DE102012213193A1

DE102012213193A1 - Anordnung von optischen halbleiterelementen

Info

Publication number: DE102012213193A1
Application number: DE201210213193
Authority: DE
Inventors: Ingo Schmidt
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: US20140029637A1; DE102012213193B4; US9130336B2

Abstract

Offenbart ist eine Anordnung mit einer Vielzahl von optischen Halbleiterelementen. Die Halbleiterelemente werden jeweils über ein Federelement gegen einen Halbleiterelementträger gespannt. An dem Federelement liegt zusätzlich ein einem jeweiligen Halbleiterelement zugeordnetes optisches Element an, wobei das Federelement dabei derart ausgestaltet ist, dass es den Abstand zwischen dem Halbleiterelement und dem optischen Element fest definiert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung mit zumindest einem optischen Halbleiterelement, insbesondere einer Leuchtdiode (LED, IRED oder UV-LED) oder Laserdiode, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Anordnungen mit optischen Halbleiterelementen, wie beispielsweise Leuchtdioden und Laserdioden, benötigen ein effektives Wärmemanagement, da die Lichterzeugung bzw. die Effizienz der Strahlungserzeugung stark von der Temperatur abhängt, und zwar so, dass höhere Betriebstemperaturen mit niedrigerer Effizienz einhergehen. Deshalb ist es beispielsweise wichtig, die sogenannte Junction-Temperatur so niedrig wie möglich zu halten. Hierzu wird üblicherweise das Halbleiterelement mit Wärmesenken zur Herstellung eines Wärmeleitkontakts verbunden.
Bei einer Anordnung mit Halbleiterelementen kann es sich beispielsweise um einen Laserarray-Projektor handeln. Derartige Projektoren weisen eine Vielzahl arrayartig in einer Ebene angeordneter Laserdioden auf. Eine jeweilige Laserdiode hat hierbei ein Gehäuse, das eine im Wesentlichen kreiszylindrische plattenförmige Wärmesenke aufweist, auf dessen Oberseite eine topfförmige Kappe – deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Wärmesenke ist – und an dessen Unterseite Kontaktpins angeordnet sind. Die topfförmige Kappe hat in ihrem Boden eine Durchgangsöffnung, durch die von der Laserdiode emittierte Strahlung hindurch treten kann. Die plattenförmige Wärmesenke des Gehäuses der Laserdiode ist in eine Sacklochbohrung eines plattenförmigen Halbleiterelementträgers bündig eingesetzt, wobei eine Tiefe der plattenförmigen Wärmesenke des Gehäuses etwa einer Tiefe der Sacklochbohrung des Halbleiterelementträgers entspricht. Der Halbleiterelementträger ist zur Halterung der Laserdioden dann sandwichartig mit einer Lochplatte verbunden, die für jede Laserdiode eine Durchgangsbohrung aufweist, die jeweils einen kleineren Durchmesser als eine jeweilige Sacklochbohrung des Halbleiterelementträgers haben und in die die topfförmigen Kappen der Laserdioden eintauchen. Die Lochplatte überdeckt durch den kleinen Durchmesser ihrer Durchgangsbohrungen die Sacklochbohrungen dann abschnittsweise, wodurch die Laserdioden über ihre plattenförmige Wärmesenke zwischen dem Halbleiterelementträger und der Lochplatte fest gehaltert sind. Durch Fertigungstoleranzen der verbauten Elemente kann ein Wärmeabfluss von der Wärmesenke einer jeweiligen Laserdiode zum Halbleiterelementträger beziehungsweise zur Lochplatte nachteilig äußerst gering sein, da oftmals kaum ein Wärmeleitkontakt besteht.
Ferner kann der vorstehend erläuterte Laserarray-Projektor zusätzlich eine Linsenträgerplatte aufweisen, die sandwichartig fest mit der Lochplatte verbunden und die Lochplatte somit zwischen der Linsenträgerplatte und dem plattenförmigen Halbleiterelementträger vorgesehen ist. Die Linsenträgerplatte hat in der Regel für jede Laserdiode eine Durchgangsöffnung, in die ein oder mehrere optische Elemente, wie beispielsweise Linsen, eingesetzt sind. Hierbei wirkt sich die Toleranz der verbauten Elemente auf die Position, insbesondere auf den Abstand, der optischen Elemente zur Laserdiode aus, was beispielsweise dazu führt, dass der Projektor im Einsatz Unschärfen in seiner Abbildungsebene aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung mit zumindest einem optischen Halbleiterelement zu schaffen, dessen Verlustwärme effektiv abgeführt wird und das eine hohe optische Qualität aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit zumindest einem optischen Halbleiterelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung mit zumindest einem optischen Halbleiterelement, bei dem es sich insbesondere um eine Leuchtdiode oder Laserdiode handelt, vorgesehen, das ein an einem insbesondere plattenförmigen Halbleiterelementträger festgelegtes Halbleitergehäuse aufweist. Das Halbleitergehäuse liegt am Halbleiterelementträger mittelbar oder unmittelbar an und stützt sich an diesem ab. Zur Fixierung des Halbleitergehäuses am Halbleiterelementträger, insbesondere im Wesentlichen in einer Strahlungsrichtung einer vom Halbleiterelement emittierten Strahlung, ist ein Federelement vorgesehen, dass das Halbleitergehäuse mit einer Federkraft in Richtung des Halbleiterelementträgers beaufschlagt. An dem Federelement liegt ein dem Halbleiterelement zugeordnetes optisches Element mittelbar oder unmittelbar an. Das Federelement ist hierbei vorteilhafter Weise derart ausgestaltet, dass mit diesem ein Abstand zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterelement beziehungsweise dem Halbleiterelementgehäuse fest definiert ist.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass zum einen das Halbleiterelement mit seinem Halbleitergehäuse durch die Beaufschlagung mit einer Federkraft fest und flächig am Halbleiterelementträger anliegt, womit ein effektiver Wärmeleitkontakt vorhanden ist, um Verlustwärme optimal abzuführen. Des Weiteren weist das Federelement vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion auf, nämlich dass es neben der Beaufschlagung des Halbleiterelements mit einer Federkraft zusätzlich derart ausgestaltet ist, dass ein Abstand zwischen dem Halbleiterelement und dem optischen Element gleich bleibt. Somit werden das Halbleiterelement und das diesem nachgeordnete optische Element mit gleichbleibender Position und Lage zueinander angeordnet.
Das, insbesondere einstückig, ausgestaltete Federelement hat beispielsweise einen im Wesentlichen mechanisch steifen Elementabschnitt, der als Distanzstück den Abstand zwischen dem Halbleiterelement und dem optischen Element festlegt, und einen federnden Elementabschnitt, mit dem das Halbleitergehäuse über den mechanisch steifen Elementabschnitt mit der Federkraft beaufschlagt ist. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann auf einfache und kostengünstige Weise die Doppelfunktion des Federelements umgesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat die Anordnung eine Vielzahl von insbesondere matrixartig oder arrayartig angeordneter Halbleiterelemente. Hierbei ist vorteilhafter Weise einem, mehrerer oder aller Halbleiterelemente ein jeweiliges optisches Element zugeordnet. Zum einfachen Haltern der optischen Elemente kann dann vorzugsweise ein mit dem Halbleiterelementträger verbundener Elementträger vorgesehen sein, wobei die Träger jeweils plattenförmig ausgestaltet und miteinander sandwichartig verbunden sein können.
Zur Beaufschlagung des Halbleitergehäuses mit einer Federkraft des Federelements kann sich dieses einfach am Elementträger abstützen.
Mit Vorteil ist das Federelement kostengünstig und einfach als Federhülse ausgebildet, die das Halbleitergehäuse abschnittsweise umfassen kann. Die Federhülse hat insbesondere zwei Stirnseiten, wobei sie mit ihrer einen Stirnseite am Halbleitergehäuse abschnittsweise anliegen kann und wobei an der anderen Stirnseite dann das zugeordnete optische Element zumindest abschnittsweise anlegbar ist. Des Weiteren hat die Federhülse einen radial nach außen weg kragenden insbesondere ringförmigen Federvorsprung, der sich am Elementträger, insbesondere an einer zum Halbleiterelementträger weisenden Stützfläche des Elementträgers, abstützt, und das Halbleitergehäuse mit der Federkraft beaufschlagt. Durch die hülsenartige Ausgestaltung des Federelements kann eine von dem Halbleiterelement emittierte Strahlung im Wesentlichen unbeeinflusst durch diese hindurch treten. Die Federhülse ist somit vorzugsweise etwa koaxial zur Strahlungsrichtung der emittierten Strahlung des Halbleiterelements angeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Halbleiterelementträger zur Aufnahme des Halbleiterelements und der Federhülse eine, insbesondere kreiszylindrische, Aussparung. Diese ist hin in Richtung zum Elementträger offen und wird abschnittsweise vom Elementträger mit einer Stützfläche überdeckt, an der sich das Federelement über den Federvorsprung abstützten kann.
Besonders bevorzugt hat der Elementträger zur Aufnahme eines jeweiligen optischen Elements, insbesondere einer Linse, eine insbesondere kreiszylindrische Durchgangsöffnung, womit der Elementträger somit lochplattenartig ausgestaltet ist. Durch die axiale Länge der Federhülse wird der Abstand zwischen dem Halbleiterelement und dem diesem zugeordneten optischen Element eingestellt. Hat die Anordnung eine Vielzahl von Halbleiterelementen, so können diese zu ihren zugeordneten optischen Elementen unterschiedliche Abstände aufweisen, indem einfach Federhülsen mit unterschiedlichen axialen Längen eingesetzt werden.
Damit ein jeweiliges optisches Element sicher gehaltert wird und Längenausdehnungen der Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung kompensiert werden können, ist ein weiteres Federelement vorgesehen, über das das optische Element mit einer Federkraft in Richtung der Federhülse beaufschlagt ist.
Das weitere Federelement kann kostengünstig als Federblech ausgebildet sein, dass lochplattenartig für ein jeweiliges optisches Element eine diese umgreifende Durchgangsöffnung hat. In eine jeweilige Durchgangsöffnung ragt dann zumindest ein, insbesondere als Lasche ausgebildeter, Federvorsprung, der dann an das optische Element angreift. Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Federvorsprüngen bei einer jeweiligen Durchgangsöffnung vorgesehen, die beispielsweise auf einem Teilkreis angeordnet sind.
Vorzugsweise wird das Federblech zwischen dem Elementträger und einer auf einer vom Halbleiterelement weg weisenden Großseite des Elementträgers angeordneten insbesondere lochplattenartig ausgestalteten Andruckplatte gehaltert, die für jedes Halbleiterelement eine Durchgangsöffnung zum Durchlass von vom jeweiligen Halbleiterelement emittierter Strahlung aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 in einer Explosionsdarstellung die erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel
2 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt der Anordnung aus 1
3 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt der Anordnung aus 1 zusammen mit einem Ausschnitt eines Treppenspiegels
4 in einer perspektivischen Untersicht einen Ausschnitt der Anordnung aus 1 im Bereich eines Halbleiterelements
5 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt einer Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
6 in einer perspektivischen Draufsicht einen Ausschnitt der Anordnung aus 5 im Bereich eines optischen Elements
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Gemäß 1 ist eine Anordnung 1 mit einer Vielzahl von matrixartig angeordneten optischen Halbleiterelementen in Form von Laserdioden 2 dargestellt. Eine derartige Anordnung 1 mit den Laserdioden 2 wird beispielsweise als Laserarray-Projektor eingesetzt. In der 1 ist nur eine Laserdiode 2 der Übersichtlichkeit halber mit einem Bezugszeichen versehen, wobei in der Ausführungsform insgesamt zweiunddreißig Laserdioden 2 vorgesehen sind. Diese sind in vier im Parallelabstand vorgesehenen Spalten mit jeweils 8 Laserdioden 2 angeordnet. Die Laserdioden 2 bilden somit ein etwa rechteckförmiges Feld aus.
Zum Tragen der Laserdioden 2 ist ein Halbleiterelementträger 4 vorgesehen, der für jede Laserdiode 2 eine sacklochförmige Aussparung 6 aufweist, in die die Laserdioden 2 mit ihren Kontaktpins 8 eingesetzt sind.
Zur Fixierung der Laserdioden 2 in dem Halbleiterelementträger 4 ist für jede Laserdiode 2 ein Federelement in Form einer Federhülse 10 vorgesehen. Eine jeweilige Federhülse 10 wird ebenfalls abschnittsweise in eine jeweilige Aussparung 6 des Halbleiterelementträgers 4 eingesetzt, was unten stehend in der 2 näher erläutert wird. Die Federhülse 10 ist etwa koaxial zur Laserdiode 2 angeordnet und umgreift diese.
Mit dem plattenförmigen Halbleiterelementträger 4 ist ein lochplattenförmiger Elementträger 12 über eine Vielzahl von Senkschrauben 14 verschraubt. Der Elementträger 12 hat für jede Laserdiode 2 eine Durchgangsbohrung 16. Im verschraubten Zustand sind Durchgangsbohrungen 16 etwa koaxial zur Federhülse 10, zur Laserdiode 2 und zur Aussparung 6 des Halbelementträgers 4 angeordnet. In eine jeweilige Durchgangsbohrung 16 ragt im verschraubten Zustand jeweils eine Federhülse 10 abschnittsweise ein, was ebenfalls unten stehend in der 2 näher erläutert ist.
In eine jeweilige Durchgangsbohrung 16 ist ein optisches Element in Form einer Linse 18 eingesetzt, bei der es sich beispielsweise um eine Kollimationslinse handelt. Eine jeweilige Linse 18 stützt sich hierbei radial an einer Innenwandung einer jeweiligen Durchgangsbohrung 16 und axial an der Federhülse 10 ab. Zum Haltern der Linsen 18 ist ein Federblech 20 vorgesehen, das auf dem Elementträger 12 auf seiner vom Halbleiterelementträger 4 abgewandten Großseite 22 anliegt. Befestigt wird das Federblech 20 an dem Elementträger 12 über eine lochplattenförmige Andrückplatte 24, die auf dem Felderblech 20 angeordnet ist und über Schrauben 26 mit dem Halbleiterelementträger 4 fest verbunden wird. Sowohl das Federblech 20 als auch die Andrückplatte 24 weisen entsprechend dem Elementträger 12 für jede Laserdiode 2 eine Aussparung 28 beziehungsweise 30 auf, damit eine von der Laserdioden 2 emittierte Strahlung durch diese hindurch treten kann. In eine jeweilige Aussparung 28 des Federblechs 20 ragen eine Vielzahl von als Laschen ausgebildete Federvorsprünge 32, die im montierten Zustand an einer jeweiligen Linse 18 anliegen und diese mit einer Federkraft in Richtung der jeweiligen Linse 18 zugeordneten Federhülse 10 beaufschlagen. Eine jeweilige Linse 18 wird somit fest zwischen der Federhülse 10 und dem Federblech 20 gehaltert, wobei durch die Federvorsprünge 32 eventuell auftretende Spannungen, beispielsweise bei Längenausdehnungen, kompensiert werden.
Über zwei Zentrierstifte 34 werden der Halbleiterelementträger 4, der Elementträger 12, das Federblech 20 und die Andrückplatte 24 zueinander zentriert.
Anhand der 2 erfolgt im Folgenden eine Beschreibung des Aufbaus der Anordnung 1 im verschraubten Zustand. Die sacklochförmige Aussparung 6 des Halbleiterelementträgers 4 ist stufenförmig ausgestaltet mit einer ersten einen kleineren Durchmesser aufweisenden Bohrungsstufe 38 und einer zweiten einen größeren Durchmesser aufweisenden Bohrungsstufe 40. An die Aussparung 6 schließen sich drei Durchgangsbohrungen ausgehend von der unteren einen kleineren Durchmesser aufweisenden Bohrungsstufe 38 an, von denen in der 2 zwei ersichtlich sind und mit den Bezugszeichen 42 und 44 versehen sind. In den Durchgangsbohrungen 42, 44 werden die Kompaktpins 8 der Laserdiode 2 eingeführt.
Bei der Laserdiode 2 handelt es sich um eine herkömmliche Laserdiode 2, weswegen im Folgenden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente erläutert werden. Die Laserdiode 2 hat ein Halbleitergehäuse 46 mit einer etwa kreiszylindrischen plattenförmigen Wärmesenke 48, von deren Unterseite aus sich die Kontaktpins 8 etwa lotförmig weg erstrecken. Auf einer Oberseite 50 der Wärmesenke 46 ist eine topfförmige Kappe 52 vorgesehen, innerhalb der die eine Strahlung emittierende Laserdiode angeordnet ist, was in der 2 nicht gezeigt ist. Ein Gehäuseboden der topfförmigen Kappe 52 weist eine Öffnung 54 auf, durch die von der Laserdiode 2 emittierte Strahlung in einer Richtung weg von dem Halbleiterelementträger 4 austreten kann.
Die Laserdiode 2 ist mit ihrer Wärmesenke 48 in die erste Bohrungsstufe 38 der Aussparung 6 des Halbleiterelementträgers 4 bündig eingesetzt, wobei eine Tiefe der Wärmesenke 48 größer als eine Tiefe der Bohrungsstufe 38 ist. Die Wärmesenke 48 ragt somit etwas aus der Bohrungsstufe 38 aus und in die Bohrungsstufe 40 ein.
Zum Festlegen der Laserdiode 2 mit ihrem Halbleitergehäuse 46 an dem Halbleiterelementträger 4 ist die Federhülse 10 vorgesehen. Diese hat einen Innendurchmesser, der größer als ein Außendurchmesser der Kappe 52 und kleiner als ein Außendurchmesser der Wärmesenke 48 ist, wodurch die Federhülse 10 mit ihrer ringförmigen Stirnseite 56 an der Oberseite 50 der Wärmesenke 48 anlegbar ist. Ausgehend von ihrer Stirnseite 56 hat die Federhülse 10 einen sich nach außen erstreckenden Radialbund 58, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der den größeren Durchmesser aufweisenden Bohrungsstufe 40 der Aussparung 6 im Wesentlichen entspricht, wodurch die Federhülse 10 im eingesetzten Zustand bündig in der Bohrungsstufe 40 angeordnet ist. Eine Tiefe des Radialbunds 58 ist geringer als eine Tiefe der Bohrungsstufe 40, womit dieser vollständig in die Bohrungsstufe 40 eingetaucht ist. Von ihrer Stirnseite 56 her ist die Federhülse 10 mit einer Außenfase 60 angefast, womit diese bei der Montage leichter in die Aussparung 6 eingesetzt werden kann. In einer Richtung weg vom Halbleiterelementträger 4 ist axial beabstandet zum Radialbund 58 an der Federhülse 10 ein nach außen sich radial weg erstreckender ringförmiger Federvorsprung 62 ausgebildet. Dieser ist dabei derart ausgestaltet, dass er im nicht montierten Zustand des Elementträgers 12 in Axialrichtung gesehen mit einem Abschnitt innerhalb der Bohrungsstufe 40 und mit dem übrigen Abschnitt außerhalb der Bohrungsstufe 40 angeordnet ist. Hierdurch wird der Federvorsprung 62 bei der Montage des Elementträgers 12 in Richtung des Radialbunds 58 gebogen, wodurch eine Federkraft auf das Halbleitergehäuse 46 der Laserdiode 2 wirkt. Gemäß der Darstellung in der 2 ist der Federvorsprung 62 schematisch in einem Zustand dargestellt, in dem er nicht durch den Elementträger 12 gebogen ist. Die Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 hat einen geringeren Durchmesser als die obere Bohrungsstufe 40 der Aussparung 6 des Halbleiterelementträgers 4, wodurch der Elementträger 12 die Aussparung 6 mit einer ringförmigen Stützfläche 64 abschnittsweise übergreift. Über diese Stützfläche 64 des Elementträgers 12 wird der Federvorsprung 62 in Richtung des Radialbunds 58 gebogen.
Ein Außendurchmesser des Federvorsprungs 62 ist größer als ein Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 und etwas kleiner als ein Außendurchmesser des Radialbunds 58.
Axial beabstandet zum Federvorsprung 62 in einer Richtung weg vom Halbleiterelementträger 4 ist an der Federhülse 10 ein weiterer Radialbund 66 ausgebildet. Dessen Außendurchmesser entspricht etwa dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 und ist damit im Wesentlichen bündig in die Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 eingetaucht. Eine axiale Länge der Federhülse 10 ist so gewählt, dass sie sich etwa bis zur Mitte in die Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 in Axialrichtung gesehen erstreckt. Von einer Stirnseite 68 der Federhülse 10 her, die von der anderen Stirnseite 56 abweist, ist eine Sacklochbohrung 70 eingebracht, deren Tiefe etwa der halben Tiefe des Radialbunds 66 entspricht, wobei sich der Radialbund 66 ebenfalls ausgehend von der Stirnseite 68 erstreckt. An die Sacklochbohrung 70 schließt eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 72 an, die zusammen mit der Sacklochbohrung 70 eine geringere Tiefe als der Radialbund 66 aufweist. Die Innenmantelfläche 72 geht dann in eine etwa kreiszylindrische Innenmantelfläche 74 über, die in der unteren Stirnseite 56 der Federhülse 10 mündet.
In den Elementträger 12 in dessen Durchgangsbohrung 16 ist die Linse 18 abschnittsweise eingesetzt. Diese hat eine etwa einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisende Außenmantelfläche 76, deren Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 entspricht. Eine Unterseite 78 der Linse 18 ist kuppelförmig konvex ausgestaltet und liegt an einer Innenkante 80 der Federhülse 10 an. Die ringförmige Innenkante 80 ist der Übergang zwischen der etwa quer zur Axialrichtung sich erstreckenden Stirnseite 68 und der Sacklochbohrung 70. Die Linse 18 erstreckt sich somit abschnittsweise in die Sacklochbohrung 70 der Federhülse 10 ein. Eine Oberseite 82 der Linse 18 ist ebenfalls kuppelförmig konvex ausgestaltet und weist eine größere Krümmung als die Unterseite 78 auf. Die Oberseite 82 ist im Wesentlichen außerhalb der Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 angeordnet.
Da die Laserdiode 2 mit ihrem Halbleitergehäuse 46 an der unteren Stirnseite 56 der Federhülse 10 und die Linse 18 an Innenkante 80 der oberen Stirnseite 68 der Federhülse 10 anliegen, wird deren Abstand zueinander durch eine axiale Länge der Federhülse 10 beziehungsweise einem Abstand der Innenkante 80 und der unteren Stirnseite 56 vorgegeben. Die Federhülse erfüllt somit zwei Funktionen, nämlich zum einen spannt sie die Laserdiode 2 gegen den Elementträger 12 und definiert zum anderen den Abstand zwischen der Linse 18 und der Laserdiode 2.
Damit die Linse 18 fest in der Durchgangsbohrung 16 des Elementträgers 12 gehaltert ist, ist das Federblech 20 vorgesehen. Ein Durchmesser der Aussparung 28 des Federblechs 20 ist dabei derart gewählt, dass die Linse 18 nicht an der Innenwandung der Aussparung 28 anliegt, sondern an den Federvorsprüngen 32, siehe 1. Diese ragen ausgehend von der Innenwandung der Aussparung 28 etwa radial hin zur Linse 18 aus und greifen an deren Oberseite 82 an. Das Federblech 20 ist, wie vorstehend in der 1 erläutert, zwischen dem Elementträger 12 und der Andrückplatte 24 angeordnet. Ein Innendurchmesser der Aussparung 30 der Andrückplatte 24 entspricht etwa dem Innendurchmesser der Bohrungsstufe 40 der Aussparung 6 des Halbleiterelementträgers 4. Die Linse 18 durchsetzt sowohl die Aussparung 28 des Federblechs 20, als auch die Aussparung 30 der Andrückplatte 24 vollständig und ragt aus dieser aus.
Im Folgenden wird der Montagevorgang der Anordnung 1 anhand der 1 und 2 erläutert. In einem ersten Montageschritt werden die Laserdioden 2 an ihrer Unterseite 84, siehe 2, mit einer Wärmeleitpaste versehen. Im Anschluss daran werden sie in die Aussparungen 6 des Halbleiterelementträgers 4 gesetzt. Eine Lagefixierung der Laserdioden 2 erfolgt hierbei gemäß 4 durch die drei Kontaktpins, die dreiecksförmig zueinander angeordnet sind und jeweils in die Durchgangsbohrung 42, 44 beziehungsweise 86 eintauchen. Ein Kontaktpin 8 dient hierbei als Gehäusemasse. Nach den Laserdioden 2 werden die Federhülsen 10 in die Aussparungen 6 des Halbleiterelementträgers 4 eingesetzt und danach der Elementträger 12 auf den Halbleiterelementträger 4 aufgesetzt. Der Elementträger 12 wird dann mit dem Halbleiterelementträger 4 durch leichtes Anschrauben der Senkschrauben 14 vorjustiert. Anschließend werden die Träger 4 und 12 miteinander verpresst, wobei eine Presskraft von etwa 800 N eingesetzt wird. Nach dem Verpressen werden die Senkschrauben 14 festgezogen, wobei sie vollständig mit ihren Schraubköpfen in den Elementträger 12 eintauchen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird von der vom Elementträger 12 wegweisenden Unterseite 88 des Halbleitelementträgers 4, siehe 1, eine nicht dargestellte Leiterplatte zur Kontaktierung der Laserdioden 2 eingesetzt und mit diesen verlötet.
In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Linsen 18 in den Elementträger 12 eingesetzt, danach das Federblech 20 und die andere Platte 24 auf den Elementträger 12 angeordnet und mit dem Halbleiterelementträger 4 über die Schrauben 26 verschraubt.
Gemäß 3 ist die Anordnung 1 mit einem Treppenspiegel 90 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Kompressionsanordnung. Der Treppenspiegel 90 ist in der 3 beispielhaft gezeigt. Mit dem Treppenspiegel 90 wird eine von den Laserdioden 2 emittierte Strahlung 92 etwa um 90° umgelenkt. Hierzu sind stufenförmig angeordnete Spiegel 94 und 96 vorgesehen, wobei der in der 3 linke Spiegel 94 einen größeren Abstand zur diesem zugeordneten Laserdiode 2 hat, als der rechte Spiegel 96. Hierdurch unterscheidet sich eine Strahlweglänge A' zwischen dem linken Spiegel 94 und der diesem zugeordneten Laserdiode 2 zur Strahlweglänge B' zwischen dem rechten Spiegel 96 und der diesem zugeordneten Laserdiode 2. Die unterschiedlichen Strahlweglängen A' und B' führen zu einem Darstellungsunterschied in einer in der 3 nicht dargestellten Abbildungsebene. Um den Darstellungsunterschied zu kompensieren hat die Federhülse 10 der dem Spiegel 94 zugeordneten Laserdiode 2 eine andere axiale Länge A als die Federhülse 10 der anderen Laserdiode 2 mit der axialen Länge B.
Es ist denkbar durch gezielte Änderung der axialen Länge der Federhülsen 10 der Anordnung 1 aus 1 Abbildungen zu generieren, die applikationsförderlich sind, wie beispielsweise eine Intensitätsverteilung am Applikationsort zu ändern.
Durch die Federhülsen 10 kann somit eine Strahlweglänge bei Einsatz von Kompressionsstufen ausgeglichen werden und/oder die Abbildungsebene bewusst beeinflusst werden.
Gemäß 5 ist eine Anordnung 1 mit Laserdioden 2 dargestellt, bei der die Linse 98 eine andere Ausgestaltung aufweist. Diese hat eine sich im Wesentlichen quer zur Längsachse erstreckende Unterseite 100, die an einer Stirnseite 102 der Federhülse 10 anliegt. Die Federhülse 10 wird im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel vollständig von einer einen etwa im Wesentlichen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisenden Durchgangsbohrung 104 durchsetzt.
Eine Oberseite 104 der Linse 98 ist entsprechend der Ausführungsform aus 2 domartig und konvex ausgestaltet, weist allerdings eine ringförmige sich etwa quer zur Längsachse erstreckende Randfläche 106 auf, siehe auch 6. An dieser greifen entsprechend der 6 die Federvorsprünge 32 des Federblechs 20 an.
Offenbart ist eine Anordnung mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen. Die Halbleiterelemente werden jeweils über ein Federelement gegen einen Halbleiterelementträger gespannt. An dem Federelement liegt zusätzlich ein einem jeweiligen Halbleiterelement zugeordnetes optisches Element an, wobei das Federelement dabei derart ausgestaltet ist, dass es den Abstand zwischen dem Halbleiterelement und dem optischen Element fest definiert.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Laserdioden
4: Halbleiterelementträger
6: Aussparung
8: Kontaktpin
10: Federbuchse
12: Elementträger
14: Senkschrauben
16: Durchgangsbohrung
18: Linse
20: Federblech
22: Großseite
24: Andruckplatte
26: Schraube
28: Aussparung
30: Aussparung
32: Federvorsprung
34: Zentrierstift
38: Bohrungsstufe
40: Bohrungsstufe
42: Durchgangsbohrung
44: Durchgangsbohrung
46: Halbleitergehäuse
48: Wärmesenke
50: Oberseite
52: Kappe
54: Öffnung
56: Stirnseite
58: Radialbund
60: Außenfase
62: Federvorsprung
64: Stützfläche
66: Radialbund
68: Stirnseite
70: Sacklochbohrung
72: Innenmantelfläche
74: Innenmantelfläche
76: Außenmantelfläche
78: Unterseite
80: Innenkante
82: Oberseite
84: Unterseite
86: Durchgangsbohrung
88: Unterseite
90: Treppenspiegel
92: Strahlung
94: Spiegel
96: Spiegel
98: Linse
100: Unterseite
102: Stirnseite
104: Oberseite
106: Randfläche

Claims

Anordnung mit zumindest einem optischen Halbleiterelement (2), das ein an einem Halbleiterelementträger (4) festgelegtes Halbleitergehäuse (46) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitergehäuse (46) sich am Halbleiterelementträger (4) abstützt und zur Festlegung über ein Federelement (10) mit einer Federkraft in Richtung des Halbleiterelementträgers (4) beaufschlagt ist, wobei ein dem Halbleiterelement (2) zugeordnetes optisches Element (18) mit dem Federelement (10) in Wirkverbindung steht und das Federelement (10) derart ausgestaltet ist, dass es einen Abstand zwischen dem optischen Element (18) und dem Halbleiterelement (2) festlegt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Federelement (10) einen mechanisch steifen Elementabschnitt zur Festlegung des Abstands zwischen dem optischen Element (18) und dem Halbleiterelement (2) und einen federnden Elementabschnitt (62) aufweist, mit dem das Halbleitergehäuse (46) über den mechanisch steifen Elementabschnitt mit der Federkraft beaufschlagt ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Vielzahl von Halbleiterelementen (2) vorgesehen sind und wobei Halbleiterelementen (4) von zumindest einer Teilmenge aller Halbleiterelemente (4) jeweils ein optisches Element (18) zugeordnet ist, wobei ein jeweiliges optisches Element (18) an einem mit dem Halbleiterelementträger (4) verbundenen Elementträger (12) gehaltert ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei sich das Federelement (10) an dem Elementträger (12) abstützt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (10) als eine Federhülse (10) ausgebildet ist, die mit ihrer einen Stirnseite (56) an dem Halbleitergehäuse (46) zumindest abschnittsweise anliegt und an deren anderen Stirnseite (68) das dem Halbleiterelement (2) zugeordnete optische Element (18) zumindest abschnittsweise anlegbar ist, wobei sich die Federhülse (10) über einen radial nach außen weg kragenden Federvorsprung (62) abstützt und das Halbleitergehäuse (46) mit der Federkraft beaufschlagt.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Halbleiterelementträger (4) jeweils zur Aufnahme des Halbleiterelements (2) und der Federhülse (10) eine Aussparung (6) aufweist, die vom Elementträger (12) abschnittsweise mit einer Stützfläche (64) überdeckt ist, wobei an dieser sich die Federhülse (10) über den Federvorsprung (62) abstützt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Elementträger (12) zur Aufnahme eines jeweiligen optischen Elements (18) eine Durchgangsöffnung (16) hat.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei Federhülsen (10) mit unterschiedlichen axialen Längen vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein jeweiliges optisches Element (18) über ein weiteres Federelement (20) mit einer Federkraft in Richtung des anderen Federelements (10) beaufschlagt ist.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei das weitere Federelement als Federblech (20) ausgebildet ist, das für ein jeweiliges optisches Element (18) eine dieses umgreifende Durchgangsöffnung (28) hat, in die jeweils zumindest ein am Federblech ausgebildeter Federvorsprung (32) kragt, der an das optische Element (18) angreift.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei das Federblech (20) zwischen dem Elementträger (12) und einer auf einer vom Halbleiterelement (2) weg weisenden Großseite des Elementträgers (12) angeordneten Andruckplatte (24) gehaltert ist, die für jedes Halbleiterelement (2) eine Durchgangsöffnung (30) hat.