装置的制作方法

本发明涉及一种根据专利权利要求1所述的装置。

背景技术：

包括激光芯片和散热器的装置是已知的，其中激光二极管被布置在散热器上并且所述散热器被配置为从所述激光芯片消散热量。

技术实现要素：

本专利申请要求德国专利申请de102015109788.5的优先权，该申请的公开内容通过引用结合于此。

本发明的目标是提供一种改进的装置。

该目标借助于根据专利权利要求1的装置而得以实现。有利的实施例从属权利要求中予以指定。

已经认识到，一种改进的装置可以通过以下事实提供，所述装置包括至少一个半导体组件和散热器，其中所述半导体组件被布置在所述散热器上，其中所述散热器被配置为消散来自所述半导体组件的热量。所述散热器包括一种材料，其中所述散热器的材料是导热的。所述散热器的材料包括铝和硅。

所述散热器的这种配置的优势在于，所述散热器能够以特别成本有效的方式来加以生产。此外，包括所述材料的散热器在导热性中包括较低的温度依赖性。这在散热器相对高的温度下是特别有利的，原因在于散热器因此具有特别高的导热性。

如果所述散热器被配置为是导电且导热的则是特别有利的。

在另外的实施例中，所述散热器的材料包括的铝按照质量比例小于40%，特别是小于25%，且至少大于10%，特别是大于15%。

在另外的实施例中，所述散热器的材料包括的硅按照质量比例大于60%，特别是大于75%，且至少小于95%，优选小于90%，特别是小于85%。

在另外的实施例中，所述散热器包括厚度，所述厚度包括数值，其中所述厚度的数值处于50µm至300µm的范围内，特别是处于80µm至120µm的范围内。然而，所述散热器也可以包括100µm的厚度。

在另外的实施例中，所述散热器特别是在20℃至130℃的温度范围内的导热性包括处于80w/mk至350w/mk、特别是190w/mk至300w/mk的范围内的数值。

在另外的实施例中，所述半导体组件包括第一接触部和第二接触部。电绝缘层被布置在所述半导体组件和所述散热器之间。所述电绝缘层包括至少一个凹进。在这种情况下，电连接被布置在所述凹进中，所述电连接将所述第二接触部连接至所述散热器。以这种方式，所述装置中的电连接的数量可以得到减少，使得所述装置能够以特别简单且成本有效的方式来生产。此外，所述装置的复杂度得以下降。

在另外的实施例中，连接层被布置在所述电绝缘层和所述半导体组件之间，其中所述连接层将所述半导体组件机械连接至所述电绝缘层。

在另外的实施例中，所述装置包括第一接触导体、至少一个第二接触导体，以及包括外壳壁的外壳。所述第一接触导体和所述第二接触导体彼此以一距离进行布置。所述第一接触导体和所述第二接触导体穿过所述外壳壁并且通过所述外壳壁而相互电绝缘。所述散热器被至少部分地布置在所述第一接触导体和所述第二接触导体之间。所述散热器被电连接至所述第一接触导体。

在另外的实施例中，所述半导体组件被配置为光电半导体组件。有利地，所述光电半导体组件包括至少一个激光芯片或led芯片。所述激光芯片或led芯片被配置为提供包括射束方向的电磁辐射。

在另外的实施例中，所述装置包括光电二极管，所述光电二极管包括第一光电二极管接触部和第二光电二极管接触部，并且还有穿过所述外壳壁的第三接触导体。所述第一光电二极管接触部电连接至所述半导体组件的第一接触部，并且所述第二光电二极管接触部电连接至所第三接触导体。

在另外的实施例中，提供了热扩散器。所述热扩散器优选地至少在所述半导体组件的一个延伸方向上包括比所述半导体组件更大的长度。所述热扩散器被布置在所述半导体组件和所述散热器之间，并且被配置为将热量从所述半导体组件传递至所述散热器。

在另外的实施例中，所述热扩散器包括以下材料中的至少一种：碳化硅（(sic）、氮化铝（aln）)、铜（cu）、钻石、氮化硼、铜钨合金（cuw）。

在另外的实施例中，所述装置包括光学器件。所述光学器件被布置在所述散热器上并且机械且热耦合至所述散热器。所述光学器件被配置为至少部分改变光束的射束方向。

在另外的实施例中，所述装置包括至少一个另外的光电半导体组件，其中所述另外的光电半导体组件包括至少一个另外的激光芯片或另外的led芯片，其中所述另外的激光芯片或另外的led芯片被配置为提供另外的电磁辐射，其中所述半导体组件和所述另外的光电半导体组件被联合布置在所述散热器上。

在另外的实施例中，所述另外的光电半导体组件以关于所述半导体组件的射束方向成横向偏移的方式进行布置。可替换地，所述另外的光电半导体组件在所述半导体组件的射束方向上与所述半导体组件相对地布置。

附图说明

以上所描述的本发明的特性、特征和优势以及实现它们的方式将会结合以下对示例性实施例的描述而变得更为清楚并且理解得更为清楚，对所述示例性实施例结合附图进行更为详细的描述，其中：

图1示出了依据第一实施例的装置的平面图；

图2示出了图1所示的装置的侧视图；

图3示出了图1和图2所示的装置的散热器的导热性示图；

图4示出了依据第二实施例的装置的侧视图；

图5和6示出了图4所示的装置的结构配置的侧视图；

图7示出了图5和图6所示的装置的平面图；

图8示出了图7所示的装置的一部分；

图9示出了依据第三实施例的装置的平面图；

图10示出了图9所示的装置的侧视图；

图11示出了依据第四实施例的装置的平面图；

图12示出了图11所示的装置的侧视图；

图13示出了依据第五实施例的装置的平面图；

图14示出了图13所示的装置的侧视图的示意性图示；

图15示出了依据第六实施例的装置的平面图；

图16示出了图15所示的装置的侧视图；

图17示出了依据第七实施例的装置的侧视图的示意性图示；

图18示出了依据第八实施例的装置的平面图；

图19示出了依据第九实施例的装置的平面图的示意性图示；以及

图20示出了图19所示的装置的侧视图。

具体实施方式

图1示出了依据第一实施例的装置10的平面图。图2示出了图1所示的装置10的侧视图。装置10包括半导体组件15和散热器20。作为示例，半导体组件15被配置为光电半导体组件15。半导体组件15被布置在散热器20上。

光电半导体组件15包括至少一个激光芯片25。激光芯片25被配置为以包括射束方向的光束30的形式提供电磁辐射，所述光束30在该实施例中被配置为激光束。在这种情况下，激光芯片25被配置为边缘发射器，使得激光芯片25所发射的光束30——在该实施例中作为示例——大部分平行于散热器20的顶侧35地通过并且横向地从光电半导体组件15发射。不言而喻的是，还能够想到光束30关于散热器20的顶侧35倾斜或垂直地被发射。可替换地，还能够想到光电半导体组件15包括led芯片，其中所述led芯片提供包括射束方向的光束30。

在光电半导体组件15被激活时，光电半导体组件15发热。光电半导体组件15由于布置在散热器20上而被热耦合至散热器20。在这种情况下，散热器20从光电半导体组件15消散热量并且确保光电半导体组件15在被激活时在最大操作温度以下进行操作，从而避免光电半导体组件15过热。

散热器20包括导电且导热的材料。在这种情况下，所述材料至少包括铝和硅。这些共同形成了合金复合材料。这里特别有利的是，散热器20的材料包括的铝按照质量比例小于40%，特别是小于25%，且至少大于5%，优选地大于10%，特别是大于15%。散热器20的材料包括的硅按照质量比例大于60%，特别是大于75%，且至少小于95%，优选地小于90%，特别是小于85%。

作为这样的材料合成的结果，散热器20包括导热性λ，该导热性在20℃至130℃的温度范围内包括处于180w/mk至350w/mk、特别是190w/mk至300w/mk的范围内的数值。

装置10特别紧凑的设计以及与此同时光电半导体组件15的良好冷却由于以下事实而得以确保：散热器20在关于顶侧35成横向的方向上包括厚度d1，该厚度包括处于50µm至300µm的范围内、特别是处于80µm至120µm的范围内的数值。如果散热器20的厚度d1为100µm则是特别有利的。

图3示出了相对于以摄氏度为单位的温度t所绘制的以w/(m·k)为单位的导热性λ的示图。在该示图中绘制了多个图形50、55、60、65。在这种情况下，第一图形50示出了在图1和图2中所解释的散热器20的导热性λ。第二图形55示出了铜（cu）的导热性λ。第三图形60示出了碳化硅（sic）的导热性λ，而第四图形65则示出了氮化铝（aln）的导热性。所有图形50、55、60、65都是相对于处于大约20℃至130℃的温度范围内的温度t加以绘制的。散热器20的材料（第一图形50）在多个分段中包括与氮化铝（参见第四图形65）相比更高的导热性λ。因此，从借助于图1和图2所示的散热器20在结构上以相同方式配置的装置10出发，与散热器20包括氮化铝作为材料的情形相比，有可能从光电半导体组件15消散更多热量。这样的结果在于，光电半导体组件15包括了下降的操作温度。此外，光电半导体组件15的操作寿命由于操作温度的下降而得以增加。此外，散热器20的材料（alsi）比氮化铝（参见第四图形）更加成本有效。

虽然散热器20的材料的导热性λ低于铜的导热性（参见第二图形55）以及碳化硅的导热性（参见第三图形60），但是散热器20的材料（铝、硅）比铜和碳化硅更加成本有效，并且因此装置10在生产方面是特别成本有效的。

图4示出了依据第二实施例的装置10的侧视图。装置10类似于图1和图2中所示的装置10进行配置。与此不同，装置10还包括被配置为导电的载体66。散热器20借助于第一连接层100被粘合地固定在载体66上。在这种情况下，第一连接层100在散热器20和载体66之间被布置于散热器20的下侧上。第一连接层100例如可以包括导电焊料。

与此不同，在散热器20的顶侧上，也就是说在光电半导体组件15和散热器20之间提供电绝缘层105。第二连接层110被布置在电绝缘层105的顶侧上，并且以粘合方式将光电半导体组件15机械、电气且热地连接至电绝缘层105。电绝缘层105被粘合连接至散热器20。在这种情况下，电绝缘层105被配置为将散热器20与光电半导体组件15电绝缘。第一和/或第二连接层100、110可以包括导电焊料和/或粘合剂。

所要指出的是，可替换地，连接层100、110可以按照不同方式进行配置，并且例如可以包括用于将散热器20粘合连接至载体66和/或将光电半导体组件15粘合连接至散热器20的粘合剂。还能够想到的是，电绝缘层105用于将光电半导体组件15粘合连接至散热器20。

光电半导体组件15包括第一接触部115和第二接触部120。光电半导体组件15的第一接触部115被配置为阳极。第二接触部120则被配置为阴极。第一接触部115连接至第二连接层110。作为第二连接层110与散热器20电绝缘的结果，第一电气接触部115也通过电绝缘层105而与散热器20电绝缘。

第二连接层110和电绝缘层105包括凹进125。第一电连接130被布置在凹进125中。第一电连接130连接至散热器20以及光电半导体组件15的第二接触部120。第一电连接130将散热器20电连接至第二接触部120。在这种情况下，第一电连接130例如可以被配置为接合导线或者被配置为光电半导体组件15的引线脚。

载体66可以将其一部分电连接至另外的组件（未示出），即连接至控制单元。

图5和图6示出了图4所示的装置10的结构配置的侧视图。图7示出了图4和图5所示的装置10的平面图，以及图8示出了图6所示的装置10的一部分。图5至图8被联合解释。

装置10包括外壳70，所述外壳70包括外壳壁75和外壳腹板80，作为示例，所述外壳壁75以环形方式进行配置。在这种情况下，作为示例，外壳壁75以平面方式配置。不言而喻的是，还能够想到外壳壁75包括其它横截面或者以弯曲方式进行配置。外壳腹板80连接至外壳壁75并且基本垂直于外壳壁75进行布置。在这种情况下，外壳腹板80基本上以垂直方式远离外壳壁75延伸。外壳壁75被配置为是导电的。

装置10包括第一接触导体85、第二接触导体90和第三接触导体95。接触导体85、90、95是导电的。接触导体85、90、95穿过外壳壁75并且在两侧伸出外壳壁75之外。此外，接触导体85、90、95彼此以一距离进行布置，其中接触导体85、90、95首先被外壳壁75机械固定。接触导体85、90、95彼此电绝缘。接触导体85、90、95能够被连接至用于装置10的操作的控制单元。

在这种情况下，散热器20在第二接触导体90的顶侧上被布置在第一接触导体85和第三接触导体95之间。在这种情况下，散热器20可以机械连接至第二接触导体90。第二接触导体90被布置在外壳腹板80上。此外，第二接触导体90电连接至外壳壁75。外壳壁75可以将其一部分电连接至地。

作为示例，光电半导体组件15的第一接触部115被布置在光电半导体组件15的下侧上。第一接触部15借助于第一电连接130而电连接至散热器20。散热器20的一部分电连接至第二接触导体20。

装置10还包括光电二极管170。光电二极管170被布置在外壳壁75上。在这种情况下，光电二极管170的下侧182机械连接至外壳壁75。在这种情况下，光电二极管170以所述光电二极管170可以检测光电半导体组件15在激活操作期间所发射的光束（未示出）的至少一部分的方式进行布置。光电二极管170包括第一光电二极管接触部175和第二光电二极管接触部180。在这种情况下，第一光电二极管接触部175被配置为阴极。在这种情况下，第二光电二极管接触部180被配置为阳极。

第一光电二极管接触部175被布置在光电二极管170的下侧182上。作为示例，第二光电二极管接触部180被布置在光电二极管170的顶侧181上。光电二极管170的顶侧181被布置在相对于下侧182的相反一侧上。第一光电二极管接触部175电连接至外壳壁75。第二光电二极管接触部180借助于第二电连接186而电连接至第三接触导体95。第二电连接186例如被配置为接合导线。

第一接触导体85借助于第三电连接190而电连接至光电半导体组件15的第二接触部120，作为示例，所述第三电连接190在该实施例中被配置为接合导线。

图9示出了依据第三实施例的装置10的平面图。图10示出了图9所示的装置10的侧视图。装置10类似于如图1、图2和图4所示的装置10的配置进行配置。与此不同，装置10还包括热扩散器200。至少在光电半导体组件15的一个延伸方向上，热扩散器200包括比光电半导体组件15更大的长度。在该实施例中，作为示例，在平行于顶侧35的延伸方向上，热扩散器200被配置为使得它比光电半导体组件15更宽。热扩散器200被布置在光电半导体组件15和散热器20之间。在这种情况下，热扩散器200被配置为是导热的并且将热量从光电半导体组件15传递至散热器20。此外，还能够想到所述热扩散器被配置为是导电的。作为更宽配置的结果，热扩散器200确保了去往散热器20的良好热分布。在这种情况下，热扩散器200有利地包括以下材料中的至少一种：碳化硅（sic）、氮化铝（aln）、铜（cu）、钻石、铜钨合金（cuw）、氮化硼（bn）。

此外，装置10包括光学器件205。光学器件205被布置在散热器20上并且机械连接至散热器20。在这种情况下，光学器件205包括透镜，所述透镜被配置为聚焦元件210并且至少部分捕捉光束30并将它作为有向光束215聚焦到预定区域上。可替换地，还能够想到聚焦元件210改变光束30而使得光束30被校准。可替换地，还能够想到例如光学器件205对光束30进行扩展。还能够想到光学器件205以不同方式进行配置和/或包括多个聚焦元件。

图11示出了依据第四实施例的装置10的平面图的示意性图示。图12示出了图11所示的装置10的侧视图。装置10类似于图1和图2所示的装置10进行配置。与此不同，除了光电半导体组件15之外，装置10还包括至少一个另外的光电半导体组件300。作为示例，在图11中图示了两个另外的光电半导体组件300。不言而喻的是，也可以提供不同数量的另外的光电半导体组件300。

另外的光电半导体组件300包括另外的激光芯片305。另外的激光芯片305被配置为在被激活时提供另外的激光束的形式的电磁辐射，所述另外的激光束被配置为光束310。在该实施例中，光电半导体组件15和另外的光电半导体组件300以关于光电半导体组件15的光束30的射束方向成横向偏移的方式进行布置。在这种情况下，光电半导体组件15的光束30和另外的光电半导体组件300的另外的光束310基本上互相平行地行进。

另外的光电半导体组件300和光电半导体组件15被联合布置在20上，使得装置10可以以特别成本有效的方式进行配置。散热器20从光电半导体组件15、300消散在光电半导体组件15、300的操作期间所产生的热量，使得光电半导体组件15、300得以可靠地冷却，并且过热借助于光电半导体组件15、300的散热器20而得以避免。

此外，还能够想到如图4中所解释的电气接触也被应用于图11和图12所示的装置10，使得另外的光电半导体组件300也电连接至散热器20。

作为另外的光电半导体组件300的上述配置的替换，还能够想到另外的光电半导体组件300包括另外的led芯片，其中所述另外的led芯片被配置为提供另外的光束310。

图13示出了依据第五实施例的装置10的平面图，以及图14示出了图13所示的装置10的侧视图。装置10类似于图11和图12所示的装置10进行配置。与此不同，光电半导体组件15被配置为激光二极管阵列并且包括多个激光二极管400、405、410，这些激光二极管均提供被配置为光束415、420、425的激光束。在这种情况下，激光束415、420、425基本上平行行进，并且例如平行于散热器20的顶侧35。由于提供了多个激光二极管400、405、410，光电半导体组件15包括增加的发热，所述发热由于相对于氮化铝改善的传导性而被散热器20可靠地从光电半导体组件15消散，使得激光二极管400、405、410在激活时的过热得以可靠地避免。

图15示出了依据第六实施例的装置10的平面图的示意性图示。图16示出了图15所示的装置10的侧视图。装置10类似于图9和图10所示的装置10进行配置。与此不同，热扩散器200被省略，使得光电半导体组件15被直接固定在散热器20上。这种配置是特别成本有效的。

图17示出了依据第七实施例的装置10的侧视图的示意性图示。装置10是在图11、图12、图15和图16中所解释的装置10的组合。装置10包括光电半导体组件15以及另外的光电半导体组件300。在这种情况下，光电半导体组件15和另外的光电半导体组件300被共同布置在散热器20上。另外的光电半导体组件300在光电半导体组件15的光束30的射束方向上与光电半导体组件15相对布置。在两个光电半导体组件15、300之间，光学器件205被布置在散热器20上，在该实施例中，所述光学器件包括棱镜450。例如，在棱镜460上方和/或在光电半导体组件15、200与棱镜450之间，光学器件205还可以另外包括在图9和图10中所解释的聚焦元件210。

在光电半导体组件15以及另外的光电半导体组件300激活时，光电半导体组件15、300发射光束30、310，其中光电半导体组件15、300在每种情况下都在相对布置的另一个光电半导体组件15、300的方向上进行辐射。棱镜450使得基本上平行于顶侧35的光束30、310偏转例如90°，使得光束30、310能够从装置10发射出去。

图18示出了依据第七实施例的装置10的侧视图。装置10类似于如在图15和图16中所解释的装置10的配置进行配置。与此不同，光学器件205包括多个镜面元件500、505以及至少一个转换器元件510。

在这种情况下，第一镜面元件500以横向邻接转换器元件510的方式进行布置。第二镜面元件505被布置在转换器元件510的下侧上并且因此处于转换器元件510和散热器20之间。

转换器元件510例如包括陶瓷层和/或具有散射颗粒的基质，或包括转换基质。可替换地，还能够想到转换器元件510附件地或替换地包括陶瓷层和/或具有散射颗粒的基质。光学器件205被布置在光电半导体组件15的光束30中。在这种情况下，光束30横向辐射至光学器件205之中。

光束30作为主辐射被横向接纳至转换器元件510之中。在该实施例中，例如，转换器元件510将光束30的主辐射的至少一个第一部分转换为辅辐射，所述辅辐射的波长比光束30的波长更长。在这种情况下，转换器元件510加热。在这种情况下，转换器元件510在所有方向上都发射所述辅辐射。辅辐射和主辐射中未被转换的第二部分被镜面元件500、505所反射，使得从光学器件205发射的光515基本上垂直于散热器20的顶侧35进行发射。

散热器20上光电半导体组件15以及光学器件205的装置10确保了光学器件205、特别是转换器元件510也可靠地被散热器20冷却，并且因此也避免了光学器件205的过热。转换器元件510的切实老化因此得以减少。

图19示出了依据第九实施例的装置10的平面图的示意性图示，以及图20示出了图19所示的装置10的侧视图。该装置10基本上是如图9、图10和图18所示的装置10的不同实施例的组合。在这种情况下，光学器件205包括图9和图10所示的聚焦元件210和图18所示的转换器元件510，以及镜面元件500、505。聚焦元件210在散热器20上被布置在转换器元件510和光电半导体组件15之间。此外，图9和图10中所解释的热扩散器200被提供在光电半导体组件15和散热器20之间。

光电半导体组件15发射光束30。聚焦元件210对光束30进行聚焦以形成进入转换器元件510的有向光束215。转换器元件510使用有向光束215作为主辐射，并且如图18中已经解释的，至少将所述主辐射的第一部分转换为辅辐射，所述辅辐射由转换器元件510直接向上发射或者经由镜面元件500、505向上反射。有向光束215中未被转换的第二部分则经由镜面元件500、505向上反射。

作为散热器20上的聚焦元件210和转换器元件510而且还有镜面元件500、505的装置10的结果，除了在光电半导体组件15的操作期间产生的热量之外，来自光学器件205的热量也可以被良好消散并且可以避免光学器件205的过热。

虽然已经借助于优选的示例性实施例对本发明进行了更为具体的说明和详细描述，但是本发明并不被所公开的示例所限制并且本领域技术人员能够从中得出其它变化形式而并不背离本发明的保护范围。特别地，所要指出的是，图1至图20中描述的各个实施例也可以以不同方式互相组合。

附图标记列表

10装置

15光电半导体组件

20散热器

25激光芯片

30光束

35顶侧

50第一图形

55第二图形

60第三图形

65第四图形

66载体

70外壳

75外壳壁

80外壳腹板

85第一接触导体

90第二接触导体

95第三接触导体

100第一连接层

105电绝缘层

110第二连接层

115第一接触部

120第二接触部

125凹进

130第一电连接

170光电二极管

175第一光电二极管接触部

180第二光电二极管接触部

181光电二极管的顶侧

182光电二极管的下侧

186第二电连接

190第三电连接

200热扩散器

205光学器件

210聚焦元件

215有向光束

300另外的光电半导体组件

305另外的激光芯片

310另外的光束

400激光二极管

405激光二极管

410激光二极管

415光束

420光束

425光束

450棱镜

500第一镜面元件

505第二镜面元件

510转换器元件

515由转换器元件发射的光

d1散热器的厚度