WO2001004671A2 - Sende- und empfangsbaugruppe mit parabolspiegeln und positioniergestaltungen sowie verfahren zur herstellung - Google Patents

Sende- und empfangsbaugruppe mit parabolspiegeln und positioniergestaltungen sowie verfahren zur herstellung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic assembly, the components from which this assembly is made, and the method for producing the assembly.
  • the module is a transmit / receive device with which light signals can be converted into electrical signals (receive mode) or electrical signals into light signals (transmit mode).
  • the object of the invention is to provide such an assembly which works with high efficiency both in the transmitting and in the receiving mode and can be produced with little effort.
  • the object of the invention is also the individual
  • an assembly consisting of two separate components.
  • One of the components contains positioning configurations, an optical waveguide, a first mirror and a second mirror, the two mirrors lying in the extension of the optical waveguide and the second mirror, viewed from the optical waveguide, lying behind the first mirror.
  • the second component contains adjustment designs, an optical transmitter and an optical receiver, the transmitter and the receiver being arranged adjacent to one another.
  • the two components are precisely aligned relative to each other by means of the positioning and adjustment designs so that the first mirror can interact with the optical receiver and the second mirror with the optical transmitter, so that the
  • Optical fiber coupled light falls on the receiver and light generated by the transmitter is coupled into the optical fiber.
  • the assembly according to the invention and the components according to the invention, from which the assembly consists, offer a multitude of advantages.
  • the use of a first and a second mirror, so to speak, nested inside one another, that is to say in the manner of a double mirror, makes it possible to use one and the same optical fiber for transmitting the to the
  • the first mirror which preferably has a much larger area than the second mirror, reflects the light emerging from the optical fiber towards the receiver. This happens with a very high efficiency, since only a very small part of the incoming light falls on the second mirror and therefore cannot be reflected towards the receiver. Conversely, almost all of the light that is emitted by the transmitter is reflected from the second mirror to the light guide and coupled there, since only a very small part of the generated one
  • the area of the second mirror projected into a plane perpendicular to the longitudinal axis of the light waveguide is preferably not more than 1/10 of the projected area of the first mirror.
  • the second mirror in a projection in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the optical waveguide, lies within the surface of the first mirror. This design also serves to reduce losses, since the surface areas that cannot be used for light transmission are minimized.
  • first and second mirrors are parabolic mirrors. Such a design leads to lower losses than, for example, flat mirrors.
  • the focal point of the second mirror viewed from the light guide, is behind the focal point of the first mirror lies.
  • the respective focal points are matched to the arrangement of the transmitter and the receiver in such a way that optimal transmission results.
  • the component which has the optical fiber is provided with a receiving groove with a trapezoidal cross section for an optical fiber and that the optical fiber is an optical fiber which has a trapezoidal cross section in the region of the component.
  • An optical fiber with a trapezoidal cross section can be connected to the component much more easily and reliably than an optical fiber with a circular cross section. Furthermore, there are very low transmission losses.
  • the receiver is provided on its active surface with a filter which is opaque to the light emitted by the transmitter. Scattered light, which is not coupled into the optical waveguide by the transmitter but falls on the receiver, does not therefore lead to a disturbance in the signal transmission, since the scattered light is absorbed by the filter.
  • Conductor tracks are preferably provided on the component provided with the transmitter and the receiver in order to connect the transmitter and the receiver. Such conductor tracks can in particular by a
  • Gold coating can be formed, which forms a bondable surface.
  • the gold coating can be easily applied by electrodeposition.
  • a copper layer is preferably provided under the gold layer, which serves to dissipate the heat loss generated by the transmitter and the receiver.
  • the copper layer is made with a comparatively large thickness.
  • a separating layer made of nickel is preferably applied between the gold coating and the copper layer and prevents the atoms of the gold coating from diffusing into the copper layer. Furthermore, a start is preferably on the substrate of the component layer on nickel, on which the copper layer can be electrodeposited.
  • the assembly can be produced by a method according to the invention, which contains the following steps: First, by molding a negative mold, a substrate with positioning controls and with at least two mirror surfaces as well as a further substrate with adjustment configurations and at least one receptacle for an opto-clontronic Component manufactured. The two substrates are then suitably metallized, the metallization of the
  • Mirror surfaces serve to provide a well reflecting double mirror, while the metallization of the substrate, which is provided with the receptacles for the optoelectronic component, serves to connect these components and also to dissipate the heat loss generated by them. Then on the one with the
  • Receiving provided substrate at least one optical transmitter and at least one optical receiver attached.
  • the two substrates are then placed one on top of the other and are precisely aligned relative to one another by means of the adjustment and positioning designs. Finally, the two substrates are attached to each other.
  • This method makes it possible to manufacture the two components from which the assembly is ultimately formed separately from one another. In this way, a low reject rate can be achieved, since a functional check can be carried out after each intermediate step. If a component does not work, only this belongs to the committee and not the entire assembly.
  • the two substrates can be produced, for example, using injection molding technology. In this way, the microstructured surface of the later components can be obtained by molding with the required high accuracy at low manufacturing costs.
  • the two mirrors and the transmitter and the receiver no longer need to be laboriously coordinated with one another during assembly, as is sometimes required in the prior art for each individual component. Instead, an optimal arrangement and orientation relative to each other is determined constructively, which is then automatically set for each molded component on the basis of the adjustment and positioning configuration.
  • each substrate has a multiplicity of mirror surfaces or receptacles, the individual subassemblies then being separated from the two superposed and interconnected substrates. Similar to chip production, a substrate can therefore be produced that has a very large number of corresponding designs. As the last step in the processing step, the substrate is then sawn or cut into a large number of individual components, so that there are low unit costs in production.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a first component of the assembly according to the invention.
  • FIG. 5 shows a section along the plane V-V of FIG. 4:
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a second component of the assembly according to the invention.
  • FIGS. 8 to 12 different intermediate stages in the manufacture of the component from FIG. 4.
  • FIG. 1 shows an assembly according to the invention in a cross section. It consists of a first component 10 and a second component 20.
  • the first component 10 (see also FIGS. 4 to 6) consists of a substrate 11 which can be produced using an injection molding process.
  • a receiving groove 13 for an optical waveguide is formed on a surface 12 of the first component.
  • the receiving groove 13 has a trapezoidal cross section (see in particular FIG. 5) and extends from an end face of the component.
  • a first mirror 14 connects to the receiving groove 13. It is designed as a parabolic mirror and is arranged in such a way that it reflects light that strikes it from an optical fiber arranged in the receiving groove 13 approximately perpendicular to the surface 12 away from the first component.
  • the first mirror 14 is followed by a second mirror 15, which is also designed as a parabolic mirror.
  • the second mirror is designed in such a way that it reflects light that strikes it in a direction approximately perpendicular to the surface 12 towards an optical waveguide arranged in the receiving groove 13.
  • the second mirror 15 lies behind the first mirror 14. If the first mirror and the second mirror are in one with respect to the longitudinal axis of the
  • Recording groove 13 recorded optical fiber vertical plane projected (see illustration in Figure 5), the second mirror 15 is within the area defined by the outline of the first mirror. In other words, the first mirror 14 has a recess, behind which the second mirror 15 is arranged. The projected
  • the area of the second mirror is significantly smaller than the projected area of the first mirror (see also FIG. 5) and is less than 1/10 of the area of the first mirror.
  • the first component is at least in the area of the two mirrors 14, 15 metallized so that a reflective surface is formed there.
  • An optical fiber 17 (see FIG. 1) is inserted into the receiving groove 13 and has a trapezoidal cross section at its end inserted into the first component 10, so that it fits exactly into the receiving groove.
  • the trapezoidal cross-section at the end of the optical fiber can be produced, for example, by inserting a conventional POF optical fiber with a circular cross-section into a receptacle with a trapezoidal cross-section, heating it to its softening temperature and then pressing it into the receiving groove with a pressure tool so that it has its shape accepts.
  • the optical fiber 17 is inserted so far into the receiving groove 13 that its end face 18 lies directly in front of the first mirror 14. In this situation it can. can be fixed by any suitable adhesive.
  • the receiving groove 13 can have a height h1 of 800 ⁇ m and a width dl in the area of the surface 12 of 1,200 ⁇ m, for example. These dimensions also correspond to the dimensions of the parabolic mirror 14 at the transition to the receiving groove 13.
  • the width d2 of the second parabolic mirror 15 at the surface 12 and at the transition to the first parabolic mirror 14 can be of the order of magnitude of 250 ⁇ m.
  • an optical fiber with a semicircular cross section can also be used, which is inserted into a receiving groove with a likewise semicircular cross section.
  • the second component 20 (see also FIG. 7) has a substrate 21 which can also be produced by an injection molding process.
  • a plurality of adjustment designs 23 are provided on a surface 22 of the second component and are designed as pyramid-shaped elevations. These are adapted to the positioning configurations 16 of the first component.
  • the second component is provided on the surface 22 with two receptacles for opto-electronic components.
  • One of the receptacles is designed as a depression 24 and serves to receive an optoelectronic receiver, for example a pholodiode 25.
  • the other receptacle consists of pyramidal projections 26 and one
  • Web 28 which together serve as a receptacle for an optoelectronic transmitter 29 (indicated by dashed lines in FIG. 7), for example for a laser diode.
  • a gold coating 30 (see FIG. 3) is provided on the surface 22, by means of which conductor tracks 31 (indicated schematically in FIG. 7) for connecting the optoelectronic receiver 25 and the optoelectronic transmitter 29 are formed.
  • the gold plating 30 is formed on a copper layer 33 using a nickel interlayer 32.
  • the copper layer 33 has a comparatively large thickness, for example 30 ⁇ m, and serves to dissipate the heat loss from the optoelectronic components 25, 29.
  • the separating layer 32 prevents atoms of the gold coating 30 from diffusing into the copper layer 33.
  • the copper layer 33 is in turn open a nickel starting layer 34 is applied, for example by electrodeposition.
  • the nickel starting layer was chemically deposited in a palladium solution after germination of the substrate 21.
  • the described structure of the coating of the substrate 21 can also be used with respect to the substrate 11.
  • the two components are aligned relative to one another such that the optoelectronic receiver 25 is suitably aligned relative to the first mirror 14 and the optoelectronic transmitter 29 is suitably aligned relative to the second mirror 15.
  • Light E (see FIG. 2) incident via the optical waveguide 17 is reflected by the first parabolic mirror 14 in such a way that it strikes the opto-electronic receiver 25. The proportion of the incident light that strikes the second mirror 15 and consequently does not reflect to the receiver 25.
  • a filter 35 is applied to the receiver 25, which can consist of a lacquer layer with a color that is adapted to the color of the light S of the transmitter. Consequently, the filter 35 is for that generated by the transmitter
  • Light S is opaque, so that the power losses do not generate a signal from the receiver 25.
  • the two components 10, 20 are connected to one another by means of an optically transparent adhesive, the refractive index of which is matched to the refractive index of the optical fiber 17.
  • the adhesive is an optically transparent adhesive, the refractive index of which is matched to the refractive index of the optical fiber 17.
  • a master part is made of silicon (see FIG. 8), in which recesses are already formed, which correspond to the truncated pyramid-shaped positioning configurations on the substrate.
  • the silicon master part is then copied into a first generation nickel part
  • the nickel part of the first generation is in turn copied into a nickel part of the second generation.
  • a groove which corresponds to the later receiving groove for the optical waveguide and surfaces which correspond to the later mirror surfaces 14, 15 are then produced in this nickel part (shown in FIG. 10).
  • This part represents a negative form of the substrate 11 to be produced, which can be molded, for example, by injection molding.
  • An analogous procedure can be used with regard to the second sub- tes 21 can be selected.
  • Times must be produced, either on the silicon master part (recess for the receiving groove and recesses for the positioning) or on the second generation nickle part (surfaces for the mirrors).
  • the third generation nickel part can then be used to make these high-precision designs in high

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sende-Empfangs-Baugruppe, mit der Lichtsignale in elektrische Signale umgewandelt (Empfangsbetrieb) oder elektrische Signale in Lichtsignale (Sendebetrieb) umgewandelt werden können. Diese Baugruppe enthält ein Bauteil (10) mit Positioniergestaltungen (16), einem Lichtwellenleiter (17), einem ersten Spiegel (14) und einem zweiten Spiegel (15), wobei die beiden Spiegel (14, 15) in der Verlängerung des Lichtwellenleiters (17) liegen und der zweite Spiegel (15), von dem Lichtwellenleiter (17) aus betrachtet, hinter dem ersten Spiegel (14) liegt, sowie ein Bauteil (20) mit Justiergestaltungen (23), einem optischen Sender (29) und einem optischen Empfänger (25), wobei der Sender (29) und der Empfänger (25) benachbart angeordnet sind.

Description

Opto-elektronische Baugruppe, Bauteile für diese Baugruppe sowie Verfahren zur Herstellung der Baugruppe
Die Erfindung betrifft eine opto-elektronische Baugruppe, die Bauteile, aus der diese Baugruppe besteht, sowie das Verfahren zur Herstellung der Baugruppe.
Bei der Baugruppe handelt es sich um eine Sende-Empfangs-Ein- richtung, mit der Lichtsignale in elektrische Signale (Empfangsbetrieb) oder elektrische Signale in Lichtsignale (Sendebetrieb) umge- wandelt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Baugruppe zu schaffen, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsbetrieb mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und mit geringem Aufwand hergestellt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, die einzelnen
Bauteile für eine solche Baugruppe zu schaffen, die kostengünstig in großer Stückzahl bei hoher Genauigkeit hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Baugruppe, die aus zwei getrennten Bauteilen besteht. Eines der Bauteile enthält Positioniergestaltungen, einen Lichtwellenleiter, einen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel, wobei die beiden Spiegel in der Verlängerung des Lichtwellenleiters liegen und der zweite Spiegel, von dem Lichtwellenleiter aus betrachtet, hinter dem ersten Spiegel liegt. Das zweite Bauteil enthält Justiergestaltungen, einen optischen Sender und einen optischen Empfänger, wobei der Sender und der Empfänger benachbart angeordnet sind. Die beiden Bauteile sind mittels der Positionier- und der Justiergestaltungen relativ zueinander präzise so ausgerichtet, daß der erste Spiegel mit dem optischen Empfänger und der zweite Spiegel mit dem optischen Sender zusammenwirken kann, so daß über den
Lichtwellenleiter eingekoppeltes Licht auf den Empfänger fällt und von dem Sender erzeugtes Licht in den LichtweUenleiter eingekuppelt wird. Die erfindungsgemäße Baugruppe sowie die erfindungsgemäßen Bauteile, aus denen die Baugruppe besteht, bieten eine Vielzahl von Vorteilen. Die Verwendung eines ersten und eines zweiten Spiegels quasi ineinandergeschachtelt, also nach Art eines Doppcispiegels, ermöglicht es, ein und denselben LichtweUenleiter zur Übertragung der zu dem
Empfänger gerichteten Lichtsignalc und der von dem Sender erzeugten Lichtsignale zu verwenden. Der erste Spiegel, der vorzugsweise eine wesentlich größere Fläche aufweist als der zweite Spiegel, reΩekliert das aus dem LichtweUenleiter austretende Licht hin zum Empfänger. Dies geschieht mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, da nur ein sehr geringer Teil des ankommenden Lichts auf den zweiten Spiegel fällt und somit nicht hin zum Empfänger reflektiert werden kann. Umgekehrt wird nahezu das gesamte Licht, das vom Sender abgestrahlt wird, von dem zweiten Spiegel hin zum LichtweUenleiter reflektiert und dort in diesen eingekoppelt, da nur ein sehr geringer Teil des erzeugten
Lichts nicht auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters reflektiert wird.
Vorzugsweise beträgt die in eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Lichtwellcnleiters projizierte Fläche des zweiten Spiegels nicht mehr als 1/10 der projizierten Fläche des ersten Spiegels. Auf diese
Weise wird der Verlust beim Reflektieren der zum Empfänger gerichteten
Lichtsignale auf einem sehr geringen Niveau gehalten.
Weiterhin ist vorgesehen, daß der zweite Spiegel, in einer Projektion in einer zur Längsachse des Lichtwellenleiters senkrechte Ebene, innerhalb der Fläche des ersten Spiegels liegt. Auch diese Gestaltung dient zur Verringerung der Verluste, da die Flächenbereiche minimiert werden, die nicht zur Lichtübertragung genutzt werden können.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, daß der erste und der zweite Spiegel Parabolspiegel sind. Eine solche Gestaltung führt zu geringeren Verlusten als beispielsweise plane Spiegel.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Brennpunkt des zweiten Spiegels, von dem LichtweUenleiter aus betrachtet, hinter dem Brennpunkt des ersten Spiegels liegt. Die jeweiligen Brennpunkte sind so auf die Anordnung des Senders und des Empfängers abgestimmt, daß sich eine optimale Übertragung ergibt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß das Bauteil, das den LichtweUenleiter aufweist, mit einer Aufnahmenut mit trapezförmigem Querschnitt für eine Lichtleitfaser versehen ist und daß der Lichtwellenleiter eine Lichtleitfaser ist, die im Bereich des Bauteils einen trapezförmigen Querschnitt hat. Eine Lichtleitfaser mit trapezförmigem Querschnitt kann sehr viel einfacher und zuverlässiger mit dem Bauteil verbunden werden als eine Lichtleitfaser mit kreisförmigem Querschnitt. Weiterhin ergeben sich sehr geringe Übetragungsverluste.
- Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, daß der Empfänger auf seiner aktiven Oberfläche mit einem Filter versehen ist, der für das von dem Sender abgestrahlte Licht undurchlässig ist. Somit führt Streulicht, das nicht vom Sender in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, sondern auf den Empfänger fällt, nicht zu einer Störung der Signalübertragung, da das Streulicht vom Filter absorbiert wird.
Auf dem mit dem Sender und dem Empfänger versehenen Bauteil sind vorzugsweise Leiterbahnen vorgesehen, um den Sender und den Empfänger anzuschließen. Solche Leiterbahnen können insbesondere durch eine
Goldbeschichtung gebildet sein, die eine bondbare Oberfläche bildet. Die Goldbeschichtung kann in einfacher Weise durch galvanische Abscheidungen aufgebracht werden.
Unter der Goldschicht ist vorzugsweise eine Kupferschicht vorgesehen, die zur Abfuhr der von dem Sender und dem Empfänger erzeugten Verlustwärme dient. Zu diesem Zweck ist die Kupferschicht mit einer vergleichsweise großen Dicke ausgeführt.
Zwischen der Goldbeschichtung und der Kupferschicht ist vorzugsweise eine Trennschicht aus Nickel aufgebracht, die ein Diffundieren der Atome der Goldbeschichtung in die Kupferschicht verhindert. Weiterhin ist vorzugsweise auf dem Substrat des Bauteils eine Start- schicht auf Nickel aufgebracht, auf der die Kupfcrschichl galvanisch abgeschieden werden kann.
Die Baugruppe kann durch ein erfindungsgemäßes Verfahren herge- stellt werden, welches die folgenden Schritte enthält: Zunächst wird durch Abformen einer Negativform ein Substrat mit Positionierge- slaltungen und mit mindestens zwei Spiegelflächen sowie ein weiteres Substrat mit Justiergestaltungen und mindestens einer Aufnahme für ein opto-clcktronisches Bauelement hergestellt. Anschließend werden die beiden Substrate geeignet metallisiert, wobei die Metallisierung der
Spiegelflächen dazu dient, einen gut reflektierenden Doppelspiegel bereitzustellen, während die Metallisierung des Substrates, das mit den Aufnahmen für das opto-elektronische Bauelement versehen ist, dazu dient, das Anschließen dieser Bauelemente und auch das Abführen der von diesen erzeugten Verlustwärme dient. Dann wird auf dem mit der
Aufnahme versehenen Substrat mindestens ein optischer Sender und mindestens ein optischer Empfänger angebracht. Daraufhin werden die beiden Substrate aufeinandergesetzt, wobei sie mittels der Justier- und Positioniergestaltungen präzise relativ zueinander ausgerichtet werden. Schließlich werden die beiden Substrate aneinander befestigt.
Dieses Verfahren ermöglicht es, die beiden Bauteile, aus denen die Baugruppe schließlich gebildet wird, getrennt voneinander herzustellen. Auf diese Weise läßt sich eine geringe Ausschußquote er- zielen, da nach jedem Zwischenschritt eine Funktionskontrolle vorgenommen werden kann. Falls ein Bauteil nicht funktioniert, gehört nur dieses zum Ausschuß und nicht die gesamte Baugruppe. Die beiden Substrate können beispielsweise in Spritzgußtechnik hergestellt werden. Auf diese Weise läßt sich die mikrostrukturierte Oberfläche der späteren Bauteile mit der erforderlichen hohen Genauigkeit bei geringen Herstellungskosten durch Abformen erzielen. Die beiden Spiegel und der Sender und der Empfänger brauchen bei der Montage nicht mehr aufwendig aufeinander abgestimmt zu werden, wie dies teilweise im Stand der Technik für jedes einzelne Bauteil erforderlich ist. Statt dessen wird konstruktiv eine optimale Anordnung und Ausrichtung relativ zueinander bestimmt, die sich dann bei jedem abgeformten Bauteil automalisch aufgrund der Justier- und der Positionier- gcstaltungcn einstellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist jedes Substrat eine Vielzahl von Spiegelflächen bzw. Aufnahmen auf, wobei von den beiden aufeinandergesetzten und miteinander verbundenen Substraten dann die einzelnen Baugruppen abgetrennt werden. Es kann also ähnlich wie bei der Chipherstellung ein Substrat hergestellt werden, das eine sehr große Anzahl von entsprechenden Gestaltungen aufweist. Als letzter Hcrstcllungsschritl wird das Substrat dann in eine Vielzahl von einzelnen Bauteilen zersägt oder zerschnitten, so daß sich geringe Stückkosten bei der Herstellung ergeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- Figur 1 in einem schematischen Querschnitt eine erfindungsgemäße Baugruppe;
- Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Baugruppe von Figur 1 ;
- Figur 3 in nochmals vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt von Figur 2;
- Figur 4 in einer schematischen Draufsicht ein erstes Bauteil der erfindungsgemäßen Baugruppe;
- Figur 5 einen Schnitt entlang der Ebene V-V von Figur 4:
- Figur 6 einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI von Figur 4;
- Figur 7 in einer schematischen Draufsicht ein zweites Bauteil der erfindungsgemäßen Baugruppe; - die Figuren 8 bis 12 verschiedene Zwischenstadien bei der Herstellung des Bauteils von Figur 4.
In Figur 1 ist in einem Querschnitt eine erfindungsgemäßc Bau- gruppe gezeigt. Sie besteht aus einem ersten Bauteil 10 und einem zweiten Bauteil 20.
Das erste Bauteil 10 (siehe auch die Figuren 4 bis 6) besteht aus einem Substrat 11, das mit einem Spritzgußverfahren herstellbar ist. Auf einer Oberfläche 12 des ersten Bauteils ist eine Aufnahmenut 13 für einen Lichtwellenleiter gebildet. Die Aufnahmenut 13 hat einen trapezförmigen Querschnitt (siehe insbesondere Figur 5) und erstreckt sich ausgehend von einer Stirnfläche des Bauteils. An die Aufnahmenut 13 , schließt sich ein erster Spiegel 14 an. Er ist als Parabolspiegel ausgestaltet und so angeordnet, daß er Licht, das auf ihn von einem in der Aufnahmenut 13 angeordneten LichtweUenleiter eintrifft, etwa senkrecht zur Oberfläche 12 vom ersten Bauteil weg reflektiert. An den ersten Spiegel 14 schließt sich ein zweiter Spiegel 15 an, der ebenfalls als Parabolspiegel ausgebildet ist. Der zweite Spiegel ist so ausgestaltet, daß er Licht, das auf ihn in einer Richtung etwa senkrecht zur Oberfläche 12 eintrifft, zu einem in der Aufnahmenut 13 angeordneten Lichtwellenleiter hin reflektiert. Von einem in der Aufnahmenut 13 angeordneten Lichtwellenleiter aus betrachtet, liegt der zweite Spiegel 15 hinter dem ersten Spiegel 14. Wenn der erste Spiegel und der zweite Spiegel in eine zur Längsachse eines in der
Aufnahmenut 13 aufgenommenen Lichtwellenleiters senkrechte Ebene projiziert werden (siehe Darstellung in Figur 5), liegt der zweite Spiegel 15 innerhalb der vom Umriß des ersten Spiegels definierten Fläche. Anders ausgedrückt weist der erste Spiegel 14 eine Aussparung auf, hinter der der zweite Spiegel 15 angeordnet ist. Die projizierte
Fläche des zweiten Spiegels ist wesentlich kleiner als die projizierte Fläche des ersten Spiegels (siehe weiterhin Figur 5) und beträgt weniger als 1/10 der Fläche des ersten Spiegels.
Auf der Oberfläche 12 des Bauteils 10 sind Positioniergestaltungen
16 vorgesehen, die als pyramidenstumpfförmige Vertiefungen ausgebildet sind. Das erste Bauteil ist wenigstens im Bereich der beiden Spiegel 14, 15 metallisiert, so daß dort eine reflektierende Oberfläche gebildet ist.
In die Aufnahmenut 13 ist eine Lichtleitfaser 17 (siehe Figur 1) eingelegt, die an ihrem in das erste Bauteil 10 eingelegten Ende einen trapezförmigen Querschnitt hat, so daß sie genau in die Aufnahmcnut paßt. Der trapezförmige Querschnitt am Ende der Lichtleitfaser kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß eine herkömmliche POF- Lichtleitfaser mit kreisförmigem Querschnitt in eine Aufnahme mit trapezförmigem Querschnitt eingelegt, auf ihre Erweichungstemperatur erwärmt und anschließend mit einem Druckwerkzeug in die Aufnahmenut eingedrückt wird, so daß sie deren Form annimmt. Die Lichtleitfaser 17 ist so weit in die Aufnahmenut 13 eingeschoben, daß ihre Stirnfläche 18 unmittelbar vor dem ersten Spiegel 14 liegt. In dieser Lage kann sie. durch einen beliebigen geeigneten Klebstoff fixiert werden. Bei einer Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von 1.000 μ im unver- formten Querschnitt kann die Aufnahmenut 13 beispielsweise eine Höhe hl von 800 μm und eine Breite dl im Bereich der Oberfläche 12 von 1.200 μm haben. Diese Abmessungen entsprechen auch den Abmessungen des Parabolspiegels 14 am Übergang zur Aufnahmenut 13. Die Breite d2 des zweiten Parabolspiegels 15 an der Oberfläche 12 und am Übergang zum ersten Parabolspiegel 14 kann in der Größenordnung von 250 μm liegen.
Gemäß einer in den Figuren nicht dargestellten Variante kann auch eine Lichtleitfaser mit halbkreisförmigem Querschnitt verwendet werden, die in eine Aufnahmenut mit ebenfalls halbkreisförmigem Querschnitt eingelegt wird. Bei einem solchen Querschnitt der Lichtleitfaser in Kombination mit dem parabolförmigen Spiegel ergibt sich aus geometrischen Gründen ein besserer Wirkungsgrad bei der Einkopplung von Licht in die Lichtleitfaser.
Das zweite Bauteil 20 (siehe auch Figur 7) weist ein Substrat 21 auf, das ebenfalls durch ein Spritzgußverfahren herstellbar ist. Auf einer Oberfläche 22 des zweiten Bauteils sind mehrere Justierge- staltungen 23 vorgesehen, die als pyramidenförmige Erhebungen ausgebildet sind. Diese sind an die Posilioniergcstaltungen 16 des ersten Bauteils angepaßt. Das zweite Bauteil ist auf der Seite seiner Oberfläche 22 mit zwei Aufnahmen für opto-elektronische Bauteile versehen. Eine der Aufnahmen ist als Vertiefung 24 ausgebildet und dient zur Aufnahme eines optoelektronischen Empfängers, beispielsweise einer Pholodiode 25. Die andere Aufnahme besteht aus pyramidenförmigen Vorsprüngen 26 und einem
Steg 28, die zusammen eine Aufnahme für einen (in Figur 7 gestrichelt angedeuteten) opto-elektronischen Sender 29 dienen, beispielsweise für eine Laserdiode.
Auf der Oberfläche 22 ist eine Goldbeschichtung 30 (siehe Figur 3) vorgesehen, mittels der (in Figur 7 schematisch angedeutete) Leiterbahnen 31 zum Anschließen des opto-elektronischen Empfängers 25 und des opto-elektronischen Senders 29 gebildet sind. Die Goldbeschichtung 30 ist unter Verwendung einer Nickel-Trcnnschicht 32 auf einer Kupfer- Schicht 33 gebildet. Die Kupferschicht 33 hat eine vergleichsweise große Dicke, beispielsweise 30 μm, und dient zur Abfuhr der Verlustwärme der opto-elektronischen Bauelemente 25, 29. Die Trennschicht 32 verhindert ein Diffundieren von Atomen der Goldbeschichtung 30 in die Kupferschicht 33. Die Kupferschicht 33 wiederum ist auf einer Nickel- Startschicht 34 aufgebracht, beispielsweise durch galvanisches Abscheiden. Die Nickel-Startschicht ist nach Bekeimen des Substrates 21 in einer Palladium-Lösung chemisch abgeschieden worden.
Der beschriebene Aufbau der Beschichtung des Substrates 21 kann auch bezüglich des Substrates 11 verwendet werden.
Die beiden Bauteile 10, 20 werden, wenn sie mit der Lichtleitfaser bzw. den opto-elektronischen Bauelementen versehen sind, so aufein- andergesetzt, daß die Justiergestaltungen 23 des zweiten Bauteils in die Positionicrgestaltungcn 16 des ersten Bauteils eingreifen. Auf diese Weise sind die beiden Bauteile relativ zueinander so ausgerichtet, daß der opto-elektronische Empfänger 25 geeignet relativ zum ersten Spiegel 14 und der opto-elektronische Sender 29 geeignet relativ zum zweiten Spiegel 15 ausgerichtet ist. Über den Lichtwellen- leiter 17 einfallendes Licht E (siehe Figur 2) wird vom ersten Parabolspiegel 14 so reflektiert, daß es auf den opto-elektronischen Empfänger 25 trifft. Der Anteil des einfallenden Lichts, der auf den zweiten Spiegel 15 trifft und folglich nicht zum Empfänger 25 reflek- ticrt werden kann, führt nur zu geringen Verlusten, da der Spiegel 15 nur einen geringen Teil der Fläche des Spiegels 14 einnimmt. Vom optoelektronischen Sender 29 erzeugtes Licht S wird dagegen vom zweiten Parabolspiegel 15 hin zur Stirnfläche 18 des Lichtwcllenleitcrs 17 reflektiert und dort in diesen eingekoppcll. Der Anteil, der dabei als
Streuverlust auf den Empfänger 25 fällt, führt bei geeigneter Geometrie des Spiegels nur zu geringen Verlusten. Ferner ist auf dem Empfänger 25 ein Filter 35 aufgebracht, der aus einer Lackschicht mit einer Farbe bestehen kann, die an die Farbe des Lichts S des Senders angepaßt ist. Folglich ist der Filter 35 für das vom Sender erzeugte
Licht S undurchlässig, so daß die Strcuverluste kein Signal des Empfängers 25 erzeugen.
Die beiden Bauteile 10, 20 werden mittels eines optisch trans- parenten Klebstoffs miteinander verbunden, dessen Brechungsindex an den Brechungsindex der Lichtleitfaser 17 angepaßt ist. Der Klebstoff
36 füllt dabei jeden Hohlraum zwischen den beiden Bauteilen 10, 20 aus, so daß eine optimale Übertragung des Lichts gewährleistet ist.
Anhand der Figuren 8 bis 12 werden nun einige Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Substrates 11 beschrieben. Zunächst wird ein Masterteil aus Silizium (siehe Figur 8) hergestellt, in welchem bereits Vertiefungen ausgebildet sind, die den pyramidenstumpftörmigen Positioniergestaltungen am Substrat entsprechen. Das Silizium- Masterteil wird dann in ein Nickelteil der ersten Generation umkopiert
(siehe Figur 9). Das Nickelteil der ersten Generation wird wiederum umkopiert in ein Nickelteil zweiter Generation. In diesem Nickelteil wird dann eine Nut erzeugt, die der späteren Aufnahmenut für den Lichtwellenleiter entspricht, und Flächen, die den späteren Spiegel- flächen 14, 15 ensprechen (dargestellt in Figur 10). Die Nut und die
Flächen können beispielsweise mit einer hochpräzisen Mikrofräse herausgearbeitet werden. Anschließend wird das Nickclleil der zweiten Generation wieder umkopiert, so daß ein Nickelteil der dritten Generation entsteht (dargestellt in Figur 11). Dieses Teil stellt eine Negativform des herzustellenden Substrates 11 dar, die beispielsweise durch Spritzgießen abgeformt werden kann.
Eine analoge Vorgehensweise kann hinsichtlich des zweiten Substra- tes 21 gewählt werden.
Bei dieser Vorgehensweise ergibt sich der Vorteil, daß all diejenigen Geometrien und Gestaltungen, die mit besonders hoher Präzision erhalten werden müssen und deswegen aufwendig sind, nur ein einziges
Mal hergestellt werden müssen, und zwar entweder am Silizium-Masterteil (Ausnehmung für die Aufnahmenut sowie Ausnehmungen für die Positioniergcstaltungen) oder am Nickclleil der zweiten Generation (Flächen für die Spiegel). Das Nickelteil der dritten Generation kann dann dazu verwendet werden, diese hochpräzisen Gestaltungen in hoher
Stückzahl abzuformen, beispielsweise durch Spritzguß.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil (10) mit Posilionicrgcstaltungen (16), einem Lichtwellenleiter (17), einem ersten Spiegel (14) und einem zweiten Spiegel (15), wobei die beiden Spiegel (14, 15) in der Verlängerung des Lichtwellenleiters (17) liegen und der zweite Spiegel (15), von dem Lichtwellenleiter (17) aus betrachtet, hinter dem ersten Spiegel (14) liegt.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (15) eine wesentlich kleinere Fläche einnimmt als der erste Spiegel (14).
3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Lichtwellenleiters (17) projizierte Fläche des zweiten Spiegels (15) nicht mehr als 1/10 der projizierten Fläche des ersten Spiegels (14) beträgt.
4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (15), in einer Projektion in eine zur Längsachse des Lichtwellenleiters (17) senkrechte Ebene, innerhalb der Fläche des ersten Spiegels (14) liegt.
5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Spiegel Parabolspiegel (14, 15) sind.
6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt des zweiten Spiegels (15), von dem
Lichtwellenleiter aus betrachtet, hinter dem Brennpunkt des ersten Spiegels (14) liegt.
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Bauteil (10) mit einer Aufnahmenut (13) mit trapezförmigem Querschnitt für einen Lichtwellenleiter versehen ist und daß der Lichtwellenleiter eine Lichtleitfaser (17) ist, die im Bereich des Bauteils (10) einen trapezförmigen Querschnitt hat.
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Bauteil (10) mit einer Aufnahmcnut (13) mit halbkreisförmigem Querschnitt für einen LichtweUenleiter versehen ist und daß der LichtweUenleiter eine Lichtleitfaser (17) ist, die im
Bereich des Bauteils (10) einen halbkreisförmigen Querschnitt hat.
9. Bauteil (20) mit Justiergestaltungen (23), einem optischen
Sender (29) und einem optischen Empfänger (25), wobei der Sender (29) und der Empfänger (25) benachbart angeordnet sind.
10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (25) auf seiner aktiven Oberfläche mit einem Filter (35) versehen ist, der für das von dem Sender (29) abgestrahlte Licht (S) undurchlässig ist.
11. Bauteil nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterbahnen (31) vorgesehen sind, mittels denen der Empfänger (25) und der Sender (29) anschließbar sind.
12. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es auf seiner Außenfläche eine Goldbeschichtung (30) aufweist, die eine bondbare Oberfläche bildet.
13. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferschicht (33) vorgesehen ist, die zur Wärmeabfuhr dient.
14. Bauteil nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Startschicht aus Nickel (34) aufweist, auf der die Kupferschicht (33) aufgebracht ist, daß auf der Kupferschicht (33) eine zweite Nickelschicht (32) aufgebracht ist, die als Trennschicht wirkt, und daß auf die zweite Nickelschicht die Goldschicht (30) aufgebracht ist.
15. Baugruppe aus einem Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bauteile (10, 20) mittels der Positionier- und der Justiergestaltungen (16, 23) relativ zueinander präzise so ausgerichtet sind, daß der erste Spiegel (14) mit dem optischen Empfänger (25) und der zweite Spiegel (15) mit dem optischen Sender
(29) zusammenwirken kann, so daß über den LichtweUenleiter (17) cin- gckoppeltes Licht (E) auf den Empfänger (25) fällt und von dem Sender (29) erzeugtes Licht (S) in den LichtweUenleiter (17) eingekoppelt wird.
16. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe nach Anspruch 15 mittels der folgenden Schritte:
- es wird durch Abformen einer Negativform ein Substrat (11) mit mindestens zwei Spiegelflächen und mit Positioniergestaltungen sowie ein Substrat (21) mit mindestens einer Aufnahme (24, 26, 28) für ein opto-elektronischcs Bauelement und Justiergestaltungen hergestellt,
- das Substrat wird geeignet metallisiert,
- das mit der Aufnahme versehene Substrat wird mit mindestens einem optischen Sender (29) und mindestens einem optischen Empfänger (25) versehen, die beiden Substrate werden aufeinandergesetzt, wobei sie mittels der Justier- und Positioniergestaltungen (16, 23) präzise relativ zueinander ausgerichtet werden,
- die beiden Substrate (11, 21) werden aneinander befestigt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Substrat eine Vielzahl von Spiegelflächen bzw. Aufnahmen aufweist und die einzelnen Baugruppen, nachdem die beiden Substrate aufeinandergesetzt und miteinander verklebt sind, abgetrennt werden.
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