DE102020215038A1

DE102020215038A1 - Laserdiodenvorrichtung

Info

Publication number: DE102020215038A1
Application number: DE102020215038.9A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Steuer; Stefan Pinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserdiodenvorrichtung (la), welche wenigstens eine Laserdiode (8) umfasst, wobei die Laserdiode (8) als Kantenemitter ausgebildet ist. Zusätzlich umfasst die Laserdiodenvorrichtung (1a) ein Gehäuse (2a) mit einem transparenten, optischen Fenster (7), wobei das transparente, optische Fenster (7) einem Boden (4) des Gehäuses (2a) gegenüberliegend angeordnet ist. Das Gehäuse (2a) ist dazu ausgebildet, die Laserdiode (8) gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung (1a), insbesondere hermetisch, abzudecken. Das transparente, optische Fenster (7) ist dazu ausgebildet, wenigstens einen von der Laserdiode (8) erzeugten Laserstrahl (18) in die äußere Umgebung zu transmittieren. Die Laserdiodenvorrichtung (1a) weist zusätzlich ein separat zu dem Gehäuse (2a) angeordnetes Befestigungselement (9) auf, wobei das Befestigungselement (9) an dem Boden (4) des Gehäuses (2a) oder an dem optischen Fenster (7) angeordnet ist. Das Befestigungselement (9) ist dazu ausgebildet, die Laserdiode (8) derart innerhalb des Gehäuses (2a) zu befestigen, dass der wenigstes eine von der Laserdiode (8) erzeugte Laserstrahl (18) unmittelbar in die äußere Umgebung transmittiert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Laserdiodenvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung.
Dem Fachmann ist eine Laserdiodenvorrichtung mit einem Kantenemitter als Laserdiode und einem Gehäuse bekannt, innerhalb dessen die Laserdiode angeordnet ist.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Befestigung der Laserdiode im Gehäuse zu entwickeln, welche einen minimalen Abstand zwischen der Austrittskante der Laserdiode und einem optischen Fenster des Gehäuses ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Laserdiodenvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Zusätzlich wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Laserdiodenvorrichtung gemäß Anspruch 14 vorgeschlagen.
Die Laserdiodenvorrichtung umfasst wenigstens eine Laserdiode, welche als Kantenemitter ausgebildet ist. Zusätzlich umfasst die Laserdiodenvorrichtung ein Gehäuse mit einem transparenten, optischen Fenster. Das transparente, optische Fenster ist hierbei einem Boden des Gehäuses gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere ist das optische Fenster als Glasplatte ausgebildet, welche separat zu dem Gehäuseboden und der Gehäusewand ausgebildet ist. Hierbei ist das Gehäuse insbesondere zweiteilig ausgebildet. Das Gehäuse ist dazu ausgebildet ist, die Laserdiode gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung, insbesondere hermetisch, abzudecken. Das transparente, optische Fenster ist wiederum dazu ausgebildet ist, wenigstens einen von der Laserdiode erzeugten Laserstrahl in die äußere Umgebung zu transmittieren. Die Laserdiodenvorrichtung weist zusätzlich ein separat zu dem Gehäuse angeordnetes Befestigungselement auf, welche an dem Boden des Gehäuses oder alternativ an dem optischen Fenster angeordnet ist. Das separat zu dem Gehäuse ausgeführte Befestigungselement ist dazu ausgebildet, die Laserdiode derart innerhalb des Gehäuses zu befestigen, dass der wenigstes eine von der Laserdiode erzeugte Laserstrahl unmittelbar, also ohne zuvor abgelenkt zu werden, in die äußere Umgebung transmittiert wird. Durch die beschriebene Vorrichtung wird es ermöglicht, den Abstand zwischen der Laserdiodenkante, an der der Laserstrahl aus der Laserdiode austritt und dem optischen Fenster zu minimieren. Somit wird Bauraum eingespart.
Vorzugsweise ist die Laserdiode derart innerhalb des Gehäuses befestigt, dass eine Hauptabstrahlrichtung der Laserdiode im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden des Gehäuses, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Haupterstreckungsebene des Bodens, ausgerichtet ist. Somit wird der benötigte Bauraum weiter minimiert. Mit der Hauptabstrahlrichtung der Laserdiode ist die zentrale Abstrahlrichtung des ausgesendeten Laserstrahls innerhalb des Winkelbereichs gemeint, in dem Laserstrahlen mittels der Laserdiode ausgesendet werden. Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge weisen unterschiedliche Öffnungswinkel ihrer emittierten Strahlung auf.
Bevorzugt ist das Befestigungselement aus wenigstens zwei, zueinander abgewinkelten, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig angeordneten, Schenkeln ausgebildet. Vorzugsweise ist in diesem Zusammenhang ein erster der wenigstens zwei Schenkeln zum Befestigen des Befestigungselements an dem Gehäuseboden ausgebildet und ein zweiter der wenigstens zwei Schenkeln zum Befestigen der Laserdiode an dem Befestigungselement ausgebildet. So ergibt sich ein Winkelelement, welches einfach innerhalb des Gehäuses befestigt werden kann und zudem Befestigungsfläche für die Laserdiode bietet. Vorzugsweise ist das Befestigungselement einteilig ausgebildet.
Bevorzugt ist der erste Schenkel des Befestigungselements als erstes, insbesondere geradlinig verlaufendes, Teilelement des Befestigungselements ausgebildet. Das Befestigungselement weist zusätzlich wenigstens ein zweites und ein drittes Teilelement auf, welche insbesondere als Leadelemente ausgebildet sind. Das erste Teilelement ist hierbei zwischen den zwei Klemmelementen eingeklemmt. Das zweite Teilelement bildet zumindest teilweise den zweiten Schenkel des Befestigungselements aus und das dritte Teilelement bildet zumindest teilweise einen dritten Schenkel des Befestigungselements aus. Der zweite und der dritte Schenkel sind zur Befestigung des Befestigungselements am Gehäuseboden oder am optischen Fenster ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist das Befestigungselement wenigstens dreiteilig ausgebildet.
Alternativ ist das Befestigungselement vorzugsweise als im Wesentlichen geradlinig verlaufendes Befestigungselement ausgebildet, welches mittels solder-jetting mit dem Gehäuseboden oder dem optischen Fenster verbunden ist. Beim solder-jetting werden kleinste Lotkugeln durch eine Düse auf einen Verbindungsbereich zweiter Bauteile „geschossen“ und dabei mittels eines Lasers aufgeschmolzen. Nach Auftreffen auf den Verbindungsbereich erkaltet das Lot und stellt die Verbindung zwischen beiden Elementen her. Vorzugsweise ist hierbei die Gehäusewand, als auch der Gehäuseboden mit einer für die Strahlabsorbtion des rückwärts emittierten Laserlichts geeigneten Rauigkeit versehen.
Bevorzugt ist das Gehäuse, insbesondere Boden und Außenwand des Gehäuses, zumindest teilweise aus Silizium ausgebildet. Insbesondere ist das Gehäuse mit dem optischen Fenster als Waferverbundbauteil ausgebildet. Das optische Fenster ist hierbei vorzugsweise als Glaswafer ausgebildet. Ein solcher Waferverbund ermöglicht die schnelle Fertigung, wie auch die einfache Integration des Befestigungselements innerhalb des Gehäuses.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement zumindest teilweise aus Keramik ausgebildet. Bevorzugt sind der Gehäuseboden und die Gehäusewand vollständig aus Keramik ausgebildet. Bei der Keramik handelt es sich insbesondere um HTCC (high Temperature Co-Fired Ceramic)-Keramik. Vorzugsweise ist der Gehäuseboden aus HTCC-Keramik ausgebildet und auf den Schenkeloberflächen des Befestigungselements sind Pads als lötbare Metallisierungsplatten aufgebracht. Somit kann eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen Befestigungselement und Gehäuseboden ermöglicht werden. Bevorzugt ist eine Oberseite der Laserdiode per Drahtbonden mit dem Keramikboden elektrisch verbunden.
Bevorzugt ist das Befestigungselement zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Keramik ausgebildet. Bei der Keramik handelt es sich insbesondere um HTCC (high Temperature Co-Fired Ceramic)-Keramik. Das Befestigungselement und die Laserdiode werden vorzugsweise miteinander verlötet. Bevorzugt sind zur elektrischen Kontaktierung der Laserdiode, insbesondere einer Unterseite der Laserdiode, mit dem Gehäuseboden metallische Leiterbahnen in das Befestigungselement integriert. Bevorzugt sind in diesem Zusammenhang im Gehäuseboden ebenfalls metallische Leiterbahnen integriert.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement als metallischer Leadframe ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist die Laserdiode vorzugsweise auf einer Keramikplatte, insbesondere einem Keramik-Pad, befestigt ist, welche wiederum mit dem Leadframe verbunden ist. Insbesondere ist die Keramikplatte mit wenigstens zwei Leitungsbahnen des Leadframes mechanisch verbunden.
Bevorzugt ist der Gehäuseboden oder das optische Fenster zur Verbindung, insbesondere elektrischen Verbindung, mit dem Befestigungselement zumindest teilweise aus Metall ausgebildet. Hierzu sind beispielsweise metallische Pads in den Gehäuseboden integriert oder auf diesem aufgebracht. In Bezug auf das optische Fenster werden bevorzugt Glaswafer mit elektrischen Durchkontaktierungen und geeigneter Oberflächenmetallisierung verwendet.
Vorzugsweise sind innerhalb des Gehäuses eine Mehrzahl, insbesondere wenigstens drei, Laserdioden angeordnet. Die Laserdioden senden hierbei vorzugsweise Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aus. Insbesondere sendet eine erste Laserdiode Laserstrahlen roter Wellenlänge, eine zweite Laserdiode sendet Laserstrahlen grüner Wellenlänge und eine dritte Laserdiode sendet Laserstrahlen blauer Laserstrahlen aus. Weiterhin ist beispielsweise eine vierte Laserdiode zum Aussenden von Infrarotlicht vorgesehen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Laserdiodenvorrichtung. Vorzugsweise wird hierbei in einem ersten Verfahrensschritt ein Gehäuse der Laserdiodenvorrichtung hergestellt. Das Gehäuse wird hierbei bevorzugt aus Keramik, insbesondere HTTC-Keramik hergestellt. Alternativ kann das Gehäuse auch im Waferverbund erzeugt werden. In einem folgenden Verfahrensschritt wird eine Laserdiode der Laserdiodenvorrichtung mit einem Befestigungselement verbunden. Hierzu werden Laserdiode und Befestigungselement bevorzugt miteinander verlötet. In einem folgenden Verfahrensschritt wird das Befestigungselement am Gehäuseboden befestigt. Vorzugsweise werden Befestigungselement und Gehäuseboden miteinander verlötet. Alternativ hierzu kann auch das Thermosonic Bond-Verfahren, das Spaltschweiß-Verfahren oder das solder jetting-Verfahren zum Befestigen des Befestigungselements am Gehäuseboden verwendet werden. In einem folgenden Verfahrensschritt wird dann das Gehäuseinnere von dem transparenten, optischen Fenster, insbesondere hermetisch, verschlossen.
Figurenliste

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung.
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Befestigungselements zur Befestigung der Laserdiode im Gehäuseinneren.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Befestigungselements zur Befestigung der Laserdiode im Gehäuseinneren.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Befestigungselements zur Befestigung der Laserdiode im Gehäuseinneren.
5a-5e zeigen einen Verfahrensablauf zur Befestigung des Befestigungselements am Gehäuseboden.
6 zeigt eine Möglichkeit zur Befestigung des Befestigungselements am Gehäuseboden.
7 zeigt einen Verfahrensablauf zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung im Waferverbund.
8 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung.
9 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung.
10 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung 1a. Die Laserdiodenvorrichtung umfasst hierbei eine Laserdiode 8, welche als Kantenemitter ausgebildet ist. Zusätzlich umfasst die Laserdiodenvorrichtung ein Gehäuse 2a mit einem transparenten, optischen Fenster 7. Das Gehäuse 2a ist hier zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil durch den Gehäuseboden 4 und eine Außenwandung 3 des Gehäuses 2a gebildet wird. Das transparente, optische Fenster 7 ist hierbei dem Gehäuseboden 4 gegenüberliegend angeordnet. Das Gehäuse 2a ist dazu ausgebildet, die Laserdiode 8 gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung 1a hermetisch abzudecken. Das transparente, optische Fenster 7 ist wiederum dazu ausgebildet, wenigstens einen von der Laserdiode 8 erzeugten Laserstrahl 18 in die äußere Umgebung zu transmittieren. Ein Winkelbereich, welcher von den Strahlen 6a und 6b aufgespannt wird, kennzeichnet den Bereich, innerhalb dessen die Laserstrahlen ausgestrahlt werden können. Der Winkelbereich, welcher von den Strahlen 6a und 6b aufgespannt wird, ist beispielsweise abhängig von der Wellenlänge der Strahlen 6a und 6b. Die Laserdiodenvorrichtung 1a weist zusätzlich ein separat zu dem Gehäuse 2a angeordnetes Befestigungselement 9 auf, welches an dem Gehäuseboden 4 angeordnet ist. Das Befestigungselement 9 ist dazu ausgebildet, die Laserdiode 8 derart innerhalb des Gehäuses 2a zu befestigen, dass der wenigstes eine von der Laserdiode 8 erzeugte Laserstrahl 18 unmittelbar in die äußere Umgebung transmittiert wird.
Die Laserdiode 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart innerhalb des Gehäuses 2a befestigt, dass eine Hauptabstrahlrichtung 5 der Laserdiode 8 im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Haupterstreckungsebene 19 des Bodens 4 ausgerichtet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement 9 aus zwei, rechtwinklig 11 angeordneten Schenkeln 10a und 10b ausgebildet. Ein erster Schenkel 10b der wenigstens zwei Schenkeln 10a und 10b ist zum Befestigen des Befestigungselements 9 an dem Gehäuseboden 4 ausgebildet. Ein zweiter Schenkel 10a ist zum Befestigen der Laserdiode 8 an dem Befestigungselement 9 ausgebildet.
Das Befestigungselement 8, sowie der Gehäuseboden 4 und die Außenwandung 3 des Gehäuses 2a sind aus HTCC-Keramik ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind Laserdiode 8 und Befestigungselement 9 miteinander verlötet. Zur elektrischen Kontaktierung einer Innenseite 12a der Laserdiode 8 sind in das Befestigungselement 9 metallische Leiterbahnen 14 integriert, welche mit der Innenseite 12a der Laserdiode 8 verbunden sind. Am Gehäuseboden sind metallische Pads 15a und 15b angeordnet, welche das Befestigungselement 9 elektrisch mit den im Gehäuseboden 4 integrierten metallischen Leiterbahnen 16a und 16b verbindet. Auch eine mechanische Verbindung zwischen Befestigungselement 9 und Gehäuseboden 4 wird mittels der metallischen Pads 15a und 15b erzeugt. Zur elektrischen Kontaktierung einer Oberseite 12b der Laserdiode 8 mit den in das Befestigungselement 9 integrierten metallischen Leiterbahnen 14 wird ein Draht 13 an die Oberseite 12b der Laserdiode gebondet.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Befestigungselements 20a, welches auch hier zwei rechtwinklig angeordnete Schenkel 21a und 21b aufweist. Im Unterschied zu dem Befestigungselement 9 sind hierbei drei Laserdioden 22a, 22b und 22c auf dem zweiten Schenkel 21b des Befestigungselements 20a angeordnet. Die Laserdioden 22a, 22b und 22c sind dazu ausgebildet, Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge auszusenden. So ist die Laserdiode 22a in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, Laserstrahlen in der Farbe rot, die Laserdiode 22b Laserstrahlen in der Farbe grün und die Laserdiode 22c Laserstrahlen in der Farbe blau, auszusenden. Die Laserdioden sind unmittelbar auf den äußeren Oberflächen von drei Keramikplatten 23a, 23b und 23c befestigt, welche wiederum mit dem zweiten Schenkel 21b des Befestigungselements unmittelbar befestigt sind.
3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Befestigungselements 30. Hierbei ist im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen das Befestigungselement 30 als metallischer Leadframe ausgebildet. Das Befestigungselement 30 weist auch hier zwei, zueinander rechtwinklig angeordnete Schenkel 31a bis 31f und 32a bis 32f auf, welche von den Leiterbahnen des Leadframes gebildet werden. Die ersten Teilstücke der Leiterbahnen als erste Schenkel 31a bis 31f sind zusätzlich zu der elektrischen Verbindung zum Befestigen des Leadframes am Gehäuseboden ausgebildet. Die zweiten Teilstücke der Leiterbahnen als zweite Schenkel 32a bis 32f sind zusätzlich zu der elektrischen Verbindung zum Befestigen der Laserdioden 22a bis 22c an dem Befestigungselement 30 ausgebildet. Hierzu ist eine einzige Keramikplatte 35 unmittelbar mit dem Befestigungselement 30 befestigt und auf einer Oberfläche der Keramikplatte 35 sind die Laserdioden 22a bis 22c befestigt.
4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Befestigungselements 40. Hierbei sind im Unterschied zu der Ausführungsform auf 3 die Laserdioden 22a bis 22c auf jeweils einer Keramikplatte 44a bis 44c angeordnet. Die Keramikplatten 44a bis 44c sind wiederum vertikal übereinander angeordnet, sodass in horizontaler Richtung eine möglichst platzsparende Anordnung der Laserdioden 22a bis 22c erzeugt wird. An den ersten Schenkeln 42a bis 42f des Befestigungselements 40 ist ein metallischer Pad 41 zur mechanischen Verbindung der Leadframeelemente untereinander angebracht. Mit der Montage des Befestigungselements am Gehäuseboden wird die elektrische und mechanische Verbindung des Leadframes zu den Elektrodenflächen am Gehäuseboden hergestellt. Nach der Montage wird das metallische Pad abgetrennt, wodurch die einzelnen Leadframeelemente voneinander elektrisch isoliert werden.
5a zeigt schematisch in der Draufsicht ein Befestigungselement 55, an dessen zweiten Schenkeln 54a und 54b eine Keramikplatte 53 und eine Laserdiode 52 befestigt sind. Die ersten Schenkel 51a und 51b weisen jeweils eine Öffnung 50a und 50b auf. Nach der Herstellung dieser Vorrichtung wird in einem folgenden Verfahrensschritt, wie auf 5b gezeigt, diese Vorrichtung mittels eines Greifers 56 zu dem Gehäuseboden 57 transportiert und dort, wie auf 5c gezeigt, oberhalb der in dem Gehäuseboden 57 integrierten Leitungsbahnen 58 justiert. In einem folgenden Verfahrensschritt wird, wie auf 5d zu erkennen ist, ein US(Ultraschall-Wedge-Wedge)-Bondkopf in die Öffnung 50a geführt und das Befestigungselement 55 somit, wie auf 5e zu erkennen ist, mit dem Gehäuseboden elektrisch und mechanisch verbunden.
6 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit zur elektrischen und mechanischen Verbindung eines hier als metallischen Leadframes ausgebildeten Befestigungselements 69 mit dem Gehäuseboden 68. Die Laserdioden 63a bis 63c sind hierbei an einzelnen Keramikplatten 62a bis 62c befestigt, die wiederum an dem Befestigungselement 69 befestigt sind. Der Gehäuseboden 68 weist an der äußeren Oberfläche metallische Pads 60a bis 60f auf, welche hierbei direkt an den ersten Schenkeln 61a bis 61f des Befestigungselements 69 anliegen. Beim Spaltschweißen werden zwei Elektroden 64 und 65, welche hierbei als Kupfer-Elektroden ausgebildet sind, in kleinem Abstand auf das platzierte Leadframe gepresst und ein Strom eingeprägt. Durch den elektrischen Wiederstand des Leadframes erhitzt sich der Bereich zwischen den Elektroden 64 und 65 und verbindet sich mit den Pads 60a bis 60f des Gehäusebodens 68. Zeitlich vor der Befestigung am Gehäuseboden 68 werden für eine bessere Handhabung die einzelnen Schenkel 61a bis 61f der Leadfremeelemente als Befestigungselement 69 mittels eines hier nicht gezeigten metallischen Pads miteinander im Verbund gehalten. Nach der Montage, wie auf 6 gezeigt, wird das metallische Pad auf den Gehäuseboden 68 entfernt.
7 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung 100 im Waferverbund. In einem ersten Verfahrensschritt 71 wird ein erstes Bauteil 70 erzeugt, indem in ein Spacerwafer 81 (Silizium mit geeigneter Dicke) per Trenchätzen oder KOH-Ätzen Durchgangslöcher eingebracht werden. Daraufhin wird per Siebdruck-Verfahren ein Glaslot 73 und 74 aufgebracht und vorgesintert. Folgend wird ein Glaswafer 72 mit doppelseitiger Anti-Reflex-Beschichtung mit dem Spacerwafer 81 justiert gebondet. In einem folgenden Verfahrensschritt 80 wird ein zweites Bauteil 75 erzeigt, indem die Laserdioden 77a bis 77d per Löten auf den Befestigungselementen 76a bis 76d befestigt werden. Die Befestigungselemente 76a bis 76d werden folgend auf einen Trägerwafer 78 aus Silizium per Löten, Spaltschweißen, thermosonic-Bonden oder solder-jetting aufgebracht. Der Trägerwafer 78 weist eine hierfür geeignete Oberflächenmetallisierung auf. Optional ist der Trägerwafer 78 mit Durchkontaktierungselementen versehen und weist auch eine entsprechende Rückseitenmetallisierung auf. In einem folgenden Verfahrensschritt 85 werden das erste Bauteil 70 und das zweite Bauteil 75 zueinander justiert und darauf folgend wird in einem Verfahrensschritt 90 der Trägerwafer 78 hermetisch mit dem Spacewafer 81 verbunden.
8 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung 105. Hierbei ist bei der Laserdiodenvorrichtung 105 im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen das Befestigungselement 111 in einer Kavität 103 des Wafers als Gehäuse 118 eingebracht. Der Boden 119 und die Außenwandung 107 des Gehäuses 118 sind einteilig aus einem Siliziumwafer ausgebildet, in den eine Kavität 103 zur Aufnahme der Laserdiode 112 eingeätzt wurde. In diesem Hohlraum verlaufen ein zweites und ein drittes Teilelement 109 und 110 des Befestigungselements 111, welche hierbei als Klemmelemente ausgebildet sind. Die Klemmelemente wiederum sind als Leadframes ausgebildet. Der erste Schenkel des Befestigungselements 111 ist als erstes Teilelement 203 ausgebildet und verläuft hierbei geradlinig. Das erste Teilelement 203 ist als Keramikelement ausgebildet und ist zwischen den zwei Klemmelementen 109 und 110 eingeklemmt. Der zweite Schenkel 201 des Befestigungselements 111 ist hierbei als Teil des zweiten Teilelements 109 ausgebildet und zur Befestigung des Befestigungselements 111 am optischen Fenster 106 ausgebildet. Der dritte Schenkel 202 des Befestigungselements 111 ist hierbei als Teil des dritten Teilelements 110 ausgebildet und ebenfalls zur Befestigung des Befestigungselements 111 am optischen Fenster 106 ausgebildet. Der zweite 201 und dritte Schenkel 203 sind optional federnd ausgebildet. Das Befestigungselement 111 wird zwischen die Klemmelemente 109 und 110 eingeführt, wodurch es ohne Fügemittel mechanisch und elektrisch durch Klemmen kontaktiert wird. Beim hermetischen Fügen des optisch transparenten Substrates als optisches Fenster 106 zum Wafer als Gehäuse 118 (z.B. mittels Glaslot) werden auch die elektrischen Verbindungen zwischen dem Klemmelemente 109 und der Durchkontaktierung 114 im optischen Fenster 106 und zwischen dem Klemmelement 110 und der Durchkontaktierung 113 im optischen Fenster 106 hergestellt. Auch hier ist die Laserdiode 112 derart innerhalb des Gehäuses 118 befestigt ist, dass eine Hauptabstrahlrichtung 115 der Laserdiode 112 im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden 119 des Gehäuses 118 ausgerichtet ist. Die Kavität 103 wird von dem Glaswafer als optisches Fenster 106 verschlossen.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung 130. Im Unterschied zu der auf 8 gezeigten Ausführungsform wird die mechanische und elektrische Verbindung des Befestigungselementes 211 mittels der Durchkontaktierung 139 und den mittels solder jetting aufgebrachten Lotkugel 137 an dem optischen Fenster 106 hergestellt. Das Befestigungselement 211 ist einteilig ausgebildet und verläuft geradlinig. Zur elektrischen Kontaktierung der Laserdiode 112 sind in dem Glaswafer als optisches Fenster 106 elektrische Durchkontaktierungen 139 mit geeigneter Oberflächenmetallisierung eingebracht. Der Glaswafer als optisches Fenster 106 mit dem daran befestigten Befestigungselement 211 wird hierbei mittels Glaslot mit dem Siliziumwafer als Gehäuse 118 hermetisch gefügt.
10 zeigt schematisch in der Seitenansicht eine weitere Ausführungsform einer Laserdiodenvorrichtung 120. Hierbei ist im Unterschied zu den Ausführungsformen auf 8 und 9 das Befestigungselement 127 auf dem Gehäuseboden 123 angeordnet. Die elektrische und mechanische Kontaktierung des Befestigungselements 127 am Boden 123 an die Elektroden 141 und 142 erfolgt mittels Lotkugeln 124, die wiederum mittels solder jetting aufgetragen werden. Die elektrische Kontaktierung der Laserdiode 128 erfolgt mittels eines gebondeten Drahts 129, sowie durch Löten der Rückseite des Elements 128 auf das Befestigungselement 127, welcher wiederum mit elektrischen Durchkontaktierungen 141 und 142 im Gehäuseboden 123 verbunden ist. Der Gehäuseboden 123 ist in einem Teilbereich 130 mit einer für die Strahlabsorbtion für das rückwärts emittierte Laserlicht geeigneten Rauigkeit versehen. Der Gehäuseboden 123, wie auch die Außenwandung 122 des Gehäuses 135 sind aus Siliziumwafern ausgebildet, die zusammen ein WaferverbundBauteil ergeben. Zur Aufnahme der Laserdiode 128 ist eine Kavität 136 in den Siliziumwafer der Außenwandung 122 eingeätzt. Die Kavität 136 wird von einem Glaswafer als optisches Fenster 121 verschlossen.

Claims

Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130), umfassend - wenigstens eine Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128), wobei die Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) als Kantenemitter ausgebildet ist, und - ein Gehäuse (2a, 118, 135) mit einem transparenten, optischen Fenster (7, 72, 106, 121), wobei das transparente, optische Fenster (7, 72, 106, 121) einem Boden (4, 57, 68, 78, 119, 123) des Gehäuses (2a, 118, 135) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Gehäuse (2a, 118, 135) dazu ausgebildet ist, die Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130), insbesondere hermetisch, abzudecken, und wobei das transparente, optische Fenster (7, 72, 106, 121)dazu ausgebildet ist, wenigstens einen von der Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) erzeugten Laserstrahl (18) in die äußere Umgebung zu transmittieren, wobei die Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) zusätzlich ein separat zu dem Gehäuse (2a, 118, 135) angeordnetes Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) aufweist, wobei das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) an dem Boden (4, 57, 68, 78, 119, 123) des Gehäuses (2a, 118, 135) oder an dem optischen Fenster (7, 72, 106, 121)angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, die Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) derart innerhalb des Gehäuses (2a, 118, 135) zu befestigen, dass der wenigstes eine von der Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) erzeugte Laserstrahl (18) unmittelbar in die äußere Umgebung transmittiert wird.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) derart innerhalb des Gehäuses (2a, 118, 135) befestigt ist, dass eine Hauptabstrahlrichtung (5, 115) der Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden (4, 57, 68, 78, 119, 123) des Gehäuses (2a, 118, 135), insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Haupterstreckungsebene (19) des Bodens (4, 57, 68, 78, 119, 123), ausgerichtet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) aus wenigstens zwei, zueinander abgewinkelten, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig angeordneten, Schenkeln (10a, 10b, 21a, 21b, 31a-31f, 32a-32f, 54a, 61a-61f, 201, 202) ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster (10b, 21a, 31a-31f, 54a, 61a-61f) der wenigstens zwei Schenkeln (10a, 10b, 21a, 21b, 31a-31f, 32a-32f, 54a, 61a-61f, 201, 202) zum Befestigen des Befestigungselements (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127) an dem Gehäuseboden (4, 57, 68, 78, 119, 123) ausgebildet ist, und ein zweiter (10a, 21b, 32a-32f) der wenigstens zwei Schenkeln (10a, 10b, 21a, 21b, 31a-31f, 32a-32f, 54a, 61a-61f, 201, 202) zum Befestigen der Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128, 211) an dem Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (10b, 21a, 31a-31f, 54a, 61a-61f, 201, 202) des Befestigungselements (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127) als erstes, insbesondere geradlinig verlaufendes, Teilelement (203) des Befestigungselements (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) ausgebildet ist, wobei das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) zusätzlich wenigstens ein zweites (109) und ein drittes Teilelement (110), insbesondere als Leadelemente ausgebildete Klemmelemente, aufweist, wobei das erste Teilelement (203) zwischen dem zweiten und dritten Teilelement (109, 110) eingeklemmt ist, wobei das zweite Teilelement (109) zumindest teilweise den zweiten Schenkel (10a, 21b, 32a-32f, 201) des Befestigungselements (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) ausbildet, wobei das dritte Teilelement (110) zumindest teilweise einen dritten Schenkel (202) des Befestigungselements (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) ausbildet, wobei der zweite (10a, 21b, 32a-32f, 201) und der dritte Schenkel (202) zur Befestigung des Befestigungselements (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) am Gehäuseboden (4, 57, 68, 78, 119, 123) oder am optischen Fenster (7, 72, 106, 121) ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) geradlinig verläuft und mittels solder-jetting mit dem Gehäuseboden (4, 57, 68, 78, 119, 123) oder dem optischen Fenster (7, 72, 106, 121) verbunden ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2a, 118, 135), insbesondere Boden (4, 57, 68, 78, 119, 123) und Außenwand (3, 107, 122) des Gehäuses (2a, 118, 135), zumindest teilweise aus Silizium, insbesondere in einem Waferverbund, ausgebildet sind.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen, aus Keramik, insbesondere HTCC-Keramik, ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) metallische Leiterbahnen (14) integriert sind.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) als metallischer Leadframe ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) auf einer Keramikplatte (23a, 23b, 23c, 35, 44a-44c, 53, 62a-62c), insbesondere einem Keramik-Pad, befestigt ist, wobei die Keramikplatte (23a, 23b, 23c, 35, 44a-44c, 53, 62a-62c) mit dem Leadframe, insbesondere mit wenigstens zwei Leitungsbahnen des Leadframes, verbunden ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (4, 57, 68, 78, 119, 123) oder das optische Fenster (7, 72, 106, 121) zur Verbindung, insbesondere elektrischen Verbindung, mit dem Befestigungselement (9, 20a, 30, 40, 55, 69, 76a, 76b, 76c, 76d, 111, 127, 211) zumindest teilweise aus Metall, insbesondere metallischen Pads (15a, 15b, 41, 60a-60f), ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (2a, 118, 135) eine Mehrzahl, insbesondere wenigstens drei, Laserdioden (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) angeordnet sind, wobei die Laserdioden (8,22a, 22b, 22c, 52, 63a, 63b, 63c, 77a, 77b, 77c, 77d, 112, 128) Laserstrahlen (18) unterschiedlicher Wellenlänge aussenden.
Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung (1a, 105, 120, 130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.