一种MEMS光学级空腔盖板加工方法与流程

本发明涉及激光诱导蚀刻，特别涉及一种mems光学级空腔盖板加工方法。

背景技术：

1、mems（微机电系统）封装包括芯片级装配（或称亚零级封装）、芯片级封装（或称零级封装） 、器件级封装（或称一零级封装） 、板级封装（或称二级封装)、母版级封装（或称三级封装）。典型的mems微系统封装包含ic电路，以及工作传感器、执行器、生物、流体、化学、光学、磁学和射频等mems微器件。封装为内部芯片和引线等提供支持和保护，必要的工作环境，以及必须的活动空间，使之不受外部环境的干扰和腐蚀破坏。对于微传感器和微执行器，除电信号外，芯片还有其他物理信息要与外界连接，如光、声、力、磁等。

2、常用的封装材料包括金属、陶瓷、玻璃和塑料等。玻璃封装具有良好的密封性，生物兼容性和绝缘性，因此侵蚀性环境如生物~医学移植器件更倾向于玻璃封装；玻璃材质透明、无线点信号可以无干扰通过，非常适合传输光信号及无线信号的场景。玻璃空腔盖板普遍采用预成型封装工艺，这种方法得以普及主要得益于简便和易操作，它允许使用标准的芯片贴合和引线键合，目前玻璃预成型工艺主要采用飞秒激光烧蚀加之hf湿法蚀刻，飞秒激光器设备造价高，烧蚀速度慢，预成型成本居高不下，蚀刻后的型腔底部难于获得理想的透光效果，使得光学盖板的应用场景受到限制，至今这种封装只用于射频、医疗等特殊器件，非常有必要开发出更通用，成本更低的封装方法。

3、飞秒激光加hf湿法蚀刻制作光学级空腔盖板存在如下弊端：①采用减法3d打印模式逐点烧蚀，效率低下，加工工时长，从而导致单片盖板成本较高；②由于高斯光束的聚焦特性使然，改性点阵不连续，成空间雾状，型腔经过蚀刻后呈现磨砂的亚光效果，无法做到完全透明，影响光信号传输，其微观结构如图5所示；③飞秒激光器造价昂贵，设备成本较高，从另一方面提高了产品的分摊成本；④hf湿法的蚀刻过程具有各向同性，蚀刻方向、蚀刻深度不易控制，因此在制作微米级型腔结构时，不易获得准确的特征尺寸，蚀刻后的型腔尺寸和形状与理想的尺寸和形状往往差距较大，同时玻璃本身减薄明显；⑤hf溶液具有强烈的毒性、腐蚀性和挥发性，挥发出来的hf气体和空气中的水蒸气继续结合成氢氟酸，含有剧毒，会对人的循环系统造成不可逆转的伤害。

技术实现思路

1、本发明提供一种mems光学级空腔盖板加工方法，旨在解决现有飞秒激光改性及hf湿法蚀刻制作光学级空腔盖板方法中存在的设备成本高，加工速度慢，尺寸形貌偏差大，型腔不透明，玻璃减薄，蚀刻工艺环保性差等问题。

2、本发明提供一种mems光学级空腔盖板加工方法，包括以下步骤：

3、s1.选取所需尺寸的光学盖板，将表面清洗干净；

4、s2.采用pvd工艺在光学盖板表面沉积金属膜；

5、s3.在光学盖板的一侧单面涂覆负性光刻胶；

6、s4.将含有图样的盖板覆盖在光刻胶表面进行曝光、显影，露出图形化的金属层，

7、s5.蚀刻金属膜制作掩膜板；

8、s6.将高功率红外激光调制为空间结构光，辐照掩膜板表面，同时在z轴方向上升降，以使辐照后的光学盖板在z轴方向上发生连续性区域性改性；

9、s7.采用湿法蚀刻将改性部分蚀刻至所需深度，通过控制辐照改性区深度及调整蚀刻时间以控制蚀刻深度；

10、s8.使用除胶剂除去光刻胶，使用湿法蚀刻除去金属膜，即获得光学级空腔盖板。

11、作为本发明的进一步改进，所述步骤s1中，所需尺寸的光学盖板加工过程包括以下情形：

12、将整片玻璃裁切而成单个待加工的光学盖板后，执行步骤s2至s8的工序；或先在整片玻璃上做空腔阵列，待执行步骤s2至s8的工序完成后，再裁切为单个成型的光学盖板。

13、作为本发明的进一步改进，所述步骤s4中的曝光工艺包括以下情形：单片小批量加工时采用ldi激光直写工艺，或整片大批量加工时采用掩膜曝光工艺。

14、作为本发明的进一步改进，所述步骤s4中，显影的具体过程为：选用光刻胶用显影液显影，用定影液定影，并用去离子水将光学盖板漂洗干净。

15、作为本发明的进一步改进，所述步骤s5的蚀刻过程包括但不限于采用湿法蚀刻，干法蚀刻。

16、作为本发明的进一步改进，所述步骤s6中，使用高功率红外结构光，其调制方法及过程包括但不限于：

17、高功率激光器发射内部平顶光激光光束，经反射镜反射后改变加工的方向，再通过复眼透镜调制为空间结构光。

18、作为本发明的进一步改进，所述步骤s6中，所述空间结构光由平顶光激光光束经过复眼透镜后发生衍射效应形成，空间结构光在工作距离位置汇聚形成聚焦平面，沿z轴方向辐照掩膜板表面时，聚焦平面从光学盖板表面向下移动，以使改性区域逐渐加深至所需深度。

19、作为本发明的进一步改进，所述步骤s7中，蚀刻改性部分的蚀刻液包括但不限于强碱溶液。

20、作为本发明的进一步改进，所述光学盖板的材质包含但不限于玻璃、石英、蓝宝石的透明脆性材质。

21、本发明的有益效果是：提出一种基于结构光区域选择性辐照改性，环保性碱液湿法蚀刻制作玻璃空腔盖板的方法，此方法设备成本低，加工速度快，尺寸形貌准确，型腔完全透明，工艺安全环保。

技术特征：

1.一种mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s1中，所需尺寸的光学盖板加工过程包括以下情形：

3.根据权利要求1所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s4中的曝光工艺包括以下情形：单片小批量加工时采用ldi激光直写工艺，或整片大批量加工时采用掩膜曝光工艺。

4.根据权利要求1或3所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s4中，显影的具体过程为：选用光刻胶用显影液显影，用定影液定影，并用去离子水将光学盖板漂洗干净。

5.根据权利要求1所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s5的蚀刻过程包括但不限于采用湿法蚀刻，干法蚀刻。

6.根据权利要求1所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s6中，使用高功率红外结构光，其调制方法及过程包括但不限于：

7.根据权利要求6所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s6中，所述空间结构光由平顶光激光光束经过复眼透镜后发生衍射效应形成，空间结构光在工作距离位置汇聚形成聚焦平面，沿z轴方向辐照掩膜板表面时，聚焦平面从光学盖板表面向下移动，以使改性区域逐渐加深至所需深度。

8.根据权利要求1所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述步骤s7中，蚀刻改性部分的蚀刻液包括但不限于强碱溶液。

9.根据权利要求1所述的mems光学级空腔盖板加工方法，其特征在于，所述光学盖板的材质包含但不限于玻璃、石英、蓝宝石的透明脆性材质。

技术总结本发明涉及激光诱导蚀刻技术领域，特别涉及一种MEMS光学级空腔盖板加工方法。其包括以下步骤：S1.选取所需尺寸的光学盖板，将表面清洗干净；S2.采用PVD工艺在光学盖板表面沉积金属膜；S3.在光学盖板的一侧单面涂覆负性光刻胶；S4.将含有图样的盖板覆盖在光刻胶表面进行曝光、显影，露出图形化的金属层，S5.蚀刻金属膜制作掩膜板；S6.将高功率红外激光调制为空间结构光，辐照掩膜板表面，同时在Z轴方向上升降；S7.采用湿法蚀刻将改性部分蚀刻至所需深度，通过控制辐照改性区深度及调整蚀刻时间以控制蚀刻深度；S8.除去光刻胶，除去金属膜，获得光学级空腔盖板。此方法采用设备成本低，加工速度快，尺寸形貌准确，型腔完全透明，工艺安全环保。技术研发人员：方艳阳,张立,周建红受保护的技术使用者：深圳市圭华智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15