DE102018211294A1

DE102018211294A1 - Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018211294A1
Application number: DE102018211294.0A
Authority: DE
Inventors: Masahito Morita; Kenji Suzuki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2019-01-10
Also published as: US10177528B1; CN109244041A; US20190013641A1

Abstract

Eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung umfasst ein Substrat, einen auf dem Substrat gehaltenen Leiterstift und ein Isolierelement mit einer zugewandten vorderen Oberfläche, die der vorderen Oberfläche des Substrats zugewandt ist, und einer zugewandten hinteren Oberfläche. Das Substrat weist ein erstes Durchgangsloch und die Keramikplatte weist ein zweites Durchgangsloch auf. Der Leiterstift hat einen Schaftabschnitt, der die ersten und zweiten Durchgangslöcher durchdringt, einen Kopfabschnitt, der an einem Ende des Schaftabschnitts vorgesehen ist, und einen Kragenabschnitt, der sich von dem Schaftabschnitt in der radialen Richtung erstreckt. Der Leiterstift ist über den Kragenabschnitt an einem Bereich der zugewandten hinteren Oberfläche der Keramikplatte um eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs herum befestigt, und die Keramikplatte ist an einem Bereich der vorderen Oberfläche des Substrats um eine Öffnung des ersten Durchgangslochs herum befestigt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-134275 , die am 10. Juli 2017 eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-105808 , die am 1. Juni 2018 eingereicht wurde, deren Offenbarung wird hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung (nachstehend auch als ein „Montageeinheit für eine lichtemittierende Vorrichtung “ bezeichnet), die zum Montieren einer Licht emittierenden Vorrichtung wie etwa einer Laserdiode verwendet wird.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Eine Einheit für optische Kommunikation, die zum Beispiel in Patentdokument 1 offenbart ist, umfasst eine Basisplatte, die aus Metall gebildet ist; ein Rahmen, der mit einer vorderen Oberfläche der Basisplatte verbunden ist, und der aus Metall gebildet ist und eine viereckige Form in der Draufsicht hat; einen Haltereinsetzabschnitt, der in einer Seitenwand des Rahmens ausgebildet ist und der von einem Halter durchdrungen wird, der an einem Ende einer optischen Faser angebracht ist; ein Paar Keramiksubstrate, die in jeweiligen Seitenwänden angeordnet sind, die benachbart zu der einen Seitenwand angeordnet sind und einander zugewandt sind und die einzeln die jeweiligen Seitenwände durchdringen; eine Vielzahl von Leiterabschnitten, die aus Wolfram oder Molybdän gebildet sind und sich zwischen den inneren und äußeren Seiten des Rahmens erstrecken, während sie die jeweiligen Keramiksubstrate durchdringen; und eine Vielzahl von Leitungen, die einzeln mit den äußeren Enden der Mehrzahl von Leiterabschnitten verbunden sind.
In dem Fall der Einheit für die optische Kommunikation wird elektrischer Strom durch die Leiterabschnitte zu einer lichtemittierenden Vorrichtung geliefert. Da der elektrische Widerstand der aus Wolfram oder dergleichen gebildeten Leiterabschnitte hoch ist, kann die der lichtemittierenden Vorrichtung zugeführte elektrische Leistung nicht ausreichend erhöht werden.
Da, des Weiteren die Keramiksubstrate mit den Leiterabschnitten in viereckige Durchgangslöcher eingeführt werden, die in den Seitenwänden des Rahmens ausgebildet sind und daran befestigt sind, tritt, wenn die Unterschiede zwischen den inneren Abmessungen der Durchgangslöcher und den äußeren Abmessungen der Keramiksubstrate nicht streng kontrolliert werden, um in entsprechende Dimensionstoleranzen zu fallen, ein Problem auf. Insbesondere wird das Einsetzen der Keramiksubstrate in die Durchgangslöcher schwierig, oder es werden übermäßig große Spalte zwischen den Keramiksubstraten und den Wandoberflächen der Durchgangslöcher gebildet, was dazu führt, dass die Gasdichtheit des Innenraums der Einheit nicht beibehalten wird.
Unterdessen wurde zum Beispiel in Patentdokument 2 eine hermetische Einheitsstruktur eines Halbleiterlaserpumpenmoduls vorgeschlagen. Bei der hermetischen Einheitsstruktur wird eine Mehrzahl von Relaisanschlüssen, die in einer horizontalen Lage gehalten werden, veranlasst einzeln eine Mehrzahl von Durchgangslöchern zu durchdringen, die in einem Paar von einander zugewandten Seitenwänden eines rechteckigen, parallelepipedförmigen, kastenförmigen Gehäuses aus Metall ausgebildet sind, und jeder der Spalte zwischen den Relaisanschlüssen und den Wandflächen der Durchgangslöcher ist durch Glaslot oder dergleichen abgedichtet.
Die oben beschriebene hermetische Einheitsstruktur weist jedoch ein Problem dahingehend auf, dass für jedes der Durchgangslöcher, die in den Seitenwänden der kastenförmigen Einheit ausgebildet sind, ein problematischer Schritt durchgeführt werden muss, um das Glaslot um die eingefügten Relaisanschluss einzufügen, sowie ein Problem der Schwierigkeit, die Gasdichtheit stabil aufrechtzuerhalten.
DOKUMENTE DER VERWANDTEN TECHNIK
Patentdokument 1 ist die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. H11-126840 (Seiten 1 bis 5 und 1 bis 5).
Patentdokument 2 ist die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. H04-84475 (Seiten 1 bis 5 und 1 bis 8).
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Montageeinheit für eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die die Probleme der oben erwähnten herkömmlichen Techniken lösen kann; speziell, um eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung bereitzustellen, die leicht die Menge an elektrischer Energie erhöhen kann, die an eine lichtemittierende Vorrichtung geliefert wird, die zu einem späteren Zeitpunkt in der Einheit angebracht wird und die Gasdichtheit des Raums innerhalb der Einheit/ des Gehäuses zuverlässig aufrechterhalten kann.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wurde die vorliegende Erfindung auf der Grundlage eines Gedankens der Verwendung einer Struktur erreicht, bei der sich ein Leiterstift durch ein erstes Durchgangsloch erstreckt, das ein Substrat durchdringt, das einen Gehäusehauptkörper bildet und ein Isolierelement, das den Leiterstift hält und ihn von außen elektrisch isoliert, ist mit einem Bereich des Substrats um eine Öffnung des ersten Durchgangslochs herum verbunden.
Namentlich, eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, umfassend ein Substrat, das eine vordere Oberfläche und eine hinteren Oberfläche aufweist, die in entgegengesetzten Richtungen weisen, und einen Montageabschnitt für eine lichtemittierenden Vorrichtung, die an der vordere Oberflächenseite vorgesehen ist; einen Leiterstift, der von dem Substrat getragen wird; ein Isolierelement, das eine zugewandte vordere Oberfläche und eine zugewandte hintere Oberfläche aufweist, wobei die zugewandte vordere Oberfläche der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche des Substrats zugewandt ist und die zugewandte hintere Oberfläche in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung weist, in der die zugewandte vordere Oberfläche liegt, wobei das Substrat ein erstes Durchgangsloch aufweist, das sich zwischen der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche erstreckt und durch welches sich der Leiterstift erstreckt; das Isolierelement ein zweites Durchgangsloch aufweist, das sich zwischen der gegenüberliegenden vorderen Oberfläche und der gegenüberliegenden hinteren Oberfläche erstreckt; der Leiterstift einen Schaftabschnitt aufweist, der das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch durchdringt, einen Kragenabschnitt, der sich von dem Schaftabschnitt in einer radialen Richtung erstreckt, und einen Kopfabschnitt, der an einem axialen Ende des Schaftabschnitts vorgesehen ist; der Kragenabschnitt des Führungsstifts einen Durchmesser aufweist, der größer als ein Durchmesser des Schaftabschnitts ist, und der Kopfabschnitt des Führungsstifts einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Schaftabschnitts; der Leiterstift über den Kragenabschnitt an einem Bereich der zugewandten hinteren Oberfläche des Isolierelements um eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs herum befestigt ist; und das Isolierelement an einem Bereich der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche des Substrats um eine Öffnung des ersten Durchgangslochs befestigt ist. Mit anderen Worten umfasst das Gehäuse/ die Einheit: ein Substrat mit einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche, die der vorderen Oberfläche gegenüberliegt, wobei das Substrat ein erstes Durchgangsloch definiert, das sich zwischen der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche erstreckt, und das Substrat weist einen Montageabschnitt für eine lichtemittierende Vorrichtung an einer vorderen Oberflächenseite des Substrats auf. Die Einheit enthält ferner ein Isolierelement, das eine zugewandte vordere Oberfläche aufweist, die der vorderen Oberfläche des Substrats gegenüberliegt, und eine zugewandte hintere Oberfläche aufweist, die in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung weist, in der die vordere Oberfläche weist, das Isolierelement ist an einem Bereich der vorderen Oberfläche des Substrats oder an einem Bereich der hinteren Oberfläche des Substrats um eine Öffnung des ersten Durchgangslochs herum befestigt, wobei das Isolierelement ein zweites Durchgangsloch definiert, das sich zwischen der zugewandten vorderen Oberfläche und der zugewandten hinteren Oberfläche erstreckt. Die Einheit enthält ferner einen von dem Substrat getragenen Leiterstift, wobei der Leiterstift einen Schaftabschnitt, der das erste Durchgangsloch des Substrats durchdringt, und das zweite Durchgangsloch des Isolierelements durchdringt, einen Kragenabschnitt, der sich von dem Schaftabschnitt in radialer Richtung erstreckt und einen Kopfabschnitt aufweist, der an einem axialen Ende des Schaftabschnittes vorgesehen ist. Der Führungsstift ist über den Kragenabschnitt an einem Bereich der zugewandten hinteren Oberfläche des Isolierelements um eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs befestigt. Der Kragenabschnitt des Führungsstifts weist einen Durchmesser auf, der größer als ein Durchmesser des Schaftabschnitts ist, und der Kopfabschnitt des Führungsstifts weist einen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser des Schaftabschnitts ist.
Die Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung erreicht die folgenden vorteilhaften Wirkungen (1) bis (3).

(1) Da der Leiterstift das erste Durchgangsloch, das in dem Substrat vorgesehen ist, und das zweite Durchgangsloch, das in dem Isolierelement vorgesehen ist, nacheinander durchdringt, kann der Leiterstift über einen Verbindungsdraht oder dergleichen elektrisch mit der lichtemittierenden Vorrichtung verbunden sein, die später auf dem Montageabschnitt auf der vorderen Oberflächenseite des Substrats montiert wird. Dementsprechend ist es möglich, eine ausreichende Strommenge zuzuführen, die einer erhöhten Menge an elektrischer Energie entspricht, die der lichtemittierenden Vorrichtung zugeführt werden muss.
(2) Der Leiterstift ist über den sich in seiner radialen Richtung erstreckenden Kragenabschnitt an einem Bereich des Isolierelements um die Öffnung des zweiten Durchgangslochs auf der zugewandten hinteren Oberflächenseite befestigt, und das Isolierelement ist an einem Bereich des Substrats um das erste Durchgangsloch herum befestigt. Daher wird der Leiterstift über zwei Verbindungsgrenzflächen (flache Oberflächen) vom Substrat getragen; die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Kragenabschnitt und der zugewandten hinteren Oberfläche des Isolierelements und die Verbindungsgrenzfläche zwischen der gegenüberliegenden vorderen Oberfläche des Isolierelements und der vorderen Oberfläche oder hinteren Oberfläche des Substrats. Dementsprechend kann die Gasdichtheit des Raums innerhalb der Einheit zuverlässig und ohne weiteres beibehalten werden, ohne eine strenge Maßtoleranzsteuerung durchzuführen, die herkömmlicherweise durchgeführt wurde.
(3) Da der Durchmesser des Kopfabschnitts des Leiterstifts größer als der Durchmesser des Schaftabschnitts ist, kann, wenn eine elektrische Verbindung mit der lichtemittierenden Vorrichtung, die später an dem Montageabschnitt angebracht wird, mit einem Bonddraht oder dergleichen hergestellt wird, kann der Verbindungsbereich für den Bonddraht ausreichend groß gemacht werden, wodurch ein leichtes und zuverlässiges Verbinden ermöglicht wird.

Insbesondere kann das Substrat einen Rahmen aufweisen, der später beschrieben wird. Das Substrat und der Rahmen können miteinander verbunden sein (mittels Hartlöten, Schweißen oder dergleichen). Alternativ können das Substrat und der Rahmen integral als ein einzelnes Element ausgebildet sein, das einen Abschnitt aufweist, der dem Substrat entspricht, und einen Abschnitt, der dem Rahmen entspricht. Ein solches Element kann aus einer flachen Metallplatte mittels plastischer Bearbeitung, wie Pressen oder Ziehen, hergestellt werden. Alternativ kann ein kastenförmiger Rahmen mit einer integral damit ausgebildeten Deckenwand separat von dem Substrat hergestellt und nach dem Anbringen der Licht emittierenden Vorrichtung mit dem Substrat verbunden werden.
Beispiele der lichtemittierenden Vorrichtung umfassen eine Laserdiode (LD) und eine lichtemittierende Diode (LED).
Der Montageabschnitt für die lichtemittierende Vorrichtung kann ein beliebiger Bereich der vorderen Oberfläche des Substrats sein, der von einer inneren Wandoberfläche des Rahmens umgeben wird oder ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Hauptkörpers eines Radiators, der später beschrieben wird.
Sowohl das Substrat als auch der Leiterstift und der Rahmen, die später beschrieben werden, sind aus einem Metall, wie zum Beispiel Kovar (Fe-29%Ni-17%Co), einer sogenannten 42-Legierung (Fe-42%Ni) oder einer sogenannten 194-Legierung (Cu-2,3%Fe-0,03%P) hergestellt.
Ein Nickelfilm mit einer vorbestimmten Dicke und ein Goldfilm mit einer vorbestimmten Dicke werden nacheinander in dieser Reihenfolge auf jeder der Oberflächen des Substrats, des Leiterstifts und des später zu beschreibenden Rahmens sowie einer noch beschriebenen Abdeckplatte ausgebildet.
Das erste Durchgangsloch ist eines aus einer Vielzahl von ersten Durchgangslöchern, die sich zwischen den vorderen Oberflächen und hinteren Oberflächen des Substrats parallel zueinander erstrecken. Jedes der ersten Durchgangslöcher kann einen kreisförmigen oder viereckigen (quadratischen oder rechteckigen) Querschnitt haben. Alternativ kann das erste Durchgangsloch ein einzelnes erstes Durchgangsloch sein, das einen elliptischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist, der kleiner als die äußere Form des Isolierelements ist und in das eine Vielzahl von Leitungsstiften eindringen kann.
Das Isolierelement kann ein Keramikelement, ein Harzelement oder ein Glaselement sein.
Die vorliegende Erfindung umfasst nämlich eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, bei der das Isolierelement ein Keramikelement ist.
In dem Fall, in dem das Isolierelement ein Keramikelement ist, ist das keramische Element beispielsweise aus einer bei hoher Temperatur gebrannten Keramik wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Mullit oder einer bei niedriger Temperatur gebrannten Keramik wie GlasKeramik gebildet.
Eine metallisierte Schicht, die der oben beschriebenen metallisierten Schicht ähnlich ist, ist auf der zugewandten hinteren Oberfläche des keramischen Elements ausgebildet, so dass die metallisierte Schicht eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs umgibt und von der Öffnung beabstandet ist.
Das zweite Durchgangsloch ist eines von mehreren zweiten Durchgangslöchern, die in dem Keramikelement derart ausgebildet sind, dass sich die mehreren zweiten Durchgangslöcher gerade und parallel zueinander erstrecken. Jedes der zweiten Durchgangslöcher hat einen kreisförmigen oder viereckigen Querschnitt und die Öffnung jedes zweiten Durchgangslochs ist von der metallisierten Schicht beabstandet.
Der Leiterstift ist über den Kragenabschnitt, der sich in seiner radialen Richtung erstreckt, an einem Bereich des Keramikelements um die Öffnung des zweiten Durchgangslochs auf der zugewandten hinteren Oberflächenseite herum befestigt, und das Keramikelement über die metallisierte Schicht an einem Bereich des Substrats um das erste Durchgangsloch des Substrats herum befestigt. Daher wird der Leiterstift über zwei Verbindungsgrenzflächen (flache Oberflächen) mit dem Substrat verbunden; nämlich, die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Kragenabschnitt und der zugewandten hinteren Oberfläche des Keramikelements und die Verbindungsgrenzfläche zwischen der zugewandten vorderen Oberfläche des Keramikelements und der vorderen Oberfläche oder hinteren Oberfläche des Substrats. Dementsprechend kann die Gasdichtheit des Raums innerhalb der Einheit zuverlässig und ohne weiteres beibehalten werden, ohne eine strenge Maßtoleranzsteuerung durchzuführen, die herkömmlicherweise durchgeführt wurde.
In dem Fall, in dem das Isolierelement ein Harzelement oder ein Glaselement ist, wird beispielsweise ein Harz auf Polyimidbasis oder Epoxidharzbasis, Borsilikatglas, Quarzglas oder dergleichen verwendet.
Der Leiterstift ist über den Kragenabschnitt, der sich in seiner radialen Richtung erstreckt, an einem Bereich des Harzelements oder des Glaselements um die Öffnung des zweiten Durchgangslochs auf der zugewandten hinteren Oberflächenseite befestigt, und das Harzelement oder das Glaselement ist über einen Klebstoff an einem Bereich des Substrats um das erste Durchgangsloch des Substrats herum befestigt. Daher wird der Leiterstift über zwei Verbindungsgrenzflächen (flache Oberflächen) mit dem Substrat verbunden; nämlich die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Kragenabschnitt und der zugewandten hinteren Oberfläche des Harzelements oder des Glaselements und die Verbindungsgrenzfläche zwischen der zugewandten vorderen Oberfläche des Harzelements oder des Glaselements und der vorderen Oberfläche oder hinteren Oberfläche des Substrats. Dementsprechend kann auch in diesem Fall die Gasdichtigkeit des Raums innerhalb der Einheit zuverlässig und ohne weiteres aufrechterhalten werden, ohne eine strenge Maßtoleranzsteuerung durchzuführen, die herkömmlicherweise durchgeführt wurde. Insbesondere kann der oben erwähnte Klebstoff ein Klebstoff auf Harzbasis oder ein Klebstoff auf Glasbasis sein.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, bei der das Keramikelement über eine metallisierte Schicht, die auf der zugewandten vorderen Oberfläche des Keramikelements ausgebildet ist, derart an dem Substrat befestigt ist, dass die Metallschicht eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs des Keramikelements umgibt und von der Öffnung beabstandet ist, und eine Lötmaterialschicht, die auf und entlang der metallisierten Schicht angeordnet ist.
In diesem Fall ist das Keramikelement über die metallisierte Schicht und die Lötmaterialschicht fest mit dem Substrat verbunden. Zusätzlich zu dem oben beschriebenen vorteilhaften Effekt (2) kann der folgende vorteilhafte Effekt (4) erhalten werden.

(4) Die metallisierte Schicht, die auf der gegenüberliegenden vorderen Oberfläche des Keramikelements ausgebildet ist, ist von der Öffnung des zweiten Durchgangslochs beabstandet, die zu der gegenüberliegenden vorderen Oberfläche offen ist. Wenn das keramische Element an dem Bereich der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche des Substrats um das erste Durchgangsloch befestigt wird, treten daher Schwierigkeiten, wie die Bildung eines Kurzschlusses, weniger wahrscheinlich auf. Solche Probleme würden ansonsten auftreten, wenn die Lötmaterialschicht, die auf und entlang der metallisierten Schicht angeordnet ist, zufällig in Kontakt mit dem Leiterstift kommt.

Insbesondere ist die metallisierte Schicht aus Wolfram (im Folgenden einfach als W bezeichnet), Molybdän (im Folgenden einfach als Mo bezeichnet) oder dergleichen gebildet.
Ein Beispiel für das Material, das zur Bildung der Hartlötmaterialschicht verwendet wird, ist Silberhartlot (z. B. Ag-Cu-Legierung).
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, in der der Montageabschnitt für die lichtemittierende Vorrichtung von dem Substrat getrennt ist und ein Abschnitt eines Radiators ist, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Substrat (d.h. der Radiator hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als eine Wärmeleitfähigkeit des Substrates); und das Substrat weist (definiert) ein drittes Durchgangsloch auf, das sich zwischen der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche erstreckt und in das der Radiator fest eingesetzt ist.
In diesem Fall hat der Radiator mit dem Montageabschnitt für die lichtemittierende Vorrichtung eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Substrat und ist fest in das dritte Durchgangsloch eingesetzt. Daher kann die von der lichtemittierenden Vorrichtung, die zu einem späteren Zeitpunkt auf dem Montageabschnitt angebracht ist, erzeugte Wärme effektiv durch den Radiator zur Außenseite des Gehäuses abgestrahlt werden (im Folgenden wird dieser Effekt als der vorteilhafte Effekt (5) bezeichnet).
Insbesondere ist der Radiator beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen gebildet.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, bei der das dritte Durchgangsloch eine rechteckige Form, eine quadratische Form oder eine kreisförmige Form in der Draufsicht aufweist; und der Radiator eine rechteckige Parallelepipedform, eine kubische Form oder eine kreisförmige Säulenform aufweist und einen Flansch aufweist (einschließt), der sich entlang eines Umfangs einer Bodenfläche des Radiators erstreckt und der mit einem Bereich der hinteren Oberfläche des Substrats um eine Öffnung des dritten Durchgangslochs verbunden werden kann.
In diesem Fall ist der Flansch des Radiators, der integral entlang des Umfangs der Bodenfläche des Hauptkörpers hiervon ausgebildet ist, über ein Hartlötmaterial oder dergleichen mit einem Bereich der hinteren Oberfläche des Substrats um die Öffnung des dritten Durchgangslochs verbunden. Daher können die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte (2) und (5) ohne Fehler erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, bei der der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und dem Keramikelement 5 ppm (K^-1) oder weniger beträgt.
In diesem Fall, da der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramikelement und dem Substrat relativ klein ist; d.h. gleich oder kleiner als 5 ppm (K^-1), ist die thermische Belastung, die auf die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Keramikelement und dem Substrat wirkt, reduziert. Daher kann der oben beschriebene vorteilhafte Effekt (2) zuverlässiger erreicht werden.
Figurenliste
Veranschaulichende Aspekte der Erfindung werden im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen zeigt:

1 eine obere perspektivische Ansicht einer Einheit/eines Gehäuses zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 eine untere perspektivische Ansicht der einer Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 (A) eine perspektivische Ansicht, die eine zugewandte hinteren Oberflächenseite einer in der Einheit verwendeten Keramikplatte, und 3 (B) eine perspektivische Ansicht, die eine zugewandte vorderen Oberflächenseite der in der Einheit verwendeten Keramikplatte.
4 eine perspektivische Ansicht eines Radiators/ Kühlers, der in der Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung verwendet wird.
5 eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie X-X in 1.
6 eine vertikale Schnittansicht, die der 5 entspricht und eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 (A) eine perspektivische Ansicht, die einer zugewandte hinteren Oberflächenseite einer Keramikplatte gemäß einer dritten Ausführungsform, und 7 (B) eine perspektivische Ansicht, die eine zugewandte vorderen Oberflächenseite der Keramikplatte gemäß der dritten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
1 und 2 sind obere und untere perspektivische Ansichten einer Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält die Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a einen Gehäusehauptkörper 2, der insgesamt eine kastenartige Form aufweist, ein Paar Keramikplatten (Keramikelemente, Isolierelemente) 12, die innerhalb des Gehäusehauptkörpers 2 angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Leiterstiften 30, die nacheinander die Keramikplatten 12 und ein Substrat 3 des Hauptkörpers 2 durchdringen. Obere Enden (erste Enden) der Leiterstifte 30 sind in einem Hohlraum 9 innerhalb des Gehäusehauptkörpers 2 angeordnet.
Der Gehäusehauptkörper 2 besteht aus dem flachen Substrat 3, das eine vordere Oberfläche 4 und eine hintere Oberfläche 5 aufweist, die nach oben bzw. nach unten weisen, und einem Rahmen 6, der sich von der Peripherie der vorderen Oberfläche 4 des Substrates 3 nach oben erstreckt und welche eine innere Wandoberfläche 7 und eine äußere Wandoberfläche 8 aufweist, die jeweils eine viereckige (quadratische oder rechteckige) Form in der Draufsicht aufweisen. Die vordere Oberfläche 4 des Substrats 3, die von der inneren Wandoberfläche 7 des Rahmens 6 umgeben ist, hat einen Montageabschnitt für eine nicht dargestellte lichtemittierende Vorrichtung. Alternativ ist der Montageabschnitt ein Abschnitt eines Radiators, der später beschrieben wird.
Es ist anzumerken, dass das Substrat 3 und der Rahmen 6 beispielsweise aus Kovar gebildet sind und mittels Hartlöten oder dergleichen miteinander verbunden sind, wodurch der Gehäusehauptkörper 2 gebildet wird. Ein Nickelfilm und ein Goldfilm, die jeweils eine vorbestimmte Dicke aufweisen wird nacheinander auf der gesamten Oberfläche des Gehäusehauptkörper 2 ausgebildet. Der Hohlraum 9, der als Ganzes eine rechteckige Parallelepipedform aufweist, ist von der vorderen Oberfläche 4 des Substrats 3 und der Innenwandfläche 7 des Rahmens 6 umgeben.
Das Substrat 3 weist drei erste Durchgangslöcher 11 auf, die in einer horizontalen Reihe entlang jeder eines Paares von Seiten angeordnet sind, die sich einander in der Draufsicht gegenüberliegen. Die ersten Durchgangslöcher 11 erstrecken sich parallel zueinander zwischen der vorderen Oberfläche 4 und der hinteren Oberfläche 5.
Ein drittes Durchgangsloch 19, das eine rechteckige Form in der Draufsicht hat, ist auf der Rückseite (entfernten Seite) des Substrats 3 in 1 und 2 ausgebildet, sodass das dritte Durchgangsloch 19 sich entlang einer Seitenwand des Rahmens 6 erstreckt. Ein Hauptkörper 21 eines Radiators 20 ist in das dritte Durchgangsloch 19 von der Seite der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 eingeführt und an diesem Substrat 3 befestigt.
Der Radiator 20 ist aus einem Metall wie etwa Kupfer gebildet, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Substrat 3 aufweist. In 4 besteht der Radiator 20 aus dem rechteckigen Parallelepiped-Hauptkörper 21 mit einer oberen Oberfläche 22, von der ein Abschnitt als Montageabschnitt für die lichtemittierende Vorrichtung verwendet wird, und einem Flansch 23, der von dem Hauptkörper 21 entlang der untere Oberfläche des Hauptkörpers 21 vorragt. Der Flansch 23 ist mit der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 über ein nicht dargestelltes Lötmaterial verbunden.
Der Rahmen 6 hat ein Durchgangsloch 10, das in seiner Seitenwand ausgebildet ist, die an der Vorderseite in den 1 und 2 angeordnet ist. Das Durchgangsloch 10 erstreckt sich zwischen der Innenwandfläche 7 und der Außenwandfläche 8 der Seitenwand. Licht wie Laserlicht wird veranlasst, durch das Durchgangsloch 10 hindurchzugehen, oder eine nicht dargestellte optische Faser wird in das Durchgangsloch 10 eingeführt.
Die Keramikplatten (Keramikelemente) 12 sind zum Beispiel aus Keramik wie Aluminiumoxid gebildet. Wie in 3 (A) und 3 (B) gezeigt, hat jede der Keramikplatten 12 eine zugewandte vordere Oberfläche 13, die der vordere Oberfläche 4 des Substrats 3 zugewandt ist, eine zugewandte hintere Oberfläche 14, die in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung weist, in der die zugewandte vordere Oberfläche 13 zeigt, und drei kreisförmige zweite Durchgangslöcher 15, die sich zwischen der zugewandten vorderen Oberfläche 13 und der zugewandten hinteren Oberfläche 14 erstrecken.
Wie in 3 (A) gezeigt, weist die zugewandte hintere Oberfläche 14 ringförmige Trennbereiche 17 auf, die um die Öffnungen der zweiten Durchgangslöcher 15 herum vorgesehen sind und in denen die Oberfläche aus Aluminiumoxid freiliegt, und eine Vielzahl von viereckigen metallisierten Schichten 16, die aus W oder Mo gebildet sind, und welche die einzelnen Trennbereiche 17 einzeln umgeben. Wie in 3 (B) gezeigt, weist die zugewandte vordere Oberfläche 13 ringförmige Trennbereiche 17 auf, die die gleichen wie diejenigen der gegenüberliegenden hinteren Oberfläche 14 sind und die um die Öffnungen der zweiten durchgehenden Löcher 15 herum vorgesehen sind. Das heißt, jede der metallisierten Schichten 16 ist so ausgebildet, dass sie von den Öffnungen der zweiten Durchgangslöcher 15 beabstandet ist und zwischen den benachbarten zweiten Durchgangslöchern 15 vorhanden ist.
Bemerkenswerterweise beträgt der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Aluminiumoxid, das zur Bildung der Keramikplatten 12 verwendet wird und Kovar, das zur Bildung des Substrats 3 und des Rahmen 6 verwendet wird, 5 ppm (K^-1) oder weniger.
Die Leiterstifte 30 sind zum Beispiel aus Kovar gebildet. Wie in den 1, 2 und 5 gezeigt, hat jeder der Leiterstifte 30 einen Schaftabschnitt 31 mit der Form einer runden Stange, einen halbkugelförmigen distalen Endabschnitt 32, der am unteren Ende des Schaftabschnitts 31 angeordnet ist, einen kreisförmigen säulenförmigen Kopfabschnitt 33 an dem oberen Ende (erstes Ende) des Schaftabschnitts 31 und einem scheibenförmigen Kragenabschnitt 34, der sich von dem Schaftabschnitt 31 an einer Position nahe dem Kopfabschnitt 33 radial erstreckt. Wie in 5 gezeigt, ist in jedem der Leiterstifte 30 der Durchmesser D3 des Kragenabschnitts 34 größer als der Durchmesser D1 des Schaftabschnitts 31, und der Durchmesser D2 des Kopfabschnitts 33 ist ebenfalls größer als der Durchmesser D1 des Schaftabschnitts 31.
Bemerkenswerterweise werden ein Nickelfilm und ein Goldfilm, die die gleichen wie die oben beschriebenen Nickel- und Goldfilme sind, nacheinander auf der Oberfläche jedes Leiterstiftes 30 gebildet.
Wie in den 1, 2 und 5 gezeigt, ist jeweils in einem Bereich um die Öffnungen (auf der Seite der vorderen Oberfläche 4) der drei ersten Durchgangslöcher 11 auf der linken Seite des Substrats 3 und in einem Bereich um die Öffnungen der drei ersten Durchgangslöcher 11 auf der rechten Seite des Substrats 3, jede der Keramikplatten 12 einzeln mit der vorderen Oberfläche 4 des Substrats 3 verbunden, und zwar über die metallisierte Schicht 16, die auf der zugewandte vorderen Oberfläche 13 der Keramikplatte 12 ausgebildet ist, und eine Lötmaterial Schicht 28, die auf und entlang der metallisierten Schicht 16 angeordnet ist (entlang der unteren Oberfläche in den Zeichnungen).
Wie in 5 gezeigt, ist jeder Leiterstift 30 derart angeordnet, dass der Schaftabschnitt 31 des Leiterstifts 30 einen Mittelabschnitt des entsprechenden zweiten Durchgangslochs 15 der entsprechenden Keramikplatte 12 durchdringt. Der Flanschabschnitt 34 des Leiterstifts 30 ist mit der zugewandten hinteren Oberfläche 14 der Keramikplatte 12 über die metallisierte Schicht 16, die um die Öffnung des zweiten Durchgangslochs 15 herum ausgebildet ist, wobei der Trennbereich 17 dazwischen liegt, und eine Lötmaterialschicht 28, die auf und entlang der metallisierten Schicht 16 angeordnet ist, verbunden und fixiert.
Es ist anzumerken, dass die Hartlötmaterialschicht 28 zum Beispiel aus einem Silberhotlotmaterial (Ag-Cu-Legierung) besteht.
Als ein Ergebnis werden die Leiterstifte 30 durch das Substrat 3 über die Keramikplatten 12 derart gehalten, dass die Leiterstifte 30 sukzessive die Mittelabschnitte der jeweiligen ersten Durchgangslöcher 11 des Substrats 3 und die Mittelabschnitte der jeweiligen zweiten Durchgangslöcher 15 der Keramikplatten 12 durchdringen.
Wie in den 1, 2 und 5 gezeigt, wird der Hauptkörper 21 des Radiators 20 in das dritte Durchgangsloch 19 des Substrats 3 von der Seite der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 eingeführt, und der Radiator 20 wird an dem Substrat 3 über ein Lötmaterial (nicht gezeigt) befestigt, das das gleiche wie das oben beschriebene Lötmaterial ist und das zwischen dem Flansch 23 des Radiators 20 und der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 angeordnet ist.
Wie in 5 gezeigt, die obere Oberfläche 22 des Hauptkörpers 21 des Radiators 20 einen Montageabschnitt für eine Laserdiode (lichtemittierende Vorrichtung) 25 auf, die zu einem späteren Zeitpunkt zu montieren ist. Eine Vielzahl von externen Elektroden (nicht gezeigt), die auf der oberen Oberfläche der Laserdiode 25, die an dem Montageabschnitt montiert ist, vorgesehen sind, sind elektrisch mit den Kopfabschnitten 33 der Leiterstifte 30 durch Bonddrähte 29 verbunden.
Eine Abdeckplatte 35, die zum Beispiel aus Kovar gebildet ist, ist mit dem oberen Öffnungsabschnitt des Rahmens 6 mittels Hartlöten oder dergleichen verbunden, wodurch der Hohlraum 9 des Gehäusehauptkörpers 2 einschließlich der montierten Laserdiode 25 von der Außenumgebung abgedichtet wird.
6 ist eine vertikale Schnittansicht, die der 5 entspricht, und zeigt eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1b gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich in der Konfiguration von der oben beschriebenen Einheit 1a unterscheidet.
Wie in 6 gezeigt, umfasst das die Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1b einen Gehäusehauptkörper 2, der aus einem Substrat 3 und einem Rahmen 6 besteht, die die gleichen wie das oben beschriebene Substrat und der Rahmen sind; eine Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 11, die sich zwischen der vorderen Oberfläche 4 und der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 in der gleichen Weise wie in der oben beschriebenen Ausführungsform erstrecken; ein Paar Keramikplatten 12, die auf die gleiche Weise wie in der oben beschriebenen Ausführungsform mit Bereichen um die Öffnungen der ersten Durchgangslöcher 11 auf der Seite der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 verbunden sind; und eine Mehrzahl von Leiterstiften 30, die einzeln und nacheinander die Mittelabschnitte der jeweiligen zweiten Durchgangslöcher 15 der Keramikplatten 12 und die Mittelabschnitte der jeweiligen ersten Durchgangslöcher 11 des Substrats 3 durchdringen.
Wie in 6 gezeigt, weist jeder der Leiterstifte 30 einen Schaftabschnitt 31, einen distalen Endabschnitt 32 und einen Kopfabschnitt 33 auf, die die gleichen wie in der oben beschriebenen Ausführungsform sind, und weist auch einen Kragenabschnitt 34 auf, der gleich ist wie der Kragenabschnitt in der oben beschriebenen Ausführungsform und der an dem Schaftabschnitt 31 an einer Zwischenposition in der axialen Richtung vorgesehen ist.
Wie in 6 gezeigt, ist in jedem des Bereichs um die Öffnungen (auf der Seite der hinteren Oberfläche 5) der Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 11 auf der linken Seite des Substrats 3 und des Bereichs um die Öffnungen (auf der Seite der hinteren Oberfläche 5) der Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 11 auf der rechten Seite des Substrats 3 jede der Keramikplatten 12 einzeln mit hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 über die metallisierte Schicht 16, die auf der zugewandte vordere Oberfläche 13 der Keramikplatte 12 ausgebildet ist und eine Lötmaterialschicht 28, die auf und entlang der metallisierten Schicht 16 angeordnet ist, verbunden.
Wie in 6 gezeigt, ist jeder Leiterstift 30 derart angeordnet, dass der Schaftabschnitt 31 des Leiterstifts 30 einen Mittelabschnitt des entsprechenden zweiten Durchgangslochs 15 der entsprechenden Keramikplatte 12 durchdringt. Der Flanschabschnitt 34 des Leiterstifts 30 ist an der zugewandten hinteren Oberfläche 14 der Keramikplatte 12 über die metallisierte Schicht 16, die um die Öffnung (auf der zugewandten Rückfläche 14) des zweiten Durchgangslochs 15 mit dem dazwischenliegendem Trennbereich 17 ausgebildet ist, und einer Lötmaterialschicht 28 angeordnet auf und entlang der metallisierten Schicht 16 (entlang der unteren Oberfläche davon in der Zeichnung) befestigt und verbunden.
Folglich werden die Leiterstifte 30 durch das Substrat 3 über die Keramikplatten 12 derart gehalten, dass die Leiterstifte 30 nacheinander die Mittelabschnitte der jeweiligen ersten Durchgangslöcher 11 des Substrats 3 und der Mittelabschnitte der jeweiligen zweiten Durchgangslöcher 15 der Keramikplatten 12 durchdringen.
Wie in 6 gezeigt, ist der Hauptkörper 21 des Radiators 20 in das dritte Durchgangsloch 19 des Substrats 3 eingesetzt, und der Radiator 20 ist an dem Substrat 3 über ein Lötmaterial (nicht gezeigt) befestigt, das das Gleiche ist, wie das oben beschriebene Lötmaterial und das zwischen dem Flansch 23 des Radiators 20 und der Rückfläche 5 des Substrats 3 angeordnet ist.
Wie in 6 gezeigt, weist die obere Oberfläche 22 des Hauptkörpers 21 des Radiators 20 einen Montageabschnitt für eine Laserdiode 25 auf, die zu einem späteren Zeitpunkt montiert werden soll. Eine Mehrzahl von externen Elektroden (nicht gezeigt), die auf der oberen Oberfläche der Laserdiode 25, die an dem Montageabschnitt montiert ist, vorgesehen sind, sind elektrisch mit den Kopfabschnitten 33 der Leiterstifte 30 durch Bonddrähte 29 verbunden.
Eine Abdeckplatte 35, die beispielsweise aus Kovar gebildet ist, ist mit dem oberen Öffnungsabschnitt des Rahmens 6 mittels Hartlöten oder dergleichen verbunden, wodurch der Hohlraum 9 des Gehäusehauptkörpers 2 einschließlich der montierten Laserdiode 25 von der Außenumgebung abgedichtet ist.
Da bei den oben beschriebenen Einheiten zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a und 1b die Leiterstifte 30 aufeinanderfolgend die ersten Durchgangslöcher 11 des Substrats 3 und die zweiten Durchgangslöcher 15 der Keramikplatten 12 durchdringen, können die Leiterstifte 30 über die Bonddrähte 29 mit der Laserdiode 25 elektrisch verbunden, die später auf dem Montageabschnitt der oberen Oberfläche 22 des Radiators 20 auf der auf der vorderen Oberfläche 4 befindlichen Seite des Substrats 3 angebracht wird, eine ausreichende Strommenge zuzuführen, die einer erhöhten Menge an elektrischer Energie entspricht, die der Laserdiode 25 zugeführt werden muss.
Die Leiterstifte 30 sind über ihre Kragenabschnitte 34 an entsprechenden Bereichen der Keramikplatten 12 um die Öffnungen der zweiten Durchgangslöcher 15 auf der Seite der zugewandten hinteren Oberfläche 14 befestigt, und die Keramikplatten 12 über die metallisierten Schichten 16 und die Lötmaterialschichten 28 mit entsprechenden Bereichen des Substrats 3 um die ersten Durchgangslöcher 11 des Substrats 3 herum verbunden. Daher wird jeder der Leiterstifte 30 auf dem Substrat über zwei Verbindungsgrenzflächen (flache Oberflächen) getragen; d.h. die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Kragenabschnitt 34 und der zugewandten hinteren Oberfläche 14 der Keramikplatte 12 und die Verbindungsgrenzfläche zwischen der zugewandten vorderen Oberfläche 13 der Keramikplatte 12 und der vorderen Oberfläche 4 oder hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3. Dementsprechend kann die Gasdichtigkeit des Raums innerhalb des Gehäusehauptkörpers 2 zuverlässig und ohne weiteres aufrechterhalten werden, ohne eine strenge Dimensionstoleranzsteuerung durchzuführen, die herkömmlicherweise durchgeführt wurde.
Die metallisierte Schicht 16, die auf der zugewandten vorderen Oberfläche 13 jeder Keramikplatte 12 ausgebildet ist, ist von den Öffnungen der zweiten Durchgangsöffnung 15 beabstandet, die zu der zugewandten vorderen Oberfläche 13 offen sind, wobei die Trennbereiche 17 zwischen der metallisierten Schicht 16 und den Öffnungen. Wenn daher die Keramikplatten 12 an den Bereichen der vorderen Oberfläche 4 oder der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 um die ersten Durchgangslöcher 11 herum befestigt sind, treten weniger Probleme wie die Bildung eines Kurzschlusses auf. Solche Probleme würden ansonsten auftreten, wenn die Lötmaterialschicht 28, die auf und entlang der metallisierten Schicht 16 angeordnet ist, zufällig in Kontakt mit den Leiterstiften 30 kommt.
Der Radiator 20 mit dem Montageabschnitt für die Laserdiode 25 weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Substrat 3 auf und wird in das dritte Durchgangsloch 19 eingesetzt und an dem Substrat 3 befestigt. Daher kann die von der Laserdiode 25, die zu einem späteren Zeitpunkt auf dem Montageabschnitt montiert ist, erzeugte Wärme durch den Radiator 20 effektiv nach außen abgestrahlt werden.
Da der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Keramikplatten 12 und dem Substrat 3 und dem Rahmen 6 relativ klein ist; d.h., gleich oder kleiner als 5 ppm (K^-1), wird die thermische Spannung, die auf die Verbindungsgrenzflächen zwischen den Keramikplatten 12 und dem Substrat 3 wirkt, reduziert, und es wird weniger wahrscheinlich, dass eine unnötige Lücke gebildet wird. Daher kann die Gasdichtigkeit der Räume innerhalb der vorliegenden Einheiten 1a und 1b zuverlässig und ohne weiteres aufrechterhalten werden.
Da der Durchmesser D2 des Kopfabschnitts 33 jedes Leiterstifts 30 größer als der Durchmesser D1 des Schaftabschnitts 31 ist, kann, wenn eine elektrische Verbindung mit der lichtemittierenden Vorrichtung 25 besteht, die zu einem späteren Zeitpunkt an dem Montageabschnitt 22 angebracht ist, mit den Bonddrähten 29 oder dergleichen hergestellt wird, die Verbindungsbereiche für die Bonddrähte 29 vergrößert werden, was ein einfaches und zuverlässiges Verbinden ermöglicht.
Dementsprechend können die Einheiten zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a und 1b die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte (1) bis (5) ohne Fehler erzielen.
Im Fall der Einheiten zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a der ersten Ausführungsform kann, da die Keramikplatten 12 in dem Hohlraum 9 angeordnet sind, die Höhe der Einheit 1a verringert werden, trotz seiner Struktur, in der die Keramikplatten 12 mit dem Substrat 3 oberflächenverbunden sind, um die Gasdichtheit zu gewährleisten.
7 (A) und (B) sind perspektivische Ansichten einer Keramikplatte (Keramikelement) 12a gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der zugewandten hinteren Oberfläche 14 bzw. der der Seite der zugewandten vorderen Oberfläche 13. Die Keramikplatte 12a ist beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildet, das das gleiche ist wie das in der ersten und zweiten Ausführungsform verwendete. Wie in den Figurem 7 (A) und 7 (B) gezeigt, weist die Keramikplatte 12a eine zugewandte vordere Oberfläche 13 auf, die der vordere Oberfläche 4 des Substrats 3 zugewandt ist, wobei eine hintere Oberfläche 14 in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung weist, in die die zugewandte vordere Oberfläche 13 zeigt, und drei zweite Durchgangslöcher 15a, die sich zwischen der zugewandten hinteren Oberfläche 14 und der zugewandten vorderen Oberfläche 13 erstrecken. Die zweiten Durchgangslöcher 15a haben in der Draufsicht eine viereckige Form.
Wie in 7 (A) gezeigt, weist die zugewandte hintere Oberfläche 14 viereckige Trennbereiche 17 auf, die um die Öffnungen der zweiten Durchgangslöcher 15a herum vorgesehen sind und in denen die Oberfläche aus Aluminiumoxid freigelegt ist, und viereckige metallisierte Schichten 16, die aus W oder Mo gebildet sind umgeben die jeweiligen Trennbereiche 17 einzeln. Wie in 7 (B) gezeigt, weist die zugewandte vordere Oberfläche 13 viereckige Trennbereiche 17 auf, die gleich denen der zugewandte hintere Oberfläche 14 sind und die um die Öffnungen der zweiten Durchgangslöcher 15a herum vorgesehen sind. Eine metallisierte Schicht 16 ist im Wesentlichen auf der gesamten zugewandten vorderen Oberfläche 13 ausgebildet, mit Ausnahme der Trennbereiche 17.
Bemerkenswerterweise beträgt der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Aluminiumoxid, das zur Bildung der Keramikplatte 12a verwendet wird, und Kovar, das zur Bildung des Substrats 3 und des Rahmens 6 verwendet wird, 5 ppm (K^-1) oder weniger.
Anstelle der oben beschriebenen Keramikplatte 12 kann die Keramikplatte 12a ähnlich auf die Einheiten zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a und 1b und die oben beschriebenen Einheiten 1a und 1b, bei denen die Keramikplatte 12a verwendet wird, können die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte (1) bis (5) erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise können das Substrat 3, der Rahmen 6, die Leiterstifte 30 und die Abdeckplatte 35 aus einer 42 Legierung oder Legierung 194 gebildet sein.
Die Keramikplatten 12 und 12a können aus einem beliebigen ausgewählt aus Folgenden gebildet sein: Aluminiumnitrid, Mullit und Glaskeramik oder können aus einer Harzplatte (Harzelement) oder einer Glasplatte (Glaselement) gebildet sein. In dem Fall, in dem die Keramikplatten 12 und 12a durch Harzplatten oder Glasplatten ersetzt sind, können die metallisierten Schichten 16 weggelassen werden. In dem Fall, in dem Harzplatten oder Glasplatten verwendet werden, wird ein Klebstoff auf Harzbasis oder ein Klebstoff auf Glasbasis zum Verbinden der Platten mit dem Substrat 3 und den Leiterstiften 30 verwendet.
In den Einheiten zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1a und 1b kann das Substrat 3 ein einzelnes erstes Durchgangsloch aufweisen, das für jede der Keramikplatten 12 und 12a vorgesehen ist und das einen rechteckigen Querschnitt ähnlich der äußeren Form der Keramikplatten 12 und 12a aufweist.
Der Rahmen 6 kann in die Abdeckplatte 35 integriert sein und teilweise einen kastenförmigen Körper mit einem Öffnungsabschnitt bilden, der auf der Seite der unteren Oberfläche angeordnet ist und der die vordere Oberfläche 4 des Substrats 3 umgibt.
Die lichtemittierende Vorrichtung kann eine lichtemittierende Diode oder dergleichen sein.
Ein zylindrischer Halter zum Halten einer optischen Faser, der den gleichen Innendurchmesser wie das Durchgangsloch 10 aufweist, kann auf der Seite der Außenwandfläche 8 des Durchgangslochs 10 des Rahmens 6 vorgesehen sein.
Das dritte Durchgangsloch kann eine kreisförmige Form, eine elliptische Form oder eine flache ovale Form in der Draufsicht haben, und der Hauptkörper des Radiators 20 kann in der Draufsicht eine Form haben, die der Form des dritten Durchgangslochs ähnlich ist, beispielsweise die kreisförmige Form.
Der Kragenabschnitt 34 jedes Leiterstiftes 30 kann in der Draufsicht eine viereckige Form aufweisen.
Irgendeines von Aluminiumoxid, Kieselsäure, Boroxid, Zinkoxid, Bleioxid, Calciumoxid, Palladium, Platin, Kupfer, Gold und Kohlenstoff kann für die Lötmaterialschicht (Verbindungsmaterial) verwendet werden.
Der Durchmesser D2 des Kopfabschnitts 33 jedes Leiterstifts 30 kann so eingestellt werden, dass er kleiner als der Durchmesser D3 des Kragenabschnitts 34 ist. Insbesondere kann der Durchmesser D3 des Kragenabschnitts 34 jedes Leiterstifts 30 festgelegt werden, dass er der Größte ist. Da in diesem Fall der Kragenabschnitt 34 eine ausreichend große Fläche aufweisen kann, kann die Verbindung zwischen dem Kragenabschnitt 34 und der Keramikplatte 12 ausreichend sichergestellt werden, wodurch eine zuverlässigere gasdichte Abdichtung realisiert werden kann.
Der Durchmesser D2 des Kopfabschnitts 33 jedes Leiterstifts 30 kann so eingestellt sein, dass er größer als der Durchmesser D3 des Kragenabschnitts 34 ist. Insbesondere kann der Durchmesser D2 des Kopfabschnitts 33 so eingestellt werden, dass er der größte ist. Da in diesem Fall der Kopfabschnitt 33 eine ausreichend große Fläche aufweisen kann, können die Bonddrähte 29 oder dergleichen leicht mit den Leiterstiften 30 verbunden werden, um eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterstiften 30 und der lichtemittierenden Vorrichtung 25 herzustellen, die zu einem späteren Zeitpunkt montiert wird.
In der Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung 1b können Aussparungen, deren Tiefe gleich oder größer als die Dicke der Keramikplatte 12 ist, in der hinteren Oberfläche 5 des Substrats 3 ausgebildet sein, und die Keramikplatten 12 können an den Unterseiten der Aussparungen verbunden sein, um die Keramikplatten 12 durch Oberflächenverbindung mit dem Substrat 3 zu verbinden, wodurch die Gasdichtheit sichergestellt wird. In diesem Fall kann die Höhe der Einheit 1b verringert werden. Da die Keramikplatten 12 mit dem Substrat 3 oberflächenverbunden sind, können die Aussparungen außerdem so ausgebildet werden, dass die Breite ihrer Öffnungen ausreichend größer als die Breite (Länge) der Keramikplatten 12 ist. So ist es nicht notwendig die Dimensionsgenauigkeit der Vertiefungen streng zu kontrollieren.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Keramikelement die Keramikplatte 12 mit einer plattenartigen Form. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das keramische Element eine plattenähnliche Form aufweist, solange das keramische Element mindestens einen plattenförmigen Abschnitt aufweist, der mit dem Substrat 3 oberflächenverbunden werden kann. Beispielsweise kann das keramische Element ein Keramikelement sein, das rohrförmige Abschnitte aufweist, die sich vertikal von der zugewandten vorderen Oberfläche 13 der Keramikplatte 12 erstrecken und die Öffnungen an zugewandten vorderen Oberfläche 13 umgeben. In einer solchen modifizierten Ausführungsform werden die rohrförmigen Abschnitte in die ersten Durchgangslöcher 11 des Substrats 3 eingesetzt, und der plattenförmige Abschnitt des Keramikelements ist mit dem Substrat 3 oberflächenverbunden. Somit kann die Gasdichtigkeit des Raums innerhalb der vorliegenden Einheit sichergestellt werden. Zusätzlich ist es möglich, die Bildung eines Kurzschlusses zu verhindern, der andernfalls als ein Ergebnis eines Kontakts zwischen der Innenwandoberfläche eines ersten Durchgangslochs 11 und einem sich durch das erste Durchgangsloch 11 erstreckenden Führungsstift gebildet werden würde.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen beträgt der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Keramikelementen und dem Substrat 3 5 ppm (K^-1) oder weniger. Der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten ist jedoch nicht darauf beschränkt, solange die Gasdichtheit an der Verbindungsgrenzfläche zwischen jedem keramischen Element und dem Substrat 3 sichergestellt ist. Zum Beispiel in dem Fall, in dem die maximale Länge der Verbindungsgrenzfläche zwischen jedem Keramikelement und dem Substrat 3, gemessen entlang einer geraden Linie, 5 mm oder weniger beträgt, ist eine Verbindung, die die Gasdichtheit gewährleisten kann, selbst dann möglich, wenn der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Keramikelementen und dem Substrat 3 größer als 5 ppm (K^-1) ist.
Jedes Keramikelement kann mit dem Substrat 3 in einem Zustand oberflächenverbunden sein, in dem ein Element zur Spannungsreduzierung zwischen dem Keramikelement und dem Substrat 3 angeordnet ist. In diesem Fall ist ein Verbinden, das Gasdichtheit gewährleisten kann, sogar dann möglich, wenn der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten mehr als 5 ppm (K^-1) beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, ohne Fehler, eine Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung bereitgestellt werden, bei der leicht die Menge an elektrischer Energie erhöht werden kann, die zu einer lichtemittierenden Vorrichtung geliefert wird, die zu einem späteren Zeitpunkt in der Einheit angebracht ist und die Gasdichtigkeit des Raums innerhalb der Einheit kann zuverlässig aufrechterhalten werden.
Bezugszeichenliste

1a, 1b:: Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung
3:: Substrat
4:: vordere Oberfläche
5:: hintere Oberfläche
11:: erstes Durchgangsloch
12, 12a:: Keramikplatte (Keramikelement, Isolierelement)
13:: zugewandte vordere Oberfläche
14:: zugewandte hintere Oberfläche
15, 15a:: zweites Durchgangsloch
16:: metallisierte Schicht
17:: Trennbereich
19:: drittes Durchgangsloch
20:: Radiator
22:: obere Oberfläche (Befestigungsabschnitt)
23:: Flansch
28:: Lötmaterialschicht
30:: Leiterstift
33:: Kopfabschnitt
34:: Kragenabschnitt
D1 - D3:: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017134275 [0001]
JP 2018105808 [0001]
JP H11126840 [0008]
JP H0484475 [0009]

Claims

Was beansprucht wird, ist:
Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung, umfassend: ein Substrat mit einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche, die der vorderen Oberfläche gegenüberliegt, wobei das Substrat ein erstes Durchgangsloch definiert, das sich zwischen der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche erstreckt, und das Substrat einen Montageabschnitt für eine lichtemittierende Vorrichtung an einer Seite der vorderen Oberfläche des Substrats umfasst; ein Isolierelement, das eine der vorderen Oberfläche des Substrats oder der hinteren Oberfläche des Substrats zugewandte vordere Oberfläche und eine zugewandte hintere Oberfläche aufweist, die in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung weist, in der die zugewandte vordere Oberfläche liegt, wobei das Isolierelement an einem Bereich der vorderen Oberfläche des Substrats oder einem Bereich der hinteren Oberfläche des Substrats befestigt ist, um eine Öffnung des ersten Durchgangslochs herum, wobei das Isolierelement ein zweites Durchgangsloch definiert, das sich zwischen der zugewandten vorderen Oberfläche und der zugewandten hinteren Oberfläche erstreckt; und einen Leiterstift, der von dem Substrat getragen wird, wobei der Leiterstift einen Schaftabschnitt umfasst, der das erste Durchgangsloch des Substrats und das zweite Durchgangsloch des Isolierelements durchdringt, einen Kragenabschnitt, der sich von dem Schaftabschnitt in einer radialen Richtung erstreckt, und einen Kopfabschnitt, der an einem axialen Ende des Schaftabschnitts vorgesehen ist, wobei der Leiterstift über den Kragenabschnitt an einem Bereich der zugewandten hinteren Oberfläche des Isolierelements, um eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs herum befestigt ist; wobei der Kragenabschnitt des Leiterstifts einen Durchmesser aufweist, der größer als ein Durchmesser des Schaftabschnitts ist, und der Kopfabschnitt des Führungsstifts einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des Schaftabschnitts ist.
Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolierelement ein Keramikelement ist.
Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das keramische Element an dem Substrat über eine metallisierte Schicht befestigt ist, die an der zugewandten vorderen Oberfläche des keramischen Elements ausgebildet ist und eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs umgibt und von diesem beabstandet ist, und eine Lötmaterialschicht, ist auf und entlang der metallisierten Schicht angeordnet.
Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Montageabschnitt für die lichtemittierende Vorrichtung von dem Substrat getrennt ist und ist ein Abschnitt eines Radiators ist, mit einer Wärmeleitfähigkeit, die höher als eine Wärmeleitfähigkeit des Substrats ist; und das Substrat ein drittes Durchgangsloch definiert, das sich zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche erstreckt und in das der Radiator fest eingesetzt ist.
Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei in der Draufsicht, das dritte Durchgangsloch eine rechteckige Form, eine quadratische Form oder eine kreisförmige Form aufweist; und der Radiator eine rechteckige Parallelepipedform, eine kubische Form oder eine kreisförmige säulenartige Form aufweist und einen Flansch umfasst, der sich entlang eines Umfangs einer Bodenfläche des Radiators erstreckt und der mit einem Bereich der hinteren Oberfläche des Substrats um eine Öffnung des dritten Durchgangslochs herum verbunden werden kann.
Einheit zur Montage einer lichtemittierenden Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und dem keramischen Element 5 ppm (K^-1) oder weniger beträgt.