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DE10332015A1 - Optoelektronisches Modul mit Senderchip und Verbindungsstück für das Modul zu einer optischen Faser und zu einer Schaltungsplatine, sowie Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Optoelektronisches Modul mit Senderchip und Verbindungsstück für das Modul zu einer optischen Faser und zu einer Schaltungsplatine, sowie Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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DE10332015A1
DE10332015A1 DE2003132015 DE10332015A DE10332015A1 DE 10332015 A1 DE10332015 A1 DE 10332015A1 DE 2003132015 DE2003132015 DE 2003132015 DE 10332015 A DE10332015 A DE 10332015A DE 10332015 A1 DE10332015 A1 DE 10332015A1
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DE
Germany
Prior art keywords
optoelectronic module
area
circuit board
contact
module
Prior art date
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Ceased
Application number
DE2003132015
Other languages
English (en)
Inventor
Gottfried Beer
Nikolaus Schunk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
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Priority to US10/890,258 priority patent/US7048450B2/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Modul (1) und ein Verbindungsstück (32) für das Modul (1) zu einer optischen Faser (59) und zu einer Schaltungsplatine (35). Dazu weist das optoelektronische Modul (1) einen Halbleiterchip als optischen Senderchip (2) auf, der eine lichtwellenemittierende Oberseite (3) besitzt und auf seiner Rückseite einen Rückseitenkontakt (6) als Kathode aufweist. Weitere Halbleiterchips (7, 8, 9) sind derart in eine Kunststoffmasse mit dem optischen Senderchip eingebettet, dass eine koplanare Gesamtoberseite (15) aus der Kunststoffmasse und den aktiven Oberseiten (11) gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Modul mit Senderchip und Verbindungsstück für das Modul zu einer optischen Faser und zu einer Schaltungsplatine sowie Verfahren zur Herstellung derselben. Der Senderchip und weitere Halbleiterchips sowie passive Bauteile bilden die elektrischen Komponenten eines derartigen optoelektronischen Moduls und sind üblicherweise auf einem Schaltungssubstrat bzw. auf einem Nutzen in Form einer Leiterplatte in mehreren Modulpositionen angeordnet. Eine derartige Anordnung bedingt, dass zum Schaltungssubstrat bzw. zum Nutzen hin in jeder der Modulpositionen elektrische Verbindungen von Kontaktflächen der Modulkomponenten zu Kontaktanschlussflächen auf dem Schaltungssubstrat herzustellen sind. Diese Verbindungen werden mit zeitaufwendigen und kostenintensiven Verbindungstechniken, wie Löten, Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden geschaffen, was die Modulkomponenten thermisch und mechanisch belastet und die Zuverlässigkeit des optoelektronischen Moduls beeinträchtigt, sowie außerdem hohe Kosten verursacht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Modul zu schaffen, das eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist und kostengünstiger herstellbar ist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung über ein Verbindungsstück ein zuverlässiges Zusammenwirken zwischen Modul und einer optischen Faser, sowie zu einer Schaltungsplatine zu erreichen.
    •
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein optoelektronisches Modul angegeben, das ein Halbleiterchip als optischen Senderchip aufweist. Dieser Senderchip besitzt eine lichtwellenemittierende Oberseite, die einen Oberseitenkontakt zu einer Anode aufweist. Auf der Rückseite des Senderchips ist ein Rückseitenkontakt einer Kathode angeordnet. Neben dem Senderchip weist das optoelektronische Modul weitere Halbleiterchips für einen optischen Empfang und/oder für eine Signalverstärkung und/oder für ein Ansteuern der Halbleiterchips auf. Diese weiteren Halbleiterchips weisen keine Rückseitenkontakte auf und haben vielmehr Kontaktflächen auf ihren aktiven Oberseiten. Schließlich gehören zu dem optoelektronischen Modul auch passive Bauteile mit entsprechenden Elektroden zur Impedanzanpassung von Eingang und Ausgang des Moduls mit.
  • Die aktiven Seiten der Halbleiterchips bilden mit ihren Kontaktflächen, mit den Elektroden der passiven Bauteile und zusammen mit einer umgebenden Kunststoffgehäusemasse eine koplanare Gesamtoberseite. Auf dieser koplanaren Gesamtoberseite sind die Kontaktflächen der Halbleiterchips, die Elektroden der Bauteile und eine Kontaktanschlussfläche eines Verbindungselementes, welches den Rückseitenkontakt des Senderchips mit der Kontaktanschlussfläche des Verbindungsstücks verbindet, frei zugänglich angeordnet.
  • Ein derartiges Modul hat den Vorteil, dass von der Gesamtoberseite aus über das Verbindungsstück ein Rückseitenkontakt von Modulkomponenten, insbesondere von dem Senderchip kontaktierbar ist. Außerdem müssen die elektrischen Verbindungen zwischen Senderchip, weiteren Halbleiterchips und Elektroden passiver Bauteile keine Niveausprünge überwinden, sondern es kann auf der ebenen Gesamtoberseite eine Umverdrahtungslage mit entsprechenden Umverdrahtungsleitungen angeordnet werden. Folglich entfallen komplexe Verbindungstechniken, wie Bondtechnik, Flip-Chip-Technik oder Lottechnik. Somit können mit dem Senderchip beliebig viele Halbleiterchips und passive Bauteile zu einem optoelektronischen Modul in eine plattenförmige Kunststoffmasse eingebettet werden. Ferner können in der Umverdrahtungslage neben den Umverdrahtungsleitungen auch Außenkontaktflächen vorgesehen werden, mit denen einzelne Kontaktflächen oder Kontaktanschlussflächen der Modulkomponenten verbunden sein können.
  • Eine derartige Verdrahtung des optoelektronischen Moduls mit Hilfe von Umverdrahtungsleitungen kann innerhalb einer einzigen Umverdrahtungsschicht erfolgen. Diese Umverdrahtungsschicht kann durch weitere Isolationsschichten und Umverdrahtungsschichten erweitert werden, wobei mehrere Umverdrahtungsschichten über Durchkontaktflächen durch die Isolationsschichten hindurch miteinander verbunden sind. Damit ergibt sich eine mehrschichtige Umverdrahtungslage, die ohne großen Aufwand auf die Gesamtoberseite aus Halbleiteroberseiten und Kunststoffoberseite gebildet wird.
  • Um zu gewährleisten, dass die lichtemittierende Oberseite des Senderchip, sowie lichtempfindliche Bereiche von Photodioden mit der Umgebung in Wechselwirkung treten können, sind in der Umverdrahtungslage entweder Durchgangsöffnungen vorgesehen, welche die lichtempfindlichen oder lichtemittierenden Flächen der entsprechenden Halbleiterchips freilegen oder es werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Isolationsschichten aus einem transparenten Kunststoff herge stellt. Lichtemittierende Bereiche und photoempfindliche Bereiche auf der Gesamtoberseite können zusätzlich optische Linsen aufweisen, um den jeweiligen optischen Strahlengang zu beeinflussen bzw. die optische Wirkung zu verstärken.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der optische Senderchip eine VCSE-Laserdiode bzw. eine Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode. Eine derartige VCSE-Laserdiode weist eine vertikale Kavität auf der lichtwellenemittierenden Oberseite auf und besitzt als Oberseitenkontakt eine Anode. Die Kathode einer derartigen Laserdiode ist in der einfachsten Ausführung als Rückseitenkontakt ausgebildet.
  • Eine derartige VCSEL-Diode erlaubt Herstellern von optischen Modulen, wie Transceivern oder Transpondern, kostengünstige Lösungen für Daten- und Telekommunikationsanwendungen. Während VCSEL-Dioden bei Wellenlängen von 850 nm Reichweiten bis 300 m in der Datenkommunikation abdecken können, erlauben VCSEL-Dioden mit einem Wellenlängenbereich von 1310 nm Übertragungen über Entfernungen von bis zu 10 km. Um derartige Entfernungen zu erreichen, ist eine spezielle Gehäusetechnologie in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen optoelektronischen Modul entwickelt worden.
  • Die mit VCSEL-Dioden bestückten optoelektronischen Module können mit einer erweiterten Überwachungsschnittstelle für eine digitale Diagnose ausgestattet sein. Diese Überwachungsschnittstelle bzw. "Monitoring-Interface" erlaubt in Echtzeit Zugriff auf Betriebsparameter des Moduls, wie auf den Bias-Strom des Lasers, die übertragene optische Leistung, die empfangene optische Leistung, die interne Transceiver-Temperatur, sowie die Versorgungsspannung. Dabei unterstützen die erfindungsgemäßen Module die interne Kalibrierung von Messungen über die Betriebstemperatur und verfügen über einen integrierten Alarm, sowie Schwellensensoren zur Überwachung des Moduls.
  • Module mit diesen Sensoren warnen, falls ein bestimmter Wert außerhalb des Betriebsbereichs liegt. Das erfindungsgemäße Modul kann in einem verbesserten und erweiterten Temperaturbereich arbeiten und zeigt eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit und weist eine Verbesserung in der Impulsphasenentzerrung bzw. der "Jitter-Performance" auf.
  • Das Verbindungselement, das eine Kontaktanschlussfläche auf der Gesamtoberseite anbietet und diese Kontaktanschlussfläche mit dem Rückseitenkontakt des optischen Senderchips verbindet, kann in einer Ausführungsform der Erfindung einen Sockel aufweisen, der in die Kunststoffmasse eingebettet ist und die Kontaktanschlussfläche auf der Gesamtoberseite aufweist. Die eingebettete Rückseite des Sockels kann vor dem Einbetten der Modulkomponenten in eine Kunststoffmasse über eine Bonddrahtverbindung mit dem Rückseitenkontakt des optischen Sendermoduls verbunden sein. Mit einem derartigen Verbindungselement ist es nun möglich, bei einem optoelektronischen Modul auch Rückseitenkontakte von Halbleiterchips in der Kunststoffgehäusemasse zu kontaktieren. Somit, werden derartig eingebettete Rückseitenkontakte von der Gesamtoberseite aus zugänglich.
  • Das Verbindungselement kann auch L-förmig ausgebildet sein, wobei ein Schenkel der L-Form mit der Kontaktanschlussfläche von der Gesamtoberseite aus zugänglich ist und der andere Schenkel der L-Form den Rückseitenkontakt des Senderchips überlappt, so dass über einen Leitkleber oder über Lotmaterial eine elektrische Verbindung des überlappenden Schenkels mit dem Rückseitenkontakt des Senderchips möglich wird. Ein derartiges Verbindungselement hat gegenüber einem Sockel mit Bonddraht den Vorteil, dass diese Verbindung mechanisch stabiler ist und beim Einbetten der Komponenten in die Kunststoffmasse weniger gefährdet ist als ein Bonddraht.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, das Modul auf einem ersten Bereich eines Verbindungsstückes zu einer optischen Faser und einer übergeordneten Schaltungsplatine derart anzuordnen, dass eine optische Achse von optoelektronischen Komponenten parallel zu der übergeordneten Schaltungsplatine ausgerichtet ist. Ein zweiter Bereich des Verbindungsstückes weist Steckkontaktflächen auf, welche in einer Steckbuchse der übergeordneten Schaltungsplatine einsteckbar sind. Zwischen den Steckkontaktflächen des zweiten Bereichs und den Anschlüssen des ersten Bereichs zu Außenkontakten des optoelektronischen Moduls sind Verbindungsleitungen angeordnet, die in einer ersten Ausführungsform des Verbindungsstückes geradlinig verlaufen, wobei die Steckbuchse und die Steckkontaktflächen rechtwinklig zur Oberseite der Schaltungsplatine angeordnet sind und ein vertikales Einstecken bzw. Zusammenstecken ermöglichen.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsstückes sind der erste und der zweite Bereich zueinander abgewinkelt angeordnet, wobei der zweite Bereich mit seinen Steckkontaktflächen parallel zu der Schaltungsplatine in eine entsprechend ausgebildete Steckbuchse der Schaltungsplatine einsteckbar ist. Der Vorteil gegenüber einer vertikalen Einsteckbarkeit liegt in der geringeren Bauteilhöhe für das Verbindungsstück.
  • Das Verbindungsstück kann ein gegossenes Verbindungszwischenstück bzw. ein "Molded Interconnect Device" sein, das eine dreidimensionale Verdrahtung aufweist. Ein derartiges Verbindungszwischenstück kann zusätzlich zu dem Verbindungsstück selbst ein Kopfstück aufweisen, welches in einem Rohrabschnitt eine optische Faser aufnehmen kann, wobei die optischen Achsen von Faser und Rohrabschnitten des optoelektronischen Moduls durch den Rohrabschnitt aufeinander zentriert werden.
  • Der Vorteil eines gegossenen Verbindungszwischenstückes ist, dass das Verbindungsstück, das Kopfstück und der Rohrabschnitt einstückig in einem Gießvorgang hergestellt sein können. Dabei kann auf die gemoldete Struktur eine dreidimensionale Verdrahtung aufgebracht werden, die in die Steckkontaktflächen übergeht, wobei die Steckkontaktflächen ihrerseits mit der übergeordneten Schaltungsplatine in Wirkverbindung stehen.
  • Auch Arretierungsmittel können an dem einstückigen Verbindungszwischenstück angegossen sein. Derartige Arretierungsmittel dienen einerseits dazu, die Einfassung einer optischen Faser in dem Rohrabschnitt zu fixieren und andererseits dazu, das Kopfstück nach dem Einrasten der Steckkontaktflächen in der Steckbuchse der Schaltungsplatine auf der Schaltungsplatine selbst zu fixieren.
  • Weiterhin ist es möglich, das Verbindungsstück aus einem Schaltungsträger zu bilden. Dieser Schaltungsträger ist in einen ersten und einen zweiten Bereich trennbar, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich über einen biegsamen Teil, wie einer Leiterbahnfolie, miteinander verbunden sind. Eine derartige Leiterbahnfolie kann auch dadurch realisiert werden, dass eine Stützfolie auf die bestehenden Leiterbahnen des Schaltungsträgers in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordnet wird. Dazu ist es von Vorteil, als biegsame Folie eine einseitig klebende Kunststoff-Folie einzusetzen.
  • Ein weitere Vorteil ist, dass ein derartig zweigeteilter Schaltungsträger im Bereich der biegsamen Leiterbahnfolie abgewinkelt werden kann, so dass der erste und der zweite Bereich zueinander in einem Winkel stehen und ein erster Schenkel der Abwinkelung das optoelektronische Modul aufweist und der zweite Schenkel der Abwinkelung die Steckkontaktflächen aufnimmt. Ein derart vorgeformtes und vorbereitetes Verbindungsstück aus einem Schaltungsträger, kann an einem Kopfstück angeordnet sein. Dieses Kopfstück weist in einer Ausführungsform der Erfindung einen Einsteckbereich für ein Ende eines Lichtwellenleiters bzw. einer Faser eines Lichtwellenleiters auf. Dabei wird bevorzugt als Lichtwellenleiter eine optische Polymerfaser eingesetzt. Derartige Polymerfasern sind auch unter Abkürzung POF bekannt.
  • Darüber hinaus kann das Kopfstück die oben erwähnten Arretierungsmittel besitzen, die einerseits das Wellenleiterende in dem Kopfstück fixieren und andererseits das Kopfstück auf der übergeordneten Schaltungsplatine festklemmen. Die Ausbildung dieser Arretierungsmittel ist unterschiedlich gestaltet und richtet sich nach der Art der Ausbildung der Steckbuchse auf der übergeordneten Schaltungsplatine. Ist die Steckbuchse auf der übergeordneten Schaltungsplatine für ein paralleles Einstecken der Steckkontaktflächen vorgesehen, so wird als Arretierungsmittel des Kopfstückes auf der Schaltungsplatine eine Schnappvorrichtung vorgesehen, welche in eine Öffnung der Schaltungsplatine eingreift, sobald das Verbindungsstück mit seinen Steckkontakten in die Einsteckbuchse vollständig eingeführt ist. Bei einer vertikalen Anordnung der Steckbuchse für die Einsteckkontakte wird ein Arretierungsmittel für das Kopfstück vorgesehen, das spreizend in eine Öffnung der Schaltungsplatine eingreifen kann und dort einrastbar ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Moduls sieht vor, dass ein Nutzen mit in Zeilen und Spalten angeordneten Modulpositionen zunächst bereitgestellt wird. Dieser Nutzen kann bereits Außenkontakte auf Außenkontaktflächen des Moduls in jeder Bauteilposition aufweisen, so dass durch einfaches Auftrennen des Nutzens einzelne optoelektronische Module hergestellt werden können.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Nutzens für mehrere optoelektronische Module, der in Zeilen und Spalten angeordnete Modulpositionen aufweist, umfasst nachfolgende Verfahrensschritte. Zunächst wird ein optisches Halbleiter-Senderchip mit einer lichtwellenemittierenden Oberseite auf einen einseitig klebenden Träger aufgebracht, wobei ein Rückseitenkontakt des Halbleiter-Senderchips auf seiner Rückseite zunächst frei zugänglich bleibt. In einem nächsten Schritt wird ein Verbindungselement mit seiner Kontaktanschlussfläche auf der klebenden Seite des Trägers aufgebracht. Danach wird das Verbindungselement mit dem Rückseitenkontakt des Senderchips verbunden. Diese Verbindung kann entweder über einen Bonddraht realisiert werden oder das Verbindungselement ist derart ausgebildet, dass es einen Schenkel aufweist, der den Rückseitenkontakt des Senderchips überlappt und somit auf diesem aufgelötet oder mit einem Leitkleber befestigt werden kann.
  • Nach der Montage des Halbleitersenderchips und des Verbindungselementes auf dem einseitig klebenden Träger können weitere Halbleiterchips für einen optischen Empfang und/oder für eine Signalverstärkung und/oder für ein Ansteuern der Halbleiterchips mit ihren aktiven Oberseiten auf der Klebeschicht des Trägers aufgebracht werden. Schließlich werden passive Bauteile mit ihren Elektroden ebenfalls auf der klebenden Seite des einseitig klebenden Trägers aufgebracht, wobei diese passiven Bauteile der Impedanzanpassung der optoelektronischen Komponenten des Moduls dienen können.
  • Nach Aufbringen, Positionieren und Fixieren der einzelnen Modulkomponenten in den Modulpositionen des einseitig klebenden Trägers wird eine Kunststoffmasse auf dem Träger unter Einbetten der Halbleiterchips und der Bauteile in die Kunststoffmasse unter Ausbilden einer koplanaren Gesamtoberseite auf dem Träger aufgebracht. Die koplanare Gesamtoberseite ist zunächst nicht zugänglich, so dass eine Verdrahtung der Kontaktanschlussfläche eines Verbindungselementes zu einem Halbleiterchipsender, der Kontaktflächen der weiteren Halbleiterchips und der Elektroden der passiven Bauteile nicht durchgeführt werden kann.
  • In dem nächsten Schritt wird zunächst die Kunststoffmasse ausgehärtet, um eine selbsttragende Verbundplatte aus Kunststoffmasse mit Halbleiterchips und passiven Bauteilen zu erhalten. Anschließend wird von dieser Verbundplatte der Träger entfernt und eine Umverdrahtungslage auf die frei gewordene Gesamtoberseite der Verbundplatte aufgebracht. Damit ist ein Nutzen entstanden, der bereits voll funktionsfähige optoelektronische Module aufweist, die beispielsweise einen Transceiver darstellen können, wenn in einem Empfangsbereich eine Photodiode und in einem Sendebereich eine oben näher erläuterte VCSEL-Diode angeordnet ist. Abschließend können auf den Außenkontaktflächen dieses Nutzens Außenkontakte in Form von Lotbällen oder Lotdepots oder als elastische Außenkontakte aufgebracht werden, bevor der Nutzen in einzelne optoelektronische Module aufgetrennt wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsstückes zwischen einem optoelektronischen Modul, einer optischen Faser eines Lichtwellenleiters und einer übergeordneten Schaltungsplatine. Dazu sind in einem ersten Bereich des Verbindungsstückes das optoelektronische Modul angeordnet. Ein zweiter Bereich, weist Steckkontaktflächen auf, die in eine Steckbuchse einer Schaltungsplatine einsteckbar sind und mit dem optoelektronischen Modul des ersten Bereichs verdrahtet sind. Zur Herstellung eines derartigen Verbindungsstückes wird zunächst der Schaltungsträger mit Aufnahmepositionen für ein optoelektronisches Modul in einem ersten Bereich und mit Steckkontaktflächen in einem zweiten Bereich hergestellt.
  • Anschließend wird eine Grenznut in den Schaltungsträger entlang der Grenze zwischen den beiden Bereichen unter Beibehaltung der elektrischen Verdrahtung zwischen den Bereichen eingearbeitet. Dabei wird darauf geachtet, dass eine ausreichende Dicke des Schaltungsträgermaterials am Boden der Grenznut verbleibt, so dass unter Erwärmen der Grenznut ein Abwinkeln der beiden Bereiche zueinander möglich ist. Nach dem Abwinkeln der beiden Bereiche zueinander ist das Verbindungselement für einen Einsatz fertiggestellt, bei dem es darauf ankommt, dass die Steckverbindungen parallel zur Oberseite der übergeordneten Schaltungsplatine einsteckbar sind.
  • Als weitere Möglichkeit zum Abwinkeln der beiden Bereiche des Verbindungsstückes zueinander ist es möglich, eine Verstärkungsfolie auf der Verdrahtungsseite des Schaltungsträgers aufzubringen, die dann zum Abwinkeln der beiden Bereiche ge geneinander gebogen wird. Schließlich ist es auch möglich, die beiden Bereiche des Schaltungsträgers vollständig zu trennen und anschließend eine flexible Leiterbahnfolie zwischen den beiden Bereichen anzuordnen, und abschließend die beiden Bereiche zueinander abzuwinkeln.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Modul integrierte Bausteine in Form von Halbleiterchips und optische Wandlerbauteile in Form von Laserdiodenchips und Photodiodenchips mit ihren Kontaktflächen jeweils auf einem einseitig klebenden Hilfsträger fixiert werden. Soweit die optoelektronischen Wandlerbausteine Rückseitenkontakte aufweisen, werden spezielle Verbindungselemente eingesetzt, um quasi einen "By-pass" zu dem Rückseitenkontakt von einer Gesamtoberseite des optoelektronischen Moduls herzustellen. Als Kunststoffmasse für das elektronische Modul werden handelsübliche nicht transparente Moldmassen eingesetzt, in welche die Komponenten des Moduls eingebettet werden. Danach wird der Hilfsträger entfernt und eine Verdrahtung der einzelnen Modulkomponenten wird auf der Gesamtoberseite über eine Umverdrahtungslage durchgeführt.
  • Diese Umverdrahtungslage kann mehrere Verdrahtungsebenen aufweisen und zeichnet sich dadurch aus, dass zum Verbinden der einzelnen Modulkomponenten untereinander keine Bondverbindungen erforderlich sind. Für die optoelektronischen Wandlerbausteine werden entweder für die Betriebswellenlänge transparente photostrukturierbare Dielektrika verwendet oder es werden Fenster in der Isolationsschicht der Umverdrahtungslage freigeätzt.
  • Auch Koppellinsen können auf den lichtempfindlichen oder lichtemittierenden Bereichen vorgesehen werden. Ein Transcei vermodul umfasst ein Sende- und ein Empfangsmodul, die aus einem "Wafer-Nutzen" singuliert werden können. Ein "Wafer-Nutzen" ist ein Nutzen, der in Zeilen und Spalten angeordnete Modulpositionen aufweist und in seinen Außenabmessungen einem Halbleiterwafer entspricht, so dass für einzelne Fertigungsschritte Anlagen aus der Halbleiterwafertechnologie einsetzbar sind. Weitere passive Bauteile, die nicht in der Kunststoffmasse unterbringbar sind, wie beispielsweise RC-Glieder können auf einem Verbindungsstück in MID-Technik (hold Interconnect Device Techiquen) realisiert werden.
  • Ein Zwischenstück bzw. Verbindungsstück als MID-Schaltungsträger ist so strukturiert, dass es in einer Richtung eine Faseraufnahme in Form einer runden Ferrulenausbildung aufweist und die elektrischen Zuführungskontakte sind so ausgeführt, dass sie mittels Aufstecken auf eine SMD (Surface Mounted Device)-Steckerleiste bzw. einer oberflächenmontierbaren Steckerleiste einer übergeordneten Schaltungsplatine als Hauptschaltungsträger aufsteckbar oder verlötbar sind. Mikrolinsen zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der optischen Wandlerbausteine können bereits auf den "Wafer-Nutzen" in jeder Modulposition aufgebracht werden oder in einem späteren Schritt dem optoelektronischen Modul hinzugefügt werden.
  • Ferner ist festzustellen, dass mit Hilfe der Erfindung das gemoldete Verbindungsstück, das in MID-Technik herstellbar ist, auch durch einen Schaltungsträger realisiert werden kann. Dieser Schaltungsträger kann bei einer sogenannten "vertikal steckbaren" Lösung unmittelbar eingesetzt werden, indem auf dem Schaltungsträger ein erster Bereich mit dem optoelektronischen Modul und ein zweiter Bereich mit dem Steckkontaktflächen vorgesehen wird.
  • Bei einer "horizontal steckbaren" Lösung wird durch Einbringen einer Grenznut beispielsweise durch Trennschleifen mittels einer Wafersäge der Schaltungsträger bis auf eine kleine Restdicke, die im wesentlichen die Metall-Lagen umfasst, aufgeschnitten, so dass sich der Schaltungsträger um 90° biegen lässt. Eine mechanische Verstärkung in Form einer aufgeklebten oder auflaminierten Folie auf der Bestückungsseite des Schaltungsträgers verhindert eine Rissbildung und damit mögliche Signalunterbrechungen beim Abwinkeln.
  • Durch die Verwendung eines Schaltungsträgers in Form eines "FR4-Boards" kann sehr einfach und sehr preiswert ein vertikal oder horizontal steckbarer "Transceiver" realisiert werden, der den "Small Form Factor" einhält oder für eine andere standardisierte Kopfstückausführung bzw. "Header-Ausführung" leicht angepasst werden kann.
  • Das außerhalb der Schaltungsverdrahtung beidseitig mit einer Kupferschicht kaschierte "Board" des Schaltungsträgers gewährleistet einen guten EMV-Schutz bezüglich einer Fronteinstrahlung. Ein vollständiger EMV-Schutz kann durch die Kunststoffmasse des Moduls erreicht werden, wenn diese in vorteilhafter Weise aus leitender Moldmasse hergestellt ist. Diese leitende Moldmasse bedingt jedoch, dass zunächst die Modulkomponenten auf dem Hilfsträger mit einer isolierenden Beschichtung versehen werden, bevor die elektrisch leitende Kunststoffmasse aufgebracht wird.
  • Die Röhrchenabschnitte für eine "Faserferrulenführung" zur Aufnahme eines Endes einer optischen Faser können direkt in dem Kopfstück, dem sogenannten "Header" integriert werden. Das optoelektronische Modul mit der horizontal steckbaren Transceiver-Ausführung erschließt den Konsummarkt für optische Transceiver, da in einer modularen Transceiveranordnung diese bei Bedarf jederzeit nachrüstbar sind. Der besondere Vorteil des Einsatzes eines Schaltungsträgers für das Verbindungsstück liegt darin, dass der Schaltungsträger für die horizontal steckbare Transceiverausführung durch Ansägen und Umbiegen in eine dreidimensionale Verdrahtungsanordnung überführt werden kann, ohne die Leiterbahnen dreidimensional aufbringen zu müssen.
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  • Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Modul einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 zeigt eine Prinzipskizze für ein Verbinden eines Rückseitenkontaktes einer VCSEL-Diode mit einer Kontaktanschlussfläche auf einem einseitig klebenden Träger einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 zeigt eine Prinzipskizze für ein Verbinden eines Rückseitenkontaktes einer VCSEL-Diode mit einer Kontaktanschlussfläche auf dem einseitig klebenden Träger der 2 einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition eines einseitig klebenden Trägers gemäß 3 mit aufgebrachten weiteren Halbleiterchips,
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition eines Nutzens nach Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Träger gemäß 4,
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition eines Nutzens nach Entfernen des Trägers, der in 5 gezeigt ist,
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition eines Nutzens nach Aufbringen einer Umverdrahtungsebene und Außenkontakten auf eine Verbundplatte, die in 6 gezeigt ist,
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein auf einer Schaltungsplatine angeordnetes optoelektronisches Modul mit Verbindungsstück zu einer optischen Faser und zu der Schaltungsplatine einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein auf einer Schaltungsplatine angeordnetes optoelektronisches Modul mit Verbindungsstück und Kopfstück einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
  • 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein auf einer Schaltungsplatine angeordnetes optoelektronisches Modul mit Verbindungsstück einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
  • 11 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Verbindungsstück für ein optoelektronisches Modul,
  • 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Verbindungsstück gemäß 11,
  • 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Verbindungsstückgemäß 12 nach einem Abwinkeln eines ersten Bereichs mit dem optoelektronischen Modul gegenüber einem zweiten Bereich mit Steckkontaktflächen,
  • 14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Modul mit einem Verbindungsstück und einem Kopfstück einer siebten Ausführungsform der Erfindung,
  • 15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Modul mit einem Verbindungsstück, einem Kopfstück und einer übergeordneten Schaltungsplatine einer achten Ausführungsform der Erfindung,
  • 16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Steckkontakt zwischen Verbindungsstück und Schaltungsplatine,
  • 17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Modul mit Verbindungsstück, Kopfstück und Schutzgehäuse einer neunten Ausführungsform der Erfindung,
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Modul 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das optoelektronische Modul 1 weist einen Verstärkungschip 8 zum Verstärken eines Signals einer Photodiode auf, die in einem Empfangsbereich 60 des optoelektronischen Moduls 1 als Empfangschip 7 angeordnet ist. Darüber hinaus sind in dem Empfangsbereich 60 passive Bauteile 12 angeordnet, wovon hier im Querschnitt ein Widerstand mit seinen Elektroden 13 zu sehen ist. Die aktiven Oberseiten der Halbleiterchips 7 und 8 im Empfangsbereich 60 sind derart angeordnet, dass ihre aktiven Oberseiten 11 mit den Elektroden 13 des passiven Bauteils 12 und mit der, die Modulkomponenten umgebenden Kunststoffmasse 14, eine koplanare Gesamtoberseite 15 bilden. Dabei sind alle Kontaktflächen und Elektroden, die untereinander zu verdrahten sind und die mit Außenkontaktflächen 29 zu verbinden sind, von der Gesamtoberseite 15 aus zu erreichen. Keines der Modulkomponenten im Empfangsbereich 60 weist Rückseitenkontakte auf, so dass mit dem Anordnen der aktiven Oberseiten bzw. der Elektroden im Bereich der Gesamtoberseite 15 sämtliche Kontaktierungsprobleme für den Empfangsbereich 60 von dieser Gesamtoberseite aus gelöst werden können.
  • Im Sendebereich 70 des optoelektronischen Moduls 1 ist eine VCSEL-Diode 58 (Vertical Cavity Surface Emitting) Laser als Senderchip 2 angeordnet. Derartige Laserdioden werden senkrecht betrieben und weisen eine vertikale Kavität auf ihrer aktiven Oberseite 3 auf. Diese vertikale Kavität ist lichtemittierend, so dass die darüber angeordnete Umverdrahtungsstruktur aus transparenten Isolationsschichten und aus transparenten strukturierten elektrischen Schichten mit transparenten Elektroden und transparenten Leiterbahnen aufgebaut ist. Die transparenten Elektroden bzw. Leiterbahnen sind aus Indiumoxid, während die transparenten Isolationsschichten Acrylharz aufweisen. Neben dem Senderchip 2 ist ein Halbleiterchip 9 zum Ansteuern und Treiben des Senderchips 2.
  • Der Rückseitenkontakt 6 für die Kathode der VCSEL-Diode 58 ist nicht direkt von der Gesamtoberseite 15 aus zugänglich. In der ersten Ausführungsform nach 1 wird dieses Problem dadurch gelöst, dass ein Verbindungselement 17 geschaffen wird, das L-förmig in seinem Querschnitt ausgebildet ist, wobei ein Schenkel 19 des Verbindungselementes 17, den Rückseitenkontakt 6 der VCSEL-Diode überlappt, während der zweite Schenkel 20 einen Sockel bildet, der zur Gesamtoberseite 15 hin eine Kontaktanschlussfläche 16 aufweist. Dieser zweite Schenkel 20 ist wie ein Sockel ausgebildet, dessen Grundseite die Kontaktanschlussfläche 16 bildet. Somit ist es möglich, die VCSEL-Diode 58 trotz eines Rückseitenkontaktes 6 von der Gesamtoberseite 15 aus anzuschließen.
  • An den Grenzen des Empfangsbereichs 60 und des Sendebereichs 70 sind Wafersägeschnitte 73 eingezeichnet, die vorteilhaft mit einer Wafersäge ausgeführt werden. Der Empfangschip 7 mit einer Photodiode kann auf der lichtempfindlichen Oberseite eine Linse aufweisen. Gleiches gilt für die lichtemittierende Oberseite der VCSEL-Diode 58.
  • Die Verdrahtung der Modulkomponenten in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung aus einem Empfangschip 7, einem Verstärkungschip 8, einem Widerstand 12, einem Senderchip 2 und einem Ansteuerungs- und Treiberchip 9 wird durch die Umverdrahtungslage 22 erreicht. Die Umverdrahtungslage 22 ihrerseits besteht aus einer Isolationsschicht 23 mit Durchkontaktflächen 62, einer Umverdrahtungsschicht 24 mit Umverdrahtungsleitungen 28 und einer Außenkontaktflächenschicht 25 mit Außenkontaktflächen 29. Dabei ist der größere Flächenanteil sowohl der Außenkontaktflächenschicht als auch der Umverdrahtungsschicht 27 ein transparentes Isolationsmaterial und nur an den Stellen, an denen sich Umverdrahtungsleitungen 28 oder Außenkontaktflächen 29 oder Durchkontaktöffnungen 51 befinden, ist ein elektrisch leitendes Material eingesetzt. Selbst dieses elektrisch leitende Material ist transparent, wenn als Leitungsmaterial kein Metall eingesetzt wird, sondern leitende Oxide, wie Indiumoxid.
  • Die 2 bis 7 zeigen das schrittweise Entstehen eines optoelektronischen Moduls an einer Modulposition eines Nutzens. 2 zeigt eine Prinzipskizze für ein Verbinden eines Rückseitenkontaktes 6 einer Sendediode, hier beispielhaft einer VCSEL-Diode 58, mit einer Kontaktanschlussfläche 16 auf einem einseitig klebenden Träger 52 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dazu wurde die VCSEL-Diode 58 mit ihrer eine vertikale Kavität aufweisenden emittierenden Oberseite 3 auf die Klebstoffseite 63 des Trägers 52 aufgebracht. Diese VCSEL-Diode 58 weist auf ihrer lichtemittierenden Oberseite 3 eine Anode 4 auf, die ebenfalls auf der Klebstoffseite 63 des Trägers 52 fixiert ist. Die hier gezeigte VCSEL-Diode 58 arbeitet bei einer Wellenlänge von 1310 nm und ist für ein optoelektronisches Modul mit einem Transceiver, der bei 2,6 Gigabit pro Sekunde arbeitet, geeignet.
  • Dabei besteht der Transceiver, wie in 1 gezeigt, aus einem Empfangsbereich 60 und einem Sendebereich 70, wobei die VCSEL-Diode 58 im Sendebereich eingesetzt ist. Um auch den Rückseitenkontakt von der Klebstoffseite 63 des Trägers 52 kontaktieren zu können, weist die Modulposition 53 einen metallischen Sockel 18 auf, der mit einer Kontaktanschlussfläche 16 auf der Klebstoffseite 63 des Trägers 52 angeordnet ist. Der Sockel ist auf seiner Rückseite über einen Bonddraht 21 mit dem Rückseitenkontakt 6 der VCSEL-Diode 58 verbunden. Dieses Prinzip der Rückseitenverbindung ist nicht nur auf die hier gezeigte Anwendung beschränkt, sondern kann immer dann angewandt werden, wenn Halbleiterchips oder passive Bauteile auf ihren Rückseiten zu kontaktieren sind.
  • 3 zeigt eine Prinzipskizze für ein Verbinden eines Rückseitenkontaktes 6 einer VCSEL-Diode 58 mit einer Kontaktanschlussfläche 16 auf dem einseitig klebenden Träger 52 der 2, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Dazu wird zunächst wieder die VCSEL-Diode 58 auf der Klebstoffseite 63 des Trägers 52 mit ihrer lichtemittierenden Oberseite 3 aufgesetzt. Anstelle eines Sockels und einer Bondverbindung, wie in 2 gezeigt, wird nun als Verbindungselement 17 ein im Querschnitt L-förmiges Metallstück eingesetzt. Dieses L-förmige Metallstück besitzt auf einem ersten Schenkel 19 einen Überlappungsbereich, welcher den Rückseitenkontakt 6 der VCSEL-Diode 58 überlappt. Der Sockel 18 mit der Kontaktanschlussfläche 16 bildet einen zweiten Schenkel des L-förmigen Querschnitts. Dieses Verbindungselement 17 wird nach dem Positionieren der VCSEL-Diode 58 auf die Klebstoffseite 63 des Trägers 52 aufgesetzt und anschließend wird der Rückseitenkontakt 6 der VCSEL-Diode 58 über einen Leitkleber 64 mit dem überlappenden Schenkel 19 des Verbindungselements 17 verbunden. Damit ist der Rückseitenkontakt 6 über die Kontaktanschlussfläche 16 auf der Klebstoffseite 63 des Trägers 52 für eine Verdrahtung erreichbar.
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition 53 eines einseitig klebenden Trägers 52 gemäß 3 mit aufgebrachten weiteren Halbleiterchips 7, 8, 9 und einem passiven Bauteil 12. Die Anordnung und Ausrichtung dieser Modulkomponenten entspricht der Ausrichtung und Anordnung, wie sie bereits in 1 gezeigt wird. Neben den durch die Halbleiterchips 2,7,8,9 verwirklichten Funktionen, weist das erfindungsgemäße iSFP-Transceivermodul (intelligent Small-Form-Factor-Pluckable) weitere Halbleiterchips auf, die eine Überwachungsschnittstelle für eine digitale Diagnose bereitstellen. Eine derartige Überwachungsschnittstelle (Monitoring-Interface) erlaubt einen Echtzeitzugriff auf Betriebsparameter, wie den Bias-Strom des Lasers, die übertragene optische Leistung, die empfangene optische Leistung, die interne Transceiver-Temperatur, und überwacht die Versorgungsspannung.
  • Das Modul unterstützt auch die interne Kalibrierung von Messungen über entsprechende Halbleiterchips, indem es die Betriebstemperatur überwacht und Schwellensensoren für einen integrierten Alarm aufweist. Derartige Schwellensensoren warnen den Anmelder, falls ein bestimmter Wert außerhalb eines Betriebsbereiches auftritt. Ferner bieten die Modulkomponenten des Transceivermoduls einen erweiterten Temperaturbereich und eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit, sowie eine geringe Impulsphasenverzerrung und somit eine verbesserte sogenannte "Jitter-Performance".
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition 53 eines Nutzens nach Aufbringen einer Kunststoffmasse 14 auf den Träger 52 gemäß 4. Bei diesem Aufbringen der Kunststoffmasse 14 werden die Rückseiten und Randseiten der Modulkomponenten in Kunststoffmasse eingebettet. Jedoch die auf der Klebstoffseite 63 des Trägers 52 fixierten Oberseiten der Modulkomponenten und insbesondere der Elektroden 13 des passiven Bauteils 12 sowie der Kontaktflächen 10 der aktiven Oberseiten der Halbleiterchips 7, 8 und 9 von Kunststoffmasse 14 bleiben frei zugänglich.
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition 53 eines Nutzens nach Entfernen des Trägers 52, der in 5 gezeigt ist. Durch das Entfernen des Trägers 52, was durch Abziehen, Abrollen oder durch Ablösen durchgeführt werden kann, sind die Kontaktflächen 10, der Oberseitenkontakt 4 des optischen Senderchips 2, die Kontaktanschlussfläche 16 des Verbindungselementes 17 sowie die Elektroden 13 des passiven Bauelements 12 frei zugänglich. Somit kann eine Verdrahtungsstruktur in Form einer Umverdrahtungslage 22 aus mehreren Isolations- und strukturierten Umverdrahtungsschichten aufgebracht werden.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Modulposition 53 eines Nutzens 55 nach Aufbringen einer Umverdrahtungslage 22 und nach Aufbringen von Außenkontakten 54 auf die Außenkontaktflächen 29 einer Außenkontaktlage 25 der Umverdrahtungsschicht 27. Die Außenkontakte 54 sind über Umverdrahtungsleitungen 28 und Durchkontaktflächen 62 mit den Kontaktflächen der Halbleiterchips 2 und 9 verbunden.
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein auf einer Schaltungsplatine 35 angeordnetes optoelektronisches Modul 1 mit einem gemoldeten Verbindungsstück 32, das zur Aufnahme einer optischen Faser geeignet ist und eine Verbindung zu einer übergeordneten Schaltungsplatine 35 einer vierten Ausführungsform der Erfindung herstellt. Dazu ist das Verbindungsstück 32 in zwei Bereiche aufgeteilt, nämlich einen Bereich 31, der das optoelektronische Modul 1 trägt und einen zweiten Bereich 33, der Steckkontaktflächen 37 auf beiden Seiten des Verbindungsstückes 32 aufweist.
  • Das gemoldete Verbindungsstück 32 kann bereits eine Röhrchenabschnitt 65 aufweisen, der einstückig beim Molden mit dem Verbindungsstück 32 gebildet ist und für eine faserferrule Führung 66 sorgt. In diesen Röhrchenabschnitt 65 kann das En de einer optischen Polymerfaser mit ihrer Fassung eingeführt werden. Dabei ist die Achse des Röhrchenabschnitts 65 nach der optischen Achse 34 einer Linse 26 für Photodiode des optoelektronischen Moduls 1 ausgerichtet. Die lichtempfindliche Komponente ist in diesem Falle der Empfangschip 7 mit einem photoempfindlichen Bereich seiner aktiven Oberseite 11.
  • Darunter ist hier im Querschnitt das Verstärkungschip 8 des Empfangsbereichs des Transceivermoduls gezeigt. Anstelle eines einstückigen Moldens von Röhrchenabschnitten 65 mit Ferrulaführung 66 und dem Verbindungsstück 32 mit einer Öffnung und Halterung für eine Linse 67 kann das Verbindungsstück 32 auch separat als Platte hergestellt werden, wie es die gestrichelte Linie 67 zeigt. Die optische Achse 34 der lichtempfindlichen Komponente und die der nicht gezeigten Fassung der optischen Polymerfaser sind parallel zu der übergeordneten Schaltungsplatine 35 angeordnet. Die Schaltungsplatine 35 trägt eine Steckbuchse 37, in die der zweite Bereich 33 mit den Steckkontaktflächen 36 vertikal einsteckbar ist. Die Verbindung der Ausgänge des optoelektronischen Moduls 1 zu den Steckkontaktflächen 36 wird über die Außenkontakte 54 des optoelektronischen Moduls 1 und verbindenden Leiterbahnen auf dem Verbindungsstück 32 geschaffen.
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein auf einer Schaltungsplatine 35 angeordnetes optoelektronisches Modul 1 mit Verbindungsstück 32 und Kopfstück 44 einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser fünften Ausführungsform der Erfindung wird die in 8 mit gestrichelter Linie angedeutete Platte eines Verbindungsstückes 32 durch einen Schaltungsträger verwirklicht, der über Pass-Stifte 61 passgenau an ein Kopfstück bzw. Header passgenau fixiert ist. Dieses Kopfstück 44 umfasst nicht nur den Röhrchenabschnitt 65, sondern auch Arretierungsmittel 47 und 48, wobei das Arretierungsmittel 47 das Endstück bzw. die Fassung einer optischen Polymerfaser durch einen Schnapphaken fixiert, während das Arretierungsmittel 48 das Kopfstück 44 beim Einstecken der Steckkontaktflächen 36 in die Steckbuchse 37 der Schaltungsplatine 35 auf der Schaltungsplatine 35 fixiert. Dabei spreizt sich das Fixierungselement 48 nach Durchführen durch eine Öffnung 69 in der übergeordneten Schaltungsplatine 35.
  • 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein auf einer Schaltungsplatine 35 angeordnetes optoelektronisches Modul 1 mit Verbindungsstück 32 einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verbindungsstück 32 ist parallel zur Schaltungsplatine 35 in eine Steckbuchse 37 auf der Schaltungsplatine 35 einsteckbar. Dazu ist ein erster Bereich 31, der das optoelektronische Modul 1 trägt, zu einem zweiten Bereich 33, der die Steckkontaktflächen aufweist, derart abgewinkelt, dass die optische Achse 34 parallel zur übergeordneten Schaltungsplatine 35 ausgerichtet bleibt. Dieses abgewinkelte Verbindungsstück 32 mit den Bereichen 31 und 33 ist in dieser sechsten Ausführungsform wieder gemoldet und einstückig mit dem Röhrchenabschnitt 65 für eine faserferrule Führung 66 gegossen. Die Leiterbahnen 68 erstrecken sich dreidimensional zwischen den beiden Bereichen 31 und 33. Somit bildet das abgewinkelte gemoldete Verbindungsstück 32 mit angegossenen Rörchenabschnitt 65 der für eine Aufnahme einer Lichtwellenfaser geeignet ist, eine MID-Vorrichtung bzw. ein gemoldetes Verbindungszwischenstück 40 (Molded Interconnect Device). Anstelle eines abgewinkelten Molded Interconnect Device zeigt die 11 die Möglichkeit eines abgewinkelten Schaltungsträgers.
  • 11 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Verbindungsstück 32 für ein optoelektronisches Modul 1. Das Verbindungsstück 32 ist in diesem Fall nicht gemoldet, sondern ein Schaltungsträger 38, der einen ersten Bereich 31 und einen zweiten Bereich 33 aufweist, wobei der erste Bereich 31 zwei getrennte optoelektronische Module mit jeweils zwei optischen Achsen 34 aufweist, wobei das eine Modul den Sendebereich 70 aufweist und das andere Modul den Empfangsbereich 60 aufnimmt. Darüber hinaus weisen der erste Bereich 31 und der zweite Bereich 33 des Verbindungsstücks 32 zusätzliche äußere oder externe Beschaltungen 71 auf, um eine Impedanzanpassung der Ausgänge zu erreichen.
  • Ferner sind im ersten Bereich 31 Öffnungen 69 zur Fixierung am Kopfstück bzw. am Header mittels Materialumformung durch Laser eingebracht. Am zweiten Bereich 33, der die Steckkontaktflächen 36 aufweist, die beidseitig auf dem zweiten Bereich aufgebracht sind, werden Aussparungen 72 zur Fixierung des zweiten Bereichs 33 in einer Steckbuchse im Kopfstück bzw. Header vorgesehen. Die beiden Bereiche 31 und 33 werden über eine Folie 41 zusammengehalten, die verstärkend auf den Schaltungsträger aufgebracht ist. Dabei soll die Folie 41 die Leiterbahnen zwischen dem Empfangsbereich 60, dem Sendebereich 70 und den Steckkontaktflächen 36 schützen.
  • 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Verbindungsstück 32 gemäß 11. Das Verbindungsstück 32 wird hier durch einen Schaltungsträger 38 verwirklicht, wobei dieser Schaltungsträger 38 zwei Bereiche aufweist, einen ersten Bereich 31, der das optoelektronische Modul 1 trägt und einen zweiten Bereich 33, der die Steckkontaktflächen 36 aufweist. Bevor nun dieser Schaltungsträger zwischen den beiden Bereichen 31 und 33 abgewinkelt wird, ist in dem kritischen Be reich einer Grenznut 56, die durch Sägen zwischen den Bereichen 31 und 33 eingebracht wurde, auf die Leiterbahnseite des Schaltungsträgers 38 eine Folie 41 aufgebracht. Diese Folie 41 ist biegeelastisch und verstärkt den Bereich der Leiterbahnen beim Übergang vom ersten Bereich 31 zum zweiten Bereich 33. Der zweite Bereich 33 weist eine Aussparung 72 zur Fixierung, und falls nötig, externe Beschaltungselemente 71 auf.
  • 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Verbindungsstück 32 gemäß 12 nach einem Abwinkeln eines ersten Bereichs 31 mit dem optoelektronischen Modul 1 gegenüber einem zweiten Bereich 33 mit Steckkontaktflächen 36. Um eine Abwinkelung 39 zu erreichen, kann der Bereich der Grenznut 56, die in 12 gezeigt wird, erwärmt werden und anschließend können die Bereiche 31 und 33 des Schaltungsträgers 38 zueinander abgewinkelt werden, ohne dass der Schaltungsträger an der kritischen Abwinkelungsstelle 39 bricht. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 12 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Nach einem derartigen Abwinkeln des Schaltungsträgers 38 kann dieses Verbindungsstück 32 in ein Kopfstück bzw. Header eingesetzt werden.
  • 14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optisches Modul 1 mit einem Verbindungsstück 32 und einem Kopfstück 44 einer siebten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser siebten Ausführungsform der Erfindung ist das Kopfstück 44 einstückig gemoldet worden, wobei Aussparungen für das Einsetzen des abgewinkelten Schaltungsträgers 38 vorbereitet sind. Außerdem wird durch entsprechende Lüftungspassagen 74 dafür gesorgt, dass eine Kaminwirkung entsteht und somit das optoelektronische Modul 1 kontinuierlich gekühlt wird. Das Kopfstück 44 weist einerseits einen Schnapphaken als Arretierungsmittel 47 für das Endstück bzw. die Fassung einer optischen Faser auf, die in den Einsteckbereich 45 mit einer faserferrulen Führung eingeführt werden kann.
  • Während ein erster Schenkel 42 des abgewinkelten Schaltungsträgers 38 mit Hilfe der Pass-Stifte 61 an den Einsteckbereich 45 angepasst ist, ragt ein zweiter Schenkel 43 mit dem zweiten Bereich 33 und den Steckkontaktflächen 36 aus dem Kopfstück 44 derart heraus, dass die Steckkontaktflächen 36 parallel zu einer nicht gezeigten übergeordneten Schaltungsplatine in eine entsprechende Steckbuchse der Schaltungsplatine eingeführt werden können. Bei diesen Einführen klingt sich ein Schnapphaken des Arretierungsmittels 48 in eine entsprechende Aussparung der Schaltungsplatine oder in eine Aussparung eines Schutzgehäuses ein. Mit einem Nasenansatz 75 kann das Arretierungsmittel 48 von der Platine bzw. dem Schutzgehäuse gelöst werden, wenn vorher das Ende der optischen Faser aus dem Kopfstück 44 herausgezogen wurde.
  • 15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Modul 1 mit einem Verbindungsstück 32 und einem Kopfstück 44 und einer übergeordneten Schaltungsplatine 35 einer achten Ausführungsform der Erfindung. Auch bei der achten Ausführungsform der Erfindung wird wieder ein abgewinkelter Schaltungsträger 38 mit zwei Bereichen 31 und 33 eingesetzt, jedoch sind in dem zweiten Bereich des Schaltungsträgers 38 Steckkontaktstifte 49 vorgesehen, die mit den Steckkontaktflächen 36 verlötet sind und vertikal zu den Steckkontaktflächen 36 angeordnet sind.
  • Bei dieser achten Ausführungsform der Erfindung wird das Kopfstück 44 mit dem optoelektronischen Modul 1 und dem Ver bindungsstück 32 senkrecht zur übergeordneten Schaltungsplatine 35 in entsprechende Durchkontaktöffnungen 51 der Schaltungsplatine 35 eingesteckt. Gleichzeitig mit dem Einstecken der Steckkontaktstifte 49 in die Durchkontaktöffnungen 51 der Schaltungsplatine 35 wird ein Arretierungsmittel 48 des Kopfstückes 44 durch eine entsprechende Öffnung 69 der übergeordneten Schaltungsplatine 35 durchgepresst. Die Steckkontaktstifte 49 können an die übergeordnete Schaltungsplatine 35 angelötet werden oder, wie 16 zeigt, können sich entsprechend ausgebildete Steckkontaktstifte federelastisch in der Durchkontaktsöffnung 51 der übergeordneten Schaltungsplatine 35 spreizen.
  • 16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Steckkontaktstift 49 zwischen dem Verbindungsstück und der Schaltungsplatine 35, wobei der Steckkontaktstift 49 eine elastische Spreizung 50 aufweist, die in der Durchgangsöffnung 51 der übergeordneten Schaltungsplatine 35 einen Schleif- und Presskontakt bewirkt. Der Vorteil einer derartigen Spreizkontaktierung gegenüber einer elektrischen Verbindung auf Lotbasis hat den Vorteil, dass ohne thermische Behandlung der Kontakt wieder gelöst werden kann.
  • 17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Modul 1 mit Verbindungsstück 32 und Kopfstück 44 und einem Schutzgehäuse 57 einer neunten Ausführungsform der Erfindung. Das in das Schutzgehäuse 57 aufzunehmende elektrooptische Modul 1 mit Verbindungsstück 32 und Kopfstück 44 entspricht der 14, so dass Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 14 gleiche Bezugszeichen aufweisen und nicht extra erörtert werden.
  • Zusätzlich zu den in 14 gezeigten und erläuterten Komponenten ist auf der übergeordneten Schaltungsplatine 35 ein Schutzgehäuse 57 oder Einsteckgehäuse für das Kopfstück 44 vorgesehen. Zusätzlich zu dem Aufbau des Schutzgehäuses 57, in welches das Kopfstück 44 eingesteckt wird, ist das Ende eines Lichtwellenleiters 46 in Form einer optischen Faser 59, die aus einer optischen Polymerfaser 46 (POF) besteht, gezeigt. Die optische Polymerfaser ist von einer Einsteckhülse 76 bzw. Fassung umgeben, die mit dem Arretierungsmittel 47 in Eingriff bringbar ist und dazu einen Ansatz 77 aufweist.
    • 1
    optoelektronisches Modul
    2
    Senderchip
    3
    Oberseite des Senderchips
    4
    Oberseitenkontakt
    5
    Rückseite des Senderchips
    6
    Rückseitenkontakt
    7
    Empfangschip
    8
    Verstärkungschip
    9
    Ansteuerungs- oder Treiberchip
    10
    Kontaktflächen
    11
    aktive Oberseite
    12
    passive Bauteile
    13
    Elektroden
    14
    Kunststoffmasse
    15
    Gesamtoberseite
    16
    Kontaktanschlussflächen
    17
    Verbindungselement
    18
    Sockel des Verbindungselementes
    19
    Schenkel des Verbindungselementes
    20
    anderer Schenkel des Verbindungselementes
    21
    Bondverbindung
    22
    Umverdrahtungslage
    23, 24
    transparente Isolationsschicht
    25
    transparente Isolationsschicht
    26
    Linse
    27
    Umverdrahtungsschicht
    28
    Umverdrahtungsleitung
    29
    Außenkontaktfläche
    31
    erster Bereich eines Verbindungsstückes
    32
    Verbindungsstück
    33
    zweiter Bereich eines Verbindungsstückes
    34
    optische Achse
    35
    übergeordnete Schaltungsplatine
    36
    Steckkontaktflächen
    37
    Steckbuchse der Schaltungsplatine
    38
    Schaltungsträger
    39
    Abwinkelung
    40
    gegossenes Verbindungszwischenstück
    41
    Folie
    42
    erster Schenkel
    43
    zweiter Schenkel
    44
    Kopfstück
    45
    Einsteckbereich
    46
    Lichtwellenleiter
    47, 48
    Arretierungsmittel
    49
    Steckkontaktstifte
    50
    elastische Spreizung
    51
    Durchkontaktöffnung
    52
    Träger
    53
    Modulposition
    54
    Außenkontakte
    55
    Nutzen
    56
    Grenznut
    57
    Schutzgehäuse
    58
    VCSEL-Diode
    59
    optische Faser
    60
    Empfangsbereich
    61
    Pass-Stifte
    62
    Durchkontaktflächen
    63
    Klebstoffseite
    64
    Leitkleber
    65
    Röhrchenabschnitt
    66
    faserferrule Führung
    67
    gestrichelte Linie
    68
    Leiterbahn
    69
    Öffnung
    70
    Sendebereich
    71
    externe Beschaltung
    72
    Aussparung
    73
    Wafersägeschnitt
    74
    Lüftungspassage
    75
    Nasenansatz
    76
    Einsteckhülse
    77
    Ansatz

Claims (19)

  1. Optoelektronisches Modul das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterchip, als optischen Senderchip (2) mit – einer lichtwellenemittierenden Oberseite (3) die einen Oberseitenkontakt (4) für eine Anode aufweist, und – einer Rückseite (5), die einen Rückseitenkontakt (6) für eine Kathode aufweist, – weitere Halbleiterchips (7,8,9) für einen optischen Empfang und/oder für eine Signalverstärkung und/oder für ein Ansteuern der Halbleiterchips, wobei die weiteren Halbleiterchips (7,8,9) Kontaktflächen (10) auf ihren aktiven Oberseiten (11) aufweisen, – passive Bauteile (12) zur Impedanzanpassung mit Elektroden (13), wobei die aktiven Oberseiten (11) der Halbleiterchips (7,8,9) mit ihren Kontaktflächen (10) und die Elektroden (13) der passiven Bauteile (12) mit einer Kunststoffmasse (14) eine koplanare Gesamtoberseite (15) bilden und die Gesamtoberseite (15) eine Kontaktanschlußfläche eines Verbindungselementes (17), welches den Rückseitenkontakt (6) mit der Kontaktanschlussfläche (16) verbindet, aufweist.
  2. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Senderchip eine LED oder eine RCLED (Resonant Cavity LED) oder eine VCSE-Laserdiode (Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode) ist, mit einer eine vertikale Kavität aufweisenden lichtwellenemittierenden Oberseite und einem als Anode dienenden Oberseitenkontakt, sowie mit einem als Kathode dienenden Rückseitenkontakt.
  3. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (17) einen in die Kunststoffmasse (14) eingebetteten Sockel (18) mit der von der Gesamtoberseite (15) aus frei zugänglichen Kontaktanschlussfläche (16) aufweist.
  4. Optoelektronisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (17) L-förmig ist und den Rückseitenkontakt (6) des Senderchips (2) mit einem Schenkel (19) des L überlappt, wobei der andere Schenkel (20) des L die Kontaktanschlussfläche (16) aufweist.
  5. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement zwischen dem Sockel (18) und dem Rückseitenkontakt (6) eine Bondverbindung (21) aufweist.
  6. Optoelektronisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gesamtoberseite (15) eine Umverdrahtungslage (22) angeordnet ist, die im Wechsel transparente Isolationsschichten (23,24,25) mit Durchkontaktöffnungen und strukturierten Umverdrahtungsschichten (27) mit Umverdrahtungsleitungen (28), Außenkontaktflächen (29) und Durchkontaktflächen aufweist.
  7. Optoelektronisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (1) auf einem ersten Bereich (31) eines Verbindungsstückes (32) zu einer optischen Faser und einer übergeordneten Schaltungsplatine, derart angeordnet ist, dass eine optische Achse (34) von optoelektronischen Komponenten parallel zu der übergeordneten Schaltungsplatine (35) ausgerichtet ist, und ein zweiter Bereich (33) des Verbindungsstückes (32) Steckkontaktflächen (36) aufweist, welche in eine Steckbuchse (37) der Schaltungsplatine (35) einsteckbar sind.
  8. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Bereich (31,33) zueinander abgewinkelt angeordnet sind und der zweite Bereich (33) mit seinen Steckkontaktflächen (36) parallel zu der Schaltungsplatine (35) in eine Steckbuchse (37) der Schaltungsplatine einsteckbar ist.
  9. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (32) ein gegossenes Verbindungszwischenstück (40) (Molded interconnect device) ist, welches eine dreidimensionale Verdrahtung aufweist.
  10. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (32) ein Schaltungsträger (38) ist, der in den ersten und in den zweiten Bereich (31,33) teilbar ist, wobei der erste und der zweite Bereich (31,33) über eine biegsame Leiterbahnfolie (41) miteinander verbunden sind.
  11. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (32) ein Schaltungsträger (38) ist, der den ersten und den zweiten Bereich (31,33) aufweist, wobei der Schaltungsträger (38) abgewinkelt gebogen ist, und ein erster Schenkel (42) der Abwinklung (39) den ersten und ein zweiter Schenkel (43) der Abwinklung (39) den zweiten Bereich (33) aufweist.
  12. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Modul (1) mit dem Verbindungsstück (32) an einem Kopfstück (44) angeordnet ist, das einen Einsteckbereich (45) für ein Ende eines Lichtwellenleiters (46) aufweist und Arretierungsmittel (47,48) besitzt, die einerseits das Wellenleiterende in dem Kopfstück (44) fixiert und andererseits das Kopfstück (44) auf der übergeordneten Schaltungsplatine (35) festklemmt.
  13. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der abgewinkelte zweite Bereich (33) des Verbindungsstückes (32) Steckkontaktstifte (49) senkrecht zur Oberseite des zweiten abgewinkelten Bereichs (33) aufweist.
  14. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontaktstifte (49) elastische Spreizungen (50) aufweisen, welche in Durchkontaktöffnungen (51) der übergeordneten Schaltungsplatine (35) einrastbar sind.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Nutzens (55) für mehrere optoelektronische Module (1), der in Zeilen und Spalten angeordnete Modulpositionen (53) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: – Aufbringen eines optischen Senderchips (2) mit seiner lichtwellenemittierenden Oberseite (3) auf einen einseitig klebenden Träger (52), wobei ein Rückseitenkontakt (6) auf seiner Rückseite zunächst frei zugänglich bleibt, – Aufbringen einer Kontaktanschlussfläche (16) eines Verbindungselementes (17) auf dem Träger (52), – Verbinden des Verbindungselementes (17) mit dem Rückseitenkontakt (6) des Senderchips (2); – Aufbringen weiterer Halbleiterchips (7,8,9) für einen optischen Empfang und/oder für eine Signalverstärkung und/oder für ein Ansteuern der Halbleiterchips, wobei die weiteren Halbleiterchips (7,8,9) mit ihren Kontaktflächen (10) auf ihren aktiven Oberseiten (11) auf dem Träger (52) in den vorgesehenen Modulpositionen (53) angeordnet werden, – Aufbringen von passiven Bauteilen (12) zur Impedanzanpassung mit ihren Elektroden (13) auf dem Träger (52), – Aufbringen einer Kunststoffmasse (14) auf dem Träger (52) unter Einbetten der Halbleiterchips (2,7,8,9) und der Bauteile (12) in die Kunststoffmasse (14) und unter Ausbilden einer koplanaren Gesamtoberseite (15) auf dem Träger (52), – Aushärten der Kunststoffmasse (14) zu einer Verbundplatte aus Kunststoffmasse (14) mit Halbleiterchips (2,7,8,9) und passiven Bauteilen (12), – Entfernen des Trägers (52) und Aufbringen einer Umverdrahtungslage (22) auf die freigewordene Gesamtoberseite (15) der Verbundplatte.
  16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Moduls (1), das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Nutzens (55) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Modulpositionen (53), gemäß Anspruch 14, – Aufbringen von Außenkontakten (54) auf Außenkontaktflächen (29), – Trennen des Nutzens (55) in einzelne Module (1).
  17. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsstückes (32) zwischen einem optoelektronischen Modul (1), einer optischen Faser eines Lichtwellenleiters (46) und einer übergeordneten Schaltungsplatine (35), das in einem ersten Bereich (31) das optoelektronischen Modul (1) aufnimmt und verdrahtet, und das in einem zweiten Bereich (33) Steckkontaktflächen (36), die in eine Steckbuchse (37) der Schaltungsplatine (35) einsteckbar sind, aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Schaltungsträgers (38) mit Aufnahmepositionen für ein optoelektronisches Modul (1) in einem ersten Bereich (31) und mit Steckkontaktflächen (36) in einem zweiten Bereich (33), – Einarbeiten einer Grenznut (56) in den Schaltungsträger (38) entlang der Grenze zwischen den beiden Bereichen (31,33) unter Beibehaltung der elektrischen Verdrahtung zwischen den Bereichen (31,33), – Erwärmen der Grenznut (56) unter Abwinkeln der beiden Bereiche (31,33) zueinander.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abwinkeln der beiden Bereiche (31,33) der Schaltungsträger (38) durch Aufbringen einer Folie (41) auf einer Verdrahtungsseite des Schaltungsträgers (38) verstärkt wird.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsstückes (32) zwischen einem optoelektronischen Modul (1), einer optischen Faser eines Lichtwellenleiters (46) und einer übergeordneten Schaltungsplatine (35), das in einem ersten Bereich (31) ein optoelektronischen Modul (1) aufnimmt, das mit einem zweiten Bereich (33) verdrahtet ist, der Steckkontaktflächen (36) aufweist, die in eine Steckbuchse (37) einer Schaltungsplatine (35) einsteckbar sind, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Schaltungsträgers (38) mit Aufnahmepositionen für ein optoelektronisches Modul (1) in einem ersten Bereich (31) und mit Steckkontaktflächen (36) in einem zweiten Bereich (33), unter Ausbilden von Leiterbahnen zwischen den Bereichen – Trennen der beiden Bereiche (31,33) entlang einer Grenzlinie unter Auftrennen der Leiterbahnen, – Aufbringen einer flexiblen Leiterbahnfolie (41) auf gegenüberliegende Randseiten der aufgetrennten Bereiche (31,33) unter Verbinden der aufgetrennten Leiterbahnen über die Leiterbahnfolie (41), – Abwinkeln der beiden Bereiche (31,33) zueinander unter Biegen der flexiblen Leiterbahnfolie (41).
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