DE19636239C1 - Verfahren zum Herstellen eines elektrooptischen Moduls - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kopplung optischer und elektrooptischer Elemente und insbesondere der Kopplung eines Lichtwellenleiterendes mit einem elektrooptischen Bauteil und betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrooptischen Moduls, das frontseitig eine Kopplungsbuchse zur Aufnahme ei­ nes Lichtwellenleiterendes und rückwärtig einen Aufnahmebe­ reich für ein elektrooptisches Bauteil aufweist, bei dem das elektrooptische Bauteil in eine Position maximaler optischer Kopplung mit einem von der Kopplungsbuchse aufgenommenen Lichtwellenleiterende gebracht wird und bei dem das Bauteil in dieser Position mittels Klebstoff mit dem Aufnahmebereich verbunden wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem elektro­ optischen Bauteil sowohl ein optischer Sender (z. B. Laser­ diode) als auch ein Empfänger (z. B. Photodiode) zu verste­ hen, der elektrische Signale in optische bzw. optische in elektrische Signale umwandelt (optoelektronischer Wandler).

Bei elektrooptischen Modulen besteht das Bestreben, einen möglichst hohen Kopplungswirkungsgrad zwischen den Kopplungs­ partnern zu gewährleisten. Dazu muß z. B. das Lichtwellen­ leiterende hochgenau in bezug auf die optisch aktive Fläche (Abstrahl- bzw. Empfangsfläche) des elektrooptischen Bauteils ausgerichtet sein. Im Strahlengang zwischen Lichtwel­ lenleiterende und elektrooptischem Bauteil kann eine Linse angeordnet sein. Häufig besteht Bedarf nach einer lösbaren Ankopplung des Lichtwellenleiterendes, wobei das Lichtwel­ lenleiterende üblicherweise in einer zentralen Bohrung eines Steckerstiftes aufgenommen ist. Der Steckerstift wird zur An­ kopplung in die Kopplungsbuchse eingeführt und in der einge­ führten Position lösbar fixiert. Um auch im Hinblick auf ver­ schiedene Kopplungspartnerkonstellationen stets eine hohe Kopplungsgüte zu gewährleisten, muß das elektrooptische Bau­ teil in bezug auf die Kopplungsbuchse und damit indirekt auf den von der Kopplungsbuchse auf zunehmenden Kopplungspartner hochpräzise und langzeitbeständig fixiert werden. Zur Fixie­ rung können Laserschweißverfahren angewandt werden, die sehr gute Verfahrensergebnisse bei vergleichsweise kurzen Takt­ zeiten bieten; dabei sind die schweißbaren Bauelemente jedoch hinsichtlich der Werkstoffwahl sehr eingeschränkt und ver­ gleichsweise teuer. Die zur Verfahrensdurchführung notwen­ digen Vorrichtungen und Schweißanlagen erfordern hohe Inve­ stitionen.

Insbesondere zur Herstellung preiswerter elektrooptischer Mo­ dule werden daher zur Verbindung zunehmend Klebstoffe einge­ setzt. Dadurch können preisgünstige Einzelteile, beispiels­ weise aus Kunststoff, verwendet werden.

Aus der EP 0 351 211 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen ei­ nes optischen Steckerstiftes bekannt, der gleichzeitig ein Gehäuse zur vollständigen Aufnahme einer elektrooptischen Wandleranordnung bildet. Dabei wird die Wandleranordnung in eine Gußform eingebracht, von einem licht- und/oder wärmeaus­ härtbaren Vergußmaterial umgeben und nach Ausrichtung auf ei­ nen Referenzstecker durch Aushärten des Vergußmaterials fi­ xiert. Nach Entnahme aus der Gußform ist ein Steckerstift ge­ schaffen, wobei die Wandleranordnung präzise bezüglich der konzentrischen Steckerstiftmantelfläche positioniert ist.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 43 11 980 C1 bekannt. Nach diesem bekannten Verfahren wird ein Modul mit einer frontseitigen Hülse zur Aufnahme eines Steckerstiftes und mit einem rückwartigen Aufnahmeraum für eine Laserdiode unter Verwendung eines lichtaushärtenden Klebstoffs hergestellt. Zur Ausrichtung der Laserdiode wird ein Steckerstift mit einem Lichtwellenleiterende bis zu einem Anschlag eingeführt, das bei Ansteuerung von der Laserdiode emittierte Licht in das Lichtwellenleiterende eingekoppelt und hinsichtlich seiner Intensität am anderen Lichtwellenleiterende ausgewertet. Durch Verschieben des Bau­ teils relativ zu der Laserdiode wird unter Auswertung der In­ tensität die optimale Kopplungsposition bestimmt. In dieser Position wird der Klebstoff ausgehärtet (sog. "aktive Ju­ stage"). Dabei ist jedoch im Hinblick auf die Aushärtung des Klebstoffs eine die Werkstoffauswahl einschränkende Verwen­ dung von lichtdurchlässigem Material für den Aufnahmebereich (Halterung) und/oder eine vergleichsweise lange Belegung der Fertigungseinrichtung zumindest solange erforderlich, bis der Klebstoff eine Grundfestigkeit erlangt hat, die eine Entnahme der halbfertigen Baugruppe erlaubt. Im Hinblick auf diese Problematik ist eine gleichzeitige Verwendung mehrerer Kleb­ stoffe denkbar, wobei ein erster, schnell aushärtender Kleb­ stoff für eine Vorfixierung sorgt. Dabei treten jedoch zu­ sätzliche fertigungstechnische Schwierigkeiten und teilweise konträre Optimierungsziele auf. So wäre eine mehrfache Kleb­ stoffapplikation notwendig. Ferner weisen hochgefüllte Kleb­ stoffe zwar mechanisch günstige Eigenschaften auf, können aber die Härtung des schnellhärtenden Klebstoffes beeinträch­ tigen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen eines elektrooptischen Mo­ duls, das eine langzeitstabile und insbesondere bei mechani­ schen und klimatischen äußeren Belastungen dauerhafte Verbin­ dung des Bauteils mit dem Aufnahmebereich bei äußerst kurzen Taktzeiten zumindest für die zur Justage und präzisen Posi­ tionierung verwendeten Vorrichtungen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Klebstoff ein so­ wohl lichtaushärtbares als auch wärmeaushärtbares Material verwendet wird, daß zunächst in der Position maximaler opti­ scher Kopplung eine Vorfixierung durch Lichtaushärtung des Klebstoffs vorgenommen wird und daß in einem zeitlich und/oder räumlich separaten nachfolgenden Herstellungsschritt eine vollständige dauerhafte Verbindung durch Wärmeaushärtung geschaffen wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß der Klebstoff durch Lichtbestrahlung - z. B. durch UV-Licht - sehr schnell angehärtet werden kann und da­ mit bereits eine soweit ausreichende Fixierung und Festigkeit erlangt, daß die vorrichtungsseitige, präzise Fixierung des elektrooptischen Bauteils durch die eigene Vorfixierung ersetzbar wird. Dadurch kann das soweit vormontierte elektro­ optische Modul bereits nach kurzer Taktzeit aus der der äußeren Fixierung und ggf. Justage dienenden Vorrichtung ent­ nommen werden. Die Vorrichtung kann in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise anschließend bereits zur Justage und Fixierung eines weiteren elektrooptischen Moduls verwendet werden. Die anschließende vollständige Fixierung des Bauteils in dem Aufnahmebereich durch Wärmeaushärtung insbesondere der dem Licht unzugänglichen Bereiche kann vorteilhafterweise zeitlich oder räumlich getrennt erfolgen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nur eine einzige Klebstoffapplikation notwendig ist.

Für das erfindungsgemäße Verfahren haben sich als besonders geeignet die in der deutschen Patentanmeldung 195 45 552 vom 06.12.1995 derselben Anmelderin und die in der EP 0 504 569 A2 offenbarten Kompositionen sowie der unter dem Handelsnamen DELO-DUOKAT® VE 293 der Fa. DELO Industriekleb­ stoffe GmbH & Co. KG, Ohmstr. 3, 86899 Landsberg vertriebene Zweikomponenten-Klebstoff erwiesen.

Eine weitere fertigungstechnische Vereinfachung hinsichtlich der Klebstoffapplikation ergibt sich nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, daß der Fügespalt zwischen dem Aufnahmebereich und dem elektroop­ tischen Bauteil und/oder einem Bauteilträger in einer Ebene ausgebildet wird, die senkrecht zu der Längsachse der Kopp­ lungsbuchse steht.

Um im ersten Aushärteschritt dem Licht einen mehrfachen Zu­ gang zu dem Fügebereich zu ermöglichen, sieht eine vorteil­ hafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß durch geometrische Formgebung und/oder optische Eigenschaften des elektro­ optischen Bauteils und/oder einem Bauteilträger und/oder des Aufnahmebereichs ein zusätzlicher Lichtzutritt zu dem Kleb­ stoff geschaffen wird.

Die dem Lichtzutritt dienende geometrische Formgebung kann in zusätzlicher Funktion zu einer wesentlichen Erhöhung der me­ chanischen Stabilität der Verbindung dadurch beitragen, daß das elektrooptische Bauteil und/oder ein Bauteilträger und/oder der Aufnahmebereich mit von außen lichtzugänglichen und zum Fügespalt führenden Öffnungen versehen sind, die sich zum Fügespalt hin verjüngen und in die Klebstoff eingebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein elektrooptisches Modul im halbsymmetrischen Längsschnitt und

Fig. 2 wesentliche Verfahrensschritte.

Gemäß Fig. 1 umfaßt das elektrooptische Modul eine auch als Flansch bezeichnete Kopplungsbuchse 1 zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Lichtwellenleitersteckers, in des­ sen zentraler Bohrung in üblicher Weise ein Ende eines Licht­ wellenleiters angeordnet ist. Die Kopplungsbuchse 1 ist ein­ stückig mit einem rückwärtigen Aufnahmebereich 2 ausgebildet, der zur Aufnahme eines elektrooptischen Bauteils 3 dient und einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 2a auf­ weist. Das elektrooptische Bauteil umfaßt ein Gehäuse 4 und beispielsweise einen optischen Sender (Laserdiode) 5, der über in das Gehäuse 4 eintretende elektrische Anschlüsse 7, 8 ansteuerbar ist. Bei elektrischer Ansteuerung gibt die Laser­ diode 5 Lichtsignale ab, die über ein optisches Fenster 9 und/oder eine Linse und einen die Kopplungsbuchse mit dem Aufnahmebereich verbindenden optischen Kanal 12 in das Licht­ wellenleiterende einkoppelbar sind.

Zur Herstellung des elektrooptischen Moduls (Fig. 2) wird ein Steckerstift mit einem Lichtwellenleiterende in die Kopp­ lungsbuchse 1 bis zum Anschlag 13 eingeführt und am anderen Ende des Lichtwellenleiters die in diesen eingekoppelten Lichtsignale hinsichtlicher ihrer Intensität ausgewertet. Von der rückwärtigen Seite wird ein sowohl lichtaushärtbarer als auch wärmeaushärtbarer Klebstoff ("Dual-Cure-Epoxy") auf eine rückwärtige Flanschseite 16 des Flansches 2a aufgebracht. Anschließend wird das von einem Montagering 18 umgebene und mit diesem fest - z. B. durch vorhergehende Schweißung in ei­ nem Schweißbereich 20 - verbundene elektrooptische Bauteil unter Zwischenlage des Klebstoffs 14 zwischen dem Montagering 18 und der Flanschfläche 16 in den Aufnahmebereich 2 zentral eingeführt. Damit bildet sich zwischen der Flanschseite 16 und der ihr zugewandten Oberfläche 24 des Montagerings ein klebstoffgefüllter Fügespalt 26, der eine Justagebewegung des Bauteils 3 in der zur Längsachse Z des Moduls bzw. der Kopp­ lungsbuchse 1 senkrechten Ebene X-Y erlaubt.

Unter aktiver Justage wird das elektrooptische Bauteil 3 in dem Aufnahmebereich 2 derart in X-Y-Ebene positioniert, daß ein Signalmaximum und damit die Position maximaler optischer Kopplung erreicht wird (Fig. 2). In dieser Position erfolgt eine durch Pfeile 30 dargestellte Belichtung des Fügespaltbe­ reiches, die zu einer sofortigen Anhärtung des Klebstoffs 14 führt. Um den Lichtzutritt weiter zu erleichtern, sind sowohl in dem flanschartigen Ausläufer 2a des Aufnahmebereichs 2 als auch in dem Montagering 18 Durchgangsöffnungen 32, 34 vorge­ sehen, die sich zum Fügespalt 26 hin konisch verjüngen. In diese Öffnungen 32, 34 tritt während des Fügevorgangs ein Teil des Klebstoffs 14 ein und bildet nach Aushärtung einen zusätzlichen Formschluß zwischen den Fügepartnern 2a, 18. Anschließend kann nach äußerst kurzer Aushärte- und Taktzeit das vorgefertigte Modul bereits aus der nicht näher gezeigten Fertigungsvorrichtung entnommen und anschließend zeitlich und örtlich getrennt einem Wärmeaushärtungsprozeß unterzogen werden, in dem auch die dem Licht nicht zugänglichen Kleb­ stoffpartien vollständig und dauerhaft ausgehärtet werden.

Durch die senkrechte Orientierung des Fügespaltes 26 zur Achse Z ist in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise eine besonders einfache und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur einmal notwendige Applikation des Klebstoffs 14 möglich. Die senkrecht zum Fügespalt ausgebildeten konischen Öffnungen 32, 34 ermöglichen vorteilhafterweise eine zusätzliche Lichtbestrahlung des Fügebereichs und bilden ferner nach Aus­ härtung des Klebstoffs einen die mechanische Festigkeit er­ höhenden Formschluß.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines elektrooptischen Moduls, das frontseitig eine Kopplungsbuchse (1) zur Aufnahme eines Lichtwellenleiterendes und rückwärtig einen Aufnahmebereich (2) für ein elektrooptisches Bauteil (3) aufweist, bei dem das elektrooptische Bauteil (3) in eine Position maximaler optischer Kopplung mit einem von der Kopplungs­ buchse (1) aufgenommenen Lichtwellenleiterende gebracht wird und bei dem das Bauteil (3) in dieser Position mittels Klebstoff (14) mit dem Aufnahmebereich (2) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff (14) ein sowohl lichtaushärtbares als auch wärmeaushärtbares Material verwendet wird, daß zunächst in der Position maximaler optischer Kopplung eine Vorfixierung durch Lichtaushärtung (30) des Klebstoffs (14) vorgenommen wird und daß in einem zeitlich und/oder räumlich separaten nachfol­ genden Herstellungsschritt eine vollständige dauerhafte Verbindung durch Wärmeaushärtung geschaffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügespalt (26) zwischen dem Aufnahmebereich (2) und dem elektrooptischen Bauteil (3) und/oder einem Bauteilträger (18) in einer Ebene (X-Y) ausgebildet wird, die senkrecht zu der Längsachse (Z) der Kopplungsbuchse (1) steht.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch geometrische Formgebung und/oder optische Eigenschaften des elektrooptischen Bauteils (3) und/oder einem Bauteilträger (18) und/oder des Aufnahmebereichs (2) ein zusätzlicher Lichtzutritt zu dem Klebstoff (14) geschaffen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Bauteil (3) und/oder ein Bauteilträger (18) und/oder der Aufnahmebereich (2) mit von außen lichtzugänglichen und zum Fügespalt (26) führenden Öffnungen (32, 34) versehen sind, die sich zum Fügespalt (26) hin verjüngen und in die Klebstoff (14) eingebracht wird.