DE102021203650B4 - Method for producing a cover substrate with optically active window areas, method for producing a hermetically packaged optoelectronic component and hermetically packaged optoelectronic component - Google Patents
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Abstract
Verfahren (100) zum Herstellen eines geformten Abdeckungssubstrats (20') mit folgenden Schritten:
Bereitstellen (120) eines Formsubstrats (10) und eines Abdeckungssubstrats (20), die miteinander verbunden sind, wobei ein Oberflächenbereich des Formsubstrats (10) und/oder des Abdeckungssubstrats (20) strukturiert sind, um eine abgeschlossene Kavität (30) zwischen dem Abdeckungssubstrat (20) und dem Formsubstrat (10) zu bilden, wobei das Abdeckungssubstrat (20) mit einem Linsenmaterialabschnitt (22), der als eine vorstrukturierte Erhöhung ausgebildet und in einer ausgerichteten Position zu der abgeschlossenen Kavität (30) angeordnet ist, ein Glasmaterial aufweist;
Tempern (130) des Abdeckungssubstrats (20) und des Formsubstrats (10), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats zu verringern, und Bereitstellen (140) eines Überdrucks in der abgeschlossenen Kavität (30) gegenüber der umgebenden Atmosphäre, um basierend auf der verringerten Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats (20) und dem Überdruck in der abgeschlossenen Kavität (30) gegenüber der umgebenden Atmosphäre ein definiertes Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats (20) ausgehend von der abgeschlossenen Kavität (30) bis zu einer von dem Abdeckungssubstrat beabstandeten Anschlagfläche (40-1) eines Anschlagelements (40) zu bewirken, um ein geformtes Abdeckungssubstrat (20') mit einem Deckelelement (24) zu erhalten, wobei das definierte Auswölben das Ausbilden eines Linsenelements (26) aus dem Linsenmaterialabschnitt (22) an dem Deckelelement bewirkt; und
Entfernen (150) des Anschlagelements (40) und des Formsubstrats (10) von dem geformten Abdeckungssubstrat (20').
Method (100) for producing a molded cover substrate (20') comprising the following steps:
Providing (120) a mold substrate (10) and a cover substrate (20) which are connected to one another, wherein a surface region of the mold substrate (10) and/or the cover substrate (20) are structured to form a closed cavity (30) between the cover substrate (20) and the mold substrate (10), wherein the cover substrate (20) comprises a glass material with a lens material portion (22) which is formed as a pre-structured elevation and arranged in an aligned position to the closed cavity (30);
Tempering (130) the cover substrate (20) and the mold substrate (10) to reduce the viscosity of the glass material of the cover substrate, and providing (140) an overpressure in the closed cavity (30) relative to the surrounding atmosphere in order to cause, based on the reduced viscosity of the glass material of the cover substrate (20) and the overpressure in the closed cavity (30) relative to the surrounding atmosphere, a defined bulging of the glass material of the cover substrate (20) starting from the closed cavity (30) up to a stop surface (40-1) of a stop element (40) spaced apart from the cover substrate in order to obtain a molded cover substrate (20') with a cover element (24), wherein the defined bulging causes the formation of a lens element (26) from the lens material section (22) on the cover element; and
Removing (150) the stop element (40) and the mold substrate (10) from the molded cover substrate (20').
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Deckelsubstrats zum Häusen (= Unterbringen in einem Gehäuse) eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen, wobei ein bei dem Herstellungsverfahren geformtes Abdeckungssubstrat das Deckelsubstrat mit dem zumindest einen Deckelelement bildet.The present invention relates to a method for producing a cover substrate for housing (= accommodating in a housing) one or a plurality of optical or optoelectronic components, wherein a cover substrate formed in the manufacturing method forms the cover substrate with the at least one cover element.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen oder optoelektronischen Bauelements, wobei die Herstellung einzeln oder auf Waferebene durchgeführt werden kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein hermetisch gehäustes, optisches (optoelektronisches) Bauelement, das mit diesem Herstellungsverfahren hergestellt wird.The present invention further relates to a method for producing a hermetically packaged optical or optoelectronic component, wherein the production can be carried out individually or at wafer level. The present invention further relates to a hermetically packaged optical (optoelectronic) component which is produced using this production method.
Beispielsweise wird ein Verkappungskonzept für optoelektronische Bauelemente, wie z. B. für Laserdioden, bereitgestellt, wobei das Herstellungsverfahren auf Waferebene und/oder Einzelsubstratebene durchgeführt werden kann, um die optoelektronischen Bauelemente mit einem Deckelsubstrat mit optisch aktiven Fensterbereichen zu häusen.For example, a packaging concept for optoelectronic components, such as laser diodes, is provided, wherein the manufacturing process can be carried out at wafer level and/or single substrate level in order to package the optoelectronic components with a cover substrate with optically active window areas.
Blaue und grüne Laserdioden finden immer breitere Einsatzfelder. Etabliert und weitverbreitet ist die Verwendung blauer Laserdioden als entscheidende Komponente beim Auslesen hochdichter optischer Speichermedien (wie z.B. Blue Ray). Inzwischen zeichnen sich vielfältige weitere Anwendungen leistungsstarker blauer und grüner Laserdioden ab, wie etwa als RGB-Quellen in mobilen Bild- und Videoprojektionen. Sowohl grüne als auch blaue Laserdioden sollten immer hermetisch dicht in einem Gehäuse verpackt werden. Möglich ist, derartige Laserdioden mit einer Verkappungstechnologie mit speziellen TO-Headern (z.B. TO 38) mit integriertem optischem Fenster und Kupferwärmesenke zu verkappen.Blue and green laser diodes are finding ever wider applications. The use of blue laser diodes as a crucial component in reading high-density optical storage media (such as Blue Ray) is established and widespread. A wide range of other applications for high-performance blue and green laser diodes are now emerging, such as as RGB sources in mobile image and video projections. Both green and blue laser diodes should always be hermetically sealed in a housing. It is possible to encapsulate such laser diodes using a capping technology with special TO headers (e.g. TO 38) with an integrated optical window and copper heat sink.
Neben den genannten Consumer-Anwendungen gibt es im Feld der medizinischen und industriellen Spektroskopie ebenfalls einen Bedarf an hermetisch verkapselten Halbleiter basierten Lichtquellen mit besonders guter Wärmeabfuhr und organikfreiem Gehäuse, um die erforderlichen hohen Lebensdauern zu garantieren.In addition to the consumer applications mentioned above, there is also a need in the field of medical and industrial spectroscopy for hermetically encapsulated semiconductor-based light sources with particularly good heat dissipation and organic-free housing in order to guarantee the required long service lives.
Die
Die
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Deckelsubstrats zur Verkappung von strahlungsemittierenden Bauelementen bereitzustellen, und ferner ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, wodurch dementsprechend gehäuste strahlungsemittierende Bauelemente, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, schaffen werden können.The object underlying the present invention is therefore to provide an improved method for producing a cover substrate for encapsulating radiation-emitting components, and further to provide an improved method for producing a hermetically packaged optoelectronic component, whereby correspondingly packaged radiation-emitting components which have improved properties can be created.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.The problem is solved by the subject matter of the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Anmeldung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments and further developments of the present application are the subject of the dependent patent claims.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, mit einem heißviskosen Glasfließverfahren optisch aktive Glasfenster in Deckelelementen eines Glasabschlussdeckels (= Abdeckungssubstrat) für die Häusung von strahlungsemittierenden Bauelementen herzustellen. Diese Fensterflächen verhalten sich wie optische Linsen. Sofern die von den optoelektronischen Bauelementen, z.B. Halbleiter-Emittern, abgegebene Strahlung divergent ist, kann diese Strahlung bei Durchgang durch ein „seitliches“ Fenster mindestens in einer Achse und bei Durchgang durch ein „oberes“ Fenster in zwei Achsen vor-kollimiert bzw. bei Einstrahlung auf einen Lichtsensor, z.B. eine Photodiode, im Gehäuse (in umgekehrter Strahlrichtung) fokussiert werden. Je nach Anforderung an die Strahleigenschaften können ggfs. weitere Linsen oder andere optische Elemente eingesetzt werden, die als zusätzliche optische Bauteile entweder innerhalb der versiegelten Gehäusung oder außerhalb auf einer seitlich angeordneten optischen Bank oder oberhalb der Glaskappe montiert sind.The present invention is based on the discovery that a hot-viscous glass flow process can be used to produce optically active glass windows in cover elements of a glass cover (= cover substrate) for housing radiation-emitting components. These window surfaces behave like optical lenses. If the radiation emitted by the optoelectronic components, e.g. semiconductor emitters, is divergent, this radiation can be pre-collimated in at least one axis when passing through a "side" window and in two axes when passing through an "upper" window, or focused in the housing (in the opposite beam direction) when irradiated onto a light sensor, e.g. a photodiode. Depending on the requirements for the beam properties, additional lenses or other optical elements can be used if necessary, which are mounted as additional optical components either inside the sealed housing or outside on an optical bench arranged on the side or above the glass cap.
Die vorliegende Erfindung basiert ferner auf der Erkenntnis, dass ein solches Deckelsubstrat (= geformtes Abdeckungssubstrat) für ein verbessertes gehäustes strahlungsemittierendes Bauelement besonders vorteilhaft auf Waferebene mit deutlich vereinfachtem Aufwand hergestellt werden kann, weil z.B. nur ein (einziges) Glasmaterial eingesetzt wird. Nutzt man ein Formsubstrat zum Ausformen von Deckelsubstraten durch Glasfließverfahren, können eine große Anzahl von Glaskappen mit gleichartig geformtem, optisch aktiven Fensterbereich in einem Deckelsubstrat ausgebildet werden, womit man empfindliche Strahlungsquellen anschließend hermetisch dicht verkappen kann. Sofern Gründe der Aufbautechnik es erfordern, können diese geformten Glas-Deckelsubstrate auch vorvereinzelt werden und die Deckel können für eine Einzelverkappung auf bestückten Trägersubstraten sowohl auf Wafer- wie auch auf Einzelsubstratebene eingesetzt werden.The present invention is further based on the finding that such a cover substrate (= shaped cover substrate) for an improved housed radiation-emitting component can be produced particularly advantageously at wafer level with significantly simplified expenditure, because, for example, only one (single) glass material is used. If a mold substrate is used to form cover substrates using a glass flow process, a large number of glass caps with a similarly shaped, optically active window area can be formed in a cover substrate, which can then be used to hermetically seal sensitive radiation sources. If reasons If the assembly technology requires it, these formed glass lid substrates can also be pre-separated and the lids can be used for individual encapsulation on populated carrier substrates at both the wafer and individual substrate level.
Somit kann erreicht werden, dass die gehäusten, strahlungsemittierenden und/oder strahlungsempfindlichen Bauelemente eine lange Lebensdauer bei gleichbleibend guter Strahl- und Leistungsqualität aufweisen. Insbesondere kann eine Eintrübung des Auslassfensters und eine Beschädigung der Laserfacetten verringert oder verhindert werden, da eine Einwirkung von Wasserdampf und flüchtiger organischer Komponenten unter Einwirkung der extrem intensiven und energiereichen Laserstrahlung verringert oder verhindert werden kann. Zudem kann die Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse verbessert werden. Ferner können niedrige Herstellungskosten erreicht werden.This means that the packaged, radiation-emitting and/or radiation-sensitive components can have a long service life with consistently good beam and performance quality. In particular, clouding of the outlet window and damage to the laser facets can be reduced or prevented, since the effect of water vapor and volatile organic components under the influence of the extremely intense and high-energy laser radiation can be reduced or prevented. In addition, heat dissipation from the housing can be improved. Furthermore, low manufacturing costs can be achieved.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2-8 beispielhafte prinzipielle Ablaufdiagramme des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; -
9 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
10-14 beispielhafte prinzipielle Ablaufdiagramme des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; -
15-20 beispielhafte Ausführungsformen für ein hermetisch gehäustes, optoelektronisches Bauelement gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die beispielsweise jeweils mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
-
1 a flow chart of the manufacturing method according to the invention according to an embodiment; -
2-8 exemplary basic flow diagrams of the manufacturing method according to the invention according to further embodiments; -
9 a flow chart of the inventive method for producing a hermetically packaged optical component according to a further embodiment; -
10-14 exemplary basic flow diagrams of the inventive method for producing a hermetically packaged optical component according to further embodiments; -
15-20 exemplary embodiments for a hermetically packaged optoelectronic component according to further embodiments, which are each manufactured using the method described here, for example.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte (mit gleichen Bezugszeichen) untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements, objects, functional blocks and/or method steps in the different figures are provided with the same reference numerals, so that the description of these elements, objects, functional blocks and/or method steps (with the same reference numerals) shown in different exemplary embodiments is interchangeable or can be applied to one another.
In der nachfolgenden Beschreibung bedeutet die Beschreibung eines Elements aus einem Halleitermaterial, dass das Element ein Halbleitermaterial aufweist, d.h. zumindest teilweise oder auch vollständig aus dem Halbleitermaterial gebildet ist. In der nachfolgenden Beschreibung bedeutet die Beschreibung eines Elements aus einem Glasmaterial, dass das Element ein Glasmaterial aufweist, d.h. zumindest teilweise oder auch vollständig aus dem Glasmaterial gebildet ist.In the following description, the description of an element made of a semiconductor material means that the element has a semiconductor material, i.e. is formed at least partially or completely from the semiconductor material. In the following description, the description of an element made of a glass material means that the element has a glass material, i.e. is formed at least partially or completely from the glass material.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzten Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.).It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, it may be directly connected or coupled to the other element, or there may be intervening elements. Conversely, when an element is referred to as being "directly connected" or "coupled" to another element, there are no intervening elements. Other terms used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (e.g., "between" versus "directly between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.).
Zur Vereinfachung der Beschreibung der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele weisen die Figuren ein kartesisches Koordinatensystem x, y, z auf, wobei die Richtungen x, y, z orthogonal zueinander angeordnet sind. Bei den Ausführungsbeispielen entspricht die x-y-Ebene dem Hauptoberflächenbereich eines Trägers bzw. Substrats (= Referenzebene = x-y-Ebene), wobei die dazu vertikale Richtung nach oben bezüglich der Referenzebene (x-y-Ebene) der „+z“-Richtung entspricht, und wobei die Richtung vertikal nach unten bezüglich der Referenzebene (x-y-Ebene) der „-z“-Richtung entspricht. In der folgenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck „lateral“ eine Richtung parallel zu der x- und/oder y-Richtung, d. h. parallel zu der x-y-Ebene, wobei der Ausdruck „vertikal“ eine Richtung parallel zu der +/- z-Richtung angibt.To simplify the description of the different embodiments, the figures have a Cartesian coordinate system x, y, z, where the directions x, y, z are arranged orthogonally to one another. In the embodiments, the x-y plane corresponds to the main surface area of a carrier or substrate (= reference plane = x-y plane), where the vertical direction upwards with respect to the reference plane (x-y plane) corresponds to the "+z" direction, and where the direction vertically downwards with respect to the reference plane (x-y plane) corresponds to the "-z" direction. In the following description, the term "lateral" means a direction parallel to the x and/or y direction, i.e. parallel to the x-y plane, where the term "vertical" indicates a direction parallel to the +/- z direction.
Da für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Deckelsubstrats zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen/optoelektronischen Bauelementen, z. B. auf Waferebene, ein ein Halbleitermaterial aufweisendes Formsubstrat eingesetzt wird, das beispielsweise als ein vorbearbeiteter Silizium-Wafer ausgebildet ist, wird im Nachfolgenden auch von einem Silizium-Formsubstrat oder Silizium-Wafer gesprochen. Es sollte aber deutlich werden, dass die Verwendung von Silizium als Material für das Formsubstrat (Halbleiter-Wafer) nur beispielhaft ist, wobei je nach Anwendungsbereich bzw. Herstellungsprozess beispielsweise auch andere, geeignet prozessierbare Materialien oder Halbleitermaterialien für das Formsubstrat eingesetzt werden können.Since the method according to the invention for producing a cover substrate for housing one or a plurality of optical/optoelectronic components, e.g. at wafer level, uses a mold substrate comprising a semiconductor material, which is designed, for example, as a pre-processed silicon wafer, the following will also refer to a silicon mold substrate or silicon wafer. However, it should be clear that the use of silicon as a material for the mold substrate (semiconductor wafer) is only an example, whereby, depending on the area of application or production process, other suitably processable materials or semiconductor materials can also be used for the mold substrate.
Bezugnehmend auf das Verfahren 100 von
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Formsubstrat als ein Halbleitersubstrat (Halbleiter-Wafer oder Silizium-Wafer) und das Abdeckungssubstrat als ein Glassubstrat bzw. Glaswafer ausgebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das Formsubstrat und das Abdeckungssubstrat hermetisch miteinander verbunden bzw. gefügt, wobei dies beispielsweise mit einem anodischen Bond-Vorgang oder auch einem anderen Fügevorgang erreicht werden kann. Ferner ist ein Oberflächenbereich des Formsubstrats und/oder des Abdeckungssubstrats mit einer Vertiefung bzw. mehreren Vertiefungen versehen, um die abgeschlossene Kavität zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat zu bilden.According to one embodiment, the mold substrate can be designed as a semiconductor substrate (semiconductor wafer or silicon wafer) and the cover substrate as a glass substrate or glass wafer. According to one embodiment, the mold substrate and the cover substrate are hermetically connected or joined to one another, whereby this can be achieved, for example, with an anodic bonding process or another joining process. Furthermore, a surface region of the mold substrate and/or the cover substrate is provided with a recess or several recesses in order to form the closed cavity between the cover substrate and the mold substrate.
Dabei weist das Abdeckungssubstrat ein Glasmaterial mit einem Linsenmaterialabschnitt auf, der in einer ausgerichteten Position bzw. einer vorgegebenen Position zu der abgeschlossenen Kavität angeordnet ist.The cover substrate comprises a glass material with a lens material portion which is arranged in an aligned position or a predetermined position to the closed cavity.
Das Abdeckungssubstrat weist beispielsweise ein einziges homogenes Material bzw. Glasmaterial auf, um mit den folgenden Herstellungsschritten daraus das geformte Abdeckungssubstrat als Deckelsubstrat bzw. Glaskappe zu bilden.The cover substrate comprises, for example, a single homogeneous material or glass material in order to form the shaped cover substrate as a lid substrate or glass cap using the following manufacturing steps.
Das Formsubstrat ist beispielsweise ein Substrat mit einer Form, Kontur oder Topographie, wie z. B. ein topographisch strukturiertes Substrat. Das Formsubstrat kann beispielsweise als ein Halbleiter-Wafer (z. B. ein Silizium-Wafer) ausgebildet sein, wobei die Oberflächenstrukturierung bzw. die Topographie des Formsubstrats mittels Halbleiterbearbeitungsprozessschritten (Siliziumbearbeitungsprozessschritten) äußerst exakt erhalten werden kann, wobei insbesondere solche Halbleiterbearbeitungsprozesse technisch äußerst gut beherrscht werden. Ferner können auch mechanische Oberflächenbearbeitungsverfahren, z.B. für ein CNC-Fräsen, zum Bilden der Struktur in dem Formsubstrat angewendet werden. Ferner können neben Halleitermaterialien, wie z.B. Si, SiGe, beispielsweise auch andere Materialien, wie z.B. AIN, SiC, hochschmelzendes Glas (z.B. Schott AF 32), für das Formsubstrat eingesetzt werden, die für ein fotolithografisches oder mechanisches Oberflächenbearbeitungsverfahren zum Bilden der Struktur in dem Formsubstrat geeignet sind und ferner bei den Tempervorgängen während des Verfahrens zur Herstellung des Deckelsubstrats ausreichend temperaturstabil sind.The mold substrate is, for example, a substrate with a shape, contour or topography, such as a topographically structured substrate. The mold substrate can be designed, for example, as a semiconductor wafer (e.g. a silicon wafer), wherein the surface structuring or the topography of the mold substrate can be obtained extremely precisely by means of semiconductor processing steps (silicon processing steps), wherein such semiconductor processing processes in particular are technically extremely well mastered. Furthermore, mechanical surface processing methods, e.g. for CNC milling, can also be used to form the structure in the mold substrate. Furthermore, in addition to semiconductor materials such as Si, SiGe, other materials such as AIN, SiC, high-melting glass (e.g. Schott AF 32) can also be used for the mold substrate, which are suitable for a photolithographic or mechanical surface treatment process for forming the structure in the mold substrate and are also sufficiently temperature-stable during the tempering processes during the process for producing the cover substrate.
Bei einem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat und das Formsubstrat getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, um basierend auf der verringerten Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats und dem Überdruck in der abgeschlossenen Kavität gegenüber der umgebenden Atmosphäre ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats ausgehend von der abgeschlossenen Kavität bis zu einer von dem Abdeckungssubstrat beabstandeten Anschlagfläche eines Anschlagelements zu bewirken. Das definierte Auswölben des Glasmaterials aufgrund des Überdrucks in der abgeschlossenen Kavität und der verringerten Viskosität des Glasmaterials kann auch als Ausblasen oder Verformen des Glasmaterials bezeichnet werden. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat mit (zumindest) einem Deckelelement (=Auswölbung oder Verformung) erhalten. Als Deckelelement wird somit die erhaltene Auswölbung oder Verformung des geformten Abdeckungssubstrats (= Deckelsubstrat) bezeichnet.In a (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats aus dem Linsenmaterialabschnitt an dem Abdeckungssubstrat ein Linsenelement an dem Deckelelement bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts an dem Abdeckungssubstrat bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität wird das Linsenelement durch den Auswölbungsvorgang des Abdeckungssubstrats an einer vorgegebenen Position und mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement bewirkt. Der mit dem Linsenelement versehene Bereich des Deckelelements wird auch als optisch aktives Fensterelement oder optisch aktives Glasfenster bezeichnet.Furthermore, a lens element is formed on the cover element by the defined bulging of the cover substrate from the lens material section on the cover substrate. Due to the aligned or predetermined position of the lens material section on the cover The lens element is positioned at a predetermined position and with a predetermined orientation on the cover element by the bulging process of the cover substrate with respect to the position of the closed cavity. The area of the cover element provided with the lens element is also referred to as an optically active window element or optically active glass window.
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement und das Formsubstrat von dem geformten Abdeckungssubstrat entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat das Deckelsubstrat mit dem zumindest einen Deckelelement bildet. Wie die nachfolgenden Ausführungen noch zeigen werden, kann das Deckelsubstrat zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Wie im Vorhergehenden bereits angesprochen wurde, weist das Abdeckungssubstrat gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, auf, um das geformte Abdeckungssubstrat, d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, aus einem einzigen homogenen Material zu bilden. Somit sind auch die einzelnen Deckelelemente einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet.As already mentioned above, according to one embodiment, the cover substrate comprises a single homogeneous material, e.g. a glass material, in order to form the molded cover substrate, i.e. the lid substrate or the glass cap, from a single homogeneous material. Thus, the individual lid elements are also formed in one piece (in one piece) and from a single homogeneous material, e.g. the glass material.
In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann nun der Schritt 120 des Bereitstellens des Formsubstrats und Abdeckungssubstrats, die miteinander verbunden sind, folgende Schritte (Teilschritte) aufweisen. So wird zunächst in einem Schritt 110 das Formsubstrat, z. B. ein Silizium-Wafer, mit dem strukturierten (= mit Vertiefungen bzw. Ausnehmungen versehenen) Oberflächenbereich bereitgestellt. Ferner wird das Abdeckungssubstrat, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt, das ein Glasmaterial mit einem Linsenmaterialabschnitt aufweist.According to one embodiment, the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat auf dem strukturierten Oberflächenbereich des Formsubstrats ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich des Formsubstrats anzuordnen.In a
So kann beispielsweise der Oberflächenbereich des Abdeckungssubstrats, der an dem Formsubstrat anliegt (= diesem gegenüberliegt), eben bzw. plan (= ohne Ausnehmungen oder Vertiefungen) ausgebildet sein.For example, the surface area of the cover substrate that lies against the mold substrate (= opposite it) can be flat or planar (= without recesses or depressions).
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat mit dem Formsubstrat verbunden bzw. gefügt, z. B. mittels anodischen Bondens oder einer anderen Fügetechnik hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat zu bilden. Dabei bildet die in dem Formsubstrat angeordnete Vertiefung bzw. bilden die in dem Formsubstrat angeordneten Vertiefungen dann jeweils die zumindest eine abgeschlossene Kavität zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat.In a
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Schritt 110 des Bereitstellens des Formsubstrats und des Abdeckungssubstrats folgende Schritte bzw. Teilschritte aufweisen. So kann bei einem Schritt 112-1 das Formsubstrat, z. B. ein Silizium-Wafer, bereitgestellt werden. Bei einem Schritt 114-1 kann das Abdeckungssubstrat, z. B. ein Glaswafer, das einen strukturierten (= mit Vertiefungen versehenen) Oberflächenbereich und ferner ein Glasmaterial mit einem Linsenmaterialabschnitt aufweist, auf dem Formsubstrat ausgerichtet angeordnet bzw. positioniert werden. So kann beispielsweise der Oberflächenbereich des Formsubstrats, der an dem Abdeckungssubstrat anliegt bzw. diesem gegenüberliegt, eine ebene bzw. plane Form aufweisen.According to a further embodiment, step 110 of providing the mold substrate and the cover substrate can comprise the following steps or sub-steps. For example, in a step 112-1, the mold substrate, e.g. a silicon wafer, can be provided. In a step 114-1, the cover substrate, e.g. a glass wafer, which has a structured (= provided with depressions) surface area and also a glass material with a lens material section, can be arranged or positioned in an aligned manner on the mold substrate. For example, the surface area of the mold substrate that rests against the cover substrate or is opposite it can have a flat or planar shape.
Bei dem Schritt 114 wird nun wieder das Abdeckungssubstrat mit dem Formsubstrat verbunden bzw. gefügt, z. B. mittels anodischen Bondens oder mittels eines Fügevorgangs hermetisch verbunden, um zumindest die abgeschlossene Kavität zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat zu bilden. Die zumindest eine abgeschlossene Kavität wird damit beispielsweise durch die in dem Abdeckungssubstrat angeordneten Vertiefung(en) bzw. Struktur(en) ausgebildet.In
Gemäß einem weiteren, alternativen Ausführungsbeispiel können sowohl das Formsubstrat als auch das Abdeckungssubstrat einen strukturierten, mit Vertiefungen versehenen Oberflächenbereich aufweisen, um gemeinsam die zumindest eine abgeschlossene Kavität zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat zu bilden, und dabei kann beispielsweise bei dem ausgerichteten Anordnen des Abdeckungssubstrats an dem Formsubstrat die jeweils in dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat vorgesehenen Vertiefungen in Ausrichtung zueinander gebracht werden, um dann bei dem Schritt des Verbindens, z. B. des hermetischen Verbindens mittels anodischen Bondens, die abgeschlossene Kavität(en) zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat zu bilden.According to a further alternative embodiment, both the mold substrate and the cover substrate can have a structured surface area provided with depressions in order to jointly form the at least one closed cavity between the cover substrate and the mold substrate, and in this case, for example, when the cover substrate is arranged in an aligned manner on the mold substrate, the depressions provided in the cover substrate and the mold substrate can be brought into alignment with one another in order to then form the closed cavity(ies) between the cover substrate and the mold substrate in the step of connecting, e.g. hermetic connecting by means of anodic bonding.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat auf einem von dem Form-Substrat abgewandten Hauptoberflächenbereich des Abdeckungssubstrats den als Linsenstruktur ausgebildetes Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, die nach dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks einem lateralen Seitenwandbereich des Deckelelements des geformten Abdeckungssubstrats entspricht. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat auf einem von dem Form-Substrat abgewandten Hauptoberflächenbereich des Abdeckungssubstrats zwei als Linsenstrukturen ausgebildete Linsenmaterialabschnitte an Positionen auf, die nach dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks an gegenüberliegenden Seitenwandbereichen des Deckelelements des geformten Abdeckungssubstrats als gegenüberliegende Linsenstrukturen ausgebildet werden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Abdeckungssubstrat eine bereichsweise ausgebildete Ausnehmung (= bereichsweise Ausdünnung) in dem ersten Hauptoberflächenbereich aufweisen. Diese bereichsweise Ausnehmung kann nun vorgesehen sein, um beispielsweise den (bei dem Ausblasvorgang nicht-ausgewölbten) Sockelbereich der Deckelelemente des geformten Abdeckungssubstrats möglichst dünn auszugestalten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat eine Versteifungsstruktur auf, die an dem Abdeckungssubtrat an einer gegenüberliegenden Seitenfläche des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt angeordnet ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Die bei dem Verfahren eingesetzten Versteifungsstrukturen weisen beispielsweise ein Siliziummaterial auf, um entsprechende Siliziumversteifungsstrukturen zu bilden. Alternativ können aber auch andere Materialien eingesetzt werden, die selektiv von dem Glasmaterial des Abdeckungssubstrats entfernt bzw. weggeätzt werden können. Eine Materialeigenschaft der eingesetzten Materialien für die Versteifungsstrukturen besteht ferner darin, dass die Versteifungsstrukturen bei den erhöhten Temperaturen des Tempervorgangs nicht mit dem Glas reagieren bzw. durchreagieren, um beispielsweise ein „Verschmelzen“ der Materialien des Abdeckungssubstrats und der Versteifungsstrukturen zu verhindern. Als weitere Materialien für die Versteifungsstruktur können beispielsweise Siliziumbasierte Materialkombinationen, wie z. B. SiGe (Siliziumgermanium), etc. eingesetzt werden.The stiffening structures used in the method comprise, for example, a silicon material in order to form corresponding silicon stiffening structures. Alternatively, other materials can also be used that can be selectively removed or etched away from the glass material of the cover substrate. A further material property of the materials used for the stiffening structures is that the stiffening structures do not react or react through with the glass at the elevated temperatures of the tempering process, for example to prevent the materials of the cover substrate and the stiffening structures from "melting". Other materials that can be used for the stiffening structure include, for example, silicon-based material combinations such as SiGe (silicon germanium), etc.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat eine Versteifungsstruktur auf, die an dem Abdeckungssubtrat (als eine Versteifungsschicht über) auf dem Linsenmaterialabschnitt angeordnet ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf: Entfernen der Versteifungsstruktur nach dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks von dem geformten Abdeckungssubstrat. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat zwei gegenüberliegende Versteifungsstrukturen auf, die an dem Abdeckungssubtrat an gegenüberliegenden Seitenflächen des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und z.B. zentriert (= zentriert ausgerichtet) zueinander an einer Position angeordnet sind, um bei dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks einen geneigten (= winklig angestellten), planen Seitenwandbereich des Deckelelements des geformten Abdeckungssubstrats zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Abdeckungssubstrat dann optional so ausgebildet werden, dass eine Seitenwand mit einem Linsenelement und die gegenüberliegende, schräge Seitenwand mit einer innenseitigen Verspiegelung, die z.B. als ein Umlenkspiegel wirksam ist, ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat eine Versteifungsstruktur auf, die an dem Abdeckungssubtrat an einer gegenüberliegenden Seitenfläche des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend bzw. zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt angeordnet ist, um bei dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks an dem Deckenbereich des Deckelelements des Abdeckungssubstrats vertikal gegenüberliegend zur Linsenstruktur einen definierten (planen) Oberflächenbereich an dem Deckenbereich des Deckelelements des Abdeckungssubstrats auszubilden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat auf einem von dem Formsubstrat abgewandten Hauptoberflächenbereich des Abdeckungssubstrats den Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, um bei dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks an einem inneren Deckenwandbereich des Deckelelements die (z.B. nach innen gewölbte) Linsenstruktur auszubilden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Abdeckungssubstrat auf einem dem Formsubstrat zugewandten Hauptoberflächenbereich des Abdeckungssubstrats den Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, um bei dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks an einem inneren Deckenwandbereich des Deckelelements die (z.B. nach innen gewölbte) Linsenstruktur auszubilden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das (hermetische) Verbinden des Abdeckungssubstrats mit dem Formsubstrat in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten einzuschließen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens sind das Abdeckungssubstrat und/oder das Formsubstrat ausgebildet sind, um die abgeschlossene Kavität mit einer Mehrzahl von abgeschlossenen Kavitätsbereichen zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat zu bilden, wobei die abgeschlossenen Kavitätsbereiche fluidisch getrennt voneinander angeordnet sind, oder wobei ferner Gasaustauschkanäle zwischen den von der Umgebungsatmosphäre abgeschlossenen Kavitätsbereichen vorgesehen sind, um diese fluidisch miteinander zu verbinden, um einen gemeinsamen definierten atmosphärischen Druck in den verbundenen Kavitätsbereichen zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf: Abkühlen des Anschlagelements, des Formsubstrats und des geformten Abdeckungssubstrats, und Anschließendes Entfernen des Formsubstrats mittels eines Ätzvorgangs, z.B. mittels eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf: Anschließendes Entfernen des Anschlagelements mittels eines Ätzvorgangs. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Abdeckungssubstrat bei dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität bis zu einer Höhe, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche zu dem Abdeckungssubstrat vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist der der Kavität oder den Kavitätsbereichen gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche des Anschlagelements eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich des Abdeckungssubstrats ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich des Deckelelements zu bilden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird bei dem Abkühlen des geformten Abdeckungssubstrats in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck in den abgeschlossenen Kavitäten gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt, um eine (konvexe) Wölbung der Seitenwandbereiche (= Seitenfenster) des Deckelelements des geformten Abdeckungssubstrats nach außen zu erzeugen.According to an embodiment of the method, when cooling the formed cover substrate in a temperature range above 650°C, eg between 650°C and 955°C or between 650°C and 750°C, an atmospheric overpressure in the closed cavities compared to the surrounding atmosphere to produce a (convex) curvature of the side wall regions (= side windows) of the cover element of the molded cover substrate outwards.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks in einem Unterdruckofen durchgeführt, wobei der atmosphärische Überdruck in den abgeschlossenen Kavitäten gegenüber der umgebenden Atmosphäre durch einen verringerten atmosphärischen Druck in dem Unterdruckofen erhalten wird. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird bei dem Abkühlen des geformten Abdeckungssubstrats in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt, um eine (konkave) Wölbung der Seitenwandbereiche (= Seitenfenster) des Deckelelements des geformten Abdeckungssubstrats nach innen zu erzeugen.According to one embodiment of the method, when the molded cover substrate is cooled in a temperature range above 650°C, e.g. between 650°C and 955°C or between 650°C and 750°C, an atmospheric negative pressure is created in the closed cavities compared to the surrounding atmosphere in order to produce a (concave) curvature of the side wall regions (= side windows) of the cover element of the molded cover substrate inwards.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Schritt des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks in einem Unterdruckofen durchgeführt, wobei ferner der atmosphärische Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten gegenüber der umgebenden Atmosphäre durch einen erhöhten atmosphärischen Druck in dem Unterdruckofen erhalten wird. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist das Anschlagelement (= Chuck) als ein wiederverwendbares Werkzeug ausgeführt und eine Antihaftbeschichtung für das Glasmaterial des Abdeckungssubstrats zumindest an dem der Kavität gegenüberliegenden Bereich der Anschlagfläche oder an der gesamten Anschlagfläche aufweist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Das Anschlagelement kann beispielsweise ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, aufweisen oder daraus bestehen, und eine zumindest bereichsweise oder auch vollständig ebene (plane) Anschlagfläche gegenüberliegend zu dem Abdeckungssubstrat aufweisen. Neben einem Halbleitermaterial kann das Anschlagelement beispielsweise auch andere Materialien, wie z. B. Siliziumkarbid (SiC), Graphit oder Aluminiumnitrid (AIN) aufweisen oder daraus bestehen.The stop element can, for example, comprise or consist of a semiconductor material, such as silicon, and have an at least partially or completely flat (plane) stop surface opposite the cover substrate. In addition to a semiconductor material, the stop element can also comprise or consist of other materials, such as silicon carbide (SiC), graphite or aluminum nitride (AIN).
Hinsichtlich des in
Diese bereichsweise Ausnehmung 20-3 kann nun vorgesehen sein, um beispielsweise den (nicht-ausgewölbten) Sockelbereich 24-3 der Deckelelemente 24 des geformten Abdeckungssubstrats (= Deckelsubstrat) 20' möglichst dünn auszugestalten, das heißt, um den Sockelbereich 24-3 zumindest angrenzend an den lateralen Strahlaustrittsbereich 24-1 (z.B. mit dem daran ausgebildeten Linsenelement 26) möglichst dünn bzw. flach auszugestalten. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einer (nachfolgenden) Häusung eines an einem Bauelementesubstrat angeordneten optischen Bauelements (Sende- und/oder Empfangsbauelements) eine möglichst niedrige, erforderliche Aufbauhöhe des optischen Bauelements oberhalb der Bauelementsubstratebene erhalten wird. Damit kann bei dem optoelektronischen Bauelement erreicht werden, dass dieses Bauelement (z. B. ein Laseremitter oder eine Photodiode) nicht mit zusätzlichem Aufwand z.B. erhöht auf einem Submount aufgebaut werden braucht, um eine Kollision der Sende- oder Empfangsstrahlung des optischen Bauelements mit einem ansonsten erhöhten Glassockel zu vermeiden.This area-wise recess 20-3 can now be provided in order, for example, to make the (non-bulging) base region 24-3 of the
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann den Sockelbereich 24-3 des Deckelelements 24 zumindest in Richtung des lateralen Strahldurchgangs der Sende- oder Empfangsstrahlung des optoelektronischen Bauelements (relativ) flach ausgebildet werden, um das optoelektronische Bauelement nicht auf einer zusätzlichen Erhöhung, z.B. auf einem (erhöhten) Submount, auf dem Bauelementsubstrat aufbauen zu brauchen, damit die Sende- und/oder Empfangsstrahlung des optoelektronischen Bauelements 1 nicht mit dem Sockelbereich (Glassockel) 24-3 des Deckelelements kollidiert bzw. von diesem gestört wird.According to this exemplary embodiment, the base region 24-3 of the
Hierzu wird das Glasmaterial des Abdeckungssubstrats 20 bereits mit einem ausgedünnten Bereich 20-3 an der Oberseite (= an dem ersten Hauptoberflächenbereich) 20-1 auf das Formsubstrat 10 aufgelegt, wobei sich diese Ausdünnung 20-3 mindestens in der Strahlauskoppelrichtung bis in den Rahmenbereich des Abdeckungselements (der Glaskappe) 24 oder z.B. bis hin zum Vereinzelungsbereich des Abdeckungssubstrats 20' erstreckt.For this purpose, the glass material of the
Diese Ausdünnung 20-3 kann sich auch in den Bereich der noch auszublasenden Fensterfläche 24-1 erstrecken, die nach dem Auswölbungsvorgang z.B. vertikal stehend angeordnet ist, um z.B. im Strahldurchtrittsbereich ein besonders dünnwandiges Fensterelement mit einer geringen optischen Wirkung zu erzeugen. Zudem weist das dünnwandige Fensterelement aufgrund des flach ausgebildeten Sockelbereichs 24-3 einen großen Strahldurchtrittsbereich auf, ohne bei dem Ausblasvorgang der Glaskappe (des Abdeckungssubstrats) 20 dieses besonders hoch ausblasen zu brauchen.This thinning 20-3 can also extend into the area of the window surface that still needs to be blown out 24-1, which is arranged vertically after the bulging process, for example, in order to produce a particularly thin-walled window element with a low optical effect in the beam passage area, for example. In addition, the thin-walled window element has a large beam passage area due to the flat base area 24-3, without having to blow the glass cap (the cover substrate) 20 out particularly high during the blowing out process.
Das Vorsehen dieser Ausdünnungsbereiche 20-3 in dem Deckelsubstrat ist auf die nachfolgend dargestellten unterschiedlichen Prozessabläufe des Herstellungsverfahrens 100 gleichermaßen anwendbar, wobei die Ausdünnungsbereiche 20-3 des Abdeckungssubstrats 20 dort vorgesehen werden, um eine gezielte, dünne Ausgestaltung des resultierenden Deckelelements 24 in den gewünschten Seitenwandbereichen und die daraus resultierenden (verbesserten) optischen Eigenschaften zu erhalten.The provision of these thinned areas 20-3 in the cover substrate is equally applicable to the different process sequences of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner den Schritt des Aufbringens, wie Z.B. Abscheiden, einer Metallisierung als eine zusammenhängende Rahmenstruktur (= einen Versiegelungsrahmen) auf Verbindungsbereichen an nicht-ausgewölbten Bereichen (= Sockelbereichen) des geformten Abdeckungssubstrats (= des Deckelsubstrats) auf. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine Antireflexions-Beschichtung auf einen Bereich (Deckenbereich und/oder Seitenwandbereich) des Deckelelements des geformten Abdeckungssubstrats aufgebracht bzw. abgeschieden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Im Folgenden werden noch einige weitere technische Erläuterungen zu den oben dargestellten unterschiedlichen Schritten des Herstellungsverfahrens 100 sowie den genannten Elementen bzw. Strukturen beispielhaft dargestellt. Diese nachfolgenden Ausführungen sind (sofern dies nicht anders angegeben ist) auf alle Ausführungsbeispiele anwendbar und als alternative oder zusätzliche Ausgestaltung einzelner Verfahrensschritte bzw. einzelner Elemente oder Strukturen anzusehen.In the following, some further technical explanations of the different steps of the
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird das Formsubstrat beispielsweise mit einem topographisch strukturierten Oberflächenbereich (ersten Hauptoberflächenbereich) bereitgestellt. Das bedeutet, dass ein Oberflächenbereich (der erste Hauptoberflächenbereich) des Formsubstrats eine oder mehrere Vertiefungen aufweist. Dabei kann der Oberflächenbereich des Formsubstrats über seine gesamte laterale Ausdehnung bis einige Millimeter an bzw. vor dem Rand betrachtet die Vertiefungen aufweisen, um die Kavitäten und/oder Gasaustauschkanäle bei dem hermetischen Verbinden des Formsubstrats mit dem Abdeckungssubstrat zu erhalten. Das Formsubstrat kann also eine negative Topographie aufweisen.In the context of the present description, the mold substrate is provided, for example, with a topographically structured surface region (first main surface region). This means that a surface region (the first main surface region) of the mold substrate has one or more depressions. The surface region of the mold substrate can have the depressions over its entire lateral extent up to a few millimeters at or in front of the edge in order to obtain the cavities and/or gas exchange channels when the mold substrate is hermetically connected to the cover substrate. The mold substrate can therefore have a negative topography.
Ferner können erste Vertiefungen (Kavitätsbereiche) in dem Formsubstrat dafür vorgesehen sein, Kavitäten bzw. Auswölbungen für ein optoelektronisches (strahlungsemittierendes oder strahlungsempfangendes) Bauelement in dem Deckelsubstrat durch Ausblasen während des Glasfließprozesses auszubilden. Ferner können benachbarte zweite Kavitätsbereiche dafür ausgebildet sein, einen Hohlraum für eine Vereinzelungsstraße (dicing lane) zu bilden, bzw. dazu zu dienen, bei nachfolgenden Prozessschritten die elektrischen Anschlusspads im Gehäuse freilegen zu können.Furthermore, first depressions (cavity regions) in the mold substrate can be provided to form cavities or bulges for an optoelectronic (radiation-emitting or radiation-receiving) component in the cover substrate by blowing out during the glass flow process. Furthermore, adjacent second cavity regions can be designed to form a cavity for a dicing lane or to be used to expose the electrical connection pads in the housing in subsequent process steps.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung ist ferner auch eine Invertierung oder invertierte Anordnung dieser Funktionseinheiten möglich. So kann ein Kavitätsbereich bzw. eine Vertiefung gemäß der vorliegenden Beschreibung eine zur Substratoberfläche vertiefte Fläche oder Grabenstruktur sein, die durch einen Ätzprozess in das Formsubstrat eingebracht wurde. Grundgeometrien für die Kavitätsbereiche können von der erforderlichen Kappengeometrie (Deckelsubstratgeometrie) abhängen und sind im Wesentlichen geometrisch frei wählbar. So sind quadratische, rechteckige, Trapezoid-förmige und linear gestreckte Formen mit gegebenenfalls nicht unbedingt rechteckigen Ecken sowie auch andere Formen mit linearen Kantenabschnitten möglich. Ferner sind auch kreisförmige oder ellipsoide Grundformen möglich.According to the present description, an inversion or inverted arrangement of these functional units is also possible. For example, a cavity region or a depression according to the present description can be a surface or trench structure that is recessed to the substrate surface and that was introduced into the mold substrate by an etching process. Basic geometries for the cavity regions can depend on the required cap geometry (cover substrate geometry) and are essentially freely selectable geometrically. For example, square, rectangular, trapezoidal and linearly elongated shapes with possibly not necessarily rectangular corners as well as other shapes with linear edge sections are possible. Furthermore, circular or ellipsoidal basic shapes are also possible.
Unter Tempern (siehe Schritt 130) versteht man im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung ein Temperaturbehandeln, beispielsweise ein zeitlich kontrolliertes, homogenes Erhitzen oder Abkühlen, wobei dieser Temper-Schritt beispielsweise in einer definiert regelbaren Druckumgebung durchgeführt wird, d.h. mit definierten Umgebungsdruckbedingungen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schritt 130 des Temperns in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C durchgeführt werden.In the context of the present description, tempering (see step 130) is understood to mean a temperature treatment, for example a time-controlled, homogeneous heating or cooling, wherein this tempering step is carried out, for example, in a defined, controllable pressure environment, i.e. with defined ambient pressure conditions. According to one embodiment, the tempering
Ein Glasmaterial im Sinne der vorliegenden Beschreibung ist beispielsweise ein amorpher anorganischer Werkstoff, dessen Viskosität sich bei steigender Temperatur (z. B. kontinuierlich) verringert.A glass material within the meaning of the present description is, for example, an amorphous inorganic material whose viscosity decreases with increasing temperature (e.g. continuously).
Bei dem dargestellten Herstellungsverfahren 100 wird ein Deckelsubstrat (geformtes Abdeckungssubstrat) mit einem oder mehreren Deckelelementen erzeugt, wobei das Deckelelement einen seitlichen und einen oberen Seitenwandbereich aufweist, die auch als optische Fensterbereiche wirksam sein können. Diese optischen Fensterbereiche erlauben eine zum Trägersubstrat laterale bis vertikale Strahlaus- und/oder Strahleinkopplung. Der mit einem Linsenelement versehene Fensterbereich des Deckelelements zeichnet sich gemäß der vorliegenden Beschreibung durch einen Einfluss auf die Strahlausbreitung (eines einfallenden und/oder ausfallenden optischen Strahlens) aus, so dass eine zusätzlich auf den Strahl aufgeprägte Richtungsänderung beim Durchgang durch das Fensterelement sich im Bereich ≥ 6° bewegt.In the illustrated
Fensterbereiche mit einer reflektierenden Spiegelbeschichtung sind gemäß der vorliegenden Beschreibung zur Grundebene (zum ersten Hauptoberflächenbereich) des Deckelsubstrats geneigte, plane und gewölbte Flächen zur Strahlablenkung und Strahlfokussierung. Linsenelemente sind gemäß der vorliegenden Beschreibung passiv abbildende Elemente, z. B. uniaxiale Zylinder-Linsen, rotationssymmetrische Sammellinsen und Freiform-Linsen.According to the present description, window areas with a reflective mirror coating are flat and curved surfaces inclined to the base plane (the first main surface area) of the cover substrate for beam deflection and beam focusing. According to the present description, lens elements are passively imaging elements, e.g. uniaxial cylinder lenses, rotationally symmetrical converging lenses and free-form lenses.
Gemäß dem dargestellten Herstellungsverfahren 100, wird das Deckelsubstrat, das auch als Kappen- oder Deckelwafer bezeichnet werden kann, mit den lateralen optischen Fensterflächen aus Glas beispielsweise für eine Vielzahl von Gehäusen hergestellt. Die lateralen optischen Fensterflächen können somit beispielsweise vertikal (= sich vertikal erstreckend) zu dem ursprünglichen Hauptoberflächenbereich des Abdeckungssubstrats ausgebildet werden.According to the illustrated
Das dargestellte Verfahren basiert wesentlich auf Techniken des sogenannten Glasflie-ßens. Bei den Ausführungsformen kann es sich bei dem Glasmaterial des Abdeckungssubstrats um Borofloat® -Glas oder ein anderes Glas wie z.B. Schott AF32, Corning Eagle XG, Hoya SD2 handeln. Der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE = coefficient of thermal expansion) der Glasmaterialien wird z.B. gewählt, um zum verwendeten Halbleitermaterial zu passen, da sowohl die Herstellung des Deckelwafers (Deckelsubstrats) als auch das Bonden des Deckelwafers auf dem Halbleitermaterial des Formsubstrats, beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat, erfolgen. Zu große Unterschiede des thermischen Ausdehnungskoeffizienten könnten ansonsten zu sehr großen thermomechanischen Spannungen oder zur Zerstörung der beteiligten Elemente führen, wenn der CTE des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats nicht (z.B. innerhalb eines Toleranzbereichs von kleiner 1%, 5% oder 10%) an den CTE des Halbleitermaterials des Formsubstrats angepasst ist. Angepasst bedeutet dabei beispielsweise, dass das CTE des Glasmaterials in Ausführungsformen nicht um mehr als 1 - 2 ppm/K von dem CTE des Halbleitermaterials abweicht. In den Ausführungsformen weicht das CTE des Glasmaterials beispielweise um weniger als 0,5 ppm/K von dem CTE des Halbleitermaterials ab.The method shown is essentially based on so-called glass flow techniques. In the embodiments, the glass material of the cover substrate can be Borofloat® glass or another glass such as Schott AF32, Corning Eagle XG, Hoya SD2. The coefficient of thermal expansion (CTE) of the glass materials is chosen, for example, to match the semiconductor material used, since both the production of the cover wafer (cover substrate) and the bonding of the cover wafer take place on the semiconductor material of the mold substrate, for example on a silicon substrate. Too great differences in the coefficient of thermal expansion could otherwise lead to very large thermomechanical stresses or to the destruction of the elements involved if the CTE of the glass material of the cover substrate is not adapted (e.g. within a tolerance range of less than 1%, 5% or 10%) to the CTE of the semiconductor material of the mold substrate. Adapted means, for example, that the CTE of the glass material in embodiments does not deviate from the CTE of the semiconductor material by more than 1 - 2 ppm/K. In the embodiments, the CTE of the glass material deviates from the CTE of the semiconductor material by less than 0.5 ppm/K, for example.
Eine mögliche Prozessabfolge bei der Herstellung dieser Deckelwafer mit optischen Fensterflächen wird beispielsweise nachfolgend anhand der
Die optischen Fensterflächen dienen der Strahlauskopplung und/oder Strahleinkopplung für mindestens ein Strahlungs- bzw. Licht-emittierendes Bauelement und optional für einen oder mehrere Photodetektoren. Beispielsweise können auch mehrere optische Seitenfenster im gleichen Deckelelement an verschiedenen Seiten vorgesehen sein um z.B. eine laterale Strahlauskopplung in unterschiedlichen Richtungen zu erlauben.The optical window surfaces are used for beam coupling and/or beam input for at least one radiation or light-emitting component and optionally for one or more photodetectors. For example, several optical side windows can be provided in the same cover element on different sides in order to allow lateral beam output in different directions, for example.
Bei den unterschiedlichen Ausführungsformen (z.B. den nachfolgend dargestellten Prozessabläufen in
In einer möglichen (einfachen) Realisierung des Prozessablaufs ist der Druck im Ofen über die gesamte Zeit konstant, wobei der in der Kavität eingeschlossene Druck zumindest zeitweise größer ist als der Druck im Ofen. Die Ofentemperatur sollte einem Profil folgen, mit (bestehend aus) einer Erwärmungsphase, einer Prozessphase und einer Abkühlphase. Die Temperatur der Prozessphase sollte oberhalb der Erweichungstemperatur des Glases liegen, damit der Druck des eingeschlossenen Gases die Kavität aufblasen kann. Ist der Druck innerhalb der Kavität stets größer als der Druck im Ofen stellt sich eine konvexe Oberfläche der Wand ein. Wird der Prozess hingegen so geführt, dass sich der Druck in der aufgeblasenen Kavität an den Ofendruck annähert (Gleichgewichtszustand), kann durch eine Abkühlung des Ofens eine Druckumkehr erzielt werden, so dass der Druck im Ofen größer ist als innerhalb der Kavität. Dies führt zu einer Deformation der konvexen Oberfläche, so dass eine zumindest in Teilbereichen eine flache, fast plane Wand erzielt werden kann. Die Geometriekontrolle wird jedoch durch die zusätzlichen Versteifungselemente (= Versteifungsstrukturen) und Versteifungsschichten sowie das Aufblasen gegen einen Anschlag wesentlich erhöht. Abgesehen von dem beschriebenen Effekt der Temperaturänderung kann eine solche Umkehr der Druckverhältnisse auch durch eine Änderung des, z.B. geregelten, Ofendrucks erfolgen. Die Versteifungselemente bzw. Versteifungsstrukturen sind auf dem Abdeckungssubtrat als eine strukturierte Versteifungsschicht angeordnetIn a possible (simple) implementation of the process, the pressure in the furnace is constant throughout the entire time, whereby the pressure enclosed in the cavity is at least temporarily greater than the pressure in the furnace. The furnace temperature should follow a profile, with (consisting of) a heating phase, a process phase and a cooling phase. The temperature of the process phase should be above the softening temperature of the glass so that the pressure of the enclosed gas can inflate the cavity. If the pressure inside the cavity is always greater than the pressure in the furnace, the wall surface will have a convex surface. If, on the other hand, the process is carried out in such a way that the pressure in the inflated cavity approaches the furnace pressure (equilibrium state), a pressure reversal can be achieved by cooling the furnace so that the pressure in the furnace is greater than inside the cavity. This leads to a deformation of the convex surface so that a flat, almost plane wall can be achieved, at least in some areas. However, the geometry control is significantly increased by the additional stiffening elements (= stiffening structures) and stiffening layers as well as by inflating against a stop. Apart from the described effect of the temperature change, such a reversal of the pressure conditions can also be achieved by changing the, e.g. regulated, oven pressure. The stiffening elements or stiffening structures are arranged on the cover substrate as a structured stiffening layer
Bei den unterschiedlichen Ausführungsformen (z.B. den nachfolgend dargestellten Prozessabläufen in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren 100 hinsichtlich des Bereitstellens 110 des Formsubstrats folgende Schritte umfassen: Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit einer Passivierungsschicht auf einer Oberfläche (= erster Hauptoberflächenbereich), Lithographieren der Passivierungsschicht, sodass die Lackschicht dort auf der Oberfläche entfernt wird, wo die Vertiefungen und Gaskanäle vorgesehen sind, Ätzen der Passivierungsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterwafers hinsichtlich der lithographierten Bereiche, Entfernung der Lackschicht, Ätzen des exponierten Halbleitermaterials, sodass eine Dicke des Halbleiterwafers senkrecht zu den lithographierten Bereichen der Oberfläche verringert wird, um den Oberflächenbereich zu strukturieren und somit Vertiefungen, z.B. Kavitäten und Gaskanäle, vorzugeben, und vollständiges Entfernen der Passivierungsschicht.According to one embodiment, the
Dadurch kann beispielsweise das Formsubstrat mit einem zweckmäßig strukturierten Oberflächenbereich hergestellt und bereitgestellt werden. Beispielsweise ist der Halbleiterwafer ein Siliziumwafer. Der Halbleiterwafer kann mit einer ätzfesten Passivierung beschichtet werden, beispielsweise aus LP-Nitrid (LP = low pressure) bei einem LP-CVD-Prozess (LP-CVD = low pressure chemical vapor deposition). Anschließend wird die Lithographie durchgeführt. Die Passivierung wird durch Plasmaätzen geöffnet. Die lithographierten Bereiche können durch plasmaunterstütztes Gasphasenätzen, beispielsweise anisotrophes Hochratenätzen oder isotrophes Naßätzen bearbeitet werden, sodass die Oberfläche des Halbleiterwafers hinsichtlich der lithographierten Bereiche geätzt wird. Schließlich wird die Passivierungsschicht beispielsweise dadurch vollständig entfernt, dass sie abgeätzt wird.This allows, for example, the mold substrate to be manufactured and provided with a suitably structured surface area. For example, the semiconductor wafer is a silicon wafer. The semiconductor wafer can be coated with an etch-resistant passivation, for example made of LP nitride (LP = low pressure) in an LP-CVD process (LP-CVD = low pressure chemical vapor deposition). Lithography is then carried out. The passivation is opened by plasma etching. The lithographed areas can be processed by plasma-assisted gas phase etching, for example anisotropic high-rate etching or isotropic wet etching, so that the surface of the semiconductor wafer is etched with respect to the lithographed areas. Finally, the passivation layer is completely removed, for example by etching it away.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren bei dem Anordnen 112 und Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats folgenden Schritt umfasst: Flächiges anodisches Bonden des mit Vertiefungen strukturierten Oberflächenbereichs des Formsubstrats mit dem aufliegenden Oberflächenbereich des Abdeckungssubstrats. Ein Glaswafer, der als Abdeckungssubstrat geeignet ist, kann beispielsweise (aus) Pyrex, (aus) Borofloat® 33 oder ähnliche(n) Glasmaterialien mit niedrigem CTE aufweisen (bestehen). Derartige Glasmaterialien können sich dadurch auszeichnen, dass sie besonders gut in Glasfließprozessen verwendet werden können.According to an embodiment of the first method, the method comprises the following step in the
Im Folgenden werden nun anhand der
Alle nachfolgend beschriebenen Prozessalternativen des Verfahrens 100 basieren auf dem grundlegenden Konzept, dass ein Deckelsubstrat zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen (optoelektronischen) Bauelementen mittels eines heißviskosen Glasfließverfahrens hergestellt wird, wobei das geformte Abdeckungssubstrat das Deckelsubstrat mit dem zumindest einen optisch aktiven Deckelelement bildet. Das optisch aktive Deckelelement weist beispielsweise ein als Linsenelement wirksames Seitenfenster (= Glasfenster) auf. Dabei werden hermetisch abgeschlossene Kavitäten zwischen dem Abdeckungssubstrat und dem Formsubstrat genutzt, um beim Tempern des Abdeckungssubstrats und des Formsubstrats durch die Verringerung der Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats und durch das Bereitstellen eines Überdrucks in der abgeschlossenen Kavität gegenüber der umgebenden Atmosphäre ein definiertes Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats ausgehend von der abgeschlossenen Kavität bis zu einer von dem Abdeckungssubstrat beabstandeten Anschlagfläche zu bewirken. Dadurch wird das geformte Abdeckungssubstrat mit dem optischen aktiven Deckelelement bzw. der Auswölbung erhalten. Da das Abdeckungssubstrat ein Glasmaterial mit einem Linsenmaterialabschnitt aufweist, wird bei diesem Ausformungs- bzw. Auswölbungsvorgang ferner das Ausbilden eines Linsenelements (aus dem Linsenmaterialabschnitt) an dem Deckelelement bewirkt, d. h., das optisch aktive Glasfenster an dem Deckelelement (Glasabschlussdeckel) wird erhalten. Dieses Deckelelement mit dem optisch aktiven Glasfenster (Linsenelement) kann nun zur Häusung von optoelektronischen Bauelementen, wie z. B. strahlungsemittierenden Bauelementen, eingesetzt werden.All process alternatives of the
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder Silizium-Wafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an einem ersten Hauptoberflächenbereich (Oberseite) 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist.In
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Linsenmaterialabschnitt 22 auch an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 angeordnet sein. Dabei sind die nachfolgenden Prozessschritte auf diese vertauschte Anordnung der Linsenmaterialabschnitte 22 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 entsprechend anwendbar.According to a further embodiment, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Formsubstrat 10 als ein Halbleitersubstrat (Halbleiter-Wafer oder Silizium-Wafer) und das Abdeckungssubstrat 20 als ein Glassubstrat bzw. Glaswafer ausgebildet sein. Das Formsubstrat 10 ist beispielsweise ein geformtes Substrat mit einer Form, Kontur oder Topographie, wie z. B. ein topographisch strukturiertes Substrat. Das Formsubstrat kann beispielsweise als ein Halbleiter-Wafer, z. B. ein Silizium-Wafer, ausgebildet sein, wobei die Oberflächenstrukturierung bzw. die Topographie des Formsubstrats mittels Halbleiterbearbeitungsprozessschritten bzw. Siliziumbearbeitungsprozessschritten äußerst exakt erhalten werden kann. Das Abdeckungssubstrat 20 weist beispielsweise ein einziges homogenes Material bzw. Glasmaterial auf, um mit den folgenden Herstellungsschritten daraus das geformte Abdeckungssubstrat 20 als Deckelsubstrat bzw. Glaskappe einstückig zu bilden.According to one embodiment, the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So kann beispielsweise der zweite Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20, der an dem Formsubstrat 10, d.h. an den erhöhten Bereichen des strukturierten Oberflächenbereichs 10-1 des Formsubstrats 10 anliegt, eben bzw. plan sein und somit ohne Ausnehmungen oder Vertiefungen ausgebildet sein.In a
Falls der Linsenmaterialabschnitt 22 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 angeordnet ist, wird bei Schritt 112 der Linsenmaterialabschnitt 2 innerhalb einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10, d.h. zwischen den erhöhten Bereichen des strukturierten Oberflächenbereichs 10-1 des Formsubstrats 10, angeordnet.If the
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden bzw. gefügt, z. B. mittels anodischen Bondens hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Dabei bildet die in dem Formsubstrat 10 angeordnete Vertiefung 12 bzw. bilden die in dem Formsubstrat 10 angeordneten Vertiefungen 12 dann jeweils die zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 wird das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen.According to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
In der Vorbereitung des eigentlichen Herstellungsprozesses wird ein mit Linsenstrukturen 22 (Linsenmaterialabschnitten) vorbereiteter Glaswafer 20 (= Abdeckungssubstrat) bereitgestellt. In der Vorbereitung wird zudem das Formsubstrat 10, z.B. ein Silizium-Formsubstrat, mit einseitigen Kavitäten und Kanalstrukturen 12 (= Ausnehmungen oder Vertiefungen) versehen. Der Glaswafer 20 wird zu dem Formsubstrat 10 ausgerichtet und in einer definierten Atmosphäre beispielsweise anodisch gebondet, um einen (definierten) Gasdruck in den Kavitäten und Kanalstrukturen 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen zum Formsubstrat 10 oder vom Formsubstrat 10 weg.In preparation for the actual manufacturing process, a glass wafer 20 (= cover substrate) prepared with lens structures 22 (lens material sections) is provided. In the preparation In addition, during preparation, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 sind das Abdeckungssubstrat 20 und/oder das Formsubstrat 10 ausgebildet sind, um die abgeschlossene Kavität 30 mit einer Mehrzahl von abgeschlossenen Kavitätsbereichen 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden, wobei die abgeschlossenen Kavitätsbereiche 30 fluidisch getrennt voneinander angeordnet sind, oder wobei ferner Gasaustauschkanäle 30-1 zwischen den von der Umgebungsatmosphäre abgeschlossenen Kavitätsbereichen 30 vorgesehen sind, um diese fluidisch miteinander zu verbinden, um einen gemeinsamen definierten atmosphärischen Druck in den verbundenen Kavitätsbereichen 30 zu erhalten.According to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert (mit Vertiefungen oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet) ist, um die zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Bei Schritt 120 wird also beispielweise ein anodisch gebondetes Glas-Silizium- Deckelsubstrat 10, 20 erhalten bzw. bereitgestellt.In
Bei einem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, um basierend auf der verringerten Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 und dem Überdruck in der abgeschlossenen Kavität 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 ausgehend von der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer von dem Abdeckungssubstrat 20 beabstandeten Anschlagfläche 40-1 eines Anschlagelements 40 zu bewirken. Das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 aufgrund des Überdrucks in der abgeschlossenen Kavität 30 und der verringerten Viskosität des Glasmaterials kann auch als Ausblasen oder Verformen des Glasmaterials bezeichnet werden. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 (= Auswölbung oder Verformung) erhalten. Als Deckelelement 24 wird somit die erhaltene Auswölbung oder Verformung des geformten Abdeckungssubstrats (= Deckelsubstrat) 20' bezeichnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schritt 130 des Temperns in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C durchgeführt werden.In a (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckelelement 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt. Der mit dem Linsenelement 26 versehene Bereich des Deckelelements 24 wird auch als optisch aktives Fensterelement oder optisch aktives Glasfenster 26 bezeichnet.Furthermore, a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhaltenAccording to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden.According to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Anschlagelement 40 als ein wiederverwendbares Werkzeug ausgeführt sein und eine Antihaftbeschichtung 40-1 (als bzw. an der Anschlagfläche 40-1) für das Glasmaterial des Abdeckungssubstrats 20 zumindest an dem der Kavität 30 gegenüberliegenden Bereich der Anschlagfläche 40-1 oder an der gesamten Anschlagfläche 40-1 aufweisen.According to one embodiment, the
Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann. Der Anschlag 40 und damit die Anschlagfläche 40-1 ist beispielsweise eben ausgeführt. Nach dem Glasfließprozesses 130, 140 erfolgt beispielsweise ein Abkühlen des Deckelsubstrats 20' und Entnahme des Deckelsubstrats 20' aus dem Ofen 50.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 weist das Abdeckungssubstrat 20 auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den als Linsenstruktur 22 ausgebildeten Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, die bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einem lateralen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' entspricht.According to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
Wie nun beispielhaft in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 kann bei einem Schritt 142 des (definierten) Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt werden, um eine (konvexe) Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach außen zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, wobei der atmosphärische Überdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre durch einen verringerten atmosphärischen Druck in dem Unterdruckofen 50 erhalten wird.According to an embodiment of the flow chart 100-1 of the
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-1 des Verfahrens 100 kann bei dem Schritt 142 des (definierten) Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt, um eine (konkave) Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach innen zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100-1 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 des Überdrucks in dem Unterdruckofen 50 durchgeführt, wobei ferner der atmosphärische Unterdruck P in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre durch einen erhöhten atmosphärischen Druck in dem Unterdruckofen 50 erhalten wird.According to a further embodiment of the flow chart 100-1 of the
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement 40 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' das Deckelsubstrat 20' mit dem zumindest einen Deckelelement 24 bildet. Das Deckelsubstrat 20' kann z.B. zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ablaufdiagramm 100-1 des Verfahrens 100 ferner den Schritt 142 des Abkühlens des Anschlagelements 40, des Formsubstrats 10 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, wobei dann bei dem Schritt 150 anschließend das Formsubstrat 10 mittels eines Ätzvorgangs, z.B. eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats, entfernt wird.According to an embodiment, the flow chart 100-1 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 150 des Entfernens des Anschlagelements 40 auch mittels eines Ätzvorgangs durchgeführt, z.B. mittels eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Materials des Anschlags 40.According to one embodiment, the
Da das Abdeckungssubstrat 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, aufweist, ist auch das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, mit dem zumindest einen Deckelelement 24 einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet.Since the
Bei Schritt 150 wird somit z.B. ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit konvexen Linsen 26 in den Seitenfenstern 24-1 der Glaskappen 24 nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums des Formsubstrats 10 und des Anschlagelements 50 erhalten. Die Linsen 26 können umlaufend oder segmentiert ausgebildet sein, wobei auch nur eine individuelle Linse 26 ausgebildet sein kann.In
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 160 kann der Prozessablauf 100-1 des Verfahrens 100 ferner ein Aufbringen bzw. Abscheiden einer Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur bzw. als ein Versiegelungsrahmen auf Verbindungsbereichen 62 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 an nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 24-3 der Deckelelemente 24 des geformten Abdeckungssubstrats (des Deckelsubstrats) 20' aufweisen.In an (optional)
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei Schritt 160 ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen innenseitigen und/oder außenseitigen Bereich, z.B. innenseitig und/oder außenseitig auf den Deckenbereich 24-2 und/oder Seitenwandbereich 24-1, des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden.According to one embodiment, at
Bei dem optionalen Schritt 160 kann somit eine Abscheidung von Versiegelungsrahmen 60 und/oder optionale Antireflexbeschichtungen 64 auf das Deckelsubstrat 20' erfolgen. Mit diesem Glas-Deckelsubstrat 20' können dann optische Aufbauten auf Waferebene hermetisch versiegelt werden, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.In the
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 170 kann der Prozessablauf 100-1 des Verfahrens 100 ferner ein Vereinzeln des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten. Das Vereinzeln 170 des Glas-Deckelsubstrats 20' kann beispielsweise durch Sägen oder Lasertrennung erfolgen. Mit den vereinzelten Kappen 24' können optische Aufbauten auf Einzelsubstratebene oder auf Waferebene durch Einzelverkappung hermetisch versiegelt werden, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.In an (optional)
Im Folgenden werden nun nochmals einige Verfahrensschritte des Prozessablaufs 100-1 des Verfahrens 100 von
Der Prozessablauf 100-1 von
Darauf folgt beispielsweise das Tempern 130 der verbundenen Substrate 10, 20 in einem Unterdruckofen derart, dass ein Ausblasen des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats im Bereich der Vertiefungen durch den eingeschlossenen Druck in Relation zum Ofendruck bewirkt wird. Die Temperaturen werden dabei so gewählt, dass sich die Viskosität des Glasmaterials stark verringert und sich das Glasmaterial im Fensterbereich gut kontrolliert ausdehnen kann aber nicht zerfließt. Um das Ausblasen zu unterstützen, kann eine, z.B. eingestellte, Druckdifferenz zwischen den Innenräumen bzw. Kavitäten, die zwischen den Substraten angeordnet sind, und der Umgebungsatmosphäre im Ofen vorliegen. Ein eingeschlossener Gasdruck in den Innenräumen kann vorgesehen sein, um das Ausblasen des Glasmaterials durch eine Druckdifferenz zu unterstützen. Dadurch kann der Vorgang in einem Temperschritt ausgeführt werden. Die vorliegende Druckdifferenz zwischen dem eingeschlossenen Gasdruck in den vertieften Innenräumen und dem kontrollierten Vakuum der Ofenatmosphäre unterstützt den ganzen Fließvorgang.This is followed, for example, by tempering 130 of the
Bei dem Glasfließvorgang erfolgt ein Stopp der Fließfront an der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 in einstellbarem Abstand h im Unterdruckofen, wobei das Anschlagelement 40 mit der Anschlagfläche 40-1 z.B. einen Siliziumwafer aufweist oder aus einem Siliziumwafer besteht. Der Fließprozess mit Anschlagfläche 40-1 in einem statischen Abstand basiert also auf der verringerten Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 und dem Überdruck in der abgeschlossenen Kavität 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre, wobei das Auswölben (Ausblasen / Verformen) des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 ausgehend von der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu der von dem Abdeckungssubstrat 20 beabstandeten Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bewirkt wird, um das geformte Abdeckungssubstrat 20' mit dem (zumindest) einem Deckelelement (= Auswölbung) 24 zu erhalten.During the glass flow process, the flow front is stopped at the stop surface 40-1 of the
Bei dem Glasfließvorgang 130, 140 erfolgt eine Abkühlung der verbundenen Substrate unter reproduzierbarer Temperatur- und Druckrampe und schließlich eine Entnahme des Deckelsubstrats 20' mit dem Formsubstrat und z.B. dem Anschlagelement 40 aus dem Ofen 50.During the
Dann erfolgt ein Entfernen 150 des Anschlagelements 40 und des Formsubstrates 10, um das aus dem Abdeckungssubstrat 20 durch den Ausblasprozess gewonnene strukturierte Deckelsubstrat 20' zu erhalten. Das Entfernen 150 kann ein Trennen oder ein selektives Abätzen des Halbleitermaterials des Formsubstrats 10 und/oder des Anschlagelements 40 mittels eines Ätzvorgangs (Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgang des Silizium- oder Halbleiter-Materials) bedeuten, z.B. in heißer Kalilauge. Auf diese Weise wird ein effektives Verfahren zur Herstellung eines Deckelsubstrats 20' zur Verkappung von strahlungsemittierenden Bauelementen bereitgestellt, da das Deckelsubstrat 20', das durch das Verfahren 100, wie es in
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens 100 zur Herstellung eines Deckelsubstrats 20' weist das resultierende Deckelsubstrat 20' beispielsweise ein optisches Seitenfenster 26 auf, das integraler Bestandteil der Kappe (des Deckelelements) 24 ist und eine laterale (= seitliche) Strahlauskopplung erlaubt. Beispielsweise können auch mehrere optische Seitenfenster 24-1 vorgesehen sein, die integraler Bestandteil der Kappe 24 sind und eine laterale Strahlauskopplung in unterschiedlichen Richtungen, z.B. jeweils in einer unterschiedlichen Richtung, erlauben.In an alternative embodiment of the
Bei dem optionalen Schritt 160 kann ferner ein Aufbringen (Abscheiden) der Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur (ein Versiegelungsrahmen) auf Verbindungsbereichen 62 auf den zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 an den nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 62 des geformten Abdeckungssubstrats (Deckelsubstrats) 20' durchgeführt werden. Bei dem optionalen Schritt 160 kann ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen Bereich (Deckenbereich und/oder Seitenwandbereich) des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden. Bei einem weiteren optionalen Schritt 170 kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' vereinzelt werden, um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten.In the
Das im vorhergehenden dargestellte Herstellungsverfahren 100 mit dem beispielhaften Prozessablauf von
Im Folgenden werden im wesentlichen Unterschiede bzw. unterschiedliche Verfahrensschritte des Ablaufdiagramms 100-2 von
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder Silizium-Wafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an einem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist.In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 einseitig eine Versteifungsstruktur 28 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 22 an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) z.B. gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet ist.According to one embodiment, the
Gemäß einem weiteren (alternativen) Ausführungsbeispiel kann der Linsenmaterialabschnitt 22 auch an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 und die (einseitige) Versteifungsstruktur 28 an dem ersten Hauptoberflächenbereich (Seitenfläche) 20-1 des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet sein. Dabei sind die nachfolgenden Prozessschritte auf diese vertauschte Anordnung der Linsenmaterialabschnitte 22 und der Versteifungsstruktur(en) 28 an dem Abdeckungssubstrat 20 entsprechend anwendbar.According to a further (alternative) embodiment, the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So kann beispielsweise die Versteifungsstruktur 28 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 innerhalb einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 angeordnet sein, d.h. zwischen den erhöhten Bereichen des strukturierten Oberflächenbereichs 10-1 des Formsubstrats 10.In a
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden, z. B. mittels anodischen Bondens (beispielsweise in einer definierten Atmosphäre) hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Dabei bildet die in dem Formsubstrat 10 angeordnete Vertiefung 12 bzw. bilden die in dem Formsubstrat 10 angeordneten Vertiefungen 12 dann jeweils die zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-2 des Verfahrens 100 wird das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen also zum Formsubstrat 10 oder vom Formsubstrat 10 weg.In a
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert ist, d.h. mit den Vertiefungen und/oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet ist. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an einem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist, und wobei an dem Abdeckungssubstrat 20 eine zugeordnete Versteifungsstruktur 28 angeordnet ist.In
In der Vorbereitung des eigentlichen Herstellungsprozesses wird also ein mit Linsenstrukturen 22 (Linsenmaterialabschnitten) vorbereiteter Glaswafer 20 (= Abdeckungssubstrat) bereitgestellt, der rückseitig eine oder eine Mehrzahl von Versteifungsstrukturen 28 aufweist. Die Versteifungsstruktur weist ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, auf, oder besteht aus dem Halbleitermaterial, z. B. Silizium. Durch die Größe und geometrische Anordnung der Versteifungsstruktur(en) 28 kann der Linsenanstellwinkel bezogen auf den Abstand h der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 sehr genau definiert werden.In preparation for the actual manufacturing process, a glass wafer 20 (= cover substrate) prepared with lens structures 22 (lens material sections) is provided, which has one or a plurality of stiffening
In der Vorbereitung wird zudem das Formsubstrat 10, z.B. ein Silizium-Formsubstrat, mit einseitigen Kavitäten und Kanalstrukturen 12 (= Ausnehmungen oder Vertiefungen) versehen. Der Glaswafer 20 wird zu dem Formsubstrat 10 ausgerichtet und in einer definierten Atmosphäre beispielsweise anodisch gebondet, um einen (definierten) Gasdruck in den Kavitäten und Kanalstrukturen 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen zum Formsubstrat 10 oder vom Formsubstrat 10 weg.In preparation, the
Bei dem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu bewirken. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 (= Auswölbung oder Verformung) erhalten.In the (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckelelement 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt.Furthermore, a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-2 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhaltenAccording to an embodiment of the flow chart 100-2 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-2 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-2 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-2 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden.According to an embodiment of the flow chart 100-2 of the
Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann. Der Anschlag 40 und damit die Anschlagfläche 40-1 ist beispielsweise eben ausgeführt. Nach dem Glasfließprozesses 130, 140 erfolgt beispielsweise ein Abkühlen des Deckelsubstrats 20' und Entnahme des Deckelsubstrats 20' aus dem Ofen 50.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-2 des Verfahrens 100 weist das Abdeckungssubstrat 20 auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den als Linsenstruktur 22 ausgebildetes Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, die bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einem lateralen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' entspricht.According to an embodiment of the flow chart 100-2 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-2 des Verfahrens 100 kann bei einem Schritt 142 des Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck oder auch Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt werden, um eine Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach außen (konvexe) oder nach innen (konkav) zu erzeugen.According to an embodiment of the flow chart 100-2 of the
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement 40 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' das Deckelsubstrat 20' mit dem zumindest einen Deckelelement 24 bildet. Das Deckelsubstrat 20' kann z.B. zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ablaufdiagramm 100-2 des Verfahrens 100 ferner den Schritt 142 des Abkühlens des Anschlagelements 40, des Formsubstrats 10 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, wobei dann bei dem Schritt 150 anschließend das Formsubstrat 10 mittels eines Ätzvorgangs, z.B. eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats, entfernt wird.According to an embodiment, the flowchart 100-2 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner einen Schritt 152 des Entfernens der Versteifungsstruktur 28 nach dem Schritt 130, 140 des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' auf. Das Entfernen der Versteifungsstruktur 28 kann auch mittels eines Ätzvorgangs, z.B. zusammen mit dem Ätzvorgang des Formsubstrats 10, durchgeführt werden, z.B. mittels eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Materials.According to one embodiment, the method further comprises a step 152 of removing ens of the stiffening
Da das Abdeckungssubstrat 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, aufweist, ist auch das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, mit dem zumindest einen Deckelelement 24 einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet. Bei Schritt 150 wird somit z.B. ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit konvexen Linsen 26 in den Seitenfenstern 24-1 der Glaskappen 24 nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums des Formsubstrats 10 und des Anschlagelements 50 erhalten. Die Linsen 26 können umlaufend oder segmentiert ausgebildet sein, wobei auch nur eine individuelle Linse 26 ausgebildet sein kann.Since the
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 160 kann der Prozessablauf 100-2 des Verfahrens 100 ferner ein Aufbringen bzw. Abscheiden einer Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur bzw. als ein Versiegelungsrahmen auf Verbindungsbereichen 62 auf den zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 an nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 24-3 der Deckelelemente 24 des geformten Abdeckungssubstrats (des Deckelsubstrats) 20' aufweisen.In an (optional)
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei Schritt 160 ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen innenseitigen und/oder außenseitigen Bereich, z.B. innenseitig und/oder außenseitig auf den Deckenbereich 24-2 und/oder Seitenwandbereich 24-1, des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden.According to one embodiment, at
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 170 kann der Prozessablauf 100-2 des Verfahrens 100 ferner ein Vereinzeln des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten.In an (optional)
Im Folgenden werden nun nochmals einige Verfahrensschritte des Prozessablaufs 100-2 des Verfahrens 100 von
Zunächst wird bei Schritt 110 ein Formsubstrat 10 mit einem mit Vertiefungen 12 strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, wobei das Formsubstrat 10 z.B. Silizium aufweist oder aus Silizium besteht. Es folgt der Schritt 112 des Anordnens eines mit Linsen (Linsenmaterialstrukturen) 22 auf der Oberseite 20-1 und Versteifungsstrukturen 28 auf der Unterseite 20-2 vorstrukturierten Abdeckungssubstrats 20 auf dem mit Vertiefungen 12 vorstrukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10, wobei das Abdeckungssubstrat 20 ein Glasmaterial und die Versteifungsstrukturen Silizium aufweisen (oder daraus bestehen) und wobei die Linsen 22 vom Formsubstrat 10 weg und die Versteifungsstrukturen 28 zum Formsubstrat 10 hin schauen (oder in invertierter Anordnung) und Linsen und Versteifungsstrukturen zueinander zentriert oder (bewusst) auf eine definierte Weise de-zentriert (um die resultierenden Linsenelemente 26 schräg zu stellen) angeordnet sind.First, in
Bei dem Schritt 114 des Verbindens des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 wird die strukturierte Oberfläche 10-1 des Formsubstrats 10 mit der Oberfläche 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 gasdicht mit einer definierten eingeschlossenen Innenatmosphäre in den Vertiefungen 12 verbunden, um die miteinander verbundenen Substrate 10, 20 bereitzustellen (Schritt 120). Bei dem Schritt 130 des Temperns der verbundenen Substrate 10, 20 in einem Unterdruckofen 50 wird ein Ausblasen des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 bezogen auf die Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 durch den eingeschlossenen Druck in Relation zum Ofendruck bewirkt. Die Fließfront stoppt an der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 in dem einstellbaren Abstand h in dem Unterdruckofen 50, wobei das Anschlagelement 40 mit der Anschlagfläche 40-1 einen Siliziumwafer aufweist oder aus einem Siliziumwafer besteht. Schließlich erfolgt eine Abkühlung der verbundenen Substrate 10, 20 unter definierter bzw. reproduzierbarer Temperatur- und Druckrampe und dann die Entnahme aus dem Ofen. Bei Schritt 152 wird die Anschlagfläche 40-1 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, um das aus dem Abdeckungssubstrat 20 durch den Ausblasprozess gewonnene, strukturierte Deckelsubstrat 20' zu erhalten.In the
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass durch die rückseitige Versteifung des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Versteifungselement 28 eine plan-konvexe Linse 26 in einen Winkel angekippt (Linsenaufstellung) wird. Die Linse 26 kann aber etwas an Rundung verlieren, weil Glas aus der vorgeformten Linse (= Linsenstrukturmaterial) beim Aufblasen wegfließt. Sofern auch die rückseitige Versteifung 28 in einem weiteren Planbereich angeordnet ist, entsteht ein Fensterbereich 26 mit planer Innenwand 26-1, der z.B. auch zu einem Umlenkspiegel metallisiert werden kann. Durch die Technik der Versteifungselemente 28 können Scharnierfunktionen (während des Ausblasprozesses) erzeugt werden, die z.B. Einfluss auf die Formgebung der Seitenwände des Deckelelements (= Kappe) während des Ausblasprozesses nehmen (können).In this context, it should be noted that the rear stiffening of the
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder Silizium-Wafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an einem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist.In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 eine Versteifungsstruktur 28 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 22 an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und z.B. zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet ist. Ferner weist das Abdeckungssubstrat 20 eine weitere Versteifungsstruktur 29 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 20 als eine strukturierte Versteifungsschicht auf bzw. über dem Linsenmaterialabschnitt 22, d.h. den Linsenmaterialabschnitt 22 überdeckend, angeordnet ist. Die weitere Versteifungsstruktur 29 überdeckt den Linsenmaterialabschnitt 22 zumindest teilweise oder auch vollständig. Somit ist eine doppelseitige Versteifungsstruktur über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats zur Erhaltung der Linsenform bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) vorgesehen.According to one embodiment, the
Gemäß einem weiteren (alternativen) Ausführungsbeispiel kann der Linsenmaterialabschnitt 22 (mit der weiteren Versteifungsstruktur 29) auch an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 und die Versteifungsstruktur 28 an dem ersten Hauptoberflächenbereich (Seitenfläche) 20-1 des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet sein. Dabei sind die nachfolgenden Prozessschritte auf diese vertauschte Anordnung der Linsenmaterialabschnitte 22 und der Versteifungsstruktur(en) 28 an dem Abdeckungssubstrat 20 entsprechend anwendbar.According to a further (alternative) embodiment, the lens material section 22 (with the further stiffening structure 29) can also be arranged on the second main surface area 20-2 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 ferner weitere (z.B. zwei) gegenüberliegende Versteifungsstrukturen 28-1, 28-2 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 20 an gegenüberliegenden Seitenflächen 20-1, 20-2 des Abdeckungssubtrats 20 und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend (und zentriert / ausgerichtet) zueinander an einer Position lokal angeordnet sind. Das weitere Paar von gegenüberliegenden Versteifungsstrukturen 28-1, 28-2 ist nun vorgesehen, um bei dem (späteren) Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen geneigten (winklig angestellten), planen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' zu erhalten.According to one embodiment, the
Somit sind an den Oberflächenbereichen 20-1, 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 die Linsenmaterialabschnitte (= Linsenstrukturen) 22 sowie weitere Bereiche lokal mit den Versteifungsstrukturen 28, 28-1, 28-2, 29 (= strukturierte Versteifungsschichten) überzogen bzw. bedeckt.Thus, on the surface regions 20-1, 20-2 of the
Bei Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So können beispielsweise die Versteifungsstruktur 28 und die weitere Versteifungsstruktur 28-2 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 innerhalb einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 angeordnet sein, d.h. zwischen den erhöhten Bereichen des strukturierten Oberflächenbereichs 10-1 des Formsubstrats 10.In
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden, z. B. mittels anodischen Bondens (beispielsweise in einer definierten Atmosphäre) hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Dabei bildet die in dem Formsubstrat 10 angeordnete Vertiefung 12 bzw. bilden die in dem Formsubstrat 10 angeordneten Vertiefungen 12 dann jeweils die zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-3 des Verfahrens 100 wird das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen also zum Formsubstrat 10 oder vom Formsubstrat 10 weg.In a
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert (mit Vertiefungen oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet) ist. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an einem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist, und wobei an dem Abdeckungssubstrat 20 zugeordnete Versteifungsstrukturen 28, 29 und 28-1, 28-2 angeordnet sind.In
In der Vorbereitung des eigentlichen Herstellungsprozesses wird also ein mit Linsenstrukturen 22 (Linsenmaterialabschnitten) vorbereiteter Glaswafer 20 (= Abdeckungssubstrat) bereitgestellt, der rückseitig (an der Rückseite 20-2) eine oder eine Mehrzahl von Versteifungsstrukturen 28, 28-2 und an vorderseitig (an der Vorderseite 20-1) die Versteifungsstrukturen 28-1, 29 aufweist. Die Versteifungsstrukturen weisen ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, auf, oder besteht aus dem Halbleitermaterial, z. B. Silizium. Durch die Größe und geometrische Anordnung der Versteifungsstruktur(en) 28, 28-1, 28-2 und 29 kann der Linsenanstellwinkel bezogen auf den Abstand h der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 sehr genau definiert werden. Ferner kann durch die doppelseitige, gegenüberliegende Anordnung der Versteifungsstrukturen 28, 29 über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats die gewünschte Linsenform der Linsenstruktur 22 bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) erhalten bzw. beibehalten werden.In preparation for the actual manufacturing process, a glass wafer 20 (= cover substrate) prepared with lens structures 22 (lens material sections) is provided, which has one or a plurality of stiffening
In der Vorbereitung wird zudem das Formsubstrat 10, z.B. ein Silizium-Formsubstrat, mit einseitigen Kavitäten und Kanalstrukturen 12 (= Ausnehmungen oder Vertiefungen) versehen. Der Glaswafer 20 wird zu dem Formsubstrat 10 ausgerichtet und in einer definierten Atmosphäre beispielsweise anodisch gebondet, um einen (definierten) Gasdruck in den Kavitäten und Kanalstrukturen 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen zum Formsubstrat 10 oder vom Formsubstrat 10 weg.In preparation, the
Bei dem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu bewirken. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 (= Auswölbung oder Verformung) erhalten.In the (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckelelement 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt.Furthermore, a
Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des weiteren Paars von gegenüberliegenden Versteifungsstrukturen 28-1, 28-2 wird nun bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks bewirkt, dass sich ein geneigter (winklig angestellter), planer Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' ergibt.. Durch die Größe und geometrische Anordnung der weiteren Versteifungsstrukturen 28-, 28-2 kann sowohl die Neigung bzw. der Anstellwinkel als auch die Länge des geneigten Seitenwandbereichs 24-1 des Deckelelements 24 (z.B. bezogen auf den Abstand h der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40) sehr genau definiert werden. Ferner kann durch die doppelseitige, gegenüberliegende Anordnung der Versteifungsstrukturen 28, 29 über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats die gewünschte Linsenform der Linsenstruktur 22 bei dem Glasfließprozess (Schritte 130,140) erhalten werden.Due to the aligned or predetermined position of the further pair of opposing stiffening structures 28-1, 28-2, the step of tempering 130 and providing 140 an overpressure now results in an inclined (angled), planar side wall region 24-1 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-3 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-3 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-3 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-3 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden.According to an embodiment of the flow chart 100-3 of the
Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann. Der Anschlag 40 und damit die Anschlagfläche 40-1 ist beispielsweise eben ausgeführt. Nach dem Glasfließprozesses 130, 140 erfolgt beispielsweise ein Abkühlen des Deckelsubstrats 20' und Entnahme des Deckelsubstrats 20' aus dem Ofen 50.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-3 des Verfahrens 100 weist das Abdeckungssubstrat 20 auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den als Linsenstruktur 22 ausgebildeten Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, die bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einem lateralen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' entspricht.According to an embodiment of the flow chart 100-3 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-3 des Verfahrens 100 kann bei einem Schritt 142 des Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck oder alternativ ein atmosphärischer Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt werden, um eine Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach außen (konvexe) oder alternativ nach innen (konkav) zu erzeugen.According to an embodiment of the flow chart 100-3 of the
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement 40 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' das Deckelsubstrat 20' mit dem zumindest einen Deckelelement 24 bildet. Das Deckelsubstrat 20' kann z.B. zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ablaufdiagramm 100-3 des Verfahrens 100 ferner den Schritt 142 des Abkühlens des Anschlagelements 40, des Formsubstrats 10 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, wobei dann bei dem Schritt 150 anschließend das Formsubstrat 10 mittels eines Ätzvorgangs, z.B. eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats, entfernt wird.According to an embodiment, the flowchart 100-3 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner einen Schritt 152 des Entfernens der Versteifungsstrukturen 28, 28-1, 28-2, 29 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' nach dem Schritt 130, 140 des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks auf. Das Entfernen der Versteifungsstrukturen 28, 28-1, 28-2 und 29 kann auch mittels eines Ätzvorgangs z.B. zusammen mit dem Ätzvorgang des Formsubstrats 10 durchgeführt werden, z.B. mittels eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Materials.According to one embodiment, the method further comprises a step 152 of removing the stiffening
Da das Abdeckungssubstrat 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, aufweist, ist auch das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, mit dem zumindest einen Deckelelement 24 einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet. Bei Schritt 150 wird somit z.B. ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit konvexen Linsen 26 in einem Seitenfenster 24-1 des Deckelelements (= der Glaskappe) 24 und ein geneigtes Seitenfenster 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' z.B. auf (lateral) gegenüberliegenden Seiten des Deckelelements 24, nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums des Formsubstrats 10 und des Anschlagelements 50 erhalten.Since the
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 160 kann der Prozessablauf 100-3 des Verfahrens 100 ferner ein Aufbringen bzw. Abscheiden einer Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur bzw. als ein Versiegelungsrahmen auf Verbindungsbereichen 62 an nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 24-3 der Deckelelemente 24 (auf den zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2) des geformten Abdeckungssubstrats (des Deckelsubstrats) 20' aufweisen.In an (optional)
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei Schritt 160 ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen innenseitigen und/oder außenseitigen Bereich, z.B. innenseitig und/oder außenseitig auf den Deckenbereich 24-2 und/oder Seitenwandbereich 24-1, des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden.According to one embodiment, at
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Abdeckungssubstrat 20' dann optional so ausgebildet werden, dass eine Seitenwand 24-1 mit einem Linsenelement und die gegenüberliegende, schräge Seitenwand 24-1 mit einer innenseitigen Verspiegelung 65, die z.B. als ein Umlenkspiegel wirksam ist, ausgebildet ist.According to an embodiment of the method, the cover substrate 20' can then optionally be designed such that a side wall 24-1 is formed with a lens element and the opposite, inclined side wall 24-1 is formed with an
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 170 kann der Prozessablauf 100-3 des Verfahrens 100 ferner ein Vereinzeln des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten.In an (optional)
Im Folgenden werden nun nochmals einige Verfahrensschritte des Prozessablaufs 100-3 des Verfahrens 100 von
Zunächst wird bei Schritt 110 ein Formsubstrat 10 mit einem mit Vertiefungen 12 strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, wobei das Formsubstrat 10 z.B. Silizium aufweist oder aus Silizium besteht. Es folgt der Schritt 112 des Anordnens eines Abdeckungssubstrates 20 mit einer strukturierten Versteifungsschicht 28-1, 29 auf der mit Linsen (Linsenmaterialstrukturen) 22 vorgeformten Oberseite 20-1 und strukturierten Versteifungsstrukturen 28, 28-2 auf der Unterseite 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 auf dem mit Vertiefungen 12 vorstrukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10, wobei das Abdeckungssubstrat 20 ein Glasmaterial aufweist (oder daraus besteht) und die Versteifungsstrukturen bzw. Versteifungsschichten 28, 28-1, 28-2, 29 Silizium aufweisen (oder daraus bestehen) und die abgedeckten Linsen und Planflächen vom Formsubstrat 10 weg oder zum Formsubstrat 10 hin schauen und wobei Versteifungsschichten bzw. Versteifungsstrukturen 28-1, 28-2 und 28, 29 (paarweise gegenüberliegend) zueinander ausgerichtet sind.First, in
Bei dem Schritt 114 des Verbindens des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 wird die strukturierte Oberfläche 10-1 des Formsubstrats 10 mit der Oberfläche 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 gasdicht mit einer definierten eingeschlossenen Innenatmosphäre in den Vertiefungen 12 verbunden, um die miteinander verbundenen Substrate 10, 20 bereitzustellen (Schritt 120). Bei dem Schritt 130 des Temperns der verbundenen Substrate 10, 20 in einem Unterdruckofen 50 wird ein Ausblasen des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 bezogen auf die Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 durch den eingeschlossenen Druck in Relation zu dem Ofendruck bewirkt. Die Fließfront stoppt an der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 in dem einstellbaren Abstand h in dem Unterdruckofen 50, wobei das Anschlagelement 40 mit der Anschlagfläche 40-1 einen Siliziumwafer aufweist oder aus einem Siliziumwafer besteht. Der einstellbare Abstand h im Unterdruckofen ist fix eingestellt und bleibt während des Aufblas- und Abkühlungsprozesses unverändert. Schließlich erfolgt eine Abkühlung der verbundenen Substrate 10, 20 unter definierter bzw. reproduzierbarer Temperatur- und Druckrampe und dann die Entnahme aus dem Ofen. Bei Schritt 152 wird die Anschlagfläche 40-1 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, um das aus dem Abdeckungssubstrat 20 durch den Ausblasprozess gewonnene, strukturierte Deckelsubstrat 20' zu erhalten.In the
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass durch diesen Mechanismus mehrere plane Seitenwände 24-1 mit einem definierten Kippwinkel in einem Deckelelement (= Gehäuse) 24 hergestellt und zudem mit Linsenelementen 26 kombiniert werden können. Durch die Abdeckung der Linse (der Linsenmaterialstruktur) 22 auf beiden Seiten mit den gegenüberliegenden Versteifungsstrukturen 28, 29 bleibt die ursprüngliche Linsenform besser erhalten und es können höher brechende Linsen mit kürzerem Fokusabstand hergestellt werden. Der Kippmechanismus gegen einen Anschlag 40 kann auch zum vertikalen Aufstellen der Fensterflächen 24-1 genutzt werden, wodurch eine sehr hohe Reproduzierbarkeit des Anstellwinkels erreicht wird. Die beidseitige Belegung mit Versteifungsstrukturen und Versteifungsschichten 28-1, 28-2 führt zu einer plan-plan Fensterfläche 24-1 ohne wesentliche Dickenvariation über ca. 90% der so geschützten Fensterfläche. Der Kippmechanismus unterstützt auch Mehrlinsenanordnungen, die nebeneinander und begrenzt auch übereinander angeordnet in einen definierten Winkel angekippt werden können. Man kann hier von Linsen- bzw. Spiegelflächenaufstellung sprechen.In this context, it should be noted that this mechanism allows several flat side walls 24-1 with a defined tilt angle to be produced in a cover element (= housing) 24 and can also be combined with
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder Silizium-Wafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an einem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 desselben zumindest einen vorstrukturierten Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist. Das Abdeckungssubstrat 20 weist eine Versteifungsstruktur 29 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 20 als eine strukturierte Versteifungsschicht auf bzw. über dem Linsenmaterialabschnitt 22, d.h. den Linsenmaterialabschnitt 22 überdeckend, angeordnet ist. Die weitere Versteifungsstruktur 29 überdeckt den Linsenmaterialabschnitt 22 zumindest teilweise oder auch vollständig.In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 eine Versteifungsstruktur 28 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 22 an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-1 des Abdeckungssubtrats 20 und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet ist. Somit ist eine doppelseitige Versteifungsstruktur über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats zur Erhaltung der Linsenform bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) vorgesehen.According to one embodiment, the
Die gegenüberliegend zu der Linsenstruktur 22 angeordnete Versteifungsstruktur 28 ist nun beispielsweise relativ dick ausgeführt, um als ein Kippanschlag bei dem Glasfließvorgang (Schritte 130, 140) zu dienen. Durch die (besonders) dick ausgeführte Versteifungsstruktur 28 kann bei dem Glasfließvorgang (Schritte 130, 140) ein Überkippen der Linsenstruktur 22 vermieden werden und so besonders reproduzierbar der Aufstellwinkel der Linsenelemente 26, z.B. von Linsenelemente 26 im Bereich 90° relativ zum Formsubstrat 10, hergestellt werdenThe stiffening
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 ferner eine weitere Versteifungsstruktur 28-1 an einem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 auf. Gemäß einem weiteren optionalen Ausführungsbeispiel können auch weitere, paarweise gegenüberliegende Versteifungsstrukturen 28-1, 28-2 an dem Abdeckungssubtrat 20 an gegenüberliegenden Seitenflächen 20-1, 20-2 des Abdeckungssubtrats 20 und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend (und z.B. zentriert / ausgerichtet) zueinander lokal angeordnet sind.According to one embodiment, the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So können beispielsweise die Linsenstruktur 22 mit der Versteifungsstruktur 29 und die weitere Versteifungsstruktur 28-1 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 innerhalb einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 angeordnet sein, d.h. zwischen den erhöhten Bereichen des strukturierten Oberflächenbereichs 10-1 des Formsubstrats 10.In a
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden, z. B. mittels anodischen Bondens (beispielsweise in einer definierten Atmosphäre) hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Dabei bildet die in dem Formsubstrat 10 angeordnete Vertiefung 12 bzw. bilden die in dem Formsubstrat 10 angeordneten Vertiefungen 12 dann jeweils die zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-4 des Verfahrens 100 wird das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen.In a
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert (mit Vertiefungen oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet) ist. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 desselben (zumindest) einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist, und wobei an dem Abdeckungssubstrat 20 eine zugeordnete Versteifungsstruktur 28 angeordnet ist.In
In der Vorbereitung des eigentlichen Herstellungsprozesses wird also ein mit vorstrukturierten Linsen (Linsenstrukturen oder Linsenmaterialabschnitten) 22 vorbereiteter Glaswafer 20 (= Abdeckungssubstrat) bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Versteifungsstrukturen 28, 28-1, 29 aufweist, wobei dicke Silizium-Versteifungsstrukturen 28 auf der den vorstrukturierten Linsen 22 gegenüberliegenden Wafer-Seite. So können ferner die Linsenstrukturen und optional andere Bereiche des Glaswafers (Abdeckungssubstrats) 20 lokal mit einer Versteifungsschicht auf der Oberseite des Glaswafers 20 überzogen sein. Die Versteifungsstrukturen weisen ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, auf, oder bestehen aus dem Halbleitermaterial, z. B. Silizium. Durch die Größe und geometrische Anordnung der Versteifungsstruktur 28 kann der Linsenanstellwinkel (z.B. 90°) sehr genau eingestellt werden. Ferner kann durch die doppelseitige, gegenüberliegende Anordnung der Versteifungsstrukturen 28, 29 über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats die gewünschte Linsenform der Linsenstruktur 22 bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) erhalten bzw. beibehalten werden.In preparation for the actual manufacturing process, a glass wafer 20 (= cover substrate) prepared with pre-structured lenses (lens structures or lens material sections) 22 is provided, which has a plurality of stiffening
In der Vorbereitung wird zudem das Formsubstrat 10, z.B. ein Silizium-Formsubstrat, mit einseitigen Kavitäten und Kanalstrukturen 12 (= Ausnehmungen oder Vertiefungen) versehen. Der Glaswafer 20 wird zu dem Formsubstrat 10 ausgerichtet und in einer definierten Atmosphäre beispielsweise anodisch gebondet, um einen (definierten) Gasdruck in den Kavitäten und Kanalstrukturen 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen zum Formsubstrat 10 oder vom Formsubstrat 10 weg.In preparation, the
Bei dem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, um ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu bewirken. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 (= Auswölbung oder Verformung) erhalten.In the (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckelelement 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt.Furthermore, a
Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position und der relativ großen Dicke der Versteifungsstruktur 28, die der Linsenstruktur 22 und der daran angeordneten Versteifungsstruktur 29 an dem Abdeckungssubstrat 20 gegenüberliegt, wird nun bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks bewirkt, dass die dicke Versteifungsstruktur 28 als ein Kippanschlag bei dem Glasfließvorgang dient. Durch die (besonders) dick ausgeführte Versteifungsstruktur 28 kann bei dem Glasfließvorgang (Schritte 130, 140) ein Überkippen der Linsenstruktur 22 vermieden werden und so besonders reproduzierbar der Aufstellwinkel der Linsen bzw. Linsenelemente 26 in einem Bereich von 90° relativ zum Formsubstrat 10 hergestellt werden. Der Anstellwinkel der Linsenelement 26 wird somit prozesstechnisch durch Aufsetzen der seitlichen Kante der dicken Versteifungsstrukturen 28 bestimmt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schritt 130 des Temperns in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C durchgeführt werden. Ferner kann durch die doppelseitige, gegenüberliegende Anordnung der Versteifungsstrukturen 28, 29 über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats die gewünschte Linsenform der Linsenstruktur 22 bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) erhalten werden.Due to the aligned or predetermined position and the relatively large thickness of the stiffening
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-4 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhaltenAccording to an embodiment of the flow chart 100-4 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-4 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-4 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-4 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden.According to an embodiment of the flow chart 100-4 of the
Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann. Der Anschlag 40 und damit die Anschlagfläche 40-1 ist beispielsweise eben ausgeführt. Nach dem Glasfließprozesses 130, 140 erfolgt beispielsweise ein Abkühlen des Deckelsubstrats 20' und Entnahme des Deckelsubstrats 20' aus dem Ofen 50.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-4 des Verfahrens 100 weist das Abdeckungssubstrat 20 auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den als Linsenstruktur 22 ausgebildetes Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, die bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einem lateralen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' entspricht.According to an embodiment of the flow chart 100-4 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-4 des Verfahrens 100 kann bei einem Schritt 142 des Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck oder alternativ ein atmosphärischer Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt werden, um eine Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach außen (konvexe) oder alternativ nach innen (konkav) zu erzeugen.According to an embodiment of the flow chart 100-4 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ablaufdiagramm 100-4 des Verfahrens 100 ferner den Schritt 142 des Abkühlens des Anschlagelements 40, des Formsubstrats 10 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, wobei dann bei dem Schritt 150 anschließend das Formsubstrat 10 mittels eines Ätzvorgangs, z.B. eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats, entfernt wird.According to an embodiment, the flowchart 100-4 of the
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement 40 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' das Deckelsubstrat 20' mit dem zumindest einen De-ckelelement 24 bildet. Das Deckelsubstrat 20' kann z.B. zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner einen Schritt 152 des Entfernens der Versteifungsstrukturen 28, 28-1, 29 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' nach dem Schritt 130, 140 des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks auf. Das Entfernen der Versteifungsstrukturen 28, 28-1 und 29 kann auch mittels eines Ätzvorgangs, z.B. zusammen mit dem Ätzvorgang des Formsubstrats 10, durchgeführt werden, z.B. mittels eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Materials.According to one embodiment, the method further comprises a step 152 of removing the stiffening
Da das Abdeckungssubstrat 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, aufweist, ist auch das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, mit dem zumindest einen Deckelelement 24 einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet. Bei Schritt 150 wird somit z.B. ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit konvexen Linsen 26 in einem Seitenfenster 24-1 des Deckelelements (= der Glaskappe) 24 und ein geneigtes Seitenfenster 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' z.B. auf (lateral) gegenüberliegenden Seiten des Deckelelements 24, nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums des Formsubstrats 10 und des Anschlagelements 50 erhalten. Somit wird beispielsweise ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit mindestens einer konvexen Linse 26 in mindestens einem ersten Seitenfenster 24-1 und einer winklig angestellten Planfläche 24-1 beispielsweise auf der gegenüberliegenden Seite zu dem ersten Seitenfenster 24-1 nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums erhalten.Since the
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 160 kann der Prozessablauf 100-4 des Verfahrens 100 ferner ein Aufbringen bzw. Abscheiden einer Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur bzw. als ein Versiegelungsrahmen auf Verbindungsbereichen 62 an nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 24-3 der Deckelelemente 24 des geformten Abdeckungssubstrats (des Deckelsubstrats) 20' aufweisen.In an (optional)
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei Schritt 160 ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen innenseitigen und/oder außenseitigen Bereich, z.B. innenseitig und/oder außenseitig auf den Deckenbereich 24-2 und/oder Seitenwandbereich 24-1, des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden.According to one embodiment, at
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Abdeckungssubstrat 20' dann optional so ausgebildet werden, dass eine Seitenwand 24-1 mit einem Linsenelement 26 und die gegenüberliegende, schräge Seitenwand 24-1 mit einer innenseitigen Verspiegelung 65, die z.B. als ein Umlenkspiegel wirksam ist, ausgebildet ist.According to an embodiment of the method, the cover substrate 20' can then optionally be designed such that a side wall 24-1 is designed with a
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 170 kann der Prozessablauf 100-4 des Verfahrens 100 ferner ein Vereinzeln, z.B. durch Sägen oder Lasertrennung, des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, um vereinzelte Deckelelemente (Kappen) 24' zu erhalten, mit denen beispielsweise optische Aufbauten auf Einzelsubstratebene oder auf Waferebene durch Einzelverkappung hermetisch versiegelt werden können.In an (optional)
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder SiliziumWafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an dem zweiten Hauptoberflächenbereich (an der zweiten Seitenfläche) 20-2 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist.In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 eine Versteifungsstruktur 28 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 22 an einer gegenüberliegenden (ersten) Seitenfläche 20-1 des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet ist. Ferner weist das Abdeckungssubstrat 20 eine weitere Versteifungsstruktur 29 auf, die an dem Abdeckungssubtrat 20 als eine strukturierte Versteifungsschicht auf bzw. über dem Linsenmaterialabschnitt 22, d.h. den Linsenmaterialabschnitt 22 überdeckend, angeordnet ist. Die weitere Versteifungsstruktur 29 überdeckt den Linsenmaterialabschnitt 22 zumindest teilweise oder auch vollständig. Somit ist eine doppelseitige Versteifungsstruktur 28, 29 über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-1 des Abdeckungssubtrats 20 zur Erhaltung der Linsenform bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) vorgesehen.According to one embodiment, the
Gemäß einem weiteren (alternativen) Ausführungsbeispiel kann der Linsenmaterialabschnitt 22 (mit der weiteren Versteifungsstruktur 29) auch an dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 und die Versteifungsstruktur 28 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich (Seitenfläche) 20-2 des Abdeckungssubtrats und (hinsichtlich einer vertikalen Projektion) gegenüberliegend und zentriert (= zentriert ausgerichtet) zu dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 angeordnet sein. Dabei sind die nachfolgenden Prozessschritte auf diese vertauschte Anordnung der Linsenmaterialabschnitte 22 und der Versteifungsstruktur(en) 28, 29 an dem Abdeckungssubstrat 20 entsprechend anwendbar.According to a further (alternative) embodiment, the lens material section 22 (with the further stiffening structure 29) can also be arranged on the first main surface area 20-1 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Abdeckungssubstrat 20 ferner weitere Versteifungsstrukturen aufweisen, die an dem Abdeckungssubtrat 20 an den Seitenflächen 20-1, 20-2 des Abdeckungssubtrats 20 lokal angeordnet sein können. Die optionalen weiteren Versteifungsstrukturen können z.B. einzeln oder auch paarweise gegenüberliegend (und zentriert / ausgerichtet) zueinander an dem Abdeckungssubtrat 20 angeordnet sein. Die weiteren Versteifungsstrukturen können nun vorgesehen sein, um bei dem (späteren) Schritt des Temperns 130 einen geneigten (winklig angestellten) oder vertikalen, planen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' zu erhalten.According to one embodiment, the
Somit sind an den Oberflächenbereichen 20-1, 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 die Linsenmaterialabschnitte (= Linsenstrukturen) 22 sowie weitere Bereiche lokal mit den Versteifungsstrukturen 28, 29 (= strukturierte Versteifungsschichten) überzogen bzw. bedeckt.Thus, on the surface regions 20-1, 20-2 of the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So kann beispielsweise der Linsenmaterialabschnitt 22 mit der die Versteifungsstruktur 29 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 innerhalb einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 angeordnet sein, d.h. zwischen den erhöhten Bereichen des strukturierten Oberflächenbereichs 10-1 des Formsubstrats 10.In a
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden, z. B. mittels anodischen Bondens (beispielsweise in einer definierten Atmosphäre) hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Das anodische Bonden wird beispielsweise so durchgeführt, dass der Stromfluss bei dem Bondvorgang (möglichst) nicht über die erhabenen (erhöhten) Versteifungsstrukturen 28, 29 (z.B. Silizium-Versteifungsstrukturen 28, 29) geleitet wird.In a
Dabei bildet nun die in dem Formsubstrat 10 angeordnete Vertiefung 12 bzw. bilden die in dem Formsubstrat 10 angeordneten Vertiefungen 12 dann jeweils die zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-5 des Verfahrens 100 wird das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen also zum Formsubstrat 10.In this case, the
In der Vorbereitung des eigentlichen Herstellungsprozesses wird also ein mit Linsenstrukturen 22 (Linsenmaterialabschnitten) vorbereiteter Glaswafer 20 (= Abdeckungssubstrat) bereitgestellt, der vorderseitig (an der Vorderseite 20-1) eine oder eine Mehrzahl von Versteifungsstrukturen 28 und an rückseitig (an der Rückseite 20-2) die Versteifungsstruktur 29 über der Linsenstruktur 22 (Linsenmaterialabschnitt) aufweist. Die Versteifungsstrukturen weisen ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, auf, oder bestehen aus dem Halbleitermaterial, z. B. Silizium.In preparation for the actual manufacturing process, a glass wafer 20 (= cover substrate) prepared with lens structures 22 (lens material sections) is provided, which has one or a plurality of stiffening
In der Vorbereitung wird zudem das Formsubstrat 10, z.B. ein Silizium-Formsubstrat, mit einseitigen Kavitäten und Kanalstrukturen 12 (= Ausnehmungen oder Vertiefungen) versehen. Der Glaswafer 20 wird zu dem Formsubstrat 10 ausgerichtet und in einer definierten Atmosphäre beispielsweise anodisch gebondet, um einen (definierten) Gasdruck in den Kavitäten und Kanalstrukturen 30 einzuschließen. Die Linsenstrukturen 22 schauen zum Formsubstrat 10.In preparation, the
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert (mit Vertiefungen oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet) ist.Thus, in
Bei dem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu bewirken. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 (= Auswölbung oder Verformung) erhalten.In the (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckelelement 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt.Furthermore, a
Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position der gegenüberliegenden Versteifungsstrukturen 28, 29 wird nun bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks bewirkt, dass eine seitliche Innenlinse 26 an dem Deckelelement 24 gebildet wird. Ferner kann durch die doppelseitige, gegenüberliegende Anordnung der Versteifungsstrukturen 28, 29 über dem Linsenmaterialabschnitt 22 sowie an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 20-2 des Abdeckungssubtrats die gewünschte Linsenform der Linsenstruktur 22 bei dem Glasfließprozess (Schritte 130, 140) erhalten werden.Due to the aligned or predetermined position of the opposing
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-5 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-5 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-5 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-5 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden.According to an embodiment of the flow chart 100-5 of the
Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann. Der Anstellwinkel (bzgl. der Referenzebene) der Linsen 26 ist damit kontrollierbar und einstellbar. Der Anschlag 40 und damit die Anschlagfläche 40-1 ist beispielsweise eben ausgeführt. Nach dem Glasfließprozesses 130, 140 erfolgt beispielsweise ein Abkühlen des Deckelsubstrats 20' und Entnahme des Deckelsubstrats 20' aus dem Ofen 50.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-5 des Verfahrens 100 weist das Abdeckungssubstrat 20 auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den als Linsenstruktur 22 ausgebildetes Linsenmaterialabschnitt an einer Position auf, die bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einem lateralen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' entspricht.According to an embodiment of the flow chart 100-5 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-5 des Verfahrens 100 kann bei einem Schritt 142 des Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck oder alternativ ein atmosphärischer Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt werden, um eine Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach außen (konvexe) oder alternativ nach innen (konkav) zu erzeugen.According to an embodiment of the flow chart 100-5 of the
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement 40 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' das Deckelsubstrat 20' mit dem zumindest einen Deckelelement 24 bildet. Das Deckelsubstrat 20' kann z.B. zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ablaufdiagramm 100-5 des Verfahrens 100 ferner den Schritt 142 des Abkühlens des Anschlagelements 40, des Formsubstrats 10 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, wobei dann bei dem Schritt 150 anschließend das Formsubstrat 10 mittels eines Ätzvorgangs, z.B. eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats, entfernt wird.According to an embodiment, the flowchart 100-5 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner einen Schritt 152 des Entfernens der Versteifungsstrukturen 28, 29 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' nach dem Schritt 130, 140 des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks auf. Das Entfernen der Versteifungsstrukturen 28, 29 kann auch mittels eines Ätzvorgangs z.B. zusammen mit dem Ätzvorgang des Formsubstrats 10 durchgeführt werden, z.B. mittels eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Materials.According to one embodiment, the method further comprises a step 152 of removing the stiffening
Da das Abdeckungssubstrat 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, aufweist, ist auch das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, mit dem zumindest einen Deckelelement 24 einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet. Bei Schritt 150 wird somit z.B. ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit einer oder mehreren konvexen Linsen 26 in dem Seitenfenster 24-1 des Deckelelements (= der Glaskappe) 24 und ein geneigtes oder vertikales Seitenfenster 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' z.B. auf (lateral) gegenüberliegenden Seiten des Deckelelements 24, nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums des Formsubstrats 10 und des Anschlagelements 50 erhalten.Since the
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 160 kann der Prozessablauf 100-5 des Verfahrens 100 ferner ein Aufbringen bzw. Abscheiden einer Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur bzw. als ein Versiegelungsrahmen auf Verbindungsbereichen 62 an nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 24-3 der Deckelelemente 24 (auf den zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2) des geformten Abdeckungssubstrats (des Deckelsubstrats) 20' aufweisen.In an (optional)
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei Schritt 160 ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen innenseitigen und/oder außenseitigen Bereich, z.B. innenseitig und/oder außenseitig auf den Deckenbereich 24-2 und/oder Seitenwandbereich 24-1, des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden.According to one embodiment, at
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Abdeckungssubstrat 20' dann optional so ausgebildet werden, dass eine Seitenwand 24-1 mit einem Linsenelement und die gegenüberliegende, schräge Seitenwand 24-1 mit einer innenseitigen Verspiegelung 65, die z.B. als ein Umlenkspiegel wirksam ist, ausgebildet ist.According to an embodiment of the method, the cover substrate 20' can then optionally be designed such that a side wall 24-1 is formed with a lens element and the opposite, inclined side wall 24-1 is formed with an
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 170 kann der Prozessablauf 100-5 des Verfahrens 100 ferner ein Vereinzeln, z.B. durch Sägen oder Lasertrennung, des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, um vereinzelte Deckelelemente (Kappen) 24' zu erhalten, mit denen beispielsweise optische Aufbauten auf Einzelsubstratebene oder auf Waferebene durch Einzelverkappung hermetisch versiegelt werden können.In an (optional)
Im Folgenden werden nun nochmals einige Verfahrensschritte des Prozessablaufs 100-5 des Verfahrens 100 von
Zunächst wird bei Schritt 110 ein Formsubstrat 10 mit einem mit Vertiefungen 12 strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, wobei das Formsubstrat 10 z.B. Silizium aufweist oder aus Silizium besteht. Es folgt der Schritt 112 des Anordnens eines Abdeckungssubstrates 20 mit einer strukturierten Versteifungsschicht 29 auf der mit Linsen (Linsenmaterialstrukturen) 22 vorgeformten Unterseite 20-2 und strukturierten Versteifungsstrukturen 28 auf der Oberseite 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 auf dem mit Vertiefungen 12 vorstrukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10, wobei das Abdeckungssubstrat 20 ein Glasmaterial aufweist (oder daraus besteht) und die Versteifungsstrukturen bzw. Versteifungsschichten 28, 29 Silizium aufweisen (oder daraus bestehen). Die abgedeckten Linsen 22, 29 schauen zum Formsubstrat 10 hin, wobei die Versteifungsstruktur(en) 28 vom Formsubstrat 10 weg schauen, und wobei Versteifungsschichten bzw. Versteifungsstrukturen 28, 29 (z.B. paarweise gegenüberliegend) zueinander ausgerichtet sind.First, in
Bei dem Schritt 114 des Verbindens des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 wird die strukturierte Oberfläche 10-1 des Formsubstrats 10 mit der Oberfläche 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 gasdicht mit einer definierten eingeschlossenen Innenatmosphäre in den Vertiefungen 12 verbunden, um die miteinander verbundenen Substrate 10, 20 bereitzustellen (Schritt 120). Bei dem Schritt 130 des Temperns der verbundenen Substrate 10, 20 in einem Unterdruckofen 50 wird ein Ausblasen des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 bezogen auf die Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 durch den eingeschlossenen Druck in Relation zu dem Ofendruck bewirkt. Die Fließfront stoppt an der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 in dem einstellbaren Abstand h in dem Unterdruckofen 50, wobei das Anschlagelement 40 mit der Anschlagfläche 40-1 einen Siliziumwafer aufweist oder aus einem Siliziumwafer besteht. Der einstellbare Abstand h im Unterdruckofen ist fix eingestellt und bleibt während des Aufblas- und Abkühlungsprozesses unverändert. Schließlich erfolgt eine Abkühlung der verbundenen Substrate 10, 20 unter definierter bzw. reproduzierbarer Temperatur- und Druckrampe und dann die Entnahme aus dem Ofen. Bei Schritt 152 wird die Anschlagfläche 40-1 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, um das aus dem Abdeckungssubstrat 20 durch den Ausblasprozess gewonnene, strukturierte Deckelsubstrat 20' zu erhalten.In the
In den obigen
Die in den
Die dicke Versteifungsstruktur 28 von
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder SiliziumWafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an dem ersten Hauptoberflächenbereich (an der ersten Seitenfläche bzw. Vorderseite) 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist. Das Abdeckungssubstrat 20 ist somit beispielsweise als ein einseitig (an der Oberseite 20-1) strukturierter (durch Glasätzverfahren bzw. Glasfließtechnik hergestellter) Glaswafer 20 ausgebildet, d.h. die Linsenmaterialabschnitte 22 können in Vorbereitung des weiteren Herstellungsablaufs durch Glasätzverfahren bzw. Glasfließtechnik hergestellt werden.In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Abdeckungssubstrat 20 optional Versteifungsstrukturen aufweisen, die an dem Abdeckungssubtrat 20 an den Seitenflächen 20-1 und/oder 20-2 des Abdeckungssubtrats 20 lokal angeordnet sein können. Die optionalen weiteren Versteifungsstrukturen können z.B. einzeln oder auch paarweise gegenüberliegend (und zentriert / ausgerichtet) zueinander an dem Abdeckungssubtrat 20 angeordnet sein. Die weiteren Versteifungsstrukturen können nun vorgesehen sein, um bei dem (späteren) Schritt des Temperns 130 einen geneigten (winklig angestellten) oder vertikalen, planen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' zu erhalten.According to one embodiment, the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So kann beispielsweise der Linsenmaterialabschnitt 22 an dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 (z.B. zentriert) gegenüber einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 angeordnet werden.In a
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden, z. B. mittels anodischen Bondens (beispielsweise in einer definierten Atmosphäre) hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 kann in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt werden, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen. Das Abdeckungssubstrat 20 und/oder das Formsubstrat 10 sind ausgebildet, um die abgeschlossene Kavität 30 mit einer oder einer Mehrzahl von abgeschlossenen Kavitätsbereichen 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden, wobei die abgeschlossenen Kavitätsbereiche 30 fluidisch getrennt voneinander angeordnet sind, oder wobei ferner Gasaustauschkanäle 30-1 zwischen den von der Umgebungsatmosphäre abgeschlossenen Kavitätsbereichen 30 vorgesehen sein können, um diese fluidisch miteinander zu verbinden, um einen gemeinsamen definierten atmosphärischen Druck in den verbundenen Kavitätsbereichen 30 zu erhalten. Die Linsenstrukturen 22 schauen vom Formsubstrat 10 weg.In a
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert (mit Vertiefungen oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet) ist.Thus, in
Bei dem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu bewirken. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 (= Auswölbung oder Verformung) erhalten.In the (subsequent)
Ferner wird durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckelelement 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckelelement 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt.Furthermore, a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-6 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-6 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-6 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-6 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder der den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden. Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen (z.B. in einem Unterdruckofen) 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann.According to an embodiment of the flow chart 100-6 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 somit auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den Linsenmaterialabschnitt 22 an einer Position auf, um bei dem Schritt 130, 140 des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks an einem inneren Deckenwandbereich 24-2 des Deckelelements 24 die (z.B. nach innen gewölbte) Linsenstruktur 26 auszubilden. Das Herstellungsverfahren 100 gemäß dem Ablaufdiagramm 100-6 stellt somit bei dem Glasfließvorgang der Schritte 130, 140) quasi eine Linseninversion von der Oberseite 20-1 des Abdeckungssubstrates 20 auf die Unterseite 20-2 des strukturierten Deckelsubstrats 20' dar. Die resultierenden konvexen Linsenelemente 26 können im Deckelelement 24 mit einer Brechkraft hergestellt werden, die etwas niedriger als bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist, da ohne Versteifungselemente eine gewisse Linsenabflachung auftreten kann bzw. wird.According to one embodiment, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-6 des Verfahrens 100 kann bei einem Schritt 142 des Abkühlens des geformten Abdeckungssubstrats 20' in einem Temperaturbereich über 650°C, z.B. zwischen 650°C und 955°C oder zwischen 650°C und 750°C, ein atmosphärischer Überdruck oder alternativ ein atmosphärischer Unterdruck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bewirkt werden, um eine Wölbung der Seitenwandbereiche (Seitenfenster) 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' nach außen (konvexe) oder alternativ nach innen (konkav) zu erzeugen.According to an embodiment of the flow chart 100-6 of the
Bei einem nachfolgenden Schritt 150 wird nun das Anschlagelement 40 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, wobei nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' das Deckelsubstrat 20' mit dem zumindest einen Deckelelement 24 bildet. Das Deckelsubstrat 20' kann z.B. zum Häusen eines oder einer Mehrzahl von optischen oder optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden.In a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ablaufdiagramm 100-6 des Verfahrens 100 ferner den Schritt 142 des Abkühlens des Anschlagelements 40, des Formsubstrats 10 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, wobei dann bei dem Schritt 150 anschließend das Formsubstrat 10 mittels eines Ätzvorgangs, z.B. eines Silizium- oder Halbleiter-Ätzvorgangs des Silizium- oder Halbleiter-Material des Formsubstrats, entfernt wird.According to an embodiment, the flowchart 100-6 of the
Da das Abdeckungssubstrat 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein einziges homogenes Material, z. B. ein Glasmaterial, aufweist, ist auch das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das Deckelsubstrat bzw. die Glaskappe, mit dem zumindest einen Deckelelement 24 einteilig (einstückig) und aus einem einzigen homogenen Material, z. B. dem Glasmaterial, ausgebildet. Bei Schritt 150 wird somit z.B. ein Glas-Deckelsubstrat 20' mit einer oder mehreren konvexen Linsen 26, die in Richtung der Kavität 30 ausgerichtet sind, an dem Deckenbereich 24-2 der jeweiligen Deckelelemente (= der Glaskappen) 24 nach der beidseitigen Entfernung des Siliziums des Formsubstrats 10 und des Anschlagelements 50 erhalten.Since the
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 160 kann der Prozessablauf 100-6 des Verfahrens 100 ferner ein Aufbringen bzw. Abscheiden einer Metallisierung 60 als eine (zusammenhängende) Rahmenstruktur bzw. als ein Versiegelungsrahmen auf Verbindungsbereichen 62 an nicht-ausgewölbten Bereichen (Sockelbereichen) 24-3 der Deckelelemente 24 (auf den zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2) des geformten Abdeckungssubstrats (des Deckelsubstrats) 20' aufweisen.In an (optional)
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei Schritt 160 ferner eine Antireflexions-Beschichtung 64 auf einen innenseitigen und/oder außenseitigen Bereich, z.B. innenseitig und/oder außenseitig auf den Deckenbereich 24-2 und/oder Seitenwandbereich 24-1, des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufgebracht oder abgeschieden werden.According to one embodiment, at
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Abdeckungssubstrat 20' dann optional so ausgebildet werden, dass eine Seitenwand 24-1 mit einem Linsenelement und die gegenüberliegende, schräge Seitenwand 24-1 mit einer innenseitigen Verspiegelung 65, die z.B. als ein Umlenkspiegel wirksam ist, ausgebildet ist.According to an embodiment of the method, the cover substrate 20' can then optionally be designed such that a side wall 24-1 is formed with a lens element and the opposite, inclined side wall 24-1 is formed with an
Bei einem (optionalen) nachfolgenden Schritt 170 kann der Prozessablauf 100-6 des Verfahrens 100 ferner ein Vereinzeln, z.B. durch Sägen oder Lasertrennung, des geformten Abdeckungssubstrats 20' aufweisen, um vereinzelte Deckelelemente (Kappen) 24' zu erhalten, mit denen beispielsweise optische Aufbauten auf Einzelsubstratebene oder auf Waferebene durch Einzelverkappung hermetisch versiegelt werden können.In an (optional)
Im Folgenden werden nun nochmals einige Verfahrensschritte des Prozessablaufs 100-6 des Verfahrens 100 von
Zunächst wird bei Schritt 110 ein Formsubstrat 10 mit einem mit Vertiefungen 12 strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, wobei das Formsubstrat 10 z.B. Silizium aufweist oder aus Silizium besteht. Es folgt der Schritt 112 des Anordnens des mit Erhöhungen 22 vorstrukturierten Abdeckungssubstrates 20 auf dem mit Vertiefungen 12 vorstrukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10, wobei das Abdeckungssubstrat 20 ein Glasmaterial aufweist (oder daraus besteht). Die Linsenstrukturen 22 (an dem Vorderseite 20-1 des Abdeckungssubstrats 20) schauen von Formsubstrat 10 weg.First, in
Bei dem Schritt 114 des Verbindens des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 wird die strukturierte Oberfläche 10-1 des Formsubstrats 10 mit der Oberfläche 20-2 des Abdeckungssubstrats 20 gasdicht mit einer definierten eingeschlossenen Innenatmosphäre in den Vertiefungen 12 verbunden, um die miteinander verbundenen Substrate 10, 20 bereitzustellen (Schritt 120).In the
Bei dem Schritt 130 des Temperns der verbundenen Substrate 10, 20 in einem Unterdruckofen 50 wird ein Ausblasen des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 bezogen auf die Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 durch den eingeschlossenen Druck in Relation zu dem Ofendruck bewirkt. Die Fließfront stoppt an der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 in dem einstellbaren Abstand h in dem Unterdruckofen 50, wobei das Anschlagelement 40 mit der Anschlagfläche 40-1 z.B. einen Siliziumwafer aufweist oder aus einem Siliziumwafer besteht. Der einstellbare Abstand h im Unterdruckofen ist fix eingestellt und bleibt während des Aufblas- und Abkühlungsprozesses unverändert.In the
Schließlich erfolgt eine Abkühlung der verbundenen Substrate 10, 20 unter definierter bzw. reproduzierbarer Temperatur- und Druckrampe und dann die Entnahme aus dem Ofen. Bei Schritt 152 wird die Anschlagfläche 40-1 und das Formsubstrat 10 von dem geformten Abdeckungssubstrat 20' entfernt, um das aus dem Abdeckungssubstrat 20 durch den Ausblasprozess gewonnene, strukturierte Deckelsubstrat 20' zu erhalten.Finally, the
Bei Schritt 110 werden zunächst das Formsubstrat 10, z. B. ein Halbleiter- oder SiliziumWafer, mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 bereitgestellt, d.h. das Formsubstrat 10 ist mit zumindest einer Vertiefung bzw. Ausnehmung 12 versehen. Ferner wird das Abdeckungssubstrat 20, z. B. ein Glaswafer, bereitgestellt. Das Abdeckungssubstrat 20 weist ferner an dem ersten Hauptoberflächenbereich (an der ersten Seitenfläche bzw. Vorderseite) 20-1 desselben zumindest einen Linsenmaterialabschnitt 22 auf, wobei das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22 ein Glasmaterial aufweist. Das Abdeckungssubstrat 20 ist somit beispielsweise als ein einseitig (an der Oberseite 20-1) strukturierter (durch Glasätzverfahren bzw. Glasfließtechnik hergestellter) Glaswafer 20 ausgebildet, d.h. die Linsenmaterialabschnitte 22 können in Vorbereitung des weiteren Herstellungsablaufs durch Glasätzverfahren bzw. Glasfließtechnik hergestellt werden.In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Abdeckungssubstrat 20 optional Versteifungsstrukturen aufweisen, die an dem Abdeckungssubtrat 20 an den Seitenflächen 24-1 und/oder 24-2 des Abdeckungssubtrats 20 lokal angeordnet sein können. Die optionalen weiteren Versteifungsstrukturen können z.B. einzeln oder auch paarweise gegenüberliegend (und zentriert / ausgerichtet) zueinander an dem Abdeckungssubtrat 20 angeordnet sein. Die weiteren Versteifungsstrukturen können nun vorgesehen sein, um bei dem (späteren) Schritt des Temperns 130 einen geneigten (winklig angestellten) oder vertikalen, planen Seitenwandbereich 24-1 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' zu erhalten.According to one embodiment, the
Bei einem Schritt 112 wird das Abdeckungssubstrat 20 auf dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 ausgerichtet angeordnet, um den Linsenmaterialabschnitt 22 des Abdeckungssubstrats in einer ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position (= Ausrichtung) mit dem strukturierten Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 anzuordnen. So kann beispielsweise der Linsenmaterialabschnitt 22 an dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 lateral versetzt zu einer der Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 bzw. (bzgl. einer vertikalen Projektion) jeweils zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 12 des Formsubstrats 10 angeordnet sein.In a
Bei einem Schritt 114 wird dann das Abdeckungssubstrat 20 mit dem Formsubstrat 10 verbunden, z. B. mittels anodischen Bondens (beispielsweise in einer definierten Atmosphäre) hermetisch verbunden, um zumindest eine abgeschlossene Kavität 30 oder eine Mehrzahl von Teilkavitäten zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden. Das (hermetische) Verbinden 114 des Abdeckungssubstrats 20 mit dem Formsubstrat 10 kann in einer Atmosphäre mit einem definierten atmosphärischen Umgebungsdruck durchgeführt werden, um einen definierten atmosphärischen Druck in den abgeschlossenen Kavitäten 30 einzuschließen. Das Abdeckungssubstrat 20 und/oder das Formsubstrat 10 sind ausgebildet, um die abgeschlossene Kavität 30 mit einer oder einer Mehrzahl von abgeschlossenen Kavitätsbereichen 30 zwischen dem Abdeckungssubstrat 20 und dem Formsubstrat 10 zu bilden, wobei die abgeschlossenen Kavitätsbereiche 30 fluidisch getrennt voneinander angeordnet sind, oder wobei ferner Gasaustauschkanäle 30-1 zwischen den von der Umgebungsatmosphäre abgeschlossenen Kavitätsbereichen 30 vorgesehen sein können, um diese fluidisch miteinander zu verbinden, um einen gemeinsamen definierten atmosphärischen Druck in den verbundenen Kavitätsbereichen 30 zu erhalten. Die Linsenstrukturen 22 schauen vom Formsubstrat 10 weg.In a
Bei Schritt 120 werden also das Formsubstrat 10 und das Abdeckungssubstrat 20, die (fest) miteinander verbunden sind, bereitgestellt, wobei der Oberflächenbereich 10-1 des Formsubstrats 10 strukturiert (mit Vertiefungen oder Kanalstrukturen 12 ausgebildet) ist. In
Bei dem (nachfolgenden) Schritt 130 wird nun das Abdeckungssubstrat 20 und das Formsubstrat 10 getempert, d.h. einer Temperaturbehandlung unterzogen bzw. erhitzt (erwärmt), um die Viskosität des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu verringern. Ferner wird bei einem Schritt 140 ein Überdruck in der (zumindest einen) abgeschlossenen Kavität bzw. den abgeschlossenen Kavitäten 30 gegenüber der umgebenden Atmosphäre bereitgestellt, ein definiertes Auswölben, z. B. Ausblasen oder Verformen, des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 zu bewirken. Durch das definierte Auswölben des Glasmaterials des Abdeckungssubstrats 20 wird somit ein geformtes Abdeckungssubstrat 20' mit (zumindest) einem Deckelelement 24 erhalten, wobei die Auswölbungen oder Verformungen, d.h. die ausgeblasenen Bereiche, dann die Seitenwandbereiche 24-1 und die Sockelbereiche 24-3 der resultierenden Deckelelemente 24 bilden, und wobei ferner die Deckenbereiche 24-2 der Deckelelements 24 mit dem daran angeordneten (nach innen ausgerichteten) Linsenelement 26 bilden.In the (subsequent)
Durch das definierte Auswölben des Abdeckungssubstrats 20 wird also aus dem Linsenmaterialabschnitt 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 ein Linsenelement 26 an dem Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 bewirkt bzw. geformt. Aufgrund der ausgerichteten bzw. vorgegebenen Position des Linsenmaterialabschnitts 22 an dem Abdeckungssubstrat 20 bezüglich der Position der abgeschlossenen Kavität 30 wird das Linsenelement 26 durch den Auswölbungsvorgang 130, 140 des Abdeckungssubstrats 20 an einer vorgegebenen Position und/oder mit einer vorgegebenen Ausrichtung an dem Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 des Deckelsubstrats 20' bewirkt.As a result of the defined bulging of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-7 des Verfahrens 100 wird der Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks als ein Glasfließprozess in einem Unterdruckofen 50 durchgeführt, um in der abgeschlossenen Kavität 30 einen definierten atmosphärischen Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-7 des Verfahrens 100 wird das Abdeckungssubstrat 20 bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks im Bereich der abgeschlossenen Kavität 30 bis zu einer Höhe h, die durch den vertikalen Abstand der Anschlagfläche 40-1 des Anschlags 40 zu dem ersten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 vorgegeben ist, ausgewölbt bzw. ausgeblasen.According to an embodiment of the flow chart 100-7 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Ablaufdiagramms 100-7 des Verfahrens 100 ist der der Kavität 30 oder der den Kavitätsbereichen 30 gegenüberliegende Bereich der Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 eben und parallel zu dem Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 ausgebildet, um bei dem Schritt des Temperns 130 und des Bereitstellens 140 eines Überdrucks einen ebenen Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 zu bilden. Die Durchführung des Glasfließprozesses 130, 140 kann also in einem druckkontrollierten Ofen (z.B. in einem Unterdruckofen) 50 erfolgen. Der Glaswafer (Abdeckungssubstrat) 20 wird im Bereich der Kavitäten 30 ausgeblasen bis zu der Höhe h, die durch eine Anschlagfläche 40-1 des Anschlagelements 40 bestimmt werden kann.According to an embodiment of the flow chart 100-7 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Abdeckungssubstrat 20 somit auf einem von dem Formsubstrat 10 abgewandten Hauptoberflächenbereich 20-1 des Abdeckungssubstrats 20 den Linsenmaterialabschnitt 22 an einer Position auf, um bei dem Schritt 130, 140 des Temperns und des Bereitstellens eines Überdrucks an einem inneren Deckenwandbereich 24-2 des Deckelelements 24 die (z.B. nach innen gewölbte) Linsenstruktur 26 auszubilden.According to one embodiment, the
Bei dem anhand von
Durch die Invertierung der ausgeblasenen Bereiche 30 kann die vorgeformte Linsenform 22 sehr gut erhalten werden und hochbrechende Linsenelemente 26 werden so mit einem Abstandshalter (Höhe h) versehen. Entsprechend ihres Fokusabstandes plus einer optionalen Zugabe um eine Bauteilhöhe auszugleichen sind sie parallel zur ehemaligen Hauptoberfläche 10-1 des Formsubstrates 10 vertikal versetzt.By inverting the blown-out
Als Alternative kann der Prozessablauf 100-7 ferner so gestaltet werden, dass z.B. die Sägerahmen über umlaufende Grabenstrukturen 12 liegen und mit den Linsenmaterialabschnitt 22 für die Linsenelemente 26 ausgeblasen werden. Die resultierenden Linsenelemente 26 werden dabei über den Anschlag 40 in einen Winkel angestellt. So zieht die notwendigerweise breitere umlaufende Grabenstruktur 12 zwar weniger Ausbeute pro Wafer (Substrat) nach sich. Da aber das obere Fenster 24-2, d.h. der Deckenbereich 24-2 mit dem Linsenmaterialabschnitt 22, nicht ausgeblasen wird und auf dem Siliziumwafer verbleibt, wird dessen optische Qualität behalten.As an alternative, the process sequence 100-7 can also be designed in such a way that, for example, the saw frames lie over
Das spezielle Deckelsubstrat 20' ist z.B. eine Voraussetzung für das Herstellen verbesserter gehäuster strahlungsemittierender Bauelemente 1' mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren 200. Die obigen Teilschritte und Prozessabläufe sind nur als beispielhaft zu sehen und können in anderen Ausführungen Variationen aufweisen. Es ist eine mögliche Prozessabfolge dargestellt, wie die Herstellung dieser Deckelwafer, also der Deckelsubstrate, mit integrierten vertikalen und/oder lateralen optischen Fensterflächen 24-1, 24-2 ablaufen kann.The special cover substrate 20' is, for example, a prerequisite for producing improved housed radiation-emitting components 1' using the
Bevor die nachfolgenden Ausführungsbeispiele im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird nochmals darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before the following embodiments are explained in more detail with reference to the drawings, it is pointed out again that identical, functionally equivalent or equivalent elements, objects, functional blocks and/or method steps in the different figures are provided with the same reference numerals, so that the description of these elements, objects, functional blocks and/or method steps shown in different embodiments is interchangeable or can be applied to one another.
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements, z.B. eine optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsbauelements, werden nun folgende Schritte durchgeführt. So wird zunächst das oben beschriebene Verfahren 100 mit den beispielhaften Prozessabläufen 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, zur Herstellung eines geformten Abdeckungssubstrats (= strukturiertes Deckelsubstrat) 20' durchgeführt. Dabei kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' ein einzelnes oder vereinzeltes Deckelelement 24' aufweisen oder kann auch eine Mehrzahl bzw. eine Vielzahl von Deckelelementen 24 aufweisen.In the
Ferner wird bei Schritt 220 ein Bauelementsubstrats 2 mit zumindest einem daran angeordneten, optoelektronischen Bauelement 1 (= Sende- und/oder Empfangsbauelement) bereitgestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Bauelementsubstrat 2 mit einem einzelnen optoelektronischen Bauelement 1 oder als ein Bauelement-Wafer 2 mit einer Mehrzahl daran angeordneter, optoelektronischer Bauelemente 1 bereitgestellt werden.Furthermore, in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren beispielsweise ferner einen Schritt 210 des Durchführens des Verfahrens 200 zur Herstellung von (hermetisch) gehäusten, optischen Bauelementen 1' auf Waferebene, wobei eine Vielzahl von optischen Bauelementen 1 an dem Bauelementesubstrat 2 angeordnet sind, und wobei das geformte Abdeckungssubstrat 20' eine Vielzahl von Deckelelementen 24 aufweist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren beispielsweise ferner einen Schritt 230 des Verbindens des Bauelementesubstrats 2 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' entlang eines dazwischenliegenden Verbindungsbereichs 60, 61, wie z.B. eines Bondrahmens. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 20 weist der Verbindungbereich 60 an dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2 z.B. eine Metallisierung auf, um eine Rahmenstruktur, z.B. eine zusammenhängende Rahmenstruktur, auf nicht-ausgewölbten Bereichen 24-3 (= Sockelbereichen) des geformten Abdeckungssubstrats 20' auszubilden, wobei das Verfahren 200 beispielsweise ferner einen Schritt 230 des Verbindens des geformten Abdeckungssubstrats 20' und des Bauelementesubstrats 2 mittels eines Bondrahmens 60 aufweist. Der Bondrahmen 60 kann beispielsweise ein metallisches Lotmaterial 66 aufweisen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 200 beispielsweise ferner einen Schritt 230 des Verbindens des Bauelementesubstrat 2 und des Abdeckungssubstrats 20' mittels Laserdirektschweißens, Laserlötens, eutektischen Lötverbindens, Thermokompressionsbondens, Glasfritbondens, reaktiven Nano-Metallschicht-Lötens (RMS) oder Induktionslötens entlang des Verbindungsbereichs 62. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 200 beispielsweise ferner die Schritte des Vereinzelns 170 des geformten Abdeckungssubstrats 20', um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten, und des (hermetischen) Verbindens 230 des vereinzelten Deckelelements 24' mit einem Bauelementesubstrat 2, um das gehäuste, optische Bauelement 1' zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 200 beispielsweise ferner die Schritte des (hermetischen) Verbindens 230 des geformten Abdeckungssubstrats 20' mit der Vielzahl von Deckelelementen 24 mit dem Bauelementesubstrat 2, das eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 aufweist, um eine Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' (auf Waferebene) zu erhalten, und ferner den Schritt des Vereinzelns 240 der Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1', um vereinzelte, hermetisch gehäuste optische Bauelemente 1' zu erhalten. Der Schritt des Vereinzelns 240 kann beispielsweise durch Sägen oder durch Lasertrennung erfolgen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 200 beispielsweise ferner die Schritte des Vereinzelns des geformten Abdeckungssubstrats 20', um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten, des Vereinzelns des Bauelementesubstrats 2, um vereinzelte Bauelemente 1 auf den vereinzelten Bauelementsubstraten 2' zu erhalten, und des (hermetischen) Verbindens 230 jeweils des vereinzelten Deckelelements 24' mit dem vereinzelten Bauelement 1, um ein gehäustes, optisches Bauelement 1' zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines gehäusten strahlungsemittierenden Bauelementes 1, das beispielsweise auf Waferebene durchgeführt werden kann, ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel ebenfalls vorgesehen, dass das Anordnen und hermetische Bonden 230 der Substrate 2, 20', d.h. des Bauelementesubstrats 2 und des geformten Abdeckungssubstrats 20', unter einer vorgegebenen Atmosphäre erfolgt. So kann sichergestellt werden, dass das Gehäuse 2, 20' bzw. dessen Innenvolumen 30 völlig frei von organischen Substanzen oder Wasserdampf ist, so dass die Lebensdauer der optoelektronischen Bauelemente 1, wie z.B. Leuchtdioden bzw. Laserdioden, nicht beeinträchtigt wird.In the
In der Kavität 30 befindet sich beispielsweise trockene Luft (= reaktive Atmosphäre), Stickstoff oder eine andere Art inerte Atmosphäre, aber auch ein Unterdruck oder gar ein vollständiges Vakuum kann prinzipiell eingestellt werden und zusätzlich durch Einbringung besonderer Getterschichten 4 auch über lange Zeiträume erhalten werden. Als Vakuum kann ein reduzierter atmosphärischer Druck (Unterduck) in der Kavität 30 von etwa 100 Torr, 50 Torr, 5 Torr oder 1 Torr oder darunterliegende Druckwerte angesehen werden. Die Kavität 30 kann auch gegenüber dem Eindringen von Wasserdampf hermetisch dicht ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste optoelektronische (strahlungsemittierende oder strahlungsempfindliche) Bauelement 1 derart ausgeführt, dass das Bauelementesubstrat 2 als ein Gehäusesockel und als eine Lagerfläche für das strahlungsemittierende Bauelement 1 dient, wobei das Deckelsubstrat 20' mit dem Gehäusesockel 2 zusammenwirkt, um die Kavität 30 des Gehäuses 5 hermetisch abzudichten. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass der Gehäusesockel 2 (Bauelementesubstrat) als ein Sockelwafer, der mehrere Gehäusesockelelemente 2' umfasst, ausgebildet ist und/oder das Deckelsubstrat 20' als einem Deckelwafer, der mehrere Deckelelemente 24 umfasst, ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass zwischen dem Bauelementesubstrat 2 und dem strahlungsemittierenden Bauelement 1 ein Zwischenträger 6 für das strahlungsemittierende Bauelement 1 angeordnet ist, so dass das Bauelementesubstrat 2 das strahlungsemittierende Bauelement 1 mittelbar (über den Zwischenträger 6) trägt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass das Bauelementesubstrat 2 und das Deckelsubstrat 20' mittels eines Bondrahmens 60, 61, der ein metallisches Lotmaterial 66 aufweist, aneinander befestigt sind. Der Bondrahmen 60, 61 kann die gegenüberliegenden Metallsierungen 60, 61 an dem Deckelsubstrat 20' (auf dem zweiten Hauptoberflächenbereich 20-2) und dem Bauelementesubstrat 2 (auf dem ersten Hauptoberflächenbereich 2-1) mit dem dazwischenliegenden Lotmaterial 66, das eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Metallisierungen 60, 61 herstellt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass eine Leiterbahn 7 zum elektrischen Anbinden des strahlungsemittierenden Bauelements 1 seitens des Bauelementesubstrats 2 angeordnet ist und die Leiterbahn 7 zwischen dem Deckelsubstrat 20' und dem Bauelementesubstrat 2 aus der Kavität 30, z.B. seitlich, herausgeführt ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass eine Leiterbahn 7 zum elektrischen Anbinden des strahlungsemittierenden Bauelements 1 seitens des Bauelementesubstrats 2 angeordnet ist und die Leiterbahn 7 durch das Bauelementesubstrat 2 aus der Kavität 30 nach unten herausgeführt ist. Dazu kann beispielsweise eine TSV- und/oder TGV-Anordnung 7-1 (Through silicon vias (TSV) oder Through Glass Via (TGV)) eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass dem optischen Auskoppelfenster (optisches Seitenfenster) 24-1 seitens des Bauelementesubstrats 2 eine optische Bank 8 mit einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen 8-1, z.B. diskreten Linsenelementen, vorgelagert ist, so dass das optische Auskoppelfenster 24-1 zwischen der optischen Bank 8 mit dem zusätzlichen optischen Element 8-1 und dem strahlungsemittierenden Bauelement 1 angeordnet ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1 derart ausgeführt, dass die optische Bank 8 mit dem zusätzlichen optischen Elemente 8-1, z.B. Linsen, Prismen, Spiegel, Aperturen etc., auf dem Bauelementesubstrat 2 angeordnet ist und sich in der Abstrahlrichtung des strahlungsemittierenden Bauelements 2 befindet. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch auf die
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1 derart ausgeführt, dass es ferner ein für eine Lichtfarbenumwandlung des emittierten Lichts wirksames Element (Konversionselement) 9 aufweist, so dass das optische Auskoppelfenster 24-1 zwischen dem wirksamen Element 9 und dem strahlungsemittierenden Bauelement 1 angeordnet ist.In some embodiments, the housed radiation-emitting
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1 derart ausgeführt, dass die Kavität 30 eine reaktive Atmosphäre aufweist und/oder die Kavität 30 ausschließlich anorganische Substanzen enthält. Die Kavität 30 kann auch gegenüber dem Eindringen von Wasserdampf hermetisch dicht ausgebildet sein. Dadurch kann ein langlebiger Betrieb z.B. von blauen und grünen Laserdioden gewährleitet oder zumindest unterstützt werden.In some embodiments, the housed radiation-emitting
Bei einigen Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1 derart ausgeführt, dass in der Kavität eine elektronische Treiberschaltung 3 angeordnet ist. Die eine elektronische Treiberschaltung 3 kann z.B. in dem Bestückungssubstrat 2 integriert sein.In some embodiments, the housed radiation-emitting
Bei einigen Ausführungsformen weist das gehäuste optoelektronische Bauelement 1 ein Detektorelement und ein Emitter-Element in einem Gehäuse 5 auf.In some embodiments, the packaged
Den voranstehenden Ausführungen entsprechend ermöglicht das Herstellungsverfahren 200 zur hermetischen Häusung eine optoelektronischen Bauelements 1 verschiedene Ausführungsformen und Ausgestaltungen des resultierenden, hermetisch gehäusten, optoelektronischen Bauelements 1', beispielsweise:
- Eine Verkappung von einzelnen Laserdioden 1 (oder allg. einzelnen optoelektronischen Bauelementen 1) auf einem Submount 6 in einem hermetisch dichten Gehäuse 5, geschaffen durch Aufbonden eines Deckels 20' mit mindestens einer seitlichen optischen Fensterfläche 24-1.
- A capping of individual laser diodes 1 (or generally individual optoelectronic components 1) on a
submount 6 in a hermetically sealedhousing 5, created by bonding a cover 20' with at least one lateral optical window surface 24-1.
Eine Verkappung von einzelnen Laserdioden 1 direkt auf dem Substrat 2 in einem hermetisch dichten Gehäuse 5, geschaffen durch Aufbonden eines Deckels 20' mit mindestens einer seitlichen optischen Fensterfläche 24-1.A capping of
Eine Verkappung von einzelnen Laserdioden 1 und einzelnen passiven optischen Elementen in einem hermetisch dichten Gehäuse 5, geschaffen durch Aufbonden eines Deckels 20' mit mindestens einer seitlichen Fensterfläche 24-1.A casing of
Eine Verkappung von einer oder mehreren Laserdioden 1 mit „Fast-Focus-Kollimation“ (fast focus collimation) durch eine gemeinsame Zylinderlinse 26 in einem optischen Fensterbereich 24-1, 24-2 (oben oder Seite), optional mit jeweils einer weiteren Linse oder einer gemeinsamen Mehrfach-Zylinderlinse 8 zur Slow-Axis-Kollimation (slow axis collimation) außerhalb der hermetischen Gehäusung 5.A capping of one or
Eine Verkappung von einer oder mehreren Laserdioden 1 mit Strahlkollimation durch individuelle Sammellinsen 26 in einem optischen Fensterbereich 24-1, 24-2 (oben oder Seite), optional mit jeweils einer weiteren Linse oder einer gemeinsamen Mehrfach-Sammellinse 8 zur weiteren Strahlkollimation außerhalb der hermetischen Gehäusung 5.A casing of one or
Eine Verkappung von einer oder mehreren Laserdioden 1 mit Strahlkollimation durch individuelle Sammellinsen 26 in einem optischen Fensterbereich 24-1, 24-2 (oben oder Seite), optional mit jeweils einer weiteren Linse oder einer gemeinsamen Mehrfach-Sammellinse 8 zur weiteren Strahlkollimation außerhalb der hermetischen Gehäusung 5, optional mit einer optischen Struktur zur Strahlüberlagerung und optional zur statischen Strahlablenkung.A casing of one or
Eine Verkappung von einer oder mehreren Laserdioden 1 mit oder ohne Submount mit oder ohne Fast-Axis-Kollimation und einer Lichtfarbenumwandlung durch einen außen angeordneten Phosphorkörper, der als Formkörper fixiert oder als in einem Polymer (Epoxy oder Silikonmatrix) gebundener Phosphor aufdispensiert und ausgehärtet wird.A capping of one or
Die außen (= außerhalb des Gehäuses 5) angeordneten optisch aktiven Bauelemente können gelötet oder durch eine Klebung fixiert werden, weil organische Ausgasungen keine Eintrübungen im Strahlaustritt erzeugen.The optically active components arranged on the outside (= outside the housing 5) can be soldered or fixed by gluing, because organic outgassing does not cause clouding in the beam exit.
Eine Verkappung mindestens einer Halbleiter-basierten Lichtquelle 1 und mindestens eines Photodetektors 1-2 in dem hermetisch abgedichteten Gehäuse 5 geschaffen durch Aufbonden (= Verfahren 200) eines nach den genannten Verfahren 100 hergestellten Glasdeckels 20' z.B. mit einer vom Substrat 2 wegzeigenden optischen Fensterfläche.A capping of at least one semiconductor-based
Die in der Kavität 30 angeordneten Bauelemente 1 und die Verkappung 20' selbst können beispielsweise durch metallische Fügeverfahren wie Löten, eutektisch AuSn Löten, etc. gefügt werden, um organische Ausgasungen im Gehäuse 5 zu vermeiden. Flussmittel brauchen nicht verwendet zu werden.The
Die obigen Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen können einzeln oder in beliebiger Kombination für das erfindungsgemäße Konzept angewendet werden.The above embodiments and configurations can be used individually or in any combination for the inventive concept.
Im Folgenden werden nun anhand der
Alle nachfolgend beschriebenen Prozessalternativen zu dem Verfahren 200 basieren auf dem grundlegenden Konzept, dass zunächst das geformte Abdeckungssubstrat 20', d. h. das strukturierte Deckelsubstrat mit einem oder einer Mehrzahl von Deckelelementen 24, mit dem obigen Verfahren 100 durchgeführt wird. Ferner wird ein Bauelementesubstrat 2, an dem ein oder eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 angeordnet ist, bereitgestellt (Schritt 220). Bei einem Schritt 230 werden nun das geformte Abdeckungssubstrat 20' und das Bauelement des Substrats 1 miteinander verbunden, z. B. hermetisch miteinander verbunden/gebondet, um das optische Bauelement 1 hermetisch zu häusen, d. h. gegenüber der Umgebungsatmosphäre bzw. gegenüber Umgebungseinflüssen hermetisch dicht in einem Gehäuse unterzubringen. Als eine hermetische oder hermetisch dichte Häusung wird eine fluidisch dichte, mechanische Verbindung (Verkappung) des Bauelementesubstrat 2 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' angesehen.All process alternatives to the
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements, z.B. eines optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsbauelements, werden nun folgende Schritte durchgeführt. So wird zunächst das oben beschriebene Verfahren 100 mit den beispielhaften Prozessabläufen 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5 zur Herstellung eines geformten Abdeckungssubstrats (= strukturiertes Deckelsubstrat) 20' durchgeführt. Dabei kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Deckelelementen 24 aufweisen. Ferner wird bei Schritt 220 ein Bauelementsubstrat 2, z.B. als ein Bauelement-Wafer, mit einer Mehrzahl daran angeordneter optoelektronischer Bauelemente 1 bereitgestellt. Dabei kann jeweils einem Deckelelement 24 ein optoelektronisches Bauelement 1 zugeordnet sein. Bei dem Schritt des (hermetischen) Verbindens 230 des geformten Abdeckungssubstrats 20' mit der Vielzahl von Deckelelementen 24 mit dem Bauelementesubstrat 2, das wiederum eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 aufweist, wird somit eine Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' (auf Waferebene) erhalten.In the
Der Schritt des Verbindens des Bauelementesubstrats 2 und des geformten Abdeckungssubstrats 20' kann beispielsweise entlang eines dazwischenliegenden Verbindungsbereichs 60, wie z.B. eines Bondrahmens, erfolgen. Der Verbindungbereich 60 kann eine Metallisierung aufweisen, um eine Rahmenstruktur, z.B. eine zusammenhängende Rahmenstruktur, auf nicht-ausgewölbten Bereichen 24-3 (= Sockelbereichen) des geformten Abdeckungssubstrats 20' auszubilden. Der Bondrahmen 60 kann beispielsweise ein metallisches Lotmaterial 66 aufweisen.The step of connecting the
Der Schritt des Verbindens 230 des Bauelementesubstrat 2 und des Abdeckungssubstrats 20' kann auch mittels Laserdirektschweißens, Laserlötens, eutektischen Lötverbindens, Thermokompressionsbondens, Glasfritbondens, reaktiven Nano-Metallschicht-Lötens (RMS) oder Induktionslötens entlang des Verbindungsbereichs 60 durchgeführt werden.The step of connecting 230 the
Ferner wird ein Schritt des Vereinzelns 240 der Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' durchgeführt, um vereinzelte, hermetisch gehäuste optische Bauelemente 1' zu erhalten. Der Schritt des Vereinzelns 240 kann beispielsweise durch Sägen oder durch Lasertrennung erfolgen.Furthermore, a step of
Das Verfahren 200 zur Herstellung eines gehäusten strahlungsemittierenden Bauelementes 1 kann beispielsweise auf Waferebene durchgeführt werden kann, wobei das Anordnen und hermetische Bonden 230 der Substrate 2, 20', d.h. des Bauelementesubstrats 2 und des geformten Abdeckungssubstrats 20', unter der vorgegebenen Atmosphäre erfolgt. So kann sichergestellt werden, dass das Gehäuse 2, 20' bzw. dessen Innenvolumen 30 völlig frei von organischen Substanzen oder Wasserdampf ist, so dass die Lebensdauer der optoelektronischen Bauelemente 1, wie z.B. Leuchtdioden bzw. Laserdioden, nicht beeinträchtigt wird. In der Kavität 30 befindet sich beispielsweise trockene Luft (= reaktive Atmosphäre), Stickstoff oder eine andere Art inerte Atmosphäre, aber auch ein Unterdruck oder gar ein vollständiges Vakuum kann prinzipiell eingestellt werden und zusätzlich durch Einbringung besonderer Getterschichten 4 auch über lange Zeiträume erhalten werden. Als Vakuum kann ein reduzierter atmosphärischer Druck (Unterduck) in der Kavität 30 von etwa 100 Torr, 50 Torr, 5 Torr oder 1 Torr oder darunterliegende Druckwerte angesehen werden. Die Kavität 30 kann auch gegenüber dem Eindringen von Wasserdampf hermetisch dicht ausgebildet sein.The
Ferner kann zwischen dem Bauelementesubstrat 2 und dem strahlungsemittierenden Bauelement 1 ein Zwischenträger 6 für das strahlungsemittierende Bauelement 1 angeordnet ist, so dass das Bauelementesubstrat 2 das strahlungsemittierende Bauelement 1 mittelbar (= über den Zwischenträger 6) trägt. Bei dem Ausführungsformen ist das gehäuste strahlungsemittierende Bauelement 1' derart ausgeführt, dass eine Leiterbahn 7 zum elektrischen Anbinden des strahlungsemittierenden Bauelements 1 seitens des Bauelementesubstrats 2 angeordnet ist und die Leiterbahn 7 zwischen dem Deckelsubstrat 20' und dem Bauelementesubstrat 2 aus der Kavität 30, z.B. seitlich, und/oder nach unten herausgeführt ist. Dazu kann beispielsweise eine TSV- und/oder TGV-Anordnung 7-1 (Through silicon vias (TSV) oder Through Glass Via (TGV)) eingesetzt werden.Furthermore, an
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements, z.B. eine optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsbauelements, werden nun folgende Schritte durchgeführt. So wird zunächst das oben beschriebene Verfahren 100 mit den beispielhaften Prozessablauf 100-6 zur Herstellung eines geformten Abdeckungssubstrats (= strukturiertes Deckelsubstrat) 20' durchgeführt. Dabei kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Deckelelementen 24 aufweisen. Ferner wird bei Schritt 220 ein Bauelementsubstrat 2, z.B. als ein Bauelement-Wafer, mit einer Mehrzahl daran angeordneter optoelektronischer Bauelemente 1 bereitgestellt. Dabei kann jeweils einem Deckelelement 24 ein optoelektronisches Bauelement 1 zugeordnet sein. Bei dem Schritt des (hermetischen) Verbindens 230 des geformten Abdeckungssubstrats 20' mit der Vielzahl von Deckelelementen 24 mit dem Bauelementesubstrat 2, das wiederum eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 aufweist, wird somit eine Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' (auf Waferebene) erhalten. In the
Ferner wird ein Schritt des Vereinzelns 240 der Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' durchgeführt, um vereinzelte, hermetisch gehäuste optische Bauelemente 1' zu erhalten. Der Schritt des Vereinzelns 240 kann beispielsweise durch Sägen oder durch Lasertrennung erfolgen.Furthermore, a step of
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements, z.B. eine optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsbauelements, werden nun folgende Schritte durchgeführt. So wird zunächst das oben beschriebene Verfahren 100 mit den beispielhaften Prozessabläufen 100-1 ... 100-6 zur Herstellung eines geformten Abdeckungssubstrats (= strukturiertes Deckelsubstrat) 20' durchgeführt. Dabei kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Deckelelementen 24 aufweisen. Ferner wird bei Schritt 220 ein Bauelementsubstrat 2, z.B. als ein Bauelement-Wafer, mit einer Mehrzahl daran angeordneter optoelektronischer Bauelemente 1 bereitgestellt. Dabei kann jeweils einem Deckelelement 24 ein optoelektronisches Bauelement 1 zugeordnet sein. Bei dem Schritt des (hermetischen) Verbindens 230 des geformten Abdeckungssubstrats 20' mit der Vielzahl von Deckelelementen 24 mit dem Bauelementesubstrat 2, das wiederum eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 aufweist, wird somit eine Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' (auf Waferebene) erhalten (=
Ferner wird ein Schritt des Vereinzelns 240 der Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' durchgeführt, um vereinzelte, hermetisch gehäuste optische Bauelemente 1' zu erhalten. Der Schritt des Vereinzelns 240 kann beispielsweise durch Sägen oder durch Lasertrennung erfolgen.Furthermore, a step of
Bei dem Schritt des Vereinzelns 240 wird, wie bei
Wie in
- 1. Alternative - Prozessfolge gemäß
12a -b-c-d-f: Wie bei12d beispielhaft dargestellt ist, können die gehäusten, optoelektronischen Bauelemente 1' vereinzelt werden, um die vereinzelten, hermetisch gehäusten, optoelektronischen Bauelemente 1' zu erhalten. Gemäß der ersten Alternative werden nun an den vereinzelten Bauelementsubstraten 2' jeweils (zumindest) eineoptische Bank 8 vorgelagert zu dem optischen Auskoppelfenster 24-1, d.h. außerhalb des Gehäuses 5 mit dem strahlungsemittierenden Bauelement (optoelektronischen Bauelement) 1, angeordnet. Somit wird die in12f dargestellte Anordnung der vereinzelten, hermetisch gehäusten optischen Bauelementen 1' mit der vorgelagerten optischenBank 8auf dem Bauelementsubstrat 8 erhalten. - 2. Alternative - Prozessfolge gemäß
12a -b-c-e-f: Wie bei12c beispielhaft dargestellt ist, werden die einzeln gehäusten, optoelektronischen Bauelemente 1' aufdem gemeinsamen Bauelementsubstrat 2 erhalten. Gemäß der zweiten Alternative wird nun andem Bauelementsubstrat 2 jeweils (zumindest) eineoptische Bank 8 mit dem zusätzlichen optischen Element 8-1 vorgelagert zu dem optischen Auskoppelfenster 24-1, d.h. außerhalb des Gehäuses 5 mit dem strahlungsemittierenden Bauelement (optoelektronischen Bauelement) 1, angeordnet, wie dies in21e dargestellt ist. Wie bei21f beispielhaft dargestellt ist, werden nun die gehäusten, optoelektronischen Bauelemente 1' vereinzelt, um die vereinzelten, hermetisch gehäusten, optoelektronischen Bauelemente 1' zu erhalten. Somit wird wieder die in12f dargestellte Anordnung der vereinzelten, hermetisch gehäusten optischen Bauelementen 1' mit der vorgelagerten optischenBank 8 mit dem zusätzlichen optischen Element 8-1auf dem Bauelementsubstrat 8 erhalten.
- 1st alternative - process sequence according to
12a -bcdf: As with12d As shown by way of example, the housed optoelectronic components 1' can be separated in order to obtain the separated, hermetically housed optoelectronic components 1'. According to the first alternative, (at least) oneoptical bench 8 is arranged on the separated component substrates 2' in front of the optical coupling-out window 24-1, ie outside thehousing 5 with the radiation-emitting component (optoelectronic component) 1. Thus, the12f illustrated arrangement of the individual, hermetically packaged optical components elements 1' with the upstreamoptical bench 8 on thecomponent substrate 8. - 2nd alternative - process sequence according to
12a -bcef: As with12c As shown by way of example, the individually housed optoelectronic components 1' are obtained on thecommon component substrate 2. According to the second alternative, (at least) oneoptical bench 8 with the additional optical element 8-1 is arranged on thecomponent substrate 2 in front of the optical coupling-out window 24-1, ie outside thehousing 5 with the radiation-emitting component (optoelectronic component) 1, as shown in21e As with21f As shown by way of example, the housed optoelectronic components 1' are now separated in order to obtain the separated, hermetically housed optoelectronic components 1'. Thus, the12f illustrated arrangement of the isolated, hermetically housed optical components 1' with the upstreamoptical bench 8 with the additional optical element 8-1 on thecomponent substrate 8 is obtained.
Die
Die für die Strahlkollimation und Strahlkombination notwendigen optischen Funktionen können auf einer offenen, angeschlossenen optischen Bank 8 außerhalb des hermetischen Gehäuses 5 integriert bzw. angeordnet sein.The optical functions necessary for beam collimation and beam combination can be integrated or arranged on an open, connected
Die Ebene der optischen Bank 8 mit dem zusätzlichen optischen Element 8-1 kann auch gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auf einer anderen, vertikal höheren Höhenebene liegen als die Montageebene für die Laserdioden 1 bzw. dem Versiegelungsrahmen 3. Auch eine erhöhte Montageebene kann im Trägerwafer gebildet werden (z.B. als eine Mesastruktur).According to further embodiments, the plane of the
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements, z.B. eine optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsbauelements, werden nun folgende Schritte durchgeführt. So wird zunächst das oben beschriebene Verfahren 100 mit den beispielhaften Prozessabläufen 100-1 ... 100-6 zur Herstellung eines geformten Abdeckungssubstrats (= strukturiertes Deckelsubstrat) 20' durchgeführt, wobei das geformte Abdeckungssubstrats 20' vereinzelt wird, um vereinzelte Deckelelemente 24' zu erhalten und diese für den nachfolgenden Bond-Schritt bereitzustellen. Somit kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' jeweils ein vereinzeltes Deckelelement 24' aufweisen. Ferner wird bei Schritt 220 ein Bauelementsubstrat 2, z.B. als ein Bauelement-Wafer, mit einer Mehrzahl daran angeordneter optoelektronischer Bauelemente 1 bereitgestellt. Dabei kann jeweils einem optoelektronischen Bauelement 1 auf dem Bauelementsubstrat 2 (Bauelementwafer) ein vereinzeltes Deckelelement 24' zugeordnet sein. Bei dem Schritt des (hermetischen) Verbindens 230 werden also die vereinzelten Deckelelemente 24' des geformten Abdeckungssubstrats 20' mit dem Bauelementesubstrat 2, das eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 aufweist, verbunden, um die optolektronischen Bauelemente hermetisch zu häusen, und um somit eine Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' auf dem Bauelementsubstrat 2 erhalten.In the
Ferner wird ein Schritt des Vereinzelns 240 der Vielzahl von gehäusten, optischen Bauelementen 1' durchgeführt, um vereinzelte, hermetisch gehäuste optische Bauelemente 1' zu erhalten. Der Schritt des Vereinzelns 240 kann beispielsweise durch Sägen oder durch Lasertrennung erfolgen.Furthermore, a step of
Bei dem Prozessablauf 200-4 von
Wie in
Die obige Beschreibung des Prozessablaufs 200-3 hinsichtlich der
Die
Bei dem Verfahren 200 zur Herstellung eines hermetisch gehäusten, optischen Bauelements, z.B. eine optoelektronischen Sende- und/oder Empfangsbauelements, werden nun folgende Schritte durchgeführt. So wird zunächst das oben beschriebene Verfahren 100 mit den beispielhaften Prozessabläufen 100-1 ... 100-6 zur Herstellung eines geformten Abdeckungssubstrats (= strukturiertes Deckelsubstrat) 20' durchgeführt. Dabei kann das geformte Abdeckungssubstrat 20' ein einzelnes oder vereinzeltes Deckelelement 24' aufweisen oder auch eine Mehrzahl bzw. eine Vielzahl von Deckelelementen 24 in dem geformten Abdeckungssubstrat 20' bereitgestellt werden. Ferner wird bei Schritt 220 ein Bauelementsubstrats mit einem daran angeordneten, optoelektronischen Bauelement (Sende- und/oder Empfangsbauelement) bereitgestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Bauelementsubstrat mit einem einzelnen optoelektronischen Bauelement oder einem Bauelementsubstrats als ein Bauelement-Wafer mit einer Mehrzahl daran angeordneter optoelektronischer Bauelemente (z.B. Halbleiterlichtquellen oder Photodetektoren) bereitgestellt werden.In the
Bei dem Schritt des (hermetischen) Verbindens 230 des geformten Abdeckungssubstrats 20' z.B. mit der Vielzahl von Deckelelementen 24' mit dem Bauelementesubstrat 2, das wiederum z.B. eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1 aufweist, werden somit die gehäusten, optischen Bauelementen 1' erhalten.In the step of (hermetically) connecting 230 the shaped cover substrate 20', e.g. with the plurality of cover elements 24', to the
Wie in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann nun an dem Bauelementsubstrat 2' eine optische Bank 8 mit einem zusätzlichen optischen Element 8-1 vorgelagert zu dem optischen Auskoppelfenster 24-1, d.h. außerhalb des Gehäuses 5 mit dem strahlungsemittierenden Bauelement (optoelektronischen Bauelement) 1, angeordnet werden. Es kann also eine Montage von Linsen 8-1 auf der optischen Bank 8 desselben Trägersubstrates 2' außerhalb der Glaskappe 24' erfolgen, wie dies beispielhaft in
Wie nun in
In
Somit zeigt
Die Prozessabfolge 200-5 von
Ausführungsbeispiele beschreiben somit ein Verfahren 200 zur hermetisch dichten Gehäusung von strahlungsemittierenden und strahlungsnachweisenden Bauelementen 1, also beispielsweise Laserdioden oder LEDs und PIN-Dioden, APD, SPAD, Silicon Photomultiplier, das mit WLP-IVA (wafer level packages - with integrated vertical optical apertures) bezeichnet werden kann. Günstig kann dabei insbesondere der optische Fensterbereich 24-1, 24-2 sein, der eine zum Trägersubstrat 2' laterale bis vertikale Strahlaus- und Einkopplung erlaubt. Der optische Fensterbereich 24-1, 24-2 mit einer Linse 26 ist im Sinne der vorliegenden Beschreibung durch einen Einfluss auf die Strahlausbreitung ausgezeichnet, so das eine zusätzlich auf den Strahl aufgeprägte Richtungsänderung beim Durchgang durch das Fenster sich im Bereich größer 6° bewegt. Fensterbereiche mit einer reflektierenden Spiegelbeschichtung 65 sind im Sinne der vorliegenden Beschreibung zur Grundebene des Deckelsubstrats 20' geneigte, plane und gewölbte Flächen zur Strahlablenkung und Strahlfokussierung. Linsen 26 im Sinnes der vorliegenden Beschreibung sind passiv abbildende Elemente z.B. uniaxiale Zylinder-Linsen, rotationssymmetrische Sammellinsen und Freiform-Linsen.Embodiments thus describe a
Die Montage der Laserdioden 1, 1A und ggfs. weiterer optischer Elemente und Photodetektoren 1-2 kann beispielsweise auf einem Halbleiterwafer als Substrat, beispielsweise einem Siliziumwafer, erfolgen und der Verkappungsprozess kann für alle bis zu diesem Schritt montierten Bauelemente auf dem Substrat zusammen durch Aufbonden eines Deckelsubstrates mit Fensterbereichen zumeist mit einer gleichartigen Anordnung durchgeführt werden. Sofern zusätzliche optische Elemente 8-1 auf einer optischen Bank 8 montiert werden sollen geschieht dieser Schritt vorzugsweise nach dem Trennen des Deckelsubstrates, wodurch die Bereiche der optischen Bank für die Montage frei zugänglich werden. Aus Gründen der Anlagentechnik, der Ausbeuteanhebung und auch um den Wärmeeintrag gering zu halten kann eine Einzelverkappung durch das Aufsetzen und Versiegeln einzelner (vorvermessener) Glasdeckel realisiert werden. Die optische Bank 8 bleibt so exponiert und kann direkt mit weiteren optischen Elementen 8-1 bestückt werden. Erst danach erfolgt für beide Prozessvarianten das Trennen bzw. Vereinzeln des Trägersubstrats in einzelne Chips, genauer in einzelne Bauelemente.The assembly of the
Alternativ kann die Montage der Laserdioden auf einem Einzelstück eines bereits vereinzelten Halbleiterwafers, hier als Einzelsubstrat benannt, beispielsweise einem ausgesägten Chip aus einem Trägerwafer, erfolgen und der Verkappungsprozess kann für die montierten Bauelemente auf dem Einzelsubstrat durch Aufbonden eines bereits aus einem Deckelsubstrat vereinzelten Glasdeckels mit mindestens einem optischen Fenster erfolgen.Alternatively, the laser diodes can be mounted on a single piece of an already separated semiconductor wafer, referred to here as a single substrate, for example a sawn-out chip from a carrier wafer, and the encapsulation process for the mounted components on the single substrate can be carried out by bonding a glass cover with at least one optical window that has already been separated from a cover substrate.
Wie in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Seitenwandbereich 24-1 und/oder der Deckenbereich 24-2 des Deckelelements 24 des geformten Abdeckungssubstrats 20' ein für die Sende- oder Empfangsstrahlung des optoelektronischen Bauelements 1 durchlässigen Material auf und ist zur Ein- und/oder Auskopplung elektromagnetischer Strahlung (der Sende- oder Empfangsstrahlung) vorgesehen.According to one embodiment, the side wall region 24-1 and/or the ceiling region 24-2 of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die hermetisch abgedichtete Abdeckung 24' mit der Kavität 30 eine reaktive Atmosphäre auf und/oder die Kavität 30 enthält ausschließlich anorganische Substanzen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die hermetisch abgedichtete Abdeckung 24' mit der Kavität 30 gegenüber dem Eindringen von Wasserdampf hermetisch dicht. Bei der in
Bei der nachfolgenden Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele des hermetisch gehäusten, optoelektronischen Bauelement 1' werden im Wesentlichen die jeweiligen Unterschiede (= alternative und/oder zusätzliche Elemente) gegenüber der Anordnung von
Innerhalb des Glasdeckels 24' werden beispielsweise keine Klebstoffe eingesetzt. Außerhalb werden Linsen, Prismen, Spiegel, Aperturen etc., z.B. als Teil der optischen Bank, vorzugsweise mit UV-Klebstoff assembliert. Es können auch mehrere optische Elemente 8-1 (Linsen, Prismen, Spiegel, Aperturen etc.) auf derselben optischen Bank 8 sein.For example, no adhesives are used inside the glass cover 24'. Outside, lenses, prisms, mirrors, apertures, etc., e.g. as part of the optical bench, are assembled preferably with UV adhesive. There can also be several optical elements 8-1 (lenses, prisms, mirrors, apertures, etc.) on the same
Diese Anordnung mit lateralen Vias 7-2 kann für eine oder mehrere Bauelemente 1, z.B. Laserdioden, genutzt werden und so angeordnet werden, dass sich achsenparallele Strahlen oder sich in einem Punkt kreuzende Strahlen L1 ergeben. Zudem können die aktiven Bauelemente 1 auch über Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert werden.This arrangement with lateral vias 7-2 can be used for one or
So zeigt
Es ist also die Linse 26 in der oberen Fensterfläche 24-2 vorgesehen, wobei das optisch aktive Auskoppelfenster (Deckenfenster) 24-2 eine Linsengeometrie mit z.B. einer parallelen Ausrichtung zur Trägersubstratebene (x-y-Ebene) aufweisen, und wobei das strahlungsemittierende Bauelement 1 beispielsweise eine Abstrahlrichtung bzw. Hauptabstrahlrichtung (bei einem divergierenden Strahl) mit dem ausgekoppelten Lichtstrahl L1 i.W. senkrecht zur Trägersubstratebene (x-y-Ebene) aufweist.The
Bei der Anordnung von
Es ist also die Linse 26 in der oberen Fensterfläche 24-2 vorgesehen, wobei das optisch aktive Auskoppelfenster (Deckenfenster) 24-2 eine Linsengeometrie mit z.B. einer parallelen Ausrichtung zur Trägersubstratebene (x-y-Ebene) aufweisen, und wobei das strahlungsemittierende Bauelement 1A beispielsweise eine Abstrahlrichtung bzw. Hauptabstrahlrichtung (bei einem divergierenden Strahl) mit dem ausgekoppelten Lichtstrahl L1 von der Trägersubstratebene (x-y-Ebene) weg-zeigend aufweist.The
In der
Die Anordnung des gehäusten optoelektronischen Bauelements 1 von
Das Bauelement 1 mit zwei individuellen Kavitäten 30, 30' in der Kappe 24' versehen, wobei eine optische Absorberschicht 25 die beiden Kavitäten 30, 30' des Deckelements 24' optisch trennt und optisch entkoppelt. Diese optische Entkopplung kann durch vielfältige weitere Techniken erzeugt werden: z.B. durch eine Oberflächenmetallisierung, die im Trennbereich automatisch tiefgezogen wird, durch eine dünne Oberflächenbelegung mit Silizium, das tiefgezogen und eingeschmolzen wird, durch eine nachträgliche Dünnschichtabscheidung (Metall, Metalloxide) und Strukturierung der Austrittsaperturen, durch eine dispensierte Polymerschicht mit dunkler bzw. schwarzer Färbung, etc.The
Die
Ferner können Ausführungsformen mit mehreren strahlungsemittierenden Bauelementen im selben Gehäuse gebildet werden. Dies ist ein Beispiel einer Ausführung für die Montage mehrerer Laserdioden in einem Gehäuse, z.B. einer RGB-Laserquelle. Über Zwischenträger 6 sind die z.B. drei strahlungsemittierenden Bauelemente 1 jeweils mit dem Bauelementesubstrat 2' mechanisch verbunden. So wird eine günstige Wärmeableitung erreicht. Die strahlungsemittierenden Bauelemente 1 sind jeweils mittels Leiterbahnen 7 und lateraler Durchführungen 7-2, die durch einen hermetisch dichten Bondrahmen hindurch aus der Kavität 30 herausgeführt sind, elektrisch angebunden. Günstig kann es sein, die jeweiligen optischen Komponenten für die Strahlaufbereitung außerhalb des hermetisch dichten Gehäuses 5 und dem optischen Fenster, also den optischen Flächen, vorgelagert zu platzieren. Diese optische Komponenten können beispielsweise Zylinderlinsen oder andere Arten von Linsen sein. Dann können diese optischen Komponenten auch Substanzen umfassen, die in der hermetisch abgedichteten Kavität unerwünscht sind, wie beispielsweise organische Substanzen.Furthermore, embodiments with several radiation-emitting components can be formed in the same housing. This is an example of an embodiment for the assembly of several laser diodes in a housing, e.g. an RGB laser source. The three radiation-emitting
Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein.Although some aspects of the present disclosure have been described as features in the context of an apparatus, it is clear that such a description may also be considered as a description of corresponding method features. Although some aspects have been described as features in the context of a method, it is clear that such a description may also be considered as a description of corresponding features of an apparatus or the functionality of an apparatus. Some or all of the method steps may be performed by a hardware apparatus (or using a hardware apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the method steps may be performed by such an apparatus. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software, or at least partially in hardware or at least partially in software.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.In the foregoing Detailed Description, in some cases, various features have been grouped together in examples in order to streamline the disclosure. This manner of disclosure should not be interpreted as an intention that the claimed examples have more features than are expressly recited in each claim. Rather, as the following claims reflect, the subject matter may lie in fewer than all of the features of a single disclosed example. Accordingly, the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, with each claim being able to stand as its own separate example. While each claim may stand as its own separate example, it should be noted that although dependent claims in the claims refer to a specific combination with one or more other claims, other examples may also refer to a combination of dependent claims with the subject matter of any other dependent claim or a combination of any feature with other dependent or independent claims. Such combinations are intended to be encompassed unless it is stated that a specific combination is not intended. Furthermore, it is intended to encompass a combination of features of a claim with any other independent claim, even if that claim is not directly dependent on the independent claim.
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