CN104159423A - 气密性密封的光电或电光部件及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气密性密封的光电或电光部件及其生产方法，其对热和湿气具有高坚固耐用性。本发明的重要特征是：壳体盖以气密性密封的方式连接到载体，壳体盖内的开孔以气密性密封的方式被至少一个窗口元件封闭。电子部件带有壳体，该壳体具有壳体盖、作为壳体的基板的载体和被壳体盖和载体包封的内部空间，且该电子部件带有被布置在内部空间内的至少一个光电或电光转换器元件，壳体盖以气密性密封的方式被载体通过熔融金属的结合连接封闭，且至少一个开孔被设置在壳体盖内。所述至少一个开孔以气密性密封的方式被至少一个窗口元件沿窗口元件的边缘金属化部借助熔融金属材料的周向第一接缝而连接到壳体盖。窗口元件至少对辐射是透明的。
Description
技术领域
本发明涉及气密性密封的电子部件，例如一般地从DE3335530A1中已知的电子部件。本发明进一步涉及气密性密封的光电或电光部件的生产方法。
背景技术
为通过传感器特别是通过红外传感器(IR传感器)来执行气体或气体混合物的成分测量，在一致性可靠的方式中，传感器必须被封装，以便相对于待被研究的气体或气体混合物以气密性方式被密封。特别地，当在高于室温的温度下执行测量时，传感器的材料可能改变，并且通过传感器获取的测量值可能发生漂移。在气体或气体混合物具有对传感器的材料的腐蚀效果时，这一效应恶化。在此方面，特别是高含量的水蒸气和氧或自由基(radical)的存在对传感器具有不利影响。相同的一系列问题也出现在IR发射器上。
因此，已知的是气密性地封装电子部件。从DE3335530A1中已知上面布置有电子电路的基体(载体)。电路完全被由陶瓷材料、铜或钢制成的覆盖物盖(在后文中称为“壳体盖”)覆盖。壳体盖具有带有可锡焊下侧的周向边缘。载体能够是陶瓷板或大面积漆包电路板(Enameled Circuit Board)。对应于壳体盖边缘的下侧的轮廓的导体带被印制在载体上。壳体盖和载体沿此轮廓被锡焊在一起，并且因此以气密性方式连接起来。在来自DE3335530A1的另外一种布置中，壳体盖完全由钢制成，并且载体具有无漆包的金属区，该金属区沿金属区被焊接到壳体盖。所要求的与所封装的电子电路的电接触被引导通过载体，并且以气密性方式熔融在压制玻璃内。能够以气体填充已组装的壳体盖，以便影响希望的特征，例如露点或导热率。
以此方式生产的电子部件被很好地屏蔽环境影响。然而，电子部件不适合于容纳光电或电光转换器，这是因为在转换器元件和测量环境之间不存在光束路径。
现有技术(DE202009006481U1)公开了具有开口的电子部件的壳体盖的可能性，该开口被透明窗口覆盖，并且因此允许转换器元件和测量环境之间的光束路径。然而，由于以上所述的原因，在DE202009006481U1中公开的布置(用于保护不受不以气密性方式形成的溅水的装置)不能在极大高于室温的温度下使用或不能在带有腐蚀性介质的环境中使用。根据DE202009006481U1的在壳体盖内的透明窗口的组合，例如在DE3335530A1中所描述的，至少缺乏在窗口和壳体盖之间的气密性密封的连接。
发明内容
本发明的目的是，建议下述可能性，通过该可能性能够在高于室温的温度下和带有腐蚀性介质的测量环境中进行对介质特征的一致性可靠的测量。本发明的另外目的是，使得即使在高温下也能够改进对光电和电光单元的保护以免受不利的环境影响。
在用于生产对热和湿气具有高坚固耐用性的气密性密封的光电或电光部件的方法中，以上所述的目的通过如下重要步骤满足：
a)设置用于至少一个光电或电光转换器元件的载体，所述载体同时用作壳体的基板，
b)设置在底表面处具有开口的壳体盖，
c)在壳体盖内产生至少一个开孔，使得在壳体盖被放置在载体上之后，用于接纳所述至少一个转换器元件的内部空间相应地通过在载体上方的壳体盖形成，与所述至少一个转换器元件相关的辐射能够以不受阻碍的方式沿被大体正交于载体定向的光束路径在开孔和转换器元件之间通过壳体盖，
d)设置至少一个窗口元件，所述至少一个窗口元件对于与转换器元件相关的辐射而言是透明的，并且所述至少一个窗口元件的形状和尺寸适合于壳体盖的相应的开孔，并且所述至少一个窗口元件具有边缘金属化部，边缘金属化部作为用于所述至少一个开孔的边缘区域的接触表面，
e)组装载体、转换器元件、壳体盖和所述至少一个窗口元件，其中通过将金属材料熔融在所述至少一个窗口元件的边缘金属化部和壳体盖之间，而在壳体盖和所述至少一个窗口元件之间产生气密性密封的连接，并且在壳体盖和载体之间产生气密性密封的连接，使得以气密性密封的方式与载体形成熔融的金属材料的第二接缝，并且壳体盖在连接到载体之前被定位在载体上，使得所述至少一个开孔与所述至少一个转换器元件的要求的相应的光束路径相对置地对齐。
当然，步骤a)至d)能够以任何次序执行。重要的仅是，元件即载体、壳体盖、转换器元件和窗口元件，在开始组装时具有以上所述的变型。同样无关紧要的是，是将窗口元件首先连接到壳体盖并且然后将壳体盖放置在载体上，还是首先将壳体盖放置在载体上并且然后将窗口元件连接到壳体盖。壳体盖到载体的连接步骤也是可变的。此连接能够在窗口元件连接到壳体盖之前、之后或与之同时执行。
光电转换器元件将光信息(例如检测到的电磁辐射)转换为电信号(传感器)。电光转换器元件意思是从电信号生成光信号的电子电路和装置(例如，IR发射器、发光二极管)。为简单起见，将在后文中使用术语“转换器元件”。
通过熔融金属材料形成接缝将理解为意味着共同地锡焊(soldering)和焊接(welding)的结合技术。锡焊能够通过使用填充材料的媒介物来执行(例如，回流锡焊)或不使用填充材料来执行(例如，扩散钎焊(brazing))。在锡焊中，不会达到所要被结合的相应元件的材料的熔融温度。相比之下，在焊接中，会达到所要被结合的相应元件的材料的熔融温度。焊接能够使用焊接填充材料执行(例如，熔融焊接)或不使用焊接填充材料执行(例如，扩散焊接、电阻焊接、脉冲焊接、摩擦焊接)。
当在金属材料的临时(瞬时)熔融之后通过其固化而在结合元件之间已形成连续的连接时，沿着在其处将待结合的元件(壳体盖和载体或窗口元件)彼此精确连接在一起的结合线形成接缝。取决于所选择的结合方法，熔融的金属材料能够是填充材料、焊接填充材料或待结合的元件自身的材料。
在此描述的意义范围内，技术术语“气密性密封”用于如下连接，即：所述连接具有小于10-8mbar l/s、优选地甚至直至小于10-10mbar l/s的泄漏密封度(泄漏率)。当提到壳体盖和窗口元件及载体的气密性密封连接时，不言而喻的是，在以上给出的定义的意义中，熔融的金属材料的接缝被形成为使得，至少对于以上所述的待以气密性密封的方式沿其相互接触部的整个长度相互连接的元件而言足够得长。
在根据本发明的方法的优选实施例中，窗口元件以透明材料板的形式产生。透明材料优选地从包括如下材料的组中选择：蓝宝石(Al2O3)、氟化镁(MgF2)、氧化镁(MgO)、氟化锂(LiF)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、锗(Ge)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、二氧化钛(TiO2)、Y部分稳定的氧化锆(ZrO2)、溴化铊和碘化铊的混合物(KRS5；Tl(Br-I))、火石玻璃或熔融的硅石。
边缘金属化部使得选择的方法能够通过金属材料的熔融而产生接缝。边缘金属化部便于待结合的元件的材料之间的结合。如果待结合的元件的材料，例如窗口元件的材料，自身例如不可锡焊或不可焊接，则边缘金属化部使得首先能够通过使用熔融金属材料的接缝进行连接。
边缘金属化部能够是单独的金属材料层。在本发明的另外的实施例中，边缘金属化部能够是至少两层构成的层序列。此类型的层序列包含金属铬、镍、铁、钛、铂、钯和金的一种构成的至少一层。通过将至少两种金属作为层序列的层加以组合，能够有利地促进待结合的元件之间的粘合。层序列的层的材料、厚度、次序和量能够根据待结合的元件的材料和所使用的结合方法来选择。例如，有利的层序列是铬和镍的组合，铁、镍和金的组合，或钛和铂或钯和金的组合。
在根据本发明的方法的优选的实施例形式中，钛或铬用作用于基体的粘合促进物。铂、钯或铁镍能够用作产生锡焊连接的金属材料。此外，金或镍能够用于生成保护层和/或润湿层。
边缘金属化部优选地通过气相沉积工艺产生，例如通过CVD(化学气相沉积)或PVD(物理气相沉积)产生，或通过例如电镀工艺的电化学工艺产生。
如果不可锡焊或不可焊接的材料被选择用于载体和/或壳体盖，则也能够将合适的边缘金属化部布置在载体上、在壳体盖上或在载体以及壳体盖两者上。
为了使反应性化学元素或化合物和/或自由基在电子部件内部内的存在最小化，在产生壳体盖和载体之间的气密性密封的连接之前，能够以气体或气体混合物填充内部空间。内部空间也能够替代性地被排空。此外，能够首先以吹扫气体填充内部空间，并且然后将其排空。反应性元素或化合物和自由基的任何残留能够进一步通过后一个过程减少。
例如，陶瓷、金属(诸如钢或镍)、金属合金和复合材料被选择为用于壳体盖的材料。材料必须允许维持小于10-8mbar l/s的泄漏率。Kovar合金也能够被选择为材料。Kovar合金意思是具有低膨胀系数并且能够容易地适合于膨胀系数的合金。这例如对降低壳体盖和窗口元件之间的连接处的张力是有利的。
载体例如能够由陶瓷、金属(诸如钢或镍)、金属合金和复合材料或Kovar合金制成。
由根据本发明的方法生产的电子部件被证明对环境条件诸如热和湿是非常坚固耐用的。相应地，在处于250℃的温度下至少10000小时之后，通过根据本发明的电子部件仍维持可允许的测量公差。甚至在处于185℃的温度下至少18000小时之后，进一步的测试也证明了电子部件的坚固耐用性。在-55℃的温度下至少3000小时的连续负载下，电子部件也显示了可允许的测量公差。此外，电子部件对从+20℃至+200℃和从-40℃至+85℃的热循环是坚固耐用的。还承受了在小于10秒的过渡时间内的温度迅速改变以及改变率为5K/分钟的超过至少1000个循环数的温度逐渐改变。此外，电子部件对400kPa的压力是坚固耐用的。此外，电子部件对85℃/85％RH(＝491hPa)的温度/空气湿度负载在8500小时下是坚固耐用的，并且对95℃/95％RH(＝803hPa)的温度/空气湿度负载在5200小时下是坚固耐用的。
以上所述的目的进一步通过如下电子部件满足，所述电子部件带有：壳体，壳体具有壳体盖、作为壳体的基板的载体和被壳体盖和载体封闭的内部空间；和至少一个光电或电光转换器元件，所述至少一个光电或电光转换器元件被布置在内部空间内，并且具有以气密性密封的方式被引导通过载体并且被布置在载体内的电接触。壳体盖以气密性密封的方式被载体通过熔融金属的结合连接封闭。根据本发明的电子部件的特征在于，在壳体盖内设置至少一个开孔，使得与所述至少一个转换器元件相关的辐射能够在开孔和转换器元件之间沿大体正交于载体定向的光束路径通过壳体盖。所述至少一个开孔以气密性密封的方式通过至少一个窗口元件封闭，其中窗口元件以气密性密封的方式沿窗元件的边缘金属化部通过围绕所述至少一个开孔的熔融金属材料的周向第一接缝而连接到壳体盖。窗口元件至少对与所述至少一个转换器元件相关的辐射是透明的。
在根据本发明的电子部件的第一实施例中，所述至少一个转换器元件是光电接收器，使得电子部件是坚固耐用的传感器。
至少一个光学滤波器与相应的光束路径内的开孔的至少一个关联。此光学滤波器(在下文中简称为“滤波器”)与窗口元件不同，所述窗口元件虽然对与转换器元件相关的辐射透明，但必然地具有不可避免的光学效应(折射、吸收、透射)。滤波器能够设定为使得其在多个光束路径内是光学作用的。多个滤波器能够被布置在光束路径内。滤波器能够单独地相对于光束路径倾斜，或能够相对于光束路径以可选择的且受控的方式倾斜。检测到的且发射的辐射的波长修正能够通过一个或更多个光学滤波器的受控倾斜实现。因为光学滤波器通常包括超过一个光学层，所以相应的光束路径的在光学滤波器内的路径长度以及辐射射线的在光学滤波器上的入射角度能够通过倾斜调整。辐射的特征(例如，波长)能够通过路径长度效果和交界面效果诸如干涉而被选择性地影响。
作为补充或替代，一个或更多个光学滤波器、光学作用元件诸如光圈也能够被布置在光束路径内。不希望的散射辐射能够通过光圈被明显地阻挡，所述光圈例如作为至少一个滤波器的补充被设置在光束路径内。
当光束路径沿光轴在转换器元件和开孔之间延伸时，光束路径是垂直的，并且光轴与转换器元件的接收或发射辐射的表面垂直。光束路径当光轴相对于转换器元件的接收或发射表面的表面法向倾斜达15°时是也被认为是“大体垂直的”。
当此辐射能够被转换器元件检测到或被其发射时，此辐射与转换器元件是相关的。
当设置至少两个开孔时，存在多个光束路径。在根据本发明的电子部件中，所述至少两个开孔以气密性密封的方式被至少一个窗口元件封闭。光束路径在每一个情形中能够是到达光电接收器的分开的光束路径。任一个开孔或至少两个开孔能够以气密性密封的方式分别被窗口元件封闭。
在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，到达相应接收器的分开的光束路径形成为至少一个测量光束路径和至少一个参考光束路径。在此情况中，有利的是，使测量光束路径和参考光束路径相互尽可能靠近，以保证测量光束和参考光束的良好的可比性。
能够在光学滤波器和窗口元件之间设置中间空间。一方面这防止光学滤波器和窗口元件的直接接触，另一方面当连接窗口元件和壳体盖时，如果光学滤波器已事先被布置在壳体的内部空间内的光束路径内，则光学滤波器暴露于更低的热应力。
此外，中间空间有利地防止不希望的气体直接在光学滤波器和窗口元件之间被收集而且导致光学滤波器上的压应变。这些不希望的气体可能例如作为在组装期间所捕获的空气和/或材料杂质的结果而出现。如果这些空气凹穴和/或材料杂质在电子部件的运行期间被加热，则可能导致不希望的气体的释气(outgassing)或膨胀。
为此原因，还非常有利的是，壳体的内部空间和在光学滤波器与窗元件之间的中间空间通过用于气体交换和压力平衡的至少一个通道而连接起来。
在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，转换器元件是电光辐射源。反射器被优选地以旋转对称的方式沿光束路径的初始部分布置，使得电子部件形成为用于发射定向集束的发射器单元。反射器能够被形成为壳体壁的一部分。例如，壳体的内侧能够被相应地形成为反射器，并且如果需要，其能够被涂覆。表面处理诸如抛光或纹理化等同于涂覆。
对于设置发射器单元的另一个可能性是，转换器元件是电光辐射源，并且反射器被设置在壳体盖上，处在开孔上方，使得电子部件与反射器一起形成为用于发射定向集束的发射器单元。在此类型的构造中，反射器被布置在壳体外侧。在简单的情形中，反射器附接到壳体。反射器被优选地另外地固定到位，例如，通过结合接合(胶合、锡焊、焊接)或通过摩擦接合。此类型的构造允许电子部件被制造为带有反射器，所述反射器取决于情况进行选择。
根据本发明的电子部件能够以其多种实施例和产品变体的形式在测量单元内使用。电子部件能够特别地使用，用在用以测量和分析气体和气体混合物的IR测量单元内。
前述类型的测量单元具有被构造为传感器的至少一个电子部件以及被构造为发射器单元的至少一个电子部件。两个电子部件被相互相对置地沿共同轴线定位。它们通过测量单元壳体被以限定的距离保持。所述限定的距离形成测量路径，沿所述测量路径，对位于测量单元内或被引导通过测量单元的气体或气体混合物的特征进行测量。
在根据本发明的测量单元的另外的实施例中，类似地存在被形成为传感器的至少一个电子部件以及被形成为发射器单元的至少一个电子部件。两个电子部件被布置为相互靠近，并且被沿至少偏转一次的共同轴线定位。设置至少一个镜像单元以将光轴偏转，所述至少一个镜像单元通过测量单元壳体被保持与所述两个电子部件相对置。当光轴被形成为电子部件的共同轴线并且通过镜像单元的作用被偏转时，所述至少一个镜像单元被认为与电子部件相对置地布置且保持。能够设置也被保持与电子部件相对置的另外的镜像单元。
另外，能够使得至少一个镜像单元被布置在电子部件之间或邻近电子部件。通过此类布置，光轴能够多次折返，并且能够因此在发射器和传感器之间在测量单元内实现对应长的测量路径，而不需使测量单元壳体具有数分米的长度。所有的镜像单元或单独的镜像单元能够是可控且可移位的。例如，镜像单元能够包含一个或更多个简单的金属镜、分色镜，干涉镜、(微)镜阵列和/或成像镜，例如椭圆(凹面)镜，并且在成像镜布置的情况中，发射器单元和传感器被布置在椭圆的两个焦点中。
测量单元壳体被优选地形成为带有用于使气体通过的开口的管状构造。管状构造能够具有圆形的、卵形的、不规则的或成角度的横截面。横截面的形状和直径能够在测量单元壳体的长度上改变。金属(诸如钢或铝)能够用作测量单元壳体的材料。铝是有利的材料，因为铝能够容易地阳极化。
本发明的对上述问题的解决的前提是电子部件的壳体的壳体盖，所述壳体盖在其底表面处具有开口，并且所述壳体盖的特征在于，至少一个开孔被进一步设置在壳体盖内，所述开孔以气密性密封的方式被具有预定的透明度的窗口元件封闭，其中窗口元件以气密性密封的方式沿窗口元件的围绕所述至少一个开孔的边缘金属化部通过临时(瞬时)熔融金属的周向接缝而连接到壳体盖。
附图说明
将在下文中参考附图和实施例示例更详细地描述本发明。附图示出：
图1在纵截面中示出了根据本发明的带有转换器元件的电子部件的第一实施例；
图2是根据本发明的壳体盖的示意图；
图3是根据本发明的窗口元件的示意图；
图4在纵截面中示出了根据本发明的带有两个转换器元件的电子部件的第二实施例；
图5在纵截面中示出了根据本发明的带有两个转换器元件的电子部件的第三实施例；
图6在纵截面中示出了根据本发明的带有内部反射器的第一实施例的电子部件的第四实施例；
图7在纵截面中示出了根据本发明的带有内部反射器的第二实施例的电子部件的第五实施例；
图8在纵截面中示出了根据本发明的带有外部反射器的电子部件的第六实施例；
图9示出了根据本发明的测量单元的第一实施例；
图10示出了根据本发明的带有镜像单元的测量单元的第二实施例；和
图11示出了根据本发明的带有多个镜像单元的测量单元的第三实施例。
具体实施方式
根据本发明的电子部件1：具有作为关键元件的壳体2，壳体2通过带有开孔5的壳体盖4和载体3形成，在载体3上放置壳体盖4；以及窗口元件10和光电或电光转换器元件7(图1)。
载体3被形成为Kovar合金板，且用作壳体2的基板。壳体盖4被以罩状的方式放置在载体3的侧表面中的一个侧表面的表面上。通过壳体盖4的内侧和载体3的侧表面的区域包围内部空间6，在内部空间6内布置转换器元件7。转换器元件7具有用于电接触转换器元件7的接触元件7.1，接触元件7.1被引导通过载体3的接触孔3.1，并且与玻璃一起熔融在接触孔3.1内，以便进行气密性密封。
壳体盖4由镍制成，并且在其底表面4.1上具有开口4.2(也见图2)。壳体盖4的盖壁向外围绕开口4.2弯曲，并且因此形成了界定开口4.2的周向边缘4.3。在壳体盖4的面向上的区域内设置开孔5，开孔5与载体3相对置地在壳体盖4内。窗口元件10被布置在内部空间6外侧，处在开孔5上方，并且完全地覆盖开孔5。光学滤波器11在开孔5正下方被保持在内部空间6内。从开孔5到转换器元件7实现了用于与转换器元件7相关的辐射9的光束路径8。光学滤波器11被布置在此光束路径8内。为简化起见，对于以上所述的元件(例如光学滤波器11)，无保持件在图1至图11中显示出来。
窗口元件10具有比开孔5的直径大的直径，并且具有边缘区域10.1，边缘区域10.1在开孔5上方在所有侧上突出(也见图2)。边缘金属化部10.2被设置在窗口元件10的侧表面上的边缘区域10.1上而面向壳体盖4(底部侧表面)。通过熔融的填充材料形成的第一接缝17被设置在边缘金属化部10.2和壳体盖4的围绕开孔5的区域之间。窗口元件10和壳体盖4通过第一接缝17相互连接，以便进行气密性密封。
壳体盖4以气密性密封的方式沿周向边缘4.3通过第二接缝18被焊接到载体3。
根据本发明的壳体盖4在图2中示出。如参考图1所述，壳体盖4在五个侧上包围内部空间6。底表面4.1具有被周向边缘4.3界定的开口4.2。窗口元件10通过第一接缝17被布置在开孔5上方，并且以气密性密封的方式连接到壳体盖4。
在图3中的根据本发明的窗口元件10的底部侧表面的透视图，示出了边缘区域10.1和被周向地形成在侧表面上的边缘金属化部10.2。边缘金属化部10.2包括至少两个金属层，所述至少两个金属层相互重叠地气相沉积在边缘区域的周向部分上。
在本发明的另外的实施例中，边缘金属化部10.2也能够通过PVD溅镀。
在图4中所示的根据本发明的电子部件的第二实施例，装配有第一转换器元件7.2和第二转换器元件7.3。开孔5被设置在壳体盖4内，处在第一转换器元件7.2和第二转换器元件7.3上方。两个开孔5以气密性密封的方式通过共同的窗口元件10被覆盖和封闭。在第一转换器元件7.2和开孔5之间在开孔5上方设置第一光束路径8.1，并且第二转换器元件7.3和开孔5之间在开孔5上方设置第二光束路径8.2。光学滤波器11被布置在两个光束路径8.1、8.2内，距开孔5一定的距离，使得在光学滤波器11、开孔5和窗口元件之间形成中间空间12。中间空间12与内部空间6通过通道13连通。沿两个光束路径8.1、8.2在更下游在每个情况中布置另外的光学滤波器111，所述另外的光学滤波器111分别仅与第一光束路径8.1关联以及仅与第二光束路径8.2关联。在第一光束路径8.1内的另外的光学滤波器111被垂直于第一光束路径8.1地定向，而在第二光束路径8.2内的另外的光学滤波器111被相对于第二光束路径8.2倾斜地定向。第一光束路径8.1是测量光束路径，并且第二光束路径8.2是参考光束路径。
在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，另外的滤波器111也能够都分别相对于第一光束路径8.1和相对于第二光束路径8.2倾斜，以便例如调整两个光束路径8.1、8.2的光学参数。为此目的，另外的滤波器111被设计为可调整的滤波器，即：其倾斜角度能够被选择性地改变和调整。
每个转换器元件7.2和7.3具有接触元件7.1，接触元件7.1被引导通过载体3的接触孔3.1，并且与玻璃一起一体地浇注在接触孔3.1内，以便进行气密性密封。壳体盖4通过第二接缝18连接到载体3。在此示例中，第二接缝18通过脉冲焊接方法产生。在此情况中，不使用焊接填充材料；而是，壳体盖4的材料和载体3的材料在周向边缘4.3的区域和载体3的周向边缘4.3下方的区域内部分地熔融。
在根据如在图5中所示的本发明的电子部件1的第三实施例示例中，构造基本上对应于在图4中所示的情况，但光学滤波器11在每个情况中与第一光束路径8.1和第二光束路径8.2关联。另外，带有光圈孔径23.1的光圈23被设置在光束路径8.1和8.2内。光圈23具有边缘，所述边缘延伸直至壳体盖4的内侧，并且因此将内部空间6水平地分开。辐射9能够仅通过相应的光圈孔径23.1。这防止了不希望的散射辐射沿第一光束路径8.1和第二光束路径8.2传播。散射辐射例如可以由于从光学滤波器11和/或另外的光学滤波器111的前侧离开的辐射分量所导致。
在根据本发明的电子部件1的第四实施例示例中，转换器元件7被布置在内部空间6内(图6)。壳体盖4具有开孔5。转换器元件7是电光转换器元件，并且被设计为发射辐射9，辐射9是波长范围在0.8至25μm之间的红外辐射。内部反射器14被布置在内部空间6内，处于转换器元件7上方，使得光束路径8的第一部分被内部反射器14以旋转对称方式包围。内部反射器14具有锥形形状，并且在其内侧上设置有反射IR辐射的涂层(未示出)。转换器元件7、内部反射器14和开孔5相互对齐，使得通过转换器元件7发射的辐射9通过内部反射器14被收集，并且通过开孔5作为定向集束(directed beam bundle)的形式被发射出去。内部反射器14锡焊到转换器元件7。在另外的布置中，内部反射器14被通过保持装置(未示出)保持。第二接缝18被通过锡焊形成。
在另外的布置中，内部反射器14也能够具有椭圆或抛物面形状。此外，内部反射器14也能够被以自由形式的方式成形，例如被通过椭圆和抛物面的部分的组合成形。
在内部反射器14的替代性的构造中，壳体盖4的内侧被成形为内部反射器14并且被涂覆，如在图7中示意性地示出的那样。
在根据本发明的电子部件1的第六实施例中，外部反射器15被放置在壳体盖4上，处在窗口元件10上方(图8)。外部反射器15在其侧上具有反射器保持器16。壳体盖4被反射器保持器16侧向包围。为实现外部反射器15的高精度定位，反射器保持器16在弯曲的周向边缘4.3的上侧上。在另外的实施例中，外部反射器15能够在表面上方结合地(特别是胶合地、锡焊地或焊接地)连接到壳体盖4，在一些区域上方，或通过点焊而结合地连接到壳体盖4。
使用根据本发明的光电和电光转换器元件7的测量单元19的第一实施例在图9中示意性地示出。测量单元19具有铝制管状测量单元壳体19.1，两个通孔20被设置在测量单元壳体19.1的侧壁内，以引导待测量的介质进出。测量单元壳体19.1能够是圆柱形管状的，或也能够具有n边形棱柱的形式的管状形状(仅在图11中示出)。作为发射器单元的电光转换器元件7被布置在测量单元壳体19.1的前端处。作为传感器的另外的光电转换器元件7被布置在测量单元壳体19.1的另一个前端处。两个转换器元件7相互面向，并且被相对置地定位。两个转换器元件7的光束路径8的延伸形成共同的光轴，并且通过虚线指示。测量路径22通过转换器元件7之间的间隔限定。
根据本发明的测量单元19的第二实施例在图10中示出。两个转换器元件7被并排布置在测量单元壳体19.1的前端处，所述两个转换器元件7中的一个转换器元件被形成为传感器，并且另一个转换器元件被形成为发射器单元。两个转换器元件7面向测量单元壳体19.1的相对端的方向。镜像单元21被布置在测量单元壳体19.1的相对端处，使得在两个转换器元件7之间限定被折返一次的共同的光轴。通过此步骤，测量路径22(通过虚线表示)超过翻倍，而测量单元壳体19.1的长度维持不变。
为了甚至进一步延长测量路径22而使测量单元壳体19.1的长度维持不变，能够布置另外的镜像单元21，如在图11中所示。在此测量单元19的第三实施例示例中，两个转换器元件7又被并排布置，使得一个转换器元件7被形成为传感器，而另一个转换器元件7被形成为发射器单元。在测量单元壳体19.1的相对端处，并排布置四个镜像单元21，即第一镜像单元21.1、第三镜像单元21.3、第五镜像单元21.5和第七镜像单元21.7。第二镜像单元21.2、第四镜像单元21.4和第六镜像单元21.6被设置为邻近两个转换器元件7。两个转换器元件7的共同的光轴被折返七次，并且从转换器元件7延伸到第一镜像单元21.1，然后延伸到第二镜像单元21.2，并且进一步继续延伸直至第七镜像单元21.7，并且然后延伸到另一个转换器元件7。此布置的结果是，测量路径22(虚线)的长度超过根据图9的第一实施例示例中的测量路径22的八倍。
附图标记列表
1 电子部件
2 壳体
3 载体
3.1 接触孔
4 壳体盖
4.1 底表面
4.2 开口
4.3 周向边缘
5 开孔
6 内部空间
7 转换器元件
7.1 接触元件
7.2 第一转换器元件
7.3 第二转换器元件
8 光束路径
8.1 第一光束路径
8.2 第二光束路径
9 辐射
10 窗口元件
10.1 边缘区域
10.2 边缘金属化部
11 光学滤波器
111 另外的光学滤波器
12 中间空间
13 通道
14 内部反射器
15 外部反射器
16 反射器保持器
17 第一接缝
18 第二接缝
19 测量单元
19.1 测量单元壳体
20 通孔
21 镜像单元
21.1 第一镜像单元
21.2 第二镜像单元
21.3 第三镜像单元
21.4 第四镜像单元
21.5 第五镜像单元
21.6 第六镜像单元
21.7 第七镜像单元
22 测量路径
23 光圈
23.1 光圈孔径
Claims (18)
1.一种用于生产对热和湿气具有高坚固耐用性的气密性密封的光电或电光部件的方法，所述方法具有如下步骤：
a)设置用于至少一个光电或电光转换器元件(7)的载体(3)，所述载体(3)同时用作壳体(2)的基板，
b)设置在底表面(4.1)处具有开口(4.2)的壳体盖(4)，
c)在所述壳体盖(4)内产生至少一个开孔(5)，使得在所述壳体盖(4)被放置在所述载体(3)上之后，用于接纳所述至少一个转换器元件(7)的内部空间(6)相应地通过在所述载体(3)上方的所述壳体盖(4)形成，与所述至少一个转换器元件(7)相关的辐射(9)能够以不受阻碍的方式沿被大体正交于所述载体(3)定向的光束路径(8)在开孔(5)和所述转换器元件(7)之间通过所述壳体盖(4)，
d)设置至少一个窗口元件(10)，所述至少一个窗口元件(10)对于与所述转换器元件(7)相关的辐射(9)而言是透明的，并且所述至少一个窗口元件(10)的形状和尺寸适合于所述壳体盖(4)的相应的所述开孔(5)，并且所述至少一个窗口元件(10)具有边缘金属化部(10.2)，所述边缘金属化部(10.2)作为用于所述至少一个开孔(5)的边缘区域的接触表面，
e)组装载体(3)、转换器元件(7)、壳体盖(4)和所述至少一个窗口元件(10)，其中通过将金属材料熔融在所述至少一个窗口元件(10)的所述边缘金属化部(10.2)和所述壳体盖(4)之间而在所述壳体盖(4)和所述至少一个窗口元件之间(10)产生气密性密封的连接，并且在所述壳体盖(4)和所述载体(3)之间产生气密性密封的连接，使得以气密性密封的方式与所述载体(3)形成熔融的金属材料的第二接缝(18)，并且所述壳体盖(4)在连接到所述载体(3)之前被定位在所述载体(3)上，使得所述至少一个开孔(5)与所述至少一个转换器元件(7)的要求的相应的所述光束路径(8)相对置地对齐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述窗口元件(10)以透明材料板的形式产生，所述透明材料从包括如下材料的组中选择：蓝宝石(Al2O3)、氟化镁(MgF2)、氧化镁(MgO)、氟化锂(LiF)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、锗(Ge)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、二氧化钛(TiO2)、Y部分稳定的氧化锆(ZrO2)、溴化铊和碘化铊的混合物(KRS5；Tl(Br-I))、火石玻璃或熔融的硅石。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述边缘金属化部(10.2)包括至少两层构成的层序列，并且所述层序列包含金属铬、镍、铁、钛、铂、钯和金中的一种构成的至少一层。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述边缘金属化部(10.2)通过气相沉积工艺或通过电化学工艺产生。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在产生处在所述壳体盖(4)和所述载体(3)之间的所述气密性密封的连接之前，以气体或以气体混合物填充所述内部空间(6)，或将所述内部空间(6)排空。
6.一种电子部件(1)，所述电子部件(1)带有：壳体(2)，所述壳体(2)具有壳体盖(4)、作为所述壳体(2)的基板的载体(3)和被所述壳体盖(4)和所述载体(3)包封的内部空间(6)；和至少一个光电或电光转换器元件(7)，所述至少一个光电或电光转换器元件(7)被布置在所述内部空间(6)内，并且具有以气密性密封的方式被引导通过所述载体(3)并且被布置在所述载体(3)内的电接触，其中所述壳体盖(4)以气密性密封的方式被所述载体(3)通过熔融金属的结合连接封闭，其特征在于，在所述壳体盖(4)内设置至少一个开孔(5)，使得与所述至少一个转换器元件(7)相关的辐射(9)能够在所述开孔(5)和所述转换器元件(7)之间沿被大体正交于所述载体(3)定向的光束路径(8)通过所述壳体盖(4)，并且所述至少一个开孔(5)以气密性密封的方式被至少一个窗口元件(10)封闭，其中所述窗口元件(10)以气密性密封的方式沿所述窗口元件(10)的边缘金属化部(10.2)通过围绕所述至少一个开孔(5)的熔融金属材料的周向第一接缝(17)而连接到所述壳体盖(4)，并且所述窗口元件(10)至少对所述辐射(9)是透明的。
7.根据权利要求6所述的电子部件(1)，其特征在于，所述至少一个转换器元件(7)是光电接收器，使得所述电子部件(1)是坚固耐用的传感器。
8.根据权利要求7所述的电子部件(1)，其特征在于，至少一个光学滤波器(11、111)与所述开孔(5)中的至少一个开孔在相应的所述光束路径(8)内关联。
9.根据权利要求7或8所述的电子部件(1)，其特征在于，针对每一个情况中的到达光电接收器的分开的光束路径(8、8.1、8.2)，设置以气密性密封的方式连接到至少一个窗口元件(10)的至少两个开孔(5)。
10.根据权利要求9所述的电子部件(1)，其特征在于，到达相应接收器的所述分开的光束路径(8、8.1、8.2)是至少一个测量光束路径和至少一个参考光束路径。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的电子部件(1)，其特征在于，在所述光学滤波器(11)和所述窗口元件(10)之间设置中间空间(12)。
12.根据权利要求11所述的电子部件(1)，其特征在于，所述壳体(2)的所述内部空间(6)和在所述光学滤波器(11)与所述窗口元件(10)之间的所述中间空间(12)通过用于气体交换和压力平衡的至少一个通道(13)连接。
13.根据权利要求6所述的电子部件(1)，其特征在于，所述转换器元件(7)是电光辐射源，并且内部反射器(14)被以旋转对称的方式沿所述光束路径(8)的初始部分布置，使得所述电子部件(1)被形成为用于发射定向集束辐射(9)的发射器单元。
14.根据权利要求6所述的电子部件(1)，其特征在于，所述转换器元件(7)是电光辐射源，并且外部反射器(15)被设置在所述壳体盖(4)上，处在所述开孔(5)上方，使得所述电子部件(1)与所述外部反射器(15)一起被形成为用于发射定向集束辐射(9)的发射器单元。
15.一种电子部件(1)的壳体的壳体盖，所述壳体盖(4)在其底表面(4.1)处具有开口(4.2)，其特征在于，至少一个开孔(5)被设置在所述壳体盖(4)的盖壁内，所述开孔(5)以气密性密封的方式被具有预定的透明度的窗口元件(10)封闭，其中所述窗口元件(10)以气密性密封的方式沿所述窗口元件(10)的围绕所述至少一个开孔(5)的边缘金属化部(10.2)通过临时熔融金属的周向接缝(17)而连接到所述壳体盖(4)。
16.带有至少一个根据权利要求6至12中的一项所述的电子部件(1)并且带有至少一个根据权利要求13和14中的一项所述的电子部件(1)的测量单元(9)，其特征在于，两个电子部件(1)被相互相对置地沿共同的光轴定位，并且通过测量单元壳体(19.1)保持限定的距离，所述限定的距离形成测量路径(22)。
17.带有至少一个根据权利要求6至12中的一项所述的电子部件(1)并且带有至少一个根据权利要求13和14中的一项所述的电子部件(1)的测量单元(9)，其特征在于，两个电子部件(1)被布置为相互靠近，并且沿至少偏转一次的共同光轴定位，其中设置至少一个镜像单元(21)以用于使所述光轴偏转，所述至少一个镜像单元(21)通过测量单元壳体(19.1)而被保持与所述两个电子部件(1)相对置。
18.根据权利要求16或17中的一项所述的测量单元(9)，其特征在于，所述测量单元壳体(19.1)被形成为带有用于使气体通过的通孔(20)的管状构造。
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