SE515880C2 - Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet - Google Patents

Description

20 25 30 35 515 sso Z Skiktet mönstras genom en komplicerad fotolitografisk process, varvid partier som är maskade och partier som är öppna eller klara åstadkommes. Vanligtvis diffunderas därefter joner in i skiktets öppna partier, varvid skik- tets brytningsindex ändras och en vågledare skapas. An- vändningen av en fotolitografisk process ger emellertid höga tillverkningskostnader. Genom att man använder dif- fusionsprocesser för att ändra skiktets brytningsindex begränsas dessutom styrningen av vågledarens dimensioner kraftigt.

Man kan enkelt se att konventionella metoder för att tillverka vàgledare har allvarliga begränsningar. Det är också uppenbart att den konventionella bearbetningen ut- nyttjar ett flertal steg, som inte enbart är komplicerade och dyra utan som ocksà ger en ineffektiv bearbetning.

Därför är det högst önskvärt att åstadkomma ett sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet som ger en reduktion av antalet steg, förenklar processen och reducerar kost- naderna.

SAMMANFATTNINGEN AV UPPFINNINGEN I korta drag beskrivs ett sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet. En form med en yta som har ett spår utformas. En optisk fiber placeras i spåret i ytan.

Ett formningsmaterial påförs ytan av formen som har den optiska fibern, varigenom den optiska fibern fästs i formningsmaterialet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 är en förenklad tvärsektionsvy av en form; Fig 2 är en förenklad tvärsektionsvy av en optisk fiber som är fäst i ett format första parti; Fig 3 är en förenklad planvy av ett flertal formade första partier; Fig 4 är en förenklad tvärsektionsvy av en annan form; 10 15 20 25 30 35 515 sen jr; 3 Fig 5 är en förenklad tvärsektionsvy av en optisk kopplingsenhet; Fig 6 är en förenklad tvärsektionsvy av en annan optisk kopplingsenhet; och Fig 7 en optisk, är en förenklad vy, delvis en sprängskiss, av elektronisk modul, av vilken partier är bort- tagna.

DETALJERAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 är en förenklad tvärsektionsvy av en form 100, som används för att tillverka en formad första del 200 som visas i fig 2. Det skall påpekas att formen 100 har förenklats kraftigt och att endast en kort beskrivning av formen 100 är nödvändigt för en fullständig föreståelse av uppfinningen. Vanligtvis utgörs formen 100 av en övre del 101 och en undre del 102, mellan sig. som avgränsar en kavitet De övre och undre delarna 101 resp 102 är tillverkade av vilket som helst lämpligt material, såsom metaller, (t ex rostfritt stål eller aluminium), keramer eller liknande. Vidare är de övre och undre delarna 101 och 102 vanligtvis så uppbyggda att lämpliga värmande och kylande förmågor uppnås, liksom även nödvändiga tryck- förmågor, som dikteras av valet av formmaterial eller formsammansättningar.

En yta 107 av den undre delen 102 är utformad som ett negativt reliefmönster, med urtag 109. En yta 140 i den övre delen 101 är utformad som ett negativt relief- mönster. Urtagen 109 i ytan 107 är utförda med vilken som helst lämplig form och storlek, såsom V-spår, halvcirk- lar, U-spår, rektangulära spår, med storlekar som har en minsta urtagsstorlek av 0,5 mikron eller liknande. Vida- re, eftersom Pig 1 är en tvärsektionsvy, skall det på- pekas att urtagen 109 och ytan 107 kan utsträckas in i och ut ur ritningarna, vilket följaktligen gör det möj- ligt att variera urtagen 109, såsom att de är böjda eller kurviga. Urtagens 109 bredder kan också väljas efter spe- cifika utformningskrav. 10 15 20 25 30 35 515 sso _ -: 1/ Betrakta nu detaljerna 111, vilka detaljer 111 är formade så att de ger en styrskena. Såsom visas i Fig 1 för att därigenom åstadkomma ett negativt reliefmönster som kom- Det skall emellertid påpekas att detaljerna 111 kan utformas med är detaljerna 111 formade som en halvcirkel, mer att överföras till ett positivt mönster. andra former. Användningen av detaljerna lll är van- ligtvis som inriktningsstyrningar; emellertid behöver inte nödvändigtvis styrskenor såsom i fig 1 användas.

Exempelvis kan en yttre kontur av ett format objekt an- vändas för att åstadkomma inriktning.

Detaljerna 112 och 113 visar två olika former för att uppbära optiska fibrer 117-120. Detaljerna 112 är formade som en V-spår för att uppbära optiska fibrer 117 och 118. Användningen av V-spår i ytan 107 gör det möj- ligt att placera optiska fibrer med en mängd olika stor- lekar i V-spåren. Detaljerna 113 är formade som halv- cirklar för att uppbära optiska fibrer 119 och 120. An- vändningen av halvcirklar i ytan 107 ger en toleransfri passning för de optiska fibrerna 119 och 120.

De optiska fibrerna 117-120 är uppbyggda av ett man- telområde 145 som omger ett kärnområde 146. Generellt sett sträcker sig brytningsindex för de optiska fibrerna 117-120 från 1,3 till 1,7. Brytningsindex för kärnområdet 146 är emellertid åtminstone 0,01 högre än brytningsindex för mantelområdet 145 för att därigenom tillse effektiv ledning av ljus genom de optiska fibrerna 117-120.

Ett flertal ledande don 130 visas i Pig 1 som sek- tioner. Allmänt är nämnda flertal ledande don 130 inde- lade i åtminstone två grupper, närmare bestämt signal- kontakter, 131 och ett jord- plansdon, eller en jordkontakt 132. Det skall påpekas att eller elektriska kontakter, även om det är möjligt att ha både de elektriska kontak- terna 131 och jordplanskontakten 132 belägna på samma sida av de optiska fibrerna 117-120 är det vanligtvis inte denna uppbyggnaden. Utgångspunkten är att de elek- triska kontakterna 131 är anordnade intill och pà den ena 10 15 20 25 30 35 515 880 'frç ;-U 5 sidan om de optiska fibrerna 117-120 med jordplansdon 132 beläget intill och på den andra sidan om de optiska fib- rerna 117-120. planskontakten 132 är exempelvis utförda som en böjlig Jord- kontakten 132 och de elektriska kontakterna 131 är for- De elektriska kontakterna 131 och jord- benram, vilket är välkänt inom halvledartekniken. made av vilket som helst lämpligt ledande material, såsom silver etc.

Generellt sett hålls den övre delen 101 och den undre delen 102 av formen 100 säkert samman, koppar, aluminium, guld, varvid lämp- liga processförhållanden väljs för det specifika form- ningsmaterialet eller den specifika formningsmassan.

Formningsmaterialet, som representeras av en pil 104, sprutas in i kaviteten 103.

De övre och undre delarna 101, 102 öppnas, varigenom den undre delens 102 yta 107 exponeras. Om, såsom ett exempel, detaljerna, eller urtagen 112 används placeras de optiska fibrerna 117 och 118 i urtagen 112. Den övre delen 101 och den undre delen 102 av formen 100 sluts därefter och hålls säkert samman. Vilket som helst lämp- ligt formningsmaterial eller vilken som helst formnings- massa används, såsom plaster inbegripande epoxiplaster, polyimider, eller liknande. När det lämpliga formningsma- terialet har valts ut väljs processbetingelser för just det formningsmaterialet. Det valda formningsmaterialet sprutas in i den slutna formen 100. Processbetingelser för dessa formningsmaterial spänner allmänt från 22 till 200°C, vad gäller formningstemperatur, och 200 till 2000 pund/cumz <1,41~io5 till 1,41~1o6 kg/m2 vad gäller form- ningstryck. Genom att formningsmaterialet sprutas in, vilket representeras med pilen 104, i kaviteten 103 över- förs mönster i ytorna 107 och 140 i den undre delen 102 och den övre delen 101 till formningsmaterialet. En efterföljande härdningsprocess medför att formningsmate- rialet stelnar och därmed permanent överför mönstren eller en negativ bild av ytorna 107 och 140 till det stelnade formningsmaterialet i kaviteten 103. 10 15 20 25 30 35 515 sso ff» ;.» 6 När härdningsprocessen är klar öppnas formen 100 och en formad första del 201, såsom visas i Fig 2, avlägsnas från formen 100.

Fig 2 är en förenklad perspektivvy av en formad första del 201, i sig, och visar vidare, en genomskärningsvy av den for- som har de optiska fibrerna 117-120 fästa made första delen 201. Det skall påpekas att detaljer med hänvisningsbeteckning i Fig 1 behåller sina ursprungliga hänvisningsbeteckningar. Det skall även påpekas att den formade första delen 201 kan formas antingen som en enda enhet eller som ett flertal enheter 301, såsom visas i Fig 3. Vidare ger den formade första delen 201 en optisk yta 210 med optiska ytor 215-218 hos de optiska fibrerna 117-120 som förenas med fotoanordningar (visas i Fig 7) eller andra optiska fibrer (visas ej), såsom diskuteras nedan. Det skall påpekas att föreningen av de optiska ytorna 215-218 med fotoanordningarna kopplar ljus från fotoanordningarna till de optiska fibrerna 117-120.

Såsom kan ses i fig 2 är de elektriska kontakterna 131 och jordkontakten 132 utformade i den formade första delen 200, varvid var och en har en första ände som bil- dar elektriskt åtkomliga kontakter 208 resp 207. De elek- triska kontakterna 131 och jordkontakten 132 sträcker sig in i formningsmaterialet och är böjda för att utsträcka formningsmaterialet som ledare 203 resp 204, vilka visas till en del och är tillgängliga för yttre elektriska anslutningar.

Fig 3 är en förenklad planvy över ett flertal forma- de första delar 301. Såsom kan ses är ett flertal optiska eller -massan hos Vidare är ett flertal fibrer 302 fästa i formningsmaterialet, nämnda flertal formade delar 301. detaljer 303, som har samma form som detaljerna 111, formade i nämnda flertal formade första delar 301. Nämnda flertal detaljer 303 tjänstgör som inriktningsstyrningar för ett flertal processer. Till exempel tjänstgör nämnda flertal detaljer 303 som en avgränsning där nämnda fler- tal formade första delar 301 skall klyvas eller kapas, 10 15 20 25 30 35 515 880 rïfß ? såsom anges med streckade linjer 306, för att därigenom alstra enskilda, formade första delar. Vidare ses don 308 i benramen sträcka sig från nämnda flertal formade första delar 301, ning till de elektriska kontakterna 131 och jordkontakten för att därigenom möjliggöra elektrisk anslut- 132 som har beskrivits ovan.

Fig 4 visar förenklat en tvärsektionsvy av en annan form 400 som används för att tillverka en formad andra del 501, såsom visas i Fig 5. Det skall påpekas att antingen den som fästs till den formade första delen 201, formade första delen 201 eller nämnda flertal formade första delen 301, som visas i Fig 2 resp 3, kan bearbetas i enlighet med beskrivningen tillsammans med Fig 4. Det skall även påpekas att nämnda flertal formade första delar 301 kan brytas, klyvas eller kapas på lämpliga ställen, såsom har beskrivits ovan, för att därigenom skapa enskilda formade första delar. Formen 400 utgörs i typfallet av en övre del 401, som har en yta 403, och en undre del 402, som har en yta 404, vilka avgränsar en kavitet 405 mellan sig.

Såsom har beskrivits i samband med Fig 1, rörande formen 100, öppnas formen 400 och antingen den formade första delen 201 eller nämnda flertal formade första delar 300 placeras på ytan 404 av formens 400 undre del 402. Lämpliga elektriskt ledande don, som visas i form av kontakter 407 och ett jordplan 408, positioneras i ka- viteten 405. Vidare inpassas detaljer, eller inriktnings- styrningar 211, med en kropp 410, som är tillverkad av ett ej fästande material, såsom glas, metall eller lik- nande. Genom att man väljer olika former på kroppen 410 kan en mängd olika former erhållas vid insprutningen av formningsmaterialet i kaviteten 405, så att urtagen 211 inte fylls vid efterföljande insprutning av formnings- material i kaviteten 405. Vidare är den övre delen 401 och den nedre delen 402 slutna och förda till lämpliga bearbetningsbetingelser. Formningsmaterialet insprutas i kaviteten 405, vilket representeras av en pil 406, varvid 10 15 20 25 30 35 515 880 *If :ag 8 kaviteten 405 fylls. Genom att man fyller kaviteten 405 med formningsmassan kopieras ytan 403 den övre delen 401 av formen 400 och ytan 411 av den formade första delen 201 av formningsmassan. Vidare, såsom har beskrivits ovan i samband med Fig 1, stelnar och härdas formningsmassan, avlägsnas därefter från formen 400, varigenom en formad andra del 501, När härdningsprocessen är klar öppnas formen 400 och som visas i Fig 5, har åstadkommits. en formad andra del 501 och den formade första delen 201, såsom visas i Fig 5, avlägsnas från formen 400.

Fig 5 är en förenklad tvärsektionsvy över en optisk kopplingsenhet 500, som är utformad i enlighet med vad som har beskrivits tillsammans med Fig 1-4. Inriktnings- styrningarna 502 visas med kropparna 410 borttagna, och följaktligen åstadkommes en kavitet 503 som gör det möj- ligt att placera ett inriktningsstift (visas ej) i kavi- teten 503.

Fig 6 är en förenklad tvärsektionsvy över en formad optisk kontakt 600, varvid den förformade första delen 201 och en andra del 601 har formats med vilken som helst lämplig process, såsom formning, fräsning, laserablation, kombinationer därav eller liknande. I en föredragen ut- föringsform av föreliggande uppfinning formas den andra delen 601 emellertid genom formning. Allmänt formas den andra delen 601 så att det andra delens 601 yta och den formade första delens 201 yta 603 passar toleransfritt tillsammans. Vidare formas den andra delen 601 med hjälp av en ingreppsanordning 604 som fästs borttagbart utmed ett parti av en yta 606 av den formade första delen 201.

Det skall även påpekas att partier av ingreppsanordningen 604 kan sträcka sig bortom ytan 606 och över en yta 607 för att permanent säkra den andra delen 601 till den formade för att åstadkomma en säkrare passning. Vidare, första delen 201 fästs den andra delen 601 i den formade första delen 201 med hjälp av vilket som helst lämpligt lim, såsom epoxilim, polyimidlim och liknande. 10 15 20 25 30 35 515 880 j? -r Cl Fig 7 är en förenklad vy, delvis sprängskiss, av en optisk elektronisk modul 700. I föreliggande uppfinning är den formade optiska kopplingsenheten 701 elektriskt ansluten till elektriska komponenter av standardtyp.

Typiskt sett sammanförs den formade optiska kopp- lingsenheten 701 med vilken som helst lämplig fotoan- ordning eller optisk komponent, såsom en fototransmitter eller laser 702, en fotodetektor eller fotodiod 703, eller en kombination av både lasrar och fotodetektorer.

Alternativt monteras en rad 704 på den formade optiska kopplingsenheten 701, vilken rad har ett flertal olika fotoanordningar eller optiska komponenter. De optiska komponenterna monteras på den formade optiska kopplings- enheten 701 på ett sådant sätt att individuellt arbetande delar av de optiska komponenterna inriktas mot kärnom- rådet av en optisk fiber 708, vilket har diskuterats ovan, för att därigenom åstadkomma maximal ljustransmis- sion genom den optiska fiberns 708 kärnområde. Till exem- pel monteras en laser 702 med hjälp av vilken som helst lämplig elektrisk kontaktmetod, såsom ledande utskott, lodutskott eller liknande på kontakter resp jordplan (visas ej), vilket anges med kontakter 709. Genom nog- grann montering av lasern 702 ihop med kontakten 709 mon- teras lasern 702 på den formade optiska kopplingsenheten 701. Ljustransmission av arbetande delar av lasern 702 som riktas genom kärnområdet i den optiska fibern 708 maximeras.

Vidare, såsom visas i Fig 7, är optiska fibrer 715 och 716 inte dragna parallell utan divergerande, för att därigenom möjliggöra koppling genom de optiska fibrerna 715 och 716 som är asymmetriska eller icke parallella med varandra.

Den formade optiska kopplingsenheten 701 med till- hörande optiska komponenter monteras vanligtvis elek- triskt och mekaniskt på ett kopplingssubstrat 712. Kopp- lingssubstratet 712 utgörs av vilket som helst lämpligt kopplingssubstrat, såsom ett tryckt kretskort, ett FR4- 10 15 20 25 30 35 515 880 _ /O kort, kiselkopplingssubstrat eller liknande. Åtskilliga metoder har använts för att fästa kopplingssubstratet 712 i den formade optiska kopplingsenheten 701, såsom cemen- tering, presspassning, formrning eller liknande. I en utföringsform av föreliggande uppfinning påföres ett epo- xilim kopplingssubstratet 712 på en approximativ plats där den formade optiska kopplingsenheten 701 och kopp- lingssubstratet 712 skall förbindas. I en annan utfö- ringsform av föreliggande uppfinning tillhandahåller benramsdonen 710 såväl ett elektriskt som ett mekaniskt monteringsystem för den formade optiska kopplingsenheten 701. Den formade optiska kopplingsenheten 701 placeras i endera monteringsproceduren på kopplingssubstratet 712 med hjälp av ett automatiserat system, såsom en robotarm, varigenom noggrann placering och orientering av den for- made optiska kopplingsenheten 701 åstadkommes.

Efterföljande elektriska anslutning av elektriska standardkomponenter, som åskàdliggörs med en integrerad krets 711, på kopplingssubstratet 712 till de optiska komponenterna uppnås med vilken som helst lämplig metod, såsom TAB, lödutskott eller liknande. Till exempel an- sluts benramsdonen 710 elektriskt och mekaniskt med ett lödutskott. Det inses av fackmannen på området att många fler elektriska anslutningar vanligtvis behövs för att helt utnyttja ingångar och utgångar från både de elek- triska standardkomponenterna och de optiska komponen- terna. Det inses vidare att in- och utorgan av standard- typ som representeras av ledaren 713 används för att an- sluta andra komponenter också.

Plastinkapsling av kopplingssubstratet 712 och den formade optiska kopplingsenheten 701 uppnås vanligtvis i med hjälp av en övergjutningsprocess, vilken represen- teras av plastdelen 720, som inkapslar kopplingssubstra- tet 712 och den formade optiska kopplingsenheten 701 medan den lämnar inriktningshylsor 721 och en gavel 750 öppna och klara för dockning. Inriktningshylsorna 721 går därefter i ingrepp med inriktningsstift 722 hos en op- 10 15 515 aan _¿- H tiskt kontakt 723 med en optisk kabel 724, varigenom man åstadkommer noggrann och repeterbar inriktning av ytorna 725 hos de optiska fibrerna 708, 730, 726, 715 och 716 mot den optiska bandkabeln 724.

Elektrisk kontakt från den optiska elektroniska mo- dulen 700 till annan elektronisk utrustning eller andra elektroniska komponenter uppnås med hjälp av vilken som helst lämplig metod, såsom benramsdon 740, stift 741 i en stiftmatris eller liknande.

Ett nytt sätt att tillverka en formad optisk kopp- lingsenhet och en optisk elektrisk modul har beskrivits.

Sättet gör det möjligt att tillverka formade optiska kopplingsenheter kostnadseffektivt. Vidare medger detta sätt en billig process för att kombinera både elektriskt komponenter och optiska komponenter.

Claims (5)

1. 0 15 20 25 30 515 880 12 PATENTKRAV 1. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet, kännetecknat av stegen att: - utforma en form (100) med en yta (107), varvid ytan (107) har ett spår (112) som sträcker sig utmed denna, - placera en optisk fiber (117), som har ett mantelområde (145) och ett kärnområde (146) i ytans (107) spår (112), - positionera ett elektriskt ledande don (130) intill den optiska fibern (117), - pàföra ett material på ytan (107) och den optiska fibern (117), för att därigenom fästa den optiska fibern (117) och det intilliggande elektriskt ledande donet (130) i materialet, och - klyva den fästa optiska fibern (117) i materialet, för att därigenom exponera ett parti av kärnområdet (146) och mantelområdet (145) hos den optiska fibern (117).

2. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 1, kännetecknat av steget att materialet i steget för att påföra ett material är en formningsblandning.

3. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 1, kännetecknat av att materialet i steget att påföra ett material väljs ur gruppen: polyamider, polymerer och epoxiplaster.

4. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 1, kànnetecknat av att steget att positionera ett ledande don (131) intill den optiska fibern (112) åstadkommes före steget att påföra ett material.

5. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 4, kännetecknat av att det ledande donet (131) är en benram. 70473 nya krawdoc; 01-03-26 10 15 20 25 30 av 7. 515 880 /3 Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet, kännetecknat stegen att: utforma en första formdel (102), som har en yta (107), varvid ytan (107) är försedd med ett flertal spår (112), placera åtminstone en av ett flertal optiska fibrer (117) i åtminstone ett av nämnda flertal spår (112) på ytan (107) nos den första formdelen (102), positionera ett elektriskt ledande don (130) intill åtminstone en av flertalet optiska fibrer (117), sammanföra en andra formdel (101) med den första formdelens (102) yta (107) för bildandet av en kavitet (103) mellan den första delens (102) yta (107) och den andra formdelen (101), vilken kavitet (103) innesluter åtminstone ett parti av nämnda åtminstone en av nämnda flertal optiska fibrer (117) som är placerade i nämnda flertal spår (112) i den första formdelen (102), och spruta in ett material i kaviteten (103) för att binda materialet till nämnda åtminstone ett parti av nämnda åtminstone en av nämnda flertal optiska fibrer (117). Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 6, kännetecknat av att nämnda flertal spår (112) utformas väsentligen parallella i steget att utforma nämnda flertal spår (112). 8. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet, kännetecknat av stegen att: förse en form (100) med en första del (102) och en andra del (101), varvid den första delen (102) av formen (100) har en yta (107) med ett flertal spår (112), placera ett flertal optiska fibrer (117) i nämnda flertal spår (112) på den första delens (102) yta (107), positionera ett flertal ledande don (130) intill nämnda flertal optiska fibrer (117), KID 704“3 nya krav.doc; 01-03-26 10 15 20 25 30 515 880 /9 - sammanföra formens (100) andra del (101) med formens (100) första del (102) för bildandet av en kavitet (103) mellan den första delens (102) yta (107) och den andra delen (101), vilken kavitet (103) innesluter nämnda flertal optiska fibrer (117), som är placerade i nämnda flertal spår (112), mellan de första och andra form- delarna (102, 101), - spruta in ett material i kaviteten (103) för att binda det insprutade materialet till nämnda flertal optiska fibrer (117), för att därigenom utforma en formad del (201), - avlägsna den formade delen från formen (100), - placera den formade delen (201) i en annan form (400), som har en första del (401) och en andra del (402), - sammanföra den andra formens (400) först del (401) med den andra formens (400) andra del (402), för bildandet av en kavitet (405) mellan den andra formens (400) första och andra delar (401, 402) varvid åtminstone ett parti av den formade delen (201) befinner sig i den andra formens (400) kavitet (405), och - spruta in ett material i kaviteten (405) för att binda materialet till den formade delen (201) för att därigenom utforma en optisk kopplingsenhet. 9. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 8, kännetecknat av att de ledande donen (131) är en del av benramen i steget att positionera nämnda flertal ledande don (131). 10. Sätt att tillverka en optisk kopplingsenhet enligt patentkrav 8, kännetecknat av att materialet i steget att spruta in ett material i kaviteten är en formningsmassa. 70473 nya krawdoc; 01-03-26