DE102021211283A1

DE102021211283A1 - Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems

Info

Publication number: DE102021211283A1
Application number: DE102021211283.8A
Authority: DE
Inventors: Rainer Straub; Rafel Ferre I Tomas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2023057195A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems (100). Hierbei wird wenigstens ein mikro-elektro-mechanisches Bauteil (105) auf einem Trägersubstrat (160) angeordnet. Außerdem wird ein erster Lichtwellenleiter (130) zumindest teilweise auf dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105) angeordnet. Zusätzlich wird ein Kappenwafer (110) mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105) und dem ersten Lichtwellenleiter (130) derart verbunden, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil (105) und der erste Lichtwellenleiter (130) vor einer äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems (100) abgedeckt sind. Außerdem wird der erste Lichtwellenleiter (130) mit einem zweiten Lichtwellenleiter (150) mittels eines Lacks (120) verbunden. Zusätzlich wird das mikro-elektro-mechanische Bauteil (105) elektrisch kontaktiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems.
Stand der Technik
Aus dem Dokument DE 10 2016 218 661 A1 ist eine Verkappung eines mikro-elektro-mechanischen Bauteils bekannt. Die Verkappung wird hier zum Schutz des mikro-elektro-mechanischen Bauteils im Alltagsbetrieb aufgebracht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems zu entwickeln, bei dem das zugehörige mikro-elektro-mechanische Bauteil gegenüber schädlichen Prozessschritten bei der weiteren Bearbeitung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems geschützt wird.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Hierbei wird wenigstens ein mikro-elektro-mechanisches Bauteil auf einem Trägersubstrat angeordnet. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich insbesondere um einen Trägerwafer, welcher insbesondere aus Silizium ausgebildet ist. Insbesondere ist der Trägerwafer hierbei schon vorstrukturiert. Außerdem wird ein erster Lichtwellenleiter zumindest teilweise auf dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil angeordnet. Insbesondere werden das mikro-elektro-mechanische Bauteil und der erste Lichtwellenleiter hierbei in verschiedenen, insbesondere zueinander parallelen, Ebenen angeordnet. Zusätzlich wird ein Kappenwafer mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil, insbesondere einem Rahmen des mikro-elektro-mechanischen Bauteils, und dem ersten Lichtwellenleiter derart verbunden, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil und der erste Lichtwellenleiter vor einer äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt sind.
Insbesondere sind hierbei das mikro-elektro-mechanische Bauteil vollständig und der erste Lichtwellenleiter zumindest teilweise gegenüber der äußeren Umgebung abgedeckt. Bei dem Kappenwafer handelt es sich insbesondere um einen vorstrukturierten Silizumwafer. Außerdem wird der erste Lichtwellenleiter mit einem zweiten, insbesondere externen, Lichtwellenleiter mittels eines Lacks verbunden. Zusätzlich erfolgt das elektrische Kontaktieren des mikro-elektro-mechanischen Bauteils.
Vorzugsweise repräsentiert der erste und/oder zweite Lichtwellenleiter jeweils eine Telekommunikationsfaser. Insbesondere handelte sich bei den Lichtwellenleitern um MOEMs Wellenleiter.
Bevorzugt repräsentiert das optische mikro-elektro-mechanische System ein optisches Schaltersystem. Der Schaltungszustand wird hierbei in Abhängigkeit von eingehenden Lichtsignalen bestimmt.
Vorzugsweise erfolgt das Verbinden des Kappenwafers mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil und dem ersten Lichtwellenleiter zeitlich vor dem Verbinden des ersten und zweiten Lichtwellenleiters. Somit schützt der Kappenwafer das mikro-elektro-mechanische Bauteil vor dem Eindringen des Lacks, welcher anschließend zur Verbindung der beiden Lichtwellenleiter verwendet wird.
Bevorzugt ist der erste Lichtwellenleiter mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil verbunden. Insbesondere ist der erste Lichtwellenleiter unmittelbar mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil verbunden. Insbesondere wird der erste Lichtwellenleiter zumindest teilweise auf einer äußeren Oberfläche des mikro-elektro-mechanischen Bauteils angeordnet.
Vorzugsweise repräsentiert das mikro-elektro-mechanische Bauteil eine Feder und/oder einen optischen Schalter und/oder ein Noppen.
Bevorzugt wird der erste Lichtwellenleiter mit dem zweiten Lichtwellenleiter mittels Photonic Wire Bonding verbunden. Dieses Verfahren wendet Lack und Laser-Photolithographie für die Herstellung einer neuen Faser an.
Vorzugsweise wird der Kappenwafer mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil und dem ersten Lichtwellenleiter mittels eines Bonding-Verfahrens verbunden. Insbesondere wird der Kappenwafer mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil und dem ersten Lichtwellenleiter mittels Bonding verbunden.
Bevorzugt wird der Kappenwafer zunächst derart mit dem ersten Lichtwellenleiter verbunden, dass der erste Lichtwellenleiter vollständig mittels des Kappenwafers gegenüber der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt ist. In einem folgenden Verfahrensschritt wird der Kappenwafer teilweise in einem den ersten Lichtwellenleiter überdeckenden Bereich entfernt. Insbesondere wird der Kappenwafer hierbei in einem Bereich außerhalb des Rahmens des mikro-elektro-mechanischen Bauteils entfernt. Vorzugsweise wird der Kappenwafer mittels eines Ätzverfahrens entfernt. Insbesondere wird der Kappenwafer in dem bestimmten Bereich mittels eines reaktiven lonentiefätz-Verfahrens (DRIE Ätzen) entfernt.
Vorzugsweise wird der Kappenwafer derart mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil und dem ersten Lichtwellenleiter verbunden, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil, insbesondere vollständig, und, insbesondere zumindest teilweise, der erste Lichtwellenleiter hermetisch vor der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt sind.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems.
2 zeigt schematisch ein optisches mikro-elektro-mechanisches System.

1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems in Form eines Ablaufdiagramms. Insbesondere repräsentiert das hergestellte optische mikro-elektro-mechanische System ein optisches Schaltersystem repräsentiert. Hierbei wird in einem Verfahrensschritt 10 wenigstens ein mikro-elektro-mechanisches Bauteil auf einem Trägersubstrat angeordnet. Insbesondere repräsentiert das mikro-elektro-mechanische Bauteil eine Feder und/oder einen optischen Schalter und/oder ein Noppen. In einem folgenden Verfahrensschritt 20 wird ein erster Lichtwellenleiter zumindest teilweise auf dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil angeordnet. In einem auf den Verfahrensschritt 20 folgenden Verfahrensschritt 30 wird ein Kappenwafer mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil, insbesondere einem Rahmen des mikro-elektro-mechanischen Bauteils, und dem ersten Lichtwellenleiter derart verbunden, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil und der erste Lichtwellenleiter vor einer äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt sind. Insbesondere werden hierbei das mikro-elektro-mechanische Bauteil vollständig und der erste Lichtwellenleiter zumindest teilweise vor der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt. Insbesondere wird der Kappenwafer derart mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil und dem ersten Lichtwellenleiter verbunden, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil vollständig, und der erste Lichtwellenleiter hermetisch vor der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt sind. Insbesondere ist der erste Lichtwellenleiter mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil verbunden und zumindest teilweise auf einer äußeren Oberfläche des mikro-elektro-mechanischen Bauteils angeordnet. Insbesondere wird der Kappenwafer mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil und dem ersten Lichtwellenleiter mittels Bonding verbunden. In einem auf den Verfahrensschritt 30 folgenden Verfahrensschritt 50 wird der erste Lichtwellenleiter mit einem zweiten, insbesondere externen, Lichtwellenleiter mittels eines Lacks verbunden. Insbesondere repräsentieren der erste und/oder zweite Lichtwellenleiter eine Telekommunikationsfaser. Insbesondere wird der erste Lichtwellenleiter mit dem zweiten Lichtwellenleiter mittels Photonic Wire Bonding verbunden. In einem auf den Verfahrensschritt 50 folgenden Verfahrensschritt 60 wird das mikro-elektro-mechanische Bauteil elektrisch kontaktiert. Daraufhin wird das Verfahren beendet.
In dem Verfahrensschritt 30 wird optional der Kappenwafer derart mit dem ersten Lichtwellenleiter verbunden, dass der erste Lichtwellenleiter vollständig mittels des Kappenwafers gegenüber der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems abgedeckt ist. In einem optionalen, auf den Verfahrensschritt 30 folgenden Verfahrensschritt 40 wird der Kappenwafer teilweise in einem den ersten Lichtwellenleiter überdeckenden Bereich entfernt. Bei diesem Bereich handelt es sich insbesondere um einen Bereich außerhalb des Rahmens des mikro-elektro-mechanischen Bauteils. Insbesondere wird der Kappenwafer mittels eines Ätzverfahrens, insbesondere mittels eines reaktiven lonentiefätz-Verfahrens, entfernt.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines mittels des Verfahrens aus 1 hergestellten optischen mikro-elektro-mechanischen Systems 100. Das optische mikro-elektro-mechanische System 100 ist hierbei als ein optisches Schaltersystem ausgebildet. Das optische mikro-elektro-mechanische System 100 weist hierbei ein mikro-elektro-mechanisches Bauteil 105 auf, welches hierbei als ein optischer Schalter ausgebildet ist und auf einem Trägersubstrat 160 angeordnet ist. Auf einer äußeren Oberfläche des mikro-elektro-mechanisches Bauteils 105 ist ein erster Lichtwellenleiter 130 angeordnet und mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil 105 verbunden. Zum Abdecken des mikro-elektro-mechanischen Bauteils 105 gegenüber beim Photonic Wire Bonding verwendeten Lack 120 ist ein Kappenwafer 110 mit einem Bonding-Material 115 und dem ersten Lichtwellenleiter 130 derart verbunden, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil 105 vollständig und der erste Lichtwellenleiter zumindest teilweise vor einer äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems 100 abgedeckt sind. Der erste Lichtwellenleiter 130 ist mittels einer zusätzlichen, durch Photonic Wire Bonding erzeugten Faser 140 mit einem zweiten externen Lichtwellenleiter 150 verbunden. Die elektrische Kontaktierung des mikro-elektro-mechanische Bauteils 105 ist auf dieser Abbildung zur Vereinfachung nicht dargestellt.
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

DE 102016218661 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optischen mikro-elektro-mechanischen Systems (100), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Anordnen (10) wenigstens eines mikro-elektro-mechanischen Bauteils (105) auf einem Trägersubstrat (160), und - Anordnen (20) eines ersten Lichtwellenleiters (130) zumindest teilweise auf dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105), und - Verbinden (30) eines Kappenwafers (110) mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105), insbesondere einem Rahmen des mikro-elektro-mechanischen Bauteils (105), und dem ersten Lichtwellenleiter (130) derart, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil (105), insbesondere vollständig, und, insbesondere zumindest teilweise, der erste Lichtwellenleiter (130) vor einer äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems (100) abgedeckt sind, und - Verbinden (50) des ersten Lichtwellenleiters (130) mit einem zweiten, insbesondere externen, Lichtwellenleiter (150) mittels eines Lacks (140), und - Elektrisches Kontaktieren (60) des mikro-elektro-mechanischen Bauteils (105).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (130) und/oder zweite Lichtwellenleiter (150) eine Telekommunikationsfaser repräsentiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische mikro-elektro-mechanische System (100) ein optisches Schaltersystem repräsentiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden (30) des Kappenwafers (110) mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105) und dem ersten Lichtwellenleiter (130) zeitlich vor dem Verbinden (50) des ersten (130) und zweiten Lichtwellenleiters (150) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtwellenleiter (130) mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105) verbunden ist, und insbesondere zumindest teilweise auf einer äußeren Oberfläche des mikro-elektro-mechanischen Bauteils (105) angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil (105) eine Feder und/oder einen optischen Schalter und/oder ein Noppen repräsentiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtwellenleiter (130) mit dem zweiten Lichtwellenleiter (150) mittels Photonic Wire Bonding verbunden wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (110) mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105) und dem ersten Lichtwellenleiter (130) mittels Bonding verbunden wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (110) zunächst derart mit dem ersten Lichtwellenleiter (130) verbunden wird, dass der erste Lichtwellenleiter (130) vollständig mittels des Kappenwafers (110) gegenüber der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems (100) abgedeckt ist, wobei der Kappenwafer (110) in einem folgenden Verfahrensschritt teilweise in einem den ersten Lichtwellenleiter (130) überdeckenden Bereich, insbesondere in einem Bereich außerhalb des Rahmens des mikro-elektro-mechanischen Bauteils (105), entfernt (40) wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (110) mittels eines Ätzverfahrens, insbesondere mittels eines reaktiven lonentiefätz-Verfahrens, entfernt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (110) derart mit dem mikro-elektro-mechanischen Bauteil (105) und dem ersten Lichtwellenleiter (130) verbunden wird, dass das mikro-elektro-mechanische Bauteil (105), insbesondere vollständig, und, insbesondere zumindest teilweise, der erste Lichtwellenleiter (130) hermetisch vor der äußeren Umgebung des optischen mikro-elektro-mechanischen Systems (100) abgedeckt sind.