FI91574C - Kotelo optista laitetta varten sekä menetelmä optisen laitteen valmistamiseksi - Google Patents

Description

91574

Kotelo optista laitetta vårten sekå menetelmå optisen laitteen valmistamiseksi Tåmå keksinto liittyy menetelmåån optisten laittei-5 den, kuten valodiodien ja fotodiodien valmistamiseksi sekå sellaisia optisia laitteita vårten tarkoitettuihin kote-loihin.

Optiselle laitteelle, kuten valoa såteilevålle laitteelle tai valoa vastaanottavalle laitteelle, sekå 10 sellaista laitetta vårten tarkoitetulle kotelolle on ase-tettu seuraavia teknologisia vaatimuksia: a) Valon sisååntulorakenteen tulee olla valoa lå-påisevå.

b) Sen tulee olla langoitettu liittåmållå pala 15 alusrakenteeseen tai lankaliitånnållå ulkopuolisiin lanka- elektrodipååtteisiin.

c) Sen palan tulee olla hermeettisesti suljettu.

d) Sen kytkentåhyotysuhteen optisen kuidun kanssa tulee olla hyvå. Tåmå tarkoittaa, ettå valodiodi- tai fo- 20 todiodipalan pååtypintojen tulee olla riittåvån låhellå optista kuitua ja sen aukkokulman tulee olla suuri. Lisåk-si tulee palassa olla puhdas valoa vastaanottava pinta, jota ei pasta tai vastaava materiaali tahraa.

Tåmån keksinnon tarkoituksena on vastata erityises-25 ti yllåolevaan vaatimukseen d).

Tekniikan taso I

Ylåpintatyyppi

Kuvio 1 on leikkauskuva tekniikan tason kotelosta fotodiodia vårten. Tåmå kotelo on tavallisin tyyppi, jossa 30 optisen kuidun valo tulee siihen sen ylåpinnan kautta. Ku-viossa 1 kåsittåå T018-tyyppinen kotelo 1 koteion rungon 2 ja kannen 3, joka peittåå rungon 2 ylåpinnan. Kannen 3 ylåpinnan keskellå on aukko, jossa on ikkunana 4 toimiva låpinåkyvå kovar-lasi. Fotodiodipala 5 on liitetty koteion 35 rungon 2 ylålevyyn. Koteion rungon 2 ylålevy on varustettu 91574 2 johtimella 6. Toinen johdin 7 ja fotodiodipalalla 5 oleva elektrodi on lankaliitetty toisiinsa kultalangalla 8. Op-tinen kuitu 9 on sijoitettu ikkunan 4 ulkopuolelle vasta-pååtå fotodiodin palaa 5.

5 Kansi 3 ja runko 2 on hitsattu yhteen niiden reu- noista. Tåmå kotelo on hermeettisesti suljettua tyyppiå, joka on tuottanut tyydyttavia tuloksia jo pitkåån. Koska tåhån koteloon tulee valo sen ylåpinnasta, jossa on lanka-liitåntå (kultalanka 8), on fotodiodipalan 5 ylåpinnan ja 10 ikkunan 4 vålinen etåisyys kohtuuttoman pitkå, mistå on seurauksena se varjopuoli, ettå kytkentåhyotysuhde optisen kuidun 9 kanssa on huono.

Kuvio 2 esittåå eråån toisen, kuviossa 1 esitetyn kaltaisen, ylåpintatyyppisen koteion optista laitetta var-15 ten, jossa ikkunaan on låpinåkyvån kopaalilasin 4 sijasta kiinnitetty safiirilevy 4'. Kuviossa 2 esitetysså. kote-lossa on samalla tavoin se varjopuoli, ettå kytkentåhyotysuhde 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 låpimenevå reikå

On helpompaa saada optinen kuitu ja pala låhelle toisiaan alapinnasta kuin ylåpinnasta, koska ylåpinta ra-25 joittaa låhestymistå ylåpinnan puolelta. Sen vuoksi on op-tisia laitteita vårten tehty kuvioissa 3-5 esitetty kotelo-tyyppi, jonka alapinnassa on låpimenevå reikå. Kuviossa 3 kåsittåå kotelo 10 koteion rungon 12 ja kannen 11. Tåsså esimerkisså ei kannessa 11 ole ikkunaa. Koteion rungossa \ 30 12 on aksiaalisesti fotodiodipalan 5 alla suuri låpimenevå reikå 13. Låpimenevån reiån 13 alapuolelle on sijoitettu optinen kuitu 14, jonka ylåpåån pinta on vastapååtå låpimenevån reiån 13 ala-aukkoa. Valo valokuidusta 14 tulee fotodiodipalaan 5 sen alapinnasta låpimenevån reiån 13 35 kautta. Kuvioissa 3-5 vastaavat numerolla 15 merkityt joh-

II

91574 3 timet kuvioiden 1 ja 2 johtimia 6.

Kuvio 4 esittåå esimerkin kotelosta, jossa optisen kuidun 14 pååtyosa on pistetty sisåån ja kiinnitetty suu-rennettuun lapimenevaån reikåån 13, jotta fotodiodipalan 5 5 ja optisen kuidun 14 påån vålinen etåisyys pienenisi. Tås-så esimerkisså on kuitenkin sellaisia varjopuolia, etta lapimenevaån reikaån 13 pistetyn optisen kuidun 14 ylåpåå voi koskettaa fotodiodipalaa 5 ja vahingoittaa sitå ja et-tå optisen kuidun 14 kiinnitys on vaikeaa.

10 Kuvio 5 esittåå esimerkin kotelosta, jossa låpi- menevå reikå 13 on suljettu kopaalilasipalalla 16.

Tåmåntyyppisten pakkausten, joissa låpimenevå reikå on alapinnassa, varjopuolia selitetåån viitaten kuvioiden 6 ja 7 suurennettuihin leikkauskuviin ja kåyttåen esimerk-15 kinå kuvion 3 tapausta.

Fotodiodipalan 5 pn-rajapinta toimii, kuten valon vastaanotin 17, johon valo tulee alhaalta, låpimenevån reiån 13 kautta. Koska låpimenevån reiån 13 reuna 18 ra-joittaa valoa, pååsee valon vastaanottimeen 17 vain aukko-20 kulman 0 sisåpuolelle jååvå valo. Vaikka optisen kuidun 15 pååtypinta saatettaisiin kosketukseen koteion rungon 12 alapinnan kanssa, rajoittaa aukkokulma Θ sitå.

Fotodiodipalan 5 kiinnitys on vaikeaa. Låpimenevån reiån 13 poikkileikkaus on pyoreå ja fotodiodipala 5 lii-25 tetåån runkoon 12 kosketusalueella 19, joka on låpimenevån reiån 13 ulkopuolella. Koska pala 5 on pieni ja låpimenevån reiån 13 poikkileikkaus on myos pieni, on niiden koh-distaminen vaikeata. Jos valon vastaanottimen 17 keskipis-te sijoitetaan sivuun låpimenevån reiån 13 keskiakselista, . 30 kuten kuviossa 7 esitetåån, on valon vastaanottimen 17 vastaanottaman valon måårå pienempi sillå puolella, johon se on siirtynyt, kuin toisella puolella. Kuviossa 7 on pala 5 siirtynyt oikealle, ja sen mukaisesti pååsee valon vastaanottimen 17 oikealle puoliskolle våhemmån valoa kuin 35 sen vasemmalle puoliskolle. Fotodiodiin saapuvan valon 4 91574 måårån pieneneminen våhentåå ilmaisuherkkyyttå.

Valon vastaanottimeen 17 tulevan valon aukkokulman suurentamiseksi on låpimenevån reiån 13 pituutta pienen-nettavå ja poikkileikkauspintaa suurennettava. Låpimenevån 5 reian 13 pituus on sama kuin koteion rungon 12 paksuus. Jos koteion rungon 12 paksuutta pienennetåån, tulee rungon mekaaninen lujuus riittåmåttomåksi. Runko 12 tehdåån me-tallista tai keramiikasta ja sitå voidaan ohentaa vain rajoitetusti, koska se muodostaa mekaanisen keskuksen, 10 joka kannattaa palaa, johdinta ja kantta. Suurempi låpi-menevå reikå 13 edellyttåå suurempikokoista fotodiodipalaa 5, mikå merkitsee korkeampia kustannuksia ja lujuudeltaan huonompaa palaa.

Tekniikan taso III 15 Safiirialustatyyppi

Sen mukaisesti olemme aikaisemmin keksineet optista laitetta vårten tarkoitetun koteion, jossa on safiirialus-ta, johon kuuluu aukolla varustettu liitoslaippa, johon on liitetty optinen laite, ja vastapååtå safiirialustan ta-20 kasivua on optisen kuidun påå.

Kuvio 8 on tasokuva keksijoiden siten aikaansaamas-ta kotelosta optista laitetta vårten, ja kuvio 9 on leik-kauskuva 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. Kuvi-oissa 8-10 esitetyn koteion rakenteessa on safiirialustaan 21 liitetty alakehys 22. Alakehys 22 on tåsså esimerkisså tehty sintratusta alumiinioksidista, mutta se voi olla mi-tå tahansa eristettå. Alakehys 22 on liitetty safiirialus-30 taan 21 kovajuotoksella. Aukolla 24 varustettu såhkoå joh-tava liitoslaippa 23 on sijoitettu safiirialustan 21 kes-kelle metalloimalla. Liitoslaipan 23 påå ulottuu alakehyk-sen 22 sisåreunan ylikehyksen ulkoreunaan. Aukko 24 on valon låpåisemistå vårten. Vaikka aukko 24 esitetåån muo-35 doltaan pyoreånå, voi se luonnollisesti olla toisenkin 91574 5 muotoinen, esimerkiksi neliomåinen. Alakehykseen 22 on liitetty ylåkehys 25. Tåsså esimerkisså on myos ylåkehys 25 tehty alumiinioksidista. Ylåkehys 25 ja alakehys 22 on liitetty yhteen eriståvållå liitosaineella. Liitoslaipan 5 23 jatkeeseen on juotettu johdin 26. Alakehån 22 sisåreu- naan on, vastapååtå liitoslaippaa 23, metalloitu lankalii-toslaippa 28. Lankaliitoslaipan 28 jatkeeseen on juotettu johdin 27 kuten kuviossa 10 esitetåån, on koteloon liitetty optisen laitteen pala 29, kuten fotodiodi tai valodio-10 di. Optisen laitteen pala 29 on kiinnitetty liitoslaippaan sillå tavalla, ettå aukon 24 ja optisen laitteen palan 29 keskipisteet on kohdistettu toisiinsa nåhden. Liitoslaippa 23 on esimerkiksi eutektisen AuSn-kiteen rengasjuotos. Kun alhaalla pidettyyn optisen laitteen palaan 29 johdetaan 15 energiaa, kuten ultraååniaaltoa, sulaa juotos ja kiinnit- tåa palan 29 laippaan 23. Lisåksi lankaliitetåån lanka 30, joka esimerkiksi on kultaa, yhdiståmåån langanliitoslaippa 28 optisen laitteen palan 29 elektrodiin. Normaalisti kiinnitetåån ylåkehåån 25 alumiinioksidikansi sulkemaan 20 koteion sisåtila.

Kuvio 11 on suurennettu tasokuva osasta aukkoa 24 ympåroivåstå liitoslaipasta 23, ja kuvio 12 on leikkausku-va otettuna pitkin kuvion 11 viivaa XII-XII. Ihannetapauk-sessa ovat sekå safiirialusta 21 ettå liitoslaippa 23 ta-25 saisia, kuten kuviossa 12 esitetåån. Jos laippa 23 on tåy-sin tasainen, voidaan optisen laitteen pala 29 kiinnittåå tarkasti ennalta mååråttyyn asemaan vakaaseen tilaan. Itse asiassa ei liitoslaippaa 23 kuitenkaan tehdå tåysin tasai-seksi syystå, joka selitetåån tuonnempana.

30 Kuvio 13 on leikkauskuva tilasta, jossa såhkoå joh- tavasta materiaalista (esimerkiksi eutektisesta kulta- tai AuSn-kiteestå) tehty tahna painetaan safiirialustalle 21. Koska kysymyksesså on paksukalvopainaminen, asetetaan sa-fiirialustalle 21 ohut suojus, jossa on laipan muotoinen 35 aukko, ja kultatahnaa 23' levitetåån suojukselle. Tåsså 6 91574 tilassa on levitetyn kultatahnan 23' ylåpinta tasainen. Sen jålkeen asetetaan safiirialusta 21 uuniin ja poltetaan kultatahnan kiinteyttåmiseksi. Polttamisvaiheessa saa pin-tajånnitys kultatahnan paåt 23 'a kohoamaan. Tåsta syysta 5 tulevat kultatahnan 23' paåt 23'a korkeammiksi kuin sen muu osa. Kun kultatahna otetaan pois uunista, on se kiin-teytynyt epåmååråiseen muotoon. Kuvio 14 on leikkauskuva laipasta polttovaiheen jålkeen. Kuvio 15 on leikkauskuva laipasta, jolle optisen laitteen pala 29 on liitetty. Tah-10 nan laajeneminen ja supistuminen polttovaiheen aikana saa aikaan tahnan ylåpinnassa lukuisia painumia ja kohoumia. Vaikka tahnassa olevat painumat ja kohoumat ovat korkeu-deltaan suunnilleen useita mikroneita, pyrkii tasainen pala 29, johtuen siitå, ettå se myos on kooltaan pieni, 15 kallistumaan tai kiinnitys pyrkii jååmaån epåtåydellisek-si, kun pala liitetåån tahnaan, jossa on sellaisia painumia ja kohoumia. Lisåksi irtoaa pala helposti heikonkin iskun tai vårinån vaikutuksesta.

Tekniikan taso IV

20 Mesatyyppinen fotodiodi

Erås toinen ongelma on fotodiodin kåytto suurella nopeudella. Koska fotodiodia kåytetåån kåånteisesti esi-jånnitteellisesså tilassa, eståå pn-rajapinnan såhkdinen kapasitanssi kåytiSn suurella nopeudella. Valoa 25 vastaanottavan alueen (pn-rajapinnan) alan pienentåminen våhentåå såhkOista kapasitanssia. Tåtå tarkoitusta vårten voidaan kåyttåå kuviossa 16 esitettyå mesarakennetta.

n-InP-alustalle 31 muodostetaan epitaksiaalisen kasvatuksen avulla p-InP-kerros 32. Alustan 31 ja kerrok-30 sen 32 vålillå oleva kapea pn-rajapinta 33 toimii valoa vastaanottavana alueena. Lisåksi on p-InP-kerros 32 ja pn-rajapinta 33 syovytetty kaistaleiksi kohti n-InP alustaa 31 molemmilla puolilla valoa vastaanottavan alueen pienen-tåmiseksi. Koska p-InP-kerros 32 on kaventunut kaistaleik-35 si, ei sen påålle enåå voida kiinnittåå renkaanmuotoista

II

91574 7 elektrodia. Sen mukaisesti kiinnitetåan kaistaleenmuotoi-nen p-tyyppinen Au-Zn-elektrodi 34. Sitten tehdåån valon kulku p-pinnasta mahdottomaksi. Sen sijaan kiinnitetåån p-InP-alustan 31 pohjaan renkaanmuotoinen, n-tyyppinen AuGe-5 Ni-elektrodi 35. Tålloin toimii n-InP-alustan 31 pohjan keskiosa valoa vastaanottavana pintana 36, jonka kautta valo saatetaan kulkemaan. Sen vuoksi kysytåån kuvloissa 3, 4, 5 ja 8-12 esitettyjå tyyppejå, jolssa valo tulee al-haalta, myos fotodiodin kåyttoon suurella nopeudella. 10 Edellå selitetty fotodiodin pala 37 valmistetaan kiekko-menetelmållå, jossa sen jålkeen 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 Esimerkkina kuvioissa 3-5 esitetyn esimerkin ja kuvioissa 8-12 esitetyn esimerkin vålillå on kotelo, jossa kåytetåån låpikulkevalla reiållå varustettua keramiikka-20 alustaa. Koska keramiikka-alusta ei johda såhkoå, hoyrys-tetåån sen paalle såhkoå johtavaa metallia muodostamaan liitosalusta, joka teknisesså mielesså hiukan eroaa edel-lisesså kappaleessa selitetyn esimerkin laipasta. Juote asetetaan alustalle, jolle optinen laite sijoitetaan, ja 25 juotetaan.

Kuviot 17-21 ovat leikkauskuvia, jotka esittåvåt jårjestyksesså keraamisella alustalla varustetun kotelo-tyypin kokoonpanovaiheet. Kuten kuviossa 17 esitetåån, on keraamiselle alustalle 41 kiinnitetty hoyryståmållå såhkoå 30 johtava liitoslaippa 42 ja sen låpi on tehty sisåånmeno- reikå. Sitten, kuten kuviossa 18 esitetåån, sijoitetaan Au-Sn-rengasjuote 44 valon sisåånmenoreiån 43 ympårille. Senjålkeen, kuten kuviossa 19 esitetåån, sijoitetaan fotodiodin pala 37 juotteelle 44 ja kuumennetaan uunissa sen 35 juottamiseksi.

8 91574

Vaikka tåsså rakenteessa juote 44 ja valon sisåån-menoreikå 43 on kohdistettu toisiinsa nåhden oikein palaa 37 juotettaessa, voi juotteen osa 45 valua yli ja peittåå valon vastaanottopintaa pienentåen siten valon vastaanot-5 toalaa. Monessa tapauksessa siirtyy juotteen 44 asema si-vulle, kuten kuviossa 20 esitetåån. Jos pala 37 tållaises-sa tapauksessa asetetaan ja juotetaan, voi siitå olla seu-rauksena kohti sivua laaja ylivuoto 45, joka peittåå valoa vastaanottavaa pintaa våhentåen siten fotodiodin herkkyyt-10 tå. Vaikka juotteen ylivuoto 45 voidaankin vålttåå ohen-tamalla juotetta, on juotteen paksuuden oltava kåsittelyn tarkoituksenmukaisuuden kannalta 10 mikronia tai yli. Edellå esitetystå syystå voi juote pienentåå valon vas-taanottoalaa palan pohjassa ja våhentåå fotodiodin herk-15 kyyttå. Toinen ongelma on liitoksen lujuus. Siinå tapauksessa, ettå liittåmiseen kåytetåån rengasjuoteaihiota, (esimerkiksi AuSn-seosta, jonka ulkohalkaisija on 500 mikronia, sisåhalkaisija 250 mikronia ja paksuus 30 mikronia) on aihion sulamisen ja fotodiodin kiinnittymisen vålillå 20 viive, joka saa aikaan fotodiodin pohjapinnan ja juotteen 44 vålisen epåtasaisen kosketuksen aiheuttaman ongelman, josta on seurauksena vaihteluita kiinnityksen lujuudessa.

Tåmån keksinnon pååmåårånå on tarjota optista lai-tetta vårten kotelo, jossa ei ole safiirialustalla kåyte-25 tyn liitoslaipan metalloinnista, toisin sanoen liitoslai-pan pinnan epåsåånnollisyydestå, aiheutuvaa ongelmaa ja jolle optisen laitteen pala voidaan kiinnittåå lujasti vakaaseen tilaan.

Tåmån keksinnon eråånå toisena pååmåårånå on tarjo-• 30 ta optista laitetta vårten kotelo, jossa ei ole optisen 9 * laitteen kiinnittåmisestå liitoslaipalle aiheutuvia ongel-mia, kuten juotteen ylivuoto valoa vastaanottavaan pintaan ja vaihtelu liitoksen lujuudessa, ja jolle optisen laitteen pala voidaan liittåå lujasti vakaaseen tilaan.

35 Tåmån keksinnon eråånå muuna pååmåårånå on vielå

II

91574 9 tarjota optisen laitteen valmistusta vårten menetelmå, jossa puolijohdepala voidaan liittaå liitoslaippaan vakaa-seen tilaan.

Tama saavutetaan keksinnon mukaisella kotelolla, 5 joka kåsittåå safiirialustan; ja puolijohdepalan liitos-laipan, joka on såhkoå johtavaa tahnaa painamalla ja sen jålkeen polttamalla muodostettu safiirialustan ylåpinnal-le, jolloin såhkoå johtava tahna puuttuu tietyltå alueelta aukon muodostamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan, niin 10 ettå valon on mahdollista kulkea safiirialustan ja aukon låpi. Keksinnolle on tunnusomaista, ettå safiirialustan ylåpinta sisåltåå painanteen, jolla on kaltevat sivut, ja ettå såhkoå johtavan tahnan reunat, jotka ympåroivåt auk-koa, on sijoitettu painanteen kalteville sivuille, niin 15 ettå puolijohdepalan liitoslaipan ylempi kosketuspinta on oleellisesti tasainen.

Ottaen huomioon sen, ettå polttaminen saa safiirialustan ylåpinnalle painetun såhkoåjohtavan tahnan nou-semaan sen påiden kohdalla, syvennetåån tåmån keksinnon 20 mukaisessa, optista laitetta vårten tarkoitetussa, kote-lossa alustan keskiosaa måårållå, joka vastaa poltetun tahnan påiden kohoamista, jotta poltetun tahnan påiden korkeus tulisi samaksi kuin tahnan muun osan. Sen mukai-sesti ei optisen laitteen pala kohoile epåtasaisesti poh-25 japinnalla, vaikka se asetetaan såhkoåjohtavan tahnan muo-dostamalle liitosalustalle.

Tåmån keksinnon mukaisessa optisessa laitteessa ei juotetta aseteta alustalle. Sen sijaan kiinnitetåån optisen laitteen sille puolelle, johon pala tullaan kiinnit-30 tåmåån, peråkkåin elektrodi ja juotekerros, joissa kummas-sakin on reikå valon kulkua vårten. Sen vuoksi liitetåån optisen laitteen pala alustalla olevaan liitoslaippaan optisen laitteen palan puolella olevan juotekerroksen avulla.

35 Keksinnon kohteena on myos optisen laitteen valmis- 10 91574 tusmenetelmå, jolle on keksinnon mukaisesti tunnusomaista, ettå se kåsittåå vaiheet: puolijohdepalan liitoslaipan muodostamisen såhkoå johtavaa tahnaa painamalla ja kuumen-tamalla safiirialustalle, jossa on kartiomainen osuus ja 5 kartiomaiseen osuuteen jatkuva koverrus, jolloin såhkoå johtavantahnan pååt sijoitetaan kartiomaiselle osuudelle ja såhkoå johtava tahna muodostetaan varustettuna kover-ruksella olevalla ensimmåisellå valoa låpålsevållå reiållå aukon muodostamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan, niin 10 ettå valo kulkee safiirialustan ja mainitun aukon låpi, elektrodin ja juotekerroksen, jossa on toinen valoa 13-påisevå reikå, asentamisen peråkkåisesså jårjestyksesså optisen laitteen palan valoa låpåisevån sivun pinnalle, ja mainitun optisen laitteen palan liittåmisen liitoslaipalle 15 mainittua juotekerrosta kåyttåen.

Tåmån keksinnon mukaisen optisen laitteen valmis-tusmenetelmS kåsittåå kiekkoprosessin k3yt0n Valoaukolla varustetun n-sivun elektrodin muodostamiseksi yksikitei-selle puolijohdelevyIle ja juotekerroksen metalloinnin sen 20 jålkeen mainitulle n-sivuiselle elektrodille sekå mainitun puolijohdelevyn piirroittamisen ja jakamisen useiksi yk-sittåisiksi fotodiodipaloiksi.

Kuvio 1 on leikkauskuva optista laitetta vårten tarkoitetusta ylåpintatyyppisestå kotelosta, jonka ylåpin-25 nassa on lasi-ikkuna.

Kuvio 2 on leikkauskuva optista laitetta vårten tarkoitetusta ylåpintatyyppisestå kotelosta, jonka ylåpin-nassa on safiiri-ikkuna.

Kuviot 3-5 ovat leikkauskuvia optista laitetta Var-30 ten tarkoitetuista tavanomaisista kotelotyypeistå, joiden alapinnassa on låpimenevå reikå.

Kuvio 6 on suurennettu leikkauskuva, joka esittåå valoa vastaanottavaan osaan tuleVan valon aluetta sen tyyppisesså tavanomaisessa optisessa laitteessa, jonka 35 alapinnassa on låpimenevå reikå.

91574 11

Kuvio 7 on suurennettu leikkauskuva, joka esittåå valoa vastaanottavaan osaan tulevan valon aluetta sentyyp-pisesså tavanomaisessa optisessa laitteessa, jonka alapin-nassa on låpimenevå reikå, siinå tapauksessa, ettå optisen 5 laitteen pala on kiinnltetty sivuun ennaltamååratystå ase-masta.

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 esittåå, misså ti-lassa kultatahna silkkipainetaan safiirialustalle.

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

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

Kuvio 16 on leikkauskuva tavanomaisen mesatyyppisen fotodiodipalan esimerkistå.

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

Kuvio 18 on leikkauskuva, joka esittåå tilaa, jossa rengasjuote kiinnitetåån kuvion 17 liitoslaipalle.

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

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

12 91574

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

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

Kuvio 24 on leikkauskuva, joka esittåå tilaa, jossa kultatahna silkkipainetaan safiirialustalle siten, ettå 10 kultatahnan pååt sijoittuvat alustan kartiomaiseen osaan.

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

Kuvio 26 on leikkauskuva, joka valaisee tåmån kek-sinndn mukaiseen koteloon sijoitetun optisen laitteen pa-15 lan valoa vastaanottavan osan ja aukkokulman vålistå suh-detta.

Kuvio 27 leikkauskuva tåmån keksinnon mukaisen me-satyyppisen fotodiodin esimerkistå.

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

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

25 Keksinnon suosittuja suoritusmuotoja selitetåån nyt viitaten piirustuksiin. Viitaten kuvioihin 22-25 selitetåån ensimmåiseksi kuvioissa 8 ja 9 esitetty suoritusmuoto optisen laitteen kotelossa olevan liitoslaipan 23 metal-lointiin liittyvån ongelman ratkaisemiseksi. Koska liitos-30 laipan metallointiin liittyvån ongelman aiheuttaa kultatahnan påiden kohoaminen, koverretaan safiirialustaa 21 hiukan edeltåkåsin syvyyteen, joka vastaa kultatahnan påiden kohoamista.

Kuvio 22 on leikkauskuva safiirialustasta 21, joka 35 on tasainen ja låpinåkyvå ja jonka paksuus tåsså esimer-

II

91574 13 kisså on 0,2 mm.

Kuvio 23 esittåå tasaista safiirialustaa 21, joka on varustettu matalalla kartiomaisella osalla 51 ja siihen jatkuvalla koverruksella 52. Kartiomainen osa 51 ja kover-5 rus 52 tehdåån argonlaaserilla, mutta voidaan myos tehdå mekaanisesti. Kåsittelemåttomån ylåpinnan 53 ja koverruk-sen 52 vålinen korkeusero on noin 5-10 mikronia. Kuten ku-viossa 24 esitetåån, silkkipainetaan sen jålkeen såhkoå johtavaa tahnaa 54, kuten kultatahnaa, alustalle 21, tule-10 van liitoslaipan 23 muotoon siten, ettå koverrus 52 vastaa laipan 23 aukkoa 24. Tahnan 23 aukkoa 24 vastaavat pååt 55 ovat hiukan kaltevat kohti koverrusta 52. Silkkipainettu tahna kuivataan ja poltetaan uunissa. Kuvio 25 on leik-kauskuva safiirialustasta 21 ja sillå olevasta tahnasta 54 15 polttamisen jålkeen. Poltettaessa kohoaa tahna 54 påisså 55 enintåån 5 mikronin korkeuteen. Koska tahnan pååt ulot-tuvat kartiomaiseen osaan 51, eivåt tahnan pååt kohotes-saan nouse tahnan muita osia korkeammalle. Optisen lait-teen pala 29 liitetåån sillå tavalla valmistettuun liitos-20 laippaan 23. Koska tahnan påiden kohoaminen tasoitetaan, ei palan 29 alapinta nouse epåtasaisesti. Sen jålkeen val-mistetaan kuvioissa 8 ja 9 esitetty optisen laitteen pak-kaus edellå selitetyn prosessin mukaisesti. Kuten kuviossa 10 esitetåån, liitetåån optisen laitteen pala sitten kote-25 loon, lanka 30 lankaliitetåån ja kotelo suljetaan muodos-tamaan optinen laite.

Rakenteeltaan edellå selitetyn kaltaisella optisen vålineen kotelolla on seuraavat teknisesti ansiokkaat vai-kutukset: ..30 a) Varmuus optisen laitteen palan kiinnityksesså lisååntyy. Sen jålkeen kun kultatahna on poltettu, tasoitetaan sen påån kohoamat, niin ettå ne eivåt ole kosketuk-sessa optisen laitteen palan pintaan. Kultatahna on koske-tuksessa palan takasivuun vain tasaisten osiensa kohdalla, 35 jotta koko kosketuspinta tulisi tasaiseksi.

14 91574 b) Tåssa optisen laitteen palan kotelossa ei aukko-kulma ole ankarasti rajoitettu, kuten kuviossa 6 esitetys-sa tyypisså, jonka alapinnassa on låpimenevå reikå. Kuviossa 6 esitetysså taman keksinnon mukaisen koteion ra-5 kenteessa kulkee valoa vastaanottavaan osaan 17 tuleva valo laipan 23 aukon 24 kautta. Aukko 24 on kosketuksessa palaan 29 ja se on erittåin ohut. Sen mukaisesti on mah-dollista pååståå valo tulemaan laajassa aukkokulmassa 8 valoa vastaanottavaan osaan 17'.

10 Sitten selitetaån yksityiskohtaisesti suoritusmuo- toa, jonka avulla voidaan ratkaista optisen laitteen palan liitoslaippaan kiinnittåmiseen liittyvat ongelmat, kuten juotteen valuminen valoa vastaanottavaan pintaan ja vaih-telut liitoksen lujuudessa. Tåssa keksinnosså ei juotetta 15 sijoiteta alustan puolelle, vaan juotekerros sijoitetaan palan puolelle.

Kuvio 27 on leikkauskuva, joka esittåå esimerkkiå, jossa tåtå keksintoå sovelletaan fotodiodin mesatyyppiseen palaan. Seostamaton epitaksinen InGaAs-kerros kasvatetaan 20 epitaksisen nestefaasiprosessin avulla Sn-seostetulle InP-alustalle 61, niin ettå sen hilarakenne sopii InP-alustaan 61. Sitten muodostetaan Zn-diffuusion avulla p-tyyppinen alue 63, jolloin syntyy pn-rajapinta. Sen jålkeen muodostetaan AuZn:n avulla p-puolen elektrodi 64, ja n-puolen 25 elektrodi 65 muodostetaan AuGeNi:n avulla.

Lisåksi syovytetåån pala kummaltakin puolelta pn-rajapinnan låhellå mesamuotoon såhkoisen kapasitanssin pienentåmiseksi. Sitten muodostetaan n-puolen elektrodin 65 alasivulle Sn-pinnoituskuvio kåyttåmållå pinnoitusli-30 uoksena alkanolisulfonihappoa. Sn-pinnoitettua osaa kutsu-taan taman jålkeen juotekerrokseksi 66, koska se toimii juotteena. Sekå juotekerros 66 ettå 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 jålkeen puolijohdekiekko

II

91574 15 piirroitetaan ja jaetaan yksittåisiksi paloiksi. Juoteker-ros 66 muodostetaan tehokkaasti pinnoittamalla tai hoy-ryståmållå. Tinan lisåksi voidaan juotekerroksen 66 mate-riaalina kåyttaå eutektista AuSn-seosta tai eutektista 5 AuSi-seosta.

Tålla tavoin valmistetun fotodiodipalan liittåmi-seksi, kåyttåmållå tinaa juotteena, låmmitetåån liitettåvå kotelo låmpotilaan 250° ja pala juotekerroksineen 66 kiin-nitetåån koteloon ja kohdistetaan laippaan ja liitetåån 10 siihen. Tåsså vaiheessa ei tarvita muuta juotetta, koska palan alasivulla oleva juotekerros sulaa hetkellisesti ja jåhmettyy sitten kiinnittåakseen palan lujasti.

Kokeissa liitettiin fotodiodin pala koteloon erit-tåin tyydyttåvåsti, kun tinapinnoitteen paksuus oli 5-10 15 μπι. Kun tinapinnoitteen paksuus oli 5 μπι tai alle, vaihte-li liitoksen lujuus ja oli epåvakaa. Kun tinapinnoitteen paksuus oli 10 μπι tai yli, tinajuote valui ja oli vaihte-leva.

Tåsså keksinnosså on juotekerros palan puolella. 20 Juotekerros liittåå palan koteion alustaan. Alustan ja koteion materiaali ja muoto ovat mielivaltaiset.

Kuvio 28 on leikkauskuva rakenteesta, jossa mainit-tu fotodiodin pala on kiinnitetty litteåtyyppiseen koteloon, jossa kåytetåån kuvioiden 8 ja 9 safiirialustaa 2, 25 joka on valmistettu kuvioissa 22-25 esitetyisså vaiheissa. Kuvion 27 optisen laitteen pala asetetaan suoraan (kåyttå-måttå uutta juotetta) liitoslaipalle 23 ja liitetåån siihen n-sivun elektrodin 65 ja laipan 23 kiinnittåmiseksi lujasti siihen. P-sivun elektrodi 64 lankaliitetåån laip-30 paan 28 langalla 30. Valo kulkee safiirialustan 21 ja laipan 23 aukon 24 kautta ja saapuu valoa vastaanottavaan pintaan 67. Tåsså rakenteessa ei juotekerros 66 valu eikå siirry.

Kuvio 29 on leikkauskuva, joka esittåå rakennetta, 35 jossa mainittu fotodiodin pala on kiinnitetty kuviossa 17 16 91574 esitetyn tyyppiseen koteloon, jossa on keramlikka-alusta. Lankaliitåntåå, johdinta ja koteion ulkomuotoa ei esitetå, koska ne voidaan valita mielivaltaisesti. Kuviossa 29 ei keramiikka-alustaa ole varustettu juotteella, vaan palan 5 puolella oleva juotekerros 66 toimii juotteena palan kiin-nittamiseksi lujasti laippaan 42.

Vaikka tåtå keksintoa on edellå selitetty viitaten erityisiin sovellutuksiin, on selvåå, ettå tåtå keksintoå voidaan soveltaa kaikkiin optisiin laitteisiin, kuten ta-10 sotyyppiseen fotodiodiin, vyoryfotodiodiin (ADP) ja lisåk-si tasomaisten valoa låpåisevien diodien ja tasoraaisten valoa låpåisevien laserdiodien kotelointiin.

Optinen laite, jonka rakenne on tåmån keksinnon mu-kainen, kuten edellå on selitetty, tarjoaa seuraavat tek-15 nisesti ansiokkaat ominaisuudet.

a) Koska juotekerroksen valuminen ja siirtyminen liittåmisen yhteydesså estetåån, ei juote pienennå låpi-nåkyvån valonlåpåisyosan pintaa tai tilaa. Tåmå nostaa saantoa optisten laitteiden kokoonpanossa. Sovellet- 20 tuna fotodiodiin ei tåmå keksinto våhennå fotodiodin herkkyyttå, koska fotodiodi on varustettu metalloidulla kerroksella, esimerkiksi tinakerroksella liitosalueella eikå valoa vastaanottavan ikkunan alueella. Koska metal-loidun kerroksen, kuten tinakerroksen, paksuutta voidaan 25 valvoa mielivaltaisesti 0,2 μιη:η tarkkuudella, ei juote valu.

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

30 Vaikka me olemme esittåneet ja selittåneet keksin- tomme erityisiå suoritusmuotoja, on selvåå, ettå nåmå suo-ritusmuodot ovat pelkåståån kuvausta ja selitystå vårten ja ettå voidaan keksiå erilaisia muita muotoja keksintomme piirisså, jonka oheiset patenttivaatimukset måår i tte le vat.

II

Claims (3)

91574 17

1. Kotelo optista laitetta vårten, joka kotelo ka- sittåå: 5 safiirialustan (21); ja puolijohdepalan liitoslaipan (23), joka on såhkoå johtavaa tahnaa painamalla ja sen jålkeen polttamalla muo-dostettu safiirialustan (21) ylåpinnalle, jolloin såhkoå johtava tahna puuttuu tietyltå alueelta aukon (24) muodos-10 tamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan (23), niin ettå valon on mahdollista kulkea safiirialustan (21) ja aukon (24) låpi, tunnettu siitå, ettå safiirialustan (21) ylåpinta sisåltåå painanteen (52), jolla on kaltevat sivut (51), ja ettå såhkoå johtavan tahnan (54) reunat, 15 jotka ympåroivåt aukkoa (24), on sijoitettu painanteen (52) kalteville sivuille (51), niin ettå puolijohdepalan liitoslaipan (23) ylempi kosketuspinta on oleellisesti tasainen.

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

3. Menetelmå optisen laitteen valmistamiseksi, tunnettu siitå, ettå se kåsittåå vaiheet: puolijohdepalan liitoslaipan (23) muodostamisen 25 såhkoå johtavaa tahnaa painamalla ja kuumentamalla safii-rialustalle (21), jossa on kartiomainen osuus ja kartio-maiseen osuuteen jatkuva koverrus, jolloin såhkoå johtavan tahnan pååt sijoitetaan kartiomaiselle osuudelle ja såhkoå johtava tahna muodostetaan varustettuna koverruksella ole-30 valla ensimmåisellå valoa låpåisevållå reiållå aukon muo-dostamiseksi puolijohdepalan liitoslaippaan, niin ettå va-lo kulkee safiirialustan (21) ja mainitun aukon låpi, elektrodin (65) ja juotekerroksen (66), jossa on toinen valoa låpåisevå reika, asentamisen peråkkåisesså 35 jårjestyksesså optisen laitteen palan (61) valoa låpåise- 91574 18 van sivun pinnalle, ja mainitun optisen laitteen palan (61) liittamisen liitoslaipalle (54,42) mainittua juotekerrosta (66) kåyt-tåen. il 91574 19