DE102006031358A1 - Verfahren zur Gehäusung optischer oder optoelektronischer Bauteile, sowie verfahrensgemäß herstellbares optisches oder optoelektronisches Gehäuseelement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gehäuseteilen für optische oder optoelektronische Bauelemente. Dazu wird ein Metall-Gehäuseelement mit einem transparenten Gehäuseelement mittels eines Glaslotrings verbunden, wobei das Glaslot mit dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement in Kontakt gebracht und wobei das Metall-Gehäuseelement induktiv durch ein mit einer Induktionsspule erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld aufgeheizt wird, so dass das Glaslot in Kontakt mit dem Metall-Gehäuseelement aufgeheizt und aufgeschmolzen wird und durch das Aufschmelzen und nachfolgende Erstarren des Glaslots eine hermetische ringförmige Verbindung zwischen dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement hergestellt wird.
Description
- Optoelektronische Bauteile werden nach dem Stand der Technik vielfach mit Glas-Metallgehäusen verkapselt. Diese Gehäuse umfassen vielfach ein Metall-Gehäuseelement, sowie ein transparentes Gehäuseelement zur Ein- oder Auskopplung von Licht. Um eine hermetische Verbindung zwischen dem transparenten Gehäuseelement und dem Metall-Gehäuseelement herzustellen, wird weiterhin vielfach Glaslot eingesetzt. Das Glaslot wird entweder in Form einer Paste appliziert oder als gesintertes Formteil als Lotring eingesetzt. Die eigentliche Verschmelzung findet in der Regel in einem Durchlauf- oder Batch-Ofen statt. Der Ofenprozess selber ist nur schwierig zu steuern, da insbesondere für die Massenproduktion aufwändige Magazine verwendet werden, die für eine nur schwer steuerbare Wärmeverteilung an den Bauteilen selbst sorgen. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit der Einschmelzung erschwert.
- Weiterhin sind die Aufheiz- und Abkühlrampen sehr flach und die Prozessdauer dementsprechend lang. Insbesondere die erforderliche lange Haltezeit im Bereich der Verarbeitungstemperaturen des Glaslots, die notwendig ist, um sicherzustellen, dass alle Gehäuseteile sicher miteinander verbunden werden, führt dazu, dass sich das Glaslot unkontrolliert an der Gehäusewand hochziehen kann, so dass das für die Anwendung wichtige Glasbauteil im optisch relevanten Bereich benetzt wird. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Verfahren liegt darin, dass bei Komposit-Glasloten hier häufig eine Entmischung von Grundglas und Füllstoffen stattfindet. Diese Entmischung wirkt sich ungünstig auf den thermischen Ausdehnungskoeeffizienten und damit auf die Qualität der Einschmelzung aus. Insbesondere kann eine solche Entmischung auch zu einer nicht hermetischen Verbindung und damit zum Eindringen von Feuchtigkeit und Luft bzw. Gas in das fertige Bauteil führen. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Verfahren besteht darin, dass Glaslote mit erhöhter Kristallisationsneigung sich sehr schwer verarbeiten lassen. Insbesondere wenn die Kristallisationstemperatur im Bereich der Löttemperatur liegt, führen die langen Prozesszeiten zu erhöhter Ausscheidung von Kristallen. Das Lot ist dann nicht mehr ausreichend in der Lage die Fügepartner zu benetzen und für einen innigen Verbund zu sorgen. Die Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten führt darüber hinaus zu einer Fehlanpassung und damit zu Spannungen im Bauteil, die zu den bereits beschrieben Effekten führen können. Der Zusatz von Füllstoffen kann die Kontrollierbarkeit der Einschmelzung weiter erschweren. Üblicherweise verwendete Glaslote enthalten meist in hohen Anteilen reduktionsanfällige Kationen wie Blei (II/IV) oder Bismuth (III) in ionischer Form. Um metallische Ausscheidungen dieser Elemente zu verhindern, muss in oxidierender Atmosphäre eingeschmolzen werden. Dies wiederum führt zur Oxidation des Metallteils, was einen weiteren Prozessschritt zur Reduktion des Metalls unterhalb der Transformationstemperatur des Lotglases unter Zugabe von beispielsweise Wasserstoffgas unumgänglich macht.
- Die verwendeten Metallteile werden häufig aus der Klasse der NiFeCo- oder NiFe-Legierungen oder Automatenstähle gewählt. Diese müssen zur Verbesserung der Schweissbarkeit und zum Korrosionsschutz mit galvanischen Schichten wie beispielsweise Gold, Ni, Ag usw. versehen werden. Die Temperaturbelastbarkeit dieser Schichten ist jedoch limitiert, was den Einsatz höher schmelzender Glaslote verbietet.
- Die Kontrolle der am Bauteil eingebrachten Temperatur ist außerdem im Allgemeinen nur empirisch möglich. Der Grund dafür ist der starke Einfluss von der Masse und dem Material der verwendeten Magazine. Vor allem bei kristallisationsanfälligen Loten kann es dadurch zu Änderungen der spezifischen Materialeigenschaften kommen, die in letzter Konsequenz sogar zum Ausschuss führen.
- Noch ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Produktionstechnik ist die geringe Flexibilität bei Produktwechseln und Musterchargen, da diese mit erhöhtem Zeitaufwand verbunden sind.
- Besonders temperaturkritisch sind Einschmelzungen optisch beschichteter Fenster, Linsen und ähnlicher Elemente, wenn diese aus Metalloxiden bestehen oder Metalloxidbeschichtungen aufweisen, die im Bereich der Verarbeitungstemperaturen Phasenumwandlungen eingehen, die wiederum die optischen Eigenschaften verändern.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile bei der Verbindung von Gehäuseelementen für optische oder optoelektronische Bauelemente mittels Glaslot zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Gehäusung optischer oder optoelektronischer Bauteile vor, bei welchem ein Metall-Gehäuseelement mit einem transparenten Gehäuseelement mittels eines Glaslotringes verbunden wird, wobei das Glaslot mit dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement in Kontakt gebracht, und das Metall-Gehäuseelement induktiv durch ein mit einer Induktionsspule erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld aufgeheizt wird, so dass das Glaslot in Kontakt mit dem Metall-Gehäuseelement aufgeheizt und aufgeschmolzen wird und durch das Aufschmelzen und nachfolgende Erstarren eine hermetische, vorzugsweise ringförmige Verbindung zwischen dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement hergestellt wird. Der Begriff "transparent" bezieht sich dabei im Sinne der Erfindung nicht nur auf Gehäuseelemente, die im sichtbaren Spektralbereich transparent sind. Vielmehr ist als ein transparentes Gehäuseelement ein Gehäuseelement zu verstehen, welches für zumindest einen spektralen Bereich des Lichts durchlässig ist. Demgemäß kann das Gehäuseelement neben einer Transparenz im sichtbaren Spektralbereich alternativ oder zusätzlich auch im infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich transparent sein.
- Weiterhin wird unter einer ringförmigen Verbindung nicht etwa nur eine kreisringförmige Verbindung verstanden. Vielmehr wird unter einer ringförmigen Verbindung allgemein eine umlaufend einen inneren Bereich umschließende geschlossene Struktur verstanden. Beispielsweise kann eine solche ringförmige Verbindung auch rechteckige, quadratische oder allgemein polygonale Form haben.
- Damit wird eine Optokappe zur hermetischen Gehäusung eines optischen oder optoelektronischen Elementes erhalten, welches ein Metall-Gehäuseelement und ein transparentes Gehäuseelement zur Aus- oder Einkopplung von Licht aus oder in das Gehäuse umfasst, wobei das transparente Gehäuseelement mittels einer ringförmigen Glaslot-Verbindung verbunden sind, wobei die Glaslot-Verbindung durch Aufschmelzen des Glaslots über eine Erwärmung im Wesentlichen nur über das induktiv beheizte Metall-Gehäuseelement erfolgt ist.
- Durch die erfindungsgemäße Beheizung kann der Energieeintrag zur Aufheizung direkt gesteuert werden. Auf diese Weise wird eine sehr gute Reproduzierbarkeit beim Verbinden der Gehäuseelemente mit dem Glaslot erzielt.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Glaslot-Formteil zwischen dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement angeordnet und aufgeschmolzen. Durch die Verwendung vorgefertigter Glaslot-Formteile kann ein sehr hoher Durchsatz erzielt werden, da Vorbehandlungsschritte entfallen können.
- Gemäß einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung kann jedoch eine Lotschnur als Paste auf zumindest einem der Gehäuseelemente aufgetragen werden. Dies kann beispielsweise mit einem geeigneten Dispenser erfolgen. Die Paste wird anschließend getrocknet und es werden eventuell organische Bestandteile vor dem Zusammenfügen der Gehäuseelemente ausgebrannt. Diese Ausführungsform der Erfindung ist von Vorteil, um einen guten Kontakt des Glaslots mit den Gehäuseelementen bereits beim Aufheizen zu schaffen. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Glaslot auf das Metall-Gehäuseelement aufgetragen wird. In Diesem Fall entsteht bereits beim Aufheizen ein sehr guter Wärmekontakt mit dem Metall-Gehäuseelement, so dass der Aufschmelzvorgang beschleunigt wird.
- Insgesamt können mit der Erfindung durch die direkte Beheizung des Metall-Gehäuseelementes gegenüber einem herkömmlichen Ofenheizprozess deutlich kürzere Prozesszeiten erzielt werden, da die Aufheizung in einem Ofen nur indirekt über die aufgeheizte Luft erfolgt und damit nur ein vergleichsweise geringer Energieübertrag erfolgt. Demgegenüber kann mit der erfindungsgemäßen Induktionsbeheizung das Metall-Gehäuseelement mit dem transparenten Gehäuseelement bereits innerhalb einer Gesamt-Löttdauer mit Einwirkung des Induktionsfeldes von nur höchsten 2 Minuten, vorzugsweise höchstens 90 Sekunden, besonders bevorzugt höchstens 60 Sekunden oder sogar unter 30 Sekunden verlötet werden.
- Aufgrund der beschleunigten Verlötung werden nachteilige Diffusionsprozesse und Reaktionen im Glas oder zwischen den Bestandteilen der Optokappe erschwert bzw. verhindert. Hier sind insbesondere die Kristallisation, eine Reduktion des Glaslots und/oder eine Oxidation des Metall-Gehäuseelementsinsbesondere unter Verwendung von Prozessgasen (Formiergas, Argon, usw.) oder im Vakuum zu nennen. Im Gegensatz zu Prozessen mittels LASER oder IR-Quellen ist die erfindungsgemäße Verlötung auch nicht abhängig von der Absorptionsfähigkeit des Lotes gegenüber der eingestrahlten Wellenlänge.
- Auf diese Weise können beispielsweise auch unerwünschte Entmischungen im Glaslot verhindert werden. Auch ermöglicht die Erfindung beispielsweise den Einsatz bleifreier Glaslote, die ansonsten aufgrund ihrer im allgemeinen höheren Verarbeitungstemperatur und/oder Transformationstemperatur im Vergleich zu bleihaltigen Glasloten für den Anwendungsbereich der Gehäusung optoelektronischer Bauteile eher ungeeignet sind. Gerade bleihaltige Komposit-Lote neigen aber vielfach zu Entmischungen, was zur Ausbildung nicht hermetisch dichter Glaslot-Verbindungen führen kann.
- Aufgrund der erfindungsgemäßen direkten Beheizung des Metall-Gehäuseelements und der so erzielbaren steilen Aufreizrampen kann gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ein Glaslot mit einer Transformationstemperatur von zumindest 400°C, vorzugsweise zumindest 450°C verwendet werden.
- Auch ermöglicht die induktive Beheizung des Metall-Gehäuseelements die Verwendung ansonsten schwieriger Materialkombinationen. Beispielsweise hat es sich gezeigt, dass mit der Erfindung auch ein Metall-Gehäuseelement mit hochdehnendem Metall mit einem Temperaturausdehungskoeffizienten im Bereich von 13·10–6 K–1 bis 20·10–6 K–1, wie etwa hochdehnendem Edelstahl, in einer bevorzugten Ausführungsform auch austenitischem Edelstahl mittels der Glaslot-Verbindung ohne weiteres mit einem transparenten Gehäuseelement verbunden werden kann. Insbesondere können auch Gehäuseelemente aus austenitischem Edelstahl mit Lotglas-Gehäuseelementen verbunden werden.
- Bevorzugt werden Glasgehäuseelemente als transparente Gehäuseelemente verwendet, Die Erfindung ist allerdings auch auf andere Materialien, beispielsweise kristalline transparente Gehäuseelemente anwendbar. Weiterhin kann das transparente Gehäuseelement auch eine optische Beschichtung aufweisen. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise eine Filterbeschichtung, dabei insbesondere auch eine Interferenzbeschichtung mit einer oder mehreren Lagen umfassen. Eine solche Interferenzbeschichtung kann vielfältige Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann die Interferenzbeschichtung eine Entspiegelung oder Vergütung umfassen, oder auch als Strahlteiler oder dichroitischer Spiegel, Breitband- oder Bandpassfilter wirken. Derartige optische Beschichtungen umfassen vielfach eine oder mehrere Metalloxidlagen, die hinsichtlich ihrer Morphologie temperaturempfindlich sind. So kann es bei einigen Metalloxidschichten bei hinreichend hohen Temperaturen zu Phasenumwandlungen kommen.
- Damit einher gehen können Änderungen der Schichtdicke, oder der Transmission. Da mittels der Erfindung die Aufheizzeiten aber deutlich reduziert werden können, ist es auch möglich, transparente Gehäuseelemente zu verbinden, welche eine optische Beschichtung mit einem Material aufweisen, welches bei einer Temperatur unterhalb von 600°C eine Phasenumwandlung durchläuft.
- Da erfindungsgemäß durch die induktive Beheizung im Wesentlichen nur das Metall-Gehäuseelement aufgeheizt wird, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das transparente Gehäuseelement in einem Bereich innerhalb des Glaslotrings während des Aufschmelzens unterhalb der Verarbeitungstemperatur des Glaslots, insbesondere auch unterhalb seiner eigenen Transformationstemperatur gehalten werden. Damit können auch derartige Phasenumwandlungen, welche ansonsten die optischen Eigenschaften einer Beschichtung des transparenten Gehäuseelements nachteilig beeinflussen würden, unterdrückt werden.
- Im einfachsten Fall wird ein Glasfenster als transparentes Gehäuseelement in Form eines Glasscheibchens verwendet. Neben Glasfenstern können auch Glaskeramikfenster, Saphirfenster, Quarzfenster Siliziumfenster als transparente Gehäuseelemente verwendet werden. Ein Siliziumfenster ist dabei ein Beispiel für ein nur für Infrarotlicht transparentes Gehäuseelement.
- Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird eine Linse als transparentes Gehäuseelement mit dem Metall-Gehäuseelement verbunden. Unabhängig von der Ausgestaltung des transparenten Gehäuseelementes kann das transparente Gehäuseelement in das kappenförmige Metall-Gehäuseelement eingelegt werden, so dass das transparente Gehäuseelement nach dem Verbinden mit dem Glaslot innenseitig in der Hülse des Metall-Gehäuseelementes angeordnet ist.
- Auch eine Anordnung und Verlötung des transparenten Gehäuseelements außen auf dem Metall-Gehäuseelement ist ebenso möglich und je nach Anwendungsfall von Vorteil.
- Weiterhin können auch mehrere Metall-Gehäuseelemente neben- und/oder übereinander angeordnet und gleichzeitig mit transparenten Gehäuseelementen durch Aufschmelzen des Glaslots verbunden werden. Dazu kann eine einzelne, entsprechend dimensionierte Induktionsspule oder auch eine Anordnung mehrerer Induktionsspulen verwendet werden.
- Eine erfindungsgemäß durch Verbindung des transparenten Gehäuseelementes mit dem Metall-Gehäuseelement hergestellte Optokappe kann beispielsweise zur Verkapselung eines Lasers oder einer Fotodiode, insbesondere zur Datenübertragung oder für optische Laufwerke eingesetzt werden. Außerdem können optische Flüssiglinsen mit erfindungsgemäß herstellbaren Optokappen verkapselt werden. Derartige Flüssiglinsen können beispielsweise für Kameras in Mobiltelefonen, Digitalkameras, in der Medizintechnik, Medientechnik, oder für Anwendungen in dem Automobilbereich eingesetzt werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile.
- Es zeigen:
-
1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Teilen einer Optokappe, -
2 eine Optokappe mit verbundenen Gehäuseelementen, -
3 eine Variante der in1 gezeigten Ausführungsform, -
4 eine Variante der in1 gezeigten Anordnung, und -
5 eine Variante der in2 gezeigten Optokappe mit einer Linse als transparentem Gehäuseelement. -
1 zeigt in schematischer Ansicht eine Anordnung zur Verbindung von Gehäuseelementen einer Optokappe mittels Glaslot, sowie die zu verbindenden Teile der Optokappe. Die Optokappe umfasst ein Metall-Gehäuseelement3 in Gestalt einer Hülse mit einer Öffnung5 , welche von einem nach innen kragenden Rand6 begrenzt wird. Als transparentes Gehäuseelement ist bei dem in1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Fenster7 in Form eines Glasscheibchens vorgesehen, welches in die Hülse eingelegt wird, so dass es innenseitig angeordnet ist. - In die Hülse des Metall-Gehäuseelementes
3 wird außerdem vor dem Einsetzen des transparenten Fensters7 ein Glaslot-Formteil9 eingelegt, welches auf dem nach innen kragenden Rand6 des Metall-Gehäuseelementes3 aufliegt. Dementsprechend ist nach dem Einsetzen des Fensters7 das Glaslot-Formteil9 zwischen dem Metall-Gehäuseelement3 und dem Fenster7 angeordnet. Um ein Herausfallen des Glasfensters vor oder während des Einschmelzens des Glaslots zu verhindern, wird das Metall-Gehäuseelement3 bevorzugt mit der Öffnung5 nach unten weisend gehaltert oder gelagert. - Das Fenster
7 weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß1 außerdem eine optische Interferenzbeschichtung11 auf. Diese Interferenzbeschichtung11 kann dabei auch ein Material, wie etwa ein Metalloxid enthalten, welches bei einer Temperatur unterhalb von 600°C eine Phasenumwandlung durchläuft. Ein Beispiel für ein solches Material ist Titanoxid, welches je nach Morphologie von einer amorphen in eine kristalline Phase, oder von einer kristallinen Phase in einer andere kristalline Phase übergehen kann. Titanoxid ist an sich aufgrund seiner hochbrechenden optischen Eigenschaften für Interferenzschichten oder Interferenzschichtsysteme besonders geeignet, Allerdings kann es hier bei einem herkömmlichen Ofenprozess zu einer solchen Umwandlung der Morphologie einer Titanoxidschicht kommen, sofern keine niedrig schmelzenden Glaslote eingesetzt werden. - Demgegenüber wird, wie in
1 gezeigt, die Beheizung induktiv mittels einer Induktionsspule20 vorgenommen, welche mit einem hochfrequenten Strom beschickt wird, der im elektrisch leitenden Material des Metall-Gehäuseelements3 Wirbelströme erzeugt, die das Metall-Gehäuseelement3 direkt aufheizen. Das dielektrische transparente Gehäuseelement7 wird demgegenüber durch das Wechselfeld der Induktionsspule nicht oder zumindest nicht wesentlich aufgeheizt. Eine Erhitzung des transparenten Gehäuseelements mit der Interferenzbeschichtung11 erfolgt dementsprechend nur noch mittelbar über das Glaslot. Damit bleibt das Fenster7 , sowie insbesondere auch die auf dem Fenster abgeschiedene Interferenzbeschichtung11 im optisch relevanten Bereich innerhalb der Öffnung5 des Metall-Gehäuseelements3 unterhalb der Temperatur, welche für das Aufschmelzen des Glaslots des Glaslot-Formteils9 notwendig ist. Insbesondere bleibt das transparente Gehäuseelement oder eine darauf aufgebrachte Beschichtung auch unterhalb seiner eigenen Transformationstemperatur. - Das Glaslot-Formteil
9 wird andererseits durch den Kontakt mit dem Metall-Gehäuseelement3 bis auf oder über die Verarbeitungstemperatur des Glaslots aufgeheizt, so dass das Glaslot aufschmilzt und eine ringförmige, entlang des Randes6 um die Öffnung5 verlaufende hermetische Glaslot-Verbindung schafft. Da die Aufheizung des Glaslots über das Metall-Gehäuseelement3 sehr schnell erfolgt, wird verhindert, dass sich das Glaslot unkontrolliert an der Gehäusewand hochzieht und das für die Anwendung wichtige Fenster im optisch relevanten Bereich benetzen kann. - Um das Glaslot aufzuschmelzen, wird dieses über das induktiv beheizte Metall-Gehäuseelement
3 auf eine Löttemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur Ew, vorzugsweise auf oder über die Verarbeitungstemperatur aufgeheizt. Die für Induktionsbeheizung verwendbaren Glaslote können dabei Transformationstemperaturen von oberhalb 400°C, ohne weiteres auch oberhalb von 450°C aufweisen. - Als Löttemperatur wird im Sinne der Erfindung die Temperatur des Glaslotes verstanden, bei welcher die Viskosität im Bereich von 107,6 bis 102 dPas·s, bevorzugt im Bereich 106 bis 104 dPa·s beträgt. Aufgrund der durch die Induktionsheizung möglichen, kurzen Aufheizzeit ist es dabei auch möglich, bleifreies Glaslot zu verwenden, welches im Allgemeinen eine höhere Verarbeitungstemperatur verglichen mit bleihaltigem Glaslot aufweist.
- Das Aufschmelzen oder Erweichen des Glaslots mittels induktiver Beheizung über das Metall-Gehäuseelement
3 weist jedoch ganz allgemein Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Heizung in einem Ofen auf. So kann beispielsweise bei Komposit-Glasloten aufgrund der mit der induktiven Beheizung erzielbaren steileren Aufheizrampe und damit verbunden einer kürzeren Prozesszeit sowohl einer Entmischung des Glaslots entgegengewirkt werden, als auch eine unkontrollierte Benetzung der Wandungen des Metall-Gehäuseelements3 und insbesondere auch des transparenten Gehäuseelements entgegengewirkt werden. Komposit-Glaslote sind Glaslote, denen inerte, also nicht reagierende Füllstoffe mit zur Beeinflussung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten beigemischt sind. Geeignete Füllstoffe sind zum Beispiel Zirkon, Cordierit oder β-Eukryptit, welche die Temperaturausdehnung des Gesamtgefüges herabsetzen. - Ist die Zeit für das Aufheizen des Glaslotes zu lang, so kann es zu einer Entmischung dieser Füllstoffe kommen, was dann in Folge zu einer inhomogenen Temperaturausdehnung des Glaslotmaterials führt. Beim nachfolgenden Erstarren des Glaslots können dann temperaturbedingte Spannungen auftreten, welche zu Rissen führen, so dass die Glaslot-Verbindung nicht mehr hermetisch abdichtet.
- Die Induktionsspule
20 wird zur induktiven Beheizung mit hochfrequentem Wechselstrom. Allgemein liegen bevorzugte Frequenzen für den Wechselstrom im Bereich von 50 kHz bis 750 kHz. Um dabei eine zu starke Aufheizung der Spule selber zu vermeiden, kann die Spule auch flüssigkeitsgekühlt, insbesondere wassergekühlt sein. Dazu wird ein röhrenförmiger Leiter für die Spule verwendet, welcher von der Kühlflüssigkeit durchströmt wird. - Anders als in der schematischen Darstellung der
1 gezeigt ist, können auch mehrere Gehäuseelemente3 neben- und/oder übereinander angeordnet und gleichzeitig mit transparenten Gehäuseelementen7 im Induktionsfeld durch Aufschmelzen des Glaslots verarbeitet werden. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in2 dargestellt. Ähnlich zu der in1 dargestellten Anordnung, werden auch hier die Metall-Gehäuseelemente3 mit ihrer Öffnung5 nach unten weisend angeordnet. Zur Halterung der Metall-Gehäuseelemente3 ist eine dielektrische Trägerplatte25 mit Löchern27 vorgesehen. Die dielektrische Trägerplatte25 wird so angeordnet, dass die Löcher27 vor, oder wie beispielhaft in2 gezeigt, innerhalb der Spule20 positioniert sind. In die Löcher27 der dielektrischen Trägerplatte25 werden die Metall-Gehäuseelemente3 mit darin angeordneten Glaslot-Formteilen9 und transparenten Gehäuseelementen7 eingelegt und dann parallel durch Aufschmelzen oder Erweichen des Glaslots mittels des Induktionsfeldes der Spule20 verarbeitet. -
3 zeigt eine Optokappe1 , wie sie durch Verbinden des Metall-Gehäuseelements3 mit dem transparenten Gehäuseelement7 mittels einer wie in1 oder2 schematisch gezeigten Anordnung herstellbar ist. Durch das Aufschmelzen des Glaslots ist eine ringförmige, sich entlang des Randes6 um die Öffnung5 des Metall-Gehäuseelements3 erstreckende, hermetische Glaslot-Verbindung zwischen den beiden Gehäuseelementen3 und7 erzeugt worden. -
4 zeigt eine Variante der in1 gezeigten Anordnung. Im Unterschied zu der in1 gezeigten Anordnung, wird anstelle eines Glaslot-Formteils9 das Glas in Form eines ringförmigen Glaslot-Stranges10 als Paste auf den Rand6 um die Öffnung5 aufgetragen. Nach dem Trocknen der Paste können dann die beiden Gehäuseelemente3 und7 entsprechend wie anhand von1 oder2 beschrieben, durch Aufschmelzen des Glaslots hermetisch miteinander verbunden werden. Der Heizprozess wird in diesem Fall dabei so eingestellt, dass organische Bestandteile im Glaslot-Strang10 vor dem Aufschmelzen des Glaslots ausgebrannt werden. Der Glaslot-Strang10 wird vorzugsweise mit einem Dispenser durch die Öffnung einer Dispenser-Nadel innenseitig auf den Rand6 des Gehäuseelements3 appliziert. -
5 zeigt eine Variante der in3 gezeigten Optokappe1 . Bei dem in5 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Optokappe1 dient anstelle eines Fensters7 ein optisches Element als transparentes Gehäuseelement. Im Speziellen ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kugellinse17 als transparentes Gehäuseelement mittels einer ringförmigen hermetischen Glaslot-Verbindung15 mit dem transparenten Gehäuseelement3 verbunden. - Anders als in den
1 bis5 dargestellt, ist es ebenso auch möglich, das transparente Gehäuseelement7 auch außen auf dem Metall-Gehäuseelement3 angeordnet und verlötet werden. Bei dem in5 gezeigten Beispiel hat dies dann den Vorteil, daß bei gegebener Größe des Metall-Gehäuseelements3 ein vergrößerter Innenraum in der Optokappe1 erreicht wird. - Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr können die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele auch in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Claims (24)
- Verfahren zur Gehäusung optischer oder optoelektronischer Bauteile, bei welchem ein Metall-Gehäuseelement mit einem transparenten Gehäuseelement mittels eines Glaslotrings verbunden wird, wobei das Glaslot mit dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement in Kontakt gebracht, und wobei das Metall-Gehäuseelement induktiv durch ein mit einer Induktionsspule erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld aufgeheizt wird, so dass das Glaslot in Kontakt mit dem Metall-Gehäuseelement aufgeheizt und aufgeschmolzen wird und durch das Aufschmelzen und nachfolgende Erstarren des Glaslots eine hermetische, vorzugsweise ringförmige Verbindung zwischen dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement hergestellt wird.
- Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Glaslot-Formteil zwischen dem Metall-Gehäuseelement und dem transparenten Gehäuseelement angeordnet und aufgeschmolzen wird.
- Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lotschnur als Paste auf zumindest eines der Gehäuseelemente aufgetragen wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Gehäuseelement und das Metall-Gehäuseelement innerhalb einer Gesamt-Löttdauer mit Einwirkung des Induktionsfeldes von nur höchsten 2 Minuten, vorzugsweise höchstens 90 Sekunden, besonders bevorzugt höchstens 60 Sekunden oder sogar unter 30 Sekunden miteinander verlötet werden.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bleifreies Glaslot verwendet wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Glaslot mit einer Transformationstemperatur von zumindest 400°C, vorzugsweise zumindest 450°C verwendet wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall-Gehäuseelement mit austenitischem Edelstahl mittels der Glaslot-Verbindung mit einem transparenten Gehäuseelement verbunden wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Glas-Gehäuseelement mit dem Metall-Gehäuseelement mittels der Glaslotverbindung verbunden wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer optischen Beschichtung versehenes transparentes Gehäuseelement mit dem Glaslot mit dem Metall-Gehäuseelement verbunden wird.
- Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Interferenzbeschichtung versehenes transparentes Gehäuseelement mit dem Metall-Gehäuseelement verbunden wird.
- Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer optischen Beschichtung versehenes transparentes Gehäuseelement mit dem Glaslot verbunden wird, bei welchem das Material zur optischen Beschichtung mit einer Temperatur unterhalb von 600°C eine Phasenumwandlung durchläuft.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element als Bestandteil des transparenten Gehäuseelements mit dem Metall-Gehäuseelement verbunden wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem eine Linse oder ein Strahlteiler mit dem Metall-Gehäuseelement verbunden wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Gehäuseelement in einem Bereich innerhalb des Glaslotrings während des Aufschmelzens unterhalb seiner eigenen Transformationstemperatur bleibt.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Gehäuseelement in ein kappenförmiges Metall-Gehäuseelement, insbesondere auf einen nach innen kragenden Rand des Metall-Gehäuseelement eingelegt wird, so dass das transparente Gehäuseelement nach dem Verbinden mit dem Glaslot innenseitig in der Hülse des Metall-Gehäuseelementes angeordnet ist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Gehäuseelement außen auf dem Metall-Gehäuseelement angeordnet und verlötet wird.
- Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metall-Gehäuseelemente neben- und/oder übereinander angeordnet und gleichzeitig mit transparenten Gehäuseelementen durch Aufschmelzen des Glaslots verbunden werden.
- Verwendung des Verfahrens der Induktionsbeheizung mittels durch ein elektromagnetisches Feld in einem elektrisch leitenden Material erzeugten Wirbelströmen zur Verbindung von Gehäuseelementen für die Gehäusung optischer oder optoelektronischer Bauteile mittels Glaslot.
- Optokappe zur hermetischen Gehäusung eines optischen oder optoelektronisches Elements, umfassend ein Metall-Gehäuseelement und ein transparentes Gehäuseelement zur Aus- und/oder Einkopplung von Licht aus und/oder in das Gehäuse, wobei das Metall-Gehäuseelement und das transparente Gehäuseelement mittels einer mit einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche herstellbaren, vorzugsweise ringförmigen Glaslot-Verbindung verbunden sind.
- Optokappe gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei das transparente Gehäuseelement ein Glasfenster, Glaskeramikfenster, Saphirfenster, Quarzfenster oder ein Siliziumfenster umfasst.
- Optokappe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Gehäuseelement eine Filterbeschichtung aufweist.
- Optokappe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Gehäuseelement eine Linse umfasst.
- Optokappe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, zur Verkapselung – eines Lasers, insbesondere zur Datenübertragung oder für optische Laufwerke, oder – einer Fotodiode, insbesondere zur Datenübertragung oder für optische Laufwerke, – eines optischen Sensors, – einer Flüssiglinse für digitale Kameras.
- Optische Flüssiglinse, verkapselt mit einer Optokappe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R008 | Case pending at federal patent court | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120201 |