[发明专利]一种用于气密性封装的膨胀系数失配型光学元件的结构及制造方法

说明书

本发明公开了一种用于气密性封装的膨胀系数失配型光学元件的结构，包括光学玻璃或光学晶体元件，所述光学元件采用石英玻璃和透镜中的任意一种，所述光学元件上局部单面设有掩膜部位，所述光学元件的四周设有化学粗化部位，且化学粗化部位的表面真空溅射钛层，所述镀钛层的上面有镀金层，所述光学元件的底部表面通过共晶焊或电镀金锡与金属方框形成软钎焊层，采用了将光学元件掩膜局部粗化，极化，真空溅射金属膜，然后在金属膜上局部电镀或熔接低温钎焊料的方法形成金属过渡层，然后通过低温钎焊的方法，将一些不能经过高温过程的特殊的晶体光窗，或者膨胀系数失配的光学元件和金属或金属化陶瓷结合形成气密性封装的目的。

技术领域

本发明属于特种光学玻璃或光学晶体材料用作气密性封装的石英玻璃或透镜部件，具体涉及一种膨胀系数失配型光学元件的气密性封装的结构及制造方法。

背景技术

在可靠性气密匹配封接(Matched sealed)技术领域，材料间的膨胀系数匹配是基本的要求；而在压缩封接(Compression sealed)技术领域，膨胀系数外大内小是基本要求。

在光电子气密性封装领域，有一类光学元件产品是由晶体材料例如CaF2，MgF2，石英晶体，石英玻璃，ZnS等晶体或玻璃材料制造的光学透镜或镜片，某些应用要求下需要和其他膨胀系数差异较大的材料例如金属和陶瓷组合起来，形成一个气密性腔体，以保护光电子芯片的可靠工作。

由于很多半导体芯片对环境湿气，有害性气体和污染物的敏感性，所以这种芯片往往需要气密性的封装，在紫外(特别是深紫外190-280nm)和中红外区域(3000-30000nm)，常规的光学玻璃材料由于其光学性能的限制，往往不能满足透光率的要求。因此，在紫外区域(特别是深紫外区域)，通常采用石英玻璃作为透光材料；在中红外区域，通常采用各种非氧化物晶体(如氟化钙CaF2，硫化锌ZNS等)作为透光材料。

但是石英玻璃的膨胀系数比常用的金属材料低一个数量级，有些非氧化物晶体材料化学稳定性较差，比较低的相变温度或者各种不同的热膨胀系数，很难通过玻璃直接封接的方式来完成，所以当前主要的解决方案是采用有机黏胶(例如环氧树脂)结合的方式来完成。但有机黏胶由于不耐高温，而且在紫外照射下容易老化降解，不能达到真空气密的等级，因而降低了封装的可靠性，导致芯片寿命通常较短。为此，我们提出一种膨胀系数失配型光学元件的气密性封装的结构及制造方法来解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀系数失配型光学元件的气密性封装的结构及制造方法，采用了将晶体材料掩膜局部粗化，极化，真空溅射金属膜，然后在金属膜上局部电镀或熔接低温钎焊料的方法形成金属过渡层，然后通过低温钎焊的方法，将一些不能经过高温过程的特殊的晶体光窗，或者膨胀系数失配的光学元件和金属材料或金属化陶瓷结合形成气密性封装的目的，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于气密性封装的膨胀系数失配型光学元件的结构，包括光学元件，所述光学元件采用石英玻璃和透镜中的任意一种，所述光学元件上局部单面设有掩膜部位，所述光学元件的四周设有化学粗化部位，且化学粗化部位的表面真空溅射镀钛层，所述镀钛层的上面有镀金层，所述光学元件的底部表面通过共晶焊或电镀金锡与金属方框形成软钎焊层。

优选的，所述镀金层的顶部电镀有镀锡层，且镀金层的厚度为300-500nm，所述镀锡层的厚度为300-800nm，所述镀钛层的厚度为100-300um。

优选的，所述石英玻璃的规格为6*6*0.3mm；所述化学粗化部位的大小为5.5*5.5mm，所述化学粗化部位的宽度为0.5mm，所述金属方框的尺寸为外框6*6*0.1mm，框宽度0.5mm。

优选的，所述光学元件表面附着有透过率相同或不相同的选择性透过AR镀膜。