Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum ...

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Inhaltsverzeichnis 1. Einführung ...................................................................................................... 9 1.1 Grundlegende Begriffe........................................................................... 9 1.2 Zielstellung der Arbeit .......................................................................... 15 1.3 Applikationsbeispiel „Strahlkollimationsoptik“ ...................................... 17 1.4 Stand der Technik................................................................................ 21 2. Ebene Keramiksubstrate als Plattform für hybrid-optische Systeme...... 31 2.1 Unmittelbare Fassungsstrukturen in ebenen Substraten ..................... 32 2.2 Strukturierung ebener Keramiksubstrate ............................................. 34 2.2.1 Al 2 O 3 und LTCC als Materialbasis............................................ 34 2.2.2 Herstellung ebener Keramiksubstrate ....................................... 37 2.2.3 Verfahren zur Strukturierung ..................................................... 39 2.2.4 Thermomechanische Auslegung............................................... 46 2.3 Varianten von unmittelbaren Fassungen und Referenzstrukturen ....... 48 2.3.1 Fassungsstrukturen mit mechanischen Anschlägen ................. 48 2.3.2 Sonstige Fassungsgeometrien und Referenzstrukturen............ 57 2.3.3 Zusammenfassung der theoretischen Überlegungen................ 59 2.4 Aufbaubeispiel Strahlkollimationsoptik................................................. 60 2.4.1 Konstruktive Auslegung der Systemplattform............................ 60 2.4.2 Substratcharakterisierung und Bauelementevermessung ......... 64 3. Montage hybrid-optischer Systeme auf ebenen Keramiksubstraten....... 71 3.1 Besonderheiten bei der Montage optischer Bauelemente ................... 72 3.2 Handhabung optoelektronischer Bauelemente .................................... 73 3.3 Positionier- und Justiertechnologien .................................................... 75 3.4 Fügetechnologien ................................................................................ 82 4. Diskussion der Ergebnisse ......................................................................... 89 5. Zusammenfassung und Ausblick ............................................................... 93 6. Literatur......................................................................................................... 97 Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum Aufbau hybrid-optischer Systeme 4
Verzeichnis der Abkürzungen 80Au20Sn Lotlegierung Gold-Zinn (80 % Gewichtsanteil Gold, 20 % Gewichtsanteil Zinn) 96Sn4Ag Lotlegierung Zinn-Silber (96 % Gewichtsanteil Zinn, 4 % Gewichtsanteil Silber) AgPd Silber-Palladium-Dickschichtpaste Al 2 O 3 Aluminiumoxid AlN Aluminiumnitrid ATOM Advanced Technology for Optoelectronic Modules BeO Berylliumoxid BK7 Borosilikatglas BKS Bezugskoordinatensystem CCD Charge Coupled Device CO 2 Kohlendioxid (Gaslaser, Ausgangswellenlänge 10.6 µm) DCB Direct Copper Bond ESD Electrostatic Discharge LIGA Lithografie-Galvanik-Abformung LTCC Low Temperature Cofired Ceramic MEMS Mikroelektromechanisches System MOEMS Mikrooptoelektromechanisches System MST Mikrosystemtechnik Nd:YAG Neodym: Yttrium-Aluminium-Granat (Festkörperlaser, Ausgangswellenlänge 1.06 µm) NTC Negative Temperature Coefficient (Heißleiter) PEEK Polyetheretherketon PMMA Polymetylmethacrylat SMD Surface Mount Device SnPb Lotlegierung Zinn-Blei TO Transistor Outline (Richtlinie für Gehäusebauform) TRIMO-SMD Three Dimensional Miniaturized Optical SMD-Assembly Technique UV Ultraviolettes Licht im Wellenlängebereich < 400 nm X22CrNi17 hochlegierter Chrom-Nickel-Stahl, nicht rostend Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum Aufbau hybrid-optischer Systeme 5
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ungen kommen neben Leiterbahnen fü
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