本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)復(fù)合帽元件、尤其用于mems部件的封裝(例如mems鏡)的復(fù)合帽元件的方法，以及相應(yīng)的復(fù)合帽元件。

背景技術(shù)：

1、因?yàn)橥鈿Q定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并在加工和運(yùn)行過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)起到了保護(hù)作用，使其免受機(jī)械、化學(xué)和其他方面的影響，因此外殼的生產(chǎn)在微系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程中起著重要的作用。

2、經(jīng)常使用的方法是所謂的晶圓級(jí)封裝(wlp)，在該方法中，甚至在切割晶圓之前就已經(jīng)完成了特定的方法步驟。

3、在生產(chǎn)具有運(yùn)動(dòng)部件的微系統(tǒng)、尤其微機(jī)電系統(tǒng)(mems)或微光機(jī)電系統(tǒng)(moems)(例如加速度計(jì)、陀螺儀或微鏡)的外殼時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到帶有限定的空腔的帽元件。

4、在光電微系統(tǒng)的封裝中，可以使用帶有光學(xué)透明元件的帽元件。在這此，有時(shí)會(huì)對(duì)表面和幾何特性提出很高的要求，并且在許多情況下需要進(jìn)行密封地封裝。

5、此外，在生產(chǎn)大量帽元件的情況下，可能會(huì)需要單個(gè)元件具有高均勻度，尤其當(dāng)其在整個(gè)晶片面上時(shí)。

6、在用于掃描應(yīng)用的高效mems鏡、例如光透射或激光雷達(dá)(lidar)設(shè)備或xr設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)外殼的幾何構(gòu)造以減少可能導(dǎo)致圖像偽影的寄生反射也是經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)復(fù)合帽元件、尤其用于mems部件的封裝(例如mems鏡)的復(fù)合帽元件的方法，以及相應(yīng)的復(fù)合帽元件，以實(shí)現(xiàn)高精度制造，尤其實(shí)現(xiàn)高精度成型、高精度對(duì)齊，和/或高精度連接的透明元件，尤其達(dá)到高均勻度和光學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)，以及還實(shí)現(xiàn)高效、可擴(kuò)展的生產(chǎn)，尤其可以減少方法步驟、尤其再加工步驟的數(shù)量。

2、上述目的由獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)。

3、在從屬權(quán)利要求中限定了有利的實(shí)施例。

4、本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)復(fù)合帽元件、尤其用于mems部件的封裝(例如mems鏡)的復(fù)合帽元件的方法。

5、該方法包括提供底基板，具有通過(guò)在底基板內(nèi)的開(kāi)口形成的至少一個(gè)窗口，和提供透明的蓋基板，用于透明地覆蓋底基板內(nèi)的至少一個(gè)窗口。

6、底基板和蓋基板具有不同的軟化溫度，其中底基板的軟化溫度低于蓋基板的軟化溫度。

7、方法還包括在底基板和蓋基板之間在至少圍繞窗口環(huán)繞地構(gòu)造的連接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生連接、尤其密封的連接，以密封地封閉窗口。

8、方法還包括至少在窗口的邊緣區(qū)域內(nèi)將相互連接的基板加熱到底基板可變形而蓋基板保持形狀穩(wěn)定的溫度。

9、此外，方法還包括在窗口的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)形狀穩(wěn)定的蓋基板，同時(shí)在圍繞窗口的區(qū)域內(nèi)使可變形底基板產(chǎn)生形變，以形成復(fù)合帽元件。

10、如上，底基板和蓋基板具有不同的軟化溫度。在本發(fā)明的上下文中，軟化溫度意味著指示相應(yīng)的基板開(kāi)始變得可變形的溫度，優(yōu)選地指示相應(yīng)基板的粘度達(dá)到107.6dpas(分帕秒)時(shí)的溫度。

11、如上，在描述方法的上下文中，相互連接的基板被加熱到底基板可變形而蓋基板保持形狀穩(wěn)定的溫度。尤其，相互連接的基板可以被加熱到底基板的粘度低于1013pas(帕秒)時(shí)的溫度，優(yōu)選地加熱到底基板的粘度低于1012pas(帕秒)時(shí)的溫度，更優(yōu)選地加熱到底基板的粘度低于1011pas(帕秒)時(shí)的溫度，進(jìn)一步優(yōu)選地加熱到底基板的粘度低于109pas(帕秒)時(shí)的溫度，更進(jìn)一步優(yōu)選地加熱到底基板的粘度低于108pas(帕秒)時(shí)的溫度，其中，蓋基板保持有較高的粘度，尤其至少101pas或102pas的較高粘度。

12、尤其，相互連接的基板被加熱到高于底基板的軟化溫度而低于蓋基板的軟化溫度的溫度。

13、原則上，上述方法步驟的時(shí)間順序并不是固定的。然而，優(yōu)選的情況是在底基板和蓋基板之間密封的連接的建立在相互連接的基板的加熱之前，和/或在蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)、同時(shí)底基板在圍繞窗口的區(qū)域內(nèi)的形變之前。

14、可以通過(guò)多種方式建立底基板和蓋基板之間的密封的連接。

15、例如，底基板和蓋基板之間的密封的連接可以是通過(guò)激光焊接形成的，和/或，使得圍繞窗口的環(huán)繞的連接區(qū)域線性地構(gòu)造。

16、然而，密封的連接還可以是通過(guò)陽(yáng)極焊形成的，和/或，使得圍繞窗口的環(huán)繞的連接區(qū)域面狀地構(gòu)造。

17、如上，在此過(guò)程中，通過(guò)透明的蓋基板封閉底基板上的窗口。蓋基板、尤其在窗口的區(qū)域內(nèi)置于底基板上，其邊緣與底基板重合。

18、在這種情況下，蓋基板的一個(gè)尤其環(huán)形的面與底基板的一個(gè)尤其環(huán)形的面相接觸。

19、優(yōu)選地，兩塊基板的至少相互接觸的面、或者整個(gè)基板構(gòu)造成平坦的或平面的。

20、尤其，可以規(guī)定，底基板至少局部地是面狀的，尤其平面的，和/或，透明的蓋基板至少局部地是面狀的，尤其平面的。

21、由于蓋基板覆蓋了底基板上的窗口，因此透明的蓋基板優(yōu)選地在圍繞至少一個(gè)窗口的接觸區(qū)域內(nèi)與底基板進(jìn)行面狀接觸。

22、接觸區(qū)域的寬度、尤其環(huán)繞地圍繞窗口的寬度可以為至少10μm，優(yōu)選為至少50μm，更優(yōu)選為至少800μm。

23、在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，底基板和蓋基板之間的接合質(zhì)量指數(shù)q不低于0.8，優(yōu)選地不低于0.9，更優(yōu)選地不低于0.95。

24、接合質(zhì)量指數(shù)q為q＝1-(a-g)/a，其中a表示底基板和蓋基板之間的接觸區(qū)域的面積；g表示位于其內(nèi)的基板之間的距離小于5μm、優(yōu)選地小于2μm、更優(yōu)選地小于1μm、進(jìn)一步優(yōu)選地小于0.3μm的良好面積。

25、可選地，根據(jù)蓋基板是在施加到底基板上時(shí)已經(jīng)具有了所需的尺寸還是在施加后才產(chǎn)生所需的尺寸來(lái)選擇調(diào)整蓋基板尺寸的方法步驟。

26、尤其，在某些方法變體中，該方法包括引入分隔通道，該分隔通道穿過(guò)蓋基板并環(huán)繞地圍繞底基板的至少一個(gè)窗口。

27、尤其，分隔通道可以是在底基板和蓋基板之間形成密封的連接之后引入蓋基板的。

28、優(yōu)選地，分隔通道可以環(huán)繞地圍繞連接區(qū)域延伸，尤其環(huán)繞地圍繞線性連接區(qū)域延伸(例如在激光焊接的情況下)，或者在連接區(qū)域內(nèi)延伸，尤其在面狀連接區(qū)域內(nèi)延伸(例如在陽(yáng)極焊的情況下)。

29、分隔通道可以例如借助激光燒蝕引入蓋基板。

30、尤其對(duì)于mems鏡，并且在原則上與之獨(dú)立的情況下，在最終的復(fù)合帽元件中，會(huì)期望蓋基板相對(duì)于底基板的傾斜位置。

31、在此背景下，該方法可以尤其構(gòu)造成使得蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)，同時(shí)底基板在圍繞窗口的區(qū)域內(nèi)的形變?nèi)绱说貙?shí)施，使蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)處于相對(duì)于底基板的傾斜位置。

32、尤其，蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)的傾斜位置可以具有介于1度至45度之間、優(yōu)選地介于10度至25度之間的角度。

33、為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)或變形而使用的工具可以是沖模，例如可以作用在蓋基板或底基板上的沖模。

34、因此，蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)可以是通過(guò)對(duì)蓋基板施加壓力的沖模以在圍繞窗口的區(qū)域內(nèi)使底基板產(chǎn)生形變的方式實(shí)現(xiàn)的。

35、此處，可選地，與沖模相對(duì)置地設(shè)有對(duì)置面，底基板被壓在對(duì)置面上，例如，以便提高接合質(zhì)量指數(shù)和/或增強(qiáng)連接。

36、替代地或附加地，蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)可以是通過(guò)在圍繞窗口的區(qū)域內(nèi)對(duì)底基板施加壓力的沖模以在圍繞窗口的區(qū)域內(nèi)使底基板產(chǎn)生形變的方式實(shí)現(xiàn)的。

37、可選地，相應(yīng)地，與沖模相對(duì)置地設(shè)有對(duì)置面，蓋基板被壓在對(duì)置面上。例如，這個(gè)對(duì)置面可以是由另一個(gè)沖模形成的。

38、沖模和/或?qū)χ妹婵梢苑謩e構(gòu)造成環(huán)繞的凸緣，該環(huán)繞的凸緣在連接區(qū)域和/或接觸區(qū)域的區(qū)域內(nèi)尤其作用于相應(yīng)的基板。這樣，例如，蓋基板的光學(xué)相關(guān)區(qū)域就不會(huì)受到壓力的影響。

39、此外，還可以加熱沖模和/或?qū)χ妹?，例如，用以提高接合質(zhì)量指數(shù)和/或增強(qiáng)連接。

40、在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，可以對(duì)蓋基板進(jìn)行涂層處理，例如，涂敷了防反射涂層和/或通過(guò)特定的濾光層，例如用于rgb或nir傳輸?shù)臑V光層等。即使是在存在這些涂層的情況下，構(gòu)造成環(huán)繞的凸緣的沖模也是有利的，這是因?yàn)槠淇梢员苊鈸p壞這些涂層。

41、如上，底基板和蓋基板具有不同的軟化溫度。

42、例如，底基板和蓋基板的不同軟化溫度可以彼此相差，例如相差至少50k，優(yōu)選地相差至少100k，更優(yōu)選地相差至少150k。

43、替代地或附加地，還可以規(guī)定，底基板和蓋基板的不同軟化溫度如此地彼此相差，使得在底基板的軟化溫度和/或蓋基板的軟化溫度下，兩種基板的粘度相差至少100.5pas，優(yōu)選地相差至少101pas，更優(yōu)選地相差至少102pas。

44、在材料方面，尤其，底基板可以包括以下材料之一或由以下材料之一組成：玻璃，尤其硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、堿金屬硼硅酸鹽玻璃、堿金屬硼酸鹽玻璃、堿金屬磷酸鹽玻璃、硼酸鋅玻璃、含鉛玻璃、釩酸鹽玻璃、磷酸鋅玻璃。然而，底基板也可以包括下文中用于蓋基板的材料至少之一或由材料至少之一組成。

45、尤其，蓋基板可以包括以下材料之一或由以下材料之一組成：玻璃，尤其硅酸鋁玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、稀土硅酸鋁玻璃、堿土金屬硅酸鋁玻璃、玻璃陶瓷、石英玻璃、藍(lán)寶石、硅、鍺。然而，蓋基板也可以包括上文中用于底基板的材料至少之一或由材料至少之一組成。

46、下文將具體介紹一些優(yōu)選的實(shí)施例。

47、在一些實(shí)施例中，底基板和蓋基板之間的連接強(qiáng)度、尤其室溫下的剪切強(qiáng)度優(yōu)選為至少10mpa。

48、在一些實(shí)施例中，底基板的熱膨脹系數(shù)介于2×10-6k-1和10×10-6k-1之間。

49、在一些實(shí)施例中，蓋基板的熱膨脹系數(shù)介于2×10-6k-1和10×10-6k-1之間。

50、在一些實(shí)施例中，底基板和蓋基板的熱膨脹系數(shù)之差的絕對(duì)值小于5×10-6k-1，優(yōu)選地小于2×10-6k-1，更優(yōu)選地小于1×10-6k-1。

51、在一些實(shí)施例中，底基板的厚度介于0.02mm和5mm之間。

52、在一些實(shí)施例中，蓋基板的厚度介于0.02mm和5mm之間。

53、在一些實(shí)施例中，底基板上的至少一個(gè)窗口的面積介于0.5mm×0.5mm和50mm×50mm之間。

54、在一些實(shí)施例中，蓋基板表面的平均粗糙度ra不超過(guò)15nm，優(yōu)選地不超過(guò)10nm，更優(yōu)選地不超過(guò)5nm。

55、在一些實(shí)施例中，蓋基板、尤其窗口的光學(xué)相關(guān)部分的平面度小于20μm。

56、在一些實(shí)施例中，蓋基板的厚度變化、尤其窗口的區(qū)域的平均厚度變化小于5％。

57、在一些實(shí)施例中，蓋基板對(duì)波長(zhǎng)為300nm至2500nm的光的透射率為至少90％。

58、如上，方法包括提供具有至少一個(gè)窗口的底基板。不過(guò)，在進(jìn)一步發(fā)展中，也可以在底基板上設(shè)置多個(gè)窗口。

59、相應(yīng)地，在進(jìn)一步發(fā)展中，底基板可以具有多個(gè)窗口。每個(gè)窗口由底基板內(nèi)的開(kāi)口形成。優(yōu)選地，多個(gè)窗口以規(guī)則的網(wǎng)格布置。

60、在該情況下，透明的蓋基板可以用于同時(shí)覆蓋多個(gè)窗口，和/或，可以提供多個(gè)透明的蓋基板，其分別用于覆蓋一個(gè)或多個(gè)窗口。

61、優(yōu)選地，環(huán)繞地圍繞每個(gè)窗口建立底基板和蓋基板之間的密封的連接，尤其在圍繞每個(gè)窗口建立(尤其通過(guò)激光焊接建立)線性連接區(qū)域，和/或在基板之間建立(尤其通過(guò)陽(yáng)極焊建立)面狀連接區(qū)域，例如全面積連接區(qū)域。

62、優(yōu)選地，至少在每個(gè)窗口的區(qū)域?qū)ο嗷ミB接的基板進(jìn)行加熱，例如，逐漸地加熱特定的窗口的區(qū)域或更優(yōu)選地同時(shí)整體加熱。

63、另外，在每個(gè)窗口的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)蓋基板，同時(shí)底基板會(huì)產(chǎn)生形變，例如在特定窗口的區(qū)域內(nèi)逐漸產(chǎn)生形變或更優(yōu)選地同時(shí)整體地。例如，出于這個(gè)目的，可以使用多個(gè)沖模，尤其為多種運(yùn)動(dòng)或變形確定統(tǒng)一的傾斜位置時(shí)。

64、本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)封裝的mems部件的方法，包括：提供具有mems部件、例如mems鏡的載體基板，并且還包括：在載體基板之上涂敷和連接、尤其密封地連接復(fù)合帽元件，尤其如上的已經(jīng)生產(chǎn)的復(fù)合帽元件，使得mems部件在載體基板和復(fù)合帽元件之間尤其密封地封閉。

65、本發(fā)明還涉及一種用于封裝通過(guò)上述方法生產(chǎn)的或可通過(guò)上述方法生產(chǎn)的mems部件、例如mems鏡的復(fù)合帽元件。

66、本發(fā)明還涉及一種用于mems部件的封裝、例如mems鏡的復(fù)合帽元件。

67、復(fù)合帽元件包括：底基板，具有通過(guò)在該底基板內(nèi)的開(kāi)口形成的至少一個(gè)窗口，和透明地覆蓋底基板內(nèi)的至少一個(gè)窗口的透明的蓋基板。

68、復(fù)合帽元件還包括：在至少圍繞窗口(110)環(huán)繞地構(gòu)造的連接區(qū)域內(nèi)建立底基板和蓋基板之間的連接、尤其密封的連接，以封閉、尤其密封地封閉窗口。

69、底基板在圍繞窗口的區(qū)域中具有形變，以便使蓋基板相對(duì)于底基板的位置發(fā)生移動(dòng)。

70、此外，底基板和蓋基板具有不同的軟化溫度，其中，底基板的軟化溫度低于蓋基板的軟化溫度。

71、底基板和蓋基板之間的密封的連接構(gòu)造成呈線性，尤其，呈現(xiàn)激光焊縫的形式。

72、底基板和蓋基板之間的密封的連接構(gòu)造成面狀連接，尤其，呈現(xiàn)陽(yáng)極焊的形式。

73、底基板至少局部地構(gòu)造成面狀的，尤其平面的。此外，透明的蓋基板至少局部地構(gòu)造成面狀的，尤其平面的。

74、優(yōu)選地，透明的蓋基板在圍繞至少一個(gè)窗口的接觸區(qū)域內(nèi)與底基板進(jìn)行面狀接觸，以便透明地覆蓋底基板上的至少一個(gè)窗口。

75、接觸區(qū)域的寬度、尤其環(huán)繞地圍繞窗口的寬度可以為至少10μm，優(yōu)選為至少50μm，更優(yōu)選為至少800μm。

76、尤其，底基板和蓋基板之間的接合質(zhì)量指數(shù)q不低于0.8，優(yōu)選地不低于0.9，更優(yōu)選地不低于0.95。

77、接合質(zhì)量指數(shù)q為q＝1-(a-g)/a，其中，a表示底基板和蓋基板之間的接觸區(qū)域的面積；g表示位于其內(nèi)的基板之間的距離小于5μm、優(yōu)選地小于2μm、更優(yōu)選地小于1μm、進(jìn)一步優(yōu)選地小于0.3μm的良好面積。

78、復(fù)合帽元件還可以包括：穿過(guò)蓋基板并環(huán)繞地圍繞至少一個(gè)窗口的分隔通道。

79、優(yōu)選地，分隔通道環(huán)繞地圍繞連接區(qū)域延伸，尤其環(huán)繞地圍繞線性連接區(qū)域延伸，或者在連接區(qū)域內(nèi)延伸，尤其在面狀連接區(qū)域內(nèi)延伸。

80、優(yōu)選地，底基板的形變使得蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)處于相對(duì)于底基板的傾斜位置。尤其，蓋基板在窗口的區(qū)域內(nèi)的傾斜位置具有介于1度至45度之間、優(yōu)選地介于10度至25度之間的角度。

81、底基板和蓋基板的不同軟化溫度可以相差至少50k，優(yōu)選地相差至少100k，更優(yōu)選地相差至少150k。

82、底基板可以包括以下材料之一或由以下材料之一組成：玻璃，尤其硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、堿金屬硼硅酸鹽玻璃、堿金屬硼酸鹽玻璃、堿金屬磷酸鹽玻璃、硼酸鋅玻璃、含鉛玻璃、釩酸鹽玻璃、磷酸鋅玻璃。

83、蓋基板可以包括以下材料之一或由以下材料之一組成：玻璃，尤其硅酸鋁玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、稀土硅酸鋁玻璃、堿土金屬硅酸鋁玻璃、玻璃陶瓷、石英玻璃、藍(lán)寶石、硅、鍺。

84、底基板和蓋基板之間的連接強(qiáng)度、尤其室溫下的剪切強(qiáng)度可以為至少10mpa。

85、底基板的熱膨脹系數(shù)可以介于2×10-6k-1和10×10-6k-1之間。

86、蓋基板的熱膨脹系數(shù)可以介于2×10-6k-1和10×10-6k-1之間。

87、底基板和蓋基板的熱膨脹系數(shù)之差的絕對(duì)值可以小于5×10-6k-1，優(yōu)選地小于2×10-6k-1，更優(yōu)選地小于1×10-6k-1。

88、底基板的厚度可以介于0.02mm和5mm之間。

89、蓋基板的厚度可以介于0.02mm和5mm之間。

90、底基板上的至少一個(gè)窗口的面積可以介于0.5mm×0.5mm和50mm×50mm之間。

91、蓋基板表面的平均粗糙度ra可以不超過(guò)15nm，優(yōu)選地不超過(guò)10nm，更優(yōu)選地不超過(guò)5nm。

92、蓋基板、尤其窗口的光學(xué)相關(guān)部分的平面度可以小于20μm。

93、蓋基板的厚度變化、尤其窗口的區(qū)域的平均厚度變化可以小于5％。

94、蓋基板對(duì)波長(zhǎng)為300nm至2500nm的光的透射率可以為至少90％。

95、底基板可以具有多個(gè)窗口，每個(gè)窗口由底基板內(nèi)的開(kāi)口形成。優(yōu)選地，多個(gè)窗口以規(guī)則的網(wǎng)格布置。

96、透明的蓋基板可以同時(shí)覆蓋多個(gè)窗口，和/或，可以包括多個(gè)透明的蓋基板，其分別覆蓋一個(gè)或多個(gè)窗口。

97、優(yōu)選地，包括環(huán)繞地圍繞每個(gè)窗口在底基板和蓋基板之間的密封的連接。

98、底基板優(yōu)選地在圍繞每個(gè)窗口的區(qū)域中具有形變，以便使每個(gè)蓋基板相對(duì)于底基板的位置發(fā)生移動(dòng)。

99、本發(fā)明還涉及一種封裝的mems部件，包括：具有mems部件、例如mems鏡的載體基板和施加在載體基板之上的復(fù)合帽元件、尤其根據(jù)上述描述已經(jīng)涂敷和連接的、尤其密封的連接的復(fù)合帽元件，使得mems部件在載體基板和復(fù)合帽元件之間封閉、尤其密封地封閉。