DE102013221451A1

DE102013221451A1 - Eine gestanztes Metall Optik zum Verwenden in einem optischen Kommunikationsmodul

Info

Publication number: DE102013221451A1
Application number: DE201310221451
Authority: DE
Inventors: Laurence R. McColloch
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Nanoprecision Products Inc
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US20140112668A1; US9983414B2

Abstract

Es wird eine gestanztes Metall Optik bereitgestellt, die ein einstückiges, oder integral ausgebildetes, Teil ist, das zumindest eine Bank zum Halten von zumindest einer optoelektronischen Komponente und einen Reflektor zum Falten eines optischen Pfads enthält. Die gestanztes Metall Optik ist aus einem Stück Metall ausgebildet, das unter Verwendung bekannter Metall Stanztechniken geformt wird. Die gestanztes Metall Optik hat vorzugsweise zumindest eine Bezugsmarkierung darin ausgebildet, welche zur Platzierung des optoelektronischen Geräts auf der Bank verwendet wird, um sicherzustellen, dass das optoelektronische Gerät präzise mit dem Reflektor ausgerichtet ist. Weil Metallobjekte unter Verwendung bekannter Stanztechniken relativ kostengünstig mit hoher Präzision ausgebildet werden können, kann die gestanztes Metall Optik mit hoher Präzision bei relativ niedrigen Kosten hergestellt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft optische Kommunikationsmodule. Insbesondere betrifft die Erfindung eine gestanzte Optik zum Verwenden in einem Optik System eines optischen Kommunikationsmoduls.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Vielfalt von optischen Kommunikationsmodulen werden in optischen Netzwerken zum Senden und Empfangen von optischen Datensignalen über die Netzwerke verwendet. Ein optisches Kommunikationsmodul kann ein optisches Empfängermodul sein, das eine optische Empfangsfähigkeit hat, aber keine optische Sendefähigkeit. Alternativ kann ein optisches Kommunikationsmodul ein optisches Sendermodul sein, das eine optische Sendefähigkeit hat, aber keine optische Empfangsfähigkeit. Alternativ kann ein optisches Kommunikationsmodul ein optisches Sendeempfängermodul sein, das sowohl optische Sende- als auch optische Empfangsfähigkeit hat.
Ein typisches optisches Sender- oder Empfängermodul hat eine Transmitter Optical Subassembly (TOSA), die eine Laser Treiberschaltung, zumindest eine Laserdiode und verschiedene andere elektrische Komponenten enthält. Die Laser Treiberschaltung gibt ein elektrisches Treibersignal an jede zugehörige Laserdiode aus, um zu bewirken, dass die zugehörige Laserdiode moduliert wird. Wenn die Laserdiode moduliert wird, gibt sie optische Signale aus, die Leistungspegel haben, welche logischen Einsern und Nullen entsprechen. Ein Optik System des Moduls fokussiert die optischen Signale, welche mittels jeder zugehörigen Laserdiode produziert werden, in das Ende einer zugehörigen optischen Sendefaser, welche innerhalb eines optischen Verbindungsmoduls gehaltert ist, welches mit dem optischen Sender- oder Sendeempfängermodul verbindet.
Ein typisches optisches Empfänger- oder Sendeempfängermodul hat eine Receiver Optical Subassembly (ROSA), die zumindest eine Empfangs-Fotodiode und verschiedene andere elektrische Komponenten enthält. Ein Optik System der ROSA fokussiert ein optisches Datensignal, das von dem Ende einer optischen Faser ausgegeben wird, auf eine Fotodiode der ROSA. Die Fotodiode konvertiert das eingehende optische Datensignal in ein elektrisches analoges Signal. Eine elektrische Detektionsschaltung, wie beispielsweise ein Transimpedanz Verstärker (TIA), empfängt das elektrische Signal, welches von der Fotodiode produziert wurde und gibt ein entsprechendes verstärktes elektrisches Signal aus, welches mittels anderer Schaltkreise der ROSA verarbeitet wird, um die Daten rückzugewinnen.
Viele verschiedene Arten von optischen Kommunikationsmodulen sind auf dem Markt erhältlich, einschließlich Ein-Kanal optische Sender- und Empfängermodule, Zwei-Kanal optische Sendeempfängermodule und parallele optische Sender, Empfänger und Sendeempfängermodule. Viele verschiedene Arten von Optik Systemen werden in diesen optischen Kommunikationsmodulen verwendet. Die Optik Systeme führen die Funktionen des Kollimierens von Laserlicht in einen kollimierten Strahl und das Richten des kollimierten Strahls, oder Teile davon, in eine oder mehr Richtungen aus. Typische Optik Systeme enthalten eine oder mehr brechende, beugende, holographische und/oder reflektierende Optiken zum Ausführen dieser Funktionen.
Eine der Schwierigkeiten, welche mit vielen Optik Systemen verknüpft sind, die gegenwärtig in optischen Kommunikationsmodulen verwendet werden ist, dass sie mit sehr hoher Präzision hergestellt werden müssen, was zu hohen Herstellungskosten führen kann. Eine weitere Schwierigkeit, die mit vielen Optik Systemen verknüpft ist, ist, dass das relative Positionieren der Komponenten des Optik Systems und des optoelektronischen Geräts (z.B. die Laserdiode oder Fotodiode) sehr präzise sein muss, um inakzeptable optische Verluste zu vermeiden und um eine hohe Signalintegrität sicherzustellen. Wegen der Notwendigkeit des sehr präzisen Positionierens dieser Komponenten können die Prozesse des Ausrichtens der Komponenten und Sichern dieser in der Position schwierig und zeitaufwändig sein, was ebenfalls zu höheren Kosten führen kann.
Es existiert ein Bedarf für ein Optik System, das mit sehr hoher Präzision bei relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann, und das den Prozess des präzisen Positionierens der optoelektronischen Geräte und des Optik Systems relativ zueinander in den Modulen erleichtert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung richtet sich auf eine gestanztes Metall Optik zum Verwenden in einem optischen Kommunikationsmodul und ein Verfahren zum Ausbilden der gestanztes Metall Optik. Die gestanztes Metall Optik weist einen einstückigen, oder integral ausgebildeten, Metallkörper, welcher eine Bank aufweist, auf welcher zumindest ein optoelektronisches Gerät in einer ausgerichteten Position befestigt ist, und einen Reflektor auf, welcher integral mit der Bank verbunden ist und mit der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts optisch so ausgerichtet ist, dass eine optische Achse des optoelektronischen Geräts in optischer Ausrichtung mit einer optischen Achse des Reflektors ist.
Das Verfahren weist ein Ausführen eines Blechstanzprozesses auf einem Blecharbeitsstück auf, um eine Mehrzahl von gestanztes Metall Optiken in dem Blecharbeitsstück auszubilden. Jede gestanztes Metall Optik weist einen einstückigen, oder integral ausgebildeten, Metallkörper, welcher eine Bank aufweist, auf welcher zumindest ein optoelektronisches Gerät in einer ausgerichteten Position befestigt ist, und einen Reflektor auf, der integral mit der Bank verbunden ist und mit der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts optisch so ausgerichtet ist, dass eine optische Achse des optoelektronischen Geräts in optischer Ausrichtung mit einer optischen Achse des Reflektors ist.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1A zeigt eine Draufsicht der gestanztes Metall Optik gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform.
1B zeigt eine Draufsicht der gestanztes Metall Optik aus 1A welche darauf ein optoelektronisches Gerät befestigt hat.
2 zeigt eine Draufsicht einer Basis eines Transistor-Outline (TO) Dosen-Assembly (can-assembly), auf welchem die gestanztes Metall Optik aus 1B auf einer oberen Oberfläche befestigt ist.
3 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines parallelen optischen Sendeempfängermoduls, das zwei gestanztes Metall Optiken gemäß einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform einschließt.
4 zeigt eine Draufsicht einer gestanztes Metall Optik gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform, auf welcher eine Kugellinse und eine Laserdiode befestigt sind.
5 zeigt eine Draufsicht einer gestanztes Metall Optik gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform, auf welcher eine Kugellinse und eine Laserdiode befestigt sind.
6A zeigt eine Draufsicht eines Blech Stanzrahmenstreifens, der mittels eines Stanzprozesses verarbeitet wurde, um eine Mehrzahl von gestanztes Metall Optiken aus 4 auszubilden.
6B zeigt eine Draufsicht eines Teilstreifens des Blech Stanzrahmenstreifens aus 6A.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird eine gestanztes Metall Optik bereitgestellt, die ein einstückiges, oder integral ausgebildetes, Teil ist, das zumindest eine Bank zum Halten von zumindest einer optoelektronischen Komponente und einen Reflektor zum Falten eines optischen Pfads enthält. Die gestanztes Metall Optik ist aus einem Stück Metall ausgebildet, das unter Verwendung bekannter Metall Stanztechniken geformt wird. Die gestanztes Metall Optik hat vorzugsweise zumindest eine Bezugsmarkierung (fiducial mark) darin ausgebildet, die für eine Platzierung des optoelektronischen Geräts auf der Bank verwendet wird, um sicherzustellen, dass das optoelektronische Gerät präzise mit dem Reflektor ausgerichtet ist. Weil Metallobjekte mittels bekannter Stanztechniken relativ kostengünstig mit hoher Präzision ausgebildet werden können, kann die gestanztes Metall Optik mit hoher Präzision bei relativ niedrigen Kosten hergestellt werden. Veranschaulichende Ausführungsformen der gestanztes Metall Optik werden nun mit Bezug auf die 1A–6B beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, Komponenten oder Merkmale darstellen. Es soll angemerkt werden, dass Elemente, Komponenten oder Merkmale in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind.
1A zeigt eine Draufsicht einer gestanztes Metall Optik 1 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. 1B zeigt eine Draufsicht der gestanztes Metall Optik 1 aus 1A, auf welcher ein optoelektronisches Gerät 2 befestigt ist. 2 zeigt eine Draufsicht einer Basis 10 einer Transistor-Outline (TO) Dosen-Assembly, auf welchem die gestanztes Metall Optik 1 mit dem optoelektronischen Gerät 2 aus 1B auf einer oberen Oberfläche 10a davon befestigt ist. Die gestanztes Metall Optik 1 ist mittels Ausführens eines Stanz- oder Pressprozesses auf einem Blech ausgebildet. Obwohl das Metallblech nicht darauf eingeschränkt ist, irgendeine bestimmte Art von Metall zu sein oder eine bestimmte Dicke zu haben, ist es typischerweise ein Kupferblech, welches eine Dicke von ungefähr 4/1000 Zoll (0,1 mm) hat. Die Weise, in welcher ein Blecharbeitsstück in einem Stanzprozess verarbeitet wird, um ein gestanztes Metallobjekt zu erhalten, welches eine gewünschte Form hat, ist bekannt. Wie von einem Fachmann nachvollzogen werden kann, beinhaltet ein typischer Stanzprozess das Verwenden verschiedener Stanz- oder Presswerkzeuge oder -maschinen, um eine oder mehr von einer Vielfalt von Blech Ausbildungsprozessen, wie zum Beispiel das Stanzen (punching), Ausstanzen (blanking), Biegen (bending), Tiefziehen (drawing), Bördeln (flanging), Prägen (embossing), und Vollprägen (coining) auszuführen. Im Interesse der Kürze wird hier keine ausführliche Diskussion des Stanzprozesses bereitgestellt, welcher verwendet wird, um die gestanztes Metall Optik aus 1A–6B auszubilden.
Die gestanztes Metall Optik 1 ist ein einstückiges Stück aus Metall, das einem Stanzprozess unterzogen wurde, um ihm die Form aus 1A–2 zu geben, was ein Metallkörper ist, der einen im Allgemeinen flachen Boden 3, erste und zweite Seitenwände 4 und 5 und eine Rückwand 6 hat. Der im Allgemeinen flache Boden 3 wirkt als Bank zum Aufsetzen des optoelektronischen Geräts 2. Zur Erleichterung der Diskussion wird der im Allgemeinen flache Boden 3 hier als "die Bank 3" bezeichnet. Die gesamte oder ein Teil der Rückwand 6 wirkt als Reflektor zum Falten des optischen Pfads, wie im Folgenden ausführlich beschrieben. Zur Erleichterung der Diskussion wird die Rückwand 6 hier als "der Reflektor 6" bezeichnet.
Während des Stanzprozesses wird eine Bezugsmarkierung 7 auf der Bank 3 ausgebildet (1A und 1B). Die Bezugsmarkierung 7 wirkt als ein optisches Ausrichtungsgerät zum präzisen Ausrichten des optoelektronischen Geräts 2 mit dem Reflektor 6 während des Prozesses des Platzierens des optoelektronischen Geräts 2 auf der Bank 3. Das optoelektronische Gerät 2 ist typischerweise an der Bank 3 mittels eines haftenden Materials (nicht gezeigt) gesichert, wie beispielsweise Epoxid. Typischerweise wird der Prozess des Platzierens des optoelektronischen Geräts 2 auf der Bank 3 mittels eines automatischen Systems (nicht gezeigt) ausgeführt, das ein Maschinelles-Sehen-System (nicht gezeigt), welches Mustererkennung verwendet, um die Mitte der Bezugsmarkierung 7 zu finden und ein robotisches System (nicht gezeigt) enthält, welches das optoelektronische Gerät 2 mit der Mitte der Bezugsmarkierung 7 ausrichtet und dann das optoelektronische Gerät 2 auf der Bank 3 in der ausgerichteten Position platziert. Wenn das optoelektronische Gerät 2 auf der Bank 3 in der ausgerichteten Position aufgesetzt (seated) ist, ist eine optische Achse des optoelektronischen Geräts 2 in präziser optischer Ausrichtung mit dem Reflektor 6. Obwohl der Prozess des Ausrichtens und Platzierens des optoelektronischen Geräts 2 auf der Bank 3 typischerweise in dieser Weise ausgeführt wird, ist die Erfindung nicht bezüglich der Weise eingeschränkt, in welcher die Ausrichtungs- und Platzierungsprozesse ausgeführt werden.
Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform ist der Reflektor 6 ein asphärischer Reflektor. Wegen seiner asphärischen Form reflektiert der Reflektor 6 nicht nur Licht, sondern kollimiert auch Licht. Zum Beispiel angenommen, dass das optoelektronische Gerät 2 ein Laser ist, emittiert der Laser 2 einen divergenten Strahl Laserlicht entlang eines optischen Pfads (angedeutet mittels Pfeil 11), der parallel zu der X-Achse eines X, Y, Z kartesischen Koordinatensystems ist. Der divergente Laserlichtstrahl 11 wird mittels des asphärischen Reflektors 6 gleichzeitig reflektiert und kollimiert, um einen kollimierten Laserlichtstrahl zu produzieren, der entlang eines optischen Pfads (angedeutet mittels Pfeil 12) gerichtet ist, der parallel zu der Z-Achse des X, Y, Z kartesischen Koordinatensystems. Daher faltet der Reflektor 6 gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform den optischen Pfad um einen Winkel von 90° oder annähernd 90°. Es soll allerdings angemerkt werden, dass der Reflektor 6 eine flache Form haben kann, die den divergenten Strahl reflektieren, aber nicht kollimieren würde, in welchem Fall das Optik System typischerweise eine Kollimationslinse (nicht gezeigt) enthalten würde, die die Kollimationsfunktion ausführen würde. Der Reflektor 6 könnte auch einige andere Arten von gekrümmten Formen haben. Der Reflektor 6 könnte auch geformt sein, um den optischen Pfad um einen von Null verschiedenen Winkel zu falten, der verschieden von 90° ist. Die Erfindung ist nicht bezüglich des Winkels eingeschränkt, um welchen der Reflektor 6 den optischen Pfad faltet, obwohl der Winkel typischerweise von ungefähr 70° bis ungefähr 110° reicht.
Mit Bezug auf 2 wird die gestanztes Metall Optik 1 gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform in einem TO-Dosen-Assembly verwendet, dessen Basis 10 in 2 gezeigt ist. Die gestanztes Metall Optik 1 ist auf einer oberen Oberfläche 10a der Basis 10 befestigt. Die gestanztes Metall Optik 1 ist typischerweise an der oberen Oberfläche 10a der Basis 10 mittels eines haftenden Materials (nicht gezeigt) gesichert, wie zum Beispiel Epoxid. Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform weist die Basis 10 ein keramisches Material auf, wie beispielsweise mehrere Schichten von Aluminiumoxid. Die obere Oberfläche 10a der Basis 10 wirkt als eine Befestigungsfläche zum Befestigen der Komponenten einer ROSA oder TOSA der TO-Dosen-Assembly. Ein rostfreier Stahlring 14 von zylindrischer Form ist an der oberen Oberfläche 10a der Basis 10 gesichert. Zur Erleichterung der Darstellung und im Interesse der Kürze sind die anderen Komponenten der TO-Dosen-Assembly in 2 nicht gezeigt. Allerdings ist typischerweise eine Kappe, welche im Allgemeinen eine zylindrische Form hat, an dem Ring 14 gesichert und ein transparentes Fenster ist typischerweise an den Innenwänden der Kappe gesichert, um eine hermetisch abgedichtete Umgebung für die elektrischen und optoelektronischen Komponenten bereitzustellen, die auf der oberen Oberfläche 10a der Basis 10 befestigt sind.
Ein IC Chip 16 ist auf der oberen Oberfläche 10a der Basis 10 sehr nah an dem optoelektronischen Gerät 2 befestigt. Elektrische Bonddrähte 17 verbinden elektrisch Kontaktpads des IC Chips 16 mit Kontaktpads des optoelektronischen Geräts 2. Aufgrund der großen Nähe des IC Chips 16 zu dem optischen Gerät 2 können die Bonddrähte 17 sehr kurz gehalten werden, was die Impedanz der Bonddrähte 17 reduziert. In dem Fall, dass das optoelektronische Gerät 2 eine Laserdiode ist, ist der IC Chip 16 ein Laserdioden Treiber IC Chip. In diesem Fall gibt der Laserdioden Treiber IC Chip 16 elektrische Datensignale über die Bonddrähte 17 aus, welche die Modulations- und/oder BIAS-Ströme der Laserdiode 2 modulieren, um diese zu veranlassen ein optisches Datensignal in die Richtung zu emittieren, welche mittels Pfeil 11 angedeutet ist. Der Reflektor 6 reflektiert dann das optische Datensignal in die Richtung, welche mittels Pfeil 12 angedeutet ist und kollimiert das optische Datensignal.
In dem Fall, dass das optoelektronische Gerät 2 eine Fotodiode ist, ist der IC Chip 16 ein Empfänger IC Chip. In diesem Fall wird ein in der TO-Dosen-Assembly empfangenes optisches Datensignal in die Richtung übertragen, welche entgegengesetzt zu der Richtung ist, welche mittels Pfeil 12 angedeutet ist und fällt auf den Reflektor 6. Der Reflektor 6 reflektiert dann das optische Datensignal in die Richtung, welche entgegengesetzt zu der Richtung ist, welche mittels Pfeil 11 angedeutet ist, auf die Fotodiode 2. Die Fotodiode 2 konvertiert dann das optische Datensignal in ein elektrisches Datensignal und gibt das elektrische Datensignal über Bonddrähte 17 an den Empfänger IC Chip 16 aus. Der Empfänger IC Chip 16 dekodiert dann das elektrische Datensignal, um die Datenbits rückzugewinnen, welche in dem optischen Datensignal enthalten waren. Der IC Chip 16 kann natürlich zusätzliche oder andere Operationen ausführen.
Einer der Vorteile der gestanztes Metall Optik 1 ist, dass sie viel einfacher als optische Systeme ist, die in den meisten bekannten TO-Dosen-Assemblys verwendet werden. Die Optik Systeme, die in den meisten bekannten TO-Dosen-Assemblys verwendet werden, beinhalten viele sehr kleine Hochpräzisionsteile, die in präziser Ausrichtung zueinander platziert sein müssen, um die Funktionen des Faltens des optischen Pfads und Kollimierens des optischen Signals auszuführen. Diese sehr kleinen Hochpräzisionsteile sind teuer herzustellen und schwierig innerhalb der Assemblys auszurichten. Die gestanztes Metall Optik 1 eliminiert den Bedarf an vielen kleinen Hochpräzisionsteilen und vereinfacht den Ausrichtungsprozess. Der Prozess des optischen Ausrichtens des optoelektronischen Geräts 2 mit der Bezugsmarkierung 7 (1 und 2), als das optoelektronische Gerät 2 an der Bank 3 befestigt wird, bringt das optoelektronische Gerät 2 in präzise optische Ausrichtung mit dem Reflektor 6. Daher ist der Prozess des Ausführens der optischen Ausrichtung relativ einfach und erfordert nicht das Ausrichten vieler Teile. Auch, weil die Stanzprozesse mit hoher Präzision bei relativ niedrigen Kosten ausgeführt werden können, sind die mit dem Herstellen verknüpften Kosten der gestanztes Metall Optik 1 viel geringer als die Kosten, welche mit dem Herstellen der Arten von Hochpräzisionsteilen verknüpft sind, welche oft in bekannten TO-Dosen-Assemblys verwendet werden.
3 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines parallelen optischen Sendeempfängermoduls, das zwei gestanztes Metall Optiken 30a und 30b gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform beinhaltet. Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform ist das optische Sendeempfängermodul, in welchem die gestanztes Metall Optiken 30a und 30b verwendet werden, ein paralleles optisches Sendeempfängermodul, welches eine Mehrzahl von Sendekanälen und eine Mehrzahl von Empfangskanälen hat. Die gestanztes Metall Optiken 30a und 30b sind integral in einem Metall Stanzrahmen 31 ausgebildet, auf welchem ein IC Chip 32 befestigt ist. Wie die gestanztes Metall Optik 1 aus 1A–2, haben die gestanztes Metall Optiken 30a und 30b Bänke 33a bzw. 33b und Reflektoren 34a bzw. 34b. Ein Fotodioden Array Chip 35 ist auf der Bank 33a befestigt und ein Laserdioden Array Chip 36 ist auf der Bank 33b befestigt.
Wie die gestanztes Metall Optik 1 aus 1A–2, hat jede der gestanztes Metall Optiken 30a und 30b zumindest eine Bezugsmarkierung (nicht gezeigt), welche integral in ihr ausgebildet ist, die verwendet wird, um die Chips 35 und 36 mit den Bänken 33a bzw. 33b auszurichten. Die Bezugsmarkierung, die für diesen Zweck verwendet wird, kann identisch mit der Bezugsmarkierung 7 aus 1A und 1B sein. Befestigen der Chips 35 und 36 auf den Bänken 33a und 33b bringt die optischen Achsen der Fotodioden und Laserdioden der Chips 35 bzw. 36 in optische Ausrichtung mit den Reflektoren 34a bzw. 34b, in der gleichen Weise wie oben in Bezug auf 1A–2 beschrieben.
Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform hat der Fotodioden Chip 35 vier Fotodioden und der Laserdioden Chip 36 hat vier Laserdioden. Daher ist das parallele optische Sendeempfängermodul gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform ein Achtkanal Modul, welches vier Sendekanäle und vier Empfangskanäle hat. Bonddrähte 39 verbinden Kontaktpads der Chips 35 und 36 mit Kontaktpads des IC Chips 32. Der IC Chip 32 enthält Logik zum Bereitstellen von sowohl Laserdioden Treiberchip Funktionalität als auch Empfängerchip Funktionalität und kann zusätzliche Logik zum Bereitstellen von zusätzlicher Funktionalität enthalten. Die Reflektoren 34a und 34b sind identisch mit dem Reflektor 6 (1A), außer dass die Reflektoren 34a und 34b länger als der Reflektor 6 sind, um die zusätzliche reflektierende Oberfläche bereitzustellen, welche für die Arrays von Fotodioden und Laserdioden der Chips 35 bzw. 36 benötigt werden. Die Reflektoren 34a und 34b wirken auf Licht in der gleichen Weise, in welcher der Reflektor 6 auf Licht wirkt, um den entsprechenden optischen Pfad zu falten.
4 und 5 zeigen jeweils Draufsichten von gestanztes Metall Optiken 50 bzw. 60 gemäß zwei anderen veranschaulichenden Ausführungsformen, welche Kugellinsen 51 bzw. 61 und Laserdioden 52 bzw. 62 darauf befestigt haben. Die Laserdiode 52 aus 4 ist eine elektro-absorptionsmodulierte Laserdiode (electro-absorption modulated laser (EML) diode), wobei die Laserdiode 62 aus 5 eine Distributed Feedback (DFB) Laserdiode ist. Die gestanztes Metall Optiken 50 und 60 sind einstückige oder integral ausgebildete Teile, welche Bänke 53 bzw. 63 und Reflektoren 54 bzw. 64 haben.
Die Kugellinsen 51 und 61 sind in Kugelsitzen (ball seats) 56 bzw. 66 aufgesetzt, welche kreisförmige konische Öffnungen sind, welche in den gestanztes Metall Optiken 50 bzw. 60 ausgebildet sind. Die Kugellinsen 51 und 61 sind an den Kugellinsensitzen 56 bzw. 66 mittels eines Befestigungsmaterials gesichert, wie zum Beispiel Epoxid. Die Kugelsitze 56 und 66 haben innere Oberflächen, die in der Form komplementär zu den Formen der Kugellinsen 51 bzw. 61 sind. Die kreisförmigen konischen Formen der Kugellinsensitze 56 und 66 wirken als passive Ausrichtungsmerkmale zum Platzieren der Kugellinsen 51 und 61 in die Kugelsitzen 56 bzw. 66. Die Kugelsitze 56 und 66 sind mit den Reflektoren 54 bzw. 64 so ausgerichtet, dass, wenn die Kugellinsen 51 und 61 in den Kugelsitzen 56 bzw. 66 lagern, die Kugellinsen 51 und 61 in präzise optische Ausrichtung mit den Reflektoren 54 bzw. 64 gebracht sind. Zwei Bezugsmarkierungen 57a und 57b sind in der Bank 53 der gestanztes Metall Optik ausgebildet. Ähnlich sind zwei Bezugsmarkierungen 67a und 67b in der Bank 63 der gestanztes Metall Optik 60 ausgebildet. Die Bezugsmarkierungen 57a, 57b und 67a, 67b können verwendet werden, um die Laserdioden 52 und 62, während der Platzierung der Laserdioden 52 und 62 auf den Bänken 53 bzw. 63 optisch mit den Bänken 53 bzw. 63 auszurichten.
Ein Maschinelles-Sehen-System (nicht gezeigt) und ein robotisches System (nicht gezeigt) der oben mit Bezug auf 1A–2 beschriebenen Art können verwendet werden, um die vorgenannten Ausrichtungs- und Platzierungsprozesse auszuführen. Das Maschinelles-Sehen-System verwendet einen Mustererkennungs- und Korrelationsalgorithmus, um die Zentren der Bezugsmarkierungen 57a, 57b relativ zu der Laserdiode 52 zu lokalisieren. Das robotische System wird mittels Steuersignale gesteuert, die mittels des Maschinelles-Sehen-Systems an es gesendet werden, um zu bewirken, dass es die Laserdiode 52 auf der Bank 53 an einem vorgewählten Ort in Ausrichtung mit der Kugellinse 51 und dem Reflektor 54 platziert. Ähnlich lokalisiert das Maschinelles-Sehen-System die Zentren der Bezugsmarkierungen 67a, 67b relativ zu der Laserdiode 62 und bewirkt, dass das robotische System die Laserdiode 62 auf der Bank 63 an einem vorgewählten Ort in Ausrichtung mit der Kugellinse 61 und dem Reflektor 64 platziert. Die Laserdioden 52 und 62 sind typischerweise mittels eines Befestigungsmaterials, wie zum Beispiel Epoxid, an den Bänken 53 bzw. 63 gesichert. Maschinelles-Sehen-Systeme und -algorithmen und robotische Platzierungssysteme und -algorithmen, die für das Ausführen dieser Prozesse geeignet sind, sind in der Industrie bekannt. Daher werden diese Systeme und Algorithmen im Interesse der Kürze hier nicht weiter beschrieben.
Eine Alternative zum Verwenden der Bezugsmarkierungen 57a, 57b und 67a, 67b ist es, für diesen Zweck passive Ausrichtungsmerkmale zu verwenden, wie nun mit Bezug auf 4 beschrieben wird. Die gestanztes Metall Optik 50 wird in 4 gezeigt, wie sie einen Seitenstopp 58a und einen Frontstopp 58b hat, welche in der Bank 53 ausgebildet sind. Der Seitenstopp 58a und der Frontstopp 58b wirken als passive Ausrichtungsmerkmale zum Ausrichten und Platzieren der Laserdiode 52. Während des Prozesses des Ausrichtens der Laserdiode 52 auf der Bank 53, wird die Laserdiode 52 auf der Bank platziert und in die Richtungen bewegt, die mittels der Pfeile 59 und 61 angedeutet sind, bis die linke Seite 52a und die Frontseite 52b der Laserdiode 52 in Stoss mit dem Seitenstopp 58a bzw. dem Frontstopp 58b sind. In dieser Position ist die Laserdiode 52 in Ausrichtung mit der Kugellinse 51, welche in präziser optischer Ausrichtung mit dem Reflektor 54 ist.
Der passive Ausrichtungsprozess kann mittels der vorgenannten Maschinelles-Sehen- und robotischer Systeme ausgeführt werden oder er kann von Hand von einer Person ausgeführt werden. Wenn die Stopps 58a und 58b vorhanden sind, werden die Bezugsmarkierungen 57a und 57b nicht benötigt. Umgekehrt werden die Stopps 58a und 58b nicht benötigt, wenn die Bezugsmarkierungen 57a und 57b vorhanden sind.
Gemäß der veranschaulichenden Ausführungsformen aus 4 und 5, sind die Reflektoren 54 und 64 flache Oberflächen, die nur die Reflektion der optischen Datensignale ausführen. Die Kollimation der optischen Datensignale wird mittels der jeweiligen Kugellinsen 51 und 61 ausgeführt. Weil die gestanztes Metall Optiken 50 und 60 identische optische Operationen ausführen, werden die optischen Operationen nur bezüglich der gestanztes Metall Optik 50 aus 4 beschrieben. Die gestanztes Metall Optik 50 kann auf einer TO-Dosen-Assembly Basis befestigt werden, wie beispielsweise in 2 gezeigt, obwohl die gestanztes Metall Optik 50 nicht darauf eingeschränkt ist, in irgendeiner bestimmten Art von optischem Kommunikationsmodul verwendet zu werden. Das optische Datensignal, welches von der Laserdiode 52 ausgestrahlt wird, ist ein divergentes optisches Signal, das mittels der Kugellinse 51 zu einem kollimierten optischen Signal kollimiert wird. Die Kugellinse 51 richtet das kollimierte optische Signal in die Richtung, welche mittels des Pfeils 71 angedeutet wird, auf den Reflektor 54. Der Reflektor 54 faltet dann den optischen Pfad mittels Reflektierens des kollimierten optischen Signals in die Richtung, welche mittels des Pfeils 72 angedeutet wird. Gemäß dieser veranschaulichenden Ausführungsform faltet der Reflektor 54 den optischen Pfad um einen Winkel von 90°, könnte aber konfiguriert sein, um den optischen Pfad um irgendeinen von Null verschiedenen Winkel relativ zu der optischen Achse der Laserdiode 52 zu falten.
6A zeigt Draufsichten von einem Blech Stanzrahmenstreifen 100, der mittels eines Stanzprozesses verarbeitet wurde, um eine Mehrzahl der in 4 gezeigten gestanztes Metall Optiken 50 auszubilden. 6B stellt eine Draufsicht eines Teilstreifens des in 6A gezeigten Blech Stanzrahmenstreifens 100 dar. Während in 6A ein Streifen 100 gezeigt ist, kann die gestanztes Metall Optik 50 stattdessen mittels eines Stanzprozesses in einer kontinuierlichen Rolle von Blech ausgebildet werden.
Weil Symmetrie oft zum Erreichen eines erfolgreichen Präzisionsstanzens wichtig ist, sind die gestanztes Metall Optiken 100 symmetrisch Rücken an Rücken in Paaren ausgebildet, um die gewünschte Symmetrie zu schaffen. Eine Scheroperation wird dann über den Streifen 100 entlang des Bereichs ausgeführt, welche mittels der gestrichelt Linie 102 in 6A dargestellt ist, um den Streifen 100 in Teilstreifen 100a und 100b zu trennen. Einer der Teilstreifen 100a ist in 6B gezeigt. Eine Scheroperation wird dann entlang der Verbindungen ausgeführt, welche mittels der gestrichelten Linien 103 und 104 repräsentiert werden, die in 6B dargestellt sind, um die individuellen Optiken 50 von dem Teilstreifen 100a zu trennen. Vorzugsweise wird das Metall an den Stellen, wo die Scheroperationen auftreten werden leicht angehoben, so dass jeder Grat, der durch Scheren verursacht wird, die Optiken 50 nicht daran hindert, flach auf irgendeiner Befestigungsoberfläche zu sitzen, an welcher sie später gesichert werden.
Bevor die Scheroperationen ausgeführt werden, können die Stanzrahmenstreifen 100 Die-Anbringungs- und Kugel Befestigungsmaschinen zugeführt werden, die automatisch die Dies 52 und die Kugellinsen 51 an der jeweiligen Optik 50 anbringen. Typischerweise werden die Stanzrahmenstreifen 100 in Magazine geladen, die nacheinander in Die-Anbringungs-, Kugel Anbringungs- und Scherprozessen verwendet werden, um die Streifen 100 in die jeweiligen Maschinen zuzuführen (feed). Wenn die Dies 52 und die Kugellinsen 51 an den Streifen 100 angebracht sind und bevor der Scherprozess ausgeführt wird, können die Optiken 50 getestet werden. Daher kann der gesamte Prozess des Ausbildens der Optiken 50, Anbringen der Dies 52 und Kugellinsen 51, Testen der Optiken 50 und Vereinzeln der Optiken 50 in einem kontinuierlichen automatischen Prozess durchgeführt werden.
Nachdem die Optiken 50 vereinzelt wurden, können sie an jeweiligen Befestigungsoberflächen von jeweiligen optischen Kommunikationsmodulen angebracht werden. Der oben mit Bezug auf 6A und 6B beschriebene Prozess kann verwendet werden, um jede der gestanztes Metall Optiken 1, 30a, 30b, 50 und 60 zu produzieren. Die Reflektoren der gestanztes Metall Optiken 1, 30a, 30b, 50 und 60 können mit reflektierendem Material, wie zum Beispiel Gold, umhüllt oder beschichtet sein, um die Reflektivität zu verbessern.
Es soll angemerkt werden, dass die Erfindung zum Zweck des Demonstrierens der Prinzipien und Konzepte der Erfindung mit Bezug auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wird. Viele Modifikationen können an den hier beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Obwohl beispielsweise Beispiele von gestanztes Metall Optiken in den Figuren mit bestimmten Formen gezeigt sind, sind die gestanztes Metall Optiken nicht auf diese Formen eingeschränkt, wie von Fachleuten in Hinblick auf die hier bereitgestellt Beschreibung verstanden wird. Die gestanztes Metall Optik ist ebenfalls nicht darauf eingeschränkt, in irgendeiner bestimmten Art von optischem Kommunikationsmodul verwendet zu werden. Fachleute werden in Hinblick auf die hier bereitgestellte Beschreibung verstehen, dass alle solchen Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung sind.

Claims

Eine gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) zum Verwenden in einem optischen Kommunikationsmodul, wobei die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) aufweist: einen einstückigen, oder integral ausgebildeten, Metall Körper, aufweisend: eine Bank (3, 33a, 33b, 53, 63), auf welcher zumindest ein optoelektronisches Gerät (2) in einer ausgerichteten Position befestigt ist; und einen Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64), welcher integral mit der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) verbunden ist und optisch mit der ausgerichteten Position so ausgerichtet ist, dass eine optische Achse des optoelektronischen Geräts (2) in optischer Ausrichtung mit einer optischen Achse des Reflektors (6, 34a, 34b, 54, 64) ist.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1, wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) von asphärischer Form ist.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 2, wobei das zumindest eine optoelektronische Gerät (2) eine Laserdiode (52, 62) ist, die einen divergenten Lichtstrahl emittiert, welcher auf den Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) einfällt, und wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) den divergenten Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl kollimiert und den kollimierten Lichtstrahl in einem von Null verschiedenen Winkel relativ zu einem Einfallswinkel des divergenten Lichtstrahls auf den Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) reflektiert.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 3, wobei der von Null verschiedene Winkel zwischen ungefähr 70° und 110°, insbesondere bei ungefähr 90° liegt.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1 oder 2, welche ferner aufweist: zumindest einen ersten Kugellinsensitz (56, 66), welcher in den einstückigen Metallkörper zwischen der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts (2) und dem Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) ausgebildet ist; und zumindest eine erste Kugellinse (51, 61), welche in dem ersten Kugellinsensitz (56, 66) sitzt und fest daran gesichert ist, und wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) von flacher Form ist und wobei das zumindest eine optoelektronische Gerät (2) eine Laserdiode (52, 62) ist, die einen divergenten Lichtstrahl emittiert, der auf die erste Kugellinse (51, 61) einfällt, und wobei die erste Kugellinse (51, 61) den divergenten Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl kollimiert und den kollimierten Lichtstrahl auf den Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) richtet und wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) den kollimierten Lichtstrahl in einem von Null verschiedenen Winkel relativ zu einem Einfallswinkel des divergenten Lichtstrahls auf den Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) reflektiert.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1, wobei der einstückige Metallkörper ferner zumindest eine Bezugsmarkierung (7, 57a, 57b, 67a, 67b) aufweist, welche in der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) benachbart zu der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts (2) ausgebildet ist; und/oder wobei zumindest der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) goldbeschichtet ist.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das zumindest eine optoelektronische Gerät (2) eine Fotodiode ist und wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) einen kollimierten Lichtstrahl empfängt, welcher mit einem Einfallswinkel auf den Reflektor gerichtet ist, und den kollimierten Lichtstrahl in einem von Null verschiedenen Winkel relativ zu dem Einfallswinkel auf die Fotodiode reflektiert.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 7, wobei der von Null verschiedene Winkel zwischen ungefähr 70° und ungefähr 110°, insbesondere bei ungefähr 90° liegt.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: zumindest einen ersten Kugellinsensitz (56, 66), welcher in dem einstückigen Metallkörper zwischen der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts (2) und dem Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) ausgebildet ist; und zumindest eine erste Kugellinse (51, 61), welche in dem ersten Kugellinsensitz (56, 66) sitzt und fest daran gesichert ist, und wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) von flacher Form ist und wobei das zumindest eine optoelektronische Gerät (2) eine Fotodiode ist und wobei der Reflektor einen kollimierten Lichtstrahl empfängt, der auf dem Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) in einem Einfallswinkel einfällt und den empfangenen kollimierten Lichtstrahl in einem von Null verschiedenen Winkel relativ zu dem Einfallswinkel auf die erste Kugellinse (51, 61) reflektiert und wobei die erste Kugellinse (51, 61) den dadurch empfangenen kollimierten Lichtstrahl dabei auf die Fotodiode fokussiert.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 9, wobei der einstückige Metallkörper ferner zumindest eine erste Bezugsmarkierung (7, 57a, 57b, 67a, 67b) aufweist, welche in der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) benachbart zu der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts (2) ausgebildet ist, wobei die Bezugsmarkierung (7, 57a, 57b, 67a, 67b) Ausrichtungsinformation zum Befestigen des optoelektronischen Geräts (2) auf der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) enthält; und/oder wobei zumindest der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) goldbeschichtet ist.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1 bis 10, wobei eine Mehrzahl von optoelektronischen Geräten (2) auf der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) an jeweiligen ausgerichteten Positionen befestigt sind und wobei der Reflektor optisch so mit allen der ausgerichteten Positionen ausgerichtet ist, dass jeweilige optische Achsen der optoelektronischen Geräte (2) in optimaler Ausrichtung mit optischen Achsen des Reflektors (6, 34a, 34b, 54, 64) sind.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1 bis 11, wobei das optische Kommunikationsmodul ein optisches Sendemodul oder ein optisches Empfängermodul oder ein optisches Sendeempfängermodul ist; und/oder wobei das optische Kommunikationsmodul ein Transistor-Outline (TO) Dosen-Assembly ist.
Die gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) gemäß Anspruch 1 bis 12, wobei der einstückige Metallkörper ferner aufweist: zumindest ein erstes passives Ausrichtungsgerät, welches in der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) zum passiven Ausrichten des optoelektronischen Geräts (2) auf der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) in die ausgerichtete Position ausgebildet ist.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) zur Verwendung in einem optischen Kommunikationsmodul, wobei das Verfahren aufweist: Ausführen eines Blechstanzprozesses auf einem Blecharbeitsstück, um eine Mehrzahl von gestanztes Metall Optiken (1, 30a, 30b, 50, 60) in dem Blecharbeitsstück auszubilden, wobei jede gestanztes Metall Optik aufweist: einen einstückigen, oder integral ausgebildeten, Metallkörper, aufweisend: eine Bank (3, 33a, 33b, 53, 63), auf welcher zumindest ein optoelektronisches Gerät (2) in einer ausgerichteten Position befestigt ist; und einen Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64), welcher integral mit der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63) verbunden ist und optisch mit der ausgerichteten Position so ausgerichtet ist, dass eine optische Achse des optoelektronischen Geräts (2) in optischer Ausrichtung mit einer optischen Achse des Reflektors (6, 34a, 34b, 54, 64) ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) von asphärischer Form ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, ferner aufweisend: Befestigen von zumindest einem ersten optoelektronischen Gerät (2) auf der Bank (3, 33a, 33b, 53, 63).
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der einstückige Metallkörper ferner zumindest einen ersten Kugellinsensitz (56, 66) aufweist, welcher in dem einstückigen Metallkörper zwischen der ausgerichteten Position des optoelektronischen Geräts (2) und dem Reflektor (6, 34a, 34b, 54, 64) ausgebildet ist, und wobei das Verfahren ferner aufweist: Befestigen einer ersten Kugellinse (51, 61) auf dem ersten Kugellinsensitz (56, 66) und Sichern der ersten Kugellinse (51, 61) an dem ersten Kugellinsensitz (56, 66).
Das Verfahren gemäß Anspruch 14 bis 17, ferner aufweisend: Ausführen eines Scherprozesses, um die gestanztes Metall Optiken (1) von dem Blecharbeitsstück zu vereinzeln.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, ferner aufweisend: Ausführen eines Beschichtungsprozesses, um die Reflektoren (6, 34a, 34b, 54, 64) der gestanztes Metall Optik (1, 30a, 30b, 50, 60) mit einem reflektierenden Metall, insbesondere Gold, zu beschichten.