Das Mikrosystem für "Zuhause“
Die Mikrooptik und der Standort Deutschland
Mit dem Begriff Mikrooptik werden alle optischen Komponenten und Systeme verstanden, die mit mikrotechnischen Verfahren hergestellt werden. Allerdings ist vielfach nicht die mikrooptische Komponente selbst das Produkt, sondern erst durch sie wird die Funktionalität eines Produkts ermöglicht oder erweitert. Als Beispiele sind hier DVD-Player, Handykameras, Rückwandprojektoren oder Handheld-Analysegeräte zu nennen (Beitrag Galvanotechnik, 05/ 2008). Die wichtigen Aspekte sind in diesem Zusammenhang meist die Miniaturisierung, die gesteigerte Funktionalität oder die Reduktion der Produktionskosten.
In einer aktuellen Studie bescheinigt die Gesellschaft „Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik“ (GMM-VDE/ VDI, http://www.vde.com/gmm) der Mikrooptik ein großes strategisches Potenzial für zukünftige Wachstumsmärkte. Der Wirtschaftsstandort Deutschland hat traditionell starke Kompetenzen in der Optik und Feinwerktechnik. Rund 16 Prozent der Arbeitsplätze im verarbeitenden Gewerbe sind unmittelbar oder mittelbar von den Optischen Technologien abhängig. Die Optischen Technologien stellen für den Wirtschaftsstandort Deutschland heute einen enorm wichtigen und unverzichtbaren Wirtschaftszweig dar. Allein die rund 1.000 mittelständischen Unternehmen im Bereich der Optischen Technologien mit ihren 36.000 Arbeitsplätzen erwarten einen Zuwachs der Beschäftigten von über 40 Prozent bis zum Jahr 2010. Hiervon wird ein wachsender Anteil aufgrund des Bedarfs der Miniaturisierung auf die Mikrooptik zurückzuführen sein.
3-port BIDI, z.B. für FTTx-Anwendungen (EZconn Europe GmbH)
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Bildquelle: www.telekom.com
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Der Bereich Sensorik wird von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) dominiert. Insbesondere im Bereich der optischen Sensorik hat Deutschland eine sehr starke Bedeutung.
Mikrooptik im Alltag
Im alltäglichen Leben nimmt die digitale Kommunikation stets zu. Ob telefonieren, Fernsehen oder Internetanwendungen – zunehmend werden elektrooptische Kommunikationstechniken verwendet, um die riesigen Datenmengen schnell und zuverlässig weltweit versenden zu können. Dabei nimmt die Wandlung der elektrischen Signale in optische eine immer wichtigere Rolle ein.
In Deutschland werden derzeit DSL-Internetverbindungen mit Bandbreiten bis ca. 50 MBit eingesetzt. Die Signale werden hier mittels Kupferleitungen übertragen. Durch Datenkompression können immer mehr Daten versandt werden. Allerdings kann nur die optische Datenübertragung mit mikrooptischen Komponenten die zukünftig geforderte Datenübertragungskapazität bieten. Im asiatischen Raum sind Datenübertragungsraten von deutlich über 100 MBit im Einsatz. Zunehmend rückt hier der Begriff „Fiber to the home“ (FTTH) ins Interesse. Dies bezeichnet das Verlegen von (optischen) Lichtwellenleitern bis direkt in die Wohnung des Teilnehmers bzw. Endanwenders. Erst dort wird es dann in elektrische Signale umgewandelt und über gängige Leitungen (z. B. LAN) weiter verteilt.
Das Entwicklungsprojekt „Submount“
Ein Mikromodul aus Silizium dient als Träger für eine Lichtquelle (Laserdiode), einer Messdiode sowie einer mikrooptischen Linse. Dieser sogenannte Submount, mit einer Grundfläche von ca. 1mm2 besteht u.a. aus einem Spiegelelement, Leiterbahnen und bondfähigen Flächen (siehe Abbildung).
Im Rahmen dieses abgeschlossenen Projektvorhabens wurden spezielle Fertigungsprozesse entwickelt und evaluiert, damit das Submount in einer späteren Serienfertigung kostengünstig hergestellt werden kann. Die Herausforderungen bei diesen Arbeiten lagen u.a. in der Realisierung von optischen Oberflächen hoher Qualität für den Mikrospiegel sowie der hochpräzisen Ausrichtung und Bondbarkeit der optischen Komponenten.
Module des bisherigen
Fertigungsprozesses
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Siliziumwafer mit ca. 11.000 Submounts
für die mikrooptischen Module
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Im Vergleich zu den bisherigen Fertigungsprozessen konnten sowohl die Kosten reduziert als auch die Ausbeute deutlich gesteigert werden. So können die Kosten für die Fertigung des Mikrospiegels um bis zu 90% gesenkt werden. Durch den Einsatz der Fertigungsverfahren im sogenannten Batchverfahren wurde die Fehlerhäufigkeit zudem deutlich gesenkt.
Derzeit werden die Fertigungsprozesse im Rahmen weiterer Untersuchungen evaluiert, um zukünftig kostengünstig mikrooptische Submounts fertigen zu können. Der Bedarf für erste spezielle Anwendungen im weltweiten Einsatz beträgt derzeit ca. 40.000 Module im Monat.
Projektpartnerschaft
Diese Projektergebnisse konnten erst durch die intensive Zusammenarbeit der Projektpartner erzielt werden. Durch die Kompetenzen im Applikationszentrum MicroMountains Applications wurden geeignete Teilprozesse analysiert und weiterentwickelt. Hier waren die langjährigen Erfahrungen und das Know-How der Experten im Reinraum des Instituts für Mikro- und Informationstechnik (HSG-IMIT) von großer Bedeutung. Die gefertigten Siliziumwafer werden nach abschließenden Tests zum Unternehmen EZconn Europe GmbH in Berlin geliefert, um die Laserdiode, Referenzdiode und die mikrooptische Linse hochpräzise aufzubauen und nach weiteren, ausführlichen Tests in die Produkte zu integrieren.
Aktuelles Submount mit Abmessungen
von 0,9 mm x 1,3 mm
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Lichtmikroskopaufnahme eines
Moduls mit Siliziumspiegel
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EZconn Europe GmbH, Berlin
Die Kernkompetenzen von EZconn Europe liegen in der präzisen Mikromontage von elektronischen, optischen und Sensor-Bauelementen sowie in der hermetischen Verkapselung. EZconn Europe bietet dabei die Umsetzung von der Entwicklung über das Prototyping bis zur Serienfertigung an. Die Produktpalette bezieht sich u.a. auf Sende- und Empfangskomponenten für die optische Nachrichtentechnik sowie bidirektionale Module. Das Unternehmen verfügt über eine vollautomatisierte Fertigungslinie für waferbasierte Mikromontage, deren Messung, Burn-In-Test von Chipkomponenten sowie automatische Einrichtungen zur Präzisionsjustage- und Laserschweißung. Die Dienstleistungen und Produkte werden in zahlreichen Märkten und Anwendungsbereichen, wie z.B. der Automobiltechnik, der Halbleiterindustrie, der Luft- und Raumfahrt oder der Sensor-, Mess- u. Regeltechnik, eingesetzt.
Stimmen zum Projekt
„Durch dieses Projekt konnten wir neue Fertigungsprozesse und damit den Einstieg in eine neue Fertigungstechnologie sicherstellen“, so Dr. Jörg-R. Kropp, Technologieleiter EZconn Europe GmbH, Berlin. „Vor allem der zeitnahe Start und die effiziente und zielorientierte Projektdurchführung hat für uns hohe Priorität. Die Projektzusammenarbeit ist professionell und es konnte flexibel auf aktuelle Ergebnisse eingegangen werden. Die richtigen Experten wurden zur richtigen Zeit eingebunden.“
Peter Nommensen, Bereichsleiter Technologie, HSG-IMIT, Villingen: „Durch die Zusammenarbeit mit dem Applikationszentrum können wir uns noch besser auf die Entwicklungsarbeiten konzentrieren und werden insbesondere im Bereich der Projektkoordination entscheidend entlastet.“
Für Fragen zum Projekt oder den aufgeführten Dienstleistungen und Produkte stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung:
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Dr. Jörg-R. Kropp
EZconn Europe GmbH
Schwarzschildstr. 1, 12489 Berlin
Tel. +49 (30) 6392 78 12
www.ezconn.de |
Dr. Thomas Link
MicroMountains Applications AG
Romäusring 4, 78050 Villingen-Schwenningen
Tel. +49 (7721) 206 495-1
www.mm-applications.com |
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