DE10217071A1

DE10217071A1 - Optoelektronischer Miniatur-Sendeempfänger

Info

Publication number: DE10217071A1
Application number: DE10217071A
Authority: DE
Inventors: Peter Deane
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-10-30
Also published as: TW577199B; US6497518B1

Abstract

Eine optoelektronische Sendeempfängerbaueinheit (100) mit einer Buchse (140) zum Aufnehmen eines optischen Übertragungsmediums (150) und einer Befestigungsstruktur (101) zum Aufnehmen eines optoelektronischen Bauelements (200). Die Buchse (140) und die Befestigungsstruktur (101) sind so ausgelegt, daß das optische Übertragungsmedium (150) und das optoelektronische Bauelement (200) nach der Aufnahme durch die Hülsenvorrichtung (110) verbunden werden. Die Hülsenvorrichtung (110) kann dann sicher an einer Leiterplatte befestigt werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsstruktur ein Aufnahmeschlitz, in den das optoelektronische Bauelement eingesetzt werden kann. Bei noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt der Aufnahmeschlitz eine Stützplatte, die das optoelektronische Bauelement abstützt und mit diesem thermisch gekoppelt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen optoelektronische Bauelemente und insbesondere das Kapseln von optoelektronischen Bauelementen.

HINTERGRUND

Die meisten Computer- und Datenübertragungsnetzwerke beruhen heute auf einer Kupferverdrahtung, um Daten zwischen Knoten in dem Netzwerk zu übertragen. Da die über den Kupferdraht übertragenen Daten und die innerhalb der Knoten verarbeiteten Daten beide in Form von elektrischen Signalen dargestellt werden, ist die Übertragung von Daten an der Knoten-Kupferdraht-Schnittstelle problemlos. Außer vielleicht Pegelumsetzungen und einer Signalverstärkung ist keine andere Signalverarbeitung für Daten erforderlich, die über den Kupferdraht übertragen werden, damit sie durch den Knoten decodiert werden. Der Nachteil bei der Verwendung eines Kupferdrahts ist seine relativ niedrige Bandbreite. Die Fähigkeit von Kupfer, Daten zu übertragen, ist im Vergleich zu anderen Medien wie z. B. einer Faseroptik signifikant begrenzt. Folglich verwenden viele der Computer- und Datenübertragungsnetzwerke, die heute aufgebaut werden, einschließlich des Internets, eine faseroptische Verkabelung anstelle eines Kupferdrahts.
Bei der faseroptischen Verkabelung werden Daten unter Verwendung von Lichtsignalen anstatt elektrischen Signalen übertragen. Eine logische Eins kann beispielsweise durch einen Lichtimpuls mit einer speziellen Dauer dargestellt werden und eine logische Null kann durch die Abwesenheit eines Lichtimpulses für dieselbe Dauer dargestellt werden. Außerdem ist es auch möglich, gleichzeitig mehrere Lichtfarben über einen einzelnen Strang einer optischen Faser zu übertragen, wobei jede Lichtfarbe einen anderen Datenstrom darstellt. Da Licht in einer Faser weniger gedämpft wird als Elektronen, die sich durch Kupfer bewegen, und mehrere Datenströme gleichzeitig übertragen werden können, ist die Bandbreite einer optischen Faser signifikant größer als von Kupfer.
Obwohl sich die faseroptische Datenübertragung als sehr effizient erwiesen hat, wurden wesentliche Probleme angetroffen, wenn diese Lichtsignale zum Verarbeiten von Daten angewendet wurden. Übertragene Daten werden typischerweise an verschiedenen Speicherstellen gespeichert, bevor, während und nachdem sie von einem Computer verarbeitet werden. Da derzeit kein effizientes Verfahren zum "Speichern" dieser Licht-Datenpakete besteht, verwenden Netzwerke für die absehbare Zukunft wahrscheinlich weiterhin eine Faseroptik zum Übertragen von Daten zwischen Knoten und Siliziumchips zum Verarbeiten der Daten innerhalb der Knoten. Das Aufbauen solcher Netzwerke erfordert optoelektronische Sendeempfänger, die optische Übertragungsvorrichtungen mit elektronischen Rechenvorrichtungen über Bauelemente verbinden, die optische Signale in elektronische Signale umsetzen und umgekehrt.
Idealerweise sollten solche optoelektronischen Sendeempfänger sichere und zuverlässige Verbindungen zwischen den verschiedenen Bauelementen vorsehen und sollten eine kompakte Größe aufweisen. Sichere Verbindungen stellen sicher, daß sich die einzelnen Bauelemente nicht trennen und daher einen Ausfall im optoelektronischen Umsetzungsprozeß verursachen. Sendeempfängermodule mit kompakter Größe ermöglichen, daß eine höhere Dichte von optischen Fasern an einer elektronischen Leiterplatte angebracht wird, wodurch die für das Rechensystem verfügbare Bandbreite erhöht wird.
Eine derzeitige Konstruktion 50 eines optoelektronischen Sendeempfängers ist in Fig. 1 dargestellt. Der Sendeempfänger 50 besteht aus vier Hauptbaugruppen, die durch Stifte 15, die sich durch jede Baugruppe erstrecken, aneinander befestigt sind. Die untere Baugruppe ist typischerweise ein Kunststoffsockel 10, der einen Sockel festlegt, auf dem die optische Baugruppe 20, die elektronische Baugruppe 30 und das Gehäuse 40 montiert werden. Der zusammengesetzte Sendeempfänger 50 ist im allgemeinen durch den Sockel 10 an einer Leiterplatte (nicht dargestellt) befestigt. Überdies sieht der Sockel 10 eine Buchse 16 vor, die zur Gleitaufnahme eines Endverbindungssteckers einer faseroptischen Übertragungsleitung (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Wenn der Endverbindungsstecker der faseroptischen Leitung in der Buchse 16 des Sockels 10 aufgenommen wird, werden deren optische Fasern datenübertragungsfähig mit dem optischen Detektor und den Sendern der optischen Baugruppe 20 gekoppelt. Die elektrische Baugruppe 30 enthält einen elektronischen Halbleiterchip, der betriebsfähig mit dem Detektor und den Sendern gekoppelt ist. Das Metallgehäuse 40 sieht einen Schutz für die optische und die elektrische Baugruppe 20, 30 durch Einschließen derselben innerhalb des Verbindungssteckers vor.
Obwohl die Sendeempfängerkonstruktion angemessen eine sichere Verbindung zwischen optischen und elektronischen Bauelementen sicherstellt, ist die Montage ihrer einzelnen Baugruppen mechanisch komplex. Überdies werden die Endverbindungsstecker der faseroptischen Leitungen häufig konstanten Lastkräften ausgesetzt. Über die Zeit ermüden diese Kunststoffgehäuse 10 gewöhnlich und brechen. Ein weiteres Problem, das mit den derzeitigen Anordnungen verbunden ist, besteht darin, daß die optoelektronischen Komponenten innerhalb des Gehäuse 40 gewöhnlich thermisch isoliert sind. Dies ist insofern nachteilig, als die derzeitigen Konstruktionen von optoelektronischen Komponenten häufig große Mengen an Wärme erzeugen. Somit ist eine erhöhte Wärmeableitung erforderlich, um die Lasertemperatur innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten. Schließlich begrenzt die Größe des Sendeempfängers 50 die erreichbare Faserdichte auf Leiterplatten. Derzeitige Faserdichten entlang der Kante von Leiterplatten können beispielsweise nur bis zu ungefähr zwölf (12) Fasern pro 20 mm tragen.
Angesichts des vorangehenden wäre ein einfacher und kompakter optoelektronischer Sendeempfänger, der in der Lage ist, sichere Verbindungen zwischen optischen und elektronischen Bauelementen bereitzustellen, wünschenswert.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf eine kompakte optoelektronische Sendeempfängerbaueinheit gerichtet, die in der Lage ist, optische und elektronische Bauelemente sicher zu verbinden. Der optoelektronische Sendeempfänger umfaßt eine Hülsenvorrichtung mit einer Buchse zum Aufnehmen eines optischen Übertragungsmediums und eine Befestigungsstruktur zum Aufnehmen eines optoelektronischen Bauelements. Die Buchse und die Befestigungsstruktur sind so ausgelegt, daß das optische Übertragungsmedium und das optoelektronische Bauelement bei der Aufnahme des Verbindungssteckers durch die Hülsenvorrichtung verbunden werden. Der Sendeempfänger kann fest an einer Leiterplatte angebracht werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsstruktur ein Aufnahmeschlitz, in den das optoelektronische Bauelement eingesetzt werden kann. Bei noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt der Aufnahmeschlitz eine Stützplatte, die das optoelektronische Bauelement abstützt und mit diesem thermisch gekoppelt ist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung und den zugehörigen Figuren genauer dargestellt, welche anhand eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung erläutern.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung kann zusammen mit weiteren Vorteilen derselben am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verstanden werden, in welchen gilt:
Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Moduls des Standes der Technik in auseinandergezogener Anordnung dar.
Fig. 2 stellt eine perspektivische Vorderansicht eines optoelektronischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in auseinandergezogener Anordnung dar.
Fig. 3 stellt eine perspektivische Hinteransicht des optoelektronischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vor dem Einsetzen einer optischen Verbindungsvorrichtung in eine Buchse des Moduls dar.
Fig. 4 stellt eine perspektivische Vorderansicht des optoelektronischen Moduls von Fig. 1 dar, das zusammengesetzt wurde.
Fig. 5 stellt eine vergrößerte Vorderseitenansicht des optoelektronischen Moduls im Querschnitt im wesentlichen entlang einer vertikalen Ebene der Linie 5-5 in Fig. 4 dar.
Fig. 6 stellt eine vergrößerte Vorderseitenansicht des optoelektronischen Moduls im Querschnitt im wesentlichen entlang einer vertikalen Ebene der Linie 6-6 in Fig. 4 dar.
Fig. 7 ist eine Vorderseitenansicht des optoelektronischen Moduls von Fig. 6 im Querschnitt mit einem optoelektronischen Bauelement und einer optischen Verbindungsvorrichtung, die an diesem befestigt ist.
Fig. 8 stellt eine perspektivische Vorderansicht einer optoelektronischen Baueinheit dar, die mit einer Leiterplatte verbunden ist.
Fig. 9 stellt eine perspektivische Vorderansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des optoelektronischen Moduls von Fig. 2 dar.
Fig. 10 stellt eine Vorderseitenansicht des optoelektronischen Moduls im Querschnitt im wesentlichen entlang einer vertikalen Ebene der Linie 10-10 in Fig. 9 dar.
Fig. 11 stellt eine perspektivische Vorderansicht noch eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Moduls dar.
Fig. 12 stellt eine Vorderseitenansicht des optoelektronischen Moduls im Querschnitt im wesentlichen entlang einer vertikalen Ebene der Linie 12-12 in Fig. 11 dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben, welche in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind, im einzelnen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für einen Fachmann ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Prozeßschritte nicht im einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig unklar zu machen.
Mit Bezug auf Fig. 2, 7 und 8 richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine optoelektronische Sendeempfängerbaueinheit, die allgemein mit 100 bezeichnet ist und die betriebsfähig und sicher eine optische Übertragungsvorrichtung 150 (vorzugsweise eine Endverbindungsvorrichtung einer optischen Übertragungsleitung 155) mit einem optoelektronischen Bauelement 200 verbindet. Insbesondere richtet die Sendeempfängerbaueinheit 100 ferne Spitzen 151 einer faseroptischen Leitung 155 betriebsfähig auf einen optischen Empfänger oder ein optisches Modul 220 des optoelektronischen Bauelements 200 aus und verbindet sie mit diesem. Kurz gesagt, umfaßt die Sendeempfängerbaueinheit 100 eine relativ starre Hülsenvorrichtung, die allgemein mit 110 bezeichnet ist und eine Befestigungsstruktur 101 aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Hülsenvorrichtung starr an dem optoelektronischen Bauelement 200 in einer Weise zu montieren, die im wesentlichen eine relative Bewegung zwischen diesen verhindert. Vorzugsweise findet diese Montage an dem starren Halbleitergehäuse 210 des optoelektronischen Bauelements 200 statt. Die Hülsenvorrichtung 110 legt ferner eine Buchse 140 fest, die zum Ausrichten der Aufnahme der optischen Übertragungsverbindungsvorrichtung 150 darin zur optischen Kopplung mit dem optoelektronischen Bauelement 200 bemessen ist. Montagefüße 130 wirken mit der Hülsenvorrichtung 110 zusammen, um die Hülsenvorrichtung und das optoelektronische Bauelement 200 an dem Substrat 800 als Einheit zu montieren.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine Sendeempfängerbaueinheit bereit, die die Montageintegrität der Sendeempfängerbaueinheit an dem Substrat wesentlich steigert. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, wird dies hauptsächlich durch starres Montieren des Halbleitergehäuses des optoelektronischen Bauelements an der starren Hülsenvorrichtung und dann Montieren beider Komponenten an dem Substrat als Einheit durchgeführt. Folglich reagieren die Hülsenvorrichtung und das optoelektronische Bauelement strukturell als einzelne, einteilige Einheit, so daß die auf die Sendeempfängerbaueinheit durch die optischen Übertragungsvorrichtungen aufgebrachten Lasten leicht aufgenommen und auf das Substrat übertragen werden.
Wie in Fig. 2 und 3 am besten dargestellt, besteht die relativ starre Hülsenvorrichtung 110 aus einer metallischen, dünnen, schalenförmigen Struktur, die zum Aufnehmen von sowohl dem optoelektronischen Bauelement 200 als auch der Verbindungsvorrichtung 150 ausgelegt ist. Die Hülsenvorrichtung 110 weist im allgemeinen eine rechteckige Form auf und umfaßt eine untere Stützplatte 120, ein entgegengesetztes Paar von aufrecht stehenden Seitenwänden 115 und eine obere Stützplatte 122. An einem Ende der Vorrichtung 110 befindet sich eine Öffnung 145 in die Buchse 140, die für eine Gleitaufnahme einer Querschnittsabmessung der Verbindungsvorrichtung 150 darin ausgebildet und bemessen ist. Dieser bündige Gleitsitz ermöglicht, daß die Verbindungsvorrichtung 150 innerhalb der Buchse 140 befestigt wird (siehe Fig. 3 und 7), und sieht eine korrekte optische Ausrichtung zwischen den optischen Komponenten während der Verbindung vor. Kurz gesagt, umfaßt die optische Verbindungsvorrichtung 150 die faseroptische Leitung 155 mit fernen Spitzenteilen 151, die durch die Verbindungsvorrichtung 150 gefädelt sind. Wenn die Verbindungsvorrichtung 150 in die Buchse 140 der Hülsenvorrichtung 110 eingesetzt wird, wird die Verbindungsvorrichtung ausgerichtet, um die fernen Spitzenteile 151 der optischen Faser 155 in dem optischen Modul 220 des optoelektronischen Bauelements 200 zu positionieren. Es sollte zu erkennen sein, daß die Hülsenvorrichtung 110 aus anderen Materialien als Metall bestehen kann. Im allgemeinen wären verschiedene wärmeleitfähige Materialien auch geeignet.
Ferner wird das optoelektronische Bauelement 200 durch Stapeln des optischen Moduls 220 auf das Halbleitergehäuse 210 ausgebildet. Diese Bauelemente weisen genormte Formfaktoren auf, wie z. B. kleine Gehäuse (SOP), kleine Schrumpfgehäuse (SSOP), ein dünnes kleines Gehäuse (TSOP), Anschlußstiftmatrizes (PGA) und verschiedene Schichtchipmaßstabsgehäuse. Elektrische Kontakte, die auf dem Halbleiterchip innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind, verbinden den Chip mit dem optischen Modul.
Chipmaßstabsgehäuse können Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine umfassen. Lötkugeln können verwendet werden, um die elektrischen Kontakte der Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine mit den Kontakten auf einem elektrischen Substrat zu verbinden.
Um das optoelektronische Bauelement 200 an der Hülsenvorrichtung 110 zu befestigen und abzustützen, ist, wie vorstehend angegeben, eine Befestigungsstruktur 101 eingeschlossen. Wie in Fig. 2 und 4-6 gezeigt, umfaßt diese Befestigungsstruktur einen Aufnahmeschlitz 135 in jeder Seitenwand 115, der sich von einem entgegengesetzten Ende der Hülsenvorrichtung nach innen erstreckt. Die Aufnahmeschlitze 135 weisen vorzugsweise eine rechteckige Form auf und sind für eine Gleitaufnahme des Halbleitergehäuses 210 des Moduls darin ausgebildet. Jeder Schlitz 135 ist durch einen nach unten gewandten Absatzteil 125 jeder Seitenwand 115 und eine nach oben gewandte Oberfläche 116 der Stützplatte 120 festgelegt. Wie in Fig. 4 und 5 zu sehen ist, erstrecken sich die Absatzteile 125 der Seitenwände 115 im wesentlichen benachbart und parallel zur oberen Oberfläche 222 des Halbleitergehäuses 210. Die Absatzteile 125 dienen zum Halten des optoelektronischen Bauelements 200 in einer flachen Orientierung bezüglich der Stützplatte 120. Wenn das optoelektronische Bauelement 200 in den Schlitz 135 eingesetzt wird, wird das Halbleitergehäuse 210 folglich durch den Stützkontakt der oberen Oberfläche 222 des Halbleitergehäuses mit den Absatzteilen 125 der Seitenwände 115 und der unteren Oberfläche 223 des Halbleitergehäuses mit der nach oben gewandten Oberfläche 116 der Stützplatte 120 vertikal festgeklemmt.
Zusätzlich zum Reibungssitz des Halbleitergehäuses in den Aufnahmeschlitzen der Hülsenseitenwände kann die Befestigungsstruktur ferner ein Klebematerial umfassen, das an diesen Kontaktpunkten aufgebracht wird. Beispiele von geeigneten Klebstoffen umfassen Lötmittel und Epoxy. Alternativ kann eine beliebige herkömmliche Befestigungsvorrichtung angewendet werden.
Durch die relativ starre Montage des optoelektronischen Bauelements 200 an der Hülsenvorrichtung 110 wird die gesamte strukturelle Integrität der Sendeempfängerbaueinheit 100 signifikant verstärkt. Folglich reagiert diese Baueinheit physikalisch im wesentlichen als einteilige Komponente, wenn sie durch das optische Sendeempfängerbauelement Lasten ausgesetzt wird. Dies ist vorteilhaft, da die Ausrichtung zwischen der optischen Verbindungsvorrichtung 150 und dem optischen Modul 220 besser aufrechterhalten werden kann.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann eine vordere Platte 105 von der Hülsenvorrichtung 110 entfernt werden, um einen ausreichenden Raum für das optoelektronische Bauelement 200 vorzusehen, das in den Schlitz 135 eingesetzt werden soll, da das optische Modul 220, das sich von der oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses 210 erstreckt, die vordere Platte 105 berühren würde. Die vordere Platte 105 kann dann wieder an der Hülsenvorrichtung 110 befestigt werden, nachdem das optoelektronische Bauelement 200 eingesetzt wurde. Bei alternativen Ausführungsbeispielen muß nur ein Teil der vorderen Platte, der ausreicht, um zu ermöglichen, daß das optische Modul durch die vordere Platte der Hülsenvorrichtung hindurchgeht, entfernt oder vollkommen ausgeschlossen werden.
Um die strukturelle Integrität der Sendeempfängerbaueinheit 100 weiter zu steigern, werden sowohl die Hülsenvorrichtung 110 als auch das optoelektronische Bauelement 200 an der PCB 800 befestigt (Fig. 8). Dies wird durch Vorsehen einer Vielzahl von Montagevorsprüngen oder -füßen 130 an beiden Seiten der Basis der Hülsenvorrichtung 110, die ähnlich Kontaktanschlüssen an die PCB gelötet werden können, durchgeführt. Während die elektrischen Kontaktanschlüsse 215 des optoelektronischen Bauelements 200 mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen oder Schaltungen der PCB 800 verbunden werden, dienen die Montagefüße 130 somit zum Vorsehen zusätzlicher Festigkeit für die Verbindung des optoelektronischen Bauelements 200 mit der Leiterplatte. Die Festigkeit der Verbindung mit der PCB wird somit wesentlich verbessert. Diese Hülsenvorrichtung 110 ist in der Lage, solchen Kräften bis zu ungefähr zehn (10) Newton standzuhalten.
Folglich eignet sich die Sendeempfängerbaueinheit der vorliegenden Erfindung besonders für "Kantensende"- Anwendungen. Da die Gesamtmontagefläche der Sendeempfängerbaueinheit 100 verringert werden kann, kann die Faserdichte entlang der Kante einer PCB 800 erhöht werden. Diese Hülsenvorrichtung ermöglicht beispielsweise eine Faserdichte von ungefähr 12 Fasern pro 8-10 mm. Es sollte von üblichen Fachleuten erkannt werden, daß die erreichbaren Faserdichten zunehmen, wenn die Halbleiter- und optischen Technologien fortschreiten und die Komponentengrößen miniaturisieren.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die starre Montage des Metallgehäuses der Hülsenvorrichtung 110 an dem optoelektronischen Bauelement 200 ebenso wesentliche thermische und EMI-Abschirm-Vorteile auf. Insbesondere kann durch thermisches Koppeln der Hülsenvorrichtung 110 mit dem Halbleitergehäuse 210 Wärme durch die freiliegenden Oberflächen der Hülsenvorrichtung abgeleitet werden.
Fig. 5 stellt kurz die internen Komponenten des optoelektronischen Bauelements 200 dar, die innerhalb eines Kunststoffmaterials 224 wie beispielsweise Epoxy verkappt sind. Diese internen Komponenten umfassen einen Halbleiterchip 230, der auf einer Chipanschlußkontaktstelle 250 liegt. Ein Wärmeableiter 240 ist thermisch an der unteren Oberfläche der Chipanschlußkontaktstelle 250 derart befestigt, daß die untere Oberfläche des Wärmeableiters 240 durch das Kunststoffmaterial an der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses 210 freiliegt. Jede der Bondkontaktstellen (nicht dargestellt) auf dem Halbleiterchip 230 ist mit einem jeweiligen elektrischen Kontaktanschluß 215 über Verbindungsdrähte 213 elektrisch verbunden. Das optische Modul 220 ist mit dem Halbleiterchip 230 durch elektrische Wege 260 verbunden. Die elektrischen Wege 260 können beispielsweise Lötkugeln sein. Typischerweise umfaßt das optische Modul optische Detektoren und Sender, die ermöglichen, daß das optoelektronische Bauelement 200 als Sendeempfänger dient.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die nach oben gewandte Oberfläche 116 der Stützplatte 120 so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen benachbart zur freiliegenden unteren Oberfläche des Wärmeableiters 240 erstreckt. Die Orientierung des Wärmeableiters 240 ermöglicht eine thermische Kopplung mit der Hülsenvorrichtung 110 über die Stützplatte 120. Durch thermisches Verbinden und Montieren dieser benachbarten Komponenten kann die vom Halbleitergehäuse erzeugte Wärme durch den Wärmeableiter und in die Hülsenvorrichtung 110 geleitet und übertragen werden. Die Hülsenvorrichtung 110 versieht folglich das optoelektronische Bauelement 200 mit einer wesentlich größeren Fähigkeit, Wärme abzuleiten, aufgrund der großen freiliegenden Oberfläche der Hülse 110 relativ zum Wärmeableiter 240. Überdies wird durch thermisches Bonden der Stützplatte 120 an den Wärmeableiter, das typischerweise durch Lötmittel oder dergleichen vorgesehen wird, eine stärkere Bindung zwischen der Hülsenvorrichtung 110 und dem optoelektronischen Bauelement 200 ausgebildet. Dieser Teil der Befestigungsstruktur 101 verhindert somit im wesentlichen eine relative Parallelverschiebung oder Drehbewegung zwischen diesen. Andere thermische Bondverfahren können jedoch angewendet werden.
Wenn man sich nun Fig. 6 und 7 zuwendet, kann die Sendeempfängerbaueinheit 100 eine Schutztür 152 umfassen, die in die Buchse 140 schwenkt, wenn ein optischer Verbindungsstecker 150 durch die Hohlraumöffnung 145 eingesetzt wird. Eine solche Tür 150 erfüllt die Funktionen des Schutzes des optoelektronischen Bauelements 200 in der Buchse 140 vor der Umgebung, wenn es nicht verwendet wird.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein herkömmlicher Riegel oder Pflock 280 vorgesehen sein, der in das Innere der Buchse 140 ragt, um die Verbindungsvorrichtung 150 in der Hülsenvorrichtung 110 zu verriegeln. Bei noch zusätzlichen alternativen Ausführungsbeispielen der Sendeempfängerbaueinheit 100 kann ein flüssiges Füllmaterial in die Buchse 140 eingespritzt werden, um die restlichen Hohlräume zwischen der optischen Faser 155, der Verbindungsvorrichtung 150 und dem optoelektronischen Bauelement 200 auszufüllen. Das verfestigte Füllmaterial haftet an Oberflächen, mit denen es in Kontakt steht, wodurch Festigkeit zu den optoelektronischen Verbindungen hinzugefügt wird.
Fig. 9 stellt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Hülsenvorrichtung 910 dar. Dieses Ausführungsbeispiel der Hülsenvorrichtung 910 befestigt auch sowohl ein optoelektronisches Bauelement 1000 als auch eine Verbindungsvorrichtung, so daß eine optische Faser mit dem optoelektronischen Bauelement 1000 verbunden werden kann. Das Halbleitergehäuse 1100 des optoelektronischen Bauelements 1000 ist ein Gehäuse vom Typ Kugelrastermatrix (BGA), d. h. ein Schicht-BGA-Gehäuse. Da sich die elektrischen Kontakte 1150 von Lötkontakthügeln auf der unteren Oberfläche des Gehäuses 1100 befinden, befestigt die Hülsenvorrichtung 910 das optoelektronische Bauelement 1000 durch die Verbindung zwischen den Seitenwänden 915 der Hülsenvorrichtung 910 und den Seitenflächen des Halbleitergehäuses 1100. Um das optoelektronische Bauelement 1000 aufzunehmen, wird eine Öffnung in der unteren Oberfläche der Hülsenvorrichtung 910 erzeugt und das Bauelement 1000 wird dann in die Öffnung eingesetzt. Ein Klebematerial wird zwischen den Seitenwänden 915 und dem Gehäuse 1100 aufgebracht, um das Gehäuse 1100 zu befestigen. Für die Erläuterungszwecke zum Zeigen des optoelektronischen Bauelements 1000 innerhalb der Hülsenvorrichtung 910 wurde eine vordere Platte 905 von der Hülsenvorrichtung 910 entfernt. Es wird angemerkt, daß die vordere Platte 905 von der Hülsenvorrichtung nicht entfernt werden muß, um das optoelektronische Bauelement 1000 in die Hülsenvorrichtung 910 einzusetzen.
Um die Hülsenvorrichtung 910 und das optoelektronische Bauelement 1000 mit einer Leiterplatte zu verbinden, werden die Montagefüße 930 der Hülsenvorrichtung 910 an der Platte befestigt und die Kontakte 1150 der Lötkontakthügel werden mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen der Platte verbunden. Die Montagefüße 930 können an der Platte mit Lötmaterial oder irgendeinem geeigneten Klebematerial befestigt werden.
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der Hülsenvorrichtung von Fig. 9 entlang der vertikalen Ebene der Linie 10-10, die den Kontakt zwischen den Seitenwänden 915 und den Seitenflächen des Halbleitergehäuses 1100 darstellt. Es sollte von üblichen Fachleuten erkannt werden, daß die Hülsenvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen durch Ausbilden einer Bindung mit den Bauelementen befestigt kann, so daß sie stabil innerhalb der Hülsenvorrichtung befestigt werden.
Fig. 11 und 12 stellen noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, bei dem eine Hülsenvorrichtung 1100 ein optoelektronisches Bauelement 1102 befestigt, wobei das Halbleitergehäuse des optoelektronischen Bauelements 1102 ein Halbleitergehäuse 1104 mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das optoelektronische Bauelement durch die Verbindung zwischen Absatzteilen 1103 der Hülsenvorrichtung 1100 und dem Halbleitergehäuse 1104 befestigt. Innerhalb des Verkappungsmaterials 1105 des Halbleitergehäuses 1104 mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine befindet sich ein Chip 1106, der von einer Metall-Chipanschlußkontaktstelle 1108 getragen wird, und Kontaktstellen 1110, die mit dem Chip 1106 verbunden sind. Die Kontaktstellen 1110 liegen durch die untere Oberfläche des Verkappungsmaterials 1105 frei und ermöglichen, daß der Chip 1106 mit einem elektronischen Substrat verbunden wird. Die Chipanschlußkontaktstelle 1108 liegt auch durch die untere Oberfläche des Verkappungsmaterials 1105 derart frei, daß bei der Montage der Sendeempfängerbaueinheit an einem elektronischen Substrat die Chipanschlußkontaktstelle 1108 mit dem Substrat in Kontakt kommt. Die Chipanschlußkontaktstelle 1108 sieht dadurch einen thermischen Weg zur Übertragung von Wärme vom optoelektronischen Bauelement zum Substrat vor.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Sendeempfängerbaueinheit weist die Hülsenvorrichtung 1100 abgewinkelte Montagefüße 1112 auf, die sich ungefähr auf die gleiche Höhe abwärts erstrecken wie die untere Oberfläche des Halbleitergehäuses 1104. Diese Montagefüße 1112 ermöglichen, daß die Sendeempfängerbaueinheit mit einem Profil montiert wird, das ausreichend niedrig ist, um zu ermöglichen, daß die Chipanschlußkontaktstelle 1108 mit einem Substrat in Kontakt steht. Wie zu erkennen ist, kann das Gehäuse mit einem Leiterrahmen ohne Anschlußbeine auch verschiedene Arten von Chipmaßstabsgehäusen sein.
Obwohl diese Erfindung hinsichtlich mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, bestehen Änderungen, Vertauschungen und Äquivalente, die innerhalb den Schutzbereich dieser Erfindung fallen. Es sollte auch beachtet werden, daß es viele alternative Weisen zum Implementieren der Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung gibt. Es ist daher vorgesehen, daß die folgenden beigefügten Ansprüche so interpretiert werden, daß sie alle solchen Änderungen, Vertauschungen und Äquivalente, die innerhalb den wahren Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen, einschließen.

Claims

1. Auf einem Substrat montierte Baueinheit eines optoelektronischen Sendeempfängers zum optischen Verbinden einer optischen Übertragungsvorrichtung mit einem optoelektronischen Empfänger eines Halbleitergehäuses, wobei die Sendeempfängerbaueinheit folgendes umfaßt:
eine relativ starre Hülsenvorrichtung mit einer Befestigungsstruktur, die dazu ausgelegt ist, eine starre Befestigung an dem Halbleitergehäuse in einer Weise vorzusehen, die im wesentlichen eine relativ Bewegung zwischen diesen verhindert, wobei die Hülsenvorrichtung eine Buchse festlegt, die zum Ausrichten der Aufnahme der optischen Übertragungsvorrichtung darin zum optischen Koppeln mit dem optoelektronischen Empfänger bemessen ist; und
eine Vielzahl von Befestigungselementen, die mit der Hülsenvorrichtung zusammenwirken, um die Hülsenvorrichtung und das Halbleitergehäuse an dem Substrat als Einheit zu montieren.

2. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 1, wobei die Befestigungsstruktur eine Stützplatte mit einer oberen Oberfläche umfaßt, die starr mit einer unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses für eine Abstützung auf dieser gekoppelt ist.

3. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 2, wobei die Hülsenvorrichtung eine Seitenwand umfaßt, die sich nach oben auf die Stützplatte stützt, wobei die Seitenwand und die obere Oberfläche der Stützplatte zusammenwirken, um einen Aufnahmeschlitz festzulegen, der zum Aufnehmen des Halbleitergehäuses darin ausgebildet und bemessen ist, um die obere Oberfläche der Stützplatte unter der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses zu positionieren.

4. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 3, wobei die Seitenwand ferner einen Absatzteil umfaßt, der einen oberen Teil des Aufnahmeschlitzes festlegt und im wesentlichen benachbart zu einer oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses orientiert ist, wenn das Gehäuse in dem Aufnahmeschlitz positioniert ist.

5. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 2, wobei die Hülsenvorrichtung ein Paar von entgegengesetzten Seitenwänden umfaßt, die sich jeweils nach oben auf entgegengesetzte Seiten der Stützplatte stützen, wobei jede Seitenwand einen jeweiligen Aufnahmeschlitz festlegt, der zum Aufnehmen des Halbleitergehäuses darin ausgebildet und bemessen ist, um die obere Oberfläche der Stützplatte unter der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses zu positionieren.

6. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 5, wobei jede Seitenwand ferner einen jeweiligen Absatzteil umfaßt, der einen oberen Teil des entsprechenden Aufnahmeschlitzes festlegt, wobei jeder jeweilige Absatzteil im wesentlichen benachbart zu einer oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses orientiert ist, wenn das Gehäuse in den Aufnahmeschlitzen positioniert ist.

7. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 6, wobei die Befestigungsstruktur ferner einen Klebstoff umfaßt, der die jeweiligen Absatzteile an der oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses befestigt.

8. Sendeempfängerbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülsenvorrichtung aus einem leitenden Material besteht und thermisch mit dem Halbleitergehäuse in einer Weise gekoppelt ist, die während des Betriebs des Halbleitergehäuses Wärme durch die Hülsenvorrichtung ableitet.

9. Sendeempfängerbaueinheit nach einem der Ansprüche 2- 10, wobei die Befestigungsstruktur ferner ein Klebelötmittel zwischen der oberen Oberfläche der Stützplatte und der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses für die thermische Kopplung zwischen diesen umfaßt.

10. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 1, wobei die Befestigungsstruktur einen Absatzteil umfaßt, der im wesentlichen benachbart zu einer oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses orientiert ist, wenn das Halbleitergehäuse an der Befestigungsstruktur montiert ist.

11. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 10, wobei das Halbleitergehäuse ein Chipmaßstabgehäuse ist, wobei das Chipmaßstabsgehäuse eine Chipanschlußkontaktstelle aufweist, die auf einer unteren Oberfläche des Chipmaßstabsgehäuses freiliegt, wobei beim Montieren der optoelektronischen Sendeempfängerbaueinheit an dem Substrat die Chipanschlußkontaktstelle mit dem Substrat thermisch gekoppelt wird.

12. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 10, wobei das Halbleitergehäuse ein Kugelrastermatrix-Gehäuse ist.

13. Optoelektronische Sendeempfängerbaueinheit zum optischen Verbinden einer optischen Übertragungsvorrichtung mit einem optoelektronischen Empfänger eines Halbleitergehäuses, wobei die Sendeempfängerbaueinheit folgendes umfaßt:
eine relativ starre Hülsenvorrichtung, die eine Buchse festlegt, die zum Ausrichten der Aufnahme der optischen Übertragungsvorrichtung darin für die optische Kopplung mit dem optoelektronischen Empfänger bemessen ist, wobei die Hülsenvorrichtung eine untere Stützplatte und ein Paar von entgegengesetzten Seitenwänden aufweist, die sich jeweils nach oben auf entgegengesetzte Seiten der Stützplatte stützen, wobei jede Seitenwand einen jeweiligen Aufnahmeschlitz festlegt, der zur Aufnahme des Halbleitergehäuses darin ausgebildet und bemessen ist, um die obere Oberfläche der Stützplatte unter der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses zu positionieren; und
eine Befestigungsstruktur, die die Stützplatte starr mit einer unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses für eine Abstützung auf dieser koppelt.

14. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 13, wobei jede Seitenwand ferner einen jeweiligen Absatzteil umfaßt, der einen oberen Teil des entsprechenden Aufnahmeschlitzes festlegt, wobei jeder jeweilige Absatzteil im wesentlichen benachbart zu einer oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses orientiert ist, wenn das Gehäuse in den Aufnahmeschlitzen positioniert ist.

15. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 14, wobei die Befestigungsstruktur ferner einen Klebstoff umfaßt, der die jeweiligen Absatzteile an der oberen Oberfläche des Halbleitergehäuses befestigt.

16. Sendeempfängerbaueinheit nach einem der Ansprüche 13- 15, wobei die Hülsenvorrichtung aus einem leitenden Material besteht und thermisch mit dem Halbleitergehäuse in einer Weise gekoppelt ist, die während des Betriebs des Halbleitergehäuses Wärme durch die Hülsenvorrichtung ableitet.

17. Sendeempfängerbaueinheit nach Anspruch 16, wobei die thermische Kopplung durch ein Klebelötmittel zwischen der oberen Oberfläche der Stützplatte und der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses vorgesehen ist.

18. Optoelektronisches Verbindungssystem mit:
einem optoelektronischen Bauelement, das folgendes umfaßt
elektrische Kontaktanschlüsse,
ein verkapptes Halbleiterbauelement, das einen Halbleiterchip aufweist, wobei der Halbleiterchip mit den elektrischen Kontaktanschlüssen in elektrischem Kontakt steht; und
ein optisches Bauelement, das an dem verkappten Halbleiterbauelement befestigt ist; und
eine relativ starre Hülsenvorrichtung mit einem Schlitz, der zum Aufnehmen des optoelektronischen Bauelements bemessen ist, wobei der Schlitz dazu ausgelegt ist, das optoelektronische Bauelement derart zu befestigen, daß eine relative Bewegung zwischen der Hülsenvorrichtung und dem optoelektronischen Bauelement im wesentlichen verhindert wird.

19. Verbindungssystem nach Anspruch 18, wobei der Schlitz der Hülsenvorrichtung ferner eine Stützplatte mit einer oberen Oberfläche umfaßt, die fest an einer unteren Oberfläche des verkappten Halbleiterbauelements angebracht ist.

20. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei der Schlitz der Hülsenvorrichtung ferner einen Absatzteil umfaßt, wobei der Absatzteil im wesentlichen benachbart zu einer oberen Oberfläche des verkappten Halbleiterbauelements orientiert ist, wenn das optoelektronische Bauelement in dem Schlitz positioniert ist.

21. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei das optoelektronische Bauelement ferner einen Wärmeableiter umfaßt, der mit der oberen Oberfläche der Stützplatte thermisch gekoppelt ist.

22. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 18-21, wobei die Hülsenvorrichtung ferner Montagefüße umfaßt, wobei die Montagefüße und die elektrischen Kontaktanschlüsse des optoelektronischen Bauelements fest an einer Leiterplatte angebracht sind.

23. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 18-22, wobei die Hülsenvorrichtung ferner eine Buchse umfaßt.

24. Verbindungssystem nach Anspruch 23, welches ferner folgendes umfaßt:
eine Verbindungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine optische Faser ortsfest abzustützen, wobei die Verbindungsvorrichtung innerhalb die Buchse der Hülsenvorrichtung derart eingesetzt ist, daß die optische Faser mit dem optischen Bauelement optisch verbunden ist.

25. Verbindungssystem nach Anspruch 24, welches ferner ein Füllmaterial umfaßt, das den restlichen Raum innerhalb der Buchse füllt, nachdem die Verbindungsvorrichtung und die optische Faser in die Buchse eingesetzt wurden.