CN103376527A - 用于晶片级照相机的透镜板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜板，该透镜板包括透明衬底晶片以及在透明衬底晶片上由材料的单部分形成的多个透镜和多个间隔物。本发明提供一种组件，其包括第一透镜板，第一透镜板包括第一透明衬底晶片、多个第一透镜和多个间隔物，第一透镜和间隔物在所述第一透明衬底晶片上由材料的单部分形成。该组件也包括第二透镜板，第二透镜板包括第二透明衬底晶片和形成于其上的多个第二透镜，多个第二透镜的每一个对应于多个第一透镜中的相应的一个。透镜板对准使得多个第一透镜的每一个与多个第二透镜中的相应的一个对准，并且透镜板彼此粘结。

Description

用于晶片级照相机的透镜板及其制造方法

技术领域

本公开涉及晶片级照相机、用于晶片级照相机的透镜板和制造用于晶片级照相机的透镜板的方法。

背景技术

晶片级照相机是典型地尤其在手机、笔记本电脑、平板电脑中使用的具有小占地面积的照相机。晶片级照相机包括形成图像的光学器件和用于感测图像的图像传感器。为了形成高品质图像，照相机模块的光学器件可以包括堆叠在图像传感器上并且有时由间隔物分离的若干透镜。

典型地通过使用类似于半导体制造的技术堆叠并且粘结在其上具有部件的晶片而制造晶片级照相机。例如，可以首先提供具有多个图像传感器的晶片。间隔物晶片可以放置在图像传感器晶片上。间隔物晶片具有多个开口，每个开口与图像传感器中的一个对准。具有多个透镜的晶片（被称为透镜板）然后放置在间隔物晶片上。透镜板的透镜和间隔物晶片的开口与图像传感器对准。在具有多个透镜的第二透镜板放置在晶片叠层上之前可以提供第二间隔物晶片。以该方式，多个间隔物晶片和多个透镜板可以包括在晶片级照相机的制造中。最后，将堆叠晶片分割成单独的晶片级照相机，每个晶片级照相机具有图像传感器以及间隔物和透镜的叠层。

在晶片级照相机中，一个或多个间隔物晶片典型地与透镜板对准，并且使用环氧树脂粘结到透镜板。这通常在透镜形成于透镜板上之前完成。该间隔物-透镜板粘结可能是困难的，原因是环氧树脂必须施加于间隔物晶片和透镜板之间，但是不在任何间隔物开口之中或之上。而且，不均匀粘结厚度会导致可变间隔物厚度。

用于晶片级照相机的常规间隔物晶片通常由玻璃晶片形成，通过在玻璃晶片中钻孔进行制造。钻孔过程可以由激光切割、磨蚀喷水切割、喷砂、化学蚀刻或其它工艺执行。激光钻孔极其昂贵并且耗时；例如，晶片级照相机的间隔物晶片的总制造成本的百分之八十与激光钻孔相关的情况并不罕见。激光钻孔也牵涉长的提前时间。如果需要新阵列间距或开口直径，则可能耗费数周或更长时间来获得间隔物晶片。这对于透镜设计和开发工作的快速原型制作尤其成问题。而且，在常规方法中，可能的间隔物厚度被限制到可变的标准玻璃晶片厚度。

发明内容

在实施例中，一种透镜板包括透明衬底晶片以及在透明衬底晶片上的由材料的单部分形成的多个透镜和多个间隔物。

在实施例中，一种组件包括第一透镜板，第一透镜板包括第一透明衬底晶片、多个第一透镜和多个间隔物，第一透镜和间隔物在所述第一透明衬底晶片上由材料的单部分形成。该组件也包括第二透镜板，第二透镜板包括第二透明衬底晶片和形成于其上的多个第二透镜，多个第二透镜的每一个对应于多个第一透镜中的相应的一个。透镜板对准使得多个第一透镜的每一个与多个第二透镜中的相应的一个对准，并且透镜板彼此粘结。

在实施例中，一种用于制造透镜板的方法包括：将材料的第一部分分配到工具上，该工具形成对应于间隔物和透镜的凹陷；以及将透明衬底晶片的第一侧布置到材料的所述第一部分上。该方法也包括调节所述透明衬底晶片的位置以使材料的所述第一部分带有分别用于间隔物和透镜的每一个的间隔物厚度和透镜厚度，以及固化材料的第一部分。

附图说明

本公开的前述和其它特征和优点将从优选实施例的更详细描述变得明显，如附图中所示，其中在不同视图中相似的附图标记始终表示相同的部分。附图未必按比例绘制，而是强调图解本公开的原理。

图1是常规透镜板的一部分的示意性横截面图。

图2是常规透镜板的平面图的示意图。

图3是正在对准、堆叠并且粘结到透镜板上的间隔物晶片的一部分的示意性横截面图。

图4是间隔物晶片的一部分的平面图的示意图。

图5是根据示例性实施例的透镜板的一部分的示意性横截面图。

图6是根据示例性实施例的堆叠到另一个透镜板上的透镜板的一部分的示意性横截面图。

图7是根据示例性实施例的形成晶片级照相机的晶片的一部分的示意性横截面图。

图8是根据示例性实施例的金属基础工具的一部分的示意性横截面图。

图9是根据示例性实施例的用于制造透镜板的固定装置中的工具的示意图。

图10是根据示例性实施例的制造好的透镜板的示意性横截面图。

图11是根据示例性实施例的用于制造具有双侧透镜和间隔物的透镜板的固定装置中的工具的示意图。

图12是实施例中的用于制造透镜板的方法的流程图。

具体实施方式

根据实施例，通过在透明衬底晶片上形成多个透镜和多个间隔物而制造透镜板。晶片上所有透镜和间隔物可选地使用一步固化工艺由材料（例如环氧树脂）的单部分形成。由于任何所需的间隔物作为该工艺的一部分生成，因此不需要独立的间隔物晶片。

图1是常规透镜板100的示意性横截面图。透镜板100包括透明衬底晶片102，所述透明衬底晶片可以是玻璃、熔融硅石、石英或CaF₂衬底或其它光学级透明衬底。多个透镜104形成于衬底晶片102上。透镜104可以由围场106围绕；在本申请中，“围场”表示位于某个区域的透镜材料，所述区域不是晶片级照相机的光学设计的一部分并且与单独形成的透镜关联。

围场106可以为透镜复制过程提供灵活性；例如，围场106可以用作为形成透镜分配的材料的溢流区域。也就是说，分配形成透镜的材料的小滴的体积至少有一些与体积公差关联，并且可以使用围场使得可以分配比所需略多的材料，并且过量材料将有地方去。然而，围场可能存在某些设计限制，例如围场的尺寸、间隔物到围场的最小距离和围场体积公差。围场也可能存在杂散光问题。图2是显示透镜104的透镜板100的平面图的示意图，每个透镜104连接到周围的围场106。

图3是对准、堆叠并且粘结到透镜板100上的间隔物晶片200的示意性横截面图。间隔物晶片200包括间隔物202和开口204。开口204与透镜板100的透镜104对准。图4是间隔物晶片200的平面图的示意图，示出了间隔物202和开口204。

在实施例中，消除了围场。这可能会减小透镜的尺寸并且增加裸片计数，即，每个晶片组件可以制造的裸片级照相机的数量。增加裸片计数是期望的，原因是每个晶片的裸片越多，每个裸片的成本越低；而且，更小的裸片可以允许更小和/或更轻的最终产品。

图5是根据示例性实施例的透镜板300的示意性横截面图。透镜板300包括透明衬底晶片302，所述透明衬底晶片可以是玻璃、熔融硅石、石英或CaF₂衬底或其它光学级透明衬底。多个透镜304和多个间隔物306可选地使用一步固化工艺在衬底晶片302上由材料的单部分形成。透镜304不由围场围绕，原因是以其它方式适应用于被分配材料的体积公差，如下所述（例如参见图8）。间隔物306和透镜304可以由邻接片308连接。

图6显示了示例性透镜模块，所述透镜模块包括堆叠在透镜板300上的透镜板400。透镜板400包括在透明衬底402上由邻接片408连接的多个透镜404和多个间隔物406。透镜404、间隔物406和邻接片408由材料的单部分形成。透镜404与透镜304对准。间隔物306的厚度包含到透镜模块的设计中。当然，根据透镜模块的设计，可以堆叠两个以上透镜板。

图7显示了晶片级照相机的示例性组件500，该组件包括具有多个图像传感器506、间隔物502（例如间隔物晶片）的衬底晶片504以及透镜板300和400。透镜304和404彼此并且与图像传感器506一一对应地对准。备选地通过根据本文中所述的技术（例如参见图11）将透镜板300制造为双侧透镜板并且间隔物502在其底侧上，可以制造图7中所示的组件500。

为了图解说明，可以如下制造透镜板300。首先，提供金属基础工具600，如图8中所示。金属工具600具有用于形成间隔物和透镜的凹陷，并且相对于基准面610提供用于间隔物的间隙602、用于透镜的间隙604以及用于材料的邻接片的可选间隙606。接着，从金属基础工具600复制塑料模，产生金属基础工具600的阴模。然后从塑料模模制由PDMS（聚二甲基硅氧烷）形成的工具700。PDMS工具700因此复制金属基础工具600的特征。

图9显示了正放置在固定装置802中的复制PDMS工具700。可以是（或包括）紫外（“UV”）可固化聚合物的材料804的单部分分配到PDMS工具700上。该方法的一个优点在于将材料一起而不是单独地分配到许多（例如数千）透镜和间隔物位置，例如图9中所示的透镜位置820和间隔物位置825。该方法最小化旨在形成工具700上的透镜阵列的单独透镜的被分配材料的不对准的机会，并且最小化与小体积分配关联的分配公差问题和精确分配设备的高成本。接着，将透明衬底晶片806（例如玻璃晶片）放置在被分配材料804的顶部上，并且将半透明盖808放置在整个固定装置802之上以封闭固定装置802。通过通道810施加真空，并且材料804膨胀以填充PDMS工具700。控制透明衬底晶片806的位置以用于提供间隔物的厚度、透镜的厚度和可选地、连接所有间隔物和透镜的邻接片的厚度。通过半透明盖808UV固化材料804，其可以在一步固化工艺中固化。在固化材料之后，去除半透明盖808。使用真空吸盘从工具700去除透明衬底晶片806。在从工具700去除晶片806期间将材料804形成为由邻接片连接的透镜和间隔物是有利的，原因是固化材料将作为整体而不是许多小块与工具700分离，如果单独地制造每个透镜则将产生许多小块。

图10显示了包括透明衬底晶片902的制造好的透镜板900，多个透镜904和多个间隔物906在透明衬底晶片902上由材料的单部分制造。透镜板900可以包括连接所有透镜904和间隔物906的邻接片908。可选地使用一步固化工艺，使用相同材料形成透镜904、间隔物906和邻接片908。为了形成晶片级透镜模块，透镜板900可以与一个或多个其它透镜板堆叠，而不必对准、堆叠和粘结独立的（一个或多个）间隔物晶片。通过堆叠透镜板900与其它透镜板形成的透镜模块还可以堆叠到具有多个图像传感器的晶片上以形成晶片级照相机的阵列。

可以使用类似的固定装置和放置在透明衬底晶片上的附加工具制造在两侧具有透镜和间隔物的双侧透镜板，如图11中所示。图11类似于图10，但是显示了第二工具1100，所述第二工具具有用于在透明衬底晶片806的第二侧上形成第二间隔物和第二透镜的凹陷。在图9中所示的处理之后并且在将透明盖808放置到透镜板组件之上之前施加工具1100。如下所述，将材料812的第二部分分配到透明衬底806上，然后将工具1100放置到材料812上。调节工具1100的高度以提供期望的透镜和间隔物厚度。在调节工具1100的高度之后，可以将透明盖808放置在透镜板组件之上并且可以通过开口810可选地抽吸真空以去除过量材料。在这时，可以固化材料804和材料812的两个部分以形成透镜和间隔物。如图11中所示，工具1100可以包括相比于工具700不同形状的特征，但是也可以使双侧透镜板的两侧具有类似或一致的形状。

图12是用于制造透镜板的方法1200的流程图。步骤1202将材料的第一部分分配到形成对应于间隔物和透镜的凹陷的工具上。步骤1202的例子是将材料804分配到工具700上，图9。在步骤1204中，将透明衬底晶片的第一侧布置到材料的第一部分上。步骤1204的例子是将透明衬底晶片806放置到材料804的顶部上，图9。步骤1206调节透明衬底晶片的位置以使材料的第一部分带有间隔物厚度和透镜厚度以用于在材料的第一部分中形成间隔物和透镜的每一个。步骤1206的例子是控制透明衬底晶片806的位置，图9。当正在形成双侧透明板时，可选步骤1208将材料的第二部分分配到透明衬底晶片的第二侧上，并且在可选步骤1210中，将第二工具布置到材料的第二部分上。步骤1208和1210的例子是将材料812分配到透明衬底晶片806上，图11，并且随后将工具1100布置到其上。在另一个可选步骤1212中，调节第二工具的位置以使材料的第二部分带有间隔物厚度和透镜厚度以用于在材料的第二部分中形成间隔物和透镜的每一个。步骤1212的例子是调节工具1100的高度，图11。在另一个可选步骤1214中，将（一个或多个）工具封闭在具有透明盖的固定装置内。步骤1214的例子是将透明盖808放置在透明衬底晶片806的顶部上，图9，或放置在工具1100的顶部上，图11，因此将工具、材料的部分和透明衬底晶片封闭在固定装置802和透明盖808内。在另一个可选步骤1216中，将真空施加到材料中的一个或多个以去除超过形成间隔物和透镜厚度所需的量的材料的第一和/或第二部分中的材料。步骤1216的例子是通过开口810施加真空，图9和图11。在步骤1218中，固化材料的第一（和可选地，第二）部分。步骤1216的例子是使用UV可固化环氧树脂作为材料804和/或材料812，并且使用UV光固化（一个或多个）材料。

尽管本公开已显示并且描述了示例性实施例，但是本领域的普通技术人员将理解可以在本文中在形式和细节上进行各种变化而不脱离由以下权利要求限定的本公开的精神和范围。

Claims (15)

1.一种透镜板，其包括：

透明衬底晶片；以及

在所述透明衬底晶片上的由材料的单部分形成的多个透镜和多个间隔物。

2.根据权利要求1所述的透镜板，其还包括将所述多个透镜和所述多个间隔物彼此连接的邻接片，并且其中在一步固化工艺中使用材料的单部分形成所述邻接片、所述多个透镜和所述多个间隔物。

3.根据权利要求1所述的透镜板，其中材料的所述单部分包括紫外（“UV”）可固化聚合物。

4.根据权利要求1所述的透镜板，其中所述透明衬底晶片是玻璃晶片、熔融硅石晶片、石英晶片和CaF₂晶片中的一种。

5.一种组件，其包括：

第一透镜板，所述第一透镜板包括第一透明衬底晶片、多个第一透镜和多个间隔物，所述第一透镜和所述间隔物在所述第一透明衬底晶片上由材料的单部分形成；

第二透镜板，所述第二透镜板包括第二透明衬底晶片和形成于其上的多个第二透镜，所述多个第二透镜的每一个对应于所述多个第一透镜中的相应的一个，

所述透镜板对准使得所述多个第一透镜的每一个与所述多个第二透镜中的相应的一个对准，并且所述透镜板彼此粘结。

6.根据权利要求5所述的组件，所述第一透镜板还包括将所述多个第一透镜和所述多个间隔物彼此连接的邻接片，并且其中在一步固化工艺中使用材料的所述单部分形成所述邻接片、所述多个第一透镜和所述多个间隔物。

7.根据权利要求5所述的组件，其中材料的所述单部分包括紫外（“UV”）可固化聚合物。

8.根据权利要求5所述的组件，其中所述第一透明衬底晶片是玻璃晶片、熔融硅石晶片、石英晶片和CaF₂晶片中的一种。

9.根据权利要求5所述的组件，其中所述第二透镜板包括形成于其上的多个间隔物，所述第二透镜和所述间隔物在所述第二透明衬底晶片上由材料的单部分形成。

10.根据权利要求5所述的组件，其还包括具有多个图像传感器的晶片，所述图像传感器的每一个与所述第一透镜中的相应的一个和所述第二透镜中的相应的一个对准，具有所述多个图像传感器的所述晶片粘结到所述第一透镜板和所述第二透镜板中的一个。

11.一种用于制造透镜板的方法，其包括：

将材料的第一部分分配到工具上，所述工具形成对应于间隔物和透镜的凹陷，

将透明衬底晶片的第一侧布置到材料的所述第一部分上，

调节所述透明衬底晶片的位置以使材料的所述第一部分带有分别用于所述间隔物和所述透镜的每一个的间隔物厚度和透镜厚度，以及

固化材料的所述第一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中分配包括将材料的所述第一部分分配到由PDMS（聚二甲基硅氧烷）形成的工具中。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括从金属基础工具复制塑料模，并且复制所述塑料模以形成由PDMS形成的所述工具。

14.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

提供半透明盖以封闭所述工具，以及

将真空施加到材料的所述第一部分以去除超过形成所述间隔物厚度和所述透镜厚度的每一个所需的量的材料。

15.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

将材料的第二部分分配到所述透明衬底晶片的第二侧上，以及

将第二工具布置到材料的所述第二部分上，其中所述第二工具形成用于在所述透明衬底晶片的第二侧上形成第二间隔物和第二透镜的凹陷。

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