Revolution für die Signalübertragung durch Licht – Eine kostengünstige optische Verbindungstechnik eröffnet neue Wege

Wegen hoher Präzisionsanforderungen an die Positionierung der äußerst empfindlichen Bauteile muss auf teure Industrieanlagen und aufwändige Prozesse zurückgegriffen werden. Ein revolutionärer Ansatz des Fraunhofer IZM verspricht nun eine erhebliche Kostenreduktion.

Hierbei sollen extrem dünne, optisch transparente Polymerfasern vom Verfahrensablauf ähnlich wie bei der Drahtbondtechnik verschweißt werden, einem Verfahren, das seit mehreren Jahrzehnten in der Mikroelektronik etabliert ist. Für die Fertigung unzähliger optoelektronischer Anwendungen wie multimodige Sende- und Empfangsmodule, aber auch in der Sensorik eröffnen sich damit Lösungen im Niedrigpreissegment.

Beim Drahtbonden in der Mikroelektronik wird durch dünne Gold- oder Aluminiumdrähte ein elektrischer Anschluss zwischen Chip und Gehäuse hergestellt. Die stoffschlüssige Verschweißung der Kontakte wird durch Reibung (Ultraschall) und Deformation des Drahtmaterials sowie Diffusionsprozesse in der Verbindungsstelle erzeugt. Um nun photonische Bauelemente untereinander oder mit Wellenleitern auf sehr kurzen Distanzen optisch zu verbinden, wird statt des klassischen Metalldrahts ein optisch transparenter Draht – ein dünner Polymerfaden – verwendet. Dabei kommen modifizierte Drahtbonder zum Einsatz, die eine Steigerung der Produktivität dadurch erwarten lassen, dass die Anzahl der aufgebauten Module im gleichen Zeitraum verhundertfacht werden kann. Hierdurch wird das Verfahren extrem kostengünstig. Zudem sind die dabei entstehenden Verbindungen reparaturfähig, frei konfigurierbar und flexibel in der Anordnung.

Dr. Hermann Oppermann, Leiter des Projekts namens KOBOLD*, verweist auf noch weitere vorteilhafte Aspekte: „Gegenwärtige optische Kopplungen führen mitunter zu zahlreichen raumgreifenden Fasersträngen auf der Leiterplatte, die sehr empfindlich sind und teilweise nur manuell weiterverarbeitet werden können. Mit unserem Bondverfahren lassen sich zum Einen die Verbindungsprozesse hervorragend automatisieren, zum Anderen erlauben die winzigen Bondgeometrien einen bislang nicht erreichten Grad an Miniaturisierung.“

Wenn Verbindungen zwischen einem optischen Stecker und einem Laser oder Photodetektor mit geringerem Aufwand herstellbar sind, lassen sich unzählige Produkte in der Kommunikationstechnik mit hohen Datenraten preiswerter fertigen, etwa Datenkabel in der Computerperipherie wie optische Monitor- und Druckerkabel, Transpondermodule oder Anwendungen, in denen Störsicherheit gegenüber der Umgebung ausschlaggebend ist z.B. optische Busse in Fahrzeugen. In der Sensorik lassen sich mit der optischen Faserbondtechnik neue Konfigurationen bezüglich der Komponenten und dem optischen Aufbau herstellen, die zu neuen oder optimierten Produkten, z.B. bei optischen Mäusen oder Scannern führen.

*Das wissenschaftliche Vorprojekt namens KOBOLD („Kostengünstige Optische BOndtechnik für Laser, LEDs und Detektoren“) läuft seit Dezember 2008 und ist auf zwei Jahre angelegt. Es wird vom BMBF im Rahmen der Optischen Technologien mit 400.000 Euro als wissenschaftliches Vorprojekt finanziert.