TW202002335A - 光學裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種光學裝置及光學裝置的製作方法，光學裝置包含：一光學模組、一透鏡及一膠體。該光學模組包括一基座單元、一設置於該基座單元的光學元件及一固設於該基座單元並圍繞該光學元件的框體，該框體界定出一鏤空區。該透鏡覆蓋該鏤空區，該透鏡包括一鄰近該基座單元並設置於該框體的第一面、一相反於該第一面的第二面，及一連接該第一面及該第二面的側緣。該膠體分布附著於該側緣及該框體。

Description

光學裝置及其製造方法

本發明是有關於一種光學裝置，特別是指一種良率提升之光學裝置，以及製造該光學裝置的方法。

近年來，隨著人工智慧、智慧車聯網、身分辨識的技術發展，光學裝置受到大量使用。參閱圖1，一般而言，光學裝置9包含一光學模組91、多個高溫固化膠材92及一透鏡93，更清楚地說，光學模組91包括一導電基板911、一電連接該導電基板911的光學元件912、一設置於該導電基板911的框體913，另外，該框體913具有多個框條914，每一框條914的頂面凹陷形成一缺口915，製作時，該透鏡93藉由高溫固化膠材92固定於光學模組91，該等高溫固化膠材92分別位於該等缺口915並塗佈於該框條914頂面，而該透鏡93具有一鄰近導電基板911的第一面931，該第一面931的兩相反側分別壓抵於該等高溫固化膠材92，藉由該等高溫固化膠材92固定於該框體913，藉此做為罩體保護光學元件912，並供光學元件912產生的光線射出於光學裝置9之外。

然而，由於透鏡93與該框體913的接著面積過小如圖1所示，透鏡93僅藉由該第一面931的兩相反側供該高溫固化膠材92黏著，因此，在使用時透鏡93容易因震動幅度過大或撞擊而脫離框體913並喪失功能，整體來說可靠度不佳。另一方面，由於光學元件912的功率高，在運作過程會產生大量的熱能，因此，業界普遍採用具備散熱效率高等功效的陶瓷基板作為散熱基材，藉此排除熱能，但是，安裝在導電基板911上的框體913，若材質選擇上與陶瓷基板的熱膨脹係數不匹配時，例如業界常用的工業化液晶聚合物(LCP)，當將面積較大的框體913透過高溫固化的方式將結合於陶瓷基板時，框體913會產生翹曲進而影響該光學裝置的可靠性，因此，若是選用此種材質，必須單個單個製作才能維持該光學裝置的良率，不僅製造成本高、製造工時長且生產效率不佳。是以，如何提升光學裝置9的生產良率誠為業界所欲達成的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種增強透鏡的固定強度進一步提升生產良率的光學裝置。

因此，本發明之目的，即在提供一種用於製作前述光學裝置的製造方法，以解決透鏡固定強度不足的問題。

於是，本發明光學裝置，包含：一光學模組、一透鏡及一膠體。該光學模組包括一基座單元、一設置於該基座單元的光學元件及一固設於該基座單元並圍繞該光學元件的框體，該框體界定出一鏤空區。該透鏡覆蓋該鏤空區，該透鏡包括一鄰近該基座單元並設置於該框體的第一面、一相反於該第一面的第二面，及一連接該第一面及該第二面的側緣。該膠體分布附著於該側緣及該框體。

在一些實施態樣中，該膠體的高度至少高於該側緣的厚度的1/2。

在一些實施態樣中，該膠體的高度介於該側緣的厚度的1/2及2/3之間。

在一些實施態樣中，該基座單元具有一導電基板，該框體的熱膨脹係數略等於該導電基板的熱膨脹係數。

在一些實施態樣中，該框體的成分為氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁或氧化鈹，且該導電基板的成分包含氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁或氧化鈹。

在一些實施態樣中，該框體與該基座單元之間設有一絕緣黏膠。

在一些實施態樣中，該透鏡與該框體之間設有一高溫固化膠材。

在一些實施態樣中，該框體具有多數個框條，每一框條具有一框條寬度，該透鏡疊置於每一框條上不超過框條寬度。

在一些實施態樣中，該膠體不分布於該透鏡頂面。

於是，本發明光學裝置的製造方法，包含：(A)提供一基座單元；(B) 將一框體固設於該基座單元，且該框體界定出多個鏤空區；(C)將多個光學元件分別固設於該基座單元；(D)將數個透鏡分別設置於該框體並且分別覆蓋該等鏤空區，且兩相鄰的透鏡之間形成一間隙，每一透鏡包括一鄰近該基座單元並設置於該框體的第一面、一相反於該第一面的第二面，及一連接該第一面及該第二面的側緣；(E)填充一膠體於該間隙，使該膠體分別黏著該兩相鄰的側緣，且該膠體還黏著於該框體；及(F)沿該等間隙裁切，使該兩相鄰的側緣均附著有該膠體。

在一些實施態樣中，在步驟(A)中還提供一絕緣黏膠，在步驟(B)中是該框體透過塗佈該絕緣黏膠並高溫固化固設於該基座單元。

在一些實施態樣中，步驟(C)是在步驟(B)之後，且該等光學元件分別固設於該等鏤空區。

在一些實施態樣中，在步驟(D)之前還包括一步驟(G)，在該步驟(G)中是以點膠程序將該等透鏡定位於該框體並覆蓋該鏤空區。

在一些實施態樣中，在步驟(E)中該膠體的高度介於該側緣的厚度的1/2及2/3之間。

在一些實施態樣中，步驟(D)在步驟(B)之後，在步驟(B)中該框體具有多數個框條，每一框條具有一框條寬度，在步驟(D)中該透鏡以不超過框條寬度疊置於該框體上。

於是，本發明光學裝置，包含：一本體單元、一光學元件、一透鏡及一膠體。該本體單元形成有一凹穴。該光學元件位於該本體單元的凹穴內。該透鏡設置於該本體單元並間隔於該光學元件上方。該膠體分布附著於該透鏡外緣並膠合該透鏡與該本體單元。

本發明之功效在於：透過該等高溫固化膠材，使該等透鏡在該框體上定位後，藉由填孔的方式將該膠體填充於該等間隙，使該膠體黏著於透鏡的側緣以及框體，以此提升膠體在透鏡上的黏著面積，進而增強透鏡與該框體間的連結強度，使透鏡不易脫離，藉以提升整體良率。另一方面，透過將該框體選用與該導電基板相同的陶瓷成分，由於兩者的熱膨脹係數相同，在高溫烘烤或可靠度測試中能避免翹曲的問題，且能進一步大面積的同步製作多個光學裝置，藉以提升生產效率。

參閱圖2，本發明光學裝置之一實施例，包含一光學模組1、一絕緣黏膠2、多數個高溫固化膠材3、一透鏡4及一膠體5。在本實施例中，該光學裝置作為3D影像辨識中所使用的光學元件，該3D影像辨識舉例是透過垂直腔面發射雷射器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）。

該光學模組1包括一基座單元11、一設置於該基座單元11的光學元件12，以及一固設於該基座單元11並圍繞該光學元件12的框體13。進一步來說，該基座單元11具有一導電基板111以及多條設於該導電基板111的導線112。在本實施例中，在該導電基板111的正、反兩面設有多條導線112且導線112之間相互導通，該導電基板111舉例為具有高導熱、低翹曲度、熱膨脹係數低等特性的陶瓷基板，進一步來說，該導電基板111的成分為氧化鋁，氧化鋁的熱膨脹係數為 8×10^-6 /℃，但該導電基板111的成分不以氧化鋁為限，該導電基板111的成分也可以是氮化鋁，其中，氮化鋁的熱膨脹係數為5.0×10^-6 /℃，此外，在其他實施態樣中，該導電基板111的成分可以是氮化矽、氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁或氧化鈹。

此外，該框體13具有多數個黏著於該導電基板111且圍繞該光學元件12的框條131，該等框條131共同界定出一呈矩形狀的鏤空區132，在本實施例中，該框體13的材質選用可視該導電基板111的成分對應調整，也就是說，在較佳的實施態樣中，當該導電基板111的成分為氧化鋁，且該框體13的成分也是氧化鋁時能有效降低該框體13與導電基板111於高溫製程或使用時因熱膨脹係數不匹配造成的翹曲情況，整體而言，該框體13的熱膨脹係數等於該導電基板111的熱膨脹係數時能降低整體形變的機率，進而提升整體製程良率，當然，在其他實施態樣中，該框體13的成分也可以是氮化鋁、氮化矽、氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁或氧化鈹。另外，每一框條131具有一框條寬度L，框條寬度L定義為該框條131鄰近該鏤空區132之一側面至遠離該鏤空區132之一側面的間距，特別要說明的是，當該框條131供該透鏡4疊置時，以該透鏡4不超過該框條寬度L的1/3為限。

該絕緣黏膠2黏固於該導電基板111與該框體13之間，在本實施例中，該絕緣黏膠2的成分包含二氧化矽與三甲氧基甲硅烷基。

每一高溫固化膠材3黏固於每一框條131遠離該導電基板111之一側面，在本實施例中，每一高溫固化膠材3的成分包含合成樹脂。

在本實施例中，該透鏡4舉例為呈矩形且覆蓋該鏤空區132的玻璃，但該透鏡4不以玻璃為限，更清楚地說，該透鏡4包括一鄰近該導電基板111並設置於該框體13的第一面41、一相反於該第一面41的第二面42，及一連接該第一面41及該第二面42的側緣43。在本實施例中，該透鏡4藉由該等高溫固化膠材3能快速地定位在該框體13，以提升製程效率。

該膠體5黏固於該側緣43及該框體13，特別要說明的是，在較佳的實施態樣中，該膠體5的高度介於該側緣43的厚度的1/2及2/3之間，如此一來，該透鏡4在藉由該高溫固化膠材3快速地定位後，透過該膠體5在側緣43的附著，提升整體的黏著面積，使該透鏡4與該框體13之間的連結強度增加，讓該透鏡4不容易脫離該框體13，換言之，由於該透鏡4被穩固地固定在該框體13上，藉以提升光學元件12照射精準度。然而，該膠體5的高度並不以前述範圍為限，在另一實施態樣中，該膠體5的高度至少高於該側緣43的厚度的1/2，再另一實施態樣中，該膠體5不分布於該透鏡4的該第二面42。

參閱圖3及相關圖式，本新型光學裝置的製作方法之較佳實施例依序包括提供該光學模組1的步驟S01，及將多個透鏡4製備於該光學模組1的步驟S02。

以下說明步驟S01提供該光學模組1的製作流程，該步驟S01可進一步區分為步驟S11至步驟S14。

參閱圖4，在步驟S11中，提供該基座單元11，在本實施例中，該基座單元11包括一導電基板111及多條導線112，該導線112是經由雷射穿孔、電鍍、蝕刻等方式形成於導電基板111。

參閱圖5，在步驟S12中，是透過雷射切割的方式在該框體13形成多個彼此間隔排列的鏤空區132，並透過印膠的方式在該框體13用於安裝於該導電基板111的一側面印刷形成該絕緣黏膠2，以供後續將該框體13固定於該導電基板111(參閱圖2)。

參閱圖6，在步驟S13中，是透過高溫烘烤的方式固化該絕緣黏膠2，使得該框體13穩固地黏固於該基座單元11。特別要說明的是，由於該框體13與該導電基板11的熱膨脹係數相近，因此，在高溫烘烤過程中並不會發生翹曲的情況，進而該框體13能大面積的設置於該導電基板111，在一次製程中製作多個光學裝置，以縮短生產時程。

參閱圖7，在步驟S14中，是透過黏固的方式將多個光學元件12固定於該基座單元11，並再透過打線的方式將多條線材14分別連接該導電基板111上的導線112及對應的光學元件12，以供每一光學元件12與該導電基板111上的該導線112導通形成迴路，進一步供該光學元件12能射出光線，據此，經由先安裝框體13後設置光學元件12的步驟流程能確定光學元件12精準地位於每一鏤空區132(參閱圖2)內，以此提升整體良率，但該步驟S11至該步驟S14並不以此為限，在另一實施態樣中，該光學模組12的製作流程也可以是先在該導電基板111佈設該等導線112，隨後將該等光學元件12焊接於該導電基板111並透過打線的方式將該線材14連接該導電基板111的該導線112及該光學元件12，最後再透過高溫烘烤的方式將該框體13固定於該導電基板111上。

隨後，參閱圖3及相關圖式，以下說明步驟S02將多個透鏡4製備於該光學模組1的製作流程，該步驟S02可進一步區分為步驟S21至步驟S24。

參閱圖8，在步驟S21中，是透過點膠的方式在該框體13遠離該導電基板111之一側面塗佈多個高溫固化膠材3，更清楚地說，該等高溫固化膠材3分別黏固於前述該框體13遠離該導電基板111之一側面的兩相反側，以供後續將該等透鏡4(參閱圖2)在該框體13上定位。

參閱圖9，在步驟S22中，將該等透鏡4對應於該等高溫固化膠材3處置放於該框體13上，並分別覆蓋該等鏤空區132(參閱圖2)，且相鄰兩透鏡4界定出一間隙44，隨後，再透過高溫烘烤的方式固化該等高溫固化膠材3，使該等透鏡4在該框體13上定位。特別要說明的是，每一透鏡4不超過該框條寬度L(參閱圖2)的1/3為限，藉此提供足夠的空間進行後續填孔步驟。

參閱圖10，在步驟S23中，是透過填孔的方式將該膠體5填充於該等間隙44，隨後，再透過高溫烘烤的方式固化該膠體5，使該膠體5黏固於相鄰兩側緣43及對應的該框體13，以此提升每一透鏡4與該框體13的連結強度。特別要說明的是，該膠體5的高度介於該側緣43的厚度的1/2及2/3之間。

續參閱圖1，在步驟S24中，是透過雷射切割的方式將該等光學裝置沿該膠體5的中間處切割形成單個光學裝置，並使該兩相鄰的側緣43均附著有該膠體5。

參閱圖11，此外，特別要說明的是，在另一實施態樣中，該光學裝置包含一本體單元10、一光學元件12、一透鏡4及一膠體5。該本體單元10包括一導電基板111及一框體13，且該導電基板111與該框體13為一體成型，該導電基板111凹陷形成一凹穴113，而且該光學元件12位於該凹穴113內，另外，該透鏡4置於該框體13頂側，以及該膠體5分布附著於該透鏡4外緣並膠合該透鏡4與該框體13，藉此同樣能降低該透鏡4脫離於該框體13的問題。

綜上所述，本發明光學裝置透過該等高溫固化膠材3，使該等透鏡4在該框體13上定位後，藉由填孔的方式將該膠體5填充於該等間隙44，使該膠體5黏著於透鏡4的側緣53以及框體13，以此提升膠體5在透鏡4上的黏著面積，進而增強透鏡4與該框體13間的連結強度，使透鏡4不易脫離，藉以提升整體良率。另一方面，透過將該框體13選用與該導電基板111相同的陶瓷成分，由於兩者的熱膨脹係數相同，在高溫烘烤中及可靠度測試中能避免翹曲的問題，且能進一步大面積的同步製作多個光學裝置，藉以提升生產效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧光學模組10‧‧‧本體單元11‧‧‧基座單元111‧‧‧導電基板112‧‧‧導線113‧‧‧凹穴12‧‧‧光學元件13‧‧‧框體131‧‧‧框條132‧‧‧鏤空區14‧‧‧線材2‧‧‧絕緣黏膠3‧‧‧高溫固化膠材4‧‧‧透鏡41‧‧‧第一面42‧‧‧第二面43‧‧‧側緣44‧‧‧間隙5‧‧‧膠體L‧‧‧框條寬度S01~S02‧‧‧步驟流程S11~S14‧‧‧步驟流程S21~S24‧‧‧步驟流程

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是先前技術的一剖面示意圖； 圖2是本發明光學裝置的一實施例的一剖面示意圖； 圖3是該實施例的一步驟流程圖； 圖4至圖10是該實施例之流程示意圖，說明製作該光學裝置的步驟；及 圖11是另一實施態樣的一剖面示意圖，說明該實施例的一本體單元為一體成型。

1‧‧‧光學模組

11‧‧‧基座單元

111‧‧‧導電基板

112‧‧‧導線

12‧‧‧光學元件

13‧‧‧框體

131‧‧‧框條

132‧‧‧鏤空區

14‧‧‧線材

2‧‧‧絕緣黏膠

3‧‧‧高溫固化膠材

4‧‧‧透鏡

41‧‧‧第一面

42‧‧‧第二面

43‧‧‧側緣

44‧‧‧間隙

5‧‧‧膠體

L‧‧‧框條寬度

Claims (16)

1. 一種光學裝置，包含： 一光學模組，包括一基座單元、一設置於該基座單元的光學元件及一固設於該基座單元並圍繞該光學元件的框體，該框體界定出一鏤空區； 一透鏡，覆蓋該鏤空區，該透鏡包括一鄰近該基座單元並設置於該框體的第一面、一相反於該第一面的第二面，及一連接該第一面及該第二面的側緣；及 一膠體，分布附著於該側緣及該框體。
2. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該膠體的高度至少高於該側緣的厚度的1/2。
3. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該膠體的高度介於該側緣的厚度的1/2及2/3之間。
4. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該基座單元具有一導電基板，該框體的熱膨脹係數略等於該導電基板的熱膨脹係數。
5. 如請求項4所述的光學裝置，其中，該框體的成分為氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁或氧化鈹，且該導電基板的成分包含氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁或氧化鈹。
6. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該框體與該基座單元之間設有一絕緣黏膠。
7. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該透鏡與該框體之間設有一高溫固化膠材。
8. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該框體具有多數個框條，每一框條具有一框條寬度，該透鏡疊置於每一框條上不超過框條寬度。
9. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該膠體不分布於該透鏡頂面。
10. 一種光學裝置的製造方法，包含： (A)提供一基座單元； (B) 將一框體固設於該基座單元，且該框體界定出多個鏤空區； (C)將多個光學元件分別固設於該基座單元； (D)將數個透鏡分別設置於該框體並且分別覆蓋該等鏤空區，且兩相鄰的透鏡之間形成一間隙，每一透鏡包括一鄰近該基座單元並設置於該框體的第一面、一相反於該第一面的第二面，及一連接該第一面及該第二面的側緣； (E)填充一膠體於該間隙，使該膠體分別黏著該兩相鄰的側緣，且該膠體還黏著於該框體；及 (F)沿該等間隙裁切，使該兩相鄰的側緣均附著有該膠體。
11. 如請求項10所述的光學裝置的製造方法，其中，在步驟(A)中還提供一絕緣黏膠，在步驟(B)中是該框體透過塗佈該絕緣黏膠並高溫固化固設於該基座單元。
12. 如請求項10所述的光學裝置的製造方法，其中，步驟(C)是在步驟(B)之後，且該等光學元件分別固設於該等鏤空區。
13. 如請求項10所述的光學裝置的製造方法，其中，在步驟(D)之前還包括一步驟(G)，在該步驟(G)中是以點膠程序將該等透鏡定位於該框體並覆蓋該鏤空區。
14. 如請求項10所述的光學裝置的製造方法，其中，在步驟(E)中該膠體的高度介於該側緣的厚度的1/2及2/3之間。
15. 如請求項10所述的光學裝置的製造方法，其中，步驟(D)在步驟(B)之後，在步驟(B)中該框體具有多數個框條，每一框條具有一框條寬度，在步驟(D)中該透鏡以不超過框條寬度疊置於該框體上。
16. 一種光學裝置，包含： 一本體單元，形成有一凹穴； 一光學元件，位於該本體單元的凹穴內； 一透鏡，設置於該本體單元並間隔於該光學元件上方；及 一膠體，分布附著於該透鏡外緣並膠合該透鏡與該本體單元。

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