TWI386268B - 焊接方法及包含焊接組件之裝置 - Google Patents

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Venkata Adiseshaiah Bhagavatula
Roy Joseph Bourcier
Satish Chandra Chaparala
John Himmelreich
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Description

焊接方法及包含焊接組件之裝置
本發明係關於焊接方法，以及特別是關於焊接光子或光電組件，以及包含該焊接組件之裝置。
隨著光子或光電裝置(例如以雷射或LED為主的手提或嵌式投射器)需求的快速增加，在組合這些裝置上的其中一個最大挑戰，是將各個組件彼此連接或接合，在這些組件之間提供高的光學地耦合效率，並且讓組合裝置的效能在長期使用及溫度變動期間可以保持穩定。
雷射焊接已經用於各種光子組件之組合的應用中。在焊接期間，焊接零件的快速凝固和所產生的材料收縮會造成預-對準組件之間的相對移動(處理誘發的不對準)。這也稱為後焊接偏移(PWS)。在焊接光子或光電組件之間的光學輸出功率及/或光學地耦合效率，可能由於PWS而顯著降低。
在先前人們曾考慮將膠合和焊接結合使用在航空和汽車應用中。在這些應用中，將大面積的金屬薄片膠合併焊接來提供結構/強度特性。此過程稱為點焊黏結。將黏接劑夾在金屬薄片之間，接著穿過薄片執行焊接。焊接提供了立即強度和高抗剝離性的優點；而黏接劑膠合可以提供抗疲勞性和耐震性，並且增進強度和耐久性。其重點是用在大面積的黏結和結構的需求，而非在於高精 準對齊，或組件之間的光學地耦合。因此，據我們所知，點焊黏結技術無法避免焊接處理期間，黏結零件之間的次微米等級移動。
根據此項發明的一項，提供了組合光電及/或光子組件的方法，此方法包括：(i)提供至少兩個光電及/或光子組件；(ii)將這些光電及/或光子組件相對於彼此對準，並且彼此緊靠，以便：(a)在這些組件之間提供光學地耦合；且(b)讓這些組件的相鄰零件之間保持距離d，其中0微米≦d≦100微米；(iii)將黏接劑放在這些組件之間的邊界，利用黏接劑將這些組件彼此黏結，並且在保持其間之光學地耦合的同時，固化或凝固此黏接劑；以及(iv)將這些組件雷射焊接在一起。根據至少一些實施例，雷射焊接是在兩個組件之間的邊界線執行。最好，雷射焊接的步驟可以產生至少一個直徑大約50微米到1公釐的焊接點(也就是熔珠)。
雷射焊接的步驟最好可以在相鄰組件的相對位置上產生小於1微米的偏移，更好的是小於0.5微米的偏移。
黏接劑的剛性模數最好在5GPa≦R≦100GPa的範圍內，而其固化時間最好在1秒到90秒之間。黏接劑在固化或凝固期間的收縮(也就是，固化期間的線性收縮)最好小於1微米。例如，在一些實施例中，環氧樹脂黏結的厚度收縮小於10%，在一些實施例中小於5%，在一些 實施例中小於1%。黏著劑最好可以從紫外線或熱固化環氧樹脂例如丙烯酸酯來選擇，有助於快速的固化過程和輕易的組合處理。
根據本發明的另一個實施例，所提供的裝置包含：(i)至少兩個彼此靠近的組件，這兩個組件的每一個都包含至少一個光學元件(也就是，光學，光電，或光子元件)；(ii)這至少兩個組件中至少一個的其中至少一個光學元件，光學耦合到這至少兩個組件中另一個的至少一個光學元件；並且(iii)至少有一個焊接點，以及至少一個黏結點位於這兩個組件之間所形成的邊界周圍。
有益地，依據本發明實施例提供高產量，組裝光學，光電或光子組件至封裝能夠在相當低價格下達成，以及製造出這些組件在焊接後最小的(或無)偏移。
本發明其他優點部份揭示於下列說明，部份可由說明立即瞭解，或藉由實施下列說明，申請專利範圍以及附圖而明瞭。
人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及說明性，以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍界定出本發明原理及特性。所包含附圖將更進一步提供了解本發明以及在此加入以及構成說明書之一部份。
本發明裝置的一個實施例簡單地顯示在圖1中，在後面我們將以參考數字10表示。圖2A是一個建構裝置例 子的照片，而圖2B顯示圖2A中裝置10的放大區域。裝置10包含：(i)至少兩個彼此靠近的組件20(例如，光電及/或光子組件)，這些組件的每一個都包含至少一個光學，光子，或光電元件21(在這裡我們稱之為光學元件21)；(ii)至少有一個黏結點23(黏結珠)位於兩個組件之間所形成的邊界25周圍；以及(iii)至少有一個焊接點28位於兩個組件之間所形成的介面或邊界25周圍。這兩個組件中至少一個組件的光學元件21，光學地耦合到另一個組件的至少一個光學元件21。雖然這兩個光學元件21彼此光學地耦合，但是它們彼此之間可以有或沒有實體接觸。光學元件21的一些例子有：波導(光纖或平面)，透鏡光纖，光柵，光纖，光學地耦合器，光學或光電切換器，倍頻晶體，雷射二極體，及/或光隔離器。黏接劑23的剛性模數最好在5GPa≦R≦100GPa的範圍內，且具有快速固化速率(例如，在1秒到90秒之間)。此黏接劑在固化或凝固期間的收縮(也就是，固化期間的線性收縮)最好小於1微米。例如，在一些實施例中，環氧樹脂黏結的厚度收縮小於10%，在一些實施例中小於5%，在一些實施例中小於1%。
根據本發明的一些實施例，提供了組合光電及/或光子元件20(在這裡也稱為組件)的方法包括底下步驟：(i)提供至少兩個光電及/或光子組件20；(ii)將組件20相對於彼此對準，並且彼此緊靠，以便：(a)在這些組件之間提供光學地耦合；且(b)讓這些組件的相鄰零件之間保持距 離d，其中d是0(組件彼此實體接觸)到100微米；(iii)透過：(a)將黏接劑23放在組件20之間的邊界25，使這兩個組件跟黏接劑23實體接觸，且(b)在保持這些組件之間光學地耦合的同時固化或凝固黏接劑23，如此使用黏接劑23(例如，紫外線或熱固化環氧樹脂)將兩個組件彼此黏結或接合；以及(iv)在邊界25(例如，沿著邊界周圍)將組件雷射焊接在一起以產生組合裝置10。此雷射焊接產生例如橫截面50微米到1公釐的焊接點28(例如，直徑200微米到600微米)。在雷射焊接過程期間，最好可以產生多個焊接點28(在這裡也稱為熔珠)。如果黏接劑需要紫外線固化的話(例如，紫外線固化環氧樹脂)，那麼使用黏接劑23將兩個組件彼此黏結的步驟就包含用紫外線固化黏接劑23的步驟以便在這些組件20之間產生永久黏結。在雷射焊接期間，可以透過(凝固或固化)黏接劑23的結構剛性來保持光學對準及/或光學地耦合。這裡使用的"光學地耦合"一詞意指這兩個組件彼此對準，使得如果(或當)將光線提供給這兩個組件其中一個組件(例如，第一個組件)的光學元件時，此光線會進入另一個組件的光學元件，然後從另一個組件的光學元件離開。因此，即使在沒有提供光線給這兩個組件其中一個組件(例如第一個組件)的光學元件時，這兩個組件或兩個光學元件也可以彼此光學地耦合，因為可以將它們放置並對準，使得如果提供光線時，它可以從其中一個組件耦合到另一個組件。有利的是，雷射焊接步驟 對兩個焊接組件任何一個的位置，都產生小於1微米的偏移。這兩個組件20相對於彼此的偏移最好不超過1微米。這麼小的偏移不會明顯地干擾光學地耦合效率E或光學輸出功率P，(假定光學輸入功率維持在相同水平的話)，P最好保持在20%內，甚至更好的是在10%內，也就是說，P2 ≧0.8P1 ，而更好的是P2 ≧0.9P1 ，其中P1 是雷射焊接步驟之前的光學輸出功率，而P2 是雷射焊接之後的光學輸出功率。甚至更好的是P2 ≧0.95P1 。此功率改變跟後焊接偏移有關，決定於對準光學元件之間的相對偏移和它們的光束特性。在很多感興趣的光學，光子，或光電裝置(例如，雷射二極體和單模波導)中，光束直徑在大約1微米到大約10微米的範圍內，因此PWS最好限制到次微米等級，以便讓P1 到P2 的相對改變小於20%，更好的是小於10%。光學地耦合效率E也維持在20%內，最好是在10%內，而更好的是在5%內(E=Pout/Pin)，其中Pin是提供給兩組件其中一個組件之光學元件的光學輸入功率，而Pout是由另一個組件之光學元件所提供的光學輸出功率。因此，最好是E2 ≧0.8E1 ，更好的是E2 ≧0.9E1 ，其中E1 是雷射焊接步驟之前的光學地耦合效率，而E2 是雷射焊接之後的光學地耦合效率。又更好的是E2 ≧0.95E1 。
根據一些實施例，黏接劑是環氧樹脂，將兩個(或更多)組件彼此黏結的步驟包含改變環氧樹脂23的剛性以便在兩個相鄰組件20之間產生永久黏結。這可以透過例如 用紫外線固化所施加的黏接劑23使它變硬，將它附接到兩個組件來完成。黏接劑23可以是熱固化黏接劑以液體形式塗覆而在曝露到熱氣時凝固。或者，黏接劑能夠以熱液體來塗覆然後在曝露到室溫下時凝固(變得較硬)。黏接劑最好在塗覆之後幾秒內(例如1秒至90秒，1秒至60秒，或5秒至45秒)改變它的剛性(凝固或固化)，如此將兩個組件黏結在一起，同時將它們的對準維持在預定水平。
根據一些實施例，此方法包含底下步驟：(i)在使用環氧樹脂將彼此接合之前測量組件20之間的光學輸出功率或光學地耦合效率；且(ii)在使用環氧樹脂23將彼此黏附的同時，測量組件20之間的光學輸出功率或光學地耦合效率。根據一些實施例，此方法也包含底下的步驟：(i)在使用環氧樹脂將彼此接合之前，測量組件20之間的光學輸出功率或光學地耦合效率；且(ii)在將它們雷射焊接在一起時，測量組件20之間的光學輸出功率或光學地耦合效率。
光學地耦合效率定義成從另一個組件20之光學元件出來的光輸出功率(Pout)，和從另一個組件20之光學元件出來的光學輸入功率(Pin)之間的比值(也就是，E=Pout/Pin)，其中這兩個光學元件彼此光學地耦合。如此，在使用黏接劑23將它們彼此接合之前，兩個組件20之間的耦合效率E1 是E1 =P1 /Pin。同樣地，在固化或凝固黏接劑23時，這些組件之間的耦合效率Ec是 Ec=Pc/Pin。同樣的，在將它們雷射焊接在一起時，這些組件之間的耦合效率E2 是E2 =P2 /Pin。
例如，根據一些實施例，此方法也包含底下步驟：(i)在使用黏接劑23將它們彼此接合之前，測量兩個組件20之間的光輸出功率P1 或光學地耦合效率E1 ；(ii)在使用黏接劑23將它們彼此接合時，測量兩個組件之間的光學輸出功率Pa或光學地耦合效率Ea；(iii)在固化或凝固黏接劑23時，測量兩個組件之間的光學輸出功率Pc或光學地耦合效率Ec；(iv)在將它們雷射焊接在一起時測量這些組件之間的光學輸出功率P2 或耦合效率E2 。
組合光電及/或光子組件20的方法最好進一步包含底下步驟：(i)在使用黏接劑23將它們黏附或黏結在一起之前，測量兩個組件20之間的光學輸出功率P1 或光學地耦合效率E1 ；且(ii)在將兩個組件雷射焊接在一起時，利用黏接劑黏結的機械強度和剛性來維持兩個組件20之間的光學輸出功率P2 或光學地耦合效率E2 ，使：(a)焊接之後的光學輸出功率是P2 ≧0.8P1 ，以及優先地P2 ≧0.9P1 ；及/或光學地耦合效率E2 ≧0.8E1 ，以及優先地E2 ≧0.9E1 。優先地P2 ≧0.95P1 ；以及更優先地P2 ≧0.97P1 。優先地E2 ≧0.95E1 ；更優先地E2 ≧0.97E1 。
根據一些實施例，雷射焊接是使用波長1064奈米的Nd：YAG雷射，在每個焊接點0.5J到2.5J下運作，使用1到5毫秒的脈衝寬度，雷射點直徑250微米到1公釐(例如，450微米)來執行。然而，雷射焊接也可以使用其他 雷射來執行，例如波長10,600奈米的CO2 雷射，波長532奈米的倍頻YAG，810奈米雷射，或在1.3微米到1.5微米波長範圍內運作的紅外線雷射。
光學組件20可以由能夠使用雷射焊接來接合的材料來製造，包括金屬(例如，鋼或鋁基板)，金屬-陶瓷複合材料，玻璃-陶瓷材料，玻璃或聚合物材料。例如，黏接劑23可以用來在兩個金屬組件，金屬組件和金屬-陶瓷複合組件，或兩個玻璃組件之間產生黏結。然後接著執行雷射焊接，將兩個黏結組件焊接在一起。例如，兩個玻璃組件可以在彼此黏附之後，雷射焊接在一起，使得在雷射焊接期間和之後可以維持預定的對準。
很有利地，根據本發明之方法的一個優點是，它在兩個焊接組件20之間產生次微米的偏移，在焊接組件之間的光耦合效率只產生微小的改變。
因此，這裡所描述的點焊黏結方法可以有利地避免焊接處理期間黏結零件的移動(任何殘留的移動都可以保持在次微米等級)，這對光電或光子應用來說特別有利。
更具體地說，黏接劑黏結可以提供剛性，在接下來的雷射焊接處理期間，對抗會使光電次組合(組件20)不對準的應力。為了在焊接處理期間避免黏結零件相對於彼此的移動，黏接劑必須具有(1)抵銷雷射焊接力的剛性R，其中優先地R>1GPA，更優先地R>5GPA，例如10GPa≦R≦50GPa，15GPa≦R≦30GPa，或18GPa≦R≦25GPa；(2)在固化期間具有可忽略/低的收縮C，以便在 光電次組合的初期環氧樹脂黏接期間維持次微米對準，其中C<1微米(最好是C<0.5微米)；以及(3)快速固化，以降低製造成本。例如，在一些實施例中，環氧樹脂黏結的厚度收縮小於10%，在一些實施例中小於5%。因此，例如，如果最初環氧樹脂熔珠的厚度是20微米，在固化之後環氧樹脂黏結的厚度不小於19微米，意指環氧樹脂的厚度降低小於5%。固化時間最好應該小於90秒，更好的是不超過60秒(例如，10-60秒)，又更好的是小於10秒。可以用於此應用的環氧樹脂例子包括但不局限於"Optocast"牌填料環氧樹脂(可由例如lectronicMaterialsInc.of Breckenridge,CO取得)。這種牌子的環氧樹脂是含有矽石填料的紫外線及/或熱固化單成分環氧樹脂。無-填料環氧樹脂也可以作為此目的，只要剛性，固化時間，和收縮符合需求。這種材料包括例如，"Lens Bond"紫外線固化環氧樹脂(可由Summers Optical Inc.of Hatfield,PA取得)。這些環氧樹脂有不同的黏滯係數範圍。例如，為了讓黏接劑產生非常薄的黏結線或點可以使用黏滯係數值在50-500厘泊範圍的低黏滯係數黏接劑。當兩個組件之間的距離需要很小時，例如d≦5微米，這些黏接劑是較好的。低黏滯係數黏接劑可以散佈到兩個組件之間的間隙，提供更多的表面接觸。然而，如果低黏滯係數黏接劑是紫外線固化黏接劑，且散佈在兩個組件之間的話，會很難完全固化這些黏接劑，除非組件是透明的。此外，也要特別小心不要讓這 些黏接劑污染光學元件，或者散佈到光學路徑中而干擾了光學地耦合。因此，高黏滯係數黏接劑，特別是具有低收縮的填料環氧樹脂，可能是較好的，因為這些黏接劑比較不可能散佈到光學路徑中，而且也比較不可能污染光學元件。高黏滯係數黏接劑的黏滯係數值在500到100000厘泊的範圍內。在底下的例子中，我們選擇使用高黏滯係數黏接劑，而將這些黏接劑施加在兩個組件之間的介面(邊界)外面。高黏滯係數黏接劑可能需要施加相對大的熔珠尺寸，以提供更多的表面接觸。在底下的例子中，高黏滯係數黏接劑的熔珠直徑或熔珠寬度是1公釐到3公釐，但是這可以根據所需要的應用而不同。
範例1：
根據一個實施例，兩個光子組件20被組合在一起，在其間產生永久黏結。(參看圖1A,1B,2A和2B)。更具體地說，光學元件21A(在這個例子中是光纖)被安裝在金屬基板22A(在這個例子中，是不銹鋼304基板)上，膠合到此基板，形成第一個光子組件20。另一個光子組件20是將光纖21B安裝在另一個基板22B上。注意，在第一個組件20的其中一個配合面20A上有一楔子W。將兩個光子組件20彼此緊靠放置，使得當光線提供給光纖波導21A的輸入端A時，此光線會從光纖波導21B的輸出端B離開。將這兩個光子組件20對準尖峰耦合帶(在光纖波導21B的出口端B測得最大輸出功率的耦合)，然後使用紫外線固化黏接劑(例如，OPTOCASTTM 3415， 可由Electronic Materials,Inc.,Breckenridge,CO取得)膠合固定，形成"T"型接頭。接下來，在膠合組合上執行雷射焊接。在這個實施例中，我們使用脈衝寬度3毫秒的脈衝Nd：YAG雷射，在每個焊接點沉積大約0.9J的能量。在這個實施例中，焊接點直徑d大約是450微米。(參看圖1,2A和2B中焊接點的位置)。
黏接劑的配置應該要使得黏接劑不會干擾接下來的雷射焊接。在選擇黏接劑23的位置時，最好要考慮到裝置設計的對稱性，使任何黏接劑23的收縮可以產生幾乎相等，且相對的力來彼此抵銷，而降低組件20之間的相對偏移。例如，黏接劑熔珠最好可以跟組件中心等距離放置，或者在較小組件的周圍對稱。在這個實施例中，黏接劑是高黏滯係數黏接劑，且施加在組件之間介面的外面以避免組件之間可能的滲透。因此，最好使用黏滯係數高於5000厘泊的黏著劑，更好的是大於50,000厘泊(Cps)。例如，Opticast 3415的黏滯係數值為100,000Cps。亦較佳地針對對稱性與產生抵銷平衡力來選擇焊接位置。雷射脈衝能量的選擇，最好可以讓每個脈衝產生夠小的殘餘力以便硬環氧樹脂可以很容易抵擋。多個焊接點可以用來在運作條件下提供足夠的強度和可靠性。
在這個實施例中，我們測量焊接步驟之前和之後的光學地耦合效率(光學輸出功率)。我們發現接合組件20在焊接步驟之後，具有良好的耦合穩定性。所測得由後焊 接偏移所造成的輸出功率改變，小於1%(也就是說，P2 >0.99P1 )。在最初的實驗中，金屬基板的厚度是6公釐。接著，將基板厚度修改為1.5公釐，重複此實驗。在較薄組合中所測得由後焊接偏移造成的輸出功率改變小於3%(也就是說，P2 >0.97P1 )。接著，讓這兩個組合(裝置10)接受熱循環測試，溫度範圍從大約20℃到大約85℃。在熱循環期間，光學輸出功率的變動小於3%(也就是說，P2 改變小於3%)，因此證實了裝置10具有良好的非熱學行為。然後，我們讓兩個組合(裝置10)接受熱(50℃)和100%濕度(超音波浴環境)的超音波振動。這兩個裝置10都顯示0.3%的輸出功率變動。更具體地說，圖5顯示了圖4之完成組合的非熱學行為。圖6顯示，在熱，濕度和振動條件下的組合效能。
範例2：
對準組件，將它們膠合在固定位置，並執行雷射焊接的方法，可以延伸到不同的配合面幾何。在上面的例子1中，其中一個配合面含有一楔子。在這個例子中，將表面改變成沒有楔子，整個組合看起來像"T"型接頭。(參看圖3的簡圖，以及圖4A和4B中建構裝置10的照片。更具體地說，圖4A顯示裝置10的頂視圖，而圖4B顯示圖4A之建構裝置10的一部分側視圖。平均的後焊接偏移誘發輸出功率變動，大約是1.8%(也就是說P2 >0.982P1 ，包含來源波動)。在這個實施例中，建構裝置10的熱循環產生小於2%的變動(也就是說，P2 變動小 於2%)。這種"T"型接頭幾何是較好的，因為每個組件20可以是簡單的長方形方塊。這種T-接頭組件組合的另一個優點是，即使在製造上有尺寸變動和容錯，焊接接頭仍然可以對稱，而施加相對的橫向焊接力。也就是說，由於平衡的雷射光束功率和位置所產生的對稱焊接位置(焊接點位置)可以施加相等且對抗的力量在很大程度上彼此取消，因而需要由硬環氧樹脂抵銷的剩餘力會降低。
同時，較好的雷射焊接方式牽涉到使用多個較小的脈衝產生較小的焊接點尺寸。較小的焊接點通常會產生較小的力較容易抵銷。另外，多個焊接區域也可以在運作期間提供複聯，因此產生更可靠且耐久的裝置。在這個實施例中，雷射光束焊接使用兩個平衡雷射光束作用在T接頭的中心，因為這種雷射焊接配置在這個裝置例子10中提供最佳的對稱性。在將光學，光子，或光電組件20點焊黏結在一起時，針對其他裝置幾何，也必須考慮類似的因素(例如，裝置幾何，黏接劑配置位置，焊接點的位置和數目)。
我們相信使用此組合方法所獲得的良好穩定性(例如，小的PWS值，以及在不同環境條件下良好的光學地耦合)，主要是由於由黏接劑23所提供的抵銷力，對抗熔化材料(例如，金屬，玻璃，及/或玻璃陶瓷)快速凝固所造成的移動。另一個因素可能是槓桿效應。焊接平面幾乎跟兩個波導的平面重疊(此實施例兩個波導21A,21B之間的距離小於5微米)。在焊接點28冷卻期間， 次組合(光學組件20)可能會有旋轉移動，會造成波導21A,21B相對於彼此的平移。如果焊接平面離光學地耦合平面太遠，在光學地耦合平面上可能發生大的橫向位移，會大大降低耦合效率。但是，在這裡描述的例子中，焊接和光耦合平面幾乎重疊因此平移很微小，因為槓桿很小。因此，焊接平面最好跟光學元件所在的平面重疊或幾乎重疊(也就是說，最好在1公釐內)。
雖然在第二個例子中，兩個組件20彼此實體接觸，但是當兩個組件的兩個配合面之間有大約30微米的間隙(d=30微米)時，此方法也可以行得通，具有相似的後焊接偏移效能。
範例3：
目前的裝置組合方法也可以應用到軸對稱裝置。在這個實施例中，將不銹鋼304替代裝置(也就是，不含光學元件的組件)跟黏接劑組合：一些替代裝置使用三小滴氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)凝膠(例如，Super Glue Gel,The Original Super Glue Corporation,Rancho Cucamonga,CA)來黏結，而其他替代裝置則使用填料雙液型環氧樹脂(例如，J-B Kwik,J-B Weld Company,Sulphur Springs,TX)來製造。在這個例子中(參看圖7)使用的圓柱狀金屬基板22A(替代組件20)有凸緣，呈45度角的斜度附接到基底替代組件20’(金屬基板22A)。將黏結的替代裝置夾在我們的測試夾具中，並使用三個Philtec RC20光纖感測位移探針(Philtec,Annapolis,MD)來監測各替代裝 置中的組件位移。其他探針也可以使用。黏結的替代裝置以三個分隔120度跟套圈中心線傾斜25度的光束來焊接。測試配置簡單地顯示在圖7中。將相當低功率的雷射光束(在這個例子中，雷射條件為：每個焊接點0.9J，脈衝寬度3毫秒，焊接點大約450微米)，導向兩個金屬組件之間的介面。在組件焊接在一起之後，測量橫向後焊接偏移。使用氰基丙烯酸酯凝膠來黏結的其中一個替代裝置的典型測試結果顯示在圖8中。此圖顯示圖7中軸對稱替代測試裝置所測得的機械位移。圖8的三條軌跡代表三個位移感測器的輸出。在圖8中，y軸的單位是微米，而x-軸代表時間，單位秒。
很有利的，目前的點焊黏結方法提供吸引人的特性，例如光學組件之間微米等級準確度的接合，在溫度變動下的穩定性，以及裝置的長期可靠性。也就是說，因為點焊黏結接頭可以將組件20保持在次微米的精準度。
很有利的，根據本發明的實施例，將光電或光子組件組合成封裝的方法，利用改良的點焊黏結處理，將後焊接偏移降低到次微米等級，使此方法適合用來組裝光子或光電裝置或封裝。
對於本領域具有習知技藝者而言顯見的是，在不脫離本發明之精神與範疇的情況下，對本發明可作各種修改與變化。因此，若本發明之修改與變化在所附申請專利範圍與其均等物之範疇內，則預期本發明涵蓋該等修改與變化。
10‧‧‧裝置
20‧‧‧組件
20A‧‧‧配合面
20’‧‧‧基底替代組件
21‧‧‧光學元件
21A,21B‧‧‧光纖波導
22A,22B‧‧‧基板
23‧‧‧黏接劑
25‧‧‧邊界
28‧‧‧焊接點
圖1A及1B為本發明一項實施例之示意圖。
圖2A及2B為本發明一項實施例之透視圖。
圖3為本發明一項實施例之另一示意圖。
圖4A及4B為本發明另一項實施例之圖示。
圖5為曲線圖，其顯示出圖4A裝置之溫度變化及輸出功率變化為時間的函數。
圖6為曲線圖，其顯示出在超音波振盪過程中輸出功率變化為時間的函數。
圖7示意性地顯示出兩個組件被焊接在一起。
圖8顯示出圖7示意性所顯示軸對稱替代測試物體之量測機械位移。
10‧‧‧裝置
20‧‧‧組件
21A,21B‧‧‧光纖波導
22A,22B‧‧‧基板
23‧‧‧黏接劑
28‧‧‧焊接點

Claims (20)

  1. 一種組合光電及/或光子組件的方法，該方法包括下列步驟：(i)提供至少兩個光電及/或光子組件；(ii)將該等光電及/或光子組件相對於彼此對準且放置，並且彼此緊靠，以便：(a)在該等組件之間提供光學耦合；且(b)讓該等組件的相鄰零件之間保持距離d，其中0微米≦d≦100微米；(iii)利用黏接劑將該等組件彼此黏結，其藉由(a)將該黏接劑放置在該等組件之間的邊界之周圍處；及(b)在保持該等組件間之光學耦合的同時，固化或凝固該黏接劑；以及(iv)將該等組件雷射焊接在一起，同時在該等組件之間維持光學耦合。
  2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射焊接步驟在相鄰組件中之任何一個組件的位置產生小於1微米偏移，以及在雷射焊接過程中，至少部份經由該固化或凝固黏接劑之結構剛性，保持該光學耦合。
  3. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該黏接劑為環 氧樹脂，以及該黏結該等組件之步驟包含改變該環氧樹脂之剛性以在該等元件之間產生永久性黏結的步驟。
  4. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該黏接劑為紫外線可固化環氧樹脂，以及黏結該等組件之該步驟包含紫外線固化該黏接劑以在該等組件之間產生永久性黏結的步驟。
  5. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該黏接劑為沿著該等組件間的該邊界之外側周圍塗覆。
  6. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該黏接劑主要特徵為剛性模數為5GPa至100GPa，固化時間為1秒至90秒，以及在固化過程中收縮C為小於1微米。
  7. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該黏接劑由下列所組成之一群組選取出：紫外線固化環氧樹脂、熱固化環氧樹脂、熱塑性黏接劑、熱凝性黏接劑、氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)、聚胺基甲酸酯(polyurethane)、矽樹脂(silicone)或聚亞醯胺樹脂(polyimide)。
  8. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射焊接步驟產生至少一個直徑在50微米至1 mm的焊接點。
  9. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中更進一步包含下列步驟：(i)在使用該環氧樹脂將該等組件彼此接合之前，測量該等組件之間的光學輸出功率或光學耦合效率；以及(ii)在使用該環氧樹脂將該等組件彼此黏附的同時，測量該等組件之間的光學輸出功率或光學耦合效率。
  10. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中更進一步包含下列步驟：(i)在使用該環氧樹脂將該等組件彼此接合在一起之前，測量該等組件之間的光學輸出功率P1 或光學耦合效率E1 ；以及(ii)在將該等組件雷射焊接在一起時，(a)維持光學輸出功率使得焊接之後的光學輸出功率是P2 ≧0.9P1 ，或(b)維持該等組件間之光學耦合效率使得焊接後的光學耦合效率E2 為E2 ≧0.9E1 。
  11. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中更進一步包含下列步驟：(i)在使用該黏接劑將該等組件彼此接合之前，測量該等組件之間的光輸出功率P1 或光學耦合效率E1 ；(ii)在使用該黏接劑將該等組件彼此接合時，測量該等組件之間的光學輸出功率Pa或光學耦合效率Ea；(iii)在固化或凝固該黏接劑時，測量該等組件之間的光學輸出功率Pc或光學耦合效率Ec；(iv)在將該等組件雷射焊接在一起時，測量該等組件之間的光學輸出功率P2 或光耦合效率 E2 。
  12. 依據申請專利範圍第10項之方法，其中該焊接利用脈衝Nd：Yag雷射進行。
  13. 依據申請專利範圍第10項之方法，其中利用操作於0.5J至2.5J每焊接點之Nd：Yag雷射進行焊接，其使用雷射脈衝寬度為1至5毫秒而雷射點直徑為250微米至1 mm。
  14. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中利用操作於0.5J至2.5J每焊接點之Nd：Yag雷射進行焊接，其使用雷射脈衝寬度為1至5毫秒而雷射點直徑為250微米至1 mm。
  15. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中各焊接點直徑在200微米至600微米。
  16. 一種組合光電及/或光子組件的方法，該方法包括下列步驟：(i)提供至少兩個光電及/或光子組件；(ii)將該等光電及/或光子組件相對於彼此對準且放置，並且彼此緊靠，以便：(a)在該等組件之間提供光學耦合；且 (b)讓該等組件的相鄰零件之間保持距離d，其中d為0微米至1000微米；(iii)將黏接劑放置在該等組件之間的邊界之周圍處，利用該黏接劑將該等組件彼此黏結，同時保持該光學耦合；以及(iv)在該等組件間之該邊界處將該等組件雷射焊接在一起。
  17. 一種光電及/或光子裝置次組合，其包含：(i)至少兩個彼此靠近放置的組件，該兩個組件中的每一個都包含至少一個光學元件；(ii)該至少兩個組件中的至少一個組件的該至少一個光學元件光學耦合到該至少兩個組件中的另一個組件的至少一個光學元件；並且(iii)至少一個焊接點，以及至少一個黏結點位於該兩個組件之間所形成的邊界之周圍。
  18. 依據申請專利範圍第17項之光電及/或光子裝置次組合，其中該黏接劑為紫外線或熱固化黏接劑、熱塑性黏接劑、熱凝性黏接劑、氰基丙烯酸酯、聚胺基甲酸酯、矽樹脂或聚亞醯胺樹脂。
  19. 依據申請專利範圍第17項之光電及/或光子裝置次組合，其中該至少一個焊接點的斷面為250微米至1 mm。
  20. 依據申請專利範圍第17項之光電及/或光子裝置次組合，其中該至少兩個組件藉由多個黏接劑點彼此連接，以及該等黏接劑點位置為彼此對稱地。
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