FR2921730A1 - Sous-ensemble optoelectronique et procede d'assemblage de ce sous-ensemble - Google Patents

Abstract

Le sous-ensemble optoélectronique comporte un boîtier (320) relié :- d'une part, à un premier ensemble comportant un support (314) de composant optoélectronique (316) et au moins une première lentille (312) et- d'autre part, à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique (308) possédant une longueur focale et un guide optique (304),le premier et le deuxième ensembles n'étant pas directement mécaniquement reliés entre eux.Dans des modes de réalisation, le point focal de la première lentille est en surface du composant optoélectronique et le point focal de l'élément optique possédant une longueur focale est en surface du guide optique.Dans des modes de réalisation, le deuxième ensemble comporte un miroir (308) incliné par rapport à l'axe du guide optique et ledit miroir est concave et constitue l'élément possédant une longueur focale.

Description

SOUS-ENSEMBLE OPTOELECTRONIQUE ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE DE CE SOUS-ENSEMBLE

10 La présente invention concerne un sous-ensemble optoélectronique et un procédé d'assemblage de ce sous-ensemble. Elle s'applique, en particulier à l'assemblage de boîtiers comportant au moins un composant optoélectronique, par exemple, un laser ou une photodiode sur une pièce mécanique ou un circuit imprimé. Pour relier un guide optique, par exemple une fibre optique ou un faisceau de fibres 15 optiques, traditionnellement, on fixe mécaniquement ce guide optique au composant optoélectronique ou à son support immédiat, ou substrat. Ce lien mécanique a l'avantage de maintenir la position respective du guide optique et du composant optoélectronique. II impose, cependant, des tolérances de fabrication limitées. De plus, notamment du fait des faibles tolérances, il impose que les contraintes mécaniques, notamment dues aux cycles 20 thermiques, soient directement transmises au composant optoélectronique. D'autres contraintes ont lieu lors de l'enclipsage ou du déclipsage du guide optique sur la liaison ou lors de la mise en place, sur site, de l'ensemble ainsi formé. Ces contraintes se traduisent par une fatigue mécanique et, à terme, par des fissures ou ruptures qui nuisent au bon fonctionnement de l'ensemble. 25 Ces inconvénients sont particulièrement importants dans le cas où la fibre optique est parallèle au plan du composant optoélectronique du fait que deux directions sont concernées par les effets des contraintes. Cependant, cette configuration est utile du fait de ses avantages de compacité, notamment en termes d'épaisseur de la jonction.

La figure 1 représente, schématiquement, les composants et liaisons mécaniques traditionnellement mises en places pour une telle configuration dite à renvoi d'angle . On y observe un boîtier 100, dans lequel un composant optoélectronique 105, monté sur un substrat 110 fait face à un ensemble optique 115 réalisant un renvoi d'angle vers une fibre optique 120. Par exemple, l'ensemble optique 115 comporte des lentilles et un miroir (non représentés). Les liaisons mécaniques, schématisées par des traits épais comportent : - une liaison mécanique 125 entre le substrat 110 et le boîtier 100, - une liaison mécanique 130 entre le substrat 110 et l'ensemble optique 115, - une liaison mécanique 135 entre l'ensemble optique 115 et la fibre optique 120 et - une liaison mécanique 140 entre la fibre optique 120 et le boîtier 100. Comme on le comprend aisément à la lecture de la figure 1, les liaisons mécaniques sont hyperstatiques, c'est-à-dire redondantes. Ce qui a comme conséquence que, lors des dilatations différentes entre les éléments soumis à des cycles thermiques, des contraintes mécaniques importantes se font jour et, pour certaines, s'appliquent au composant optoélectronique 105 ou à son support direct 110. De plus, l'assemblage illustré en figure 1 représente un coût de fabrication élevé. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un sous-ensemble optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier relié : - d'une part, à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - d'autre part, à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, le premier et le deuxième ensembles n'étant pas directement mécaniquement reliés 25 entre eux. Grâce à ces dispositions, les contraintes apparaissant sur la fibre optique ne sont pas transmises au support du composant optoélectronique ou à ce composant. De plus, du fait de l'utilisation d'une lentille liée au composant optoélectronique et d'un élément optique focalisant lié au guide optique, les tolérances mécaniques sont relâchées et permettent un 30 jeu réduisant les contraintes mécaniques. On observe aussi que l'absence de lien mécanique direct entre le premier et le deuxième ensembles réduit les contraintes mécaniques ayant comme origine une dilatation thermique. De plus, la lentille et l'élément optique possédant une longueur focale ne subissent 35 pas, ou peu, de contraintes mécaniques. Selon des caractéristiques particulières, un point focal de la première lentille est en surface du composant optoélectronique. Ainsi, les rayons lumineux issus du composant optoélectronique ou arrivant vers la partie sensible du composant optoélectronique, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du deuxième ensemble sur l'axe optique de la première lentille. Selon des caractéristiques particulières, un point focal de l'élément optique 5 possédant une longueur focale est en surface du guide optique. Ainsi, les rayons lumineux issus du guide optique ou arrivant vers l'entrée du guide optique, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du premier ensemble parallèlement à l'axe optique du guide optique. Selon des caractéristiques particulières, le deuxième ensemble comporte un miroir 10 incliné par rapport à l'axe du guide optique. Grâce à ces dispositions, un montage en renvoi d'angle peut être réalisé et le guide optique peut être parallèle au plan du composant optoélectronique et de son substrat. Selon des caractéristiques particulières, ledit miroir est concave et constitue l'élément possédant une longueur focale. 15 Selon des caractéristiques particulières, ledit miroir comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air. Selon des caractéristiques particulières, ledit miroir comporte une couche métallique. Selon des caractéristiques particulières, dans le deuxième ensemble, le boîtier est mécaniquement relié à l'élément optique possédant une longueur focale et non au guide 20 optique. Grâce à ces dispositions, les contraintes sur le guide optique sont relâchées et, au contraire, l'élément optique est relié de rnanière robuste au boîtier. Selon des caractéristiques particulières, le premier ensemble comporte : un substrat transparent en au moins une zone et pour au moins une longueur d'onde lumineuse, ledit substrat étant assemblé au boîtier par un joint et 25 supportant des pistes conductrices affleurantes sur la face du substrat tournée vers le boîtier, dite face interne et au moins un composant optoélectronique assemblé à la face interne du substrat, par des microbilles de métal reliées à des pistes conductrices portées par le substrat, chaque dit composant optoélectronique mettant en oeuvre au moins une 30 longueur d'onde pour laquelle une zone du substrat en regard du composant optoélectronique est transparente. L'utilisation du substrat transparent pour l'interconnexion et le report d'un composant optoélectronique permet une réduction de la taille, notamment la hauteur/l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique en même temps qu'une réduction du nombre de pièces de 35 l'assemblage. On note que le composant optoélectronique peut être une photodiode, un phototransistor ou un laser, par exemple de type VCSEL (acronyme de Vertical Cavity Surface Emitting Lasers pour lasers à surface émettrice en cavité verticale ou laser émettant en surface). De plus, la mise en oeuvre de la présente invention élimine le besoin d'émettre en face arrière, c'est-à-dire du côté du support. L'utilisation du substrat transparent formant fenêtre comme élément de support du composant optoélectronique et des pistes conductrices permet de réduire l'encombrement 5 de la connectique et de réduire l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique. Enfin, ce sous-ensemble fournit une fonction optique utilisable dans une application en espace libre. Selon des caractéristiques particulières, le sous-ensemble optoélectronique comporte une pluralité de composants optoélectroniques, une pluralité de guides d'onde, une pluralité 10 de premières lentilles et une pluralité d'éléments optiques possédant une longueur focale, chaque guide d'onde étant optiquement associé à un composant optoélectronique par l'intermédiaire d'une première lentille et d'un élément optique possédant une longueur focale Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de fabrication d'au moins un sous-ensemble optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte : 15 - une étape d'assemblage mécanique d'un boîtier à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - une étape d'assemblage mécanique du boîtier à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, de telle manière que le premier et le deuxième ensembles ne soient pas directement 20 mécaniquement reliés entre eux. Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé étant similaires à ceux du sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention, tel que succinctement exposé ci-dessus, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de 25 la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un assemblage connu dans l'art antérieur, - la figure 2 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier d'un sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention, 30 - la figure 3 représente, schématiquement et en coupe, un deuxième mode de réalisation particulier d'un sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention, - la figure 4 représente, schématiquement et en coupe, un élément optique incorporé dans le deuxième mode de réalisation illustré en figure 3, - la figure 5 représente, schématiquement et en perspective, un deuxième ensemble 35 incorporé au deuxième mode de réalisation illustré en figure 3, - la figure 6 représente, schématiquement et en section, un premier mode de réalisation d'un premier ensemble incorporé au deuxième mode de réalisation, illustré en figures 3 à 5, - les figures 7A et 7B représentent, schématiquement, des éléments de jonction de 5 parties du premier ensemble, respectivement avant et après assemblage, - la figure 8 représente, schématiquement, des éléments de jonction et d'herméticité du premier ensemble et - la figure 9 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes de fabrication d'un sous-ensemble optoélectronique, dans un mode de réalisation particulier du procédé de 10 fabrication objet de la présente invention. On note que les figures ne sont pas à l'échelle mais servent de schémas pour la bonne compréhension de la présente invention. La figure 1 a déjà été décrite ci-dessus. On observe, en figure 2, un boîtier 200, dans lequel un composant optoélectronique 15 205, monté sur un substrat 210 fait face à un élément optique 215 réalisant un renvoi d'angle vers un guide optique 220. L'élément 215 possède une longueur focale et son foyer est situé sur la surface d'entrée du guide optique 220. Le composant optoélectronique 205 est, par exemple, une photodiode ou un laser, par exemple de type VCSEL. Le guide optique 220 est, par exemple, constitué d'une ou 20 plusieurs fibre(s) optique(s). Le composant optoélectronique 205 est lié au substrat 210, lui même lié, par une liaison mécanique 225, à une première lentille 230. En figures 1 et 2, les liaisons mécaniques sont schématisées par des traits épais. Le composant optoélectronique 205, le substrat 210 et la lentille 230 forment conjointement, un premier ensemble mécaniquement solidaire. 25 Le guide optique 220 et l'élément optique 215 sont mécaniquement reliés par une liaison mécanique 235 et forment, conjointement, un deuxième ensemble. Le premier ensemble est mécaniquement relié au boîtier 200 par une liaison mécanique 240. Le deuxième ensemble est mécaniquement relié au boîtier 200 par une liaison mécanique 245. 30 L'élément 215 réalisant un renvoi d'angle, le guide optique 220 peut être parallèle au plan du composant optoélectronique 205 et de son substrat 210. Dans le premier mode de réalisation, l'élément optique 215 comporte au moins une lentille et un miroir. Cependant, en variante et dans le deuxième mode de réalisation, notamment illustré en figure 4, l'élément optique 215 comporte un miroir concave incliné par rapport à chacun des axes optiques du 35 guide d'onde 220 et du composant optoélectronique 205. Selon les variantes, le miroir comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air et/ou une couche métallique réfléchissante.

Comme on le comprend aisément à la lecture de la figure 2, le premier et le deuxième ensembles ne sont pas directement mécaniquement reliés entre eux. En conséquence, les contraintes apparaissant sur la fibre optique ne sont pas transmises au support du composant optoélectronique ou à ce composant. De plus, du fait de l'utilisation d'une lentille liée au composant optoélectronique et d'un élément optique focalisant lié au guide optique, les tolérances mécaniques sont relâchées et permettent un jeu réduisant les contraintes mécaniques. L'absence de lien mécanique direct entre le premier et le deuxième ensembles réduit les contraintes mécaniques ayant comme origine une dilatation thermique. De plus, la lentille et l'élément optique possédant une longueur focale ne subissent pas, ou peu, de contraintes mécaniques. Préférentiellement, le point focal de la première lentille 230 est en surface du composant optoélectronique 205. Ainsi, les rayons lumineux issus du composant optoélectronique 205, dans le cas où il est émetteur de lumière, ou arrivant vers la partie sensible du composant optoélectronique 205, dans le cas où il est récepteur de lumière, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du deuxième ensemble sur l'axe optique de la première lentille. Préférentiellement, le point focal de l'élément optique 215 est en surface du guide optique 220. Ainsi, les rayons lumineux issus du guide optique, dans le cas où le composant optoélectronique 205 est récepteur de lumière, ou arrivant vers l'entrée du guide optique, dans le cas où le composant optoélectronique 205 est émetteur de lumière, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du premier ensemble parallèlement à l'axe optique du guide optique. On observe que, dans le premier mode de réalisation, le boîtier 200 est mécaniquement relié à l'élément optique 215 et non au guide optique 220. Ainsi, les contraintes sur le guide optique 220 sont relâchées et, au contraire, l'élément optique 215 est relié de manière robuste au boîtier 200. On observe, en figure 3, une gaine 302 d'une fibre optique 304 pénétrant dans un capot plastique 306, en regard d'un miroir concave 308 formant renvoi d'angle vers une couche d'air 310 puis une lentille 312 superposée à une couche transparente 314 portant un composant optoélectronique 316 et un circuit électronique associé 318. Comme on l'observe mieux en figure 5, ce sont, en fait, plusieurs gaines de fibres optiques 302, qui forment un ruban. Les fibres optiques 304 issues de ces gaines font, chacune, face à un miroir concave 308 du capot plastique 306. Les miroirs concaves 308 forment des portions de paraboles et leur point focal se trouve sur l'extrémité de la fibre optique 304 correspondante. On observe qu'ici le terme de point focal signifie que les rayons parallèles provenant de la lentille 312 convergent vers l'entrée de la fibre optique 304 ou que, inversement, les rayons issus de la fibre optique 304 se retrouvent sensiblement parallèles après réflexion sur le miroir concave 308 correspondant. Grâce aux miroirs 308, un montage en renvoi d'angle peut être réalisé et le guide optique constitué des fibres optiques 304 peut être parallèle au plan des composants optoélectroniques 316 et de leur substrat 314. Dans le mode de réalisation décrit en figures 3 à 5 et comme on le voit mieux en regard de la figure 4, chaque miroir 308 comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air. La réflexion est donc totale pour au moins une partie des rayons incidents sur le miroir. En complément ou en variante, chaque miroir 308 comporte, une couche métallique formant réflecteur. Le capot plastique 306 vient en appui sur un boîtier ou substrat 320, par exemple en céramique, supporté, par l'intermédiaire de billes (non représentées), par un circuit imprimé (non représenté). Un premier ensemble est constitué, conjointement, du composant optoélectronique 316 et de la lentille 312, dite première , la couche transparente 314 formant une liaison mécanique entre ce composant 316 et cette lentille 312 et un substrat 320 pour le composant optoélectronique 316. Le point focal de la première lentille 312 est en surface du composant optoélectronique 316. Ainsi, les rayons lumineux issus du composant optoélectronique 316 ou arrivant vers la partie sensible du composant optoélectronique 316, sont sensiblement parallèles, ce qui augmente les tolérances mécaniques de positionnement du deuxième ensemble sur l'axe optique de la première lentille. Un deuxième ensemble est constitué, conjointement, de la fibre optique 304 et du miroir concave correspondant 308, le capot 306 faisant la liaison mécanique entre cette fibre optique 304 et le miroir concave 308 correspondant.

La couche d'air 310 sépare le premier ensemble et le deuxième ensemble. Dans le cas où le composant optoélectronique 316 est un composant laser VCSEL, le circuit 318 associé est un pilote, en anglais driver . Dans le cas où le composant optoélectronique 316 est une photodiode, le circuit 318 associé est un TIA (acronyme de transimpedance amplifier pour amplificateur trans-impédance).

Comme on le comprend à la lecture des figures 3 et 5, le sous-ensemble optoélectronique ainsi réalisé comporte le boîtier 320 relié : - d'une part, au premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - d'autre part, au deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, le premier et le deuxième ensembles n'étant pas directement mécaniquement reliés entre eux.

Les contraintes apparaissant sur la fibre optique ne sont ainsi pas transmises au support du composant optoélectronique ou à ce composant. De plus, du fait de l'utilisation d'une lentille liée au composant optoélectronique et d'un élément optique focalisant lié au guide optique, les tolérances mécaniques sont relâchées et permettent un jeu réduisant les contraintes mécaniques. De plus, la lentille et l'élément optique possédant une longueur focale ne subissent pas, ou peu, de contraintes mécaniques. Les tolérances mécaniques de positionnement du premier ensemble vis-à-vis du deuxième ensemble sont ainsi relâchées par rapport à ce qui existait dans l'art antérieur et la robustesse de l'ensemble est améliorée tout en améliorant sa durée de vie et en réduisant ses coûts de montage et donc de revient.

Dans le mode de réalisation illustré dans les figures 3 à 5, le lien mécanique entre le deuxième ensemble et le boîtier est réalisé par le capot 306. Le capot 306 et le boîtier 320 sont assemblés par collage ou plaquage et bridage. La mise en place de l'assemblage des deux ensembles est particulièrement aisée grâce au relâchement des contraintes de couplage.

Dans le mode de réalisation décrit et représenté en regard des figures 3 à 5, le premier ensemble comporte : la couche 314 transparente en au moins une zone et pour au moins une longueur d'onde lumineuse, ladite couche transparente 314 étant assemblée au boîtier 320 par un joint (non représenté) et supportant des pistes conductrices (non représentées) affleurantes sur la face du de la couche 314 tournée vers le boîtier, dite face interne et au moins un composant optoélectronique 316 assemblé à la face interne de la couche transparente 314, par des microbilles de métal (non représentées) reliées à des pistes conductrices portées par la couche transparente 314, chaque dit composant optoélectronique 316 mettant en oeuvre au moins une longueur d'onde pour laquelle une zone de la couche 314 en regard du composant optoélectronique 316 est transparente. Ces caractéristiques seront mieux comprises en regard des figures 6, 7A et 7B et 8 décrites ci-dessous. Dans la description des figures 6 à 8, le terme de substrat est employé pour désigner le couche transparente 314 formant substrat pour le composant optoélectronique 316 et son composant électronique associé 318. L'utilisation du substrat transparent pour l'interconnexion et le report d'un composant optoélectronique permet une réduction de la taille, notamment la hauteur/l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique en même temps qu'une réduction du nombre de pièces de l'assemblage. On note que le composant optoélectronique peut être une photodiode, un phototransistor ou un laser, par exemple de type VCSEL (acronyme de Vertical Cavity Surface Emitting Laser pour laser à surface émettrice en cavité verticale ou laser émettant en surface). De plus, la mise en oeuvre de la présente invention élimine le besoin d'émettre en face arrière, c'est-à-dire du côté du support. L'utilisation du substrat transparent formant fenêtre comme élément de support du composant optoélectronique et des pistes conductrices permet de réduire l'encombrement de la connectique et de réduire l'épaisseur du sous-ensemble optoélectronique. Enfin, ce sous-ensemble fournit une fonction optique utilisable dans une application en espace libre. On observe, en figure 6, un boîtier, ou embase, en céramique 405 et un substrat en verre, en pyrex, en quartz et/ou en saphir 410 portant au moins un composant optoélectronique 415 et au moins un composant électronique 420 associé à chaque composant optoélectronique. Dans des modes de réalisation, au moins un composant optoélectronique 415 est une photodiode, le composant électronique associé 420 étant un amplificateur trans-impédance, ou TIA . Dans des modes de réalisation, au moins un composant optoélectronique 415 est une source laser de type VCSEL, le composant électronique associé 420 étant un pilote (en anglais driver ). Le boîtier 405 est soudable ou pluggable sur un circuit imprimé, sur sa face inférieure. Cependant, dans un but de clarté, les contact électriques, biens connus de l'homme du métier, ne sont pas représentés en figure 6. Au moins un composant électronique 420 et le boîtier 405 sont thermiquement reliés par un joint (ou drain) thermique 425, éventuellement intégré au boîtier 405, ce qui permet une dissipation thermique en face arrière, c'est-à-dire côté boîtier. Le dissipateur thermique 425 peut être en pâte ou colle thermique, et comporter des vias remplis de métal. Le boîtier 405 est associé, en face arrière, à un circuit imprimé 430 de manière connue en soi. Préférentiellement, les composants 415 et 420 sont assemblés au substrat 410 par des microbilles, respectivement 406 et 408, selon la technique connue sous le nom de flipchip . Des pistes conductrices 409 affleurante sur la face interne du substrat 410, sont préalablement réalisées, notamment au moins un piste conductrice qui véhicule un signal numérique haute fréquence depuis ou vers au moins un composant optoélectronique 415, vers ou depuis, respectivement, le circuit imprimé 430, par l'intermédiaire d'une microbille, de cette piste 409, d'une jonction conductrice (voir figures 7A, 7B et 8) et du boîtier 405. Le boîtier/embase céramique 405 permet de reporter ensuite le sous-ensemble objet de la présente invention sur le circuit imprimé 430 selon les techniques d'assemblage typiquement utilisées sur les composants montables en surface ( CMS ), par exemple soudure. Ainsi, conformément à la présente invention, on utilise le substrat 410 pour réaliser l'interconnexion, la réduction de la taille du sous-ensemble décrit en figure 6, en comparaison avec le montage traditionnel de composants optoélectroniques et de composants associés sur une embase en céramique. De plus, on réalise une réduction du nombre de pièces du sous-ensemble, une réduction de sa hauteur / épaisseur et on élimine le besoin d'émettre en face arrière, c'est-à-dire côté boîtier 405. L'utilisation du substrat faisant office de fenêtre, comme élément de support des composants électroniques permet de réduire l'encombrement en éliminant les fils internes et de compacter l'assemblage par élimination d'une couche, se trouvant traditionnellement sur la céramique de l'embase, qui forme une partie des parois verticales du boîtier. Dans des modes de réalisation, le substrat 410 porte, sur sa face externe, ou supérieure, au moins une marque d'alignement mécanique (non représentée), qui permet un alignement visuel de tout système de couplage optique rapporté sur ce substrat 410.

Préférentiellement, les sous-ensembles, tels que celui illustré en figure 6, sont assemblés collectivement (en wafer Nevel ) selon les techniques connues de l'homme du métier,. La séparation des pièces est ensuite réalisée par découpe à la scie conventionnelle. Cet assemblage collectif présente un grand avantage en terme de durée du processus de fabrication ainsi qu'en terme de propreté de l'assemblage dont les dimensions sont mieux contrôlées. Ainsi, ces sous-ensembles optiques forment une matrice, par exemple de 25 pièces, de boîtiers céramiques avec connectique, assemblés à un substrat portant les composants et pistes conductrices puis découpés. Dans le mode de réalisation illustré en figure 6, le substrat 410 est monté sur le boîtier 405 par l'intermédiaire de microbilles 407. Cependant, dans un mode de réalisation préférentiel, illustré plus en détail en regard des figures 7A, 7B et 8, ce montage est réalisé par la combinaison de studs et d'un joint hermétique. Que l'assemblage comporte des microbilles, comme illustré en figure 6, ou des studs, comme illustré en figures 7A, 7B et 8, ces microbilles ou ces studs servent préférentiellement à véhiculer des signaux entre des pistes conductrices (non représentées) du substrat 410 et du boîtier 405, éventuellement en surface ou enterrées dans ces éléments. Ces pistes se terminent par l'un des plots métalliques de contact 452 et 453. On observe, en figure 7B, la jonction une fois effectuée, entre l'embase 405 et le substrat 410 et en figure 7A les éléments de la jonction avant assemblage. Dans chacune des figures 7A et 7B, on observe un stud 450 et de la colle 455. La colle 455 peut, en variante, être remplacée par une préforme métallique qui va venir se braser avec le plot métallique de contact 453, éventuellement une goulotte de réception, une thermocompression étant, là encore, utilisée. Un stud est un fil qui a été soudé et sur le lequel on a tiré, pendant la soudure, très rapidement et fortement ce qui lui donne une allure de clou ou de plot avec une partie pointue. On vient alors appliquer une colle et la pièce qui vient dessus avec une certaine pression créant la connexion entre les deux parties. Pour renforcer et diminuer la pression à appliquer, on applique de la colle qui va protéger, durcir et se rétracter avec la température renforçant la connexion. C'est un procédé relativement connu. Cet effet de rétreint avec la colle du stud bump viendra encore appliquer une pression supplémentaire sur le joint d'herméticité.

Pour l'assemblage avec studs, on met en oeuvre un effet de rétreint en chauffant les pièces et en réalisant le contact. Les studs constituent les points de connexion entre le substrat 410 et le boîtier 405. Un enrobage est constitué autour de ces studs de manière à avoir un dispositif étanche. Pour garantir l'herméticité, un joint d'herméticité est positionné vers l'extérieur des studs. Les studs, permettant un montage à l'envers, font partie de la technique dite flip-chip . Dans une variante préférentielle illustrée en figure 8, pour améliorer l'herméticité, on prévoit une brasure d'éléments, ou joint, métalliques 460 et 465, en périphérie du boîtier 405 et du substrat 410, le contact électrique se faisant au niveau du stud 450. Le joint additionnel est réalisé par brasure entre le substrat et le boîtier, par exemple en un alliage Au/Sn, un alliage d'Indium ou un autre alliage fusible. Préférentiellement, on fait passer le signal numérique haute fréquence par l'intermédiaire de studs, entre le substrat 410 et le boîtier 405. On observe que la combinaison d'un stud et d'une brasure est particulièrement avantageuse car le stud, qui peut véhiculer des signaux, réalise une cale et garantit l'épaisseur de brasure après fusion. On évite ainsi que la brasure, sous l'effet des forces en présence, ne s'écrase et se répande à l'intérieur ou à l'extérieur du composant. En ce qui concerne l'alignement optique, une première technique consiste à réaliser un pointage. Le sous-ensemble présenté fournit une fonction optique utilisable dans une application en espace libre. Il n'y a pas de vecteur de lumière sous forme de guide d'onde, ou fibre optique. En utilisant un substrat de verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir, l'alignement d'un système optique peut se faire par simple visée d'une référence au travers du substrat. Dans un cas général, où l'on souhaite aligner une barrette de diodes laser VCSEL, au pas de 250 pm montés sur un substrat d'environ 500 pm, les lentilles disponibles sur le marché sont exploitables sans difficulté particulière lors de l'assemblage.

Cependant, dans certains cas, une méthode de visée n'est pas satisfaisante. Selon des variantes de la présente invention, on réalise, pour ces cas, des références mécaniques en face arrière du substrat en verre, pyrex, quartz et/ou saphir, par des techniques dites de hot embossing ou de lithographie de matériaux tels que le SU8. On réalise ainsi, au niveau du substrat, des butées mécaniques utilisables pour le positionnement de lentilles, fibres optiques ou réceptacles. Selon d'autres exemples, les références mécaniques prennent la forme de croix d'alignement.

Ainsi, conformément à un mode de réalisation avantageux du dispositif objet de la présente invention, on utilise un substrat composite de verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir, d'une part, et de silicium, d'autre part. Dans ce substrat, une face en verre, pyrex, quartz et/ou saphir constitue une fenêtre optique que l'on utilise pour l'assemblage des composants et une face en silicium sert pour ses propriétés mécaniques car on sait traiter cette face par des techniques connues dans le domaine des MEMS . Dans ce mode de réalisation, on assemble les deux faces par adhérence moléculaire ou scellement anodique puis on amincit le substrat en respectant une valeur d'épaisseur satisfaisante du point de vue optique, pour qu'il soit utilisé sur les équipements optiques conventionnels. L'épaisseur du verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir dépend du type de matériau utilisé et de son indice optique et est ajustée de manière à avoir un couplage optique maximal du dispositif. Typiquement, l'épaisseur de verre, de pyrex, de quartz et/ou de saphir est de 50 pm et l'épaisseur du silicium, pouvant être variable, s'établit autour de 500 im.

On observe, en figure 9, dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention, on effectue d'abord une étape 505 d'assemblage du guide optique au capot. Puis, au cours d'une étape 525, on effectue la réalisation d'au moins un stud sur la face interne du substrat et, au cours d'une étape 530, de brasure sur cette face interne. Au cours d'une étape 535, on effectue le montage des composants optoélectroniques et électroniques sur la face interne du substrat. Au cours d'une étape 540, on effectue un dépôt de colle thermique dans le boîtier, en regard d'au moins un des composants électroniques montés sur le substrat. Au cours d'une étape 545, on effectue un dépôt de colle en regard des studs, sur les bords du boîtier. Au cours d'une étape 555, on effectue un assemblage du substrat sur le boîtier, par exemple par thermocompression.

Ainsi, de manière avantageuse, l'étape d'assemblage 555 comporte une étape de fermeture hermétique du boîtier 405 par le substrat 410, par l'intermédiaire d'un joint fusible, ici de brasure, et de prise de contact électrique, par chaque stud, entre une piste conductrice du substrat 410 et une piste conductrice du boîtier 405, par rétreint en température, ici de la colle des stud bump en température.

Au cours d'une étape 560, si plusieurs sous-ensembles ont été réalisés au cours des étapes 505 à 555, on effectue la découpe du boîtier et du substrat qui les constitue, par sciage. Enfin, au cours d'une étape 565, on effectue le montage du capot sur le boîtier. Préférentiellement, le composant optoélectronique 415 est formé d'une pluralité d'émetteurs et/ou de récepteurs optiques intégrés dans un composant optoélectronique multicanaux. Dans le cas d'utilisation de VCSEL ou de photodiodes, ceux- ci forment une barre comprenant plusieurs composants, par exemple, quatre, huit ou douze, côte à côte. (4, 8, 12 etc). L'électronique 420 associée sur le substrat 410 est également multicanaux pour piloter l'ensemble des composants optoélectroniques de la barre. Dans des variantes, le substrat 410 est formé uniquement en silicium et est lui-même un circuit intégré par exemple de contrôle, voire de pilotage, du ou des composants optoélectroniques 415, montés en flip-chip, le substrat étant, lui-même monté en flip-chip sur le boîtier 405. Dans ce cas, les composants optoélectroniques 415 mettent en oeuvre des longueurs d'onde pour lesquels le silicium est, au moins partiellement, transparent. Par exemple, une longueur d'onde de 1310 ou 1550 nm, classique pour les télécommunications, passe à travers le silicium sans absorption ce qui n'est pas le cas de la longueur d'onde de 850 nm, qui traverse le verre. Comme on le comprend en regard de la figure 9, le procédé de fabrication d'au moins un sous-ensemble optoélectronique objet de la présente invention comporte, notamment : - les étapes d'assemblage mécanique d'un boîtier à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - une étape d'assemblage mécanique du boîtier à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, de telle manière que le premier et Ne deuxième ensembles ne soient pas directement mécaniquement reliés entre eux. On observe que la solution de couplage décrite ici a également un grand intérêt pour la réalisation d'un module avec fibre détachable. En utilisant le capot tel que décrit ci-dessus comme connecteur optique, l'existence du faisceau collimaté entre capôt et boitier relâche les contraintes, comme on l'a vu, et permet, moyennant un guidage par pinoches, de réaliser un couplage avec une fibre amovible. Il suffit donc de guider cette fibre amovible, et de la maintenir mécaniquement avec une bride ou un clip.

Comme autre avantage de ce connecteur, le faisceau étant collimaté, il n'y a plus de contrainte dans l'axe optique. On s'affranchit donc des problèmes d'épaisseur, d'amincissement etc. L'utilisateur de ce connecteur n'a plus qu'à collimaté chacune de ses voies optiques.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Sous-ensemble optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (200, 320) relié : - d'une part, à un premier ensemble comportant un support (210, 314) de composant optoélectronique (205, 316) et au moins une première lentille (230, 312) et - d'autre part, à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique (215, 308) possédant une longueur focale et un guide optique (220, 304), le premier et le deuxième ensembles n'étant pas directement mécaniquement reliés entre eux.

2 ù Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un point focal de la première lentille (230, 312) est en surface du composant optoélectronique (205, 316).

3 ù Sous-ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un point focal de l'élément optique (215, 308) possédant une longueur focale est en surface du guide optique (220, 304).

4 ù Sous-ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième ensemble comporte un miroir (308) incliné par rapport à l'axe du guide optique (304).

5 ù Sous-ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit miroir (308) est concave et constitue l'élément possédant une longueur focale.

6 ù Sous-ensemble selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit miroir (308) comporte un dioptre entre un matériau de haut indice de réfraction et de l'air.

7 ù Sous-ensemble selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit miroir (308) comporte une couche métallique, 8 ù Sous-ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans le deuxième ensemble, le boîtier (200) est mécaniquement relié à l'élément optique possédant une longueur focale (215) et non au guide optique (220). 9 ù Sous-ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier ensemble comporte : un substrat (314) transparent en au moins une zone et pour au moins une longueur d'onde lumineuse, ledit substrat étant assemblé au boîtier (320) par un joint et supportant des pistes conductrices affleurantes sur la face du substrat tournée vers le boîtier, dite face interne et au moins un composant optoélectronique (316) assemblé à la face interne du substrat, par des microbilles de métal reliées à des pistes conductrices portées par le substrat, chaque dit composant optoélectronique mettant en oeuvre au moins une longueur d'onde pour laquelle une zone du substrat en regard du composant optoélectronique est transparente.10 û Sous-ensemble selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le sous-ensemble optoélectronique comporte une pluralité de composants optoélectroniques (316), une pluralité de guides d'onde (304), une pluralité de premières lentilles (312) et une pluralité d'éléments optiques (308) possédant une longueur focale, chaque guide d'onde étant optiquement associé à un composant optoélectronique par l'intermédiaire d'une première lentille et d'un élément optique possédant une longueur focale. 11 - Procédé de fabrication d'au moins un sous-ensemble optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (525 à 560) d'assemblage mécanique d'un boîtier à un premier ensemble comportant un support de composant optoélectronique et au moins une première lentille et - une étape (565) d'assemblage mécanique du boîtier à un deuxième ensemble comportant au moins un élément optique possédant une longueur focale et un guide optique, de telle manière que le premier et le deuxième ensemble ne soient pas directement mécaniquement reliés entre eux.15