微机械光学构件和制造方法技术

本发明专利技术基于一种微机械光学构件，其包括：衬底(10)、间隔保持器(20)和盖件(30)，它们彼此相叠地布置且限界严密密封的腔(40)，其中，半导体激光器(50)在该腔中布置在衬底上。本发明专利技术的核心在于，在半导体激光器的光束路径(51)中布置有光学元件(100)，该光学元件固定在间隔保持器上。本发明专利技术也涉及一种用于制造微机械光学构件的方法。光学构件的方法。光学构件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微机械光学构件和制造方法


[0001]本专利技术基于一种微机械光学构件，其包括：衬底、间隔保持器和盖件，它们彼此相叠地布置并且限界严密密封的腔，其中，半导体激光器在该腔中布置在衬底上。

技术介绍

[0002]激光二极管为了相对于外部影响密封、为了进一步处理、为了电连接和为了导热需要严密密封的壳体。封装件也必须具有用于激光束的光学出口窗，该光学出口窗也是严密密封的。目前将激光二极管例如引入到金属壳体(晶体管外形“金属罐”；TO＝Transistor Outline)中。电接触电极和用于光束射出的光学窗被严密地装配到壳体中。激光二极管例如被钎焊到具有良好导热的电绝缘陶瓷上。在陶瓷上施加电印制导线以及电内层连接(Durchkontaktierung)。激光二极管与印制导线或者通过钎焊或者通过引线连接(Drahtbonds)而电连接。然后将陶瓷钎焊到金属壳体中。在此产生到壳体的导热以及到接触电极的电接触。
[0003]尽管激光二极管构件自身在其设计尺寸中明显小于1mm，但壳体(例如具有激光二极管的TO38壳体)具有超过30mm3的结构体积。对于可佩戴的设备如例如AR(增强现实)或VR(虚拟现实)眼镜需要三个激光二极管作为用于颜色红色、绿色和蓝色的光源。
[0004]除激光二极管外还需要用于光束成形的另外的光学元件。封装的激光二极管的小型化对于可佩戴的设备是极大的优点。
[0005]在美国专利US 9,008,139 B2、DE 10 2015 108 117 A1、DE 10 2015 208 704 A1、DE 10 2016 213 902 A1以及DE 10 2017 104 108 A1中描述了用于边缘发射极激光二极管的晶片层级封装的方案，由此能够实现小的构件壳体体积。

技术实现思路

[0006]本专利技术基于一种微机械光学构件，其具有：衬底、间隔保持器和盖件，它们彼此相叠地布置且限界严密密封的腔，其中，半导体激光器在该腔中布置在衬底上。本专利技术的核心在于，在半导体激光器的光束路径中布置有自身的光学元件，该光学元件固定在间隔保持器上。这能够实现具有可选的光束出口方向、可集成的光电二极管和光学光束成形元件的激光二极管的严密封装。光学元件可以在安装位置和安装角度上在宽的范围内自由定位，而不同于在现有技术中。在现有技术中，通过间隔保持器自身的加工和涂覆实现镜。此外，本专利技术能够实现应用如下光学元件：该光学元件在其材料、表面品质、表面涂层和形状方面是可自由选择的。
[0007]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，该光学元件固定在间隔保持器的内侧上或外侧上。有利地可以如此实现用于半导体激光器的合适的光束几何形状。
[0008]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，衬底是单层或多层的陶瓷衬底。有利地，如此确定半导体激光器的合适的安装高度，能够实现用于半导体激光器的电接触和合适的导热。
[0009]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，间隔保持器在内侧上对于来自半导体激光器的光具有呈微机械结构、尤其是缝隙沟槽形式的光束捕获器。有利地如此抑制在腔内部中的散射光，该散射光尤其可以反射回到激光器中并且因此可能干扰激光器。
[0010]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，间隔保持器在外侧上具有用于冷却的微机械结构、尤其是缝隙沟槽。有利地，如此能够实现用于半导体激光器的合适的导热。
[0011]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，间隔保持器由硅、尤其是单晶硅构成。有利地可以适合地由具有合适晶体取向的硅晶片制造间隔保持器。
[0012]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，光学元件是用于反射来自半导体激光器的光的镜。有利地可以通过该镜将半导体激光器的光束路径垂直于衬底的主平面或盖件引导。
[0013]在此特别有利地，盖件由对于来自半导体激光器的光透明的材料、尤其由玻璃构成。有利地可以由此通过盖件发出激光。
[0014]特别有利地在此附加地，盖件在内侧和/或在外侧上具有防反射涂层。有利地由此避免激光的反向反射。
[0015]也特别有利地，盖件在外侧上局部地具有光束吸收涂层。有利地可以由此吸收散射光。
[0016]根据本专利技术的微机械光学构件的一个有利构型设置，光学元件是用于传输来自半导体激光器的光的光学窗。有利地可以通过该窗将半导体激光器的光束路径平行于衬底的主平面或盖件引导。
[0017]在此特别有利地，光学窗在内侧上或在外侧上具有防反射涂层。有利地由此避免激光的反向反射。
[0018]在此也特别有利地，盖件在内侧上对于来自半导体激光器的光具有呈微机械结构、尤其是缝隙沟槽形式的光束捕获器。有利地如此抑制在腔内部中的散射光。
[0019]本专利技术也涉及一种用于制造微机械光学构件的方法，其包括如下步骤：
[0020]A
‑
提供硅晶片作为间隔晶片；
[0021]B
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将用于KOH刻蚀的掩膜施加和构造到间隔晶片上；
[0022]C
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在间隔晶片中从晶片的后侧出发通过KOH刻蚀制造腔；
[0023]D
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在腔的第一侧面中实现通向间隔晶片前侧的通孔；
[0024]E
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在第一侧面上借助玻璃焊料固定光学元件，其中，覆盖并严密地封闭通孔；
[0025]F
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将盖晶片施加和固定到间隔晶片后侧上；
[0026]G
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在间隔晶片前侧上制造通向腔的入口；
[0027]H
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将衬底连同布置在其上的半导体激光器固定在间隔晶片前侧上，其中，将半导体激光器导入到腔中，并且入口被衬底覆盖并严密地封闭。
[0028]有利地，通过该方法可以以晶片层级的方式制造微机械光学构件。有利地可以通过用于半导体激光器自身的衬底和自身的光学元件实现和调整期望的光束路径。
[0029]所述方法的一个有利构型设置，在步骤D中通过间隔晶片的各向异性的刻蚀实现通孔；以及在步骤E中从间隔晶片后侧供应光学元件并且将该光学元件在第一侧面上固定
在腔内侧上。有利地在此通过KOH刻蚀的刻蚀前峰形成第一侧面。有利地将光学元件引入到腔中并且固定在腔内部中，由此可以实现一种特别紧凑和鲁棒的微机械光学构件。
[0030]所述方法的一个有利构型设置，在步骤D中通过在其前侧上锯或磨削间隔晶片实现第一侧面和通孔；以及在步骤E中从间隔晶片前侧供应光学元件并且将该光学元件在第一侧面上固定在腔外侧上。
[0031]也有利的是，在步骤H之后在步骤I中通过穿过间隔晶片和盖晶片的锯或磨削或沟槽刻蚀分隔微机械光学构件。有利地可以如此以晶片层级的方式实现制造工艺的最大部分，由此简化微机械光学构件的调整、测试和处理。
[0032]根据本专利技术的微机械光学构件的特点在于非常小的体积。原则上多个激光二极管(例如用于颜色红色、绿色、蓝色和红外)也可以封本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微机械光学构件，其具有衬底(10)、间隔保持器(20)和盖件(30)，该衬底、间隔保持器和盖件彼此相叠地布置并且限界严密密封的腔(40)，其中，半导体激光器(50)在所述腔中布置在所述衬底上，其特征在于，在所述半导体激光器的光束路径(51)中布置有光学元件(100)，该光学元件固定在所述间隔保持器上。2.根据权利要求1所述的微机械光学构件，其特征在于，所述光学元件固定在所述间隔保持器的内侧(25)上或外侧(26)上。3.根据权利要求1或2所述的微机械光学构件，其特征在于，所述衬底是单层或多层的陶瓷衬底。4.根据前述权利要求中任一项所述的微机械光学构件，其特征在于，所述间隔保持器在内侧(25)上对于来自所述半导体激光器的光具有呈微机械结构、尤其是缝隙沟槽形式的光束捕获器(300)。5.根据前述权利要求中任一项所述的微机械光学构件，其特征在于，所述间隔保持器在外侧(26)上具有用于冷却的微机械结构(400)、尤其是缝隙沟槽。6.根据前述权利要求中任一项所述的微机械光学构件，其特征在于，所述间隔保持器由硅、尤其是单晶硅构成。7.根据权利要求1至6中任一项所述的微机械光学构件，其特征在于，所述光学元件是用于反射来自所述半导体激光器的光的镜。8.根据权利要求7所述的微机械光学构件，其特征在于，所述盖件由对于来自所述半导体激光器的光透明的材料、尤其是由玻璃构成。9.根据权利要求8所述的微机械光学构件，其特征在于，所述盖件在内侧(31)和/或在外侧(32)上具有防反射涂层(200)。10.根据权利要求8所述的微机械光学构件，其特征在于，所述盖件在外侧(32)上局部地具有光束吸收涂层(250)。11.根据权利要求1至6中任一项所述的微机械光学构件，其特征在于，所述光学元件(100)是用于传输来自所述半导体激光器的光的光学窗(120)。12.根据权利要求11所述的微机械光学构件，其特征在于，所述光学窗(120)在内侧上和/或在外侧上具有防反射涂层(200)。13.根据权利要求11或12所述的微机械光学构件，其特征在于，所述盖件在内侧(31)上对于来自所述半导体激光器的光具有呈微机械结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：