Brevet FR2503458A1 — publié le 19821008

Tête optique La présente invention porte sur la réalisation d'une tête optique telle que définie dans un dispositif émetteur ou récepteur électro-luminescent par l'association d'un composant opto-électronique, tel que diode électro-luminescente ou photodiode, et d'une fibre optique assurant la transmission du signal lumineux issu ou capté par le composant opto-électronique. Dans ce dispositif électro-luminescent, le composant optoélectronique est de manière connue reporté par soudure sur un substrat sur lequel sont également reportés, par soudure au moins pour certains d'entre eux, divers composants actifs et passifs définissant un circuit hybride d'amplification associé au composant opto -électronique. Ce substrat avec ses divers composants est monté dans un bottier fermé par un couvercle traversé par la fibre optique dont l'extrémité est placée et, en général, fixée par collage à l'aide d'une résine connue sur la face sensible du composant opto-électronique. La réalisation de tels dispositifs présente de nombreux inconvénients - la traversée du couvercle par la fibre exige que celui-ci soit équipé d'une pièce pour le maintien mécanique de la fibre, cette pièce encombrante et chère sera collée sur le couvercle renforcé, - la traversée du couvercle par la fibre interdit la fermeture du bottier par soudure dite électrique, seule la fermeture du couvercle par collage est possible, - le composant opto-électronique est reporté sur le substrat par soudure par l'intermédiaire d'un jonc or-germanium, ceci met en cause une technique autre que celle par refusion d'étain utilisée par les fabricants de circuits hybrides. La présente invention a pour but notamment d'éviter de tels inconvénients. Elle a pour objet une tête optique définie par l'association d'un composant opto-électronique et d'une fibre optique raccordée audit composant perpendiculairement à sa face sensible, caractérisée en ce que, en vue de son montage sur un substrat de circuit hybride, elle est constituée dans une pièce reportable par refusion d'étain sur le substrat de forme sensiblement en U dont l'un des deux jambages latéraux porte sur sa face intérieure ledit composant tandis l'autre jambage définit un passage pour la fibre optique arrivant parallèlement à la base de cette pièce en U sur le composant. Selon une autre caractéristique ladite pièce en U comporte un substrat auxiliaire sous forme de plaquette définissant la base du U et au moins un élément en alliage à base de ferro-nickel soudé à chacune des deux extrémités du substrat auxiliaire. La tête optique obtenue, à laquelle peuvent être associés des composants actifs et passifs rentrant dans un circuit amplificateur et compatibles à un maintien sur le substrat auxiliaire à des températures supérieures aux températures de fusion d'alliage d'étain-plomb, définit un composant opto-électronique équipé de sa fibre optique, reportable comme un composant discret sur le substrat de circuit hybride par refusion d'étain. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention apparattront au cours de la description d'exemples de réalisation donnés dans le dessin ci-annexé. Dans ce dessin - La figure 1 illustre un dispositif émetteur ou récepteur électro-luminescent selon l'art connu, - La figure 2 illustre le dispositif précédent obtenu conformément à l'invention, - La figure 3 illustre une variante de présentation du dispositif selon la figure 2, - Les figures ha et Xb illustrent à échelle très agrandie la réalisation d'une tête optique, selon l'invention, utilisable dans les dispositifs selon la figure 2 ou 3, - Les figures 5 et 6 illustrent également à échelle très agrandie des variantes de réalisation de la tête optique selon l'invention Dans la figure 1, on a illustré un dispositif émetteur ou récepteur électro-optique selon l'art connu. Ce dispositif comporte, montés sur un substrat en alumine métallisée I - un composant opto-électronique 2, par exemple une diode électro-luminescente ou une photodiode, associé à une fibre optique gainée 3 dont l'extrémité dénudée est placée et fixée sur la face supérieure du composant 2, qui est sa face sensible, perpendiculairement à cette face, - des composants actifs et passifs tels que 4, se présentant sous forme de micro-bottiers, ou de petits pavés soudables à l'étain-plomb tels que des résistances ou des capacités, des diodes, des transistors, définissant avec les connexions électriques 5 réalisées entre eux ou entre les composants et des zones conductrices du substrat un circuit hybride d'amplification associé au composant 2. Cet ensemble est monté dans un bottier 6, dont l'une des parois latérales est traversée par des conducteurs extérieurs 7 reliés à des zones conductrices du substrat et donc au circuit hybride. Le bottier 6 sera obturé par un couvercle 8 traversé par la fibre 3 et équipé de ce fait d'une pièce 9 de maintien mécanique de la fibre. La fermeture du bottier est assurée par collage du couvercle sur les parois latérales. Dans la figure 2, on a illustré le dispositif émetteur ou récepteur précédent réalisé conformément à l'invention. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 et agencés de la même manière sont identifiés dans cette figure 2 par les mêmes références. Selon l'invention, une pièce 10 présentant sensiblement la forme d'un U retourné sur le substrat 1 et portant sur une de ses faces latérales internes le composant opto-électronique, non visible ici, est montée comme un composant discret par refusion d'étain sur le substrat 1 du circuit hybride à composants actifs et passifs 4 et connexions électriques 5. Cette pièce 10, dite tête optique et qui sera décrite ci-après en regard des figures 4a, 'lob, 5 et 6, sert également de support à la fibre optique 13 dont l'extrémité sera comme par le passé disposée perpendiculairement à la face sensible du composant, dans la partie intérieure de la pièce 10.Cette fibre optique 13, avantageusement protégée ainsi qu'il sera vu au cours de la description de la tête optique débouche latéralement de la tête optique 10, vient s'étendre parallèlement au substrat 1 et traverse la paroi latérale du bottier 6 à travers une presse-garniture 14, du type presse-étoupe par exemple, assurant l'étanchéité du passage de la fibre. La fermeture du bottier 6 au moyen du couvercle 8 est assurée dans ce cas par soudure autogène ou par soudure au moyen d'un jonc or-étain ou étain-plomb. Dans la figure 3, on a illustré le dispositif réalisé comme dans le cas de la figure 2 mais non plus monté dans un bottier mais noyé dans un enrobage 15 duquel ne sortent que la fibre 13 et les conducteurs extérieurs 7. La tête optique est décrite plus en détail en regard des figures suivantes, dans lesquelles les éléments identiques seront désignés par les mêmes références. Les figures 4a et 4b illustrent un exemple de réalisation de la tête optique selon l'invention, désignée par la référence 10a. Dans la figure 4a correspondant à une étape intermédiaire de réalisation, on voit que la pièce en U de la Fête optique est formé par une plaquette 20 et deux éléments parallélépipédiques 21 et 22 qui seront rapportés sur sa face supérieure à ses extrémités. La plaquette, avantageusement en alumine, dite substrat auxiliaire porte sur sa face supérieure deux bandes conductrices, métallisées or, 23 et 24 s'étendant respectivement le long de ses extremités, l'une des bandes 24, présentant une excroissance s'étendant jusqu'à une zone médiane. Les deux éléments parallélépipédiques 21 et 22, choisis avantageusement en alliage à base de ferro-nickel doré sont positionnés respectivement en regard des deux bandes conductrices 23 et 24. L'élément 21 en regard de la bande 23 porte sur sa face verticale antérieure un composant opto-électronique 12 équipé de son conducteur électrique 11, ce composant étant par exemple soudé par l'intermédiaire d'un jonc or-germanium ou collé à laide d'une colle époxy chargée à l'argent ou à l'or ; l'élément 22 en regard de la bande 24 présente une ouverture 25 pour le passage de la fibre. Sur cette figure 4a on a en outre schématisé en pointillés, entre les éléments 21 et 22 et les bandes conductrices 23 et 24, deux joncs d'alliage or-étain 26 et 27 pour la soudure de ces éléments sur les bandes conductrices. Dans la figure 'lob, représentant la tête optique terminée, les éléments 21 et 22 sont soudés sur les bandes conductrices par fusion des joncs or-étain précités. La fibre optique 13 protégée par un tube par exemple en matériau connu sous la marque TEFLON, est montée dans l'élément 22 tandis que son extrémité non protégée et dénudée est raccordée à la face sensible du composant opto-électronique 12, la fibre 13 arrivant perpendiculairement à la face sensible du composant 12 et lui étant avantageusement collée à l'aide d'une résine connue sous la dénomination "Stratyl 116". Enfin le conducteur électrique 11 du composant 12 est connecté sur l'exerois- sance de la bande conductrice 24, par exemple par ultrasons ou thermo-compression. Avantageusement la tête optique 10a ainsi obtenue est protégée par un enrobage 29 obtenu par dépôt d'une goutte de résine dans l'espace intérieur laissé libre entre les éléments 21 et 22, cet enrobage assurant un blocage de la fibre protégée dans l'élément 22. La figure 5 illustre une variante de la tête optique selon l'invention, désignée par la référence 10b. Dans cette réalisation, la tête est formée sur un substrat auxiliaire, en alumine métallisée or, 30, qui présente une forme en L. Le composant optoélectronique 12 est reporté directement sur la face verticale métallisée or définissant le petit jambage du substrat 30, ce composant étant par exemple soudé par l'intermédiaire d'un jonc or-germanium ou collé à laide d'une colle époxy chargée à l'or ou l'argent.A l'extrémité opposée de la partie horizontale du substrat, deux éléments parallélépipédiques, 31, 32, en alliage à base de ferronickel doré sont soudés sur la face métallisée or du substrat, par l'intermédiaire d'un jonc or-étain, en laissant libre entre eux un intervalle au moins suffisant pour le passage de la fibre 13 protégée par le tube 28, dont l'extrémité dénudée est raccordée sur la face sensible du composant 12. Sur le substrat 30, des sillons 33 sont formés par retrait de la métallisation en ces parties pour la mise à nu de l'alumine ; ils séparent différentes zones conductrices 36 alors définies sur la face du substrat. On note que la tête 10b comporte, en outre différents composants actifs et passifs 34, se présentant sous la forme de pastilles par exemple, rentrant dans la constitution d'un circuit amplificateur tel qu'obtenu dans le dispositif de la figure 2. Ces composants 34 sont ceux nécessitant des températures de soudure très élevées par exemple des pastilles de silicium dont les faces inférieures dorées sont soudées sur le substrat auxiliaire 30 par l'intermédiaire de joncs or-silicium ou or-germanium ou ceux (composants passifs éventuellement) déposés par sérigraphie à l'aide de pâtes spéciales à cuire à une température très éleyée, supérieure à 4000C. Dans l'exemple illustré, ces composants 34 sont disposés en débordant de part et d'autre d'un sillon 33 sur deux zones conductrices ; des connexions électriques 35 étant ensuite établies convenablement d'une part entre ces zones conductrices et d'autre part entre le conducteur 11 du composant 12 et l'une des zones conductrices, par exemple par ultra-sons ou thermo -compression. Avantageusement, comme la tête 10a de la figure 'lob, la tête 10b est protégée par un enrobage 29 obtenu par dépôt d'une goutte de résine venant remplir les intervalles libres et noyer les divers composants de la tête optique et bloquer la fibre dans le passage entre les éléments 31 et 32. En variante de cette figure 5, le substrat 30 peut présenter directement une forme générale en'J, les deux éléments parallélépipédiques reportés 31 et 32 étant alors remplacés par un deuxième jambage vertical analogue à celui portant le composant opto-électronique 12 et présentant une échancrure pour le passage de la fibre protégée et le positionnement convenable de son extrémité dénudée sur la face sensible du composant opto-électronique 12. Dans la figure 6 on a illustré une tête optique 10c, cette tête 10c étant de même type que la tête 10a mais de dimensions légèrement accrues pour permettre le report à températures élevées de composants actifs et passifs. Dans cette réalisation, la tête est formée sur un substrat auxiliaire 40, en forme de plaquette, en alumine métallisée, des retraits de métallisation définissant sur ce substrat plusieurs zones conductrices indépendantes les unes des autres, ainsi que schématisé. Deux éléments parallélépipédiques 41 et 42 ou 43 et 44, en alliage à base de ferro-nickel doré sont soudés par joncs orétain, non jointifs l'un à l'autre, à chacune des deux extrémités du substrat auxiliaire, l'un des éléments ici l'élément 43, portant sur sa face verticale, le composant opto-électronique 12 qui se trouve disposé face à l'intervalle entre les éléments 41 et 42 soudés à l'autre extrémité du substrat.Cet intervalle sert de passage à la fibre optique 13, protégée par un tube 28 en matériau connu sous la marque Téflon au droit et en amont de ce passage, dont l'extrémité dénudée est montée sur la face sensible du composant 12. Un support auxiliaire 45, avantageusement en alliage à base de ferro-nickel, équipé d'une ouverture 46, est soudé, par jonc or-étain sur le substrat 40 et sert de support auxiliaire à la fibre dénudée 13 qui le traverse. La tête 10c comporte en outre, comme dans la figure 5, plusieurs pastilles 34 soudées sur diverses zones conductrices 36 par l'intermédiaire de joncs or-silicium ou or-germanium ou déposées, le cas échéant, sur ces zones conductrices par sérigraphie, les connexions électriques 35 étant ensuite établies d'une part entre ces pastilles et les zones conductrices convenables et d'autre part entre le conducteur 11 du composant 12 et la zone conductrice convenable. Avantageusement, la tête 10c, comme les têtes 10a et 10b, est également protégée par une goutte de résine venant remplir les intervalles libres et former un enrobage 29 des divers composants ou éléments montés sur le substrat auxiliaire 40 et de la fibre alors bloquée entre les éléments 41 et 42. En regard de la figure 2 notamment, on précise que la tête optique 10, conforme à l'une des têtes 10a à 10c illustrées ou s'en déduisant directement, est assimilable à un composant discret habituel et reportable sur le substrat 1 selon les procédés habituels, la tête optique à ce stade portant déjà sur son substrat auxiliaire tous les composants pour lesquels on utilise une soudure avec des joncs or-silicium ou or-germanium ou des procédés garantissant leur maintien lors du report de la tête sur le substrat 1. On notera, en vue de la soudure de la tête sur le substrat 1, que les éléments parallélépipédiques des figures 4b, 5 ou 6 ou la partie supérieure du jambage vertical en alumine seront dorés. Ainsi, on pose mécaniquement la tête et les divers éléments du circuit hybride, formant avec les composants portés par la tête un circuit d'amplification, en position convenable sur le substrat 1 et on porte l'ensemble à une température, de l'ordre de 1830C, pour assurer leur soudure par refusion d'alliage étain-plomb déposé en correspondance sur les parties soudables sur le substrat 1 et éventuellement sur les parties correspondantes de la tête. Outre le fait qu'il est possible de manipuler et reporter cette tête optique comme un composant habituel, cette présentation permet également de tester la tête optique obtenue, cest-à-dire l'ensemble composant opto-électronique équipé de sa fibre et, le cas échéant, du support de maintien de la fibre. Parmi les autres avantages découlant des représentations données, on peut citer encore - le maintien de la fibre optique au niveau de la tête optique et la sortie de la fibre parallèlement au substrat du circuit hybride évitent tout équipement spécial du couvercle du bottier et permet la fermeture par soudure dite électrique du bottier qui peut être étanche (garniture étanche à la traversée de la fibre protégée) ou permettent un enrobage du circuit porté par le substrat, - au niveau du circuit hybride, la capacité parasite rapportée par la tête optique est faible, de l'ordre de grandeur de celle obtenue pour des reports de pastilles (inférieure à 0,1 pF), - une protection des perturbations électriques est rendue possible par une métallisation de la face extérieure du substrat auxiliaire en alumine de la tête optique. La présente invention a été décrite en regard des représentations données dans les figures annexées. Il est évident qu'il est possible, sans sortir du cadre de cette invention, d'y apporter des modifications de détail et/ou remplacer certains moyens par d'autres techniquement équivalents. REVENDICATIONS 1/ Tête optique définie par l'association d'un composant opto-électronique et d'une fibre optique sur un substrat de circuit hybride, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une pièce (10) reportable par refusion d'étain sur ledit substrat (1), de forme sensiblement en U dont l'un des deux jambages latéraux porte sur sa face intérieure ledit composant opto-électronique (12) tandis que l'autre jambage définit un passage et un maintien pour la fibre optique 13 arrivant parallèlement à la base de cette pièce en U sur la face sensible dudit composant opto-électronique. 2/ Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce en U comporte un substrat auxiliaire en alumine (20, 40) sous forme de plaquette définissant la base du U et au moins un élément (21, 22; 31, 32; 41, 42, 43, 44) en alliage à base de ferronickel soudé sur des zones conductrices ( 23, 24 ; 36) à chacune des deux extrémités dudit substrat auxiliaire définissant chacun desdits jambages latéraux. 3/ Tête optique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque élément en alliage à base de ferro-nickel est soudé par 1' intermédiaire d'un jonc or-étain sur le substrat auxiliaire. 4/ Tête optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce en U comporte un substrat auxiliaire en alumine (30) définissant la base du U et au moins l'un des jambages latéraux. 5/ Tête optique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, montés sur des zones conductrices (36) du substrat auxiliaire en alumine (30, 40), des composants actifs et passifs (34) rentrant dans un circuit amplificateur associé au composant opto-électronique, compatibles à un maintien sur le substrat auxiliaire à des températures supérieures à celle de refusion d'alliage étain-plomb, et des connexions électriques (35) entre composants (34) et avec ledit composant optoélectronique (12) par l'intermédiaire de ces zones conductrices (36). 6/ Tête optique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un support auxiliaire en alliage à base de ferro-nickel (45) soudé sur ledit substrat auxiliaire (40) et percé d'une ouverture (46) pour un maintien supplémentaire de la fibre optique entre lesdits jambages latéraux. 7/ Tête optique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle est protégée par un enrobage (29) obtenu par dépôt d'une goutte de résine entre lesdits jambages latéraux.