DE102019215098A1

DE102019215098A1 - Mikromechanisch-optisches Bauteil und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102019215098A1
Application number: DE102019215098.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Pinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US20220329039A1; WO2021063561A1; CN114503379A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem mikromechanisch-optischen Bauteil mit einem Substrat (10), einem Abstandshalter (20) und einem Deckel (30), welche übereinander angeordnet sind und eine hermetisch dichte Kavität (40) begrenzen, wobei ein Halbleiterlaser (50) in der Kavität, an dem Substrat angeordnet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in einem Strahlengang (51) des Halbleiterlasers ein optisches Element (100) angeordnet ist, welches an dem Abstandshalter befestigt ist.Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem mikromechanisch-optisches Bauteil mit einem Substrat, einem Abstandshalter und einem Deckel, welche übereinander angeordnet sind und eine hermetisch dichte Kavität begrenzen, wobei ein Halbleiterlaser in der Kavität, an dem Substrat angeordnet ist.
Laserdioden benötigen zur Abdichtung gegenüber Umwelteinflüssen, zur weiteren Verarbeitung, zum elektrischen Anschluss und zur Wärmeableitung ein hermetisch dichtes Gehäuse. Die Verpackung muss auch ein optisches Austrittsfenster für den Laserstrahl haben, das ebenfalls hermetisch dicht ist. Gegenwärtig werden Laserdioden z.B. in Metallgehäuse (TO „metal can‟; TO:= Transistor Outline) eingebracht. Die elektrischen Kontaktelektroden und das optische Fenster für den Strahlaustritt werden in das Gehäuse hermetisch eingeglast. Die Laserdioden werden z.B. auf eine elektrisch isolierende Keramik mit guter Wärmeleitung aufgelötet. Auf der Keramik sind elektrische Leiterbahnen und auch elektrische Durchkontaktierungen aufgebracht. Die Laserdioden werden mit den Leiterbahnen entweder per Löten oder per Drahtbonds elektrisch angebunden. Die Keramik wird dann ins Metallgehäuse gelötet. Dabei wird die Wärmeleitung zum Gehäuse und die elektrische Kontaktierung zu den Kontaktelektroden hergestellt.
Obwohl die Laserdioden-Bauelemente selbst in all ihren Abmessungen wesentlich kleiner als 1 mm sind, hat das Gehäuse (z.B. ein TO38-Gehäuse mit einer Laserdiode) ein Bauteilvolumen, dass über 30 mm³ beträgt. Für tragbare Geräte wie z.B. AR- (augmented reality) oder VR- (virtual reality) Brillen sind drei Laserdioden als Lichtquelle für die Farben Rot, Grün und Blau erforderlich.
Neben den Laserdioden sind noch weitere optische Elemente für die Strahlformung erforderlich. Eine Miniaturisierung der verpackten Laserdioden ist für tragbare Geräte ein enormer Vorteil.
In US-Patent US 9,008,139 B2 , DE 10 2015 108 117 A1 , DE 10 2015 208 704 A1 , DE 10 2016 213 902 A1 und DE 10 2017 104 108 A1 sind Konzepte für eine Wafer-Level-Verpackung von Kantenemitter Laserdioden beschrieben, mit denen kleine Bauteilgehäusevolumen erreichbar sind.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem mikromechanisch-optisches Bauteil mit einem Substrat, einem Abstandshalter und einem Deckel, welche übereinander angeordnet sind und eine hermetisch dichte Kavität begrenzen, wobei ein Halbleiterlaser in der Kavität, an dem Substrat angeordnet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in einem Strahlengang des Halbleiterlasers ein eigenes optisches Element angeordnet ist, welches an dem Abstandshalter befestigt ist. Dies ermöglicht eine hermetische Gehäusung von Laserdioden mit wählbarer Strahlaustrittsrichtung, integrierbaren Photodioden und optischen Strahlformungselementen. Das optische Element lässt sich in Einbauort und Einbauwinkel in weiten Grenzen frei positionieren, anders als im Stand der Technik, wo ein Spiegel durch bearbeiten und beschichten des Abstandshalters selbst geschaffen wird. Ferner ermöglicht die Erfindung, ein optisches Element einzusetzen, welches in seinem Material, in der Oberflächengüte, der Oberflächenbeschichtung und der Form frei wählbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass das optische Element an einer Innenseite oder an einer Außenseite des Abstandshalters befestigt ist. Vorteilhaft kann so eine geeignete Strahlgeometrie für den Halbleiterlaser geschaffen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass das Substrat ein einschichtiges oder mehrschichtiges Keramiksubstrat ist. Vorteilhaft wird so eine geeignete Einbauhöhe des Halbleiterlasers bestimmt, eine elektrische Kontaktierung und eine geeignete Wärmeabfuhr für den Halbleiterlaser ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass der Abstandshalter an einer Innenseite für Licht aus dem Halbleiterlaser einen Strahlenfang in Form einer mikromechanischen Struktur, insbesondere Schlitzgräben, aufweist. Vorteilhaft wird so Streulicht im Inneren der Kavität unterdrückt, welches insbesondere in den Laser zurück reflektiert werden könnte und so den Laser stören könnte.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass der Abstandshalter an einer Außenseite eine mikromechanische Struktur zur Kühlung, insbesondere Schlitzgräben, aufweist. Vorteilhaft wird so eine geeignete Wärmeabfuhr für den Halbleiterlaser ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass der Abstandshalter aus Silizium, insbesondere einkristallinem Silizium, ist. Vorteilhaft lässt sich der Abstandshalter passend aus einem Siliziumwafer mit geeigneter Kristallorientierung fertigen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass das optische Element ein Spiegel zur Reflektion von Licht aus dem Halbleiterlaser ist. Vorteilhaft kann durch einen Spiegel der Strahlengang des Halbleiterlasers senkrecht zu einer Hauptebene des Substrats oder zum Deckel geführt werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Deckel aus einem für Licht aus dem Halbleiterlaser transparenten Material, insbesondere aus Glas, ist. Vorteilhaft kann hierdurch Laserlicht durch den Deckel ausgesendet werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei zusätzlich, dass der Deckel an einer Innenseite oder auch an einer Außenseite eine Antireflektionsbeschichtung aufweist. Vorteilhaft werden hierdurch Rückreflektionen von Laserlicht vermieden.
Besonders vorteilhaft ist auch, dass der Deckel an einer Außenseite bereichsweise eine Strahlungsabsorptionsbeschichtung aufweist. Vorteilhaft kann hierdurch Streulicht absorbiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mikromechanisch-optischen Bauteils sieht vor, dass das optische Element ein optisches Fenster zur Transmission von Licht aus dem Halbleiterlaser ist. Vorteilhaft kann durch ein Fenster der Strahlengang des Halbleiterlasers parallel zu einer Hauptebene des Substrats oder zum Deckel geführt werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das optische Fenster an einer Innenseite oder auch an einer Außenseite eine Antireflektionsbeschichtung aufweist. Vorteilhaft werden hierdurch Rückreflektionen von Laserlicht vermieden.
Besonders vorteilhaft ist dabei auch, dass der Deckel an einer Innenseite für Licht aus dem Halbleiterlaser einen Strahlenfang in Form einer mikromechanischen Struktur, insbesondere Schlitzgräben, aufweist. Vorteilhaft wird so Streulicht im Inneren der Kavität unterdrückt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils mit den Schritten:

A - Bereitstellen eines Siliziumwafers als Abstandswafer;
B - Aufbringen und Strukturieren einer Maske für KOH Ätzen auf den Abstandswafer;
C - Herstellen einer Kavität in dem Abstandswafer von einer Rückseite des Wafers ausgehend durch KOH-Ätzen;
D - Schaffen einer Durchgangsöffnung zu einer Vorderseite des Abstandswafers in einer ersten Flanke der Kavität;
E - Befestigen eines optischen Elements an der ersten Flanke mittels eines Glaslots wobei die Durchgangsöffnung bedeckt und hermetisch verschlossen wird;
F - Aufbringen und Befestigen eines Deckelwafers auf die Rückseite des Abstandswafers;
G - Herstellen eines Zugangs zur Kavität an der Vorderseite des Abstandswafers;
H -Befestigen eines Substrats mit einem daran angeordneten Halbleiterlaser an der Vorderseite des Abstandswafers, wobei der Halbleiterlaser in die Kavität eingeführt und der Zugang von dem Substrat bedeckt und hermetisch verschlossen wird.

Vorteilhaft kann durch dieses Verfahren das mikromechanisch-optische Bauteil auf Wafer Level hergestellt werden. Vorteilhaft kann durch das eigene Substrat für den Halbleiterlaser und das eigene optische Element ein gewünschter Strahlengang geschaffen und justiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Schritt D die Durchgangsöffnung durch anisotropes Ätzen des Abstandswafers geschaffen wird, und im Schritt E das optische Element von der Rückseite des Abstandswafers her zugeführt und an der ersten Flanke an einer Innenseite der Kavität befestigt wird. Vorteilhaft wird die erste Flanke dabei durch eine Ätzfront des KOH Ätzens gebildet. Vorteilhaft wird das optische Element in die Kavität eingebracht und in deren Inneren befestigt, wodurch eine besonders kompaktes und robustes mikromechanisch-optisches Bauelement geschaffen werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Schritt D die erste Flanke und die Durchgangsöffnung durch Sägen oder auch Schleifen des Abstandswafers an seiner Vorderseite geschaffen werden, und im Schritt E das optische Element von der Vorderseite des Abstandswafers her zugeführt und an der ersten Flanke an einer Außenseite der Kavität befestigt wird.
Vorteilhaft ist auch, dass nach dem Schritt H in einem Schritt I das mikromechanisch-optische Bauelement durch Sägen oder auch Schleifen oder auch Trenchätzen durch den Abstandswafer und den Deckelwafer vereinzelt wird. Vorteilhaft kann so der größte Teil des Herstellungsprozesses auf Wafer Level erfolgen, wodurch Justage, Test und Handhabung der mikromechanisch-optischen Bauteile erleichtert wird.
Das erfindungsgemäße mikromechanisch-optische Bauteil zeichnet sich durch ein sehr kleines Volumen aus. Es können prinzipiell auch mehrere Laserdioden, z.B. für die Farben Rot, Grün, Blau und Infrarot, in einem Gehäuse verkapselt werden. Der Strahlaustritt kann wahlweise senkrecht oder parallel zur Montageebene des Bauteilgehäuses auf dem Substrat (z.B. auf einer Leiterplatte) erfolgen. Für die Messung und Regelung der Strahlungsleistung der Laserdioden können Photodioden und für die Strahlformung optische Elemente integriert werden. Da das Herstellungsverfahren im Nutzen auf Wafer-Level realisierbar ist, sind niedrige Herstellkosten erzielbar. Das Herstellungsverfahren verwendet Materialien und Prozesse, die für MEMS in Hochvolumenproduktion eingesetzt werden. Das Herstellungsverfahren in Silizium-Glas-Technologie hat einen besonders hohen Nutzen bei niedrigen Herstellkosten. Die Erfindung ermöglicht eine gute Ableitung der Verlustleistung des Halbleiterlasers. Vorteilhaft ist auch die Weiterverarbeitbarkeit des Bauteils als SMT-Bauteil. Als optische Elemente sind nicht nur Fenster oder Planspiegel, sondern auch Elemente zur Strahlformung wie Linsen und Hohlspiegel integrierbar. Vorteilhaft ist bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils eine Feinjustage der Laserdiode zu dem optischen Element möglich. Vorteilhaft kann aus dem Gehäuse austretenden Streustrahlung durch optische Absorptionsschichten oder -Strukturen minimiert werden. Vorteilhaft ermöglicht das eigene optische Element in Gestalt eines Spiegels geringe optische Verluste oder auch geringe Streustrahlung durch hohe optische Reflektivität und Oberflächengüte. Vorteilhaft lassen sich geringe optische Verluste oder auch geringe Streustrahlung an optischem Austrittsfenster der Vorrichtung durch hohe optische Güte und einer doppelseitigen Anti-Reflex-Beschichtung erreichen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem dritten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem vierten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem fünften Ausführungsbeispiel.
6 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem sechsten Ausführungsbeispiel.
7 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem siebten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem achten Ausführungsbeispiel.
Die 9 a, b, c zeigen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils in einem ersten Ausführungsbeispiel mit Einsetzen eines optischen Elements an der Rückseite eines Abstandswafers.
Die 10 a, b zeigen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Einsetzen eines optischen Elements an der Vorderseite eines Abstandswafers.
11 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils.
Die 12 a und b zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem ersten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines Spiegels.
13 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem zweiten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines optischen Fensters.
14 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem dritten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines optischen Fensters mit einer Linse.
15 ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem vierten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines gekrümmten Spiegels.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem ersten Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Vorrichtung mit einem Substrat 10, einem Abstandshalter 20 und einem Deckel 30, welche übereinander angeordnet sind und eine hermetisch dichte Kavität 40 begrenzen, wobei ein Halbleiterlaser 50 in der Kavität, an dem Substrat angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist in einem Strahlengang 51 des Halbleiterlasers ein eigenes, das heißt vom Abstandshalter verschiedenes, optisches Element 100 angeordnet, welches an dem Abstandshalter befestigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optische Element ein Spiegel 110 zur Reflektion von Licht aus dem Halbleiterlaser. der Deckel ist aus einem für Licht aus dem Halbleiterlaser transparenten Material, hier aus Glas. Der Deckel weist an einer Innenseite 31 und an einer Außenseite 32 eine Antireflektionsbeschichtung 200 auf. Der Abstandshalter weist an einer Innenseite 25 für Licht aus dem Halbleiterlaser einen Strahlenfang 300 in Form einer mikromechanischen Struktur, hier Schlitzgräben, auf. Der Abstandshalter weist an einer Außenseite 26 eine mikromechanische Struktur zur Kühlung 400, hier Schlitzgräben, auf. Das Substrat 10 ist ein mehrschichtiges Keramiksubstrat, bestehend aus einer ersten Keramik 11 und einer zweiten Keramik 12.
Die Vorrichtung wird auf Wafer Level hergestellt und besteht dazu aus einem Deckelwafer für den Deckel, einem Silizium-Spacer Wafer für den Abstandshalter, einem optischen Element, hier ein Spiegel, und einem einschichtigen oder mehrschichtigen Keramiksubstrat mit der aufgelöteten Laserdiode.
Für die hier beschriebene Ausführungsform mit senkrechtem Strahlaustritt besteht der Deckelwafer aus optisch transparentem Glas und hat beidseitig eine Anti-Reflex-Beschichtung zur Erhöhung der Transmission (bzw. zur Reduktion der Reflex-Strahlverluste. Der Spacerwafer oder Abstandswafer besteht aus Silizium mit einer speziellen Kristallorientierung. Die Kristallorientierung ist derart, dass per KOH-Ätzen die erste Flanke 21 der Kavität, an der das Strahlumlenkelement angebracht wird, 45°-Neigung ergibt. Silizium-Standardwafer besitzen eine Kristallorientierung, die für beide Flanken 54,7° ergibt. Um die gewünschte Ätzflanke 21 auf 45° zu verändern ist eine Kristall-„Fehlorientierung“ um -9,7° erforderlich. Die zweite Flanke 22 ändert sich dadurch um +9,7° auf 64,4°. Der Spacerwafer wird für das Löten der Keramik-Substrate auf die Vorderseite des Spacers mit geeigneten, lötfähigen Metallschichten versehen und strukturiert.
Nach der Strukturierung des Metall-Schichtstapels erfolgt das Einbringen einer Durchgangsöffnung 24 an der ersten Flanke 21 sowie eine Vertiefungsnut 23 für das optische Element 100 per Trenchätzen. Bei diesem Trenchätzen können optional auf der zweiten Flanke 22 „Strahlabsorberstrukturen“ 300 eingebracht werden. Diese Strukturen dienen der Absorption der unerwünschten Strahlung, die an der Kante der Laserdiode austritt, welche der eigentlichen Emissionskante gegenübersteht.
Es folgt das Einsetzen des Spiegels 110 auf die erste Flanke 21 in die Vertiefungsnut 23. Die Vertiefungsnut verhindert das Wegrutschen des Elementes aus seiner Sollposition. Das optische Element (bestehend aus Silizium oder Glas) wurde zuvor im Waferverbund einseitig mit einer hoch reflektiven Schicht (z.B. Alu oder auch Silber) per Abscheideprozess versehen und so ein Spiegel geschaffen. Es wird auf der Gegenseite des Strahlumlenkelementes ebenfalls im Waferverbund Glaslot 60 z.B. per Siebdruck aufgebracht und in einem Temperschritt ausgehärtet („Prebake“).
Es folgt ein Vereinzelungsprozess („Sägen“), bei dem aus einem Wafer einzelne Chips hergestellt werden. Das Kantenprofil der Vereinzelung ist vorteilhaft so zu gestalten, dass eine Fase oder Ausnehmung 45 entsteht. Form und Dimension dieses Kantenprofils und der Vertiefungsnut sorgen dafür, dass das Element nach der Platzierung in seiner korrekten Position verbleibt und nicht verrutscht. Das Kantenprofil ist durch die Wahl eines oder mehrerer Sägeblätter mit entsprechenden Profilen oder durch einen so genannten step-cut (zwei Sägeschnitte hintereinander mit entsprechender Breite und Tiefe) herstellbar. Die Vereinzelung ist auch per Trenchätzen möglich. Die vereinzelten Chips werden mittels einer (Pick and Place) Bestückeranlage unter einem Winkel von 45° in den Spacerwafer auf die ersten Flanken 21 und in die Vertiefungsnut 23 eingebracht. Nach Bestücken aller ersten Flanken 21 folgt ein Heißprozess, bei dem das Glaslot erweicht. In diesem Heißprozess wird ein Differenzdruck zwischen Vorder- und Rückseite des Spacerwafers hergestellt, wodurch die Strahlumlenkelemente an die ersten Flanken 21 angepresst werden. Das Glaslot 60 benetzt die Flanke, wird verquetscht und es ergibt sich nach Abkühlen eine innige und hermetisch dichte Verbindung des Spiegels mit dem Abstandshalter.
In einem nächsten Schritt wird der mit einer doppelseitigen Antireflektionsbeschichtung 200 versehene Glas-Deckelwafer per Siebdruck mit Glaslot-Dichtstrukturen versehen und vorgehärtet („Prebake“). Der Deckelwafer wird anschließend in einem handelsüblichen Waferbonder bei erhöhter Temperatur und mechanischem Andruck und in geeigneter Atmosphäre mit dem Spacerwafer innig und hermetisch verbunden.
Die zwischen Deckelwafer und Spacerwafer befindliche Kavität 40 wird von der Vorderseite des Spacerwafers per Trenchätzen des Siliziums geöffnet. Es entsteht ein Zugang 28. Bei diesem Trenchätzen können auch auf der Außenfläche der zweiten Flanke 22 oder generell zur Vorderseite nach Außen exponierten Flächen „Kühlstrukturen“ 400 eingebracht werden. Diese Strukturen dienen der Vergrößerung der Bauteiloberfläche und bewirken eine Verbesserung der Bauteilentwärmung bzw. eine verbesserte Kühlung. Es folgt das Einsetzen des vorgefertigten Keramik-Substrats 10 auf dem die Laserdiode 50 zuvor aufgelötet und kontaktiert wurde. Das Einsetzen erfolgt mittels eines (Pick and Place) Bestückers oder mittels eines Flip-Chip-Bonders. Der bestückte Verbund von Spacer- und Deckelwafer wird in einem Heißprozess bei erhöhter Temperatur unter geeigneter Atmosphäre mit dem Keramiksubstrat verlötet. Es entsteht dabei eine innige und hermetische Lötverbindung 15 zwischen dem Keramiksubstrat und dem Spacerwafer. Der Zugang 28 wird hierdurch wieder verschlossen und der Laser 50 befindet sich in der Kavität 40. Da die Funktion der Laserdioden durch zu hohe Temperaturen geschädigt werden kann, ist für eine möglichst niedrige Löttemperatur eine geeignete Metallisierung auf der Keramik und auf dem Spacerwafer und ein geeignetes Lot erforderlich. Dieses Lot sollte jedoch beim anschließenden SMD-Montageprozess mit reflow Löten (Temperaturen etwa bei 260°C) nicht erneut aufschmelzen.
Es folgt das Vereinzeln der Wafer zu Chips, dem erfindungsgemäßen mikromechanisch optischen Bauteil. Die Chips sind zur Weiterverarbeitung für die SMD-Montage z.B. auf (Flex-) Leiterplatte geeignet. Die Chips werden dazu umgedreht und mit der Seite der Keramik auf das vorgesehene Montage-Substrat aufgesetzt und aufgelötet.
Eine Fotodiode 500 zur Messung der Strahlleistung ist bei vielen Anwendungen erforderlich, wie beispielsweise bei einem Drei-Farben-Lasermodul für das Farbmanagement. Eine Fotodiode kann wahlweise in der Kavität auf der dem Emissionspunkt des Lasers gegenüberliegenden Seite des Halbleiters angebracht werden. Diese Photodiode wird auf der Keramik befestigt und auch kontaktiert. Alternativ kann die Fotodiode auch auf die Außenseite 32 des Deckelwafers z.B. neben den austretenden Strahl aufgesetzt und mittels transparentem Kleber befestigt werden. Sie detektiert die Streustrahlung. Die Kontaktierung ist mittels Drahtbonden möglich. Andere Arten der Aufbringung und Kontaktierung, beispielsweise auf eigenem Flex-Substrat sind ebenfalls möglich.
Durch geeignete Dimensionierung der Kavität 40, des Zugangs 28 zur Vorderseite sowie der Keramik 10, 11, 12, welche die Kavität über dem Zugang abschließt, können prinzipiell auch mehrere Laserdiodenelemente z.B. verschiedener Farben in ein Gehäuse verpackt werden.
Bei Verwendung eines Flip-Chip-Bonders ist eine Feinjustage der Laserdioden zum Gehäuse oder zu den optischen Elementen möglich. Dabei wird während der Positionierung der Trägerkeramik der Laser zur Strahlemission gebracht und die Strahlposition z.B. mittels einer CCD-Kamera ermittelt. Über Korrekturen der Positionierung wird der Strahl mit der Sollposition in Übereinstimmung gebracht (active alignment). Ein solches active alignment kann Verkippungen (p um die Achsen x und φ um die Achse y) und Höhenänderungen (in z) der Laserdioden auf der Keramik zum Gehäuse nur in sehr begrenztem Umfang korrigieren, da dies zu undichten Lötverbindungen führen könnte. Bei korrekten lateraler (x, y) und verdrehungs (θ) Positionierung erfolgt das Löten der Keramik durch schnelles, lokales Aufheizen der Keramik.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des mikromechanisch-optischen Bauteils sind weiter unten sind in den 9 und 10 schematisch dargestellt.
Für eine optimierte thermische Ableitung der Laserdioden-Verlustleistung kann anstatt der ersten Keramik 11 ein Material mit sehr guter Wärmeleitung eingesetzt werden. Dieses Material kann als Wärmeleiter eingesetzt werden. In diesem Fall ist erfolgt die elektrische Kontaktierung zumindest einer Elektrode der Laserdiode und der Photodiode direkt per Drahtbond mit der zweiten Keramik 12.
Da die Strahlumlenkelemente, Strahlumlenkelemente mit Hohlspiegel, Glasfenster, Glasfenster mit Linsen sowie ihre jeweiligen Beschichtungen mit ARC (doppelseitig) oder mittels Reflexionsschichten im Waferverbund hergestellt werden, ist auf beiden Seiten eine sehr hohe optische Güte erzielbar. Die Elemente können auf Glas- oder Siliziumwafer realisiert werden. Durch diese hohe optische Güte kann unerwünschte Streustrahlung minimiert, die optische Transmission maximiert und die Strahlform optimiert werden. Als Reflexionsschicht kann Aluminium oder aber auch Silber eingesetzt werden. Silber-Reflexionsschichten haben höchste Reflektivität und ermöglichen minimale Strahlintensitätsverluste. Eine Passivierung der Reflexionsschichten zur Vermeidung ihrer Degradation durch Umwelteinflüsse muss nur bis zu ihrer hermetischen Verkapselung in der Bauteilkavität als Schutz dienen. Eine Passivierung an den Vereinzelungskanten der Elemente ist daher nicht erforderlich. Entsprechende Verfahren für ihre Herstellung sind weiter unten in den 12, 13 und 14, 15 schematisch gezeigt.
Das bei der Vereinzelung hergestellt Kantenprofil kann je nach Profil der Schleifblätter frei variiert werden. Eine Vereinzelung der Silizium-Umlenkelemente per Trenchätzen ist ebenfalls möglich. Das besondere Kantenprofil für diese Elemente ist nur auf den Kanten erforderlich, die auf den Figuren im Schnitt zu sehen sind.
Alle Ausführungsbeispiele sind - wenn sinnvoll - auch miteinander kombinierbar.
2 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel die zweilagige Keramik durch einschichtiges Keramiksubstrat 10 ersetzt und die Dicke des Laserchips 50 geeignet erhöht. Das Bauteil im Beispiel weist keine Photodiode, keine Strahlabsorberstrukturen und keine Kühlstrukturen auf.
3 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem dritten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Außenfläche des Deckelwafers eine Strahlungsabsorptionsschicht 250, beispielsweise per Siebdruck aufgebracht. Die Schicht kann aber auch durch Abscheidung und lithografischer Strukturierung beispielsweise von Schwarzchrom auf der Vorder- oder Rückseite des Deckelwafers hergestellt werden. Diese Strahlungsabsorptionsschicht 250 auf dem Deckel 30 verhindert das unerwünschte Austreten von Streulicht (= Blende) aus dem mikromechanisch-optischen Bauteil. Unerwünschtes Streulicht entsteht beispielsweise an den Grenzflächen des Deckelwafers oder durch an der dem Emissionspunkt gegenüber liegende Seite der Laserdiode austretendes Licht, das an der zweiten Flanke 22 reflektiert wird.
4 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem vierten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist der Strahlengang 51 und der Strahlaustritt aus dem mikromechanisch-optischen Bauteil waagerecht. Dazu wird als optisches Element 100 ein doppelseitig mit Antireflektionsbeschichtung 200 versehenes Glasfenster 120 eingesetzt. Das Aufbringen des Glaslotes 60 und das Vereinzeln und Fügen dieses Elementes erfolgt analog zur Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels unter 1.
Der Deckelwafer besteht vorteilhaft aus Silizium. Zur Minimierung von unerwünschter Streustrahlung z.B. durch die Reflexe an den Glas-Grenzflächen können auf der zur Kavität 40 gerichteten Seite des Deckelwafers Strahlstopperstrukturen 300 per Trenchätzen angebracht werden.
Im Waferverbund wird der waagerecht durch das Glasfenster austretende Strahl an der Außenseite der zweiten Flanke 22 reflektiert. Die Position dieser reflektierten Strahlen 52 kann z.B. auf einem CCD-Array detektiert werden. Über einen Vergleich mit der Sollposition des Strahles lässt sich die Positioniergenauigkeit der emittierenden Laserdiode 50 zum Gehäuse überprüfen.
Bei dieser Ausführungsform kann für das Silizium-Spacer Wafermaterial auf die besondere Kristallorientierung verzichtet werden. Die Winkel der Flanken 21 und 22 können die gleiche Neigung (54,7°) haben.
5 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem fünften Ausführungsbeispiel mit waagerechtem Strahlaustritt und integrierter Photodiode 500. Der Deckelwafer besteht dabei aus optisch transparentem Glas. In diesem Falle kann eine Photodiode zur Messung der Strahlleistung an geeigneter Stelle angebracht werden - vorteilhaft im Strahlengang der an den Grenzflächen des Austrittsfensters 120 entstehenden Reflektionen.
Bei dieser Ausführungsform kann für das Silizium-Spacer Wafermaterial auf die besondere Kristallorientierung verzichtet werden. Die Winkel der Flanken 21 und 22 können die gleiche Neigung (54,7°) haben.
6 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem sechsten Ausführungsbeispiel mit integrierter Strahlformungsoptik bei einem senkrechten Strahlaustritt. Das optische Element 100 ist reflektierend ausgestaltet und hat auf der zur Kaverne gerichteten Seite eine Vertiefung mit definiertem Tiefenprofil. Es handelt sich somit um einen Hohlspiegel 110. Die Form der Vertiefung ist geeignet so zu wählen, dass der divergente auf ihn auftreffende Strahl fokussiert/ parallelisiert wird (Strahlformung). Je nach Anwendung sind aber auch andere Profile möglich. Wafer mit solchen Elementen sind auf dem Markt verfügbar oder können mit bekannten MEMS-Prozessen hergestellt werden.
Auf der Oberfläche des Hohlspiegels 110 kann eine geeignete Reflexionsschicht aufgebracht werden. Der Spiegel kann aus Silizium oder aus Glas auf Wafer-level oder im Waferverbund hergestellt und auch beschichtet werden. Das Aufbringen des Glaslotes 60 und das Vereinzeln und Fügen dieses Elementes erfolgt analog zur Beschreibung in Ausführungsform 1.
7 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem siebten Ausführungsbeispiel mit integrierter Strahlformungsoptik bei einem waagerechten Strahlaustritt. Das optische Element 100 besteht aus Glas und bildet im Strahlengang 51 beispielsweise ein asphärisches plan-konvex-Linsenelement. Die konvexe Seite des Linsenelementes befindet sich auf der von der Kaverne weg gerichteten Seite des Fensters 120. Das Fenster, genauer die Linse, besteht aus Glas und wird auf Wafer-level bzw. im Waferverbund hergestellt und auch mit einer Antireflektionsbeschichtung 200 versehen. Wafer mit solchen Elementen sind auf dem Markt verfügbar. Das Aufbringen des Glaslotes 60 und das Vereinzeln und Fügen dieses Elementes erfolgt analog zur Beschreibung im ersten Ausführungsbeispiel. Je nach Anwendung sind aber auch andere Linsenformen zur gewünschten Strahlformung möglich. Bei dieser Ausführungsform kann für das Silizium-Spacer Wafermaterial auf die besondere Kristallorientierung verzichtet werden. Die Winkel der ersten und zweiten Flanken 21 und 22 können die gleiche Neigung (54,7°) haben. Der Deckel 30 weist an einer Innenseite 31 eine mikromechanische Struktur in Form von Schlitzgräben als Strahlenfang 300 auf.
8 zeigt schematisch im Querschnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisch-optisches Bauteil in einem achten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführung kann der Strahlaustritt sowohl waagerecht als auch senkrecht sein. Dies hängt vom gewählten optischen Element 100 (Fenster oder Spiegel) ab. Bei dieser Ausführungsform kann für das Silizium-Spacer Wafermaterial auf die besondere Kristallorientierung verzichtet werden. Die Winkel der Flanken 21 und 22 können die gleiche Neigung (54,7°) haben. Nach der KOH-Ätzung der Kavität 40 und der Vorderseitenstrukturen wird die 45°-Flanke auf die das Glasfenster (oder auch Umlenkelement) aufgebracht wird, geschaffen, indem von der Vorderseite von außen per Schleifen eine Ausnehmung 45 eingebracht wird. Dabei entsteht durch das Schneiden der Rückseitenkavität mit der 45°-Schliffebene eine Öffnung 24 auf der ersten Flanke 21 und eine die Öffnung umgebende Dichtfläche für das Glaslot 60 des von außen aufgesetzten Fensters 120 oder Spiegels 110. Das Schleifprofil wird so gewählt, dass das gewählte optische Element 100 von sich aus in die gewünschte Endposition fällt und auch dort verbleibt (s. auch 10). Das Glaslot auf dem optischen Element wird durch einen Heißprozess erweicht und durch einen Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite des Spacerwafers verquetscht. Durch Benetzung ergibt sich dabei nach Abkühlung eine innige und hermetische Verbindung zum Spacerwafer. 10 zeigt weiter unten schematisch eine Variante des Herstellungsverfahrens für diese Ausführungsform mit den einzelnen Schritten. Die Herstellung der Kavitäten ist mit anderer Geometrie alternativ auch mit anderen Strukturierungsverfahren, wie beispielsweise mittels Trenchätzen, möglich.
Die 9 a, b, c zeigen schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils in einem ersten Ausführungsbeispiel mit Einsetzen eines optischen Elements an der Rückseite eines Abstandswafers.
9 a zeigt links das Einbringen von Gräben durch anisotropes Ätzen (Trenchen) von der Vorder- und Rückseite des Abstandswafers her. In der Mitte ist das Aufbringen und die Strukturierung einer KOH-Maskierschicht auf der Vorderseite und der Rückseite sowie KOH-Ätzen gezeigt. Durch das KOH Ätzen wird von der Rückseite her die Kavität 40 geschaffen, und von der Vorderseite her eine Ausnehmung 45 eingebracht. Rechts ist das Aufbringen einer Metallisierung 29 auf die Vorderseite gezeigt.
9 b zeigt links das Öffnen einer Durchgangsöffnung 24 im Abstandswafer zwischen Vorderseite und Rückseite, genauer zwischen Ausnehmung 45 und Kavität 40, mittels Trenchen, desgleichen die Herstellung einer Vertiefungsnut 23 und von Strahlabsorberstrukturen 300 auf einer zweiten Flanke 22 von der Rückseite des Wafers her.
In der Mitte ist das Einsetzen eines optischen Elements 100 auf die erste Flanke 21 in die Vertiefungsnut 23 sowie ein Heißprozess für hermetisches Fügen von optischem Element und Abstandswafer gezeigt.
Rechts ist ein hermetisches Fügen von Deckelwafer und Abstandswafer mittels Glaslot 60 gezeigt.
9 c zeigt links ein Öffnen der Kavität 40 durch Schaffen eines Zugangs 28 und optional das Herstellen von Kühlstrukturen 400 durch Trenchen von der Vorderseite des Wafers her.
Rechts ist das Einsetzen der Laserdiode 50 auf Keramiksubstrat 10 und das Fügen von Substrat und Abstandswafer mittels eines Heißprozesses, wie beispielsweise reflow Löten, Thermokompressionsbonden, Thermosonic-Bonden, Laserlöten, Flip-Chip-Bonden, gezeigt.
Die 10 a, b zeigen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Einsetzen eines optischen Elements an der Vorderseite eines Abstandswafers.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht insbesondere die Herstellung des mikromechanisch-optischen Bauteils gemäß dem achten Ausführungsbeispiel.
10 a zeigt links den Abstandswafer nach dem Trenchen an der Rückseite und dem KOH-Ätzen der Vorder- und Rückseite (analog zu 9 a Links und Mitte). Hierdurch wurde von der Rückseite her die Kavität 40 eingebracht. Durch nachfolgendes Schleifen oder Sägen wird in der Ausnehmung 45 eine erste Flanke 21, hier eine 45°-Flanke, auf der Vorderseite des Abstandswafers eingebracht. Die erste Flanke dient als Montagefläche für das optische Element. Die Säge kann dazu verschiedene Profile haben, wie in der Zeichnung durch die gestrichelten Linien schematisch dargestellt ist.
Rechts ist die Metallisierung 29 der Vorderseite, das Einsetzen des optischen Elements 100 von außen, also von der Vorderseite des Abstandswafers und der anschließende Heißprozess, das Fügen des optischen Elements mit dem Abstands-Wafer gezeigt.
10 b zeigt links das Fügen des Deckelwafers mit dem Abstandswafer. Rechts ist das Einsetzen und Fügen des Keramik-Substrats mit dem Abstandswafer und das Vereinzeln der Chips also des mikromechanisch-optischen Bauelements gezeigt. Hierfür stehen die schematisch gezeigten Sägeblätter.
Die Herstellung der Kavitäten 40 ist mit anderer Geometrie alternativ auch mit anderen Strukturierungsverfahren wie z.B. per Trenchätzen möglich.
11 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils mit den wesentlichen Schritten:

A - Bereitstellen eines Siliziumwafers als Abstandswafer;
B - Aufbringen und Strukturieren einer Maske für KOH Ätzen auf den Abstandswafer;
C - Herstellen einer Kaverne 40 in dem Abstandswafer von einer Rückseite des Wafers ausgehend durch KOH-Ätzen;
D - Schaffen einer Durchgangsöffnung 24 zu einer Vorderseite des Abstandswafers in einer ersten Flanke 21 der Kaverne 40;
E - Befestigen eines optischen Elements 100 an der ersten Flanke 21 mittels eines Glaslots 60 wobei die Durchgangsöffnung 24 bedeckt hermetisch verschlossen wird;
F - Aufbringen und Befestigen eines Deckelwafers auf die Rückseite des Abstandswafers;
G - Herstellen eines Zugangs 28 zur Kaverne 40 an der Vorderseite des Abstandswafers;
H -Befestigen eines Substrats 10 mit einem daran angeordneten Halbleiterlaser 50 an der Vorderseite des Abstandswafers, wobei der Halbleiterlaser in die Kavität eingeführt und der Zugang 28 von dem Substrat bedeckt und hermetisch verschlossen wird.

Nachfolgend wird das mikromechanisch-optische Bauelement in einem Schritt I durch Sägen oder auch Schleifen oder auch Trenchätzen (anisotropes Ätzen) durch den Abstandswafer und den Deckelwafer vereinzelt.
Die 12 a und b zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem ersten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines Spiegels.
12 a zeigt einen bereitgestellten Spiegelwafer 111 aus Silizium oder Glas, welcher auf einer Rückseite mit einer Reflektionsschicht 112 versehen ist und auf einer Vorderseite bereichsweise mit Glaslot 60 versehen ist. Optional können auf der Reflektionsschicht auch noch eine oder mehrere Schutzschichten oder auch Passivierschichten angeordnet sein.
12 b zeigt schematisch das Vereinzeln der optischen Elemente 100, hier Spiegel 110, durch zweistufiges Sägen des Spiegelwafers 111 mit zwei unterschiedlichen Säge-Seitenprofilen 103, 104. Verschiedene Sägeprofile sind dabei denkbar und hier nur symbolisch dargestellt. Der Spiegelwafer ist dazu auf einem Sägetape 105 an einem Trägerrahmen 106 befestigt.
13 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem zweiten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines optischen Fensters.
13 a zeigt einen bereitgestellten Fensterwafer 121 aus Glas, welcher optional einseitig oder zweiseitig mit einer Antireflektionsbeschichtung 200 versehen ist. Alternativ kann der Wafer auch aus einem anderen Material als herkömmlichem Glas bestehen, solange es die Wellenlänge des Halbleiterlasers durchlässt und sich an dem Abstandswafer aus Silizium befestigen lässt. Auf einer Vorderseite ist der Fensterwafer bereichsweise mit Glaslot 60 versehen.
13 b zeigt schematisch das Vereinzeln der optischen Elemente 100, hier Fenster 120, durch zweistufiges Sägen des Fensterwafers 121 mit zwei unterschiedlichen Säge-Seitenprofilen 103, 104.
14 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem dritten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines optischen Fensters mit einer Linse. Dargestellt ist ein Fensterwafer 121 welcher Linsenelemente123 zur Strahlformung aufweist. Der Fensterwafer 21 kann einseitig oder beidseitig eine Antireflektionsbeschichtung 200 aufweisen. An dem Fensterwafer 121 ist ein weiterer Glas- oder Siliziumwafer 122 mittels Glaslot 60 befestigt. Der weitere Glas- oder Siliziumwafer 122 weist Ausnehmungen auf und ist so angeordnet, dass diese Ausnehmungen die Linsenelemente umgeben. Das Glaslot umgibt dabei ebenfalls die Linsenelemente sowohl an der freien Oberfläche des weiteren Wafers 122 als auch zwischen dem weiteren Wafer 122 und dem Fensterwafer 121.
Auf der rechten Seite der Figur ist schematisch das Vereinzeln der optischen Elemente 100, hier Fenster 120 mit Linsen 123, durch zweistufiges Sägen durch den weiteren Wafer 122 und den Fensterwafer 121 mit zwei unterschiedlichen Säge-Seitenprofilen 103, 104 gezeigt.
15 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für ein mikromechanisch-optisches Bauteil in einem vierten Ausführungsbeispiel, der Herstellung eines gekrümmten Spiegels. Dargestellt ist ein Spiegelwafer 111 mit Hohlspiegelelementen 113 zur Strahlformung und einer Reflektionsbeschichtung 112. Die hoch reflektierende Schicht ist auf einer Rückseite des Spiegelwafers aufgebracht und weist optional noch eine oder mehrere Passivierschichten auf. Auf einer Vorderseite ist der Spiegelwafer bereichsweise mit Glaslot 60 versehen.
Auf der rechten Seite der Figur ist schematisch das Vereinzeln der optischen Elemente 100, hier der Spiegel 110, durch zweistufiges Sägen des Spiegelwafers 111 mit zwei unterschiedlichen Säge-Seitenprofilen 103, 104 gezeigt.
Bezugszeichenliste

10: Substrat
11: erste Keramik
12: zweite Keramik
13: elektrische Durchkontaktierungen
15: Lötverbindung
20: Abstandshalter
21: erste Flanke
22: zweite Flanke
23: Vertiefungsnut
24: Durchgangsöffnung
25: Abstandshalter-Innenseite
26: Abstandshalter-Außenseite
28: Zugang
29: Metallisierung
30: Deckel
31: Deckel-Innenseite
32: Deckel-Außenseite
40: Kavität
45: Ausnehmung
50: Halbleiterlaser
51: Strahlengang
52: im Waferverbund reflektierte Strahlen
60: Glaslot
100: optisches Element
103: erstes Sägeseitenprofil
104: zweites Sägeseitenprofil
105: Sägetape
106: Trägerrahmen
110: Spiegel
111: Spiegelwafer
112: Reflektionsschicht
113: Holspiegelelemente
120: optisches Fenster
121: Fensterwafer
122: weiterer Glas- oder Siliziumwafer
123: Linsenelement
200: Antireflektionsbeschichtung
250: Strahlungsabsorptionsbeschichtung
300: Strahlenfang
400: mikromechanische Struktur zur Kühlung
500: Photodiode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9008139 B2 [0005]
DE 102015108117 A1 [0005]
DE 102015208704 A1 [0005]
DE 102016213902 A1 [0005]
DE 102017104108 A1 [0005]

Claims

Mikromechanisch-optisches Bauteil mit einem Substrat (10), einem Abstandshalter (20) und einem Deckel (30), welche übereinander angeordnet sind und eine hermetisch dichte Kavität (40) begrenzen, wobei ein Halbleiterlaser (50) in der Kavität, an dem Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strahlengang (51) des Halbleiterlasers ein optisches Element (100) angeordnet ist, welches an dem Abstandshalter befestigt ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element an einer Innenseite (25) oder an einer Außenseite (26) des Abstandshalters befestigt ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein einschichtiges oder mehrschichtiges Keramiksubstrat ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter an einer Innenseite (25) für Licht aus dem Halbleiterlaser einen Strahlenfang (300) in Form einer mikromechanischen Struktur, insbesondere Schlitzgräben, aufweist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter an einer Außenseite (26) eine mikromechanische Struktur zur Kühlung (400), insbesondere Schlitzgräben, aufweist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter aus Silizium, insbesondere einkristallinem Silizium, ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel zur Reflektion von Licht aus dem Halbleiterlaser ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel aus einem für Licht aus dem Halbleiterlaser transparenten Material, insbesondere aus Glas, ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel an einer Innenseite (31) und/oder an einer Außenseite (32) eine Antireflektionsbeschichtung (200) aufweist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel an einer Außenseite (32) bereichsweise eine Strahlungsabsorptionsbeschichtung (250) aufweist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (100) ein optisches Fenster (120) zur Transmission von Licht aus dem Halbleiterlaser ist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Fenster (120) an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite eine Antireflektionsbeschichtung (200) aufweist.
Mikromechanisch-optisches Bauteil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel an einer Innenseite (31) für Licht aus dem Halbleiterlaser einen Strahlenfang (300) in Form einer mikromechanischen Struktur, insbesondere Schlitzgräben, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils mit den Schritten: A - Bereitstellen eines Siliziumwafers als Abstandswafer; B - Aufbringen und Strukturieren einer Maske für KOH Ätzen auf den Abstandswafer; C - Herstellen einer Kavität (40) in dem Abstandswafer von einer Rückseite des Wafers ausgehend durch KOH-Ätzen; D - Schaffen einer Durchgangsöffnung (24) zu einer Vorderseite des Abstandswafers in einer ersten Flanke (21) der Kavität; E - Befestigen eines optischen Elements (100) an der ersten Flanke mittels eines Glaslots (60) wobei die Durchgangsöffnung bedeckt und hermetisch verschlossen wird; F - Aufbringen und Befestigen eines Deckelwafers auf die Rückseite des Abstandswafers; G - Herstellen eines Zugangs (28) zur Kavität an der Vorderseite des Abstandswafers H -Befestigen eines Substrats (10) mit einem daran angeordneten Halbleiterlaser (50) an der Vorderseite des Abstandswafers, wobei der Halbleiterlaser in die Kavität eingeführt und der Zugang von dem Substrat bedeckt und hermetisch verschlossen wird.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - im Schritt D die Durchgangsöffnung (24) durch anisotropes Ätzen des Abstandswafers geschaffen wird, und - im Schritt E das optische Element (100) von der Rückseite des Abstandswafers her zugeführt und an der ersten Flanke (21) an einer Innenseite der Kavität (40) befestigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - im Schritt D die erste Flanke (21) und die Durchgangsöffnung (24) durch Sägen und/oder Schleifen des Abstandswafers an seiner Vorderseite geschaffen werden, und - im Schritt E das optische Element (100) von der Vorderseite des Abstandswafers her zugeführt und an der ersten Flanke (21) an einer Außenseite der Kavität (40) befestigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanisch-optischen Bauteils nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt H in einem Schritt I das mikromechanisch-optische Bauelement durch Sägen und/oder Schleifen und/oder Trenchätzen durch den Abstandswafer und den Deckelwafer vereinzelt wird.