不能在使隔离晶片1接合到顶部晶片6之前 沉积胶17，所以优选地将胶17涂敷到顶面33。微隔离物32限定顶部晶片6停靠在隔离晶 片1上的精确距离。就胶的流动而言，微隔离物32对应于图11的边缘15，并且顶面33的 其余部分对应于图11的凹坑16。还可以将这些顶面33视为局部流量控制腔体33，亦即局 限于对应于一个晶片堆叠元件19的特定台面的隔离区域的流量控制腔体。顶面还可以包 括如图12所示的一个或多个通气通道。可以制造没有顶部晶片6的中间产物并将其切割、即分割成单独的晶片堆叠元件 19。结果得到的晶片堆叠元件19因此至少包括底部晶片7的切断部分(例如，具有光学或 电子元件)和隔离晶片1。可以在单独的稍后过程中将此晶片堆叠元件19通过隔离晶片的 自由顶面逐个地粘合到另一对象。然后，流量控制腔体可以提供其功能。图19示出此类单个切断晶片堆叠元件19，其被从晶片堆叠切断并包括底部晶片7 的至少切断部分和隔离元件31。这里所示的隔离元件包括覆盖隔离元件31的几乎整个顶 面的微隔离物32，但其被形成剩余顶面33的小横档(ledge)与原始凹槽25和对应于凹槽 25的切割线隔开。此横档对应于图9和11所示的凹陷区域16。因此，又一个微隔离物32 被布置在第一和第二表面11、12中的至少一个上并与切割线22相距预定的距离。
当然，还可以用如在图18中成形的隔离物来制造晶片堆叠元件19。如图18和19中的微隔离物32与切割线间隔开这一事实提供切割锯不干扰隔离 晶片或单个晶片堆叠元件19的最顶面(即，微隔离物32的顶面)的附加优点。由切割锯 切割到隔离元件31的主体中产生的任何锯齿状边缘将局限于剩余顶面33的区域，其比微 隔离物32的低。结果，此类非理想边缘在将顶面粘合到另一元件时不产生干扰。横档的宽 度例如在100与300微米之间，并且其高度与参照图18描述的微隔离物32的一样。图20示出用于复制包括诸如深凹槽25的深特征、和在步骤a)中提供的工具中的 相应地相对薄且高的隔离元件31的隔离晶片1的工艺步骤。这些隔离元件31对应于工具 2中的深隔离元件负版34。深凹槽25对应于工具2中的高脊35。图4所示的复制步骤、即 在工具2上沉积一滴隔离材料20并在工具2上散布隔离材料20可以导致在工具2的较深 特征34中陷入空气。因此，在本发明的优选变体中，在第一沉积步骤b)中，将隔离材料或 复制材料20喷洒到工具2上，用薄层覆盖工具2的整个复制表面。优选地，较深特征34也 在此步骤中被至少部分地填充。在随后的沉积步骤C)中，将复制材料20放置或倾倒在工具上，优选地接近工具的 中间。在另一步骤d)中，如箭头所指示的，复制材料20在工具2上向外流动，随着板4相 对于工具2朝着工具2移动而被重力和/或板4驱动。或者，可以将工具2浸入复制材料 中，填充剩余腔体。相同的过程当然可适用于由靠模3产生工具2本身，和其中需要填充深特征的任 何其它复制过程。虽然在本发明的本优选实施例中已描述了本发明，但应清楚地理解的是本发明不 限于此，而是可以在权利要求范围内以各种方式来体现和实施。
0112]标号列表0113]1隔离物0114]2工具0115]3靠模0116]4背板0117]5箔、抗粘附层0118]6顶部晶片0119]7底邰晶片0120]8晶片堆叠0121]9功能元件0122]10隔离体0123]11顶面0124]12底面0125]13开口0126]14侧壁0127]15边缘0128]16凹坑0129]17胶
14
18空气
19晶片堆叠元件
20隔离材料
21光学器件
22切割线
23腔体
24靠模中的凹槽
25隔离物或晶片中的凹槽
26通气通道
27曲径
28粘合区域
29交叉点
30胶滴
31隔离元件
32微隔离物
33顶面
34隔离元件负版
35脊
权利要求
在一种用于通过在承载多个功能元件(9)的第一晶片(6)与承载与第一晶片(6)的功能元件(9)对准的多个功能元件(9)的第二晶片(7)之间夹入隔离晶片来产生晶片堆叠(8)并将晶片堆叠(8)分离成多个集成光学器件(21)而制造集成光学器件(21)的方法中一种制造用于晶片堆叠(8)的隔离晶片(1)的方法，隔离晶片(1)包括具有第一表面(11)和第二表面(12)的隔离体(10)，隔离晶片(1)被成形为将靠着第一表面(11)放置的第一晶片(6)和靠着第二表面(12)放置的第二晶片(7)保持在相互之间相距恒定距离，隔离晶片(1)还包括多个开口(13)，包括步骤●提供成形工具(2)；●借助于形状复制过程，根据工具(2)的形式来形成隔离物(1)。
2.权利要求1的方法，其中，形成隔离物(1)的步骤包括步骤 提供可变形状态的隔离材料(20)；眷将隔离材料(20)的形状限定为工具(2)的负版； 眷对隔离材料(20)进行硬化，从而产生隔离晶片(1)； 将隔离晶片(1)与工具(2)分离。
3.权利要求2的方法，其中，提供可变形状态的隔离材料(20)的步骤包括步骤 通过喷洒将隔离材料(20)的量的至少一部分沉积到工具(2)上； 可选地通过倾倒或浸渍将隔离材料(20)的量的其余部分沉积到工具(2)上。
4.权利要求2或权利要求3的方法，其中，限定隔离材料(20)的形状的步骤包括步骤 在工具(2)与硬板(4)之间、优选地在工具(2)的中心区域附近布置隔离材料(20)； 使板(4)和工具(2)彼此相对地移动，直至板(4)处于与工具(2)的预定距离为止；优选地迫使隔离材料(20)从中心区域向外。
5.权利要求3或4的方法，其中，在板(4)与隔离材料(20)之间布置抗粘附层(5)。
6.权利要求2至5中的一项的方法，其中，第一和第二表面(11、12)中的至少一个包括 将所述表面(11、12)与开口(13)分离的边缘(15)，并且其中，对隔离材料(20)进行硬化的 步骤包括使边缘(15)附近的区域中的隔离晶片(1)的厚度收缩得比在边缘(15)本身处的 大。
7.前述权利要求中的一项的方法，其中，提供成形工具(2)的步骤包括借助于形状复 制过程根据靠模(3)的形状来形成工具(2)。
8.一种用于将晶片堆叠(8)的两个晶片分离的隔离物(1)，晶片堆叠(8)包括承载多 个功能元件(9)的第一晶片(6)和承载与第一晶片(6)的功能元件(9)对准的多个功能元 件(9)的第二晶片(7)，晶片堆叠(8)可分离成多个集成光学器件(21)，所述隔离物是包括具有第一表面(11))和第二表面(12)的隔离体(10)的隔离晶片 (1)，隔离晶片(1)被成形为将靠着第一表面(11)放置的第一晶片(6)和靠着第二表面 (12)放置的第二晶片(7)保持在相互之间相距恒定距离 隔离晶片(1)还包括多个开口(13)， 其中，借助于形状复制过程来制造隔离晶片(1)。
9.权利要求8的隔离物(1)，其中，隔离物(1)由通过固化被硬化的材料制成。
10.权利要求9的隔离物(1)，其中，隔离晶片⑴由UV固化材料、特别是环氧树脂制成。
11.权利要求10的隔离物(1)，其中，隔离物(1)由热塑性材料制成。
12.—种晶片(1)，其优选地根据权利要求1至7中的一项制造，并将会被结合在晶片 堆叠(8)中，晶片堆叠(8)包括承载多个功能元件(9)的第一晶片(6)和承载与第一晶片(6)的功能元件(9)对准的多个功能元件(9)的第二晶片(7)，晶片堆叠⑶可分离成多个 集成光学器件(21)，晶片(1)包括具有将被靠着另一晶片(6)的表面放置的至少第一表面(11)的主体 (10)，晶片(1)还在至少第一表面(11)中包括多个腔体(25)，其适合于在靠着另一晶片(6) 粘合晶片(1)时收集过量胶和空气中的至少一个。
13.权利要求12所述的晶片(1)，晶片是用于将晶片堆叠(8)分离的隔离晶片(1)， 隔离晶片(1)包括具有第一表面(11)和第二表面(12)的隔离体(10)，隔离晶片(1)被成形为将靠着第一表面(11)放置的第一晶片(6)和靠着第二表面(12)放置的第二晶片(7)保持在相互之间相距恒定距离，隔离晶片(1)还包括多个开口(13)，其中，第一和第二表面(11、12)中的至少一个包括将所述表面(11、12)与开口(13) 分离的边缘区域(15)，并且其中，边缘区域(15)处的隔离晶片(1)的厚度超过在边缘区域 (16,25)周围的表面位置处的隔离晶片(1)的厚度。
14.权利要求13的晶片(1)，其中，表面(11)相对于边缘区域(15)形成凹坑(16)。
15.权利要求14的晶片(1)，其中，边缘区域(15)处和边缘区域(15)周围的表面位置 处的厚度差在一至十个微米范围内。
16.一种用于将晶片堆叠(8)的两个晶片分离的如权利要求13至15中的一项所述的 晶片(1)，其中，适合于收集过量胶和空气中的至少一个的腔体(25)是布置在开口(13)之 间的第一和第二表面(11、12)中的至少一个上并通过边缘区域(15)与开口(13)分离的隔 离凹槽(25)。
17.权利要求13至16中的一项所述的晶片(1)，其中，隔离凹槽(25)与用于将晶片堆 叠(8)分离成单独器件(21)的切割线(22)重合。
18.权利要求16或17所述的晶片(1)，其中，隔离凹槽(25)的深度为隔离物⑴的高 度的至少50%至80%或90%，并且优选地通过复制过程来制造晶片(1)。
19.权利要求8至11或13至18中的一项所述的隔离晶片(1)，包括在隔离物(1)的 表面(11、12)中成形的从开口(13)引向远离各开口(13)的所述表面的位置的通气通道 (26)。
20.权利要求19的隔离晶片(1)，其中，通气通道(26)包括阻碍材料流过通气通道 (26)的障碍物。
21.权利要求17至20的隔离晶片(1)，包括布置在第一和第二表面(11、12)中的至少 一个上并与切割线(22)相距预定距离的又一微隔离物(32)。
22.—种晶片堆叠(8)，包括权利要求8至21中的一项的隔离物或晶片(1)。
23.一种晶片堆叠元件(19)，其是通过将晶片堆叠(8)分离成多个晶片堆叠元件(19)从权利要求22所述的晶片堆叠(8)制造的。
24.一种用于结合至少两个晶片(1、6)的方法，包括步骤_提供第一晶片(1)，第一晶片⑴在第一晶片⑴的至少第一表面(11)中包括多个 流量控制腔体(25)和多个提高区域(15)； _提供另一晶片(6)；-在第一晶片(1)和另一晶片(6)中的至少一个上沉积粘合剂(17)； -将第一晶片(1)的第一表面(11)放置为接近于另一晶片(6)，有粘合剂(17)在其之 间，从而促使粘合剂(17)被毛细管力驱动而从流量控制腔体(25)流到提高区域(15)并从 而使陷入在晶片(1、6)之间的空气从提高区域(15)移位到流量控制腔体(25)。
25.权利要求24的方法，包括在将粘合剂(17)沉积在第一晶片(1)的流量控制腔体 (25)中、或在当第一晶片(1)和另一晶片(6)被放置为相互接近时对应于流量控制腔体 (25)的位置的位置处的另一晶片(6)上。
全文摘要
用于晶片堆叠(8)的隔离晶片(1)包括具有第一表面(11)和第二表面(12)的隔离体(10)，并意图夹在第一晶片(6)与第二晶片(7)之间。也就是说，隔离物(1)将靠着第一表面(11)放置的第一晶片(6)和靠着第二表面(12)放置的第二晶片(7)保持在相互之间相距恒定距离。隔离物(1)提供被布置为使得第一晶片(6)和第二晶片(7)的功能元件(9)可以与开口对准的开口(13)。隔离物(1)借助于形状复制过程由成形工具(2)形成并优选地由通过固化被硬化的材料制成。在本发明的优选实施例中，第一和第二表面(11、12)中的至少一个包括将所述表面(11、12)与开口(13)分离的边缘(15)且边缘(15)处的隔离晶片(1)的厚度超过边缘(15)周围的表面位置处的隔离晶片(1)的厚度。
文档编号G02B6/42GK101946199SQ200880127057
公开日2011年1月12日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月19日
发明者A·比特希, H·鲁德曼, M·罗西, N·斯普林 申请人:赫普塔冈有限公司