粘焊方法和包括粘焊组件的设备的制作方法

专利名称：粘焊方法和包括粘焊组件的设备的制作方法
粘焊方法和包括粘焊组件的设备发明背景发明领域本发明总地涉及改进的粘焊方法，更具体地涉及粘焊光子或光电组件的方法，并涉及包含这种粘焊组件的设备。
背景技术：
随着光子或光电子子设备(例如激光器或基于LED的便携式或内置式投影仪)的快速增长的需求，组装这些设备时的一个最大的挑战是使各组件彼此连接或结合以提供这些组件之间的高光耦合效率，并随时间流逝和在温度变化期间维持组装设备的性能。激光焊接已用于光子组件的组装的多种场合中。在焊接过程中，焊接部分的快速凝固和伴随的材料收缩可能导致事先对准的组件之间的相对运动(工艺致失配)。这也被称为焊接后偏移(PWQ。焊接的光子或光电子组件之间的光输出功率和/或光耦合效率可能因为PWS而显著降低。之前在航空或汽车领域已考虑使用组合的粘合和焊接。在这些应用中，大面积的金属板被胶合和焊接以提供结构/强度特征。这种工艺被称为粘焊。粘合剂夹在金属板之间并随后透过金属板执行焊接。焊接提供立竿见影的强度和高抗剥离力的优势，而粘合剂粘合提供耐疲劳和振动以及提高的强度和耐久性。侧重点在于大面积粘合和结构需求，而不是组件间的高精度配准或光耦合。因此，就我们所知，现有粘焊技术不能解决焊接工艺中在粘合部分的亚微米水平的移动。

发明内容
根据本发明的一个方面，一种组装光电子和/或光子组件的方法，所述方法包括 (i)提供至少两个光电子和/或光子组件；( )使这些光电子和/或光子组件相对于彼此对准和就位，并使它们彼此靠近，由此(a)提供这些组件之间的光耦合；以及(b)维持所述组件的相邻部分之间的距离d，其中Ομπι彡d彡ΙΟΟμπι，(iii)通过将粘合剂设置在这些组件之间的边界并在维持组件间的光耦合同时使粘合剂固化或凝固而通过粘合剂使所述组件彼此粘附；以及(iv)将所述组件激光焊接在一起。根据至少一些实施例，在两个组件之间的边界线处执行激光焊接。优选地，激光焊接步骤产生至少一个焊点(即焊珠)，其直径大约为50ym-lmm。优选地，激光焊接步骤在相邻组件的相对位置中产生小于Iym的偏移，更优选地小于0. 5μπι的偏移。优选地，粘合剂的特征在于范围在5GPa彡R彡IOOGPa的刚性模量以及1秒和90 秒之间的固化时间。优选地，粘合剂在固化或凝固过程中的收缩(即固化过程中的线性缩小)小于lym。例如，在一些实施例中，环氧树脂粘合剂的厚度收缩小于10%，在一些实施例中小于5%，并在一些实施例中小于1%。优选地，粘合剂选自例如丙烯酸酯的UV或热固化环氧树脂，以利于快速固化工艺和简单组装工艺。根据本发明的另一实施例，一种设备包括(i)彼此邻近就位的至少两个组件，两个组件中的每一个包括至少一个光学元件(即光学元件、光电元件或光子元件)；(ii)至少两个组件中的至少一个的至少一个光学元件光耦合于至少两个组件中的另一个的至少一个光学元件；以及(iii)位于形成在两组件之间的边界周缘的至少一个焊点和至少一个粘
合点ο较为有利地，根据本发明诸实施例的将光学、光电子或光子组件组装到一个封装件中的方法提供高产量、能以相对低廉的成本完成，并产生这些组件的最小(或不产生)焊接后偏移。将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点一部分对于本领域的技术人员来说从说明书中就能弄懂，或者通过实施包括以下详细说明、权利要求书以及附图的本文所述的本发明可认识到。应当理解的是，前面的一般描述和后面的详细描述两者给出本发明的实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护的本发明的本质和特性的概观或框架。引入附图以提供对本发明进一步的理解，附图结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出本发明的各个实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。


图IA和IB是本发明一个实施例的示例性示图；图2A和2B是本发明一个实施例的照片；图3是对本发明的一个实施例的另一示意性示图；图4A和4B是本发明另一实施例的示图；图5是示出图4A的设备随时间变化的温度波动和输出功率波动的曲线图；图6是示出在超声振动期间随时间变化的输出功率波动的曲线图；图7是粘焊在一起的两个组件的示意图；以及图8示出图7中示意地示出的轴对称代替测试制品的测得的机械位移。
具体实施例方式现在将具体参考本发明的优选实施方式，其实施例在附图中示出。在可能时，在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。图1中示意地示出本发明的设备的一个实施例，并且该设备贯穿各图地用附图标记10表示。图2A是示例性组成设备的照片，而图2B示出图2A所示的设备10的放大区域。设备10包括(i)彼此邻近就位的至少两个组件20 (例如光电子和/或光子组件)，这些组件中的每一个包括至少一个光学、光子或光电子元件21(在这里称为光学元件21) ； (ii)位于形成在两组件之间的边界25的周缘上的至少一个粘合点23 (粘合剂珠)；(iii)以及位于形成在两组件之间的界面或边界25 的周缘上的至少一个焊点观。这两个组件中的至少一个的光学元件21光耦合于另一组件的至少一个光学元件21。尽管两个光学元件21彼此光耦合，然而它们可以彼此物理接触也可以不那样。光学元件21的一些示例是波导(光纤或光面)、透镜、带透镜的光纤、光栅、 滤光器、光耦合器、光学开关或光电子开关、光倍频晶体、激光二极管和/或光隔离器。优选地，粘合剂23的特征在于，范围在5GPa彡R彡IOOGPa的刚性模量以及很快的固化速率(例如在1秒和90秒之间)。优选地，固化或凝固过程中粘合剂的收缩(即固化过程中的线性缩小)小于lym。例如，在一些实施例中，环氧树脂粘合剂的厚度收缩小于10%，在一些实施例中小于5%，并在一些实施例中小于1%。根据本发明的一些实施例，一种组装光电子和/或光子组件20 (在本文中也被称为组件)的方法，包括以下步骤(i)提供至少两个光电子和/或光子组件20; (ii)使这些组件20相对于彼此对准和就位，并使它们彼此靠近，由此(a)在这些组件之间提供光耦合；以及(b)在这些组件的相邻部分之间维持距离d，其中d为0 (组件彼此物理接触)至 100ym;(iii)通过粘合剂23(例如UV或温度固化环氧树脂)将两组件彼此粘合或结合， 这是通过以下步骤实现的(a)将粘合剂23设置在组件20之间的边界25，以使两个组件与粘合剂23物理接触；以及(b)在保持这些组件间的光耦合同时固化或凝固粘合剂23 ；以及 (iv)在边界25处(例如沿边界的周缘)将组件激光焊接在一起以形成经组装的设备10。 激光焊接形成例如具有50 μ m-lmm的横截面(例如200 μ m-600 μ m的直径)的焊点28。优选地，在工艺的激光粘焊部分期间形成多个焊点观(在本文中被称为焊点)。如果粘合剂需要UV固化(例如UV固化环氧树脂)，则通过粘合剂23使两个组件彼此粘连的步骤包括 UV固化粘合剂23以在这些组件20之间形成永久性粘合的步骤。在激光焊接过程中通过 (已凝固或固化的)粘合剂23的结构刚性维持光配准和/或光耦合。如本文中使用的，术语“光耦合”表示两个组件对准，从而如果(或当)光被提供给两个组件中的一个(例如第一组件)的光学元件，则光将进入另一组件的光学元件并随后从该另一组件的光学元件射出。因此，即使当光不被提供给两个组件中的一个(例如第一组件)的光学元件时，两个组件或两个光学元件也可彼此光耦合，因为它们被定位和对准成如果提供光，则光从其中一个光学元件耦合至另一光学元件。优选地，激光焊接步骤在两个经焊接的组件中的任一个的位置产生小于1 μ m的偏移。优选地，两个组件20相对于彼此偏移不超过1 μ m。这些小偏移不显著干扰光耦合效率E或光输出功率P，光输出功率P (假设光输入功率保持在同一水平)优选保持在20%内，更优选地保持在10%内，即I32彡0. SP1，更优选地P2彡0. 9Ρι; 其中P1是在激光焊接步骤前的光功率吞吐量而P2是激光焊接后的光功率吞吐量。甚为优选地，P2 ^ 0. 95Ρρ功率变化涉及焊接后偏移并取决于对准的光学元件及其光束特征之间的相对偏移。在许多感兴趣的光、光子或光电子设备中(例如激光二极管和单模波导)，光束直径在大约1 μ m至大约10 μ m的范围内，优选的是将PWS限制在亚微米级别以得到小于 20%，更优选地小于10%的从P1至P2的相对改变。光耦合效率E也维持在20%内，优选地在10%内。更优选地在5%内。(E = Pf_/Pfi5A)，其中Pfi5入是提供给两个组件中的一个的光学元件的输入光功率，而PfM是由另一组件的光学元件提供的输出光功率)。因此，优选的是氏^ 0. SE1,更优选地氏> 0. 9Ei，其中E1是在激光焊接步骤前的光耦合效率，而E2是激光焊接之后的光耦合效率。甚为优选地，E2 ^ 0. 95Ei。根据一些实施例，粘合剂是环氧树脂，而将两个(或更多)组件彼此粘连的步骤包括步骤改变环氧树脂23的刚性以在两相邻组件20之间形成永久性粘合。这例如可通过 UV固化所涂敷的粘合剂23以使其变硬并将其粘附于两个组件来完成。粘合剂23可以是热固化粘合剂，它以液态形式涂敷并当暴露于热时凝固。替代地，粘合剂23可作为灼热液体涂敷，其随后当暴露于室温时凝固(变得更硬)。优选地，粘合剂在涂敷后几秒内(例如1秒至90秒、1秒至60秒或5秒至45秒)改变其刚度(凝固或固化)，由此在保持两部件的对准在所需水平内的同时使两组件粘合在一起。根据一些实施例，该方法还包括步骤(i)在通过所述环氧树脂将两组件20彼此结合前，测量组件20之间的光输出功率或光耦合效率；以及(ii)在通过环氧树脂23将诸组件20彼此粘连的同时，测量组件20之间的光输出功率或光耦合效率。根据一些实施例， 该方法还包括以下步骤(i)在通过所述环氧树脂将多个组件20结合在一起前测量组件20 之间的光输出功率和光耦合效率；以及(ii)在测量光输出功率的同时测量组件20之间的光输出功率或光耦合效率，或在将组件彼此激光焊接的同时测量这些组件之间的光输出功率或耦合效率。光耦合效率被定义为另一组件20的光学元件外的输出光功率(Pfiia)和另一组件 20的光学元件外的输入光功率(Ps5a)之间的比值(即E = Pf_/Pfi5A)，其中两个光学元件彼此光耦合。因此，在将两组件20通过粘合剂23结合在一起之前，两组件20之间的耦合效率E1为E1 = P1ZPfixo类似地，在固化或凝固粘合剂23的同时，所述组件之间的耦合效率Ec为Ec = PcZP^ao类似地，在将这些组件激光焊接在一起的同时，这些组件之间的耦合效率= 输入。例如，根据本发明的一些实施例，该方法还包括以下步骤(i)在通过粘合剂23将两组件结合在一起之前测量两组件20之间的光输出功率P1或耦合效率E1 ； (ii)在通过粘合剂23将这些组件粘连在一起的同时测量这些组件之间的光输出功率1 或耦合效率fe ；
(iii)在粘合剂23固化或凝固的同时，测量所述组件之间的光输出功率P。或耦合效率Ec；
(iv)在将这些组件激光焊接在一起的同时，测量这些组件之间的光输出功率&或耦合效率 E2 ο优选地，组装光电子和/或光子组件20的方法还包括以下步骤(i)在将两组件通过粘合剂23粘连或粘结到一起之前，测量两组件20之间的光输出功率P1或光耦合效率 E1 ；以及(ii)在将两组件激光焊接到一起的同时利用粘合的机械强度和刚度来维持两组件 20之间的光输出功率P2或光耦合效率氏，从而使(a)焊接后的光输出功率P2 ^ 0. SP1，优选为P2彡0. 9P!；和/或光耦合效率E2彡0. 8E1;优选为E2彡0. 9Elt)优选地，P2彡0. 95P1 更优选地，P2 ^ 0. 97P10优选地，E2 ^ 0. 95E:，更优选地E2 ^ 0. 97E”根据一些实施例，利用具有250 μ m-lmm(例如450 μ m)的激光点直径，使用1-5毫秒脉宽，工作在0. 5J-2. 5J/焊点的具有1064nm波长的Nd: YAG激光器执行激光焊接。然而， 可用其它激光器来执行激光焊接，例如具有lOeOOnm波长的(X)2激光器、具有532nm波长的倍频YAG、810nm激光器或工作在1. 3 μ m-1. 5 μ m波长范围内的顶激光器。光学组件20可由使用激光焊接结合的材料制成，包括金属(例如钢或铝衬底)、 金属陶瓷复合材料、玻璃陶瓷材料、玻璃或聚合物材料。例如，可利用粘合剂23在两金属组件、一个金属组件和一个金属-陶瓷复合物组件或两玻璃组件之间形成粘合。之后则执行激光焊接以将两粘合组件焊接在一起。例如，两玻璃组件可在它们已粘合于彼此后被彼此激光焊接，以在激光焊接过程中或激光焊接后维持要求的对准度。有利地，根据本发明的方法的一个优点在于它导致两焊接的组件20之间亚微米级的偏移，仅使焊接组件之间的光耦合效率产生最小的改变。因此，本文描述的粘焊方法较为有利地防止焊接过程中粘合部分的运动(任何残留运动将保持在亚微米级)，这对于光电子或光子应用场合尤为有利。更具体地，粘合提供抵消应力的刚性，该应力在后继激光焊接工艺中将使光电子子组合件(组件20)不对准。为了防止粘合部分在焊接工艺中相对于彼此的运动，粘合剂需要具有(1)抵消激光焊接力的刚度R，其中优选地R彡lGPa，更优选地R>5GPa，例如 IOGPa彡R彡50GPa, 15GPa彡R彡30GPa或18GPa彡R彡25GPa ； (2)固化过程中可忽略 /低收缩(缩小)C以在最初环氧树脂定位焊光电子子组件过程中维持亚微米对准，其中C < 1 μ m(优选地C < 0. 5 μ m)，以及(3)为了低成本制造的快速固化。例如，在一些实施例中，环氧树脂粘合的厚度收缩小于10%，在一些实施例中小于5%。因此，例如如果最初环氧树脂珠厚度是20 μ m，那么固化后，环氧树脂粘合厚度不小于19 μ m，这意味着环氧树脂的厚度的减小量低于5%。优选地，固化时间应当少于90秒，更优选地不超过60秒(例如 10-60秒)，更加优选地不超过10秒。可在本申请中使用的环氧树脂的示例包括但不局限于“Optocast”牌填充环氧树脂(例如可从CO的布雷克诺克郡的电子材料公司购得)。这种牌子的环氧树脂是具有二氧化硅填充材料的UV和/或热固化的单组分环氧树脂。非填充的环氧树脂也可用来实现这个目的，只要满足刚性、固化时间和收缩需求。这些材料例如包括“Lens Bond" UV固化环氧树脂(可从宾夕法尼亚的Hatfield的Summers Optical公司购得)。这些环氧树脂具有不同的粘度范围。例如，为了利于形成粘合剂非常薄的粘合线或粘合点，可利用粘度值在50-500厘泊范围内的低粘度粘合剂。当要求两组件间的距离很小 (例如时，这些粘合剂是优选的。低粘度粘合剂可扩散进入两组件之间的间隙， 提供更多的表面接触。然而，如果低粘度粘合剂是UV固化粘合剂并在两组件之间扩散，将难以使这种粘合剂完全固化，除非组件是透明的。此外，需要注意不允许这类粘合剂玷污光学元件或因扩散入光学路径而干扰光耦合。因此，高粘度的粘合剂——尤其是具有低收缩性的填充环氧树脂——是优选的，因为这些粘合剂不大可能扩散进入光学路径，并且不大可能玷污光学元件。高粘度的粘合剂可具有范围在500-100000厘泊内的粘度值。在后面的示例中，我们选择使用高粘度的粘合剂并将这些粘合剂涂敷在两个组件之间的界面(或边界)的外侧。可能需要以相对大的珠尺寸涂敷高粘度的粘合剂以提供更多表面接触。在下面各例中，针对高粘度粘合剂的珠直径或珠宽度为lmm-3mm，但也可以不同，这根据需要的场合而定。示例本发明通过以下示例将更清楚。示例 1根据一示例性实施例，两个光子组件20被组装在一起以在其间形成永久性粘合。 (参见附图1A、1B、2A和2B)。更具体地，光学元件21A (在本例中为光纤)被安装在金属基板22A上(在本例中为不锈钢304基板)，并胶结至基板，由此形成第一光子组件20。另一光子组件20是通过将光纤21B安装在另一基板22B上而制成的。注意，在第一组件20的其中一个配合表面20A上具有一个斜楔W。两个光子组件20彼此邻近地设置，以当光提供给光纤波导21A的输入端A时，使光从光纤波导21B的输出端B射出。两个光子组件20对于峰值耦合(产生在光纤波导21B的射出端B测得的最大输出功率的耦合)频带对准；并随后使用UV固化粘合剂(例如可从CO的布雷克诺克郡的ElectronicMaterials公司购得的0PT0CAST 3415)胶结在位而形成“T”连结。随后在胶结组件上执行激光焊接。在该示例性实施例中，我们利用工作在3毫秒脉宽下的脉冲式Nd: YAG激光器，对每个焊点沉积将近0. 9J的能量。在该示例性实施例中，焊点直径d是将近450微米(参见图1，2A和2B的焊点位置)。粘合剂布置应当使粘合剂不对后来的激光焊接形成干扰。在选择粘合剂23的布置时，人们优选地将设备设计的对称性考虑在内，以使粘合剂23的任何收缩产生彼此抵消的几乎相等和相反的力，并使组件20间的相对偏移减至最小。例如，优选的是将粘合剂珠与组件中心等距地设置，或对称地设置在更小组件的周长周围。在该示例性实施例中，粘合剂是高粘度粘合剂，并涂敷在组件之间的界面外侧，以避免组件之间可能的吸液 (wicking)。因此，优选的是利用粘度大于5000厘泊、更优选地大于50000厘泊(Cps)的粘合剂。例如，Opticast 3415具有lOOOOOCps的粘度值。焊接位置也优选地选择为对称的并产生反平衡力。优选地选择激光脉冲能量以使每个脉冲产生能被刚性环氧树脂轻易承受的足够小的残留力。使用多个焊点以在工作条件下提供足够的强度和可靠性。在该示例性实施例中，我们在焊接步骤之前和之后测量光耦合效率(光输出功率)。我们已经发现，结合的组件20在焊接步骤后具有极好的耦合稳定性。作为焊接后偏移的结果测得的输出功率改变小于(即P2 > 0. QQP1)。在最初的试验中，金属基板厚度为6毫米。之后，基板厚度被修整至1.5毫米并重复试验。在较薄组合件中作为焊接后偏移的结果测得的输出功率改变小于3% (即P2 > 0. 97PD。之后，这些组合件(设备10)均在从大约20°C至大约85°C的温度范围内受热循环测试。热循环过程中的光输出功率变化小于3% (即P2改变小于3% )，由此展现出设备10极好的绝热能力。我们然后使组合件 (设备10)处于加热(50°C )和100%湿度(超声波浴环境)的超声振动下。设备10均展现出0.3%的输出功率变化。更具体地，图5示出图4所示完整组件的绝热能力。图6示出在加热、潮湿和振动状态下的组合件性能。示例 2将组件对准并将它们胶合在位并执行激光焊接的方法可延及不同的配合表面几何形状。在前面的示例1中，配合表面中的一个面具有斜楔。在该例中，表面改变，从而没有斜楔并且整个组合件看上去就像“T”连结。(参见作为示意图的图3以及作为制造设备10的照片的图4A和4B)。更具体地，图4A示出设备10的俯视图，而图4B示出图4A的制造设备10的侧视图的一部分。平均焊接后偏移致吞吐功率变化为大约1. 8% (即P2 > 0.982 )，包括源波动。在该示例性实施例中，制造设备10的热循环导致低于2%的变化 (即P2的改变量小于2% )。这种类型的“T连结”几何形状是优选的，因为每个组件20可以是简单矩形块。这种T连结组合件的另一优势在于，即使在尺寸和公差方面具有制造差异，但焊缝将是对称的并因此施加相反的横向焊接力。也就是说，通过平衡的激光束功率和布置，所得到的对称焊接位置(焊点位置)施加相等和相反的力并很大程度地彼此抵消，并减小需要由刚性环氧树脂粘合物补偿所需的残留力。另外，优选的激光焊接方法可涉及使用多个更小的脉冲，这导致更小的焊点尺寸。 更小的焊点通常牵涉到易于抵消的更小的力。另外，多个焊接区域在操作中将提供余量并因此导致更可靠和耐久的设备。在该示例性实施例中，激光束焊接区使用两平衡的激光束形成在T连结的中央，因为该激光焊接配置在本示例性设备10中提供最大的对称性。当将光学、光子或光电组件20焊接在一起时，对于其它设备几何形状必须考虑类似的因素(例如设备几何形状、粘合剂涂敷位置、焊点的位置和数量)。相信使用这种组装方法获得极好的稳定性(例如小PWS值、在不同环境条件下良好的光耦合)，这主要是因为由粘合剂23提供的反力对抗由熔融材料(例如金属、玻璃和/ 或玻璃陶瓷)的快速凝固造成的运动。另一原因可能是杠杆臂效应。焊接平面几乎与两个波导的平面重合(在本实施例中两波导21A、21B之间的距离小于5微米)。在焊点28冷却期间，可能存在子组合件(光学组件20)的旋转运动，这种运动可能导致波导21A、21B相对彼此的平移。如果焊接平面远离光耦合平面，则大的侧向位移可能发生在光耦合平面内，这会大为降低耦合效率。但是，在本文描述的示例中，焊接和光耦合平面接近重合，并因此由于杠杆臂很小平移是不明显的。因此，优选的是使焊接平面与光学元件所在的平面重合或接近重合(即优选地在Imm内)。尽管在第二示例中，两个组件20彼此物理接触，然而这种方法当两组件的两个配合表面之间的具有将近30微米间隙(d = 30 μ m)时也能工作，并具有相同的焊接后偏移性能。示例 3设备组合件的当前方法也可应用于轴对称设备。在该实施例中，通过粘合剂组装不锈钢304设备代替品(即没有光学元件的组件)一些设备代替品使用氰基丙烯酸酯凝胶(例如加利福尼亚的兰乔库卡蒙加的OriginalSuperGlue公司的SuperGlueGel )的三个小珠粘连，而其它代替品是使用填充的两部分环氧树脂(例如德克萨斯州的 SulphurSprings的J-BWeld公司的J-BKwik )制成的。本例中使用的柱状成形的金属基板 22A(代替组件20)(见图7)是具有45°削锥的凸缘形状，并附连于底部代替品组件20’(金属基板22A)。粘合的设备代替品被夹持到我们的测试固定器中，并使用三个WiiltecRC20 光纤传感器位移探头(马里兰州的安纳波利斯的Wiiltec)监测每个设备代替品中的组件位移。还可使用其它探头。粘合设备替代品被焊接成三根梁彼此120°相隔取向，并以25° 从箍中心线倾斜。测试结构示意地示出于图7。相对低功率的激光束(在本例中激光条件是0. 9J/焊点；3微秒脉宽以及将近450μπι的焊点)被引导至两金属组件间的界面上。在组件彼此焊牢后，测量侧向焊接后偏移。图8中示出来自使用氰基丙烯酸酯凝胶粘性地粘合的这些设备代替品中的一个的典型测试结果。该图示出图7所示的非对称替代品测试设备的测得的机械位移。图8的三条轨迹表示三条位移传感器的输出。在图8中，y轴单位是μ m，而χ轴代表时间，以秒计。优选地，本粘焊方法给予具有吸引力的特征，例如光学组件的微米级的准确结合、 随温度的稳定性以及长期设备稳定性。也就是说，由于粘焊接点能以亚微米的精度保持组件20。优选地，根据本发明实施例的将光电子或光子组件组装成一个封装件的方法利用经修改的粘焊工艺，这种粘焊工艺使粘焊后偏移最小化至亚微米级别，这使本方法适用于光子或光电子组件或封装件的组合件。对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本发明作出各种修改和变化。因而，本发明旨在涵盖本发明的所有这些修改和变化，只要它们落在所附权利要求书及其等价技术方案的范围中即可。
权利要求
1.一种组装光电子和/或光子组件的方法，所述方法包括(i)提供至少两个光电子和 /或光子组件；(ii)使所述光电子和/或光子组件相对于彼此对准和就位，并使两者彼此靠近，由此(a)提供所述组件之间的光耦合；以及(b)维持所述组件的相邻部分之间的距离 d，其中0μπι< ΙΟΟμπι，(iii)通过(a)将粘合剂设置在所述组件之间的边界以及(b) 在维持组件间的光耦合同时使所述粘合剂固化或凝固而通过粘合剂使所述组件彼此粘连； 以及(iv)在保持其间光耦合的同时将所述组件激光焊接在一起。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光焊接步骤在任一相邻组件的位置中产生小于的偏移，并至少部分地通过所述固化或凝固的粘合剂的结构刚性维持在激光焊接期间的所述光耦合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合剂是环氧树脂，并且粘附所述组件的步骤包括改变所述环氧树脂的刚性以在所述组件之间形成永久性粘合的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合剂是UV固化环氧树脂，并且粘附所述组件的步骤包括使所述环氧树脂UV固化以在所述组件之间形成永久性结合的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合剂沿所述组件之间的边界的外缘涂敷。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合剂具有5GPa-100GPa的刚性模量、 1秒-90秒的固化时间以及在固化期间小于1 μ m的收缩C的特征。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合剂是从包括以下各项的组中选择的uv固化环氧树脂、热固化环氧树脂、热塑性粘合剂、热固性粘合剂、氰基丙烯酸酯、聚氨酯、硅树脂或聚酰亚胺。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光焊接的步骤产生直径为50μ m至 Imm的至少一个焊点。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(i)在用所述环氧树脂将所述组件彼此结合前，测量所述组件间的光输出功率或光耦合效率；以及(ii)在用所述环氧树脂将所述组件彼此粘连的同时测量所述组件间的光输出功率或光耦合效率。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(i)在用所述环氧树脂将所述组件彼此结合前，测量所述组件间的光输出功率P1或光耦合效率E1 ；以及(ii)当将所述组件彼此激光焊接时，维持(a)光输出功率以使焊接后的输出功率为P2 ^ 0. 9Pi，或(b)所述组件间的光耦合效率，以使焊接后的光耦合效率氏为氏> 0. QE10
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤(i)在用所述粘合剂将所述组件彼此结合前，测量所述组件间的光输出功率P1或光耦合效率E1 ； (ii)在用所述粘合剂使所述组件彼此毗连的同时，测量所述组件间的光输出功率1 或光耦合效率fe ； (iii) 在使所述粘合剂固化或凝固的同时，测量所述组件间的光输出功率Pc或光耦合效率Ec ； (iv)在将所述组件彼此焊接的同时，测量所述组件间的光输出功率Pw或光耦合效率Ew。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述焊接是通过脉冲式Nd:Yag激光器来执行的。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述焊接是通过工作在0.5J/焊点-2. 5J/焊点下、使用1-5毫秒的激光脉宽并具有250 μ m-lmm的激光点直径的Nd: Yag激光器的焊接来执行的。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接是通过工作在0.5J/焊点-2. 5J/ 焊点下、使用1-5毫秒的激光脉宽并具有250 μ m-lmm的激光点直径的Nd:Yag激光器的焊接来执行的。
15.如权利要求8所述的方法，其特征在于，每个焊点直径为200μ m-600 μ m。
16.一种组装光电子和/或光子组件的方法，所述方法包括(i)提供至少两个光电子和/或光子组件；( )使所述光电子和/或光子组件相对于彼此对准和就位，并使两者彼此靠近，由此(a)提供所述组件之间的光耦合；以及(b)维持所述组件的相邻部分之间的距离d，其中d为0-1000 μ m，(iii)通过将粘合剂设置在所述组件之间的边界并同时维持所述光耦合而通过粘合剂使所述组件彼此粘附；以及(iv)在所述组件之间的边界上将所述组件激光焊接在一起。
17.一种设备，包括(i)彼此靠近就位的至少两个组件，所述两个组件中的每一个包括至少一个光学元件；( )所述至少两个组件中的至少一个中的所述至少一个光学元件光耦合于所述至少两个组件中的另一个中的至少一个光学元件；(iii)至少一个焊点和至少一个粘合点位于形成在两组件之间的边界的周缘处。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述粘合剂是UV或热固化粘合剂、热塑性粘合剂、热固性粘合剂、氰基丙烯酸酯、聚氨酯、硅树脂或聚酰亚胺。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述至少一个焊点具有250μ m-lmm的横截面。
20.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述至少两个组件通过多个粘合点彼此连接，并且所述粘合点彼此对称地设置。
全文摘要
一种组装光电子和/或光子组件的方法，所述方法包括(i)提供至少两个光电子和/或光子组件；(ii)使这些组件相对于彼此对准和就位，并使它们彼此靠近，由此(a)提供这些组件之间的光耦合；以及(b)维持这些组件的相邻部分间的距离d，其中d为0-100μm；(iii)在维持其间的光耦合的同时将这些组件彼此附连；以及(iv)在维持其间的光耦合的同时将这些组件激光焊接在一起。
文档编号B23K26/20GK102264503SQ200980153134
公开日2011年11月30日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月24日
发明者J·西麦尔里齐, R·J·波西亚, S·C·查帕拉拉, V·A·巴加瓦图拉 申请人:康宁股份有限公司