元件阵列和元件阵列层叠体的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:元件阵列和元件阵列层叠体的制作方法
技术领域
本发明涉及元件阵列和元件阵列层叠体。
背景技术
近些年,小尺寸和薄型的成像单元已经被安装到便携式的电子装置終端,如便携式电话或PDA (个人数字助理)。这种成像単元通常被安置有固态图像传感器如CCD (电荷耦合器件)图像传感器或CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器,以及用于在固态图像传感器的光接收区域成像的透镜组。随着便携终端的小型化和薄型化以及便携终端的广泛使用,已经对安装在便携终端上的成像単元的进ー步小型化和薄型化有了需要,同时对其生产率也有要求。作为对这种要求的回应,已经提出了以这样的方式大量生产透镜阵列层叠体模块的技术使大量透 镜和用于使那些透镜彼此连接的连接部整体由光固性或热固性树脂材料形成从而由此构成每ー个透镜阵列,所述透镜阵列被放入多个层中从而形成透镜阵列层叠体,并且将所述透镜阵列层叠体划分为各自包含在层叠方向上排列的透镜组的多个模块(參见专利文献KffO 08/153102))。在被安装到便携电话等上的成像单元中,在透镜组中典型地需要iim级的对准精度。透镜组中的对准精度取决于每一个透镜阵列中的透镜的间距(pitch)精度。在专利文献I中公开的技术中,例如,由于在树脂材料的固化期间光强度或温度的变化的影响,可能出现透镜之间的间距误差。此外,用于使树脂材料成型的模具的透镜形成表面当中的间距误差或由从模具释放透镜阵列而导致的透镜阵列的变形可能导致透镜之间的间距误差。由于ー系列的这样的误差因素,难以根据在专利文献I中公开的技术使整个透镜阵列中的透镜之间的间距误差下降到U m级。为解决上述问题,在其中整体形成大量透镜和使透镜彼此连接的连接部的透镜阵列中,已经提出了这样的技术在连接部中形成缝隙以使连接部具有柔性,从而致使透镜之间的间距误差可以被连接部的变形吸收(參见专利文献2(JP-A-2004-226872))。发明概述仅通过在由与透镜相同的材料整体形成的连接部中形成缝隙,不足以使连接部具有足够的柔性。因此,已经存在这样的担心,即透镜之间的间距误差不能令人满意地被吸收。考虑到上述情形,开发了本发明。本发明的ー个目的是提供ー种元件阵列,其中在使多个元件阵列层叠的步骤中该元件阵列中的元件之间的间距误差可以被确定地吸收,以使在层置方向上排列的甸一组兀件都能够以闻的精度对准。元件阵列包括ー维排列或ニ维排列的多个元件,以及由比形成所述元件的材料更富于弹性的材料形成的柔性载体;其中所述元件通过载体彼此连接。根据本发明,载体由比形成元件的材料更富于弹性的材料形成,以致可以在该载体中确保足以吸收元件之间的间距误差的柔性。因此,可以在使多个元件阵列层叠的步骤中确定地吸收元件之间的间距误差,以致可以获得这样的元件阵列层叠体,其中在层叠方向上排列的每ー组元件以高的精度对准。附图简述图I是显示用于说明本发明的实施方案的元件阵列的实例的图。图2是以在线II-II上截取的剖面图显示图I中的元件阵列的图。图3A至3D是显示制造图I中的元件阵列的方法的实例的图。图4是显示图I中的元件阵列的改型的图。图5A至是显示制造图4中的元件阵列的方法的实例的图。图6是显示用于说明本发明的实施方案的元件阵列层叠体的实例的图。 图7A是显示形成图6中的元件阵列层叠体的多个元件阵列还未被层叠时的状态的图,而图7B是显示所述元件阵列已经被层叠从而形成元件阵列层叠体时的状态的图。图8是由图7B中的元件阵列层叠体中的虚线圆VIII包围的部分的放大图。图9显示图I中的元件阵列的改型以及它的层叠体的图。

图10是显示图I中的元件阵列的另ー个改型以及它的层叠体的图。图11是显示图I中的元件阵列的另ー个改型以及它的层叠体的图。图12是显示用于说明本发明的实施方案的元件阵列层叠体的另ー个实例的图。图13是显示用于说明本发明的实施方案的元件阵列的另ー个实例的图。图14是显示用于说明本发明的实施方案的元件阵列的另ー个实例的图。图15A和15B是显示用于制造图14中的元件阵列的方法的实例的图。图16是显示图14中的元件阵列的改型的图。图17A至17D是显示用于制造图16中的元件阵列的方法的实例的图。图18是显示用于说明本发明的实施方案的元件阵列的另ー个实例以及它的层叠体的图。图19是显示图18中的元件阵列层叠体中的由虚线圆XIX包围的部分的放大图。图20是显示包含在图18的元件阵列层叠体中的元件组的截面图,其中形成元件组的多个元件的中心彼此不对准。实施方案描述图I和2显示元件阵列的实例。显示在图I和2中的元件阵列是透镜阵列。如在图I和2中所示,透镜阵列I具有多个透镜2和载体3。在显示的实例中透镜2以矩阵排列。透镜2布局不限于矩阵,而可以是放射状或同心环形阵列、另ー种ニ维阵列或ー维阵列。预定的光学面IOa和IOb在每ー个透镜2的前面和背面形成。尽管在显示的实例中,光学面IOa和IOb两者都是凸形球面,但是根据用途可以使用凸形球面、凹形球面、非球面或平面的多种组合。此外,姆个透镜2都具有凸缘部11。凸缘部11被形成为框样形状,其包围放置在光学面IOa和IOb之间的光学功能部10的外周,以致光学功能部10被容纳在凸缘部11中。尽管在示例的实施例中凸缘部11在平面图中的外部形状是矩形的,但是凸缘部11的外部形状可以是圆形、多边形等。载体3被形成为填充每ー个透镜2与围绕所述透镜2的其它透镜2之间的间隙。载体3整体具有网状(格子型)形状。载体3与透镜2的凸缘部11的圆周面接合从而使透镜2彼此连接。载体3由比形成透镜2的材料更富于弹性(更富于可拉伸性)的材料形成,以致载体3可以具有柔性。因此,透镜2可以在它们的排列方向(array direction)(行方向和列方向)上变位。当每ー个透镜2的宽度是I时,邻近的两个透镜2之间的距离,即放置在那些透镜2之间的载体3的宽度典型地被表示为1/4至1/5。因此优选的是形成载体3的材料的可拉伸性是形成透镜2的材料的拉伸性的4至5倍。透镜2由半透明树脂组合物形成。例如,能量固化树脂组合物可以合适地被用作树脂组合物。能量固化树脂组合物可以是可以被热固化的树脂组合物或可以通过用活性能量射线照射(例如用紫外线或电子射线照射)而固化的树脂组合物。从成型性(包括转移模具形状的适宜性)的角度,优选的是形成透镜2的树脂组合物在固化前具有适度的流动性。具体地,优选的是常温下是液体并且其粘度为约1,000 至50,OOOmPa s的树脂组合物。还优选的是形成透镜2的树脂组合物具有足够的耐热性以致甚至在固化后的回流(reflow)步骤中也不发生热变形。以此观点,经固化的组合物的玻璃化转变温度优选不低于200°C,更优选不低于250°C,尤其优选不低于300°C。为了使树脂组合物具有这样高的耐热性,必须在分子水平限制树脂组合物的运动性。有效方法的实例包括(I)増加每单位体积交联密度的方法,(2)使用具有刚性环结构的树脂(如具有以下结构的树脂环己烧、降冰片烧、四环十_■烧等的脂环结构,苯、蔡等的芳族环结构,9,9_ _■苯基荷等的cardo结构,螺双却满(spirobiindan)等的螺(spiro)结构,具体地,例如在JP-A-9-137043、JP-A-10-67970、JP-A-2003-55316、JP-A-2007-334018、JP-A-2007-238883 等中公开的树脂)的方法,(3)均匀分散高Tg材料如无机颗粒的方法(例如公开在JP-A-5-209027、JP-A-10-298265等中),等等。这些方法中的多种可以一起使用,并且优选被调节成不破坏包括流动性、收缩性、折射等的其它性质。此外,从形状转移精度的角度,优选的是形成透镜2的树脂组合物是这样的树脂组合物,其由固化反应所致的体积收缩的程度低。树脂组合物的固化收缩的程度优选不高于10%,更优选不高于5%,尤其优选不高于3%。低固化收缩树脂组合物的实例包括(I)包含高分子固化剂(预聚物等)的树脂组合物(例如在JP-A-2001-19740、JP-A-2004-302293、JP-A-2007-211247等中公开的,高分子固化剂的数均分子量优选在200至100,000,更优选在500至50,000,尤其优选在1,000至20,000的范围内。此外,通过数均分子量与固化剂中固化反应性基团的数目的比率获得的值优选在50至10,000,更优选是100至5,000,尤其优选是200至3,000的范围内),(2)包含非反应性材料(有机/无机颗粒、非反应性树脂等)的树脂组合物(例如在JP-A-6-298883、JP-A-2001-247793、JP-A-2006-225434等中公开的),(3)包含低收缩交联反应性基团(例如可开环聚合基团(例如环氧基(例如在JP-A-2004-210932等中公开的)、氧杂环丁基(例如在JP-A-8-134405等中公开的)、环硫化物基团(例如在JP-A-2002-105110等中公开的)、环状碳酸酯基团(例如在JP-A-7-62065等中公开的)、巯基-烯基(thiol-ene)固化基团(例如在JP-A-2003-20334等中公开的)、硅氢化固化基团(例如在JP-A-2005-15666等中公开的)等)的树脂组合物,(4)包含刚性骨架树脂(芴、金刚烷、异佛尔酮等)的树脂组合物(例如在JP-A-9-137043等中公开的),(5)包含两种具有不同可聚合基团的单体并且在两种单体之间形成互穿聚合物网络结构(所谓的IPN结构)的树脂组合物(例如在JP-A-2006-131868等中公开的),(6)包含膨胀性材料的树脂组合物(例如在JP-A-2004-2719、JP-A-2008-238417等中公开的),等。上述树脂组合物(I)至(6)可以合适地用于本发明。此外,考虑到使物理性质最优化,优选的是使用多种上述用于降低由固化所致的收缩的方法(例如包含预聚物和包含开环可聚合基团的颗粒等的树脂组合物)。此外,具有至少两种不同的高和低的阿贝数(Abbe number)的树脂的混合物作为形成透镜2的树脂组合物是理想的。高阿贝数树脂的阿贝数(vd)优选不低于50,更优选不低于55,尤其优选不低于60。折射率(nd)优选不低于I. 52,更优选不低于I. 55,尤其优选不低于I. 57。这种树脂的优选实例包括脂族树脂。其中,尤其优选的是具有脂环结构的树脂(例如具有环结构如环己烷、降冰片烷、金刚烷、三环癸烷、四环癸烷等的树脂,并且具体地,例如在 JP-A-10-152551、JP-A-2002-212500、JP-A-2003-20334, JP-A-2004-210932、JP-A-2006-199790、JP-A-2007-2144、JP-A-2007-284650、JP-A-2008-105999 等中公 开的树脂)。低阿贝数树脂的阿贝数(vd)优选不高于30,更优选不高于25,尤其优选不高于20。折射率(nd)优选不低于I. 60,更优选不低于I. 63,尤其优选不低于I. 65。作为这种树脂优选的是具有芳族结构的树脂。例如,包含9,9' - ニ芳基芴、萘、苯并噻唑、苯并三唑等的结构的树脂(具体地,例如在 JP-A-60-38411、JP-A-10-67977、JP-A-2002-47335、JP-A-2003-238884、JP-A-2004-83855、JP-A-2005-325331、JP-A-2007-238883, WO2006/095610、日本专利号2537540等中公开的树脂等)是优选的。此外,优选的是将无机颗粒分散在形成透镜2的树脂组合物的基体中以便增强折射率或调节阿贝数。无机颗粒的实例包括氧化物颗粒、硫化物颗粒、硒化物颗粒和碲化物颗粒。更具体地,那些实例包括以下物质的颗粒氧化锆、氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、氧化铈、氧化铝、氧化镧、氧化钇、硫化锌等。特别地,在上述高阿贝数树脂中,优选的是分散氧化镧、氧化铝、氧化锆等的颗粒。在低阿贝数树脂中,优选的是分散氧化钛、氧化錫、氧化锆等的颗粒。可以单独使用一种无机颗粒或者可以一起使用两种或更多种的无机颗粒。此外,无机颗粒可以是多个组分的复合物。此外,为了不同的目的,如降低光催化活性或降低吸水性,无机颗粒可以掺有不同种的金属,无机颗粒的表层可以覆盖有不同金属的氧化物如ニ氧化硅或氧化铝,或者无机颗粒的表面可以用硅烷偶联剂、钛酸盐偶联剂、包含有机酸(羧酸、磺酸、磷酸、膦酸等)或有机酸基团的分散剂等来改性。无机颗粒的数均粒度通常可以被设置为约Inm至l,000nm。当粒度过小时,物理性质可能改变。当粒度过大时,瑞利散射(Rayleigh scattering)的影响可能变得显著。因此,粒度优选在Inm至15nm的范围内,更优选在2nm至IOnm的范围内,尤其优选在3nm至7nm的范围内。此外,理想的是无机颗粒的粒度分布较窄。可以以多种方式限定这种单分散颗粒。例如,将如在JP-A-2006-160992中公开的那样限定的数值范围应用于优选粒度分布范围。此处,可以通过例如X射线衍射(XRD)装置、透射电子显微镜(TEM)等测量上述数均初级粒度。无机颗粒在22°C和589nm波长的折射率优选在I. 90至3. 00的范围内,进ー步优选在I. 90至2. 70的范围内,尤其优选在2. 00至2. 70的范围内。从透明性和更高折射率的角度,无机颗粒相对于树脂的含量优选不低于5质量更优选在10质量%至70质量%的范围内,尤其优选在30质量%至60质量%的范围内。
为了将颗粒均匀地分散到树脂组合物中,最好是通过使用例如以下各项来合适地分散颗粒包含对形成基体的树脂单体具有反应性的官能团的分散剂(例如在JP-A-2007-238884的实施例等中公开的),由疏水链段和亲水链段构成的嵌段共聚物(例如在JP-A-2007-211164中公开的),包含能够在聚合物的末端或侧链与无机颗粒形成所需化学键的官能团的树脂(例如在JP-A-2007-238929、JP-A-2007-238930等中公开的),等。此外,包括熟知的脱模剂如硅系试剂的添加剤、氟化剂或含长链烷基的化合物、抗氧化剂如受阻酚等可以与形成透镜2的树脂组合物合适地共混。此外,如果需要,固化催化剂或引发剂可以与形成透镜2的树脂组合物共混。具体地,可以使用用于由热或活性能量射线的作用所致而促进固化反应(自由基聚合或离子聚合)的化合物,例如,在JP-A-2005-92099(段号

)等中公开的。这些固化反应促进剂的添加量取决于催化剂或引发剂的类型或其固化反应部分的差异而变化。因此,添加量不能得到明确的限定,但是相对于固化反应树脂组合物的总固体,通常优选是约0. I质量%至15质量%,更优选是约0. 5质量%至5质量%。 可以通过合适地共混上述组分来制备形成透镜2的树脂组合物。在此情况中,当液态的低分子量単体(活性稀释剂)等能够溶解其它组分时,不需要分别地添加溶剤。否贝U,可以通过使用溶剂溶解各个组成组分来制备固化树脂组合物。可以用于固化树脂组合物的溶剂不受特别限制,而是可以合适地选择,只要组合物能够均匀地溶解或分散而不沉淀即可。具体地,这种溶剂的实例包括酮类(例如丙酮、甲基こ基酮、甲基异丁基酮等)、酷类(例如こ酸こ酷、こ酸丁酯等)、醚类(例如四氢呋喃、1,4-ニ_烷等)、醇类(例如甲醇、こ醇、异丙醇、丁醇、こニ醇等)、芳族烃类(例如甲苯、ニ甲苯等)、水等。当固化组合物包含溶剂时,优选的是在溶剂干燥后进行模具形状的转移操作。形成载体3的材料不受特别限制只要它是比形成透镜2的上述材料更富于弹性的材料即可。例如,可以使用其中耐热原料如ニ氧化硅或聚酰亚胺的填料被捏合在烯烃系树脂中的材料。图3A-3D显示制造上述透镜阵列I的方法的实施例。在显示在图3A-3D中的实例中,通过双重模塑(double molding)使透镜2和载体3整体形成。首先,将描述成型模具。成型模具具有上部模具20和下部模具30。在上部模具20的成型表面21中,以与透镜阵列I中的透镜2的布置相同的布局将多个透镜形成部22布置成矩阵状。透镜形成部22形成透镜2的前表面形状。在下部模具30的成型表面31中,以与透镜阵列I中的透镜2的布置相同的布局将多个透镜形成部32布置成矩阵状。透镜形成部32形成透镜2的后表面形状。根据形成透镜2或载体3的能量固化树脂材料而合适地选择模具20和30的材料。例如当将热固性树脂用作树脂材料时,导热系数优异的金属材料或能够传送红外线的材料可以被用作模具的材料。另ー方面,例如当将紫外线固化树脂用作树脂材料时,能够传送紫外线的材料被用作模具的材料。当将可以通过电子射线固化的树脂用作树脂材料吋,能够传送电子射线的材料被用作模具的材料。如在图3A中所示,形成透镜2的树脂材料Ml被滴到下部模具30的每ー个透镜形成部32。接下来,如在图3B中所示,形成载体3的树脂材料M2被供应到除透镜形成部32外的下部模具30的成型表面31上。接下来,如在图3C中所示,将上部模具20向下移动以压缩上部模具20的成型表面21和下部模具30的成型表面31之间的树脂材料Ml和M2。因此,树脂材料Ml和M2根据成型表面21和31而变形。接下来,如在图3D中所示,将能量施加到树脂材料Ml和M2从而使树脂材料Ml和M2固化并且获得透镜阵列I。透镜2分别在成对的透镜形成部22和32之间形成。此外,载体3在除透镜形成部22和32以外的成型表面21和31之间形成。透镜2和载体3以彼此接合的状态整体形成。在上述实施例中,透镜2和载体3分别通过对树脂材料的鋳型和压缩形成,但是它们不限于此方法。例如,透镜2可以通过鋳型和压缩形成,同时在成型模具闭合以形成透镜2情况下,通过将树脂材料射入空腔中来形成载体3。备选地,可以在通过铸型和压缩或射入来形成载体3的同时插入预先单独制备的透镜2。在任何情况中,优选的都是在真空环境中进行透镜2和载体3的形成以便防止气泡混入透镜2或载体3中。 图4显示上述透镜阵列I的改型。在显示在图4中的透镜阵列I中,孔12被形成为在载体3的厚度方向上贯通载体3。在图示的实施例中,单个孔12被安置在载体3的中部,但是孔12的数目及其位置不受限制。例如,可以设置多个孔12并使其散布在整个载体3上。图5A至显示制造显示在图4中的透镜阵列I的方法的实施例。在显示在图5A至中的实施例中,透镜2和载体3通过双重模塑整体形成。首先,将描述成型模具。成型模具具有上部模具20和下部模具30。凸部33被设置在下部模具30的成型表面31的中部。凸部33从成型表面31突出以致与透镜阵列I中的载体3的厚度ー样高。当上部模具20和下部模具30闭合吋,凸部33邻接上部模具20的成型表面21。如在图5A中所示,形成透镜2的树脂材料Ml被滴到下部模具30的各个透镜形成部32。接下来,如在图5B中所示,形成载体3的树脂材料M2被供应到除透镜形成部32外的下部模具30的成型表面31上。接下来,如在图5C中所示,将上部模具20向下移动以压缩上部模具20的成型表面21和下部模具30的成型表面31之间的树脂材料Ml和M2。因此,树脂材料Ml和M2根据成型表面21和31而变形。接下来,如在图中所示,将能量施加到树脂材料Ml和M2从而使树脂材料Ml和M2固化并且获得透镜阵列I。透镜2分别在成对的透镜形成部22和32之间形成。此外,载体3在除透镜形成部22和32以及凸部33以外的成型表面21和31之间形成。透镜2和载体3以彼此接合的状态整体形成。在载体3的中部,在载体3的厚度方向上贯通载体3的孔12通过下部模具30的凸部33形成。以此方式,邻接上部模具20的成型表面21的凸部33被设置在下部模具30的成型表面31中以致在载体3的厚度方向上贯通载体3的孔12可以通过使树脂材料成型来形成在载体3中。当凸部33与上部模具20的成型表面21邻接时,在凸部33附近,上部模具20的成型表面21和下部模具30的成型表面31之间的距离可以被唯一地限定。
当树脂材料被压缩时,由于施加在成型模具上的负载等,成型模具可能发生变形。尤其是,用于大量生产将被安装在便携电话等上的成像単元的透镜组的透镜阵列整体上具有直径为例如6英寸、8英寸或12英寸的片状外形(盘状外形)。用于形成透镜阵列的成型模具典型地具有相对于其厚度的较大面积的成型表面。因此,变形可以容易地在成型模具中出现。成型模具中的变形导致成型表面之间距离的改变从而在透镜中产生厚度误差。以上述方式,使凸部33与上部模具20的成型表面21邻接从而唯一地限定在凸部33附近在上部模具20的成型表面21和下部模具30的成型表面31之间的距离。可以提高因此形成的每ー个透镜2的厚度精度从而获得所需的透镜2的光学性能。优选地,设置多个凸部33并将其散布在整个成型表面31上。即,多个孔12被设置在载体3中以致其散布在整个载体3上。图6显示元件阵列层叠体的实施例。显示在图6中的元件阵列层叠体是使图I中的多个透镜阵列I彼此层叠的透镜阵列层叠体。

如在图6中所示,通过使两个透镜阵列Ia和Ib层叠在彼此上来形成透镜阵列层叠体40。每ー个透镜阵列la、lb具有与图I中的透镜阵列I的构造类似的构造。透镜组41由属于透镜阵列Ia的透镜2a和属于透镜阵列2b的透镜2b构成,透镜2a和透镜2b在透镜阵列Ia和Ib的层叠方向上排列。将构成透镜组41的透镜2a和2b接合从而使它们的光轴彼此对准。通过将粘合剂42涂敷到透镜2a和2b中的任ー个的凸缘部11或透镜2a和2b两者的凸缘部11来接合构成透镜组41的透镜2a和2b。图7A显示透镜阵列Ia和Ib还未被层叠的状态。图7A显示在透镜阵列Ia中的透镜2a的间距和透镜阵列Ib中的透镜2b的间距之间出现失准(misalignment)的情況。因此,失准也出现在构成透镜组41的透镜2a和2b的光轴之间。如在图7B中所示,当透镜阵列Ia和Ib被层叠时,粘合剂42被放置在构成透镜组41的透镜2a和2b的凸缘部11之间。由于由粘合剂42的表面张カ所致的自对准效应,在使属于透镜阵列Ia的载体3和属于透镜阵列Ib的载体3合适地膨胀/收缩的同时,ー个透镜2a在间距方向上相对于另一个透镜2b移动。因此,透镜2a和2b彼此对准。当粘合剂42在此状态下固定时,透镜2a和2b以它们的光轴彼此对准的状态接合。在显示在图7B中的实施例中,粘合剂42的自对准效应通过每ー个凸缘部11的粘合面的边缘(宏观形状)来表现。备选地,粘合剂42的自对准效应可以通过对各个凸缘部11的粘合面的表面纹理(微观形状)的调整来表现,或者通过将膜沉积在粘合面上,从而通过图案(pattern)调整粘合剂42在粘合面上的润湿性来表现。典型地,粘合剂42在它被固化时收缩。在某些情况中,认为由于已经被固化的粘合剂42的厚度,在透镜组41之间会发生高度的改变。因此,如在图8中所示,可以将粒度均匀的微小球43混合到粘合剂42中。当粘合面之间的距离被微小球43的直径限定时,透镜组41之间高度的改变可以被抑制。图9显示图I中的透镜阵列I的另ー个改型,以及它的层叠体。在显示在图9中的透镜阵列层叠体40中,嵌合凸部13被设置在属于透镜阵列Ia的每ー个透镜2a的凸缘部11中,而与嵌合凸部13嵌合的嵌合凹部14被设置在属于透镜阵列Ib的每ー个透镜2b的凸缘部11中。当嵌合凸部13和嵌合凹部14彼此嵌合时,透镜2a和2b彼此对准。因此,透镜2a和2b以它们的光轴对准的状态相结合。同吋,当使嵌合凹部14与嵌合凸部13邻接时,相对于ー个透镜2a,另ー个透镜2b可以被放置在层叠方向上。因此,透镜组41之间高度的改变可以被抑制。图10显示图I中的透镜阵列I的另ー个改型,以及它的层叠体。在显示在图10中的透镜阵列层叠体40中,被设置在属于透镜阵列Ia的每ー个透镜2a的凸缘部11中的嵌合凸部13的嵌合面和被设置在属于透镜阵列Ib的每ー个透镜2b的凸缘部11中嵌合凹部14的嵌合面被构造成可以彼此匹配的锥形面。当嵌合凸部13和嵌合凹部14彼此嵌合时,透镜2a和2b彼此对准,以致透镜2a和2b可以以它们的光轴对准的状态相结合。同时,当使嵌合凹部14与嵌合凸部13邻接时,相对于ー个透镜2a,另ー个透镜2b可以被放置在层叠方向上。因此,透镜组41之间高度的改变可以被抑制。此外,因为嵌合凸部13和嵌合凹部14的嵌合面是锥形面,所以两者可以平滑地彼此嵌合。 图11显示图I中的透镜阵列I的另ー个改型,以及它的层叠体。在显示在图11中的透镜阵列层叠体40中,用于弹性地夹持属于透镜阵列Ib的透镜2b的夹持部15被设置在属于透镜阵列Ia的透镜2a的凸缘部11中从而被布置在透镜阵列Ia中的透镜2a的排列方向上。各个夹持部15由在行方向(即透镜阵列Ia中的透镜2a的排列方向)上彼此相对的ー对弹性片16和在列方向上彼此相対的ー对弹性片16构成(图11中仅显示了在行方向上相対的那对弹性片16)。孔被合适地形成在属于透镜阵列Ib的载体3中,通过这些孔可以插入弹性片16。弹性片16由比形成载体3的材料更有弹性的材料形成。通过例如插入模塑,弹性片16与透镜2a —起整体形成。当在行方向上相対的那对弹性片16与在列方向上相対的那对弹性片16在行方向和列方向上将透镜2b弹性地夹持时,属于透镜阵列Ia的载体3和属于透镜阵列Ib的载体3分别在行方向上和列方向上膨胀/收缩以使透镜2a和2b可以彼此对准。此外,弹性片16的前端部可以与透镜2b的凸缘部11的前部边缘部分接合以使透镜2a和2b可以被锁定在它们的光轴彼此对准的状态。在上述各个元件阵列层叠体的实例中,多个图I中的透镜阵列I (或根据其改型的透镜阵列)被层叠。然而,图I中的透镜阵列I可以被层叠在另ー种元件阵列上以形成元件阵列层叠体。图12显示元件阵列层叠体的另ー个实例。如在图12中所示,元件阵列层叠体50由在传感器阵列52上相继层叠的图I中的透镜阵列I和透镜阵列53构成。传感器阵列52具有由半导体材料如娃形成的晶片60。多个固态图像传感器61被形成在晶片60上。固态图像传感器61是按照以下步骤形成的例如CCD图像传感器、CMOS图像传感器等。即,在晶片60上重复进行熟知的膜形成步骤、光刻步骤、蚀刻步骤、杂质添加步骤等从而在晶片60上形成光接收区域、绝缘膜、电极、布线等。透镜阵列53具有多个透镜70和与透镜70彼此连接的基板部71。透镜70和基板部71由半透明树脂组合物整体形成。基板部71被构造成与传感器阵列52的晶片60具有相同尺寸的晶片形状。例如,可以将与形成透镜阵列I中的透镜2的树脂组合物相同的树脂组合物用作形成透镜70和基板部71的树脂组合物。因此,基板部71比透镜阵列I中的载体3具有更高的刚性,而透镜阵列53中的透镜70以无柔性的方式连接。以与透镜阵列I中的透镜2的布局相同的方式布置传感器阵列52中的固态图像传感器61的布局和透镜阵列53中的透镜70的布局。透镜组54由在层叠方向方向上排列的透镜2和透镜70构成。ー个成像单元55由透镜组54和固态图像传感器61构成。为了使透镜阵列I、传感器阵列52和透镜阵列53层叠以形成元件阵列层叠体50,首先使透镜阵列I和透镜阵列53层叠以获得透镜阵列层叠体51。此时,属于透镜阵列I的载体3合适地膨胀/收缩以使形成透镜组54的透镜2和透镜70可以彼此对准。上述粘合剂42的自对准(见图7A和7B)、嵌合凸部13和嵌合凹部14 (见图9和10)或夹持部15 (见图11)可以被合适地用作每ー个透镜2和每ー个透镜70之间的对准部。接下来,使透镜阵列层叠体51层叠在传感器阵列52上。在各个透镜组54和各个固态图像传感器61之间对准所需的精度与构成各个透镜组54的每ー个透镜2和每ー个透镜70之间对准所需的精度相比较低。因为传感器阵列52中的固态图像传感器61的布局 被布置成与透镜阵列层叠体51中的透镜组54的布局相同的方式,所以当透镜阵列层叠体51被层叠在传感器阵列52上时,可以以块的形式形成多个成像単元55。图13显示元件阵列的另ー个实例。显示在图13中的元件阵列是透镜阵列。对应地将共有的參考符号给予与上述透镜阵列I共有的部件,以致对它们的描述可以被省略或简化。如在图13中所示,透镜阵列101具有多个透镜2和充当载体的多个弹性片103。透镜2被排列成矩阵状。弹性片103被分别设置在邻近的透镜2之间。在显示的实施例中,两个弹性片103被设置在彼此邻近的透镜2之间。然而,可以以同样方式设置ー个,或者以同样方式设置三个或更多个。每ー个透镜2和围绕所述透镜2的透镜2之间的间隙被设置在间隙中的弹性片103分割从而形成多个孔12。每ー个弹性片103的端部被接合到其间放置有该弹性片103的两个透镜2的两个凸缘部11的相对表面,以致弹性片103可以使两个透镜2彼此连接。弹性片103由比形成透镜2的材料更富于弹性(更富于可拉伸性)的材料形成,以使弹性片103可以具有柔性。此外,每ー个弹性片103相对于连接弹性片103与将被连接的两个透镜2的凸缘部11的结合处的直线弯折形成。由于这种形状,可以进一歩具有柔性。S卩,每ー个弹性片103可以由弯折形状变形为直线形状或者从直线形状变形为弯折形状从而使透镜2在它们的排列方向(行方向和列方向)上变位。可以以与显示在图5A-5D中的透镜阵列I相同的制备方法制备透镜阵列101。參考图5A-5D。在下部模具30的成型表面31中,凸部33被分别设置在对应于孔12的位置中。用于形成透镜2的树脂材料和用于形成弹性片103的树脂材料被鋳型、压缩和固化从而获得透镜阵列101。每ー个透镜2被构造在一对透镜形成部22和32之间。此外,弾性片103被构造在除透镜形成部22和32以及凸部33以外的成型表面21和31之间。透镜2和弹性片103以它们彼此接合的状态整体形成。同样在上述用于制备透镜阵列101的方法中,用于形成孔12的凸部33被设置在下部模具30的成型表面31中。当使凸部33邻近上部模具20的成型表面21时,在上部模具20的成型表面21和下部模具30的成型表面31之间在各个凸部33周围的距离可以被唯一地设定。因此形成的每ー个透镜2的厚度的精度可以得到提高从而获得所需的透镜2中的光学性能。在使透镜阵列101和另ー个元件阵列层叠时,可以将上述粘合剂42的自对准(见图7A和7B)、嵌合凸部13和嵌合凹部14 (见图9和10)或夹持部15(见图11)合适地用作在层叠方向上排列的属于透镜阵列101的每ー个透镜2与属于另一个元件阵列的各个元件之间的对准部。图14显示元件阵列的另ー个实施例。显示在图14中的元件阵列是透镜阵列。对应地将共有的參考符号给予与上述透镜阵列I共有的部件,以致对它们的描述可以被省略或简化。如在图14中所示,透镜阵列201具有多个透镜2和充当载体的片状部件203。透镜2被排列成矩阵状。透镜2的凸缘部11通过可移除的粘合片204可移除地 接合到片状部件203的ー个表面上,以使通过片状部件203将透镜2彼此连接。优选的是,可以通过加热或用紫外线照射而容易地将用于使透镜2与片状部件203接合的粘合片204移除。片状部件203由比形成透镜2的材料更富于弾性(更富于可拉伸性)的材料形成,以使片状部件203可以具有柔性。因此,透镜2可以在它们的排列方向(行方向和列方向)上变位。图15A和图15B显示用于制备图14中的透镜阵列201的方法的实施例。如在图15A中所示,对于上述透镜阵列201,制备例如显示在图6中的透镜阵列101,并且通过粘合片204将属于其的透镜2与片状部件203以块的形式接合。接下来,如在图15B中所示,透镜阵列101的弹性片103被切割从而使透镜2单独地分隔开并且获得透镜阵列201。顺便提及,在透镜阵列201中,通过片状部件203使得透镜2有柔性地相连接。尽管已经在使用图6中显示的透镜阵列101的假设上描述了上述实施例,但是只要透镜2以同样的方式排列并彼此连接,在透镜阵列中透镜2是否有柔性地相连接从而接合到片状部件203是不重要的。在透镜阵列201和另ー种元件阵列被层叠的层叠体中,通过加热或用紫外线照射来释放粘合片204以使属于透镜阵列201的片状部件203可以从透镜阵列201移除。在使透镜阵列201和另ー个元件阵列层叠时,可以将上述粘合剂42的自对准(见图7A和7B)、嵌合凸部13和嵌合凹部14 (见图9和10)或夹持部15(见图11)合适地用作在层叠方向上排列的属于透镜阵列201的每ー个透镜2与属于另一个元件阵列的各个元件之间的对准部。此外,使粘合片204具有弾性,以致由于粘合片204的弾性,透镜2可以在它们的排列方向(行方向和列方向)上变位。在这种情况中,刚性基板状部件可以被用作片状部件 203。图16显示图14中的透镜阵列201的改型。在显示在图16中的透镜阵列201中,以与透镜2相同布置排列的多个孔214被构造在片状部件203中。孔214使接合到片状部件203的透镜2的光学功能部10暴露。在图示的实施例中,每ー个孔214被构造得足够大以使光学功能部10的整个光学表面IOa暴露。例如,孔214可以被构造得足够大以与光学表面IOa的外缘重叠,同时片状部件203由遮光材料形成或者将遮光涂料等涂敷到片状部件203的表面以致可以通过片状部件203形成孔隙。图17A-17D显示制备图16中的 透镜阵列201的方法的实施例。在显示在图17A-17D中的实施例中,片状部件203被插入到成型模具中从而形成与片状部件203接合的多个透镜2。如在图17A中所示,片状部件203被施加到上部模具20的成型表面21上。接下来,如在图17B中所示,用于形成透镜2的树脂材料Ml被滴到下部模具30的每ー个透镜形成部32。接下来,如在图17C中所示,上部模具20向下移动以压缩上部模具20的成型表面21和下部模具30的成型表面31之间的树脂材料Ml。因此,树脂材料Ml根据成型表面21和31而变形。接下来,如在图17D中所示,将能量施加到树脂材料Ml从而使树脂材料Ml固化并且获得透镜阵列201。透镜2分别在成对的透镜形成部22和32之间形成。透镜2和片状部件203以彼此接合的状态整体形成。在此透镜阵列201中,用于使透镜2的光学功能部10暴露的孔214被构造在片状部件203中以致透镜阵列201可以与另ー种元件阵列层叠而不用将片状部件203从透镜阵列201移除。图18显示元件阵列的另ー个实施例和它的层叠体。显示在图18中的元件阵列是其中排列有多个用于医疗诊断的微量化学芯片(miCTochemical chip)的微量化学芯片阵列。另ー方面,显示在图18中的元件阵列层叠体是由被构造成多层的多个微量化学芯片阵列构成的微量化学芯片阵列层叠体。如在图18中所示,微量化学芯片阵列层叠体301由被构造成多层的两个微量化学芯片阵列302a和302b构成。微量化学芯片阵列302a具有多个微量化学芯片310a和充当载体的多个弹性片311。微量化学芯片阵列302b具有多个微量化学芯片310b和充当载体的多个弹性片311。在微量化学芯片阵列302a和微量化学芯片阵列302b之间,各个部分的构造基本上是共同的。因此,以下将只对微量化学芯片阵列302a进行描述。在图示的实施例中,在微量化学芯片阵列302a中,微量化学芯片310a被排列成矩阵状。微量化学芯片310a的布局不限于矩阵,并且可以是放射状或同心环形阵列、另ー种ニ维阵列或ー维阵列。每ー个弹性片311被设置在邻近的微量化学芯片310a之间。弹性片311的端部被接合到其间放置有弹性片311的两个微量化学芯片310a的相对面,以致弹性片311使两个微量化学芯片310a彼此连接。弹性片311由比形成微量化学芯片310a的材料更富于弾性(更富于可拉伸性)的材料形成,以致弹性片311可以具有柔性。因此,微量化学芯片310a可以在它们的排列方向(行方向和列方向)上变位。图19显示图18中的微量化学芯片310a和310b的放大图。
如在图19中所示,样品液体在其中循环的微流路312被构造在微量化学芯片310a和310b中。当微量化学芯片310a和310b层叠时,分别被构造在微量化学芯片310a和310b中的流路312彼此相通。典型地,每ー个流路312被构造成具有数Pm至数百Pm的宽度。典型地,在微量化学芯片310a和310b之间对准所需的精度不高于数U m。图20显示这样的状态图18中的微量化学芯片310a和310b层叠而微量化学芯片310a和310b的中心彼此不对准。如在图20中所示,当微量化学芯片310a和310b层叠而微量化学芯片310a和310b的中心彼此不对准时,段差部(st印portion) 313出现在微量化学芯片310a和310b的流路312的连接处。当样品液体循环通过段差部313时,可能产生问题,即形成空气池(pool)并且还形成样品液体池从而增加诊断需要的样品液体的量。当微量化学芯片310a和310b通过弹性片311有柔性地彼此连接时,可能的是在使弹性片311合适地膨胀/收缩的同时,使ー个微量化学芯片310a在间距方向上相对于另ー个微量化学芯片310b移动。因此,可以将微量化学芯片310a和310b对准以致上述问题可以得到解決。可以将上述粘合剂42的自对准(见图7A和7B)、嵌合凸部13和嵌合凹部14 (见图9和10)或者夹持部15(见图11)合适地用作微量化学芯片310a和310b之间的对准部。如上所述,在本说明书中公开的ー种元件阵列包括ー维或ニ维排列的多个元件,以及由比形成所述元件的材料更富于弹性的材料形成的柔性载体;其中所述元件通过所述载体彼此连接。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述载体被形成为填充所述多个元件中的每ー个与在所述元件周围的另一个元件之间的间隙。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,在所述载体中形成有在其厚度方向上贯通所述载体的至少ー个孔。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述载体包括分别安置在所述多个元件中的邻近元件之间的多个弹性片;并且所述多个弹性片中的每ー个与所述多个元件中该弹性片位于其间的两个元件接合。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述载体是片状部件;并且所述多个元件中的每ー个与所述片状部件的ー个表面接合。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述元件中的每ー个可移除地与所述片状部件接合。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,在所述片状部件中形成有分别暴露所述多个元件的功能部的多个孔。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述载体是与基板的ー个表面接合的粘合片;并且所述多个元件中的每ー个可移除地与所述粘合片接合。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述多个元件中的每ー个具有要与属于另ー个元件阵列的另ー个元件接合并且置于所述元件上的接合部;并且在所述接合部中安置有用干与所述另ー个元件对准的对准部。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述对准部是与所述另ー个元件嵌合的嵌合部。
此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述嵌合部的嵌合表面是锥形表面。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述对准部是在所述多个元件的排列方向上弾性地夹持另一个元件的夹持部。此外,在本说明书中公开的元件阵列中,所述对准部是在所述接合部的接合表面中形成的图案;并且所述图案控制粘合剂的润湿性以表现所述粘合剂的自对准效应。此外,在本说明书中公开的元件阵列层叠体包括多个元件阵列,所述多个元件阵列构造成多层并且各自具有ー维或ニ维排列的多个元件,在层叠方向上排列的所述多个元件的每ー组彼此对准,其中所述多个元件阵列的至少ー层是上述元件阵列中的任ー个。已经详细或根据具体实施方案描述了本发明。然而,对于本领域技术人员显然的是,可以作出多种改变或改进而不背离本发明的精神和范围。本申请基于在2009年9月30 日提交的日本专利申请号2009-227249,所述申请的全部内容通过引用结合于此,好像详细阐述的那样。エ业实用性当各自由被构造成多层的多个元件组成的多个结构以块的形式形成时,本发明是有用的。符号说明I、la、Ib透镜阵列(元件阵列)2透镜(元件)3 载体10光学功能部11凸缘部12 孔13嵌合凸部14嵌合凹部15夹持部16弹性片20上部模具21成型表面22透镜形成部30下部模具31成型表面32透镜形成部40透镜阵列层叠体(元件阵列层叠体)41透镜组42粘合剂43微小球50元件阵列层叠体51透镜阵列层叠体52传感器阵列
53透镜阵列54透镜组55成像单元60 晶片61固态图像传感器70 透镜71基板部101透镜阵列
103弹性片(载体)201透镜阵列203片状部件(载体)204粘合片214 孔301微量化学芯片阵列层叠体(元件阵列层叠体)302a、302b微量化学芯片阵列(元件阵列)310a、310b微量化学芯片(元件)311弹性片(载体)312 流路313段差部
权利要求
1.ー种元件阵列,所述元件阵列包括 ー维或ニ维排列的多个元件,以及由比形成所述元件的材料更富于弹性的材料形成的柔性载体;其中 所述元件通过所述载体彼此连接。
2.根据权利要求I所述的元件阵列,其中 所述载体被形成为填充所述多个元件中的每ー个与在所述元件周围的另一个元件之间的间隙。
3.根据权利要求2所述的元件阵列,其中 在所述载体中形成有在其厚度方向上贯通所述载体的至少ー个孔。
4.根据权利要求I所述的元件阵列,其中 所述载体包括分别安置在所述多个元件中的邻近元件之间的多个弹性片;并且 所述多个弹性片中的每ー个与所述多个元件中该弹性片位于其间的两个元件接合。
5.根据权利要求I所述的元件阵列,其中 所述载体是片状部件;并且 所述多个元件中的每ー个与所述片状部件的ー个表面接合。
6.根据权利要求5所述的元件阵列,其中 所述元件中的每ー个可移除地与所述片状部件接合。
7.根据权利要求5所述的元件阵列,其中 在所述片状部件中形成有分别暴露所述多个元件的功能部的多个孔。
8.根据权利要求I所述的元件阵列,其中 所述载体是与基板的ー个表面接合的粘合片;并且 所述多个元件中的每ー个可移除地与所述粘合片接合。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的元件阵列,其中 所述多个元件中的每ー个具有要与属于另一个元件阵列的另ー个元件接合并且置于所述元件上的接合部;并且 在所述接合部中安置有用干与所述另ー个元件对准的对准部。
10.根据权利要求9所述的元件阵列,其中 所述对准部是与所述另ー个元件嵌合的嵌合部。
11.根据权利要求10所述的元件阵列,其中 所述嵌合部的嵌合表面是锥形表面。
12.根据权利要求9所述的元件阵列,其中 所述对准部是在所述多个元件的排列方向上弾性地夹持所述另ー个元件的夹持部。
13.根据权利要求9所述的元件阵列,其中 所述对准部是在所述接合部的接合表面中形成的图案;并且 所述图案控制粘合剂的润湿性以表现所述粘合剂的自对准效应。
14.ー种元件阵列层叠体,所述元件阵列层叠体包括多个元件阵列,所述多个元件阵列构造成多层并且各自具有ー维或ニ维排列的多个元件,在层叠方向上排列的所述多个元件的每ー组彼此对准,其中 所述多个元件阵列的至少ー层是根据权利要求I至8中任一项所述的元件阵列。
15.ー种元件阵列层叠体,所述元件阵列层叠体包括多个元件阵列,所述多个元件阵列构造成多层并且各自具有ー维或ニ维排列的多个元件,在层叠方向上排列的所述多个元件的每ー组彼此对准,其中 所述多个元件阵列的至少ー层是根据权利要求9所述的元件阵列。
全文摘要
本发明提供一种元件阵列,在使多个元件阵列层叠的工艺中,元件阵列中的元件间距误差可以被可靠地吸收,结果可以以高的精度在层叠方向上对准元件组。该元件阵列安置有一维或二维布置的多个元件,以及由比形成这些元件的材料更富于弹性的材料形成的柔性载体。上述多个元件经由载体彼此连接。
文档编号G02B3/00GK102770786SQ201080043880
公开日2012年11月7日 申请日期2010年7月6日 优先权日2009年9月30日
发明者渡边清一, 藤原隆行 申请人:富士胶片株式会社

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