专利名称：组合光学器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种组合光学器件及适用于组合光学器件的制造方法，在该组合光学器件中诸如棱镜之类的光学元件用粘合剂粘到支撑件上。
在此类现有组合光学器件中，有一种称为激光耦合器的器件，这种已有的激光耦合器被用作CD唱机的传感头，如
图1和2中所示。图1是一个激光耦合器的透视图，而图2是同一激光耦合器的纵剖图。如图1和2所示，激光耦合器包括光学玻璃制的微棱镜102，和一个包括有光电二极管103及放在其上的半导体激光器104的LOP(laser on photodiode)芯片，且它们彼此靠近地装配在一个光电二极管集成电路(IC)101上。该光电二极管集成电路101包括一对用于检测光信号的光电二极管PD1和PD2，一电流—电压(I-V)转换放大器和一个算术处理单元(未图示)，所有这些都包括在集成电路之内。光电二极管103被用以监测半导体激光器104后端面的输出光并且控制半导体激光器104前端面的输出光。
如图2所示，微棱镜102在其倾斜表面102a上有一半反射镜105，在其顶表面102b上有一全反射膜106，在其底表面102c上有一抗反射膜107，包括有面对着LOP芯片的端面102d的一反射平面，且在其背离LOP芯片的端面102e上有一光吸收膜108。微棱镜102底表面102c上的抗反射膜107被SiO2薄膜109覆盖。通过在SiO2膜109上涂粘合剂110而将微棱镜102装配到光电二极管集成电路IC101上。SiO2膜109用于增强粘合剂110的粘合力，以将微棱镜102固定在光电二极管集成电路101上。半反射镜105可以是真空蒸镀而制得的非晶硅薄膜。全反射膜106可以是20层SiO2和20层TiO2交替叠加而成的多层介质膜。抗反射膜107可以是CeF3膜。光吸收膜108可以是Cr/CrO基质的多层膜。在某些情况下，微棱镜102在靠近LOP芯片的底表面102C上的一半抗反射膜107上有一半反射镜。
具有上述结构的激光耦合器被装在一个可由陶瓷等材料制成并用窗盖密封住的平板壳111内，如图3所示。
在激光耦合器中，如图1和2所示，自半导体激光器104前端面发出的激光束L由微棱镜102的倾斜表面102a上半反射镜105反射，并射向信息盘(未示出)，以便从激光束L读取信号。由信息盘反射回来的激光束L穿过半反射镜105，从其倾斜表面102a进入微棱镜102中。光束的一半入射到光电二极管PD1的表面，光束的另一半经光电二极管PD1的表面和由微棱镜102的顶表面102b反射之后入射到光电二极管PD2中。当激光束L聚集在盘的记录平面上时，则前后光电二极管PD1和PD2上的光点大小相等，但如果没有聚集在记录平面上，则光电二极管PD1和PD2上的光点尺寸将互不相同。因此，若聚集偏差表现为光电二极管PD1和PD2输出信号之差，则可以检测到一个聚焦误差信号。聚集误差信号为零的点与焦点位于盘的记录平面上的点相对应，也就是正确的焦点。用聚集伺服系统的反馈控制使聚集误差信号为零，可以保持在正确聚焦的状态，且可以很好地重放信息盘。
如上所述，现有的激光耦合器用下述方法制作出来。
如图4所示，首先光电二极管集成电路圆片111通过给出的圆片加工方法制备出来。标号111a代表与单个光电二极管集成电路相对应的芯片区域。
接下来如图5所示，用银膏(未画出)把LOP芯片装配到光电二极管集成电路圆片111的各个芯片区域上并对其进行适合的固化处理。
在下面的步骤中，如图6所示，用紫外线下可固化的硅树脂基粘合剂(未图示)把在数个芯片区域111a，如十个芯片区域，上延伸的一个条形微棱镜预先固定在光电二极管集成电路圆片111上。之后，进行固化处理，即用紫外光辐照使粘合剂固化。
接下来的步骤是，把光电二极管集成电路圆片111的后表面粘到一个可延伸的片上(未图示)。然后，如图7所示，用适合的切割器(切割器件，未图示)对每个条型微棱镜进行半切割。
之后，用切割器对每个条状微棱镜102，粘合剂110和光电二极管集成电路圆片111进行完全切割，以便最终获得分立的芯片，即各个的光电二极管集成电路，如图8所示。
然后，伸展开可延伸的片，以使各个芯片彼此分隔开，并将每个芯片检出并如图3所示封装。
在如上所述的现有激光耦合器制作方法中，当用切割器彻底切割开光电二极管集成电路圆片111时，条状微棱镜102，粘合剂110和光电二极管集成电路圆片111被依次切开。在此切割过程中，会产生碎屑且碎屑会粘附到微棱镜102和光电二极管集成电路101的表面上。由于微棱镜102的倾斜表面102a和顶表面102b是作光入射面和光反射面用的，故这些表面的沾染将对激光束L的入射和反射产生不良影响。为防止这种影响，传统的作法是在切割过程中通过向切割刀片和切割部分喷水洗去碎屑，并在切割完成之后用喷水和吹送干燥空气的办法除去灰尘。
但是，用作粘合剂110的硅树脂是粘性的，它的碎屑会粘在微棱镜102和其他元件表面上，甚至在上述冲洗之后仍残留在那里。
这一问题，不仅存在于激光耦合器中，而且也普遍存在于那些用粘合剂，尤其是树脂基粘合剂把条状光学元件粘结到支撑体上，并进一步用切割器等设备将半成品切割成各个器件的组合光学器件中。因此，十分有必要解决这一问题。
由此，本发明的目的是提供一种组合光学器件及其制作方法，它可有效地防止由切割光学元件，粘合剂和支撑体而产生的碎屑对光学元件表面的沾染。
本发明人努力解决上述问题，并证实靠喷水等中洗法不能防止用切割器切割半成品时灰尘或碎屑粘到微棱镜和其他光学元件表面上，除非作结构上的改进来防止碎屑和灰尘留在光学元件的表面上，否则上述问题不能得到解决。本发明进一步的研究发现，光学元件表面上粘附灰尘，可以通过切割前在光学元件表面上覆盖上一层亲水材料薄膜，且在切割过程中用喷水冲洗切割部位和切割刀片而得到有效地防止。
根据本发明的一个方面，其中提供了一种组合光学器件，它包括
一个用粘合剂粘到支撑体上的光学元件，该光学元件至少一部分表面上覆盖着亲水材料薄膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种制作具有用粘合剂粘到支撑体上之光学元件的组合光学器件的方法，它包括以下步骤制备其长度不小于两倍其宽度且其表面至少一部分覆盖着亲水材料薄膜的条状光学元件，并用粘合剂将条状光学元件粘到支撑体上；以及切割条状光学元件，粘合剂和支撑体，同时至少在它们要切割的地方加含水液体。
在本发明在后一方面的实施例中，用切割器切割条状光学元件、粘合剂和支撑体。在切割的过程中，将水为主要成份的液体喷射到切割部位和切割器的刀片上。
在本发明的两个方面中，至少光学元件的入射面适宜于涂覆上亲水材料薄膜。但是，典型的情况是，入射和反射两个面都涂覆有亲水材料薄膜。
本发明在前和在后的方面中的光学元件，根据组合光学器件的用途和功能的需要任意选用，比如，光学元件是棱镜。
在本发明的两方面中，典型的粘合剂是采用了可紫外线固化树脂的粘合剂。这种粘合剂的例子是硅树脂基粘合剂。在本发明的两方面中，典型的支撑件是半导体基片，尤其是其上有诸如半导体激光器的发光器件，诸如光电二极管的光检测器件，或者电子电路的半导体基片。
在本发明的两个方面中，亲水材料至少是选自下列一组中的一种材料；MgF2，CaF2，CaO，MgO，Al2O3，BeO，ZnO，TiO2，SiO2，SnO2，Cu3O，Na2S，B2O3，CaS和CuO等。
亲水薄膜对水的湿润度因薄膜的材料，密度和表面条件的不同而不同。薄膜的密度和表面条件还随着制作薄膜的方法与条件的不同而不同。比如，即使用同一种亲水材料制作这种薄膜，用真空蒸镀所得到的膜与用溅射所得的膜在薄膜密度和表面条件方面也是不同的。SiO2膜作为一个具体例子，在具有低密度和浓密时比具有高密度和浓密时表现更好的湿润度。实际上，SiO2膜与水的接触角变化很大，从50°(很好的湿润度)到90°(不能接受的湿润度)，这取决于制作条件。因此，显然有必要用尽可能高湿润度的材料做薄膜的亲水材料，并有必要适当的制膜方法与条件。
本发明在前或在后一方面的实施例中，组合光学器件是一个激光耦合器。
根据本发明在前方面的组合光学器件，由于光学元件至少有一部分表面涂覆着亲水材料薄膜且该膜表现良好的水湿润度，因此当用切割器等同时切割光学元件，粘合剂和支撑体并同时向切割部位和其他部分喷水时，在该表面处将迅速形成一个水层。该水层防止切割过程中产生的碎屑或灰尘粘到光学元件表面上。即使碎屑或灰尘粘到了光学元件的表面，由于水能迅速地进入碎屑与亲水膜之间，该碎屑将很快被冲洗掉。因此，本发明可以有效地防止切割光学元件、粘合剂和支撑体产生的碎屑或灰尘粘附到光学元件的表面上。
根据本发明在后方面的制作组合光学器件方法中，其长度不小于其宽度两倍且其表面至少有一部分涂覆着亲水材料的条状光学元件，由粘合剂粘到支撑体上，且在至少向切割部位加水的同时切割条状光学元件，粘合剂和支撑体。而且象本发明在前方面的组合光学器件一样，亲水材料膜有效地防止了切割产生的碎屑或灰尘粘附到光学元件表面上。
本发明的上述及其他目的，特征和优点将通过下述结合附图的详细说明而得到清楚的解释。
图1是表示现有激光耦合器的透视图；图2是表示现有激光耦合器的截面图；图3是表示扁平封装的现有激光耦合器的透视图；图4是解释现有制作激光耦合器方法的示意图；图5是解释该现有制作激光耦合器方法的示意图；图6是解释该现有制作激光耦合器方法的示意图；图7是解释该现有制作激光耦合器方法的示意图；图8是解释该现有制作激光耦合器方法的示意图；图9是表示本发明一个实施例激光耦合器的截面图；图10是解释制作本发明该实施例激光耦合器方法的示意图；图11是解释制作本发明该实施例激光耦合器方法的示意图；图12是解释本发明该实施例激光耦合器制作方法的示意图；图13是本发明该实施例激光耦合器制作方法中所采用条形微棱镜的截面图；图14是解释本发明该实施例激光耦合器制作方法的示意图；及图15是解释本发明该实施例激光耦合器制作方法的示意图。
下文将参考附图解释本发明的一个实施例。在该实施例的全部附图中，相同或等效的部件或元件用相同的标号标记。
图9是表示本发明一个实施例的激光耦合器的截面图。该实施例的激光耦合器在透视时看上去与图1相同。
如图9所示，该实施例的激光耦合器包括有光学玻璃等材料制得的微棱镜2，和由光电二极管3与置于其上的半导体激光器4组成的LOP芯片，它们彼此靠近地装配在光电二极管集成电路1上。光电二极管集成电路1包括一对用于检测光信号的光电二极管，一个电流—电压(I-V)变换放大器和一个运算处理单元(均未画出)，所有这些部分都包含在集成电路之中。光电二极管3用于监测半导体激光器4后端面的输出光，并控制半导体激光器4前端面的输出光。光电二极管集成电路1和光电二极管3由硅芯片等制成，而半导体激光器4可采用GaAs/AlGaAs半导体激光器等。
微棱镜2在其倾斜表面2a上有半反射镜5，在其顶表面2b上有全反射膜6，在其底表面2c上有抗反射膜7，在其面对着LOP芯片的端面2d上有一反射镜面，且在其背对着LOP芯片的端面2e上有光吸收膜8。微棱镜2顶面2c上的抗反射膜7被二氧化硅(SiO2)膜9所覆盖。用加到SiO2膜9上的粘合剂10将微棱镜2装到光电二极管集成电路1上。SiO2膜9用于增强粘合剂10的粘合力，以将微棱镜2固定在光电二极管集成电路1上。作为半反射镜5可以是真空蒸镀而得到的非晶硅膜。半反射镜5的反射率可以为20％。作为全反射膜6可以是包括交替叠置的20层SiO2和20层TiO2的多层介质膜。作为抗反射膜7可以是CeF3膜。作为光吸收膜8可以是Cr/CrO基质的多层膜。在某些情况下，微棱镜2在靠近LOP芯片的底面2c上的一半抗反射膜7上有一个半反射镜。
在该实施例的激光耦合器中，除了有与图1和2所示激光耦合器相同的元件或组件之外，还有一层亲水材料的薄膜11覆盖在微棱镜2倾斜表面2a的半反射镜5和顶表面的全反射膜6之上。作为亲水膜11可以是MgF2膜。
有上述结构的激光耦合器被封装在一个由陶瓷等材料制成的平板壳111内，并用图3所示相同的方式由窗盖密封住。
该实施例的激光耦合器其工作方式与前述的现有激光耦合器相同，因而在此可省略去对其说明的文字。
下文要解释的是制作该实施例激光耦合器的一种方法。
如图10所示，首先用已知的圆片工艺制备光电二极管集成电路圆片12。标号12a代表与一个光电二极管集成电路相对应的芯片区。
接着如图11所示，用银膏(未画出)把LOP芯片装配到光电二极管集成电路圆片12的各个芯片区12a中，且随后进行相应的固化处理。
在下一个步骤中，如图12所示，制备出条状微棱镜2，其每条要足够长，如18.6mm，以从光电二极管集成电路圆片12上的数个芯片区12a，如10个基片区之上延伸过去。该条状微棱镜2先用紫外光下可固化的硅树脂基粘合剂(未画出)固定住。之后，进行固化处理，即在紫外光的照射下使粘合剂固化。
在如图13所示的步骤中，分别在每个条状微棱镜2的倾斜表面2a上形成半反射膜5和亲水膜11，在其顶表面2b上形成全反射膜5和亲水膜11，在底表面2c上形成抗反射膜7和SiO2膜9，在端面2d上形成反射镜面，而在端面2e上形成光吸收膜8。
接下来的步骤中，将光电二极管集成电路圆片12的背面粘到一可拉伸片上(未画出)。然后如图14所示，用合适的切割器对每个条状微棱镜进行半切割。
此后，用切割器彻底切割每个条状微棱镜2，粘合剂10和光电二极管圆片12，以最终获得分立的芯片，即单个光电二极管集成电路，如图15所示。因此，每个条状微棱镜2被分割成了10个微棱镜2。
然后拉伸该可拉伸的片，以使各个芯片彼此断开，并用与图3所示相同的方式将每个芯片取下并封装起来。
当进行条状微棱镜2半切割，和进行条状微棱镜2，粘合剂10和光电二极管集成电路圆片12的完全切割时，向切割部位和切割器的刀片上喷水，以冲洗掉碎屑或灰尘。在切割步骤之后，喷水和吹干燥空气除去灰尘。如图13所示，由于最容易粘附灰尘的条状微棱镜2斜表面2a和顶表面2b最外层是亲水膜11，所以在用喷水冲洗的过程中亲水膜11形成有一个水层。因而大大防止了碎屑或灰尘粘附到微棱镜2的表面上。既使这种灰尘不慎粘到微棱镜2的表面上，水会顽强地进入到灰尘与亲水膜11之间的交界面上除去灰尘。
如上所述，根据此实施例，由于最易粘附碎屑或灰尘的微棱镜2倾斜表面2a和顶表面2b，其最外层上有一亲水膜11，所以可有效地防止由切割微棱镜2，粘合剂10和光电二极管集成电路圆片12所产生的这种灰尘粘附微棱镜2的表面上。因此，可防止激光耦合器光学性能的变劣。而且也可以提高激光耦合器的产量。
已参考附图具体地描述了本发明优选实施例，不能理解为本发明仅局限于该具体实施例，对本领域的普通技术人员来说在没有脱离所附权利要求书所限定的本发明的构思与范围的情况下，可以进行各种变化和改型。
尽管实施例是针对一种激光耦合器进行描述的，但本发明除激光耦合器之外还可以用于各种组合光学器件。如上所述，根据本发明，由于光学元件至少有一部分表面涂覆有亲水材料膜，所以可以成功地防止切割光学元件，粘合剂和其支撑体时有灰尘粘附到光学元件的表面上。
权利要求
1.一种组合光学器件，包括一个用粘合剂粘到支撑体上的光学元件，所述光学元件至少有一部分表面涂覆着亲水材料薄膜。
2.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述光学元件的至少光入射面涂覆有所述亲水材料薄膜。
3.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述光学元件的至少光反射面涂覆有所述亲水材料薄膜。
4.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述的亲水材料包括至少一种从下述一组中选出的材料MgF2，CaF2，CaO，MgO，Al2O3，BeO，ZnO，TiO2，SiO2，SnO2，Cu3O，Na2S，B2O3，CaS和CuO。
5.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述的光学元件是棱镜。
6.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述的粘合剂由紫外线照射下可固化的树脂制备而得。
7.根据权利要求6的组合光学器件，其中所述的粘合剂是基于硅树脂的。
8.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述的支撑体为半导体基片。
9.根据权利要求1的组合光学器件，其中所述的组合器件是激光耦合器。
10.一种组合光学器件，包括一个用紫外线固化树脂制出的用粘合剂粘到半导体基片上的棱镜，所述棱镜有一个涂覆着亲水材料膜的光入射面和一个涂覆着亲水材料膜的光反射面。
11.一种制造组合光学器件的方法，其中的光学器件有一个用粘合剂粘到支撑体上的光学元件，该方法包括如下步骤制备出其长度不小于其两倍宽度，其表面至少有一部分涂覆着亲水材料膜的条状光学元件，并用所述粘合剂将所述条状光学元件粘到所述支撑体上；以及切割所述条状光学元件，所述粘合剂和所述支撑件，同时至少在被切割的部位施加含水液体。
12.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述的切割步骤使用了有刀片的切割器，以及在所述条状光学元件，所述粘合剂和所述支撑体被切割时，将含水液体施加到所述刀片上。
13.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述条状光学元件的至少光入射面涂覆有亲水材料所述膜。
14.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述条状光学元件的至少光反射面涂覆有亲水材料所述膜。
15.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述的亲水材料包括至少一种从下述一组中选出的材料MgF2，CaF2，CaO，MgO，Al2O3，BeO，ZnO，TiO2，SiO2，SnO2，Cu3O，Na2S，B2O3，CaS和CuO。
16.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述的光学元件是棱镜。
17.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述的粘合剂是由紫外线照射下可固化的树脂制备而成的。
18.根据权利要求17的制造组合光学器件的方法，其中所述的粘合剂是基于硅树脂的。
19.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述的支撑体是半导体基片。
20.根据权利要求11的制造组合光学器件的方法，其中所述的组合光学器件是激光耦合器。
全文摘要
一种组合光学器件包括一个用粘合剂粘到支撑体上的光学元件，该光学元件的至少一部分表面涂覆有亲水材料的薄膜。一种制造带有用粘合剂粘到支撑体上的光学元件的组合光学器件的方法，包括以下步骤制备出其长度不小于其两倍宽度且其表面至少有一部分涂覆着亲水材料薄膜的条状光学元件，并用粘合剂将条状光学元件粘到支撑体上；切割条状光学元件、粘合剂和支撑体，且同时至少在被切割的部位加含水液体。
文档编号G11B7/12GK1154543SQ95121879
公开日1997年7月16日 申请日期1995年11月29日 优先权日1994年11月29日
发明者谷口正, 藤卷义继 申请人:索尼株式会社