FR2606211A1 - Boitier de composant electroluminescent avec circuit radiateur integre assurant la protection contre les surintensites - Google Patents

Boitier de composant electroluminescent avec circuit radiateur integre assurant la protection contre les surintensites Download PDF

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Abstract

CE BOITIER CONTIENT UN RADIATEUR 17 INTEGRE A UNE EMBASE PRINCIPALE 40, UNE PREMIERE BROCHE 21, UNE SECONDE BROCHE 20 ISOLEE DE LA PREMIERE ET QUI FAIT SAILLIE A L'INTERIEUR DU VOLUME DU BOITIER 19, ET UN COUVERCLE 60 POURVU D'UNE FENETRE TRANSPARENTE EN VERRE 24. SELON L'INVENTION, CE BOITIER COMPREND : UNE SECONDE REGION DE CONDUCTION FORMANT ISOLANT, SEPAREE D'UNE REGION DE MONTAGE DU COMPOSANT ELECTROLUMINESCENT SUR LE SUBSTRAT; UNE PREMIERE REGION DE CONDUCTION FORMANT RESISTANCE, REALISEE DANS LA SECONDE REGION; UN MINCE FILM ISOLANT DEPOSE SUR LA REGION FORMANT ISOLANT ET LA REGION FORMANT RESISTANCE; UNE PREMIERE ET UNE SECONDE OUVERTURE DE CONTACT AVEC LA RESISTANCE DE PROTECTION, REALISEES EN RETIRANT LE FILM ISOLANT SEULEMENT DANS UNE REGION DE CONTACT DE LA REGION FORMANT RESISTANCE; UN VERSO 7 DE PUCE AUXILIAIRE DE SILICIUM, PLAQUE DE METAL ET RELIE AU MATERIAU DE RADIATEUR 17; UN COMPOSANT ELECTROLUMINESCENT 15 FIXE SUR LA REGION DE MONTAGE DE LA PUCE AUXILIAIRE DE SILICIUM; ET UNE PREMIERE ET UNE SECONDE BROCHE, RELIEES RESPECTIVEMENT PAR UN FIL SOUDE A LA PREMIERE OUVERTURE DE CONTACT ET A LA SECONDE OUVERTURE DE CONTACT DE LA RESISTANCE DE PROTECTION.

Description

La présente invention concerne un boîtier de composant électroluminescent appliqué aux communications par fibre optique. Ce boîtier contient un circuit intégré qui peut être utilisé comme radiateur et comme résistance de protection contre les surcharges, plus précisément contre les surintensités.
On peut fabriquer les composants électroluminescents utilisés comme sources pour les communications par fibre optique à partir de semiconducteurs combinés à partir des éléments pris dans les groupe III et V de la classification périodique. En particulier, parmi ces composants électroluminescents, on utilise les diodes laser pour les communications optiques à courte et longue distance pour servir de source à faible ou grande de longueur d'onde, respectivement.
Pour exciter les diodes laser, il faut appliquer à ces composants un courant de fonctionnement au dessus de la tension de seuil. Cependant, du fait que les conductivités thermiques de ces semiconducteurs composés sont mauvaises, on ne peut pas obtenir une intensité lumineuse stable sans matériau de radiateur, en raison de la variation de la tension de seuil. De la sorte, il faut incorporer le circuit de protection au boîtier pour empêcher ces diodes de claquer en raison d'une surintensité résultant d'une variation brusque de la tension appliquée.
La figure 1 illustre un circuit classique de protection d'une diode laser, avec résistance de protection. L'électrode de point chaud 1 est reliée à une résistance 4, l'anode de la diode laser 3 est reliée à la résistance 4 et sa cathode est reliée à la masse. La résistance 4, dont la valeur est supérieure à la résistance directe de la diode laser 3, peut diminuer considérablement la surintensité produite par une tension sur l'électrode 1 qui dépasserait la valeur absolue maximale admissible. De la sorte, sans cette résistance 4, la diode laser 3 pourrait claquer.
La figure 2 est une vue en coupe d'un boîtier classique, dans lequel la puce 15 du composant électroluminescent est montée sur un radiateur 17 par l'intermédiaire d'une pâte conductrice 16. Ce radiateur 17 est plaqué d'or, de cuivre ou de diamant, matériaux dont les conductivités thermiques sont très élevées. Ce radiateur 17 fait partie de l'embase 40 du boîtier principal 19, ou bien est fixé à la surface de
l'embase métallique 40 du boîtier 19 par soudure électrique ou par un procédé mécanique. L'autre électrode 18 de la puce 15 est reliée par un fil d'or à la broche 20 pour permettre les
liaisons vers l'extérieur, et elle est électriquement isolée de cette broche 21 par un isolateur 22 relié à l'embase métallique 40.
Lorsqu'un courant circule dans la broche 20, le fil d'or 23, la puce électroluminescente 15, la pâte conductrice 16, le radiateur 17 et la broche 21, la lumière produite à la jonction p-n de la puce 15 rayonne au travers de la fenêtre transparente en verre 24 et la chaleur produite dans le boîtier 19 est extraite vers l'air extérieur par le radiateur 17.
Comme cela a été décrit précédemment, pour obtenir un composant qui permette le refroidissement et la protection contre les surintensités il faut placer séparément la résistance 9 et le boîtier du composant électroluminescent contenant le matériau de radiateur 17 sur le circuit imprimé 6, comme cela est représenté sur la figure 3. Dans cette structure classique, la tension de fonctionnement est appliqués au conducteur 13, la résistance 9 étant reliée au fil d'anode 8 du composant électroluminescent et le fil de cathode 10 de celui-ci étant relié à la masse par le conducteur 14.
Cependant, dans cette manière de procéder, il faut de nombreux étapes d'assemblage pour mettre en place séparément le radiateur et la résistance de protection, ce qui entraîne un volume important de l'ensemble.
Le but de la présente invention est de proposer un boîtier comprenant un radiateur et un circuit intégré de protection et d'excitation pour des composants électroluminescents.
Pour arriver au but recherché par la présente invention, le boîtier de composant électroluminescent de la présente invention comprend une seconde région de conduction formant isolant, séparée d'une région de montage du composant électroluminescent sur le substrat, une première région de conduction formant résistance, réalisée dans la seconde région, un mince film isolant déposé sur la région formant isolant et la région formant résistance, une première et une seconde ouvertures de contact avec la résistance de protection, réalisée en retirant le film isolant seulement dans une région de contact de la région formant résistance, un verso de puce auxiliaire de silicium, plaqué de métal et relié au matériau de radiateur, un composant électroluminescent fixé sur la région de montage de la puce auxiliaire de silicium, et une première et une seconde broches, reliées respec- tivement par un fil soudé à la première ouverture de contact et à la seconde ouverture de contact de la résistance de protection.
Sur les figures
- la figure 1 représente un circuit de protection classique contre les surintensités pour composant électroluminescent,
- la figure 2 est une vue en coupe d'un boîtier classique contenant un composant électroluminescent,
- la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation conforme à la figure 1, utilisant un boîtier classique de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en coupe d'une puce auxiliaire de silicium conforme à la présente invention,
- la figure 5 est une vue en coupe d'un boîtier contenant une puce auxiliaire de silicium conforme à la présente invention.
La figure 4 est une vue en coupe de la puce auxiliaire de silicium selon la présente invention.
Sur la figure 4, on utilise un substrat monocristallin de silicium 25 à haute résistivité. La seconde région de conduction 31 formant isolant, dont le type de conduction est opposé de celui de la première région conductrice, est formée en premier. La région 32 formant résistance, de même type de conductivité que la première conductivité, est formée par diffusion dans la région formant isolant 31.
On dépose du SiO2 (dioxyde de silicium) ou du SISE4 (nitrure de silicium) sur toute la surface du substrat 25. Les régions de SiO2 qui ne servent qu'à la résistance de protection et à la zone de montage du composant électroluminescent sont retirées par gravure, de manière classique par photolithographie.
On dépose alors, par un procédé de dépôt sous vide, de l'aluminium ou de l'or sur les régions gravées dans le silicium. A l'exception des ouvertures de contact 30 et 30' pour la résistance de protection de la région formant résistance 32 et de la région 50 de montage du composant électroluminescent, la couche de SiO2 est entièrement retirée par gravure, puis la couche métallique 7 sur laquelle on a évaporé sous vide l'aluminium ou l'or est déposée au verso du substrat 25. Dans ce cas, il faut faire attention que la région 50 de montage du composant électroluminescent soit de taille supérieure à celle du composant proprement dit.
La figure 5 est une vue en coupe d'un boîtier contenant la puce auxiliaire de silicium conforme à la présente invention.
Ce boîtier a la même structure qu'un boîtier de type TOS ou T018 classique, en ce que le radiateur 17 et la broche 21 font partie de l'embase du boîtier principal, la broche 20 électriquement isolée de la broche 21 par l'isolateur 22 fait saillie à l'intérieur du boîtier, et le couvercle 60 possède une fenêtre transparente en verre 24 qui peut être traversée par le rayonnement lumineux.
De la sorte, après avoir réalisé la puce auxiliaire de silicium de la figure 4, le couvercle 60 n'étant pas encore scellé, le verso 7 plaqué de métal de la puce auxiliaire de silicium est fixé à la face latérale du matériau du radiateur 18 par soudure aux ultrasons ou avec étamage par un eutectique or-indium. Dans ce cas, l'embase 40 du boîtier principal avait été préchauffée. On fixe ensuite la cathode du composant électroluminescent 15 sur la région de montage 50 de la figure 4 au moyen d'une pâte conductrice 51 ayant des conductivités thermique et électrique élevées. Un étamage d'or peut être utilisé, en le plaçant juste par dessus la pâte conductrice.
On exécute le soudage des fils après mise en place du composant électroluminescent sur la puce auxiliaire de silicium.
La partie d'extrémité 62 de la broche 20 du boîtier 19 est reliée par un fil d'or 28 à la première ouverture de contact 30 de la résistance de protection de la figure 4. L'anode du composant électroluminescent 15 est également reliée par un fil d'or 27 à la seconde ouverture de contact 30'. On a ainsi achevé les étapes de réalisation des connexions. Le boîtier est ensuite encapsulé par scellement du couvercle 60 dans une ambiance d'azote, de sorte que l'azote présent à l'intérieur du volume du boîtier 19 empêche l'oxydation des fils métalliques.
De la sorte, lorsqu'une tension de fonctionnement est appliquée à la broche 20 et que la broche 21 est à la masse, la lumière produite à la jonction p-n du composant électroluminescent 15 rayonne au travers de la fenêtre transparente en verre 24.
Par ailleurs, les conductivités thermiques de l'arséniure de gallium et du phosphure d'indium, qui sont des matériaux électroluminescents, sont respectivement de 0,46 W/cmOC et 0,68 W/cmOC à la température ambiante. En revanche, celle du silicium est de 1,5 W/cmOC. Ceci indique que l'utilisation du silicium comme radiateur est plus intéressante que celle de l'arséniure de gallium ou du phosphure d'indium. Le rodage du substrat de silicium peut être limité à 200-300 Rm d'épaisseur avec des puces auxiliaires de silicium
Ainsi, la puce auxiliaire de silicium selon la présente invention peut être utilisée, outre sa fonction de résistance de protection, comme radiateur de composant électrolumi- nescent, ce qui évite le recours à une résistance séparée, supprime l'étape de soudure sur le circuit imprimé et réduit le temps total d'assemblage.

Claims (1)

  1. REVENDICATION
    Un boîtier de composant électroluminescent, comprenant un matériau de radiateur (17) intégré d'une seule pièce à une embase principale (40), une première broche (21), une seconde broche (20) isolée de la première broche (21) par un isolateur électrique (22) et qui fait saillie à l'intérieur du volume du boîtier (19), et un couvercle (60) pourvu d'une fenêtre transparente en verre (24),
    boîtier de composant caractérisé en ce qu'il comprend
    - une seconde région de conduction formant isolant (31), séparée d'une région (50) de montage du composant électroluminescent sur le substrat,
    - une première région de conduction formant résistance (32), réalisée dans la seconde région (31),
    - un mince film isolant (29) déposé sur la région formant isolant (31) et la région formant résistance (32),
    - une première et une seconde ouvertures de contact (30,30') avec la résistance de protection, réalisées en retirant le film isolant (29) seulement dans une région de contact (32) de la région formant résistance,
    - un verso (7) de puce auxiliaire de silicium, plaqué de métal et relié au matériau de radiateur (17),
    - un composant électroluminescent (15) fixé sur la région (50) de montage de la puce auxiliaire de silicium, et
    - une première et une seconde broches, reliées respectivement par un fil soudé à la première ouverture de contact (30) et à la seconde ouverture de contact (30') de la résistance de protection.
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