DE102007007355B4

DE102007007355B4 - Method for producing optical connections and optical arrangement

Info

Publication number: DE102007007355B4
Application number: DE102007007355.2A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Oppermann Hans-Hermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2027-02-15
Also published as: DE102007007355A1; WO2008098768A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung optischer Verbindungen zwischen zumindest einem ersten und einem zweiten optischen Bauelement, welche jeweils zumindest eine optische Verbindungsstelle aufweisen, bei dem – in einem ersten Schritt die Bauelemente auf einem Träger montiert und bezüglich ihrer Position zueinander fixiert werden, – in einem zweiten Schritt ein optisch transparenter Draht an seinem ersten Ende mit einer optisch transparenten Verbindungsstelle des ersten Bauelementes, wobei die Verbindungsstelle mit einem Kontaktmaterial überzogen ist, zusammengeführt und durch Beaufschlagung des Bereichs der Verbindungsbildung mit Ultraschall stoffschlüssig verbunden wird und – in einem dritten Schritt der Draht an seinem zweiten Ende mit einer optisch transparenten Verbindungsstelle des zweiten Bauelementes, wobei die Verbindungsstelle mit einem Kontaktmaterial überzogen ist, zusammengeführt und durch Beaufschlagung des Bereichs der Verbindungsbildung mit Ultraschall stoffschlüssig verbunden wird, wobei mindestens eine der beiden Verbindungen unmittelbar erfolgt.Method for producing optical connections between at least one first and a second optical component, each having at least one optical connection point, in which - in a first step, the components are mounted on a support and fixed relative to each other position, - in a second step optically transparent wire at its first end with an optically transparent connection point of the first component, wherein the junction is coated with a contact material, merged and bonded by applying the area of the compound formation with ultrasound and - in a third step, the wire at its second end with an optically transparent connection point of the second component, wherein the connection point is coated with a contact material, brought together and bonded by applying the area of the connection formation with ultrasound is connected, wherein at least one of the two compounds takes place immediately.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optischer Verbindungen zwischen zumindest einem ersten und einem zweiten optischen Bauelement, welche jeweils zumindest eine optisch transparente Verbindungsstelle bzw. einen optisch transparenten Bereich oder Fenster als Schnittstelle aufweisen. Die Verbindung erfolgt hierbei mit Hilfe von optisch transparenten Drähten, die mit dem Bauelement an der optischen Schnitt- bzw. Verbindungsstelle stoffschlüssig verbunden werden. Ebenso betrifft die Erfindung eine optische Anordnung mit zumindest einem ersten und einem zweiten optischen Bauelement, die eine derartige optische Verbindung aufweisen. Als optische Bauelemente kommen hier sowohl aktive als auch passive Bauelemente zur Anwendung.The invention relates to a method for producing optical connections between at least one first and one second optical component, which each have at least one optically transparent connection point or an optically transparent region or window as an interface. The connection takes place here by means of optically transparent wires, which are materially connected to the device at the optical interface or connection point. Likewise, the invention relates to an optical arrangement having at least a first and a second optical component, which have such an optical connection. As optical components both active and passive components are used here.

Als optische Verbindungen werden optische Wellenleiter für die Führung und Lenkung von Licht eingesetzt.As optical connections optical waveguides are used for the guidance and guidance of light.

Optische Wellenleiter werden aus transparenten Materialien, wie Polymeren oder Glas, hergestellt und können als optische Faser oder als planarer Wellenleiter ausgebildet sein. Hierbei ist die Transparenz in der jeweils relevanten Wellenlänge für die Auswahl der Materialien entscheidend. Für Infrarot-Anwendungen werden auch Silicium, GaAs, InP oder andere Materialen als transparente Medien mit wellenleitenden Strukturen ausgebildet.Optical waveguides are made of transparent materials, such as polymers or glass, and may be formed as an optical fiber or as a planar waveguide. Here, the transparency in the respectively relevant wavelength is crucial for the selection of the materials. For infrared applications, silicon, GaAs, InP or other materials are also formed as transparent media with waveguiding structures.

Planare Polymer-Wellenleiter werden beispielsweise durch Heißprägen in Folien oder lithographische Verfahren strukturiert und mit einem zweiten Material mit höherem Brechungsindex verfüllt. Auf Glas basierende planare Wellenleiter werden durch aufeinanderfolgendes Aufdampfen und Ätzen von Gläsern mit verschiedenem Brechungsindex oder durch Ionenwanderung im elektrischen Feld und damit einhergehender Änderung des Brechungsindex hergestellt.Planar polymer waveguides are patterned for example by hot stamping in films or lithographic processes and filled with a second material with a higher refractive index. Glass-based planar waveguides are fabricated by successive vapor deposition and etching of glasses of different refractive index or by ion migration in the electric field and concomitant change in refractive index.

Optische Fasern werden aus Gläsern gezogen oder als Polymerfaser erzeugt. Die Faserkerne werden zum Schutz der Oberfläche oft mit einem weiteren Material umhüllt, welches einen niedrigeren Brechungsindex besitzt.Optical fibers are drawn from glasses or produced as polymer fiber. The fiber cores are often covered with another material that has a lower refractive index to protect the surface.

Für die optische Verbindung werden die Wellenleiter oder die Fasern zu den optischen Schnittstellen der Bauelemente, den Linsen oder anderen Wellenleitern positioniert. Die Justage erfolgt über eine Vorrichtung, die die Faser beispielsweise in einer Nut aufnimmt. Oftmals muss die Faser in mehrere Raumrichtungen bewegt und um mehrere Achsen gedreht werden, bevor eine optimale Stellung erreicht wird, die durch eine ausreichende Kopplung des Lichts gegeben ist. Zur Optimierung der Kopplung wird der Laser oder Detektor aktiv betrieben und das Koppelsignal als Regelgröße zur Steuerung der Verfahrwege eines Justagetisches verwendet. Danach erfolgt eine Fixierung, zumeist durch Kleben. Solche Koppelmethoden werden als aktive Justage bezeichnet und sind relativ aufwändig.For the optical connection, the waveguides or fibers are positioned to the optical interfaces of the devices, the lenses or other waveguides. The adjustment takes place via a device which receives the fiber, for example in a groove. Often, the fiber must be moved in multiple directions and rotated about multiple axes before reaching an optimal position given by sufficient coupling of the light. To optimize the coupling, the laser or detector is actively operated and the coupling signal is used as a control variable for controlling the travel paths of a Justagetisches. Thereafter, a fixation, usually by gluing. Such coupling methods are referred to as active adjustment and are relatively expensive.

Besonders aufwändig wird das Koppelverfahren, wenn mehrere Schnittstellen auf einem Bauteil mit einem Faserbündel, einem Wellenleiter-Array, einem Linsen-Array oder ähnlichem gekoppelt werden müssen. Dies stellt hohe Anforderungen an die Justageroutine und ist nur möglich, wenn der Abstand zwischen den Koppelstellen (Pitch) von allen Bauelementen genau eingehalten ist. Des weiteren müssen nach der Justage auch hier die Bauelemente in der Position dauerhaft auf wenige Mikrometer bei multimodiger Kopplung oder sogar unter einem Mikrometer bei monomodiger Kopplung fixiert werden.The coupling process becomes particularly complicated if several interfaces on a component have to be coupled with a fiber bundle, a waveguide array, a lens array or the like. This places high demands on the adjustment routine and is only possible if the distance between the coupling points (pitch) of all components is precisely adhered to. Furthermore, after the adjustment, the components in the position must be permanently fixed to a few micrometers in multimode coupling or even less than a micrometer in monomodiger coupling.

Der Spalt zwischen den beiden Koppelschnittstellen soll in der Regel möglichst klein gehalten werden, da mit zunehmendem Abstand der Strahlfleck aufweitet und die Koppeleffizienz sich verschlechtert. Um die Aufweitung des Strahls zu reduzieren und die Reflektionen gegen Luft mit seinem niedrigen Brechungsindex zu minimieren, wird der Spalt vorzugsweise mit einem optisch transparenten Klebstoff verfüllt. Der Klebstoff verhindert auch den Eintritt von Verunreinigungen in den Spalt, welches die Koppeleffizienz drastisch herabsetzen könnte.As a rule, the gap between the two coupling interfaces should be kept as small as possible, since with increasing distance the beam spot expands and the coupling efficiency deteriorates. In order to reduce the expansion of the beam and to minimize the reflections against air with its low refractive index, the gap is preferably filled with an optically transparent adhesive. The adhesive also prevents the entry of contaminants into the gap, which could drastically reduce the coupling efficiency.

Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbindung optischer Bauelemente bereitzustellen, das einfach zu handhaben ist und gleichzeitig eine möglichst große Flexibilität bezüglich der Lage der optischen Interfaces ermöglicht. Hierdurch soll eine aufwändige Positionierung der Bauelemente vermieden werden. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen, dass ein nachträgliches Ausfüllen des Spaltes zwischen Wellenleiter und Bauelement erforderlich ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, Bauelemente mit unterschiedlichem Pitch der optischen Koppelstellen miteinander koppeln zu können oder eine frei wählbare optische Verschaltung zu ermöglichen.Based on this, it was an object of the present invention to provide a method for connecting optical components, which is easy to handle and at the same time allows the greatest possible flexibility with respect to the position of the optical interfaces. As a result, a complex positioning of the components should be avoided. It is also an object of the present invention to eliminate the disadvantages of the prior art that a subsequent filling of the gap between the waveguide and the device is required. Another object of the invention is to be able to couple components with different pitch of the optical coupling points with each other or to allow a freely selectable optical interconnection.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die optische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.This object is achieved by the method having the features of claim 1 and the optical arrangement having the features of claim 32. The other dependent claims show advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung optischer Verbindungen zwischen zumindest einem ersten und einem zweiten optischen Bauelement, welche jeweils zumindest einen optisch transparenten Bereich aufweisen, bereitgestellt. Bei diesem Verfahren werden die Bauelemente zunächst in einem ersten Schritt auf einen Träger, z. B. einen elektrischen Schaltungsträger montiert. Dabei ist es vorteilhaft, die optischen Koppelstellen möglichst nahe zueinander mit dem transparenten Fenster nach oben dem Träger abgewandten Seite anzuordnen. Im nächsten Schritt wird ein optisch transparenter Draht an seinem ersten Ende mit einer optischen Verbindungsstelle, einem optisch transparenten Bereich des ersten Bauelementes, wobei die Verbindungsstelle mit einem Kontaktmaterial überzogen ist, zusammengeführt und durch Beaufschlagung des Bereichs der Verbindungsbildung mit Ultraschall stoffschlüssig verbunden. In einem folgenden Schritt wird dann der optische Draht an seinem zweiten Ende mit einer optischen Verbindungsstelle des zweiten Bauelementes, wobei die Verbindungsstelle mit einem Kontaktmaterial überzogen ist, zusammengeführt und durch Beaufschlagung mit Ultraschall stoffschlüssig verbunden. Mindestens eine der beiden Verbindungen ist dabei unmittelbar. Unter unmittelbarer Verbindung ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass hier kein Spalt zwischen Bauelement und Faser auftritt, der somit auch nicht, wie im Stand der Technik üblich, mit einem optisch transparenten Klebstoff ausgefüllt werden muss.According to the invention, a method is provided for producing optical connections between at least one first and one second optical component, which each have at least one optically transparent region. at In this method, the components are first in a first step on a support, for. B. mounted an electrical circuit carrier. It is advantageous to arrange the optical coupling points as close as possible to each other with the transparent window facing away from the carrier side. In the next step, an optically transparent wire is brought together at its first end with an optical connection point, an optically transparent region of the first component, wherein the connection point is coated with a contact material, and bonded by applying the area of connection formation with ultrasound. In a following step, the optical wire is then brought together at its second end with an optical connection point of the second component, wherein the connection point is coated with a contact material, and bonded by application of ultrasound. At least one of the two compounds is immediate. Under direct connection according to the invention is to be understood that here no gap between the component and fiber occurs, which therefore does not need to be filled with an optically transparent adhesive, as usual in the prior art.

Unter Bauelementen werden optisch aktive Bauelemente, wie Laser, Modulatoren, LEDs, Photodetektoren, Arrays hiervon, Regeneratoren, optische Verstärker oder optisch aktive ICs verstanden. Diese Bauelemente können unverkapselt oder gehäust eingesetzt werden. Zu den hier berücksichtigten Bauelementen werden auch die passiven gezählt, hierzu gehören Wellenleiterstrukturen (z. B. AWGs, Splitter, Kombiner), Linsen, Polarisatoren, Bragg-Gitter. Hierzu zählen auch auf einen Träger montierte optische Fasern oder integrierte Wellenleiter, also alle aktiven als auch passiven Bauelemente gehäust oder ungehäust oder weiter integrierte Module aus mehreren einzelnen Bauelementen mit ihren optischen Verbindungsstellen.Components are understood to be optically active components, such as lasers, modulators, LEDs, photodetectors, arrays thereof, regenerators, optical amplifiers or optically active ICs. These components can be used without encapsulation or housed. Among the components considered here are the passive ones, which include waveguide structures (eg AWGs, splitters, combiners), lenses, polarizers, Bragg gratings. This also includes optical fibers or integrated waveguides mounted on a carrier, ie all active and passive components housed or unhoused or further integrated modules of several individual components with their optical connection points.

Nach der Kontaktierung des optischen Drahts mit der zweiten Verbindungsstelle kann der überstehende, optisch transparente Draht abgetrennt werden. Eine einfache Art und Weise besteht zum Beispiel darin, unter Aufbringung einer Kraft den Draht durch Quetschen im Querschnitt zu schwächen und ihn mit einer ruckartigen Bewegung abzureißen. Hierbei soll vorteilhafterweise das Ende des optischen Drahts aus der Öffnung der Kapillare für den nächsten Bondzyklus herausschauen.After contacting the optical wire with the second connection point, the protruding, optically transparent wire can be cut off. A simple way, for example, is to weaken the wire by squeezing it in cross-section while applying force, and tearing it off with a jerky motion. It should advantageously look out the end of the optical wire from the opening of the capillary for the next bonding cycle.

Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine optische Faser mit einem Bauelement (z. B. einer Linse oder einer zweiten Faser) mittels Laserfügen oder Schweißen verbunden wird. Dieses Verfahren wird aber nur zum Fügen von einzelnen Bauelementen ohne bereits bestehende räumliche Anordnung zueinander angewendet, wie es im Erfindungsfall benutzt wird. Hier wird ausgehend von einer durch eine vorherige Montage der Bauelemente festgelegte Anordnung ein optisch transparenter Draht zwischen den optischen Koppelstellen gezogen und mit den optischen Verbindungsstellen kontaktiert.From the prior art, a method is known in which an optical fiber is connected to a device (eg, a lens or a second fiber) by means of laser joining or welding. However, this method is only applied to the joining of individual components without already existing spatial arrangement to each other, as used in the invention case. Here, starting from an arrangement determined by a previous assembly of the components, an optically transparent wire is drawn between the optical coupling points and contacted with the optical connection points.

Ebenfalls zum Stand der Technik gehören die in US 6,516,121 A und US 5,955,010 A offenbarten Methoden zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei optischen Bauteilen. Der dazu verwendete optische Draht wird allerdings in direkten Kontakt mit der Verbindungsstelle des optischen Bauteils gebracht. Dabei wird das Drahtende zunächst erweicht, dann positioniert und auf die Kontaktstelle gepresst, und anschließend wieder gehärtet. Es wird jedoch kein Kontaktmaterial auf die Verbindungsstelle aufgebracht, welche die Verbindung zwischen Draht und Verbindungsstelle vermittelt. Die dadurch erziele Verbindung weist eine mangelhafte Stabilität auf. Außerdem ist das Verfahren in der Ausführung sehr anspruchsvoll, da eine hohe Präzision beim Anpressen des Drahtes fordert. Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Methode zur Verbindung optischer Bauelemente verwendet ein komplexes vorgefertigtes optisches Bauteil mit aufgebrachten Linsen und Spiegelflächen, welches zwischen die Bauelemente justiert wird. Dieses Verfahren benötigt aber eine genaue Vorjustage der optischen Bauelemente und eine ebenso genaue Justage des Verbindungselements. Mit der hier vorgestellten Erfindung ist die optische Verbindung aber wegen der einfachen Handhabung von Drähten wesentlich flexibler und kostengünstiger herzustellen.Also in the state of the art include in US 6,516,121 A and US 5,955,010 A disclosed methods for establishing a connection between two optical components. However, the optical wire used for this is brought into direct contact with the connection point of the optical component. The wire end is first softened, then positioned and pressed onto the contact point, and then hardened again. However, no contact material is applied to the joint, which mediates the connection between wire and joint. The resulting compound has poor stability. In addition, the process is very demanding in the design, since a high precision when pressing the wire calls. Another prior art method of interconnecting optical components employs a complex prefabricated optical component having mounted lenses and mirror surfaces which is adjusted between the components. However, this method requires a precise pre-adjustment of the optical components and an equally accurate adjustment of the connecting element. With the invention presented here, however, the optical connection is much more flexible and less expensive to manufacture because of the simple handling of wires.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei an das Drahtbonding von Metalldrähten angelehnt, was den Vorteil mit sich bringt, dass aus diesem Bereich bekannte Maschinen und Werkzeuge in ähnlicher Weise eingesetzt werden können. Anstelle des Metalldrahts befindet sich der optische Draht auf einer sich abwickelnden Spule. Der optische Draht wird über Rollen und sich schließende und öffnende Klammern zum Transport bis in eine Kapillare geführt, aus der der optische Draht durch ein kleines Loch herausragt. Die Kapillare ist an einem Bondkopf befestigt, der sich vertikal auf- und abwärts verfahren lässt. Am Bondkopf kann eine Abflammlanze befestigt sein, um einen Funken zu erzeugen, wobei das Entladungsplasma den optischen Draht erwärmt und anschmilzt. Es kann auch ein heizbares Werkzeug angebracht werden, mit welchem die Drahtspitze durch Druck und Temperatur umgeschmolzen oder deformiert wird, um eine kugel- oder stumpfförmige Verbreiterung zu erhalten und um mit der Kapillare ähnlich wie beim Ball-Bonden die Drahtspitze auf die Koppelstelle zu drücken. Die Kapillare kann dabei an einen Transducer befestigt sein, um Ultraschall in die Verbindungsstelle zwischen der optischen Drahtspitze und der Koppelstelle einzubringen und die Verschweißung oder Verklebung zu erleichtern.The method according to the invention is based on the wire bonding of metal wires, which has the advantage that known machines and tools can be used in a similar manner from this field. Instead of the metal wire, the optical wire is on a unwinding coil. The optical wire is guided over rollers and closing and opening staples for transport into a capillary, from which the optical wire protrudes through a small hole. The capillary is attached to a bonding head that can be moved vertically up and down. A scavenger lance may be attached to the bonding head to generate a spark, wherein the discharge plasma heats and fuses the optical wire. It can also be a heatable tool attached, with which the wire tip is remelted or deformed by pressure and temperature in order to obtain a spherical or truncated widening and to push the tip of the wire with the capillary similar to the ball bonding on the coupling point. The capillary can be attached to a transducer to ultrasound into the junction between the optical Insert wire tip and the coupling point and facilitate the welding or bonding.

In einem solchen Gerät liegt das Substrat mit den montierten Bauelementen auf einem verfahrbaren Tisch, der zusätzlich geheizt werden kann. Die Positionierung der Drahtspitze zum Koppelfenster erfolgt wie beim konventionellen Drahtbonden horizontal durch Verfahren des Tischs und vertikal durch Absenken des Bondkopfs.In such a device, the substrate with the mounted components is on a movable table, which can be heated in addition. The positioning of the wire tip to the coupling window is done as in conventional wire bonding horizontally by moving the table and vertically by lowering the bond head.

Als optisch transparenter Draht wird vorzugsweise eine Lichtleitfaser eingesetzt. Der optisch transparente Draht enthält oder besteht vorzugsweise aus einem transparenten Polymer, welches vorzugsweise in großer Länge, z. B. auf einer Rolle, aufgewickelt sein kann. Der optisch transparente Draht kann aber auch aus einem dünnen Glasfaden oder einem mit Polymer ummantelten Glasfaden oder aus einem aus mehreren Lagen bestehenden Polymerfaden bestehen. Solche Materialien in den unterschiedlichen Lagen können zum Beispiel danach ausgewählt werden, dass eine innere Lage der Lichtführung und eine äußere Lage der Kontaktierung dient, und um die innere Lage vor Beschädigung zu schützen.As an optically transparent wire, an optical fiber is preferably used. The optically transparent wire preferably contains or consists of a transparent polymer which is preferably of great length, e.g. B. on a roll, can be wound up. However, the optically transparent wire can also consist of a thin glass thread or a polymer thread sheathed with polymer or of a multi-layered polymer thread. For example, such materials in the different layers may be selected according to an inner layer of light guide and an outer layer of bonding, and to protect the inner layer from damage.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass der optisch transparente Draht zumindest bereichsweise mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogen ist. Diese besteht vorzugsweise aus mindestens einem Metall. Es sind auch mehrere Metallisierungsschichten möglich.A further preferred variant provides that the optically transparent wire is at least partially coated with an electrically conductive layer. This preferably consists of at least one metal. There are also several metallization layers possible.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mindestens ein optisches Bauelement gehäust ist und die optische Verbindungsstelle einen optisch transparenten Bereich des Gehäuses darstellt.A preferred variant of the method according to the invention provides that at least one optical component is housed and the optical connection point represents an optically transparent region of the housing.

Eine weitere erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass mindestens ein optisches Bauelement zumindest an der optischen Verbindungsstelle zunächst mit einer optisch transparenten Beschichtung, insbesondere aus einem organischen Material, versehen wird und die optische Verbindungsstelle zumindest ein Bereich dieser Beschichtung ist. Diese Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem organischen Material, welcher das Bonden des optischen Drahts erleichtert.A further variant according to the invention provides that at least one optical component, at least at the optical connection point, is first provided with an optically transparent coating, in particular of an organic material, and the optical connection point is at least one region of this coating. This coating is preferably made of an organic material which facilitates bonding of the optical wire.

Die optischen Bauelemente werden vor der Kontaktierung mit den optischen Drähten mit einem Material an der Verbindungsstelle überzogen, um eine bessere Verbindung zwischen Draht und Verbindungsstelle zu erzielen. Insbesondere bei Bauelementen mit anorganischen Oberflächen im optisch transparenten Bereich, z. B. bestehend aus Oxiden oder Nitriden, kann das Auftragen von dünnen Schichten aus einem Kontaktmaterial, z. B. durch einen Sprüh-, Tauch-, Stempel- oder Dispensprozess, erfolgen. Solche kontaktfördernden Materialien sind beispielsweise transparente Polymere, die sich in einem anschließenden Schritt einfacher mit den optischen Drähten verbinden lassen. Vorzugsweise kann auch ein UV-härtendes Polymer als Kontaktmaterial verwendet werden, weshalb man zweckmäßigerweise während der Kontaktierung eine lokal auf den optisch transparenten Bereich des optischen Bauelementes gerichtete UV-Quelle einsetzt.The optical components are coated with a material at the joint prior to contacting the optical wires to provide a better bond between the wire and joint. Particularly in the case of components with inorganic surfaces in the optically transparent region, for. B. consisting of oxides or nitrides, the application of thin layers of a contact material, for. B. by a spray, dipping, stamping or dispensing process done. Such contact-promoting materials are, for example, transparent polymers which can be more easily connected to the optical wires in a subsequent step. Preferably, it is also possible to use a UV-curing polymer as the contact material, which is why it is expedient to use a UV source which is locally directed onto the optically transparent region of the optical component during the contacting.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Verbindung zwischen den optischen Bauelementen und den optischen Drähten durch Schweißen, Laserschweißen, Reib- oder Pressschweißen hergestellt wird.A further preferred embodiment provides that the connection between the optical components and the optical wires is produced by welding, laser welding, friction or pressure welding.

Der Verbindungsprozess ist an die Materialien der optisch transparenten Drähte und des optischen Bauelementes im Bereich der Kopplung an der optischen Verbindungsstelle anzupassen. So kann durch Temperaturbeaufschlagung und/oder Andruckkraft eine Verbindung erzeugt werden. Zusätzlich wird der Bereich der Verbindungsbildung mit Ultraschall beaufschlagt. Hierbei ist bevorzugt, dass der Ultraschall mit seiner Ausbreitungsrichtung in Drahtrichtung und/oder in Richtung senkrecht zum Draht eingekoppelt wird. Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der optisch transparente Draht an mindestens einem Ende mit einem Werkzeug mechanisch gestaucht und abgeplattet wird und anschließend dieser abgeplattete Bereich mit dem optischen Bauelement in Kontakt gebracht wird. In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens kann der optisch transparente Draht mit einem elektrisch leitenden Oberzug versehen werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der Drahtspitze und einer Abflammlanze wird ein Funken erzeugt, wodurch dann das Drahtende zumindest bereichsweise aufgeschmolzen wird, so dass im Anschluss das aufgeschmolzene Drahtende gestaucht und abgeplattet werden kann.The bonding process is to be adapted to the materials of the optically transparent wires and of the optical component in the region of the coupling at the optical connection point. Thus, a connection can be generated by applying temperature and / or pressure. In addition, the area of the connection formation is subjected to ultrasound. In this case, it is preferred that the ultrasound is coupled in with its propagation direction in the wire direction and / or in the direction perpendicular to the wire. A further preferred variant of the inventive method provides that the optically transparent wire is mechanically compressed and flattened on at least one end with a tool and then this flattened region is brought into contact with the optical component. In a further variant of the method according to the invention, the optically transparent wire can be provided with an electrically conductive top coat. By applying an electric field between the wire tip and a Abflammlanze a spark is generated, whereby then the wire end is at least partially melted, so that subsequently the molten wire end can be compressed and flattened.

Hinsichtlich der geometrischen Anordnung des Drahtendes zum optischen Bauelement sind unterschiedliche Varianten denkbar. Eine bevorzugte Variante beruht darauf, dass der optisch transparente Draht im Wesentlichen senkrecht auf der optisch Verbindungsfläche des Bauelementes mit diesem in Kontakt gebracht wird, d. h. dass die Stirnseite des Drahts mit der Verbindungsfläche in Kontakt kommt. Eine Verbreiterung des Endes vor dem Bonden durch Ballbildung oder Stauchen erleichtert die Verwendung der Kapillare als Werkzeug zur Kraftübertragung ähnlich wie beim Ball-Wedge-Bonden von Golddraht.With regard to the geometric arrangement of the wire end to the optical component different variants are conceivable. A preferred variant is based on that the optically transparent wire is brought into contact with the optically transparent wire substantially perpendicular to the optical connection surface of the component, d. H. that the front side of the wire comes into contact with the connection surface. Broadening the end prior to bonding by balling or upsetting facilitates the use of the capillary as a power transmission tool similar to ball-wedge bonding gold wire.

Eine andere bevorzugte Variante sieht vor, dass eine im Wesentlichen zur optischen Verbindungsfläche parallele Anbringung entlang einer gewissen Drahtlänge vorgenommen wird, wobei der optisch transparente Draht an seinem Ende seitlich abgeflacht wird (Wedge- oder Keilbond).Another preferred variant provides that a substantially parallel to the optical connection surface mounting along a certain wire length is made, wherein the optically transparent wire is flattened laterally at its end (Wedge- or Keilbond).

In einer vorteilhaften Variante kann am Bondwerkzeug eine mechanische Struktur angebracht sein, die beim Bonden des optischen Drahts ein Profil in die Drahtoberfläche einprägt. Insbesondere bei paralleler Anordnung des optischen Drahts zur Koppelstelle können zum Beispiel keilförmige oder pyramidenförmige Einkerbungen eine Streuung des Lichts und somit eine Verbesserung der Einkopplung ermöglichen.In an advantageous variant, a mechanical structure can be attached to the bonding tool, which impresses a profile in the wire surface during bonding of the optical wire. In particular, with a parallel arrangement of the optical wire to the coupling point, for example, wedge-shaped or pyramid-shaped notches can allow a scattering of the light and thus an improvement of the coupling.

Auch hinsichtlich der Positionierung des optisch transparenten Drahts zum optischen Bauelement bestehen verschiedene Möglichkeiten. Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass der Draht durch eine Kapillare geleitet wird, so dass er mit seinem zu verbindenden Ende aus dem Loch der Kapillare heraussteht. Eine andere erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass der optisch transparente Draht mit der Kapillare an einem Bondkopf befestigt ist. Der durch den Bondkopf und/oder die Kapillare gehaltene optische Draht kann dann durch die Bewegung des Bondkopf oder der Kapillaren zu den optisch transparenten Kontaktflächen der Bauelemente geführt werden. Ebenso ist es aber auch möglich, dass der optisch transparente Draht durch den Bondkopf oder die Kapillare nur gehalten wird und der Montageträger mit den montierten optischen Bauelemente so bewegt wird, dass eine Kontaktierung ermöglicht wird.There are also various possibilities with regard to the positioning of the optically transparent wire to the optical component. A preferred variant provides that the wire is passed through a capillary, so that it protrudes with its end to be joined out of the hole of the capillary. Another variant according to the invention provides that the optically transparent wire with the capillary is fastened to a bonding head. The optical wire held by the bonding head and / or the capillary can then be guided by the movement of the bonding head or the capillaries to the optically transparent contact surfaces of the components. Likewise, it is also possible that the optically transparent wire is held only by the bonding head or the capillary and the mounting bracket is moved with the assembled optical components so that a contact is made possible.

Nach Positionierung der Kapillare über der Koppelstelle wird die Kapillare mit dem herausschauenden Ende des optisch transparenten Drahts auf die optischen Koppelstelle, d. h. den optisch transparenten Kontaktflächen abgesetzt und z. B. durch Pressverschweißung verbunden.After positioning the capillary over the coupling site, the capillary with the outwardly-looking end of the optically transparent wire on the optical coupling point, d. H. discontinued the optically transparent contact surfaces and z. B. connected by press welding.

In einer bevorzugten Variante wird das aus der Kapillare herausragende Drahtende zunächst mit einem Werkzeug gestaucht, sodass der Kopf einen größeren Durchmesser als die Kapillarenöffnung hat. Bei der Kontaktierung des Drahtendes mit der optischen Verbindungsstelle kann dann zur Kraftübertragung mit der Kapillare auf den Drahtkopf gepresst werden (Ball-Bond).In a preferred variant, the wire end protruding from the capillary is first compressed with a tool so that the head has a larger diameter than the capillary opening. When contacting the wire end with the optical connection point can then be pressed for power transmission with the capillary to the wire head (ball-bond).

In einer weiteren bevorzugten Weise wird der optisch transparente Draht längsseitig und parallel zur optischen Verbindungsfläche des Bauelements kontaktiert. Dabei wird das zu verbindende Drahtende vom Fuß der Kapillare so abgeplattet, dass eine ausgedehnte längsseitige Kontaktfläche zwischen dem optisch transparenten Draht und der optisch transparenten Kontaktfläche des Bauelements entsteht (Wedge- oder Keilbond).In a further preferred manner, the optically transparent wire is contacted on the longitudinal side and parallel to the optical connection surface of the component. In this case, the wire end to be connected is flattened by the foot of the capillary so that an extended longitudinal contact surface between the optically transparent wire and the optically transparent contact surface of the device is formed (Wedge- or Keilbond).

Die Montage der optischen Bauelemente erfolgt durch Kleben oder Löten, die elektrische Kontaktierung erfolgt mit Verbindungstechniken, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, also z. B. Draht- oder Bändchenbonden mit Gold- oder Aluminiumdrähten oder mittels Flip-Chip-Montage. Die Montage und elektrische Kontaktierung erfolgt wegen der höheren Temperaturen vorzugsweise vor dem optischen Drahtbonden. Das Draht- und Bändchenbonden kann aber auch nach dem Bonden der optischen Drähte erfolgen.The assembly of the optical components is carried out by gluing or soldering, the electrical contact is made with connection techniques that are known from the prior art, ie z. As wire or ribbon bonding with gold or aluminum wires or by flip-chip mounting. The assembly and electrical contacting is preferably because of the higher temperatures before the optical wire bonding. The wire and ribbon bonding can also be done after the bonding of the optical wires.

Insbesondere dann, wenn das Bonden der optischen Drähte nach der elektrischen Kontaktierung erfolgt, kann das Bauelement während der optischen Kontaktierung betrieben werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Bauelement eine lichtemittierende Kontaktfläche aufweist und in den Bondkopf neben der Kapillare mit dem optisch transparenten Draht ein Lichtsensor integriert ist. Zunächst wird der Lichtsensor über die lichtemittierende Kontaktfläche so geführt, dass die vom Lichtsensor registrierte Signalstärke maximal wird, dann wird der Bondkopf um den zwischen dem Lichtsensor und der Kapillaren bekannten Abstand verschoben, so dass der optische Draht direkt über die lichtemittierende Kontaktstelle positioniert und gebondet wird. Auf diese Weise erfolgt eine aktive Justage des optisch transparenten Drahts zur optischen Kontaktfläche des Bauelements durch Referenzmessung.In particular, when the bonding of the optical wires takes place after the electrical contacting, the component can be operated during the optical contacting. In this case, it is preferred that the component has a light-emitting contact surface and a light sensor is integrated into the bondhead in addition to the capillary with the optically transparent wire. First, the light sensor is guided over the light emitting contact surface so that the signal strength registered by the light sensor becomes maximum, then the bonding head is displaced by the distance known between the light sensor and the capillaries, so that the optical wire is positioned and bonded directly over the light emitting pad , In this way, an active adjustment of the optically transparent wire to the optical contact surface of the device by reference measurement.

Eine weitere Variante sieht vor, dass ein Bauelement eine lichtsensitive Kontaktfläche aufweist und in den Bondkopf neben der Kapillare mit dem optisch transparenten Draht eine Lichtquelle integriert ist. Zunächst wird die Lichtquelle über die lichtsensitive Kontaktfläche so geführt, dass die vom Bauelement registrierte Signalstärke maximal wird, dann wird der Bondkopf um den zwischen der Lichtquelle und der Kapillaren bekannten Abstand verschoben, so dass der optische Draht direkt über die lichtsensitive Kontaktstelle positioniert und gebondet wird. Auf diese Weise erfolgt eine aktive Justage des optisch transparenten Drahts zur optischen Kontaktfläche des Bauelements durch Referenzmessung.Another variant provides that a component has a light-sensitive contact surface and a light source is integrated into the bondhead in addition to the capillary with the optically transparent wire. First, the light source via the light-sensitive contact surface is guided so that the signal strength registered by the device is maximum, then the bonding head is shifted by the distance known between the light source and the capillaries, so that the optical wire is positioned and bonded directly over the light-sensitive pad , In this way, an active adjustment of the optically transparent wire to the optical contact surface of the device by reference measurement.

Bei den beiden zuvor genannten Varianten ist die am Bondkopf integrierte Lichtquelle vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Laser, einer Leuchtdiode und mit einer optischen Faser gekoppelten Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen und Halogenlampen. Der am Bondkopf integrierte Lichtsensor ist hierbei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Photodetektoren, Photoresistoren, CCD- und CMOS-Kameras und mit einer optischen Faser gekoppelten Lichtsensoren.In the two aforementioned variants, the light source integrated on the bonding head is preferably selected from the group consisting of a laser, a light-emitting diode and light sources coupled to an optical fiber, such as a light source. B. incandescent and halogen lamps. The light sensor integrated in the bonding head is hereby preferably selected from the group consisting of photodetectors, photoresistors, CCD and CMOS cameras and light sensors coupled to an optical fiber.

Werden die optischen Bauelemente wie zuvor erwähnt beim Bonden der optischen Drähte aktiv betrieben, können diese zur Kontrolle und Regelung des Bondvorgangs genutzt werden. Wird in einer Variante zum Beispiel eine lichtemittierende Kontaktfläche mit einem optischen Draht gebondet, kann das in den Draht eingekoppelte Licht an einer anderen Stelle, z. B. am Bondkopf oder zwischen der Kapillare und der Spule im Sonder detektiert werden. Dies geschieht beispielsweise durch Messung von Streulicht, Auskopplung des Lichts an einer Krümmung des Bonddrahts oder durch ein eng anliegendes Material mit höherem Brechungsindex.If the optical components are actively operated when bonding the optical wires, as mentioned above, they can be used for checking and regulating purposes be used the bonding process. In a variant, for example, if a light-emitting contact surface is bonded to an optical wire, the light coupled into the wire can be applied at a different location, eg. B. at the bondhead or between the capillary and the coil can be detected in the special. This is done, for example, by measuring scattered light, coupling out the light at a curvature of the bonding wire or by a close-fitting material with a higher refractive index.

Umgekehrt kann Licht in den Bonddraht in umgekehrter Richtung innerhalb des Bonders eingekoppelt werden, um den Bondvorgang auf einer lichtsensitiven Kontaktstelle durch Auslesen des Signals am Bauelement zu kontrollieren oder zu regeln.Conversely, light can be coupled into the bond wire in the reverse direction within the bonder to control or regulate the bonding process on a light sensitive pad by reading the signal on the device.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, dass mehrere optische Verbindungen zwischen optischen Bauelementen, die zwei oder mehr optische Kontaktflächen aufweisen, hergestellt werden. Vorteilhafterweise kann dabei das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Mehrkanal-Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der optische Kontaktabstand des ersten Bauelementes sich gegenüber der Wellenleiteranordnung oder dem des zweiten Bauelementes unterscheidet. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Spreizung der Kontaktabstände zwischen den beiden Anordnungen der optischen Verbindungsstellen der jeweiligen Bauelemente durch nichtparallele Führung benachbarter optischer Drähte ermöglicht werden.The method according to the invention also makes it possible to produce a plurality of optical connections between optical components which have two or more optical contact surfaces. Advantageously, the method according to the invention can be used in particular in multi-channel applications in which the optical contact spacing of the first component differs from the waveguide arrangement or that of the second component. With the aid of the method according to the invention, a spreading of the contact distances between the two arrangements of the optical connection points of the respective components can be made possible by non-parallel guidance of adjacent optical wires.

Zum mechanischen Schutz der optischen Drähte gegen Berührung oder gegen mechanische Schwingungen können zusätzlich Vergussmassen, z. B. in Form von polymeren Abdeckmassen, so aufgebracht werden, dass die mindestens ein optisch transparenter Draht vollständig oder zum Teil von der Vergussmasse umgeben ist. Um die Lichtführung nicht zu beeinträchtigen, sollte der Brechungsindex der Vergussmasse kleiner als der der optischen Drähte sein. Eine andere erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass optisch transparente Drähte mit einem reflektierenden Überzug, z. B. einem aufgedampften oder gesputterten Metall, verwendet werden, so dass eine Unabhängigkeit vom Brechungsindex besteht. Damit lassen sich dann auch die optischen Dämpfungsverluste bei kleinen Krümmungsradien der optisch transparenten Drähte reduzieren. Ein Aufreißen der reflektierenden Oberfläche an den Drahtenden während des Verbindungsprozesses und das Einarbeiten in die optische Kontaktfläche können zu einer Streuung des Lichts führen, in bestimmten Fällen aber auch zur Steigerung der Koppeleffizienz zwischen Bauelement und optischem Draht. Durch Zugabe von Füllstoffen zu der Vergussmasse können deren mechanische und thermomechanische Eigenschaften verbessert werden. Solche Füllstoffe lassen sich auch verwenden, um die Vergussmasse undurchsichtig zu machen und somit ein Übersprechen der optischen Signale zwischen den optischen Drähten oder zwischen benachbarten optischen Bondstellen zu verhindern. Als Füllstoffe bzw. Partikel kommen hier z. B. Licht-absorbierende Partikel, insbesondere Ruß oder Pigmente, in Frage. Ebenso können der Vergussmasse lichtstreuende Partikel, insbesondere Siliciumoxid oder Quarz, zugesetzt werden, um die Ein- oder Auskopplung in zur Drahtachse abweichenden Richtungen zu erhöhen.For mechanical protection of the optical wires against contact or against mechanical vibrations may additionally casting compounds, for. B. in the form of polymeric covering materials, are applied so that the at least one optically transparent wire is completely or partially surrounded by the potting compound. In order not to impair the light guide, the refractive index of the potting compound should be smaller than that of the optical wires. Another variant of the invention provides that optically transparent wires with a reflective coating, for. As a vapor-deposited or sputtered metal, are used so that there is an independence from the refractive index. In this way, the optical attenuation losses at small radii of curvature of the optically transparent wires can be reduced. Rupture of the reflective surface at the wire ends during the bonding process and incorporation into the optical contact surface can lead to a scattering of the light, but in certain cases also to increase the coupling efficiency between the component and the optical wire. By adding fillers to the potting compound, its mechanical and thermomechanical properties can be improved. Such fillers can also be used to render the potting compound opaque and thus prevent crosstalk of the optical signals between the optical wires or between adjacent optical bonds. As fillers or particles come here z. As light-absorbing particles, in particular carbon black or pigments, in question. Likewise, light-scattering particles, in particular silicon oxide or quartz, can be added to the potting compound in order to increase the coupling or uncoupling in directions deviating from the wire axis.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung optischer Verbindungen zwischen aktiven ebenso wie zwischen passiven Bauelementen eingesetzt werden. Ebenso ist die optische Verbindung von aktiven Bauelementen zu passiven Bauelementen möglich. Die optischen Bauelemente sind vorzugsweise bereits auf einem Träger dauerhaft und für die optische Drahtverbindung vorteilhaft zueinander ausgerichtet montiert und bezüglich ihrer Positionierung zueinander fixiert. Sie sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Laser, einem Photodetektor, einem Modulator, einer LED, einem Array hiervon, einem Regenerator, einem optischen Verstärker, einem optisch aktiven IC, einem Wellenleiter, einem Splitter, einem Kombiner, einer Linse, einem Linsensystem, einem Polarisator, einem Bragg-Gitter, einem Filter einem Wellenleiter-Array (AWG), einer optischen Faser und/oder einem integrierten Wellenleiter. Die Bauelemente können ungehäust, gehäust oder integriert vorliegen.The method according to the invention can be used for producing optical connections between active as well as between passive components. Likewise, the optical connection of active components to passive components is possible. The optical components are preferably already mounted permanently on a carrier and advantageously aligned with respect to one another for the optical wire connection and fixed relative to one another with respect to their positioning. They are preferably selected from the group consisting of a laser, a photodetector, a modulator, an LED, an array thereof, a regenerator, an optical amplifier, an optically active IC, a waveguide, a splitter, a combiner, a lens, a Lens system, a polarizer, a Bragg grating, a waveguide array (AWG) filter, an optical fiber, and / or an integrated waveguide. The components can be unhoused, housed or integrated.

Erfindungsgemäß wird ebenso eine optische Anordnung mit zumindest einem ersten und einem zweiten optischen Bauelement, welche jeweils zumindest einen optisch transparenten Bereich als Verbindungsstelle aufweisen, sowie mit mindestens einem optisch transparenten Draht bereitgestellt. Der zumindest eine optisch transparente Draht verläuft dabei von einer optischen Verbindungsstelle des ersten optischen Bauelementes zu einer optisch transparenten Verbindungsstelle des zweiten optischen Bauelementes. Dabei ist der mindestens eine optisch transparente Draht mit mindestens einer optischen Verbindungsstelle, die schichtartig mit einem Kontaktmaterial überzogen ist, stoffschlüssig verbunden. Diese ist vorzugsweise nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt.According to the invention, an optical arrangement with at least one first and one second optical component, which each have at least one optically transparent region as a connection point, as well as with at least one optically transparent wire is likewise provided. The at least one optically transparent wire extends from an optical connection point of the first optical component to an optically transparent connection point of the second optical component. In this case, the at least one optically transparent wire with at least one optical connection point, which is coated in layers with a contact material, materially connected. This is preferably prepared by the method described above.

In einer optischen Anordnung wird ein optisches Bauelement mit einer Wellenleiterstruktur und freiliegender Facette an der Kante mit einem optisch transparenten Draht so kontaktiert, das der optische Draht mit seinem Kontaktfuß die Facette umschließt und das Licht unmittelbar aus dem optischen Draht in den Wellenleiter oder aus dem Wellenleiter in den optischen Draht eingekoppelt wird. Solche Bauelemente sind beispielsweise kantenemittiernde Laser oder kantensensitive Photodetektoren mit Wellenleiterstruktur. Zur Verminderung des Abstands zwischen Facette und Substratoberfläche kann ein Verbindungselement kleiner als der Laser oder Photodetektor montiert werden, um kleine Drahtdurchmesser hierfür zu verwenden.In an optical arrangement, an optical device having a waveguide structure and exposed facet edge is contacted with an optically transparent wire such that the optical wire with its contact foot encloses the facet and the light directly from the optical wire into the waveguide or waveguide is coupled into the optical wire. Such devices include, for example, edge-emitting lasers or edge-sensitive photodetectors Waveguide structure. To reduce the distance between facet and substrate surface, a connector smaller than the laser or photodetector may be mounted to use small wire diameters therefor.

Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.The object according to the invention is intended to be explained in more detail with reference to the following figures, without wishing to restrict it to the specific embodiments shown here.

In 1 ist eine Variante einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung dargestellt. Hierbei sind auf einem Substrat 1 ein Laser 2 und ein Photodetektor 4 fix montiert. Beide optischen Bauelemente weisen optisch transparente Bereiche als Verbindungsstelle auf, wobei die Verbindungsstellen über einen optisch transparenten Draht 3 verbunden sind. Die elektrische Kontaktierung der Bauelemente erfolgt über gebondete metallische Drähte 5 und 5'.In 1 a variant of an optical arrangement according to the invention is shown. Here are on a substrate 1 a laser 2 and a photodetector 4 permanently mounted. Both optical components have optically transparent regions as a connection point, wherein the connection points via an optically transparent wire 3 are connected. The electrical contacting of the components via bonded metallic wires 5 and 5 ' ,

2a zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung, die auf einer elektrooptischen Leiterplatte 6 mit vergrabener Wellenleiterstruktur 7 basiert. Auf der Leiterplatte ist ein Laser 2 angeordnet, der eine optisch transparente Verbindungsstelle aufweist, an die ein optisch transparenter Draht 3 angekoppelt ist. Das andere Ende optisch transparenten Drahtes 3 wiederum ist über eine Öffnung in der Leiterplatte mit der Wellenleiterstruktur verbunden. 2b zeigt die gleiche optische Anordnung in der Draufsicht. 2a shows a second variant of an optical arrangement according to the invention, which on an electro-optical circuit board 6 with buried waveguide structure 7 based. On the circuit board is a laser 2 arranged, which has an optically transparent connection point, to which an optically transparent wire 3 is coupled. The other end optically transparent wire 3 in turn, is connected via an opening in the circuit board with the waveguide structure. 2 B shows the same optical arrangement in plan view.

In 3 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung dargestellt, die in wesentlichen Punkten der Variante nach 2 entspricht. Zu Schutzzwecken sind hier jedoch zusätzlich noch eine optische Beschichtung 8 zum Schutz der optisch transparenten Drähte 3 und eine weitere Beschichtung 9 für die metallischen Drähte 5 angeordnet.In 3 a further variant of an optical arrangement according to the invention is shown, which in essential points of the variant according to 2 equivalent. For protection purposes, however, here are additionally an optical coating 8th to protect the optically transparent wires 3 and another coating 9 for the metallic wires 5 arranged.

4a zeigt in der Seitenansicht und in der Aufsicht eine Photodiode mit optisch transparentem Bereich bzw. optisch aktiver Fläche. Diese ist in der Aufsicht als runde Fläche 11 zu erkennen und stellt die lichtempfindliche Fläche der Photodiode dar. In 4b ist ein Kanten-emittierender Laser 12 dargestellt, wobei hier die optisch aktive Fläche 13 als stirnseitige Facette und damit rechteckiger Austrittsfläche vorliegt. 4a shows in side view and in plan view a photodiode with optically transparent area or optically active area. This is in the supervision as a round surface 11 and represents the photosensitive surface of the photodiode 4b is an edge-emitting laser 12 represented here, wherein here the optically active surface 13 is present as an end facet and thus rectangular exit surface.

In 5a und 5b sind zwei Beispiele einer gehäusten optischen Anordnung als eine erfindungsgemäße Variante dargestellt. Das optische Bauelement mit samt Trägerstruktur ist hierbei in ein Gehäuse 14 eingelassen.In 5a and 5b Two examples of a packaged optical arrangement are shown as a variant according to the invention. The optical component with the support structure is in this case in a housing 14 admitted.

Die optische Verbindung kann hier so erfolgen, dass das Austrittsfenster des Gehäuses 14 mit einer Polymerbeschichtung 15 versehen wird, die mit dem optisch transparenten Draht in Verbindung gebracht wird.The optical connection can be made here so that the exit window of the housing 14 with a polymer coating 15 which is associated with the optically transparent wire.

6a und 6b zeigen eine weitere Variante für die indirekte Verbindung zwischen optisch transparentem Draht und Bauelement. In diesem Beispiel ist das optische Bauelement von einer transparenten Beschichtungsmasse umgeben, die gemäß 6b mit dem optisch transparenten Draht in Verbindung gebracht wird. 6a and 6b show a further variant for the indirect connection between optically transparent wire and component. In this example, the optical component is surrounded by a transparent coating composition, which according to 6b is associated with the optically transparent wire.

7 zeigt einen optisch transparenten Draht 3 mit einer kugelförmig gestauchten Kontaktfläche 19, wobei der Draht mit einer Metallisierung 20 versehen ist. Die Metallisierung verhindert den Austritt des Lichts aus der Faser entlang der Verbindung und kann zum Erzeugen eines Lichtbogens beim Abflammen dienen. Die Metallisierung wird dabei teilweise in das Innere der Kugel verbracht, wo sie eventuell Licht streut. Gekoppelt ist der optische Draht mit dem optischen Bauelement 17 über eine Beschichtung 18. 7 shows an optically transparent wire 3 with a spherically compressed contact surface 19 , where the wire with a metallization 20 is provided. The metallization prevents the exit of the light from the fiber along the connection and can serve to generate an arc during flaming. The metallization is partially spent in the interior of the sphere, where it may scatter light. Coupled is the optical wire with the optical component 17 over a coating 18 ,

In 8a (Seitenansicht) und 8b (Aufsicht) ist ein keilförmiger Kontakt, sog. Wedge, mit variabler Fußlänge des optisch transparenten Drahtes 19 dargestellt. Der Fuß verläuft dabei parallel zur Oberfläche des optischen Bauelementes 17. Auch hier ist das optische Bauelement mit einer Beschichtung 18 versehen.In 8a (Side view) and 8b (Overhead) is a wedge-shaped contact, so-called wedge, with variable foot length of the optically transparent wire 19 shown. The foot runs parallel to the surface of the optical component 17 , Again, the optical device with a coating 18 Mistake.

In 9 ist eine vergleichbare optische Verbindung dargestellt, wobei hier der Bondfuß 20 des optisch transparenten Drahtes 19 eine strahlumlenkende Struktur aufweist. Diese Struktur kann mit speziellen Werkzeugen eingeprägt werden.In 9 a comparable optical connection is shown, in which case the bond foot 20 of the optically transparent wire 19 has a beam deflecting structure. This structure can be embossed with special tools.

10 zeigt ein Beispiel, bei dem auf dem Substrat 1 ein Kanten-emittierender Laser 2 angeordnet ist. Der optisch transparente Draht 3 ist hierbei in großem keilförmigem Kontakt über den Kanten-emittierenden Laser gebondet. 10 shows an example in which on the substrate 1 an edge emitting laser 2 is arranged. The optically transparent wire 3 is in this case bonded in a large wedge-shaped contact via the edge-emitting laser.

In 11 ist ein Kanten-emittierender Laser 2 auf dem Substrat 1 angebracht. Hierbei wird ein kleiner keilförmiger Kontakt des optisch transparenten Drahtes 3 über den Kanten-emittierenden Laser 2 gebondet. Ein Podest 4 verringert hier die erforderliche Dicke des optischen Drahtes.In 11 is an edge-emitting laser 2 on the substrate 1 appropriate. This is a small wedge-shaped contact of the optically transparent wire 3 over the edge-emitting laser 2 bonded. A pedestal 4 here reduces the required thickness of the optical wire.

In 12 ist eine optoelektronisch Leiterplatte 6 mit vergrabener Wellenleiterstruktur 7 dargestellt.In 12 is an optoelectronic circuit board 6 with buried waveguide structure 7 shown.

Das Ende der Wellenleiterstruktur 7 ist mit einem keilförmigen Kontakt des optisch transparenten Drahtes gebondet.The end of the waveguide structure 7 is bonded to a wedge-shaped contact of the optically transparent wire.

13 zeigt verschiedene Anordnungsmöglichkeiten zwischen den optischen Bauelementen und den optisch transparenten Drähten. In 13a ist eine parallele Anordnung mit gleichem Pitch dargestellt. Hierbei sind die optisch transparenten Drähte 3 parallel zueinander angeordnet. 13 shows various possible arrangements between the optical components and the optically transparent wires. In 13a a parallel arrangement with the same pitch is shown. Here are the optically transparent wires 3 arranged parallel to each other.

In 13b sind gleiche Pitches 2 und 2' mit optisch transparenten Drähten 3 in nicht paralleler Anordnung verbunden.In 13b are same pitches 2 and 2 ' with optically transparent wires 3 connected in non-parallel arrangement.

In 13c schließlich sind verschiedene Pitches 2 und 4 mittels optisch transparenten Drähten in nichtparalleler Anordnung verbunden.In 13c Finally, there are different pitches 2 and 4 connected by optically transparent wires in non-parallel arrangement.

Claims

Method for producing optical connections between at least one first and one second optical component, each of which has at least one optical connection point, in which In a first step, the components are mounted on a carrier and fixed relative to one another with respect to their position, - In a second step, an optically transparent wire at its first end with an optically transparent connection point of the first component, wherein the junction is coated with a contact material, merged and bonded by applying the area of compound formation with ultrasound and - In a third step, the wire at its second end with an optically transparent connection point of the second component, wherein the junction is coated with a contact material, merged and bonded by applying the area of connection formation with ultrasound, wherein at least one of the two compounds directly he follows.

A method according to claim 1, characterized in that the optically transparent wire conducts light of a defined wavelength range.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a light-conducting fiber is used as the optically transparent wire.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire consists of a polymer thread or a polymer or glass thread coated with a second polymer layer.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is at least partially coated with an electrically conductive layer.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optical connection points are heated before and / or during the connection at the location of the connection.

Method according to the preceding claim, characterized in that the ultrasound is coupled with its propagation direction in the wire direction and / or in the direction perpendicular to the wire.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is mechanically compressed and flattened before bonding at least one end with a tool.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is brought perpendicular to the optically transparent connection point with this in contact.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is brought into parallel to the optically transparent connection point with this.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire after and / or during pressing against the optically transparent junction additionally a wedge-shaped or a pyramidal structure is impressed, which scatters the light or deflects and thus contributes to the improvement of the coupling ,

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is held by a capillary at the area to be connected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is passed through a capillary, so that it protrudes with its end to be joined out of the end of the capillary.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is held with the capillary on the bonding head and the optically transparent connection point of the component are moved to the optical wire.

Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the optically transparent wire with the capillary on the bonding head to optical connection point of the device is performed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is flattened before the first and / or second step where it is connected in the corresponding step with the optical contact point so that an extended contact surface between the optical wire and the optical connection point of the device is formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire after the second contacting where it is connected in the corresponding step with the optical contact point, with the capillary or a tool is separated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optically transparent wire is unwound from a roll.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an integrated on the bonding head light sensor with a known arrangement for the capillary, and to the optical line to an active wired light-emitting junction of a component is aligned to the sensor signal becomes maximum, and then the position of the bonding head to the known Distance between the light sensor and capillary is corrected, whereby an active adjustment of the optically transparent wire to the light-emitting connection point is carried out by reference measurement.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a light source integrated at the bonding head is aligned with a known arrangement to the capillary and the optical wire to an actively wired light-sensitive junction of a component until the sensor signal is maximum, and then the position of the bonding head to the known Distance between the light source and capillary is corrected, whereby an active adjustment of the optically transparent wire to the light-sensitive connection point is carried out by reference measurement.

Method according to one of the two preceding. Claims, characterized in that the light source is selected from the group consisting of a laser, a light emitting diode and fiber coupled to light sources such as incandescent and halogen lamps and the light sensor from the group consisting of photodetectors, photoresistors, CCD and CMOS cameras and a fiber-coupled light sensors is selected.

Method according to the preceding claim, characterized in that a control of the optical bond connection and a regulation of the bonding process in the contacting of an optical wire to a light-emitting bonding surface by the detection of the light coupled into the wire at the connection point by means of the signal of a light sensor in the bonding device he follows.

Method according to the preceding claim, characterized in that a control of the optical bond connection and a regulation of the bonding process in the contacting of an optical wire to a light-sensitive connection surface by coupling light into the wire in the bonding device and the detection of the out of the wire at the connection point decoupled light using the signal of the light-sensitive junction takes place.

Method according to the preceding claim, characterized in that components with a plurality of optical connection points in different contact spacing with a plurality of optically transparent wires are connected by a fanned, non-parallel arrangement.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that following the second step, a potting compound is applied so that the at least one optically transparent wire is completely or partially surrounded by the potting compound.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second component active and / or passive components.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as the first and / or second optical component a laser, a photodetector, a modulator, an LED, an array thereof, an optical amplifier, a regenerator, an optically active IC, a waveguide, a combiner, a splitter, a Bragg grating, a lens, a lens system, a polarizer, a filter, a mounted optical fiber and / or a waveguide array (AWG) is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second optical component are present in a housing.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second optical component of consist of several individual components and are combined into modules.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two optical connections between at least two optical components, each having at least two optically transparent regions as connection points are produced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optical wires are used for producing a plurality of optical connections between a plurality of optical components.

Optical arrangement with at least one first and one second optical component, which are mounted on a support and fixed relative to each other position and each having at least one optically transparent region as a connection point, as well as with at least one optically transparent wire, wherein the at least one optically transparent wire from an optically transparent connection point of the first optical component to an optically transparent connection point of the second optical component, characterized in that the at least one optically transparent wire is provided with at least one optically transparent connection location, wherein the at least one optically transparent connection location is coated in layers with a contact material , is connected cohesively.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that the wire comprises or consists of a transparent polymer, glass and / or their composites.

Optical arrangement according to one of the two preceding claims, characterized in that the wire is wholly or partially coated with a polymer.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 34, characterized in that the wire has a reflective coating.

Optical arrangement according to claim 35, characterized in that the reflective coating consists of at least one metallization layer.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that the at least one metallization layer is partially incorporated at the connection point.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 37, characterized in that the wire is deformed at at least one connection point.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 38, characterized in that the wire rests with its axis parallel to at least one optically transparent coupling surface.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that the optically transparent wire in the contact region forms an oblong contact foot which rests on the optically transparent region.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that beam-deflecting or light-scattering structures are arranged in the contact base.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that the beam deflecting or light-scattering structures are formed as wedge-shaped or pyramid-shaped embossments.

An optical arrangement according to any one of claims 40 to 42, characterized in that the optical component has an exposed-edge waveguide structure at the edge, which extends into the contact foot of the optical wire such that the light directly from the optical wire into the waveguide or from the waveguide is coupled into the optical wire.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that an additional auxiliary element with a slightly lower thickness than the component is mounted in front of the edge and the optical wire encloses the facet with a smaller thickness.

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that the optical component has an edge-emitting laser.

Optical arrangement according to claim 43 or 45, characterized in that the optical component comprises a edge-sensitive photodetector with a waveguide structure.

Optical arrangement according to one of claims 40 to 42, characterized in that the optical component is a waveguide structure integrated in a substrate, which is at least partially exposed on the surface and is integrated in the contact foot, that the light originating from the waveguide in the optical wire or the light originating from the optical wire is coupled directly into the waveguide.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 38, characterized in that the optical wire rests against at least one coupling point with the surface of the coupling point perpendicular axis.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 48, characterized in that a covering compound at least partially encloses the at least one optical wire.

Optical arrangement according to claim 49, characterized in that the covering composition comprises fillers or particles for improving the mechanical and / or thermomechanical properties.

Optical arrangement according to claim 49 or 50, characterized in that the covering composition contains light-absorbing particles and is opaque to light.

Optical arrangement according to one of claims 49 to 51, characterized in that the covering composition contains particles with backscattering.

Optical arrangement according to one of claims 49 to 52, characterized in that the covering compound has a smaller refractive index than the fiber.

Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optically transparent fibers are arranged in parallel and connect two optical components with the same pitch.

Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optically transparent fibers are arranged non-parallel and connect two optical components with the same pitch.

Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optically transparent fibers are arranged non-parallel and connect two optical components with different pitch, wherein the fibers are arranged fanning.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 56, characterized in that the first and the second component active and / or passive components.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 57, characterized in that the first and / or second optical component, a laser, a photodetector, a modulator, an LED, an array thereof, an optical amplifier, an optically active IC, a waveguide, a combiner, a splitter, a gragg grating, a lens, a lens system, a polarizer, a filter, a mounted optical fiber and / or a waveguide array (AWG).

Optical arrangement according to the preceding claim, characterized in that the first and / or the second optical component are present in a housing.

Optical arrangement according to one of the two preceding claims, characterized in that the first and / or the second optical component consist of several individual components and are combined to form modules.

Optical arrangement according to one of claims 32 to 60 and preparable by a method according to one of claims 1 to 31.