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Design and Fabrication of Wafer-Level Microlens Array with Moth-Eye Antireflective Nanostructures

机译：具有蛾眼减反射纳米结构的晶圆级微透镜阵列的设计与制作

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摘要

Wafer-level packaging (WLP) based camera module production has attracted widespread industrial interest because it offers high production efficiency and compact modules. However, suppressing the surface Fresnel reflection losses is challenging for wafer-level microlens arrays. Traditional dielectric antireflection (AR) coatings can cause wafer warpage and coating fractures during wafer lens coating and reflow. In this paper, we present the fabrication of a multiscale functional structure-based wafer-level lens array incorporating moth-eye nanostructures for AR effects, hundred-micrometer-level aspherical lenses for camera imaging, and a wafer-level substrate for wafer assembly. The proposed fabrication process includes manufacturing a wafer lens array metal mold using ultraprecise machining, chemically generating a nanopore array layer, and replicating the multiscale wafer lens array using ultraviolet nanoimprint lithography. A 50-mm-diameter wafer lens array is fabricated containing 437 accurate aspherical microlenses with diameters of 1.0 mm; each lens surface possesses nanostructures with an average period of ~120 nm. The microlens quality is sufficient for imaging in terms of profile accuracy and roughness. Compared to lenses without AR nanostructures, the transmittance of the fabricated multiscale lens is increased by ~3% under wavelengths of 400–750 nm. This research provides a foundation for the high-throughput and low-cost industrial application of wafer-level arrays with AR nanostructures.
机译：基于晶圆级包装（WLP）的相机模块生产吸引了广泛的工业兴趣，因为它提供了高生产效率和紧凑的模块。然而，对于晶片级微透镜阵列而言，抑制表面菲涅耳反射损耗是具有挑战性的。传统的介电抗反射（AR）涂层会在晶片透镜镀膜和回流期间导致晶片翘曲和镀膜破裂。在本文中，我们介绍了一种基于多尺度功能结构的晶圆级透镜阵列的制造方法，该阵列结合了用于AR效果的蛾眼纳米结构，用于相机成像的百微米级非球面透镜以及用于晶圆装配的晶圆级基板。所提出的制造过程包括使用超精密加工制造晶片透镜阵列金属模具，化学产生纳米孔阵列层，以及使用紫外线纳米压印光刻技术复制多尺度晶片透镜阵列。制造了一个直径为50毫米的晶片透镜阵列，其中包含437个直径为1.0毫米的精确非球面微透镜。每个透镜表面都具有平均周期约为120 nm的纳米结构。就轮廓精度和粗糙度而言，微透镜质量足以用于成像。与没有AR纳米结构的透镜相比，在400–750 nm波长下，制成的多尺度透镜的透射率提高了约3％。该研究为具有AR纳米结构的晶圆级阵列的高通量和低成本工业应用提供了基础。

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