DE10227544B4 - Vorrichtung zur optischen Datenübertragung - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur optischen Datenübertragung mit:
– mindestens einem elektronischen Bauelement (3), das jeweils mit genau zwei opto-elektronischen Bauelementen (21, 22) elektrisch verbundenen ist,
– einem optisch transparenten Träger (1, 1') mit einer ersten Oberfläche (101a), auf der das elektronische Bauelement (3) und die opto-elektronischen Bauelemente (21, 22) angeordnet sind, wobei eine Lichtein- kopplung in die opto-elektronischen Bauelemente (21, 22) und eine Lichtauskopplung aus den opto-elektronischen Bauelementen (21, 22) durch den Träger (1, 1') hindurch erfolgt, und
– einem mit dem Träger (1, 1') verbundenen Rahmen (4, 4', 4''), über den die auf dem Träger (1, 1') angeordneten Bauelemente (21, 22, 3) elektrisch kontaktiert sind, wobei
– eines der opto-elektronischen Bauelemente (21, 22) einen optischen Dateneingang (A) und eines der optoelektronischen Bauelemente (21, 22) einen optischen Datenausgang (B) der Vorrichtung bereitstellt,
– das einen Dateneingang (A) bereitstellende optoelektronische Bauelement (22) eine Wandlung der optischen Eingangssignale in...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung. Sie betrifft insbesondere Vorrichtungen mit elektronischen und opto-elektronischen Bauelementen, die zur Übertragung von Daten zusammenwirken.
  • Es sind Anordnungen bekannt, bei denen optische und elektronische Bauteile jeweils gesondert gekapselt auf einem Träger montiert sind, der entweder als metallische Wärmesenke oder als Leiterplatte ausgebildet ist. Die Auskopplung der optischen Pfade aus dem Gehäuse erfolgt durch separate optische Elemente oder Fenster, die über den elektro-optischen Wandlern angeordnet sind.
  • Die US 2001/0022401 A1 beschreibt ein Festkörperbauelement zur Bilderfassung, das auf einem optisch transparenten Träger angeordnet ist, wobei eine Lichteinkopplung in das Festkörperbauelement durch den Träger hindurch erfolgt. Zur elektrischen Kontaktierung des Festkörperbauelements ist ein Rahmen vorgesehen, der ebenfalls mit dem Träger verbunden ist. Die US 2001/0022401 A1 offenbart allein das Erfassen optischer Bilder und deren Umwandlung in elektrische Signale.
  • Die DE 198 12 008 A1 beschreibt eine opto-elektronische Bauelementeanordnung, bei der ein opto-elektronisches Detektorelement in Flip-Chip-Anordnung auf einem transparenten Trägersubstrat angeordnet ist. Das Detektorelement kann dabei mit nachgeordneten Auswerte-Elementen verbunden sein, die ebenfalls auf dem Trägersubstrat angeordnet sein können.
  • Die WO 01/01497 A1 beschreibt die Anordnung eines optoelektronischen Bauelementes auf einem Trägersubstrat.
  • Die DE 100 34 865 A1 beschreibt die Anordnung eines optoelektronischen Bauelementes auf einem transparenten Substrat, bei dem die äußeren elektrischen Anschlüsse durch ein Leadframe gebildet werden.
  • In der US 6,243,508 B1 wird eine opto-elektronische Bauelementeanordnung beschrieben, bei der ein von einer optoelektronischen Bauelementeanordnung empfangener Eingangsdatenstrom an ein außerhalb der Bauelementeanordnung angeordnetes elektronisches Bauelement übertragen wird und ein Ausgangsdatenstrom, der von dem Eingangsdatenstrom unabhängig ist, von einem ebenfalls außerhalb der Bauelementeanordnung angeordneten elektronischen Bauelement an die opto-elektronische Bauelementeanordnung übertragen wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung zu Verfügung zu stellen, die ein erhöhtes Maß an Integration elektrionscher sowie optoelektronischer Bauelemente in einer Gehäuseanordnung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen vorgesehen.
  • Jeweils zwei opto-elektronischen Bauelementen ist somit ein elektronisches Bauelement zugeordnet, für den die optoelektronischen Bauelemente den Dateneingang bzw. Datenausgang bereitstellen. Es liegt somit ein optischer Dateneingang vor, folgt im ersten opto-elektronischen Bauelement eine Umwandlung der optischen Daten in elektrische Daten, werden die elektrischen Daten im elektronischen Bauelement verarbeitet und die verarbeiteten bzw. neue Daten elektrisch vom elektronischen Bauelement ausgegeben, anschließend im zweiten opto-elektronischen Bauelement in optische Daten umgewandelt und optisch ausgegeben.
  • Die Übertragung und Verarbeitung von Daten kann bei einem solchen Aufbau im Vergleich zu einer rein elektrischen Signalübertragung mit einer höheren Übertragungsrate erfolgen. Die opto-elektronischen Wandler führen eine Wandlung von optischen in elektrische Datenströme und umgekehrt in einer Funktion als Eingangsschnittstelle bzw. Ausgangsschnittstelle eines elektronischen Bauelements durch. Aufgrund der Heranführung und dem Weiterleiten der Daten auf optischen Wege liegen können die Anforderungen an die Hochfrequenztauglichkeit der Vorrichtung wesentlich reduziert werden.
  • Die beschriebene Vorrichtung stellt eine kompakte und kapselbare Anordnung für gemeinsam auf einem Träger angeordnete opto-elektronische und elektronische Bauelemente dar. Sie eignet sich insbesondere für neuartige Baugruppen mit elektrischen und optischen Signalpfaden, die in platzsparender und kostengünstiger Weise anordbar sind.
  • Der optisch transparente Träger erfüllt dabei neben seiner Funktion als tragendes Element für die Bauelemente zusätzlich eine Schutz- und Dichtfunktion für das gesamte Package, da er einen großflächigen Abschluss der Vorrichtung bereitstellt. Gleichzeitig stellt der optisch transparente Träger eine Fensterfunktion bereit, so dass eine Licht Ein- und Auskopplung durch den Träger hindurch erfolgen können.
  • Die elektrischen Ein- und Ausgänge werden durch entsprechende Kontakte des Rahmens bereitgestellt. Die Vorrichtung stellt somit für gemeinsam angeordnete opto-elektronische und elektronische Bauelemente sowohl optische als auch elektrische Ein- und Ausgänge bereit.
  • Unter opto-elektronischen Bauelementen werden solche Bauelemente verstanden, die elektromagnetische Strahlung emittieren, wandeln, übertragen und/oder modulieren. Unter elektronischen Bauelementen werden beliebige elektronische Bauelemente außer solchen der Opto-Elektronik verstanden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zur Kontaktierung der auf dem Träger angeordneten Bauelemente erste Kontaktbereiche des Trägers vorgesehen, über die die Bauelemente elektrisch mit dem Träger verbunden sind. Insbesondere handelt es sich um sogenannte Kontaktpads, die auf der Oberseite des Trägers ausgebildet sind und auf die entsprechenden Kontakte der Bauelemente aufgesetzt werden.
  • Der optisch transparente Träger weist des weiteren bevorzugt zweite Kontaktbereiche auf, die mit den ersten Kontaktbereichen des Trägers elektrisch verbunden sind, insbesondere durch auf der Oberfläche des Trägers realisierte Leiterbahnen. Den zweiten Kontaktbereichen des Trägers sind dritte Kontaktbereiche des Rahmens zugeordnet, die mit den zweiten Kontaktbereichen des Trägers in elektrischem Kontakt stehen. Des weiteren sind auf oder in dem Rahmen elektrische Leiterbahnen vorgesehen, die zum einen mit den dritten Kontaktbereichen und zum anderen mit vierten elektrischen Kontaktbereichen des Rahmens verbunden sind, wobei letztere der externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung dienen und beispielsweise aus metallischen Bumps bestehen, über die die Vorrichtung mit einer Leiterplatte verbunden und kontaktiert wird.
  • Eine elektrische Kontaktierung der auf dem optisch transparenten Träger angeordneten Bauelemente erfolgt somit durch elektrische Leiterbahnen auf dem Rahmen und auf dem Träger, wobei eine elektrische Verbindung zum einen zwischen dem Rahmen und dem Träger und zum anderen zwischen dem Träger und auf diesem angeordneten Bauelementen jeweils über an den Enden der Leiterbahnen ausgebildete Kontaktbereiche bereitgestellt wird.
  • Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass eine Kontaktierung der auf dem Träger angeordneten Bauelemente nicht über auf der Oberfläche des Trägers ausgebildete Leiterbahnen erfolgt, sondern beispielsweise mittels Bonddrähten direkt von entsprechenden Kontaktbereichen des Rahmens zu den Bauelementen.
  • Die opto-elektronischen oder elektronischen Bauelemente werden bevorzugt mittels Flip-Chip-Montage auf dem optisch transparenten Träger montiert. Andere Kontaktierungstechniken sind jedoch ebenfalls möglich, etwa Bondverbindungen zwischen den Bauelementen und zugehörigen Kontaktbereichen auf dem Träger.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der Verwirklichung der Datenein- und Ausgänge als optische Ein- und Ausgänge durch den optisch transparenten Träger hindurch die der elektrischen Kontaktierung der Bauelemente dienenden Verbindungen bzw. Leiterbahnen in dem Rahmen und auf der Oberfläche des Trägers keine Hochfrequenzanforderungen erfüllen müssen. Diese dienen lediglich der elektrischen Versorgung der Bauelemente und ggf. der Übertragung von Steuersignalen. Durch diese vereinfachten Anforderungen an die elektrischen Verbindungen ist die Vorrichtung relativ kostengünstig herstellbar.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zumindest in den Bereichen zwischen der ersten Oberfläche des Trägers und der Unterseite der optischen Bauelemente ein gemeinsamer optisch transparenter Verguss, der sowohl der Kapselung der Bauelemente dient als auch den optischen Signalweg zu den optischen Bauelementen schützt und sichert. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen können die Bauelemente auch vollständig mit einem entsprechenden transparenten Verguss umhüllt sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ragt der Rahmen seitlich über den optischen Träger heraus. Dies ermöglicht, eine elektrische Kontaktierung des Rahmens in Bereichen vorzusehen, die seitlich des optisch transparenten Trägers liegen, so dass diese Kontaktierungen das durch den Träger bereitgestellte optische Fenster nicht stören.
  • Bei dem Rahmen handelt es sich in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung um ein Keramikteil mit metallischen Leiterbahnen. Zur externen elektrischen Kontaktierung können metallische Bumps auf dem Rahmen montiert sein, welche über den montierten optischen Träger hervorragen. Auf diese Weise kann von der Unterseite sowohl die elektrische als auch die optische Kontaktierung bzw. Kopplung der Vorrichtung erfolgen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rahmen derart gestuft ist, dass die der ersten Oberfläche des Trägers gegenüberliegende Oberfläche im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie die entsprechende Seite des Rahmens liegt oder gegenüber dieser etwas vor- oder zurückversetzt ist. In den gestuften Rahmen können dabei z.B. die elektrischen Leiterbahnen integriert sein. Ein Beispiel für eine solche Ausgestaltung eines Rahmens stellt ein Kunststoffrahmen mit umspritzten Metallkontakten dar.
  • In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Rahmen aus einem Leadframe, auf den der optische Träger mit dem elektrischen und opto-elektronischen Bauelementen montiert ist. Nach der Montage wird der Leadframe zusammen mit dem optischen Träger und den Bauelementen bevorzugt mit einer Kunststoffmasse derart umhüllt, dass nur noch die Unterseite des optischen Trägers mit den optischen Ein- und/oder Ausgängen freiliegt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der optisch transparente Träger Markierungen aufweist, die der Ausrichtung des Trägers während der Montage dienen. Bei den Markierungen kann es sich beispielsweise um metallische Strukturen handeln, die beispielsweise auf der Oberseite des Trägers aufgebracht sind, so dass sie durch den optisch transparenten Träger hindurch sichtbar sind. Die Strukturen können sowohl für die Montage der optischen Bauelemente als auch für die Montage der fertig montierten Vorrichtung verwendet werden. Alternativ werden die Markierungen durch mechanische Raststrukturen bereitgestellt, die bevorzugt an der Trägerunterseite, d.h. der mit den Bauelementen versehenen Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet sind. Auch können die mechanischen Raststrukturen an den Kanten des Trägers ausgebildet sein. Die Verwendung mechanischer Raststrukturen ermöglicht insbesondere auch eine passive Ausrichtung des Trägers bzw. der fertigmontierten Vorrichtung während der Montage des Trägers oder des Gehäuses.
  • Bevorzugt werden optische Funktionselemente an dem optischen Träger angeordnet oder in diesen integriert. Die optischen Funktionselemente, bei denen es sich beispielsweise um Linsen oder Spiegel handelt, bewirken eine Lichtformung oder Lichtumlenkung der Strahlung der optischen Ein- oder Ausgänge der Vorrichtung.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, an der Oberseite des Gehäuses, d.h. der mit den Bauelemente versehenen Seite des Trägers eine metallische Abdeckung anzuordnen. Diese kann umlaufend ausgebildet und mit dem Rahmen verbunden sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante ist die Metallabdeckung mit einem oder mehreren der Bauelemente mechanisch gekoppelt, insbesondere über eine wärmeleitende Paste oder einen wärmeleitenden Kleber, so dass die metallische Abdeckung als Kühlkörper und zur Abführung der Verlustleistung der Bauelemente dient. Auch kann vorgesehen sein, dass die metallische Abdeckung mit mindestens einem elektrischen Kontakt der Vorrichtung elektrisch verbunden ist, um eine elektrische Abschirmwirkung zu erreichen.
  • Die Anordnung der Bauelemente auf dem Träger ist bevorzugt symmetrisch. Insbesondere ist auf dieser Seite des integrierten Schaltkreises jeweils ein opto-elektronischer Wandler angeordnet.
  • Die opto-elektronischen Bauelemente weisen bevorzugt jeweils ein Array opto-elektronischer Wandler auf, so dass über jedes opto-elektronische Bauelement eine Vielzahl optischer Eingangssignale in elektrische Eingangssignale für den integrierten Schaltkreis und eine Vielzahl elektrischer Ausgangssignale des integrierten Schaltkreises in optische Signalausgänge umgewandelt werden.
  • Bei elektronischen Bauelementen in Form von Switch-Einrichtungen enthält das elektronische Bauteil eine Schaltmatrix, die anhand von Headern der eingehenden Datenströme und Signalisierungsbefehlen bestimmt, wie die eingehenden Daten auf die Datenausgänge verteilt werden. Ein solcher Switch wird in an sich bekannter Weise insbesondere in Telekommunikationsnetzen eingesetzt.
  • In einer Ausgestaltung weist das opto-elektronische Bauelement jeweils opto-elektronische Subkomponenten mit opto-elektronischen Wandlern auf. Diese Subkomponenten bilden dann jeweils gemeinsam den optischen Dateneingang bzw. optischen Datenausgang.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert: Es zeigen:
  • 1 – einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektronischen Bauelementen;
  • 2 – die Vorrichtung der 1 in Untenansicht;
  • 3 – einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektronischen Bauelementen, bei der der Rahmen der Vorrichtung durch einen Kunststoffrahmen mit Metallkontakten gebildet ist;
  • 4 – einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektronischen Bauelementen entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 3, wobei in den Träger mechanische Raststrukturen und optische Funktionselemente integriert sind;
  • 5 – einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektronischen Bauelementen, wobei eine Lichtein- und Auskopplung von bzw. nach oben erfolgt und statt eines Deckels ein Verguss mit einer lichtundurchlässigen Vergussmasse vorgesehen ist und
  • 6 – einen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektronischen Bauelementen, wobei der Rahmen als Leadframe ausgebildet ist und die Vorrichtung mit einer lichtundurchlässigen Vergussmasse umhüllt ist.
  • Die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist als wesentliche Elemente einen optisch transparenten Träger 1, zwei opto-elektronische Bauelemente 21, 22, ein elektronisches Bauelement 3, einen Rahmen 4 und einen metallischen Deckel 5 auf. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine neue Anordnung dieser für sich genommen bekannten Elemente aus.
  • Der optisch transparente Träger besteht aus einem für die verwendeten Lichtwellenlängen transparenten Material, beipielsweise aus Glas, Silizium oder auch Kunststoff. Die opto-elektronischen Bauelemente 21, 22 und das elektronische Bauelement 23 sind auf der gleichen, inneren Oberfläche 101a des Trägers 1 angeordnet. Eine Lichtein- bzw. Auskopplung in bzw. aus den opto-elektronischen Bauelementen 21, 22 erfolgt durch den Träger 1 und damit durch die äußere, zu der inneren Oberfläche 101a parallele Oberfläche 101b hindurch.
  • Beispielsweise werden optische Eingangssignale in Richtung A durch den Träger 1 hindurch in das opto-elektronische Bauelement 22 eingekoppelt und in Richtung B aus dem optoelektronischen Bauelement 21 jeweils senkrecht zur Oberfläche des Trägers 1 ausgekoppelt.
  • Die opto-elektronischen Bauelemente 21, 22 sind, wie in 2 ersichtlich, als Array opto-elektronischer Wandler ausgebildet, so dass sie eine Vielzahl optischer Eingangssignale in elektrische Signale bzw. eine Vielzahl von elektrischen Signalen in optische Ausgangssignale umwandeln.
  • Bei dem elektronischen Bauelement handelt es sich um einen Mikroprozessor, einen Memory-Chip oder einen in der Telekommunikation verwendeten Switch mit einem integrierten Koppelfeld. Es wird ein elektronischer Baustein eingesetzt, der eingehende Daten bearbeitet und die bearbeiteten und/oder neue Daten ausgibt.
  • Optisch moduliert vorliegenden Eingangsdaten werden durch das opto-elekronische Bauelement 22 in elektrisch modulierte Daten für das elektronische Bauelement 3 umgewandelt und die Ausgangsdaten des elektronischen Bauelements 3 durch den opto-elektronischen Wandler 21 wieder in optisch modulierte Signale umgewandelt, so dass der Datenein- und -ausgang der Vorrichtung vollständig optisch erfolgt. Die ein- und ausgehenden Daten können dabei sowohl Daten eines Programms oder einer Datei als auch Signalisierungs- oder Steuerdaten sein, die den internen Ablauf des elektronischen Bauelements steuern. Dabei kann in einer alternativen Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen sein, speziell für die Steuerdaten weitere opto-elektronische Bauelemente vorzusehen.
  • Wie insbesondere der 2 entnommen werden kann, befinden sich auf der Oberfläche 101 des optisch transparenten Trägers eine Vielzahl von Leiterbahnen 102, 103. Einige diese Leiterbahnen 102 verbinden erste elektrische Kontaktbereiche 104 des Trägers 1 mit zweiten elektrischen Kontaktbereichen 105 des Trägers, andere dieser Leiterbahnen 103 verbinden die ersten elektrischen Kontaktbereiche 104 untereinander. Bei den ersten optischen Kontaktbereichen 104 handelt es sich um Kontaktpads, die der Kontaktierung und elektrischen Verbindung der opto-elektronischen Bauelemente 21, 22 sowie des elektronischen Bauelementes 3 mit dem Träger 1 dienen. Die Bauelemente 3, 21, 22 sind dabei in Flip-Chip-Montage auf dem Träger 1 montiert, so dass keine Bondverbindungen zwischen den Kontakten der Bauelemente 3, 21, 22 und den Kontaktpads 104 notwendig sind, sondern die unten liegenden Kontakte (nicht gesondert dargestellt) der Bauelemente 3, 21, 22 direkt in Kontakt mit den zugehörigen Kontaktpads 104 des Trägers stehen.
  • Die zweiten elektrischen Kontaktbereiche 105 sind ebenfalls als Kontaktpads 105 ausgebildet. Sie stehen in Kontakt mit zugeordneten dritten Kontaktbereichen bzw. Kontaktpads 401 des den Träger 1 mit den Bauelemente 3, 21, 22 tragenden Rahmens 4. Der Rahmen 4 wiederum enthält neben den genannten dritten optischen Kontaktbereichen 401 vierte optische Kontaktbereiche 402, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als metallische Bumps ausgebildet sind und über in den Rahmen integrierte, schematisch dargestellte Leiterbahnen 403 mit den dritten elektrischen Kontaktbereichen 401 verbunden sind.
  • Der Rahmen 4 ragt seitlich gegenüber dem Träger 1 heraus, so dass der Rahmen 4 über die vierten elektrischen Kontaktbereiche 402 nach unten mit einer Leiterplatte kontaktiert und verbunden werden kann. Über die Leiterplatte, die elektrischen Kontaktbereiche 402, die elektrischen Leiterbahnen 403, die in Kontakt stehenden elektrischen Kontaktbereiche 401 des Rahmens 4 und 105 des Trägers 1, die Leiterbahnen 102, 103 sowie die ersten Kontaktbereiche 104 des Trägers erfolgt eine elektrische Versorgung und Beschaltung der Bauelemente 3, 21, 22.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrische Versorgung bzw. Stromversorgung der opto-elektronischen Wandler 21, 22 über das elektrionsche Bauelement 3 erfolgt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die opto-elektronischen Bauelemente 21, 22 über entsprechende elektrische Verbindungen direkt mit zugeordneten zweiten Kontaktpads 105 des Trägers 1 verbunden sind.
  • Ebenso wird darauf hingewiesen, dass in alternativen Ausgestaltungen auf gesonderte Leiterbahnen 102, 103 auf dem Träger 1 auch verzichtet werden kann. Die Baulemente 3, 21, 22 werden dann direkt von dem Rahmen 4 aus über Bonddrähte kontaktiert.
  • Wie der Schnittansicht der 1 entnommen werden kann, verläuft zwischen der inneren Oberfläche 101 des Trägers 1 und der Unterseite der Bauelemente 21, 22, 3 ein optisch transparenter Verguss 7. Dieser dient zum einen der Kapselung der Bauelemente und zum anderen der Sicherung des optischen Signalwegs zwischen dem Träger 1 und den opto-elektronischen Bauelementen 21, 22 vor Staub und Umwelteinflüssen.
  • Zwischen dem metallischen Deckel 5 und dem elektronischen Bauelement 3 ist durch eine Paste oder einen Kleber 6 mit guter thermischer Leitfähigkeit ein thermischer Kontakt hergestellt, so dass der metallische Deckel 5 als Kühlkörper für das elektronische Bauelement 3 dient.
  • Der Rahmen 4 besteht in der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform aus einem Keramikteil, auf den metallische Leiterbahnen 403 aufgebracht sind.
  • In der 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich insofern von dem vorherigen Ausführungsbeispiel unterscheidet, als der Rahmen 4' aus einem Kunststoffrahmen 41' mit von dem Kunststoffrahmen 41' umhüllten Metallkontakten 42' besteht. Während der Kunststoffrahmen 41' die tragende Funktion erfüllt, dienen die Metallkontakte 42', die beispielsweise durch ein Leadframe gebildet werden, der elektrischen Versorgung des Trägers 1 bzw. der auf dem Träger angeordneten Bauelemente 21, 22, 3.
  • Der Rahmen 4' weist eine Stufe 43' auf, so dass der Träger 1 gewissermaßen in einer Aussparung 44' des Rahmens 4' liegt und die nach außen gerichtete Oberfläche 101b des Trägers 1 mit der unteren Fläche 45' des Rahmens 4' bündig abschließt bzw. gegenüber dieser etwas zurücksteht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 sind in den Träger 1' strahlformende Linsen 91, 92 sowie mechanische Raststrukturen 81, 82 eingebracht. Die Linsen 91, 92 dienen einer verbesserten Ein- bzw. Auskopplung von Licht und die mechanischen Raststrukturen 81, 82 als Positionierhilfe beim Positionieren sowohl des Trägers 1' gegenüber dem Rahmen 4 als auch der Vorrichtung insgesamt beispielsweise gegenüber anderen Vorrichtungen oder einer Leiterplatte. Auch können die Raststrukturen 81, 82 der passiven Justage dienen.
  • Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel kommt ohne einen Deckel aus. Stattdessen ist der Bereich, der an die auf dem Träger 1 angeordneten Bauelemente 21, 22, 3 angrenzt, mit einem zweiten Vergussmaterial 10, bevorzugt einem nichttransparenten Vergussmaterial umhüllt. Diese Variante ist insbesondere bei Verwendung von elektronischen Bauelementen 3 geeignet, die eine nur geringe Wärmeentwicklung besitzen und dementsprechend keiner intensiven Wärmeableitung durch einen Deckel bedürfen.
  • Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der 5 gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Träger 1' oben liegt und eine Lichtein- bzw. Auskopplung nach oben erfolgt, d.h. die optischen Ein- und Ausgänge oben liegen. Der Rahmen 4' ist wiederum als Kunststoffrahmen 41' mit Metallkontakten 42' ausgebildet, wobei die elektrischen Ein- und Ausgänge 42a' weiterhin unten liegen. Diese Ausführungsvariante eignet sich insbesondere für eine Plazierung auf einer Leiterplatte.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 schließlich wird der Träger vollständig durch ein Leadframe 4'' gebildet. Ein hervorragender Arm 41'' des Leadframes dient dabei als Deckel/Abdeckung bzw. Wärmesenke für das elektronische Bauelement 3. Die Anordnung ist zur Ausbildung eines verkapselten Package in ein nichttransparentes Vergussmaterial 10 eingegossen. Das nichttransparente Vergussmaterial 10 schließt sich im Bereich der Bauelemente 3, 21, 22 dabei an den transparenten Verguß 7 zwischen dem Träger 1' und zumindest der Unterseite der Bauelemente 3, 21, 22 an. Letzterer wird naturgemäß vor dem nichttransparenten Verguß 10 angebracht.
  • Es ist in dem Ausführungsbeispiel der 6 vorgesehen, dass die äußere Oberfläche 101b' des Trägers 1' gegenüber dem Rahmen 4'' nach außen etwas hervorsteht. Hierdurch wird erreicht, dass zwecks einer passiven Justage ein mechanischer Kontakt mit den Raststrukturen 81, 82 bei der Montage hergestellt werden kann.

Claims (26)

  1. Vorrichtung zur optischen Datenübertragung mit: – mindestens einem elektronischen Bauelement (3), das jeweils mit genau zwei opto-elektronischen Bauelementen (21, 22) elektrisch verbundenen ist, – einem optisch transparenten Träger (1, 1') mit einer ersten Oberfläche (101a), auf der das elektronische Bauelement (3) und die opto-elektronischen Bauelemente (21, 22) angeordnet sind, wobei eine Lichtein- kopplung in die opto-elektronischen Bauelemente (21, 22) und eine Lichtauskopplung aus den opto-elektronischen Bauelementen (21, 22) durch den Träger (1, 1') hindurch erfolgt, und – einem mit dem Träger (1, 1') verbundenen Rahmen (4, 4', 4''), über den die auf dem Träger (1, 1') angeordneten Bauelemente (21, 22, 3) elektrisch kontaktiert sind, wobei – eines der opto-elektronischen Bauelemente (21, 22) einen optischen Dateneingang (A) und eines der optoelektronischen Bauelemente (21, 22) einen optischen Datenausgang (B) der Vorrichtung bereitstellt, – das einen Dateneingang (A) bereitstellende optoelektronische Bauelement (22) eine Wandlung der optischen Eingangssignale in elektrische Eingangssignale vornimmt, – die elektrischen Eingangssignale zu dem elektronischen Bauelement (3) übertragen und dort verarbeitet werden, – die vom elektronischen Bauelement (3) ausgegebenen elektrischen Ausgangssignale ausschließlich zu dem einen Datenausgang (B) bereitstellenden opto-elektronischen Bauelement (21) übertragen werden und dieses optoelektronischen Bauelement (21) eine Wandlung ausschließlich dieser elektrischen Ausgangssignale in optische Ausgangssignale vornimmt, und – das elektronische Bauelement (3) ein Mikroprozessor, ein Memory-Chip oder ein Switch ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung der auf dem Träger angeordneten Bauelemente (21, 22, 3) erste Kontaktbereiche (104) des Trägers (1) vorgesehen sind, über die die Bauelemente elektrisch mit dem Träger verbunden sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch – zweite Kontaktbereiche (105) des Trägers (1), die mit den ersten Kontaktbereichen (104) des Trägers (1) elektrisch verbunden sind und – dritte Kontaktbereiche (401) des Rahmens (4), die mit den zweiten Kontaktbereichen (105) des Trägers (1) in elektrischem Kontakt stehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch auf der ersten Oberfläche (101a) des Trägers realisierte Leiterbahnen (102, 103), über die die ersten Kontaktbereiche (104) elektrisch mit den zweiten Kontaktbereichen (105) und/oder untereinander verbunden sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch im oder auf dem Rahmen (4) angeordnete elektrische Leiterbahnen (403), die zum einen mit den dritten Kontaktbereichen (401) und zum anderen mit vierten elektrischen Kontaktbereichen (402) des Rahmens (4) verbunden sind, wobei letztere der externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung dienen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten Kontaktbereiche (402) metallische Bumps zur elektrischen Verbindung der Vorrichtung, insbesondere mit einer Leiterplatte, sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (21, 22, 3) mittels Flip-Chip-Montage mit dem optisch transparenten Träger (1, 1') verbunden sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich zwischen dem Träger (1, 1') und der Unterseite der Bauelemente (21, 22, 3) ein optisch transparenter Verguss (7) vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) seitlich über den optisch transparenten Träger (1) hinausragt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4') derart gestuft ausgeführt ist, dass die der ersten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche (101b) des Trägers (1) in der gleichen Ebene wie die entsprechende Seite (45') des Rahmens (4') oder gegenüber dieser etwas vor- oder zurückversetzt liegt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) aus einem Keramikteil mit metallischen Leiterbahnen (403) besteht.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4') ein Kunststoffrahmen (41') mit umspritzten Metallkontakten (42') ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen aus einem Leadframe (4'') besteht.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) mit den Bauelementen (21, 22, 3) mit einer nichttransparenten Kunststoffmasse umhüllt ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1') Markierungen (81, 82) aufweist, die der Ausrichtung des Trägers (1') bei der Montage dienen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen durch metallische Strukturen gebildet sind, welche auf der ersten Oberfläche des Trägers aufgebracht und dementsprechend durch den optisch transparenten Träger hindurch sichtbar sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen durch mechanische Raststrukturen (81, 82) an der der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche (101b) des Trägers (1') ausgebildet sind.
  18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Träger (1') optische Funktionselemente (91, 92) integriert sind, die eine Lichtformung oder Lichtumlenkung ein- bzw. ausgekoppelten Lichtes bewirken.
  19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine metallische Abdeckung (5), die auf der Seite (101a) des Trägers (1), auf der die Bauelemente (21, 22, 3) angeordnet sind, mit dem Rahmen (4, 4') verbunden ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckung (5) zwecks einer Wärmekopplung mit einem oder mehreren der Bauelemente (3) mechanisch verbunden ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckung (5) mit mindestens einem elektrischen Kontakt der Vorrichtung elektrisch verbunden ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckung (41'') Teil des Rahmens (4'') ist.
  23. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement als integrierter Schaltkreis ausgebildetet ist.
  24. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektronische Bauelement (3) und die jeweils zwei optoelektronischen Bauelemente (21, 22) in symmetrischer Anordnung auf dem Träger (1, 1') angeordnet sind, insbesondere je ein opto-elektronisches Bauelement (3) auf einer Seite des elektronischen Bauelementes (3) angeordnet ist.
  25. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (21, 22) jeweils ein Array optoelektronischer Wandler aufweist, über die eine Vielzahl optischer Eingangssignale in elektrische Eingangssignale des elektronischen Bauelementes (3) und eine Vielzahl elektrischer Ausgangssignale des elektronischen Bauelementes (3) in optische Ausgangssignale umgewandelt werden.
  26. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (21, 22) jeweils opto-elektronische Subkomponenten mit opto-elektronischen Wandlern aufweist.
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