专利名称：光电子器件上的微光学元件的利记博彩app
技术领域：
本发明属于光电器件领域。尤其涉及制造集成光电器件的方法、使用这种方法制造的光电器件、以及半成品，也即在晶片表面上装有光学元件的光电晶片。
背景技术：
将光学部件与主动光电器件(发光和光探测)结合成单片光电系统正变得日益重要。由于光电器件正越来越小型化，因此为了使这种光电系统小型化，光学组件和微系统需要经过同样的小型化。然而，根据本领域的现状，(被动)光学元件和系统是完全独立的部分，它们不能结合到光电器件的制造链中。
当将(被动)光学元件包括到光电制造链中时，一个重要的要求通常是该光学器件要与光学主动元件的制造过程兼容。这包括在高温、潮湿环境和温度骤变下的稳定性；自然，另外关于光学功能的要求必须由材料和工艺来保证在关注的波长范围内的限定良好的透明度，色散和偏振的精确控制，对准，由各段波长确定的表面形状、各层的光学质量小数量的划痕、小坑、夹杂物、气泡……最后必须满足机械要求，例如为了光学和光电元件以及外形稳定性的保护。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种新颖的、适于小型化的集成光电系统及其制造方法。该制造方法将带来降低的制造成本。
这个目的通过如权利要求中所限定的方法和器件来实现。
在本文档中，使用下列定义“主动光学器件”光传感器件或者发光器件；例如，探测器、图象传感器、LED、VCSEL、激光器、OLED……。“光学主动”指的是可操作地与电磁辐射相互作用或者发射电磁辐射。
“光”电磁辐射，特别是可见光、IR或者UV电磁辐射。
“光电晶片”包含具主动光学元件/区域的主动光学器件阵列的半导体晶片。
“被动光学元件”折射或者衍射光学元件；还包括光学系统(光学元件和机械部件例如孔径光阑、像平面、保持器的集合)。该术语不限于微光学元件，而且也可以用于“经典的”光学元件，例如透镜、棱镜和反射镜。
“光电系统”包括被动和有缘光学器件、元件、系统元件的系统，例如CMOS相机调制系统。
“复制”复制给定结构(或者它的负片)的任何技术，包括例如腐蚀、压印、模制等技术。大多数例子将参照UV复制，也即包括用UV辐射进行的固化步骤的复制来讨论。一种本领域熟知的用于(微)光学元件的复制。复制技术和制造复制工具的方法在此不作详细描述。然而复制技术在下面所描述的本发明的很多实施例中的光学器件的生产中很重要，例如晶片接合等可用来组成完整的系统的额外技术。
“微光学元件”与传统光学元件相比，微光学元件是以引起折射和/或衍射的微细结构为基础的，该结构典型地具有几个微米，例如0.1μm-200μm、0.2μm-200μm或者0.5μm-200μm，优选在0.2μm或者0.5μm和大约50μm之间、通常在0.5μm和大约30μm之间的特征深度/高度，另外宽度也往往如此。换句话说，折射微光学元件的特征轮廓深度和轮廓宽度处于几个波长到几十个波长的量级和衍射光学的大约一个波长到几个波长。通常，微光学元件具有这样的结构，即，使存在于该结构上不同的相邻位置处的发射的相位关系被明确限定。这与传统的、纯粹的折射光学元件(在该结构的不同元件处的发射的行为能够描述为几何光学图像)相反。因而，微光学元件与传统的光学元件(例如传统的透镜、反射镜元件等等)相反，能够将其视为具有这样的结构，即，必须要考虑光的波长属性，并且微光学元件中的构件正在辐射。微光学元件通常是经典光学的延伸。衍射光学元件(DOE)是微光学元件的例子；将主要具有衍射效应的微光学元件称为DOE，即使它们也具有一些折射效应。
“(微)光学晶片”含有(微)光学元件阵列的透明基板。
因而在本文档的上下文中的术语“晶片”是从传统的、教科书意义上用在光电元件中，也即，它是由具有明确限定的结晶结构以及集成电路结构的半导体材料形成的盘。术语“光学晶片”对比地用于描述其尺寸近似相应于半导体晶片尺寸的透明的盘状或者板状基板，该基板上提供了微光学元件。光学晶片往往在基板上包括含有光学(微)结构的聚合物材料的薄膜。
“晶片尺度”因而用于具有传统的半导体晶片或者光学晶片的尺度的工艺/产品。它也可以用于描述其它产品的尺度，其具有近似晶片尺寸以及具有多个单独的、一般是在其上分立的相同的元件，例如其上具有多个管芯(die)的“晶片尺度”插入元件或者互连。
本发明的第一原理是在晶片尺度上组合光学器件和光电器件。换句话说，为光电晶片配备光学(微)结构(或者说微光学元件)。将该光学结构分配到该主动光学元件，也即，设置它们，使之影响入射到主动光学元件的光和/或以所需的方式影响起始于它们的光。为此，要么将它们对准到光学元件，要么将其调整以满足这个目的。组合的主动光学元件/光学元件例如通过将具有光学元件的半导体晶片切割成包含至少一个主动光学元件和至少一个光学元件的部分而分开。
本发明的第二原理是提供含有与主动光学元件对准的(微)光学器件的晶片尺度的复制工艺，还提供明确限定的3D结构，其考虑到该光学元件相对于该主动光学元件限定的3D位置。
优选地，对这两个原理，该光学(传统的和/或微光学)元件是通过复制来制造的。复制技术包括压印、模制等。复制可以是元件对元件的复制，其中将分配到微光学元件的每个单独的结构单独制造。或者，多个结构的复制可以通过复制工具同步实现。最终，由晶片尺寸的复制工具获得平均晶片尺度的复制成为可能。
根据第一方法，光电元件和微光学元件在分离的晶片上制造。光电晶片和光学晶片在晶片表面上连接并对准。根据优选实施例，存在保证精确距离和准确对准的方法，例如在光学晶片上复制3D结构以精确控制距离。
根据第二方法，一层带有复制的(微)光学元件的复制材料(即其中可复制结构的材料)直接提供到光电晶片或光电晶片上的透明中间层上。这些光学元件可直接提供/复制到光电晶片上，即光电晶片作为复制的基板。这种方法产生了紧凑的光电系统。在光学元件的制造(例如复制工艺)中已经形成了对准，因此此后没有必要对准各个晶片。
根据优选实施例，上述第二方法结合了新技术和工艺从而为了之后的电接触保持光电晶片的一些自由区域，即复制的光学元件限定在光电晶片上的特定区域上。复制在光学主动区域的顶端/晶片的构件完成，但是绝对没有附加材料可占据在需要用于电接触的区域上。
在这些实施例中，复制材料层——即复制于其中的材料——以这样一种形成构成，即电接触区域完全处于电绝缘材料之外。这可以通过例如下面的方法和其组合来完成。
-光结构复制(微)光学元件复制在可固化的并在之后选择地固化的材料中，例如通过模板照射UV光或者在预定区域上由聚焦光或校准光照射……之后将未固化的材料移除，露出电接触区域。
-将固化材料放置在选择的点上，并防止其在复制工具上通过流动阻挡(flow-stop)结构的方式流到接触区域。
-第一复制(微)光学结构并将复制的部分粘结到光电晶片上。
-在光电晶片上提供保护层(牺牲层)，保护层包括位于(微)光学元件将放置的位置上的全部。
作为选择，复制材料仅在接触之后放置在光电晶片上。以这种方式，在透明复制材料中的电接触的封装进一步或作为选择具有作为保护其受到机械损耗光学作用。
根据进一步的优选实施例，第一和第二方式将都结合到为了得到可靠的厚度控制的技术中根据第一方式，光电构件/装置的光学表面的长度由基板厚度自身确定，并由晶片表面上的长度控制器优选复制。根据第二方式，从光学主动构件的光学元件的长度由复制层(多为中间层)的厚度决定。这种方式中(微)光学元件不仅在水平方向上调整并且在垂直方向上精确到例如1微米。在优选实施例的描述中，描述了达到这种精确度的新技术。
通过在晶片表面上将光学部分和光电装置结合在一起，可主要降低制造成本。然而，在下列为了在晶片表面上结合而提出的方法也可应用于独立构件。
本发明的第三原理提供了在插入器件(即管芯和连接基板/PCB之间的装置)或可能在连接基板上的直接在主动光学装置上的第一层透明材料，通过管芯连接的方式接触插入器件，优选具有高透光性和低弹性模式(例如低于10Mpa或低于1Mpa和10Mpa的平均值)的第一层，之后在第一层的顶端提供第二透明层，第二透明层例如比第一层更硬。
这种接触的主动光学构件的封装与先前的主动光学装置的封装相比具有很多优点。例如两层结构在考虑到以后的工艺步骤的情况下允许选择具有有益性能的材料。经常的，有必要为了以后的仪器制造工艺中的生产步骤而提供有效的抗热性，例如IR回流焊接/修整。另外，封装的表面必然足够坚硬而不容易刮划。结合了这些特性的材料经常在固化过程中以这种撕除接触连接的方式中具有强接触性。这种两层结构使得选择第一，对于第一层具有低收缩效应的相对柔软的材料，成为可能。第一层的材料的一个例子是浇铸的PDMS(聚二甲基硅氧烷)。第二层可由坚硬材料构成，具有几乎任意收缩特性的例如固化环氧材料。
根据优选实施例，机械或光学元件可在固化前复制到第二层中。机械结构在主动光学装置的位置上具有锯齿状，从而进一步防止刮划第二层的表面。
第一层可比第二层厚。第一层的厚度需要覆盖从插入器件的表面突出的全部结构，例如构件本省或连接器件。第一层(中间层)的另一目的是为了弥补基板和第二层(硬)之间热延展系数的不同。通过合适的材料选择，可消除在热固化步骤之后类似基板连接的效应。
根据本发明的第二原理完成的封装优选的在多构件的表面上形成，也就是，可提供包括多个连接的主动光学装置的插入器件基板的大面积。包括所有这些装置的连接基板可作为整体提供两透明层。之后连接基板可分割为产生隔离的独立封装。
本发明的第三原理可结合本发明的第二原理，且在可应用的时候与本发明的第一原理结合。
下面，本发明的实施例将参考示意性而非按比例的附图作出讨论。
附图如下所列图1在光电晶片上以晶片尺度结合光学元件的第一实施例；图2和3光电装置的视图；图4包括多个光电装置的晶片；图5光结构复制的方法；图6和7通过流动阻挡方式本地确定(或选择)复制的方法；
图8本地确定复制方法的变量；图9和10包括了保护层的使用的方法；图11-13图示了厚度控制；图14图示了桥状结构的制造；图15和16不包括任何光学结构的封装例子；图17将光学元件以晶片尺度结合到光电晶片上的另一实施例；图18和19结合了光学元件的晶片尺度封装的实施例；图20将光学元件结合到光电晶片上的另一实施例的晶片表面在图中，相应的元件由相同的附图标记表达。
具体实施例方式
图1中所示的实施例包括光电晶片1，具有多个光学主动构件2，例如激光器、光探测器、发光装置等。还包括具有复制结构的光学晶片11。复制结构包括光折射结构12和光衍射结构13，且可例如安装在两表面上，即光学晶片的两侧上。光学晶片可为其两侧上提供一层例如UV固化环氧类材料的压印材料的玻璃盘，在这种材料中复制结构。光学晶片以及例如(微)透镜、光折射元件或光栅的光学元件包括例如杆、柱、壁的距离保持器(distance holder)14。距离保持器是复制结构并通过复制工具复制到压印材料中，以同样的方式复制光学元件12。作为选择，距离保持器通过隔离复制或打印工艺实现复制。
生产所述装置的工艺如下所述a)提供包括微光学和微机械特征(具有多种方法生产这种复制工具；其中在欧洲专利申请03405888.3中描述的工艺，结合了所述阶梯状结构和微光学元件并在图2-6中所示的工艺作为参考在这里引入)的复制工具。以这种方式设计微机械结构，使得它们适配于光电晶片上的机械反结构中或所述晶片上的一些自由区域中。
b)由适合工艺复制结构，典型的为在光学晶片上的压印或模板工艺。然后，如果光学晶片的基板具有与光电晶片(基板经常选择为光电其具有的尺寸)不相同的尺寸，可使用一种切割步骤以生成具有光电晶片尺寸的晶片。
c)定位光学晶片并在光电晶片(例如在模板对准器上)上对准。
d)晶片相互结合。优选的方法是粘结光学(透明)粘结剂设置在光电晶片上且使得光学晶片在柱/距离保持器上接触并通过UV光或高温固化。
图20图示了用于将光电晶片和光学晶片连接的几种方法。首先，在光学晶片11上复制光学结构(在图20中未示出)。之后，在光学晶片或者光电晶片上增加隔离元件151，如图中的上面所示。在图中，在光学晶片上增加隔离元件151。这将在印刷工艺(以对准方式)或使用隔离元件复制工具的工艺中完成。隔离元件例如以这种方式排列，即它们邻近制造的装置的边缘；它们甚至可以包围所述装置的边缘。在印刷或类似工艺后，隔离元件仍然是软的，如在图20中的剖视图中所示。作为下一个步骤，以对准的方式增加另一晶片(如所示的实施例中的光电晶片1)。在固化工艺中，隔离元件之间的距离由有效的隔离控制措施例如在晶片边缘排列来控制。之后，隔离元件被固化。最后，分割制成的装置，例如沿着分割线152分割。完成的装置如图20的最下面所示。
这里描述的在这个或其他实施例中的分割工艺，可为常规的单切(one-cut)分割工艺。作为选择，可为包括第一步(预分割步骤)的两步工序，在第一步中采用宽锯条预切割晶片组件。在第一步中，只移除复制材料，同时只是锯入基板。在第二步中，完全锯过基板。这种两步工序在完成产品的边缘上留下额外台阶。
隔离元件可由任何可固化或者硬化的材料制成，例如UV固化环氧材料。它们需要是透明的，因此隔离元件材料可从大量材料中选择。
可提供一种可选择的用于在光电晶片上或者光电晶片上的透明中间层上直接形成具有压印的(微)光学结构的一层压印材料的方式。之后，非导电材料的接触区域的自由保持必然要仔细考虑。
图2和3图示了包括多个光学主动区域2以及与光学主动区域隔离的连接焊盘23的光电装置21(这里为传感管芯，即没有壳体的半导体装置)。在这个例子中显示了具有主动区域阵列的光学传感器，但是还包括任何中具有至少一个光学主动区域(构件)的装置。这些用于电接触的区域在这个情形中位于光学主动区域的阵列的一侧上；依靠装置的布局它们可以任意的方式排列，例如靠近每个光电构件的连接区域。作为被动光学构件的例子的微透镜24通过直接放置在它们顶端的方式安装在光学主动区域上。在所示的例子中，为每个光学主动区域分别提供微光学结构，然而，也可能是一种结构收集多个主动区域的光。进一步的，在所示的例子中，压印材料层与整个装置邻接。然而，原则上其也可插入到微光学结构之间。
光电装置21由包括多个光电装置的晶片1生产，如图4所示。
从图2-4中可清楚看到以其局部良好限定的且尤其是不防碍与装置电接触(例如连接)的方式提供(被动)光学构件或系统是必须的。优选的，这种局部限定可到达晶片表面上。
图5说明了用于确定被动光学构件的工序的第一示例。电接触区域由“光学结构”复制工艺与复制材料隔离。根据这个工艺，可变形材料31(其可由辐射固化，例如UV辐射)提供在光电晶片1上。之后，在材料中复制理想结构32，例如通过压印。当被动光学构件的光学结构设计为与光学主动区域隔离时，使用的复制工具33从而必须与光电晶片对准。在复制工具33(对于固化辐射透明)或者光路的任意位置中提供模板34以仅仅照亮将要被光学元件覆盖的区域。在固化工序后清洗并显影掉未固化材料。
在图6和7中图示了另一方式。通过复制到腔状结构中得到复制的局部限定。在光学主动区域上放置可变形、固化的复制材料31。光学微结构被压印到微液体材料中。复制工具33包括槽状特征，其中对准(微光学)结构。从而其以一种在复制步骤中形成腔41并封锁光电晶片中需要由腔壁结构42保持清洁的区域的方式形成。位于腔内的复制材料被固化。形成腔41可包括特殊的容量以放置气泡的形成和其他可在大量分配的液体并不完全满足光学元件需要的容量的时候出现的其他影响。这些额外的容量(容积)可在晶片平面上或在垂直方向上从晶片平面上隔开。容量可位于或者连接于管道43，在类似工艺步骤的注塑法中管道43还可用于输送未固化材料到腔内，如图7所示。
图8图示了另一种可能性(微)光学元件通过在复制工具42的腔43内分配复制材料并在之后固化制造。固化元件通过对准连接工艺例如对准粘接工艺连接到光电晶片上。这种可能性可与如图8所示的实施例相结合。根据一种可选择的工艺，光电晶片和复制工具可首先对准。之后，复制材料分配到复制工具的孔状结构中。之后，仍然对准的复制工具与光电晶片相接触。最后固化复制材料。
图9和10图示了本地限定复制的另一种不同原理。在第一步中，需要清除各种非导电性材料的区域由保护层51覆盖。保护层保护不存在非导电性材料的全部区域，例如由于它们必然电接触。形成包括主动光学构件的槽52阵列可具有阶梯状结构。作为选择，保护层可包括多个覆盖要保护的区域的脱节部分或其他任何确定保护接触区域的形状。但是这并不必然表示保护层覆盖了不存在非导电材料的全部区域。举例来说，如果其具有阶梯形状形成包括主动光学构件的槽，其并不必须覆盖接触区域。这就是复制材料在单个槽中分配的情况。
在后来的复制步骤中，保护层作为一种模板使用。保护层可以例如是某些以本领域所知的方式构成的抗蚀结构。
如果保护层形成槽52的阵列例如在提到的欧洲专利申请03405888中所显示的微光学元件复制到槽中。复制材料之后优选的但并不必须本地分配到槽中。理想的结构是通过复制工具33的方式压印到液体或塑性变形复制材料中；例如同时针对很多阵列元件。为此，复制工具和之下的光电构件一般需要对准。之后，进行固化步骤。这可能针对一个腔/槽或者同时针对少量腔/槽。之后，举例来说，复制针对每个槽或者少量槽自我完成，且复制步骤直接在固化步骤之后。例如采用相同的复制工具，这个过程重复以针对更多的腔/槽。经常优选的，作为选择，复制和固化一次针对整个晶片或者腔/槽的大部分进行。
固化后，位于电接触区域上的保护层51一般被清洗掉如果其由抗蚀材料构成通过融解的方法。图9的下图所示复制材料如何(即使自我分配到腔/槽中)从牺牲层的边缘溢出。这将影响光学主动区域/构件(图3中cf)上的微光学元件的厚度h的精确度。在一定环境下，融解牺牲层限定将导致问题和微光学元件形状的不清楚。这能够通过固化之后且如图10所示的融解步骤之前的分割工序避免。图10的上图显示了在压印工序中复制材料56从牺牲层51的边缘溢出的情形。在图10的下图，形象的显示了分割工具61。实际上切割可通过机械工具例如晶片锯、穿孔切割机等，或者激光切割机等完成。牺牲层可满足的额外功能是在分割/切割工艺中保护底面的晶片。
对于光学功能，在很多实施例中准确的3D对准很重要。既然在复制工序中由对准保证平面的精确性(即在x和y方向上的精确性)，则有其他方式保证z位置的精确性位于光学主动区域上的光学元件的高度h的精确控制需要如图11、12和13所示的特殊注意。图11图示了没有对厚度进行特殊注意的实例。如果厚度h很重要，则需要对牺牲层厚度精确控制。当对于一些申请有效精度为10-20微米时，要求高的申请则需要2微米甚至1微米。常规高度h为5微米到100微米，但是甚至可能要求几毫米的精度。依赖h的精确数值和采用的材料，根据图11的方式很难实现要求的精度。寻找合适的工艺和参数或者可选择的材料将非常困难。并且，在复制工具和牺牲层之间的复制材料的溢出将导致额外的不确定性(如图9的下图所示)。
这些问题可通过如图12和13所示的方法或者描述的原理的任意组合来克服。作为第一步，牺牲层由产生精确并可复制的厚度的工艺制造。由光学系统设计需要的容量的任何分支可由在复制工具33上形成凹陷71或腔补偿。在这里上下文的“凹陷”是在复制工具上的一个区域，其中复制的结构根据复制工具33的表面73以确定的距离补偿。以这种方式，相对于牺牲层的厚度增加的高度h可由包括如图13所示的邻接凸起72的牺牲层51完成。这些连接凸起，若放置在槽周围，也避免了如上所述的“溢出”的影响。在制造工具中的技术类似于微加工和高精度机械，即可保证凹陷高度的良好控制。由于这只需要在加工中操作，可采用更昂贵的技术以实现高精度。这形成了一个一般原理，根据在复制侧面上采用产生高精度的标准工序，反之在加工侧面上可采用达到需要的“独特”数值的昂贵且非常精确的工艺。
采用牺牲层的主要优点实际上是它们可用于产生更复杂的形状和形式的复制微光学元件。一种倾向是在主动区域也设置薄的牺牲层部分。通过显影工艺固化和移除之后，可形成桥状结构。图14显示了一个实例。在主动构件2的顶端设置牺牲层部分81，这里例如是激光结构(也就是例如一个VCSEL)。移除这一牺牲层部分后，包括气隙的桥状结构形成。特定的主动光学装置需要这种气隙。
上述例子包括在晶片或者在晶片上的选择点上分配的可固化复制材料。这种可固化复制材料例如是UV可固化环氧类材料或由热处理固化的聚合物。然而，这种方法存在其他选择。第一种选择是在热塑材料中的热压印，即在升高的温度下塑性变形的材料。第二种选择是直接位于晶片的顶端的塑性变形层的迭片结构。这种结构可直接在晶片上迭置。在随后的固化或冷却步骤中，可硬化改层。代替迭片结构，塑性变形层可粘结到晶片上。
本发明的进一步原理参照图15描述。根据本领域现状，封装到连接到插入层的主动光学管芯的透明材料并不可行，特别是包括随后的加热步骤的应用，例如IR回流步骤。一个原因是没有一种所知的透明材料可用来浇铸在连接的管芯上并在不破坏连接的基础上硬化。
本发明参考图15描述的方面是基于一种半导体构件/装置可由两层系统封装的理论上。在最外面的保护层下面的容量内的材料需要具有一些要求的特性，例如与环境测试、光电制造工艺(例如IR回流)和光学透明性和质量的可融性。一个基本的原理是第一层具有产生特定距离(例如覆盖并保护连接线或在正确的z位置的位置光学元件)并保证机械参数(以这种方式具有低E模式以降低机械张力)的功能。已经证明适于在“容量”层的一种材料组合是具有低弹性模式和高光学透明性的材料。这就是由于这种材料的高容量针对于引入高和快的温度变化的环境条件。为了避免在薄或柔性基板的顶端上的厚层的连接，有两种选择(1)采用与基板和最外部保护层具有相同的热膨胀系数(CTE)的材料。这一般不可能微塑料(顶端)和半导体(底部)。
(2)采用具有非常低E模式(例如低膨胀)的材料PDMS是这样一种材料的例子。PDMX也可满足(几乎为低E模式)例如高光学透明性、针对环境测试情况的高抗蚀性的进一步要求。
然而如果只有最外层具有进一步的物理特性，例如硬度或者刮划抵抗性是有效的。最上层，几乎透明并与例如IR回流的工序相容，也需要与例如复制的微结构技术相容，并必须提供保护(在高湿度、高温度中强硬的“遮蔽”)。
图15图示了在芯片101中由连接件103接触的管芯102的封装。管芯102设置在包括设置在其背面的焊接块108阵列以接触连接基板或者印刷电路板(未示出)的插入层104上。透明材料直接放置在主动光学透明保护材料上并包括两层，PDMS层109和位于PDMS层上的薄的最外层110。
图16显示了光电芯片的制造中的半成品的例子。半成品包括具有多个管芯102的大区域(晶片大小)插入层104，通过连接接触并由第一层透明材料封装为一个整体，例如PDMS。第一层透明材料被第二层透明材料110覆盖，例如可固化环氧材料。第二层透明材料包括复制机械结构，也就是在光电管芯位置上的压痕112。压痕在提供以从刮划的入射或者出射光的位置保护芯片表面。
为了制造最后的芯片，半成品与管芯脱节，独立的管芯在图中由短线表示产生了分离的密封芯片。
本发明的这一原理也可用于本领域进一步的结构中，包括封装光电管芯，甚至不具有任何光电功能的管芯，包括接触管芯的倒装芯片。
利用主动光学构件和被动光学构件的直接结合的原理，将主动装置封装为透明的两层系统的原理可结合，优选的在晶片表面上，或者在包括多个管芯的大面积插入元件上。
特别的，参考图2-14描述的方法当光电晶片或构件和透镜的距离功能进入超过50-100微米的范围时，可到达其极限。上述工序在仍然可行的原理内，但是复制材料的非常厚的层将消耗长时间才能硬化(例如通过UV固化)。硬化过程中的皱缩效应可导致在垂直方向上的透镜的不精确定位。在晶片表面上，这些效应甚至可导致弯曲或者光电晶片的破坏。这种可能性的问题可通过以下事实克服并非所有光电晶片和光学表面之间的材料需要为复制材料。事实上，只有两层系统的最上层必须具有适于复制工艺的特性。
图17所示的是本发明的实施例。包括多个主动光学构件2的光电晶片1配备由PDMS层121以封装主动光学构件。在PDMS层121的顶端，设置复制材料层122，例如UV可固化环氧材料。复制层包括引入(被动)光学功能的复制结构123。这些结构分配为光学主动构件和例如对准他们。
在“低E模式材料”的顶端还可具有安装于顶端的复制层的另一光学晶片，例如玻璃，对于PDMS具有优良的粘接性。更一般的，复制并不局限于施加到PDMS层上的层中，也可以在增加包括复制结构的第二层之前完成。
作为另一选择，也可构成PDMS层。例如，在复制本地限定的位置可形成腔。这一原理显示于图18中。腔131提供在PDMS层109中薄最外层110的提供微光学结构的位置。最外层以某种方式提供，即腔被填满且例如提供了一个平整的表面。这使得除了腔的位置以外，事实上最外层很平整成为可能。以这种方式，随后实施通过分离分割各个装置的步骤，由于最外层的材料优选的为非常坚硬的材料，其不容易分离。
封装“晶片表面”和将光学功能结合到光电元件上的另一中可选择方式显示于图19。在这个实施例中，薄最外层在晶片表面上并不完全覆盖PDMS层109，但限定到相对于理想的光学功能和保护的位置的点上，在沿着分离线的位置产品不受最外层材料的限制。上述点141例如UV可固化环氧材料例如可沿着它们的边缘提供分隔元件部分142以对微光学结构进行机械保护。将层限定到点141和分隔元件部分上可在通过根据提供在复制工具中的特征复制微光学结构的步骤中提供。
当在图18和19中分别作为“晶片表面”插入元件描述第一和第二层的特定结构特点时，其也可在根据图17描述的本发明的实施例中存在，即与光电晶片相关联。
制造包括至少一种光电装置的组件的方法可包括浇注一层第一透明材料，固化，用不同或者相同的材料潜在的重复进行浇注和固化步骤以形成多个层。在第一透明材料层中的潜在腔可通过在固化过程中施加根据的结构的工具提供。之后提供最外层材料层，且潜在光学结构复制到最外层中。在这个复制步骤中，还可完成最外层的额外结构，例如确定最外层以离散点和/或隔离元件部分的提供。之后，在移除复制工具之前固化/硬化最外层。最后，在“晶片表面”工艺的情形中，组件可分割微独立的光电装置。
这种浇注方法具有机械传感连接线不被破坏的优点。作为选择，一个或多个层可通过粘接或叠置安装。
除了上述本发明的实施例，还存在其他的实施例。例如参考图15-19描述的原理也可应用在只包括被动光学元件的光学系统的实施例中。
权利要求
1.一种制造集成光学系统的方法，包括在晶片(1)上提供主动光学构件(2)的步骤，每个主动光学构件具有光学主动表面，提供配置在主动光学构件上的光学结构(12、13、123)用于影响从光学主动表面发射的电磁辐射和/或入射到所述光学主动表面上的电磁辐射，并将具有光学结构的半导体晶片分成为包括至少一个主动光学构件和至少一个光学结构的部分。
2.权利要求1所述的方法，其中透明材料施加到至少一些主动光学构件上，且其中的结构以对准的方式被复制在所述透明材料的表面。
3.权利要求2所述的方法，其中在应用透明材料到所述主动光学构件之后复制所述结构。
4.权利要求2或3所述的方法，其中透明材料包括至少两层透明材料，其中所述覆盖所述主动光学构件的两层的第一层(109)比所述至少两层的最外层(110)厚。
5.权利要求4所述的方法，其中所述第一层浇注到所述主动光学构件上，其中所述最外层设置在第一层上或潜在中间层上，且其中光学结构压印到最外层上。
6.权利要求5所述的方法，其中所述第二层(110)包括多个离散点，且所述分割晶片所沿着的线在第二层的材料之外。
7.权利要求5所述的方法，其中位于浇注的最外层上的第一层或者潜在中间层在最外层提供压印光学结构的位置设有腔。
8.权利要求2-7中任意一个所述的方法，其中透明材料的至少一部分通过施加辐射固化，且其中在施加到主动光学构件之后由选择的照射位置选择固化位置，例如，通过穿过模板照射。
9.权利要求2-7中任意一个所述的方法，其中结构(32)通过复制工具(33)由对准复制施加，其中当复制工具放置在平整表面上时，所述复制工具包括形成腔(41)的槽状特征，在复制工具中的结构为槽状特征。
10.权利要求9所述的方法，其中以液体或塑性变形状态设置透明材料，设置在光学结构的位置，且所述槽状特征防止透明材料在复制工艺中流到限定区域外。
11.权利要求10所述的方法，其中复制工具还包括连接到腔(41)的沟道(43)。
12.权利要求9所述的方法，其中以液体或塑性变形状态设置透明材料，在复制工具上设置为槽状特征，且其在固化前后连接在晶片上。
13.权利要求2-12中任意一个所述的方法，其中晶片上提供了部分覆盖其表面的保护层(51)，覆盖的部分表面包括接触区域，以液体或塑性变形状态将透明材料设于由保护层的凹陷形成的槽中，或者设置在包括保护层的晶片的外部，其中随后光学结构复制在透明材料中，并固化透明材料，且在之后移除保护层(51)。
14.权利要求13所述的方法，其中在固化步骤之后和移除保护层之前实施分割步骤，分割步骤包括在保护层的边界位置上完全切割透明材料。
15.权利要求13或14所述的方法，其中复制工具(33)包括其中复制的结构与复制工具的最外层表面(73)错开的凹陷(71)。
16.权利要求13-15中任意一个所述的方法，其中保护层(51)包括从其至少一部分边缘凸起的邻接凸起(72)。
17.权利要求1所述的方法，其中光学结构复制在分离的光学晶片(11)上，晶片还包括从其表面以预定距离凸起的复制距离保持元件(14)。
18.权利要求17所述的方法，其中光学晶片包括在其两侧的光学结构。
19.权利要求1所述的方法，其中光学结构在分离的光学晶片(11)中复制，其中提供了由可固化材料形成的分隔元件(151)，例如通过印刷形成在半导体晶片(1)或光学晶片上，其中半导体晶片和光学晶片以对准的方式设置位置，这样分隔元件位于半导体晶片和光学晶片之间并与两晶片邻接，且之后固化分隔元件。
20.一种集成光电装置包括光电构件和位于其上的被动光学构件，该装置由根据权利要求1-19任意一个中所述的方法制造。
21.一种用于进一步加工成多个光电装置的工艺的半成品，该半成品包括具有多个包括光学主动表面的相同主动光学构件的半导体晶片，还包括提供在安装在主动光学构件上的透明材料中的光学结构，并用于影响由光学主动表面发射的电磁辐射和/或入射到光学主动表面的电磁辐射。
22.一种制造集成光学装置的方法包括在插入元件上提供主动光学构件的步骤，主动光学构件通过连接与插入元件接触，在表面上浇注透明材料的第一层，透明材料的第一层封装主动光学构件和连接元件，并在第一层上提供透明材料的第二层，第二层的材料与第一层的材料不相同。
23.权利要求22所述的方法，其中第二层比第一层厚，且/或者在最后的硬化的状态中的所述第一层比第一层坚硬。
24.权利要求22或23所述的方法，其中第一层具有小于10Mpa的弹性系数。
25.权利要求24所述的方法，其中第一层为PDMS层且第二层为可固化树脂层。
26.一种集成光学装置，包括在插入元件上的主动光学构件，主动光学构件通过连接与插入元件接触，透明材料的第一层封装主动光学构件和连接，并在第一层上提供与第一层的材料不相同的透明材料的第二层。
27.一种制造集成光学系统的方法，包括在基板上提供光学主动构件的步骤，在基板上施加透明材料，透明材料至少部分覆盖光学主动构件，且由透明材料将基板晶片分割为包括由所述透明材料封装的光学主动构件的部分。
28.权利要求27所述的方法，其中透明材料设有微光学结构的位置或者透明材料设有不同透明材料或这多种不同透明材料构成的层的系统的位置，所述系统的最外层设有光学结构。
全文摘要
本发明涉及将光学元件与主动光电元件结合成单片集成光电系统。光电晶片(1)包括提供(微)光学结构的主动光学构件(2)。光学结构(12、13)安装在主动光学构件(2)上，即它们相互结合以影响入射在主动光学构件(2)上的光和/或以预定方式来自它们的原始光。为此它们对准光学构件或者调整为这个目的服务。结合的主动光学构件/光学结构通过例如将具有光学结构的半导体晶片分离成包括至少一种主动光学构件(2)和至少一种光学构件(12、13)的部分被分割。
文档编号H01L27/146GK1947254SQ200580013374
公开日2007年4月11日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年2月27日
发明者H·鲁德曼, M·罗西 申请人:赫普塔冈有限公司