DE69520073T2

DE69520073T2 - Verfahren zur Einkapselung eines optischen Bauelements unter Verwendung eines dafür angepassten Leiterrrahmens

Info

Publication number: DE69520073T2
Application number: DE69520073T
Authority: DE
Inventors: Paul Eriksen; Odd Steijer
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: FI971658A; CN1169208A; SE9403575L; US6072229A; DE69520073D1; WO1996013065A1; ES2153903T3; CN1149670C; EP0792521B1; AU3820195A; SE9403575D0; JP3703839B2; JPH10507874A; KR100265478B1; US6338983B1; FI971658A0; CA2203113A1; CA2203113C; EP0792521A1

Description

Diese Anmeldung umfasst eine Erfindung, die teilweise auch in den gleichzeitig eingereichten Anmeldungen "Injection of encapsulating material on an optocomponent" (Eingeben von einkapselndem Material auf ein optisches Bauelement) und "Optocomponent capsule having an optical interface" (Kapsel für ein optisches Bauelement, das eine optische Schnittstelle hat) beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leiterrahmen, der dazu gedacht und geeignet ist, optische Bauelemente einzukapseln mit einem Kunststoffmaterial, und auf ein Verfahren zum Einkapseln von optischen Bauelementen mit einem Kunststoffmaterial, wobei gleichzeitig optische Schnittstellen in der Kapselwand erhalten werden.

HINTERGRUND

In der früheren Patentanmeldung SE 9400907-3, die am 18. März 1994 eingereicht wurde, ist ein Verfahren zum Einkapseln von optischen Bauelementen durch Pressspritzen und zum gleichzeitigen Erzielen einer optischen Schnittstelle in der Wand der Kapsel beschrieben. Dieses Verfahren wird ausgehend von dem herkömmlichen Einkapselverfahren für mikroelektronische Schaltkreise entwickelt, bei dem ein elektrisch leitender Leiterrahmen verwendet wird, um eine elektrische Verbindung mit mikro-elektronischen Schaltkreischips zu errichten. Der Leiterrahmen besteht gewöhnlicherweise aus einem gestanzten oder geätzten Metallstück, z. B. aus einer dünnen Kupfer- oder Aluminiumplatte. Der Leiterrahmen umfasst einen besonderen, entsprechend angepassten Bereich, der "Marker" (flag) bezeichnet wird, auf den ein mikroelektronischer Schaltkreis montiert wird, bevor er in das einkapselnde Material gegossen wird. Vor dem Einbetten durch Gießen wird der Mikroschaltkreischip auch elektrisch durch Reibungsschweißen, "Bonding", durch "Bonding" (Verbinden) von Drähten an Finger angeschlossen, und dadurch auch mit den Armen des Leiterrahmens verbunden.
Weiterhin muss beim Einkapseln von optischen Bauelementen eine optische Schnittstelle in der Wand der Kapsel gebildet werden, die eine hohe Genauigkeit in bezug auf die Position des Bauelements im Verhältnis zu einem anderen optischen Bauelement oder einer optischen Anschlusseinrichtung hat, mit der das eingekapselte Bauelement verbunden werden soll. Die verlangte mechanische Genauigkeit wird erzielt, indem ein oder mehrere optische Bauelemente auf einen gemeinsamen Träger oder ein Substrat in der Form einer Platte montiert werden, die danach an dem Marker angebracht wird. Schließlich wird der Träger im Verhältnis zu der äußeren Geometrie positioniert. Bei einer optischen Schnittstelle, die kompatibel mit einem optischen Multifaserkontakt des MT- Einrichtungstyps ist, wird dies durch V-Nuten auf der Trägerplatte erzielt, in die Führungsstifte, die sich durch den Gusshohlraum erstrecken, passen. Diese Führungsstifte werden nach dem Einkapseln herausgezogen und lassen kreisförmige zylindrische Löcher in dem Einkapselungsmaterial zurück. In diese Löcher werden lose, zylindrische Führungsstifte anschließend eingeführt zur Verbindung des eingekapselten optischen Bauelements mit einem Bauelement, das eine ähnliche Schnittstelle hat.
Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung EP-A1 0 452 634 beschreibt einen Leiterrahmen, der zum Einkapseln von optischen Modulen mit einem Kunststoffmaterial gedacht ist, das einige Wellenleiter hat. In Fig. 4-7 sind Leiterrahmen, die Marker haben, die für elektronische Schaltkreiselemente gedacht sind, gezeigt, wobei Bereiche von Brücken zwischen Markerbereichen und einem Rahmenteil, das sich an der Kante erstreckt, zickzackförmig sind, um mechanische Spannungen aufzunehmen, die durch die Einkapselung mit Kunststoff hervorgerufen werden. Die zickzackförmigen Bereiche befinden sich außerhalb des Gebiets des Leiterrahmens, das innerhalb des eingekapselten Moduls enthalten ist und das durch die gestrichelte Linie P gezeigt ist.
Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung EP-A1 0 552 419 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von optischen Modulen durch Kunststoffeinkapselung von unter anderem optischen Bauelementen, die mit einem Leiterrahmen verbunden sind. In Fig. 6c ist es gezeigt, wie ein optisches Bauelement, das einen Draht W verwendet, durch eine Druckkraft zum Zweck des Erzielens einer exakten Positionierung beeinflusst wird.
Leiterrahmen für Halbleiterkapseln sind z. B. in den US- Patenten US-A 4,870,474 und US-A 5,150,193 und in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP-A1 0 443 508 beschrieben. Optische Komponenten, die Leiterrahmen haben, sind auch im US-Patent 3,914,786 und der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP-A2 0 446 410 beschrieben.

ZUSAMMENFASSUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein eingekapseltes optisches Bauelement und einen Herstellungsprozess dafür vorzusehen, wobei ein Träger, der an einem Leiterrahmen angebracht ist, genau während des Einkapselvorgangs positioniert wird.
Diese und andere vorteilhafte Aufgaben werden durch die Erfindung erzielt und werden durch die unten stehende Beschreibung deutlich, wobei der Rahmen der Erfindung in den beigefügten Ansprüchen definiert ist und die Charakteristika davon dort dargestellt werden.
Ein Leiterrahmen ist so gestaltet, dass:
I) ein Marker, an dem der Hauptbereich des optischen Bauelements angebracht ist, asymmetrisch neben der Wand des Gusshohlraums platziert wird, so dass eine optische Schnittstelle in der Kapselwand erzielt wird,
II) der Marker flexibel in dem Leiterrahmen angebracht ist für die Zwecke von:
- a) Erzielen einer justierungsmöglichkeit des Markers in bezug auf den Rest des Leiterrahmens,
- b) Erzielen einer justierten Druckkraft auf den Marker, und dadurch auf das optische Bauelement, in bezug auf die Wand des Gusshohlraums, um die Nachbehandlung der optischen Schnittstelle zu minimieren,
- c) Erzielen einer justierten Druckkraft auf den Marker, und dadurch auf das optische Bauelement, so dass eine exakte Positionierung des optischen Bauelements erzielt werden kann. Brücken, durch die der Marker an dem Leiterrahmen angebracht wird, haben für diesen Zweck eine Zickzackform.
Somit wird ein Leiterrahmen, der einen Marker hat, an dem der Hauptteil des optischen Bauelements angebracht ist, für die elektrische Verbindung beim Einkapseln eines optischen Bauelements verwendet. Der Leiterrahmen umfasst auch Anschlussbereiche für die elektrische Verbindung zu sowohl dem optischen Bauelement als auch dem Äußeren, zu benachbarten elektrischen Schaltkreisen. Der Marker ist asymmetrisch an der äußeren Kante des Leiterrahmens platziert, in der Mitte auf dieser äußeren Kante, und wird während des Einkapselvorgangs neben einer Wand in einem Gusshohlraum in einer Form anschließend platziert. Hierdurch kann eine optische Schnittstelle der Standardart, die Führungsstifte hat, in der Kapselwand erzielt werden. Der Marker ist etwas beweglich durch zickzackförmige Brücken an den anderen Bereichen des Leiterrahmens angebracht, um zu ermöglichen, dass der Marker und dadurch das optische Bauelement etwas in bezug auf den Rest des Leiterrahmens bewegt werden kann. Für eine geeignete Breite und eine Form der zickzackförmigen Brückenbereiche wird eine justierte elastische Rückkehrkraft auf dem Marker und dadurch auf das optische Bauelement ebenfalls erzielt, so dass es gegen Positioniereinrichtungen gepresst werden kann und fest dort gehalten werden kann, in der Form von z. B. Führungsstiften, die sich in Führungsnuten auf dem optischen Bauelement während des Gussvorgangs befinden.
Ein Leiterrahmen aus einem elektrisch leitfähigen Material zur Herstellung von elektrischen Verbindungen auf einem optischen Bauelement umfasst im allgemeinen einen Marker in der Form eines im wesentlichen rechteckigen Felds zum Anbringen an einem Hauptteil des optischen Bauelements, umfasst ferner Anschlussfinger, deren Enden dazu gedacht sind, elektrisch angeschlossen zu werden, insbesondere durch Bonding, an den Anschlüssen des optischen Bauelements, und Stützteile, die sich zwischen den Anschlussfingern erstrecken und diese in Gebieten in einem Abstand von den Enden der Anschlussfinger verbinden, die zum Anschluss an dem Bauelement gedacht sind. Weiterhin sind Stützbrücken vorhanden, die den Marker mit den Stützteilen verbinden und die sich an solch einer Stelle befinden, dass die Stützbrücken die Stützteile an einem Ende davon anschließen. Weiterhin soll sich der Marker an einer Seite des Rahmens befinden, so dass ein optisches Bauelement, das an dem Marker angebracht ist, und eine Kante davon an der äußeren Kante einer Kapsel positioniert werden, die das Bauelement enthält.
Die Stützbrücken haben vorteilhafterweise die Form von flachen Bändern, die sich somit in einer und derselben Ebene befinden und zickzackförmig sind, d. h. jedes der Bänder ist wechselweise zu einer und der anderen Seite gebogen, gesehen aus der Richtung, wenn man sich von dem Verbindungsgebiet der Brücke zu einem Stützteil zu dem Verbindungsgebiet an dem Marker bewegt, um ein elastisches Zurückhalten des Markers zu ermöglichen und um diesem eine gewisse Möglichkeit zur Bewegung zu geben. Die Enden der Anschlussfinger, die zum Verbinden mit dem Bauelement gedacht sind, können neben einer im wesentlichen geraden Seite oder einer Kante des Markers platziert werden, vorzugsweise einer Kante, die gegenüber der Kante des Markers ist, die sich während des Positionierens eines optischen Bauelements an einer äußeren Seite einer Kapsel neben dieser äußeren Seite befindet. Die Stützteile erstrecken sich dann vorteilhafterweise im wesentlichen senkrecht zu dieser im wesentlichen geraden Kante des Markers.
Ein eingekapseltes, opto-elektrisches Bauelement, das zusammen mit dem Leiterrahmen erhalten wird, umfasst dann im wesentlichen einen Träger für ein optisches Bauelement, der Flächen hat, die darauf angeordnet sind zu einer elektrischen Verbindung, eine optische Schnittstelle an einer Seite oder Kante davon, die Eingänge/Ausgänge für Lichtsignale hat oder Wellenleiterenden hat, weitere Leiterrahmenteile, die aus dem Leiterrahmen erhalten wurden zur elektrischen Verbindung von Gebieten des Trägers des optischen Bauelements und die äußere Verbindungszungen umfassen, und weiterhin einen einkapselnden Einschluss, der den Hauptteil des Trägers des optischen Bauelements und des Leiterrahmens einschließt. Die Leiterrahmenteile umfassen auch einen Marker, der an einem Hauptteil des optischen Bauelements angebracht ist und der sich an einer Seite oder einer Oberfläche des Elements oder von seinem Hauptteil befindet, und weiter umfassen die Leiterrahmenteile Anschlussteile, die durch Drähte elektrisch mit Anschlüssen auf dem Träger des optischen Bauelements verbunden sind. Die Leiterrahmenteile in dem eingekapselten Bauelement umfassen gemäss dem Obenstehenden vorteilhafterweise zickzackförmige Teile, die sich von dem Marker erstrecken.
Beim Herstellen von solch einem eingekapselten optischen Bauelement werden im wesentlichen die folgenden Schritte durchgeführt. Das optische Bauelement wird zuerst hergestellt, dass es Führungsnuten für Führungsstifte auf einer ersten, oberen Oberfläche hat. Dann wird es an einem Marker in einem Leiterrahmen angebracht, Führungsstifte werden in einem geöffneten Formhohlraum in einer Form platziert, und der Leiterrahmen, der ein angebrachtes optisches Bauelement hat, wird in dem geöffneten Formhohlraum der Form platziert, so dass die Führungsstifte in den Führungsnuten in Eingriff kommen, wobei die zwei letzten Schritte in anderer Reihenfolge durchgeführt werden können. Danach wird der Formhohlraum der Form geschlossen und die Anordnung des Leiterrahmens mit dem optischen Bauelement im Verhältnis zu den Führungsstiften ist dann so, dass die Führungsstifte und das optische Bauelement hierdurch korrekt positioniert im Verhältnis zueinander werden und der Leiterrahmen wird in dem Formhohlraum zurückgehalten, wodurch eine elastische Kraft, die von dem Leiterrahmen ausgeht, auf das optische Bauelement aufgebracht wird, so dass dieses mit seinen Führungsnuten auf die Führungsstifte gedrückt wird und das optische Bauelement genau in seine beabsichtigte Position geführt wird. Schließlich wird das Einkapselmaterial in den geschlossenen Formhohlraum eingeführt und ihm wird ermöglicht, dass es sich verfestigt, der Formhohlraum wird geöffnet, die Führungsstifte können herausgezogen werden und der gegossene Körper kann von dem Formhohlraum entfernt werden. Die elastische Kraft von dem Leiterrahmen, die auf den Marker wirkt, wird passend erhalten, dadurch, dass der Marker an dem anderen Teil des Leiterrahmens durch Brückenteile angebracht wird, die solche eine geometrische Form haben, dass sie elastisch oder dehnbar verlängert werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nun durch eine nicht beschränkende Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer unteren Form zum Herstellen eines eingekapselten optischen Bauelements ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer oberen Form ist, die dazu gedacht ist, zusammen mit der Form aus Fig. 1 verwendet zu werden,
Fig. 3 eine Ansicht von oben auf die untere Form gemäss Fig. 1 ist, die einen Leiterrahmen hat und ein daran platziertes optisches Bauelement,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der unteren und oberen Form aus Fig. 1 und 2 ist, die übereinander platziert sind,
Fig. 5 eine Ansicht von oben auf einen Leiterrahmen zur elektrischen Verbindung eines optischen Bauelements ist,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer optischen Kapsel ist, die durch die Formen aus Fig. 1 und 2 hergestellt ist,
Fig. 7a bis 7c Teilquerschnittsansichten sind, die das Profil von Stütznuten für Stützstifte veranschaulichen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In Fig. 1 ist eine untere Formhälfte 1 gezeigt, die einen Formhohlraum 3 hat. Die untere Form 1 hat im wesentlichen die Gestalt eines rechtwinkligen Blocks, der Seitenoberflächen und eine Bodenoberfläche hat, wobei der Formhohlraum 3 ebenfalls eine rechtwinklige Form hat und in einer der großen Oberflächen gebildet ist, der oberen Oberfläche der unteren Form 1, so dass die Kanten und die verschiedenen Oberflächen der Form 1 und des Formhohlraums 3 im wesentlichen parallel oder senkrecht zueinander sind. Der Formhohlraum 3 hat Stufen an drei von seinen Seitenoberflächen, um ebenfalls einen Leiterrahmen 51 der Art, der in Fig. 5 und auch in Fig. 3 gezeigt ist, aufnehmen zu können, wobei die untere Formhälfte 1 von oben mit einem Leiterrahmen 51 und einer Platte 5 eines optischen Bauelements gezeigt ist, die darin platziert ist.
Der Leiterrahmen 51 hat im wesentlichen eine flache Gestalt und wird aus einer dünnen, elektrisch leitenden Platte, wie einer Kupferplatte oder Aluminiumplatte, hergestellt und kann ausgeschnitten sein durch Stanzen oder Ätzen oder ähnliche Verfahren. Er umfasst einen Marker 53 in der Form eines rechteckigen Gebiets, das eine gesamte Oberfläche sein kann oder in bestimmten Fällen, die nicht gezeigt sind, mit einem in der Mitte sich befindenden Loch ausgestattet sein kann. Zu dem Marker 53 wird die Platte 5 des optischen Bauelements angebracht, z. B. wird durch ein wärmeleitendes Klebemittel verklebt. Wenn der Marker ein Loch hat, kann dies z. B. für thermische Dissipation von der Komponentenplatte verwendet werden. Der Leiterrahmen 51 hat eine im wesentlichen rechteckige äußere Kontur, die äußere Kanten umfasst, wobei sich der Marker in der Mitte an einer der äußeren Kanten, der vorderen Kante, befindet. Anschlussfinger 55 erstrecken sich von dieser Kante des Markers 53, die in Richtung auf die Mitte des Leiterrahmens gerichtet ist und weg von der erwähnten vorderen Kante des Leiterrahmens 51, und bis zu Kontaktarmen 57.
Die Kontaktarme 57 sind in der gezeigten Ausführungsform senkrecht zu den zwei Kanten der äußeren Kontur des Leiterrahmens 51 platziert, die die äußere Kante zwischen ihnen sich befindlich haben, an der der Marker 53 platziert ist. Die Arme 51 sind wechselseitig durch innere Brücken 59 verbunden, die sich parallel zu und in einem Abstand von den gegenüberliegenden Kanten erstrecken, und durch äußere Brücken oder Brückenteile 61, die sich entlang dieser Kanten erstrecken. An der vierten Kante des Leiterrahmens 51 ist ein festerer, breiterer Brückenteil 63 vorhanden, von dem sich die kleineren inneren und äußeren Brücken 59 und 61 erstrecken. In den Gebieten, in denen keine Kontaktarme 57 vorhanden sind, ist das Paar von einer inneren und einer äußeren Brücke 59 und 61 an jeder Kante wechselseitig durch Querbrücken 65 verbunden, um diese Brückenteile aneinander angebracht zu halten und für eine einfachere Handhabung des Leiterrahmens.
Somit sind in der gezeigten Ausführungsform die Kontaktarme 57 an dem rückwärtigen Bereich des Leiterrahmens 51 platziert, der sich in der Nähe der rückwärtigen äußeren Kante befindet, die gegenüber der vorderen Kante ist, an der der Marker 53 angebracht ist, d. h. sie befinden sich in einem eher großen Abstand von dem Marker. Weiterhin ist der Marker 53 mit inneren Brücken 59 an dieser vorderen Kante verbunden, entlang der sich keine Brückenteile erstrecken, über dünnere oder schlankere zickzackförmige Brückenteile 67, die sich von zwei gegenüberliegenden Kanten des Markers 53 erstrecken. Diese engen Brückenteile 65, die sich in einer und derselben Ebene befinden, haben, wie es erwähnt worden ist, eine Zickzackgestalt oder haben im allgemeinen Krümmungen oder Biegungen in wechselweise die eine und andere Richtung. Weiterhin sind sie in der Nähe eines Endbereichs der inneren Brückenbereiche 59 angebracht, in dem auch ein Querbalken 69, der die gleiche Konfiguration wie der äußere Bereich eines Kontaktarms 57 haben kann, die inneren und äußeren Brückenbereiche 59, 61 verbindet.
In dem unteren Formteil 1, siehe Fig. 1, ruht der Leiterrahmen auf Schultern 71 an drei der Kanten des Formhohlraums 3. Die Breite dieser Schultern 71 ist justiert, so dass die Schulter neben der inneren Kante der inneren Brücken 59 des Leiterrahmens 51 endet und der inneren Kante des stärkeren rückwärtigen Brückenbereichs 63 des Leiterrahmens, in den jeweiligen Fällen. Die Höhe der Schultern 71 ist justiert, so dass der Abstand zwischen den oberen Oberflächen der Schultern und der unteren Formhälfte 1 näherungsweise gleich der Dicke des elektrisch leitenden Leiterrahmens 51 ist. Befestigte Führungsstifte 73 stehen von der Schulter 71 nach oben vor, dass sie in Löcher 75 in dem breiteren rückwärtigen Brückenbereich des Leiterrahmens 51 platziert werden können, siehe Fig. 12, um den Leiterrahmen in der korrekten Position in dem Formhohlraum 3 zu halten.
Zum Positionieren eines Komponententrägers sind Führungsstifte 7 vorhanden, die im wesentlichen die Form von geraden, kreisförmigen Zylindern haben, die gerundete Spitzen an ihrem einen Ende haben. An ihrem anderen Ende werden sie an einer Platte 11 aufgenommen, die, bei einem Gießen, gegen eine Seitenoberfläche der gesamten komprimierten Form gedrückt wird. Die Führungsstifte 7 können an ihrem Ende an der Platte 11 mit Köpfen ausgestattet sein, die nicht gezeigt sind, in der gleichen Weise wie herkömmliche Bolzen oder Nägel, und können mit ihrem zylindrischen Bereich durch Bohrlocher 12 in der Platte 11 geführt werden, die einen Querschnitt haben, der etwas größer ist als der Durchmesser des Bereichs der Führungsstifte 7, der eine gleichmäßige Dicke hat, um eine gewisse Bewegung der Führungsstifte zu ermöglichen.
Die optische Komponente 5, siehe Fig. 3, die von der Hybridart sein kann, die eine Substratplatte, z. B. einen Silikonwafer, hat, und Komponenten darauf befestigt hat, die nicht gezeigt sind, hat die Form einer rechteckigen Platte, die neben und parallel zu ihren gegenüberliegenden Kanten Führungsnuten 9 hat, die z. B. eine dreiecksförmige Gestalt haben können, gesehen in einem Querschnitt, wie einen Querschnitt, der die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks haben kann, das sich von einer der größeren Seitenoberflächen der Komponentenplatte 5 erstreckt und einen oberen Winkel von z. B. 45º bis 60º hat. Die Führungsnuten sind dazu gedacht, die optische Komponentenplatte 5 zu positionieren, und dazu müssen sie in Eingriff mit den Führungsstiften 7 platziert werden, so dass diese gut in die Führungsnuten 9 gedrückt werden.
Für die Führungsstifte 7 sind Nuten 13 auf der Kantenoberfläche der oberen Rahmenoberfläche der unteren Formhälfte 1 vorhanden, die sich von der äußeren Seitenoberfläche dieser Formhälfte aus erstrecken und in den Formhohlraum 3 führen. Auf dem Boden des Formhohlraums 3 in der unteren Formhälfte 3 sind Stützen 77, die nach oben vorstehen und Führungsnuten 79 haben, die sich in der Verlängerung der Nuten 13 auf der Rahmenoberfläche der Formhälfte befinden und innere Stützen für die Führungsstifte 7 bilden, wenn diese in die Form eingeführt werden. Die Stützen 77 sind neben der inneren Kante einer optischen Komponentenplatte 5 angeordnet, vgl. Fig. 3, wenn diese innerhalb des Formhohlraums 3 neben einer von dessen Seiten platziert wird, so dass der Führungsstift 7 sich frei über die gesamte Komponentenplatte 5 zwischen den Stützen in den Nuten 13 des unteren Formteils 1 und den Führungsnuten 79 auf den Stützen 77 erstreckt, und nur über kurze Abstände dazwischen und zusätzlich dazu.
Die obere Formhälfte 17, siehe die perspektivische Ansicht aus Fig. 2, ist auch als ein rechteckiger Block konfiguriert, der Seitenoberflächen und eine obere Oberfläche hat, und ein rechteckiger Formhohlraum 19, der in einer Bodenoberfläche gebildet ist und Seitenoberflächen und Bodenoberflächen parallel zu und senkrecht zu den äußeren Oberflächen und Kanten der oberen Formhälfte 17 hat. Nuten 21 für die Führungsarme 7 sind auf der unteren Rahmenoberfläche vorgesehen, die den Formhohlraum 19 umfasst, und erstrecken sich von einer Seitenoberfläche der oberen Formhälfte 17 in den Formhohlraum 19. In diesem oberen Formhohlraum sind auch vorspringende Stützen 81 vorhanden, die Stütznuten 82 haben, die in der gleichen Weise wie in der unteren Formhälfte eine Verlängerung der Führungsnuten 21 in dem Rahmengebiet der entsprechenden Formhälfte bilden. Die oberen vorspringenden Stützen 81 sind angeordnet, so dass sie, wenn die zwei Formhälften 1 und 17 aufeinander platziert werden, genau über den Stützen 77 der unteren Formhälfte 1 platziert werden, und die zwei Stützteile 77 und 81 haben ferner passender Weise einen ähnlichen und rechteckigen Querschnitt, gesehen in einer Richtung senkrecht zu den großen Oberflächen der Formhälften.
Verschiedene Gestalten der Stütznuten 13, 17 und 21, 82 jeweils von der oberen und unteren Formhälfte 1 und 17, erscheinen jeweils von den Querschnittsansichten in Fig. 7a bis 7c, die teilweise Querschnitte zeigen, die sich senkrecht zu der Längsrichtung der Nuten erstrecken, wenn die Formhälften aufeinander aufgebracht worden sind zum Gießen des einkapselnden Materials. Die Nuten können einen rechteckigen Querschnitt haben, wie es in Fig. 7a gezeigt ist. Alternativ dazu kann der Querschnitt ein symmetrisches Trapez sein, dessen Steigungsseiten nur geringfügig von einer senkrechten Position gemäss Fig. 7b divergieren. Es kann vorteilhaft sein, die Nuten der oberen Form 17 stets mit einem flachen Bodenbereich, wie in Fig. 7a und 7b, gestaltet zu haben, so dass die Führungsstifte 7 sich geringfügig seitlich bewegen können, um eine genaue Positionierung in bezug auf eine Komponentenplatte zu ermöglichen, die V-Nuten hat, die in dem Raum platziert sind, da die Führungsstifte 7 zum Gießen in einer Richtung in Richtung auf die obere Formhälfte gedrückt werden. Die flachen Bodenbereiche sollten dann näherungsweise senkrecht zu dieser Kompressionsrichtung platziert sein.
Für die Nuten der unteren Formhälfte kann es jedoch ausreichend sein, die Nuten so zu gestalten, dass sie einen V-förmigen Querschnitt haben (siehe Fig. 7c). Solche V-Nuten können ziemlich flach positionierte Seitenoberflächen haben, so dass der Mittelwinkel des Querschnitts der Nuten beträchtlich 50 bis 60º übersteigt, was der normale Wert für andere V-Nuten ist, die zum genauen Positionieren von zylindrischen Körpern verwendet werden, z. B. Positioniernuten für eine Komponentenplatte oder einen Träger, siehe unten. Die Nuten können nicht in jedem Fall so groß sein, dass einkapselndes Material durch die engen Schlitze neben den Führungsstiften während des Gießens dringen kann. Diesen Schlitzen kann z. B. maximal erlaubt werden, dass sie eine größte Breite von etwa 20 um für gewöhnlicher Weise verwendete einkapselnde Materialien haben. Die Gesamttiefe der Nuten der unteren Formhälfte kann geringfügig den Radius des zylindrischen Bereichs der Führungsstifte 7 übertreffen, und die Nuten der oberen Formhälfte können eine Tiefe haben, die im wesentlichen diesem Radius entspricht. In jedem Fall soll die totale Tiefe, wenn die Nuten der oberen und unteren Hälfte übereinander platziert sind und nebeneinander, etwas den Durchmesser des zylindrischen Bereichs der Führungsstifte 7 übertreffen.
Durch die Konfiguration und die Positionierung der Stützelemente 77 und 81 für die Führungsstifte 7 werden im wesentlichen Durchgangslöcher 109 während des Einbettens der Komponentenplatte 5 geformt, die von einer Seite der eingekapselten Komponente zu der anderen reichen. Diese Durchgangslöcher 109 haben dann auch einen rechteckigen Querschnitt, siehe die schematische perspektivische Ansicht eines eingekapselten optischen Bauelements in Fig. 6. Der Formhohlraum 19 der oberen Formhälfte 17 hat eine Kontur, die im wesentlichen den Konturen der Seitenoberflächen der Schultern 71 folgt, die sich senkrecht von der Bodenoberfläche des unteren Formhohlraums 31 erstrecken, siehe Fig. 1, und der Seitenoberfläche des unteren Formhohlraums 3, neben der die optische Komponentenplatte 5 während des Gießens platziert ist und wo auch der Marker 53 des Leiterrahmens platziert ist, wenn dieser korrekt in der Form platziert ist.
Positionierende Stifte 85 und entsprechende Löcher 87 sind auf der oberen Oberfläche der unteren Formhälfte 1 angeordnet und auf der Bodenoberfläche der oberen Formhälfte 17. Diese positionierenden Stifte platzieren die zwei Formhälften 1, 17 in einer wechselseitig korrekten Position während des Gießvorgangs.
Ein Einlasskanal 89 ist als eine Nut in der unteren Formhälfte 1 angeordnet und erstreckt sich von der Seitenoberfläche des Formhohlraums 3 dieser Formhälfte, die gegenüber der Seitenoberfläche ist, an der die Führungsstifte 7 eintreten. Der Kanal 89 ist mit einem Kanal 91 verbunden, der etwas größere Querschnittsabmessungen hat, der sich parallel zu der Seitenoberfläche des Formhohlraums 3 bis zu einer äußeren Seitenoberfläche der unteren Formhälfte 1 erstreckt.
Auswurfstifte, die nicht gezeigt sind, können durch Durchgangslöcher, die bei 93 gezeigt sind, durch die untere Formhälfte 1 bis zum Boden darin eindringen, um die gesamte Kapsel von der unteren Formhälfte 1 freizugeben nach einem vervollständigten Einkapselgießen. Auch Löcher 95 durch die untere Formhälfte, die auf den Schultern 71 enden, wo die äußeren Kontaktarme des Leiterrahmens in dem Formhohlraum 1 ruhen, sind für nicht gezeigte Auswerfer gedacht.
Beim Herstellen von einem eingekapselten optischen Bauelement durch die Gießwerkzeuge, die in Fig. 1 bis 4 gezeigt sind, wird die Platte für das optische Bauelement somit zuerst auf dem Marker 53 des Leiterrahmens 51 durch einen geeigneten wärmeleitenden Klebstoff, z. B. ein Epoxydharz, das einen Metallfüller, wie Silberkugeln oder ähnliches enthält, platziert. Auf der Platte 5 für das optische Bauelement können sich Wellenleiterelemente 94, siehe Fig. 3, von einer Kante der Platte, im bevorzugten Fall von der vorderen Kante, erstrecken, die, wenn die optische Platte 5 korrekt in der unteren Formhälfte 3 platziert ist, gerade neben der Seitenoberfläche dieses Formhohlraums 3 platziert ist, wo die Nuten 13 für die Führungsstifte 7 enden. Die Wellenleiter 94 sind mit gerade dem optischen Bauelement verbunden, das bei 96 gezeigt ist, das eine aktive optische Komponente in der Form einer monolithischen Einheit sein kann. Die aktive Komponenteneinheit 96 ist durch Verbindungsdrähte, die nicht gezeigt sind, mit elektrisch leitenden Wegen 97 auf der Komponentenplatte 5 verbunden. Diese leitenden Wege 97 sind dann an ihrem anderen Ende mit den Enden der Kontaktfinger 55 des Leiterrahmens 51 durch irgendein geeignetes Verfahren verbunden, z. B. durch Löten oder besser durch mit Reibungsschweißen verbundene Anschlussdrähte, die nicht gezeigt sind.
Der Leiterrahmen 51, der eine Komponentenplatte 5 daran angebracht hat, die ebenfalls elektrisch damit verbunden ist, wird dann in der unteren Formhälfte 1 platziert, so dass die Komponentenplatte 5 an der Seitenoberfläche in dem Formhohlraum 3 platziert ist, an der die Nuten 13 für die Führungsstifte 7 eindringen. Weiterhin ruhen die inneren Brückenteil 51, die äußeren Brückenteile 61 und die Kontaktstifte 57, die sich zwischen diesen erstrecken, die Querbalken 65 und 69 und schließlich auch das breitere Brückenteile 63 auf der Schulter 71 des unteren Formteils 1. Dann werden die Positionierstifte 73 in die entsprechenden Löcher 75 des Leiterrahmens eingeführt, um ihn in einer korrekten Position zu halten. Der Leiterrahmen 51 in der Gestalt einer dünnen Metallfolie wird dann platziert, dass er seine obere Oberfläche im wesentlichen in der gleichen Ebene befindlich hat wie die obere Oberfläche der unteren Formhälfte 1.
Die Führungsnuten 9 auf der Komponentenplatte 5 sind nun im wesentlichen ausgerichtet mit den Stütznuten 13 und 79 auf der unteren Formhälfte oder vorteilhafter Weise etwas nach oben versetzt von dieser Position. Nunmehr werden die Führungsstifte 7 in die entsprechenden Führungsnuten 9 auf der Komponentenplatte 5 durch eine geeignete seitliche Bewegung von deren Stützplatte eingeführt in Kontakt mit der äußeren Seite der unteren Formhälfte 1. Wenn die Stützplatte 11 sich nach vorne bewegt hat, werden die Führungsstifte 7 in den Führungsnuten 9 der Komponentenplatte 5 ruhen und werden auch in den Stütznuten 79 der unteren vorspringenden Stützen 77 platziert sein. Wenn die Führungsnuten 9 etwas nach oben im Verhältnis zu den Führungsnuten versetzt sind, wird die Komponentenplatte 5 elastisch nach unten gedrückt, aufgrund der Führungsstifte 7. Danach wird die obere Formhälfte 17 angebracht, so dass die Führungsstifte 85 in die entsprechenden Führungslöcher in der anderen Formhälfte 17 eindringen. Die Stütznuten 21, 82 der oberen Formhälfte passen dann über die Führungsstifte 7, so dass diese in die Stütznuten eindringen, und weiterhin drücken diese Nuten die Führungsstifte nach unten, so dass diese eine genaue vertikale Position erhalten, wie es in den Figuren zu sehen ist, durch Kontakt mit der Bodenoberfläche der oberen Stütznuten. Die Bewegung der Führungsnuten 9 und dadurch der Komponentenplatte 5 wird durch die elastische Aufhängung des Markers 53 durch die zickzackförmigen, engen Brückenteile 67 möglich gemacht, durch die der Marker 53 mit den anderen Teilen des Leiterrahmens 51 verbunden ist. Wenn diese Brückenteile aus einem geeigneten Material und mit einer geeigneten Materialdicke konstruiert sind, können sie ebenfalls elastisch den Marker dazu bringen, in eine Position in dem Niveau des anderen Teils des Leiterrahmens 51 zurückzukehren. Diese elastische Kraft führt dazu, dass die Platte für das optische Bauelement 5 eine genau bestimmte Position im Verhältnis zu den Führungsstiften erhält, aufgrund der Wechselwirkung der Führungsnuten 9 mit den Führungsstiften 7.
Die elastische Kraft, die von den Brückenteilen 67 erhalten wird, kann jedoch in einigen Fällen nicht ausreichend sein, dass die Führungsnuten der Platte 5 für das optische Bauelement gut gegen die Führungsstifte 7 gedrückt gehalten werden, insbesondere wenn das Einspritzen eines Einkapselmaterials einen hohen Druck verlangt und/oder dieses Material eine hohe Viskosität hat. Um dann eine festere Vorspannung zu erhalten, ist ein Kolben 27 vorhanden, siehe insbesondere Fig. 4, der anfänglich mit seiner freien oberen Oberfläche in einer justierten Höhe angebracht ist und in Kontakt mit der Bodenseite des Markers 53 beim Platzieren des Leiterrahmens 51 in der unteren Formhälfte kommt, so dass die Bodenseite des Markers 53 sich im wesentlichen in der gleichen Ebene befindet wie die Bodenseite der anderen Teile des Leiterrahmens 51, oder so, dass der Marker zusammen mit der optischen Komponentenplatte 5 einen geringen Abstand von dieser Position nach oben gedrückt wird. Nunmehr werden die Führungsstifte 7, wie oben, in die Führungsnuten 9 auf der Komponentenplatte 5 durch eine seitliche Bewegung von deren Stützplatte 11 eingeführt. Wenn die Stützplatte 11 sich nach vorne bewegt hat, ruhen die Führungsstifte 7 in den Führungsnuten 9 der Komponentenplatte 5 und auch in den Stütznuten 79 der unteren, nach oben vorspringenden Stützelemente 77. Nunmehr ist die obere Formhälfte 17, wie oben, in ihre Position zu Giessen gesetzt. Die Führungsstifte 7 befinden sich dann immer noch in den Führungsnuten 9 der Platte 5 und werden schließlich positioniert und selbst besser darin zurückgehalten, durch die Tatsache, dass der Kolben 27 freigegeben wird, so dass er sich frei bewegen kann, um nach oben gegen den Marker 53 zu wirken, und ihn, zusammen mit der Komponentenplatte 5, fest nach oben zu den Führungsstiften zu drücken.
Die Komponentenplatte 5 zusammen mit dem Leiterrahmen 51 ist nun vollständig in einem Formhohlraum eingeschlossen, der durch die zwei Formhohlräume 3 und 19 gebildet wird. Wenn ein Kolben 27 angeordnet ist, drückt er den Marker 53 des Leiterrahmens 51 nach oben und dadurch auch die Komponentenplatte 5, so dass die Führungsstifte 7 eingeführt werden und sehr genau in den Führungsnuten 9 positioniert werden. Die Führungsstifte 7 werden dann, mit Bereichen gerade außerhalb der Orte, wo ihre Verbindung zu den Führungsnuten 9 der Komponentenplatte 5 endet, in Eingriff mit der Bodenoberfläche der oberen Stütznuten 21 und 82 sein. Die notwendige seitliche Bewegung und Bewegung nach oben der Platte 5 für ein optisches Bauelement zum Positionieren seiner Führungsnuten 9 gegen die Führungsstifte 7 ist, wie es schon herausgestellt wurde, durch die zickzackförmigen engen Brückenteile 67 möglich gemacht, durch die der Marker 5 mit den anderen Teilen des Leiterrahmens 51 verbunden ist, und das eine Rückstelldruckkraft vorsieht und zu der dem genauen relativen Positionieren beiträgt. Anschlussdrähte zwischen der Platte 5 für das optische Bauelement und den Kontaktfingern 55 des Leiterrahmens 51 könnten zur Bewegung der Komponentenplatte hinderlich sein, aber diese Verbindungsdrähte müssen dünn und flexibel genug sein, um die exakte relative Positionierung der Komponentenplatte 5 zu ermöglichen, wobei ihre Führungsnuten 9 gut die Führungsstifte 7 aufnehmen.
Die zwei Formhälften 1 und 17 werden mit einer notwendigen Kompressionskraft zusammengeklemmt, um nicht während des nachfolgenden Einspritzens eines Kunststoffmaterials getrennt zu werden. Weiterhin wird die Stützplatte 11 für die Führungsstifte 7 hart an die Seitenoberflächen der Formhälften geklemmt. Danach wird ein geeignetes Kunststoffmaterial durch den Einlasskanal eingespritzt, der durch die Nuten 91, 89 zusammen mit der Bodenseitenoberfläche der oberen Formhälfte 17 gebildet wird. Das eingegossene Kunststoffmaterial wird dazu gebracht, sich zu verfestigen, z. B. wird es zum Härten in einer geeigneten Zeit gebracht, in dem Fall, in dem das eingegossene Kunststoffmaterial von der wärmeaushärtenden Art ist.
Danach werden die Formhälften 1 und 17 getrennt, geeignete Auswerfer werden durch die Löcher 93, 95 eingeführt und die eingekapselte Komponente wird dadurch von den Formhälften gelöst, und insbesondere von der unteren Formhälfte 1. Davor wurden die Führungsstifte 7 aus dem Formhohlraum 3 19 herausgezogen durch die Entfernung von ihrem Stützplatten 11 Stapel von den Formhälften 1 und 17.
Danach kann die eingekapselte Komponente von nicht gewünschten Teilen des Leiterrahmens 51 gelöst werden. Dies wird durchgeführt, indem die inneren und äußeren Brückenteile 59 und 61 jeweils auf beiden Seiten der Kontaktarme 57 abgeschnitten werden und auch auf beiden Seiten der besonderen Querbalken 69 an der Kante des optischen Bauelements. Wenn diese Teile der inneren und äußeren Brücken 59 und 61 entfernt worden sind, stehen somit nur die Verbindungsarme 57 von den Seiten der Kapsel vor, von denen nur einer, wie der eine, der bei 99 gezeigt ist, eine Stützfunktion haben muss. Auch die vorderen Stützstifte 69 stehen von der Kapsel vor. Diese Stützarme 99 und 69 jeweils bleiben an der Kapsel befestigt, durch die Tatsache, dass sie Bereiche 101 haben, siehe Fig. 3 und 5, die sich innerhalb des Brückenteils 59 erstrecken, und dadurch, dass diese Bereiche mit Verankerungslöchern 103 ausgestattet sind, in die Kunststoffmaterial während des Einkapselns angebracht werden kann.
Gussrückstände können in den Löchern 109 zurückbleiben, siehe Fig. 6, von den Stützen 77 und 81 für die Führungsstifte 7, und diese Rückstände werden auf eine geeignete Weise entfernt. Gussrückstände in den Löchern 17 von den Führungsstiften 7 können dann leicht herausgedrückt werden durch die zuerst erwähnten Löcher 109. Die vordere Kante der optischen Kapsel, an der die Löcher 107, die den Führungsstiften 7 entsprechen, enden, und auch an der die Enden der Wellenleiter 93 platziert sind, werden dann poliert, so dass diese Enden der Wellenleiter freigelegt sind, um zu einer Verbindung mit einer entsprechend gestalteten optischen Komponenteneinheit oder einer optischen Anschlusseinrichtung geeignet zu sein, die Löcher für Führungsstifte hat und die äußere optische Anschlussoberflächen zwischen den Mündern der Löcher platziert hat. Weiterhin lässt der Kolben 27 ein zylindrisches Loch 112 in der Unterseite der eingekapselten Komponente zurück, wobei sich das Loch nach oben zu der Bodenseite des Markers 53 des Leiterrahmens 51 erstreckt, oder in dem Fall, in dem der Marker selbst ein Loch hat, bis zu der Bodenseite der eingebetteten Komponentenplatte 5 selbst. Dieses Loch 112 kann für, zum Beispiel, thermische Dissipation von der Komponentenplatte verwendet werden.
Das eingekapselte optische Bauelement 105 hat dann die allgemeine Form, wie sie in einer perspektivischen Ansicht in Fig. 6 gezeigt ist, wobei die Kapsel 105 die Form eines rechteckigen Blocks oder einer rechteckigen Platte hat, die große obere und untere Oberflächen hat. Löcher 107 für die Führungsstifte erstrecken sich von einer Vorderseite der Kapsel 105 bis zu rechteckigen Durchgangslöchern 109. Diese Löcher erstrecken sich von einer der großen Oberflächen der Kapsel 105 zu deren anderer großer Oberfläche, senkrecht zu diesen. Zwischen den Mündern der Löcher 107 in der Seitenoberfläche der Kapsel 105 befinden sich Endoberflächen 110 der Wellenleiter 93, die von außen zugänglich sind, zum übertragen von optischen Signalen zu einer anderen eingekapselten Komponente oder einer anderen optischen Anschlusseinrichtung, die Anschlüsse der gleichen Gestalt hat.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines eingekapselten optisches Bauelements durch Einbetten einer opto-elektrischen Komponentenanordnung (5, 96) in einem einkapselnden Material, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

- Anbringen der opto-elektrischen Komponentenanordnung an einem Marker (53) eines Leiterrahmens (51), der aus einem elektrisch leitenden Material gemacht ist, wobei der Marker ein vergrößerter Bereich des Leiterrahmens ist, und elektrisch Verbinden von elektrischen Anschlüssen auf der opto-elektrischen Komponentenanordnung mit Enden von Anschlussfingern (55) des Leiterrahmens, wobei die Anschlussfinger durch Stützteile (59) verbunden sind, die sich zwischen den Anschlussfingern erstrecken, und die mit den Anschlussfingern in Gebieten verbunden sind, die sich in Abständen von den Enden der Anschlussfinger befinden,

- Platzieren des Leiterrahmens und der angebrachten opto-elektrischen Komponentenanordnung in einem offenen Formhohlraum einer Form,

- Schließen des Formhohlraums,

- Einführen von einkapselndem Material in den geschlossenen Formhohlraum und Ermöglichen, dass es sich verfestigt, und

- Öffnen des Formhohlraums und Entfernen des gegossenen Körpers von dem Formhohlraum, wobei überdies

- in dem Schritt des Anbringens der opto-elektrischen Komponentenanordnung an dem Marker eine optische Schnittstelle an einer Seite oder Kante der optoelektrischen Komponentenanordnung, die Einlässe und/oder Auslässe für Lichtsignale und/oder Wellenleiterenden umfasst, an einer ersten Kante des Markers platziert wird, wobei der Marker an einer äußeren Kante des Leiterrahmens sich befindet, wobei die erste Kante des Markers einen Bereich der äußeren Kante des Leiterrahmens bildet,

- in dem Schritt des Platzierens des Leiterrahmens und der angebrachten opto-elektrischen Komponentenanordnung in dem offenen Formhohlraum der Marker neben einer Wand des Formhohlraums platziert wird, um die optische Schnittstelle in der Wand der eingekapselten Komponente zu platzieren, und Führungsnuten (7) auf einer Oberfläche der opto-elektrischen Komponentenanordnung hergestellt sind, dass sie mit Führungsstiften (9) der Form in Eingriff kommen, wobei der Marker flexibel an dem Rest des Leiterrahmens durch elastische Stützbrücken (67) angebracht ist, die eine Justierung der Position des Markers und dadurch der opto-elektrischen Komponentenanordnung in bezug auf den Rest des Leiterrahmens erlauben und weiter eine elastische Kraft ermöglichen, die von den Stützbrücken ausgeht, dass sie auf die opto-elektrische Komponentenanordnung aufgebracht wird, um sie gegen die Führungsstifte zu drücken, und

- in dem Schritt des Entfernens des gegossenen Körpers von dem Formhohlraum die Führungsstifte aus dem gegossenen Körper gezogen werden.

2. Verfahren zum Herstellen eines eingekapselten optischen Bauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Marker (53) sich mittig auf der einen der äußeren Kanten des Leiterrahmens befindet.

3. Verfahren zum Herstellen eines eingekapselten optischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Anschlussfinger (55), deren Enden gedacht sind, dass sie elektrisch mit der opto-elektrischen Komponentenanordnung (5, 96) verbunden werden, sich neben einer zweiten Kante des Markers (53) befinden, wobei die zweite Kante gegenüber der ersten Kante ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines eingekapselten optischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Anschlussfinger (55), die dazu gedacht sind, dass sie elektrisch mit der optoelektrischen Komponentenanordnung (5, 96) verbunden werden, sich neben einer im wesentlichen geraden Kante des Markers (53) befinden.

5. Verfahren zum Herstellen eines eingekapselten optischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stützbrücken (67) die Form eines Bandes hat, das sich in einer Ebene befindet, wobei das Band wechselweise zu einer ersten Seite und zu einer zweiten, gegenüberliegenden Seite innerhalb der Ebene gebogen ist, gesehen während einer Bewegung von dem Verbindungsgebiet der Stützbrücke in einem Stützteil (59) zu dem Anschlussgebiet der Stützbrücke an dem Marker (53).

6. Verfahren zum Herstellen eines eingekapselten optischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stützteile (59) im wesentlichen senkrecht zu der ersten Kante des Markers (53) erstrecken.