DE19842694A1 - Mikrostrukturierter Körper sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Ein mikrostrukturierter Körper mit einem Substrat (10) und mindestens einer auf das Substrat aufgebrachten Beschichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mikrostrukturiert und präzise relativ zur Oberfläche des Substrates positioniert ist. Ein solcher Körper kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das die folgenden Schritte enthält: Zuerst wird ein Substrat (10) hergestellt, das Justiergestaltungen (16, 18) aufweist. Dann wird die Oberfläche des Substrates (10) mindestens bereichsweise mit einem flüssigen Material (20) beschichtet. Anschließend wird ein Deckel (30) mit mikrostrukturierter Oberfläche auf das Substrat (10) aufgesetzt, wobei der Deckel (30) mit Positioniergestaltungen (34, 36) versehen ist, die zu den Justiergestaltungen (16, 18) komplementär sind, so daß der Deckel (30) in einer genau definierten Lage auf dem Substrat (10) angeordnet wird, sowie mit Gestaltungen, mittels denen die Beschichtung mikrostrukturiert wird. Nachfolgend wird der Deckel (30) mechanisch auf das Substrat (10) gepreßt, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche des Deckels (30) mindestens bereichsweise in der Beschichtung abgeformt wird. Zuletzt wird das aufgebrachte Material (20) ausgehärtet.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikrostrukturierten Körper mit einem Substrat und mindestens einer auf das Substrat aufgebrachten Beschichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen mikrostrukturierten Körpers.

Ein mikrostrukturierter Körper dieses Typs kann insbesondere mittels Abformtechniken hergestellt werden. Im sogenannten LIGA- Verfahren werden zunächst mikrostrukturierte Masterstrukturen durch Röntgenlithographie erzeugt. Aus diesen wird dann durch galvanische Abformung ein Abformwerkzeug mit einer geometrisch inversen Oberfläche hergestellt. Von diesem Abformwerkzeug kann anschließend mit einem Kunststoff-Abformschritt ein Kunststoffteil erhalten werden, welches formgleich mit der mikrostrukturierten Masterstruktur ist. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel im Spritzgußverfahren sehr kostengünstig große Mengen von hochpräzisen, mikrostrukturierten Kunststoffteilen herstellen, die nachfolgend als Substrat bezeichnet werden.

Nachteilig hierbei ist, daß nur bestimmte Mikrostrukturen herstellbar sind, nämlich solche Strukturen, die durch Abformen von einem geeignet mikrostrukturierten Werkzeug in einem einzigen homogenen Werkstoff erzielbar sind. Auf diese Weise können beispielsweise keine Formen mit Hinterschneidungen erhalten werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen mikrostrukturierten Körper zu schaffen, bei dem die Strukturen in vielfältigster Weise ausgestaltet sein können, so daß sich die verschiedensten Anwendungsbereiche eröffnen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem mikrostrukturierten Körper der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Beschichtung mikrostrukturiert und präzise relativ zur Oberfläche des Substrates positioniert ist. Dies eröffnet völlig neue Freiheiten durch die Kombinationsmöglichkeit verschiedener Materialien und Gestaltungen. Es ist nunmehr möglich, auf der mikrostrukturierten Beschichtung eine weitere Beschichtung aufzubringen, die mit der ersten Beschichtung und den in dieser abgeformten Mikrostrukturen zusammenwirkt, um spezielle Funktionen zu verwirklichen. Außerdem können nunmehr mikorstrukturierte Gestaltungen gebildet werden, die durch Strukturierung des Substrates allein nicht herstellbar sind, da beispielsweise eine Hinterschneidung am Werkzeug erforderlich wäre.

Unter einer mikrostrukturierten Oberfläche bzw. Beschichtung wird hier einer Gestaltung verstanden, die aus verschiedenen, ebenen oder gekrümmten Flächen besteht, die dreidimensional und in präzisen Abständen und Anordnungen relativ zueinander angeordnet sind, beispielsweise Nuten, Gräben, Kanäle, Aussparungen, etc. Diese Gestaltungen halten bestimmte Toleranzen ein, die von der zu erzielenden Anwendung abhängen. Diese Toleranzen können sehr eng sein, wenn eine präzise Positionierung relativ zu anderen Strukturen erforderlich ist, oder auch vergleichsweise groß sein, wenn eine besondere Genauigkeit nicht erforderlich ist. Dies verringert den Bearbeitungsaufwand.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Beschichtung aus einem Material, das sich hinsichtlich mindestens einer physikalischen Eigenschaft von dem Material des Substrats unterscheidet. Auf diese Weise kann auf der Oberfläche des Substrates z. B. ein Wellenleiter ausgebildet werden. Der Wellenleiter kann dadurch gebildet werden, daß die Oberfläche des Substrates mit dem geeigneten Material in flüssigem Zustand beschichtet wird und daß anschließend ein mikrostrukturierter Deckel auf das Substrat aufgesetzt wird. Dieser Deckel wird mechanisch gegen das Substrat gedrückt und sorgt dafür, daß in der Beschichtung die mikrostrukturierten Gestaltungen abgeformt werden, die den Wellenleiter bilden sollen und die auf dem Substrat und/oder dem Deckel ausgebildet sind. Der Deckel muß dabei relativ zu dem mikrostrukturierten Substrat präzise positioniert werden, damit sich das aufgebrachte Material nach dem Andrücken des Deckels an den erforderlichen Stellen befindet. Anschließend wird das immer noch flüssige Material ausgehärtet, beispielsweise durch Bestrahlung. Nun kann der Deckel abgenommen werden, und es bleibt das Substrat mit dem aufgebrachten, nun ausgehärteten Material zurück, das seinerseits mikrostrukturiert ist. Es ist dann möglich, in weiteren Bearbeitungsschritten weitere Beschichtungen auf den aus der ersten Beschichtung erhaltenen Mikrostrukturen auszubilden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Beschichtung einen Wellenleiter, wobei der Wellenleiter zumindest teilweise über die umliegende Oberfläche des Substrats hervorsteht. Auf diese Weise können durch Zusammenwirken des mikrostrukturierten Deckels mit dem Substrat Wellenleiter mit nahezu beliebigem Querschnitt gebildet werden, der nicht hinterschneidungsfrei sein muß, beispielsweise ein runder Querschnitt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Wellenleiter einen trapezförmigen Querschnitt auf, und er ist vollständig auf der Oberfläche des Substrates angeordnet. Ein Wellenleiter mit trapezförmigem Querschnitt kann besonders gut abgeformt werden, da zum einen das in die mit ebenfalls trapezförmigem Querschnitt mikrostrukturierte Gestaltung hinein verdrängte, flüssige Material diesen Querschnitt besser vollständig ausfüllt als beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt, und zum anderen beim Abheben des Deckels nicht die Gefahr besteht, daß die Seitenflächen und Ränder des Wellenleiters beschädigt werden, da die geneigten Seitenflächen des Wellenleiters sich nach der Art von Formschrägen leicht vom Deckel lösen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Wellenleiter mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet werden, wobei eine Hälfte des Querschnitts vertieft im Substrat und die andere Hälfte erhaben oberhalb der umliegenden Fläche des Substrats angeordnet ist. Auf diese Weise können mikrostrukturierte Gestaltungen erhalten werden, die dann, wenn sie allein durch eine entsprechende Gestaltung des Substrates erhalten werden müßten, zu Hinterschneidungen führen würden, die nicht abgeformt werden könnten. Erst wenn ein Teil des Querschnitts des Wellenleiters in der Beschichtung abgeformt wird, entfallen die Hinterschneidungen, so daß auch beispielsweise ein kreisförmiger Querschnitt erzielt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Beschichtung eine Nut ausgebildet ist. Diese Nut kann beispielsweise eine Führungsnut für ein mit dem Körper zu koppelndes Element sein. Dieses Element, beispielsweise ein als optischer Sender bzw. Empfänger ausgebildeter Halbleiterchip, dient dazu, dem mikrostrukturierten Körper Signale zuzuführen oder Signale von diesem abzunehmen. Es ist gemäß der Erfindung nicht erforderlich, die zur Aufnahme eines mit dem mikrostrukturierten Körper zu koppelnden Elements dienende Nut bereits bei der Herstellung des Substrats abzuformen; die Nut kann später an der gewünschten Stelle in einem einzigen Arbeitsschritt beispielsweise gleichzeitig mit der Herstellung von Wellenleitern am Substrat ausgebildet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind an dem Substrat Justiergestaltungen für einen auf das Substrat aufsetzbaren, mikrostrukturierten Deckel vorgesehen. Diese Justiergestaltungen, die beispielsweise aus den präzise geschnittenen Außenkanten des Substrats oder aus einer Nut bestehen können, die in der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, dienen zur präzisen Positionierung des Deckels relativ zum Substrat und können gegebenenfalls für die weitere Justage des fertigen Bauteils verwendet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Justiergestaltungen mindestens teilweise in räumlicher Nähe zu der mikrustrukturierten Beschichtung angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich einer erhöhte Genauigkeit bei der Herstellung der abgeformten Mikrostrukturen. Die Position der Mikrostrukturen in der Beschichtung ist nämlich umso genauer relativ zu den Mikrostrukturen des Substrats, je kleiner die Abstände zwischen den abzuformenden Strukturen und den Justiergestaltungen sind, da dann eventuelle Toleranzen oder eventueller Materialverzug nur sehr geringe Auswirkungen haben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung mikrostruk­ turierter Körper enthält die folgenden Schritte: Zuerst wird ein Substrat hergestellt, das Justiergestaltungen aufweist. Dann wird die Oberfläche des Substrats mindestens bereichsweise mit einem flüssigen Material beschichtet. Anschließend wird ein Deckel mit mikrostrukturierter Oberfläche auf das Substrat aufgesetzt, wobei der Deckel mit Positioniergestaltungen versehen ist, die zu den Justiergestaltungen komplementär sind, so daß der Deckel in einer genau definierten Lage auf dem Substrat angeordnet wird, sowie mit Gestaltungen, mittels denen die Beschichtung mikrostrukturiert wird. Danach wird der Deckel mechanisch auf das Substrat gepreßt, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche des Deckels mindestens bereichsweise in der Beschichtung abgeformt wird. Zuletzt wird das aufgebrachte Material ausgehärtet. Dieses Verfahren eröffnet die Möglichkeit, an den jeweiligen Einsatzzweck angepaßte, mikrostrukturierte Gestaltungen zu erhalten. Die Justiergestaltungen ermöglichen zusammen mit den Positioniergestaltungen ein präzise Anordnung des Deckels relativ zum Substrat, so daß in der Beschichtung mikrostrukturierte Gestaltungen abgeformt werden können, die präzise relativ zu Mikrostrukturen im Substrat liegen können. Die dabei erhaltene Genauigkeit ermöglicht es, auf den erhaltenen Mikrostrukturen in nachfolgenden Arbeitsschritten weitere Mikrostrukturen aufzubauen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Deckel derart mikrostrukturiert ist, daß die aufgebrachte Beschichtung beim Aufdrücken des Deckels aus den zu strukturierenden Bereichen verdrängt wird. Auf diese Weise können insbesondere vertiefte Strukturen abgeformt werden. Danach könnte in einem weiteren Arbeitsschritt eine zweite Beschichtung aufgebracht werden, die mit einem zweiten Deckel mikrostrukturiert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Deckel derart mikrostrukturiert ist, daß die aufgebrachte Beschichtung beim Aufdrücken des Deckels in die zu strukturierenden Bereiche hineingedrängt wird. Auf diese Weise können insbesondere erhabene Strukturen abgeformt werden. Diese können mit der erforderlichen Präzision auch auf einem Substrat ausgebildet werden, dessen Oberläche gewissen Unebenheiten aufweist. Dies senkt die Kosten für die Herstellung des Substrates, das nicht in allen Oberflächenbereichen mit der Präzision hergestellt werden muß, die für mikrostrukturierte Bereiche erforderlich ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Körper durch die ausgehärtete Beschichtung gebildet wird, die von dem Substrat abgehoben wird. Dies ermöglicht es, einen mikrostrukturierten Körper beispielsweise in der Form einer Folie zu erhalten, die beidseitig mikrostrukturiert ist. Es muß nur darauf geachtet werden, daß sich die auf das Substrat aufgebrachte Beschichtung beim Aushärten nicht mit diesem verbindet, sondern nach dem Aushärten von dem Substrat getrennt werden kann. Dies gelingt beispielsweise, wenn als Material für das Substrat Nickel und als Beschichtungsmaterial Kunststoff verwendet wird. Wenn in weiteren Arbeitsschritten zusätzliche Mikrostrukturen auf der Folie ausgebildet werden, dient diese dann ihrerseits als Substrat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Obwohl die gezeigten Ausführungsformen jeweils ein optisches bzw. elektro-optisches Bauteil zeigen, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß mittels der aufgezeigten Grundprinzipien auch Bauteile hergestellt werden können, die keine optischen Funktionen haben, beispielsweise rein elektrische bzw. elektronische Bauteile. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Substrat vor der Beschichtung mit einem Material;

Fig. 2 das Substrat von Fig. 1 mit aufgebrachtem Wellenleiter und ausgebildeter Führungsnut für eine mit dem Wellenleiter koppelbare Lichtleitfaser;

Fig. 3 ein Substrat mit strukturierter Oberfläche;

Fig. 4 das Substrat von Fig. 3 sowie einen auf dieses aufsetzbaren, mikrostrukturierten Deckel;

Fig. 5 ein Substrat und einen Deckel ähnlich denjenigen von Fig. 4, jedoch mit zusätzlichen Positionier- und Justier­ gestaltungen;

die Fig. 6a bis 6c ein Substrat und einen Deckel, wobei auf das Substrat verschiedene Materialien aufgebracht werden;

die Fig. 7a und 7b ein Substrat und einen Deckel, wobei auf dem Substrat ein sowohl erhabener als auch vertiefter Wellenleiter gebildet wird;

die Fig. 8a und 8b ein Substrat und einen Deckel ähnlich denjenigen von Fig. 7, wobei ein nur erhabener Wellenleiter gebildet wird;

die Fig. 9a bis 9e ein Substrat und einen Deckel, wobei ein abgeschirmter Hochfrequenzleiter gebildet wird;

die Fig. 10a und 10b ein Substrat mit einer Aufnahmeöffnung für einen Chip;

die Fig. 11a bis 11c ein Substrat und einen Deckel, mittels denen eine mikrostrukturierte Folie hergestellt werden kann;

die Fig. 12a bis 12d ein Substrat und einen Deckel, wobei eine partielle Metallisierung auf einem auf das Substrat aufgebrachten Material erzielt wird;

Fig. 13 ein elektro-optisches Bauteil, das durch partielle Metallisierung eines Substrats hergestellt werden kann;

Fig. 14 ein elektro-optisches Bauteil, das mit einem hohlen Ka­ nal versehen ist, das von einem Medium durchströmt werden kann; und

Fig. 15 ein optisches Bauteil, das als Transceiver verwendet werden kann.

Anhand der Fig. 1 bis 4 werden nun die Grundschritte der Herstellung eines mikrostrukturierten Körpers beschrieben. Zuerst wird ein Substrat 10 hergestellt. Dies kann insbesondere durch Abformen mittels eines Kunststoffmaterials von einem mikrostrukturierten Werkzeug geschehen.

Das Substrat 10 kann auf seiner strukturierten Oberfläche beispielsweise mit Gräben 12 und Nuten 14 (siehe Fig. 3) versehen sein. Ferner können die Außenkanten des Substrats 10 mikrostrukturiert sein, beispielsweise präzise geschnitten, um als Justiergestaltungen 16 zu dienen.

Auf die strukturierte Oberfläche des Substrats 10 wird ein optisches Material 20 in flüssigem Zustand aufgebracht. Anschließend wird ein Deckel 30 auf das Substrat 10 und das auf dieses aufgebrachte Material 20 aufgesetzt. Der Deckel 30 ist ebenfalls mit einer mikrostrukturierten Oberfläche versehen, beispielsweise mit Vorsprüngen 32, die in die Gräben 12 des Substrates hineinragen, sowie mit Kanten 34, die Positioniergestaltungen bilden und mit den Justiergestaltungen 16 derart zusammenwirken, daß der Deckel 30 relativ zum Substrat 10 genau justiert und positioniert wird. Wenn der Deckel 30 in der korrekten Stellung auf das Substrat 10 aufgebracht ist, wird er mechanisch gegen dieses gedrückt. Dabei wird das aufgebrachte flüssige Material 20 aus allen den Bereichen verdrängt, in denen es nicht erwünscht ist. Gleichzeitig oder anschließend wird das flüssige Material 20 ausgehärtet, beispielsweise mittels Bestrahlung. Schließlich wird der Deckel 30 vom Substrat 10 abgenommen. Aus diesem Grunde wird der Deckel oft auch als "StripOff- Deckel" bezeichnet.

Zurück bleibt das Substrat 10, auf dem nun mittels des ausgehärteten Materials 20 verschiedene Mikrostrukturen gebildet sind. Diese Mikrostrukturen enthalten insbesondere einen Wellenleiter 40 (siehe Fig. 2) sowie Aufnahmen 42 für eine schematisch dargestellte Lichtleitfaser 5, in denen jeweils eine Führungsnut 44 für die Lichtleitfaser 5 ausgebildet ist.

In einem weiteren, nicht dargestellten Arbeitsschritt können nun Lichtleitfasern in den Führungsnuten 44 angeordnet und dort verklebt werden, so daß sie mit dem Wellenleiter 40 gekoppelt sind.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß zur Positionierung des Deckels 30 relativ zum Substrat 10 keinerlei Gestaltungen verwendet werden, die später zur präzisen Aufnahme der einzelnen Lichtleitfasern dienen. Von besonderer Bedeutung ist weiterhin, daß die Führungsnut für die Lichtleitfaser erst in dem Arbeitsschritt hergestellt wird, mit dem auch das auf das Substrat aufgebrachte Material mikrostrukturiert wird; auf diese Weise ist ein Verschmutzen oder auch Beschädigen der Führungsnut für die Lichtleitfaser verhindert. Die Führungsnut kann insbesondere mit demselben Material hergestellt werden, das auch für den Wellenleiter verwendet wird und das auf den Rest der Oberfläche des Substrates aufgebracht wird. Auf diese Weise wird in einem einzigen Arbeitsschritt beispielsweise ein Wellenleiter in der strukturierten Oberfläche des Körpers und eine Führungsnut für eine mit diesem Wellenleiter koppelbare Lichtleitfaser hergestellt. Die Positionierung der Führungsnut für die Lichtleitfaser relativ zu dem Wellenleiter erfolgt mit hoher Genauigkeit, da sich die Struktur zur Ausbildung der Führungsnut in dem Material an dem Deckel befindet, mittels dem auch der Wellenleiter auf dem Substrat gebildet wird.

In Fig. 5 ist ein Substrat 10 mit mikrostrukturierter Oberfläche gezeigt, wie es weitgehend aus den Fig. 1 bis 4 bekannt ist. Zusätzlich zu den präzise strukturierten Außenkanten 16 ist eine Justiergestaltung 18 in der Form einer Nut mit V-förmigem Querschnitt vorgesehen. Diese ist in der Nähe der Nuten 14 für die Ausbildung von Wellenleitern angeordnet. Die V-förmige Nut 18 wirkt mit einer Positioniergestaltung 36 am Deckel 30 zusammen, die als Vorsprung mit ebenfalls V-förmigem Querschnitt ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Positionierung und Justierung des Deckels 30 relativ zum Substrat 10 erhöht. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn die Justiergestaltung 18 und die Positioniergestaltung 36 in der Nähe von Oberflächenstrukturen des Substrats 10 und des Deckels 30 angeordnet sind, da auf diese Weise Toleranzen aufgrund von Materialverzug etc. verringert werden. Dies ermöglicht es, Funktionselemente, die in die mittels der Vorsprünge 32 abgeformten Aussparungen eingesetzt werden, präzise zu den Wellenleitern zu positionieren.

In den Fig. 6a bis 6c sind ein Substrat 10 und ein Deckel 30 gezeigt, wobei mittels der Justier- und Positioniergestaltungen 18, 36 eine derart präzise Anordnung des Deckels 30 relativ zum Substrat 10 möglich ist, daß in einem ersten Arbeitsschritt ein erstes aufgebrachtes Material mit präzisen Mikrostrukturen angeordnet werden kann und anschließend ein zweites Material auf dem ersten Material mit derselben Genauigkeit mikrostrukturiert werden kann.

Mit einem ersten Deckel 30, der mit einem Vorsprung 32 versehen ist, wird das auf das Substrat 10 aufgebrachte erste Material 20 in dem Graben 12 so mikrostrukturiert, daß ein Wellenleiter 40 mit einem präzise strukturierten Graben 46 entsteht. Anschließend wird ein zweites Material 22 aufgebracht, das sich in seinen optischen Eigenschaften von dem ersten Material 20 unterscheidet und nach dem Aushärten einen in den Wellenleiter 40 geschachtelten Wellenleiter 41 bildet. Dies ermöglicht die Konstruktion von unsymmetrischen Wellenleitersystemen, d. h. Wellenleitersystemen aus Wellenleitern mit unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten, oder Wellenleiterstrukturen für eine Taperanordnung. Die Justier- und Positioniergestaltungen 18, 36, die sehr viel näher an den Wellenleitern 40, 41 angeordnet sind als die Justier- und Positioniergestaltungen 16, 34, führen zu einer besonders hohen Genauigkeit.

In Fig. 7 ist zu sehen, daß mittels einer in dem Deckel 30 angeordneten Vertiefung 37, die mit dem geeignet gestalteten Graben 12 zusammenwirkt, durch Mikrostrukturieren der Beschichtung ein Wellenleiter 40 mit kreisförmigem Querschnitt erzielt werden kann. Im Gegensatz zu der aus dem Spritzguß bekannten Technik ist der auch bei einem Durchmesser von z. B. 0,5 mm noch sehr filigrane Wellenleiterkern nicht freitragend und damit mechanisch instabil, sondern er ist fest mit dem Substrat verklebt. Somit ist eine mechanisch stabile optische Kopplung zur runden Lichtleitfaser möglich.

Bei geeigneter Ausgestaltung der Vertiefung 37 kann auch ein erhabener Wellenleiter 40 mit beliebigem, hinterschneidungsfreiem Querschnitt auf der Oberfläche des Substrates erzielt werden. In Fig. 8 ist ein Wellenleiter mit trapezförmigem Querschnitt gezeigt. Da bei dieser Gestaltung, abgesehen von der Justiergestaltung 18, keinerlei Vertiefungen im Substrat vorhanden sind, kann dieses mit einer vergleichsweise einfach strukturierten Oberfläche hergestellt werden. Alle Gestaltungen, die mikrostrukturiert sein müssen, also der Wellenleiter sowie die Führungsnuten für die Lichtleitfaser, werden als erhabene Strukturen am Deckel ausgebildet.

Anhand der Fig. 9a bis 9e ist zu sehen, wie ein abgeschirmter Hochfrequenzleiter hergestellt werden kann. Zunächst wird das Substrat 10 mit dem Graben 12 hergestellt. Anschließend wird auf die mikrostrukturierte Oberfläche des Substrats 10 eine metallische Beschichtung 50 aufgebracht, die gegebenenfalls galvanisch oder chemisch verstärkt werden kann.

Anschließend wird in dem Graben 12 aus einem geeigneten, ersten Material durch Aufsetzen des Deckels 30 eine Schicht 48 ausgebildet, die als Dielektrikum wirkt. Diese Schicht wird mittels eines Vorsprungs 32 am Deckel 30 mikrostrukturiert. Daraufhin wird eine erneute metallische Beschichtung 52 aufgebracht, die in einem letzten Arbeitsschritt auf der Oberfläche abpoliert wird, so daß die zweite metallische Beschichtung 52 nur noch im Bereich des Grabens 12 verbleibt. Diese Beschichtung kann in gleicher Weise wie oben beschrieben galvanisch oder chemisch verstärkt werden.

In den Fig. 10a und 10b ist ein Substrat 10 gezeigt, in welchem mittels eines mikrostrukturierten Deckels ein Wellenleiter 40 sowie eine Aufnahmeöffnung 60 für eine Kantenemitter-Laserdiode 62 ausgebildet sind. Diese ist "up side down" an einem Kühlkörper 64 angebracht. Die Aufnahmeöffnung 60 und der Wellenleiter 40 können mittels eines geeignet geformten Deckels derart präzise in einer auf das Substrat 10 aufgebrachten, mikrostrukturierten Beschichtung hergestellt werden, daß die Laserdiode 62 nach dem Einsetzen in die Aufnahmeöffnung 60 exakt mit dem Wellenleiter 40 gekoppelt ist. Nach der erfolgten Justierung müssen alle Bauteile mittels eines im Index richtig gewählten Polymerklebers verbunden werden, um einen langzeitstabilen Aufbau zu erhalten.

In den Fig. 11a bis 11c ist gezeigt, wie mittels eines Substrates 10 und eines Deckels 30 eine mikrostrukturierte Folie 70 hergestellt werden kann. Das Substrat 10 und der Deckel 30 sind mit einer derart mikrostrukturierten Oberfläche versehen, daß ein auf das Substrat 10 aufgebrachtes Material 20 so geformt wird, daß es beispielsweise optische Linsen mit beidseitiger Linsenwölbung, Fresnell-Linsen oder Justierstrukturen enthält. Wenn das Material 20 ausgehärtet ist und vom Substrat 10 entfernt wird, ergibt sich eine mikrostrukturierte Folie 70, in der diese Bauelemente verwirklicht sind. Durch metallische Beschichtung bestimmter Oberflächen können auch mikrostrukturierte Spiegel hergestellt werden. Auch lokale Durchbrüche 72 in der ansonsten durchgehenden Folie sind möglich.

In den Fig. 12a bis 12d ist gezeigt, wie ein Substrat 10, das bereichsweise mit dem ausgehärteten, mikrostrukturierten Material 20 versehen ist, mit einer metallischen Beschichtung versehen werden kann. Nach Aufbringen und Aushärten des Materials 20 wird zunächst eine durchgehende metallische Beschichtung 80 aufgebracht. Anschließend wird die Oberfläche des Substrats 10 poliert, so daß die metallische Beschichtung 80 an all jenen Stellen entfernt wird, an denen sie nicht unterhalb dieser polierten Oberfläche liegt. Da die Politur auch auf dem Material ausgeführt wird, das in den Nuten 14 angeordnet ist und später als Wellenleiter dienen soll, muß sie mit feinstem Korn durchgeführt werden. Die metallische Beschichtung ist jedoch sehr dünn, so daß dies kein großes Problem darstellt. Hinzu kommt, daß der Wellenleiter später mit einem Material sehr ähnlichen Indexes übergossen wird, was den Einfluß von Oberflächenrauhigkeiten reduziert. Nachdem die metallische Beschichtung an der Oberfläche des Substrates abpoliert ist (siehe Fig. c), kann die verbleibende metallische Beschichtung verstärkt werden, beispielsweise galvanisch, damit ausreichend hohe Ströme in den elektrischen Leitern 80 fließen können. Dazu werden die metallischen Teilflächen elektrisch kontaktiert und in ein Galvanikbad eingebracht. Über die Steuerung des Zuleitungsstromes kann die Schichtdicke der galvanischen Verstärkung eingestellt werden. In Fig. 12d ist zu sehen, daß die rechte Beschichtungsteilfläche 80 eine größere Wandstärke als die linke Beschichtungsteilfläche 80 hat.

Die Möglichkeit, unterschiedlich dicke, metallische Beschichtungen auf dem Substrat auszubilden, erlaubt es, eine dünne Beschichtung, die als Heizleiter wirkt, und eine dicke Beschichtung auszubilden, die als zugeordnete Kühlfläche wirkt. Auf diese Weise kann beispielsweise ein thermo-optisch schaltbares Mach-Zehnder-Interferometer ausgebildet werden. Dies ist in Fig. 13 gezeigt. Im Substrat 10 ist ein Wellenleiter 40 ausgebildet, der sich in zwei Interferometerarme 40', 40" verzweigt. Eine metallische Beschichtung mit dünner Wandstärke dient als Heizleiter 82, während eine metallische Beschichtung mit dicker Wandstärke als Kühlkörper 84 dient.

Für die Ausbildung der verschiedenen Strukturen des Mach-Zehnder- Interferometers ist es besonders vorteilhaft, wenn in der Nähe der entsprechenden Strukturen die zusätzlichen Justier- und Positioniergestaltungen 18, 36 verwendet werden, ausgestaltet beispielsweise als Nut und Vorsprung.

In Fig. 14 ist ein Substrat 10 gezeigt, in welchem eine schematisch dargestellte hohle Nut 90 ausgebildet ist. Eine solche Nut kann beispielsweise mittels eines geeignet gestalteten Vorsprungs erzielt werden, der am Deckel vorgesehen ist und in einem auf das Substrat aufgebrachten Material als Mikrostruktur abgeformt wird. Die hohle Nut erstreckt sich sehr nahe an einem optischen Wellenleiter 40, der gekrümmt verläuft. Auf dem Substrat 10 muß ein Verschlußteil angebracht werden, um die hohle Nut 90 zu erzeugen. Das Material des Verschlußteils muß einen Brechungsindex haben, der kleiner als derjenige der Wellenleiter 40, 41 ist, um die optische Feldführung nicht zu stören. Wenn durch die hohle Nut 90 ein Medium geschickt wird, symbolisiert durch den Pfeil 90', kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen dem optischen Feld im Wellenleiter 40 und dem durch die hohle Nut 90 strömenden Medium. Da der Wellenleiter 40 in der Nähe der hohlen Nut 90 gekrümmt verläuft, reagiert er sehr empfindlich auf den dort vorliegenden Brechungsindex. Dieser ändert sich aufgrund der Wechselwirkung mit dem strömenden Medium, so daß an der Krümmungsstelle je nach Brechungsindex eine stärkere oder schwächere Abstrahlung auftritt, die in dem zweiten Wellenleiter 41 gesammelt und zu einer Lichtleitfaser 5 geführt werden kann. Auf diese Weise wird ein optischer Sensor für den Brechungsindex des in der hohlen Nut 90 strömenden Mediums erzielt. Somit läßt sich zum Beispiel die Zusammensetzung eines Gases oder eines Flüssigkeitsgemisches technisch überwachen, das kontinuierlich durch die hohle Nut 90 fließt. Führt nämlich eine Veränderung in der Zusammensetzung des fließenden Mediums zu einer Indexveränderung des Mediums, erhöht bzw. reduziert sich die Abstrahlung aus dem durchgehenden Wellenleiter. Die Messung der Lichtintensitäten in den Lichtleitfasern ergibt somit eine Meßgröße für den Brechungsindex des Mediums. Umgekehrt ist neben der dargestellten Sensorfunktion auch eine Aktor-Funktion des Bauteils möglich.

Wenn sich in der hohlen Nut 90 Flüssigkeiten befinden, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes ihren Index ändern können, zum Beispiel Flüssigkeitskristalle, so kann durch eine elektrische Spannung ein Umschalten der Lichtleistung von einem auf den anderen Ausgang bewirkt werden. Das Bauteil funktioniert dann als optischer Schalter. Es können in der hohlen Nut 90 auch reflektierende Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. Quecksilber.

In Fig. 15 ist ein Substrat 10 gezeigt, bei dem ein erhabener Wellenleiter 4U mit großem Querschnitt und ein vertieft in einer Nut angeordneter Wellenleiter 41 mit kleinerem Querschnitt ausgebildet sind. Eine von der Lichtleitfaser 5 in das Bauteil eingekoppelte Lichtleistung wird mittels des erhabenen Wellenleiters 40 zu nahezu 100% zu einem vom Pfeil 97 symbolisierten Fotodetektor geleitet. Gleichzeitig kann über den dünnen Wellenleiter 41 eine Lichtleistung, die von einer vom Pfeil 98 symbolisierte Laserdiode abgegeben wird, verlustarm eingekoppelt werden. Auf diese Weise ist ein Transceiver gebildet, der trotz der Splitterkonstruktion für ein- und auslaufende Signale weniger als 50% Splitterverluste aufweist.

Der Wellenleiter 40 kann entsprechend den Fig. 7 und 8 als erhabene und vertiefte Mikrostruktur bzw. als nur erhabene Mikrostruktur ausgebildet sein, während der Wellenleiter 41 beispielsweise nach Art des in Fig. 6c gezeigten Wellenleiters vertieft ausgebildet ist, zum Beispiel als Singlemode-Wellenleiter.

Claims (32)

1. Mikrostrukturierter Körper mit einem Substrat (10) und mindestens einer auf das Substrat aufgebrachten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mikrostrukturiert und präzise relativ zur Oberfläche des Substrates (10) positioniert ist.

2. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Material (20) besteht, das sich hinsichtlicht mindestens einer physikalischen Eigenschaft von dem Material des Substrats (10) unterscheidet.

3. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung einen Wellenleiter (40, 41) bildet.

4. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (40, 41) zumindest teilweise über die umliegende Oberfläche des Substrats (10) hervorsteht.

5. Mikrostrukturierter Körper nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (40, 41) einen beliebigen, ausformbaren Querschnitt aufweist und vollständig auf der Oberfläche des Substrates (10) angeordnet ist.

6. Mikrostrukturierter Körper nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (40, 41) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei eine Hälfte des Querschnitts verlieft im Substrat (10) und die andere Hälfte erhaben oberhalb der umliegenden Fläche des Substrats (10) angeordnet ist.

7. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrostrukturierte Beschichtung mindestens einen gegenüber der umliegenden Oberfläche vertieften Bereich (44; 46; 90) aufweist.

8. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschichtung eine Nut (44; 46; 90) ausgebildet ist.

9. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut eine Führungsnut (44) für ein mit dem Körper zu koppelndes Element ist.

10. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Beschichtung mindestens einen Wellenleiter (40, 41) bildet und daß die Führungsnut (44) zur Aufnahme einer Lichtleitfaser (5) dient, die mit dem Wellenleiter (40, 41) koppelbar ist.

11. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (90) hohl und von einem Verschlußteil abgedeckt ist und jedes Ende der Nut (90) an einer Außenseite des Körpers mündet.

12. Mikrostrukturierter Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrostrukturierte Beschichtung mindestens einen gegenüber der umliegenden Oberfläche erhabenen Bereich (40, 41) aufweist.

13. Mikrostrukturierter Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Substrat (10) Justier­ gestaltungen (16, 18) für einen auf das Substrat (10) aufsetzbaren, mikrostrukturierten Deckel (30) vorgesehen sind.

14. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Justiergestaltungen mindestens eine Außenkante (16) des Substrats (10) enthalten.

15. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiergestaltungen mindestens eine Vertiefung (18) enthalten, die auf der Oberfläche des Substrats (10) gebildet ist.

16. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine Nut (18) ist.

17. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nut (18) einen V-förmigen Querschnitt hat.

18. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung ein Justierkreuz ist.

19. Mikrostrukturierter Körper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung ein Kegel ist.

20. Mikrostrukturierter Körper nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiergestaltungen (16, 18) mindestens teilweise in räumlicher Nähe zu mikrostrukturierten Gestaltungen (12, 14) angeordnet sind.

21. Mikrostrukturierter Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein auf der Beschichtung ausgebildetes Heizelement (82) und ein auf der Beschichtung ausge­ bildetes Kühlelement (84) aufweist, so daß ein thermo-optisches Bauteil gebildet ist.

22. Mikrostrukturierter Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Abschirmung (50) versehen ist, so daß ein abgeschirmter Hochfrequenzleiter gebildet ist.

23. Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Körper mittels der folgenden Schritte:

• 1. es wird ein Substrat (10) hergestellt, das Justiergestaltungen (16, 18) aufweist,
• 2. die Oberfläche des Substrats (10) wird mindestens bereichsweise mit einem flüssigen Material (20) beschichtet,
• 3. ein Deckel (30) mit mikrostrukturierter Oberfläche wird auf das Substrat (10) aufgesetzt, wobei der Deckel (30) mit Positionierge­ staltungen (34, 36) versehen ist, die zu den Justiergestaltungen (16, 18) komplementär sind, so daß der Deckel (30) in einer genau definier­ ten Lage auf dem Substrat (10) angeordnet wird, sowie mit mikrostrukturierten Gestaltungen, mittels denen die Beschichtung mikrostrukturiert wird,
• 4. der Deckel (30) wird mechanisch auf das Substrat (10) gepreßt, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche des Deckels (30) mindestens bereichsweise in der Beschichtung abgeformt wird,
• 5. das aufgebrachte Material (20) wird ausgehärtet.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (30) derart mikrostrukturiert ist, daß die aufgebrachte Beschichtung beim Aufdrücken des Deckels (30) aus den zu strukturierenden Bereichen verdrängt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (30) derart mikrostrukturiert ist, daß die aufgebrachte Beschichtung beim Aufdrücken des Deckels (30) in die zu strukturierenden Bereiche hineingedrängt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Material ein Material (20) verwendet wird, das sich in seinen physikalischen Eigenschaften derart von den Eigenschaften des Materials des Substrates (10) unterscheidet, daß es einen optischen Wellenleiter (40, 41) bildet.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (20) beim Aufdrücken des Deckels (30) in eine Vertiefung (37) im Deckel (30) hineingedrängt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (30) von dem Substrat (10) abgenommen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ersten Material (20) ein zweites Material (22) aufgebracht wird, das mittels eines zweiten Deckels mikrostrukturiert wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat (10) und anschließendes Aushärten gebildet wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch die ausgehärtete Beschichtung gebildet wird, die von dem Substrat (10) abgehoben wird.

32. Mikrostrukturierte Folie, erhalten durch ein Verfahren gemäß Anspruch 31.