Ebene Keramiksubstrate und neue Montagetechnologien zum ...

Kapitel 5
rung zu einem monolithischen Substrat bzw. die Strukturierung von Einlagensubstraten
im bereits gesinterten Zustand, können anhand der Untersuchung von im
Rahmen dieser Arbeit entworfenen und extern gefertigten Systemplattformen für den
Aufbau einer Strahlkollimationsoptik nachfolgende Aussagen getroffen werden.
Die in ebenen Keramiksubstraten realisierbaren mechanischen Strukturen sind zweieinhalb-
(Einlagentechnologie) und eingeschränkt dreidimensional (Mehrlagentechnologie).
Wesentliche Geometrieelemente zum Fassen optischer Bauelemente sind
Auflageebenen und –kanten zur Lagebestimmung lateral zur optischen Achse sowie
Anlageecken und –kanten zur Lagebestimmung in entlang der optischen Achse.
Weitere für die Montage relevante Geometrieelemente sind dickschichttechnologisch
strukturierte Marken oder an das Fügeverfahren angepasste Geometrien (Benetzungsflächen,
Klebstofffallen). Das Mehrlagen-Material LTCC, eine bei Temperaturen
um 850°C sinternde Kombination von Al 2 O 3 mit verschiedenen Gläsern, wird im
Grünzustand Einzellage für Einzellage z.B. mittels Stanzen oder Laserschneiden
strukturiert. Die Verfahren selbst sind sehr genau (Strukturierungsgenauigkeiten bis
±20 µm sind nachgewiesen). Da jede Einzellage anders strukturiert werden kann, ist
es möglich, im Mehrlagenverbund dreidimensionale Geometrien zu erzeugen. Deren
Formenvielfalt wird nur durch die Anforderungen der der Strukturierung
nachfolgenden Laminier- und Sinterprozesse (z.B. sind keine unter dem
Laminierdruck kollabierende, überhängende Strukturen erlaubt) eingeschränkt. Laminieren
und Sintern führen dazu, dass die am Ende der Prozessabfolge zur Herstellung
von Mehrlagensubstraten erreichbare Genauigkeit deutlich schlechter ist als
die Genauigkeit der mechanischen Strukturierung selbst. Für eine in LTCC gefertigte
Systemplattform der Strahlkollimationsoptik führt das zu einer mittleren Abweichung
der tatsächlichen Strukturgeometrien von bis zu 100 µm und einer Toleranz von bis
zu ±90 µm (3σ). Die Ebenheit der Substrate dagegen ist mit < 5 µm/cm deutlich
besser als erwartet. Das in der Einlagentechnologie verbreitete Material Al 2 O 3 wird
im gesinterten Zustand mittels Laserschneiden strukturiert. Dieses Verfahren ist sehr
genau (Strukturierungsgenauigkeiten bis ±10 µm), es können allerdings nur zweieinhalbdimensionale
Strukturen erzeugt werden, wodurch die Formenvielfalt eingeschränkt
wird. Da das Laserschneiden als letzter Prozess in der Technologiekette zur
Herstellung von einlagigen Substraten eingeordnet werden kann, wird die erreichbare
Genauigkeit direkt von diesem Strukturierungsverfahren selbst bestimmt. Für
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