SE503416C2 - Optoelektrisk komponent samt förfarande för montering av en sådan - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 503 416 1 monteringsring i urtagningen kan den justeras sa att ett maximivärde erhålls hos intensiteten. I detta läge làses lysdioden mekaniskt vid huset med hjälp av en snabbhärdande plast, varefter mellanrummet mellan ringen och urtagningen fylls med en plast med en hög mekanisk stabilitet, t ex epoxiplast.

En nackdel med att använda plast för att sammanfoga lysdioden och huset är att det finns en viss risk att sammanfogningen läcker fukt eller andra gaser. En annan nackdel är att plasten mäste härda en viss tid innan komponenten tàl att flyttas, vilket medför en förlängning av monteringstiden. Det är därför önskvärt att lysdioden och huset istället sammanfogas med en svetsfog. Fördelarna med en svetsfog är att den är helt tät, den har en hög mekanisk hàllfasthet, för att härda. och den behöver inte någon tid När lysdioden, försedd med monteringsringen, ska svetsas ihop med urtagningen uppstår problemet var en svetsfog kan läggas.

För att det ska vara möjligt att svetsa får inte avståndet mellan tvâ punkter som ska svetsas överstiga ett maxavstànd.

Eftersom lysdioden med monteringsring är inskjuten en bit i urtagningen blir avståndet frán urtagningens öppningskant till den punkt där avståndet mellan monteringsringen och urtagningen understiger maxavstándet, för stort för att det ska vara möjligt att komma åt att svetsa, se figur 5 i ovan nämnda skrift.

Injusteringen av lysdioden längs sin symmetriaxel orsakar också problem eftersom svetsfogens läge kommer att variera mellan olika komponenter.

För att komma förbi dessa problem gjordes försök med att montera Mellan lysdioden och urtagningen bildades då ett mellanrum som gav lysdioden direkt i urtagningen utan monteringsringen. utrymme för en justering av lysdioden i riktningar vinkelräta mot dess symmetriaxel. Den ände av lysdioden som är vänd fràn Efter. injusteringen svetsades urtagningens öppningskant och lysdiodens ljusledaren har en fläns som löper runt hela lysdioden. fläns till varandra. Den här monteringsmetoden ger inte utrymme för någon axialförskjutning av lysdioden, och därmed ingen justering av lysdioden i förhållande till ljusledaren i 10 15 20 25 30 35 3 503 416 axialled. Det visade sig att detta gav en så dålig injustering av lysdioden att en majoritet av de monterade komponenterna måste kasseras. Slutsatsen är att en justering av lysdioden i axialled är nödvändig för att erhålla ett godtagbart ljusutbyte mellan lysdioden och ljusledaren.

Uppfinningen avser att lösa problemet hur ett optoelektriskt halvledarelement försett med en monteringsring, i ett monteringsförfarande som innefattar en injusterig av det optoelektriska halvledarelementet i axialled, sammanfogas med en urtagning i en kropp, så att en helt tät fog erhålles.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser en optoelektrisk komponent av inledningsvis angivet slag vilken erbjuder en snabb, enkel och effektiv injustering av det i komponenten ingående opto- elektriska halvledarelementet, och som ger en helt tät fog mellan det optoelektriska halvledarelementet, monteringsringen och den i huset innefattade kroppen.

Föreliggande uppfinning avser också ett förfarande för montering av en optoelektrisk komponent av inledningsvis angivet slag.

Vad som kännetecknar uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1 - 3.

Figur 1 visar ett snitt genom en komponent enligt uppfinningen, vilken innefattar en lysdiod samt anslutningsorgan för en ljusledare.

Figur 2 visar ett snitt genom en monteringskropp för justerbar montering av lysdioden. 10 15 20 25 30 35 503 416 “ Figur 3 visar i anslutning till ett snitt genom komponenten principen för injustering och fastsättning av lysdioden.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en optoelektrisk komponent som utgör ett utföringsexempel av uppfinningen. Komponenten innefattar ett optoelektriskt halvledarelement som i detta exempel är en lysdiod 1. Lysdioden är anordnad i ett hus 2, vilket är försett med organ för anslutning av en ljusledare 3. Lysdioden är anordnad att utsända strålning mot ljusledaren för transmission genom denna.

Lysdioden 1 har en sockel 4, pà vilken en halvledarkropp 5 är monterad, vilken utgör lysdiodens aktiva och ljusutsändande element. I anslutning till halvledarkroppen är en lins 6 anordnad för fokusering av strålningen. Lysdioden har vidare en kåpa 8, vilken är försedd med en utträdesöppning för strålningen, i vilken en lins 7 är anordnad. Linserna 6 och 7 fokuserar strålningen mot ljusledarens 3 optiska fiberände 9.

Lysdioden är försedd med schematiskt visade anslutningsledare 10, ll, och dess sockel är fylld med glas eller ett plast- material 12. I den ände av lysdioden som är vänd från ljusledaren bildar sockeln 4 och kåpan 8 tillsammans en fläns, i fortsättningen kallad för lysdiodfläns 16, som löper runt hela lysdioden.

Huset 2 är utfört av metall och är i huvudsak rotations- symmetriskt. Huset är försett med en axiell urborrning 13 för upptagande av ljusledaren 3. Huset 2 har i sin i figuren högra del en cylindrisk urtagning 14. Lysdiodens symmetriaxel och optiska axel sammanfaller approximativt med ljusledarens 3 längdaxel, i fortsättningen kallad z-axeln.

Lysdioden l omsluts av en monteringskropp i form av en metallring 15 i en svetsbar metall, exempelvis rostfritt stål.

Figur 2 visar monteringsringen 15 som är rotationssymmetrisk med en symmetriaxel E-E. Monteringsringen har ett runt häl 20 för upptagande av lysdioden 1. Den i figuren vänstra delen av ao 10 15 20 25 30 35 5 so: 416 monteringsringen har en yttre mantelyta 21 med approximativt sfärisk form och med centrum i punkten 22, och en diameter d som i huvudsak överensstämmer med diametern D hos den cylindriska urtagningen 14. Monteringsringen har sin största periferi 25, där dess yttre omkrets är lika med diametern d hos den sfäriskt formade mantelytan. Den i figuren högra delen 23 av monteringsringen har formen av en rak cylinder och är längst ut till höger försedd med en fläns, i fortsättningen kallad för monteringsfläns 24, som löper runt hela monteringsringen.

Figur 3 visar den ände av huset 2 i vilken lysdioden är anordnad och avser att åskådliggöra förfarandet vid monteringen. Vid monteringen sammanfogas först lysdioden 1 med monteringsringen 15, genom att monteringsflänsen 24 och lysdiodflänsen 16 svetsas vid varandra runt hela lysdioden så att en hermetiskt tät fog 30 erhålles. Härefter införs lysdioden, insatt i monteringsringen, i urtagningen 14 i huset. Lysdioden förs in så långt att den del av monteringsringen som har den största periferin 25, dvs den del av monteringsringen som har en yttre omkrets som överensstämmer med urtagningens omkrets, kommer i höjd med urtagningens öppningskant 32.

Lysdioden ansluts till en strömkälla och bringas att utsända ljus. Från lysdioden utsända ljusstrålar fokuseras mot en punkt vid ljusledarens ände. I allmänhet kommer denna punkt inte att vara belägen på ändytan av den optiska fibern 9, detta på grund av oundvikliga avvikelser vid tillverkning och montering. Ett mätorgan ansluts till ljusledarens 3 motsatta ände för detektering av intensiteten hos det ljus som utträder från ljusledaren. Lysdioden i monteringsringen kan nu vridas och även axialförskjutas till dess att maximal intensitet erhålles hos det i motsatt ljusledarände detekterade ljuset. Lysdioden befinner sig då i sitt optimala läge och fixeras i förhållande till huset med minst tre svetspunkter mellan öppningskanten och monteringsringen, varefter strömkällan kopplas bort. Därefter svetsas öppningskanten och monteringsringen ihop med varandra med en runt hela öppningskanten löpande svetsfog 33, så att en hermetiskt tät fog erhålles. 10 15 20 25 30 35 503 416 f' En fördelaktig svetsmetod att använda vid uppfinningen är lasersvetsning. Vid lasersvetsning fàr avståndet mellan tvà punkter som ska svetsas till varandra inte överstiga 50 pm.

Sáledes är det en förutsättning för att svetsningen ska lyckas att den spaltöppning som bildas mellan öppningskanten och monteringsringen inte överstiger 50 pm. Denna spaltöppning kallas i fortsättningen för svetsspalten. Mätningar har visat att lysdioden maximalt behöver justeras c:a 0.2 mm àt vart hàll i axialled. Av monteringsskäl kan inte urtagningen och monteringsringen ha exakt samma diameter, utan monteringsringen måste ha en diameter som är något mindre än urtagningens diameter. När monteringsringen före injusteringen placeras i urtagningen med sin största periferi i höjd med öppningskanten bildas en svetsspalt som högst är 10 pm. I detta exempel har urtagningen, och därmed också den sfäriska delen av monterings- ringen, en diameter d = D = 5 mm. En förflyttning pá 0.2 mm i axialled av monteringsringen från läget vid injusteringens början ger en ökning av svetsspalten med ca 8 pm, dvs svetsspalten blir ca 18 pm. Eftersom lysdioden inte säkert är centrerad i urtagningen kan svetsspalten maximalt bli 2-l8pm = 36pm, vilket väsentligt understiger 50 pm.

Beräkningen av ökningen av öppningsspalten tillgár pà följande sätt: x2 + z2 = r2 (ekvationen för en sfär) sfärens radie = 2.5 mm N r-'S spaltbredden NUINH II II förflyttningen i axialled = 0.2 mm (r-s)2+z2=r2=>s=r-\_Å:2-z2 =>s=8pm Om r = 1.5 mm =$ s = 14 pm :à maximala svetsspalten blir 2-14 pm + 20 pm = 48 pm Av ovanstående resonemang framgår att förfarandet inte är lämpat för svetsning av halvledarelement med allför smà dimensioner.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 1 i so: 416 Hur stor svetsspalt som kan överbryggas beror givetvis pà vilken svetsmetod som tillämpas. Vid ett monteringsförfarande enligt uppfinningen erhàlles, med en snabb och enkel montering och en effektiv injustering en optokomponent med hermetiskt täta fogar. Lysdioden i ovanstående exempel kan givetvis utgöras av ett annat optoelektriskt halvledarelement, t ex en laserdiod eller en fotodetektor. Den ovan beskrivna komponenten är avsedd för anslutning till en ljusledare. Uppfinningen är dock inte begränsad till detta fall utan kan tillämpas och ge samma fördelar även vid andra användningsområden. PATENTKRAV

1. Optoelektrisk komponent innefattande ett hus med en första kropp (2) och ett optoelektriskt halvledarelement (1) monterat i en andra, sfärisk kropp (15) som är justerbart lagrad i en cylindrisk urtagning (14) i den första kroppen, och den sfäriska kroppens diameter och den cylindriska urtagningens diameter är i huvudsak lika, k ä n n e t e c k n a d a v att den cylindriska urtagningen har en öppningskant (32) vilken är sammanfogad med den sfäriska kroppen (15) med en runt hela öppningskanten löpande svetsfog (33), så att en hermetiskt tät fog erhålles.

2. Optoelektrisk komponent enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den sfäriska kroppen (15) är ringformad och omsluter det optoelektriska halvledarelementet (1).

3. Optoelektrisk komponent enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att det optoelektriska halvledarelementet (1) och den sfäriska kroppen (15) är sammanfogade med en svetsfog (30).

4. Optoelektrisk komponent enligt patentkrav 3, IQ 10 15 20 25 30 35 sus 416 ° k ä n n e t e c k n a d a v att det optoelektriska halvledarelementet (1) och den sfäriska kroppen (15) är sammanfogade med en runt hela halvledarelementet löpande svetsfog (30), så att en hermetiskt tät fog erhålles.

5. Optoelektrisk komponent enligt något tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att huset (2) innefattar organ för anslutning av en ljusledare (3) för transmission av ljus fràn (eller till) det optoelektriska halvledarelementet (1).

6. Förfarande för montering av en optoelektrisk komponent innefattande ett hus med en första kropp (2) och ett optoelektriskt halvledarelement (1) monterat i en andra, sfärisk kropp (15) som är justerbart lagrad i en cylindrisk urtagning (14) i den första kroppen, och den sfäriska kroppens diameter och den cylindriska urtagningens diameter är i huvudsak lika, k ä n n e t e c k n a t a v att - det optoelektriska halvledarelementet (1) anordnas i den sfäriska kroppen (15) och svetsas vid denna, - den sfäriska kroppen och det däri anordnade halvledarelementet anordnas i urtagningen (14) med sin största periferi (25) vid urtagningens öppningskant (32), - halvledarelementets orientering och läge injusteras, - den sfäriska kroppen (15) och den första kroppen (2) svetsas ihop med varandra genom en vid öppningskanten anordnad svetsfog (33).

7. Förfarande enligt patentkrav 6 k ä n n e t e c k n a t a v att öppningskanten (32)och den sfäriska kroppen (15) sammanfogas med en runt hela öppningskanten löpande svetsfog, sà att en hermetiskt tät fog erhålles.

8. Förfarande enligt patentkrav 6 k ä n n e t e c k n a t a v att öppningskanten (32) och den sfäriska kroppen (15) först láses vid'varandra med ett antal svetspunkter och därefter sammanfogas med en runt hela öppningskanten löpande svetsfog.