DE19743992C1 - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Steckeraufnahmeelementes und optoelektronischer Stecker - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Steckeraufnahmeelementes und optoelektronischer SteckerInfo
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Description
Aus der US-Patentschrift 5,367 593 ist ein Verfahren zum Her
stellen eines optoelektronischen Steckeraufnahmeelementes für
einen optischen Stecker eines optoelektronischen Steckverbin
ders bekannt, bei dem zum Herstellen des Steckeraufnahmeele
mentes ein Montageblock mit Ausrichtöffnungen und Enden von
Nuten an der steckerzugewandten Stirnseite verwendet wird.
Die Nuten sind in einer Lichtleiterenden des optischen Stec
kers entsprechenden Anordnung vorgesehen und erstrecken sich
bis zu einer Grube in dem Montageblock. In der Grube befindet
sich ein Bauteileträger mit einer integrierten Schaltung und
einem optoelektronischen Bauteil; beim Einfügen dieser Anord
nung in die Grube des Montageblocks erfolgt eine Ausrichtung
optischer Wandlerelemente des optoelektronischen Bauteils zu
den inneren Enden der Nuten, die nach Auffüllen mit einem ge
eigneten Kunststoff Lichtwellenleiter bilden.
Aus der GB 2 245 082 A geht ein optischer Steckverbinder mit
einem integralen optischen Chip hervor, der zumindest teil
weise von dem Kunststoffmaterial des Steckverbindergehäuses
umgeben ist. Der Steckverbinder hat Ausrichtstifte zum Zusam
menwirken mit einem korrespondierenden Kopplungspartner. Auf
die präzise Ausrichtung des optischen Chips geht die GB 2 245 082 A
nicht ein.
Auch die DE 41 14 156 A1 offenbart einen Steckverbinder für
Lichtwellenleiter, in dessen Kunststoffgehäuse zumindest ein
optoelektronischer Wandler eingebettet ist. Auch hier wird
über dessen Justage weiter nichts ausgesagt.
Die DE 43 00 652 C1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer hybrid integrierten optischen Schaltung und eine Vor
richtung zur Emission von Lichtwellen. Das Herstellverfahren
bedient sich eines Abformwerkzeuges mit Aufnahmevorrichtun
gen, die ein elektrooptisches Halbleiterbauelement in Bezug
auf eine Negativ-Form eines wellenleitergrabens justieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen eines optoelektronischen Steckeraufnahmeelements
für einen optischen Stecker eines optoelektronischen Steck
verbinders vorzuschlagen, das sich mit vergleichsweise ge
ringem Aufwand unter Erzielung einer optimalen Kopplung zwi
schen den optoelektronischen Wandlerelementen des Steckerauf
nahmeelementes und den optischen Bauelementen des Steckers
durchführen läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Her
stellen eines optoelektronischen Steckeraufnahmeelements für
einen optischen Stecker eines optoelektronischen Steckver
binders verwendet, bei dem ein Montageblock mit Ausrichtstif
ten in einer solchen Anordnung versehen wird, daß die Aus
richtstifte aus einer steckerzugewandten Stirnseite des Mon
tageblocks hervorstehen, ein Bauteileträger mit einem opto
elektronischen Bauteil auf dieser Stirnseite des Montagebau
steins aufgebracht, der Montageblock unter Einführen der Aus
richtstifte in Ausrichtöffnungen des optischen Steckers gegen
die Kontaktseite des optischen Steckers geführt, opto
elektronische Wandlerelemente des optoelektronischen Bauteils
elektrisch angesteuert werden und der Bauteileträger auf der
steckerzugewandten Stirnseite in eine Position mit einer ma
ximalen optischen Kopplung mit den Lichtleitern des optischen
Steckers gebracht, der Bauteileträger in der Position
maximaler Kopplung auf der steckerzugewandten Stirnseite fi
xiert wird und der Montageblock mit Kunststoff umgossen wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be
steht in seiner vergleichsweise einfachen Durchführbarkeit.
Diese ist darin begründet, daß der Bauteileträger mit dem
optoelektronischen Bauteil auf der steckerzugewandten
Stirnseite des Montageblocks aufgebracht wird, so daß eine
Grube im Montageblock nicht erforderlich ist und auch Nuten
in diesem Block nicht benötigt werden; der Montageblock ist
beim erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen ein Quader.
Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß sich ein
Steckverbinder mit besonders guter optischer Kopplung
gewinnen läßt, weil der Bauteileträger des
Steckeraufnahmeelementes während des Herstellungsverfahrens
in bezug auf den Stecker so auf dem Montageblock plaziert
wird, daß eine Position maximaler optischer Kopplung zwischen
den optoelektronischen Wandlerelementen der Stecker und den
optischen Bauteilen des Steckers erreicht wird. Erst wenn der
Bauteileträger diese Lage auf dem Montageblock erreicht hat,
wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren fortgesetzt
und abgeschlossen, so daß auf diese Weise ein
optoelektronischer Steckverbinder gewinnbar ist, der in bezug
auf die optische Kopplung und die mechanische
Zusammenfügbarkeit optimal ausgelegt ist.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
der Bauteileträger mit einer inneren Öffnung auf die Stifte
aufgeschoben. Dadurch wird der Bauteileträger vorpositioniert
und auch die Abwicklung des Herstellungsprozesses erleich
tert.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
der Montageblock vorteilhafterweise unter Einhaltung eines
vorgegebenen Abstandes gegen die Kontaktseite des optischen
Steckers geführt, um den Bauteileträger auf dem Montageblock
verschiebbar halten und in bezug auf die optoelektronischen
Wandlerelemente des Steckeraufnahmeelementes optisch optimal
ausrichten zu können. Der vorgegebene Abstand kann in vor
teilhafter Weise durch Verwendung entsprechend bemessener
Abstandstücke oder durch Abstandselemente am Bauteileträger
erreicht werden.
Das Fixieren des Bauteileträgers auf dem Montageblock in der
Lage optimaler optischer Kopplung erfolgt vorteilhafterweise
durch Kleben, Löten oder Schweißen. Als Klebstoff kann dabei
vorteilhafterweise ein lichtaushärtender Klebstoff verwendet
werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird der Montageblock zumindest im Bereich des
Bauteileträgers mit einem transparenten Kunststoff umgossen,
wodurch eine äußere Umhüllung entsteht, die einerseits einen
Schutz vor Umwelteinflüssen gewährleistet und andererseits
das Licht von den eingebetteten optoelektronischen
Wandlerelementen auf dem Bauteileträger zu den optischen
Bauteilen des Steckers im zusammengefügten Zustand gelangen
läßt.
Bei dem Umgießen des Montageblocks wird dieser vorteilhaf
terweise mit dem Kunststoff in einer Gießform umgossen, deren
Innenkontur der Außenkontur des Steckers entspricht. Auf
diese Weise können beispielsweise ohne Schwierigkeiten Aus
nehmungen vorgesehen werden, in die Sperrklinken einer
Rasteinrichtung des Steckers im zusammengefügten Zustand
eingreifen können.
Die Erfindung betrifft ferner einen optoelektronischen Steck
verbinder mit einem optischen Stecker, der an seiner Kontakt
seite nebeneinanderliegend Enden von Lichtleitern sowie Aus
richtelemente aufweist, und mit einem optoelektronischen
Steckeraufnahmeelement, das an seiner Kontaktseite mit den
Ausrichtelementen zusammenwirkende Ausrichtteile besitzt und
mit den Lichtaufnahmeelementen seines optoelektrischen Bau
teils so ausgerichtet in dem Steckeraufnahmeelement angeord
net ist, daß aus den Enden der Lichtleiter austretendes Licht
auf die Lichtaufnahmeelemente fällt.
Ein solcher Steckverbinder ist in der europäischen Patentan
meldung EP 0 699 932 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten
Steckverbinder weist ein optoelektronisches Steckeraufnahmee
lement einen Montageblock auf, der an seiner steckerzuge
wandten Stirnseite einen Bauteileträger mit optoelektroni
schen Wandlerelementen trägt; der Bauteileträger ist mit dem
Montageblock auf einer Leiterplatte aufgebracht. Der Montage
block weist seitliche Vertiefungen zur Aufnahme von klauenar
tigen Ansätzen an einen optischen Stecker auf.
Um ein einfach aufgebautes Steckeraufnahmeelement eines opti
schen Steckverbinders unter Gewährleistung einer besonders
guten optischen Kopplung zu schaffen, sind erfindungsgemäß
die Ausrichtteile als Stifte in einem Montageblock des
Steckeraufnahmeelementes gehalten, der Montageblock trägt an
seiner der Kontaktseite des Steckeraufnahmeelementes zuge
wandten Seite einen die Stifte umfassenden Bauteileträger mit
dem optoelektronischen Bauteil und der Montageblock ist mit
dem Bauteileträger und dem optoelektronischen Bauteil mit
transparentem Kunststoff umgossen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Steckeraufnahmeelementes ist der Kunststoff transparent und
weist eine hohe optische Transmission in dem Spektralbereich
auf, in dem das aus den Enden der Lichtleiter austretende
Licht liegt; er ist damit vor Umwelteinflüssen geschützt.
Zur weiteren Erläuterung ist in
Fig. 1 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten elek
trooptischen Steckers, in
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines zu dem Stecker gemäß
Fig. 1 passenden Steckeraufnahmeelementes, in
Fig. 3 ein weiterer Schnitt durch das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 gemäß der Linie III-III und in
Fig. 4 eine Draufsicht auf dasselbe Ausführungsbeispiel des
elektrooptischen Steckers dargestellt.
Das in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellte optoelektronische
Steckeraufnahmeelement 1 enthält einen Montageblock 2, der
mit Sacklöchern 3 und 4 zur Aufnahme von Ausrichtteilen in
Form von Stiften 5 und 6 versehen ist. Auf einer steckerzuge
wandten Stirnseite 7 des Montageblocks 2 ist ein Bauteileträ
ger 8 aufgebracht, der beispielsweise in Form einer gedruck
ten Leiterplatte oder eines sogenannten lead frame ausgebil
det ist. Auf dem Bauteileträger 8 befindet sich beispiels
weise ein optoelektronisches Bauteil 9 mit optoelektronischen
Wandlerelementen 9a, wie zum Beispiel VCSEL-Elementen oder
Photodioden.
Wie insbesondere Fig. 4 erkennen läßt, sind auf dem Bautei
leträger 8 außer den Wandlerelementen 9a auch Leiterbahnen 10
vorhanden, die zu äußeren, nicht dargestellten Anschlüssen
des optoelektronischen Steckeraufnahmeelementes 1 führen. Die
Leiterbahnen 10 sind mit den Wandlerelementen 9 über Bond
drähte 11 verbunden, wie ebenfalls die Fig. 4 deutlich er
kennen läßt. Die Fig. 4 zeigt ferner, daß der Bauteileträger
8 im Bereich der Stifte 5 und 6 mit einer relativ großen
inneren Öffnung 11 versehen ist. Der Bauteileträger 8 weist
außerdem einen äußeren Rahmen 12 auf.
Das Steckeraufnahmeelement 1 nach den Fig. 1, 3 und 4 soll
mit einem optischen Stecker 20 zu einem optoelektronischen
Steckverbinder zusammenfügbar sein. Der in Fig. 2 darge
stellte Stecker 20 weist in seinem Innern Führungselemente
auf, die im Hinblick auf die Ausgestaltung der Ausrichtteile
als Ausrichtstifte 5 und 6 als Ausrichtöffnungen 21 und 22
zur Aufnahme der freien Enden der Ausrichtstifte 5 und 6
ausgebildet sind. Der Stecker 20 enthält ferner als optische
Bauteile Lichtwellenleiter 23, 24, 25 und 26, die an einer
inneren Kontaktseite 27 des Steckers 20 an Abschlüssen 28,
29, 30 und 31 enden. Im Hinblick auf die Anordnung der
Abschlüsse 28 bis 31 der Lichtleiter 23 bis 26 des Steckers
20 sind die Wandlerelemente 9 auf dem Bauteileträger 8
räumlich angeordnet.
Der Stecker 20 ist an einander gegenüberliegenden Zungen 32
und 33 mit Sperrklinken 34 und 35 versehen, die beim Verbin
den des Steckers 20 mit dem Steckeraufnahmeelement 1 in
Rastvertiefungen 36 und 37 eines Kunststoffumgusses 38 des
Montageblocks 2 des Steckeraufnahmeelementes 1 (vgl. Fig. 1)
eingreifen und damit den Stecker 20 fest an dem Steckerauf
nahmeelement 1 halten.
Bei der Herstellung des in den Fig. 1, 3 und 4 dargestell
ten Steckeraufnahmeelementes 1 wird in der Weise vorgegangen,
daß zunächst der Montageblock 2 mit den Sacklöchern 3 und 4
in einer räumlichen Anordnung versehen wird, wie sie durch
die Führungselemente 21 und 22 des Steckers 20 vorgegeben
ist. Danach werden die Ausrichtstifte 5 und 6 in die
Sacklöcher 3 und 4 eingebracht. Anschließend wird von der in
der Fig. 1 oberen Seite her der Bauteileträger 8 über die
Stifte 5 und 6 mit seiner Öffnung 11 (siehe insbesondere Fig.
4) aufgeschoben und auf die Stirnseite 7 des Montageblocks 2
aufgelegt. Anschließend wird der Stecker 20 auf den
Montageblock 2 in der Weise aufgeschoben, daß seine
Ausrichtöffnungen 21 und 22 die Ausrichtstifte 5 und 6
aufnehmen; unter Einhaltung eines Abstandes zwischen der
steckerzugewandten Stirnseite 7 des Montageblocks 2 und der
Stirnseite 27 des Steckers 20 werden der Stecker 20 und der
Montageblock aneinandergedrückt, und es wird in diesem
Zustand eine Ausrichtung des Bauteileträgers 8 bezüglich des
Steckers 20 in der Weise vorgenommen, daß bei elektrischer
Ansteuerung der Wandlerelemente 9a über die Leiterbahnen 10
des Bauteileträgers 8 und unter Beobachtung der optischen
Signale an den in der Fig. 2 nicht dargestellten äußeren En
den der Lichtwellenleiter 23 bis 26 eine maximale optische
Kopplung erzielt wird. In der Lage der maximalen optischen
Kopplung wird der Bauteileträger 8 an der steckerzugewandten
Stirnseite 7 des Montagebausteins 2 beispielsweise durch
Einbringen eines lichtaushärtenden Klebstoffs von der Seite
her fixiert und danach der Stecker 20 vom Montageblock 2
entfernt.
Anschließend wird der Montageblock in einer nicht darge
stellten Gießform mit einer Innenkontur, die der Innenkontur
des Steckers 20 im Bereich der Stirnseite 27 entspricht, mit
einem transparenten Kunststoffumguß 38 versehen. Der Kunst
stoffumguß wird mit transparentem Kunststoff vorgenommen, der
seine maximale Transmission vorteilhafterweise in dem Spek
tralbereich hat, in dem später Signale über das optoelektro
nische Steckeraufnahmeelement 1 übermittelt werden. Bei die
sem Umguß werden auch die Rastvertiefungen 36 und 37 ausge
bildet. Die Wandlerelemente 9a des Steckeraufnahmeelementes 1
sind damit gegen äußere Umwelteinflüsse optimal geschützt,
und es ist eine optimale optische Kopplung bei einem späteren
Zusammenbau von Stecker und Steckeraufnahmeelement zu einer
optischen Steckverbindung erreicht.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen
Steckeraufnahmeelementes (1) für einen optischen Stecker (20)
eines optoelektronischen Steckverbinders, bei dem
- 1. ein Montageblock (2) mit Ausrichtstiften (5, 6) in einer solchen Anordnung versehen wird, daß die Ausrichtstifte (5, 6) aus einer steckerzugewandten Stirnseite (7) des Mon tageblocks (2) hervorstehen,
- 2. ein Bauteileträger (e) mit einem optoelektronischen Bauteil auf dieser Stirnseite (7) des Montagebausteins (2) aufge bracht wird,
- 3. der Montageblock (2) unter Einführen der Ausrichtstifte (5, 6) in Ausrichtöffnungen (21, 22) des optischen Steckers (20) gegen die Kontaktseite (27) des optischen Steckers (20) geführt wird,
- 4. optoelektronische Wandlerelemente (9a) des optoelektroni schen Bauteils (9) elektrisch angesteuert werden und der Bauteileträger (8) auf der steckerzugewandten Stirnseite (7) in eine Position mit einer maximalen optischen Kopplung mit Lichtleitern (23 bis 26) des optischen Steckers (20) gebracht wird,
- 5. der Bauteileträger (8) in der Position maximaler Kopplung auf der steckerzugewandten Stirnseite (7) fixiert wird und
- 6. der Montageblock (2) mit Kunststoff (38) umgossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Bauteileträger (8) mit einer inneren Öffnung auf die Ausrichtstifte (5, 6) aufgeschoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Montageblock (2) unter Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes gegen die Kontaktseite (27) des optischen Steckers (20) geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. ein Bauteileträger mit Abstandselementen zur Einhaltung des vorgegebenen Abstandes verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. zwischen dem Montageblock und dem Stecker Abstandsstücke eingebracht werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Bauteileträger (8) durch Kleben, Löten oder Schweißen fixiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Montageblock (2) zumindest im Bereich des Bauteileträ gers (8) mit einem transparenten Kunststoff (38) umgossen wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Montageblock (2) mit dem Kunststoff (38) in einer Gieß form umgossen wird, deren Innenkontur der Innenkontur des optischen Steckers (20) angepaßt ist.
9. Optoelektronischer Steckverbinder mit einem
- 1. optischen Stecker (20), der an seiner Kontaktseite (27) ne beneinanderliegend Enden (28 bis 31) von Lichtleitern (23 bis 26) sowie Ausrichtelemente (21, 22) aufweist, und mit einem
- 2. optoelektronischen Steckeraufnahmeelement (1), das an sei ner Kontaktseite mit den Ausrichtelementen (21, 22) zusam menwirkende Ausrichtteile (5, 6) besitzt und mit optischen Wandlerelementen (9a) seines optoelektrischen Bauteils (9) so ausgerichtet in dem Stecker (20) angeordnet ist, daß aus den Enden (28 bis 31) der Lichtleiter (23 bis 26) austre tendes Licht auf die optischen Wandlerelemente (9a) fällt,
- 1. die Ausrichtteile als Ausrichtstifte (5, 6) in einem Monta geblock (2) des Steckeraufnahmeelementes (1) gehalten sind,
- 2. der Montageblock (2) an seiner der Kontaktseite (2) des Steckers (20) zugewandten Seite einen die Ausrichtstifte (5, 6) umfassenden Bauteileträger (8) mit dem optoelektro nischen Bauteil (9) trägt und
- 3. der Montageblock (2) mit dem Bauteileträger (8) und dem op toelektronischen Bauteil (9) mit transparentem Kunststoff (38) umgossen ist.
10. Stecker nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Kunststoff transparent ist und eine hohe optische Transmission in dem Spektralbereich aufweist, in dem das aus den Enden (28 bis 31) der Lichtleiter (23 bis 26) aus tretende Licht liegt.
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