CN1503007A - 膜应力平衡镀膜方法 - Google Patents

Abstract

一种镀膜方法，应用于光学组件上，用来维持一光学基板的正面和反面的膜应力平衡。此镀膜方法叙述如下：在该光学基板的正面镀上预定层数或厚度的光学薄膜层，在该光学基板的反面镀上相同或近似预定层数的应力补偿膜层，使得该应力补偿膜层的总厚度趋近于该光学基板的正面所镀上光学薄膜层的总厚度，以维持光学基板正反两面的应力的平衡。

Description

膜应力平衡镀膜方法

技术领域

本发明是有关于一种镀膜方法，且特别是有关于应用于光学组件上，维持一光学基板的正面和反面的膜应力平衡的镀膜方法。

背景技术

随着行动电话与互联网等通信量急速增加，连接干线及城市区间的光纤传输量也随之暴涨。光通信用组件为满足传输量暴增，容量光学、机械强度、环境适应性的规格日趋严格。例如密集波分复用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)***用的薄膜滤光片(thin film filter)薄膜层往往超过100层，物理膜厚为20μm以上。原本不需要太重视的薄膜应力的问题，随着薄膜层数的增加，在制造的过程中问题一一浮现。

DWDM***用的薄膜滤光片制造时，一般须先在一块较大的基材上，镀完其中一面所需的薄膜层后，再研磨至所需要的厚度，接着，于该基材的另一面镀上另一光学膜层，通常为抗反射膜，最后，再切割至规格尺寸。例如，把直径90mm的圆形基材用作制造薄膜滤光片，在镀完层数较多的薄膜后，在切割时常会发现薄膜层脱落或基板碎裂的情形。

图1绘出光学组件在镀完薄膜层后产生应力的可能情形。图中包括了基材镀上光学薄膜层后，可能产生张应力(tensile force)拉破基板，或产生压应力(compressive force)使膜层产生水泡，两者对制作都产生相当不利的影响，如上述的DWDM***用的薄膜滤光片，因为薄膜层应力的问题，在切断时常会发现薄膜层脱落或基板碎裂的情形。

因此，当光学组件镀膜的层数日益增多的情况下，解决薄膜层应力的问题，确不容缓。

发明内容

因此本发明的目的就是在提供一种镀膜方法，用来解决薄膜层应力的问题。

根据本发明的上述目的，提出一种镀膜方法，应用于光学组件上，用来维持一光学基板的正面和反面的膜应力平衡。此镀膜方法叙述如下：在该光学基板的正面镀上一预定层数或厚度的光学薄膜层，在该光学基板的反面镀上近似预定层数或厚度的应力补偿膜层。

依照本发明一较佳实施例，在光学基板的正面镀上高折射率和低折射率薄膜层，在反面镀上厚度近似的薄膜层，此薄膜层包括应力补偿膜层和另一光学膜层，其中应力补偿膜层可利用无效层设计法或优化法达成维持光学基板正面的光学性能的目的。

依照本发明另一较佳实施例，与上个较佳实施例不同的地方在于，此实施例在基板的反面只在周围不使用部份(光线不穿透)镀上和正面具有近似厚度的应力补偿膜层，中间欲使用部份(使用时光线会穿透)仅镀上另一原有设计的光学膜层。优点在于可以将反面镀膜影响原来光学效应的可能因素降到最低。

由上述可知，本发明在不影响原来的光学效应下，应用膜厚度和基板弯曲度的正比关系，不同折射率薄膜材料在光学组件基板的正反两面皆镀上相同或近似厚度的薄膜，以维持基板正反两面的应力的平衡，就能解决薄膜层应力的问题。

附图简要说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1绘出光学组件在镀完薄膜层后产生应力的可能情形；

图2绘出一薄膜应力的测量示意图及计算公式；

图3绘出依照本发明一较佳实施例的一种膜应力平衡镀膜方法示意图；以及

图4绘出依照本发明另一较佳实施例的一种膜应力平衡镀膜方法示意图。

具体实施方式

在不限制本发明的精神及应用范围之下，以下即以一实施例，介绍本发明的实施；熟悉此领域技术的人，在了解本创作的精神后，应当可以应用本发明的装置于各种不同的制作。

在叙述实施例前，先说明本发明所应用的原理。参照图2，其绘出一薄膜应力的测量示意图及计算公式。图中包括基板镀膜前和镀膜后的状态，公式(a)则是用来描述此动作，若假设公式(a)中的r、σ、Δδ、v_s、E_s均为固定值时，可将公式(a)简化为df＝Const*Δδ，也就是膜厚度和基板弯曲度成正比。换言之，我们得到一个结论，当膜厚度越大时，基板弯曲程度越大。

本发明在基板的两面镀上厚度近似的薄膜，就可以在基板的两面产生相同的薄膜应力。

本发明以下将以一光学组件应用微机电***(MEMS，Micro-Electro Mechanical Systems)技术制造为例，来进一步解说本发明的原理。

请参照图3，其绘出依照本发明一较佳实施例的一种膜应力平衡镀膜方法示意图。其中以H代表一个四分之一波长膜厚的高折射率材料薄膜，L代表一个四分之一波长膜厚的低折射率材料薄膜。换言之，H或L的膜厚会随不同光波波长的需求而变更。本实施例中，在基板10的正面，镀上H或L的不同排列组合，其中共有56H和83L。反面则镀上抗反射层14，由6H和4L组成。因此，正反两面差了50H和79L。

依照本发明基板的两面镀上厚度相同或近似薄膜的原则，在反面上镀膜时，需再加上50H和79L的厚度，才能使基板10正反两面厚度相同。应注意的是，除了正反两面厚度相同外，反面增加的50H和79L的厚度必须不影响原来的光学效应。本发明所使用的方法是将复数的H薄膜相邻镀在一起及复数的L薄膜相邻镀在一起，在光学上就视为应力补偿膜层12。换言之，反面增加50H和79L近似的厚度，才能维持两面应力的平衡又不会影响原来的光学效应。因此，上述实施例中，虽然正反两面差了50H和79L，却只在反面增加的50H和78L或80L的厚度，就是为了不影响原来的光学效应。此外，基板两侧的膜厚并不需要控制一定相同或只差一层，只要基板镀膜产生应力不会影响光学组件的品质，合理差异都不脱离本发明的范围。

请参照图4，其绘出依照本发明另一较佳实施例的一种膜应力平衡镀膜方法示意图。本实施例和上一个实施例不同点，在于反面的镀膜方法。例如，在基板10的正面，镀上H或L的不同排列组合，其中共有56H和83L。在基板10的反面只在周围不使用部份16镀上和正面具有相同厚度的应力补偿膜层12(例如56H和82L薄膜)，中间欲使用部份镀上抗反射层(未绘出)。上述基板的反面的镀膜方法，是应用掩膜(mask)方式将中间欲使用部份18(使用时光线会穿透)挡住，只在周围不使用部份(光线不穿透)镀上近似厚度的应力补偿膜层12，再将中间欲使用部份的掩膜(未绘出)除去后镀上抗反射层。本实施例的优点是可以将反面镀膜影响原来光学效应的可能因素降到最低。

特别说明，上述两个实施例在基板正反两面镀膜的过程中可以正面镀完再镀反面，或正反面轮流制镀至完成为止。例如，可以在基板的正面镀完56H和83L后，在反面一次镀上50H和78L的应力补偿膜层，再加上另一光学膜层，假设为抗反射膜层(由6H和4L交替组合而成)。另一种方式，在正面镀上6H和4L，接着在反面也镀上6H和4L，然后依序在正面、反面镀膜，直到正面具有56H和83L，而反面具有56H和78L，及抗反射膜层。使用正面镀完再镀反面的方法，就制作而言当然较简易，但可能无法适用所有情况。例如，当基板的厚度是50μm，而需要在基板正面镀上50层薄膜(膜厚4μm)，当正面镀上25层薄膜可能基板就无法承受薄膜的应力而变形，此时就需要正面反面交替镀膜，以维持基板正反两面的应力的平衡。

由上述本发明较佳实施例可知，本发明在不影响原来的光学效应下，应用膜厚度和基板弯曲度的正比关系，在光学组件基板的正反两面镀上相近厚度或相近层数的薄膜，以维持基板正反两面的应力的平衡，就能解决薄膜层应力的问题。特别说明的是，上述本发明较佳实施例的应力补偿膜层以无效层设计法或优化法等光学制作方法设计而成，当然，其它如利用堆栈方式等光学制作方法所设计而成的应力补偿膜层，都符合本发明的精神所在。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应以根据权利要求书所界定的为准。

Claims (11)

1、一种镀膜方法，应用于光学组件上，维持一光学基板所镀膜层的膜应力平衡，其特征在于：

在该光学基板的第一面镀上至少一预定厚度的光学薄膜层；及

在该光学基板的第二面镀上至少一应力补偿膜层以补偿该第二面和该第一面间的膜厚度差异。

2、按照权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于：其中该预定厚度的光学薄膜层包含高折射率或低折射率薄膜层。

3、按照权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于：其中该应力补偿膜层以无效层设计法或优化法设计而成，以使该光学基板的该第一面的光学性能不受影响。

4、按照权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于：其中该应力补偿膜层在该光学基板上镀上复数的高折射与低折射率薄膜层的组合。

5、按照权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于：其中在该光学基板的第二面的不使用的部份镀上至少一应力补偿膜层以补偿该第二面和该第一面间的膜厚度差异。

6、按照权利要求5所述的镀膜方法，其特征在于：其中在该光学基板的该第二面的不使用的部分镀上该应力补偿膜层之前，在该光学基板的该第二面的欲使用部分需镀上另一光学膜层。

7、按照权利要求5所述的镀膜方法，其特征在于：其中该光学基板的该第二面的欲使用部分不需镀上任何光学膜层。

8、一种光学组件结构，其特征在于：

一光学基板；

至少一光学薄膜层位于该光学基板的第一面上；以及

至少一应力补偿膜层位于该光学基板的第二面上，以补偿该第二面和该第一面间的膜厚度差异。

9、按照权利要求8所述的光学组件结构，其特征在于：其中该至少一应力补偿膜层可位于第二面的不使用部份，以补偿该第二面和该第一面间的膜厚度差异。

10、按照权利要求9所述的光学组件结构，其特征在于：其中该光学基板的该第二面的欲使用部分镀上另一光学薄膜层。

11、按照权利要求9所述的光学组件结构，其特征在于：其中该光学基板的该第二面的欲使用部分不镀上任何光学薄膜层。

Images