Auf dem Weg zu neuen optischen Bauelementen

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung

Die Prozessintegration mit wenigen Verfahrensschritten

Erprobt wurde das Verfahren bereits in der dreidimensionalen Strukturierung von ORMOCERen zur Herstellung optischer Wellenleiter in Handy-Leiterplatten (s. EP Sonderheft „Displays & Optoelektronik“ 2008). Der Vorteil: Eine vollständig dreidimensionale Strukturierung ist ohne aufwändige, mehrstufige photolithographische Verfahren möglich. Statt neun bis 13 Prozessschritten – einschließlich thermischer und lösemittelbasierter Prozesse – sind nur zwei bis drei Schritte nötig, wobei für den letzten ein intrinsischer Prozess in der Leiterplattenproduktion genutzt wird. Insbesondere wird hierbei nur ein einziges, speziell an den Prozess angepasstes ORMOCER zur Wellenleiterherstellung verwendet, mit dem sich Kern und Mantel erzeugen lassen.

Dies wurde in Kooperation mit AT&S AG sowie dem Joanneum Research Institut demonstriert. Die mit ORMOCERen erreichbaren Brechzahlhübe genügen für die Unterscheidung zwischen Wellenleiterkern und -mantel – je nach Prozessierung 0,0035 bis 0,011. Darüber hinaus lassen sich Wellenleiter ohne zusätzliche Assemblierungsschritte direkt an optische Bauelemente heran schreiben. Mit diesen Vereinfachungen lässt sich eine signifikante Kostenreduktion und eine spürbare Verringerung des Lösemitteleinsatzes im Vergleich zu photolithographischen Prozessen erreichen.

Mit der kürzlich am Fraunhofer ISC in Betrieb genommenen neuen TPA-Anlage lassen sich Strukturen bis in den Sub-100-nm-Maßstab mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 mm pro Sekunde schreiben (Bild 3). Die Schreibgeschwindigkeit wird an die Material-, Anwendungs- und Geometrieanforderungen angepasst. Kernstück der Anlage ist ein Ultrakurzpulslaser mit einer Pulsdauer im Femtosekunden-Bereich (1 fs = 10-15 s), dessen Zentralwellenlänge im Infraroten (IR) bei 1030 nm liegt.

Die Materialbearbeitung lässt sich daher sowohl im IR als auch durch Frequenzverdopplung im sichtbaren Bereich bei 515 nm durchführen. Grundlegende Untersuchungen zur Steuerung der Bildung von Volumen-Pixeln (Voxeln) – Licht-Materie-Wechselwirkung und Polymerisationsprozesse – bei der TPA konnten im Rahmen des Aufbaus der Anlage am Fraunhofer ISC genutzt werden, um das Verfahren zu optimieren und Strukturgrößen von unter 100 nm zu erreichen [2].

Modellrechnungen für die Eigenschaften photonischer Kristalle sowie weitere Untersuchungen, beispielsweise zu Reaktionskinetik und Propagation der Kettenreaktion im Volumen, bilden die Basis für die weitere Anpassung der Zusammensetzung der verwendeten Material-Formulierungen ebenso wie für das optimierte Design der Strukturen, die in den Materialien erzeugt werden.

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