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Dokumentenidentifikation DE19925198A1 21.12.2000
Titel Elektrooptisches Übertragungsmodul
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Vertreter Zedlitz, P., Dipl.-Inf.Univ., Pat.-Anw., 80331 München
DE-Anmeldedatum 26.05.1999
DE-Aktenzeichen 19925198
Offenlegungstag 21.12.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2000
IPC-Hauptklasse H04B 10/02
IPC-Nebenklasse G02B 6/43   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Übertragungsmodul mit einer elektrooptischen Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von optischen Signalen, mit einer mit der Sende- oder Empfangseinrichtung elektrisch verbundenen Ansteuerungseinrichtung zur elektrischen Ansteuerung der Sende- oder Empfangseinrichtung, und mit elektrischen Kontaktelementen, die mit der Ansteuereinrichtung verbunden sind und die den elektrischen Anschluß des elektrooptischen Übertragungsmoduls an Anschlußelemente einer Leiterplatte ermöglichen.
Um zu erreichen, daß noch kleinere und damit noch kostengünstigere Übertragungsmodule herstellbar sind als bisher, wird vorgeschlagen, daß die Kontaktelemente zur Abstandsanpassung zwischen Übertragungsmodul und Leiterplatte säulenförmig ausgebildet sind und die säulenförmigen Kontaktelemente matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Übertragungsmodul mit einer elektrooptischen Sende- oder Empfangseinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von optischen Signalen, mit einer mit der Sende- oder Empfangseinrichtung elektrisch verbundenen Ansteuereinrichtung zur elektrischen Ansteuerung der Sende- oder Empfangseinrichtung und mit elektrischen Kontaktelementen, die mit der Ansteuereinrichtung verbunden sind und die den elektrischen Anschluß des elektrooptischen Übertragungsmoduls an Anschlußelemente einer Leiterplatte ermöglichen.

Ein derartiges Übertragungsmodul wird von der Fa. Infineon unter dem Produktnamen PAROLI vertrieben. Bei diesem vorbekannten Übertragungsmodul werden die elektrischen Kontaktelemente durch sog. Leadframes gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrooptisches Übertragungsmodul der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, das noch kleinere und damit noch kostengünstigere Übertragungsmodule herstellbar sind, als bisher.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktelemente zur Abstandsanpassung zwischen Übertragungsmodul und Leiterplatte säulenförmig ausgebildet sind und die säulenförmigen Kontaktelemente matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Übertragungsmoduls besteht darin, daß es besonders platzsparend ist, da die Kontaktelemente im Unterschied zu dem vorbekannten Übertragungsmodul, bei dem die Kontaktelemente als Leadframes ausgeführt sind, matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Übertragungsmoduls ist darin zu sehen, daß die Kontaktelemente säulenförmig ausgeführt sind, so daß - falls das Übertragungsmodul auf einer Leiterplatte wie beispielsweise dem Board eines Computers angebracht ist die kürzestmögliche elektrische Verbindung zwischen der Ansteuereinrichtung des Übertragungsmoduls und Anschlußelementen der Leiterplatte ermöglicht wird. Außerdem lassen sich mit den säulenförmigen Kontaktelementen Abstandsunterschiede im Kontaktbereich zwischen dem Übertragungsmodul und der Leiterplatte überbrücken.

Besonders einfach und damit vorteilhaft lassen sich derartige elektrooptische Übertragungsmodule fertigen, wenn oberflächenaktive Bauelemente als Sende- oder Empfangseinrichtung eingesetzt werden; es wird also als vorteilhaft angesehen, wenn die Sende- oder Empfangseinrichtung ein oberflächenaktives Wandlerbauelement ist, das Übertragungsmodul ein Trägerelement mit einer planen Seite aufweist, auf der das Wandlerbauelement und die Ansteuereinrichtung angebracht sind, wobei die oberflächenaktive Seite des Wandlerbauelements der planen Seite des Trägerelements abgewandt angeordnet ist, das Übertragungsmodul mindestens einen optischen Koppelwellenleiter aufweist, der mit der oberflächenaktiven Seite des Wandlerbauelements in optischer Verbindung steht, und die Kontaktelemente im wesentlichen senkrecht zur planen Seite des Trägerelements ausgerichtet sind, wobei die Höhe der Kontaktelemente mindestens so groß ist wie der Abstand des mindestens einen Koppelwellenleiters von der planen Seite.

Die Ankopplung des Koppelwellenleiters ist dabei besonders einfach möglich, wenn der mindestens eine Koppelwellenleiter in einem vorgegebenen Abstand von der planen Seite des Trägerelements und parallel zu dieser mit einer den Abstand bestimmenden Wellenleiter-Haltevorrichtung gehalten ist und der mindestens eine Koppelwellenleiter über einen optischen Spiegel mit der oberflächenaktiven Seite des oberflächenaktiven Wandlerbauelements in optischer Verbindung steht.

Als Wandlerbauelemente sind zum Senden von Lichtsignalen beispielsweise VCSEL's einsetzbar, so daß es als vorteilhaft angesehen wird, wenn das oberflächenaktive Wandlerbauelement mindestens einen vertikal emittierende Laser (VCSEL) aufweist.

Besonders einfach und damit kostengünstig läßt sich das tTbertragungsmodul fertigen, wenn die Kontaktelemente Kontaktstifte eines Verdrahtungsträgers sind, der auf der planen Seite des Grundelements angebracht ist und der mit der Ansteuereinrichtung elektrisch verbunden ist, da bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Übertragungsmoduls der Verdrahtungsträger und die elektrische Ansteuereinrichtung getrennt voneinander gefertigt werden können, was zu einer Vereinfachung des Herstellungsprozesses für das Übertragungsmodul führt.

Besonders kostengünstig läßt sich ein solcher Verdrahtungsträger dabei herstellen, wenn er als Leiterplatte ( Leiterplatten-Element) ausgebildet ist. Im Falle der Verwendung einer Leiterplatte als Verdrahtungsträger lassen sich darüber hinaus Herstellungskosten einsparen, wenn als Leiterplatte eine durchkontaktierte Leiterplatte eingesetzt wird und die Kontaktelemente durch die durchgeführten Kontakte der durchkontaktierten Leiterplatte gebildet sind, da in einem solchen Fall auf die Herstellung und die Befestigung separater Kontaktstifte auf der Leiterplatte verzichtet werden kann. Unter dem Begriff "Leiterplatte" werden dabei beispielsweise konventionelle Leiterplatten z. B. mit organischem Isolationsmaterial oder auch auf Keramik basierende Leiterplatten bzw. Bauteilträger verstanden.

Eine besonders große Kostenersparung bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Übertragungsmoduls läßt sich jedoch dann erreichen, wenn auf einen separaten Verdrahtungsträger völlig verzichtet wird; dies setzt jedoch voraus, daß die Kontaktelemente durch Anschlüsse der Ansteuereinrichtung gebildet werden. Dies läßt sich besonders einfach und damit kostengünstig erreichen, wenn die Kontaktelemente Kontaktsäulen eines Column Grid Array (CGA)-Bauelements (vgl. "Ball Grid Array Technology", J. H. Lau, McGraw-Hill Inc., ISBN 0-07-036608X, insbesondere Kapitel 5.2 und 5.3) sind, das zumindest einen Teil der Ansteuereinrichtung bildet.

Im übrigen lassen sich die Herstellungskosten darüber hinaus reduzieren, wenn die Kontaktelemente aus mit Metall beschichteten Kunststoff bestehen, da die Kontaktelemente dann im Rahmen eines Spritzgußverfahrens hergestellt werden können.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Übertragungsmodul im Schnitt,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit des Übertragungsmoduls gemäß Fig. 1 im Schnitt und

Fig. 3 bis 5 das erfindungsgemäße Übertragungsmodul gemäß den Fig. 1 und 2 in dreidimensionaler, perspektivischer Darstellung.

Nachfolgend wird auf die Fig. 1 und 2 gemeinsam Bezug genommen. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein elektrooptisches Übertragungsmodul 1, das auf einer Leiterplatte 2 montiert ist. Bei der Leiterplatte 2 kann es sich beispielsweise um ein sog. Board eines Computers handeln. Das Übertragungsmodul 1 verfügt über eine elektrooptische Sende- oder Empfangseinrichtung in Form eines oberflächenaktiven Wandlerbauelementes 3, bei dem es sich beispielsweise um einen oder mehrere vertikal emittierende Laser (VCSEL) und/oder Photodioden handeln kann. Mit dem Wandlerbauelement 3 steht ein Signalverarbeitungs-IC 4 als elektronische Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Wandlerbauelementes 3 in elektrischer Verbindung. Das Signalverarbeitungs-IC 4 ist elektrisch an einen Verdrahtungsträger 5 angeschlossen, der die elektrische Verbindung zwischen dem Übertragungsmodul 1 und der Leiterplatte 2 gewährleistet. Über den Verdrahtungsträger 5 lassen sich elektrische Signale vom Signalverarbeitungs-IC 4 zur Leiterplatte und umgekehrt übertragen, so daß es möglich ist, das Übertragungsmodul 1 elektrisch über die Leiterplatte 2 anzusteuern.

Wie sich den beiden Fig. 1 und 2 ferner entnehmen läßt, sind das oberflächenaktive Wandlerbauelement 3, das Signalverarbeitungs-IC 4 sowie der Verdrahtungsträger 5 jeweils mit ihrer elektrisch bzw. optisch inaktiven Rückseite auf einer gemeinsamen Basisplatte 6 befestigt und durch Drahtbonds 7a, 7b und 7c elektrisch miteinander verbunden. Die Basisplatte 6 ist dabei durch die plane Seite eines Trägerelementes 10 gebildet, das so ausgebildet ist, daß es in optimaler Weise die elektrische Verlustleistung des oberflächenaktiven Wandlerbauelements 3 sowie des Signalverarbeitungs-IC's 4 an die Umgebung abgibt; denn es weist entsprechend ausgeformte Kühlrippen 11 auf. Auf der Basisplatte 6 ist eine Wellenleiter- Haltevorrichtung 18 angebracht, die einen oder ggf. mehrere i Koppelwellenleiter 20 in Form einer oder ggf. mehrerer optischer Glasfasern oder optischer Kunststoffasern oder integriert-optischer Wellenleiter trägt bzw. enthält und als Koppelelement bezeichnet werden kann; denn diese Wellen- leiter-Haltevorrichtung 18 weist an einer Außenseite 25 Stifte 29 auf, die zur Positionierung und Zentrierung eines nicht dargestellten optischen Glasfaser-Steckers dienen, mit dem ein nicht dargestelltes Glasfaserkabel an die Wellenleiter-Haltevorrichtung 18 bzw. an den Koppelwellenleiter 20 angeschlossen werden kann. Die in den Fig. 1 und 2 strichpunktierte Mittellinie stellt eine durch den Koppelwellenleiter 20 gebildete optische Achse 30 dar. An der der einen Seite 25 der Wellenleiter-Haltevorrichtung 18 gegenüberliegenden Seite 35 liegt der Koppelwellenleiter 20 einseitig mit seinem Mantel frei; dabei ist die Endfläche des Koppelwellenleiters 20 schräg poliert, so daß die polierte Endfläche einen Spiegel 40 bildet. Die Endfläche bzw. der Spiegel 40 ist dabei derart angeordnet, daß Licht, das beispielsweise aus dem oberflächenaktiven Wandlerbauelement 3 austritt, über die schrägpolierte Endfläche in den Koppelwellenleiter 20 durch Spiegelung bzw. mittels Strahlumlenkung eingekoppelt wird. Wie sich den Fig. 1 und 2 darüber hinaus entnehmen läßt, weist die Wellenleiter-Haltevorrichtung 18 eine Steckerbucht 45 auf, in die der nicht dargestellte Glasfaser-Stecker zum optischen Anschluß an den Koppelwellenleiter 20 eingeschoben werden kann. Die Höhe H der Steckerbucht 45 bestimmt den Abstand H1 zwischen dem Übertragungsmodul 1 und der Leiterplatte 2 und damit die Höhe H2 der optischen Achse 10 über der Leiterplatte 2. Zum Anschluß des Übertragungsmoduls 1 an die Leiterplatte 2 müssen Kontaktelemente 50 des Verdrahtungsträgers 5 diesen Abstand H1 überbrücken. Dies wird bei dem Übertragungsmodul 1 konkret dadurch erreicht, daß die Kontaktelemente 50 säulenförmig ausgeführt sind. Die Säulenhöhe entspricht dabei dem Abstand H1 zwischen dem Übertragungsmodul 1 und der Leiterplatte 2, so daß die Kontaktelemente 50 jeweils ihr zugeordnetes Anschlußelement 60 auf der Leiterplatte 2 berühren, wenn das Übertragungsmodul 1 auf der Leiterplatte 2 und die untere Seite 65 der Wellenleiter-Haltevorrichtung 18 auf der Leiterplatte 2 aufliegt.

Diese Kontaktelemente 50 sind zum Zwecke der Platzersparnis matrixförmig in Spalten und Reihen angeordnet - wie sich der Fig. 4 deutlich entnehmen läßt. Die Kontaktierung zwischen den säulenförmigen Kontaktelementen 50 und den korrespondierenden Anschlußelementen 60 auf der Leiterplatte 1 erfolgt dabei über ein Standardlötverfahren, bei dem sich in bekannter Weise Lotkegel 70 zur sicheren Kontaktierung ausbilden lassen.

Der Verdrahtungsträger 5 mit den Kontaktelementen 50 kann beispielsweise durch eine durchkontaktierte Leiterplatte gebildet sein; in diesem Fall werden die Kontaktelemente 50 durch die durchgeführten Kontakte der durchkontaktierten Leiterplatte gebildet. Es ist ebenfalls möglich, daß der Verdrahtungsträger 5 durch ein Column Grid Array (CGA)- Bauelement gebildet ist; die Kontaktelemente 50 sind dann die Kontaktsäulen des Column Grid Array (CGA)-Bauelements, und die Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Wandlerbauelementes 3 besteht dann aus dem Signalverarbeitungs-IC 4 und dem Column Grid Array (CGA)-Bauelement.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrooptisches Übertragungsmodul (1) mit
    1. - einer elektrooptischen Sende- oder Empfangseinrichtung (3) zum Senden und/oder Empfangen von optischen Signalen,
    2. - mit einer mit der Sende- oder Empfangseinrichtung (3) elektrisch verbundenen Ansteuereinrichtung (4) zur elektrischen Ansteuerung der Sende- oder Empfangseinrichtung (3), und
    3. - mit elektrischen Kontaktelementen (50), die mit der Ansteuereinrichtung (4) verbunden sind und die den elektrischen Anschluß des elekrooptischen Übertragungsmoduls (1) an Anschlußelemente (60) einer Leiterplatte (2) ermöglichen,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Kontaktelemente (50) zur Abstandsanpassung zwischen Übertragungsmodul (1) und Leiterplatte (2) säulenförmig ausgebildet sind und
    2. - die säulenförmigen Kontaktelemente (50) matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
  2. 2. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Sende- oder Empfangseinrichtung (3) ein oberflächenaktives Wandlerbauelement ist,
    2. - das Übertragungsmodul (1) ein Trägerelement (10) mit einer planen Seite (6) aufweist, auf der das Wandlerbauelement (3) und die Ansteuereinrichtung (4) angebracht sind, wobei die oberflächenaktive Seite des Wandlerbauelements (3) der planen Seite des Trägerelements (6) abgewandt angeordnet ist,
    3. - das Übertragungsmodul (1) mindestens einen optischen Koppelwellenleiter (20) aufweist, der mit der oberflächenaktiven Seite des Wandlerbauelements (3) in optischer Verbindung steht, und
    4. - die Kontaktelemente (50) im wesentlichen senkrecht zur planen Seite (6) des Trägerelements (10) ausgerichtet sind, wobei die Säulenhöhe (H1) der Kontaktelemente (50) mindestens so groß ist wie der Abstand des mindestens einen Koppelwellenleiters (20) von der planen Seite (6).
  3. 3. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - der mindestens eine Koppelwellenleiter (20) in einem vorgegebenen Abstand von der planen Seite (6) des Trägerelements (10) und parallel zu dieser mit einer den Abstand bestimmenden Wellenleiter-Haltevorrichtung (18) gehalten ist und
    2. - der mindestens eine Koppelwellenleiter (20) über einen optischen Spiegel (40) mit der oberflächenaktiven Seite des Wandlerbauelements (3) in optischer Verbindung steht.
  4. 4. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das oberflächenaktive Wandlerbauelement (3) mindestens einen vertikal emittierenden Laser aufweist.
  5. 5. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Kontaktelemente (50) Kontaktstifte eines Verdrahtungsträgers (5) sind, der auf der planen Seite (6) des Trägerelements (10) angebracht ist und
    2. - der mit der Ansteuereinrichtung (4) elektrisch verbunden ist.
  6. 6. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - der Verdrahtungsträger (5) durch ein Leiterplatten-Element gebildet ist.
  7. 7. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - das Leiterplatten-Element eine durchkontaktierte Leiterplatte ist und
    2. - die Kontaktelemente durch die durchgeführten Kontakte der durchkontaktierten Leiterplatte gebildet sind.
  8. 8. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (50) Kontaktsäulen eines Column Grid Array (CGA)-Bauelements sind, das zumindest einen Teil der Ansteuereinrichtung (4) bildet.
  9. 9. Elektrooptisches Übertragungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Kontaktelemente (50) aus mit Metall beschichtetem Kunststoff sind.






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