TWI581031B - 晶圓級透鏡系統及其製造方法 - Google Patents

Description

晶圓級透鏡系統及其製造方法

本發明是關於一種透鏡系統，且特別是關於一種晶圓級透鏡系統。

隨著電子產品的微小化與降低成本的趨勢，晶圓級模組(wafer level module)技術備受注目。此晶圓級模組技術是將晶圓級製造技術應用至電子產品上，以縮小電子產品。舉例而言，以晶圓級模組技術製作透鏡相較於傳統的透鏡具有體積更小的優勢。因此，此製得的透鏡更能應用至電子設備，例如筆記型電腦、平板以及手機中的相機模組。

傳統的晶圓級透鏡藉由結合兩個透鏡而製得。在晶圓級透鏡的製作過程中，兩個透鏡的光軸必須精準地對齊，以確保晶圓級透鏡的光學品質。然而，在晶圓級的尺寸下，對齊兩個透鏡的光軸是製造過程中的一個難題。

本發明之一實施方式提供一種具有多個光學元件的晶圓級透鏡系統。這些光學元件包含接合結構，其中這些接 合結構可進行結構上的接合，進而精準地對齊光學元件，用以確保晶圓級透鏡系統的品質。

根據本發明之一實施方式提供一種晶圓級透鏡系統包含目標透鏡以及晶圓級透鏡組。目標透鏡包含第一表面、與第一表面相對的第二表面以及第一接合結構。第一接合結構設置至少於第二表面上。晶圓級透鏡組包含第一透明板以及第二接合結構。第一透明板具有第三表面以及與第三表面相對的第四表面。第二接合結構設置於第三表面上，其中第一接合結構與第二接合結構嵌合，且第二表面與第三表面之間封裝有空間。

於本發明之一或多個實施方式中，第一表面包含凸狀非球面，且第二表面包含凹狀非球面。

於本發明之一或多個實施方式中，第一接合結構具有凸緣，環繞凹狀非球面，第二接合結構具有凹槽，且凸緣與凹槽接合。

於本發明之一或多個實施方式中，凹槽之側壁與第二表面之凹狀非球面接觸。

於本發明之一或多個實施方式中，第二接合結構包含受到凹槽環繞之平坦部分，且平坦部分與凹狀非球面接合。

於本發明之一或多個實施方式中，空間設置於第二表面之凹狀非球面與平坦部份之間。

於本發明之一或多個實施方式中，第二接合結構包含受到平坦部分環繞之第一透鏡結構。

於本發明之一或多個實施方式中，目標透鏡由可回流材料所組成。

於本發明之一或多個實施方式中，晶圓級透鏡組包含第二透鏡結構，設置於第四表面上。

於本發明之一或多個實施方式中，晶圓級透鏡組包含第二透明板以及間隔物。第二透明板具有第五表面與相對第五表面之第六表面，其中第二透明板設置於第一透明板相對目標透鏡之一側。間隔物設置於第四表面之邊緣與第五表面之邊緣，以形成透鏡組空間於其中。

於本發明之一或多個實施方式中，晶圓級透鏡組包含第三透鏡結構以及第四透鏡結構，第三透鏡結構設置於第五表面上，且第四透鏡結構設置於第六表面上。

於本發明之一或多個實施方式中，空間內填有空氣。

根據本發明之另一實施方式提供一種製作晶圓級透鏡系統的方法，包含：設置可壓印材料於透明板之第一表面上；在可壓印材料中產生壓印以形成第一接合結構；硬化第一接合結構以形成至少第一晶圓級透鏡組，第一晶圓級透鏡組包含透明板以及第一接合結構；以及將第一晶圓級透鏡組與目標透鏡結合，其中目標透鏡包含第二接合結構，第二接合結構與第一接合結構嵌合。

於本發明之一或多個實施方式中，可壓印材料中產生壓印是藉由以模板的表面施壓於可壓印材料而進行。

於本發明之一或多個實施方式中，第一晶圓級透鏡組的數量為多個，且方法包含分離多個第一晶圓級透鏡組。

於本發明之一或多個實施方式中，第一晶圓級透鏡組包含凹槽，且將第一晶圓級透鏡組與目標透鏡結合是透過將凹槽的側壁貼齊目標透鏡之凹狀非球面而進行。

於本發明之一或多個實施方式中，目標透鏡藉由成模加工而形成，成模加工包含：形成模型空腔於至少二個模具之間，模型空腔具有與目標透鏡實質上相同的尺寸；注入透鏡形成液體於模型空腔內；硬化在模型空腔內之透鏡形成液體，以形成目標透鏡；以及分離目標透鏡與模具。

於本發明之一或多個實施方式中，目標透鏡藉由一壓印加工而形成。

100‧‧‧晶圓級透鏡系統

110‧‧‧目標透鏡

112‧‧‧第一接合結構

220’‧‧‧透鏡形成流體

222‧‧‧第二接合結構

224‧‧‧凹狀非球面

114‧‧‧目標基板

120‧‧‧晶圓級透鏡組

122‧‧‧第一透明板

123‧‧‧凸緣

124‧‧‧第二接合結構

124a‧‧‧凹槽

124b‧‧‧平坦部份

124d‧‧‧底面

124e‧‧‧側面

126‧‧‧第二透明板

128‧‧‧間隔物

130‧‧‧空間

140‧‧‧透鏡組空間

200‧‧‧晶圓級透鏡系統

210‧‧‧第一晶圓級透鏡組

212‧‧‧可壓印材料

212a‧‧‧凹槽

212’‧‧‧第一接合結構

212a’‧‧‧凹槽

212b’‧‧‧側壁

214‧‧‧透明板

220‧‧‧目標透鏡

300‧‧‧模板

320‧‧‧突出塊

400‧‧‧模具

410‧‧‧模型空腔

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

S3‧‧‧第三表面

S4‧‧‧第四表面

S5‧‧‧第五表面

S6‧‧‧第六表面

S7‧‧‧第一表面

S8‧‧‧第二表面

L1‧‧‧第一透鏡結構

L2‧‧‧第二透鏡結構

L3‧‧‧第三透鏡結構

L4‧‧‧第四透鏡結構

TL1‧‧‧第一目標透鏡結構

TL2‧‧‧第二目標透鏡結構

C‧‧‧光軸

第1圖為根據本發明之一實施方式之晶圓級透鏡系統的結構示意圖。

第2圖為根據本發明之另一實施方式之晶圓級透鏡系統的結構示意圖。

第3A圖至第3E圖為根據本發明之另一實施方式之用於製造晶圓級透鏡系統的方法之示意圖。

第4A圖至第4C圖為根據本發明之另一實施方式之用於製造第3A圖至第3E圖中目標透鏡的方法之示意圖。

詳細參照本發明之多個實施方式，搭配圖式以說明多個實施例，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。圖式與敘述中相同的標號可用以標示相同或相似的元件。

於此，字彙「晶圓級」透鏡系統可指根據某些透鏡系統的尺寸。然而，應了解到，本發明之實施方式不限於此，且實施方式的部分態樣可適用於更大或可能更小的尺寸。

第1圖為根據本發明之一實施方式之晶圓級透鏡系統100之結構示意圖。晶圓級透鏡系統100包含目標透鏡110以及晶圓級透鏡組120。目標透鏡110包含第一表面S1、第二表面S2以及第一接合結構112。第二表面S2相對於第一表面S1。第一接合結構112設置至少於第二表面S2上。晶圓級透鏡組120包含第一透明板122以及第二接合結構124。第一透明板122具有第三表面S3以及與第三表面S3相對的第四表面S4。第二接合結構124設置於第三表面S3上，其中第一接合結構112與第二接合結構124嵌合，且第二表面S2與第三表面S3之間封裝有空間130。

於一或多個實施方式中，第一表面S1包含凸狀非球面，且第二表面S2包含凹狀非球面。於本實施方式中，目標透鏡110可以是凸透鏡，用以匯集光線，但不應以此限制本發明之範圍。於部分實施方式中，目標透鏡110可以是凹透鏡。第一透明板122可以是平板，換句話說，第三表面S3與第四表面S4可以是平面。

於一或多個實施方式中，晶圓級透鏡系統100包含光軸C，此光軸是通過多個透鏡表面的曲率中心的直線，例如第一表面S1、第二表面S2等。第一接合結構112以及第二接合結構124在遠離光軸C的位置接合，而使空間130位於光軸C上。因此，當光經過晶圓級透鏡系統100的中心時，第一接合結構112以及第二接合結構124對光的路徑影響很小，而空間130對光的路徑有重大的影響。

於一實施方式中，第一接合結構112包含一凸緣123環繞第二表面S2的凹狀非球面。第二接合結構124包含凹槽124a、受到凹槽124a環繞的平坦部份124b以及受到平坦部份124b環繞的第一透鏡結構L1。第一透鏡結構L1設置於光軸C上。雖然於此第一透鏡結構L1是凹透鏡，但不應以此限制本發明之範圍，第一透鏡結構L1可以是凸透鏡。於部分實施方式中，第二接合結構124的第一透鏡結構L1與平坦部份124b一體成型。於部分實施方式中，可以省略第一透鏡結構L1的配置，且第二接合結構124包含凹槽124a以及平坦部份124b。於此，凹槽124a、平坦部份124b以及第一透鏡結構L1為同心配置，但不應以此限制本發明之範圍。於部分實施方式中，凹槽124a、平坦部份124b以及第一透鏡結構L1可以是非對稱的。

一方面，凸緣123嵌合入凹槽124a，其中凹槽124a的底面124d與凸緣123接觸。另一方面，平坦部份124b嵌合入第二表面S2的凹狀非球面，其中凹槽124a的側面124e與第二表面S2的凹狀非球面接觸。

傳統上，因為微小體積需求的緣故，並不容易將晶圓級光學元件互相對準。於本發明之實施方式中，第二接合結構124可以藉由多種方法形成，例如壓印加工。如此一來，可以使第一接合結構112與第二接合結構124接合，而確保目標透鏡110的光軸與晶圓級透鏡組120對齊。因此，透過上述配置，目標透鏡110與晶圓級透鏡組120的相對位置藉由接合而固定，進而使目標透鏡110的光軸對齊晶圓級透鏡組120的光軸，如同光軸C。

更甚者，透過前述的配置，第二表面S2的凹狀非球面以及平坦部份124b與第一透鏡結構L1的組合之間設置有空間130。空間130內可填有空氣。因此，由於第二表面S2的凹狀非球面是不同材料之間的介面，例如玻璃與空氣，而具有折射率差異，光通過目標透鏡110而在第二表面S2大幅度地折射。

雖然互補的配置已詳細繪示於圖中，但應注意到，第一接合結構112與第二接合結構124可以是各種結構，且不應以圖中所示的結構限制本發明的範圍。

於一或多個實施方式中，晶圓級透鏡組120包含第一透鏡結構L1以及第二透鏡結構L2。第一透鏡結構L1是第二接合結構124的光學凹透鏡，第二透鏡結構L2設置於第四表面S4上。於本實施方式中，第二透鏡結構L2可以包含位於光軸C上的凸透鏡。

於一或多個實施方式中，晶圓級透鏡組120可包含第二透明板126、第三透鏡結構L3、第四透鏡結構L4以及間 隔物128。第二透明板126具有第五表面S5與相對第五表面S5之第六表面S6。第二透明板126設置於第一透明板122相對目標透鏡110之一側。第三透鏡結構L3設置於第五表面S5上，且第四透鏡結構L4設置於第六表面S6上。間隔物128設置於第四表面S4之邊緣與第五表面S5之邊緣，以形成透鏡組空間140於其中。詳細而言，間隔物128設置於第二透鏡結構L2的邊緣與第三透鏡結構L3的邊緣之間。透鏡組空間140內可填空氣。

如同前述，因為空氣與透鏡材料之間有不小的折射率差異，進入晶圓級透鏡系統100的光可以在第二透鏡結構L2與透鏡組空間140之間的介面以及透鏡組空間140與第三透鏡結構L3之間的介面大幅度地折射。

除了透鏡組空間140的設計，第一透鏡結構L1、第二透鏡結構L2、第三透鏡結構L3以及第四透鏡結構L4的配置具有非球面曲率，藉以增加晶圓級透鏡系統100蒐集光線的能力。

於一或多個實施方式中，設計目標透鏡110的焦距與厚度以適用於尺寸微小化與聚光的需求。

於本實施方式中，目標透鏡110可以透過成型加工而製得。此成型加工而製得的目標透鏡110的材料可以是可回流材料。然而，製作目標透鏡110的方法並不限於此。第二圖展示藉由壓印加工而製得的目標透鏡110。

第2圖為根據本發明之另一實施方式之晶圓級透鏡系統100的結構示意圖。於本實施方式中，目標透鏡110可以由壓印加工而製得。目標透鏡110可包含目標基板114、第 一目標透鏡結構TL1以及第二目標透鏡結構TL2。於此，第一目標透鏡結構TL1以及第二目標透鏡結構TL2設置於目標基板114的相對兩側。第一目標透鏡結構TL1以及第二目標透鏡結構TL2提供目標基板114聚焦能力。

於本實施方式中，第一目標透鏡結構TL1以及第二目標透鏡結構TL2可以由可壓印材料所組成。

同時參照第1圖與第2圖。於一或多個實施方式中，晶圓級透鏡組120可透過壓印加工而製得。第二接合結構124、第二透鏡結構L2、第三透鏡結構L3、第四透鏡結構L4、第一目標透鏡結構TL1或第二目標透鏡結構TL2可以由可壓印材料所組成。第一透明板122與第二透明板126可由玻璃或壓克力材料所組成。

更甚者，於第1圖的實施方式中，目標透鏡110與晶圓級透鏡組120可以由不同的加工方法製得，然後組裝而形成晶圓級透鏡系統100。第二接合結構124以及第二透鏡結構L2的嵌合是設計用以在組裝過程幫助對齊並增加精確度。

於第2圖的實施方式中，目標透鏡110與晶圓級透鏡組120可以由相同的加工方法製得。應了解到，目標透鏡110的製造過程不應限制本發明之範圍。

第3A圖至第3E圖為根據本發明之另一實施方式之用於製造晶圓級透鏡系統200的方法之示意圖。於此，介紹多個步驟以詳細說明製造晶圓級透鏡系統200的程序。應瞭解到，在不脫離本發明的範圍內，可以省略部份的這些步驟。

參照第3A圖，透明板214包含第一表面S7以及與第一表面S7相對的第二表面S8。可壓印材料212設置於第一表面S7。可壓印材料212可以是矽膠、壓克力膠、樹脂等等。可壓印材料212可以形變、能夠藉由施加於其上的外力而塑形、且能夠硬化。

參照第3B圖，以模板300的表面310施壓於可壓印材料212(參照第3A圖)。模板300具有預定的結構以在可壓印材料212(參照第3A圖)上產生壓印，進而形成尚未固化的第一接合結構212’。於此，模板300具有多個突出塊320作為預定的結構，而使得可壓印材料212(參照第3A圖)受到壓印而產生多個凹槽212a於其內。

應了解到，第3A圖至第3E圖為剖面圖。實際上，突出塊320為環狀，凹槽212a亦為環狀。圖中展示兩個凹槽212a以及兩個突出塊320，但凹槽212a以及突出塊320的結構或數量配置不應用以限制本發明之範圍。

參照第3C圖，移除模板300(參照第3B圖)，然後對尚未固化的第一接合結構212’進行曝光，例如紫外線曝光。接著，尚未固化的第一接合結構212’固化並硬化，進而形成多個具有透明板214以及第一接合結構212’的第一晶圓級透鏡組210，其中第一接合結構212’具有凹槽212a’。於此，每一個第一晶圓級透鏡組210配置包含一個透明板214以及一個第一接合結構212’。多個第一晶圓級透鏡組210互相連接且一同形成。雖然圖中僅繪示兩個第一晶圓級透鏡組210，但應了解到第一晶圓級透鏡組210的數量並不應限於此。

參照第3D圖，藉由雷射切割、機械切割或其他方法，沿著第3C圖中的虛線，將多個第一晶圓級透鏡組210彼此分離。因此，第一晶圓級透鏡組210彼此互不相連。

參照第3E圖，將第一晶圓級透鏡組210之一與目標透鏡220結合，其中目標透鏡220包含第二接合結構222，且第二接合結構222與第一接合結構212’嵌合。詳細而言，藉由將凹槽212a’的側壁212b’貼合至目標透鏡220的凹狀非球面224而進行結合步驟。如此一來，形成晶圓級透鏡系統200。

此外，可以藉由於第3A圖至第3D圖相似的步驟，在第二表面S8上形成透鏡結構(未繪示)，相關的製作方法在此不再贅述。不應以其他的透鏡結構的配置而限制本發明之範圍。

更甚者，目標透鏡220可以藉由各式各樣的方法，例如壓印、成模等等而形成。以壓印加工製作目標透鏡220的過程大致上如同第3A圖至第3D圖的步驟所示，在此不再贅述。以下第4A圖至第4C圖中介紹以成模加工製作目標透鏡220的過程。

第4A圖至第4C圖為根據本發明之另一實施方式之用於製造第3E圖中目標透鏡220的方法之示意圖。參照第4A圖，兩個模具400形成模型空腔410於其間，模型空腔410具有與目標透鏡220(參照第3E圖)實質上相同的尺寸。應了解到，模型空腔410的數量不應限制本發明之範圍。模型空腔410可以由多於兩個模具400形成。

參照第4B圖，將透鏡形成流體220’注入模型空腔410內。透鏡形成流體220’可具有可回流性質。

接著，可以加熱模型空腔410內的透鏡形成流體220’。此加熱處理使透鏡形成流體220’硬化，進而形成目標透鏡220(參照第3E圖)。應了解到，不應以加熱處理而限制硬化透鏡形成流體220’的方法。依據目標透鏡220(參照第3E圖)材料的不同，可以實行其他種硬化方法。參照第4C圖，藉由分離模具400，得到目標透鏡220。

藉由成模加工製得的目標透鏡220可能會薄於藉由壓印加工製得的目標透鏡220，但可維持其焦距長度。

本發明之一實施方式提供一種具有多個光學元件的晶圓級透鏡系統。這些光學元件包含接合結構，其中這些接合結構可進行結構上的接合，進而精準地對齊光學元件，用以確保晶圓級透鏡系統的品質。

雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧晶圓級透鏡系統

110‧‧‧目標透鏡

112‧‧‧第一接合結構

120‧‧‧晶圓級透鏡組

122‧‧‧第一透明板

123‧‧‧凸緣

124‧‧‧第二接合結構

124a‧‧‧凹槽

124b‧‧‧平坦部份

124d‧‧‧底面

124e‧‧‧側面

126‧‧‧第二透明板

128‧‧‧間隔物

130‧‧‧空間

140‧‧‧透鏡組空間

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

S3‧‧‧第三表面

S4‧‧‧第四表面

S5‧‧‧第五表面

S6‧‧‧第六表面

L1‧‧‧第一透鏡結構

L2‧‧‧第二透鏡結構

L3‧‧‧第三透鏡結構

L4‧‧‧第四透鏡結構

C‧‧‧光軸

Claims (16)

1. 一種晶圓級透鏡系統，包含：一目標透鏡，包含：一第一表面，包含一凸狀非球面；一第二表面，與該第一表面相對，包含一凹狀非球面；以及一第一接合結構，設置至少於該第二表面上，其中該第一接合結構具有一凸緣，環繞該凹狀非球面；以及一晶圓級透鏡組，包含；一第一透明板，具有一第三表面以及與該第三表面相對的一第四表面；以及一第二接合結構，設置於該第三表面上，其中該第二接合結構具有一凹槽，該第一接合結構之該凸緣與該第二第二接合結構之該凹槽接合，且該第二表面與該第三表面之間封裝有一空間。
2. 如請求項1所述之晶圓級透鏡系統，其中該凹槽之一側壁與該第二表面之該凹狀非球面接觸。
3. 如請求項1所述之晶圓級透鏡系統，其中該第二接合結構包含受到該凹槽環繞之一平坦部分，且該平坦部分與該凹狀非球面接合。
4. 如請求項3所述之晶圓級透鏡系統，其中該空間設置於該第二表面之該凹狀非球面與該平坦部份之間。
5. 如請求項3所述之晶圓級透鏡系統，其中該第二接合結構包含受到該平坦部分環繞之一第一透鏡結構。
6. 如請求項1所述之晶圓級透鏡系統，其中該目標透鏡由一可回流材料所組成。
7. 如請求項1所述之晶圓級透鏡系統，其中該晶圓級透鏡組包含一第二透鏡結構，設置於該第四表面上。
8. 如請求項1所述之晶圓級透鏡系統，其中該晶圓級透鏡組包含：一第二透明板，具有一第五表面與相對該第五表面之一第六表面，其中該第二透明板設置於該第一透明板相對該目標透鏡之一側；以及一間隔物，設置於該第四表面之一邊緣與該第五表面之一邊緣，以形成一透鏡組空間於其中。
9. 如請求項8所述之晶圓級透鏡系統，其中該晶圓級透鏡組包含一第三透鏡結構以及一第四透鏡結構，該第三透鏡結構設置於該第五表面上，且該第四透鏡結構設置於該第六表面上。
10. 如請求項1所述之晶圓級透鏡系統，其中該空間內填有空氣。
11. 一種製作晶圓級透鏡系統的方法，包含：設置一可壓印材料於一透明板之一第一表面上；在該可壓印材料中產生一壓印以形成一第一接合結構，其中該第一接合結構具有一凹槽；硬化該第一接合結構以形成至少一第一晶圓級透鏡組，該第一晶圓級透鏡組包含該透明板以及該第一接合結構；以及將該第一晶圓級透鏡組與一目標透鏡結合，其中該目標透鏡包含一第二接合結構，該第二接合結構具有一凸緣，該第二接合結構之該凸緣與該第一接合結構之該凹槽接合。
12. 如請求項11所述之方法，其中在該可壓印材料中產生該壓印是藉由以一模板的表面施壓於該可壓印材料而進行。
13. 如請求項11所述之方法，其中該第一晶圓級透鏡組的數量為複數個，且該方法包含：分離該些第一晶圓級透鏡組。
14. 如請求項11所述之方法，其中該第一接合結構之該凹槽為環狀，且將該第一晶圓級透鏡組與該目標透 鏡結合是透過將該第一接合結構之該凹槽的一內側壁貼齊該目標透鏡之一凹狀非球面而進行。
15. 如請求項11所述之方法，其中該目標透鏡藉由一成模加工而形成，該成模加工包含：形成一模型空腔於至少二個模具之間，該模型空腔具有與該目標透鏡實質上相同的尺寸；注入一透鏡形成液體於該模型空腔內；硬化在該模型空腔內之該透鏡形成液體，以形成該目標透鏡；以及分離該目標透鏡與該些模具。
16. 如請求項11所述之方法，其中該目標透鏡藉由一壓印加工而形成。