DE10004411A1

DE10004411A1 - Elektrooptisches Sende-/Empfangsmodul und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10004411A1
Application number: DE10004411A
Authority: DE
Inventors: Hans Hurt; Josef Wittl; Gustav Mueller; Martin Weigert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-16
Also published as: WO2001057572A2; US20030007749A1; US6733189B2; WO2001057572A3

Abstract

Ein elektrooptisches Sende- und/oder Empfangsmodul weist einen Leadframe (2) und einen darauf montierten optoelektronischen Wandler (3, 4, 9) auf, die von einem Formkörper (8) aus lichtdurchlässigem, formbarem Material umgossen sind. In den Formkörper (8) ist ein Reflektorelement (7) eingebracht, durch welches ein von einem Sender (4) emittiertes oder ein auf einen Empfänger (9) zu richtendes empfangenes Strahlungsbündel um einen vorgegebenen Winkel umgelenkt wird. Das Modul kann in einer elektrooptischen Sende- und/oder Empfangseinheit, die als Sidelooker ausgebildet ist, eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Sende- und/oder Empfangsmodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herstellung elektroopti scher Baugruppen oder Module, die üblicherweise eine Stec keraufnahme zum Anschluß und zur optischen Ankopplung geeig neter Kopplungspartner, beispielsweise optischer Lichtwellen leiter, aufweisen. Als Kopplungspartner sind auch andere op tische oder elektrooptische Elemente - z. B. zu Zwecken galva nischer Trennungen auf ein weiteres elektrooptisches Modul - denkbar. Derartige Module weisen zur Wandlung elektrischer in optische bzw. zur Wandlung optischer in elektrische Signale elektrooptische Wandler auf, die einen im Rahmen der vorlie genden Erfindung auch als optisch aktive Zone bezeichneten lichtabstrahlenden (Sender) oder lichtsensitiven (Empfänger) Bereich aufweisen. Für einen hohen Kopplungswirkungsgrad bei der Einspeisung oder Ausspeisung optischer Signale in Wellen leiter ist neben der elektrooptischen Transformation der Si gnale auch eine präzise Ankopplung der signalableitenden und/oder signalzuführenden Lichtwellenleiter (Kopplungspart ner) erforderlich. Als Sender werden in der optischen Über tragungstechnik beispielsweise lichtemittierende Dioden (LED) oder horizontal strahlende Laserdioden eingesetzt. Diese ha ben bauartbedingt häufig eine große numerische Apertur, die für eine optische Kopplung mit hohem Wirkungsgrad die Verwen dung von Linsen erfordert.

Ein derartiges Sende-/Empfangsmodul ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 11 138 A1 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Herstellungsverfahren für ein elektrooptisches Modul wird ein Träger, im allgemeinen ein Leadframe oder Leiterrahmen, mittels eines trägereigenen Po sitionierelementes exakt in einer Bestückungseinrichtung positioniert, in der ein Wandler auf dem Träger in zu dem Posi tionierelement präziser relativer Lage angeordnet und fixiert wird. Der Träger wird nachfolgend mittels des Positionierele ments exakt in einer Vergußform positioniert und unter Bil dung eines Formkörpers mit einem formbaren Material umgeben, wobei der Formkörper eine der optischen Kopplung dienende Funktionsfläche, beispielsweise eine Linse oder eine An schlagfläche, aufweist. Der Wandler kann entweder ein Sender, wie ein Halbleiterlaser, oder ein Empfänger, wie eine Halb leiterphotodiode, sein. Bei diesem elektrooptischen Modul ist vorgesehen, daß ein von einem Sender emittiertes Strahlungs bündel oder ein von einem Empfänger detektiertes Strahlungs bündel einen direkten und geraden Lichtweg zwischen einer Lichtein- oder -austrittsfläche des Moduls und dem Sen der/Empfänger zurücklegt. Dies schränkt jedoch die Möglich keiten der baulichen Realisierung des elektrooptischen Moduls ein, da bei der Herstellung stets darauf geachtet werden muß, daß die Lichtein- oder -austrittsfläche der Sende- oder Empfangsfläche des Wandlers direkt gegenüberliegt. Die Wahl eines bestimmten Senders, beispielsweise einer vertikal ab strahlenden Vertikalresonator-Halbleiterlaserdiode (VCSEL), bestimmt damit die Form des Moduls und des Formkörpers. Umge kehrt wird durch die Form des Moduls, insbesondere die rela tive Position des Leadframes zur Lichtausgangsseite zumeist die Art des zu verwendenden Senders vorgegeben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektro optisches Modul und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzu geben, bei welchen ein flexiblerer, von der Art des Senders oder Empfängers unabhängiger Aufbau des Moduls gewährleistet wird. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrooptisches Modul und ein Verfahren zu seiner Her stellung anzugeben, bei welchem, eine Lichtumlenkung des Strahlungsbündels innerhalb des Formkörpers ermöglicht wird.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Demgemäß beschreibt die Erfindung ein elektrooptisches Sende- und/oder Empfangsmodul mit

- einem Formkörper aus einem lichtdurchlässigen, formbaren Material,
- einem ersten Leadframe, welcher mindestens auf einem Ab schnitt, auf dem ein optoelektronischer Wandler montiert ist, von dem Formkörper umgeben ist,
- einem Reflektorelement, welches mindestens teilweise von dem Formkörper umgeben ist und welches eine reflektie rende Fläche aufweist, die dem Wandler derart zugewandt ist, daß durch sie ein Strahlungsbündel in einem Licht weg zwischen dem Wandler und einer Lichtein- oder -aus trittsseite des Moduls um einen vorbestimmten Winkel um gelenkt wird.

In einem erfindungsgemäßen elektrooptischen Modul kann somit durch das beschriebene Reflektorelement ein von einem Sender emittiertes Strahlungsbündel in Richtung auf eine vorgesehene Lichtaustrittsfläche umgelenkt werden. Ebenso kann durch das beschriebene Reflektorelement ein durch eine Lichteintritts fläche in das Modul eingekoppeltes Strahlungsbündel in Rich tung auf einen Empfänger umgelenkt werden. Das Reflektorele ment ist in einer festen relativen Position in bezug auf den Wandler angeordnet, da es mit diesem bzw. dem Abschnitt, auf dem der Wandler montiert ist, von dem lichtdurchlässigen, formbaren Material umgeben ist.

Die Erfindung beschreibt ebenso ein Verfahren zum Herstellen eines elektrooptischen Moduls mit einem Formkörper aus einem lichtdurchlässigen, formbaren Material, bei dem

- auf einem Abschnitt eines ersten Leadframes ein opto elektronischer Wandler montiert wird,
- ein Reflektorelement mit einer reflektierenden Fläche derart relativ zu dem ersten Leadframe und dem optoelek tronischen Wandler positioniert wird, daß durch die re flektierende Fläche ein Strahlungsbündel in einem Lichtweg zwischen dem Wandler und einer vorgesehenen Licht ein- oder -austrittsseite des Moduls um einen vorbe stimmten Winkel umgelenkt wird, und
- der Formkörper gebildet wird, indem der erste Leadframe und das Reflektorelement mit dem lichtdurchlässigen, formbaren Material umgossen oder umspritzt wird.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls wird in an sich bekannter Weise ein zunächst räumlich zusammenhängendes Leadframe geformt und auf dafür vorgesehenen Abschnitten mit optoelektronischen Wandlern ver sehen. Erst anschließend und zumeist zwischen verschiedenen Phasen eines Gieß- oder Spritzvorgangs werden einzelne Ver bindungsstege zwischen verschiedenen Anschlußabschnitten des Leadframes aufgetrennt. Auch bei dem erfindungsgemäßen Modul können somit mehrere Wandler, d. h. im Prinzip eine beliebige Anzahl von Sendern und/oder Empfängern, auf zusammenhängenden Abschnitten des Leadframes oder im Endstadium voneinander ge trennten Abschnitten des Leadframes montiert sein.

In der Regel ist das Reflektorelement mit seiner reflektie renden Fläche derart in bezug auf den optoelektronischen Wandler ausgerichtet, daß ein emittiertes oder ein empfange nes Strahlungsbündel einen Lichtweg beschreibt, in dem eine Strahlumlenkung um einen Winkel von 90° enthalten ist. Da der Formkörper zumeist eine quaderförmige Gestalt hat, wird da durch die Möglichkeit geschaffen, ein emittiertes Strahlungs bündel in einem rechten Winkel auf eine vorgesehene Licht austrittsfläche des Formkörpers umzulenken. Dadurch gewinnt man einen Freiheitsgrad in der Wahl zwischen zwei verschiede nen Halbleiterlasern, nämlich einen kantenemittierenden Halb leiterlaser und einen vertikal emittierenden Halbleiterlaser, wie einem Vertikalresonator-Halbleiterlaser (VCSEL).

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Herstellung und Posi tionierung des Reflektorelementes relativ zu dem den Wandler halternden Leadframe.

In einer ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung werden der den Wandler halternde Leadframe und das Reflektor element aus einem ursprünglich einstückigen Leadframe ge formt. Während des Gießvorgangs bzw. der Umspritzung des Leadframes mit dem lichtdurchlässigen, formbaren Material können dann der den Wandler halternde Leadframe und das Re flektorelement voneinander separiert werden. Sie können je doch auch im Endstadium des elektrooptischen Sende- /Empfangsmoduls miteinander verbunden sein. Wenn beispiels weise der Sender ein kantenemittierender Halbleiterlaser ist, der auf einem Endabschnitt eines Leadframes montiert ist, so kann eine mit dem Endabschnitt verbundene reflektierende Flä che in Lichtabstrahlrichtung des Halbleiterlasers in einem Abstand von dem Endabschnitt angeordnet sein. Die reflektie rende Fläche kann einen 45°-Winkel zu der Einfallsrichtung des von dem Halbleiterlaser emittierten Strahlungsbündels einnehmen, so daß das Strahlungsbündel von der reflektieren den Fläche um einen 90°-Winkel umgelenkt wird. Das Reflektor element kann bei dieser Ausführungsart dadurch geformt wer den, daß vor oder nach der Montage eines in Richtung der Ebe ne des Leadframes emittierenden Senders, wie eines kantene mittierenden Halbleiterlasers auf dem Leadframe, ein vor der Lichtaustrittsfläche des Senders liegender Abschnitt des Leadframes hochgebogen wird, bis er mit der Ebene des Lead frames einen Winkel von insbesondere 45° einnimmt.

Es kann jedoch auch gemäß einer zweiten Ausführungsart vorge sehen sein, daß das Reflektorelement von vornherein von dem mit dem Wandler versehenen Leadframe separiert ist und mit seiner reflektierenden Fläche vor dem Gieß- oder Spritzvor gang relativ zu dem Leadframe bzw. dem Wandler in Position gebracht wird. Diese relative Positionierung kann beispiels weise durch eine geeignete Positioniervorrichtung erfolgen. Das Reflektorelement kann beispielsweise aus einem zweiten Leadframe hervorgehen, bei welchem zur Herstellung der re flektierenden Fläche ein Abschnitt aus der Ebene des zweiten Leadframe herausgebogen wird, bis er mit der Ebene des zwei ten Leadframe einen Winkel von insbesondere 45° einnimmt.

Bei der Herstellung des elektrooptischen Sende-/Empfangs moduls kann eine Gießform verwendet werden, durch die die Form und Größe des Formkörpers bestimmt wird. Nach dem Gieß- oder Spritzvorgang, bei welchem das lichtdurchlässige, form bare Material in die Gießform eingebracht wird, kann die Gießform als Modulgehäuse beibehalten werden. An dieses Ge häuse kann an der Lichtein- oder -austrittsseite ein Stec keraufnahmeteil für die Ankopplung eines Lichtwellenleiter steckers angeformt sein. Ein solches Modulgehäuse ist auch als cavity as interface (CAI) bekannt. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein, die Gießform nach der Bildung des Formkör pers wieder zu entfernen. Auch in diesem Fall kann in eine Funktionsfläche des Formkörpers, die sich auf der Lichtein- oder -austrittsseite befindet, eine als sogenannte Steckbucht bekannte Steckeraufnahme in den Formkörper eingeformt sein, wie es an sich im Stand der Technik, beispielsweise der DE-OS 197 11 138 A1, bekannt ist.

Es kann auch vorgesehen sein, daß in die Lichtein- oder -aus trittsseite des Formkörpers eine Sammellinse in das licht durchlässige, formbare Material eingeformt wird. Zu diesem Zweck weist die Gießform an der vorgesehenen Lichtein- oder -austrittsseite des Moduls eine Öffnung auf, in der sich ein Formteil befindet, das an seiner inneren Seite der Außenkon tur einer zu formenden Linse entspricht und das nach der Bil dung des Formkörpers entfernt wird.

Es können in einem gemeinsamen Sende-/Empfangsmodul mehrere optoelektronische Wandler, beispielsweise ein Sender und ein Empfänger, vorgesehen sein. Diese können auf einem gemeinsa men Leadframe oder auf voneinander separierten Leadframe- Abschnitten montiert sein. Dabei kann vorgesehen sein, daß ein Sender ein Strahlungsbündel auf direktem Wege, d. h. ohne Strahlumlenkung, in Richtung auf eine Lichtaustrittsseite emittiert und daß ein in das Modul eintretendes Empfangs strahlungsbündel von einer reflektierenden Fläche in Richtung auf einen Empfänger umgelenkt wird. In umgekehrter Weise kann auch vorgesehen sein, daß ein von einem Sender emittiertes Strahlungsbündel von einer reflektierenden Fläche eines Re flektorelements umgelenkt und dann ausgekoppelt wird, während ein Empfangsstrahlungsbündel eingekoppelt und ohne Strahlum lenkung direkt auf einen Empfänger gerichtet wird. Im Falle der Verwendung einer Sammellinse kann jeweils für beide Strahlungsbündel ein und diesselbe Sammellinse verwendet wer den.

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen elektroopti schen Sende- und/oder Empfangsmoduls besteht in dem Einbau in eine kompakte Sende- und/oder Empfangseinheit, die auch als Sidelooker bezeichnet wird, da ein Strahlungsbündel seitlich, d. h. in einer Richtung parallel zur Ebene der Schaltungspla tine, ein- bzw. ausgekoppelt werden kann. Hier lassen sich wiederum zwei Ausführungsformen voneinander unterscheiden. In der ersten Ausführungsform ist das elektrooptische Sende- und/oder Empfangsmodul als oberflächenmontierbares Bauteil (SMT, surface mounting technology) ausgelegt. Dabei werden die einzelnen Leadframe-Abschnitte seitlich aus dem Formkör per herausgeführt und derart um den Formkörper nach unten ge bogen, daß sie in einer gemeinsamen Montageebene liegende flächige Anschlußabschnitte bilden, mit denen sie auf eine Schaltungsplatine, beispielsweise im Reflow-Verfahren, aufge lötet werden können. In dieser ersten Ausführungsform ist die Leadframe-Ebene somit parallel zur Ebene der Schaltungsplati ne. In einer zweiten Ausführungsform der Sende- und/oder Empfangseinheit werden die einzelnen, auf einer Seite des Mo duls herausgeführten Leadframe-Abschnitte senkrecht zu der Schaltungsplatine in diese eingesteckt und auf der Rückseite der Schaltungsplatine oder einer intermediären Metallisie rungsebene einer mehrlagigen Schaltungsplatine mit elektri schen Leiterbahnen verbunden. Bei beiden Ausführungsformen wird deutlich, wie durch die vorliegende Erfindung mehr Gestaltungsfreiheit dadurch gewonnen wird, daß je nach Wahl der Ausführungsform die Art des Senders, also beispielsweise zwi schen einem kantenemittierenden Halbleiterlaser und einem vertikal emittierenden Halbleiterlaser, beliebig gewählt wer den kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste, einfache Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen elektrooptischen Sende- und/oder Emp fangsmoduls;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls in einem Querschnitt entlang der Senderebene (A) und in einem Quer schnitt entlang der Empfängerebene (B);

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das elektroopti sche Sende- und/oder Empfangsmodul der Fig. 2;

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit Modulgehäuse;

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit einem reflektie renden Element;

Fig. 6 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit einer Wärmesenke aus einem Leadframe;

Fig. 7 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemä ßen Sende- und/oder Empfangsmoduls mit einer mit Kühlrippen versehenen Wärmesenke;

Fig. 8 eine zeichnerische Verdeutlichung des Biegevorgangs eines Leadframes um einen vorgegebenen Winkel;

Fig. 9A eine im Querschnitt dargestellte und als Sidelooker ausgeführte optische Sende- und/oder Empfangsein heit mit einer siebenten Ausführungsform eines er findungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls;

Fig. 9B eine vergrößerte Darstellung des in der Sende- und/oder Empfangseinheit der Fig. 9A verwendeten Sende- und/oder Empfangsmoduls der siebenten Aus führungsform;

Fig. 10A, B eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht auf die in der Sende- und/oder Empfangseinheit der Fig. 9A verwendete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls;

Fig. 11A, B, C ein Empfangsmodul als achte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmo duls in einer Seitenansicht (A), einer Draufsicht auf ein Zwischenprodukt (B) und einer vergrößerten Draufsicht des fertigprozessierten Moduls;

Fig. 12 eine Empfangsbaugruppe als neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmo duls;

Fig. 13 eine zweite Ausführungsform einer als Sidelooker ausgebildeten optischen Sende- und/oder Empfangs einheit mit einer Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls in einem Längsschnitt.

Die in der Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls zeigt eine Sendebaugruppe, aus der ein Sendemodul aufgebaut wird. Ein Leadframe 2 mit mindestens einem äußeren Anschlußpin 1 wird auf vorgegebene Weise geformt und auf einem dafür vorgesehe nen Abschnitt mit einem Sender 4, im vorliegenden Fall einem kantenemittierenden Halbleiterlaser, versehen. Außerhalb der hier dargestellten Querschnittsebene kann das Leadframe 2 noch andere nicht dargestellte Anschlußabschnitte aufweisen, die mit anderen optoelektronischen Wandlern versehen sind und die mit dem hier dargestellten Abschnitt des Leadframes 2 verbunden oder im Laufe des Herstellungsprozesses getrennt worden sind und die jeweils eigene äußere Anschlußpins auf weisen. Das von dem Sender 4 emittierte Strahlungsbündel soll in Richtung auf eine vorgesehene Lichtaustrittsfläche des zu fertigenden Moduls umgelenkt werden. Zu diesem Zweck wird be reits bei der Formung des Leadframes 2 ein Reflektorelement 7 erzeugt, welches durch Abknicken eines Abschnittes des Lead frames 2 aus einer Ebene hergestellt wird. Im vorliegenden Fall wird der Leadframe 2 auf einer zu der Strahlrichtung senkrechten Linie umgeknickt, so daß das emittierte Strah lungsbündel auf eine schräg gestellte Fläche auftrifft und an dieser reflektiert wird. Die schräg gestellte, reflektierende Fläche weist einen 45°-Winkel zur Strahlrichtung auf, so daß das Strahlungsbündel um einen 90°-Winkel umgelenkt wird. Da das Leadframe aus Metall gefertigt ist, weist es im allgemei nen für die interessierenden Wellenlängenbereiche eine aus reichend hohe Reflektivität auf. Es kann jedoch auch durch geeignete Maßnahmen eine höhere Reflektivität erzielt werden, wie weiter unten noch gezeigt werden wird.

Der Sender 4 wird auf geeignete elektrisch leitende Weise, wie beispielsweise durch Leitpaste oder dergleichen, auf dem Leadframe 2 aufgebracht. Die Oberseite des Senders 4 ist in der Regel durch einen Bonddraht mit einem benachbarten außer halb der Darstellungsebene der Zeichnung liegenden Leadframe- Abschnitt verbunden. Aus Gründen der Einfachheit der Darstel lung ist dies in der Figur nicht gezeigt. Auf der der Licht austrittsrichtung des Strahlungsbündels aus dem Sender 4 ge genüberliegenden Seite ist auf dem Leadframe 2 eine Monitordiode 3 montiert, die den geringen Anteil des aus der rück wärtig verspiegelten Resonatorfläche des Halbleiterlasers durchtretenden Lichts detektiert und für eine Strom- bzw. In tensitätsregelung des Halbleiterlasers verwendet werden kann.

Nach der Formung des Leadframes 2 und des Reflektorelements 7 und der Montage des Halbleiterlasers 4 und der Monitordiode 3 wird die Anordnung mit einem Formkörper 8 aus einem licht durchlässigen und formbaren Material umgossen oder umspritzt, wofür im allgemeinen eine Gießform mit einem entsprechend ge formten Hohlraum eingesetzt wird.

Das Modul gemäß Fig. 1 erlaubt somit, ein in der Ebene des Leadframes 2 emittiertes Strahlungsbündel in einem rechten Winkel umzulenken und entlang einer optischen Achse 6 einer Lichtaustrittsseite des Moduls zuzuführen. An dieser Licht austrittsseite kann eine geeignete Steckeraufnahme für einen Lichtwellenleiterstecker vorgesehen werden, so daß das Strah lungsbündel in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden kann.

Das Modul gemäß Fig. 1 ist nicht als oberflächenmontierbares, d. h. SMT-fähiges Modul ausgelegt. Es wird stattdessen mit dem Anschlußpin 1 in eine Schaltungsplatine eingesteckt und auf deren Rückseite mit elektrischen Leiterbahnen verbunden oder bei einer mehrlagigen Platine mit Leiterbahnen einer inneren Metallisierungsebene verbunden. Weiter unten wird jedoch ge zeigt, wie eine SMT-fähige Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Moduls hergestellt werden kann.

In der in den Fig. 2A, B und 3 dargestellten Ausführungsform soll zunächst verdeutlicht werden, wie auf einem erfindungs gemäßen Modul ein Sender und ein Empfänger angeordnet werden können. In der schematischen Draufsicht der Fig. 3 dieser zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Moduls sind ein Sender und ein Empfänger nebeneinander auf einem Leadfra me oder auf voneinander getrennten Leadframe-Abschnitten montiert. Die Fig. 2A und 2B zeigen Querschnitte entlang jedes Leadframe-Abschnitts durch den Sender (A) und den Empfänger (B). Die Senderebene der zweiten Ausführungsform unterschei det sich von der Sendebaugruppe der ersten Ausführungsform (s. Fig. 1) in zwei Merkmalen. Zum einen sind der Leadframe 2 und das Reflektorelement 7 voneinander getrennt. Das kann zum einen bedeuten, daß diese beiden Elemente ursprünglich in ei nem gemeinsamen, einstückigen Leadframe miteinander vereint waren, jedoch im Laufe des Herstellungsprozesses voneinander getrennt wurden. Es kann auch bedeuten, daß das Reflektorele ment 7 aus einem zweiten Leadframe hervorgegangen ist, der von dem ersten Leadframe von Beginn an räumlich getrennt war und vor dem Gieß- oder Spritzvorgang relativ zu diesem in Po sition gebracht wurde.

Der zweite Unterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, daß auf der Lichtaustrittsseite des Moduls eine Sam mellinse 5 in den Formkörper 8 eingeformt ist. Mit dieser Sammellinse 5 kann ein von dem Sender 4 emittiertes Strah lungsbündel in eine Lichtleitfaser eingekoppelt werden. Die Herstellung der Sammellinse 5 wird weiter unten noch näher erläutert (s. Fig. 4).

Die Sammellinse 5 dient gleichzeitig dazu, ein Empfangsstrah lungsbündel auf einen Empfänger 9 zu fokussieren, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Diese zeigt einen Schnitt durch eine Ebe ne eines anderen Leadframe-Abschnitts ein und desselben Lead frames 2 und eines anderen Anschlußpins 1. Auf diesen Lead frame-Abschnitt ist unterhalb der Sammellinse 5 ein Empfänger 9, wie eine Halbleiterphotodiode, montiert. Im Gegensatz zu der in Fig. 2A dargestellten Sendebaugruppe weist der Licht weg in der Empfängerbaugruppe keine Strahlumlenkung auf. Der Darstellung läßt sich ferner entnehmen, daß der Empfänger 9 unterhalb der Sammellinse 5 auf deren Mittelachse positio niert ist, so daß ein Empfangsstrahlungsbündel im wesentli chen auf der Mittelachse der Sammellinse 5 in das Modul ein gekoppelt wird. Die optische Achse 6 der in Fig. 2A dargestellten Sendebaugruppe ist dagegen etwas von der Mittelachse der Sammellinse 5 versetzt angeordnet.

Bei der in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls ist der Formkörper 8 von einem allseits umschließenden Modulgehäuse 36 umgeben. Dieses Modulgehäuse 36 kann gleichzeitig die Gießform für den Formkörper 8 sein, die nach dem Gieß- oder Spritzvorgang auf dem Formkörper 8 zurückgelassen wurde. Das Modulgehäuse 36 weist eine Öffnung für den Eintritt des Lead frames 2 in den Formkörper 8 auf. Auf der Lichtein- oder -austrittsseite ist im Bereich der Sammellinse 5 eine Öffnung oder ein transparentes Fenster in dem Modulgehäuse 36 für den Durchtritt der Strahlungsbündel vorgesehen. Die Fig. 4 zeigt darüber hinaus, wie die Sammellinse 5 hergestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird vor Durchführung des Gieß- oder Spritzvorgangs ein Formteil 11, das an seiner inneren Seite der Außenkontur der zu formenden Sammellinse 5 entspricht, durch eine Öffnung in der Außenwand der Gießform in deren In nenraum eingeführt. Nach Durchführung des Formvorgangs wird das Formteil 11 dann wieder entfernt. Im Bereich der Sammel linse 5 kann dann ein transparentes Fenster in das Modulge häuse 36 eingesetzt werden, um die Sammellinse 5 vor der Um gebung zu schützen. Zusätzlich kann in diesem Bereich eine Steckeraufnahme für die Anbringung eines Lichtwellenleiter steckers angeformt werden. Ein derartiges Modulgehäuse ist an sich im Stand der Technik als cavity as interface (CAI) be kannt.

Die in der Fig. 5 dargestellte vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls unterschei det sich von den bisher dargestellten Ausführungsformen dar in, daß auf der reflektierenden Fläche des Reflektorelements 7 ein zusätzliches reflektierendes Element 12 aufgebracht ist. Im allgemeinen weist zwar ein aus einem metallischen Leiterrahmen hergestelltes Reflektorelement 7 eine für die interessierenden Wellenlängenbereiche ausreichend hohe Reflektivität auf. Es kann jedoch wünschenswert oder erforder lich sein, diese gewünschte hohe Reflektivität durch das re flektierende Element 12 herzustellen. Dieses kann entweder eine reflektierende Beschichtung aus beispielsweise dielek trischen Schichten oder ein reflektierender Chip sein. In der Darstellung der Fig. 5 ist das reflektierende Element 12 auf der dem Sender 4 zugewandten Seite der schräg gestellten Flä che des Reflektorelements 7 befestigt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die schräg gestellte Fläche eine Durch trittsöffnung für das Strahlungsbündel aufweist, so daß das reflektierende Element 12 auch auf die dem Sender 4 abge wandte Seite der schräg gestellten Fläche montiert werden kann.

In den Fig. 6 und 7 sind jeweils eine fünfte und eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls dargestellt, bei welchen eine Sendebaugruppe jeweils auf einer Wärmesenke montiert ist. Bei der Ausfüh rungsform in Fig. 6 wird die Wärmesenke 35 aus einem weiteren Leadframe hergestellt, auf welchen der Leadframe 2 mit seinem den Sender 4 tragenden Abschnitt in gut wärmeleitender Ver bindung aufgebracht wird. Die Wärmesenke 35 kann gewünschten falls bei der Montage des Moduls auf eine Platine ebenfalls auf dieser Platine angebunden werden. Bei der Ausführungsform in Fig. 7 ist die Wärmesenke 14 als ein mit Kühlrippen verse hener Kühlkörper ausgebildet, der ebenfalls unter den den Sender 4 tragenden Abschnitt des Leadframes 2 befestigt wird und nicht aus dem Formkörper 8 herausgeführt wird. Der Kühl körper kann jedoch auch teilweise aus dem Formkörper heraus ragen.

Vorzugsweise werden die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Wärmesenken 14 und 35 mit dem Leadframe 2 in Schweißtechnik verbunden. Die Verlustwärme des Halbleiterlasers oder weite rer montierter Chips, wie Lasertreiber, etc., kann somit effizient abgeführt werden.

In der Fig. 8 ist im Detail dargestellt, wie ein Leadframe abgewinkelt werden kann, wobei ein vorgegebener Winkel einge stellt werden soll. Zunächst wird in dem Leadframe eine Form prägung 13 für eine definierte Abwinkelung eingeformt. Die Formprägung 13, die in den Leadframe beispielsweise einge prägt oder eingeätzt werden kann, ermöglicht eine Vorzugsbie gung in einer gewünschten Richtung und um einen gewünschten Winkel. Die definierte Biegung kann dann dadurch erfolgen, daß eine Flanke der Formprägung 13 als Anschlag verwendet wird oder indem ein Biegewerkzeug verwendet wird, welches ei nen definierten Winkel vorgibt. Dieser Winkel kann zusätzlich dadurch stabilisiert werden, daß ein geeigneter Schweiß- oder Klebepunkt gesetzt wird.

In den Fig. 9A, B und 10A, B ist eine elektrooptische Sende- und/oder Empfangseinheit und ein darin eingesetztes elektro optisches Sende- und/oder Empfangsmodul 22 dargestellt. Zu nächst zeigt Fig. 9A eine Gesamtansicht der Sende- und/oder Empfangseinheit in einem Längsschnitt durch eine Schaltungs platine 20 und eine angekoppelte Lichtleitfaser 19. In der Fig. 9A ist eine Schaltungsplatine 20 dargestellt, die bei spielsweise aus einem PC-(printed circuit)Board (z. B. FR4, FR5) gefertigt sein kann und mit elektronischen Bauteilen 16 bestückt sein kann. An einem Endabschnitt der Schaltungspla tine 20 ist eine siebente Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Sende- und/oder Empfangsmoduls 22 aufgebracht und mit tels eines optischen Interface 23 an eine Lichtleitfaser 19 angekoppelt. Die Lichtleitfaser 19 sowie Anschlußpins 21 der Schaltungsplatine 20 werden durch Öffnungen in einem die Sen de- und/oder Empfangseinheit umgebenden Gehäuse 15 nach außen geführt. Da die Lichtein- oder -auskopplung durch eine Sei tenwand des Gehäuses erfolgt, d. h. in einer Richtung parallel zu der Schaltungsplatine 20, wird eine derartige Einheit üb licherweise auch als Sidelooker bezeichnet.

In die elektrooptische Sende- und/oder Empfangseinheit ist eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Sende- und/oder Empfangsmoduls eingesetzt, das in der Fig. 9B in einer vergrößerten Darstellung gezeigt ist. Dieses Modul ist im Gegensatz zu den bisher dargestellten Ausführungsformen als oberflächenmontierbares Modul ausge legt. Es weist wie diese einen Formkörper 8 auf, aus dem die Anschlußpins 1 eines Leadframes seitlich herausgeführt werden und in einer gemeinsamen Montageebene liegende Anschlußflä chen bilden. Dies ist in Fig. 10A dargestellt, die einen Querschitt entlang eines Leadframes zeigt, auf welchem ein Sender 4 befestigt ist. Das in Fig. 9B gezeigte optische In terface 23 kann als sogenannte Steckbucht ausgeführt sein, die in eine Funktionsfläche des Formkörpers 8 geformt ist und die Anbringung eines Lichtwellenleitersteckers ermöglicht.

In der Draufsicht der Fig. 10B ist gezeigt, daß zusammen mit dem Sender 4 auf ein und demselben Leadframe eine Monitor diode 3 montiert ist. Des weiteren befindet sich in weiterer Entfernung von der Lichtein- oder -austrittsseite des Moduls ein aus einem Leadframe geformtes Reflektorelement 25, unter dem sich ein Empfänger befindet. Bei dieser Ausführungsform emittiert somit der Sender 4 ein direkt und ohne Strahlumlen kung in die Lichtleitfaser 19 gerichtetes Strahlungsbündel, während ein Empfangsstrahlungsbündel durch Strahlumlenkung an dem Reflektorelement 25 zu einem Empfänger gelangt.

In den Fig. 11A bis C und 12 sind verschiedene Empfänger bauformen dargestellt, die beispielsweise in einem reinen Empfangsmodul als achte Ausführungsform eingesetzt werden können. In Fig. 11A ist noch einmal das Grundprinzip schema tisch dargestellt, bei welchem ein entlang einer optischen Achse einfallendes Empfangsstrahlungsbündel durch die reflek tierende Fläche eines Reflektorelements 7 auf einen Empfänger 9 gerichtet wird. In Fig. 11B ist ein Zwischenprodukt eines erfindungsgemäßen Empfangsmoduls in einer Draufsicht darge stellt. Bei diesem Zwischenprodukt ist ein noch nicht verbo genes Leadframe 7b vorgesehen, aus welchem durch Hochbiegen entlang einer Kante, die mit einer Kerbung 26 und einer Aussparung 27 (s. Fig. 11C) ein Reflektorelement 7 geformt wird. Die schräg gestellte Fläche weist in diesem Fall die Form ei nes Rahmens auf, auf dessen dem Empfänger 9 abgewandter Ober fläche ein reflektierendes Element 25, wie ein dielektrisch beschichteter Spiegel oder dergleichen, aufgebracht wird.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform einer Empfänger baugruppe als neunte Ausführungsform dargestellt, bei welcher im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 11A ein Lead frame eine obere Montageebene 28 aufweist und ein Empfänger 9 in einem durch zwei Biegungen erzeugten abgesenkten Bereich 30 (down-set) auf einer darin geformten unteren Montageebene montiert ist. Auch bei dieser Ausführungsform fällt ein Emp fangsstrahlungsbündel entlang einer optischen Achse 34 auf ein reflektierendes Element 33 eines Reflektorelements 7 und wird in Richtung auf den Empfänger 9 umgelenkt. Mit den Be zugszeichen 31 und 32 sind die reflektierende Fläche und das reflektierende Element des Reflektorelements 7 in dem Zustand vor ihrer Biegung dargestellt.

Die Ausführungsform der Fig. 12 kann auch als Sendebaugruppe eingesetzt werden, indem ein vertikal emittierender Halblei terlaser 9, wie eine VCSEL-Laserdiode, eingesetzt wird, die ein Strahlungsbündel emittiert, welches durch das Reflekto relement 7 auf eine optische Achse 34 umgelenkt wird.

Es kann prinzipiell bei allen hier vorgestellten Ausführungs formen auch vorgesehen sein, daß gekrümmte reflektierende Flächen des Reflektorelements verwendet werden, so daß bei geeigneter Oberflächenkrümmung auf die separate Sammellinse 5 verzichtet werden kann.

In Fig. 13 ist schließlich noch eine elektrooptische Sende- und/oder Empfangseinheit dargestellt, in der eine Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Moduls eingesetzt wird. Das hierbei verwendete Modul 17 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform, wie sie in Fig. 4 dargestellt und weiter oben beschrieben wurde. Im Unterschied zu der in der Fig. 9A dargestellten Einheit wird hier somit ein nicht obenflächen montierbares Modul eingesetzt, welches mit seinen Anschluß pins 1 senkrecht in eine Schaltungsplatine 20 eingesteckt und auf deren Rückseite oder auf einer inneren Metallisierungs ebene der Schaltungsplatine 20 mit Leiterbahnen verbunden wird.

Claims

1. Elektrooptisches Sende- und/oder Empfangsmodul mit

- einem Formkörper (8) aus einem lichtdurchlässigen, form baren Material,
- einem ersten Leadframe (2), welcher mindestens auf einem Abschitt, auf dem ein optoelektronischer Wandler (3, 4, 9) montiert ist, von dem Formkörper (8) umgeben ist,
- ein Reflektorelement (7), welches mindestens teilweise von dem Formkörper (8) umgeben ist und welches eine re flektierende Fläche (7.1) aufweist, die dem Wandler (3, 4, 9) derart zugewandt ist, daß durch sie ein Strah lungsbündel in einem Lichtweg zwischen dem Wandler (3, 4, 9) und einer Lichtein- oder -austrittsseite des Mo duls um einen vorbestimmten Winkel umgelenkt wird.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Reflektorelement (7) mit dem ersten Leadframe (2) einstückig ausgebildet oder aus einem mit dem ersten Leadframe (2) einstückigen Teil hervorgegangen ist.

3. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Reflektorelement (7) aus einem von dem ersten Lead frame (2) gesonderten zweiten Leadframe hergestellt ist.

4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- in die Lichtein- oder -austrittsseite des Formkörpers (8) eine Linse (5) geformt ist.

5. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Modul ein den Formkörper (8) umgebendes Modulgehäuse (36) aufweist, welches auf der Lichtein- oder -austrittsseite eine Öffnung aufweist, an die gegebenenfalls eine Steckeraufnahme für einen Lichtwellenleiterstecker angeformt ist.

6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Leadframe (2) mindestens teilweise auf einem von dem Formkörper (8) mindestens teilweise umgebenen Kühlkörper (14, 35) aufliegt.

7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die reflektierende Fläche (7.1) durch ein auf das Re flektorelement (7) aufgebrachtes reflektierendes Element (12), insbesondere eine reflektierende Beschichtung oder einen reflektierenden Chip, hergestellt ist.

8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Wandler (3, 4, 9) ein Sender (4, 9), insbesondere ein Halbleiterlaser, ist und die reflektierende Fläche (7.1) einen 45°-Winkel zu der Einfallsrichtung des von dem Sender (4, 9) emittierten Strahlungsbündels ein nimmt.

9. Modul nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sender (4, 9) ein kantenemittierender Halbleiterla ser (4) ist, der auf einem Endabschnitt des Leadframes (2) montiert ist und die reflektierende Fläche (7.1) in Lichtabstrahlrichtung in einem Abstand angeordnet ist.

10. Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sender (4, 9) ein vertikal emittierender Halbleiter laser (9) ist und die reflektierende Fläche (7.1) ober halb davon in einem Abstand davon angeordnet ist.

11. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Wandler (3, 4, 9) ein Empfänger (9) ist und die re flektierende Fläche (7.1) in einem 45°-Winkel zu der Lichtempfangsfläche des Empfängers (9) oberhalb davon in einem Abstand angeordnet ist.

12. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- mindestens ein Sender (4, 9) und mindestens ein Empfän ger (9) auf verschiedenen verbundenen oder getrennten Abschnitten des ersten Leadframes (2) montiert sind und mindestens ein Sender (4, 9) oder Empfänger (9) mit ei ner reflektierenden Fläche (7.1) optisch gekoppelt ist.

13. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Modul dadurch oberflächenmontierbar ausgelegt ist, daß der Leadframe (2) äußere Anschlußabschnitte (1) auf weist, die derart nach außen geführt sind, daß sie in einer gemeinsamen Montageebene liegende Anschlußflächen aufweisen.

14. Verfahren zum Herstellen eines elektrooptischen Moduls mit einem Formkörper aus einem lichtdurchlässigen form baren Material, bei dem

- auf einem Abschnitt eines ersten Leadframes (2) ein op toelektronischer Wandler (3, 4, 9) montiert wird,
- ein Reflektorelement (7) mit einer reflektierenden Flä che (7.1) derart relativ zu dem ersten Leadframe (2) und dem optoelektronischen Wandler (3, 4, 9) positioniert wird, daß durch die reflektierende Fläche (7.1) ein Strahlungsbündel in einem Lichtweg zwischen dem Wandler (3, 4, 9) und einer vorgesehenen Lichtein- oder -aus trittsseite des Moduls um einen vorbestimmten Winkel um gelenkt wird, und
- der Formkörper (8) gebildet wird, indem der erste Lead frame (2) und das Reflektorelement (7) mit dem licht durchlässigen formbaren Material umgossen oder umspritzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Leadframe (2) und das Reflektorelement (7) einstüc kig ausgebildet sind und das Reflektorelement (7) da durch geformt wird, indem vor oder nach der Montage ei nes in Richtung der Ebene des Leadframes (2) emittieren den Senders (4) auf dem Leadframe (2) ein vor der Licht austrittsfläche des Senders (4) liegender Abschnitt des Leadframes (2) hochgebogen wird, bis er mit der Ebene des Leadframes (2) einen Winkel von insbesondere 45° einnimmt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Reflektorelement (7) aus einem zweiten Leadframe ge formt wird, indem ein Abschnitt aus der Ebene des zwei ten Leadframes herausgebogen wird, bis er mit der Ebene des zweiten Leadframes einen Winkel von insbesondere 45° einnimmt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

- der erste Leadframe (2) und das relativ dazu positio nierte Reflektorelement (7) in eine Gießform eingebracht werden und das lichtdurchlässige formbare Material in die Gießform eingefüllt oder eingespritzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Gießform an der vorgesehenen Lichtein- oder -aus trittsseite des Moduls eine Öffnung aufweist, in der sich ein Formteil (11) befindet, das an seiner inneren Seite der Außenkontur einer zu formenden Linse (5) ent spricht und das nach der Bildung des Formkörpers (8) entfernt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Gießform nach der Bildung des Formkörpers (8) als Modulgehäuse (36) beibehalten wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Gießform nach der Bildung des Formkörpers (8) ent fernt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Leadframe (2) äußere Anschlußabschnitte (1) auf weist, die nach Bildung des Formkörpers (8) derart gebo gen werden, daß sie in einer gemeinsamen Montageebene liegende Anschlußflächen aufweisen.