DE4112471A1

DE4112471A1 - Guide for optical and electric conductors into housing - has buffer layer service as base of electric conductors and surface mount components under hermetic seal

Info

Publication number: DE4112471A1
Application number: DE19914112471
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Schwaderer; Albrecht Dr Kuke; Heiner Dipl Ing Hauer
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-03-02
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1992-10-22

Abstract

On a sheet e.g. of Si with oxide, nitride, or polyimide coating, a buffer layer of low refractive index carries more highly refractive striplines (2) and electric conductors (6) locally surrounded by cladding (5), to which a cover (8) is sealed hermetically to protect optoelectronic components (7). The conductors (6) extend from under the cladding (5), and the striplines (2) are joined at one end to optical fibres (15) set into V-grooves (11), with a vertical walled groove at the transition. ADVANTAGE - Coupling of striplines is simplified with elimination of insulation hitherto required between conductors and cladding.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zusatz zur DE 41 06 720.The invention relates to an addition to DE 41 06 720.

In der optischen Nachrichtentechnik und in Anwendungen für neutrale Netze sind elektrooptische Wandlerelemente erforderlich, bei denen eine Vielzahl von optischen und elektrischen Leitungen zu- und weggeführt werden müssen. Da optoelektronische Bauelemente vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Staub und mechanischer Beschädigung geschützt werden müssen, ist ein hermetisch dichtes Gehäuse erforderlich.In optical communications technology and in applications for neutral networks are electro-optical converter elements required where a variety of optical and electrical cables must be fed in and out. There optoelectronic components against environmental influences such as Protects moisture, dust and mechanical damage is a hermetically sealed housing required.

In der DE 41 06 720 war auf die DE-OS 30 46 415 Bezug genommen, aus der eine hermetisch dichte Durchführung einer Lichtleitfaser durch eine Gehäusewand, wobei die Lichtleitfaser in einer Metallkapillare eingeschlossen ist, welche in einer Bohrung in der Gehäusewand fixiert, beispielsweise eingelötet ist, bekannt ist. Aus der DE 36 06 588 A1 geht eine gasdichte Durchführung einer Glasfaser durch die Wand eines gasdichten Gehäuses eines optoelektronischen Moduls hervor, wobei ein Loch der Wand durch einen Pfropf aus elastischem Material verschlossen ist und der Pfropf einen die Glasfaser dicht umschließenden Kanal zum Gehäuseinnern aufweist.DE 41 06 720 referred to DE-OS 30 46 415 taken from which a hermetically sealed implementation of a Optical fiber through a housing wall, the Optical fiber is enclosed in a metal capillary, which is fixed in a hole in the housing wall, is soldered, for example, is known. From DE 36 06 588 A1 goes through a gas-tight implementation of a glass fiber the wall of a gas-tight housing of an optoelectronic Module emerges, with a hole in the wall made by a graft elastic material is closed and the graft one Glass fiber tightly enclosing channel to the interior of the housing having.

Eine Kombination von sehr vielen optischen und elektrischen Durchführungen auf kleinem Raum in einem Gehäuse bereitet noch erhebliche Probleme. A combination of many optical and electrical Feedthroughs in a small space in a housing are still preparing significant problems.

Es war Aufgabe der Erfindung gemäß der DE 41 06 720 eine Anordnung anzugeben, die es erlaubt, auf einfache Weise gleichzeitig eine Vielzahl von optischen und elektrischen Leitern in ein hermetisch dichtes Gehäuse einzuführen.It was an object of the invention according to DE 41 06 720 a Specify arrangement that allows it to be simple a variety of optical and electrical at the same time Insert conductors into a hermetically sealed housing.

Als Lösung dieser Aufgabe wurde in der DE 41 06 720 angegeben als Träger beispielsweise eine Siliziumplatte einzusetzen, in der dicht unter der Oberfläche vergrabene Wellenleiter vorgesehen sind. Die Wellenleiter sind an einem Ende mit Lichtleitfasern verbunden und am anderen Ende über ein Spiegelelement mit einem Bauelement. Die Oberfläche des Trägers dient als Grundfläche für die elektrische Leitungsführung und als Montagefläche für die Bauelemente. Eine Isolierschicht ist vorgesehen, auf die der Deckel hermetisch dicht montiert wird.DE 41 06 720 was given as a solution to this problem to use as a carrier, for example, a silicon plate in the waveguide buried just below the surface are provided. The waveguides are at one end Optical fibers connected and at the other end via one Mirror element with a component. The surface of the Carrier serves as the base for the electrical Cable routing and as a mounting surface for the components. An insulating layer is provided on which the lid is hermetically sealed.

Eine Möglichkeit zur Herstellung der vergrabenen Wellenleiter besteht darin, auf dem Trägermaterial zunächst eine Pufferschicht mit niedrigem Brechungsindex aufzubringen. Auf diese Pufferschicht werden die Wellenleiter als Streifenwellenleiter mit höherem Brechungsindex als die Pufferschicht aufgebracht und lateral strukturiert. Die Streifenwellenleiter werden anschließend mit einer Mantelschicht umgeben, die einen niedrigeren Brechungsindex besitzt und oben eine ebene Oberfläche besitzt. Auf dieser Oberfläche werden die elektrischen Leiter aufgebracht und mit einer Isolierschicht teilweise abgedeckt.One way to make the buried waveguide consists of first one on the carrier material Apply a buffer layer with a low refractive index. On this buffer layer is called the waveguide Strip waveguide with a higher refractive index than that Buffer layer applied and laterally structured. The Strip waveguides are then covered with a Surround the cladding layer, which has a lower refractive index and has a flat surface at the top. On this The electrical conductors are applied to the surface and with an insulating layer partially covered.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine gegenüber der DE 41 06 720 vereinfachte Anordnung anzugeben, die es erlaubt eine Vielzahl von optischen und elektrischen Leitern in ein hermetisch dichtes Gehäuse einzuführen. It is the object of the invention compared to DE 41 06 720 to provide a simplified arrangement that allows a variety from optical and electrical conductors into a hermetic insert tight housing.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The task is accomplished by an arrangement with the characteristics of Claim 1 solved. Advantageous further developments are specified in the subclaims.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Einsparung der Isolationsschicht, die bisher neben der Mantelschicht benötigt wurde. Zudem ist die Ankopplung der Streifenleiter gegenüber der bisherigen Lösung vereinfacht.The main advantage of the solution according to the invention is in the saving of the insulation layer, which was previously in addition to the Cladding layer was needed. In addition, the coupling of the Stripline simplified compared to the previous solution.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is based on the Drawings explained. It shows

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 1 is a plan view of an inventive arrangement,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A′ und Fig. 2 shows a cross section along the line AA 'and

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B-B′. Fig. 3 shows a cross section along the line BB '.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen plattenförmigen Träger 1, der beispielsweise aus Silizium, Silizium mit Si O_x N_y - oder Polyimide-Deckschichten, Glas oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Figs. 1, 2 and 3 show a plate-shaped carrier 1, for example, of silicon, silicon with Si O _x N _y - may be made or polyimide covering layers, glass or other suitable material.

Auf dem Träger 1 ist eine Pfufferschicht 4 mit niedrigem Brechungsindex aufgebracht. Auf die Pfufferschicht 4 werden die Wellenleiter als Streifenleiter 2 mit höherem Brechungsindex als die Pufferschicht 4 aufgebracht. Neben den Streifenleitern 2 sind elektrische Leiter 6 auf der Pufferschicht 4 vorgesehen. Optoelektrische und elektrische Bauelemente können ebenfalls auf der Pufferschicht montiert werden. Die elektrischen Leiter 6 und die Streifenleiter 2 werden bereichsweise mit einer Mantelschicht 5 umgeben, auf die ein Deckel 8 zum Schutz der optoelektrischen Bauelemente 7 hermetisch dicht montiert wird. A buffer layer 4 with a low refractive index is applied to the carrier 1 . The waveguides are applied as a strip conductor 2 with a higher refractive index than the buffer layer 4 on the Pfufferschicht. 4 In addition to the strip conductors 2 , electrical conductors 6 are provided on the buffer layer 4 . Optoelectric and electrical components can also be mounted on the buffer layer. The electrical conductors 6 and the strip conductors 2 are surrounded in regions with a cladding layer 5 , on which a cover 8 for protecting the optoelectric components 7 is hermetically sealed.

Der Deckel oder Deckelring 8 wird über den zu schützenden Teil der Schaltung gestülpt. Erfindungsgemäß hat der Deckel 8 eine kleinere Grundfläche als der Träger 1, so daß die Randbereiche des Trägers 1 mit den elektrischen und optischen Zuführungen über den Rand des Deckels 8 hinausreichen. Zum hermetisch dichten Abschluß des Deckelrandes gegen den Träger 1 werden die elektrischen Leiter 6 und die Streifenleiter 2 elektrisch isolierend von der Mantelschicht 5 umgeben. Auf dieser Mantelschicht 5 wird der Deckel 8 hermetisch dicht montiert. Eine Möglichkeit dafür besteht darin, daß auf die Mantelschicht 5 eine Metallisierung 16 und eine Weichlotschicht 17 aufgebracht wird, auf welche der metallisierte Rand des Deckels 8 gelötet wird. Dieser Vorschlag zur Deckelbefestigung hat den Vorteil, daß alle Arbeitsgänge, die mit hohen Temperaturen verbunden sind, wie Diffusion, durchgeführt werden können, bevor die temperaturempfindlichen Bauelemente 7 montiert werden.The cover or cover ring 8 is put over the part of the circuit to be protected. According to the invention, the cover 8 has a smaller base area than the carrier 1 , so that the edge regions of the carrier 1 with the electrical and optical leads extend beyond the edge of the cover 8 . To hermetically seal the edge of the cover against the carrier 1 , the electrical conductors 6 and the strip conductors 2 are surrounded by the jacket layer 5 in an electrically insulating manner. The cover 8 is hermetically sealed on this jacket layer 5 . One possibility for this is that a metallization 16 and a soft solder layer 17 are applied to the cladding layer 5 , to which the metallized edge of the cover 8 is soldered. This proposal for fastening the cover has the advantage that all operations involving high temperatures, such as diffusion, can be carried out before the temperature-sensitive components 7 are mounted.

An die in den Außenbereich des Trägers 1 hinausragenden Leiterbahnen 6 können die elektrischen Zuleitungen auf bekannte Weise angebracht werden. Wenn der Träger 1 aus Silizium besteht, so können in den nach außen ragenden Teil 1a des Trägers 1 durch anisotropes Ätzen V-förmige Halterungen 11 für die Lichtleitfasern geätzt werden. Hierzu wird ein (100)- orientiertes Siliziumsubstrat verwendet, in welches die Nuten in [110]-Richtung verlaufen. Da die Stirnfläche 12 der V-Nuten ebenfalls wie die Seitenflächen um 54,7 Grad geneigt sind und daher ein Anschlag der Faser an den Streifenleiter 2 nicht ohne Abstand möglich ist, wird im Übergangsbereich zwischen der V-Nut 11 und dem Streifenleiter 2 eine Nut 14 mit senkrechten Wänden gesägt oder trocken geätzt. Die in die V- Nut eingelegte Faser 15 kann dann bis an die Stirnfläche des vergrabenen Lichtwellenleiters geführt werden. The electrical supply lines can be attached to the conductor tracks 6 protruding into the outer region of the carrier 1 in a known manner. If the carrier 1 consists of silicon, then V-shaped holders 11 for the optical fibers can be etched into the outwardly projecting part 1 a of the carrier 1 by anisotropic etching. For this purpose, a (100) - oriented silicon substrate is used, in which the grooves run in the [110] direction. Since the end face 12 of the V-grooves, like the side faces, is inclined by 54.7 degrees and therefore it is not possible for the fiber to strike the strip conductor 2 without a gap, a groove becomes in the transition region between the V-groove 11 and the strip conductor 2 14 sawn with vertical walls or dry etched. The fiber 15 inserted into the V-groove can then be guided up to the end face of the buried optical waveguide.

Besteht der Träger 1 nicht aus Silizium sondern aus Glas, so kann zur Halterung der Fasern trotzdem ein Silizium-Nutenarray verwendet werden. Hierzu wird der Anschlußteil 1a des Trägers aus Silizium mit V-Nuten hergestellt und direkt an der Stirnfläche des Trägers 1 oder zusammen mit dem Träger 1 auf einen gemeinsamen Träger montiert.If the carrier 1 does not consist of silicon but of glass, a silicon groove array can nevertheless be used to hold the fibers. For this purpose, the connection part 1 a of the carrier is made of silicon with V-grooves and mounted directly on the end face of the carrier 1 or together with the carrier 1 on a common carrier.

Claims

1. Arrangement for inserting optical and electrical conductors into a hermetically sealed housing with the following features:

a) strip conductors ( 2 ) are provided on a plate-like carrier ( 1 ) with a buffer layer ( 4 );
b) the strip conductors ( 2 ) are connected at their ends to electro-optical ( 7 ) or optical components or to optical fibers ( 15 );
c) the electro-optical components ( 7 ) and the electrical conductors ( 6 ) are attached to the buffer layer ( 4 ) of the carrier ( 1 );
d) a cladding layer ( 5 ) is provided on the carrier ( 1 ) above the electrical conductors ( 6 ) and the strip conductors ( 2 ),
- d1) that a cover ( 8 ) can be hermetically sealed onto the jacket layer ( 5 ) and
- d2) that the electrical conductors ( 6 ) protrude from under the cladding layer ( 5 ) and that the end of the strip conductor ( 2 ) to be connected to the optical fibers ( 15 ) is accessible.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier ( 1 ) consists of silicon or glass.

3. Arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that on the cladding layer ( 5 ) a metallization ( 16 ) and a soft solder layer ( 17 ) is provided, on which the metallized edge of the lid is soldered.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier ( 1 ) has V-shaped holders ( 11 ) for the optical fiber ( 15 ) which are coupled to the stripline ( 2 ).

5. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier ( 1 ) has trench-shaped depressions as a holder for imaging elements which are coupled to the strip line ( 2 ).