DE202006021086U1

DE202006021086U1 - Optisches Sende- und/oder Empfangsmodul

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Publication number: DE202006021086U1
Application number: DE202006021086U
Authority: DE
Original assignee: Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2012-08-06
Anticipated expiration: 2016-09-23

Abstract

Optisches Sende- und/oder Empfangsmodul (1) mit – mindestens einem optoelektronischen Bauelement (3, 3'), – einem vorgefertigten Kunststoffgehäuse (2), – das ein Bodenteil (25) mit einer zumindest teilweise planen Oberfläche aufweist, – das an seiner Oberseite offen ist, und – in das elektrische Kontakte (51) integriert sind, – einem Deckelelement (6) für das Kunststoffgehäuse (2), in das eine Aufnahmevorrichtung (7) für eine optische Faser (10) integriert ist, wobei – das optoelektronische Bauelement (3, 3') in dem Kunststoffgehäuse (2) montiert und mittels der elektrischen Kontakte (51) elektrisch kontaktiert ist, – dabei das optoelektronische Bauelement (3, 3') in einer Montageebene in oder parallel zur planen Oberfläche des Bodenteils (25) angeordnet ist und seine optische Achse (8) senkrecht zu der Montageebene verläuft, – das Deckelelement (6) die Oberseite des Kunststoffgehäuses (2) abdeckt, und – das optoelektronische Bauelement (3, 3') derart in dem Kunststoffgehäuse...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft optische Sende- und/oder Empfangsmodule und Verfahren zur Herstellung optischer Sende- und/oder Empfangsmodule. Optische Sende- und/oder Empfangsmodule werden zur Übertragung von Informationen über Glasfasern eingesetzt.
Es ist bekannt, zur Herstellung eines elektrooptischen Moduls ein Leadframe, auf dem optoelektronische und elektrische Komponenten angeordnet sind, in einer Gießform zu positionieren und anschließend diese Gießform mit einem transparenten Kunststoffmaterial zu umgeben. Ein optischer Zugang wird als zylindrische Öffnung in der Gießform vorgeformt. Während des Vergießens wird der optische Zugang mit einem Stempel verschlossen und dieser nach Aushärten des transparenten Kunststoffes entfernt. Entsprechende Gießformen werden auch als CAI-Gehäuse (CAI = Cavity as Interface) bezeichnet.
Neben elektrooptischen Modulen mit CAI-Gehäuse sind auch sogenannte „Clear Mold”-Gehäusebauformen bekannt. Bei diesen Bauformen wird eine auf einem Leadframe angeordnete optoelektronische Komponente im Spritzgußverfahren mit einem transparenten Kunststoff umhüllt.
Zur Gehäuseaufbau rein elektronischer Chips sind so genannte Leadframe-Premold-SMD-Gehäuse bekannt, bei denen elektronische Chips in ein vorgefertigtes, oben offenes Kunststoffgehäuse eingesetzt werden, in das ein Leadframe integriert ist.
Es besteht ein Bedarf nach neuen Bauformen für optoelektronische Module, die sich durch einen einfachen Aufbau und die Möglichkeit einer einfachen Herstellung auszeichnen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Sende- und/oder Empfangsmodul vorgesehen, das aufweist: mindestens ein optoelektronisches Bauelement, ein vorgefertigtes Kunststoffgehäuse und ein Deckelelement für das Kunststoffgehäuse, in das eine Aufnahmevorrichtung für eine optische Faser integriert ist. Die Aufnahmevorrichtung stellt dabei ein optisches Fenster des Moduls bereit. Das Kunststoffgehäuse umfasst eine Bodenplatte, ist an seiner Oberseite offen und es sind elektrische Kontakte in das Gehäuse integriert. Bevorzugt ist es zusätzlich oberflächenmontierbar im Sinne einer SMD-Ausbildung.
Das optoelektronische Bauelement ist in dem Kunststoffgehäuse montiert und mittels der elektrischen Kontakte elektrisch kontaktiert. Es ist in einer Montageebene in oder parallel zu einer planen Oberfläche der Bodenplatte des Gehäuses angeordnet und seine optische Achse verläuft senkrecht zu der Montageebene. Bevorzugt ist das optoelektronische Bauelement in dem Kunststoffgehäuse zusätzlich mit einem transparenten Kunststoff vergossen. Das Deckelelement deckt die Oberseite des Kunststoffgehäuses ab. Das optoelektronische Bauelement ist derart in dem Gehäuse positioniert, dass von dem Bauelement ausgesandtes oder empfangenes Licht in eine in die Aufnahmevorrichtung eingeführte optische Faser einkoppelt oder aus dieser auskoppelt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein vorgefertigtes Kunststoffgehäuse bereitgestellt wird, das ein Bodenteil mit einer zumindest teilweise planen Oberfläche aufweist, das an seiner Oberseite offen ist, und in das elektrische Kontakte integriert sind. Es wird mindestens ein optoelektronisches Bauelement in dem Kunststoffgehäuse montiert, wobei das optoelektronische Bauelement in einer Montageebene in oder parallel zur planen Oberfläche des Bodenteils angeordnet wird und seine optische Achse senkrecht zu der Montageebene verläuft. Weiter erfolgen ein elektrisches Kontaktieren des optoelektronischen Bauelements, bevorzugt ein Vergießen des optoelektronischen Bauelements mit einem transparenten Kunststoff, und ein Bereitstellen eines Deckelelements für das Kunststoffgehäuse, in das eine Aufnahmevorrichtung für eine optische Faser integriert ist. Das Deckelelement wird an dem Kunststoffgehäuse befestigt, wobei das Deckelelement die Oberseite des Kunststoffgehäuses abdeckt. Das optoelektronische Bauelement wird derart in dem Kunststoffgehäuse positioniert, dass von dem optoelektronischen Bauelement ausgesandtes oder empfangenes Licht in eine in die Aufnahmevorrichtung eingeführte optische Faser einkoppelt oder aus dieser auskoppelt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erlauben es, zu montierende Bauelemente in einfacher Weise von oben in dem vorgefertigten Kunststoffgehäuse zu plazieren. Die optische Achse der optoelektronischen Bauelemente verläuft dabei senkrecht zur Montageebene. Auf diese Weise können die optoelektronischen Bauelemente zunächst ohne Berücksichtigung ihres optischen Zugangs hochrationell montiert und elektrisch angeschlossen werden. Die Montage erfolgt dabei beispielsweise durch Anordnung der Bauelemente auf einer Montagefläche eines Leadframes des Gehäuses (auch als „die pad” bezeichnet). Der elektrische Anschluss erfolgt beispielsweise über Drahtbonden.
Das oder die optoelektronischen Bauelemente werden in dem Kunststoffgehäuse dabei exakt positioniert, wobei die Positionierung beispielsweise unter Einsatz von Bilderkennungs- und Verarbeitungsverfahren erfolgt, die die vorgeformten, bekannten äußeren Gehäusestrukturen des Kunststoffgehäuses berücksichtigen. Diese Montage kann mit entsprechend präzise arbeitenden Montageautomaten erfolgen, die wie erläutert mit Bildbearbeitungstechniken und positionsbestimmenden Einheiten ausgerüstet sind. Mit solchen Montage-Automaten sind Chipablage-Positionen mit Toleranzen kleiner 1 μm zu optisch erkennbaren Gehäusestrukturelementen mit Prozesszeiten im Sekundenbereich möglich. Mit größeren zulässigen Positionstoleranzen insbesondere von größer als +–20 μm sind Prozesszeiten im Millisekunden-Bereich möglich.
Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Staub wird die montierte Chipanordnung bevorzugt mit einer optisch im Arbeitswellenlängenbereich transparenten Kunststoffmasse abgedeckt und vergossen. Die Vergussmasse hat neben ihrer Schutzfunktion als weitere wichtige Eigenschaft, optische Transparenz im relevanten Wellenlängenbereich bereitzustellen, so dass eine optische Kopplung zwischen dem optoelektronischen Bauelement und einer angekoppelten Lichtleitfaser erfolgen und die Funktionalität des Moduls sichergestellt werden kann.
Nach der Chipmontage und einem eventuellen Vergießen mit transparentem Kunststoff wird das Deckelelement, das eine integrierte Aufnahmevorrichtung für eine optische Faser aufweist, auf dem vorgefertigten, bestückten und bevorzugt mit transparentem Kunststoffmaterial ausgegossenen Kunststoffgehäuse aufgebracht. Dies ist möglich, da das Kunststoffgehäuse in seiner Oberseite offen ist.
Die Aufnahmevorrichtung für die optische Faser wird auch als Receptacle bezeichnet. Das Receptacle kann so ausgebildet sein, dass eine anzukoppelnde Faser in vertikaler Ausrichtung gegenüber der Montageebene angeordnet ist, oder alternativ derart, dass eine anzukoppelnde Faser in paralleler Anordnung zu der Montageebene angeordnet ist. In letzterem Fall sind zusätzlch Umlenkmittel wie beispielsweise ein asphärischer Reflektor oder ein planarer Reflektor in Kombination mit einer Sammellinse erforderlich.
Das Deckelelement ist als eigenständiges Teil vorgefertigt und kann je nach Anwendung und Anforderung für unterschiedliche Fasertypen und Faserdurchmesser sowie in unterschiedlichen Materialien wie Metall, Keramik oder Kunststoff ausgeführt sein. Die Verbindung zwischen dem Deckelelement und dem Kunststoffgehäuse kann durch rastende Verbindungen wie z. B. Clipsen oder durch nicht lösbare Verbindungen wie Schweißen oder Kleben erfolgen. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall kann dabei auch eine passive oder aktive Justage zwischen der Faser und dem optoelektronischen Bauelement durchgeführt werden.
Mit Einstecken einer optischen Faser in die Aufnahmevorrichtung ist diese in ihrer lateralen und axialen Position festgelegt und dabei mit ausreichender Präzision in Bezug auf das optoelektronische Bauelement, mit dem eine Lichtkopplung stattfindet, positioniert. Die Aufnahmevorrichtung ist dabei derart in dem Deckelelement ausgebildet, dass eine optische Kopplung mit dem in dem Kunststoffgehäuse angeordneten optoelektronischen Bauelement, das an bekannter Position in dem Kunststoffgehäuse angeordnet ist, erfolgen kann. Dabei ist es denkbar, dass unterschiedliche Ausgestaltungen von Deckelelementen mit integrierten Aufnahmevorrichtungen in Abhängigkeit von der Art und Anforderung der anzukoppelnden Faser vorgesehen sind, die jeweils mit einem bestimmten, gleichen Typ von Kunststoffgehäuse verbindbar sind.
Zur präzisen Ausrichtung und Montage des Deckelelementes in Bezug auf das Kunststoffgehäuse kann vorgesehen sein, das miteinander korrespondierende Strukturen an den beiden Teilen vorgesehen sind, die neben einer Verbindung auch eine Selbstjustage bereitstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als ihren Umfang begrenzend zu erachten sind. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Moduls mit einem vorgefertigten Kunststoffgehäuse und einem Deckelement mit integriertem Receptacle;
2 das Modul der 1 in geschnittener perspektivischer Darstellung und im montierten Zustand;
3 in Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls mit einem vorgefertigen Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei die optoelektronischen und elektrischen Komponenten mit einem transparenten Kunststoff vergossen sind, der eine plane Oberfläche im Gehäuse ausbildet;
4 das Modul der 3, wobei eine optische Faser in das Receptacle eingeführt ist;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines elektrooptischen Moduls mit einem Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei der Innenraum des Kunststoffgehäuses vollständig mit einem transparenten Kunststoff gefüllt ist;
6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls mit einem vorgefertigten Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei in das optoelektronische Bauelement des Moduls eine Mikrolinse integriert ist;
7 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines optoelektonischen Moduls mit einem vorgefertigen Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei zur optischen Kopplung zwischen einem Sendebauelement und einer Faser eine in das Receptacle integrierte Linse vorgesehen ist;
8 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines optoelektonischen Moduls mit einem vorgefertigen Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei zur optischen Kopplung zwischen einem Empfangsbauelement und einer Faser eine in das Receptacle integrierte Linse vorgesehen ist;
9 ein siebentes Ausführungsführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls mit einem vorgefertigen Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei das Receptacle derart ausgestaltet ist, dass es einen Umlenkreflektor umfasst und die anzukoppelnde Lichtleitfaser in einer Anordnung parallel zur Montageebene des Moduls angeordnet ist; und
10 ein achtes Ausführungsführungsbeispiel eines optoelektronischen Moduls mit einem vorgefertigen Kunststoffgehäuse und einem Deckelelement mit integriertem Receptacle, wobei das Receptacle derart ausgestaltet ist, dass es einen Umlenkreflektor und eine Linse umfasst und die anzukoppelnde Lichtleitfaser in einer Anordnung parallel zur Montageebene des Moduls angeordnet ist.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Sende- und/oder Empfangsmodule mit mindestens einem optoelektronischen Bauelement. Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich um einen elektrooptischen Sendewandler wie beispielsweise eine LED oder eine Laserdiode oder um einen optoelektronischen Empfangswandler wie beispielsweise eine Fotodiode handeln. Auch kann vorgesehen sein, dass das optische Sende- und/oder Empfangsmodul sowohl einen Sendewandler als auch einen Empfangswandler umfasst, die dann hintereinander entlang einer optischen Achse in einem Gehäuse angeordnet sind.
Bevorzugt umfasst das optische Sende- und/oder Empfangsmodul des Weiteren jeweils ein elektrisches Beschaltungsbauelement für das optoelektronische Bauelement, insbesondere einen Treiber-IC für eine Laserdiode und einen Verstärker-IC für eine Fotodiode. Die entsprechenden Bauelemente sind jeweils als vorgefertigte Chips ausgebildet.
Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, um verschiedene Aspekte beispielshafter Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben. Es versteht sich, dass die Zeichnungen diagrammatische und schematische Darstellungen dieser beispielhaften Ausführungsformen sind, nicht die vorliegende Erfindung beschränken sollen und auch nicht unbedingt maßgerecht gezeichnet sind.
In der nachfolgenden Beschreibung sind zahlreiche bestimmte Einzelheiten aufgeführt, um ein durchgehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch einem Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeübt werden kann.
Die 1 und 2 zeigen ein optoelektronisches Sendemodul 1, das ein vorgefertigtes Kunststoffgehäuse 2 und ein mit diesem zusammenwirkendes Deckelelement 6 aufweist. Das Kunststoffgehäuse 2 weist vier Seitenwände 21–24 und ein Bodenteil 25 auf. Die Seitenwände 21–24 und das Bodenteil 25 sind bevorzugt einstückig ausgebildet. In alternativen Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass die Seitenwände eine nur sehr geringe Höhe aufweisen oder sogar überhaupt nicht vorhanden sind. Das Kunststoffgehäuse wird in letzerem Fall im wesentlichen durch eine nach oben offene Platte mit integriertem Leadframe gebildet.
In das Kunststoffgehäuse ist ein Leadframe integriert, das zum einen Kontakte 51 ausbildet und zum anderen eine Montageoberfläche 52 aufweist, die üblicherweise auch als „die-pad” bezeichnet wird. Das die-pad 52 bildet eine plane Oberfläche des Bodenteils 25. Sowohl das die-pad 52 als auch die Kontakte 51 sind an die Außenseite des Gehäuses geführt und außerhalb des Gehäuses so gebogen oder ausgebildet, dass sie sich an der Gehäuseunterseite befinden. Das Gehäuse 2 mit seinen außen an seiner Unterseite angeordneten Kontakte 51 ist somit für eine Oberflächenmontage geeignet – es handelt sich um oberflächenmontierbares Element (SMD – Service Mounted Device).
Das die-pad 52 kann auf GROUND oder ein anderes festes Potential gelegt sein. Die anderen Kontakte 51 dienen der Kontaktierung der in dem Gehäuse angeordneten elektronischen und optoelektronischen Komponenten mittels Bonddrähten. Grundsätzlich kann die Kontaktierung der elektrischen Bauelemente jedoch auch in anderer Weise, etwa über geeignete Metallisierungsbahnen auf der Oberfläche des Bodenteils 25 erfolgen.
Auf dem die-pad 52 sind zum einen ein Sendebauelement 3, insbesondere eine LED oder eine vertikal emittierende Laserdiode sowie ein elektronisches Bauelement 4 angeordnet. Das elektronische Bauelement 4 ist ein Beschaltungsbauelement und stellt insbesondere einen Treiber-IC für das Sendebauelement 3 dar. Hierbei kann das die-pad 52 auch in isolierte und jeweils gesondert kontakierte Einzel-die-pads für das Sendebauelement 3 und das elektronische Bauelement 4 aufgeteilt sein.
Sowohl das Sendebauelement 3 als auch das elektronische Bauelement 4 sind als vorgefertiger Chip ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass statt eines auch mehrere elektronische Bauelemente 4 vorgesehen sein können, beispielsweise mehrere IC-Chips sowie Widerstände und Kapazitäten. Entsprechend der Anzahl der elektronischen Bauelemente können Einzel-die-pads für diese Komponenten vorgesehen sein.
Die Oberseite des Kunststoffgehäuses 2 ist offen. Nach Anordnung des Sendebauelementes 3 und des elektronischen Bauelementes 4 in dem Kunststoffgehäuse 2 und deren elektrischer Kontaktierung werden diese Komponenten mit einer transparenten Vergussmasse vergossen, wie anhand der 3 bis 10 ersichtlich ist und noch näher beschrieben werden wird. Das Einfüllen der Vergussmasse kann in einfacher Weise von oben in das in seiner Oberseite offene Kunststoffgehäuse 2 erfolgen.
Zum Verschließen der Oberseite des Kunststoffgehäuses 2 und gleichzeitig zur Bereitstellung eines optischen Fensters zur Ein- und/oder Auskopplung von Licht ist das Deckelelement 6 vorgesehen. Dieses bildet eine Aufnahmevorrichtung 7 zur Aufnahme und Ankopplung einer optischen Faser aus. Diese Aufnahmevorrichtung 7 wird im Folgenden auch als Receptacle bezeichnet. An dem Receptacle können Raststrukturen 71 zur Verrastung eines optischen Steckers vorgesehen sein. Das Receptacle 7 bildet weiter eine Aufnahmeöffnung 72 für eine optische Lichtleitfaser aus.
Die Justage zwischen Deckelelement 6 und Kunststoffgehäuse 2 erfolgt derart, dass die optischen Achsen 8 der Aufnahmeöffnung 72 des Receptacles 7 und des Sendebauelementes 3 übereinstimmen, so dass von dem Sendebauelement 3 ausgestrahltes Licht ideal in eine in das Receptacle eingeführte Lichtleitfaser einkoppeln kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Form und Ausgestaltung des Receptacles 7 lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Je nach Art der verwendeten Fasern und Faserstecker können unterschiedliche geometrische Varianten vorgesehen sein. In den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen der 4 bis 10 wird eine „nackte Lichtleitfaser” in die Aufnahmeöffnung 72 eingeführt. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass das Receptacle 7 derart ausgestaltet ist, dass in die Aufnahmeöffnung die Lichtleitfaser zusammen mit einer sie umhüllenden Ferrule eingeführt wird. Zur Faserfixierung können beispielsweise ein Bajonettverschluss, ein Schnappverschluss oder ein Rastverschluss vorgesehen sein, die jeweils die Faser oder die Faserhülle in gestecktem Zustand mit entsprechender Zugentlastung mit dem Receptacle 7 verbinden. Solche Verbindungsmechanismen für optische Fasern und Stecker sind dem Fachmann an sich bekannt, so dass sie nicht im Einzelnen erläutert werden.
Zur Verbindung zwischen dem Deckelelement 6 und dem Kunststoffgehäuse 2 ist ein Rastmechanismus vorgesehen, der seitens des Deckelelementes 6 zwei gegenüberliegende, flexible Rastarme 61 mit endseitigen Rastnasen 610 und seitens des Kunststoffgehäuses den Rastnasen 610 entsprechende Aussparungen 26 an der Unterseite des Kunststoffgehäuses 2 umfasst. Passive Justagestrukturen können jedoch auch in anderer Weise an den beiden Komponenten 2, 6 vorgesehen sein. Weiter ist es möglich, dass statt einer rastenden Verbindung zwischen dem Deckelelement 6 und dem Kunststoffgehäuse 2 eine nicht lösbare Verbindung gewählt wird, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Auch kann vorgesehen sein, dass vor einer Verbindung des Deckelelementes 2 mit dem Kunststoffgehäuse eine aktive Justage mit in die Öffnung 72 eingesteckter optischer Faser stattfindet.
Das Deckelelement 6 und das in dieses integrierte Receptacle 7 können ebenfalls aus Kunststoff bestehen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass sie aus anderen Materialien wie Metall oder Keramik oder einem anderen Kunststoff als das Kunststoffgehäuse 2 bestehen. Auch ist die Nutzung mehrerer Materialien möglich. Beispielsweise könnte vorgesehen sein, das Receptacle aus Metall zu formen, während der plane Bereich des Deckelelementes 6 aus Kunststoff geformt ist.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Sendemoduls. Das Sendemodul der 3 und auch der nachfolgenden Figuren wird nur insofern diskutiert, als Unterschiede zu dem Modul der 1 und 2 bestehen. Ansonsten gelten die Ausführungen zu den 1 und 2 auch zu der 3 bzw. den nachfolgenden Figuren.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist eine transparente Vergussmasse 11 dargestellt, die in das Kunststoffgehäuse 2 eingefüllt ist. Die Vergussmasse 11 ist dabei derart in das Gehäuse 2 eingeführt, dass das Sendebauelement 3 und das elektronische Bauelement 4 vollständig vergossen sind. Jedoch bildet die Vergussmasse oberhalb dieser Komponenten 3, 4 im Gehäuse eine planare Grenzfläche 110 zu Luft aus.
Weiter ist in der 3 zu erkennen, dass die elektrischen Kontakte 51 auf den Boden des Gehäuses 2 geführt sind und damit eine Oberflächenmontierbarkeit des Gehäuses und des gesamten Moduls ermöglicht wird. Auch sind schematisch dargestellte Bonddrähte zu erkennen, die für eine elektrische Kontaktierung des Sendebauelementes 3 und des elektronischen Bauelementes 4 sorgen. Der GROUND-Anschluss wird dabei bevorzugt durch das die-pad 52 bereitgestellt, auf dem das Sendebauelement 3 und das elektronische Bauelement 4 montiert sind. Ein entsprechender, mit dem die-pad 52 verbundener Kontakt ist nach außen geführt. Wie bereits erläutert, können statt eines die-pad auch mehrere die-pads verwendet werden, deren Kontakt jeweils nach außen geführt ist.
Die Darstellung der 4 unterscheidet sich von der Darstellung der 3 lediglich dadurch, dass eine Lichtleitfaser 10 in die Aufnahmeöffnung 72 des Receptacle 7 eingeführt ist. Die Lichtleitfaser 10 weist in an sich bekannter Weise einen Kern und einen Fasermantel auf, die durch unterschiedliche Schraffierungen gekennzeichnet sind. Es könnten ebenso Gradienten-Indexfasern verwendet werden. Auch kann vorgesehen sein, dass statt des nackten Faserstummels eine in einer Ferrule angeordnete Faser verwendet wird. Bei den Fasern kann es sich um Glasfasern oder Plastikfasern handeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird bevorzugt eine Plastikfaser eingesetzt.
Das Receptacle 7 bildet einen Faseranschlag 73 aus, durch den die eingeführte Faser 10 axial positioniert wird. Die laterale Positionierung erfolgt über die Position des Receptacles 7 bzw. der Aufnahmeöffnung 72 und eine spielfreie Aufnahme der Faser 10 in der Aufnahmeöffnung 72. Von dem Sendebauelement 3 abgestrahltes Licht tritt an der planaren Oberfläche 110 aus der Vergussmasse 11 aus und überbrückt dann einen Luftabstand bis zur Stirnfläche 101 der optischen Faser 10. Die Stirnfläche der Faser 10 ist dabei plan ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel der 5 ist der Innenraum des Kunststoffgehäuses 2 vollständig mit einer transparenten Vergussmasse gefüllt. Die transparente Vergussmasse 11 reicht dabei zur Stirnfläche der in das Receptacle 7 eingeführten Faser 10, so dass die Stirnfläche 101 der Faser 10 in einem Immersionsbereich 111 in die Vergussmasse 11 eingebettet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird die Faser bevorzugt zu einem Zeitpunkt in das Receptacle 7 eingeführt und dort arretiert, zudem die Vergussmasse 10 noch flexibel und verformbar ist, so dass eine verlässliche Einbettung der Stirnfläche 101 in die Vergussmasse 11 erfolgt. Durch Immersion der Faserendfläche 101 in die Vergussmasse werden Streuverluste vermieden, die bei einer nicht planen Stirnfläche 101 auftreten würden. Bei dieser Ausgestaltung ist es daher möglich, die Stirnfläche nicht plan und mit einem vergleichsweise hohen Rauheitsgrad auszubilden.
Beim Ausführungsbeispiel der 6 ist ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der 5 ein Verguss mit einer planen, an Luft angrenzenden Oberfläche 110 vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung ist in den Sendechip 3 eine Mikrolinse 12 integriert. Der obere Teil der Mikrolinse ragt dabei aus der Vergussmasse 11 heraus. Über eine Luftstrecke wird das zur optischen Achse hin gebrochene Licht in die Faser 10 eingekoppelt.
Die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in das Receptacle 7 mittig eine Kugellinse 13 integriert ist. Die Kugellinse 13 befindet sich dabei gegenüberliegend dem Sendebauelement 3, so dass von diesem ausgestrahltes Licht nach einer Brechung in der Kugellinse mittig in die Faser 10 eingekoppelt wird. Statt einer Kugellinse kann auch eine andere bikonvexe Linse oder können auch eine plankonvexe Linse oder eine Gradienten-Linse oder ein Faserstummel verwendet werden. Die Linse kann hybrid oder monolithisch in das Receptacle 7 integriert sein. Es besteht ein Luftabstand sowohl zu der planaren Oberfläche 110 der Vergussmasse 11 als auch zur Stirnfläche 101 der optischen Faser 10.
In sämtlichen vorgenannten Ausführungsbeispielen ist es ebenso möglich, statt eines Sendebauelementes ein Empfangsbauelement, beispielsweise eine Fotodiode zu verwenden. An den jeweiligen Aufbauten ändert sich grundsätzlich nichts. Ein Beispiel für die Verwendung eines Empfangsbauelementes ist in der 8 dargestellt. Die Anordnung entspricht dabei im Wesentlichen der Anordnung der 7. Es ist eine Kugellinse 13 vorgesehen, die das aus der optischen Faser 10 austretende Licht auf die lichtsensitive Fläche 31' des Empfangsbauelementes 3' fokussiert. Da das Licht divergent aus der Lichtleitfaser austritt, kann die Kugellinse der 8 für die günstigste optische Abbildung etwas größer ausgestaltet sein als die Kugellinse der 7, die bei einem Sendebauelement verwendet wird. Die Befestigung der Kugellinse 13 erfolgt im Ausführungsbeispiel der 8 durch Einklemmen der Kugellinse in eine axiale zylindrische Öffnung 74 des Receptacle 7, die sich an die Öffnung 72 zur Aufnahme der optischen Faser mit geringerem Durchmesser anschließt. Die Kugellinse 13 kann auch durch Kleben befestigt sein.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass bei den Ausgestaltungen der 7 und 8 der Innenraum des Kunststoffgehäuses 2 vollständig mit der Vergussmasse 11 gefüllt ist, so dass diese bis an die Unterseite der Kugellinse 13 heranragt und eine Immersion in die Vergussmasse 11 vorliegt.
In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 ist das Receptacle 7 derart am Deckelelement 6 ausgebildet, dass seine optische Achse 8 senkrecht zur Montageebene des Kunststoffgehäuses 2 verläuft und mit der optischen Achse des Sendebauelementes bzw. des Empfangsbauelementes zusammenfällt. Eine solche Anordnung ist jedoch nicht zwingend.
In den 9 und 10 sind Anordnungen gezeigt, bei denen die optische Achse 8 des Receptacle 7 parallel zur Montageebene und senkrecht zur optischen Achs des Sendebauelementes bzw. des Empfangsbauelementes verläuft. Grundsätzlich sind auch schräge Anordnungen des Receptacle 7 in Bezug auf die Montageebene des Kunststoffgehäuses 2 denkbar.
Aufgrund der parallelen Anordnung der Lichtleitfaser 10 ist eine Lichtumlenkung erforderlich. In der 9, die die Lichtkopplung im Falle eines Empfangsbauelementes 3' darstellt, wird diese Lichtumlenkung durch einen asphärischen Reflektor, beispielsweise einen parabolischen Reflektor realisiert, der an einer Innenfläche 62 des Deckelelementes 6 ausgebildet ist. Das an dem asphärischen Reflektor 62 reflektierte Licht wird auf die Empfangsfläche 31' des Empfangsbauelementes 3' fokussiert.
Im Ausführungsbeispiel der 10 ist in das Kunststoffgehäuse 2 ein Sendebauelement 3 eingesetzt. Zur Lichtumlenkung sind zum einen eine Kugellinse 13 und zum anderen wiederum ein asphärischer Reflektor 62 vorgesehen. Bei Verwendung einer Kugellinse könnte jedoch in Abhängigkeit von der Brechkraft der Linse statt eines asphärischen Reflektors auch ein planer Reflektor verwendet werden, der einfacher an einer Innenfläche des Deckelelementes ausgebildet werden kann.
In den Ausführungsbeispielen der 9 und 10 wird das Licht zwischen der Stirnfläche der Faser 10 und dem Kunststoffgehäuse in einem in dem Deckelelement ausgebildeten Hohlkanal 63 geführt, dessen Wandung des asphärischen Reflektor oder alternativ einen planaren Reflektor ausbildet.
In weiteren Ausführungsbeispielen ist ein elektrisch leitfähiges Schirmblech über oder an dem Receptacle 7 fixiert (etwa durch Anklipsen oder Aufsetzen) und in montiertem Zustand mit GROUND verbunden. Über ein solches leitfähiges Blech oder eine andere abschirmende Struktur, wie eine metallische Gitterstruktur, wird eine elektromagnetische Abschirmung bereitgestellt. Ebenso können in das Kunststoffgehäuse zusätzliche Abschirmkomponenten integriert sein.
Über ein am Receptacle 7 fixiertes Schirmblech kann zusätzlich eine eingesteckte Faser oder eine Faser-Ferrule in Bezug auf das Kunststoffgehäuse fixiert werden, wobei das Schirmblech auftretende Kräfte aufnimmt und an ein Montageboard, auf dem das gesamte Modul oberflächenmontiert ist, abführt.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Receptacle selbst aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie einem mit Metallpartikeln gefüllten Kunststoff, besteht. Es können dabei auch geeignet geformte Pins vorsehen sein, die bei einer SMD- oder Steck-Montage mit einem Leiterplattenboard automatisch leitfähig verbunden werden und auf diese Weise für eine GROUND-Verbindung sorgen.
Das erfindungsgemäße Modul erlaubt es, zunächst die optoelektronischen und elektronischen Chips ohne Berücksichtigung ihres optischen Zugangs hochrationell durch Die-Bonden in einem vorgefertigten Kunststoffgehäuse mit Leadframe zu montieren und elektrisch anzuschließen. Dabei erfolgt eine exakte Positionierung insbesondere des elektrooptischen Bauelementes in Bezug auf die äußeren Gehäusestrukturen. Nach einem bevorzugten Vergießen mit einer transparenten Vergussmasse wird das Deckelelement mit dem Kunststoffgehäuse verbunden. Das Deckelelement bildet das optische Fenster des Moduls aus und erlaubt einen einfachen Anschluss einer Lichtleitfaser unter Bereitstellung einer lateralen und axialen Positionierung der Lichtleitfaser in Bezug auf das optoelektronische Bauelement.

Claims

Optisches Sende- und/oder Empfangsmodul (1) mit – mindestens einem optoelektronischen Bauelement (3, 3'), – einem vorgefertigten Kunststoffgehäuse (2), – das ein Bodenteil (25) mit einer zumindest teilweise planen Oberfläche aufweist, – das an seiner Oberseite offen ist, und – in das elektrische Kontakte (51) integriert sind, – einem Deckelelement (6) für das Kunststoffgehäuse (2), in das eine Aufnahmevorrichtung (7) für eine optische Faser (10) integriert ist, wobei – das optoelektronische Bauelement (3, 3') in dem Kunststoffgehäuse (2) montiert und mittels der elektrischen Kontakte (51) elektrisch kontaktiert ist, – dabei das optoelektronische Bauelement (3, 3') in einer Montageebene in oder parallel zur planen Oberfläche des Bodenteils (25) angeordnet ist und seine optische Achse (8) senkrecht zu der Montageebene verläuft, – das Deckelelement (6) die Oberseite des Kunststoffgehäuses (2) abdeckt, und – das optoelektronische Bauelement (3, 3') derart in dem Kunststoffgehäuse (2) positioniert ist, dass von dem Bauelement (3, 3') ausgesandtes oder empfangenes Licht in eine in die Aufnahmevorrichtung (7) eingeführte optische Faser (10) einkoppelt oder aus dieser auskoppelt, – wobei das optoelektronische Bauelement (3, 3') in dem Kunststoffgehäuse (2) mit einem transparenten Kunststoff (11) vergossen ist, – wobei das Kunststoffgehäuse (2) nur teilweise mit einem transparenten Kunststoff (11) vergossen ist, derart, dass das optoelektronische Bauelement (3, 3') vollständig vergossen ist, jedoch oberhalb des Bauelements (3, 3') der transparente Kunststoff (11) im Gehäuse eine plane Grenzfläche (110) zu Luft ausbildet, – wobei das optoelektronische Bauelement (3) ein lichtformendes Element (12) aufweist, – wobei das lichtformende Element (13) derart angeordnet ist, dass es teilweise in den transparenten Kunststoff (11) eingebettet, an seiner oberen, dem Deckelelement (6) zugewandten Seite jedoch aus dem Kunststoff (11) herausragt.
Modul nach Anspruch 1, aufweisend zusätzlich mindestens ein elektrisches Beschaltungsbauelement (4) für das optoelektronische Bauelement (3, 3'), das zusammen mit dem optoelektronische Bauelement (3, 3') in dem Kunststoffgehäuse (2) montiert und mittels der elektrischen Kontakte (51) elektrisch kontaktiert ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffgehäuse (2) oberflächenmontierbar ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in das Kunststoffgehäuse (2) ein Leadframe (51, 52) integriert ist, das die elektrische Kontakte bereitstellt.
Modul nach Anspruch 4, wobei das Leadframe mindestens eine Montagefläche (52) für das optoelektronische Bauelement (3, 3') und das Beschaltungsbauelement (4) aufweist.
Modul nach Anspruch 5, wobei das Leadframe (52) mehrere Einzel-Leadframes mit jeweils einer Montagefläche für eine Komponente des Moduls aufweist.
Modul nach Anspruch 6, wobei Komponenten des Moduls, die jeweils auf einem Einzel-Leadframe angeordnet sind, aus einer Gruppe ausgewählt sind, die ein oder mehrere IC Chips, Kondensatoren und Widerstände umfassen.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend Bonddrähte zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements (3, 3').
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in die Aufnahmevorrichtung (7) ein lichtformendes Element (13) integriert ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das lichtformende Element (12, 13) eine Linse ist.
Modul nach Anspruch 10, wobei die Linse eine bikonvexe oder eine plankonvexe Linse ist.
Modul nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Linse gehäuseseitig in den transparenten Kunststoff (11) eingebettet ist und als plankonvexe Linse wirkt.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffgehäuse (2) und das Deckelelement (6) Strukturen (61, 610, 26) zur Selbstjustage der beiden Elemente zueinander aufweisen.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Deckelelement (6) rastbar mit dem Kunststoffgehäuse (2) verbunden ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Deckelelement (6) mit dem Kunststoffgehäuse (2) unlösbar verbunden ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Deckelelement (6) aus einem anderen Material als das Kunststoffgehäuse (2) besteht.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in das Deckelelement (6) Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung integriert sind.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmevorrichtung (7) für die optische Faser (10) einen Bajonettverschluss, einen Schnappverschluss oder einen Rastverschluss ausbildet.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmevorrichtung (7) für eine optischer Faser (10) derart in dem Deckelelement (6) ausgebildet ist, dass eine angekoppelte optische Faser (10) senkrecht zur Montageebene des Kunststoffgehäuses (2) ausgerichtet ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Aufnahmevorrichtung (7) für eine optischer Faser (10) derart in dem Deckelelement (6) ausgebildet ist, dass eine angekoppelte optische Faser (10) parallel zur Montageebene des Kunststoffgehäuses (2) ausgerichtet ist.
Modul nach Anspruch 20, wobei das Deckelelement (6) zusätzlich Umlenkmittel (62) ausbildet, über die eine Lichtkopplung zwischen dem optoelektronischen Bauelement (3, 3') und einer angekoppelten Lichtleitfaser (10) erfolgt.
Modul nach Anspruch 21, wobei die Umlenkmittel (62) durch einen planen, sphärischen oder asphärischen Reflektor ausgebildet sind.
Modul nach Anspruch 21, wobei die Umlenkmittel durch einen planen, sphärischen oder asphärischen Reflektor in Kombination mit einer fokussierenden Linse ausgebildet sind.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Bauelement (3, 3') als Chip ausgebildet ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (3, 3') ein elektooptisches Sendebauelement oder ein optoelektronisches Empfangsbauelement ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Modul ein elektrooptisches Sendebauelement (3) und ein optoelektronisches Empfangsbauelement (3') sowie diesen jeweils zugeordnete Beschaltungsbauelemente (4) in Form eines Treiber-IC und eines oder mehrerer Verstärker-ICs aufweist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffgehäuse eine oder mehrere Seitenwände (21–24) aufweist
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine teilweise plane Oberfläche der Bodenteils durch eine Montagefläche eines in das Kunststoffgehäuse integrierten Leadframes gebildet ist.
Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abschirmblech über oder an der Aufnahmevorrichtung (7) befestigt ist, das über leitfähige Stifte mit einer Montageplatte verbindbar ist.