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Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Trägermodul für zumindest ein Halbleiterelement mit einem passiv und/oder aktiv gekühlten Träger, welcher einen positiven Trägerkontakt und einen negativen Trägerkontakt aufweist, mit einer zur Überbrückung des am Träger angeordneten zumindest einen Halbleiterelements vorgesehenen Vorrichtung, bestehend aus zumindest einer ersten Printplatte mit zumindest einem Überbrückungselement, wobei an einer ersten Printplatte zumindest ein positiver Kontakt, welcher elektrisch leitend mit dem positiven Trägerkontakt verbunden ist und zumindest ein negativer Kontakt, welcher elektrisch leitend mit dem negativen Trägerkontakt verbunden ist, vorgesehen ist und das Überbrückungselement elektrisch leitend mit dem positiven Kontakt und dem negativen Kontakt der ersten Printplatte verbunden ist.
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Halbleiterelemente, wie beispielsweise Laserdioden, finden mittlerweile sowohl in der Materialbearbeitung, als auch in der Fügetechnik vielfache Anwendung. Aus Gründen der Leistungsskalierung beziehungsweise zur Erhöhung der Ausgangsleistung werden dabei üblicherweise mehrere Halbleiterelemente zu einem Gesamtsystem in Serie geschalten. Wie allgemein bekannt, besteht jedoch bei Serienschaltung der Nachteil, dass es beim Ausfall eines Halbleiterelementes, zur Unterbrechung des Gesamtsystems kommt und der Fertigungsprozess, für welchen beispielsweise die Laseranlage in Verwendung ist, unterbrochen wird. Liegt also bei einem Halbleiterbauelement ein hochohmiger Defekt vor, ist daher eine Überbrückung des Halbleiterelements vorzusehen.
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Die
EP 1 576 704 B1 zeigt dazu ein Überbrückungselement in Form eines oder mehrerer Halbleiterbauelemente oder Relais, welche parallel zu einer Laserdiode geschalteten werden, um im Falle eines Ausfalles der Laserdiode diese elektrisch zu überbrücken. Die Laserdioden und das oder die zugehörigen Überbrückungselemente werden auf einen gemeinsamen Träger, welcher als Wärmesenke ausgebildet ist, aufgebracht. Es wird ausgeführt, dass das Verbindungsmittel, beispielsweise Hartlot, des zuerst aufgebrachten Überbrückungselements einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Verbindungsmittel, beispielsweise Weichlot, der anschließend aufgebrachten Laserdiode. Dies soll vermeiden, dass im Zuge der Montage der Laserdiode die Verbindung des Überbrückungssegments zur gemeinsamen Wärmesenke Schaden nimmt.
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Nachteilig ist, dass ein möglicher Defekt des Überbrückungselements nicht berücksichtigt wird und im Falle dessen der gesamte Träger inklusive Laserdiode und Überbrückungselement getauscht werden muss. Ein einfaches Entfernen und/oder Austauschen des Überbrückungselements ist aufgrund der direkten stoffschlüssigen Montage an der Wärmesenke und der Konstellation der unterschiedlichen Verbindungsmittel und deren unterschiedliche Schmelzpunkte nicht möglich.
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Die
DE 103 29 082 A1 zeigt ein elektrisches Serienelement, beispielsweise einen Diodenlaser, welchem ein Überbrückungselement parallel gestalten wird, um den Diodenlaser im Falle eines hochohmigen Defektes überbrücken zu können. Zur Überbrückung des Diodenlasers werden eine Reihe unterschiedlicher Schaltkontakte, deren Auslösemechanismus chemischer oder physikalischer Natur sein kann, vorgestellt. Beispielsweise sei die Verwendung eines Schmelzdrahtes, welcher infolge starker Erwärmung zerstört wird und einen Kontakt zur Überbrückung des Diodenlasers schließt, genannt. Auch die Verwendung eines reaktiven Materials, welches sich infolge starker Erwärmung entsprechend ausdehnt und einen Kontakt schließt, wird in Betracht gezogen. Durch das Schließen der eben genannten Kontakte wird ein hochohmig defekter Diodenlaser entsprechend überbrückt und eine bereits beschriebene Unterbrechung eines möglichen Gesamtsystems verhindert.
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Nachteilig ist anzusehen, dass die gezeigten irreversiblen Ausführungsvarianten kein Rückstellen der Überbrückung ermöglichen. Das Auslösen der Überbrückungseinheit führt zwangsläufig zum notwendigen Austausch des Auslösemechanismus. Gerade im Falle eines etwaigen Fehlauslösens ist daher ein unnötiger Wartungsaufwand gegeben. Weiters ist zu beachten, dass die Vorrichtung über keine entsprechende Kühlung verfügt, da vorgesehene Bauelemente auf dem Prinzip einer thermischen Überlastung basieren.
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Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung besteht darin, einen Trägermodul für ein Halbleiterelement mit einer einfach ergänzbaren und/oder austauschbaren Vorrichtung zur Überbrückung des Halbleiterelements zur Verfügung zu stellen, wobei die Vorrichtung zur Überbrückung des Halbleiterelements ausreichend gekühlt werden soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Printplatte thermisch leitend und lösbar mit dem Träger verbunden ist. Dies erlaubt es die gegebenenfalls entstehende Wärme des auf der ersten Printplatte befestigten Überbrückungselements, unter Ausnutzung der Kühlwirkung des Trägers abzuführen. Dadurch, dass die erste Printplatte lösbar mit dem Träger verbunden ist, ist ein einfacher Austausch der Vorrichtung zur Überbrückung beziehungsweise eine einfache Ergänzung des Trägers um diese ermöglicht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Überbrückungselement thermisch leitend mit der ersten Printplatte verbunden ist. Dies erlaubt es, dass das Überbrückungselement infolge von Verlustleistung entstehende Wärme an die erste Printplatte abgibt. Dadurch wird ein möglicher Wärmestau am Überbrückungselement verhindert.
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Weiters ist vorteilhaft vorgesehen, dass der positive Kontakt der ersten Printplatte über zumindest ein elektrisch und thermisch leitendes erstes Distanzelement mit dem positiven Trägerkontakt verbunden ist und/oder dass der negative Kontakt der ersten Printplatte über zumindest ein elektrisch und thermisch leitendes zweites Distanzelement mit dem negativen Trägerkontakt verbunden ist. Dies erlaubt es, über eine ohnehin notwendige elektrische Verbindung zwischen einem der Kontakte der ersten Printplatte und zumindest einem der Trägerkontakte auch einen thermischen Kontakt herzustellen. Über das oder die Distanzelemente wird somit nicht nur Strom und Spannung übertragen, sondern auch Wärme vom Überbrückungselement beziehungsweise von der Printplatte an den gekühlten Träger abgeleitet. Da über die verwendeten Distanzelemente somit zwei Aufgaben in einem erfüllt werden können, ergibt sich ein kostengünstiger und einfacher Aufbau des Trägermoduls.
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In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die erste Printplatte innerhalb der äußeren Kontur des Grundrisses des Trägers liegt. Dadurch ist sichergestellt, dass beispielsweise mehrere Trägermodule seitlich aneinander liegend angeordnet werden können, ohne dass sich die jeweiligen ersten Printplatten gegenseitig behindern. Weiters wird dadurch die Anordnung von optischen Elementen, welche üblicherweise vor und/oder neben dem Halbleiterelement erfolgt, nicht negativ durch die erste Printplatte beeinflusst. Selbiges gilt für etwaige Anschlüsse oder Einrichtungen, welche üblicherweise an der Rückseite des Trägermoduls angeordnet sind. Es wird somit das nachträgliche Ergänzen beziehungsweise der Austausch der Vorrichtung zur Überbrückung des Halbleiterelements wesentlich vereinfacht.
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In vorteilhafter Weise wird das Überbrückungselement durch einen Feldeffekttransistor gebildet. Dies erlaubt es die Überbrückung des Halbleiterelements durch einen einfach schaltbaren, in großer Stückzahl verfügbaren und somit kostengünstigen Bauteil zu realisieren, wobei die Überbrückung des Halbleiterelements durch die Schaltmöglichkeit des FET's auch reversibel ist. Dadurch, dass für das Überbrückungselement eine einfache und kostensparende Standardtechnologie genutzt wird, ist beispielsweise kein Handhaben von unverkapselten Halbleiterchips notwendig. Auch die Montage ist wesentlich vereinfacht und somit kostenreduziert, da dabei beispielsweise keine Reinraumumgebung notwendig ist. Die Auswechselbarkeit beziehungsweise die Anpassbarkeit an wechselnde Bedingungen hinsichtlich des Halbleiterelements oder der genutzten Stromquelle, ist durch die hohe Verfügbarkeit des genutzten Überbrückungselements ebenfalls vereinfacht.
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In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das Überbrückungselement als SMD-Bauteil ausgeführt ist. Diese ermöglicht eine besonders kostengünstige und kompakte Ausführung der Vorrichtung zur Überbrückung des am Träger angeordneten zumindest einen Halbleiterelements. Auch das Nachrüsten beziehungsweise Tauschen defekter Überbrückungselemente ist dabei durch die Nutzung von Standarttechnologie besonders einfach und kostengünstig.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass auf der ersten Printplatte eine Steuereinheit für das zumindest eine Überbrückungselement und eine Verbindung zwischen der Steuereinheit und dem Überbrückungselement zur Übertragung von Steuersignalen vorgesehen ist. Die Steuerelektronik erlaubt ein aktives zurücksetzen der Überbrückung über das Überbrückungselement. Ein Fehler wie beispielsweise eine mögliche Fehlauslösung der Überbrückung des Halbleiterelements kann somit in einfacher Weise behoben beziehungsweise überprüft werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit für das zumindest eine Überbrückungselement auf einer zweiten Printplatte angeordnet ist. Da die erste Printplatte, durch die Erwärmung infolge der umgesetzten Leistung am Überbrückungselement, einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist, ist es vorteilhafte Steuereinheit getrennt anzuordnen. Dadurch ist die Steuereinheit keiner unnötigen Erwärmung, die gegebenenfalls zu deren Beschädigung führen kann, ausgesetzt.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die zweite Printplatte über zumindest ein Sekundärdistanzelement lösbar mit der ersten Printplatte verbunden ist. Dies erlaubt beispielsweise eine von Überbrückungselement beanstandete Anordnung der zweiten Printplatte oberhalb der ersten Printplatte.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Printplatte innerhalb der äußeren Kontur des Grundrisses des Trägers liegt. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind analog zu jenen Vorteilen welche bereits für die erste Printplatte ausgeführt wurden. In gleicher Weise wie bei der ersten Printplatte wird dadurch sichergestellt, dass beispielsweise mehrere Trägermodule seitlich aneinander liegend angeordnet werden können, ohne dass sich die jeweiligen Printplatten gegenseitig behindern.
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Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
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1 ein Trägermodul inklusive der Vorrichtung zur reversiblen Überbrückung eines Halbleiterelements,
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2 eine Ausführungsvariante des Trägermoduls inklusive der Vorrichtung zur reversiblen Überbrückung eines Halbleiterelements,
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3 eine Draufsicht der in 2 dargestellten Vorrichtung,
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4 eine vorteilhafte Ausführungsvariante der in 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung,
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5 eine weitere Variante der in 4 dargestellten Vorrichtung,
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6 die elektrische Serienschaltung mehrerer erfindungsgemäßen Trägermodule.
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Wie bereits eingangs erwähnt, werden beispielsweise bei der Laserbearbeitung zur Erhöhung der Ausgangsleistung mehrere Halbleiterelemente zu einem Gesamtsystem in Serie geschalten. Wie ebenfalls bereits ausgeführt, ist dies mit dem Nachteil verbunden, dass es beim Ausfall eines Halbleiterelementes, zur Unterbrechung des Gesamtsystems kommt und der Fertigungsprozess unterbrochen ist. Liegt also bei einem Halbleiterbauelement ein hochohmiger Defekt vor, ist daher eine Überbrückung des Halbleiterelements vorzusehen um der beschriebenen Unterbrechung vorzubeugen.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Trägermodul 1 für zumindest ein Halbleiterelement 3 dargestellt. Am Halbleiterelement 3, beispielsweise einem Diodenlaser oder einem entsprechenden Diodenlaserstack, wird über den Träger 4 entsprechend Spannung angelegt. Der Träger 4 verfügt über einen positiven Trägerkontakt 5 und einen negativen Trägerkontakt 6 mit welchen das Halbleiterelement 3 leitend verbunden ist. Beispielhaft wird in 1 der Träger 4 in einer einteiligen Ausführung dargestellt, bei welcher der positive Trägerkontakt 5 und der negative Trägerkontakt 6 durch elektrisch voneinander getrennte Kontaktbahnen dargestellt sind. Selbstverständlich kann der Träger 4 auch mehrteilig ausgeführt werden, wie beispielsweise in 2 dargestellt, wobei unterschiedliche Teile als unterschiedliche Trägerkontakte ausgeführt werden können.
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Während des Betriebs wird am Halbleiterbauelement
3, wie bereits erwähnt, eine entsprechende Spannung angelegt, infolge derer beispielsweise Laserstrahlung vom Halbleiterbauelement emittiert wird. Da sich das Halbleiterbauelement
3 dabei entsprechend erwärmt, ist der Träger
4 als Kühlkörper ausgeführt. Der Träger
4 kann dazu aktiv und/oder passiv gekühlt sein. Eine aktive Kühlung kann beispielsweise durch Anordnung entsprechender Kühlkanäle im Träger
4, welche mit einem geeigneten Kühlmedium durchflossen werden, realisiert werden. Zur passiven Kühlung kann beispielsweise eine entsprechende Materialauswahl für den Träger
4 beitragen, durch welche die Wärme entsprechend gut vom Halbleiterelement
3 abgeführt werden kann. Dabei können auch andere Werkstoffe lokal in den Träger
4 eingebracht sein, um dessen Wärmespreizung beziehungsweise Wärmeabfuhr zu verbessern, wie es beispielsweise in der
DE10 113 943 B4 beschrieben ist.
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Weiters ist in 1 eine Vorrichtung 2 zur Überbrückung des am Träger 4 angeordneten Halbleiterbauelements 3 gezeigt. Diese besteht aus einer ersten Printplatte 7 mit zumindest einem Überbrückungselement 8. Das zumindest eine Überbrückungselement 8 kann beispielsweise durch einen Feldeffekttransistor, im Weiteren als FET bezeichnet, ausgebildet sein.
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Die erste Printplatte 7 verfügt über zumindest einen positiven Kontakt 9, welcher beispielsweise über die Verbindung 22 elektrisch leitend mit dem positiven Trägerkontakt 5 verbunden ist. Weiters verfügt die erste Printplatte 7 über zumindest einen negativen Kontakt 11, welcher beispielsweise über die Verbindung 23 elektrisch leitend mit dem negativen Trägerkontakt 6 verbunden ist. Das Überbrückungselement 8 ist wiederum mit dem positiven Kontakt 9 und dem negativen Kontakt 11 der ersten Printplatte 7 und somit auch mit dem Halbleiterelement 3 elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungen 22 und 23 können selbstverständlich durch jede Art elektrisch leitfähiger Verbindungen realisiert werden.
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Liegt ein hochohmiger Defekt am Halbleiterelement 3 vor, fließt kein oder nur ein sehr niedriger Strom über dieses. Infolgedessen kann durch eine entsprechende Auslöseschaltung 50 das Überbrückungselement 8 leitend geschaltet werden. Dazu wird von der Auslöseschaltung 50 die Spannung des Halbleiterelements 3 mittels der Verbindungen 22 und 23 abgegriffen und mittels einer Schaltung welche Spannungen miteinander vergleicht, beispielsweise einer Komperatorschaltung, mit einem Sollwert verglichen. Der erwähnte Sollwert kann zum Beispiel fest vorgegeben sein oder durch eine passende Steuerung vorgegeben werden. Wird dieser überschritten, liegt also ein Defekt des Halbleiterelements 3 vor, so werden die FETs angesteuert sodass der Strom über das Überbrückungselement 8 fließt, wodurch das Halbleiterelement 3 überbrückt wird.
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Wird das defekte Halbleiterelement 3, meist inklusive des Trägers 4, gegen ein funktionstüchtiges ausgetauscht kann wiederum ein entsprechender Strom über das Halbleiterbauelement 3 fließen, wodurch die Auslöseschaltung 50 das Überbrückungselement 8 wieder in einen nicht leitenden Zustand schaltet. Dadurch wird das Halbleiterbauelement 3 wieder ordnungsgemäß betrieben und nicht mehr überbrückt. Der Vorgang der Überbrückung ist aus diesem Grund reversibel, ohne Bauteile der Vorrichtung 2 austauschen zu müssen.
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Selbstverständlich kann das Überbrückungselement 8 auch aus mehreren und/oder anderen, geeigneten Arten von Bauteilen anstelle eines FET, wie beispielsweise Thyristoren oder ähnlichen, bestehen. Um einen besonders platzsparenden Aufbau zu erreichen, kann das Überbrückungselement 8 in SMD (Surface Mounted Device) Bauform ausgeführt sein.
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Das Überbrückungselement 8 wird beispielsweise über eine Lötverbindung mit dem positiven Kontakt 9 und dem negativen Kontakt 11 der ersten Printplatte 7 kontaktiert. Unterhalb des Überbrückungselements 8 befinden sich in der ersten Printplatte 7 sogenannte „Thermal Vias”, welche die, durch die Verlustleistung des Überbrückungselements 8, entstehende Wärme auf alle Schichten, beziehungsweise Layer, der ersten Printplatte 7 und insbesondere zu deren dem Träger 4 zugewandten Seite weiterleiten. Auf diese Weise erfolgt eine verbesserte thermische Anbindung des Überbrückungselements 8 an die erste Printplatte 7.
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Wie beispielhaft in 1 dargestellt, wird die erste Printplatte 7 mit dem Träger 4 in der Form verbunden, dass die Printplatte 7 mit dem Träger 4 in unmittelbaren Kontakt steht. Die Befestigung erfolgt beispielhaft mittels zumindest einer Schraube 14. Auf diese Weise ist die erste Printplatte 7 thermisch leitend und lösbar mit dem Träger verbunden. Die lösbare Verbindung mittels zumindest einer Schraube 14 ist dabei lediglich beispielhaft genannt. Auch andere lösbare Verbindungen, wie Steck- oder Klemmverbindungen sind denkbar.
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In 2 wird der Träger 4 beispielhaft durch einen Ober- und einen Unterteil gebildet, welche den elektrisch positiven Trägerkontakt 5 und den elektrisch negativen Trägerkontakt 6 darstellen. Dass, wie dargestellt, der gesamte Unterteil des Trägers 4 den positiven Trägerkontakt 5 beziehungsweise den elektrisch positiven Pol und der gesamte Oberteil des Trägers den negativen Trägerkontakt 6 beziehungsweise den elektrisch negativen Pol ausbildet, ist lediglich beispielhaft. Eine umgekehrte Ausführung ist ebenfalls durchaus denkbar.
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Wird der Träger 4, wie in 2 dargestellt, zweiteilig ausgeführt, werden der positiven Trägerkontakt 5 und der negativen Trägerkontakt 6 in jenem Bereich, welcher nicht der Stromzufuhr zum Halbleiterbauelement 3 dient, über einen Isolator 13 elektrisch voneinander isoliert. Der in 2 dargestellte Aufbau ist bereits dahingehend vorteilhaft ausgestaltet, als dass der positive Kontakt 9 der ersten Printplatte 7 über ein erstes Distanzelement 10 mit dem positiven Trägerkontakt 5 verbunden ist. Dieses Distanzelement 10 entspricht der Verbindung 22 und ist dabei sowohl elektrisch als auch thermisch leitend ausgeführt. Selbiges gilt für das dargestellte zweite Distanzelement 12 welches den negativen Kontakt 11 der ersten Printplatte 7 mit dem negativen Trägerkontakt 6 gemäß der Verbindung 23 verbindet. Auf diese Weise wird das mit der ersten Printplatte 7 verbundene Überbrückungselement 8 über den positiven Kontakt 9 und den negativen Kontakt 11 der ersten Printplatte 7 sowohl elektrisch als auch thermisch leitend mit dem Träger 4 beziehungsweise mit dem positiven Trägerkontakt 5 und dem negativen Trägerkontakt 5 verbunden.
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Selbst verständlich kann die elektrische Verbindung der ersten Printplatte 7 mit dem Träger 4 auch in anderer Weise, beispielsweise über entsprechende Leitungen, Bügel oder ähnlichen, welche starr oder flexibel ausgeführt sind, erfolgen.
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Die Verbindung kann, wie beispielsweise in 2 dargestellt ist, mittels durchgängiger Schrauben 14 erfolgen, welche in den Träger 4 eingeschraubt werden und dabei die erste Printplatte 7 und die entsprechenden Distanzelemente 10 und 12 in klemmender Weise mit dem Träger 4 verbinden. Dadurch ist die erste Printplatte 7 thermisch leitend und lösbar mit dem Träger 4 verbunden. Anstelle der beispielhaft genannten Schraubverbindung kann selbstverständlich auch jede andere geeignete Art der Verbindung, beispielsweise Steckverbindungen oder ähnliche, Anwendung finden.
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3 zeigt eine Draufsicht des in 2 dargestellten Trägermoduls 1. Wie zu erkennen ist, ist die erste Printplatte 7 in ihren Abmessungen so ausgeführt, dass sie innerhalb der äußeren Kontur des Grundrisses des Trägers 4 liegt. Dadurch können gegebenenfalls mehrere Trägermodule 1 nebeneinander angeordnet werden, ohne dass sich die einzelnen ersten Printplatte 7 gegenseitig überschneiden.
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Weiters ist in 3 auf der ersten Printplatte 7 eine Steuereinheit 15 für das Überbrückungselement 8 und eine Verbindung 16 zwischen der Steuereinheit 15 und dem Überbrückungselement 8 zur Übertragung von Steuersignalen erkennbar.
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Die Steuereinheit 15 ist so ausgeführt, dass beispielsweise ein Zurücksetzen des Überbrückungselements 8 gemäß der Auslöseschaltung 50 ermöglicht wird. Unter Zurücksetzen wird dabei das Zurückschalten des Überbrückungselements 8 in einen nicht leitenden Zustand verstanden. Ein Fehler, wie beispielsweise eine mögliche Fehlauslösung der Überbrückung des Halbleiterelements 3, kann somit in einfacher Weise behoben beziehungsweise das berechtigte Auslösen überprüft werden.
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Ein mögliches Fehlauslösen des Überbrückungselements 8 kann sich beispielsweise durch Schwankungen in der Energieversorgung ergeben.
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Weiters ermöglicht es die Steuereinheit 15, einzelne Halbleiterelemente 3 ein oder auszuschalten, um beispielsweise Einfluss auf die Leistung oder die Strahlformung zu nehmen. Durch die direkte Platzierung der Steuereinheit 15 auf der ersten Printplatte 7 wird zusätzlicher Platzbedarf, beispielsweise für Verbindungsleitungen, eingespart.
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Die Steuereinheit 15 kann also auch die bereits genannte Auslöseschaltung 50 zur Ansteuerung des Überbrückungselements 8 im Falle eines hochohmigen Defektes beinhalten, wie zum Beispiel in den 3 bis 6 dargestellt. Abhängig vom aktuellen Zustand des Halbleiterelements 3 wird das Überbrückungselement von der Steuereinheit 15 aktiviert. Dazu kann die Steuereinheit 15 beispielsweise den Stromfluss über das Halbleiterbauelement 3 ermitteln oder von einer übergeordneten Steuereinheit 40 zur Verfügung gestellt bekommen. Auch eine Überwachung der vom Halbleiterelement 3 emittierten Leistung durch die Steuereinheit 15 wäre beispielsweise denkbar. Bei entsprechenden Veränderungen wird das Überbrückungselement 8 durch die Steuereinheit 15 in einen leitenden/überbrückenden Zustand geschalten. Dieser Vorgang ist selbstverständlich ebenfalls reversibel.
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Die Steuereinheit 15 kann weiters so ausgeführt sein, dass Kenndaten wie Strom, Temperatur und emittierte Leistung des Halbleiterelements 3 aufgenommen, und zur weiteren Verarbeitung beispielsweise an die erwähnte übergeordnete Steuereinheit 40 weitergeleitet werden.
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4 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsvariante, bei welcher die Steuereinheit 15 für das zumindest eine Überbrückungselement 8 auf einer zweiten Printplatte 17 angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine modularer Aufbau da das Überbrückungselement 8 getrennt von der Steuereinheit 15 ausgeführt ist. Im Falle einer Beschädigung des Überbrückungselementes 8 oder der Steuereinheit 15 können die Bauteile somit getrennt voneinander, entsprechend kostengünstig, ausgetauscht werden.
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Weiters ist zu beachten, dass die erste Printplatte 7 durch die Erwärmung des Überbrückungselements 8 einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist. Auch deshalb ist es vorteilhaft die Steuereinheit 15 getrennt anzuordnen. Dadurch ist die Steuereinheit 15 keiner unnötigen Erwärmung, die gegebenenfalls zu deren Beschädigung führen kann, ausgesetzt.
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Die zweite Printplatte 17 ist über zumindest ein Sekundärdistanzelement 18 lösbar mit der ersten Printplatte 7 verbunden. In der beispielhaften Ausführung welche in 4 dargestellt ist, wird die Printplatte über zwei Sekundärdistanzelemente 18 und 19 lösbar mit der ersten Printplatte 7 verbunden, wobei die Verwendung von zwei Sekundärdistanzelementen 18 und 19 lediglich beispielhaft gewählt ist. Durch die Verwendung von zumindest einem Sekundärdistanzelement 18, kann die zweite Printplatte 17 entsprechend beanstandet, über der ersten Printplatte 7 angeordnet werden. Dies ermöglicht wiederum hinsichtlich der Basisfläche beziehungsweise des Grundrisses einen äußerst platzsparenden Aufbau.
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In ganz analoger Weise zur lösbaren Verbindung zwischen dem Träger 4 und der ersten Printplatte 7, kann auch die Verbindung zwischen erste Printplatte 7 und zweiter Printplatte 17 mittels Schrauben 20 erfolgen. Wiederum kann anstelle der beispielhaft genannten Schraubverbindung selbstverständlich auch jede andere geeignete Art der Verbindung, beispielsweise Steckverbindungen oder ähnliche, Anwendung finden. Es bestünde auch die Möglichkeit, die bereits für die erste Printplatte 7 genutzten Schrauben 14 in entsprechender Länge zu wählen und die zweite Printplatte 17, die sekundären Distanzelemente 18 und 19, die erste Printplatte 7 und die ersten Distanzelementn 10 und 12 gemeinsam am Träger zu befestigen.
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Wie auch bereits für die erste Printplatte 7 ausgeführt, ist vorgesehen, dass auch die zweite Printplatte 17 innerhalb der äußeren Kontur des Grundrisses des Trägers 4 liegt. In gleicher Weise wie bei der ersten Printplatte 7 wird dadurch sichergestellt, dass beispielsweise mehrere Trägermodule 1 seitlich aneinander liegend angeordnet werden können, ohne dass sich die jeweiligen Printplatten 7 oder 17 gegenseitig überschneiden.
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Wie beispielhaft in 5 dargestellt ist, ist selbstverständlich auch eine Anordnung der zweiten Printplatte 17 neben der ersten Printplatte 7 möglich.
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Wie bereits für 3 ausgeführt erfolgt die Verbindung der Steuereinheit 15 mit dem Überbrückungselement 8 über die Verbindung 16. Diese ist bei den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsvarianten in Form einer Verbindungsleitung oder ähnlichem ausgeführt. Beispielsweise kann die Verbindung 16 auch in Form einer Steckverbindung zwischen dem Überbrückungselement 8 und der Steuereinheit 15 ausgeführt sein. Dazu ist vorteilhafter Weise der Abstand zwischen erster Printplatte 7 und zweiter Printplatte 17 entsprechend an die Steckverbindung angepasst.
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Wie bereits ausgeführt werden aus Gründen der Leistungsskalierung mehrere Halbleiterbauelemente 3 elektrisch in Serie geschalten. Einen entsprechenden Aufbau zeigt die 6.
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Beispielsweise werden entsprechende elektrische Verbindungselemente 21 genutzt, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einzelnen Trägermodulen 1 herzustellen und auf diese Weise die darauf angeordneten Halbleiterelemente 3 elektrisch in Serie zu schalten. Die elektrischen Verbindungselemente 21 können dabei beispielsweise durch entsprechende, metallische Stromschienen gebildet sein, aber auch jede andere Form von elektrisch leitender Verbindung, wie beispielsweise flexible Kabelverbindungen oder ähnliches, ist denkbar.
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Die elektrische Verbindungselemente 21 verbinden, wie in 6 dargestellt, beispielsweise den negativen Trägerkontakt 5 eines Trägermoduls 1 mit dem positiven Trägerkontakt 5 eines weiteren Trägermoduls 1. Auf diese Weise können eine beliebige Anzahl an Trägermodule 1 in Serie geschalten werden wodurch entsprechende Ausgangsleistungen realisiert werden können.
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Im Falle eines hochohmigen Defekts eines der Halbleiterelemente 3, ist aufgrund der Vorrichtung 2 zur Überbrückung des entsprechenden Trägermoduls 1 sichergestellt, dass es nicht zum Ausfall des Gesamtsystems beziehungsweise zur Unterbrechung der gesamten Serienschaltung der Trägermodule 1 unterbrochen ist. Dadurch wird der Ausfall beziehungsweise die Unterbrechung eines etwaigen Fertigungsprozesse wirkungsvoll vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1576704 B1 [0003]
- DE 10329082 A1 [0005]
- DE 10113943 B4 [0027]
