DK163761B

DK163761B - Optisk komponent og hus til en saadan komponent.

Info

Publication number: DK163761B
Application number: DK547384A
Authority: DK
Inventors: Hideaki Nishizawa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1992-03-30
Also published as: DK547384A; AU1319788A; FI82999C; EP0145316B1; FI844473L; AU592256B2; DK33291D0; US4727649A; EP0313174A2; NO169684C; DK547384D0; FI844473A0; FI82999B; EP0313174A3; DK33291A; EP0145316A3; EP0313174B1; DK163761C; CA1267468C; DE3486214T2

Description

DK 163761 B

Opfindelsen angår en optisk komponent og hus til en sådan komponent, f.eks. lysdiode og fotodiode.

Til en optisk komponent såsom lysdiode eller fotodiode stilles der følgende teknologiske krav: 5 a) Den skal have en lysindføringsstruktur, der er lystransparent.

b) Den skal have en plade- eller trådforbindelse med elektrodeterminalerne.

c) Komponentens chip skal være hermetisk inde- ^ q lukket.

d) der skal være en meget effektiv kobling med en optisk fiber. Dette indebærer at diodechip'en skal være tilstrækkelig tæt ved endefladen på den optiske fiber og at den skal have en stor åbningsvinkel. Endvidere 15 må der på chip* en være en ren overflade, der ikke er plettet af andet materiale.

Der er foretaget diverse forsøg på at forbedre sådanne komponenter med det sigte at opfylde de ovenfor nævnte krav, navnlig det under d) anførte krav.

20 Med henblik herpå angår opfindelsen et hus til en optisk komponent, og af den art, der indbefatter: et safirunderlag og et bindelag, der er tilvejebragt på oversiden af safirunderlaget ved trykning og efterfølgende påbrænding af en elektrisk ledende pasta, der i bin-25 delaget efterlader et pastafrit område til dannelse af en åbning, hvorved lyset kan passere igennem safirunderlaget og åbningen, hvilket hus ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at oversiden af safirunderlaget er udformet med en fordybning med skrånende sider, og at 30 den elektrisk ledende pasta er således placeret, at dens kanter rundt om åbningen befinder sig på de skrånende sider af fordybningen således, at bindelagets øvre kontaktflade efter påbrænding i hovedsagen er plan.

Herved opnås bl.a. at den optiske komponent, der 35 skal påmonteres bindelaget, kommer til at ligge tæt ved safirunderlaget, parallelt med safirunderlaget, eftersom bindelagets øvre kontaktflade efter påbrænding i 2

DK 163761 B

hovedsagen er plan, og således at der med en sådan placering af den optiske komponent sikres bred åbningsvinkel for lys igennem safirunderlaget.

Opfindelsen angår endvidere en optisk komponent 5 med et sådant hus, hvilken komponent ifølge opfindelsen er ejendommelig ved en optisk komponentchip, forbundet med bindelaget og indrettet til at modtage og udsende lys fra den side, der er forbundet med bindelaget, og ved at den optiske komponentchip har en elektrode og et 10 lag af loddemateriale, tilvejebragt sekventielt på den side der vender mod bindelaget, idet både elektroden og loddelaget har et hul til lystransmission, og at den optiske komponentchip er således bundet til bindelaget ved hjælp af loddelaget, at hullerne i loddelaget og i 15 elektroden svarer til åbningen i bindelaget.

I denne udformning opnår man en indkapsling af optisk komponent, der er fri for problemer såsom overflydning af loddemateriale i det lysmodtagende eller -afgivende område, samtidigt med at man som ovenfor an-20 ført opnår en helt korrekt placering af komponenten i forhold til safirunderlaget.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor

Fig. 1 viser et snit gennem en konventionel, ind-25 kapslet optisk komponent med glasvindue på oversiden, fig. 2 et snit gennem en konventionel, indkapslet optisk komponent med safirvindue på oversiden, fig. 3-5 snitbilleder gennem konventionelle, indkapslede optiske komponenter med lyspassage på undersi-30 den, fig. 6 i større målstok et billede, der viser bredden af indfaldende lysbundt til lysmodtageren i en konventionel konstruktion med lyspassage på undersiden, fig. 7 et billede, der viser bredden af indfal-35 dende lysbundt til lysmodtageren i en konventionel konstruktion med lyspassage på undersiden, i det tilfælde 3

DK 163761 B

hvor den optiske komponentchip er forskudt fra den foreskrevne position, fig. 8 et planbillede af en indkapslet optisk komponent på et safirunderlag, med hætten fjernet, 5 fig. 9 et snitbillede langs snitlinien IX-IX i fig. 8, fig. 10 et snitbillede gennem den optiske komponent, hvori chip’en er bundet til den i fig. 9 viste indkapsling, 10 fig. 11 i større målstok en væsentlig del af det i fig. 8 og 9 viste bærelag, fig. 12 et snit langs snitlinien XII-XII i fig.

11, fig. 13 et snit gennem et safirunderlag med mas-15 keprintet guldpasta, fig. 14 et snit gennem safirunderlaget efter på-brænding af guldpasta i en ovn, fig. 15 et snitbillede, der viser anbringelsen af en optisk komponentchip på guldpastalaget, 20 fig. 16 et snitbillede gennem en konventionel fotodiodechip af mesa-typen, fig. 17 et snitbillede, der viser et bærelag på et underlag af keramik med lysindføringshul, fig. 18 et snitbillede, der viser en ring af 25 loddemateriale på det i fig. 17 viste bærelag, fig. 19 et snit, der viser et fotodiodechip, som anbringes på ringen af loddematerialet ifølge fig. 18 og loddes dertil, fig. 20 et snit, der viser en ring af loddemate-30 riale, der er forskudt fra den foreskrevne placering på det i fig. 17 vist bærelag, fig. 21 et snit, der viser en fotodiodechip anbragt på ringen af loddematerialet ifølge fig. 20 og loddet dertil, 35 fig. 22 et snitbillede gennem safirunderlaget, fig. 23 et snitbillede, der viser det i fig. 22 viste safirunderlag udformet med en fordybning,

DK 163761B

4 fig. 24 et snitbillede, der viser maskeprintning af safirunderlaget med guldpasta, således at kanterne af guldpastalaget befinder sig i den skrånende del af fordybningen i underlaget 5 fig. 25 et snit, der viser safirunderlaget efter påbrænding af guldpastaen, fig. 26 et snitbillede, der illustrerer forholdet mellem den lysmodtagende del og åbningsvinklen for den optiske komponentchip opstillet i indkapslingen ifølge 10 opfindelsen, fig. 27 et snit gennem et udførelseseksempel på en fotodiode af mesa-typen i overensstemmelse med opfindelsen, fig. 28 et snit, der viser det trin, hvor den i 15 fig. 27 viste mesa-fotodiodéchip anbringes på safirunderlaget med henblik på indkapsling, og fig. 29 et snit, der viser det trin, hvor den i fig. 27 viste mesa-fotodiodechip placeres på et keramikunderlag med henblik på indkapsling.

20 KENDT TEKNIK I

Pig. 1 viser et snit gennem en kendt form for indkapslet fotodiode. Denne form for indkapsling er en meget almindelig type, hvori lyset fra en optisk fiber trænger ind gennem oversiden. Som vist i fig. 1 omfatter 25 et hus 1 af typen T018 en skål 2 og en hætte 3, der dækker oversiden af skålen 2. Hætten 3 er udformet med en central åbning, hvori der er indlagt et legeme af transparent kovarglas, der danner et vindue 4.

En fotodiodechip 5 er forbundet ("die-bonded") med 30 oversiden af skålen 2. Skålen 2's bund bærer den ene terminal 6, medens den anden terminal 7 er forbundet med en elektrode på chip'en 5 gennem en guldtråd 8.

En optisk fiber 9 placeres udenfor vinduet 4 og overfor fotodiodechip'en 5.

35 Hætten 3 og skålen 2 er svejset sammen langs siderne, og denne hermetiske indkapsling har givet til- 5

DK 163761 B

fredsstillende resultater i lang tid. Da lyset falder ind fra oversiden, nemlig den side hvor guldtråden 8 findes, er afstanden mellem oversiden af chip'en 5 og vinduet 4 unødig stor, hvilket har den ulempe, at sam-5 menkoblingen med den optiske fiber 9 ikke er særlig effektiv.

Fig. 2 viser en anden form for indkapsling af optisk komponent med åbning foroven som i fig. 1, men hvor der i stedet for copalglasset 4 er anvendt en sa-10 firplade 4'. Den i fig. 2 viste indkapsling har ligeledes den ulempe, at den udviser lav effektivitet i sammenkoblingen med den optiske fiber 9, eftersom guldtråden 8 til chip'en 5 befinder sig mellem chip'en og safirpladen 4'.

15 KENDT TEKNIK II

Det er nemmere at anbringe den optiske fiber og chip'en tættere op ad hinanden fra undersiden i stedet for fra oversiden, eftersom tråden på oversiden skaber en grænse for, hvor tæt man kan komme til oversiden. Der-20 for har man produceret optiske komponenter med indkapslinger med åbning på undersiden som vist i fig. 3-5. Som vist i fig. 3 omfatter indkapslingen 10 et indkapslingslegeme 12 og en hætte 11. I dette udførelseseksempel er hætten 11 udformet uden vindue. Legemet 25 12 er udformet med et bredt gennemgående hul 13 aksi- alt under fotodiodechip'en 5. En optisk fiber 14 placeres under hullet 13 med fibrens øverste endeflade beliggende under hullet 13. Lyset fra den optiske fiber 14 falder ind på chip'en 5 fra chip'ens underside og 30 gennem hullet 13. I fig. 3-5 betegnes ved 15 terminaler, der svarer til terminalerne 6 i fig. 1 og 2.

Fig. 4 viser et udførelseseksempel på indkapslingen, hvori hullet 13' er gjort bredere, og hvori den øverste ende af fibren 14 er ført ind i hullet og fast-35 holdes deri for herved at reducere afstanden mellem foto-diodechip'en 5' og enden af den optiske fiber 14.

6

DK 163761 B

Denne udførelsesform har imidlertid den ulempe, at den øvre ende af den optiske fiber 14, der er ført ind i bullet 13', kan komme i kontakt med chip*en 5' og beskadige chip*en, og at fastholdelsen af den optiske fi-5 ber 14 er vanskelig.

Fig. 5 viser et udførelseseksempel på en indkapsling, hvori hullet 13 er forseglet med et legeme 16 af copalglas.

Ulemperne ved sådanne indkapslinger med åbningen 10 forneden skal nu beskrives nærmere under henvisning til de i større målstok tegnede snitbilleder i fig. 6 og 7 på basis af det i fig. 3 viste udførelseseksempel, j pn-overgangen i fotodiodechip'en 5 virker som en lysmodtager 17, som rammes af lys nedefra gennem 15 hullet 13. Da lysbundtet afgrænses af kanten 18 af hullet 13, får lysmodtageren 17 kun lys indenfor åbningsvinklen Θ. Selv om endefladen på den optiske fiber 14 er anbragt i kontakt med undersiden af indkapslingslegemet 12, vil lysbundtet være begrænset af åbnings-20 vinklen Θ.

Det er vanskeligt at anbringe fotodiodechip'en 5. Hullet 13 har cirkulær tværsnitsform og fotodiode-ship'en 5 forbindes (die-bonded) med legemet 12 over kontaktområdet 19 udenfor hullet 13. Da chip'en 5 25 er lille og hullet 13 også har lille tværmål, er det vanskeligt at placere dem på linie med hinanden. Hvis midtpunktet på lysmodtageren 17 er forskudt til den ene side fra den centrale akse gennem hullet 13, jf. fig.

7, vil lysmodtageren 17 modtage en lysmængde, der er 30 mindre på den forskudte side end på den anden side. I

fig. 7 er chip'en 5 forskudt til højre, hvorfor en mindre lysmængde når frem til den højre halvdel af lysmodtageren 17 end til den venstre halvdel heraf. En reduktion af den på fotodioden indfaldende lysmængde nedsætter 35 detekteringsfølsomheden.

Hvis man vil gøre åbningsvinklen for indfaldende 7

DK 163761 B

lys til lysmodtageren 17 bredere, skal hullet 13 bibringes kortere længde og større tværmål. Den aksiale længde i hullet 13 er lig med tykkelsen af indkapslingslegemet 12. Hvis man reducerer tykkelsen af lege-5 met 12, svækkes den mekaniske styrke. Legemet 12 består af metal eller keramik, og der er en grænse i hvor tyndt det kan være, eftersom det udgør den mekaniske bærer for chip'en, ledningen og hætten. Et hul 13 af større tværmål indebærer, at fotodiodechip'en 5 skal være 10 større og en forøgelse af størrelsen af halvlederlegemet indebærer en prisforøgelse og en svækkelse af chip'ens styrke.

KENDT TEKNIK III

Dette har ført til, at man har tidligere opfundet 15 en indkapsling for optiske komponenter, hvori der anvendes et underlag af safir, på hvilket der er tilvejebragt et bærelag udformet med en åbning, og hvor den optiske komponent er forbundet (die-bonded) med bærelaget, medens en optisk fiber anbringes overfor bagsiden af safirbære-20 laget.

Pig. 8 viser et planbillede af en sådan indkapsling for optisk komponent som opfinderne er nået frem til, medens fig. 9 viser et snit langs snitlinien IX-IX i fig. 8. Fig. 10 viser et snitbillede gennem indkaps-25 lingen, hvori fotodiodechip'en er forbundet med bærelaget og med en guldtråd. I den i fig. 8-10 viste udførelsesform for indkapslingen er der en ring 22, der er forbundet med safirunderlaget 21. I det foreliggende udførelseseksempel består ringen 22 af sintret alumini-30 umoxid, men den kan bestå af et hvilket som helst isolerende materiale. Ringen 22 er forbundet med safirunderlaget 21 ved f.eks. slaglodning. Et elektrisk bærelag 23 udformet med en åbning 24 ved metalisering er tilvejebragt ved midten af safirunderlaget 21. Bære-35 laget 23 strækker sig over inderkanten af ringen 22 og frem til yderkanten af ringen. Åbningen 24 tjener 8

DK 163761 B

til overføring af lys gennem bærelaget. Tegningen viser, at åbningen 24 har cirkulær form, men det er klart, at den kan have en hvilken som helst anden form, f.eks. firkantet. En øvre ring 25 er forbundet med den nedre 5 ring 22. I det foreliggende udførelseseksempel består den øvre ring 25 også af aluminiumoxid. Den øvre ring 25 og den nedre ring 22 er forbundet med hinanden ved hjælp af et isolerende bindemiddel. En terminal 26 er loddet til den udvidede del af bærelaget 23. Over-10 for bærelaget 23 er der ved metallisering tilvejebragt et trådforbindelseslag 28 frem til inderkanten af den nedre ring 22. En terminal 27 er loddet til den udvidede del af trådforbindelseslaget 28. En optisk komponentchip 29, f.eks. en fotodiode eller en lysdiode 15 er påmonteret indkapslingen som vist i fig. 10. Chip'en 29 placeres således på bærelaget 23, at åbningen 24 og chip'en 29 indbyrdes er centrerede. Bærelaget 23 er en ring af loddemetal f.eks. eutektisk AuSn-krystal.

Hvis der tilføres energi, f.eks. ultralydenergi til chip'en 29, medens den holdes ned, vil loddematerialet 20 smelte og forbinde chip*en 29 med bærelaget 23. En tråd 30, f.eks. en guldtråd, forbinder trådforbindelseslaget 28 med elektroden på chip'en 29. Normalt vil en hætte af aluminiumoxid forbindes med den øvre ring 25 med henblik på hermetisk indelukning af det indre 25 rum i indkapslingen.

Fig. 11 viser i større målestok et planbillede af en del af bærelaget 23 omkring åbningen 24, og fig. 12 er et snitbillede langs snitlinien XII-XII i fig.

11. Det ideelle er at udforme både safirunderlaget 21 30 og bærelaget 23 med planflader som vist i fig. 12. Hvis bærelaget 23 er helt plant, kan chip'en 29 med nøjagtighed fastgøres i en ganske bestemt position og stabilt. Imidlertid er bærelaget 23 af den nedenfor angivne grund faktisk ikke gjort helt plant.

35 Fig. 13 viser et snitbillede, hvor en pasta af elektrisk ledende materiale, f.eks. guld eller eutektisk 9

DK 163761 B

AuSn-krystal "printes" på safirunderlaget 21. Da der her er tale om tykfilmsteknik, anbringes der en tynd skærm med en åbning af fom svarende til underlaget på underlaget 21, hvorpå der på skærmen påføres guldpasta 5 23'. På dette tidspunkt har den påførte guldpasta 23 en plan overflade. Derefter anbringes safirunderlaget 21 i en ovn med henblik på hærdning af guldpastaen.

Under denne påbrænding bevirker overfladespændingen, at kanterne 23'a af det påførte lag 23' af guldpasta 10 bliver tykkere. Derfor vil højden ved kanterne 23a være større end i den resterende del af laget 23'. Når emnet tages fra ovnen ,.er guldpastaen hærdet i en ubestemt form. Fig. 14 er et snitbillede gennem bærelaget efter påbrændingsprocessen. Fig. 15 viser et snit gennem 15 bærelaget, som chip'en 29 er forbundet med. Der forekommer en del fordybninger og fortykkelser i bærelaget på grund af udvidelse og sammentrækning af pastaen under påbrændingsprocessen. Selv om fordybningerne overfor tykkelserne i laget kun har en højde på nogle få ym, vil 20 den flade chip 29, der også er meget lille, være tilbøjelig til at udvise en vis hældning eller en manglende fastgørelse, når den bindes på et sådant underlag, der har fortykkelser eller fordybninger. Dertil kommer at chip'en nemt løsner sig under svag stødpåvirkning eller 25 vibrationer.

KENDT TEKNIK IV

Fotodiode af mesa type

Et andet problem er at opnå en hurtigvirkende fotodiode. Da fotodioden anvendes forspændt i spærreret-30 ningen, vil pn-overgangens elektrostatiske kapacitet modsætte sig den hurtige virkning. En reduktion af arealet af det lysmodtagende område . (pn-overgang) er effektiv til reduktion af den elektrostatiske kapacitet. Til dette formål kan der anvendes en mesa-struktur som vist i fig.

35 16.

10

DK 163761 B

Et p-InP-lag 32 beskrives som vist side 6, linie 21, tilvejebringes ved epitaxial dyrkning på en n-InP-underlag 31. En snæver pn-overgang 33 mellem underlaget 31 og laget 32 danner det lysmodtagende 5 område. p-InP-laget 32 og pn-overgangen 33 ætses bort i strimler op imod den øvre del af n-InP-underlaget 31 og på begge sider, for herved at reducere arealet af det lysmodtagende område. Da p-InP-laget 32 indsnævres i strimler, kan der ikke længere monteres en ringformet 10 elektrode på laget. Derfor monteres der en strimmelformet p-Au-Zn-elektrode. I så fald er det umuligt at overføre lys fra p-laget. I stedet for fastgøres der en ringformet n-AuGeNi-elektrode 35 til undersiden af n-InP-underlaget 31. Den centrale del af undersiden af n-InP-15 underlaget 31 virker som lysmodtagende flade 36, der overfører lyset. For de hurtigvirkende fotodioder er der derfor også behov for de typer, der er vist i fig. 3, 4, 5 og 8-12.

En chip 37 til den ovenfor beskrevne fotodiode 20 fremstilles ved den såkaldte "skivemetode" (wafer process) i henhold til hvilken, der på en skive tilveje- . bringes et antal elementer, hvorpå skiven deles op i chips 37. Denne chip 37 skal indkapsles, og problemet opstår nu at montere fotodiodechip'en 37 på bære-25 laget.

KENDT TEKNIK V

Type med keramikunderlag.

En mellemløsning mellem det udførelseseksempel der er vist i fig. 3-5 og det udførelseseksempel, der er 30 vist i fig. 8-12 går ud på til inkapsling at anvende et underlag af keramik udformet med et hul. Da keramikunderlaget ikke er ledende, tilvejebringes der ved fordampning af metal et bærelag, der teknisk set er lidt forskellig ' fra underlaget i det udførelseseksempel der er beskre-35 vet i det foregående afsnit. Dette underlag forsynes med loddemateriale, hvorpå den optiske komponent anbringes på plads og loddes.

11

DK 163761 B

Fig. 17-21 viser snitbilleder/ der illustrerer de enkelte trin ved indkapsling på et keramikunderlag.

Som vist i fig. 17 tilvejebringes der et elektrisk ledende bærelag 42 ved f.eks. pådampning på et kera-5 mikunderlag 41, og der tilvejebringes et gennemgående hul 43 for lysindføring. Derefter tilvejebringes der, jf. fig. 18/ en loddering 44 af Au-Sn rundt om hullet 43. Derefter placeres fotodiodechip'en 37 på lodde-laget 44 som vist i fig. 19/ hvorpå de to dele loddes 10 sammen i en ovn.

Selvom loddelaget 44 og hullet 43 i denne struktur indbyrdes centreres korrekt/ er der risiko for, at en del 45 af loddematerialet, når chip1en 37 loddes på, flyder ud i hullet og reducerer lysmodtagearealet.

15 I mange tilfælde vil loddematerialet 44 forskydes til den ene side som vist i fig. 20. Når chip'en 37 i så fald anbringes på plads og loddes, er der risiko for bred overflydning af laget 45 til den ene side, hvorved loddematerialet daskker en del af lyspassagen og ned-20 sætter fotodiodens følsomhed. Man kan undgå en sådan overflydning 45 af loddematerialet ved at reducere tykkelsen af loddelaget, men denne tykkelse bør dog for en nem iværksættelse være på mindst lo ym eller mere. Af den ovenfor anførte grund kan loddematerialet 44 reducere 25 lysmodtagearealet på undersiden af chip*en, og dermed nedsætte fotodiodens følsomhed. Et andet problem ligger i bindestyrken. Hvis der til binding anvendes en ring af loddemateriale (eksempelvis AuSn-legering med yderdiameter på 500 ym, inderdiameter på 250 ym og tykkelse på 30 30 ym), forekommer der en forsinkelse mellem smeltningen af ringen og bindingen til fotodioden, hvilket bevirker, at der er uensartet kontakt mellem undersiden af fotodioden og loddematerialet 44, hvilket igen bevirker, at bindestyrken varierer.

12

DK 163761 B

Foretrukne udførelsesformer for opfindelsen skal nu beskrives næremere under henvisning til tegningen.

Først skal en udførelsesfonn, der overvinder problemet med metallisering af bærelaget 23 ved indkapsling af 5 en optisk komponent som vist i fig. 8 og 9, beskrives under henvisning til fig. 22- 25. Da problemet med metallisering af bærelaget skyldes fortykkelsen af kanterne af guldpastalaget, frembringes der først i safirunderlaget 21 en fordybning, hvis dybde svarer til omfanget 10 af fortykkelse ved kanterne af pastalaget.

Fig. 22 er et snitbillede gennem safirunderlaget 21, der er plant og transparent og i det foreliggende udførelseseksempel antages at have en tykkelse på 0,2 mm.

Fig. 23 viser det flade safirunderlag 21 ud-15 formet med en fordybning 52 med jævne skrå flader 51. Fordybningen 52 og skråfladen 51 tilvejebringes ved hjælp af en Ar-laser, men de kan også tilvejebringes mekanisk. Højdeforskellen mellem den ikke-bearbejdede overflade 53 og bunden af fordybningen 52 er af størrel-20 sesorden 5-10 μπι.

Derefter foretages der, som vist i fig. 24, masketrykning af en elektrisk ledende pasta 54, eksempelvis guldpasta, på underlaget 21 i det mønster, der skal danne bærelaget 23, således at fordybningen 52 svarer 25 til åbningen 24 i bærelaget. Kanten 55 til åbningen 24 i laget 23 hælder jævnt nedad imod fordybningen 52. Det maskeprintede pastalag tørres og påbrændes i en ovn. Fig. 25 er et snit gennem safirunderlaget 21 med det påbrændte pastalag 54. Påbrændingen bevirker, 30 at kanten 55 af laget 54 fortykkes til ikke mere end 13

DK 163761 B

5 ym. Da kanten af pastalaget befinder sig på den skrånende sideflade 51, vil fortykkelsen ikke bevirke, at den kommer højere op en den resterende del af pastalaget.

Den optiske komponentchip 29 bindes til dette således 5 udformede bærelag 23. Da man således har fjernet fortykkelsen ved kanten af pastalaget, kan der ikke lasngere være en skæv placering af undersiden af chip'en 29. Derefter tilvejebringes der en indkapsling for den optiske komponent, som vist i fig. 8 og 9 med den ovenfor be-10 skrevne process. Derefter bindes den optiske komponent-chip 29 til sit bærelag, som vist i fig. 10, hvorpå tråden 30 forbindes og indkapslingen færdiggøres.

Indkapslingen af en optisk komponent på den ovenfor beskrevne måde har følgende tekniske fordele: 15 a) Der er sikrere binding af den optiske kompo- nentchip. Efter påbrsending af guldpastalaget er fortykkelsen ved kanten udjasvnet og kan derfor ikke komme i kontakt med undersiden af chip'en. Guldpastalaget et kun i kontakt med undersiden af chip'en over flade parter heraf, 20 således at der er kontakt over hele det plane areal.

b) I modsætning til den i fig. 6 viste struktur med hul forneden er den indkapslede optiske komponentchip ikke så strengt begrænset med hensyn til åbningsvinklen. j'

Med den struktur for den indkapslede optiske komponent, 25 der er vist i fig. 6, går lyset frem til lysmodtageren 17' gennem hele åbningen 24 i bærelaget 23. Åbningen 24 er i kontakt med chip'en 29 og er meget tynd.

Derfor kan hele det lys, der falder inden for den brede åbningsvinkel Θ* ramme den lysmodtagende del 17'.

30 En udførelsesform, der overkommer problemerne ved fastgørelse af en optisk komponentchip til et bærelag, hvor der forekommer overflydning af loddemateriale i den lysmodtagende zone og variationer i bindestyrken, skal nu beskrives nærmere. I henhold til opfindelsen påføres 35 loddematerialet ikke underlaget, og i stedet for påføres et lag loddemateriale den ene side af chip'en.

DK 163761B

14

Fig. 27 viser et snit gennem et udførelseseksempel, hvor opfindelsen anvendes på en fotodiodechip af mesa-typen. Et ikke-doteret InGaAs epitaxiallag 62 dyrkes i flydende fase på et Sn-doteret InP-underlag 61, 5 således at det med hensyn til gitterstrukturen passer til inP-substratet 61 ("lattice-matching"). Derefter dannes der et område 63 af p-type ved Zn-diffusion, hvorved der dannes en pn-overgang. Derefter dannes der på p-siden en elektrode 64 under anvendelse af AuZn og 10 på n-siden en elektrode 65 under anvendelse af AuGeNi.

Derefter ætses chip'en på begge sider i nærheden af pn-overgangen med henblik på mesa-formning for at re-j ducere den elektrostatiske kapacitet. Derefter dannes der i· på undersiden af elektroden 65 på n-siden et Sn-plet-15 teret mønster under anvendelse af en pletteringsopløsning af alkanolsulfosyre. Den Sn-pletterede del betegnes herefter loddelag 66, idet den tjener til lodning. Derefter formes loddelaget 66 og elektroden 65 som en ring, og den centrale del af undersiden af chip1en blot-20 tes for at virke som lysmodtagende flade 67. Loddelaget 66 har en tykkelse på 1-15 ym. Disse trin udføres ved såkaldt "wafer process". Derefter deles denne wafer eller skive op i separate chips. Loddelaget 66 kan hensigtsmæssigt tilvejebringes ved plettering eller for-25 dampning. Foruden Sn kan der også til loddelaget 66's materiale anvendes en eutektisk Au-Sn-legering eller en eutektisk Au-Si-legering.

Med henblik på binding af den således tilvejebragte fotodiodechip under anvendelse af Sn som loddema-30 teriale opvarmes indkapslingen til 250°C, og chip'en med det tilhørende loddelag 66 centreres på og bindes til underlaget. På dette tidspunkt er der ikke behov for andet loddemateriale eftersom loddelaget 66 på undersiden af chip'en midlertidigt smelter og derefter størkner 35 til fastgørelse af chip'en til underlaget.

15

DK 163761 B

Der er foretaget forsøg, der viser, at fotodio-dechip'en bedst fastholdes, når Sn-laget har en tykkelse på 5-10 ym. Når Sn-laget har en tykkelse på 5 ym eller mindre varierer bindestyrken ustabilt. Hvis tykkelsen af 5 Sn-laget er på 10 ym eller mere, viser det sig, at Sn-materialet flyder uensartet over. Medens det optimale værdiområde for pletteringslagstykkelsen afhænger af arten af loddemateriale, vil en tykkelse i området fra 5-10 ym sædvanligvis være mest tilfredsstillende.

10 I henhold til opfindelsen er laget af loddema teriale tilvejebragt på selve chip'en. Chip'en fastgøres til underlaget i huset ved hjælp af dette lag af loddemateriale. Materialet til og formen af underlaget og huset kan vælges arbitrært.

15 Fig. 28 er et snit, der viser en udformning, hvor fotodiodechip'en er indkapslet i en såkaldt flat type package med det i fig. 8 og 9 viste safirunderlag 2 fremstillet ved de trin, der er vist i fig. 22-25.

Den optiske komponentchip ifølge fig. 27 anbringes dir-20 rekte, det vil sige uden tilsætning af loddemateriale, på bærelaget 23, som den forbindes fast med, således at elektroden 65 på n-siden og bærelaget 23 har fast forbindelse med hinanden. På p-siden forbindes elektroden 64 med forbindelseslaget 28 ved hjælp af tråden 25 30. Lyset passerer gennem safirunderlaget 21 og åb ningen 24 i bærelaget 23 og når frem til den lysmodtagende flade 67. I denne konstruktion er der ingen overflydning eller dislokation af laget 66 af loddemateriale 30 Fig. 29 viser et snit gennem en struktur, hvor fotodiodechip1en indkapsles på et underlag af keramik som vist i fig. 17. Den viser ikke trådforbindelsen, terminalerne og den ydre form af indkapslingen, fordi disse kan vælges arbitrært. Ved den i fig. 29 viste ud-35 førelsesform forsynes keramikunderlaget ikke med loddemateriale, idet det er loddelaget 66 på chip'ens under-

Claims

15 Dette forøger produktiviteten ved fremstilling af de optiske komponenter. Når den udnyttes til en fotodiode, bevirker opfindelsen ingen formindskelse af fotodiodens følsomhed, eftersom fotodioden har et metalliseret lag af f.eks. Sn i forbindelsesområdet udenfor det lysmod-20 tagende vindue. Da tykkelsen af Sn-laget valgfrit kan reguleres med en præcision på 0,2 ym, kan loddematerialet ikke flyde over. b) Det er ikke længere nødvendigt at anvende et specielt bindemiddel, såsom "solder" eller epoxyharpiks, 25 hvilket forenkler produktionen og forøger produktiviteten.

1. Hus til en optisk komponent, og af den art, 30 der indbefatter: et safirunderlag (21), og et bindelag (23), der er tilvejebragt på oversiden af safirunderlaget ved trykning og efterfølgende på-braending af en elektrisk ledende pasta (54), der i bindela-35 get efterlader et pastafrit område til dannelse af en åbning (24), hvorved lyset kan passere igennem safirunderlaget (21) og åbningen (24), kendetegnet ved, at oversiden af safirunderlaget (21) er udformet DK 163761 B med en fordybning (52) med skrånende sider (51), og at den elektrisk ledende pasta (54) er således placeret, at dens kanter (55) rundt om åbningen (24) befinder sig på de skrånende sider (51) af fordybningen (52) således, at ^ bindelagets (23) øvre kontaktflade efter påbrænding i hovedsagen er plan.

2. Hus ifølge krav 1, kendetegnet ved, at højden af fordybningen (52) på safirunderlaget (21) er på 5-10 pm. ^ 3. Hus ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at de skrånende sider (51) udgøres af dele af underlaget (21), der har gradvis aftagende tykkelse til dannelse af fordybningen (52), som afgrænses af de skrånende sider (51).

4. Optisk komponent med et hus ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved - en optisk komponentchip (61), forbundet med bindelaget (23) og indrettet til at modtage og udsende lys fra den side, der er forbundet med bindelaget, o n υ og ved - at den optiske komponentchip har en elektrode (65) og et lag (66) af loddemateriale, tilvejebragt sekventielt på den side der vender mod bindelaget, idet både elektroden (65) og loddelaget (66) har et hul til lystransmission, og - at den optiske komponentchip (61) er således bundet til bindelaget (23) ved hjælp af loddelaget (66), at hullerne i loddelaget og i elektroden svarer til åbningen (24) i bindelaget.

5. Optisk komponent ifølge krav 4, kende tegnet ved, at loddelaget (66) består af Sn eller en eutektisk AuSn-legering, eller en eutektisk AuSi-legering.

6. Optisk komponent ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at loddelaget (66) er tilveje-35 bragt ved plettering eller ved fordampning. DK 163761 B

7. Optisk komponent ifølge krav 4, 5 eller 6, kendetegnet ved, at elektroden (65) og lodde-laget (66) hver har form som en ring. i