CN110799822B - 光学组件的气密性测试 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于测试具有与衬底(2)集成在一起的光学微结构(3)的光学组件(1)的方法。所述光学微结构(3)经定位以形成所述衬底(2)的表面(5)的一部分上的外部光学交互区域(4)。盖罩(6)密封所述衬底(2)的所述表面(5)的与所述光学微结构(3)相邻的至少一部分以获得密封腔(9)。光学馈通(10)集成于所述衬底(2)中以形成从所述密封腔(9)内起始的外部通信路径。所述光学馈通(10)允许将在所述密封腔(9)内部测量的物理参数值传达到所述密封腔(9)外部。所述物理参数值与所述密封腔(9)的气密性的量度相关联。

Description

光学组件的气密性测试
技术领域
本发明涉及一种用于测试光学组件的方法，所述光学组件例如在恶劣环境中使用的光学传感器。在另外的方面中，本发明涉及包括衬底和所述衬底中的光学微结构的光学组件。
背景技术
美国专利公开案US 8,528,397 B2公开基于MEMS的气密性传感器。装置包括定位于大体气密的密封腔内的光束。在一个实施方式中，气密性传感器可包括光学测量器，所述光学测量器被配置成测量由应力改变引起的光束偏转量。还提供感测装置的气密性的相关方法。
发明内容
本发明致力于提供用于测试具有气密密封的集成光学微结构的光学组件的罩壳的可靠性的装置。更特定来说，本发明致力于提供用于在从制造到实施的各个阶段以成本有效方式测试光学组件的罩壳的气密性的装置。
根据本发明，提供如上文定义的测试装置，其中光学微结构定位于衬底中以形成衬底的表面的一部分上的外部光学交互区域，所述方法另外包括将盖罩密封到衬底的表面的至少一部分并与光学微结构相邻，因此获得密封腔；提供集成于衬底中的光学馈通，所述光学馈通形成从密封腔内起始的外部通信路径；测量密封腔内部的物理参数值，相关联物理参数是密封腔的气密性的量度；以及经由光学馈通传达所测量的物理参数值。
检测气密封装中的泄漏的现有技术方法使用昂贵的传感器，例如石英晶体，且/或使用允许执行例如质谱分析法的特定示踪气体。这些方法中的大部分不适用于在小型化封装上实施或不提供以实现光学组件在各个生命阶段的功能性的寿命估计的可靠方式检测和评估泄漏所需的灵敏度。
在根据本发明的实施方式中，提供一种用于测试光学组件的方法，其包括：-提供衬底和与所述衬底集成在一起的光学微结构，所述光学微结构包括一个或多个集成光学部件，所述集成光学部件完全或部分地嵌入、集成或图案化于所述衬底中并且经定位以形成所述衬底的表面的一部分上方的光学交互区域；-将盖罩密封到所述衬底的表面的至少一部分并与所述光学微结构相邻，因此获得密封腔；-提供用于测量所述密封腔内部的物理参数的物理参数传感器装置，所述物理参数是所述密封腔的气密性的量度；-在所述物理参数传感器装置与所述光学微结构之间提供集成于所述衬底中的光学馈通，所述光学馈通形成从所述密封腔内到所述密封腔外部的区域并且用于传达所测量的物理参数值的通信路径；-借助于所述密封腔内部的所述物理参数传感器装置测量所述密封腔内部的所述物理参数值；和-经由所述光学馈通将所述所测量的物理参数值传达到所述密封腔外部的所述区域。
在另一方面中，本发明涉及一种如上文所定义的光学组件，其中所述光学微结构定位于衬底中以形成衬底的表面的一部分上的外部光学交互区域，其中所述光学组件另外包括：盖罩，其在衬底的表面的至少一部分上并与光学微结构相邻，密封腔形成于所述表面与盖罩之间；物理参数传感器装置，其在密封腔内部，相关联物理参数是密封腔的气密性的量度；和光学馈通，其集成于衬底中，所述光学馈通布置成在物理参数传感器装置与密封腔外部的区域之间提供通信路径。
在根据本发明的实施方式中，提供一种光学组件，其包括衬底和与所述衬底集成在一起的光学微结构，所述光学微结构包括一个或多个集成光学部件，所述集成光学部件完全或部分地嵌入、集成或图案化于所述衬底中并且经定位以形成所述衬底的表面的一部分上方的光学交互区域，其中所述光学组件另外包括：盖罩，其在所述衬底的表面的至少一部分上并与所述光学微结构相邻，密封腔形成于所述表面与盖罩之间；物理参数传感器装置，其具有所述密封腔内部的传感器部件，所述物理参数传感器装置用于测量所述密封腔内部的物理参数，所述物理参数是所述密封腔的气密性的量度；和光学馈通，其在所述物理参数传感器装置与所述光学微结构之间集成于所述衬底中，所述光学馈通布置成在所述物理参数传感器装置与所述密封腔外部的区域之间提供通信路径。
由于本发明实施方式使用与光学组件的其他元件的制造步骤兼容的技术和工艺，因此有可能实施有效且具成本效益的测试方法。本发明实施方式不需要任何不同于用于制造光学组件的工艺的新制造或组装工艺，因此具成本效益。在一些实施方式中，本发明可实施为例如仅使用光子集成电路的全光方法；不要求集成其他工艺，例如MEMS或石英晶体。本发明实施方式允许例如在晶片级，以无需任何额外成本并且具有极高灵敏度的非破坏性方式验证光学组件的气密性。作为一实例，可用非接触的晶片光束扫描执行晶片级测试。本发明的另一优点是即使对于光学测试，盖罩也可由例如金属或不透明材料等多种材料制成。
附图说明
下文将参考附图更详细地论述本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的第一实施方式的光学组件的示意性横截面视图；
图2示出根据本发明的另一实施方式的光学组件的示意性俯视图；
图3示出根据本发明的又一实施方式的光学组件的示意性横截面视图。
具体实施方式
光学组件大体由附接到衬底或集成到衬底中的多个光学和电子部件组成。对于其中例如在有害环境中使用光学组件的一些应用，使用气密密封遮罩其大部分光学部件和电部件。通常需要在较长时间内且在光学组件从制造到实际使用的各个生命阶段保持此密封的气密性。由此，测试气密性就光学组件来说是主要的可靠性问题之一。
确定微电子封装中的气密性的方法通常是使用例如氦检漏或傅里叶变换红外光谱法等一些传统方法。氦检漏方法归因于与检测设备相关联的分辨率限制而不适用于小封装。傅里叶变换红外光谱法测量密封腔中的气体浓度的变化。其他现有技术方法之一使用通过使密封腔暴露于内部与外部之间的不同压力的膜偏转测量。压力差使封盖中的薄膜偏转且此偏转可通过例如光学轮廓测定法检测。一些测试气密性的方法使用定位于密封盖罩下的基于石英晶体的传感器。上述方法的缺陷是对小型化组件的所要气密性控制和寿命预测不可靠。缺乏灵敏度、某些方法的破坏性等缺点以及对精密微机械结构或相关联统计验证方法的需求推动对例如本文中呈现的替代方法的需求。
图1示出根据本发明的可测试的光学组件1的第一实施方式的示意性横截面视图。光学组件1的气密性测试的方法包括提供与衬底2集成在一起的光学微结构3，其中光学微结构3经定位(即可完全或部分地嵌入、集成或图案化于衬底2中)以形成衬底2的表面5的一部分上的外部光学交互区域4。光学微结构3可包括例如集成波导、光栅、光子晶体、腔、环形谐振器、耦合器、分离器、滤波器和其他光学(可调谐)元件等多个集成光学部件中的一个或多个。光学微结构3可为有源或无源。在图1中示出的实施方式中，光学微结构3是衬底2中的嵌入式光栅。在此第一实施方式中，光学组件1包括衬底2和定位于衬底2中的光学微结构3，以形成衬底2的表面5的一部分上的外部光学交互区域4。光学组件1另外包括衬底2的表面5的至少一部分上的与光学微结构3相邻的盖罩6。密封腔9因此存在于表面5与盖罩6之间。物理参数传感器装置定位于密封腔9内部以测量与密封腔9的气密性相关联的物理参数。光学馈通10集成于衬底2中以提供物理参数传感器与密封腔9外部的区域之间的通信路径。密封元件例如图1的实施方式中所示的焊接层例如经布置以允许在表面5与盖罩6之间有适宜的密封线。替代性实施方式使用用于盖罩6的适合材料，所述盖罩6则可直接热密封到衬底表面5(盖罩6的熔融边沿则可被认为是密封元件)。
根据本发明的另一方面，使用技术人员所熟知的处理步骤制造如所示的光学组件1，并且使用光学馈通10提供的能力来测试所述光学组件1。换句话说，本发明涉及一种测试光学组件1的方法，其包括提供衬底2和集成于衬底2中的光学微结构3，光学微结构3定位于衬底中以形成衬底2的表面5的一部分上的外部光学交互区域4。所述方法另外包括将盖罩6密封到衬底2的表面5的至少一部分。盖罩6置于与光学微结构3相邻处以便获得密封腔9。所述方法另外包括提供集成或嵌入于衬底2中的光学馈通10。所述方法测量与密封腔9的气密性的量度相关联的物理参数值。换句话说，测量与密封腔的气密性(直接或间接)相关联的物理参数的值。
光学馈通10形成从密封腔9内到密封腔9外部以用于传达测量的物理参数值的外部通信路径。可例如通过确定阈值交叉、随时间的物理参数值改变(泄漏速率)或以两个阶段(例如两种不同的(环境)条件)等进一步处理所测量的物理参数值。
因此，所述方法以非破坏性方式测量气密性。光学微结构3例如光学连接到光学馈通10，所述光学馈通10是波导和/或用于使辐射耦合于腔9中以及使辐射与腔9解耦的耦合器13。耦合器的一个实例可为芯片上垂直光栅耦合器(VGC)。光学馈通10可布置成可在外部从光学组件1例如从衬底2的顶部表面或从衬底2的底部表面光学接达。
可通过使用全光方法的感测来测试密封腔9的气密性。在一实施方式中，所述测试方法包括通过使用如图1的实施方式中所示提供于密封腔9内的内部交互区域15的光学测量来测量物理参数值。在此实施方式中，整体测试方法包括全光方法，其中通过光学路径经由光学馈通10提供数据(以及操作能量)而不需要光电子转换、处理或在光学组件1上提供电能供应器。图2示出图1中示出的光学组件1的俯视图的示意性表示，其中以允许从密封腔9外部到密封腔9内部并返回的光学通信的方式设置光学馈通10。
在图1的实施方式为实例的一组实施方式中，物理参数传感器装置包括密封腔9内的内部交互区域15。内部交互区域15与光学馈通10光学通信并且布置成光学测量密封腔9内部的物理参数值。此组实施方式允许用于制造和测试光学组件1的密封腔9的全光实施方式。在又一实施方式中，内部交互区域15和光学馈通10是集成光学微结构3的部分。光学部件高度集成于光学组件中允许非常高效且具成本效益的制造和测试。
图3示出根据本发明的又一实施方式的光学组件的示意性横截面视图。在此实施方式中，物理参数传感器装置包括定位于密封腔9内并且与光学馈通10操作通信的物理参数传感器部件15a。与如图3中所示的光学组件的实施方式相比，另一实施方式中的测试方法可包括在密封腔9内提供物理参数传感器部件15a。测量物理参数值接着包括经由光学馈通10操作物理参数传感器部件15a。通过在将盖罩6密封到表面5的至少一部分之前放入适合的传感器作为物理参数传感器部件15a，有可能经由光学馈通10提供所需的任何能量。如果物理参数部件15a需要电力电源，那么甚至可以经由光电子转换例如PV电池提供此电力电源。
关于上文所描述的方法实施方式，应注意，用以测试密封腔9的气密性的物理参数可为(但不限于)湿度、温度、露点、气体的存在等。类似地，在光学组件实施方式中，物理参数传感器部件15a可为湿度传感器、温度感测器、露点传感器、气体传感器等。
在图3中示出的示例性实施方式中，光学组件1另外包括从密封腔9延伸到衬底2的在密封腔9外部的区域的至少一个电馈通20。电馈通20允许从集成于密封腔9内的电或光电子部件到密封腔9的外部区域的电力转移。在此实施方式中，紧挨着光电子部件8的额外的电子或光电子部件16连接到气密密封腔9内的衬底表面5。此额外的电子装置16可为例如电源单元16。例如用例如金、铂或钯层等磨光(或镀层)金属制造电馈通20。在密封腔9内部，电馈通20借助于接合引线18(如从电子封装技术获知)连接到额外的电子部件16。在替代或额外实施方式中，电馈通20可从密封腔9延伸到密封腔9外部的区域。像电馈通20一样的通孔提供从密封腔9内到外部例如接线端子的电连接。电馈通20可嵌入、图案化或集成到光学感测组件1的衬底表面5中。制造此电馈通20的实例方法是用例如铜等金属的硅穿孔(TSV)。
一般来说，湿度传感器布置成在光学组件的使用寿命内感测从环境到密封腔9中的水汽进入。湿度是在从生命科学到建筑自动化的多个领域都具有显著重要性的物理量。在电子行业，湿度监测是重要的，这是因为电子产品可归因于高湿度而发生故障。因此，现有技术中已知广泛传感器类型用于湿度测量。通常，湿度传感器已组织成例如电、机械、光学等类。电子湿度传感器是当今最常见的传感器类型。所述湿度传感器具有漂移和污染诱发不准确性等缺点，通常限制其准确度，使得其在低RH环境中的准确度更低。另外，这些传感器中的一些传感器在一些应用中具有太长响应时间。尤其是在低湿度和高湿度下接近±2％的低准确度以及广滞后和不良线性、不足温度工作范围和不良长期稳定性是一些其他缺陷。机械传感器主要基于一些材料归因于吸水性的机械性质改变。在最近十年已在解决这些传感器的局限性和改进其易用性方面取得显著进步。特定来说，在将响应速度改进到低于1秒方面并且在开发与硅技术兼容的传感器方面取得进展。
在一个实施方式中，物理参数传感器部件15a包括功能化层，例如放大层。放大层可为可影响光学微结构3的各个层的折射率的添加层。如果所述层易发生与腔的气密性有关的物理参数改变，那么所述层的性质将随物理参数的变化而改变。举例来说，所述改变本身可表示归因于受影响应力分布引起的机械性质改变(例如经由例如氧或氢等气体吸收到金属(例如铂、钯)层)中的机械改变)。放大层的另一替代方案是结合层，例如吸气材料层。吸气材料提高气密性传感器的灵敏度，这是因为所述吸气材料吸收封装中存在的例如湿气、气体或分子(例如生物分子)等物质，因此改变其折射率。
干涉型传感器也是用作物理参数传感器装置15；15a的候选。在一个示例性实施方式中，物理参数传感器部件15a包括环形谐振器。环形谐振器是紧凑型波长选择装置。在用作生物和化学应用的强倏逝场光学传感器时，环形谐振器的谐振波长高度受其倏逝场改变影响。在另一示例性实施方式中，物理参数传感器部件15a可基于狭槽波导。狭槽波导包括两个通过低折射率狭槽区分开的高折射率臂。在(例如用SOI技术通过电子束或深UV光刻术制造的)光学狭槽波导中，高折射率对比材料之间的界面处的电场不连续性造成在低折射率材料的纳米尺度区域(间隙区)内部的高度光学限制。可使用例如微环形谐振器、圆盘谐振器和一维光子晶体等狭槽波导实现多种光学传感器。狭槽导向结构的有效折射率对其环境的折射率改变非常敏感，因此是高效光学传感器。在另一示例性实施方式，物理参数传感器部件15a可基于波导螺线。通过螺旋波导来导引光，所述螺旋波导被配置成具有导模或叠覆环境的模式的倏逝尾部。在额外的示例性实施方式中，光学组件包括具有或不具有放大层的物理参数传感器部件15a。
温度传感器测量密封腔9中的温度变化。由光子装置制成的温度传感器有潜力在具对抗机械冲击和电磁干扰的稳健性的同时提供较大温度敏感性。另外，紧凑性和复用能力使光子温度传感器提供为低成本感测解决方案。光子温度传感器利用通常为热光效应和热膨胀的组合的材料性质的温度相依改变。例如，环形谐振器的温度相依性起因于折射率和环形件的物理尺寸的温度诱发改变。也可通过测量露点来测试气密性。露点是在蒸气开始从气相冷凝下来时所处的温度。紧凑型集成光子露点传感器(DPS)可以高准确度、小占据面积和快速响应方式用于感测腔9内部的露点。例如，DPS的部件可为镜像谐振器，其可同时通过倏逝场感测和经由热光效应的原位温度感测来测量冷凝水滴。测量气密性的另一方法是通过光子气体传感器感测腔9内部的气体存在。因此，将传感器部件置于腔9内部。应注意，物理参数传感器装置可实施为光子集成的湿度、温度或气体传感器。此传感器可为环形谐振器、马赫-策恩德尔(Mach-Zehnder)干涉仪或其他通常用于光子集成电路中的感测元件。
可在光学组件1的各个生命阶段执行测试光学组件1的气密性的方法。在本发明的另一方法实施方式中，所述方法包括紧接在密封盖罩6之后测量物理参数值。可在管芯或圆片级执行如本文中所描述的光学组件1的气密性测试。管芯级测试需要用于光学组件1的每一管芯的独立工艺，这增加封装成本和劳动时间并且减小工艺良品率和可靠性。另一方面，气密性的圆片级测试在所有上述方面中提供较佳解决方案。圆片级密封使用众所周知的技术，例如薄膜包封或晶片到晶片接合，从而提供低成本封装解决方案。通过晶片到晶片接合的气密密封出于密封目的采用单独盖帽晶片，这为传感器保护提供机械稳健性。圆片级测试以非破坏性方式执行并且具备具成本效益的额外优点。
在替代或额外实施方式中，所述方法包括首先完成光学组件的制造，并且接着在完成光学组件的制造之后测量物理参数值。例如，具有多个光学组件1的晶片可分裂成独立组件，并且可首先执行端子设置和最终封装，此后(再次)测试气密性。
在一些应用中，可例如在长期储存期间对气密密封进行定期健康监测可为有利的。在替代或额外实施方式中，所述方法包括在光学组件的储存期间例如在光学组件1的储藏期限期间以设定时间间隔测量物理参数值。在替代或额外实施方式中，所述方法包括在光学组件的操作期间测量物理参数值。接着可在光学组件的实际利用之前或期间执行测试。举例来说，光学组件可为可在作为植入物的手术期间测试其气密性的可植入传感器。
可例如以单片方式、异构方式或通过混合方法集成光学组件1的光子和/或电子部件。单片集成是使用单个处理流处理可能是使用不同材料的相异部件例如硅光子集成电路(IC)中的集成锗检测器的集成技术。异构集成是以单独工艺流处理部件，接着在管芯或圆片级集成所述部件的集成技术，例如BCB接合、晶片接合、其他接合方案或3D集成。混合集成是经处理光子集成平台上的部件或材料集成，例如检测器的芯片倒装、凸块化、胶粘、引线接合、共同封装等。光学微结构3可实施为光子集成电路(PIC)的部分，所述光学微结构3是指用于制造光子电路的多种形式和材料系统。在本发明的一个实施方式中，光学组件1包括至少一个光子集成电路装置。在本发明的另一实施方式中，光学微结构3基于例如以下各项的平台：低折射率对比波导(例如聚合物、玻璃或二氧化硅、AlxGa1-xAs、InxGa1-xAsyP1-y)、高折射率对比波导(例如绝缘体上硅(SOI)、SiN(富硅或化学计量硅)、半导体膜)、等离子体激元(例如金属层或金属纳米颗粒)。
光学微结构3可为嵌入、集成或图案化于衬底2的集成光学部件，例如集成光腔、集成光学谐振器、集成光学干涉仪、集成光学耦合器、光波导、锥体、可调谐滤波器、移相器、光栅、光子晶体、调制器、检测器、源、复用器、分用器或其组合。光学微结构3可为有源或无源。光学微结构3作为完全嵌入式或部分嵌入式结构与集成衬底在一起，以便在衬底2的部分上形成光学交互区域4。可使用例如电子束技术、光刻工艺、CMOS技术或其组合等各种技术执行光学组件1的制造。这可包括材料蚀刻工艺(例如湿蚀刻、干蚀刻、活性离子蚀刻)和其他典型的流程后端工艺(例如金属化)或涉及本身为本领域技术人员已知的其他微部件在衬底上的异构集成(例如芯片倒转、接合)。所述制造光学组件1的方法可另外使用熟知的多种薄膜制造技术中的一种。举例来说，此技术可为化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、溅镀、脉冲激光沉积(PLD)或分子束外延(MBE)沉积技术。针对包括Si、Si兼容材料、lll-V材料、聚合物波导、SiN/SiOx的广泛材料描述本发明实施方式的装置和方法。在示例性实施方式中，本发明涉及其中光学组件1是基于SiN的材料实施方式的实施方式。SiN是用于高度集成光子电路的备受关注的材料实施方式。高折射率对比允许光子波导和具有亚微米尺寸的波导元件导引、弯曲和控制极小尺度的光，使得各个功能可集成于芯片上。此外，SiN提供用于与基于表面等离子体激元的部件集成的柔性平台，这又允许甚至更高水平的小型化。
硅光子例如基于SiN或SOI的光学微结构3允许高水平的小型化，这是有利的。另外，通过使用例如光栅耦合器或另一耦合元件可将光高效耦合于光学微结构3中和耦合出光学微结构3。使用SOI还具有一些技术上的优点。归因于CMOS工业，硅光子技术已很成熟，其在性能、再现性和产出方面优于任何其他平面芯片制造技术好几个量级。可以用可再现且受到良好控制的晶片级工艺制造硅光子IC，这意味着晶片(通常为200mm或300mm直径)可包含大数目个光子集成电路。结合成本相对适中的大晶片的商业可得性，这意味着每光学组件1的价格可能非常低。
本申请案中对光或辐射的提及是指电磁辐射。所设想的光是具有用于感测即检测或成像物质的适合波长或波长范围的辐射。在一些实施方式中，所使用的光可为可见辐射、IR辐射，例如近IR辐射或中IR辐射。在一些实施方式中，所述辐射具有介于700nm与2500nm之间或介于2.5μm和8μm之间或其组合的波长或波长范围，不过本发明实施方式不受此限制。举例来说，用于硅光子的制造和集成技术在以1550nm为中心并且可扩展到较短波长且可用于本发明光学组件1的容易、可靠且具成本效益的制造的电信波长范围中得到良好发展。
在本发明的一个实施方式中，外部光学交互区域4可为倏逝场传感器，例如可植入或(部分地)浸入式传感器。在光学微结构3中，虽然大部分光局限于导引层(例如实施为波导)内，但被称为倏逝场的小部分光延伸出且进入外部介质(例如衬底2材料和/或光学交互区域4)中。此倏逝场随着距波导表面的距离增加而以指数方式下降，并且在小于耦合光的波长的二分之一的距离处实际为零。
在替代或额外实施方式中，光学微系统组件1另外包括定位于密封腔9内部的光电子转换装置。举例来说，能量供应装置16用于为光学组件1的所有(光)电子部件供应所需的能量。能量供应装置16在一个具体实施方式中为能量储存装置，例如微电池组，或在另一具体实施方式中为能量收集装置。微电池组在有限使用寿命内取决于微电池组的大小和(光)电子部件的能量需求而供应固定的能量密度。能量收集装置经由直接能量转换从其围绕物产生电能，例如红外线辐射能量、热能(太阳能热、地温梯度、燃烧)、动能(风力、重力、振动)、无线传递能量和RF辐射能(电感耦合和电容耦合)。应注意，在上文参考图1-3所描述的实施方式中，光电子部件8可为其辐射用于例如感测物质的辐射源。光源可为一个或多个宽带源(LED、SLED)、单个窄带源(例如激光器，例如VCSEL、DFB激光器、DBR激光器)，或全体窄带源。在本发明描述中对光或辐射的提及是指电磁辐射。所设想的光是具有用于感测特定物质的适合波长或波长范围的辐射。在一些实施方式中，所使用的光可为红外线辐射，例如近IR辐射或中IR辐射。在一些实施方式中，所使用的光为可见辐射。用于硅光子的制造和集成技术在以1550nm为中心并且可扩展到较短波长且可用于本发明光学组件1的容易、可靠且具成本效益的制造的电信波长范围中得到良好发展。另外，光检测器可集成于密封腔9内的衬底表面5上，所述密封腔9是由气密密封盖罩6提供。光检测器用以将光学信号转换成电信号。光检测器可为光电二极管或光电导体，或所有这些元件。可存在集成于气密密封内的额外的电子部件，例如监测光电二极管、无线模块或甚至放大器。如上所述的通常为庞大的电子和光电子部件8、16(与集成光学元件相反)附接(例如胶粘)到衬底表面5，且可使用引线接合18提供通到任选的电馈通的连接或内部连接。
上文参考如图式中所示的多个示例性实施方式描述了本发明。一些零件或元件的修改和替代性实施方式是可能的，并且包括在如所附权利要求书中定义的保护范围内。

Claims (16)

1.一种用于测试光学组件(1)的方法，包括
-提供衬底(2)和与所述衬底(2)集成在一起的光学微结构(3)，所述光学微结构(3)包括一个或多个集成光学部件，所述集成光学部件完全或部分地嵌入、集成或图案化于所述衬底中并且经定位以形成所述衬底(2)的表面(5)的一部分上方的光学交互区域(4)，
-将盖罩(6)密封到所述衬底(2)的表面(5)的至少一部分并与所述光学微结构(3)相邻，因此获得密封腔(9)，
-提供用于测量所述密封腔(9)内部的物理参数的物理参数传感器装置，所述物理参数是所述密封腔(9)的气密性的量度，
-在所述物理参数传感器装置与所述光学微结构(3)之间提供集成于所述衬底(2)中的光学馈通(10)，所述光学馈通(10)形成从所述密封腔(9)内到所述密封腔(9)外部的区域并且用于传达所测量的物理参数值的通信路径，
-借助于所述密封腔(9)内部的所述物理参数传感器装置测量所述密封腔(9)内部的所述物理参数值，和
-经由所述光学馈通(10)将所述所测量的物理参数值传达到所述密封腔(9)外部的所述区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中测量所述物理参数值包括使用提供于所述密封腔(9)内的内部交互区域(15)的光学测量。
3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述密封腔(9)内提供物理参数传感器部件(15a)，且
其中测量所述物理参数值包括经由所述光学馈通(10)操作所述物理参数传感器部件(15a)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中紧接在密封所述盖罩(6)之后测量所述物理参数值。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其进一步包括完成所述光学组件的制造，且
其中在完成所述光学组件的所述制造之后测量所述物理参数值。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在储存期间或在所述光学组件的操作期间测量所述物理参数值。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述物理参数是以下各项中的一个或多个：湿度、温度、露点或气体存在。
8.一种光学组件(1)，其包括衬底(2)和与所述衬底(2)集成在一起的光学微结构(3)，所述光学微结构(3)包括一个或多个集成光学部件，所述集成光学部件完全或部分地嵌入、集成或图案化于所述衬底中并且经定位以形成所述衬底(2)的表面(5)的一部分上方的光学交互区域(4)，其中
所述光学组件(1)进一步包括：盖罩(6)，其在所述衬底(2)的表面(5)的至少一部分上并与所述光学微结构(3)相邻，密封腔(9)形成于所述表面(5)与盖罩(6)之间，
物理参数传感器装置，其具有所述密封腔(9)内部的物理参数传感器部件(15a)，所述物理参数传感器装置用于测量所述密封腔(9)内部的物理参数，所述物理参数是所述密封腔(9)的气密性的量度，和
光学馈通(10)，其在所述物理参数传感器装置与所述光学微结构(3)之间集成于所述衬底(2)中，所述光学馈通(10)布置成在所述物理参数传感器装置与所述密封腔(9)外部的区域之间提供通信路径。
9.如权利要求8所述的光学组件，其中所述物理参数传感器装置包括耦合器(13)，所述耦合器(13)用于使辐射耦合于所述密封腔(9)中以及使辐射与所述密封腔(9)解耦，因此在所述密封腔(9)内形成用于光学测量所述密封腔(9)内部的物理参数值的内部交互区域(15)，
所述内部交互区域(15)经由所述耦合器(13)与所述光学馈通(10)光学通信。
10.如权利要求9所述的光学组件，其中所述光学微结构(3)是集成光学微结构，并且所述耦合器(13)和光学馈通(10)是所述集成光学微结构的部分。
11.如权利要求8所述的光学组件，其中所述物理参数传感器装置包括定位于所述密封腔(9)内并且与所述光学馈通(10)操作通信的物理参数传感器部件(15a)。
12.如权利要求11所述的光学组件，其进一步包括从所述密封腔(9)内部延伸到所述密封腔(9)外部的区域的至少一个电馈通(20)。
13.如权利要求8-12中任一项所述的光学组件，其中所述物理参数传感器部件(15a)是以下各项中的一个或多个：湿度传感器、温度传感器、露点传感器、气体传感器。
14.如权利要求8-12中任一项所述的光学组件，其中所述物理参数传感器部件(15a)包括环形谐振器。
15.如权利要求8-12中任一项所述的光学组件，其中所述物理参数传感器部件(15a)包括功能化层。
16.如权利要求15所述的光学组件，其中所述功能化层是放大层。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7159974B2 (ja) * 2019-05-23 2022-10-25 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法、および光ファイバの製造装置
WO2021145931A1 (en) * 2020-01-16 2021-07-22 Sri International Integrated vacuum cell assemblies
CN112504574A (zh) * 2020-10-28 2021-03-16 北京中科科仪股份有限公司 一种光阑调节装置的检测工装及检测系统
CN112504546B (zh) * 2020-11-11 2022-09-06 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 晶圆级气密封装的微小腔体内部气压测试方法和系统
CN117980790A (zh) * 2021-09-08 2024-05-03 京瓷株式会社 发光装置
TWI805083B (zh) * 2021-11-18 2023-06-11 財團法人工業技術研究院 異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1724987A (zh) * 2004-07-21 2006-01-25 华新丽华股份有限公司 机电元件，微机电及共振元件制作和气密度测试方法
CN1894156A (zh) * 2003-11-21 2007-01-10 阿苏拉布股份有限公司 用于控制微元件的封闭腔的气密性的方法和用于实施该方法的微元件
CN101052865A (zh) * 2004-09-27 2007-10-10 Idc公司 测试密封的微机电系统装置中的湿度的系统和方法
JP2009088196A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Kyocera Corp 微小構造デバイスの気密封止検査方法および微小構造デバイスの気密封止検査システム、並びに微小構造デバイスおよびその製造方法
CN101632010A (zh) * 2006-12-28 2010-01-20 新加坡科技研究局 带有集成气体渗透传感器的封装器件
WO2010032569A1 (ja) * 2008-09-18 2010-03-25 株式会社 東芝 電子装置
CN101958252A (zh) * 2009-07-21 2011-01-26 深迪半导体(上海)有限公司 超小型微电子电路的平面型载体空腔气密性封装方法
CN103777257A (zh) * 2012-10-17 2014-05-07 精工爱普生株式会社 光学元件收纳用包装、滤光器装置、光学组件及电子设备
CN104159423A (zh) * 2013-05-14 2014-11-19 微混合电子有限公司 气密性密封的光电或电光部件及其生产方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2949821B2 (ja) 1990-10-01 1999-09-20 日立電線株式会社 Ｏｐｇｗのｏｐユニットの気密試験方法
US5833603A (en) * 1996-03-13 1998-11-10 Lipomatrix, Inc. Implantable biosensing transponder
CN101014938A (zh) * 2003-09-22 2007-08-08 金炯胤 用于监视结构健康状态的方法
US7894870B1 (en) * 2004-02-13 2011-02-22 Glysens, Incorporated Hermetic implantable sensor
US7338215B2 (en) 2005-03-09 2008-03-04 Baker Hughes Incorporated Cable termination
WO2008111320A1 (ja) * 2007-03-09 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corporation 光ファイバセンサ
US20090154872A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Sherrer David S Electronic device package and method of formation
US10105081B2 (en) * 2009-09-09 2018-10-23 Indigo Diabetes Nv Implantable sensor
WO2012002792A2 (es) 2010-06-28 2012-01-05 Automated Data Systems S.A. De C.V. Método para probar el sellado hermético de empaques
US8528397B2 (en) * 2010-08-18 2013-09-10 International Business Machines Corporation Hermeticity sensor and related method
US10231653B2 (en) * 2010-09-29 2019-03-19 Dexcom, Inc. Advanced continuous analyte monitoring system
JP6107120B2 (ja) * 2012-12-20 2017-04-05 セイコーエプソン株式会社 光学フィルターデバイス、及び電子機器
US9625379B2 (en) * 2015-07-15 2017-04-18 International Business Machines Corporation Gas sensor with integrated optics and reference cell
US20170100597A1 (en) * 2015-10-12 2017-04-13 Medtronic, Inc. Sealed implantable medical device and method of forming same
US10772228B2 (en) * 2015-11-03 2020-09-08 Medtronic, Inc. Sealed package including electronic device and power source
US10532943B2 (en) * 2016-02-29 2020-01-14 The Regents Of The University Of Michigan Gyroscope and fabrication process
EP3425357B1 (en) * 2016-03-04 2020-08-12 Mitsubishi Electric Corporation Optical fiber temperature sensor and method for manufacturing same
JP2019523562A (ja) * 2016-07-29 2019-08-22 トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 光学的検出のための光センサおよび検出器
US20180180829A1 (en) * 2016-09-22 2018-06-28 Innovative Micro Technology Microfabricated optical apparatus with flexible electrical connector
EP3385761A1 (en) * 2017-04-03 2018-10-10 Indigo Diabetes N.V. Optical assembly with protective layer
US11060922B2 (en) * 2017-04-20 2021-07-13 Trinamix Gmbh Optical detector
US11013436B2 (en) * 2017-09-06 2021-05-25 Medtronic, Inc. Marker monitoring via a medical device
US11344235B2 (en) * 2017-09-13 2022-05-31 Medtronic Minimed, Inc. Methods, systems, and devices for calibration and optimization of glucose sensors and sensor output
US20190380628A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-19 Glysens Incorporated Analyte sensor apparatus and methods
US10888009B2 (en) * 2018-10-26 2021-01-05 Medtronic, Inc. Method of forming a sealed package

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1894156A (zh) * 2003-11-21 2007-01-10 阿苏拉布股份有限公司 用于控制微元件的封闭腔的气密性的方法和用于实施该方法的微元件
CN1724987A (zh) * 2004-07-21 2006-01-25 华新丽华股份有限公司 机电元件，微机电及共振元件制作和气密度测试方法
CN101052865A (zh) * 2004-09-27 2007-10-10 Idc公司 测试密封的微机电系统装置中的湿度的系统和方法
CN101632010A (zh) * 2006-12-28 2010-01-20 新加坡科技研究局 带有集成气体渗透传感器的封装器件
JP2009088196A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Kyocera Corp 微小構造デバイスの気密封止検査方法および微小構造デバイスの気密封止検査システム、並びに微小構造デバイスおよびその製造方法
WO2010032569A1 (ja) * 2008-09-18 2010-03-25 株式会社 東芝 電子装置
CN101958252A (zh) * 2009-07-21 2011-01-26 深迪半导体(上海)有限公司 超小型微电子电路的平面型载体空腔气密性封装方法
CN103777257A (zh) * 2012-10-17 2014-05-07 精工爱普生株式会社 光学元件收纳用包装、滤光器装置、光学组件及电子设备
CN104159423A (zh) * 2013-05-14 2014-11-19 微混合电子有限公司 气密性密封的光电或电光部件及其生产方法

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