專利名稱：矩形紅外濾光片切割成型的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件加工工藝技術(shù)，具體指一種矩形紅外濾光片切割成型的加工
方法。
背景技術(shù)：
高性能多波段紅外探測(cè)器是航天、航空遙感儀器的關(guān)鍵部件，借助于它可以獲得 豐富的地表和大氣信息，進(jìn)行資源勘探、天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)作物估產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。為了實(shí)現(xiàn)多波 段探測(cè)，提高探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍和探測(cè)靈敏度，抑制紅外背景輻射，在多波段紅外探測(cè)器內(nèi)， 探測(cè)光敏元件前都會(huì)安裝多個(gè)特定波段范圍的紅外濾光片組。隨著多波段紅外探測(cè)器的集 成化、小型化發(fā)展發(fā)展，其需要的紅外濾光片尺寸越來越小，對(duì)濾光片間的拼縫要求也越來 越高。如某工程項(xiàng)目要求紅外濾光片尺寸為長3. 5mmX寬1. 5mmX厚度0. 2mm，紅外濾光 片在長和寬兩個(gè)方向有效透光范圍離母體邊緣的尺寸要求小于0. 02mm。而紅外濾光片是 在對(duì)濾光片母體進(jìn)行一定的掩膜工藝，通過真空鍍制一定結(jié)構(gòu)多層膜系后得到的。掩膜工 藝和真空鍍膜工藝中的裝架會(huì)導(dǎo)致紅外濾光片有效透光范圍離基體邊緣的尺寸至少大于 0. 5mm，顯然這種紅外濾光片是無法直接用作對(duì)有效透光范圍離基體邊緣的尺寸要求嚴(yán)格 的多波段紅外探測(cè)器的小尺寸紅外濾光片。 對(duì)紅外濾光片母材切割加工的傳統(tǒng)方法主要有線輪拉絲切割和機(jī)械輪式切割兩 種方法。線輪拉絲切割是由多組線輪兩兩相對(duì)排列，再有一根切割絲穿繞在線輪上，通過 控制線輪間的間距就可以加工得到不同尺寸的紅外濾光片。其優(yōu)點(diǎn)在于能同時(shí)切割得到 多片濾光片以及對(duì)濾光片的傷害較小，但隨著濾光片的尺寸小型化需求日益提高，傳統(tǒng)的 加工方法的局限性也日益明顯(l)由于受線輪拉絲結(jié)構(gòu)的先天性制約，其加工濾光片的 尺寸不可能小于線輪的直徑尺寸，所以這種加工方法已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)小片濾光片更小尺寸的 成型要求。(2)線輪拉絲切割機(jī)應(yīng)用范圍小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，設(shè)備造價(jià)高，這些都制約 了此種切割方式的發(fā)展。傳統(tǒng)加工方法還有一種是利用機(jī)械輪式切割機(jī)加工濾光片，用刀 片直接在濾光片母材上切割得到濾光片，此種濾光片成型方法雖然可以實(shí)現(xiàn)濾光片的小片 成型，但其也存在如下的問題(l)高速旋轉(zhuǎn)的刀片輪機(jī)械性地切割濾光片，會(huì)對(duì)濾光片表 面的多層膜系介質(zhì)造成很大的傷害；(2)切割過程需要用到水來冷卻刀片，而水會(huì)污染濾 光片膜系。綜上所述現(xiàn)有的濾光片加工方法都無法很好地達(dá)到紅外濾光片的小尺寸成型要 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種矩形紅外濾光片切割成型的加工方法，克服和解決了現(xiàn) 有紅外濾光片制備中的一些問題與難題，滿足了多波段紅外探測(cè)器對(duì)小尺寸且有效透光范 圍離基體邊緣的尺寸要求嚴(yán)格的紅外濾光片的需求。 本發(fā)明是一種矩形紅外濾光片切割成型的加工方法1)將紅外濾光片如附圖1按 一定的工藝步驟安裝形成貼裝件，它主要包括輔助成型硅片1、白蠟2、紅外濾光片母材3、光刻膠4、對(duì)位刻線5。輔助成型硅片1為紅外濾光片母材3提供一個(gè)安裝載體，同時(shí)也是 對(duì)位刻線5的載體。白蠟2是紅外濾光片母材3和輔助成型硅片1安裝固定的媒介。光刻 膠4起到對(duì)紅外濾光片母材3上膜系的保護(hù)作用，以免紅外濾光片的機(jī)械損傷和加工過程 中水對(duì)膜系的污染；2)使用單絲拉絲切割機(jī)按要求切割加工；3)按一定工藝步驟處理切割 后的貼裝件，從而得到所需要的微型矩形紅外濾光片。
本發(fā)明的主要步驟如下 1)紅外濾光片母材3為具有特定波段紅外濾光能力的鍺片，使用光刻膠4均勻涂 抹包裹紅外濾光片母材3，光刻膠4能在紅外濾光片被切割加工時(shí)起到很好的保護(hù)作用。通 過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，使用光刻膠4保護(hù)的紅外濾光片其在加工中所受的傷害會(huì)比不使用光 刻膠4的更小。 2)選用輔助成型硅片1時(shí)，要求其直徑尺寸需要比紅外濾光片母材3的直徑尺寸 大10mm 20mm，其厚度范圍在0. 5mm lmm。 3)在加熱臺(tái)上將白蠟2在輔助成型硅片l上熔化，再將有光刻膠4包裹保護(hù)的紅 外濾光片母材3放置在已經(jīng)帶有熔化白蠟2的輔助成型硅片1的中央，等白蠟2冷卻固化 后紅外濾光片母材3即與輔助成型硅片1通過白蠟2粘接固定在一起。
4)刻畫對(duì)位刻線5，使用機(jī)械刻線機(jī)或激光刻線機(jī)等刻線設(shè)備，在固定有紅外濾 光片母材3的輔助成型硅片1上按照成型濾光片的尺寸要求在橫向和縱向方向上分別按等 間距要求刻畫對(duì)位線條。最后可得到由橫向與縱向?qū)ξ豢叹€5所在直線圍成的網(wǎng)格，其尺 寸大小就是所要加工的矩形紅外濾光片的尺寸大小。注意只在輔助成型硅片1上刻畫對(duì)位 刻線5。這樣就獲得了紅外濾光片母材3、白蠟2及帶有對(duì)位刻線5的輔助成型硅片1的貼 裝件。 5)將紅外濾光片母材3、白蠟2及帶有對(duì)位刻線5的輔助成型硅片1的貼裝件固
定在拉絲切割機(jī)的工作平臺(tái)上，使如附圖所示貼裝件的x方向與拉絲平行。 6)將拉絲切割機(jī)的絲線對(duì)準(zhǔn)輔助成型硅片1上的x方向上的第一根對(duì)位刻線5。 7)啟動(dòng)拉絲切割機(jī)，對(duì)紅外濾光片進(jìn)行切割加工，切割深度至硅片厚度的二分之一處。 8)重復(fù)步驟6)和7)完成該方向的其它對(duì)位刻線5位置的濾光片的切割。
9)將貼裝件在工作臺(tái)上旋轉(zhuǎn)90度讓貼裝件的y方向與拉絲平行，再按照步驟6)， 7) ，8)完成該方向的紅外濾光片母材3的切割加工。 10)將貼裝件從工作臺(tái)上取下后放置在加熱爐上加熱。待白蠟2熔化后，將已經(jīng)成 型的矩形的紅外濾光片用扁頭竹鑷子從輔助成型硅片1上取下。為避免損傷紅外濾光片， 要求在紅外濾光片取下過程中避免磕碰其它未取下的紅外濾光片，并且在取下濾光片過程 中，要求鑷子夾持的濾光片垂直向上取下，注意為避免濾光片膜系破損，濾光片不允許在白 蠟2上平行拖動(dòng)。 11)將獲得的小片紅外濾光片首先用丙酮清洗，再用毛筆推掃其表面，除去表面的 光刻膠4，最后將小片紅外濾光片用無水酒精清洗一遍。 12)將成品放入烘箱，在4(TC溫度下烘干濾光片表面殘余酒精，最終獲得加工成
型的矩形紅外濾光片成品。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
4
1)可以實(shí)現(xiàn)加工寬尺寸范圍的紅外濾光片，并且能夠加工得到傳統(tǒng)加工方法無法 實(shí)現(xiàn)的小尺寸紅外濾光片。 2)使用光刻膠4保護(hù)紅外濾光片母材3有效減少了拉絲切割過程中的機(jī)械損傷及 水對(duì)濾光片膜系的污染。 3)設(shè)備簡單，使紅外濾光片的加工更具可操作性且加工成本低廉。 4)使用輔助成型硅片l作為載體在加工中對(duì)紅外濾光片母材3起到了一定的保護(hù)
作用，并且其可反復(fù)多次使用。


圖1矩形紅外濾光片切割成型加工中貼裝件示意圖； 圖中l(wèi)-輔助成型硅片； 2_白蠟； 3_紅外濾光片母材； 4_光刻膠； 5-對(duì)位刻線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本實(shí)施例 為某航天項(xiàng)目用多波段紅外探測(cè)器組件中矩形紅外濾光片切割成型的加工方法。要求其 紅外濾光片尺寸為3. 5mmX 1. 5mmX0. 2mm且濾光片邊緣無膜系的寬度小于20微米。矩形 紅外濾光片切割成型的加工貼裝件如附圖l所示，它主要由輔助成型硅片1、白蠟2(型號(hào) 0C0N-199，熔點(diǎn)65°C )、紅外濾光片母材3、光刻膠4 (型號(hào)AZ4620，正膠)、對(duì)位刻線5組成。 矩形紅外濾光片切割成型的加工方法的主要實(shí)施步驟如下 1)選用的紅外濾光片母材3為小12mm厚0. 2mm具有特定波段紅外濾光能力的鍺 片。使用光刻膠4 (型號(hào)AZ4620)，用毛筆將光刻膠4均勻涂抹在紅外濾光片母材一個(gè)面上， 用烘箱在6(TC環(huán)境下烘烤60分鐘，取出紅外濾光片同樣再在其余面上涂抹光刻膠4，并用 烘箱在6(TC環(huán)境下烘烤60分鐘。 2)輔助成型硅片l為小40mm厚0.5mm的硅片，輔助成型硅片l先用丙酮清洗，接 著用酒精清洗一遍，再用離子水清洗一遍，最后用烘箱(45°C )烘干。 3)使用熔點(diǎn)為65t:的白蠟2，在加熱臺(tái)上將0. 1克的白蠟2放在輔助成型硅片1 上熔化，再用竹鑷子將有光刻膠4包裹保護(hù)的紅外濾光片母材3放置在已經(jīng)帶有熔化白蠟2 的輔助成型硅片1上，用竹鑷子輕輕調(diào)整紅外濾光片母材3位置使其盡量居于輔助成型硅 片1中間并輕輕壓平紅外濾光片母材3，從加熱臺(tái)上取下輔助成型硅片1使白蠟2冷卻固 化。 4)使用光學(xué)定位刻標(biāo)機(jī)PSV-6001在固定有紅外濾光片母材3的輔助成型硅片1 上按照小片紅外濾光片的尺寸要求，在x方向首先經(jīng)過紅外濾光片母材3中心位置在輔助 成型硅片1上刻畫一條對(duì)位刻線5再向兩側(cè)間距3. 5毫米平行刻畫對(duì)位刻線5，中線兩側(cè)各 刻畫一條對(duì)位刻線5。同樣的在y方向也經(jīng)過紅外濾光片母材3中心位置在輔助成型硅片 1上刻畫一條對(duì)位刻線5再向兩側(cè)間距1. 5毫米平行刻畫對(duì)位刻線5，中線兩側(cè)各刻畫三條
5對(duì)位刻線5。這樣就獲得了紅外濾光片母材3、白蠟2及帶有對(duì)位刻線5的輔助成型硅片1 的貼裝件。 5)將紅外濾光片母材3、白蠟2及帶有對(duì)位刻線5的輔助成型硅片1的貼裝件固 定在拉絲切割機(jī)PSW-1000的工作平臺(tái)上，安裝固定時(shí)讓附圖所示貼裝件的x方向與拉絲平 行。 6)通過顯微鏡觀察切割絲線(本拉絲切割機(jī)所用絲線直徑為0. 04mm)與對(duì)位刻線 5，調(diào)節(jié)夾具上的調(diào)節(jié)旋鈕將拉絲對(duì)準(zhǔn)輔助成型硅片1上x方向上的第一根對(duì)位刻線5(任 意一側(cè))。再在切割表面及絲線上涂抹研磨劑——白剛玉粉水溶液。 7)啟動(dòng)拉絲切割機(jī)，對(duì)紅外濾光片母材3進(jìn)行切割加工，等到切割深度至硅片厚 度1/2處時(shí)停止切割。 8)重復(fù)步驟6)和7)按序完成該方向的其它對(duì)位刻線5位置的紅外濾光片母材3 的切割。 9)將貼裝件在工作臺(tái)上旋轉(zhuǎn)90度讓貼裝件的y方向與拉絲平行，再按照步驟6)， 7) ，8)完成該方向的紅外濾光片母材3的切割。 10)將貼裝件從工作臺(tái)上取下后放置在加熱爐上加熱。待白蠟2熔化后，將其中切
割后成型的12片矩形紅外濾光片用竹鑷子從輔助成型硅片1上取下。 11)將獲得的12片微型紅外濾光片首先用丙酮清洗，再用毛筆推掃其表面，除去
起保護(hù)作用的光刻膠4，最后將小片紅外濾光片用無水酒精清洗一遍。 12)將成品放入烘箱，在4(TC溫度下烘干濾光片表面殘余酒精，最終獲得加工成 型的矩形紅外濾光片成品。 以上就完成了矩形紅外濾光片切割成型加工。
權(quán)利要求
一種矩形紅外濾光片切割成型的加工方法，其特征在于包括以下步驟1)將切割加工時(shí)起到保護(hù)作用的光刻膠(4)均勻地涂抹包裹在紅外濾光片母材(3)上；2)在加熱臺(tái)上將白蠟(2)在輔助成型硅片(1)上熔化，再將有光刻膠(4)包裹保護(hù)的紅外濾光片母材(3)放置在已經(jīng)帶有熔化白蠟(2)的輔助成型硅片(1)的中央，等白蠟(2)冷卻固化后，紅外濾光片母材(3)與輔助成型硅片(1)粘接固定在一起；3)刻畫對(duì)位刻線(5)，使用機(jī)械刻線機(jī)或激光刻線機(jī)刻線設(shè)備，在固定有紅外濾光片母材(3)的輔助成型硅片(1)上按照成型濾光片的尺寸要求在橫向和縱向方向上分別按等間距要求刻畫對(duì)位線條，最后可得到由橫向與縱向?qū)ξ豢叹€(5)所在直線圍成的網(wǎng)格，其尺寸大小就是所要加工的矩形紅外濾光片的尺寸大?。患t外濾光片母材(3)、白蠟(2)及帶有對(duì)位刻線(5)的輔助成型硅片(1)構(gòu)成貼裝件；4)將步驟3中所述的貼裝件固定在拉絲切割機(jī)的工作平臺(tái)上，對(duì)位刻線(5)上切割方向的對(duì)位線條應(yīng)與拉絲切割機(jī)的拉絲平行；5)將拉絲切割機(jī)的絲線對(duì)準(zhǔn)輔助成型硅片(1)上切割方向上的第一根對(duì)位刻線(5)；6)啟動(dòng)拉絲切割機(jī)，對(duì)紅外濾光片進(jìn)行切割加工，切割深度至硅片厚度的二分之一處；7)重復(fù)步驟5和6完成該方向的其它對(duì)位刻線(5)位置的濾光片的切割；8)將貼裝件在工作臺(tái)上旋轉(zhuǎn)90度讓貼裝件的另一方向的對(duì)位線條與拉絲平行，再按照步驟5，6，7完成該方向的紅外濾光片母材(3)的切割加工； 9)將貼裝件從工作臺(tái)上取下后放置在加熱爐上加熱，待白蠟(2)熔化后，將已經(jīng)成型的矩形的紅外濾光片用扁頭竹鑷子從輔助成型硅片(1)上取下；10)將取下的小片紅外濾光片首先用丙酮清洗，再用毛筆推掃其表面，除去表面的光刻膠(4)，最后將小片紅外濾光片用無水酒精清洗一遍；11)將成品放入烘箱，在40℃溫度下烘干濾光片表面殘余酒精，最終獲得加工成型的矩形紅外濾光片成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩形紅外濾光片切割成型的加工方法，其特征在于所 述的輔助成型硅片(1)的直徑尺寸比紅外濾光片母材(3)的直徑尺寸大10mm 20mm，其厚 度為0. 5mm lmm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種矩形紅外濾光片切割成型的加工方法，它適用于多波段紅外探測(cè)器集成封裝技術(shù)。矩形紅外濾光片切割成型的加工方法的主要貼裝件結(jié)構(gòu)包括紅外濾光片母材、輔助成型硅片、光刻膠、白蠟及對(duì)位刻線。本發(fā)明在紅外濾光片的涂膠保護(hù)、刻畫對(duì)位刻線、切割加工、洗除保護(hù)膠等方面引入特定的處理方法，通過特定的結(jié)構(gòu)和操作步驟，實(shí)現(xiàn)矩形紅外濾光片切割成型的加工方法，從而能夠加工得到傳統(tǒng)加工方法無法實(shí)現(xiàn)的小尺寸矩形紅外濾光片，并且有效減少了紅外濾光片的機(jī)械損傷及水對(duì)濾光片膜系的污染。
文檔編號(hào)G02B5/20GK101793990SQ20101010183
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者俞君, 孫聞, 王小坤, 蔡子健, 趙水平, 郝振貽 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所