DE10036357C2

DE10036357C2 - Optisches Transceivermodul

Info

Publication number: DE10036357C2
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: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: US20020018626A1; DE10036357A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Transceivermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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.

Die DE 35 43 558 A1 und die DE 41 06 721 C2 beschreiben gattungsgemäße Transceivermodule, bei denen auf der einen Seite einer Platine ein opto-elektronischer Wandler angeordnet ist und eine Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht im wesentlichen senkrecht zur Platinenebene und dabei von der anderen Platinenseite erfolgt.

Aus der DE 196 24 366 A1 sind optoelektronische Wandler in Form eines vertikal emittierenden Lasers (VCSEL) bekannt, deren Licht in einen parallel zur Substratoberfläche geführten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein optisches Transceivermodul zur Verfügung zu stellen, das eine kostengünstige Herstellung von optischen Modulen bei einem hohen Qualitätsstandard bereitstellt und dabei in einfacher Weise eine Kopplung mit einem optischen Stecker ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches Transceivermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Transceivermodul mit einer Kunststoffmasse ummouldet ist und eine Außenkontur derart aufweist, daß es entweder direkt oder über eine mit dem ummouldeten Transceivermodul gekoppelte Kupplungsvorrichtung als Gegenstück für einen optischen An schlußstecker ausgebildet ist. Hierdurch ist ein optischer Anschluß leicht und unmittelbar an das Transceivermodul ansteckbar.

Die Auskopplung von Licht im wesentlichen senkrecht zur Pla tinenebene und dabei unmittelbar von bzw. zu der anderen Pla tinenseite eröffnet dabei 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.

Das optische Transceivermodul läßt sich aufgrund der räumlichen Trennung von opto-elektronischem Wandler und Lichtführung bzw. passiven optischen Funktionen einfach mit Kunststoff, beispielsweise einer Epoxy-Vergußmasse, ummoulden, ohne daß Vergußmaterial in den optischen 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 opto elektronischen Wandler angekoppelt wird.

Bevorzugt ist die mit dem Transceivermodul gekoppelte Kupplungsvorrichtung ein Kunststoffteil, 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.

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), wobei der mindestens eine opto-elektronische Wandler (4) derart auf der einen Platinenseite angeordnet ist, daß eine Einkopplung bzw. Aus kopplung von Licht im wesentlichen senkrecht zur Platinenebe ne und dabei unmittelbar von bzw. zu der anderen Platinensei te erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Transceivermodul (1, 1') mit einer Kunststoffmasse (7) ummouldet ist und eine Außenkontur derart aufweist, daß es entweder direkt oder über eine mit dem ummouldeten Transceivermodul (1, 1') gekoppelte Kupplungsvorichtung (9, 9') als Gegenstück für einen optischen Anschlußstecker ausgebildet ist.

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 gekennzeichnet, 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.

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

9. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die mit dem Transceivermodul (1, 1') gekoppelte Kupplungsvorrichtung ein Kunststoffteil (9, 9') ist, das eine Positionierung und Fixierung eines optischen Anschlußsteckers (8, 8') bewirkt.

10. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.

11. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronischen Baulemente (3) auf der gleichen Seite der Platine (2) wie der opto-elektronische Wandler (4) angeordnet sind.

12. Optisches Transceivermodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß als Trägermaterial für die Platine (2) eine mit Metallisierungen versehene Keramikplatte oder Kunst stofffolie verwendet wird.

13. Optisches Transceivermodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Me tallisierungen versehene Keramikplatte bzw. Kunststofffolie (2) mit Leiterbahnstrukturen in Mehrlagentechnik versehen ist.