CN110412763A - 涂覆的光学元件、具其的组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

光学元件(1)，其包括含碱玻璃(5)的光学透明基板(3)和表面(7)上的涂层(9)，该涂层(9)使得含碱玻璃(5)能够阳极键合在表面(7)的覆盖有涂层(9)区域内，并且在涂层的外表面(91)上形成阳极键。

Description

涂覆的光学元件、具其的组件及其制造方法
技术领域
本发明总体涉及涂覆有薄膜的光学元件，例如具有抗反射涂层、或涂覆有介质波长滤光片涂层、或者部分反射或吸收涂层的元件。特别地，本发明涉及如下的布置：通过施加了所述涂层的界面处的阳极键合将光学元件固定到另外的元件上。
背景技术
US 2003/0021004 A1公开了一种用于制造光学MEMS器件的方法，其中，提供光学透射基板，在基板的一个或两个表面上沉积光学涂层，以实现或改善光学信号沿着穿过光学涂层和基板的路径的传输。基板通常包围有源或无源光学元件，该有源或无源光学元件可以是光学传感器、光发射器或无源可移动的可致动微结构，由此，微结构的致动导致微结构与光信号相互作用。将施加到这种基板上的光学涂层图案化，使其仅存在于微结构的有源或无源或可致动部分之下或之上，即，在光信号的路径中，而非第一基板上与第二基板的键合受影响的区域处。
阳极键合是制造MEMS器件的标准方法，特别是用于封装器件。将含碱玻璃用于键合。合适的有含钠硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。为了实现阳极键合，加热玻璃直到碱离子在玻璃内开始移动。施加电场使得碱离子朝向与玻璃接触的电极移动。这会导致界面处产生电荷耗尽区，其会施加静电力将基板压在一起。基板表面的紧密接触导致在基板之间形成物理键和化学键。
还如在US 2003/0021004 A1中公开的那样，将涂层结构化可以例如通过选择性蚀刻、光刻图案化和剥离或物理掩膜来实现。然而，这种方式昂贵，并且，例如在MEMS器件的制造中需要额外的处理步骤。而且，结构化可能损害涂层或使涂层劣化。
发明内容
因此，本发明的目的是促进和改进具有涂覆的光学元件的组件或模块的制造。该目的通过独立权利要求的主题解决。在从属权利要求中限定了本发明的有利改进。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学元件，其包括含碱玻璃的光学透明基板和表面上的涂层。该特定涂层不禁止/能够使含碱玻璃在所述表面的覆盖有涂层的区域内进行阳极键合，并且在涂层的外表面处形成或建立阳极键。
迄今为止，人们一直认为阳极键合需要玻璃和基板之间的直接界面。在涂覆玻璃的情况下，假设玻璃和基板之间的涂层的存在禁止键合。假设需要图案化步骤以保持键合区域没有涂层，以使玻璃-Si或玻璃-金属直接接触。这需要在涂覆之前进行掩膜步骤或在涂覆之后进行选择性/局部蚀刻步骤。这是一个额外且昂贵的处理步骤。它还需要裸玻璃暴露于基板上时图案的正确对准。特别是在小部件(MEMS)的情况下，这种对准需要先进/昂贵的处理设备。然而，令人惊讶的是，存在与键合处理相容的涂层。因此，根据一个实施方案，涂层具有以下特征中的一个或两个：
-涂层的材料不能被阳极键合，
-涂层本身不含足够量的碱离子，无法在阳极键的界面处形成电荷耗尽区，
-以mol％计的碱含量小于含碱玻璃的碱含量的1/10。
为了获得与涂层的可靠键合，有利地，涂层的外表面是亲水的或极性的。这有利于在涂层的表面和要与光学元件连接的另外元件之间形成化学键。
根据另一方面，提供了一种光学功能模块或组件。该组件包括：本发明的光学元件、即具有含碱玻璃的光学透明基板和基板的表面上的涂层；以及第二基板，其连接到光学透明基板，其中，第二基板通过表面覆盖有涂层的区域处的阳极键连接到光学透明基板，使得涂层布置在光学透明基板和第二基板之间，并且与光学透明基板和第二基板均直接接触。
在该构造中，通过阳极键与基板的连接形成于涂层和第二基板的表面之间的界面处。这样，不需要在接触区域中去除涂层。
涂层可以由单层组成或者可以包含至少两层的序列。
通常，在简单且有利的实施方案中，基板具有面，特别是完全被涂层覆盖的平面。在典型实施例中，基板是盘形的，其分别具有两个相对的平面或侧面。在该构造中，如上所述，至少一个面可以完全覆盖有涂层。然而，能够提供所述面上的环形涂层隔离区。
优选地，第二基板是硅基板，例如硅晶片或金属基板。可以采用阳极键合到玻璃基板的硅基板来制造MEMS组件。因此，根据本发明的一个实施方案，光学组件是MEMS器件，特别是MOEMS器件。要键合到光学元件的另一基板不需要完全由硅或金属制成。然而，键合到光学元件的部件优选是硅部件或金属部件。因此，更一般地，第二基板包括键合到光学元件的硅部件或金属部件。硅可以覆盖有氧化硅，特别是覆盖有自然氧化物层。在这种情况下，氧化硅形成与光学元件键合的部件的表面。
通常，根据另一实施方案，第二基板也可以在键合到玻璃基板的一侧上设置有涂层。这种涂层可以是例如金属的涂层或氧化的涂层。例如，要键合到玻璃基板的一侧可以设置有铝涂层或SiO2涂层。
用于最上层或通常用于涂层的外表面的合适材料有：
-SiO2、SiOx(即，通常为氧化硅)、Al2O3、AlOx(即，通常为氧化铝)，
-金属，
-金属氧化物，如Sc2O3、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、TiO和HfO2,
-氟化物和硫化物，如MgF2，ZnS、氟化钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)、氟化铈(CeF3)、氟化镧(LaF3)、氟化钕(NdF3)、氟化镱(YbF3)、氟化铝(AlF3)、氟化镝(DyF3)和氟化钇(YF3)，以及
-它们的混合物，即，包含一种或多种上述材料的材料(因此也为包含至少一种这些所述材料的掺杂和混合材料)，例如，掺Al的SiO2或掺Si的TiO2。
通常，涂层或至少其最上层或其外表面是无机的，可以形成阳极键。
根据本发明的有利实施例，涂层包括至少两层。利用多层涂层，例如多层抗反射滤光片涂层或二向色滤光片涂层，可以实现更复杂的光学功能。
涂层还可以包括材料层，该材料层本身不能通过阳极键合而在其表面处进行键合。在这种情况下，该层覆盖有可键合材料层，例如SiO2层或Al2O3层。该最上层不一定要具有光学功能，而要具有与另一基板形成化学键的功能。因此，在本发明的实施方案中，涂层包括至少两层。
因此，在本发明的改进中，涂层包括非键合材料层，该非键合材料层不通过阳极键合与其它表面键合。该涂层包括另一材料层，该材料层使得含碱玻璃能够在表面的覆盖有涂层的区域上进行阳极键合，即在电荷耗尽区的影响下与另一基板形成物理或化学键。
为了制造组件，本发明还包括一种制造具有光学元件的组件的方法，该方法包括以下步骤：
-提供含碱玻璃的光学透明基板，
-在基板的表面上沉积涂层，该涂层使得含碱玻璃能够在所述表面的覆盖有涂层的区域上进行阳极键合，
-使得第二基板与光学透明基板上的涂层接触，
-将光学透明基板加热到能够使玻璃中的碱离子扩散的温度，以及
-在光学透明基板和第二基板的堆叠上施加电压，使得碱离子在玻璃的本体内迁移，从而形成碱耗尽区，并且具有涂层的光学透明基板在所述施加电压所产生的静电场和界面处的离子耗尽区的影响下与第二基板键合在一起。
阳极键的特征可在于在与涂层界面处的玻璃中的持续耗尽区，其中相对于玻璃本体或基板的相对面，其碱含量减少。因此，根据本发明的一个实施方案，在与涂层的界面处，光学元件的基板的玻璃具有碱耗尽区，但耗尽可随时间变化而消失。
因此，如在传统制造中，形成阳极键。然而，与此不同的是，碱耗尽不是直接发生在键合表面处而是发生在玻璃至涂层的界面处。
在该方法的优选实施方案中，
-将基板和涂层玻璃的堆叠加热到高于250℃但低于玻璃的玻璃化转变温度(Tg)的温度，并且
-所施加的用于产生电场的电压高于250V，并且
-获得的键合强度超过透明基板的玻璃的断裂强度。然而，为了避免电压击穿和最终损坏器件，优选地将施加的电压限制在低于1500V。
根据优选实施方案，组件具有的涂层和第二基板之间的阳极键的键合强度超过7MPa。优选地，键合强度为至少10MPa。
下面参考附图进一步阐述本发明和优选实施方案。
附图说明
图1示出了具有涂层的光学元件的横截面。
图2示出了具有多层涂层的光学元件的横截面。
图3图示了图1的实施方案的变型，其具有附加的薄层。
图4示出了具有多层非键合材料的变型。
图5示出了具有多层交替的键合材料和非键合材料的变型。
图6是图4的实施方案的变型，在基板的两个面上具有涂层。
图7示出了两个涂覆的晶片。
图8示出了具有涂覆的光学元件的组件的两个示例。
图9示出了晶片封装，其具有键合到器件晶片的透明晶片。
具体实施方式
图1示出了本发明的光学元件1。光学元件1包括含碱玻璃5的光学透明基板3和基板3的表面7上的涂层9。基板的玻璃采用可以形成阳极键合的类型。因此，玻璃的碱离子可在低于软化点的升高温度下在玻璃基质内移动。利用涂层9，可以在表面7的覆盖有涂层9的区域内实现含碱玻璃5的阳极键合，并且在涂层的外表面91处形成阳极键。优选地，基板3包括两个相对的面13、15，其中一个面13形成沉积有涂层9的表面7。
令人惊讶地且不受图1的具体实施例的限制，涂层9本身无需是能够被阳极键合的材料。具体地，涂层本身无需含有足够量的碱离子，无法在键合界面处、即在涂层的外表面91处形成电荷耗尽区。然而，由于施加的电压，界面17处的碱耗尽仍然在玻璃中发生，使得在待连接的基板之间形成强静电场。涂层的总厚度优选地在2nm至50μm的范围内，特别是在20nm至20μm的范围内。尽管场强随着层厚度的增加而下降，但50μm的上限值仍然可以形成稳定且刚性的键合。假设在涂层内部没有发生相当大的离子迁移，电场的力将会过低而不能引发键合或至少形成具有令人满意的强度的键合力。假设涂层厚度与场强之间的关系大致为反向线性(inversely linear)，即，将涂层厚度加倍会使静电力减半。禁止键合的涂层厚度将取决于可施加的最大电压和用于实现键合的表面亲和力。例如，这种亲和力可能取决于在亲水材料情况下的表面处OH-基团的密度，缺陷和内含物的密度。因此，厚度没有明确的限制。
如图所示，基板3的平面13完全被涂层9覆盖。光学元件可用于阳极键合而无需进一步使涂层结构化。根据本发明的一个实施方案，在不限制图1的具体说明性示例的情况下，光学元件是玻璃晶片，其一个面完全覆盖有涂层。在沉积过程中，例如由于夹持晶片的夹钳，在晶片边缘处可能存在被覆盖的小区域。这可能导致晶片边缘处的小区域没有涂层。同样，出于处理原因，可以提供环形涂层隔离区。具有连续涂层但优选仅在边缘处留有小区域或在边缘处具有环形涂层隔离区的晶片仍被视为具有完全覆盖面的晶片。
为了促进键合，最上层材料优选是亲水的或极性的。通常，亲水性或极性材料被视为水接触角小于45°、优选小于25°的材料。由于污染，表面处的接触角可能更大。然而，只要表面处的层形成材料是亲水的，这一点就不太重要。因此，在清洁表面之后也可以实现如上所述的接触角。
当涂层材料作为光学涂层9的最后一层施加时，使得完全涂覆的晶片可阳极键合的涂层材料可以是显示出与Si的天然氧化物和Kovar等金属亲水性键合的所有材料。
这当然包括：SiO2、SiOx、Al2O3、AlOx和金属层。此外，金属氧化物如Sc2O3、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、TiO和HfO2是合适的。此外，可以使用氟化物和硫化物如MgF2，ZnS、氟化钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)、氟化铈(CeF3)、氟化镧(LaF3)、氟化钕(NdF3)、氟化镱(YbF3)、氟化镁(MgF2)、氟化铝(AIF3)、氟化镝(DyF3)和氟化钇(YF3)，例如就像MgF2的情况下的低折射率一样，利用其特殊光学特性。
涂层还可包含掺杂和混合的材料，该材料包含至少一种上述化合物，例如，掺Al的SiO2或掺Si的TiO2。
图2示出了图1的实施方案的改进。在该实施方案中，涂层9包括至少两层。在图2的示例中，涂层包括三层92、93、94。此外，如图所示，涂层9可以施加到基板的两个相对面13、15。通常，不受图1和图2的示例的限制，具有一个或多个层的涂层9可以特别地是以下之一：
-抗反射涂层，
-具有或没有保护层的镜面涂层(金属镜面涂层、介质镜面涂层或这些镜面涂层的组合)，
-滤光片涂层或分束器涂层，所述滤光片涂层特别是二向色滤光片涂层、偏振滤光片涂层、带通滤光片涂层、低通滤光片涂层、高通滤光片涂层、中性滤光片涂层、单或多陷波滤光片涂层，其可提供二向色或偏振特性。
此外，涂层可包括具有硬度和/或抗划伤性的材料或层。这种涂层材料特别是氮化物、氧氮化物、碳氮化物或碳化物，例如碳化硅、氮化铝、氮化钛或氮化硅或混合材料。
另外，可以采用具有高LIDT、低吸收、低反射或衍射损耗的材料或层设计。
涂层还可包括非键合材料。例如，在图2所示的实施方案中，层92、93中的一层或两层可以选自本身不适用于阳极键合的材料。在这种情况下，即，如果涂层9包括没有通过阳极键合与其它表面键合的非键合材料层，则提供另一层。该另一层是能够使含碱玻璃在表面的覆盖有涂层的区域上阳极键合的材料。因此，在图2的示例中，最上层94由通过阳极键合与其他材料键合的材料制成。例如，最上层94可以是SiO2层、SiOx层或Al2O3层。特别地，涂层本身无需包含足够量的碱离子，无法形成允许阳极键合的电荷耗尽区。具体地，如果有的话，以mol％计，涂层的碱含量可小于所述玻璃的碱含量的十分之一。
涂层9也可以基本上由一种或多种非键合材料构成。为了采用这种涂层，可将可键合材料薄层沉积在非键合材料的顶部，该薄层不具有光学功能(通常为SiO2或Al2O3)，而仅为了允许阳极键合。图3示出了具有非键合材料层92的该变型的示例。在该层92上，沉积另一键合材料薄层(所述键合材料例如上述SiO2或Al2O3)。由于该层93仅用于与另一基板形成化学键，因此它可以非常薄。根据本发明的一个实施方案，涂层9包括非键合材料层92和非键合材料层92顶部上的另一键合材料层93，该另一层形成涂层9的外表面，其厚度为1nm至20nm，优选地4nm至20nm，特别是5nm至15nm。
涂层的总厚度优选地在2nm至50μm的范围内，特别是在20nm至20μm的范围内。
根据另一实施方案，特别地，当多层堆叠的最上层对光学功能也有贡献时，该层的厚度优选为50nm至1000nm。当该涂层对可见光范围(波长通常为400-700nm)具有光学功能时，这也是单层涂层的优选厚度范围。对于在NIR或IR范围内具有光学特性的层，通常的层厚度随波长线性增加，使得层厚度优选为125nm至1000nm。
图4示出了具有多层非键合材料的变型。根据该变型，涂层9是层的多层堆叠。特别地，涂层9可以包括交替层96、97的堆叠。两种层类型96、97的材料可以是非键合的，即，不适用于阳极键合。在该实施例中，堆叠终止于键合材料层95，键合材料层95因此形成涂层9的外表面91。该终止层可具有光学功能。同样，如上所述，该层可以非常薄，使其对涂层9的光学特性没有显著贡献。
在图5的实施方案中，涂层9包括交替层95、96的多层堆叠，其中，层95为可键合材料层，而层96为不可键合材料层。交替层95、96的序列终止于可键合材料的最上层95。
如图6的实施方案中所示，具有交替层系统的多层涂层9可以沉积在基板3的两个面上。在所示的实施方案中，在层顺序和终止于键合材料层95方面，两个涂层是相同的。在未键合到另一基板的涂层上也可以省略终止层95。
通常，在不限制任何所描述的示例的情况下，涂层9的层数可以在1至大于300的范围内。通常，例如对于抗反射功能，它将是1到8层。对于复杂滤光片(例如陷波滤光片)，它甚至可以在300到600层之间。
沉积技术可以是任何薄膜沉积方法，包括但不限于PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)或ALD(原子层沉积)，并且特别地，对于PVD，这些可以是但不限于电子束蒸发、离子束溅射、磁控溅射、离子辅助沉积、热蒸发或任何其他薄膜涂覆技术。下文中讨论使用离子辅助沉积的一个示例。
其中基板是透明的波长范围可以是250nm至4μm。因此，本发明的术语“光学透明”不限于可见波长范围，还包括红外光和紫外光。更具体地，可见光范围(400至700nm)、近红外(850至2500nm)和中红外(2500至3500nm)，尤其是用于电信和激光测距应用的典型激光波长(905、950、1030、1050、1064、1535、1550和1570nm)，LED和OLED光源的波长(红绿蓝的可见波长)以及例如通过OPO产生的任何波长，其都与本发明的光学组件相关。因此，预期基板对这些波长或波长范围中的至少一个是透明的。
有利地，外表面91的粗糙度(Rq)在0.1和2nm RMS之间，但可以小于0.1nmRMS(无下限)或高于2nm RMS。粗糙度可能受沉积参数、例如等离子体沉积过程中的功率密度的影响。低粗糙度通常有利于促进阳极键合并强化键合。
图7示出了两个基板3。两个基板3均是晶片30，它们可以用于晶片级阳极键合工艺，之后组件可以分离。左侧的晶片(a)是可以根据本发明处理的晶片30。晶片30的面13完全覆盖有涂层9，环形涂层隔离区33保持不变。右侧的晶片(b)是如用于常规工艺的晶片30。涂层9没有完全覆盖环形涂层隔离区33内的区域，而是进一步构造有保持不变的条形的键合区域35。设想这些区域将晶片阳极键合到另一基板，使得另一基板与晶片材料直接接触。然而，这种结构需要进一步处理。而且，晶片之间的对准必须更精确，从而使另一晶片上的键合结构与键合区域35匹配。在所示的实施方案中，晶片是圆形的。然而，其它形状的晶片也是可行的。例如，晶片可具有矩形、特别是四边形(quadratic shape)或更通常地具有多边形的形状。
图8示出了具有涂覆的光学元件1的组件2的两个示例。示例(a)是本发明的组件2，示例(b)是按常规生产的。两个示例均通过将含碱玻璃5的基板3键合到另一基板11来制造。组件(a)和(b)是MOEMS器件，组件(a)是本发明的组件，组件(b)是比较例。
具体地，制造包括以下步骤：
-提供含碱玻璃5的光学透明基板3，
-在基板3的表面上沉积涂层9，
-使得第二基板11与光学透明基板3上的涂层9接触，
-将光学透明基板3加热到能够使玻璃5中的碱离子扩散的温度，以及
-在光学透明基板3和第二基板11的堆叠上施加电压，使得光学透明基板3和第二基板11键合在一起。
在示例(b)中，在键合区域35中去除了涂层9，使得玻璃5与第二基板11直接接触。
然而，根据本发明，涂层跨越一个或多个键合区域35。因此，第二基板11与涂层9接触而不是与玻璃接触。当施加电压时，在由施加的电压所产生的静电场的影响下，碱离子移动远离玻璃5和涂层9的界面。这样，在玻璃中与涂层的界面处产生碱耗尽区6，从而在界面处产生高静电力，并且光学透明基板3和第二基板11键合在一起。因此，类似于常规制造，形成阳极键4，然而，在键合过程中在从玻璃5到涂层9的界面处而不是直接在阳极键合界面4处形成碱耗尽。阳极键4也具有相当的强度。可以产生超过7MPa的键合强度，并且键合强度甚至可以超过10MPa。
基板3还可以在相对面上设有涂层10。涂层9、10可以相同或者不同，例如，如在图3、图4和图5的实施方案中所示，涂层9具有附加的键合材料层。
MOEMS器件20通常包括一个或多个光学有源或无源元件，例如光传感器、光源或一个或多个可致动(actuable)光机元件21。这些元件与透过光学元件1的光相互作用。例如，根据本发明的一个实施方案，在不受图8的具体实施方案限制的情况下，组件2的第二基板包括通过施加电压或电流可倾斜的镜面形式的光机元件21。
透过光学元件1并受光机元件21影响的光可通过光学元件1反射回来、透过第二基板11或者被组件2吸收。通常，光可以被反射、折射，或者通常被重定向，或者由MOEMS器件20中的光学有源或无源元件发射。
通常并且不限于所描绘的实施方案，组件2的光学元件1尤其可以是具有基板3的窗口，基板3具有两个相对的平行平面。该窗口尤其可以用于封装光机元件或光电元件，例如光电光源、传感器和致动器。
而且，如图8的示例所示，第二基板11可以包括键合突起，光学透明基板3附接到该键合突起上。键合突起25可以是脊状支撑部。特别地，键合突起25也可以是围绕并包围组件2的光电或光机元件的键合架(bonding frame)。通常，键合突起可以与第二基板的主体集成在一起或者可以是其上的附加结构。例如，第二基板可以是蚀刻或结构化的硅基板，使得脊围绕光电或光机元件保持直立。键合突起25也可以是金属结构，例如由诸如Kovar的铁镍合金制成的突起。该金属具有接近硅的线性热膨胀系数。通常，第二基板11也可以在与透明基板3键合的一侧设有涂层。同样，选择具有类似热膨胀系数的玻璃5是有利的。
优选在晶片级上进行阳极键合的过程。这意味着将玻璃晶片和第二晶片连结在一起，并且在阳极键合之后的给定时间将待制造的组件与晶片封装分离。这样，本发明是特别有利的，如图7所示的结构，并且可以省略随后对键合突起的对准。图9示出了本发明的晶片封装31的示例。晶片封装31通常包括光学透明晶片30和具有多个光电元件或光机元件的第二晶片32，其中光学透明晶片30的面向第二晶片的一侧覆盖有涂层9，并且，其中光学透明晶片30和第二晶片在具有阳极键4的键合区域35处键合在一起，其中涂层9延伸穿过键合区域35，从而使得涂层9与第二晶片32接触并且在涂层和第二晶片32之间形成阳极键。形成键合区域35从而使本发明的组件2能够沿着分离线40与晶片封装31分离。因此，分别由第一晶片30和第二晶片32的部分(sections)形成光学透明基板3和组件2的第二基板11。
优选地，如图8的示例中所示，键合区域35由键合突起25限定。优选地，键合突起25成形为键合架28，其在第二晶片上围绕器件，例如光学元件或光电元件22。这样，在晶片30、32连结并键合在一起之后，将元件封装。
下文中描述了本发明的用于制造光学组件2的示例。基板3是MEMpax晶片。MEMpax是硼硅酸盐玻璃，其具有线性热膨胀系数α(20℃；300℃)＝3.3×10-6K-1，与硅的线性热膨胀系数非常接近。
在MEMpax晶片上沉积抗反射涂层。涂层9是针对905nm波长(通常针对NIR激光应用)优化的4层涂层。所述4层为：231nm Ta2O5(最下层)/95nmSiO2/178nm Ta2O5/125nm SiO2(最上层)。涂层9的外表面91、即厚度为125nm的SiO2层的表面的粗糙度为1至1.5nm RMS。将该晶片键合到硅晶片上，涂层与硅晶片直接接触。
为了键合，施加1250V的静电电压，并且如在360℃下通过离子电流观测到的，产生离子迁移以及由此引发键合所需的静电力。将温度进一步升高到380℃，并且在观测到离子电流开始之后，将施加的电压和温度保持10至15分钟。这些参数为用于阳极键合的典型工艺参数。较长的键合时间、较高的温度或键合工艺参数的其他优化可导致较大的键合面积和/或较高的键合能。
对于本领域技术人员显而易见的是，本发明不限于图中所示的具体实施方案。相反，实施方案可以在权利要求的范围内变化，并且可以组合不同示例的特征。尤其是，本发明不限于如图8中公开的MEMS器件或MOEMS器件。相反，本发明通常可以应用于电子封装，潜在的应用有用于LED和OLED和激光光源的气密性封装，光学传感器、NIR传感器和MIR传感器封装，其中需要涂覆的光学透明元件通常是玻璃组件(不一定是晶片)，并且它所键合的封装可以是金属外壳。
附图标记列表
1 光学元件
2 组件
3 透明基板
4 阳极键
5 含碱玻璃
6 碱耗尽区
7 基板3的表面
9、10 涂层
11 第二基板
13、15 3的面
17 3和9之间的界面
20 MOEMS器件
21 光机元件
22 光电元件
25 键合突起
26 透明晶片
27 器件晶片
28 键合架
30 晶片
31 晶片封装
32 第二晶片
33 涂层隔离区
35 键合区域
40 分离线
91 9的外表面
92、93、94 涂层9的层
95 可键合材料层
96、97 不可键合材料层

Claims (23)

1.一种光学元件(1)，其包括含碱玻璃(5)的光学透明基板(3)和表面(7)上的涂层(9)，所述涂层(9)使得所述含碱玻璃(5)能够在所述表面(7)的覆盖有所述涂层(9)的区域内进行阳极键合，并且在所述涂层的外表面(91)处形成阳极键。
2.根据前述权利要求所述的光学元件(1)，其特征在于，所述涂层至少在其外表面(91)处是不含碱的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层(9)的外表面是亲水的或极性的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层(9)的外表面(91)包括以下之一：
-SiO2、SiOx(即，通常为氧化硅)、Al2O3、AlOx(即，通常为氧化铝)，
-金属，
-金属氧化物，如Sc2O3、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、TiO和HfO2，
-氟化物和硫化物，如MgF2、ZnS、氟化钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)、氟化铈(CeF3)、氟化镧(LaF3)、氟化钕(NdF3)、氟化镱(YbF3)、氟化铝(AlF3)、氟化镝(DyF3)和氟化钇(YF3)，以及
-它们的混合物，即包含一种或多种上述材料的材料(因此也为包含至少一种这些所述材料的掺杂和混合材料)，例如掺Al的SiO2或掺Si的TiO2。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述基板具有面，特别是被所述涂层(9)完全覆盖的平面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层的厚度在2nm至50μm的范围内，优选地在20nm至20μm的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层(9)包括至少两层。
8.根据权利要求7所述的光学元件，其特征在于，所述涂层包括：非键合材料层，其不通过阳极键合与其它表面键合；以及另一材料层，其使得所述含碱玻璃在所述表面的覆盖有所述涂层的区域上能够进行阳极键合。
9.根据权利要求8所述的光学元件，其特征在于，所述另一层的厚度在1nm和20nm之间，优选地在4nm和20nm之间，特别是在5nm和15nm之间。
10.根据权利要求6或7所述的光学元件，其中，所述涂层的最上层的厚度在50nm至1000nm的范围内。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层(9)的外表面(91)的粗糙度(Rq)在0.1和2nm RMS之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层(9)是以下之一：
-抗反射涂层，
-具有或没有保护层的镜面涂层(金属镜面涂层、介质镜面涂层或这些镜面涂层的组合)，
-滤光片涂层或分束器涂层，所述滤光片涂层特别是二向色滤光片涂层、偏振滤光片涂层、带通滤光片涂层、低通滤光片涂层、高通滤光片涂层、中性密度滤光片涂层、单或多陷波滤光片涂层。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述涂层包括氮化物、氧氮化物、碳氮化物或碳化物或其混合物。
14.一种组件(2)，其包括：光学元件(1)，其具有含碱玻璃(5)的光学透明基板(3)和所述基板(3)的表面(7)上的涂层(9)；以及第二基板，其连接到所述光学透明基板(3)，其中，通过所述表面(7)的覆盖有涂层(9)的区域处的阳极键将所述第二基板连接到所述光学透明基板(3)，使得所述涂层(9)布置在所述光学透明基板(3)和所述第二基板(11)之间，并且与所述光学透明基板(3)和所述第二基板(11)直接接触。
15.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，所述第二基板(11)包括键合到所述光学元件的硅部件或金属部件，所述硅部件特别是氧化硅覆盖的硅部件。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的组件(2)，其特征在于，所述组件(2)是MEMS器件，特别是MOEMS器件。
17.根据权利要求15-16中的一项所述的组件(2)，其特征在于，所述基板(3)的玻璃(5)在与所述涂层(9)的界面处具有碱耗尽区(6)。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的组件，其中，所述光学元件(1)是具有基板(3)的窗口，所述基板具有两个相对的平行平面。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的组件，其特征在于，所述涂层(9)和所述第二基板(11)之间的阳极键(4)的键合强度超过7MPa，优选为至少10MPa。
20.根据权利要求14-19中任一项所述的组件，其中，所述涂层(9)具有以下特征中的至少一个：
-所述涂层的所述材料不能被阳极键合，
-所述涂层本身不含足够量的碱离子，无法在所述阳极键的界面处形成电荷耗尽区，
-以mol％计的碱含量小于所述含碱玻璃的碱含量的1/10。
21.一种晶片封装(31)，其包括光学透明晶片(30)和具有多个光电或光机元件的第二晶片(32)，其中，所述光学透明晶片(30)面向所述第二晶片的一侧覆盖有涂层(9)，并且，所述光学透明晶片(30)和所述第二晶片(32)在键合区域(35)处通过阳极键合(4)键合在一起，所述涂层(9)在所述键合区域(35)上延伸，使得所述涂层(9)与所述第二晶片(32)接触，并且在所述涂层(9)和所述第二晶片(32)之间形成所述阳极键(4)。
22.一种用于制造具有光学元件(1)的组件(2)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供含碱玻璃(5)的光学透明基板(3)，
-在所述基板(3)的表面上沉积涂层(9)，所述涂层(9)使得所述含碱玻璃(5)能够在所述表面的覆盖有所述涂层(9)的区域上进行阳极键合，
-使得第二基板(11)与所述光学透明基板(3)上的所述涂层(9)接触，
-将所述光学透明基板(3)加热到能够使所述玻璃(5)中的碱离子扩散的温度，以及
-在所述光学透明基板(3)和所述第二基板(11)的堆叠上施加电压，使得碱离子在所述玻璃的本体内迁移，从而形成碱耗尽区(6)，并且具有涂层(9)的所述光学透明基板(3)在所述施加电压所产生的静电场和界面处的离子耗尽区的影响下与第二基板(11)键合在一起。
23.根据权利要求22所述的方法，其中
-将所述基板(3)和涂覆玻璃(5)的堆叠加热到高于250℃但低于所述玻璃(5)的玻璃化转变温度(Tg)的温度，并且
-所施加的用于产生电场的电压高于250V，但优选低于1500V，并且
-获得的键合强度超过所述透明基板(3)的所述玻璃(5)的断裂强度。
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