Technology: From CMOS to Smart Systems Integration / Fraunhofer ISIT

Optische Gehäuse zur Verpackung von Bauelementen auf Waferebene

28. Mai 2020

Das Fraunhofer ISIT betreibt modernste Fertigungslinien zur Bearbeitung von Silizium mit einer Genauigkeit im Bereich von Nanometern.

© Fraunhofer ISIT
Optische Gehäuse mit schrägen Deckeln auf einem 200 mm Glaswafer.

Diese präzisen Verfahren zur Strukturerzeugung konnten inzwischen erfolgreich auf andere Werkstoffe übertragen werden – zum Beispiel die Formgebung an verschiedenen Gläsern. Ein Verfahren, das die Herstellung präziser optischer Komponenten auf Waferebene erlaubt. Diese sind für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar und kostengünstig.

Glas besteht zum größten Teil aus Siliziumdioxid. Damit ähneln sich einige chemische und mechanische Eigenschaften von Gläsern und Silizium. Aus diesem Grund können Siliziumwafer und Glaswafer mit annähernd gleichen thermischem Ausdehnungskoeffizienten mittels anodischem Bonden fest zusammengefügt werden. Diese Materialverbindung bleibt auch bei großen Temperaturveränderungen stabil.

Wird der Siliziumwafer vorher mit strukturierten Aussparungen versehen, kann das Glas in diese Prägestrukturen abgeformt werden, wenn der Silizium-Glas Verbund auf Temperaturen oberhalb der Transformationstemperatur des Glases erhöht wird. Das Glas wird dann zu einem dickflüssigen (hoch viskosen) Fluid, das z.B. in Formen gepresst werden kann, wenn der Außendruck den Gasdruck in den ausgesparten Formen übersteigt. Die entstandenen Glasstrukturen werden freigelegt, indem man den ursprünglichen Siliziumwafer bei Raumtemperatur in einem Laugenbad auflöst.

Diese sogenannten Wafer-level Bond-Verfahren führen zu niedrigen Produktionskosten, da viele Komponenten parallel hergestellt werden. Mit geeigneten automatischen Waferbondern kann bei diesem Prozess auch ein Vakuum oder andere definierte Gasvolumina eingeschlossen werden. Anwendungsgebiete sind unter anderem Kamerachips, Lichtsensoren und optische Scanner mit Mikrospiegeln.