TWI288864B - Manufacturing method of zoom lens module - Google Patents

Description

1288864 ' * 九、發明說明： *【發明所屬之技術領域】 本發明係與一種可變焦透鏡模組有關，更詳而言之， 係利用流體之體積變化，以改變PDMS薄膜之變形程度，藉 以達到焦距變化之可變焦透鏡模組之製造方法。 【先前技術】 按’在許多光學應用方面，若所要觀察之物體不是在 固定位置時，其鏡頭就須具有可變化之焦距，是以，可變 _焦透鏡在醫學顯微鏡、電訊通訊或光學資料儲存應用上， 具有多功能之重要性。 ¥知可受焦透鏡之驅動方式’係分為壓力變化驅動及 利用電濕潤等方式，以壓力變化驅動方式之製作技術係有 以下三種，第一種製作技術係為Nikolas Chronis¥人利用 微影技術製作出微流體系統之可調式液體微透鏡陣列，由 調節微流體系統内之壓力來完成彈性體透鏡陣列之焦距控 鲁制’第二種製作技術係為jackieChen等人利用？隨8製作包 含3D凸透鏡的薄膜、矽基材蝕刻出腔體以及微流道所構成 的微透鏡，第三種製作技術係為MAgarwal等人利用微影技 —術和1cp蝕刻做出多層結構，接合後做出腔體，在腔體上面 w與下面覆蓋PDMS薄膜，再利用壓力完成可變焦透鏡。 【發明内容】 惟，習知以壓力變化驅動方式之可變焦透鏡，第一種 製作技術係將PDMS與玻璃用氧電漿接合完成結構，其缺點 係接合繁雜及玻璃易碎等問題，第二種製作技術之缺點係 1288864 ^需要繁雜的結合，在薄膜透鏡與矽基材以及下層流道和矽 " 基材腔體不易對準結合，也必須小心石夕基材易碎和石夕基材 蝕刻時間繁長等問題，第三種製作技術之缺點係製程繁雜 ，需要多層結構接合而成，必須多方小心接合液漏等問題。 本發明提供一種可變焦透鏡模組之製造方法，係先以 微影製程製作出一矽晶圓基板上所需之結構，再利用PMS 翻模，翻模後係完成一PDM結構層，其係形成一流道及一儲 存液體之腔體，另，再製作一 PDMS塊材，將該PDMS結構層 φ 與PDMS塊材互相接合，係利用一液狀PDMS經由高溫烘烤以 達到接合之目的，是以，待兩片PDMS黏結密封後，裁切適 當之部分以作為變焦透鏡之主體，並黏貼一致動壓電片以 驅動薄膜，係利用流體之體積變化，以改變PDMS薄膜之變 形程度，以達到所要求之焦距變化，俾使具有可變焦透鏡 模組之功效者。 本發明所提供之可變焦透鏡模組之製造方法，其結構 係均為PDMS所構成，可降低材料之不適應性，且因PDMS之 ® 彈性特點，而減少類似脆性材料之破裂，造成鄰近裝置元 件之毀損污染，其結構係為一次結合，以減少縫隙之發生， - 俾使避免液漏現象之產生，其係利用PDMS溶液作為黏著劑 . ，因此不必使用氧電漿等昂貴設備來做接合，其係利用黏 貼壓電致動片驅動腔體薄膜，俾使可有效達成系統整合之 目的。 【實施方式】 請參閱第一圖，本發明係提供一種可變焦透鏡模組之 1288864 製造方法之較佳實施例，係包括有下列步驟： (一）預備步驟1 : 二'三圖所示’準備—圖案為圓形及流道腔 ，-㈣2罩1Q ’以便製作出透鏡及流道腔體之形狀 第二道光罩U，係為製作出蓄積液體 (二）微影成型步驟2 ·· 1、 一次微影成型步驟2 a : •請參閱第四至八圖所示’使用一石夕晶圓基板2〇作為 將其放置於—旋轉塗佈機3 ◦上方，該旋轉塗佈機 〇係设有一抽真空之管柱3 i，俾使旋轉塗佈時，該管 柱3 1可吸住該石夕晶圓基板2 〇，以避免因旋轉而掉落之 現象發生，該旋轉塗佈機3 〇以兩段轉速分別為15〇聊 、10秒與40〇rpm、10秒旋轉，將一光阻2 i均勻塗佈於該 、夕日日圓基板2 〇上，該光阻2 1係一種jSR ( THB—12〇N)之 _光阻材料，當塗佈完後，該石夕晶圓基板2 〇上方之光阻2 1平均膜厚約50//m，再放置於一烤箱4 〇内，以10(rc軟 烤7刀鉍，兀成軟烤後，將該第一道光罩1 〇對準放置於該 •矽晶圓基板2 0之上，以一近紫外光（波長為35〇11111〜4〇() nm) ^之叭曝光機5 〇進行曝光，其曝光劑量約為2〇〇〇mj，進行 10〜15分鐘顯影，即可形成一第一層結構2 2，該第一層結 構2 2係形成有圓柱及流道腔體之形狀，另，該矽晶圓基 板2 0亦可替換為PMMA或PC板材質所構成者； 2、 二次微影成型步驟2 b : 1288864 t纪 ^ 明芩閱第九至十三圖所示，接著重複以上步驟，於第 層…構2 2上旋轉塗佈一光阻2 1，再利用第二道光罩 1 1，對準第一層結構2 2之圓柱，係於第一層結構2 2 之圓柱上方，再做一層圓柱以作為腔體，完成後置入烤箱 4 0，以120C硬烤5分鐘，即可形成一第二層結構2 3， 該第二層結構2 3係形成有蓄積液體腔體之形狀，其製作 兩層之目的係為了將透鏡及流道部份作區隔，也可減少透 鏡腔體部分的崎變； 丨 （三）PDMS翻模步驟3 : 明參閱第十四至十五圖所示，於完成一次與二次微影 成型步驟之結構上，利用具光學性質之一液狀pMS 6 〇將 之填入’待固化後翻模，該液狀PDMS6 〇必須完全覆蓋突 起之第一層結構2 3上，但不能覆蓋過多，以免不能在腔 體部分形成薄膜’以造成未來灌入流體時所產生的問題， 因PDMS固化芩數為i2〇°c、烘烤2〇分鐘，將其置入該烤箱4 .0内，以120°C烘烤20分鐘，待硬化後，將PDMS小心拔起， 即完成一PDMS結構層6 1，其係形成一流道6 1 1及一儲 存液體之腔體6 1 2 ; (四） 製作PDMS塊材步驟4 : 請參閱第十六至十七圖所示，將該液狀PDMS 6 〇倒入 一擒板1 2内，以12〇°c、烘烤20分鐘固化後，將PDMS小心 拔起’係完成一厚度約1〜2nm之PDMS塊材6 2 ; (五） 結構接合步驟5 : 請參閱第十八至二十一圖所示，在該PDMS塊材6 2上 1288864 ’以旋轉塗佈機3 〇塗佈一液狀PDMS6 〇，以轉速為3000 rpm、30秒旋轉，旋轉完後，該pDMS塊材6 2上所形成之膜 厚约m，接著將該PDMS結構層6 1放置於其土，施以一 適當壓力後，置入該烤箱4 〇 #1〇(rc、烘烤3〇分鐘，以達 到將PDMS結構層6 1與PDMS塊材6 2緊密接合之狀態。 (六）後續步驟6 : 請參閱第二十二至二十四圖所示，將結合好的結構施 以適當的裁切，即完成變焦透鏡的主體，其中，該變焦透 籲鏡之尺寸為2mm，後續再利用一致動壓電片6 3驅動該腔體 6 1 2之薄膜，使得透明之PDMS透鏡部份經由壓力變化， 進而膨脹即可達到變焦效果，而焦距的改變係由該致動壓 電片63之變形量來完成。 再者，將本發明之優點及功效歸納如下： 1、 本發明之可變焦透鏡模組之製造方法，其結構係 完全為有彈性之PDMS所構成，因此不會有像脆性材料產生 籲破裂，而損害污染其他鄰近元件裝置之疑慮。 2、 本發明之可變焦透鏡模組之製造方法，其製程穩 定’可以穩定控制該透鏡直徑之尺寸。 . 3、本發明之可變焦透鏡模組之製造方法，無需複雜、 '昂貴之可程式控制裝置或生產設備，且於成形之變焦透鏡 結構上以一具光學性質之液狀PDMS，將之填入固化後即可 翻模，為量產製造之方法，俾以達到大量生產與生產設備 成本低之功效。 4、本發明之可變焦透鏡模組之製造方法，其製造過

1288864 程中’只需接合一次，可有效避免因接合所產生之縫隙， 而導致注入流體時造成液漏現象之疑慮，且利用液狀pMS 作為黏著劑，可不必使用氧電漿粗化處理之過程，以降低 設備成本。 敢後，值得再提的是，運用本發明之技術所形成之可 變焦透鏡模組更包含有下列產業利用性： 1、 運用此技術成形之可變焦透鏡模組具有生產設備 成本低與製程穩定之特性。 2、 可應用於手機通訊產業，將其置入照相手機之相 機鏡頭模組内，以達到變焦之效果。 3、 可應用於數位影像系統產業，將其置入（數位）相 機鏡頭及DV攝影機鏡頭模組内，可望取代傳統大型的變焦 透鏡組。 4、可應用於生醫檢測產 頭或各式樣顯微鏡頭上，可用來觀測活體細胞或病；：” 5、可應用於數位影像儲存媒體產業，將其應用於） ’、、取像，也可深入人體進行活體病毒追蹤觀測。 綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步^ 亦未於^遍查國㈣關於此類結構之技術#料，文則 同的構造存在在先，是以，本發明實_ 考月專利要件，麦依法提出申請。 已，故兴：士：述者’僅係本發明之-較佳可行實施例而 稱欠化，理應包含在本發明之專利範圍内。 1288864 【圖式簡单說明】 ' 第一圖係本發明變焦透鏡結構之製作流程圖。 第二圖係本發明之第一道光罩示意圖。 第三圖係本發明之第二道光罩示意圖。 第四圖係本發明之一次光阻塗佈示意圖。 第五圖係本發明之一次光阻塗佈後示意圖。 第六圖係本發明之一次軟烤示意圖。 第七圖係本發明之一次曝光示意圖。 第八圖係本發明一次微影成型後之示意圖。 第九圖係本發明之二次光阻塗佈示意圖。 第十圖係本發明之二次光阻塗佈後示意圖。 第十一圖係本發明之二次曝光示意圖。 第十二圖係本發明之二次硬烤示意圖。 第十三圖係本發明二次微影成型後之示意圖。 第十四圖係本發明以PDMS翻模示意圖。 第十五圖係本發明翻模後成型之結構示意圖。 第十六圖係本發明製作PDMS塊材之結構示意圖。 第十七圖係本發明之PDMS塊材結構示意圖。 第十八圖係本發明之塗佈液狀PDMS示意圖。 第十九圖係本發明之液狀塗佈後示意圖。 第二十圖係本發明之結構接合示意圖。 第二十一圖係本發明以烘烤來固定結構之示意圖。 第二十二圖係本發明之變焦透鏡結構側視圖。 第二十三圖係本發明之驅動示意圖。 11 1288864 第二十四圖係本發明之驅動側視圖。 【主要元件符號說明】

1 預備步驟 2 微影成型步驟 2 a 一次微影成型步驟 2b 二次微影成型步驟 3 PDMS翻模步驟 4 製作PDMS塊材步驟 5 結構接合步驟 6 後績步驟 10 第一道光罩 1 1 第二道光罩 1 2 擋板 2 0 矽晶圓基板 2 1 光阻 2 2 第一層結構 2 3 第二層結構 3 0 旋轉塗佈機 3 1 管柱 4 0 烤箱 5 0 UV曝光機 6 0 液狀PDMS 6 1 PDMS結構層 6 11 流道 6 12 腔體 6 2 PDMS塊材 6 3 致動壓電片

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Claims (1)

1288864 .•十、申請專利範圍： 1 種可變焦透鏡模組之製造方法，係包括有下 步驟： J a、預備步驟：準備一預定圖案之第一道光罩，以便掣 作出透鏡及流道腔體之形狀，一預定圖案之第二道光罩衣 係為製作出蓄積液體腔體之形狀，以及一可成型 材之擋板·， 低 命b、微影成型步驟：利用一旋轉塗佈機，將一光阻均勻 塗$於一基板上，經由一烤箱軟烤後，再利用一曝光機進 订第一道光罩曝光，將其固化成型，顯影後即完成第一層 結構，依相同程序，於該第一層結構之上，對第二道光罩 進行曝光、顯影，製作第二層結構； c、PDMS翻模步驟：於完成之第一層結構與第二層結構 上’以一液狀PDMS覆蓋過其二層結構，將其烘烤固化後， 進行拔模，即完成一 PDMS結構層； . d、製作PDMS塊材步驟：將該液狀PDMS倒入所製作的 才田板内’經由120°c烘烤20分鐘固化後，將PDMS小心拔起， 即疋成一厚度約1〜2_之pdms塊材； e、 結構接合步驟：將pDMS結構層及PDMS塊材利用一 液狀PDMS加以緊密黏接； f、 後績步驟：將結合好之結構施以適當的裁切，即完 成變焦透鏡的主體，後續再利用一致動壓電片驅動腔體的 薄膜’使得透明之口1)鞀透鏡部份經由壓力變化，進而膨脹 即可達到變焦效果。 13 Μ 1288864 掣迕方、J申°月專利乾圍第1項所述之可變焦透鏡模組之 衣&方法，其中，該基板可為石夕晶圓基板。 之 =如巾請專利賴述之可變线鏡模组之 衣&方法，其中，該基板可為pMMA。 如申請專利範圍第1項所述之可變线鏡模組之 &方法，其中，該基板可為pc板。 制2、如巾請專利範圍第1項所述之可變线鏡模組之 斗t ，其中，該光阻係一種观（™-12〇N)之光阻材 制生6 士α申凊專利I巳圍第1項所述之可變焦透鏡模組之 1 =方法，其中，該變焦透鏡之成形方式，係於該旋轉塗 ι塗佈光阻時，藉由改變不同塗佈之轉 罩上每個圖案之大小，以精確控制透鏡之面積與== 透鏡尺寸範圍可從數百至數個mm之間。 制！ 7、如申請專利範圍第1項所述之可變焦透鏡模組之 二=方法，其中，該變焦透鏡之成形方式，係為單一結構， 亦可為陣列式，其光罩圖案可為圓形、方形、多邊形及甜 甜圈形等形狀。 ，8、如申請專利範圍第1項所述之可變焦透鏡模組之 製&方法’其中，於成形之變焦透鏡結構上以一具光學性 貝之液狀PDMS，將之填入固化後即可翻模，為量產製造之 方法。 9 '如申請專利範圍第1項所述之可變焦透鏡模組之 衣造方法，其中，該變焦透鏡之結構，均為pDMS所製作， 14 1288864 .可減少材料間所引起的化學反應’且因PDMS為彈性體，也 可以減少以脆性材料製作所產生之破裂，而 的裝置元件。 ' 制^ 〇、如申請專利範圍第1項所述之可變焦透鏡模組 ‘ ia方法其中，该變焦透鏡之結構僅做一次結合，可 1接縫處降低到最少，避免液漏之現象發生，利用液iPDMS :為黏著劑’可不必使用氧電絲化處理之過程，以降低 設備成本。 一 么|、1如申睛專利範圍第1〇項所述之可變焦透鏡模 :之衣w方法’其中’黏著劑係可利用紫 速膠水、樹脂類接合劑等產品。 " 之製造 1方2法如範圍第1項所述之可變焦透鏡模組 、/八中，该驅動方式係可採用磁鐵吸引驅動方 式及手壓腔體驅動方式。 切力 之製造 1方3法如：Γ利範圍第1項所述之可變焦透鏡模組 相機於1、Π、，㈣焦透鏡模組係可應用於手機内之 才機鏡頭（數位）相機、D V揣旦;ί她 m m 數位旦續針_ 攝機、醫學用顯微鏡等，各 〜㈣存_、手機通訊均可獲得廣泛應用。 15