DE102015114292A1

DE102015114292A1 - Laserbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102015114292A1
Application number: DE102015114292.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wojcik; Martin Haushalter
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-03-02
Also published as: JP6689363B2; JP2018525826A; US10511138B2; US20180254605A1; CN107925216A; WO2017032772A1

Abstract

Ein Laserbauelement umfasst ein Gehäuse, das einen Bodenabschnitt mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist. An der Unterseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Lötkontaktflächen ausgebildet, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen. An der Oberseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Chipkontaktflächen ausgebildet und elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen verbunden. Das Gehäuse weist eine an die Oberseite des Bodenabschnitts angrenzende Kavität auf. In der Kavität ist ein Laserchip angeordnet und elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements gemäß Patentansprüchen 15 und 18.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Gehäusebauformen für Laserbauelemente bekannt. Viele bekannte Gehäusebauformen eignen sich allerdings nicht für eine Oberflächenmontage. Außerdem weisen viele bekannte Gehäusebauformen lange Leiterstrecken auf, was einen Betrieb mit kurzen Pulsbreiten erschweren kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Laserbauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Laserbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 18 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein Laserbauelement umfasst ein Gehäuse, das einen Bodenabschnitt mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist. An der Unterseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Lötkontaktflächen ausgebildet, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen. An der Oberseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Chipkontaktflächen ausgebildet und elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen verbunden. Das Gehäuse weist eine an die Oberseite des Bodenabschnitts angrenzende Kavität auf. Ein Laserchip ist in der Kavität angeordnet und elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden.
Dieses Laserbauelement eignet sich vorteilhafterweise für eine Oberflächenmontage, wodurch sich das Laserbauelement vorteilhafterweise durch automatisierte Prozesse montieren lässt.
Die Oberflächenmontierbarkeit des Laserbauelements ermöglicht eine wirksame Ableitung von im Betrieb des Laserbauelements in dem Laserbauelement anfallender Abwärme. Diese ermöglicht es wiederum, das Laserbauelement mit hoher Leistung zu betreiben, ohne dass es zu einer Überhitzung des Laserbauelements kommt. Beispielsweise kann das Laserbauelement in einem Kurzpulsbetrieb mit hohem Pulsverhältnis und/oder großem Tastverhältnis betrieben werden.
Dadurch, dass die Lötkontaktflächen und die Chipkontaktflächen dieses Laserbauelements an einander gegenüberliegenden Seiten des Bodenabschnitts des Gehäuses dieses Laserbauelements angeordnet sind, ergeben sich bei diesem Laserbauelement kurze Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen, wodurch diese niedrige Induktivitäten aufweisen. Dies kann es beispielsweise ermöglichen, das Laserbauelement in einem Kurzpulsbetrieb mit sehr kurzen Pulsbreiten zu betreiben. Beispielsweise kann sich das Laserbauelement für einen Betrieb mit Pulsbreiten von weniger als 5 ns eignen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist das Gehäuse ein Kunststoffmaterial auf. Dabei umfasst der Bodenabschnitt einen in das Kunststoffmaterial eingebetteten Leiterrahmen. Die Lötkontaktflächen und die Chipkontaktflächen sind durch Oberflächen von Abschnitten des Leiterrahmens gebildet. Vorteilhafterweise lässt sich das Gehäuse des Laserbauelements dadurch einfach und kostengünstig herstellen. Insbesondere lassen sich eine Vielzahl von Gehäusen gleichzeitig in gemeinsamen Arbeitsschritten herstellen. Außerdem kann das Gehäuse vorteilhafterweise kompakte äußere Abmessungen aufweisen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Leiterrahmen planar ausgebildet. Vorteilhafterweise ergeben sich dadurch besonders kurze Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen des Gehäuses dieses Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements wird die Kavität durch einen oberhalb des Bodenabschnitts angeordneten Wandabschnitt des Gehäuses begrenzt. Dabei weist der Wandabschnitt eine Aussparung auf, die einen Durchtritt eines durch den Laserchip emittierten Laserstrahls ermöglicht. Vorteilhafterweise kann die durch den Wandabschnitt umgrenzte Kavität dieses Laserbauelements einen Schutz des Laserchips dieses Laserbauelements vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen bewirken. Die in dem Wandabschnitt des Gehäuses angeordnete Aussparung ermöglicht vorteilhafterweise eine verlustarme Auskopplung des durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse dieses Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist in der Kavität ein Vergussmaterial angeordnet, in das der Laserchip zumindest teilweise eingebettet ist. Das Vergussmaterial kann einem Schutz des Laserchips vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen dienen. Das Vergussmaterial kann beispielsweise ein Silikon und/oder einen Kunststoff aufweisen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das Vergussmaterial auch in der Aussparung angeordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise eine einfache Auskopplung des durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse des Laserbauelements ermöglicht. Falls das Gehäuse des Laserbauelements gleichzeitig mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse in gemeinsamen Arbeitsgängen hergestellt wird, so kann das Vergussmaterial während des Anordnens des Vergussmaterials in der Kavität durch die Aussparung von der Kavität eines Gehäuses in eine Kavität eines benachbarten Gehäuses gelangen, wodurch das Anordnen des Vergussmaterials in der Kavität vorteilhafterweise erleichtert wird.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist der Bodenabschnitt ein planares Substrat auf. Dabei weist das Substrat mehrere Durchkontakte auf, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen und den Lötkontaktflächen herstellen. Vorteilhafterweise kann dieses Substrat kostengünstig erhältlich sein und dadurch eine kostengünstige Herstellung des Gehäuses des Laserbauelements ermöglichen. Die durch die Durchkontakte gebildeten elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen dieses Laserbauelements können vorteilhafterweise sehr kurz ausgebildet sein und dadurch niedrige Induktivitäten aufweisen, was einen Betrieb des Laserbauelements mit kurzen Pulsbreiten ermöglichen kann.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das Substrat als gedruckte Leiterplatte oder als Keramiksubstrat ausgebildet. Vorteilhafterweise kann das Substrat dadurch kostengünstig erhältlich sein und eine wirksame Ableitung von im Betrieb des Laserbauelements in dem Laserchip anfallender Abwärme ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist das Gehäuse einen Deckel auf. Dabei ist der Deckel auf dem Substrat angeordnet. Die Kavität ist zwischen dem Substrat und dem Deckel ausgebildet. Dadurch bietet der Deckel dem Laserchip dieses Laserbauelements vorteilhafterweise Schutz vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen. Der Deckel kann beispielsweise einen Kunststoff oder ein Glas aufweisen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Deckel mittels einer Klebeverbindung oder einer Lotverbindung mit dem Substrat verbunden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache und kostengünstige Befestigung des Deckels an dem Substrat und dadurch eine einfache und kostengünstige Herstellung des Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist der Deckel ein Material auf, das für durch den Laserchip emittierte Laserstrahlung transparent ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine verlustarme Auskopplung von durch den Laserchip des Laserbauelements emittierter Laserstrahlung aus dem Gehäuse des Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Laserchip als kantenemittierender Laserchip ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine Abstrahlung eines Laserstrahls in eine zum Bodenabschnitt des Gehäuses des Laserbauelements parallele Richtung.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist in der Kavität eine Treiberschaltung zur Ansteuerung des Laserchips angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies einen Betrieb des Laserbauelements ohne zusätzliche externe Treiberschaltung.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Ausbilden eines Gehäuses aus einem Kunststoffmaterial, wobei ein Leiterrahmen in einem Bodenbereich des Gehäuses in das Kunststoffmaterial eingebettet wird, wobei an einer Unterseite des Bodenabschnitts nicht durch das Kunststoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens mehrere elektrische Lötkontaktflächen bilden, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen, wobei an einer Oberseite des Bodenabschnitts nicht durch das Kunststoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens mehrere elektrische Chipkontaktflächen bilden, die elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen verbunden sind, wobei das Gehäuse mit einer an die Oberseite des Bodenabschnitts angrenzenden Kavität ausgebildet wird, und zum Anordnen eines Laserchips in der Kavität, wobei der Laserchip elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden wird.
Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Laserbauelements, das sich für eine Oberflächenmontage eignet. Dadurch, dass die Lötkontaktflächen und die Chipkontaktflächen bei dem durch dieses Verfahren erhältlichen Laserbauelements durch Abschnitte des Leiterrahmens gebildet werden, sind zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen ausgebildete Leiterstrecken sehr kurz und weisen dadurch niedrige Induktivitäten auf. Dadurch kann sich das durch dieses Verfahren erhältliche Laserbauelement vorteilhafterweise für einen Kurzpulsbetrieb mit niedrigen Pulsbreiten eignen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse in einem Gehäuseverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse zusammenhängend ausgebildet. Dabei umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt zum Vereinzeln des Gehäuses durch Zerteilen des Gehäuseverbunds. Die parallele Herstellung einer Mehrzahl von Gehäusen in einem Gehäuseverbund in gemeinsamen Arbeitsgängen kann dabei vorteilhafterweise die Herstellungskosten pro Gehäuse und die zur Herstellung eines Gehäuses erforderliche Zeit reduzieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Zerteilen des Gehäuseverbunds unter Verwendung eines Diamantschleifblatts. Vorteilhafterweise ergeben sich dadurch Außenseiten des Gehäuses mit hoher Oberflächenqualität, was eine qualitativ hochwertige Auskopplung eines durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse des durch dieses Verfahren erhältlichen Laserbauelements ermöglicht.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines planaren Substrats, das an einer Unterseite mehrere elektrische Lötkontaktflächen aufweist, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen, und das an einer Oberseite mehrere elektrische Chipkontaktflächen aufweist, wobei das Substrat mehrere Durchkontakte aufweist, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen und den Lötkontaktflächen herstellen, zum Anordnen eines Laserchips auf der Oberseite des Substrats, wobei der Laserchip elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden wird, und zum Anordnen eines Deckels auf der Oberseite des Substrats, wobei eine Kavität zwischen dem Substrat und dem Deckel ausgebildet wird, wobei der Laserchip in der Kavität eingeschlossen wird.
Vorteilhafterweise ermöglicht auch dieses Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Laserbauelements, das sich für eine Oberflächenmontage eignet. Dadurch, dass bei dem durch dieses Verfahren erhältlichen Laserbauelement die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen durch die Durchkontakte des Substrats gebildet werden, können die Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen sehr kurz ausgebildet sein und dadurch niedrige Induktivitäten aufweisen. Dies kann einen Kurzpulsbetrieb des durch das Verfahren erhältlichen Laserbauelements mit kurzen Pulsbreiten ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Deckel in einem Deckelverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Deckel zusammenhängend ausgebildet. Dabei umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt zum Vereinzeln des Deckels durch Zerteilen des Deckelverbunds. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren dadurch eine parallele Herstellung einer Mehrzahl von Deckeln in gemeinsamen Arbeitsgängen. Dadurch können die Herstellungskosten pro Deckel und die zur Herstellung eines Deckels erforderliche Zeit vorteilhafterweise reduziert werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Zerteilen des Deckelverbunds unter Verwendung eines Diamantschleifblatts. Dadurch können die durch Zerteilen des Deckelverbunds erhältlichen Deckel Außenseiten mit hoher Oberflächenqualität aufweisen. Dies ermöglicht bei dem durch das Verfahren erhältlichen Laserbauelement eine qualitativ hochwertige Auskopplung eines durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse des Laserbauelements.
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 schematisierter Darstellung
1 eine Aufsicht auf ein erstes Laserbauelement;
2 eine geschnittene Seitenansicht des ersten Laserbauelements;
3 eine Aufsicht auf ein zweites Laserbauelement;
4 eine geschnittene Seitenansicht des zweiten Laserbauelements;
5 eine Aufsicht auf ein drittes Laserbauelement; und
6 eine perspektivische Ansicht des dritten Laserbauelements.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf ein erstes Laserbauelement 10. 2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des ersten Laserbauelements 10. Dabei ist das erste Laserbauelement 10 an einer in 1 eingezeichneten Schnittebene geschnitten.
Das erste Laserbauelement 10 weist ein Gehäuse 500 auf. Das Gehäuse 500 umfasst einen Bodenabschnitt 510 mit einer Oberseite 511 und einer der Oberseite 511 gegenüberliegenden Unterseite 512. Über der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 weist das Gehäuse 500 eine an die Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 angrenzende Kavität 540 auf.
Das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 wird durch einen Formkörper 100 gebildet. Der Formkörper 100 kann auch als Moldkörper bezeichnet werden. Der Formkörper 100 ist durch ein Formverfahren (Moldverfahren) ausgebildet worden, beispielsweise durch Spritzpressen (transfer molding) oder durch Spritzgießen (injection molding). Der Formkörper 100 weist ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial auf, beispielsweise ein Epoxid.
Im Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500 ist ein Leiterrahmen 110 in den Formkörper 100 eingebettet. Der Leiterrahmen 110 wurde bereits während des Ausbildens des Formkörpers 100 durch das Material des Formkörpers 100 umformt. Der Leiterrahmen 110 weist ein elektrisch leitendes Material auf, beispielsweise ein Metall, beispielsweise Kupfer.
Der Leiterrahmen 110 ist planar ausgebildet und weist mehrere elektrisch gegeneinander isolierte Abschnitte auf, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Der Leiterrahmen 110 kann beispielsweise aus einem flachen Blech hergestellt sein. Der Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500 ist, ebenso wie der im Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500 in den Formkörper 100 eingebettete Leiterrahmen 110, planar, flach und eben ausgebildet.
Sowohl an der Oberseite 511 als auch an der Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 liegen Oberflächen von Abschnitten des Leiterrahmens 110 frei und sind nicht durch das Material des Formkörpers 100 bedeckt. Die an der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 freiliegenden Abschnitte des Leiterrahmens 110 bilden mehrere Chipkontaktflächen 530, beispielsweise zwei Chipkontaktflächen 530. Die an der Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 freiliegenden Abschnitte des Leiterrahmens 110 bilden mehrere Lötkontaktflächen 520, beispielsweise zwei Lötkontaktflächen 520.
Über die Abschnitte des Leiterrahmens 110 ist jede Lötkontaktfläche 520 mit je einer Chipkontaktfläche 530 elektrisch leitend verbunden. Die durch die Abschnitte des Leiterrahmens 110 gebildeten Leiterstrecken sind dabei sehr kurz und erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht durch den Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500. Dadurch weisen die durch die Abschnitte des Leiterrahmens 110 gebildeten Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen 520 und den Chipkontaktflächen 530 niedrige Induktivitäten auf.
Die an der flachen Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 angeordneten Lötkontaktflächen 520 ermöglichen eine Oberflächenmontage (SMT-Montage) des ersten Laserbauelements 10. Das erste Laserbauelement 10 bildet damit ein SMD-Bauelement. Das erste Laserbauelement 10 kann sich beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) eignen.
Das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 weist einen durch den Formkörper 100 gebildeten Wandabschnitt 120 auf, der die Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 ringförmig umgrenzt und dadurch die über der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 ausgebildete Kavität 540 begrenzt.
In der Kavität 540 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauelements 10 ist ein Laserchip 550 an der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 angeordnet. Der Laserchip 550 kann beispielsweise ein kantenemittierender Halbleiter-Laserchip sein. Der Laserchip 550 weist eine Oberseite 551 und eine der Oberseite 551 gegenüberliegende Unterseite 552 auf. An der Oberseite 551 und an der Unterseite 552 des Laserchips 550 sind je eine elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 ausgebildet.
Die elektrischen Kontaktflächen des Laserchips 550 sind elektrisch leitend mit jeweils einer Chipkontaktfläche 530 verbunden. Im in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist der Laserchip 550 derart auf einer der Chipkontaktflächen 530 angeordnet, dass die Unterseite 552 des Laserchips 550 der Chipkontaktfläche 530 zugewandt und die an der Unterseite 552 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 elektrisch leitend mit der Chipkontaktfläche 530 verbunden ist. Hierzu kann der Laserchip 550 beispielsweise mittels eines Lots oder eines elektrisch leitenden Klebers an der Chipkontaktfläche 530 befestigt sein. Die an der Oberseite 551 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 ist im in 1 und 2 gezeigten Beispiel mittels eines Bonddrahts 570 mit einer weiteren Chipkontaktfläche 530 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauelements 10 verbunden. Es ist allerdings möglich, die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den elektrischen Kontaktflächen des Laserchips 550 und den Chipkontaktflächen 530 auf andere Weise herzustellen.
Der Laserchip 550 ist dazu ausgebildet, einen Laserstrahl 560 in eine Richtung zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Unterseite 552 des Laserchips 550 orientiert ist. Damit ist die Emissionsrichtung des Laserchips 550 auch parallel zur Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 orientiert.
Der Wandabschnitt 120 des das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 bildenden Formkörpers 100 weist eine Aussparung 121 auf. Im Bereich der Aussparung 121 ist der ringförmig die Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 umgrenzende Wandabschnitt 120 unterbrochen. Die Aussparung 121 ist dazu vorgesehen, einen Durchtritt des durch den Laserchip 550 des ersten Laserbauelements 10 emittierten Laserstrahls 560 zu ermöglichen. Der durch den Laserchip 550 emittierte Laserstrahl 560 kann durch die Aussparung 121 aus der Kavität 540 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauelements 10 austreten. Die Aussparung 121 kann bereits während des Ausbildens des Formkörpers 100 angelegt worden sein. Es ist allerdings ebenfalls möglich, die Aussparung 121 erst nach dem Ausbilden des Formkörpers 100 anzulegen, beispielsweise durch einen Sägeprozess oder einen Schleifprozess.
In der Kavität 540 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauelements 10 ist ein Vergussmaterial 130 angeordnet. Der Laserchip 550 und der den Laserchip 550 mit einer der Chipkontaktflächen 530 verbindende Bonddraht 570 sind zumindest teilweise in das Vergussmaterial 130 eingebettet und dadurch vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen, beispielsweise vor einer Beschädigung durch Feuchtigkeit, geschützt. Das Vergussmaterial 130 kann beispielsweise ein Silikon aufweisen. Es ist zweckmäßig, dass das Vergussmaterial 130 für durch den Laserchip 550 emittierte Laserstrahlung eine hohe Transparenz aufweist. Das Vergussmaterial 130 kann sich auch in die Aussparung 121 des Wandabschnitts 120 erstrecken. Es ist möglich, auf das Anordnen des Vergussmaterials 130 in der Kavität 540 zu verzichten.
Das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 kann gemeinsam mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse 500 in gemeinsamen Arbeitsschritten hergestellt werden. Hierzu wird ein ausgedehnter Leiterrahmenverbund in einen ausgedehnten Formkörperverbund eingebettet, der eine Mehrzahl von Formkörpern 100 umfasst, die einstückig zusammenhängend miteinander verbunden und lateral nebeneinander, beispielsweise in einer zweidimensionalen Rechteckgitteranordnung, angeordnet sind. Dabei grenzen die Wandabschnitte 120 eines Formkörpers 100 an die Wandabschnitte 120 benachbarter Formkörper 100 an.
Anschließend werden in den Kavitäten 540 aller Formkörper 100 Laserchips 550 angeordnet und elektrisch leitend mit den Chipkontaktflächen 530 verbunden. Das Einfüllen des Vergussmaterials 130 erfolgt ebenfalls für alle Formkörper 100 des Formkörperverbunds gemeinsam. Dabei kann das Vergussmaterial 130 durch die Aussparungen 121 zwischen den Kavitäten 540 der einzelnen Formkörper 100 fließen.
Erst zum Abschluss dieser gemeinsamen Bearbeitungsschritte wird der so gebildete Gehäuseverbund zerteilt, um die durch die einzelnen Formkörper 100 gebildeten einzelnen Gehäuse 500 zu vereinzeln. Das Zerteilen des Formkörperverbunds kann beispielsweise durch Sägen oder ein anderes Trennverfahren erfolgen. Dabei werden an den Trennebenen Außenseiten 101 der Wandabschnitte 120 der Formkörper 100 gebildet.
Falls sich das Vergussmaterial 130 bei den einzelnen Formkörpern 100 jeweils bis in die Aussparung 121 des Wandabschnitts 120 erstreckt, so wird während des Vereinzelns der Formkörper 100 auch im Bereich des Vergussmaterials 130 in der Aussparung 121 eine Trennfläche gebildet. Diese Trennfläche bildet eine Austrittsfläche des durch den Laserchip 550 emittierten Laserstrahls 560. Es ist daher zweckmäßig, diese Trennfläche möglichst glatt auszubilden. Dies kann durch eine Optimierung des zum Zerteilen des Gehäuseverbunds genutzten Trennverfahrens erreicht werden, beispielsweise durch eine Verwendung eines Diamantschleifblatts.
3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein zweites Laserbauelement 20. 4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des zweiten Laserbauelements 20. Dabei ist das zweite Laserbauelement 20 in der Darstellung der 4 an einer in 3 eingezeichneten Schnittebene geschnitten.
Das zweite Laserbauelement 20 weist Übereinstimmungen mit dem ersten Laserbauelement 10 der 1 und 2 auf. Komponenten des zweiten Laserbauelements 20, die bei dem ersten Laserbauelement 10 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind in 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1 und 2.
Das zweite Laserbauelement 20 weist ein Gehäuse 500 auf. Das Gehäuse 500 umfasst einen durch ein planares Substrat 200 gebildeten Bodenabschnitt 510 und einen Deckel 220.
Der durch das planare Substrat 200 gebildete Bodenabschnitt 510 weist eine Oberseite 511 und eine der Oberseite 511 gegenüberliegende Unterseite 512 auf. Das Substrat 200 kann beispielsweise als gedruckte Leiterplatte (PCB) oder als Keramiksubstrat ausgebildet sein.
An der Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 sind mehrere elektrische Lötkontaktflächen 520 ausgebildet, beispielsweise zwei Lötkontaktflächen 520. An der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 sind mehrere elektrische Chipkontaktflächen 530 ausgebildet, beispielsweise zwei elektrische Chipkontaktflächen 530. Das Substrat 200 weist elektrisch leitende Durchkontakte 210 auf, die sich durch das Substrat 200 erstrecken und elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Lötkontaktflächen 520 und den Chipkontaktflächen 530 herstellen. Dabei ist jede Lötkontaktfläche 520 mit jeweils einer Chipkontaktfläche 530 verbunden. Die durch die Durchkontakte 210 gebildeten Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen 520 und den Chipkontaktflächen 530 sind sehr kurz und weisen dadurch niedrige Induktivitäten auf.
Die an der flachen Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 angeordneten Lötkontaktflächen 520 ermöglichen eine Oberflächenmontage (SMT-Montage) des zweiten Laserbauelements 20. Das zweite Laserbauelement 20 bildet damit ein SMD-Bauelement. Das zweite Laserbauelement 20 kann sich beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) eignen.
Der Deckel 220 ist an der Oberseite 511 des durch das Substrat 200 gebildeten Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 angeordnet. Der Deckel 220 kann beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Lotverbindung mit dem Substrat 200 verbunden sein.
Zwischen dem Deckel 200 und der Oberseite 511 des durch das Substrat 200 gebildeten Bodenabschnitts 510 ist eine Kavität 540 eingeschlossen, die an die Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 angrenzt.
In der Kavität 540 des zweiten Laserbauelements 20 ist ein Laserchip 550 angeordnet. Der Laserchip 550 ist bereits vor dem Anordnen des Deckels 220 an der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 angeordnet worden. Der Laserchip 550 kann beispielsweise als kantenemittierender Laserchip ausgebildet sein. Der Laserchip 550 weist eine Oberseite 551 und eine der Oberseite 551 gegenüberliegende Unterseite 552 auf.
An der Oberseite 551 und an der Unterseite 552 weist der Laserchip 550 im in 3 und 4 dargestellten Beispiel jeweils eine elektrische Kontaktfläche auf. Diese elektrischen Kontaktflächen sind elektrisch leitend mit Chipkontaktflächen 530 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 verbunden. Hierzu ist der Laserchip 550 im dargestellten Beispiel derart auf einer Chipkontaktfläche 530 angeordnet und befestigt, dass die Unterseite 552 des Laserchips 550 der Chipkontaktfläche 530 zugewandt und die an der Unterseite 552 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche elektrisch leitend mit der Chipkontaktfläche 530 verbunden ist. Der Laserchip 550 kann dabei beispielsweise mittels eines Lots oder eines elektrisch leitenden Klebers an der Chipkontaktfläche 530 befestigt sein. Die an der Oberseite 551 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 ist im in 3 und 4 gezeigten Beispiel mittels eines Bonddrahts 570 mit einer weiteren Chipkontaktfläche 530 verbunden.
Der Laserchip 550 ist dazu ausgebildet, einen Laserstrahl 560 in eine zur Oberseite 551 des Laserchips 550 und damit auch zur Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 im Wesentlichen senkrechte Richtung abzustrahlen. Der durch den Laserchip 550 emittierte Laserstrahl 560 kann den Deckel 220 durchdringen und dadurch aus der Kavität 540 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 austreten. Hierzu weist der Deckel 220 ein Material auf, das für durch den Laserchip 540 emittierte Laserstrahlung transparent ist. Der Deckel 220 kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial oder ein Glas aufweisen.
Der Deckel 220 des zweiten Laserbauelements 20 kann gemeinsam mit einer Mehrzahl weiterer Deckel in gemeinsamen Bearbeitungsschritten hergestellt werden. Hierzu wird ein Deckelverbund ausgebildet, der eine Mehrzahl von einstückig zusammenhängenden Deckeln 220 umfasst. Die Deckel 220 werden anschließend durch Zerteilen des Deckelverbunds an Trennebenen vereinzelt. Dabei werden an den Trennebenen Außenseiten 221 der Deckel 220 gebildet.
Das Zerteilen des Deckelverbunds kann beispielsweise durch einen Sägeprozess oder einen anderen Trennprozess erfolgen. Es ist zweckmäßig, dass die beim Zerteilen des Deckelverbunds gebildeten Außenseiten 221 der Deckel 220 bei jedem Deckel 220 zumindest in dem Bereich, in dem bei dem aus dem Deckel 220 hergestellten zweiten Laserbauelement 20 der Laserstrahl 560 durchdringt, eine hohe Oberflächenqualität mit nur geringen Trennspuren aufweisen. Dies kann durch eine Optimierung des zur Zerteilung des Deckelverbunds verwendeten Trennverfahrens erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung eines Diamantschleifblatts.
5 zeigt in schematisierter Darstellung eine Aufsicht auf ein drittes Laserbauelement 30. 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des dritten Laserbauelements 30.
Das dritte Laserbauelement 30 weist große Übereinstimmungen mit dem anhand der 1 und 2 beschriebenen ersten Laserbauelement 10 auf. Komponenten des dritten Laserbauelements 30, die bei dem ersten Laserbauelement 10 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind in 5 und 6 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1 und 2 und werden nachfolgend nicht erneut detailliert beschrieben. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zwischen dem dritten Laserbauelement 30 und dem ersten Laserbauelement 10 erläutert.
Bei dem dritten Laserbauelement 30 ist zusätzlich zu dem Laserchip 550 eine Treiberschaltung 300 zur Ansteuerung des Laserchips 550 in der Kavität 540 angeordnet. Die Treiberschaltung 300 umfasst in dem in 5 und 6 gezeigten Beispiel einen Kondensator 310 und einen integrierten Schaltkreis 320. Der Kondensator 310 kann als elektrischer Energiespeicher dienen. Der integrierte Schaltkreis 320 kann zum Schalten des Laserchips 550 dienen und kann dazu ausgebildet sein, mittels eines TTL-Signals gepulst zu werden. Anstelle des integrierten Schaltkreises 320 könnte die Treiberschaltung 300 auch einen Transistor zum Schalten des Laserchips 550 aufweisen.
Das Gehäuse 500 weist bei dem dritten Laserbauelement 30 mehr als zwei Chipkontaktflächen 530 auf und kann auch mehr als zwei Lötkontaktflächen 520 aufweisen. Die Chipkontaktflächen 530 dienen zur Aufnahme und Kontaktierung des Laserchips 550 sowie der Komponenten der Treiberschaltung 300. Der Laserchip 550 und die Komponenten der Treiberschaltung 300 sind über Bonddrähte 570 elektrisch leitend miteinander und mit den Chipkontaktflächen 530 verbunden.
Es ist möglich, auch das anhand der 3 und 4 beschriebene zweite Laserbauelement 20 mit einer integrierten Treiberschaltung 300 auszustatten. In diesem Fall kann das Gehäuse 500 des zweiten Laserbauelements 20 mehr als zwei Chipkontaktflächen 530 und mehr als zwei Lötkontaktflächen 520 aufweisen.
Bei dem ersten Laserbauelement 10, dem zweiten Laserbauelement 20 und dem dritten Laserbauelement 30 sind die die Lötkontaktflächen 520 mit den Chipkontaktflächen 530 verbindenden Leiterstrecken jeweils sehr kurz und weisen niedrige Induktivitäten auf. Dadurch eignen sich das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauelement 30 jeweils für einen Kurzpulsbetrieb mit sehr kurzen Pulsbreiten. Beispielsweise können sich das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauelement 30 für einen Betrieb mit Pulsbreiten von weniger als 5 ns eignen.
Das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauelement 30 eignen sich jeweils für eine Oberflächenmontage nach einem SMT-Verfahren, beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten). Dadurch eignen sich das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauelement 30 für automatische Bestückungsprozesse.
Die Oberflächenmontierbarkeit des ersten Laserbauelements 10, des zweiten Laserbauelements 20 und des dritten Laserbauelements 30 ermöglicht eine gute thermische Ankopplung der Laserbauelemente 10, 20, 30 und dadurch eine wirksame Abfuhr von im Betrieb der Laserbauelemente 10, 20, 30 in den Laserbauelementen 10, 20, 30 anfallender Abwärme. Die Abwärme kann jeweils über die Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 des Laserbauelements 10, 20, 30 in einen das Laserbauelement 10, 20, 30 tragenden Träger abfließen. Die dadurch ermöglichte gute thermische Ankopplung der Laserbauelemente 10, 20, 30 ermöglicht einen Betrieb der Laserbauelemente 10, 20, 30 mit hohem Auslastungsgrad und langen Einschaltdauern.
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: erstes Laserbauelement
20: zweites Laserbauelement
30: drittes Laserbauelement
500: Gehäuse
510: Bodenabschnitt
511: Oberseite
512: Unterseite
520: Lötkontaktfläche
530: Chipkontaktfläche
540: Kavität
550: Laserchip
551: Oberseite
552: Unterseite
560: Laserstrahl
570: Bonddraht
100: Formkörper
101: Außenseite
110: Leiterrahmen
120: Wandabschnitt
121: Aussparung
130: Vergussmaterial
200: Substrat
210: Durchkontakt
220: Deckel
221: Außenseite
300: Treiberschaltung
310: Kondensator
320: integrierter Schaltkreis

Claims

Laserbauelement (10, 20, 30) mit einem Gehäuse (500), das einen Bodenabschnitt (510) mit einer Oberseite (511) und einer Unterseite (512) aufweist, wobei an der Unterseite (512) des Bodenabschnitts (510) mehrere elektrische Lötkontaktflächen (520) ausgebildet sind, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements (10, 20, 30) ermöglichen, wobei an der Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) mehrere elektrische Chipkontaktflächen (530) ausgebildet und elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen (520) verbunden sind, wobei das Gehäuse (500) eine an die Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) angrenzende Kavität (540) aufweist, wobei ein Laserchip (550) in der Kavität (540) angeordnet und elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen (530) verbunden ist.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse (500, 100) ein Kunststoffmaterial aufweist, wobei der Bodenabschnitt (510) einen in das Kunststoffmaterial eingebetteten Leiterrahmen (110) umfasst, wobei die Lötkontaktflächen (520) und die Chipkontaktflächen (530) durch Oberflächen von Abschnitten des Leiterrahmens (110) gebildet sind.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 2, wobei der Leiterrahmen (110) planar ausgebildet ist.
Laserbauelement (10, 30) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Kavität (540) durch einen oberhalb des Bodenabschnitts (510) angeordneten Wandabschnitt (120) des Gehäuses (500, 100) begrenzt wird, wobei der Wandabschnitt (120) eine Aussparung (121) aufweist, die einen Durchtritt eines durch den Laserchip (550) emittierten Laserstrahls (560) ermöglicht.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 4, wobei in der Kavität (540) ein Vergussmaterial (130) angeordnet ist, in das der Laserchip (550) zumindest teilweise eingebettet ist.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 5, wobei das Vergussmaterial (130) auch in der Aussparung (121) angeordnet ist.
Laserbauelement (20) gemäß Anspruch 1, wobei der Bodenabschnitt (510) ein planares Substrat (200) aufweist, wobei das Substrat (200) mehrere Durchkontakte (210) aufweist, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen (530) und den Lötkontaktflächen (520) herstellen.
Laserbauelement (20) gemäß Anspruch 7, wobei das Substrat (200) als gedruckte Leiterplatte oder als Keramiksubstrat ausgebildet ist.
Laserbauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, wobei das Gehäuse (500) einen Deckel (220) aufweist, wobei der Deckel (220) auf dem Substrat (200) angeordnet ist, wobei die Kavität (540) zwischen dem Substrat (200) und dem Deckel (220) ausgebildet ist.
Laserbauelement (20) gemäß Anspruch 9, wobei der Deckel (220) mittels einer Klebeverbindung oder einer Lotverbindung mit dem Substrat (200) verbunden ist.
Laserbauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 9 und 10, wobei der Deckel (220) ein Material aufweist, das für durch den Laserchip (550) emittierte Laserstrahlung (560) transparent ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserchip (550) als kantenemittierender Laserchip ausgebildet ist.
Laserbauelement (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Kavität (540) eine Treiberschaltung (300) zur Ansteuerung des Laserchips (550) angeordnet ist.
Laserbauelement (30) gemäß Anspruch 13, wobei die Treiberschaltung (300) einen Kondensator (310) sowie einen Transistor oder einen integrierten Schaltkreis (320) umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (10, 30) mit den folgenden Schritten: – Ausbilden eines Gehäuses (500, 100) aus einem Kunststoffmaterial, wobei ein Leiterrahmen (110) in einem Bodenbereich (510) des Gehäuses (500, 100) in das Kunststoffmaterial eingebettet wird, wobei an einer Unterseite (512) des Bodenabschnitts (510) nicht durch das Kunststoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens (110) mehrere elektrische Lötkontaktflächen (520) bilden, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements (10, 30) ermöglichen, wobei an einer Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) nicht durch das Kunststoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens (110) mehrere elektrische Chipkontaktflächen (530) bilden, die elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen (520) verbunden sind, wobei das Gehäuse (500, 100) mit einer an die Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) angrenzenden Kavität (540) ausgebildet wird; – Anordnen eines Laserchips (550) in der Kavität (540), wobei der Laserchip (550) elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen (530) verbunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Gehäuse (500, 100) in einem Gehäuseverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse (500, 100) zusammenhängend ausgebildet wird, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Vereinzeln des Gehäuses (500, 100) durch Zerteilen des Gehäuseverbunds.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das Zerteilen des Gehäuseverbunds mit einem Diamantschleifblatt erfolgt.
Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (20) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines planaren Substrats (510, 200), das an einer Unterseite (512) mehrere elektrische Lötkontaktflächen (520) aufweist, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements (20) ermöglichen, und das an einer Oberseite (511) mehrere elektrische Chipkontaktflächen (530) aufweist, wobei das Substrat (510, 200) mehrere Durchkontakte (210) aufweist, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen und den Lötkontaktflächen (520) herstellen; – Anordnen eines Laserchips (550) auf der Oberseite (511) des Substrats (510, 200), wobei der Laserchip (550) elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen (530) verbunden wird; – Anordnen eines Deckels (220) auf der Oberseite (511) des Substrats (510, 200), wobei eine Kavität (540) zwischen dem Substrat (510, 200) und dem Deckel (220) ausgebildet wird, wobei der Laserchip (550) in der Kavität (540) eingeschlossen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der Deckel (220) in einem Deckelverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Deckel (220) zusammenhängend ausgebildet wird, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Vereinzeln des Deckels (220) durch Zerteilen des Deckelverbunds.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Zerteilen des Deckelverbunds mit einem Diamantschleifblatt erfolgt.