SE455243B - Elektro-optiskt kopplingsdon innefattande ett holje som omsluter ett elektrooptiskt element, vilket holje inrymmer en optiskt aktiv kavitet fylld med ett transparent lim - Google Patents

Description

455 243 DE Offenlegungsschriften 2736ü60 beskriver en opto-elektrisk anordning .som innefattar ett styrrör och ett hölje innehållande en lins. Även denna anordning är utrymmeskrävande. Närmare detaljer på sådana anordningar beskrivs | DE Offenlegungsschrift Züüålkk, 3703fl65 och 2746å97. De i samtliga dessa Skrifter beskrivna lösningarna är komplicerade och innehåller många detaljer.

Det är även känt att preparera en lysdyod (LED) för koppling till ljus- ledande element på sådant sätt att plasthöljet på en LED avsedd för belysnings- ändamål delvis uppbrytes och den optiska fibren manuellt kopplas till de frag- menterade ytorna genom två fastsättningssteg. I detta sammanhang hänvisas till Opto-electronics Applications Manual, 1977, Heuñett-Packard Company, Nr 34567890, HDHD 78654321098, page 2.53. Den visade anordningen kräver stor nog- grannhet och en betydande tidsinsats och är i praktken realiserbar endast med tjocka optiska fibrer med en diameter lika med ungefär 1 mm.

Det är även känt att fästa ljuskänsliga eller ljusemitterande brickor (chip) på en metallplatta och att föra ut de nödvändiga tilledningarna genom metallplattan. I ett känt utföringsexempel är chipens frontsida blottlagd genom en tätning av transparent epoxyglas så att man erhåller en med chipen planpa- rallell yta. Monteringen av den optiska fibren på chipens frontsida kräver hög noggranhet och innebär en komplicerad konstruktion eftersom chipens ljusemitte- rande yta är mycket liten.

Det är även förut känt att tillämpa mekaniserad montering av de optiska fibrerna. På bottendelen av metall anordnas då ett lämpligt metallrör på den ljusemitterande sidan av chipen och den optiska fibern fastlimmas i nämnda rör på isolerande sätt. Detta arrangemang blir komplicerat till följd av de många separata delarna och de nödvändiga, till varandra anpassade processstegen.

Likaså är det känt att etsa ett hål in i den ljusemitterande chipen så att den optiska fibren kan införas i detta hål. Anordningar av detta slag är endast användbara för laboratorieändamål eftersom serietillverkning är utesluten genom den nödvändigt stora arbetsinsatsen.

De föremål som skall inriktas exakt i förhållande till varandra består i praktiken av mycket små chip-plattor innefattande emitterande eller ljusmotta- gande ytor på ena sidan och de optiska fibrernas ändytor på den andra sidan.

För att åstadkomma ändamålsenlig koppling bör om möjligt endast ett anpass- ningsmedium finnas mellan de två ytorna. I fallet med en emitterande eller mot- tagande yta av GAAs med ett brytningsindex n=3,6 på ena sidan och en ändyta av en fiber av kvarts eller plast på andra sidan så bör anpassningsmediumet lämp- ligen ha ett brytningsindex n=1,8. Eftersom ett sådant brytningsindex ej utan vidare kan realiseras av tekniska skäl kan ett ej lika gott men ändå accepta- belt resultat åstadkommas med ett något lägre brytningsindex, t ex n=1,54, med 455 243 :::::t:g :::m::lg::nep::yplast. Vad beträffar den tekniska realíseringen finns galler att realisera villkoren for att åstadkomma lämplig Kflfltäktering, vilket är teoretiskt behandlat redan i nämnda DE publika- tl°"er' Detta Sammaflhäflgfif med det begränsade utrymmet i en elektronisk krets Speciellt då en QPUPP HV Optiska ledare skall anslutas till en sådan krets i stället för endast en enda optisk ledare.

Uppfinningsändamålet är därför att med bibehållande av optimala optiska villkor å ena sidan och med utnyttjande av kända tillverkningsförfaranden för opto-elektroniska element (chip) å andra sidan åstadkomma ett kontaktställe som är volymmässigt litet och kan inrymmas i de små utrymmen som finns i elek- troniska kretsar såväl i fallet med en enda optisk ledare som i fallet med flera optiska ledare.

Uppfinningsändamålet uppnås genom ett kopplingsdon enligt beskrivningens första stycke som är kännetecknat av att höljet inrymmer en optiskt aktiv kaf vitet som är utfylld med ett transparent lim.

Den anordnade optiskt aktiva kaviteten som är fylld med ett transparent lim förhindrar förluster inuti höljet.

Brytningsindexet för höljets material kan enligt uppfinningen väljas läg- re än brytningsindexet för limmet som förenar ytorna så att ett fullständigt re- flekterande mellanelement (länk) bildas i kaviteten mellan fiberändytan och den ljuskänsliga eller ljusemitterande ytan.

Höljet kan tillverkas av material med brytningsindex som är lägre än lim- mets. För detta ändamål föreslås följande ämnen: polyetylen, polypropylen, po- lytetraflouretylen, flouretylen-propylen, polyvinylklorid, kiselgummi, medan limmet, som samtidigt utfyller utrymmet mellan fiberändytan och den ljusemitte- rande eller ljusmottagande ytan, kan bestå av epoxyplast eller polyesterplast.

Enyttre kropp av metall, t ex formgjuten zink, är också tänkbar, varvid i så fall den nödvändiga elektriska isoleringen åstadkommas genom epoxyplastlimmet.

Höljet kan ges sådan liten storlek att det kan inpassas i ett normalt lednings- nät, t ex ett ledningsnät med dimensionen l/10 eller 2/10 tum i fallet med transversellfi montage.

Kontaktstiften, elektroderna osv som lämnar höljet i riktning mot den elektriskasldam kan böjas till en vinkelböjd krets så att desamma passar med standarddimensionerna på ett kretskortnät. Chipens och fibrernas dlametrar är av storleksordningen mindre än 1 mm, vilket innebär att redan små inbördes av" vikelser mellan deras axlar kan medföra betydande förändring av kopplingen.

För att fixera det inbördes läget av delarna kan därför en fläns av samma storlek som ett chip anordnas inuti höljet, varvid chipen införes i flänsen så att ~ ~ ~ ~«-- u» .~ ...u .u- ä" 455_ 243 chipens centrum, höljets längdaxel och fiberns axel bringas att samanfalla.

Höljets utsidor kan förses med kopplingsorgan för sammanfogning med likadana höljen.

I det följande kommer nâgra utföringsexempel på det elektro-optiska kopp- lingsdonet enligt uppfinningen att beskrivas närmare under hänvisning till rit- ningarna, där: jjg_1 visar en snittvy i förstorad skala av ett elektro-optiskt kopplingsdon enligt uppfinningen; fig_§ visar i ytterligare förstorad skala ett andra, särskilt utförande enligt uppfinningen av den del där en LED anslu- ter till en glasfiber; fig_§ visar i förstorad skala en del av ett tredje, förberett elektro-optiskt kopplingsdon innefattande den elektriska delen men ej den optiska delen; fjg_§ visar en planvy av ett antal elektro-optiska kopp- lingsdon monterade på ett tryckt kretskort; jïg_§ visar en sidovy av de i fig 4 visade elektro-optiska kopplingsdonen; fig_§ visar ett antal sammankopplade kopplingsdon med modifierat hölje.

Fig 1 visar ett hölje 1 av syntetiskt material med en sammanhängande ur- borrning 2. Urborrningen 2 består av en del 2a med jämförelsevis liten diameter och en del Zb med större diameter lika med en multipel av den mindre diametern.

Delen 2a utmynnar ur höljet i fonn av en tratt. Mellan delarna 2a och 2b finns en ytterligare del 2b med medeldiameter, vilken därigenom bildar en skuldra 3.

I delen 2b av urborrningen 2 finns ett elektrooptiskt sändnings-mottag- ningselement i fonm av ett chip 4, t ex en diod eller liknande, vilken därige- nom är belägen exakt mittför delen 2a. Pâ andra sidan är chipen 4 kopplad genom en elektrisk ledare 5 i fonm av en guldtråd till en elektrod 6 genom förbind- ning ("bonding") varvid nämnda elektrod fungerar som anslutningskontakt. På andra sidan är chipen 4 elektriskt förbunden med en elektrod 7. Chipen 4 är inrymd i en kavitet 8 av elektroden 7, vilken fungerar som en konkav spegel.

Elektroden 7 innehåller också en fasthållningstand 9. Elektroderna 6 och 7 sam- manhålles inledningsvis med hjälp av en kam 10 som avlägsnas efter montering höljet 1.

För att åstadkomma den elektro-optiska kopplingen införes en optisk fiber 11 i urborrningen 2 så att den just inskjuter i delen 2d. Axiell fixering åstadkommes genom förbinding med delen 2a av urborrningen 2. Chipen 4 införes i delen Zb tillsammans med elektroderna 6 och 7 till dess elektroderna 6 och 7 slår an mot skuldran 3 och chipen 4 är belägen mitt för den optiska fiberns 11 ändyta lla. Efter axiell fixering fylles delaren 2b och 2d av urborrningen 2 med ett otiskt ledande lim 12. Om önskvärt kan fixeringen av den optiska fibern 11 och chipen 4 även ske samtidigt i ett steg. Då höljet är tillverkat av ett transparent material, t ex PS, PMMA eller liknande, kan det momentana läget av samtliga delar i förhållande till varandra lätt observeras under monteringen. 455 243 Sektionen 2d av urborrningen 2 hindrar den elektriska ledaren 5 från att åstad- komma kortslutning mellan elektroderna 6 och 7.

Fig 2 visar ett modifierat utförande av höljet 1 enligt uppfinningen. De- ' lar med motsvarighet i fig 1 är försedda med samma hänvisningsbeteckningar men i detta fall försedda med apostrof.

Mellan delarna 2a' och 2b' av urborrningen 2' finns en utskjutande fläns 20. I flänsen 20 finns en slits 21 för den elektriska ledaren 5' som införes däri under monteringen. Härigenom kan kortslutning ej ske mellan elektroderna 6' och 7'. Kaviteten 8' är visad i en delvis sektionerad vy. Flänsen 20 in- skjuter något i kaviteten 8' och innefattar ett plant utsprång 2e. Chipen 4' inneslutes sålunda delvis av kaviteten 8' och delvis av utsprånget 2e. Ändytan 11a'av den optiska fibern ll'är belägen mitt ovanför chipen 4'.

Ledaren 5' är förbunden i sidled, så att till skilnad från fig 1 den optiska fibern 11 kan anordnas direkt på chipens 4' yta, dvs utan något mellanliggande annat medium.

Detta kopplingssätt benämnes också "butt joint" ("stumfog"). Manteln 11b är något_kortare än kärnan 11c av den optiska fibern 11.

Genom val av lämpliga material med olika brytningsindex kan uppnås att urporrningen 2a, dvs innerväggen, får ett brytningsindex n vid flänsen 20 som är lägre än brytningsindex för limmet 12' som utfyller mellanrummen. Detta med- för total reflektion. Fogningsavvikelser mellan den optiska fibern 11' och chi- pens 4' yta vid ändytan 11a'kompenseras härigenom i sådan grad att energi som utstrålar förbi ändytan lla' av den optiska fibern 1l'reflekteras inåt igen och i varje fall delvis återigen riktas in i den optiska fibern.

Hela kaviteten är fylld med det optiskt ledande limmet 12' på det sätt som redan beskrivits under hänvisning till fig 1. Den nedre delen av urborrningen 2' har avsmalnande fonn för att åstadkomma styrning av den optiska fibern 11'.

Urborrningen 2' kan vara fylld med lim av annat slag om det av tillverknings- skäl skulle vara lämpligt att införa först den ena av de två delarna och fixera denna i förväg. Lämpliga lim i detta sammanhang utgör särskilt snabba lim som är baserade på cyanokrylat.

Fig 3 visar en förberedd och förväg sammansatt elektro-optisk koppling som redan innehåller de elektriska delarna, men där den optiska fibern fortfa- rande saknas. Kopplingsdon av detta slag kan förfabriceras på sådant sätt att nödvändiga kopplingar kan verkställas utan problem på fältet. Komponenter med motsvarighet i figurerna 1 och 2 har samma hänvisningsbeteckningar försedda med apostroftecken.

Höljet 1" innefattar en urborrning 2"som via ett konformat övergångsom- råde 31 övergår till en noggrannt dimensionerad, cylinderformad eller konformad halsurborrning 32. Sektionen 2b innehåller elektroden 7" vars hållarkavitet 455 243 8" omger chipen 4" genom förbindningsmassan. Urborrningen 2" är fylld med ett genomskinligt lim 12" vilket tränger fram till ytan 33 i urborrningen 32.

Själva limmet 12' innehåller en trådförbindning 34. Höljet 1" innefattar en utskjutande fläns 20' som kvarhåller chipen 4" i ett urtag 2e'. Limmet 12" åstadkommer inte bara hermetisk tillslutning av chipen 4" utan bildar ocksâ genom lämpligt materialval ett kort mellanstycke, vilket bildas ovanför ytan av chipen 4" av limmet 12" genom att urborrningen 32 delvis utfylles. Om önsk- värt kan även mellanstycket 35 bildas på chipen 4 före införingen av den elek- triska delen för koppling till nämnda chip.

Det för höljet 1" använda materialet är ett material vars brytningsindex är lägre än limmets 12". Detta medför totalreflektion för energiinnhållande strålar som kommer från chipens 4" yta vid ändarna av halsurborrningen 32 un- der ytan 33. Ytan 33 kan vara böjd för åstadkommande av denna linseffekt.

Om det el ektro-opti ska kopplingsdonet användes för optiskt mottagning kan reflektionen i ytan 33, halsurborrningen 32 och mellanutrymet 35 väljas på sådant sätt att ljusstrâlar, som kommer från den optiska fibern och ej är visa- de pâ ritningen, reflekteras mot chipen 4".

Det enligt fig 3 tillverkade elektro-optiska kopplingsdonet kan monteras i varje miljö genom att man helt enkelt fyller urborrningen 2" med lim och där- efter inför den optiska fibern. Mellanutrymmets 35 yta 33 eller ytan av chipet 4", som är kritisk för en optisk koppling, skyddas på ändamålsenligt sätt ge- nom urborrningen 32. Det för fastsättningen av den optiska fibern 2 i urborr- ningen 2" använda limmet kan dessutom vara optiskt anpassat på sådant sätt att man erhåller ett tillförlitligt skydd mot ljusförluster då ljussignalen passe- rar utborrningen.

Figurerna 4 och 5 visar ett föredraget arrangemang av elektro-optiska kopplingsdon på ett tryckt kretskort. Det trycka kretskortet 41 innefattar hål 42 och 43 anordnade att bilda elektriskt ledande kopplingspunkter genom utfäll- ningsanbringade kopparspår. Elektroderna ll och 13 är rätvinkligt böjda, vilket framgår av sidovyn i fig 5. De böjda elektroderna införes i hålen 42 och 43 och fastlödes.

I fig 6 är höljets 1"' sidor försedda med kopplingsorgan i fonm av lax- stjärtformäde urtag och utsprång 60, som gör det möjligt att sammansätta ett kopplingsdonhölje för exempelvis en plan ledning med flera ledare eller liknan- de.

Claims (2)

~ 455 243 Patentkrav.

1. l. Elektro-optiskt kopplingsdon innefattande ett hölje som omsluter ett elektro-optiskt element och innefattar åtminstone två elektriska anslutningar och åtminstone en optisk anslutning, varvid höljet (l,l",l"') är uppbyggt som ensanmanhängande enhet, består av ett elektriskt och eventuellt optiskt isolerande material och innefattar åtminstone två öppningar (2,2',2",2b,2b',2") för att inrymma nämnda elektriska och optiska anslutningar vilka är anordnade axiellt efter varandra varvid öppningarna innefattar styrorgan (3,2U,20',2e,2e') för inbördes inriktning av ett elektro-optiskt element (ü,H'#") och ett ljus- ledande element (l1,1l') som införes i öppningarna, k ä n n e t e c k n a t av att höljet (l,l',l",1"') inrymmer en optiskt aktiv kavitet (2d,2e,35) som är utfylld med ett transparent lim (l2,l2',l2")

2. Kopplingsdon enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att mate- rialet i höljet har ett brytningsindex som är lägre än brytningsindex för lim- met, varigenom kaviteten mellan fiberändytan och den ljuskänsliga eller ljus- emitterande ytan uppvisar totalreflekterande väggar.