Optoelektronik

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.

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

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

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

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

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