EP4196803A1 - Contacting module having a mounting plate for contacting optoelectronic chips - Google Patents

Contacting module having a mounting plate for contacting optoelectronic chips

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Publication number
EP4196803A1
EP4196803A1 EP21703824.9A EP21703824A EP4196803A1 EP 4196803 A1 EP4196803 A1 EP 4196803A1 EP 21703824 A EP21703824 A EP 21703824A EP 4196803 A1 EP4196803 A1 EP 4196803A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mounting plate
module
arrangement
contacting
interfaces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21703824.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert BÜTTNER
Armin Grundmann
Tobias Gnausch
Thomas Kaden
Stefan Franz
Christian Karras
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik Optical Systems GmbH
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems GmbH filed Critical Jenoptik Optical Systems GmbH
Publication of EP4196803A1 publication Critical patent/EP4196803A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
    • G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/07—Non contact-making probes
    • G01R1/071—Non contact-making probes containing electro-optic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
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    • G01R1/067—Measuring probes
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/07—Non contact-making probes
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2887—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks involving moving the probe head or the IC under test; docking stations

Definitions

  • the invention relates to a contacting module for testing optoelectronic chips, as is generically known from WO 2019/029765 A1.
  • the invention is located in the field of testing and qualifying chips with optoelectrically integrated circuits, so-called PICs (Photonic Integrated Circuits), at the wafer level.
  • PICs Photonic Integrated Circuits
  • ICs Integrated Circuits
  • optical functionalities are also integrated in PICs in addition to the electrical circuits.
  • test equipment required for the wafer level test is available in the form of wafer probers and wafer testers with associated contacting modules (probe cards).
  • the device-side interfaces (inputs and outputs) of the wafer tester are connected to the individual interfaces (inputs and outputs) of the chips of the wafer fixed on the wafer tester by means of the contacting module.
  • the contacting module is generally designed in such a way that it contacts only one chip, but can also be designed for contacting a plurality of chips at the same time. It is also not absolutely necessary that the chips for contacting are still present in the wafer assembly. In order to contact several chips of a wafer simultaneously or one after the other, the chips only have to have a fixed and defined position in relation to one another. This leeway is given for contacting modules of the prior art as well as for a contacting module according to the invention. Test equipment for testing purely electronic chips (semiconductor chips with ICs) has been optimized and diversified over decades in order to be able to qualify high volumes of the most varied ICs with a high throughput in order to optimize costs.
  • the PICs are usually manufactured using the same established semiconductor processes, e.g. B. the CMOS technology.
  • the previously very small production volumes of PICs compared to IC production initially meant that usually only tests for process characterization were carried out in a semiconductor factory, but no functional tests of the PICs.
  • the functional characterization was the responsibility of the end customer and was often carried out on sawn chips. Independent, separate electrical and optical contacting modules were used for the test equipment used,
  • Testing PICs at the wafer level requires the coupling and decoupling of light from the PIC level, usually using integrated grating couplers as coupling points.
  • the grating couplers can be functional components in the chip or sacrificial structures on the wafer, e.g. B. in the Ritzgraben or on adjacent chips.
  • an opto-electronic contacting module for testing chips with electrical and optical inputs and outputs (object to be examined - DUT) is known, containing a contacting plate (probe substrate) and a redistribution plate ( redistribution substrate).
  • the contacting module provides an interface between a test equipment (ATE) and the DUT and is implemented with electrical contacts (electical probes), optical contacts (optical probes), optical elements and combinations thereof to route signals from and to the DUT and redistributing these signals for an interface to the test equipment.
  • optical inputs and outputs optical interfaces
  • a photodetector or a light source can be arranged directly at the interface to the DUT, which then represent the optical input or output on the contacting plate.
  • the optical and electrical signal lines are implemented on separate redistribution boards. It is proposed to route the electrical signals from the DUT to the edge areas of the contacting plate, so that the electrical signals are injected above the edge area in the first redistribution plate arranged above the contacting plate. As a result, an opening can be formed in the first redistribution plate, in which only the electrical signals are redistributed, through which the optical signals are guided into a separate second redistribution plate arranged above.
  • a contacting module that is insensitive to positional tolerances of the optical interfaces is known from WO 2019/029765 A1.
  • a contacting module described here is between a wafer platform, e.g. B. a wafer prober, on which a wafer is fixed with to be tested optoelectronic chips, and a test apparatus for generating and evaluating optical and electrical signals arranged.
  • the contacting module establishes the signaling connection between the individual, optical and electrical interfaces of an opto-electronic chip to be tested and the optical and electrical interfaces of the test equipment specified by the device.
  • the interfaces are electrical or optical inputs and outputs from which or into which the electrical or optical signals are coupled or decoupled and transmitted to or from the opto-electronic chip to be tested via electrical or optical signal lines .
  • the electrical interfaces on the contacting module 1 are each formed by the needle tips of contacting needles, which are in mechanical contact with an electrical interface of the opto-electronic chip to be tested, each formed by an electrical contact plate, to transmit the electrical signals.
  • the tolerance limits required for reliable electrical contacting are large compared to the tolerances required for optical contacting.
  • the contacting module contains an electronics module on which the electrical interfaces are arranged and an optics module on which the optical interfaces are arranged.
  • the optics module is attached to the electronics module in a defined manner via mechanical interfaces, with the result that the arrangement of electrical interfaces has a defined position relative to the arrangement of optical interfaces.
  • the advantage compared to a monolithic contacting module is, in particular, that the electrical signal lines and the optical signal lines can be produced independently of one another using different production methods and also in or on substrates made of different materials. So that all interfaces, whether optical or electrical, form a common arrangement that can be adjusted relative to the opto-electronic chip to be tested, the optics block is fixedly arranged in an adjusted manner relative to the electronics block.
  • the optics block is advantageously designed in terms of its dimensions and geometry, including breakthroughs or openings, so that all contacting needles present on the electronics module pass the optics block, around it and/or, if appropriate, through openings formed in it the chip 2 can be in contact. This enables the integration of all optical interfaces in a monolithic optical block.
  • the technical design of the electronic module corresponds to a conventional contacting module for purely electronic chips. It contains a printed circuit board, an arrangement of contacting needles, designed here as cantilever needles, and a carrier plate on which the mechanical interfaces to the test apparatus are located.
  • the electrical contact is made via the electronics module through physical contact of the contacting needles with the electrical contact pads of the chip.
  • the optics module consists of an optics block with optical signal lines, each in the form of waveguides and an integrated mirror arranged in front of each waveguide, a fiber holder with V-grooves, as well as glass fibers and individual fiber connectors or a multi-fiber connector.
  • the waveguides are made using a direct laser writing process and the mirrors are made using a laser-assisted etching process. Consequently, as a result of the input of laser energy, the waveguides are formed by locally limited modified substrate material, which is characterized in particular by a local modification of the refractive index compared to the refractive index of the substrate material.
  • the mirrors are formed by interfaces of etched recesses in the substrate material.
  • the substrate material of the optics block is glass, preferably borofloat glass, and has a thickness in the range from a few 100 gm to a few millimeters, preferably 0.5-1 mm.
  • Optical contacting takes place without direct contact with the chip via a gap between the chip and the contacting module.
  • the optical interfaces in particular can be manufactured with high precision relative to one another and to a mechanical interface on the optics block.
  • the mirrors and the waveguides can be freely positioned within the substrate material.
  • the optics module is preferably connected to the electronics module by being attached to a carrier plate that is present in the electronics module, e.g. B. is glued on three fixing points.
  • a carrier plate that is present in the electronics module, e.g. B. is glued on three fixing points.
  • the Z-height of the needles is usually referenced to the clamping points of the contacting module with a fixed reference to the wafer platform.
  • these reference points are on the metal frame, into which the fixing points for the optics module are integrated with great precision.
  • the optics module can be mounted exactly plane-parallel and precisely in relation to the reference plane of the tips of the contacting needles by adhesively bonding to the fixing points in the Z-direction.
  • a plane-parallel assembly of the optics module to the electronics module also prevents the optics module from colliding with the chip during operation, during contacting, due to the small working distance.
  • the optics block can also be attached directly to the printed circuit board.
  • the tips of the contacting needles which together lie in one plane, the electrical interfaces of the contacting module to the module to be tested Form opto-electronic chip to grind to a predetermined working distance to the optical interfaces of the contacting module.
  • the optics module is mounted beforehand and the position of the through the optical interfaces described plane, which represents the reference plane, determined.
  • grinding down the tips of the contacting needles exposes the optics module, in particular the glass optics block, to the risk of damage and contamination. The same applies if, for example, the contacting needles have to be replaced or cleaned as part of service or repairs.
  • the object of the invention is to find a contacting module in which the optics module is repeatedly detachably connected to the electronics module, with repeated, highly precise production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces being ensured.
  • the task for a contacting module is a contacting module with an optics module containing an optics block made of glass, which has an arrangement of optical interfaces in an optical interface level and an electronics module containing a carrier plate, a printed circuit board and a needle carrier with an arrangement of contacting needles with needle tips , which form an arrangement of electrical interfaces in an electrical interface level, with the optics module and the electronic module being arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces and the arrangement of electrical interfaces have a defined adjustment position relative to one another, based on all six degrees of freedom of a Cartesian coordinate system , solved, wherein the optics module contains a mounting plate with which the optics block is integrally connected, and the mounting plate via a repeatedly detachable connection with the support plate of the electronics module is connected, with a repeated production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces is ensured via the detachable connection.
  • the task for a method is a method for assembling a contacting module, with an optics module containing an optics block made of glass, which has an arrangement of optical interfaces in an optical interface level and is attached to a mounting plate, and an electronics module containing a carrier plate, a printed circuit board and an arrangement of contacting needles with needle tips which form an arrangement of electrical interfaces in an electrical interface level, the optics module and the electronics module are arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces and the arrangement of electrical interfaces have a defined adjustment position relative to one another, solved in that before the optics block is fastened to the mounting plate, the mounting plate is connected to the carrier plate via a detachable connection in a Repeatedly producible relative position are connected to each other, then the optics block is adjusted to the mounting plate until the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces a predetermined Adjustment position has taken and finally the optics block is permanently connected to the mounting plate, whereby the arrangement of the optical interfaces to the arrangement
  • Fig. 1 a and 1 b is a simplified representation of a contacting module in a
  • FIGS. 2a and 2b show a first exemplary embodiment of a contacting module with a first detachable connection between the optics module and the electronics module, in a plan view and a side view,
  • 3a and 3b show a second exemplary embodiment of a contacting module with a second detachable connection between the optics module and the electronics module, in a plan view and a sectional view 4a and 4b an adhesive connection between the optics block and the mounting plate of the optics module, in a plan view and a sectional view.
  • 5b shows a second embodiment of the adhesive connection.
  • a contacting module according to the invention as shown in FIGS. 1a and 1b, has an optics module 1 and an electronics module 2, like contacting modules of the same generic type from the prior art.
  • the optics module 1 contains an optics block 1.1 made of glass, which has an arrangement of optical interfaces Sopt in an optical interface level Eopt, which are arranged facing an opto-electronic chip to be tested.
  • the optics module 1 has means for supplying and deriving optical signals into and out of the optics block 1.1, e.g shown). It is also not essential for the invention how the optical interfaces S op t are designed.
  • the electronics module 2 contains a carrier plate 2.1, a printed circuit board 2.2 and a needle carrier 2.3 with an arrangement of contacting needles 2.3.1, in particular vertical needles or cantilever needles.
  • the contacting needles 2.3.1 form with their needle tips in an electrical interface level Eeie an arrangement of electrical interfaces.
  • the carrier plate 2.1 and the needle carrier 2.3 are firmly connected to each other or represent a monolithic unit.
  • the optics module 1 and the electronics module 2 are arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces S op t and the arrangement of electrical interfaces Be have a defined adjustment position in relation to all six degrees of freedom of a Cartesian coordinate system.
  • the optics module 1 contains a mounting plate 1.2, with which the optics block 1.1 is materially connected via an adhesive connection.
  • This mounting plate 1 .2 is the optics module 1 with the electronics module 2, preferably with the carrier plate 2.1, via a detachable connection, wherein the detachable connection ensures repeated production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces Sopt to the arrangement of the electrical interfaces Seie is.
  • This adjustment position reflects the relative position of the arrangement of optical interfaces Sopt and electrical interfaces See of an opto-electronic chip to be tested.
  • the possibility of temporarily separating the optics module 1 and the electronics module 2 makes it possible to replace or clean the contacting needles 2.3.1 without risk of contamination or damage to the optics block 1.1 made of glass, for example as part of service or repair.
  • the optics module 1 can be connected directly or indirectly, e.g. via the needle carrier 2.3, to the carrier plate 2.1 via the mounting plate 1.2.
  • the direct connection has the advantage of a shorter tolerance chain.
  • FIGS. 2a and 2b on a first end face 1.2.1 of the mounting plate 1.2 there are three elevations 1.2.1.1 that define a mounting plane and form a three-point support, which are attached to a mounting surface 2.1.1 of the carrier plate 2.1 fitting, the relative position of the mounting plate 1.2 in a z-direction, about an x-direction and about a y-direction, ie in a rotational position Rx and a rotational position Ry, of a Cartesian coordinate system to the carrier plate 2.1.
  • the mounting plate 1.2 On a peripheral surface of the mounting plate 1.2 there are three stop pins 1.2.2.1 aligned parallel to the mounting plane, on each of which a dowel pin 2.1.2 on the carrier plate 2.1 rests, so that the relative position of the mounting plate 1.2 in the x-direction, in the y -Direction and about the z-direction, ie in a rotational position Rz, is fixed to the carrier plate 2.1.
  • two of the three dowel pins 2.1 .2 are arranged on an imaginary straight line aligned in the x-direction.
  • Two of the stop pins 1 .2.2.1 are aligned with one another in the x-direction and lie on the two Alignment pins 2.1.2, a third of the stop pins 1.2.2.1 is aligned in the y-direction and rests on the third of the alignment pins 2.1.2. Even with repeated disassembly and assembly of the mounting plate 1.2 on the carrier plate 2.1, the mounting plate 1.2 assumes the same position relative to the carrier plate 2.1 without tolerance.
  • a pressure unit 8 can be placed temporarily on the carrier plate 2.1, for example.
  • the mounting plate 1.2 is connected to the support plate via at least one screw connection 2.1.3
  • the relative position of the mounting plate 1.2 in the x-direction, in the y-direction and around the z-direction to the carrier plate 2.1 is determined analogously to the first embodiment via a three-point support.
  • the mounting plate 1.2 has two bending structures 4 penetrating the mounting plate 1.2, which were worked out, for example, by electroerosion.
  • two clamping pins 3 are aligned perpendicularly to the mounting surface 2.1.1 and firmly connected to the carrier plate 2.1. They can be connected to the carrier plate 2.1 directly or indirectly, e.g. on the needle carrier 2.3, which is advantageously made of ceramic.
  • the two clamping pins 3 are each clamped in one of the bending structures 4.
  • the first of the two clamping pins 3 is clamped circumferentially over its outer surface, which defines the relative position of the mounting plate 1.2 in the x-direction and the y-direction to the carrier plate 2.1.
  • the first of the two bending structures 4 is in the form of a pipe clamp.
  • the second of the two clamping pins 3 is clamped tangentially via its outer surface, which defines the relative position of the mounting plate 1.2 about the z-direction to the carrier plate 2.1.
  • the bending structures 4 on one of the clamping pins 3 can be dimensioned in such a way that in the stress-free state they have an opening that is smaller than the cross section of the clamping pins 3, so that they are clamped before or with the insertion of the clamping pins 3 and the Clamp pin 3.
  • the bending structures 4 are advantageously dimensioned in such a way that they each have an opening that is larger than the cross section of the clamping pins 3 . Only after the clamping pins 3 have been inserted are the bending structures 4 clamped in order to clamp the clamping pins 3 . This can advantageously be done via a threaded pin 6, as shown.
  • the glass optics block 1.1 is glued to the mounting plate 1.2.
  • the adhesive connection between the optics block 1.1 and the mounting plate 1.2 is an indirect adhesive connection via cylinder pins 5 which are glued to the optics block 1.1 and to the mounting plate 1.2 and are thus permanently connected.
  • This type of connection has a particular advantage during assembly.
  • the optics block 1.1 can be adjusted in all six degrees of freedom and in the adjusted position can be glued to the mounting plate 1.2 without adhesive 9 already being on the optics block 1.1 or the mounting plate 1.2 during the adjustment.
  • connection of the cylinder pins 5 in the through-holes 7 can advantageously be produced by the cylinder pins 5 protruding beyond the mounting plate 1.2 and being surrounded by adhesive 9, as shown in FIG. 5a. Even more advantageously, the cylinder pins 5 are dimensioned in such a way that a free volume remains in the through hole 7 above their second end face 5.2, which is filled with adhesive 5, as shown in FIG. 5b.
  • a method according to the invention for assembling a contacting module according to the invention is explained in more detail below. Similar to the prior art, the optics module 1 and the electronics module 2 are arranged relative to one another at the end of the adjustment and assembly such that the arrangement of optical interfaces Sopt and the arrangement of electrical interfaces Be have a defined adjustment position in all six degrees of freedom relative to one another.
  • the optics block 1.1 Before the optics block 1.1 is attached to the mounting plate 1.2, this is connected to the carrier plate 2.1 via a repeatedly detachable connection, with the mounting plate 1.2 assuming a reproducible relative position to the carrier plate 2.1. There is no adjustment here, since it is not based on a defined relative position but on one reproducible relative position, which the mounting plate 1.2 to the carrier plate 2.1 assumes exactly again after each renewed establishment of the connection, arrives. This established connection can be secured via an additional screw connection 2.1.3.
  • the optics block 1.1 is aligned with the mounting plate 1.2 and adjusted until the arrangement of the optical interfaces S op has assumed a predetermined adjustment position in relation to the arrangement of the electrical interfaces Be. Only then is the optics block 1.1 permanently connected to the mounting plate 1.2, without their adjustment position being canceled in relation to one another. After each restoration of the detachable connection, the arrangement of the optical interfaces Sopt will be arranged in the predetermined adjustment position relative to the arrangement of the electrical interfaces.
  • the permanent connection of the optics block 1.1 to the mounting plate 1.2 is established by making at least three mutually parallel through holes 7 in the mounting plate 1.2, through which at least three cylindrical pins 5 are guided from a first end face of the mounting plate 1.2 facing away from the optics block 1.1 until they each come to rest on the adjusted optics block 1.1.
  • Adhesive 9 was previously applied to at least one end face of the cylindrical pins 5 facing the optics block 1.1.
  • the adhesive 9 connecting the cylinder pins 5 to the mounting plate 1 .2 can either also be applied to the peripheral surface of the cylinder pins 5 before the cylinder pins 5 are introduced into the through-holes 7 or can be metered into the through-holes 7 .
  • the cylinder pins 5 can also be dosed after the cylinder pins 5 have been inserted and placed in the through-holes 7, which are dimensioned for such a procedure in such a way that the end faces of the cylinder pins 5 facing away from the optics block 1.1 lie below a surface of the mounting plate 1.2, with which the adhesive 9 a volume with a diameter of the through holes 7 expires.
  • a defined adhesive surface for the cylindrical pins 5 is obtained in that the cylindrical pins 5 and the through-holes 7 are advantageously dimensioned in such a way that they match one another such that a second end face 5.1 of the cylindrical pins 5 lies within the through-hole 7.
  • the remaining free volume in the through hole 7 is then covered with adhesive 9 . If the optics block 1.1 and the mounting plate 1.2 are aligned parallel to one another in the adjusted relative position, all cylinder pins 5 are glued equally deep into the through holes 7. None changes here for relative positions that differ in the x-direction, in the y-direction, in the z-direction or around the z-direction.
  • Tilting about the x-direction or about the y-direction is compensated for by arranging the cylindrical pins 5 more or less deeply in the through-holes 7 on the optics block 1.1.
  • tilting does not have to be compensated for via the amount of adhesive 9 .
  • An equal amount of adhesive at all points where the connection is made has the advantage that the behavior of the adhesive 9, eg shrinkage during solidification, has the same effect everywhere, with which the adjusted relative position is fixed with high precision.
  • Eopt optical interface level (of the contacting module) Eeie electrical interface level (of the contacting module)

Abstract

The invention relates to a contacting module and to a method for assembling a contacting module. The contacting module comprises: - an optical module (1), which contains an optical block (1.1) made of glass, which optical block has an arrangement of optical interfaces (Sopt) in an optical interface plane (Eopt); and - an electronic module (2), which has an arrangement of electrical interfaces (Sele) in an electrical interface plane (Eele), the optical module (1) and the electronic module (2) being arranged relative to each other such that the arrangement of optical interfaces (Sopt) and the arrangement of electrical interfaces (Sele) have a defined alignment position relative to each other. The optical module (1) contains a mounting plate (1.2), which is connected to the electronic module (2) by means of a repeatedly releasable, reproducible connection.

Description

Kontaktierungsmodul mit Montageplatte zur Kontaktierung opto-elektronischer Chips Contacting module with mounting plate for contacting opto-electronic chips
Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsmodul zum Testen von optoelektronischen Chips, wie es gattungsgemäß aus der WO 2019/029765 A1 bekannt ist. The invention relates to a contacting module for testing optoelectronic chips, as is generically known from WO 2019/029765 A1.
Die Erfindung ist im Bereich des Testens und Qualifizierens von Chips mit optischelektrisch integrierten Schaltungen, sogenannten PICs (Photonic Integrated Circuits), auf Wafer-Ebene angesiedelt. Im Unterschied zu herkömmlichen Chips mit rein elektrisch integrierten Schaltungen, sogenannten ICs (Integrated Circuits), sind bei PICs neben den elektrischen Schaltungen auch optische Funktionalitäten integriert. The invention is located in the field of testing and qualifying chips with optoelectrically integrated circuits, so-called PICs (Photonic Integrated Circuits), at the wafer level. In contrast to conventional chips with purely electrically integrated circuits, so-called ICs (Integrated Circuits), optical functionalities are also integrated in PICs in addition to the electrical circuits.
Bei der Herstellung von ICs, z. B. mittels CMOS-Technologie, finden in verschiedenen Herstellungsschritten Tests und Messungen statt, um einerseits den Prozess zu überwachen und andererseits eine Qualitätskontrolle durchzuführen. Ein etablierter Test ist dabei der elektrische Wafer Level Test nach der Fertigstellung des Wafers. Hier werden funktionale und nicht-funktionale Chips (Known Good Dies) ermittelt, in einer Wafermap erfasst und damit die Ausbeute bestimmt. Beim Vereinzeln des Wafers in einzelne Chips erfolgt dann das Aussortieren der nicht funktionalen Chips. Die für den Wafer Level Test benötigte Testapparatur steht in Form von Waferprobern und Wafertestern mit zugehörigen Kontaktierungsmodulen (Probecards) zur Verfügung. Mittels des Kontaktierungsmoduls werden die geräteseitigen Schnittstellen (Ein- und Ausgänge) des Wafertesters mit den individuellen Schnittstellen (Ein- und Ausgänge) der Chips des auf dem Waferprober fixierten Wafers verbunden. Das Kontaktierungsmodul ist in der Regel so ausgeführt, dass es nur einen Chip kontaktiert, kann aber auch zur gleichzeitigen Kontaktierung mehrerer Chips ausgeführt sein. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass die Chips zur Kontaktierung noch im Waferverbund vorliegen. Um gleichzeitig mehrere oder auch nacheinander die Chips eines Wafers zu kontaktieren, müssen die Chips lediglich eine fixierte und definierte Lage zueinander aufweisen. Dieser Spielraum ist für Kontaktierungsmodule des Standes der Technik ebenso gegeben wie für ein erfindungsgemäßes Kontaktierungsmodul. Testapparaturen zum Testen rein elektronischer Chips (Halbleiterchip mit ICs) wurden über Jahrzehnte optimiert und diversifiziert, um zur Kostenoptimierung hohe Volumina unterschiedlichster ICs mit hohem Durchsatz qualifizieren zu können. In the manufacture of ICs, e.g. B. using CMOS technology, tests and measurements take place in various manufacturing steps in order to monitor the process on the one hand and to carry out quality control on the other. An established test is the electrical wafer level test after the wafer has been completed. Here, functional and non-functional chips (known good dies) are determined, recorded in a wafer map and the yield is thus determined. When the wafer is separated into individual chips, the non-functional chips are sorted out. The test equipment required for the wafer level test is available in the form of wafer probers and wafer testers with associated contacting modules (probe cards). The device-side interfaces (inputs and outputs) of the wafer tester are connected to the individual interfaces (inputs and outputs) of the chips of the wafer fixed on the wafer tester by means of the contacting module. The contacting module is generally designed in such a way that it contacts only one chip, but can also be designed for contacting a plurality of chips at the same time. It is also not absolutely necessary that the chips for contacting are still present in the wafer assembly. In order to contact several chips of a wafer simultaneously or one after the other, the chips only have to have a fixed and defined position in relation to one another. This leeway is given for contacting modules of the prior art as well as for a contacting module according to the invention. Test equipment for testing purely electronic chips (semiconductor chips with ICs) has been optimized and diversified over decades in order to be able to qualify high volumes of the most varied ICs with a high throughput in order to optimize costs.
Die Herstellung der PICs erfolgt i.d.R. mit den gleichen etablierten Halbleiterprozessen, z. B. der CMOS-Technologie. Die bisher im Vergleich zur IC-Herstellung sehr geringen Fertigungsvolumina von PICs führten anfänglich dazu, dass i.d.R. in einer Halbleiterfabrik nur Tests zur Prozesscharakterisierung, aber keine funktionalen Tests der PICs durchgeführt wurden. Die funktionale Charakterisierung oblag dem Endkunden und wurde oft an gesägten Chips durchgeführt. Für die benutzte Testapparatur wurden voneinander unabhängige, getrennte elektrische und optische Kontaktierungsmodule verwendet, The PICs are usually manufactured using the same established semiconductor processes, e.g. B. the CMOS technology. The previously very small production volumes of PICs compared to IC production initially meant that usually only tests for process characterization were carried out in a semiconductor factory, but no functional tests of the PICs. The functional characterization was the responsibility of the end customer and was often carried out on sawn chips. Independent, separate electrical and optical contacting modules were used for the test equipment used,
Das Testen von PICs auf Wafer-Level-Ebene erfordert das Ein- und Auskoppeln von Licht aus der Ebene der PICs heraus, i.d.R. mittels integrierter Grating-Koppler als Koppelstellen. Die Grating-Koppler können funktionaler Bestandteil im Chip oder Opferstrukturen auf dem Wafer z. B. im Ritzgraben oder auf benachbarten Chips sein.Testing PICs at the wafer level requires the coupling and decoupling of light from the PIC level, usually using integrated grating couplers as coupling points. The grating couplers can be functional components in the chip or sacrificial structures on the wafer, e.g. B. in the Ritzgraben or on adjacent chips.
Aus der vorgenannten US 2006/0109015 A1 ist ein opto-elektronisches Kontaktierungsmodul (probe module) zum Testen von Chips mit elektrischen und optischen Ein- und Ausgängen (zu untersuchendes Objekt - DUT) bekannt, enthaltend eine Kontaktierungsplatte (probe substrate) und eine Umverteilungsplatte (redistribution substrate). Das Kontaktierungsmodul stellt eine Schnittstelle zwischen einer Testapparatur (ATE) und dem DUT dar und ist mit elektrischen Kontakten (electical probes), optischen Kontakten (optical probes), optischen Elementen und Kombinationen hiervon ausgeführt, um Signale von dem DUT und zu dem DUT zu leiten und diese Signale umzuverteilen für eine Schnittstelle zur Testapparatur. From the aforementioned US 2006/0109015 A1 an opto-electronic contacting module (probe module) for testing chips with electrical and optical inputs and outputs (object to be examined - DUT) is known, containing a contacting plate (probe substrate) and a redistribution plate ( redistribution substrate). The contacting module provides an interface between a test equipment (ATE) and the DUT and is implemented with electrical contacts (electical probes), optical contacts (optical probes), optical elements and combinations thereof to route signals from and to the DUT and redistributing these signals for an interface to the test equipment.
Die Auftrennung in eine Kontaktierungsplatte und eine Umverteilungsplatte führt zu einem modularen Design des Kontaktierungsmoduls, woraus sich der Vorteil ergibt, dass im Falle der Beschädigung der elektrischen Kontakte die Kontaktierungsplatte ersetzt werden kann, während die Umverteilungsplatte mit dem vergleichsweise teuren elektrischen und optischen Verteilernetz weiter benutzt werden kann. Zu den optischen Ein- und Ausgängen (optische Schnittstellen) ist offenbart, dass diese über optische Elemente geschaffen sind, die sich auf der Kontaktierungsplatte und/oder der Umverteilungsplatte befinden und auf verschiedene Einkoppelmechanismen, z. B. Freistrahlung, Quasifreistrahlung oder Wellenleiter, abgestimmt sind. Als hierfür geeignete optische Elemente sind diffraktive Elemente und refraktive Elemente angegeben. Auch ist angegeben, dass ein Photodetektor oder eine Lichtquelle direkt an der Schnittstelle zum DUT angeordnet sein können, die dann den optischen Ein- oder Ausgang an der Kontaktierungsplatte darstellen. The separation into a contacting plate and a redistribution plate leads to a modular design of the contacting module, which has the advantage that in the event of damage to the electrical contacts, the contacting plate can be replaced, while the redistribution plate with the comparatively expensive electrical and optical distribution network can continue to be used can. Regarding the optical inputs and outputs (optical interfaces), it is disclosed that these are created via optical elements that are located on the contacting plate and/or the redistribution plate and on various coupling mechanisms, e.g. B. free radiation, quasi-free radiation or waveguides are matched. Diffractive elements and refractive elements are specified as optical elements suitable for this purpose. It is also stated that a photodetector or a light source can be arranged directly at the interface to the DUT, which then represent the optical input or output on the contacting plate.
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorgenannten US 2006/0109015 A1 sind die optischen und die elektrischen Signalleitungen (optisches und elektrisches Verteilernetz) auf separaten Umverteilungsplatten ausgeführt. Es wird vorgeschlagen, die elektrischen Signale von dem DUT zu den Randbereichen der Kontaktierungsplatte zu führen, so dass in der oberhalb der Kontaktierungsplatte angeordneten ersten Umverteilungsplatte die elektrischen Signale oberhalb des Randbereiches eingekoppelt werden. Dadurch kann in der ersten Umverteilungsplatte, in der nur die elektrischen Signale umverteilt werden, eine Öffnung ausgebildet sein, durch die hindurch die optischen Signale in eine darüber angeordnete separate zweite Umverteilungsplatte geführt werden. According to an exemplary embodiment of the aforementioned US 2006/0109015 A1, the optical and electrical signal lines (optical and electrical distribution network) are implemented on separate redistribution boards. It is proposed to route the electrical signals from the DUT to the edge areas of the contacting plate, so that the electrical signals are injected above the edge area in the first redistribution plate arranged above the contacting plate. As a result, an opening can be formed in the first redistribution plate, in which only the electrical signals are redistributed, through which the optical signals are guided into a separate second redistribution plate arranged above.
Zusammenfassend werden in der vorgenannten US 2006/0109015 A1 eine Vielzahl von Ideen aufgezeigt, wie ein Kontaktierungsmodul, das begründet, z. B. durch den Verschleiß der mechanischen Kontakte für die elektrische Signalübertragung, in eine Kontaktierungsplatte und eine Umverteilungsplatte unterteilt ist, zusätzlich mit optischen Signalleitungen ausgestattet werden könnte. Dabei wird außer Betracht gelassen, dass die für den mechanischen Kontakt der elektrischen Ein- und Ausgänge des Kontaktierungsmoduls zum DUT möglichen Toleranzen nicht auf die optischen Ein- und Ausgänge übertragbar sind. In summary, a variety of ideas are shown in the aforementioned US 2006/0109015 A1, such as a contacting module that justifies z. B. is divided into a contacting plate and a redistribution plate by the wear of the mechanical contacts for electrical signal transmission, could also be equipped with optical signal lines. This ignores the fact that the possible tolerances for the mechanical contact of the electrical inputs and outputs of the contacting module to the DUT cannot be transferred to the optical inputs and outputs.
Während die Übertragung eines stets gleichen elektrischen Signals über elektrische Schnittstellen den mechanischen Kontakt von an dem Kontaktierungsmodul vorhandenen Nadeln mit an dem DUT vorhandenen Kontaktplättchen (Kontaktpads) erfordert, was innerhalb einer vergleichsweise großen Lagetoleranz von einigen pm in alle drei Raumrichtungen gesichert werden kann, wird die Qualität der optischen Signalübertragung bereits bei einer sehr viel kleineren, im Sub-pm-Bereich liegenden Abweichung der optischen Schnittstellen von ihrer Solllage beeinflusst. While the transmission of an electrical signal that is always the same via electrical interfaces requires the mechanical contact of needles on the contacting module with contact plates (contact pads) on the DUT, which can be secured within a comparatively large positional tolerance of a few μm in all three spatial directions, the quality of the optical Signal transmission is already affected by a much smaller deviation of the optical interfaces from their target position, which is in the sub-pm range.
Aus der WO 2019/029765 A1 ist ein gegenüber Lagetoleranzen der optischen Schnittstellen unempfindliches Kontaktierungsmodul bekannt. Gleich einem erfindungsgemäßen und anderen aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktierungsmodulen, ist ein hier beschriebenes Kontaktierungsmodul zwischen einer Waferplattform, z. B. einem Waferprober, auf dem ein Wafer mit zu testenden optoelektronischen Chips fixiert ist, und einer Testapparatur, zur Generierung und Auswertung von optischen und elektrischen Signalen angeordnet. Das Kontaktierungsmodul stellt die signaltechnische Verbindung zwischen den individuellen, optischen und elektrischen Schnittstellen eines zu testenden opto-elektronischen Chips und den gerätetechnisch vorgegebenen optischen und elektrischen Schnittstellen der Testapparatur her. Bei den Schnittstellen handelt es sich jeweils um elektrische oder optische Ein- und Ausgänge, aus denen bzw. in die die elektrischen oder optischen Signale ein- bzw. ausgekoppelt werden und über elektrische oder optische Signalleitungen zu dem zu testenden opto-elektronischen Chip hin- bzw. weggeleitet werden. A contacting module that is insensitive to positional tolerances of the optical interfaces is known from WO 2019/029765 A1. Like a contacting module according to the invention and another contacting module known from the prior art, a contacting module described here is between a wafer platform, e.g. B. a wafer prober, on which a wafer is fixed with to be tested optoelectronic chips, and a test apparatus for generating and evaluating optical and electrical signals arranged. The contacting module establishes the signaling connection between the individual, optical and electrical interfaces of an opto-electronic chip to be tested and the optical and electrical interfaces of the test equipment specified by the device. The interfaces are electrical or optical inputs and outputs from which or into which the electrical or optical signals are coupled or decoupled and transmitted to or from the opto-electronic chip to be tested via electrical or optical signal lines .
Die elektrischen Schnittstellen am Kontaktierungsmodul 1 sind jeweils durch die Nadelspitzen von Kontaktierungsnadeln gebildet, die zur Übertragung der elektrischen Signale jeweils mit einer elektrischen Schnittstelle des zu testenden opto-elektronischen Chips, die jeweils durch ein elektrisches Kontaktplättchen gebildet sind, mechanisch in Kontakt stehen. Die für eine sichere elektrische Kontaktierung erforderlichen Toleranzgrenzen sind, wie in der Beschreibung des Standes der Technik ausführlich dargelegt, im Vergleich zu für die optische Kontaktierung benötigten Toleranzen groß.The electrical interfaces on the contacting module 1 are each formed by the needle tips of contacting needles, which are in mechanical contact with an electrical interface of the opto-electronic chip to be tested, each formed by an electrical contact plate, to transmit the electrical signals. As explained in detail in the description of the prior art, the tolerance limits required for reliable electrical contacting are large compared to the tolerances required for optical contacting.
Auch ist aus der vorgenannten WO 2019/029765 A1 bekannt, dass das Kontaktierungsmodul ein Elektronikmodul, an dem die elektrischen Schnittstellen angeordnet sind und ein Optikmodul, an dem die optischen Schnittstellen angeordnet sind enthält. Das Optikmodul ist über mechanische Schnittstellen definiert am Elektronikmodul befestigt, womit die Anordnung von elektrischen Schnittstellen zu der Anordnung von optischen Schnittstellen eine definierte Relativlage aufweist. Der Vorteil im Vergleich zu einem monolithischen Kontaktierungsmodul liegt insbesondere darin, dass die elektrischen Signalleitungen und die optischen Signalleitungen voneinander unabhängig durch unterschiedliche Herstellungsverfahren und auch in bzw. auf Substraten aus unterschiedlichem Material hergestellt werden können. Damit alle Schnittstellen, egal ob optisch oder elektrisch, eine gemeinsame Anordnung bilden, die relativ zu dem zu testenden opto-elektronischen Chip justiert werden kann, ist der Optikblock zu dem Elektronikblock justiert fest angeordnet. It is also known from the aforementioned WO 2019/029765 A1 that the contacting module contains an electronics module on which the electrical interfaces are arranged and an optics module on which the optical interfaces are arranged. The optics module is attached to the electronics module in a defined manner via mechanical interfaces, with the result that the arrangement of electrical interfaces has a defined position relative to the arrangement of optical interfaces. The advantage compared to a monolithic contacting module is, in particular, that the electrical signal lines and the optical signal lines can be produced independently of one another using different production methods and also in or on substrates made of different materials. So that all interfaces, whether optical or electrical, form a common arrangement that can be adjusted relative to the opto-electronic chip to be tested, the optics block is fixedly arranged in an adjusted manner relative to the electronics block.
In einer vorteilhaften Ausführung des Kontaktierungsmoduls ist der Optikblock vorteilhaft in seiner Dimension und Geometrie, einschließlich Durchbrüchen bzw. Öffnungen, so ausgeführt, dass alle am Elektronikmodul vorhandenen Kontaktierungsnadeln an dem Optikblock vorbei, um ihn herum und/oder gegebenenfalls durch in ihm ausgebildete Öffnungen hindurch mit dem Chip 2 in Kontakt stehen können. Das ermöglicht die Integration aller optischen Schnittstellen in einem monolithischen Optikblock. In an advantageous embodiment of the contacting module, the optics block is advantageously designed in terms of its dimensions and geometry, including breakthroughs or openings, so that all contacting needles present on the electronics module pass the optics block, around it and/or, if appropriate, through openings formed in it the chip 2 can be in contact. This enables the integration of all optical interfaces in a monolithic optical block.
In einem Ausführungsbeispiel eines in der vorgenannten WO 2019/029765 A1 Kontaktierungsmoduls entspricht das Elektronikmodul in seiner technischen Ausführung einem herkömmlichen Kontaktierungsmodul für rein elektronische Chips. Es enthält eine Leiterplatte, eine Anordnung von Kontaktierungsnadeln, hier beispielhaft als Cantilever-Nadeln ausgeführt, und eine Trägerplatte an der sich die mechanischen Schnittstellen zur Testapparatur befinden. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über das Elektronikmodul durch physikalischen Kontakt der Kontaktierungsnadeln mit den elektrischen Kontaktplättchen des Chips. In an exemplary embodiment of a contacting module described in WO 2019/029765 A1, the technical design of the electronic module corresponds to a conventional contacting module for purely electronic chips. It contains a printed circuit board, an arrangement of contacting needles, designed here as cantilever needles, and a carrier plate on which the mechanical interfaces to the test apparatus are located. The electrical contact is made via the electronics module through physical contact of the contacting needles with the electrical contact pads of the chip.
Das Optikmodul besteht aus einem Optikblock mit optischen Signalleitungen, jeweils in Form von Wellenleitern und einem pro Wellenleiter vorgeordneten integrierten Spiegel, einem V-Nuten aufweisenden Faserhalter, sowie Glasfasern und Einzel-Fasersteckern bzw. einem Multi-Faserstecker. Die Wellenleiter sind mit einem Laserdirektschreibverfahren und die Spiegel mit einem laserunterstützten Ätzverfahren hergestellt. Folglich werden die Wellenleiter infolge des Eintrages von Laserenergie durch örtlich begrenztes modifiziertes Substratmaterial gebildet, welches sich insbesondere durch eine lokale Brechzahlmodifikation gegenüber der Brechzahl des Substratmaterials auszeichnet. Die Spiegel werden durch Grenzflächen von geätzten Ausnehmungen in dem Substratmaterial gebildet. Das Substratmaterial des Optikblocks ist Glas, bevorzugt Borofloatglas, und weist eine Dicke im Bereich von einigen 100 gm bis einigen Millimetern, bevorzugt 0,5 - 1 mm, auf. Die optische Kontaktierung erfolgt ohne direkten Kontakt mit dem Chip über einen Abstand zwischen dem Chip und dem Kontaktierungsmodul. Mit dem verwendete Verfahren zur Herstellung der Spiegel und der Wellenleiter, können insbesondere die durch die optischen Schnittstellen hochgenau zueinander und zu einer mechanischen Schnittstelle am Optikblock gefertigt werden. Darüber hinaus ist eine freie Positionierung der Spiegel und der Wellenleiter innerhalb des Substratmaterial möglich. The optics module consists of an optics block with optical signal lines, each in the form of waveguides and an integrated mirror arranged in front of each waveguide, a fiber holder with V-grooves, as well as glass fibers and individual fiber connectors or a multi-fiber connector. The waveguides are made using a direct laser writing process and the mirrors are made using a laser-assisted etching process. Consequently, as a result of the input of laser energy, the waveguides are formed by locally limited modified substrate material, which is characterized in particular by a local modification of the refractive index compared to the refractive index of the substrate material. The mirrors are formed by interfaces of etched recesses in the substrate material. The substrate material of the optics block is glass, preferably borofloat glass, and has a thickness in the range from a few 100 gm to a few millimeters, preferably 0.5-1 mm. Optical contacting takes place without direct contact with the chip via a gap between the chip and the contacting module. With the method used to manufacture the mirrors and the waveguides, the optical interfaces in particular can be manufactured with high precision relative to one another and to a mechanical interface on the optics block. In addition, the mirrors and the waveguides can be freely positioned within the substrate material.
Bevorzugt ist das Optikmodul mit dem Elektronikmodul verbunden indem es an einer im Elektronikmodul vorhandene Trägerplatte z. B. über drei Fixierpunkte angeklebt ist. Bei der Fertigung des Elektronikmoduls, z. B. mit Cantilever-Nadeln als Kontaktierungsnadeln, wird die Z-Höhe der Nadeln i.d.R. auf die Einspannpunkte des Kontaktierungsmoduls mit festem Bezug zur Waferplattform referenziert. Bei einem Metallrahmen als Trägerplatte liegen diese Referenzpunkte auf dem Metallrahmen, in den die Fixierpunkte für das Optikmodul mit hoher Präzision integriert werden. Somit kann das Optikmodul durch positionsgenaues Kleben auf die Fixierpunkte in Z-Richtung exakt planparallel und genau in Bezug auf die Referenzebene der Spitzen der Kontaktierungsnadeln montiert werden. Eine planparallele Montage des Optikmoduls zum Elektronikmodul verhindert zudem, dass das Optikmodul mit dem Chip im Betrieb, während der Kontaktierung, aufgrund des geringen Arbeitsabstandes kollidiert. Alternativ zur Befestigung an der Trägerplatte kann der Optikblock auch direkt an der Leiterplatte befestigt sein. The optics module is preferably connected to the electronics module by being attached to a carrier plate that is present in the electronics module, e.g. B. is glued on three fixing points. In the manufacture of the electronic module, z. B. with cantilever needles as contacting needles, the Z-height of the needles is usually referenced to the clamping points of the contacting module with a fixed reference to the wafer platform. With a metal frame as the carrier plate, these reference points are on the metal frame, into which the fixing points for the optics module are integrated with great precision. Thus, the optics module can be mounted exactly plane-parallel and precisely in relation to the reference plane of the tips of the contacting needles by adhesively bonding to the fixing points in the Z-direction. A plane-parallel assembly of the optics module to the electronics module also prevents the optics module from colliding with the chip during operation, during contacting, due to the small working distance. As an alternative to being attached to the carrier plate, the optics block can also be attached directly to the printed circuit board.
Eine dauerhafte feste Verbindung des Optikmoduls mit dem Elektronikmodul, z.B. durch Kleben, hat sich aus verschiedenen Gründen als nachteilig erwiesen. In der technologischen Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung des Kontaktierungsmoduls ist es in der Praxis z.B. bei der Verwendung von Vertical Probe Cards vorteilhaft in einem finalen Arbeitsschritt die Spitzen der Kontaktierungsnadeln, die gemeinsam in einer Ebene liegend die elektrischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls zu dem zu testenden opto-elektronischen Chip bilden, auf einen vorgegebenen Arbeitsabstand zu den optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls abzuschleifen. Um die Bezugsebene hierfür zu kennen, wird das Optikmodul zuvor montiert und die Lage der durch die optischen Schnittstellen beschriebenen Ebene, welche die Bezugsebene darstellt, bestimmt. Das Abschleifen der Spitzen der Kontaktierungsnadeln setzt jedoch das Optikmodul, insbesondere den Optikblock aus Glas der Gefahr von Beschädigungen und Verschmutzung aus. Gleiches ist gegeben, wenn z.B. im Rahmen von Service oder Reparatur die Kontaktierungsnadeln erneuert oder gereinigt werden müssen. A permanent fixed connection of the optics module to the electronics module, for example by gluing, has proven to be disadvantageous for various reasons. In the technological sequence of the individual process steps in the production of the contacting module, it is advantageous in practice, e.g. when using vertical probe cards, in a final work step, the tips of the contacting needles, which together lie in one plane, the electrical interfaces of the contacting module to the module to be tested Form opto-electronic chip to grind to a predetermined working distance to the optical interfaces of the contacting module. In order to know the reference plane for this, the optics module is mounted beforehand and the position of the through the optical interfaces described plane, which represents the reference plane, determined. However, grinding down the tips of the contacting needles exposes the optics module, in particular the glass optics block, to the risk of damage and contamination. The same applies if, for example, the contacting needles have to be replaced or cleaned as part of service or repairs.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kontaktierungsmodul zu finden, bei dem das Optikmodul mit dem Elektronikmodul wiederholt lösbar verbunden ist, wobei eine wiederholte, hochgenaue Herstellung der Justierlage der Anordnung der optischen Schnittstellen zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen gewährleistet ist. The object of the invention is to find a contacting module in which the optics module is repeatedly detachably connected to the electronics module, with repeated, highly precise production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces being ensured.
Es ist auch die Aufgabe der Erfindung ein geeignetes Verfahren zur wiederholten hochgenauen Montage eines Kontaktierungsmoduls zu finden. It is also the object of the invention to find a suitable method for the repeated high-precision assembly of a contacting module.
Die Aufgabe für ein Kontaktierungsmodul wird mit einem Kontaktierungsmodul mit einem Optikmodul, enthaltend einen Optikblock aus Glas, der in einer optischen Schnittstellenebene eine Anordnung von optischen Schnittstellen aufweist und einem Elektronikmodul, enthaltend eine Trägerplatte, eine Leiterplatte und einen Nadelträger mit einer Anordnung von Kontaktierungsnadeln mit Nadelspitzen, die in einer elektrischen Schnittstellenebene eine Anordnung von elektrischen Schnittstellen bilden, wobei das Optikmodul und das Elektronikmodul so zueinander angeordnet sind, dass die Anordnung von optischen Schnittstellen und die Anordnung von elektrischen Schnittstellen eine definierte Justierlage, bezogen auf alle sechs Freiheitsgrade eines kartesischen Koordinatensystems zueinander aufweisen, gelöst, wobei das Optikmodul eine Montageplatte enthält, mit der der Optikblock stoffschlüssig verbunden ist, und die Montageplatte über eine wiederholt lösbare Verbindung mit der Trägerplatte des Elektronikmoduls in Verbindung steht, wobei über die lösbare Verbindung eine wiederholte Herstellung der Justierlage der Anordnung der optischen Schnittstellen zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen gewährleistet ist. The task for a contacting module is a contacting module with an optics module containing an optics block made of glass, which has an arrangement of optical interfaces in an optical interface level and an electronics module containing a carrier plate, a printed circuit board and a needle carrier with an arrangement of contacting needles with needle tips , which form an arrangement of electrical interfaces in an electrical interface level, with the optics module and the electronic module being arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces and the arrangement of electrical interfaces have a defined adjustment position relative to one another, based on all six degrees of freedom of a Cartesian coordinate system , solved, wherein the optics module contains a mounting plate with which the optics block is integrally connected, and the mounting plate via a repeatedly detachable connection with the support plate of the electronics module is connected, with a repeated production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces is ensured via the detachable connection.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben. Advantageous embodiments are specified in dependent claims 2 to 6, which are related to the back.
Die Aufgabe für ein Verfahren wird mit einem Verfahren zur Montage eines Kontaktierungsmoduls, mit einem Optikmodul, enthaltend einen Optikblock aus Glas, der in einer optischen Schnittstellenebene eine Anordnung von optischen Schnittstellen aufweist und auf einer Montageplatte befestigt ist, und einem Elektronikmodul, enthaltend eine Trägerplatte, eine Leiterplatte und eine Anordnung von Kontaktierungsnadeln mit Nadelspitzen die in einer elektrischen Schnittstellenebene eine Anordnung von elektrischen Schnittstellen bilden, wobei das Optikmodul und das Elektronikmodul so zueinander angeordnet sind, dass die Anordnung von optischen Schnittstellen und die Anordnung von elektrischen Schnittstellen eine definierte Justierlage zueinander aufweisen, dadurch gelöst, dass vor der Befestigung des Optikblocks auf der Montageplatte, die Montageplatte mit der Trägerplatte über eine lösbare Verbindung in einer wiederholt herstellbaren Relativlage miteinander verbunden werden, anschließend der Optikblock zu der Montageplatte justiert wird, bis die Anordnung der optischen Schnittstellen zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen eine vorgegebene Justierlage eingenommen hat und abschließend der Optikblock mit der Montageplatte permanent verbunden wird, womit nach jeder Wiederherstellung der lösbaren Verbindung die Anordnung der optischen Schnittstellen zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen in der vorgegebenen Justierlage angeordnet ist. The task for a method is a method for assembling a contacting module, with an optics module containing an optics block made of glass, which has an arrangement of optical interfaces in an optical interface level and is attached to a mounting plate, and an electronics module containing a carrier plate, a printed circuit board and an arrangement of contacting needles with needle tips which form an arrangement of electrical interfaces in an electrical interface level, the optics module and the electronics module are arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces and the arrangement of electrical interfaces have a defined adjustment position relative to one another, solved in that before the optics block is fastened to the mounting plate, the mounting plate is connected to the carrier plate via a detachable connection in a Repeatedly producible relative position are connected to each other, then the optics block is adjusted to the mounting plate until the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces a predetermined Adjustment position has taken and finally the optics block is permanently connected to the mounting plate, whereby the arrangement of the optical interfaces to the arrangement of the electrical interfaces is arranged in the predetermined adjustment position after each restoration of the detachable connection.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens ist im rückbezogenen Unteranspruch 8 angegeben. An advantageous embodiment of the method is specified in dependent claim 8 .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and drawings. show this
Fig. 1 a und 1 b eine vereinfachte Darstellung eines Kontaktierungsmoduls in einerFig. 1 a and 1 b is a simplified representation of a contacting module in a
Draufsicht und einer Seitenansicht, top view and a side view,
Fig. 2a und 2b ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Kontaktierungsmodul mit einer ersten lösbaren Verbindung zwischen Optikmodul und Elektronikmodul, in einer Draufsicht und einer Seitenansicht,2a and 2b show a first exemplary embodiment of a contacting module with a first detachable connection between the optics module and the electronics module, in a plan view and a side view,
Fig. 3a und 3b ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Kontaktierungsmodul mit einer zweiten lösbaren Verbindung zwischen Optikmodul und Elektronikmodul, in einer Draufsicht und einem Schnittbild Fig. 4a und 4b eine Klebeverbindung zwischen dem Optikblock und der Montageplatte des Optikmoduls, in einer Draufsicht und einem Schnittbild, . 3a and 3b show a second exemplary embodiment of a contacting module with a second detachable connection between the optics module and the electronics module, in a plan view and a sectional view 4a and 4b an adhesive connection between the optics block and the mounting plate of the optics module, in a plan view and a sectional view.
Fig. 5a eine erste Ausführung der Klebeverbindung und 5a shows a first embodiment of the adhesive connection and
Fig. 5b eine zweite Ausführung der Klebeverbindung. 5b shows a second embodiment of the adhesive connection.
Ein erfindungsgemäßes Kontaktierungsmodul, wie in den Fig. 1a und 1 b dargestellt, weist, gleich gattungsgleichen Kontaktierungsmodulen aus dem Stand der Technik, ein Optikmodul 1 und ein Elektronikmodul 2 auf. A contacting module according to the invention, as shown in FIGS. 1a and 1b, has an optics module 1 and an electronics module 2, like contacting modules of the same generic type from the prior art.
Das Optikmodul 1 enthält einen Optikblock 1.1 aus Glas, der in einer optischen Schnittstellenebene Eopt eine Anordnung von optischen Schnittstellen Sopt aufweist, die einem zu testenden opto-elektronischen Chip zugewandt angeordnet sind. Darüber hinaus weist das Optikmodul 1 Mittel zur Zuleitung und Ableitung von optischen Signalen in bzw. aus dem Optikblock 1.1 auf, z.B. ein Faserarray, die einem Testgerät zugeordnet sind, was für die Funktion wichtig, jedoch für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentlich ist (nicht dargestellt). Es ist für die Erfindung auch nicht wesentlich wie die optischen Schnittstellen Sopt ausgeführt sind. The optics module 1 contains an optics block 1.1 made of glass, which has an arrangement of optical interfaces Sopt in an optical interface level Eopt, which are arranged facing an opto-electronic chip to be tested. In addition, the optics module 1 has means for supplying and deriving optical signals into and out of the optics block 1.1, e.g shown). It is also not essential for the invention how the optical interfaces S op t are designed.
Das Elektronikmodul 2, enthält eine Trägerplatte 2.1 , eine Leiterplatte 2.2 und einen Nadelträger 2.3 mit einer Anordnung von Kontaktierungsnadeln 2.3.1 , insbesondere Vertical-Nadeln oder Cantilever-Nadeln. Die Kontaktierungsnadeln 2.3.1 bilden mit ihren Nadelspitzen in einer elektrischen Schnittstellenebene Eeie eine Anordnung von elektrischen Schnittstellen Seie. Die Trägerplatte 2.1 und der Nadelträger 2.3 sind fest miteinander verbunden oder stellen eine monolithische Einheit dar. The electronics module 2 contains a carrier plate 2.1, a printed circuit board 2.2 and a needle carrier 2.3 with an arrangement of contacting needles 2.3.1, in particular vertical needles or cantilever needles. The contacting needles 2.3.1 form with their needle tips in an electrical interface level Eeie an arrangement of electrical interfaces. The carrier plate 2.1 and the needle carrier 2.3 are firmly connected to each other or represent a monolithic unit.
Das Optikmodul 1 und das Elektronikmodul 2 sind so zueinander angeordnet, dass die Anordnung von optischen Schnittstellen Sopt und die Anordnung von elektrischen Schnittstellen Seie eine definierte Justierlage bezogen auf alle sechs Freiheitsgrade eines kartesischen Koordinatensystems zueinander aufweisen. The optics module 1 and the electronics module 2 are arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces S op t and the arrangement of electrical interfaces Be have a defined adjustment position in relation to all six degrees of freedom of a Cartesian coordinate system.
Es ist erfindungswesentlich, dass das Optikmodul 1 eine Montageplatte 1.2 enthält, mit der der Optikblock 1.1 über eine Klebeverbindung stoffschlüssig verbunden ist. Über diese Montageplatte 1 .2 ist das Optikmodul 1 mit dem Elektronikmoduls 2, bevorzugt mit der Trägerplatte 2.1 , über eine lösbare Verbindung verbunden, wobei über die lösbare Verbindung eine wiederholte Herstellung der Justierlage der Anordnung der optischen Schnittstellen Sopt zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen Seie gewährleistet ist. Diese Justierlage spiegelt die Relativlage der Anordnung von optischen Schnittstellen Sopt und elektrischen Schnittstellen Seie eines zu testenden opto-elektronischen Chips wieder. Die Möglichkeit der temporären Trennung von Optikmodul 1 und Elektronikmodul 2 ermöglicht es, ohne dass eine Gefahr der Verschmutzung oder Beschädigung des Optikblocks 1.1 aus Glas besteht, z.B. im Rahmen von Service oder Reparatur, die Kontaktierungsnadeln 2.3.1 zu erneuern oder zu reinigen. It is essential to the invention that the optics module 1 contains a mounting plate 1.2, with which the optics block 1.1 is materially connected via an adhesive connection. About This mounting plate 1 .2 is the optics module 1 with the electronics module 2, preferably with the carrier plate 2.1, via a detachable connection, wherein the detachable connection ensures repeated production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces Sopt to the arrangement of the electrical interfaces Seie is. This adjustment position reflects the relative position of the arrangement of optical interfaces Sopt and electrical interfaces See of an opto-electronic chip to be tested. The possibility of temporarily separating the optics module 1 and the electronics module 2 makes it possible to replace or clean the contacting needles 2.3.1 without risk of contamination or damage to the optics block 1.1 made of glass, for example as part of service or repair.
Das Optikmodul 1 kann über die Montageplatte 1.2 unmittelbar oder mittelbar, z.B. über den Nadelträger 2.3, mit der Trägerplatte 2.1 verbunden sein. Die unmittelbare Verbindung hat den Vorteil einer kürzeren Toleranzkette. The optics module 1 can be connected directly or indirectly, e.g. via the needle carrier 2.3, to the carrier plate 2.1 via the mounting plate 1.2. The direct connection has the advantage of a shorter tolerance chain.
Es werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen zwei vorteilhafte Ausführungen für die lösbare Verbindung aufgezeigt. Auch wird eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Optikblock 1.1 und der Montageplatte 1 .2 offenbart. Two advantageous designs for the detachable connection are shown below on the basis of exemplary embodiments. A particularly advantageous possibility of the integral connection between the optics block 1.1 and the mounting plate 1.2 is also disclosed.
In einem ersten Ausführungsbeispiel, gezeigt in den Fig. 2a und 2b, sind an einer ersten Stirnseite 1.2.1 der Montageplatte 1.2 drei eine Montageebene definierende Erhebungen 1.2.1.1 , eine Dreipunktauflage bildend, vorhanden, die an einer Montagefläche 2.1.1 der Trägerplatte 2.1 anliegend, die Relativlage der Montageplatte 1.2 in einer z-Richtung, um eine x-Richtung und um eine y-Richtung, d.h. in einer Drehlage Rx und einer Drehlage Ry, eines kartesischen Koordinatensystems zur Trägerplatte 2.1 festlegen. An einer Umfangsfläche der Montageplatte 1.2 sind drei, parallel zur Montageebene ausgerichtete Anschlagstifte 1.2.2.1 vorhanden, an denen jeweils ein an der Trägerplatte 2.1 vorhandener Passstift 2.1.2 anliegt, so dass die Relativlage der Montageplatte 1.2 in der x-Richtung, in der y-Richtung und um die z- Richtung, d.h. in einer Drehlage Rz, zur Trägerplatte 2.1 festlegt ist. In dem konkret gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind zwei von den drei Passstiften2.1 .2, auf einer in x-Richtung ausgerichtet, gedachten Geraden angeordnet. Zwei der Anschlagstifte 1 .2.2.1 sind zueinander fluchtend in x-Richtung ausgerichtet und liegen an den zwei Passstiften 2.1.2 an, ein dritter der Anschlagstifte 1.2.2.1 ist in y-Richtung ausgerichtet und liegt an dem dritten der Passstifte 2.1.2 an. Auch bei wiederholter Demontage und Montage der Montageplatte 1.2 an der Trägerplatte 2.1 , nimmt die Montageplatte 1.2 toleranzfrei die gleiche Relativlage zur Trägerplatte 2.1 ein. Zum Anlegen der Anschlagstifte 1.2.2.1 an die Passstifte 2.1.2 kann z.B. auf die Trägerplatte 2.1 temporär eine Andruckeinheit 8 aufgesetzt werden. Zur Fixierung der Relativlage ist die Montageplatte 1.2 über wenigstens eine Schraubverbindung 2.1.3 mit der TrägerplatteIn a first exemplary embodiment, shown in FIGS. 2a and 2b, on a first end face 1.2.1 of the mounting plate 1.2 there are three elevations 1.2.1.1 that define a mounting plane and form a three-point support, which are attached to a mounting surface 2.1.1 of the carrier plate 2.1 fitting, the relative position of the mounting plate 1.2 in a z-direction, about an x-direction and about a y-direction, ie in a rotational position Rx and a rotational position Ry, of a Cartesian coordinate system to the carrier plate 2.1. On a peripheral surface of the mounting plate 1.2 there are three stop pins 1.2.2.1 aligned parallel to the mounting plane, on each of which a dowel pin 2.1.2 on the carrier plate 2.1 rests, so that the relative position of the mounting plate 1.2 in the x-direction, in the y -Direction and about the z-direction, ie in a rotational position Rz, is fixed to the carrier plate 2.1. In the first exemplary embodiment shown specifically, two of the three dowel pins 2.1 .2 are arranged on an imaginary straight line aligned in the x-direction. Two of the stop pins 1 .2.2.1 are aligned with one another in the x-direction and lie on the two Alignment pins 2.1.2, a third of the stop pins 1.2.2.1 is aligned in the y-direction and rests on the third of the alignment pins 2.1.2. Even with repeated disassembly and assembly of the mounting plate 1.2 on the carrier plate 2.1, the mounting plate 1.2 assumes the same position relative to the carrier plate 2.1 without tolerance. To apply the stop pins 1.2.2.1 to the dowel pins 2.1.2, a pressure unit 8 can be placed temporarily on the carrier plate 2.1, for example. To fix the relative position, the mounting plate 1.2 is connected to the support plate via at least one screw connection 2.1.3
2.1 verbunden. 2.1 connected.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel, gezeigt in den Fig. 3a und 3b, ist die Relativlage der Montageplatte 1.2 in der x-Richtung, in der y-Richtung und um die z-Richtung zur Trägerplatte 2.1 analog dem ersten Ausführungsbeispiel über eine Dreipunktauflage bestimmt. Die Montageplatte 1.2 weist zwei die Montageplatte 1.2 durchdringende Biegestrukturen 4 auf, die z.B. durch Elektroerosion herausgearbeitet wurden. An der Trägerplatte 2.1 sind zwei Klemmstifte 3 senkrecht zur Montagefläche 2.1.1 ausgerichtet, fest mit der Trägerplatte 2.1 verbunden, vorhanden. Sie können unmittelbar oder mittelbar, z.B. an dem Nadelträger 2.3, der vorteilhaft aus Keramik ist, mit der Trägerplatte 2.1 verbunden sein. Zur lösbaren Verbindung der MontageplatteIn a second embodiment, shown in FIGS. 3a and 3b, the relative position of the mounting plate 1.2 in the x-direction, in the y-direction and around the z-direction to the carrier plate 2.1 is determined analogously to the first embodiment via a three-point support. The mounting plate 1.2 has two bending structures 4 penetrating the mounting plate 1.2, which were worked out, for example, by electroerosion. On the carrier plate 2.1, two clamping pins 3 are aligned perpendicularly to the mounting surface 2.1.1 and firmly connected to the carrier plate 2.1. They can be connected to the carrier plate 2.1 directly or indirectly, e.g. on the needle carrier 2.3, which is advantageously made of ceramic. For detachable connection of the mounting plate
1.2 an der Trägerplatte 2.1 sind die beiden Klemmstifte 3 jeweils in einer der Biegestrukturen 4 geklemmt. Dabei ist in der ersten der zwei Biegestrukturen 4 der erste der beiden Klemmstifte 3 über dessen Mantelfläche umfänglich geklemmt, womit die Relativlage der Montageplatte 1.2 in der x-Richtung und der y-Richtung zur Trägerplatte 2.1 festlegt ist. Vorteilhaft weist die erste der zwei Biegestrukturen 4 die Form einer Rohrschelle auf. In der zweiten der zwei Biegestrukturen 4 ist der zweite der beiden Klemmstifte 3 über dessen Mantelfläche tangential geklemmt, womit die Relativlage der Montageplatte 1.2 um die z-Richtung zur Trägerplatte 2.1 festlegt ist. Zur Klemmung der Biegestrukturen 4 auf jeweils einem der Klemmstifte 3 können diese so dimensioniert sein, dass sie im spannungsfreien Zustand eine Öffnung aufweisen, die kleiner als der Querschnitt der Klemmstifte 3 ist, sodass sie vor oder mit dem Einführen der Klemmstifte 3 gespannt werden und den Klemmstift 3 klemmen. Vorteilhaft sind die Biegestrukturen 4 so dimensioniert, dass sie jeweils eine Öffnung aufweisen, die größer als der Querschnitt der Klemmstifte 3 ist. Erst nach Einführen der Klemmstifte 3 werden die Biegestrukturen 4 gespannt, um die Klemmstifte 3 zu klemmen. Das kann vorteilhaft, wie gezeigt, über einen Gewindestift 6 erfolgen. Der Optikblock 1.1 aus Glas ist an der Montageplatte 1.2 angeklebt. Vorteilhaft ist die Klebeverbindung zwischen dem Optikblock 1.1 und der Montagepatte 1.2, wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, eine mittelbare Klebstoffverbindung über Zylinderstifte 5 die zum einen mit dem Optikblock 1.1 und zum anderen mit der Montageplatte 1.2 verklebt und damit permanent verbunden sind. Es sind wenigstens drei Zylinderstifte 5 vorhanden. Sie liegen jeweils mit einer ersten Stirnseite 5.1 über Klebstoff am Optikblock 1.1 an. In der Montageplatte 1.2 sind entsprechend viele Durchgangsbohrungen 7 vorhanden, in denen die Zylinderstifte 5 jeweils über Klebstoff 9 mit der Montageplatte 1.2 verbunden sind. Diese Art der Verbindung hat einen besonderen Vorteil bei der Montage. Der Optikblock 1.1 kann in allen sechs Freiheitsgraden justiert werden und in der Justierlage mit der Montageplatte 1 .2 verklebt werden, ohne dass sich während der Justierung bereits Klebstoff 9 am Optikblock 1.1 oder der Montageplatte 1 .2 befindet. 1.2 on the carrier plate 2.1, the two clamping pins 3 are each clamped in one of the bending structures 4. In the first of the two bending structures 4, the first of the two clamping pins 3 is clamped circumferentially over its outer surface, which defines the relative position of the mounting plate 1.2 in the x-direction and the y-direction to the carrier plate 2.1. Advantageously, the first of the two bending structures 4 is in the form of a pipe clamp. In the second of the two bending structures 4, the second of the two clamping pins 3 is clamped tangentially via its outer surface, which defines the relative position of the mounting plate 1.2 about the z-direction to the carrier plate 2.1. To clamp the bending structures 4 on one of the clamping pins 3, they can be dimensioned in such a way that in the stress-free state they have an opening that is smaller than the cross section of the clamping pins 3, so that they are clamped before or with the insertion of the clamping pins 3 and the Clamp pin 3. The bending structures 4 are advantageously dimensioned in such a way that they each have an opening that is larger than the cross section of the clamping pins 3 . Only after the clamping pins 3 have been inserted are the bending structures 4 clamped in order to clamp the clamping pins 3 . This can advantageously be done via a threaded pin 6, as shown. The glass optics block 1.1 is glued to the mounting plate 1.2. Advantageously, the adhesive connection between the optics block 1.1 and the mounting plate 1.2, as shown in FIGS. 4a and 4b, is an indirect adhesive connection via cylinder pins 5 which are glued to the optics block 1.1 and to the mounting plate 1.2 and are thus permanently connected. There are at least three cylinder pins 5 available. They each rest with a first face 5.1 via adhesive on the optics block 1.1. In the mounting plate 1.2 there are a corresponding number of through-holes 7, in which the cylinder pins 5 are each connected to the mounting plate 1.2 via adhesive 9. This type of connection has a particular advantage during assembly. The optics block 1.1 can be adjusted in all six degrees of freedom and in the adjusted position can be glued to the mounting plate 1.2 without adhesive 9 already being on the optics block 1.1 or the mounting plate 1.2 during the adjustment.
Die Verbindung der Zylinderstifte 5 in den Durchgangsbohrungen 7 kann vorteilhaft hergestellt sein, indem die Zylinderstifte 5 über die die Montageplatte 1.2 hinausragen und von Klebstoff 9 umschlossen werden, wie in Fig. 5a gezeigt. Noch vorteilhafter sind die Zylinderstifte 5 so dimensioniert, dass oberhalb ihrer zweiten Stirnfläche 5.2 ein freies Volumen in der Durchgangsbohrung 7 verbleibt, das mit Klebstoff 5 verfällt ist, wie in Fig. 5b dargestellt. The connection of the cylinder pins 5 in the through-holes 7 can advantageously be produced by the cylinder pins 5 protruding beyond the mounting plate 1.2 and being surrounded by adhesive 9, as shown in FIG. 5a. Even more advantageously, the cylinder pins 5 are dimensioned in such a way that a free volume remains in the through hole 7 above their second end face 5.2, which is filled with adhesive 5, as shown in FIG. 5b.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Kontaktierungsmoduls näher erläutert. Gleich dem Stand der Technik sind am Ende der Justage und Montage das Optikmodul 1 und das Elektronikmodul 2 so zueinander angeordnet, dass die Anordnung von optischen Schnittstellen Sopt und die Anordnung von elektrischen Schnittstellen Seie eine definierte Justierlage in alle sechs Freiheitsgraden zueinander aufweisen. A method according to the invention for assembling a contacting module according to the invention is explained in more detail below. Similar to the prior art, the optics module 1 and the electronics module 2 are arranged relative to one another at the end of the adjustment and assembly such that the arrangement of optical interfaces Sopt and the arrangement of electrical interfaces Be have a defined adjustment position in all six degrees of freedom relative to one another.
Im Unterschied zum Stand der Technik findet die Montage erfindungsgemäß in zwei Schritten statt. In contrast to the prior art, assembly takes place according to the invention in two steps.
Bevor der Optikblock 1.1 auf der Montageplatte 1 .2 befestigt wird, wird diese über eine wiederholt lösbare Verbindung mit der Trägerplatte 2.1 verbunden, wobei die Montageplatte 1.2 zur Trägerplatte 2.1 eine reproduzierbare Relativlage einnimmt. Es erfolgt hierbei keine Justierung, da es auf keine definierte Relativlage sondern auf eine reproduzierbare Relativlage, die die Montageplatte 1.2 zur Trägerplatte 2.1 nach jeder erneuten Herstellung der Verbindung exakt wieder einnimmt, ankommt. Diese hergestellte Verbindung kann über eine zusätzliche Schraubverbindung 2.1.3 gesichert werden. Before the optics block 1.1 is attached to the mounting plate 1.2, this is connected to the carrier plate 2.1 via a repeatedly detachable connection, with the mounting plate 1.2 assuming a reproducible relative position to the carrier plate 2.1. There is no adjustment here, since it is not based on a defined relative position but on one reproducible relative position, which the mounting plate 1.2 to the carrier plate 2.1 assumes exactly again after each renewed establishment of the connection, arrives. This established connection can be secured via an additional screw connection 2.1.3.
Nachdem diese lösbare Verbindung das erste Mal hergestellt wurde, wird der Optikblock 1 .1 zu der Montageplatte 1 .2 ausgerichtet und justiert, bis die Anordnung der optischen Schnittstellen Sop zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen Seie eine vorgegebene Justierlage eingenommen hat. Erst danach wird der Optikblock 1 .1 mit der Montageplatte 1.2 permanent verbunden, ohne dass deren Justierlage zueinander aufgehoben wird. Nach jeder Wiederherstellung der lösbaren Verbindung wird so die Anordnung der optischen Schnittstellen Sopt zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen Seie in der vorgegebenen Justierlage angeordnet sein. After this detachable connection has been established for the first time, the optics block 1.1 is aligned with the mounting plate 1.2 and adjusted until the arrangement of the optical interfaces S op has assumed a predetermined adjustment position in relation to the arrangement of the electrical interfaces Be. Only then is the optics block 1.1 permanently connected to the mounting plate 1.2, without their adjustment position being canceled in relation to one another. After each restoration of the detachable connection, the arrangement of the optical interfaces Sopt will be arranged in the predetermined adjustment position relative to the arrangement of the electrical interfaces.
Vorteilhaft wird die permanente Verbindung des Optikblocks 1.1 mit der Montageplatte 1.2 hergestellt, indem in die Montageplatte 1.2 mindestens drei zueinander parallele Durchgangslöcher 7 eingebrachte werden, durch die mindestens drei Zylinderstifte 5 von einer dem Optikblock 1.1 abgewandten ersten Stirnseite der Montageplatte 1.2 geführt werden, bis sie jeweils zur Anlage an den justierten Optikblock 1.1 kommen. Zuvor wurde jeweils zumindest auf einer dem Optikblock 1.1 zugewandten Stirnseite der Zylinderstifte 5 Klebstoff 9 aufgetragen. Der die Zylinderstifte 5 mit der Montageplatte 1 .2 verbindende Klebstoff 9 kann entweder ebenfalls vor Einführung der Zylinderstifte 5 in die Durchgangsbohrungen 7 auf die Umfangsfläche der Zylinderstifte 5 aufgebracht werden oder in die Durchgangsbohrungen 7 dosiert werden. Er kann vorteilhaft auch nach dem Einführen und Anlegen der Zylinderstifte 5 in die Durchgangsbohrungen 7 dosiert werden, die für eine solche Vorgehensweise so dimensioniert sind, dass die dem Optikblock 1.1 abgewandten Stirnseiten der Zylinderstifte 5 unterhalb einer Oberfläche der Montageplatte 1.2 liegen, womit der Klebstoff 9 ein Volumen mit einem Durchmesser der Durchgangsbohrungen 7 verfällt.Advantageously, the permanent connection of the optics block 1.1 to the mounting plate 1.2 is established by making at least three mutually parallel through holes 7 in the mounting plate 1.2, through which at least three cylindrical pins 5 are guided from a first end face of the mounting plate 1.2 facing away from the optics block 1.1 until they each come to rest on the adjusted optics block 1.1. Adhesive 9 was previously applied to at least one end face of the cylindrical pins 5 facing the optics block 1.1. The adhesive 9 connecting the cylinder pins 5 to the mounting plate 1 .2 can either also be applied to the peripheral surface of the cylinder pins 5 before the cylinder pins 5 are introduced into the through-holes 7 or can be metered into the through-holes 7 . Advantageously, it can also be dosed after the cylinder pins 5 have been inserted and placed in the through-holes 7, which are dimensioned for such a procedure in such a way that the end faces of the cylinder pins 5 facing away from the optics block 1.1 lie below a surface of the mounting plate 1.2, with which the adhesive 9 a volume with a diameter of the through holes 7 expires.
Eine definierte Klebefläche für die Zylinderstifte 5 erhält man, in dem vorteilhaft die Zylinderstifte 5 und die Durchgangsbohrungen 7 so aufeinander abgestimmt dimensioniert werden, dass eine zweite Stirnfläche 5.1 der Zylinderstifte 5 innerhalb der Durchgangsbohrung 7 liegt. Das verbleibende freie Volumen in der Durchgangsbohrung 7 wird dann mit Klebstoff 9 verfällt. Sind der Optikblock 1.1 und die die Montageplatte 1.2 in der einjustierten Relativlage zueinander parallel ausgerichtet, sind alle Zylinderstifte 5 gleichermaßen tief in den Durchgangslöchern 7 eingeklebt. Hieran ändert sich nichts für Relativlagen, die sich in der x-Richtung, in der y-Richtung, in der z-Richtung oder um die z-Richtung unterscheiden. Eine Verkippung um die x-Richtung oder um die Y-Richtung wird ausgeglichen, indem die Zylinderstifte 5 mehr oder weniger tief in den Durchgangslöchern 7 angeordnet, an dem Optikblock 1.1 angelegt sind. Im Unterschied zu vielen aus dem Stand der Technik bekannten Klebeverbindungen muss eine Verkippung nicht über die Menge des Klebstoffes 9 ausgeglichen werden. Eine gleiche Klebstoffmenge an allen Stellen an denen die Verbindung entsteht hat den Vorteil, dass das Verhalten des Klebstoffes 9, z.B. ein Schrumpfen beim Verfestigen, überall eine gleiche Wirkung hat, womit die einjustierte Relativlage hochgenau fixiert wird. A defined adhesive surface for the cylindrical pins 5 is obtained in that the cylindrical pins 5 and the through-holes 7 are advantageously dimensioned in such a way that they match one another such that a second end face 5.1 of the cylindrical pins 5 lies within the through-hole 7. The remaining free volume in the through hole 7 is then covered with adhesive 9 . If the optics block 1.1 and the mounting plate 1.2 are aligned parallel to one another in the adjusted relative position, all cylinder pins 5 are glued equally deep into the through holes 7. Nothing changes here for relative positions that differ in the x-direction, in the y-direction, in the z-direction or around the z-direction. Tilting about the x-direction or about the y-direction is compensated for by arranging the cylindrical pins 5 more or less deeply in the through-holes 7 on the optics block 1.1. In contrast to many adhesive connections known from the prior art, tilting does not have to be compensated for via the amount of adhesive 9 . An equal amount of adhesive at all points where the connection is made has the advantage that the behavior of the adhesive 9, eg shrinkage during solidification, has the same effect everywhere, with which the adjusted relative position is fixed with high precision.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Optikmodul 1 optics module
1.1 Optikblock 1.1 Optics block
1 .2 Montageplatte 1 .2 Mounting plate
1 .2.1 erste Stirnseite der Montageplatte1 .2.1 First face of the mounting plate
1.2.1.1 Erhebung 1.2.1.1 Collection
1 .2.2 Umfang der Montageplatte 1 .2.2 Scope of the mounting plate
1 .2.2.1 Anschlagstift 1 .2.2.1 Stop pin
2 Elektronikmodul 2 electronics module
2.1 Trägerplatte 2.1 Carrier Plate
2.1.1 Montagefläche 2.1.1 Mounting surface
2.1.2 Passstift 2.1.2 Dowel pin
2.1.3 Schraubverbindung 2.1.3 Bolted connection
2.2 Leiterplatte 2.2 Circuit Board
2.3 Nadelträger 2.3 needle carrier
2.3.1 Kontaktierungsnadel 2.3.1 Contacting needle
3 Klemmstift 3 clamp pin
4 Biegestruktur 4 bending structure
5 Zylinderstift 5 straight pin
5.1 erste Stirnseite des Zylinderstifts 5.2 zweite Stirnseite des Zylinderstifts 5.1 first face of the cylindrical pin 5.2 second face of the cylindrical pin
6 Gewindestift 6 grub screw
7 Durchgangsbohrung 7 through hole
8 Andruckeinheit 9 Klebstoff 8 Pressure unit 9 Adhesive
Sopt optische Schnittstelle Sopt optical interface
Seie elektrische Schnittstelle Be electrical interface
Eopt optische Schnittstellenebene (des Kontaktierungsmoduls) Eeie elektrische Schnittstellenebene (des Kontaktierungsmoduls) Eopt optical interface level (of the contacting module) Eeie electrical interface level (of the contacting module)

Claims

Patentansprüche . Kontaktierungsmodul mit einem Optikmodul (1 ), enthaltend einen Optikblock (1.1 ) aus Glas, der in einer optischen Schnittstellenebene (Eopt) eine Anordnung von optischen Schnittstellen (Sopt) aufweist und einem Elektronikmodul (2), enthaltend eine Trägerplatte (2.1 ), eine Leiterplatte (2.2) und einen Nadelträger (2.3) mit einer Anordnung von Kontaktierungsnadeln (2.3.1 ) mit Nadelspitzen, die in einer elektrischen Schnittstellenebene (Eeie) eine Anordnung von elektrischen Schnittstellen(Seie) bilden, wobei das Optikmodul (1 ) und das Elektronikmodul (2) so zueinander angeordnet sind, dass die Anordnung von optischen Schnittstellen(Sopt) und die Anordnung von elektrischen Schnittstellen (Seie) eine definierte Justierlage, bezogen auf alle sechs Freiheitsgrade eines kartesischen Koordinatensystems zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul (1 ) eine Montageplatte (1.2) enthält, mit der der Optikblock (1.1 ) stoffschlüssig verbunden ist, und die Montageplatte (1.2) über eine wiederholt lösbare Verbindung mit dem Elektronikmodul (2) in Verbindung steht, wobei über die lösbare Verbindung eine wiederholte Herstellung der Justierlage der Anordnung der optischen Schnittstellen (Sopt) zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen (Seie) gewährleistet ist. . Kontaktierungsmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an einer ersten Stirnseite (1.2.1 ) der Montageplatte (1.2) drei eine Montageebene definierende Erhebungen (1.2.1.1 ) vorhanden sind, die an einer Montagefläche (2.1.1 ) der Trägerplatte (2.1 ) anliegend, die Relativlage der Montageplatte (1.2) in einer z-Richtung, um eine x-Richtung und um eine y- Richtung des kartesischen Koordinatensystems zur Trägerplatte (2.1 ) festlegen und an einer Umfangfläche der Montageplatte (1.2) drei, parallel zur Montageebene ausgerichtete Anschlagstifte (1 .2.2.1 ) vorhanden sind, an denen jeweils ein an der Trägerplatte (2.1 ) vorhandener Passstift (2.1.2) anliegt, so dass die Relativlage der Montageplatte (1 .2) in der x-Richtung, in der y-Richtung und um die z-Richtung zur Trägerplatte (2.1 ) festlegt ist. Kontaktierungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei von den drei Passstiften (2.1.2), auf einer in der x-Richtung ausgerichteten gedachten Geraden angeordnet sind, zwei der Anschlagstifte (1 .2.2.1 ) zueinander fluchtend in der x-Richtung ausgerichtet sind, ein dritter der Anschlagstifte (1 .2.2.1 ) in der y-Richtung ausgerichtet ist und die Montageplatte (1.2) über wenigstens eine Schraubverbindung (2.1.3) mit der Trägerplatte (2.1 ) verbunden ist. Kontaktierungsmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an einer ersten Stirnseite der Montageplatte (1.2.1 ) drei eine Montageebene definierende Erhebungen (1.2.1.1 ) vorhanden sind, die an einer Montagefläche (2.1.1 ) der Trägerplatte (2.1 ) anliegen, womit die Relativlage der Montageplatte (1.2) in einer z-Richtung und um eine x- und eine y-Richtung des kartesischen Koordinatensystems zur Trägerplatte (2.1 ) festlegt ist und in der Montageplatte (1.2) zwei die Montageplatte (1.2) durchdringende Biegestrukturen (4) ausgearbeitet sind, wobei in der ersten der zwei Biegestrukturen (4) ein an der Trägerplatte (2.1 ) angebrachter erster Klemmstift (3) über dessen Mantelfläche umfänglich geklemmt ist, womit die Relativlage der Montageplatte (1.2) in der x-Richtung und der y-Richtung zur Trägerplatte (2.1 ) festlegt ist und in der zweiten der Biegestrukturen (4) ein an der Trägerplatte (2.1 ) angebrachter zweiter Klemmstift (3) über dessen Mantelfläche tangential geklemmt ist, womit die Relativlage der Montageplatte (1.2) um die z-Richtung zur Trägerplatte (2.1 ) festlegt ist. Kontaktierungsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Biegestruktur (4) die Form einer Rohrschelle aufweist, in der der erste Klemmstift (3) selbstzentriert geklemmt ist. 19 Kontaktierungsmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Optikblock (1.1 ) mit der Montageplatte (1.2) über wenigstens drei Zylinderstifte (5) permanent verbunden ist, wobei die Zylinderstifte (5) jeweils mit einer ersten Stirnseite (5.1 ) über Klebstoff (9) am Optikblock (1.1 ) anliegen und in der Montageplatte (1.2) Durchgangsbohrungen (7) vorhanden sind, in denen die Zylinderstifte (5) jeweils mittelbar über den Klebstoff (9) mit der Montageplatte (1 .2) verbunden sind. Verfahren zur Montage eines Kontaktierungsmoduls, mit einem Optikmodul, enthaltend einen Optikblock (1.1 ) aus Glas, der in einer optischen Schnittstellenebene (Eopt) eine Anordnung von optischen Schnittstellen (Sopt) aufweist und auf einer Montageplatte (1.2) befestigt ist, und einem Elektronikmodul (2), enthaltend eine Trägerplatte (2.1 ), eine Leiterplatte (2.2) und eine Anordnung Kontaktierungsnadeln (2.3.1 ) mit Nadelspitzen die in einer elektrischen Schnittstellenebene (Eeie) eine Anordnung von elektrischen Schnittstellen (Seie) bilden, wobei das Optikmodul (1 ) und das Elektronikmodul (2) so zueinander angeordnet sind, dass die Anordnung von optischen Schnittstellen (Sopt) und die Anordnung von elektrischen Schnittstellen (Seie) eine definierte Justierlage zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Befestigung des Optikblocks (1.1 ) auf der Montageplatte (1.2), die Montageplatte (1.2) mit der Trägerplatte (2.1 ) über eine lösbare Verbindung in einer wiederholt herstellbaren Relativlage miteinander verbunden wird, anschließend der Optikblock (1.1 ) zu der Montageplatte (1.2) ausgerichtet wird, bis die Anordnung der optischen Schnittstellen (Sopt) zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen (Seie) eine vorgegebene Justierlage eingenommen hat und abschließend der Optikblock (1.1 ) mit der Montageplatte (1.2) permanent verbunden wird, womit nach jeder Wiederherstellung der lösbaren Verbindung 20 die Anordnung der optischen Schnittstellen (Sopt) zu der Anordnung der elektrischen Schnittstellen (Seie) in der vorgegebenen Justierlage angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur permanenten Verbindung des Optikblocks (1.1 ) mit der Montageplattepatent claims . Contacting module with an optics module (1) containing an optics block (1.1) made of glass, which has an arrangement of optical interfaces (Sopt) in an optical interface level (E op t) and an electronics module (2) containing a carrier plate (2.1), a printed circuit board (2.2) and a needle carrier (2.3) with an arrangement of contacting needles (2.3.1) with needle tips, which form an arrangement of electrical interfaces (Seie) in an electrical interface level (Eeie), wherein the optics module (1) and the Electronics module (2) are arranged relative to each other in such a way that the arrangement of optical interfaces (Sopt) and the arrangement of electrical interfaces (Seie) have a defined adjustment position relative to each other, based on all six degrees of freedom of a Cartesian coordinate system, characterized in that the optics module (1 ) contains a mounting plate (1.2) to which the optics block (1.1) is materially connected, and the mounting plate (1 .2) is connected to the electronic module (2) via a repeatedly detachable connection, with the detachable connection ensuring repeated production of the adjustment position of the arrangement of the optical interfaces (Sopt) relative to the arrangement of the electrical interfaces (Seie). . Contacting module according to Claim 1, characterized in that on a first end face (1.2.1) of the mounting plate (1.2) there are three elevations (1.2.1.1) which define a mounting plane and which are on a mounting surface (2.1.1) of the carrier plate (2.1) adjacent, the relative position of the mounting plate (1.2) in a z-direction, about an x-direction and about a y-direction of the Cartesian coordinate system to the carrier plate (2.1) and on a peripheral surface of the mounting plate (1.2) three, aligned parallel to the mounting plane Stop pins (1 .2.2.1) are present, on each of which one on the carrier plate (2.1) existing dowel pin (2.1.2) rests, so that the relative position of the mounting plate (1 .2) in the x-direction, in the y -Direction and the z-direction to the carrier plate (2.1) is fixed. Contacting module according to Claim 2, characterized in that two of the three dowel pins (2.1.2) are arranged on an imaginary straight line aligned in the x-direction, two of the stop pins (1 .2.2.1) are aligned with one another in the x-direction are aligned, a third of the stop pins (1 .2.2.1) is aligned in the y-direction and the mounting plate (1.2) is connected to the carrier plate (2.1) via at least one screw connection (2.1.3). Contacting module according to Claim 1, characterized in that on a first end face of the mounting plate (1.2.1) there are three elevations (1.2.1.1) defining a mounting plane, which rest on a mounting surface (2.1.1) of the carrier plate (2.1), with which the relative position of the mounting plate (1.2) is defined in a z-direction and about an x- and a y-direction of the Cartesian coordinate system to the carrier plate (2.1) and in the mounting plate (1.2) two bending structures (4) penetrating the mounting plate (1.2) are worked out, wherein in the first of the two bending structures (4), a first clamping pin (3) attached to the carrier plate (2.1) is clamped circumferentially over its lateral surface, whereby the relative position of the mounting plate (1.2) in the x-direction and the y- Direction to the carrier plate (2.1) is fixed and in the second of the bending structures (4) on the carrier plate (2.1) mounted second clamping pin (3) is clamped tangentially via its lateral surface, w omit the relative position of the mounting plate (1.2) to the z-direction to the carrier plate (2.1) is fixed. Contacting module according to Claim 4, characterized in that the first bending structure (4) has the shape of a pipe clamp, in which the first clamping pin (3) is clamped in a self-centered manner. 19. Contacting module according to claim 1, characterized in that the optics block (1.1) is permanently connected to the mounting plate (1.2) via at least three cylindrical pins (5), the cylindrical pins (5) each having a first end face (5.1) via adhesive (9 ) rest against the optics block (1.1) and there are through holes (7) in the mounting plate (1.2), in which the cylinder pins (5) are each indirectly connected to the mounting plate (1 .2) via the adhesive (9). Method for assembling a contacting module, with an optics module containing an optics block (1.1) made of glass, which has an arrangement of optical interfaces (Sopt) in an optical interface level (E op t) and is fixed on a mounting plate (1.2), and a Electronic module (2), containing a carrier plate (2.1), a printed circuit board (2.2) and an arrangement of contacting needles (2.3.1) with needle tips which form an arrangement of electrical interfaces (Seie) in an electrical interface level (Eeie), the optics module ( 1) and the electronics module (2) are arranged relative to one another in such a way that the arrangement of optical interfaces (Sopt) and the arrangement of electrical interfaces (Seie) have a defined adjustment position relative to one another, characterized in that before the optics block (1.1) is attached the mounting plate (1.2), the mounting plate (1.2) with the carrier plate (2.1) repeated via a detachable connection in one is connected to each other in a relative position that can be produced, then the optics block (1.1) is aligned with the mounting plate (1.2) until the arrangement of the optical interfaces (Sopt) has assumed a predetermined adjustment position in relation to the arrangement of the electrical interfaces (Seie) and finally the optics block (1.1 ) is permanently connected to the mounting plate (1.2), so that after each restoration of the detachable connection 20 the arrangement of the optical interfaces (Sopt) is arranged in relation to the arrangement of the electrical interfaces (Seie) in the specified adjustment position. Method according to claim 7, characterized in that for the permanent connection of the optics block (1.1) with the mounting plate
(1.2) in die Montageplatte (1.2) mindestens drei zueinander parallele Durchgangsbohrungen (7) eingebrachte werden, mindestens drei Zylinderstifte (5) jeweils durch eine der Durchgangsbohrungen (7) von einer dem Optikblock (1.1 ) abgewandten ersten Stirnseite der Montageplatte (1.2.1 ), geführt werden, bis sie jeweils zu Anlage an den Optikblock (1.1 ) kommen, wobei zuvor auf einer dem Optikblock (1.1 ) zugewandten ersten Stirnseite (5.1 ) der Zylinderstifte (5) Klebstoff (9) aufgetragen wurde, und die Zylinderstifte (5) währenddessen oder abschließend in den Durchgangsbohrungen (7) verklebt werden. (1.2) at least three mutually parallel through-holes (7) are introduced into the mounting plate (1.2), at least three cylinder pins (5) each through one of the through-holes (7) from a first end face of the mounting plate (1.2.1 ), are guided until they each come to rest against the optics block (1.1), adhesive (9) having been applied beforehand to a first end face (5.1) of the cylindrical pins (5) facing the optics block (1.1), and the cylindrical pins (5 ) meanwhile or finally glued in the through-holes (7).
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