DE2745582A1 - Verfahren zur herstellung einer optischen schaltung aus einer keramik- glasstruktur - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer optischen schaltung aus einer keramik- glasstruktur

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DE2745582A1 DE19772745582 DE2745582A DE2745582A1 DE 2745582 A1 DE2745582 A1 DE 2745582A1 DE 19772745582 DE19772745582 DE 19772745582 DE 2745582 A DE2745582 A DE 2745582A DE 2745582 A1 DE2745582 A1 DE 2745582A1
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Description

Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
bu/se - 4 -
Verfahren zur Herstellung einer optischen Schaltung aus einer Keramik-Glasstruktur
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.
Bei mikrominiaturisierten elektronischen Schaltkreisen wird angestrebt, eine große Anzahl von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen aufeinanderzupacken und so mit elektrisch leitenden Zwischenverbindungen zu versehen, daß eine Betriebsweise ohne übermäßige zeitliche Verzögerung möglich wird. Um dies zu realisieren, wird in breitester Weise die keramische Vielschicht-Technologie angewendet. Bei dieser Technologie werden Grün-Keramikplättchen mit Edelmetall-Leitungsmustern versehen, wobei als Metall ggf. auch sonstiges widerstandsfähiges Material herangezogen werden kann. Die so mit Leitungsmustern versehenen Grün-Keramikplättchen werden aufeinandergestapelt, laminiert und aufgeheizt, um so ein Keramik-Metall-Modul bereitzustellen. Dieses Keramik-Metall-Modul enthält dann ein sich dreidimensional erstreckendes Netz von elektrischen Leitungszügen. Halbleiterbauelemente können dann auf die Moduloberfläche angebracht und elektrisch angeschlossen werden. Eine ausführliche Beschreibung der mit diesem Herstellungsvorgang verbundenen Probleme und Resultate findet sich in dem Artikel "A Fabrication Technique for Multilayer Ceramic Modules" von H.D. Kaiser u.a., in "Solid State Technology", Mai 1972, Seiten 35 bis 40.
Auf dem Gebiet der integrierten Optik zur übertragung von optischer Information mittels Plättchen, Streifen und Fasern ist ebenfalls eine Menge Vorarbeit geleistet. Hierbei häufig verwendetes Material besteht aus Glas oder entsprechenden amorphen lichtleitenden Medien. Der Ausdruck "häufig" für diesen Strukturtyp bezieht sich insbesondere auf optische FI 976 008
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Wellenleiter. Nähere Beschreibungen hierfür finden sich in nachstehend genannten Druckschriften: "Integrated Optics: An Introduction", von S.E. Miller in "The Bell System Technical Journal", Bd. 48, Sept. 1969, Nr. 7, Seiten 2059, 2067; "A Survey of Integrated Optics", von S.E. Müller in "IEEE Journal of Quantum Electronics", Band QE-8, Nr. 2, Februar 1972, Seiten 199-205; US-Patentschriften: 3 785 717, 3 806 223, 3 817 730, 3 825 318, 3 873 339, 3 879 606 und 3 903 488.
Ein integrierte-Optik-Modul ist außerdem in der US-Patentschrift 3 663 194 beschrieben. Hierbei enthält das Modul ein Netzwerk von optisch leitenden Bereichen und optisch isolierenden Schichten. Dieses Modul wird aus abwechselnden Schichten optisch leitender und optisch isolierender Materialien gebildet, die auf einem Substrat sowie abwechselnd aufeinanderfolgend hierauf aufgebracht sind. Vorgegebene Muster optisch isolierender Bereiche werden auf Schichten mit optisch leitendem Material gebildet, um auf diese Weise eine entsprechende Anzahl lichtleitender Kanäle bereitzustellen. Das optisch leitende Material besteht in typischer Weise aus Glas. Das Glas wird aus einer Suspension im flüssigen Zustand auf das Substrat in gewünschter Dicke aufgebracht. Das ganze wird dann aufgeheizt, um eine kontinuierliche Glasschicht zu bilden. Die optisch isolierende, also lichtundurchlässige Schicht, die außerordentlich reflektierend ist und aus Metall bestehen kann, ist hierüber niedergeschlagen. Das gesamte Modul läßt sich auf diese Weise aufbauen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, ein für integrierte Optik geeignetes Modul bereitzustellen, das leicht herzustellen ist und zuverlässig betrieben werden kann, jedoch nach Art eines elektrischen Schaltungsmoduls aufgebaut ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.
Gemäß vorliegender Erfindung ist also ein vielschichtiger Körper derart strukturiert, daß Signale innerhalb dieses strukturierten Körpers sowohl von einem Punkt zu einem anderen Punkt in vorgebbarer Weise als auch auf Stellen außerhalb des strukturierten Körpers in Form optischer Impulse über die Übertragungswege geleitet werden können und zwar ebenso wie es für elektrische Impulse bei metallischen Leitungszüge in Moduln bekannter Bauart zvr Übernahme dieser Aufgabe vorgesehen ist.
Der erfindungsgemäße strukturierte Körper ist derart gestaltet, daß er zur Aufnahme von Halbleiterbauelementen geeignet ist, wobei sich dann mit der Erfindung wesentliche Vorteile gegenüber üblichen Vielschicht-Keramikmoduls mit metallischen Leitungszügen erzielen lassen. Die bekannten Breitbandeigenschaften optischer Leitungskanäle gestatten es, mit einem erfindungsgemäß aufgebauten Modul eine sehr viel größere Informationsmenge zu verarbeiten, als dies bei bisher üblichen Vielschicht-Keramikmoduls der Fall ist. Außerdem breiten sich Signale wesentlich schneller in Form optischer anstatt elektrischer Impulse aus. Gegenüber elektrischer Leitungszugsführung ergibt sich dann noch der Vorteil, daß übersprechen und andere wechselseitige Störungen zwischen den einzelnen Übertragungskanälen bei den erfindungsgemäß aufgebauten optischen Moduls entfallen. Die optischen Leitungskanäle lassen sich deshalb sehr viel enger zueinander anordnen sowie parallel zueinander führen. Die optischen Leitungskanäle, die aus Glas oder ähnlichen dielektrischen Materialien bestehen, sind einer Korrosion nicht zugänglich, wobei auch Elektromigration ausgeschaltet ist, die sonst bei bekannten Moduls die Betriebszuverlässigkeit wesentlich beeinträchtigt, wenn nicht besonderer Aufwand getrieben wird.
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Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vielschicht-Keramikmoduls mit mehreren optischen Leitungskanälen geht aus von der Bereitstellung mehrerer Grün-Keramikplättchen. Entsprechend dem vorgegebenen Leitungszugsmuster werden in die Grün-Keramikplättchen, Durchbohrungen und Nuten eingebracht, um so den Verlauf der optischen Leitungskanäle festzulegen. In diese Nuten und Durchbohrungen wird eine Glaspaste eingedrückt. Diese Grün-Keramikplättchen werden dann aufeinandergestapelt, laminiert und gesintert, so daß sich ein Modulpack ergibt. Während des Sintervorganges schmilzt die Keramik rund um das Glas, das seinerseits erweicht, um so die optischen Leitungskanäle zu bilden. Das Verfahren hat den Vorteil, daß die optischen Leitungskanäle innerhalb des strukturierten Körpers gleichzeitig mit der Keramiksinterung gebildet werden. Dies läßt sich dadurch gewährleisten, daß Keramik- und Glasmaterialien derart gewählt werden, daß sich möglichst eng beieinanderliegende Sinter- und Erweichungstemperaturen neben den für die Informationsübertragung erforderlichen Brechungsindex-Eigenschaften ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt außerdem wesentliche Vorteile im bezug auf die Zeitdauer des anzuwendenden Erwärmungsvorgangs, um die endgültige Modulausführung bereitzustellen, wenn berücksichtigt wird, daß bei bekannten Herstellungsverfahren Glasschichtbildung jeweils einzeln in aufeinanderfolgenden Herstellungsschritten vorgenommen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.
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- 8 Es zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren,
Fig. 2 das erfindungsgemäße hergestellte Modul in
perspektivischer Ansicht, teilweise im Schnitt, das seinerseits auf einem Substrat aufgebracht ist,
Fig. 3 einen Modulausschnitt zur Erläuterung der
Signalübertragung von und zum erfindungsgemäßen Modul.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit dem Gießen und Formen der Grün-Keramikplättchen, indem entsprechende Anteile des Keramikpulvers und der Glasfritte oder der glasbildenden Materialien abgewogen werden, um die Teilchen mit Hilfe einer Kugelmühle oder dergleichen gründlich zu vermischen. Bei diesem Mischvorgang werden außerdem organischer Binder, bestehend aus thermoplastischem Material, Weichmacher und Lösungen dem Keramik- und Glaspulver zugesetzt. Der sich ergebende Schlicker wird mit Hilfe einer Strangpresse oder einer Streichmesseranordnung in Streifenform gebracht. Die so gebildeten Grün-Keramikstreifen werden dann einem Trocknungsvorgang unterzogen, um den Lösungsbestandteil des Bindersystems entweichen zu lassen. Nach vollständiger Trocknung dieser Grün-Keramikstreifen werden sie zu Rohstücken oder Plättchen zerschnitten. In die sich so ergebenden Grün-Keramikplättchen werden Justierlöcher zusammen mit Durchbohrungen an hierfür vorgesehenen Stellen eingebracht. Diese Löcher und Durchbohrungen lassen sich durch mechanisches Ausstanzen, Elektronenstrahlverfahren oder Laserstrahlanwendung einbringen. Zudem werden noch Nuten in die Grün-Keramikplättchen eingebracht. Diese Nuten lassen sich
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ebenfalls durch Anwenden von Elektronenstrahlen, Laserstrahlen oder Stanz- und Preßinittel bilden. Die Bereitstellung von Grün-Keramikplättchen ist im einzelnen in der USA-Patentschrift 2 966 719 beschrieben.
Die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Moduls erforderliche Glaspaste oder Paste aus ähnlichem dielektrischen Material wird durch Mischen von Teilchen, die eine Partikelgröße von etwa 0,1 Aim bis 2 um besitzen, mit geeigneten anderen Materialien, wie organische Harze und Lösungen, bereitgestellt. Typische Harze sind Äthylcellulose oder Methylstyrol. Typische Lösungsmittel sind Butyl-Diäthylenglykoläther-Azetat oder Terpineöl. Eine geeignete Zusammensetzung könnte aus folgenden Gewichtsprozenten der beteiligten Materialien bestehen: 80 % Glaspulver, 6 % Kunstharz und 14 % Lösungsmittel. Alle diese Bestandteile werden gründlich in einem Mullit- oder Aluminiummörser mittels Stempel gründlich gemischt, bis sich eine homogene gleichförmige Paste ergibt. Für diese Pastenherstellung würde auch ein Drei-Walzen-Mischer mit mit Aluminium Überzogenen Walzen geeignet sein.
Die sich ergebende Glaspaste wird dann in die Nuten und in die Durchbohrungen der Grün-Keramikplättchen durch Abstreifen, Fließpressen oder dergleichen Verfahren eingebracht. Die Glaspaste wird getrocknet, indem die Grün-Keramikplättchen Temperaturen zwischen 80 bis 100 0C während einer Zeitdauer von 1 bis 2 Stunden in einem mit zirkulierender Luft durchströmten Ofen ausgesetzt werden, bis das Lösungsmittel im wesentlichen entwichen ist.
Die Grün-Keramikplättchen werden dann in vorgegebener Reihenfolge aufeinandergestapelc. Dieser Stapel muß in sich sorgfältig ausgerichtet sein, was unter Ausnutzung von Justierstiften gewährleistet ist, so daß die Ubertragungskanäle von Grün-Keramikplättchen zu Grün-Keramikplättchen aufeinander eingestellt und zueinander ausgerichtet sind. Der so in sich aus-
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gerichtete und eingestellte Grün-Keramikplättchenstapel wird in eine Laminierpresse eingebracht. Geringfügige Hitze und leichter Druck werden angewendet. Der bevorzugte Druck bei diesem Herstellungsvorgang beträgt zwischen 703 bis 1055 at und die Temperatur liegt zwischen 35 bis 45 0C und zwar bei allem für eine Zeitdauer von 5 bis 15 Minuten.
Im Laminierungsverfahrensschritt entweicht der thermoplastische Binder aus den Grün-Keramikplättchen und die Keramikschichten sintern zusammen, indem sie rund um die mit der Glaspaste gefüllten Kanäle zusammenbacken, so daß diese vollständig eingeschlossen sind. Als Ergebnis zeigt sich, daß der auf diese Art ungebrannte Laminierstapel keine einzelnen Keramikschichten mehr erkennen läßt. Der Grün-Keramikplättchenstapel wird dann unter Berücksichtigung der Schrumpfverluste beim nachträglichen Brennen auf die Modulabmessungen zurechtgesägt oder -gestanzt.
Die so erhaltene Grün-Keramikpackung wird unter Zuhilfenahme eines geeigneten Ofens gebrannt oder gesintert, wobei der Sinterungsvorgang weitgehend in einer Gasatmosphäre ausgeführt wird, deren Atome oder Moleküle jeweils von verhältnismäßig geringem Volumen sind, wie z.B. Wasserstoff oder Helium. Der Abschluß des Sintervorgangs für die Glas- und Keramikmasse findet dann in einer Luft-, Stickstoff-, Argon- oder dergleichen Atmosphäre statt, also unter Einwirkung eines Gases mit verhältnismäßig großem Atom- oder Molekülvolumen. Vorzugsweise wird Stickstoff oder Argon aus Sicherheitsgründen nach anfänglichem Sintern in Wasserstoffatmosphäre angewendet. Die Zeitdauer zur Durchführung dieses Sinterungsvorganges kann variieren, da sie hauptsächlich abhängig ist von solchen Faktoren, wie Teilchenvolumen in der Gasatmosphäre, Aufteilung zwischen Glas- und Keramikmaterialien, Verhältnis von Verflüssigungstemperatur zur Erweichungstemperatur des Glases, Sinterungskinetik der Keramik und Einwirkungsatmosphäre. Ein typischer Verfahrenszyklus für die oben angegebenen Materialien könnte folgendermaßen aussehen:
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Erhöhen der Temperatur von Raumtemperatur auf Fließtemperatur (800 0C) bei einer Rate von etwa 300 bis 400 0C pro Stunde durch Glühen in Wasserstoff oder Helium während einer Zeitdauer von 1 bis 2 Stunden;
dann Umstellen auf Stickstoff, Argon oder Luft, um für weitere 1 bis 2 Stunden das Aufglühen durchzuführen; anschließend Temperatur bis etwa 100 °C bei einer Rate von 50 bis 100 0C pro Stunde verringern, um Spannungen im Sinterprodukt zu vermeiden.
Der Zweck der Verwendung eines Gases, bestehend aus Atomen oder Molekülen verhältnismäßig kleinen Volumens, besteht im wesentlichen darin, die Entstehung von Blasen im Glas oder in anderen, für die Leitungskanäle verwendeten Materialien zu vermeiden. Dies tritt nämlich dann auf, wenn der Sinterungsvorgang bis zu seinem Abschluß in einem Gas mit Atomen oder Molekülen jeweils verhältnisßmäßig kleinen Volumens, wie z.B. Helium oder Wasserstoff durchgeführt wird. Die sich dabei ergebende Struktur besteht dann aus erschmolzenem oder gesintertem Glas- oder Keramikmaterial, in welchem Gas gelöst ist und außerdem hierin auftretende geschlossene Poren Gasfüllungen aufweisen können. In diesem Zustand wird dann die Ofenatmosphäre auf ein Gas umgestellt, dessen Atome und Moleküle größere Volumina besitzen, wie z.B. Stickstoff, Argon usw. Daraus resultiert eine Reduktion des Partialdrucks außerhalb des Substrats, von dem des ursprünglichen Gases (He, H2) auf im wesentlichen Null, so daß die Ausdiffusion dieser Gase aus dem Sinterkörper heraus begünstigt wird. Dies tritt ein, weil die Gase geringes Atom- bzw. Molekülvolumen besitzen und deshalb leicht diffundieren können. Gleichzeitig sind die nun einwirkenden Gase, wie N~, Ar, die jetzt die Ofenatmosphäre bestimmen, bezüglich ihres Atombzw. Molekülvolumens zu groß, um in störenden Mengen in das im wesentlichen bereits ausgesinterte Substrat eindringen zu können. Daraus ergibt sich, daß das Substrat nunmehr praktisch gasfrei ist, indem die geschlossenen Poren zusammenschrumpfen und verschwinden, so FI 976 008
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- 12 daß blasenfreie Glaskanäle übrig bleiben.
In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, metallische Leitungezüge innerhalb des erfindungsgemäßen keramischen Vielschichtmoduls vorzusehen. Diese elektrisch leitenden Schichten lassen sich für Masseverbindungen und zum Anschluß von Spannungsquellen an Halbleiterchips vorsehen, die am erfindungsgemäß aufgebauten Modul angebracht werden sollen. Diese elektrisch leitenden Leitungszüge lassen sich durch geeignete Metallpasten einbringen. Elektrisch leitende Pasten bestehen im wesentlichen aus einem Metallpulver, einem organischen Kunststoff und einem Lösungsmittel. Das Metallpulver hängt in seiner Zusammensetzung von der Sinterungstemperatur und der Atmosphäre ab und muß einen Schmelzpunkt oberhalb der benötigten Sinterungstemperatur besitzen; außerdem sollte es imstande sein, seinen metallischen Charakter in der angewendeten Sinterungsatmosphäre beizubehalten. So wird z.B. für ein bei 800 0C gesintertes System in reduzierender Atmosphäre vorzugsweise entweder Gold oder Kupfer verwendet. Typische Kunststoffe bestehen aus Äthylzellulose oder Metylstyrol, wobei typische Lösungen Butyl-Diäthylenglykoläther-Azetat oder Terpineöl sein können.
Die metallische Paste wird mittels Siebdruck auf die betreffenden Grün-Keramikplättchen des Stapels aufgebracht und außerdem in die dazu vorgesehenen Durchbohrungen eingefüllt, um so daß angestrebte Leitungsmuster als Netzwerk im Modulkörper bereitzustellen. Die metallische Paste wird gleichzeitig mit dem Keramikmaterial und der Glaspaste gebrannt.
Anschließend an die Sinterung können dann die weiteren Behandlungsvorgänge, wie Galvanisierung, Stiftanlötung usw. vorgenommen werden, die erforderlich sind, um auf das sich so ergebende Substrat Halbleiterchips anbringen zu können, oder um dieses Substrat auf eine Steckkarte und dergleichen anbringen zu können. Die Halbleiterchips werden auf das fertiggestellte Modul mit Hilfe üblicher Verfahrensweisen aufgebracht. FI 976 OO8
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Fig. 2 zeigt ein Keramikmodul 14 mit hierin enthaltenen Glasoder anderen dielektrischen Kanälen 16. Diese Kanäle 16 dienen dazu, optische Signale oder Impulse von einer geeigneten Lichtquelle oder Lichterfassungsstellen 18 des Halbleiterchips 20 zu übertragen. Das Modul enthält die metallischen Leitungszüge 22, die dazu dienen, die Betriebsspannungen von Stiften 24 auf die Anschlußstellen 26 der Halbleiterchips zu übertragen. Diese Anschlußstellen lassen sich auch dazu benutzen, um das Modul 10 auf das darunterliegende Substrat 12 anzubringen und/oder auszurichten, wie es in gleicher Weise für die Halbleiterchips 20 bezüglich des Moduls 10 gilt.
Ein Verfahren zum übertragen von Signale zu und vom Modul 10 ist mit der in Fig. 3 ausschnittsweisen gezeigten Anordnung möglich. In üblicher Weise werden hierbei die Signale mittels der Glaskanäle 16 auf die Außenseite des Moduls 10 übertragen. Diese optischen Sinale werden dann durch eine Erfassungsstruktur 40 erfaßt, um über ein Lichtleitungskabel 42 weiterübertragen zu werden. Die Erfassungsstruktur kann dabei entweder passiv oder aktiv sein. Der Unterschied zwischen passiver und aktiver Betriebsweise besteht darin, daß im Falle einer aktiven Erfassungsstruktur das Signal vor Überleitung auf die optische Lichtleitung erst noch verstärkt wird. Andererseits lassen sich auch mit Hilfe dieser Erfassungsstruktur optische Signale auf das Modul 10 übertragen.
Die hier verwendeten Halbleiterchips 20 (Fig. 2) stellen spezielle Chips dar, die nicht nur ihre elektrischen Funktionen, wie Speicher- und Schaltoperationen durchführen, sondern auch in der Lage sind, Lichtsignale (Impuls- oder Dauerstrich), in elektrische Signale oder umgekehrt umzusetzen. Dies läßt sich durch Anwenden von LED-Anordnungen oder Laseranordnungen sowie Photodioden an der Chipseite durchführen, die dem Substrat gegenüberliegt. Die Chips können mit dem Modul verbunden werden, indem gemäß bekannter Verfahren die metallischen Betriebs-
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spannungs-Zuführungsstifte gleichzeitig zur Befestigung herangezogen werden.
Es gibt viele verschiedene Materialien, die zum Herstellen eines Moduls mit optischen Leitungsführungen herangezogen werden können. Die Kriterien für ihre Auswahl sind dabei:
(1) Im Grün-Keramikzustand muß das Keramikmaterial, das entweder kristallin oder amorph sein kann, wie z.B. Glas, in der Lage sein, bearbeitet oder gefräst zu werden, um homogene scharf definierte übertragungsleitungskanäle bereitstellen zu können. Diese Bedingung läßt sich verhältnismäßig leicht erfüllen, wenn die Partikelgröße des Keramik- oder Glaspulvers für das Modul verhältnismäßig klein ist;
(2) das Glas für die optischen Leitungsführungen muß in blasen- und fehlerfreie Leitungsführungen umschmelzbar sein. Dies wird erfindungsgemäß durchgeführt, indem die oben angegebenen Kriterien und Parameter beim Sintern Anwendung finden;
(3) der Brechungsindex des Leitungsführungsmaterials muß größer sein als der des Keramik- oder Glasmoduls. Die Glaszusammensetzung als solche ist dabei im allgemeinen nicht bedeutsam für das Herstellungsverfahren, lediglich Erweichungspunkt und Brechungsindex sind zu beachten.
Einige Ausführungsbeispiele für Modul-Leitungsführungs-Materialkombinationen werden angeführt, die sowohl Keramik- als auch Glaskörper einschließen, um die Erfindung zu erläutern. Selbstverständlich ist die Erfindung hierauf jedoch nicht beschränkt.
Beispiel 1
Keramikkörpermaterial:
80 % Ecutyptite
20 % Borosilikatglas, bestehend aus 70 % SiO2
28 % B3O3
1,0 % Li2O
1,0 % Al3O3
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1O
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Sinterungstemperatur: 805 0C Brechungsindex (n): 1,52
Lichtleitungs-Material:
Kaliunibleiglas (Corning Glass 8161)
Erweichungspunkt: 600 C
Brechungsindex (n): 1,66
Beispiel 2
Keramikkörpermaterial:
45 % Anorthite
55 % Borosilikatglas
70 % SiO2
28 % B2O3
1,0 % Li2O
1,0 % Al2O3
»rtemperatur:
Brechungsindex (n): 1,52
Sintertemperatür: 800 0C
Lichtleitungs-Material: Kaliumbleiglas (G.E. 138 Glass) Erweichungspunkt: 665 C
Brechungsindex (n): 1,58
Beispiel 3
Glaskörpermaterial:
Geschmolzene Kieselerde Sinterungstemperatur: 1585 C
Brechungsindex (n): 1,46
Lichtleitungsmaterial: amorphes Titansilikat Erweichungspunkt 1490 C
Brechungsindex (n): 1,48
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- 16 -Beispiel 4
Glskörpermaterial:
Alkali-Zink-Borosilikatglas (Corning 0211-Glass) Erweichungspunkt: 720 0C Brechungsindex (η): 1,53
Lichtleitungs-Material:
Kaliumbleiglas (Corning 8161-Glass) Erweichungspunkt: 6OO C Brechungsindex (η): 1,66
Im Falle der Verwendung von Glaskörper-Glas-Lichtleitungsführungs-Kombinationen kann während des Sintervorgangs ein Ausdiffundieren der Gläser erfolgen, so daß sich ein gewisser Gradient des Brechungsindexes zwischen Packungskörper und Lichtleitungs-Führung einstellt. Dies ist jedoch für den Betrieb nicht schädlich und kann im Gegenteil sogar nur nützlich sein.
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Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Herstellung eines optische-Schaltungs-Moduls, bestehend aus einer Keramik-Glasstruktur, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Anzahl von Grün-Keramikplättchen; Einbringen von Durchbohrungen und Nuten in die bereitgestellten Grün-Keramikplättchen entsprechend einem optische-Schaltungs-Muster;
    Einführen einer Glaspaste in die Durchbohrungen und Nuten der Grün-Keramikplättchen;
    Aufeinanderstapeln. Laminieren und Sintern der Grün-Keramikplättchen zu einer Packung derart, daß das keramische Material rund um die eingebrachte Glaspaste schmilzt, wohingegen das Glasmaterial selbst zur Bildung durchsichtiger Kanäle nur erweicht, wobei die Materialien so gewählt sind, daß die Sinterungstemperatur der Keramik und der Erweichungspunkt der Glaspaste im wesentlichen übereinstimmen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterungstemperatur des Keramik-Materials und der Erweichungspunkt der Glaspaste so gewühlt sind, daß eine Abweichung von maximal 300 C auftreten kann.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial aus einer Mischung von Ecutyptite mit Borosilikatglas hergestellt wird, so daß die Sinterungstemperatur bei etwa 850 0C eingestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial aus einer Mischung von Anorthite mit Borosilikatglas bereitgestellt wird, so daß die Sinterungstemperatur bei etwa 800 0C eingestellt wird.
    pi 976 008 809816/0723
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial aus geschmolzener Kieselerde gebildet wird, so daß seine Sinterungstemperatur bei etwa 1600 C eingestellt wird.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaspaste unter Verwendung von Kalium-Bleiglas hergestellt wird, so daß der Erweichungspunkt bei etwa 600 0C eingestellt wird.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaspaste unter Verwendung eines Kalium-Barium-Bleiglases hergestellt wird, so daß der Erweichungspunkt bei etwa 665 C eingestellt wird.
  8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaspaste aus amorphem Titansilikat bereitgestellt wird, wobei der Erweichungspunkt bei etwa 1500 0C eingestellt wird.
  9. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbohrungen und die Nuten in den Grün-Keramikplättchen mit einem Querschnitt von etwa
    2
    0,065 bis 0,0325 cm eingebracht werden.
  10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgröße des Keramikmaterials zur Herstellung der Grün-Keramikplättchen in einem Durchmesser von weniger als 5 pm gewählt wird.
  11. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgröße in der Glaspaste mit einem Durchmesser von weniger als 2 um gewählt wird.
    FI 976 008
    809816/0723
    2 7 A 5 b 8
  12. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspastenmaterial und das Keramikmaterial derart gewählt werden, daß sich nach dem Sintern für die Glaskanäle ein größerer Brechungsindex einstellt als der des Keramikmaterials.
  13. 13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterungsvorgang unter Einwirken eines Gases durchgeführt wird, dessen Atom- bzw. Molekülvolumen verhältnismäßig klein ist und daß anschließend ein Sinterungsvorgang unter Einfluß eines Gases fortgesetzt wird, dessen Atom- bzw. Molekülvolumen verhältnismäßig groß ist, so daß Blasen im Sinterungskörper, bestehend aus Gasatomen bzw. -molekülen relativ geringen Volumens ausdiffundieren können, so daß die entsprechenden Hohlräume während des anschließenden Sinterungsvorgangs unter Einfluß der Gasatome bzw. -moleküle großen Volumens zusammenfallen.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas mit kleinem Atom- bzw. Molekülvolumen Wasserstoff und als Gas mit großem Atom- bzw. Molekülvolumen Stickstoff gewählt werden.
  15. 15. Anordnung, hergestellt nach den Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringen von Halbleiterchips zur Einwirkung auf die Glaskanäle in Anwendung als Modul für die integrierte Optik vorgesehen ist.
    FI 976 008
    ti 0 () 8 1 H / 0 7 2 'J
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