Glas-Mikrooptik: von High-End zum Massenmarkt
Die EU-finanzierten Wissenschaftler des Projekts WAFERLEVELOPTICS haben Blankpressen mit waferbasierter Herstellung kombiniert, um industrielle Mengen hochwertiger Glas-Mikrooptik produzieren zu können. Es wird erwartet, dass die skalierbare Herstellungsplattform innerhalb von fünf Jahren nach Projektende ein Wachstum von fast 1 % in den angestrebten Sektoren der europäischen Photonikbranche verursachen wird. Mithilfe waferbasierter Herstellungsverfahren wird inzwischen erfolgreich Polymer-Mikrooptik in hohem Maßstab bei geringen Kosten produziert, doch solche Verfahren waren bisher nicht für die Herstellung von Glaskomponenten verfügbar. Obwohl Glas Kunststoffen bei Anwendungen überlegen ist, die erhöhte Umweltbeständigkeit und Biokompatibilität erfordern, stellten Glasbauteile Spezialartikel dar, die auf kleine Stückzahlen bei hohen Kosten beschränkt waren. Mit dem herkömmlichen Blankpressverfahren konnten zwischen 1 und 20 einzelne mikrooptische Resonatoren hergestellt werden, wobei eine einzelne Form für jeden Resonator benötigt wurde. Optische Systeme erfordern üblicherweise drei oder mehr verschiedene Typen optischer Resonatoren, die perfekt ausgerichtet sein müssen. Schließlich erfordert die Herstellung zahlreiche Wiederholungen, um die einzelnen Formen perfekt auszurichten, was Herstellungszeit und -kosten in die Höhe treibt. Mit der Technologie des WAFERLEVELOPTICS können 100 oder mehr verschiedene und genaue mikrooptische Resonatoren auf einem einzigen Wafer mithilfe einer einzigen monolithischen Form hergestellt werden, ohne dass 100 einzelne Presswerkzeuge benötigt werden. Ein neuer Werkstoff minimiert Formschwindung und Glasbruch, wodurch Prozessstabilität sichergestellt wird. Die Resonatoren selbst sind auf dem Wafer perfekt ausgerichtet, was das automatische Ausrichten der Wafer zum Stacken, Bonden und Dicen in optische Systeme ermöglicht. Die Forscher demonstrierten die neue Technologie durch die Produktion einer Glaslinse, mit der die Strahlen einer Hochleistung-LED erfolgreich kollimiert (parallel ausgerichtet) werden konnten. Die Linse wurde mit großem Enthusiasmus aufgenommen, und da die großangelegte Produktion in greifbarer Nähe liegt, sollte der Preis bald genauso attraktiv wie die Qualität sein. Die Technologie des WAFERLEVELOPTICS-Projekts wird Europa als Technologieführer bei der Nanofertigung in der gesamten Photonikbranche etablieren und Wettbewerber aus Asien und den USA in dieser Rolle ablösen.
Schlüsselbegriffe
Mikrooptik, Blankpressen, waferbasiert, monolithische Form, Finite-Elemente-Simulation, skalierbare Herstellung