[发明专利]圆片级球形微透镜阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MOEMS（微光机电系统）封装技术，尤其涉及一种新型微透镜阵列的制备方法。

背景技术

近年来，在手机等便携式消费电子产品终端上搭载有微型的视频摄像模块。该视频摄像模块一般具备图像传感器（CCD或CMOS图像传感器）等固体图像采集元件和在固体图像采集元件的受光面进行成像的透镜（组）。

随着便携电子产品的不断小型化/薄型化，其中的视频摄像模块也要进一步小型化/薄型化，且符合成本效益因素的要求。微透镜及其阵列在微光学系统中有着显著应用，它可以用于光信息处理、光计算、光互连、光数据传输、产生二维点光源，也可以用于复印机、图像扫描仪、传真机、照相机和医疗器械中；此外由于微透镜阵列具有很强的适应性，可广泛用于通信、显示和成像器件中，有助于实现器件小型化。目前微透镜阵列的制造方法主要有:表面微加工技术、反应离子束刻蚀技术、光刻胶回流法、激光直写、热压模成型法、离子交换法、灰度掩膜法、微喷打印和光敏玻璃热成型法等。在这些制造方法中，通常采用金属材料作为透镜阵列的模具，而由于光学微透镜对尺寸控制的要求高，所以通常金属模具的制造成本也很高。相比较而言，玻璃作为一种透光的常见材料，其成本低。专利申请人发展了几种圆片级玻璃微球腔的制备方法：正压热成型和负压热成型方法。Pyrex7740玻璃（含有碱金属离子，Pyrex是美国Corning公司的品牌）是一种重要的材料，它有着与半导体硅材料（常温下，Pyrex7740玻璃热膨胀系数为                                                ，硅的热膨胀系数为）相匹配的热膨胀系数，有着高透光率和较强的强度，使得Pyrex7740玻璃广泛应用于MOEMS、MEMS封装和微流体等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺流程简单、成本低的圆片级球形微透镜阵列的制备方法。

本发明采用如下技术方案：一种球形微透镜阵列的制作方法，包括以下步骤：第一步，在硅圆片上分别刻蚀透镜模具微槽阵列和自对准硅模具微槽得到硅圆片模具，透镜模具微槽阵列间刻蚀有微通道相连，透镜模具微槽的宽度至少是微通道宽度的5倍；第二步，在所述硅圆片的透镜模具微槽阵列内放置一定量的热释气剂粉末；第三步，将硼硅玻璃圆片与上述硅圆片在真空条件下进行键合，使得硅圆片模具的透镜模具微槽及自对准硅模具槽密封；第四步，将上述键合好的圆片加热至玻璃软化点温度以上并保温一定时间，透镜模具微槽阵列内的热释气剂放出的气体使得软化的玻璃成型，从而获得球形玻璃微腔，真空负压力使软化后的玻璃填入自对准硅槽内得到自对准玻璃凸块，冷却，再退火；第五步，去除硅圆片，从而得到带有自对准玻璃凸块的玻璃模具；第六步，在透镜成型硅圆片上相应位置分别刻蚀出相应的自对准凹槽和透镜控制间距模具凹槽；第七步，为了增强玻璃模具的机械强度，用透光的粘结剂将玻璃模具与较厚的透光平板玻璃粘结起来；对上述制得的玻璃模具和硅模具的表面进行抗粘附处理；第八步，在玻璃模具的球形玻璃微腔内填满UV固化胶，并涂满玻璃模具的表面至淹没自对准玻璃凸块高度，然后通过自对准玻璃凸块与自对准凹槽的啮合，使透镜成型硅圆片与玻璃模具自对准；第九步，用紫外光透过玻璃对模具内的UV胶进行固化，经脱模后即可得到圆片级球形微透镜阵列。

上述技术方案中，所述自对准硅模具微槽的图形与（100）硅圆片的（110）方向垂直或平行，可通过设计硅圆片（4）及透镜成型硅圆片（12）上自对准硅模具微槽的开口宽度来精确控制玻璃模具（7）与透镜成型硅圆片（12）之间的间距。所述的硼硅玻璃圆片优选为Pyrex7740玻璃圆片。所述热释气剂优选为碳酸钙（CaCO₃）粉末或氢化钛（TiH₂）粉末。所述退火温度为550℃～570℃，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。第四步所述粘结好的圆片加热温度为820℃～900℃。第三步所述的粘结采用的方法为阳极键合，阳极键合条件为：电压600V～800V，温度为300℃～500℃，气压为2E-5～8E-5Pa。

本发明获得如下效果：