-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein Gehäuse für eine Hochleistungslaserdiode sowie ein Lasermodul mit einem Gehäuse, welches eine Laserdiode umfasst. Insbesondere betrifft die Erfindung ein so genanntes 10 Pin oder 14 Pin Package.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Optoelektronische Module mit einem Laser sind insbesondere zur Verstärkung von Lichtsignalen auf längeren Strecken bekannt. Sie werden zum optischen Pumpen von Faserlasern verwendet. Auf dem Markt verfügbar sind insbesondere sogenannte 10 Pin Butterfly Packages. Im montierten Zustand handelt es sich dabei um ein hermetisch verschlossenes Gehäuse, welches an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden Durchführungen für die Pins aufweist, die der Versorgung der in dem Gehäuse vorhandenen Module dienen. Ein derartiges Gehäuse ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
US 2002/0070045 A1 bekannt.
-
Das Gehäuse besteht aus einem Grundkörper mit den Durchführungen, wobei der Grundkörper einen Montagebereich bildet. In diesem Montagebereich sind in der Regel zumindest eine Laserdiode, ein thermoelektrischer Kühler sowie ein Thermistor als Temperatursensor angeordnet. Um eine Verschiebung der Wellenlänge zu verhindern, wird die Temperatur der Laserdiode auf Basis des Widerstandswertes des Thermistors auf einen konstanten Wert geregelt.
-
Um die Temperatur des thermoelektrischen Kühlers abzuführen, umfasst das Gehäuse einen in der Regel am Boden montierten Kühlkörper.
-
Der Grundkörper weist des Weiteren noch eine in der Seitenwand eingebrachte Durchführung zum Anschluss des Lichtleiters auf.
-
Die Herstellung bekannter derartiger Gehäuse für elektronische Bauelemente ist aufwendig. Insbesondere ist das Einbringen der Durchführungen in die Seitenwand des Gehäuses problematisch.
-
Die
US 5,011,256 A zeigt ein Gehäuse für ein Gehäuse für ein optoelektronisches Bauelement mit einer Durchführung für einen Lichtleiter in einer Seitenwand. Der Gehäusehauptkörper, durch den die Pins durchgeführt sind, ist aus Kunststoff ausgestaltet. In dieses Kunststoffteil ist ein Einlegeteil eingesetzt.
-
-
Das Dokument National Semiconductor: Hermetic Packages. Santa Clara, Kalifornien, USA, 2000 – Firmenschrift. http://www.ti.com/lit/an/snoa280/snoa280.pdf (abgerufen am 14.11.2016) zeigt ein Gehäuse mit Glasdurchführungen.
-
Das Dokument
US 2003/0 223 709 A1 zeigt ein tiefgezogenes Gehäuse, bei welchem die Pins von der Seite zugeführt sind.
-
Die
US 2003/0 210 719 A1 zeigt ein tiefgezogenes TO-Gehäuse mit einer Kappe.
-
Das Dokument
US 4,119,363 A zeigt ein Gehäuse mit einem Kühlkörper aus Kupfer.
-
Das Dokument 3SP Technologies: Data Sheet 1999CHP.Nozay, Frankreich, 20105 – Firmenschrift.
http://www.3sptechnologies.com/data/File/3SP_SP_DS1999CHP_R CLIMADSH00000017_14.pdf (abgerufen am 15.11.2016) zeigt ein Pumplasermodul mit einem seitlich eingeführten Lichtleiter. Die Pins sind von der Seite in das Gehäuse eingeführt.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für ein elektronisches Bauelement, insbesondere ausgebildet als bestücktes Lasermodul, bereitzustellen, welches sich einfach herstellen lässt und welches robust ausgebildet ist, insbesondere welches eine hohe Temperaturstabilität aufweist.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 sowie durch ein Lasermodul, welches ein erfindungsgemäßes Gehäuse umfasst und mit einem thermoelektrischen Kühler und einer Laserdiode bestückt ist, gelöst.
-
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
-
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektronisches Bauelement.
-
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gehäuse für eine Laserdiode. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein im montierten Zustand hermetisch verschlossenes Gehäuse, welches vorzugsweise als 10 Pin Package ausgebildet ist.
-
Das Gehäuse umfasst einen Grundkörper mit einer Oberseite und einer Unterseite. Die Unterseite ist diejenige Seite, die im montierten Zustand der Leiterplatte zugewandt ist.
-
Zwischen Oberseite und Unterseite ist der Montagebereich für das elektronische Bauelement angeordnet.
-
Insbesondere ist der Grundkörper wannenförmig ausgebildet und umfasst mithin Seitenwände, zwischen denen der Montagebereich liegt.
-
Der Grundkörper kann nach der Montage des oder der elektronischen Bauelemente mit einem Deckel verschlossen werden.
-
Weiter umfasst der Grundkörper eine Seitenwand mit einer Durchführung für einen Lichtleiter.
-
Im einfachsten Fall ist die Durchführung als Durchgangsloch ausgebildet.
-
In der Regel wird ein Lichtleiter mit einer Hülse angebracht, die mit dem Grundkörper verschweißt oder verlötet wird und in welcher der Lichtleiter in einer Vergussmasse, insbesondere einem Lot angeordnet ist.
-
Diese Hülse kann auch Teil des Grundkörpers sein, insbesondere mit dem Grundkörper einstückig ausgebildet sein.
-
Gemäß der Erfindung umfasst ein Boden des Grundkörpers sowohl einen Kühlkörper für einen thermoelektrischen Kühler, als auch eine Mehrzahl von Durchführungen für Pins zur Kontaktierung des elektrischen Bauelements.
-
Die Pins sind gegenüber dem vorzugsweise aus Metall angeordneten Grundkörper in einer Vergussmasse eingebettet.
-
Insbesondere sind die Durchführungen als Verglasung, vorzugsweise als Druckverglasung, ausgebildet.
-
Eine Druckverglasung wird beispielsweise dadurch bereitgestellt, dass die Pins zusammen mit einem Glasring jeweils in ein Durchgangsloch des Bodens eingebracht werden. Sodann werden die Komponenten erwärmt, sodass das Glaslot schmilzt. Beim Abkühlen der so verglasten Durchführung zieht sich das Durchgangsloch aufgrund eines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Grundkörpers stärker zusammen und verpresst die Glasdurchführung zusätzlich zu deren stoffschlüssiger Verbindung mit dem angrenzenden Grundkörper.
-
Der Kühlkörper für den thermoelektrischen Kühler ist ebenfalls auf dem Boden des Grundkörpers angeordnet. Mithin werden Pins und thermoelektrischer Kühler von derselben Richtung montiert, was die Herstellung vereinfacht.
-
Im Falle der Ausgestaltung der Durchführung als Verglasung ist insbesondere vorgesehen, dass in einem Prozessschritt durch Erwärmen der Bauteile die Verglasungen hergestellt werden und gleichzeitig der Kühlkörper mit dem Grundkörper hartverlötet wird.
-
Die Durchführungen für die Pins sind vorzugsweise neben den Kühlkörper angeordnet.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, dass sich der Kühlkörper auf dem Boden entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses erstreckt, wobei die Pins auf beiden Seiten in Reihen neben dem Kühlkörper verlaufen.
-
Der Kühlkörper kann, wie es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, über den Boden des Grundkörpers hinaus ragen. In diesem Bereich können insbesondere Formschlusselemente, wie Löcher oder Ausnehmungen, zur Befestigung des Gehäuses vorgesehen sein.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, das mit den elektronischen Komponenten bestückte Gehäuse als elektronisches Bauteil zur Oberflächenmontage (SMD, surface mounted device) bereitzustellen.
-
Hierbei werden die Pins unterhalb der Durchführung seitlich abgewinkelt und ragen zur Seite hin über den Grundkörper hinaus.
-
Die Pins sind vom Kühlkörper beabstandet, so dass zwischen Kühlkörper und Pins keine Isolierung erforderlich ist. Dieser Abstand dient auch dazu, auftretende mechanische Spannungen zu kompensieren, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (Leiterplatte, Package) hergerufen werden. Dadurch wird ein Eintrag dieser Spannungen in die Vergussmasse verringert und die Zuverlässigkeit der Abdichtung erhöht. Vorzugsweise beträgt der Abstand der Pins zum Kühlkörper mindestens 0,2 mm.
-
Insbesondere bei einem SMD-Bauteil sollte der Kühlkörper Formschlusselemente zu dessen Montage umfassen.
-
In einer anderen Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes Gehäuse aber auch als Bauteil zur Durchsteckmontage ausgebildet sein. Die Pins sind dabei nicht abgewinkelt, sondern ragen gerade aus dem Boden heraus. Bei einem derartigen Bauteil ist es in der Regel nicht erforderlich, dieses zusätzlich zu den gelöteten Pins auf einer Platine zu befestigen.
-
Gemäß der Erfindung ist der Grundkörper als Tiefziehbauteil ausgebildet.
-
Der Grundkörper besteht aus einem Metall, insbesondere aus Stahl oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung.
-
Vorzugsweise hat der Grundkörper einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 5 und 20 ppm/K, besonders bevorzugt zwischen 11 und 15 ppm/K.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Boden des Grundkörpers im Bereich der Durchführungen für die Pins zur Kontaktierung verdickt ausgebildet.
-
Insbesondere wird ein Boden bereitgestellt, bei welchem um die Verglasung herum der Boden einen Kragen aufweist.
-
Die Wandstärke ist hierdurch im Bereich der Durchführungen gegenüber dem angrenzenden Bereich erhöht, was trotz geringer Wandstärke des als Tiefziehbauteil ausgebildeten Grundkörpers eine hinreichend lange Strecke für die vorzugsweise als Verglasung ausgebildete Durchführung bereitstellt.
-
Die Wandstärke des Grundkörpers beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,7 mm. Im Falle des Vorhandenseins einer Verdickung um die Durchführung herum ist die Wandstärke in diesem Bereich vorzugsweise zumindest 0,1, besonders bevorzugt zumindest 0,2 mm größer.
-
Der Kühlkörper hat vorzugsweise einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Grundkörper. Vorzugsweise besteht der Kühlkörper aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.
-
Nach dem Verbinden der Bauteile, etwa durch Hartlöten und Verglasen der Durchführungen, zieht sich der Kühlkörper aufgrund des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker zusammen und kann hierdurch eine Anisotropie des Drucks des Grundkörpers auf die Verglasung bedingen.
-
Im Betrieb dehnt sich der Kühlkörper aber wieder aus, was wiederum dieser Anisotropie entgegenwirkt, so dass trotz beispielsweise der Materialkombination Stahl/Kupfer eine hohe Temperaturstabilität vorliegt.
-
Der am Grundkörper angebrachte Kühlkörper sollte aber, wie es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, einen Mindestabstand vom Rand der Durchführung aufweisen, um vorstehend beschriebene Anisotropie nicht zu groß werden zu lassen.
-
Es genügt aber ein Abstand des Kühlkörpers vom Rand der Einglasung von mindestens 0,15, vorzugsweise von mindestens 0,2 mm. Insbesondere beträgt der Abstand weniger als 0,7, vorzugsweise weniger als 0,3 mm.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der Boden des Grundkörpers eine Öffnung für den Kühlkörper auf.
-
Das elektronische Bauelement, insbesondere der thermoelektrische Kühler, kann so direkt auf den Kühlkörper montiert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kühlkörper auf der Unterseite des Bodens befestigt. Insbesondere befindet sich das Lot bei dieser Ausführungsform auf der Oberfläche vom Boden des Grundkörpers, was eine hinreichend große Fläche zum Verlöten der Bauteile sicherstellt.
-
Der Kühlkörper kann, insbesondere bei dieser Ausführungsform, auch einen Sockel umfassen, der in die Öffnung des Bodens hineinragt oder der im Gehäuseinneren über den Boden übersteht und so in den Montagebereich hineinragt. Hierdurch kann gegebenenfalls die Länge der Drähte zur Kontaktierung des elektronischen Bauelements reduziert werden.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kühlkörper zumindest zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
-
So ist beispielsweise vorgesehen, den Sockel des Kühlkörpers aus einem Material auszubilden, welches einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten hat als der Rest des Kühlkörpers um so auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermoelektrischen Kühlers angepasst zu sein.
-
Denkbar ist aber auch, wie es bei einer anderen Ausführungsform vorgesehen ist, die Verbindung des Kühlkörpers mit dem Grundkörper an der Seitenwand der Öffnung des Grundkörpers vorzunehmen.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Grundkörper ein Formschlusselement, um in einem Montagewerkzeug nur eine Einsetzrichtung zuzulassen. Der Grundkörper ist mithin beispielsweise asymmetrisch aufgebaut oder kann eine Ausnehmung oder Einbuchtung besitzen, so dass dieser beim Montieren nur in einer Richtung eingesetzt werden kann. Dies erleichtert ebenfalls die Montage.
-
Weiter umfasst zumindest der Grundkörper vorzugsweise eine Beschichtung. Insbesondere ist der Grundkörper vernickelt oder vergoldet.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Grundkörper und/oder ein Deckel, mit welchem der Grundkörper verbunden wird, einen umlaufenden Steg. So können Grundkörper und Deckel auf besonders einfache Weise mittels Widerstandsschweißens verbunden werden. Dabei muss zwischen Grundkörper und Deckel nur ein hinreichend großer elektrischer Strom eingebracht werden. Da im Bereich des Steges die Stromdichte am höchsten ist, wird in diesem Bereich eine Schweißverbindung auf besonders einfache Weise ausgebildet.
-
Alternativ ist auch denkbar, Grundkörper und Deckel mittels Rollnahtschweißen zu verbinden.
-
Das das Gehäuse umfassende Lasermodul ist insbesondere als Lasermodul mit einer Hochleistungslaserdiode mit einer maximalen Ausgangsleistung von mindestens 200 mW, vorzugsweise von mindestens 350 mW, ausgebildet.
-
Es handelt sich insbesondere um 10 Pin Package, in welchem ein Thermistor vorhanden ist, über den mittels des thermoelektrischen Kühlers die Temperatur der Laserdiode regelbar ist.
-
Es versteht sich, dass der Thermistor nicht als separates Bauteil ausgebildet sein muss, sondern beispielsweise auch Teil der Laserdiode oder Teil des thermoelektrischen Kühlers sein kann.
-
Die Laserdiode emittiert mithin vorzugsweise Strahlung einer Wellenlänge von 900 bis 1000 nm.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen 1 bis 33 anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert werden.
-
1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Gehäuses für ein elektronisches Bauelement.
-
3 ist eine Schnittansicht der 1.
-
4 ist eine Detailansicht der 3.
-
5a und 5b zeigen eine Hülse für den Anschluss des Lichtleiters.
-
Bezugnehmend auf 6 bis 8 sollen verschiedene Ausführungsformen eines Kühlelements erläutert werden.
-
9 bis 11 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Gehäuses.
-
12 ist eine perspektivische Ansicht des Grundkörpers eines Ausführungsbeispiels eines Gehäuses.
-
13 ist eine Schnittansicht der 12 und 14 eine Detailansicht.
-
15 und 16 sind perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Grundkörpers.
-
17 und 18 sind ebenfalls perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Grundkörpers.
-
19 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Gehäuses.
-
20 ist eine Schnittansicht der 19.
-
21 und 22 sowie 23 und 24 und 25 sowie 26 und 27 sowie 28 sind jeweils perspektivische Darstellungen und Schnittdarstellungen weiterer Ausführungsformen eines Gehäuses.
-
29 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses mit lediglich 6 Pins.
-
30 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht des Gehäuses gemäß 29.
-
31 ist eine Schnittdarstellung des in 29 gezeigten Gehäuses.
-
32 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines bestückten Gehäuses.
-
33 ist eine Schnittansicht eines Deckels, wie er für alle Ausführungsformen, die dargestellt sind, verwendet werden kann.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht auf die Unterseite 3 ein Gehäuse 1 für ein elektronisches Bauelement, insbesondere für eine Laserdiode.
-
Das Gehäuse 1 umfasst einen wannenförmigen Grundkörper 9, der im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
-
In dieser Ansicht auf der Unterseite 3 des Grundkörpers zu erkennen sind Pins 2, welche aus dem Boden des Grundkörpers 9 herausgeführt sind.
-
Die Pins 2 verlaufen in zwei Reihen.
-
Zwischen den Pins 2 befindet sich ein Kühlkörper 5 aus Kupfer bzw. anderen Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
-
Der Kühlkörper 5 ragt über den Boden des Grundkörpers 9 hinaus und umfasst auf einer Seite ein Loch 6 sowie auf der anderen Seite Ausnehmungen 7, welche als Formschlusselemente zur Befestigung des Gehäuses 1 dienen.
-
2 ist eine perspektivische Ansicht in Richtung der Oberseite 4 des Grundkörpers 9 des Gehäuses 1.
-
Zu sehen ist, dass der wannenförmige Grundkörper 9 in seinem Inneren einen Montagebereich für ein elektronisches Bauelement (nicht dargestellt) bildet.
-
Die Pins 2 haben an ihren Enden Kontakte 10, welche im Innenraum des Gehäuses 1 angeordnet sind.
-
Über die Kontakte 10 werden die in dem Gehäuse vorhandenen elektronischen Bauelemente kontaktiert.
-
Insbesondere kann das Gehäuse 1 jeweils zwei Kontakte für eine Laserdiode, einen thermoelektrischen Kühler sowie für einen Thermistor aufweisen.
-
Weiter zu erkennen ist eine als Loch ausgebildete Durchführung 11, über welche ein Lichtleiter (nicht dargestellt) eingeführt wird, um diesen mit der Laserdiode zu koppeln.
-
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Boden 8 des Grundkörpers 9 eine Öffnung, durch welche der Kühlkörper 5 vom Innenraum her zugänglich ist. Elektronische Bauelemente können somit im Gehäuse direkt auf dem Kühlkörper 5 befestigt werden.
-
3 ist eine Schnittansicht des in 1 und 2 dargestellten Gehäuses in Richtung der Schmalseite des Gehäuses.
-
Zu erkennen ist, dass der Grundkörper 9 Durchführungen 14 aufweist, über welche die Stifte 2 in den Innenraum des Gehäuses geführt sind.
-
Weiter zu erkennen ist, dass der Kühlkörper 5 aus einer Platte 12 und einem Sockel 13 besteht. Mit dem Sockel 13 ist der Kühlkörper mit dem Grundkörper 9 verbunden.
-
4 ist eine Detailansicht des Bereiches A der Durchführung 14.
-
Der Pin 2 ist mittels einer Verglasung 15 in den Boden 8 des Grundkörpers eingebracht.
-
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Pin 2 einen Kontakt 10 mit vergrößertem Durchmesser, auf welchem die Drähte zur Kontaktierung eines elektronischen Bauelementes aufgebracht werden können.
-
Weiter ist in diesem Ausführungsbeispiel zur Erhöhung der Tiefe der Verglasung 15 in die Öffnung des Bodens 8 eine Hülse 16 eingebracht. Diese kann beispielsweise hartverlötet oder angeschweißt sein. So hat die Durchführung eine größere Länge als dies durch den Boden allein realisiert werden kann.
-
5a und 5b ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Hülse 17 wie sie bei allen dargestellten Ausführungsformen zum Anschluss des Lichtleiters verwendet werden kann.
-
Die in 5a dargestellte Hülse 17 ist zum Einrasten in die Durchführung des Grundkörpers ausgebildet.
-
Die in 5b dargestellte Ausführungsform einer Hülse 17 weist einen Flansch auf über welchen die Hülse angeschweißt werden kann.
-
Die Hülse 17 ist also bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als separates Bauteil ausgebildet, welches am Grundkörper angeschweißt oder angelötet wird. Der Grundkörper lässt sich so als Tiefziehbauteil bereitstellen.
-
6 bis 8 zeigen perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsbeispiele eines Kühlkörpers.
-
Der in 6 dargestellte Kühlkörper 5 weist Löcher 6 auf, welche als Formschlusselement zur Befestigung des Gehäuses dienen.
-
Zwischen den Enden des Kühlkörpers 5 weist dieser randseitige, quer zur Haupterstreckungsrichtung verlaufende Ausnehmungen 18 auf. Im Bereich dieser Ausnehmungen 18 können die Pins neben dem Kühlkörper 5 herausgeführt werden.
-
7 zeigt einen einfachen Kühlkörper 5, welcher als Platte ausgebildet ist. Ein derartiger Kühlkörper ist insbesondere in Verbindung mit einem als Durchsteckbauelement ausgebildeten Gehäuse vorgesehen, da dieses in der Regel allein durch die verlöteten Pins befestigt ist.
-
8 zeigt eine Ausführungsform eines Kühlkörpers, bei welchem dieser aus einer Platte 12 und einem aus der Platte 12 hervorragenden Sockel ausgebildet ist. Die Platte hat wiederum Formschlusselemente, insbesondere Löcher zur Montage.
-
Der Sockel 13 kann entweder stirnseitig am Boden des Grundkörpers befestigt werden oder in eine Öffnung des Grundkörpers hineinragen.
-
Weiter kann über den Sockel 13 im montierten Zustand der Abstand des Grundkörpers von der Platine vergrößert werden, um im sich daraus ergebenden Zwischenraum die Pins zur Seite hin wegzuführen.
-
Ein derartiger Kühlkörper 5 mit Sockel 13 wird vorzugsweise als einstückiges Bauteil, insbesondere als Frästeil bereitgestellt. Denkbar ist aber auch, den Kühlkörper 5 zweiteilig auszubilden, etwa durch einen Sockel 17, welcher mit der Platte 12 verlötet ist.
-
Ein Kühlkörper kann sowohl aus gleichen Materialien als auch als hybrides Bauteil aus zwei verschiedenen Werkstoffen denkbar. Dieser Ansatz bietet die Möglichkeit, beispielsweise den Sockel aus einem Material mit niedrigerem, dem thermoelektrischen Kühler angepassten, Wärmeausdehnungskoeffizienten und den Kühlkörper aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit auszubilden.
-
9 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gehäuses 1.
-
Dieses umfasst wiederum einen wannenförmig ausgebildeten Grundkörper 9, an dessen Unterseite ein Kühlkörper 5 angebracht ist. Pins 2 sind zur Seite hin weggeführt, es handelt sich um ein SMD-Bauelement.
-
Im montierten Zustand kann der Grundkörper 9 mittels des Deckels 19 verschlossen werden. Der Deckel 19 wird vorzugsweise angeschweißt.
-
10 ist eine Schnittansicht der 9 entlang der Langseite des Gehäuses.
-
Zu erkennen ist auch hier der als Tiefziehbauteil ausgebildete Grundkörper 9 mit der Durchführung 11 für den Lichtleiter.
-
Weiter ist zu erkennen, dass der Kühlkörper 5 einen Sockel aufweist und dass dieser stirnseitig am Boden 8 des Grundkörpers 9 befestigt ist. Die Verbindung erfolgt mittels Hartlöten, wobei sich bei diesem Ausführungsbeispiel auf einfache Weise eine hinreichend große Fläche der umlaufenden Lotverbindung 24 bereitstellen lässt.
-
11 ist eine Draufsicht auf die Unterseite des Gehäuses 1. Zu erkennen sind die neben dem Kühlkörper 5 austretenden Pins 2, welche zur Seite hin weggeführt sind.
-
Lediglich der Pin 2a verläuft nicht durch eine Durchführung, sondern ist direkt mit dem Grundkörper verbunden, da dieser als Masseanschluss dient.
-
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Grundkörpers 9.
-
Auch dieser Grundkörper 9 ist wannenförmig ausgebildet.
-
Der Grundkörper 9 umfasst an der Seitenwand eine Durchführung 11 für einen Lichtleiter.
-
Weiter umfasst der Boden des Grundkörpers 9 an seiner Unterseite eine rechteckig ausgebildete Öffnung 21, über welche der Kühlkörper des kompletten Gehäuses vom Innenraum her frei liegt.
-
Zu erkennen sind ferner neun Durchführungen 14 für die Pins zum Anschluss der im Gehäuse montierten elektronischen Bauelemente.
-
13 ist eine Schnittansicht des Grundkörpers 9, wie er in 12 dargestellt ist.
-
Zu erkennen sind die Durchführungen 14.
-
14 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereiches B der 13.
-
Zu erkennen ist, dass der Boden des Grundkörpers im Bereich der Durchführung 14 einen Kragen 20 aufweist, mithin im Bereich der Durchführung 14 eine gegenüber dem angrenzenden Bereich vergrößerte Wandstärke aufweist. So ist auch bei einem Tiefziehbauteil mit dünner Wandstärke die in die Durchführung 14 einzubringende Verglasung hinreichend lang.
-
Eine derartige Verdickung des Kragens um die Durchführung 14 herum wird vorzugsweise durch Prägen, z. B. etwa gleichzeitig mit dem Tiefziehen, eingebracht.
-
15 und 16 sind perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Grundkörpers 9.
-
Wie in 15 zu erkennen, weist auch dieser Grundkörper 9 eine Seitenwand mit einer Durchführung für einen Lichtleiter auf.
-
Weiter zu erkennen ist, dass auf einer Seite eine Einbuchtung 22 in die Seitenwand 23 der Schmalseite hineinragt.
-
Über die Einbuchung 22 wird, wie dies besonders in 16 gut zu erkennen ist, auf einfache Weise ein Formschlusselement bereitgestellt, das dafür sorgt, dass der Grundkörper 9 bei der Montage nur in einer Richtung in ein Montagewerkzeug (nicht dargestellt) eingesetzt werden kann.
-
17 und 18 sind perspektivische Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Grundkörpers 9.
-
Wie in 17 zu erkennen ist, ist der Boden 8 im Bereich der Durchführungen 14 für die Pins in diesem Ausführungsbeispiel nicht verdickt ausgebildet.
-
Der Boden weist aber ebenfalls eine Öffnung 21 für den Kühlkörper auf.
-
In 18 ist zu erkennen, dass der Grundkörper 9, wie auch in den anderen zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen, an seiner Oberseite 4 einen Kragen aufweist, auf welchem ein Deckel angebracht werden kann.
-
19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 1 in einer perspektivischen Ansicht.
-
Bei diesem Gehäuse ist auf den Grundkörper 9 ein einfacher plattenförmiger Kühlkörper 5 aufgesetzt.
-
Die Pins 2 sind nicht abgewinkelt, sondern erstrecken sich geradlinig vom Boden ausgehend. Dieses Bauelement ist mithin zur Durchsteckmontage vorgesehen.
-
20 ist eine Schnittansicht der 19.
-
Zu erkennen ist ein Pin 2 zur Kontaktierung eines elektronischen Bauelements, welcher durch eine Durchführung geführt ist sowie ein Pin 2a, welcher als Massekontakt dient.
-
Der Boden 8 umfasst eine Öffnung und der plattenförmige Kühlkörper ist stirnseitig auf den Boden 8 aufgelötet, ohne in den Innenraum des Gehäuses hineinzuragen. Hierdurch wird weiterer Bauraum, etwa bei Montage dickerer Bauelemente, geschaffen.
-
21 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäuses, welches zur SMD-Montage ausgebildet ist.
-
Dazu sind die Pins 2, welche neben dem knochenförmig ausgebildeten Kühlkörper 5 angeordnet sind, zur Seite hin abgewinkelt.
-
22 ist eine Schnittansicht der 21.
-
Zu erkennen ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Boden 8 des Kühlkörpers 9 keine Öffnung für den Kühlkörper 5 aufweist.
-
Die Kühlung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung vielmehr durch Wärmeleitung des Bodens 8 des Grundkörpers hindurch zu dem Kühlkörper 5. Da der Grundkörper vorzugsweise als Tiefziehbauteil mit geringer Wandstärke ausgebildet ist, ist es in vielen Fällen nicht nötig, eine Öffnung in den Boden einzubringen.
-
23 und 24 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Gehäuses.
-
Bei dieser Ausführungsform umfasst der Kühlkörper 5, wie insbesondere in 23 zu erkennen ist, eine Platte 12 sowie einen Fortsatz 13.
-
Wie in der Schnittansicht in 24 zu erkennen ist, ist der Fortsatz 13 in eine Öffnung des Bodens 8 eingesetzt.
-
Die Lötverbindung 24 ist mithin lateral angeordnet.
-
Im Innenraum des Gehäuses 1 schließt bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Kühlkörper 5 bündig mit dem Boden 8 ab.
-
25 zeigt eine perspektivische Ausführungsform eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Gehäuses mit einem Kühlkörper 5.
-
Wie in der Schnittansicht gemäß 26 zu erkennen, sind die Pins 2, 2a neben dem Kühlkörper 5 zur Seite hin weggeführt.
-
Die seitlich wegführenden Pins liegen in etwa auf gleicher Höhe wie der Kühlkörper 5, wohingegen in dem in 23 und 24 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühlkörper derart hoch ist, dass die Unterseite des Kühlkörpers von den Pins beabstandet ist.
-
27 und 28 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Gehäuses 1. Wie in 27 zu erkennen, weist das Gehäuse 1 einen wannenförmigen Grundkörper 9 sowie ein Kühlkörper 5 auf, der von der Unterseite her gesehen der in 21 dargestellten Ausführungsform entspricht.
-
Wie in 28 zu erkennen, umfasst der Kühlkörper 5 einen Sockel 13, der auf die Unterseite des Grundkörpers gelötet ist. Der Boden 8 des Grundkörpers 9 weist eine Öffnung 21 auf, so dass ein elektrisches Bauelement unmittelbar auf den Sockel 13 des Kühlkörpers 5 gesetzt werden kann.
-
Die Lötverbindung 24 befindet sich allerdings auf der Unterseite des Bodens 8 und ist mithin im Unterschied zu der in 26 dargestellten Ausführungsform nicht lateral ausgebildet.
-
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Pins 2 und 2a zur Seite hin weggeführt, es handelt sich um ein SMD-Bauelement.
-
29 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 1, welches über lediglich 6 Pins verfügt.
-
Das Gehäuse umfasst einen Kühlkörper 5.
-
Die Pins 2 sind zur Seite hin abgewinkelt, es handelt sich um ein SMD-Bauelement.
-
30 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der 29.
-
Zu erkennen ist bei diesem Ausführungsbeispiel, dass ein im Wesentlichen runder Fortsatz 13 des Kühlkörpers in den Innenraum des Gehäuses hineinragt.
-
Die Höhe der im Gehäuse montierten Bauelemente kann so der Höhe des Kontakts des durch die Durchführung 14 verlaufenden Pins angepasst werden.
-
In der Schnittansicht gemäß 31 ist zu erkennen, dass der Fortsatz 13 des Kühlkörpers in den Innenraum 25 des Gehäuses hineinragt.
-
Die Lötverbindung 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel lateral ausgebildet.
-
32 zeigt eine Schnittansicht eines bestückten Gehäuses, mithin ein Lasermodul 30.
-
Das Lasermodul 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst abgewinkelte Pins 2 und ist als SMD-Bauteil ausgebildet.
-
Der Kühlkörper 5 ist durch eine Öffnung im Boden des Gehäuses des Grundkörpers 9 eingebracht.
-
So kann ein als Peltier-Element ausgebildeter thermoelektrischer Kühler 26 direkt auf dem Kühlkörper 5 aufgebracht werden.
-
Der thermoelektrische Kühler 26 ist über Drähte 28 mit den Pins 2 verbunden.
-
Auf dem thermoelektrischen Kühler 26 montiert ist eine Hochleistungslaserdiode 27.
-
Es versteht sich, dass auch diese Laserdiode 27 über zu Pins verlaufende Drähte kontaktiert ist, welche in dieser Ansicht aber nicht zu erkennen sind.
-
Weiter umfasst das Lasermodul 30 vorzugsweise noch einen Thermistor, über welchen das thermoelektrische Kühlelement 26 angesteuert wird und so im Betrieb die Temperatur der Laserdiode 27 konstant hält.
-
33 zeigt eine Detailansicht eines Deckels 19, mit welchem das in 32 dargestellte Gehäuse, aber auch die in den anderen Ausführungsbeispielen dargestellten Gehäuse, verschlossen werden können.
-
Der Deckel 19 umfasst einen umlaufenden Steg 29, welcher der Befestigung des Deckels 19 am Grundkörper mittels Widerstandsschweißens dient.
-
Setzt man den Deckel 19 auf den Kragen des Grundkörpers auf, ist beim Widerstandsschweißen die Stromdichte im Bereich des Stegs 29 am höchsten, so dass es hier zu einer Erwärmung kommt, die die Bauteile miteinander verschweißt.
-
Ebenso gut denkbar ist auch, den Steg 29 am Kragen des Grundkörpers anzubringen (nicht dargestellt).
-
Alternativ kann auch ein Deckel ohne Steg verwendet werden. Dieser kann beispielsweise mittels Rollnahtschweißens angebracht werden.
-
Durch die Erfindung konnte ein einfach herstellbares Gehäuse mit hoher Temperaturfestigkeit für Hochleistungsbauelemente, wie Laserdioden, bereitgestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Pin
- 2a
- Pin-Masse
- 3
- Unterseite
- 4
- Oberseite
- 5
- Kühlkörper
- 6
- Loch
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Boden
- 9
- Grundkörper
- 10
- Kontakt
- 11
- Durchführung
- 12
- Platte
- 13
- Sockel
- 14
- Durchführung
- 15
- Verglasung
- 16
- Einsatz
- 17
- Hülse
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Deckel
- 20
- Kragen
- 21
- Öffnung
- 22
- Einbuchtung
- 23
- Seitenwand
- 24
- Lotverbindung
- 25
- Innenraum
- 26
- thermoelektrischer Kühler
- 27
- Laserdiode
- 28
- Draht
- 29
- Steg
- 30
- Lasermodul
