JP3877983B2 - 表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールおよび該オプトエレクトロニクスモジュールを有するオプトエレクトロニクス結合ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオプトエレクトロニクスモジュールに関し、ここではオプトエレクトロニクス素子は、基板に固定されかつモジュールの内部電気端子に接続されている。この内部電気端子は電気線路によって外部電気端子に接続されており、ここでこの外部電気端子は、共通の取り付け面に配置されており、かつこの外部電気端子によってオプトエレクトロニクスモジュールをプリント回路基板ボードに表面実装できるように構成されている。したがって本発明は一般的にＳＭＴ（Surface Mounting Technology）が可能な電子およびオプトエレクトロニクス素子の領域に関する。本発明は殊にＳＭＴが可能なオプトエレクトロニクスモジュールに関しており、ここでは外部電気端子がボールグリッドアレイ（Ball Grid Array）によって、すなわちそれ自体従来技術で公知の通常の、溶融性またはリフロー性の突起部を配置することによって形成される。本発明は、情報およびデータ信号を伝送する光ファイバに同時に結合することのできるオプトエレクトロニクスモジュールに関する。また本発明は、上記のようなオプトエレクトロニクスモジュールを有するオプトエレクトロニクス結合ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなオプトエレクトロニクスモジュールはそれ自体従来技術において公知である。ＤＥ１９６４３０７２Ａ１には光学的にも電気的にも結合可能なオプトエレクトロニクスモジュールが記載されており、ここでは電気端子はＳＭＤケーシングにある外部コンタクトからなり、また光端子はＭＴプラグと互換性のあるコネクタジャックからなる。ここでは外部端子をＢＧＡ技術（ＢＧＡ＝Ball Grid Array）で実施することができる。したがってここで提案されるオプトエレクトロニクス素子は光導波路に結合可能であり、この光導波路の光信号は素子内で電気信号に変換される。この実施例ではＳＭＤ技術で構成された、外部電気端子を有するケーシングが示されており、この外部電気端子は、プリント回路の導体路にはんだ付けすることができ、ケーシングに突き出ている端部は回路基板に接続されている。ここでこの回路基板は、このオプトエレクトロニクス素子が動作するために必要な電子回路を含んでいる。このケーシングの側壁にはコネクタジャックが固定されており、ここに光導波路の端部が導かれている。ここでこのコネクタジャックはＭＴプラグと対になるジャックである。しかしながらこの公知のオプトエレクトロニクス素子の作製は比較的高いコストと結びついている。それは第１にケーシングを設けなければならないからであり、第２には光導波路のための光端子を形成する、ケーシングの側方開口部に高いコストで作製されるコネクタジャックをはめ込まなければならないからである。
【０００３】
ＤＥ１９７５４８７４Ａ１からエッジボードコンタクトを有する基板をボールグリッドアレイに改造する方法と、この方法にしたがって作製されるボールグリッドアレイと、エッジボードコンタクトを有する基板をボールグリッドアレイに改造するためのフレキシブルなワイヤリング部とが公知である。ここではエッジボードコンタクトを有する基板のボールグリッドアレイへの改造はフレキシブルなワイヤリング部によって行われ、これは下側に、溶融性の突起部を収容する平らに配置された端子を有しており、この端子から外部に導かれる導体は露出した端部を有している。ここで導体の露出した端部は、Ｕ字形に基板の前面で曲げられ、基板のエッジボードコンタクトに導電的に接続されている。しかしながらこの刊行物は電子素子にのみ関するものであり、オプトエレクトロニクスの光導波路部材に関するものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールを改善して、これを簡単に作製できるようにし、かつ殊に光導波路への結合が比較的コストをかけずに行えるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により請求項１の特徴部分に記載された構成を有する表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールによって解決される。有利な発展形態と実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００６】
【発明の実施の形態および利点】
本発明では、オプトエレクトロニクス素子と、第１主表面側に前記オプトエレクトロニクス素子が取り付けられておりかつこのオプトエレクトロニクス素子によって利用される波長のうちの少なくとも１つに対して透過である基板とを有する、表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールにおいて、上記の基板の第１主表面に載置されている２つの内部電気端子と、上記の基板の第１主表面とは反対側の第２主平面に接続されている２つの外部電気端子とを有しており、上記内部電気端子はそれぞれ前記オプトエレクトロニクス素子の２つの端子の１つと接続されており、上記外部電気端子はそれぞれ電気線路によって上記の内部電気端子に接続されており、この外部電気端子の配置および／または構成によって光入射および／または光出射開口部が、上記オプトエレクトロニクス素子に対して定められていることを特徴とする、表面実装可能なオプトエレクトロニクス素子を構成する。
【０００７】
第１実施形態では、外部電気端子はＢＧＡ技術（ＢＧＡ＝Ball Grid Array）で実施することができ、したがって例えば、電気線路に接続されている溶融性の突起部から形成することができる。ここで光入射および／または光出射開口部は２つの突起部間の中間空間によって定められている。
【０００８】
第２実施形態では、外部電気端子をリードフレームによって形成することができ、ここで光入射および／または光出射開口部は、このリードフレームの貫通開口部によって形成されている。
【０００９】
第３実施形態では外部電気端子を、プラスティック支持体を通るスルーコンタクトによって案内することができ、ここで光入射および／または光出射開口部はこのプラスティック支持体のスルーホールによって形成されている。
【００１０】
したがって本発明の大きな利点は、オプトエレクトロニクスモジュールをコストのかかるやり方でケーシング、側方のケーシング開口部、およびこれに形成すべきジャックによって形成する必要がないことである。本発明のモジュールの作製では、外部の電気コンタクト部分間に光入射および光出射開口部を形成し、この開口部によってビーム束を、結合された光ファイバに導き入れるか、または光ファイバから受け取ったビーム束をモジュールに導き入れられるようにする。
【００１１】
本発明のオプトエレクトロニクスモジュールは、回路基板ボードと一緒に組み立てることによって、オプトエレクトロニクス結合ユニットにまとめることができる。電気端子および線路がプリントされた回路基板ボードは、例えばこのために貫通開口部を有しており、この回路基板ボードの、モジュールとは反対側に光導波路が結合されている。このモジュールは例えばＳＭＴ技術で公知のリフロー方式でプリント回路基板ボードにはんだ付けすることが可能である。
【００１２】
しかしながら同様に、ボードで行われる光の案内が、光伝導性の層で行われる回路基板ボードを有するオプトエレクトロニクス結合ユニットも考えることができる。この場合に光結合は、光材料が露出している開口部を介して行うことができる。この場合、これらの開口部はもはや上記の実施例のような、回路基板ボードの貫通開口部ではない。
【００１３】
本発明による第１実施例のモジュールを作製する際には、内部電気端子と、オプトエレクトロニクス素子と、そのコンタクト部とを載置した後、場合によってはボンディングワイヤによってフレキシブルな電気線路を載置し、基板の側面で第１主表面とは反対側の、基板の第２主表面の方へ曲げ、そこに固定することによって外部電気端子が載置される。引き続いてさらに有利なプラスティックを周囲に射出することによってこのモジュールを包囲することが可能である。
【００１４】
このオプトエレクトロニクス素子を、例えば内部電気端子の１つに直接固定し、１つの側で張り出させることができ、これによって光ビームが透過性の基板を通り、光ファイバからオプトエレクトロニクス素子に、またその逆に到達することができる。オプトエレクトロニクス素子と基板との間の中間空間は、透過性の封止剤によって充填することができる。
【００１５】
【実施例】
以下では本発明を実施例に基づき、図面に関連して詳しく説明する。
【００１６】
オプトエレクトロニクスモジュールは図面においてそれぞれ、基板、線路、外部電気端子およびプリント回路基板ボードを切る面に沿う断面図で示されている。
【００１７】
図１に示した本発明による第１実施例は基板４を有しており、これは、オプトエレクトロニクス素子によって利用可能な少なくとも１つの波長に対して透過性を有する。使用すべき波長は、レーザダイオードのような発光器であるオプトエレクトロニクス素子１の放射波長か、またはＰＩＮホトダイオードのような、受光素子として使用されるオプトエレクトロニクス素子１に対する受光波長である。基板４には以下に説明するような手段で個別の素子１を取り付けることも、複数のオプトエレクトロニクス素子を取り付けることもできる。ここで示した実施例では、個別のオプトエレクトロニクス素子１だけが示されておるが、これによって本発明をこのようなケースに限定するものではない。
【００１８】
基板４の第１主表面にはまず、オプトエレクトロニクス素子１を電気接続すべき内部電気端子５が載置される。つぎにこれらの平坦な端子５の１つにオプトエレクトロニクス素子１が取り付けられる。オプトエレクトロニクス素子１は端子５に適切に載置され、これにより、受光した光ビームが透過性の基板４を通ってオプトエレクトロニクス素子１に到達でき、かつ同様にオプトエレクトロニクス素子１から放射されたビームが透過性の基板４を通って、接続された光導波路１２に入力結合できるようにする。オプトエレクトロニクス素子１と基板４との間の空間は、場合によっては透過性の封止剤３によって充填することができる。内部電気端子５にはフレキシブルな線路９が載置されており、基板４の側面で第２主表面の方へＵ字形に曲げられており、そこで場合によって絶縁性のスペーサ２を使用して基板４に固定される。スペーサ２は例えばシリコンポリマー混合物から構成することができる。つぎに電気線路９に下側に外部電気端子８が、有利には溶融性の突起部の形態でボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）として載置される。２つまたはそれ以上の外部電気端子８の間の中間空間によって、このモジュールの光入射または光出射開口部８Ａが定められる。
【００１９】
説明している実施例では、線路９は、基板４の側面で反対側の主表面の方にＵ字形に曲げられる。これとは択一的に十分な電気的絶縁性を有する基板４を使用する際には、電気線路９をスルーホールに沿って一方の主表面から反対側の主表面に案内することも可能である。
【００２０】
このモジュールはＳＭＴ技術でプリント回路基板ボード１１にはんだ付け可能であり、これは電気端子および電気線路をプリントの形態で有している。図示されているのは、回路基板ボード１１のプリントされた電気端子面だけであり、これにこのモジュールの外部電気端子８が載置され、これが引き続き例えばＳＭＴ技術において公知のリフロー方式によってはんだ付けされる。回路基板ボード１１は貫通開口部を有しており、これを通して光ビームを、結合された光導波路１２に入力結合し、かつ光導波路１２から受光した光ビームをこのモジュールの方向に導くことができる。
【００２１】
このモジュールを作製する際には電気導線９の曲げおよび外部端子８の載置に続いてさらに、有利なプラスティックからなる成形体７を射出または成形して、このモジュールを外部の損傷から保護することができる。
【００２２】
図２および３に示した実施例の同じ参照符号が付された素子に対して、第１実施例について説明したことと同じことが当てはまる。
【００２３】
図２に示した、本発明による第２実施例では、外部電気端子は導体フレームないしはリードフレーム１０の端子部分として構成されている。このリードフレームは基板４の第２主表面に固定され、リードフレーム１０の貫通開口部１０Ａは、モジュールの光入射または光出射開口部を形成する。導線９はこの場合、単に基板４の第１主表面にある内部電気端子５から、リードフレーム端子部分の上側の表面に導かれる。基板４の第２主表面にはレンズ４Ａを組み込むことができ、このレンズによって、（図示しない）結合された光ファイバに光ビームを入力結合することができ、または光ファイバから受光した光ビームを平行ににすることができる。この第２実施例のモジュールも上記のように（図示しない）回路基板ボードに接続することができる。
【００２４】
図３に示した、本発明による第３実施例では、外部電気端子２１ａは、プラスティック支持体２０を通るスルーコンタクト２１の一部として構成されているか、またはこのようなスルーコンタクト２１に接続されている。プラスティック支持体２０は貫通開口部２０Ａを有しており、この貫通開口部によってモジュールの光入射または光出射開口部が定められる。スルーコンタクト２１は、プラスティック支持体２０の上側の表面に載置されている部分２１ｂにおいて線路９を介して内部電気端子５に接続される。付加的にこのモジュールは透過性の封止剤３０に包囲される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールの第１実施例を示す断面図である。
【図２】 本発明による表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールの第２実施例を示す断面図である。
【図３】 本発明による表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールの第３実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ オプトエレクトロニクス素子
２ スペーサ
３ 封止剤
４ 基板
４Ａ レンズ
５ 内部電気端子
７ プラスティック成形体
８ 外部電気端子
８Ａ 光入射および／または光出射開口部
９ 電気線路
１０ 外部電気端子
１０Ａ 光入射および／または光出射開口部
１１ プリント回路基板ボード
１２ 光導波路
１３ 封止剤
１３Ａ レンズ
１４ 基板
２０ プラスティック支持体
２０Ａ 光入射および／または光出射開口部
２１ スルーコンタクト
２１ａ 外部電気端子
２１ｂ 内側部分

Claims (9)

1. オプトエレクトロニクス素子（１）と、
   第１主表面側に前記オプトエレクトロニクス素子（１）が取り付けられておりかつ該オプトエレクトロニクス素子（１）によって利用される波長のうちの少なくとも１つに対して透過である基板（４）とを有する、表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュールにおいて、
   前記の基板（４）の第１主表面に載置されている２つの内部電気端子（５）と、
   前記の基板（４）の第１主表面とは反対側の第２主表面に接続されている２つの外部電気端子（８；１０；２１）とを有し、
   前記内部電気端子（５）のそれぞれ１つは前記オプトエレクトロニクス素子（１）の２つの端子の１つと接続されており、
   前記外部電気端子（８；１０；２１）のそれぞれ１つは電気線路（９）によって前記内部電気端子（５）に接続されており、
   前記２つの内部電気端子（５）のうちの第１の内部電気端子は前記オプトエレクトロニクス素子（１）の第１の端子側に接続され、第２の内部電気端子は前記オプトエレクトロニクス素子（１）の第２の端子側に接続され、
   前記２つの外部電気端子（８；１０；２１）のうちの第１の外部電気端子は第１の電気線路によって前記第１の内部電気端子に接続され、第２の外部電気端子は第２の電気線路によって前記第２の内部電気端子と接続され、さらに
   前記第１の内部電気端子と第１の電気線路並びに前記第２の内部電気端子と第２の電気線路は非一体的に形成されており、ここにおいて
   前記第１の外部電気端子と第２の外部電気端子の間にオプトエレクトロニクス素子（１）に対する光入射および／または光出射開口部（８Ａ；１０Ａ；２０Ａ）が形成されていることを特徴とする、表面実装可能なオプトエレクトロニクスモジュール。
2. 前記外部電気端子（８）はＢＧＡ技術（ＢＧＡ＝Ball Grid Array）で実施されており、したがって例えば、線路（９）に接続されている溶融性の突起部（８）から形成されており、
   光入射および／または光出射開口部が、２つの突起部（８）間の中間空間（８Ａ）によって定められている
   請求項１に記載のオプトエレクトロニクスモジュール。
3. 主表面間に延在する線路（９）は基板（４）の側面でＵ字形に曲げられている
   請求項１または２に記載のオプトエレクトロニクスモジュール。
4. 前記外部電気端子はリードフレーム（１０）によって形成されており、
   光入射および／または光出射開口部は、前記リードフレーム（１０）の貫通開口部（１０Ａ）によって形成されている
   請求項１に記載のオプトエレクトロニクスモジュール。
5. 前記外部電気端子は、スルーコンタクト（２１）によって形成されており、
   該スルーコンタクトはプラスティック支持体（２０）を通して案内されており、
   光入射および／または光出射開口部が当該プラスティック支持体（２０）の貫通開口部（２０Ａ）によって形成されている
   請求項１に記載のオプトエレクトロニクスモジュール。
6. 前記基板（４）はシリコンから形成されている
   請求項１から５までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール。
7. 基板（４）の第２主表面にレンズ（４Ａ）が組み込まれている
   請求項１から６までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクスモジュール。
8. オプトエレクトロニクス結合ユニットにおいて、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクスモジュールを有しており、
   該オプトエレクトロニクスモジュールは、プリント回路基板ボード（１）に電気接続されており、
   該プリント回路基板ボードは、光入射または光出射開口部と一直線にならんでいる貫通開口部を有しており、
   前記プリント基板の、モジュールとは反対側に光導波路（１２）が結合されることを特徴とする
   オプトエレクトロニクス結合ユニット。
9. オプトエレクトロニクス結合ユニットにおいて、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクスモジュールを有しており、
   該オプトエレクトロニクスモジュールは、プリント回路基板ボード（１）に電気接続されており、
   該プリント回路基板ボードは、光入射または光出射開口部と一直線にならんでいる側方の入射開口部を有しており、
   該入射開口部に光導波路が組み込まれていることを特徴とする
   オプトエレクトロニクス結合ユニット。

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