用于制造能密闭式密封地钎焊到壳体中的窗口元件的方法和按该方法制造的自由形状窗 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造能密闭式密封地钎焊到壳体中的、带有光学涂层的窗口元件的方法和根据该方法制造的自由形状窗口元件。这种类型的窗口元件尤其适用于的是，在确保光学功能，特别是光谱功能的情况下，密闭式密封地(真空密封地)封闭辐射探测器的或辐射源的壳体。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，由DE 10 2005 024 512 B3公知了一种用于制造能密闭式密封地钎焊的窗口元件的方法，在该窗口元件中，通过施装带有障碍层和内部扩散层的改进的粘附层系统，避免了漫射光或干扰辐射的侵入。在此制造的窗口元件由框架形的分区产生，虽然这些分区由于它们的矩形的形状能良好地加工，但就它们对反射角的限制方面在面积最小化的传感器或探测器中受到限制。因此，这样制造的窗口元件在尺寸设计得很小的面式传感器或图像探测器中导致了在与现有的壳体匹配时受到限制以及导致了质量损失。
[0003]此外，在DE 10 2007 039 291 Al中公开了一种光电子半导体模块，其装备有装配在芯片载体上的发光半导体芯片、具有在半导体芯片上方的至少部分透明的遮盖板的遮盖元件以及用于在侧向包套半导体芯片的框架部分，其中，遮盖板和框架部分无接合层地通过阳极压焊相互连接。框架部分和芯片载体随后可以如常见的金属芯片载体和罩那样通过钎焊连接。
[0004]此外也公知的是，单件地制造圆形的窗口元件并且根据这些窗口元件的用途将它们粘接到壳体中。
[0005]然而在此的缺陷在于与之相关的单件制造的处理耗费以及在窗口大小方面的限制。因此，单件地制造尺寸设计得很小的面式传感器、图像探测器和内窥镜(Imm至5_)是极为耗费的，并且更确切地说这种方法不适用于批量制造。此外，这些元件极易发生故障并且因此也成本高昂。此外，在已粘接的窗口元件中，胶粘剂的渗透性(透气性)对基于此的需要100%密闭式气密的连接(真空适用性)的系统的持久稳定性有不利影响。利用已粘接的窗口可以建立仅近似密闭的连接。与此的区别在于，可以利用已钎焊的窗口元件构建持久稳定密闭式气密的且耐高温的系统。
【发明内容】
[0006]本发明的任务在于，找出用于制造能密闭式密封地钎焊到壳体中的、带有光学涂层的光学的窗口元件的改进的可行方案，该可行方案允许了与金属的壳体的持久可靠的，即使在热交变负荷下也密闭式气密或真空密封的钎焊连接，并且还将漫射辐射和干扰辐射到光学涂层的层系统中的侵入保持得很小。
[0007]在此，应能够提供由透光的、扁平的载体材料构成的具有灵活的形状变型方案(自由形状窗口 )的窗口元件，这些窗口元件在期望的在Imm至10mm之间的范围内的很小的规格的情况下能低成本地制造、能密闭式密封(真空密封)地钎焊并且对上述应用而言是持久稳定的。
[0008]在本发明的意义下，光学的窗口的自由形状面可以理解为这样的窗口元件，它们(在扁平的基本形状下优选平面平行地，但在特殊情况下也带有集成的光学的透镜和/或滤波器功能)圆形、椭圆形、镰刀形、多角形，例如三角形、矩形、多边形，但也可以是半圆形、三分之一圆形或四分之一圆形等地构造为面轮廓形状，其中，所有的形状也优选可以带有经倒圆的角地实施。轮廓形状也可以根据窗口元件的用途设计成能自由定义的形状。
[0009]根据本发明，该任务以用于制造能密闭式密封地钎焊到壳体中的窗口元件的方法来解决，在该方法中，透光的、扁平的、其大小足以用于多个窗口元件的载体材料依次通过下列步骤来加工:
[0010]a)将至少一个光学涂层涂敷到透光的、扁平的载体材料的至少一个面上，
[0011]b)为光学涂层涂上保护层，该保护层在牺牲层的意义下是可腐蚀的层，
[0012]c)从载体材料上选择性地移除保护层和光学涂层，其方式是:通过借助高能辐射的定向的加工射束的局部加工，针对具有任意几何造型的窗口元件剥蚀在边缘区域中的至少一个期望的光学作用的自由形状面，这些边缘区域在外围包围至少一个光学作用的自由形状面，从而在光学涂层上的保护层作为完全遮盖至少一个期望的光学作用的自由形状面的掩膜地保留，
[0013]d)借助高能辐射的定向的加工射束沿着经局部加工的外围的边缘区域剥蚀载体材料的一部分，从而在载体材料的经局部加工的边缘区域中产生了限定粗糙度的至少一个下降的阶，其中，阶大于光学涂层的单一的层厚地置于载体材料的由光学涂层铺覆的高度水平面下方，
[0014]e)通过载体材料的如下的表面的覆盖的金属化部为所述表面涂上钎焊层系统，该表面具有由保护层遮盖的光学涂层和至少一个窗口元件的经局部加工的外围的边缘区域，以及
[0015]f)通过选择性地仅侵蚀保护层但不侵蚀光学涂层并且仅最小化地侵蚀金属化部的腐蚀过程，除去在光学涂层上的金属化部，从而附着在保护层上的金属化部由于底部腐蚀而剥离，并且金属化部仅在包围光学作用的自由形状面的经局部加工的外围的边缘区域上得到保留。
[0016]有利地，可以使用激光射束、粒子射束或电子射束作为定向的加工射束。
[0017]在一种优选的实施方案中，借助高能辐射的定向的加工射束，在剥蚀载体材料的经局部加工的外围的边缘区域时，至少一个下降的阶在靠内的和靠外的棱边区域中具有半径R在50 μπι与150 μπι之间的经倒圆的棱边，以便在步骤e)中通过完全地涂上钎焊层系统来获得经局部加工的外围的边缘区域的低应力的金属化部和用于钎焊层的随后使用的钎料的附加的棱边包覆。
[0018]适宜地，经局部加工的边缘区域借助清洁过程去除了松散且松动地附着的材料，并且调整了表面的限定的粗糙度，其中，粗糙度最大为Ra_= 2.5 μπι。在此，清洁过程优选可以通过借助激光射束、粒子射束、电子射束、玻璃珠射束或腐蚀液射束的射束加工实现。
[0019]在工艺的有效性方面以及出于使用工艺的原因，优选在晶片形的载体材料上制造多个窗口元件。
[0020]为此，优选在从光学涂层上除去金属化部的步骤f)之后，沿着分离线从载体材料中冲裁出单个窗口元件。
[0021]在一种替选的变型方案中，在剥蚀窗口元件的边缘区域的步骤d)之后，也同样紧接着沿着分离线从载体材料中冲裁出单个的窗口元件。
[0022]适宜地，在这两种变型方案中，通过沿着分离线从前侧起切开载体材料而冲裁出窗口元件，其中，前侧是载体材料的设置用于能钎焊的金属化部的表面。
[0023]被证实为有利的是，在切开载体材料之前，在载体材料的背侧上引入与分离线对应地延伸的弱化部。在此，可以附加地提供保持基底，并且载体材料可以通过各窗口元件的附着剂附着在保持基底上。
[0024]适宜地，借助高能辐射的定向的加工射束，可以通过利用定向的加工射束多次扫过分离线实现冲裁出窗口元件，并且可以同时沿着分离线产生了具有期望的半径R的经倒圆的棱边。
[0025]在通过利用定向的加工射束多次扫过分离线冲裁出窗口元件时，除了经倒圆的棱边之外还可以产生向内朝着窗口元件的表面法线倾斜的成斜面的侧面。
[0026]在另一种优选的实施方案中，通过利用定向的加工射束多次扫过分离线，可以直接结合通过定向的加工射束产生的对载体材料的下降的阶的剥蚀实现冲裁出窗口元件，并且在此可以沿着分离线产生带有在数十至数百微米范围内的半径R的经倒圆的棱边。
[0027]有利地，为了改进光学涂层对腐蚀过程和机械应力的抵抗力，可以使用氮化硅层、硫化锌层或DLC(类金刚石的碳)层或使用由硅、镁、铝的氧化物构成的层或使用由钇、镱、钡的氟化物构成的层或使用由锗或硅构成的半导体层作为光学涂层的封闭层。
[0028]优选地，将金属的保护层涂敷到光学涂层上作为保护层和剥离式掩膜。在此，利用来自如下的组中的金属材料中的至少一种产生保护层:铝和铝合金，例如铝硅合金、铝镁合金、铝锂合金以及镍和镍铁合金。
[0029]此外，当在很厚的钎焊层系统中应简化剥离过程时，金属的保护层可以在以钎焊层系统遮盖之前通过聚合物层得到补充。但也可以仅将聚合物层(例如光刻胶层)涂敷到光学涂层上作为保护层。
[0030]此外，该任务还通过用于壳体的任意成形的开口的用以密闭式密封地钎焊到壳体中的自由形状窗口元件来解决，这些自由形状窗口元件根据其中一种或多种前述方法变型方案来制造。
[0031]优选地，根据其中一种或多种前述的制造变型方案制造的用于壳体的任意成形的开口的自由形状窗口元件用以制造气密或真空密封的、光电子的或光电的结构元件。
[0032]本发明基于这样的经验认识，S卩，公知的用于提高密闭式密封的钎焊连接的可靠性的附加的增附剂层在热交变负荷下不能带来期望的持久的效果，从而为了持久地确保壳体-窗口连接的密封性，还必须在窗口材料上建立起钎焊涂层的更紧密的接触，该接触此外在工艺上不会附加地给光学的过滤器层加负荷，并且此外不期望的外来辐射(漫射辐射和其它干扰辐射)由滤波器系统的边缘保持得很小。此外，窗口形状不应像迄今为止的那样局限于矩形、正方形或圆形的窗口。
[0033]根据本发明，通过如下解决上述问题，S卩，通过利用高能的射束(激光射束、电子射束或粒子射束)的射束加工在边缘区域中剥蚀光学涂层，直至明显到达窗口的基底(剥蚀出大于光学涂层的厚度的基底阶)，其同时以“重塑”期望的光学作用的面的材料剥蚀而允许了制造任意的自由形状面，并且在剥蚀的限定的保留的表面粗糙度的情况下实现了直接涂敷具有钎焊层系统的金属化部。由此，用于单个窗口元件的光学作用的自由形状面的钎焊金属化的已经预先公知的剥离式方法减少到仅对在光学涂层上事先施装的、对于能量射束加工所需的保护层进行底部腐蚀，该保护层因此满足了双重功能(保护层和剥离式掩膜)。
[0034]由此实现的是，一方面无需具有增附剂层的附加的全面涂层，由此也简化了钎焊系统的剥离式过