DE69708328T2

DE69708328T2 - Steckerteil zum direkten ankoppeln optoelektronischer elemente

Info

Publication number: DE69708328T2
Application number: DE69708328T
Authority: DE
Inventors: S. Carpenter; D. Henson; S. Reylek
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2017-07-26
Also published as: US5940562A; AU3816797A; WO1998041890A1; EP0968447B1; EP0968447A1; TW392078B; JP2001515608A; DE69708328D1

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbindungselemente für Lichtleitfasern und Lichtleitfaserbandkabel, und auf die Unterbringung und Verbindung von optoelektronischen Vorrichtungen, die in Verbindung mit Lichtleitfasern und Lichtleitfaserkabeln verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine mit Anschlüssen versehene Aufnahme für optoelektrische Vorrichtungen.

Hintergrund der Erfindung

Lichtleitfaserbandkabel sind für die Übertragung von optischen Signalen bekannt, wie es beispielsweise in der US-A-3,920,432, in der US-A-4,289,558 und in der US-A-4,89,007 beschrieben ist. Als die Anforderungen an Kommunikationsmedien kontinuierlich anstiegen, mehrten sich auch die Vorteile, die mit der Verwendung von Lichtleitfasern zur Übertragung von Signalen und zur Verbindung lokaler Vorrichtungen einhergehen. Aufgrund dieses Anstiegs entstand auch der Bedarf, Lichtleitfasern mit einer Vielzahl von Vorrichtungen zu verbinden.
Optoelektrische Vorrichtungsaufnahmen, wie sie beispielsweise aus der WO-A- 95/34836 bekannt sind, sind erforderliche Komponenten, wenn derartige Lichtleitfasern mit Apparaturen, gedruckten Schaltungen u. dgl. verbunden werden sollen. Diese Aufnahmen schaffen die Schnittstelle zwischen dem Lichtleitfaserkabel und den optoelektronischen Halbleitervorrichtungen, die optische Signale erzeugen oder erfassen. Sie schaffen den Ort, an dem optische und elektrische Signale umgewandelt werden. Die Aufnahme dient als Gehäuse oder Behälter für die optoelektrische Vorrichtung, um diese vor Umwelteinflüssen zu schützen. Zum Anschließen der Aufnahme umfasst die Aufnahme einen lösbaren, mechanischen Paarungsmechanismus, der das Verbindungselement, das auf dem Lichtleitfaserkabel angeordnet ist, aufnimmt. Die Aufnahme schafft eine optische Verbindung zwischen der optoelektronischen Vorrichtung und dem. Lichtleitfaserkabel und schafft normalerweise Mittel, um einen elektrischen Kontakt mit der Vorrichtung und einen thermischen Kontakt zum Kühlen der Vorrichtung herzustellen.
Die Verbindung optoelektronischer Komponenten, wie beispielsweise Photodioden, LEDs oder Laser, mit den Enden von Lichtleitfaserkabeln war in der Vergangenheit eine schwierige und teure Aufgabe. Das liegt daran, dass die lichtemittierenden und lichterfassenden Bereiche auf den optoelektronischen Vorrichtungen und die optischen Kerne der Lichtleitfasern eine sehr geringe Größe aufweisen. Daher ist eine genaue Ausrichtung zwischen den Vorrichtungen und den Fasern erforderlich. Für eine gute optische Verbindung in einem System basierend auf einem 62,5 Mikrometer Kern eines Multimoden-Lichtwellenleiters ist eine Ausrichttoleranz von etwa 10 Mikrometer erforderlich, und für einen 8 Mikrometer Kern eines Einmoden-Lichtwellenleiters ist eine Ausrichttoleranz von etwa 1 Mikrometer erforderlich. Die Aufrechterhaltung der Ausrichtgenauigkeit hängt nicht nur von der anfänglichen Positionierung der optoelektronischen Komponente in dem Behälter ab, sondern auch von dem Aufbau des Behälters, da die Ausrichtung auch innerhalb des Betriebstemperaturbereiches und beim Auftreten von mechanischen Kräften, die durch Vibrationen, durch die Verbindung oder ein Ziehen am Kabel erzeugt werden, aufrecht erhalten werden muss.
Die optische Verbindung zwischen einer optoelektronischen Vorrichtung und einer Lichtleitfaser in dem Verbindungskabel kann auf verschiedene Arten und Weisen erzielt werden. Prinzipiell kann ein durchtrenntes oder ein mit einer Linse versehenes Faserende, das in dem Kabelverbindungselement gehalten ist, in direkter Nähe zum optisch aktiven Bereich der optoelektronischen Halbleitervorrichtung angeordnet und zu dieser ausgerichtet werden. Jedoch ist es empfehlenswert, eine optoelektrische Vorrichtung vor der Umgebung zu schützen, wenn das Verbindungselement nicht in die Aufnahme eingesetzt ist. Eine ungeschützte optoelektrische Vorrichtung ist bei derzeit verwendeten Vorrichtungen nicht zu akzeptabel, da sich diese Vorrichtungen bei dem Kontakt mit der Umgebungsluft verschlechtern und leicht durch einen mechanischen Kontakt beschädigt werden können. Daher werden Vorrichtungen in bekannten Behältern normalerweise von einem hermetisch versiegelten, mit einem Fenster versehenen Gehäuse umschlossen (beispielsweise ein Standard-TO-Behälter, der Fachleuten bekannt ist), bevor sie in der Aufnahme befestigt werden, wobei die optische Verbindung durch ein flaches oder mit einer Linse versehenes Fenster, das in der Gehäusewand angeordnet ist, hergestellt wird. Zur Erzeugung einer wirksamen optischen Verbindung zwischen der hermetisch verschlossenen Vorrichtung und der Faser können zusätzliche Linsen außerhalb des hermetischen Gehäuses erforderlich sein. Selbstverständlich müssen alle Komponenten in dem Lichtweg präzise ausgerichtet sein, um eine bestmögliche Verbindung zu erzielen.
Der zuvor beschriebene Ansatz weist einige Nachteile auf, obwohl er häufig verwendet wird. Zum einen wird die Genauigkeit, die optoelektronische Vorrichtungen aufweisen, nicht gut ausgenutzt. Aufgrund der photolitografischen und ätzenden Prozesse, die zur Herstellung derartiger Vorrichtungen verwendet werden, sind submikroskopische physikalische Merkmale möglich. Obwohl diese Merkmale prinzipiell dazu verwendet werden können, die Ausrichtung der Fasern zu unterstützen, ist dies bei der zuvor beschriebenen, herkömmlichen Gehäuseart nicht möglich. Das liegt an der Tatsache, dass diese Vorrichtungen, wenn sie in hermetisch versiegelten Standardgehäusen befestigt werden, nicht genau in den Gehäusen platziert werden; daher kann der Gehäusekörper nicht als Referenzfläche zur genauen Positionierung des Gehäuses in dem Behälter verwendet werden. Aufgrund dieses Verlustes der ursprünglichen Vorrichtungsgenauigkeit muss der aktive Bereich der Vorrichtung aktiv optisch zur Faser ausgerichtet werden. Folglich muss der Vorrichtung Energie zugeführt werden und die Vorrichtung dann mittels eines Roboters in die Position der maximalen optischen Verbindung bewegt werden. Ein derartiger aktiver Ausrichtungsprozess ist langsam und teuer.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Ansatzes besteht darin, dass dieser nicht sehr gut für Lichtleitfaserbandsysteme geeignet ist. Ein Hauptgrund dafür besteht darin, dass der Abstand zwischen den optischen Fasern in einem Bandkabel mit normalerweise 250 Mikrometern gering ist. Aufgrund des Größenzwangs können daher einzelne TO-Typ-Gehäuse nicht verwendet werden. Die Unterbringung einer Anordnung von Vorrichtungen in einem einzelnen, gefensterten Gehäuse ist ebenfalls unpraktisch. Das liegt an den Schwierigkeiten, die mit der Herstellung entweder eines einzelnen optischen Elementes oder einer Anordnung von mikrooptischen Linsen, die einer Anordnung von Fasern (beim Abstand von 250 Mikrometern) mit einer Anordnung von Vorrichtungen verbinden können, während eine hohe Leistung und eine geringe optische Kreuzkopplung von Kanal zu Kanal aufrechterhalten werden, einhergehen.
Es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um eine Anordnung von optoelektronischen Vorrichtungen mit einem Lichtleitfaserbandkabel zu verbinden. Die bestehenden Techniken können allgemein in zwei Kategorien aufgeteilt werden. Die erste Technik umfasst eine passive Ausrichtung eines Ausrichtblockes zu einer Substratoberfläche und ist daher normalerweise einfacher herzustellen, wobei sie jedoch ungenauer ist und daher nicht dazu geeignet ist, eine reproduzierbare, optische Hochleistungsverbindung zwischen Vorrichtungen und einer Lichtleitfaser herzustellen, insbesondere im Fall einer Einmoden-Faser. Die zweite Technik umfasst allgemein eine aktive Ausrichtung einer optoelektronischen Komponente zu einer Oberfläche auf einem Ausrichtblock und ist daher schwieriger und teuer in der Herstellung, wobei diese Technik jedoch präziser und zur Erzeugung einer reproduzierbaren, optischen Verbindung mit geringen Verlusten geeignet ist.
Beispiele für die erste Technik sind in der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US94/05749 von Swirhun, et. al und in Bona, G. L. et al., mit dem Titel "Parallel Optical Links With 50 um Ribbon Fibers: Laser Array Concepts and Fiber Skew Analysis, Proceedings of the 20t" European Conference on Optical Communication", 1994, Band 2, Seiten 829-832, offenbart. Bei jedem dieser Systeme ist die optoelektronische Komponente (normalerweise eine Anordnung von optoelektronischen Elementen) auf einer Substratoberfläche befestigt und elektrisch mit dieser verbunden. Die Substratoberfläche umfasst eine oder mehrere mechanische Ausrichteinrichtungen (beispielsweise Löcher, Schlitze oder Kanäle), die mit Ausrichteinrichtungen eines Ausrichtblockes gepaart werden, der eine Mehrzahl von Lichtleitfaserstümpfen hält. Auf diese Weise wird eine passive mechanische Ausrichtung der Lichtleitfaserstümpfe, die in dem Ausrichtblock angeordnet sind, zu den optoelektronischen Elementen der optoelektronischen Komponente erzeugt.
Während diese Technik gut für Verbindungen geringerer Leistung geeignet ist, die Fasern mit großen Kerngrößen (beispielsweise eine 62,5 Mikrometer Kern- Standard-Multimoden-Faser) verbinden, neigen jedoch die inhärenten mechanischen Toleranzen der mechanischen Ausrichteinrichtungen dazu, den Anwendungsbereich dieser Techniken für Hochleistungsverbindungen zu beschränken, bei denen Fasern mit geringer Kerngröße angeschlossen werden. Des weiteren führt die Tatsache, dass die optoelektronische Vorrichtung auf einer Substratoberfläche befestigt werden muss, dazu, dass Schwierigkeiten bei der Herstellung einer optoelektronischen Aufnahme entstehen, die in einer Ausrichtungsebene parallel zu derjenigen Ebene der aufgedruckten Schaltung, auf der die Vorrichtung befestigt werden soll, angeschlossen werden kann.
Die Bona-Druckschrift offenbart eine optische Parallelverbindung zum Muffenkuppeln einer optischen Komponente. Die Ausrichtung wird mittels Ausrichtstiften erzeugt. Während die Ausrichtstifte einer allgemeinen Ausrichtung genügen, weisen sie doch signifikante Nachteile auf, wenn eine genaue Ausrichtung erforderlich ist, insbesondere bei breiten Multifaserschnittstellen. Genauer gesagt weist die Ausrichtung zweier Verbinderausrichtblöcke mittels zweier Stifte den Nachteil auf, dass das System mechanisch überbestimmt ist. D. h., dass die Stifte einen direkten Kontakt der Oberflächen der beiden Verbinderblöcke verhindern können, wenn die Stifte nicht genau senkrecht zur Blockoberfläche angeordnet sind. Die Bona-Druckschrift offenbart weiterhin eine optische Verbindung optischer Fasern, die sich nur über einen Wegabschnitt durch die optische Verbindung erstrecken.
Beispiele für die zweite Technik sind in der US-A-5,359,686 von Galloway et al., in der US-A-5,271,083 von Lebby; et al. und in der US-A-5,265,184 von Lebby et al. offenbart. Bei diesen Systemen ist die optoelektronische Komponente normalerweise mittels eines transparenten Kontaktklebstoffes oder einer Lötperle direkt auf dem Ausrichtblock befestigt. Der Ausrichtblock umfasst in jedem der Fälle eine Mehrzahl von ausgebildeten Wellenführungen, die in einem spritzgegossenem Kunststoffausrichtblock eingeschlossen sind. In allen oben genannten Patentschriften umfasst der Kunststoffausrichtblock weiterhin elektrische Kontakte auf derjenigen Oberfläche, an der die optoelektronische Komponente befestigt werden soll, um der optoelektronischen Komponente elektrische Energie zuzuführen. Die elektrischen Kontakte sind in dem Kunststoffausrichtblock integriert und mit einem sich von diesem erstreckenden Leitrahmen verbunden.
Die Verwendung von ausgebildeten Kunststoffwellenführungen oder eines ausgebildeten Kunststoffausrichtblockes, der sowohl Führungswellen als auch elektrische Kontakte aufweist, ist aus mehreren Gründen von Nachteil. Zum einen bestehen die ausgebildeten Wellenführungen, die optisch auf eine bestimmte Lichtleitfaser eines Lichtleitfaserkabels abgestimmt sind, aus einem zur Lichtleitfaser optisch unterschiedlichen Material, so dass aufgrund dieses Materialunterschiedes optische Verluste auftreten. Zum anderen ist der Ausrichtblock auf die thermischen und mechanischen Eigenschaften des verarbeiteten Kunststoffes (beispielsweise thermische Ausdehnung und thermische Leitfähigkeit) beschränkt, was in manchen Fällen für Hochleistungsanwendungen nicht ausreichen wird. Letztlich neigen die integrierten elektrischen Kontakte dazu, Störungen und Interferenzen bei hohen Betriebsfrequenzen zu erzeugen, wodurch ebenfalls die Verwendung dieser Technik bei Hochgeschwindigkeits-Leistungs-Umgebungen eingeschränkt wird.
Während bestehende Techniken zum Erzeugen einer Aufnahme für optoelektronische Komponenten zum Anschließen der optoelektronischen Komponente an einem Lichtleitfaserkabel für geringere Leistungen geeignet sind, ist es wünschenswert, eine optoelektronische Vorrichtungsaufnahme und ein Verfahren zur Herstellung dieses Behälters zu schaffen, die die zuvor beschriebenen Probleme der bereits bestehenden Technik löst und günstiger und einfacher herzustellen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1 umfasst eine stumpflose optoelektrische Vorrichtungsaufnahme zum Anschließen von Multi-Lichtleitfaser-Bandkabeln an optoelektronische Halbleiterkomponenten. Die optoelektronsiche Vorrichtungsaufnahme umfasst ein Aufnahmeausrichtblockteil, das in dem Aufnahmekörper angeordnet ist. Der Ausrichtblock umfasst eine Verbindeanschlussfläche, die mit dem Lichtleitfaser-Kabelverbinder in Eingriff kommt.
Eine optoelektronische Halbleiterkomponente ist fest an der Verbinderanschlussfläche des Ausrichtblockes befestigt und eine flexible Schaltung wird dann an der optoelektronischen Halbleiterkomponente angeordnet, um die Komponente mit Energie zu versorgen. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausrichtblock mechanische Merkmale, die eine genaue Ausrichtung des Blockes mit einem Verbindungselement erzeugen, das an dem Lichtleitfaserkabel befestigt ist.
Die vorliegende Erfindung offenbart weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Ausrichtblockes gemäß Anspruch 9. Das Verfahren umfasst Schritte, in denen eine Referenzplatte angeordnet und dann eine flexible Schaltung auf der Referenzplatte positioniert wird. Eine optoelektronische Halbleiterkomponente wird dann zur Referenzplatte ausgerichtet. Die optoelektronische Komponente wird dann positioniert und auf der flexiblen Schaltung befestigt. Danach wird ein Ausrichtblock auf der Referenzplatte angeordnet, wobei der Ausrichtblock relativ zu der optoelektronischen Komponente und der flexiblen Schaltung ausgerichtet wird. Der Ausrichtblock wird dann positioniert und an der flexiblen Schaltung und der optoelektronischen Komponente befestigt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausrichtblockes, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer bekannten, nicht emittierenden Halbleitervorrichtung.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer flexiblen elektronischen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4a ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 1 des Ausrichtblockes, an den eine optoelektronische Halbleitervorrichtung und eine flexible elektronische Schaltung befestigt sind, um einen elektrischen Kontakt zur Halbleitervorrichtung herzustellen.
Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des mit einem Kreis gekennzeichneten Bereiches der Fig. 4a.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausrichtblockes mit einer alternativen Ausrichteinrichtung.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausrichtvorrichtung zum Ausrichten der optoelektronischen Vorrichtungen hinsichtlich einer flexiblen Schaltung.
Fig. 7 ist eine weitere perspektivische Ansicht einer Ausrichtvorrichtung zum Ausrichten des Ausrichtblockes zu den optoelektronischen Vorrichtungen und der flexiblen Schaltung.
Fig. 8 ist eine vereinfachte, perspektivische Teilexplosionsansicht einer optoelektronischen Vorrichtungsaufnahme gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer Anwendung angeordnet ist.

Genaue Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Aufnahme zum Verbinden optischer Mehrfaser-Wandkabel mit optischen Halbleiterkomponenten, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Aufnahme. Die Vorrichtungsaufnahme umfasst einen Ausrichtblock, an dem optoelektronische Halbleiterkomponenten befestigt sind, und einen Aufnahmekörper, der mit einem Verbinder an dem Ende eines optischen Faserwandkabels gepaart wird. Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine flexible elektrische Schaltung, um eine elektrische Verbindung zu den optischen Halbleiterkomponenten zu erzeugen. Bei der vorliegenden Erfindung sind keine Faserstümpfe oder Wellenführungen in dem Ausrichtblock erforderlich, so dass die Kosten für die zusätzlichen Fasern, die zusätzlichen Kosten für die Herstellung eines Ausrichtblockes mit Faserstümpfen und die Zeitkosten zur Präparation der Faserenden zusammen mit den Faserstümpfen eingespart werden.
Ein für die vorliegende Erfindung nützlicher Ausrichtblock 10 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Ausrichtblock 10 besteht vorzugsweise aus Keramik, er kann jedoch auch aus Kunststoff- oder Metallmaterialien hergestellt werden. Der Ausrichtblock 10 umfasst eine Verbinderanschlussfläche 12, Seitenflächen 14, eine hintere Fläche 16, eine obere Fläche 18 und eine untere Fläche 20. Die Verbinderanschlussfläche 12 umfasst einen ausgenommenen Bereich 21 zur Aufnahme einer optoelektronischen Vorrichtung, wie es im folgenden genauer beschrieben wird. Der ausgenommene Bereich 21 ist vorzugsweise um etwa 50 Mikrometer ausgespart, es können jedoch auch größere oder kleinere Tiefen verwendet werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der ausgenommene Bereich 21 ist vorgesehen, um eine Beschädigung einer flexiblen Schaltung, der optoelektronischen Vorrichtung und der Fasern in einen optischen Verbindungsbandkabel zu vermeiden.
Eine Ausrichteinrichtung ist ebenfalls an der Verbinderanschlussfläche 12 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Ausrichteinrichtung um eine Basis- und Buchsenausrichteinrichtung. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, sind der erste und der zweite Aufnahmehohlraum 24,26 in der Verbinderanschlussfläche 12 zu Ausrichtzwecken vorgesehen, wie es später genauer beschrieben wird.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer bekannten, lichtemittierenden Halbleiterkomponente 30. Die vorliegende Erfindung soll eine Schnittstelle für eine Anzahl verschiedener lichtemittierender Komponenten bilden, wie beispielsweise LEDs, Laseranordnungen, Fasen-emittierende Laser, superluminierende Dioden, vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs), und andere flächenemittierende Vorrichtungen. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung als Schnittstelle verschiedener optoelektronischer Detektoren dienen. Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Komponente 30 um einen VCSEL. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst der VCSEL 30 eine Anzahl von einzelnen Lasern, die zu einer Anordnung zusammengefasst sind. Die Anordnung weist eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 32, von denen Licht projiziert wird, sowie elektrische Kontaktpads 34,36 auf, um die Vorrichtung mit Energie zu versorgen.
Fig. 3 zeigt eine flexible Schaltung 40 zur Verbindung des VCSEL 30 mit dem Ausrichtblock 10. Die flexible Schaltung 40 umfasst Metallspuren 42, die auf einem dünnen, flexiblen, polymerischen Substrat 44 ausgebildet sind. Die flexible Schaltung 40 weist weiterhin Kontaktpads 46,48 auf. Der elektrische Kontakt zu den Kontaktpads 34,36 auf dem VCSEL 30 wird durch Ausrichten der Kontaktpads auf dem VCSEL zu den Kontaktpads 46,48 auf der flexiblen Schaltung und durch Befestigung der Pads aneinander hergestellt. Die Befestigung der flexiblen Schaltung 40 an dem VCSEL 30 wird vorzugsweise mittels Druckbefestigung oder Zinnaufschmelzen erzeugt, jedoch sollte klar sein, dass jedes bekannte Befestigungsverfahren verwendet werden kann, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der elektrische Kontakt zwischen dem VCSEL und der externen Elektronik kann dann mittels der leitenden Spuren 42 auf der flexiblen Schaltung 40 hergestellt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flexible Schaltung 40 aus einem geeigneten Material hergestellt, wie beispielsweise Polyimid oder Polyester. Wenn es gewünscht wird, können Fenster 50 aus der flexiblen Schaltung 40 herausgeschnitten werden, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Fenster 50 erlauben es, dem VCSEL 30 ungehindert Licht zu einem Lichtleitfaserbandkabel zu leiten.
In den Fig. 4a und 4b ist schematisch eine Behälterunteranordnung 70 gezeigt. Die Unteranordnung 70 umfasst einen Ausrichtblock 10 mit einer flexiblen Schaltung 40 und einem befestigten VCSEL 30. Eine Ausrichtkugel 74 ist in einem Hohlraum 24 befestigt, was im folgenden genauer beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4a weist der erste Aufnahmehohlraum 24 eine Fase auf, um einen Bereich der Ausrichtkugel 74 aufzunehmen und innerhalb des Aufnahmehohlraums zu befestigen. Der zweite Aufnahmehohlraum 26 (nicht in Fig. 4a gezeigt) ist derart dimensioniert, dass er einen wesentlichen Bereich der Ausrichtkugel 74 aufnimmt, was im folgenden genauer beschrieben wird. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Bohrung 75 zum Aufnahmehohlraum 24 vorgesehen, um ein Haftmittel einleiten zu können. Die Bohrung 75 kann durch die Länge des Ausrichtblockes 10 ausgebildet sein, wie es in Fig. 4a gezeigt ist, oder sie kann durch die Seite des Ausrichtblockes 10 geführt werden. In einer Ausführungsform können sich der erste und der zweite Aufnahmehohlraum durch die Länge des Ausrichtblockes 10 erstrecken. Sobald die Ausrichtkugel 74 an der Fase positioniert ist, wird ein Haftmittel durch den Kanal 75 zugeführt, um die Kugel 74 zu befestigen. Es sollte klar sein, dass das Haftmittel auch direkt an der Fase aufgetragen werden kann und die Ausrichtkugel eingesetzt wird, sobald das Haftmittel gleichmäßig aufgetragen ist, so dass die Ausrichtkugel 74 genau an der Fase positioniert ist. An dieser Stelle wird insbesondere Bezug auf die anhängige US-A-08/614,412 genommen, die am 12. März 1996 eingereicht wurde und den Titel "ALIGNMENT ASSEMBLY FOR MULTIFIBER OR SINGLE FIBER OPTICAL CABLE CONNECTOR" trägt.
Wie es zuvor beschrieben wurde, ist die Ausrichtkugel 74 zum Einsetzen in den Aufnahmehohlraum 24 vorgesehen. Die Kugel 74 richtet den Ausrichtblock genau zu einem Bandkabel aus. Bei der Ausrichtkugel 74 handelt es sich vorzugsweise um eine hochgenaue Kugellager-Stahlkugel, wobei die Ausrichtkugel jedoch auch aus anderen Materialien mit der Genauigkeit einer Stahlkugel für Kugellager hergestellt sein kann, wie beispielsweise aus Wolframkarbid, Keramik, Metall oder Kunststoff, wie beispielsweise ein Flüssigkristall-Polymer, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Ferner können auch andere Haftmittel verwendet werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Fase des ersten Aufnahmehohlraums 24 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie weniger als die Hälfte der Ausrichtkugel 74 aufnimmt. Der zweite Aufnahmehohlraum 26 ist derart dimensioniert, dass er mehr als die Hälfte der Ausrichtkugel 74 aufnimmt, wobei der zweite Aufnahmehohlraum mit der Ausrichtkugel im Gleiteingriff steht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass, sobald zwei Vorrichtungen miteinander verbunden sind, die Ausrichtkugel 74 vollständig von beiden Vorrichtungen aufgenommen ist und dass die Vorrichtungen an einer Bewegung in einer Mehrzahl von Richtungen gehindert werden (constrained). Es kann eine Vielzahl alternativer Ausführungsformen der Aufnahmehohlräume und der Ausrichtkugeln verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Es sollte klar sein, dass auch eine Vielzahl anderer Ausrichtungsverfahren verwendet werden kann, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann ein Ausrichtstift anstelle einer Ausrichtkugel 74 verwendet werden, um mit einem gefasten Hohlraum im Gleiteingriff zu stehen. Eine weitere Ausrichttechnik ist in Fig. 5 dargestellt. Wie es gezeigt ist, sind Ausrichtblöcke 60 mit Ausrichtfasen 62 und Ausrichtvorsprüngen 64 vorgesehen. Wie bei dem Ausrichtblock 10 ist ein ausgenommener Bereich 66 ausgebildet, um eine flexible Schaltung und eine optoelektrische Vorrichtung aufzunehmen. Die Ausrichtung wird erzielt, indem der Ausrichtvorsprung des einen Blockes mit der Ausrichtfase des anderen Blockes aneinander stößt.
Die Ausrichtung des VCSEL 30 in eine geeignete Position zur Verbinderanschlussfläche 12 und die Befestigung der flexiblen Schaltung 40 und des VCSEL 30 an dem Ausrichtblock 10 wird vorzugsweise mit Hilfe einer Robotermontagevorrichtung durchgeführt, wie es in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Referenzplatte 80 mit einer Referenzplattenausrichtkugel 82, die in einen Aufnahmehohlraum 26 in dem Ausrichtblock 10 passt, und mit einem Referenzplattenaufnahmehohlraum 84, der die Ausrichtblock-Ausrichtkugel 74 aufnimmt, angeordnet. Jedoch sollte klar sein, dass die Referenzplatte 80 nicht das einzige Ausrichtverfahren darstellt, und dass andere Ausrichteinrichtungen verwendet werden können, um den VCSEL 30 und die flexible Schaltung 40 zur Anschlussfläche 12 auszurichten.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flexible Schaltung 40 an der Referenzplatte 80 positioniert. Die flexible Schaltung 40 ist mit einer beliebigen Anzahl von Ausrichttechniken zur Referenzplatte 80 ausgerichtet, wie beispielsweise unter Verwendung einer physikalischen Registrierungskerbe, durch die Positionierung der flexiblen Schaltung in der Ecke - der Platte 80 oder mittels einer optischen Ausrichtung einschließlich einer Sichtkontrolle und der Verwendung eines Prismas und von Bezugsmarkierungen. Die genaue Ausrichtung der flexiblen Schaltung 40 ist nicht kritisch, da sie nur eine grobe Ausrichtung schafft. Die flexible Schaltung 40 kann dann mittels eines Vakuums oder durch eine Klemmvorrichtung (nicht gezeigt) befestigt werden.
Ein erster Roboter-Positionierungsarm 86; der eine Unterdruckspannvorrichtung 88 aufweist, wird dann zum Anheben des VCSEL 30 verwendet. Die Position des VCSEL wird bei der Aufnahme durch die Unterdruckspannvorrichtung genau in der Spannvorrichtung registriert. Die Registrierung kann unter Verwendung eines Videosystems, das die Bezugsmarkierungen an dem VCSEL 30 zu den Bezugsmarkierungen der Spannvorrichtung 88 ausrichtet, oder unter Verwendung einer mechanischen Registrierung zwischen den Merkmalen an der Spannvorrichtung und den Merkmalen an dem VCSEL durchgeführt werden. Der Roboterarm 86 platziert dann den VCSEL 30 auf der flexiblen Schaltung 40, indem der VCSEL 30 zu der Referenzplattenausrichtkugel 82 und dem Referenzplattenaufnahmehohlraum 84 positioniert wird. Der VCSEL 30 und die flexible Schaltung 40 werden dann mittels Zinnaufschmelzen aneinander befestigt, so dass die Kontaktpads 34 und 36 an den Kontaktpads 46 und 48 befestigt werden.
Ein zweiter Roboterarm 90, der eine Vakuumdruckspannvorrichtung 92 aufweist, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, nimmt dann den Ausrichtblock 10 auf. Der Ausrichtblock 10 wird danach auf dem zusammengefügten Bauteil bestehend aus der flexiblen Schaltung 40 und dem VCSEL 30 positioniert. Durch die Kugel und die Buchsen wird dann eine genaue Ausrichtung erzeugt. Sobald der Ausrichtblock 10 auf der flexiblen Schaltung 40 und dem VCSEL 30 positioniert ist, wird die Kombination durch bekannte Verbindungstechniken verbunden.
Eine optoelektrische Vorrichtungsaufnahme 92 ist in Fig. 8 gezeigt. Die Aufnahme umschließt den Ausrichtblock, die flexible Schaltung und den VCSEL in einem rechteckigen Körper 94. Aufnahmeschlitze 95 sind in dem Behälterkörper 94 zur Aufnahme von Bereichen eines Schnappmechanismusses 96 ausgebildet, wie es im folgenden beschrieben ist. Die Aufnahme 92 kann an einem gedruckten Schaltbild 97 mit jedem bekannten herkömmlichen Befestigungsmittel befestigt werden, wie beispielsweise durch Kleben, durch eine Presspassung, durch Formteile, durch mechanisches Einschnappen oder dergleichen. Es ist zu erkennen, dass die Aufnahme 92 im Gegensatz zur bereits existierenden optoelektrischen Aufnahme derart auf der gedruckten Schaltung 97 befestigt werden kann, dass die Ausrichtungsebene der optischen Verbindung parallel zu der Ebene der Substratoberfläche des gedruckten Schaltbilds 97 angeordnet ist.
Fig. 8 zeigt ein bevorzugtes Verbindungselement 98, das zur Verbindung mit der Aufnahme 92 geeignet ist. Das Verbindungselement 98 umfasst einen Verbindeausrichteblock 100, der an dem Lichtleitfaserbandkabel 102 befestigt ist, und einen Verbindungselementkörper 104, der einen Schnappmechanismus 96 umfasst. Der Verbindungselementausrichtblock 100 umfasst erste und zweite Aufnahmen in dem Behälterausrichtblock, die jedoch in Fig. 8 nicht gezeigt sind. Der Schnappmechanismus 96 wird in die Aufnahmeschlitze 95 eingesetzt, um das Verbindungselement 98 lösbar in der Aufnahme 92 einzuschnappen. Der in die Schnappmechanismushohlräume eingreifende Schnappmechanismus 96 übt eine mechanische Kraft auf die Ausrichtkugel aus, um das Verbindungselement 98 mit dem Ausrichtblock 10 zu paaren. Während der Schnappmechanismus eine Kraft zum Paaren der Bauteile ausübt, erzeugen die Ausrichtkugeln eine genaue Ausrichtung.
Die Erfindung ist nicht auf all ihre Details beschränkt, sondern es sind auch Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Aufnahme für optoelektronische Vorrichtungen, mit:

einem Aufnahmeausrichtblockteil (10; 60) mit einer Verbinderanschlussfläche (12), die zum Aufnehmen eines Verbinders (98) mit wenigstens einer optischen Faser ausgebildet ist,

einem optoelektronischen Halbleiterelement (30), das direkt auf die optische Faser ausgerichtet und fest unmittelbar an der Verbinderanschlussfläche (12) des Aufnahmeausrichtblockteils (10; 62) befestigt ist, und

einer an dem optoelektronischen Halbleiterelement (30) befestigten flexiblen Schaltung (40), wobei die flexible Schaltung (40) wenigstens teilweise einen freiliegenden Bereich des optoelektronischen Halbleiterelements (30) bedeckt.

2. Vorrichtungsaufnahme nach Anspruch 1, bei der die flexible Schaltung (40) einen Polymerfilm (44) mit mehreren elektrischen Leitungen (42) aufweist, und bei der die flexible Schaltung (40) mehrere elektrisch leitfähige Pads (46, 48) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterelement (30) aufweist.

3. Vorrichtungsaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Ausrichteinrichtung (24, 26) zum Ausrichten des Aufnahmeausrichtblocks (60; 10) auf einen Verbinder (98).

4. Vorrichtungsaufnahme nach Anspruch 3, bei der die Ausrichteinrichtung einen ersten und einen zweiten Aufnahmehohlraum (24, 26) in der Verbinderanschlussfläche (12) des Ausrichtblockteils (10; 60) aufweist, wobei der erste Aufnahmehohlraum (24) zum Halten einer Ausrichtkugel (74) bemessen ist, und der zweite Aufnahmehohlraum (26) derart bemessen ist, dass er gleitend verschiebbar um die Ausrichtkugel (74) passt.

5. Vorrichtungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das optoelektronische Halbleiterelement (30) aus der Gruppe gewählt ist, die aus einer oder mehreren der genannten Einrichtungen besteht: Laseranordnungen, Randemitterlaser, Superlumineszenzdioden, Vertikalhohlraumflächenemitterlaser, Licht emittierende Dioden und optische Detektoren.

6. Vorrichtungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Verbinderanschlussfläche (12) einen ausgenommenen Bereich (21; 66) aufweist.

7. Vorrichtungsaufnahme nach Anspruch 6, bei der das optoelektronische Halbleiterelement (30) fest an der Verbinderanschlussfläche (12) im ausgenommenen Bereich (21; 66) befestigt ist.

8. Vorrichtungsaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die flexible Schaltung (40) wenigstens ein darin ausgebildetes Fenster (50) aufweist und das Fenster (50) ausgerichtet ist, um eine ungehinderte Lichtübertragung zwischen der optischen Faser und dem optoelektronischen Halbleiterelement (30) zu ermöglichen.

9. Verfahren zur Herstellung einer optischen faserlosen Vorrichtungsaufnahmeunteranordnung mit einem Ausrichtblockteil und einem optoelektronischen Halbleiterelement sowie einer flexiblen Schaltung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Vorsehen einer Referenzebene (80) mit einer Referenzplattenausrichtkugel (82) und einem Referenzplattenausrichthohlraum (84),

Vorsehen einer flexiblen Schaltung (40) mit elektrischen Kontakten (46, 48),

Ausrichten der flexiblen Schaltung (40) auf der Referenzplatte (80), Vorsehen eines optoelektronischen Halbleiterelements (30) mit elektrischen Kontakten (34, 36),

Anordnen des optoelektronischen Halbleiterelements (30) auf der flexiblen Schaltung (40), wobei die flexible Schaltung (40) wenigstens einen freiliegenden Bereich des optoelektronischen Halbleiterelements (30) bedeckt,

Verbonden der elektrischen Kontakte (34, 36) des optoelektronischen Halbleiterelements (30) mit den elektrischen Kontakten (46, 48) der flexiblen Schaltung,

Ausrichten des optoelektronischen Halbleiterelements (30) und der flexiblen Schaltung (40) bezüglich der Referenzplattenausrichtkugel (82),

Vorsehen eines Ausrichtblocks (10; 60) mit einer Blockausrichtkugel (74) und einem Blockausrichthohlraum (26),

Ausrichten des Ausrichtblocks (10; 60) in Bezug auf die Referenzplatte (80) durch Ausrichten der Referenzplattenausrichtkugel (82) mit dem Blockausrichthohlraum (26) und der Blockausrichtkugel (74) mit dem Referenzplattenausrichthohlraum (84),

Anordnen des Ausrichtblocks (10; 60) auf das verbondete optoelektronische Halbleiterelement (30) und die flexible Schaltung (40), und

direktes Verbonden des Ausrichtblocks (10; 60) mit dem optoelektronischen Halbleiterelement (30) und der flexiblen Schaltung (40).

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Ausrichtens des Ausrichtblocks (10; 60) in Bezug auf die Referenzplatte (80) mit einem Ausrichtbiock (10; 60) erfolgt, der eine Ausrichtblockausrichtkugel (74), die gleitend verschiebbar in den Referenzplattenaufnahmehohlraum (84) passt, und einen Ausrichtblockaufnahmehohlraum (26) aufweist, der die Referenzplattenausrichtkugel (82) gleitend verschiebbar aufnimmt.