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KR20140054081A - 수동 광학 부품을 제조하기 위한 방법 및 그것을 포함하는 장치 - Google Patents

수동 광학 부품을 제조하기 위한 방법 및 그것을 포함하는 장치 Download PDF

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KR20140054081A
KR20140054081A KR1020147004151A KR20147004151A KR20140054081A KR 20140054081 A KR20140054081 A KR 20140054081A KR 1020147004151 A KR1020147004151 A KR 1020147004151A KR 20147004151 A KR20147004151 A KR 20147004151A KR 20140054081 A KR20140054081 A KR 20140054081A
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South Korea
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wafer
optical
transparent
rti
passive optical
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KR1020147004151A
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하르트무트 루드만
수잔 베슈텐회퍼
보얀 테자노픽
Original Assignee
헵타곤 마이크로 옵틱스 피티이. 리미티드
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Abstract

장치는 적어도 하나의 투명 부분(t)과 적어도 하나의 차단 부분(b)을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재(O)를 포함한다. 적어도 하나의 투명 부분(t)은 투명 재료로 불리우는, 적어도 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명한 하나 이상의 재료로 제조되고, 적어도 하나의 차단 부분(b)은 불투명 재료로 불리우는, 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 불투명한 하나 이상의 재료로 제조된다. 투명 부분(t)은 적어도 하나의 수동 광학 부품(L)을 포함한다. 적어도 하나의 수동 광학 부품(L)은 수직 방향을 따라 측정시 상기 적어도 하나의 차단 부분(b)의 두께와 적어도 대략 동일한 거리에서 상기 수직 방향에 실질적으로 수직한 2개의 대향하는 적어도 대략 평평한 표면을 갖춘 투명 요소(6)와 상기 투명 요소(6)에 부착되는 적어도 하나의 광학 구조체(5)를 포함한다. 적어도 하나의 수동 광학 부품(L)을 포함하는 장치를 제조하기 위한 방법은 적어도 하나의 차단 부분(b)과 다수의 투명 요소(6)를 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

수동 광학 부품을 제조하기 위한 방법 및 그것을 포함하는 장치{METHOD FOR MANUFACTURING PASSIVE OPTICAL COMPONENTS, AND DEVICES COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광학 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학 및 광전자 부품의 제조에 관한 것이다. 그것은 수동 광학 부품 및 이것들을 포함하는 장치와 그것들의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 특허청구범위에 따른 방법 및 장치에 관한 것이다.
US 2011/0043923 A1에, 수동 광학 부품을 복제에 의해 제조할 수 있는 방법이 기술된다. 예컨대, 단일 부품으로서 렌즈의 복제에 의한 성형이 그것에 기술된다.
US 2011/0050979 A1에, 기능 요소를 갖춘 광전자 장치를 위한 광학 모듈이 개시된다. 모듈의 제조시, 렌즈 요소가 투명한 기판 상에 제조된다. 기능 요소의 개선된 성능을 보장하기 위해, EMC 실드(shield)가 제공된다. 예컨대, 렌즈 요소를 위한 조리개를 갖춘 불투명한 전기 전도성 재료의 층이 기판의 하나의 표면 상에 제공될 수 있다. 복수의 그러한 모듈을 웨이퍼 스케일로 제조하는 것이 또한 US 2011/0050979 A1에 개시된다.
WO　2005/083789　A2는 능동 광전자 장치와 수동 광학 소자의 조합에 관한 것이다. 능동 광학 부품을 포함하는 광전자 웨이퍼가 (마이크로) 광학 구조체를 구비하며, 여기에서 광학 구조체는 능동 광학 부품에 할당된다. 광학 구조체는 복제를 사용하여 제조된다.
용어의 정의
"능동 광학 부품(active optical component)": 감광 또는 발광 부품. 예컨대, 포토다이오드, 이미지 센서, LED, OLED, 레이저 칩.
"수동 광학 부품(passive optical component)": 렌즈, 프리즘, 거울 또는 광학계와 같은 굴절 및/또는 회절 및/또는 반사에 의해 광을 방향 전환시키는 광학 부품으로서, 여기에서 광학계는 구경 조리개(aperture stop), 이미지 스크린, 홀더와 같은 기계 요소를 또한 포함할 수 있는 일군의 그러한 광학 부품이다.
"광전자 모듈(opto-electronic module)": 적어도 하나의 능동 및 적어도 하나의 수동 광학 부품이 포함되는 부품.
"복제(replication)": 주어진 구조 또는 그 역상(negative)을 재현하는 기술. 예컨대, 에칭, 엠보싱, 몰딩.
"웨이퍼(wafer)": 실질적으로 디스크형 또는 플레이트형 물품으로서, 한 방향(z 방향 또는 수직 방향)으로의 그 연장 범위가 다른 두 방향(x 및 y 방향 또는 측방향)으로의 그 연장 범위에 대해 작다. 보통, [비-블랭크(non-blank)] 웨이퍼 상에, 복수의 동일한 구조체 또는 물품이 전형적으로 직사각형 격자로 배치되거나 그것 내에 제공된다. 웨이퍼는 개구 또는 구멍을 구비할 수 있고, 웨이퍼는 심지어 그 측부 영역의 주된 부분에서 재료가 없을 수도 있다. 많은 맥락에서, 웨이퍼가 주로 반도체 재료로 제조되는 것으로 이해되지만, 본 특허 출원에서, 이는 명백히 제한 사항이 아니다. 따라서, 웨이퍼는 주로 예컨대 반도체 재료, 중합체 재료, 금속 및 중합체 또는 중합체 및 유리 재료를 포함하는 복합 재료로 제조될 수 있다. 특히, 열 또는 UV 경화성 중합체와 같은 경화가능한 재료가 제시된 발명과 관련하여 흥미로운 웨이퍼 재료이다.
"측방향(lateral)": "웨이퍼" 참조.
"수직(vertical)": "웨이퍼" 참조.
"광(light)": 가장 일반적으로는 전자기 방사선; 특히 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시 또는 자외선 부분의 전자기 방사선.
본 발명의 한가지 목적은 수동 광학 부품을 제조하는 개선된 방법 및 적어도 하나의 그러한 수동 광학 부품을 포함하는 장치를 생성하는 것이다. 보다 일반적으로, 각각 적어도 하나의 광학 부재 및 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 장치와 장치를 제조하기 위한 방법이 청구되며, 각각 상기 장치 및 상기 수동 광학 부품은 각각 상기 장치 및 상기 수동 광학 부품 그 자체와 동일할 수 있는 것에 유의하여야 한다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 장치를 제조하는 비교적 간단한 방법을 제공하고 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 적은 수의 제조 단계를 갖는, 그러한 장치를 특히 대량으로 제조하는 방법을 제공하고 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 장치를 제조하는 특히 효율적인 방법을 제공하고 상응하는 장치를 제공하는 것이다. 특히, 조립은 특히 효율적이어야 한다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 장치를 제조하는 특히 비용-효과적인 방법을 제공하고 상응하는 장치를 제공하는 것이다. 특히, 조립은 특히 비용-효과적이어야 한다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 장치를 제조하는 특히 시간-절약적인 방법을 제공하고 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 작은 외부 치수의 장치를 제공하고 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 높은 통합 수준을 갖는 장치를 제공하고 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 적은 수의 구성요소로 구성되는 장치를 제공하고 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장치 내에 포함되는 개별 광학 부품의 특히 정확한 상대 위치 설정을 갖는 장치를 제공하고 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 우수한 광학 특성을 갖는 장치를 제공하고 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.
추가의 목적이 아래의 설명과 실시 형태로부터 도출된다.
이들 목적 중 적어도 하나가 특허청구범위에 따른 장치 및 방법에 의해 적어도 부분적으로 달성된다.
적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 장치를 제조하기 위한 방법은,
a) 적어도 하나의 차단 부분과 다수의 투명 요소를 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 다수의 투명 요소 각각은 투명 재료로 불리우는, 적어도 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명한 재료로 제조되고, 상기 적어도 하나의 차단 부분은 불투명 재료로 불리우는, 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 불투명한 재료로 제조된다.
이는 아래의 기재로부터 명확해질 바와 같이 많은 태양 및 응용과 장치에 유용할 수 있다. 예컨대, 이 방식으로 웨이퍼 레벨로의 수동 광학 부품의 효율적인 제조가 달성될 수 있으며, 특히 여기에서 수동 광학 부품(특히 추가로 후술되는 바와 같은 광학 구조체)의 적어도 일부분이 주위 웨이퍼 부분의 수직 연장 범위를 넘어 수직으로 연장되며, 이때 주위 웨이퍼 부분은 보통 차단 부분에 의해 형성된다.
전형적으로, 상기 장치는 상기 웨이퍼의 적어도 일부분을 포함한다.
전형적으로, 상기 웨이퍼의 측방향 치수는 적어도 5 cm 또는 10 cm이고 최대 30 cm 또는 40　cm 또는 심지어 50 cm이며; 전형적인 수직 치수는 적어도 0.2 mm 또는 0.4 mm 또는 심지어 1 mm이고 최대 6 mm 또는 10 mm 또는 심지어 20　mm이다.
보통, 상기 수동 광학 부품은 광에 영향을 주기 위해, 특히 광을 안내하기 위해 제공된다.
일 실시 형태에서, 상기 다수의 투명 요소 각각은 측부에서 상기 적어도 하나의 차단 부분에 인접한다.
전술된 실시 형태와 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 다수의 투명 요소 각각은 측부에서 상기 적어도 하나의 차단 부분에 의해 둘러싸인다.
전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 차단 영역은 실질적으로 정확히 하나의 불투명 재료로 제조된다.
전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 다수의 투명 요소 각각의 수직 연장 범위가 상기 적어도 하나의 차단 부분의 수직 연장 범위와 적어도 대략 동일하다.
전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 다수의 투명 요소 각각은 수직 방향에 실질적으로 수직한 2개의 대향하는 적어도 대략 평평한 표면을 구비한다.
전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 이 방법은,
d) 상기 웨이퍼를 제조하는 단계
를 포함하고,
단계 d)는,
d1) 상기 투명 재료가 위치되기로 되어 있는 장소에서 개구를 구비하는 실질적으로 상기 불투명 재료로 제조되는 전구체 웨이퍼를 제공하는 단계;
d2) 상기 개구를 상기 투명 재료 중 적어도 하나로 적어도 부분적으로 충전하는 단계
를 포함한다.
이는 상기 웨이퍼를 제조하는 특히 효율적인 방법일 수 있다.
전술된 실시 형태를 인용하는 일 실시 형태에서, 단계 d2) 중, 상기 투명 재료는 액체 또는 점성 상태이고, 단계 d2)에 후속하여,
d3) 상기 투명 재료를 경화시키는 단계
가 수행된다. 특히, 상기 경화는 큐어링(curing)을 포함한다.
단계 d1) 및 d2)를 포함하는 2개의 전술된 실시 형태의 하나 또는 둘 모두를 인용하는 일 실시 형태에서, 단계 d2)가 디스펜서를 사용하여 수행된다. 여기에서, 상기 구멍 중 1개 또는 수개가 동시에 충전될 수 있다.
디스펜서를 사용하는 것에 대한 대안은 예컨대 스크린 인쇄 공정에 사용되는 것과 같은 스퀴지(squeegee) 공정을 사용하는 것이다.
단계 d1) 및 d2)를 포함하는 전술된 실시 형태 중 하나 이상을 인용하는 일 실시 형태에서, 이 방법은 상기 전구체 웨이퍼를 복제를 사용하여 제조하는 단계를 포함한다. 이는 매우 효율적일 수 있다. 상기 복제 중 경화 단계, 예컨대 큐어링 단계가 수행될 때, 이는 오히려 가열에 의해 수행될 것인데, 왜냐하면 차단 부분의 불투명 재료의 불투명성이 많은 경우에 방사선 경화를 달성하기 위해 사용될 방사선에 대한 불투명성을 동반할 수 있기 때문이다.
복제에 대한 대안은 상기 개구를 드릴링 또는 에칭에 의해 생성하거나, 전구체 웨이퍼를 몰딩을 사용하여 제조하는 것이다. 몰딩이 사용되면, 듀로플라스틱(duroplastic) 사출 성형이 다양한 응용에 특히 적합한 방법일 수 있다.
전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 이 방법은,
c) 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 다수의 수동 광학 부품을 포함하는, 광학 웨이퍼로 불리우는 웨이퍼를 제조하는 단계
를 포함하고,
단계 c)는,
c1) 상기 다수의 투명 요소 각각 상에 적어도 하나의 광학 구조체를 제조함으로써 상기 다수의 수동 광학 부품을 제조하는 단계
를 포함한다.
보통, 상기 적어도 하나의 광학 구조체는 광에 영향을 주기 위해, 특히 광을 안내하기 위해, 특히 광을 방향 전환시키기 위해 제공된다.
상기 장치가 상기 광학 웨이퍼이거나 그것을 포함하거나 그 일부분을 포함하는 것을 제공할 수 있다.
전술된 실시 형태(단계 c) 및 c1)을 포함하는)를 인용하는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 광학 구조체는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함한다.
이는 전형적인 응용이다. 상기 렌즈 요소는 보통 상기 투명 요소 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 합성 렌즈(composed lens)의 구성요소인 렌즈이다.
렌즈 요소 그 자체와 전술된 바와 같은 합성 렌즈는 굴절 및/또는 회절에 기초하여 작동할 수 있다.
렌즈 요소 대신에(또는 그것에 더하여), 프리즘 요소와 같은 다른 요소가 광학 구조체 내에 포함될 수 있다. 또한, 코팅된 요소, 예컨대 거울 요소의 역할을 하는, 반사 코팅으로 코팅된 투명 부품도 또한 적합할 수 있다.
단계 c) 및 c1)을 포함하는 전술된 실시 형태 중 하나 이상을 인용하는 일 실시 형태에서, 상기 광학 구조체를 제조하는 단계(단계 c1)에서 언급됨)는 복제를 사용하여 수행된다. 이는 상기 광학 구조체를 제조하는 매우 효율적이고 정확한 방법이다.
보통, 상기 복제에 사용되는 복제 재료는 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명하다(적어도 복제 재료가 경화된 상태에 있을 때). 많은 응용에 적합한 복제를 수행하는 방법은 엠보싱을 포함한다.
전술된 실시 형태를 인용하는 일 실시 형태에서, 상기 광학 구조체를 복제를 사용하여 제조하는 단계는,
r1) 상기 다수의 투명 요소 각각에 복제 재료를 적용하는 단계;
r2) 상기 복제 재료 내에 구조화된 표면을 복제하는 단계;
r3) 상기 복제 재료를 경화시키는 단계;
r4) 상기 구조화된 표면을 제거하는 단계
를 포함한다.
보통, 단계 r1) 내지 r4)는 이어서 인용된 순서로 또는 순서 r2, r1, r3, r4로 수행된다.
복제 재료는 경화가능한, 전형적으로 큐어링가능한 재료; 특히 자외선 방사선 또는 가열을 사용하여 각각 경화가능하고 큐어링가능한 재료이다. 적합한 복제 재료는 예컨대 에폭시 수지와 같은 중합체일 수 있다.
상기 광학 구조체를 복제를 사용하여 제조하는 단계가 하나의 복제 공정에서 상기 광학 구조체 모두에 대해 동시에 수행되는 것을 제공할 수 있다. 그러나, 상기 광학 구조체를 복제를 사용하여 제조하는 단계가 이어서 다수의 복제 단계를, 전형적으로는 상기 광학 구조체 각각에 대해 하나의 복제 공정을, 그러나 가능하게는 상기 광학 구조체 모두의 일부분에 대해 하나의 단일 복제 공정을 수행함으로써 수행되는 것을 제공하는 것도 또한 가능하다.
단계 r1) 내지 r4)를 포함하는 전술된 실시 형태를 인용하는 일 실시 형태에서, 단계 r2)에 언급된 상기 복제 단계는 정렬된 방식으로, 보다 구체적으로는 상기 구조화된 표면이 상기 다수의 투명 요소 중 적어도 하나에 대해 명확하게 정렬되도록 수행된다.
단계 c) 및 c1)을 포함하는 전술된 실시 형태 중 하나 이상을 인용하는 일 실시 형태에서, 이 방법은,
e) 상기 광학 웨이퍼와 적어도 하나의 추가 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택을 준비하는 단계;
f) 상기 웨이퍼 스택을 분리함으로써, 각각 상기 다수의 수동 광학 부품 중 적어도 하나를 포함하는 다수의 분리된 모듈을 얻는 단계
를 포함한다.
전술된 실시 형태(단계 e) 및 f)를 포함하는)를 인용하는 일 실시 형태에서, 단계 e)는 상기 웨이퍼 스택의 웨이퍼를 서로에 대해 예컨대 접착제 의해, 예컨대 열-경화성 에폭시 수지를 사용하여 고정시키는 단계, 특히 본딩하는 단계를 포함한다.
단계 e) 및 f)를 포함하는 전술된 실시 형태 중 하나 이상을 인용하는 일 실시 형태에서, 단계 e)는 상기 웨이퍼 스택의 웨이퍼를 특히 그것들을 서로에 대해 고정시킬 때 그것들이 적합하게 정렬되도록 서로에 대해 정렬시키는 단계를 포함한다.
단계 e) 및 f)를 포함하는 전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 추가 웨이퍼 중 적어도 하나는 다수의 능동 광학 부품을 포함하며, 이때 상기 분리된 모듈 각각은 상기 다수의 능동 광학 부품 중 적어도 하나를 포함한다. 여기에서, 보통, 상기 투명 요소 및 수동 광학 부품 각각은 각각 상기 다수의 능동 광학 부품 중 적어도 하나에 할당되며; 이는 보통 제조 중 상기 웨이퍼를 그에 맞게 정렬시킴으로써 제공된다.
단계 e) 및 f)를 포함하는 전술된 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 추가 웨이퍼 중 적어도 하나는 상기 수동 광학 부품과 스페이서 웨이퍼에 의해 제공되는 기계적 정지부 사이의 명확한 수직 거리를 제공하기 위해 구조화되고 구성되는 상기한 스페이서 웨이퍼이다.
상기 장치가 상기 웨이퍼 스택이거나 그것을 포함하거나 그 일부분을 포함하는 것을 제공할 수 있다.
상기 장치가 상기 모듈 중 하나 또는 적어도 하나이거나 그것을 포함하는 것을 제공할 수 있다.
전술된 방법에 더하여, 본 발명은 또한 장치를 포함한다.
이 장치는 적어도 하나의 투명 부분과 적어도 하나의 차단 부분을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재를 포함하며, 여기에서
상기 적어도 하나의 투명 부분은 투명 재료로 불리우는, 적어도 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명한 하나 이상의 재료로 제조되고, 상기 적어도 하나의 차단 부분은 불투명 재료로 불리우는, 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 불투명한 하나 이상의 재료로 제조되며,
상기 투명 부분은 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하고,
상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 수직 방향에 실질적으로 수직한 2개의 대향하는 적어도 대략 평평한 표면을 갖춘 투명 요소와 상기 투명 요소에 부착되는 적어도 하나의 광학 구조체를 포함한다.
본 발명은 본 발명에 따른 상응하는 방법의 특징을 갖는 장치와 그 반대로 또한 본 발명에 따른 상응하는 장치의 특징을 갖는 방법을 포함한다.
장치의 이점은 기본적으로 상응하는 방법의 이점에 상응하며, 그 반대로 방법의 이점은 기본적으로 상응하는 장치의 이점에 상응한다.
일 실시 형태에서, 상기 투명 요소는 단일 부품이다.
전술된 실시 형태와 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 수동 광학 부품은 단일 부품이 아니다. 그것은 적어도 2개의 구성요소, 보통 2개 또는 3개의 구성요소를 포함한다. 이것들은 보통 상기 투명 요소와 상기 적어도 하나의 광학 구조체이다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 2개의 대향하는 적어도 대략 평평한 표면은 상기 수직 방향을 따라 측정시 상기 적어도 하나의 차단 부분의 두께와 적어도 대략 동일한 거리에 배치된다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 투명 부분 각각의 각각의 구성요소는 하나의 (단일) 투명 재료로 제조되며, 여기에서 이것들은 상기 투명 부분 각각의 구성요소 중 하나 이상에 대해 동일하거나 상이할 수 있다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 투명 부분은 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품과 동일하다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 광학 구조체가 없는 상기 광학 부재는 대체로 평탄하다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 광학 구조체가 없는 상기 광학 부재는 대체로 블록형 또는 플레이트형 형상을 갖는다.
장치가 하나의 그러한 광학 부재인 것을 제공할 수 있다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 차단 부분은 경화된 경화가능한 재료, 특히 큐어링된 큐어링가능한 재료로 제조된다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 차단 부분은 복제를 사용하여 제조된다. 대안적인 방법은 블랭크 웨이퍼로부터 시작하여 드릴링 또는 에칭을 사용하는 것, 또는 적어도 하나의 차단 부분을 제조하기 위해 몰딩을 사용하는 것일 것이다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 투명 요소는 경화된 경화가능한 재료, 특히 큐어링된 큐어링가능한 재료로 제조된다. 상기 투명 요소가 분배를 사용하여 제조되면, 경화된 경화가능한 분배가능한 재료가 보통 사용될 것이다. 상기 투명 요소가 스퀴지 공정을 사용하여 제조되면, 스퀴지 공정에 적용가능한 경화된 경화가능한 재료가 보통 사용될 것이다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 적어도 하나의 광학 구조체는 경화된 경화가능한 재료, 특히 큐어링된 큐어링가능한 재료로 제조된다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 상기 수동 광학 부품은 상기 대향하는 표면 각각에 부착되는 적어도 하나의 광학 구조체를 포함하며, 특히 그것은 대향하는 표면당 정확히 하나의 광학 구조체를 포함한다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 장치는 상기 적어도 하나의 광학 부재가 포함되는 광전자 모듈을 포함한다.
전술된 실시 형태를 인용하는 일 실시 형태에서, 상기 광전자 모듈은 적어도 하나의 능동 광학 부품을 포함하며, 특히 여기에서 상기 광전자 모듈에서, 상기 적어도 하나의 능동 광학 부품과 상기 적어도 하나의 광학 부재는 서로에 대해 고정된다. 예를 들어, 상기 광전자 모듈은 패키징된 부품일 수 있다.
2개의 마지막에 기술된 실시 형태 중 하나 또는 둘 모두를 인용하는 일 실시 형태에서, 상기 장치는 상기 광전자 모듈이다.
상기 광전자 모듈을 포함하는 전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 장치는 상기 광전자 모듈이 그것 상에 실장되는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 특히, 상기 장치는 전자 장치이다.
전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 장치는 광학 웨이퍼로 불리우는 웨이퍼를 포함하며, 이때 상기 광학 웨이퍼는 다수의 상기 광학 부재를 포함하며, 특히 여기에서 상기 광학 부재는 (측방향으로) 서로 나란히 배치된다.
상기 장치가 상기 광학 웨이퍼이거나 그것을 포함하는 것을 제공할 수 있다.
전술된 실시 형태를 인용하는 일 실시 형태에서, 장치는 상기 광학 웨이퍼가 포함되는 웨이퍼 스택을 포함한다. 상기 장치가 상기 웨이퍼 스택이거나 그것을 포함하는 것을 제공할 수 있다.
상기 광전자 모듈을 포함하는 전술된 장치 실시 형태 중 하나 이상과 조합될 수 있는 일 실시 형태에서, 장치는 다수의 상기 광전자 모듈이 포함되는 웨이퍼 스택을 포함하며, 특히 여기에서 상기 광전자 모듈은 (측방향으로) 서로 나란히 배치된다. 상기 장치가 상기 웨이퍼 스택이거나 그것을 포함하는 것을 제공할 수 있다.
추가의 실시 형태와 이점이 종속항과 도면으로부터 도출된다.
본 발명에 의하면, 수동 광학 부품을 제조하는 개선된 방법 및 적어도 하나의 그러한 수동 광학 부품을 포함하는 장치가 제공된다. 보다 일반적으로, 각각 적어도 하나의 광학 부재 및 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 장치와 장치를 제조하기 위한 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 그러한 장치를 제조하는 비교적 간단한 방법이 제공되고 상응하는 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 적은 수의 제조 단계를 갖는, 그러한 장치를 특히 대량으로 제조하는 방법이 제공되고 상응하는 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 그러한 장치를 제조하는 특히 효율적인 방법이 제공되고 상응하는 장치가 제공된다. 특히, 조립이 특히 효율적이다.
또한, 본 발명에 의하면, 그러한 장치를 제조하는 특히 비용-효과적인 방법이 제공되고 상응하는 장치가 제공된다. 특히, 조립이 특히 비용-효과적이다.
또한, 본 발명에 의하면, 그러한 장치를 제조하는 특히 시간-절약적인 방법이 제공되고 상응하는 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 작은 외부 치수의 장치가 제공되고 상응하는 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 높은 통합 수준을 갖는 장치가 제공되고 상응하는 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 적은 수의 구성요소로 구성되는 장치가 제공되고 상응하는 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 장치 내에 포함되는 개별 광학 부품의 특히 정확한 상대 위치 설정을 갖는 장치가 제공되고 상응하는 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 특히 우수한 광학 특성을 갖는 장치가 제공되고 상응하는 제조 방법이 제공된다.
이하에서는, 본 발명이 실시예 및 첨부 도면에 의해 더욱 상세히 기술된다. 도면은 개략적으로 도시된다.
도 1은 수동 광학 부품인 장치를 통한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 제조 단계의 개략적인 단면도이다.
도 4는 제조 단계의 개략적인 단면도이다.
도 5는 제조 단계의 개략적인 단면도이다.
도 6은 광학 웨이퍼인 장치를 통한 개략적인 단면도이다.
도 7은 광학 웨이퍼인 장치를 통한 개략적인 단면도이다.
도 8은 제조 단계를 예시한 개략적인 단면도이다.
도 9는 제조 단계를 예시한 개략적인 단면도이다.
도 10은 단면도의 개략적인 상세도이다.
도 11은 단면도의 개략적인 상세도이다.
도 12는 전자 장치인 장치를 예시한 광전자 모듈인 장치를 통한 개략적인 단면도이다.
도 13은 도 12의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택을 형성하기 위한 웨이퍼의 단면도이다.
도 14는 도 12의 다수의 모듈을 제조하기 위한 웨이퍼 스택인 장치의 단면도이다.
도 15는 반완성품(semi-finished part)인 장치를 통한 개략적인 단면도이다.
도 16은 반완성품인 장치를 통한 개략적인 단면도이다.
도면에 사용된 도면 부호와 그 의미가 도면 부호의 목록에 요약된다. 기술된 실시 형태는 실시예로서 의도되고, 본 발명을 제한하지 않아야 한다.
도 1은 수동 광학 부품(O)인 장치를 통한 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1의 장치의 개략적인 평면도이다. 수동 광학 부품(O)은 광학 부재(O)로도 불리울 수 있고 그렇게 광학 부재(O)로도 불리울 것이다.
도 1에, 수직(z) 방향과 x 방향이 도시된다. 도 2에 도시된 방향(x-y 평면 내의 방향)은 측방향으로 불리운다.
광학 부재(O)는 차단 부분(b)과 2개의 투명 부분(t)을 포함한다. 실제로, 광학 부재(O)는 차단 부분(b)과 2개의 투명 부분(t)으로 구성된다. 차단 부분(b)은 특정 스펙트럼 범위(파장 또는 파장 범위)의 광에 대해 실질적으로 불투명한 재료, 전형적으로는 중합체 재료로 제조되는 반면, 투명 부분(t)은 적어도 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명한 재료로 제조된다. 이 방식으로, 차단 부분(b)이 투명 부분(t) 각각을 위한 조리개로서 기능하고, 또한 투명 부분(t)을 고정(또는 유지)시킨다. 또한, 추후 더욱 명확해질 바와 같이(도 12 참조), 차단 영역(b)은 상기 특정 스펙트럼 범위의 광을 현저히 감쇠시키거나 차단함으로써 원하지 않는 광으로부터의 보호를 위한 실드(shield)로서 기능할 수 있다.
투명 부분(t) 각각은 적어도 2개의 부품을 포함하며; 도 1 및 도 2의 실시예에서, 그것은 3개의 부품, 즉 2개의 렌즈 요소(5)[또는 더욱 일반적으로는 광학 구조체(5)]와 투명 요소(6)이다. 이것들은 함께 렌즈 부재(L)(또는 더욱 일반적으로는 수동 광학 부품)를 형성한다. 광학 구조체(5)는 차단 부분(b)에 의해 형성되는 표면으로부터 돌출되며; 바꾸어 말하면, 그것들은 차단 부분(b)에 의해 형성되는 레벨을 넘어 수직으로 연장된다. 광학 구조체(5)가 적어도 하나의 정점을 갖는 렌즈 요소(예컨대, 오목 렌즈 또는 도 1에 도시된 바와 같이 볼록 렌즈)일 때, 이들 정점은 광학 부재(O)의 수직 단면 밖에 위치된다(도 1).
차단 부분(b)은 투명 부분(6)과 함께 (완벽에 가까운) 고체 플레이트형 형상을 형성한다. 광학 구조체(5)는 그것으로부터 돌출된다. 투명 요소(6) 각각은 실질적으로 평평한 2개의 대향 측부 표면, 즉 실질적으로 x-y 평면 내에 놓이는 2개의 표면을 구비한다.
광학 부재(O)의 외부 형상은 직사각형 측벽을 갖춘 대체로 플레이트형 또는 디스크형이다.
특히 흥미로운 것은 본 발명에 따른 광학 부재(O) 및 다른 장치의 제조 용이성이다. 특히, 웨이퍼-레벨 제조가 가능하다. 이는 도 3 내지 도 14를 참조하여 설명될 것이다.
도 3 내지 도 7은 제조 단계의 개략적인 단면도이다. 도 3은 다수의 구멍 또는 개구(11)를 갖춘, 불투명한 재료로 제조되는 전구체 웨이퍼(8)를 개략적으로 예시한다. 이것들 중 하나 이상이 전형적으로는 직사각형 격자로 배치되는데; 왜냐하면 제조될 도 1 및 도 2의 광학 부재(O)가 2개의 투명 부분(t)을 포함하고, 이들 2개의 투명 부분이 직사각형 격자로 배치되기 때문이다.
전구체 웨이퍼(8)는 복제에 의해 예컨대 엠보싱 또는 몰딩을 사용하여 제조될 수 있다. 또는, 블랭크 웨이퍼가 드릴링 또는 에칭에 의해 개구(11)를 구비할 수 있다.
전구체 웨이퍼(8) 내의 개구(11)의 형상이 물론 도 1 내지 도 3에 도시된 실린더형 형상과 상이할 수 있는 것에 유의하여야 한다. 구멍(11)은 수직축을 갖는 프리즘형일 필요가 없고, 측단면은 원형일 필요가 없다. 예컨대, 타원형 형상이 가능하고; 측단면의 형상이 수직 방향을 따라 변할 수 있으며; 측단면에서 구멍(11)에 의해 형성되는 면적이 수직 방향을 따라 변할 수 있다.
다음 단계(도 4 참조)에서, 개구(11)를 적합한 투명 재료(T)로 충전함으로써 투명 요소(6)가 형성된다. 충전 중, 투명 재료(T), 전형적으로는 중합체는 액체이거나 점성이 있다. 스크린 인쇄로부터 알려져 있는 것과 유사한 스퀴지(squeegee) 공정이 사용될 수 있거나, 또는 반도체 산업으로부터 알려져 있는 그리고 저충전(underfilling)을 위해 사용되는 것과 같은 디스펜서가 사용될 수 있다. 분배는 하나씩 수행될 수 있거나, 또는 예컨대 투명 재료(T)를 토출하는 수개의 중공 니들을 사용함으로써 수개의 개구가 동시에 충전된다.
충전 중, 전구체 웨이퍼(8)는 예컨대 폴리디메틸실록산과 같은 실리콘으로 제조되는 지지 층(12) 상에 놓인다. 지지 층(12)은 기계적 안정성을 위해 강성 지지 기판(13), 예컨대 유리 플레이트에 의해 지지된다.
충전 재료(T)의 충전 중, 재료(T) 내에 기포 또는 공동이 형성되지 못하게 하도록 주의하여야 하는데, 왜냐하면 투명 요소(6)가 제조될 수동 광학 부품(L)의 구성요소이기 때문에 이것이 수동 광학 부품(L)의 광학 특성을 열화시킬 수 있을 것이기 때문이다. 예컨대, 전구체 웨이퍼(8)와 밑에 있는 지지 층(12)에 의해 형성되는 에지에서 또는 그러한 에지에 근접한 장소에서 웨이퍼 재료의 습윤이 시작되도록; 예컨대 재료(T)를 토출하는 중공 니들을 그러한 에지에 근접하게 적합하게 안내함으로써 분배를 수행할 수 있다. 이는 이러한 제조 단계를 예시하기 위한 개략적인 단면도인 도 8 및 도 9에 도시된다. 관련 재료, 특히 투명 재료(T), 전구체 웨이퍼(8)의 재료 및 지지 층(13)의 재료의 표면 장력의 특성에 따라, 구멍(11) 내로 충전되는 동안 재료(T)에 의해 형성되는 형상은 변할 수 있고, 각각 도 8 및 도 9에 개략적으로 예시된 것과 유사하게 보일 수 있다. 파선은 충전 재료(T)의 양이 증가함에 따른 형상의 시간 전개를 나타내며, 이때 도 8 및 도 9는 상이한 습윤 각도에 대한 상이한 거동을 예시한다.
충분한 재료(T)가 충전된 때 충전이 중단된다. 진행하기 전에, 충전된 투명 재료(T)가 예컨대 그것을 열 또는 UV 방사선을 사용하여 큐어링(curing)함으로써 경화된다. 그렇게 얻어진 투명 요소가 특히 전구체 웨이퍼(8)의 둘러싸는 (차단) 부분과 공통의 평탄한 표면을 (거의) 완벽하게 형성하는 2개의 (거의) 완벽하게 평탄한 측부 표면을 구비하는 것이 가능하다. 그러나 가능하게는, 스퀴지를 사용하여 또는 분배함으로써 달성되거나 상이하게 달성되는 충전이 덜 완벽할 수 있다. 이에 대한 실시예가 단면도의 개략적인 상세도인 도 10 및 도 11에 도시된다. 예컨대, 오목한 표면이 도 10에 예시된 바와 같이 형성될 수 있거나, 또는 볼록한 표면이 도 11에 예시된 바와 같이 형성될 수 있다. 볼록한 경우에, 다음 제조 단계를 계속하기 전에 폴리싱 단계를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 폴리싱에 의해, 돌출 부분이 적어도 부분적으로 낮추어지는 것을 달성할 수 있다. 또한, 폴리싱이 과잉 투명 재료, 즉 충전 중 원하는 위치에 침착되지 않은 재료, 예컨대 투명 요소 상에 침착되지 않고 그 약간 옆에 침착된 재료를 제거할 수 있는 것이 가능하다.
대안적으로 투명 요소(6)의 형성을 마무리 단계를 수반하거나 수반하지 않는 상이한 방식으로 달성하는 것도 또한 가능하다. 지지 층(12)에 의해, 웨이퍼의 그 측에서 투명 재료(T)의 보다 평탄한 표면을 보장하는 것이 가능할 수 있지만, 이를 달성하는 다른 방법도 또한 사용될 수 있다.
개구(11) 각각이 적절한 양의 경화된 투명 재료(T)를 함유할 때, 광학 구조체(5)가 그것에 적용된다(도 5 및 도 6 참조). 이는 예컨대 WO　2005/083789　A2 또는 US　2011/0050979 A1에 기술된 바와 같이 당업계에 알려져 있는 방법으로 예컨대 복제에 의해 달성될 수 있다. 예컨대, 제조될 광학 구조체(5)의 역상을 형성하는 구조화된 표면을 갖춘 형태로, 적합한 양의 복제 재료가 제공된 다음에, 구조화된 표면을 갖춘 형체가 웨이퍼를 향해 이동되어, 복제 재료를 투명 요소(6)와 적절히 접촉시킨다. 이어서, 복제 재료가 예컨대 가열되거나 (UV광과 같은) 광으로 조사됨으로써 경화, 예컨대 큐어링되고, 형체가 제거된다. 광학 구조체(5)의 형성(복제에 의한 또는 상이하게)은 하나씩 또는 한 번에 몇 개씩(그러나 웨이퍼 일측 전부 중 일부분만), 또는 웨이퍼 일측 전부에 대해 동시에 달성될 수 있다.
광학 구조체(5)는 웨이퍼의 일측 또는 양측에 형성될 수 있다(도 5 및 도 6 참조). 광학 구조체(5)의 측방향 연장 범위는 투명 요소(6)의 측방향 연장 범위보다 크거나 작을 수 있거나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 실질적으로 동일할 수 있다. 광학 구조체(5)는 그것이 굴절 및/또는 회절 렌즈 요소이든 프리즘 요소이든 다른 것이든 간에 사실상 임의의 형상의 렌즈 요소일 수 있다. 많은 응용을 위해, 렌즈 요소가 적합한 선택이다.
이렇게 얻어진 광학 웨이퍼(OW)(도 6 참조)가 장치 그 자체일 수 있고, 예컨대 추가의 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
그러한 광학 웨이퍼(OW)를 예컨대 다이싱(dicing)에 의해 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 다수의 광학 부재로 분리하는 것도 또한 가능하다. 광학 웨이퍼(OW)인 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하는 도 7에서, 가는 파선 직사각형은 분리가 일어날 수 있는 곳을 나타낸다.
도 12는 광전자 모듈(1)인 장치를 통한 개략적인 단면도로서, 또한 전자 장치(10)의 인쇄 회로 기판(9) 상에 실장되는 그러한 광전자 모듈(1)을 포함하는 상기한 전자 장치(10)인 장치를 예시한다. 전자 장치(10)는 예컨대 스마트 폰과 같은 헨드헬드(hand-held) 전자 통신 장치 또는 사진 카메라 또는 비디오 카메라와 같은 촬영 장치일 수 있다.
광전자 모듈(1)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 광학 부재(O)와 또한 검출기(D)(예컨대, 포토 다이오드) 및 발광기(E)(예컨대, 발광 다이오드)와 같은 적어도 하나의 능동 광학 부품을 포함한다. 능동 광학 부품(D, E)은 솔더 볼(solder ball)(7)을 구비하는 기판(P) 상에 실장된다. 기판(P)과 광학 부재(O) 사이에, 능동 광학 부품(D, E)과 수동 광학 부품(L) 사이의 적합한 거리를 보장하기 위해, 개구(4)를 갖춘 이격 부재(S)[또는 스페이서 부재(S)]가 배치된다. 상부에, 배플로서 기능하는, 투명 영역(3)을 갖춘 배플 부재(B)가 배치된다.
상기 기판(P), 상기 광학 부재(O), 상기 배플 부재(B) 및 상기 이격 부재(S)는 대체로 블록형 또는 플레이트형 형상을 갖는다[여기에서 적어도 상기 이격 부재(S)와 상기 배플 부재(B)는 각각 적어도 하나의 구멍을 구비함]. 이 방식으로, 특히 우수한 제조성이 달성되는 것이 가능하다.
수동 광학 부품(L)과 따라서 투명 재료(T) 및 광학 구조체(5)를 제조하는 재료[재료(T)와 동일하거나 상이할 수 있음]는 투명하지만 차단 부분(b)을 제조하는 재료는 불투명한 특정 파장 범위가 존재한다.
예컨대 광전자 모듈(1)이 근접 센서이면, 발광기(E)에 의해 방출가능한 광의 파장 범위와 광 검출기(D)에 의해 검출가능한 광의 파장 범위의 중첩 파장 범위가 있다. 적어도 그 중첩 파장 범위에서, 차단 부분(b)은 불투명할 것이고, 적어도 상기 중첩 파장 범위의 일부분에서, 투명 부분(t)은 투명할 것이다. 용어 파장 범위는 그것이 연속적임을 의미하지 않는 것에 유의하여야 한다. 상기 중첩 파장 범위는 적외선 부분, 보다 구체적으로는 전자기 스펙트럼의 근적외선 부분 내에 있을 수 있다. 이는 특히 근접 센서에 유용할 수 있다.
도 12에 도시된 광전자 모듈(1)은 웨이퍼-스케일로 양호하게 제조될 수 있다. 여기에서, 도 6에 도시된 것과 같은 광학 웨이퍼가 사용될 수 있다.
도 13은 도 12의 다수의 모듈(1)을 제조하기 위한 웨이퍼 스택(2)(도 14 참조)을 형성하기 위한 웨이퍼의 개략적인 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같은 다수의 모듈(1)을 제조하는데 4개의 웨이퍼, 즉 기판 웨이퍼(PW), 스페이서 웨이퍼(SW), 광학 웨이퍼(OW)(도 6에 도시된 것과 같은) 및 배플 웨이퍼(BW)로 충분한다. 각각의 웨이퍼는 전형적으로는 웨이퍼 분리 단계를 위해 서로 약간의 거리를 두고서, 보통 직사각형 격자로 배치되는, 해당 모듈(1)(도 12 참조) 내에 포함되는 다수의 해당 부재를 포함한다.
기판 웨이퍼(PW)는 일측에 솔더 볼(7)을 구비하는 그리고 능동 광학 부품(E, D)이 타측에 납접되는, 표준 PCB 재료의 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 능동 광학 부품은 표준 픽 앤드 플레이스(pick-and-place) 기계를 사용하여 픽 앤드 플레이스에 의해 기판 웨이퍼(PW) 상에 배치될 수 있다.
광학 웨이퍼(OW)를 제조하는 방법은 전술되었다.
원하지 않는 광을 검출하는 것을 최대한 막기 위해, 물론 투명 부분(t) 및 투명 영역(3)을 제외하고서, 모든 웨이퍼(PW, SW, OW, BW)가 실질적으로 검출 부재(D)에 의해 검출가능한 광에 대해 실질적으로 불투명한 재료로 제조될 수 있다.
웨이퍼(SW, BW)와 가능하게는 또한 웨이퍼(OW)의 전부 또는 일부가 복제에 의해 제조될 수 있다. 전구체 웨이퍼(8) 또는 투명 요소(6)에 또한 사용될 수 있는 예시적인 복제 공정에서, 구조화된 표면이 액체, 점성 또는 소성 변형가능한 재료 내로 엠보싱되고, 이어서 재료가 예컨대 자외선 방사선 또는 가열을 사용하여 큐어링됨으로써 경화된 다음에, 구조화된 표면이 제거된다. 따라서, 구조화된 표면의 복제물(이 경우에 역상 복제물)이 얻어진다. 복제에 적합한 재료는 예컨대 경화가능한(특히 큐어링가능한) 중합체 재료 또는 다른 복제 재료, 즉 경화 단계(특히 큐어링 단계)에서 액체, 점성 또는 소성 변형가능한 상태로부터 고체 상태로 변화가능한 재료이다. 복제는 알려져 있는 기술이며, 이에 관한 더욱 세부적인 사항에 대해 예컨대 WO　2005/083789　A2 또는 US　2011/0050979　A1을 참조하라.
도 14는 도 12의 다수의 모듈(1)을 제조하기 위한 웨이퍼 스택(2)인 장치의 개략적인 단면도이다.
웨이퍼 스택(2)을 형성하기 위해, 웨이퍼(BW, OW, SW, PW)가 정렬되고, 예컨대 열-경화성 에폭시 수지를 사용하여 함께 접착된다. 정렬은 상기 검출 부재(D) 각각이 상기 투명 부분(t) 중 적어도 하나에 대해 정렬되도록 상기 기판 웨이퍼(PW)와 상기 광학 웨이퍼(OW)를 정렬시키는 것을 포함하며, 특히 여기에서 상기 검출 부재(D) 각각은 상기 투명 부분(t) 중 하나에 동일한 방식으로 정렬되고, 동일한 사항이 발광기(E)에 적용된다.
가는 파선 직사각형은 예컨대 다이싱 소(dicing saw)에 의해 분리가 일어나는 곳을 나타낸다.
도 3 내지 도 7과 도 13 및 도 14가 단지 3개의 모듈(1)이 제공되는 것만을 도시하지만, 보통 하나의 웨이퍼 스택 내에 각각의 측방향으로 적어도 10개, 더 정확히 말하면 적어도 30개 또는 심지어 50개 초과의 모듈이 제공될 것이다.
광전자 모듈(1) 내에 포함되지 않는 광학 부재(O)를 포함하는 장치를 고려할 수 있는 것에 유의하여야 한다.
또한, 전술된 방식으로 얻어진 수동 광학 부품(L)이 단일 부품이 아닌 것에 유의하여야 한다. 그것들은 적어도 2개의, 보통 2개 또는 3개의 구성요소, 즉 투명 요소(6) 및 그것에 부착되는 광학 구조체(5)를 포함한다. 그러나, 투명 요소(6)는 보통 단일 부품이다.
투명 요소(6)를 전구체 웨이퍼(8) 내에 제공함으로써 얻어지는 반완성품(어떤 관점에서는 또한 본 발명에 따른 장치일 수 있음)은 보통 웨이퍼를 관통하는 구멍이 없는[또는 적어도 투명 부분(t)이 있는 영역에서는 웨이퍼를 관통하는 구멍이 없는] 평평한 디스크형 웨이퍼이다.
반완성품은 그들 영역에서 표면 파형부(surface corrugation)를 사실상 전혀 구비하지 않거나 단지 얕은 표면 파형부만을 구비할 수 있으며, 여기에서 그러한 표면 파형부는 존재하는 경우 보통 오목하며(도 10 참조), 즉 적어도 하나의 차단 부분(b)에 의해 형성되는 바와 같은 웨이퍼 표면을 넘어 연장되지 않는다. 형성될 수 있는 볼록한 메니스커스(meniscus)가 웨이퍼 두께에 맞추어진 평행 표면을 갖춘 투명 요소(6)를 얻기 위해 예컨대 전술된 바와 같이 폴리싱에 의해 평평해질 수 있으며, 여기에서 가능하게는 웨이퍼 두께도 또한 조절(감소)될 수 있다.
그러나, 반완성품은 대안적으로 특히 투명 부분(t)이 있는 영역에서 일측 또는 양측에 구조화된 표면을 구비할 수 있다. 차단 부분(b)에 원하는 파형부가 있을 수 있다. 특히, 광학 웨이퍼[기술된 광학 웨이퍼(OW)와 같은]와 스페이서 웨이퍼[기술된 스페이서 웨이퍼(SW)와 같은]의 조합인 웨이퍼, 즉 "조합 광학 웨이퍼"가 제공되는 것이 가능하다. 따라서, 이때, 스페이서 웨이퍼는 선택적이며, 그 특성 및 기능은 그에 맞게 구조화되고 구성되는 광학 웨이퍼("조합 광학 웨이퍼")에 의해 충족된다. 이는 예컨대 스페이서 웨이퍼(SW)로 전술된 것과 적어도 하나의 차단 부분(b)으로 전술된 것을 단일 부품으로서 제조함으로써 달성될 수 있다. 도 14의 웨이퍼(OW, SW)를 단일 부품으로 간주할 때 해당 광학 웨이퍼("조합 광학 웨이퍼")가 쉽게 구상화될 수 있다. 적합한 반완성품으로부터 시작하여, "조합 반완성품", 즉 "조합 광학 웨이퍼"가 그것 상에("조합 반완성품"의 투명 부분 상에) 광학 구조체를 예를 들어 전술된 방식으로, 예컨대 분배에 의해 제조함으로써 얻어질 수 있다.
"조합 반완성품"(도면 부호 ow')의 다른 실시예가 도 16에 예시되는 반면, 도 3 내지 도 7과 도 12 내지 도 14와 관련하여 기술된 것에 더욱 근사하게 상응하는 반완성품(ow)이 도 15에 예시된다.
또한, 광학 웨이퍼[기술된 광학 웨이퍼(OW)와 같은]와 배플 웨이퍼[기술된 배플 웨이퍼(BW)와 같은]의 조합인 광학 웨이퍼, 즉 "조합 광학 웨이퍼"가 제공될 수 있다. 따라서, 이때, 배플 웨이퍼는 선택적이며, 그 특성 및 기능은 그에 맞게 구조화되고 구성되는 광학 웨이퍼("조합 광학 웨이퍼")에 의해 충족된다. 이는 예컨대 배플 웨이퍼(BW)로 전술된 것과 적어도 하나의 차단 부분(b)으로 전술된 것을 단일 부품으로서 제조함으로써 달성될 수 있다. 도 14의 웨이퍼(OW, BW)를 단일 부품으로 간주할 때 해당 광학 웨이퍼가 쉽게 구상화될 수 있다. 적합한 "조합 반완성품"은 도 16에 도시된 것과 유사하게 보일 수 있다.
물론, 광학 웨이퍼("조합 광학 웨이퍼")의 양측이 구조화되는 것도 또한 가능하다. 예컨대, 도 14의 실시 형태에서, 배플 웨이퍼(BW)와 스페이서 웨이퍼(SW)를 더 이상 쓰이지 않게 만들기 위해.
투명 요소(6)를 형성하기 위해(반완성품을 얻기 위해) 투명 재료(T)를 일측 또는 양측이 구조화된 전구체 웨이퍼 내로 충전하는 것은 도 4에 도시된 것[그리고 지지 층(12)에 의해 도 16에서 암시되는 것]과 유사하게 달성될 수 있으며, 여기에서 도 16에서, "조합 반완성품"(ow')의 비-구조화된 측이 지지 층(12)을 향한다. 대안적으로, 전구체 웨이퍼의 개구를 통한 충전 재료의 (너무 강한) 유동을 회피하기 위해, 투명 요소(6)를 형성하는 동안 구조화된 지지 층(12)이 사용될 수 있다. 후자는 양측에 구조화된 표면을 갖춘 전구체 웨이퍼가 투명 요소(6)를 구비하여야 할 때 특히 유용할 수 있다.
웨이퍼에 대해 방금 기술되었던 것에 상응하게, "조합 광학 부재"가 또한 제공될 수 있다. 광학 부재의 차단 부분은 구조화된 표면, 특히 "조합 광학 부재"의 투명 요소의 표면을 넘어 수직으로 돌출되는 돌출 부분을 갖춘 표면을 구비할 수 있다. 전술된 광학 부재와 전술된 이격 부재의 조합(또는 기술된 광학 부재와 기술된 배플 부재의 조합, 또는 3가지 모두의 조합)인 부재("조합 광학 부재")가 제공되는 것이 가능하다. 따라서, 이때, 이격 부재(및/또는 배플 부재)는 선택적이며, 그 특성 및 기능은 그에 맞게 구조화되고 구성되는 광학 부재에 의해 충족된다. 이는 예컨대 분리 부재(S)로 전술된 것[및/또는 배플 부재(B)로 전술된 것]과 적어도 하나의 차단 부분(b)으로 전술된 것을 단일 부품으로서 제조함으로써 달성될 수 있다.
그러한 "조합 광학 부재" 또는 "조합 광학 웨이퍼"를 제공하는 것의 일반적인 결과는 부품[구성될 물품, 예를 들어 모듈(1)]의 수와 조립 단계의 수가 감소되고, 일반적으로 보다 적은 정렬 오류가 일어날 것이라는 것이다.
다시 도 15를 참조하면, 여기에 도시된 반완성품(ow)의 일측 또는 양측에 폴리싱 단계가 수행될 수 있다. 폴리싱 단계는 예컨대 웨이퍼(ow)를 (정확하게) 원하는 두께로 얇게 하기 위해, 그리고/또는 광학 특성[적어도 투명 요소(6)의]을 개선하기 위해 달성될 수 있다. 물론, 또한 일측이 구조화된 반완성품이 적어도 그 평평한(비-구조화된) 측에서 폴리싱될 수 있다.
또한, 전구체 웨이퍼를 일측 또는 양측에서, 적어도 최소한 하나의 평평한 측에서 폴리싱할 수 있는 것에 유의하여야 한다. 그렇게 하는 것은 전구체 웨이퍼의 더욱 평평한 그리고/또는 더욱 평탄한 표면에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 전구체 웨이퍼의 두께를 원하는 두께로 감소시키도록 허용할 수 있으며, 이는 있을 수 있는 후속 제조 단계에 도움이 될 수 있다.
반완성품("조합"되거나 그렇지 않은) 그 자체가 장치이고 투명 요소(6) 상에 광학 구조체를 제조함이 없이 사용될 것이면, 광학용 표면, 특히 현저히 평면이고 현저히 작은 표면 조도를 갖는 표면을 달성하기 위해 일측 또는 양측을 폴리싱하는 것이 유용할 수 있다.
광학 웨이퍼를 얻기 위해, 광학 구조체(5)가 반완성품에 적용될 때(예컨대, 복제에 의해), 투명 재료(T)의 오목한 메니스커스가 존재하는 경우에, 이들 메니스커스 상에 복제가 수행되며, 여기에서 적용되는 복제 재료의 양은 그에 맞게 조절되어야 할 수 있다. 해당 반완성품이 폴리싱되면, 명확한 평평한 표면이 얻어질 수 있고, 보다 작은 변화가 후속 복제 단계에 제공된다. 따라서, 복제가 더욱 쉽게 수행될 수 있고/있거나 더욱 안정된(그리고 재현가능한) 공정 및 가능하게는 더욱 우수한 정확도로 이어질 수 있다.
위의 어딘가에 기술된 제조 공정 중 경화, 특히 큐어링되는 재료는 전형적으로 에폭시 수지와 같은 중합체-기반 재료이다.
웨이퍼-레벨로의 제조로 인해, 대부분의 정렬 단계가 웨이퍼-레벨로 수행되어, 보다 간단하고 매우 신속한 방식으로 매우 우수한 정렬[특히 수동 광학 부품(L)에 대한 부재(D, E)의]을 달성하는 것을 가능하게 한다. 전체 제조 공정이 매우 신속하고 정확하다. 웨이퍼-스케일 제조로 인해, 다수의 모듈(1) 및/또는 다수의 광학 부재(O)를 제조하는데 단지 매우 적은 수의 제조 단계만이 요구된다.
광학 부재(O)(그리고 또한 다른 기술된 장치)는 많은 응용, 특히 조리개가 적용되는 경우 및/또는 광으로부터의 보호가 의도되는 경우, 그리고/또는 대량 생산이 필요한 경우 및/또는 특히 작은 광학 부재(또는 수동 광학 부품)가 필요한 경우에 유용할 수 있다.
1: 장치, 광전자 모듈 2: 장치, 웨이퍼 스택
3: 투명 영역 4: 개구
5: 광학 구조체, 렌즈 요소 6: 투명 요소
7: 솔더 볼 8: 전구체 웨이퍼
9: 인쇄 회로 기판 10: 장치, 전자 장치, 스마트 폰
11, 구멍, 개구 12: 지지 층
13: 지지 기판
b: 차단 부분, 불투명 부분
B: 배플 부재 BW: 배플 웨이퍼
D: 검출기, 광 검출기, 포토 다이오드
E: 발광기, 발광 다이오드 L: 수동 광학 부품, 렌즈 부재
O: 장치, 광학 부재 ow: 장치, 반완성품
ow': 장치, 반완성품, "조합 반완성품"
OW: 장치, 광학 웨이퍼 P: 기판
PW: 기판 웨이퍼 S: 이격 부재
SW: 스페이서 웨이퍼 t: 투명 부분
T: 투명 재료

Claims (25)

  1. 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 장치를 제조하기 위한 방법으로서,
    a) 적어도 하나의 차단 부분과 다수의 투명 요소를 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 다수의 투명 요소 각각은 투명 재료로 불리우는, 적어도 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명한 하나 이상의 재료로 제조되고, 상기 적어도 하나의 차단 부분은 불투명 재료로 불리우는, 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 불투명한 하나 이상의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 장치를 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 투명 요소 각각의 수직 연장 범위가 상기 적어도 하나의 차단 부분의 수직 연장 범위와 적어도 대략 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    d) 상기 웨이퍼를 제조하는 단계
    를 포함하고,
    단계 d)는,
    d1) 상기 투명 요소가 위치되기로 되어 있는 장소에서 개구를 구비하는 실질적으로 상기 불투명 재료로 제조되는 전구체 웨이퍼를 제공하는 단계;
    d2) 상기 개구를 상기 투명 재료 중 적어도 하나로 적어도 부분적으로 충전하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    단계 d2)는 디스펜서를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 전구체 웨이퍼를 복제를 사용하여 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    c) 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하는 다수의 수동 광학 부품을 포함하는, 광학 웨이퍼로 불리우는 웨이퍼를 제조하는 단계
    를 포함하고,
    단계 c)는,
    c1) 상기 다수의 투명 요소 각각 상에 적어도 하나의 광학 구조체를 제조함으로써 상기 다수의 수동 광학 부품을 제조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조체는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 광학 구조체를 제조하는 단계는 복제를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    e) 상기 광학 웨이퍼와 적어도 하나의 추가 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택을 준비하는 단계;
    f) 상기 웨이퍼 스택을 분리함으로써, 각각 상기 다수의 수동 광학 부품 중 적어도 하나를 포함하는 다수의 분리된 모듈을 얻는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 적어도 하나의 투명 부분과 적어도 하나의 차단 부분을 포함하는 적어도 하나의 광학 부재를 포함하는 장치로서,
    상기 적어도 하나의 투명 부분은 투명 재료로 불리우는, 적어도 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 투명한 하나 이상의 재료로 제조되고, 상기 적어도 하나의 차단 부분은 불투명 재료로 불리우는, 상기 특정 스펙트럼 범위의 광에 대해 실질적으로 불투명한 하나 이상의 재료로 제조되며, 상기 투명 부분은 적어도 하나의 수동 광학 부품을 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 광학 부품은 수직 방향에 실질적으로 수직한 2개의 대향하는 적어도 대략 평평한 표면을 갖춘 투명 요소와 상기 투명 요소에 부착되는 적어도 하나의 광학 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 차단 부분은 경화된 경화가능한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 투명 요소는 경화된 경화가능한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조체는 경화된 경화가능한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 차단 부분과 상기 적어도 하나의 광학 구조체는 복제를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 구조체는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 광학 부품은 상기 대향하는 표면 각각에 부착되는 적어도 하나의 광학 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 부재가 포함되는 광전자 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 장치는 상기 광전자 모듈인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 광전자 모듈이 실장되는 인쇄 회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    장치는 핸드헬드 통신 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 웨이퍼로 불리우는 웨이퍼를 포함하고, 상기 광학 웨이퍼는 다수의 상기 광학 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 장치는 상기 광학 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 광학 웨이퍼가 포함되는 웨이퍼 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제17항에 있어서,
    다수의 상기 광전자 모듈이 포함되는 웨이퍼 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 장치는 상기 웨이퍼 스택인 것을 특징으로 하는 장치.
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