DE10233203B4

DE10233203B4 - Modul mit einem Lichtleitelement und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE10233203B4
Application number: DE2002133203
Authority: DE
Inventors: Martina Dr. Krieg
Original assignee: MergeOptics GmbH
Current assignee: Vitt Martina Dr De
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: DE10233203A1

Abstract

Modul mit einem Lichtleitelement (4), bei dem:
– ein Endabschnitt (3) des Lichtleitelements in einem Raum (10) zwischen einem oberen Substrat (9) und einem unteren Substrat (1) angeordnet ist;
– im Bereich einer dem oberen Substrat (9) zugewandten Oberfläche (11) des unteren Substrats (1) eine Vertiefung (5) gebildet ist und der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) wenigstens teilweise in der Vertiefung (5) angeordnet ist, so daß zwischen einer äußeren Oberfläche des Lichtleitelements (4) und einer Oberfläche der Vertiefung (5) eine Berührungsfläche gebildet ist;
– im Bereich einer dem unteren Substrat (1) zugewandten Oberfläche (12) des oberen Substrats (9) eine weitere Vertiefung (31) gebildet ist und der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) wenigstens teilweise in der weiteren Vertiefung (31) angeordnet ist, so daß zwischen der äußeren Oberfläche des Lichtleitelements (4) und einer Oberfläche der weitere Vertiefung (31) eine weitere Berührungsfläche gebildet ist; und
– der Endabschnitt...

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet optischer Module zum Senden und/oder Empfangen.

Bei der Entwicklung integrierter optischer Sende- bzw. Empfangsmodule ist häufig das Problem zu lösen, Licht von einem lichtemittierenden Bauelement, beispielsweise einer kantenemittierenden Laserdiode, in einen optischen Wellenleiter, vorzugsweise einen Glasfaser, einzukoppeln und umgekehrt aus dem Wellenleiter ankommendes Licht auf ein lichtempfangendes Bauelement, beispielsweise einen Fotodetektor zu bündeln. Im folgenden wird allgemein der Begriff Faser verwendet, welcher beliebige Arten von Wellenleitern umfaßt. In bei den Fällen muß das lichtemittierende/lichtempfangende Bauelement mit hoher Genauigkeit gegenüber der Faser positioniert werden. Die Ausrichtung von lichtemittierendem/lichtempfangendem Bauelement und Faser bezeichnet man als „Chip-Fiber-Alignment".

Den Bruchteil einer Lichtleistung, die vom auskoppelnden Element in das einzukoppelnde Element überkoppelt, bezeichnet man als Koppeleffizienz. Die Koppeleffizienz kann durch Verwendung optischer Strahltransformatoren (Linsen) verbessert werden. Die Empfindlichkeit der Koppeleffizienz gegenüber einer Fehlausrichtung von lichtemittierenden/lichtempfangenden Bauelement und Faser bezeichnet man als Koppeltoleranz. Je nach Aufbau des Moduls liegen typische Koppeleffizienzen im Bereich 10 bis 80 %.

Um eine hohe Stabilität der optischen Kopplung zwischen dem lichtemittierenden/lichtempfangenen Bauelement und der Faser im Hinblick auf Alterungsprozesse zu erreichen und um den Ausrichtungsprozeß fertigungstechnisch zu erleichtern, werden im Bereich der integrierten Optik Chip-Faser-Kopplungen mit hoher Koppeltoleranz bevorzugt. Bei der Fertigung integriert-optischer Module kann die Kopplung mit Hilfe einer aktiven Ausrichtung der Faser gegenüber dem lichtemittierenden/lichtempfangenden Bauelement hergestellt werden. Die Positionsoptimierung erfolgt in diesem Fall mittels Inbetriebnahme des lichtemittierenden/lichtempfangenden Bauelements durch eine Messung und eine Maximierung des eingekoppelten Signals, welches proportional zur Koppeleffizienz ist. In diesem Fall spricht man vom aktiven Ausrichten.

Im Gegensatz dazu werden beim passiven Ausrichten die an der Kopplung beteiligten Elemente, nämlich das lichtemittierende/lichtempfangende Bauelement, die Faser und möglicherweise andere optische Elemente, beim Montieren zusammengesetzt, ohne daß ein eingekoppeltes Signal tatsächlich gemessen wird. Aus Kostengründen wird in der Massenfertigung das passive Ausrichten dem aktiven Verfahren gegenüber bevorzugt. Für viele intergriert-optische Module sind aufgrund der geringen Koppeltoleranzen Montagetoleranzen ≤ +/– 2 μm erforderlich. Aufgrund der relativ großen Fertigungstoleranzen beim Abdünnen eines Wafers ist die Einhaltung dieser Toleranzgrenzen heutzutage nur mit Hilfe der Flip-Chip-Technologie erreichbar, bei der das als Chip ausgebildete lichtemittierende/lichtempfangende Bauelement umgekehrt auf dem Trägersubstrat montiert wird. Das Trägersubstrat ist beispielsweise aus Silizium. Je stärker sich die Nahfeldradien der zu koppelnden Elemente unterscheiden, um so weniger kann eine hohe Koppeleffizienz gleichzeitig mit einer hohen Koppeltoleranz vereinbart werden. Je stärker sich die Nahfeld-Fleckradien der zu koppelnden Elemente unterscheiden um so geringer ist die erreichbare Koppeleffizienz. Zusätzlich haben kleine Fleckenradien geringe Koppeltoleranzen zur Folge. Durch Anpassen bzw. Vergrößern der Fleckradien wird versucht, einen möglichst guten Kompromiß zwischen hoher Koppeleffizienz und (je nach Aufbautechnik) erforderlicher Koppeltoleranz zu erreichen.

Bei bekannten Modulen ist ein Endabschnitt der Faser auf das Substrat aufgeklebt oder aufgelötet, um die Faser zu fixieren. Hierbei kann vorgesehen sein, daß der Endabschnitt der Faser in einer V-förmigen Not gelagert ist, die in dem Substrat gebildet ist. Beim Aufkleben oder Auflöten des Endabschnitts der Faser auf das Substrat gelangt durch den Kapillareffekt Klebe- oder Lötmaterial zwischen eine äußere Oberfläche der Faser und das Substrat, so daß eine exakte Ausrichtung der Faser relativ zu dem lichtemittierenden/lichtempfangenden Bauelement erschwert ist.

Aus dem Dokument US 5,717,803 ist ein optisches Modul bekannt, bei dem ein unteres Substrat Vertiefungen aufweist, in die Endabschnitte von Lichtleitfasern eingelegt sind. Die Lichtleitfasern werden in den Vertiefungen mittels Lötverbindungen fixiert. Auf die Lichtleitfasern ist dann anschließend ein oberes Substrat aufgebracht, welches mittels Löten an dem unteren Substrat befestigt ist und die Lichtleitfasern klemmt.

In dem Dokument GB 2 328 759 A ist ein optisches Modul beschrieben, bei dem in Vertiefungen eines unteren Substrats Endabschnitte von Lichtleitfasern mittels Löten befestigt sind. Auf die Lichtleitfasern ist ein oberes Substrat aufgebracht. Ein verbleibender Zwischenraum zwischen dem oberen und dem unteren Substrat ist mit einem Füllmaterial ausgefüllt, beispielsweise Epoxy.

In dem Dokument DE 43 20 194 A1 ist eine Vorrichtung zur justagefreien Ankopplung einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern an ein Laserarray beschrieben, bei dem ein oberes und ein unteres Substrat mit Hilfe von Justiervertiefungen und hierin angeordneten Kugeln relativ zueinander positioniert und anschließend miteinander verbunden werden. Das obere und das untere Substrat weisen jeweils V-Nuten auf, so daß beim Verbinden des oberen und des unteren Substrats Kanäle gebildet werden, in welche danach Endabschnitte von Lichtleitwellenleitern eingeschoben werden. In den Kanälen werden die Endabschnitte mittels Kleber befestigt.

Das Dokument EP 1 143 278 A2 offenbart einen integrierten optoelektronischen Koppler/Verbinder. Enden von Lichtwellenleitern werden zwischen einem oberen und einem unteren Substrat geklemmt, wobei das obere Substrat zur Führung der Enden V-förmige Nuten aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Modul mit einem Lichtleitelement sowie ein Verfahren zum Herstellen des Moduls anzugeben, bei dem die exakte Positionierung des Lichtleitelements erleichtert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Modul nach dem unabhängigen Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls nach dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst.

Die Erfindung umfaßt als wesentlichen Gedanken insbesondere eine Fixierung des Endabschnitts des Lichtleitelements mittels Klemmens zwischen einem oberen und einem unteren Substrat, wobei zum Ausbilden und zum Aufrechterhalten der Klemmwirkung das obere und das untere Substrat miteinander verlötet sind. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, daß keine zusätzlichen Mittel verwendet werden, um den Endabschnitt des Lichtleitelements an dem oberen oder dem unteren Substrat derart zu fixieren, daß Löt- oder Klebemittel zwischen die äußere Oberfläche des Endabschnitts und die Substratoberflächen gelangen können. Im Bereich der Kontaktflächen zwischen der äußeren Oberfläche des Endabschnitts des Lichtleitelements und den Substratoberflächen sind exakte Anschläge für die Positionierung des Lichtleitelements geschaffen. Auf diese Weise werden die Fertigungstoleranzen im Vergleich zu bekannten Modulen vermindert. Die genaue Positionierung des Lichtleitelements hängt im Wesentlichen nur noch von der Genauigkeit ab, mit der das untere Substrat, welches die Bezugsebene darstellt, gefertigt wird. Üblicherweise sind hierbei Toleranzen von +/– 0,5 μm feststellbar. Zusätzliche Unsicherheiten bei der Fixierung des Lichtleitelements, die in Folge der Nutzung von Klebe- oder Lötmitteln entstehen können, sind vermieden. Die verbesserte Genauigkeit bei der Positionierung des Lichtleitelements erhöht die Koppeleffizienz bzw. die Ausbeute deutlich.

Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem der Endabschnitt des Lichtleitelements auf dem Substrat aufgelötet wird, ist es bei dem erfindungsgemäßen Modul nicht notwendig, den Endabschnitt vor der Montage zu metallisieren, was im Stand der Technik üblicherweise mit Hilfe einer Gold-Beschichtung ausgeführt wird. Hierdurch werden Kosten eingespart. Darüber hinaus entfallen auf diese Weise die mit einer ungleichmäßigen Metallisierung verbundenen zusätzlichen Toleranzen.

Die Federwirkung der Lötverbindung unterstützt eine hohe Stabilität des Klemm-Mechanismus und somit der Ausrichtung im Hinblick auf Alterungsprozesse des Moduls.

Im Bereich einer dem oberen Substrat zugewandten Oberfläche des unteren Substrats ist eine Vertiefung gebildet und der Endabschnitt des Lichtleitelements ist wenigstens teilweise in der Vertiefung angeordnet. Hierdurch wird die Positionierung des Endabschnitts des Lichtleitelements bei der Montage erleichtert und die Stabilität der Positionierung während der Nutzung des Moduls verbessert.

Im Bereich einer dem unteren Substrat zugewandten Oberfläche des oberen Substrats ist eine weitere Vertiefung gebildet, und der Endabschnitt des Lichtleitelements ist wenigstens teilweise in der weiteren Vertiefung angeordnet, wodurch die Positioniergenauigkeit für das Lichtleitelement weiter verbessert wird.

Eine weitgehende Unabhängigkeit von unebenen Flächenabschnitten im Bereich der Vertiefung und/oder der weiteren Vertiefung beim Positionieren des Endabschnitts des Lichtelements ist bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Vertiefung und/oder die weitere Vertiefung eine V-Nut oder eine U-Nut ist. Da das Lichtleitelement, sofern es sich um eine Glasfaser handelt, einen runden Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Lichtleitelements aufweist, wird mit Hilfe einer V-Nut die Berührungsfläche zwischen der äußeren Oberfläche des Lichtleitelements und der Oberfläche im Bereich der Vertiefung und/oder der weiteren Vertiefung minimiert, was die Genauigkeit der Positionierung des Lichtleitelements unterstützt. In Verbindung mit einer U-Nut liegt die Glasfaser vorzugsweise in der Nut.

Das Auskoppeln von Licht, welches mit Hilfe des Lichtleitelements übertragen wird, auf ein lichtempfangendes Bauelement oder das Einkoppeln von Licht aus einem lichtemittierenden Bauelement in das Lichtleitelement ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch ermöglicht, daß in dem Raum zwischen dem oberen und dem unteren Substrat ein lichtemittierendes und/oder lichtempfangendes Bauelement angeordnet ist, welches zu einem Lichtaustritt/-eintritt des Lichtleitelement ausgerichtet ist. Auf diese Weise ist ein integriertes optisches Modul gebildet.

Die Genauigkeit der Positionierung des Lichtleitelements zwischen dem oberen und dem unteren Substrat relativ zum lichtemittierenden oder – empfangenden Bauelement wird bei einer Fortbildung der Erfindung dadurch unterstützt, daß das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement mittels einer Flip-Chip-Technologie auf dem unteren Substrat montiert ist. Bei dieser Technologie können die Fertigungstoleranzen besonders gering gehalten werden.

Der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen des oberen und des unteren Substrats wird bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung dadurch minimiert, daß das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement zumindest teilweise in einer Ausnehmung in dem oberen Substrat angeordnet ist, wodurch insgesamt eine kompakte Bauweise des Moduls unterstützt wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Raum zwischem den oberen und dem unteren Substrat fluiddicht gegen eine Umgebung abgeschlossen ist. Dadurch soll ein Eindiffundieren von Fremdstoffen (insbesondere Wasserstoff) in das Halbleitermaterial des lichtemittierenden bzw. -empfangenden Bauelements verhindert werden, wodurch das Modul gegenüber bestimmten Alterungsprozessen besser geschützt ist. Ein Diffundieren von Fremdstoffen in die aktive Zone des Bauelements führt in der Regel zu einer Verringerung der Lichtausbeute beim lichtemittierenden Bauelement bzw. der Stromausbeute beim lichtempfangenden Bauelement.

Die Abdichtung des Raums zwischen dem oberen und dem unteren Substrat ist bei einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig dadurch erreicht, daß der Raum zwischen dem oberen und dem unteren Substrat mit Hilfe einer umlaufenden Wand abgeschlossen ist, wobei Anschlüsse für das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement durch die umlaufende Wand herausgeführt sind.

Zum materialsparenden Ausbilden der Lötverbindung zwischen dem oberen und dem unteren Substrat kann bei einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Lötverbindung mehrere Einzellötverbindungen umfaßt.

Eine gemeinsame Herstellung der umlaufenden Wand und der Lötverbindung ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Lötverbindung von einer umlaufenden Lötverbindung gebildet ist, wobei die umlaufende Wand im wesentlichen mit Hilfe der umlaufenden Lötverbindung gebildet ist.

Das Lichtleitelement kann zweckmäßig ein optischer Wellenleiter sein, wobei es sich um eine beliebige Art von Wellenleiter handeln kann, wie Glasfaser, Silizium, Glas auf Silizium (SiO₂ auf Si-Substrat), GaAlAs/GaAs, Polymerwellenleiter etc.

Die abhängigen Verfahrensansprüche weisen die in Verbindung mit den zugehörigen Vorrichtungsansprüchen genannten Vorteile entsprechend auf.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Anordnung mit einem Bauelement zum Senden und/oder Empfangen von Licht und einem Lichtleiter auf einem unteren Substrat im Querschnitt;
2 die Anordnung nach 1, wobei ein oberes Substrat zum Klemmen des Lichtleiters an dem unteren Substrat angelötet ist;
3 eine dem oberen Substrat zugewandte Oberfläche des unteren Substrats; und
4 eine dem unteren Substrat zugewandte Oberfläche des oberen Substrat.
1 zeigt eine Anordnung mit einem unteren Substrat 1, was auch als Trägersubstrat bezeichnet wird, auf dem ein Bauelement 2 zum Senden und/oder Empfangen von Licht sowie ein Endabschnitt 3 eines Lichtleitelements 4 angeordnet sind. Der Endabschnitt 3 des Lichtleitelements 4 ist in einer Vertiefung 5 gelagert, die in dem unteren Substrat 1 gebildet ist. Das Bauelement 2 ist auf dem unteren Substrat 1 aufgelötet.
Bei dem Lichtleitelement 4 kann es sich um einen beliebigen Wellenleiter, beispielsweise ein Glasfaserkabel, zum Übertragen optischer Signale handeln. Das Licht wird hierbei entlang eines Lichtleiterkerns 6 übertragen. Das übertragene Licht kann im Bereich eines Stirnab schnitts 7 austreten oder eingekoppelt werden. Der Stirnabschnitt 7 ist gegenüber einem Flächenabschnitt 8 des Bauelements 2 angeordnet. Im Bereich des Flächenabschnitts 8 kann Licht austreten, welches mit Hilfe des Bauelements 2 erzeugt wird, oder Licht eintreten, welches mit. Hilfe des Lichtleiterkerns 6 übertragen wurde und von dem Bauelement 2 detektiert wird. Die Effizienz der Lichtübertragung zwischen dem Lichtleiterkern 6 und dem Bauelement 2 hängt wesentlich von der exakten Positionierung des Stirnabschnitts 7 und des Flächenabschnitts 8 zueinander ab.
2 zeigt ein optisches Modul 100 im Querschnitt, bei dem die Anordnung mit dem unteren Substrat 1, dem Bauelement 2 sowie dem Lichtleitelement 4 nach 1 verwendet wird.
Oberhalb des Bauelements 2 und des Endabschnitts 3 ist ein oberes Substrat 9 angeordnet, so daß das Bauelement 2 und der Endabschnitt 3 in einem Raum 10 angeordnet sind, der zwischen einer dem oberen Substrat 9 zugewandten Oberfläche 11 des unteren Substrats 1 und einer dem unteren Substrat 1 zugewandten Oberfläche 12 des oberen Substrats 9 gebildet ist. Das obere Substrat 9 ist an dem unteren Substrat 1 mit Hilfe von Einzellötverbindungen 13 befestigt. Beim Montieren des oberen Substrats 9 mit Hilfe der Einzellötverbindungen 13 wird das obere Substrat 9 so angeordnet, daß beim Abkühlen der Einzellötverbindungen 13 das untere und das obere Substrat 1, 9 zusammengezogen werden, so daß der Endabschnitt 3 zwischen dem unteren und dem oberen Substrat 1, 9 geklemmt wird. Auf diese Weise ist der Endabschnitt 3 positioniert und fixiert. Der Endabschnitt 3 wird hierbei in die Vertiefung 5 gedrückt. Die Nutzung weiterer Befestigungsmittel, wie Klebe- oder Lötmittel, zum Fixieren des Endabschnitt 3 zwischen dem unteren und dem oberen Substrat 1, 9 ist nicht notwendig, kann aber zwecks zusätzlicher Stabilisierung nachträglich erfolgen.
Zum Ausbilden einer kompakten Bauweise des optischen Moduls 100 ist in dem oberen Substrat 9 eine weitere Vertiefung 14 vorgesehen, in welche das Bauelement 2 und Lichtleitelement 4 teilweise hineinragen.
3 zeigt die dem oberen Substrat 9 zugewandte Oberfläche 11 des unteren Substrats 1 in Draufsicht. Mehrere Metallisierungsflächen 20 sind auf der Oberfläche 11 gebildet und die nen bei der Montage des optischen Moduls 100 zum Ausbilden der Einzellötverbindungen 13. Die Metallisierungsflächen 20 sind bei der in 3 gezeigten Ausführungsformen rechteckig, können jedoch auch rund sein. Gemäß 3 ist die Vertiefung 5 als eine V-Nut ausgebildet. Dieses hat bei einem Siliziumsubstrat den Vorteil, daß Berührungsflächen zwischen einer Oberfläche 21 im Bereich der Vertiefung 5 und dem Endabschnitt 3 minimiert werden. Es können jedoch auch U-förmige Vertiefungen vorgesehen sein (z. B. bei der Verwendung von Polymer auf Silizium).
Auf der Oberfläche 11 sind weiterhin Anschlußmetallisierungen 22 vorgesehen, die bei der Montage des Bauelements 2 genutzt werden, um Anschlüsse des Bauelements 2 mit Leitungen 23 zu verbinden. Mit Hilfe der Leitungen 23 kann das Bauelement 2 mit weiteren Schaltungselementen verbunden werden. Das Bauelement 2 wird vorzugsweise mit Hilfe einer Flip-Chip-Technologie auf dem unteren Substrat 1 montiert. Diese Technologie gewährleistet, daß die Fertigungstoleranzen möglichst gering gehalten werden, um eine effiziente Lichtkopplung zwischen dem Bauelement 2 und dem Lichtleiter 6 im Endabschnitt 3 zu erreichen.
4 zeigt die dem unteren Substrat 1 zugewandte Oberfläche 12 des oberen Substrats 9 in Draufsicht. Es sind mehrere Lothügel 30 vorgesehen, die bei der Montage des oberen Substrats 9 mit den Metallisierungsflächen 20 auf dem unteren Substrat 1 zum Ausbilden der Einzellötverbindungen 13 zusammenwirken. Zu diesem Zweck werden die Lothügel bei der Montage geschmolzen. Beim Abkühlen der geschmolzenen Lothügel 30 ziehen sich diese zusammen, wodurch die Klemmwirkung für den Endabschnitt 3 entsteht. Im Bereich der Oberfläche 12 ist gemäß 4 die weitere Vertiefung 14 ausgebildet.
Gemäß 4 ist darüber hinaus eine andere Vertiefung 31 vorgesehen, die beim Montieren des oberen Substrat 9 im wesentlichen oberhalb der Vertiefung 5 angeordnet wird. Die andere Vertiefung 31 kann V-förmig ausgebildet sein und dient der weiteren Positionierung und Fixierung des Endabschnitts 3 bei der Montage des optischen Moduls 100. Die andere Vertiefung 31 ist optional und kann weggelassen werden, da bereits das Anordnen des Endabschnitts 3 in der Vertiefung 5 eine hinreichende Positionierung des Endabschnitts 3 gewährleistet. Beim Weglassen der anderen Vertiefung 31 kann die Fixierung des Endabschnitts 3 dadurch erfolgen, daß die dem unteren Substrat 1 zugewandte Oberfläche 12 des oberen Substrats 9 den Endabschnitt 3 berührt. Das untere und/oder das obere Substrat 1, 9 sind beispielsweise aus Silizium, GaAs oder einem Polymer auf Silizium gebildet.
Eine Montage des Bauelements 2 auf dem unteren Substrat 1 sowie das Anlöten des oberen Substrat 9 an dem unteren Substrat 1 können bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, zuerst das Bauelement 2 auf dem unteren Substrat 1 und in einem zweiten Schritt das obere Substrat 9 zum Klemmen des Endabschnitts 3 auf dem unteren Substrat 1 zu montieren. Im zuletzt genannten Fall würde das Lotmaterial, welches zur Montage des Bauelements 2 genutzt wurde, erneut geschmolzen, was jedoch dann kein Problem darstellt, wenn bei der Montage des Bauelements 2 eine Selbstjustage genutzt wird. In diesem Fall tritt keine relative Positionsänderung des Bauelements 2 und des Endabschnitts 3 zueinander auf. Die Selbstjustage findet bei Verwendung der Flip-Chip-Technologie dadurch statt, daß sich die während des Lötprozesses schmelzenden Lothügel 30 auf dem oberen Substrat 9 nur im Bereich der Metallisierungsflächen 20 auf dem unteren Substrat 1 ausbreiten und unter einer Minimierung der Oberflächenspannung erstarren. Da die Oberflächenspannung gerade dann minimiert ist, wenn die Lothügel 30 genau mittig auf den Metallisierungsflächen 20 des unteren Substrats 1 zu liegen kommen, findet auf diese Weise eine automatische Justage der Position des Bauelements 2 auf dem unteren Substrat 1 statt. Diese Technologie kann sowohl zum Aufbringen des Bauelements 2 auf dem unteren Substrat 1 als auch zur Montage des oberen Substrats 9 an dem unteren Substrat 1 zum Klemmen des Endabschnitts 3 genutzt werden. Bei der Vorpositionierung der zu lötenden Elemente muß hierbei lediglich die Anforderung gestellt werden, das die Lothügel 30 in ausreichender Weise mit den Metallisierungsflächen 20 überlappen.
Es kann vorgesehen sein, die Einzellötverbindungen 13 so dicht nebeneinander zu platzieren (nicht dargestellt), daß sie beim Löten ineinander fließen und eine geschlossene Wand entsteht, die den Raum 10 zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 9 umgibt. Statt einzelner Lothügel kann auch eine durchgehende Erhebung aus Lotmaterial (nicht dargestellt) auf dem unteren Substrat 1 vorgesehen sein, um eine Lötverbindung zwischen dem oberen und dem unteren Substrat 9, 1 zu bilden. Die durchgehende Erhebung kann hierbei lediglich im Bereich der Austrittsstelle des Lichtleitelements 4 unterbrochen sein. Wenn die mit Hilfe der Einzellötverbindungen 13 oder einer durchgehenden Lötverbindung (nicht dargestellt) geschaffene Ummantelung des Raums 10 zwischen dem oberen und dem unteren Substrat 9, 1 nicht vollständig geschlossen ist, können die noch offenen Teilbereiche mit Hilfe anderer Materialien geschlossen werden, um den Raum 10 fluiddicht gegen die Umgebung abzudichten. Eine Fluiddichtung kann jedoch auch vollständig mit Hilfe der Lötverbindung zwischen dem unteren und dem oberen Substrat 1, 9 geschaffen werden. Hierbei ist zu beachten, daß die Kontaktzuführungen, nämlich die Leitungen 23 (vlg. 3), welche in den fluiddicht abgedichteten Raum 10 hineinführen, elektrisch isoliert herauszuführen sind. Dies kann beispielsweise durch tunnelartige Durchführungen im Trägersubstrat erfolgen. In entsprechender Weise ist eine Austrittsstelle für das Lichtleitelement 4 vorzusehen. Hierbei ist keine elektrische Isolation erforderlich; die Abdichtung erfolgt beispielsweise mittels Lot.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Modul mit einem Lichtleitelement (4), bei dem: – ein Endabschnitt (3) des Lichtleitelements in einem Raum (10) zwischen einem oberen Substrat (9) und einem unteren Substrat (1) angeordnet ist; – im Bereich einer dem oberen Substrat (9) zugewandten Oberfläche (11) des unteren Substrats (1) eine Vertiefung (5) gebildet ist und der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) wenigstens teilweise in der Vertiefung (5) angeordnet ist, so daß zwischen einer äußeren Oberfläche des Lichtleitelements (4) und einer Oberfläche der Vertiefung (5) eine Berührungsfläche gebildet ist; – im Bereich einer dem unteren Substrat (1) zugewandten Oberfläche (12) des oberen Substrats (9) eine weitere Vertiefung (31) gebildet ist und der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) wenigstens teilweise in der weiteren Vertiefung (31) angeordnet ist, so daß zwischen der äußeren Oberfläche des Lichtleitelements (4) und einer Oberfläche der weitere Vertiefung (31) eine weitere Berührungsfläche gebildet ist; und – der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements zwischen dem oberen Substrat (9) und dem unteren Substrat (1) mittels Klemmen löt- und klebemittelfrei positioniert und fixiert ist, indem das obere und das untere Substrat (9, 1) über eine Lötverbindung miteinander verbunden sind.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (5) und/oder die weitere Vertiefung (31) eine V-Nut oder eine U-Nut ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (10) zwischen dem oberen und dem unteren Substrat (9, 1) ein lichtemittierendes und/oder lichtempfangendes Bauelement (2) angeordnet ist, welches zu einem Lichtaustritt/-eintritt des Lichtleitelements (4) ausgerichtet ist.
Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement (2) mittels einer Flip-Chip-Technologie auf dem unteren Substrat (1) montiert ist.
Modul nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement (2) zumindest teilweise in einer Ausnehmung (14) in dem oberen Substrat (9) angeordnet ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (10) zwischen dem oberen und dem unteren Substrat (9, 1) fluiddicht gegen eine Umgebung abgeschlossen ist.
Modul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (10) zwischen dem oberen Substrat (9) und dem unteren Substrat (1) mit Hilfe einer umlaufenden Wand abgeschlossen ist, wobei Anschlüsse (23) für das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement (2) durch die umlaufende Wand heraus geführt sind.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung mehrere Einzellötverbindungen (13) umfaßt.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung von einer umlaufenden Lötverbindung gebildet ist, wobei die umlaufende Wand im wesentlichen mit Hilfe der umlaufenden Lötverbindung gebildet ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement (4) ein optischer Wellenleiter ist.
Verfahren zum Herstellen eines Moduls mit einem Lichtleitelement (4), bei dem – ein Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) in einem Raum (10) zwischen einem oberen Substrat (9) und einem unteren Substrat (1) angeordnet wird; – der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) wenigstens teilweise in einer Vertiefung (5) angeordnet wird, die im Bereich einer dem oberen Substrat (9) zugewandten Oberfläche (11) des unteren Substrats (1) gebildet ist, so daß zwischen einer äußeren Ober fläche des Lichtleitelements (4) und einer Oberfläche der Vertiefung (5) eine Berührungsfläche gebildet ist; – der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements (4) wenigstens teilweise in einer weiteren Vertiefung (31) angeordnet wird, die im Bereich einer dem unteren Substrat (1) zugewandten Oberfläche (12) des oberen Substrats (9) gebildet ist, so daß zwischen der äußeren Oberfläche des Lichtleitelements (4) und einer Oberfläche der weitere Vertiefung (31) eine Berührungsfläche gebildet ist; und – der Endabschnitt (3) zwischen dem oberen Substrat (9) und dem unteren Substrat (1) mittels Klemmen positioniert und fixiert wird, indem das obere und das untere Substrat (9, 1) über eine Lötverbindung miteinander verbunden werden, wobei der Endabschnitt (3) des Lichtleitelements löt- und klebemittelfrei positioniert und fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (10) zwischen dem oberen und dem unteren Substrat (9, 1) ein lichtemittierendes und/oder lichtempfangendes Bauelement (2) mittels Lötens montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung zeitgleich mit dem Löten zum Montieren des lichtemittierenden und/oder lichtempfangenden Bauelements (2) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement (2) mittels einer Flip-Chip-Technologie auf dem unteren Substrat (1) montiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende und/oder lichtempfangende Bauelement (2) zumindest teilweise in einer Ausnehmung (14) in dem oberen Substrat (9) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (10) zwischen dem oberen und dem unteren Substrat (9, 1) fluiddicht gegen die Umgebung abgeschlossen wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 16 zum Herstellen eines integrierten Optobauelementes.