Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Grundlegende Untersuchungen zum Nd:YAG-Laserstrahlfügen von Silizium für Komponenten der Optoelektronik



Datum: 23.04.2002


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. M. Geiger
  • Prof. Dr. rer. nat. A. Winnacker, Universität Erlangen

Eine Vielzahl von optischen und elektrooptischen Komponenten für die Telekommunikation basiert auf Silizium als Substrat- oder Chip-Material. Sowohl für neue Bauteile als auch für die stetige Verbesserung bestehender Produkte sind laserstrahlunterstützte Fügetechnologien zur Ergänzung konventioneller Fügeverfahren von großer Bedeutung. Im Mittelpunkt der Dissertation steht die Frage, welche Möglichkeiten die Lasertechnologie beim Fügen von Siliziumsubstraten bzw. bei der Glasfaser-Chip-Kopplung bietet. us der für Halbleiter typischen Strahl-Stoff-Wechselwirkung, den Ergebnissen von Grundlagenversuchen zum lokalen Aufschmelzen von Siliziumwafern mittels gepulster Nd:YAG-Laserstrahlung und umfangreichen FE-Simulationen wird ein Prozessmodell abgeleitet, welches die Phasen- und Geometrieänderungen (Aufwurfbildung) beschreibt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden beim lasergestützten Fixieren von Glasfasern in Silizium-V-Nuten für optische Komponenten angewendet. Im Rahmen der Dissertation werden hierbei das Laserstrahlklemmen/-schweißen sowie das Laserstrahlhart- und -weichlöten betrachtet. Insbesondere das Löten mit AuSn-Lot besitzt Potenzial, die industriell eingesetzten Klebeverfahren zu ergänzen oder zu ersetzen. Der dritte Schwerpunkt der Dissertation bezieht sich auf das Nd:YAG-Laserstrahlschweißen von Siliziumsubstraten. Aufgrund des spröden Materialverhaltens von einkristallinem Silizium ist das Schweißen stets mit einer ausgeprägten Rissentstehung verbunden, die zum Versagen der Fügeverbindung führt. Numerische und experimentelle Untersuchungen zeigen, dass ein Vorwärmen der Probe zu einer Reduzierung der Rissbildung führt. Je höher die Vorwärmtemperatur und je homogener die Vorwärmung ist, desto geringer sind die resultierenden Eigenspannungen. Bei geeigneten Prozess- und Laserparametern können rissfreie Fügeverbindungen realisiert werden.