DE10227544A1 - Vorrichtung zur optischen und/oder elektrischen Datenübertragung und/oder -verarbeitung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen und/oder elektrischen Datenübertragung und/oder -verarbeitung mit: DOLLAR A - mindestens einem elektrischen Bauelement (3), DOLLAR A - mindestens einem mit einem elektrischen Bauelement (3) elektrisch verbundenen opto-elektronischen Bauelement (21, 22), DOLLAR A - einem optisch transparenten Träger (1, 1') mit einer ersten Oberfläche (101a), auf der das elektrische Bauelement (3) und das opto-elektronische Bauelement (21, 22) angeordnet sind, wobei eine Lichtein- oder -auskopplung in bzw. aus dem opto-elektronischen Bauelement (21, 22) durch den Träger (1, 1') hindurch erfolgt, und DOLLAR A - einem mit dem Träger (1, 1') verbundenen Rahmen (4, 4', 4''), über den die auf dem Träger (1, 1') angeordneten Bauelemente (21, 22, 3) elektrisch kontaktiert sind. DOLLAR A Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die für in eine Vorrichtung integrierte opto-elektronische und elektrische Bauelemente sowohl optische als auch elektrische Ein- und Ausgänge vorsieht.
Description
- Bezeichnung der Erfindung: Vorrichtung zur optischen und/oder elektrischen Datenübertragung und/oder verarbeitung.
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen und/oder elektrischen Datenübertragung und/oder verarbeitung. Sie betrifft insbesondere Vorrichtungen mit elektrischen und opto-elektronischen Bauelementen, die zur Übertragung und/oder Verarbeitung von Daten zusammenwirken.
- Es sind Anordnungen bekannt, bei denen optische und elektrische Bauteile jeweils gesondert gekapselt auf einem Träger montiert sind, der entweder als metallische Wärmesenke oder als Leiterplatte ausgebildet ist. Die Auskopplung der optischen Pfade aus dem Gehäuse erfolgt durch separate optische Elemente oder Fenster, die über den elektrooptischen Wandlern angeordnet sind.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen und/oder elektrischen Datenübertragung und/oder -verarbeitung zu Verfügung zu stellen, die ein erhöhtes Maß an Integration elektrischer sowie opto-elektronischer Bauelemente in einer Gehäuseanordnung ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen vorgesehen.
- Danach zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch aus, dass mindestens ein elektrisches Bauelement und mindestens ein mit dem elektrischen Bauelement verbundenes optoelektronisches Bauelement auf der gleichen Oberfläche eines optisch transparenten Trägers angeordnet sind. Eine Lichtein- oder auskopplung in bzw. aus dem opto-elektronischen Bauelement erfolgt dabei durch den Träger hindurch, d.h. die optischen Ein- und/oder Ausgänge der Vorrichtung liegen auf der Seite des Trägers, die der mit den optischen Bauelementen versehenen Seite gegenüberliegend ist. Des weiteren ist erfindungsgemäß ein mit dem Träger verbundener Rahmen vorgesehen, über den die auf dem Träger angeordneten Bauelemente elektrisch kontaktiert werden.
- Die beschriebene Vorrichtung stellt eine kompakte und kapselbare Anordnung für gemeinsam auf einem Träger angeordnete opto-elektronische und elektrische Bauelemente dar. Sie eignet sich insbesondere für neuartige Baugruppen mit elektrischen und optischen Signalpfaden, die in platzsparender und kostengünstiger Weise anordbar sind.
- Der optisch transparente Träger erfüllt dabei neben seiner Funktion als tragendes Element für die Bauelemente zusätzlich eine Schutz- und Dichtfunktion für das gesamte Package, da er einen großflächigen Abschluss der Vorrichtung bereitstellt. Gleichzeitig stellt der optisch transparente Träger eine Fensterfunktion bereit, so dass eine Licht Ein- und Auskopplung durch den Träger hindurch erfolgen können.
- Die elektrischen Ein- und Ausgänge werden durch entsprechende Kontakte des Rahmens bereitgestellt. Die Vorrichtung stellt somit für gemeinsam angeordnete opto-elektronische und elektrische Bauelemente sowohl optische als auch elektrische Ein- und Ausgänge bereit.
- Unter opto-elektronischen Bauelementen werden solche Bauelemente verstanden, die elektromagnetische Strahlung emittieren, wandeln, übertragen und/oder modulieren. Unter elektrischen Bauelementen werden beliebige elektrische Bauelemente außer solchen der Opto-Elektronik verstanden.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zur Kontaktierung der auf dem Träger angeordneten Bauelemente erste Kontaktbereiche des Trägers vorgesehen, über die die Bauelemente elektrisch mit dem Träger verbunden sind. Insbesondere handelt es sich um sogenannte Kontaktpads, die auf der Oberseite des Trägers ausgebildet sind und auf die entsprechenden Kontakte der Bauelemente aufgesetzt werden.
- Der optisch transparente Träger weist des weiteren bevorzugt zweite Kontaktbereiche auf, die mit den ersten Kontaktbereichen des Trägers elektrisch verbunden sind, insbesondere durch auf der Oberfläche des Trägers realisierte Leiterbahnen. Den zweiten Kontaktbereichen des Trägers sind dritte Kontaktbereiche des Rahmens zugeordnet, die mit den zweiten Kontaktbereichen des Trägers in elektrischem Kontakt stehen. Des weiteren sind auf oder in dem Rahmen elektrische Leiterbahnen vorgesehen, die zum einen mit den dritten Kontaktbereichen und zum anderen mit vierten elektrischen Kontaktbereichen des Rahmens verbunden sind, wobei letztere der externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung dienen und beispielsweise aus metallischen Bumps bestehen, über die die Vorrichtung mit einer Leiterplatte verbunden und kontaktiert wird.
- Eine elektrische Kontaktierung der auf dem optisch transparenten Träger angeordneten Bauelemente erfolgt somit durch elektrische Leiterbahnen auf dem Rahmen und auf dem Träger, wobei eine elektrische Verbindung zum einen zwischen dem Rahmen und dem Träger und zum anderen zwischen dem Träger und auf diesem angeordneten Bauelementen jeweils über an den Enden der Leiterbahnen ausgebildete Kontaktbereiche bereitgestellt wird.
- Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass eine Kontaktierung der auf dem Träger angeordneten Bauelemente nicht über auf der Oberfläche des Trägers ausgebildete Leiterbahnen erfolgt, sondern beispielsweise mittels Bonddrähten direkt von entsprechenden Kontaktbereichen des Rahmens zu den Bauelementen.
- Die opto-elektronischen oder elektrischen Bauelemente werden bevorzugt mittels Flip-Chip-Montage auf dem optisch transparenten Träger montiert. Andere Kontaktierungstechniken sind jedoch ebenfalls möglich, etwa Bondverbindungen zwischen den Bauelementen und zugehörigen Kontaktbereichen auf dem Träger.
- Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der Verwirklichung der Datenein- und Ausgänge als optische Ein- und Ausgänge durch den optisch transparenten Träger hindurch die der elektrischen Kontaktierung der Bauelemente dienenden Verbindungen bzw. Leiterbahnen in dem Rahmen und auf der Oberfläche des Trägers keine Hochfrequenzanforderungen erfüllen müssen. Diese dienen lediglich der elektrischen Versorgung der Bauelemente und ggf. der Übertragung von Steuersignalen. Durch diese vereinfachten Anforderungen an die elektrischen Verbindungen ist die Vorrichtung relativ kostengünstig herstellbar.
- Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zumindest in den Bereichen zwischen der ersten Oberfläche des Trägers und der Unterseite der optischen Bauelemente ein gemeinsamer optisch transparenter Verguss, der sowohl der Kapselung der Bauelemente dient als auch den optischen Signalweg zu den optischen Bauelementen schützt und sichert. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen können die Bauelemente auch vollständig mit einem entsprechenden transparenten Verguss umhüllt sein.
- In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ragt der Rahmen seitlich über den optischen Träger heraus. Dies ermöglicht, eine elektrische Kontaktierung des Rahmens in Bereichen vorzusehen, die seitlich des optisch transparenten Trägers liegen, so dass diese Kontaktierungen das durch den Träger bereitgestellte optische Fenster nicht stören.
- Bei dem Rahmen handelt es sich in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung um ein Keramikteil mit metallischen Leiterbahnen. Zur externen elektrischen Kontaktierung können metallische Bumps auf dem Rahmen montiert sein, welche über den montierten optischen Träger hervorragen. Auf diese Weise kann von der Unterseite sowohl die elektrische als auch die optische Kontaktierung bzw. Kopplung der Vorrichtung erfolgen.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rahmen derart gestuft ist, dass die der ersten Oberfläche des Trägers gegenüberliegende Oberfläche im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie die entsprechende Seite des Rahmens liegt oder gegenüber dieser etwas vor- oder zurückversetzt ist. In den gestuften Rahmen können dabei z.B. die elektrischen Leiterbahnen integriert sein. Ein Beispiel für eine solche Ausgestaltung eines Rahmens stellt ein Kunststoffrahmen mit umspritzten Metallkontakten dar.
- In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Rahmen aus einem Leadframe, auf den der optische Träger mit dem elektrischen und opto-elektronischen Bauelementen montiert ist. Nach der Montage wird der Leadframe zusammen mit dem optischen Träger und den Bauelementen bevorzugt mit einer Kunststoffmasse derart umhüllt, dass nur noch die Unterseite des optischen Trägers mit den optischen Ein- und/oder Ausgängen freiliegt.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der optisch transparente Träger Markierungen aufweist, die der Ausrichtung des Trägers während der Montage dienen. Bei den Markierungen kann es sich beispielsweise um metallische Strukturen handeln, die beispielsweise auf der Oberseite des Trägers aufgebracht sind, so dass sie durch den optisch transparenten Träger hindurch sichtbar sind. Die Strukturen können sowohl für die Montage der optischen Bauelemente als auch für die Montage der fertig montierten Vorrichtung verwendet werden. Alternativ werden die Markierungen durch mechanische Raststrukturen bereitgestellt, die bevorzugt an der Trägerunterseite, d.h. der mit den Bauelementen versehenen Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet sind. Auch können die mechanischen Raststrukturen an den Kanten des Trägers ausgebildet sein. Die Verwendung mechanischer Raststrukturen ermöglicht insbesondere auch eine passive Ausrichtung des Trägers bzw. der fertigmontierten Vorrichtung während der Montage des Trägers oder des Gehäuses.
- Bevorzugt werden optische Funktionselemente an dem optischen Träger angeordnet oder in diesen integriert. Die optischen Funktionselemente, bei denen es sich beispielsweise um Linsen oder Spiegel handelt, bewirken eine Lichtformung oder Lichtumlenkung der Strahlung der optischen Ein- oder Ausgänge der Vorrichtung.
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, an der Oberseite des Gehäuses, d.h. der mit den Bauelemente versehenen Seite des Trägers eine metallische Abdeckung anzuordnen. Diese kann umlaufend ausgebildet und mit dem Rahmen verbunden sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante ist die Metallabdeckung mit einem oder mehreren der Bauelemente mechanisch gekoppelt, insbesondere über eine wärmeleitende Paste oder einen wärmeleitenden Kleber, so dass die metallische Abdeckung als Kühlkörper und zur Abführung der Verlustleistung der Bauelemente dient. Auch kann vorgesehen sein, dass die metallische Abdeckung mit mindestens einem elektrischen Kontakt der Vorrichtung elektrisch verbunden ist, um eine elektrische Abschirmwirkung zu erreichen.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist bevorzugt mindestens zwei opto-elektronische Bauelemente auf, von denen mindestens eines einen Dateneingang der Vorrichtung und mindestens eines einen Datenausgang der Vorrichtung realisiert. Den optoelektronischen Bauelementen zugeordnet ist dabei bevorzugt mindestens ein integrierter Schaltkreis, für den die optoelektronischen Bauelemente den Dateneingang bzw. Datenausgang bereitstellen. Es liegt somit ein optischer Dateneingang vor, folgt im ersten opto-elektronischen Bauelement eine Umwandlung der optischen Daten in elektrische Daten, werden die elektrischen Daten im elektrischen Bauelement verarbeitet und die verarbeiteten bzw. neue Daten elektrisch vom elektrischen Bauelement ausgegeben, anschließend im zweiten opto-elektronischen Bauelement in optische Daten umgewandelt und optisch ausgegeben. Dabei können je nach Anzahl der eingehenden und ausgehenden Datenkanäle auch mehrere optoelektronische Bauelemente als Dateneingang oder -ausgang dienen.
- Die Anordnung der Bauelemente auf dem Träger ist bevorzugt symmetrisch. Insbesondere ist auf dieser Seite des integrierten Schaltkreises jeweils ein opto-elektronischer Wandler angeordnet.
- Die opto-elektronischen Bauelemente weisen bevorzugt jeweils ein Array opto-elektronischer Wandler auf, so dass über jedes opto-elektronische Bauelement eine Vielzahl optischer Eingangssignale in elektrische Eingangssignale für den integrierten Schaltkreis und eine Vielzahl elektrischer Ausgangssignale des integrierten Schaltkreises in optische Signalausgänge umgewandelt werden.
- Die Übertragung und Verarbeitung von Daten kann bei einem solchen Ausbau im Vergleich zu einer rein elektrischen Signalübertragung mit einer höheren Übertragungsrate erfolgen. Die opto-elektronischen Wandler führen eine Wandlung von optischen in elektrische Datenströme und umgekehrt in einer Funktion als Eingangsschnittstelle bzw. Ausgangsschnittstelle eines elektrischen Bauelements durch. Aufgrund der Heranführung und dem Weiterleiten der Daten auf optischen Wege liegen können die Anforderungen an die Hochfrequenztauglichkeit der Vorrichtung wesentlich reduziert werden.
- Die vorliegende Erfindung ist für sämtliche elektrische Bauelemente geeignet, die Daten übertragen und/oder verarbeiten. Es handelt sich bei den elektrischen Bauelementen beispielsweise um Mikroprozessoren mit einer Arithmetik-Logik-Einheit, um Memory-Chips oder auch um Switch-Einrichtungen. Im letzteren Fall enthält das elektrische Bauteil eine Schaltmatrix, die anhand von Headern der eingehenden Datenströme und Signalisierungsbefehlen bestimmt, wie die eingehenden Daten auf die Datenausgänge verteilt werden. Ein solcher Switch wird in an sich bekannter Weise insbesondere in Telekommunikationsnetzen eingesetzt.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektronischen Bauelementen; -
2 die Vorrichtung der1 in Untenansicht; -
3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektrischen Bauelementen, bei der der Rahmen der Vorrichtung durch einen Kunststoffrahmen mit Metallkontakten gebildet ist; -
4 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektrischen Bauelementen entsprechend dem Ausführungsbeispiel der3 , wobei in den Träger mechanische Raststrukturen und optische Funktionselemente integriert sind; -
5 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektrischen Bauelementen, wobei eine Lichtein- und Auskopplung von bzw. nach oben erfolgt und statt eines Deckels ein Verguss mit einer lichtundurchlässigen Vergussmasse vorgesehen ist und -
6 einen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit optoelektronischen und elektrischen Bauelementen, wobei der Rahmen als Leadframe ausgebildet ist und die Vorrichtung mit einer lichtundurchlässigen Vergussmasse umhüllt ist. - Die in den
1 und2 dargestellte Vorrichtung weist als wesentliche Elemente einen optisch transparenten Träger1 , zwei opto-elektronische Bauelemente21 ,22 , ein elektrisches Bauelement3 , einen Rahmen4 und einen metallischen Deckel5 auf. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine neue Anordnung dieser für sich genommen bekannten Elemente aus. - Der optisch transparente Träger besteht aus einem für die verwendeten Lichtwellenlängen transparenten Material, beipielsweise aus Glas, Silizium oder auch Kunststoff. Die opto-elektronischen Bauelemente
21 ,22 und das elektrische Bauelement23 sind auf der gleichen, inneren Oberfläche101a des Trägers1 angeordnet. Eine Lichtein- bzw. Auskopplung in bzw. aus den opto-elektronischen Bauelementen21 ,22 erfolgt durch den Träger1 und damit durch die äußere, zu der inneren Oberfläche101a parallele Oberfläche l0lb hindurch. Beispielsweise werden optische Eingangssignale in Richtung A durch den Träger1 hindurch in das opto-elektronische Bauelement22 eingekoppelt und in Richtung B aus dem optoelektronischen Bauelement21 jeweils senkrecht zur Oberfläche des Trägers1 ausgekoppelt. - Die opto-elektronischen Bauelemente
21 ,22 sind, wie in2 ersichtlich, als Array opto-elektronischer Wandler ausgebildet, so dass sie eine Vielzahl optischer Eingangssignale in elektrische Signale bzw. eine Vielzahl von elektrischen Signalen in optische Ausgangssignale umwandeln. - Bei dem elektrischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor, einen Memory-Chip oder einen in der Telekommunikation verwendeten Switch mit einem integrierten Koppelfeld. Allgemein kann ein beliebiger elektrischer Baustein eingesetzt werden, der eingehende Daten bearbeitet und die bearbeiteten und/oder neue Daten ausgibt.
- Optisch moduliert vorliegenden Eingangsdaten werden durch das opto-elekronische Bauelement
22 in elektrisch modulierte Daten für das elektrische Bauelement3 umgewandelt und die Ausgangsdaten des elektrischen Bauelements3 durch den optoelektronischen Wandler21 wieder in optisch modulierte Signale umgewandelt, so dass der Datenein- und -ausgang der Vorrichtung vollständig optisch erfolgt. Die ein- und ausgehenden Daten können dabei sowohl Daten eines Programms oder einer Datei als auch Signalisierungs- oder Steuerdaten sein, die den internen Ablauf des elektrischen Bauelements steuern. Dabei kann in einer alternativen Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen sein, speziell für die Steuerdaten weitere opto-elektronische Bauelemente vorzusehen. - Wie insbesondere der
2 entnommen werden kann, befinden sich auf der Oberfläche101 des optisch transparenten Trägers eine Vielzahl von Leiterbahnen102 ,103 . Einige diese Leiterbahnen102 verbinden erste elektrische Kontaktbereiche104 des Trägers1 mit zweiten elektrischen Kontaktbereichen105 des Trägers, andere dieser Leiterbahnen103 verbinden die ersten elektrischen Kontaktbereiche104 untereinander. Bei den ersten optischen Kontaktbereichen104 handelt es sich um Kontaktpads, die der Kontaktierung und elektrischen Verbindung der opto-elektronischen Bauelemente21 ,22 sowie des elektrischen Bauelementes3 mit dem Träger1 dienen. Die Bauelemente3 ,21 ,22 sind dabei in Flip-Chip-Montage auf dem Träger1 montiert, so dass keine Bondverbindungen zwischen den Kontakten der Bauelemente3 ,21 ,22 und den Kontaktpads104 notwendig sind, sondern die unten liegenden Kontakte (nicht gesondert dargestellt) der Bauelemente3 ,21 ,22 direkt in Kontakt mit den zugehörigen Kontaktpads104 des Trägers stehen. - Die zweiten elektrischen Kontaktbereiche
105 sind ebenfalls als Kontaktpads105 ausgebildet. Sie stehen in Kontakt mit zugeordneten dritten Kontaktbereichen bzw. Kontaktpads401 des den Träger1 mit den Bauelemente3 ,21 ,22 tragenden Rahmens4 . Der Rahmen4 wiederum enthält neben den genannten dritten optischen Kontaktbereichen401 vierte optische Kontaktbereiche402 , die im dargestellten Ausführungsbeispiel als metallische Bumps ausgebildet sind und über in den Rahmen integrierte, schematisch dargestellte Leiterbahnen403 mit den dritten elektrischen Kontaktbereichen401 verbunden sind. - Der Rahmen
4 ragt seitlich gegenüber dem Träger1 heraus, so dass der Rahmen4 über die vierten elektrischen Kontaktbereiche402 nach unten mit einer Leiterplatte kontaktiert und verbunden werden kann. Über die Leiterplatte, die elektrischen Kontaktbereiche402 , die elektrischen Leiterbahnen403 , die in Kontakt stehenden elektrischen Kontaktbereiche401 des Rahmens4 und105 des Trägers1 , die Leiterbahnen102 ,103 sowie die ersten Kontaktbereiche104 des Trägers erfolgt eine elektrische Versorgung und Beschaltung der Bauelemente3 ,21 ,22 . - Es wird darauf hingewiesen, dass in dem in
2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrische Versorgung bzw. Stromversorgung der opto-elektrischen Wandler21 ,22 über das elektrische Bauelement3 erfolgt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die opto-elektronischen Bauelemente21 ,22 über entsprechende elektrische Verbindungen direkt mit zugeordneten zweiten Kontaktpads105 des Trägers1 verbunden sind. - Ebenso wird darauf hingewiesen, dass in alternativen Ausgestaltungen auf gesonderte Leiterbahnen
102 ,103 auf dem Träger1 auch verzichtet werden kann. Die Baulemente3 ,21 ,22 werden dann direkt von dem Rahmen4 aus über Bonddrähte kontaktiert. - Wie der Schnittansicht der
1 entnommen werden kann, verläuft zwischen der inneren Oberfläche101 des Trägers1 und der Unterseite der Bauelemente21 ,22 ,3 ein optisch transparenter Verguss7 . Dieser dient zum einen der Kapselung der Bauelemente und zum anderen der Sicherung des optischen Signalwegs zwischen dem Träger1 und den opto-elektronischen Bauelementen21 ,22 vor Staub und Umwelteinflüssen. - Zwischen dem metallischen Deckel
5 und dem elektrischen Bauelement3 ist durch eine Paste oder einen Kleber6 mit guter thermischer Leitfähigkeit ein thermischer Kontakt hergestellt, so dass der metallische Deckel5 als Kühlkörper für das elektrische Bauelement3 dient. - Der Rahmen
4 besteht in der in den1 und2 dargestellten Ausführungsform aus einem Keramikteil, auf den metallische Leiterbahnen403 aufgebracht sind. - In der
3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich insofern von dem vorherigen Ausführungsbeispiel unterscheidet, als der Rahmen4' aus einem Kunststoffrahmen41' mit von dem Kunststoffrahmen41' umhüllten Metallkontakten42' besteht. Während der Kunststoffrahmen41' die tragende Funktion erfüllt, dienen die Metallkontakte42' , die beispielsweise durch ein Leadframe gebildet werden, der elektrischen Versorgung des Trägers1 bzw. der auf dem Träger angeordneten Bauelemente21 ,22 ,3 . - Der Rahmen
4' weist eine Stufe43' auf, so dass der Träger1 gewissermaßen in einer Aussparung44' des Rahmens4' liegt und die nach außen gerichtete Oberfläche l0lb des Trägers1 mit der unteren Fläche45' des Rahmens4' bündig abschließt bzw. gegenüber dieser etwas zurücksteht. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
4 sind in den Träger1' strahlformende Linsen91 ,92 sowie mechanische Raststrukturen81 ,82 eingebracht. Die Linsen91 ,92 dienen einer verbesserten Ein- bzw. Auskopplung von Licht und die mechanischen Raststrukturen81 ,82 als Positionierhilfe beim Positionieren sowohl des Trägers1' gegenüber dem Rahmen4 als auch der Vorrichtung insgesamt beispielsweise gegenüber anderen Vorrichtungen oder einer Leiterplatte. Auch können die Raststrukturen81 ,82 der passiven Justage dienen. - Das in
5 dargestellte Ausführungsbeispiel kommt ohne einen Deckel aus. Stattdessen ist der Bereich, der an die auf dem Träger1 angeordneten Bauelemente21 ,22 ,3 angrenzt, mit einem zweiten Vergussmaterial10 , bevorzugt einem nichttransparenten Vergussmaterial umhüllt. Diese Variante ist insbesondere bei Verwendung von elektrischen Bauelementen3 geeignet, die eine nur geringe Wärmeentwicklung besitzen und dementsprechend keiner intensiven Wärmeableitung durch einen Deckel bedürfen. - Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der
5 gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Träger1' oben liegt und eine Lichtein- bzw. Auskopplung nach oben erfolgt, d.h. die optischen Ein- und Ausgänge oben liegen. Der Rahmen4' ist wiederum als Kunststoffrahmen41' mit Metallkontakten42' ausgebildet, wobei die elektrischen Ein- und Ausgänge42a' weiterhin unten liegen. Diese Ausführungsvariante eignet sich insbesondere für eine Plazierung auf einer Leiterplatte. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
6 schließlich wird der Träger vollständig durch ein Leadframe4" gebildet. Ein hervorragender Arm41" des Leadframes dient dabei als Deckel/Abdeckung bzw. Wärmesenke für das elektrische Bauelement3 . Die Anordnung ist zur Ausbildung eines verkapselten Package in ein nichttransparentes Vergussmaterial10 eingegossen. Das nichttransparente Vergussmaterial10 schließt sich im Bereich der Bauelemente3 ,21 ,22 dabei an den transparenten Verguß7 zwischen dem Träger1' und zumindest der Unterseite der Bauelemente3 ,21 ,22 an. Letzterer wird naturgemäß vor dem nichttransparenten Verguß10 angebracht. - Es ist in dem Ausführungsbeispiel der
6 vorgesehen, dass die äußere Oberfläche l0lb' des Trägers1' gegenüber dem Rahmen4" nach außen etwas hervorsteht. Hierdurch wird erreicht, dass zwecks einer passiven Justage ein mechanischer Kontakt mit den Raststrukturen81 ,82 bei der Montage hergestellt werden kann.
Claims (27)
- Vorrichtung zur optischen und/oder elektrischen Datenübertragung und/oder -verarbeitung mit: – mindestens einem elektrischen Bauelement (
3 ), – mindestens einem mit einem elektrischen Bauelement (3 ) elektrisch verbundenen opto-elektronischen Bauelement (21 ,22 ), – einem optisch transparenten Träger (1 ,1' ) mit einer ersten Oberfläche (101a ), auf der das elektrische Bauelement (3 ) und das opto-elektronische Bauelement (21 ,22 ) angeordnet sind, wobei eine Lichtein- oder -auskopplung in bzw. aus dem opto-elektronischen Bauelement (21 ,22 ) durch den Träger (1 ,1' ) hindurch erfolgt, und – einem mit dem Träger (1 ,1' ) verbundenen Rahmen (4 ,4' ,4" ), über den die auf dem Träger (1 ,1' ) angeordneten Bauelemente (21 ,22 ,3 ) elektrisch kontaktiert sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung der auf dem Träger angeordneten Bauelemente (
21 ,22 ,3 ) erste Kontaktbereiche (104 ) des Trägers (1 ) vorgesehen sind, über die die Bauelemente elektrisch mit dem Träger verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch – zweite Kontaktbereiche (
105 ) des Trägers (1 ), die mit den ersten Kontaktbereichen (104 ) des Trägers (1 ) elektrisch verbunden sind und – dritte Kontaktbereiche (401 ) des Rahmens (4 ), die mit den zweiten Kontaktbereichen (105 ) des Trägers (1 ) in elektrischem Kontakt stehen. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch auf der ersten Oberfläche (
101a ) des Trägers realisierte Leiterbahnen (102 ,103 ), über die die ersten Kontaktbereiche (104 ) elektrisch mit den zweiten Kontaktbereichen (105 ) und/oder untereinander verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch im oder auf dem Rahmen (
4 ) angeordnete elektrische Leiterbahnen (403 ), die zum einen mit den dritten Kontaktbereichen (401 ) und zum anderen mit vierten elektrischen Kontaktbereichen (402 ) des Rahmens (4 ) verbunden sind, wobei letztere der externen elektrischen Kontaktierung der Vorrichtung dienen. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten Kontaktbereiche (
402 ) metallische Bumps zur elektrischen Verbindung der Vorrichtung insbesondere mit einer Leiterplatte sind. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (
21 ,22 ,3 ) mittels Flip-Chip-Montage mit dem optisch transparenten Träger (1 ,1' ) verbunden sind. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich zwischen dem Träger (
1 ,1' ) und der Unterseite der Bauelemente (21 ,22 ,3 ) ein optisch transparenter Verguss (7 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (
4 ) seitlich über den optisch transparenten Träger (1 ) hinausragt. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (
4' ) derart gestuft ausgeführt ist, dass die der ersten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche (l0lb) des Trägers (1 ) in der gleichen Ebene wie die entsprechende Seite (45' ) des Rahmens (4' ) oder gegenüber dieser etwas vor- oder zurückversetzt liegt. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (
9 ) aus einem Keramikteil mit metallischen Leiterbahnen (403 ) besteht. - Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (
4' ) ein Kunststoffrahmen (41' ) mit umspritzten Metallkontakten (42' ) ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen aus einem Leadframe (
4" ) besteht . - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
1 ) mit den Bauelementen (21 ,22 ,3 ) mit einer nichttransparenten Kunststoffmasse umhüllt ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
1' ) Markierungen (81 ,82 ) aufweist, die der Ausrichtung des Trägers (1' ) bei der Montage dienen. - Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen durch metallische Strukturen gebildet sind, welche auf der ersten Oberfläche des Trägers aufgebracht und dementsprechend durch den optisch transparenten Träger hindurch sichtbar sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen durch mechanische Raststrukturen (
81 ,82 ) an der der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche (l0lb) des Trägers (1' ) ausgebildet sind. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Träger (
1' ) optische Funktionselemente (91 ,92 ) integriert sind, die eine Lichtformung oder Lichtumlenkung ein- bzw. ausgekoppelten Lichtes bewirken. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine metallische Abdeckung (
5 ), die auf der Seite (101a ) des Trägers (1 ), auf der die Bauelemente (21 ,22 ,3 ) angeordnet sind, mit dem Rahmen (4 ,4' ) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckung (
5 ) zwecks einer Wärmekopplung mit einem oder mehreren der Bauelemente (3 ) mechanisch verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckung (
5 ) mit mindestens einem elektrischen Kontakt der Vorrichtung elektrisch verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 13 und mindestens einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckung (
41" ) Teil des Rahmens (4" ) ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens zwei opto-elektronische Bauelemente (
21 ,22 ) vorgesehen sind, von denen mindestens eines einen Dateneingang (A) der Vorrichtung und mindestens eines einen Datenausgang (B) der Vorrichtung darstellt. - Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass den mindestens zwei optoelektronischen Bauelementen (
21 ,22 ) mindestens ein als integrierter Schaltkreis ausgebildetes elektrisches Bauelement (3 ) zugeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Bauelement (
3 ) und die mindestens zwei opto-elektronischen Bauelemente (21 ,22 ) in symmetrischer Anordnung auf dem Träger (1 ,1' ) angeordnet sind, insbesondere je ein optoelektronischer Wandler auf einer Seite eines elektrischen Bauelementes angeordnet ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (
21 ,22 ) jeweils ein Array optoelektronischer Wandler aufweist, über die eine Vielzahl optischer Eingangssignale in elektrische Eingangssignale des elektrischen Bauelementes und eine Vielzahl elektrischer Ausgangssignale des elektrischen Bauelementes in optische Ausgangssignale umgewandelt werden. - Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (
3 ) ein Mikroprozessor, ein Memory-Chip oder ein Switch ist.
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