DE102016106366B4 - Linsenkappe für ein TO-Gehäuse - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Linsenkappe für ein TO-Gehäuse, welche einen Innendurchmesser von weniger als 4 mm aufweist. Die Linsenkappe hat ein Metallgehäuse mit einer Wandstärke von weniger als 0,2 mm, so dass um die Linse heraus derart ausgedünnt ist, dass die Wandstärke im Bereich der Ausdünnung zumindest 35% reduziert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Linsenkappe für ein TO-Gehäuse sowie ein mit einer Linsenkappe versehenes TO-Gehäuse. Insbesondere betrifft die Erfindung ein rundes Metallgehäuse nach dem Standard TO 33 oder TO 38 (gemäß JEDEC).
  • TO(Transistor Outline)-Gehäuse sind bekannt. Diese gibt es verschiedenen Ausführungen. Ein derartiges TO-Gehäuse für Hochfrequenzanwendungen mit einer Linsenkappe ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 102 47 315 B4 (Schott AG) bekannt.
  • In derartigen hermetisch verkapselten Gehäusen werden insbesondere Laserdioden und Fotodioden angeordnet. Hierzu umfasst das Gehäuse ein Fenster, welches insbesondere als Linse ausgebildet sein kann.
  • Ein hermetisch verkapseltes Gehäuse ist des Weiteren aus der US 4 940 855 A bekannt.
  • Aus der Praxis bekannt sind insbesondere TO-Gehäuse mit einer eingeschmolzenen Glaslinse. Derartige Gehäuse zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus.
  • Die Linsenkappe besteht dabei in der Regel lediglich aus einem Tiefziehbauteil mit einer Öffnung, in welches die Linse eingeschmolzen ist. Dieses Tiefziehbauteil kann mit dem Sockel des TO-Gehäuses verschweißt oder verlötet werden.
  • Derartige Linsenkappen sind stabil, gasdicht und zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus.
  • Bekannt sind insbesondere aus der Praxis Gehäuse nach der Ausführungsform TO 52. Bei kleineren Gehäusen ist es mit zunehmender Miniaturisierung aber schwierig, einen hinreichend stabilen Verbund zwischen Linse und Gehäuse bereitzustellen, bei welchem nicht die Gefahr besteht, dass die Linse bei mechanischer Beanspruchung des Gehäuses, etwa beim Einbau des TO-Gehäuses oder bei Montage der Linsenkappe, abgesprengt wird.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Linsenkappe bereitzustellen, welche auch bei kleinen TO-Gehäusen mit einem Innendurchmesser von unter 4 mm, eine hinreichende mechanische Stabilität aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Linsenkappe nach Anspruch 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Figuren zu entnehmen.
  • Die Erfindung betrifft eine Linsenkappe für ein TO-Gehäuse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Linsenkappe für ein TO-Gehäuse gemäß TO 33 oder TO 38.
  • Die Linsenkappe hat einen Innendurchmesser von weniger als 4 mm, vorzugsweise von weniger als 3,8 mm. Vorzugsweise ist die Linsenkappe im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet. Im Falle, dass die Linsenkappe nicht kreiszylindrisch ausgebildet ist, wird unter dem Innendurchmesser der kleinste Innendurchmesser der Linsenkappe verstanden.
  • Die Linsenkappe umfasst ein Metallgehäuse.
  • Das Metallgehäuse ist insbesondere als Tiefziehbauteil ausgebildet.
  • Das Metallgehäuse hat eine Wandstärke von weniger als 0,2 mm, bevorzugt weniger als 0,15 mm.
  • Das Metallgehäuse weist an der Oberseite eine Öffnung auf, in welche eine Linse gesetzt ist.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Metallgehäuse mit eingeschmolzener Linse, also bei welchem zum Bereitstellen einer Linse ein Glasrohling auf die Öffnung gesetzt wird, das Bauteil so lange erwärmt wird, bis das Glas weich wird und sich mit dem Metallgehäuse verbindet.
  • Um die Öffnung herum, in welche die Linse gesetzt ist, ist die Gehäusewand ausgedünnt, wobei die Wandstärke im Bereich der so entstandenen Ausdünnung um zumindest 35% reduziert ist.
  • Das Metallgehäuse ist also angrenzend an die Öffnung, in welcher sich die Linse befindet, ausgedünnt, hat mithin eine geringere Wandstärke.
  • Es hat sich herausgestellt, dass durch eine derartige Ausdünnung in überraschend hohem Maße Spannungen zwischen den Bauteilen reduziert werden, was die Gefahr des Heraussprengens der Linse bei mechanischer Belastung erheblich reduziert. Die Spannungen im Glas der Linse und am Übergang Glas/Metall scheinen durch die erfindungsgemäß tiefe Ausdünnung in überraschender Weise erheblich reduziert zu werden, was die Stabilität der Linsenkappe erheblich verbessert.
  • Vorzugsweise ist die Wandstärke im Bereich der Ausdünnung zumindest 40%, besonders bevorzugt um zumindest 45%, reduziert.
  • Vorzugsweise beträgt aber die Wandstärke im Bereich der Ausdünnung mindestens 10%, besonders bevorzugt zumindest 20% der angrenzenden Gehäusewand.
  • Um die Ausdünnung einfach herzustellen, ist diese vorzugsweise als Einprägung, insbesondere als Einprägung eines Tiefziehbauteils ausgebildet. So kann in einem Arbeitsschritt beim Formen des Metallgehäuses gleichzeitig die Einprägung eingebracht werden.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ausdünnung als sich um die Linse erstreckende Nut ausgebildet.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass sich um die Linse eine Nut mit ebenem Boden erstreckt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann der Boden auch einen runden Querschnitt aufweisen.
  • Es hat sich herausgestellt, dass bereits eine Nut mit geringer Breite, insbesondere einer Breite von mindestens 0,02 mm, vorzugsweise von 0,05 mm, ausreichend ist, um Spannungen im Bereich der Linse erheblich zu reduzieren.
  • Aufgrund der Ausdünnung sitzt die Linse auf einem Sockel. Vorzugsweise ist der Rand der Linse maximal 0,2 mm, besonders bevorzugt maximal 0,3 mm, vom Rand des Sockels beabstandet. Ganz besonders bevorzugt fluchtet der Linsenkörper auf der Oberseite der Linsenkappe im Wesentlichen mit dem Sockel.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ausdünnung als sich um die Linse erstreckende Abflachung der Oberseite des Metallgehäuses ausgebildet.
  • Um die Linse herum bzw. um den aufgrund der Ausdünnung vorhandenen Sockel des Metallgehäuses, auf dem die Linse sitzt, erstreckt sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung mithin keine Nut, sondern die gesamte, an den Sockel angrenzende Oberseite des Gehäuses ist gegenüber dem Sockel, und auch gegenüber der Seitenwand des Gehäuses ausgedünnt ausgebildet.
  • Das Metallgehäuse hat vorzugsweise eine Höhe von weniger als 4 mm. Die Linse hat vorzugsweise einen Außendurchmesser von 1–2 mm, ganz bevorzugt von 1,4–1,6 mm, wobei unter dem Außendurchmesser der maximale Durchmesser der Linse verstanden wird.
  • Die Öffnung an der Oberseite des Metallgehäuses hat vorzugsweise einen Durchmesser von 40–60% des Außendurchmessers des Metallgehäuses.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Metallgehäuse aus einem Material, dessen thermischer Längenausdehnungskoeffizient α sich maximal um 1 ppm/K vom thermischen Längenausdehnungskoeffizienten des Materials der Linse unterscheidet.
  • Das Metallgehäuse besteht vorzugsweise aus einer Nickel-Eisen-Legierung, insbesondere aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung. Insbesondere hat das Metallgehäuse einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α, welcher zwischen 4 und 6 ppm/K liegt.
  • Der thermische Längenausdehnungskoeffizient der Linse beträgt ebenfalls vorzugsweise zwischen 4 und 6 ppm/K.
  • Die Linse besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Borosilikatglas, insbesondere aus einem Borosilikatglas mit einer Glasübergangstemperatur TG von weniger als 600°C, vorzugsweise von weniger als 550°C, ganz bevorzugt von weniger als 500°C. So werden die herstellungsbedingten Spannungen geringgehalten.
  • Die Linse ist vorteilhaft so ausgebildet, dass sie im Querschnitt parallel zur Hauptrichtung der durch die Linse geleiteten elektromagnetischen Strahlung eine gestufte Form aufweist.
  • Besonders vorteilhaft sind zwei Linsenabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern, gemessen senkrecht zur Hauptrichtung der durch die Linse geleiteten elektromagnetischen Strahlung. An dem Übergang zwischen den beiden Linsenbereichen mit unterschiedlichem Durchmesser befindet sich besonders vorteilhaft ein zylindrischer Bereich, der als Linsenstiel bezeichnet wird.
  • An den Linsenstiel schließt sich in Richtung des Bereichs der Linse mit dem größeren Durchmesser ein Auflagebereich an, dessen Oberfläche vorteilhaft senkrecht zur Mantelfläche des zylindrischen Bereichs des Linsenstiels angeordnet ist.
  • Der äußere Rand der Auflagefläche, der zur Linsenoberfläche des Linsenbereichs mit dem größeren Durchmesser übergeht, wird als Linsenecke bezeichnet. Üblicherweise wird der Auflagefläche. Diese Auflagefläche endet an der Linsenecke. Die Linsenecke kann direkt an die Ausdünnung anschließen oder einen Abstand zur Ausdünnung aufweisen. Jedenfalls ist die Wandstärke des Metallgehäuses im Bereich der Ausdünnung geringer als im Bereich der Auflagefläche der Linse und/oder als die Wandstärke entlang der Öffnung. Der kritischste Bereich der Spannungen im Glas der Linse kann insbesondere die Linsenecke sein, die bei zu hohen Spannungen beschädigt werden kann. Der Linsenstiel ist in der Öffnung des Metallgehäuses angeordnet. Seine Länge entspricht vorteilhaft der Dicke des Metallgehäuses im Bereich der Öffnung, mithin der Länge der Öffnung. Die Auflagefläche der Linse liegt vorteilhaft auf der Oberfläche des Metallgehäuses im Bereich rund um die Öffnung und somit auf dem zuvor beschriebenen Sockel auf und bildet somit vorteilhaft eine ringförmige Fläche.
  • Ein ebenso kritischer Bereich ist der Linsenstiel. Initiale Schädigungen der Linsenecke und/oder des Linsenstiels können sich auch zu Beschädigungen der gesamten Linse auswachsen. Beschädigungen der Linse können zu einem Ausfall des gesamten Bauteils führen.
  • Die mechanische Spannung im Bereich der Linsenecke und/oder des Linsenstiels ist bei einer erfindungsgemäßen Linsenkappe mit Ausdünnung gegenüber einer Linsenkappe ohne Ausdünnung um mindestens 30% bis 50% reduziert.
  • Die Linse ist entsprechend vorzugsweise als Linse mit einem Linsenstiel ausgebildet, welcher in die Öffnung des Metallgehäuses hineinragt. So ist auch an den Seitenwänden der Öffnung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Glas und Metall vorhanden.
  • Der Sockel, auf dem die Linse sitzt, hat vorzugsweise eine Höhe von mindestens 0,03 mm, besonders bevorzugt von mindestens 0,04 mm. Es versteht sich, dass die Höhe des Sockels der Tiefe der Ausdünnung entspricht.
  • Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen 1 bis 4 näher erläutert werden.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Linsenkappe.
  • 2 ist eine axiale Schnittansicht der 1.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Linsenkappe.
  • 4 ist wiederum eine Schnittansicht der 3.
  • In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist in 1 eine Linsenkappe 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
  • Die Linsenkappe 1 ist topfförmig ausgebildet und umfasst ein im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildetes Metallgehäuse 2 mit einer Oberseite 8, die eine zentral angeordnete Linse 5 umfasst.
  • An der Unterseite weist das Metallgehäuse 2 einen Kragen 4 auf, mit welchem dieses an dem Sockel eines TO-Gehäuses (nicht dargestellt) befestigt werden kann.
  • Das Metallgehäuse 2 hat einen Innendurchmesser sowie eine Höhe von unter 4 mm. Das Verhältnis von Höhe zu Breite des Gehäuses liegt vorzugsweise zwischen 7:3 und 3:7.
  • Die Wandstärke des Metallgehäuses 2 beträgt weniger als 0,2 mm, bevorzugt weniger als 0,15 mm.
  • Bereits in dieser Ansicht ist zu erkennen, dass um die Linse 5 herum eine ringförmig und als Nut ausgebildete Ausdünnung 3 vorhanden ist, mit welcher Spannungen im Bereich der Linse 5, insbesondere im Bereich der Linsenecke 11, reduziert werden.
  • 2 ist eine Schnittansicht der 1.
  • Zu erkennen ist, dass das Metallgehäuse 2 im Bereich der Ausdünnung 3 in seiner Dicke reduziert ist.
  • Die Linse 5 sitzt so auf einem Sockel 6, an welchen unmittelbar die Ausdünnung 3 angrenzt. Sockel 6 und Linse 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die Linsenecke 11 unmittelbar an die Ausdünnung 3 angrenzt.
  • Die Linse 5 ist in die Öffnung 10 eingeschmolzen und umfasst einen Linsenstiel 7, der in die Öffnung 10 des Metallgehäuses 2 hineinragt. An den Linsenstiel 7 schließt sich ein Bereich 12 mit größerem Durchmesser sowie ein Bereich 13 mit kleinerem Durchmesser an, der im Inneren der Linsenkappe angeordnet ist.
  • Die Breite b des Sockels 6 beträgt vorzugsweise mindestens 0,1, besonders bevorzugt mindestens 0,15 mm.
  • An der Ecke 9 ist das Metallgehäuse 2 vorzugsweise abgerundet.
  • Es hat sich dabei herausgestellt, dass bereits durch eine recht schmale Ausdünnung 3 die mechanische Stabilität der Linsenkappe 1 erheblich erhöht werden kann.
  • Entscheidend für die mechanische Stabilität der erfindungsgemäßen Linsenkappe 1 ist die Tiefe der Ausdünnung 3. So sollte die Wandstärke im Bereich der Ausdünnung um zumindest 35%, vorzugsweise zumindest 40%, gegenüber der angrenzenden Wand des Sockels 6 und/oder des angrenzenden, nicht ausgedünnten Bereichs des Metallgehäuses 2 reduziert sein.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher im Unterschied zu der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform die gesamte Oberseite 8 des Metallgehäuses um die Linse 5 herum ausgedünnt ist.
  • 4 ist eine Schnittansicht der 3.
  • Zu erkennen ist, dass auch bei dieser Ausführungsform die Linse 5 auf einem Sockel 6 sitzt.
  • Die Linse 5 beziehungsweise das Oberteil der Linse sitzt so auf einem kreisrunden Sockel 6, um welchen herum das Material des Metallgehäuses 2 eine Ausdünnung 3 aufweist und in dieser Ausführungsform bis zum Rand 9 ausgedünnt ist.
  • Auch bei diesem Gehäuse beträgt der Durchmesser di sowie die Höhe h unter 4 mm.
  • Der Außendurchmesser dA ist definiert als Außendurchmesser des Metallgehäuses 2 oberhalb des Kragens 4, mit welchem das Metallgehäuse 2 auf dem Sockel eines TO-Gehäuses befestigt wird.
  • Durch die Erfindung können auch kleine Linsenkappen mit guter mechanischer Stabilität bereitgestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Linsenkappe
    2
    Metallgehäuse
    3
    Ausdünnung
    4
    Kragen
    5
    Linse
    6
    Sockel
    7
    Linsenstiel
    8
    Oberseite
    9
    Ecke
    10
    Öffnung
    11
    Linsenecke
    12
    Bereich mit größerem Durchmesser
    13
    Bereich mit kleinerem Durchmesser

Claims (10)

  1. Linsenkappe (1) für ein TO-Gehäuse, insbesondere ein TO 33 Gehäuse, wobei die Linsenkappe (1) einen Innendurchmesser von weniger als 4 mm aufweist, wobei die Linsenkappe (1) ein Metallgehäuse (2) umfasst, wobei das Metallgehäuse (2) der Linsenkappe (1) eine Wandstärke von weniger als 0,2 mm aufweist, und wobei das Metallgehäuse (2) an der Oberseite (8) eine Öffnung (10) aufweist, in welche eine Linse (5) gesetzt ist, wobei um die Öffnung (10) herum die Gehäusewand ausgedünnt ist, wobei die Wandstärke im Bereich der Ausdünnung (3) um zumindest 35% reduziert ist.
  2. Linsenkappe (1) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke im Bereich der Ausdünnung (3) um zumindest 40% reduziert ist.
  3. Linsenkappe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdünnung (3) als Einprägung ausgebildet ist.
  4. Linsenkappe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdünnung (3) als sich um die Linse (5) erstreckende Nut ausgebildet ist.
  5. Linsenkappe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdünnung (3) als sich um die Linse (5) erstreckende Abflachung der Oberseite (8) des Metallgehäuses (2) ausgebildet ist.
  6. Linsenkappe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (5) einen Außendurchmesser von 1 bis 2 mm aufweist.
  7. Linsenkappe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (2) aus einem Material besteht, dessen thermischer Längenausdehnungskoeffizient α sich maximal um 1 ppm/K vom thermischen Längenausdehnungskoeffizienten des Materials der Linse (5) unterscheidet.
  8. Linsenkappe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (5) auf das Metallgehäuse (1) aufgeschmolzen ist, und/oder dass die Linse (5) aus Borosilikatglas besteht, und/oder dass das Metallgehäuse (2) aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht, und/oder dass das Metallgehäuse (2) eine Wandstärke von weniger als 0,15 mm aufweist, und/oder dass die Öffnung (10) einen Durchmesser von 40–60% des Außendurchmessers des Metallgehäuses aufweist.
  9. Linsenkappe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (2) einen Kragen (4) zur Befestigung an einem Sockel für ein TO-Gehäuse aufweist und die Linse (5) einen Linsenstiel (7) umfasst, der in der Öffnung (10) sitzt.
  10. TO-Gehäuse, umfassend einen Sockel mit einer Linsenkappe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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