FI91574B - Kotelo optista laitetta varten sekä menetelmä optisen laitteen valmistamiseksi - Google Patents

Description

91574

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.

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.

b) Sen tulee olla langoitettu liittämällä pala 15 alusrakenteeseen tai lankaliitännällä ulkopuolisiin lanka- elektrodipäätteisiin.

c) Sen palan tulee olla hermeettisesti suljettu.

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.

Tämän keksinnön tarkoituksena on vastata erityises-25 ti ylläolevaan vaatimukseen d).

Tekniikan taso I

Yläpintatyyppi

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.

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.

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.

Tekniikan taso II

Tyyppi, jonka alapinnassa on läpimenevä reikä

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-

II

91574 3 timet kuvioiden 1 ja 2 johtimia 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.

10 Kuvio 5 esittää esimerkin kotelosta, jossa läpi menevä reikä 13 on suljettu kopaalilasipalalla 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.

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.

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.

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.

Tekniikan taso III 15 Safiirialustatyyppi

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.

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.

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.

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.

Tekniikan taso IV

20 Mesatyyppinen fotodiodi

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.

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 renkaanmuotoista

II

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.

15 Tekniikan taso 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.

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.

8 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.

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.

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.

35 Tämän keksinnön eräänä muuna päämääränä on vielä

II

91574 9 tarjota optisen laitteen valmistusta varten menetelmä, jossa puolijohdepala voidaan liittää liitoslaippaan vakaaseen tilaan.

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.

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.

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.

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.

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.

Kuvio 1 on leikkauskuva optista laitetta varten tarkoitetusta yläpintatyyppisestä kotelosta, jonka yläpin-25 nassa on lasi-ikkuna.

Kuvio 2 on leikkauskuva optista laitetta varten tarkoitetusta yläpintatyyppisestä kotelosta, jonka yläpinnassa on safiiri-ikkuna.

Kuviot 3-5 ovat leikkauskuvia optista laitetta Var-30 ten tarkoitetuista tavanomaisista kotelotyypeistä, joiden alapinnassa on läpimenevä reikä.

Kuvio 6 on suurennettu leikkauskuva, joka esittää valoa vastaanottavaan osaan tulevan valon aluetta sen tyyppisessä tavanomaisessa optisessa laitteessa, jonka 35 alapinnassa on läpimenevä reikä.

91574 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 .

Kuvio 8 on tasokuva optisen laitteen kotelosta, jossa on safiirialusta ja jonka kansi on poistettu.

Kuvio 9 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 8 10 viivaa IX-IX.

Kuvio 10 on leikkauskuva optisesta laitteesta, jossa optisen laitteen pala on liitetty kuvion 9 koteloon.

Kuvio 11 on suurennettu tasokuva kuvioissa 8 ja 9 esitetyn liitoslaipan olennaisesta osasta.

15 Kuvio 12 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 11 viivaa XII-XII.

Kuvio 13 on leikkauskuva, joka esittää, missä tilassa kultatahna silkkipainetaan safiirialustalle.

Kuvio 14 on leikkauskuva, joka esittää safiirialus-20 tan tilaa, kun sillä oleva kultatahna on poltettu uunissa.

Kuvio 15 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa optisen laitteen pala asetetaan kultatahnalle.

Kuvio 16 on leikkauskuva tavanomaisen mesatyyppisen fotodiodipalan esimerkistä.

25 Kuvio 17 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa liitoslaippa muodostetaan keraamiselle alustalle, jonka läpi kulkee valoaukko.

Kuvio 18 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa rengasjuote kiinnitetään kuvion 17 liitoslaipalle.

.. 30 Kuvio 19 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa fotodiodin pala asetetaan kuvion 18 rengasjuotteelle ja juotetaan siihen.

Kuvio 20 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa rengasjuote asennetaan sivuun ennaltamäärätystä asemasta 35 kuvion 17 liitoslaipalla.

12 91574

Kuvio 21 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa fotodiodin pala sijoitetaan kuvion 20 rengasjuotteelle ja juotetaan siihen.

Kuvio 22 on leikkauskuva safiirialustästä. Kuvio 23 5 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa kuvion 22 sa-fiirialusta varustetaan kartiomaisella osalla ja koverruk-sella.

Kuvio 24 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa kultatahna silkkipainetaan safiirialustalle siten, että 10 kultatahnan päät sijoittuvat alustan kartiomaiseen osaan.

Kuvio 25 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa safiirialusta ja kultatahna on poltettu.

Kuvio 26 on leikkauskuva, joka valaisee tämän keksinnön mukaiseen koteloon sijoitetun optisen laitteen pa-15 lan valoa vastaanottavan osan ja aukkokulman välistä suhdetta.

Kuvio 27 leikkauskuva tämän keksinnön mukaisen me-satyyppisen fotodiodin esimerkistä.

’ Kuvio 28 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa 20 kuvion 27 mesatyyppinen fotodiodin pala sijoitetaan optisen laitteen kotelon safiirialustalle.

Kuvio 29 on leikkauskuva, joka esittää tilaa, jossa kuvion 27 mesatyyppinen fotodiodin pala sijoitetaan optisen laitteen kotelon keramiikka-alustalle.

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.

Kuvio 22 on leikkauskuva safiirialustasta 21, joka 35 on tasainen ja läpinäkyvä ja jonka paksuus tässä esimer-

II

91574 13 kissa on 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.

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.

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'.

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.

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.

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 puolijohdekiekko

II

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.

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.

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.

Tässä keksinnössä on juotekerros palan puolella. 20 Juotekerros liittää palan kotelon alustaan. Alustan ja kotelon materiaali ja muoto ovat mielivaltaiset.

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.

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.

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.

Optinen laite, jonka rakenne on tämän keksinnön mukainen, kuten edellä on selitetty, tarjoaa seuraavat tek-15 nisesti ansiokkaat ominaisuudet.

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.

b) Liitoksessa ei tarvita erityistä liitosainetta, kuten juotetta tai epoksihartsia. Tämä yksinkertaistaa tuotantoprosessia ja parantaa tuottavuutta.

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.

Il

Claims (3)

91574 17

1. Kotelo optista laitetta varten, joka kotelo käsittää: 5 safiirialustan (21); ja puolijohdepalan liitoslaipan (23), joka on sähköä johtavaa tahnaa painamalla ja sen jälkeen polttamalla muodostettu safiirialustan (21) yläpinnalle, jolloin sähköä johtava tahna puuttuu tietyltä alueelta aukon (24) muodos-10 tamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan (23), niin että valon on mahdollista kulkea safiirialustan (21) ja aukon (24) läpi, tunnettu siitä, että safiirialustan (21) yläpinta sisältää painanteen (52), jolla on kaltevat sivut (51), ja että sähköä johtavan tahnan (54) reunat, 15 jotka ympäröivät aukkoa (24), on sijoitettu painanteen (52) kalteville sivuille (51), niin että puolijohdepalan liitoslaipan (23) ylempi kosketuspinta on oleellisesti tasainen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kotelo, t u n -20 n e t t u siitä, että safiirialustalle (21) muodostetun painanteen (52) syvyys on välillä 5-10 μιη.

3. Menetelmä optisen laitteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet: puolijohdepalan liitoslaipan (23) muodostamisen 25 sähköä johtavaa tahnaa painamalla ja kuumentamalla safii-rialustalle (21), jossa on kartiomainen osuus ja kartio-maiseen osuuteen jatkuva koverrus, jolloin sähköä johtavan tahnan päät sijoitetaan kartiomaiselle osuudelle ja sähköä johtava tahna muodostetaan varustettuna koverruksella ole-30 valla ensimmäisellä valoa läpäisevällä reiällä aukon muodostamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan, niin että valo kulkee safiirialustan (21) ja mainitun aukon läpi, elektrodin (65) ja juotekerroksen (66), jossa on toinen valoa läpäisevä reikä, asentamisen peräkkäisessä 35 järjestyksessä optisen laitteen palan (61) valoa läpäise- 91574 18 van sivun pinnalle, ja mainitun optisen laitteen palan (61) liittämisen liitoslaipalle (54,42) mainittua juotekerrosta (66) käyttäen. il 91574 19