由热塑材料制成的聚合物光电器件的制作方法

本实用新型涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种由热塑材料制成的聚合物光电器件。

背景技术：

随着智能手机的广泛使用，用于智能手机的光电器件(镜头模组、图像传感器等)研究得到迅猛发展。智能手机是大批量、高度集成化的电子系统，对各个器件(包括光电器件)的性能、尺寸、可靠性、均一性提出很高的要求。由于智能手机内部空间有限，基于智能手机的光电器件趋于微型化、模块化发展，加工、封装技术需要精确、快速、可靠、批量化完成微型光电器件的加工和封装。

目前，常规光电器件基于玻璃材料加工而成。尽管玻璃材料的光学性能优良，但是基于玻璃的光学器件加工速度、良率、成本仍难满足大量智能手机的需求。因此，基于聚合物材料的光电器件得到广泛的发展。采用精密注塑工艺，聚合物光电器件得以精密、快速、高均一的批量化加工。常规聚合物光电器件的封装方法包括：热压键合、点胶封装、超声焊接、激光焊接。用于智能手机的聚合物光电器件封装，以上方法均有不足：

(1)热压键合，速度慢，容易造成聚合物光电器件变形；

(2)点胶封装，键合强度较弱；融合区域较宽，点胶后的融合区域易扩散到光学器件功能区域，影响器件功能；

(3)超声焊接，需要设计、加工特殊的焊接线；焊接区域较宽，超声焊接后的融合区域易扩散到光学器件功能区域，影响器件功能；同时，超声振动能量易损伤光学器件微纳结构；

(4)激光焊接，常规激光焊接点扫描方式，焊接区域产生应力，造成聚合物光学器件变形，影响器件功能。

用于智能手机的微纳聚合物光学器件，急需精密、快速、可靠、高均一的批量化封装方法生成的光学器件。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供一种由热塑材料制成的聚合物光电器件，所述聚合物光电器件由三层热塑材料封装而成，上层为聚合物平片、中层为吸光薄膜和下层为光电器件结构层，所述上层、中层和下层材料的彼此的热膨胀系数相差不超过10％，优选地不超过5％，更优选地不超过3％；三层热塑材料上层和下层能够透过、不吸收焊接激光，而中层吸收透过上层和/或下层的焊接激光而使三层焊接封装在一起；和所述光电器件结构层中包括不少于5个光电器件单元，每个光电器件单元通过精密注塑工艺在所述光电器件结构层中形成，每个光电器件单元尺寸小于6mmx6mm，上层、下层厚度都不大于0.6mm，中层厚度不大于100μm。

在一种实施方式中，所述上层、中层和下层的尺寸面积不小于1cmx1cm。

在一种实施方式中，所述光电器件单元为散射光器件，尺寸不大于4mmx4mm，上层、下层厚度都不大于0.3mm，中层厚度不大于50μm。

在一种实施方式中，所述上层、中层和下层为同一种热塑材料，其中所述中层热塑材料中掺杂有炭黑。

在一种实施方式中，所述上层、中层和下层为pc、cop或pmma。

在一种实施方式中，所述聚合物光电器件是用于智能手机的光电器件，所述光电器件单元是智能手机的镜头模组或者图像传感器模组。

在一种实施方式中，本实用新型提供一种聚合物光电器件的封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：将所述上层、中层和下层对准；步骤2：将所述上层、中层和下层使用激光焊接，焊接之前、焊接中和焊接后用压力机构对所述聚合物光电器件施加焊接压力，保持聚合物光电器件平整，焊接是单激光焊接模式或者双激光焊接模式。

在一种实施方式中，所述方法还包括：将焊接后的聚合物光电器件通过激光分切，得到光电器件单元。

在一种实施方式中，双激光焊接模式时，上、下层同步并行激光焊接，使得焊接产生的应力最小。

在一种实施方式中，在所述上层和下层上分别设置石英基板，通过所述石英基板施加压力。

本实用新型由热塑材料制成的聚合物光电器件，由于光电器件采用热塑材料(例如pc、cop、pmma)通过精密注塑工艺获得；相较于传统的常规光电器件基于玻璃材料加工而言，批量化生产加工更容易，产品成本更低，生产速度更快，具有更强通用性。并且由热塑材料制成的聚合物光电器件相对于玻璃材料更加不易破损，不易造成器件失效。

在由热塑材料制成的聚合物光电器件的激光焊接封装过程中，由于以下原因导致了塑料应力产生：塑料导热性差，激光焊接产生温差；塑料厚度小易于弯曲变形。

本实用新型的激光焊接封装方法中，封装过程中各项工艺参数均精确可控。各项工艺参数包括激光移动速度、激光功率、激光焦距、激光宽度、焊接压力、保压时间。基于该方法，可以精密、快速、可靠、高均一的批量化封装微纳聚合物光电器件，用于智能手机领域。特别是由于在焊接前、中和后始终保持一定压力，可以有效避免塑料焊接过程中变形、弯曲；另外，采用双激光同步焊接时，上下塑料保持同步变形，有效避免塑料焊接过程中变形、弯曲。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型聚合物光电器件的一种封装方法流程示意图；和

图2是本实用新型聚合物光电器件的下层光电器件结构层中光电器件单元结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例：聚合物光电器件及其封装过程

如图1和2所示，详细封装方法包括三个步骤。

步骤1：大面积三明治结构摆放、精准对准。聚合物光电器件由三层部件组成：上层为聚合物平片、中层为吸光薄膜、下层为光电器件结构层。三明治结构的摆放和精准对准通过装入订制机械工装(“上下石英基板(透光硬性材料)工装”)完成。上层聚合物平片与下层为光电器件结构层为热塑材料，例如pc、cop、pmma。中层吸光薄膜为掺入吸光材料的同质薄膜，例如掺入碳黑材料的pc、cop、pmma薄膜材料。

步骤2：大面积三明治结构激光焊接。焊接过程包括结构施压、激光焊接、结构保压。通过精确控制激光移动速度、激光功率、激光焦距、激光宽度、焊接压力、保压时间，从而精确控制焊接线宽度、强度、均一性；减少焊接产生的应力，保持光电器件平整度。焊接过程中，有两种光照模式。一种是单激光焊接模式，一种是双激光焊接模式。双激光焊接模式下，工艺参数更易控制，焊接产生的应力更小。

在一些实施方式中，使用直径4cm气缸，工件的面积大约4cm*6cm，压强约0.2mpa。

在一些实施方式中，激光焊接使用的激光波长是红外波长，例如980nm；具体激光波长选择可以根据材料特性，要求上层和下层透明材料不吸收激光能量。

在一些实施方式中，激光焊接后的保压时间设定0.5s。

在一些实施方式中，激光焊接时的功率一共300w，输出功率设定为80％

步骤3：大面积三明治结构激光分切。焊接完成的大面积三明治结构经过激光分切，得到单个微纳光电器件单元，每个单元尺寸在5.0mm以下。

应该理解到披露的本实用新型不仅仅限于描述的特定的方法、方案和物质，因为这些均可变化。还应理解这里所用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式方案的目的，而不是意欲限制本实用新型的范围，本实用新型的范围仅受限于所附的权利要求。

本领域的技术人员还将认识到，或者能够确认使用不超过常规实验，在本文中所述的本实用新型的具体的实施方案的许多等价物。这些等价物也包含在所附的权利要求中。