Die Gruppe Backend und Packaging adressiert die vollständige Prozesskette von der Bearbeitung photonischer Bauelemente, ausgehend von der Waferebene, über die Chipebene, bis hin zur Realisierung funktionsfähiger optoelektronischer Module. Die Backend‑Aktivitäten umfassen insbesondere die Vereinzelung von Chips, sowie die optische Dünnschichtbeschichtung von Indiumphosphid‑(InP)‑Bauelementen und schaffen damit die technologischen Voraussetzungen für deren weiterführende Integration.
Darauf aufbauend ermöglicht das Packaging die zuverlässige Einbettung dieser Bauelemente in anwendungsreife Modularchitekturen. Dies umfasst die präzise Kopplung optischer Fasern, die Implementierung hochfrequenter elektrischer Schnittstellen sowie die Entwicklung kundenspezifischer Submounts und Modulprototypen für Forschungs‑ und Industriepartner.
Backend
Im Backend werden Prozesse für die Vereinzelung und die optische Beschichtung von Indiumphosphid-Halbleiterchips (InP) entwickelt und durchgeführt.
Vereinzelung
Im Bereich der Vereinzelung erlaubt die Ausstattung am Fraunhofer HHI, verschiedene Prozesse für optische und optoelektronische Komponenten anzubieten:
- Manuelle oder vollautomatische Vereinzelung von einzelnen Chips bis zu mehreren Tausend Chips pro Batch
- Spalten von Barren ab 150µm Breite
- Manuelles oder automatisches Sortieren von Bauelementen
- Mikroskopische Inspektion und Dokumentation
Optische Beschichtung
Im optischen Beschichtungslabor entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an ihren Anlagen individuelle Ent- und Verspiegelungen für kanten- oder oberflächen-emittierende photonische Komponenten.
Das angewendete Ionenstrahl-Sputterverfahren liefert reproduzierbar glatte und beständige Beschichtungen. Dieser Prozess ist stabil und gut in-situ kontrollierbar, dies ermöglicht die präzise Einstellung des Reflexionsgrades der optischen Bauelemente.
Um sowohl Chips mit variierenden Abmessungen als auch große Stückzahlen prozessieren zu können, arbeitet die Gruppe mit verschiedenen Halterungskonzepten. Die hausinterne Werkstatt ermöglicht die individuelle Anpassung dieser Halter an die Bauelemente und ihre Anforderungen bezüglich mechanischem Stress und Overspray.
Packaging
Im Bereich Photonic Packaging werden die am Fraunhofer HHI entwickelten optischen Chips in Demonstrator-Module gebaut. Dazu gehören die optische Kopplung an Glasfasern sowie der elektrische Anschluss an Hochfrequenz-Konnektoren.
Darüber hinaus bietet die Gruppe Partnern die Entwicklung und Umsetzung maßgeschneiderter Modul-Prototypen oder Submounts an.
Gehäuse
Die Modulplanung beginnt mit einem 3D-Modell des Aufbaus. Je nach Anwendung und Stückzahl wird hierbei ein individuelles Gehäuse entworfen oder ein Standard BTF-Gehäuse ausgewählt.
Individuell entworfene Gehäuse werden in der hauseigenen Werkstatt schon ab sehr kleiner Stückzahl kosteffizient hergestellt.
Optische Kontaktierung
Das Fraunhofer HHI hat langjährige Erfahrung in der Umsetzung mit verschiedenen Koppel- und Glasfaser-Varianten wie:
- Aktive und passive Kopplung
- Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern
- Polarisationserhaltende Fasern
- Taperfaser, Butt-Faser und Faser-Arrays
- Linsenkopplung
Elektrischer Anschluss
Die elektrische Kontaktierung der Chips umfasst neben den Anschlüssen für die Versorgung meist eine Hochfrequenz-Signalführung vom Chip bis zum Konnektor bei bis zu 100 GHz und darüber hinaus.
Die hierfür verwendeten Schaltungsträger werden im Haus designt und hergestellt:
- Die Laserstrukturierung metallisierter Keramiksubstrate ermöglicht eine schnelle und individuelle Umsetzung von Schaltungsträgern für Frequenzen bis zu 20 GHz.
- Wenn die Anforderungen an die Präzision höher sind, kommen per Electroplating lithografisch übertragene Strukturen zum Einsatz. Die Nutzung der hauseigenen Ebeam-Anlage macht auch diesen Prozess schnell und individuell anpassbar.
Für die Kontaktierung von Chip und Schaltungsträger ist das Equipment für verschiedene Drahtbond und Flip-Chip-Prozesse vorhanden:
Drahtbonden
- Gold- oder Aluminiumdraht
- Ball, Wedge
- Deep Access
- Drahtstärken ab 17,5µm
- Manuell oder Automatisiert
- HF-Draht-Bonds bis 100GHz
Flip-Chip
- Gold-Zinn und SAC Reflow
- Lotpasten und Leitkleber
- Lot-Preforms
- Sputtern von AuSn-Pads
In der Chipmontage wird neben Lötprozessen eine Vielzahl von Klebern genutzt, deren mechanische, optische, thermische und elektrische Eigenschaften an die jeweilige Anwendung angepasst sind. Die Montage geschieht manuell oder maschinengestützt mit Positioniergenauigkeiten von unter einem Mikrometer.