FR2788376A1 - Boitier pour element photosemi-conducteur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un boîtier pour élément photosemi-conducteur comprenant un substrat (1) comportant une partie de montage (la) sur laquelle un élément photosemi-conducteur (4) est monté; un cadre (2) fixé au substrat de manière à entourer la partie de montage et comportant un trou traversant latéral (2a); un organe de fixation cylindrique (9) fixé autour du trou traversant et comportant un espace dans lequel un signal optique est transmis; un organe de transmission de lumière (10) fixé à l'organe (9) pour obturer une partie intérieure de ce dernier; et un couvercle (3) fixé à une surface supérieure du cadre pour enfermer hermétiquement l'élément photosemi-conducteur. L'organe (9) est formé d'un alliage de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à 60% en poids de nickel, pour qu'ainsi son coefficient de dilation thermique soit proche de celui de l'organe (10) formé d'un verre amorphe.
Description
I Boîtier pour élément photosemi-conducteur La présente invention
concerne, d'une manière générale, un boîtier pour élément photosemiconducteur et, en particulier, un boîtier pour élément photosemiconducteur doté d'une meilleure efficacité de transmission de signaux optiques grâce à la suppression
d'un phénomène de double réfraction.
Jusqu'à maintenant, un boîtier destiné à loger un élément photosemiconducteur comprenait un substrat métallique formé d'une manière générale d'un métal, tel
qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou un alliage cuivre-
tungstène, comportant une partie de montage destinée à permettre le montage de l'élément photosemi-conducteur au niveau du centre de sa surface supérieure, plusieurs bornes de connexion extérieures étant fixées autour de la partie de montage de manière à passer à travers un organe isolant allant de la surface supérieure à la surface inférieure du substrat; un cadre formé, par exemple, d'un alliage fer-nickel- cobalt et fixé par liaison sur le substrat métallique à l'aide d'une matière de brasage, telle qu'une matière de brasage en argent, afin d'entourer la partie de montage destinée à recevoir l'élément photosemi-conducteur, le cadre comportant un trou traversant sur l'un de ses côtés; un organe de fixation cylindrique formé d'un métal, tel qu'un alliage fer-nickel-cobalt, organe de fixation cylindrique qui est fixé autour du trou traversant du cadre à l'aide d'une matière de brasage, telle qu'un alliage or-étain, et qui comporte un espace dans lequel un signal optique est transmis; un organe de transmission de lumière formé d'un verre amorphe, ou d'une matière similaire, organe de transmission de lumière qui est fixé à l'organe de fixation cylindrique à l'aide d'une matière de brasage à faible point de fusion, telle qu'un alliage or-étain qui a un point de fusion de 300 à 400 C, pour obturer l'intérieur de l'organe de fixation; et un couvercle fixé sur la surface supérieure du cadre pour enfermer hermétiquement l'élément photosemi-conducteur. Ce boîtier pour élément photosemi-conducteur est produit sous la forme d'un dispositif photosemi-conducteur au cours des étapes qui consistent à fixer par liaison et à assujettir l'élément photosemi-conducteur à la partie de montage du substrat métallique, à relier électriquement des électrodes respectives de l'élément photosemi- conducteur aux bornes de connexion extérieures par l'intermédiaire de fils de liaison, à fixer par liaison le couvercle sur la surface
supérieure du cadre, à enfermer l'élément photosemi-
conducteur hermétiquement dans le boîtier composé du substrat métallique, du cadre et du couvercle, et à relier une fibre optique à l'organe de fixation cylindrique. Un dispositif photosemi-conducteur de ce type est utilisé, entre autres, pour des communications optiques à grande vitesse de telle façon que l'élément photosemi- conducteur est excité optiquement par un signal d'excitation fourni à partir d'un circuit électrique extérieur, et que la lumière excitée est reçue par la fibre optique par l'intermédiaire de l'organe de transmission de lumière afin d'être
transmise dans la fibre optique.
Toutefois, ce boîtier pour élément photosemi-
conducteur de l'art antérieur, qui comprend un organe de transmission de lumière formé d'un verre amorphe ayant un coefficient de dilatation thermique de 8,5 x 10 6/ C (30 à 400 C) et un organe de fixation cylindrique formé d'un alliage fer-nickel-cobalt ayant un coefficient de dilatation thermique d'environ 4,5 x 10-6/ C (température ambiante à 400 C), présente l'inconvénient que lorsque l'organe de transmission de lumière est fixé à l'organe de fixation cylindrique à l'aide d'une matière de brasage à faible point de fusion, une contrainte thermique est engendrée entre l'organe de transmission de lumière et l'organe de fixation cylindrique du fait de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les deux organes, contrainte thermique qui reste dans l'organe de transmission de lumière. Par conséquent, lorsque la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur est transmise à travers l'organe de transmission de lumière pour être reçue par la fibre optique, elle est soumise à une double réfraction due à l'existence de la contrainte thermique dans l'organe de transmission de lumière, et la fibre optique ne reçoit donc qu'une partie de la lumière excitée, ce qui a pour conséquence de diminuer l'efficacité de réception de lumière par la fibre optique ainsi que l'efficacité de transmission du
signal optique.
Pour supprimer cet inconvénient, on peut envisager de réaliser un organe de fixation auquel l'organe de transmission de lumière en verre amorphe est fixé, à partir d'un alliage formé de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à 60% en poids de nickel, ayant un coefficient de dilatation thermique proche de celui de l'organe de
transmission de lumière.
Avec un tel organe de fixation réalisé à partir de l'alliage formé de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à 60% en poids de nickel, étant donné que le coefficient de dilatation thermique de l'organe de fixation est d'environ 9,5 x 10-/ C (température ambiante à 400oC), c'est-à-dire proche du coefficient de dilatation thermique de l'organe de transmission de lumière formé du verre amorphe (environ 8,5 x 10- 6/ C: 30 à 400 C), pratiquement aucune contrainte thermique due à une différence de coefficient de dilatation thermique n'est engendrée lors de la fixation de l'organe de transmission de lumière à l'organe de fixation et il n'existe par conséquent pratiquement aucune contrainte
thermique dans l'organe de transmission de lumière.
Cependant, en dépit du fait qu'aucune contrainte thermique n'est engendrée entre l'organe de fixation et l'organe de transmission de lumière lors de la fixation du second sur le premier, le cadre est formé d'une
matière métallique, telle qu'un alliage fer-nickel-
cobalt dont le coefficient de dilatation thermique de 4,5 x 10-6/ C (température ambiante à 400 C) est différent de celui de l'organe de fixation (environ 9,5 x 10-6/ C: température ambiante à 400 C) formé de l'alliage composé de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à 60% en poids de nickel, une contrainte thermique résultant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les deux éléments apparaît lors de la fixation de l'organe de fixation sur la surface extérieure du cadre, autour du trou traversant de celui-ci,à l'aide d'une matière de brasage formée d'un alliage or-étain ou d'un alliage similaire. La contrainte thermique a un effet préjudiciable sur l'organe de transmission de lumière fixé à l'organe de fixation, c'est-à-dire qu'elle provoque une double réfraction de la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur lorsque celle-ci traverse l'organe de transmission de lumière, ce qui a pour inconvénient de diminuer l'efficacité de réception de lumière par la fibre optique et l'efficacité de transmission du signal optique. La présente invention a été conçue au vu des inconvénients mentionnés ci-dessus et a pour but de proposer un boîtier pour élément photosemi-conducteur grâce auquel une lumière excitée puisse être reçue de manière efficace par une fibre optique et qui permette une meilleure efficacité de transmission d'un signal optique. Pour atteindre ce but, l'invention propose un boîtier pour élément photosemi-conducteur comprenant: un substrat comportant une partie de montage sur une surface supérieure de laquelle un élément photosemi-conducteur est monté; un cadre fixé sur le substrat de manière à entourer la partie de montage et comportant un trou traversant sur l'un de ses côtés; un organe de fixation cylindrique fixé autour du trou traversant du cadre et comportant un espace dans lequel un signal optique est transmis; un organe de transmission de lumière fixé à l'organe de fixation cylindrique pour obturer une partie intérieure de l'organe de fixation; et un couvercle fixé à une surface supérieure du cadre
afin d'enfermer hermétiquement l'élément photosemi-
conducteur, caractérisé en ce que l'organe de fixation est formé d'un alliage composé de 40 à 60% en poids de fer
et de 40 à 60% en poids de nickel.
Grâce au boîtier pour élément photosemi-conducteur de l'invention, étant donné que l'organe de fixation est formé de l'alliage composé de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à 60% en poids de nickel, son coefficient de dilatation thermique est d'environ 9,5 x 10-6/ C (température ambiante à 400 C). Ainsi, le coefficient de dilatation thermique de l'organe de fixation se rapproche de 8,5 x 10-6/ C (30 à 400 C) qui est le coefficient de dilatation thermique de l'organe de transmission de lumière. En conséquence, pratiquement aucune contrainte thermique due à une différence de coefficient de dilatation thermique n'est engendrée entre l'organe de transmission de lumière et l'organe de fixation au moment de la fixation du premier au second, et il n'existe pratiquement pas de contrainte thermique dans l'organe de transmission de lumière. Dans l'élément photosemi-conducteur de l'invention, la lumière excitée transmise à l'organe à fibre optique par l'intermédiaire de l'organe de transmission de lumière est donc reçue efficacement telle qu'elle est par l'organe à fibre optique sans être soumise à une double réfraction dans l'organe de transmission de lumière, et l'efficacité de transmission du signal
optique est nettement meilleure.
De préférence, l'organe de transmission de lumière
est formé d'un verre amorphe.
L'organe de transmission de lumière de l'invention est formé d'un verre amorphe au plomb, contenant principalement un oxyde de silicium et un oxyde de plomb, ou d'un verre amorphe de borosilicate dont les principaux composants sont l'acide borique et du sable silicieux. Lorsqu'elle est transmise à travers l'organe de transmission de lumière à l'organe à fibre optique, la lumière excitée par l'élément photosemi- conducteur est reçue telle qu'elle est par l'organe à fibre optique, sans subir une double réfraction dans l'organe de transmission de lumière. Par conséquent, la lumière peut être reçue efficacement par l'organe à fibre optique, d'o une meilleure efficacité de transmission
du signal optique.
De préférence, l'organe de transmission de lumière est fixé par brasage à l'organe de fixation par l'intermédiaire d'une couche métallisée comprenant une première couche formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le titane, le titane-tungstène et le nitrure de tantale, une deuxième couche formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le platine, le nickel et le nickel-chrome, et une troisième couche formée de l'un au moins des éléments
du groupe constitué par l'or, le platine et le cuivre.
Conformément à l'invention, l'organe de transmission de lumière est fixé à l'organe de fixation, par exemple, par enduction préalable de sa périphérie extérieure avec la couche métallisée et par brasage de la couche métallisée sur l'organe de fixation à l'aide d'une matière de brasage, telle qu'un alliage or-étain. Ainsi, la fiabilité de la fixation de l'organe de fixation à l'organe de transmission de lumière est plus grande, un scellage hermétique parfait de la partie de fixation du boîtier pour élément photosemi-conducteur est réalisé et l'élément photosemi-conducteur logé dans le boîtier peut fonctionner de manière normale et stable pendant une
longue période de temps.
Il convient de noter que la couche métallisée est réalisée sous la forme d'une structure à trois couches par superposition de la première couche formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le titane, le titane-tungstène et le nitrure de tantale qui sont actifs vis-à-vis du verre amorphe et qui adhèrent fortement à celui-ci, de la troisième couche formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par l'or, le platine et le cuivre qui augmentent l'imprégnabilité de la matière de brasage au cours du brasage de la couche métallisée sur l'organe de fixation et qui fixent solidement la couche métallisée à l'organe de fixation, et de la deuxième couche formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le platine, le nickel et le nickel-chrome qui empêchent une diminution de la force d'adhérence de la couche métallisée vis- à-vis de l'organe de transmission, due à une diffusion de la première couche dans la troisième couche sous l'effet de la chaleur de brasage. La couche métallisée formée en particulier par la superposition successive de titane-platine-or est particulièrement adaptée en raison de sa grande force d'adhérence vis-à-vis de l'organe de transmission de lumière et de sa grande imprégnabilité vis-à-vis de la matière de brasage, la couche métallisée pouvant être
fixée solidement par brasage à l'organe de fixation.
De préférence, l'organe de fixation est soudé à une périphérie extérieure autour du trou traversant du
cadre par un procédé de chauffage local.
Etant donné que l'organe de fixation est fixé au cadre par soudage à l'aide d'un procédé de chauffage local et que l'étendue du chauffage est faible, la contrainte thermique créée entre l'organe de fixation et le cadre est très faible, même si les coefficients de dilatation thermique des deux éléments sont différents. En conséquence, il n'y a guère d'effet préjudiciable de la contrainte thermique due à la différence de coefficient de dilatation thermique sur l'organe de transmission de lumière, et la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur et transmise par l'intermédiaire de l'organe de transmission de lumière peut être protégée contre une double réfraction dans ce dernier pour être reçue de manière efficace par l'organe à fibre optique, d'o une meilleure efficacité
de transmission du signal optique.
De préférence, le procédé de chauffage local est
mis en oeuvre par rayonnement d'un faisceau laser.
Du fait que le chauffage local par rayonnement d'un faisceau laser est réalisé à l'aide d'un laser à grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG) et de gaz carbonique ayant une puissance dotée d'une très forte densité d'énergie de 104 à 107 W par cm2 et que la zone à chauffer est étroite, la contrainte thermique générée entre l'organe de fixation et le cadre n'est pas tellement grande et l'organe de transmission de lumière ne subit donc pas d'effet préjudiciable, même si les coefficients de dilatation thermique des deux éléments
diffèrent plus ou moins.
Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention,
ressortira plus clairement de la description détaillée
suivante d'un mode de réalisation préféré donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe montrant l'un des modes de réalisation préférés d'un boîtier ou élément photosemi-conducteur selon l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe réalisée à une plus grande échelle de la partie principale du boîtier pour élément photosemi-conducteur représenté sur la
figure 1.
En référence maintenant à la figure 1, un boîtier destiné à loger un élément photosemi-conducteur 4 se compose d'un substrat 1, d'un cadre 2 et d'un
couvercle 3.
Le substrat 1 sert d'organe de support pour l'élément photosemiconducteur 4. Le substrat 1 comporte une partie de montage la destinée à recevoir l'élément photosemi-conducteur 4 pratiquement au centre de sa surface supérieure, partie de montage la à laquelle l'élément photosemi-conducteur 4 est fixé par liaison et assujetti à l'aide d'une substance adhésive, telle qu'une matière de brasage or- silicium, avec interposition d'un élément Peltier 5, ou d'un élément similaire. Le substrat 1 est composé d'une matière métallique, telle qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou un alliage cuivre-tungstène, et est réalisé, lorsqu'il est formé de l'alliage fer-nickel-cobalt, par exemple par transformation d'un lingot en alliage fer-nickel- cobalt en une plaque ayant une configuration prédéterminée par une technique métallurgique bien connue de l'art
antérieur, telle que laminage ou estampage.
On notera qu'il est possible d'empêcher efficacement une oxydation et une corrosion du substrat 1 et d'obtenir une adhérence et une fixation rigides de l'élément Peltier 5, ou d'un élément similaire, disposé sous l'élément photosemi-conducteur 4, sur la surface supérieure du substrat 1, par revêtement de la surface extérieure du substrat 1 avec des métaux ayant une excellente résistance à la corrosion et une bonne imprégnabilité vis-à-vis de la matière de brasage, et plus précisément avec une couche de nickel ayant une épaisseur de 2 à 6 pm et une couche d'or ayant une épaisseur de 0,5 à 5 pm, dans cet ordre, par un procédé de placage. Par conséquent, pour empêcher efficacement la corrosion par oxydation du substrat 1 et pour faire adhérer et fixer rigidement l'élément Peltier 5, ou à
un élément similaire, disposé sous l'élément photosemi-
conducteur 4, sur la surface supérieure du substrat 1, il est préférable de revêtir par placage la surface extérieure de ce dernier de la couche de nickel épaisse de 2 à 6 Mm et de la couche d'or épaisse de 0,5 à 5 Mm,
dans cet ordre.
D'autre part, plusieurs bornes de connexion extérieures 6 traversant le substrat 1 sont fixées à celui-ci par l'intermédiaire d'organes isolants annulaires 7, en verre par exemple, autour de la partie
de montage la sur laquelle l'élément photosemi-
conducteur 4 est monté.
Chaque borne de connexion extérieure 6 relie électriquement une électrode correspondante de l1 l'élément photosemi-conducteur 4 à un circuit électrique extérieur. L'une des extrémités de la borne de connexion extérieure 6 est reliée à l'électrode de l'élément photosemi-conducteur 4 par l'intermédiaire d'un fil de liaison 8, tandis que son autre extrémité est reliée au circuit électrique extérieur par une matière de brasage, telle qu'un métal d'apport de brasage. La borne de connexion extérieure 6 est formée d'une
matière métallique, telle qu'un alliage fer-nickel-
cobalt ou un alliage fer-nickel, par exemple. La borne de connexion extérieure 6 est fixée au substrat 1 de la manière suivante: création d'un trou ayant un diamètre légèrement supérieur à celui de la borne de connexion extérieure 6 dans le substrat 1, insertion de l'organe isolant annulaire 7 en verre et de la borne de connexion extérieure 6 dans le trou, puis chauffage de l'organe isolant 7 en verre afin de faire fondre ce dernier. Il convient de noter qu'il est possible d'empêcher efficacement une oxydation et une corrosion de la borne de connexion extérieure 6 et de relier celle-ci de manière rigide au fil de liaison 8 en revêtant la surface extérieure de la borne de connexion extérieure 6 d'une couche de placage métallique, telle qu'une couche de placage au nickel ou une couche de placage à l'or, ayant une excellente résistance à la corrosion et une bonne imprégnabilité vis-à- vis de la matière de brasage, sur une épaisseur de 1,0 Hm à 20 pm. Il est par consequent préférable de revêtir la surface de la borne de connexion extérieure 6 d'une couche de placage métallique, telle que la couche de placage au nickel ou la couche de placage à l'or, sur une épaisseur de
1,0 gm à 20 pm.
Le cadre 2 est fixé par liaison sur la surface supérieure du substrat 1 de manière à entourer la
partie de montage la sur laquelle l'élément photosemi-
conducteur 4 est monté, pour définir un espace destiné à loger l'élément photosemi-conducteur 4. Le cadre 2 est formé d'une matière métallique, telle qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou un alliage fer- nickel. Il est réalisé sous forme de cadre par
compression d'un lingot de métal en alliage fer-nickel-
cobalt, par exemple, et est fixé au substrat 1 par brasage de sa surface inférieure et de la surface supérieure du substrat 1, à l'aide d'une matière de
brasage en argent.
Le cadre 2 comporte un trou traversant 2a au niveau de l'un de ses côtés; un organe de fixation cylindrique 9 est fixé sur sa surface extérieure autour du trou traversant 2a et un organe de transmission de lumière
est monté à l'intérieur de l'organe de fixation 9.
Le trou traversant 2a créé sur le côté du cadre 2 sert de trou de transmission pour transmettre la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur 4 logé dans le boîtier, à un organe à fibre optique 11 relié à l'organe de fixation 9 décrit ci-après. Le trou traversant 2a est réalisé suivant une configuration prédéterminée par perçage du côté du cadre 2 à l'aide
d'un procédé connu conventionnel.
L'organe de fixation cylindrique 9 est fixé à la surface extérieure du côté du cadre 2 autour du trou traversant 2a. L'organe de fixation 9 est un organe fondamental pour fixer l'organe à fibre optique 1l au cadre 2 et transmettre la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur 4 passant par le trou traversant 2a du cadre 2 à l'organe à fibre optique 11. L'une des extrémités de l'organe de fixation 9 est fixée à la surface extérieure du cadre 2 autour du trou traversant 2a à l'aide d'une matière de brasage, telle qu'un alliage or-étain, et l'organe à fibre optique 11 est relié à l'organe de fixation 9 en étant fixé à l'autre
extrémité de celui-ci.
L'organe de fixation cylindrique 9 est formé d'un alliage composé de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à % en poids de nickel et est réalisé sous une forme cylindrique par compression d'un lingot, ou d'un
élément similaire, en alliage fer-nickel.
A l'intérieur de l'organe de fixation 9 est monté l'organe de transmission de lumière 10 qui ferme l'intérieur de l'organe de fixation 9, qui maintient la fermeture hermétique du boîtier composé du substrat 1, du cadre 2 et du couvercle 3, et qui transmet telle
quelle la lumière excitée par l'élément photosemi-
conducteur 4 traversant l'espace intérieur de l'organe de fixation 9 à l'organe à fibre optique 11 relié et
connecté à l'organe de fixation 9.
L'organe de transmission de lumière 10 est formé d'un verre amorphe au plomb, contenant principalement un oxyde de silicium et un oxyde de plomb, ou d'un verre amorphe de borosilicate contenant principalement un acide borique et du sable silicieux. Du fait que ces types de verres amorphes ne comportent pas d'axe cristallographique, lorsque la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur 4 est transmise à travers l'organe de transmission 10 pour être reçue par l'organe à fibre optique 11, elle est reçue telle qu'elle est par ce dernier sans subir une double réfraction dans l'organe de transmission 10, ce qui se traduit par une réception efficace par l'organe à fibre optique 11 de la lumière excitée par l'élément photosemi-conducteur 4 et par une grande efficacité de
transmission du signal optique.
La figure 2 est une vue en coupe réalisée à une plus grande échelle de la partie principale du boîtier pour élément photosemi-conducteur de l'invention, montrant l'état dans lequel l'organe de transmission de lumière 10 est fixé à l'organe de fixation 9. Dans ce mode de réalisation, la fixation de l'organe de transmission 10 à l'organe de fixation 9 est réalisée par brasage de l'organe de fixation 9 sur une couche métallisée 12 à l'aide d'une matière de brasage, telle o qu'un alliage or-étain, couche métallisée 12 qui est appliquée préalablement par adhérence à la surface extérieure de l'organe de transmission 10. Comme dans ce cas, l'organe de transmission de lumière 10 est fixé
à l'organe de fixation 9 par brasage de l'alliage or-
étain, la fiabilité de la fixation est plus grande.
Ainsi, la fermeture hermétique du boîtier de l'élément photosemiconducteur 4 au niveau de la partie o l'organe de transmission de lumière 10 est relié à l'organe de fixation 9 est perfectionnée, et l'élément photosemi-conducteur 4 logé dans le boîtier peut fonctionner normalement et de manière stable pendant une longue période de temps. En même temps, le coefficient de dilatation thermique de l'organe de fixation 9 formé de l'alliage composé de 40 à 60% en poids de fer et de 40 à 60% en poids de nickel est d'environ 9,5 x 10 - 6/ C (température ambiante à 400 C), valeur proche du coefficient de dilatation thermique de l'organe de transmission de lumière 10 formé de verre amorphe, de sorte qu'aucune contrainte thermique due à une différence de coefficient de dilatation thermique n'est engendrée entre l'organe de transmission de lumière 10 et l'organe de fixation 9 au cours du brasage du premier sur le second, moyennant quoi il n'existe pas de contrainte thermique dans l'organe de transmission de lumière 10. En conséquence, lorsqu'elle est transmise à l'organe à fibre optique 11 par l'intermédiaire de l'organe de transmission de lumière
, la lumière excitée par l'élément photosemi-
conducteur 4 est reçue telle qu'elle est par l'organe à fibre optique 11 sans subir une double réfraction dans l'organe de transmission de lumière 10, et l'efficacité
de transmission du signal optique est très grande.
Il convient de noter que la couche métallisée 12 préalablement appliquée par adhérence sur la périphérie extérieure de l'organe de transmission de lumière 10 ne peut pas être formée à l'aide du procédé Mo-Mn bien connu, car le point de fusion du verre amorphe formant l'organe de transmission de lumière 10 n'est pas supérieur à environ 700 C. La couche métallisée 12 est donc formée par superposition d'une première couche 12a composée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le titane, le titane-tungstène et le nitrure de tantale qui sont actifs vis-à-vis du verre amorphe et qui adhèrent fortement à celui-ci, d'une deuxième couche 12b composée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le platine, le nickel et le nickel-chrome qui empêchent efficacement une diffusion de la première couche 12a dans une troisième couche 12c décrite plus loin, sous l'effet de la chaleur du brasage de l'organe de transmission de lumière 10 sur l'organe de fixation 9, et une détérioration de la force d'adhérence de la couche métallisée 12 vis-àvis de l'organe de transmission de lumière 10, et de la troisième couche 12c composée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par l'or, le platine et le cuivre qui augmentent l'imprégnabilité de la matière de brasage vis-à-vis de la couche métallisée 12 et fixent solidement l'organe de transmission de lumière 10 à l'organe de fixation 9 grâce à une liaison solide entre la matière de brasage et la couche métallisée 12, comme illustré sur la figure 2. La couche métallisée 12 formée par une superposition successive de titane, de platine et d'or est particulièrement adaptée en raison de sa grande force d'adhérence vis-à-vis de l'organe de transmission de lumière 10 et de sa bonne imprégnabilité vis-à-vis de la matière de brasage, et en raison du fait que l'organe de transmission de lumière 10 peut être brasé
sur l'organe de fixation 9.
La couche métallisée 12 qui présente la structure à trois couches composée de la première couche 12a formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le titane, le titane-tungstène et le nitrure de tantale, de la deuxième couche 12b formée de l'un au moins des éléments du groupeconstitué par le platine, le nickel et le nickel- chrome, et de la troisième couche 12c formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par l'or, le platine et le cuivre, est formée par revêtement de la périphérie extérieure de l'organe de transmission de lumière 10 avec les matières métalliques respectives et le nitrure, les uns après les autres, suivant une épaisseur prédéterminée par la méthode de pulvérisation cathodique, la méthode d'évaporation, la méthode de placage ionique ou la
méthode de placage, par exemple.
Lorsque la couche métallisée 12 est formée par la première couche 12a composée de l'un au moins des
éléments du groupe constitué par le titane, le titane-
tungstène et le nitrure de tantale, par la deuxième couche 12b composée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le platine, le nickel et le nickel-chrome, et par la troisième couche 12c composée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par l'or, le platine et le cuivre, sa force d'adhérence vis-à-vis de l'organe de transmission de lumière 10 a tendance à diminuer si l'épaisseur de la première couche 12a est inférieure à 500 angstrôms, tandis qu'une contrainte importante devient immanente au sein de la première couche 12a qui est susceptible de se détacher de l'organe de transmission de lumière 10 sous l'effet de la contrainte immanente créée au cours de l'application de celle-ci en revêtement sur l'organe de transmission de lumière 10, si l'épaisseur de la
première couche 12a est supérieure à 2 000 angstrôms.
Par conséquent, l'épaisseur de la première couche 12a se situe de préférence dans la plage de 500 à 2 000 angstrôms. Lorsque l'épaisseur de la deuxième couche 12b est inférieure à 500 angstrôms, celle-ci est incapable d'empêcher efficacement une diffusion de la première couche 12a dans la troisième couche 12c sous l'effet de la chaleur du brasage de l'organe de transmission de lumière 10 sur l'organe de fixation 9, et il y a un risque de diminution de la force d'adhérence de la couche métallisée 12 vis-à-vis de l'organe de transmission de lumière 10. En revanche, lorsque l'épaisseur de la deuxième couche 12b est supérieure à 10 000 angstrôms, une contrainte importante devient immanente au sein de la deuxième couche 12b au cours de l'application en revêtement de celle-ci sur la première couche 12a, et la deuxième couche 12b est susceptible de se détacher de la première couche 12a du fait de cette contrainte immanente. Par conséquent, l'épaisseur de la deuxième couche 12b se situe de préférence dans la plage de 500 à 10 000 angstrôms. Si l'épaisseur de la troisième couche 12c est inférieure à 0,5 Mm, l'imprégnabilité de la matière de brasage vis-à-vis de la couche métallisée 12 n'est pas tellement améliorée, et il risque d'être difficile de braser l'organe de transmission de lumière 10 de manière rigide sur l'organe de fixation 9. Au contraire, si l'épaisseur de la troisième couche 12c est supérieure à 5 Mm, une contrainte importante devient immanente à l'intérieur de celle-ci lors de son application en revêtement sur la deuxième couche 12b, et la troisième couche 12c est susceptible de se détacher de la deuxième couche 12b sous l'effet de cette contrainte immanente. Par conséquent, l'épaisseur de la troisième couche 12c se situe de préférence dans
la plage de 0,5 Mm à 5 Mm.
L'organe de fixation 9 auquel l'organe de transmission de lumière 10 est fixé est soudé au cadre 2 par un chauffage local par rayonnement d'un faisceau laser, par exemple. Le soudage s'effectue par exemple en disposant l'organe de fixation cylindrique 9 auquel l'organe de transmission de lumière 10 est fixé, sur la surface extérieure du cadre 2, autour du trou traversant 2a de celui- ci, et en réalisant la fusion et l'intégration d'une partie de l'organe de fixation 9 avec une partie du cadre 2 par rayonnement d'un faisceau laser émis dans un anneau à l'aide d'un laser à grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG) et de gaz carbonique, ou d'un gaz similaire, avec une puissance ayant une très forte densité d'énergie de 104 à 107 W par cm2. Dans ce cas, comme l'organe de fixation 9 est fixé au cadre 2 par soudage grâce à un procédé de chauffage local et comme l'étendue du chauffage est étroite, aucune contrainte thermique importante n'est générée entre les deux éléments et n'affecte préjudiciablement dans une mesure importante l'organe de transmission de lumière 10, même si les coefficients de dilatation thermique de l'organe de fixation 9 et du cadre 2 sont différents. Il est par conséquent possible d'empêcher efficacement une double réfraction dans l'organe de transmission de lumière 10 de la lumière transmise à travers celui-ci, pour permettre une réception efficace de la lumière excitée de l'élément photosemi-conducteur 4 par l'organe à fibre optique 11 et pour accroître l'efficacité de transmission du
signal optique.
D'autre part, le couvercle 3 formé d'une matière métallique, telle qu'un alliage fer-nickel-cobalt ou un alliage fer-nickel, par exemple, est fixé par liaison sur la surface supérieure du cadre 2. Ainsi, l'élément photosemi-conducteur 4 est enfermé hermétiquement dans le boîtier composé du substrat 1, du cadre 2 et du
couvercle 3.
Le couvercle 3 est fixé par liaison à la surface supérieure du cadre 2 par soudage à l'aide, par
exemple, du procédé de soudage continu.
Ainsi, grâce au boîtier pour élément photosemi-
conducteur de l'invention, la fabrication du dispositif photosemiconducteur qui constitue un produit fini comprend les étapes suivantes: montage et fixation de l'élément photosemi-conducteur 4 sur la partie de montage la du substrat 1 avec interposition de l'élément Peltier 5, ou d'un dispositif similaire; raccordement électrique de chacune des électrodes de l'élément photosemi-conducteur 4 avec la borne de connexion extérieure 6 correspondante par l'intermédiaire du fil de liaison 8; fixation par liaison du couvercle 3 sur la surface supérieure du cadre 2; installation de l'élément photosemi-conducteur 4 dans le boîtier formé du substrat 1, du cadre 2 et du couvercle 3; et finalement fixation et connexion de l'organe à fibre optique 11 à l'organe de fixation 9 sur le cadre 2. Le dispositif photosemi-conducteur sert à établir une communication optique à grande vitesse,
par exemple, en obligeant l'élément photosemi-
conducteur 4 à exciter une lumière en réponse à un signal d'excitation fourni à partir du circuit électrique extérieur, en faisant en sorte que l'organe à fibre optique 11 reçoive la lumière excitée par l'intermédiaire de l'organe de transmission de lumière formé de verre amorphe, et en transmettant la lumière dans la fibre optique de l'organe à fibre
optique 11.
Bien que la description précédente ait porté sur un
mode de réalisation préféré de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications, comme par exemple la fixation de la borne de connexion extérieure 6 au cadre 2, sans pour autant sortir du cadre de
l'invention.
Claims (5)
1. Boîtier pour élément photosemi-conducteur comprenant: un substrat (1) comportant une partie de montage (la) sur une surface supérieure de laquelle un élément photosemi-conducteur (4) est monté; un cadre (2) fixé sur le substrat (1) de manière à entourer la partie de montage (la) et comportant un trou traversant (2a) sur l'un de ses côtés; un organe de fixation cylindrique (9) fixé autour du trou traversant (2a) du cadre (2) et comportant un espace dans lequel un signal optique est transmis; un organe de transmission de lumière (10) fixé à l'organe de fixation cylindrique (9) pour obturer une partie intérieure de ce dernier; et un couvercle (3) fixé à une surface supérieure du cadre (2) pour enfermer hermétiquement l'élément photosemi-conducteur (4), caractérisé en ce que l'organe de fixation (9) est formé d'un alliage composé de 40 à 60% en poids de fer
et de 40 à 60% en poids de nickel.
2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de transmission de lumière (10) est
formé d'un verre amorphe.
3. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de transmission de lumière (10) est brasé sur l'organe de fixation (9) par l'intermédiaire d'une couche métallisée (12) comprenant une première couche (12a) formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le titane, le titane-tungstène et le nitrure de tantale, une deuxième couche (12b) formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par le platine, le nickel et le nickel-chrome, et une troisième couche (12c) formée de l'un au moins des éléments du groupe constitué par l'or, le platine et le cuivre.
4. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de fixation (9) est soudé à une périphérie extérieure autour du trou traversant (2a) du
cadre (2) par un procédé de chauffage local.
5. Boîtier selon la revendication 4, caractérisé en ce que le procédé de chauffage local est mis en
oeuvre par rayonnement d'un faisceau laser.
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Also Published As
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