DE102005002352A1 - Infrarot-Transceiver und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Transceiver mit einem Infrarot-Sender, einem Infrarot-Empfänger und wenigstens einer optischen Linse für den Sender und/oder den Empfänger. Der Sender und der Empfänger sind auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet, die zumindest eine flexible Trägerfolie, eine strukturierte Leiterschicht und eine Deckschicht aufweist. Die Deckschicht der flexiblen Leiterplatte weist wenigstens eine Ausnehmung auf, in der der Sender und/oder der Empfänger angeordnet sind. Die optische Linse ist zumindest teilweise in der Ausnehmung der Deckschicht angeordnet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Transceivers.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Transceiver mit einem Infrarot-Sender, einem Infrarot-Empfänger und wenigstens einer optischen Linse für den Sender und/oder den Empfänger. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Transceivers.
  • Transceiver dienen zur optischen Übertragung und zum Empfang von Daten nach vorgegebenen Übertragungspezifikationen und -protokollen, beispielsweise gemäß dem IrDA-Standard. Transceiver werden beispielsweise in Mobiltelefonen, Taschencomputern (personal digital assistants, PDA's) oder Computern (PC's oder Notebooks) eingesetzt, um eine drahtlose Kommunikation zwischen derartigen Geräten zu ermöglichen. Zu diesem Zweck besitzt jeder Transceiver einen Sender zum Aussenden von Infrarot-Signalen, einen Empfänger zum Empfangen von Infrarot-Signalen und zumindest eine Verstärkerschaltung. Infrarot-Transceiver werden üblicherweise als gehäuste Bauelemente gefertigt und angeboten, die zusammen mit anderen Bauelementen zur Montage an einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) vorgesehen sind. Derartige Transceiver-Bauelemente besitzen meist einen durch ein Stanzblechteil gebildeten Leiterstreifen, auf dem Sender, Empfänger und Verstärker angeordnet sind und der durch ein Kunstharzgehäuse derart umschlossen ist, dass nur noch Leiterbeinchen zur elektrischen Kontaktierung aus dem Gehäuse herausragen.
  • Derartige Transceiver-Bauelemente besitzen zwar den Vorteil, dass sie hinsichtlich ihrer Herstellung und ihres Verwendungszwecks gut mit den gängigen Montagetechniken vereinbar sind. Allerdings besitzen die be kannten Infrarot-Transceiver für manche Anwendungen noch eine unerwünscht große Bauform.
    •
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Infrarot-Transceiver zu schaffen, der bei einfacher Herstellung eine geringe Baugröße besitzt. Ferner soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitgestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Infrarot-Transceiver mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass der Sender und der Empfänger auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sind, die zumindest eine flexible Trägerfolie, eine strukturierte Leiterschicht und eine Deckschicht aufweist, dass die Deckschicht der flexiblen Leiterplatte wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in der der Sender und/oder der Empfänger angeordnet sind, und dass die optische Linse zumindest teilweise in der Ausnehmung der Deckschicht angeordnet ist.
  • Charakteristisch für den erfindungsgemäßen Transceiver ist also zunächst, dass der Sender, der Empfänger und eventuelle weitere Schaltungen auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sind. Bei Leiterplatten wird generell zwischen starren Leiterplatten (z.B. Glasfaser/Harz-Gewebe), starr-flexiblen Leiterplatten (mit Sollbiegestellen) und flexiblen Leiterplatten (flexible printed circuit, FPC) unterschieden. Die bei dem erfindungsgemäßen Transceiver eingesetzte flexible Leiterplatte besitzt eine flexible Trägerfolie, die vorzugsweise aus Polyimid oder aus Polyester oder Polyethylennaphtalat besteht. Diese Trägerfolie ist durch ein Pressverfahren oder mittels eines Klebers (z.B. Akrylkleber) mit einer flexiblen Leiterschicht versehen. Bei der Leiterschicht handelt es sich vorzugsweise um eine Kupferkaschierung. Diese Leiterschicht ist strukturiert, d.h. sie erstreckt sich nicht vollflächig entlang der Trägerfolie, sondern ist beispielsweise durch ein Ätzverfahren als eine Struktur von Leiterbahnen, Kontak tierungsflächen etc. ausgebildet. Die Trägerfolie und die hierauf ausgebildete Leiterschicht sind mit einer flexiblen Deckschicht versehen, die letztlich zum Schutz der darunter angeordneten Schichten dient. Diese Deckschicht kann aus demselben Material wie die genannte Trägerfolie gebildet sein (beispielsweise Polyimid). Alternativ oder zusätzlich kann als Deckschicht ein Lötstopplack oder eine Lötstoppfolie vorgesehen sein.
  • Selbstverständlich kann die flexible Leiterplatte auch einen mehrlagigen Aufbau besitzen, also eine Folge von mehreren Leiterschichten und dazwischen angeordneten Deck- oder Isolatorschichten.
  • Ferner ist für den erfindungsgemäßen Transceiver charakteristisch, dass an der genannten Deckschicht der Leiterplatte wenigstens eine Ausnehmung ausgebildet ist, in der der Sender, der Empfänger oder beide gemeinsam angeordnet und mit einem zugeordneten Abschnitt der Leiterschicht elektrisch verbunden sind, beispielsweise durch Lötkontakte. Diese Ausnehmung dient zugleich zur Aufnahme der optischen Linse, die in der Ausnehmung der Deckschicht angeordnet ist. Mit anderen Worten ragt zumindest ein unterer Abschnitt der Linse in die Ausnehmung der Deckschicht hinein und überdeckt dabei den ebenfalls in der Ausnehmung angeordneten Sender bzw. Empfänger.
  • Durch diese Ausgestaltung wird ein besonders flacher Aufbau des Transceivers erreicht, da entlang einer vertikalen Richtung von unten nach oben lediglich die folgenden Elemente erforderlich sind, die die Bauhöhe des Transceivers bestimmen:
    • – flexible Trägerfolie;
    • – strukturierte Leiterschicht, soweit diese im Bereich der Linse überhaupt ausgebildet ist; und
    • – optische Linse, die den Sender und/oder den Empfänger einschließt und seitlich von der Deckschicht umgeben ist.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Transceivers besteht darin, dass er biegsam ist. Der erfindungsgemäße Transceiver eignet sich somit beispielsweise besonders gut zur Integration in Chip-, Identifikations- oder Transponderkarten aus Kunststoff. Für das Standardformat einer Kreditkarte ist eine Dicke von 0,9 mm festgelegt. Dieses Format gestattet aufgrund der geringen Bauhöhe des erfindungsgemäßen Transceivers problemlos die Integration eines solchen Transceivers. Aufgrund der Biegsamkeit der verwendeten Materialien eignet sich der Transceiver auch für die Anwendung in so genannten "Intelligent Textiles". Auch für die bereits bekannten Anwendungen von Transceivern beispielsweise in Mobiltelefonen oder mobilen Computern erweist sich der erfindungsgemäße Transceiver aufgrund seiner geringen Bauhöhe als vorteilhaft.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Transceivers ist die optische Linse hinsichtlich ihres Umfangs formschlüssig in die genannte Ausnehmung der Deckschicht eingegossen, d.h. die Linse grenzt an die umfängliche Begrenzung der Ausnehmung an. Mit anderen Worten dient die Ausnehmung nicht nur zur Aufnahme der Linse und des hiervon überdeckten Senders und/oder Empfängers, sondern auch als seitliche Begrenzung für das Gießmaterial, wenn die Linse nach einem Gießverfahren hergestellt wird. Hierdurch ist eine besonders einfache Herstellung einer flachen Linse möglich, da lediglich ein Tropfen einer im Infraroten transparenten Gießmasse in die Ausnehmung gefüllt werden muss. Aufgrund der umfänglichen Begrenzung der Ausnehmung ist auch die seitliche Ausbreitung der Gießmasse begrenzt. Durch entsprechende Wahl der Menge der Gießmasse kann unter Ausnutzen der Oberflächenspannung eine Linse gebildet werden, deren oberer Abschnitt eine konvexe Wölbung besitzt, um hierdurch eine Sammellinse zu bilden.
  • Die genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Transceivers mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst, und insbesondere dadurch, dass eine flexible Leiterplatte gebildet wird, indem eine flexible Trägerfolie mit einer strukturierten Leiterschicht versehen wird, die strukturierte Leiterschicht mit einer Deckschicht versehen wird, in die Deckschicht wenigstens eine Ausnehmung eingebracht wird, in der Ausnehmung ein Infrarot-Sender und/oder ein Infrarot-Empfänger angeordnet werden, und in der Ausnehmung eine optische Linse vorgesehen wird.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Infrarot-Transceiver gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 und 3 zeigen Querschnittsansichten des Transceivers gemäß 1 entlang der Ebene II-II bzw. III-III.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Transceivers in einer schematischen Draufsicht.
  • Der Transceiver gemäß 1 bis 3 besitzt eine flexible Leiterplatte, die als Laminat mit einer flexiblen Trägerfolie 11, einer hierauf angeordneten Kupferschicht 13 und einer auf der Kupferschicht 13 und der Trägerfolie 11 angeordneten flexiblen Deckschicht 15 ausgebildet ist. Die Trägerfolie 11 und die Deckschicht 15 bestehen vorzugsweise aus Polyimid. Die Kupferschicht 13 ist derart strukturiert, dass mehrere Leiterbahnen mit Anschlussflächen für Lötkontakte und Flächen zur Aufnahme von elektronischen Bauelementen ausgebildet sind. An der Deckschicht 15 ist eine kreisrunde Ausnehmung 17 ausgebildet.
  • Innerhalb der Ausnehmung 17 sind eine als Infrarot-Sender dienende Leuchtdiode 21, eine als Infrarot-Empfänger dienende Photodiode 23 und ein integrierter Schaltkreis 25 angeordnet. Der integrierte Schaltkreis 25 dient zur Steuerung der Sendesignale der Leuchtdiode 21 und zur Verstärkung und Auswertung der Empfangssignale der Photodiode 23. Die Leuchtdiode 21, die Photodiode 23 und der integrierte Schaltkreis 25 sind als SMD-Bauelemente (surface mounted devices) an entsprechenden Flächen der Kupferschicht 13 befestigt, wobei auch eine direkte Befestigung an der Trägerfolie 11 möglich ist. Durch Bond-Drähte 27 sind die genannten Bauelemente 21, 23, 25 miteinander sowie mit den Leiterbahnen der Kupferschicht 13 elektrisch verbunden. An einer weiteren Ausnehmung 29 der Deckschicht 15 dienen die durch die Kupferschicht 13 gebildeten Anschlussflächen als Eingang für die Stromversorgung für die Leuchtdiode 21 (LED), als Eingang für die Steuerung des Sendesignals der Leuchtdiode 21 (THX), als Eingang für ein Abschaltsignal (Shutdown, SD), als Kontakt für das Massepotential (GND), als Kontakt für die Betriebsspannung (VCC) und als Ausgang für das Empfangssignal der Photodiode 23 (RHX).
  • In der kreisrunden Ausnehmung 17 der Deckschicht 15 ist ferner eine optische Linse 31 angeordnet. Die Linse 31 ist aus einem im infraroten Spektralbereich transparenten Epoxidharz in die Ausnehmung 17 einge gossen, wie nachfolgend noch erläutert wird. Entlang ihres Außenumfangs grenzt die Linse 31 somit formschlüssig an die kreisrunde Begrenzung der Ausnehmung 17 an. Die Leuchtdiode 21, die Photodiode 23 und der integrierte Schaltkreis 25 sind von der Linse 31 formschlüssig überdeckt. An ihrer Unterseite ist die optische Linse 31 innerhalb der Ausnehmung 17 somit vollflächig mit der Trägerfolie 11, der Kupferschicht 13 und den Bauelementen 21, 23, 25 verbunden; hierdurch wird eine unerwünschte Delamination der Linse 31 verhindert. Die Oberseite der Linse 31 besitzt ausgehend von der umfänglichen Begrenzung entlang der Ausnehmung 17 eine konvexe Wölbung, so dass die Linse 31 als Sammellinse ausgebildet ist.
  • Der Transceiver dient auf an sich bekannte Weise zum Aussenden und Empfangen von Daten, beispielsweise nach dem IrDA-Standard. Hierdurch ist eine optische Kommunikation zwischen zwei elektronischen Geräten möglich, die mit derartigen Transceivern ausgestattet sind. Der besondere Vorteil des in den 1 bis 3 gezeigten Transceivers besteht darin, dass er einen sehr flachen Aufbau besitzt. Der Transceiver kann deshalb für Anwendungen – beispielsweise in Kreditkarten – verwendet werden, die bislang aufgrund der Baugröße der herkömmlichen Transceiver nicht möglich waren. Der flache Aufbau des gezeigten Transceivers wird dadurch erreicht, dass die Leuchtdiode 21 und die Photodiode 23 auf der vergleichsweise dünnen Trägerfolie 11 angeordnet sind und dass auch die optische Linse 31 innerhalb der Ausnehmung 17 der Deckschicht 15 letztlich auf der Trägerfolie 11 angeordnet ist und dabei die Leuchtdiode 21 und die Photodiode 23 überdeckt. Beispielsweise können flexible Träger- und Deckfolien aus Polyimid gefertigt werden, die jeweils eine Dicke von lediglich 50 μm oder sogar 25 μm besitzen. Die Kupferschicht 13 besitzt eine Dicke von beispielsweise 35 μm. Insgesamt lässt sich somit eine Bauhöhe des Transceivers beispielsweise zwischen 100 und 300 μm erreichen.
  • Ein weiterer Vorteil des gezeigten Transceivers besteht in der besonders einfachen und somit kostengünstigen Herstellung, da zur Bildung der Linse 31 lediglich ein Tropfen eines Kunstharzes in die Ausnehmung 17 der Deckschicht 15 gegossen werden muss.
  • Im Einzelnen kann die Fertigung des gezeigten Transceivers wie folgt ablaufen:
    Zunächst wird die flexible Trägerfolie 11 (Polyimidfolie) vollflächig mit der Kupferschicht 13 versehen, beispielsweise durch gegenseitiges Verpressen oder mittels einer dazwischen liegenden Kleberschicht. Die Kupferschicht 13 wird sodann durch ein an sich bekanntes Ätzverfahren strukturiert, um die in 1 gezeigten Leiterbahnen und -flächen zu bilden.
  • Anschließend wird die Anordnung aus Trägerfolie 11 und Kupferschicht 13 mit der Deckschicht 15 versehen, beispielsweise wieder durch gegenseitiges Verpressen oder mittels einer dazwischen angeordneten Kleberschicht. Bei der Deckschicht 15 handelt es sich vorzugsweise ebenfalls um eine Polyimidfolie; alternativ oder zusätzlich kann auch ein Lötstopplack oder eine Lötstoppfolie als Deckschicht 15 zum Einsatz gelangen. In die Deckschicht 15 werden die Ausnehmungen 17 und 29 eingebracht, beispielsweise durch ein Ätzverfahren.
  • Auf den somit freiliegenden Flächen der Kupferschicht 13 innerhalb der Aufnehmung 17 werden die Leuchtdiode 21, die Photodiode 23 und der integrierte Schaltkreis 25 befestigt, beispielsweise verklebt. Außerdem erfolgt nun die elektrische Kontaktierung mittels der Bond-Drähte 27.
  • Schließlich wird eine Gießmasse, insbesondere das bereits genannte Epoxidharz, derart in die Ausnehmung 17 gegossen, dass eine optische Linse 31 gebildet wird, die entlang ihres Umfangs formschlüssig in der Ausnehmung 17 angeordnet ist und aufgrund der Oberflächenspannung im flüssigen Zustand der Gießmasse an der Oberseite eine konvexe Wölbung besitzt. Nach diesem Gießvorgang wird die Linse 31 gehärtet, beispielsweise chemisch und/oder thermisch.
  • Üblicherweise wird nach dem erläuterten Verfahren eine Vielzahl von Transceivern gleichzeitig auf einer gemeinsamen Trägerfolie 11 hergestellt, und nach Abschluss des erläuterten Verfahrens werden diese Transceiver vereinzelt.
  • Zu dem Transceiver gemäß 1 bis 3 ist noch Folgendes anzumerken:
    Der integrierte Schaltkreis 25 mit den erläuterten Funktionen muss nicht unbedingt Bestandteil des Transceivers sein. Es ist stattdessen auch möglich, lediglich einen Verstärker (beispielsweise einen AGC-Verstärker, automatic gain control) vorzusehen, der die Empfangssignale der Photodiode 23 verstärkt. Auch auf einen solchen Verstärker kann verzichtet werden, wenn dieser extern angeordnet wird.
  • Die optische Linse 31 muss nicht unbedingt – wie in den 2 und 3 gezeigt – über die Oberseite der Deckschicht 15 überstehen. Je nach Wahl der Dicke der Deckschicht 15 und der Menge der in die Ausnehmung 17 eingefüllten Gießmasse kann auch vorgesehen sein, dass die Oberseite der Linse 31 niedriger ist als die Oberseite der Deckschicht 15 und somit durch die Deckschicht 15 beispielsweise gegen unerwünschtes Verkratzen geschützt ist. Die Menge der Gießmasse kann so gewählt werden, dass die umfängliche Begrenzung des konvexen oberen Abschnitts der Linse 31 an die Unterseite der Ausnehmung 17 der Deckschicht 15 (und somit gerade an die Trägerfolie 11) angrenzt, an die Oberseite der Ausnehmung 17 der Deckschicht 15 angrenzt oder – wie in 2 gezeigt – an eine Stelle zwischen Unterseite und Oberseite der Deckschicht 15 angrenzt. Der Krümmungsradius der Linse 31 und somit deren optische Eigenschaften können über die Viskosität des verwendeten Gießmaterials eingestellt werden.
  • Bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 ist für die Leuchtdiode 21 und die Photodiode 23 eine gemeinsame optische Linse 31 vorgesehen. Dies vereinfacht die Herstellung, da lediglich eine einzige Linse gegossen werden muss. Versuche haben ergeben, dass bei einer derartigen Ausgestaltung noch hinreichende optische Abbildungseigenschaften sowohl für die Leuchtdiode 21 als auch für die Photodiode 23 erzielt werden.
  • Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, für die Leuchtdiode 21 und die Photodiode 23 jeweils eine eigene optische Linse 31 nach dem vorstehend erläuterten Herstellungsverfahren vorzusehen. Dies ist für eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transceivers in der schematischen Draufsicht gemäß 4 gezeigt.
  • Schließlich ist es auch möglich, dass lediglich für den Empfänger, also die Photodiode 23, eine derartige Linse 31 gegossen wird, während für den Sender, also die Leuchtdiode 21, ein Bauelement mit integrierter Sendeoptik verwendet wird.
    • 11
    Trägerfolie
    13
    Kupferschicht
    15
    Deckschicht
    17
    Ausnehmung
    21
    Leuchtdiode
    23
    Photodiode
    25
    integrierter Schaltkreis
    27
    Bond-Draht
    29
    Ausnehmung
    31
    optische Linse

Claims (10)

  1. Infrarot-Transceiver mit einem Infrarot-Sender (21), einem Infrarot-Empfänger (23) und wenigstens einer optischen Linse (31) für den Sender und/oder den Empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (21) und der Empfänger (23) auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sind, die zumindest eine flexible Trägerfolie (11), eine strukturierte Leiterschicht (13) und eine Deckschicht (15) aufweist, dass die Deckschicht (15) der flexiblen Leiterplatte wenigstens eine Ausnehmung (17) aufweist, in der der Sender und/oder der Empfänger angeordnet sind, und dass die optische Linse (31) zumindest teilweise in der Ausnehmung (17) der Deckschicht angeordnet ist.
  2. Transceiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (31) entlang ihres Umfangs formschlüssig in die Ausnehmung (17) der Deckschicht (15) eingegossen ist.
  3. Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (31) einen unteren Abschnitt, der formschlüssig in die Ausnehmung (17) der Deckschicht (15) eingegossen ist, und einen oberen Abschnitt aufweist, der eine konvexe Wölbung besitzt und vorzugsweise über die Oberseite der Deckschicht übersteht.
  4. Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (31) aus einem Kunstharz gegossen ist.
  5. Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (21) und/oder der Empfänger (23) in der Ausnehmung (17) der Deckschicht (15) von der optischen Linse (31) überdeckt sind.
  6. Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (17) der Deckschicht (15) kreisrund ist.
  7. Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Sender (21) und den Empfänger (23) eine gemeinsame optische Linse (31) vorgesehen ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Transceivers, bei dem: – eine flexible Leiterplatte gebildet wird, indem eine flexible Trägerfolie (11) mit einer strukturierten Leiterschicht (13) versehen wird, – die strukturierte Leiterschicht (13) mit einer Deckschicht (15) versehen wird, – in die Deckschicht (15) wenigstens eine Ausnehmung (17) eingebracht wird, – in der Ausnehmung (17) ein Infrarot-Sender (21) und/oder ein Infrarot-Empfänger (23) angeordnet werden, und – in der Ausnehmung (17) eine optische Linse (31) vorgesehen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gießmasse derart in die Ausnehmung (17) der Deckschicht (15) gegossen wird, dass eine optische Linse (31) gebildet wird, die entlang ihres Umfangs formschlüssig in der Ausnehmung (17) angeordnet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießmasse derart in die Ausnehmung (17) gegossen wird, dass die gebildete optische Linse (31) an ihrer Oberseite eine konvexe Wölbung besitzt, um hierdurch eine Sammellinse zu bilden.
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