Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum ...

2. Ebene Keramiksubstrate als Plattform für hybrid-optische
Systeme
Ebene Substrate, die mit Hilfe keramischer Herstellungstechnologien [HAN-94]
vorwiegend aus den Materialsystemen Al 2 O 3 , AlN, LTCC/ HTCC (Low/ High Temperature
Cofired Ceramic) und BeO hergestellt werden, sind seit Jahren in Verbindung
mit Dünn- und Dickschichttechnologien beim Aufbau hybrider Elektronikbaugruppen
im Einsatz. Substrate aus den genannten Materialien sind aus den
folgenden Gründen auch als Systemplattform für optische Baugruppen interessant:
• Niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten führen in Verbindung mit hohen
Biegesteifigkeiten zu sehr form- und langzeitstabilen Substratgeometrien auch
unter thermischer und mechanischer Belastung (siehe Tabelle 6).
• Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist dem von Silizium weitestgehend angepasst
(siehe Kapitel 2.1.1) und erlaubt in der Hybridfertigung die Direktmontage
von Nacktchips der Elektronik oder der Silizium-Mikromechanik.
• Eine in relativ weiten Bereichen wählbare thermische Leitfähigkeit erlaubt die Anwendung
bei verlustleistungsbehafteten Applikationen. Die Temperaturbeständigkeit
von Keramik liegt um ca. eine Größenordnung über der von Kunststoff.
• Etablierte Dünn- und Dickschichttechnologien in Verbindung mit hoch entwickelten
Bestückungstechniken für elektronische Bauelemente erlauben die Bereitstellung
von Systemplattformen mit vorkonfektionierter Elektronik. Während der
Montage können optoelektronische Bauelemente kontaktiert und in Funktion geprüft
bzw. zur Justierung elektrisch angesteuert werden.
• Die Flexibilität der Bearbeitungstechnologien (Schichtaufbringung und mechanische
Strukturierung) einerseits und die Prozessierung der Keramiksubstrate im
Nutzen (parallele Bearbeitung mehrerer Substrate im Verbund und anschließende
Vereinzelung) andererseits führen zu einer Eignung besonders für kleine bis mittlere,
aber auch hohe Stückzahlen.
Der Vorteil von Keramiken liegt also in der Vielzahl verfügbarer und etablierter Modifikationsmöglichkeiten
der Substrate. Die dadurch ermöglichte Integration von elektronischer,
optischer, mechanischer und thermischer Funktionalität in Verbindung mit
den oben genannten Eigenschaften unterscheidet keramische Substrate deutlich von
anderen zur Verfügung stehenden Materialien wie z.B. Kunststoffen oder Metallen.
Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum Aufbau hybrid-optischer Systeme 31