光學微位移感測器封裝製程之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	蕭森浩
論文名稱：	光學微位移感測器封裝製程之研究
指導教授：	曾繁根錢景常
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2001
畢業學年度：	89
語文別：	中文
中文關鍵詞：	光學微位移感測器、封裝、玻璃蝕刻
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目前常用之微系統接合的方法包括陽極接合、共晶接合、融熔接合、直接接合、黏著接合等。通常這些接合的方法都會要求表面的潔淨度以及接合時的溫度和壓力要達到一定值。針對本研究所要封裝的光學微位移感測器，因需封裝水，溫度不能超過100℃；加上受限於結構的關係，必須找出新的接合方法來把水完全密封。
因此本研究利用矽微加工製程、電鍍鎳製程、玻璃蝕刻製程、電化學放電鑽孔製程、以及最後的接合製程，完成整個光學微位移感測器。

在檢測方面，架設了一套光纖對準定位以及光學量測系統，使用精密移動平台的調整把光纖和浮子之間的關係定位。當封裝完後，把感測器置於流場中時，藉由量測系統觀察出浮子的移動量，再經過運算便可求得流場的剪應力。

目錄
摘要 ……………………………………………………………….Ⅰ

目錄  ………………………………………………..………………Ⅱ

圖目錄 …………………………………………………………….Ⅳ

表目錄……………………………………………………………….Ⅶ

第一章       緒論 ……………………………………………………….1

1.1 研究動機與目的 …………………………………………..1

    1.2 文獻回顧 …………………………………………………..3

       1.2.1 接合技術 ……………………………………………..3

       1.2.2 可滲透性的多晶矽 …………………………………..6

       1.2.3 光學開關的製程原理應用 …………………………..7

1.3 光學微位移感測器封裝之構想 ………………………….10

1.4 第二代光學微位移感測器………………………………...12

第二章  製程應用原理之分析 ……………………………………14

2.1 本實驗所採用製程之關連性…………………14

    2.2本研究之電鍍鎳架構………………………………16

    2.3 電化學放電鑽孔的原理及應用 ………………………….17

       2.3.1 放電加工原理 ………………………………………17

       2.3.2 微細放電加工原理 …………………………………18

       2.3.3 電化學放電鑽孔 ……………………………………18

       2.3.4 本研究之電化學放電加工架構 ……………………19

    2.4 光纖對準定位及光學量測系統…………………………22

       2.4.1光纖對準定位系統……………..……………………..22

       2.4.2光纖光學量測系統………………………………….24

第三章       製程的規劃與實驗步驟 ………………………………….31

3.1光學微位移感測器接合元件之製程步驟………………….31

       3.1.1 矽微加工製程 ……………………………………...31

       3.1.2 電鍍鎳製程 …………………..…………………….33

       3.1.3 玻璃蝕刻製程 ………………………………………33

       3.1.4 電化學放電鑽孔製程 ……………...……………….33

       3.1.5 接合製程 ……………………………………...…….34

3.2第二代光學微位移感測器接合元件之製程步驟…..……..36

   3.2.1 矽微加工製程……………………………….……….36

       3.2.2 玻璃蝕刻製程………………………………………..37

   3.2.3 電化學放電鑽孔製程………………………………38

   3.2.4 接合製程…………………………………………….38

第四章        實驗結果與討論 ………………………………………..40

    4.1 矽微加工製程 …………………………………………….40

    4.2 電鍍鎳製程 ……………………………………………….40

    4.3 玻璃蝕刻製程 …………………………………………….42

    4.4 電化學放電鑽孔製程 …………………………………….45

    4.5 接合製程 ………………………………………………….46

    4.6光纖對準定位及光學量測系統……………………………48

第五章        結論 ……………………………………………………...50

5.1 問題與未來研究方向 …………………………………….50

參考文獻…………………………………………………………..…51

圖目錄

圖1.1  微光學位移感測器主體外觀示意圖……………………...…2

圖1.2  陽極接合示意圖 …………………………………………….4

圖1.3  共晶接合示意圖 …………….………………………………5

圖1.4  熔融接合示意圖 ………..….………………………………..6

圖1.5  可滲透性的多晶矽示意圖 ………………………………….7

圖1.6  光學開關元件 …………..…………………………………...8

圖1.7  光學開關的製程原理應用 ………….………………………9

圖1.8  接合元件的結構示意圖 …………………………………...11

圖1.9  光學感測器量測原理。1為光源第一次打到金所反射的訊

號；2為折射後打到GRIN lens再反射回來的訊號…......12

圖1.10 第二代光學微位移感測器的結構圖……………………….13

圖1.11 第二代感測器接合元件的結構示意圖…………….………13

圖2.1  實驗室電鍍設備示意圖 …………………………….……..16

圖2.2  電化學放電鑽孔示意圖 …………………….……………..19

圖2.3  電化學放電鑽孔設備圖 …………………………………...20

圖2.4  光纖剝除器及光纖切割器…………..………….…………..22

圖2.5  光纖連接器……………..……...……………………………23

圖2.6   (a) PZT驅動精密移動平台、(b) PZT驅動精密移動平台控制器、(c) 傾斜角度微調平台……….……………………23

圖2.7  光纖光學量測系統結構圖………………………………….25

圖2.8   (a) 雷射二極體、(b) 基座、(c) 控制器…………………26

圖2.9  光學循環器………………………………………………….28

圖2.10  PC-based 光學頻譜分析卡…….…..……………………..29

圖2.12  感測器反射鏡面測試架設圖…………..………………….30

圖2.11 光纖對準定位及光學量測系統……...……………………..30

圖3.1  製程流程圖 …………………………...……………………36

圖3.2  第二代光學微位移感測器接合元件之製程流程圖……….39

圖4.1  電流密度分別為(a) 40 mA/cm2；(b) 20 mA/cm2；(c) 15 mA/cm2；(d) 10 mA/cm2。 ……………………………………………41

圖4.2  (a)(b) 用鎳當幕罩，利用HF蝕刻玻璃。厚度為660 時，往旁邊側吃情況之圖形。 …………………………..43

圖4.3  (a)(b) 用金當幕罩蝕刻玻璃的結果 ………………………44

圖4.4 電化學放電鑽孔所打出來的洞 …………………………….45

圖4.5 接合結果 …………………………….………………………46

圖4.6 元件接合完成圖………………………………………….…..47

圖4.7 雷射光控制器控制操作電流為12mA時，連接裸光纖所得到的訊號………………………………………..……………….49

圖4.8 雷射光控制器控制操作電流為12mA時，雷射產生器直接連到光譜卡所得到的訊號………………………………….….49

表目錄

表3-1 雷射二極體性能特點列表…………………………………..26

表3.2  光學循環器各埠之間的Loss………………………………28

[1] 林俊仁,”應用反應離子深刻技術之光學微位移感測器製程之研究”,國立清華大學碩士論文,2000.
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