DE10016869A1 - Mikrofunktionseinheit - Google Patents

Abstract

Bei in hybrid integrierter Mikroaufbautechnik hergestellter Mikrofunktionseinheit, umfassend in der Mikroaufbautechnik verwendbare und die Funktion der Mikrofunktionseinheit mitbestimmende Mikrokomponenten und einen ein Flachmaterialstück umfassenden Träger zur Aufnahme der Mikrokomponenten, besteht das Problem, mindestens einige der Mikrokomponenten exakt relativ zum Träger zu positionieren, welches dadurch gelöst wird, daß aus dem Flachmaterialstück des jeweiligen Trägers durch zwei einander gegenüberliegende Durchbrüche ein freigestellter Finger gebildet ist und daß der Finger als Halteelement für eine der Mikrokomponenten dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine in hybrid integrierter Mikro­ aufbautechnik hergestellte Mikrofunktionseinheit, umfassend in der Mikroaufbautechnik verwendbare und die Funktion der Mikrofunktionseinheit mitbestimmende Mikrokomponenten und einen ein Flachmaterialstück umfassenden Träger zur Aufnahme der Mikrokomponenten.

Bei derartigen Mikrofunktionseinheiten besteht das Problem, mindestens einige der Mikrokomponenten exakt relativ zum Träger zu positionieren.

Diese Aufgabe wird bei einer Mikrofunktionseinheit der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem Flachmaterialstück des jeweiligen Trägers durch zwei einander gegenüberliegende Durchbrüche ein freigestellter Finger gebildet ist und daß der Finger als Halteelement für eine der Mikrokomponenten dient.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß sich durch das Halten einer der Mikrokomponenten mit einem erfindungsgemäß gebildeten Finger sich die Probleme der positionsempfindlichen Anordnung der jeweiligen Mikrokom­ ponente in einfacher Weise lösen lassen.

Beispielsweise kann ein derartiger Finger dazu dienen, die positionsempfindliche Mikrokomponente von dem übrigen Träger zu entkoppeln, da ein derartiger Finger hinsichtlich der Wärmeleitung einen erheblich reduzierten Querschnitt auf­ weist.

Besonders günstig ist es dabei, wenn einer oder mehrere der­ artiger Finger einen eine Aufnahme für die Mikrokomponente bildenden Teilbereich des Trägers mit dem übrigen Bereich des Trägers verbinden, auf welchem beispielsweise die übrigen Mikrokomponenten angeordnet sind.

Beispielsweise läßt sich in diesem Fall die positionsempfind­ liche Mikrokomponente dadurch einfach auf dem die Aufnahme bildenden Teilbereich durch thermische Verfahren fixieren, da in einfacher Weise eine thermische Aufheizung des die posi­ tionsemfpindliche Mikrokomponente tragenden Teilbereichs möglich ist, ohne daß die Wärme wesentlich auf den übrigen Träger abfließt und ohne daß dadurch auch die thermische Fixierung im Bereich des übrigen Trägers erfolgt oder diese wieder rückgängig gemacht wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Fingers aus dem Flach­ materialstück hat somit den Vorteil, daß damit eine erheb­ liche Reduzierung der thermischen Kopplung möglich ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorteilhaft, wenn der Finger elastisch federnd ausgebildet ist, d. h., daß der Finger eine derartige Dimen­ sion aufweist, daß das den Finger bildende Material des Flachmaterialstücks dem Finger federelastische Eigenschaften verleiht.

Eine derartige elastisch federnde Ausbildung des Fingers ist für unterschiedlichste Anwendungen denkbar.

Beispielsweise könnte eine derartige federelastische Aus­ bildung des Fingers dazu dienen, eine Mikrokomponente im Hinblick auf Vibrationen von dem übrigen Träger zu ent­ koppeln.

Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß der Finger einer Aufnahme für die Mikrokomponente gegenüber­ liegend angeordnet ist.

In diesem Fall läßt sich die Aufnahme so konzipieren, daß diese eine definierte Positionierung der Mikrokomponente festlegt, während der Finger dafür sorgt, daß die Mikro­ komponente durch den Finger stets in Richtung der Aufnahme mit einer federelastischen Kraft beaufschlagt ist und somit die durch die Aufnahme vorgegebene Lage beibehält.

Als besonders günstig hat es sich dabei erwiesen, wenn der Finger mit einem ersten Ende mit einem übrigen Teilbereich des Trägers verbunden ist.

Beispielsweise könnte dabei der Finger auch mit seinem zweiten Ende ebenfalls wieder mit dem Träger verbunden sein. Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Finger mit einem zweiten Ende gegenüber dem übrigen Teilbereich des Trägers frei beweglich ist.

Unter einer Mikrokomponente im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung sind dabei aktive oder passive Bauelemente oder Bau­ gruppen zu verstehen, beispielsweise sowohl optische als auch elektrische oder elektronische Schaltungskomponenten oder auch aktive oder passive mechanische oder fluidische Kom­ ponenten in der Mikroaufbautechnik.

Insbesondere sind derartige Mikrokomponenten elektrische oder elektronische Bauelemente oder Baugruppen, optische Bau­ elemente oder Baugruppen sowie elektrooptische oder optisch mechanische oder elektromechanische Baugruppen.

Besonders günstig ist es dabei, wenn eine Breite des Fingers maximal das Zweifache der Dicke des Trägers beträgt, noch besser maximal der Dicke des Trägers entspricht.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Länge des Fingers ein Vielfaches der Dicke des Trägers beträgt.

Ferner lassen sich die erfindungsgemäßen Durchbrüche in dem Flachmaterialstück des Trägers durch die unterschiedlichsten Verfahren herstellen.

Vorteilhafte Herstellungsmöglichkeiten sind ein Material­ abtrag, wie beispielsweise Laserschneiden des Flachmaterial­ stücks oder Stanzen oder Ätzen des Flachmaterialstücks, wobei bei den Ätzverfahren insbesondere Trockenätzverfahren von Vorteil sind.

Es ist aber auch denkbar, das den Finger bildende Flach­ materialstück unmittelbar mit den Durchbrüchen zu formen, beispielsweise den Träger mit den Durchbrüchen durch Spritz­ gießen herzustellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Dar­ stellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mikrofunktionseinheit.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Mikro­ funktionseinheit;

Fig. 2 eine ausschnittsweise Darstellung eines Bereichs A eines ersten Trägers in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Bereichs B eines zweiten Trägers in Fig. 1;

Fig. 5 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung des Bereichs C eines vierten Trägers in Fig. 1;

Fig. 6 eine vergrößerte Draufsicht in Richtung des Pfeils D in Fig. 1 und

Fig. 7 einen Schnitt längs Linie 7-7 in Fig. 6.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel einer in hybrid integrierter Mikroaufbautechnik hergestellten Mikro­ funktionseinheit umfaßt einen ersten Träger 10, auf welchem mehrere Mikrokomponenten 12 bis 20 angeordnet sind.

Derartige Mikrokomponenten können beispielsweise eine inte­ grierte elektronische Schaltung 12, eine integrierte, in anderer Integrationsbauweise aufgebaute elektronische Ver­ stärkerschaltung 14 und ein optischer Detektor 16 sein.

Ferner ist mit der integrierten elektronischen Schaltung noch eine in anderer Integrationstechnik hergestellte Treiber­ schaltung 18 verbunden und mit dieser wiederum ein optischer Sender 20, beispielsweise ein Halbleiterlaser.

Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, umfaßt der Träger 10 eine als Flachmaterialstück ausgebildete Basisplatine 22, welche auf einer Oberseite 24 eine metallische Beschichtung trägt.

Die Basisplatine 22 ist dabei beispielsweise aus Keramik, Kunststoff, Silizium oder Metall hergestellt, wobei im Falle einer leitfähigen Basisplatine 22 die metallische Beschich­ tung 26 entweder entfallen kann oder gegenüber der Basis­ platine 22 durch eine Zwischenschicht isoliert ist.

Der optische Detektor 16 dient zum Empfang von über einen Lichtwellenleiter 30 zugeführte elektromagnetische Strahlung, wobei es erforderlich ist, den optischen Detektor 16 präzise relativ zum Lichtwellenleiter 30 zu positionieren.

Hierzu erfolgt beispielsweise eine Befestigung des optischen Detektors 16 auf der metallischen Beschichtung 26 des Trägers 10 mittels eines thermischen Fixierverfahrens, beispielsweise durch Löten, wobei ein derartiger Lötvorgang eine lokal be­ grenzte Aufheizung eines eine Aufnahme für den optischen Detektor 16 bildenden und beispielsweise den optischen Detektor 16 tragenden Teilbereichs 32 des ersten Trägers 10 erforderlich macht.

Um den Teilbereich 32 zum Auflöten des optischen Detektors durch lokale Energiezufuhr thermisch von den übrigen Be­ reichen 34 des ersten Trägers 10 möglichst gut zu entkoppeln, ist der Teilbereich 32 mit den übrigen Bereichen 34 durch beispielsweise vier Finger 36a, 36b, 36c und 36d verbunden, welche jeweils zwischen zwei einander gegenüberliegenden, den ersten Träger 10 über dessen ganze Dicke durchsetzenden Durchbrüchen 38a und 38b sowie 38b und 38c sowie 38c und 38d sowie 38d und 38a liegen, so daß im Bereich eines jeden der Finger 36 ein Querschnitt entsteht, welcher einerseits durch die Dicke D des ersten Trägers 10, entweder vorgegeben durch die Dicke der Basisplatine 22 oder durch die Dicke der Basis­ platine 22 plus der Dicke der metallischen Beschichtung 26 und eventuell weiterer Beschichtungen, und durch die Breite B der Finger 36 bestimmt ist, wobei vorzugsweise die Breite B maximal das Zweifache der Dicke D beträgt, vorzugsweise maxi­ mal der Dicke D entspricht.

Beispielsweise liegt die Dicke D des Trägers 10 in der Größenordnung von ungefähr 100 µm und die Breite B liegt im Bereich von ungefähr 10 µm bis einige 100 µm.

Jeder der Finger 36 ist mit einem ersten Ende 39a mit dem übrigen Bereich 34 des Trägers 10 verbunden und hält mit einem zweiten Ende 39b den Teilbereich 32.

Damit ist der Teilbereich 32 gegenüber den übrigen Bereichen 34 des ersten Trägers 10 thermisch weitgehend entkoppelt, so daß durch lokale Erhitzung des Teilbereichs 32, beispiels­ weise mittels eines Lasers oder mit einer anderen lokal ein­ wirkenden Energiequelle, ein Auflöten des optischen Detektors 16 in präziser Positionierung möglich ist, ohne daß durch das nachfolgende thermische Fixieren der übrigen Mikrokomponenten 12, 14 und 18 die Fixierung des optischen Detektors 16 auf dem ersten Träger 10 sich wieder löst oder beeinträchtigt wird.

Beispielsweise lassen sich die übrigen Mikrokomponenten 12, 14 und 18 durch herkömmliche Lötverfahren auflöten und nach­ folgend wird in einem speziellen Verfahren der optische Detektor 16 separat lokal präzise auf dem ersten Träger 10 positioniert.

In gleicher Weise läßt sich am Träger 10 ein weiterer Teil­ bereich 32 zur Aufnahme des optischen Senders 20 festlegen, der ebenfalls präzise relativ zum Träger 10 positioniert sein muß, um die gesamte, von diesem erzeugte Strahlung in einen Lichtwellenleiter 40 einkoppeln zu können. Die geforderte Präzision beträgt dabei 5 µm oder weniger.

Zur optischen Kopplung zwischen dem optischen Detektor 16 und dem Lichtwellenleiter 30 sowie dem optischen Sender 20 und dem Lichtwellenleiter 40 sind jeweils Linsen 42 und 44, bei­ spielsweise Kugellinsen, vorgesehen, welche zwischen einem zweiten Träger 50 und einem dritten Träger 60 gehalten sind.

Zum lokal präzisen Fixieren derartiger Linsen 42 und 44 sind, wie in Fig. 1 und 4 anhand der Fixierung der Linse 42 darge­ stellt, an dem zweiten Träger 50 Finger 56a, 56b und 56c vor­ gesehen, die dadurch aus einer Basisplatine 52 des Trägers 50 freigestellt sind, daß beiderseits der Finger 56a, 56b oder 56c Durchbrüche 58a, 58b, 58c, 58d sowie 58e und 58f vorge­ sehen sind, wobei die Finger 56a, b, c im Bereich eines ersten Endes 59a in einen übrigen Bereich 54 der Basisplatine übergehen, während sie mit einem zweiten Ende 59b gegenüber dem übrigen Bereich 54 der Basisplatine frei beweglich sind, beispielsweise mit einer Auslenkbarkeit von maximal ungefähr 100 µm oder auch nur maximal ungefähr 50 µm, bei ähnlicher Dimensionierung wie beim Träger 10, und mit diesem somit in der Lage sind, die Linse 42 federelastisch zu beaufschlagen.

Durch eine derartige Ausbildung der zweiten Platine 50 lassen sich die Linsen 42 und 44 federelastisch in Richtung von für diese an dem dritten Träger 60 vorgesehenen Aufnahmen 64 federelastisch beaufschlagen, so daß durch die Aufnahmen 64 im dritten Träger 60 eine präzise Positionierung der Linsen 44 in der erfindungsgemäßen Mikrofunktionseinheit möglich ist.

Die für Linsen beschriebene Art der positionsgenauen Fixierung kann auch für Verbindungselemente, beispielsweise Lotkugeln, eingesetzt werden, um Leiterplatten präzise zu verbinden.

Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Mikrofunktionseinheit noch einen vierten Träger 70, welcher relativ zu dem ersten Träger 10, dem zweiten Träger 50 und dem dritten Träger 60 präzise, beispielsweise durch Orientierungsstifte, positioniert ist und welcher seinerseits zur präzisen Positionierung der Lichtwellenleiter 30 und 40 dient.

Hierzu ist der vierte Träger 70, wie in Fig. 5 dargestellt, aus einer Basisplatine 72 aufgebaut, welche eine Aufnahme 80 für den Lichtwellenleiter 30 dadurch bildet, daß sie einen diese durchsetzenden Durchbruch 82 aufweist, der seitlich durch zwei V-förmig zueinander verlaufende Seitenwände 84 und 86 begrenzt ist, wobei die V-förmig zueinander verlaufenden Seitenwände 84 und 86 sich in Richtung eines an den V-förmigen Durchbruch 82 anschließenden weiteren Durchbruchs 78 öffnen.

In dem Durchbruch 78 ist ein gegenüber übrigen Bereichen 74 des Trägers 70 freigestellter Finger 76 vorgesehen, welcher zwischen den Durchbruch 78 bildenden Teildurchbrüchen 78a und 78b liegt und mit einem ersten Ende 79a in den übrigen Be­ reich des vierten Trägers 70 übergeht, während ein zweites Ende 79b des Fingers 76 frei im Durchbruch 78 beweglich ist und somit relativ zu dem V-förmigen Durchbruch 82 feder­ elastisch wegbewegbar ist.

Wird nun in den V-förmigen Durchbruch 82 der Lichtleiter 30 eingeführt, so liegt dieser an den Seitenwänden 84 und 86 an, wird durch diese exakt relativ zum vierten Träger 70 posi­ tioniert, während der Finger 76 mit seinem federelastisch bewegbaren zweiten Ende 79b den Lichtwellenleiter 30 in Rich­ tung der Seitenwände 84 und 86 des V-förmigen Durchbruchs 82 beaufschlagt.

Hierzu ist der Finger 70 vor dem Einführen des Lichtwellen­ leiters 30 so angeordnet, daß der eingeführte Lichtwellen­ leiter 30 zu einer elastischen Deformation des Fingers 76 weg von dem V-förmigen Durchbruch 82 führt, so daß dadurch bei eingeführtem Lichtwellenleiter 30 der Finger stets den Licht­ wellenleiter 30 in Richtung der Seitenwände 84 und 86 feder­ elastisch beaufschlagt.

Die Art der positionsgenauen Fixierung der Lichtwellenleiter kann auch zur Positionierung von Ausrichtstiften zur exakten mechanischen Ausrichtung von Leiterplatten, Trägern oder Mikrokomponenten oder zur Fixierung von Kontaktstiften ein­ gesetzt werden.

Ferner ist der zweite Träger 50 noch randseitig mit Fingern 96a und 96b versehen, die durch Durchbrüche 98a und 98b sowie 98b und 98c von dem übrigen Bereich 94 des zweiten Trägers 50 getrennt sind und sich jeweils mit ihren ersten Enden 99a an den übrigen Bereich 94 anschließen und mit ihren zweiten Enden 99b federelastisch frei gegenüber dem übrigen Bereich 94 bewegbar sind.

Die Finger 96a und 96b bilden insgesamt eine Aufnahme für einen als Ganzes mit 100 bezeichneten Kontaktstift, welcher mit einem vorderen Endbereich 102 auf einer Aufnahme 106 auf dem dritten Träger 60 aufliegend zwischen dem zweiten Träger 50 und dem dritten Träger 60 einschiebbar ist und dabei die Finger 96a und 96b in Richtung von dem dritten Träger 60 wegbewegt, so daß der vordere Endbereich 102 durch die beiden Finger 96a und 96b in Richtung des dritten Trägers 60 beaufschlagt ist und somit eine Klemmverbindung für den Kontaktstift 100 herstellt.

Zur Kontaktierung ist dabei entweder der Träger 50 im Bereich seiner Finger 96a, und zwar auf deren dem vorderen Endbereich 102 zugewandten Seite, mit einer Kontaktschicht 104 versehen oder der Träger 60 ist mit seinem die Aufnahme 106 für den vorderen Endbereich 102 bildenden Bereich mit der Kontakt­ schicht versehen.

Damit ist in einfacher Weise eine elektrische Steckverbindung zu der erfindungsgemäßen Mikrofunktionseinheit herstellbar.

Claims (12)

1. In hybrid integrierter Mikroaufbautechnik hergestellte Mikrofunktionseinheit, umfassend in der Mikroaufbau­ technik verwendbare und die Funktion der Mikrofunktions­ einheit mitbestimmende Mikrokomponenten und einen ein Flachmaterialstück umfassenden Träger zur Aufnahme der Mikrokomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Flachmaterialstück (22, 52, 72) des jeweiligen Trägers (10, 50, 70) durch zwei einander gegenüber­ liegende Durchbrüche (38, 58, 78) ein freigestellter Finger (36, 56, 76, 96) gebildet ist und daß der Finger (36, 56, 76, 96) als Halteelement für eine der Mikro­ komponenten (16, 42, 30, 100) dient.

2. Mikrofunktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Finger (36) einen eine Aufnahme für die Mikrokomponente (16) bildenden Teilbereich (32) des Trägers (10) mit dem übrigen Bereich (34) des Trägers (10) verbindet.

3. Mikrofunktionseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Finger (36) mit einem ersten Ende (39a) mit dem übrigen Bereich (34) des Trägers (10) ver­ bunden ist und mit einem zweiten Ende (39b) den Teil­ bereich (32) trägt.

4. Mikrofunktionseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Finger (36, 56, 76, 96) elastisch federnd ausgebildet ist.

5. Mikrofunktionseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Finger (56, 76, 96) einer Aufnahme (64, 80, 106) für die Mikrokomponente (42, 30, 100) gegenüberliegend angeordnet ist.

6. Mikrofunktionseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrokomponente (42, 30, 100) durch den Finger (56, 76, 96) stets in Richtung der Aufnahme (64, 80, 106) mit einer federelastischen Kraft beauf­ schlagt ist.

7. Mikrofunktionseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Finger (56, 76, 96) mit einem ersten Ende (59a, 79a, 96a) mit einem übrigen Teilbereich (54, 74, 94) des Trägers (50, 70) verbunden ist.

8. Mikrofunktionseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Finger (56, 76, 96) mit einem zweiten Ende (59b, 79b, 96b) gegenüber dem übrigen Teilbereich (54, 74, 94) des Trägers (50, 70) frei beweglich ist.

9. Mikrofunktionseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Finger (36, 56, 76, 96) eine Breite (B) aufweist, welche maximal dem Zweifachen der Dicke (D) des Trägers (10, 50, 70) ent­ spricht.

10. Mikrofunktionseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite (B) maximal der Dicke (D) des Trägers (36, 56, 76, 96) entspricht.

11. Mikrofunktionseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits des Fingers (36, 56, 76, 96) angeordneten Durchbrüche (38, 58, 78, 98) durch Materialabtrag hergestellt sind.

12. Mikrofunktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits der Finger (36, 56, 76, 96) vorgesehenen Durchbrüche (38, 58, 78, 98) in das Flachmaterialstück bei der Herstellung ein­ geformt sind.