Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum ...

Kurzfassung der Dissertation
Die vorliegende Arbeit stellt Untersuchungen zum Aufbau hybrid-optischer Systeme
auf ebenen Keramiksubstraten vor. Das zugrundeliegende Aufbaukonzept eignet
sich für miniaturisierte, freiraumoptisch-zweidimensionale Systeme, mit denen eine
Vielzahl von optischen Funktionen realisiert werden kann, ebenso wie zur Integration
von Bauelementen der Elektronik und Silizium-Mikromechanik. Basis der Überlegungen
ist es, die aus der Fertigung elektronischer Baugruppen bekannte Hybridtechnik
für Leiterplatten zu nutzen, welche auf der Verwendung von Keramikmaterialien
wie Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) und „Low Temperature Cofired Ceramics“ (LTCC)
beruht. Solche formstabilen Keramiksubstrate können als Plattform zum Aufbau
optischer Systeme genutzt werden, indem mit geeigneten Verfahren mechanische
Strukturen in diesen Substraten erzeugt werden, die sich als Fassungen für optische
Bauelemente eignen. Die Formenvielfalt dieser Fassungsstrukturen sowie deren
geometrische Auslegung sind ein Schwerpunkt der Arbeit. Darüber hinaus werden in
einem zweiten Schwerpunkt die Montagetechnologien dargestellt und charakterisiert,
die notwendig sind, um optische Bauelemente in solchen Fassungsstrukturen zu
positionieren bzw. zu justieren und anschließend zu fügen. Technologien der
Elektronikfertigung, bei denen mittels des sogenannten „Pick&Place“ ebenfalls ebene
Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen bestückt werden, können und müssen
dazu geeignet erweitert werden, da die dort zur Verfügung stehenden vier Freiheitsgrade
für die Positionierung und Justierung optischer Bauelemente oft nicht ausreichen.
Es werden Verfahren vorgestellt, welche die Belange der Optikmontage
berücksichtigen und diese mit den Vorteilen des Bestückens von Leiterplatten
vereinen.
Die Untersuchungen zu den vorgestellten Lösungsansätzen werden am Beispiel
eines optoelektronischen Demonstratorsystems dargestellt. Im Ergebnis schränken
nachgewiesene Strukturgenauigkeiten von ±27 µm bis ±90 µm das vorgestellte Aufbaukonzept
beim einfachen Positionieren optischer Bauelemente an den mechanischen
Anschlägen der Fassungsstrukturen derzeit noch ein. Mit Justierprozessen
hingegen wurden Positioniergenauigkeiten von < ±5 µm erreicht. Unter Berücksichtigung
der vielfältigen nichtoptischen Funktionalitäten keramischer Substrate eignen
diese sich daher vorwiegend für die nicht unbedingt höchstpräzise Integration von
Optik und Elektronik auf einer gemeinsamen Systemplattformen.
Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum Aufbau hybrid-optischer Systeme 2