专利名称：用于微器件包装的载体基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元器件包装，尤其涉及具有在一种栽体基板上面 或内部制成的多个微器件的一种载体模块。
背景技术：
可按照阵列类型的设置制造微器件，如集成电路、二极管和激光 器。这些设置通常要求将单个器件以排或列布置在印刷布线板上或其 它载体上。通常单独制造这些微器件，并将这些微器件依次置于这种 板上。这种依次布置产生公差和对准问题。提供一种在其中可靠地进行微器件的定位和布置的栽体往往是有 利的。将这种载体用于提供这些微器件的运行所需的特征往往也是有 利的。发明内容带有激光源的一种载体基板包括一种透明中心基板、上基板和下 基板，这种上基板粘附到这种中心基板并具有开口，这些开口在这种 上基板中形成以在第一侧面暴露该中心基板，该下基板在与该第一侧 面相对的笫二侧面上粘附到该中心基板并具有开口 ，这些开口在这种 下基板中形成以在该第二侧面暴露该中心基板。在该下基板上的这些 开口对应于在该上基板中的这些开口的位置。变频元件设置在该下基 板的这些开口中的该中心基板上。激光器模与这些变频元件对准并耦 合到该下基板，以在运行期间提供穿过这些变频元件和该中心基板的 光。本发明还公开了用于制造的方法。例如，用于制造带有激光源的 栽体基板的方法包括将一种上基板结合到一种透明中心基板的第一侧 面、将一种下基板结合到这种中心基板的与该第一侧面相对的第二侧 面、形成穿过该上基板和该下基板到该中心基板的开口 ，以使这些开 口在该中心基板的相对侧面上对应。将一种变频元件附接到在这些开 口中的第一侧面上的中心基板上，或者在这些开口中的第一侧面上的中心基板上生长一种变频元件。将一个或多个激光器模与每个变频元 件对准，并将这些激光器模耦合到该下基板，以通过该变频元件和该 中心基板连通来自这些激光器模的光。从下面结合附图阅读的对本发明的例证性实施例的详细描述就会 明白本发明的这些和其它目的、特征和优点。
将在下面的对优选实施例的描述中对本发明进行详细说明并参考附图，在这些图中图1A是具有在其上面形成的加热器和传感元器件的透明基板的 仰视图；图1B是在图1A的截面线1B-1B截取的截面图；图2是示出了结合到该中心基板的上基板和下基板的截面图；图3是示出了上基板和下基板的截面图，对上基板和下基板进行光刻以打开下至该中心基板的腔体；图4A是示出了一种导体的仰视图，将这种导体图案化以用于连接线，这些连接线用于该载体基板的元器件；图4B是在图4A的截面线4B-4B截取的截面图；图5是示出了与该中心基板接触放置的变频元件的截面图；图6是示出了与这些变频元件对准放置的激光器模的截面图；图7是示出了用于将这些激光器模定位和对准的替代实施例的细节的截面图；图8是示出了置于该载体基板上的频率选择镜(如布拉格镜)的 截面图；图9是示出了连接到这些激光器模的电源的仰视图；图10是示出了在这些激光源的运行期间正在发射的激光的截面图；图11是示出了用于制造根据本发明的例证性实施例的 一种载体基 板的步骤的流程图。
具体实施方式
本发明描述了一种用于安装和结合多个微器件的载体基板。利用光刻对这种载体基板进行处理，因此，这种载体基板具有器件尺寸和 节距的布置和控制精度高的优点。在一个特别有用的实施例中，提供 一种载体基板以用于一种微型化多色激光单元。可通过利用光刻和薄 膜技术的工艺步骤形成一种微型化多色激光单元。在一个示例中，这些部件可包括如激光器、变频元件(如第二谐波发生(SHG)晶体) 和布拉格镜。利用硅基板和薄膜制造技术通过一种"智能"载体基板 上的连续层形成一种基本激光源模块的这些部件。这样就非常精确地 组装这些部件并相互靠近。这种晶片水平的处理允许以一个工艺流程 在一个板上产生许多模块，从而可降低成本和价格。应理解，将就激光器模块对本发明进行描述；不过，本发明的教 导要宽广得多并适用于可安装在定位于或置于一种载体基板上的任何 元器件。优选利用光刻将本说明书中所描述的实施例定位，并因此而 根据所选择的光刻工艺的可用精度将这些实施例定位。应注意，优选 光刻处理，但光刻处理仅是例证性的。也可采用其它处理技术。还应理解，这些激光器模块的例证性示例可适合于包括其它的电 子元器件。这些元器件可与这种基板栽体整体形成或者安装在这种基 板载体或其它元器件上。此外，这些激光器模块及其元器件可根据用 途和激光器模块的设计而变化。可以硬件的各种组合实现示于附图中 的这些元件，且这些元件可提供可结合在单元件或多个元件中的功能。下面的附图示出了形成一种基板载体的例证性处理步骤，这种基 板载体带有结合在其中的多个激光器模块。在这些附图中，类似的附 图标记表示相同或类似的元件，首先参看图1A，基板20包括一种透 明材料(如可透过激光)，如玻璃或掺杂玻璃。基板20可包括具有受 限折射指数的材料。优选基板20包括一种具有足够完整性和强度的材 料，以起到用于包装多个元件或器件的一种栽体的作用。透明基板20 的顶部表面和底部表面可具有专用光学涂层，以减少激光的传输损失。 为了提高这种系统的特性或稳定性，形成一种加热器22或将一种加热 器22粘附到基板20的表面。加热器22可包括电阻材料，以产生到基板20的热，以在后来会 安装变频元件60的位置保持基板20的稳定再现温度，见图5。可形成 一种传感器24或将一种传感器24粘附到基板20，以提供用于加热器 22的反馈测量(feedbackmeasure)以根据与设定点温度的测量比较控制何时将加热器打开或关闭。优选通过材料的淀积形成加热器22和传 感器24，并且利用光刻和蚀刻将所淀积的材料图案化。也可采用其它 方法，如可预先制造加热器22和传感器24，并用胶粘剂或其它粘合剂 粘附到基板20。参看图1B，在图1A的截面线1B-1B截取的截面图示出了下基板 20的表面上形成的加热器22和传感器24。由于可优选光刻用于将这 些加热器22和传感器24定位，所以这些器件之间的节距p (图1A) 在由这种光刻工艺所提供的精确公差内。参看图2，利用如粘合剂或胶合剂34将基板30和32结合到基板 20。优选用硅更优选用单晶硅形成基板30和32，但也可采用其它的基 板材料。基板30和32可包括集成元件或其它任何结构或器件，这些 集成元件如电子元器件、晶体管、被动元件和光学元件。胶合剂34将 基板30和32结合到基板20。可通过将这种子组件加热来将胶合剂34 固化。胶合剂34可包括聚合材料，如BCB(苯并环丁烯)，正如将在 随后的步骤中描述的那样，这种聚合材料能够被蚀刻。将胶合剂34均 匀地分布，以提供穿过基板20 (在两侧上)的一致厚度。基板20的两 个侧面上的胶合剂34的厚度不必相同。在结合之后将基板30和32平面化。这可包括基板30和32的机械 抛光，以在基板20外部相对的侧面上提供非常平的/光滑的表面。参看图3，利用光刻在基板30和32的表面上形成一种抗蚀剂，并 将这种抗蚀剂图案化以形成一种蚀刻掩膜。这种蚀刻掩膜用于在去除 其它部分时基板30和32的部分。将基板30和32以及胶合剂34蚀刻 以形成腔体40和42。这种蚀刻可包括选择用于基板20、加热器22和 传感器24的材料的干蚀刻或湿蚀刻。可按步骤进行这种蚀刻工序。例 如， 一种蚀刻工序可以是将激光30和32蚀刻，且另一种蚀刻工序可 以是将胶合剂34蚀刻。由于采用光刻，所以这些腔体40和42在加热 器和传感器的中心位置并具有光刻精度。参看图4A，基板32的仰视图示出了导体或金属件50,淀积并图 案化这种导体或金属件50以提供到这些加热器22和传感器24的连接。 将导体或金属件50淀积在基板32上和这些加热器22和传感器24上以 及基板20的暴露部分上。将一种抗蚀剂淀积在金属件50上并利用光 刻将金属件50图案化。这种抗蚀剂用作去除金属件50的部分的一种蚀刻掩膜，以形成加热器连接52、传感器连接54和激光器模连接56。 还可利用金属件50形成其它元器件连接和元器件。金属件50可包括 任何导电材料，这种导电材料包括掺杂多晶硅、铜、金、银、铝、合 金或另一种导电材料。可选择用于基板20、加热器22和传感器24的 材料的金属件50的蚀刻。在一种替代实施例中，可采用一种掩膜层， 利用光刻将这种掩膜层蚀刻。然后通常将这种掩膜层用于遮盖金属件 50,以进行蚀刻。图4B示出了在图4A的截面线4B-4B截取的截面图。参看图5，将一种变频元件(PCE) 60安装在基板20上的传感器 24的区域内。在一个实施例中，将这种变频元件60与该载体基板分开 制造并利用粘结剂、粘合剂或热超声粘结剂涂覆。在一种替代实施例 中，在基板20上生长变频元件60.这包括用一种图案化抗蚀剂或掩膜 层遮盖其它表面并通过外延淀积从基板20生长变频元件60。优选这些 变频元件60是第二谐波发生晶体(SHG)，如KTP和PPLN，这些第 二谐波发生晶体用在倍频激光器中。这些元件还可以是升频磷光体或 降频磷光体。 一般来讲，元件60可以是具有产生光、频移光、放大光 或调制光的特性的任何材料，例如，双钨酸KY ( W04) 2 (-KYW)， 这种双鴒酸KY (W04) 2 (=KYW)是一种具有良好热导性的健壮光 学材料。可达100%地用稀土离子掺杂这种KYW (通过Y"离子的替 代)，这些稀土离子如Yb3+、 Nd3+、 Er3+、 lV+和Ho3+，并因此而起 到一种薄膜色彩变换层的作用。还可使用其它主体材料，如氟化玻璃 或ZBLAN玻璃(具有ZrFM4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF成分的标准氟锆 酸盐玻璃系统)。元件(如SHG晶体)60的放置可包括一种大的公差范围，因为可 将这种SHG晶体与激光器模对准，将在后面的工序中安装这些激光器 模。除了其它的之外，这件提高了制造的容易程度、降低了成本并缩 短了时间。若将倍频晶体用于变频元件60(图5)，则用于最佳光变换的这 些晶体的最佳长度(沿着光程)可约为几毫米(如3至5mm)。这可 推断出这种器件的堆叠厚度。出于这种原因，可在中心基板20中形成 成形孔，可将这些元件60 (如晶体)安装在中心基板20中。基板20 可包括成形孔(未示出)，以将这些光学元件或其它光学元件插入以 进行色彩变换或波束成形。可在组装之前形成这些孔或作为一种处理步骤的一部分形成这些孔。也可包括其它适应。参看图6，安装激光器模70并连接到激光器模连接56。可通过观 察激光器模70的部分72将激光器模70与元件(SHG晶体)60对准， 激光器模70的部分72穿过基板20发光。通过穿过基板20观察这些激 光器模70，可精确地将SHG晶体60与这些模70对准。可移动激光器 模70，以精细调节晶体60与模70之间的对准。就此方面而言，可制 成激光连接56，以提供大的区域来调节这些激光器模70，以提供对准 时机。在一种替代实施例中，可提供示于图7中的槽口或凹口 74,以容 易地限定安装激光器模70的位置。还可将这些激光器模70安装在一 种特制子座上，以进行更好的热管理或容易的对准。此外，还可对激 光器模70与基板20之间的距离d进行精确的控制。可允许通过将这 些凹口 74进一步延伸到基板34中来调节激光器模70与SHG晶体60 的对准，或者可通过在基板32与该激光器模70或载有该激光器模70 的子座之间放置一种隔片来增加这种距离。正如将在本说明书中描述 的那样，激光器模70是单独制造的产生穿过SHG晶体60和基板20 的激光的元器件。优选的激光器类型可包括垂直发射激光器(VCSEL， 垂直腔面发射激光器)。也可使用平面发射激光器(EEL，边缘发射 激光器)，垂直于一种激光器子座安装这些平面发射激光器。参看图8，穿过与激光器模70相对的腔体40安装布拉格镜或光栅 80。沿着该平面的这些镜80的对准并不严格，且这些镜80仅需跨越 由这些腔体40所形成的间隙。这些布拉格镜80的角位具有一种小的 公差窗，这种小的公差窗由这些基板的平面结构稳固，并且在需要时 可利用一种微调方法在组装工序期间将这种小的公差窗优化.可通过 胶合剂或粘合剂将这些布拉格镜80稳固在适当的位置。应理解，可用 其它元器件来替代这些激光器模70、 SHG晶体60和镜80，或者可增 加其它的元器件。 一些示例可包括如下所述的内容。镜80可与一种透 镜结构或另一种光学元器件结合，以进行另外的波束成形。可用其它 光源来替代这些激光器模70，如高功率发光二极管(LED)、谐振腔 LED和其它任何固态光源。SHG晶体60可由一种光束成形器件、光 栅器件或减少来自这种激光束的斑点的集成器件等以及这些器件的组 合替代，这种光栅器件如一种光闸。根据本发明制造的激光源的一个例证性应用包括用作小型激光投 射仪中的一种可视光源的非常紧凑的光引擎。还可构思出其它的用途 和结构。参看图9，图中例证性地示出了一种模块或载体基板100。可将模 块100用作多色激光源。模块100包括激光源(模)70，利用光刻公 差和精度将这些激光器模70对准并定位。可将连接52、 54和56连接 到其它元器件以允许模块100通过界面与其它模块或电源90连接。虽 然在图中并未示出，但可将导体50图案化以形成一种用于其它元器件 或其它任何导电结构或器件的母线着落位置。可将元器件软焊以按照 其它方式连接到导体50的这些图案化部分，就如基板34是一种印刷 布线板一样。在所示出的实施例中，将这些光源90连接到激光器模连接56，以 向这些激光器模70提供动力。可包括在模块IOO上的其它元器件可包 括多路复用器件、控制器件、触发或定时器件、接通/切断开关或有助 于将模块100设计用于其中的用途的其它任何器件。应理解，可作为一种独立器件或作为一种较大系统的插入模块制 造模块IOO。虽然图中示出了三个激光源，但可对模块100进行修改， 以提供用于激光源的更少或更多数量的位置，而且可按照一种二维阵 列将这些激光源定位。参看图10,在运行时，将这些激光源70启动，且这些激光源70 接收动力以产生作为第二谐波激光的光。在运行时，将一种基本光束 110引导穿过笫二谐波发生器SHG 60，在这种笫二谐波发生器SHG 60 中，将这种基本光束的一部分变换成一种二次光束，在此情形中，这 种二次光束是一种第二谐波光束。来自SHG 60的这种基本光束由镜 80穿过SHG60反射回去，在该SHG60,将这种基本光束的另一部分 变换成一种第二谐波光束。然后，镜80在腔体40之外传输这种第二 谐波光束脉冲，以用于终端用户。每个激光器模70可产生以不同波长 (色彩)的光，这可对元器件的尺寸(厚度)、类型和特性造成影响 (如SHG晶体60可具有一种不同的厚度或晶体类型等)。这些加热 器22和传感器24可用于通过如在光通过的区域保持基板20和晶体60 的稳定温度来改变运行条件。也可增加其它的部件和条件。参看图11,图中示例性地示出了根据一个示范性实施例的用于制造带有激光源的载体基板的方法。在框202中，提供一种透明中心基 板，可用定位支点、凹槽等对这种中心基板进行预处理。在框204中， 可在该中心基板上面/内部形成部件和元器件。例如，可在一种透明中 心基板的一个侧面上形成加热器和传感器。在框206中，将下基板和 上基板结合到该中心基板。这种结合可包括一种低温熔接工序或涂覆 一种粘合剂或胶合剂并将这种粘合剂或胶合剂固化。在框208中，穿过上基板和下基板形成下至该中心基板的开口， 以使开口在该中心基板的相对侧面上对应。优选按照一种光刻抗蚀剂 图案蚀刻这些开口，以暴露该中心基板的两个侧面。在上基板和下基 板中的这些开口有利地包括具有在这些开口的位置上的光刻公差的一 种节距或一种布置。在框210中，淀积一种导电材料并将这种导电材 料图案化，以允许到这些加热器、传感器、激光器模等的电气连接。 在框212中，将一种变频元件附接到这些开口中的中心基板上或在该 中心基板上形成一种变频元件，这种变频元件如一种SHG晶体。在框214中，将这些激光器模与每个变频元件对准并耦合到该下 基板，以在运行期间穿过该变频元件和中心基板连通来自这些激光器 模的光。这种对准可包括穿过该中心基板和该变频元件观察一种激光 器模，以将该激光器模与该变频元件对准。在框216中，将镜用于该 上基板中的这些开口上方的上基板。在对所附的权利要求书进行解释时，应理解a) 词语"包括，，并不排除列于特定权利要求中的元件或特性之外 的元件或特性的出现；b) 在元件之前的词语"一"并不排除多个这些元件的出现；c) 权利要求书中的任何附图标记并不限制权利要求书的服务；d) 几个"方式"可由相同的项目或硬件或软件实现的结构或功能 表示；以及e) 除非另有明确说明，并不旨在要求特性的特定顺序。 在已对用于微器件包装的载体基板的系统和方法的优选实施例(旨在例证而不是限制)进行了描述之后，应注意到，本领域中熟练 的技术人员可根据上述教导进行修改和变化。因此，将会理解，在所 公开的本发明的实施例中可进行改变，这些改变在由所附的权利要求 书所概括的这些公开的实施例的范围和精神之内。对细节如此进行了描述尤其是专利法有要求，所主张的和希望由专利证书所保护的内容 在所附的权利要求书中阐明。
权利要求
1.一种带有激光源的载体基板(100)，所述载体基板(100)包括透明中心基板(20)；上基板(30)，所述上基板(30)粘附到所述中心基板并具有开口(40)，所述开口(40)在所述上基板中形成以在第一侧面上暴露所述中心基板；下基板(32)，所述下基板在与所述第一侧面相对的第二侧面上粘附到所述中心基板并具有开口(42)，所述开口(42)在所述下基板中形成以在所述第二侧面上暴露所述中心基板，在所述下基板上的所述开口对应于在所述上基板中的所述开口的位置；变频元件(60)，所述变频元件(60)设置在所述下基板的所述开口中的所述中心基板上；以及激光器模(70)，所述激光器模(70)与所述变频元件对准并耦合到所述下基板，以在运行期间提供穿过所述变频元件和所述中心基板的光。
2. 如权利要求l所述的载体基板，其特征在于还包括镜(80), 所述镜(80)在所述上基板中的所述开口的上方耦合到所述上基板。
3. 如权利要求1所述的载体基板，其特征在于还包括加热器(22 )， 所述加热器(22)与所述中心基板接触，并将所述加热器(22)构造 成将所述中心基板和所述变频元件加热。
4. 如权利要求3所述的载体基板，其特征在于还包括传感器(24 )， 所述传感器(24)与所述中心基板接触，并将所述传感器(24)构造 成提供利用所述加热器控制温度的反馈。
5. 如权利要求4所述的载体基板，其特征在于通过图案化导体 (50)将所述加热器、所述传感器和所述激光器模电气耦合到所述下基板。
6. 如权利要求1所述的栽体基板，其特征在于所述中心基板(20) 包括玻璃。
7. 如权利要求l所述的载体基板，其特征在于所述上基板(30) 和所述下基板(32)包括硅。
8. 如权利要求1所述的载体基板，其特征在于在所述上基板和所迷下基板中的所述开口 (40、 42)在所述开口的位置上包括具有光 刻公差的节距。
9. 一种用于制造带有激光源的载体基板的方法，所述方法包括 将上基板结合(206)到透明中心基板的第一侧面并将下基板结合到所述中心基板的与所述第一侧面相对的第二侧面；形成(208 )穿过所述上基板和所述下基板到所述中心基板的开口 ， 以使所述开口在所述中心基板的相对侧面上对应；将变频元件附接到(212)在所述开口中的所述第一侧面上的所述 中心基板；以及将激光器模与每个变频元件对准(214)，并将所述激光器模耦合 到所述下基板，以通过所述变频元件和所述中心基板连通来自所述激 光器模的光。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括将镜用于(216 ) 所述上基板中的所述开口上方的所述上基板。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括形成(204) 加热器，所述加热器与所述中心基板接触，并将所述加热器构造成将 所述中心基板和所述变频元件加热。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于还包括形成(204) 传感器，所述传感器与所述中心基板接触，并将所述传感器构造成提 供利用所述加热器控制温度的反馈。
13. 如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括将导电材料 图案化(210)，以允许电气连接。
14. 如权利要求9所述的方法，其特征在于所述对准(214)包 括穿过所述中心基板和所述变频元件来观察激光器模，以将所述激光 器模与所述变频元件对准。
15. 如权利要求9所述的方法，其特征在于所述形成(208)步骤包括在所述上基板和所述下基板中形成所述开口并带有节距，所述 节距具有在所述开口的位置上的光刻公差。
16. 如权利要求9所述的方法，其特征在于所述结合(206)包 括涂覆粘合剂或胶合剂，以将所述上基板和所述下基板与所述中心基 板连接。
17. 如权利要求9所述的方法，其特征在于所述结合(206)包括应用〗氐温熔接工序。
18. —种用于制造带有激光源的载体基板的方法，所述方法包括 将透明中心基板的第一侧面的加热器和传感器图案化(204); 将下基板结合(206)到所述透明中心基板的所述第一侧面并将上基板结合到所述中心基板的与所述笫一侧面相对的第二侧面；形成(208 )穿过所述上基板和所述下基板到所述中心基板的开口 ，以使所述开口在所述中心基板的相对侧面上对应；将导电材料图案化(210)，以允许到所述加热器、所述传感器和所述激光器模的电气连接；将变频元件附接到(212)在所述开口中的所述笫一侧面上的所述中心基板；将激光器模与每个变频元件对准(214)，并将所述激光器模耦合 到所述下基板，以通过所述变频元件和所述中心基板连通来自所述激 光器模的光；以及将镜用于(216)所述上基板中的所述开口上方的所述上基板。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于所述对准(214) 包括穿过所述中心基板和所述变频元件来观察激光器模，以将所述激 光器模与所述变频元件对准。
20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于形成(208)开口 包括在所述上基板和所述下基板中形成所述开口并带有节距，所述节 距具有在所述开口的位置上的光刻公差。
21. 如权利要求18所述的方法，其特征在于所述结合(206) 包括涂覆粘合剂或胶合剂，以将所述上基板和所述下基板与所述中心 基板连接。
全文摘要
带有激光源的一种载体基板(100)包括一种透明中心基板(20)；上基板(30)，这种上基板(30)粘附到这种中心基板并具有开口(40)，这些开口(40)在所述上基板中形成以在第一侧面上暴露该中心基板；以及一种下基板(32)，该下基板在与该第一侧面相对的第二侧面上粘附到该中心基板并具有开口(42)，这种开口(42)在该下基板中形成以在该第二侧面上暴露该中心基板，在该下基板上的这些开口对应于在该上基板中的这些开口的位置。变频元件(60)设置在该下基板的这些开口中的该中心基板上。激光器模(70)与这些变频元件对准并耦合到该下基板，以在运行期间提供穿过这些变频元件和该中心基板的光。本发明还公开了用于制造的方法。
文档编号H01S5/183GK101331656SQ200680047192
公开日2008年12月24日 申请日期2006年12月13日 优先权日2005年12月16日
发明者A·P·M·阿伦唐克, E·C·E·格伦斯文, M·A·萨姆伯, O·T·J·A·威坎普, O·T·J·A·弗穆伦, W·霍文 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司