緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法
【專利說明】緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法[0001 ] 公開領(lǐng)域
[0002]本公開案涉及緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法。
[0003]背景
[0004]智能電話以及其他裝置有時(shí)包括小型光電模塊，諸如光模塊、傳感器或相機(jī)。光模塊可包括將光通過透鏡發(fā)射至裝置外部的發(fā)光元件，諸如發(fā)光二極管(LED)、紅外(IR)LED、有機(jī)LED(OLED)、紅外(IR)激光器、或垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。其他模塊可以包括測(cè)光元件。例如，可將CMOS和CCD圖像傳感器用于主要相機(jī)或前置相機(jī)。同樣，接近度傳感器和環(huán)境感光器可包括感光元件，諸如光電二極管。發(fā)光模塊和測(cè)光模塊以及相機(jī)可以各種組合進(jìn)行使用。因此，例如，光模塊如閃光模塊(flash module)可與具有成像傳感器的相機(jī)組合使用。與測(cè)光模塊組合的發(fā)光模塊也可用于其他應(yīng)用，如手勢(shì)識(shí)別或IR照明。
[0005]在將光電模塊整合至裝置(諸如智能電話)中時(shí)的一項(xiàng)挑戰(zhàn)是如何減少從光模塊中的光源的光泄漏或如何例如在傳感器或相機(jī)情況下防止入射的雜散光碰撞。盡管可使用各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這些特征，但是可能難以利用產(chǎn)生極緊湊的模塊的方式來這樣進(jìn)行，然而這種極緊湊的模塊對(duì)于空間寶貴的智能電話和其他裝置來說是尤其重要的。
[0006]概述
[0007]本公開案描述緊湊光電模塊以及用于這樣的模塊的制造方法。每個(gè)光電模塊包括一或多個(gè)光電裝置。側(cè)壁側(cè)向包圍每個(gè)光電裝置并且可與光電裝置側(cè)面直接接觸，或者在一些情況下，可與包圍光電裝置的包覆成型件直接接觸。側(cè)壁可例如由真空注入材料構(gòu)成，所述真空注入材料對(duì)光電裝置所發(fā)射或可由光電裝置檢測(cè)的光為非透明的。模塊還包括了無源光學(xué)元件。根據(jù)實(shí)施方案，無源光學(xué)元件可在用于模塊的蓋件上、直接在光電裝置的頂表面上或包圍光電裝置的包覆成型件上。
[0008]在一方面，例如，光電模塊包括光電裝置，所述光電裝置安裝在基板上。模塊側(cè)壁側(cè)向包圍光電裝置并與光電裝置側(cè)面直接接觸。側(cè)壁可例如由真空注入材料構(gòu)成，所述真空注入材料對(duì)光電裝置所發(fā)射或可由光電裝置檢測(cè)的光為非透明的。模塊還包括了透明蓋件，所述透明蓋件被設(shè)置在光電裝置之上。在一些實(shí)施方案中，透明蓋件是無源光學(xué)元件或可具有附接至其表面的無源光學(xué)元件。
[0009]在一些實(shí)施方案中，也存在有以下特征中的一或多個(gè)。例如，模塊側(cè)壁可由含有非透明填料材料的UV或熱固化聚合物材料構(gòu)成。透明蓋件可通過側(cè)壁與基板分離。在一些實(shí)施方案中，無源光學(xué)元件(例如，透鏡)直接設(shè)置在光電裝置的上表面上。在這種情況下，無源光學(xué)元件還可充當(dāng)模塊本身所用蓋件。在一些情況下，形成模塊側(cè)壁的非透明材料包覆成型在光電裝置的上表面上。包覆成型材料可限定用于放置無源光學(xué)元件的空腔。
[0010]根據(jù)另一方面，光電模塊包括光電裝置以及側(cè)壁，所述側(cè)壁側(cè)向包圍光電裝置并與光電裝置側(cè)面直接接觸。側(cè)壁可由對(duì)光電裝置所發(fā)射或可由光電裝置檢測(cè)的光為非透明的材料構(gòu)成。無源光學(xué)元件設(shè)置在光電裝置的上表面上，并且導(dǎo)電觸點(diǎn)在光電裝置下側(cè)上并布置來使得模塊直接安裝在主機(jī)裝置的印刷電路板上。因此，模塊可布置成使得光電裝置可直接安裝在外部印刷電路板上，而不需要居間PCB或其他基板。
[0011]又一方面，光電模塊包括:光電裝置，所述光電裝置安裝在基板上；以及透明的包覆成型件，所述透明的包覆成型件側(cè)向包圍光電裝置側(cè)面并且覆蓋光電裝置的頂表面。包覆成型件與光電裝置直接接觸。模塊進(jìn)一步包括:無源光學(xué)元件，所述無源光學(xué)元件在包覆成型件頂表面上；以及側(cè)壁，所述側(cè)壁側(cè)向包圍光電裝置并與包覆成型件的側(cè)面直接接觸。例如此類實(shí)施方案在光電裝置本身并不包括透明蓋件的情況下可以是有用的。另外，包覆成型件頂表面可成形來容納各種成形透鏡或其他無源光學(xué)元件或例如充當(dāng)棱鏡。
[0012]還描述制造模塊的方法。這種方法可以包括允許同時(shí)制作多個(gè)光電模塊的晶片級(jí)制造技術(shù)。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括一或多個(gè)復(fù)制和/或真空注入工具以形成模塊的各種特征。
[0013]在一些實(shí)施方案中，模塊可制作得相對(duì)緊湊，具有相對(duì)小的占用面積和/或較小總體高度。這種小型、緊湊模塊可尤其有利地用于空間寶貴的移動(dòng)電話和其他裝置。
[0014]其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下詳述、附圖和權(quán)利要求書顯而易見。
[0015]附圖簡(jiǎn)述
[0016]圖1例示根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的實(shí)例的橫截面圖。
[0017]圖2至圖6例示用于同時(shí)制造多個(gè)光電模塊的晶片級(jí)方法。
[0018]圖7至圖11例示制造多個(gè)光電模塊的第二晶片級(jí)方法。
[0019]圖12例示根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的另一實(shí)例的橫截面圖。
[0020]圖13是圖12的光電模塊的俯視圖。
[0021]圖14是根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的另一實(shí)例的橫截面圖。
[0022]圖15A至圖1?例示制造多個(gè)如圖14所示光電模塊的晶片級(jí)方法。
[0023]圖16A至圖16C例不根據(jù)本發(fā)明的光電模塊的其他實(shí)例。
[0024 ]圖17A至圖17G例示制造多個(gè)如圖16A至圖16C所示光電模塊的晶片級(jí)方法。
[0025]圖18A和圖18B例示根據(jù)本發(fā)明的模塊的另外實(shí)例。
[0026]詳述
[0027]本公開案描述包括充當(dāng)模塊側(cè)壁的非透明間隔物的各種緊湊光電模塊。這種模塊的實(shí)例例示在圖1中，該圖示出模塊20，所述模塊包括安裝在印刷電路板(PCB)或其他基板24上的光電裝置22。光電裝置22的實(shí)例包括發(fā)光元件(例如，LED、IR LED、OLED、IR激光器或VCSEL)或測(cè)光元件(例如，光電二極管或其他光傳感器)。發(fā)光元件或測(cè)光元件可嵌入例如半導(dǎo)體基板26中、或形成于其上，所述半導(dǎo)體基板26還可包括其他電路元件(例如，晶體管、電阻器、電容元件、以及電感元件)，并且所述發(fā)光元件或測(cè)光元件可由半導(dǎo)體基板26的頂部之上的透明裝置蓋件28(例如，玻璃蓋件)保護(hù)。
[0028]例如由玻璃、藍(lán)寶石或聚合物材料構(gòu)成的透明模塊蓋件30通過間隔物32來與基板24分離。透明模塊蓋件30總體上對(duì)光電裝置22所發(fā)射或可由光電裝置22檢測(cè)的光的波長(zhǎng)為透明的，但是透明模塊蓋件側(cè)面可被非透明材料33包圍。間隔物32優(yōu)選地由非透明材料構(gòu)成，所述非透明材料側(cè)向包圍光電裝置22并且充當(dāng)用于模塊20的側(cè)壁。如圖1所示，間隔物32與光電裝置22的側(cè)面直接接觸，從而可產(chǎn)生具有相對(duì)小的占用面積的高度緊湊模塊。
[0029]在一些實(shí)施方案中，附接至透明模塊蓋件30—側(cè)的是光學(xué)元件，諸如透鏡或漫射器34。在圖1的所示實(shí)例中，光學(xué)元件34存在于模塊20的內(nèi)部區(qū)域中。在一些實(shí)施方案中，光學(xué)元件34通過復(fù)制技術(shù)(例如，諸如蝕刻、壓花或模制)形成在透明模塊蓋件30上。在其他實(shí)施方案中，可將模制光學(xué)元件(例如，透鏡)固定在非透明材料構(gòu)成的框架中，或者可將模制光學(xué)元件復(fù)制到這種框架中。隨后，框架可附接至間隔物32。
[0030]光電裝置22可使用倒裝芯片技術(shù)安裝至PCB基板24。例如，裝置22下側(cè)可以包括一或多個(gè)焊料球或其他導(dǎo)電觸點(diǎn)38，以將光電裝置22電耦接至PCB基板24表面上的導(dǎo)電焊盤。為了提供進(jìn)一步穩(wěn)定性，光電裝置22的底表面與PCB基板24的頂表面之間區(qū)域可用粘合劑底填料42填充。PCB基板24又可包括經(jīng)鍍覆的導(dǎo)電通孔，所述經(jīng)鍍覆的導(dǎo)電通孔從導(dǎo)電焊盤處垂直延伸穿過基板24并耦接至基板24的外側(cè)面上的一或多個(gè)焊料球或其他導(dǎo)電觸點(diǎn)40。導(dǎo)電觸點(diǎn)40允許模塊20例如安裝在手持裝置(諸如移動(dòng)電話、平板或其他消費(fèi)電子裝置)中的印刷電路板上。
[0031 ]前述模塊可制作得相對(duì)緊湊，具有相對(duì)小的占用面積。例如，在一些實(shí)施方案中，圖1的模塊20的總體尺寸可為約2.0mm(長(zhǎng)度)X 2.3mm(寬度)X I.3mm(高度)。這種小型、緊湊模塊可尤其有利地用于空間寶貴的移動(dòng)電