Brevet FR2531819A1 — publié le 19840217

La présente invention a pour objet une emba- se pour laser à semiconducteur et son procédé de fa- brication O Une embase pour laser à semiconducteur est une pièce destinée à servir de support mécanique à la structure semiconductrice siège de l'effet laser, à permettre une dissipation de la chaleur dégagée dans cette structure et à faciliter les connexions électri- ques avec und source d'alimentation. Etant donné lextr&me sensibilité de lasers à semiconducteur, le problème de la réalisation d'une embase adéquate a toujours été au premier plan des préoccupations des spécialistes de ce domaine En gé- néral, l'embase utilisée est constituée par un support métallique monobloc dont la face supérieure est polie et reçoit la puce laser Mais une telle structure pré- sente deux inconvénients: la surface supérieure de l'embase se trouve être-* bombée après polissage, du fait de sa dimension im- portante, ce qui nuit à un bon contact thermique entre la puce et l'embase; ' les miroirs du laser, qui encadrent la structure se- miconductrice, sont' très difficilement accessibles, une fois l'ensemble monté. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une emba- se pour laquelle la partie recevant la puce laser est étroite et ne présente pas de bombage et, qui, en ou- tre, laisse accessibles les miroirs du laser O Ce but est atteint, selon l'invention, par l'utilisation d'une embase qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un support métallique monobloc pré- sentant une partie prismatique formée par deux plans également inclinés par rapport a un plan de symétrie, cette partie prismatique étant percée d 1 une fente pra- tiquée dans ce plan de symétrie, une lamelle miétalli- que étant brasée dans la fente, cette lamelle presen- tant un champ supérieeur poli destirn à recevoir une puce laser dont la ongueur est egale à l'épaisseur de la lamelle, le support presentant enr outre un socle plan sur lequel est brasé une plaquette d'intercon- nexion de forme parallélépipédique cette plaquette étant constituée par un substrat isolant recouvert d'une couche métallique suepile d'eftre re"e' par une connexion à la puce laser. De préférence, le support et la lamelle sont en cuivre. De préference encore, la plaquette d'inter- connexion est constituée par un substrat en alumine frittée recouvert sur une face par une couche conduc- trice sérigraphiée à l'or, et sur l'autre face, (des- tinée à être en contact avec le socle) par une couche conductrice de la chaleur réalisée à l'aide d'une pâte' argent-palladium. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de l'embase qui vient d'être définie Ce procédé est caractérisé en ce qu'il com- prend les opérations suivantes: usinage d'un support métallique par fraisage et rec- tification pour former la partie prismatique et le socle, sciage d'une fente dans la partie prismatique et dans le sccle, fabrication d'une lamelle par laminage d'une bande métallique, découpage à la longueur désirée% recti- fication sur trois champs et polissage du quatrième, fabrication d'une plaquette d'interconnexion par sérigraphie d'une pâte métallique sur un substrat isolant, introduction de la lamelle dans la fente,, le champ poli étant à la partie supérieure et mise en, place de la plaquette d'interconnexion sur le socle, brasage de la lamelle et de la plaquette. Les caractéristiques de l'invention appa- raitront mieux après la description qui suit, d'exem- ples de réalisation donnés à titre explicatif et nul- lement limitatif Cette description *se réfère à des dessins sur lesquels: la figure I représente une vue générale d'une embase conforme à l'inventions la figure 2 représente le support monobloc, la figure 3 représente le support après sciage, la figure 4 représente une lamelle, la figure 5 représente une plaquette dlintercon- nexion O L'embase représentée sur la figure 1 com- prend un support métallique monobloc 10 présentant une partie prismatique 12 formée par deux plans également inclinés par rapport au plan de symétrie de l'ensem- ble' Cette partie prismatique est percée d'une fente 13 pratiquée dans le plan de symétrie Une lamelle métallique 14 est brasée dans la fente, cette lamelle présentant un champ supérieur poli destiné à recevoir une puce laser 15 La longueur de cette puce est égale à l'épaisseur de la lamelle Le rayonnement laser est donc dirigé transversalement O L'embase comprend enco- re un socle 11 sur lequel est brasée une plaquette d'interconnexion 16 de forme parallélépipédique Le support peut comprendre des trous de fixation 18. On conçoit que la forme prismatique 12 déga- ge la puce laser et les miroirs sans pour autant nuire au contact thermique qui reste établi sur la totalité de la base de la puce laser. Le procédé de fabrication d'une telle embase peut comporter les opérations suivantes, dans ce qui n'est qu'un exemple de mise en oeuvre. Le support est obtenu par fraisage et recti- fication d'un rond ou d'un étiré de cuivre, par exem- ple de type Cu Alrecuit On obtient la pièce représen- tée sur la figure 2, avec son socle 11 et sa partie prismatique 12. La fente 13 est obtenue par sciage sur frai- seuse à l'aide d'une fraise-scie de largeur telle qu'on obtienne en une seule passe la largeur souhai- tée Celle-ci est égale,à l'épaisseur de la lamelle à monter, augmentée de 30 à 40 fm - Un ébavurage est ensuite effectué, suivi d'un dégraissage aux solvants chlorés ou fluorés dans un bac à ultrasons. La pièce obtenue est représentée sur la fi- gure 3. La lamelle est ensuite réalisée de préféren- ce en cuivre Cu Al recuit, comme pour le support La matière est approvisionnée en feuilles d'o sont ti- rées des bandes de largeur 2,5 mm et d'environ 250 mm de longueur Chaque bande est passée dans un laminoir pour amener son épaisseur à celle de la lamelle à 1 im Les bandes sortant de laminage sont découpées à une longueur de 4,5 mm à l'aide d'une fraise-scie. Après découpe, les lamelles sont nettoyées à l'aide d'un solvant chloré ou fluoré Chaque lamelle subit alors une rectification sur trois faces, référencées 23, 25, 26 sur la figure 4, les faces 21 et 22 restant brutes de laminage Les lamelles font ensuite l'objet d'un polissage sur leur face 24 destinée à recevoir la puce laser Pour cette opération de polissage, un bloc de lamelles est maintenu dans un montage spécial pos- sédant deux flasques venant en appui sur les faces latérales, respectivement 21 et 22, des deux lamelles 25318 19 d'extrémité du bloc Après polissage du bloc, les la- melles sont séparées les unes des autres Cette maniè- re de procéder permet deobtenir une face 24 poli-mi- roir sans faire tomber les bords Seuls les bords du montage enserrant les lamelles présentent un bord abattu O La plaquette d'interconnexion est représen- tée sur la figure 5 Elle est constituée d'un substrat en alumine frittée recouvert d'une couche conduc- trice 32 servant à l'interconnexion et réalisée par sérigraphie d'une pate à l'or sans verre La face in- férieure servant à la fixation sur le socle du support est recouverte d'une couche 34 obtenue à l'aide d'une pâae argent-palladium O Plusieurs plaquettes peuvent être sérigraphiées simultanément et cuites sur un sub- strat d'alumine, lequel est ensuite découpé à l'aide d'Un équipement d'usinage par faisceau laser. La lamelle est fixée par brasage tendre dans la fente pratiquée dans le support L'alliage d'apport est choisi en fonction de sa température de fusion et des caractéristiques de tenue thermique demandée à l'embase Par exemple pour une tenue à 1600 C, on peut. utiliser un alliage étain 62,5 %, plomb 36 %, ar- gent 1,5 % dont, la température de fusion est 1790 Co Pour une tenue à 2000 C, on peut utiliser un alliage étain 95 % antimoine 5 % dont la température de fusion est 2400 C. L'opération de montage de la lamelle com- prend deux phases z revêtement des faces de la fente par le métal deapport, puis brasage de la lamelle. Le revêtement des faces de la fente est, ef- fectué en utilisant une préforme de l'alliage d'apport choisi, ce qui permet de ne traiter que la fente. La misè en oeuvre de cette méthode se fait de la manière suivante z après dégraissage aux sol- vants chlorés ou fluorés, on décape le support de la figure 3 dans une solution à 5 % d'acide chlorhydri- que On prépare une préforme en alliage d'apport dont les dimensions sont longueur longueur de a fente épaisseur = largeur de la fente largeur = entre 400 et 600 um. On engage la préforme en la centrant dans la fente de manière qu'elle affleure a la pattie supérieure On porte le support à une température légèrement supé- rieure à la temperature de fusion de la préformer par exemple en le posant sur une plaque chauffante La préforme fond en s'écoulant sur les c 8 tes et le fond de la fente Pendant que l'alliage est en fusion, on passe dans la fente un feuillard d'acier inoxydable dont l'épaisseur est égale à celle de la fente moins vm Un mouvement longitudinal de va et vient est appliqué au feuillard, ce qui permet d'obtenir un dé- pot sans surépaisseuro On revet du meme alliage la partie plane du support devant recevoir la plaquette d'interconnexion On refroidit l'ensemble en plaçant le support sur un bon dissipateur thermique. A partir d'un support ainsi préparé, on in- troduit dans la fente une préforme d'alliage de même nature que celle qui a été utilisée précédemment, mais dont les dimensions sont: longueur: 2 mm largeur: 0,6 mm épaisseur: celle de la largeur de la fen- te moins 100 im. On engage la lamelle dans la fente en la centrant On place en position sur son support la pla- quette d'interconnexion On porte le support de monta- ge à la temperature de fusion de la préforme et on effectue sur les extrémités de la lamelle une pression 253 1819 permettant d'amener celle-ci en butée au fond de la fente. Au cours de cette opérations la lamelle et la plaquette d'interconnexion se trouvent brasées si- multanément On refroidit la pièce, puis on nettoie celle-ci dans un solvant chloré Les embases sont alors stockées en enceinte déshydratée. L'ensemble monté peut faire l'objet deun traitement de surface par dép 8 ts électrolytiques com- prenant un dép 8 t de nickel brillant de 0,5 à 1 Vm d'épaisseur, revêtu lui-même d'un dépôt d'or de 0#4 à 0,6 wm d'épaisseur. REVENDICATIONS 1 Embase pour laser à semiconducteur carac- térisée en ce qu'elle comprend un support métallique monobloc ( 10) présentant une partie prismatique ( 12) formée par deux plans également inclinés par rapport à un plan de symétrie, cette partie prismatique étant percée d'une fente ( 13) pratiquée dans ce plan de sy- métrie, l'embase comprenant encore une lamelle métal- lique ( 14) brasée dans la fente ( 13), cette lamelle présentant un champ supérieur poli destiné à recevoir une puce laser ( 15) dont la longueur est égale à l'é- paisseur de la lamelle, le support présentant en outre un socle plan ( 11) sur lequel est brasée une plaquette- d'interconnexion ( 16) de forme parallélépipédique, constituée par un substrat isolant ( 30) recouvert d'une couche métallique ( 32) susceptible d'être reliée par une connexion ( 17) à la puce laser. 2 Embase selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le support et la lamelle sont en cui- vre. 3 Embase selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la plaquette d'interconnexion ( 16) est constituée par un substrat en alumine frittée ( 30) re- couvert sur une face par une couche conductrice ( 32) sérigraphiée à l'or. 4 Embase selon la revendication 3, caracté- risée en ce que la plaquette d'interconnexion ( 16) est recouverte sur la face destinée à être en contact avec le socle d'une couche conductrice de la chaleur ( 34) réalisée à l'aide d'une pâte argent-palladium. 5 Embase selon-l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est recou- verte d'un dépôt électrolytique de nickel revêtu d'un -dépôt d'or. G Procédé de fabrication d'une embase con- forme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes usinage d'un support métallique ( 10) par fraisage et rectification pour former le socle plan ( 11) et la partie prismatique ( 129 D sciage d'une fente ( 13) dans la partie prismatique ( 12) et dans le socle ( 11) fabrication d'une lamelle ( 14) par laminage d'une bande métallique découpage à la longueur désirée, rectification sur trois champs ( 23, 25, 26) et po- lissage du quatrième ( 24) devant recevoir la puce laser, fabrication d'une plaquette d'interconnexion ( 16) par sérigraphie d'une pâte métallique sur un sub- strat isolant ( 30), introduction de la lamelle ( 14) dans la fente et mise en place de la plaquette d'interconnexion ( 16) sur le socle, brasage de la lamelle ( 14) et de la plaquette ( 16). 7 Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que l'opération de polissage porte sur un bloc de lamelles toutes polies en même temps. 8 Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que l'opération de brasage comprend les opérations suivantes g on introduit dans la fente ( 13) une première préfor- me en un alliage d'apport présentant une longueur égale à la largeur de la fente, cette préforme af- fleurant la partie supérieure de la fenteu on porte l'ensemble à une température légèrement su- périeure à la température de fusion de la préforme, pendant que l'alliage est en fusion, on passe dans la fente un feuillard qu'on anime d'un mouvement de va-et-vient, on revêt du même alliage la partie plane (il) du support dest inée à recevoir 'le, plaquette dl intercon- nexion, on introduit dans la fente ine secende préforme du- dit alliage de lor -neur plus faible que la longueur de la fente, on engage une lartol-le dan la Zn on place sur le socla la plaqette dl ienterconne ion, on porte llensec Able à la t auede fusion ae la Pr 6 forime et on effectue soir les axrri e la lamelle une pression perniett 11 ant damener celle-ci en butée avec le fgond de la fente. i