DE2913262C2 - Elektro-optische Verbindungsvorrichtung - Google Patents

Elektro-optische Verbindungsvorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-optische Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Patentanmeldung DE-AS 22 07 900 für ein Lichtleitfaserkabel bekannt geworden. Jenem Vorschlag lag die Aufgabe zugrunde, nach einer einmal vorgenommenen Justierung der elektro-optischen Elemente eine weitere Justierung zu vermeiden. Jedoch soll nicht nur das Kabel auswechselbar sein, sondern sogar seine Anschlußelemente und die zu verbindenden Geräte. Die deutsche Patentanmeldung DE-OS 25 08 373 zeigt hingegen eine unlösbare Verbindung, jedoch zwischen einem Lichtsender und einem Lichtempfänger. Sie zeigt nicht die Ausrichtung eines dieser Elemente in einem Gehäuse. Jene Elemente sind vielmehr allseitig, sozusagen schwimmend, in einem Gießharz eingebettet. Dies fuhrt zu einer sehr schwierigen Montage, insbesondere im Hinblick auf die Ausrichtung der Elemente zueinander.
Die zueinander genau auszurichtenden Körper bestehen in der industriellen Fertigung aus winzigen Chip-Plättchen mit aussendenden oder lichtempfangenden Flächen einerseits und den Stirnflächen des lichtleitenden Elements, z. B. einer Lichtleitfaser, andererseits. Zwischen beiden Flächen soll, um eine gute Kopplung zu erreichen, möglichst nur noch ein einziges Medium sich befinden. Bei einer aussendenden oder empfangenden Fläche aus GaAS mit einem Brechungsindex von η = 3.6 und eincY Stirnfläche einer Quarzoder Kunststoff-Faser andererseKs liegt der wünschenswerte Brechungsindex des verbindender. Mediums bei η = 1.8. Da sich technisch ein solcher Brechungsindex nicht ohne weiteres realisieren läßt, wird bereits ein nicht ganz so guter Effekt, aber immer noch brauchbar, bei einem etwas niedrigeren Brechungsindex, wie z. B. η = 1,54 erreicht, z. B. durch Epoxy-Harz. In einer industriellen Fertigung macht zudem noch ein Umstand Schwierigkeiten, die theoretisch bereits bekannt gewordenen Voraussetzungen für eine gute Kontaktierung /u erreichen: Es handelt sich dabei um die beengten Raumverhältnisse in einer elektronischen Schaltung; insbesondere dann, wenn aus dieser Schaltung heraus nicht nur ein einzelner Lichtleiter sondern eine Gruppe von Lichtleitern herausgeführt werden soll.
Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, unter Wahrung möglichst guter optischer Verhältnisse einerseits und unter Ausnutzung bekannter Fertigiingstechni ken für opto-elektronische Elemente (Chips) andererseits, eine kleinbauende Kontaktstelle an/ugeben, die sowohl bei einzelnen als auch bei einer Mehrzahl von Lichtleitern in kleinen engen Verhältnissen elektrant scher1 Schaltungen untergebracht werden kann,
Die erfindungsgemäße Losung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 niedergelegt. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Insbesondere können nach den Patentansprüchen 2 und 3 in der das elektro-optische Element bzw. den
Lichtleiter aufnehmenden öffnung auch radiale Anschläge für das Element bzw. den Lichtleiter angeordnet sein.
Zur Vermeidung von optischen Verlusten und zum Schutz des elektrooptischen Elements kann das Gehäuse gemäß den Patentansprüchen 4 oder 5 ausgebildet sein.
Das Gehäuse kann gemäß Patentanspruch 6 aus Werkstoffen mit einem niedrigeren Brechungsindex als der Klebstoff hergestellt sein. Hierzu werden vorgeschlagen: Polyäthylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Fluoräthylen-Propylen, Polyvinylchlorid, Silikon-Gummi, während der Verklebungswerkstoff, der gleichzeitig in den Raum zwischen Faser-Stirnfläche und lichtaussendender bzw. -empfangender Fläche ausfüllt, aus Epoxy-Harz oder Polyester-Harz bestehen kann. Ebenso ist ein Außenkörper aus Metall, wie Zinkdruckguß, möglich; die notwendige elektrische Isolierung übernimmt dann der Epoxy-Harz-Kleber.
Das Gehäuse kann gemäß den Patentansprüchen 7 und 8 so kleinbauend angelegt werden, daß es in ein Norm-Raster eingepaßt werden kann, wie z. B. Vi0 Zollraster oder, bei Querstellung 2IΊο Zollraster.
Die aus dem Gehäuse nach der elektrischen Seite hin herausgeführten Kontakt-Stifte, Elektroden usw. können durch Abwinkein so für eine winklige Schaltung abgebogen werden, daß sie in die Normabstände des Platten-Rasters passen.
Die Außenseiten des Gehäuses können gemäß Patentanspruch 9 Verbindungsmittel zum Aneinanderfügen von identischen Gehäusen aufweisen.
Die Erfindung ist an einigen Ausführungsbeispie'en erläutert, die im nachfolgenden näher beschrieben werden.
F 1 g. 1 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch einen elektro-optischen Verbinder nach der Erfindung.
Fig.2 zeigt in weiter vergrößerter Darstellung eine zweite, spezielle Ausführung der Erfindung im Bereich einer LEO und einer Glasfaser.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt in vergrößerter Darstellung eines dritten vorbereiteten, elektro-optischen Verbinders mit elektrischem, aber ohne optisches Teil.
Fig. 4 zeigt mehrere elektro-optische Verbinder in der Drpufsicht, auf eine Printplat^e montiert.
Fig. 5 zeigt die elektro-oplischen Verbinder nach F i g. 4 in der Seitenansicht.
F i g. 6 zeigt eine Anordnung von mehreren miteinander verbundenen Ve-hindern mit einem abgewandelten Gehäuse.
In Fig. 1 umfaßt ein Gehäuse 1 aus Kunststoff eine durchgehende Bohrung 2. Die Bohrung 2 besieht aus einem oberen Abschnitt 2a mit relativ kleinem Durchmesser und einem unteren Abschnitt 2b mit größerem Durchmesser, der einem Mehrfachen des kleineren Durchmessers entspricht. Der obere Abschnitt 2a tritt als Trichter 2c erweitert aus dem Gehäuse 1 aus. Zwischen den Abschnitten 2 und 2b erstreckt sich ein weiterer Abschnitt 2d mit einem mittleren Durehmesser, so daß eine Schulter 3 gebildet ist.
In den unteren Abschnitt 2b der1 Bohrung 2 ist ein eleklrO'oplisches Sende-/Empfangsteil in Form eines Chips 4, wie Diode öder dergl,, so eingebracht, daß es genau unterhalb des oberen Abschnitts 2a liegt. Der Chip 4 ist einerseits über einen elektrischen Leiter 5 in Form eines Golddrahtes mittels Bondung mit einer Elektrode 6 verbunden, die als Anschlußkontakt dient. Andererseits ist der Chip 4 mit einer Elektrode 7 elektrisch-leitend durch Bondung verbunden. Der Chip 4 wird hierbei von einer als Hohlspiegel wirkenden Mulde 8 der Elektrode 7 aufgenommen. Die Elektrode 7 umfaßt desweiteren einen Haltezahn 9. Die Elektroden 6 und 7 sind zunächst durch einen Kamm 10 zusammengehalten, der nach der Montage in das Gehäuse 1 entfernt wird.
Zur Herstellung der elektro-optischen Verbindung wird eine Lichtleitfaser 11 in die Bohrung 2 so eingeschoben, daß sie gerade in den mittleren Abschnitt 2d austritt. Die axiale und radiale Fixierung erfolgt mittels Verklebung mit dem oberen Abschnitt 2a der Bohrung 2. Der Chip 4 wird zusammen mit den Elektroden 6 und 7 in den unteren Abschnitt 2b eingeführt, bis die Elektroden 6 und 7 an der Schulter 3 anliegen und der Chip 4 der Stirnfläche 11a der Lichtleitfaser 11 gegenüberliegt. Nach dieser Fixierung werden der mittlere und untere Abschnitt 2b und 2daer Bohrung 2 mit einem optisci leitenden Kleber 12 ausgefüllt. Wahlweise kann die Fixierung der Lichtleitfaser 11 und des Chips 4 auch gleichzeitig in einem Arbeitsgang erfolgen. Wird das Gehäuse 1 aus einem durchsichtigen Material, wie z. B. Polystyrol, Acryiat od..- ähnlichem, hergestellt, so läßt sich beim Montieren aller Teile sehr gut verfolgen, welche Lage die Teile zueinander einnehmen. Der mittlere Abschnitt 2d der Bohrung 2 verhindert, daß der elektrische Leiter 5 einen Kurzschluß zwischen den Elektroder, 6 und 7 verursacht.
In Fig. 2 ist eine Abwandlung des Gehäuses 1 nach der Erfindung dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen, aber mit einem Index versehen und entsprechen den in F i g. 1 beschriebenen.
Zwischen den Abschnitten 2a'und 2£>'der Bohrung 2' ist ein vorspringender Kragen 20 angeformt. Für den elektrischen Leiter 5' ist im Kragen 20 ein Schlitz 21 vorgesehen, der den Leiter 5' bei der Montage aufnimmt; somit kann kein Kurzschluß zwischen den Elektroden 6' und 7' eintreten. Die Mulde 8' ist teilweise aufgebrochen gezeichnet. Der Kragen 20 greift etwas in die Mulde 8' ein und ist mit einer flachen Ausnehmung 2e versehen. Der Chip 4' ist somit teirveise von der Mulde 8' und teilweise von der Ausnehmung 2e umfaßt.
Die Stirnfläche lla' der Lichtleitfaser 11 befindet sich unmittelbar über dem Chip 4'. Die Bondung des Leiters 5' ist seitlich vorgenommen, so daß — anders als in F i g. 1 — die Lichtleitfaser IV unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines anderen Mediums, auf die Oberfläche des Chips 4' aufgesetzt werden kann. Man spricht hierauch von »butt-joint«. Die Isolierung Wbist dabei etwas kürzer als der Kern (leder Lichtleitfaser it'.
Durch Wahl geeigneter Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex kann erreicht werden, daß die Innenwand der Bohrung 2a' im Kragen 20 einen kleineren Brechungsindex η hat als der Kleber 12', der die Zwischenräume ausfüllt. Dadurch entsteht eine totale Reflektion. Fügedifferenzen zwischen der Lichtleitfaser 11' und der Oberfläche des Chips 4' an der Stirnfläche lla'werden insofern dadurch geheilt, daß die evtl, an der Stirnfläche lla'der Lichtleitfaser IV Vorbeigestrahlte Energie nach innen zurückgeworfen wird und wenigstens zum Teil wieder in die Lichtleitfaser 11' eingestrahlt wird.
Der gesamte Hohlraum innerhalb des Kragens 20 ist, wie schon bereits bei Fig. 1 geschildert, mit dem
optisch-leitenden Kleber 12' gefüllt. Die Bohrung 2' ist in der unteren Zone verjüngt, um die Lichtleitfaser II' zu führen. Die Bohrung 2/ kann durch einen andersgearteten Klebstoff gefüllt sein, falls es bei der Herstellung zweckmäßig ist, zuerst einen der beiden Teile einzuführen und vorzufixieren. In Frage kommen insbesondere Schnellkleber auf der Basis von Cyanoacfylat.
F i g. 3 zeigt einen vorbereiteten, vorkonfektionierten, elektrooptischen Anschluß, der bereits die elektrischen Teile enthält, bei dem jedoch noch zur Vervollständigung die Befestigung der Lichtleitfaser fehlt. Verbinder dieser Art können vorgefertigt werden, damit die erforderlichen Anschlüsse außerhalb des Herstellerwerkes ohne große Schwierigkeiten vorgenommen werden können. Die den Fig. 1 und 2 entsprechenden Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Index versehen.
Das Gehäuse 1" hat eine Bohrung 2". die über einen kegeligen Übergang 31 in eine genau vermaßte zylindrische, oder auch konische, Halsbohrung 32 übergeht. Der unlere Abschnitt 2b" enthält die Elektrode 7", deren Haltemulde 8" über die Bondmasse den Chip 4" faßt. Aufgefüllt ist der Abschnitt 2b" mit einem glasklaren Kleber 12", der in den Bereich der Halsbohrung 32 bis zu der Bildung der Fläche 33 vorgedrungen ist. Im Kleber 12" der Halsbohrung 32 befindet sich eine Drahtbondung 34". Das Gehäuse 1" hat einen axial vorspringenden Kragen 20', der in einer Ausnehmung 2e' den Chip 4" hält. Der Kleber 12" schließt nicht nur den Chip 4" hermetisch ab, sondern bildet auch durch geeignete Wahl des Werkstoffes ein kurzes Zwischenstück 35, das sich zwischen der Oberfläche des Chips 4" und der Fläche 33 des Klebers 12" durch teilweises Ausfüllen der Bohrung 32 ergibt. Das Zwischenstück 35 kann wahlweise auch schon vor dem Einbringen des elektrischen Teiles auf den Chip 4 zum Schutz desselben aufgebracht sein.
Der Werkstoff, aus dem das Gehäuse 1" hergestellt wurde, ist ein Werkstoff mil einem niedrigeren Brechungsindex als der des Klebers 12". Dadurch entsteht an den Enden der llalsbohrung 32 unterhalb der Fläche 33 totale Reflektion für Ehergieslrahlen, die aus der Oberfläche des Chips 4" ausdringen. Die Fläche 33 kann dabei zum Erreichen eines Linseneffektes gewölbt sein.
Falls der elektro-optische Verbinder zum optischen Empfang benutzt wird, hat die Reflektion in der Fläche
to 33, der Halsbohrung 32 und des Zwischenstückes 35 zur Folge, daß die aus der Lichtleitfaser, die in der Zeichnung nicht eingezeichnet ist, austretenden Lichtstrahlen auf den Chip 4" geworfen werden.
Der so nach Fig.3 vorbereitete elektro-optische Verbinder kann durch einfaches Auffüllen der Bohrung 2" mit Klebstoff und durch nachträgliches Einstecken der Lichtleitfaser in jeder Umgebung montiert werden. Die für eine optische Verbindung kritische Fläche 33 des Zwischenstückes 35 bzw. die Oberfläche des Chips 4" ist durch die Bohrung 32 ausreichend sicher geschützt. Der zum Verkleben der Lichtleitfaser in der Bohrung 2" verwendete Kleber kann zudem optisch so abgestimmt werden, daß ein ungewolltes Durchtreten des Lichtsignals durch die Bohrung 2" sicher verhindert wird.
In den Fig.4 und 5 ist eine vorteilhafte Anordnung von elektro-optischen Verbindungen auf einer Printplatt'2 gezeigt. Die Printplatte 41 hat Löcher 42 und 43, die durch aufgebrachte Kupferbahnen zu elektrischleitenden Anschlußpunkten ausgebildet sind. Die Elektroden 11 und 13 sind rechtwinklig umgebogen, wie in F i g. 5 von der Seite her gezeigt ist. Die abgewinkelten Elektroden sind in die Löcher 42 und 43 gesteckt und dort verlötet.
in Fig.6 sind an den Seiten des Gehäuses Γ" Verbindungsmittel in Form von schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen bzw. Rippen 60 angeordnet; hierdurch kann ein Steckergehäuse — z. B. für eine Flachbandleitung o. dgl. — aufgebaut werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Elektro-optische Verbindungsvorrichtung mit einem ein elektro-optisches Element umfassenden Gehäuse, das mindestens zwei elektrische und mindestens einen optischen Anschluß und mindestens zwei Aufnahmeöffnungen für die elektrischen bzw. optischen Anschlüsse aufweist, die axial hintereinanderliegend angeordnet sind und Führungsmittel umfassen, die ein einzuführendes eiektro-optisches Element bzw. ein einzuführendes lichtleitendes Element zueinander ausrichten, d a durch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1 in F i g. 1,4 und 5; 1' in F i g. 2; 1" in F i g. 3) einstückig ausgebildet ist, daß in der Aufnahmeöffnung (2b in Fig. 1, 2b' in Fig.2, 2b" in Fig.3) für das elektro-optische Element (4 in Fig. 1, 4' in Fig.2, 4" in Fig. 3) Anschläge (3 in F i g. 1, 20 und 2e in F i g. 2, 20' und 2e'in F i g. 3) für das elektro-optische Element (4,4', 4") ode- für seine Anschlüsse (6 und 7 in Fig. 1, 6' und 7' in F i g. 2,7" in F i g. 3) angeordnet sind
und daß das elektroptische Element (4, 4', 4") in diese Aufnahmeöffnung (2b, 2b', 2b ) mit einem Klebstoff (12 in F i g. 1: 12' in F i g. 2; 12" in F i g. 3) eingegossen ist.
2. Verbindungsvorricbijng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kragen (20, 20') in der Größe eines Chips (4', 4") im Inneren des Gehäuses (V, V) vorgesehen ist, in welchen der Chip (4', 4") eingesteckt werden kann, so daß die Achsen von Chip (4', 4"), Gehäuse (V, 1") und lichtleitendem Element (11') identisch sin l (F i g. 2 und 3).
3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, iiß in der das lichtleitende Element (1Γ) aufnehmenden Öffnung (2a') Anschläge für dessen Isolierung (Wb) angeordnet sind (F i g. 2).
4. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß -to «wischen der Aufnahmeöffnung (2, 2") für das lichtleitende Element (11) und dem elektro-opti-Schen Element (4, 4") eine optisch leitende Sciiicht (12, 35) aus Kleber oder dergleichen angeordnet ist (Fig. 1 und 3). «
5. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die optisch leitende Schicht in Form eines kurzen Zwischenstückes (35) ausgebildet ist, das einen Abschnitt einer Bohrung (32) zwischen der Aufnahmeöffnung (2") für das lichtleitende Element und der Aufnahmeöffnung (2b") für das elektro-optische Element (4") mindestens zum Teil ausfüllt (F ig. 3).
6 Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, Γ, 1", V") aus Werkstoffen mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem des Klebstoffes <12,12'. 12". 35) hergestellt ist.
7. Verbindungsvorrichtung nach einem der An- »prüche I bis b. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einem Norm-Raster (!/io ZolNRasier öder V10 Zoll-Raster) angepaßt ist (F ί g. 4 und 6).
8. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Gehäuse (1) nach der elektrischen Seite hin herausgeführten Kontakt-Stifte (6, 7) durch Abwinkein so für eine winklige Schaltung abgebogen sind, daß sie in die Normabstände des Platten-Rasters passen (Fig.4 und 5).
9. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten des Gehäuses (V") Verbindungsmittel (Ausnehmungen, Rippen 60) zur Verbindung mit identischen Gehäusen (V") angeordnet sind (F i g. 6).
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