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WO2012031780A2 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

Optoelektronisches bauelement Download PDF

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Publication number
WO2012031780A2
WO2012031780A2 PCT/EP2011/004581 EP2011004581W WO2012031780A2 WO 2012031780 A2 WO2012031780 A2 WO 2012031780A2 EP 2011004581 W EP2011004581 W EP 2011004581W WO 2012031780 A2 WO2012031780 A2 WO 2012031780A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
housing part
signals
coupling means
transmitter
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/004581
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English (en)
French (fr)
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WO2012031780A3 (de
Inventor
Wojciech Piotr Giziewicz
Thomas Albert Hall
Original Assignee
Amphenol-Tuchel Electronics Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amphenol-Tuchel Electronics Gmbh filed Critical Amphenol-Tuchel Electronics Gmbh
Priority to JP2013527499A priority Critical patent/JP2014502363A/ja
Priority to US13/822,391 priority patent/US9294197B2/en
Priority to CN2011800438222A priority patent/CN103140786A/zh
Priority to EP11771005.3A priority patent/EP2614395A2/de
Publication of WO2012031780A2 publication Critical patent/WO2012031780A2/de
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Definitions

  • the present invention relates to an optical coupling device and an optoelectronic device (e.g., an electro / optical (E / O) converter (transmitter) and / or an optical / electrical (O / E) converter (receiver) and methods of manufacture.
  • an optoelectronic device e.g., an electro / optical (E / O) converter (transmitter) and / or an optical / electrical (O / E) converter (receiver) and methods of manufacture.
  • the invention preferably relates to an optoelectronic transceiver (in short: an optical transceiver) in which electrical-optical transmission devices (which, for example, have an optical transmitter element, a VCSEL) and optical / electrical reception devices (which, for example, act as an optical reception element) Photodiode have) can be used. While in the use of electrical transceivers, the transmission and reception information between two electric transceivers by using electric waves or signals, the transmission and reception information is transmitted by optical waves or signals when using two optical transceivers.
  • electrical-optical transmission devices which, for example, have an optical transmitter element, a VCSEL
  • optical / electrical reception devices which, for example, act as an optical reception element
  • a transceiver In the receive mode of a transceiver, it converts those received, for example, from an optical fiber, e.g. a fiber, supplied on an optical link transmitted optical input signals in electrical see signals, which are then further processed in the optical transceiver itself and / or in connected circuits.
  • an optical fiber e.g. a fiber
  • the transceiver converts electrical input signals into optical signals to be transmitted on the optical link.
  • the optical transceiver on an operating as an E / O converter optical element, for. B. a VCSEL laser.
  • an optoelectronic component for example a transceiver
  • an optical coupling arrangement uses a fiber optic prism 10 and comprises: a substrate 20 having at least one light element 24 and at least one waveguide 22 overlying a substrate 20, further comprising a fiber optic prism Prism 10 is provided.
  • the fiber optic prism 10 receives light through the first side surface 12, reflects the received light from a third side surface 16, and transmits the reflected light from the third side surface 16 through a second side surface 14.
  • the fiber optic prism 10 is disposed such that the first side surface 12 is arranged adjacent to the light element 24, and the second side surface 14 is adjacent to the waveguide 22.
  • the light element 24 may comprise a light-emitting device such as an LED or a VCSEL or a light-receiving device, such as a photodiode.
  • An alternative arrangement is shown in Figure 4 of the '385 patent.
  • the fiber optic prism is a separate component, which must be made separately and also needs to be adjusted when it is installed in the transceiver.
  • the present invention is in particular based on the object of providing an optoelectronic component, wherein coupling means are provided for an electro / optical transmitter and for an optical / electrical receiver as well as in particular for an optoelectronic transceiver, such that the adjustment effort for the optical components, z. B. the optical element and the light guide is low.
  • optical coupling means or a coupling device which has an integrated optical waveguide orientation (preferably 1-0 optical fiber alignment) and integrated mirror structures or integrated mirror properties.
  • the optical coupling means comprise both optical and mechanical coupling means. These can take the form of an op-
  • 15 toelektronische semiconductor package (opto-electronic semiconductor package) be formed, i. an optoelectronic component housing (semiconductor housing or housing part) is provided, which has the feature of optical fiber alignment (physical or mechanical optical fiber alignment) with the feature of a beam deflection, which is a nearly vertical
  • an opto-electronic transceiver employing such an optical coupling device which can be made small enough to be usable in the USB 1.0, 2.0, 3.0 plug connector technique.
  • the critical functions of the fiber alignment as well as the beam deflection and collimation are achieved in a single production step by shaping the optoelectronic component or semiconductor housing part forming the optical coupling device, wherein no further active alignment step is required.
  • the optical coupling device designed according to the invention as a molded plastic body forms a first housing part of a component housing and forms an encapsulation with a second housing part or component carrier carrying an optical element.
  • the plastic body is preferably formed directly on the component carrier carrying the optical element.
  • an optical element is e.g. in the form of a VCSEL for the driver (optical transmitter) and / or an optical element in the form of a photodiode for the receiver (receiver), i.
  • the optoelectronic semiconductor housing contains an optical transmitter and / or an optical receiver, it may also form further electrical circuits, an optoelectronic component according to the invention, e.g. , preferably a transceiver.
  • the optoelectronic component or semiconductor housing having the optical coupling device is achieved by an efficient coupling between an optical fiber (optical waveguide) and an optical element (transmitting and / or receiving element), preferably with a 90 ° beam deflection, in that the coupling device provides optical fiber alignment and beam deflection and focusing by providing or molding a molded, highly transparent plastic body forming the optical coupling device (coupling means) directly on a component carrier carrying the active element (s).
  • the plastic body forms the optical coupling means.
  • the so-called "overmold packaging technology” is used for production
  • other plastic molding processes such as transfer overmolding with light-curable plastic can be used.
  • the optoelectronic housing part is formed in such a way that the plastic or overmold material is highly transparent and forms a mechanical connection with a further material of a second housing part or component carrier when the housing part is formed.
  • the second housing part may be a component carrier and carries an optical element and optionally other components or electrical circuits.
  • the second component carrier is for example a substrate or a leadframe or a ceramic.
  • the plastic or the overmold plastic material which forms the housing part forms a reflector or reflecting mirror, which forms a reflection interface, preferably a total reflection interface for the light, between the optical element (s) positioned on the support the entrance end face of the light guide (and possibly vice versa) is to be transmitted.
  • the reflection mirror forming the reflection interface is an internal conical total reflection mirror.
  • the plastic forms the reflection mirror as a result of the transition from the plastic material with a higher refractive index to the air with the refractive index 1.
  • the first housing part formed by the plastic in particular by the overmolding process, forms an encapsulating optoelectronic component housing when forming it together with the component carrier, the optical coupling device acting as optical coupling means and mechanical coupling means the latter are preferably provided as alignment means for the light guide.
  • the alignment means are preferably formed by a V-groove in the housing part.
  • Figure 1 is a schematic side view of an optoelectronic device according to the invention with a first and a second housing part 10 having optoelectronic housing (or an optoelectronic semiconductor package) in which an optical element and coupling means are provided for light to and / or from a light guide.
  • FIG. 2 is a schematic view of two housing parts forming the housing of the optical component of FIG. 1;
  • Fig. S is a schematic representation similar to FIG. 1, wherein it is assumed here that the electro-optical component as an embodiment of the invention is an optoelectronic transceiver, in which a formed by the first of a preferably highly transparent plastic internal conical Tollreflekomsspiegel for the optical connection between the optical receiver / optical transmitter and the optical waveguide and, furthermore, alignment means for the optical waveguide are provided;
  • Fig. 4 shows schematically an electro-optical transducer (transmitter) with its preferred
  • FIG. 5 shows a schematic cross section of the optical component, in particular of the optical transmitter of FIG. 4, from the right in FIG. 4 approximately along the line AA in FIG. 6, wherein the alignment means only indicated in FIG are clearly visible from the first housing part in the form of an alignment groove for the light guide;
  • Fig. 6 is a schematic plan view similar to Fig. 1 1 on a device according to FIG.
  • FIG. 8 schematically and analogously to FIG. 3 a transceiver with its schematically shown light transmission paths
  • Fig. 39 is similar to Fig. 8 but shows an electro-optical transmitter
  • FIG. 10 similar to FIG. 8, but with an electro-optical receiver
  • FIG. 1 1 shows a perspective top view of an optoelectronic component designed according to the invention, for example a transmitter, a receiver or a transceiver according to FIGS. 3 to 10; FIG. and
  • FIGS. 13 and 14 schematically show the invention with two reflection surfaces formed by the optoelectronic component or its coupling means
  • FIG. Figure 15 is a schematic view of the beam path for a receive beam and a transmit beam similar to Figures 13 and 14;
  • FigL5l 6 schematic views similar to FIGS. 1 1 and 12, but here in each case two reflection surfaces, formed by the component housing, are provided.
  • FIG. 1 generally shows an optoelectronic component 20 according to the invention (in short: component) 10 with an optoelectronic housing, which may also be referred to as a capsule, encapsulating the housing or the capsule 9 at least one optical element 17 and possibly others.
  • Coupling means 300 provide efficient connection or coupling between the optical element 17 and a cooperating optical fiber (eg, a fiberglass) 12.
  • the coupling means 300 are provided by a coupling structure, in particular by the shape or construction of the housing 9, such that at the same time an optical coupling by optical coupling means 301 and a mechanical coupling and alignment by mechanical coupling / alignment means 302 between the optical element 17 and the light guide 12 is reached.
  • the coupling means 300 cause a 90 ° change in the optical path and a passive alignment of all elements, in particular the optical element 17 and the light guide 12 of the device 10th
  • the housing 9 consists essentially of two housing parts, a first housing part 1 and a second housing part 14 carrying the optical element 17.
  • the first housing part 11 essentially forms the coupling means 300, which on the one hand form the optical connection (one optical transmission path). between the light guide 12 and the optical element 17 (by the optical coupling means 301) and the orientation (by the mechanical coupling / alignment means 302) for the light guide 12, in particular its entrance / exit surface 24, 25th
  • the second housing part 14 may be a carrier, preferably as shown, in the form of a leadframe (substrate) 14.
  • the optical element 17 is connected by a wire bonding 21 to the conductors of the second housing part 14 so as to be as shown in FIGS. 3-6, to produce an electrical connection, for example with an ASIC 13 likewise arranged on the second housing part 14.
  • the first housing part 11 consisting of a highly transparent plastic material 30 is formed according to the invention, and connected to another material, namely the material of the second housing part 14, by the overmolding spraying method ,
  • the first housing part 11 forms the optoelectronic component 10 with the second housing part 14 carrying the optical element 17.
  • the coupling means 300 and the mechanical coupling / alignment means 302 also form, as clearly shown in Fig. 5, Lichtleiter- or Faserausrichtnut 20 for receiving the light guide 12.
  • the groove is in the illustrated embodiment by two obliquely extending side walls 210, 220 and a lower wall 230 formed.
  • the Faserausrichtnut 20 further includes a rear wall 240.
  • FIG. 1 generally shows an optical component 10 which, depending on how the optical element 17 is embodied as a transceiver 110 as illustrated in FIG. 8, as a transmitter 120 as illustrated in FIG. 9 or as a receiver 130 as illustrated in FIG can work, with the optical elements 170, 171, 172 cooperating electrical circuits, such as an ASIC 13 may be provided.
  • the ASIC 13 is connected by wires or connecting wires 22, 23 with conductors in the second housing part 14.
  • the optical element 17 is connected to a conductor of the second housing part 14.
  • the optical element 170 includes both a transmitter and a receiver and communicates with the optical fiber 12 via a transmit transmission path 1 and a receive transmission path 2.
  • the optical device is a transmitter or transmitter 120 and has as optical element a transmitting optical element 171 (e.g., a VCSEL) connected to the optical fiber 12 via a transmitting beam 1.
  • the optical device 130 in FIG. 10 is a receiver or receiver 120, the optical element being, for example, a photodiode 172 receiving a receive beam 2 coming from the light guide 12.
  • the optical component is a transceiver 110, which can advantageously be used in a USB 3x connector according to the invention, in particular in a socket of a transceiver which has a corresponding cable, which also has light conductors with another Device is in communication, which also has a corresponding socket.
  • the transceiver 1 10 is in principle constructed so that the optical component 10 shown in FIG. 1, here replaced by the optical element 170, which comprises a transmitting device and receiving device, which is not shown in detail in FIG 3 is shown.
  • the plastic material specifically the overmold material 30 forms the coupling means 300 between the optic element 170 and the light guide 12.
  • the coupling means 300 comprise, as mentioned, optical coupling means 301 and mechanical coupling means 302.
  • the optical coupling means 301 form, through the material 30 at the interface with the air, a reflector with a reflecting surface 321, preferably in the form of a conical mirror with total internal reflection.
  • the reflection surface 321 is formed such that both the transmitted optical beams and the received optical beams are efficiently deflected by the reflection surface 321.
  • the first housing part 11 and the second housing part 14 each have a longitudinal extent of the order of 2.5 mm and the width is approximately 2.1 mm.
  • the use of a component 10 according to the invention designed as optoelectronic transceiver 110 is advantageous, in particular in the design of a socket for USB 3x connections, since the electronic-optical transceiver together with the existing USB 3.0 sockets and the USB 2 , 0 sockets can be used, which do not provide optical transmission (backward compatibility).
  • FIG. 1 shows that the electronic-optical transceiver together with the existing USB 3.0 sockets and the USB 2 , 0 sockets can be used, which do not provide optical transmission (backward compatibility).
  • the radiation 1 emitted from the optical transmitting / receiving element 170 is reflected by the reflection surface 321 of a reflector formed by the housing part 11, formed by the first housing part 30 and thereby collimated and then impinges on the input end face 24 of the optical fiber 12 substantially perpendicularly to be forwarded therefrom.
  • the optical fiber or the optical fiber 12 may be a single-mode or a multi-mode optical fiber.
  • the optical component 10, and in the case of FIGS. 3 - 8 and 11 and 12, the entire optoelectronic transceiver 110 is formed by the first housing part together with the second housing part carrying the optical element and circuits.
  • the optical fiber alignment and the preferably 90 ° beam deflection and collimation is achieved in an integral manner by the first housing part 11, for example the overmold housing part and the second housing part 14 of the transceiver 110.
  • the optoelectronic semiconductor package thus comprises the first housing part 11, and the second housing part, for example the leadframe 14, in which case the optical component 10 is formed together with a driver and / or a receiver and an ASIC, in the case of FIG. 3 the optical transceiver 110 becomes.
  • the leadframe 14 is typically a metallic stamped part on which the chips, such as the optical element 170; 170a and ASIC 13 are secured by die pads 124 and contacted by wire bonding 21-23. After bonding, the leadframe 14 is typically further encapsulated with a thermosetting plastic and its connecting legs are punched free and optionally angled. The separate encapsulation with a thermoset can be omitted according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of the arrangement according to FIG. 4.
  • two or more alignment openings or holes 50, 51, 52 are punched out near the attachment area of the optical element 170.
  • the optical element 170 is disposed at a predetermined position with respect to the alignment openings 50-52 with high accuracy.
  • the component carrier embodied as a leadframe 14 is in particular overmolded, ie overmolded with the overmold material 30 of the housing part 1, whereby the overmold material 30 or the overmold housing part 11 is connected to the component carrier 14, preferably in the form of the leadframe
  • overmolding technologies, eg stamping / embossing, UV methods (eg similar to Thin Fusion), but with emphasis on “transfer overmolding”.
  • the tolerance chain for the course of the optical radiation between the optical element 170 and the light guide or the optical fiber 12 is therefore the following:
  • the placement accuracy (accuracy of placement of the optical element 17 or 170, or 171 or 171 172 forming chips) and the alignment accuracy of Overmoldgephinuseteils 1 1 + mold material quality is taken into account.
  • the fiber alignment feature is located in the overmold housing part (or mold material) itself, only the mold tooling affect the mold repeatability and alignment accuracy with the reflective surface 32 and 321 in the case of the transceiver 1 10th
  • step 70 the leadframe 14 is provided and in step 71, the corresponding conductor tracks are punched and the leadframe 14 is gegege If necessary, undergo a bending process.
  • step 72 the lead frame 14 is plated, for example, with gold, in which case the ASIC 75 is attached to the leadframe 14 by a conductive epoxy resin by means of die bonding 24 in step 73.
  • step 76 also using the conductive epoxy resin, the precise attachment of the optical element 170, such as a VCSEL as shown in FIG. 4, or a photodiode, not shown, is also performed.
  • step 77 the wire bonds z. B. 21, 22, 23, attached.
  • Step 81 is the overmold process step.
  • the overmold material (mold compound) held available in step 78 is injected over the leadframe 14 with optical elements 17 or 170 and ASIC 13 mounted thereon, forming an internal reflection mirror with the reflection surface 321, preferably one internal conical total reflection mirror with the reflection surface 32.
  • step 84 punching / bending separation takes place when the transceivers 110 are manufactured on a conveyor belt.
  • step 85 the functions of the optical transceiver 110 are tested.
  • step 86 the final assembly is made for the optical fiber 12 provided in step 79, optionally mounting an additional metal housing made available in steps 80 and 83 in step 86, like the metal also provided after steps 82 and 83 in the final assembly.
  • Figures 11 and 12 show external views of the transceiver 110 shown and described in Figures 3-7. It should be noted that instead of overmolding, one could also use the word "encapsulation" to express that other molding methods can be used. Also, a bidirectional version is possible. Based on the above explanations, the invention provides an optoelectronic component 100 which, in addition to a reflector D, has another conical reflector B also formed by the optical coupling means 30.
  • the left reflector A embodied in Figs. 13-17 is an additional feature of this invention.
  • the additional reflector A is, as shown in FIGS. 13-17, downstream of the reflector C. The combination of the two reflectors works as explained below.
  • the two reflectors A, C are formed by the above-described first housing part 11, which is shaped such that it forms the respective reflection surfaces x, y.
  • the receiver 172 receives the light entering through the optical fiber (optical fiber core) over the surface D.
  • the light is reflected away at the conical surface C and thereby turned by 90 ° and approximately collimated. It then falls on the photodiode or photodetector 672 below the reflector C, specifically within the first housing part 11, specifically the overmold connection or the overmold plastic.
  • the emitter 171 on the other hand, (VCSEL) emits the light incident on the conical reflector surface A.
  • the beam is turned (by less than 90 °) and partially collimated due to total internal reflection.
  • the beam exits the first housing part 1 1, especially the overmold plastic, through the surface B and re-enters the housing part 1 1 through the conical surface C.
  • C and D effectively form a spherical plane convex lens.
  • VCSEL photodiode crosstalk should be substantially zero, with potential contributions could only occur from scattering due to surface roughness.
  • the overmold offers a protective function in the sense of a housing, against mechanical forces and environmental influences, such. B. water.
  • the "die” and then "wire bond” of the ASIC and possibly also the OE components could be monotoped in a flip-chip process.
  • substrate materials such as FR-4 or ceramic instead of a "leadframe”.
  • the invention not only relates to a transmission direction, but, as explained, two optoelectronic components as well as one or two ASICs, furthermore two mirrors and two fiber trenches can be used.
  • the optical transceiver comprises an optical transmitter 171, an optical receiver 172 and coupling means 300, consisting of a first th and second optical lens, see. Fig.
  • the first lens in the coupling means 300 lying concave Reflecting surface for signals of the optical transmitter and the second lens forms an inner concave reflection surface for incoming signals via an outer convex transmission surface for outgoing signals of the optical transmitter.
  • the position of the lenses formed in this way is provided in such a way that an efficient transmission of both the transmitted and the received signals takes place.
  • the material forming the coupling agent preferably has a refractive index of> 1.3.
  • the inner surface of the second lens having a radius of curvature is formed so as to satisfy the condition of total reflection, with respect to optical paths of optical signals incident on the interface from the optical fiber 12.
  • material with a refractive index of> 1.3 may be used, wherein the inner surface of the first lens is formed with a radius of curvature such that the condition of total reflection is satisfied with respect to optical paths of optical signals coming from the transmitter 171 onto the Meet interface.
  • the alignment of the photoelements is already ensured in the production process, the deflection of the light being achieved by the encapsulation, ie the overmold material.
  • the mirror effect is enhanced or improved by the fact that the mirror curve, also referred to as "Conic Mirror", is designed so that one does not spot-like light rays, but rather a spot, a light spot, and thus safely coupled into the fiber optics.
  • the two reflectors operate as follows. Due to the total internal reflection, the light is reflected by the conical surface C and thereby deflected by 90 ° and approximately collimated. It then falls on a arranged below the reflector within the overmold material 30 photodiode. As far as the emitter is concerned, the light emitted by a VCSL will strike a conical reflector surface A. The beam is turned around (less than 90 °) and partially collimated, due to total internal reflection. The beam then exits the overmold material through the surface B and re-enters through the conical surface C, and finally exits through the surface D. As previously mentioned, C and D effectively form an eccentric aspheric plane convex Lens.
  • the present invention additionally provides another conical reflector in front of the reflector as described in the foregoing.
  • the left reflector A represents the additional feature of this invention.
  • the additional reflector A is, as shown in FIG. 5, arranged downstream of the reflector C. The combination of the two reflectors works as explained below.
  • the two reflectors are formed by the first housing part described above, which is shaped to form the respective reflection surfaces X and Y.
  • the receiver receives the light entering through the optical fiber core over the surface D.
  • the light on the conical surface C reflected away and thereby turned by 90 ° and approximately collimated. It then falls on the photodiode or the photodetector below the reflector, specifically within the first housing part of the overmold connection or the over-mold plastic.
  • the emitter on the other hand (VCSEL) emits the light which impinges on the conical reflector surface A.
  • the beam is turned (by less than 90 °) and partially collimated due to total internal reflection.
  • the jet exits the first housing part, especially the overmold plastic, through the surface B and re-enters the conical surface C and finally exits through the surface D.
  • C and D effectively form a spherical plane convex lens.
  • the VCSEL photodiode crosstalk should be substantially zero, with potential contributions only from scattering due to surface roughness. This is not necessarily the case in other implementations where, for example, temperature stabilization may be required to avoid crosstalk. It should be noted that the geometry shown in FIG. 15 is only one possible implementation. For example, surface A could be formed in some cases as a flat tilted surface. The surfaces B and D could be provided with outward orientations, either to facilitate release of the molded first housing part or to act as an optical prism.
  • the precise choice of geometry depends on the core diameter and the numerical aperture of the optical fiber. More specifically, the numerical aperture dictates the maximum angle of incidence of the beam on the fiber. Therefore, the smaller the numerical aperture, the more accurate is the control or control of the reflector geometry in the assembly.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, welches Folgendes aufweist: ein optisches Bauelement, das optische Signale zur einer Eingangs- /Ausgangsstirnfläche eines Lichtleiters aussendet und/oder optische Signale empfängt und in elektronische Signale umwandelt, einen Bauteilträger auf das optische Bauelement angeordnet, und einen Gehäuseteil, der das optische Bauelement umschließt und der Kopplungsmittel aufweist, die optische Kopplungsmittel und mechanische Kopplungsmittel (Ausrichtmittel) bildet, wobei die optischen Kopplungsmittel die von dem optischen Bauelement kommenden optischen Signale zu der Eingangsstirnfläche des Lichtleiters leiten und/oder die aus der Eingangs-/Ausgangsstirnfläche des Lichtleiters austretenden optischen Strahlen zum optischen Bauelement leiten, wobei die mechanischen Ausrichtmittel den Lichtleiter bezüglich des optischen Bauelements zur effizienten Signalübertragung ausrichten.

Description

Optoelektronisches Bauelement
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Kopplungsvorrichtung und ein optoelektronisches Bauelement (z.B. einen elektro/optischen (E/O) Wandler (Sender) und/oder einen optisch/elektrischen (O/E) Wandler (Empfänger) sowie Verfahren zur Herstellung.
Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf einen optoelektronischen Transceiver (kurz: ein optischer Transceiver), bei dem elektrisch-optische Sendeeinrichtungen (die z.B. als ein optisches Senderelement, ein VCSEL aufweisen) und optisch/elektrische Empfangseinrichtungen (die z. B. als optisches Empfangselement eine Fotodiode aufweisen) verwendet werden. Während bei der Verwendung von elektrischen Transceivern die Sende- und Empfangsinformation zwischen zwei elektrischen Transceivern durch Verwendung elektrischer Wellen bzw. Signale wird, wird bei Verwendung von zwei optischen Transceivern die Sende- und Empfangsinformation durch optische Wellen bzw. Signale übertragen.
In der Empfangsbetriebsart eines Transceivers wandelt dieser die beispielsweise von einem Lichtleiter, z.B. einer Glasfaser, zugeführten auf einer optische Übertragungsstrecke übertragenen optischen Eingangssignale in elektri- sehe Signale um, die dann im optischen Transceiver selbst und/oder in angeschlossenen Schaltungen weiterverarbeitet werden.
In der Sendebetriebsart wandelt der Transceiver elektrische Eingangssignale in optische auf der optischen Übertragungsstrecke zu übertragende Signale um. Dazu weist der optische Transceiver ein als E/O-Wandler arbeitendes optisches Element auf, z. B. einen VCSEL-Laser. Bei einem optoelektronischen Bauelement, z.B. einem Transceiver besteht die Notwendigkeit, zwischen dem optischen Senderelement und dem Lichtleiter eine hinreichend effiziente optische Kopplung vorzusehen, und zwar speziell zum einen (im Sendefall) zwischen dem die optischen Signale erzeugenden E/O-Wandler und dem Lichtleiter, z.B. zwischen der Eingangsstirnfläche einer Glasfaser, und auch zum anderen (im Empfangsfall) zwischen den aus der Austrittsfläche des Lichtleiters austretenden optischen Signalen, die zu dem die elektrischen Signale erzeugenden optischen Empfangselement (O/E- Wandler) laufen.
Beispielsweise aus dem US-Patent 6 560 385 ist eine optische Kopplungsanordnung bekannt, die ein faseroptisches Prisma 10 verwendet und folgendes aufweist: Ein Substrat 20 mit mindestens einem Lichtelement 24 und mindestens einem Wellenleiter 22, der über einem Substrat 20 liegt, wobei ferner ein faseroptisches Prisma 10 vorgesehen ist. Das faseroptische Prisma 10 empfängt Licht durch die erste Seitenoberfläche 12, reflektiert das empfangene Licht von einer dritten Seitenoberfläche 16 und überträgt das reflektierte Licht von der dritten Seitenoberfläche 16 durch eine zweite Seitenoberfläche 14. Dabei ist gemäß Fig. 3 das faseroptische Prisma 10 derart angeordnet, dass die erste Seitenoberfläche 12 benachbart zum Lichtelement 24 angeordnet ist, und die zweite Seitenoberfläche 14 befindet sich benachbart zu dem Wellenleiter 22. Das Lichtelement 24 kann dabei eine Licht emittierende Vorrichtung wie beispielsweise eine LED aufweisen oder aber einen VCSEL oder aber ei- ne Lichtempfangsvorrichtung, wie beispielsweise eine Fotodiode. Eine alternative Anordnung ist in Fig. 4 des '385-Patents gezeigt.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass das faseroptische Prisma ein separates Bauteil ist, welches gesondert hergestellt werden muss und bei seinem Ein- bau in den Transceiver auch justiert werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement vorzusehen, wobei Kopplungsmittel für einen elektro/optischen Sender und für einen optisch/elektrischen Empfänger sowie insbesondere für einen optoelektronischen Transceiver vorgesehen sind der- 5 art, dass der Justierungsaufwand für die optischen Komponenten, z. B. das optische Element und den Lichtleiter gering ist.
Erfindungsgemäß werden optische Kopplungsmittel bzw. eine Kopplungsvorrichtung vorgesehen, die eine integrierte Lichtleiterausrichtung (vorzugsweise — 1-0 Lichtfaserausrichtung) und integrierte Spiegelstrukturen oder integrierte Spiegeleigenschaften aufweist.
Erfindungsgemäß weisen die optischen Kopplungsmittel sowohl optische als auch mechanische Kopplungsmittel auf. Diese können in der Form einer op-
15 toelektronischen Halbleiterpackung (opto-electronic semiconductor package) ausgebildet sein, d.h. es wird ein optoelektronisches Bauelementgehäuse (Halbleitergehäuse bzw. Gehäuseteil) vorgesehen, das das Merkmal der optischen Faserausrichtung (körperliche oder mechanische Lichtleiterausrichtung) mit dem Merkmal einer Strahlauslenkung, die einen nahezu senkrechten
20 Strahlungseinfall in die Eingangsstirnfläche des Lichtleiters sicherstellt, kombiniert. Vorzugsweise geschieht dies bei der Strahlauslenkung mittels Kolli- mierung.
Erfindungsgemäß wird ein eine derartige optische Kopplungsvorrichtung ver- 25 wendender optoelektronischer Transceiver vorgesehen, der klein genug gebaut werden kann, um in der USB 1.0, 2.0, 3.0 Steckerverbinder-Technik einsetzbar zu sein.
Erfindungsgemäß werden die kritischen Funktionen der Faserausrichtung so- 30 wie der der Strahlablenkung und Kollimierung in einem einzigen Herstellungsschritt durch Formen des die optische Kopplungsvorrichtung bildenden optoelektronischen Bauelement- bzw. Halbleitergehäuseteils erreicht, wobei kein weiterer aktiver Ausrichtschritt erforderlich ist. Die erfindungsgemäß als geformter Kunststoffkörper ausgebildete optische Kopplungsvorrichtung bildet einen ersten Gehäuseteil eines Bauelementgehäuses und formt eine Kapselung mit einem ein optisches Element tragenden zweiten Gehäuseteil bzw. Bauteilträger. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise der Kunststoffkörper direkt auf dem das optische Element tragenden Bauteil- träger geformt.
In dem Bauelementgehäuse bzw. optoelektronischen Halbleitergehäuse (auch Halbleiterpackung genannt) ist also ein optisches Element z.B. in der Form eines VCSEL für den Treiber (driver; optischer Sender) und/oder ein optisches Element in der Form einer Fotodiode für den Empfänger (receiver) untergebracht, d.h. das optoelektrische Halbleitergehäuse bildet, wenn es einen optischen Sender und/oder einen optischen Empfänger enthält und ggf. auch wei- tere elektrische Schaltungen, ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement, z.B. , und zwar vorzugsweise, einen Transceiver.
Erfindungsgemäß wird das die optische Kopplungsvorrichtung aufweisende optoelektronische Bauelement- bzw. Halbleitergehäuse durch eine effiziente Kopplung zwischen einer optischen Faser (Lichtleiter) und einem optischen Element (Sende- und/oder Empfangselement), vorzugsweise mit einer 90° Strahlablenkung, dadurch erreicht, dass die Kopplungsvorrichtung eine optische Faserausrichtung und Strahlablenkung sowie Fokussierung vorsieht, und zwar durch Vorsehen oder Formen eines geformten, die optische Kopplungs- Vorrichtung (Kopplungsmittel) bildenden hochtransparenten Kunststoffkörpers direkt auf einem Bauteilträger, der das (bzw. die) aktive(n) Elemente trägt. Der Kunststoffkörper bildet die optischen Kopplungsmittel. Vorzugsweise wird die sogenannte„overmold packaging technology" zu Herstellung verwendet. Alternativ können auch andere Kunststoffformprozesse wie z.B. Transfer- Overmolding mit lichtaushärtbarem Kunststoff verwendet werden. Erfindungsgemäß wird der optoelektronische Gehäuseteil (Halbleitergehäuse) derart ausgebildet, dass der Kunststoff- bzw. das Overmold-Material hochtransparent ist und bei der Ausbildung des Gehäuseteils mit einem weiteren Material eines zweiten Gehäuseteils bzw. Bauteilträgers eine mechanische Verbindung eingeht. Der zweite Gehäuseteil kann, wie erwähnt, ein Bauteilträger sein und trägt ein optisches Element und gegebenenfalls andere Bauteile oder elektrische Schaltungen. Der zweite Bauteilträger ist beispielsweise ein Substrat oder ein Leadframe oder eine Keramik. Bei der Verwendung des die erfindungsgemäßen Kopplungsmittel aufweisenden Halbleitergehäuses bzw. des optischen Bauelementgehäuses, z.B. beim Einbau in einen Steckverbinder, ist dieses beständig.
Erfindungsgemäß bildet der Kunststoff bzw. das Overmold-Kunststoffmaterial, der bzw. das den Gehäuseteil bildet, einen Reflektor bzw. Reflexionsspiegel, der eine Reflexionsgrenzfläche, vorzugsweise eine Totalreflexionsgrenzfläche für das Licht bildet, das zwischen dem auf dem Träger positionierten optischen Element(en) und der Eintrittsstirnfläche des Lichtleiters (und gegebenenfalls umgekehrt) zu übertragenden ist. Vorzugsweise ist der die Reflexionsgrenzfläche bildende Reflexionsspiegel ein interner konischer Totalreflexi- onsspiegel.
Erfindungsgemäß bildet der Kunststoff an seiner Grenzfläche zur umgebenden Luft den Reflexionsspiegel infolge des Übergangs von dem Kunststoffmaterial mit einem höheren Brechungsindex zur Luft mit dem Brechungsindex 1.
Zudem ist vorzugsweise vorgesehen, dass der durch den Kunststoff insbesondere durch Overmolding-Verfahren geformte erste Gehäuseteil bei seiner Formung zusammen mit dem Bauteilträger ein das optische Element umgebendes d.h. ein kapselndes optoelektronisches Bauelementgehäuse bildet, wobei die optische Kopplungsvorrichtung als optische Kopplungsmittel und mechanische Kopplungsmittel wirkt, wobei letztere vorzugsweise als Ausrichtmittel für den Lichtleiter vorgesehen sind. Die Ausrichtmittel werden vor- zugsweise durch eine V-Nut im Gehäuseteil gebildet. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich auch aus den Ansprüchen.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der 5 Beschreibung Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements mit einem einen ersten und einen zweiten Gehäuseteil 10 aufweisenden optoelektronischen Gehäuse (bzw. einer optoelektronischen Halbleiterpackung) in dem ein optisches Element sowie Kopplungsmittel für Licht zu und/oder von einem Lichtleiter vorgesehen sind;
Fig. 2 schematisch, zwei das Gehäuse des optischen Bauelements der Fig. 1 bildende auseinandergezogen dargestellte Gehäuseteile;
Figi S eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 1 , wobei hier angenommen sei, dass das elektrooptische Bauelement als Ausgestaltung der Erfindung ein optoelektronischer Transceiver ist, bei dem ein durch den ersten aus einem vorzugsweise hochtransparenten Kunststoff gebildeter interner konischer To- talreflektionsspiegel für die optische Verbindung zwischen optischem Emp- 20 fänger/optischem Sender und dem Lichtleiter und ferner Ausrichtmittel für den Lichtleiter vorgesehen sind;
Fig. 4 schematisch einen elektrooptischen Wandler (Sender) mit seinen bevorzugten
Abmessungen, wobei in der Sendebetriebsart ein von einem VCSEL ausgehender Lichtstrahl zu einer Eingangsstirnfläche des Lichtleiters hin durch eine 25 Reflexionsfläche, gebildet durch den ersten Gehäuseteil, reflektiert und kolli- miert wird;
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt des optischen Bauelements, speziell des optischen Senders der Fig. 4 und zwar von rechts in Fig. 4 in etwa längs der Linie A-A in Fig. 6, wobei die in Fig. 4 nur angedeuteten Ausrichtmittel gebil- 30 det von dem ersten Gehäuseteil in der Form einer Ausrichtnut für den Lichtleiter gut zu sehen sind;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht ähnlich Fig. 1 1 auf ein Bauelement gemäß Fig.
5 auf einem Anschlussblech; Fig. 7 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Senders oder Empfängers oder Transceivers;
Fig. 8 schematisch und analog zu Fig. 3 einen Transceiver mit seinen schematisch gezeigten Lichtübertragungsstrecken;
Fig .39 ähnlich Fig. 8, aber einen elektrooptischen Sender;
Fig . 10 ähnlich Fig. 8, aber einen elektrooptischen Empfänger;
Fig . 1 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes optoelektronisches Bauelement, beispielsweise ein Sender, ein Empfänger oder ein Transceiver gemäß den Fig. 3 bis 10; und
Figl 0l 2 das Bauelement der Fig. 1 1 aus einer anderen Perspektive;
Fig. 13 und Fig. 14 schematisch die Erfindung mit zwei Reflexionsflächen, gebildet durch das optoelektronische Bauelement bzw. dessen Kopplungsmittel;
Fig . 15 eine schematische Ansicht des Strahlenverlaufs für einen Empfangsstrahl und einen Sendestrahl ähnlich den Fig. 13 und 14;
FigL5l 6 schematische Ansichten ähnlich den Fig. 1 1 und 12, wobei aber hier jeweils zwei Reflexionsflächen, gebildet durch das Bauelementegehäuse, vorgesehen sind.
Fig. 1 zeigt allgemein ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement 20 (kurz: Bauelement) 10 mit einem optoelektronischen Gehäuse, welches auch als Kapsel bezeichnet werden kann, das Gehäuse bzw. die Kapsel 9 mindestens ein optisches Element 17 und ggf. andere einkapselt. Kopplungsmittel 300 sehen eine effiziente Verbindung oder Kopplung zwischen dem optischen Element 17 und einem damit zusammenarbeitenden Lichtleiter (z.B. einer 25 Glasfaser) 12 vor. Erfindungsgemäß werden die Kopplungsmittel 300 durch eine Kopplungsstruktur, insbesondere durch die Form oder Ausbildung des Gehäuses 9, derart vorgesehen, dass gleichzeitig eine optische Kopplung durch optische Kopplungsmittel 301 und eine mechanische Kopplung und Ausrichtung durch mechanische Kopplungs/Ausrichtmittel 302 zwischen dem 30 optischen Element 17 und dem Lichtleiter 12 erreicht wird. Die Kopplungsmittel 300 bewirken eine 90°-Änderung im optischen Pfad und eine passive Ausrichtung aller Elemente, insbesondere des optischen Elements 17 und des Lichtleiters 12 des Bauelements 10. Das Gehäuse 9 besteht im Wesentlichen aus zwei Gehäuseteilen, einem ersten Gehäuseteil 1 und einem das optische Element 17 tragenden zweiten Gehäuseteil 14. Der erste Gehäuseteil 1 1 bildet im Wesentlichen die Kopp- lungsmittel 300, welche zum einen die optische Verbindung (eine optische Übertragungsstrecke) herstellen zwischen dem Lichtleiter 12 und dem optischen Element 17 (durch die optischen Kopplungsmittel 301) und die Ausrichtung (durch die mechanischen Kopplungs/Ausrichtmittel 302) für den Lichtleiter 12, insbesondere dessen Eintritts/Austrittsoberfläche 24, 25.
Der zweite Gehäuseteil 14 kann ein Träger sein, und zwar vorzugsweise, wie gezeigt, in der Form eines Leadframes (Substrat) 14. Das optische Element 17 ist durch eine Drahtbrücke (wire bonding) 21 mit den Leitern des zweiten Gehäuseteils 14 verbunden, um so, wie in den Figuren 3-6 gezeigt, eine elekt- rische Verbindung beispielsweise mit einem ebenfalls auf dem zweiten Gehäuseteil 14 angeordneten ASIC 13 herzustellen. Man könnte auch den ASIC und eventuell das optische Element 17 mit einem Flip-Chip-Verfahren montieren. Durch ein Verfahren des Einkapseins, insbesondere des Overmoldings (oder ein anderes Verfahren) wird erfindungsgemäß der aus einem hochtransparenten Kunststoffmaterial 30 bestehende erste Gehäuseteil 1 1 gebildet, und durch das Overmolding-Spritzverfahren mit einem anderen Material, nämlich dem Material des zweiten Gehäuseteils 14, verbunden. Der erste Gehäuseteil 1 1 bildet mit dem das optische Element 17 tragenden zweiten Gehäuseteil 14 das optoelektronische Bauelement 10.
Der erste, insbesondere Overmold-Gehäuseteil 1 1 und der zweite Gehäuseteil 14, d.h. das Gehäuse bilden, wenn sie ein optisches Element 17 umfassen, eine Kapsel, d.h. ein optoelektronisches Halbleitergehäuse bzw. eine optoelektronische Halbleiterpackung. Die Kopplungsmittel 300 bzw. die mechanischen Kopplungs/Ausrichtmittel 302 bilden ferner, wie in Fig. 5 deutlich zu sehen, Lichtleiter- bzw. Faserausrichtnut 20 zur Aufnahme des Lichtleiters 12. Die Nut wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch zwei schräg verlaufende Seitenwände 210, 220 und einer unteren Wand 230 gebildet. Die Faserausrichtnut 20 weist ferner eine Rückwand 240 auf.
Die Figur 1 zeigt also allgemein ein optisches Bauelement 10, welches je nachdem wie das optische Element 17 ausgebildet ist als Transceiver 110 wie in Fig. 8 veranschaulicht, als Sender 120 wie in Fig. 9 veranschaulicht oder als Empfänger 130 wie in Fig. 10 veranschaulicht arbeiten kann, wobei mit den optischen Elementen 170, 171 , 172 zusammenarbeitende elektrische Schaltungen, beispielsweise ein ASIC 13 vorgesehen sein kann. Das ASIC 13 ist durch Drahtbrücken bzw. Verbindungsdrähte 22, 23 mit Leitern in dem zweiten Gehäuseteils 14. verbunden, Auch das optische Element 17 ist mit einem Leiter des zweiten Gehäuseteils 14 verbunden.
Im Fall eines Transceivers 110 (vgl. Fig. 3 und 8) umfasst das optische Element 170 sowohl einen Sender als auch einen Empfänger und steht mit der optischen Faser 12 über eine Sendeübertragungsbahn bzw. Sendestrahlen 1 und eine Empfangsübertragungsbahn bzw. Empfangsstrahlen 2 in Verbindung. Im Fall der Fig. 9 ist das optische Bauelement ein Transmitter oder Sender 120 und weist als optisches Element ein optisches Sendeelement 171 (z.B. einen VCSEL) auf, das über einen Sendestrahl 1 mit dem Lichtleiter 12 verbunden ist. Das optische Bauelement 130 in Fig. 10 ist ein Receiver oder Empfänger 120, wobei das optische Element beispielsweise eine Fotodiode 172 ist, die einen Empfangsstrahl 2 empfängt, der vom Lichtleiter 12 kommt.
Zur Fig. 2 ist noch zu bemerken, dass hier deutlich die beiden Gehäuseteile, d.h. der erste Gehäuseteil 11 und der zweite Gehäuseteil 14 dargestellt sind.
Im folgenden wird nun die Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 und 11 und 12 beschrieben, und zwar insbesondere im Hinblick darauf, dass das optische Bauelement ein Transceiver 110 ist, der vorteilhafterweise in einem erfindungsgemäßen USB 3x-Steckverbinder eingesetzt werden kann, und zwar insbesondere in einer Buchse eines Sende/Empfangsgeräts, der über ein entsprechendes Kabel, welches auch Licht- leiter aufweist mit einem weiteren Gerät in Verbindung steht, welches ebenfalls eine entsprechende Buchse aufweist.
In Fig. 3 erkennt man, dass der erfindungsgemäße Transceiver 1 10 prinzipiell so aufgebaut ist, dass das optische Bauelement 10 gemäß Fig. 1 , hier durch das optische Element 170 ersetzt ist, welches eine Sendeeinrichtung und Empfangeinrichtung umfasst, was nicht im Einzelnen in Figur 3 dargestellt ist.
Ferner bildet, wie im allgemeinen Fall der Fig. 1 , das Kunststoffmaterial speziell das Overmoldmaterial 30 die Kopplungsmittel 300 zwischen dem opti- sehen Element 170 und dem Lichtleiter 12. Die Kopplungsmittel 300 weisen, wie erwähnt, optische Kopplungsmittel 301 und mechanische Kopplungsmittel 302 auf. Die optischen Kopplungsmittel 301 bilden durch das Material 30 an der Grenzfläche zur Luft einen Reflektor mit einer Reflektionsfläche 321 , vorzugsweise in der Form eines konischen Spiegels mit interner Totalreflexion. Die Reflexionsfläche 321 ist derart ausgebildet, dass sowohl die optischen Sendestrahlen als auch die optischen Empfangsstrahlen effizient durch die Reflexionsfläche 321 umgelenkt werden.
Wie in den Figuren 4 und 5 angegeben, hat der erste Gehäuseteil 11 und der zweite Gehäuseteil 14 jeweils eine Längserstreckung in der Größenordnung von 2,5 mm und die Breite beträgt ungefähr 2, 1 mm. Durch diese geringen Abmessungen ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen als optoelektronischer Transceiver 110 ausgebildeten Bauelements 10 insbesondere bei der Ausbildung einer Buchse für USB 3x-Verbindungen von Vorteil, da der elekt- rooptische Transceiver zusammen auch mit den bestehenden USB 3,0 Buchsen sowie den USB 2,0 Buchsen verwendet werden kann, die keine optische Übertragung vorsehen (Rückwärtskompatibilität). Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die von dem optischen Sende-/Empfangs- Element 170, beispielweise in der Sendebetriebsart von einem VCSEL 170a ausgesandte Strahlung 1 von der durch den ersten Gehäuseteil 30 gebildeten Reflektionsfläche 321 eines durch den Gehäuseteil 11 gebildeten Reflektors reflektiert und dabei kollimiert und trifft sodann auf die Eingangsstirnfläche 24 der Lichtfaser 12 im Wesentlichen senkrecht auf, um von dieser weitergeleitet zu werden. Die Lichtfaser bzw. der Lichtleiter 12 kann ein Single-Mode oder ein Multi-Mode-Lichtleiter sein. Erfindungsgemäß wird also durch den ersten Gehäuseteil zusammen mit dem das optische Element und Schaltungen tragenden zweiten Gehäuseteil das optische Bauelement 10, und im Fall der Fig. 3 - 8 und 11 und 12 der gesamte optoelektronische Transceiver 110 gebildet. Dabei wird die optische Faserausrichtung und die vorzugsweise 90° Strahlablenkung und Kollimierung in integraler Weise durch den ersten Gehäuseteil 11 , vorzeugsweise dem Over- mold-Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil 14 des Transceivers 110, erreicht.
Die optoelektronische Halbleiterpackung umfasst also den ersten Gehäuseteil 11 , und den zweiten Gehäuseteil, z.B. den Leadframe 14, wobei dann zusammen mit einem Treiber und/oder einem Empfänger sowie einer ASIC das optische Bauelement 10, im Falle der Fig. 3 der optische Transceiver 110 gebildet wird. Der Leadframe 14 ist typischerweise ein metallisches Stanzteil auf dem die Chips, wie beispielsweise das optische Element 170; 170a und der ASIC 13 durch Die-Bonden 124 befestigt sind und durch Draht-Bonden 21 -23 kontaktiert werden. Nach dem Bonden wird der Leadframe 14 typischerweise noch mit einem Duroplast umspritzt und seine Anschlussbeinchen werden frei ge- stanzt und gegebenenfalls abgewinkelt. Das gesonderte Umspritzen mit einem Duroplast kann erfindungsgemäß entfallen. Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 4. Bei der anfänglichen Stanzung des Leadframes 14 werden erfindungsgemäß zwei oder mehr Ausrichtöffnungen oder Löcher 50, 51 , 52 nahe dem Befestigungsgebiet des optischen Elements 170 herausgestanzt. Unter Verwendung eines Die-Bonders wird das optische Element 170 mit hoher Genauigkeit an einer vorbestimmten Stelle bezüglich der Ausrichtöffnungen 50-52 angeordnet. Daraufhin wird der als Leadframe 14 ausgebildete Bauteilträger insbesondere„overmolded", d.h. mit dem Overmold-Material 30 des Gehäuseteils 1 1 umspritzt, wodurch das Overmold-Material 30 bzw. der Overmold- Gehäuseteil 1 1 mit dem Bauteilträger 14, vorzugsweise in Form des Leadframes 14, unter Verwendung der Ausrichtöffnungen 50-52 ausgerichtet ist. Es gibt auch mögliche alternative „overmolding" Technologien, z.B. Stam- ping/Embossing, UV Methoden (z.B. ähnlich wie Thin Fusion), aber mit Schwerpunkt auf„Transfer Overmolding".
Die Toleranzkette für den Verlauf der optischen Strahlung zwischen dem optischen Element 170 und dem Lichtleiter bzw. der Lichtfaser 12 ist daher die folgende: Die Platzierungsgenauigkeit (die placement accuracy, Genauigkeit der Platzierung des das optische Element 17 bzw. 170, bzw. 171 bzw. 172 bildenden Chips) und die Ausrichtungsgenauigkeit des Overmoldgehäuseteils 1 1 + Moldmaterialqualität ist zu berücksichtigen.
Da das Faserausrichtmerkmal in dem Overmold-Gehäuseteil (bzw. dem Mold- Material) selbst liegt, beeinflussen nur das Formwerkzeug (mold tooling) die Overmoid-Wiederhoibarkeit (mold repeatability) und die Ausrichtgenauigkeit mit der Reflexionsfläche 32 bzw. 321 im Falle des Transceivers 1 10.
Die erfindungsgemäßen Schritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen elektrooptischen Transceivers 1 10 bzw. seiner Kopplungsmittel sind in Fig. 5 dargestellt.
Im Schritt 70 wird der Leadframe 14 bereitgestellt und im Schritt 71 werden die entsprechenden Leiterbahnen gestanzt und der Leadframe 14 wird gege- benenfalls einem Biegeprozess unterworden. Im Schritt 72 wird der Leadfra- me 14 beispielsweise mit Gold plattiert, wobei dann im Schritt 73 das ASIC 75 durch ein leitendes Epoxyharz mittels Die-Bonding 24 am Leadframe 14 befestigt wird. Im Schritt 76 erfolgt ebenfalls unter Verwendung des leitenden Epoxyharzes die präzise Befestigung des optischen Elementes 170, beispielsweise einer VCSEL, wie in Fig. 4 gezeigt, oder einer nicht gezeigten Fotodiode.
Nach dem Schritt 76 des präzisen Ausrichtens werden im Schritt 77 die Drahtbrücken (wire bonds) z. B. 21 , 22, 23, angebracht.
Der Schritt 81 ist der Overmold-Verfahrensschritt. In diesem Schritt 81 wird das im Schritt 78 verfügbar gehaltene Overmold-Material (mold Compound) über den Leadframe 14 mit darauf angebrachten optischen Element 17 bzw. 170 und ASIC 13 gespritzt, und zwar unter Bildung eines internen Reflexionsspiegels mit der Reflexionsfläche 321 , vorzugsweise eines internen konischen Totalreflexionsspiegels mit der Reflexionsfläche 32.
Im Schritt 84 erfolgt eine Stanz/Biege-Vereinzelung bei Herstellung der Transceiver 110 an einem Transportband.
Im Schritt 85 werden die Funktionen des optischen Transceivers 110 getestet. Im Schritt 86 wird die Endmontage für den im Schritt 79 bereitgestellten Lichtleiter 12 vorgenommen, wobei optional ein zusätzliches im Schritt 80 und 83 verfügbar gemachtes Metallgehäuse im Schritt 86 angebracht wird, wie das ebenfalls bereitgestellte Metall nach den Schritten 82 und 83 bei der Endmontage.
Die Figuren 11 und 12 zeigen Außenansichten des in den Fig. 3 - 7 gezeigten und beschriebenen Transceivers 110. Es sei bemerkt, dass man statt„overmolding" auch das Wort„Kapselung" benutzen könnte, um auszudrücken, dass auch andere Moldingverfahren verwendet werden können. Auch ist eine bidirektionale Version möglich. Basierend auf den obigen Ausführungen sieht die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement 100 vor, welches zusätzlich zu einem Reflektor D einen weiteren ebenfalls durch die optischen Kopplungsmittel 30 gebildeten konischen Reflektor B aufweist. Der in den Fig. 13-17 verkörperte linke Reflektor A ist ein zusätzliches Merkmal dieser Erfindung. Der zusätzliche Reflektor A ist, wie in den Fig. 13-17 gezeigt, dem Reflektor C nachgeordnet. Die Kombination der beiden Reflektoren arbeitet wie im Folgenden erläutert.
Die beiden Reflektoren A, C werden durch den oben beschriebenen ersten Gehäuseteil 1 1 gebildet, der derart geformt ist, dass er die jeweiligen Reflexi- onsflächen x, y bildet.
Man erkennt, dass der Empfänger 172 das durch die optische Faser (optical fiber core) eintretende Licht über die Oberfläche D empfängt. Infolge der internen Totalreflexion wird das Licht an der konischen Oberfläche C wegreflek- tiert und dadurch um 90° gewendet und annähernd kollimiert. Es fällt dann auf die Photodiode bzw. den Photodetektor 672 unterhalb des Reflektors C, und zwar innerhalb des ersten Gehäuseteils 1 1 speziell der Overmoldverbindung oder dem Overmoldkunststoff. Der Emitter 171 andererseits (VCSEL) emittiert das Licht, welches auf die konische Reflektoroberfläche A auftrifft. Der Strahl wird gewendet (um weniger als 90°) und teilweise infolge von interner Totalreflexion kollimiert. Der Strahl tritt aus dem ersten Gehäuseteil 1 1 , speziell dem Overmoldkunststoff, durch die Oberfläche B aus und tritt wieder in den Gehäuseteil 1 1 durch die konische Oberfläche C ein. C und D bilden effektiv eine sphärische plane konvexe Linse.
Eine bemerkenswerte Eigenschaft der Erfindung besteht darin, dass das VCSEL-Photodioden-Nebensprechen im Wesentlichen Null sein sollte, wobei potentielle Beiträge nur vom Streuen infolge von Oberflächenrauheit auftreten könnten.
Auf die folgenden wichtigen Punkte sei hingewiesen.
Im Stand der Technik ist das„Transparent Transfer Overmoldung" beispielsweise auf dem Gebiet des LED-Packaging bekannt.
Bei der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Overmold eine Schutzfunktion im Sinne eines Gehäuses bietet, und zwar gegenüber mechanischen Kräften sowie Umgebungseinflüssen, wie z. B. Wasser.
Was das Herstellungsverfahren anlangt, so sei bemerkt, dass das„Die Bond" und anschließend„Wire Bond" der ASIC und eventuell auch die OE Bauteile im Flip-Chip-Verfahren monotiert werden könnten. Ferner könnte man also statt eines„Leadframe" auch andere Substratmaterialien wie beispielsweise FR-4 oder Keramik verwenden.
Es sei betont, dass die Erfindung sich nicht nur auf eine Übertragungsrichtung bezieht, sondern, wie erläutert, können auch zwei optoelektronische Bauteile sowie ein oder zwei ASIC's, ferner zwei Spiegel und zwei Fasergräben verwendet werden.
Obwohl der Schwerpunkt auf dem„Transfer Overmolding" liegt, gibt es mögli- che alternative„Overmolding"-Technologien, z. B. Stamping/Embossing sowie UV-Methoden.
Insbesondere zur Erfindung speziell gemäß den Fig. 13 bis 17 sei noch bemerkt, dass durch die Erfindung die Miniaturisierung des optoelektronischen Transceivers erreicht wird und auch die Anzahl und die Größe der Bauelemente in einem optoelektronischen Transceiver reduziert wird. Im wesentlichen umfasst der optische Transceiver einen optischen Sender 171 , einen optischen Empfänger 172 und Kopplungsmittel 300, bestehend aus einer ers- ten und zweiten optischen Linse, vgl. Fig. 15, zur Veränderung/Umlenkung optischer Pfade von einerseits optischen Ausgangssignalen des optischen Senders 171 zu einem anschließbaren optischen Lichtleiter 12 und andererseits von Eingangssignalen des gleichen Lichtleiters 12 zu dem Empfänger 172, wobei insbesondere erfindungsgemäß die erste Linse eine im Kopplungsmittel 300 inne liegende konkave Reflexionsfläche für Signale des optischen Senders aufweist und die zweite Linse über eine außen liegende konvexe Transmissionsfläche für ausgehende Signale des optischen Senders eine innen liegende konkave Reflexionsfläche für eingehende Signale bildet. Die Position der so gebildeten Linsen zueinander ist derart vorgesehen, dass eine effiziente Übertragung sowohl der Sende- wie auch der Empfangssignale erfolgt. Das die Kopplungsmittel bildende Material besitzt vorzugsweise einen Brechungsindex von >1 ,3. Ferner ist die innere Fläche der zweiten Linse mit einem Krümmungsradius derart ausgebildet, dass die Bedingung der Totalre- flexion erfüllt ist, und zwar in Bezug auf optische Pfade optischer Signale, die aus dem Lichtleiter 12 auf die Grenzfläche treffen. Ferner kann Material mit einem Brechungsindex von >1 ,3 eingesetzt werden, wobei die innere Fläche der ersten Linse mit einem Krümmungsradius ausgebildet ist derart, dass die Bedingung der Totalreflexion erfüllt ist in Bezug auf optische Pfade optischer Signale, die aus dem Sender 171 auf die Grenzfläche treffen.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die Ausrichtung der Photoelemente bereits im Fertigungsprozess sichergestellt, wobei die Ablenkung des Lichts durch die Umspritzung, d.h. das Overmoldmaterial erreicht wird. Auf diese Weise wird eine fertige, in sich geschlossene Einheit erzeugt, bei der der Lichtausfallwinkel unabhängig von der Lage und Position der Leiterplatte immer senkrecht bzw. in Richtung der optischen Achse erfolgt. Darüber hinaus wird der Spiegeleffekt dadurch verstärkt bzw. verbessert, dass die Spiegelkurve, auch als„Conic Mirror" bezeichnet, so ausgebildet ist, dass man keine punktförmigen Lichtstrahlen, sondern eher einen Spot, einen Lichtfleck, erzielt und damit sicher in die Faseroptik einkoppelt. Zu der insbesondere in den Fig. 13 bis 17 gezeigten Erfindung sei noch bemerkt, dass die zwei Reflektoren wie folgt arbeiten. Zum Empfänger läuft das Licht, welches von einer optischen Faser in das Overmoldmaterial eintritt, durch die Oberfläche D. Infolge der internen Totalreflexion wird das Licht von der konischen Oberfläche C reflektiert und dadurch um 90° abgelenkt und annähernd kollimiert. Es fällt sodann auf eine unterhalb des Reflektors innerhalb des Overmoldmaterials 30 angeordnete Photodiode. Was den Emitter anlangt, so wird das von einem VCSL emittierte Licht auf eine konischen Reflektoroberfläche A auftreffen. Dabei wird der Strahl um (weniger als 90°) gewendet und teilweise kollimiert, und zwar infolge der internen Totalreflexion. Der Strahl tritt dann aus dem Overmoldmaterial durch die Oberfläche B aus und tritt wieder ein, und zwar durch die konische Oberfläche C, und tritt schließlich aus durch die Oberfläche D. Wie bereits erwähnt, bilden C und D in effektiver Weise eine exzentrische asphärische plane konvexe Linse.
Es sei bemerkt, dass man statt„Overmolding" auch das Wort„Kapselung" benutzen könnte, um auszudrücken, dass auch andere Moldingverfahren verwendet werden können. Auch ist eine bidirektionale Version möglich. Basierend auf den obigen Ausführungen sieht die vorliegende Erfindung zusätzlich einen weiteren konischen Reflektor vor neben dem Reflektor wie er in den vorstehenden Ausführungen beschrieben wurde. In den Fig. 13-17 verkörpert der linke Reflektor A das zusätzliche Merkmal dieser Erfindung. Der zusätzliche Reflektor A ist, wie in der Fig. 5 gezeigt, dem Reflektor C nach- geordnet. Die Kombination der beiden Reflektoren arbeitet wie im Folgenden erläutert.
Die beiden Reflektoren werden durch den oben beschriebenen ersten Gehäuseteil gebildet, der derart geformt ist, dass er die jeweiligen Reflexionsflächen X und Y bildet.
Man erkennt, dass der Empfänger das durch die optische Faser (optical fiber core) eintretende Licht über die Oberfläche D empfängt. Infolge der internen Totalreflexion wird das Licht an der konischen Oberfläche C weg reflektiert und dadurch um 90° gewendet und annähernd kollimiert. Es fällt dann auf die Photodiode bzw. den Photodetektor unterhalb des Reflektors, und zwar innerhalb des ersten Gehäuseteils speziell der Overmoldverbindung oder dem Over- moldkunststoff. Der Emitter andererseits (VCSEL) emittiert das Licht, welches auf die konische Reflektoroberfläche A auftrifft. Der Strahl wird gewendet (um weniger als 90°) und teilweise infolge von interner Totalreflexion kollimiert. Der Strahl tritt aus dem ersten Gehäuseteil, speziell dem Overmoldkunststoff, durch die Oberfläche B aus und tritt wieder ein durch die konische Oberfläche C und tritt schließlich durch die Oberfläche D aus. Wobei C und D effektiv eine sphärische plane konvexe Linse bilden.
Eine bemerkenswerte Eigenschaft der Erfindung besteht darin, dass das VCSEL-Photodioden-Nebensprechen im wesentlichen Null sein sollte, wobei potentielle Beiträge nur vom Streuen infolge von Oberflächenrauheit auftreten könnten. Dies ist nicht notwendigerweise bei anderen Implementierungen der Fall, wo beispielsweise eine Temperaturstabilisierung erforderlich sein kann, um Nebensprechen zu vermeiden. Es sei bemerkt, dass die in der Fig. 15 gezeigte Geometrie nur eine mögliche Implementierung ist. Beispielsweise könnte die Oberfläche A in einigen Fällen als eine flache gekippte Oberfläche ausgebildet sein. Die Oberflächen B und D könnten mit nach außen gerichteten Orientierungen vorgesehen sein, entweder um die Freigabe des geformten ersten Gehäuseteils zu erleichtern oder um als ein optisches Prisma zu wirken.
Die präzise Wahl der Geometrie hängt von dem Kerndurchmesser ab und der numerischen Öffnung der optischen Faser. Genauer gesagt diktiert die numerische Apertur den maximalen Einfallswinkel des Strahls auf der Faser. Daher gilt Folgendes: Je kleiner die numerische Öffnung, umso genauer ist die Steuerung oder Kontrolle der Reflektorgeometrie bei dem Zusammenbau.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (10), welches Folgendes aufweist:
ein optisches Bauelement (17), das optische Signale zur einer Ein- gangs-/Ausgangsstirnfläche (24, 25) eines Lichtleiters (12) aussendet und/oder
optische Signale empfängt und in elektronische Signale umwandelt, einen Bauteilträger (14) auf das optische Bauelement (17) angeordet, und
einen Gehäuseteil (11 ), der das optische Bauelement (17) umschließt und der Kopplungsmittel (300) aufweist, die optische Kopplungsmittel (301 ) und mechanische Kopplungsmittel (Ausrichtmittel) (302) bildet, wobei die optischen Kopplungsmittel (301) die von dem optischen Bauelement (17) kommenden optischen Signale zu der Eingangsstirnfläche (24) des Lichtleiters (12) leiten und/oder die aus der Eingangs- /Ausgangsstirnfläche (25) des Lichtleiters (12) austretenden optischen Strahlen zum optischen Bauelement (17) leiten, wobei die mechanischen Ausrichtmittel (302) den Lichtleiter (12) bezüglich des optischen Bauelements (17) zur effizienten Signalübertragung ausrichten.
2. Optoelektronisches Bauelement (10), insbesondere nach Anspruch 1 , welches Folgendes aufweist:
a) einen elektrisch-optischen Sender (171 ),
der optische Signale zu einer Eingangs-/Ausgangsstirnfläche (24, 25) eines Lichtleiters (12) aussendet und/oder
b) einen optisch-elektrischen Empfänger (172), der optische Signale empfängt und in elektronische Signale umwandelt,
c) einen Bauteilträger (14), auf dem der Sender und/oder Empfänger an einen Gehäuseteil (11 ), der den Sender und/oder Empfänger umschließt und der Kopplungsmittel (300) aufweist, die optische Kopplungsmittel (301) und mechanische Kopplungsmittel (302) bilden, wobei die optischen Kopplungsmittel (301) die von dem elektrisch-optischen Sender (171 ) kommenden optischen Signale zu der Eingangsstirnfläche (24) des Lichtleiters (12) leiten bzw. koppeln, und/oder die aus der Eingangs- /Ausgangsstirnfläche (25) des Lichtleiters (12) austretenden optischen Strahlen zum optisch-elektrischen Empfänger (172) leiten bzw. koppeln, wobei die mechanischen Ausrichtmittel (302) den
Lichtleiter (12) bezüglich des elektrisch-optischen Senders (171) und/oder dem optisch-elektrischen Empfänger (172) zur effizienten Signalübertragung ausrichten.
3. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil (11 ) vorzugsweise durch ein Overmoldspritzverfahren gebildet ist und mit dem Bauteilträger (14) bzw. dessen Material durch das Spritzverfahren verbunden ist.
4. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optischen Kopplungsmittel (301 ) eine Reflexionsoberfläche (321) für die optischen Signale bilden.
5. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Gehäuseteil (1 1) ferner die mechanischen Ausrichtmittel (302) bildet, welche die Eingangs-/Ausgangsfläche (24) des Lichtleiters mit den von der Reflexionsfläche (321) reflektierten optischen Signalen bzw. den zur Reflexionsfläche hingewendeten optische Signale ausrichtet.
6. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, das auf das Kunststoffmaterial, insbesondere das Overmoldmaterial transparent ist und einen Brechungsindex n = 1 ,5 aufweist. 7. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, das die mechanischen Kopplungsmittel (302) in der Form von Ausrichtmitteln im ersten Gehäuseteil (11 ) ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die Ausrichtmittel in der Form einer V-Nut (20) ausgebildet sind, die Vorzugs- weise schräg zueinander verlaufende Seitenflächen (210, 220) aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10), das Folgendes aufweist:
eine elektrisch-optische Sendeeinrichtung (171 ),
einen Träger (14), auf dem die elektrisch-optische Sendeeinrichtung (171) angeordnet ist,
Kopplungsmittel (300) gebildet durch einen ersten Gehäuseteil, der vorzugsweise durch ein Overmold-Spritzverfahren mit dem Material des zweiten Gehäuseteils (14) verbunden ist, wobei das Kunststoffmaterial eine Reflexionsfläche an dem Übergang zwischen Kunststoffmaterial und Luft oberhalb des optischen Senders (171 ) derart bildet, dass das von dem optischen Sender (171) ausgehende Licht etwa um 90° abgewinkelt auf die Eingangsstirnfläche des optischen Leiters (12) reflektiert wird, und zwar vorzugsweise kollimiert wird.
Optische Kopplungsvorrichtung mit sowohl optischen als auch mechanischen Kopplungsmitteln in der Form eines Bauelementgehäuses, welches die optische Faserausrichtung (körperliche oder mechanische Lichtleiterausrichtung) und die Strahlauslenkung, die einen nahezu senkrechten Strahlungseinfall in die Eingangsstirnfläche des Lichtleiters sicherstellt, kombiniert, wobei dies vorzugsweise bei der Strahlauslenkung mittels Kollimierung geschieht.
Optische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 9, einsetzbar in der USB 1.0, 2.0, 3.0 Steckerverbinder-Technik, und zwar diese durch optische Verbindungsmittel erweiternd, wobei kritischen Funktionen der Faserausrichtung sowie der der Strahlablenkung und Kollimierung in einem einzigen Herstellungsschritt durch Formen des die optische Kopplungsvorrichtung bildenden optoelektronischen Gehäuses erreicht wird, wobei kein weiterer aktiver Ausrichtschritt erforderlich ist.
1 1. Als geformter Kunststoffkörper ausgebildete optische Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, der mit einem ersten Gehäuseteil eine Kapselung mit einem ein optisches Element tragenden zweiten Gehäuseteil bildet, wobei vorzugsweise der Kunststoffkörper direkt auf dem zweiten das optische Element ragenden Gehäuseteil (Träger) geformt ist.
12. Kopplungsvorrichtung mit einem Gehäuse für eine effiziente Kopplung zwischen einer optischen Faser und einem optischen Element (Sende- und/oder Empfangselement), vorzugsweise mit einer 90° Strahlablenkung, wobei die Kopplung eine optische Faserausrichtung und Strahlablenkung sowie Fokussierung vorsieht, und zwar durch Vorsehen oder Formen eines geformten, die optische Kopplungsvorrichtung bildenden hochtransparenten Kunststoffkörpers direkt auf einem Träger, der das (bzw. die) aktive(n) Elemente trägt, wobei der Kunststoffkörper die optische Kopplungsvorrichtung bildet, d.h. den ersten Gehäuseteil des Gehäuses, dessen zweiter Gehäuseteil z.B. durch den Träger gebildet wird.
13. Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Gehäuse derart ausgebildet ist, dass der hochtransparente Kunststoff- bzw. das Over- mold-Material hochtransparent ist und bei der Ausbildung des ersten Gehäuseteils mit einem weiteren Material eines zweiten Gehäuseteils eine (mechanische) Verbindung eingeht, wobei der zweite Gehäuseteil ein Träger für ein optisches Element und gegebenenfalls andere Bauteile oder elektrische Schaltungen ist.
14. Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Kunststoff bzw. das Overmold-Kunststoffmaterial, der bzw. das den ersten Gehäuseteil bil- det, einen Reflektor bzw. Reflexionsspiegel, der eine Reflexionsfläche für das Licht bildet, das zwischen dem auf dem Träger positionierten optischen Element(en) und der Eintrittsstirnfläche des Lichtleiters (und gegebenenfalls umgekehrt) zu übertragenden ist, wobei vorzugsweise der die Reflexionsfläche bildende Reflexionsspiegel ein interner konischer Totalreflexionsspiegel ist, wobei der Kunststoff an seiner Grenzfläche zur umgebenden Luft den Reflexionsspiegel bildet infolge des Übergangs von dem Kunststoffmaterial mit einem höheren Brechungsindex zur Luft mit dem Brechungsindex 1.
15. Optische Kopplungsvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 9, wobei ein weiterer konischer Reflektor (A) neben dem Reflektor (32) vorgesehen ist.
16. Optische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die beiden Reflektoren durch den ersten Gehäuseteil (1 1 ) gebildet werden, der derart geformt ist, dass er die jeweiligen Reflexionsflächen bildet.
17. Optische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Empfänger das durch die optische Faser (optical fiber core) eintretende Licht über eine Oberfläche empfängt, wobei infolge der internen Totalreflexion das Licht an der konischen Oberfläche wegreflektiert und dadurch um 90° gewendet wird und annähernd kollimiert, wobei es dann auf die Photodiode bzw. den Photodetektor unterhalb des Reflektors fällt, und zwar innerhalb des ersten Gehäuseteils (11) speziell der Overmoldverbindung oder dem Overmoldkunststoff, wobei der Emitter (VCSEL) andererseits das Licht emittiert, welches auf die konische Reflektoroberfläche auftrifft, wobei der Strahl gewendet (um weniger als 90°) wird und teilweise infolge von interner Totalreflexion kollimiert, so dass der Strahl aus dem ersten Gehäuseteil, speziell dem Overmoldkunststoff, durch die Oberfläche B austritt und wieder durch die konische Oberfläche C eintritt und schließlich durch die Oberfläche D austritt.
18. Optische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Oberflächen effektiv eine sphärische plane konvexe Linse bilden.
19. Optoelektronischer Transceiver (10), der Folgendes aufweist:
a) einen optischen Sender (171),
b) einen optischen Empfänger (172),
c) Kopplungsmittel (300) bestehend aus einer ersten und
zweiten optischen Linse (400, 401) ausgebildet mit optisch aktiven Grenzflächen (410,411 ) zur Veränderung/Umlenkung optischer Pfade von einerseits optischen Ausgangssignalen A des optischen Senders (171 ) zu einem anschließbaren optischen Lichtleiter (12) und andererseits von Eingangssignalen E des gleichen Lichtleiters (12) zu dem Empfänger (172),
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (400) eine im Kopplungsmittel (300) innen liegende konkave Reflexionsfläche (410) für Signale des optischen Senders aufweist und die zweite Linse über eine außen liegende konvexe Transmissionsfläche (4 1) für ausgehende Signale des optischen Senders und eine innen liegende konkave Reflexionsfläche (412) für eingehende Signale verfügt.
20. Transceiver nach Anspruch 19, wobei das die Kopplungsmittel (300) bildende Material die Position der Linsen zueinander definiert oder festlegt.
21. Transceiver nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Material einen Brechungsindex von >1 ,3 aufweist und die innere Fläche der zweiten Linse mit einem Krümmungsradius ausgebildet ist derart, dass die Bedingung der Totalreflexion erfüllt ist in Bezug auf optische Pfade optischer Signale, die aus dem Lichtleiter (12) auf die Grenzfläche treffen.
22. Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material, das einen Brechungsindex >1 ,3 aufweist, und die innere Fläche der ersten Linse mit einem Krümmungsradius ausgebildet ist derart, dass die Bedingung der Totalreflexion erfüllt ist in Bezug auf optische Pfade optischer Signale, die aus dem Sender auf die Grenzfläche treffen.
Optoelektronischer Transceiver (10), welcher Folgendes aufweist:
a) einen elektrisch-optischen Sender (171 ),
der optische Signale zur einer Eingangs-/Ausgangsstirnfläche (24, 25) eines Lichtleiters (12) aussendet und/oder
b) einen optisch-elektrischer Empfänger (172) der optische Signale empfängt und in elektronische Signale umwandelt,
c) einen Bauteilträger (14) auf dem der Sender und/oder Empfänger angeordnet ist bzw. sind, und
einen Gehäuseteil (1 1 ), der den Sender und/oder Empfänger umschließt, der Kopplungsmittel (300) aufweist, die optische Kopplungsmittel (303) und mechanische Kopplungsmittel (302) bilden, wobei die optischen Kopplungsmittel (301) die von dem elektrisch-optischen Sender (171 ) kommenden optischen Signale zu der Eingangstirnfläche (24) des Lichtleiters (12) leiten bzw. koppeln, und/oder die aus der Eingangs-/Ausgangsstirnfläche (25) des Lichtleiters (12) austretenden optischen Strahlen zum optisch-elektrischen Empfänger (172) leiten bzw. koppeln, wobei die mechanischen Ausrichtmittel (302) den Lichtleiter (12) bezüglich des elektrisch-optischen Senders (171 ) und/oder dem optischelektrischen Empfänger (172) zur effizienten Signalübertragung ausrichten, wobei die optischen Kopplungsmittel (303) eine erste Reflexionsgrenzfläche (412) für die vom Sender kommenden optischen Signale bilden, eine zweite Reflexionsgrenzfläche (410) für die vom Lichtleiter austretenden optischen Signale und ferner eine erste und zweite Transmissionsfläche (415, 4 ) für die vom Sender kommenden optischen Signale.
Optoelektronischer Transceiver (10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil (11 ) vorzugsweise durch ein Overmoldspritzverfahren gebildet ist und mit dem Bauteilträger (14) bzw. dessen Material durch das Spritzverfahren verbunden ist.
25 Optoelektronischer Transceiver (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäuseteil (11 ) ein mechanisches Ausrichtmittel (302) bildet, das den einen Lichtleiter (12) und somit die Eingangs- /Ausgangsfläche (24) des Lichtleiters (12) mit den von den Reflexionsgrenzflächen (410, 412) reflektierten optischen Signalen ausrichtet.
26. Optoelektronischer Transceiver (10) nach einem oder mehren der vorhergehenden Ansprüche, dass das Kunststoffmaterial, insbesondere das Overmoldmaterial transparent ist und einen Brechungsindex n > 1 ,3, vorzugsweise n = 1 ,5 aufweist.
27. Optoelektronischer Transceiver (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dass das mechanische Kopplungsmittel (302) in der Form von Ausrichtmitteln für den Lichtleiter (12) im Gehäuseteil (11 ) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Ausrichtmittel in der Form einer V-Nut (20) ausgebildet sind, die vorzugsweise schräg zueinander verlaufende Seitenflächen (210, 220) aufweist.
28. Optoelektronischer Transceiver (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei das Kunststoffmaterial eine Reflexionsgrenzfläche (321) an dem Übergang zwischen Kunststoffmaterial und Luft oberhalb des optischen Senders (171 ) derart bildet, dass das von dem optischen Sender (171 ) ausgehende Licht durch die erste und zweite Transmissionsfläche (411 , 415) auf die Eingangsstirnfläche des Lichtleiters (12) reflektiert wird, und zwar vorzugsweise kollimiert wird.
29. Optoelektronischer Transceiver nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäuseteil ausgebildet aus hoch- transparentem Kunststoff besteht und bei der Ausbildung des ersten Gehäuseteils mit einem Material eines zweiten Gehäuseteils eine mechanische Verbindung eingeht, wobei der zweite Gehäuseteil ein Träger für ein optisches Element und gegebenenfalls andere Bauteile oder elektrische Schaltungen ist. Optoelektronischer Transceiver nach einem der mehreren der Ansprüche 23 bis 29, wobei der Bauteilträger (14) ein gestanzter Bauteilträger, vorzugsweise ein Leadframe ist.
Optoelektronischer Transceiver nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Overmold-Kunststoffmaterial, das den Gehäuseteil (11 ) bildet, zwei Reflektoren bzw. Reflexionsspiegel, die jeweils eine Reflexionsfläche für das Licht bilden, die jeweils zwischen den auf dem Bauteilträger (14) positionierten optischen Elementen und der Eintrittsstirnfläche des einen Lichtleiters (und gegebenenfalls umgekehrt) zu übertragenden ist, wobei vorzugsweise die die Reflexionsflächen bildenden Reflexionsspiegel jeweils ein interner konischer Totalreflexionsspiegel sind, wobei der Kunststoff an seiner Grenzfläche zur umgebenden Luft die Reflexionsspiegel bildet infolge des Übergangs von dem Kunststoffmaterial mit einem höheren Brechungsindex zur Luft mit dem Brechungsindex 1.
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