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WO2017032772A1 - Laserbauelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2017032772A1
WO2017032772A1 PCT/EP2016/069891 EP2016069891W WO2017032772A1 WO 2017032772 A1 WO2017032772 A1 WO 2017032772A1 EP 2016069891 W EP2016069891 W EP 2016069891W WO 2017032772 A1 WO2017032772 A1 WO 2017032772A1
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WO
WIPO (PCT)
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laser
chip
housing
substrate
cavity
Prior art date
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Application number
PCT/EP2016/069891
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Wojcik
Martin Haushalter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to CN201680050009.0A priority Critical patent/CN107925216A/zh
Priority to US15/754,333 priority patent/US10511138B2/en
Priority to JP2018506421A priority patent/JP6689363B2/ja
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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H10W72/536—
    • H10W72/5363—
    • H10W90/754—

Definitions

  • the present invention relates to a laser component according to claim 1 and to a method for producing a laser component according to patent claims 15 and 18.
  • An object of the present invention is a
  • a laser device comprises a housing having a bottom portion with a top and a bottom. At the bottom of the bottom portion a plurality of electrical solder pads are formed, which allow a surface mounting of the laser device. At the top of the bottom ⁇ section a plurality of electrical chip contact surfaces are formed and electrically connected to the solder pads.
  • the housing has a layer adjacent to the top of the Bodenab ⁇ -section cavity.
  • a laser chip is in the Cavity arranged and electrically conductively connected to at least eini ⁇ conditions of the chip contact surfaces.
  • This laser device is advantageously suitable for egg ne Surface Mount, causing the laser device can partake of legally assemble by automated processes before ⁇ .
  • the surface mountability of the laser component enables an effective dissipation of waste heat arising during operation of the laser component in the laser component. This in turn allows driving the laser device with high performance to be ⁇ , without leading to overheating of the Laserbauele ⁇ ment.
  • the laser device can be operated in a short-pulse operation with a high pulse ratio and / or a high duty cycle.
  • the solder pads and the ChipURIflä ⁇ chen this laser device are arranged on opposite sides of the bottom portion of the housing of this Laserbauele ⁇ management, resulting in this Laserbauele ⁇ ment short conductor stretches between the solder pads and the chip pads, whereby they have low inductances.
  • This may allow, for example, the laser serbauelement to operate in a short-pulse operation with very short pulse ⁇ wide.
  • the building lasers ⁇ element for operation with pulse widths of less than 5 ns may be suitable.
  • the Ge ⁇ housing to a plastic material.
  • the Bodenab ⁇ section comprises an embedded in the plastic material conductor ⁇ frame.
  • the solder pads and the chip pads are formed by surfaces of portions of the lead frame.
  • the housing of the Laserbauele ⁇ ments can thereby be manufactured simply and economically.
  • a plurality of housings can be produced simultaneously in common working steps.
  • that can Housing advantageously have compact external dimensions on ⁇ .
  • the conductor frame is planar.
  • this results in particularly short conductor paths between the solder contact surfaces and the chip contact surfaces of the housing of this laser component.
  • the cavity is delimited by a wall section of the housing arranged above the bottom section.
  • the Wandab ⁇ section has a recess which allows passage of a laser beam emitted by the laser chip.
  • the circumscribed by the wall portion can Kavi- ty of this laser device provide protection of the laser chip, the ⁇ ses laser device from being damaged by external influences.
  • the at ⁇ parent recess allows in the wall portion of the housing advantageously has a low-loss outcoupling of light emitted by the laser chip laser beam from the laser device of this housing.
  • a potting material is arranged in the cavity, in which the laser chip is at least partially embedded.
  • the potting material can serve to protect the laser chip from damage due to external influences.
  • the molding material may ⁇ example, a silicone and / or a plastic material have.
  • the Ver ⁇ cast material is also disposed in the recess.
  • the potting material can during the placement of the potting material in the cavity through the opening of the cavity of a Geotrou- Ses arrive in a cavity of an adjacent housing, whereby the arrangement of the potting material in the cavity is ⁇ geously advantageous.
  • the Bo ⁇ denabêt on a planar substrate In this case, the sub strate ⁇ a plurality of through contacts producing electrically conductive connections between the chip Ver ⁇ contact surfaces and the solder pads.
  • this substrate can be inexpensively available and thereby enable cost-effective production of the housing of the laser component.
  • the electrically conductive connections between the solder pads and the chip pads of this laser device formed by the vias can be advantageously made very short and thereby Induktivitä ⁇ th have low, which can permit operation of the laser device with short pulse widths.
  • the substrate is designed as a printed circuit board or as a ceramic substrate.
  • the substrate can thereby be inexpensively available and enable effective dissipation of waste heat arising in the laser chip during operation of the laser component.
  • the Ge ⁇ housing a lid.
  • the lid is arranged on the substrate.
  • the cavity is formed between the substrate and the de ⁇ ckel.
  • the cover advantageously offers the laser chip of this laser component protection against damage due to external influences.
  • the lid may for example comprise a plastic or a glass.
  • the cover is connected to the substrate by means of an adhesive connection or a solder connection.
  • the dekel has a material which is transparent to laser radiation emitted by the laser chip.
  • this enables a low-loss extraction of laser radiation emitted by the laser chip of the laser component from the housing of the laser component.
  • the laser chip is designed as an edge-emitting laser chip.
  • this allows for a radiation of a laser beam in a ⁇ parallel to the bottom portion of the housing of Laserbau- elements direction.
  • a driver circuit for driving the laser chip is arranged in the cavity.
  • this allows operation of the laser device without additional external driver scarf ⁇ tion.
  • a method of manufacturing a laser device comprising steps for forming a housing of a plastic material, wherein a lead frame is embedded in a bottom portion of the housing in the plastic material, not covered on a lower side of the bottom portion by the synthetic ⁇ material portions of the lead frame electrical several Form solder pads that allow a surface mounting of the laser device, wherein at one
  • Top side of the bottom portion not covered by the plastic mate ⁇ rial covered portions of the lead frame form a plurality of electrical ⁇ cal chip contact surfaces which are electrically connected to the solder pads, wherein the housing is formed with an adjacent to the top of the bottom portion Kavit ity, and for arranging a Laser chips in the cavity, wherein the laser chip is electrically connected to ⁇ at least some of the chip contact surfaces.
  • this method allows a simple and inexpensive production of a laser device that is suitable for surface mounting.
  • the solder contact areas and the chip contact areas in the laser component are formed by sections of the leadframe, conductor stretches formed between the solder contact areas and the chip contact areas are very short and thus have low inductances.
  • This obtainable by this process laser device advantageously for a short ⁇ pulse operation can be the suitable low pulse widths.
  • the housing is integrally formed in a housing assembly integrally with a plurality of further housing.
  • the parallel herstel ⁇ averaging a plurality of casings in a housing composite in common operations can thereby advantageously reduce the manufacturing cost per case and the time required for producing a housing.
  • the housing assembly is divided using a diamond abrasive blade.
  • a diamond abrasive blade result from the fact outer sides of the housing with high surface quality, which enables a qualitative ⁇ tiv quality coupling out a laser beam emitted by the laser chip from the housing of the laser device ren obtainable by this procedural.
  • Another method of fabricating a laser device includes steps of providing a planar substrate having a plurality of electrical solder pads on a bottom surface that facilitate surface mounting of the laser device and having a plurality of electrical chip pads on a top surface, the substrate having a plurality of
  • this method also allows a simple and cost-effective production of a laser component that is suitable for surface mounting.
  • the electrically conductive connections between the solder pads and the chip pads are formed by the vias of the substrate, the conductor paths between the solder pads and the chip pads can be made very short and thus have low Induktivitä ⁇ th , This can enable short-pulse operation of the laser component obtainable by the method with short pulse widths .
  • the cover is integrally formed in a cover composite with a plurality of further cover.
  • the procedural ⁇ ren comprises a further step for the separation of the lid by severing the lid composite.
  • the method thereby enables a parallel production of a plurality of lids in common operations. Thereby, the manufacturing cost per lid and the time required to produce a lid can be advantageously reduced.
  • the division of the cover composite is carried out using a diamond abrasive.
  • the covers obtainable by dividing the cover composite can have outsides with high surface quality. This is possible in the case of the method a high-quality out ⁇ coupling of a laser beam emitted by the laser chip from the housing of the laser device.
  • Fig. 1 is a plan view of a first laser device
  • Fig. 2 is a sectional side view of the first Laserbau ⁇ elements
  • FIG. 3 shows a plan view of a second laser component
  • Fig. 4 is a sectional side view of the second Laserbau ⁇ elements
  • FIG. 5 shows a plan view of a third laser component; a perspective view of the third Laserbauele ⁇ ment and Fig. 6.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plan view of a first laser component 10.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional side view of the first laser component 10. In this case, the first laser component 10 is cut at a sectional plane drawn in FIG.
  • the first laser component 10 has a housing 500.
  • the housing 500 includes a bottom portion 510 with an upper ⁇ page 511 and one of the top side 511 opposite bottom 512. Over the top 511 of the bottom portion 510 the housing has a 500 adjacent the top 511 of the Bodenab ⁇ section 510 cavity 540th
  • the housing 500 of the first laser component 10 is formed by a molded body 100.
  • the molded body 100 may also be referred to as a molded body.
  • the molded article 100 has been formed by a molding method, such as transfer molding or injection molding.
  • the molded body 100 has an electrically insulating plastic material, for example an epoxy in ⁇ .
  • a lead frame 110 is embedded in the molded body 100.
  • the lead frame 110 has already been formed by the material of the molded body 100 during the formation of the molded body 100.
  • the head ⁇ frame 110 has an electrically conductive material on at ⁇ game as a metal, for example copper.
  • the lead frame 110 is planar and has a plurality of electrically mutually insulated portions, which are arranged in egg ⁇ ner common plane.
  • the lead frame 110 may be made of a flat sheet, for example.
  • the bottom portion 510 of the housing 500 is, like the embedded in the bottom portion 510 of the housing 500 in the molded body 100 lead frame 110, planar, flat and flat.
  • the exposed on the upper surface 511 of the Bo ⁇ denabitess 510 portions of the lead frame 110 form a plurality of chip contact areas 530, for example, two chip pads 530 on the underside 512 of the bottom portion 510 exposed portions of the Leiterrah ⁇ mens 110 form a plurality of solder pads 520, for example, two solder pads 520th
  • Each Lötkon ⁇ tact surface 520 is electrically connected via the sections of the lead frame 110, each with a chip contact surface 530.
  • the conductor stretches formed by the sections of the leadframe 110 are very short and extend substantially perpendicularly through the bottom section 510 of the housing 500. As a result, the conductor stretches formed by the sections of the leadframe 110 have low inductances between the solder contact areas 520 and the chip contact areas 530.
  • the solder contact surfaces 520 arranged on the flat underside 512 of the bottom section 510 of the housing 500 enable surface mounting (SMT mounting) of the first laser component 10.
  • the first laser component 10 thus forms an SMD component.
  • the first laser component 10 may be suitable, for example, for surface mounting by reflow soldering (reflow soldering).
  • the housing 500 of the first laser device 10 has a wall portion 120 formed by the mold body 100, the ring is adjacent the upper surface 511 of the bottom portion 510 by ⁇ , and thereby limits the trained over the top 511 of the Bodenab ⁇ section 510 cavity 540th
  • a laser chip 550 on the top 511 of the Bo ⁇ denabitess 510 is arranged.
  • the laser chip 550 may be playing as an edge semiconductor laser chip with ⁇ .
  • the laser chip 550 has an upper side 551 and an underside 552 lying opposite the upper side 551. On the upper side 551 and on the underside 552 of the laser chip 550 are each formed an electrical contact surface of the laser chip 550.
  • the electrical contact surfaces of the laser chip 550 are electrically conductively connected to a respective chip contact surface 530.
  • the Laser chip 550 disposed on one of the chip contact surfaces 530 such that the underside 552 of the laser chip 550 facing the chip contact surface 530 and formed on the underside 552 of the laser chip 550 electrical contact surface of the laser chip 550 is electrically connected to the chip contact surface 530.
  • the laser chip 550 may be attached as Example ⁇ means of a solder or an electrically conductive Kle ⁇ bers on the chip contact surface 530th
  • the electrical contact surface of the laser chip 550 formed on the upper side 551 of the laser chip 550 is connected in the example shown in FIGS.
  • the laser chip 550 is configured to emit a laser beam 560 in a direction that is oriented substantially parallel to the bottom surface 552 of the laser chip 550. Since ⁇ with the emission direction of the laser chip 550 is also paral ⁇ lel to the top 511 of the bottom portion 510 of the housing 500 oriented.
  • the wall portion 120 of the housing 500 of the first laser ⁇ component 10 forming the molded body 100 has a Ausspa ⁇ tion 121st In the area of the recess 121, the wall section 120 that surrounds the upper side 511 of the bottom section 510 in an annular manner is interrupted.
  • the recess 121 is provided to allow a passage of the laser beam 560 emitted by the laser chip 550 of the first laser component 10.
  • the laser beam 560 emitted by the laser chip 550 can emerge from the cavity 540 of the housing 500 of the first laser component 10 through the recess 121.
  • the recess 121 can already during the formation of the
  • Shaped body 100 has been created. However, it is just ⁇ if possible, the recess 121 only after the formation of the Formed molding 100, for example, by a sawing process or a grinding process.
  • a potting material 130 is arranged in the cavity 540 of the housing 500 of the first laser component 10.
  • the laser chip ⁇ 550 and the laser chip 550 with one of the chip contact surfaces 530 connecting bonding wire 570 are at least teilwei ⁇ se embedded in the potting material 130 and thereby protected from ei ⁇ ner damage by external agents, such as damage from moisture.
  • Potting material 130 for example, a silicone Jerusalemwei ⁇ sen. It is expedient that the potting material 130 has a high transparency for laser radiation emitted by the laser chip 550.
  • the potting material 130 may also extend into the recess 121 of the wall portion 120. It is possible to dispense with placing the potting material 130 in the cavity 540.
  • the housing 500 of the first laser component 10 can be produced together with a plurality of further housing 500 in common working steps.
  • an extensive ladder frame assembly is embedded in an expanded molding composite that comprises a plurality of moldings 100, which are integrally connected to one another in an interconnected manner and arranged laterally next to one another, for example in a two-dimensional rectangular lattice arrangement.
  • the wall sections 120 of a shaped body 100 adjoin the wall sections 120 of adjacent shaped bodies 100.
  • 100 laser chips 550 are arranged in the cavities 540 of all moldings and electrically conductively connected to the chip contact surfaces 530.
  • the filling of the potting material 130 is also carried out for all moldings 100 of the molding composite together.
  • the potting material 130 can flow through the recesses 121 between the cavities 540 of the individual molded bodies 100.
  • the housing assembly thus formed is divided to separate the individual housing 500 formed by the individual molded body 100.
  • the division of the molding composite can be done, for example, by sawing or another method of separation.
  • outer sides 101 of the wall sections 120 of the molded bodies 100 are formed on the parting planes.
  • the molded body 100 is also formed in the area of the potting material 130 in the Ausspa ⁇ tion 121 a release surface.
  • This separation surface forms an exit surface of the laser beam 560 emitted by the laser chip 550. It is therefore expedient to form this separation surface as smoothly as possible. This can be achieved by optimizing the separation process used to divide the package, for example by using a diamond abrasive blade.
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of a second La ⁇ serbauelement 20.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional side view of the second laser device 20.
  • the second laser device 20 is in the representation of FIG. 4 cut at a depicted in Fig. 3 are sectional plane ,
  • the second laser component 20 has correspondences with the first laser component 10 of FIGS. 1 and 2.
  • Components of the second laser component 20 which correspond to components present in the first laser component 10 are provided with the same reference symbols in FIGS. 3 and 4 as in FIGS. 1 and 2.
  • the second laser component 20 has a housing 500.
  • the housing 500 includes a ge ⁇ formed by a planar substrate 200 bottom portion 510 and a lid 220th
  • the bottom portion 510 formed by the planar substrate 200 has a top surface 511 and one of the top 511 ge ⁇ genüberelle bottom 512.
  • the substrate 200 may be formed, for example, as a printed circuit board (PCB) or as a ceramic substrate.
  • PCB printed circuit board
  • a plurality of electrical solder pads 520 are formed, for example, two solder pads 520.
  • a plurality of electrical chip pads 530 are formed, for example, two electrical Chipcardflä ⁇ surfaces 530.
  • the substrate 200 has electrically conductive through ⁇ contacts 210 which extend through the substrate 200 and establish electrically conductive connections between the LötWallet- surfaces 520 and the chip pads 530.
  • Each solder pad 520 is connected to a respective die pad surface ⁇ 530th
  • the gebil through the vias 210 ⁇ Deten conductor paths between the solder pads 520 and the chip pads 530 are very short and thus have low inductances.
  • the arranged on the flat bottom 512 of the bottom portion 510 of the housing 500 of the second laser device 20 Lötness vom 520 allow surface mounting (SMT mounting) of the second laser device 20.
  • the second La ⁇ serbauelement 20 thus forms an SMD component.
  • the second laser device 20 may be suitable for example for a Oberflä ⁇ chenmontage by reflow soldering (reflow soldering).
  • the lid 220 is disposed on the top 511 of the bottom portion formed by the sub ⁇ strat 200,510 of the housing 500 of the second laser device 20th
  • the lid 220 may be connected to the substrate 200 by, for example, an adhesive bond or a solder joint.
  • a laser chip 550 is arranged in the cavity 540 of the second laser component 20, in the cavity 540 of the second laser component 20, a laser chip 550 is arranged.
  • the laser chip 550 is disposed on the top 511 of the bottom ⁇ portion 510 prior to the placing of the lid 220th
  • the laser chip 550 may be game designed as edge-emitting laser chip with ⁇ .
  • the laser chip 550 has an upper side 551 and an underside 552 lying opposite the upper side 551.
  • the La ⁇ serchip 550 in the illustrated in figures 3 and 4 example each have an electrical contact surface. These electrical contact surfaces are electrically conductive with chip contact surfaces 530 of the housing 500 of the second laser component 20 verbun ⁇ the.
  • the laser chip 550 is arranged in the example shown on a chip contact surface 530 and befes ⁇ tigt that the bottom 552 of the laser chip 550 the chip contact surface 530 facing and formed on the bottom 552 of the laser chip 550 electrical contact surface
  • the laser chip 550 may in this case contact surface 530 to be fixed, for example by means of ei ⁇ nes solder or an electrically conductive adhesive to the chip.
  • the formed on the upper surface 551 of the laser chip 550 electrical contact area of the laser chip 550 is connected in the shown in Figures 3 and 4 example, by means of a bonding wire 570 with an additional chip contact surface ⁇ 530th
  • the laser chip 550 is designed to emit a laser beam 560 in a direction substantially perpendicular to the top side 551 of the laser chip 550 and thus also to the top side 511 of the bottom section 510.
  • the laser beam 560 emitted by the laser chip 550 can penetrate the cover 220 and thereby emerge from the cavity 540 of the housing 500 of the second laser component 20.
  • the lid 220 has a material that is emitted by the laser chip 540 Laser radiation is transparent.
  • the lid 220 can play, comprise a plastic material or a glass at ⁇ .
  • the cover 220 of the second laser component 20 can be produced together with a plurality of further covers in common processing steps.
  • a lid composite is formed, which comprises a plurality of integrally connected lids 220.
  • the lids 220 are then singulated by dividing the lid composite at parting planes. In this case, outer sides 221 of the cover 220 are formed on the parting planes.
  • the division of the cover composite can be done for example by a sawing process or another separation process. It is expedient that the outer sides 221 of the lids 220 formed during the cutting of the lid composite at least in each lid 220 at least in the area in which the laser beam 560 penetrates the second laser component 20 produced from the lid 220, only have a high surface quality Have separation marks. This can be achieved by optimizing the separation process used for dividing the lid composite, for example by using ei ⁇ nes diamond blade.
  • Fig. 5 shows in a schematic representation a plan view of a third laser device 30.
  • Fig. 6 is a schemati ⁇ specific perspective view of the third laser device 30.
  • the third laser device 30 has strong similarities to that described with reference to Figures 1 and 2 first laser device 10 on , Components of the third Laserbauele ⁇ member 30 that correspond to the first laser device 10 existing components are provided in Figures 5 and 6 with densel- ben reference numerals as in Figures 1 and 2 and will not be described again in detail. In consequences ⁇ the only differences between the third will Laser component 30 and the first laser device 10 erläu ⁇ tert.
  • a driver circuit 300 for driving the laser chip 550 in the cavity 540 is arranged in addition to the laser chip 550.
  • the driver scarf ⁇ processing 300 in the example shown in Figures 5 and 6 embodiment comprises a capacitor 310 and an integrated circuit 320.
  • the capacitor 310 can serve as an electrical energy storage device.
  • the integrated circuit 320 may serve to switch the laser chip 550 and may be configured to be pulsed by means of a TTL signal.
  • the driver circuit 300 may also include a transistor for switching the laser chip 550th
  • the housing 500 has more than two chip contact areas 530 and can also have more than two solder contact areas 520.
  • the chip contact surfaces 530 serve to receive and contact the laser chip 550 as well as the components of the driver circuit 300.
  • the laser chip 550 and the components of the driver circuit 300 are electrically conductively connected to one another and to the chip contact areas 530 via bonding wires 570. It is possible to equip also the reference to the figures 3 and 4 beschrie ⁇ bene second laser device 20 with a built-dri ⁇ berscrien 300th In this case, the housing may have more than two Chipkon ⁇ clock surfaces 530 and more than two solder pads 520 up 500 of the second laser device 20th
  • the first laser device 10 the second Laserbauele ⁇ element 20 and the third laser device 30, the solder ⁇ the contact surfaces 520 with the chip pads 530 -Call the conductor tracks in each case very short and have low inductances.
  • the first laser device 10, the second laser device 20 and the third laser ⁇ device 30 are suitable in each case for a short-pulse operation with very short zen pulse widths.
  • the first laser component 10, the second laser component 20 and the third laser component 30 may be suitable for operation with pulse widths of less than 5 ns.
  • the first laser component 10, the second laser component 20 and the third laser component 30 are each suitable for surface mounting according to an SMT method, for example for surface mounting by reflow soldering.
  • the first laser device 10, the second laser device 20 and the third Laserbauele ⁇ element 30 for automated assembly processes are suitable.
  • the bruisenmontieriana of the first laser device 10, the second laser device 20 and the third Laserbauele ⁇ member 30 allows a good thermal coupling of the La ⁇ serbauimplantation 10, 20, 30, and thereby an effective discharge of the operation of the laser devices 10, 20, 30 in the laser ⁇ building elements 10, 20, 30 accumulating waste heat.
  • the waste heat can in each case via the bottom 512 of the bottom portion 510 of the
  • Housing 500 of the laser device 10, 20, 30 drain in a La ⁇ serbauelement 10, 20, 30 carrying carrier.
  • the resulting good thermal coupling of the laser components ⁇ 10, 20, 30 allows operation of the laser devices 10, 20, 30 with a high degree of utilization and long on ⁇ switch times.

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Abstract

Ein Laserbauelement umfasst ein Gehäuse, das einen Bodenabschnitt mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist. An der Unterseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Lötkontaktflächen ausgebildet, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen. An der Oberseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Chipkontaktflächen ausgebildet und elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen verbunden. Das Gehäuse weist eine an die Oberseite des Bodenabschnitts angrenzende Kavität auf. In der Kavität ist ein Laserchip angeordnet und elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden.

Description

LASERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG
BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements gemäß Patentansprüchen 15 und 18.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 114 292.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Gehäusebau¬ formen für Laserbauelemente bekannt. Viele bekannte Gehäuse- bauformen eignen sich allerdings nicht für eine Oberflächenmontage. Außerdem weisen viele bekannte Gehäusebauformen lange Leiterstrecken auf, was einen Betrieb mit kurzen Pulsbrei¬ ten erschweren kann. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Laserbauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Laserbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ei¬ ne weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements anzuge- ben. Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 18 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein Laserbauelement umfasst ein Gehäuse, das einen Bodenab- schnitt mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist. An der Unterseite des Bodenabschnitts sind mehrere elektrische Lötkontaktflächen ausgebildet, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen. An der Oberseite des Boden¬ abschnitts sind mehrere elektrische Chipkontaktflächen ausge- bildet und elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen verbunden. Das Gehäuse weist eine an die Oberseite des Bodenab¬ schnitts angrenzende Kavität auf. Ein Laserchip ist in der Kavität angeordnet und elektrisch leitend mit zumindest eini¬ gen der Chipkontaktflächen verbunden.
Dieses Laserbauelement eignet sich vorteilhafterweise für ei- ne Oberflächenmontage, wodurch sich das Laserbauelement vor¬ teilhafterweise durch automatisierte Prozesse montieren lässt .
Die Oberflächenmontierbarkeit des Laserbauelements ermöglicht eine wirksame Ableitung von im Betrieb des Laserbauelements in dem Laserbauelement anfallender Abwärme. Diese ermöglicht es wiederum, das Laserbauelement mit hoher Leistung zu be¬ treiben, ohne dass es zu einer Überhitzung des Laserbauele¬ ments kommt. Beispielsweise kann das Laserbauelement in einem Kurzpulsbetrieb mit hohem Pulsverhältnis und/oder großem Tastverhältnis betrieben werden.
Dadurch, dass die Lötkontaktflächen und die Chipkontaktflä¬ chen dieses Laserbauelements an einander gegenüberliegenden Seiten des Bodenabschnitts des Gehäuses dieses Laserbauele¬ ments angeordnet sind, ergeben sich bei diesem Laserbauele¬ ment kurze Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen, wodurch diese niedrige Induktivitäten aufweisen. Dies kann es beispielsweise ermöglichen, das La- serbauelement in einem Kurzpulsbetrieb mit sehr kurzen Puls¬ breiten zu betreiben. Beispielsweise kann sich das Laserbau¬ element für einen Betrieb mit Pulsbreiten von weniger als 5 ns eignen. In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist das Ge¬ häuse ein Kunststoffmaterial auf. Dabei umfasst der Bodenab¬ schnitt einen in das Kunststoffmaterial eingebetteten Leiter¬ rahmen. Die Lötkontaktflächen und die Chipkontaktflächen sind durch Oberflächen von Abschnitten des Leiterrahmens gebildet. Vorteilhafterweise lässt sich das Gehäuse des Laserbauele¬ ments dadurch einfach und kostengünstig herstellen. Insbesondere lassen sich eine Vielzahl von Gehäusen gleichzeitig in gemeinsamen Arbeitsschritten herstellen. Außerdem kann das Gehäuse vorteilhafterweise kompakte äußere Abmessungen auf¬ weisen .
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Leiter- rahmen planar ausgebildet. Vorteilhafterweise ergeben sich dadurch besonders kurze Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen des Gehäuses dieses Laserbauelements . In einer Ausführungsform des Laserbauelements wird die Kavi- tät durch einen oberhalb des Bodenabschnitts angeordneten Wandabschnitt des Gehäuses begrenzt. Dabei weist der Wandab¬ schnitt eine Aussparung auf, die einen Durchtritt eines durch den Laserchip emittierten Laserstrahls ermöglicht. Vorteil- hafterweise kann die durch den Wandabschnitt umgrenzte Kavi- tät dieses Laserbauelements einen Schutz des Laserchips die¬ ses Laserbauelements vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen bewirken. Die in dem Wandabschnitt des Gehäuses an¬ geordnete Aussparung ermöglicht vorteilhafterweise eine ver- lustarme Auskopplung des durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse dieses Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist in der Ka- vität ein Vergussmaterial angeordnet, in das der Laserchip zumindest teilweise eingebettet ist. Das Vergussmaterial kann einem Schutz des Laserchips vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen dienen. Das Vergussmaterial kann beispiels¬ weise ein Silikon und/oder einen Kunststoff aufweisen. In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das Ver¬ gussmaterial auch in der Aussparung angeordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise eine einfache Auskopplung des durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse des Laserbauelements ermöglicht. Falls das Gehäuse des Laserbauele- ments gleichzeitig mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse in ge¬ meinsamen Arbeitsgängen hergestellt wird, so kann das Vergussmaterial während des Anordnens des Vergussmaterials in der Kavität durch die Aussparung von der Kavität eines Gehäu- ses in eine Kavität eines benachbarten Gehäuses gelangen, wodurch das Anordnen des Vergussmaterials in der Kavität vor¬ teilhafterweise erleichtert wird. In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist der Bo¬ denabschnitt ein planares Substrat auf. Dabei weist das Sub¬ strat mehrere Durchkontakte auf, die elektrisch leitende Ver¬ bindungen zwischen den Chipkontaktflächen und den Lötkontaktflächen herstellen. Vorteilhafterweise kann dieses Substrat kostengünstig erhältlich sein und dadurch eine kostengünstige Herstellung des Gehäuses des Laserbauelements ermöglichen. Die durch die Durchkontakte gebildeten elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen dieses Laserbauelements können vorteilhafterweise sehr kurz ausgebildet sein und dadurch niedrige Induktivitä¬ ten aufweisen, was einen Betrieb des Laserbauelements mit kurzen Pulsbreiten ermöglichen kann.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das Sub- strat als gedruckte Leiterplatte oder als Keramiksubstrat ausgebildet. Vorteilhafterweise kann das Substrat dadurch kostengünstig erhältlich sein und eine wirksame Ableitung von im Betrieb des Laserbauelements in dem Laserchip anfallender Abwärme ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist das Ge¬ häuse einen Deckel auf. Dabei ist der Deckel auf dem Substrat angeordnet. Die Kavität ist zwischen dem Substrat und dem De¬ ckel ausgebildet. Dadurch bietet der Deckel dem Laserchip dieses Laserbauelements vorteilhafterweise Schutz vor einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen. Der Deckel kann beispielsweise einen Kunststoff oder ein Glas aufweisen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Deckel mittels einer Klebeverbindung oder einer Lotverbindung mit dem Substrat verbunden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache und kostengünstige Befestigung des Deckels an dem Substrat und dadurch eine einfache und kostengünstige Herstellung des Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist der De- ekel ein Material auf, das für durch den Laserchip emittierte Laserstrahlung transparent ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine verlustarme Auskopplung von durch den Laserchip des Laserbauelements emittierter Laserstrahlung aus dem Gehäuse des Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist der Laserchip als kantenemittierender Laserchip ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine Abstrahlung eines Laser¬ strahls in eine zum Bodenabschnitt des Gehäuses des Laserbau- elements parallele Richtung.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist in der Ka- vität eine Treiberschaltung zur Ansteuerung des Laserchips angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies einen Betrieb des Laserbauelements ohne zusätzliche externe Treiberschal¬ tung .
Ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Ausbilden eines Gehäuses aus einem Kunststoffma- terial, wobei ein Leiterrahmen in einem Bodenbereich des Gehäuses in das Kunststoffmaterial eingebettet wird, wobei an einer Unterseite des Bodenabschnitts nicht durch das Kunst¬ stoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens mehrere elektrische Lötkontaktflächen bilden, die eine Oberflächen- montage des Laserbauelements ermöglichen, wobei an einer
Oberseite des Bodenabschnitts nicht durch das Kunststoffmate¬ rial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens mehrere elektri¬ sche Chipkontaktflächen bilden, die elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen verbunden sind, wobei das Gehäuse mit einer an die Oberseite des Bodenabschnitts angrenzenden Kavi- tät ausgebildet wird, und zum Anordnen eines Laserchips in der Kavität, wobei der Laserchip elektrisch leitend mit zu¬ mindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden wird. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Laserbauelements, das sich für eine Oberflächenmontage eignet. Dadurch, dass die Lötkontaktflächen und die Chipkontaktflächen bei dem durch dieses Verfahren erhältlichen Laserbauelements durch Abschnitte des Leiterrahmens gebildet werden, sind zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen ausgebildete Leiterstrecken sehr kurz und weisen dadurch niedrige Indukti- vitäten auf. Dadurch kann sich das durch dieses Verfahren erhältliche Laserbauelement vorteilhafterweise für einen Kurz¬ pulsbetrieb mit niedrigen Pulsbreiten eignen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse in einem Gehäuseverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse zusammenhängend ausgebildet. Dabei umfasst das Ver¬ fahren einen weiteren Schritt zum Vereinzeln des Gehäuses durch Zerteilen des Gehäuseverbunds. Die parallele Herstel¬ lung einer Mehrzahl von Gehäusen in einem Gehäuseverbund in gemeinsamen Arbeitsgängen kann dabei vorteilhafterweise die Herstellungskosten pro Gehäuse und die zur Herstellung eines Gehäuses erforderliche Zeit reduzieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Zerteilen des Gehäuseverbunds unter Verwendung eines Diamantschleif- blatts. Vorteilhafterweise ergeben sich dadurch Außenseiten des Gehäuses mit hoher Oberflächenqualität, was eine qualita¬ tiv hochwertige Auskopplung eines durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse des durch dieses Verfah- ren erhältlichen Laserbauelements ermöglicht.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines planaren Substrats, das an einer Unterseite mehrere elektrische Lötkontaktflächen aufweist, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements ermöglichen, und das an einer Oberseite mehrere elektrische Chipkontaktflächen aufweist, wobei das Substrat mehrere
Durchkontakte aufweist, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen und den Lötkontaktflächen herstellen, zum Anordnen eines Laserchips auf der Oberseite des Substrats, wobei der Laserchip elektrisch leitend mit zu¬ mindest einigen der Chipkontaktflächen verbunden wird, und zum Anordnen eines Deckels auf der Oberseite des Substrats, wobei eine Kavität zwischen dem Substrat und dem Deckel aus¬ gebildet wird, wobei der Laserchip in der Kavität einge¬ schlossen wird. Vorteilhafterweise ermöglicht auch dieses Verfahren eine ein¬ fache und kostengünstige Herstellung eines Laserbauelements, das sich für eine Oberflächenmontage eignet. Dadurch, dass bei dem durch dieses Verfahren erhältlichen Laserbauelement die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Lötkon- taktflächen und den Chipkontaktflächen durch die Durchkontakte des Substrats gebildet werden, können die Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen und den Chipkontaktflächen sehr kurz ausgebildet sein und dadurch niedrige Induktivitä¬ ten aufweisen. Dies kann einen Kurzpulsbetrieb des durch das Verfahren erhältlichen Laserbauelements mit kurzen Pulsbrei¬ ten ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Deckel in einem Deckelverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Deckel zusammenhängend ausgebildet. Dabei umfasst das Verfah¬ ren einen weiteren Schritt zum Vereinzeln des Deckels durch Zerteilen des Deckelverbunds. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren dadurch eine parallele Herstellung einer Mehrzahl von Deckeln in gemeinsamen Arbeitsgängen. Dadurch können die Herstellungskosten pro Deckel und die zur Herstellung eines Deckels erforderliche Zeit vorteilhafterweise reduziert werden .
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Zerteilen des Deckelverbunds unter Verwendung eines Diamantschleif- blatts. Dadurch können die durch Zerteilen des Deckelverbunds erhältlichen Deckel Außenseiten mit hoher Oberflächenqualität aufweisen. Dies ermöglicht bei dem durch das Verfahren er- hältlichen Laserbauelement eine qualitativ hochwertige Aus¬ kopplung eines durch den Laserchip emittierten Laserstrahls aus dem Gehäuse des Laserbauelements. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein erstes Laserbauelement; Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des ersten Laserbau¬ elements;
Fig. 3 eine Aufsicht auf ein zweites Laserbauelement; Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht des zweiten Laserbau¬ elements;
Fig. 5 eine Aufsicht auf ein drittes Laserbauelement; und Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des dritten Laserbauele¬ ments .
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf ein erstes Laserbauelement 10. Fig. 2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des ersten Laserbauelements 10. Dabei ist das erste Laserbauelement 10 an einer in Fig. 1 eingezeichneten Schnittebene geschnitten.
Das erste Laserbauelement 10 weist ein Gehäuse 500 auf. Das Gehäuse 500 umfasst einen Bodenabschnitt 510 mit einer Ober¬ seite 511 und einer der Oberseite 511 gegenüberliegenden Unterseite 512. Über der Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 weist das Gehäuse 500 eine an die Oberseite 511 des Bodenab¬ schnitts 510 angrenzende Kavität 540 auf.
Das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 wird durch ei- nen Formkörper 100 gebildet. Der Formkörper 100 kann auch als Moldkörper bezeichnet werden. Der Formkörper 100 ist durch ein Formverfahren (Moldverfahren) ausgebildet worden, beispielsweise durch Spritzpressen (transfer molding) oder durch Spritzgießen (injection molding). Der Formkörper 100 weist ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial auf, bei¬ spielsweise ein Epoxid.
Im Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500 ist ein Leiterrahmen 110 in den Formkörper 100 eingebettet. Der Leiterrahmen 110 wurde bereits während des Ausbildens des Formkörpers 100 durch das Material des Formkörpers 100 umformt. Der Leiter¬ rahmen 110 weist ein elektrisch leitendes Material auf, bei¬ spielsweise ein Metall, beispielsweise Kupfer. Der Leiterrahmen 110 ist planar ausgebildet und weist mehrere elektrisch gegeneinander isolierte Abschnitte auf, die in ei¬ ner gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Der Leiterrahmen 110 kann beispielsweise aus einem flachen Blech hergestellt sein. Der Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500 ist, ebenso wie der im Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500 in den Formkörper 100 eingebettete Leiterrahmen 110, planar, flach und eben ausgebildet .
Sowohl an der Oberseite 511 als auch an der Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 liegen Oberflächen von Abschnitten des Leiterrahmens 110 frei und sind nicht durch das Material des Formkörpers 100 bedeckt. Die an der Oberseite 511 des Bo¬ denabschnitts 510 freiliegenden Abschnitte des Leiterrahmens 110 bilden mehrere Chipkontaktflächen 530, beispielsweise zwei Chipkontaktflächen 530. Die an der Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 freiliegenden Abschnitte des Leiterrah¬ mens 110 bilden mehrere Lötkontaktflächen 520, beispielsweise zwei Lötkontaktflächen 520. Über die Abschnitte des Leiterrahmens 110 ist jede Lötkon¬ taktfläche 520 mit je einer Chipkontaktfläche 530 elektrisch leitend verbunden. Die durch die Abschnitte des Leiterrahmens 110 gebildeten Leiterstrecken sind dabei sehr kurz und erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht durch den Bodenabschnitt 510 des Gehäuses 500. Dadurch weisen die durch die Abschnitte des Leiterrahmens 110 gebildeten Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen 520 und den Chipkontaktflächen 530 niedrige Induktivitäten auf.
Die an der flachen Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 angeordneten Lötkontaktflächen 520 ermöglichen eine Oberflächenmontage (SMT-Montage) des ersten Laserbauele- ments 10. Das erste Laserbauelement 10 bildet damit ein SMD- Bauelement. Das erste Laserbauelement 10 kann sich beispiels¬ weise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) eignen. Das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 weist einen durch den Formkörper 100 gebildeten Wandabschnitt 120 auf, der die Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 ringförmig um¬ grenzt und dadurch die über der Oberseite 511 des Bodenab¬ schnitts 510 ausgebildete Kavität 540 begrenzt.
In der Kavität 540 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauele¬ ments 10 ist ein Laserchip 550 an der Oberseite 511 des Bo¬ denabschnitts 510 angeordnet. Der Laserchip 550 kann bei¬ spielsweise ein kantenemittierender Halbleiter-Laserchip sein. Der Laserchip 550 weist eine Oberseite 551 und eine der Oberseite 551 gegenüberliegende Unterseite 552 auf. An der Oberseite 551 und an der Unterseite 552 des Laserchips 550 sind je eine elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 ausgebildet .
Die elektrischen Kontaktflächen des Laserchips 550 sind elektrisch leitend mit jeweils einer Chipkontaktfläche 530 verbunden. Im in Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel ist der Laserchip 550 derart auf einer der Chipkontaktflächen 530 angeordnet, dass die Unterseite 552 des Laserchips 550 der Chipkontaktfläche 530 zugewandt und die an der Unterseite 552 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 elektrisch leitend mit der Chipkontaktfläche 530 verbunden ist. Hierzu kann der Laserchip 550 beispiels¬ weise mittels eines Lots oder eines elektrisch leitenden Kle¬ bers an der Chipkontaktfläche 530 befestigt sein. Die an der Oberseite 551 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 ist im in Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel mittels eines Bonddrahts 570 mit einer weiteren Chipkontaktfläche 530 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauelements 10 verbunden. Es ist allerdings möglich, die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den elektrischen Kontaktflächen des Laserchips 550 und den Chipkontaktflächen 530 auf andere Weise herzustellen.
Der Laserchip 550 ist dazu ausgebildet, einen Laserstrahl 560 in eine Richtung zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Unterseite 552 des Laserchips 550 orientiert ist. Da¬ mit ist die Emissionsrichtung des Laserchips 550 auch paral¬ lel zur Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 orientiert. Der Wandabschnitt 120 des das Gehäuse 500 des ersten Laser¬ bauelements 10 bildenden Formkörpers 100 weist eine Ausspa¬ rung 121 auf. Im Bereich der Aussparung 121 ist der ringförmig die Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 umgrenzende Wandabschnitt 120 unterbrochen. Die Aussparung 121 ist dazu vorgesehen, einen Durchtritt des durch den Laserchip 550 des ersten Laserbauelements 10 emittierten Laserstrahls 560 zu ermöglichen. Der durch den Laserchip 550 emittierte Laserstrahl 560 kann durch die Aussparung 121 aus der Kavität 540 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauelements 10 austreten. Die Aussparung 121 kann bereits während des Ausbildens des
Formkörpers 100 angelegt worden sein. Es ist allerdings eben¬ falls möglich, die Aussparung 121 erst nach dem Ausbilden des Formkörpers 100 anzulegen, beispielsweise durch einen Säge- prozess oder einen Schleifprozess .
In der Kavität 540 des Gehäuses 500 des ersten Laserbauele- ments 10 ist ein Vergussmaterial 130 angeordnet. Der Laser¬ chip 550 und der den Laserchip 550 mit einer der Chipkontaktflächen 530 verbindende Bonddraht 570 sind zumindest teilwei¬ se in das Vergussmaterial 130 eingebettet und dadurch vor ei¬ ner Beschädigung durch äußere Einwirkungen, beispielsweise vor einer Beschädigung durch Feuchtigkeit, geschützt. Das
Vergussmaterial 130 kann beispielsweise ein Silikon aufwei¬ sen. Es ist zweckmäßig, dass das Vergussmaterial 130 für durch den Laserchip 550 emittierte Laserstrahlung eine hohe Transparenz aufweist. Das Vergussmaterial 130 kann sich auch in die Aussparung 121 des Wandabschnitts 120 erstrecken. Es ist möglich, auf das Anordnen des Vergussmaterials 130 in der Kavität 540 zu verzichten.
Das Gehäuse 500 des ersten Laserbauelements 10 kann gemeinsam mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse 500 in gemeinsamen Arbeitsschritten hergestellt werden. Hierzu wird ein ausgedehnter Leiterrahmenverbund in einen ausgedehnten Formkörperverbund eingebettet, der eine Mehrzahl von Formkörpern 100 um- fasst, die einstückig zusammenhängend miteinander verbunden und lateral nebeneinander, beispielsweise in einer zweidimensionalen Rechteckgitteranordnung, angeordnet sind. Dabei grenzen die Wandabschnitte 120 eines Formkörpers 100 an die Wandabschnitte 120 benachbarter Formkörper 100 an. Anschließend werden in den Kavitäten 540 aller Formkörper 100 Laserchips 550 angeordnet und elektrisch leitend mit den Chipkontaktflächen 530 verbunden. Das Einfüllen des Vergussmaterials 130 erfolgt ebenfalls für alle Formkörper 100 des Formkörperverbunds gemeinsam. Dabei kann das Vergussmaterial 130 durch die Aussparungen 121 zwischen den Kavitäten 540 der einzelnen Formkörper 100 fließen. Erst zum Abschluss dieser gemeinsamen Bearbeitungsschritte wird der so gebildete Gehäuseverbund zerteilt, um die durch die einzelnen Formkörper 100 gebildeten einzelnen Gehäuse 500 zu vereinzeln. Das Zerteilen des Formkörperverbunds kann bei- spielsweise durch Sägen oder ein anderes Trennverfahren erfolgen. Dabei werden an den Trennebenen Außenseiten 101 der Wandabschnitte 120 der Formkörper 100 gebildet.
Falls sich das Vergussmaterial 130 bei den einzelnen Formkör- pern 100 jeweils bis in die Aussparung 121 des Wandabschnitts 120 erstreckt, so wird während des Vereinzeins der Formkörper 100 auch im Bereich des Vergussmaterials 130 in der Ausspa¬ rung 121 eine Trennfläche gebildet. Diese Trennfläche bildet eine Austrittsfläche des durch den Laserchip 550 emittierten Laserstrahls 560. Es ist daher zweckmäßig, diese Trennfläche möglichst glatt auszubilden. Dies kann durch eine Optimierung des zum Zerteilen des Gehäuseverbunds genutzten Trennverfahrens erreicht werden, beispielsweise durch eine Verwendung eines Diamantschleifblatts .
Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein zweites La¬ serbauelement 20. Fig. 4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des zweiten Laserbauelements 20. Dabei ist das zweite Laserbauelement 20 in der Darstellung der Fig. 4 an einer in Fig. 3 eingezeichneten Schnittebene geschnitten.
Das zweite Laserbauelement 20 weist Übereinstimmungen mit dem ersten Laserbauelement 10 der Figuren 1 und 2 auf. Komponenten des zweiten Laserbauelements 20, die bei dem ersten La- serbauelement 10 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind in Figuren 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figuren 1 und 2.
Das zweite Laserbauelement 20 weist ein Gehäuse 500 auf. Das Gehäuse 500 umfasst einen durch ein planares Substrat 200 ge¬ bildeten Bodenabschnitt 510 und einen Deckel 220. Der durch das planare Substrat 200 gebildete Bodenabschnitt 510 weist eine Oberseite 511 und eine der Oberseite 511 ge¬ genüberliegende Unterseite 512 auf. Das Substrat 200 kann beispielsweise als gedruckte Leiterplatte (PCB) oder als Ke- ramiksubstrat ausgebildet sein.
An der Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 sind mehrere elektrische Lötkontaktflächen 520 ausgebildet, beispielsweise zwei Lötkontaktflächen 520. An der Oberseite 511 des Bodenab- Schnitts 510 sind mehrere elektrische Chipkontaktflächen 530 ausgebildet, beispielsweise zwei elektrische Chipkontaktflä¬ chen 530. Das Substrat 200 weist elektrisch leitende Durch¬ kontakte 210 auf, die sich durch das Substrat 200 erstrecken und elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Lötkontakt- flächen 520 und den Chipkontaktflächen 530 herstellen. Dabei ist jede Lötkontaktfläche 520 mit jeweils einer Chipkontakt¬ fläche 530 verbunden. Die durch die Durchkontakte 210 gebil¬ deten Leiterstrecken zwischen den Lötkontaktflächen 520 und den Chipkontaktflächen 530 sind sehr kurz und weisen dadurch niedrige Induktivitäten auf.
Die an der flachen Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 angeordneten Lötkontaktflächen 520 ermöglichen eine Oberflächenmontage (SMT-Montage) des zweiten Laserbauelements 20. Das zweite La¬ serbauelement 20 bildet damit ein SMD-Bauelement . Das zweite Laserbauelement 20 kann sich beispielsweise für eine Oberflä¬ chenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) eignen .
Der Deckel 220 ist an der Oberseite 511 des durch das Sub¬ strat 200 gebildeten Bodenabschnitts 510 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 angeordnet. Der Deckel 220 kann beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Lot- Verbindung mit dem Substrat 200 verbunden sein.
Zwischen dem Deckel 200 und der Oberseite 511 des durch das Substrat 200 gebildeten Bodenabschnitts 510 ist eine Kavität 540 eingeschlossen, die an die Oberseite 511 des Bodenab¬ schnitts 510 angrenzt.
In der Kavität 540 des zweiten Laserbauelements 20 ist ein Laserchip 550 angeordnet. Der Laserchip 550 ist bereits vor dem Anordnen des Deckels 220 an der Oberseite 511 des Boden¬ abschnitts 510 angeordnet worden. Der Laserchip 550 kann bei¬ spielsweise als kantenemittierender Laserchip ausgebildet sein. Der Laserchip 550 weist eine Oberseite 551 und eine der Oberseite 551 gegenüberliegende Unterseite 552 auf.
An der Oberseite 551 und an der Unterseite 552 weist der La¬ serchip 550 im in Figuren 3 und 4 dargestellten Beispiel jeweils eine elektrische Kontaktfläche auf. Diese elektrischen Kontaktflächen sind elektrisch leitend mit Chipkontaktflächen 530 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 verbun¬ den. Hierzu ist der Laserchip 550 im dargestellten Beispiel derart auf einer Chipkontaktfläche 530 angeordnet und befes¬ tigt, dass die Unterseite 552 des Laserchips 550 der Chipkon- taktfläche 530 zugewandt und die an der Unterseite 552 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche
elektrisch leitend mit der Chipkontaktfläche 530 verbunden ist. Der Laserchip 550 kann dabei beispielsweise mittels ei¬ nes Lots oder eines elektrisch leitenden Klebers an der Chip- kontaktfläche 530 befestigt sein. Die an der Oberseite 551 des Laserchips 550 ausgebildete elektrische Kontaktfläche des Laserchips 550 ist im in Figuren 3 und 4 gezeigten Beispiel mittels eines Bonddrahts 570 mit einer weiteren Chipkontakt¬ fläche 530 verbunden.
Der Laserchip 550 ist dazu ausgebildet, einen Laserstrahl 560 in eine zur Oberseite 551 des Laserchips 550 und damit auch zur Oberseite 511 des Bodenabschnitts 510 im Wesentlichen senkrechte Richtung abzustrahlen. Der durch den Laserchip 550 emittierte Laserstrahl 560 kann den Deckel 220 durchdringen und dadurch aus der Kavität 540 des Gehäuses 500 des zweiten Laserbauelements 20 austreten. Hierzu weist der Deckel 220 ein Material auf, das für durch den Laserchip 540 emittierte Laserstrahlung transparent ist. Der Deckel 220 kann bei¬ spielsweise ein Kunststoffmaterial oder ein Glas aufweisen.
Der Deckel 220 des zweiten Laserbauelements 20 kann gemeinsam mit einer Mehrzahl weiterer Deckel in gemeinsamen Bearbeitungsschritten hergestellt werden. Hierzu wird ein Deckelverbund ausgebildet, der eine Mehrzahl von einstückig zusammenhängenden Deckeln 220 umfasst. Die Deckel 220 werden anschließend durch Zerteilen des Deckelverbunds an Trennebenen vereinzelt. Dabei werden an den Trennebenen Außenseiten 221 der Deckel 220 gebildet.
Das Zerteilen des Deckelverbunds kann beispielsweise durch einen Sägeprozess oder einen anderen Trennprozess erfolgen. Es ist zweckmäßig, dass die beim Zerteilen des Deckelverbunds gebildeten Außenseiten 221 der Deckel 220 bei jedem Deckel 220 zumindest in dem Bereich, in dem bei dem aus dem Deckel 220 hergestellten zweiten Laserbauelement 20 der Laserstrahl 560 durchdringt, eine hohe Oberflächenqualität mit nur gerin- gen Trennspuren aufweisen. Dies kann durch eine Optimierung des zur Zerteilung des Deckelverbunds verwendeten Trennverfahrens erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung ei¬ nes Diamantschleifblatts . Fig. 5 zeigt in schematisierter Darstellung eine Aufsicht auf ein drittes Laserbauelement 30. Fig. 6 zeigt eine schemati¬ sche perspektivische Darstellung des dritten Laserbauelements 30. Das dritte Laserbauelement 30 weist große Übereinstimmungen mit dem anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen ersten Laserbauelement 10 auf. Komponenten des dritten Laserbauele¬ ments 30, die bei dem ersten Laserbauelement 10 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind in Figuren 5 und 6 mit densel- ben Bezugszeichen versehen wie in Figuren 1 und 2 und werden nachfolgend nicht erneut detailliert beschrieben. Im Folgen¬ den werden lediglich die Unterschiede zwischen dem dritten Laserbauelement 30 und dem ersten Laserbauelement 10 erläu¬ tert .
Bei dem dritten Laserbauelement 30 ist zusätzlich zu dem La- serchip 550 eine Treiberschaltung 300 zur Ansteuerung des Laserchips 550 in der Kavität 540 angeordnet. Die Treiberschal¬ tung 300 umfasst in dem in Figuren 5 und 6 gezeigten Beispiel einen Kondensator 310 und einen integrierten Schaltkreis 320. Der Kondensator 310 kann als elektrischer Energiespeicher dienen. Der integrierte Schaltkreis 320 kann zum Schalten des Laserchips 550 dienen und kann dazu ausgebildet sein, mittels eines TTL-Signals gepulst zu werden. Anstelle des integrier¬ ten Schaltkreises 320 könnte die Treiberschaltung 300 auch einen Transistor zum Schalten des Laserchips 550 aufweisen.
Das Gehäuse 500 weist bei dem dritten Laserbauelement 30 mehr als zwei Chipkontaktflächen 530 auf und kann auch mehr als zwei Lötkontaktflächen 520 aufweisen. Die Chipkontaktflächen 530 dienen zur Aufnahme und Kontaktierung des Laserchips 550 sowie der Komponenten der Treiberschaltung 300. Der Laserchip 550 und die Komponenten der Treiberschaltung 300 sind über Bonddrähte 570 elektrisch leitend miteinander und mit den Chipkontaktflächen 530 verbunden. Es ist möglich, auch das anhand der Figuren 3 und 4 beschrie¬ bene zweite Laserbauelement 20 mit einer integrierten Trei¬ berschaltung 300 auszustatten. In diesem Fall kann das Gehäuse 500 des zweiten Laserbauelements 20 mehr als zwei Chipkon¬ taktflächen 530 und mehr als zwei Lötkontaktflächen 520 auf- weisen.
Bei dem ersten Laserbauelement 10, dem zweiten Laserbauele¬ ment 20 und dem dritten Laserbauelement 30 sind die die Löt¬ kontaktflächen 520 mit den Chipkontaktflächen 530 verbinden- den Leiterstrecken jeweils sehr kurz und weisen niedrige Induktivitäten auf. Dadurch eignen sich das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laser¬ bauelement 30 jeweils für einen Kurzpulsbetrieb mit sehr kur- zen Pulsbreiten. Beispielsweise können sich das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauelement 30 für einen Betrieb mit Pulsbreiten von we¬ niger als 5 ns eignen.
Das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauelement 30 eignen sich jeweils für ei¬ ne Oberflächenmontage nach einem SMT-Verfahren, beispielswei¬ se für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten) . Dadurch eignen sich das erste Laserbauelement 10, das zweite Laserbauelement 20 und das dritte Laserbauele¬ ment 30 für automatische Bestückungsprozesse.
Die Oberflächenmontierbarkeit des ersten Laserbauelements 10, des zweiten Laserbauelements 20 und des dritten Laserbauele¬ ments 30 ermöglicht eine gute thermische Ankopplung der La¬ serbauelemente 10, 20, 30 und dadurch eine wirksame Abfuhr von im Betrieb der Laserbauelemente 10, 20, 30 in den Laser¬ bauelementen 10, 20, 30 anfallender Abwärme. Die Abwärme kann jeweils über die Unterseite 512 des Bodenabschnitts 510 des
Gehäuses 500 des Laserbauelements 10, 20, 30 in einen das La¬ serbauelement 10, 20, 30 tragenden Träger abfließen. Die dadurch ermöglichte gute thermische Ankopplung der Laserbau¬ elemente 10, 20, 30 ermöglicht einen Betrieb der Laserbauele- mente 10, 20, 30 mit hohem Auslastungsgrad und langen Ein¬ schaltdauern .
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbei¬ spiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Er- findung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt.
Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . BEZUGSZEICHENLISTE
10 erstes Laserbauelement
20 zweites Laserbauelement
30 drittes Laserbauelement
500 Gehäuse 510 Bodenabschnitt
511 Oberseite
512 Unterseite
520 Lötkontaktfläche
530 Chipkontaktfläche
540 Kavität
550 Laserchip
551 Oberseite
552 Unterseite
560 Laserstrahl
570 Bonddraht 100 Formkörper
101 Außenseite
110 Leiterrahmen 120 Wandabschnitt
121 Aussparung
130 Vergussmaterial 200 Substrat
210 Durchkontakt
220 Deckel 221 Außenseite
300 Treiberschaltung
310 Kondensator
320 integrierter Schaltkreis

Claims

PATENTA S PRÜCHE
Laserbauelement (10, 20, 30)
mit einem Gehäuse (500), das einen Bodenabschnitt (510) mit einer Oberseite (511) und einer Unterseite (512) auf¬ weist,
wobei an der Unterseite (512) des Bodenabschnitts (510) mehrere elektrische Lötkontaktflächen (520) ausgebildet sind, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements (10, 20, 30) ermöglichen,
wobei an der Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) mehrere elektrische Chipkontaktflächen (530) ausgebildet und elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen (520) verbunden sind,
wobei das Gehäuse (500) eine an die Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) angrenzende Kavität (540) aufweist, wobei ein Laserchip (550) in der Kavität (540) angeordnet und elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen (530) verbunden ist.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 1,
wobei das Gehäuse (500, 100) ein Kunststoffmaterial auf¬ weist,
wobei der Bodenabschnitt (510) einen in das Kunststoffma¬ terial eingebetteten Leiterrahmen (110) umfasst,
wobei die Lötkontaktflächen (520) und die Chipkontaktflä¬ chen (530) durch Oberflächen von Abschnitten des Leiterrahmens (110) gebildet sind.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 2,
wobei der Leiterrahmen (110) planar ausgebildet ist.
Laserbauelement (10, 30) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3,
wobei die Kavität (540) durch einen oberhalb des Bodenab Schnitts (510) angeordneten Wandabschnitt (120) des Ge¬ häuses (500, 100) begrenzt wird,
wobei der Wandabschnitt (120) eine Aussparung (121) auf- weist, die einen Durchtritt eines durch den Laserchip (550) emittierten Laserstrahls (560) ermöglicht.
5. Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 4,
wobei in der Kavität (540) ein Vergussmaterial (130) an¬ geordnet ist, in das der Laserchip (550) zumindest teil¬ weise eingebettet ist.
6. Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 5,
wobei das Vergussmaterial (130) auch in der Aussparung (121) angeordnet ist.
7. Laserbauelement (20) gemäß Anspruch 1,
wobei der Bodenabschnitt (510) ein planares Substrat (200) aufweist,
wobei das Substrat (200) mehrere Durchkontakte (210) auf¬ weist, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen (530) und den Lötkontaktflächen (520) herstellen .
8. Laserbauelement (20) gemäß Anspruch 7,
wobei das Substrat (200) als gedruckte Leiterplatte oder als Keramiksubstrat ausgebildet ist.
9. Laserbauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, wobei das Gehäuse (500) einen Deckel (220) aufweist, wobei der Deckel (220) auf dem Substrat (200) angeordnet ist,
wobei die Kavität (540) zwischen dem Substrat (200) und dem Deckel (220) ausgebildet ist.
10. Laserbauelement (20) gemäß Anspruch 9,
wobei der Deckel (220) mittels einer Klebeverbindung oder einer Lotverbindung mit dem Substrat (200) verbunden ist.
11. Laserbauelement (20) gemäß einem der Ansprüche 9 und 10, wobei der Deckel (220) ein Material aufweist, das für durch den Laserchip (550) emittierte Laserstrahlung (560) transparent ist.
12. Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehen¬ den Ansprüche,
wobei der Laserchip (550) als kantenemittierender Laserchip ausgebildet ist.
13. Laserbauelement (30) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei in der Kavität (540) eine Treiberschaltung (300) zur Ansteuerung des Laserchips (550) angeordnet ist.
14. Laserbauelement (30) gemäß Anspruch 13,
wobei die Treiberschaltung (300) einen Kondensator (310) sowie einen Transistor oder einen integrierten Schaltkreis (320) umfasst.
15. Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (10, 30) mit den folgenden Schritten:
- Ausbilden eines Gehäuses (500, 100) aus einem Kunst¬ stoffmaterial ,
wobei ein Leiterrahmen (110) in einem Bodenbereich (510) des Gehäuses (500, 100) in das Kunststoffmaterial einge¬ bettet wird,
wobei an einer Unterseite (512) des Bodenabschnitts (510) nicht durch das Kunststoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens (110) mehrere elektrische Lötkontakt¬ flächen (520) bilden, die eine Oberflächenmontage des La¬ serbauelements (10, 30) ermöglichen,
wobei an einer Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) nicht durch das Kunststoffmaterial bedeckte Abschnitte des Leiterrahmens (110) mehrere elektrische Chipkontakt¬ flächen (530) bilden, die elektrisch leitend mit den Lötkontaktflächen (520) verbunden sind,
wobei das Gehäuse (500, 100) mit einer an die Oberseite (511) des Bodenabschnitts (510) angrenzenden Kavität (540) ausgebildet wird; - Anordnen eines Laserchips (550) in der Kavität (540), wobei der Laserchip (550) elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen (530) verbunden wird. 16. Verfahren gemäß Anspruch 15,
wobei das Gehäuse (500, 100) in einem Gehäuseverbund ein¬ stückig mit einer Mehrzahl weiterer Gehäuse (500, 100) zusammenhängend ausgebildet wird,
wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt um- fasst:
- Vereinzeln des Gehäuses (500, 100) durch Zerteilen des Gehäuseverbunds .
17. Verfahren gemäß Anspruch 16,
wobei das Zerteilen des Gehäuseverbunds mit einem Dia¬ mantschleifblatt erfolgt.
18. Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (20)
mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines planaren Substrats (510, 200), das an einer Unterseite (512) mehrere elektrische Lötkontakt¬ flächen (520) aufweist, die eine Oberflächenmontage des Laserbauelements (20) ermöglichen, und das an einer Ober¬ seite (511) mehrere elektrische Chipkontaktflächen (530) aufweist,
wobei das Substrat (510, 200) mehrere Durchkontakte (210) aufweist, die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Chipkontaktflächen und den Lötkontaktflächen (520) herstellen;
- Anordnen eines Laserchips (550) auf der Oberseite (511) des Substrats (510, 200),
wobei der Laserchip (550) elektrisch leitend mit zumindest einigen der Chipkontaktflächen (530) verbunden wird; - Anordnen eines Deckels (220) auf der Oberseite (511) des Substrats (510, 200),
wobei eine Kavität (540) zwischen dem Substrat (510, 200) und dem Deckel (220) ausgebildet wird, wobei der Laserchip (550) in der Kavität (540) einge¬ schlossen wird.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18,
wobei der Deckel (220) in einem Deckelverbund einstückig mit einer Mehrzahl weiterer Deckel (220) zusammenhängend ausgebildet wird,
wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt um- fasst :
- Vereinzeln des Deckels (220) durch Zerteilen des De¬ ckelverbunds .
Verfahren gemäß Anspruch 19,
wobei das Zerteilen des Deckelverbunds mit einem Diamant schleifblatt erfolgt.
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