[发明专利]用于使玻璃类材料构成的扁平基材结构化的方法和光学组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于在粘稠流体工艺过程中使玻璃类材料构成的扁平基材结构化的方法，其中玻璃类扁平基材与扁平基材，优选半导体扁平基材的表面接合，该表面具有至少一个由位于表面中的周边边缘限界的凹陷，并且在后续的退火工艺过程中，玻璃类扁平基材变为粘稠的自由流动的状态，其中扁平基材的至少部分自由流动的玻璃类材料流动经过周边边缘，流入扁平基材中的凹陷中。此外，描述了可使用上述方法制造的光学部件。

背景技术

用于通过硅技术或晶片制造来制造光学组件的制造工艺使得可设计小型化的光学或微光电机械系统(MOEMS)的实施方案，微光电机械系统提供光学组件，其作为在所谓的圆片级封装(WLPs)中的外壳部件的构成元件。该方法还具有节约成本的较大可能性，因为成百上千的部件可在晶片上平行加工。此外，在光学部件与支持以上所述的微机械固定结构的接合中，不需要提供任何结合工具或调节辅助物，特别是由于制造工艺固有包括机械性上非常精确的接合机构。

该制造方法例如描述于EP1606223B1中，其基于根据粘稠的玻璃流体的光学表面的制造。为了该效果，例如通过阳极接合或直接接合(熔融接合)将包括第一玻璃类的第一晶片与包括硅或熔点更高的第二玻璃类的第二晶片连接。在其两个平行表面处，第二晶片包括提供三维表面轮廓的凹陷，三维表面轮廓因凹陷而产生，并包括在一侧开放的结构化空腔。当接合后的平面区域牢固地与第一晶片连接时，一旦例如在700-800℃下的退火工艺中的所述晶片已充分达到低粘度，空腔使第一晶片的玻璃材料自由流动。在玻璃自由流入结构化的第二晶片的空腔的过程中，第一晶片表面的形成由玻璃的表面张力决定性地确定。由此，取决于深度结构化的空腔和玻璃烘箱中的气氛之间的压差，下凹或凸起的结构形成于第一晶片表面上，所述表面面对空腔。

此外，玻璃流动工艺受其他因素，例如受流入空腔的粘稠玻璃材料的流动前锋(front)的几何设计、以及受玻璃的材料输送而移动的气体体积的影响。当内部压力和环境压力之间的平衡已达到时，当空腔完全充满时(条件是它之前已被排空)，或当玻璃材料的粘度不再足以支持流动时，流动工艺就立即停止。在玻璃加工中，一般而言，如果工艺温度降至低于临界温度值，则情况为后者。

除了使用玻璃之外，透明聚合物也可用于在上述粘稠流体工艺过程中生产光学部件。如果选择合适的聚合物，也可例如以可控方式通过光引发的化学固化降低粘度以以此方式实现流动停止。

在迄今已知的粘稠流体工艺的变型中，二维结构平面被用于确定形成中的光学部件的基本形状，而所述光学部件的高度轮廓来自于工艺控制产生。例如，可以该方式容易地制造具有球形轮廓的光学透镜，因为球形从圆形基本形状和处于力平衡的表面产生。通过包括动态流体运动，还可叠加所谓的非球形校正，即球形基本形状的锥形或双曲线部件。

粘稠流体工艺在具有可自由形成的光学表面的光学部件的制造或用于例如通过压花技术而压印成形的特别平滑的自由形式的表面的制造中是特别有利的，因为不需要表面的机械抛光或后加工。因此，已知的方法用途涉及从如上所述可用作用于形成第一晶片的第二晶片的较高熔点的玻璃制造复制的形状。但是，为了形成三维结构，在自由的粘稠流动中，使用者只能得到表面润湿和表面张力的物理效果。

EP1572594B1公开了一种用于上述的光学透镜的后加工的方法，在该方法中通过由模制工具支持的热学后加工步骤可去除透镜和玻璃类扁平基材之间的过渡区域中的倾斜度增大的椭圆形区域。

与此相对，以任何理想方式大幅倾斜并可用作镜子或光学棱镜的平坦表面的制造是有问题的。相似地，使用迄今为止已知的粘稠流体工艺不可能制造沿任何理想的轮廓的表面，例如等角的或斜角的共面锥体段形状的表面。

事实上，用于产生突出结构的已知制造工艺基于复制工艺，例如棱镜的模制。在这些玻璃压印技术中，由于涉及高操作温度，只有能够耐受所经历的高温和高压的那些材料可以考虑用于模具结构。但是，该方法仅允许小工件的复制，而不允许整个晶片的复制。在晶片技术领域，作为减成法(subtractive process)，使用具有高精度的数控机器的金刚石研磨以产生具有几乎光学质量的微结构化的表面。在此情境下超声加工和激光直接结构化是进一步的选项。通过化学后加工，表面可平滑至通常达到足够的光学质量。此外，存在允许高度轮廓结构化的化学蚀刻技术。在数微米的高度轮廓情境下，额外的工艺，例如蒸气沉积几乎不值得考虑。

发明内容