DE19920638A1 - Modul zur parallelen optischen Datenübertragung - Google Patents

Abstract

Das Modul umfaßt mehrere optische Wandler (1) mit optisch aktiven Zonen (3). Den Wandlern ist eine integrierte Schaltung (10) zugeordnet. Eine Koppelbaugruppe (20) umfaßt mehrere optische Kanäle (5), die zwischen einer inneren optischen Schnittstelle (16) mit den optisch aktiven Zonen (3) und einer äußeren Schnittstelle (18) verlaufen. Die Wandler (1), die Schaltung (10) und die Koppelbaugruppe (20) sind gemeinsam auf einem Leiterrahmen (25) angeordnet, der Anschlüsse (26) zur externen Kontaktierung aufweist.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der mehrkanaligen Daten­ übertragung mittels optischer Signale, die über mehrere pa­ rallele optische Datenübertragungskanäle von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden. Die Erfindung betrifft ein Modul zur parallelen optischen Datenübertragung mit mehreren elektrooptischen Wandlern mit optisch aktiven Zonen, mit mindestens einer integrierten Schaltung, die den elektro­ optischen Wandlern zugeordnet ist und einer Koppelbaugruppe mit mehreren optischen Kanälen, die zwischen einer inneren optischen Schnittstelle mit den optisch aktiven Zonen und ei­ ner äußeren optischen Schnittstelle verlaufen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem elek­ trooptischen Wandler sowohl ein Sende- als auch ein Empfangs­ element verstanden (z. B. lichtemittierende Dioden, oberflä­ chenemittierende Laserdioden oder Photodioden). Derartige Wandler weisen (als Sender) eine oder mehrere lichtabstrah­ lende bzw. (als Empfänger) optisch sensitive Zonen auf. Diese Zonen werden nachfolgend verallgemeinert als optisch aktive Zonen bezeichnet.

Aus der DE 196 47 685 C1 geht eine Koppelanordnung mit einem Trägersubstrat z. B. aus Silizium hervor, das Gräben zur Auf­ nahme von Lichtwellenleiterendabschnitten aufweist. Mehrere in einem gemeinsamen Baustein (sogenanntes Array) ausgebil­ dete Lasersender sind mit ihren lichtabstrahlenden (optisch aktiven) Zonen den Endabschnitten zugewandt auf der Trä­ geroberseite angeordnet. Die Trägerstirnseite ist gemeinsam mit den Endflächen der Endabschnitte derart abgeschrägt, daß von den Zonen emittiertes Licht über die Endflächen in die jeweiligen Lichtwellenleiter eingespiegelt wird. Die Licht­ wellenleiter können im weiteren Verlauf zu einem Lichtwel­ lenleiterkabel oder Lichtwellenleiterbändchen zusammengefaßt sein. Der Problemkreis der Montage und des Schutzes der be­ kannten Koppelanordnung gegenüber Umwelteinflüssen ist in der DE 196 47 685 Cl nur insoweit angesprochen, als zur Aus­ füllung etwaiger Spalte zwischen dem Senderbaustein und den Endabschnitten ein Vergußmaterial vorgesehen sein kann.

Aus der DE 197 14 170 C1 geht ein elektrooptisches Modul der eingangs genannten Art hervor, das zur parallelen optischen Datenübertragung mehrere elektrooptische Wandler mit optisch aktiven Zonen enthält. Die elektrooptischen Wandler können als Sender ausgebildet sein und sind mit den Ausgängen einer integrierten elektrischen Ansteuerschaltung verbunden. Gemäß den Ausgangssignalen der Ansteuerschaltung werden individuell die aktiven Zonen zur gezielten Lichtaussendung angeregt. Im Falle elektrooptischer Wandler mit optisch sensitiven Zonen (Empfänger) könnte die zugeordnete integrierte Schaltung eine Vorverstärkerstufe sein.

Das bekannte Modul umfaßt ferner eine optische Koppelbau­ gruppe, die eine der Anzahl der Wandler entsprechende Viel­ zahl von Lichtwellenleiterabschnitten enthält. Die Abschnitte sind mit ihrem jeweils einen Ende je einer optisch aktiven Zone derart präzise zugeordnet, daß eine optische Kopplung (interne optische Schnittstelle) mit einem möglichst geringen Dämpfungsgrad entsteht.

Die jeweils anderen Enden der Abschnitte reichen bis zu einer äußeren Stirnfläche der Koppelbaugruppe, die als optische Schnittstelle zur weiteren optischen Kopplung z. B. mit einem Steckverbinder dient.

Die Wandler und die ihnen zugeordnete integrierte Schaltung sind auf einer Grundplatte angeordnet und miteinander über Bonddrähte elektrisch verbunden. Von der Schaltung führen weitere Bonddrähte zu einer Platine, die Leiterbahnanschlüsse trägt. Die Platine ist ihrerseits auf der Grundplatte mon­ tiert. Der Bereich zwischen Koppelbaugruppe und Wandlern, die Wandler, die integrierte Schaltung und ein der Schaltung zu­ gewandter Bereich der Leiterplatte sind durch Vergußmaterial geschützt, das innerhalb einer Vergußraupe partiell auf die Grundplatte aufgebracht ist.

Um das bekannte Modul beispielsweise auf eine Schaltungspla­ tine montieren und kontaktieren zu können, sind eine Vielzahl weiterer Montage- und Kontaktierungsschritte erforderlich. So sind z. B. die Leiterbahnanschlüsse mit extern kon­ taktierbaren Anschlüssen in Verbindung zu bringen. Je nach Einsatzort des bekannten Moduls kann es außerdem erforderlich sein, weitere Schutzmaßnahmen, beispielsweise ein äußeres Gehäuse, vorzusehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Moduls zur parallelen optischen Datenübertra­ gung, das mit geringen Kosten produzierbar ist und das einen guten Schutz seiner Komponenten bei gleichzeitig einfachen optischen und elektrischen externen Anschlußmöglichkeiten erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Modul der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die elektrooptischen Wandler, die integrierte Schaltung und die Koppelbaugruppe gemeinsam auf einem Leiterrahmen angeordnet sind, der elek­ trische Anschlüsse zur externen Kontaktierung des Moduls auf­ weist.

Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Moduls besteht darin, daß die Wandler, die integrierte Schaltung und die Koppelbaugruppe gemeinsam auf einem tragenden Leiterrahmen ("Leadframe") angeordnet sind und daß als integrale Bestand­ teile des Leiterrahmens von außen zugängliche elektrische An­ schlüsse vorgesehen sind. Dieses Modul realisiert bei ver­ gleichsweise einfacher und preisgünstiger Herstellbarkeit sehr komplexe Funktionen, die neben der elektrooptischen Signalwandlung auch Kodierungs- oder Multiplexfunktionen um­ fassen können.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist dabei, daß die genannten Komponenten des Moduls mit beherrschten Stan­ dardtechnologien (z. B. Chipbonden und Drahtbonden) auf dem Leiterrahmen montiert werden können. Vorzugsweise wird nach der Montage der Wandler und der Schaltung auf dem Leiterrah­ men relativ zu den optisch aktiven Zonen die Koppelbaugruppe derart positioniert und fixiert, daß die innere optische Schnittstelle einen möglichst hohen Kopplungswirkungsgrad aufweist. Ein im Schnittstellenbereich möglicherweise beste­ hender Spalt zwischen Koppelbaugruppe und den optisch aktiven Zonen wird vorzugsweise mit einem Material, vorzugsweise einem Polymer, gefüllt, das für die zur Datenübertragung ver­ wendete Lichtwellenlänge durchlässig ist.

Bevorzugt können die Anschlüsse zur Oberflächenmontage ausge­ bildet sein, so daß das Modul gemeinsam mit weiteren ober­ flächenmontierbaren Bauteilen (SMD) auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine, wie beispielsweise einem Rechnerboard, montiert und kontaktiert werden können.

Eine besonders zuverlässige und gegenüber äußeren Einflüssen unempfindliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Moduls läßt sich erreichen, indem der Leiterrahmen mit den elektro­ optischen Wandlern, der integrierten Schaltung und der Kop­ pelbaugruppe von einer Hüllmasse umgeben ist.

Um die beim Betrieb des Moduls intern entstehende Verlust­ wärme möglichst gut verteilen bzw. abführen zu können, ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgese­ hen, daß ein Bereich des Leiterrahmens als Wärmesenke ausge­ bildet ist, die von außen zugänglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Modul mit seinen wesentlichen Komponenten von der Unterseite gesehen und

Fig. 2 ein von einer Hüllmasse umgebenes Modul.

Das in Fig. 1 gezeigte Modul hat mehrere (im Ausführungsbei­ spiel 12) elektrooptische Wandler 1, die in einem gemeinsamen Substrat 2 (Array) ausgebildet sind. Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels wird davon ausgegangen, daß die Wandler Sender sind; in für den Fachmann sofort ersichtlicher Weise könnten die Wandler auch als Empfänger ausgebildet sein und entsprechend an das Modul gesendete optische Signale in elektrische Signale rückumwandeln.

Die Wandler 1 haben jeweils eine optisch aktive Zone 3, der jeweils ein Ende 4 eines Lichtwellenleiterabschnittes 5 zuge­ ordnet ist. Von dem Ende 4 ist in der Darstellung der Fig. 1 von außen nur jeweils die Endfläche 4a erkennbar. Die paral­ lel verlaufenden, in entsprechender Anzahl (12) vorgesehenen Lichtwellenleiterabschnitte 5 enden als optische Kanäle mit ihrem jeweils anderen Ende 6 an einer Kopplungsstirnfläche 8 des Moduls. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 nur ein Lichtwellenleiterabschnitt 5 (gestrichelt) dargestellt.

Die Wandler 1 werden von einer integrierten elektrischen Schaltung 10 angesteuert, indem Ausgangssignale der Schaltung 10 über Bonddrähte 11 zu entsprechenden Anschlüssen 14 der Wandler 1 gelangen. Bei Ansteuerung der Wandler 1 geben diese Licht (in der Darstellung gemäß Fig. 1) senkrecht nach oben ab, das an den schrägen Endflächen 4 der Lichtwellenlei­ terabschnitte 5 reflektiert wird und somit entlang der Längs­ erstreckung der Lichtwellenleiterabschnitte bis zur Stirnflä­ che 8 transportiert wird. Der Übergangsbereich zwischen den optisch aktiven Zonen 3 der Wandler 1 und den jeweils zuge­ ordneten Enden 4 der Lichtwellenleiterabschnitte 5 bildet so­ mit eine interne optische Schnittstelle 16. An der Stirnflä­ che 8 des Moduls ist eine externe Schnittstelle 18 für ein nicht dargestelltes Element, beispielsweise einen Steckver­ binder, vorgesehen. Dazu sind mechanische Ausrichtelemente 19 in Form von Zentrierstiften vorhanden, die zur exakten Aus­ richtung der jeweils korrespondierenden (in Fig. 1 nicht ge­ zeigten) Kopplungspartner zu den Lichtwellenleiterab­ schnittsenden 6 dienen. Die Lichtwellenleiterabschnitte 5 sind Bestandteile einer Koppelbaugruppe 20, deren Stirnfläche die Stirnfläche 8 des Moduls bildet.

Die elektrooptischen Wandler 1, die integrierte Schaltung 10 und die Koppelbaugruppe 20 sind gemeinsam auf einem Leiter­ rahmen 25 angeordnet. Der Leiterrahmen hat eine im wesentli­ chen U-förmige Gestalt mit nach außen abgewinkelten freien Enden 26a elektrischer Anschlüsse oder Anschlußbeinchen 26. Die Anschlüsse 26 setzen sich im zentralen Bereich des Lei­ terrahmens (Leadframe) 25 als sogenannte innere Leiterbahnen ("inner leads") 27 fort. Nur aus Gründen der einfacheren Darstellung sind in Fig. 1 die inneren Leiterbahnen oder Leiterzüge nicht alle detailliert dargestellt. Nur beispiel­ haft sind Leiterbahnen oder Leiterzüge 27a, 27b, 27c gezeigt. Tatsächlich sind die Leiterzüge voneinander in an sich be­ kannter Weise isoliert und führen beispielsweise zur Kontak­ tierung in die Nähe der Schaltung 10.

Bei der Montage des Moduls werden in einem ersten Arbeitsgang die Schaltung (im Falle eines Senders z. B. eine Ansteue­ rungsschaltung, im Falle eines Empfängers eine Vorverstär­ kerschaltung) und das Wandlerarray 2 mit einem Arrayträger 2a auf den Trägerrahmen oder Leiterrahmen 25 montiert. Anschlie­ ßend wird das Koppelelement 20 in Bezug auf die optisch akti­ ven Zonen 3 justiert und in der Position maximaler optischer Kopplung fixiert.

Anschließend wird der Leiterrahmen 25 mit den vorgenannten Komponenten mit einer Füllmasse 30 (Fig. 2) umgeben, so daß ein im wesentlichen vollständig gekapseltes Modul entsteht. Das Modul ist allerdings an seiner Rückenseite 32 und an sei­ ner Stirnseite 8 damit an der Schnittstelle 18 frei von Hüllmasse. Dies ermöglicht einerseits, zumindest Bereiche 34 des Leiterrahmens 25 von außen zugänglich zu machen, die als Wärmesenke 35 und zur Wärmeableitung dienen. Besonders be­ vorzugt kann auf der Rückenseite 32 unmittelbar ein Kühlkör­ per montiert werden, der mit der Wärmesenke 35 über eine thermische Schnittstelle verbunden ist. Die Stirnseite 8 ist von Hüllmasse 30 zumindest im Bereich der Zentrierstifte 19 und der die externe oder äußere optische Schnittstelle 18 bildenden Enden 6 frei. Damit ist ein exakter Anschlag eines (in Fig. 2 nicht gezeigten) Steckverbinders mit den Enden 6 zuzuordnenden Kopplungspartnern gewährleistet. Die äußeren Enden 26a ("outer leads") der Anschlüsse 26 sind abgewinkelt und erlauben somit eine bevorzugte Oberflächenmontage. Die externe optische Schnittstelle 18 ist vorzugsweise zur Kopp­ lung mit einem sogenannten MT-Steckverbinder kompatibel aus­ gestattet.

Claims (5)

1. Modul zur parallelen optischen Datenübertragung mit:

• - mehreren elektrooptischen Wandlern (1) mit optisch akti­ ven Zonen (3),
• - mindestens einer integrierten Schaltung (10), die den elektrooptischen Wandlern (1) zugeordnet ist und
• - einer Koppelbaugruppe (20) mit mehreren optischen Kanälen (5), die zwischen einer inneren optischen Schnittstelle (16) mit den optisch aktiven Zonen (3) und einer äußeren optischen Schnittstelle (18) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die elektrooptischen Wandler (1), die integrierte Schal­ tung (10) und die Koppelbaugruppe (20) gemeinsam auf ei­ nem Leiterrahmen (25) angeordnet sind, der elektrische Anschlüsse (26) zur externen Kontaktierung des Moduls aufweist.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Anschlüsse (26) zur Oberflächenmontage ausgebildet sind.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Leiterrahmen (25) mit den elektrooptischen Wandlern (1), der integrierten Schaltung (10) und der Koppelbau­ gruppe (20) von einer Hüllmasse (30) umgeben ist.

4. Modul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Bereich des Leiterrahmens (25) als Wärmesenke (35) ausgebildet ist, die von außen zugänglich ist.