DE102014218480A1

DE102014218480A1 - Flächenlichtmodulator

Info

Publication number: DE102014218480A1
Application number: DE102014218480.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ehinger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2016-03-17
Also published as: WO2016041905A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Flächenlichtmodulator (SLM) mit einer Leiterplatte 1, die mit Leiterbahnen zur Kontaktierung eines DMD-Chips 2 versehen ist, wobei der DMD-Chip 2 unter einer Vorspannung an seiner der Leiterplatte 1 zugewandten Seite mit seinem umlaufenden Rand 5 an einem Gehäuse 4 abgestützt ist, das eine den von dem umlaufenden Rand 5 umschlossenen Bereich des DMD-Chips 2 freilassende Öffnung 6 aufweist. Dabei ist der DMD-Chip 2 mit seiner anderen Seite ggf. über einen Interposer 3 an der einen Seite der Leiterplatte 1 abgestützt. Mit einem Wärmeabfuhrelement 9, das auf der dem DMD-Chip 2 entgegengesetzten Seite der Leiterplatte 1 angeordnet ist und wobei durch eine Schraubenverbindung zwischen dem Wärmeabfuhrelement 9 und dem Gehäuse 4 das Paket aus Leiterplatte 1, ggf. Interposer 3 und DMD-Chip 2 an dem Gehäuse 4 gehalten wird. Die Leiterplatte 1 und ggf. der Interposer 3 weisen jeweils eine Durchführöffnung 8 auf, durch die ein Wärmeabfuhrblock 10 des Wärmeabfuhrelements 9 hindurchragt, wobei das Wärmeabfuhrelement 9 von einer Federkraft derart beaufschlagt ist, dass der Wärmeabfuhrblock 10 mit seiner dem DMD-Chip 2 zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip 2 unter Federvorspannung in Anlage gehalten ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flächenlichtmodulator (SLM) mit einer Leiterplatte, die mit Leiterbahnen zur Kontaktierung eines DMD-Chips versehen ist, wobei der DMD-Chip unter einer Vorspannung an seiner der Leiterplatte zugewandten Seite mit seinem umlaufenden Rand an einem Gehäuse abgestützt ist, das eine den von dem umlaufenden Rand umschlossenen Bereich des DMD-Chips freilassende Öffnung aufweist, wobei der DMD-Chip mit seiner anderen Seite ggf. über einen Interposer an der einen Seite der Leiterplatte abgestützt ist, mit einem Wärmeabfuhrelement, das auf der dem DMD-Chip entgegengesetzten Seite der Leiterplatte angeordnet ist und wobei durch eine Schraubenverbindung zwischen dem Wärmeabfuhrelement und dem Gehäuse das Paket aus Leiterplatte, ggf. Interposer und DMD-Chip an dem Gehäuse gehalten wird.
Bei einem derartigen Flächenlichtmodulator (SLM Spatial Light Modulator) muss zum einen der DMD-Chip (DMD Digital Micromirror Device) gegen das Gehäuse gedrückt und zum anderen der DMD-Chip auf seiner der Leiterplatte zugewandten Kontaktierungsseite gekühlt werden. Ist ein Interposer vorhanden, wird über diesen mittels Kontaktfedern die elektrische Verbindung des DMD-Chips mit der Leiterplatte hergestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flächenlichtmodulator der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach und mit wenigen Bauteilen aufgebaut ist und eine gute Wärmeabfuhr von dem DMD-Chip ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leiterplatte und ggf. der Interposer jeweils eine Durchführöffnung aufweisen, durch die ein Wärmeabfuhrblock des Wärmeabfuhrelements hindurchragt, wobei das Wärmeabfuhrelement von einer Federkraft derart beaufschlagt ist, dass der Wärmeabfuhrblock mit seiner dem DMD-Chip zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip unter Federvorspannung in Anlage gehalten ist.
Durch diese Ausbildung wird durch die Federvorspannung der Wärmeabfuhrblock in sicherer Anlage an dem DMD-Chip gehalten.
Bei Vorhandensein eines Interposers erfolgt auch dessen Anlagekraftbeaufschlagung durch dieselbe genannte Federvorspannung.
Der Wärmeabfuhrblock kann mit relativ großem Querschnitt ausgebildet sein, so dass eine gute Wärmeableitung gegeben ist. Dabei kann der Teil des Wärmeabfuhrelements, der sich auf der dem DMD-Chip abgewandten Seite der Leiterplatte befindet, großflächig ausbildbar sein, so dass die Wärme über eine große Oberfläche des Wärmeabfuhrelements gut in die Umgebung abgegeben wird.
Um die Wärme des DMD-Chips gut in den Wärmeabfuhrblock abzuleiten kann zwischen der Stirnfläche des Wärmeabfuhrblocks und dem DMD-Chip eine Wärmeleitpaste oder eine Wärmeleitfolie angeordnet sein, die aus einem insbesondere aushärtbaren Elastomer bestehen kann.
Der DMD-Chip kann Berührungskontaktelemente aufweisen, die mit einer bestimmten Kraft in Anlage an den Leiterbahnen der Leiterplatte gehalten sind.
Diese bestimmte Kraft ist so hoch, dass der DMD-Chip noch parallel zur Leiterplatte verschoben werden kann, um ihn gegenüber einem durch den Flächenmodulator geführten Lichtstrahl auszurichten.
Eine einfache und Bauraum sparende Ausbildung wird dadurch erreicht, dass das Wärmeabfuhrelement mehrere parallel zur Leiterplatte freiragende Federarme aufweist, deren freie Enden durch die Schraubenverbindung mit dem Gehäuse verbunden sind und durch die der Wärmeabfuhrblock unter Vorspannung an dem DMD-Chip in Anlage halten.
Da nicht mehr separate Federbeaufschlagungen des DMD-Chips gegen das Gehäuse und des Wärmeabfuhrelements an dem DMD-Chip erforderlich sind, wird eine Reduzierung der erforderlichen Bauteile, des Bauraums, des Gewichts und des Montageaufwands erreicht. Damit sind auch weniger Montagefehler möglich und die Kosten für den Flächenlichtmodulator gering gehalten.
Das Wärmeabfuhrelement, die Leiterplatte, der DMD-Chip und ggf. der Interposer können zu einer Vormontageeinheit miteinander verbunden sein, bei der der Wärmeabfuhrblock mit seiner dem DMD-Chip zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip unter Federvorspannung in Anlage gehalten ist und die Vormontageeinheit mit dem Gehäuse verbindbar ist.
Dies vereinfacht die Montage des Flächenlichtmodulators.
Zur Bauteil- und Montageaufwandreduzierung kann dabei das Wärmeabfuhrelement mehrere parallel zur Leiterplatte freiragende starre Arme oder zweite Federarme aufweisen, deren freie Enden durch eine zweite Schraubverbindung mit einen Gegenelement verbindbar sind, das mit mehreren Abstützstellen den DMD-Chip unter Vorspannung gegen die dem DMD-Chip zugewandte Stirnfläche einer Stabilisationsplatte beaufschlagt.
Weist das Wärmeabfuhrelement mehrere parallel zur Leiterplatte freiragende Federarme auf, deren freie Enden durch die Schraubenverbindung mit dem Gehäuse verbunden sind, durch die die Vormontageeinheit unter Vorspannung an zweiten Abstützstellen des Gehäuses in Anlage gehalten ist, so dient diese Vorspannung nur zur Befestigung der Montageeinheit an dem Gehäuse. Dies erlaubt es diese Vorspannung so gering zu halten, dass der DMD-Chip leicht parallel zur Leiterplatte verschoben werden kann, um ihn gegenüber einem durch den Flächenmodulator geführten Lichtstrahl auszurichten.
Die Federarme und/oder die starren Arme oder zweiten Federarme können vorzugsweise um das Wärmeabfuhrelement gleichmäßig verteilt angeordnet sein und so eine in Bewegungsrichtung des Wärmeabfuhrblocks gerichtete Federkraft erzeugen.
Dabei können die Federarme und/oder die starren Arme oder zweiten Federarme an dem dem DMD-Chip entgegengesetzten Endbereich des Wärmeabfuhrblocks in einem Abstand zur Ebene der Leiterplatte angeordnet sein.
Separat zu montierende Federelemente sind nicht erforderlich, wenn die Federarme und/oder die starren Arme oder zweiten Federarme einteilig mit dem Wärmeabfuhrelement ausgebildet sind.
Zur guten Wärmeabfuhr können das Wärmeabfuhrelement und ggf. die Federarme und/oder zweiten Federarme aus einem gut wärmeleitenden Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
Um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Wärmeabfuhrelement und den Leiterbahnen der Leiterplatte zu vermeiden kann das Wärmeabfuhrelement über eine Isolierschicht an der Leiterplatte in Anlage sein, wobei zur einfachen Montage die Isolierschicht vorzugsweise eine Isolierfolie ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Flächenlichtmodulators
2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Flächenlichtmodulators.
Die dargestellten Flächenlichtmodulatoren weisen eine Leiterplatte 1 mit darauf angeordneten aber nicht dargestellten Leiterbahnen zur Kontaktierung sowie mit darauf angeordneten elektrischen und elektronischen Komponenten zur Ansteuerung eines DMD-Chips 2 auf. Der DMD-Chip 2 ist an seiner einen Seite mit seinem umlaufenden Rand 5 an zweiten Abstützstellen 21 an einem Gehäuse 4 abgestützt. Der umlaufende Rand 5 umschließt den aktiven Teil des DMD-Chips 2. Entsprechend etwa dem von dem umlaufenden Rand 5 umschlossenen Bereich weist das Gehäuse 4 eine Öffnung 6 auf, die durch ein optisches Element 7 abgedeckt ist.
Zwischen der einen Seite der Leiterplatte 1 und dem DMD-Chip 2 ist ein Interposer 3 angeordnet, über den eine Kontaktierung des DMD-Chips 2 mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 1 erfolgt.
Mit der Öffnung 6 des Gehäuses 4 fluchtend ist in der Leiterplatte 1 eine Durchführöffnung 8 ausgebildet.
Ein auf der dem DMD-Chip 2 abgewandten Seite der Leiterplatte 1 angeordnetes Wärmeabfuhrelement 9 aus Aluminium weist einen Wärmeabfuhrblock 10 auf, der mit seiner dem DMD-Chip 2 zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip 2 in Anlage ist. Ein zwischen dieser Stirnfläche des Wärmeabfuhrblocks 10 und dem DMD-Chip 2 vorhandener Spalt ist mit einer ausgehärteten Wärmeleitpaste 11 ausgefüllt.
Auf der dem DMD-Chip 2 abgewandte Seite der Leiterplatte 1 weist das Wärmeabfuhrelement 9 zwei im Abstand parallel zueinander sowie parallel zur Leiterplatte 1 sich erstreckende Stabilisationsplatten 12, 13 auf, die durch dem Wärmeabfuhrblock 10 miteinander verbunden sind und eine große Wärmeabgabefläche bilden.
Die der Leiterplatte 1 entferntere Stabilisationsplatte 13 weist mehrere Paare erste Federarme 14 auf, wobei die Federarme eines Paares sich diametral zueinander erstrecken.
Die freien Enden der ersten Federarme 14 sind zur Leiterplatte 1 hin geschwungen und weisen an ihren freien Endbereichen Bohrungen auf. Durch diese Bohrungen ragen Schrauben 15, die durch entsprechende Durchführbohrungen in der Leiterplatte 1 hindurchgeführt und in Gewindebohrungen des Gehäuses 4 eingeschraubt sind.
Auf der dem DMD-Chip 2 abgewandten Seite der Leiterplatte 1 ist zwischen der Leiterplatte und dem Wärmeabfuhrelement 9 und dessen Federarmen 14 eine Isolierfolie 16 angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 wird durch die in die Gewindebohrungen des Gehäuses 4 eingeschraubten Schrauben 15 über die Federarme 14 das Wärmeabfuhrelement 9 mit seinem Wärmeabfuhrbock 10 gegen den DMD-Chip 2 gespannt, so dass der Wärmeabfuhrblock an dem DMD-Chip 2 und der DMD-Chip 2 an dem Gehäuse 4 unter federnder Vorspannung in Anlage ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 sind das Wärmeabfuhrelement 9, die Leiterplatte 1, der DMD-Chip 2 und der Interposer 3 zu einer Vormontageeinheit miteinander verbunden. Dazu weist das Wärmeabfuhrelement 9 neben den ersten Federarmen 14 weiterhin mehrere Paare zweite Federarme 17 auf, wobei die Federarme 17 eines Paares sich ebenfalls diametral zueinander erstrecken.
Die freien Enden der zweiten Federarme 17 weisen an ihren freien Endbereichen Schraubendurchführbohrungen 20 auf. Durch diese Bohrungen 20 ragen nicht dargestellte Schrauben einer zweiten Schraubenverbindung, die durch entsprechende Durchführbohrungen in der Leiterplatte 1 und dem Interposer 3 hindurchgeführt und in Gewindebohrungen eines Gegenelements 18 des eingeschraubt sind. Das radial außerhalb des DMD-Chips 2 angeordnete Gegenelement 18 weist radial nach innen ragende Abstützstellen 19 auf, an denen der DMD-Chip 2 mit seinem umlaufenden Rand 5 anliegt. Durch die Schrauben der zweiten Schraubenverbindung werden nicht nur die Teile der Vormontageeinheit zusammengehalten sondern auch der Wärmeabfuhrblock 10 mit seiner dem DMD-Chip 2 zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip 2 unter Federvorspannung in Anlage gehalten.

Claims

Flächenlichtmodulator (SLM) mit einer Leiterplatte (1), die mit Leiterbahnen zur Kontaktierung eines DMD-Chips (2) versehen ist, wobei der DMD-Chip (2) unter einer Vorspannung an seiner der Leiterplatte (1) zugewandten Seite mit seinem umlaufenden Rand (5) an einem Gehäuse (4) abgestützt ist, das eine den von dem umlaufenden Rand (5) umschlossenen Bereich des DMD-Chips (2) freilassende Öffnung (6) aufweist, wobei der DMD-Chip (2) mit seiner anderen Seite ggf. über einen Interposer (3) an der einen Seite der Leiterplatte (1) abgestützt ist, mit einem Wärmeabfuhrelement (9), das auf der dem DMD-Chip (2) entgegengesetzten Seite der Leiterplatte (1) angeordnet ist und wobei durch eine Schraubenverbindung zwischen dem Wärmeabfuhrelement (9) und dem Gehäuse (4) das Paket aus Leiterplatte (1), ggf. Interposer (3) und DMD-Chip (2) an dem Gehäuse (4) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) und ggf. der Interposer (3) jeweils eine Durchführöffnung (8) aufweisen, durch die ein Wärmeabfuhrblock (10) des Wärmeabfuhrelements (9) hindurchragt, wobei das Wärmeabfuhrelement (9) von einer Federkraft derart beaufschlagt ist, dass der Wärmeabfuhrblock (10) mit seiner dem DMD-Chip (2) zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip (2) unter Federvorspannung in Anlage gehalten ist.
Flächenlichtmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stirnfläche des Wärmeabfuhrblocks (10) und dem DMD-Chip (2) eine Wärmeleitpaste (11) oder eine Wärmeleitfolie angeordnet ist.
Flächenlichtmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitpaste oder die Wärmeleitfolie aus einem Elastomer besteht.
Flächenlichtmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der DMD-Chip (2) Berührungskontaktelemente aufweist, die mit einer bestimmten Kraft in Anlage an den Leiterbahnen der Leiterplatte (1) gehalten sind.
Flächenlichtmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) mehrere parallel zur Leiterplatte (1) freiragende Federarme (14) aufweist, deren freie Enden durch die Schraubenverbindung mit dem Gehäuse (4) verbunden sind und durch die der Wärmeabfuhrblock (10) unter Vorspannung an dem DMD-Chip (2) in Anlage halten.
Flächenlichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9), die Leiterplatte (1), der DMD-Chip (2) und ggf. der Interposer (3) zu einer Vormontageeinheit miteinander verbunden sind, bei der der Wärmeabfuhrblock (10) mit seiner dem DMD-Chip (2) zugewandten Stirnfläche an dem DMD-Chip (2) unter Federvorspannung in Anlage gehalten ist und die Vormontageeinheit mit dem Gehäuse (4) verbindbar ist.
Flächenlichtmodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) mehrere parallel zur Leiterplatte (1) freiragende starre Arme oder zweite Federarme (17) aufweist, deren freie Enden durch eine zweite Schraubverbindung mit einen Gegenelement (18) verbindbar sind, das mit mehreren Abstützstellen (19) den DMD-Chip (2) unter Vorspannung gegen die dem DMD-Chip (2) zugewandte Stirnfläche einer Stabilisationsplatte (12) beaufschlagt.
Flächenlichtmodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) mehrere parallel zur Leiterplatte (1) freiragende Federarme (14) aufweist, deren freie Enden durch die Schraubenverbindung mit dem Gehäuse (4) verbunden sind, durch die die Vormontageeinheit unter Vorspannung an zweiten Abstützstellen (21) des Gehäuses (4) in Anlage gehalten ist.
Flächenlichtmodulator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (14) und/oder die starren Arme oder zweiten Federarme (17) an dem dem DMD-Chip (2) entgegengesetzten Endbereich des Wärmeabfuhrblocks (10) in einem Abstand zur Ebene der Leiterplatte (1) angeordnet sind.
Flächenlichtmodulator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (14) und/oder die starren Arme oder zweiten Federarme (17) einteilig mit dem Wärmeabfuhrelement (9) ausgebildet sind.
Flächenlichtmodulator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) und ggf. die Federarme (14) und/oder die starren Arme oder zweiten Federarme (17) aus einem gut wärmeleitenden Metall bestehen.
Flächenlichtmodulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) und ggf. die Federarme (14) und/oder zweiten Federarme (17) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
Flächenlichtmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabfuhrelement (9) über eine Isolierschicht an der Leiterplatte (1) in Anlage ist.
Flächenlichtmodulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine Isolierfolie (16) ist.