CN1251565A - 具有至少一个凹穴的玻璃体制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造玻璃体以及具有这样制造的玻璃体的电子模块的方法。在主要由硼硅玻璃构成的玻璃体(1)上施加具有至少一个蚀刻窗(5)的蚀刻掩模(4)。随后玻璃体通过蚀刻窗(5)例如借助HF腐蚀。因此在玻璃体(1)内产生截面呈梯形的沟或截头角锥形的坑。

Description

具有至少一个凹穴的玻璃体制造方法
本发明涉及一种具有至少一个凹穴的玻璃体的制造方法，该凹穴具有至少一个局部平整的、对玻璃体主平面倾斜竖立的侧壁。
本发明尤其涉及一种具有至少一个截面基本上呈梯形的沟或狭缝的玻璃体的制造方法或具有基本上呈截头角锥形坑/通孔的玻璃体的制造方法。此外涉及一种具有这样制成的玻璃体的光电子模块。
迄今在玻璃体内截面呈梯形的沟借助锯制造。粗糙度和表面损伤与所用锯条有很大关系。截头角锥形的坑或通孔可以不用锯制造而借助钻和磨削制造，只是开销大。
本发明的任务是发展一种在本文一开始所述类型的技术上简单的方法。应用该方法尤其在玻璃体内应该可以简单方式制造截面基本上呈梯形的沟或狭缝或基本上呈截头角锥形的坑或通孔。
本任务通过权利要求1的特征解决，本方法的有益的扩展和优先应用是附属权利要求2到11的对象。
根据本发明提供一种方法，其中首先制造主要由硼硅玻璃构成的玻璃体。随后在玻璃体的主面上施加至少具有一蚀刻窗的蚀刻掩模。借助各向异性腐蚀，穿过蚀刻窗在玻璃体内形成具有至少一个局部平整的对玻璃体主平面倾斜的侧壁的凹穴，其中蚀刻掩模腐蚀不足。“局部地平”意味着首先侧壁的部分区域是一平面。
主要有氢氟酸、硝酸和/或氟化铵的腐蚀混合剂用于腐蚀。借此可以良好的方式产生腐蚀深度大于100μm。通过改变腐蚀参量和腐蚀混合剂的组成，能够调整被主平面和侧壁的平面区，例如梯形沟的侧壁或狭缝或截头角锥形坑的侧壁所包含的角度。
例如优选下列腐蚀条件：
腐蚀混合剂：10-50％的氢氟酸，
腐蚀温度：10-60°，
腐蚀时间：1-180分(在大于100μm的较大腐蚀深度情况下时间更长)。
蚀刻掩模优先通过金属层施加在玻璃体主表面，并随后通过金属层的光刻技术的结构化制造。这是从半导体技术众所周知的制造蚀刻掩膜的工艺步骤，因此在这里不详细说明。
本发明的方法优先用于制造玻璃棱镜和/或用于制造光学装置用的集成光学系统，尤其用于光通信传输的装置，例如光电子模块。
本发明的方法依靠实施例结合附图1a到4详细说明如下。即：
图1a到1d概略描绘在玻璃体内制造主要呈梯形沟的本发明方法的工艺步骤，
图2a和2b概略描绘制造多个截面主要呈梯形的玻璃棱镜或具有多个主要呈截头角锥形通孔或沟的玻璃盘的第1工艺流程，
图2c概略描绘对具有多个按照图2a和2b方法制造的玻璃棱镜的载体的俯视图，
图2d概略描绘对具有按照图2a和2b方法制造的具有多个主要呈截头角锥形通孔玻璃盘的载体的俯视图，
图3a至3d概略描绘制造多个截面主要呈梯形的玻璃棱镜或制造含有多个主要呈截头角锥形通孔的第2工艺流程，
图4概略描绘具有按照本发明方法制造的玻璃棱镜的光电子模块，和
图5概略描绘含有一个玻璃体的光电子模块，该玻璃体具有按照本发明方法制造的凹穴。
在图里相同的或同一作用的部件以及同一作用的处理步骤各标出相同的参考符号。
在图1a到1d概略描绘的工艺流程中，金属层8施加到主要由硼硅玻璃构成的玻璃体表面6上(图1a)。随后由例如Cr Pt Au Ti构成金属层8借助光刻技术结构化，并配备蚀刻窗5。这种光技术的结构化方法从半导体技术获悉，因此在这里不详细说明。
随后，玻璃体1通过蚀刻窗5例如借助腐蚀液，有氢氟酸(HF)，硝酸(HNO3)和/或氟化铵(NH4F)进行各向异性腐蚀(用40％HF约在室温下进行1到180分，如果在大于100μm的大腐蚀深度情况下，必要时花费更长时间)。这时在玻璃体1内形成截面主要呈梯形的凹穴2，其侧壁3具有平面区9。平面9与玻璃体1的主表面6包含处于90和180°之间的一角度α。各向异性腐蚀步骤在图1b通过箭头7表示。
如果由结构化的金属层8形成的为以下制造步骤用的，例如与相应装置的制造有关的蚀刻掩模4-其中它可以作为例如焊接基底-不再需要时，它可以例如借助湿化学法腐蚀和/或干法刻蚀-如离子束刻蚀，反溅射等-重新除掉(图1c)。机械方法如喷砂、研磨或抛光也可以用于除掉蚀刻掩模。蚀刻掩模4的除掉在图1c内通过箭头16表示。
在上述处理步骤结束后，仅具有凹穴2的玻璃体呈现在前，该凹穴具有基本上平的底面25以及基本上平的对主表面6倾斜竖立的侧壁3(图1d)。凹穴2与蚀刻窗5的形状有关，具有不是纵向伸延就是近似正方形的，截面基本上呈梯形沟状或截头角锥形坑状。
根据上述原则上的方法，如图2a到3d所示可以详细说明如下，在玻璃盘1内可以形成多个具有平面倾斜侧壁3的凹穴2，例如以截面主要呈梯形的沟17或狭缝12或主要呈截头角锥形的坑18或通孔的形状。
为了制造多个主要呈梯形的玻璃棱镜14或为了制造具有多个主要呈截头角锥形的通孔13或坑18，如图2a所示，具有对一个主表面6对置的另一主表面10的玻璃体1固定在例如由硅或金属材料构成的载体11上。玻璃体1在固定在载体11上之前或恰在固定在载体11上之后在其主表面6上配备具有多个刻蚀窗5的刻蚀掩膜4，刻蚀窗的形状与所希望的凹穴12，13，17，18的形状有关。为了制造玻璃棱镜14蚀刻掩模4例如配备多个彼此具有一定间隔的间隙或狭缝，为了制造通孔13或坑18配备多个例如长方形或正方形或其它形状的孔作为蚀刻窗5。随后通过湿化学腐蚀7主要在蚀刻窗5的区域内完全腐蚀掉玻璃体1，以至在玻璃体1内各按蚀刻掩模4的构成，产生纵向延伸的截面主要呈梯形的狭缝12(图2b和2c)或主要呈截头角锥形的通孔13(图2d)。载体11由不被用作玻璃体腐蚀的腐蚀混合剂损害的材料制成，并可以用作阻止腐蚀层。
按照这种方式可以制成多个截面呈梯形的玻璃棱镜14或制成具有多个截头角锥形通孔13的玻璃盘1。在腐蚀后或在必要时进一步处理步骤后，如例如在用抗反射层或镜面层的镀层后，玻璃棱镜14或玻璃盘1可以从载体揭下并进行进一步处理。棱镜14也可以在与载体11一起的圆盘复合结构内进一步处理。
如果在玻璃盘1内应当制造纵向延伸的沟或截头角锥形坑以取代狭缝或通孔，则在腐蚀步骤里不完全腐蚀通玻璃盘。
在图3a到3d概略描述的制造多个梯形玻璃梭镜14或制造具有多个主要呈截头角锥形通孔13的第2种方法，玻璃体1首先配备具有多个蚀刻窗5的蚀刻掩模4，并通过这些蚀刻窗5各向异性腐蚀，但并不完全腐蚀通(图3a和3b)。这时玻璃体1可以固定在载体上以便例如降低断裂危险。
随后从玻璃体1除去刻蚀掩模4。玻璃体1以配备梯形沟17或主要呈截头角锥形的坑18的一侧面，即其主面6叠置到例如仍由硅制成的载体11上(图3c)。随后，玻璃体1从对主面6对置的一侧开始研磨或抛光(通过箭头26表示)，直到在载体11上存在单个梯形玻璃棱镜14或具有多个截头角锥形通孔13的玻璃体1为止(图3d)。
这样制成的玻璃棱镜14于是可以应用于例如制造图4的光电子模块。在图4的光电子模块中第1玻璃棱镜15对第2玻璃棱镜20具有一定间隔这样固定在副载体19上，使得倾斜的侧壁3彼此相对。玻璃棱镜15，20例如借助沿着图3d所示的分界线24锯开玻璃棱镜14并随后从载体11分离而制成。
在两玻璃棱镜15，20之间例如安置一激光器芯片21，其发射的激光束从第1棱镜15的倾斜侧壁3偏转90°并通过安置在玻璃棱镜4上的会聚透镜23耦合入例如光波导内。接收从激光器芯片21背面来的并在第2玻璃棱镜20的倾斜侧壁3上反射的激光束的监控二极管22，例如固定在第2玻璃棱镜20上。为了改善侧壁3的反射特性，该侧壁例如配备提高反射的层，例如配备介质反射镜层。这种反射镜层是众知的，因此在这里不再详细说明。
多个按照图4的光电子模块，可以借助本发明方法，以简单方式在盘复合结构内，即借助圆片工艺加工制成。此外，多个激光器芯片21，按照预先确定的网板(Raster)固定在副载体盘上。在玻璃盘1上按照预先确定的网板根据上述本发明的方法之一制造多个截面主要呈梯形的隙缝12。随后把它这样安放在副载体盘上并与其连接，以至激光器芯片能够安放在各所属的缝隙12内。随后，在由副载体盘和玻璃盘1组成的盘复合结构，例如用锯分割成具有副载体19、激光器芯片21、第1和第2玻璃棱镜15，20，将会聚透镜23和监控二极管22之前，将会聚透镜23和监控二极管22安置到玻璃盘1上。
在图5描绘的光电子模块中，具有按照本发明方法制造的截面主要呈梯形的凹穴2的玻璃体1，固定在例如由玻璃，或以合适的光波长为前提，由硅或由其它半导体材料制成的副载体19上。凹穴2处于玻璃体1的背对副载体19的侧面，并且配备从凹穴2引出到玻璃板1的主表面6的电引线微带27，28，例如金属化微带。它从凹穴2引出到玻璃体1的主表面6上。在凹穴内固定光发射的和/或光接收的半导体芯片29，例如发光二极管芯片或激光二极管芯片，并与引线微带27，28导电连接。半导体芯片29是这样固定在玻璃体上，以至其光束输出面和/或输入面面对副载体19，并且所发射的和/或所接收的光束穿透副载体19。为了把发射的和/或接收的光束聚焦到玻璃体1的背面上，副载体19具有一会聚透镜23。它可以在副载体19内例如借助腐蚀形成或者单独制造并叠置在副载体19上。
通过首先在玻璃盘内按照预先确定的网板制造多个截面主要呈梯形的沟的方式，这种光电子模块也可以大量件数借助圆片工艺制造。或者在与副载体盘连接之前或之后，这些沟随后配备大量引线微带27、28以及相应数目的半导体芯片29。在副载体盘背对玻璃盘的主面上，在与玻璃盘连接前后按照半导体芯片的位置制造会聚透镜。在由玻璃盘和副载体盘制造圆片组合件之后，例如用锯按照图5把圆片分割成单个光电子模块。

Claims (11)

1.具有至少一个凹穴(2)的玻璃体(1)的制造方法，该凹穴具有至少一个对玻璃体(1)的主面(6)倾斜竖立的平侧面(3)，其特征为：具有下列工艺步骤
-制造具有硼硅玻璃的玻璃体(1)，
-制造在玻璃体(1)的主表面(6)上具有至少一蚀刻窗(5)的蚀刻掩模(4)，以及
-通过蚀该窗(5)尤其是借助具有氢氟酸、硝酸和/或氟化铵的腐蚀混合剂对玻璃体(1)进行湿法化学各向异性腐蚀(7)。
2.根据权利要求1的方法，其特征为：借助腐蚀参量以及腐蚀混合剂成分的改变，可调整由主面(6)和侧壁(3)的平面区(9)所包含的角度。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征为：凹穴(2)是截头角锥形的坑(2，18)或截头角锥形通孔(13)。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征为：凹穴(2)是具有主要呈梯形截面的沟(2，17)。
5.根据权利要求3或4的方法，应用于同时制造多个玻璃棱镜(14)或用于制造具有多个截面主要呈梯形的沟(2，17)或主要呈截头角锥形的坑(2，18)或通孔(13)的玻璃体(1)，其特征为：
具有对主面(6)对置的另一主面(10)的玻璃体(1)固定在基本上不受腐蚀(7)损害的载体(11)上，固定在载体(11)上之前或后的玻璃体(1)配置具有多个腐蚀窗(5)的蚀刻掩模(4)，以及玻璃体(1)通过湿法化学腐蚀(7)主要在蚀刻窗(5)区被腐蚀或完全腐蚀通。
6.根据权利要求3或4的方法，应用于同时制造多个玻璃棱镜(14)或用于制造具有多个主要呈截头角锥形通孔(13)的玻璃体，其特征为：
在玻璃体(1)的主面上制造具有多个腐蚀窗(5)的蚀刻掩模，在玻璃体(1)内通过湿法化学腐蚀(7)蚀刻多个截面主要呈梯形的沟(17)或主要呈截头角锥状的坑(18)，具有配备沟(17)或坑(18)的一侧的玻璃体(1)叠置在载体(11)上，玻璃体(1)从对主面(6)对置的侧面开始研磨，直到在载体上已经出现彼此分离的玻璃棱镜(14)或者具有多个主要呈截头角锥形通孔(13)的玻璃体(1)为止。
7.根据权利要求5或6的方法，应用于制造集成光学系统或制造光学装置用的，尤其光通信传输设备用的光偏转装置。
8.根据权利要求5到7之一的方法，应用于制造光电子模块，其中为了使光发射体和/或光接收体，发射的和/或接收的光偏转，配置一玻璃棱镜，其特征为：
玻璃棱镜的平侧面借助玻璃体的各向异性腐蚀制造。
9.根据权利要求5到7之一的方法，应用于制造光电子模块，其中光发射体和/或光接收体(29)安置在玻璃体(1)的沟(17)或坑(18)内，其特征为：
沟(17)或坑(18)借助玻璃体(1)的各向异性腐蚀制造。
10.根据权利要求8的应用，其特征为：通过处理步骤：
a)根据预定的图型把多个光发射体和/或光接收体(21)固定在副载体盘上，
b)制造多个截面主要呈梯形的、借助玻璃搭片或借助载体(11)彼此固定安置的玻璃棱镜(14)；
c)把彼此固定安置的玻璃棱镜(14)这样平放和固定到副载体盘上，以至各光发射体和/或光接收体(21)处于两玻璃棱镜(14)之间；
d)必要时除去载体(11)以及
e)将副载体盘和玻璃棱镜(14)分成各具有一个副载体(19)，两个玻璃棱镜(15，20)和一个光发射体和/或光接收体(21)的单个的光电子模块。
11.根据权利要求9的应用，其特征为：通过处理步骤：
a)制造具有多个沟(17)或坑(18)的玻璃盘(1)，
b)在沟(17)或坑(18)内的定位和固定多个发射体和/或接收体(29)，以及
c)将玻璃盘(1)分为各具有包含沟(17)或坑(18)以及其内固定光发射体和/或光接收体(29)的玻璃体单个光电子模块。
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