FI91574B

FI91574B - Housing for an optical arrangement and method for production of this optical arrangement

Info

Publication number: FI91574B
Application number: FI880867A
Authority: FI
Inventors: Hideaki Nishizawa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 1994-03-31
Also published as: FI880867A; FI91574C; FI880867A0

Description

9157491574

Kotelo optista laitetta varten sekä menetelmä optisen laitteen valmistamiseksi Tämä keksintö liittyy menetelmään optisten laittei-5 den, kuten valodiodien ja fotodiodien valmistamiseksi sekä sellaisia optisia laitteita varten tarkoitettuihin koteloihin.This invention relates to a method of manufacturing optical devices, such as light emitting diodes and photodiodes, and to housings for such optical devices.

Optiselle laitteelle, kuten valoa säteilevälle laitteelle tai valoa vastaanottavalle laitteelle, sekä 10 sellaista laitetta varten tarkoitetulle kotelolle on asetettu seuraavia teknologisia vaatimuksia: a) Valon sisääntulorakenteen tulee olla valoa läpäisevä.The following technological requirements are set for an optical device, such as a light emitting device or a light receiving device, and for a housing for 10 such devices: a) The light input structure must be transparent to light.

b) Sen tulee olla langoitettu liittämällä pala 15 alusrakenteeseen tai lankaliitännällä ulkopuolisiin lanka- elektrodipäätteisiin.b) It must be wired by connecting piece 15 to the substructure or by wire connection to external wire electrode terminals.

c) Sen palan tulee olla hermeettisesti suljettu.c) Its piece must be hermetically sealed.

d) Sen kytkentähyötysuhteen optisen kuidun kanssa tulee olla hyvä. Tämä tarkoittaa, että valodiodi- tai fo- 20 todiodipalan päätypintojen tulee olla riittävän lähellä optista kuitua ja sen aukkokulman tulee olla suuri. Lisäksi tulee palassa olla puhdas valoa vastaanottava pinta, jota ei pasta tai vastaava materiaali tahraa.d) It must have a good coupling efficiency with the optical fiber. This means that the end faces of the photodiode or photodiode piece must be sufficiently close to the optical fiber and have a large aperture angle. In addition, the piece must have a clean light-receiving surface that is not stained by paste or similar material.

Tämän keksinnön tarkoituksena on vastata erityises-25 ti ylläolevaan vaatimukseen d).The object of the present invention is in particular to meet the above requirement d).

Tekniikan taso IBackground Art I

YläpintatyyppiYläpintatyyppi

Kuvio 1 on leikkauskuva tekniikan tason kotelosta fotodiodia varten. Tämä kotelo on tavallisin tyyppi, jossa 30 optisen kuidun valo tulee siihen sen yläpinnan kautta. Kuviossa 1 käsittää T018-tyyppinen kotelo 1 kotelon rungon 2 ja kannen 3, joka peittää rungon 2 yläpinnan. Kannen 3 yläpinnan keskellä on aukko, jossa on ikkunana 4 toimiva läpinäkyvä kovar-lasi. Fotodiodipala 5 on liitetty kotelon 35 rungon 2 ylälevyyn. Kotelon rungon 2 ylälevy on varustettu 2 91574 johtimella 6. Toinen johdin 7 ja fotodiodipalalla 5 oleva elektrodi on lankaliitetty toisiinsa kultalangalla 8. Optinen kuitu 9 on sijoitettu ikkunan 4 ulkopuolelle vastapäätä fotodiodin palaa 5.Figure 1 is a sectional view of a prior art housing for a photodiode. This housing is the most common type in which light from 30 optical fibers enters it through its upper surface. In Fig. 1, a T018-type housing 1 comprises a housing body 2 and a cover 3 covering the upper surface of the body 2. In the middle of the upper surface of the lid 3 there is an opening with a transparent hard glass acting as a window 4. The photodiode piece 5 is connected to the upper plate of the body 2 of the housing 35. The upper plate of the housing body 2 is provided with 2 91574 conductors 6. The second conductor 7 and the electrode on the photodiode piece 5 are wired together with a gold wire 8. The optical fiber 9 is placed outside the window 4 opposite the photodiode piece 5.

5 Kansi 3 ja runko 2 on hitsattu yhteen niiden reu noista. Tämä kotelo on hermeettisesti suljettua tyyppiä, joka on tuottanut tyydyttäviä tuloksia jo pitkään. Koska tähän koteloon tulee valo sen yläpinnasta, jossa on lanka-liitäntä (kultalanka 8), on fotodiodipalan 5 yläpinnan ja 10 ikkunan 4 välinen etäisyys kohtuuttoman pitkä, mistä on seurauksena se varjopuoli, että kytkentähyötysuhde optisen kuidun 9 kanssa on huono.5 Cover 3 and body 2 are welded together at their edges. This housing is of the hermetically sealed type, which has produced satisfactory results for a long time. Since light enters this housing from its upper surface with a wire connection (gold wire 8), the distance between the upper surface of the photodiode piece 5 and the window 4 is unreasonably long, resulting in the disadvantage that the coupling efficiency with the optical fiber 9 is poor.

Kuvio 2 esittää erään toisen, kuviossa 1 esitetyn kaltaisen, yläpintatyyppisen kotelon optista laitetta var-15 ten, jossa ikkunaan on läpinäkyvän kopaalilasin 4 sijasta kiinnitetty safiirilevy 4'. Kuviossa 2 esitetyssä, kotelossa on samalla tavoin se varjopuoli, että kytkentähyötysuhde optisen kuidun 9 kanssa on huono, koska palaan 5 lankaliitetty kultalanka 8 erottaa fotodiodipalan 5 ja 20 safiirilevyn 4 toisistaan.Fig. 2 shows another upper surface type housing, such as that shown in Fig. 1, for an optical device, in which a sapphire plate 4 'is attached to the window instead of a transparent copal glass 4. The housing shown in Fig. 2 similarly has the disadvantage that the coupling efficiency with the optical fiber 9 is poor because the gold wire 8 wired to the piece 5 separates the photodiode piece 5 and the sapphire plate 4 from each other.

Tekniikan taso IIBackground Art II

Tyyppi, jonka alapinnassa on läpimenevä reikäA type with a through hole in the underside

On helpompaa saada optinen kuitu ja pala lähelle toisiaan alapinnasta kuin yläpinnasta, koska yläpinta ra-25 joittaa lähestymistä yläpinnan puolelta. Sen vuoksi on optisia laitteita varten tehty kuvioissa 3-5 esitetty kotelo-tyyppi, jonka alapinnassa on läpimenevä reikä. Kuviossa 3 käsittää kotelo 10 kotelon rungon 12 ja kannen 11. Tässä esimerkissä ei kannessa 11 ole ikkunaa. Kotelon rungossa \ 30 12 on aksiaalisesti fotodiodipalan 5 alla suuri läpimenevä reikä 13. Läpimenevän reiän 13 alapuolelle on sijoitettu optinen kuitu 14, jonka yläpään pinta on vastapäätä läpimenevän reiän 13 ala-aukkoa. Valo valokuidusta 14 tulee fotodiodipalaan 5 sen alapinnasta läpimenevän reiän 13 35 kautta. Kuvioissa 3-5 vastaavat numerolla 15 merkityt joh-It is easier to get the optical fiber and the piece close to each other from the lower surface than from the upper surface, because the upper surface ra-25 indicates the approach from the upper surface side. Therefore, an enclosure type shown in Figs. 3-5 has been made for optical devices with a through hole in the lower surface. In Figure 3, the housing 10 comprises a housing body 12 and a cover 11. In this example, the cover 11 has no window. The housing body \ 30 12 has a large through hole 13 axially under the photodiode piece 5. Below the through hole 13 is placed an optical fiber 14, the upper end surface of which is opposite the lower opening of the through hole 13. Light from the optical fiber 14 enters the photodiode piece 5 through a hole 13 35 passing through its lower surface. In Figures 3-5, the wires marked 15

IIII

91574 3 timet kuvioiden 1 ja 2 johtimia 6.91574 3 wires of Figures 1 and 2 conductors 6.

Kuvio 4 esittää esimerkin kotelosta, jossa optisen kuidun 14 päätyosa on pistetty sisään ja kiinnitetty suurennettuun läpimenevään reikään 13, jotta fotodiodipalan 5 5 ja optisen kuidun 14 pään välinen etäisyys pienenisi. Tässä esimerkissä on kuitenkin sellaisia varjopuolia, että läpimenevään reikään 13 pistetyn optisen kuidun 14 yläpää voi koskettaa fotodiodipalaa 5 ja vahingoittaa sitä ja että optisen kuidun 14 kiinnitys on vaikeaa.Figure 4 shows an example of a housing in which the end portion of the optical fiber 14 is inserted and attached to an enlarged through hole 13 to reduce the distance between the photodiode piece 5 5 and the end of the optical fiber 14. However, in this example, there are drawbacks that the upper end of the optical fiber 14 inserted into the through hole 13 can contact and damage the photodiode piece 5 and that the attachment of the optical fiber 14 is difficult.

10 Kuvio 5 esittää esimerkin kotelosta, jossa läpi menevä reikä 13 on suljettu kopaalilasipalalla 16.Fig. 5 shows an example of a housing in which the through hole 13 is closed by a piece of copal glass 16.

Tämäntyyppisten pakkausten, joissa läpimenevä reikä on alapinnassa, varjopuolia selitetään viitaten kuvioiden 6 ja 7 suurennettuihin leikkauskuviin ja käyttäen esimerk-15 kinä kuvion 3 tapausta.The shadow sides of these types of packages with a through hole in the lower surface will be explained with reference to the enlarged sectional views of Figures 6 and 7 and using the case of Figure 3 as an example.

Fotodiodipalan 5 pn-rajapinta toimii, kuten valon vastaanotin 17, johon valo tulee alhaalta, läpimenevän reiän 13 kautta. Koska läpimenevän reiän 13 reuna 18 rajoittaa valoa, pääsee valon vastaanottimeen 17 vain aukko-20 kulman 0 sisäpuolelle jäävä valo. Vaikka optisen kuidun 15 päätypinta saatettaisiin kosketukseen kotelon rungon 12 alapinnan kanssa, rajoittaa aukkokulma Θ sitä.The pn interface of the photodiode piece 5 functions like a light receiver 17, into which light enters from below, through a through hole 13. Since the edge 18 of the through hole 13 limits the light, only the light inside the angle 0 of the aperture-20 reaches the light receiver 17. Even if the end surface of the optical fiber 15 is brought into contact with the lower surface of the housing body 12, it is limited by the aperture angle Θ.

Fotodiodipalan 5 kiinnitys on vaikeaa. Läpimenevän reiän 13 poikkileikkaus on pyöreä ja fotodiodipala 5 lii-25 tetään runkoon 12 kosketusalueella 19, joka on läpimenevän reiän 13 ulkopuolella. Koska pala 5 on pieni ja läpimenevän reiän 13 poikkileikkaus on myös pieni, on niiden kohdistaminen vaikeata. Jos valon vastaanottimen 17 keskipiste sijoitetaan sivuun läpimenevän reiän 13 keskiakselista, . 30 kuten kuviossa 7 esitetään, on valon vastaanottimen 17 vastaanottsuitan valon määrä pienempi sillä puolella, johon se on siirtynyt, kuin toisella puolella. Kuviossa 7 on pala 5 siirtynyt oikealle, ja sen mukaisesti pääsee valon vastaanottimen 17 oikealle puoliskolle vähemmän valoa kuin 35 sen vasemmalle puoliskolle. Fotodiodiin saapuvan valon 4 91574 määrän pieneneminen vähentää ilmaisuherkkyyttä.Attachment of the photodiode piece 5 is difficult. The cross-section of the through hole 13 is circular and the photodiode piece 5 is connected to the body 12 in the contact area 19 which is outside the through hole 13. Because the piece 5 is small and the cross-section of the through hole 13 is also small, it is difficult to align them. If the center of the light receiver 17 is placed aside from the central axis of the through hole 13,. 30, as shown in Fig. 7, the amount of light in the receiving stream of the light receiver 17 is smaller on the side to which it is transferred than on the other side. In Fig. 7, the piece 5 has shifted to the right, and accordingly less light enters the right half of the light receiver 17 than 35 to the left half thereof. A decrease in the amount of light 4 91574 entering the photodiode reduces the sensitivity of detection.

Valon vastaanottimeen 17 tulevan valon aukkokulman suurentamiseksi on läpimenevän reiän 13 pituutta pienennettävä ja poikkileikkauspintaa suurennettava. Läpimenevän 5 reiän 13 pituus on sama kuin kotelon rungon 12 paksuus. Jos kotelon rungon 12 paksuutta pienennetään, tulee rungon mekaaninen lujuus riittämättömäksi. Runko 12 tehdään metallista tai keramiikasta ja sitä voidaan ohentaa vain rajoitetusti, koska se muodostaa mekaanisen keskuksen, 10 joka kannattaa palaa, johdinta ja kantta. Suurempi läpimenevä reikä 13 edellyttää suurempikokoista fotodiodipalaa 5, mikä merkitsee korkeampia kustannuksia ja lujuudeltaan huonompaa palaa.In order to increase the aperture angle of the light entering the light receiver 17, the length of the through hole 13 must be reduced and the cross-sectional area must be increased. The length of the through hole 5 is the same as the thickness of the housing body 12. If the thickness of the housing body 12 is reduced, the mechanical strength of the body becomes insufficient. The body 12 is made of metal or ceramic and can only be thinned to a limited extent because it forms a mechanical center 10 which is worth burning, conductor and cover. The larger through hole 13 requires a larger photodiode piece 5, which means a higher cost and a lower strength piece.

Tekniikan taso III 15 SafiirialustatyyppiPrior Art III 15 Sapphire substrate type

Sen mukaisesti olemme aikaisemmin keksineet optista laitetta varten tarkoitetun kotelon, jossa on safiirialus-ta, johon kuuluu aukolla varustettu liitoslaippa, johon on liitetty optinen laite, ja vastapäätä sa£iirialustan ta-20 kasivua on optisen kuidun pää.Accordingly, we have previously invented a housing for an optical device having a sapphire base including an apertured connecting flange to which the optical device is connected, and opposite the front of the sapphire base ta-20 is an optical fiber end.

Kuvio 8 on tasokuva keksijöiden siten aikaansaamasta kotelosta optista laitetta varten, ja kuvio 9 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 8 viivaa IX-IX. Kuvio 10 on leikkauskuva kotelosta, johon on liitetty fotodiodipala 25 ja johon on lanka-liitetty kultalanka tai vastaava. Kuvioissa 8-10 esitetyn kotelon rakenteessa on safiirialustaan 21 liitetty alakehys 22. Alakehys 22 on tässä esimerkissä tehty sintratusta alumiinioksidista, mutta se voi olla mitä tahansa eristettä. Alakehys 22 on liitetty safiirialus-30 taan 21 kovajuotoksella. Aukolla 24 varustettu sähköä johtava liitoslaippa 23 on sijoitettu safiirialustan 21 keskelle metalloimalla. Liitoslaipan 23 pää ulottuu alakehyk-sen 22 sisäreunan ylikehyksen ulkoreunaan. Aukko 24 on valon läpäisemistä varten. Vaikka aukko 24 esitetään muo-35 doltaan pyöreänä, voi se luonnollisesti olla toisenkin 91574 5 muotoinen, esimerkiksi neliömäinen. Alakehykseen 22 on liitetty yläkehys 25. Tässä esimerkissä on myös yläkehys 25 tehty alumiinioksidista. Yläkehys 25 ja alakehys 22 on liitetty yhteen eristävällä liitosaineella. Liitoslaipan 5 23 jatkeeseen on juotettu johdin 26. Alakehän 22 sisäreu naan on, vastapäätä liitoslaippaa 23, metalloitu lankalii-toslaippa 28. Lankaliitoslaipan 28 jatkeeseen on juotettu johdin 27 kuten kuviossa 10 esitetään, on koteloon liitetty optisen laitteen pala 29, kuten fotodiodi tai valodio-10 di. Optisen laitteen pala 29 on kiinnitetty liitoslaippaan sillä tavalla, että aukon 24 ja optisen laitteen palan 29 keskipisteet on kohdistettu toisiinsa nähden. Liitoslaippa 23 on esimerkiksi eutektisen AuSn-kiteen rengasjuotos. Kun alhaalla pidettyyn optisen laitteen palaan 29 johdetaan 15 energiaa, kuten ultraääniaaltoa, sulaa juotos ja kiinnit tää palan 29 laippaan 23. Lisäksi lankaliitetään lanka 30, joka esimerkiksi on kultaa, yhdistämään langanliitoslaippa 28 optisen laitteen palan 29 elektrodiin. Normaalisti kiinnitetään yläkehään 25 alumiinioksidikansi sulkemaan 20 kotelon sisätila.Fig. 8 is a plan view of a housing for an optical device thus provided by the inventors, and Fig. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in Fig. 8. Fig. 10 is a sectional view of a housing to which a photodiode piece 25 is connected and to which a wire-connected gold wire or the like is connected. The housing of the housing shown in Figures 8-10 has a lower frame 22 connected to the sapphire base 21. In this example, the lower frame 22 is made of sintered alumina, but may be any insulator. The lower frame 22 is connected to the sapphire vessel 30 by brazing. The electrically conductive connecting flange 23 provided with the opening 24 is placed in the center of the sapphire base 21 by metallization. The end of the connecting flange 23 extends to the outer edge of the upper frame of the inner edge of the lower frame 22. Aperture 24 is for light transmission. Although the opening 24 is shown to be round in shape, it may, of course, also have the shape of another 91574 5, for example square. An upper frame 25 is connected to the lower frame 22. In this example, the upper frame 25 is also made of alumina. The upper frame 25 and the lower frame 22 are joined together by an insulating joint. A wire 26 is soldered to the extension of the connecting flange 5 23. The inner edge of the lower peripheral 22 has, opposite the connecting flange 23, a metallized wire connecting flange 28. A wire 27 is soldered to the extension of the wire connecting flange 28 as shown in Fig. 10. 10 di. The piece 29 of the optical device is attached to the connecting flange in such a way that the centers of the opening 24 and the piece 29 of the optical device are aligned with each other. The connecting flange 23 is, for example, a ring solder of a eutectic AuSn crystal. When energy 15, such as an ultrasonic wave, is applied to the held piece 29 of the optical device, the solder melts and attaches the piece 29 to the flange 23. In addition, a wire 30, such as gold, is wired to connect the wire connection flange 28 to the electrode piece 29 electrode. Normally, an alumina cover 25 is attached to the upper circumference to close the interior of the housing 20.

Kuvio 11 on suurennettu tasokuva osasta aukkoa 24 ympäröivästä liitoslaipasta 23, ja kuvio 12 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 11 viivaa XII-XII. Ihannetapauksessa ovat sekä safiirialusta 21 että liitoslaippa 23 ta-25 saisia, kuten kuviossa 12 esitetään. Jos laippa 23 on täysin tasainen, voidaan optisen laitteen pala 29 kiinnittää tarkasti ennalta määrättyyn asemaan vakaaseen tilaan. Itse asiassa ei liitoslaippaa 23 kuitenkaan tehdä täysin tasaiseksi syystä, joka selitetään tuonnempana.Fig. 11 is an enlarged plan view of a portion of the connecting flange 23 surrounding the opening 24, and Fig. 12 is a sectional view taken along line XII-XII in Fig. 11. Ideally, both the sapphire base 21 and the connecting flange 23 are as shown in Fig. 12. If the flange 23 is completely flat, the piece 29 of the optical device can be fixed in a precisely predetermined position in a stable state. In fact, however, the connecting flange 23 is not made completely flat for a reason which will be explained below.

30 Kuvio 13 on leikkauskuva tilasta, jossa sähköä joh tavasta materiaalista (esimerkiksi eutektisesta kulta- tai AuSn-kiteestä) tehty tahna painetaan safiirialustalle 21. Koska kysymyksessä on paksukalvopainaminen, asetetaan safiirialustalle 21 ohut suojus, jossa on laipan muotoinen 35 aukko, ja kultatahnaa 23' levitetään suojukselle. Tässä 6 91574 tilassa on levitetyn kultatahnan 23' yläpinta tasainen. Sen jälkeen asetetaan safiirialusta 21 uuniin ja poltetaan kultatahnan kiinteyttämiseksi. Polttamisvaiheessa saa pintajännitys kultatahnan päät 23'a kohoamaan. Tästä syystä 5 tulevat kultatahnan 23' päät 23'a korkeammiksi kuin sen muu osa. Kun kultatahna otetaan pois uunista, on se kiin-teytynyt epämääräiseen muotoon. Kuvio 14 on leikkauskuva laipasta polttovaiheen jälkeen. Kuvio 15 on leikkauskuva laipasta, jolle optisen laitteen pala 29 on liitetty. Tah-10 nan laajeneminen ja supistuminen polttovaiheen aikana saa aikaan tahnan yläpinnassa lukuisia painumia ja kohoumia. Vaikka tahnassa olevat painumat ja kohoumat ovat korkeudeltaan suunnilleen useita mikroneita, pyrkii tasainen pala 29, johtuen siitä, että se myös on kooltaan pieni, 15 kallistumaan tai kiinnitys pyrkii jäämään epätäydelliseksi, kun pala liitetään tahnaan, jossa on sellaisia painumia ja kohoumia. Lisäksi irtoaa pala helposti heikonkin iskun tai värinän vaikutuksesta.Fig. 13 is a sectional view of a state in which a paste made of an electrically conductive material (e.g., eutectic gold or AuSn crystal) is printed on a sapphire substrate 21. Since it is a thick film print, a thin cover with a flange-shaped opening 35 and a gold paste 23 'are placed on the sapphire substrate. applied to the cover. In this state 6 91574, the upper surface of the applied gold paste 23 'is flat. The sapphire tray 21 is then placed in an oven and fired to solidify the gold paste. During the firing stage, the surface tension causes the ends 23'a of the gold paste to rise. For this reason, the ends 23'a of the gold paste 23 'become higher than the rest of it. When the gold paste is taken out of the oven, it has solidified into a vague shape. Figure 14 is a sectional view of the flange after the combustion step. Fig. 15 is a sectional view of the flange to which the piece 29 of the optical device is connected. The expansion and contraction of the paste 10 during the firing step causes numerous depressions and bumps in the top surface of the paste. Although the depressions and bumps in the paste are approximately several microns in height, the flat piece 29, due to its small size, tends to tilt or the attachment tends to be incomplete when the piece is joined to a paste having such depressions and bumps. In addition, the piece easily comes off due to a slight shock or vibration.

Tekniikan taso IVBackground Art IV

20 Mesatyyppinen fotodiodi20 Mesa-type photodiode

Eräs toinen ongelma on fotodiodin käyttö suurella nopeudella. Koska fotodiodia käytetään käänteisesti esi-jännitteellisessä tilassa, estää pn-rajapinnan sähköinen kapasitanssi käytön suurella nopeudella. Valoa 25 vastaanottavan alueen (pn-rajapinnan) alan pienentäminen vähentää sähköistä kapasitanssia. Tätä tarkoitusta varten voidaan käyttää kuviossa 16 esitettyä mesarakennetta.Another problem is the use of a photodiode at high speed. Because the photodiode is inverted in the bias mode, the electrical capacitance of the pn interface prevents high speed operation. Reducing the area of the light receiving area 25 (pn interface) reduces the electrical capacitance. The mesa structure shown in Fig. 16 can be used for this purpose.

n-InP-alustalle 31 muodostetaan epitaksiaalisen kasvatuksen avulla p-InP-kerros 32. Alustan 31 ja kerrok-30 sen 32 välillä oleva kapea pn-rajapinta 33 toimii valoa vastaanottavana alueena. Lisäksi on p-InP-kerros 32 ja pn-rajapinta 33 syövytetty kaistaleiksi kohti n-InP alustaa 31 molemmilla puolilla valoa vastaanottavan alueen pienentämiseksi. Koska p-InP-kerros 32 on kaventunut kaistaleik-35 si, ei sen päälle enää voida kiinnittää renkaanmuotoistaA p-InP layer 32 is formed on the n-InP substrate 31 by epitaxial growth. A narrow pn interface 33 between the substrate 31 and the layer 30 acts as a light receiving region. In addition, the p-InP layer 32 and the pn interface 33 are etched into strips toward the n-InP substrate 31 on both sides to reduce the light receiving area. Since the p-InP layer 32 has narrowed to the strip section 35, it is no longer possible to attach an annular

IIII

91574 7 elektrodia. Sen mukaisesti kiinnitetään kaistaleenmuotoi-nen p-tyyppinen Au-Zn-elektrodi 34. Sitten tehdään valon kulku p-pinnasta mahdottomaksi. Sen sijaan kiinnitetään p-InP-alustan 31 pohjaan renkaanmuotoinen, n-tyyppinen AuGe-5 Ni-elektrodi 35. Tällöin toimii n-InP-alustan 31 pohjan keskiosa valoa vastaanottavana pintana 36, jonka kautta valo saatetaan kulkemaan. Sen vuoksi kysytään kuvioissa 3, 4, 5 ja 8-12 esitettyjä tyyppejä, joissa valo tulee alhaalta, myös fotodiodin käyttöön suurella nopeudella. 10 Edellä selitetty fotodiodin pala 37 valmistetaan kiekko-menetelmällä, jossa sen jälkeen kun joukko laitteita on valmistettu, puolijohdekiekko piirroitetaan ja jaetaan paloihin 37. Pala 37 on koteloitava. Toinen ongelma on fotodiodipalan 37 kiinnitys laipalle.91574 7 electrodes. Accordingly, a strip-shaped p-type Au-Zn electrode 34 is attached. The passage of light from the p-surface is then made impossible. Instead, an annular, n-type AuGe-5 Ni electrode 35 is attached to the bottom of the p-InP substrate 31. In this case, the center portion of the bottom of the n-InP substrate 31 acts as a light-receiving surface 36 through which light is passed. Therefore, the types shown in Figures 3, 4, 5 and 8-12, in which the light comes from below, are also asked for the use of a photodiode at high speed. The photodiode piece 37 described above is manufactured by the disc method, in which, after a number of devices have been manufactured, the semiconductor wafer is drawn and divided into pieces 37. The piece 37 must be encapsulated. Another problem is the attachment of the photodiode piece 37 to the flange.

15 Tekniikan taso V15 Background Art V

Tyyppi, jossa on keraaminen alusta Esimerkkinä kuvioissa 3-5 esitetyn esimerkin ja kuvioissa 8-12 esitetyn esimerkin välillä on kotelo, jossa käytetään läpikulkevalla reiällä varustettua keramiikka-20 alustaa. Koska keramiikka-alusta ei johda sähköä, höyrys-tetään sen päälle sähköä johtavaa metallia muodostamaan liitosalusta, joka teknisessä mielessä hiukan eroaa edellisessä kappaleessa selitetyn esimerkin laipasta. Juote asetetaan alustalle, jolle optinen laite sijoitetaan, ja 25 juotetaan.Type with Ceramic Substrate An example between the example shown in Figures 3-5 and the example shown in Figures 8-12 is a housing using a ceramic substrate 20 with a through hole. Since the ceramic substrate does not conduct electricity, an electrically conductive metal is vaporized on it to form a connecting substrate which is technically slightly different from the flange of the example described in the previous paragraph. The solder is placed on the substrate on which the optical device is placed and soldered.

Kuviot 17-21 ovat leikkauskuvia, jotka esittävät järjestyksessä keraamisella alustalla varustetun kotelo-tyypin kokoonpanovaiheet. Kuten kuviossa 17 esitetään, on keraamiselle alustalle 41 kiinnitetty höyrystämällä sähköä 30 johtava liitoslaippa 42 ja sen läpi on tehty sisäänmeno- reikä. Sitten, kuten kuviossa 18 esitetään, sijoitetaan Au-Sn-rengasjuote 44 valon sisäänmenoreiän 43 ympärille. Senjälkeen, kuten kuviossa 19 esitetään, sijoitetaan foto-diodin pala 37 juotteelle 44 ja kuumennetaan uunissa sen 35 juottamiseksi.Figs. 17 to 21 are sectional views showing, in order, the assembly steps of a housing type provided with a ceramic base. As shown in Fig. 17, an electrically conductive connecting flange 42 is attached to the ceramic substrate 41 by evaporation, and an inlet hole is made therethrough. Then, as shown in Fig. 18, an Au-Sn ring solder 44 is placed around the light inlet hole 43. Then, as shown in Fig. 19, a piece of photodiode 37 is placed on the solder 44 and heated in an oven 35 to solder it.

8 915748 91574

Vaikka tässä rakenteessa juote 44 ja valon sisään-menoreikä 43 on kohdistettu toisiinsa nähden oikein palaa 37 juotettaessa, voi juotteen osa 45 valua yli ja peittää valon vastaanottopintaa pienentäen siten valon vastaanot-5 toalaa. Monessa tapauksessa siirtyy juotteen 44 asema sivulle, kuten kuviossa 20 esitetään. Jos pala 37 tällaisessa tapauksessa asetetaan ja juotetaan, voi siitä olla seurauksena kohti sivua laaja ylivuoto 45, joka peittää valoa vastaanottavaa pintaa vähentäen siten fotodiodin herkkyyt-10 tä. Vaikka juotteen ylivuoto 45 voidaankin välttää ohentamalla juotetta, on juotteen paksuuden oltava käsittelyn tarkoituksenmukaisuuden kannalta 10 mikronia tai yli. Edellä esitetystä syystä voi juote pienentää valon vastaanottoapa palan pohjassa ja vähentää fotodiodin herk-15 kyyttä. Toinen ongelma on liitoksen lujuus. Siinä tapauksessa, että liittämiseen käytetään rengasjuoteaihiota, (esimerkiksi AuSn-seosta, jonka ulkohalkaisija on 500 mikronia, sisähalkaisija 250 mikronia ja paksuus 30 mikronia) on aihion sulamisen ja fotodiodin kiinnittymisen välillä 20 viive, joka saa aikaan fotodiodin pohjapinnan ja juotteen 44 välisen epätasaisen kosketuksen aiheuttaman ongelman, josta on seurauksena vaihteluita kiinnityksen lujuudessa.Although in this structure the solder 44 and the light inlet hole 43 are correctly aligned with each other when soldering the light 37, the solder portion 45 may overflow and cover the light receiving surface, thereby reducing the light receiving area. In many cases, the position of the solder 44 shifts to the side, as shown in Figure 20. If the piece 37 is placed and soldered in such a case, it may result in a wide overflow 45 towards the side, which covers the light-receiving surface, thus reducing the sensitivity of the photodiode. Although solder overflow 45 can be avoided by thinning the solder, the thickness of the solder must be 10 microns or more for convenience of handling. For the reason given above, the solder can reduce the light reception mode at the bottom of the piece and reduce the sensitivity of the photodiode. Another problem is the strength of the joint. In the case of a ring solder blank for joining (e.g., an AuSn alloy having an outer diameter of 500 microns, an inner diameter of 250 microns, and a thickness of 30 microns), there is a delay between melting and attachment of the photodiode 20 causing uneven contact between the photodiode base and solder 44 a problem that results in variations in attachment strength.

Tämän keksinnön päämääränä on tarjota optista laitetta varten kotelo, jossa ei ole safiirialustalla käyte-25 tyn liitoslaipan metalloinnista, toisin sanoen liitoslai-pan pinnan epäsäännöllisyydestä, aiheutuvaa ongelmaa ja jolle optisen laitteen pala voidaan kiinnittää lujasti vakaaseen tilaan.It is an object of the present invention to provide a housing for an optical device which does not have the problem of metallization of the connecting flange used on the sapphire substrate, i.e. the irregularity of the connecting flange surface, and to which a piece of optical device can be firmly fixed.

Tämän keksinnön eräänä toisena päämääränä on tarjo-• 30 ta optista laitetta varten kotelo, jossa ei ole optisen 9 * laitteen kiinnittämisestä liitoslaipalle aiheutuvia ongelmia, kuten juotteen ylivuoto valoa vastaanottavaan pintaan ja vaihtelu liitoksen lujuudessa, ja jolle optisen laitteen pala voidaan liittää lujasti vakaaseen tilaan.Another object of the present invention is to provide a housing for an optical device which does not have the problems of attaching an optical 9 * device to a connecting flange, such as solder overflow to a light receiving surface and variation in connection strength, and to which a piece of optical device can be firmly attached.

35 Tämän keksinnön eräänä muuna päämääränä on vieläYet another object of the present invention is

IIII

91574 9 tarjota optisen laitteen valmistusta varten menetelmä, jossa puolijohdepala voidaan liittää liitoslaippaan vakaaseen tilaan.91574 9 provide a method for manufacturing an optical device in which a semiconductor piece can be connected to a connecting flange in a stable state.

Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella kotelolla, 5 joka käsittää safiirialustan; ja puolijohdepalan liitos-laipan, joka on sähköä johtavaa tahnaa painamalla ja sen jälkeen polttamalla muodostettu safiirialustan yläpinnalle, jolloin sähköä johtava tahna puuttuu tietyltä alueelta aukon muodostamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan, niin 10 että valon on mahdollista kulkea safiirialustan ja aukon läpi. Keksinnölle on tunnusomaista, että safiirialustan yläpinta sisältää painanteen, jolla on kaltevat sivut, ja että sähköä johtavan tahnan reunat, jotka ympäröivät aukkoa, on sijoitettu painanteen kalteville sivuille, niin 15 että puolijohdepalan liitoslaipan ylempi kosketuspinta on oleellisesti tasainen.This is achieved by a housing according to the invention comprising a sapphire base; and a semiconductor chip connecting flange formed by pressing and then firing an electrically conductive paste on the upper surface of the sapphire substrate, the electrically conductive paste being absent from a certain area to form an opening in the semiconductor chip connecting flange so that light can pass through the sapphire substrate and the aperture. The invention is characterized in that the upper surface of the sapphire substrate includes an engraving with sloping sides, and that the edges of the electrically conductive paste surrounding the aperture are disposed on the sloping sides of the engraving so that the upper contact surface of the semiconductor chip flange is substantially flat.

Ottaen huomioon sen, että polttaminen saa safiirialustan yläpinnalle painetun sähköäjohtavan tahnan nousemaan sen päiden kohdalla, syvennetään tämän keksinnön 20 mukaisessa, optista laitetta varten tarkoitetussa, kotelossa alustan keskiosaa määrällä, joka vastaa poltetun tahnan päiden kohoamista, jotta poltetun tahnan päiden korkeus tulisi samaksi kuin tahnan muun osan. Sen mukaisesti ei optisen laitteen pala kohoile epätasaisesti poh-25 japinnalla, vaikka se asetetaan sähköäjohtavan tahnan muodostamalle liitosalustalle.In view of the fact that firing causes the electrically conductive paste printed on the upper surface of the sapphire substrate to rise at its ends, the center of the substrate in the optical device housing 20 of the present invention is deepened by an amount corresponding to the fired paste ends rising to the same height as the rest of the paste. section. Accordingly, the piece of optical device does not rise unevenly on the bottom surface even when it is placed on the connecting substrate formed by the electrically conductive paste.

Tämän keksinnön mukaisessa optisessa laitteessa ei juotetta aseteta alustalle. Sen sijaan kiinnitetään optisen laitteen sille puolelle, johon pala tullaan kiinnit-30 tämään, peräkkäin elektrodi ja juotekerros, joissa kummassakin on reikä valon kulkua varten. Sen vuoksi liitetään optisen laitteen pala alustalla olevaan liitoslaippaan optisen laitteen palan puolella olevan juotekerroksen avulla.In the optical device of the present invention, no solder is placed on the substrate. Instead, an electrode and a solder layer, each having a hole for the passage of light, are sequentially attached to the side of the optical device to which the piece will be attached. Therefore, a piece of the optical device is connected to the connecting flange on the base by means of a solder layer on the piece side of the optical device.

35 Keksinnön kohteena on myös optisen laitteen valmis- 10 91574 tusmenetelmä, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että se käsittää vaiheet: puolijohdepalan liitoslaipan muodostamisen sähköä johtavaa tahnaa painamalla ja kuumentamalla safiirialustalle, jossa on kartiomainen osuus ja 5 kartiomaiseen osuuteen jatkuva koverrus, jolloin sähköä johtavantahnan päät sijoitetaan kartiomaiselle osuudelle ja sähköä johtava tahna muodostetaan varustettuna kover-ruksella olevalla ensimmäisellä valoa läpäisevällä reiällä aukon muodostamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan, niin 10 että valo kulkee safiirialustan ja mainitun aukon läpi, elektrodin ja juotekerroksen, jossa on toinen valoa läpäisevä reikä, asentamisen peräkkäisessä järjestyksessä optisen laitteen palan valoa läpäisevän sivun pinnalle, ja mainitun optisen laitteen palan liittämisen liitoslaipalle 15 mainittua juotekerrosta käyttäen.The invention also relates to a method of manufacturing an optical device, which according to the invention is characterized by comprising the steps of: forming a semiconductor chip flange by pressing and heating an electrically conductive paste on a sapphire substrate having a conical portion and a continuous concavity in the conical portion, the ends of the electrically conductive paste placing on the conical portion and forming an electrically conductive paste provided with a first light-transmitting hole in the recess to form an opening in the connecting flange of the semiconductor chip so that light passes through the sapphire substrate and said opening; on the surface of the light transmitting side, and connecting a piece of said optical device to the connecting flange 15 using said solder layer.

Tämän keksinnön mukaisen optisen laitteen valmistusmenetelmä käsittää kiekkoprosessin käytön Valoaukolla varustetun n-sivun elektrodin muodostamiseksi yksikiteiselle puolijohdelevylie ja juotekerroksen metalloinnin sen 20 jälkeen mainitulle n-sivuiselle elektrodille sekä mainitun puolijohdelevyn piirroittamisen ja jakamisen useiksi yksittäisiksi fotodiodipaloiksi.The manufacturing method of the optical device of the present invention comprises using a disc process to form an n-side electrode with a light aperture on a single crystal semiconductor wafer and then metallizing the solder layer on said n-sided electrode and drawing and dividing said semiconductor wafer into a plurality of individual photodiode pieces.

Kuvio 1 on leikkauskuva optista laitetta varten tarkoitetusta yläpintatyyppisestä kotelosta, jonka yläpin-25 nassa on lasi-ikkuna.Figure 1 is a sectional view of an upper surface type housing for an optical device having a glass window on the upper surface.

Kuvio 2 on leikkauskuva optista laitetta varten tarkoitetusta yläpintatyyppisestä kotelosta, jonka yläpinnassa on safiiri-ikkuna.Fig. 2 is a sectional view of an upper surface type housing for an optical device having a sapphire window on the upper surface.

Kuviot 3-5 ovat leikkauskuvia optista laitetta Var-30 ten tarkoitetuista tavanomaisista kotelotyypeistä, joiden alapinnassa on läpimenevä reikä.Figures 3-5 are sectional views of conventional housing types for the optical device Var-30 with a through hole in the lower surface.

Kuvio 6 on suurennettu leikkauskuva, joka esittää valoa vastaanottavaan osaan tulevan valon aluetta sen tyyppisessä tavanomaisessa optisessa laitteessa, jonka 35 alapinnassa on läpimenevä reikä.Fig. 6 is an enlarged sectional view showing an area of light entering the light receiving portion in a conventional optical device of the type having a through hole in the lower surface 35.

91574 1191574 11

Kuvio 7 on suurennettu leikkauskuva, joka esittää valoa vastaanottavaan osaan tulevan valon aluetta sentyyppisessä tavanomaisessa optisessa laitteessa, jonka alapinnassa on läpimenevä reikä, siinä tapauksessa, että optisen 5 laitteen pala on kiinnitetty sivuun ennaltamäärätystä asemasta .Fig. 7 is an enlarged sectional view showing an area of light entering the light receiving portion in a conventional optical device of the type having a through hole in the lower surface, in the case where a piece of the optical device 5 is fixed aside from a predetermined position.

Kuvio 8 on tasokuva optisen laitteen kotelosta, jossa on safiirialusta ja jonka kansi on poistettu.Fig. 8 is a plan view of the housing of the optical device with the sapphire base with the cover removed.

Kuvio 9 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 8 10 viivaa IX-IX.Fig. 9 is a sectional view taken along line IX-IX of Fig. 8.

Kuvio 10 on leikkauskuva optisesta laitteesta, jossa optisen laitteen pala on liitetty kuvion 9 koteloon.Fig. 10 is a sectional view of an optical device with a piece of optical device connected to the housing of Fig. 9.

Kuvio 11 on suurennettu tasokuva kuvioissa 8 ja 9 esitetyn liitoslaipan olennaisesta osasta.Figure 11 is an enlarged plan view of an essential portion of the connecting flange shown in Figures 8 and 9.

15 Kuvio 12 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 11 viivaa XII-XII.Fig. 12 is a sectional view taken along line XII-XII in Fig. 11.

Kuvio 13 on leikkauskuva, joka esittää, missä tilassa kultatahna silkkipainetaan safiirialustalle.Fig. 13 is a sectional view showing a state in which the gold paste is screen printed on a sapphire substrate.

Kuvio 14 on leikkauskuva, joka esittää safiirialus-20 tan tilaa, kun sillä oleva kultatahna on poltettu uunissa.Fig. 14 is a sectional view showing the condition of the sapphire vessel 20 when the gold paste therein has been fired in an oven.

Kuvio 15 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa optisen laitteen pala asetetaan kultatahnalle.Fig. 15 is a sectional view showing a state in which a piece of optical device is placed on gold paste.

Kuvio 16 on leikkauskuva tavanomaisen mesatyyppisen fotodiodipalan esimerkistä.Fig. 16 is a sectional view of an example of a conventional mesate-type photodiode piece.

25 Kuvio 17 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa liitoslaippa muodostetaan keraamiselle alustalle, jonka läpi kulkee valoaukko.Fig. 17 is a sectional view showing a state in which a connecting flange is formed on a ceramic substrate through which a light aperture passes.

Kuvio 18 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa rengasjuote kiinnitetään kuvion 17 liitoslaipalle.Fig. 18 is a sectional view showing a state in which the annular solder is attached to the connecting flange of Fig. 17.

.. 30 Kuvio 19 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa fotodiodin pala asetetaan kuvion 18 rengasjuotteelle ja juotetaan siihen... Fig. 19 is a sectional view showing a state in which a piece of photodiode is placed on the solder of Fig. 18 and soldered thereto.

Kuvio 20 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa rengasjuote asennetaan sivuun ennaltamäärätystä asemasta 35 kuvion 17 liitoslaipalla.Fig. 20 is a sectional view showing a state in which the annular solder is mounted aside from a predetermined position 35 on the connecting flange of Fig. 17.

12 9157412 91574

Kuvio 21 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa fotodiodin pala sijoitetaan kuvion 20 rengasjuotteelle ja juotetaan siihen.Fig. 21 is a sectional view showing a state in which a piece of photodiode is placed on the solder of Fig. 20 and soldered thereto.

Kuvio 22 on leikkauskuva safiirialustästä. Kuvio 23 5 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa kuvion 22 sa-fiirialusta varustetaan kartiomaisella osalla ja koverruk-sella.Figure 22 is a sectional view of the sapphire substrate. Fig. 23 is a sectional view showing a state in which the sapphire base of Fig. 22 is provided with a conical portion and a concave structure.

Kuvio 24 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa kultatahna silkkipainetaan safiirialustalle siten, että 10 kultatahnan päät sijoittuvat alustan kartiomaiseen osaan.Fig. 24 is a sectional view showing a state in which the gold paste is screen-printed on a sapphire substrate so that the ends of the gold paste are located in a conical portion of the substrate.

Kuvio 25 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa safiirialusta ja kultatahna on poltettu.Fig. 25 is a sectional view showing a state in which the sapphire substrate and the gold paste have been fired.

Kuvio 26 on leikkauskuva, joka valaisee tämän keksinnön mukaiseen koteloon sijoitetun optisen laitteen pa-15 lan valoa vastaanottavan osan ja aukkokulman välistä suhdetta.Fig. 26 is a sectional view illustrating the relationship between the light receiving portion and the aperture angle of a piece of an optical device housed in a housing according to the present invention.

Kuvio 27 leikkauskuva tämän keksinnön mukaisen me-satyyppisen fotodiodin esimerkistä.Fig. 27 is a sectional view of an example of a honeycomb photodiode according to the present invention.

’ Kuvio 28 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa 20 kuvion 27 mesatyyppinen fotodiodin pala sijoitetaan optisen laitteen kotelon safiirialustalle.Fig. 28 is a sectional view showing a state in which the mesate-type piece of photodiode of Fig. 27 is placed on the sapphire substrate of the housing of the optical device.

Kuvio 29 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa kuvion 27 mesatyyppinen fotodiodin pala sijoitetaan optisen laitteen kotelon keramiikka-alustalle.Fig. 29 is a sectional view showing a state in which the mesate-type piece of photodiode of Fig. 27 is placed on a ceramic substrate of an optical device housing.

25 Keksinnön suosittuja suoritusmuotoja selitetään nyt viitaten piirustuksiin. Viitaten kuvioihin 22-25 selitetään ensimmäiseksi kuvioissa 8 ja 9 esitetty suoritusmuoto optisen laitteen kotelossa olevan liitoslaipan 23 metallointiin liittyvän ongelman ratkaisemiseksi. Koska liitos-30 laipan metallointiin liittyvän ongelman aiheuttaa kulta-tahnan päiden kohoaminen, koverretaan safiirialustaa 21 hiukan edeltäkäsin syvyyteen, joka vastaa kultatahnan päiden kohoamista.Preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings. Referring to Figs. 22 to 25, the embodiment shown in Figs. 8 and 9 for solving a problem related to the metallization of the connecting flange 23 in the housing of the optical device will be described first. Since the problem associated with metallizing the flange of the joint-30 is caused by the elevation of the ends of the gold paste, the sapphire substrate 21 is concave slightly in advance to a depth corresponding to the elevation of the ends of the gold paste.

Kuvio 22 on leikkauskuva safiirialustasta 21, joka 35 on tasainen ja läpinäkyvä ja jonka paksuus tässä esimer-Fig. 22 is a sectional view of a sapphire substrate 21 which is flat and transparent and whose thickness in this example

IIII

91574 13 kissa on 0,2 mm.91574 13 cats are 0.2 mm.

Kuvio 23 esittää tasaista safiirialustaa 21, joka on varustettu matalalla kartiomaisella osalla 51 ja siihen jatkuvalla koverruksella 52. Kartiomainen osa 51 ja kover-5 rus 52 tehdään argonlaaserilla, mutta voidaan myös tehdä mekaanisesti. Käsittelemättömän yläpinnan 53 ja koverruk-sen 52 välinen korkeusero on noin 5-10 mikronia. Kuten kuviossa 24 esitetään, silkkipainetaan sen jälkeen sähköä johtavaa tahnaa 54, kuten kultatahnaa, alustalle 21, tule-10 van liitoslaipan 23 muotoon siten, että koverrus 52 vastaa laipan 23 aukkoa 24. Tahnan 23 aukkoa 24 vastaavat päät 55 ovat hiukan kaltevat kohti koverrusta 52. Silkkipainettu tahna kuivataan ja poltetaan uunissa. Kuvio 25 on leikkauskuva safiirialustasta 21 ja sillä olevasta tahnasta 54 15 polttamisen jälkeen. Poltettaessa kohoaa tahna 54 päissä 55 enintään 5 mikronin korkeuteen. Koska tahnan päät ulottuvat kartiomaiseen osaan 51, eivät tahnan päät kohotessaan nouse tahnan muita osia korkeammalle. Optisen laitteen pala 29 liitetään sillä tavalla valmistettuun liitos-20 laippaan 23. Koska tahnan päiden kohoaminen tasoitetaan, ei palan 29 alapinta nouse epätasaisesti. Sen jälkeen valmistetaan kuvioissa 8 ja 9 esitetty optisen laitteen pakkaus edellä selitetyn prosessin mukaisesti. Kuten kuviossa 10 esitetään, liitetään optisen laitteen pala sitten kote-25 loon, lanka 30 lankaliitetään ja kotelo suljetaan muodostamaan optinen laite.Fig. 23 shows a flat sapphire substrate 21 provided with a low conical portion 51 and a continuous recess 52 therein. The conical portion 51 and the concave portion 52 are made with an argon laser, but can also be made mechanically. The height difference between the untreated top surface 53 and the recess 52 is about 5-10 microns. As shown in Fig. 24, an electrically conductive paste 54, such as gold paste, is then screen-printed on the substrate 21 in the form of a connecting flange 23 so that the recess 52 corresponds to the opening 24 of the flange 23. The ends 55 corresponding to the opening 24 of the paste 23 are slightly inclined towards the recess 52 The screen - printed paste is dried and burned in an oven. Fig. 25 is a sectional view of the sapphire substrate 21 and the paste 54 thereon after firing. When fired, the paste 54 at the ends 55 rises to a maximum height of 5 microns. Because the ends of the paste extend into the conical portion 51, the ends of the paste do not rise higher than the other portions of the paste. The piece 29 of the optical device is connected to the flange 23 of the joint-20 thus manufactured. Since the rise of the ends of the paste is smoothed, the lower surface of the piece 29 does not rise unevenly. Thereafter, the optical device package shown in Figs. 8 and 9 is prepared according to the process described above. As shown in Figure 10, a piece of optical device is then attached to the housing 25, the wire 30 is wired, and the housing is closed to form the optical device.

Rakenteeltaan edellä selitetyn kaltaisella optisen välineen kotelolla on seuraavat teknisesti ansiokkaat vaikutukset: ..30 a) Varmuus optisen laitteen palan kiinnityksessä lisääntyy. Sen jälkeen kun kultatahna on poltettu, tasoitetaan sen pään kohoamat, niin että ne eivät ole kosketuksessa optisen laitteen palan pintaan. Kultatahna on kosketuksessa palan takasivuun vain tasaisten osiensa kohdalla, 35 jotta koko kosketuspinta tulisi tasaiseksi.An optical instrument housing of the type described above has the following technically advantageous effects: ..30 (a) Increased certainty in the attachment of a piece of optical device. After the gold paste is burned, the protrusions on its head are smoothed so that they do not come into contact with the surface of the piece of optical device. The gold paste is in contact with the back of the piece only at its flat parts, 35 so that the entire contact surface becomes smooth.

14 91574 b) Tässä optisen laitteen palan kotelossa ei aukko-kulma ole ankarasti rajoitettu, kuten kuviossa 6 esitetyssä tyypissä, jonka alapinnassa on läpimenevä reikä. Kuviossa 6 esitetyssä tämän keksinnön mukaisen kotelon ra-5 kenteessa kulkee valoa vastaanottavaan osaan 17 tuleva valo laipan 23 aukon 24 kautta. Aukko 24 on kosketuksessa palaan 29 ja se on erittäin ohut. Sen mukaisesti on mahdollista päästää valo tulemaan laajassa aukkokulmassa 8 valoa vastaanottavaan osaan 17'.14 91574 b) In this housing of a piece of optical device, the aperture angle is not severely limited, as in the type shown in Fig. 6, which has a through hole in the lower surface. In the structure of the housing according to the present invention shown in Fig. 6, light entering the light receiving portion 17 passes through the opening 24 of the flange 23. The opening 24 is in contact with the piece 29 and is very thin. Accordingly, it is possible to allow light to enter the light receiving portion 17 'at a wide aperture angle 8.

10 Sitten selitetään yksityiskohtaisesti suoritusmuo toa, jonka avulla voidaan ratkaista optisen laitteen palan liitoslaippaan kiinnittämiseen liittyvät ongelmat, kuten juotteen valuminen valoa vastaanottavaan pintaan ja vaihtelut liitoksen lujuudessa. Tässä keksinnössä ei juotetta 15 sijoiteta alustan puolelle, vaan juotekerros sijoitetaan palan puolelle.An embodiment that can be used to solve the problems associated with attaching a piece of optical device to a connecting flange, such as solder flow to a light-receiving surface and variations in the strength of the connection, will then be described in detail. In the present invention, the solder 15 is not placed on the substrate side, but the solder layer is placed on the piece side.

Kuvio 27 on leikkauskuva, joka esittää esimerkkiä, jossa tätä keksintöä sovelletaan fotodiodin mesatyyppiseen palaan. Seostamaton epitaksinen InGaAs-kerros kasvatetaan 20 epitaksisen nestefaasiprosessin avulla Sn-seostetulle InP-alustalle 61, niin että sen hilarakenne sopii InP-alustaan 61. Sitten muodostetaan Zn-diffuusion avulla p-tyyppinen alue 63, jolloin syntyy pn-rajapinta. Sen jälkeen muodostetaan AuZn:n avulla p-puolen elektrodi 64, ja n-puolen 25 elektrodi 65 muodostetaan AuGeNi:n avulla.Fig. 27 is a sectional view showing an example in which the present invention is applied to a mesate-type piece of a photodiode. The unalloyed epitaxial InGaAs layer is grown on the Sn-doped InP substrate 61 by an epitaxial liquid phase process so that its lattice structure matches the InP substrate 61. A p-type region 63 is then formed by Zn diffusion to form a pn interface. After AuZn is formed by means of the p-side electrode 64 and the n-side electrode 25 is formed by AuGeNi 65: n.

Lisäksi syövytetään pala kummaltakin puolelta pn-rajapinnan lähellä mesamuotoon sähköisen kapasitanssin pienentämiseksi. Sitten muodostetaan n-puolen elektrodin 65 alasivulle Sn-pinnoituskuvio käyttämällä pinnoitusli-30 uoksena alkanolisulfonihappoa. Sn-pinnoitettua osaa kutsutaan tämän jälkeen juotekerrokseksi 66, koska se toimii juotteena. Sekä juotekerros 66 että n-puolen elektrodi 65 ovat renkaan muotoisia ja palan alasivu keskiosa, joka on paljas, toimii valoa vastaanottavana pintana 67. Juoteker-35 roksen 66 paksuus on 1-5 μιη. Sen jälkeen puolijohdekiekkoIn addition, a piece is etched on each side near the pn interface into a meso shape to reduce electrical capacitance. Then, a n-side electrode 65 of the lower side of using the Sn plating pattern pinnoitusli-30 uoksena alkanolisulfonihappoa. The Sn-coated part is hereinafter referred to as solder layer 66 because it acts as a solder. Both the solder layer 66 and the n-side electrode 65 in the shape of a ring and a piece of the underside of the central portion, which is exposed, is the light receiving surface 67. Juoteker-35 layer 66 has a thickness of 1-5 μιη. After that, the semiconductor wafer

IIII

91574 15 piirroitetaan ja jaetaan yksittäisiksi paloiksi. Juoteker-ros 66 muodostetaan tehokkaasti pinnoittamalla tai höy-rystämällä. Tinan lisäksi voidaan juotekerroksen 66 materiaalina käyttää eutektista AuSn-seosta tai eutektista 5 AuSi-seosta.91574 15 are drawn and divided into individual pieces. The solder layer 66 is effectively formed by coating or vaporizing. In addition to tin, a eutectic AuSn alloy or a eutectic AuSi alloy can be used as the material of the solder layer 66.

Tällä tavoin valmistetun fotodiodipalan liittämiseksi, käyttämällä tinaa juotteena, lämmitetään liitettävä kotelo lämpötilaan 250° ja pala juotekerroksineen 66 kiinnitetään koteloon ja kohdistetaan laippaan ja liitetään 10 siihen. Tässä vaiheessa ei tarvita muuta juotetta, koska palan alasivulla oleva juotekerros sulaa hetkellisesti ja jähmettyy sitten kiinnittääkseen palan lujasti.To connect the photodiode piece thus prepared, using tin as a solder, the housing to be connected is heated to a temperature of 250 °, and the piece with solder layers 66 is attached to the housing and aligned with the flange and connected thereto. No other solder is needed at this stage because the solder layer on the underside of the piece melts momentarily and then solidifies to firmly secure the piece.

Kokeissa liitettiin fotodiodin pala koteloon erittäin tyydyttävästi, kun tinapinnoitteen paksuus oli 5-10 15 μη. Kun tinapinnoitteen paksuus oli 5 μπι tai alle, vaihte-li liitoksen lujuus ja oli epävakaa. Kun tinapinnoitteen paksuus oli 10 μιη tai yli, tina juote valui ja oli vaihte-leva.In the experiments, a piece of photodiode was connected to the housing very satisfactorily when the thickness of the tin coating was 5-10 15 μη. When the thickness of the tin coating was 5 μπι or less, the strength of the joint varied and was unstable. When the thickness of the tin coating was 10 μιη or more, the tin solder flowed and was variable.

Tässä keksinnössä on juotekerros palan puolella. 20 Juotekerros liittää palan kotelon alustaan. Alustan ja kotelon materiaali ja muoto ovat mielivaltaiset.The present invention has a solder layer on the side of the piece. 20 The solder layer attaches the piece to the base of the housing. The material and shape of the base and housing are arbitrary.

Kuvio 28 on leikkauskuva rakenteesta, jossa mainittu fotodiodin pala on kiinnitetty litteätyyppiseen koteloon, jossa käytetään kuvioiden 8 ja 9 safiirialustaa 2, 25 joka on valmistettu kuvioissa 22-25 esitetyissä vaiheissa. Kuvion 27 optisen laitteen pala asetetaan suoraan (käyttämättä uutta juotetta) liitoslaipalle 23 ja liitetään siihen n-sivun elektrodin 65 ja laipan 23 kiinnittämiseksi lujasti siihen. P-sivun elektrodi 64 lankaliitetään laip-30 paan 28 langalla 30. Valo kulkee safiirialustan 21 ja laipan 23 aukon 24 kautta ja saapuu valoa vastaanottavaan pintaan 67. Tässä rakenteessa ei juotekerros 66 valu eikä siirry.Fig. 28 is a sectional view of a structure in which said piece of photodiode is mounted in a flat type housing using the sapphire substrate 2, 25 of Figs. 8 and 9 made in the steps shown in Figs. 22-25. A piece of the optical device of Fig. 27 is placed directly (without the use of new solder) on the connecting flange 23 and connected thereto to firmly attach the n-side electrode 65 and the flange 23 thereto. The P-side electrode 64 is wire-connected to the flange 30 with the wire 30. The light passes through the sapphire substrate 21 and the opening 24 of the flange 23 and enters the light-receiving surface 67. In this structure, the solder layer 66 does not cast or move.

Kuvio 29 on leikkauskuva, joka esittää rakennetta, 35 jossa mainittu fotodiodin pala on kiinnitetty kuviossa 17 16 91574 esitetyn tyyppiseen koteloon, jossa on keramiikka-alusta. Lankaliitäntää, johdinta ja kotelon ulkomuotoa ei esitetä, koska ne voidaan valita mielivaltaisesti. Kuviossa 29 ei keramiikka-alustaa ole varustettu juotteella, vaan palan 5 puolella oleva juotekerros 66 toimii juotteena palan kiinnittämiseksi lujasti laippaan 42.Fig. 29 is a sectional view showing a structure 35 in which said piece of photodiode is mounted on a housing of the type shown in Fig. 17 16 91574 with a ceramic base. The wire connection, cable, and housing appearance are not shown because they can be selected arbitrarily. In Fig. 29, the ceramic substrate is not provided with solder, but the solder layer 66 on the side of the piece 5 acts as a solder to firmly attach the piece to the flange 42.

Vaikka tätä keksintöä on edellä selitetty viitaten erityisiin sovellutuksiin, on selvää, että tätä keksintöä voidaan soveltaa kaikkiin optisiin laitteisiin, kuten ta-10 sotyyppiseen fotodiodiin, vyöryfotodiodiin (ADP) ja lisäk si tasomaisten valoa läpäisevien diodien ja tasomaisten valoa läpäisevien laserdiodien kotelointiin.Although the present invention has been described above with reference to specific applications, it is clear that the present invention can be applied to all optical devices such as a ta-10 war type photodiode, an avalanche photodiode (ADP) and further encapsulate planar light transmitting diodes and planar light transmitting laser diodes.

Optinen laite, jonka rakenne on tämän keksinnön mukainen, kuten edellä on selitetty, tarjoaa seuraavat tek-15 nisesti ansiokkaat ominaisuudet.An optical device having a structure according to the present invention, as described above, offers the following technically advantageous features.

a) Koska juotekerroksen valuminen ja siirtyminen liittämisen yhteydessä estetään, ei juote pienennä läpinäkyvän valonläpäisyosan pintaa tai tilaa. Tämä nostaa saantoa optisten laitteiden kokoonpanossa. Sovellet- 20 tuna fotodiodiin ei tämä keksintö vähennä fotodiodin herkkyyttä, koska fotodiodi on varustettu metalloidulla kerroksella, esimerkiksi tinakerroksella liitosalueella eikä valoa vastaanottavan ikkunan alueella. Koska metal-loidun kerroksen, kuten tinakerroksen, paksuutta voidaan 25 valvoa mielivaltaisesti 0,2 μη:η tarkkuudella, ei juote valu.a) Since the flow and displacement of the solder layer during joining is prevented, the solder does not reduce the surface or space of the transparent light transmitting portion. This increases the yield in the assembly of optical devices. When applied to a photodiode, the present invention does not reduce the sensitivity of the photodiode because the photodiode is provided with a metallized layer, for example a tin layer in the junction area and not in the region of the light receiving window. Since the thickness of the metallized layer, such as the tin layer, can be controlled arbitrarily with an accuracy of 0.2 μη: η, no solder casting.

b) Liitoksessa ei tarvita erityistä liitosainetta, kuten juotetta tai epoksihartsia. Tämä yksinkertaistaa tuotantoprosessia ja parantaa tuottavuutta.b) The joint does not require a special joint, such as solder or epoxy resin. This simplifies the production process and improves productivity.

30 Vaikka me olemme esittäneet ja selittäneet keksin tömme erityisiä suoritusmuotoja, on selvää, että nämä suoritusmuodot ovat pelkästään kuvausta ja selitystä varten ja että voidaan keksiä erilaisia muita muotoja keksintömme piirissä, jonka oheiset patenttivaatimukset määrittelevät.Although we have shown and explained specific embodiments of our invention, it is to be understood that these embodiments are for the purpose of description and description only, and that various other embodiments may be devised within the scope of our invention as defined by the appended claims.

IlIl

Claims

1. Optical device housing, which housing comprises a sapphire support (21); and a connection flange (23) for a semiconductor chip, which flange is formed on the top surface of the sapphire substrate (21) by pressing and then burning an electrically conductive paste, the electrically conductive paste being lacking in a certain area in order to form an aperture (24) in the connection flange (23) of the semiconductor chip, so that light can pass through the sapphire substrate (21) and the opening (24), characterized in that the upper surface of the sapphire substrate (21) has a recess (52) with inclined sides (51), and that the edges of the conductive paste (54) surrounding the aperture (24) are located on the inclined sides (51) of the depression (52) so that the upper contact surface of the connection flange (23) of the semiconductor chip is substantially even .

2. A casing according to claim 1, characterized in that the depression (52) formed on the sapphire substrate (21) has a depth of 5 - 10 μκι.

A method of producing an optical device, characterized in that it comprises the following steps: forming a half-conductor chip connection flange (23) by pressing and heating an electrical conductive paste on a sapphire substrate (21) which has a conical section and a recess which continues into the conical section, whereby the ends of the conductive paste are placed on the conical section and the conductive paste is provided with a first light-permeable heel located on the recess to form an opening in the conical section. the connection flange for the semiconductor chip, such that light passes through the sapphire substrate (21) and said opening, mounting the electrode (65) and a solder layer (66) 91574 with a second light-transmissive hil in successive order on the surface of the light-transmissive side of a chip (61) in the optical device, and connection of the chip (61) in the optical device 5 to a connector flange (54, 42) by using of said solder layer (66). * • ·