Brevet FR2542100A1 — publié le 19840907

2542100, -1- "PROCEDE DE COUPLAGE-DE DEUX ELEMENTS OPTIQUES CONSTITUANT UN DISPOSITIF DE TRANSMISSION D'INFORMATIONS LUMINEUSES, ET DISPOSITIF AINSI OBTENU" La présente invention concerne un procédé de coupla- ge d'un dispositif de transmission d'informations lumineuses comportant une opération de centrage d'un premier élément optique par rapport à un second, ledit premier élément étant constitué d'une fibre optique et le second comportant un composant optoélectronique portant au moins une jonction créée dans un corps semiconducteur et dont les prises de contact sont formées de couches métalliques disposées à la surface des diverses régions semiconductrices dudit corps, procédé selon lequel on amène la face active d'une extrémité de ladite fibre en regard du second élément dans une posi- tion telle que le rendement de transfert des rayonnements lumineux transmis par ladite fibre est optimal, l'ensemble étant maintenu dans cette position jusqu'à enrobage dans une matière plastique opaque formant une enveloppe étanche aux rayonnements lumineux extérieurs. La présente invention concerne également le disposi- tif obtenu par ce procédé. Dans le domaine des télécommunications, il est connu de remplacer certaines liaisons électriques coaxiales entre appareillages électroniques par des liaisons optiques obte- nues par l'intermédiaire de fibres optiques placées dans une enveloppe appropriée et interconnectant une source émettrice de lumière et un photorécepteur. Ces fibres optiques, utilisables dans des gammes de fréquences élevées, présentent l'avantage d'être insensi- bles aux perturbations parasites extérieures et ont un coef- ficient d'atténuation plus faible que les câbles coaxiaux classiques. -2 2542100 Pour des raisons de poids et d'encombrement et pour des raisons de coat évidentes, le diamètre de la section active d'une fibre optique se trouve stabilisées l'heure actuelle autour de 50/um Or, un tel type de fibre est généralement associé à des composants électroniques, notam- ment des sources émissives de lumière, créés-sur des cris- taux semiconducteurs dont la jonction photoactive présente un diamètre de dimension sensiblement équivalente Dans ces conditions, sachant que l'angle d'acceptance d'une fibre optique peut ne pas dépasser 100, il est évident que si la source émissive n'est pas suffisamment directive ou si la face active de la fibre, c'est-à-dire la face en regard de la jonction semiconductrice, n'est pas mise en place avec précision, le rendement de transfert ou de couplage est notablement réduit. Pour assurer une transmission-optimale des informa- tions dans une fibre, il est donc-souhaitable, d'une part d'introduire dans ladite fibre un maximum de lumière, et d'autre part d'établir avec un très grand soin le centrage et la distance entre la source émissive et la face active de la fibre. Il en découle que la mise en place d'une fibre à peine visible pour un oeil non exercé face à une source lumineuse de diamètre équivalent à celui de ladite fibre présente de grandes difficultés techniques. Lorsqu'il s'agit du couplage d'une fibre optique avec un composant optoélectronique photorécepteur, le problème du centrage d'un élément par rapport à l'autre ne se pose pas avec la même acuité. En effet, dans les dispositifs connus, l'élément pho- torécepteur est généralement une diode semiconductrice dont le diamètre de jonction est supérieur à celui de la section de la face active de la fibre, ce qui autorise une certaine marge d'erreur dans la mise en place et le centrage des élé- ments Cependant, si l'on est amené à réduire la surface de la diode photoréceptrice par rapport à celle de la section de la fibre, on rencontre les mêmes difficultés que dans le -3 2542100 cas plus largement exposé ci-dessus du centrage d'une fibre par rapport à une source émissive. Pour faciliter l'assemblage d'un dispositif de transmission par fibre, les composants optoélectroniques, ou composants d'extrémité, sont souvent rattachés à une fibre dite de transfert d'informations par l'intermédiaire d'une fibre de faible longueur, dite fibre amorce, défini- tivement fixée à chacun desdits composants Cette solution, intéressante sur le plan industriel, nécessite également un parfait centrage de la fibre amorce par rapport au compo- sant optoélectronique. Dans une forme récente, les dispositifs de transmis- sion par fibre comportent à chacune de ses extrémités un composant optoélectronique porté par un support métallique et enrobé dans une enveloppe en matière plastique opaque. Dans cette enveloppe et en regard dudit composant optoélec- tronique, est formé un conduit dans lequel est introduite et fixée une extrémité de la fibre transfert ou de la fibre amorce. Tl va de soi que le centrage du composant optoélec- tronique disposé sur une face plane d'un support relative- ment large servant à la fois d'embase et de dissipateur par rapport à la fibre optique guidée par le conduit ainsi que le respect de la distance entre ledit composant optoélectro- nique et la face active de l'extrémité de la fibre sont relativement difficiles à obtenir En effet, les tolérances de dimensions des diamètres de la fibre optique et du con- duit nécessaires à l'introduction aisée de la fibre font souvent apparaître un jeu non négligeable entre ces divers éléments. Or, entre le moment de la mise en coïncidence de la fibre avec le composant optoélectronique et le moment de la fixation de ladite fibre dans le conduit, s'écoulé un temps généralement assez long pendant lequel il faut maintenir les éléments dans leur position initiale. Les solutions actuellement connues sont rares et, dans la plupart des cas, leur mise en oeuvre nécessite de a 2542100 nombreuses opérations et une précision mécanique importante qui les rendent couteuses O Un procédé couramment employé consiste à utiliser une diode semiconductrice dite "de BURRUS'" dans la cavité de laquelle on'introduit l'extrémité de la fibre optique dont la face active est appliquée sur le fond de ladite cavité. Cependant, malgré le soin apporté à la mise en place des éléments, la précision de l'assemblage reste insuffi- sante: ce manque de précision provoqué non seulement par le jeu des tolérances des dimensions de la cavité et de la fibre optique, mais également par le retrait ou le glisse- ment de la résine lors de sa polymérisation, conduit à un rendement de transfert médiocre O La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients O Pour ce faire, elle s'appuie sur le fait que la meilleure manière d'obtenir un transfert lumineux élevé entre une fibre optique et un composant optoélectronique consiste à appliquer la face active située à l'extrémité de ladite fibre au plus près de la jonction semiconductrice dudit composant, et elle-s'appuie également sur les progrès réalisés dans les techniques de dépôts métalliques locali- sés utilisées habituellement dans l'industrie des semicon- ducteurs tels que transistors ou circuits intégrés. En effet, la présente invention concerne un procédé de couplage d'un dispositif de transmission d'informations lumineuses comportant une opération de centrage d'un premier élément optique par rapport à un second, ledit premier élé- ment étant constitué d'une fibre optique et le second com- portant un composant optoélectronique portant au moins une jonction créée dans un corps semiconducteur et dont les prises de contact sont formées de couches métalliques dispo- sées à la surface des diverses régions semiconductrices dudit corps, procédé selon lequel on amène la face active d'une extrémité de ladite fibre en regard du second élément dans une position telle que le rendement de transfert des rayonnements lumineux transmis par ladite fibre est optimal, 2542100 l'ensemble étant maintenu dans cette position jusqu'à enro- bage dans une matière plastique opaque formant une envelop- pe étanche aux rayonnements lumineux extérieurs, notamment remarquable en ce que, lors du soudage par thermocompres- sion de fils de connexion sur les plages métalliques de contact, on crée sur celles-ci des plots de forme partiel- lement sphérique et de section supérieure à celle desdits fils, lesdits plots étant disposés d'une manière telle qu'ils circonscrivent un domaine circulaire de diamètre égal à celui de la fibre optique, en ce que l'on fait glis- ser l'extrémité de cette dernière entre lesdits plots de manière à en appliquer la face active contre les plages métalliques de contact du composant optoélectronique, et en ce que l'on immobilise ladite extrémité de la fibre dans cette position avant de l'enrober dans la matière plastique opaque constituant l'enveloppe de protection - La mise en oeuvre de ce procédé présente de nombreux avantages L'expérience a montré, en effet, que la mise en place sans précautions spéciales de la fibre optique en regard du composant optoélectronique conduit à des rende- ments de transfert très corrects. Par ailleurs, cette mise en oeuvre peut être effec- tuée sans faire appel à des opérations supplémentaires et/ou à des appareillages spéciaux Il sera avantageux, par exem- ple, de réaliser le soudage des fils de connexion sur les plages métalliques de contact par un procédé de thermocom- pression connu des spécialistes sous le nom de "soudage par tête de clou". Le principe de ce procédé de soudage consiste, en effet, à descendre et à presser sur les plages métalliques de contact l'extrémité d'un fil à laquelle on a donné préa- lablement la forme-d'une boule et qui, après pressage, prend la forme d'un plot renflé Dans ces conditions, on obtient simultanément le soudage des fils de connexion et la réalisation des plots partiellement sphériques conformes à la présente invention Les quatre plots étant sensiblement sphériques, le guidage de la fibre est favorisé par les -6 2542100 contours arrondis qui forment entonnoir L'utilisation de l'appareillage adapté à ce procédé de soudage permet de bénéficier, en outre, de ses avantages propres, à savoir précision dans la mise en place des plots (résolution de l'ordre de 4/um), rapidité ( 4 plots déposés par seconde), automatisation de l'opération de dépôt à partir d'une pro- grammation précise obtenue manuellement. Pour faciliter ladite programmation de l'opération de dépôt et pour garantir un appui latéral de l'extrémité de la fibre optique en au moins trois points, les plages métalliques de contact et les plots qui les recouvrent sont avantageusement au moins au nombre de quatre. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention s'ap- plique à tous les types de dispositifs de transmission par fibre optique, mais elle est particulièrement intéressante dans le cas de dispositifs à sortie de fibre dite latérale. On sait, en effet, que les dispositifs de transmission par fibre sont fixés le plus souvent sur des circuits imprimés portés par des cartes enfichables disposées parallèlement entre elles et entre lesquelles l'espace est restreint Il est donc préférable que la fibre optique sortant de chacun des dispositifs soit orientée dans une direction parallèle au plan desdites cartes et non dans une direction perpendi- culaire. La présente invention concerne également le disposi- tif de transmission d'informations lumineuses obtenu par le procédé ci-dessus décrit et comportant notamment deux élé- ment optiques dont le premier est constitué d'au moins une fibre optique et dont le second élément comporte essentiel- lement un composant optoélectronique créé dans un corps semi- conducteur et dont les prises de contact sont formées de couches métalliques superficielles, les deux éléments opti- ques étant maintenus et enrobés dans une matière plastique opaque, dispositif notamment remarquable en ce que l'extré- mité de la fibre optique est serrée entre des plots métalli- ques de forme partiellement sphérique déposés à la-surface des plages de contact du dispositif. -7 2542100 La description qui va suivre, en regard des figures décrivant des exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée O La figure l représente une vue de face très schéma- tisée du dispositif de transmission d'informations lumineu- ses obtenu par le procédé selon l'invention. La figure 2 représente une vue de dessus de ce même dispositif. Il est a noter que, sur les figures, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre le dessin plus clair. Conformément aux figures l et 2, et selon le procédé selon l'invention, on part d'un cristal semiconducteur 1 soudé sur une couche métallique 7 d'un support isolant 8 et disposant d'un ensemble de plages métallisées 2 et 3 parfai- tement localisées autour d'une jonction J, sur lequel on crée des plots métalliques 4 à l'aide de la machine de sou- dage par thermocompression utilisée simultanément pour la mise en place des fils de connexion 5 O En fait, ces plots sont obtenus par l'écrasement d'une boule préalablement for- mée à l'extrémité du fil de connexion. Lesdits plots métalliques 4 sont donc destinés à cir- conscrire un domaine o la-fibre optique 6 vient se loger sans difficultés sur l'axe même et au plus près de la jonc- tion J, en prenant appui par sa face active 6 a sur les pla- ges 2 et 3, et guidée par lesdits plots 4. Le second but desdits plots est de permettre la réa- lisation du contact avec l'extérieur des régions la et lb du cristal semiconducteur 1 par l'intermédiaire des plages métalliques 2 et 3, et de couches métalliques telles que la couche 9 déposée sur le support isolant 8. De préférence, le nombre des plots métalliques 4 est au moins choisi égal à quatre de manière à ce que, dans l'hypothèse ou l'emplacement de l'un d'entre eux par rapport à l'endroit prévu serait légèrement décalé, la fibre 6 soit cependant guidée par plus de deux points d'appui. 8 2542100 L'ensemble constitué du cristal semiconducteur ( 1), des plages métalliques ( 2, 3), des plots ( 4), des fils-( 5) et de l'extrémité de la fibre ( 6) est-ensuite enrobé dans une-enveloppe de protection en matière plastique opaque non représentée sur la figure. _ 9 _ 25 542100 REVENDICATIONS - 1 Procédé de couplage d'un dispositif de transmis- sion d'informations lumineuses comportant une opération de centrage d'un premier élément optique par rapport à un second, ledit premier élément étant constitué d'une fibre optique ( 6) et le second comportant un composant optoélec- tronique portant au moins une jonction (J) créée dans un corps semiconducteur ( 1) et dont les prises de contact ( 2, 3) sont formées de couches métalliques disposées à la surface des diverses régions semiconductrices (la, lb) dudit corps ( 1), procédé selon lequel on amène la face active ( 6 a) d'une extrémité de ladite fibre ( 6) en regard du second élé- ment dans une position telle que le rendement de transfert des rayonnements lumineux transmis par ladite fibre est op- timal, l'ensemble étant maintenu dans cette position jusqu'à enrobage dans une matière plastique opaque formant une enveloppe étanche aux rayonnements lumineux extérieurs, caractérisé en ce que, lors du soudage par thermocompression de fils de connexion ( 5) sur les plages métalliques de contact ( 2, 3), on crée sur celles-ci des plots ( 4) de forme partiellement sphérique et de section supérieure à celle desdits fils ( 5), lesdits plots ( 4) étant disposés d'une manière telle qu'ils circonscrivent un domaine circulaire de diamètre égal à celui de la fibre optique ( 6), en ce que l'on fait glisser l'extrémité de cette dernière entre lesdits plots ( 4) de manière à en appliquer la face active ( 6 a) contre les plages métalliques de contact ( 2, 3) du composant optoélectroniqueet en ce que l'on immobilise ladite extré- mité de la fibre ( 6) dans cette position avant de l'enrober dans la matière plastique opaque constituant l'enveloppe de protection. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée au moins quatre plages métalliques de con- tact ( 2, 3) et au moins quatre plots ( 4) à la surface du corps semiconducteur ( 1). -10 2542100 3 Dispositif de transmission d'informations lumi- neuses obtenu par le procédé conforme aux revendications 1 et 2, et caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre optique ( 6) est serrée entre des plots métalliques ( 4) de forme partiellement sphérique déposés à la surface des pla- ges de contact ( 2, 3) dudit dispositif.