KR920003708B1 - 광전자 소자용 서브어셈블리 - Google Patents

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이. 브론더 그레그
해롤드 죤슨 버트랜드
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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
엘리 와이스
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Abstract

내용 없음.

Description

광전자 소자용 서브어셈블리
제 1 도는 패키지가 본 발명의 실시예에 따른 서브어셈블리(10)를 포함하는 광전자 소자용 패키지의 절단면도.
제 2 도는 서브어셈블리(10), 리이드 프레임(12), DIP 헤더(14) 및 커버(16)를 도시하는 제 1 도의 확대도.
제 3 도는 포토다이오드(11)를 도시하는 제 1 도의 광학 서브어셈블리의 확대 횡단면도.
제 4 도는 내지 제 7 도는 여러 제조 단계에서의 서브어셈블리를 도시하는 도면.
제 8 도는 내지 제 10 도는 본 발명의 다른 실시예에 다른 LED와 함께 사용하기 위한 서브어셈블리의 횡단면도.
제 11 도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포토다이오드와 함께 사용하기 위한 밀봉 서브어셈블리의 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 서브어셈블리 11 : 포토다이오드
12 : 리이드 프레임 14 : DIP헤더
16 : 커버 20 : 광 파이버
24 : 단결정 실리콘 뚜껑 26 : 공동
본 발명은 광파 소자에 관한 것이며, 특히 포토다이오드나 발광다이오드(LED)와 같은 광전자 소자를 패키징하는데 사용되는 서브어셈블리에 관한 것이다.
개별 광전자 소자용 종래의 패키지는 통상적으로 금속, 유리 및 세라믹과 같은 다양한 다른 물질로 이루어지며, 조립시 비교적 복잡한 부품 조작을 수반한다. 예를들어 미합중국 특허 제 4,357,072 호(LED)와 제 4,119,363 호(레이저) 및 제 4,233,619 호(광 검출기)등이 있다. 조립은, 예를들어 기판에 대한 소자의 정렬, 페루울(ferrule)에 대한 파이버의 정렬, 패키지에 대한 페루울의 정렬 및 소자에 대한 패키지의 정렬등과 같이 원하는 위치에 부품을 배치하기 위한 3차원에서의 부품조작을 포함한다. 이들 정렬 단계는 특수하고 값비싼 장비에 의존한다. 그러므로, 일반적으로 Z축 조립은 이와 같은 설계에서는 불가능한데, 즉 사람이 부품을 기판에 직각인 Z축을 따라 단순하게 이동시킬 수 없고 X-Y 평면에 필요한 방위측정(orientation)없이 부품을 기판상에 배치할 수 없다. 또한, 패키지가 상이한 물질을 포함하기 때문에, 주위 온도가 변화되더라도 정렬이 안정되는 그런 방식으로 열팽창 계수가 조정되는 것을 보장하는데 많은 주위를 요한다. 물론 불안정성은 부품의 기계적 이동을 유도하며, 결과적으로, 예를들어 소자와 파이버 사이의 광학 결합에 있어 감소를 유도하게 된다. 종종 이런 상황은 패키지 설계자로 하여금 열정 싱킹(sinking)과 안정성 표준 사이에서 절충하도록 한다. 적어도, 이것은 비용을 증가시킨다.
현저하게 긴 견인(haul)전송 시스템과 같이 비용이 많이 드는 응용물에 대해서는 비교적 높은 패키지 제조비용이 묵인될 수 있다. 그러나 중앙 스위칭국이나 원격 단말기와 가입자의 홈(가입자 루프로 알려짐)사이의 광파 시스템과 같이 약간의 비용에 민감한 큰 부피의 응용물에 대해서는 상기 패키지의 비용이 많이 드는 것이 적합하지 않다.
그러므로, (1) 부품의 생산과 부품의 정렬 및 패키지의 폐쇄를 위해 상업적으로 이용가능한 장비를 가능한한 많이 이용하고, (2) 광범위한 공작기계 재정비나 새로운 조립 기술을 요하지 않고 다른 응용물을 위해 다른 크기의 패키지를 수용하는 패키징 설계를 하는 것이 바람직하다. 예를들어, 한편으로는, 듀얼-인-라인 패키지(DIP)헤더의 내부에 적합하고 125㎛ 직경의 파이버에 적합한 서브어셈블리를 가지며, 더른 한편으로는 보다 큰 직경의 파이버에 적합하고 인쇄회로기판(PCB)에 표면 장착되는 다른 서브어셈블리를 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로, 이들 두 디자인의 제조는 비용 및 공통성 이유때문에 바람직하지 못한 공작기계 재정비를 필요로 하게 된다.
본 발명의 한 특징은 광전자 소자를 패키징 하기 위한 서브어셈블리가 구성되는 기본 재질로서 실리콘과 같은 단결정 반도체를 사용하고, 실리콘 부분품(piece parts)을 정형하고 그 위에 금속을 침착시키기 위한 공지된 많은 기술을 개발하는 것이다. 이런 방식으로 실리콘을 사용하는 것은 "실리콘 광학 벤치(bench)"기술로서 언급되게 된다.
실리콘 기술의 완성은 몇가지 것을 의미하는데, 첫번째는, 특별히 개발될 필요가 없는 다양한 실리콘 처리 기술이 이용가능하다는 것이며, 두번째는 수년간의 다량 제조에 의해 이미 비용이 감소된 상업적 장비의 많은 부품이 이용가능하다는 것이고, 세번째는 이들 기술 및 장비를 이용하여, 실리콘 부분품에서의 다양한 모양이 비용을 효과적으로 하는데 대량을 요하지 않는 비교적 간단하고 값이 싼 사직선판 공정에 의해 실혈될 수 있다는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 서브어셈블리는 실리콘 베이스에 장착된 광전자 소자를 포함하며, 하나 혹은 그 이상의 다음 특성을 포함한다. (1) 광 파이버를 안내하기 위해 베이스에 홈이 배치되며 홈의 단부면에 반사기기 형성된다. 상기 광전자 소자는 상기 소자와 파이버 사이에 광을 향하게 하는 반사기 위에 배치된다. 반사기 위에 상기 소자를 배치하는 것은 x-y평면에서 필요한 유일한 활성 정렬 단계이다. 모든 다른 정렬은 부분품의 기하학에 의해 자동적으로 실현된다. (2) 전기적 접촉부는 반사기를 형성하기 위해 홈의 단부면과 중복되는 한 접촉부와 함께 베이스에위에 배치된다. (3) 실리콘 뚜껑은 접촉부가 뚜껑의 아래로부터 서브어셈블리 외부까지 돌출하도록 적어도 뚜껑의 한 칫수가 베이스의 대응하는 칫수보다 작게 되면서 베이스위에 배치된다. (4) 상기 뚜껑은 파이버의 코팅된 부분이 위치되는 채널을 형성하기 위해 베이스내의 홈과 정렬하여 상기 소자와 홈을 수용하기 위한 공동을 갖는다. (5) 상기 베이스와 뚜껑을 서로 정렬하기 위해 디텐트(detent)가 제공된다. (6) 상기 베이스와 뚜껑의 외부의 일부는 접지 차폐 및 패키지 잔여부에 대한 전기적 접촉을 만들기 위한 장소를 제공하도록 금속화 된다.
적합한 코팅에 의해 비활성화된, 포토다이오드와 같은 소자에 대한 다른 실시예에서는, 뚜껑내의 개구가 공동으로 교통하며 거기를 통해 코팅이 주입된다.
포토다이오드와 같은 소자가 용접, 밀폐될 필요가 있는 또 다른 실시예에서, 베이스와 뚜껑은 투명한 판에 분리되며, 뚜껑은 상기 판에 용접 밀폐되고, 소자와 파이버 사이에 전송된 광은 상기 판을 통해 통과한다.
발광 다이오드(LED)와 같이 소자와 파이버 사이에 렌즈가 이용되는 또 다른 실시예에서는, 적합한 개구내에서 렌즈를 나르는 실리콘판이 베이스와 뚜껑 사이에 위치된다.
본 발명은 그 다양한 특성 및 장점과 함께, 첨부도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로 보다 쉽게 이해될 수 있다.
제 1 도 내지 제 3 도를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 서브어셈블리(10)가 듀얼-인-라인 패키지(DIP)내에 포함되어 도시되어 있다. 그러나, 주형된 것과 같이 다른 패키지 디자인도 또한 적합하다. DIP구성에 있어서, 서브어셈블리(10)는 DIP 헤더(14)에 삽입된 리이드 프레임(12)에 장착된다. 커버(16)는 광파이버(20)가 서브어셈블리(10)로부터 패키지의 외부까지 뻗을 수 있도록 하는 슬롯(18)을 갖고 있다. 상기 파이버(20)는 광파 신호가 서브어셈블리내의 광전자 소자(예.포토다이오드(11))로 전송될 수 있도록 한다.
상기 어셈블리(10)는 전술한 바와 같이, 처리 및 장치 이용가능성의 입장에서 완숙한 실리콘 기술을 이용하기 위해 단결정 반도체, 바람직하게는 실리콘으로부터 본 발명에 따라 구성된다. 또한, 이 디자인은 x-y 평면에서 실행되어야 할 정렬단계의 수를 감소시킨다. 그러므로, 본 발명은 x축 정렬의 요건에 매우 가깝다는 장점이 있다. 특히, 제 4 도 내지 제 7 도는 포토다이오드가 장착되는 단결정 실리콘 베이스(22)와, 단결정 실리콘 뚜껑(24) 및, 포토다이오드에 광학적으로 결합되도록 베이스와 뚜껑 사이의 인터베이스를 따라 형성된 채널에 배치된 광 파이버(20)를 포함하는, 포토다이오드(11)를 위한 서브어셈블리(10)를 도시하고 있다. 본 발명은 하나 혹은 그 이상의 다음의 특성에 의해 특징지워진다.
(1) 비등상성으로 에칭된 직렬 홈(베이스에서는 30과 32, 뚜껑에서는 34)은 파이버(20)의 정렬에 대한 변형 경감을 제공한다. 베이스에서의 홈(30)은 파이버(20)의 코팅된 부분(21)을 수용하기 위해 뚜껑의 홈(34)과 정렬된다. 홈(34)의 폭은 홈(30)의 폭보다 약간 작으며, 그래서 코팅된 부분(21)이 꼭맞게 합치되고 변형 경감을 제공한다. 상기 홈(32)은, 한편으로는 상기 홈(30)과 직렬로 베이스에 형성되지만, 파이버(20)의 단부(23)를 수용하여 정렬하기 위해 매우 작은 폭을 갖는다. 정렬 목적을 위해 코팅이 확실하게 될 수 있는 다른 환경 조건(즉, 습도)에서 파이버 코팅의 모양 및 구조적 강도가 충분히 잘 조절되지 않는 곳에서는 직렬 홈의 이용이 더 좋다. 다른 한편으로는, 몇몇의 파이버 코팅(즉, 폴리미드)이 정렬 목적을 위해 적합하며, 이 경우에, 베이스에서의 직렬 홈 배열이나 뚜껑에서의 홈이 이용될 필요가 없으며, 오히려 베이스가 단순히 뚜껑의 바닥에 대해 파이버의 코팅된 부분(21)을 지지하기 위해 홈을 가질 수도 있다.
(2) 홈이 에칭된 후, 베이스가 산화되고(즉, 1 내지 10㎛의 SiO2가 형성된다), 금속화되며, 전기적 접촉부(40, 42)를 패턴화 하기 위해 표준 사진석판술이 이용된다. 산화물층(도시안됨)은 접촉부가 실리콘을 통해 단락회로 되는 것을 방지하며, 그 상호 캐패시턴스를 감소시킨다. 제 4 도에 도시된 바와 같이, 접촉부(40)는 홈(32)의 단부면과 중복되며, 반사기(44)의 회전 미러를 형성한다. 물론, 만일 원한다면, 접촉부(40)와 반사기(44)는 분리될 수도 있다. 베이스의 주 표면이(100) 결정학적 평면일때, 단부면은(111) 결정학적 평면이며, 그러므로 반사기(44)는 54.7°각도로 지향된다. 상기 반사기는 파이버에 대한 기계적 멈추개(stop)로서 작용하고 파이버(20)의 단부로부터 방사된 광의 디렉터로서도 작용한다. 그러므로 반사된 광은 포토다이오드(11)의 감광 영역에 투사된다. 비록 미러(44)가 45°각도에 있지 않아도, 광을 포토다이오드로 결합시키고 파이버의 축과 포토다이오드의 축이 약 ±1㎛로 정렬되게 할 수 있는데 적합하다(여기서 ±5㎛ 정확성이면 충분하다).
(3) 포토다이오드는 예를들어 미합중국 특허 제 4,608,506 호에 오.케이.김에 의해 기술된 형태의 InP/InGaAs 후방 조사 디자인인데, 즉 상기 소자는 그 투염 기판상의 금속화물내의 개구를 통해 조사되어, 포토다이오드의 감광 영역으로의 광의 진입을 허용한다. 상기 포토다이오드의 기판 금속화물은 접촉부(40)에 결합되며, 상기 포토다이오드는 그 감광 영역 미러(44)위에 있도록 x-y 평면에서 지향된다. 유익하게도, 이 단계는 조립 절차에 필요한 유일한 활성 정렬 단계이다. 정렬이 이루어진 후에 포토다이오드의 상부 접촉부는 제 5 도에 도시된 바와 같이 도선 결합부(46)를 통해 접촉부(42)에 접속된다.
(4) 베이스와 뚜껑 및 접촉부의 칫수는 제 6 도 및 제 7 도에 도시된 바와 같이, 접촉부(40, 42)의 단부에서의 패드가 뚜껑 아래로부터 연장되어, 도선 결합부가 리이드 프레임에 만들어지도록 하는데 상호 적합하다. 상기 결합부(48)는 제 1 도에 도시되어 있다.
(5) 뚜껑 및 베이스는 디텐트(50)에 의해 서로에 대해 정렬된다. 예를들어, 이들 디텐트는 뚜껑과 베이스로 에칭된 작은 피라미드형 구멍이며, 단지 베이스와 뚜껑을 함께 스냅핑(snapping)하여 정렬을 용이하게 하기 위해 베이스내의 각각의 구멍에 볼이 지탱된다. 상기 볼은 금속, 사파이어, 텅스텐 카바이드등과 같은 다수의 재질로 제조될 수도 있다. 이 기술은 볼이 곡선이기 때문에 비교적 큰 포착 범위를 가지며, 약간 오정렬된 뚜껑을 정렬로 쉽게 유도하는 경향이 있다. 또한, 뚜껑과 베이스를 한번에 정렬하는 대신에, 베이스가 웨이퍼로부터 절단되고, 베이스를 분리하기에 앞서, 뚜껑이 제 위치에 놓이기 전에 장착되어 테스트되고 부식될 수 있다. 혹은 N개의 포토다이오드가 장착되기 전에 베이스가 1×N개의 스트립으로 절단될 수도 있다. 이때, 뚜껑의 비슷한 1×N 스트립은 각각의 개별 뚜껑 및 베이스에 대해 한쌍씩이 아니라 스트립의 각 단부에서 하나씩 오직 한 쌍의 정렬의 디텐트를 이용하여 스트립에 정렬될 수 있다.
(6) 상기 뚜껑은 제 7 도에 도시된 바와 같이 공종(26)과 한쌍의 개구(52, 54)를 갖고 있다. 뚜껑이 제 위치에 있을때, 포토다이오드는 공동에 위치하며, 깔때기 모양 개구(52)는 포토다이오드를 커버하기 위한 적합한 코팅(비활성화를 위한 실리콘)이 삽입되도록 허용한다(후에 경화됨). 또한 개구(54)는 에폭시나 다른 점착물이 서브어셈블리내의 파이버(20)의 위치를 고착하기 위해 삽입되도록 허용한다. 그러나, 비활성화가 필요하지 않는 경우에는, 상기 개구(52)는 생락될 수도 있다. 비슷하게, 파이버가 서브어셈블리에서 활주할 필요가 있는 경우에는(예를들어 플러그-인 디자인에서), 에폭시/점착물과 개구(54)가 생략될 수도 있다.
(7) 포토다이오드가 용접 밀폐되는 것을 시스템 명세가 필요로 하는 경우에, 일반적으로 파이버의 코팅된 부분에 대해 포토다이오드와 동일한 밀폐환경에 있는 것은 바람직하지 못하다. 이 경우에, 제 11 도에 도시된 형태의 디자인이 사용될 수도 있다. 여기서 투명판(56)은 실리콘 뚜껑(24)과 실리콘 베이스(22)사이에 배치된다. 투명판(56)은 예를들어, 유리와 실리콘 및, 산화물층을 노출시키기 위해 기판에 에칭된 구멍이 있는 실리콘 기판-실리콘 산화물층 합성물을 포함하여 다수의 재질로 제조될 수도 있다. 뚜껑(24)이나 투명판(56)상의 전기적 접촉부(도시안됨)는 제 6 도 및 제 7 도에서와 같이 뚜껑 아래로부터 연장되지만, 전술한 바와 같이 적합한 코팅이나 에폭시가 이용되지 않기 때문에 상기 뚜껑은 제 7 도의 개구(52,54)에 대응하는 개구를 갖지 않는다. 상기 뚜껑은 상기 뚜껑과 투명판이 포토다이오드에 대한 밀폐담을 형성하도록 투명판(56)의 한 측면에 그 주변(58)을 따라(땜납이나 유리질 혼합물로)밀봉한다. 상기 투명판(56)의 반대측면에 고착된 베이스(22)는 파이버의 벗겨진 부분(23)을 안내하기 위한 V-홈(32)과, 파이버로부터 투명판을 통해 포토다이오드까지 광을 재지향시키기 위한 회전 미러(44)를 구비한다.
(8) 뚜껑의 상부와 베이스의 바닥이 접지 차페를 제공하도록 금속화된다(도시안됨). 점착 목적을 위해, 금속이 침착되기 전에 실리콘이 산화될 수도 있다. 제 1 도에 도시된 바와 같이, 베이스의 금속화된 바닥이 리이드 프레임(12)과 접촉하며, 거기에 뚜껑의 상부가 도선 결합부(49)에 의해 접속된다.
제 1 도 내지 제 7 도에 따른 서브어셈블리는 약 3mm 넓이와 4mm 길이 및 750㎛ 두께로 측정되는 실리콘 부분품(베이스, 뚜껑)과 함께 실리콘 광학 벤치 기술을 이용하여 제조되었다. 비등방성으로 에칭된 V홈(30, 32, 34)은 약 250㎛ 직경의 코팅된 부분(21)과 약 125㎛ 외부 직경의 벗겨진 부분(23)을 가진 단일모드 유리 파이버(20)를 수용하기에 적합하다. 실리콘 베이스 위의 산화물은 10㎛ 두께이다. 접촉부(40, 42)와 미러(44)는 Au가 최외부층으로된 Ti-Pt-Au 다층구조이다(Cr-Au도 적합하다). 약 75㎛의 활성영역을 가진 포토다이오드(11)는 상기 포토다이오드의 기판측에 증착된 공융땜납(Au/Ge나 Au/Sn)과의 접촉부(40)에 결합된다. 실리콘 베이스가 극도로 평평하기 때문에, 매우 얇은(예.3㎛)층의 땜납이 이용될 수 있으며, 그래서 공융 땜납의 분리 수행 비용과 관련된 비용을 감소시킨다. 편의상, 파이버는 제조 순차동안 너무 빨리 서브어셈블리에 고착 되지 않아야 되며, 그렇지 않으면 서브어셈블리의 조작이 방해될 수도 있다. 그러므로 베이스와 포토다이오드 및 뚜껑이 제 위치에 있게 된 후, 그러나 적합한 코팅이 인가되기 전에, 서브어셈블리는 포토다이오드에 사용되는 것보다 낮은 용해점의 땜납이나 에폭시로 리이드 프레임에 결합되는 것이 바람직하다. 포토다이오드 및 접지 차폐물에 도선 결합이 이루어진 후에, 파이버가 서브 어셈블리의 V홈에 삽입되어 제 위치에 에폭시 된다.
뚜껑은, 패키지내의 서브어셈블리를 에워싸는 것과 관련된 주형 작업동안에 소자를 보호하고, 소자를 전기적으로 절연시키며, 만일 필요하다면 에폭시나 적합한 코팅을 포함하고, 광 파이버를 안내하는 것을 포함하며 다중 목적을 제공한다는 것은 명백하다.
작업에 있어, 이런 방식으로 패키지된 포토다이오드는 비교적 값이 비싸지 않으며, 합리적으로 높은 산출고 및 약 0.8-0.9A/W의 감응도를 갖는다. 패키지가 주위 습도에서 -40℃와 +85℃ 사이를 순환하면 실패가 없다. 패키지의 응답은 다수의 인자, 주로 산화물 두께, 접촉부 영역 및 리이드 길이에 의존한다. 적합하게 디자인되면 약 200MHz의 주파수 응답이 측정된다.
전술한 것은 단지 본 발명의 원리의 응용을 나타내도록 고안될 수 있는 많은 가능한 특정 실시예의 예에 불과하다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 정신과 범위를 벗나지 않고, 그 기술에 숙련된 사람에 의해 이 원리에 따라 많은 변형된 다른 구성이 고안될 수 있다. 특히 제 1 도 내지 제 7 도의 서브어셈블리는 포토다이오드에 의해 검출되는 파이버에서의 광에 대해서 기술되었지만, 이것은 LED로부터 파이버로 광을 결합시키는데도 유용하다. 그러나 그렇게 하면, LED로부터의 발광의 다이버젠스가 파이버로의 결합 효율에 영향을 미치며, LED에 의해 전달되는 비교적 높은 전류가 적당한 가열 싱킹(sinking)을 필요로 하게 된다. 이와 같은 고찰은 제 8 도 내지 제 10 도에 도시된 본 발명의 LED 실시예에 고려되었다. 또한 보다 큰 코오 멀티모드 파이버가 이용되면, 포토다이오드의 활성 영역 아래로 포커스 하는데 렌즈가 필요로 될 수도 있다.
제 8 도에 도시된 제 1 LED 실시예는 LED(73)가 결합되는 웰(well)(72)을 가진 베이스(70)를 사용한다. 이 베이스는 실리콘 부분품으로 될 수도 있으며 또는 예를들어 PC 기판이 될 수도 있다. LED는 그 감광영역(대부분의 열이 발생되는곳)이 베이스(70)에 가장 가깝게 되도록 위치된다. 다른것중에서도, 베이스는 가열 싱크로서 작용하며, DIP의 경우에는 또한 추가적인 가열 싱크로서 작용하는 리이드 프레임에 결합되게 된다. 뚜껑은 제 1 도 내지 제 7 도의 포토다이오드 어셈블리와 유사한 방식으로 반사기(76)에서 끝나는 V홈(75)을 갖는다. 비록 반사기(76)가 평면적으로 도시되었지만, 광을 파이버로 집속시키기 위해 곡선으로 만들기 위한 기술이 있다.
LED로부터 방사된 광은 반사기로 입사되어 멀티모드 파이버(78)의 단부에 촬상된다. 파이버로 약 30%의 결합을 실현할 수 있는 이 설계는 두 계수 즉 LED로부터의 빔 다이버젠스와 파이버의 개구수(NA) 프로필(예, NA는 포물선으로 변화되는 인덱스 파이버의 축상에서 최대이며, 오프-축선에 대해 감소한다)에 의해 역으로 영향을 받는다. 그러므로, 다이버젠스의 견지에서, 최적의 LED-파이버 분리도는 미러에 의해 허용되는 것보다 작을 수도 있으며, 그러므로 상기 디자인으로는 달성하지 못할수도 있으나, 반면에, NA의 견지에서는, 미러가 45°각도에 있지 않기 때문에, 반사된 광의 일부가 축을 벗어나 파이버의 축의 위치를 중요하게 만든다. 미러가 (100)지향 실리콘에 대해 54.7°의 각도에 있지만, 그러나 만일 미러가 약 10°만큼 (100)평면에서 벗어나서 오지향된 실리콘의 분리부분에 형성되면, 상기 미러는 약 45°로 지향된다는 것을 주목하자. 그러나 이 경우에, 홈(75)은 (수평이 아닌)굽어지지만, 다른 홈(도시안됨)은 파이버(78)를 안내하기 위해 (100)지향 베이스(70)에 형성될 수 있다.
비록 LED와 파이버 사이의 공동을 실리콘으로 채움으로써 제 8 도에서의 결합(coupling)이 약 60%로 증가되었지만, 어떤 경우에는 광을 시준하고 파이버-LED 공간의 중요성을 감소시키기 위해 서브어셈블리에 렌즈를 포함하는 것이 유익하다. 이와 같은 디자인이 제 9 도와 제 10 도에 도시되어 있다.
제 9 도에서, LED(83)는 전술한 바와 같이 LED-파이버 서브어셈블리가 장착되게 되는 PC 기판이나 실리콘 부분품으로 될 수도 있는 베이스(80)위에 장착된다. 상기 서브어셈블리는 전술한 바와 같이 멀리모드파이버(88)에 대한 V홈/회전 미러 장치를 가진 실리콘 뚜껑(84)을 포함한다. 또한 렌즈(86)에 대한 캐리어로서 작용하는 중간 실리콘 부분품(85)을 포함한다. 캐리어의 한쪽은 비등방성으로 에칭된 피드미드형 구멍(89)을 갖는데, 이것은 좁은 개구를 통해 비슷하게 에칭된 피라미드형 공동(87)에 결합된다. 상기 LED(83)는 공동(87)내에 위치되며, 렌즈(86)는 통상적으로 구멍(89)에 장착되고 제위치에 고착되어 반-반사(AR)코팅된다. 구멍(89)의 바닥에 있는 개구가 좁기 때문에 렌즈가 공동으로 떨어지는 것이 방지된다.
제 10 도에 도시된 바와 같이, 베이스(90)는 LED(93)가 장착되는 리세스(91)를 갖는다, 전술한 바와 같이 상기 베이스는 리세스가 있는 PC 기판이나 실리콘 베이스가 될 수도 있다. 실리콘 뚜껑(94)의 V홈/회전미러 장치는 전술한 것과 유사하지만, 실리콘 캐리어(95)는 다른 형태의 구멍을 갖는다. 여기에서, 구멍(97)은 렌즈(96)를 수용하기에 충분히 큰 캐리어(95)의 상부 표면에서의 개구를 형성한다. 그러나 바닥 표면에 있는 개구는 렌즈를 지지하기에 충분히 작아 그것이 구멍을 통해 떨어지는 것을 방지한다. 통상적으로, 렌즈는 땜납이나 또는 다른 수단에 의해 제 위치에 고착된다. 제 10 도의 실시예의 한 특성은 조립에 앞서, AR 코팅이 인가될때 캐리어가 렌즈를 조작하기 위한 핸들로서 작용한다는 것이다. 이런 특징은 또한 제 9 도의 부분품(85)으로도 실현될 수도 있지만, 예를들어 99에서 렌즈와 캐리어 사이의 공간을 도금(plating)(또는 밀폐)함으로써 제 10 도에서 제 위치를 유지시키는 것이 더 쉬울 수도 있다.
마지막으로, 비록 오늘날의 기술은 본 발명의 주요 부분품이 만들어지는 실리콘이 양호한 재질이라는 것을 제안하지만, 다른 환경(예. 시스템 명세 및 비용 고려)이 다른 반도체(예.Ge, GaAs)의 이용을 바람직하게 하는 것도 가능하다.

Claims (32)

  1. 주 표면을 가진 반도체 베이스를 포함하는 광전자 소자용 서브어셈블리에 있어서, 상기 표면에 비스듬한 광학 결정학적 평면에 의해 형성된 단부면과 측벽을 가지며, 광 파이버의 일부를 수용하기에 적합한 상기 표면내에 제 1 홈과, 적어도 상기 표면의 일부에 형성된 절연층과, 상기 절연층상에 배치되어 그중 적어도 하나가 단부면과 중복되고 반사기를 형성하는 금속 접촉부를 구비하며, 상기 광전자 소자는 상기 반사기 위에 배치되어 상기 접촉부에 접속되고, 그래서 반사기가 광을 상기 소자와 파이버 사이로 향하게 하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스는, 상기 제 1 홈과 직렬로 배열되고 상기 서브어셈블리의 외부로 뻗은 제 2 홈을 갖고 있으며, 상기 파이버는 상기 제 2 홈에 적합한 큰 직경 부분과 상기 제 1 홈에 적합한 작은 직경 부분을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 홈의 길이는 상기 파이버의 단부가 상기 반사기에 접하게 되도록 허용하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 서브어셈블리가 상기 베이스 위에 배치된 반도체 뚜껑을 더 구비하고, 상기 뚜껑은 상기 소자를 수용하기 위한 공동과 주 표면을 가지며, 상기 제 1 홈과 정렬되어 상기 파이버를 수용하기 위한 가늘고 긴 채널을 형성하는 제 1 홈을 더 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 뚜껑은 상기 공동과 통하고 있는 개구를 가지며, 이 개구를 통해 삽입되는 적합한 코팅이 상기 소자를 커버하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 서브어셈블리는 거기에 부착된 상기 파이버를 구비하며, 상기 뚜껑은 상기 가늘고 긴 채널과 통하고 있는 개구를 가지며, 상기 개구를 통해 삽입된 점착물이 상기 파이버를 상기 서브어셈블리에 고착시키는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 베이스와 뚜껑의 외부 주 표면이 금속화 되어 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체가 단결정 실리콘을 포함하며, 상기 주 표면이 (100) 결정학적 평면이고, 상기 단부면이 (111) 결정학적 평면인 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전자 소자가 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  10. 주 표면을 가진 반도체 베이스를 포함하는 광전자 소자용 서브어셈블리에 있어서, 상기 주표면상의 절연층과, 상기 소자가 상기 주 표면 위에 배치되어 그 접촉부에 접속되게 되는, 상기 절연층 위에 배치된 금속 접촉부와, 공동을 가진 반도체 뚜껑을 구비하되, 상기 뚜껑은 상기 광전자 소자가 상기 공동내에 위치하도록 상기 베이스 위에 배치되며, 상기 주 표면에 평행한 상기 뚜껑의 적어도 한 칫수가 상기 베이스의 대응하는 칫수보다 작으며, 그래서 상기 접촉부의 세그먼트가 상기 뚜껑의 아래로부터 상기 서브어셈블리의 외부로 뻗어 있고, 상기 서브어셈블리는 상기 광전자 소자와 상기 서브어셈블리의 외부 사이에 광을 전달하기 위한 광 파이버를 수용하기 위한 채널 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 뚜껑은 공동과 통한 개구를 가지며, 그 개구를 통해 삽입된 적합한 코팅이 상기 광전자 소자를 커버하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 서브어셈블리가 거기에 부착된 파이브를 포함하고 있으며, 상기 뚜껑은 상기 채널 수단과 통하는 개구를 가지며, 그 개구를 통해 삽입된 점착물이 상기 파이버를 상기 서브어셈블리에 고착시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 채널 수단이 상기 베이스내의 홈과 상기 뚜껑내의 홈을 포함하며, 상기 홈은 서로 마주보고 정렬되어 있고 결정학적 평면으로 된 측벽을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 채널 수단이 상기 베이스내의 홈과 직렬로된 제 3 홈과 반사기를 포함하며, 상기 제 3 홈은 상기 반사기가 배치되는 결정학적 단부면을 가지며, 상기 광전자 소자는 상기 파이버 사이에 광을 향하게 하는 상기 반사기 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  15. 제 10 내지 14 항중 어느 한 항에 있어서 상기 베이스와 상기 뚜껑이 단결정 실리콘을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  16. 광전자 소자용 서브어셈블리에 있어서, 상기 광전자 소자와 상기 서브어셈블리의 외부 사이에 전송되는 광에 투명하며, 그 한 측면에 상기 소자가 장착되는 제 1 부재와, 상기 소자를 수용하기 위한 공동을 가지며, 상기 제 1 부재의 상기 한 측면에 장착되어 거기에 용접 밀폐되는 반도체 뚜껑과, 홈이 결정학적 평면으로 형성된 비스듬한 단부면과 측벽을 가져, 광 파이버를 수용하기에 적합한 그런 홈을 가지며, 상기 제 1 부재의 다른 측면에 장착된 반도체 제 2 부재와, 상기 파이버와 상기 광전자 소자 사이에 상기 제 1 부재를 통해 광을 향하게 하도록 상기 단부면상에 배치된 반사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 광전자 소자가 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 뚜껑과 상기 제 2 부재가 단결정 실리콘을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  19. 제 16 항, 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 부재가 투명한 유리를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  20. 제 16 항, 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 부재가 실리콘을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  21. 광전자 소자가 장착되는 베이스를 포함하는 광전자 소자용 서브어셈블리에 있어서, 상기 베이스위에 배치된 반도체 뚜껑을 구비하되, 상기 뚜껑이 광 파이버를 수용하기 위한 홈과, 상기 파이버와 상기 소자사이에 광을 향하게 하기 위해 상기 홈의 단부면에 형성된 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 베이스가 반도체 기판을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 베이스가 인쇄회로 기판을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  24. 제 21 항, 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 거기를 통해 뻗은 개구를 가지며, 상기 베이스와 상기 뚜껑 사이에 위치된 반도체 캐리어와, 상기 반사기와 상기 광전자 소자 사이에 광을 포커스하기 위해 상기 개구에 장착된 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  25. 제 21 항, 22 항, 또는 제 23 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 광전자 소자가 장착되는 리세스를 가지며, 상기 반사기는 상기 리세스 위에 위치되는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  26. 제 21 항, 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 개구가 상기 렌즈를 지지하기 위한 상부 부분과 상기 광전자 소자를 수용하기 위한 공동을 형성하는 하부 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  27. 제 21 항, 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 광전자 소자가 발광 다디오드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광전자 소자용 서브어셈블리.
  28. 반도체 베이스와, 상기 베이스 위에 장착된 최소한 하나의 광학 또는 전자 칩을 포함하는 서브어셈블리에 있어서, 상기 최소한 하나의 칩을 커버하기 위해 상기 베이스에 장착된 반도체 뚜껑과, 상기 베이스와 뚜껑 각각에 최소한 하나의 구멍을 포함하며 상기 뚜껑과 베이스를 서로에 대해 정렬시키기 위한 수단을 구비하되, 상기 구멍은 그것이 정렬되면 상기 베이스와 뚜껑도 정렬되도록 배치되며, 정렬로의 상기 구멍을 안내하기 위해 상기 구멍중 하나에 구체(sphere)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 서브어셈블리.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 베이스와 뚜껑이 각각 최소한 두개의 구멍을 갖되, 상기 베이스와 뚜껑내의 구멍쌍은 상기 구멍쌍이 정렬되면 상기 베이스와 뚜껑도 정렬되도록 배치되며, 상기 구멍쌍 각각의 구멍중 하나에 구체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브어셈블리.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 구멍의 측벽이 결정학적 평면인 것을 특징으로 하는 서브어셈블리.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 구체가 볼 베어링인 것을 특징으로 하는 서브어셈블리.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 다수의 칩이 군데군데 위치되는 가늘고 긴 스트립을 포함하며, 상기 뚜껑이 상기 칩을 커버링 하는 가늘고 긴 스트립을 포함하고, 상기 구멍이 상기 스트립의 반대 단부에서 형성되며, 상기 스트립이 서로에 대해 고착되고 각각 상기 칩중 최소한 하나를 포함하는 개별 구조로 분할될 수 있는 것을 특징으로 하는 서브어셈블리.
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