DE19917325C2 - Fassung für opto-elektronische Bauelemente - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft den Anschluß opto-elektronischer Baulelemente auf Leiterplatten.

Stand der Technik

Bislang werden elektronische Geräte überwiegend mit Kompo­ nenten realisiert, die über elektrische Verbindungen ange­ schlossen werden. Insbesondere werden Moduln mittels elek­ trischer Leiterplatten gefertigt, auf die die elektroni­ schen Bauelemente in integrierter Form, z. B. Prozessoren, aufgebracht werden. Die Verbindung geschieht entweder durch Löten oder über gesockelte Bauelemente, für die auf der Leiterplatte eine Fassung vorgesehen ist. Eine für die vor­ liegende Erfindung bedeutsame Variante ist dabei das PGA- Gehäuse, das im wesentlichen rechteckige flache Bauelemente verwendet, an deren schmalen Kanten Kontakte vorgesehen sind. Die Fassung weist dann korrespondierenen Kontakte auf. Da die elektronischen Elemente klein sind, bestehen diese praktisch nur aus dem Sockel.

Mit der Verfügbarkeit schneller opto-elektronischer Bauele­ mente ist es wünschenswert, diese in Leiterplatten mit so­ wohl optischen als auch elektrischen Lagen verwenden zu können. Eine Lösung hierzu ist in dem Artikel "Optical in­ terconnection using 'fibre in board' technology" von P. J. Vetter et al., Band 1, S. 445-448 des Konferenzberichts ECOC'95, IMEC, Gent, Belgien 1995, beschrieben. Die gezeigte Lösung ist für Steckverbindungen relativ aufwendig und zeigt lediglich fest angeschlossene Bauelemente.

In der Patentschrift US 5,359,686 wird ein optischer Anschluß gezeigt, bei dem die Fassung für ein Anschlußelement eine zur Einsetzrichtung parallele Innenfläche aufweist, auf der opti­ sche Anschlüsse enden, deren optische Achsen senkrecht dazu stehen. Das Anschlußelement selbst weist eine zur Einsetz­ richtung parallele Außenfläche auf, in der optische Fasern enden, die gegenüber der Außenfläche das Anschlußelement ver­ lassen. Da es sich um einen Koppler für optische Fasern han­ delt, sind elektrische Anschlüsse nicht vorgesehen.

In der Patentanmeldung EP 0 412 528 sind Bauelementeträger zum Einsetzen in größere Einheiten gezeigt, bei denen jedoch die Ein- und Ausgänge nicht innerhalb der Seitenflächen ange­ ordnet sind.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Bauelemente mit sowohl elektrischen als auch optischen Anschlüssen auf einer Leiter­ platte in einer Fassung leicht anschließbar zu machen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung beschreibt eine Lösung, bei der ein quaderför­ miges flaches Gehäuse gleichzeitig Sockel ist, und bei dem an mindestens einer Schmalseite der optische Anschluß erfolgt. Dabei sind in der Regel zusätzlich elektrische Anschlüsse vorgesehen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erge­ ben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Sicht auf Sockel und Fassung,

Fig. 2 ein in die Fassung eingesetzter Sockel,

Fig. 3 eine Variante mit gezackter Seitenlinie,

Fig. 4 einen Querschnitt senkrecht zur Einsetzrichtung.

Fig. 5 einen Querschnitt senkrecht zur Einsetzrichtung

Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung

In Fig. 1 sind perspektivisch ein Sockel 10 mit einer Fas­ sung 20 gezeigt. Die Fassung 10 befindet sich normalerweise auf einer Leiterplatte, die hier zur besseren Übersicht­ lichkeit nicht gezeigt ist.

Der Sockel 10 ist in der gezeigten Ausführungsform ein fla­ cher Quader, hier mit quadratischer Grundfläche gezeigt. Er entspricht in etwa dem bekannten PGA Gehäuse, das an den Seitenflächen 12a und 12b sowie den nicht sichtbaren Sei­ tenflächen elektrische Kontakte hat. Bei der Erfindung be­ finden sich dort optische Aus- und Einlässe, die im folgen­ den der Einfachheit halber als optische Kontakte oder sogar einfach Kontakte bezeichnet werden, wenn klar ist, daß op­ tische und keine elektrischen Kontakte gemeint sind. An der Seitenfläche 12b sind einige optische Kontakte, z. B. ein optischer Kontakt 13c dargestellt. Weiter unten werden mög­ liche Ausführungsformen eines solchen Kontakts erläutert.

Gleichfalls in Fig. 1 ist eine Fassung 20 gezeigt, die als zu dem Sockel 10 passender Rahmen, also als flacher Quader mit einem quaderförmigen Ausschnitt in der Mitte, ausge­ führt ist. Der quaderförmige Ausschnitt ist um ein geringes größer als der zugehörige Sockel. An den Innenseiten der Fassung sind, entsprechend zu den optischen Kontakten 13c der Fassung 10 optische Gegenkontakte 23a angebracht. Hier­ bei ist der zu dem optischen Kontakt 13c gehörige Gegenkon­ takt in Fig. 1 nicht sichtbar, weil er auf der durch den Pfeil A markierten Innenseite liegt. Entsprechend ist der zum Gegenkontakt 23a gehörige Kontakt an der Fassung 10 nicht sichtbar.

In Fig. 2 ist die Anordnung nach Fig. 1 gezeigt, nachdem der Sockel 10 in Richtung des Pfeils B in die Fassung ein­ geführt wurde. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche 11 des Sockels 10 plan und der Sockel etwa so hoch wie der Ausschnitt in der Fassung. Nach dem Einsetzen ergibt sich dann ein Bild wie in Fig. 2, bei dem die Ober­ fläche 11 des Sockels mit der Oberfäche der Fassung fluch­ tet. In Praxi jedoch kann die Oberfläche 11 anders als eben und beispielsweise einen Kühlkörper aufweisen. Nicht ge­ zeigt in Fig. 1 und 2 sind Anschläge bekannter Art, die die Endposition des Sockels nach dem Einsetzen in Richtung A festlegen.

Wesentlich für die Erfindung ist dabei, daß die Kanten von Sockel bzw. Fassung, an denen sich die optischen Kontakte befinden, möglichst senkrecht zur Einsetzrichtung des Soc­ kels in die Fassung sind. Dabei ist eine leichte Schrägung von Vorteil, die Sockel und Fassung in Einsetzrichtung leicht verjüngt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Damit wird er­ reicht, daß nach dem Einsetzen eine formschlüssige Verbin­ dung der Außenkante des Sockels mit der Innenkante der Fas­ sung erreicht und somit der Spalt 47 minimiert wird. In diesem Fall kann im übrigen ein Anschlag 44 entfallen, auch wenn dadurch ein Entfernen des Sockels aus der Fassung er­ schwert ist. Um den Sockel in der Fassung zu fixieren, ist ein Anpressbügel bekannter Art vorzusehen, wie er aus Soc­ kel und Fassung mit elektrischen Kontakten, z. B. der PGA Gehäuseform, bekannt sind.

In Fig. 3 ist eine Variante dargestellt, die ein optisches Übersprechen zwischen den einzelnen optischen Kontakten vermindert. Hierbei sind weiterhin Flächen 31 parallel zur Einsetzrichtung vorgesehen. Zwischen diesen ist jeweils ei­ ne Ausbuchtung quer zur Einsetzrichtung vorgesehen, die in Fig. 3 in Bezug auf den Sockel nach innen erfolgt, aber ge­ nausogut auch in invertierter Richtung nach außen erfolgen kann. Durch Weglassen oder Invertieren von Ausbuchtungen kann auch eine Sicherung gegen um die Einsetzachse um 90 oder 180 Grad verdrehtes Einsetzen erreicht werden.

Fig. 4 zeigt einen nicht maßstabsgerechten Querschnitt durch den Rand einer Fassung 20 mit eingesetztem Sockel 10. Der Sockel 20 ist auf einer Leiterplatte 40 befestigt, die hier durch drei Lagen symbolisiert ist. Die Lagen 41 und 43 stehen für elektrische und isolierende Lagen. Ferner ist eine optische Lage 42 vorgesehen, an die anzukoppeln ist. Die Ankopplung an die optische Lage erfolgt nach dem jewei­ ligen Stand der Technik, z. B. nach dem oben angegebenen.

Fig. 4 zeigt ferner einen symbolisierten Querschnitt durch den Sockel 10, der im Innern einen Schaltungsträger 50 um­ faßt, auf dem ein Licht emittierendes optisches Bauelele­ ment 51 angeordnet ist. Nach den Gesetzen der Optik sind Empfänger und Sender von Licht in der Regel austauschbar, weshalb im folgenden eine Richtung stellvertretend benutzt wird. Ferner ist gezeigt ein innerer Lichtleiter 52, der das Licht vom optischen Baulelement 51 zu der Seitenfläche des Sockels 10 führt und dort bündig mit dieser abschließt. Dieser und die anderen Lichtleiter sind selbstverständlich, ohne daß diese besonders dargestellt ist, beispielsweise in bekannter Art als Stufengradienten-Fasern oder mit kontinu­ ierlichen Gradienten ausgeführt, um eine optimale Lichtlei­ tung zu erlauben. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung wird ein abgeschrägtes Ende im Bereich des optischen Bauelements 51 verwendet, um das Licht in die Faser einzukop­ peln. Hierbei sind natürlich alle im jeweiligen Stand der Technik bekannten Methoden und Verfahren anwendbar. Wesent­ lich an der Erfindung ist dabei, daß der Lichtleiter bündig mit der Seitenfläche des Sockels im wesentlichen senkrecht dazu endet. In der gezeigten Ausführung kann der Sockel als an der Unterseite offener Quader einschließlich der in­ neren Lichtleiter 52 gefertigt werden, in den dann von un­ ten eine Grundplatte mit dem Schaltungsträger 50 eingesetzt wird. Anstelle des Lichtleiters kann auch eine Öffnung vor­ gesehen sein, zu der ein der abgeschrägten Fläche des in­ nernen Lichtleiters 52 äquivalententer Spiegel in dem Ge­ häuse vorgesehen ist. In diesem Fall erfolgt eine freie Strahlung. Auch kann dann die Seitenfläche komplett aus Glas gefertigt werden und durch eine Beschichtung Öffnungen enthalten, um das Gehäuse hermetisch abzuschließen. Das gleiche kann auch durch Verschließen der Bohrungen durch eingelassene Glasplättchen erreicht werden. Ferner ist es selbstverständlich möglich, auch die inneren Lichtleiter mit Biegungen auszuführen.

Entsprechend ist in Fig. 4 ein Lichtleiter 45 gezeigt, der gleichfalls bündig und im wesentlichen senkrecht an der In­ nenfläche der Fassung 20 beginnt, durch die Fassung geführt ist und an die optische Lage 42 angekoppelt. Dabei können die Lichtleiter 45 beispielsweise vorgeformt sein, in eine Spritzgußform eingebracht werden und dann mit nicht trans­ parentem Kunstoff umspritzt werden, der dann die Fassung darstellt. Andere Verfahren mit Kanälen und ggf. präzisi­ onsmontierten Spielgln sind gleichfalls denkbar. Auch könn­ te es sich als notwendig erweisen, die Austrittsflächen der Lichtleiter, so solche verwendet werden, an der Innenfläche der Fassung wie auch die Austrittsflächen der Lichtleiter an den Seitenflächen des Sockels zu polieren, um geringe Streuverluste zu erreichen. Gleichfalls möglich ist es, mindestens eine Innenwand als Glasfläche auszubilden und außerhalb der optischen Kontaktstellen zu maskieren.

Gleichfalls möglich und einer Lötverbindung äquvalent ist es, den Zwischenraum zwischen dem inneren Lichtleiter 52 und dem Lichtleiter 45 im Sockel durch einen indexangepaß­ ten Kleb- oder Füllstoff auszufüllen. Beispielsweise könn­ ten auf die Austrittspunkte der inneren Lichtleiter 52 des Sockels vor dem Einsetzen durch Dosierautomaten kleine Men­ gen von Cyanacrylat aufgebracht werden, die dann nach dem Einsetzen sofort aushärten und sowohl eine optische Kopp­ lung als auch eine mechanische Fixierung bewirken. In die­ sem Fall könnte ein Andrückbügel, wie oben erwähnt, entfal­ len.

In Fig. 4 ist der Vollständigkeit halber ein Lötpunkt 51 auf der Unterseite des Sockels 10 und eine Leiterbahn 52 auf der Oberfläche der Leiterplatte 40 dargestellt. Diese stehen symbolisch für elektrische Verbindungen, die gleich­ falls mit dem Sockel vorhanden sind, hier in Form von Ball- Grid-Array (BGA) Anschlüssen. Alternativ oder zusätzlich können auch wie bei Bauteilen mit PGA-Gehäuse an den Sei­ tenflächen elektrische Kontakte mit entsprechenden Gegen­ kontakten in der Fassung 20 vorgesehen sein. Liegen diese gegenüber einer Seitenfläche mit optischen Kontakten, so wird, da diese meist federnd senkrecht zur Einsetzrichtung B ausgebildet sind, gleichzeitig ein Andruck der Seitenflä­ che mit den optischen Kontakten an die entsprechenden Flä­ che der Fassung bewirkt, so daß in diesen Fällen auch eine exakt zur Einsetzrichtung senkrechte Ausrichtung der Sei­ tenfläche möglich ist. Auch kann eine entgegen der Neigung in Fig. 4 gerichtete Neigung gewählt werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Hierbei springt für diese Seitenfläche die Unterkante in der Fassung gegenüber der Oberkante zu­ rück. Im Zusammenwirken mit dem Anschlag 44 wird dann, be­ wirkt durch die von den elektrischen Kontakten in Richtung des Pfeils C wirkende Kraft, sowohl ein Andruck der beiden Flächen mit den optischen Kontakten als auch eine geringe Querkraft gegen den Anschlag 44 bewirkt, so daß sowohl ein geringer Spalt 47, eine exakte Ausrichtung und eine Fixie­ rung gegen Herausfallen bewirkt wird. Obwohl ein genaues Gegenüberliegen optimal ist, würde auch ein schräges Gegen­ überliegen bei einem dreieckigen Grundriß eine entsprechen­ de Kraft bewirken.

Entsprechend der üblichen Form und leichten Fertigung wurde bislang ein Gehäuse mit quadratischem Grundriß dargestellt. Anstelle davon ist selbstverständlich jeder Polygonzug oder eine andere stückweise gerade Kurve verwendbar.

Claims (8)

1. Fassung für ein elektro-optisches Bauelement, wobei die Fassung mindestens eine zur Einsetzrichtung des Bauelements parallele innenliegende Anschlußfläche aufweist, die optische Ein- bzw. Ausgänge umfaßt, die in der Anschlußfläche enden und deren optische Achsen an der Anschlußfläche im wesentli­ chen senkrecht dazu stehen, und die Anschlußfläche eine Sei­ tenfläche einer geschlossenen prismatischen Ausnehmung im In­ neren der Fassung ist und daran elektrische Anschlußkontakte für das Bauelement innerhalb der Ausnehmung vorgesehen sind.

2. Fassung nach Anspruch 1, wobei die Anschlußfläche gegen­ über der Einsetzrichtung um ein geringes geneigt ist.

3. Fassung nach Anspruch 1 oder 2, wobei federnde elektrische Kontakte auf einer zweiten Anschlußfläche angeordnet sind.

4. Fassung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die An­ schlußfläche zwischen mindestens zwei optischen Ein- bzw. Ausgängen einen Vor- oder Rücksprung aufweist.

5. Sockel für ein elektro-optisches Bauelement, wobei der Sockel mindestens eine zur Einsetzrichtung parallele An­ schlußfläche aufweist, die optische Ein- bzw. Ausgänge um­ faßt, die in der Anschlußfläche enden und deren optische Ach­ sen an der Anschlußfläche im wesentlichen senkrecht dazu ste­ hen, und der Sockel an einer Außenfläche zusätzlich elektri­ sche Anschlüsse aufweist.

6. Sockel nach Anspruch 5, wobei die Anschlußfläche gegen­ über der Einsetzrichtung um ein geringes geneigt ist.

7. Sockel nach Anspruch 5 oder 6, wobei die elektrischen An­ schlüsse federnde elektrische Kontakte auf einer zweiten An­ schlußfläche umfassen.

8. Sockel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die An­ schlußfläche zwischen mindestens zwei optischen Ein- bzw. Ausgängen einen Vor- oder Rücksprung aufweist.