专利名称：矩形红外滤光片切割成型的加工方法
技术领域：
本发明涉及光学元件加工工艺技术，具体指一种矩形红外滤光片切割成型的加工
方法。
背景技术：
高性能多波段红外探测器是航天、航空遥感仪器的关键部件，借助于它可以获得 丰富的地表和大气信息，进行资源勘探、天气预报、农作物估产、环境监测等。为了实现多波 段探测，提高探测器动态范围和探测灵敏度，抑制红外背景辐射，在多波段红外探测器内， 探测光敏元件前都会安装多个特定波段范围的红外滤光片组。随着多波段红外探测器的集 成化、小型化发展发展，其需要的红外滤光片尺寸越来越小，对滤光片间的拼缝要求也越来 越高。如某工程项目要求红外滤光片尺寸为长3. 5mmX宽1. 5mmX厚度0. 2mm，红外滤光 片在长和宽两个方向有效透光范围离母体边缘的尺寸要求小于0. 02mm。而红外滤光片是 在对滤光片母体进行一定的掩膜工艺，通过真空镀制一定结构多层膜系后得到的。掩膜工 艺和真空镀膜工艺中的装架会导致红外滤光片有效透光范围离基体边缘的尺寸至少大于 0. 5mm，显然这种红外滤光片是无法直接用作对有效透光范围离基体边缘的尺寸要求严格 的多波段红外探测器的小尺寸红外滤光片。 对红外滤光片母材切割加工的传统方法主要有线轮拉丝切割和机械轮式切割两 种方法。线轮拉丝切割是由多组线轮两两相对排列，再有一根切割丝穿绕在线轮上，通过 控制线轮间的间距就可以加工得到不同尺寸的红外滤光片。其优点在于能同时切割得到 多片滤光片以及对滤光片的伤害较小，但随着滤光片的尺寸小型化需求日益提高，传统的 加工方法的局限性也日益明显(l)由于受线轮拉丝结构的先天性制约，其加工滤光片的 尺寸不可能小于线轮的直径尺寸，所以这种加工方法已经不能实现小片滤光片更小尺寸的 成型要求。(2)线轮拉丝切割机应用范围小，结构复杂，操作繁琐，设备造价高，这些都制约 了此种切割方式的发展。传统加工方法还有一种是利用机械轮式切割机加工滤光片，用刀 片直接在滤光片母材上切割得到滤光片，此种滤光片成型方法虽然可以实现滤光片的小片 成型，但其也存在如下的问题(l)高速旋转的刀片轮机械性地切割滤光片，会对滤光片表 面的多层膜系介质造成很大的伤害；(2)切割过程需要用到水来冷却刀片，而水会污染滤 光片膜系。综上所述现有的滤光片加工方法都无法很好地达到红外滤光片的小尺寸成型要 求。
发明内容
本发明的目的是提供一种矩形红外滤光片切割成型的加工方法，克服和解决了现 有红外滤光片制备中的一些问题与难题，满足了多波段红外探测器对小尺寸且有效透光范 围离基体边缘的尺寸要求严格的红外滤光片的需求。 本发明是一种矩形红外滤光片切割成型的加工方法1)将红外滤光片如附图1按 一定的工艺步骤安装形成贴装件，它主要包括辅助成型硅片1、白蜡2、红外滤光片母材3、光刻胶4、对位刻线5。辅助成型硅片1为红外滤光片母材3提供一个安装载体，同时也是 对位刻线5的载体。白蜡2是红外滤光片母材3和辅助成型硅片1安装固定的媒介。光刻 胶4起到对红外滤光片母材3上膜系的保护作用，以免红外滤光片的机械损伤和加工过程 中水对膜系的污染；2)使用单丝拉丝切割机按要求切割加工；3)按一定工艺步骤处理切割 后的贴装件，从而得到所需要的微型矩形红外滤光片。
本发明的主要步骤如下 1)红外滤光片母材3为具有特定波段红外滤光能力的锗片，使用光刻胶4均匀涂 抹包裹红外滤光片母材3，光刻胶4能在红外滤光片被切割加工时起到很好的保护作用。通 过显微镜观察发现，使用光刻胶4保护的红外滤光片其在加工中所受的伤害会比不使用光 刻胶4的更小。 2)选用辅助成型硅片1时，要求其直径尺寸需要比红外滤光片母材3的直径尺寸 大10mm 20mm，其厚度范围在0. 5mm lmm。 3)在加热台上将白蜡2在辅助成型硅片l上熔化，再将有光刻胶4包裹保护的红 外滤光片母材3放置在已经带有熔化白蜡2的辅助成型硅片1的中央，等白蜡2冷却固化 后红外滤光片母材3即与辅助成型硅片1通过白蜡2粘接固定在一起。
4)刻画对位刻线5，使用机械刻线机或激光刻线机等刻线设备，在固定有红外滤 光片母材3的辅助成型硅片1上按照成型滤光片的尺寸要求在横向和纵向方向上分别按等 间距要求刻画对位线条。最后可得到由横向与纵向对位刻线5所在直线围成的网格，其尺 寸大小就是所要加工的矩形红外滤光片的尺寸大小。注意只在辅助成型硅片1上刻画对位 刻线5。这样就获得了红外滤光片母材3、白蜡2及带有对位刻线5的辅助成型硅片1的贴 装件。 5)将红外滤光片母材3、白蜡2及带有对位刻线5的辅助成型硅片1的贴装件固
定在拉丝切割机的工作平台上，使如附图所示贴装件的x方向与拉丝平行。 6)将拉丝切割机的丝线对准辅助成型硅片1上的x方向上的第一根对位刻线5。 7)启动拉丝切割机，对红外滤光片进行切割加工，切割深度至硅片厚度的二分之一处。 8)重复步骤6)和7)完成该方向的其它对位刻线5位置的滤光片的切割。
9)将贴装件在工作台上旋转90度让贴装件的y方向与拉丝平行，再按照步骤6)， 7) ，8)完成该方向的红外滤光片母材3的切割加工。 10)将贴装件从工作台上取下后放置在加热炉上加热。待白蜡2熔化后，将已经成 型的矩形的红外滤光片用扁头竹镊子从辅助成型硅片1上取下。为避免损伤红外滤光片， 要求在红外滤光片取下过程中避免磕碰其它未取下的红外滤光片，并且在取下滤光片过程 中，要求镊子夹持的滤光片垂直向上取下，注意为避免滤光片膜系破损，滤光片不允许在白 蜡2上平行拖动。 11)将获得的小片红外滤光片首先用丙酮清洗，再用毛笔推扫其表面，除去表面的 光刻胶4，最后将小片红外滤光片用无水酒精清洗一遍。 12)将成品放入烘箱，在4(TC温度下烘干滤光片表面残余酒精，最终获得加工成
型的矩形红外滤光片成品。 本发明的优点是
4
1)可以实现加工宽尺寸范围的红外滤光片，并且能够加工得到传统加工方法无法 实现的小尺寸红外滤光片。 2)使用光刻胶4保护红外滤光片母材3有效减少了拉丝切割过程中的机械损伤及 水对滤光片膜系的污染。 3)设备简单，使红外滤光片的加工更具可操作性且加工成本低廉。 4)使用辅助成型硅片l作为载体在加工中对红外滤光片母材3起到了一定的保护
作用，并且其可反复多次使用。
图1矩形红外滤光片切割成型加工中贴装件示意图； 图中l-辅助成型硅片； 2_白蜡； 3_红外滤光片母材； 4_光刻胶； 5-对位刻线。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明本实施例 为某航天项目用多波段红外探测器组件中矩形红外滤光片切割成型的加工方法。要求其 红外滤光片尺寸为3. 5mmX 1. 5mmX0. 2mm且滤光片边缘无膜系的宽度小于20微米。矩形 红外滤光片切割成型的加工贴装件如附图l所示，它主要由辅助成型硅片1、白蜡2(型号 0C0N-199，熔点65°C )、红外滤光片母材3、光刻胶4 (型号AZ4620，正胶)、对位刻线5组成。 矩形红外滤光片切割成型的加工方法的主要实施步骤如下 1)选用的红外滤光片母材3为小12mm厚0. 2mm具有特定波段红外滤光能力的锗 片。使用光刻胶4 (型号AZ4620)，用毛笔将光刻胶4均匀涂抹在红外滤光片母材一个面上， 用烘箱在6(TC环境下烘烤60分钟，取出红外滤光片同样再在其余面上涂抹光刻胶4，并用 烘箱在6(TC环境下烘烤60分钟。 2)辅助成型硅片l为小40mm厚0.5mm的硅片，辅助成型硅片l先用丙酮清洗，接 着用酒精清洗一遍，再用离子水清洗一遍，最后用烘箱(45°C )烘干。 3)使用熔点为65t:的白蜡2，在加热台上将0. 1克的白蜡2放在辅助成型硅片1 上熔化，再用竹镊子将有光刻胶4包裹保护的红外滤光片母材3放置在已经带有熔化白蜡2 的辅助成型硅片1上，用竹镊子轻轻调整红外滤光片母材3位置使其尽量居于辅助成型硅 片1中间并轻轻压平红外滤光片母材3，从加热台上取下辅助成型硅片1使白蜡2冷却固 化。 4)使用光学定位刻标机PSV-6001在固定有红外滤光片母材3的辅助成型硅片1 上按照小片红外滤光片的尺寸要求，在x方向首先经过红外滤光片母材3中心位置在辅助 成型硅片1上刻画一条对位刻线5再向两侧间距3. 5毫米平行刻画对位刻线5，中线两侧各 刻画一条对位刻线5。同样的在y方向也经过红外滤光片母材3中心位置在辅助成型硅片 1上刻画一条对位刻线5再向两侧间距1. 5毫米平行刻画对位刻线5，中线两侧各刻画三条
5对位刻线5。这样就获得了红外滤光片母材3、白蜡2及带有对位刻线5的辅助成型硅片1 的贴装件。 5)将红外滤光片母材3、白蜡2及带有对位刻线5的辅助成型硅片1的贴装件固 定在拉丝切割机PSW-1000的工作平台上，安装固定时让附图所示贴装件的x方向与拉丝平 行。 6)通过显微镜观察切割丝线(本拉丝切割机所用丝线直径为0. 04mm)与对位刻线 5，调节夹具上的调节旋钮将拉丝对准辅助成型硅片1上x方向上的第一根对位刻线5(任 意一侧)。再在切割表面及丝线上涂抹研磨剂——白刚玉粉水溶液。 7)启动拉丝切割机，对红外滤光片母材3进行切割加工，等到切割深度至硅片厚 度1/2处时停止切割。 8)重复步骤6)和7)按序完成该方向的其它对位刻线5位置的红外滤光片母材3 的切割。 9)将贴装件在工作台上旋转90度让贴装件的y方向与拉丝平行，再按照步骤6)， 7) ，8)完成该方向的红外滤光片母材3的切割。 10)将贴装件从工作台上取下后放置在加热炉上加热。待白蜡2熔化后，将其中切
割后成型的12片矩形红外滤光片用竹镊子从辅助成型硅片1上取下。 11)将获得的12片微型红外滤光片首先用丙酮清洗，再用毛笔推扫其表面，除去
起保护作用的光刻胶4，最后将小片红外滤光片用无水酒精清洗一遍。 12)将成品放入烘箱，在4(TC温度下烘干滤光片表面残余酒精，最终获得加工成 型的矩形红外滤光片成品。 以上就完成了矩形红外滤光片切割成型加工。
权利要求
一种矩形红外滤光片切割成型的加工方法，其特征在于包括以下步骤1)将切割加工时起到保护作用的光刻胶(4)均匀地涂抹包裹在红外滤光片母材(3)上；2)在加热台上将白蜡(2)在辅助成型硅片(1)上熔化，再将有光刻胶(4)包裹保护的红外滤光片母材(3)放置在已经带有熔化白蜡(2)的辅助成型硅片(1)的中央，等白蜡(2)冷却固化后，红外滤光片母材(3)与辅助成型硅片(1)粘接固定在一起；3)刻画对位刻线(5)，使用机械刻线机或激光刻线机刻线设备，在固定有红外滤光片母材(3)的辅助成型硅片(1)上按照成型滤光片的尺寸要求在横向和纵向方向上分别按等间距要求刻画对位线条，最后可得到由横向与纵向对位刻线(5)所在直线围成的网格，其尺寸大小就是所要加工的矩形红外滤光片的尺寸大小；红外滤光片母材(3)、白蜡(2)及带有对位刻线(5)的辅助成型硅片(1)构成贴装件；4)将步骤3中所述的贴装件固定在拉丝切割机的工作平台上，对位刻线(5)上切割方向的对位线条应与拉丝切割机的拉丝平行；5)将拉丝切割机的丝线对准辅助成型硅片(1)上切割方向上的第一根对位刻线(5)；6)启动拉丝切割机，对红外滤光片进行切割加工，切割深度至硅片厚度的二分之一处；7)重复步骤5和6完成该方向的其它对位刻线(5)位置的滤光片的切割；8)将贴装件在工作台上旋转90度让贴装件的另一方向的对位线条与拉丝平行，再按照步骤5，6，7完成该方向的红外滤光片母材(3)的切割加工； 9)将贴装件从工作台上取下后放置在加热炉上加热，待白蜡(2)熔化后，将已经成型的矩形的红外滤光片用扁头竹镊子从辅助成型硅片(1)上取下；10)将取下的小片红外滤光片首先用丙酮清洗，再用毛笔推扫其表面，除去表面的光刻胶(4)，最后将小片红外滤光片用无水酒精清洗一遍；11)将成品放入烘箱，在40℃温度下烘干滤光片表面残余酒精，最终获得加工成型的矩形红外滤光片成品。
2. 根据权利要求1所述的一种矩形红外滤光片切割成型的加工方法，其特征在于所 述的辅助成型硅片(1)的直径尺寸比红外滤光片母材(3)的直径尺寸大10mm 20mm，其厚 度为0. 5mm lmm。
全文摘要
本发明公开了一种矩形红外滤光片切割成型的加工方法，它适用于多波段红外探测器集成封装技术。矩形红外滤光片切割成型的加工方法的主要贴装件结构包括红外滤光片母材、辅助成型硅片、光刻胶、白蜡及对位刻线。本发明在红外滤光片的涂胶保护、刻画对位刻线、切割加工、洗除保护胶等方面引入特定的处理方法，通过特定的结构和操作步骤，实现矩形红外滤光片切割成型的加工方法，从而能够加工得到传统加工方法无法实现的小尺寸矩形红外滤光片，并且有效减少了红外滤光片的机械损伤及水对滤光片膜系的污染。
文档编号G02B5/20GK101793990SQ20101010183
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者俞君, 孙闻, 王小坤, 蔡子健, 赵水平, 郝振贻 申请人:中国科学院上海技术物理研究所