CN107069420B - 用于电子元件的壳体以及激光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电子元件、尤其用于激光二极管的壳体。壳体包括用于电子元件的安装区域，其中，一个侧壁具有用于光导的馈通部。壳体的基体的底壁不仅具有用于热电冷却器的散热件还具有用于引脚的多个馈通部，该引脚用于接通电元件。

Description

用于电子元件的壳体以及激光模块
技术领域
本发明涉及用于电子元件的壳体、尤其用于高功率激光二极管的壳体，并且还涉及具有壳体的包括激光二极管的激光模块。本发明尤其涉及所谓10引脚封装或14引脚封装。
背景技术
具有激光器的光电模块是已知的，其尤其用于放大在较长路径上的光信号。它们用于纤维激光器的光泵浦。特别地，在市场上可获得的是所谓的10引脚蝴蝶状封装。在组装状态下，这是气密的壳体，其在两个相对的侧壁上具有用于引脚的馈通部，引脚用于为在壳体中的模块供电。这种壳体例如由公开文献US 2002/0070045 A1得知。
壳体由具有馈通部的基体构成，其中基体形成安装区域。在该安装区域中通常将至少一个激光二极管、热电冷却器以及热敏电阻布置为温度传感器。为了防止波长偏移，激光二极管的温度基于热敏电阻的电阻值被控制为恒定值。
为了使热电冷却器的温度消散，壳体包括通常安装在底部上的散热件。
此外，基体还具有引入侧壁中的馈通部，以用于连接光导。
已知的用于电子元件的这种类型的壳体的制造是复杂的。尤其将馈通部引入壳体的侧壁是非常困难的。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供用于电子元件的壳体，尤其是构造成装配好的激光模块，其可简单地制造并且构造得坚固，尤其具有高的温度稳定性。
本发明的目的已经通过根据权利要求1所述的用于电子元件的壳体以及通过包括根据本发明的壳体并且装配有热电冷却器和激光二极管的激光模块而实现。
本发明的优选实施例和扩展方案可从属权利要求、说明书以及附图的主题中得出。
本发明涉及用于电子元件的壳体。
尤其本发明涉及用于激光二极管的壳体。特别地，本发明涉及在安装状态下密封封闭的壳体，其优选构造成10引脚组件。
壳体包括具有上侧和下侧的基体。下侧是在安装状态下面对电路板的一侧。
在上侧和下侧之间布置有用于电子元件的安装区域。
具体地，基体构造成槽状并且因此包括侧壁，安装区域位于侧壁之间。
基体在电子元件安装之后由盖封闭。
此外，基体包括具有用于光导的馈通部的侧壁。
在最简单的情况下馈通部构造成通孔。
通常光导设有套筒，该套筒与基体焊接或钎焊并且光导在套筒中布置在封装混合物、尤其焊料中。
该套筒也可是基体的一部分，尤其与基体一体构造。
根据本发明基体的底部不仅包括用于热电冷却器的散热件，也包括多个用于引脚的馈通部，该引脚用于接通电元件。
引脚与优选由金属制成的基体相对地嵌入封装混合物中。
尤其馈通部构造为玻璃件、优选压力玻璃件。
压力玻璃件例如如此提供，即，各个引脚分别与玻璃环一起引入底部的通孔中。然后使元件加热，从而使玻璃焊料熔化。在冷却因此被玻璃化的馈通部时，通孔由于基体材料的较高的热膨胀系数而更强烈地收缩并且除了与相邻的基体形锁合之外还挤压玻璃馈通部。
用于热电冷却器的散热件同样布置在基体的底部上。因此，引脚和热电冷却器沿同一方向安装，这简化了制造。
在馈通部设计为玻璃件的情况下尤其设置为，在单个工艺步骤中通过加热元件来产生玻璃件并且同时使散热件与基体钎焊。
用于引脚的馈通部优选布置为与散热件邻近。
尤其设置为，散热件在底部上沿着壳体的主延伸方向延伸，其中，引脚与散热件邻近地在两侧成排地伸延。
散热件可如在本发明的一个实施例中那样伸出超过基体的底部。在该区域中尤其可设置用于固定壳体的形锁合元件，如孔或凹部。
尤其期望，设有电子元件的壳体被设置为用于表面安装器件(SMD)。
在此，引脚在馈通部下方横向地弯曲并且横向地伸出超过基体。
引脚与散热件间隔开，从而在散热件和引脚之间无需绝缘件。该间距也用于补偿机械应力，该机械应力由不同的热膨胀系数(电路板、组件)引起。由此使得引入封装混合物中的应力减小并且提高密封的可靠性。优选地，引脚与散热件的间距至少为0.2mm。
尤其在SMD器件中，散热件应包括形锁合元件，以用于其安装。
但是在另一实施例中，根据本发明的壳体也可构造成用于通孔插装技术(THT)的器件。引脚在此没有弯曲，而是从底部直地伸出。在这种元件中除了焊接引脚之外通常不要求固定在电路板上。
在本发明的一个优选的实施例中，基体被构造为拉深(deep-drawn)件。
基体优选由金属构成、特别由钢或由铁镍合金构成。
优选地，基体具有5至20ppm/K、优选11至15ppm/K的热膨胀系数。
在本发明的一个扩展方案中，基体的底部在用于用来进行接通的引脚的馈通部的区域中增厚。
尤其提供这样的底部，该底部具有围绕玻璃件的凸缘。
由此，在馈通部的区域中的壁厚相对于相邻区域增大，这为优选构造成玻璃件的馈通部提供足够长的路径，尽管优选构造成拉深件的基体具有较小壁厚。
基体的壁厚优选为0.3至0.7mm。在围绕馈通部增厚的情况下在该区域中的壁厚优选为至少0.1mm，特别优选至少0.2mm。
散热件优选比基体具有更大的热膨胀系数。优选地，散热件由铜或铜合金制成。
在元件例如通过钎焊连接并且对馈通部玻璃化之后，散热件由于较大的热膨胀系数更剧烈地收缩并且由此可引起基体在玻璃件上的压力各向异性。
但是在工作时，散热件又膨胀，这又反作用于各向异性，从而尽管例如钢/铜材料结合，但是仍有高的温度稳定性。
但是，如在本发明的一个实施例中设置的，安装在基体上的散热件与馈通部的边缘应具有最小间距，以便使得前述各向异性没有过大。
但是散热件与玻璃件的间距至少0.15mm、优选至少0.2mm就足够。尤其该间距小于0.7mm，优选小于0.3mm。
在本发明的一个扩展方案中，基体的底部具有用于散热件的开口。
电子元件、尤其热电冷却器可因此直接安装在散热件上。
根据一个实施例，散热件安装在底部的下表面上。尤其在该实施例中焊接部位于基体的底部的表面上，这确保用于钎焊元件的面积足够大。
尤其在该实施例中，散热件也可包括突出部，其伸入底部的开口中或者在壳体内部中伸出超过底部并因此伸入安装区域中。由此必要时可减小用于接通电子元件的电线长度。
在本发明的一个实施例中，散热件包括具有不同的热膨胀系数的至少两种材料。
因此例如设置成，散热件的突出部由具有比散热件其余部分更低的热膨胀系数的材料构形成，以由此与热电冷却器的热膨胀系数相适应。
但是也可考虑，如在其他的实施例中那样，散热件与基体的连接在基体的开口的侧壁上进行。
在本发明的一个扩展方案中，基体包括形锁合元件，以便在安装工具中仅允许一个插入方向。因此基体例如构造成非对称的或者可具有凹部或凹进部，从而在安装时仅可沿一个方向插入基体。这同样简化了安装。
此外，至少基体优选包括涂层。尤其基体具有镍或金涂层。
在本发明的一个扩展方案中，基体和/或与基体连接的盖包括周边的脊部。因此基体和盖可以特别简单的方式借助电阻焊而连接。对此，在基体和盖之间必须仅引入足够大的电流。因为在脊部的区域中电流密度最高，焊接连接部在该区域中以特别简单的方式形成。
替代性地，也可考虑基体和盖借助滚缝焊接连接。
包括壳体的激光模块尤其构造成具有最大输出功率为至少200mW、优选至少350mW的高功率激光二极管的激光模块。
尤其涉及10引脚封装，其中设置有热敏电阻，借助该热敏电阻通过热电冷却器可调节激光二极管的温度。
应理解，热敏电阻无需构造成单独的元件，而是例如也可是激光二极管的一部分或者热电冷却器的一部分。
附图说明
下面根据本发明的实施例参考附图的图1至图33阐述本发明的方案。
图1和图2示出了用于电子元件的壳体的第一实施例的立体视图，
图3示出了图1的剖视图，
图4示出了图3的细节图，
图5a和5b示出了用于连接光导的套筒，
参考图6至图8阐述冷却元件的不同实施例，
图9至图11示出了壳体的另一实施例，
图12示出了壳体的一个实施例的基体的立体视图，
图13示出了图12的剖视图以及图14示出了细节图，
图15和图16示出了基体的另一实施例的立体视图，
图17和图18也示出了基体的另一实施例的立体视图，
图19示出了壳体的另一实施例的立体视图，
图20示出了图19的剖视图，
图21和图22、图23和图24、图25和图26、图27和图28分别示出了壳体的其他实施例的立体图和剖面图，
图29示出了仅具有6个引脚的壳体的立体视图，
图30示出了根据图29的壳体的部分剖切视图，
图31示出了在图29中示出的壳体的剖视图，
图32示出了装配好的壳体的一个实施例的剖视图，
图33示出了的盖的剖视图。
具体实施方式
图1示出了用于电子元件、特别是用于激光二极管的壳体1的下侧3的立体视图。
壳体1包括槽状的基体9，基体基本构造成是立方体的。
该视图中，在基体的下侧3可看见引脚2，引脚从基体9的底部中引出。
引脚2呈两排布置。
在引脚2之间布置有散热件5，其由铜或具有高的热导率的其他金属制成。
散热件5延伸超过基体9的底部并且在一端上包括孔6而在另一端上包括凹部7，它们用作用于固定壳体1的形锁合件。
图2示出了沿壳体1的基体9的上侧4的方向看的立体视图。
可看出，槽状的基体9在其内部形成用于电子元件(未示出)的安装区域。
引脚2在其端部上具有接触部10，接触部布置在壳体1的内部空间中。
接触部10用于电连接壳体中的电子元件。
尤其，壳体1具有分别用于激光二极管、热电冷却器以及用于热敏电阻的两个接触部。
还可看出构造为孔的馈通部11，经由馈通部引入光导(未示出)，以便将该光导耦合到激光二极管。
在该实施例中，基体9的底部8包括开口，通过该开口可从内部空间中接触到散热件5。因此，电子元件在壳体内可直接安装在散热件5上。
图3示出了在图1和图2中所示壳体的沿壳体的窄侧方向看的截面图。
可看出，基体9具有馈通部14，引脚2通过该馈通部引入壳体的内部空间中。
还可看出，散热件5由板状件12和突出部13构成。散热件借助突出部13与基体9连接。
图4示出了馈通部14的区域A的详细视图。
引脚2借助玻璃件15引入基体的底部8中。
在该实施例中，引脚2具有直径增大的接触部10，用于电连接电子元件的电线可以安装到该接触部。
此外，在该实施例中，为了增大玻璃件15的深度，插入件16引入到底部8的开口中。该插入件例如可通过钎焊或焊接而紧固。因此，相比于单独通过底部，可实现具有更长的长度。
图5a和5b示出了如在所有示出的实施例中可用于连接光导的套筒17的示意性立体视图。
在图5a中示出的套筒17用于通过卡扣连接到基体的馈通部中而安装在其中。
在图5b中所示的套筒17的实施例具有凸缘部，其用于通过焊接而紧固套筒。
因此在本发明的一个优选的实施例中，套筒17构造成单独的元件，其焊接或钎焊在基体上。基体由此能设置为拉深件(Tiefziehbauteil bereitstellen)。
图6至图8示出了散热件的不同实施例的立体视图。
在图6中所示的散热件5具有孔6，孔用作用于固定壳体的形锁合件。
沿散热件5的端部之间的主要边缘，散热件具有向于主延伸方向伸延的凹部18。在该凹部18的区域中，引脚可邻近于散热件5引出。
图7示出了简单的散热件5，其构造成板状件。这种散热件特别与THT(通孔插装技术)器件设计的壳体一起提供，因为这样的壳体通常仅通过焊接引脚固定。
图8示出了散热件的一个实施例，在其中散热件由板状件12和从板状件12中伸出的突出部13构成。板状件又具有形锁合元件，特别是用于安装的孔。
突出部13或者其前面紧固到基体的底部上，或者可以突入基体的开口中。
此外，在安装状态下，突出部13可以用于增大基体与电路板之间的间距，从而在由此得到的中间间隙中，引脚沿横向向外延伸。
这种具有突出部13的散热件5优选设置为一件式元件、尤其是铣削件。但是也可考虑，散热件5设置为两件式，例如突出部13钎焊至板状件12的形式。
可考虑，散热件可以由相同的材料制成或者也可以是由两种不同材料制成的混合元件。后一种方法提供以下可能性，例如基体的材料具有与热电冷却器相适应的较小的热膨胀系数并且板的材料具有较高的热导率。
图9是壳体1的另一实施例的立体视图。
该壳体也包括构造为槽状的基体9，在基体的下侧上安装散热件5。引脚2沿横向向外延伸，这就是SMD器件。
在组装状态下，基体9能由盖19封闭。盖19优选通过焊接连接。
图10是图9的壳体的纵向剖视图。
在此也可看到构造成拉深件的基体9，其具有用于光导的馈通部11。
此外可看出，散热件5具有突出部，该突出部的前面安装到基体9的底部8上。借助钎焊来进行连接，其中在该实施例中能以简单的方式提供足够大的周向钎焊连接区域24。
图11是壳体1的下侧的视图。能看到在散热件5旁边出来的引脚2，其沿横向向外延伸。
只是引脚2a未穿过馈通部，而是直接与基体连接，因为其用作接地引脚。
图12是基体9的一个实施例的立体视图。
基体9也构造成槽状。
基体9在侧壁上具有用于光导的馈通部11。
此外，基体9的底部在其下表面中具有矩形的开口21，经由该开口，组装后壳体的散热件暴露到内部空间。
用于引脚的用来连接安装在壳体中的电子元件的九个馈通部14也能被看到。
图13示出了如在图12中所示的基体9的截面视图。
馈通部14能被看到。
图14是图13的区域B的放大图。
可看出，基体的底部具有围绕馈通部14的凸缘20，因此在围绕馈通部14的区域中具有相对于邻接区域增大的壁厚。因此即使在具有薄的壁厚的拉深件中，待引入馈通部14中的玻璃件也足够长。
围绕馈通部14的这种凸缘的增厚优选通过模压加工实现、例如与拉深同时实现。
图15和图16是基体9的另一实施例的立体图。
如在图15中可看出，该基体9也具有侧壁，该侧壁具有用于光导的馈通部。
此外可看出，在一侧上，向内突出的凹进部22形成在窄侧的侧壁23中。
如尤其在图16中清楚看出地，凹进部22提供简单的形锁合元件，其确保基体9在组装时仅可沿一个方向插入安装工具(未示出)中。
图17和图18是基体9的另一实施例的立体视图。
如在图17中可看出，在该实施例中底部8在绕用于引脚的馈通部14的区域中没有增厚。
但是底部同样具有用于散热件的开口21。
在图18中可看出，基体9也如在前面所示的其他实施例中那样，在其上侧4具有凸缘，在凸缘上可安装盖。
图19以立体视图的方式示出了壳体1的另一实施例。
在该壳体中，基体9上安置有简单的板状的散热件5。
引脚2不弯曲，而是直地从底部延伸。该元件因此用于THT安装。
图20是图19的剖视图。
可看到延伸穿过馈通部的用于接触电子元件的引脚2以及另外的用作接地端子的引脚2a。
底部8具有开口，并且板状的散热件的前面焊接到底部8上，而没有突入到壳体的内部中。由此提供额外的安装空间，例如在安装相当厚的元件的时候。
图21是壳体的另一实施例，其被设计为用于SMD的安装。
对此，邻近于构造成骨头状的散热件5而布置的引脚2弯曲，以沿横向向外突伸。
图22是图21的剖视图。
可看出，在该实施例中基体9的底部8没有用于散热件5的开口。
因此，在本发明的该实施例中通过基体的底部8到散热件5的热传导来实现冷却。因为基体优选构造成具有小的壁厚的拉深件，所以在很多情况下无需在底部中引入开口。
图23和图24示出了壳体的另一实施例。
在该实施例中，如尤其在图23中可看出地，散热件5包括板状件12以及突出部13。
如在图24的剖视图中可看出，突出部13插入底部8的开口中。
焊接连接部24因此横向地形成。
在本发明的该实施例中，在壳体1的内侧，散热件5与底部8齐平地终止。
图25示出了具有散热件5的壳体的另一实施例的立体视图。
如在根据图26的剖视图中可看出，引脚2、2a从散热件5沿横向向外延伸。
横向突伸的引脚基本在与散热件5相同的高度延伸，而在图23和图24中示出的实施例中散热件具有这样的高度，使得散热件的下侧与引脚间隔开。
图27和图28示出了壳体1的另一实施例。如在图27中可看出，壳体1具有槽状的基体9以及散热件5，这对应于从图21中所示的实施例的下侧看到的。
如在图28中可看出，散热件5包括突出部13，突出部焊接在基体的下侧上。基体9的底部8具有开口21，从而电元件可直接安装在散热件5的突出部13上。
但是，焊接连接部24位于底部8的下表面上并且因此与图26中所示的实施例不同不是横向地形成。
而且在该实施例中，引脚2和2a沿横向向外延伸，所以这是SMD器件。
图29示出了壳体1的另一实施例，其仅具有6个引脚。
壳体包括散热件5。
引脚2沿横向向外弯曲，所以这是SMD器件。
图30是图29的部分剖切视图。
在该实施例中可看出，散热件的基本圆形的突出部13伸入壳体的内部中。
安装在壳体内的元件的高度由此可根据穿过馈通部14而伸延的引脚的接触部高度来调整。
在根据图31的剖视图中可看出，散热件的突出部13伸入壳体的内部25中。
在该实施例中焊接连接部24横向形成。
图32示出了装配好的壳体，即激光模块30的剖视图。
根据该实施例的激光模块30包括弯曲的引脚2并且因此构造成SMD元件。
散热件5插入到壳体的基体9的底部的开口中。
因此，构造成珀耳帖元件的热电冷却器26可以直接应用于散热件5上。
热电冷却器26经由电线28与引脚2连接。
在热电冷却器26上安装有高功率激光二极管27。
应理解，该激光二极管27也经由伸延到引脚的电线而电连接，但是这在该视图中不能看出电线。
此外，激光模块30优选还包括热敏电阻，通过热敏电阻控制热电冷却元件26，以在工作期间将激光二极管27的温度保持恒定。
图33示出了盖19的细节图，盖19可用于封闭在图32中示出的壳体，并且也可封闭在其他实施例中示出的壳体。
盖19包括周边的脊部29，其适于通过电阻焊接将盖19紧固到基体上。
如果将盖19安置在基体的凸缘上，在电阻焊接时在脊部29的区域中的电流密度最高，从而引起该区域的加热，由此将元件焊接在一起。
同样也可有利地考虑，将脊部29设置在基体的凸缘上(未示出)。
替代性地，也可使用没有脊部的盖。这例如可借助滚缝焊接来安装。
通过本发明可提供一种可简单制造的壳体，其具有高耐热性以用于高功率元件，如激光二极管。
附图标记列表
1 壳体
2 引脚
2a 接地引脚
3 下侧
4 上侧
5 散热件
6 孔
7 凹部
8 底部
9 基体
10 接触部
11 馈通部
12 板状件
13 突出部
14 馈通部
15 玻璃件
16 插入件
17 套筒
18 凹部
19 盖
20 凸缘
21 开口
22 凹进部
23 侧壁
24 焊接连接部
25 内部
26 热电冷却器
27 激光二极管
28 电线
29 脊部
30 激光模块

Claims (19)

1.一种用于电子元件的壳体(1)，所述壳体包括具有上侧(4)和下侧(3)的基体(9)，在所述上侧和下侧之间布置有用于所述电子元件的安装区域，其中，所述基体(9)的侧壁具有用于光导的馈通部(11)，并且所述基体(9)的底部(8)具有用于热电冷却器的散热件(5)以及用于电连接所述电子元件的引脚(2)的多个馈通部(14)，所述基体具有槽状形状，其中所述安装区域位于所述基体(9)的所述侧壁之间，其中用于多个引脚(2)的所述多个馈通部(14)被配置为玻璃件，并且所述基体(9)被配置为拉深件，其中所述散热件(5)包括板状件(12)。
2.根据权利要求1所述的壳体(1)，其特征在于，所述电子元件为激光二极管(27)。
3.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，用于所述引脚(2)的所述馈通部(14)布置为与所述散热件(5)邻近。
4.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体(9)由金属制成。
5.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体(9)由钢或铁镍合金制成。
6.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体具有5至20ppm/K之间的热膨胀系数。
7.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体(9)的所述底部(8)在用于所述引脚(2)的所述馈通部(14)的区域中增厚。
8.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体(9)的所述底部(8)具有用于所述散热件(5)的开口(21)。
9.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述散热件(5)具有比所述基体(9)更大的热膨胀系数。
10.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述散热件(5)由铜或铜合金制成。
11.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述散热件包括具有不同的热膨胀系数的至少两种材料。
12.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体(9)具有形锁合元件，以便在安装工具中仅允许一个插入方向。
13.根据权利要求12所述的壳体(1)，其特征在于，所述形锁合元件是在所述基体(9)的侧壁中的凹进部(22)。
14.根据权利要求1或2所述的壳体(1)，其特征在于，所述基体(9)和/或封闭所述基体的盖(19)具有周边脊部。
15.一种激光模块(30)，包括根据前述权利要求中任一项所述的壳体(1)，其中，至少一个热电冷却器(26)和激光二极管(27)安装在所述壳体(1)中。
16.根据权利要求15所述的激光模块(30)，其特征在于，所述激光模块(30)包括最大输出功率为至少200mW的激光二极管(27)。
17.根据权利要求15所述的激光模块(30)，其特征在于，所述激光模块(30)包括最大输出功率为至少350mW的激光二极管(27)。
18.根据权利要求15所述的激光模块(30)，其特征在于，所述激光二极管发出波长900至1000nm的电磁辐射。
19.根据权利要求15所述的激光模块(30)，其特征在于，热敏电阻安装在所述壳体中，所述激光二极管(27)的温度可通过所述热电冷却器经由所述热敏电阻控制。
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