NO165515B - Monteringssokkel for optisk element. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en monteringssokkel for et

optisk element og som er innrettet for mottagelse eller montering av et optisk element, slik som en lysdiode eller fotocelle.

De viktigste tekniske fordringer som stilles til en sådan monteringssokkel for optisk element, slik som en lysdiode eller fotocelle, er: (1) at sokkelen har en lysgjennom-

skinnelig utførelse for overføring av lys til eller fra det optiske element, (2) at elektroder kan føres ut fra det optiske element ved ledningstilknytning til elementet ved smeltefeste eller trådfeste, samt (3) at monteringssokkelen har en hermetisk tett utførelse for å opprettholde dens evne til å beskytte mot omgivelsesforandringer samt dens pålitelig-het. Eksempler på sådanne tidligere kjente monteringssokler vil nå bli beskrevet i forbindelse med montering av en fotocelle.

Figurene la og Ib viser eksempler på en første type av tid-

ligere kjente monteringssokler for et optisk element. Ved denne sokkeltype har vanlige sokler lia, 11b av type TO-18

festet til seg fotoceller, 15a, henholdsvis 15b, ved hjelp av eposky-harpiks, eutektisk loddelegering eller lignende. Au-tråder 14a, 14b er forbundet med fotocellene, 15a, henholdsvis 15b, mens hetter 12a, 12b med lysgjennomskinnelige vinduer utført i henholdsvis Kovar-glass 12a og en safirplate 12b, er sveiset til soklene lia, henholdsvis 11b, slik som angitt i figurene la og lb. Disse tidligere kjente monteringssokler har imidlertid den ulempe at manglende dimensjonsnøyaktighet mellom hettene, 12a, 12b og soklene lia, 11b lett opptrer ved fremstilling av disse deler, samt også det forhold at de foreliggende Au-tråder 14a, 14b ovenpå fotodiodene gjør avstanden mellom oversiden av fotodiodene 15a eller 15b og Kovar-glasset 13a eller safir-platen 13b uhensiktsmessig stor, og som en følge av dette nedsettes den optiske kobling mellom fotocellen 15a eller 15b og vedkommende optiske fiber 16a eller 16b.

Det skal så vises et eksempel på en annen type tidligere kjent monteringssokkel og som er forskjellig fra den ovenfor nevnte type med hensyn til det lysmottagende system, slik det vil fremgå av fig. 2. I dette eksempel benyttes en vanlig sokkel 21 av type TO-46 og som er forsynt med en gjennomgående åpning

23, mens en fotodiode 25 er smeltefestet til sokkelen 21 koaksialt med den gjennomgående åpning 23. En Au-tråd 24 er festet til fotodioden 25 og en hette 22 er sveiset til sokkelen 21 for å frembringe den konstruksjon som er vist i fig. 2. Denne utførelse har imidlertid også den ulempe at avstanden mellom fotodioden 25 og den optiske fiber 26 er uhensiksmessig stor, hvilket fører til at den optiske kobling i vesentlig grad nedsettes, slik som også angitt i forbindelse med den først omtalte kjente sokkelutførelse.

Fig. 3 viser et eksempel på en tredje utførelse av kjent type og som eliminerer den iboende ulempe i den ovenfor omtalte annen utførelsestype. Dette tredje utførelseseksempel på kjent teknikk er forskjellig fra den annen type i det forhold at den optiske fiber 36 kan føres inn i den gjennomgående

åpning 3 3 i sokkelen, således at avstanden mellom fotocellen 35 og den optiske fiber 36 kan nedsettes. I dette utførelses-eksempel har imidlertid den optiske fiber 36 en tendens til å komme i direkte kontakt med fotocellen 35 og skade denne når den optiske fiber 36 føres inn i sokkelen 31, og som en følge av dette foreligger den ulempe at sammenstillingen av komponentene i denne monteringssokkel er meget vanskelig.

Fig. 4 viser et utførelseseksempel av en fjerde type i henhold til kjent teknikk og hvor Kovar-glass 43 avtetter den gjennomgående åpning i sokkelen som forøvrig er av den annen utførelsestype som angitt i fig. 2. Dette fjerde utførelses-eksempel har således samme ulempe som angitt i forbindelse med den annen utførelsestype.

Det vil være åpenbart at samme ulemper også vil foreligge selv om andre metaller eller keramiske materialer anvendes i de ovenfor angitte utførelseseksempler på sokkelkonstruksjoner av

kjent art.

Ytterligere ulemper som er felles for den annen og fjerde utførelsestype i henhold til kjent teknikk, vil nå bli beskrevet.

Fig. 5 viser de lysmottagende partier i ovenfor angitte annet utførelseseksempel i henhold til kjent teknikk. I den utfør-

else som er vist i fig. 5a, er en fotocelle 25 med et lysmottagende område 25a smeltefestet til oversiden av et metallisk eller keramisk substrat 21. Innfallsvinkelen for det inn-

kommende lys er begrenset av hjørnekanten 21a"på~substratet 21. Fig. 5b viser det tilfellet hvor fotocellen 25 er for-

skjøvet ut av stilling ved smelte-innfestingen og åpnings-

vinkelen for det innkommende lys er da vesentlig begrenset på

den ene side av lysstrålen. Ved disse berørte utførelses-eksempler er det således påkrevet med en ytterst nøyaktig smeltefeste-teknikk. For å øke den ovenfor angitte åpnings-

vinkel er det i disse utførelseseksempler også påkrevet at tykkelsen av substratet 21 nedsettes og tverrsnittet av den gjennomgående åpning 23 økes. Når tykkelsen av substratet 21 nedsettes, oppviser imidlertid sokkelen i seg selv et problem med hensyn til stivhet, og når tverrsnittet av den gjennom-

gående åpning 23 økes, vil det problem foreligge at størrelsen av fotodioden 25 må økes tilsvarende. Med disse utførelses-eksempler foreligger videre det ytterligere problem at vedkommende keramikk- eller metallmateriale må maskinbearbeides for å tillate dannelse av en gjennomgående åpning 23 ved hjelp av en mekanisk prosess, hvis presisjon begrenser anvendelsen av en sådan konstruksjon av monteringssokkelen.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det derfor et hoved-

formål for foreliggende oppfinnelse å overvinne de ulemper som er iboende i de ovenfor angitte kjente sokkelutførelser,

samt å frembringe en ny monteringssokkel for et optisk element og hvor den optiske kobling mellom vedkommende op-

tiske element og den tilsluttede optiske fiber i vesentlig grad kan økes.

Det er et annet formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny monteringssokkel for et optisk element, og som tillater en friere konstruktiv utførelse av sokkelen enn det som har vært tilfellet med tidligere kjente sokkelutførelser for ovenfor angitte formål.

Et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse er å frembringe en ny monteringssokkel for optiske elementer, og som tillater bearbeiding av sokkelen med større nøyaktighet og på lettere måte enn det som er tilfellet ved de kjente utførelser, uten derfor å måtte øke omfanget av det optiske element, samtidig som de ovenfor angitte formål oppnås.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således en monteringssokkel for et optisk element anordnet for å avgi eller motta lys idet sokkelen omfatter:

- et lysgjennomskinnelig safirsubstrat,

- et første keramisk periferisk legeme festet på oversiden av substratet, - en elektrodematte med et vindu og anordnet ovenpå substratet og med utstrekning til oversiden av det periferiske legeme, og - et annet ringformet periferisk legeme som overlapper og er festet på oversiden av nevnte første periferiske legeme og derved omgir det optiske element.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk fra publisert japansk patentansøkning nr 55-13963 og PCT-patentansøkning nr 82/02800 har så sokkelen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at nevnte optiske element er festet ovenpå elektrodematten og slik at det overlapper elektrodemattens vindu.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Fig. la og lb er tverrsnitt som hver viser et utførelses-eksempel av en første type tidligere kjente monteringssokler for optiske elementer. Fig. 2, 3 og 4 er skisser av samme art som fig. la og lb, men som viser eksempler på henholdsvis en tredje, fjerde og en femte type av tidligere kjente monteringssokler for optiske elementer. Fig. 5a og 5b viser tverrsnitt gjennom et parti av fig. 2, og som er opptegnet i forstørret målestokk for å vise ulemper ved vedkommende sokkelutførelse. Fig. 6a og 6b viser henholdsvis planskisse og sideoppriss av hoveddelen av en monteringssokkel i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 7a viser en planskisse av et halvferdig produkt ved fremstilling av en monteringssokkel i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Fig. 7b viser et snitt tatt langs linjen A-A' i fig. 7a.

Fig. 8 viser et sideoppriss av en monteringssokkel i henhold til oppfinnelsen og med påført fotocelle. Fig. 9 viser et tverrsnitt gjennom et parti av en monteringssokkel i henhold til oppfinnelsen og som fremhever de grunnleggende særtrekk ved en sådan utførelse.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart under henvisning til de vedføyde tegninger.

Fig. 6a og 6b viser den grunnleggende konstruktive utførelse av en monteringssokkel i henhold til oppfinnelsen, idet fig. 6a er en planskisse sett ovenfra og fig. 6b er et sideoppriss.

En metallisk matte 51 for smeltefeste av et optisk element dannes på oversiden av et safir-substrat 52. Denne matte 51 er utformet med et indre vindu 53. Formen av dette vindu kan være rektangulær, sirkulær eller en hvilken som helst annen ønsket form. Matten danner en elektrode og den kan være utformet på safir-substratet som et metallsjikt ved hjelp av fotolitografisk teknikk.

Fig. 7 og 8 viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse og hvori den ovenfor angitte, grunnleggende konstruktive utførelse inngår. Monteringssokkelen omfatter i denne utførelse et gjennomskinnelig safir-substrat 52 samt et ringlignende periferisk legeme 54 festet til oversiden av substratet 52. Det periferiske legeme 54 kan være utført i et keramisk material slik som aluminiumoksyd, og kan være festet til substratet 52 ved slaglodding. En metallisk elektrodematte 51 med et indre vindu 53 dannes på oversiden av substratet 52 såvel, som på oversiden av det periferiske legeme 54 for å tillate uttak av elektrodetråd. Et metallsjikt 55 utformes så på det periferiske legeme 54 for å danne den annen elektrode. Disse metallsjikt 51, 55 kan utformes samtidig ved hjelp av fotolitografisk teknikk. Ledere 56, 57 festet til de metalliske sjikt 51, 55 for uttak av ytre elektrodeforbind-elser. Et annet periferisk legeme 58, som utgjøres av en aluminiumring, anbringes ovenpå og forbindes med det først-nevnte periferiske legeme 54 ved hjelp av smelteharpiks.

En fotocelle 59 er smeltefestet til matten 51 ved anvendelse av en loddering, f.eks. av AuSn-eutektisk blanding, og en ledningstråd 60, slik som f.eks. en Au-tråd trådfestes til fotocellen 59 og metallsjiktet 55 på det periferiske parti 54. For hermetisk innkapsling er det bare nødvendig å anbringe en hette av aluminiumoksyd på det periferiske legeme 58, som også er av aluminiumoksyd.

Monteringssokkelen i henhold til foreliggende oppfinnelse og utført som angitt ovenfor gjør det lett å oppnå god optisk kobling mellom vedkommende optiske element, nemlig fotocellen 59 i foreliggende tilfelle, og den tilsluttede optiske fiber. Dette vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til fig. 5a

og 9 på tegningene.

Fig. 5a og 9 viser i snitt de lysmottagende partier av henholdsvis den tidligere kjente monteringssokkel og en sokkel utført som angitt ovenfor i henhold til oppfinnelsen. Substratet 21 i den tidligere kjente sokkel er utført i lystett material, slik som f.eks. metall eller keramikk, mens substratet 52 i sokkelen i henhold til oppfinnelsen er utført i safir og således er gjennomskinnelig. Ved monteringssokkelen i henhold til oppfinnelsen er således åpningsvinkelen for det innkommende lys temmelig stor, slik som vist i fig. 9. Dette betyr at den optiske kobling mellom den optiske fiber og substratet er forbedret i vesentlig grad. Da gjennomskinnelig safir-glass anvendes som substrat, er heller ikke substratets tykkelse gjenstand for noen begrensning med det formål å oppnå vid innfallsvinkel, og sokkelen kan derfor konstrueres med større frihet enn det som er tilfellet ved tidligere kjent teknikk.

Da de tidligere kjente sokkelutførelser omfatter en gjennomgående åpning i substratet, er maskinbearbeiding påkrevet i dette tilfellet for utforming av det lysmottagende parti. Ved utførelsen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan imidlertid den underliggende matte for smeltefeste av det optiske element utformes ved hjelp av fotolitografi og finbehandling kan utføres uten at det er nødvending med maskinbearbeiding. Dette muliggjør mer nøyaktig og lettere utførbar bearbeiding av monteringssokkelen, uten at det i vesentlig grad er nødvendig å øke størrelsen av det optiske element.

En spesiell utførelse av oppfinnelsens monteringssokkel er blitt beskrevet ovenfor, men det vil bære åpenbart at oppfinnelsens prinsipper like godt kan bringes til utførelse ved lysdioder, og forøvrig ved alle optiske elementer som er innrettet og anordnet for å motta eller avgi lys.

Claims (3)

1. Monteringssokkel for et optisk element anordnet for å motta eller avgi lys, idet sokkelen omfatter: - et lysgjennomskinnelig safirsubstrat (52), - et første keramisk periferisk legeme (54) festet på oversiden av substratet (52), - en elektrodematte (51) med et vindu (53) og anordnet ovenpå substratet (52) og med utstrekning til oversiden av det periferiske legeme, og - et annet ringformet periferisk legeme (58) som overlapper og er festet på oversiden av nevnte første periferiske legeme (54) og derved omgir det optiske element (59), karakterisert ved at nevnte optiske element (59) er festet ovenpå elektrodematten (51) og slik at det overlapper elektrodemattens vindu (53).

2. Monteringssokkel som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte elektrodematte (51) er et metallsjikt som er påført ved fotolitografi.

3. Monteringssokkel som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en hette sveiset til nevnte annet periferiske legeme (58) for avtetning av sokkelen.