CN105594078A - 光电部件、光电器件及用于制造光电器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有壳体的光电部件，该壳体包括具有上侧（201）和下侧（20）的基部（200）并包括盖（300）。该光电部件也具有激光芯片（400），该激光芯片被布置在基部的上侧与盖之间。在基部的下侧上形成第一焊料接触区（210）和第二焊料接触区（220）。基部适合于在导体轨上的表面安装，在该导体轨中将多个部件串联连接。各部件具有激光芯片（400），该激光芯片附接到电绝缘的载板（240）并且通过导线（215）而连接到插销（260），该插销被玻璃绝缘体（265）与基部点隔离。通过其它导线（225）形成与基部（200）的第二接触。

Description

光电部件、光电器件及用于制造光电器件的方法

技术领域

本发明涉及如权利要求1所述的一种光电部件、如权利要求11所述的一种光电器件、及如权利要求13所述的一种用于制造光电器件的方法。

背景技术

明确地构成本申请的公开内容的一部分的德国专利申请DE102013217796.8也描述了一种光电部件及用于制造光电部件的方法。

已知设计了包括壳体的基于半导体的激光元件，在该壳体中密闭地密封激光二极管以便保护其免受到湿气和污染物的影响。已知利用用于推送安装的线接触来装配这种激光元件的壳体。可将线接触插入用于此目的的印刷电路板的接触开口中，并且例如通过波峰焊接实现电接触。此外，已知通过机械夹紧或机械结合而与这种激光元件的壳体接触，以便散发在该激光元件的操作期间所蓄积的余热。

本发明的一个目的是提供一种光电部件。这个目的是通过具有权利要求1的特征的光电部件而实现。本发明的另一个目的是提供一种光电器件。这个目的是通过具有权利要求11的特征的光电器件而实现。本发明的另一个目的是提供一种用于制造光电器件的方法。这个目的是通过具有权利要求13的特征的方法而实现。在从属权利要求中提供了各种改进方案。

光电部件包括壳体，该壳体包括具有上侧和下侧的基部、及盖。另外，光电部件包括被布置在基部的上侧与盖之间的激光芯片。在基部的下侧上形成第一焊料接触垫和第二焊料接触垫。有利地，该光电部件适合于表面安装。在这种情况下，例如可借助于回流焊接使光电部件的第一焊料接触垫与第二焊料接触垫电接触。另外，可同时地利用在该光电部件的壳体的基部的下侧上的电接触焊料接触垫从光电部件中散发出余热。有利地，可容易地使该光电部件的安装自动化，这使得将光电部件经济地使用于批量生产的器件中成为可能。

在光电部件的一个实施例中，一个导电插销在上侧与下侧之间延伸经过基部。在这种情况下，该插销与基部的剩余部分电绝缘。另外，该插销导电连接到第一焊料接触垫。有利地，该插销由此形成从基部下侧上的第一焊料接触垫到基部上侧的导电连接。在这种情况下，可将该插销例如安装入光电部件的壳体的基部中。

在光电部件的一个具体实施例中，激光芯片具有第一电接触垫。在这种情况下，借助于第一焊线（bondingwire）将第一电接触垫导电连接到插销。由此，插销和第一焊线形成在光电部件壳体的基部下侧的第一焊料接触垫与激光芯片的第一电接触垫之间的导电连接。结果，可利用在光电部件壳体的基部下侧的第一焊料接触垫使光电部件的激光芯片电接触。

在光电部件的一个具体实施例中，激光芯片包括第二电接触垫。在这种情况下，借助于第二焊线将第二电接触垫导电连接到基部的导电连接到第二焊料接触垫的部分。有利地，由此利用基部和第二焊线实现在光电部件壳体的基部下侧的第二焊料接触垫与光电部件的激光芯片的第二电接触垫之间的导电连接。结果，可利用第二焊料接触垫使激光芯片电接触。

在光电部件的一个具体实施例中，第二焊料接触垫以环状的方式包围第一焊料接触垫。有利地，第一焊料接触垫和第二焊料接触垫可由此共同地占据光电部件壳体的基部下侧的区域的良好部分。结果，第一焊料接触垫与第二焊料接触垫共同地形成光电部件的大的热接触垫，这使得余热从光电部件中的有效散发成为可能。

在光电部件的一个具体实施例中，在基部的上侧上形成一个平台。在这种情况下，将激光芯片布置在该平台上。该平台可同时用于激光芯片的热接触和电接触。也可利用该平台的形状来决定激光芯片相对于光电部件壳体的基部下侧的取向。

在光电部件的一个具体实施例中，激光芯片被定位成使得激光芯片的辐射方向取向成垂直于基部的下侧。有利地，这使得以光电部件的辐射方向取向成垂直于印刷电路板的方式将光电部件布置在印刷电路板上成为可能。这使得光电部件的特别节约空间的布置成为可能。

在光电部件的一个具体实施例中，基部和/或盖包含钢。有利地，然后可以密闭地密封方式将盖与基部相互焊接到一起。

在光电部件的一个具体实施例，盖包括一个窗口。可将该窗口例如安装到盖中。由此，由光电部件的激光芯片所发射的激光束可经由盖的窗口从光电部件的壳体中逸出。

在光电部件的一个具体实施例中，将盖焊接到基部。有利地，由此保护布置在盖与基部之间的光电部件的激光芯片免受到湿气和污染物的影响。

光电器件包括印刷电路板和前述类型的光电部件。在这种情况下，将光电部件布置在印刷电路板的表面上。有利地，可利用用于表面安装的方法将光电部件布置并电接触在印刷电路板的表面上。例如，可通过回流焊接使光电部件电接触。这使得光电器件的高度自动化的经济性生产成为可能。

在光电器件的一个具体实施例中，该器件包括多个前述类型的光电部件。在这种情况下，将光电部件布置在串联电路中。有利地，光电器件由此可具有高光输出功率。由于能够利用用于表面安装的方法将光电部件布置在印刷电路板的表面上，因而可将单独的光电部件密集地封装在印刷电路板的表面上。这能够将光电器件有利地设计成具有紧凑的外部尺寸。

用于制造光电器件的一种方法包括以下步骤：提供印刷电路板；提供前述类型的光电部件；和将光电部件布置在印刷电路板的表面上。有利地，将光电部件布置在印刷电路板的表面上的过程可以自动的方式完成，例如借助于表面贴装SMT贴片机。将光电部件布置在印刷电路板的表面上可在与将其它部件布置在印刷电路板的表面上的联合操作中完成。结果，该方法可有利地以经济的方式完成。

在该方法的一个具体实施例中，借助于表面安装将光电部件布置在印刷电路板的表面上。

在该方法的一个具体实施例中，借助于回流焊接将光电部件布置在印刷电路板的表面上。在这种情况下，可有利地完成光电部件的自定心。在这种情况下，利用焊料熔融期间的表面张力将光电部件精确地自我取向在其目标位置。

附图说明

基于下面对结合附图更详细说明的示例性实施例的描述，上面所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得可更加清楚且明确地理解。也提供以下的示例性描述：

图1示出了光电部件的壳体的基部；

图2示出了光电部件的壳体的第一视图；

图3示出了光电部件的壳体的第二视图；

图4示出了光电器件的印刷电路板；

图5示出了包括布置在其上面的光电部件的印刷电路板；

图6示出了光电器件的印刷电路板和光电部件的剖视图。

具体实施方式

图1示出了光电部件100的壳体110的基部200的示意性剖视图。图2示出了光电部件100的壳体110的盖300的示意性透视图。图3示出了光电部件100的壳体110的示意图，其中壳体110的基部200与盖300是相互连接的。

光电部件100可以是例如激光元件。例如，光电部件100可以是被设计用于发射具有在短波可见光谱范围中的波长的激光束的激光元件。

光电部件100的壳体110的基部200也可被称为测头。基部200包含导电材料，优选金属。基部200可包含例如铁或镍合金。例如，基部200可包含钢。

基部200具有上侧201和与上侧201相反的下侧202。在图1中所示的实例中，基部200具有大致呈矩形的基本形状，这使得密集地封装光电部件100的壳体110成为可能，该光电部件100包括与其它光电部件100的其它相同壳体110邻近的基部200。然而，基部200也可以例如具有圆形的圆盘状的基本形状或者六边形的基本形状。

嵌入基部200中的导电插销260从基部200的下侧202经过基部200延伸超过基部200的上侧201。在这种情况下，导电插销260的突出超过基部200的上侧201的部分取向成垂直于基部200的上侧201。导电插销260包含导电材料，例如金属。导电插销260可包含与基部200的剩余部分相同的材料。

借助于绝缘体265使导电插销与基部200的剩余部分电绝缘。绝缘体265可形成为例如釉面。优选地，以被绝缘体265密闭地密封方式将导电插销260嵌入基部200中。

在光电部件100的壳体110的基部200的上侧201上形成平台230。平台230也可被称为台基。平台230可由整体地连接到基部200的剩余部分的均匀材料所构成。在任何情况下，平台230包含导电材料并且导电连接到基部200的与导电插销260电绝缘的部分。平台230具有芯片安装表面235，该安装表面235优选地被取向成大致垂直于基部200的上侧201因此也垂直于基部200的下侧202。

光电部件100包括激光芯片400。激光芯片400被设计成基于半导体的激光二极管。激光芯片400被设计用于发射激光束。例如，激光芯片400可被设计用于发射具有在短波可见光谱范围内的波长的激光束，例如具有在蓝色光谱范围中的波长的激光束。

激光芯片400具有上侧401和与上侧401相反的下侧402。在激光芯片400的上侧401上形成第一电接触垫410。在激光芯片400的下侧402上形成第二电接触垫420。在激光芯片400的操作期间，可在激光芯片400的第一电接触垫410和第二电接触垫420之间将电压施加到激光芯片400。

光电部件100的激光芯片400位于光电部件100的壳体110的基部200的平台230的芯片安装表面235上，使得激光芯片400的辐射方向430取向成大致垂直于基部200的上侧201并因此也垂直于基部200的下侧202。在激光芯片400的操作期间，激光芯片400在辐射方向430上辐射激光束。

在图1的实例中，激光芯片400的辐射方向430取向成与激光芯片400的上侧401平行。将激光芯片400设计为边缘发射体。然而，也可以将激光芯片400设计为表面发射体。在这种情况下，激光芯片400也应当位于光电部件100的壳体110的基部200的平台230上，使得激光芯片400的辐射方向430取向成垂直于上侧201并因此也垂直于基部200的下侧202。然后，任选地可将平台230省略。

将激光芯片400布置在载板240上。载板240也可被称为底座。载板240优选地包含电绝缘且高导热的材料。将导电的金属镀层布置在载板240的上侧上。将激光芯片400布置在载板240的上侧上，使得激光芯片400的下侧402面对载板240的上侧。在这种情况下，形成于激光芯片400的下侧402上的激光芯片400的第二导电垫420形成与在载板240的上侧上的导电金属镀层的导电连接。

将载板240布置在基部200的平台230的芯片安装表面235上，使得与载板240的上侧相反的载板240的下侧面对芯片安装表面235。在这种情况下，优选地在载板240与平台230之间存在高导热连接。

借助于多条第一焊线215，将形成于激光芯片400的上侧401上的激光芯片400的第一电接触垫410导电连接到导电插销260。借助于多个第二焊线225，将在载板240的上侧上的导电金属镀层导电连接到基部200的平台230并因此也导电连接到基部200的与导电插销260电绝缘的部分。因为形成于载板240上侧上的金属镀层导电连接到在激光芯片400下侧402上的第二电接触垫420，所以在激光芯片400的第二电接触垫420与基部200的与导电插销260电绝缘的部分之间存在导电连接。

也可以由导电材料构成载板240。在这种情况下，可将在载板240上侧上的导电金属镀层省略。将激光芯片400布置在载板240的上侧，使得形成于激光芯片400的下侧402的第二电接触垫420导电连接到载板240。载板240位于平台230的芯片安装表面235上，使得载板240导电连接到平台230。在这种情况下，可将第二焊线225省略。

也可以将载板240完全地省略。在这种情况下，激光芯片400直接位于平台230的芯片安装表面235的上方，使得激光芯片400的下侧402面对芯片安装表面235，并且形成于激光芯片400下侧402上的第二导电垫420形成与平台230的导电连接。在这种情况下，也可将第二焊线225省略。

将空腔250布置在基部200的上侧201上。空腔250形成为在基部200上侧201中的凹槽。空腔250可用于容纳光电二极管。光电二极管可用于检测由激光芯片400所发射的激光。然而，也可将光电二极管省略。然后，也可将空腔250省略。

在图3中，光电部件100的壳体110的基部200的下侧202是可见的。基部200的下侧202大体上是平直的。在基部200的下侧202上形成第一焊料接触垫210和第二焊料接触垫220。将第一焊料接触垫210和第二焊料接触垫220布置在一个共同的平面中。第一焊料接触垫210形成于导电插销260的纵向端上并且导电连接到该纵向端。第二焊料接触垫220以环状的方式包围第一焊料接触垫210并且导电连接到基部200的与导电插销260电绝缘的部分。

光电部件100的壳体110的基部200的第一焊料接触垫210和第二焊料接触垫220适合于表面安装，例如通过回流焊接的表面安装。

光电部件100的壳体110的盖300可由例如深冲钢板制成。

盖300被设计成布置在光电部件100的壳体110的基部200的上侧201上，使得平台230和布置在平台230的芯片安装表面235上的激光芯片400可被盖300覆盖。优选地，以密闭地密封方式将激光芯片400与光电部件100的壳体110的周围隔离。由此保护激光芯片400免受到湿气和污染物的影响。结果，可延长激光芯片400的使用寿命并因此延长全体光电部件100的使用寿命。

借助于焊接连接320可将盖300连接到壳体110的基部200。可在盖300与光电部件100的壳体110的基部200之间形成焊接连接320，例如通过脉冲焊接而形成。盖300可具有在其面对基部200的上侧201的侧部上的环形边缘，该环形边缘在焊接连接320的制作期间被熔融。

盖300具有窗口310，该窗口310被布置成使得如果激光芯片400被盖300覆盖，则由光电部件100的激光芯片400所发射的激光束可从光电部件100的壳体110中经过窗口310逸出。为了这个目的，窗口310包含对由激光芯片400所发射的激光辐射大体为透明的材料。优选地，以密闭地密封方式将窗口310安装在盖300中。

图4中示出了光电器件500的印刷电路板600的示意性透视图。光电器件500可以是例如激光器件。

印刷电路板600具有表面601和与表面601相反的后侧602。在图4中所示的实例中，印刷电路板600被设计成DCB（直接铜熔结）印刷电路板，并且包括由铜构成的复合层、绝缘体、和另一层的铜。该绝缘体可包含例如氧化铝或氮化铝。然而，印刷电路板600也可以被设成具有整体的热通孔的FR4印刷电路板，或者被设计成金属芯印刷电路板。

在图4中所示的实例中，将五个串联电路条630布置在印刷电路板600的表面601上，各电路条630是用于容纳五个光电部件100。当然，印刷电路板600也可以包括不同数量的串联电路条630。串联电路条630也可以用于各自容纳小于或大于五个的光电部件100。

各串联电路条630具有形成于在印刷电路板600的表面601上的金属镀层中的多个第一配对接触垫610和第二配对接触垫620。串联电路条630的各第二配对接触垫620、多达各串联电路条630的最后的第二配对接触垫620形成为单件，该单件整体地连接到相同串联电路条630的后继的第一配对接触垫610。相反地，串联电路条630的各第一配对接触垫610、多达各串联电路条630的第一配对接触垫610，也以单件的形式整体地连接到相同的串联电路条630的各前面的第二配对接触垫620。各串联电路条630的第一配对接触垫610导电连接到各串联电路条630的第一外连接区615。各串联电路条630的最后的第二配对接触垫620导电连接到各串联电路条630的第二外连接区625。

图5中示出了光电器件500的印刷电路板600的示意性透视图，该光电器件500包括布置在其上面的光电部件100。图6示出了光电器件500的印刷电路板600和光电部件100的一部分的示意性剖视图。

将五个光电部件100布置在印刷电路板600的五个串联电路条630的各电路条上。在这种情况下，将各光电部件100布置成使得各光电部件100的壳体110的基部200的下侧202面对光电器件500的印刷电路板600的表面601。在各种情况下，在各光电部件100的壳体110的基部200的下侧202上的第一焊料接触垫210形成与印刷电路板600的第一配对接触垫610的导电接触。在各种情况下，在各光电部件100的壳体110的基部200的下侧202上的第二焊料接触垫220形成与在印刷电路板600的表面601上的第二配对接触垫620的导电连接。结果，串联地将各串联电路条630的光电部件100导电连接。

已通过用于表面安装的方法将光电部件100布置在印刷电路板600的表面601上。例如，已通过回流焊接将光电部件100布置在印刷电路板600的表面601上。

导电的焊料被布置在各光电部件100的第一焊料接触垫210与印刷电路板600的相关的第一配对接触垫610之间。相应地，焊料也被布置在各光电部件100的第二焊料接触垫220与印刷电路板600的相关的第二配对接触垫620之间。

阻焊剂被布置在第二配对接触垫620与印刷电路板600的各串联电路条630的后面的第一配对接触垫610的各接触垫之间的过渡区中、以及在第一外连接区615与各串联电路条630的后面的第一配对接触垫610之间的过渡区中，该阻焊剂使第一配对接触垫610的各部分与各相关的光电部件100的第二焊料接触垫220电绝缘。

为了将光电部件100安装在光电器件500的印刷电路板600的表面601上，首先将焊膏布置在位于印刷电路板600的表面601上的配对接触垫610、620上。焊膏包含焊球、助熔剂、和溶剂。同时，将阻焊剂设置在第一配对接触垫610的前述区域。焊膏和阻焊剂的布置例如可通过丝网印刷或模板印刷而完成。阻焊剂也可在印刷电路板的生产期间施加，并且可通过光图形化而排列。随后，将光电部件100布置在印刷电路板600的表面601上。这可例如借助于SMT贴片机而完成。随后，在回流焊炉或气相焊炉中将光电部件100焊接。随后，可对光电器件500进行冲洗从而除去多余的助熔剂。

在将光电部件100布置在印刷电路板600的表面601上的同时，可将其它部件布置在印刷电路板600的表面601上并且导电连接到该表面601。

在光电器件500的各串联电路条630中，可在第一外连接区615与第二外连接区625之间施加电压，从而使各串联电路条630的光电部件100运行。

在光电器件500的运行期间，余热蓄积在光电部件100的激光芯片400中。在各光电部件100处蓄积在激光芯片400中的余热可经由激光芯片400的下侧402和载板240散发到各光电部件100的基部200中。余热可从基部200经由在各光电部件100的基部200的下侧202上的第一焊料接触垫210和第二焊料接触垫220、在焊料接触垫210、220与印刷电路板600的配对接触垫610、620之间的焊料连接、和印刷电路板600的配对接触垫610、620而散发到印刷电路板600中。在这种情况下，利用各光电部件100的基部200的下侧202与印刷电路板600的表面601之间的广泛接触而支持在光电部件100中所产生余热的散发。在光电部件100的焊料接触垫210、220与印刷电路板600的配对接触垫610、620之间的焊料连接有利地只具有少量的热阻。

上面基于优选的示例性实施例更加详细地说明并描述了本发明。然而，本发明并不局限于所描述的实例。相反，在不背离本发明的保护范围的前提下，本领域技术人员可从这些实例中得出其它的变型。

附图标记的列表

100光电部件

110壳体

200基部

201上侧

202下侧

210第一焊料接触垫

215第一焊线

220第二焊料接触垫

225第二焊线

230平台

235芯片安装表面

240载板

250空腔

260导电插销

265绝缘体

300盖

310窗口

320焊接连接

400激光芯片

401上侧

402下侧

410第一电接触垫

420第二电接触垫

430辐射方向

500光电器件

600印刷电路板

601表面

602后侧

610第一配对接触垫（阳极）

615第一外部接触垫

620第二配对接触垫（阴极）

625第二外部接触垫

630串联电路条

Claims (15)

1.一种光电部件（100），

包括壳体（110），所述壳体（110）包括具有上侧（201）和下侧（202）的基部（200）并包括盖（300），

并且包括激光芯片（400），所述激光芯片（400）被布置在所述基部（200）的所述上侧（201）与所述盖（300）之间；

其中，第一焊料接触垫（210）和第二焊料接触垫（220）形成在所述基部（200）的所述下侧（202）上。

2.如权利要求1所述的光电部件（100），其中，导电插销（260）在所述上侧（201）与所述下侧（202）之间延伸经过所述基部（200），

其中，所述插销（260）与所述基部（200）的剩余部分电绝缘，

其中，所述插销（260）导电连接到所述第一焊料接触垫（210）。

3.如权利要求2所述的光电部件（100），

其中，所述激光芯片（400）包括第一电接触垫（410），

其中，借助于第一焊线（215）将所述第一电接触垫（410）导电连接到所述插销（260）。

4.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），

其中，所述激光芯片（400）包括第二电接触垫（420），

其中，借助于第二焊线（225）将所述第二电接触垫（420）导电连接到所述基部（200）的导电连接到所述第二焊料接触垫（220）的部分。

5.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），其中，所述第二焊料接触垫（220）以环状的方式包围所述第一焊料接触垫（210）。

6.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），

其中，在所述基部（200）的上侧（201）上形成平台（230）；

其中，将所述激光芯片（400）布置在所述平台（230）上。

7.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），

其中，将所述激光芯片（400）布置成使得所述激光芯片（400）的辐射方向（430）取向成垂直于所述基部（200）的所述下侧（202）。

8.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），其中，所述基部（200）和/或所述盖（300）包含钢。

9.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），其中，所述盖（300）包括窗口（310）。

10.如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），其中，将所述盖（300）焊接到所述基部（200）。

11.一种光电器件（500），

包括印刷电路板（600）；

并且包括如前述权利要求中任一项所述的光电部件（100），

其中，将所述光电部件（100）布置在所述印刷电路板（600）的表面（601）上。

12.如权利要求11所述的光电器件（500），

其中，所述光电器件（500）包括多个如权利要求1至10中任一项所述的光电部件（100），

其中，将所述光电部件（100）布置在串联电路（630）中。

13.一种用于制造光电器件（500）的方法，包括以下步骤：

提供印刷电路板（600）；

提供如权利要求1至10中任一项所述的光电部件（100）；

将所述光电部件（100）布置在所述印刷电路板（600）的表面（601）上。

14.如权利要求13所述的方法，其中，借助于表面安装将所述光电部件（100）布置在所述印刷电路板（600）的所述表面（601）上。

15.如权利要求14所述的方法，其中，借助于回流焊接将所述光电部件（100）布置在所述印刷电路板（600）的所述表面（601）上。