DE4013630A1 - Opto electric modulator for manufacture - has groove for receiving fibre connecting components - Google Patents

Opto electric modulator for manufacture - has groove for receiving fibre connecting components

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Abstract

A modul has a cover (2) and silicon base (1). Optoelectronic, electronic and optical components (8, 10, 11, 12) are arranged on the surface of base (1). A groove (3) is provided in thee base (1) to receive a light wave conducting fibre (9). The groove (3) extends from an edge of the base (1) to at least one optoelectronic component (10, 11). Groove (3) has a widened region (5) between the edge of base (1) and optoelectronic components (10, 11). A corresponding groove (13) is provided on the underside of the cover (2). In cover (2) is an opening (6) in the region of the widened part (5) of grooves (3, 13) and an opening (7) where the optoelectronic components are set in the base (1). USE/ADVANTAGE - For optical data transmission system. Has improved hermetic sealing and more efficient assembly.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Wandlermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to an optoelectronic converter module according to the preamble of claim 1 and a method its manufacture.

Bei der optischen Nachrichtenübertragung über Lichtwellenlei­ ter-(LWL-)Fasern werden elektrooptische Sende- und Empfangs­ module, d. h. optoelektronische Wandlermodule benötigt.In the optical transmission of messages via lightwave ter (LWL) fibers become electro-optical transmission and reception modules, d. H. optoelectronic converter modules required.

Bei der derzeitigen mikromechanischen Aufbauweise werden die einzelnen Subeinheiten, wie z. B. Laserdiode, Linse(n), Licht­ leitfaser, auf ihren Zwischenträgern in einem Metallgehäuse unter hohem Justieraufwand einzeln zu einem Modul zusammen­ gesetzt. Der fertige Modul wird anschließend durch Löten oder Laserschweißen hermetisch verschlossen.With the current micromechanical construction, the individual subunits, such as B. laser diode, lens (s), light conductive fiber, on their intermediate supports in a metal housing combined individually into a module with high adjustment effort set. The finished module is then soldered or laser welding hermetically sealed.

Vorteilhafter wegen eines geringeren Justieraufwandes und geeigneter für eine Massenfertigung ist eine sogenannte hybrid-integrierte Bauweise auf Silizium. Ein derartiger op­ tischer Sende- und Empfangsmodul ist in der älteren deut­ schen Patentanmeldung, amtl. Aktz. P 38 09 396.0 beschrieben. Dieser optoelektronische Wandlermodul weist ein Si-Träger­ teil auf, auf dessen Oberfläche die elektrooptischen und/ oder optoelektrischen sowie die optischen Komponenten ange­ ordnet sind. In der Oberfläche des Si-Trägerteils ist dabei zur Aufnahme einer LWL-Anschlußfaser eine Nut vorgesehen, die sich von einer Kante des Si-Trägerteils ausgehend über eine Vertiefung zur Aufnahme einer fokussierenden Komponente bis zu mindestens einer elektrooptischen und/oder optoelek­ trischen Komponente erstreckt. More advantageous because of less adjustment effort and a so-called is more suitable for mass production hybrid integrated construction on silicon. Such an op table transmission and reception module is in the older Deut described patent application, official act P 38 09 396.0. This optoelectronic converter module has an Si carrier part on the surface of which the electro-optical and / or optoelectric and optical components are arranged. There is in the surface of the Si carrier part a groove is provided to accommodate an optical fiber connection fiber, starting from an edge of the Si carrier part a recess for receiving a focusing component up to at least one electro-optical and / or optoelek tric component extends.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem op­ toelektronischen Wandlermodul der eingangs genannten Art den Justier- und Fixieraufwand für die einzelnen optischen und optoelektronischen Komponenten zu verringern, deren hermetische Abkapselung zu verbessern und eine rationelle Fertigung der Module zu ermöglichen.The invention has for its object in an op toelectronic converter module of the type mentioned at the beginning the adjustment and fixing effort for the individual optical and to reduce optoelectronic components whose improve hermetic encapsulation and rational To enable production of the modules.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optoelektro­ nischen Wandlermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.This object is achieved by an optoelectro African converter module with the features of claim 1 or by a method having the features of claim 9 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.Advantageous refinements or developments of the Erfin are subject to additional claims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß sich der optoelektronische Wandlermodul neben seiner technischen Eignung durch geringen Justierauf­ wand, hermetische Kapselung gegen die Umgebungsatmosphäre und eine rationelle Fertigung auszeichnet.The advantages achieved with the invention are in particular the fact that the optoelectronic converter module in addition to its technical suitability due to low adjustment wall, hermetic encapsulation against the ambient atmosphere and distinguishes rational production.

Die hermetische Kapselung wird erreicht, indem auf ein Sili­ ziumsubstrat bzw. auf das Si-Trägerteil mit den optischen und optoelektronischen Komponenten bzw. Bauteilen ein geeig­ netes Deckelteil, vorzugsweise auch aus Silizium, zweckmäßig mittels eines Glaslotes aufgeglast wird. Für das beispiels­ weise ein- und austretende Laserlicht hat das Deckelteil eine geeignete Durchführung bzw. ein Fenster. An diese Durch­ führung wird selbstjustierend und ohne Zwischenhalter eine LWL-Anschlußfaser (pigtail) angeschmolzen oder angeklebt.The hermetic encapsulation is achieved by using a sili ziumsubstrat or on the Si carrier part with the optical and optoelectronic components netes cover part, preferably also made of silicon, useful by means of a glass solder. For example The cover part has wise laser light in and out a suitable implementation or a window. This through guidance becomes self-adjusting and without an intermediate bracket FO connection fiber (pigtail) melted or glued.

Durch die hohe Präzision des anisotropen Ätzens (Vorzugs­ ätzens) wird erreicht, daß die optischen Komponenten auf dem Siliziumsubstrat (Si-Trägerteil) zueinander richtig positio­ niert sind und nicht mehr justiert werden müssen. Due to the high precision of the anisotropic etching (preferred etching) is achieved in that the optical components on the Silicon substrate (Si carrier part) to each other correctly positio are nated and no longer need to be adjusted.  

Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigenUsing an off shown in the figures of the drawing the invention is explained in more detail. Show it

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Sendemoduls in hybrid­ intregrierter Bauweise, Fig. 1 shows the schematic configuration of a transmission module in hybrid intregrierter construction,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Si-Trägerteil des Sendemoduls und Fig. 2 is a plan view of the Si carrier part of the transmitter module and

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Deckelteil des Sendemoduls. Fig. 3 is a plan view of the cover part of the transmitter module.

Der in den Fig. dargestellte optoelektronische Wandlermodul ist ein Sendemodul und besteht im wesentlichen aus einem Si- Trägerteil 1, auf dessen Oberfläche als elektrooptische Kom­ ponente eine Laserdiode 10, als optoelektrische Komponente eine Monitordiode 11 sowie als optische Komponenten eine Kugellinse 8, ein LWL-Faserabschnitt 9 und die LWL-Anschluß­ faser 15 angeordnet sind. In die Oberfläche des Trägerteils 1 ist zur Aufnahme des freigelegten Endstückes der LWL-An­ schlußfaser 15 und des Faserabschnitts 9 eine Nut 3 vorge­ sehen, die vorzugsweise V-förmig ausgebildet ist. Der Faser­ abschnitt 9 dient im fertigen Modul als Durchführung für das Laserlicht. Die Nut 3 hat in der Mitte eine leichte Verbrei­ terung bzw. Erweiterungsstelle 5, um den Faserabschnitt 9 rundum dichtglasen zu können. Die Nut 3 setzt sich in der verengten Form fort bis zur in diesem Beispiel rechteckigen Vertiefung 4, die zur Aufnahme der Kugellinse 8 dient. An diese Vertiefung 4 schließt sich eine schmale Fortsetzung der Nut 3 an, über der die Laserdiode 10 zweckmäßig aufgelö­ tet ist. Über der spiegelnden Endkante dieser Nut 3 ist die Monitordiode 11 mit der optisch aktiven Fläche nach unten aufgelötet. Die elektrischen Anschlüsse der beiden Dioden 10, 11 erfolgen über die Kontaktierungen 12 und die Anschluß­ drähte 18.The illustrated in FIGS. Opto-electronic transducer module is a transmitter module and consists essentially of a Si support part 1, on the surface as an electro-optical Kom component a laser diode 10, as an opto-electrical component, a monitor diode 11, as well as optical components, a ball lens 8, a fiber optic Fiber section 9 and the fiber optic connection fiber 15 are arranged. In the surface of the carrier part 1 is to receive the exposed end of the fiber optic connection fiber 15 and the fiber section 9, a groove 3 is seen, which is preferably V-shaped. The fiber section 9 is used in the finished module as a bushing for the laser light. The groove 3 has a slight expansion or extension 5 in the middle so that the fiber section 9 can be sealed all around. The groove 3 continues in the narrowed shape up to the rectangular recess 4 in this example, which serves to receive the ball lens 8 . This recess 4 is followed by a narrow continuation of the groove 3 , via which the laser diode 10 is expediently dissolved. Above the reflecting end edge of this groove 3 , the monitor diode 11 is soldered with the optically active surface facing downwards. The electrical connections of the two diodes 10 , 11 are made via the contacts 12 and the connecting wires 18th

Das Si-Trägerteil 1 wird beidseitig metallisiert, um elek­ trische Anschlüsse 12 herzustellen und das Trägerteil 1 auf einem Leadframe 17 auflöten zu können, oder einseitig metal­ lisiert, wenn es auf den Leadframe 17 geklebt wird.The Si carrier part 1 is metallized on both sides in order to make electrical connections 12 and to be able to solder the carrier part 1 onto a lead frame 17 , or metalized on one side if it is glued to the lead frame 17 .

Das in Fig. 3 dargestellte Deckelteil 2 erfüllt zwei Funktio­ nen. Erstens soll es die Kugellinse 8 und den LWL-Faserab­ schnitt 9 fixieren. Dazu ist auf der Unterseite des Deckel­ teils 2 eine rechteckige Vertiefung 4 und eine Nut 13 mit Er­ weiterungsstelle 5 wie im Trägerteil 1 eingeätzt. Das heißt, die Nut 3 im Trägerteil 1 ist mit der Nut 13 im Deckelteil 2 zumindest in ihrem Verlauf symmetrisch, wobei deren Symme­ trieachsen jedoch voneinander abweichen können. Zweitens soll das Deckelteil 2 den Modul hermetisch dicht abschließen. Zu diesem Zweck wird auf der Unterseite des Deckelteils 2 ganzflächig ein geeignetes Glaslot dünn aufgetragen, um das Deckelteil 2 und das Trägerteil 1 miteinander zu verglasen. Um den Faserabschnitt 9 dicht einzuglasen, wird in das Dec­ kelteil 2 ein Loch bzw. eine erste Öffnung 6 von dessen Oberseite her durchgeätzt und mit Glaslot gefüllt. Nach dem Einglasen der optischen Teile und des Deckelteils wird das Modulgehäuse auf dem Leadframe 17 aufgelötet oder geklebt.The cover part 2 shown in FIG. 3 fulfills two functions. First, it is intended to fix the ball lens 8 and the fiber optic section 9 . For this purpose, on the underside of the lid part 2, a rectangular recess 4 and a groove 13 with he extension 5 as in the carrier part 1 is etched. That is, the groove 3 in the carrier part 1 is at least symmetrical with the groove 13 in the cover part 2 , the symmetry of which may, however, differ from one another. Second, the cover part 2 is to seal the module hermetically. For this purpose, a suitable glass solder is thinly applied over the entire surface of the underside of the cover part 2 in order to glaze the cover part 2 and the carrier part 1 with one another. In order to seal the fiber section 9 tightly, a hole or a first opening 6 is etched through from the upper side of the Dec part 2 and filled with glass solder. After the optical parts and the cover part have been glazed in, the module housing is soldered or glued to the leadframe 17 .

Die zweite Öffnung 7 im Deckelteil 2 dient dazu, um die La­ serdiode 10 und die Monitordiode 11 einlöten zu können. Diese Öffnung wird zum Schluß vorzugsweise durch Auflöten eines Metalldeckels 16 dicht verschlossen.The second opening 7 in the cover part 2 serves to be able to solder the laser diode 10 and the monitor diode 11 . In the end, this opening is preferably closed tightly by soldering on a metal cover 16 .

Die LWL-Anschlußfaser (pigtail) 15 wird an den Faserab­ schnitt 9 stoßgekoppelt, mit einer Abdeckung 14 fixiert und geklebt.The fiber optic connection fiber (pigtail) 15 is butt-coupled to the fiber section 9 , fixed with a cover 14 and glued.

Die Stoßstelle kann auch wahlweise mittels Aufschmelzens ge­ spleißt werden. Zur Zugentlastung wird die Umhüllung (coating) der LWL-Faser 15 auf das Leadframe 17 aufgeklebt und/oder mit zwei Laschen des Leadframe 17 gekrimmt.The joint can also be spliced optionally by melting. To relieve the strain, the coating of the fiber optic fiber 15 is glued onto the leadframe 17 and / or crimped with two tabs of the leadframe 17 .

Der fertige Modul wird zum weiteren Schutz mit Plastik um­ spritzt oder umgossen. The finished module is covered with plastic for further protection splashes or pours.  

Der erfindungsgemäße Modulaufbau hat den wesentlichen Vor­ teil, daß viele der Herstellschritte, wie Ätzen, Metallisie­ ren und Einglasen, auf dem ganzen Wafer erfolgen und justier­ frei sind.The module structure according to the invention has the essential purpose part that many of the manufacturing steps, such as etching, metallization the whole wafer and adjust it are free.

Die weiteren Herstell- bzw. Verfahrensschritte, wie Auflöten auf dem Leadframe, Auflöten der Monitordioden und der Laser, Laserpositionieren, Fixieren der Anschlußfaser, Verschließen der Module, künstliches Altern (burn-in) und Qualifikation, erfolgen im Barrenverbund oder im Verbund eines Filmbandes. Die Module werden erst zur Endprüfung vereinzelt. Dies ermög­ licht eine kostengünstige Fertigung.The further manufacturing or process steps, such as soldering on the leadframe, soldering the monitor diodes and the lasers, Laser positioning, fixing the connecting fiber, closing the modules, artificial aging (burn-in) and qualifications, take place in the bar association or in the association of a film tape. The modules are only separated for the final examination. This enables cost-effective production.

Claims (9)

1. Optoelektronischer Wandlermodul für die optische Nachrich­ tenübertragung in Lichtwellenleitern, mit einem verschlosse­ nen Deckelteil und einem damit abgedeckten Si-Trägerteil, auf dessen Oberfläche die optoelektrischen, elektrischen so­ wie die optischen Komponenten angeordnet sind, und in der zur Aufnahme einer Lichtwellenleiter-Anschlußfaser eine Nut vorgesehen ist, die sich von einer Kante des Si-Trägerteils ausgehend bis zu mindestens einer optoelektrischen Komponen­ te erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (3) zwischen der Kante des Si-Trägerteils (1) und einer optoelektrischen Komponente (10, 11) eine Erweite­ rungsstelle (5) aufweist, daß die dem Si-Trägerteil (1) zu­ gewandte Unterseite des Deckelteils (2) eine zur Nut (3) im Trägerteil (1) zumindest in ihrem Verlauf symmetrische Nut (13) aufweist, und daß in das Deckelteil (2) von dessen Ober­ seite her eine erste Öffnung (6) im Bereich der Erweiterungs­ stelle (5) der Nuten (3, 13) und eine zweite Öffnung (7) im Bereich der auf dem Trägerteil (1) anzubringenden elektroop­ tischen Komponenten (10, 11) eingebracht ist.1. Optoelectronic converter module for the optical Nachrich transmission in optical fibers, with a closed part of the cover and a Si-covered part covered with it, on the surface of which the optoelectric, electrical and optical components are arranged, and in which to receive an optical fiber connecting fiber Groove is provided, which extends from an edge of the Si carrier part to at least one optoelectric component, characterized in that the groove ( 3 ) between the edge of the Si carrier part ( 1 ) and an optoelectric component ( 10 , 11th ) has an expansion point ( 5 ) that the Si carrier part ( 1 ) facing the underside of the cover part ( 2 ) has a groove ( 3 ) in the carrier part ( 1 ) at least in its course symmetrical groove ( 13 ), and that in the cover part ( 2 ) from the upper side of a first opening ( 6 ) in the region of the extension ( 5 ) of the grooves ( 3 , 13th ) and a second opening ( 7 ) in the area of the support part ( 1 ) to be installed electro-optic components ( 10 , 11 ) is introduced. 2. Optoelektronischer Wandlermodul nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Nuten (3, 13) vor der elektrooptischen Komponente (10) eine Ver­ tiefung (4) zur Aufnahme einer fokussierenden Komponente (8) vorgesehen ist.2. Optoelectronic converter module according to claim 1, characterized in that in the grooves ( 3 , 13 ) in front of the electro-optical component ( 10 ) a recess ( 4 ) for receiving a focusing component ( 8 ) is provided. 3. Optoelektronischer Wandlermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ver­ schließen des Deckelteils (2) eine Metallscheibe (16) vorge­ sehen ist.3. Optoelectronic converter module according to claim 1 or 2, characterized in that for closing the cover part ( 2 ) Ver see a metal disc ( 16 ) is easily seen. 4. Optoelektronischer Wandlermodul nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (2) aus Silizium besteht. 4. Optoelectronic converter module according to one of Ansprü che 1 to 3, characterized in that the cover part ( 2 ) consists of silicon. 5. Optoelektronischer Wandlermodul nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Si-Trägerteil (1) und im aus Silizium bestehenden Deckelteil (2) symmetrisch zueinander ausgebildeten Nuten (3, 13) durch anisotropes Ätzen eingebracht und die beiden Öffnungen (6,7) im Deckelteil (2) durchgeätzt sind.5. Optoelectronic converter module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the grooves ( 3 , 13 ) formed symmetrically to one another in the Si carrier part ( 1 ) and in the cover part made of silicon ( 2 ) are introduced by anisotropic etching and the two Openings ( 6, 7 ) in the cover part ( 2 ) are etched through. 6. Optoelektronischer Wandlermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (2) mit einer auf seiner Unterseite ganz­ flächig aufgebrachten Glaslotschicht an das Si-Trägerteil (1) angeglast ist.6. Optoelectronic converter module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cover part ( 2 ) with a glass solder layer applied to its entire surface on the underside of the Si carrier part ( 1 ) is glassed. 7. Optoelektronischer Wandlermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungsstelle (5) der Nuten (3, 13) und die in die­ sem Bereich befindliche erste Öffnung (6) im Deckelteil (2) mit Glaslot ausgefüllt sind, so daß der im Bereich der Erwei­ terungsstelle (5) verlaufende Faserabschnitt (9) der LWL-An­ schlußfaser (15) in Glaslot eingebettet ist.7. Optoelectronic converter module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the extension point ( 5 ) of the grooves ( 3 , 13 ) and the first opening ( 6 ) located in this area in the cover part ( 2 ) are filled with glass solder, so that in the area of the extension ( 5 ) extending fiber section ( 9 ) of the fiber optic connection fiber ( 15 ) is embedded in glass solder. 8. Optoelektronischer Wandlermodul nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die LWL-Anschlußfaser (15) an den Faserabschnitt (9) stoßgekoppelt und mit einer Abdeckung (14) fixiert ist, und daß zur Zugentlastung die Umhüllung der LWL-Anschlußfaser (15) auf dem Leadframe (17) befestigt ist.8. Optoelectronic converter module according to one of Ansprü che 1 to 7, characterized in that the fiber optic connection fiber ( 15 ) to the fiber section ( 9 ) butt-coupled and fixed with a cover ( 14 ), and that for strain relief, the envelope of the fiber optic Connection fiber ( 15 ) on the lead frame ( 17 ) is attached. 9. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Wand­ lermoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Si-Wafer im Scheibenverband in eine Vielzahl von Trägerteilen (1) und Deckelteilen (2) die Nuten (3, 13) mit ihren Vertiefungen (4) und Erweiterungen (5) sowie die Öffnungen (6, 7) in den Dec­ kelteilen (2) gleichzeitig anisotrop ein- bzw. durchgeätzt werden, daß die Trägerteile (1) zum Bilden der elektrischen Anschlüsse (12) und zum Befestigung auf einem Leadframe (17) gleichzeitig metallisiert werden, daß die Trägerteile (1) mit den Deckelteilen (2) und den optischen Komponenten (8, 9) gleichzeitig eingeglast werden, und daß dann die weiteren Schritte des Auflötens auf dem Leadframe (17), des Auflötens und Positionierens der optoelektrischen Komponenten (10, 11), des Fixierens der LWL-Anschlußfasern (9, 15), des Verschlie­ ßens der Module, des künstlichen Alterns und der Qualifika­ tion im Barrenverbund oder im Verbund eines Filmbandes vorge­ nommen werden.9. A method for producing an optoelectronic wall module according to one of claims 1 to 8, characterized in that the grooves ( 3 , 13 ) with their on a Si wafer in the wafer assembly in a plurality of carrier parts ( 1 ) and cover parts ( 2 ) Wells ( 4 ) and extensions ( 5 ) and the openings ( 6 , 7 ) in the Dec kelteile ( 2 ) are simultaneously anisotropically etched in or through that the carrier parts ( 1 ) to form the electrical connections ( 12 ) and for attachment are metallized on a leadframe ( 17 ) at the same time, that the carrier parts ( 1 ) with the cover parts ( 2 ) and the optical components ( 8 , 9 ) are glazed in at the same time, and that the further steps of soldering onto the leadframe ( 17 ), the soldering and positioning of the optoelectric components ( 10 , 11 ), the fixing of the fiber optic connection fibers ( 9 , 15 ), the closing of the modules, the artificial aging and the qualification in the bar be made in association or in association with a film tape.
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