DE102008027468B4

DE102008027468B4 - Wärmeübertragungsvorrichtung mit einem Halbleiterbauelement sowie Anschlussvorrichtung für ihren Betrieb

Info

Publication number: DE102008027468B4
Application number: DE102008027468A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schröder; Dr. Lorenzen Dirk; Ulrich Röllig
Original assignee: Jenoptik Laser GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2028-06-07
Also published as: WO2009146695A2; DE102008027468A1; WO2009146695A3

Abstract

Wärmeübertragungsvorrichtung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement 10 – insbesondere eine Strahlungsquelle mit einem kantenemittierenden Halbleiterbauelement, insbesondere einem Laserdiodenbarren
– einem ersten Wärmeleitkörper 20 und
– wenigstens einem zweiten Wärmeleitkörper 30
wobei das Halbleiterbauelement 10
– auf einer ersten Seite wenigstens eine erste, zumindest abschnittsweise ebene, Kontaktfläche 11 und
– auf wenigstens einer, der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite wenigstens eine zweite, zumindest abschnittsweise ebene, Kontaktfläche 12 aufweist, und
– zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeleitkörper 20 und 30 angeordnet ist,
der erste Wärmeleitkörper 20
– wenigstens einen ersten Wärmeaufnahmeabschnitt 25 mit wenigstens einer ersten Wärmeeintrittsfläche 21 aufweist, die der ersten Kontaktfläche 11 in einer dem Halbleiterbauelement 10 abgewandten Richtung zumindest abschnittsweise gegenüberliegt, und durch wenigstens einen sich in der senkrecht zur ersten Kontaktfläche 11 orientierten Flucht des Halbleiterbauelementes 10 von der ersten Kontaktfläche 11 zur ersten Wärmeeintrittsfläche 21 erstreckenden Stoffschluss...

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit einem Halbleiterbauelement, insbesondere eine Strahlungsquelle einem kantenemittierenden Halbleiterbauelement, insbesondere einem kantenemittierenden Laserdiodenbarren, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anschlussvorrichtung für ihren Betrieb.
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist mit dem Diodenlaserbauelement aus der Offenlegungsschrift DE 101 13 943 A1 eine Strahlungsquelle bekannt, in der ein Laserdiodenbarren epitaxieseitig stoffschlüssig auf einem elektrisch leitfähigen Wärmeleitkörper befestigt ist, der eine elektrische Kontaktierung der epitaxieseitigen Kontaktfläche des Laserdiodenbarrens gewährleistet. Die elektrische Kontaktierung der substratseitigen Kontaktfläche des Laserdiodenbarrens erfolgt durch ein elektrisch leitfähiges Kontaktblech, das stoffschlüssig an der substratseitigen Kontaktfläche des Laserdiodenbarrens befestigt ist. Sich über den Laserdiodenbarren entgegen der Strahlungsemission hinaus erstreckende Abschnitte der Wärmeleitkörper und Kontaktblech sind miteinander über eine Isolationsplatte, die abseits des Laserdiodenbarrens angeordnet ist, stoffschlüssig verbunden. Bedingt durch seine im Verhältnis zur Ausdehnung des Laserdiodenbarrens in Strahlungsemissionsrichtung (Resonatorlänge) geringe Dicke ist der Wärmeleitwert des Kontaktbleches auch bei einer dem des Wärmeleitkörpers ähnlichen Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Wärmeleitwert des Wärmeleitkörpers vernachlässigbar.
Zur elektrischen Kontaktierung des Diodenlaserbauelementes werden elektrische Anschlüsse, die in elektrischer Verbindung – beispielsweise über ein Kabel – mit einer Stromquelle stehen, kraftschlüssig über kraftschlüssig wirkende Verbindungselement – beispielsweise Schrauben – mit dem Diodenlaserbauelement, speziell mit dem Wärmeleitkörper zur epitaxieseitigen Kontaktierung und mit einem mit dem Kontaktblech in elektrisch leitfähiger Verbindung stehenden Kontaktkörper zur substratseitigen Kontaktierung verbunden. Um den Laserdiodenbarren und seine stoffschlüssige Verbindung mit dem flexiblen Kontaktblech durch die kraftschlüssige Kontaktierung vor der Gefahr einer mechanischen Überbeanspruchung zu schützen, ist eine mechanische Entkopplung von Kontaktblech und starrem Kontaktkörper vorzusehen. Diese erfolgt durch die kraftschlüssige Verbindung von Kontaktkörper und Kontaktblech über eine entsprechende Befestigung des Kontaktkörpers am Wärmeleitkörper. Es besteht bei Diodenlaserbauelementen mit konduktiv kühlenden Wärmeleitkörpern der Anspruch, die thermische Verbindung des Wärmeleitkörpers mit einer Wärmesenke lösbar auszulegen. Dieser Anspruch wird durch eine kraftschlüssigen Befestigung des Wärmeleitkörpers auf der Wärmesenke erfüllt, zu der der Wärmeleitkörper Durchbrüche aufweist, in denen Schrauben geführt werden können.
Diodenlaserbauelementen nach dem Stand der Technik und ihrer elektrischen Kontaktierung weisen eine hohe Zahl an voneinander unabhängigen kraftschlüssigen Verbindungen auf, die jeweils ein eigenes Verbindungselement erfordern und somit zusätzliche Verspannungen in der Baugruppe hervorrufen. Es sind dies namentlich 1.) die Befestigung des Kontaktkörpers am Wärmeleitkörper, 2.) die Befestigung des Wärmeleitkörpers an der Wärmesenke, 3.) die Befestigung eines ersten elektrischen Anschlusses zur epitaxieseitigen elektrischen Kontaktierung, 4.) die Befestigung eines zweiten elektrischen Anschlusses zur substratseitigen elektrischen Kontaktierung. Die Sicherung des Kontaktkörpers gegen ein Verdrehen bezüglich des Wärmeleitkörpers und die Sicherung des Wärmeleitkörpers gegen ein Verdrehen bezüglich der Wärmesenke erfordern jeweils zwei kraftschlüssig wirkende Verbindungselemente. Für Diodenlaserbauelemente nach dem Stand der Technik beläuft sich die Summe des kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements damit auf sechs. Dieser hohe Montageaufwand ist bei größeren Stückzahlen überaus kostenintensiv. Durch die Vielzahl kraftschlüssiger Verbindungen wird der Laserbarren punktuell belastet. Dadurch wird seine Abstrahlcharakteristik stark verändert und eine aufwendige Justage des Laserbarrens ist unvermeidlich. Diese Nachteile lassen sich generell auf alle Halbleiterbauelemente übertragen, die in Analogie zu dem erwähnten Laserdiodenbarren zwei elektrische Kontaktflächen auf einander gegenüberliegenden Seiten aufweisen, insbesondere solche Halbleiterbauelemente, die hohe elektrische Ströme im Bereich von einigen Ampère bis zu einigen 100 Ampère und darüber hinaus erfordern oder ermöglichen. Aus US 4,393,393 A ist eine Strahlquelle bekannt, die ein kantenemittierendes Laserdiodenelement und zwei Kühlelemente enthält, bei dem die Kühlelemente über ein flexibles Zwischenstück verbunden sind. Ein solches flexibles Zwischenstück weist eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Das hat den Nachteil, dass nur ein geringer Wärmeübergang zwischen den beiden Kühlelementen stattfindet und das Laserelement infolgedessen suboptimal gekühlt wird. In DE 10328305 A1 ist unter anderem eine Anordnung zur Kühlung aktiver optischer Komponenten wie Slablaser beschrieben. Aus US 2002/110165 A1 ist ein Verfahren zur Kühlung eines Laserdiodenelements bekannt, bei dem die Kühlung mit zwei kühlmitteldurchströmten Mikrokanalkühlern bewerkstelligt wird.
Aus DE 10113943 A1 ist eine Strahlquelle bekannt, die einen Laserbarren enthält, der auf einer Wärmesenke montiert ist, wobei der n-seitige Kontakt als dünnes Zwischenplättchen ausgeführt ist, welches mit einem dicken Abdeckkörper verbunden ist. Aus JP 2004-146720 A ist ein Diodenlaser bekannt, bei dem an beiden Seiten des Laserelements jeweils ein wärmespreizendes Substrat und ein Wärmeleitelement angebracht sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher zunächst, ein Diodenlaserbauelement zu beschreiben, das die Summe kraftschlüssig wirkender Verbindungselement zu dessen Montage und elektrischer Kontaktierung gegenüber dem Stand der Technik reduziert, vorzugsweise auf ein einziges. Es ist darüber hinaus Aufgabe der Erfindung ein Diodenlaserbauelement zu beschreiben, das mit einer geringen Anzahl an Komponenten gefertigt werden kann. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung die substratseitige Wärmeableitung zu verbessern. Die Lösung der Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Diodenlaserbauelement sollte sich überdies auf Wärmeübertragungsvorrichtungen mit bestimmten Halbleiterbauelementen im Allgemeinen übertragen lassen.
Erfindungsbeschreibung:
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und eine Anschlussvorrichtung für ihren Betrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 13. Bevorzugte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungswesentlich ist der durch die Mindestdicke des zweiten Wärmeleitkörpers, der auf der der Wärmesenke gegenüberliegenden Seite des Halbleiterbauelementes angeordnet ist, möglich gewordene Verzicht auf einen die mechanische Entkopplung bewirkenden zusätzlichen Kontaktkörper. Im Zusammenhang mit einem Stoffschluss, der zwischen den Wärmeaufnahmeabschnitten der Wärmeleitkörper durch das Halbleiterbauelement unterstützt wird, und einem Stoffschluss, der zwischen den Wärmetransferabschnitten abseits des Halbleiterbauelementes besteht, kann das kraftschlüssig wirkende Verbindungselement durch die Ausnehmungen der Wärmetransferabschnitte geführt werden und die für die Ausbildung einer kraftschlüssigen Verbindung der Wärmeübertragungsvorrichtung mit einem Anschlusskörper nötigen Kraft über den zweiten Wärmeleitkörper in die Wärmeübertragungsvorrichtung einbringen, ohne dass auf das Halbleiterbauelement für das Halbleiterbauelement oder seine Verbindung mit dem zweiten Wärmeleitkörper schädliche Scherspannungen einwirken. Dieser erfindungswesentliche Vorteil erklärt sich dadurch, dass die Verbindungskraft Stützbereiche in der Wärmeübertragungsvorrichtung nützt, die außer dem Halbleiterbauelement zusätzlich auf einer dem Halbleiterbauelement abgewandten Seite des kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements in Form des stoffschließenden Fügemittels zwischen den Wärmetransferabschnitten vorliegen. Durch diesen Aufbau wird der Laserbarren kaum punktuell belastet, so das die Abstrahlcharakteristik sich kaum verändert Eine aufwendige Justage ist somit nicht notwendig.
Für den Betrieb des Halbleiterbauelementes wird wenigstens der erste Wärmeleitkörper an eine Wärmesenke angeschlossen. Die Wärmesenke kann beispielsweise in Form eines Kühlkörpers vorliegen, der vorzugsweise auf einer dem Halbleiterbauelement abgewandten Seite wenigstens einer der Wärmeleitkörper befestigt ist.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung wird deutlich bei der Verwendung von Wärmeleitkörpern, die überwiegend aus Verbundwerkstoffen von einer sehr harten Komponente und einer relativ weichen Komponente – beispielsweise Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoffe, die eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient auf den des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes angepaßt werden kann. In solche Verbundwerkstoff sind Gewinde für kraftschlüssige Schraubverbindungen naturgemäß nur unter großem technischen Aufwand einzubringen. Der erfindungsgemäße Verzicht auf eine kraftschlüssige Befestigung des zweiten Wärmeleitkörpers am ersten und ihren Ersatz durch eine stoffschlüssige Befestigung beseitigt diesen Mangel. Ähnliches gilt für Wärmeleitkörper, die überwiegend aus einem harten Material – beispielsweise Keramik (Aluminiumnitrid, Berylliumoxid usw.) oder Diamant – oder aus einem weichen Metall – beispielsweise Silber oder Kupfer – bestehen: Während bei letzterem Gewinde relativ leicht integrierbar sind, ist ihre Formbeständigkeit unter Krafteinwirkung nicht gewährleistet, weil weiche Metalle in erhöhtem Maße plastischer Deformation unterliegen. Bei keramischen Materialien erliegt die Formbeständigkeit der Neigung zum spröden Bruch.
Während die erfindungsgemäße Mindestdicke des zweiten Wärmeleitkörpers die Hälfte der lateralen Ausdehnung des Halbleiterbauelementes in Wärmetransferrichtung entspricht, ist es vorteilhaft, bei jenen Halbleiterbauelementen, deren laterale Ausdehnung in einer ersten Raumrichtung wesentlich größer ist als in einer zweiten, zur ersten Raumrichtung senkrechten, Raumrichtung, und nur den Wärmetransfer in einer Richtung ermöglichen, die Mindestdicke des zweiten Wärmeleitkörpers auf die volle laterale Ausdehnung in der einen Wärmetransferrichtung zu erhöhen. Dies betrifft insbesondere Laserdiodenbarren, für die die Wärmetransferrichtung vorzugsweise entgegen der Strahlungsemissionsrichtung parallel zu einer der optischen Achsen liegt.
Bei der elektrischen Kontaktierung mit einem ersten elektrischer Leiter kann das die Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Wärmesenke befestigende Verbindungselement durch dessen Ausnehmung geführt werden, so daß dieser Leiter, während er die dem ersten Wärmeleitkörper abgewandten Seite des zweiten Wärmeleitkörpers kontaktiert, ebenso kraftschlüssig an der Wärmeübertragungsvorrichtung befestigt wird wie die Wärmeübertragungsvorrichtung an der Wärmesenke.
Bei der elektrischen Kontaktierung mit einem zweiten elektrischer Leiter kann das, die Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Wärmesenke befestigende, Verbindungselement durch dessen Ausnehmung geführt werden, so daß dieser zweite Leiter, während er in Anordnung zwischen dem ersten Wärmeleitkörper und der Wärmesenke die dem zweiten Wärmeleitkörper abgewandten Seite des ersten Wärmeleitkörpers kontaktiert, ebenso kraftschlüssig an der Wärmeübertragungsvorrichtung befestigt wird wie die Wärmeübertragungsvorrichtung an der Wärmesenke und der erste elektrische Leiter am zweiten Wärmeleitkörper.
Damit wird die Wärmeübertragungsvorrichtung selbst ohne ein einziges kraftschlüssig wirkendes Verbindungselement gefertigt und sein Anschluß an die elektrischen Zuleitungen und die Wärmesenke kann auf ein einziges, nämlich jenes, das nötig ist, um den Anspruch auf Lösbarkeit der Verbindung zwischen Wärmeübertragungsvorrichtung und Wärmesenke zu erfüllen.
Vorzugsweise werden als kraftschlüssig wirkende Verbindungselemente Schrauben verwendet, die durch die Wärmeübertragungsvorrichtung geführt wird und deren Außengewinde in das Innengewinde einer Bohrung in der Wärmesenke eingreift. Alternativ oder ergänzend können selbstverständlich andere kraftschlüssig wirkende Verbindungselemente zum Einsatz kommen, beispielsweise Nieten, Klemmen, Klammern usw. Grundsätzlich ist jedes Verbindungsmittel geeignet, das erfindungsgemäß einen Anpreßdruck zwischen der Wärmeübertragungsvorrichtung und der Wärmesenke erzeugt.
Überdies besitzt die Erfindung einen Sicherheitsaspekt hinsichtlich der Beschädigung des Halbleiterbauelementes. Anders als bei Wärmeübertragungsvorrichtungen, insbesondere Diodenlaserbauelementen, nach dem Stand der Technik, bei der die kraftschlüssige Befestigung der elektrischen Anschlüsse am Diodenlaserbauelement unabhängig von der kraftschlüssigen Befestigung des Diodenlaserbauelementes an einem Wärmesenkenkörper erfolgt, ist die erfindungsgemäße Ausführung des Diodenlaserbauelementes dahin gehend ausgelegt, dass die kraftschlüssige Befestigung der elektrischen Anschlüsse nur gemeinsam mit der kraftschlüssigen Befestigung der Wärmesenke erfolgen kann. Der versehentliche Betrieb des Diodenlaserbauelementes ohne eine angeschlossene Wärmesenke, der das Laserdiodenelement zerstören würde, kann damit weitgehend vermieden werden.
Zu den erfindungsgemäßen kantenemittierenden Halbleiterbauelementen zählen beispielsweise Leuchtdioden, Zeilen von Leuchtdioden, Leuchtdiodenbarren, Laserdioden, Zeilen von Laserdioden und insbesondere Laserdiodenbarren sowie alle gleichwertigen und anderen Arten von strahlungserzeugenden Halbleiterbauelementen, bei denen die Strahlung in der pn-Übergangsebene geführt wird und parallel zur pn-Übergangsebene aus dem Halbleiterbauelement austritt beziehungsweise emittiert wird.
Zu den erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementen zählen – ohne auf diese beschränkt zu sein – Hochleistungs-Gleichrichterdioden, Hochleistungs-Transistoren und -Thyristoren usw. Die Integration mehrerer Halbleiterbauelemente in eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit vorzugsweise nur einem ersten Wärmeleitkörper und nur einem zweiten Wärmeleitkörper erfordert eine entsprechende Ausgestaltung mit von einander elektrisch getrennten Leiterbahnen auf beiden Seiten der Halbleiterbauelemente. Dies ist jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen, sondern als Hinweis auf die zahlreichen Ausgestaltungsmöglichkeiten, die inhaltlich von der Erfindung umfaßt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigen
1a eine Seitenansicht auf die Bauteile eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung
1b eine Seitenansicht auf das erste Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung,
2a eine mittige Querschnittsansicht ersten Variante eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung für das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung,
2b eine mittige Querschnittsansicht einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung für das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung,
3a eine Seitenansicht auf die Bauteile eines zweiten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung,
3b eine Seitenansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung.
3c eine Frontansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung
4a eine Draufsicht auf ein elektrisches Anschlußelement zur Verwendung in einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung für das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung.
4b eine Frontansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung für das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung.
Alle Ausführungsbeispiele repräsentieren als Wärmeübertragungsvorrichtungen Halbleiter-Strahlungsquellen, und zwar Diodenlaserbauelemente mit einem Laserdiodenbarren. Nichtsdestoweniger können sie auch Strahlungsquellen mit einem oder mehreren nebeneinander angeordneten Einzel- oder Mehrfachemitterlaserdioden oder Einzel- oder Mehrfachemitterleuchtdioden oder Leuchtdiodenbarren repräsentieren. Darüber hinaus ist die Wärmeübertragungsvorrichtung auch zur Kühlung von Halbleiterschaltelementen, beispielsweise Hochleistungstransistoren, Hochleistungsthyristoren usw. geeignet.
Ausführungsbeispiel 1
Die für die Herstellung des ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung verwendeten Bauelemente sind in 1a dargestellt. Verschiedene, funktional unterschiedlich wirkende, Abschnitte der Wärmeleitkörper sind in 1b durch eine gestrichelte Trennlinien in dem stoffschlüssigen Diodenlaserbauelement 60 hervorgehoben. Der Laserdiodenbarren 10 weist eine erste, epitaxieseitige Kontaktfläche 11 zur elektrischen Kontaktierung auf sowie eine zweite, substratseitige Kontaktfläche 12, die der epitaxieseitigen Kontaktfläche gegenüberliegt. Er besitzt eine strahlungsemittierende Frontfacette, die zumindest abschnittsweise zwischen der ersten und zweiten Kontaktflächenebene angeordnet ist, und eine der Frontfacette zumindest abschnittsweise gegenüberliegende Rückfacette. Zwischen der Front- und der Rückfacette sind die Resonatoren von mehreren Laserdiodenemittern angeordnet die eine Resonatorlänge von 2 mm aufweisen. Die im Betrieb erfolgende Lichtemission ist durch den Pfeil 15 gekennzeichnet, der auf einer optischen Achse angeordnet ist. In der Lichtemission entgegengesetzter Richtung ist eine Aluminiumnitridkeramikplatte 40 von 100 μm Dicke hinter dem 120 μm dicken Laserdiodenbarren angeordnet. Sie besitzt einander gegenüberliegende epitaxie- und substratseitig orientierte, metallisierte Wärmeübergangsflächen 41 und 42 und weist einen in Dickenrichtung orientierten zylindrischen Durchbruch 44 auf. Ein erster, epitaxieseitiger, plattenförmiger Wärmeleitkörper 20 besteht überwiegend aus einem Diamant-Silber-Verbundwerkstoff und weist auf einem epitaxieseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 25 eine der epitaxieseitigen Kontaktfläche 11 gegenüberliegenden Wärmeeintrittsfläche 21 auf sowie auf einem epitaxieseitigen Wärmetransferabschnitt 26 eine Wärmetransferfläche 22, die der epitaxieseitigen Wärmeübergangsfläche 41 der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 gegenüberliegt. Seine Dicke beträgt 4 mm. In Dickenrichtung erstreckt sich eine erste zylindrische Ausnehmung 24 durch den epitaxieseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 26. Ein zweiter, substratseitiger, plattenförmiger Wärmeleitkörper 30 besteht ebenfalls überwiegend aus einem Diamant-Silber-Verbundwerkstoff und weist auf einem substratseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 35 eine der substratseitigen Kontaktfläche 12 gegenüberliegenden Wärmeeintrittsfläche 31 auf sowie auf einem substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36 eine Wärmetransferfläche 32, die der substratseitigen Wärmeübergangsfläche 42 der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 gegenüberliegt. Seine Dicke beträgt ebenfalls 4 mm. In Dickenrichtung erstreckt sich eine zweite zylindrische Ausnehmung 34 durch den substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36. In Vorbereitung der Einrichtung eines Stoffschlusses dieser Komponenten 10, 20, 30, 40 zur Ausbildung der ersten Variante der ersten Ausführungsbeispieles wird der epitaxieseitige Wärmeleitkörper 20 im Bereich der epitaxieseitigen Wärmeeintrittsfläche 21 und im Bereich der epitaxieseitigen Wärmetransferfläche 22 mit 5 μm Gold-Zinn-Lot beschichtet. Analog wird der substratseitige Wärmeleitkörper 30 im Bereich der substratseitigen Wärmeeintrittsfläche 31 und im Bereich der substratseitigen Wärmetransferfläche 32 mit 5 μm Gold-Zinn-Lot beschichtet. Ferner wird zwischen die Lotschicht auf substratseitigen Wärmetransferfläche 32 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20 und der substratseitigen Wärmeübergangsfläche 42 der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 eine Folie einer Gold-Zinn-Lot-Vorform von 25 μm Dicke eingebracht. Zur Einrichtung des Stoffschlusses der zu fügenden Komponenten 10, 20, 30, 40, wird in einem Fügeprozess der Laserdiodenbarren 10 epitaxieseitig auf den epitaxieseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 25 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20 gelötet und die Aluminiumnitridkeramikplatte 40 auf den epitaxieseitigen Wärmetransferabschnitt 26 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20; gleichzeitig wird der Laserdiodenbarren 10 substratseitig auf den substratseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 35 des substratseitigen Wärmeleitkörpers 30 gelötet und die Aluminiumnitridkeramikplatte 40 auf den substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36 des substratseitigen Wärmeleitkörpers 30. Dabei sind die Wärmeleitkörper 20 und 30 und die Aluminiumnitridkeramikplatte 40 so zueinander positioniert, daß die durchgängigen Ausnehmungen 24, 34 und 44 zueinander in Deckung gebracht eine gemeinsame Flucht bilden, in der auch die Öffnungen 54 und 55 in den beiderseits der Aluminiumnitridplatte 40 gebildeten Lotfugen 50 und 51 liegen. Damit erstreckt sich eine Öffnung vollständig von der dem substratseitigen Wärmeleitkörper abgewandten Seite des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers zu der dem epitaxieseitigen Wärmeleitkörper abgewandten Seite des substratseitigen Wärmeleitkörpers durch die stoffschlüssige Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei sie abschnittsweise in der der Lichtemissionsrichtung abgewandten senkrecht zur Rückfacette orientierten Flucht des Laserdiodenbarrens auf einer parallel zur Zeichenebene gelegenen Symmetrieebene der Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet ist. Alle Komponenten haben am Ende des Fügeprozesses ein Temperaturprofil durchlaufen, das geeignet ist, sowohl eine hochwertige Lötverbindung 13 zwischen dem Laserdiodenbarren 10 und einem epitaxieseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 25 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20, als auch eine hochwertige Lötverbindung 14 zwischen dem Laserdiodenbarren 10 und einem substratseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 35 des substratseitigen Wärmeleitkörpers 30, als auch eine hochwertige Lotverbindung 51 zwischen der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 und einem sich entgegen Lichtemissionsrichtung 15 über den Laserdiodenbarren 10 hinaus erstreckenden epitaxieseitigen Wärmetransferabschnitt 26 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20, als auch eine hochwertige Lotverbindung 50 zwischen der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 und einem sich entgegen Lichtemissionsrichtung 15 über den Laserdiodenbarren 10 hinaus erstreckenden substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 30 einzurichten. Dabei weist die Lotverbindung 50 eine größere Dicke auf als die übrigen drei Lotverbindungen 13, 14 und 51. Sie überbrückt die sichere Toleranz von der in deutlich geringerer Dicke als dem Laserdiodenbarren 10 gefertigten Aluminiumnitridkeramikplatte 40 im Abstand zum substratseitigen Wärmeleitkörper.
In Vorbereitung des Betriebs des Laserdiodenbarrens wird das Diodenlaserbauelement 60, wie in 2a und 2b gezeigt, über eine Wärmeabgabefläche 29, die auf einer vom Laserdiodenbarren 10 und der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 abgewandten Seite des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20 angeordnet ist, kraftschlüssig an einem metallischen Wärmesenkenkörper 90 befestigt, wobei zur Einrichtung der kraftschlüssigen Verbindung als kraftschlüssig wirkendes Verbindungsmittel eine metallische Schraube 95 verwendet wird, die durch die Ausnehmungen 34, 54, 44, 55, und 24 geführt wird und deren Außengewinde in das Innengewinde einer Bohrung im Wärmesenkenkörper 90 eingreift.
In beiden Varianten der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung für das Diodenlaserbauelement 60 wird unter Verwendung der Schraube 95 eine erste, epitaxieseitige elektrische Anschlussplatte 70 auf der dem substratseitigen Wärmeleitkörper 30 abgewandten Seite des epitaxieseitigen Wärmeleitkörper 20 zwischen dem epitaxieseitigen Wärmeleitkörper 20 und dem Wärmesenkenkörper 90 so befestigt, dass sie diesen elektrisch und kraftschlüssig kontaktiert und eine zweite, substratseitige elektrische Anschlussplatte 80 auf der dem epitaxieseitigen Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite des substratseitigen Wärmeleitkörpers 30 so befestigt, dass sie diesen elektrisch und kraftschlüssig kontaktiert.
Diesbezüglich ist in der in 3a dargestellten ersten Variante der Anschlussvorrichtung die Schraube 95 gegenüber der substratseitigen elektrischen Anschlussplatte 80 durch das Anordnen einer elektrisch isolierenden Unterlegscheibe 81 zwischen dem Schraubenkopf und der substratseitigen elektrischen Anschlussplatte 80 elektrisch von der substratseitigen Stromzuführung getrennt. Sie steht allerdings über ihr Gewinde und den Wärmesenkenkörper in elektrischer Verbindung mit der epitaxieseitigen elektrischen Anschlussplatte 70.
Demgegenüber ist in der in 3b dargestellten zweiten Variante der Anschlussvorrichtung die Schraube 95 gegenüber der epitaxieseitigen elektrischen Anschlussplatte 70 durch das Anordnen einer elektrisch isolierenden Schicht 71 zwischen der epitaxieseitigen elektrischen Anschlussplatte 70 und dem metallischen Wärmesenkenkörper 90 elektrisch von der epitaxieseitigen Stromzuführung getrennt. Sie steht allerdings über ihren Schraubenkopf in elektrischer Verbindung mit der substratseitigen elektrischen Anschlussplatte 70, auf der der Schraubenkopf aufliegt. Die elektrisch isolierende Schicht 71 kann von körperlicher Individualität sein (beispielsweise eine Aluminiumnitridkeramikplatte) und stoff- oder kraftschlüssig an der epitaxieseitigen elektrischen Anschlussplatte 70 und/oder dem Wärmesenkenkörper 90 befestigt sein, oder aber integraler oder integrierter Bestandteil der epitaxieseitigen elektrischen Anschlußplatte 70 und/oder des Wärmesenkenkörpers 90 sein (beispielsweise eine aufgebrachte oder auf der Oberfläche erzeugte Metalloxidschicht), oder wiederum von nichtkörperlicher Gestalt und beispielsweise als ein elektrisch isolierendes Füge- oder Kontaktmittel vorliegen.
Auch bei einem Verzicht auf die elektrisch isolierende Schicht 71 ließe sich eine elektrische Trennung von Schraube 95 und epitaxieseitiger elektrischer Anschlussplatte 80 erreichen, nämlich indem der Wärmesenkenkörper aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet wird. Beispielsweise kann die Schraube 95 bei Verwendung eines metallischen Gewindeeinsatzes in einem keramischen Wärmesenkenkörper 90 eine sichere kraftschlüssige Verbindung der elektrischen Anschlussplatten 70 und 80 mit der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 und dem Wärmesenkenkörper 90 gewährleisten.
Eine elektrische Trennung der Schraube von beiden, der epitaxieseitigen und der substratseitigen Stromzuführung kann durch eine Kombination von beiden Varianten der Anschlussvorrichtung erreicht werden.
Beim Betrieb des Laserdiodenbarrens wird die in der aktiven Zone erzeugte Wärme zu einem ersten Teil über die epitaxieseitige Kontaktfläche 11, die epitaxieseitige Lotfuge 13 und die epitaxieseitige Wärmeeintrittsfläche 21 vom epitaxieseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 25 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20 aufgenommen und zumindest teilweise in den epitaxieseitigen Wärmetransferabschnitt 26 hinein gespreizt. Zu einem zweiten Teil wird die Wärme über die substratseitige Kontaktfläche 12, die substratseitige Lotfuge 14 und die substratseitige Wärmeeintrittsfläche 31 vom substratseitigen Wärmeaufnahmeabschnitt 35 des substratseitigen Wärmeleitkörpers 30 aufgenommen und zumindest nahezu vollständig in den substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36 hinein geleitet. Aus dem substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36 wird der zweite Wärmeteil über die substratseitige Wärmetransferfläche 32, die erste Lotverbindung 50, die substratseitige Wärmeübergangsfläche 42, die Aluminiumnitridkeramikplatte 40, die epitaxieseitige Wärmeübergangsfläche 41, die zweite Lotverbindung 51 und die epitaxieseitige Wärmetransferfläche 22 in den epitaxieseitigen Wärmetransferabschnitt 26 des epitaxieseitigen Wärmeleitkörpers 20 überführt und dort mit dem ersten Wärmeteil vereinigt. Die Wärme wird dann über die Wärmeabgabefläche 29 zur Wärmeabfuhr an einen Wärmesenkenkörper abgegeben. Die Aluminiumnitridkeramikplatte 40 sorgt für eine elektrische Isolierung zwischen den Wärmeleitkörpern 20 und 30, zwischen denen für den Betrieb des Laserdiodenbarrens eine entsprechende Potentialdifferenz bestehen muß. Da die Dicke der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 nur geringfügig kleiner ist als die des Laserdiodenbarrens, ist auch die Dicke der Lotfugen 50 und 51 relativ klein, nämlich 25 μm und 5 μm. Trotz einer moderaten Wärmeleitfähigkeit des Gold-Zinn-Lotes bleibt daher unter Berücksichtigung der hohen thermischen Leitfähigkeit der Aluminiumnitridkeramikplatte 40 der thermische Widerstand des Wärmeübergangs vom substratseitigen Wärmetransferabschnitt 36 zum epitaxieseitigen Wärmetransferabschnitt 26 gering. Damit kann tatsächlich der substratseitige Wärmeleitkörper 30 zur doppelseitigen Kühlung des Laserdiodenbarrens 10 effizient genutzt werden, wobei die elektrischen Anschlusselemente 70 und 80 unter Zuhilfenahme eines einzigen kraftschlüssig wirkenden Verbindungselementes gemeinsam mit dem Diodenlaser 60 kraftschlüssig an der Wärmesenke 90 befestigt sind.
Ausführungsbeispiel 2
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel kommen das zweite Ausführungsbeispiel ohne die Verwendung einer zwischen die Wärmeleitkörper gebrachten Isolationsplatte 40 aus. Statt dessen wird wenigstens einer der Wärmeleitkörper 20, 30 mit einer Erhebung im Bereich des Wärmetransferabschnittes 26, 36 versehen, der sich in der stoffschlüssigen Wärmeübertragungsvorrichtung bis in die rückwärtige Flucht des Laserdiodenbarrens 10, das heißt bis zwischen die beiden Kontaktflächenebenen, erstreckt. Damit liegen die Wärmeeintrittsfläche 21, 31 und die Wärmetransferfläche 22, 32 in zueinander parallel versetzten Ebenen. Das zweite Ausführungsbeispiel kommen im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel mit einem Minimum an Komponenten aus.
Die Komponenten des zweiten Ausführungsbeispieles sind in 3a dargestellt. Die Wärmeleitkörper 20 und 30 bestehen überwiegend aus Kupfer. Die Wärmeeintrittsflächen 21 und 31 sind am Boden von Ausnehmungen in den Wärmeaufnahmeabschnitten 25 und 35 gegenüber den Wärmetransferflächen 22 und 32 in den Wärmetransferabschnitten 26 und 36 um 50 μm parallel in vom Laserdiodenbarren fortweisender Richtung versetzt. Das Paar von Ausnehmungen bietet, wie in 3b veranschaulicht, Raum zur Aufnahme des Laserdiodenbarrens 10, welcher mit Indiumlot 13 und 14 stoffschlüssig in einem einzigen Fügeprozess beidseitig an die Wärmeaufnahmeabschnitte 25 und 35 der Wärmeleitkörper 20 und 30 gelötet wird. In demselben Fügeprozess härtet ein zuvor zwischen die beiden Wärmetransferabschnitte 26 und 36 der Wärmeleitkörper 20 und 30 gebrachte, elektrisch isolierende Klebstoffschicht 50 stoffschließend aus. In der Frontansicht der 3c, in der das Strahlungsemissionsrichtungssymbol 15 darauf hinweist, dass die Strahlungsemissionsrichtung dem Betrachter entgegen aus der Zeichenebene tritt, wird deutlich, dass beide Wärmeleitkörper 20 und 30 jeweils zwei durchgängige Ausnehmungen 24 und 34 aufweisen, die jeweils über eine Öffnung 54 in der elektrisch isolierenden Klebstoffschicht miteinander kommunizieren. Wie in Verbindung mit 2b deutlich wird, liegen die durch die Ausnehmungen 24, 34 und 54 gebildeten Durchbrüche in der Wärmeübertragungsvorrichtung, nämlich dem Diodenlaserbauelement 60, symmetrisch bezüglich einer parallel zur Zeichenebene von 2b und senkrecht zur Zeichenebene von 2c gelegenen Symmetrieebene der Wärmeübertragungsvorrichtung auf einander gegenüberliegenden Seiten von und außerhalb der sich in der senkrecht zur Rückfacette orientierten Flucht des Halbleiterbauelementes.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann anstatt des Laserdiodenbarrens eine Einzel- oder Mehrfachemitter-Laserdiode im Diodenlaser 60 integriert sein, deren Länge in Resonatorrichtung größer ist als ihre Breite senkrecht zur Resonatorrichtung. In diesem Fall liegen die in durch die Ausnehmungen 24, 34 und 54 gebildeten Durchbrüche in zwei einander gegenüberliegenden Wärmetransferabschnitten, die sich in beiden Wärmeleitkörpern 20 und 30 in Breitenrichtung beiderseits der Laserdiode über die Laserdiode hinaus erstrecken.
Für eine auf das dargestellte Diodenlaserbauelement 60 anwendbare Anschlussvorrichtung zeigt 4a ein geeignetes elektrisches Anschlußelement, welches zwei L-förmige elektrische Anschlußplatten 70 und 80 aufweist, von der eine (70) horizontal gespiegelt im Bereich des unteren (horizontalen) Schenkels dem unteren Schenkel der anderen 80 gegenüberliegt und beide Schenkel über eine – nur in 4b sichtbare – elektrisch isolierende Schicht 71, beispielsweise eine Keramikplatte oder ein elektrisch isolierendes Fügemittel, miteinander einen Schichtkörper bildend stoffschlüssig verbunden sind. Die oberen (vertikalen) Schenkel dienen der Befestigung von gegenpoligen elektrischen Zuleitungen, die an eine Stromquelle angeschlossen sind. Im vorliegenden Fall sind Kabelleiter 76, 86 von Leiterkabeln 75, 85 an die Anschlußplatten 70, 80 angelötet. Anderenfalls ist denkbar, dass statt dessen die Anschlußplatten im Bereich der vertikalen Schenkel Durchbrüche aufweisen, die die kraftschlüssige Befestigung von entsprechenden Leitern mittels Schraube und Mutter gestatten. Die unteren Schenkel weisen Durchbrüche 91 und 92 auf, die sich durch die beiden Anschlußplatten und die dazwischen liegende Isolationsschicht des Schichtkörpers erstrecken und einen ähnlichen Durchmesser und Abstand besitzen die die Ausnehmungen 24 und 34 im Diodenlaserbauelement 60.
In der in 4b dargestellten, erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung für das Diodenlaserbauelement 60, liegt die substratseitige Anschlußplatte 80 auf der dem epitaxieseitigen Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite auf dem substratseitigen Wärmeleitkörper 30 auf, wobei die Durchbrüche 91 und 92 des elektrischen Anschlusselementes jeweils in einer Flucht mit den Ausnehmungen 24, 54, 34 liegen. Sie dienen der Aufnahme der Schäfte von metallischen Schrauben 95, deren Köpfe auf der epitaxieseitigen Anschlußplatte 80 aufliegen, und die das Diodenlaserbauelement 60 durch Eingreifen in den metallischen Wärmesenkenkörper 90 kraftschlüssig mit diesem verbinden.
Im Betrieb wird der substratseitig in die Anschlussvorrichtung eingeprägte Strom über die substratseitige Anschlussplatte 80 direkt in den substratseitigen Wärmeleitkörper 30 überführt. Epitaxieseitig fließt der Strom vom epitaxieseitigen Wärmeleitkörper 20 in den metallischen Wärmesenkenkörper 90 und von dort über die Schrauben 95 in die epitaxieseitige Anschlussplatte 70.
Eine alternative Ausführung dieses Ausführungsbeispiels sieht vor, nur eine der Schrauben 95 zur epitaxieseitigen Stromleitung zu verwenden. Dazu liegen die elektrischen Anschlußplatten 70, 80 von einander getrennt vor und weisen jede jeweils einen Durchbruch 91, 92 auf.
Die epitaxieseitige Anschlußplatte 70 wird unter Einbringung einer elektrisch isolierenden Unterlegscheibe 71 zwischen Anschlußplatte 80 und substratseitigem Wärmeleitkörper 30 zusammen mit dem Diodenlaserbauelement über die erste der Schrauben 95 am Wärmesenkenkörper befestigt. Die substratseitige Anschlußplatte 80 wird, analog der Darstellung in 2a, unter Einbringung einer elektrisch isolierenden Unterlegscheibe 81 zwischen Anschlußplatte 80 und Schraubenkopf zusammen mit dem Diodenlaserbauelement über die zweite der Schrauben 95 am Wärmesenkenkörper befestigt.
Dem Fachmann ist unmittelbar einsichtig, dass unterschiedliche Merkmale der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele zur Schöpfung anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, die ihrerseits vollumfänglich von der Erfindung umfaßt sind.
Bezugszeichenliste

10: Laserdiodenelement
11: epitaxieseitige Kontaktfläche
12: substratseitige Kontaktfläche
13: epitaxieseitige Lotfuge
14: substratseitige Lotfuge
15: Strahlungsemissionsrichtungssymbol
20: epitaxieseitiger Wärmeleitkörper
21: epitaxieseitige Wärmeeintrittsfläche
22: epitaxieseitige Wärmetransferfläche
24: durchgängige Ausnehmung im epitaxieseitigen Wärmeleitkörper
25: epitaxieseitiger Wärmeaufnahmeabschnitt
26: epitaxieseitiger Wärmetransferabschnitt
30: substratseitiger Wärmeleitkörper
31: substratseitige Wärmeeintrittsfläche
32: substratseitige Wärmetransferfläche
35: substratseitiger Wärmeaufnahmeabschnitt
36: substratseitiger Wärmetransferabschnitt
34: durchgängige Ausnehmung im substratseitigen Wärmeleitkörper
40: Isolationsplatte
44: Durchbruch in Isolationsplatte
50: erste Fügezone zwischen Wärmetransferabschnitten
51: zweite Fügezone zwischen Wärmetransferabschnitten
54: Öffnung in erster Fügezone
55: Öffnung in zweiter Fügezone
60: Diodenlaserbauelement
70: epitaxieseitige elektrische Anschlussplatte
71: elektrisch isolierende Schicht für epitaxieseitige elektrische Anschlussplatte
75: Leiterkabel
76: Kabelleiter
80: substratseitige elektrische Anschlussplatte
81: elektrisch isolierende Schicht für substratseitige elektrische Anschlussplatte
85: Leiterkabel
86: Kabelleiter
90: Wärmesenkenkörper
91: erster Durchbruch in Schichtkörper
92: zweiter Durchbruch im Schichtkörper
95: Schraube

Claims

Wärmeübertragungsvorrichtung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement 10 – insbesondere eine Strahlungsquelle mit einem kantenemittierenden Halbleiterbauelement, insbesondere einem Laserdiodenbarren – einem ersten Wärmeleitkörper 20 und – wenigstens einem zweiten Wärmeleitkörper 30 wobei das Halbleiterbauelement 10 – auf einer ersten Seite wenigstens eine erste, zumindest abschnittsweise ebene, Kontaktfläche 11 und – auf wenigstens einer, der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite wenigstens eine zweite, zumindest abschnittsweise ebene, Kontaktfläche 12 aufweist, und – zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeleitkörper 20 und 30 angeordnet ist, der erste Wärmeleitkörper 20 – wenigstens einen ersten Wärmeaufnahmeabschnitt 25 mit wenigstens einer ersten Wärmeeintrittsfläche 21 aufweist, die der ersten Kontaktfläche 11 in einer dem Halbleiterbauelement 10 abgewandten Richtung zumindest abschnittsweise gegenüberliegt, und durch wenigstens einen sich in der senkrecht zur ersten Kontaktfläche 11 orientierten Flucht des Halbleiterbauelementes 10 von der ersten Kontaktfläche 11 zur ersten Wärmeeintrittsfläche 21 erstreckenden Stoffschluss mit dem Halbleiterbauelement 10 verbunden ist, sowie – wenigstens einen ersten Wärmetransferabschnitt 26, der sich in wenigstens einer ersten Wärmetransferrichtung zumindest abschnittsweise parallel zur ersten Kontaktfläche 11 über das Halbleiterbauelement 10 hinaus erstreckt, und wenigstens einen ersten metallischen Bereich aufweist, der in elektrischer Verbindung mit der ersten Kontaktfläche 11 des Halbleiterbauelementes 10 steht, der zweite Wärmeleitkörper 30 – wenigstens einen zweiten Wärmeaufnahmeabschnitt 35 mit wenigstens einer zweiten Wärmeeintrittsfläche 31 aufweist, die der zweiten Kontaktfläche 12 in einer dem Halbleiterbauelement 10 abgewandten Richtung zumindest abschnittsweise gegenüberliegt, und durch wenigstens einen sich in der senkrecht zur zweiten Kontaktfläche 12 orientierten Flucht des Halbleiterbauelementes 12 von der zweiten Kontaktfläche 12 zur zweiten Wärmeeintrittsfläche 31 erstreckenden Stoffschluss mit dem Halbleiterbauelement 10 verbunden ist, sowie – wenigstens einen zweiten Wärmetransferabschnitt 36, der sich in wenigstens einer, mit der ersten Wärmetransferrichtung in wenigstens einer gemeinsamen Ebene liegenden, zweiten Wärmetransferrichtung zumindest abschnittsweise parallel zur zweiten Kontaktfläche 12 über das Halbleiterbauelement 10 hinaus erstreckt, dem ersten Wärmetransferabschnitt 26 des ersten Wärmeleitkörpers 20 zumindest bereichsweise gegenüberliegt und wenigstens einen zweiten metallischen Bereich aufweist, der in elektrischer Verbindung mit der zweiten Kontaktfläche 12 des Halbleiterbauelementes 10 steht, wobei – die Wärmetransferabschnitte 26 und 36 des ersten und der zweiten Wärmeleitkörpers 20 und 30 über wenigstens einen zumindest abschnittsweise zwischen einander gegenüberliegenden Bereichen der Wärmetransferabschnitte 26, 36 angeordneten Fügespalt, der wenigstens eine Fügezone 50 aufweist, miteinander stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss des Fügespaltes eine elektrische Isolierung aufweist, die Fügezone 50 des Fügespaltes eine Aluminiumnitridkeramikplatte 40 als stützendes Fügemittel aufweist, der erste Wärmetransferabschnitt 26 des ersten Wärmeleitkörpers 20 wenigstens eine erste, in zur ersten Kontaktfläche 11 senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung 24 aufweist, der zweite Wärmetransferabschnitt 36 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 wenigstens eine zweite, in zur zweiten Kontaktfläche 12 senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung 34 aufweist, die mit der ersten Ausnehmung 24 zumindest abschnittsweise eine gemeinsame Flucht aufweist und über eine Öffnung 54 in der Fügezone 50 des Fügespaltes mit der ersten Ausnehmung 24 kommuniziert, die Ausdehnung des zweiten Wärmeleitkörpers 30 auf zumindest einer Geraden, die senkrecht zu den Kontaktflächen 11, 12 des Halbleiterbauelementes 10 in wenigstens einer Ebene liegt, die sich senkrecht zur zweiten Kontaktfläche 12 des Halbleiterbauelementes 10 und parallel zu wenigstens einer der Wärmetransferrichtungen durch den zweiten Wärmeleitkörper 30 und das Halbleiterbauelement 10 erstreckt, größer ist als die Hälfte wenigstens einer in der besagten Ebene liegenden Erstreckung des Halbleiterbauelementes 10, die parallel zu wenigstens einer der Kontaktflächen 11, 12 ausgerichtet ist, und der erste Wärmeleitkörper 20 für den Anschluss an wenigstens eine Wärmesenke vorgesehen ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement 10 ein kantenemittierendes Halbleiterbauelement ist mit wenigstens einer auf einer optischen Achse strahlungsemittierenden Frontfacette, die zumindest abschnittsweise zwischen der ersten und zweiten Kontaktflächenebene angeordnet ist, und einer der Frontfacette zumindest abschnittsweise gegenüberliegende Rückfacette.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes parallel zu wenigstens einer der Kontaktflächen 11, 12 senkrecht zur optischen Achse kleiner ist als parallel zur optischen Achse und die erste und die zweite Wärmetransferrichtungen 26, 36 parallel zu wenigstens einer der Kontaktflächen 11, 12 senkrecht zur optischen Achse der Strahlungsemissionsrichtung orientiert sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein dritter Wärmetransferabschnitt im ersten Wärmeleitkörper 20 in einer dritten, der ersten Wärmetransferrichtung entgegengesetzten, Wärmetransferrichtung über das kantenemittierende Halbleiterbauelement hinaus erstreckt, ein vierter Wärmetransferabschnitt im zweiten Wärmeleitkörper in einer vierten, der zweiten Wärmetransferrichtung entgegengesetzten, Wärmetransferrichtung über der das kantenemittierende Halbleiterbauelement hinaus erstreckt und dem dritten Wärmetransferabschnitt des ersten Wärmeleitkörpers zumindest bereichsweise gegenüberliegt, die dritten und vierten Wärmetransferabschnitte des ersten und der zweiten Wärmeleitkörpers 20 und 30 über wenigstens einen zumindest abschnittsweise zwischen einander gegenüberliegenden Bereichen der Wärmetransferabschnitte angeordneten Fügespalt, der wenigstens eine Fügezone aufweist, miteinander stoffschlüssig verbunden sind, der dritte Wärmetransferabschnitt des ersten Wärmeleitkörpers wenigstens eine dritte, in zur ersten Kontaktfläche senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung aufweist, der vierte Wärmetransferabschnitt des zweiten Wärmeleitkörpers wenigstens eine vierte, in zur zweiten Kontaktfläche senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung aufweist, die mit der dritten Ausnehmung zumindest abschnittsweise eine gemeinsame Flucht aufweist und über eine Öffnung in der Fügezone des Fügespaltes mit der dritten Ausnehmung kommuniziert.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kantenemittierende Halbleiterbauelement eine Laserdiode mit wenigstens einem Emitter ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes parallel zu wenigstens einer der Kontaktflächen senkrecht zur optischen Achse größer ist als parallel zur optischen Achse und die erste und die zweite Wärmetransferrichtungen parallel zur optischen Achse entgegen der Strahlungsemissionsrichtung orientiert sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des zweiten Wärmeleitkörpers 30 auf zumindest einer Geraden, die senkrecht zu den Kontaktflächen 11, 12 des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes in wenigstens einer Ebene liegt, die sich senkrecht zur zweiten Kontaktfläche 12 des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes und parallel zu der optischen Achse der Strahlungsemission durch den zweiten Wärmeleitkörper 30 und das kantenemittierende Halbleiterbauelement erstreckt, größer ist als wenigstens eine in der besagten Ebene liegende Erstreckung des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes, die parallel zu wenigstens einer der Kontaktflächen 11, 12 ausgerichtet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung 54 in der Fügezone 50 des Fügespaltes zumindest abschnittsweise in der sich in der senkrecht zur Rückfacette orientierten Flucht des kantenemittierenden Halbleiterbauelementes angeordnet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetransferabschnitt des ersten Wärmeleitkörpers wenigstens eine dritte, in zur ersten Kontaktfläche senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung aufweist, der zweite Wärmetransferabschnitt des zweiten Wärmeleitkörpers wenigstens eine vierte, in zur zweiten Kontaktfläche senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung aufweist, die mit der dritten Ausnehmung zumindest abschnittsweise eine gemeinsame Flucht aufweist und über eine Öffnung in der Fügezone des Fügespaltes mit der dritten Ausnehmung kommuniziert, wobei die erste und die zweite Ausnehmung einerseits und die dritte und die vierte Ausnehmung andererseits auf einander gegenüberliegenden Seiten von und außerhalb der sich in der senkrecht zur Rückfacette orientierten Flucht des Halbleiterbauelementes angeordnet sind.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das kantenemittierende Halbleiterbauelement ein Laserdiodenbarren mit mehreren Emittern ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügezone 50 wenigstens ein elektrisch isolierendes Fügemittel aufweist, das in wenigstens einem Teilbereich des Fügespalts den dortigen Abstand zwischen dem ersten und zweiten metallischen Bereich wenigstens zur Hälfte stoffschlüssig überbrückt.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wärmeleitkörper 20 und 30 überwiegend aus Kupfer und/oder einem Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoff bestehen.
Anschlussvorrichtung für eine Wärmeübertragungsvorrichtung 60 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur kraftschlüssigen Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an wenigstens einem Wärmesenkenkörper 90, der auf einer dem zweiten Wärmeleitkörper 30 abgewandten Seite des ersten Wärmeleitkörpers 20 angeordnet ist, wenigstens ein erstes kraftschlüssig wirkendes Verbindungselement 95 wenigstens durch die erste und zweite Ausnehmung 24 und 34 geführt in den Wärmesenkenkörper 90 eingreift.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Befestigung wenigstens eines ersten elektrischen Leiters 70 an der Wärmeübertragungsvorrichtung auf einer dem zweiten Wärmeleitkörper 30 abgewandten Seite des ersten Wärmeleitkörpers 20 gemeinsam mit der kraftschlüssigen Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper mittels des ersten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements 95 erfolgt, wobei der erste elektrische Leiter 70 eine Stromquelle elektrisch mit dem ersten metallischen Bereich verbindet.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Leiter 70 zwischen dem ersten Wärmeleitkörper 20 und dem Wärmesenkenkörper 90 angeordnet ist.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmesenkenkörper 90 zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ist und zwischen dem ersten elektrischen Leiter 70 und dem Wärmesenkenkörper 90 wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht 71 angeordnet ist.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Befestigung wenigstens eines zweiten elektrischen Leiters 80 an der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 auf einer dem ersten Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite des zweiten Wärmeleitkörpers 30 gemeinsam mit der kraftschlüssigen Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper 90 mittels des ersten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements 95 erfolgt, wobei der zweite elektrische Leiter 80 wenigstens eine Stromquelle mit dem zweiten metallischen Bereich verbindet.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmesenkenkörper 90 und das erste kraftschlüssig wirkende Verbindungselement 95 zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig sind, die kraftschlüssige Befestigung wenigstens eines ersten elektrischen Leiters 70 an der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 auf einer dem ersten Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite des zweiten Wärmeleitkörpers 30 gemeinsam mit der Befestigung wenigstens eines zweiten elektrischen Leiters 80, der zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten elektrischen Leiter 70 und dem zweiten Wärmeleitkörper 30 angeordnet ist, und der Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper 90 mittels des ersten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselementes 95 erfolgt, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter 70 und 80 zumindest abschnittsweise wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht oder Platte 71 angeordnet ist und der erste elektrische Leiter 70 wenigstens eine Stromquelle elektrisch über das erste kraftschlüssig wirkende Verbindungselement 95 und den Wärmesenkenkörper 90 mit dem ersten metallischen Bereich verbindet, und der zweite elektrische Leiter 80 die Stromquelle elektrisch mit dem zweiten metallischen Bereich verbindet.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeleitkörper 20 wenigstens eine dritte, in zur ersten Kontaktfläche 11 senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung aufweist, der zweite Wärmeleitkörper 30 wenigstens eine vierte, in zur zweiten Kontaktfläche 12 senkrechter Richtung zumindest abschnittsweise durchgängige, Ausnehmung aufweist, die mit der dritten Ausnehmung zumindest abschnittsweise eine gemeinsame Flucht aufweist und über eine Öffnung in der Fügezone 50 des Fügespaltes mit der dritten Ausnehmung kommuniziert, und zur ergänzenden Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an einem Wärmesenkenkörper 90, der auf einer dem zweiten Wärmeleitkörper abgewandten Seite des ersten Wärmeleitkörpers angeordnet ist, wenigstens ein zweites kraftschlüssig wirkendes Verbindungselement wenigstens durch die dritte und vierte Ausnehmung geführt in den Wärmesenkenkörper 90 eingreift.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmesenkenkörper 90 und wenigstens das erste kraftschlüssig wirkende Verbindungselement 95 zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig sind, die Befestigung wenigstens eines ersten elektrischen Leiters 70 an der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 auf einer dem ersten Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite des zweiten Wärmeleitkörpers 30 gemeinsam mit der Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper 90 mittels des ersten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements 95 erfolgt, wobei der erste elektrische Leiter 70 wenigstens eine Stromquelle elektrisch über das erste kraftschlüssig wirkende Verbindungselement 95 und den Wärmesenkenkörper 90 mit dem ersten metallischen Bereich verbindet, und die Befestigung wenigstens eines zweiten elektrischen Leiters 80 an der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 auf einer dem ersten Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite des zweiten Wärmeleitkörpers 30 gemeinsam mit der ergänzenden Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper 90 mittels des zweiten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements erfolgt, wobei der zweite elektrische Leiter 80 wenigstens eine Stromquelle mit dem zweiten metallischen Bereich verbindet
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmesenkenkörper 90 und wenigstens das erste kraftschlüssig wirkende Verbindungselement 95 zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig sind, und die kraftschlüssige Befestigung wenigstens eines elektrisches Anschlußelementes mit wenigstens einem Schichtkörper, der wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht 71 aufweist, wenigstens eine zumindest abschnittsweise außen liegende erste metallischen Schicht 70 und wenigstens eine, auf der der ersten metallischen Schicht abgewandten Seite der elektrisch isolierenden Schicht angeordnete, zumindest abschnittsweise außen liegende zweite metallische Schicht 80, deren außen liegender Bereich dem außen liegenden Bereichen der ersten metallischen Schicht 70 zumindest abschnittsweise gegenüberliegt, wobei der Schichtkörper wenigstens eine erste durchgängige Öffnung 91 aufweist, die sich senkrecht zu den Schichtebenen durch einander gegenüberliegende Bereiche der ersten und zweiten metallischen Schicht 70 und 80 erstreckt, sowie wenigstens zweite durchgängige Öffnung 92 die sich senkrecht zu den Schichtebenen wenigstens durch die zweite metallische Schicht 80 erstreckt, gemeinsam mit der kraftschlüssigen Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper 90 mittels des ersten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements 95, welches durch die erste durchgängige Öffnung 91 des Schichtkörpers geführt ist, der auf der dem ersten Wärmeleitkörper 20 abgewandten Seite des zweiten Wärmeleitkörpers 30 derart angeordnet ist, dass die erste metallische Schicht 70 auf der dem zweiten Wärmeleitkörper 30 abgewandten Seite zweiten metallischen Schicht 80 liegt, und gemeinsam mit der ergänzenden Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung 60 an dem Wärmesenkenkörper 90 mittels des zweiten kraftschlüssig wirkenden Verbindungselements erfolgt, welches durch die zweite durchgängige Öffnung 92 des Schichtkörpers geführt ist, wobei eine erste elektrische Verbindung wenigstens einer Stromquelle mit dem ersten metallischen Bereich über die erste metallische Schicht 70, das erste kraftschlüssig wirkende Verbindungselement 95 und den Wärmesenkenkörper 90 erfolgt und wenigstens eine zweite elektrische Verbindung der Stromquelle mit dem zweiten metallischen Bereich über die zweite metallische Schicht 80.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite kraftschlüssig wirkende Verbindungselement zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ist, sich die zweite durchgängige Öffnung 92 durch einander gegenüberliegende Bereiche der ersten und zweiten metallischen Schicht 70 und 80 erstreckt, und eine weitere elektrische Verbindung der Stromquelle mit dem ersten metallischen Bereich über die erste metallische Schicht 70, das zweite kraftschlüssig wirkende Verbindungselement und den Wärmesenkenkörper 90 erfolgt.