SOUS-ENSEMBLE OPTOELECTRONIQUE ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE DE CE SOUS-ENSEMBLEOPTOELECTRONIC SUBASSEMBLY AND METHOD FOR ASSEMBLING THE SAME
10 La présente invention concerne un sous-ensemble optoélectronique et un procédé d'assemblage de ce sous-ensemble. Elle s'applique, en particulier à l'assemblage de boîtiers comportant au moins un composant optoélectronique, par exemple, un laser ou une photodiode sur une pièce mécanique ou un circuit imprimé. Pour relier un guide optique, par exemple une fibre optique ou un faisceau de fibres 15 optiques, traditionnellement, on fixe mécaniquement ce guide optique au composant optoélectronique ou à son support immédiat, ou substrat. Ce lien mécanique a l'avantage de maintenir la position respective du guide optique et du composant optoélectronique. II impose, cependant, des tolérances de fabrication limitées. De plus, notamment du fait des faibles tolérances, il impose que les contraintes mécaniques, notamment dues aux cycles 20 thermiques, soient directement transmises au composant optoélectronique. D'autres contraintes ont lieu lors de l'enclipsage ou du déclipsage du guide optique sur la liaison ou lors de la mise en place, sur site, de l'ensemble ainsi formé. Ces contraintes se traduisent par une fatigue mécanique et, à terme, par des fissures ou ruptures qui nuisent au bon fonctionnement de l'ensemble. 25 Ces inconvénients sont particulièrement importants dans le cas où la fibre optique est parallèle au plan du composant optoélectronique du fait que deux directions sont concernées par les effets des contraintes. Cependant, cette configuration est utile du fait de ses avantages de compacité, notamment en termes d'épaisseur de la jonction.The present invention relates to an optoelectronic subassembly and a method of assembling this subset. It applies, in particular to the assembly of housings comprising at least one optoelectronic component, for example a laser or a photodiode on a mechanical part or a printed circuit. To connect an optical guide, for example an optical fiber or a bundle of optical fibers, traditionally, this optical guide is mechanically fixed to the optoelectronic component or its immediate support, or substrate. This mechanical link has the advantage of maintaining the respective position of the optical guide and the optoelectronic component. It imposes, however, limited manufacturing tolerances. In addition, particularly because of the low tolerances, it requires that the mechanical stresses, in particular due to the thermal cycles, be directly transmitted to the optoelectronic component. Other constraints occur during the clipping or unclipping of the optical guide on the link or during the establishment, on site, of the assembly thus formed. These constraints translate into mechanical fatigue and, eventually, cracks or breaks that affect the proper functioning of the assembly. These disadvantages are particularly important in the case where the optical fiber is parallel to the plane of the optoelectronic component because two directions are affected by the effects of the stresses. However, this configuration is useful because of its compactness advantages, especially in terms of the thickness of the junction.
La figure 1 représente, schématiquement, les composants et liaisons mécaniques traditionnellement mises en places pour une telle configuration dite à renvoi d'angle . On y observe un boîtier 100, dans lequel un composant optoélectronique 105, monté sur un substrat 110 fait face à un ensemble optique 115 réalisant un renvoi d'angle vers une fibre optique 120. Par exemple, l'ensemble optique 115 comporte des lentilles et un miroir (non représentés). Les liaisons mécaniques, schématisées par des traits épais comportent : - une liaison mécanique 125 entre le substrat 110 et le boîtier 100, - une liaison mécanique 130 entre le substrat 110 et l'ensemble optique 115, - une liaison mécanique 135 entre l'ensemble optique 115 et la fibre optique 120 et - une liaison mécanique 140 entre la fibre optique 120 et le boîtier 100. Comme on le comprend aisément à la lecture de la figure 1, les liaisons mécaniques sont hyperstatiques, c'est-à-dire redondantes. Ce qui a comme conséquence que, lors des dilatations différentes entre les éléments soumis à des cycles thermiques, des contraintes mécaniques importantes se font jour et, pour certaines, s'appliquent au composant optoélectronique 105 ou à son support direct 110. De plus, l'assemblage illustré en figure 1 représente un coût de fabrication élevé. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un sous-ensemble optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier relié : - d'une part, à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - d'autre part, à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, le premier et le deuxième ensembles n'étant pas directement mécaniquement reliés 25 entre eux. Grâce à ces dispositions, les contraintes apparaissant sur la fibre optique ne sont pas transmises au support du composant optoélectronique ou à ce composant. De plus, du fait de l'utilisation d'une lentille liée au composant optoélectronique et d'un élément optique focalisant lié au guide optique, les tolérances mécaniques sont relâchées et permettent un 30 jeu réduisant les contraintes mécaniques. On observe aussi que l'absence de lien mécanique direct entre le premier et le deuxième ensembles réduit les contraintes mécaniques ayant comme origine une dilatation thermique. De plus, la lentille et l'élément optique possédant une longueur focale ne subissent 35 pas, ou peu, de contraintes mécaniques. Selon des caractéristiques particulières, un point focal de la première lentille est en surface du composant optoélectronique. Ainsi, les rayons lumineux issus du composant optoélectronique ou arrivant vers la partie sensible du composant optoélectronique, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du deuxième ensemble sur l'axe optique de la première lentille. Selon des caractéristiques particulières, un point focal de l'élément optique 5 possédant une longueur focale est en surface du guide optique. Ainsi, les rayons lumineux issus du guide optique ou arrivant vers l'entrée du guide optique, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du premier ensemble parallèlement à l'axe optique du guide optique. Selon des caractéristiques particulières, le deuxième ensemble comporte un miroir 10 incliné par rapport à l'axe du guide optique. Grâce à ces dispositions, un montage en renvoi d'angle peut être réalisé et le guide optique peut être parallèle au plan du composant optoélectronique et de son substrat. Selon des caractéristiques particulières, ledit miroir est concave et constitue l'élément possédant une longueur focale. 15 Selon des caractéristiques particulières, ledit miroir comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air. Selon des caractéristiques particulières, ledit miroir comporte une couche métallique. Selon des caractéristiques particulières, dans le deuxième ensemble, le boîtier est mécaniquement relié à l'élément optique possédant une longueur focale et non au guide 20 optique. Grâce à ces dispositions, les contraintes sur le guide optique sont relâchées et, au contraire, l'élément optique est relié de rnanière robuste au boîtier. Selon des caractéristiques particulières, le premier ensemble comporte : un substrat transparent en au moins une zone et pour au moins une longueur d'onde lumineuse, ledit substrat étant assemblé au boîtier par un joint et 25 supportant des pistes conductrices affleurantes sur la face du substrat tournée vers le boîtier, dite face interne et au moins un composant optoélectronique assemblé à la face interne du substrat, par des microbilles de métal reliées à des pistes conductrices portées par le substrat, chaque dit composant optoélectronique mettant en oeuvre au moins une 30 longueur d'onde pour laquelle une zone du substrat en regard du composant optoélectronique est transparente. L'utilisation du substrat transparent pour l'interconnexion et le report d'un composant optoélectronique permet une réduction de la taille, notamment la hauteur/l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique en même temps qu'une réduction du nombre de pièces de 35 l'assemblage. On note que le composant optoélectronique peut être une photodiode, un phototransistor ou un laser, par exemple de type VCSEL (acronyme de Vertical Cavity Surface Emitting Lasers pour lasers à surface émettrice en cavité verticale ou laser émettant en surface). De plus, la mise en oeuvre de la présente invention élimine le besoin d'émettre en face arrière, c'est-à-dire du côté du support. L'utilisation du substrat transparent formant fenêtre comme élément de support du composant optoélectronique et des pistes conductrices permet de réduire l'encombrement 5 de la connectique et de réduire l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique. Enfin, ce sous-ensemble fournit une fonction optique utilisable dans une application en espace libre. Selon des caractéristiques particulières, le sous-ensemble optoélectronique comporte une pluralité de composants optoélectroniques, une pluralité de guides d'onde, une pluralité 10 de premières lentilles et une pluralité d'éléments optiques possédant une longueur focale, chaque guide d'onde étant optiquement associé à un composant optoélectronique par l'intermédiaire d'une première lentille et d'un élément optique possédant une longueur focale Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de fabrication d'au moins un sous-ensemble optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte : 15 - une étape d'assemblage mécanique d'un boîtier à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - une étape d'assemblage mécanique du boîtier à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, de telle manière que le premier et le deuxième ensembles ne soient pas directement 20 mécaniquement reliés entre eux. Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé étant similaires à ceux du sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention, tel que succinctement exposé ci-dessus, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de 25 la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un assemblage connu dans l'art antérieur, - la figure 2 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier d'un sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention, 30 - la figure 3 représente, schématiquement et en coupe, un deuxième mode de réalisation particulier d'un sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention, - la figure 4 représente, schématiquement et en coupe, un élément optique incorporé dans le deuxième mode de réalisation illustré en figure 3, - la figure 5 représente, schématiquement et en perspective, un deuxième ensemble 35 incorporé au deuxième mode de réalisation illustré en figure 3, - la figure 6 représente, schématiquement et en section, un premier mode de réalisation d'un premier ensemble incorporé au deuxième mode de réalisation, illustré en figures 3 à 5, - les figures 7A et 7B représentent, schématiquement, des éléments de jonction de 5 parties du premier ensemble, respectivement avant et après assemblage, - la figure 8 représente, schématiquement, des éléments de jonction et d'herméticité du premier ensemble et - la figure 9 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes de fabrication d'un sous-ensemble optoélectronique, dans un mode de réalisation particulier du procédé de 10 fabrication objet de la présente invention. On note que les figures ne sont pas à l'échelle mais servent de schémas pour la bonne compréhension de la présente invention. La figure 1 a déjà été décrite ci-dessus. On observe, en figure 2, un boîtier 200, dans lequel un composant optoélectronique 15 205, monté sur un substrat 210 fait face à un élément optique 215 réalisant un renvoi d'angle vers un guide optique 220. L'élément 215 possède une longueur focale et son foyer est situé sur la surface d'entrée du guide optique 220. Le composant optoélectronique 205 est, par exemple, une photodiode ou un laser, par exemple de type VCSEL. Le guide optique 220 est, par exemple, constitué d'une ou 20 plusieurs fibre(s) optique(s). Le composant optoélectronique 205 est lié au substrat 210, lui même lié, par une liaison mécanique 225, à une première lentille 230. En figures 1 et 2, les liaisons mécaniques sont schématisées par des traits épais. Le composant optoélectronique 205, le substrat 210 et la lentille 230 forment conjointement, un premier ensemble mécaniquement solidaire. 25 Le guide optique 220 et l'élément optique 215 sont mécaniquement reliés par une liaison mécanique 235 et forment, conjointement, un deuxième ensemble. Le premier ensemble est mécaniquement relié au boîtier 200 par une liaison mécanique 240. Le deuxième ensemble est mécaniquement relié au boîtier 200 par une liaison mécanique 245. 30 L'élément 215 réalisant un renvoi d'angle, le guide optique 220 peut être parallèle au plan du composant optoélectronique 205 et de son substrat 210. Dans le premier mode de réalisation, l'élément optique 215 comporte au moins une lentille et un miroir. Cependant, en variante et dans le deuxième mode de réalisation, notamment illustré en figure 4, l'élément optique 215 comporte un miroir concave incliné par rapport à chacun des axes optiques du 35 guide d'onde 220 et du composant optoélectronique 205. Selon les variantes, le miroir comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air et/ou une couche métallique réfléchissante.Figure 1 shows schematically the components and mechanical connections traditionally set up for such a so-called angle transmission configuration. There is a housing 100, in which an optoelectronic component 105 mounted on a substrate 110 faces an optical assembly 115 providing a bevel gear to an optical fiber 120. For example, the optical assembly 115 comprises lenses and a mirror (not shown). The mechanical connections, shown schematically by thick lines comprise: a mechanical connection 125 between the substrate 110 and the housing 100, a mechanical connection 130 between the substrate 110 and the optical assembly 115, a mechanical connection 135 between the assembly optical 115 and the optical fiber 120 and a mechanical connection 140 between the optical fiber 120 and the housing 100. As is readily understood from the reading of FIG. 1, the mechanical links are hyperstatic, that is to say redundant. . This has the consequence that, during the different expansions between the elements subjected to thermal cycles, significant mechanical stresses emerge and, for some, apply to the optoelectronic component 105 or its direct support 110. Moreover, assembly illustrated in Figure 1 represents a high manufacturing cost. The present invention aims to remedy these disadvantages. For this purpose, according to a first aspect, the present invention is directed to an optoelectronic subassembly, characterized in that it comprises a housing connected to: on the one hand, to a first assembly comprising an optoelectronic component support and at least one first lens and - secondly, a second set comprising at least one optical element having a focal length and an optical guide, the first and the second sets not being directly mechanically connected to each other. Thanks to these provisions, the stresses appearing on the optical fiber are not transmitted to the support of the optoelectronic component or to this component. In addition, because of the use of a lens linked to the optoelectronic component and a focusing optical element linked to the optical guide, the mechanical tolerances are relaxed and allow a play reducing the mechanical stresses. It is also observed that the absence of a direct mechanical link between the first and second sets reduces the mechanical stresses resulting in thermal expansion. In addition, the lens and the optical element having a focal length do not suffer, or little, of mechanical stresses. According to particular features, a focal point of the first lens is at the surface of the optoelectronic component. Thus, the light rays coming from the optoelectronic component or arriving towards the sensitive part of the optoelectronic component, are substantially parallel, which increases the mechanical tolerances of positioning of the second set on the optical axis of the first lens. According to particular features, a focal point of the optical element 5 having a focal length is at the surface of the optical guide. Thus, the light rays coming from the optical guide or arriving towards the entrance of the optical guide, are substantially parallel, which increases the mechanical tolerances of positioning of the first set parallel to the optical axis of the optical guide. According to particular features, the second set comprises a mirror 10 inclined relative to the axis of the optical guide. Thanks to these arrangements, a return-angle assembly can be realized and the optical guide can be parallel to the plane of the optoelectronic component and its substrate. According to particular features, said mirror is concave and constitutes the element having a focal length. According to particular features, said mirror has a diopter between a material of high refractive index and air. According to particular features, said mirror comprises a metal layer. According to particular features, in the second set, the housing is mechanically connected to the optical element having a focal length and not to the optical guide. Thanks to these arrangements, the stresses on the optical guide are released and, on the contrary, the optical element is robustly connected to the housing. According to particular features, the first set comprises: a transparent substrate in at least one zone and for at least one light wavelength, said substrate being assembled to the housing by a seal and supporting conductive tracks flush with the surface of the substrate turned towards the housing, said internal face and at least one optoelectronic component assembled to the inner face of the substrate, by metal microbeads connected to conductive tracks carried by the substrate, each said optoelectronic component using at least a length of wave for which an area of the substrate facing the optoelectronic component is transparent. The use of the transparent substrate for the interconnection and transfer of an optoelectronic component allows a reduction in size, especially the height / thickness of the optoelectronic subassembly together with a reduction in the number of workpieces. assembly. It should be noted that the optoelectronic component may be a photodiode, a phototransistor or a laser, for example of the VCSEL type (acronym for Vertical Cavity Surface Emitting Lasers for lasers with a vertical cavity emitting surface or laser emitting on the surface). In addition, the implementation of the present invention eliminates the need to transmit on the back side, that is to say on the side of the support. The use of the transparent window substrate as a support element for the optoelectronic component and conductive tracks makes it possible to reduce the size of the connectors and to reduce the thickness of the optoelectronic subsystem. Finally, this subset provides an optical function that can be used in a free space application. According to particular features, the optoelectronic subsystem includes a plurality of optoelectronic components, a plurality of waveguides, a plurality of first lenses and a plurality of optical elements having a focal length, each waveguide being optically The invention relates to an optoelectronic component via a first lens and an optical element having a focal length. According to a second aspect, the present invention is directed to a method for manufacturing at least one optoelectronic subassembly, characterized in that it comprises: a step of mechanical assembly of a housing to a first assembly comprising an optoelectronic component support and at least a first lens and a step of mechanical assembly of the housing to a second assembly comprising at least an optical element having a focal length and an optical guide, so that the prem The first and second sets are not directly mechanically interconnected. Since the advantages, aims and particular characteristics of this process are similar to those of the optoelectronic subassembly object of the present invention, as briefly described above, they are not recalled here. Other advantages, aims and features of the present invention will emerge from the description which follows, made for an explanatory and non-limiting purpose with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 represents, schematically, a known assembly in the prior art, FIG. 2 schematically represents a first particular embodiment of an optoelectronic subassembly which is the subject of the present invention; FIG. 3 represents, schematically and in section, a second embodiment In particular, an optoelectronic sub-assembly which is the subject of the present invention, FIG. 4 is a diagrammatic sectional view of an optical element incorporated in the second embodiment illustrated in FIG. 3; FIG. 5 is a diagrammatic perspective view. a second assembly 35 incorporated in the second embodiment illustrated in FIG. 3; FIG. 6 schematically represents and n section, a first embodiment of a first assembly incorporated in the second embodiment, illustrated in Figures 3 to 5, - Figures 7A and 7B show, schematically, junction elements of 5 parts of the first set, respectively before and after assembly, FIG. 8 schematically represents junction and hermetic elements of the first assembly and FIG. 9 represents, in the form of a logic diagram, steps for manufacturing an optoelectronic sub-assembly, in FIG. a particular embodiment of the manufacturing method object of the present invention. It is noted that the figures are not to scale but serve as diagrams for the proper understanding of the present invention. Figure 1 has already been described above. FIG. 2 shows a housing 200 in which an optoelectronic component 205 mounted on a substrate 210 faces an optical element 215 providing a bevel gear towards an optical guide 220. The element 215 has a length focal point and its focus is located on the input surface of the optical guide 220. The optoelectronic component 205 is, for example, a photodiode or a laser, for example of the VCSEL type. The optical guide 220 is, for example, made of one or more optical fibers. The optoelectronic component 205 is bonded to the substrate 210, itself linked by a mechanical connection 225, to a first lens 230. In FIGS. 1 and 2, the mechanical connections are shown schematically by thick lines. The optoelectronic component 205, the substrate 210 and the lens 230 together form a first mechanically secured assembly. The optical guide 220 and the optical element 215 are mechanically connected by a mechanical connection 235 and together form a second assembly. The first assembly is mechanically connected to the housing 200 by a mechanical connection 240. The second assembly is mechanically connected to the housing 200 by a mechanical connection 245. The element 215 providing a bevel gear, the optical guide 220 can be parallel to the plane of the optoelectronic component 205 and its substrate 210. In the first embodiment, the optical element 215 comprises at least one lens and a mirror. However, as an alternative and in the second embodiment, particularly illustrated in FIG. 4, the optical element 215 comprises a concave mirror inclined with respect to each of the optical axes of the waveguide 220 and the optoelectronic component 205. variants, the mirror comprises a diopter between a high refractive index material and air and / or a reflective metal layer.
Comme on le comprend aisément à la lecture de la figure 2, le premier et le deuxième ensembles ne sont pas directement mécaniquement reliés entre eux. En conséquence, les contraintes apparaissant sur la fibre optique ne sont pas transmises au support du composant optoélectronique ou à ce composant. De plus, du fait de l'utilisation d'une lentille liée au composant optoélectronique et d'un élément optique focalisant lié au guide optique, les tolérances mécaniques sont relâchées et permettent un jeu réduisant les contraintes mécaniques. L'absence de lien mécanique direct entre le premier et le deuxième ensembles réduit les contraintes mécaniques ayant comme origine une dilatation thermique. De plus, la lentille et l'élément optique possédant une longueur focale ne subissent pas, ou peu, de contraintes mécaniques. Préférentiellement, le point focal de la première lentille 230 est en surface du composant optoélectronique 205. Ainsi, les rayons lumineux issus du composant optoélectronique 205, dans le cas où il est émetteur de lumière, ou arrivant vers la partie sensible du composant optoélectronique 205, dans le cas où il est récepteur de lumière, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du deuxième ensemble sur l'axe optique de la première lentille. Préférentiellement, le point focal de l'élément optique 215 est en surface du guide optique 220. Ainsi, les rayons lumineux issus du guide optique, dans le cas où le composant optoélectronique 205 est récepteur de lumière, ou arrivant vers l'entrée du guide optique, dans le cas où le composant optoélectronique 205 est émetteur de lumière, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du premier ensemble parallèlement à l'axe optique du guide optique. On observe que, dans le premier mode de réalisation, le boîtier 200 est mécaniquement relié à l'élément optique 215 et non au guide optique 220. Ainsi, les contraintes sur le guide optique 220 sont relâchées et, au contraire, l'élément optique 215 est relié de manière robuste au boîtier 200. On observe, en figure 3, une gaine 302 d'une fibre optique 304 pénétrant dans un capot plastique 306, en regard d'un miroir concave 308 formant renvoi d'angle vers une couche d'air 310 puis une lentille 312 superposée à une couche transparente 314 portant un composant optoélectronique 316 et un circuit électronique associé 318. Comme on l'observe mieux en figure 5, ce sont, en fait, plusieurs gaines de fibres optiques 302, qui forment un ruban. Les fibres optiques 304 issues de ces gaines font, chacune, face à un miroir concave 308 du capot plastique 306. Les miroirs concaves 308 forment des portions de paraboles et leur point focal se trouve sur l'extrémité de la fibre optique 304 correspondante. On observe qu'ici le terme de point focal signifie que les rayons parallèles provenant de la lentille 312 convergent vers l'entrée de la fibre optique 304 ou que, inversement, les rayons issus de la fibre optique 304 se retrouvent sensiblement parallèles après réflexion sur le miroir concave 308 correspondant. Grâce aux miroirs 308, un montage en renvoi d'angle peut être réalisé et le guide optique constitué des fibres optiques 304 peut être parallèle au plan des composants optoélectroniques 316 et de leur substrat 314. Dans le mode de réalisation décrit en figures 3 à 5 et comme on le voit mieux en regard de la figure 4, chaque miroir 308 comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air. La réflexion est donc totale pour au moins une partie des rayons incidents sur le miroir. En complément ou en variante, chaque miroir 308 comporte, une couche métallique formant réflecteur. Le capot plastique 306 vient en appui sur un boîtier ou substrat 320, par exemple en céramique, supporté, par l'intermédiaire de billes (non représentées), par un circuit imprimé (non représenté). Un premier ensemble est constitué, conjointement, du composant optoélectronique 316 et de la lentille 312, dite première , la couche transparente 314 formant une liaison mécanique entre ce composant 316 et cette lentille 312 et un substrat 320 pour le composant optoélectronique 316. Le point focal de la première lentille 312 est en surface du composant optoélectronique 316. Ainsi, les rayons lumineux issus du composant optoélectronique 316 ou arrivant vers la partie sensible du composant optoélectronique 316, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du deuxième ensemble sur l'axe optique de la première lentille. Un deuxième ensemble est constitué, conjointement, de la fibre optique 304 et du miroir concave correspondant 308, le capot 306 faisant la liaison mécanique entre cette fibre optique 304 et le miroir concave 308 correspondant.As can be readily understood from reading FIG. 2, the first and second sets are not directly mechanically interconnected. Consequently, the stresses appearing on the optical fiber are not transmitted to the support of the optoelectronic component or to this component. In addition, because of the use of a lens linked to the optoelectronic component and a focusing optical element linked to the optical guide, the mechanical tolerances are relaxed and allow a game reducing the mechanical stresses. The absence of a direct mechanical link between the first and second sets reduces mechanical stresses resulting in thermal expansion. In addition, the lens and the optical element having a focal length do not undergo, or little, mechanical stresses. Preferably, the focal point of the first lens 230 is at the surface of the optoelectronic component 205. Thus, the light rays coming from the optoelectronic component 205, in the case where it is a light emitter, or arriving towards the sensitive part of the optoelectronic component 205, in the case where it is a light receiver, are substantially parallel, which increases the mechanical tolerances of positioning of the second set on the optical axis of the first lens. Preferably, the focal point of the optical element 215 is on the surface of the optical guide 220. Thus, the light rays coming from the optical guide, in the case where the optoelectronic component 205 is a light receiver, or arriving towards the entrance of the guide optical, in the case where the optoelectronic component 205 is light emitter, are substantially parallel, which increases the mechanical tolerances of positioning of the first set parallel to the optical axis of the optical guide. It is observed that, in the first embodiment, the housing 200 is mechanically connected to the optical element 215 and not to the optical guide 220. Thus, the constraints on the optical guide 220 are released and, on the contrary, the optical element 215 is connected in a robust manner to the housing 200. FIG. 3 shows a sheath 302 of an optical fiber 304 penetrating into a plastic cover 306, facing a concave mirror 308 forming an angle air 310 then a lens 312 superimposed on a transparent layer 314 carrying an optoelectronic component 316 and an associated electronic circuit 318. As best seen in Figure 5, it is, in fact, several optical fiber sheaths 302, which form a ribbon. The optical fibers 304 from these sheaths each face a concave mirror 308 of the plastic cap 306. The concave mirrors 308 form parabolic portions and their focal point is on the end of the corresponding optical fiber 304. It is observed here that the term focal point means that the parallel rays coming from the lens 312 converge towards the input of the optical fiber 304 or that, conversely, the rays coming from the optical fiber 304 are found to be substantially parallel after reflection on the corresponding concave mirror 308. Thanks to the mirrors 308, an angular return assembly can be realized and the optical guide constituted by the optical fibers 304 can be parallel to the plane of the optoelectronic components 316 and their substrate 314. In the embodiment described in FIGS. and as best seen with reference to FIG. 4, each mirror 308 has a diopter between a material of high refractive index and air. The reflection is total for at least a portion of the rays incident on the mirror. In addition or alternatively, each mirror 308 comprises a metal layer forming a reflector. The plastic cover 306 bears on a housing or substrate 320, for example ceramic, supported, by means of balls (not shown), by a printed circuit (not shown). A first set consists, together, of the optoelectronic component 316 and the lens 312, said first, the transparent layer 314 forming a mechanical connection between the component 316 and the lens 312 and a substrate 320 for the optoelectronic component 316. The focal point of the first lens 312 is at the surface of the optoelectronic component 316. Thus, the light rays coming from the optoelectronic component 316 or arriving towards the sensitive part of the optoelectronic component 316, are substantially parallel, which increases the mechanical positioning tolerances of the second set on the optical axis of the first lens. A second set consists, in conjunction, of the optical fiber 304 and the corresponding concave mirror 308, the cover 306 making the mechanical connection between this optical fiber 304 and the corresponding concave mirror 308.
La couche d'air 310 sépare le premier ensemble et le deuxième ensemble. Dans le cas où le composant optoélectronique 316 est un composant laser VCSEL, le circuit 318 associé est un pilote, en anglais driver . Dans le cas où le composant optoélectronique 316 est une photodiode, le circuit 318 associé est un TIA (acronyme de transimpedance amplifier pour amplificateur trans-impédance).The air layer 310 separates the first set and the second set. In the case where the optoelectronic component 316 is a VCSEL laser component, the associated circuit 318 is a driver. In the case where the optoelectronic component 316 is a photodiode, the associated circuit 318 is a TIA (acronym for transimpedance amplifier for trans-impedance amplifier).
Comme on le comprend à la lecture des figures 3 et 5, le sous-ensemble optoélectronique ainsi réalisé comporte le boîtier 320 relié : - d'une part, au premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - d'autre part, au deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, le premier et le deuxième ensembles n'étant pas directement mécaniquement reliés entre eux.As can be understood from reading FIGS. 3 and 5, the optoelectronic subassembly thus produced comprises the housing 320 connected to: firstly, to the first assembly comprising an optoelectronic component support and at least a first lens; and secondly, the second set comprising at least one optical element having a focal length and an optical guide, the first and second sets not being directly mechanically connected to each other.
Les contraintes apparaissant sur la fibre optique ne sont ainsi pas transmises au support du composant optoélectronique ou à ce composant. De plus, du fait de l'utilisation d'une lentille liée au composant optoélectronique et d'un élément optique focalisant lié au guide optique, les tolérances mécaniques sont relâchées et permettent un jeu réduisant les contraintes mécaniques. De plus, la lentille et l'élément optique possédant une longueur focale ne subissent pas, ou peu, de contraintes mécaniques. Les tolérances mécaniques de positionnement du premier ensemble vis-à-vis du deuxième ensemble sont ainsi relâchées par rapport à ce qui existait dans l'art antérieur et la robustesse de l'ensemble est améliorée tout en améliorant sa durée de vie et en réduisant ses coûts de montage et donc de revient.The stresses appearing on the optical fiber are thus not transmitted to the support of the optoelectronic component or to this component. In addition, because of the use of a lens linked to the optoelectronic component and a focusing optical element linked to the optical guide, the mechanical tolerances are relaxed and allow a game reducing the mechanical stresses. In addition, the lens and the optical element having a focal length do not undergo, or little, mechanical stresses. The mechanical tolerances of positioning of the first assembly vis-à-vis the second set are released relative to what existed in the prior art and the robustness of the assembly is improved while improving its life and reducing its assembly costs and therefore return.
Dans le mode de réalisation illustré dans les figures 3 à 5, le lien mécanique entre le deuxième ensemble et le boîtier est réalisé par le capot 306. Le capot 306 et le boîtier 320 sont assemblés par collage ou plaquage et bridage. La mise en place de l'assemblage des deux ensembles est particulièrement aisée grâce au relâchement des contraintes de couplage.In the embodiment illustrated in Figures 3 to 5, the mechanical connection between the second assembly and the housing is formed by the cover 306. The cover 306 and the housing 320 are assembled by gluing or plating and clamping. Setting up the assembly of the two assemblies is particularly easy thanks to the loosening of the coupling constraints.
Dans le mode de réalisation décrit et représenté en regard des figures 3 à 5, le premier ensemble comporte : la couche 314 transparente en au moins une zone et pour au moins une longueur d'onde lumineuse, ladite couche transparente 314 étant assemblée au boîtier 320 par un joint (non représenté) et supportant des pistes conductrices (non représentées) affleurantes sur la face du de la couche 314 tournée vers le boîtier, dite face interne et au moins un composant optoélectronique 316 assemblé à la face interne de la couche transparente 314, par des microbilles de métal (non représentées) reliées à des pistes conductrices portées par la couche transparente 314, chaque dit composant optoélectronique 316 mettant en oeuvre au moins une longueur d'onde pour laquelle une zone de la couche 314 en regard du composant optoélectronique 316 est transparente. Ces caractéristiques seront mieux comprises en regard des figures 6, 7A et 7B et 8 décrites ci-dessous. Dans la description des figures 6 à 8, le terme de substrat est employé pour désigner le couche transparente 314 formant substrat pour le composant optoélectronique 316 et son composant électronique associé 318. L'utilisation du substrat transparent pour l'interconnexion et le report d'un composant optoélectronique permet une réduction de la taille, notamment la hauteur/l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique en même temps qu'une réduction du nombre de pièces de l'assemblage. On note que le composant optoélectronique peut être une photodiode, un phototransistor ou un laser, par exemple de type VCSEL (acronyme de Vertical Cavity Surface Emitting Laser pour laser à surface émettrice en cavité verticale ou laser émettant en surface). De plus, la mise en oeuvre de la présente invention élimine le besoin d'émettre en face arrière, c'est-à-dire du côté du support. L'utilisation du substrat transparent formant fenêtre comme élément de support du composant optoélectronique et des pistes conductrices permet de réduire l'encombrement de la connectique et de réduire l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique. Enfin, ce sous-ensemble fournit une fonction optique utilisable dans une application en espace libre. On observe, en figure 6, un boîtier, ou embase, en céramique 405 et un substrat en verre, en pyrex, en quartz et/ou en saphir 410 portant au moins un composant optoélectronique 415 et au moins un composant électronique 420 associé à chaque composant optoélectronique. Dans des modes de réalisation, au moins un composant optoélectronique 415 est une photodiode, le composant électronique associé 420 étant un amplificateur trans-impédance, ou TIA . Dans des modes de réalisation, au moins un composant optoélectronique 415 est une source laser de type VCSEL, le composant électronique associé 420 étant un pilote (en anglais driver ). Le boîtier 405 est soudable ou pluggable sur un circuit imprimé, sur sa face inférieure. Cependant, dans un but de clarté, les contact électriques, biens connus de l'homme du métier, ne sont pas représentés en figure 6. Au moins un composant électronique 420 et le boîtier 405 sont thermiquement reliés par un joint (ou drain) thermique 425, éventuellement intégré au boîtier 405, ce qui permet une dissipation thermique en face arrière, c'est-à-dire côté boîtier. Le dissipateur thermique 425 peut être en pâte ou colle thermique, et comporter des vias remplis de métal. Le boîtier 405 est associé, en face arrière, à un circuit imprimé 430 de manière connue en soi. Préférentiellement, les composants 415 et 420 sont assemblés au substrat 410 par des microbilles, respectivement 406 et 408, selon la technique connue sous le nom de flipchip . Des pistes conductrices 409 affleurante sur la face interne du substrat 410, sont préalablement réalisées, notamment au moins un piste conductrice qui véhicule un signal numérique haute fréquence depuis ou vers au moins un composant optoélectronique 415, vers ou depuis, respectivement, le circuit imprimé 430, par l'intermédiaire d'une microbille, de cette piste 409, d'une jonction conductrice (voir figures 7A, 7B et 8) et du boîtier 405. Le boîtier/embase céramique 405 permet de reporter ensuite le sous-ensemble objet de la présente invention sur le circuit imprimé 430 selon les techniques d'assemblage typiquement utilisées sur les composants montables en surface ( CMS ), par exemple soudure. Ainsi, conformément à la présente invention, on utilise le substrat 410 pour réaliser l'interconnexion, la réduction de la taille du sous-ensemble décrit en figure 6, en comparaison avec le montage traditionnel de composants optoélectroniques et de composants associés sur une embase en céramique. De plus, on réalise une réduction du nombre de pièces du sous-ensemble, une réduction de sa hauteur / épaisseur et on élimine le besoin d'émettre en face arrière, c'est-à-dire côté boîtier 405. L'utilisation du substrat faisant office de fenêtre, comme élément de support des composants électroniques permet de réduire l'encombrement en éliminant les fils internes et de compacter l'assemblage par élimination d'une couche, se trouvant traditionnellement sur la céramique de l'embase, qui forme une partie des parois verticales du boîtier. Dans des modes de réalisation, le substrat 410 porte, sur sa face externe, ou supérieure, au moins une marque d'alignement mécanique (non représentée), qui permet un alignement visuel de tout système de couplage optique rapporté sur ce substrat 410.In the embodiment described and shown with reference to FIGS. 3 to 5, the first set comprises: the transparent layer 314 in at least one zone and for at least one light wavelength, said transparent layer 314 being assembled to the housing 320 by a seal (not shown) and supporting conductive tracks (not shown) flush on the face of the layer 314 facing the housing, said inner face and at least one optoelectronic component 316 assembled to the inner face of the transparent layer 314 , by metal microbeads (not shown) connected to conductive tracks carried by the transparent layer 314, each said optoelectronic component 316 implementing at least one wavelength for which an area of the layer 314 facing the optoelectronic component 316 is transparent. These features will be better understood with reference to Figures 6, 7A and 7B and 8 described below. In the description of FIGS. 6 to 8, the term substrate is used to denote the transparent layer 314 forming a substrate for the optoelectronic component 316 and its associated electronic component 318. The use of the transparent substrate for interconnection and transfer of an optoelectronic component allows a reduction in size, including the height / thickness of the optoelectronic subassembly together with a reduction in the number of parts of the assembly. It should be noted that the optoelectronic component may be a photodiode, a phototransistor or a laser, for example of the VCSEL (acronym for Vertical Cavity Surface Emitting Laser for vertical cavity emitting surface laser or surface emitting laser) type. In addition, the implementation of the present invention eliminates the need to transmit on the back side, that is to say on the side of the support. The use of the transparent substrate forming a window as a support element of the optoelectronic component and conducting tracks makes it possible to reduce the size of the connectors and to reduce the thickness of the optoelectronic subsystem. Finally, this subset provides an optical function that can be used in a free space application. FIG. 6 shows a ceramic housing or base 405 and a glass, pyrex, quartz and / or sapphire substrate 410 carrying at least one optoelectronic component 415 and at least one electronic component 420 associated with each Optoelectronic component. In embodiments, at least one optoelectronic component 415 is a photodiode, the associated electronic component 420 being a transimpedance amplifier, or TIA. In embodiments, at least one optoelectronic component 415 is a VCSEL type laser source, the associated electronic component 420 being a driver. The housing 405 is weldable or pluggable on a circuit board on its underside. However, for the sake of clarity, the electrical contacts, which are well known to those skilled in the art, are not shown in FIG. 6. At least one electronic component 420 and the housing 405 are thermally connected by a heat seal (or drain). 425, possibly integrated in the housing 405, which allows a heat dissipation on the rear face, that is to say on the housing side. The heat sink 425 may be in paste or thermal glue, and include vias filled with metal. The housing 405 is associated, on the rear face, with a printed circuit 430 in a manner known per se. Preferably, the components 415 and 420 are assembled to the substrate 410 by microbeads, respectively 406 and 408, according to the technique known as flipchip. Conductive tracks 409 flush with the internal face of the substrate 410, are previously made, in particular at least one conductive track which carries a high frequency digital signal from or to at least one optoelectronic component 415, to or from, respectively, the printed circuit 430 , via a microbead, this track 409, a conductive junction (see FIGS. 7A, 7B and 8) and the case 405. The case / ceramic base 405 makes it possible to then postpone the subassembly object of the present invention on the printed circuit 430 according to assembly techniques typically used on surface mountable components (SMD), for example welding. Thus, in accordance with the present invention, the substrate 410 is used to interconnect, reducing the size of the subassembly depicted in FIG. 6, in comparison with the traditional assembly of optoelectronic components and associated components on a base plate. ceramic. In addition, there is a reduction in the number of parts of the subassembly, a reduction in its height / thickness and eliminates the need to transmit on the back side, that is to say on the housing side 405. The use of the substrate serving as a window, as a support element for the electronic components makes it possible to reduce the bulk by eliminating the internal wires and to compact the assembly by eliminating a layer, which is traditionally found on the ceramic of the base, which forms part of the vertical walls of the housing. In embodiments, the substrate 410 carries on its outer face or upper, at least one mechanical alignment mark (not shown), which allows a visual alignment of any optical coupling system reported on the substrate 410.
Préférentiellement, les sous-ensembles, tels que celui illustré en figure 6, sont assemblés collectivement (en wafer Nevel ) selon les techniques connues de l'homme du métier,. La séparation des pièces est ensuite réalisée par découpe à la scie conventionnelle. Cet assemblage collectif présente un grand avantage en terme de durée du processus de fabrication ainsi qu'en terme de propreté de l'assemblage dont les dimensions sont mieux contrôlées. Ainsi, ces sous-ensembles optiques forment une matrice, par exemple de 25 pièces, de boîtiers céramiques avec connectique, assemblés à un substrat portant les composants et pistes conductrices puis découpés. Dans le mode de réalisation illustré en figure 6, le substrat 410 est monté sur le boîtier 405 par l'intermédiaire de microbilles 407. Cependant, dans un mode de réalisation préférentiel, illustré plus en détail en regard des figures 7A, 7B et 8, ce montage est réalisé par la combinaison de studs et d'un joint hermétique. Que l'assemblage comporte des microbilles, comme illustré en figure 6, ou des studs, comme illustré en figures 7A, 7B et 8, ces microbilles ou ces studs servent préférentiellement à véhiculer des signaux entre des pistes conductrices (non représentées) du substrat 410 et du boîtier 405, éventuellement en surface ou enterrées dans ces éléments. Ces pistes se terminent par l'un des plots métalliques de contact 452 et 453. On observe, en figure 7B, la jonction une fois effectuée, entre l'embase 405 et le substrat 410 et en figure 7A les éléments de la jonction avant assemblage. Dans chacune des figures 7A et 7B, on observe un stud 450 et de la colle 455. La colle 455 peut, en variante, être remplacée par une préforme métallique qui va venir se braser avec le plot métallique de contact 453, éventuellement une goulotte de réception, une thermocompression étant, là encore, utilisée. Un stud est un fil qui a été soudé et sur le lequel on a tiré, pendant la soudure, très rapidement et fortement ce qui lui donne une allure de clou ou de plot avec une partie pointue. On vient alors appliquer une colle et la pièce qui vient dessus avec une certaine pression créant la connexion entre les deux parties. Pour renforcer et diminuer la pression à appliquer, on applique de la colle qui va protéger, durcir et se rétracter avec la température renforçant la connexion. C'est un procédé relativement connu. Cet effet de rétreint avec la colle du stud bump viendra encore appliquer une pression supplémentaire sur le joint d'herméticité.Preferably, the subsets, such as that illustrated in FIG. 6, are collectively assembled (in Nevel wafer) according to the techniques known to those skilled in the art. The separation of the parts is then performed by cutting with the conventional saw. This collective assembly has a great advantage in terms of the duration of the manufacturing process and in terms of cleanliness of the assembly whose dimensions are better controlled. Thus, these optical subassemblies form a matrix, for example of 25 pieces, of ceramic packages with connectors, assembled to a substrate carrying the components and conductive tracks then cut. In the embodiment illustrated in FIG. 6, the substrate 410 is mounted on the housing 405 via microbeads 407. However, in a preferred embodiment, illustrated in more detail with reference to FIGS. 7A, 7B and 8, this assembly is realized by the combination of studs and a hermetic seal. Whether the assembly comprises microbeads, as shown in FIG. 6, or studs, as illustrated in FIGS. 7A, 7B and 8, these microbeads or studs preferably serve to convey signals between conductive tracks (not shown) of the substrate 410. and the housing 405, possibly on the surface or buried in these elements. These tracks terminate in one of the metal contact pads 452 and 453. FIG. 7B shows the junction once made between the base 405 and the substrate 410 and in FIG. 7A the elements of the junction before assembly. . In each of FIGS. 7A and 7B, a stud 450 and glue 455 are observed. The glue 455 may, in a variant, be replaced by a metal preform which will be soldered with the metal contact pad 453, possibly a trough of reception, a thermocompression being, again, used. A stud is a wire that has been welded and on which one fired, during welding, very quickly and strongly which gives it a look of nail or stud with a pointed part. We then apply an adhesive and the piece that comes on it with a certain pressure creating the connection between the two parts. To strengthen and reduce the pressure to apply, apply glue that will protect, harden and shrink with the temperature strengthening the connection. This is a relatively well known process. This effect of shrinkage with the glue of the stud bump will come to apply additional pressure on the hermetic seal.
Pour l'assemblage avec studs, on met en oeuvre un effet de rétreint en chauffant les pièces et en réalisant le contact. Les studs constituent les points de connexion entre le substrat 410 et le boîtier 405. Un enrobage est constitué autour de ces studs de manière à avoir un dispositif étanche. Pour garantir l'herméticité, un joint d'herméticité est positionné vers l'extérieur des studs. Les studs, permettant un montage à l'envers, font partie de la technique dite flip-chip . Dans une variante préférentielle illustrée en figure 8, pour améliorer l'herméticité, on prévoit une brasure d'éléments, ou joint, métalliques 460 et 465, en périphérie du boîtier 405 et du substrat 410, le contact électrique se faisant au niveau du stud 450. Le joint additionnel est réalisé par brasure entre le substrat et le boîtier, par exemple en un alliage Au/Sn, un alliage d'Indium ou un autre alliage fusible. Préférentiellement, on fait passer le signal numérique haute fréquence par l'intermédiaire de studs, entre le substrat 410 et le boîtier 405. On observe que la combinaison d'un stud et d'une brasure est particulièrement avantageuse car le stud, qui peut véhiculer des signaux, réalise une cale et garantit l'épaisseur de brasure après fusion. On évite ainsi que la brasure, sous l'effet des forces en présence, ne s'écrase et se répande à l'intérieur ou à l'extérieur du composant. En ce qui concerne l'alignement optique, une première technique consiste à réaliser un pointage. Le sous-ensemble présenté fournit une fonction optique utilisable dans une application en espace libre. Il n'y a pas de vecteur de lumière sous forme de guide d'onde, ou fibre optique. En utilisant un substrat de verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir, l'alignement d'un système optique peut se faire par simple visée d'une référence au travers du substrat. Dans un cas général, où l'on souhaite aligner une barrette de diodes laser VCSEL, au pas de 250 pm montés sur un substrat d'environ 500 pm, les lentilles disponibles sur le marché sont exploitables sans difficulté particulière lors de l'assemblage.For the assembly with studs, it implements a shrinking effect by heating the parts and making the contact. The studs are the connection points between the substrate 410 and the housing 405. A coating is formed around these studs so as to have a sealed device. To guarantee hermeticity, a hermetic seal is positioned towards the outside of the studs. Studs, allowing upside-down mounting, are part of the so-called flip-chip technique. In a preferred variant illustrated in FIG. 8, in order to improve the hermetic integrity, metal elements 460 and 465 are soldered at the periphery of the housing 405 and the substrate 410, the electrical contact being made at the stud level. 450. The additional seal is made by brazing between the substrate and the housing, for example an Au / Sn alloy, an indium alloy or another fusible alloy. Preferably, the high frequency digital signal is passed through studs, between the substrate 410 and the housing 405. It is observed that the combination of a stud and a solder is particularly advantageous because the stud, which can convey signals, realizes a wedge and guarantees the solder thickness after fusion. This prevents the solder, under the effect of the forces involved, from crashing and spreading inside or outside the component. As regards the optical alignment, a first technique consists in making a score. The subset presented provides an optical function usable in a free space application. There is no light vector in the form of a waveguide, or optical fiber. By using a substrate of glass, pyrex, quartz and / or sapphire, the alignment of an optical system can be done by simply aiming for a reference through the substrate. In a general case, where it is desired to align a VCSEL laser diode array at a pitch of 250 μm mounted on a substrate of approximately 500 μm, the lenses available on the market can be exploited without any particular difficulty during assembly.
Cependant, dans certains cas, une méthode de visée n'est pas satisfaisante. Selon des variantes de la présente invention, on réalise, pour ces cas, des références mécaniques en face arrière du substrat en verre, pyrex, quartz et/ou saphir, par des techniques dites de hot embossing ou de lithographie de matériaux tels que le SU8. On réalise ainsi, au niveau du substrat, des butées mécaniques utilisables pour le positionnement de lentilles, fibres optiques ou réceptacles. Selon d'autres exemples, les références mécaniques prennent la forme de croix d'alignement.However, in some cases, a method of aiming is not satisfactory. According to variants of the present invention, for these cases, mechanical references are made on the rear face of the glass, pyrex, quartz and / or sapphire substrate by so-called hot embossing techniques or lithography of materials such as SU8. . Thus, at the level of the substrate, mechanical stops are used for positioning lenses, optical fibers or receptacles. According to other examples, the mechanical references take the form of an alignment cross.
Ainsi, conformément à un mode de réalisation avantageux du dispositif objet de la présente invention, on utilise un substrat composite de verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir, d'une part, et de silicium, d'autre part. Dans ce substrat, une face en verre, pyrex, quartz et/ou saphir constitue une fenêtre optique que l'on utilise pour l'assemblage des composants et une face en silicium sert pour ses propriétés mécaniques car on sait traiter cette face par des techniques connues dans le domaine des MEMS . Dans ce mode de réalisation, on assemble les deux faces par adhérence moléculaire ou scellement anodique puis on amincit le substrat en respectant une valeur d'épaisseur satisfaisante du point de vue optique, pour qu'il soit utilisé sur les équipements optiques conventionnels. L'épaisseur du verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir dépend du type de matériau utilisé et de son indice optique et est ajustée de manière à avoir un couplage optique maximal du dispositif. Typiquement, l'épaisseur de verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir est de 50 pm et l'épaisseur du silicium, pouvant être variable, s'établit autour de 500 im.Thus, in accordance with an advantageous embodiment of the device which is the subject of the present invention, a composite substrate of glass, pyrex, quartz and / or sapphire, on the one hand, and silicon, on the other hand, is used. In this substrate, a glass, pyrex, quartz and / or sapphire face constitutes an optical window that is used for the assembly of the components and a silicon face serves for its mechanical properties because it is known to treat this face by techniques known in the field of MEMS. In this embodiment, the two faces are assembled by molecular adhesion or anodic sealing, and then the substrate is thinned to an optically satisfactory thickness value for use on conventional optical equipment. The thickness of the glass, pyrex, quartz and / or sapphire depends on the type of material used and its optical index and is adjusted so as to have a maximum optical coupling of the device. Typically, the thickness of glass, pyrex, quartz and / or sapphire is 50 μm and the thickness of the silicon, which can be variable, is around 500 μm.
On observe, en figure 9, dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention, on effectue d'abord une étape 505 d'assemblage du guide optique au capot. Puis, au cours d'une étape 525, on effectue la réalisation d'au moins un stud sur la face interne du substrat et, au cours d'une étape 530, de brasure sur cette face interne. Au cours d'une étape 535, on effectue le montage des composants optoélectroniques et électroniques sur la face interne du substrat. Au cours d'une étape 540, on effectue un dépôt de colle thermique dans le boîtier, en regard d'au moins un des composants électroniques montés sur le substrat. Au cours d'une étape 545, on effectue un dépôt de colle en regard des studs, sur les bords du boîtier. Au cours d'une étape 555, on effectue un assemblage du substrat sur le boîtier, par exemple par thermocompression.FIG. 9 shows, in a particular embodiment of the method that is the subject of the present invention, a step 505 is first made to assemble the optical guide to the cover. Then, during a step 525, one carries out the realization of at least one stud on the internal face of the substrate and, during a step 530, solder on this inner face. During a step 535, the optoelectronic and electronic components are mounted on the internal face of the substrate. During a step 540, a thermal glue deposit is made in the housing, facing at least one of the electronic components mounted on the substrate. During a step 545, glue is deposited next to the studs on the edges of the housing. During a step 555, the substrate is assembled on the housing, for example by thermocompression.
Ainsi, de manière avantageuse, l'étape d'assemblage 555 comporte une étape de fermeture hermétique du boîtier 405 par le substrat 410, par l'intermédiaire d'un joint fusible, ici de brasure, et de prise de contact électrique, par chaque stud, entre une piste conductrice du substrat 410 et une piste conductrice du boîtier 405, par rétreint en température, ici de la colle des stud bump en température.Thus, advantageously, the assembly step 555 comprises a step of sealing the housing 405 by the substrate 410, via a fusible joint, here solder, and electrical contact, by each stud, between a conductive track of the substrate 410 and a conductive track of the housing 405, by temperature shrinkage, here the stud bump temperature glue.
Au cours d'une étape 560, si plusieurs sous-ensembles ont été réalisés au cours des étapes 505 à 555, on effectue la découpe du boîtier et du substrat qui les constitue, par sciage. Enfin, au cours d'une étape 565, on effectue le montage du capot sur le boîtier. Préférentiellement, le composant optoélectronique 415 est formé d'une pluralité d'émetteurs et/ou de récepteurs optiques intégrés dans un composant optoélectronique multicanaux. Dans le cas d'utilisation de VCSEL ou de photodiodes, ceux- ci forment une barre comprenant plusieurs composants, par exemple, quatre, huit ou douze, côte à côte. (4, 8, 12 etc). L'électronique 420 associée sur le substrat 410 est également multicanaux pour piloter l'ensemble des composants optoélectroniques de la barre. Dans des variantes, le substrat 410 est formé uniquement en silicium et est lui-même un circuit intégré par exemple de contrôle, voire de pilotage, du ou des composants optoélectroniques 415, montés en flip-chip, le substrat étant, lui-même monté en flip-chip sur le boîtier 405. Dans ce cas, les composants optoélectroniques 415 mettent en oeuvre des longueurs d'onde pour lesquels le silicium est, au moins partiellement, transparent. Par exemple, une longueur d'onde de 1310 ou 1550 nm, classique pour les télécommunications, passe à travers le silicium sans absorption ce qui n'est pas le cas de la longueur d'onde de 850 nm, qui traverse le verre. Comme on le comprend en regard de la figure 9, le procédé de fabrication d'au moins un sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention comporte, notamment : - les étapes d'assemblage mécanique d'un boîtier à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - une étape d'assemblage mécanique du boîtier à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, de telle manière que le premier et Ne deuxième ensembles ne soient pas directement mécaniquement reliés entre eux. On observe que la solution de couplage décrite ici a également un grand intérêt pour la réalisation d'un module avec fibre détachable. En utilisant le capot tel que décrit ci-dessus comme connecteur optique, l'existence du faisceau collimaté entre capôt et boitier relâche les contraintes, comme on l'a vu, et permet, moyennant un guidage par pinoches, de réaliser un couplage avec une fibre amovible. Il suffit donc de guider cette fibre amovible, et de la maintenir mécaniquement avec une bride ou un clip.During a step 560, if several subassemblies have been made during steps 505 to 555, the housing and the substrate that constitutes them are cut by sawing. Finally, during a step 565, the hood is mounted on the housing. Preferably, the optoelectronic component 415 is formed of a plurality of transmitters and / or optical receivers integrated in a multichannel optoelectronic component. In the case of using VCSEL or photodiodes, these form a bar comprising several components, for example, four, eight or twelve, side by side. (4, 8, 12 etc). The electronics 420 associated on the substrate 410 is also multichannel to drive all the optoelectronic components of the bar. In variants, the substrate 410 is formed solely of silicon and is itself an integrated circuit for example control or control of the optoelectronic component or 415, mounted flip-chip, the substrate being itself mounted in flip-chip on the housing 405. In this case, the optoelectronic components 415 implement wavelengths for which the silicon is at least partially transparent. For example, a wavelength of 1310 or 1550 nm, conventional for telecommunications, passes through the silicon without absorption, which is not the case for the wavelength of 850 nm, which passes through the glass. As can be understood with reference to FIG. 9, the method for manufacturing at least one optoelectronic subassembly which is the subject of the present invention comprises, in particular: the steps of mechanically assembling a housing to a first assembly comprising a an optoelectronic component holder and at least a first lens; and a step of mechanically assembling the case to a second set comprising at least one optical element having a focal length and an optical guide, so that the first and second sets do not not directly mechanically connected to each other. It is observed that the coupling solution described here is also of great interest for the realization of a module with detachable fiber. By using the cover as described above as optical connector, the existence of the collimated beam between capot and housing relaxes the constraints, as we have seen, and allows, with a pinch guidance, to achieve a coupling with a removable fiber. It is therefore sufficient to guide this removable fiber, and maintain mechanically with a flange or a clip.
Comme autre avantage de ce connecteur, le faisceau étant collimaté, il n'y a plus de contrainte dans l'axe optique. On s'affranchit donc des problèmes d'épaisseur, d'amincissement etc. L'utilisateur de ce connecteur n'a plus qu'à collimaté chacune de ses voies optiques.As another advantage of this connector, the beam being collimated, there is no more stress in the optical axis. We thus overcome the problems of thickness, thinning, etc. The user of this connector only has to collimated each of its optical channels.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0706872AFR2921730A1 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Optoelectronic sub-assembly assembling e.g. ceramic case with photo-transistor, has two assemblies one of which has mirror with focal length and optical guide, where assemblies are not directly and mechanically connected with each other |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR0706872AFR2921730A1 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Optoelectronic sub-assembly assembling e.g. ceramic case with photo-transistor, has two assemblies one of which has mirror with focal length and optical guide, where assemblies are not directly and mechanically connected with each other |
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| FR2921730A1true FR2921730A1 (en) | 2009-04-03 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5168537A (en)* | 1991-06-28 | 1992-12-01 | Digital Equipment Corporation | Method and apparatus for coupling light between an optoelectronic device and a waveguide |
| US5764832A (en)* | 1993-03-24 | 1998-06-09 | Fujitsu Limited | Integrated semiconductor optical devices and method of manufacture employing substrate having alignment groove |
| EP1004907A2 (en)* | 1998-11-24 | 2000-05-31 | Hewlett-Packard Company | Optical wavelength demultiplexer |
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| EP1447695A2 (en)* | 2003-02-17 | 2004-08-18 | Seiko Epson Corporation | Optical module having optical socket for optical communication and manufacturing method of the same |
| US20060078262A1 (en)* | 2004-10-07 | 2006-04-13 | Ye Chen | Optoelectronic module with high coupling efficiency |
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