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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Optoelektronik.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Optoelektronik
bezieht sich auf elektronische Geräte, welche Licht beziehen,
detektieren und steuern, und wird üblicherweise als ein
Teilgebiet der Photonik angesehen. In diesem Zusammenhang enthält
Licht oft unsichtbare Formen von Strahlung wie zum Beispiel Gammastrahlung,
Röntgenstrahlung, Ultraviolett und Infrarot, zusätzlich
zu sichtbarem Licht. Optoelektronische Geräte können
elektrisch-zu-optisch oder optisch-zu-elektrisch Signalwandler sein,
oder Instrumente, die solche Geräte in ihrem Betrieb verwenden.
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DE 100 65 624 A1 offenbart,
dass zum präzisen Ausrichten eines optischen Wellenleiters
in Bezug auf eine elektrooptische Komponente die elektrooptische
Komponente an einer Montagebasis fixiert ist, die an einer beliebigen
Seite an einem Träger angeordnet sein kann. Ein Kopplungselement,
das ein negatives Bild der Kontur der Montagebasis aufweist, ist
optional zum Montieren des optischen Wellenleiters vorgesehen. Das
Kopplungselement ist positiv an der Montagebasis fixiert und nimmt
das Ende des optischen Wellenleiters auf. Der Zwischenbereich zwischen
der elektrooptischen Komponente und dem optischen Wellenleiter ist
mit einem transparenten Klebstoff gefüllt. Die Montagebasis
kann in Übereinstimmung mit Mikrostrukturtechnologie gestaltet sein.
Das Kopplungselement ist nicht erforderlich, falls der optische
Wellenleiter direkt in Bezug auf die Montagebasis ausgerichtet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optoelektronische
Komponente bereitzustellen, die mit vertretbarem Aufwand hergestellt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine optoelektronische Komponente, durch eine
optoelektronische Anordnung und durch ein Verfahren zum Herstellen
einer optoelektronischen Komponente mit den Merkmalen gemäß den
unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine
optoelektronische Komponente bereitgestellt, die ein Premold-Gehäuse (oder
Package) aufweist, das eine Montageöffnung hat, die zum
Montieren eines optischen Wellenleiters (zum Beispiel einer optischen
Faser, alternativ einer Linse, einem Fenster, einem Faserkoppler,
etc.) eingerichtet ist, ein elektromagnetische-Strahlungsgerät,
das in dem Premold-Gehäuse montiert ist, ein elektromagnetische-Strahlungsablenkelement,
das in dem Premold-Gehäuse montiert ist und zum Ablenken
von elektromagnetischer Strahlung zwischen dem optischen Wellenleiter
und dem elektromagnetische-Strahlungsgerät eingerichtet
ist, und ein transparentes Medium, das zumindest einen Teil von
leeren Räumen (oder Lücken) innerhalb des Premold-Gehäuses
ausfüllt. Das elektromagnetische-Strahlungsgerät
kann eine elektromagnetische-Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer
Strahlung und/oder ein elektromagnetische-Strahlungsdetektor zum
Detektieren von elektromagnetischer Strahlung sein.
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Gemäß einem
anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist eine optoelektronische Anordnung bereitgestellt, die eine gedruckte Leiterplatte
(printed circuit board) mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen
aufweist, und eine optoelektronische Komponente mit den oben beschriebenen Merkmalen,
die an der gedruckten Leiterplatte auf eine solche Weise montiert
ist, dass ein Leadframe des Premold-Gehäuses der optoelektronischen Komponente
elektrisch mit den elektrisch leitfähigen Leiterbahnen
der gedruckten Leiterplatte gekoppelt ist.
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Gemäß noch
einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Komponente
bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines Premold-Gehäuses
mit einer Montageöffnung zum Montieren eines optischen Wellenleiters,
ein Montieren eines elektromagnetische-Strahlungsgeräts
in dem Premold-Gehäuse, ein Montieren eines elektromagnetische-Strahlungsablenkelements
in dem Premold-Gehäuse zum Ablenken von elektromagnetischer
Strahlung zwischen dem optischen Wellenleiter und dem elektromagnetische-Strahlungsgerät,
und ein Ausfüllen leerer Räume (insbesondere optischer
Räume) innerhalb des Premold-Gehäuses mit einem
transparenten Medium aufweist. Das elektromagnetische-Strahlungsgerät
kann eine elektromagnetische-Strahlungsquelle zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung
und/oder ein elektromagnetische-Strahlungsdetektor zum Detektieren
von elektromagnetischer Strahlung sein.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
anschaulicher Ausführungsbeispiele der Erfindung und der
Ansprüche offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Übermittlermoduls
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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2 veranschaulicht
eine Draufsicht des optoelektronischen Übermittlermoduls
von 1.
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3 veranschaulicht
eine Optiksimulationsgrafik für eine optoelektronische Übermittlerkomponente
mit einem Reflektorelement gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel.
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4 veranschaulicht
eine Optiksimulationsgrafik für ein optoelektronisches
Empfängermodul gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel mit einem Reflektorelement.
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5 veranschaulicht
eine Optiksimulation des Abbildens von Licht zwischen einer Faser
und einem Empfängerchip gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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6 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Empfängermoduls
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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7 veranschaulicht
eine Draufsicht des optoelektronischen Empfängerelements
von 6.
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8 veranschaulicht
eine Seitenansicht eines optoelektronischen Übermittlermoduls
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
während des Zusammenbauens.
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9 veranschaulicht
das optoelektronische Übermittlermodul von 8 in
einer späteren Stufe während des Zusammenbauens.
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10 veranschaulicht
eine Draufsicht einer optoelektronischen Übermittlerkomponente
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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11 veranschaulicht
eine Draufsicht eines optoelektronischen Übermittlermoduls
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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12 veranschaulicht
eine Seitenansicht eines optoelektronischen Empfängermoduls
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ohne ein transparentes Füllmedium.
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13 veranschaulicht
eine Draufsicht auf eine Montageebene eines optoelektronischen Empfängermoduls
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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14 veranschaulicht
eine Draufsicht eines optoelektronischen Sendeempfängermoduls (Transceiver-Modul)
gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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15 veranschaulicht
eine Detailansicht des bidirektionalen optoelektronischen Sendeempfängermoduls
von 14.
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BESCHREIBUNG VON EXEMPLARISCHEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
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Bevor
die Figuren im Detail beschrieben werden, werden einige allgemeine
Erklärungen exemplarischer Ausführungsbeispiele
gegeben.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein optoelektronischer
Empfänger- oder Übermittler- oder Sendeempfänger-
(das heißt Empfänger und Übermittler)
Modul bereitgestellt werden, das eine Mehrzahl von Komponenten aufweist, die
innerhalb eines Premold-Gehäuses montiert sind.
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Solch
ein Premold-Gehäuse kann eine gegossene Plastikkomponente
sein, die darin eingebettet eine Leadframe Struktur hat. Ein Premold-Gehäuse
kann ein hohles Gehäuse mit einer Montageöffnung
sein, durch welche eine optische Faser oder ein beliebiger anderer
optischer Wellenleiter von einem Benutzer montierbar ist. Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Montieren der optischen
Faser benutzerseitig durchgeführt werden, das bedeutet
kann auf einer nicht fabrikseitigen Seite durchgeführt
werden. Folglich kann die optoelektronische Komponente auf eine
flexible Weise irgendwo für ein beliebiges Anwendungsgebiet
installierbar sein.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die optoelektronische
Komponente ferner eine elektromagnetische-Strahlungsquelle wie zum
Beispiel eine Infrarot-, Sichtbarlicht-, optisch- oder Ultraviolett-emittierende
aktive Komponente wie zum Beispiel eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode haben.
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Zusätzlich
oder alternativ kann ein elektromagnetische-Strahlungsdetektor in
der optoelektronischen Komponente zum Detektieren von elektromagnetischer
Strahlung wie zum Beispiel von sichtbarem optischen Licht, von Infrarotstrahlung
oder von Ultraviolett-Strahlung vorgesehen sein.
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Die
elektromagnetische-Strahlungsquelle/der elektromagnetische-Strahlungsdetektor
genauso wie ein elektromagnetische-Strahlungsablenkelement können
beide formschlüssig in dem Premold-Gehäuse montiert
sein. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche Montageöffnung
in dem Premold-Gehäuse gebildet sein, durch welche zuerst
die elektromagnetische-Strahlungsquelle und nachfolgend das elektromagnetische-Strahlungsablenkelement
innerhalb des Premold-Gehäuses zusammengebaut werden kann,
was eine einfache Montageprozedur erlaubt.
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Das
elektromagnetische-Strahlungsablenkelement kann die elektromagnetische
Strahlung zwischen einer optischen Faser (in einem in der Montageöffnung
installierten Zustand) und der elektromagnetische-Strahlungsquelle/dem
elektromagnetische-Strahlungsdetektor ablenken. Solch ein elektromagnetische-Strahlungsablenkelement
kann als ein fokussierendes optisches Element eingerichtet sein, das
elektromagnetische Strahlung effizient zwischen einer horizontal
montierten elektromagnetische-Strahlungsquelle/einem horizontal
montierten elektromagnetische-Strahlungsdetektor einerseits und
einer horizontal ausgerichteten Faser andererseits transferiert.
Mit anderen Worten kann ein horizontaler Lichtstrahl von der optischen
Faser auf den elektromagnetische-Strahlungsdetektor fokussiert oder
abgelenkt werden, oder ein vertikaler Lichtstrahl von der elektromagnetische-Strahlungsquelle
kann in die optische Faser fokussiert oder abgelenkt werden.
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Die
optoelektronische Komponente kann ferner ein transparentes Medium
aufweisen, welches zum Auffüllen von Lücken oder
Volumen aus Luft innerhalb eines hohlen Abschnitts des Premold-Gehäuses
zwischen den darin installierten Komponenten gegossen sein kann.
Solch ein optisch transparentes Medium wird aufgrund seiner optischen
Transparenz das Propagieren von elektromagnetischer Strahlung zwischen
Faser und elektromagnetische-Strahlungsquelle/elektromagnetische-Strahlungsdetektor
nicht stören und kann zur selben Zeit eine konstante optische
Beziehung zwischen den individuellen optoelektronischen Einzelteilen
der optoelektronischen Komponente sicherstellen. Daher trägt
das transparente Medium dazu bei, die optischen Eigenschaften zwischen
den optoelektronischen Konstituenten, dem Ablenkelement und der Faser
konstant zu halten. Dies bedeutet, dass der optische Raum zwischen
ihnen und ihren Oberflächen mit optisch brechenden veränderlichen
Eigenschaften auf eine definierte Weise gegenüber allen
Einflüssen der Umgebung während des Zusammenbauens des
Boards (SMT Prozesse), Betrieb und Lagerung aufrechterhalten werden
können.
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Mittels
Einführens eines Dummy-Elements in die Montageöffnung
während des Füllens eines Inneren des Premold-Gehäuses
mit einem transparenten Medium (und optional während des
Aushärtens des Letzteren) kann ein späteres Führungsvolumen
zum Anbringen der Faser sicher davor bewahrt werden, mit dem transparenten
Medium ausgefüllt zu werden, dadurch wird eine Geometrie
einer in einer späteren Stufe in das Premold-Gehäuse
einzuführenden Faser definiert. Ferner kann die Geometrie
von solch einem Dummy auch die optischen Eigenschaften des Systems
definieren, kann zum Beispiel gekrümmt sein, um dem angrenzenden
transparenten Material eine inverse Krümmung aufzuprägen,
um eine Linsenfunktion bereitzustellen oder Ähnliches.
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Das
transparente Medium kann aus einem flexiblen Material hergestellt
sein, um es so einer optischen Faser zu ermöglichen, sich
mit physischem Kontakt (mit Indexanpassung) auf das transparente Medium
anzupassen. Dies kann die optischen Rahmenbedingungen zwischen dem transparentem
Medium und der Faser verbessern, dadurch wird es ermöglicht,
sogar optische Fasern ohne perfekte Oberflächeneigenschaften
zu verwenden, ohne die Gefahr des Verlusts von zu viel Lichtintensität
aufgrund von Streuung und/oder Reflexion.
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Wenn
ein eingebetteter Leadframe (der elektrisch leitfähige
Leiterbahnen zum elektrischen Verbinden eines Inneren des Premold-Gehäuses
mit einem Äußeren davon aufweisen kann) in dem
Premold-Gehäuse bereitgestellt ist, kann der Leadframe zum
elektrischen Verbinden der elektromagnetische-Strahlungsquelle und/oder
des elektromagnetische-Strahlungsdetektors mit einer externen Peripherie
verwendet werden, zum Beispiel zur Energieversorgung, Signalübermittlung,
etc. Mit anderen Worten kann, wenn die optoelektronische Komponente
montiert wird, zum Beispiel auf eine SMT (Surface Mounted Technology,
Oberflächenmontagetechnik) Weise, der eine Mehrzahl von
elektrisch leitfähigen Leiterbahnen aufweisende Leadframe
eine externe elektrische Kontaktierung zu der innerhalb des Premold-Gehäuses
untergebrachten elektromagnetische-Strahlungsquelle/dem innerhalb
des Premold-Gehäuses untergebrachten elektromagnetische-Strahlungsdetektor
mittels eines Reflow-Solder-Prozesses ermöglichen. Durch
Bilden des Premold-Gehäuses mittels Spritzgießens
können die Kosten gering gehalten werden, und ebenso kann
die faseroptische Komponente den hohen Temperaturen des Reflow-Soldering-Prozesses
von SMT standhalten.
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Die
Montageöffnung, durch welche eine Faser montiert werden
kann, und eine zusätzliche Montageöffnung, durch
welche die elektromagnetische-Strahlungsquelle/der elektromagnetische-Strahlungsdetektor
und das elektromagnetische-Strahlungsablenkelement montiert werden
können, können beide in dem Premold-Gehäuse
gebildet sein und können im Wesentlichen senkrecht zueinander
angeordnet sein. Zum Beispiel ist es möglich, die elektromagnetische-Strahlungsquelle/den elektromagnetische-Strahlungsdetektor
mittels Einführens derselben/desselben auf eine vertikale
Weise auf eine horizontale Ebene innerhalb des Premold-Gehäuses
zu montieren. Auch das elektromagnetische-Strahlungsablenkelement
kann nach dem vertikalen Einführen desselben in das Premold-Gehäuse
montiert werden. Im Gegensatz dazu kann die optische Faser horizontal
in die Montageöffnung eingesteckt werden, was einen einfachen
Betrieb und eine Anordnung der optischen Faser ermöglicht,
welche mit einer Geometrie einer Oberflächenmontagetechnologie
kompatibel ist.
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Das
elektromagnetische-Strahlungsablenkelement kann eine Reflexionsfläche
aufweisen, zum Beispiel eine Oberfläche mit einer Reflektivität
von größer als 80%, insbesondere von größer
als 95%. Solch eine Reflexionsfläche kann asphärisch
gestaltet sein, kann insbesondere als Freiformfläche (free form)
gestaltet sein. Mittels Ausbildens der Gestalt der Reflexionsfläche
unter Verwendung eines Computersystems ist es möglich,
die Reflexionscharakteristik auf eine solche Weise einzustellen,
dass ein durch die optische Faser propagierender Strahl abgelenkt
wird, um auf einen elektromagnetische-Strahlungsdetektor fokussiert
zu werden. Hier kann zum Zweck einer optimierten Lichtkopplung die asphärische
Gestalt des Deflektors an die numerische Apertur der verwendeten
Faser angepasst sein. In einer entgegengesetzten Propagationsrichtung kann
eine elektromagnetische-Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung
innerhalb eines Emissionswinkels abstrahlen oder emittieren. Solch
ein divergentes Lichtbündel kann zum Bilden eines parallelen
oder fokussierten Strahls abgelenkt werden, der zum Zweck einer
optimalen Kopplung an Durchmesser und numerische Apertur der verwendeten
Faser angepasst sein kann.
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Das
elektromagnetische-Strahlungsablenkelement kann zumindest teilweise
formschlüssig zu Seitenwänden des Premold-Gehäuses
montiert sein, wohingegen optional ein zweiter Abschnitt des elektromagnetische-Strahlungsablenkelements
an einer Unterseite innerhalb des Premold-Gehäuses montiert
sein kann. An dieser Unterseite kann auch der elektromagnetische-Strahlungsgenerator/der
elektromagnetische-Strahlungsdetektor montiert sein. Solch eine
Geometrie kann eine präzise räumliche Ausrichtung
der individuellen Komponenten zueinander ermöglichen. Optional
können Ausrichtungsmarker verwendet werden, um die räumliche
Präzision weiter zu erhöhen, mit welchen die individuellen Komponenten
relativ zueinander montiert sind.
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Das
transparente Medium kann sich bis zu einem Abschnitt der Montageöffnung
erstrecken, so dass bei Montieren der optischen Faser in der Montageöffnung
eine Vorderfläche der eingeführten optischen Faser
direkt gegen das transparente Medium anstößt.
Solch eine Konfiguration kann eine gute optische Kopplung zwischen
Faser und Gehäuse ohne das Erfordernis von zusätzlichen
optischen Komponenten ermöglichen.
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Wenn
das transparente Medium mechanisch flexibel ist, zum Beispiel aus
einem gelartigen Material hergestellt ist, kann ein Anstoßen
einer Endfläche der Faser an das flexible transparente
Medium zu einer Deformation des flexiblen Materials führen,
so dass eine Oberflächentopographie des flexiblen Mediums
an eine raue Oberfläche der Faser angepasst ist, dadurch
wird eine gute optische Kopplung ohne Streuung und Reflexionen ermöglicht.
Mittels Ergreifens dieser Maßnahme kann es möglich
sein, optische Fasern zu verwenden, sogar wenn diese Endflächen
haben, welche nicht vollständig planar sind. Folglich kann
auch ein ungeübter Benutzer eine optische Faser innerhalb
der optoelektronischen Komponente installieren, ohne das Erfordernis
des Durchführens einer komplexen Justierprozedur.
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Es
ist auch möglich, die Reflexionsindizes der optischen Faser
und des transparenten Mediums aufeinander anzupassen. Wenn diese
dieselben oder im Wesentlichen dieselben sind (zum Beispiel um weniger
als 5 voneinander abweichen), können unerwünschte
Reflexionsverluste an der Grenzfläche zwischen der optischen
Faser und dem transparenten Medium unterdrückt werden.
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Es
ist auch möglich, integrierte Schaltkreise wie zum Beispiel
Treiber-ICs für eine elektromagnetische-Strahlungsquelle
oder einen Verstärker-IC für einen elektromagnetische-Strahlungsdetektor
innerhalb des Premold-Gehäuses nahe der elektromagnetische-Strahlungsquelle/dem
elektromagnetische-Strahlungsdetektor zu montieren. Dies kann elektrische
Pfade kurz halten, dadurch wird das Erzeugen von Artefakten in zwischen
den individuellen Komponenten übermittelten Signalen unterdrückt. Die
optoelektronische Komponente gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel kann direkt verwendet werden, um an
einer gedruckten Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder
einen beliebigen anderen Träger montiert zu werden, zum
Beispiel mittels Reflow Soldering. Aufgrund der Konstruktion und
des spezifischen Materials des Premold-Gehäuses (Package)
der optoelektronischen Komponente ist es möglich, dass
sogar die hohen Temperaturen während des Lötens,
zum Beispiel 260°C oder mehr, die Leistungsfähigkeit
der optoelektronischen Komponente nicht verschlechtern. Da die beschriebene Architektur
mit der Surface Mounted Technology kompatibel ist, ist es möglich,
die optoelektronische Komponente flexibel an jeder beliebigen gedruckten Leiterplatte
(PCB) zu befestigen, dadurch wird das Herstellen von optoelektronischen
Systemen mit niedrigen Kosten ermöglicht.
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Unter
Verwendung der Premold-Technologie ist es möglich, die
Komponenten wie zum Beispiel das transparente Medium auf eine solche
Weise zu implementieren, dass die Eigenschaften von diesen Komponenten
(zum Beispiel die optische Transparenz des transparenten Mediums)
nicht negativ von einem Lötprozess beeinflusst werden,
der Temperaturen von 260°C und mehr involvieren kann. Als
ein Material für das transparente Medium ist es möglich, Silikone
oder Harze zu verwenden, die fähig sind, Temperaturen von
300°C zu widerstehen, ohne ihre transparente Eigenschaft
zu verlieren.
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Das
elektromagnetische-Strahlungsablenkelement kann simultan sowohl
eine Fokussier- als auch eine Ablenkaufgabe bereitstellen. Mittels
sachgerechten Gestaltens der Oberfläche des elektromagnetischen
Strahlungsablenkelements ist es möglich, Linsen oder andere
optische Elemente in dem optischen Pfad wegzulassen, so dass die
gesamte Fokussier- und Ablenkfunktion mittels der Ablenkfläche durchgeführt
werden kann.
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Das
Premold-Gehäuse kann vor einer Chipmontageprozedur zum
Bereitstellen eines Aufnahmeraums zum Aufnehmen verschiedener Komponenten
der optoelektronischen Komponente gebildet sein. Eine Leadframe
Struktur kann in ein Spritzgussgerät derart eingeführt
werden, dass Spritzgießen eines Plastikmaterials den Leadframe
einbetten kann, der dann fest innerhalb des Gehäuses verbunden
ist und dennoch eine effiziente Kopplung zwischen Komponenten innerhalb
des Premold-Gehäuses und Komponenten außerhalb
des Premold-Gehäuses erlaubt. Daher kann gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Premold-Gehäuse
für ein SMT-kompatibles faseroptisches Übermittler/Empfängermodul
bereitgestellt werden.
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Eine ökonomisch
herstellbare optoelektronische Komponente kann bereitgestellt werden,
welche als ein Übermittlermodul oder als ein Empfängermodul
in einem faseroptischen Signal, einer Kommunikationsnachricht oder
einem Informationsübermittlungspfad dienen kann. Solch
eine optoelektronische Komponente kann mit kleinen Dimensionen von
zum Beispiel kleiner als 2 mm × 2 mm × 4 mm hergestellt werden.
Die Komponente kann in ökonomischer Leadframe Plastikgehäuse-Technologie
für mikroelektronische Komponenten herstellbar sein und
kann als optoelektronische und elektrisch aktive elektronische Chips
eine Leuchtdiode oder einen Laserchip gemeinsam mit einem Treiber-IC
als einen Transmitter haben, optional in Kombination mit passiven
elektrischen Komponenten, Geräten oder Chips wie zum Beispiel
Kondensatoren, Induktivitäten und Ohmschen Widerständen.
In einer Konfiguration als ein Empfänger können
ein Fotodiodenchip und ein Verstärker-IC bereitgestellt
werden, optional in Kombination mit passiven elektrischen Komponenten,
Geräten oder Chips wie zum Beispiel Kondensatoren, Induktivitäten
oder Ohmschen Widerständen.
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Ein
Faserzugang kann es ermöglichen, eine geeignet dimensionierte
Faser wie zum Beispiel eine Glasfaser oder eine polymeroptische
Faser (POF, Polymer Optical Fibre), zum Beispiel mit einem Durchmesser
von bis zu 1 mm, aufzunehmen. Alternativ kann ein Faserbündel
(zum Beispiel mit einem Durchmesser von bis zu 1 mm) innerhalb der
Montageöffnung aufgenommen werden, welches Faserbündel
von einer Mehrzahl von dünnen individuellen Fasern gebildet
sein kann. Dies kann eine effiziente Kopplung von Licht in das (oder
aus dem) Premold-Gehäuse zu (oder von) dem darin aufgenommenen
aktiven Chip ermöglichen. Es ist möglich, dass
sich die Faserachse parallel zu der Montageebene (elektrische Kontaktebene)
der Komponente erstreckt. Daher kann eine einfach steckbare und
fixierbare Faserverbindung in Kombination mit einer geringen Höhe
der Komponente (zum Beispiel weniger als 2 mm) möglich
gemacht werden, so dass eine effiziente Kopplung von Licht zwischen
einem aktiven Chip und einer Faser ohne das Erfordernis des Durchführens
einer aktiven Justierung von individuellen Komponenten möglich
ist.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Leadframe-Plastik-Häusungs-Technologie
als eine sogenannte Premold-Häusungs-Technologie in Verbindung
mit dem Einsatz von mikrooptischen Strahlform- und Ablenkelementen
für Empfänger und/oder Übermittler implementiert
werden. Unter dem Gesichtspunkt eines Herstellungsverfahrens kann
das in dem Gehäuse zu implementierende Reflektorelement
wie ein Halbleiterchip gehandhabt werden. Zum Füllen eines
verbleibenden Luftvolumens innerhalb des Premold-Gehäuses ist
es möglich, Harz in das Premold-Gehäuse zu gießen.
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Basierend
auf einer Leadframe Premold-Häusungs-Technik können
aktive Chips hocheffizient montiert werden (Leadframe Montage, „Reel to
Reel”). Die elektrooptische (oder optoelektrische) Funktionalität
für Faseroptik kann mittels Hinzufügens eines
mikrooptischen Elements (Mikroreflektor) erhalten werden. Es kann
vorteilhaft sein, ein fokussierendes Reflektorelement zu verwenden,
was eine parallele Zuführung der Faser zu dem Board ermöglicht.
Das simultane Fokussieren des propagierenden Strahls an dem Reflektorelement
kann es ermöglichen, einen gewünschten Abstand
zwischen Faser und Chip (zum Beispiel LED, Laser oder Fotodiode) zu
justieren, um standardisierte Montage und/oder Bonding-Technologien
anzuwenden, um dadurch ein einfaches und kosteneffizientes Chipdesign
(Front Backside Kontakte, Nail Head Bonding, etc.) zu ermöglichen.
Simultan kann ein hoher Grad an Effizienz zum Koppeln von Licht
in die Faser und aus der Faser heraus erreicht werden.
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Der
freie Raum, der mittels des Reflektorelements erzeugt wird, kann
die Möglichkeit eröffnen, ein optisch transparentes
Medium (Immersion) zu verwenden, um die optischen Flächen
von Reflektorelement und elektrooptischem Chip zu schützen
und auszurichten. Mittels der Immersionsfüllung des optischen
Raums zwischen dem Chip und der Faser ist es möglich, Probleme
zu vermeiden, die aus einer störenden optischen Grenzfläche
an dem Ende der Faser resultieren.
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Dies
kann es erlauben, eine Polierprozedur zum Verbessern der Oberflächenqualität
der Faser wegzulassen, ohne zu viel Kopplungseffizienz zu verlieren.
Es kann ausreichend sein, Polymerfasern mit einfachen Werkzeugen
(Messer, Schere, etc. ) zu schneiden und ohne Verlust an Intensität
oder mit einem vertretbaren Verlust an Intensität solch
eine einfach prozessierte Polymerfaser an das elektromagnetische-Strahlungsablenkelement
zu koppeln. Es ist daher möglich, dass sogar von einem
ungeübten Benutzer ein Polymeroptikfaserübermittlungspfad
installiert werden kann, dadurch wird das System kompatibel mit
Anforderungen von Heimnetzwerk-Applikationen.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel ist es möglich,
die optoelektronische Komponente als eine bidirektionale Sendeempfänger-Komponente
(oder Übermittler/Empfänger-Komponente) zu adaptieren,
was das Bereitstellen sowohl einer Übermittlungs- als auch
einer Empfangsfunktion ermöglicht. Die bidirektionale Funktionalität
kann optisch mit einer entsprechenden geometrischen Gestaltung des
Reflektorelements erreicht werden. Daher können der ablenkende
und fokussierende Freiformbereich des Reflektorelements auf eine
solche Weise gestaltet werden, dass ein in Premold-Leadframe-Technologie
zusammengebauter Übermittlungschip (zum Beispiel ein VCSEL-Chip)
das emittierte Licht zu mindestens 50% in die gekoppelte Faser koppeln
kann, und andererseits kann das empfangene Licht von derselben Faser
auf einen Empfängerchip nahe dem VCSEL zu mindestens 50% oder
mehr fokussiert werden. Wenn also ein Übermittlungstreiber-IC
und ein Empfängerverstärker-IC mit korrespondierenden
Chips in einer Montagetechnologie innerhalb des Modulgehäuses
unter Verwendung von Leadframe Technologie zusammengebaut werden,
ist es möglich, eine sehr effiziente Transceiver-Architektur
zu realisieren.
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Das
transparente Medium kann einen Raum innerhalb des Premold-Gehäuses
entlang einem gesamten Propagationspfad der elektromagnetischen Strahlung
zwischen dem Wellenleiter und der elektromagnetische-Strahlungsquelle
und/oder dem elektromagnetische-Strahlungsdetektor füllen.
Verbleibende Zwischenraumabschnitte innerhalb des Premold-Gehäuses
können ungefüllt bleiben oder ebenso aufgefüllt
werden. Wenn der optische Pfad mit dem transparenten Medium gefüllt
wird, können beliebige Umgebungseinflüsse auf
den Lichtpfad sicher vermieden werden.
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Es
kann vorteilhaft sein, solch ein Ausführungsbeispiel zu
implementieren, wenn alternierend angeordnete Übermittler-/Empfänger-
oder Transceiver-Module an einer Leiterplatte eines Übermittlungssystems
installiert werden. Das Ausbilden von solch einem Modul in dem Premold-Gehäuse
kann sowohl eine Übermittler/Empfängeranordnung
mit unidirektional und bidirektional betriebener Einfaseranordnung oder
Duplexfaseranordnung ermöglichen.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel kann eine kosteneffizient
herstellbare faseroptische Übermittler/Empfängerkomponente
insbesondere für Anwendungen von polymeroptischen Fasern
und Glasfasern oder Faserbündeln mit einem großen
(zum Beispiel in einem Bereich zwischen 200 μm und 1 mm)
optischen Durchmesser bereitgestellt werden, welche ohne Justage
miteinander verbunden werden können, einfach mittels Durchführens
einer Steckprozedur.
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Es
ist möglich, ein optoelektronisches Gerät gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel unter Verwendung von
SMT auf ein elektrisches Systemboard zu montieren. Die Fasern können
zu einer Montageebene des Boards geführt werden, um Platz zu
sparen. Die elektrooptischen (LED, Laser, PIN-Fotodiode) und/oder
elektrischen (Treiber-IC, Verstärker-IC) Chips können
in effizienter Leadframe Premold-Technologie montiert werden. Die
Faserzuführöffnung (Aufnahme) kann in dem Premold-Gehäuse mit
einer effizient herstellbaren hohen Präzision (Toleranzen
von weniger als 5 μm) angeordnet werden.
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Die
optische Verbindung zwischen dem montierten optoelektronischen Übermittler-
und/oder Empfängerchip kann nach einer vorherigen Kontrolle eines
erfolgreichen Zusammenbaus (Position, Funktion, etc.) mittels des
Einführens des Ablenkelements realisiert werden. Die reflektierende
optische Fläche kann auf eine solche Weise gestaltet werden,
dass eine asphärische Freiform-Reflexionsfläche
ein Fokussieren eines mittels des Übermittlers auf eine
divergente Weise emittierten Lichtbündels auf die Faser
ermöglicht. Es ist auch möglich, dass ein divergentes
Lichtbündel, das aus der Faser austritt, auf den Empfänger
fokussiert wird. Dies erlaubt ein hocheffizientes Koppeln von Licht
in die Faser und aus der Faser heraus mit einem mechanischen Abstand
von zum Beispiel mehr als 500 μm zwischen der Faser und
einem aktiven Chip. In diesem Zusammenhang ist es möglich,
eine zweckmäßige Freiformreflexionsflächengeometrie
mittels optischer Simulationsprogramme zu berechnen, angepasst auf
die Abstrahleigenschaften des Übermittlerchips und/oder
die Faser für den Empfängerchip. Dies kann eine
hohe Kopplungstoleranz mit einer hohen Montagetoleranz kombinieren.
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Der
große mechanische Abstand zwischen Faser und Chip in Kombination
mit dem effizienten optischen Koppeln in die Faser hinein und aus
der Faser heraus kann es erlauben, eine Standard Wire Bond Prozedur
für die jeweiligen Chipverbindungen genauso wie eine schützende
Chipabdeckung mit einem optisch transparenten Medium (zum Beispiel GlobeTop,
Immersion, Gießharz) zu verwenden.
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Das
optisch transparente Medium (Immersion) sollte innerhalb des Premold-Gehäuses
verbleiben. Da es nicht absolut notwendig ist, dass dieses optisch
transparente Medium eine hohe mechanische Robustheit hat, kann es
einen weiteren Vorteil gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel generieren, der auf die optische Immersion
der Faserendfläche und der Chipoberfläche bezogen
ist. Das bedeutet, dass wenn das Immersionsmedium im Wesentlichen
denselben Brechnungsindex wie der Faserkern hat, ein physischer
Kontakt zu der Faserendfläche Reflexionsverluste an der
Faserendfläche zu Luft eliminieren oder unterdrücken
kann. Andernfalls können unter Verwendung einer polierten
Endflächen solche Verluste üblicherweise mindestens
4% sein, und unter Verwendung einer unpolierten gebrochenen oder
geschnittenen Endfläche können solche Verluste
größer als 50% bis zu 90% mit einer entsprechenden
streuenden Endfläche sein.
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Wenn
die mechanische Konsistenz des Immersionsmediums auf eine solche
Weise ausgebildet ist, dass sie gelartig ist, kann dies die Konsequenz haben,
dass die Faserendfläche, wenn sie in das Gerät
eingeführt oder eingesteckt ist, mittels des flexiblen
transparenten Mediums bedeckt oder benetzt ist, so dass die Kopplung
von Licht aus der Faser heraus und in die Faser hinein nicht verschlechtert
ist, sogar bei Vorliegen eines unerwünschten Umstands,
bei dem die Faser nur geschnitten und nicht poliert ist. In solch
einem Ausführungsbeispiel kann es, wenn die optoelektronische
Komponente zusammengesetzt wird, entbehrlich sein, spezielle Werkzeuge
zu verwenden oder das Faserende einer besonderen Behandlung zu unterziehen.
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Es
ist ferner möglich, die Freiform-gebildete Reflexionsfläche
auf eine solche Weise zu gestalten, dass die gesamte Komponente
als ein Übermittler/Empfänger gebildet wird, das
heißt für bidirektionale optische Kommunikation.
In diesem Kontext kann eine Konfiguration eine einzelne Faser für
beide Übermittlungsrichtungen verwenden, eine andere Konfiguration
kann zwei Fasern für die zwei Übermittlungskanäle
verwenden. Sogar in solch einem Ausführungsbeispiel kann
die Herstellungstechnologie für die übermittelnde/empfangende
Komponente beibehalten werden. Die einzige Veränderung
kann eine korrespondierende Anpassung des Leadframe Premold-Gehäuses
für das Montieren von Übermittler- und Empfängerchip
mit entsprechenden ICs sein. In solch einem Ausführungsbeispiel
kann das Gehäuse mit einer einzelnen Faserversorgung und
auch mit einer doppelten Faserversorgung konfiguriert werden. Das
Aufspalten und Fokussieren des empfangenen Lichts von der Faser
auf den Empfängerchip und das Fokussieren des Lichts, das
von dem Übermittlerchip zu emittieren ist, kann mit einer
Faser oder einer von Duplexfasern mit einem korrespondierend gestalteten
Freiformbereich des Reflektorelements realisiert werden. In diesem
Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, die Reflektoroptik auf solch
eine Weise zu implementieren, dass eine effiziente Off-Axis Kopplung
der Faser mit geometrisch nah beieinander montierten Übermittler-
und Empfängerchips an dem Leadframe erhalten wird. Mittels
eines entsprechenden Designs der Leadframes und der Premold-Packages
können die optischen und elektrischen Abschirmungen zwischen
den Übermittler- und Empfängerchips und ihrer
entsprechend integrierten Schaltkreise sichergestellt werden.
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1 veranschaulicht
die funktionalen faseroptischen Komponenten des optoelektronischen Übermittlermoduls 100 gemeinsam
mit einer optischen Faser 102 und einem transparenten Medium 104,
das leere Räume innerhalb eines Premold-Gehäuses 106 füllt,
das einstückig mit einem Leadframe 108 gebildet
ist und in dem verschiedene optoelektronische Komponenten gehäust
sind.
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Insbesondere
weist das optoelektronische Übermittlermodul 100 eine
Leuchtdiode 110 zum Erzeugen eines elektromagnetischen
Strahls auf, der auf ein Ablenk- und Fokussierelement 112 gerichtet wird,
das eine asphärisch gestaltete Reflexionsfläche 114 hat.
Die Reflexionsfläche 114 lenkt das Licht, das mittels
der Leuchtdiode 110 emittiert wird, ab und fokussiert es
zunächst in Richtung eines Hilfshülsenteils 116 (als
ein optisches Kopplerelement) und nachfolgend auf die optische Faser
oder direkt auf die optische Faser 102, die innerhalb einer
Montageöffnung 118 des Premold-Gehäuses 106 aufgenommen
ist. In dem Ausführungsbeispiel von 2 ist der
Mantel von einem Vorderabschnitt der optischen Faser 102 entfernt,
so dass hier nur der Kern verbleibt. Dann kann das röhrenförmige
Hülsenteil 116 über den Vorderabschnitt
der optischen Faser 102 geschoben werden, um es auf die
vorliegenden geometrischen Bedingungen hin anzupassen.
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Über
den Leadframe 108 können die Leuchtdiode 102 genauso
wie ein integrierter Treiberschaltkreis 202 (siehe 2)
zum elektrischen Treiben der Leuchtdiode 110 elektrisch
kontaktiert werden, wenn die optoelektronische Übermittler/Empfängerkomponente 100 an
einer gedruckten Leiterplatte (nicht gezeigt in 1,
aber schematisch als gestrichelte Linien 160 angezeigt)
von einem optoelektronischen System montiert ist.
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Das
Premold-Gehäuse 106 weist ein Plastikgehäuse
auf, das mittels Spritzgießens hergestellt ist, in welchem
der Leadframe 108 eingebettet ist. Zum Zusammenbauen des
optoelektronischen Übermittlergeräts 100 werden
die Leuchtdiode 110 und nachfolgend das Ablenkelement 112 durch
eine zusätzliche Montageöffnung 120 in
das Premold-Gehäuse 106 eingeführt und
werden an jeweiligen Wandabschnitten innerhalb des Premold-Gehäuses 106 befestigt.
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Leere
Räume innerhalb des Premold-Gehäuses 106 (die
nicht von jeweiligen in das Premold-Gehäuse 106 eingeführten
Elementen besetzt sind) werden mit dem transparenten Medium 104 gefüllt,
mit Ausnahme der Montageöffnung 118. Die optische
Faser 102 kann sogar von einem ungeübten Benutzer
in die Montageöffnung 118 zur optischen Kopplung
eingesteckt werden. Ein Verriegelungselement (zum Beispiel zwei
oder mehr Überstände, ein Ring oder Ähnliches)
innerhalb des Premold-Gehäuses 106 kann die optische
Faser 102 innerhalb der Montageöffnung 118 sicher
befestigen.
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Mittels
Anordnens des Treiber-ICs 202, welcher auch innerhalb des
Premold-Gehäuses 106 montiert ist, nahe der Leuchtdiode 110 kann
die erforderliche Schaltzeit kurz gehalten werden und kann eine
hohe Datenrate erreicht werden, wenn das optoelektronische System
von 1 als ein Kommunikationssystem betrieben wird.
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Das
Ausführungsbeispiel von 1 und 2 ist
eine unidirektionale optoelektronische Übermittler Komponente 100,
die den Übermittlerchip 110 (eine LED, alternativ
ein VCSEL) und den Treiber-IC 202 hat.
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Basis
für das optoelektronische Übermittlermodul 100 ist
der Leadframe 108 mit der entsprechenden Kontakt- und Verdrahtungsstruktur
zum Aufbauen und elektrischen Verbinden der jeweiligen Chips 110, 202.
Die Leadframe Struktur 108 ist in dem isolierenden Material
(zum Beispiel Plastik, Keramik) des Premold-Gehäuses 106 integriert,
so dass ein offenes mikroelektronisches Gehäuse 106 bereits
mit den erforderlichen Leiterbahnen zum Verbinden mit einem Montagebord
(nicht gezeigt) vorgesehen ist, um dadurch eine SMT-Installation
des optoelektronischen Übermittlergeräts 100 zu
ermöglichen.
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In
dem Premold-Gehäuse 106 ist, abgesehen von den
elektrischen Leiterbahnen, der optische Zugang 118 bereitgestellt,
der als eine zylindrische Bohrung gestaltet ist, was das Führen
der optischen Faser 102 und das Positionieren der Letzteren
ermöglicht. Das Premold-Gehäuse 106 kann
als ein Gehäuse gestaltet sein, das zu einer Seite mit
elektrischen Verbindungen offen ist und eine Faseröffnung 118 als
ein vorgeformtes Gehäuse hat.
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Eine
Mehrzahl von Premold-Gehäusen 106 mit integrierten
Leadframes 108 kann auf eine Rolle aufgerollt sein und
kann in eine Chipmontageprozedur (Chip- und Drahtbondprozesslinie)
implementiert sein. Die entsprechenden Chips wie zum Beispiel die Leuchtdiode 110 und
der Treiber-IC 202 können, um innerhalb des Premold-Gehäuses 106 montiert
zu werden, geklebt oder gelötet werden und können
mit Bonddrähten zum elektrischen Kontaktieren versehen
werden, falls gewünscht oder erforderlich.
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Die
gute optische Funktionalität des aktiven Übermittlerchips 110 kann
während der Herstellung mittels einer präzisen
Montageprozedur (zum Beispiel mit einer Genauigkeit von ±20 μm)
in dem Premold-Gehäuse 106 an dem entsprechenden
Leadframe 108 garantiert werden. Diese Prozedur kann im Kontext
einer Standard-Halbleiter-Montageprozedur mit entsprechenden Montageapparaten
durchgeführt werden, die eine Bilderkennungs-Funktionalität
haben. Falls gewünscht oder erforderlich können
Marker oder andere Merkmale an dem Premold-Gehäuse 106 auf
zweckmäßige Weise vorgesehen werden.
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Nach
dem Chip- und Drahtbonding kann die vormontierte Übermittlerkomponente
auf eine elektrische und elektrooptische Weise entsprechend der gewünschten
Funktionalität getestet werden. Ein externer optischer
Zugang kann durch die offene Montageöffnung 118 des
Premold-Gehäuses 106 mit zweckmäßigen
optischen Komponenten (Linsen, Objektive, etc.) und weiteren Komponenten
(Laser, Detektoren, etc.) versehen werden, welche in die Produktionslinie
implementiert werden können.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel ist es, nach einem erfolgreichen
Test, möglich, das Reflektorelement 112 mit entsprechenden Führungs-
und Positioniermerkmalen zu versehen. Unter Verwendung von automatischen
Platzierungsmaschinen kann das Reflektorelement 112 in
das Premold-Gehäuse 106 unter Verwendung der weiteren
Montageöffnung 120 eingeführt werden.
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In
diesem Kontext kann das Reflektorelement 102 während
einer automatischen Herstellungsprozedur wie ein Halbleiterchip
gehandhabt werden. Mit dem Einführen des Reflektorelements 112 kann
ein effizientes Ablenken des Lichts von dem Übermittlerchip 110 in
Richtung der Faser 102/der Faseröffnung 118 (oder
im Falle eines Empfängerelements von der Faser 102 auf
einen Empfängerchip 402, siehe 4 und 6)
erreicht werden. Die räumlich korrekte präzise
Positionierung des Reflektorelements 112 zwischen dem Chip 110 (oder 402) und
der Faser 102 kann mittels mechanischer Führungsstrukturen
an dem Reflektorelement 112 und dem Premold-Gehäuse 106 realisiert
werden, und die entsprechende präzise Positionierung des
jeweiligen Chips 110 (oder 402) in dem Premold-Gehäuse 106.
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Nachfolgend
kann bei dem Herstellungsverfahren der verbleibende freie optische
Raum zwischen den Chips 110, 202 (oder 402)
und der Faser 102 (oder einem Dummy, der die Letztere simuliert) mit
einem optisch transparenten Medium 104 (zum Beispiel einem
Gel, einem Silikonmaterial, GlobeTop, Harz, etc.) zum Schutz gefüllt
werden, und der montierte Chip 110, 202 (oder 402)
bzw. ihre optischen Oberflächen können gegen Umgebungseinflüsse
geschützt werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein
gelartiges flexibles und benetzendes Immersionsmedium auf eine solche
Weise zu verwenden, dass ein nicht besetzter optischer Raum ausgefüllt
wird, die Chips geschützt werden und die in die Faseröffnung 118 einzuführende
Faser 102 mittels dieser Immersionsfläche im Falle
einer Einsteckprozedur kontaktiert werden kann. Mittels Ergreifens
dieser Maßnahme ist es möglich, einen unerwünschten
Faser-zu-Luft-Übergang zu eliminieren und Licht von dem Übermittlerchip 110 effizient
in die Faser 102 (oder von der Faser 102 auf den
Empfängerchip 402) zu koppeln, ohne das Erfordernis
des Polierens einer Oberfläche des Faserendes.
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Für
ein zweckmäßiges Füllen der freien Räume
der Gehäuseöffnung bis zu einer Endfläche
der Faserzuführöffnung 118 kann die Faserzuführöffnung 118 zeitweise
mit einem entsprechend gestalteten Faserverbindungsverschluss (oder
Dummy) verschlossen werden, welcher nach dem Verfestigen des Immersionsmediums
abgenommen werden kann.
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In
dem Fall, dass kein Benetzen der Faserendfläche mittels
des transparenten Mediums 104 erforderlich ist, kann eine
entsprechend gestaltete Fläche (zum Beispiel zum Bereitstellen
einer Linsenfunktion) an dem entfernbaren Faserverbindungsverschluss
(welcher ein zylindrisches Element sein kann) vorgesehen werden.
Solch eine entsprechend gestaltete Fläche des Immersionsmediums 104 kann es
erlauben, optische Abbildungseigenschaften des optischen Pfads zwischen
der optischen Faser 102 und dem aktiven Chip 102, 402 auf
eine gewünschte Weise einzustellen. Als ein Immersionsmedium
ist es möglich, ein festes oder festkörperartiges
optisch transparentes Gießharz zu verwenden, welches auch
fähig ist, den Reflow Solder Temperaturen des SMT-Prozesses
von 260°C und höher ohne Risse und Verschlechterung
zu widerstehen. Die als eine Linse gestaltete Oberfläche
kann in Verbindung mit den optischen Eigenschaften des Reflexionselements 112 verwendet
werden, um das Koppeln zu verbessern, was insbesondere vorteilhaft
sein kann, wenn dünne (zum Beispiel < 500 μm) Fasern 102 verwendet
werden, oder zum Verbessern der Kopplungstoleranzen.
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Nachdem
das Immersionsmedium gebildet worden ist, kann das optoelektronische Übermittlerelement 102 fertiggestellt
werden und kann getestet werden.
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Zum
Beispiel auf der Seite eines Benutzers ist es möglich,
die Faser 102 in die Faserzuführöffnung 118 einzustecken,
um ein optisches Kommunikationsnetzwerk aufzubauen. Zweckmäßige
Eingriffs- oder Verriegelungsstrukturen 122 können
an dem äußeren Rand des Premold-Gehäuses 106 in der
Faserzuführöffnung 118 vorgesehen werden, passend
zu korrespondierenden Eingriffs- oder Verriegelungselementen der
optischen Faser 102, wie zum Beispiel Aussparungen 124,
wie in 1 gezeigt.
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3 zeigt
eine Optiksimulationsgrafik 300, welche für die Übermittlungsgeometrie
von 1 und 2 charakteristisch ist. Wie 3 entnommen
werden kann, dient die Ablenkfläche 114 zum simultanen
Beugen und Fokussieren des mittels der Leuchtdiode 110 erzeugten
divergenten Strahls.
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4 zeigt
eine Optiksimulationsgrafik 400 für eine Empfängergeometrie,
in welcher ein im Wesentlichen paralleler Strahl von einer optischen
Faser 102 über eine Ablenkfläche 114r eines
Ablenkelements 112r in Richtung eines Lichtdetektors 402 wie zum
Beispiel einer Fotodiode geführt wird. Auch in dieser Konfiguration
dient die asphärisch gestaltete Reflexionsfläche 114r zum
Beugen und Fokussieren des Strahls.
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5 ist
ein Optiksimulationsbild 500, welches das optische Abbilden
von der Faser auf den Empfängerchip zeigt und ferner zeigt,
dass die Mehrheit der Lichtstrahlen ziemlich nahe einem Zentrum einer
kreisartigen Konfiguration angeordnet sind.
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6 veranschaulicht
ein optoelektronisches Empfängermodul 600 gemäß einem
anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel. 6 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht der optoelektronischen Empfängerkomponente 600 vertikal
zu einer Montageebene. 6 veranschaulicht eine optische Faser 102,
eingeführt in eine Montageöffnung 118 eines
Premold-Gehäuses 106. Bonddrähte 602 sind auch
gezeigt. Im Vergleich zu 1 ist der Emitter 110 durch
den Detektor 402 ersetzt, und das Ablenkelement 114r ist
an den Detektor angepasst.
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7 zeigt
eine Draufsicht des optoelektronischen Empfängergeräts 600 von 6 parallel
zu einer Montageebene. 7 zeigt ferner einen Verstärkerschaltkreischip 702 zum
Verstärken eines mittels der Fotodiode 402 detektierten
Signals.
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8 und 9 zeigen
Querschnittsansichten während des Montierens der Komponenten
des optoelektronischen Empfängermoduls 600, das
in 6 gezeigt ist.
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8 zeigt
einen Zustand, in dem die Fotodiode 402 in dem Premold-Gehäuse 106 nach
dem Einführen durch die zusätzliche Montageöffnung 102 montiert
worden ist und elektrisch mit dem Leadframe 108 kontaktiert
worden ist. Nachfolgend kann ein Anschluss der Fotodiode 402 an
einen Verstärkerchip 702 errichtet werden, und
es kann ein Drahtbonding 602 durchgeführt werden.
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In
dem Szenario von 9 ist das Reflektorelement 112 durch
die zusätzliche Einführöffnung 120 eingeführt
worden und ist an einer unterseitigen Wand und an einer Seitenwand
des Premold-Gehäuses 106 befestigt worden. Ein
als eine Kombination der optischen Faser 102 und der optischen
Kopplerphase 116 gestaltetes Dummyelement 900 kann
vorübergehend in die Montageöffnung 108 eingeführt werden,
bevor die verbleibenden freien Räume 902 innerhalb
des Premold-Gehäuses 106, die noch nicht mit Komponenten
gefüllt worden sind, mit transparentem Medium 104 (nicht
gezeigt in 9) gefüllt werden können.
Nachfolgend kann der Faseranschlussdummy 900 entfernt werden,
und es kann die optionale Komponente 116 oder die Faser 102 optional
direkt durch die Montageöffnung 118 eingeführt werden.
Auf der Seite eines Benutzers kann die Faser 102 in die
Montageöffnung 118 eingeführt werden.
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10 und 11 veranschaulichen
das Montieren des Treiberchips 202 in die optoelektronische
Komponente 100.
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10 zeigt,
dass der Treiberchip 202 genauso wie die Leuchtdiode 110 innerhalb
des Premold-Gehäuses 106 montiert werden. Sie werden durch
die zusätzliche Montageöffnung 120 senkrecht zu
der Papierebene von 10 montiert. In dem Szenario
von 10 ist die Montageöffnung 118 zum Montieren
der optischen Faser 102 und des Anschlussstücks 116 noch
leer.
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11 zeigt
das Szenario von 10, nachdem ein optisches Kopplerfaserstück 116' (welches auch
als ein Faserstummel bezeichnet werden kann und welches eine Fokussierfunktion
bereitstellen kann) und eine optische Faser 102 in die
Montageöffnung 118 eingeführt worden
sind, ohne ein transparentes Immersionsmedium. Ferner ist das Reflektorelement 112 durch
die zusätzliche Montageöffnung 120 montiert
worden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
das Kopplerfaserstück 116' weggelassen werden.
In solch einem Ausführungsbeispiel kann die optische Faser 102 (in 2 mit
einem Kern und einem Mantel gezeigt, vergleiche Bezugszeichen 116)
sich bis in das Premold-Gehäuse erstrecken, so weit wie
das Kopplerfaserstück 116' in 11.
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12 zeigt
das optoelektronische Empfängermodul 600, das
in 6 gezeigt ist, in einem Szenario, bevor das Immersionsmedium
in das Gerät gefüllt wird.
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13 zeigt
eine Draufsicht des optoelektronischen Empfängermoduls 600,
das in 7 gezeigt ist, vor dem Füllen leerer
Räume innerhalb des Premold-Gehäuses 106 mit
einem Immersionsmedium.
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14 zeigt
ein bidirektional kommunizierfähiges optoelektronisches Übermittler-/Empfängermodul
(oder Sendeempfängermodul oder Transceivermodul) 1400 gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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Wie 14 entnommen
werden kann, ist ein Empfängerchipabschnitt 402, 702 innerhalb
des Premold-Gehäuses 106 integriert, und ein Übermittlerchipabschnitt 110, 202 ist
in demselben Premold-Gehäuse 106 implementiert.
Ein Reflektorelement 1402 ist zum Koppeln von Licht von
der LED 110 in die optische Faser 102 und von
der optischen Faser 102 in Richtung der Fotodiode 402 vorgesehen.
Daher ermöglicht das Übermittler/Empfängerelement 1400 zur
selben Zeit sowohl das Empfangen von optischen Kommunikationssignalen
von der optischen Faser 102 als auch das Übermitteln
von Kommunikationssignalen zu der optischen Faser 102.
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15 zeigt
eine Draufsicht in der Montageebene des Übermittler/Empfängers 1400 vor
dem Einführen der optischen Fasern 116, 102 in
die Montageöffnung 118.
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Es
sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisend” andere
Elemente oder Merkmale nicht ausschließt und dass das „ein” eine
Mehrzahl nicht ausschließt. Alle in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
beschriebenen Elemente können kombiniert werden. Es sollte
auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht
als den Schutzumfang der Ansprüche beschränkend
ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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