DE102012215684A1

DE102012215684A1 - Laserbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102012215684A1
Application number: DE201210215684
Authority: DE
Inventors: Tilman Eckert
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-06

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Laserchips mit einer Seitenfläche und einem auf einer Unterseite des Laserchips angeordneten Lötbump, zum Bereitstellen eines Trägersubstrats mit einer auf einer Oberseite des Trägersubstrats angeordneten metallischen Lötfläche, zum Anordnen des Laserchips auf dem Trägersubstrat derart, dass der Lötbump in Kontakt mit der Lötfläche ist, und zum Aufschmelzen des Lötbumps, wobei die Seitenfläche des Laserchips in Anlage mit einem ersten Anschlagselement kommt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Laserbauelement gemäß Patentanspruch 9.
Kantenemittierende Laserchips sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Laserchips weisen in eine senkrecht zur Abstrahlrichtung orientierte Raumrichtung (Fast-Axis) eine relativ große Strahldivergenz auf. Für viele Anwendungszwecke ist es daher erforderlich, die durch den Laserchip emittierte Laserstrahlung mittels einer Kollimationslinse zu sammeln. Integrierte Laserbauelemente (Laserpackages) mit Laserchip und Kollimationslinse sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die Linse muss in derartigen Laserbauelementen möglichst nahe am Laserchip angeordnet und präzise relativ zum Laserchip ausgerichtet werden. Im Stand der Technik erfolgt die Ausrichtung der Linse mittels einer aufwändigen aktiven Justage.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Laserbauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Laserbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Laserchips mit einer Seitenfläche und einem auf einer Unterseite des Laserchips angeordneten Lötbump, zum Bereitstellen eines Trägersubstrats mit einer auf einer Oberfläche des Trägersubstrats angeordneten metallischen Lötfläche, zum Anordnen des Laserchips auf dem Trägersubstrat derart, dass der Lötbump in Kontakt mit der Lötfläche ist, und zum Aufschmelzen des Lötbumps, wobei die Seitenfläche des Laserchips in Anlage mit einem ersten Anschlagselement kommt. Vorteilhafterweise justiert sich der Laserchip bei diesem Verfahren von selbst. Die Selbstjustage erfolgt dabei vorteilhafterweise während eines ohnehin notwendigen Lötprozesses zum elektrischen Verbinden des Laserchips mit dem Trägersubstrat. Die Selbstjustage beruht darauf, dass die Oberflächenenergie des während des Aufschmelzens verflüssigten Lötbumps den Laserchip in Richtung der Mitte der metallischen Lötfläche zieht. Dabei gerät der Laserchip in Anlage mit dem ersten Anschlagselement, wodurch er eine definierte Position einnimmt. Nach dem Abkühlen des Lots des Lötbumps verbleibt der Laserchip in seiner ausgerichteten Position. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass das Anordnen des Laserchips auf dem Trägersubstrat mit geringen Anforderungen der Genauigkeit der Platzierung erfolgen kann. In der Regel ist es ausreichend, wenn zwischen dem Laserbump auf der Unterseite des Laserchips und der metallischen Lötfläche auf der Oberfläche des Trägersubstrats ein Überlapp von etwa 50% eingehalten wird. Dadurch eignet sich das Verfahren vorteilhafterweise für eine kostengünstige Massenproduktion.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Lötfläche mit mehreren lateral voneinander beabstandeten Flächenabschnitten bereitgestellt. Dabei wird der Laserchip mit mehreren an der Unterseite des Laserchips angeordneten Lötbumps bereitgestellt. Vorteilhafterweise bewirken die Oberflächenenergien der beim Aufschmelzen der mehreren Lötbumps gebildeten flüssigen Lote eine besonders hohe auf den Laserchip wirkende Kraft, wodurch die Selbstjustage des Laserchips besonders zuverlässig funktioniert. Dabei ist es, je nach Anordnung Flächenabschnitte, möglich, den Laserchip nicht nur seitlich zu versetzen, sondern den Laserchip auch um eine zur Lötfläche senkrechte Achse zu drehen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden weitere Schritte durchgeführt zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einer auf einer Oberseite des Laserchips angeordneten Kontaktfläche und einer auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordneten Bondfläche. Vorteilhafterweise erlaubt das nach diesem Verfahren hergestellte Laserbauelement dadurch eine elektrische Kontaktierung des Laserchips über das Trägersubstrat.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Anordnen des Laserchips weitere Schritte durchgeführt zum Bereitstellen einer optischen Linse, wobei an der Linse das erste Anschlagselement ausgebildet ist, und zum Anordnen der Linse an dem Trägersubstrat. Vorteilhafterweise wird der Laserchip dann während seiner Selbstjustage unmittelbar an der Linse ausgerichtet, wodurch das Verfahren die Herstellung eines Laserbauelements ermöglicht, bei dem der Laserchip und die Linse sehr präzise aneinander ausgerichtet sind, ohne dass hierfür aktive Justageschritte erforderlich sind.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Anschlagselement und das zweite Anschlagselement an dem Trägersubstrat ausgebildet. Dabei werden weitere Schritte durchgeführt zum Bereitstellen einer optischen Linse und zum Anordnen der optischen Linse am Trägersubstrat derart, dass die Linse in Anlage mit dem zweiten Anschlagselement kommt. Vorteilhafterweise werden in dieser Ausführungsform des Verfahrens der Laserchip und die Linse jeweils präzise am Trägersubstrat ausgerichtet, wodurch sich auch eine präzise Ausrichtung des Laserchips und der Linse zueinander ergibt. Vorteilhafterweise sind auch in dieser Ausführungsform des Verfahrens hierzu keine aktiven Justageschritte erforderlich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Trägersubstrat mit einer auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordneten Metallisierung bereitgestellt, die das erste Anschlagselement aufweist. Vorteilhafterweise lässt sich das erste Anschlagselement dann besonders einfach und kostengünstig an dem Trägersubstrat ausbilden. Auch das zweite Anschlagselement kann durch die auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnete Metallisierung gebildet werden. Vorteilhafterweise ist die Genauigkeit der relativen Justage von Laserchip und Linse dann nur durch die äußerst geringen Lithographietoleranzen bei der Herstellung der auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordneten Metallisierung begrenzt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Linse mit dem Trägersubstrat verklebt. Vorteilhafterweise stellt dies eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit dar, die Linse mit dem Trägersubstrat zu verbinden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird hierzu ein UVaktivierbarer Klebstoff verwendet. Vorteilhafterweise lässt sich das Verbinden der Linse mit dem Trägersubstrat dadurch einfach automatisieren.
Ein Laserbauelement umfasst einen Laserchip und ein Trägersubstrat. Dabei ist eine Unterseite des Laserchips auf einer auf einer Oberseite des Trägersubstrats angeordneten Lötfläche angeordnet. Außerdem ist eine Seitenfläche des Laserchips mit einem ersten Anschlagselement in Anlage. Vorteilhafterweise ist der Laserchip bei diesem Laserbauelement präzise am Substrat ausgerichtet, wodurch auch eine präzise Ausrichtung des Laserchips bezüglich einer Linse ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist die Lötfläche mehrere lateral voneinander beabstandete Flächenabschnitte auf. Vorteilhafterweise kann die Ausrichtung des Laserbauelements relativ zu dem Trägersubstrat während der Herstellung des Laserbauelements dann mit besonders hoher Genauigkeit mittels einer Selbstjustage erfolgen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements besteht eine Bondverbindung zwischen einer auf einer Oberseite des Laserchips angeordneten Kontaktfläche und einer auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordneten Bondfläche. Vorteilhafterweise kann eine elektrische Kontaktierung des Laserbauelements dann über das Trägersubstrat erfolgen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements sind an einer Unterseite des Trägersubstrats eine erste untere Kontaktfläche und eine zweite untere Kontaktfläche angeordnet. Dabei ist die Lötfläche elektrisch leitend mit der ersten unteren Kontaktfläche verbunden. Außerdem ist die Bondfläche elektrisch leitend mit der zweiten unteren Kontaktfläche verbunden. Vorteilhafterweise können die an der Unterseite des Trägersubstrats des Laserbauelements angeordneten unteren Kontaktflächen dann nach dem SMT-Verfahren elektrisch kontaktiert werden.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist dieses eine optische Linse auf, die an dem Trägersubstrat angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann diese optische Linse zur Sammlung eines von dem Laserchip emittierten divergenten Laserstrahls dienen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das erste Anschlagselement an der Linse ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Laserchip dann unmittelbar mit der Linse in Anlage, wodurch sich eine besonders präzise relative Ausrichtung von Laserchip und Linse zueinander ergibt.
In einer anderen Ausführungsform des Laserbauelements sind das erste Anschlagselement und ein zweites Anschlagselement an dem Trägersubstrat angeordnet. Dabei ist die Linse mit dem zweiten Anschlagselement in Anlage. Vorteilhafterweise sind bei diesem Laserbauelement der Laserchip und die Linse jeweils mit definierten Anschlagselementen des Trägersubstrats in Anlage, wodurch sich präzise Ausrichtungen des Laserchips und der Linse bezüglich des Trägersubstrats ergeben. Hieraus ergibt sich auch eine präzise gegenseitige Ausrichtung von Laserchip und Linse.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das erste Anschlagselement durch eine auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnete Metallisierung gebildet. Vorteilhafterweise kann das Anschlagselement dann kostengünstig und mit hoher Präzision durch Lithographieverfahren hergestellt werden.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist die optische Linse als Zylinderlinse ausgebildet. Vorteilhafterweise bewirkt die Linse dadurch eine besonders wirksame Sammlung eines durch den Laserchip emittierten Laserlichts.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Laserchip eine kantenemittierende Laserdiode. Dabei ist die Seitenfläche des Laserchips eine Emissionsseite des Laserchips. Vorteilhafterweise wird dadurch unmittelbar die Emissionsseite des Laserchips bezüglich der Linse ausgerichtet, wodurch sich eine besonders hohe Präzision der Justage des Laserchips bezüglich der Linse ergibt.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements sind ein emittierender Abschnitt der Seitenfläche und die Linse voneinander beabstandet. Vorteilhafterweise erfolgt eine Emission von Laserlicht durch den Laserchip dann gegen Luft. Dadurch werden vorteilhafterweise negative Effekte, wie beispielsweise eine Harzalterung an der Seitenfläche des Laserchips, verhindert. Dies ermöglicht es, das Laserbauelement mit höheren elektrischen Strömen und bei höheren Temperaturen zu betreiben.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements wird die Unterseite des Laserchips durch einen n-dotierten Kristallbereich gebildet. Vorteilhafterweise ist der emittierende Abschnitt des Laserchips dann von der Oberseite des Trägersubstrats abgewandt, wodurch Reflexionen und Abschattungen des durch den Laserchip emittierten Laserlichts vermieden werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils stark schematisierter Darstellung:
1 einen Schnitt durch ein Laserbauelement gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Aufsicht auf ein Substrat in einem Bearbeitungsstand während einer Herstellung des Laserbauelements;
3 eine Aufsicht auf das Substrat mit daran angeordneter optischer Linse;
4 eine Aufsicht auf das Substrat mit darauf angeordneten und ausgerichteten Laserchips;
5 eine Aufsicht auf das Substrat mit gebondeten Laserchips;
6 eine perspektivische Darstellung eines Deckels des Laserbauelements;
7 eine Aufsicht auf das Substrat mit darauf angeordnetem Deckel;
8 eine Aufsicht auf mehrere vereinzelte Laserbauelemente;
9 eine Aufsicht auf ein Substrat in einem Bearbeitungsstand während einer Herstellung eines Laserbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
10 eine Schnittdarstellung des Laserbauelements der zweiten Ausführungsform; und
11 einen Schnitt durch ein Laserbauelement gemäß einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt in schematisierter Darstellung einen Schnitt durch ein Laserbauelement 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Laserbauelement 10 kann auch als Laserpackage bezeichnet werden. Das Laserbauelement 10 ist ein gekapseltes Bauelement mit einem kompakten Gehäuse, das sich für eine Oberflächenmontage nach dem SMT-Verfahren (Surface Mount Technology) eignet.
Das Laserbauelement 10 umfasst ein Substrat 100. Das Substrat 100 weist ein elektrisch isolierendes Material auf, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN). Das Substrat 100 weist eine Oberseite 110 und eine der Oberseite 110 gegenüberliegende Unterseite 120 auf.
Auf der Oberseite 110 des Substrats 100 ist eine Metallisierung angeordnet, die eine Bondfläche 140 und eine Lötfläche 130 bildet. Die Lötfläche 130 und die Bondfläche 140 sind voneinander elektrisch isoliert. Auf der Unterseite 120 des Substrats 100 sind eine erste untere Kontaktfläche 170 und eine zweite untere Kontaktfläche 180 angeordnet, die ebenfalls ein leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall, aufweisen. An zwei einander gegenüberliegenden und die Oberseite 110 mit der Unterseite 120 des Substrats 100 verbindenden Seitenflächen des Substrats 100 sind eine erste Seitenmetallisierung 150 und eine zweite Seitenmetallisierung 160 angeordnet. Die erste Seitenmetallisierung 150 verbindet die Lötfläche 130 elektrisch leitend mit der ersten unteren Kontaktfläche 170. Die zweite Seitenmetallisierung 160 verbindet die Bondfläche 140 elektrisch leitend mit der zweiten unteren Kontaktfläche 180.
Über der Oberseite 110 des Substrats 100 ist ein Deckel 500 angeordnet. Der Deckel 500 besteht bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem Epoxidharz. Der Deckel 500 weist eine Rückwand 520, eine Deckenwandung 530 und zwei in der Schnittdarstellung der 1 nicht sichtbare Seitenwände 540 auf. Zwischen dem Deckel 500 und der Oberseite 110 des Substrats 100 ist eine etwa quaderförmige Kammer 510 ausgebildet. Die Rückwand 520, die Deckenwandung 530 und die beiden Seitenwände 540 des Deckels 500 begrenzen vier Seiten der Kammer 510. Die Oberseite 110 des Substrats 100 begrenzt eine fünfte Seite der Kammer 510. Die sechste Seite der Kammer 510 wird durch eine optische Linse 200 begrenzt.
In der Kammer 510 ist ein Laserchip 300 angeordnet. Der Laserchip 300 ist ein Halbleiterlaserchip. Der Laserchip 300 umfasst einen Kristall mit einer Oberseite 310 und einer Unterseite 320. Die Oberseite 310 des Laserchips 300 wird bevorzugt durch eine p-dotierte Seite des Kristalls gebildet. Die Unterseite 320 des Laserchips 300 wird dann durch eine n-dotierte Seite des Kristalls gebildet. Allerdings können n- und p-dotierte Seiten auch des Kristalls auch umgekehrt orientiert sein. Der Laserchip 300 kann auch als Laserdiode bezeichnet werden.
Der Laserchip 300 ist bevorzugt als kantenemittierende Laserdiode ausgebildet. In diesem Fall weist eine Seitenfläche 340 des Laserchips 300 einen Emissionsbereich 341 auf, aus dem eine Laserstrahlung 350 emittiert werden kann. Der Emissionsbereich 341 ist dabei nahe der Oberseite 310 des Laserchips 300 angeordnet. Die Emission der Laserstrahlung 350 erfolgt etwa senkrecht zur Seitenfläche 340 und etwa parallel zur Oberseite 310 und Unterseite 320 des Laserchips 300. Die emittierte Laserstrahlung 350 weist jedoch in eine in der Darstellung von 1 senkrechte Raumrichtung (Fast-Axis-Richtung) eine große Divergenz auf. Zur Verbesserung der Strahlqualität der Laserstrahlung 350 ist es erforderlich, diese Divergenz mittels einer Kollimationslinse zu kompensieren.
Hierzu ist bei dem Laserbauelement 10 die optische Linse 200 vorgesehen. Die optische Linse 200 besteht aus einem für die Laserstrahlung 350 transparenten Material. Die optische Linse 200 kann beispielsweise Silikon aufweisen. Die optische Linse 200 ist als Zylinderlinse ausgebildet und weist eine gekrümmte Seite 210 und eine planare Seite 220 auf. Die gekrümmte Seite 210 ist zur Außenseite des Laserbauelements 10 orientiert. Die planare Seite 220 der optischen Linse 200 weist in Richtung der Kammer 510 des Laserbauelements 10. Somit ist die planare Seite 220 dem in der Kammer 510 angeordneten Laserchip 300 und insbesondere der Seitenfläche 340 des Laserchips 300 mit dem Emissionsbereich 341 zugewandt.
Die optische Linse 200 weist auf ihrer dem Substrat 100 zugewandten Seite einen Absatz 260 auf. Der Absatz 260 ist an einer Kante des Substrats 100 zwischen der Oberseite 110 des Substrats 100 und der die erste Seitenmetallisierung 150 aufweisenden Seitenfläche des Substrats 100 angeordnet und legt dadurch die relative Orientierung zwischen der optischen Linse 200 und dem Substrat 100 fest.
Die planare Seite 220 der optischen Linse 200 ist von dem Emissionsbereich 341 an der Seitenfläche 340 des Laserchips 300 beabstandet, wodurch zwischen dem Emissionsbereich 341 und der planare Seite 220 der optischen Linse 200 ein Hohlraum 240 ausgebildet ist. Der Hohlraum 240 ist beispielsweise mit Luft gefüllt. Die im Emissionsbereich 341 des Laserchips 300 emittierte Laserstrahlung 350 tritt aus dem Kristall des Laserchips 300 dadurch zunächst in den luftgefüllten Hohlraum 240 aus und gelangt von dort über die planare Seite 220 in die optische Linse 200. Diese Auskopplung der Laserstrahlung 350 gegen Luft verhindert nachteilige Effekte wie eine Alterung des Materials der optischen Linse 200 an der Seitenfläche 340. Dies ermöglicht es, den Laserchip 300 des Laserbauelements 10 bei höheren elektrischen Strömen und höheren Temperaturen zu betreiben.
Der Laserchip 300 und die optische Linse 200 des Laserbauelements 10 sind mit hoher Präzision relativ zueinander ausgerichtet. Die relative Anordnung des Laserchips 300 wird dadurch festgelegt, dass ein erstes Anschlagselement 230 der optischen Linse 200 und ein Anlagebereich 342 des Laserchips 300 aneinander anliegen. Der Anlagebereich 342 des Laserchips 300 ist an der Seitenfläche 340 ausgebildet. Gegenüber dem Emissionsbereich 341 ist der Anlagebereich 342 näher an der Unterseite 320 des Laserchips 300 angeordnet. Das erste Anschlagselement 230 der optischen Linse 200 ist als Vorsprung ausgebildet, der über die übrigen Abschnitte der planaren Seite 220 der optischen Linse 200 hervorsteht. Der Überstand des ersten Anschlagselements 230 über die planare Seite 220 definiert dadurch den Abstand zwischen dem Emissionsbereich 341 der Seitenfläche 340 und der planaren Seite 220 der optischen Linse 200 im Bereich des Hohlreichs 240.
Der Laserchip 300 hat sich während eines Wiederaufschmelzlötens von selbst relativ zur optischen Linse 200 justiert, wie nachfolgend noch genauer erläutert werden wird. Die Lötfläche 130 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 weist mehrere Flächenabschnitte 131 auf, die nebeneinander auf der Oberseite 110 des Substrats 100 angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zwischen der Unterseite 320 des Laserchips 300 und den Flächenabschnitten 131 der Lötfläche 130 des Substrats 100 bestehen jeweils Lötverbindungen 335. Die Lötverbindungen 335 vermitteln einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Unterseite 320 des Laserchips 300 und der Lötfläche 130.
Die Lötverbindungen 335 bestehen aus einem Lot, das beispielsweise Gold und Zinn oder Zinn und Silber aufweist. Die Lötverbindungen 335 wurden mittels eines Wiederaufschmelzlötprozesses (Reflow-Lötprozesses) hergestellt. Dabei wurden die Lötverbindungen 335 aus zuvor an der Unterseite 320 des Laserchips angeordneten Lötbumps 330 gebildet. Die Lötbumps 330 können auch als Lötkugeln, Löthöcker oder Lötkrümel bezeichnet werden. Die Lötbumps 330 können beispielsweise durch Schablonendruck, mit einem Dispenser, als Lotformteile oder auch galvanisch an der Unterseite 320 des Laserchips angeordnet worden sein. Alternativ können die Lötbumps 330 auch auf den Flächenabschnitten 131 der Lötfläche 130 des Substrats 100 angeordnet worden sein.
An der Oberseite 310 des Laserchips 300 ist eine Kontaktfläche 360 angeordnet. Über eine Bondverbindung 400 ist die Kontaktfläche 360 elektrisch leitend mit der Bondfläche 140 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 verbunden. Die Bondverbindung 400 kann einen oder mehrere Bonddrähte umfassen. Eine Mehrzahl von Bonddrähten bietet den Vorteil eines reduzierten elektrischen Widerstands und sorgt für eine höhere Redundanz und damit eine höhere Ausfallsicherheit des Laserbauelements 10. Falls die Bondverbindung 400 mehrere Bonddrähte umfasst, so können auf der Oberseite 310 des Laserchips 300 außerdem mehrere Kontaktfläche 360 vorgesehen sein, wodurch sich ein in vertikaler Richtung durch den Laserchip 300 fließender elektrischer Strom in lateraler Richtung besser über den Laserchip 300 verteilen lässt.
Die optische Linse 200 ist mittels eines Linsenklebstoffs 250 mit der Oberseite 110 des Substrats 100 verklebt. Der Linsenklebstoff 250 weist bevorzugt eine thermische Stabilität bis mindestens 350°C auf. Bevorzugt ist der Linsenklebstoff 250 ein UV-aktivierbarer und thermisch ausheilbarer Klebstoff.
Der Deckel 500 des Laserbauelements 10 ist mittels eines Klebstoffs 550 mit dem Substrat 100 und der optischen Linse 200 verklebt. Dabei ist die Rückwand 520 des Deckels 500 an der Oberseite 110 des Substrats 100 angeklebt. Die Deckenwandung 530 des Deckels 500 ist an der optischen Linse 200 angeklebt. Der Klebstoff 550 ist bevorzugt ebenfalls ein UV-aktivierbarer und thermisch ausheilbarer Klebstoff.
Anhand der 2 bis 8 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung des Laserbauelements 10 der 1 erläutert. Das Verfahren eignet sich zur Massenproduktion und gestattet eine parallele Herstellung mehrerer Laserbauelemente 10 in gemeinsamen Arbeitsgängen.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Oberseite 110 des Substrats 100. Das Substrat 100 ist als länglicher Streifen mit einem ersten Substratabschnitt 101, einem zweiten Substratabschnitt 102, einem dritten Substratabschnitt 103, einem vierten Substratabschnitt 104 und einem fünften Substratabschnitt 105 ausgebildet. Jeder der Substratabschnitte 101, 102, 103, 104, 105 ist zur Herstellung jeweils eines Laserbauelements 10 vorgesehen. Das Substrat 100 könnte auch mehr als die dargestellten fünf Substratabschnitte 101, 102, 103, 104, 105 umfassen. Selbstverständlich wäre es auch möglich, das Substrat 100 mit weniger als fünf Substratabschnitten 101, 102, 103, 104, 105 auszubilden.
Das Substrat 100 ist metallisiert und weist auf seiner Oberseite 110 in jedem Substratabschnitt 101, 102, 103, 104, 105 jeweils eine Lötfläche 130 mit mehreren Flächenabschnitten 131 und eine Bondfläche 140 auf. Ferner weist das Substrat 100 in jedem Substratabschnitt 101, 102, 103, 104, 105 die erste Seitenmetallisierung 150 und die zweiten Seitenmetallisierung 160 auf. Auf der in 2 nicht sichtbaren Unterseite 120 des Substrats 100 sind in jedem Substratabschnitt 101, 102, 103, 104, 105 die erste untere Kontaktfläche 170 und die zweite untere Kontaktfläche 180 angeordnet.
Das Verfahren wird nachfolgend anhand des im ersten Substratabschnitt 101 des Substrats 100 hergestellten Laserbauelements 10 erläutert. Die Herstellung der Laserbauelemente 10 in den weiteren Substratabschnitten 102, 103, 104, 105 erfolgt gleichzeitig und auf analoge Weise.
Die Lötfläche 130 weist im dargestellten Beispiel sechs Flächenabschnitte 131 auf. Die Flächenabschnitte 131 sind elektrisch leitend miteinander verbunden und im dargestellten Beispiel in einer 2×3-Matrix angeordnet. Die Lötfläche 130 könnte jedoch auch eine andere Zahl von Flächenabschnitten 131 aufweisen. Die Flächenabschnitte 131 könnten auch in einem anderen Muster angeordnet sein.
3 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 100, nachdem die optische Linse 200 auf die Oberseite 110 des Substrats 100 aufgeklebt wurde. Die optische Linse 200 ist als langgestreckte balkenförmige Zylinderlinse ausgebildet und weist einen ersten Linsenabschnitt 201, einen zweiten Linsenabschnitt 202, einen dritten Linsenabschnitt 203, einen vierten Linsenabschnitt 204 und einen fünften Linsenabschnitt 205 auf, die mit den Substratabschnitten 101, 102, 103, 104, 105 des Substrats 100 korrespondieren.
Zum Befestigen der optischen Linse 200 am Substrat 100 wurde zunächst der Linsenklebstoff 250 auf die Oberseite 110 des Substrats 100 und/oder auf die optische Linse 200 aufgetragen. Anschließend wurde die optische Linse 200 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 angeordnet, wobei der Absatz 260 der optischen Linse 200, wie in 1 dargestellt, an der Kante zwischen der Oberseite 210 des Substrats 100 und der die erste Seitenmetallisierung 150 aufweisenden Seitenfläche des Substrats 100 aufgerichtet wurde. In dieser Position wurde die optische Linse 200 am Substrat 100 gehalten, während in einem nachfolgenden Schritt der Linsenklebstoff 150 durch Bestrahlung mit UV-Licht aktiviert wurde. Anschließend wurde der Linsenklebstoff 250 thermisch geheilt.
In alternativen Ausführungsformen des Verfahrens kann das Befestigen der optischen Linse 200 am Substrat 100 auf andere Weise, insbesondere unter Verwendung eines anderen Klebstoffs, erfolgen.
4 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 100, nachdem mehrere Laserchips 200 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 angeordnet, ausgerichtet und angelötet wurden. Die Laserchips 300 umfassen einen ersten Laserchip 301, einen zweiten Laserchip 302, einen dritten Laserchip 303, einen vierten Laserchip 304 und einen fünften Laserchip 305, von denen jeweils einer in jedem der Substratabschnitte 101, 102, 103, 104, 105 angeordnet ist.
Jeder Laserchip 300 wurde zunächst auf seiner Unterseite 320 mit mehreren Lötbumps 330 versehen, deren Anordnung mit der Anordnung der Flächenabschnitte 131 der Lötfläche 130 korrespondiert. Anschließend wurden die Laserchips 300 auf den Lötflächen 130 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 platziert. Die Platzierung der Laserchips 300 muss dabei nur mit begrenzter Platziergenauigkeit erfolgen. Es genügt, wenn zwischen den Lötbumps 330 auf der Unterseite 320 der Laserchips 300 und den jeweils zugeordneten Flächenabschnitten 131 der Lötfläche 130 ein Überlapp von etwa 50% besteht. Dies ermöglicht es, die Platzierung der Laserchips 300 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 maschinell und kostengünstig durchzuführen.
Anschließend wurden die Lötbumps 330 auf der Unterseite 320 der Laserchips 300 in einem Reflow-Lötprozess aufgeschmolzen. Das verflüssigte Lot der Lötbumps 330 hat dabei die Flächenabschnitte 131 der Lötflächen 130 benetzt. Durch die Oberflächenenergie des flüssigen Lots der Lötbumps 330 wurden die Laserchips 300 jeweils mittig über die zugeordneten Lötflächen 330 gezogen, bis der Anlagebereich 342 an der Seitenfläche 340 jedes Chips 300 an dem ersten Anschlagselement 230 der optischen Linse 200 angestoßen ist. Durch diesen Prozess der Selbstjustage wurden die Laserchips 300 präzise an der optischen Linse 200 ausgerichtet. Beim Abkühlen des flüssigen Lots der Lötbumps 330 sind die Laserchips 300 in ihrer ausgerichteten Position in Anlage mit der optischen Linse 200 verblieben. Dabei wurden die Lötverbindungen 335 gebildet, die elektrische Verbindungen zwischen den Unterseiten 320 der Laserchips 300 und den Lötflächen 130 auf der Oberseite 110 des Substrats 100 bilden.
5 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 100, nachdem die Kontaktflächen 360 der Laserchips 300 mittels der Bondverbindungen 400 mit den jeweils zugeordneten Bondflächen 140 verbunden wurden. Im dargestellten Beispiel umfasst jede Bondverbindung 400 zwischen einem Laserchip 300 und der zugeordneten Bondfläche 140 vier Bonddrähte. Die Bondverbindungen 400 könnten jedoch auch eine andere Zahl an Bonddrähten umfassen.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Deckels 500. Der Deckel 500 umfasst einen ersten Deckelabschnitt 501, einen zweiten Deckelabschnitt 502, einen dritten Deckelabschnitt 503, einen vierten Deckelabschnitt 504 und einen fünften Deckelabschnitt 505, von denen in 6 jedoch lediglich der erste Deckelabschnitt 501 und der zweite Deckelabschnitt 502 vollständig dargestellt sind. Der Deckel 500 besteht bevorzugt aus einem Epoxidharz und kann beispielsweise durch einen Moldprozess hergestellt sein. Seitenwände 540 zweier benachbarter Deckelabschnitte 501, 502 des Deckels 500 sind im in 6 dargestellten Verbund der Deckelabschnitte 501, 502 einstückig ausgebildet und dazu vorgesehen, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt an einer Schnittkante 541 getrennt zu werden.
7 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 100, nachdem der Deckel 500 über der Oberseite 110 des Substrats 100 angeordnet wurde. Jeder Deckelabschnitt 501, 502, 503, 503, 504, 505 des Deckels 500 korrespondiert mit einem der Substratabschnitte 101, 102, 103, 104, 105. Zum Befestigen des Deckels 500 am Substrat 100 wurde zunächst der Klebstoff 550 auf die optische Linse 200 und die Oberseite 110 des Substrats 100 und/oder auf die entsprechenden Abschnitte des Deckels 500 aufgetragen. Anschließend wurde der Deckel 500 über der Oberseite 110 des Substrats 100 platziert und dort gehalten, während der Klebstoff 550 durch Bestrahlung mit UV-Licht aktiviert wurde. Anschließend wurde der Klebstoff 550 thermisch geheilt.
Das Befestigen des Deckels 500 am Substrat 100 kann in alternativen Ausführungsformen des Verfahrens auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise kann ein anderer Klebstoff verwendet werden.
8 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 100, nachdem dieses entlang von Trennkanten 16 zerteilt wurde. Die Trennkanten 16 sind parallel zu den Schnittkanten 541 des Deckels 500 orientiert. Durch das Trennen des Substrats 100 und des Deckels 500 sind insgesamt fünf identische Laserbauelemente 10 entstanden. Aus dem ersten Substratabschnitt 101 ist ein erstes Laserbauelement 11 hervorgegangen. Entsprechend sind aus den Substratabschnitten 102, 103, 104, 105 ein zweites Laserbauelement 12, ein drittes Laserbauelement 13, ein viertes Laserbauelement 14 und ein fünftes Laserbauelement 15 entstanden. Das Trennen der Laserbauelemente 10 voneinander kann beispielsweise durch Sägen erfolgt sein.
Beim in 1 gezeigten Laserbauelement 10 ist die Unterseite 320 des Laserchips 300 über die Lötverbindungen 335 mit den Flächenabschnitten 131 der Lötfläche 130 verbunden. Da die Lötfläche 130 mehrere Flächenabschnitte aufweist und an der Unterseite 320 des Laserchips 300 entsprechend mehrere Lötbumps 330 angeordnet wurden, wirkt während des Reflow-Lötprozesses eine große selbstjustierende Kraft auf den Laserchip 300. Dadurch ist sichergestellt, dass der Laserchip 300 zuverlässig an der optischen Linse 200 ausgerichtet wird.
Die Lötverbindungen 335 und die Flächenabschnitte 131 weisen allerdings jeweils nur eine begrenzte laterale Abmessung auf. Hierdurch ist auch ein von der Unterseite 320 des Laserchips 300 über die Lötverbindungen 335 möglicher Wärmefluss zum Substrat 100 begrenzt, wodurch nur eine begrenzte Abwärmewärme vom Laserchip 300 zum Substrat 100 abgeführt werden kann. Hierdurch eignet sich der Laserchip 300 des Laserbauelements 10 insbesondere für einen gepulsten Betrieb. Bei einem Betrieb des Laserbauelements 10 als Pulslaser fällt lediglich eine unkritische Abwärmemenge an.
9 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat 1100 zur Herstellung eines Laserbauelements 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Laserbauelement 20 eignet sich für einen kontinuierlichen Betrieb als CW-Laserbauelement. Das Laserbauelement 20 und das Substrat 1100 weisen Übereinstimmungen mit dem Laserbauelement 10 und dem Substrat 100 der 1 bis 8 auf. Einander entsprechende Komponenten sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht erneut detailliert beschrieben.
Anstelle der Lötfläche 130 ist auf der Oberseite 110 des Substrats 1100 eine Lötfläche 1130 angeordnet. Die Lötfläche 1130 weist keine getrennten Flächenabschnitte, sondern lediglich einen einzelnen großen rechteckigen Flächenabschnitt auf. Somit ist die Gesamtfläche der Lötfläche 1130 größer als die der Lötfläche 130 des Substrats 100. Wiederum ist die Lötfläche 1130 elektrisch leitend mit der ersten Seitenmetallisierung 150 und über diese mit der ersten unteren Kontaktfläche 170 verbunden.
10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Laserbauelements 20 der zweiten Ausführungsform. Anstelle des Laserchips 300 des Laserbauelements 10 ist beim Laserbauelement 20 ein Laserchip 1300 vorgesehen. Der Laserchip 1300 entspricht in Aufbau und Funktion dem Laserchip 300 des Laserbauelements 10.
Der Laserchip 1300 ist über eine Lötverbindung 1335 elektrisch leitend mit der Lötfläche 1130 auf der Oberseite 110 des Substrats 1100 verbunden. Die Größe und Form der Lötfläche 1130 entspricht bevorzugt etwa der Größe und Form der Unterseite 320 des Laserchips 1300. Die Lötverbindung 1335 bedeckt dabei die gesamte oder fast die gesamte Lötfläche 1130. Hierdurch besteht zwischen dem Laserchip 1300 und der Oberseite 110 des Substrats 1100 eine gute thermische Verbindung, über die eine große Wärmemenge von dem Laserchip 1300 zu dem Substrat 1100 abgeleitet werden kann. Dies ermöglicht es, den Laserchip 1300 des Laserbauelements 20 kontinuierlich zu betreiben. Die dabei entstehende Abwärme kann zuverlässig vom Laserchip 1300 zum Substrat 1100 abtransportiert werden.
Zur Herstellung des Laserbauelements 20 wird ein Lötbump 1330 an der Unterseite 320 des Laserchips 300 angeordnet. Alternativ kann der Lötbump 1330 auf der Lötfläche 1130 auf der Oberseite 110 des Substrats 1100 angeordnet werden. Der Lötbump 1330 besteht wiederum bevorzugt aus einem Material, das Zinn und Silber oder Gold und Zinn aufweist. Die Größe des Lötbumps 1330 entspricht bevorzugt etwa der Größe der Lotfläche 1130.
Anschließend wird die Unterseite 320 des Laserchips 1300 auf der Lötfläche 1130 auf der Oberseite 110 des Substrats 1100 angeordnet. Der Lötbump 1330 wird aufgeschmolzen, wodurch das verflüssigte Lot des Lötbumps 1330 die Lötfläche 1130 benetzt. Durch die Oberflächenenergie des flüssigen Lots wird der Laserchip 1300 wiederum über der Lotfläche 1130 zentriert, bis der Anlagebereich 342 an der Seitenfläche 340 des Substrats 1100 in Anlage mit dem ersten Anschlagselement 230 der optischen Linse 200 kommt. Durch diese Selbstjustage wird der Laserchip 1300 präzise ohne aktive Positionierung oder Justage an der optischen Linse 200 ausgerichtet. Beim Erhärten des flüssigen Lots verbleibt der Laserchip 1300 in seiner ausgerichteten Position. Das erhärtete Lot bildet die Lötverbindung 1335.
Die übrigen Schritte zur Herstellung des Laserbauelements 20 entsprechen den anhand der 2 bis 8 erläuterten Schritten zur Herstellung des Laserbauelements 10.
11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Laserbauelements 30 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Laserbauelement 30 weist Übereinstimmungen mit den Laserbauelementen 10 und 20 auf. Einander entsprechende Komponenten sind daher wiederum mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht erneut detailliert beschrieben.
Anstelle des Substrats 100 weist das Laserbauelement 30 ein Substrat 2100 auf. Das Substrat 2100 kann aus demselben Material bestehen, wie das Substrat 100 der Laserbauelemente 10 und 20. Das Substrat 2100 weist eine Oberseite 110 und eine Unterseite 120 auf. Auf der Oberseite 110 ist wiederum eine Bondfläche 140 angeordnet, die über eine zweite Seitenmetallisierung 160 elektrisch leitend mit einer auf der Unterseite 120 angeordneten zweiten unteren Kontaktfläche 180 verbunden ist. Anstelle der Lötfläche 130 ist auf der Oberseite 110 des Substrats 2100 außerdem eine Lötfläche 2130 angeordnet, die über eine erste Seitenmetallisierung 150 elektrisch leitend mit einer an der Unterseite 120 angeordneten ersten unteren Kontaktfläche 170 verbunden ist.
Die Lötfläche 2130 ist beim Laserbauelement 30 flächig mit nur einem einzigen Flächenabschnitt ausgebildet und entspricht damit der Ausgestaltung der Lötfläche 1130 des Laserbauelements 20 der zweiten Ausführungsform. In einer weiteren Ausführungsform könnte die Lötfläche 2130 jedoch wie die Lötfläche 130 des Laserbauelements 10 der ersten Ausführungsform mit mehreren einzelnen Flächenabschnitten ausgebildet sein. Wiederum ermöglicht die flächige Ausgestaltung der Lötfläche 2130 eine besonders gute Wärmeabfuhr, während eine Ausgestaltung der Lötfläche 2130 mit mehreren getrennten Flächenabschnitten höhere Kräfte bei der Selbstjustage des Laserchips erzeugen kann.
Das Laserbauelement 30 weist einen Laserchip 1300 auf, der dem Laserchip 1300 des Laserbauelements 20 der zweiten Ausführungsform entspricht. Insbesondere ist der Laserchip 1300 über eine die gesamte Unterseite 320 des Laserchips 1300 umfassende Lötverbindung 1335 mit der Lötfläche 2130 verbunden. Ist die Lötfläche 2130 mit mehreren voneinander getrennten Flächenabschnitten ausgebildet, wie die Lötfläche 130 des Laserbauelements 10 der ersten Ausführungsform, so weist das Laserbauelement 30 anstelle des Laserchips 1300 einen Laserchip 300 auf, der dem Laserchip 300 des Laserbauelements 10 in der ersten Ausführungsform entspricht, und über mehrere Lötverbindungen 335 mit den einzelnen Flächenabschnitten der Lötfläche verbunden ist.
Anstelle der optischen Linse 200 weist das Laserbauelement 30 eine optische Linse 2200 auf. Die optische Linse 2200 kann aus demselben Material bestehen, wie die optische Linse 200 der Laserbauelemente 10 und 20 und ist ebenfalls als Zylinderlinse mit einer gekrümmten Seite 210 ausgebildet. Eine planare Seite 2220 der optischen Linse 2200 ist wiederum der den Emissionsbereich 341 aufweisenden Seitenfläche 340 des Laserchips 1300 zugewandt. Die planare Seite 2220 der optischen Linse 2200 ist durch einen zwischenliegenden Hohlraum 240 von dem Emissionsbereich 341 der Seitenfläche 340 des Laserchips 1300 beabstandet.
Die optische Linse 2200 weist wiederum einen Absatz 260 auf, der an einer am Übergang zwischen der Oberseite 110 und der die erste Seitenmetallisierung 150 aufweisenden Seitenfläche des Substrats 2100 ausgebildeten Kante des Substrats 2100 angeordnet ist und dadurch die relative Position der optischen Linse 2200 zum Substrat 2100 festlegt. Die Kante des Substrats 2100 bildet dabei ein drittes Anschlagselement 2150, an dem die optische Linse 2200 anliegt.
Im Unterschied zur optischen Linse 200 der Laserbauelemente 10 und 20 weist die optische Linse 2200 des Laserbauelements 30 kein Anschlagselement zur Anlage des Laserchips 1300 auf. Stattdessen sind beim Laserbauelement 30 ein erstes Anschlagselement 2141 und ein zweites Anschlagselement 2142 am Substrat 2100 ausgebildet. Im dargestellten Beispiel werden die Anschlagselemente 2141, 2142 durch eine Metallisierung 2140 auf der Oberseite 110 des Substrats 2100 gebildet, die zusammenhängend mit der Lötfläche 2130 ausgebildet ist. Die Metallisierung 2140 könnte jedoch auch getrennt von der Lötfläche 2130 ausgebildet sein. Die Anschlagselemente 2141, 2142 könnten auch durch strukturierte Abschnitte des Substrats 2100 selbst gebildet sein.
Der Anlagebereich 342 der Seitenfläche 340 des Laserchips 1300 ist in Anlage mit dem ersten Anschlagselement 2141 des Substrats 2100. Während der Herstellung des Laserbauelements 30 wurde der Laserchip 1300 mit dem an seiner Unterseite 320 angeordneten Lötbump 1330 auf die Lötfläche 2130 auf der Oberseite 110 des Substrats 2100 aufgesetzt. Alternativ kann der Lötbump 1330 auch direkt auf der Lötfläche 2130 angeordnet worden sein. Während des Aufschmelzens des Lötbumps 1330 wurde der Laserchip 1300 so auf der Lötfläche 2130 zentriert, dass der Anlagebereich 342 an der Seitenfläche 340 des Laserchips 1300 in Anlage mit dem ersten Anschlagselement 2141 des Substrats 2100 gekommen ist. Durch diese Selbstjustage wurde der Laserchip 1300 mit hoher Präzision relativ zum Substrat 2100 ausgerichtet.
Die optische Linse 2200 weist einen Anlagebereich 2260 auf, der in Anlage mit dem zweiten Anschlagselement 2142 des Substrats 2100 ist. Hierdurch ist die optische Linse 2200 präzise am Substrat 2100 ausgerichtet, wodurch sich auch eine präzise gegenseitige Ausrichtung zwischen dem Laserchip 1300 und der optischen Linse 2200 ergibt. Zusätzlich ist auch der Absatz 260 der optischen Linse 2200 in Anlage mit dem dritten Anschlagselement 2150 des Substrats 2100, wodurch ebenfalls eine präzise Ausrichtung der optischen Linse 2200 bezüglich des Substrats 2100 gewährleistet ist. In einer vereinfachten Ausführungsform kann entweder das zweite Anschlagselement 2142 oder das dritte Anschlagselement 2150 entfallen.
Die Montage der optischen Linse 2200 kann bei der Herstellung des Laserbauelements 30 wahlweise vor oder nach dem Aufsetzen und Anlöten des Laserchips 1300 an der Oberseite 110 des Substrats 2100 erfolgen. Die übrigen Schritte zur Herstellung des Laserbauelements 30 entsprechen den bereits erläuterten Schritten zur Herstellung der Laserbauelemente 10 und 20.
Das Substrat 100, 1100, 2100 der Laserbauelemente 10, 20, 30 weist jeweils Seitenmetallisierungen 150, 160 auf, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Lötflächen 130, 1130 und der ersten unteren Kontaktfläche 170 bzw. zwischen der Bondfläche 140 und der zweiten unteren Kontaktfläche 180 herstellen. Alternativ ist es ist jedoch auch möglich, das Substrat 100, 1100, 2100 mit elektrisch leitenden Durchkontakten (Vias) auszustatten, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen der Oberseite 110 und der Unterseite 120 des Substrats 100, 1100, 2100 bereitstellen. In dieser Ausführungsform stellt ein erster Durchkontakt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Lötfläche 130, 1130 und der ersten unteren Kontaktfläche 170 her. Ein zweiter Durchkontakt stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Bondfläche 140 und der zweiten unteren Kontaktfläche 180 her.
In dieser Ausführungsform können die zur Herstellung jeweils eines Laserbauelements vorgesehenen Substratabschnitte als zweidimensionale Matrix auf dem Substrat angeordnet werden. Im Unterschied zum in 2 dargestellten Substratstreifen können die einzelnen Substratabschnitte also nicht nur untereinander, sondern auch nebeneinander angeordnet sein. Dies erlaubt vorteilhafterweise eine noch stärkere Parallelisierung des Herstellungsvorgangs.
Der Laserchip 300, 1300 der Laserbauelemente 10, 20, 30 weist jeweils eine Kontaktfläche 360 auf der Oberseite 310 und eine Kontaktfläche an der Unterseite 320 auf. Es ist jedoch auch möglich, den Laserchip eines Laserbauelements als Flip-Chip auszubilden, bei dem beide elektrische Kontakte an der Unterseite 320 ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform sind auf der Oberseite des Substrats des Laserbauelements zwei elektrisch getrennte Lötflächen ausgebildet, die während des Wiederauflötens elektrisch leitend mit den beiden Kontakten des Laserchips verbunden werden. Über Seitenmetallisierungen des Substrats oder über Durchkontakte des Substrats sind die beiden Lötflächen wiederum elektrisch leitend mit der ersten unteren Kontaktfläche und der zweiten unteren Kontaktfläche des Substrats verbunden.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Laserbauelement
11: erstes Laserbauelement
12: zweites Laserbauelement
13: drittes Laserbauelement
14: viertes Laserbauelement
15: fünftes Laserbauelement
16: Trennkante
20: Laserbauelement
30: Laserbauelement
100: Substrat
101: erster Substratabschnitt
102: zweiter Substratabschnitt
103: dritter Substratabschnitt
104: vierter Substratabschnitt
105: fünfter Substratabschnitt
110: Oberseite
120: Unterseite
130: Lötfläche
131: Flächenabschnitt
140: Bondfläche
150: erste Seitenmetallisierung
160: zweite Seitenmetallisierung
170: erste untere Kontaktfläche
180: zweite untere Kontaktfläche
200: optische Linse
201: erster Linsenabschnitt
202: zweiter Linsenabschnitt
203: dritter Linsenabschnitt
204: vierter Linsenabschnitt
205: fünfter Linsenabschnitt
210: gekrümmte Seite
220: planare Seite
230: erstes Anschlagselement
240: Hohlraum
250: Linsenklebstoff
260: Absatz
300: Laserchip
301: erster Chip
302: zweiter Chip
303: dritter Chip
304: vierter Chip
305: fünfter Chip
310: Oberseite
320: Unterseite
330: Lötbump
335: Lötverbindung
340: Seitenfläche
341: Emissionsbereich
342: Anlagebereich
350: Laserstrahlung
360: Kontaktfläche
400: Bondverbindung
500: Deckel
501: erster Deckelabschnitt
502: zweiter Deckelabschnitt
503: dritter Deckelabschnitt
504: vierter Deckelabschnitt
505: fünfter Deckelabschnitt
510: Kammer
520: Rückwand
530: Deckenwandung
540: Seitenwand
541: Schnittkante
550: Klebstoff
1100: Substrat
1130: Lötfläche
1300: Laserchip
1330: Lötbump
1335: Lötverbindung
2100: Substrat
2130: Lötfläche
2140: Metallisierung
2141: erstes Anschlagselement
2142: zweites Anschlagselement
2150: drittes Anschlagselement
2200: optische Linse
2220: planare Seite
2260: Anlagebereich

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (10, 20, 30) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Laserchips (300, 1300) mit einer Seitenfläche (340) und einem auf einer Unterseite (320) des Laserchips (300, 1300) angeordneten Lötbump (330, 1330); – Bereitstellen eines Trägersubstrats (100, 1100, 2100) mit einer auf einer Oberseite (110) des Trägersubstrats (100, 1100, 2100) angeordneten metallischen Lötfläche (130, 1130, 2130); – Anordnen des Laserchips (300, 1300) auf dem Trägersubstrat (100, 1100, 2100) derart, dass der Lötbump (330, 1330) in Kontakt mit der Lötfläche (130, 1130, 2130) ist; – Aufschmelzen des Lötbumps (330, 1330), wobei die Seitenfläche (340) des Laserchips (300, 1300) in Anlage mit einem ersten Anschlagselement (230, 2141) kommt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Lötfläche (130) mit mehreren lateral voneinander beabstandeten Flächenabschnitten (131) bereitgestellt wird, wobei der Laserchip (300) mit mehreren an der Unterseite (320) des Laserchips (300) angeordneten Lötbumps (330) bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der folgende weitere Schritte durchgeführt wird: – Herstellen einer Bondverbindung (400) zwischen einer auf einer Oberseite (310) des Laserchips (300, 1300) angeordneten Kontaktfläche (360) und einer auf der Oberseite (110) des Trägersubstrats (100, 1100, 2100) angeordneten Bondfläche (140).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Anordnen des Laserchips (300, 1300) die folgenden weiteren Schritte durchgeführt werden: – Bereitstellen einer optischen Linse (200), wobei an der Linse (200) das erste Anschlagselement (230) ausgebildet ist; – Anordnen der Linse (200) an dem Trägersubstrat (100, 1100).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Anschlagselement (2141) und ein zweites Anschlagselement (2142, 2150) an dem Trägersubstrat (2100) ausgebildet sind, wobei die folgenden weiteren Schritte durchgeführt werden: – Bereitstellen einer optischen Linse (2200); – Anordnen der optischen Linse (2200) an dem Trägersubstrat (2100) derart, dass die Linse (2200) in Anlage mit dem zweiten Anschlagselement (2142, 2150) kommt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Trägersubstrat (2100) mit einer auf der Oberseite (110) des Trägersubstrats (2100) angeordneten Metallisierung (2140) bereitgestellt wird, die das erste Anschlagselement (2141) aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Linse (200, 2200) mit dem Trägersubstrat (100, 1100, 2100) verklebt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei ein UV-aktivierbarer Klebstoff (250) verwendet wird.
Laserbauelement (10, 20, 30) mit einem Laserchip (300, 1300) und einem Trägersubstrat (100, 1100, 2100) wobei eine Unterseite (320) des Laserchips (300, 1300) auf einer auf einer Oberseite (110) des Trägersubstrats (100, 1100, 2100) angeordneten Lötfläche (130, 1130, 2130) angeordnet ist, wobei eine Seitenfläche (340) des Laserchips (300, 1300) mit einem ersten Anschlagselement (230, 2141) in Anlage ist.
Laserbauelement (10) gemäß Anspruch 9, wobei die Lötfläche (110) mehrere lateral voneinander beabstandete Flächenabschnitte (131) aufweist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei eine Bondverbindung (400) zwischen einer auf einer Oberseite (310) des Laserchips (300, 1300) angeordneten Kontaktfläche (360) und einer auf der Oberseite (110) des Trägersubstrats (100, 1100, 2100) angeordneten Bondfläche (140) besteht.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß Anspruch 11, wobei an einer Unterseite (120) des Trägersubstrats (100, 1100, 2100) eine erste untere Kontaktfläche (170) und eine zweite untere Kontaktfläche (180) angeordnet sind, wobei die Lötfläche (130, 1130, 2130) elektrisch leitend mit der ersten unteren Kontaktfläche (170) verbunden ist, wobei die Bondfläche (140) elektrisch leitend mit der zweiten unteren Kontaktfläche (180) verbunden ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Laserbauelement (10, 20, 30) eine optische Linse (200, 2200) aufweist, die an dem Trägersubstrat (100, 1100, 2100) angeordnet ist.
Laserbauelement (10, 20) gemäß Anspruch 13, wobei das erste Anschlagselement (230) an der Linse (200) ausgebildet ist.
Laserbauelement (30) gemäß Anspruch 13, wobei das erste Anschlagselement (2141) und ein zweites Anschlagselement (2142, 2150) an dem Trägersubstrat (2300) angeordnet sind, wobei die Linse (2200) mit dem zweiten Anschlagselement (2142, 2150) in Anlage ist.
Laserbauelement (30) gemäß Anspruch 15, wobei das erste Anschlagselement (2141) durch eine auf der Oberseite (110) des Trägersubstrat (2300) angeordnete Metallisierung (2140) gebildet ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die optische Linse (200, 2200) als Zylinderlinse ausgebildet ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei der Laserchip (300, 1300) eine kantenemittierende Laserdiode ist, wobei die Seitenfläche (340) eine Emissionsseite des Laserchips (300, 1300) ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß Anspruch 18, wobei ein emittierender Abschnitt (341) der Seitenfläche (340) und die Linse (200, 2200) voneinander beabstandet sind.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 19, wobei die Unterseite (320) des Laserchips (300, 1300) durch einen n-dotierten Kristallbereich gebildet wird.