[发明专利]包括防反射结构的光学器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学器件，其中在光学器件的操作范围内防止电磁辐射的干扰反射。特别是，本发明涉及微机械一维和二维扫描仪反射镜、相移反射镜和其他光学元件，由于电磁辐射在玻璃罩和/或保护结构的反射与光学器件相互作用，使其功能受到影响。

背景技术

在这类元件中，玻璃罩和/或保护结构具有保护器件，防止灰尘及杂质的功能和/或确保一定的环境气氛的功能，比如在光学器件内一定的压力、一定的湿度或某一类型的气体。同时，可以耦合接入并输出光束和/或电磁辐射。玻璃罩可以在制造过程中就沉积晶片级上，即所谓的晶片级封装，或者，例如也可以在封装工序中作为密封层沉积。

在此，具有光学功能的微机械生产的芯片或器件是，例如，扫描器反射镜、所谓的扫描光栅、测辐射热仪、光电二极管以及光电二极管阵列、电荷耦合器件(CCD)阵列、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、显示器应用或光调节器。这些芯片和/或器件受保护，例如，防止被粒子污染，防潮湿或来自紫外线(UV)和深紫外线(DUV)辐射范围的高能辐射，或在真空或某种惰性气体条件下操作。而且，所述光学器件需要至少一个由窗或者相对于该器件所需的波长范围透明的保护结构实现的光接口。

制造包括保护结构的这种光学器件的制造方法有许多。

可以封装切割成方块的芯片。首先，通过锯切晶片、激光切割晶片或专用的分割晶片的方法生产单个的芯片或器件。随后，切割成方块的芯片按照各自的规格或在特定的封装中粘接。之后，通过电线接合方式形成所述器件的电连接。或者，在芯片的背面包括如球状格栅阵列，其具有接触垫，由此形成电连接。然后，应用用作保护结构的透明罩密封封装。在此方法中，在实际的封装或覆盖之前，可以在晶片级上测试芯片，使得只有功能芯片才会继续被处理。然而，芯片在从晶片分离，如锯切或分割时，其表面没有任何保护，致使处理工序更为复杂并可能在功能测试后造成额外的晶片级缺陷。这种方法的另一主要的缺点是使用相对昂贵的独立封装。

或者，可以通过晶片粘接覆盖芯片。在此，包括光学器件和/或传感器/执行器芯片的晶片可以连接至另一晶片，即所谓的覆盖晶片，从而获得全范围覆盖。在此，对于所需的可见光波长范围，覆盖晶片可以是玻璃晶片，对于红外线波长范围，覆盖晶片可以由硅制成。如果合适，利用所谓的定距片确保包括光学器件和/或传感器/执行器芯片的晶片与覆盖晶片之间有一确定的间隙。当传感器/执行器晶片的机械元件必须不被限制移动时，这是必须的。基础晶片可以粘接至传感器/执行器晶片的背面。例如，当需要在真空中操作，而传感器/执行器被穿孔，但要被真空密封时，这是必须的。这种覆盖芯片的晶片粘接方法的优点在于，芯片在切割前被覆盖，从而对下一步的切割和处理工序的敏感性相当低。

制造包括保护结构的光学器件的另一种方法是使用所谓的拾取&放置装置，通过它，单个的覆盖罩和/或保护结构可以被高精确定位地设置到晶片上。利用粘接层，例如胶合剂或焊料，连接传感器/执行器晶片和设置其上的覆盖罩。这种方法的优点在于可以在形成覆盖前在晶片级区分芯片，并仅在功能芯片上形成覆盖罩。列入下一步处理工序的功能芯片，在例如晶片粘接的工序中，对切割和处理工序的敏感性相当低。如果适合，该方法可以与晶片粘接方法结合，形成传感器/执行器晶片，也就是包含光学器件的晶片的背面。

在上述的所有方法中，透明罩和/或保护结构平行于芯片表面设置。罩与芯片表面的平行排列对于单纯的光学传感器来说不是问题。然而，如果电磁辐射和/或光线不仅耦合接入，而且再次输出，例如，在光调节器或者扫描仪反射镜中，由于罩与芯片表面平行，在保护结构和/或玻璃罩上产生干扰光线反射。罩顶面和底面的抗反射层可以减少，但不能完全消除该反射。例如一种图像发射的二维偏转扫描仪反射镜。通过该扫描仪反射镜的二维偏转，指向扫描仪反射镜上的激光束被引导至相应于操作范围的图像区域。根据激光焦点的位置调节激光的强度获得理想的图像。然而，在碰撞到扫描仪反射镜上之前，激光束也有部分在玻璃罩反射。如果扫描仪反射镜围绕其零状态对称地偏转，在罩上的剩余反射会在操作范围的图像中心产生一个激光点。

为了说明这种效果的数量级大小，假设激光未经调节，也就是，产生一个最大的光图像区域。例如，激光强度I分布成640x480＝307，200个图像点。假设玻璃罩百分之百地传送，每一图像点的平均强度为I/307，200。假设罩具有抗反射层，从而剩余反射为1-99.9％＝0.01％，中心图像点的附加强度大约为I/10,000。这大约是剩余图像点的强度的30倍，因此对观察者产生干扰。