鏡頭模塊及其制造方法

專利名稱：鏡頭模塊及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鏡頭模塊及其制造方法，特別涉及一種適用于晶圓(圓片)級工藝，并用以搭配一影像傳感器使用的鏡頭模塊及其制造方法。
背景技術：
一般應用于手持式電子裝置的鏡頭模塊主要包括一影像傳感器，及一罩設于影像傳感器的鏡片座(lens holder)。鏡片座具有一可旋轉的鏡片筒(lens barrel),鏡片筒并具有一鏡片組。當鏡片組成像于影像傳感器時，可通過鏡片筒相對鏡片座旋轉以改變鏡片組與影像傳感器之間的距離，進而使光線聚焦于影像傳感器上。然而，在這種鏡頭模塊中由于鏡片筒可于鏡片座內部旋轉的設置方式，使得鏡片座在鏡頭模塊中占有一定的空間，進而使鏡頭模塊的體積無法縮減，而不適用于日益講求輕量化及小型化的手持式電子裝置 上。因此，目前市場上出現一種晶圓級鏡頭模塊(wafer level lens module),例如美國公告專利第7，564，496號專利案所揭露的晶圓級鏡頭模塊，其包括一影像擷取組件(image capturing element)以及依序堆棧并相互貼合于影像擷取元件上方的間隔件(spacer)、蓋板(cover plate)和具有透鏡的透鏡基板(lens substrate)。間隔件并具有一孔洞，用以讓光線可經由透鏡成像于影像傳感器上。其中，間隔件、蓋板以及透鏡基板均是由玻璃材質所組成，其主要是為了避免在晶圓級鏡頭模塊的制造過程中，間隔件與蓋板或透鏡基板之間，因為熱膨脹系數(coefficient of thermal expansion,CTE)的匹配誤差(mismatch)而產生斷裂。同時，由于此鏡頭模塊的組成元件均采用集成電路工藝制造，因此，使其相較于傳統鏡頭模塊具有較小的體積，而可應用在手機等小型電子設備上。然而，在上述的晶圓級鏡頭模塊中，由于間隔件是采用具有透光性質的玻璃所組成，因此在制造上無法快速的大量生產。并且，在晶圓級鏡頭模塊的后續工藝中，必須另外增加一遮光罩(sunshade)或罩框(housing)等遮光元件包覆在間隔件、蓋板和透鏡基板的外圍；或者是，在間隔件、蓋板和透鏡基板的外圍涂覆一層遮光涂料，用以隔離外界環境所產生的雜散光，以避免這些雜散光傳遞至影像擷取元件，而影像擷取元件的影像感測效能及影像質量。如此，除了造成晶圓級鏡頭模塊的體積增加外，并同時增添晶圓級鏡頭模塊制造上的復雜度和困難度，而導致制造生產成本上升的問題。

發明內容
鑒于以上的問題，本發明的目的在于提供一種鏡頭模塊及其制造方法，藉以改進現有晶圓級鏡頭模塊中必須額外安裝遮光元件，導致晶圓級鏡頭模塊的體積無法縮減以及在生產制造時的復雜度及困難度增加，進而造成制造生產成本上升的問題。本發明揭露一種鏡頭模塊，適用于晶圓級工藝，此鏡頭模塊用以搭配一影像傳感器使用，以使光線適當地通過鏡頭模塊匯聚于影像傳感器。在晶圓級工藝當中，可以適當地加入非透光的間隔件，以搭配透鏡來匯聚光線。為了達到此目的，透鏡設置于一基板的表面，而間隔件相對于透鏡，設置于透鏡的周圍，以不阻擋透鏡匯聚光線，其中基板及透鏡是由透光材料所制成，間隔件是由非透光材料所制成。本發明并揭露一種鏡頭模塊的制造方法，以制作出如同前述的鏡頭模塊。所述之制造方法主要為在形成多個鏡頭模塊之后，才進行切割，以形成多個分離的鏡頭模塊，便可簡化晶圓級鏡頭模塊制造上的復雜度和困難度。本發明的功效在于，通過間隔件的非透光特性，使鏡頭模塊在應用于影像擷取模塊時，可直接以間隔件隔離來自于外界的雜散光，而省略現有鏡頭模塊中罩框或遮光罩等遮光元件的設置，可進一步縮減鏡頭模塊和影像擷取模塊的體積，并同時具有簡化鏡頭模塊的制造程序以及降低鏡頭模塊的制造成本等優點。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。


圖I為本發明第一實施例的影像擷取模塊的剖面示意圖，圖2為本發明第一實施例的鏡頭模塊的制造流程圖，圖3為本發明第一實施例的鏡頭模塊的分解示意圖，圖4為本發明第一實施例的單一鏡頭模塊的組合示意圖，圖5為本發明第一實施例的單一鏡頭模塊的剖面示意圖，圖6為本發明第二實施例的單一鏡頭模塊的剖面示意圖，圖7為本發明第二實施例的鏡頭模塊的制造流程圖。其中，附圖標記10影像擷取模塊110電路板120影像傳感器20鏡頭模塊210 基板211 第一表面212 第二表面213 透鏡220,220'間隔件221 通孔230,230/ 黏著層
具體實施例方式本發明所揭露的鏡頭模塊及其制造方法適用于晶圓級工藝中，并且所制成的鏡頭模塊在使用上，是配置于一影像擷取模塊中，用以搭配一影像傳感器使用。需注意的是，說明書的附圖是為輔助文字，使本領域的技術人員可以理解如何應用本發明，因此附圖僅繪示出本發明的必要特征，而且附圖中各元件的尺寸與相對的尺寸關系也是用以凸顯本發明的必要技術特征，與實際產品的尺寸可能有所不同，并非用以限制本發明的適用范圍。
圖I繪示本發明的影像擷取模塊的剖視示意圖，在本發明第一實施例所揭露的影像擷取模塊10中，包括有一電路板110、一影像傳感器120及一鏡頭模塊20，影像傳感器120電性設置于電路板110上，鏡頭模塊20設置于電路板110上，并且與影像傳感器120位于電路板110的同一側面。需注意的是，本發明所能適用的光線，除了可見光以外，還包含不可見光，因此本發明所稱的透光材料 ，是指能夠讓可見光及/或不可見光穿透的材料。在某些會發射出光線的應用中，不可見光具有人眼不可見的特性，對使用者來說，比較不會傷害眼睛。圖I至圖5分別繪示本發明的鏡頭模塊制造流程圖以及鏡頭模塊的各種示意圖。圖2為本發明第一實施例的鏡頭模塊的制造流程圖，圖3為本發明第一實施例的鏡頭模塊的分解示意圖，圖4為本發明第一實施例的單一鏡頭模塊的組合示意圖，圖5為本發明第一實施例的單一鏡頭模塊的剖視示意圖。以下一并說明鏡頭模塊的制造流程以及元件特征，元件標號請對照各附圖的標示，其中相同的元件標號代表相同的元件。在鏡頭模塊20的制造上，首先提供一基板210 (SlOl)，基板210是由透光材料所組成，例如為玻璃。基板210具有相對的一第一表面211及一第二表面212,并且于基板210上間隔配置有多個透鏡213。多個透鏡213配置于基板210的第一表面211及/或第二表面212，因應不同的需求，在本實施例中，透鏡213可以以凸透鏡或凹透鏡的形式配置。在第一實施例所揭露的鏡頭模塊20中，透鏡213是以凸透鏡的形式間隔配置于基板210的第一表面211做為舉例說明，但并不以此為限。接著，形成一間隔件220于基板的第二表面(S102)，此間隔件220是由非透光材料所制成，例如為黑色耐高溫塑料，設置于該第二表面212上，該間隔件220相對該透鏡213，設置于該透鏡的周圍，以不阻擋該透鏡匯聚該光線。并且，間隔件220具有熔點高于攝氏200度CC )以及熱膨脹系數匹配于基板210熱膨脹系數的特性。例如當基板210的組成材料為玻璃時，間隔件220的熱膨脹系數不大于100ppm/°C (百萬分之一 /攝氏度)，例如為100ppm/°C、60ppm/°C或30ppm/°C等；或者是熱膨脹系數α I低于50ppm/°C以及熱膨脹系數α 2低于100ppm/°C等，以避免在鏡頭模塊20的使用過程中，基板210與間隔件220之間因熱膨脹系數的匹配誤差而產生應力，所導致間隔件220自基板210上斷裂的情形發生。因此，上述間隔件220的組成材料具有低熱膨脹系數的特性，以配合該基板的熱膨脹系數，減低因熱膨脹系數的匹配誤差而產生的應力，較佳地，該間隔件的組成材料具有低熱膨脹系數，其可以是但并不局限于熱膨脹系數約低于30ppm/°C的液晶高分子(liquidcrystalline polymer, LCP)、熱膨脹系數 α I 和 α 2 分別低于 20ppm/°C和 60ppm/°C 的環氧樹脂模制化合物(epoxy molding compound, EMC)或者是熱膨脹系數約低于47ppm/°C的聚醚醚酮(polyaryletherketone, PEEK)等非透光材料。間隔件220可以由射出成型的加工方式獲得，并且在間隔件220上形成有多個通孔221。多個通孔221貫穿間隔件220的相對二側面，且多個通孔221位于間隔件220上的位置對應于基板210的多個透鏡213，同時每一通孔221的內徑略大于每一透鏡213的外徑(如圖3所示)。接著，形成一黏著層230于間隔件220的一側面上(S103)，黏著層230的組成材料可以是但不局限于熱固性樹脂(thermoset)或紫外光膠(ultraviolet glue)。然后，以基板210的第二表面212設置于黏著層230上，或是以黏著層230附著于基板210的第二表面212 (S104)，使間隔件220結合于基板210的第二表面212，并且以多個通孔221對應于多個透鏡213。因此，使間隔件220與透鏡213之間的相對位置，是以環繞于透鏡213周圍的方式設置于第二表面212上。之后，沿著多個透鏡213之間的間隙裁切基板210(S105)，以形成多個鏡頭模塊20。其中，如圖5所不,每一鏡頭模塊20具有一基板210、一間隔件220及至少一透鏡213，透鏡213設置于基板210的第一表面211，間隔件220通過黏著層230結合于基板210的第二表面212，且間隔件220以通孔221對應于透鏡213，而于第二表面212上的相對位置，環繞于透鏡213的周圍。雖然上述的第一實施例是先經由射出成型的方式制作間隔件220，然后再經由黏著層230將間隔件220黏合于第二表面212上。但是，上述的實施例并非用以限定間隔件220與基板210的結合方式。在部分的實施例中，也可以直接使間隔件220接觸并且固定于第二表面上。舉例而言，可以經由印刷的方式將間隔件220的材料印刷于第二表面212上，并且于印刷的同時形成這些通孔221。接著再固化印刷于第二表面212上的材料，以形成間隔件220。再舉例而言，使間隔件220接觸并且固定于第二表面212上的方法也可以是采用 微影蝕刻工藝來將間隔件220形成于第二表面上。請再次參閱圖1，因此，當鏡頭模塊20應用于影像擷取模塊10時，可通過另一黏著層230'將間隔件220結合于電路板110上，使鏡頭模塊20以間隔件220支撐于電路板110上，并以通孔221套設于影像傳感器120，使透鏡213與影像傳感器120之間產生間距而懸置于影像傳感器120上方，并垂直對應于影像傳感器120。此時，由于影像傳感器120受到鏡頭模塊20的包圍，而容置于基板210與間隔件220之間所形成的容置空間內，使來自于外界環境的光線只能經由透鏡213及通孔221傳遞至影像傳感器120，并可通過間隔件220將來自于外界環境的其它雜散光隔離于鏡頭模塊20外，因此可避免影像傳感器120受到雜散光的影響而降低影像感測的效能與質量。請參閱圖6和圖7，為本發明第二實施例所揭露的鏡頭模塊20，其與第一實施例之間的差異在于此鏡頭模塊20具有二間隔件220、220'。其是于鏡頭模塊20的制造過程中，在提供基板210的步驟后，提供二間隔件220、220'。接著，分別形成黏著層230于二間隔件220、220'的一側面上，或者是分別形成黏著層230于基板210的第一表面211及第二表面212上，以通過黏著層230分別將二間隔件220、22(V附著于基板210的第一表面211及第二表面212，使二間隔件220、220'結合于基板210上而構成鏡頭模塊20。此外，二間隔件220、220'的設置方式，另可如第一實施例在提供基板210的步驟(S201)后，提供二間隔件220、220' (S202)。接著，形成一黏著層230于其中一間隔件220上(S203)，并通過黏著層230將此間隔件220設置于基板210的第二表面212(S204)。之后，在裁切基板210的步驟(S207)前，形成一黏著層230于另一間隔件220'上(S205)，并通過黏著層230將另一間隔件22(V設置于基板210的第一表面211上(S206)，此僅為二間隔件220、22(V在鏡頭模塊20上的設置方式不同，但并非用以限定本發明。如同前述對于將間隔件220結合于第二表面212的描述，上述第二實施例并非用以限定間隔件220'與基板210的結合方式。同樣地，間隔件220'也可以經由印刷或是微影蝕刻工藝來接觸并且固定于第一表面211上。基于上述的結構，由于在基板的第一表面及第二表面同時具有間隔件的設置，因此當鏡頭模塊應用于影像擷取模塊時，可同時通過二間隔件將來自于外界的雜散光隔離于鏡頭模塊外，而進一步的提升影像傳感器的感測效能與質量。綜合前述說明，可知本發明的功效在于，通過鏡頭模塊中間隔件的非透光特性，使鏡頭模塊在應用于影像擷取模塊時，可直接的以間隔件隔離外界的雜散光，而省略現有鏡頭模塊中外罩或遮光罩等遮光元件的設置，可進一步縮減鏡頭模塊和影像擷取模塊的體積。并且，通過間隔件的組成材料同時具有高熔點及低熱膨脹系數等特性，可避免間隔件與基板之間在影像擷取模塊進行回焊(reflow)工藝時，因熱膨脹系數的匹配誤差而產生斷裂、毀壞的情形發生。同時，在鏡頭模塊的制造上，相較于現有鏡頭模塊采用玻璃材料做為間隔件的設置方式，本發明所揭露的鏡頭模塊除了可省略如外罩或遮光罩等遮光元件的設置外，另可通過射出成型的方式形成間隔件，而具有簡化鏡頭模塊的制造程序以及降低鏡頭模塊的制造成本等優點。且影像傳感器可以是但不局限于金氧互補半導體影像傳感器(CMOS imagesensor,CIS),例如也可為光電稱合元件(Charge Coupled Device)影像傳感器。鏡頭模塊則可選用可與晶圓工藝配合的成品或者整合于制造過程中形成，因此并不局限于晶圓級鏡頭豐吳塊。 另外值得注意的是，前述間隔件也可通過工藝，直接形成于基板上所要結合的第一表面及/或第二表面上，而無須其它黏著材料。例如通過在第一表面及/或第二表面上直接印制上述的非透光材料，待其固化后即于基板的第一表面及/或第二表面上形成間隔件，以使前述的間隔件直接與第一表面及/或第二表面接觸，并且固定于第一表面及/或第二表面上，類似的技術為熟知半導體工藝技術者所知悉，在此不加贅述。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種鏡頭模塊，適用于晶圓級工藝，該鏡頭模塊用以搭配一影像傳感器使用，以使光線適當地通過該鏡頭模塊匯聚于該影像傳感器，其特征在于，該鏡頭模塊包括有 一基板，具有相對的一第一表面及一第二表面； 一透鏡，設置于該第一表面及該第二表面其中的一表面上，用以匯聚該光線；以及 一間隔件，設置于該第二表面上，該間隔件相對該透鏡，設置于該透鏡的周圍，以不阻擋該透鏡匯聚該光線； 其中該基板與該透鏡由透光材料所制成，該間隔件由非透光材料所制成。
2.根據權利要求I所述的鏡頭模塊，其特征在于，該間隔件的組成材料選自于液晶高分子、環氧樹脂模制化合物或聚醚酮。
3.根據權利要求I所述的鏡頭模塊，其特征在于，該間隔件的熱膨脹系數以及該基板的熱膨脹系數不大于100ppm/°C。
4.根據權利要求I所述的鏡頭模塊，其特征在于，還包括另一間隔件，設置于該基板的該第一表面上，并且該二間隔件相對該透鏡，設置于該透鏡的周圍，以不阻擋該透鏡匯聚該光線。
5.根據權利要求I所述的鏡頭模塊，其特征在于，還包括一黏著層，位于該間隔件及該基板之間，該間隔件通過該黏著層結合于該基板上。
6.一種鏡頭模塊的制造方法，適用于晶圓級工藝，該鏡頭模塊用以搭配一影像傳感器使用，以使光線適當地通過該鏡頭模塊匯聚于該影像傳感器，其特征在于，該制造方法包括以下步驟 提供一基板，該基板的一第一表面或/及一第二表面設置有多個透鏡； 設置一第一間隔件于該基板的該第二表面，該第一間隔件相對該多個透鏡，設置于該多個透鏡的周圍；以及 切割該基板以形成多個鏡頭模塊，且每一該鏡頭模塊具有至少一透鏡。
7.根據權利要求6所述的鏡頭模塊的制造方法，其特征在于，切割該基板的步驟前，還包括有設置一第二間隔件于該基板的該第一表面的步驟。
8.根據權利要求7所述的鏡頭模塊的制造方法，其特征在于，設置第二間隔件的步驟還包括有 通過一黏著層將該第二間隔件結合于該基板的該第一表面。
9.根據權利要求7所述的鏡頭模塊的制造方法，其特征在于，設置該第二間隔件的步驟還包括有 使該第二間隔件直接接觸并且固定于該基板的該第一表面。
10.根據權利要求7所述的鏡頭模塊的制造方法，其特征在于，設置該第一間隔件的步驟還包括有 使該第一間隔件直接接觸并且固定于該基板的該第二表面。
11.根據權利要求6所述的鏡頭模塊的制造方法，其特征在于，設置第一間隔件的步驟還包括有 通過一黏著層將該第一間隔件結合于該基板的該第二表面。
全文摘要
一種鏡頭模塊及其制造方法，鏡頭模塊適應用于晶圓(圓片)級工藝，用以搭配一影像傳感器使用，鏡頭模塊包括有一基板、一透鏡及一間隔件，透鏡設置于基板的其中一表面上，用以匯聚光線，間隔件設置于基板上相對于透鏡的周圍，以阻擋光線自透鏡周圍穿過基板，其中基板及透鏡是由透光材料所制成，而間隔件則是由非透光材料所制成，用以隔離來自于外界的雜散光，以提升影像傳感器的感測效能。
文檔編號G02B7/02GK102955215SQ201110244409
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者沈啟智, 陳暉暄, 王維中 申請人:原相科技股份有限公司