Optische Packages

Optische Packages bestehen im Wesentlichen aus optischen (Linsen, Prismen, Blenden, Filtern, etc.) und elektronischen Bauelementen (LD, PD, Verstärker, Steuereinheiten, etc.). Typische Anwendungsbereiche finden sich in der Kommunikationstechnologie, wenn optische Signale in elektrische Signale umgewandelt werden und umgekehrt.

Damit solch ein Package korrekt arbeitet, müssen dessen optische und elektronische Bestandteile mit höchster Präzision zueinander ausgerichtet werden. Die Aufgabe wird dadurch noch komplexer, dass diese Packages in der Regel aktiv über einen thermo-elektrischen Kühlkörper (TEC) temperiert werden, diese also zusätzlich  in die Baugruppe zu integrieren sind.

Um eine Vorstellung zu vermitteln, ist nachfolgend eine mehrstufige Applikation beschrieben, bei der eine Linse in ein TOSA integriert wird. Dabei kommen unterschiedliche Bondtechnologien zum Einsatz (Kleben, Löten, Thermokompression). Eine Linse auf einem Silizium-Submount wird in einem definierten Abstand zur Austrittsfacette eines Halbleiterlasers in einer V-Nut platziert. Das Silizium-Submount sitzt auf einem TEC, welches wiederum in das TOSA integriert wird. Zum Abschluss wird ein Flex-Kontakt auf das TOSA-Insert (keramischer Kontaktstreifen) gebondet, um den Stromkreislauf zu umliegenden Einheiten zu schließen.

  • Präzises Platzieren der Linse in die V-Nut

Was sind die Herausforderungen?

  • Mehrstufiger Prozess
  • Benötigte Genauigkeit besser als 5 µm
  • Anspruchsvolles Tooling
  • Verschiedene Beleuchtungs- und Vergrößerungswerte
  • Relatives Platzieren
  • Verschiedene Schärfeebenen
  • Verschiedene Bondtechnologien (Kleben, bleifreies Löten ohne Flussmittel, Thermokompressionsbonden)
  • Verschiedene Prozessparameter (Temperaturen, Zeit, Kraft)

Die Finetech-Lösung

Beispiel: TOSA/ROSA

  • TOSA Grundriss und Specs
  • TOSA Einzelbestandteile

Das typische Design eines TOSA (Transmitter Optical Sub Assembly):

  • Hermetisch geschlossenes Gehäuse, ultrakompakt
    • Kovar-Gehäuse mit Boden aus CuW
    • Enthält LD, Monitor-PD, Elektronik, thermo-elektrischen Kühler (TEC), Filter, Linsen
    • Glasfaser-Verbinder und Linse auf der Vorderseite
    • Elektrische RF-Verbindung auf der Rückseite
  • Für Ethernet-Verbindungen bis 100 Gbit/s
    • TOSA: Transmitter Optical Subassembly
    • ROSA: Receiver Optical Subassembly

Typische Prozess-Schritte

  • Linse auf Silizium-Submount
  • Silizium-Submount auf TEC
  • TEC auf TOSA-Gehäuseboden
  • Flex-Kontakt auf TOSA-Insert (keramischer Kontaktstreifen)

I. Linse auf Silizium-Submount bonden (Kleben)

II: TEC auf Gehäuseboden des Packages bonden (bleifreies Löten)

III. Silizium-Submount auf TEC bonden (bleifreies Löten)

IV. Flex-Kontakt auf Insert aufbringen (Thermokompressionsbonden)

Prozess-Schritt I: Kleber aufbringen und definiertes Platzieren der Linse

  • Kleber präzise in die V-Nut einbringen
  • Spezialisiertes Finetech-Tooling
  • Austritt des LD-Strahls zum Linsenscheitelpunkt ausrichten
  • Positioniertisch-Mikrometerschrauben mit Digitalanzeige erlauben relative Ausrichtung der Linse gegen die LD
  • Platzierung der Linse in der V-Nut
  • Linse wird während des Bondens mit dem Tool fixiert
  • Linse kurz vor der endgültigen Platzierung in der V-Nut
  • Ausrichtung der Linse zur Austrittsfacette des Lasers

Kleber in V-Nut einbringen

  1. Zwei-Komponenten-Epoxykleber mischen
  2. Kleber in Dipping-Modul füllen
  3. Dispens-Modul in Kleber tauchen
  4. Dispens-Tool zur V-Nut ausrichten
  5. Platzierarm kontrolliert abschwenken, um Kleber zu dispensen
  6. Platzierarm aufrichten für den nächsten Prozess

 

Linse in definierter Stellung in der V-Nut platzieren

  1. Linse in definierter Ausrichtung aus dem Tray aufnehmen
  2. Austritt des LD-Strahls zum Linsenscheitelpunkt ausrichten
  3. Substrat in x relativ zur Linse verschieben
  4. Linse in der V-Nut platzieren
  5. Kleber mit Wärme aushärten

Prozess-Schritt II: TEC auf TOSA-Gehäuseboden bonden

  1. Preform auf Gehäuseboden platzieren
  2. TEC auf Preform platzieren
  3. Lötprozess mit Formiergas

Prozess-Schritt III: Baugruppe auf TEC bonden

  1. Preform auf TEC platzieren
  2. Linse zur Linse des TOSA-Packages ausrichten (in x und y)
  3. Baugruppe auf Preform platzieren
  4. Lötprozess mit Formiergas

Prozess-Schritt IV: Flex-Kontakt auf Insert bonden

  1. Kontaktbereiche zueinander ausrichten (in x und y)
  2. Flex-Kontakt auf das Insert des TOSA bonden (Thermokompression)

Integriertes Prozessmanagement (IPM)

  • Integriertes Prozessmanagement (IPM)
  • Prinzip der Prozessgas-Einbindung
  • Software für Bonding

Das Integrierte Prozessmanagement (IPM) ist das Herzstück eines FINEPLACER® Bondsystems - dort, wo alles ineinandergreift. IPM ist dabei mehr als bloßes Wärmemanagement. Es überwacht und synchronisiert alle Prozessmodule und daran gekoppelte Parameter:

  • Gesteuerte und präzise ausbalancierte Interaktion von Ober- und Unter(vor)heizsystemen und Kühlung
  • Steuerung von Temperatur, Zeit, Kraft, Leistung, Energie, Fluss
  • Kontrollierte Einbindung von Prozessgasen

IPM ist hochkomplex, gleichzeitig ganz einfach zu bedienen. Über die grafische Benutzeroberfläche der Betriebssoftware hat der Anwender die perfekte Kontrolle über alle benötigten Einstellungen. Per Drag 'n Drop können ganz einfach Temperaturrampen gezogen oder Prozessmodule (de-)aktiviert werden. Alle Einstellungen werden im selben Profil hinterlegt, was eine besonders intuitive Arbeit gewährleistet.
 
Die Betriebssoftware bietet eine mitwachsende Profilbibliothek für jede Art von Prozessen. Darüber hinaus ermöglicht sie umfangreiche Data-Logging-Funktionen zur statistischen Prozesskontrolle.

In Verbindung mit der Fähigkeit zum systemübergreifenden Prozesstransfer ist das Prozessentwicklung, wie sie einfacher nicht sein kann.

Empfohlene Bondsysteme

  • FINEPLACER® femto
    Automatischer Sub-Micron Die Bonder
  • FINEPLACER® matrix ma
    Halbautomatischer Die Bonder
  • FINEPLACER® lambda
    Flexibler Sub-Micron Die Bonder
  • FINEPLACER® pico ma
    Vielseitiges Die Bonding System
  • FINEPLACER® pico ama
    Automatischer Flip Chip Bonder

FINEPLACER® Bondsysteme unterscheiden sich hauptsächlich in ihrem 

  • Automatisierungsgrad
  • der optische Auflösung und der
  • Platziergenauigkeit

Informieren Sie sich hier über unsere Produktpalette oder wenden Sie sich direkt an Ihren Finetech Ansprechpartner, um gemeinsam das für Sie optimale Equipment zu finden.