Optoelektronik

Klebstoffe für die Optoelektronik

Optische Materialien und Klebstoffe spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung und Herstellung von Wafer-Level-Optiken.
Sie dienen dabei nicht nur zum Befestigen und Schutz von optischen Elementen wie Sensoren oder LEDs. Aus den optischen Materialien von DELO werden auch Mikrolinsen und diffraktive optische Elemente (DOE) hergestellt, die beispielsweise im Blitzlicht der Smartphone-Kamera oder als Mikrolinsenarray in Projektionssystemen zum Einsatz kommen.

Neben einer hohen Belastbarkeit müssen die optischen Materialien und Optik-Klebstoffe auch eine thermische UV-Stabilität, eine geringe Ausgasung und einen geringen Schrumpf aufweisen. DELO bietet eine große Reihe von speziell angepassten Klebstoffen für diese Anforderungen.

Mikrooptiken auf Wafer-Level-Ebene

Mikrooptiken und Nanostrukturen sind Schlüsseltechnologien für die neuesten miniaturisierten optoelektronischen Komponenten in Smartphones, Smart Glasses und Fahrzeugen. 
Beispiele aus der Unterhaltungselektronik sind Mikrolinsen in Time-of-Flight- oder Helligkeitssensoren, diffraktive optische Elemente (DOE) zur Erzeugung von komplexen Lichtmustern und Gitterstrukturen mit Nanometergenauigkeit in diffraktiven Lichtleitern, die neue Anwendungen wie 3D-Sensing oder Augmented-Reality-Brillen ermöglichen. 

In Fahrzeugen werden Mikrolinsen in ultrakompakten Projektionssystemen für Scheinwerfer oder für dekorative und funktionale Beleuchtungsanwendungen eingesetzt, die überall im Auto integriert werden können.

Optisch transparente Imprint-Materialien

UV-härtende Polymere werden zunehmend für die Massenproduktion optischer Elemente per Nanoimprint-Lithographie verwendet. Ein passender Brechungsindex, eine hohe Transmission und ein ausgewogenes thermomechanisches Verhalten, gepaart mit einer hervorragenden Zuverlässigkeit, sind dafür wichtige Eigenschaften. Optische Materialien von DELO bieten eine nahezu vollständige Designfreiheit, ermöglichen komplexe Bauteilarchitekturen und sind gleichzeitig leicht zu fertigen.

Eigenschaften:

  • Hohe Beständigkeit gegen Vergilbung bei erhöhten Temperaturen, insbesondere bei Reflow-Prozessen
  • Sehr hohe Transmission im sichtbaren Bereich
  • Geringe Ausgasung
  • Sehr geringer Schrumpf
  • Ausgezeichnete Haftung auf Glas bei gleichzeitiger Ablösbarkeit von Stempelmaterialien
  • Halogenfrei (IEC 61249-2-21)
  • Breites Spektrum an Brechungsindizes verfügbar
     

Anwendungen:

  • Mikrolinsen für Sensoranwendungen, z. B. Time-of-flight, Umgebungslichterfassung
  • Mikrolinsenarrays (MLA) für Projektionsgeräte
  • Mikrolinsenarrays (MLA) für Autoscheinwerfer
  • Diffraktive optische Elemente (DOE) zur Erzeugung von strukturiertem Licht (3D-Sensorik)
  • Diffraktive optische Elemente (DOE) für Diffusor-Anwendungen
  • Diffraktive optische Elemente (DOE) für AR-Wellenleiter

Optisch funktionale Materialien

Der UV-Imprint einzelner optischer Elemente ist nur ein Aspekt von Wafer-Level-Optiken. Das volle Potenzial entsteht, wenn optische Systeme parallel auf Waferebene hergestellt werden. Neben optischen Elementen wie Linsen oder DOEs benötigen optische Systeme weitere Komponenten, zum Beispiel Abstandshalter, Blenden oder ein Gehäuse. Bei der Herstellung von Optiken auf Wafer-Level-Ebene geht es nicht nur um die Fertigung einzelner Elemente, sondern auch darum, wie diese Elemente zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden können.

Anwendungen:

  • Package sidewalls
  • Lichtblockende Aperturen
  • Beschichtungen mit hoher optischer Dichte
  • Definierte Lichtstreuung
  • Spektrale Filterung

Klebstoffe für LED-Packaging

LEDs dienen im Fahrzeuginnenraum als wichtiges Designelement und sorgen in Form von Ambient Light für eine angenehme Atmosphäre. Außerdem tragen sie zur verbesserten Verkehrssicherheit bei. So können LEDs zur Warnung des Fahrers in bestimmten Situationen eingesetzt werden.

Bei der Herstellung von LED-Packages spielen funktionelle Klebstoffe eine zentrale Rolle. Sie sorgen für ein homogenes, brillantes Leuchten der Dioden und für eine schnelle Fertigung. DELO hat sowohl für das First-Level-Packaging als auch das Second-Level-Packaging eine Vielzahl passender Produkte entwickelt. Beim First-Level-Packaging werden die Klebstoffe in unmittelbarer Nähe zum LED-Halbleiter appliziert; beim Second-Level-Packaging geht es um das Fügen von Linsen, Deckscheiben oder Gehäusen, die um das LED-Modul herum eingesetzt werden.

DELO-Klebstoffe für die Optoelektronik umfassen transparente und ausgasungsarme ebenso wie spannungsausgleichende und elektrisch leitfähige Klebstoffe, vom Die-Attach bis zur strukturellen Verklebung. Auch optische Coatings mit individuell angepassten Eigenschaften in Bezug auf Transmission, Reflexion und Absorption sowie Vergussmassen zum Schutz von Sensor-Packages bietet DELO an. Je nach Bauteilgeometrie oder Substratkombination stehen Anwendern Produkte mit unterschiedlichen Aushärtungsmechanismen zur Verfügung.

Alle funktionellen Kleb- und Dichtstoffe von DELO aus der Reihe DELO PHOTOBOND, DELO DUALBOND und DELO KATIOBOND eignen sich insbesondere für hochautomatisierte und sekundenschnelle Prozesse mit hohen Durchsätzen.

Eigenschaften der Klebstoffe für LEDs

  • Ausgasungsarm
  • Sehr geringer Schrumpf
  • Optisch klar
  • Vergilbungsstabil
  • Reflow-stabil

 

Klebstoffe für integrierte optische Schaltkreise (PICs)

Integrierte optische Schaltkreise (Photonic Integrated Circuits, PIC) sind für die Funktionalität optischer Systeme auf Chip-Level von großer Bedeutung. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der optischen Signalverarbeitung, Datentransfer sowie Sensorik. In einem integrierten optischen Schaltkreis ist eine Vielzahl kleinster optischer Baugruppen wie Verstärker, Modulatoren oder Filter vernetzt. Integrierte optische Schaltkreise arbeiten typischerweise in einem Wellenlängenbereich vom optischen bis zum nahinfraroten Bereich (380 – 1650 nm), was eine hohe Bandbreite und schnelle Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht.

Das Packaging und das optische Vernetzen sowohl auf dem Chip als auch auf der Platine stellt technisch eine große Herausforderung dar. Möglichst verlustarmes optisches Anbinden von Wellenleitern (Glasfasern) erfordert eine präzise Ausrichtungstechnik (Active Alignment) und dafür geeignete Klebstoffe. Die Zuverlässigkeit der Klebverbindung muss auch bei den nachfolgenden Prozessschritten wie dem Reflow-Löten gegeben sein.

Optisches Anbinden

Technisch gesehen gibt es verschiedene Ansätze, integrierte optische Schaltkreise mit optischen Fasern zu verbinden. Da typischerweise Monomodefasern mit einem sehr kleinen Kerndurchmesser von wenigen Mikrometern verwendet werden, ist eine äußerst präzise Anbindung (Active Alignment) nötig. Die Fasern können entweder direkt, d.h. mit dem Klebstoff im Strahlengang an den integrierten optischen Schaltkreis geklebt werden, oder indirekt, indem die Fasern auf einem entsprechenden Substrat fixiert werden. Der dann zwischen Faser und integrierten optischen Schaltkreis entstandene Spalt wird typischerweise mit einem Klebstoff gefüllt, der einen angepassten Brechungsindex aufweist. Das minimiert den durch Fresnel-Reflexion bedingten Verlust an Transmission. Ferner können Mikrolinsensysteme verwendet werden, um entweder größere Toleranzen oder eine kontaktlose Übertragung (expanded beam connector) zu ermöglichen.

Klebstoffeigenschaften:

  • Geringer Schrumpf
  • Schnelle Fixierung/Aushärtung
  • Geringer Wärmeausdehnungskoeffizient
  • Hohe Glasübergangstemperatur
  • Angepasster Brechungsindex
  • Hohe Transmission
  • Reflowbeständig

Verkleben von Fasern in V-Nuten

Das passive Ausrichten von Fasern durch die Verwendung von V-Nuten ist ein etabliertes Verfahren. Anstatt jede Faser einzeln mit dem integrierten optischen Schaltkreis zu verbinden, werden mehrere Fasern durch V-Nuten zueinander ausgerichtet und anschließend insgesamt mit dem integrierten optischen Schaltkreis verbunden. So können typischerweise mehr als 12 Fasern auf einmal optisch angekoppelt werden. Eine Abdeckung hält die Fasern in den V-Nuten. DELO-Klebstoff, der die Zwischenräume zwischen Faser, V-Nut und Abdeckung füllt, kann vor dem Fügen der Abdeckung dosiert werden. Alternativ lässt sich mit einem Unterfüllprozess arbeiten.

Klebstoffeigenschaften:

  • Passende Viskosität
  • Geringer Wärmeausdehnungskoeffizient
  • Reflowbeständig

Niederbrechende Ummantelung

Die optische Verbindung photonischer Schaltkreise untereinander kann zum Beispiel durch „photonic wire bonding“ erfolgen. Dazu wird mittels Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) ein optischer Wellenleiter 3-dimensional im Volumen eines geeigneten Fotolacks geschrieben. Der äußerst fragile, nur wenige Mikrometer dicke Wellenleiter muss anschließend vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Zum Einsatz kommen dabei DELO-Klebstoffe mit einem niedrigen Brechungsindex, um die Wellenleiterfunktion – basierend auf innerer Totalreflexion –­­ zu gewährleisten.

Klebstoffeigenschaften:

  • Niedriger Brechungsindex
  • Niedrige Viskosität
  • Hohe Beständigkeit

Chip-Befestigung

Ein wesentlicher Bestandteil des Packaging integrierter optischer Schaltkreise ist das Verbinden des Chips mit einem Substrat oder der Platine. DELO bietet hierfür Klebstoffe mit hoher Zuverlässigkeit und Festigkeit an. Eine schnelle Lichtfixierung ist in Hinblick auf ein präzises Ausrichten des Chips und eine hohe Produktionsgeschwindigkeit vorteilhaft.

Klebstoffeigenschaften:

  • Hohe Festigkeit
  • Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
  • Geringer Schrumpf
  • Hohe Beständigkeit

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