JP2014502363A - 光電子部品 - Google Patents

Abstract

本願発明は、以下を備える光電子部品に関する。すなわち、光信号を光導体の入力／出力端面に送信する、および／あるいは光信号を受信して電気信号に変換する光学素子と、上に光学素子が設けられている素子担体と、光学素子を取り囲み、光学的連結手段と機械的連結手段（配列手段）とを形成する連結手段を備えるハウジング部品とを備える光電子部品であって、光学的連結手段は、光学素子から来る光信号を、光導体の入力端面に誘導および／あるいは光導体の入力／出力端面から出る光線を光学素子に誘導し、機械的配列手段は、効率的に信号を伝送するために、光学素子に対して光導体を配列する。

Description

本願発明は、光学的連結装置と、光電子部品（たとえば電気／光学（Ｅ／Ｏ）変成器（送信機）および／あるいは光学／電気（Ｏ／Ｅ）変成器（受信機））および製造方法に関する。

好適には本発明は、（たとえば光学送信素子としてＶＣＳＥＬを備える）電気的光学的送信装置と（たとえば光学受信素子としてフォトダイオードを備える）光学／電気的受信装置とが用いられる光電子トランシーバー（短く：光トランシーバー）に関する。電気トランシーバーを用いれば、２つの電気トランシーバーの間での送信情報と受信情報とは、電波もしくは電気信号を用いることによって伝送されるのに対し、２つの光トランシーバーを用いれば、送信情報と受信情報とは、光波もしくは光信号によって伝送される。

トランシーバーの受信の駆動法においては、当該トランシーバーは、たとえば光導体たとえばグラスファイバによって伝えられ、光伝送路で伝送される光入力信号を電気信号に変換し、当該電気信号はそれから、光トランシーバー自身においておよび／あるいは接続された回路内でさらに処理される。

送信の駆動法においては、トランシーバーは電気入力信号を、光伝送路で伝送可能な光信号に変換する。そのために、光トランシーバーは、Ｅ／Ｏ変成器として作用する光学素子たとえばＶＣＳＥＬレーザーを備える。

光電子部品たとえばトランシーバーには、光学送信素子と光導体との間に、充分に効率的な光学的連結を備える必要性があり、しかも一方では特に、（送信時に）光信号を発生させるＥ／Ｏ変成器と光導体との間、たとえばグラスファイバの入力端面との間に、他方では、（受信時に）光導体の出力面から出てかつ電気信号を発生させる光学受信素子（Ｏ／Ｅ変成器）へ伝わる光信号の間にである。

たとえば特許文献１から、光ファイバプリズム１０を用い、以下を備える、すなわち少なくとも１つの光学素子２４と、基板２０の上にある少なくとも１つの導波体２２とを有する基板２０であって、さらに光ファイバプリズム１０が備わっている基板２０を備える、光学的連結構造体が知られている。光ファイバプリズム１０は、第１側面表面１２を通る光を受光し、受光した光を第３側面表面１６から反射させ、第３側面表面１６からの反射光を第２側面表面１４を通って伝送する。

その際図３に従えば、光ファイバプリズム１０は、第１側面表面１２が光学素子２４と隣り合って設けられているように設けられており、第２側面表面１４は、導波体２２と隣り合って存在する。その際光学素子２４は、たとえばＬＥＤのような光を放射する装置を備えていてよく、あるいはＶＣＳＥＬあるいはたとえばフォトダイオードのような受光装置を備えていてよい。代替的な構造は、特許文献１の図４に示されている。

その際指摘されるべきは、光ファイバプリズムは別個の構成部材であり、個別に作られなくてはならず、トランシーバーに取り付ける際には調整もされなくてはならないということである。

米国特許第６５６０３８５号明細書

本願発明の課題は特に、光電子部品であって、電気／光学送信機と光学／電気受信機のための、および特に光電子トランシーバーのための連結手段が、光学コンポーネントたとえば光学素子と光導体のための調整の手間が少なくなるように設けられている光電子部品を備えることである。

本発明に従えば、一体化された光導体配列（好適には光ファイバ配列）と、一体化された鏡構造あるいは一体化された鏡特性を備える光学的連結手段もしくは連結装置が意図される。

本発明に従えば、当該光学的連結手段は、光学的連結手段も機械的連結手段も備える。これらは、光電子半導体パッケージの形状で形成されていてよく、すなわち光電子部品ハウジング（半導体ハウジングもしくはハウジング部品）が備わり、当該ハウジングは、光ファイバ配列（物質的あるいは機械的光導体配列）の特徴を、光導体の入力端面へのほとんど垂直の光入射を保証する光偏向の特徴と組み合わせる。好適にはこれは、光偏向時にコリメーティングによって起こる。

本発明に従えば、そのような光学的連結装置を用い、かつＵＳＢ１．０、２．０．３．０のコネクタ技術で使用可能なほど小さく構成され得る光電子トランシーバーが意図される。

本発明に従えば、ファイバ配列および光偏向とコリメーティングの重大な機能は、光学的連結装置を形成する光電子部品もしくは光電子半導体ハウジングを成形することによって、たった１つの製造ステップで達成され、その際アクティブなさらなる配列ステップは必要ない。

本発明に従って、成形されたプラスチック体として形成されている光学的連結装置は、構成素子ハウジングの第１ハウジング部品を形成し、光学素子を担持する第２ハウジング部品もしくは素子担体とカプセルを成形する。本発明に従えば、好適にはプラスチック体は、光学素子を担持する素子担体上に直接成形される。

構成素子ハウジングもしくは光電子半導体ハウジング（半導体パッケージとも呼ばれる）において、光学素子はたとえばドライバ（光学送信機）のためのＶＣＳＥＬの形状で、および／あるいは光学素子は受信機（レシーバ）のためのフォトダイオードの形状で収納されている。すなわち、光電子半導体ハウジングが、光学送信機および／あるいは光学受信機と場合によってはさらなる電気回路を含んでいれば、当該光電子半導体ハウジングは、本発明に係るたとえば光電子部品しかも好適にはトランシーバーを形成する。

本発明に従えば、光学的連結装置を備える光電子部品ハウジングもしくは光電子半導体ハウジングは、光ファイバ（光導体）と光学素子（送信素子および／あるいは受信素子）との間の効率的な連結によって、好適には９０度の光偏向を有して達成され、かつ、連結装置が光ファイバ配列と光偏向および集束を備えることによって、しかも、光学的連結装置（連結手段）を形成する、成形された、透明度の高いプラスチック体を、アクティブな素子を担持する素子担体上に直接備えることあるいは成形することによって、達成される。プラスチック体は、光学的連結手段を形成する。好適には、いわゆる「オーバーモールド・パッケージング技術」が、製造に用いられる。

代替的に、たとえば、光硬化性プラスチックによるトランスファオーバーモールドのような別のプラスチック成形プロセスが用いられてもよい。

本発明に従えば、光電子ハウジング部品（半導体ハウジング）は、プラスチック材料もしくはオーバーモールド材料は透明度が高く、ハウジング部品の形成時に、第２ハウジング部品もしくは素子担体のさらなる材料と機械的接続するように形成される。第２ハウジング部品は、言及されたように、素子担体であってよく、光学素子と場合によっては別の部材あるいは電気回路を担持する。第２素子担体はたとえば、基板あるいはリードフレームあるいはセラミックスである。本発明に係る連結手段を備える半導体ハウジングもしくは光学素子ハウジングを用いる場合、たとえばコネクタに取り付ける場合には、これは耐久性がある。

本発明に従えば、ハウジング部品を形成するプラスチックもしくはオーバーモールド・プラスチック材料は、担体上に配置された光学素子と光導体の入力端面との間（と場合によってはその逆）で伝送されるべき光のための反射境界面好適には全反射境界面を形成する反射器もしくは反射鏡を形成する。好適には反射境界面を形成する反射鏡は、内部円錐形の全反射鏡である。

本発明に従えば、屈折率のより高いプラスチック材料から屈折率１の空気に移行する結果として、プラスチックは、取り巻いている空気との境界面に反射鏡を形成する。

しかも好適には、プラスチックによって特にオーバーモールド法によって成形された第１ハウジング部品は、その成形時に、素子担体と一緒に、光学素子を取り巻いているすなわちカプセルになっている光電子部品ハウジングを形成することが意図されており、光学的連結装置は、光学的連結手段と機械的連結手段として作用し、後者は好適には光導体の配列手段として備わっている。配列手段は好適には、ハウジング部品内のＶ字溝によって形成される。本発明の好ましい形態は、請求項からももたらされる。

本発明のさらなる利点と目的と詳細とは、図に基づく実施例の記述からもたらされる。図に示されるのは、以下である。

光導体へのおよび／あるいは光導体からの光のための光学素子および連結手段を中に備え、第１ハウジング部品と第２ハウジング部品とを備える光電子ハウジング（もしくは光電子半導体パッケージ）を有する、本発明に係る光電子部品の概略側面図である。 図１の光学素子のハウジングを形成する、２つに分解されて表わされたハウジング部品の概略図である。 図１と同様の概略図であって、ここで想定されるのは、本発明の構成としての電気光学的構成素子が光電子トランシーバーであり、当該光電子トランシーバーでは、光学受信機／光学送信機と光導体との間の光学接続のための、好適には透明度の高いプラスチックから形成されている内部円錐形の全反射鏡と、さらに光導体のための配列手段とが備わっている。 好ましい寸法を有する電気光学的変成器（送信機）の概略図であって、送信の駆動法においては、ＶＣＳＥＬから出た光線が光導体の入力端面に向かって、第１ハウジング部品によって形成された反射面によって反射され、コリメートされる。 光学素子特に図４の光学送信機の、しかも図４の右から図６の線Ａ−Ａにほぼ沿って見た概略的横断面図であって、光導体のための配列溝の形状をした第１ハウジング部品によって形成された、図４で示唆されているだけの配列手段が、よく分かる。 接続板上の、図５に記載の構成素子の、図１１と似た概略的上面図である。 光電子送信機あるいは受信機あるいはトランシーバーを製造するための本発明に係る方法のフローチャートである。 概略的に示された光伝送路を有するトランシーバーの、図３に類似の概略図である。 図８に似ているが、電気光学的送信機である。 図８に似ているが、電気光学的受信機である。 本発明に従って形成された光電子部品、たとえば図３から図１０に記載の送信機、受信機あるいはトランシーバーの斜視上面図である。 別の視点からの、図１１の構成素子である。 光電子部品もしくはその連結手段によって形成された２つの反射面を有する本発明の概略図である。 光電子部品もしくはその連結手段によって形成された２つの反射面を有する本発明の概略図である。 図１３と図１４に類似した、受信光と送信光のための光の経路の概略的な図である。 図１１と図１２に類似した概略的な図であるが、ここでは、構成素子ハウジングによって形成されたそれぞれ２つの反射面が備わっている。 図１１と図１２に類似した概略的な図であるが、ここでは、構成素子ハウジングによって形成されたそれぞれ２つの反射面が備わっている。

図１は一般的に、カプセルとも呼ばれ得る光電子ハウジングを有する、本発明に係る光電子部品（短く：構成素子）１０を示しており、ハウジングもしくはカプセル９は、少なくとも１つの光学素子１７と場合によっては別のものをカプセルに入れている。連結手段３００は、光学素子１７と、それと協働する光導体（たとえばグラスファイバ）１２との間で効率的な接続あるいは連結を行う。本発明に従えば、光学素子１７と光導体１２との間での、光学的連結手段３０１による光学的連結と、機械的連結手段／配列手段３０２による機械的連結と配列とが同時に達成されるように、連結手段３００は、連結構造によって特にハウジング９の形状あるいは形成によって意図される。連結手段３００は、光学路を９０度変更させ、すべての素子特に構成素子１０の光学素子１７と光導体１２をパッシブ配列させる。

ハウジング９は本質的に、２つのハウジング部品、すなわち第１ハウジング部品１１と、光学素子１７を担持する第２ハウジング部品１４とから成る。第１ハウジング部品１１は本質的に、連結手段３００を形成し、当該連結手段３００は、一方では、（光学的連結手段３０１によって）光導体１２と光学素子１７との間の光学的接続（光伝送路）と、（機械的連結手段／配列手段３０２によって）光導体１２特にその入力表面／出力表面２４、２５のための配列を構築する。

第２ハウジング部品１４は、担体しかも好適には、示されたように、リードフレーム（基板）１４の形状であってよい。光学素子１７は、図３から図６で示されているように、たとえば、同様に第２ハウジング部品１４に設けられたＡＳＩＣ１３との電気的接続を構築するために、ワイヤジャンパ（ワイヤボンディング）２１によって、第２ハウジング部品１４の導体と接続されている。ＡＳＩＣ場合によっては光学素子１７を、フリップチップ法によって取り付けてもよいであろう。

本発明に従えば、カプセル化法特にオーバーモールド法（あるいは別の方法）によって、透明度の高いプラスチック材料３０から成る第１ハウジング部品１１が形成され、オーバーモールド噴射法によって、別の材料すなわち第２ハウジング部品１４の材料と接続される。第１ハウジング部品１１は、光学素子１７を担持する第２ハウジング部品１４とともに、光電子部品１０を形成する。

第１の特にオーバーモールドのハウジング部品１１と、第２ハウジング部品１４、すなわちハウジングは、それらが光学素子１７を備える場合には、カプセルすなわち光電子半導体ハウジングもしくは光電子半導体パッケージを形成する。

連結手段３００もしくは機械的連結手段／配列手段３０２はさらに、図５で明確に分かるように、光導体１２を受容するための光導体溝もしくはファイバ配列溝２０を形成する。溝は、示された実施例においては、傾斜して延在する２つの側壁２１０、２２０と下部壁面２３０とによって形成される。ファイバ配列溝２０は、さらに背壁２４０を備える。

図１は一般的に光学素子１０を示しており、当該光学素子１０は、光学素子１７がどのように形成されているかによって、図８で具体的に示されているようにトランシーバー１１０として、あるいは図９で具体的に示されているように送信機１２０として、あるいは図１０で具体的に示されているように受信機１３０として作用することができ、光学素子１７０、１７１、１７２と協働する電気回路たとえばＡＳＩＣ１３が備わっていてよい。ＡＳＩＣ１３は、ワイヤジャンパもしくは接続２２、２３によって、第２ハウジング部品１４内の導体と接続されている。光学素子１７も、第２ハウジング部品１４の導体と接続されている。

トランシーバー１１０の場合には（図３と図８参照）、光学素子１７０は、送信機も受信機も備えており、送信伝送路もしくは送信光線１と受信伝送路もしくは受信光線２を介して、光ファイバ１２と接続されている。図９の場合には、光学素子はトランスミッターあるいは送信機１２０であり、光学素子として、送信光線１を介して光導体１２と接続されている光学送信素子１７１（たとえばＶＣＳＥＬ）を備える。図１０の光学素子１３０は、レシーバーあるいは受信機１３０であり、光学素子はたとえば、光導体１２から来る受信光線２を受信するフォトダイオード１７２である。

図２についてさらに述べられるべきは、ここでは、２つのハウジング部品すなわち第１ハウジング部品１１と第２ハウジング部品１４とが明確に表わされているということである。

以下において、本発明は特に図３から図７と図１１と図１２とに関連して記述され、しかも特に、光学素子はトランシーバー１１０であり、当該トランシーバーは、有利には本発明に係るＵＳＢ３ｘコネクタでしかも特に送信機器／受信機器のソケットで使用され得、かつ当該トランシーバーは、光導体も備える対応するケーブルを介して、同様に対応するソケットを備えるさらなる機器と接続されていることに鑑みて記述される。

図３で分かるのは、本発明に係るトランシーバー１１０が原則的に、図１に記載の光学素子１０がここでは、送信装置と受信装置とを備えているがそれは図３には詳細に表わされていない光学素子１７０に交換されているように、構成されていることである。

さらに、図１の一般的な場合においてのように、プラスチック材料特にオーバーモールド材料３０は、光学素子１７０と光導体１２との間の連結手段３００を形成する。連結手段３００は、言及されたように、光学的連結手段３０１と機械的連結手段３０２とを備える。光学的連結手段３０１は、材料３０によって、空気との境界面に、反射面３２１を有する反射器を、好適には内部全反射を有する円錐形の鏡の形状で形成する。反射面３２１は、光学送信光線も光学受信光線も、反射面３２１によって効率的に方向転換されるように、形成されている。

図４と図５に挙げられているように、第１ハウジング部品１１と第２ハウジング部品１４とはそれぞれ、２．５ｍｍの大きさの長手方向延伸部を有し、幅はおよそ２．１ｍｍである。寸法がこのようにわずかであることによって、特にＵＳＢ３ｘ接続のためのソケットを形成する際に、光電子トランシーバー１１０として形成された本発明に係る構成素子１０を使用することに利点がある。なぜならば、電気光学的トランシーバーは、現行のＵＳＢ３．０ソケットとも、光伝送を意図しないＵＳＢ２．０ソケットとも一緒に使用され得るからである（下位互換性）。

図４で示されているように、光学送信素子／受信素子１７０から、たとえば送信の駆動法においてＶＣＳＥＬ１７０ａから発信された光線１は、ハウジング部品１１によって形成された反射器の、第１ハウジング部品３０によって形成された反射面３２１から反射され、その際コリメートされて、それから、光ファイバ１２の入力端面２４にほぼ垂直に入り、そこから転送される。光ファイバもしくは光導体１２は、シングルモード光導体あるいはマルチモード光導体であってよい。

それゆえ本発明に従えば、光学素子と回路とを担持する第２ハウジング部品と一緒になった第１ハウジング部品によって、光学素子１０と、図３から図８と図１１と図１２との場合には光電子トランシーバー１１０全体が形成される。その際光ファイバ配列と、好適には９０度の光偏向とコリメーティングとが、統合されたやり方で、トランシーバー１１０の第１ハウジング部品１１好適にはオーバーモールドハウジング部品と第２ハウジング部品１４とによって、達成される。

光電子半導体パッケージはそれゆえ、第１ハウジング部品１１と、第２ハウジング部品たとえばリードフレーム１４とを備え、ドライバおよび／あるいは受信機およびＡＳＩＣと一緒に、光学素子１０、図３の場合には光トランシーバー１１０が形成される。

リードフレーム１４は、典型的には金属製の型抜き部品であって、その上に、たとえば光学素子１７０、１７０ａとＡＳＩＣ１３のようなチップが、ダイボンド１２４によって固定されており、ワイヤボンド２１−２３によって接触させられる。ボンド工程の後、リードフレーム１４は、典型的にはなお熱硬化性材料でインサート成形され、接続ピンがフリー型抜きされ、場合によっては曲げられる。熱硬化性材料での個別のインサート成形は、本発明に従えば、なくなってもよい。

図６は、図４に記載の構造体の概略的上面図を示している。本発明に従えば、リードフレーム１４の最初の型抜き時に、２つあるいはそれ以上の配列開口部あるいは穴５０、５１、５２が、光学素子１７０の固定領域近くに打ち抜かれる。ダイボンダを用いて、光学素子１７０は、高い精度で配列開口部５０−５２に対して予め決められた位置に設けられる。それで、リードフレーム１４として形成された素子担体は特に「オーバーモールドされ」、すなわちハウジング部品１１のオーバーモールド材料３０でインサート成形され、それによって、好適にはリードフレーム１４の形状の素子担体１４を有するオーバーモールド材料３０もしくはオーバーモールドハウジング部品１１は、配列開口部５０−５２を用いて配列される。可能な代替的「オーバーモールド」技術、たとえばスタンピング／エンボッシング、ＵＶ法（たとえばシン・フュージョンのようなもの）があるが、重点は「トランスファオーバーモールディング」である。

光学素子１７０と光導体もしくは光ファイバ１２との間の光線の経路のための公差の連鎖はそれゆえ、以下のようになる。配置精度（光学素子１７もしくは１７０もしくは１７１もしくは１７２を形成するチップを配置する精度）とオーバーモールドハウジング部品１１の配列精度＋モールド材料品質が考慮されるべきである。

ファイバ配列の特徴は、オーバーモールドハウジング部品（もしくはモールド材料）自身にあるので、オーバーモールドの繰り返し性と、反射面３２もしくはトランシーバー１１０の場合には３２１との配列精度とは、成形工具（モールドツール）のみに影響を及ぼす。

本発明に係る電気光学的トランシーバー１１０もしくはその連結手段を製造するための本発明に係るステップは、図７において表わされている。

ステップ７０においてリードフレーム１４が準備され、ステップ７１において対応する導電軌道が型抜きされ、リードフレーム１４は場合によっては曲げプロセスにかけられる。ステップ７２においてリードフレーム１４はたとえば金メッキされ、それからステップ７３においてＡＳＩＣ７５が、導電性のあるエポキシ樹脂によってダイボンディング１２４でリードフレーム１４に固定される。ステップ７６において同様に、導電性のあるエポキシ樹脂を用いて、光学素子１７０たとえば図４に示されているようなＶＣＳＥＬあるいは示されていないフォトダイオードの正確な固定が行われる。

正確な配列のステップ７６の後に、ステップ７７においてワイヤジャンパ（ワイヤボンド）たとえば２１、２２、２３が取り付けられる。

ステップ８１は、オーバーモールド方法のステップである。このステップ８１において、ステップ７８において利用可能に保持されたオーバーモールド材料が、光学素子１７もしくは１７０とＡＳＩＣ１３とが上に取り付けられたリードフレーム１４に噴射され、しかも反射面３２１を有する内部反射鏡好適には反射面３２を有する内部円錐形の全反射鏡が形成される。

ステップ８４において、型抜き／曲げ分離が、トランシーバー１１０の製造時に輸送ベルトで行われる。

ステップ８５において、光トランシーバー１１０の機能がテストされる。ステップ８６において、ステップ７９で準備された光導体１２の最終実装が行われ、ステップ８０とステップ８３とにおいて利用可能に作られた付加的な金属ハウジングが、同様に準備された金属がステップ８２とステップ８３との後の最終実装時に取り付けられるように、ステップ８６において任意に取り付けられる。

図１１と図１２とは、図３から図７に示されて記述されたトランシーバー１１０の外観を示している。

述べられるべきは、別のモールディング法も用いられ得ることを表現するために、「オーバーモールディング」の代わりに「カプセル化」という言葉を使ってもよいであろうということである。双方向のヴァージョンも可能である。

上の実施形態に基づいて、本発明は、反射器Ｄに加えて、同様に光学的連結手段３０によって形成されたさらなる円錐形の反射器Ｂを備える光電子部品１００を意図している。図１３から図１７に体現されている左の反射器Ａは、この発明の付加的な特徴である。付加的な反射器Ａは、図１３から図１７に示されているように、反射器Ｃに後置されている。両反射器を組み合わせることによって、以下に説明されるような作用がある。

両反射器Ａ、Ｃは、上述の第１ハウジング部品１１によって形成され、当該第１ハウジング部品１１は、それぞれの反射面ｘ、ｙを形成するように成形されている。

受信機１７２は、光ファイバ（光ファイバコア）を通って入った光を、表面Ｄを介して受光することが分かる。内部全反射の結果、光は円錐形の表面Ｃで反射して離れ、それによって９０度方向転換され、ほぼコリメートされる。それから光は、反射器Ｃの下で、しかも第１ハウジング部品１１特にオーバーモールド接続あるいはオーバーモールド・プラスチックの内部で、フォトダイオードもしくはフォト検出器６７２に差し込む。他方でエミッタ１７１（ＶＣＳＥＬ）は、円錐形の反射器表面Ａに当たる光を放射する。光線は方向転換され（９０度以下で）、部分的に、内部全反射の結果コリメートされる。光線は第１ハウジング部品１１特にオーバーモールド・プラスチックから表面Ｂを通って出て、円錐形の表面Ｃを通って再びハウジング部品１１に入る。ＣとＤとは効果的に、球面で平坦な凸レンズを形成する。

本発明の注目すべき特質は、ＶＣＳＥＬフォトダイオードクロストークがほぼゼロであり、表面のざらつきの結果、散乱によってのみ潜在的寄与が生じ得るであろうということにある。

以下の重要な点が指摘されるべきである。

従来技術においては、「透明なトランスファオーバーモールディング」は、たとえばＬＥＤパッケージの分野で知られている。

本発明で有利なのは、オーバーモールドは、ハウジングの主旨における保護機能、しかも機械的な力およびたとえば水のような周囲の影響に対する保護機能を提供することである。

製造方法に関しては、述べられるべきは、「ダイボンド」と引き続く「ワイヤボンド」との代わりに、ＡＳＩＣと場合によってはＯＥ部材もフリップチップ法で実装されてよいであろうということである。さらに、それゆえ「リードフレーム」の代わりに、たとえばＦＲ−４あるいはセラミックスのような別の基板材料も用いられてよいであろう。

強調されるべきは、本発明は、１つの伝送方向にのみ関するのではなく、説明されたように、２つの光電子部材および１つあるいは２つのＡＳＩＣさらに２つの鏡と２つのファイバ溝も用いられ得る。

重点は「トランスファオーバーモールディング」にあるが、可能な代替的「オーバーモールディング」技術たとえばスタンピング／エンボッシングおよびＵＶ法がある。

特に図１３から図１７に記載の発明についてさらに述べられるべきは、本発明によって光電子トランシーバーの微細化が達成され、光電子トランシーバー内の構成素子の数と大きさも削減されることである。本質的に、光トランシーバーは、光学送信機１７１と、光学受信機１７２と、一方で光学送信機１７１の光学出力信号の光学路を接続可能な光学光導体１２に、他方でその光導体１２の入力信号の光学路を受信機１７２に変更／転向させるための、第１光学レンズと第２光学レンズとから成る連結手段３００とを備え（図１５参照）、特に本発明に従えば、第１レンズは、連結手段３００内に内在する、光学送信機の信号のための凹形の反射面を備え、第２レンズは、光学送信機の出力信号のための、外部にある凸形の透過面を介して、入力信号のための内在する凹形の反射面を形成する。そのように形成されたレンズの互いの配置は、送信信号も受信信号も効率的に伝送するように意図されている。連結手段を形成する材料は、好適には＞１．３の屈折率を有する。さらに曲率半径を有する第２レンズの内面は、全反射の条件が満たされるように、しかも光導体１２から出て境界面に当たる光信号の光学路に対して満たされるように、形成されている。さらに、＞１．３の屈折率を有する材料が用いられてよく、曲率半径を有する第１レンズの内面は、全反射の条件が、送信機１７１から出て境界面に当たる光信号の光学路に対して満たされるように、形成されている。

本発明に係る製造法では、フォト素子の配列が、すでに製造プロセスにおいて保証され、光の偏向が、インサート成形すなわちオーバーモールド材料によって達成される。このやり方で、光の反射角が、導体プレートの姿勢や配置に関係なく、常に垂直にもしくは光軸の方向に行われる、既製の内蔵ユニットが生産される。さらにまた、「円錐ミラー」とも呼ばれる鏡カーブが、点状の光線ではなくむしろ１つのスポットすなわち光斑を達成しひいてはより確実に光ファイバに差し込ませるよう形成されていることによって、ミラー効果が強化もしくは改善される。

特に図１３から図１７までに示された発明についてさらに述べられるべきは、２つの反射器が以下のように作用するということである。すなわち、光ファイバからオーバーモールド材料に入る光は、表面Ｄを通って受信機に至る。内部全反射の結果、光は円錐形の表面Ｃから反射され、それによって９０度偏向されて、ほぼコリメートされる。それから光は、オーバーモールド材料３０内部の反射器の下部に設けられたフォトダイオードに差し込む。エミッタに関しては、ＶＣＳＬから放射される光が、円錐形の反射器表面Ａに当たる。その際光線は、（９０度以下で）方向転換され、部分的に、内部全反射の結果コリメートされる。それから光線は、オーバーモールド材料から表面Ｂを通って出て、円錐形の表面Ｃを通って再び入り、最後に表面Ｄを通って出る。すでに言及されたように、ＣとＤとは効果的なやり方で、偏心的で非球面で平坦な凸レンズを形成する。

述べられるべきは、別のモールディング法も用いられ得ることを表現するために、「オーバーモールディング」の代わりに「カプセル化」という言葉を使ってもよいであろうということである。双方向のヴァージョンも可能である。

上の実施例に基づいて、本願発明は、前述の実施例で記述されたような反射器の隣りに、付加的にさらなる円錐形の反射器を意図している。図１３から図１７において、左の反射器Ａは、この発明の付加的な特徴を体現する。付加的な反射器Ａは、図１５において示されているように、反射器Ｃに後置されている。両反射器を組み合わせることによって、以下に説明されるような作用がある。

両反射器は、上述の第１ハウジング部品によって形成され、当該第１ハウジング部品は、それぞれの反射面ＸとＹを形成するように成形されている。

受信機は、光ファイバ（光ファイバコア）を通って入った光を、表面Ｄを介して受光することが分かる。内部全反射の結果、光は円錐形の表面Ｃで反射して離れ、それによって９０度方向転換され、ほぼコリメートされる。それから光は、反射器の下で、しかも第１ハウジング部品特にオーバーモールド接続あるいはオーバーモールド・プラスチックの内部で、フォトダイオードもしくはフォト検出器に差し込む。他方でエミッタ（ＶＣＳＥＬ）は、円錐形の反射器表面Ａに当たる光を放射する。光線は方向転換され（９０度以下で）、部分的に、内部全反射の結果コリメートされる。光線は第１ハウジング部品特にオーバーモールド・プラスチックから表面Ｂを通って出て、円錐形の表面Ｃを通って再び入り、最後に表面Ｄを通って出る。その際ＣとＤとは効果的に、球面で平坦な凸レンズを形成する。

本発明の注目すべき特質は、ＶＣＳＥＬフォトダイオードクロストークがほぼゼロであり、表面のざらつきの結果、散乱によってのみ潜在的寄与が生じ得るであろうということにある。これは、クロストークを回避するために、たとえば温度の安定が必要となりかねないような別の実装時には、必ずしも当てはまらない。

述べられるべきは、図１５で示された幾何学形状は、単なる考えられ得る一実装であるということである。たとえば表面Ａは、いくつかの場合には、平らな傾いた表面として形成されていてよいであろう。表面ＢとＤは、成形された第１ハウジング部品の開放を容易にするかあるいは光学プリズムとして作用させるために、外に向かって配向して備わっていてよいであろう。

幾何学形状の厳密な選択は、コアの直径と光ファイバの開口数に依存する。より正確に言うと、開口数は、ファイバでの光線の最大入射角を決定する。それゆえ次のことが当てはまる。すなわち、開口数が小さくなればなるほど、組立て時の反射器幾何学形状の制御とコントロールは正確になる。

１ 送信光線／送信伝送路
２ 受信光線／受信伝送路
９ ハウジング／カプセル
１０ 光電子部品
１１ 第１ハウジング部品
１２ 光導体
１３ ＡＳＩＣ
１４ 第２ハウジング部品／素子担体／リードフレーム
１７ 光学素子
２０ 光導体溝／ファイバ配列溝
２１ ワイヤジャンパ
２２ ワイヤジャンパ／接続ワイヤ
２３ ワイヤジャンパ／接続ワイヤ
２４ 入力端面
２５ 出力端面
３０ プラスチック材料
３２ 反射面
５０ 配列開口部
５１ 配列開口部
５２ 配列開口部
７０ ステップ
７１ ステップ
７２ ステップ
７３ ステップ
７６ ステップ
７７ ステップ
７８ ステップ
７９ ステップ
８０ ステップ
８１ ステップ
８２ ステップ
８３ ステップ
８４ ステップ
８５ ステップ
８６ ステップ
１００ 光電子部品
１１０ トランシーバー
１２０ 送信機
１２４ ダイボンド
１３０ 受信機
１７０ 光学素子
１７０ａ ＶＣＳＥＬ
１７１ 光学素子
１７２ 光学素子
２１０ 側壁
２２０ 側壁
２３０ 下部壁面
２４０ 背壁
３００ 連結手段
３０１ 光学的連結手段
３０２ 機械的連結手段／配列手段
３２１ 反射面
４００ 光学レンズ
４０１ 光学レンズ
４１０ 反射境界面
４１１ 透過面
４１２ 反射境界面
４１５ 透過面
６７２ フォト検出器
Ａ 反射器／表面
Ｂ 反射器／表面
Ｃ 反射器／表面
Ｄ 反射器／表面
ｘ 反射面
ｙ 反射面

Claims (31)

1. 光信号を光導体（１２）の入力／出力端面（２４、２５）に送信する、および／あるいは光信号を受信して電気信号に変換する光学素子（１７）と、
   上に前記光学素子（１７）が設けられている素子担体（１４）と、
   前記光学素子（１７）を取り囲み、光学的連結手段（３０１）と機械的連結手段（配列手段）（３０２）とを形成する連結手段（３００）を備えるハウジング部品（１１）と、
   を備える光電子部品（１０）であって、
   前記光学的連結手段（３０１）は、前記光学素子（１７）から来る光信号を前記光導体（１２）の前記入力端面（２４）に誘導し、および／あるいは前記光導体（１２）の前記入力／出力端面（２５）から出る光線を前記光学素子（１７）に誘導し、前記機械的配列手段（３０２）は、効率的に信号を伝送するために、前記光学素子（１７）に対して前記光導体（１２）を配列する、光電子部品（１０）。
2. ａ）光信号を光導体（１２）の入力／出力端面（２４、２５）に送信する電気的光学的送信機（１７１）、および／あるいは
   ｂ）光信号を受信して電気信号に変換する光学的電気的受信機（１７２）と、
   ｃ）上に前記送信機および／あるいは前記受信機が設けられている素子担体（１４）と、
   を備える光電子部品（１０）であって
   光学的連結手段（３０１）と機械的連結手段（３０２）とを形成する連結手段（３００）を備えるハウジング部品（１１）は、前記送信機および／あるいは前記受信機を取り囲み、前記光学的連結手段（３０１）は、前記電気的光学的送信機（１７１）から来る光信号を、前記光導体（１２）の前記入力端面（２４）に誘導もしくは連結し、および／あるいは前記光導体（１２）の前記入力／出力端面（２５）から出る光線を前記光学的電気的受信機（１７２）に誘導もしくは連結し、前記機械的配列手段（３０２）は、効率的に信号を伝送するために、前記電気的光学的送信機（１７１）および／あるいは前記光学的電気的受信機（１７２）に対して前記光導体（１２）を配列する、特に請求項１に記載の光電子部品（１０）。
3. 前記ハウジング部品（１１）が、好適にはオーバーモールド噴射法によって形成されており、前記素子担体（１４）もしくはその材料と噴射法によって接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光電子部品（１０）。
4. 前記光学的連結手段（３０１）は、光信号のための反射表面（３２１）を形成する、請求項１あるいは２に記載の光電子部品（１０）。
5. 前記第１ハウジング部品（１１）はさらに、前記反射面（３２１）から反射する光信号もしくは反射面に向けられる光信号によって前記光導体の前記入力／出力面（２４）を配列する前記機械的配列手段（３０２）を形成する、請求項１あるいは２に記載の光電子部品（１０）。
6. プラスチック材料特にオーバーモールド材料が透明であり、屈折率ｎ＝１．５である、請求項１あるいは２に記載の光電子部品（１０）。
7. 前記機械的連結手段（３０２）が、配列手段の形状で前記第１ハウジング部品（１１）内に形成されており、好適には前記配列手段は、好適には互いに対して傾斜して延在する側壁（２１０、２２０）を備えるＶ字溝の形状で形成されている、請求項１あるいは２に記載の光電子部品（１０）。
8. 電気的光学的送信装置（１７１）と、
   上に該電気的光学的送信装置（１７１）が設けられている担体（１４）と、
   好適にはオーバーモールド噴射法によって、前記第２ハウジング部品（１４）の材料と接続されている第１ハウジング部品によって形成された連結手段（３００）と、
   を備える光電子部品（１０）であって、
   プラスチック材料は、前記光学送信機（１７１）の上部のプラスチック材料と空気との間の移行部に反射面を形成し、前記光学送信機（１７１）から出る光が、約９０度曲折されて前記光学導体（１２）の前記入力端面へ反射されしかも好適にはコリメートされるようになる光電子部品（１０）。
9. 構成素子ハウジングの形状で光学的連結手段も機械的連結手段も有する光学的連結装置であって、前記構成素子ハウジングは、光ファイバ配列（物質的あるいは機械的光導体配列）と、前記光導体の前記入力端面へのほとんど垂直な光線入射を保証する光偏向とを組み合わせ、これは好適には光偏向時にコリメーティングによって起こる、光学的連結装置。
10. ＵＳＢ１．０、２．０、３．０のコネクタ技術で使用可能で、しかも光学接続手段によってこれを拡張する光学的連結装置であって、ファイバ配列および光偏向とコリメーティングの重大な機能は、前記光学的連結装置を形成する前記光電子ハウジングを成形することによって、たった１つの製造ステップで達成され、その際アクティブなさらなる配列ステップは必要ない、請求項９に記載の光学的連結装置。
11. 成形されたプラスチック体として形成されている光学的連結装置であって、第１ハウジング部品とともに、光学素子を担持する第２ハウジング部品とカプセルを形成し、好適にはプラスチック体が、前記光学素子を担持する前記第２ハウジング部品（担体）上に直接成形されている、請求項９あるいは１０に記載の光学的連結装置。
12. 好適には９０度の光偏向で、光ファイバと光学素子（送信素子および／あるいは受信素子）との間を効率的に連結するためのハウジングを有する光学的連結装置であって、連結は光ファイバ配列と光偏向および集束を備え、しかも前記光学的連結装置を形成する、成形された、透明度の高いプラスチック体を、アクティブな素子を担持する担体上に直接備えることあるいは成形することによってであり、プラスチック体は前記光学的連結装置を、すなわちその第２ハウジング部品がたとえば前記担体によって形成される前記ハウジングの前記第１ハウジング部品を形成する、光学的連結装置。
13. 前記ハウジングは、透明度が高いプラスチック材料もしくはオーバーモールド材料は透明度が高く、前記第１ハウジング部品の形成時に、第２ハウジング部品のさらなる材料と（機械的）接続するように形成されており、前記第２ハウジング部品は、光学素子と場合によっては別の部材あるいは電気回路のための担体である、請求項１２に記載の光学的連結装置。
14. 前記第１ハウジング部品を形成するプラスチックもしくはオーバーモールド・プラスチック材料は、前記担体上に配置された前記光学素子と前記光導体の前記入力端面との間（と場合によってはその逆）で伝送されるべき光のための反射面を形成する反射器もしくは反射鏡を形成し、好適には前記反射面を形成する前記反射鏡は、内部円錐形の全反射鏡であり、屈折率のより高いプラスチック材料から屈折率１の空気に移行する結果として、プラスチックは、取り巻いている空気との境界面に前記反射鏡を形成する、請求項１３に記載の光学的連結装置。
15. さらなる円錐形の反射器（Ａ）が、前記反射器（３２）と並んで備わっている、特に請求項９に記載の光学的連結装置。
16. 両前記反射器は、前記第１ハウジング部品（１１）によって形成され、該第１ハウジング部品（１１）は、それぞれの反射面を形成するように成形されている、請求項１５に記載の光学的連結装置。
17. 前記受信機は、光ファイバ（光ファイバコア）を通って入った光を、表面を介して受光し、内部全反射の結果、光は円錐形の表面で反射して離れ、それによって９０度方向転換され、ほぼコリメートされ、それから光は、前記反射器の下で、しかも前記第１ハウジング部品（１１）特にオーバーモールド接続あるいはオーバーモールド・プラスチックの内部で、フォトダイオードもしくはフォト検出器に差し込み、他方でエミッタ（ＶＣＳＥＬ）は、円錐形の前記反射器表面に当たる光を放射し、光線は方向転換され（９０度以下で）、部分的に、内部全反射の結果コリメートされ、その結果光線は前記第１ハウジング部品特にオーバーモールド・プラスチックから表面Ｂを通って出て、円錐形の表面Ｃを通って再び入り、最後に表面Ｄを通って出る、請求項１５あるいは１６に記載の光学的連結装置。
18. 前記表面は、効果的に、球面で平坦な凸レンズを形成する、請求項１７に記載の光学的連結装置。
19. ａ）光学送信機（１７１）と、
    ｂ）光学受信機（１７２）と、
    ｃ）一方で前記光学送信機（１７１）の光学出力信号Ａの光学路を接続可能な光学光導体（１２）に、他方でその光導体（１２）の入力信号Ｅの光学路を前記受信機（１７２）に変更／転向させるための、光学的にアクティブな境界面（４１０、４１１）を有して形成された第１光学レンズ（４００）と第２光学レンズ（４０１）とから成る連結手段（３００）と、
    を備える光電子トランシーバー（１０）において、
    前記第１レンズ（４００）は、前記連結手段（３００）内に内在する、前記光学送信機の信号のための凹形の反射面（４１０）を備え、前記第２レンズは、前記光学送信機の出力信号のための、外部にある凸形の透過面（４１１）と、入力信号のための内在する凹形の反射面（４１２）とを有することを特徴とする光電子トランシーバー。
20. 前記連結手段（３００）を形成する材料が、レンズの互いの配置を定義するあるいは確定する、請求項１９に記載のトランシーバー。
21. 前記材料の屈折率は、１．３よりも大きく、曲率半径を有する前記第２レンズの内面は、全反射の条件が、前記光導体（１２）から出て境界面に当たる光信号の光学路に対して満たされるように形成されている、請求項１９あるいは２０に記載のトランシーバー。
22. 前記材料の屈折率は、１．３よりも大きく、曲率半径を有する前記第１レンズの内面は、全反射の条件が、前記送信機から出て境界面に当たる光信号の光学路に対して満たされるように形成されている、請求項１から２１のいずれか一項に記載のトランシーバー。
23. ａ）光信号を光導体（１２）の入力／出力端面（２４、２５）に送信する電気的光学的送信機（１７１）、および／あるいは
    ｂ）光信号を受信して電気信号に変換する光学的電気的受信機（１７２）と、
    ｃ）上に前記送信機および／あるいは前記受信機が設けられている素子担体（１４）と、
    を備える光電子トランシーバー（１０）であって、
    前記送信機および／あるいは前記受信機を取り囲み、光学的連結手段（３０３）と機械的連結手段（３０２）とを形成する連結手段（３００）を備えるハウジング部品（１１）とを備え、前記光学的連結手段（３０１）は、前記電気的光学的送信機（１７１）から来る光信号を、前記光導体（１２）の前記入力端面（２４）に誘導もしくは連結し、および／あるいは前記光導体（１２）の前記入力／出力端面（２５）から出る光線を前記光学的電気的受信機（１７２）に誘導もしくは連結し、前記機械的配列手段（３０２）は、効率的に信号を伝送するために、前記電気的光学的送信機（１７１）および／あるいは前記光学的電気的受信機（１７２）に対して前記光導体（１２）を配列し、前記光学的連結手段（３０３）は、前記送信機から来る光信号のための第１反射境界面（４１２）を形成し、前記光導体から出る光信号のための第２反射境界面（４１０）と、さらに、前記送信機から来る光信号のための第１透過面と第２透過面（４１５、４１１）とを形成する、光電子トランシーバー（１０）。
24. 前記ハウジング部品（１１）が、好適にはオーバーモールド噴射法によって形成されており、前記素子担体（１４）もしくはその材料と噴射法によって接続されていることを特徴とする請求項２３に記載の光電子トランシーバー（１０）。
25. 前記ハウジング部品（１１）は、前記反射境界面（４１０、４１２）から反射する光信号によって前記光導体（１２）ひいては該光導体（１２）の前記入力／出力面（２４）を配列する機械的配列手段（３０２）を形成する、請求項１から２４のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー（１０）。
26. プラスチック材料特にオーバーモールド材料が透明であり、屈折率ｎ≧１．３、好適にはｎ＝１．５である、請求項１から２５のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー（１０）。
27. 前記機械的連結手段（３０２）が、前記光導体（１２）のための配列手段の形状で前記第１ハウジング部品（１１）内に形成されており、好適には前記配列手段は、好適には互いに対して傾斜して延在する側壁（２１０、２２０）を備えるＶ字溝（２０）の形状で形成されている、請求項１から２６のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー（１０）。
28. プラスチック材料は、前記光学送信機（１７１）の上部のプラスチック材料と空気との間の移行部に反射境界面（３２１）を形成し、前記光学送信機（１７１）から出る光が、前記第１透過面と前記第２透過面（４１１、４１５）を通って前記光導体（１２）の前記入力端面へ反射され、しかも好適にはコリメートされるようになる請求項２４から２８のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー（１０）。
29. 前記ハウジング部品は、透明度が高いプラスチックから成り、前記第１ハウジング部品の形成時に、第２ハウジング部品の材料と機械的接続するように形成されており、前記第２ハウジング部品は、光学素子と場合によっては別の部材あるいは電気回路のための担体である、請求項１から２８のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー。
30. 前記素子担体（１４）は、型抜きされた素子担体、好適にはリードフレームである、請求項２３から２９のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー。
31. 前記ハウジング部品（１１）を形成するオーバーモールド・プラスチック材料は、前記素子担体（１４）上に配置された前記光学素子と前記光導体の前記入力端面との間（と場合によってはその逆）でそれぞれ伝送されるべき光のための反射面をそれぞれ形成する２つの反射器もしくは反射鏡を形成し、好適には前記反射面を形成する前記反射鏡はそれぞれ、内部円錐形の全反射鏡であり、屈折率のより高いプラスチック材料から屈折率１の空気に移行する結果として、プラスチックは、取り巻いている空気との境界面に前記反射鏡を形成する、請求項１から３０のいずれか一項に記載の光電子トランシーバー。