[发明专利]晶体器件热键合装配新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体器件热键合装配新方法，是一种对固态激光器所用的晶体器件的键合装配方法，属于光电功能材料技术领域。

背景技术

自激光器问世以来，固体激光器因为其显著地优点而获得了飞速的发展，特别是二十世纪八十年代中后期，随着激光二级管（LD）的问世，由激光二级管作为泵浦源的固态激光器（DPSL）逐步成为了人们研究的热门。它具有高稳定性、高效率和高能量的优点，被广泛应用于军事、医学、工业和科学研究等领域。而固态激光器中所用的晶体器件的组装也随着固态激光器的发展而越来越得到人们的重视。一些具有特异形状，特别是微结构（接触面积小，接触面长宽比很大等）的晶体器件的组装难度加大，使用常规方法难以实现量产。

晶体器件之间的结合通常采用键合的办法。键合技术的定义：将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。在传统的热键合工艺中，通过施加垂直于键合面的外部压力的方法，将被键合的两块晶体紧紧的贴在一起，然后升高到温度至熔点附近，从而实现键合面处离子的互相渗透，实现键合。但在面对一些键合面形状特异的情况时，传统的键合技术的缺点就十分明显了。

首先，当键合面接触面积很小，或者接触面长宽比很大时，接触面的准直性就难以保证，大大的影响了键合后晶体器件的性能。其次，当接触面积很小时，在保证键合的牢固度的前提下，只能不断地提高热键合时的温度以及延长热键合的时间，但是晶体器件的键合面长时间的处于高温下会对其光学性能有很大的影响；而在保证键合后晶体器件的光学性能的前提下，势必会影响键合面的机械强度，给后续加工带来困扰。因此，在面对键合面积很小时，运用传统工艺进行键合的操作就十分困难，甚至无法实现。

发明内容

本发明旨在提供一种晶体器件热键合装配新方法，以解决传统热键合工艺在面对微形键合面（键合接触面积小，或者长宽比很大）时难度大的问题。

本发明的技术方案是：一种晶体器件热键合装配新方法，其特征在于，首先使用辅助材料与两块待键合晶体的非通光面分别胶合固化，分别构成第一和第二组合结构；然后对第一和第二组合结构的通光面进行抛光；最后对抛光后的通光面进行键合。

所述的辅助材料的热膨胀系数介于两块待键合晶体的热膨胀系数之间，且该辅助材料的键合温度≤500℃。

所述的辅助材料为K9光学玻璃。

在所述的两块待键合晶体相对两侧的非通光面分别胶合固化一层辅助材料，该辅助材料的形状与待键合晶体的形状相同。

 本发明的优点是：采用这种新型工艺进行热键合可以有效的解决传统工艺面对微结构键合面时难度大的尴尬，提高产量和合格率。而且由于键合面接触面积的增加，整个复合结构的牢固度大幅度上升，相比传统键合工艺而言在键合晶体的后续加工上优势明显。并且在准直度和键合时的操作上都有了很好的改善。

附图说明

图1是本发明的热键合过程示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明一种晶体器件热键合装配新方法，具体工艺过程如下：

首先要挑选合适的辅助材料C，对于辅助材料C的选取主要决定于需要键合的两种晶体A和B，辅助材料C的热膨胀系数应该介于晶体A和B的热膨胀系数之间，且辅助材料C自身的键合温度较低（如K9光学玻璃，500℃，或其他符合此要求的材料）。之后将辅助材料C切割成与需要键合的晶体A、B的形状相同的形状。

之后将处理好的辅助材料C分别与晶体A和B的两侧的非通光面2进行胶合固化。胶合固化一般采用紫外胶，常温下用紫外灯（10-400nm）照射几分钟即可。形成图1中左侧所示的CAC结构V1和CBC结构V2，并对该组合结构的通光面1进行精确抛光处理，要求平面度小于10?，光洁度小于10/5，表面及边缘无划痕。

最后对组合的CAC结构V1和CBC结构V2的通光面1进行直接热键合，形成图1中右侧所示的结构，即为所需的键合晶体结构。

本发明通过引入合适的辅助材料C来组成一种类似三明治的复合结构，从而间接的提高了键合面的接触面积。运用这种新型工艺进行热键合时，键合温度只需达到辅助材料C的热键合温度就可以达到晶体A和晶体B的间接键合，有效的降低了键合温度，提高了键合后复合晶体的光学性能。而且由于键合面接触面积的增加，整个复合结构的牢固度大幅度上升，相比传统键合工艺而言，在键合晶体的后续加工上优势明显。并且在准直度和键合时的操作上都有了很好的改善。键合的目的是为了让晶体的通光面平行、牢固地接触到一起；采用夹心结构并没有让两种晶体键合，只是辅助材料键合了，而使两块晶体达到了通光面平行牢固的接触到一起的键合效果，可以叫做间接键合。