Brevet FR2815138A1 — publié le 20020412

STRUCTURE INTERNE A FAIBLE CONTRAINTE POUR BOÎTIER OPTOELECTRONIQUE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention se situe dans le domaine des boîtiers ou modules optoélectroniques, en particulier dans le domaine des boîtiers en plastique. Elle concerne un mode de fixation d'une embase support de composant optoélectronique incluse dans le boîtier. Arrière plan technologique Un module ou boîtier optoélectronique se compose d'un boîtier d'où émergent des connexions optiques et électriques permettant de raccorder le boîtier par exemple à d'autres modules ou à une structure de logement d'un ensemble de modules. Le boîtier loge une embase, par exemple, en silicium en Kovar ou éventuellement en un autre métal. Si, par exemple, le boîtier est métallique, l'embase peut être fixée au boîtier par soudure ou par collage. L'embase comporte une surface fixée à un fond du boîtier ou à un connecteur ou à la fois au fond du boîtier et à un connecteur. L'embase peut comporter des parties superficielles en silice, la partie en silice logeant des parties formant guide d'onde pour une onde lumineuse. L'embase peut comporter des rainures, par exemple en V ou en U, gravées à partir de la surface et dont la fonction est de faciliter le positionnement d'une fibre optique. Des composants optoélectroniques, par exemple, une diode laser et éventuellement d'autre éléments optiques tels que des lentilles sont montés sur une ou plusieurs faces de l'embase, par exemple sur une face de l'embase opposée à la face disposée contre le fond du boîtier. Par la suite le terme composant optique désignera tout composant optique, qu'il s'agisse d'un composant actif comme un laser ou d'un composant passif comme une lentille de couplage ou un guide d'onde en particulier un guide silice intégré à l'embase comme indiqué plus haut. La connexion optique d'un composant optique s'effectue au moyen d'un connecteur intégré au boîtier. Le connecteur reçoit une extrémité d'une fibre optique. L'autre extrémité de la fibre est située face au composant optique, de sorte qu'un signal optique peut passer de la fibre vers le composant ou du composant vers la fibre. Pour un module ou un boîtier, la séquence d'assemblage nécessite la fixation de la fibre à chacune de ses deux extrémités. Pour un module en plastique, la fibre est tout d'abord fixée avec une colle dans une rainure de l'embase, par exemple en V, située face à un composant optique. Ensuite, l'autre extrémité de la fibre est fixée dans le connecteur et dans le même temps l'embase, est fixée à un fond du boîtier ou au connecteur ou à la fois au fond du boîtier et au connecteur, avec la même colle. Pendant l'assemblage des différentes parties du boîtier et au cours de l'utilisation du module, la fibre est soumise à des chocs ou cyclages thermiques. Il s'ensuit que des contraintes de dilatation sont induites dans la fibre en raison des différences de coefficients de dilatation des différentes parties constituant l'ensemble du boîtier équipé. Ces contraintes sur la fibre peuvent provoquer des déplacements des extrémités de la fibre, notamment de l'extrémité située face au composant optique et ainsi à une perte du couplage optique entre la fibre et le composant optique. En général, dans les modules optoélectroniques, la longueur de fibre est de l'ordre d'une dizaine de centimètres. Avec une longueur de cet ordre de grandeur, il est possible de prévoir une courbure d'absorption des dilatations différentielles. Par contre dans les technologies avec montage en surface des composants (SMT), qui utilisent en général des boîtiers plus compacts, la longueur de fibre est de l'ordre de 2 cm. Il n'est plus possible, dans ces conditions, d'utiliser une courbure d'absorption des dilatations différentielles. Il convient donc de trouver une autre solution d'assemblage pour que les extrémités de la fibre et en particulier celle qui est face au composant optique reste à son emplacement nominal malgré les contraintes d'origine thermique. Brève description de l'invention. Selon les inventeurs, l'origine de la contrainte exercée sur la fibre, conduisant au déplacement de l'extrémité faisant face, par exemple au composant optique et éventuellement de l'autre extrémité, provient essentiellement de la différence de dilatation entre la fibre en silice d'une part et les autres éléments tels que le fond du boîtier, le connecteur, l'embase, en plastique, silicium ou Kovar, ou autre métal, d'autre part. La dilatation du boîtier, du connecteur ou de l'embase entraîne une contrainte de tension sur la fibre. Cette contrainte peut conduire à un déplacement de l'une au moins des extrémités de la fibre, et en particulier de l'extrémité située face au composant optoélectronique. Les tolérances de positionnement en vue d'assurer un bon couplage optique de cette extrémité sont en général plus serrées que les tolérances de positionnement de l'extrémité liée au connecteur. Dans le procédé d'assemblage d'un boîtier, selon l'invention, les deux extrémités de la fibre sont fixées sur l'embase et au connecteur d'une façon moins déformable que ne l'est la liaison de l'embase au fond du boîtier ou au connecteur ou au fond du boîtier et au connecteur. La contrainte d'origine thermique exercée au niveau de la fibre est ainsi relâchée, en permettant à l'embase de se déplacer par rapport aux éléments auxquels elle est elle-même fixée, par exemple le fond du boîtier, le connecteur ou les deux. Pour obtenir ce résultat, il suffit que la colle de liaison entre l'embase et les éléments auxquels elle est elle-même fixée, ait un comportement plus élastique que celui de la colle utilisée pour fixer la fibre à l'une au moins et de préférence à chacune de ses deux extrémités. Cela signifie que l'élongation au seuil de plasticité de la colle de liaison entre l'embase et les éléments auxquels elle est elle-même fixée est plus élevée que l'élongation au seuil de plasticité de la colle de fixation de l'une au moins des extrémités de la fibre. En résumé l'invention est relative à un module optique comportant un boîtier ayant un fond et logeant notamment : - une embase sur laquelle est monté un composant optique, et - un connecteur optique, le connecteur et le composant étant couplés par une fibre optique ayant deux extrémités dont l'une est fixée au moyen d'une colle sur l'embase devant le composant optique et l'autre au moyen d'une colle sur le connecteur, l'embase étant fixée au moyen d'une colle sur le fond du boîtier ou sur le connecteur ou à la fois au fond du boîtier et au connecteur, module caractérisé en ce que la colle de fixation de l'embase présente une élongation au seuil de plasticité plus grande que l'élongation au seuil de plasticité de la colle de fixation de l'une au moins des extrémités de la fibre sur l'embase ou le connecteur. Avec cette caractéristique la ou les colles de fixation de l'embase, se déforment d'avantage pour une même contrainte que la ou les colles de fixation des extrémités de la fibre. De la sorte l'embase se déplace pour un niveau de contrainte plus faible que celui qui entraîne le déplacement des extrémités de la fibre, ce qui provoque un relâchement de contrainte sur la fibre. De préférence la déformation au seuil de déformation plastique, de la colle de liaison de l'embase sera de 10 à 100 fois supérieure à celle de la colle de fixation de la fibre. En général cela impliquera que le module d'Young de la colle fixant l'embase soit très inférieur, par exemple inférieur au tiers, du module d'Young de la colle fixant les extrémités de la fibre optique. Naturellement le fait que le connecteur et l'embase sont couplés par une fibre optique, n'exclut pas le cas où le connecteur et l'embase sont couplés par plusieurs fibres optiques, par exemple 4, 8 ou 16. De même le boîtier pourra comporter plusieurs embases ou plusieurs connecteurs. Brève description des dessins. Des exemples de réalisation de l'invention seront maintenant commentés en liaison avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'un module optoélectronique ; - la figure 2 représente une coupe longitudinale selon le plan A-A de la figure 1 d'un boîtier optoélectronique identique ou semblable à celui de la figure 1 ; - la figure 3 représente une coupe longitudinale selon la même ligne A-A de la figure 1 d'un boîtier optoélectronique identique ou semblable à celui de la figure 1, faisant apparaître une autre forme de réalisation. Description d'exemples de réalisation La figure 1 représente une vue éclatée d'un module optoélectronique 1 comportant, d'une part, un boîtier 2 ayant un fond 3, d'autre part, un connecteur 4 venant s'insérer comme indiqué par des flèches verticales dans le boîtier 2, le fond du connecteur 4 étant fixé au fond 3 du boîtier 2. Le boîtier comporte aussi une embase 8 dont la face inférieure est fixée sur le fond 3 du boîtier 2, une face supérieure, c'est-à-dire opposée à la face fixée au fond 3 du boîtier 2 supporte un composant optique 9. Le composant optique 9 est relié par une fibre optique 5 au connecteur 4. La fibre présente deux extrémités 6 et 7. L'extrémité 6 est fixée au connecteur 4, l'extrémité 7 est fixée à l'embase 8 face au composant optique 9. L'embase 8 s'insère dans une partie creuse du connecteur 4 et la fibre optique 5, en particulier, son extrémité 6 vient se fixer dans un logement du connecteur 4 dans le sens indiqué par une flèche horizontale. L'ensemble composé par l'embase 8 portant le composant optique 9 et la fibre optique 5 ainsi que le connecteur 4 vient s'assembler dans le boîtier 2 comme indiqué par les flèches verticales. Des connexions représentées mais non référencées car n'intéressant pas directement l'invention sont également représentées sur cette figure. Le module tel que représenté et décrit-en relation avec la figure 1 ne se distingue pas d'un module tel que connu de l'art antérieur. Il sera vu ciaprès en liaison avec les figures 2 et 3 que la différence entre un module selon l'art antérieur et un module selon l'invention provient des moyens de fixation, c'est à dire en général, des colles employées pour fixer l'embase 8 au boîtier 2 ou éventuellement au connecteur 4. Selon l'invention la force élastique engendrée par la déformation de la couche ou des zones de colle fixant l'embase 8 au boîtier 2 ou éventuellement au connecteur 4 reste inférieure à la contrainte nécessaire pour déplacer l'une des extrémités 6, 7 de la fibre 5. Ainsi toute les configurations connues de l'art antérieur dans lesquelles l'embase et les extrémités de la fibre sont collées peuvent être employées avec l'invention. En particulier l'embase 8 peut ou non comporter une rainure de positionnement et de maintien de la fibre. L'embase 8 peut n'être fixée que sur le fond 3 du boîtier 2, ou pour partie sur le fond 3 et pour partie sur le connecteur 4 ou encore uniquement sur le connecteur 4. La figure 2 représente une coupe longitudinale d'un boîtier 2, identique ou semblable à celui représenté figure 1. Sur cette figure, comme sur la suivante, les éléments ayant les mêmes références que ceux décrits en liaison avec la figure 1 ne seront pas nécessairement commentés. Le boîtier 2 est équipé d'un connecteur 4 et d'une embase 8 portant le composant optique 9. La fibre optique 5 a une extrémité 6 fixée au connecteur 4 et une extrémité 7 fixée sur l'embase 8. Sur cette figure il est décrit un cas dans lequel l'embase 8 ne repose que sur le fond 3 du boîtier 2. Il sera décrit en liaison avec cette figure, la façon dont la fibre optique 5 est fixée, d'une part, à l'embase 8 et, d'autre part, au connecteur 4. Il sera également décrit comment l'embase 8 est fixée au fond 3 du boîtier 2. Des V référencés respectivement 10 et 11 symbolisent le fait que les extrémités 6 et 7 de la fibre sont fixées de façon à ce que la fibre ne bouge pas par rapport, respectivement, au connecteur 4 et à l'embase 8. L'embase 8 est fixée au boîtier 2 par l'intermédiaire d'une colle 12. La couche de colle 12 se situant entre l'embase 8 et le fond 3 du boîtier 2, peut être une couche continue ou discontinue. Selon une caractéristique importante de l'invention, la colle servant à fixer l'embase 8 sur le fond 3 du boîtier 2 a une élongation au seuil de plasticité de l'ordre de 20% ou plus. En général cela se traduit par un module d'Young faible, par exemple inférieur à 2000 MPa. Par contre, la colle servant à fixer au moins l'une des extrémités 6 ou 7 de la fibre 5 respectivement ou les deux extrémités 6 et 7, respectivement sur le connecteur 4 et sur l'embase 8 a une élongation au seuil de plasticité de l'ordre de 2% ou moins. En général une telle colle est une colle à fort module d'Young par exemple égale ou supérieure à 7000 MPa. Ainsi la colle servant à fixer l'embase 8 au fond 3 du boîtier 2 ou à la fois au fond 3 du boîtier 2 et au connecteur 4 ou au connecteur 4 seulement, a une élongation au seuil de plasticité de 10 à 100 fois supérieure à 1'élongation au seuil de plasticité de la colle servant à fixer au moins l'une ou les deux extrémités 6,7 de la fibre optique 5 au connecteur 4 ou à l'embase 8 respectivement. La colle 14 servant à fixer l'extrémité 7 de la fibre 5 sur l'embase 8 pourra être une colle époxy UV, c'est-à-dire dont la réticulation se fait par soumission à un flux ultraviolet. La colle 13 de fixation de l'extrémité 6 de la fibre optique dans le connecteur 4 pourra être une colle époxy thermique dure. Les colles 13 et 14 devront avoir, de préférence, des températures Tg de transition vitreuse élevées, au moins supérieure à la température d'utilisation du module. La colle 12 servant à fixer l'embase 8 sur le fond 3 du boîtier 2, pourra être une colle époxy souple. Compte tenu de la différence dans le comportement élastique des colles 12,13 et 14 l'embase 8 est montée comme flottante sur le fond 3 du boîtier 2 en sorte qu'une contrainte due à des chocs ou des cyclages thermiques se traduira par un déplacement entier de l'embase 8. Par contre, la fibre optique 5 montée de façon plus rigide à l'embase 8 et au connecteur 4 restera solidement fixée et il n'y aura pas de déplacement de la fibre par rapport au composants 9 ou au connecteur 4. La figure 3 représente un autre mode de réalisation dans lequel le connecteur 4 a une partie fixée au fond 3 du boîtier 2. L'embase 8 repose pour partie sur le fond 3 du boîtier 2 et pour partie sur un fond du connecteur 4. Dans l'exemple représenté, l'embase 8 est fixée au moyen d'une colle 12 au fond 3 du boîtier 2 et par une colle 15 au connecteur 4. Dans ce cas, chacune des colles 12 et 15 a une déformation au seuil de plasticité 10 à 100 fois supérieure àla déformation au seuil de plasticité de chacune des colles 13 et 14 utilisées pour fixer les extrémités 6 et 7 de la fibre 5 respectivement au connecteur 4 et à l'embase 8. Les colles 12 et 15 seront de préférence identiques de façon à minimiser les références d'approvisionnement et les manipulations. Les colles 13 et 14 pourront être identiques ou différentes l'une de l'autre en fonction de leur mode de polymérisation. Les zones de répartition des colles 12 et 15 rendent l'embase 8 flottante à la fois, par rapport au boîtier 2 et au connecteur 4. Les colles employées pourront être celles décrites en liaison avec la figure 2. Dans certains montages il peut arriver que l'embase 8 ne soit fixée ou ne repose que sur le connecteur 4. Ce cas n'a pas été représenté sur les figures. Ce dernier cas se déduit du cas représenté figure 3 par exemple simplement en supprimant la colle 12 ou encore par le fait que l'embase 8 repose entièrement sur le connecteur 4. L'invention est particulièrement intéressante lorsque le boîtier 2 est un boîtier plastique présentant un coefficient de dilatation nettement plus élevé que le coefficient de dilatation de l'embase. REVENDICATIONS 1. Module optique (1) comportant un boîtier (2) ayant un fond (3) et logeant notamment : - une embase (8) sur laquelle est monté un composant optique (9), et - un connecteur optique (4), le connecteur (4) et le composant (9) étant couplés par une fibre optique (5) ayant deux extrémités (6,7) dont l'une (7) est collée par une première colle (14) sur l'embase (8) devant le composant optique (9) et l'autre (6) par une seconde colle (13) sur le connecteur (4), l'embase (8) étant collée au fond (3) du boîtier (2) ou au connecteur (4) ou à la fois au fond (3) du boîtier (2) et au connecteur (4) par une troisième (12) et éventuellement une quatrième (15) colle, module caractérisé en ce que une colle (12,15) de fixation de l'embase (8) présente une élongation au seuil de plasticité plus grande que l'élongation au seuil de plasticité d'une colle (13,14) de fixation de l'une au moins des extrémités (6,7) de la fibre (5) sur l'embase (8) ou le connecteur (4). 2. Module optique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élongation au seuil de plasticité d'une colle (12,15) de fixation de l'embase (8) est de 10 à 100 fois plus grande que l'élongation au seuil de plasticité d'une colle (13,14) de fixation de l'une au moins des extrémités (6,7) de la fibre (5) sur l'embase (8) ou le connecteur (4). 3. Module optique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élongation au seuil de plasticité de chacune des colles (12, 15) fixant l'embase (8) est de 10 à 100 fois plus grande que l'élongation au seuil de plasticité de chacune des colles (13,14) de fixation de l'une au moins des extrémités (6,7) de la fibre (5) sur l'embase (8) ou le connecteur (4). 4. Module optique (1) selon la revendications 1,2 ou 3, caractérisé en ce que chacune des colles (12,15) fixant l'embase (8) a un module d'Young très inférieur à celui de chacune des colles (13,14) fixant chacune des extrémités (6,7) de la fibre optique (5) respectivement au connecteur (4) et à l'embase (8). 5. Module optique selon la revendication 4 caractérisé en ce que chacune des colles (12,15) fixant l'embase a un module d'Young inférieur au tiers de celui de chacune des colles fixant chacune des extrémités (6,7) de la fibre optique (5). 6. Module optique (1) selon la revendication 1, dans lequel l'embase (8) est fixée non seulement au boîtier (2) mais aussi au connecteur (4), caractérisé en ce que chacune des colles (12,15) de fixation de l'embase (8) sur le boîtier (2) et le connecteur (4) respectivement présente une élongation au seuil de plasticité plus grande que l'élongation au seuil de plasticité de la colle de fixation de l'une au moins des extrémités (6,7) de la fibre (5) sur l'embase (8) ou le connecteur (4).