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Die
Erfindung betrifft eine optische Übertragungsvorrichtung, und
insbesondere eine optische Übertragungseinrichtung
mit einer Basis, an der optoelektronische Elemente akkurat befestigt
sind.
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Optische Übertragungssysteme,
die optische Lichtwellenleiter verwenden, werden zunehmend in weiteren
Gebieten angewandt. Gemäß den Umständen ist
es erforderlich, daß die
optischen Schaltkreiskomponenten zur Verwendung in solchen optischen Übertragungssystemen
kompakt sind und geringe Produktionskosten aufweisen. Zum Beispiel wird
ein Wellenlängen-Multi/Demultiplexer-Modul
im allgemeinen für
ein Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem
verwendet. Derartige Module umfassen optoelektronische Elemente,
wie Halbleiterlaser, lichtemittierende Dioden und Photodioden und
einen Wellenlängen-Multi/Demultiplexer,
der mit Mehrschichtfilmen und optischen Lichtwellenleitern versehen
ist. Diese Komponenten sind vereint und akkurat auf einer Basis
aus Glas oder Keramik befestigt. Das auf diese Weise gebildete Modul
kann kompakt sein und niedrige Produktionskosten aufweisen im Vergleich
zu diskreten Aufbauten.
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Die 7a und 7b der
angeführten
Zeichnungen zeigen ein im Haus vorgeschlagenes optisches Wellen-Synthesizer/Analysemodul.
In 7a umfaßt das Modul eine lichtemittierende
Diode (LED) 51, eine Photodiode 52, einen optischen
Lichtwellenleiter 53 und ein optisches Wellen-Synthesizer/Analyzer
Prisma 56 mit dielektrischen Mehrschichtfilmfiltern 55,
die daran anhaften. Weiter umfaßt
das Modul optische Linsen 54a, 54b und 54c.
Alle diese Elemente sind akkurat durch Löten auf einer keramischen Basis 57 befestigt,
die wiederum auf einer gedruckten Platine 62 angeordnet
ist. Weiter sind ein LED Steuerschaltkreiselement 63 und
ein Signalverarbeitungsschaltkreiselement 64 auf der gedruckten Platine 62 in
der Umgebung der Basis 57 angeordnet. Die Anschlüsse (nicht
dargestellt) der Schaltkreiselemente 63 und 64 sind
durch gedruckte Linien mit Elektroden-Pads 61a, 61b, 61c und 61d verbunden, die
auf der gedruckten Platine 62 gebildet sind. Die Leitungen 58a und 58b der
LED 51 und die Leitungen 59a und 59b der
Photodiode 52 sind durch Löten mit den Elektroden-Pads 61a, 61b, 61c und 61d verbunden.
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In
dieser Anordnung sind die Leitungen 58a und 58b der
LED 51 und die Leitungen 59a und 59b der
Photodiode 52 direkt durch Löten mit den Elektroden-Pads 61a und 61b und
die Elektroden-Pads 61d und 61d verbunden. Auf
diese Weise wirken während der
Herstellung der Verbindung externe Kräfte auf die LED 51 und
die Photodiode 52. Als ein Ergebnis sind die vorgeschriebenen
Positionsbeziehungen zwischen den optischen Komponenten ungewünscht verändert aufgrund
der plastischen Verformung des Lots, das für die Verbindung verwendet
wird. Weiter treten thermisch induzierte Spannungen im Lot wegen
der Differenz der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der
Basis 57 und der gedruckten Platine 62 auf. Derartig
thermisch induzierte Spannungen beschleunigen den Bruch des Lots
und verursachen eine Verschiebung in der Positionsbeziehung zwischen
den optischen Komponenten. Als ein Ergebnis ist die Be triebssicherheit
des vorgeschlagenen optischen Moduls deutlich verschlechtert.
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Im
oben genannten Aufbau ist das optische Wellen-Synthesizer/Analyzer-Modul akkurat an
einer flachen Basis befestigt. Jedoch wurde eine andere Technik
offenbart, in der optische Komponenten akkurat an vorgegebenen Positionen
auf der Oberfläche
einer photosensitiven Glasbasis angeordnet sind. 8 zeigt
eine konventionelle Schaltkreiskomponente. Eine photosensitive Glasbasis 69 weist vorgeschriebene
Aussparungen 65 bis 68 auf, die durch akkurate Ätzprozesse
gebildet sind. Elemente 52, 53 und 54 und
ein Wellenlängen-Multi/Demultiplexer-Prisma 55 sind
in den Aussparungen 65, 66, 67 und 68 angeordnet
und dann akkurat an der Basis 69 durch Lötmittel
befestigt. Das Element 52 umfaßt eine Kombination optischer
Lichtwellenleiter und Linsen. In diesem Aufbau sind die optoelektronischen Elemente
in vorgeschriebener Anordnung ohne zusätzlichen Bedarf für zusätzliche
Justagen angeordnet. Auf diese Weise weist diese Technik den Vorteil auf,
daß optische
Schaltkreiskomponenten mit relativ niedrigen Kosten gefertigt werden
können.
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Jedoch
weisen konventionelle Techniken zum Auflöten von Komponenten auf ein
photosensitives Glas noch Probleme in bezug auf Effizienz und Produktivität auf. Insbesondere
können
die Lötabschnitte
der photosensitiven Glasbasis nur geätzt werden, oder für eine bessere
Qualität
kann ein thermischer Prozeßschritt
hinzugefügt
werden, um einen keramischen Zustand zu erzeugen. Auf diese Weise können Lottypen
bei dieser Technik angewandt werden, die begrenzt ist auf Lotmittel,
die für
keramisches Bonden verwendet werden. Als ein Resultat ist nur eine
geringe Flexibilität
bei der Variation des Lotschmelzpunktes gegeben. Weiter muß zusätzliche Ul traschalloszillation
angewendet werden, um eine zufriedenstellende Lötverbindung bereitzustellen. Daher
ist die Arbeitseffizienz beim Zusammenbau optischer Komponenten
niedriger. Auf diese Weise wird die Produktivität bei der Herstellung optischer Kommunikationsmodule
unerwünscht
geringer.
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9 zeigt
eine optische Schaltkreiskomponente, die unter Verwendung von konventionellen Techniken
gefertigt wurde. In 9 weist eine photosensitive
Glasbasis 69 die vorgeschriebenen Aussparungen auf, die
durch einen akkuraten Ätzprozeß gebildet
sind. Ein Element 53, das Opto-Halbleiterelemente und Linsen
umfaßt,
ist akkurat an der Basis 69 befestigt. Insbesondere kann
bei diesem Aufbau das Element 53 an einer der Aussparungen
der Basis 69 angefügt
werden, ohne wesentliche Notwendigkeit für zusätzliche Justagen. Auf diese
Weise wurde diese Technik beim Herstellungsprozeß optischer Komponenten, wie
optischer Verzweiger/Koppler und einem Wellenlängen-Multi/Demultiplexer, angewandt.
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Jedoch
taucht in einem konventionellen Aufbau, wenn das Element 53 ein
Element umfaßt,
das Wärme
erzeugt, wie ein Halbleiterlaser, ein strukturelles Problem bei
der Wärmeabstrahlung
auf. Insbesondere, in 9, ist ein Ende eines wärmeabstrahlenden
Elementes 70 direkt an das Element 53 angefügt. Das
andere Ende des Elementes 70 ist an einen Kühlkörper 71 angefügt. Bei
diesem Aufbau treten Spannungen in bezug zu der Basis 69 auf
und dem Element 53 auf, wenn das Element 70 an
dem Kühlelement 71 befestigt
ist. Darüber
hinaus verursacht die Elastizität
des Elementes 70 zusätzliche
Spannungen in bezug zu der Basis 69 und dem Element 53.
Die Spannungen können
das Element 53 veranlassen, die optische und mechanische
Charakteristik zu verschlechtern, wie durch Ablenkung aus der opti schen
Achse oder andere Beschädigungen.
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Der
Leser wird die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen hingewiesen,
offenbart in JP-A-56117211
und in 2 der Conference on Lasers
and Electro-Optics, San Francisco, California, 09.–13. Juni
1986, Seiten 332–333;
K. Katoh et al.: "THS5
Three-channel wavelength-division-multiplexing transceiver module
assembled without an adjustment process".
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Demgemäß ist es
ein Gegenstand der Erfindung, ein optisches Kommunikationsmodul
bereitzustellen, das im wesentlichen frei von thermisch induzierten
Spannungsdefekten ist.
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Kurzgefaßt ist gemäß der Erfindung
eine optische Übertragungsvorrichtung
bereitgestellt, umfassend: einen ersten Körper, der an einem zweiten
Körper
befestigt ist; und, befestigt an dem ersten Körper, ein optisches Lichtwellenleiterelement
und wenigstens eine optoelektronische Einrichtung, die zur Kommunikation
damit angeordnet sind, wobei die wenigstens eine optoelektronische
Einrichtung durch Löten
an dem ersten Körper
befestigt ist und eine Zuführungsleitung
aufweist, die mit einem leitfähigen Element
verbunden ist, das an dem zweiten Körper vorgesehen ist, wobei:
die
Verbindung zwischen der Zuführungsleitung
und dem leitfähigen
Element durch einen elektrischen Leiter mit einem bogenförmigen Abschnitt
bereitgestellt wird, und verbunden mit der Zuführungsleitung und dem leitfähigen Element
ist, wobei der elektrische Leiter eine Steifigkeit aufweist, die
geringer ist als die der Zuführungsleitung,
so daß der
bogenförmige
Abschnitt auf die Vorrichtung wirkende thermische Spannungungen
absorbiert.
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Um
die Erfindung mehr verständlich
zu machen, wird sie nun nur mittels Beispielen beschrieben, unter
Be zugnahme auf die angefügten
Zeichnungen, in denen:
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1a eine Aufsicht einer ersten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
ist;
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1b ein Querschnitt entlang der Linie A-A der 1a ist;
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2a eine Aufsicht einer zweiten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
ist;
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2 ein Querschnitt entlang der Linie A-A der 2a ist;
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3a eine Aufsicht einer dritten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3b ein Querschnitt entlang der Linie A-A der 3a ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht ist, die einen wesentlichen Teil der vierten
Ausführungsform gemäß der Erfindung
darstellt;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines wesentlichen Teils einer fünften Ausführungsform
gemäß der Erfindung
ist;
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6 eine
perspektivische Darstellung ist, die einen wesentlichen Teil einer
sechsten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
darstellt;
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7a eine Aufsicht ist, die einen im Haus vorgeschlagenen
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer-Sender/Empfänger darstellt;
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7b ein Querschnitt entlang der Linie A-A der 7a ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht eines wensetlichen Teils eines anderen konventionellen Wellenlängen-Multi/Demultiplexer-Senders/Empfängers ist;
und
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9 eine
perspektivische Darstellung eines wesentlichen Teils eines noch
anderen konventionellen Wellenlängen-Multi/Demultiplexer-Senders/Empfängers ist.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen
identische oder korrespondierende Teile durchgehend in verschiedenen
Ansichten kennzeichnen, und insbesondere unter Bezugnahme auf 1 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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In
den 1a und 1b sind
eine lichtemittierende Diode (LED) 1, eine Photodiode (PD) 2 und
ein optischer Lichtwellenleiter 3 vereint, mit optischen Linsen 4a, 4b und 4c,
derart, um einen Kollimator zu bilden. Der Kollimator wandelt Licht,
das von der LED und dem optischen Lichtwellenleiter emittiert wurde, in
parallel ausgerichtete Lichtstrahlen und erzeugt dergleichen. Die
Kollimatoren empfangen auch parallel ausgerichtete Lichtstrahlen
und fokussieren diese auf vorgeschriebene optische Positionen. Die
LED 1, die Photodiode 2 und der optische Lichtwellenleiter 3 sind
durch Löten
an einem ersten Körper 7 zusammen
mit einem Prisma 6 mit elektrischen Mehrschichtfiltern 5 befestigt.
Sie decken sich gegenseitig in Begriffen ihrer optischen Achsen.
Leitungen 8a und 8b der LED 1 und Leitung 9a und 9b der
Photodiode 2 sind durch Golddrähte 10 an Elektroden-Pads 11a, 11b, 11c und 11d an
dem zweiten Körper
in Form einer gedruckten Platine 12 befestigt. Die Elektroden-Pads 11a, 11b, 11c und 11d sind durch
gedruckte Linien mit den Anschlüssen
des LED Steuerschaltkreises 20 und einem Empfängerschaltkreis 21 verbunden.
In diesem Fall sind die Golddrähte 10 verbunden,
um einen bogenförmigen
Abschnitt in der Mitte jedes Drahtes 10 bereitzustellen.
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Insbesondere
weisen die Golddrähte 10 einen
Durchmesser um 25 μm
auf und haben eine Steifigkeit sehr viel kleiner als die der Leitungen 8a, 8b, 9a und 9b.
Auf diese Weise werden im wesentlichen all die Spannun gen, die durch
die Differenz bei thermischer Expansion zwischen der Basis 7 und
der gedruckten Platine 12 durch Veränderungen der Umgebungstemperaturen
verursacht werden, durch den bogenförmigen Abschnitt der Golddrähte 10 absorbiert.
Als ein Resultat sind derartige Spannungen im wesentlichen von den
starren Abschnitten der LED 1 und der Photodiode 2 eliminiert.
Daher kann die Verschlechterung der optischen Kopplungscharakteristiken,
die durch eine Verschiebung der Positionsbeziehungen zwischen den
optischen Komponenten verursacht wird, vermieden werden. Auch ist
der Bruch des Lots nicht beschleunigt, das zum Verbinden der optischen
Komponenten verwendet wird. Weiter kann der gekrümmte Abschnitt der Golddrähte 10 Vibrationen
absorbieren.
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2a und 2b zeigen
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung. In 2a sind Elektroden-Blöcke 13 und 14 aus
Keramik oder ähnlichem zwischen
der LED 1 und dem LED Steuerschaltkreis 20 vorgesehen,
und auch zwischen dem PD 2 und dem Signalverarbeitungsschaltkreis 21.
Die Elektroden-Blöcke 13 und 14 haben
Elektroden-Muster 15a, 15b, 15c und 15d,
die darauf gebildet sind. Leitungen 8a, 8b, 9a und 9b einer
LED 1 und der PD 2 sind durch Golddrähte mit
den Elektroden-Mustern 15a, 15b, 15c und 15d verbunden.
In 2b erstreckt sich das Elektroden-Muster 15b derart,
um ein Seiten-Elektroden-Muster 17b zu bilden. Das Seiten-Elektroden-Muster 17b ist
durch Löten
mit einem der Anschlüsse
des LED Steuerschaltkreises 20 durch eine gedruckte Linie 16b verbunden.
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In
dieser Ausführungsform
sind die Höhen der
Elektroden-Blöcke 13 und 14 im
wesentlichen die gleichen wie die der Leitungen 8a und 8b der
LED 1 und der Leitungen 9a und 9b des
PD 2. Dies vereinfacht die Arbeit des Drahtbondens, die üblicherweise unter
einem Mikroskop durchgeführt
wird. Zudem sind die Golddrähte 10 und
die Elektroden-Muster 15a, 15b, 15c und 15d durch
die Verwendung einer Technik wie thermisches Druckbonding oder Ultraschallwellendruckbonding
verbunden. Auf diese Weise können
die nachteiligen Effekte, die durch die Hitze, die beim Löten der
Elektroden-Muster 17 und der gedruckten Linien 16 erzeugt
wird, vermieden werden.
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Die 3a und 3b zeigen
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung. In 3a umfaßt eine
Basis 7, an der optische Komponenten fixiert sind, ein Gehäuse 19.
Verbindungsanschlüsse 18, 18b, 18c und 18d sind
an den Seitenwänden
des Gehäuses 19 vorgesehen
und elektrisch gegeneinander isoliert. Die Höhe der Verbindungsanschlüsse 18a, 18b, 18c und 18d sind
im wesentlichen die gleichen wie die der Leitungen 8a, 8b, 9a und 9b der
LED 1 und des PD 2. Die Verbindung hierzwischen
wird durch Verwendung von Golddrähten 10 erreicht.
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In
dieser Ausführungsform
sind im wesentlichen alle Spannungen, die durch die Differenz der thermischen
Expansion zwischen dem Gehäuse 19 und
der Basis 7 durch Veränderungen
der Umgebungstemperatur verursacht werden, durch die gekrümmten Abschnitte
des Golddrahtes 10 absorbiert. Auf diese Weise kann die
Verschlechterung der optischen Kopplungscharakteristiken vermieden
werden, auch wenn Verbindungen und Trennen mit peripheren elektrischen
Schaltkreisen wiederholt wird. Als ein Resultat kann die Arbeitseffizienz
bei der Fertigung der Module gemäß der Erfindung
signifikant verbessert werden.
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Als
nächstes
wird eine vierte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In den beschriebenen
Ausführungsformen
sind verschiedene optische Komponenten akkurat durch Löten direkt
an einer flachen Basis befestigt. Jedoch ist in diesen Ausführungsformen, wie
in 4 gezeigt, eine Basis 22 aus photosensitivem
Glas gefertigt, das teilweise durch chemische Ätzprozesse präpariert
ist. Die Glasbasis 22 weist Aussparungen 23, 24, 25, 26 auf,
die durch die Verwendung eines selektiven Ätzprozesses gebildet sind.
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Insbesondere
sind nur die Abschnitte der Basis 22, an der die Aussparungen
gebildet sind, gegenüber
selektiv ultravioletten Strahlen, thermischen Prozessen exponiert
und geätzt.
Weiter ist der geschützte
Abschnitt, z. B. die Gesamtoberfläche der Basis 22 mit
einem Dreischichtmetallfilm 27 bedeckt. Anderenfalls müssen wenigstens
alle Innenwände der
Aussparungen mit einem derartigen Metallfilm bedeckt werden. Der
Metallfilm 27 besteht aus drei Schichten aus Chrom, (unmittelbar
zu der Basisoberfläche),
Nickel und Gold (Oberseite). Die Dicke der Goldschicht beträgt mindestens
2 μm. Innerhalb
der Aussparungen 23, 24 25 und 26,
die mit dem Metallfilm 27 bedeckt sind, sind optische Komponenten (nicht
dargestellt) akkurat durch Löten
befestigt. Auf diese Weise kann derartiges Löten durch die Verwendung von
Lotmitteln erreicht werden, das verwendet wird, um konventionelle
elektrische Schaltkreise zu verbinden. Natürlich kann auch das Lot für Glas oder Keramik
verwendet werden. Als ein Ergebnis können die Schmelzpunkte des
Lots frei in Abhängigkeit
von den ausgewählten
Eigenschaften der optischen Komponenten, die an der Basis fixiert
werden sollen, gewählt
werden.
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Zusätzlich kann
die Verwendung von Lot, das für
konventionelle elektrische Schaltkreise verwendet wird, einen Prozeß wie die
Anwendung von Ultraschallschwingungen eliminieren. Auf diese Weise
kann die Arbeits effizienz des Zusammenbaus optischer Komponenten
deutlich gesteigert werden. Als ein Resultat kann die Fertigungsproduktivität optischer
Schaltkreiskomponenten verbessert werden.
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5 zeigt
eine fünfte
Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
In 5 ist eine Isolationsregion 28, in der
kein Metallfilm abdeckt, auf dem Abschnitt der Basis 22 vorgesehen.
Auf diese Weise können die
Abschnitte, an denen elektrische Komponenten befestigt sind, elektrisch
isoliert werden. Die Isolationsregion 28 ist durch die
Verwendung einer Maskierungstechnik gebildet. Wenn der lichtemittierende Abschnitt
von dem lichtempfangenden Abschnitt isoliert ist, ist dessen Hochfrequenzcharakteristik
verbessert. Als ein Resultat kann eine zufriedenstellende elektrische
Isolation zwischen den lichtemittierenden und -empfangenden Abschnitten
erreicht werden. Daher kann durch Verwendung dieser Basis eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit
erreicht werden. Zusätzlich
kann das elektrische Potential der lichtemittierenden und -empfangenden
Abschnitte frei bestimmt werden. Auf diese Weise können periphere
elektronische Schaltkreise einfach ohne Begrenzung in bezug auf
das elektrische Potential befestigt werden.
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Als
nächstes
wird eine sechste Ausführungsform
der Erfindung gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In 6 umfaßt ein Gehäuse 1 eine
LED oder Halbleiterlaser und parallel ausrichtende Linsen. Eine
photosensitive Glasbasis 22 weist eine Aussparung 25 auf,
die durch akkurate Ätzprozesse
gebildet ist. Die gesamte obere Oberfläche der Basis 22 ist
mit dem gleichen Metallfilm bedeckt, wie beim vierten und fünften Ausführungsbeispiel.
Ein Kühlkörper 29 ist
aus Aluminium, platiert mit Gold, gefertigt. Das Gehäuse 1 ist
akkurat innerhalb der Aussparung 25 durch Löten befestigt.
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Das
Gehäuse 1 ist
aus einem Material wie einer Legierung aus Wolfram und Kupfer gefertigt,
und ist zufriedenstellend thermisch kombiniert mit dem Halbleiterlaserchip.
Ein hitzeabstrahlendes Glied 30 ist aus Kupfer gefertigt.
Ein Ende des Gliedes 30 ist an einem Abschnitt befestigt,
nahe dem Abschnitt, an dem das Gehäuse 1 angefügt ist.
Das andere Ende des Gliedes 30 ist an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 29 befestigt.
Beide Enden sind durch Löten
befestigt. Jedoch sind die Lötabschnitte
nicht dargestellt. In diesem Aufbau ist Hitze, erzeugt von dem Halbleiterlaser
während
des Betriebes zu dem Kühlkörper 29 über das
Gehäuse 1 geführt, die
Basis 22, das hitzeabstrahlende Glied 30 und dem
Lot dazwischen. Als ein Ergebnis kann eine zufriedenstellende Hitzeabstrahlung
effektiv erreicht werden ohne das Auftreten von Spannungen in bezug
zu dem Gehäuse 1 und
der Basis 22.
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In
dieser Ausführungssform
ist der Lötprozeß wie folgt
durchgeführt.
Zuerst wird die Basis 22 vollständig erhitzt, und das Gehäuse 1 und
das Glied 30, beide vorbeschichtet mit Lot, gleichzeitig
an die aufgeheizte Basis 22 angefügt. Das Lot zwischen der Basis 22 und
dem Gehäuse 1 und
dem Glied 30 ist aufgeschmolzen, und die Verbindung hierzwischen ist
vervollständigt.
Die Basis 22, das Gehäuse 1 und das
Glied 30 sind auf diese Weise vereinigt und dann akkurat
mit dem Kühlkörper 29 durch
Löten befestigt.
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Überdies
ist die Verbindung der Basis 22, des Gehäuses 1,
des Gliedes 30 und des Kühlkörpers 29 durch Löten erreicht.
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Naheliegende,
zahlreiche zusätzliche
Modifikationen und Variationen der Erfindung sind im Lichte der obigen
Lehre möglich.
Es ist daher verständlich, daß innerhalb
des Umfanges der angefügten
Ansprüche
die Erfindung anders ausgeführt
werden kann, als es beschrieben wurde.