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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf opto-elektronische Vorrichtungen
und speziell auf geformte bzw. gegossene Wellenleiter.
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Die
Informationsmenge ebenso wie die Geschwindigkeit einer Übertragung
von Informationen zwischen elektronischen Komponenten steigt an,
opto-elektronische Techniken oder Verfahren, die für diese Übertragung
verwendet werden, werden wichtiger. Zum Beispiel werden in einigen
Hochgeschwindigkeitscomputern opto-elektronische Techniken für eine Taktverteilung
verwendet, um dadurch standardmäßigen, elektronischen
Komponenten zu ermöglichen,
dass sie korrekt zeitabgestimmt werden, um so die Übertragung
von Informationen effizienter durchzuführen. Allerdings besitzt derzeit
eine Verwendung opto-elektronischer Techniken verschiedene größere Nachteile
oder Probleme, da sie komplex, ineffizient, kostspielig und allgemein
nicht für
eine Großserienproduktion
geeignet sind. Demzufolge erfordert, da die Menge an Informationen
und die Geschwindigkeit, unter der diese Informationen übertragen
werden müssen,
eine Struktur und ein Herstellverfahren, das eine effiziente und
kosteneffektive Herstellung ermöglicht,
aber auch die Verwendung opto-elektronischer Verfahren und opto-elektronischer
Vorrichtungen erfordert.
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Herkömmlich werden
Wellenleiter durch eine Kombination photolitographischer und Ätz-Prozesse hergestellt.
Zum Beispiel wird ein herkömmlicher Wellenleiter
durch Aufbringung eines geeigneten optischen Materials auf einem
Verbindungssubstrat, wie beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte,
hergestellt. Ein photobeständiges
Material wird dann auf das optische Material aufgebracht und darauffolgend durch
einen photolithographischen Prozess mit einem Muster versehen. Das
Muster, das durch den photolithographischen Prozess festgelegt wird,
wird darauffolgend auf das optische Material durch einen Ätz-Prozess übertragen,
der freigelegte Bereiche, die nicht durch das photobeständige Material
abgedeckt sind, entfernt. Die Schaltkreisleiterplatte mit dem geätzten Muster
wird dann darauffolgend gereinigt, was das restliche, photobeständige Material
entfernt und ein sich ergebendes, optisches Muster an der Stelle der
Schaltkreisleiterplatte zurücklässt. Wie
vorstehend beschrieben ist, ist eine herkömmliche Herstellung optischer
Schichten, die für
Wellenleiter verwendet werden, die diese Abfolge von Vorgängen verwenden,
nicht nur kompliziert und teuer, sondern sie eignen sich nicht für eine Massenherstellung.
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Es
kann leicht gesehen werden, dass herkömmliche Verfahren zur Herstellung
von Wellenleitern verschiedene Grenzen haben. Auch ist es ersichtlich,
dass herkömmliche
Prozesse, die zum Herstellen von Wellenleitern verwendet werden,
nicht nur komplex und teuer sind, sondern auch nicht geeignet sind
für eine
Massenherstellung. Deshalb sind ein Verfahren und eine Struktur,
die zum Herstellen von Wellenleitern und zum Integrieren dieser
Wellenleiter in Schaltkreisleiterplatten geeignet sind, in höchstem Maß erwünscht.
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EP 0366974 beschreibt eine
integrierte Halbleiterschaltung, die einen üblichen elektrischen Teil und
eine zusätzliche
optische Verbindungsschicht enthält.
In der Verbindungsschicht sind außerdem Umlenkspiegel vorhanden, über die
Wandler optisch an Lichtwellenleiter gekoppelt werden. Solche Umlenkspiegel
sind durch Verfahren, wie Prägen,
Fräsen,
Schleifen, Polieren etc. herstellbar.
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US 4,758,063 beschreibt
eine Schaltkreisplatte die ggf. mehrere lichtdurchlässige Schichten für jeweils
mehrere optische Übertragungskanäle enthält sowie
Möglichkeiten,
diese Kanäle
zu koppeln.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Kurz
gesagt, wird ein Verfahren und ein Gegenstand zum Herstellen einer
geformten, gespritzten bzw. gegossenen, optischen Verbindung geschaffen.
Ein Verbindungssubstrat, das eine Hauptoberfläche besitzt, wird bereitgestellt.
Eine Mehrzahl elektrischer Bahnen wird auf der Hauptoberfläche des
Verbindungssubstrats mit der Mehrzahl der elektrischen Bahnen, die
eine Kontakteinrichtung besitzen, um elektrische Signale zu empfangen
und zu übertragen,
angeordnet. Ein opto-elektronisches Modul, das eine optische Oberfläche und
eine photonische Einrichtung besitzt, sind betriebsmäßig darauf montiert
und mit der Mehrzahl der elektrischen Bahnen verbunden. Ein geformter
bzw. gegossener optischer Bereich, der einen Kernbereich mit einem
ersten Ende und einen Mantelbereich besitzt, ist mit dem ersten
Ende des Kernbereichs benachbart und betriebsmäßig verbunden mit der optischen
Oberfläche des
opto-elektronischen
Moduls so positioniert, dass er betriebsmäßig mit dem ersten Ende des
Kernbereichs an der optischen Oberfläche des integrierten Schaltkreises
verbunden ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine stark vergrößerte, vereinfachte
Schnittansicht einer geformten, optischen Verbindung;
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2 stellt
eine vergrößerte, vereinfachte Teilexplosionsansicht
eines opto-elektronischen
Moduls dar;
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3 stellt
eine stark vergrößerte, vereinfachte
Schnittansicht eines opto-elektronischen,
integrierten Schaltkreises dar;
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4 zeigt
eine vergrößerte, vereinfachte, perspektivische
Ansicht einer Ausführungsform
der geformten, optischen Verbindung; und
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5 zeigt
eine vergrößerte, vereinfachte, perspektivische
Ansicht einer anderen Ausführungsform
der geformten, optischen Verbindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt
eine vergrößerte, vereinfachte Schnittansicht
einer Ausführungsform
einer geformten, optischen Verbindung 100 dar, die opto-elektronische
Module 123 und 124 besitzt. Es sollte verständlich werden,
dass die geformte optische Verbindung 100 eine Schnittansicht ist,
wodurch der geformten, optischen Verbindung 100 ermöglicht wird, in
die und aus der 1 fortzuführen. Weiterhin kann die geformte
optische Verbindung 100 auch über die 1 ausgedehnt
sein, ebenso wie andere standardmäßige, elektronische Komponenten
in dem Gesamtaufbau der geformten, optischen Verbindung 100 eingesetzt
werden können.
Auch sollte verständlich
werden, dass die geformte optische Verbindung 100, wie
sie in 1 dargestellt ist, nur eine vereinfachte Darstellung
ist, wodurch demzufolge ein weiter Bereich von Aufbaumodifikationen
mit der geformten, optischen Verbindung 100 eingesetzt
werden können.
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Die
geformte optische Verbindung 100 ist aus verschiedenen
Komponenten oder Elementen hergestellt, wie beispielsweise ein Verbindungssubstrat 101 mit
einer Oberfläche 141,
eine Mehrzahl elektrischer Bahnen 102, ein geformter, optischer
Bereich 116, der so dargestellt ist, dass er einen ersten optischen
Bereich 117, einen zweiten optischen Bereich 118,
einen Kernbereich 119 und einen Mantelbereich 120,
der den Kernbereich 119 umgibt, besitzt, optische Module 123 und 124,
die optische Oberflächen 125 und 126 besitzen,
und eine verbindende Anordnung 129, die so dargestellt
ist, dass sie ein Leiterrahmen- bzw. Leadframe-Tell 130 und
einen Stift 131 aus einer Mehrzahl von Stiftverbindungsstrukturen
darstellt.
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Allgemein
ist das Verbindungssubstrat 101 aus irgendeinem geeigneten
Verbindungssubstrat, wie beispielsweise einer Schaltkreisleiterplatte (PCB),
einer gedruckten Verdrahtungsplatte (PWB), einem keramischen Verbindungsteil
und dergleichen hergestellt. Allerdings Ist in einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Verbindungssubstrat eine gedruckte
Verdrahtungs- bzw. Leiterbahnplatte. Wie in 1 dargestellt
ist, ist eine Mehrzahl elektrischer Bahnen 102 an dem und
durch das Verbindungssubstrat 101 durch irgendein geeignetes
Verfahren angeordnet. Die Mehrzahl der elektrischen Bahnen 102 ist
weiterhin durch elektrische Bahnen 103 bis 112 dargestellt,
die in einer Mehrzahl von Niveaus oder Schichten in dem Verbindungssubstrat 101 gezeigt
sind. Elektrische Bahnen 103, 104, 105 und 106 dienen
als Verbindungsflächenstellen bzw.
-Lötpads,
um elektrisch und mechanisch optische Module 124 und 123 jeweils
mit der Mehrzahl elektrischer Bahnen 102 zu verbinden.
Weiterhin sollte verständlich
werden, dass Komplexitäten,
die in dem Verbindungssubstrat 101 dargestellt sind, nicht zur
praktischen Durchführung
der vorliegenden Erfindung notwendig sind. Zum Beispiel kann das
Verbindungssubstrat 101 eine einzige Ebene der Mehrzahl der
elektrischen Bahnen 102 haben. Eine elektrische Verbindung
der geformten, optischen Verbindung 100 mit den anderen
elektrischen Komponenten wird durch irgendein geeignetes Verfahren
ausgeführt. Wie
durch die verbindende Anordnung 129 dargestellt ist, sind
zwei solcher Verfahrensweisen dargestellt, d.h. eine elektrische
Bahn 107 ist elektrisch mit einem Leiterrahmenteil 130 verbunden
und eine elektrische Bahn 113 ist elektrisch mit einem
Stift 131 verbunden, um dadurch zu ermöglichen, dass elektrische Signale
in die verbindende Anordnung 129 eingegeben und durch diese
abgegeben werden, ebenso wie für
eine betriebsmäßige Kopplung
optischer Module 123 und 124.
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Die
optischen Module 123 und 124 können irgendeine geeignete opto-elektronische
Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein integrierter Schaltkreis, der
photonische Fähigkeiten
besitzt, eine opto-elektronische Schnittstelle bzw. ein Interface,
oder dergleichen.
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Allgemein
kommunizieren die opto-elektronischen Module 123 und 124 Signale
oder lassen diese durch über
sowohl eine elektrische Verbindung als auch eine optische Verbindung
der opto-elektronischen Module 123 und 124 mit
dem Verbindungssubstrat 101. Eine elektrische Kommunikation
wird durch irgendein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise durch
Sockel und Stifte, eine Pressverbindung, die an den Leiterrahmenteilen
gebildet sind, und dergleichen erreicht. Wie in 1 dargestellt
ist, wird eine elektrische Kommunikation von opto-elektronischen Modulen 123 und 124 zu
dem Verbindungssubstrat 101 durch Oberflächen-Erhebungen
(bumps) 132 und 133, 134 und 135 durchgeführt, die
leitend sind, wodurch die opto-elektronischen Module 123 und 124 mit
elektrischen Bahnen 106, 105, 104 und 103 jeweils
der Mehrzahl elektrischer Bahnen 102 elektrisch und mechanisch
verbunden werden. Jede elektrische Verbindung der opto-elektronischen
Module 123 und 124 mit der Mehrzahl elektrischer
Bahnen 102 des Verbindungssubstrats 101 ermöglicht, dass
elektrische Signale durch die verbindende Anordnung 129 von
außenseitigen,
elektronischen Komponenten und Systemen, wie beispielsweise andere
elektronische Leiterplatten, andere integrierte Schaltkreise und
dergleichen, eingegeben werden können,
um die opto-elektronischen
Module 123 und 124 zu beeinflussen. Alternativ
ermöglicht
eine elektrische Verbindung der opto-elektronischen Module 123 und 124 mit
dem Verbindungssubstrat 102, dass optische Signale in die
opto-elektronischen Module 123 und 124 eintreten,
die darauffolgend in elektrische Signale konvertiert werden, damit
sie zu der Mehrzahl elektrischer Bahnen 102 des Verbindungssubstrats 101 durch
leitende Erhebungen 132, 133, 134 und 135 und
darauffolgend in elektrische Bahnen 106, 105, 104 und 103 geschickt
werden, die weiterhin durch die verbindende Anordnung 129 geführt und
ausgegeben werden, um außenseitige
elektronische Komponenten, wie beispielsweise andere elektronische
Leiterplatten, andere IC's,
andere elektronische Systeme und dergleichen, zu beeinflussen.
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Wie
in 1 dargestellt ist, besitzen opto-elektronische
Module 123 und 124 jeweils optische Oberflächen 125 und 126,
die ermöglichen, dass
Lichtsignale, die durch Pfeile 140 dargestellt sind, in
die optischen Module 123 und 124 eintreten und
diese verlassen, um dadurch optisch die optischen Module 123 und 124 mit
dem Kernbereich 119 des geformten, optischen Bereichs 116 zu
verbinden.
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Weiterhin
werden, wie in 1 dargestellt ist, die opto-elektronischen
Module 123 und 124 optisch mit dem Kernbereich 119 verbunden,
um dadurch eine optische Kommunikation zwischen opto-elektronischen
Modulen 123 und 124 zu ermöglichen. Auch wird verständlich,
dass, während 1 eine
optische Verbindung der opto-elektronischen Module 123 und 124 darstellt,
viele opto-elektronische Module durch die geformte optische Verbindung 100 so
angeordnet werden können,
dass sie optisch gekoppelt sind, ebenso wie andere, standardmäßige, elektronische
Komponenten. Es wird weiterhin ersichtlich, dass IC's durch die Geformte
optische Verbindung 101 hinweg befestigt und elektrisch mit der Mehrzahl
elektrischer Bahnen 102 des Verbindungssubstrats 101 verbunden
werden können,
um dadurch eine optische Kommunikation und eine elektrische Verbindung
mit standardmäßigen, elektronischen
Komponenten einzuschließen.
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Durch
eine optische Verbindung der optischen Module 123 und 124 ebenso
wie von anderen opto-elektronischen Modulen werden Informationen zwischen
optischen Modulen 123 und 124 mit einer schnelleren
Geschwindigkeit kommuniziert als, wenn die Informationen elektrisch
durch die Mehrzahl elektrischer Bahnen 102 geführt wurden,
um dadurch eine Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen den optischen
Modulen 123 und 124 zu erhöhen, was die Kommunikationsgeschwindigkeit
zwischen anderen elektronischen Komponenten und opto-elektronischen
Komponenten erhöht
und elektromagnetische Interferenzen (electromagnetic interference – EMI) reduziert.
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Der
geformte, optische Bereich 116 wird durch irgendeinen geeigneten
Gieß-
bzw. Spritz- oder Überspritz-Prozess
hergestellt. Allgemein wird der geformte optische Bereich 116 gemeinsam
mit dem ersten optischen Bereich 117 und dem zweiten optischen
Bereich 118 hergestellt. Eine Herstellung des optischen
Bereichs 116 wird durch Plazieren des Verbindungssubstrats 101 in
ein Gießsystem
(nicht dargestellt) durchgeführt.
Ein Gießsystem
spezifiziert einen Kanal, wie dies in 1 dargestellt
ist, und zwar als fertiggestellten Kernbereich 119, und Öffnungen 142 und 143,
die freigelegte Verbindungsflächen
oder elektrische Bahnen 103, 104, 105 und 106 der
Mehrzahl der elektrischen Bahnen 102 besitzen, um dadurch
den optischen Modulen 123 und 124 zu ermöglichen,
dass sie elektrisch und mechanisch mit dem Verbindungssubstrat 101 in
den Öffnungen 142 und 143 befestigt
werden. Weiterhin ist der geformte, optische Bereich 116 so
hergestellt, dass der Kanal für
eine eventuelle optische Verbindung zwischen optischen Oberflächen 125 und 126 der
opto-elektronischen Module 123 und 124 und des
fertiggestellten Kernbereichs 119 ausgerichtet oder positioniert
ist, um dadurch eine optische Kommunikation zwischen den optischen
Modulen 123 und 124 zu schaffen.
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Typischerweise
wird eine Gießmischung oder
ein Gießmaterial
in das Gießsystem
bzw. Spritzsystem und auf die Oberfläche 141 des Verbindungssubstrats 101 gespritzt,
wodurch ein erster, optischer Bereich 117 mit der Nut und
den Öffnungen 142 und 143 gebildet
wird. Die Gießmischung,
die in die Form eingespritzt ist, ist aus optisch transparenten
Materialien hergestellt, wie beispielsweise Polymeren, Epoxidharzen,
Kunststoffen, Polyamiden oder dergleichen, die so ausgewählt sind,
dass sie bei einer erwünschten
Wellenlänge
des Lichts transparent sind. Allgemein reichen Brechungsindizes
dieser optischen, transparenten Materialien von 1,4 bis 1,7. Allerdings
reichen in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung die Brechungsindizes der optisch transparenten Materialien
von 1,54 bis 1,58.
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Verarbeitungsbedingungen
dieser Gießmaterialien
oder Gießmischungen
reichen von 22,0 bis 200,0 Grad Celsius für die Gießtemperaturen und von 200,0
bis 2.000 Pound pro Quadratinch für Gieß- bzw. Spritzdrücke. Ein
darauffolgendes Härtverfahren,
wie beispielsweise eine Behandlung mit ultraviolettem Licht, Temperaturbehandlungen
oder dergleichen, wird mit einer permanenten Übertragung von schwierig herstellbaren
bzw. geformten oder negativen Abbildungen der Form in dem ersten
optischen Bereich 117 vorgenommen.
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Wenn
die Härtverfahren
abgeschlossen sind, wird das Gießsystem und der erste, gegossene bzw.
geformte optische Bereich 117, der an dem Verbindungssubstrat 101 befestigt
ist, freigelegt und darauffolgend von dem Gießsystem entfernt.
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Allgemein
wird der zweite optische Bereich 118 in einer ähnlichen
Art und Weise und gleichzeitig mit dem ersten optischen Bereich 117 hergestellt, wodurch
eine schnelle und automatisierte Herstellung des gegossenen, gespritzten
bzw. geformten (molded) optischen Bereichs 116 mit dem
Mantelbereich 120, der den Kernbereich 119 umgibt,
vorgenommen wird. Der optische Bereich 117 mit dem befestigten
Verbindungssubstrat 101 wird weiterhin durch Beaufschlagen
eines optischen Mediums, wie beispielsweise ein Epoxidharz, ein
Polyamid, ein Kunststoff oder dergleichen, auf die Nuten, die in dem
ersten optischen Bereich 117 gebildet sind, bearbeitet.
Darauffolgend werden der erste optische Bereich 117 und
der zweite optische Bereich 118 zusammen verklebt oder
verbunden, um den optischen Bereich 116 zu bilden, der
einen Kernbereich 119 besitzt, der durch den Mantelbereich 120 umgeben wird.
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Typischerweise
füllt das
optische Medium die Nuten auf, um einen Kernbereich 119 zu
bilden, und verklebt den zweiten optischen Bereich 118 an dem
ersten optischen Bereich 117. Die Aufbringung des zweiten
optischen Bereichs 120 an dem ersten optischen Bereich 117 vervollständigt den
Mantelbereich 120, der den Kernbereich 119 umgibt.
Allerdings sollte verständlich
werden, dass Lichtsignale 140, die durch den Kernbereich 119 laufen,
geeignet sind, zu deren Bestimmungsstellen hin zu laufen, und zwar
ohne den zweiten optischen Bereich 120, der auf dem ersten
optischen Bereich 117 aufgebracht ist. Allerdings sollte
weiterhin verständlich
werden, dass durch Nichtvervollständigung oder Nichtumgebung
des Mantelbereichs um den Kernbereich 119 optische Signale
nicht so effektiv durch den Kernbereich 119 übertragen
und geführt
werden.
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2 stellt
eine vereinfachte Teilexplosionsdarstellung eines Bereichs des opto-elektronischen Moduls 200 dar.
Ein geformter, optischer Wellenleiter 201 ist elektrisch
mit standardmäßigen, elektronischen
Komponenten einer Verbindungsleiterplatte 206 durch irgendein
geeignetes Verfahren, wie beispielsweise ein Drahtbonden, ein Lötfahnen-Bonden oder
ein Erhebungsstellen-Bonden,
oder dergleichen, verbunden. Allerdings sind, während irgendein geeignetes
Verfahren zum Verbinden des geformten, optischen Wellenleiters 201 mit
dem Verbindungssubstrats 206 geeignet Äst, ein Draht-Bonden und ein
Leiterrahmen-Bonden
insbesondere in 2 dargestellt, wobei sie die
bevorzugtesten Möglichkeiten bei
der vorliegenden Erfindung sind. Zum Beispiel verbindet eine Drahtverbindung 216 eine
Lasche bzw. eine Lötfahne 207 mit
einer Verbindungskontaktstelle bzw. mit Bonding-Pads 217,
und Leiterrahmenteile 211, 212 sind betriebsmäßig mit
Verbindungskontaktflächen 213, 214 jeweils
verbunden.
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Weiterhin
sollte verstanden werden, dass das opto-elektronische Modul ein
Beispiel vieler Verfahren zum Herstellen optischer Elektronik-Module 200 ist,
die dazu geeignet sind, dass sie gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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Ein
geformter, optischer Wellenleiter 201, der eine Mehrzahl
Kernbereiche 203 besitzt, ist mit photonischen Komponenten 208,
wie beispielsweise ein Phototransmitter oder ein Laser 202,
ein Photodetektor oder eine Photodiode 203 oder einer Kombination von
sowohl Lasern als auch Detektoren befestigt. Alternativ ist eine
Feldanordnung 204 an dem Wellenleiter 202 befestigt,
die eine Vielfalt unterschiedlicher, photonischer Komponenten umfassen
kann.
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Photonische
Komponenten 208 sind an dem geformten, optischen Wellenleiter 201 derart
befestigt, dass individuelle Arbeitsbereiche, die durch einen Pfeil 240 angezeigt
sind, der photonischen Komponenten 208 zu individuellen
Kernbereichen der Mehrzahl der Kernbereiche 203 des Wellenleiters 201 ausgerichtet
sind, wodurch demzufolge eine maximale Lichtübertragung durch die einzelnen
Kernbereiche der Mehrzahl der Kernbereiche 203 des Wellenleiters 201 erzielt
wird.
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Zum
Beispiel ist ein Laser 202 an der Lasche bzw. Lötfahne 207 und
einer Lasche (nicht dargestellt) mittels einer elektrischen und
mechanischen Verbindung 209 befestigt. Typischerweise wird
eine elektrische und mechanische Verbindung 209 durch irgendein
geeignetes Verfahren, wie beispielsweise durch leitende Oberflächen-Erhebungen,
oder dergleichen, z. B. Lot-Erhebungen, Gold-Erhebungen, leitende Epoxidharz-Erhebungen,
oder dergleichen, erreicht. Durch ein durch einen der Kernbereiche
der Mehrzahl der Kernbereiche 203 des geformten optischen
Wellenleiters 201 geführt.
Durch ein akkurates Befestigen eines Lasers 202 an dem
geformten, optischen Wellenleiter 201 und durch Herstellen
von elektrischen und mechanischen Verbindungen 209 wird
eine Lichtübertragung
von einem Arbeitsbereich des Lasers 209. Der geformte,
optische Wellenleiter 201, der photonische Komponenten 208 umfasst,
ist mit der Verbindungsleiterplatte 206 durch irgendein geeignetes
Verfahren, wie beispielsweise Ankleben, Pressbefestigen, Gießen oder
dergleichen befestigt. Allerdings wird in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Epoxidklebemittel auf die Verbindungsleiterplatte 206 an
einer angenäherten
Stelle aufgebracht, wo ein geformter, optischer Wellenleiter 201 und
die Verbindungsleiterplatte 206 aneinander angebondet oder
verbunden werden sollen. Der Wellenleiter 201 wird dann
auf dem Klebemittel durch ein automatisiertes System platziert,
wie beispielsweise mittels eines Roboterarms, um dadurch eine akkurate
Anordnung und Orientierung des Wellenleiters 201 zu erzielen.
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Eine
elektrische Verbindung standardmäßiger, elektronischer
Komponenten auf der Verbindungsleiterplatte 206 durch optische
Komponenten 208 ist durch eine Drahtverbindung 216 von
einer Verbindungsfläche 217 zu
der Lasche 207 ebenso wie durch Leiterrahmenteile 211 und 212,
die an den Verbindungsflächen 213 und 214 jeweils
befestigt und elektrisch verbunden sind, dargestellt. Es sollte für den Fachmann
auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass viel mehr
elektrische Verbindungen typischerweise notwendig sind, um vollständig Eingänge und
Ausgänge
sowohl der standardmäßigen, elektronischen
Komponenten als auch der optischen Komponenten vollständig zu
verwenden. Es sollte weiterhin ersichtlich werden, dass standardmäßige Ausgangs-
und Eingangseinrichtungen, die durch Leiter 218, Erhebungen 209 und
dergleichen dargestellt sind, dazu geeignet sind-dass sie verwendet werden, um optisch
und elektrisch photonische Komponenten 208 und Wellenleiter 201 miteinander zu
verbinden.
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Weiterhin
wird eine Kunststoffeinkapselung des Verbindungssubstrats 206 und
des geformten, optischen Wellenleiters 201 typischerweise
durch ein Übergieß- bzw. Überspritzverfahren,
das durch Kunststoffteile 220 dargestellt ist, die das
Verbindungssubstrat 206 und den optischen Wellenleiter 201 einkapseln,
erreicht, wodurch ein Zugang zu den Kernbereichen des Wellenleiters 201 einfach
verwendet wird, ebenso wie es möglich
ist, elektrische Signale in optische Signale zu konvertieren.
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3 zeigt
eine stark vergrößerte, vereinfachte
Schnittansicht eines opto-elektronischen,
integrierten Schaltkreises 300. Der opto-elektronische, integrierte
Schaltkreis 300 stellt einen Bereich eines opto-elektronischen,
integrierten Schaltkreises 300 dar, der eine reflektive
Oberfläche 301,
einen geformten, optischen Bereich 302, eine photonische
Vorrichtung 303, die einen Arbeitsbereich 304 besitzt, eine
sich verbindende Anordnung 320, die leitende Erhebungen 305, 306 besitzt,
Verbindungsflächen 308, 307,
die jeweils ein integriertes Schaltkreissubstrat 309, sowie
Lichtsignale, die durch Pfeile 316, 317 dargestellt
sind, eine (Markier-)Platte 311, und eine sich verbindende
Anordnung 312, umfasst. Es sollte verständlich werden, dass nur ein
schmaler Bereich des opto-elektronischen, Integrierten Schaltkreises 300 dargestellt
ist, um deutlicher die vorliegende Erfindung erläuternd darzustellen.
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Die
photonische Vorrichtung 303 ist an dem integrierten Schaltkreissubstrat 309 durch
irgendein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise ein Erhebungsstellenverbinden,
ein Drahtverbinden bzw. -bonden oder dergleichen, befestigt. Allerdings
ist, wie in 3 dargestellt ist, die photonische
Vorrichtung 303 an dem integrierten Schaltkreissubstrat 309 durch
leitende Erhebungen 305, 306 und Verbindungsflächen 308, 307 befestigt,
um dadurch elektrisch und mechanisch die photonische Vorrichtung 303 an
dem Integrierten Schaltkreissubstrat 309 zu verbinden.
Wenn die photonische Vorrichtung 303 an dem integrierten
Schaltkreissubstrat 309 befestigt ist, wird das integrierte
Schaltkreissubstrat 309 in einem Gieß- bzw. Spritzsystem platziert
und überspritzt.
Zusätzlich
wird während
eines Überspritzens
des integrierten Schaltkreissubstrats 309 die reflektive
Oberfläche 301 in
dem Gieß-
bzw. Spritzsystem so positioniert, dass die reflektive Oberfläche 301 in
dem opto-elektronischen, integrierten Schaltkreis 300 eingeschlossen
wird. Zusätzlich
wird die reflektive Oberfläche 301 aus
irgendeinem geeigneten Material, wie beispielsweise einem Kunststoff,
z. B. ein Kunststoff, der einen unterschiedlichen Brechungsindex
besitzt, einem Metall, z.B. ein Leiterrahmenteil oder dergleichen,
hergestellt.
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Allgemein
sind Gieß-
bzw. Spritzmaterialien, die für
den geformten, optischen Bereich 302 verwendet werden, ähnlich,
wenn nicht dieselben, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 besprochen
sind. Kurz gesagt wird Irgendein geeignetes Material zum Herstellen
des geformten, optischen Bereichs 302, wie beispielsweise
Kunststoffe, Epoxidharze, Polyamide oder dergleichen, verwendet, das
einen geeigneten Brechungsindex von 1,3 bis 1,7 mit einem bevorzugten
Bereich eines Brechungsindex hat, der zwischen 1,4 und 1,5 liegt.
Allerdings wird, da der opto-elektronische, integrierte Schaltkreis 300 in
der geformten, optischen Verbindung 100 platziert ist,
die einen Kernbereich 119 mit einem spezifischen Brechungsindex
besitzt, die Gießmaterialauswahl
so vorgenommen, dass der Brechungsindex des geformten, optischen
Bereichs 302 zu dem Brechungsindex des Kernbereichs 119 der
geformten, optischen Verbindung 100 angepasst ist oder ähnlich ist.
Demzufolge wird eine Übertragung
der Lichtsignale 304 und 317 verstärkt, um
so eine Übertragung von
Lichtsignalen 304 und 317 in die geformten, optischen
Bereichen 302 hinein und aus diesen heraus zu erleichtern.
Im Betrieb laufen optische Signale aus Lichtsignalen, die durch
die Pfeile 316 und 317 angezeigt sind, durch den
geformten, optischen Bereich 302, um so Informationen zu
und von dem opto-elektronischen, integrierten Schaltkreis 300 zu
kommunizieren.
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Wie
in 3 dargestellt ist, werden Lichtsignale 316,
die von dem Arbeitsbereich 304 einer photonischen Vorrichtung 303 aus
strahlen, von der reflektiven Oberfläche 301 weg und zu
der optischen Oberfläche 315 hin
reflektiert. Falls zum Beispiel der opto-elektronische, integrierte Schaltkreis 300 in
der geformten, optischen Verbindung 100 befestigt ist, wie
dies vorstehend dargestellt ist, würden optische Signale 317,
die von der reflektiven Oberfläche 301 und
durch den geformten, optischen Bereich 302 reflektiert
sind, durch eine optische Oberfläche 315 hindurchführen und
in den Kernbereich 119 gelangen. Alternativ trifft Licht,
das auf die optische Oberfläche 315 auftrifft
und in den geformten, optischen Bereich 302 eintritt, wie
dies durch die Pfeile 317 dargestellt ist, auf die reflektive
Oberfläche 301 auf
und wird von dieser weg reflektiert. Lichtsignale 317,
die von der reflektiven Oberfläche 301 weg
reflektiert werden, wie dies durch die Pfeile 304 angezeigt
ist, werden zu der photonischen Vorrichtung 303 hin gerichtet.
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4 stellt
eine stark vergrößerte Teilansicht eines
Vielfach-Chip-Moduls (multichip module – MCM) 400 mit einem
Bereich 410 davon entfernt dar, die verschiedene Hauptelemente
oder Ausgestaltungen des MCM 400 darstellt, wie geformte,
optische Bereiche 401, die einen ersten geformten, optischen Bereich 402 und
einen zweiten geformten, optischen Bereich 403, eine Mehrzahl
von Kernbereichen 404, die eine Mehrzahl optischer Oberflächen oder
Enden 405 besitzen, ein Verbindungssubstrat 406,
einen optischen Verbinder 407, ein optisches Modul 408,
das eine Mehrzahl optischer Oberflächen 409 besitzt, eine
Mehrzahl von Verbindungsflächenteilen 411, Öffnungen 413 und 414 und
einen integrierten Schaltkreis 420 erläuternd zeigt.
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Ein
Verbindungssubstrat 406 ist ähnlich dem Verbindungssubstrat 101 der 1,
das vorstehend besprochen ist, das demzufolge keiner weiteren Besprechung
an dieser Stelle bedarf. In 4 sind mit einem
Bereich 410, der von dem MCM 400 entfernt ist,
und mit dem optischen Modul 408 angehoben innere Arbeiten
des MCM 400 deutlicher sichtbar dargestellt. Die Mehrzahl
der Kernbereiche 404 ist freigelegt und sie können dahingehend
erkannt werden, dass sie durch den ersten optischen Bereich 403 laufen.
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Eine Öffnung 413 des
geformten, optischen Bereichs 401 gibt eine Mehrzahl von
Verbindungsflächenteilen 411 an
dem Verbindungssubstrat 406 ebenso wie eine Mehrzahl optischer
Oberflächen 405 der
Mehrzahl der Kernbereiche 404 frei, die an der Öffnung 413 enden.
Die Befestigung des optischen Moduls 408 an dem Verbindungssubstrat 406 wird durch
irgendein geeignetes Verfahren, das hier und vorstehend beschrieben
ist, erreicht. Allerdings sind nur zu Darstellungszwecken Verbindungsflächen 411 elektrisch
mit dem optischen Modul 408 durch ein leitendes Oberflächen-Erhebungs-
bzw. Bump-Verfahren verbunden, um dadurch elektrisch und mechanisch
das optische Modul 408 und das Verbindungssubstrat 406 ebenso
wie positionierende, optische Oberflächen 414 des optischen
Moduls 408 an den optischen Oberflächen oder Enden 405 der
Mehrzahl der Kernbereiche 404 zu verbinden. Falls das optische
Modul 408 in der Öffnung 413 befestigt
wird und betriebsmäßig an den
Verbindungsflächen 411 verbunden
wird, sind die Mehrzahl der optischen Oberflächen 409 des optischen
Moduls 408 zu der Mehrzahl der optischen Oberflächen 405 der
Mehrzahl der Kernbereiche 404 ausgerichtet und betriebsmäßig verbunden,
um dadurch sowohl elektrisch als auch optisch das optische Modul 408 mit
dem Verbindungssubstrat 406 zu verbinden, um demzufolge standardmäßige elektronische
Komponenten mit optischen Komponenten zu integrieren.
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Weiterhin
stellt der optische Verbinder 407 eine optische Verbindung
von einer anderen Quelle, wie beispielsweise einer anderen Leiterplatte,
einem anderen opto-elektronischen
System, oder dergleichen, mit dem MCM 400 erläuternd dar,
um dadurch zu ermöglichen,
dass Lichtsignale, d.h. Informationen optisch zu dem MCM 400 eingegeben
und von diesem abgegeben werden. Genauer gesagt werden optische
Fasern (nicht dargestellt) in dem optischen Verbinder 407 zu
optischen Oberflächen 416 von Kernbereichen 417 ausgerichtet,
um dadurch betriebsmäßig das
MCM 400 mit dem optischen Verbinder 407 zu verbinden.
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Ein
integrierter Schaltkreis 420 stellt erläuternd eine Einarbeitung und
Integration standardmäßiger, elektronischer
Komponenten in das MCM 400 dar, um dadurch standardmäßige, elektronische Komponenten
mit optischen Komponenten zu vereinigen, so dass eine größere Geschwindigkeit
oder Bewegung der Informationen erreicht wird.
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5 zeigt
eine stark vergrößerte, vereinfachte,
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Wie anhand der 5 gesehen
werden kann, ist ein Multichip-Modul (multichip module – MCM) 500 so
hergestellt, dass es verschiedene Hauptkomponenten oder Merkmale besitzt,
wie beispielsweise ein Verbindungssubtrat 501 mit einer
Oberfläche 522,
das eine Mehrzahl elektrischer Bahnen 509 besitzt, die
durch Verbindungsflächenteile 511, 512, 513, 514, 516 und
elektrische Bahnen 517, 518, 519 und 520 dargestellt sind,
ein optisches Modul 508, ein geformter, optischer Bereich 521 mit
optischen Bereichen 541, 542, die eine Mehrzahl
Kernbereiche 527 besitzen, eine optische Verbindungsstelle 524,
einen integrierten Schaltkreis 530 und opto-elektronische
Sockel 525, 528 und 540.
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Allgemein
ist das Verbindungssubstrat 501 ähnlich den zuvor beschriebenen
Verbindungssubstraten 101, 206, 309 und 406,
so dass demzufolge keine tiefgehende Beschreibung des Verbindungssubstrats 501 notwendig
ist. Allerdings sind, da das Verbindungssubstrat 501, wie
es in 5 dargestellt ist, als eine perspektivische Darstellung
dargestellt ist, verschiedene Merkmale oder Elemente deutlicher erläuternd dargestellt
als in den früheren
Darstellungen. Wie in 5 dargestellt ist, ist die Mehrzahl
der elektrischen Bahnen 509 auf der Oberfläche 522 des Verbindungssubstrats 501 angeordnet.
Genauer gesagt, erläutern
die elektrischen Bahnen 517 bis 520 elektrische
Bahnen, die elektrische Signale durch das Verbindungssubstrat 522 leiten.
Diese elektrischen Bahnen 517 bis 520 leiten auch
elektrische Signale zu geeigneten Verbindungsflächenteilen, um so elektrisch
Signale zu geeigneten, integrierten Schaltkreisen und optischen
Modulen zu leiten, die durch einen integrierten Schaltkreis 530 und
ein optisches Modul 508 dargestellt sind, wodurch standardmäßige, elektronische
Komponenten und optische Module auf dem Verbindungssubstrat 501 integriert werden.
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Der
geformte, optische Bereich 521 ist auf der Oberfläche 522 des
Verbindungssubstrats 501 so angeordnet, wie dies vorstehend
beschrieben ist; allerdings ist in dieser besonderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung der geformte, optische Bereich 521 auf
der Oberfläche 522 so
angeordnet, dass er eine Mehrzahl von Kernbereichen 523 zu
deren geeigneten Bestimmungen hin ohne eine vollständige Überspritzung
auf der Oberfläche 522 führt, um
dadurch Bereiche auf der Oberfläche 522 des Verbindungssubstrats 501 offen
oder frei von Gießkomponenten
zu belassen, die zum Herstellen des geformten, optischen Bereichs 521 verwendet
werden.
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Wie
aus 5 ersichtlich werden kann, ist der geformte, optische
Bereich 521 so hergestellt, dass er einen optischen Verbindungsanschluss 524 besitzt,
der optisch mit einem opto-elektronischen Sockel 525 durch
einen geformten, optischen Bereich 526 verbunden ist, der
einen Kernbereich 527 besitzt. Der opto-elektronische Sockel 525 ist
betriebsmäßig mit
einem opto-elektronischen Sockel 540 verbunden, der auch
betriebsmäßig mit
einem opto-elektronischen Sockel 528 durch geformte, optische
Bereiche 541 und 542 jeweils geformt ist. Weiterhin
sollte verständlich
werden, dass die opto-elektronischen Sockel 525 und 540 und 528 Verbindungsflächenteile 514, 516 und 513 umfassen.
Um demzufolge zu ermöglichen,
dass die opto-elektronischen Module in opto-elektronischen Sockeln
befestigt werden können,
um dadurch eine Integration sowohl opto-elektronischer als auch
standardmäßiger, elektronischer
Komponenten, wie beispielsweise einen integrierten Schaltkreis 530,
zusammen in einem Multichip-Format zu ermöglichen.
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An
dieser Stelle sollte ersichtlich werden, dass eine neuartige, opto-elektronische
Multichip-Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen davon beschrieben
worden ist. Die opto-elektronische Multichip-Verbindung setzt opto-elektronische und
standardmäßige, elektronische
Komponenten ein, und zwar unter Verwendung geformter, optischer Wellenleiter,
um betriebsmäßig standardmäßige, elektronische
Komponenten mit optischen Vorrichtungen zu verbinden, um dadurch
von dem Vorteil der Geschwindigkeit von Opto-Elektroniken Gebrauch
zu machen, während
noch standardmäßige, elektronische
Komponenten beibehalten oder eingesetzt werden. Weiterhin ermöglicht eine
Verbindung geformter, optischer Wellenleiter und geformter, optischer
Module eine kosteneffektive Herstellung von Multichip-Modulen. Zusätzlich setzen
die Verfahren zum Herstellen beider, geformter Wellenleiter zur
Verbindung von Substraten standardmäßige, elektronische Komponenten
mit optischen Modulen in einem hoch fertigungstechnisierbaren Prozess
ein.