光電轉換器及其製造方法
2023-05-09 23:30:56 1
專利名稱：光電轉換器及其製造方法
技術領域：
本發明波及一種光電轉換器，該轉換器是具有一個接收光或者發射光的半導體器件，具有一個固定半導體器件的底盤和具有一個與託盤連接在一起的間距定位片，該定位片用於把透鏡系統光學對準半導體器件。
這類轉換器例如由專利US4055761或JP5-218463已眾所周知。這裡的一個重要問題在於使轉換器高效率運行。除半導體器件本身的特性外，這個目標是這樣實現的，即光學上把透鏡系統最佳地對準半導體器件。只有這樣才可以把半導體器件發出的光高效率地耦合到光導纖維或者把由光導纖維出來的光耦合到半導體器件上。
此外，還必須保證光電轉換器在運行期間保持最佳對準。在運行期間由於轉換器升溫可能導致失調從而使效率降低。
本發明的任務是，改進上述類型的光電轉換器，使溫度起伏對半導體器件與透鏡系統的對準僅僅是有很小的影響。此外，還應給出一個製造這種類型光電轉換器的簡便方法。
上述第一個目標是這樣實現的，即底盤、間距定位片和透鏡系統的材料至少有接近的熱膨脹係數。
藉助附
圖1至5中給出的兩個實施例進一步闡述本發明。這些附圖是圖1是第一實施例截面圖2是第二實施例截面圖；圖3和圖4是製造光電轉換器的關鍵步驟；和圖5是安裝上光電轉換器的一種外殼。
圖1所示光電轉換器安裝在底盤1上。底盤1的上表面具有凹槽2。凹槽2的兩側保留有幾個凸梁3。在槽2中，在金屬化層5的上面固定一個接收光或發射光的半導體器件6。這種器件例如可以是光電二極體或發光二極體(LED)或垂直腔表面發射雷射器(VCSEL＝VerticalCavity Surface Emitter laser)。此外，金屬化層5還用於半導體器件6的供電。另一個接觸點位於半導體器件的上側。
在凸梁3上例如同樣固定著10個梁式間距定位片7。在定位片7上有一個透鏡8用適合於材料的方法與其連接在一起。透鏡系統與凹槽2的底部之間的距離大於半導體器件6與金屬層5的厚度之和。
底盤1用矽片製成。矽片可以是多晶也可以是單晶。然而也可以採用另外的有適當熱膨脹係數的材料代替矽片製造底盤1。
間距定位片7用玻璃製成，而透鏡系統可以用矽或玻璃製造。主要的是，在半導體器件與透鏡系統之間至少安置一個用玻璃製造的部件。其微小的熱導值阻止由半導體器件6傳導至底盤1的熱量到達透鏡系統。由於矽有良好的導熱性，矽底盤優先用於發光半導體器件，因為這種器件轉換的功率一般高於光接收器。光接收器用的底盤1可以用玻璃製造，間距定位片7可以用矽製造，透鏡系統8可以用矽或玻璃製造。在兩種情況下，只有當光具有能透過矽的波長時，用矽製造透鏡系統才可能顯示出優越性。當波長大於1.1μm時就屬於此種情況。
底盤、間距定位片7和透鏡系統8可以用粘接和/或焊接的方法連接在一起。然而，如果矽表面與玻璃表面相互重疊在一起，那麼也可以用陽極鍵合法彼此連接。這種技術是眾所周知的。該技術是，在溫度例如400℃下，把需要鍵合在一起的部件上下壓在一起，並且在玻璃上加上電壓例如-1000V。因為這種連接技術重複性很好，當底盤1和透鏡系統8是用玻璃製成時，間距定位片7最好用矽製造。在焊接或粘接間距定位片和透鏡系統時，在這兩個部件之間加入一層焊料或粘膠層9。焊料層例如可以是蒸發上的。
所用的玻璃類型應具有與矽相近的熱膨脹係數。這裡適用的玻璃例如有硼矽玻璃，這種玻璃在市場上例如有Corning公司的產品，其商標為「Pyrex」7740或schoft公司的產品，其商標為Tempax。
如果需要光電轉換器11有較小的電容，那麼最好不用矽底盤而採用玻璃底盤。然而，如果需要有較好的熱傳導而必須使用矽底盤時，那麼此底盤可以製造得薄些並在其背面墊上一塊玻璃片10(見圖2)。此玻璃片10可以用陽極鍵合、焊接或粘接法與矽底盤連接在一起。
圖1和圖2示出的光電轉換器11裝入一個外殼內(見圖5)，此外殼有底座14和蓋15。相對調整轉換器11，使其對準安裝在蓋15上的窗口16，並把轉換器固定在底座14上。在窗口處裝上一個光纜(未示出)，此光纜經耦合件20與外殼連接在一起。半導體器件本身經金屬化層5和位於半導體器件上表面的接觸點與兩個接線端21和22電學連接，經這兩個接線端輸入工作電壓或耦合出電信號。
為了同時製造多個圖1或圖2所示的光電轉換器11，首先在玻璃片或矽片上製成凹槽2(見圖3)。這些凹槽用於安裝半導體器件並有相應長寬尺寸。在兩個凹槽2之間留有一個凸梁。為了特定的目的，用另外的凹槽1 2把這些凸梁分開，從而形成凸梁3。這些凹槽2、12可以用例如光刻腐蝕方法或者用鋸刀來製造。用鋸刀鋸出的凸梁3是彼此平行的，而用刻蝕法卻可以把凸梁製成任意形狀，例如柵狀。
下一步是在凸梁3上放上一個由矽或玻璃製成的平板17並且如上所述用陽極鍵合、粘接或者焊接法與凸梁連接在一起。然後把平板17鋸開，使其能夠把位於凸梁3之間的、不與底盤1相連接的材料去掉。從而形成與凸梁3接合在一起的間距定位片7(見圖4)。隨後按照一個預先給定的網柵把半導體器件6固定在凹槽2內。
下一步驟是把一個由矽或玻璃製成的含有多個透鏡系統的片子18放在間距定位片7上。透鏡系統排列在片子18上的一個網柵內，此網柵與在底盤1上固定半導體器件6的網柵相當。透鏡系統光學上對準半導體器件6並且隨後把片子18用上述的陽極鍵合或用焊接方法與間距定位片7連接在一起。用這種方法形成一個由底盤1、半導體器件6、間距定位片7和片子18組成的含有多個半導體器件和透鏡系統的複合體。然後，經位於凸梁3之間的鋸槽13和經與此槽垂直的、與圖面平行的其它鋸槽把此複合體分開。如上所述，將這樣製成的每一個單元11裝入一個管殼內。
把一個樣片分解成小的獨立晶片的技術在半導體工藝中是很久以來普遍採用的，因而在分割複合體時同樣可以採用。就是說複合體經切割、刀劃和折斷而分開。這裡通常是把複合體固定在一個彈性粘貼薄膜上。然後，此薄膜可用作所有後續工藝的載體。
對上述方法進行改動也是可能的，首先是採用光刻法或機械法製造凹槽2和凸梁3然後如上所述中裝上間距定位片。然後也可以用單個的透鏡系統光學上對準半導體器件並與間距定位片7連接在一起而取代備有多個透鏡系統的片子18。
權利要求
1.光電轉換器具有一個接收光或者發射光的半導體器件、具有一個固定半導體器件的底盤和具有一個與底盤連接在一起的間距定位片，該定位片用於將透鏡系統在光學上對準半導體器件，其特徵在於，底盤(1)、間距定位片(7)和透鏡系統(8)是由具有至少相近的熱膨脹係數的材料製成。
2.根據權利要求1所述的轉換器，其特徵在於，底盤(1)和透鏡系統(8)由矽製成並且間距定位片(7)由玻璃製成。
3.根據權利要求1所述的轉換器，其特徵在於，底盤(1)由玻璃製成並且透鏡系統(8)和間距定位片(7)由矽製成。
4.根據權利要求1至3其中之一所述的轉換器，其特徵在於，底盤(1)備有金屬層(5)，在金屬層上固定半導體器件(6)。
5.根據權利要求1至4其中之一所述的轉換器，其特徵在於，由玻璃製成的部件與由矽製成的部件用陽極鍵合法彼此連接。
6.根據權利要求1至5其中之一所述的轉換器，其特徵在於，各由玻璃或由矽製成的部件彼此焊接或粘接。
7.根據權利要求1至6其中之一所述的轉換器，其特徵在於，半導體器件(6)位於底盤(1)的凹槽(2)內。
8.根據權利要求1至7其中之一所述的轉換器，其特徵在於，底盤(1)由矽製成並且底盤(1)在安裝半導體器件(6)相反的一側與玻璃片(10)連接。
9.根據權利要求1所述的光電轉換器製造方法，其特徵在於a)在底盤(1)內裝載半導體器件(6)的凹槽(2)是這樣製造的，即在每個凹槽的一側至少保留一個凸梁(3)，b)在凸梁上放置一個大小與底盤(1)相同的平板(17)並與凸梁(3)用適合材料的方法連接在一起，c)去掉平板(17)在凸梁(3)之間的部分，從而形成與底盤(1)連接在一起的間距定位片(7)，d)按照預先設計的網柵在凹槽(2)內裝入半導體器件(6)並與底盤(1)連接在一起，e)在載體上安置另一塊板(18)，此板含有與半導體器件數量相當的透鏡系統(8)，這些透鏡系統按照相同的網柵安置在此板上，f)此板(18)相對於載體這樣調整，使每一個透鏡系統各對準一個半導體器件，g)此板(18)被固定在載體上，h)由底盤、半導體器件、間距定位片和另一塊板所組成的複合體經第一平行切口(13)和與此垂直的第二切口所分開從而形成單元(11)，這些單元各含有一個底盤(1)、一個半導體器件(6)、若干間距定位片(7)和一個透鏡系統(8)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，每個單元(11)都裝入一個氣密的管殼(14、15)內。
全文摘要
光電轉換器包括一個接收光或發射光的半導體器件(6)，此半導體器件固定在底盤(1)上，在底盤上安裝若干支承透鏡系統(8)的間距定位片(7)。底盤、間距定位片和透鏡系統用熱膨脹係數大致相同的材料製成，就是說例如由矽和玻璃製成。多個這種裝置可以作為一個單元來製造，然後再分割開。
文檔編號G02B6/42GK1135660SQ9610188
公開日1996年11月13日 申請日期1996年3月8日 優先權日1995年3月8日
發明者W·施佩思, W·格拉曼, G·波納, R·迪特裡希 申請人:西門子公司