FR2769100A1 - Boitier pour dispositif photosemi-conducteur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un boîtier pour dispositif photosemi-conducteur comprenant un substrat (1) muni d'une partie de montage (la) et sur la surface supérieure duquel un dispositif photosemi-conducteur (4) doit être monté; un cadre (2) fixé à la surface supérieure du substrat pour entourer la partie (1a), et comportant un trou traversant latéral (2a); un élément de fixation métallique cylindrique (9) fixé dans le trou (2a) et dans lequel une fibre optique (10) doit être fixée au niveau d'une extrémité extérieure du cadre, tandis qu'une lentille cylindrique (11) est fixée au niveau d'une extrémité intérieure du cadre; et un couvercle (3) destiné à être fixé à la surface supérieure du cadre pour sceller hermétiquement le dispositif (4). La lentille (11) est fixée à une partie de la surface intérieure de l'élément (9) à l'aide d'un métal d'apport de brasage uniquement dans une zone centrale de sa surface circonférentielle.
Description
Boîtier pour dispositif photosemi-conducteur
La présente invention concerne, d'une manière générale, un boîtier pour dispositif photosemi-conducteur et, plus particulièrement, un boîtier destiné à loger un dispositif photosemi-conducteur, comportant une structure de fixation de lentille perfectionnée.
La présente invention concerne, d'une manière générale, un boîtier pour dispositif photosemi-conducteur et, plus particulièrement, un boîtier destiné à loger un dispositif photosemi-conducteur, comportant une structure de fixation de lentille perfectionnée.
Un boîtier conventionnel pour dispositif photosemiconducteur comprend, comme cela est visible sur la vue en coupe transversale de la figure 5, un substrat 21 formé d'un métal, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou un alliage cuivre-tungstène, comportant une partie de montage 21a sur laquelle un dispositif photosemi-conducteur 24 est destiné à être monté par l'intermédiaire d'un dispositif Peltier 25, au centre d'une face supérieure du substrat 21, le substrat comportant plusieurs bornes de connexion extérieures 26 fixées autour de la partie de montage 21a pour traverser le substrat 21 de la face supérieure à la face inférieure de celui-ci par l'intermédiaire d'un isolateur 27; un cadre 22 formé d'un métal, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt, qui est fixé sur le substrat 21 afin d'entourer la partie de montage 21a et qui comporte un trou traversant 22a dans sa partie latérale; un élément de fixation métallique cylindrique 29 formé d'un métal, tel qu'un alliage fernickel-colbalt, qui est fixé dans le trou traversant 22a du cadre 22 afin que sa partie d'extrémité intérieure fasse saillie à l'intérieur du cadre 22, et dans une partie d'extrémité extérieure duquel est destinée à être insérée de manière fixe une fibre optique 30 servant à permettre un échange de signaux optiques entre le dispositif photosemiconducteur 24 et un dispositif extérieur, une lentille cylindrique 31 étant fixée dans la partie d'extrémité intérieure de l'élément de fixation métallique 29 et séparant hermétiquement l'intérieur et l'extérieur du cadre 22; et un couvercle 23 destiné à être soudé à la surface supérieure du cadre 22 et scellant hermétiquement le dispositif photosemiconducteur 24. Pour réaliser un appareil photosemi-conducteur sous la forme d'un produit fini, le dispositif photosemiconducteur 24 est soudé sur la partie de montage 21a du substrat 21, les électrodes du dispositif photosemiconducteur 24 sont reliées électriquement aux bornes de connexion extérieures 26 par l'intermédiaire de fils de liaison 28, le couvercle 23 est soudé à la surface supérieure du cadre 22 afin que le dispositif photosemi-conducteur 24 soit logé hermétiquement dans un boîtier comprenant principalement le substrat 21, le cadre 22 et le couvercle 23, et la fibre optique 30 est insérée et fixée dans l'élément de fixation métallique 29.
Un appareil photosemi-conducteur de ce type est utilise pour des communications optiques à grande vitesse de telle façon que le dispositif photosemi-conducteur 24 excite une lumière en réponse à un signal d'excitation fourni à partir d'un circuit électrique extérieur, et que la lumière excitée est reçue par la fibre optique 30 à travers la lentille cylindrique 31 et est transmise par l'intermédiaire de la fibre optique 30.
La lentille cylindrique 31 est formée d'un matériau en verre doté d'une fonction de lentille obtenue par une variation de son indice de réfraction de son axe central vers sa partie circonférentielle. Pour fixer la lentille cylindrique 31 à l'élément de fixation métallique 29, un film métallique mince en Ti-Pt-Au, par exemple, est appliqué sur la totalité de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 31, après quoi la lentille cylindrique 31 sur laquelle est appliqué le film métallique mince est insérée dans l'élément de fixation métallique 29, et le film métallique mince, appliqué sur la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 31, et la surface intérieure de l'élément de fixation métallique 29 sont brasés à l'aide d'un métal d'apport de brasage en alliage or-étain ou or-cuivre.
Cependant, étant donné que dans ce boîtier pour dispositif photosemi-conducteur, le coefficient de dilatation thermique de l'alliage fer-nickel-cobalt (6x10-6/ C) dont l'élément de fixation métallique 29 est formé diffère dans une large mesure du coefficient de dilatation thermique du verre (10x10-d/"C) dont la lentille cylindrique 31 est formée, et que la totalité de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 31 est brasée, une contrainte thermique importante est engendrée entre la lentille cylindrique 31 et l'élément de fixation métallique 29, en raison de la différence de coefficient de dilatation thermique qui existe entre ceux-ci lorsque la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 31 est brasée sur la surface intérieure de l'élément de fixation métallique 29 à l'aide d'un métal d'apport de brasage tel qu'un alliage or-étain, contrainte thermique qui agit directement sur les bords situés entre la surface circonférentielle et la surface d'extrémité de la lentille cylindrique 31. Par conséquent, comme la contrainte peut se concentrer sur les bords, elle s'y concentre dans une large mesure et y reste. Lorsque le dispositif photosemiconducteur 24 est soumis de manière répétitive à la chaleur générée pendant son fonctionnement, la contrainte thermique provoque dans la lentille cylindrique 31 des fissures qui partent des bords situés entre la surface circonférentielle et la surface d'extrémité de la lentille, en synergie avec la contrainte rémanente des bords. Par conséquent, lorsque la lumière excitée par le dispositif photosemi-conducteur 24 est transmise à la fibre optique 30 par l'intermédiaire de la lentille cylindrique 31, une réflexion irrégulière se produit au niveau de cette dernière, de sorte que la lumière excitée par le dispositif photosemi-conducteur 24 n'est pas reçue de manière excellente par la fibre optique 30 par l'intermédiaire de la lentille, ou que l'herméticité du boîtier est rompue par les fissures provoquées dans la lentille cylindrique 31. Ceci a pour conséquence que le dispositif photosemi-conducteur 24 logé dans le boîtier ne peut pas fonctionner de manière normale et stable pendant une longue période de temps.
L'invention a été conçue au vu de cette situation et a pour but de proposer un boîtier pour dispositif photosemiconducteur dans lequel même lors de l'application répétitive de la chaleur générée au cours du fonctionnement du dispositif photosemi-conducteur logé dans le boîtier, aucune fissure ne soit créée dans la lentille cylindrique, dans lequel la lumière excitée par le dispositif photosemiconducteur puisse être reçue de manière excellente par la fibre optique par l'intermédiaire de la lentille cylindrique, et dans lequel le dispositif photosemi-conducteur puisse fonctionner de manière normale et stable pendant une longue période de temps.
Pour atteindre ce but et selon l'un des aspects de la présente invention, il est proposé un boîtier pour dispositif photosemi-conducteur comprenant un substrat comportant une partie de montage et sur la surface supérieure duquel un dispositif photosemi-conducteur est destiné à être monté; un cadre fixé sur la surface supérieure du substrat afin d'entourer la partie de montage, cadre qui comporte un trou traversant dans sa partie latérale; un élément de fixation métallique cylindrique fixé dans le trou traversant et dans lequel une fibre optique est destinée à être fixée au niveau d'une extrémité extérieure du cadre, tandis qu'une lentille cylindrique est fixée au niveau d'une extrémité intérieure de ce dernier; et un couvercle destiné à être fixé à la surface supérieure du cadre, couvercle qui scelle hermétiquement le dispositif photosemi-conducteur, caractérisé en ce que la lentille cylindrique est fixée à une partie de la surface intérieure de l'élément de fixation métallique à l'aide d'un métal d'apport de brasage, uniquement dans une zone centrale de sa surface circonférentielle.
Etant donné que, dans le boîtier pour dispositif photosemi-conducteur de la présente invention, la lentille cylindrique n'est fixée à une partie de la surface circonférentielle intérieure de l'élément de fixation métallique à l'aide d'un métal d'apport de brasage que dans une zone centrale de sa surface circonférentielle, et que des zones extérieures de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique proches des extrémités de celle-ci ne sont pas brasées, la contrainte thermique engendrée lorsque la lentille cylindrique est brasée sur l'élément de fixation métallique n'agit pas directement sur les bords situés entre la surface circonférentielle et les surfaces d'extrémité de la lentille, de sorte qu'une concentration importante et une rémanence de la contrainte engendrée au cours du brasage n'ont jamais lieu sur les bords.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, il est préférable que l'élément de fixation métallique comporte, sur sa surface circonférentielle intérieure, une protubérance de forme annulaire ayant une largeur inférieure à la longueur de la lentille cylindrique, et que la lentille cylindrique soit fixée à une surface circonférentielle intérieure de la protubérance de forme annulaire.
Conformément à cette caractéristique de la présente invention, l'élément de fixation métallique comporte sur sa surface circonférentielle intérieure la protubérance de forme annulaire de largeur inférieure à la longueur de la lentille cylindrique, et la zone centrale de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique est brasée sur la protubérance de forme annulaire, ce qui facilite la fixation de la lentille sans brasage des zones extérieures de sa surface circonférentielle proches de ses extrémités.
Il est également préférable que des extrémités de la lentille cylindrique fixée à la protubérance de forme annulaire dépassent de 0,3 mm ou plus par rapport à cette dernière.
Lorsque la distance de laquelle les extrémités de la lentille cylindrique dépassent de la protubérance de forme annulaire de l'élément de fixation métallique est inférieure à 0,3 mm, la flaque de métal d'apport de brasage a tendance à atteindre les bords situés entre la surface d'extrémité et la surface circonférentielle de la lentille cylindrique lorsque cette dernière est brasée sur l'élément de fixation métallique, de sorte que la contrainte de brasage agit directement sur ces bords et y reste. Cette contrainte a tendance à provoquer des fissures dans la lentille cylindrique en synergie avec la contrainte thermique due à la chaleur générée pendant le fonctionnement du dispositif photosemi-conducteur. Par conséquent, la lentille cylindrique est fixée de façon que ses extrémités dépassent d'au moins 0,3 mm par rapport à la protubérance de forme annulaire de l'élément de fixation métallique.
Il est en outre préférable que l'élément de fixation métallique soit fixé de façon qu'il existe un espace entre celui-ci et la surface intérieure du trou traversant du cadre, dans lequel l'élément de fixation métallique est insere.
Comme l'élément de fixation métallique selon l'invention est fixé au cadre pour maintenir un espace par rapport à la surface intérieure du trou traversant, même en cas de dilatation ou de contraction thermique de l'élément de fixation métallique, du cadre et de la lentille cylindrique sous l'effet de la chaleur générée au cours du fonctionnement du dispositif photosemi-conducteur, la contrainte due à la dilatation ou à la contraction thermique du cadre n'est jamais appliquée à la partie de l'élément de fixation métallique où la lentille cylindrique est fixée, si bien qu'elle n'affecte jamais cette dernière.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, il est préférable que l'espace entre l'élément de fixation métallique et la surface intérieure du trou traversant dans lequel celui-ci est inséré soit de 0,05 à 0,5 mm. Lorsque l'espace est inférieur à 0,05 mm, une partie du métal d'apport de brasage risque, au cours du brasage de l'élément de fixation métallique sur le cadre, de pénétrer dans l'espace par un phénomène de capillarité et de remplir cet espace. Lorsque l'espace est supérieur à 0,5 mm, un élément de jonction, tel qu'un raccord en métal de forme annulaire qui sera décrit plus loin, ou l'élément de fixation métallique intégré à celui-ci, est inutilement surdimensionné, ce qui rend difficile une réduction de la taille du boîtier.
Ce qui précède ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation préféré d'un boîtier pour dispositif photosemi-conducteur selon la présente invention;
la figure 2 est une vue en coupe transversale réalisée à une plus grande échelle d'une partie essentielle du boîtier pour dispositif photosemi-conducteur de la figure 1;
la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un second mode de réalisation préféré du boîtier pour dispositif photosemi-conducteur de la présente invention;
la figure 4 est une vue en coupe transversale réalisée à une plus grande échelle d'une partie essentielle du boîtier de la figure 3; et
la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un boîtier conventionnel pour dispositif photosemi-conducteur.
la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation préféré d'un boîtier pour dispositif photosemi-conducteur selon la présente invention;
la figure 2 est une vue en coupe transversale réalisée à une plus grande échelle d'une partie essentielle du boîtier pour dispositif photosemi-conducteur de la figure 1;
la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un second mode de réalisation préféré du boîtier pour dispositif photosemi-conducteur de la présente invention;
la figure 4 est une vue en coupe transversale réalisée à une plus grande échelle d'une partie essentielle du boîtier de la figure 3; et
la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un boîtier conventionnel pour dispositif photosemi-conducteur.
En référence à la figure 1 qui représente le premier mode de réalisation préféré de la présente invention, un boîtier destiné à loger un dispositif photosemi-conducteur 4 comprend un substrat 1, un cadre 2 et un couvercle 3.
Le substrat 1 sert d'élément de support pour supporter le dispositif photosemi-conducteur 4 et comporte, sensiblement au centre de sa surface supérieure, une partie de montage la sur laquelle le dispositif photosemi-conducteur 4 est destiné à être monté. Le dispositif photosemiconducteur 4 est soudé sur la partie de montage la, avec interposition entre lui et cette dernière d'un dispositif
Peltier 5, à l'aide d'un agent de liaison, tel qu'un métal d'apport de brasage en or et silicium.
Peltier 5, à l'aide d'un agent de liaison, tel qu'un métal d'apport de brasage en or et silicium.
Le substrat 1 est formé d'un matériau métallique, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou cuivre-tungstène. Par exemple, dans le cas où il est formé de l'alliage fer-nickelcobalt, le substrat 1 est obtenu par l'exécution d'un procédé métallurgique connu, tel qu'un laminage ou un poinçonnage d'un lingot en alliage fer-nickel-cobalt.
L'application en revêtement sur la surface extérieure du substrat 1 de couches métalliques successives présentant une excellente résistance à la corrosion et une excellente imprégnabilité par le métal d'apport de brasage, précisément l'application par placage d'une couche de nickel ayant une épaisseur de 2 à 6 Am et d'une couche d'or ayant une épaisseur de 0,5 à 5 Hm, permet de protéger efficacement le substrat 1 contre une corrosion oxydante, et de souder solidement sur la surface supérieure du substrat 1 le dispositif Peltier 5 disposé sous le dispositif photosemiconducteur 4. Il est par conséquent souhaitable de revêtir successivement par placage la surface extérieure du substrat 1 d'une couche de nickel ayant une épaisseur de 2 à 6 Fm et d'une couche d'or ayant une épaisseur de 0,5 à 5 Fm.
Le substrat 1 est traversé par plusieurs bornes de connexion extérieures 6 fixées à l'aide d'isolateurs 7, tels que des isolateurs en verre de forme annulaire interposés entre elles et le substrat, afin d'entourer la partie de montage la sur laquelle le dispositif photosemi-conducteur 4 est monté.
Les bornes de connexion extérieures 6 relient électriquement les électrodes du dispositif photosemiconducteur 4 à un circuit électrique extérieur et ont leurs premières extrémités reliées aux électrodes du dispositif photosemi-conducteur 4 par l'intermédiaire de fils de liaison 8 et leurs secondes extrémités reliées à des conducteurs de câblage d'un tableau de circuit électrique extérieur par l'intermédiaire d'un métal d'apport de brasage tendre.
Les bornes de connexion extérieures 6 sont formées d'un matériau métallique, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou fer-nickel. Pour fixer les bornes de connexion extérieures 6 au substrat 1, des trous d'un diamètre légèrement supérieur à celui des bornes 6 sont formés dans le substrat 1, puis les isolateurs en verre de forme annulaire 7 et les bornes de connexion extérieures 6 sont insérés dans les trous, après quoi les isolateurs en verre 7 sont fondus par chauffage.
L'application en revêtement sur les surfaces des bornes de connexion extérieures 6 d'une couche métallique dotée d'une excellente résistance à la corrosion, d'une excellente propriété de connexion avec les fils de liaison 8 et d'une excellente imprégnabilité par un métal d'apport de brasage tendre, telle qu'une couche de placage de nickel ou une couche de placage d'or ayant une épaisseur de 1 à 20 j'm, permet de protéger efficacement les bornes de connexion extérieures 6 contre une corrosion oxydante, et de rendre aisée et solide la connexion entre les bornes de connexion extérieures 6 et les fils de liaison 8 et entre celles-ci et un circuit électrique extérieur. Il est par conséquent souhaitable de revêtir les surfaces des bornes de connexion extérieures 6 d'une couche métallique dotée d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion, de connexion avec les fils de liaison 8 et d'imprégnabilité par le métal d'apport de brasage tendre, telle qu'une couche de placage de nickel ou d'or ayant une épaisseur de 1 à 20 jtm.
Le cadre 2 est soudé sur la surface supérieure du substrat 1 de manière à entourer la partie de montage la sur laquelle le dispositif photosemi-conducteur 4 est monté, et de façon qu'un espace destiné à loger le dispositif photosemi-conducteur 4 soit formé à l'intérieur du cadre 2.
Le cadre 2 est formé d'un matériau métallique, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou fer-nickel, et est réalisé suivant une configuration prédéterminée par l'exécution d'un procédé métallurgique, tel qu'un laminage ou un usinage à la presse d'un lingot en alliage fer-nickel-cobalt, par exemple.
Pour fixer le cadre 2 au substrat 1, la surface supérieure du substrat 1 et la surface inférieure du cadre 2 sont brasées à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un métal d'apport de brasage tendre en argent.
Le cadre 2 comporte un trou traversant 2a dans sa partie latérale. Dans le trou traversant 2a, est fixé un élément de fixation métallique cylindrique 9.
Dans l'élément de fixation métallique 9, une fibre optique 10 et insérée depuis l'extrémité de celui-ci située à l'extérieur du cadre 2 et fixée de manière à faire face au dispositif photosemi-conducteur 4 pour ainsi pouvoir recevoir les signaux optiques provenant de celui-ci. Pour fixer la fibre optique 10 à l'élément de fixation métallique 9, une bride en métal lOa, par exemple, préalablement fixée à la fibre optique 10 est soudée au laser à extrémité extérieure de l'élément de fixation métallique 9.
L'élément de fixation métallique 9 est formé d'un matériau métallique, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou fer-nickel. Pour être fixé au cadre 2, l'élément de fixation métallique 9 est inséré dans le trou traversant 2a prévu dans la partie latérale du cadre 2, et une partie de sa surface circonférentielle est brasée sur le cadre 2 à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un métal d'apport de brasage tendre en argent.
L'application en revêtement sur la surface de l'élément de fixation métallique 9 d'une couche formée d'un métal ayant une excellente résistance à la corrosion, telle qu'une couche de nickel ou d'or ayant une épaisseur de 1 à 20 Hm appliquée par placage, permet d'empêcher efficacement une corrosion oxydante de l'élément de fixation métallique 9. Il est par conséquent souhaitable de revêtir la surface de l'élément de fixation métallique 9 d'une couche formée d'un métal doté d'une excellente résistance à la corrosion, tel que du nickel ou de l'or, ayant une épaisseur de 1 à 20 Hm.
La figure 2 est une vue en coupe transversale réalisée à une plus grande échelle d'une partie essentielle montrant la relation entre l'élément de fixation métallique 9 et une lentille cylindrique 11. L'élément de fixation métallique 9 comporte autour de sa surface intérieure, au niveau de son extrémité située à l'intérieur du cadre 2, une protubérance de forme annulaire 9a qui fait saillie sur une distance prédéterminée en direction de son axe central et qui a une largeur inférieure à la longueur de la lentille cylindrique 11. Seule la zone centrale de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11 est fixée à la surface intérieure de la protubérance de forme annulaire 9a à l'aide d'un métal d'apport de brasage.
Etant donné que l'élément de fixation métallique 9 comporte, sur sa surface intérieure, la protubérance de forme annulaire 9a qui a une largeur inférieure à la longueur de la lentille cylindrique 11, il suffit de braser la zone centrale de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11 afin que les extrémités de celle-ci dépassent par rapport à la protubérance de forme annulaire 9a lorsque la lentille cylindrique 11 est fixée à l'élément de fixation métallique 9, à l'aide d'un métal d'apport de brasage décrit ci-après, ce qui facilite la fixation de la lentille 11 sans brasage des zones extérieures de sa surface circonférentielle proches de ses extrémités.
La lentille cylindrique 11 fixée dans l'élément de fixation métallique 9 est formée d'un verre dont l'indice de réfraction va en diminuant de son axe central vers sa partie circonférentielle afin d'être doté d'une fonction de lentille. La lentille cylindrique 11 ferme le trou intérieur de l'élément de fixation métallique 9 pour maintenir une herméticité étanche du boîtier, et transmet et condense la lumière excitée par le dispositif photosemi-conducteur 4 logé dans le boîtier afin que la fibre optique 10 reçoive la lumière excitée.
La lentille cylindrique 11 est fixée dans l'élément de fixation métallique 9 de façon que ses extrémités dépassent par rapport à la protubérance de forme annulaire 9a, et que seule la zone centrale de sa surface circonférentielle, autre que les zones voisines de ses extrémités, soit brasée sur la surface intérieure de la protubérance annulaire 9a de l'élément de fixation métallique 9 à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un alliage or-étain.
Etant donné que les zones extérieures de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11, proches des extrémités de celle-ci, ne sont pas brasées, une contrainte de brasage n' est jamais appliquée directement aux bords situés entre la surface d'extrémité et la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11, lorsque cette dernière est brasée sur l'élément de fixation métallique 9. Une contrainte importante ne peut donc jamais se concentrer sur les bords et y rester. Par conséquent, meme si la contrainte due à la chaleur générée au cours du fonctionnement du dispositif photosemi-conducteur 4 est appliquée de manière répétitive, cette contrainte ne provoque jamais de fissures dans la lentille cylindrique 11 en synergie avec la contrainte rémanente au niveau des bords.
Pour braser la lentille cylindrique 11 sur l'élément de fixation métallique 9, des films métalliques minces en Ti-Pt
Au sont successivement formées sur la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11 par un procédé connu de formation de films minces, tel qu'un dépôt en phase vapeur ou une pulvérisation cathodique, et les films métalliques minces et la surface intérieure de la protubérance de forme annulaire 9a de l'élément de fixation métallique 9 sont brasés à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un alliage or-étain.
Au sont successivement formées sur la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11 par un procédé connu de formation de films minces, tel qu'un dépôt en phase vapeur ou une pulvérisation cathodique, et les films métalliques minces et la surface intérieure de la protubérance de forme annulaire 9a de l'élément de fixation métallique 9 sont brasés à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un alliage or-étain.
La distance a de laquelle les extrémités de la lentille cylindrique 11 dépassent par rapport à la protubérance de forme annulaire 9a de l'élément de fixation métallique 9 n'est pas inférieure à 0,3 mm. Grâce à cette distance de dépassement, lorsque la lentille cylindrique 11 est brasée sur l'élément de fixation métallique 9, la flaque de métal d'apport de brasage n'atteint jamais les bords situés entre la surface d'extrémité et la surface circonférentielle de la lentille 11, de sorte que celle-ci résiste à une fissuration meme si la contrainte thermique due à la chaleur générée au cours du fonctionnement du dispositif photosemi-conducteur 4 est appliquée aux bords.
Il n'est pas toujours nécessaire de prévoir la protubérance de forme annulaire 9a pour fixer la lentille cylindrique 11 dans l'élément de fixation métallique 9 en fixant uniquement la zone centrale de la surface circonférentielle de la lentille 11 à la surface intérieure de l'élément 9 à l'aide d'un métal d'apport de brasage. Il est en effet possible de fixer la lentille cylindrique 11 en fixant à l'aide d'un métal d'apport de brasage uniquement la zone centrale de la surface circonférentielle de celle-ci à une surface intérieure d'un élément de fixation métallique dépourvu de protubérance annulaire, comme l'élément de fixation métallique conventionnel. Dans ce cas, par exemple, le film en métal mince est formé uniquement sur la zone centrale de la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11, et la lentille cylindrique 11 sur laquelle le film en métal mince est formé est insérée dans l'élément de fixation métallique 9 sur la surface intérieure duquel est appliqué un métal d'apport de brasage, tel qu'un alliage orétain, après quoi la surface circonférentielle de la lentille cylindrique 11 et la surface intérieure de l'élément de fixation métallique 9 attenantes l'une à l'autre sont brasées.
Le couvercle 3 formé d'un matériau métallique, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou fer-nickel est soudé sur la surface supérieure du cadre 2 afin que le dispositif photosemi-conducteur 4 soit scellé hermétiquement dans le boîtier constitué du substrat 1, du cadre 2 et du couvercle 3.
La fixation du couvercle 3 sur la surface supérieure du cadre 2 est réalisée par une méthode de soudage, telle qu'un soudage continu.
Ainsi, dans le boîtier pour dispositif photosemiconducteur selon la présente invention, le dispositif photosemi-conducteur 4 est monté sur la partie de montage la du substrat 1, le dispositif Peltier 5 étant interposé entre le premier et la seconde, les électrodes du dispositif photosemi-conducteur 4 sont reliées électriquement aux bornes de connexion extérieures 6 par l'intermédiaire des fils de liaison 8, le couvercle 3 est soudé sur la surface supérieure du cadre 2, le dispositif photosemi-conducteur 4 est placé dans le boîtier formé du substrat 1, du cadre 2 et du couvercle 3, et la fibre optique 10 est fixée dans l'élément de fixation métallique 9 fixé dans le cadre 2, ce qui permet d'obtenir un appareil photosemi-conducteur sous la forme d'un produit fini. L'appareil photosemi-conducteur est utilisé pour des communications optiques à grande vitesse de la manière suivante: le dispositif photosemi-conducteur 4 excite une lumière en réponse à un signal d'excitation fourni à partir d'un circuit électrique extérieur, et la lumière excitée est condensée à travers la lentille cylindrique 11, puis est reçue par la fibre optique 10 et transmise par l'intermédiaire de celle-ci.
La figure 3 est une vue en coupe transversale du second mode de réalisation préféré du boîtier pour dispositif photosemi-conducteur selon la présente invention. La structure de ce mode de réalisation est semblable à celle du mode de réalisation décrit précédemment, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes numéros de référence et n'étant pas décrits à nouveau.
Le cadre 2 de ce mode de réalisation comporte lui aussi un trou traversant 2b dans lequel est fixé un élément de fixation métallique cylindrique 19 formé du même matériau métallique que l'élément de fixation métallique 9 du mode de réalisation décrit précédemment.
La première différence entre ce mode de réalisation et celui décrit précédemment réside en ce que la lentille cylindrique 11 est fixée dans une position où l'élément de fixation métallique 19 coïncide avec la partie intérieure du cadre 2. Dans cette structure, il n'est pas nécessaire que l'extrémité intérieure de l'élément de fixation métallique 19 s'avance largement à l'intérieur du cadre 2, ce qui permet de réduire la taille du boîtier pour dispositif photosemiconducteur en réduisant la taille du substrat 1 et du cadre 2.
La figure 4 est une vue en coupe transversale réalisée à une plus grande échelle d'une partie essentielle montant la relation entre l'élément de fixation métallique 19 et le trou traversant 2b prévu dans le cadre 2. La seconde différence entre ce mode de réalisation et le mode décrit précédemment réside en ce que, comme cela ressort de la figure 4, le diamètre extérieur de l'élément de fixation métallique 19 est inférieur d'environ 0,1 à 1 mm au diamètre intérieur du trou traversant 2b ménagé dans le cadre 2. Dans cette structure, un espace b de 0,05 à 0,5 mm est défini entre la surface intérieure du trou traversant 2b et l'élément de fixation métallique 19 qui est fixé hermétiquement au cadre 2 par l'intermédiaire d'un raccord métallique de forme annulaire 12 formé d'un métal, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt.
Etant donné que l'élément de fixation métallique 19 est fixé de manière à maintenir un espace d'environ 0,05 à 0,5 mm par rapport à la surface intérieure du trou traversant 2b du cadre 2, même si ce dernier se dilate ou se contracte thermiquement sous l'effet de la chaleur générée au cours du fonctionnement du dispositif photosemi-conducteur 4, la contrainte due à la dilatation thermique ou à la contraction thermique n'est jamais appliquée à la partie de l'élément de fixation métallique 19, où la lentille cylindrique 11 est fixée. Par conséquent, cette contrainte ne provoque jamais de fissures dans la lentille cylindrique 11 en synergie avec la contrainte rémanente créée dans la lentille cylindrique 11 lorsque celle-ci est brasée sur l'élément de fixation métallique 19.
Lorsque l'espace entre l'élément de fixation métallique 19 et la surface intérieure du trou traversant 2b du cadre 2 est inférieur à 0,05 mm, il y a de fortes probabilités pour que, lorsque l'élément de fixation métallique 19 sera brasé sur le cadre 2, une partie du métal d'apport de brasage pénètre par un phénomène de capillarité dans l'espace défini entre la surface périphérique de l'élément 19 et la surface intérieure du trou traversant 2b du cadre 2, et remplisse cet espace. Il est par conséquent souhaitable que l'espace défini entre l'élément de fixation métallique 19 et la surface intérieure du trou traversant 2b du cadre 2 ne soit pas inférieur à 0,05 mm.
Pour être fixé au cadre 2, l'élément de fixation métallique 19 est inséré dans le trou traversant 2b du cadre 2, après quoi l'extrémité extérieure de l'élément de fixation métallique 19 et le raccord métallique 12, d'une part, et le raccord métallique 12 et la surface extérieure du cadre 2, d'autre part, sont brasés à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un métal d'apport de brasage tendre en argent, afin que soit défini un espace d'approximativement 0,05 à 0,5 mm par rapport à la surface intérieure du trou traversant 2b.
Il n'est pas toujours nécessaire d'interposer le raccord métallique 12 lors du brasage de l'élément de fixation métallique 19 sur le cadre 2. Dans le cas où ce raccord métallique 12 n'est pas prévu, une bride s'étendant vers l'extérieur depuis l'axe central de l'élément de fixation métallique 19 peut être formée de manière solidaire au niveau de l'extrémité extérieure de ce dernier. La bride est brasée sur la surface extérieure du cadre 2 à l'aide d'un métal d'apport de brasage, tel qu'un métal d'apport de brasage tendre en argent.
Bien que la description précédente ait porté sur des modes de réalisation préférés de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Par exemple, bien que dans les modes de réalisation décrits ci-dessus les bornes de connexion extérieures 6 soient fixées au substrat 1, ces bornes de connexion extérieures 6 peuvent être fixées au cadre 2.
Claims (7)
1. Boîtier pour dispositif photosemi-conducteur comprenant un substrat (1) comportant une partie de montage (la) et sur la surface supérieure duquel un dispositif photosemi-conducteur (4) est destiné à être monté; un cadre (2) fixé sur la surface supérieure du substrat (1) de manière à entourer la partie de montage (la), et comportant un trou traversant (2a) dans sa partie latérale; un élément de fixation métallique cylindrique (9) fixé dans le trou traversant (2a) et dans lequel une fibre optique (10) est destinée à être fixée au niveau d'une extrémité extérieure du cadre (2), tandis qu'une lentille cylindrique (11) est fixée au niveau d'une extrémité intérieure du cadre; et un couvercle (3) destiné à être fixé à la surface supérieure du cadre (2), couvercle qui scelle hermétiquement le dispositif photosemi-conducteur (4), caractérisé en ce que la lentille cylindrique (11) est fixée à une partie de la surface intérieure de l'élément de fixation métallique (9) à l'aide d'un métal d'apport de brasage uniquement dans une zone centrale de sa surface circonférentielle.
2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de fixation métallique (9) comporte, sur sa surface circonférentielle intérieure, une protubérance de forme annulaire (9a) ayant une largeur inférieure à la longueur de la lentille cylindrique (11), et en ce que la lentille cylindrique (11) est fixée à une surface circonférentielle intérieure de la protubérance de forme annulaire (9a).
3. Boîtier selon la revendication 2, caractérisé en ce que des extrémités de la lentille cylindrique (11) fixée à la protubérance de forme annulaire (9a) dépassent de 0,3 mm ou plus par rapport à cette dernière.
4. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de fixation métallique (19) est fixé de telle façon qu'il existe un espace (b) entre lui et la surface intérieure du trou traversant (2b) du cadre, dans lequel l'élément de fixation métallique est inséré.
5. Boîtier selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'espace (b) défini entre l'élément de fixation métallique (19) et la surface intérieure du trou traversant (2b) dans lequel l'élément de fixation métallique est inséré est de 0,05 à 0,5 mm.
6. Boîtier selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément de fixation métallique (19) comporte, sur sa surface circonférentielle, une protubérance de forme annulaire (19a) ayant une largeur inférieure à la longueur de la lentille cylindrique (11), et en ce que la lentille cylindrique (11) est fixée à la surface intérieure de la protubérance de forme annulaire (19a).
7. Boîtier selon la revendication 6, caractérisé en ce que des extrémités de la lentille cylindrique (11) fixée à la protubérance de forme annulaire (19a) dépassent de 0,3 mm ou plus par rapport à cette dernière.
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