Fraunhofer-Institut für SiliziumtechnologieMit der Integration optischer Funktionen in die Welt der Mikrosysteme steht das Packaging von Komponenten und Systemen auf Waferebene (WLP) vor neuen und spannenden Herausforderungen. Zukünftige neue Anwendungen, wie Augmented und Virtual Reality in leichten Brillen (AR/VR-Brillen), erfordern die Entwicklung kleiner optischer Gehäuse, was eine große Vielfalt an Designaspekten aus dem optischen, elektrischen und thermischen Bereich impliziert.
Optische Gehäuse zur Verkapselung von Bauelementen auf Waferebene – Technologiebaukasten eröffnet neue Perspektiven
Modernste Fertigungsverfahren zur Bearbeitung von Glas
Das ISIT hat die präzisen Verfahren der Strukturübertragung in Silizium auch auf andere Materialien übertragen. Als besonders bedeutsam hat sich dabei die Formgebung von verschiedenen Gläsern erwiesen. Da Glas einen ähnlichen thermischem Ausdehnungskoeffizienten (etwa Borsilikatgläser) wie Silizium hat, eignet es sich hervorragend zum anodischem Bonden. Dabei entsteht eine Materialverbindung, die auch bei großen Temperaturveränderungen stabil bleibt.
Optische Komponenten hoher Güte zu geringen Kosten
Das am Fraunhofer ISIT entwickelte Verfahren der hochviskosen Formgebung von Glas erlaubt die Herstellung präziser optischer Komponenten auf Waferebene für unterschiedliche Anwendungen zu geringen Kosten. Mit diesem Verfahren wurden beispielsweise Linsen, Hohlspiegel oder Glasdome hoher optischer Güte gefertigt. Diese Technologie wurde in den vergangenen Jahren deutlich weiterentwickelt. Mittlerweile bietet das ISIT seinen Kunden eine vielgestaltige Technologieplattform als Baukasten an, die zahlreiche, neue Funktionalitäten eröffnet. Neben der technologischen Weiterentwicklung der Glasfertigungsprozesse werden im ISIT inzwischen auch Simulationsprogramme eingesetzt, um die Formgebung weiter optimieren zu können. Optische Messtechniken wurden zur Charakterisierung der fertigen Komponenten aufgebaut.
Damit aber nicht genug. Der Technologiebaukasten macht es auch möglich, elektrische Kontakte durch einen Glaswafer hindurchzuführen, oder aber mittels hochpräzisem Laserlöten einzelne Bauelemente wie Laserdioden oder Linsenelemente, auf einem Trägerwafer präzise zu montieren um sie anschließend mit einem geeigneten Glaswafer gemeinsam zu verkapseln. Praktisch jeder gewünschte mikro-optische oder mikro-opto-mechanische Aufbau lässt sich umsetzen, unter Vakuum betreiben oder auch mit verschiedenen Gasen befüllen.
Chancen für KMUs
Besonders kleinen Unternehmen bieten sich Chancen. Sie können ihre innovativen Ideen umsetzen, ohne selbst geeignete Maschinen kaufen zu müssen, sondern sie können auf den Gerätepark des ISIT zurückgreifen. Beispielsweise auf eine komplexe, hochpräzise Bestückungsanlage, deren Fähigkeiten in der Bauteilhandhabung und Fügetechniken vielseitige Anwendungsmöglichkeiten erlauben. An dem Aufbau einer miniaturisierten RGB-Laserquelle auf Siliziumsubstrat-Basis haben die ISIT Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die vielfältigen Möglichkeiten des Technologiebaukastens demonstriert.