CN112941460A - 一种高可靠性滤光片制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高可靠性滤光片制作方法，包括：选择硬度大、耐高温、膨胀系数低、化学稳定性良好的石英玻璃；对玻璃基板进行清洗并烘干保存；在镀膜前，对镀膜治具进行抽取高真空，使镀膜治具的真空度稳定在1.0E‑3Pa之间，同时对镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的玻璃基板进行恒温加热至220℃，将恒温加热后的玻璃基板装载至镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对玻璃基板进行蒸发镀膜；将完成镀膜的玻璃基板进行自然冷却，将高纯度的氮气充入镀膜治具的腔体内对冷却后的玻璃基板进行固化。与现有技术相比，本发明能改善产品力学特性，制作出高可靠性的滤光片，能解决现有技术中产品良率不高、滤光片容易脱膜、崩边和裂角的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜技术领域，具体而言，涉及一种高可靠性滤光片制作方法。
背景技术
滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。滤光片的一个共性，就是没有任何滤光片能让天体的成像变得更明亮，因为所有的滤光片都会吸收某些波长，从而使物体变得更暗。
在如今光通讯行业高速发展的带动下，滤光片的需求量也大幅提升。光学薄膜在应用中除了应当具有一定的光学特性外，还应具有与其应用相适应的力学特性，如足够的机械强度，与玻璃基板间良好的附着力，适当的内应力状态等，薄膜的微观结构在影响其力学性质方面起着重要的作用。传统的制备滤光片的工艺主要采用常温蒸发式成膜，其要求真空度不高，材料沉积速率较低；对于膜层较厚的滤光片会造成内应力较大，附着力较差的现象。上述工艺存在的缺陷是：产品内应力大，产品在切割过程中由于附着力较差和膜层的内应力释放会导致膜层脱落和玻璃崩边裂角。
滤光片成膜过程中由于玻璃基板材质和膜系的差异，膜层和基板之间缺乏良好的附着力。内应力是镀膜过程中腔体的真空度，膜层和基板之间的热膨胀系数差异造成的，膜料的蒸发会产生热量，在进行膜料的切换蒸镀时，腔体及玻璃基板的温度难以控制，会导致腔体温度产生较大波动，故内应力不好控制。使滤光片在切割成小颗粒的过程中会脱膜，崩边和裂角，可靠性较差，导致产品的良率降低23％，无法满足客户的要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明能改善产品力学特性，使滤光片不容易脱膜、崩边和裂角，制作出高可靠性的滤光片，提高滤光片的良品率。
一种高可靠性滤光片制作方法，具体技术方案如下所示：
一种高可靠性滤光片制作方法，包括下列步骤：
玻璃基板材质选择：选择硬度大可达莫氏七级、耐高温、膨胀系数低、化学稳定性良好和大小为40X40X0.88mm的石英玻璃；
清洗烘干处理：对所述玻璃基板进行清洗并烘干保存；
镀膜处理：在镀膜前，对镀膜治具进行抽取高真空，使所述镀膜治具的真空度稳定在1.0E-3Pa之间，同时对所述镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的所述玻璃基板进行恒温加热至220℃，将恒温加热后的所述玻璃基板装载至所述镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对所述玻璃基板进行蒸发镀膜；
冷却固化：将完成镀膜的所述玻璃基板进行预设时长的自然冷却，将高纯度的氮气充入所述镀膜治具的腔体内对冷却后的所述玻璃基板进行固化。
在一个具体的实施例中，所述“镀膜处理”的方法包括：
先镀制所述SiO2材料生成SiO2膜层，再镀制所述Ti3O5材料生成Ti3O5膜层；
在镀制所述SiO2材料时，使用离子源对所述玻璃基板进行彻底的预清洁，再预镀0.15um厚的SiO2结合层，所述SiO2材料的成膜速率为8.5A/s，成膜氧气为50sccm，成膜氩气为10sccm,成膜温度为220℃，成膜真空度为1.0E-3Pa；
在镀制Ti3O5材料时，所述Ti3O5材料的成膜速率为4.5A/s，成膜氧气为60sccm，成膜氩气为10sccm,成膜温度为220℃，成膜真空度为1.0E-2Pa。
在一个具体的实施例中，所述“清洗烘干处理”的方法包括：
将光学石英玻璃装载到清洗篮，进一步地，将清洗篮放进全自动超声波清洗线上，对玻璃进行除油除尘的清洗，清洗完成后，将玻璃放进全自动无尘高温烤箱内进行烘干保存。
在一个具体的实施例中，所述“冷却固化”的方法包括：
成膜完成后，将所述玻璃基板放置在所述镀膜治具内的腔体内进行预设时长的自然冷却，自然冷却过后往所述镀膜治具内的腔体内充进高纯度氮气对所述玻璃基板进行固化。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
采用本发明中的技术方案的制作方法，在镀膜前对镀膜治具进行抽取高真空，使镀膜治具的真空度稳定在1.0E-3Pa之间，同时对镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的玻璃基板进行恒温加热至220℃，将恒温加热后的玻璃基板装载至镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对玻璃基板进行蒸发镀膜。将完成镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，将高纯度的氮气充入镀膜治具的腔体内对冷却后的玻璃基板进行固化。进一步改善产品力学特性，使滤光片不容易脱膜、崩边和裂角，制作出高可靠性的滤光片，提高滤光片的良品率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是实施例中滤光片制作方法的流程图；
图2是实施例中滤光片的结构图。
主要元件符号说明：
1-玻璃基板；2-SiO2结合层；3-SiO2膜层；4-Ti3O5膜层；5-氮气固化层。
具体实施方式
根据本发明提供的一种高可靠性滤光片制作方法，通过镀膜前对镀膜治具进行抽取高真空，使镀膜治具的真空度稳定在1.0E-3Pa之间，同时对镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的玻璃基板进行恒温加热至220℃，将恒温加热后的玻璃基板装载至镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对玻璃基板进行蒸发镀膜。将完成镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，将高纯度的氮气充入镀膜治具的腔体内对冷却后的玻璃基板进行固化。进而改善产品力学特性，使滤光片不容易脱膜、崩边和裂角，制作出高可靠性的滤光片，提高滤光片的良品率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-图2所示，本实施例提供一种高可靠性滤光片制作方法，具体技术方案如下所示：
一种高可靠性滤光片制作方法，包括下列步骤：
玻璃基板1材质选择：选择硬度大可达莫氏七级、耐高温、膨胀系数低、化学稳定性良好和大小为40X40X0.88mm的石英玻璃。
具体地，石英玻璃硬度大可达莫氏七级，具有耐高温，经常使用温度为1100℃至1200℃，短期使用温度可达1400℃，膨胀系数低，是普通BK7玻璃的1/10至1/20。且耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线；
清洗烘干处理：对玻璃基板1进行清洗并烘干保存。
镀膜处理：在镀膜前，对镀膜治具进行抽取高真空，使镀膜治具的真空度稳定在1.0E-3Pa之间，同时对镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的玻璃基板1进行恒温加热至220℃，因为高真空度及较高的基板温度有利于膜料与衬底间的互扩散，形成牢固的扩散附着。接着将恒温加热后的玻璃基板1装载至镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对玻璃基板1进行蒸发镀膜。
冷却固化：将完成镀膜的玻璃基板1进行预设时长的自然冷却，将高纯度的氮气充入镀膜治具的腔体内对冷却后的玻璃基板1进行固化。
本实施例中，“清洗烘干处理”的方法包括：
将光学石英玻璃装载到清洗篮，进一步地，将清洗篮放进全自动超声波清洗线上，对玻璃进行除油除尘的清洗，清洗完成后，将玻璃放进全自动无尘高温烤箱内进行烘干保存。玻璃基板1的清洗及保存会直接影响玻璃表面状态，一方面对附着力有较大影响，另一方面也会影响内应力的大小。
本实施例中，“镀膜处理”的方法包括：
先镀制SiO2材料生成SiO2膜层3，再镀制Ti3O5材料生成Ti3O5膜层4。
具体地，由于SiO2材料与石英基板物理特性接近，先镀制SiO2材料相对于先镀制Ti3O5材料可进一步增加膜层与玻璃基板1的附着力。
在镀制SiO2材料时，使用离子源对玻璃基板1进行彻底的预清洁，受污染的玻璃基板1表面的吸附层，会破坏附着所需要的物理及化学结合力。再预镀0.15um厚的SiO2结合层2，SiO2材料的成膜速率为8.5A/s，成膜氧气为50sccm，成膜氩气为10sccm,成膜温度为220℃，成膜真空度为1.0E-3Pa。
在镀制Ti3O5材料时，Ti3O5材料的成膜速率为4.5A/s，成膜氧气为60sccm，成膜氩气为10sccm,成膜温度为220℃，成膜真空度为1.0E-2Pa。
具体地，滤光片内应力的产生主要是膜料沉积过程的影响，并且缺乏规律性，需针对膜料种类、玻璃基板1材质、成膜工艺来具体研究成膜温度、成膜速率、成膜真空度等对膜层应力的影响。
本实施例中，“冷却固化”的方法包括：
成膜完成后，将玻璃基板1放置在镀膜治具内的腔体内进行预设时长的自然冷却，自然冷却过后往镀膜治具内的腔体内充进高纯度氮气对玻璃基板1进行固化，玻璃基板1表面生成氮气固化层5。
具体地，膜层的内应力往往表现出时效性，在不同的环境和温度下，内应力会发生缓变，上述冷却方案能有效释放膜层的内应力。
具体地，将玻璃基板1放置在镀膜治具内的腔体内进行1小时30分钟的自然冷却，1小时30分钟的时长仅仅是本实施例的一种优选方式，其还有其他优选方式。
与现有技术相比，采用本发明中的技术方案的制作方法，在镀膜前对镀膜治具进行抽取高真空，使镀膜治具的真空度稳定在1.0E-3Pa之间，同时对镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的玻璃基板进行恒温加热至220℃，将恒温加热后的玻璃基板装载至镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对玻璃基板进行蒸发镀膜。将完成镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，将高纯度的氮气充入镀膜治具的腔体内对冷却后的玻璃基板进行固化。进一步改善产品力学特性，使滤光片不容易脱膜、崩边和裂角，制作出高可靠性的滤光片，提高滤光片的良品率。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高可靠性滤光片制作方法，其特征在于,包括下列步骤：
玻璃基板材质选择：选择硬度大可达莫氏七级、耐高温、膨胀系数低、化学稳定性良好和大小为40X40X0.88mm的石英玻璃；
清洗烘干处理：对所述玻璃基板进行清洗并烘干保存；
镀膜处理：在镀膜前，对镀膜治具进行抽取高真空，使所述镀膜治具的真空度稳定在1.0E-3Pa之间，同时对所述镀膜治具内的腔体和清洗并烘干后的所述玻璃基板进行恒温加热至220℃，将恒温加热后的所述玻璃基板装载至所述镀膜治具的伞架上，使用高折射率的Ti3O5材料和低折射率的SiO2材料对所述玻璃基板进行蒸发镀膜；
冷却固化：将完成镀膜的所述玻璃基板进行预设时长的自然冷却，将高纯度的氮气充入所述镀膜治具的腔体内对冷却后的所述玻璃基板进行固化。
2.根据权利要求1所述的制作滤光片的方法，其特征在于，所述“镀膜处理”的方法包括：
先镀制所述SiO2材料生成SiO2膜层，再镀制所述Ti3O5材料生成Ti3O5膜层；
在镀制所述SiO2材料时，使用离子源对所述玻璃基板进行彻底的预清洁，再预镀0.15um厚的SiO2结合层，所述SiO2材料的成膜速率为8.5A/s，成膜氧气为50sccm，成膜氩气为10sccm,成膜温度为220℃，成膜真空度为1.0E-3Pa；
在镀制所述Ti3O5材料时，所述Ti3O5材料的成膜速率为4.5A/s，成膜氧气为60sccm，成膜氩气为10sccm,成膜温度为220℃，成膜真空度为1.0E-2Pa。
3.根据权利要求1所述的制作滤光片的方法，其特征在于，所述“清洗烘干处理”的方法包括：
将光学石英玻璃装载到清洗篮，进一步地，将清洗篮放进全自动超声波清洗线上，对玻璃进行除油除尘的清洗，清洗完成后，将玻璃放进全自动无尘高温烤箱内进行烘干保存。
4.根据权利要求1所述的制作滤光片的方法，其特征在于，所述“冷却固化”的方法包括：
成膜完成后，将所述玻璃基板放置在所述镀膜治具内的腔体内进行预设时长的自然冷却，自然冷却过后往所述镀膜治具内的腔体内充进高纯度氮气对所述玻璃基板进行固化。
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- 2021-02-01 CN CN202110138713.4A patent/CN112941460A/zh active Pending
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