CN115461880A - 用于制造电光转换器构件的间隔晶片、间隔件、用于制造间隔晶片的方法以及包括间隔件的电光转换器构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种间隔晶片(1)，所述间隔晶片用于通过从间隔晶片(1)分离区段(4)来制造用于容纳电光转换器(3)的间隔件(2)。间隔晶片(1)包括透明玻璃板(10)，所述透明玻璃板(10)具有呈网格分布设置的、相互隔开的多个开口(5)，从而沿着所述开口(5)之间的分隔线(7)通过分离所述玻璃板(10)的区段(4)获得单独的间隔件(2)，其中，所述开口(5)具有侧壁(50)，所述侧壁(50)具有带有粗糙度的微结构(9)，其中，粗糙度的平均粗糙值Ra在测量段为500μm的情况下小于0.5μm。

Description

用于制造电光转换器构件的间隔晶片、间隔件、用于制造间隔 晶片的方法以及包括间隔件的电光转换器构件
技术领域
本发明总体上涉及光学系统、特别是涉及电光系统。特别地，本发明涉及在这种电光系统中通过光学部件进行的光束引导。
背景技术
电光装置通常包括载体、以设置在载体上的电光转换器形式的电光元件、以及用于封装转换器的壳体。
通常，提供要转换或已转换的光通过壳体。因此，壳体通常是至少部分透明的。
本公开意义中的电光转换器特别可以是光学成像装置和/或光源。这包括光传感器，特别是相机传感器、发光二极管和激光二极管。根据要求，这些电光转换器需要复杂的壳体。定制的间隔件是其中的重要组成部分。这能够实现在不同的有源和无源构件之间设置限定的距离，或者有助于电磁换能器/发射器/接收器等的封装和保护，特别是保护敏感构件。
间隔件通常可以由多种材料制成。选择基于多种标准来确定，包括成本、结构性和材料特性。表面特性也适用于形成连接的间隔件的区域，即大部分平面平行的隔开件的晶片/构件表面。
因此，基本上所有材料都可以使用，包括塑料、陶瓷、金属和复合材料。在成本效益和耐化学性等方面，玻璃是优选的。
发明内容
在激光二极管领域、特别是VCSEL领域，目前特别使用结构化的陶瓷。通常光在此发射通过放置在间隔件上的壳体元件。本发明的目的是，扩展光耦入和光耦出的可能性，并且同时实现电光转换器的密封壳体。该目的通过独立权利要求的主题得以实现。在从属权利要求中说明了有利的设计方案。
因此，在第一方面，提供了一种间隔晶片，所述间隔晶片用于通过从间隔晶片分离区段来制造用于容纳电光转换器的框架形间隔件，其中所述间隔晶片包括玻璃板，所述玻璃板具有呈网格分布设置的、相互隔开的多个开口，从而沿着所述开口之间的分隔线通过分离所述玻璃板的区段来获得单独的间隔件，其中所述开口具有侧壁，所述侧壁具有带有粗糙度的微结构，其中粗糙度的平均粗糙度值Ra在测量段为500μm(±50μm)的情况下小于0.5μm。
必要情况下，可以不保持或设置正好500μm的测量段。然而，小于0.5μm的平均粗糙度值Ra也可以通过缩短至多50μm或特别是延长至多50μm的测量段来实现。因此，上述规格可能具有±50μm的偏差。
玻璃板特别是透明的，使得由电光转换器检测到的或发射的光可以穿过微结构内壁，从而实现横向耦入或耦出。因此，利用本发明不仅使光能够传输通过放置在间隔件上的元件，而且替代地或附加地能够横向地穿过间隔件。
此外，间隔件还可以用作光学元件，并且例如导致光的方向改变或偏转。因此，根据一个实施方式，间隔件具有至少一个集成在构件中的偏转元件。在这种情况下，偏转元件优选地由与间隔件相同的材料制成。特别地，偏转元件以这样的方式集成在间隔件中，使得间隔件和偏转元件形成整体式构件。具体地，偏转元件由间隔件的倾斜或弯曲的边缘表面形成。同时，玻璃可以实现气密密封。
然后可以利用间隔晶片制造光学系统、优选相机成像系统、发光二极管或激光二极管，其中能够实现光的受控传导/耦出/耦入/通过。
开口的制造在此优选地使用光学结构化的方法进行。具体而言，可以通过激光辅助烧蚀或穿孔来进行结构化。分离由相邻穿孔的闭合线包围的内部可以通过引入热应力来进行。然而，激光诱导穿孔和下游蚀刻方法用于通过去除接桥或加宽接桥来连接孔是特别优选的。尤其是使用基于激光的方法可以经济高效地制造自由形式。此外，这些方法特别适用于以高精度实现结构元件的非常小的尺寸公差。原则上从DE102018100299A1中已知了基于激光引入丝状缺陷与下游蚀刻方法的组合。在这里描述的方法中，设置用于引入丝状缺陷和随后的蚀刻的参数，从而达到小于0.5μm的平均粗糙度值。
为了进一步降低成本，以晶片或片材级制造间隔件。这是有利的，因为相机成像系统以及激光二极管通常是以晶片/片材级制造的。通过使用激光方法、特别是随后的蚀刻，可以实现高精度的孔对孔和孔对参考点(边缘、标记)的位置公差，这也使得这种晶片级制造成为可能。
令人惊讶的是，开口的侧壁的微结构并未证明对光学特性不利。相反，微结构甚至可以具有有利的光成形特性。例如，为了抑制激光二极管中的散斑效应或其他干扰效应，特别规定了微结构是不规则的和/或不存在严格布置在规则网格中的结构元素。因此根据一个实施方式规定了，微结构在500μm的测量段的情况下具有至少50nm、优选至少100nm的平均粗糙度值Ra。
附图说明
下面更确切地参照附图进一步解释本发明。
图1和图2示出了间隔晶片的实施例。
图3示出了与间隔晶片分离的间隔件。
图4至7示出了具有不同边缘表面的分离的间隔件的不同实施方式。
图8示出了激光加工装置。
图9示出了用激光加工的玻璃板。
图10示出了开口内壁上的微结构的颜色编码的二维高度轮廓。
图11示出了对于激光脉冲的冲击点之间的不同距离作为激光脉冲数的函数的平均粗糙度值的测量值。
图12示出了具有间隔件的电光转换器构件。
具体实施方式
在图1和图2中，以俯视图示出了间隔晶片1的两个示例。这两个实施例的主要区别在于它们的外部形式。在图1的实施方式中，提供了矩形或正方形的间隔晶片1，而图2的实施方式提供了圆形的间隔晶片1。如图2中的示例所示，圆形的间隔晶片1可以例如有利于晶片级封装工艺，其中间隔晶片1在分离之前连接到功能晶片。
间隔晶片1用于通过与从间隔晶片1分离区段4来制造用于容纳电光转换器的间隔件2。间隔晶片1包括或由透明玻璃板10组成，该透明玻璃板具有在网格中分布设置的、彼此分开的多个开口5。如果沿着在开口5之间延伸的分隔线7分开玻璃板10的区段4，则获得单独的间隔件2，每个间隔件具有开口5，该开口具有环绕的、封闭的边缘。开口5具有侧壁50，该侧壁具有带有粗糙度的微结构。该粗糙度在500μm的测量段的情况下具有小于0.5μm的平均粗糙度值Ra。
不限于所示的示例，为了制造用于光学系统的间隔件，透明玻璃板10的厚度在100μm至3.5mm的范围内、优选地在200μm至3.0mm的范围内是有利的。
根据另一实施方式，玻璃板具有非常小的厚度变化(TTV＝总厚度变化)。在本实施方式中，透明玻璃板的厚度变化小于10μm、优选小于5μm、优选小于2μm、特别优选小于1μm。这种低TTV值是有利的，尤其是在组装晶片级封装的电光转换器的情况下能够在整个表面上将各种晶片相互连接。低TTV值也是有利的，以便能够非常精确地定位施加在间隔件上或连接到间隔件的光学部件。为了确定厚度变化，确定分布在晶片上的测量厚度值，然后形成绝对最大和绝对最小厚度测量值之间的差值作为TTV。低TTV对于实现尽可能相等的间距也很重要，尤其是在光学系统中。如果这些在晶片级波动，则由它们制成的间隔件的厚度会有所不同，并且必须根据透镜或滤光元件之间的路径长度控制或补偿每个单独的相机模块。
除了TTV之外，还需要厚度公差，即晶片之间的均匀厚度。例如，这应该小于10μm、优选<＝5μm。
根据同样在图1和图2的两个实施例中实现的特别优选的实施方式，开口5的侧壁50各自具有至少一个平坦区段52。光可以穿过该平坦区段，而侧壁50没有充当透镜或柱形透镜或以其他方式使光的空间强度分布变形。
一般而言，不限于图示的具体例子，开口5的侧壁50可以具有四个平坦区段52。特别地，分别地，两个平坦区段52可以彼此相对。当开口5具有矩形或正方形的基本形状时，该特征尤其得以满足。然而，当矩形或正方形开口5的角被倒圆时，该特征仍能得以实现。
或者，开口5的侧壁50也可以具有至少一个非平坦区段520。这在图4中示出。在这种情况下，所涉及的区段或边缘表面520尤其可以具有倾斜的、弯曲的或螺旋的形状。例如，倾斜区段或倾斜边缘表面520可以表示偏转元件，从而可以进行光束的有针对性的竖直耦入或耦出。通过使用相应的间隔件，即使在使用水平边缘发射的光源时，光也可以竖直耦出，而为此无需除间隔件之外的其他光学元件，例如镜子。
替代地或附加地，其他构件例如光束控制元件也可以放置在倾斜区段上。在此，使用具有倾斜区段的相应间隔件确保了附加构件以正确的角度定位，而无需为此付出大量的装配工作。此外，还可以通过对倾斜边缘表面进行涂层来获得相应的构件，例如以便产生具有高反射率的表面。在这种情况下，可以完全或仅部分地对倾斜边缘表面进行涂层。优选地，倾斜边缘表面在光照射的部分区域中具有涂层。
图3示出了通过分离区段获得的单独的间隔件2的透视图。间隔件2可以通过从间隔晶片1分离区段4来制造，其中，所述间隔件2是具有开口5的框架形元件，开口的侧壁50设置有微结构9，其中所述微结构9在500μm的测量段的情况下具有小于0.5μm的平均粗糙度值Ra。特别不规则的微结构9在图中通过不规则排列的不同大小的圆形和椭圆来表示。
间隔件2的外壁20也可以具有这样的微结构9。然而，其他表面结构也是可能的，包括抛光表面，这取决于分离方法和可选的后处理。特别地，考虑将电光转换器元件的组装在晶片复合材料中执行。然后优选地在将间隔晶片1的晶片复合材料与功能晶片或承载转换器元件的晶片分离时形成外壁。因此，连接到间隔晶片1的功能晶片或载体晶片随后也在图1和图2所示的分离线处同时分离。通常，具有小于8×10-6K-1的膨胀系数的玻璃对于间隔晶片1是优选的，以便特别是在通常用于此目的的材料的晶片复合材料中保持低的热机械应力。
通过选择所使用的玻璃，还可以使间隔件的热膨胀系数适配与间隔件安装在一起的其他部件的热膨胀系数。
下面描述根据制造方法的特别优选的实施方式的间隔晶片1的制造。
在用于制造间隔晶片1或间隔件2的方法中：
-将超短脉冲激光器30的激光束27引导到透明玻璃板10的侧表面102、103之一上，并利用聚焦光学器件23聚集到透明玻璃板10中的细长的焦点(没有限制玻璃板厚度与焦距的比例，即焦点可以完全位于基板中或可以与一个或两个基板表面相交)，其中通过所述激光束(27)的辐射能量在所述透明玻璃板10的体积内产生丝状损伤32，其纵向方向横向于侧表面102、103，特别是垂直于侧表面102、103，并且超短脉冲激光器30照射具有至少两个连续的激光脉冲的脉冲或脉冲包以产生丝状损伤，并且其中
-将所述激光束27在所述透明玻璃板1上的撞击点73沿着预定的闭合路径引导，并且因此
-插入在路径上彼此并排的大量丝状缺损伤32，其中
-在插入丝状损伤32后，
-将所述透明玻璃板10暴露于蚀刻介质33，并且因此
-扩大丝状损伤32以形成通道，其中通过蚀刻增加所述通道的直径，直到所述通道之间的玻璃被去除，并且所述通道结合并形成了开口5，其中通过蚀刻产生微结构9，所述微结构具有在500μm的测量段的情况下平均粗糙度值Ra小于0.5μm的粗糙度。
引导激光束的撞击点所沿着的闭合路径的形状因此决定了开口的轮廓。
一种改进方案规定，间隔晶片1或间隔件2的至少部分区域随后被抛光或烧蚀。这尤其可以用脉冲激光，例如用超短脉冲激光来完成。激光的脉冲持续时间优选最大为10ps、优选最大为4ps、非常特别优选最大为1ps。已证明使用CO2激光器对激光抛光特别有利。
根据一个实施方式，在蚀刻工艺之后，通过用超短脉冲激光处理来烧蚀间隔晶片1或间隔件2的部分区域。例如，可以通过去除相应区域中的材料来产生充当光学元件的附加结构。例如，微透镜或漫射元件可以在间隔晶片1或间隔件2内获得。替代地或附加地，间隔晶片1或间隔件2的部分区域也可以通过激光烧蚀来斜切。根据优选的实施方式规定了至少间隔晶片1或间隔件2的被烧蚀的部分区域随后经受激光抛光。然而，激光抛光也可以独立于先前的激光烧蚀来进行。因此，根据本发明的制造方法的一个实施方式提供了在蚀刻工艺之后对间隔晶片1或间隔件2的至少部分区域的激光抛光。
优选地，间隔晶片1或间隔件2在500μm(±50μm)的测量段上具有至少一个平均粗糙度值Ra小于0.05μm或者甚至至多0.04μm的部分区域。另一实施方式规定，在至少一个部分区域中在50μm的测量段的情况下，平均粗糙度值Ra小于20nm、优选小于10nm。
根据一个实施方式，间隔晶片1或间隔件2至少在部分区域中具有小于5nm、小于2nm或者甚至最多1nm的平均算术高度Sa。平均算术高度Sa优选在500μm2的面积上确定。平均算术高度Sa是线粗糙度参数Ra在表面中的扩展。参数Sa描述了每个点的高度差的平均值与表面的算术平均值的比较。
在此通过激光抛光可以提高相应部分区域的光学质量。
另一个实施方式规定，间隔件2或间隔件2的未进行激光烧蚀的部分区域也具有激光抛光的表面。由此，一方面可以再次降低表面粗糙度。
根据一个实施方式，间隔晶片1或间隔件2的侧壁具有至少两个具有不同平均粗糙度值Ra1和Ra2的区域。在这种情况下，平均粗糙度值Ra1低于平均粗糙度值Ra2。优选地，侧壁在具有平均粗糙度值Ra1的部分区域中不具有微结构或至少具有不明显的微结构(与具有平均粗糙度值Ra2的部分区域中的微结构相比)。平均粗糙度值之差ΔRa＝Ra2-Ra1优选至少10nm、优选至少60nm、特别优选至少80nm。较小的平均粗糙度值Ra1可以特别通过激光抛光间隔晶片1或间隔件2的相应部分区域来实现。在这种情况下，激光抛光导致间隔晶片1或间隔件2的相应部分区域的微结构减少。根据一个实施方式，至少对间隔晶片1或间隔件2的在构件中使用间隔件2时被光束照射的区域进行激光抛光。根据一个实施方式，在运行期间光束照射到其上的构件的部分区域因此具有小于50nm、优选至多40nm的平均粗糙度值Ra。根据一个设计方案，平均粗糙度值Ra在构件的相关部分区域中甚至小于40nm。
图4示出了通过已经分离的间隔件200的另一实施例的横截面的示意性侧视图。除了具有平坦边缘表面的三个侧壁(521、523、未示出的侧壁)之外，间隔件200还具有带有倾斜边缘表面520的侧壁。边缘表面520与间隔件200的底面(未示出)成角度α。按照根据本发明的制造方法的改进方案，在此可以任意调整角度α。例如，边缘表面520因此可以具有45°的角度α。通过间隔件的材料以及通过用于制造其的方法可以实现关于角度α的高度灵活性。因此，通过使用玻璃作为间隔件的材料，蚀刻角度不受预定晶体结构的限制，例如蚀刻硅单晶时的情况。此外，还可以通过在丝化过程中倾斜设置激光来调整角度α。替代地或附加地，也可以通过蚀刻工艺之后的激光烧蚀工艺对各个区域进行斜切。
根据一个改进方案，间隔晶片1或间隔件2的各个部分区域，例如仅边缘表面之一通过激光烧蚀进行处理。由此导致不同设计的间隔件200的各个边缘表面的可能性。
图5示意性地示出了通过具有倾斜边缘表面525的间隔件201的另一实施例的横截面的侧视图，其中在边缘表面525的部分区域61中，材料已经通过激光烧蚀被去除。由于其表面结构，部分区域61可以用作光学元件。
图6以俯视图示出了实施例的示意图。在此所示的间隔件202具有边缘表面521、522、523和527。边缘表面527在此被凹形弯曲。边缘表面527的曲率在图6所示的实施例202中通过激光烧蚀的材料去除而产生。此外，边缘表面527的表面被激光抛光。除了间隔件的底面526，边缘表面527在这种情况下也可以具有α≠90°的角度，即，边缘表面527可以是倾斜边缘。
图4至6中示意性地示出的实施例200、201、2002具有边缘表面520、524和527，其具有与其他三个边缘表面不同的几何形状。由于制造方法的极大灵活性，可以自由调整间隔件的各个边缘表面的几何形状。因此，其中间隔件具有角度α≠90°的多个边缘表面的实施方式也是可能的，其中各个边缘表面的角度α可以彼此不同。也可以产生具有不同几何形状或结构的单个边缘表面。这意味着，具有更复杂结构或几何形状的间隔件也可以仅通过几个工艺步骤来实现。根据一个优选实施方式，间隔件具有三个垂直的边缘表面，即角度α＝90°，以及一个角度α≠90°的倾斜或弯曲的边缘表面。根据一个实施方式，间隔件具有至少一个角度α<56°的边缘表面。
一个改进方案规定，间隔件具有至少一个角度α≠90°的倾斜边缘表面，其中，边缘表面具有平坦表面，并且例如以镜子形式的光束控制元件设置在边缘表面上。另一个实施方式提供了一种具有连续的内边缘表面的倒圆间隔件，其中边缘表面或孔内壁与构件的底部的角度α在间隔件内连续变化。因此，间隔件具有角度α范围，其中该角度α取决于位置。如果构件中的间隔件的内边缘表面作为光束的照射区域，则可以通过旋转间隔件来调整耦出角度。
此外，目标结构也可以被引入到至少一个边缘表面中。这借助于图7中的另一实施例示出。在该实施例中，边缘表面528局部具有弯曲结构60。该结构60尤其可以在蚀刻工艺之后通过用超短脉冲激光烧蚀相应的部分区域并随后对边缘表面528的相应部分区域进行激光抛光来产生。由此，结构60可以设计成，其在间隔件内形成光学元件。例如，借助于激光烧蚀可以将凹面镜、光束散射元件、微透镜或用户配置的自由形式集成到间隔件中。
图8示出了激光加工装置12的实施例，利用其可以将丝状损伤32插入透明玻璃板10中，以便随后在蚀刻过程中在丝状损伤32的位置处插入通道。装置12包括具有上游聚焦光学器件23和定位装置17的超短脉冲激光器30。通过定位装置17可以将超短脉冲激光器30的激光束27的冲击点73横向定位在待加工的透明玻璃板10的侧面102上。在所示的示例中，定位装置17包括x-y台，在其上将透明玻璃板10放置在侧面103上。然而，替代地或附加地，也可以将光学器件设计为可移动的，以便移动激光束27，使得当透明玻璃板10被保持时激光束27的撞击点32可以移动。
聚焦光学器件23现在聚焦激光束27以形成在射束方向上、即相应地横向于、特别是垂直于被照射的侧面102延长的焦点。例如，可以使用锥形透镜(即所谓的轴棱镜)或具有大球面像差的透镜来产生这样的焦点。定位装置17和超短脉冲激光器30的控制优选地借助于根据编程设置的计算装置15来执行。以这种方式可以产生预定图案的沿着侧表面2横向分布的丝状损伤32，特别是通过读取位置数据，优选地从文件或经由网络读取。为了产生开口5，位置数据得出闭合或环形的路径。
根据一个实施例，以下参数可以用于激光束：
激光束的波长为1064nm，是YAG激光器的典型波长。生成原始光束直径为12mm的激光束，然后使用焦距为16mm的双凸透镜形式的光学器件将其聚焦。超短脉冲激光的脉冲宽度小于20ps、优选约10ps。脉冲以2个或更多、优选4个或更多脉冲的脉冲串形式发送。脉冲串频率为12-48ns，优选约20ns，脉冲能量至少为200微焦，相应的脉冲串能量至少为400微焦。
随后，在插入一个或特别是大量的丝状损伤32之后，将透明玻璃板10移除并储存在蚀刻浴中，其中玻璃在缓慢蚀刻过程中沿着丝状损伤32被移除，从而在这种损伤32的位置处将通道分别插入到透明玻璃板10中。
在一个实施方式中，碱性蚀刻浴具有>12的pH值，例如>4mol/l、优选>5mol/l、特别优选>6mol/l，但<30mol/l的KOH溶液。根据本发明的一个实施方式，独立于所使用的蚀刻介质蚀刻在>70℃、优选>80℃、特别优选>90℃的蚀刻浴温度下进行。
图9示出了玻璃元件1的侧面2的俯视图，该玻璃元件1具有大量以特定图案排列的丝状损伤32，如可以通过上述定位装置17和超短脉冲激光器30的计算机控制的操控写入玻璃元件1中那样。特别地，丝状损伤32在此例如已经沿着预定闭合路径53以闭合矩形线的形式插入到透明玻璃板中。路径53之一被标记为虚线。对于本领域技术人员来说显而易见的是，该方法不仅可以用于行进矩形路径53，还可以用于行进具有任何形状的路径53。
在随后的蚀刻过程中在丝状损伤处形成通道并合并，由闭合路径53限定的内部54分离并留下开口5。
一般来说，通过选择合适的蚀刻工艺，可以获得微结构9，其显著之处在于多个圆顶状凹深部。特别地，这些凹深部可以被较尖锐的脊部分离。由于出现凸曲率半径的脊部很窄，因此根据一个实施方式，微结构也可以这样表征，即凸形弯曲表面的面积份额与凹形弯曲表面的面积份额的比例(例如存在于圆顶状凹深部中)至多为0.25、优选至多为0.1。
这种微结构已被证明是特别有利的，以便仅轻微影响光的通过。
凹深部的尺寸、形状和深度以及平均粗糙度的值会进一步受到蚀刻工艺和激光加工参数的影响。
优选低蚀刻速率。在该方法的改进方案中规定，透明玻璃板10的玻璃以小于5μm每小时的去除率被去除。特别地，借助于总蚀刻时间也可以达到所需的平均粗糙度值。为此，如果蚀刻时间至少为12小时则是有利的。丝状损伤的距离(“间距”)在此优选地适配于蚀刻持续时间和蚀刻速率，从而避免当内部54已经分离时不必要的蚀刻。
在图10中，在三个局部图像(a)、(b)、(c)中示出了开口的内壁或侧壁50上的微结构的二维高度轮廓。在此仅示出为灰度值的各种颜色值对应于高度坐标。高度轮廓示出了样品的侧壁50的不同尺寸的细节。下表列出了测量区域大小和借助细节确定的平均粗糙度值：
局部图像 (a) (b) (c)
测量区域大小 521μm×831μm 336μm×336μm 167μm×167μm
平均粗糙度值R<sub>a</sub> 0.41μm 0.32μm 0.17μm
在局部图像(a)中，从左向右延伸的另一测量段被绘制在图像中心。因此，测量段具有521μm的长度，即大约500μm。从表中可以看出，在521μm的测量段的情况下，平均粗糙度值为0.41μm，小于0.5μm。根据由根据局部图像(b)的测量支持的另一实施方式，在350μm的测量段的情况下，侧壁50的微结构9的平均粗糙度值Ra可以小于0.4μm。根据由根据局部图像(c)的测量支持的又一实施方式，在170μm的测量段的情况下，开口5的侧壁50的微结构9的平均粗糙度值Ra可以小于0.25μm。在这些实施方式中，测量段也可以分别延长或缩短10％，即，它们可以具有350μm±35μm或170μm±17μm的长度。
特别是在观察局部图像(c)时，可以清楚地看出微结构9主要由具有相对单调的灰度值的圆形区域组成，即高度变化也很小。这些圆形区域是圆顶状凹深部56的下部。因此，凹深部56具有相对平坦且较大的底部区域。这也可能是微结构对光耦入或耦出影响很小的原因。
参考图11，影响微结构9的平均粗糙度值的能力也变得特别清楚。
图11示出了侧壁50上的平均粗糙度值的测量值，其是通过上述用超短脉冲激光引入丝状损伤然后蚀刻损伤的组合来产生的。对于激光脉冲的撞击点之间的不同距离，测量值被绘制为脉冲串内激光脉冲数量的函数。在超短脉冲激光器的脉冲串模式中，激光脉冲的数量从单个脉冲到8个脉冲不等。选择持续48小时的缓慢蚀刻工艺来去除内部54。从图中可以看出，特别小的距离有利于实现低平均粗糙度值。特别地，高达4微米的距离是有利的。在这些小距离中，如上面两个图表(“间距：3μm”和“间距：4μm”)所示，虽然在撞击点之间的空间距离很小的情况下相关性不是很强，但特别是在脉冲很少和脉冲串脉冲非常多的情况下，可以实现较低的平均粗糙度值。随着蚀刻时间的减少，还示出了更高的粗糙度(图中未示出)。使用以下蚀刻参数进行测试：
使用在100℃具有6mol/L KOH的溶液。在蚀刻时间为16小时的情况下侧面上的去除为34μm、在30小时的情况下为63μm、在48小时的情况下为97μm。
总的来说可以看到以下趋势：
(i)大间距会导致更粗糙的表面，
(ii)更长的蚀刻时间会导致更光滑的侧表面。
自由结构表面的蚀刻时间是表面粗糙度的影响因素之一。内部56越早被移除，结构可以变得越光滑(更小的间距)。引入的损伤结构越小，结构越平滑(脉冲串数量少，或由于脉冲数量多，单个激光脉冲的能量低)。令人惊讶的是，脉冲长度也对侧壁的粗糙度有影响。在另一实验中，比较了10ps持续时间和1ps持续时间的脉冲的低粗糙度的最佳参数。实现了以下成果：
(i)10ps时的最佳参数：
·1脉冲串/3μm间距；
→Ra＝0.42μm-0.50μm。
1ps时的最佳参数：
·1脉冲串/3μm-10μm间距；
→Ra＝0.38μm-0.52μm。
在100℃分别使用6mol/L KOH溶液进行蚀刻，其中10μm玻璃被去除。一般来说，可以看出，对于非常短的脉冲持续时间，对间距的依赖性较小。因此导致了包括上述结果的有利的参数范围，其中脉冲持续时间为0.5ps至2ps(优选0.75ps至1.5ps)，间距为1μm至15μm(优选2μm至12μm)。
因此，在该方法的改进方案中规定，为了分离内部56，在该方法中至少实现以下参数之一：
-激光束27在透明玻璃板10上的两个撞击点73之间的空间距离最多为6μm、优选最多为4.5μm，
-蚀刻持续时间至少为12小时、优选至少为20小时，
-用于引入丝状损伤32的脉冲串中的脉冲数最多为2或至少为7，
-激光的脉冲持续时间在0.5ps到2ps(优选0.75ps到1.5ps)的范围内，激光束27在透明玻璃板10上的两个撞击点73之间的空间距离为1μm到15μm(优选2μm到12μm)。
然后电光转换器构件可以用间隔晶片1来实现，如图1和2中的示例所示，或者用分离的间隔件2来实现。如上所述，用于制造电光转换器构件的进一步处理也可以在晶片复合材料中进行，从而间隔件的分离与从晶片复合材料分离构件一起发生。在这种情况下，可以通过机械切割或使用分离盘锯切来进行分离。图12示出了具有框架形间隔件2的电光转换器构件3。所示实施例是具有如本文所述的间隔件2的电光转换器构件3的实施方式的可能的实现，所述电光转换器构件包括载体11，电光转换器元件13布置在载体11上，其中在具有电光转换器元件13的一侧上所述间隔件2被紧固在所述载体11上，使得所述电光转换元件13设置在所述开口5中，并且其中，在间隔件2上设置有盖元件16，使得在所述载体11与所述盖元件16之间形成由所述间隔件2的开口5的侧壁50横向封闭的空腔18，所述空腔包围所述电光转换器元件13。在此尤其是由电光转换器元件13发射或接收的光可以穿过空腔18。尽管具有良好导热性的材料用于许多应用，但是如果例如要避免将高热输出传递到盖元件上，则玻璃在此适合作为用于间隔件的材料。这可能例如在盖子的有机涂层或在盖子上的温度敏感的光学精密元件的情况下是不希望的。
特别地，一种改进方案规定，间隔件2是透明的。在这种情况下，转换器元件13被设计成，通过间隔件2的开口5的内侧50在盖元件16和载体11之间横向发送或接收光。可能的光束在图12中作为光束19进入。必要情况下，也可以穿过间隔件2发送或接收其他电磁波。RF信号在此尤为重要。
电光转换元件13一般可以是发光二极管、激光二极管或相机芯片。VCSEL(VCSEL＝“竖直腔面发射激光器”)和侧发射激光二极管(EEL＝“边缘发射激光器”)均可以用于激光二极管。EEL特别用于穿过间隔件耦出激光。然而通过使用与偏转元件连接的具有至少一个倾斜边缘的间隔件也可以偏转激光，从而在此激光的竖直耦出也是可能的。在这种情况下，偏转元件可以集成到间隔件中，例如以光学结构或反射涂层的形式。
例如，在VCSEL的情况下，激光可以穿过盖元件16发射，其中透明间隔件2能够用于为外部监控二极管传输散射光。
在作为电光转换器元件13的封装相机芯片的情况下，如果在空腔18中使用液体透镜，则具有较小粗糙度的侧壁50的微结构可能是有利的。对于液体透镜，粗糙的壁会导致起泡。此外，粗糙的结构会影响透镜表面。
电光转换器元件13例如可以通过载体11中的一个或更多个电套管36供电。在所示的示例中，电光转换器元件13通过接合线材35与套管连接。电光转换器元件3也可以设计为SMD构件。在这种情况下，可以将焊球37施加到套管36上。当然，这里还有很多其他的设计。在另一可能的结构形式中，例如，载体11本身可以是电光转换器元件13的组成部分，例如如果载体11是其中形成电光转换器元件13的半导体基板。
在所示示例中，仅单个电光转换器元件13被封闭在空腔18中。然而，多个电光转换器元件13也可以布置在共同的空腔18中。例如，多个VCSEL的排列可以紧固在空腔18内的载体11上。一般来说，VCSL、EEL、LD等不同的转换器可以在开口5内相互组合。此外，一个或更多个传感器和发射器也可以安装在一起。
在一种实施方式中，电光转换器元件3形成相机模块，该相机模块可以用于二维图像记录，也可以用于3D检测(3D相机成像)，如可以用于三维人脸识别。
根据又一实施方式，框架形间隔件2的开口5的侧壁50可以被涂覆。在图8所示的示例中，侧壁50的右侧所示的部分设置有涂层6。涂层6可以部分地覆盖、但也可以完全覆盖侧壁50。这种涂层6尤其可以是抗反射涂层、反射涂层、半透明涂层、着色涂层或金属涂层。也可以组合多个涂层以获得多层涂层。涂层6可以在间隔件2分离之前已经施加在间隔晶片1上。
附图标记列表
Figure BDA0003907199430000141
Figure BDA0003907199430000151

Claims (16)

1.一种间隔晶片(1)，所述间隔晶片(1)用于通过从间隔晶片(1)分离区段(4)来制造用于容纳电光转换器(3)的框架形间隔件(2)，其中，所述间隔晶片(1)包括透明玻璃板(10)，所述透明玻璃板(10)具有呈网格分布设置的、相互隔开的多个开口(5)，从而沿着所述开口(5)之间的分隔线(7)通过分离所述玻璃板(10)的区段(4)来获得单独的间隔件(2)，其中，所述开口(5)具有侧壁(50)，所述侧壁(50)具有带有粗糙度的微结构(9)，其中，在测量段为500μm的情况下，粗糙度的平均粗糙度值Ra小于0.5μm。
2.根据前述权利要求所述的间隔晶片(1)，其特征在于，所述开口(5)的侧壁(50)分别具有至少一个平坦区段(52)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)，其特征在于，所述开口(5)的侧壁(50)各自具有至少一个倾斜边缘表面(520)，其中，所述倾斜边缘表面(520)与所述间隔晶片(1)的底面形成α≠90°的角度。
4.根据前述权利要求所述的间隔晶片(1)，其中，所述至少一个倾斜边缘表面(520)至少在部分区域中具有涂层或光学结构。
5.根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)，其中，侧壁(50)的至少一个区段至少在部分区域中在500μm的测量段的情况下具有小于50nm、优选地至多40nm、特别优选小于40nm的平均粗糙度值Ra，或者在50μm的测量段的情况下具有优选小于20nm、优选小于10nm的平均粗糙度值Ra。
6.根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)，其特征在于，在500μm的测量段的情况下，所述微结构(9)具有至少50nm、优选至少100nm的平均粗糙度值Ra。
7.根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)，其特征在于，所述微结构(9)具有多个圆顶形凹深部。
8.根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)，其特征在于以下特征中的至少一个：
-在350μm的测量段的情况下，所述开口(5)的侧壁(50)的微结构(9)的平均粗糙度值Ra小于0.4μm，
-在170μm的测量段的情况下，所述开口(5)的侧壁(50)的微结构(9)的平均粗糙度值Ra小于0.25μm，
-微结构是不规则的，因此特别是不存在严格布置在规则网格中的结构元素，
-所述开口(5)的侧壁(50)具有四个平坦区段(52)，特别是其中，分别两个平坦区段(52)彼此相对，
-所述开口(5)的侧壁(50)具有至少一个平坦区段(52)，优选三个平坦区段(52)和具有倾斜边缘(520)的区段，
-微结构(9)的具有凸形弯曲表面的面积份额与具有凹形弯曲表面的面积份额的比例最大为0.25，
-开口的侧壁50被涂覆。
9.根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)，其特征在于以下特征中的至少一个：
-所述透明玻璃板(10)的厚度在100μm至3.5mm的范围内、优选在200μm至3.0mm的范围内，
-所述透明玻璃板(10)的厚度变化小于5μm、优选小于2μm、特别优选小于1μm。
10.一种间隔件(2)，所述间隔件(2)能够通过从根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)分离区段(4)来制造，其中，所述间隔件(2)是具有开口(5)的框架形元件，其侧壁(50)设置有微结构(9)，其中，在500μm的测量段的情况下，所述微结构(9)具有小于0.5μm的平均粗糙度值Ra。
11.一种方法，其用于制造根据前述权利要求中任一项所述的间隔晶片(1)或间隔件(2)，其中：
-将超短脉冲激光器(30)的激光束(27)引导到透明玻璃板(10)的侧表面(102、103)之一上，并通过聚焦光学器件(23)将其聚集到透明玻璃板(10)中的细长焦点，其中，所述激光束(27)的辐射能量在所述透明玻璃板(10)的体积内产生丝状损伤(32)，其纵向方向横向于侧表面(102、103)，特别是垂直于侧表面(102、103)，并且超短脉冲激光器(30)照射具有至少两个彼此连续的激光脉冲的脉冲或脉冲包以产生丝状损伤，并且其中
-将所述激光束(27)在所述透明玻璃板(1)上的撞击点(73)沿着预定的闭合路径引导，并且因此
-插入在路径上彼此并排的大量丝状损伤(32)，其中
-在插入丝状损伤之后(32)，
-将所述透明玻璃板(10)暴露于蚀刻介质(33)，
并且因此
-将丝状损伤(32)扩大以形成通道(105)，其中
通过蚀刻增加所述通道(105)的直径，直到所述通道(105)之间的玻璃被去除并且所述通道(105)结合并形成了开口(5)，其中通过蚀刻产生微结构(9)，在500μm的测量段的情况下，所述微结构具有平均粗糙度值Ra小于0.5μm的粗糙度。
12.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于以下特征中的至少一个：
-将所述透明玻璃板(10)的玻璃以小于每小时5μm的去除率去除，
-蚀刻时间至少为12小时，
-所述激光束(27)在所述透明玻璃板(10)上的两个撞击点(73)之间的空间距离最多为6μm、优选最多为4.5μm，
-用于引入丝状损伤(32)的脉冲串中的脉冲数最多为2或至少为7，
-当所述激光束(27)在所述透明玻璃板(10)上的两个撞击点(73)之间的空间距离为1μm到15μm时，激光的脉冲持续时间在0.5ps到2ps的范围内，
-在蚀刻过程之后，至少对所述开口(5)的部分区域进行激光抛光。
13.一种具有根据权利要求7所述的间隔件(2)的电光转换器构件(3)，所述电光转换器构件(3)包括载体(11)，在所述载体上布置有一个或多个电光转换器元件(13)，其中，在具有电光转换器元件(13)一侧上所述间隔件(2)被紧固到所述载体(11)上，使得所述电光转换元件(13)设置在所述开口(5)中，并且其中，在间隔件(2)上设置有盖元件(16)，使得在所述载体(11)与所述盖元件(16)之间形成由所述间隔件(2)的开口(5)的侧壁(50)横向封闭的空腔(18)，所述空腔(18)包围所述电光转换器元件(13)，特别是使得由所述电光转换器元件(13)发射或接收的光穿过所述空腔(18)。
14.根据前述权利要求所述的电光转换器构件(3)，其特征在于，所述间隔件(2)是透明的，并且所述转换器元件(13)被设计为，通过所述间隔件(2)的开口(5)的内侧(50)在所述盖元件(16)与所述载体(11)之间横向发送或接收光。
15.根据权利要求14所述的电光转换器构件(3)，其中，所述间隔件包括偏转元件，并且所述转换器元件(13)被设计成，穿过所述盖元件(16)发送或接收光。
16.根据前述三项权利要求中任一项所述的电光转换器构件(3)，其中，所述电光转换器元件(13)是以下元件之一：
-发光二极管，
-激光二极管，特别是
-VCSEL或
-EEL，
-相机传感器或发射器芯片。
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