DE10036357A1

DE10036357A1 - Optisches Transceivermodul und Verfahren zur Ein- und Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul

Info

Publication number: DE10036357A1
Application number: DE10036357A
Authority: DE
Inventors: Gustav Mueller; Hans Hurt; Andreas Neyer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: DE10036357C2; US20020018626A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Transceivermodul (1) mit einer Platine (2) zur Aufnahme elektronischer Bauelemente (3) und mindestens einem opto-elektronischen Wandler (4) sowie ein Verfahren zur Ein- und Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine opto-elektronische Wandler (4) derart auf der einen Platinenseite angeordnet, daß eine Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht im wesentlichen senkrecht zur Platinenebene und dabei unmittelbar von bzw. zu der anderen Platinenseite erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Transceivermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Einund Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Optische Transceivermodule bestehen herkömmlicherweise aus mit elektronischen Bausteinen bestückten Platinen, auf die zusätzlich die erforderlichen opto-elektronischen Wandler montiert sind. Passive optische Funktionselemente wie Koppler, Splitter und Wavelength Division Multiplexing (WDM) Filter werden dabei durch zusätzliche externe Komponenten verwirklicht. Derartige Transceivermodule sind in der Her stellung relativ teuer, so daß sie für die Massenproduktion nicht geeignet sind. Insbesondere sind die Lichtführung und Justage der einzelnen Komponenten auf der Platine aufwendig und damit kostenintensiv.

Des weiteren sind Transceivermodule auf der Basis der Lead frametechnologie bekannt. Die Transceivermodule sind dabei üblicherweise in gegossenen oder gespritzten Gehäusen angeordnet. Derartige Module sind zwar relativ kostengünstig, ihre optische Funktionalität ist aber aufgrund des nur grob strukturierten Leadframes eingeschränkt. Auch sind passive optische Funktionen bisher nicht realisiert worden. Darüber ist eine Anwendung aufgrund der erforderlichen transparenten Gießharze oder Pressmassen auf einen Temperaturbereich bis ca. 85°C beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein optisches Transceivermodul und ein Verfahren zur Ein- und Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul zur Verfügung zu stellen, die eine kostengünstige Herstellung von optischen Modulen bei einem hohen Qualitätsstandard ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches Transceivermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Ein- und Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, mindestens einen opto elektronischen Wandler derart auf der einen Platinenseite anzuordnen, daß eine Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht im wesentlichen senkrecht zur Platinenebene und dabei unmittelbar von bzw. zu der anderen Platinenseite erfolgt. Eine solche Anordnung eröffnet die Möglichkeit, den oder die opto-elektronischen Wandler auf der einen Platinenseite zusammen mit den erforderlichen elektronischen Bausteinen anzuordnen, während die Lichtzuführung und damit verbundene passive optische Funktionen davon getrennt auf der anderen Platinenseite verwirklicht werden. Die Ankopplung von Licht an den opto-elektronischen Wandler erfolgt dabei unmittelbar von der anderen Platinenseite, so daß gesonderte Lichtwellen leiter auf der Platinenseite, auf der der Wandler angeordnet ist, entfallen. Hierdurch wird der Herstellungs- und Justageaufwand erheblich vereinfacht.

Zusätzlich läßt sich das optisches Transceivermodul bei der erfindungsgemäßen räumlichen Trennung von opto-elektronischem Wandler und Lichtführung bzw. passiven optischen Funktionen einfacher mit einem Kunststoff, beispielsweise einer Epoxy- Vergußmasse, ummoulden, ohne daß Vergußmaterial in den opti schen Strahlengang gelangt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Licht durch eine Öffnung in der Platine in den Wandler eingekoppelt bzw. aus diesem ausgekoppelt. Es erfolgt dabei eine direkte Ankopplung des Lichts an den Wandler, ohne daß zusätzliche Lichtführungselemente erforderlich sind. Eine Öffnung in der Platine kann entfallen, sofern die Platine bzw. das Trägermaterial der Platine transparent ausgebildet ist.

Als opto-elektronische Wandler werden bevorzugt eine LED (Leuchtdiode), ein VCSEL (Vertical Cavity Service Emitting Laser) oder eine Fotodiode verwendet, wobei die Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsrichtung jeweils senkrecht zur Platinenebene liegt. Damit erfolgt eine unmittelbare Ein- bzw. Auskopplung von Licht ohne das Erfordernis von Lichtlei tungsmitteln auf der Platinenseite, auf der der Wandler angeordnet ist. Die Verwendung eines VCSEL ist deswegen besondern vorteilhaft, da das emittierte Licht unmittelbar senkrecht zur Platinenebene abgestrahlt wird.

Das Licht wird auf der dem Wandler abgewandten Platinenseite in einer bevorzugten Ausführungsform optisch an einen in die Platine integrierten oder auf die Platine aufgebrachten Lichtwellenleiter angekoppelt. Hierzu wird das Licht bei spielsweise über in den Lichtwellenleiter integrierte Umlenk mittel, etwa einen Umlenkspiegel, innerhalb des Lichtwellen leiters umgelenkt. Ebenso ist es möglich, die Umlenkmittel nicht direkt in den Lichtwellenleiter zu intergrieren und lediglich derart im Strahlengang anzuordnen, daß das Licht über die Umlenkmittel in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.

Das gesamte Transceivermodul ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einer schwarzen Kunststoff masse ummouldet, wobei lediglich ein Anschluß für den integrierten Lichtwellenleiter vorliegt. Der integrierte Lichtwellenleiter kann aus einer Vielzahl von Materialen (Glas, Kunststoff, Keramik, etc. ) bestehen.

Im einfachsten Fall wird auf einen Lichtwellenleiter verzich tet und das mit einer Kunststoffmasse ummouldete Trasceivermodul lediglich mit einer Öffnung versehen, durch die senkrecht zur Platine einfallendes bzw. ausfallendes Licht, das beispielsweise aus einer optischen Faser stammt bzw. in eine solche eingekoppelt wird, direkt an den optoe lektronischen Wandler angekoppelt wird.

In beiden Fällen weist das Transceivermodul bevorzugt eine Außenkontur derart auf, daß es zur Verwendung als Gegenstück für einen optischen Anschlußstecker geeignet ist. Hierdurch ist ein optischer Anschluß leicht an das Transceivermodul ansteckbar. Hierzu kann auch ein zusätzliches Kunststoffteil als Kupplungsvorrichtung vorgesehen sein, mit dem das Tran sceivermodul gekoppelt ist und das eine Positionierung und Fixierung eines optischen Anschlußsteckers bewirkt.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß auf die dem optoelek tronischen Wandler abgewandten Seite der Platine zusätzliche passive optische Funktionselemente integriert sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Koppler, Splitter und WDM Filter. Durch Einsatz eines Splitters ist es beispielsweise möglich, das Transceivermodul an mehrere Anschlüsse anzuschließen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird als Trägermaterial für die Platine eine mit Metallisierungen versehene Keramikplatine oder Kunststofffolie verwendet, die eine ausreichende Hitzebeständigkeit gegenüber verflüssigtem Moulding-Kunststoff aufweist. Der Einsatz eines derartigen Materials als Trägermaterial für die Platine weist den Vorteil auf, daß ein Ummoulden des Transceivermoduls mit Kunststoffmasse leichter möglich ist. Dabei stellt die erfindungsgemäße Anordnung der Komponenten des Moduls sicher, daß kein Vergußmaterial in den Strahlengang des Moduls gelangen kann.

Die mit Metallisierungen versehene Keramikplatine bzw. Kunst stofffolie ist bevorzugt mit Leiterbahnstrukturen in Mehrla gentechnik versehen. Die Keramikplatte bzw. Kunststofffolie wird zur Herstellung geeigneter Strukturen mit an sich bekannten photolitographischen und naßchemischen Prozessen wie eine Leiterplatte bearbeitet. Beispielsweise wird als Kunststofffolie unter dem Handelsnamen "Kapton" bekanntes Kunststoffmaterial verwendet.

Es ist weiterhin möglich, die integriert optischen Licht strukturen samt eventueller gewünschter passiver Komponenten in weiteren Herstellungsschritten direkt auf der Rückseite der Platine durch bekannte Methoden der Dünnschicht-technolo gie (Sputtern, Chemical Vapor Deposition (CVD)-Verfahren, etc.) und Mikrostrukturtechniken (Belacken, Maskieren, Belichten, Ätzen, etc.) aufzubringen. In einem derart standardisierten Verfahren entfällt auf diese Weise die zeitraubende und kostenintensive Justage bei der Ankopplung der opto-elektronischen Komponenten an vorhandene Licht wellenleiter.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ein- und Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul sieht vor, daß dem opto-elektronischen Wandler Licht von der dem Wandler abge wandten Platinenseite und dabei im wesentlichen senkrecht zur Platinenebene zugeführt wird. Die hierbei entstehenden Vorteile wurden bereits erörtert. Bevorzugt wird das Licht dem opto-elektronischen Wandler über einen in die andere Pla tinenseite integrierten oder auf die andere Platinenseite aufgebrachten Lichtwellenleiter zugeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen optischen Transceivermoduls und

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Transceivermoduls.

Fig. 1 zeigt einen Transceiver 1 mit einer Platine 2, die aus einer mit Metallisierungen versehenen Keramikplatte oder Kunststofffolie besteht. Die Keramikplatte bzw. Kunststofffo lie 2 ist wie eine Leiterplatte mit feinen Leiterbahnstruktu ren versehen. Dabei können in Mehrlagentechnik komplexe und zugleich kompakte elektronische Schaltungen verwirklich werden. Als Material der Kunststofffolie dient beispielsweise Kapton.

Die Platine 2 ist auf ihrer einen, in Fig. 1 oberen Seite mit elektronischen Bausteinen 3 bestückt bzw. sind solche Bausteine in die Leiterplatte 2 integriert. Die elektroni schen Bausteine sind schematisch als intergrierter Schalt kreis (IC) 3 dargestellt.

Zusätzlich sind auf der oberen Platinenseite ein oder mehrere opto-elektronische Wandler 4 montiert. Fig. 1 zeigt als opto elektronischen Wandler einen VCSEL 4. Jedoch können ebenso andere opto-elektronische Wandler wie LEDs und Fotodioden eingesetzt werden.

Der opto-elektronische Wandler 4 ist über ein Loch bzw. eine Öffnung 21 in der Platine 2 optisch an einen Lichtwellenlei ter 5 angekoppelt. Dabei wird das Licht durch das Loch 21 der Platine 2 über einen im Wellenleiter 5 integrierten Umlenk spiegel 6 in den Wellenleiter 5 eingekoppelt bzw. in diesen umgelenkt. Der Wellenleiter 5 besteht aus Glas, Keramik oder einem hochschmelzendem Kunststoff. Es handelt sich beispiels weise um einen Polymer-Wellenleiter.

Der Wellenleiter 5 ist bevorzugt als planarer Lichtwellenlei ter auf der unteren Seite der Platine 2 optisch integriert ausgebildet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Lichtwellenleiter nicht integriert optisch auszubilden und als gesondertes Element an der Platine 2 zu befestigen.

Die gesamte Anordnung ist mit einer schwarzen Kunststoffmasse 7 ummouldet, die den Transceiver 1 schützt und handhabbar macht. Nach dem Moulden der Anordnung werden der Wellenleiter 5 und die Platine 2 durch ein geeignetes Schneideverfahren durchtrennt. Die Außenkontur des entstehenden Körpers ist entweder direkt als Gegenstück für einen optischen Anschluß stecker 8 ausgebildet. Alternativ ist wie in Fig. 1 ein zusätzliches Kunststoffteil 9 vorgesehen, das als Steckerfi xierung dient und eine selbstjustierende Positionierung und Fixierung des Anschlußsteckers 8 bewirkt.

In weiteren Ausführungsbeispielen (nicht dargestellt) sind auf der Unterseite der Platine zusätzliche passive optische Funktionselemente vorgesehen. Diese sind beispielsweise kombiniert mit dem Wellenleiter 5 integriert optisch ausge bildet oder als gesonderte Bauteile auf der Unterseite der Platine 2 verwirklicht.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt einen Transceiver 1', der bis auf die nachfolgend erläuterten Unterschiede dem Tranceiver der Fig. 1 entspricht. Im Unterschied zu Fig. 1 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 keine Lichteinkopplung/Lichtauskopplung in einen Lichtwellenleiter. Stattdessen wird das Licht durch die Öffnung 21 in der Platine 2 und eine sich daran anschließende Öffnung 71 in der Kunststoffmasse 7 direkt ein- bzw. ausgekoppelt. In der Fig. 2 erfolgt über eine Steckerfixierung 9' und einen Stecker 8' eine Ankopplung eines Lichtwellenleiters 10', der senkrecht zur Platine 2 angeordnet ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß einem auf einer Seite einer Platine angeordneten opto-elektronischen Wandler Licht unmittelbar von der anderen Platinenseite und dabei im we sentlichen senkrecht zur Platinenebene zugeführt wird.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' optisches Transceivermodul

2

Platine

21

Öffnung in Platine

3

integrierter Schaltkreis

4

opto-elektronischer Wandler

5

Lichtwellenleiter

6

Umlenkspiegel

7

gemouldete Kunststoffmasse

71

Öffnung in Kunststoffmasse

8

,

8

' Stecker für Lichtwellenleiter

9

,

9

' Steckerfixierung

10

,

10

' optische Faser

Claims

1. Optisches Transceivermodul (1, 1') mit einer Platine (2) zur Aufnahme elektronischer Baulemente (3) und mindestens einem opto-elektronischen Wandler (4), dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine opto-elektronische Wandler (4) derart auf der einen Platinenseite angeordnet ist, daß eine Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht im wesentlichen senk recht zur Platinenebene und dabei unmittelbar von bzw. zu der anderen Platinenseite erfolgt.

2. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von der anderen Seite der Platine (2) über eine Öffnung (21) in der Platine (2) eingekoppelt bzw. ausgekoppelt wird.

3. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerma terial der Platine zur Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht transparent ausgebildet ist.

4. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der opto-elektronische Wandler (4) eine LED, ein VCSEL oder eine Fotodiode ist, wobei die Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsrichtung senkrecht zur Platinenebene liegt.

5. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Licht auf der anderen Platinenseite optisch an einen in die Platine (2) integrierten oder auf die Platine (2) aufgebrachten Lichtwellenleiter (5) angekoppelt ist.

6. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht über in den Lichtwellenleiter (5) integrierte Umlenkmittel (6) in den Lichtwellenleiter (5) umgelenkt wird.

7. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwel lenleiter (5) aus Glas oder einem hochschmelzenden Kunststoff besteht und das Transceivermodul (1) mit einer Kunststoffmas se (7) ummouldet ist, wobei lediglich ein Anschluß für den Lichtwellenleiter (5) vorliegt.

8. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Transceivermodul (1') mit einer Kunststoffmasse (7) ummouldet ist, wobei lediglich eine Öffnung (71) vorgesehen ist, durch die senkrecht zur Platine (2) einfallendes Licht direkt an den opto-elektronischen Wandler (4) angekoppelt wird.

9. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trans ceivermodul (1, 1') eine Außenkontur derart aufweist, daß es zur Verwendung als Gegenstück für einen optischen Anschluß stecker geeignet ist.

10. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Transcei vermodul (1, 1') mit einem zusätzlichen Kunststoffteil (9, 9') gekoppelt ist, das eine Positionierung und Fixierung eines optischen Anschlußsteckers (8, 8') bewirkt.

11. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß in das Transceivermodul zusätzliche passive optische Funktionselemente integriert sind, wobei diese Funktionselemente auf der gleichen Platinenseite angeordnet sind, von der das Licht eingekoppelt bzw. zu der das Licht ausgekoppelt wird.

12. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronischen Baulemente (3) auf der gleichen Seite der Platine (2) wie der opto-elektronische Wandler (4) angeordnet sind.

13. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß als Trägermaterial für die Platine (2) eine mit Metallisierungen versehene Keramikplatte oder Kunst stofffolie verwendet wird.

14. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Me tallisierungen versehene Keramikplatte bzw. Kunststofffolie (2) mit Leiterbahnstrukturen in Mehrlagentechnik versehen ist.

15. Verfahren zur Ein- und Auskopplung von Licht in ein optisches Transceivermodul (1, 1'), das einen auf einer Platinenseite angeordneten opto-elektronischen Wandler (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein- bzw. Auskopplung von Licht in den bzw. aus dem opto-elektronischen Wandler (4) von bzw. zu der anderen Pla tinenseite und dabei im wesentlichen senkrecht zur Platinenebene erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht über einen in die andere Platinenseite integrierten oder auf die andere Platinenseite aufgebrachten Lichtwellenleiter (5) ein- bzw. ausgekoppelt wird.