WO2025051720A1

WO2025051720A1 - Verfahren zur herstellung eines laserdiodenmoduls sowie mehrlagensubstrat und laserverbund zur verwendung in einem verfahren zur herstellung eines laserdiodenmoduls

Info

Publication number: WO2025051720A1
Application number: PCT/EP2024/074546
Authority: WO
Inventors: Thomas Heidecke; Tobias Kaaden; Hendrik Rahn
Original assignee: Jenoptik Optical Systems Gmbh
Priority date: 2023-09-06
Filing date: 2024-09-03
Publication date: 2025-03-13
Also published as: DE102023124035A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls, ein Mehrlagensubstrat (40) zur Verwendung in einem Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls (1) sowie einen Laserverbund (10) zur Verwendung in einem Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls (1).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls sowie Mehrlagensubstrat und Laserverbund zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 2, ein Mehrlagensubstrat mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 17 sowie ein Laserverbund mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 18.

Laserstrahlungsquellen können auf Basis von gestapelten Diodenlaserelementen, insbesondere Laserbarren, hergestellt werden. Die Abwärme kann durch Wärmeleitung in einer Richtung entgegen der Strahlrichtung auf ein Mehrlagensubstrat abgeleitet werden. Solche Laserstrahlungsquellen werden insbesondere für den quasikontinuierlichen Betrieb (qcw) kommerziell angeboten. Daneben können solche Strahlungsquellen auch für den Dauerstrichbetrieb (cw) oder Pulsbetrieb geeignet sein. Diodenlaserelemente mit Barrendesign können extrem hohe Lichtleistungen für verschiedene qcw-Anwendungen erreichen.

Quasi-kontinuierliche Faserlaser sind ein fester Bestandteil moderner Anwendungen. Derartige Faserlaser können sowohl im CW-Modus als auch im gepulsten Modus mit hoher Spitzenleistung arbeiten. Bei QCW-Faserlasern sind im Gegensatz zu herkömmlichen CW- Lasern die Wandsteckereffizienz und der hohe PPR-Wert von Vorteil. Während Spitzen- und Durchschnittsleistung im CW- und im CW-modulierten Modus immer gleich sind, ist die Spitzenleistung von QCW-Lasern im gepulsten Modus um einen Faktor 10 höher als die Durchschnittsleistung.

Auf die Flächen eines Mehrlagensubstrats, welches vorteilhaft als DCB ausgebildet sein kann (DCB = direct-copper-bonded), wird Lot aufgetragen, um einen Reflow-Lötprozess zu ermöglichen. DCDs bilden in der Aufbau- und Verbindungstechnik eine Struktur, die eine elektrische und thermische Verbindung elektronischer Bauteile und Laserverbünde über Kupfer ermöglicht. Dies ist besonders in der Leistungselektronik für eine bessere Wärmeableitung wichtig.

Stand der Technik

Aktuell wird Lot, unter Verwendung von Masken auf ein Mehrlagensubstrat aufgedampft. Das Aufdampfen von Lot ist jedoch ein ungünstiger Prozess für eine Serienfertigung in hohen Stückzahlen. Das Aufdampfen von Lot auf das Mehrlagensubstrat ist ferner zeitaufwändig in der Arbeitszeit und dem Durchlauf. Fehler beim Aufdampfen betreffen meist eine gesamte Charge mit sehr vielen Teilen gleichzeitig. Des Weiteren ist eine schlechte Reproduzierbarkeit der erzielten Schichtdicken von Charge zu Charge sowie von Mehrlagensubstrat zu Mehrlagensubstrat innerhalb einer Charge gegeben. Außerdem kann eine mittels einer flächigen Lotbeschichtung hergestellte Lotschicht beim Reflöw-Löten zu Lunkern bzw. Gaseinschlüssen führen, welche die thermische Funktion der Lötstelle zur Wärmeleitung beeinträchtigen können.

Aus WO 2016/179229_A1 ist ein Laserdiodenmodul bekannt, bei dem Lotschichten zum Verbinden der Laserverbünde mit dem Substrat verwendet werden. Nachteilig ist, dass Lunker in den Lötverbindungen auftreten können.

Aus WO 2007/082 508 A1 ist ein Laserdiodenmodul bekannt, bei dem Lotschichten zum Verbinden der Laserverbünde mit dem Substrat verwendet werden. Nachteilig ist, dass Lunker in den Lötverbindungen auftreten können.

Aus DE10 2015 013511 B3 ist ein Laserdiodenmodul bekannt, bei dem Lotschichten zum Verbinden der Laserverbünde mit dem Substrat verwendet werden. Nachteilig ist, dass Lunker in den Lötverbindungen auftreten können.

US. 7,515,346 offenbart vertikal gestapelte Laserdioden. Jeder Laserdiodenchip ist auf einen elektrisch isolierenden Unterträger gelötet und mit einer Oberfläche eines gemeinsamen Kühlkörpers verbunden. Die Submounts sind teilweise metallisiert, um eine Reihenschaltung der Laserdiodenchips über Streifenelektroden zu ermöglichen. Nachteilig ist die Komplexität des Designs. US 6266 353 B1 offenbart eine Laserstrahlungsquelle mit einem strukturierten Träger, der als voluminöses Bauteil ausgebildet ist. In diesem Träger sind Nuten zur Aufnahme von Laserdiodenbarren vorhanden. Das hat mehrere Nachteile. Die Herstellung des Trägers, insbesondere die Einarbeitung der Nuten ist aufwändig und nur mit begrenzter Genauigkeit möglich. Zur Stromführung ist eine strukturierte Metallisierung in mehreren Ebenen erforderlich Die Herstellung der metallisierten Bereiche auf dem Träger ist aufwändig und es ist schwierig, die zur Montage von Laserdiodenbarren erforderliche Ebenheit zu erreichen.

Aus DE 10 2017 210 602 B3 ist ein Diodenlaser mit Einhausung bekannt. Dabei werden Laserverbünde auf einem Mehrlagensubstrat befestigt.

Aus DE 102017107961 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungseinrichtung bekannt, bei welchem optoelektronische Halbleiterbauteile, welche jeweils zumindest eine Kontaktfläche aufweisen, auf einen gemeinsamen Träger befestigt werden. Das Lotmaterial wird dabei galvanisch augfebracht.

Aus DE 102018118762A1 ist ein Laserbauelement mit einem Laserchip bekannt, wobei der Laserchip zwischen zwei Wärmesenken angeordnet und mit diesen flächig verbunden ist.

Aus JP2016127207A ist bekannt, ein elektronisches Bauteil auf eine Montageplatte zu löten. Dabei werden getrennte scheibenförmige Lotmaterialstellen verwendet, inmitten derer auf der Montageplatte eine Gasaustrittsöffnung vorgesehen ist, um beim Löten die Ausbildung von Lunkern zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen der voranstehend beschriebenen Nachteile bei der Herstellung von Laserdiodenmodulen zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls, ein Mehrlagensubstrat zur Verwendung in Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls sowie einen Laserverbund zur Verwendung in Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls zu schaffen, die eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses, eine Senkung der Herstellkosten, bei gleichzeitiger Stabilisierung des Herstellungsprozesses und Verbesserung der Qualität/Qualitätssicherung gewährleisten.

Lösung der Aufgabe

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 2, durch ein Mehrlagensubstrat mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 17 sowie durch einen Laserverbund mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 18. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mehrlagensubstrat und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Laserverbund und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Erfindungsgemäß vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls, aufweisend folgende Verfahrensschritte:

Bereitstellen wenigstens eines Laserverbunds, wobei der wenigstens eine Laserverbund ein Verbund aus einem ersten Wärmeleitkörper, einem zweiten Wärmeleitkörper und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper und dem zweiten Wärmeleitkörper angeordneten Laserdiodenbarren ist,

Bereitstellen eines Mehrlagensubstrats mit einer Montagefläche, wobei die Montagefläche wenigstens einen ersten Lötbereich und wenigstens einen zweiten Lötbereich aufweist, wobei die Lötbereiche unter Ausbildung eines jeweiligen Freiraums voneinander beabstandet sind, Aufbringen von Lotmaterial auf die Lötbereiche der Montagefläche, wobei das Lotmaterial in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander aufgebracht wird,

Anheften des wenigstens einen Laserverbunds derart an das Lotmaterial, dass eine Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an das Lotmaterial eines ersten Lötbereichs und eine Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an das Lotmaterial eines zum jeweiligen ersten Lötbereich benachbarten zweiten Lötbereich angeheftet wird,

Einbringen eines Schutzgases in Zwischenräume des Lotmaterials,

Erwärmen des Lotmaterials durch Einbringen von Wärme in das Lotmaterial zur Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen der Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds und dem ersten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und zwischen der Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds und dem zweiten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats, wobei die Wärmeeinbringung derart erfolgt, dass das Lotmaterial über die Solidustemperatur, insbesondere über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials hinaus erwärmt wird, um das Lot aufzuschmelzen,

Aushärten der flächigen Lötverbindung durch Abkühlung der Lötverbindung zur Herstellung des Laserdiodenmoduls.

Vorteile der Erfindung

Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls ermöglicht eine Vereinfachung im Herstellungsprozess von Laserdiodenmodulen und schafft eine Senkung der Herstellkosten von Laserdiodenmodulen. Gleichzeitig wird eine Stabilisierung des Herstellungsprozesses von Laserdiodenmodulen und eine Verbesserung der Qualität/Qualitätssicherung bei der Herstellung von Laserdiodenmodulen gewährleistet.

Beschreibung

Es können ein Laserverbund, auch als Laserelement bezeichnet, oder mehrere Laserverbünde bereitgestellt werden. Jeder Laserverbund ist ein Verbund, d. h., eine feste Einheit, aus einem ersten Wärmeleitkörper, einem zweiten Wärmeleitkörper und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper und dem zweiten Wärmeleitkörper angeordneten Laserdiodenbarren. Der Laserdiodenbarren ist sandwichartig zwischen den beiden Wärmeleitkörpern angeordnet. Werden mehrere Laserverbünde bereitgestellt, so sind benachbarte Laserverbünde unter Ausbildung eines Luftspaltes jeweils voneinander getrennt. D. h., jeweils zwischen einem zweiten Wärmeleitkörper eines vorherigen Laserverbunds und einem ersten Wärmeleitkörper eines nachfolgenden Laserverbunds ist ein Luftspalt vorgesehen. Die Abstände benachbarter Laserverbünde sind bei Bereitstellen der Laserverbünde vorzugsweise gleich groß. Dabei können mehrere Laserverbünde nacheinander an einem Mehrlagensubstrat angeheftet werden, wobei die Laserverbünde unter Ausbildung jeweils eines Luftspalts nebeneinander angeordnet werden. Alternativ können die mehreren Laserverbünde als Laserverbundpaket angeheftet werden, wobei sie dann bereits unter Ausbildung eines jeweiligen Luftspalts zueinander bereitgestellt werden. Alternativ kann ein Laserverbundpaket auch dadurch ausgebildet sein, dass mit Ausnahme des ersten und letzten Laserverbunds jeweils ein erster Wärmeleitkörper mit einem zweiten Wärmeleitkörper des benachbarten Laserverbunds einstückig ausgeführt sind. Im letzteren Fall können die Luftspalte einfallen.

Die Laserdiodenbarren, auch als Laserbarren bezeichnet, sind Strahlquellen. Ein Laserdiodenbarren kann beispielsweise als kantenemittierendes Bauteil ausgebildet sein und einen oder bevorzugt mehrere Emitter, insbesondere 3 bis 100 Emitter, umfassen, welche in einer y-Richtung jeweils versetzt zueinander angeordnet sein können. Ein Laserdiodenbarren kann bevorzugt in y-Richtung eine Breite zwischen 3 mm und 12 mm haben. Er kann in einer x-Richtung eine Dicke von 0,0 5mm bis 0,2 mm haben. Die x-Richtung kann dadurch ausgezeichnet sein, dass der Laserbarren in dieser Richtung die geringste Ausdehnung aufweist im Vergleich zu den Ausdehnungen in die anderen Richtungen. Die Länge in einer z- Richtung kann beispielsweise 0,3 mm bis 6mm betragen. Ein Laserdiodenbarren kann mehrere in einer Richtung y zueinander versetzt angeordnete Emitter mit jeweils einer Lichtaustrittsfacette umfassen. Die Emitter können in einer Hauptstrahlrichtung z eine Laserstrahlung emittieren. Die einzelnen Emitter können beispielsweise als Breitstreifenemitter oder als Stegwellenleiter ausgebildet sein. Es können auch mehrere Schichtfolgen mit jeweils wenigstens einem Quantengraben, d. h., mehrere elektrisch in Serie liegende p-n Übergänge vorhanden sein. Solche Laserdiodenbarren werden auch als Nanostack bezeichnet. Dann sind mehrere Emitter in x-Richtung übereinandergestapelt. Ein Laserdiodenbarren kann durch einen elektrischen Strom gepumpt werden. Zum Stromeintrag können eine erste elektrische Kontaktfläche und eine zweite elektrische Kontaktfläche an jedem Laserdiodenbarren vorgesehen sein. In z-Richtung können die Wärmeleitkörper eine Ausdehnung haben, die gleich oder größer als die Resonatorlänge der Laserdiodenbarren ist. Die Hauptemissionsrichtung der Laserstrahlung kann die z-Richtung sein. Die Laserresonartoren der Laserbarren können dann in z-Richtung angeordnet sein.

Die Richtungen x, y und z können ein kartesisches Koordinatensystem aufspannen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann der Laserbarren nur einen einzelnen Emitter aufweisen. In diesem Fall kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Hauptemissionsrichtung der Laserstrahlung die Y-Richtung ist. Der Laserresonator kann dann in der y-Richtung liegen.

Bevorzugt weisen sowohl die Wärmeleitkörper als auch der sandwichartig zwischen diesen angeordnete Laserdiodenbarren jeweils eine quaderförmige Gestalt auf. Die Wärmeleitkörper sind elektrisch leitfähig und dienen ferner der Ableitung der in einem Laserdiodenbarren entstehenden Wärme. Die Abwärme kann insbesondere durch Wärmeleitung durch die Wärmeleitkörper in einer Richtung entgegen der Strahlrichtung auf das Mehrlagensubstrat abgeleitet werden.

Hierzu wird ein Mehrlagensubstrat mit einer Montagefläche bereitgestellt. Das Mehrlagensubstrat kann vorteilhaft ein DCB Substrat sein. Es kann keramische Lagen, beispielsweise Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, und Kupferlagen umfassen. Die Montagefläche weist wenigstens einen ersten Lötbereich und wenigstens einen zweiten Lötbereich auf, wobei die Lötbereiche unter Ausbildung eines jeweiligen Freiraums voneinander beabstandet sind. Die Montagefläche kann in einer xy-Ebene des o.g. Koordinatensystems angeordnet sein. Das Laserdiodenmodul kann zum Abstrahlen von Laserstrahlung in einer Hauptrichtung z vorgesehen sein, d.h. senkrecht zur Montagefläche. In einer weiteren Ausführung kann das Lasermodul zum Abstrahlen einer Laserstrahlung in einer Hauptrichtung y vorgesehen sein, d.h. parallel zur Montagefläche.

Vorteilhaft können der erste und zweite Lötbereich des bereitgestellten Mehrlagensubstrats elektrisch voneinander isoliert sein, damit hernach der Laserbarren nicht kurzgeschlossen wird. Die Lötbereiche können aus einer metallischen Lage des Mehrlagensubstrats gebildet sein. Vorteilhaft können sie aus Kupfer ausgebildet sein. Die Lötbereiche können auf einer keramischen Lage angeordnet sein, mit welcher sie fest verbunden sein können. Die keramische Lage kann die gewünschte elektrische Isolation bewirken. Die Lagen des Mehrlagensubstrats können auch als Schichten bezeichnet werden. Daher kann auch der synonyme Begriff Mehrschichtsubstrat für ein Mehrlagensubstrat verwendet werden. Das Mehrlagensubstrat kann als Träger ausgebildet sein und wesentlich zur mechanischen Stabilität des Laserdiodenmoduls beitragen. Vorteilhaft kann das Mehrlagensubstrat eben, beispielsweise plattenförmig, ausgebildet sein. Das Mehrlagensubstrat kann zum Durchströmen eines flüssigen Kühlmittels vorgesehen sein und dazu einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweisen.

Bei dem Verfahren gemäß des ersten Aspekts der Erfindung wird Lotmaterial auf die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats aufgebracht, wobei das Lotmaterial in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander aufgebracht wird. D. h., die einzelnen Einheiten an Lotmaterial werden vorzugsweise Einheit für Einheit auf die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats aufgebracht, insbesondere aufgeschossen. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Einheiten an Lotmaterial gezielt auf den entsprechenden Lötbereichen der Montagefläche aufgebracht bzw. aufgeschossen werden können. Das gezielte Aufbringen der Einheiten an Lotmaterial gewährleistet eine hohe mechanische Festigkeit des Lotmaterials an den zu belotenden Lötbereichen der Montagefläche. Die Nutzung des Lotmaterials gewährleistet ferner eine Langzeitstabilität der zu verlötenden Bauteile. Außerdem erfüllt das Lotmaterial hohe Anforderungen an klimatische Wechselbelastungen, Strahlungsresistenz sowie einer Vakuumkompatibilität. Dies führt in Summe zu einer Verbesserung der Qualität des späteren Laserdiodenmoduls.

Durch das Aufbringen von Lotmaterial auf die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats kann der Eintrag von thermischer Energie auf die Montagefläche räumlich und zeitlich begrenzt werden. Das aufgetragene Lotvolumen des Lotmaterials kann präzise dosiert werden. Hierdurch können die Herstellungskosten im Vergleich zu einem Lotaufdampfverfahren gesenkt werden. Durch das Aufbringen von Lotmaterial kann gleichzeitig eine mechanische, eine elektrische und eine thermische Kontaktierung der Montagefläche des Mehrlagensubstrats realisiert werden. Das Lotmaterial wird ohne die Verwendung eines Flussmittels auf die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats aufgebracht. Durch diese flussmittelfreie Prozessführung können Kontaminationen vermieden werden.

Vorzugsweise wird zum Aufbringen des Lotmaterials auf die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats ein sogenanntes SolderJet- oder SolderBall-Verfahren genutzt, Hierdurch kann Lotmaterial, d. h., können Lotmengen mit sehr kleinem Durchmesser, insbesondere mit einem Durchmesser von 30 bis 800 pm gezielt auf die entsprechenden Lötbereiche aufgebracht werden.. Besonders bevorzugt ist daher bei dem Verfahren, wenn das Lotmaterial in Form von einer Vielzahl von Lotkugeln aufgebracht, insbesondere als flüssige Tropfen, aufgeschossen wird oder in Form von Lotstreifen aufgebracht wird. Neben einer sehr hohen Dosierqualität können stabilste Prozessbedingungen gewährleistet werden. Die Lotkugel-Geometrie erleichtert bzw. ermöglicht die Nutzung eines Schutzgases beim anschließenden Erwärmen des Lotmaterials, dem sogenannten Reflow-Lötprozess. Während des Erwärmens zerfließen die einzelnen Lotkugeln und fließen zusammen, um eine durchgehende und lunkerfreie, flächige Lötverbindung herzustellen.

Die aufgebrachten Einheiten der Lotmenge können kugelkappenförmig, vorteilhaft halbkugelförmig oder größer als halbkugelförmig ausgebildet sein. Die Lotmengeneinheiten können eine benetzende Grundfläche aufweisen. Vorteilhaft können die Lötbereiche in einer senkrechten Projektion auf die Montagefläche (d.h. die xy-Ebene) flächenmäßig größer ausgebildet sein, als die Summe der Flächen der darauf aufgebrachten Lotmengeneinheiten, vorteilhaft wenigstens zehn Mal so groß. Vorteilhaft können neben den Lotmengeneinheiten unbenetzte Flächen der Lötbereiche vorhanden sein.

Auch kann durch die Verwendung vollmetallischer Lotkugeln auf Lotpaste verzichtet werden. Dadurch kann auf flüssige oder pastöse Flussmittel, wie sie in üblichen Lotpasten enthalten sind, verzichtet werden.

Alternativ kann das Aufbringen des Lotmaterials in fester Form als Ball Bonds beispielsweise mit einem Drahtbonder nach dem Ball-Bond-Verfahren erfolgen. Dabei kann ein Draht aus Lotmaterial in einem aus der Düse des Bonders herausragenden Abschnitt zu einer Kugel aufgeschmolzen werden. Nach dem Erstarren kann diese Kugel auf die entsprechende Stelle des Lötbereichs mittels Ultraschalls befestigt werden. Hernach kann der Lotdraht unmittelbar hinter der Kugel (engl. Ball) abgetrennt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Anheften des wenigstens einen Laserverbunds an das Lotmaterial derart, dass eine Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an das Lotmaterial eines ersten Lötbereichs und eine Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an das Lotmaterial eines zum jeweiligen ersten Lötbereich benachbarten zweiten Lötbereichs aufgebracht wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass die jeweiligen Wärmeleitkörper gezielt an die entsprechend vorgesehenen Lötbereiche des Mehrlagensubstrats angeheftet werden können. Vorteilhafterweise geschieht das Anheften des wenigstens einen Laserverbunds ausschließlich mit Hilfe des zuvor auf das Mehrlagensubstrat aufgebrachten Lotmaterials, ohne Anwesenheit von festen, flüssigen und pastösen Fluss-, Haft- oder anderen Hilfsmitteln. Dies führt insbesondere zu einer Vereinfachung des Herstellungsprozesses und beugt Verschmutzungen der Bauteile vor. Das Anheften kann vorteilhaft derart erfolgen, dass die einzelnen Einheiten der Lotmenge nicht oder nur geringfügig deformiert werden. Das kann bedeuten, dass durch das Anheften deren Höhe, d.h. deren Ausdehnung senkrecht zur Montagefläche, im Mittel um weniger als 30%, besser weniger als 20%, reduziert wird. Durch das Heften kann zwar nur eine geringe Festigkeit der Verbindung erreicht werden, diese wird aber vorteilhaft so hoch sein, dass sich die Laserverbünde nicht von selbst vom Mehrlagensubstrat ablösen. Dazu kann es ausreichen, dass bei einer Belastung mit zweifacher Gravitationskraft in alle Richtungen kein Ablösen zu verzeichnen ist.

Das Anheften kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass nur höchstens ein Zehntel der später flächig zu verbindenden ersten und zweiten Kontaktfläche mit den Einheiten der Lotmenge verbunden wird.

Zwischen dem Anheften und dem Reflow-Lötprozess kann ein Zeitraum vorgesehen sein, in welchem die Lasermodul- Halbfabrikate umgelagert und/oder transportiert werden. So kann das Anheften auf einem Montageautomaten beispielsweise einem Fineplacer, erfolgen und später das Reflöw-Löten in einer separaten Lötanlage erfolgen.

Nach dem Anheften des wenigstens einen Laserverbunds wird ein Schutzgas in die Zwischenräume des Lotmaterials eingebracht. Ein Schutzgas im Sinne der Anmeldung ist ein Reduktionsmittel, welches oxidentfernend wirkt, und/oder welches die Fließeigenschaften des Lotmaterials verbessert also als Flussmittel wirkt. Durch das Einbringen von Schutzgas, kann Luft aus den Zwischenräumen, d. h., aus den Bereichen zwischen den Wärmeleitkörpern, der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und den Einheiten an aufgebrachtem Lotmaterial, verdrängt werden. Durch das Einbringen von Schutzgas können eine Oxidation verhindert/verlangsamt, die Benetzbarkeit verbessert und so Defekte erheblich reduziert und die Qualität der Lötverbindungen verbessert werden. Vorzugsweise wird ein Schutzgas verwendet, welches dazu dient, die Benetzung des Lotmaterials zu verbessern und Oxidationen zu verhindern bzw. Oxide aus den Zwischenräumen zu entfernen. Der Abstand zwischen den einzeln aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial ermöglicht ein guten Volumenstrom, d. h., eine gute Verteilung, des eingebrachten Schutzgases. Dies gewährleistet eine Erhöhung der Qualität der anschließenden Lötverbindung. Dabei können die Zwischenräume einen Schutzgaskanal bilden, durch welchen das Schutzgas zwischen der Montagefläche und den Kontaktflächen durchströmen kann. Der Schutzgasstrom kann in diesem Bereich laminar sein. Die Richtung der Schutzgasströmung kann vorteilhaft die x- Richtung sein. Diese kann parallel zur Montagefläche sein.

In einem nachfolgenden Prozessschritt erfolgt das Erwärmen des Lotmaterials durch Einbringen von Wärme in das Lotmaterial. Dies führt zu einer Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen der Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds und dem ersten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und zwischen der Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds und dem zweiten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats. Bei mehreren Laserverbünden führt dies zu einer Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen den entsprechenden Kontaktflächen der Wärmeleitkörper und den entsprechenden Lötbereichen an der Montagefläche des Mehrlagensubstrats. Die Wärmeeinbringung erfolgt dabei derart, dass das Lotmaterial über die Solidustemperatur, insbesondere über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials hinaus erwärmt wird, um das Lot aufzuschmelzen. Die Temperatur, auf die das Lot erwärmt wird, kann auch als Löttemperatur bezeichnet werden. Dieser Prozess wird auch als Reflow-Löten oder Wiederaufschmelzlöten bezeichnet. Das Lotmaterial kann ein eutektisches Lot oder ein nichteutektisches Lot sein. Bei einem eutektischen Lot fallen Solidus- und Liquidustemperatur zusammen, bei einem nichteutektischen Lot weist das Lot bei einer Erwärmung auf eine Temperatur zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur einen "breiigen" Zustand auf. Unterhalb der Solidustemperatur ist die Legierung vollständig fest, bis zur Liquidustemperatur breiig, darüber vollständig flüssig. Vorzugsweise wird derart viel Wärme eingebracht, dass das Lotmaterial über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials hinaus erwärmt wird, um das Lot aufzuschmelzen. Vorteilhafterweise werden das Mehrlagensubstrat, das Lotmaterial und der wenigstens eine Laserverbund möglichst gleichmäßig erwärmt. Durch das eingebrachte Schutzgas, ist sichergestellt, dass beim Erwärmprozess keine Luft in den Zwischenräumen vorhanden ist. Hierdurch entstehen lunkerfreie Lötverbindungen, die Wärme optimal ableiten können. Während des Erwärmens zerfließen die einzelnen Einheiten an Lotmaterial und fließen zusammen, um einen durchgehende und lunkerfreie, flächige Lötverbindung herzustellen. Beim Zusammenfließen kann das vorhandene Schutzgas zwischen den Montageflächen und den Kontaktflächen verdrängt werden, so dass die Lötverbindung lunkerfrei ausgeführt werden kann.

Anschließend wird die entstandene Lötverbindung zwischen dem Mehrlagensubstrat, dem Lotmaterial und dem wenigstens einen Laserverbund abgekühlt, sodass diese ausgehärtet und dadurch das Laserdiodenmodul hergestellt wird. D. h., beim Reflow-Löten wird die Baugruppe kontrolliert erwärmt, damit das Lotmaterial schmilzt. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das Lotmaterial wieder und der wenigstens eine Laserverbund ist fest, insbesondere gut wärmeleitend, an dem Mehrlagensubstrat befestigt.

Alternativ zu dem Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls, weist folgende Verfahrensschritte auf:

Bereitstellen eines Mehrlagensubstrats mit einer Montagefläche, wobei die Montagefläche wenigstens einen ersten Lötbereich und wenigstens einen zweiten Lötbereich aufweist, wobei die Lötbereiche unter Ausbildung eines jeweiligen Freiraums voneinander beabstandet sind, Aufbringen von Lotmaterial auf eine Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds und auf eine Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds, wobei das Lotmaterial in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander aufgebracht wird,

Anheften des wenigstens einen Laserverbunds mit dem Lotmaterial an die Lötbereiche der Montagefläche derart, dass die Kontaktfläche mit dem Lotmaterial des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an einen ersten Lötbereich und die Kontaktfläche mit dem Lotmaterial des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an einen zum jeweiligen ersten Lötbereich benachbarten zweiten Lötbereich aufgebracht wird,

Einbringen eines Schutzgases in Zwischenräume des Lotmaterials, Erwärmen des Lotmaterials durch Einbringen von Wärme in das Lotmaterial zur Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen der Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds und dem ersten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und zwischen der Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds und dem zweiten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats, wobei die Wärmeeinbringung derart erfolgt, dass das Lotmaterial über die Solidustemperatur, insbesondere über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials hinaus erwärmt wird, um das Lot aufzuschmelzen,

Im Unterschied zu dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wird bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung das Lotmaterial nicht auf den wenigstens einen ersten Lötbereich und den wenigstens einen zweiten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats aufgebracht, sondern das Lotmaterial wird auf eine Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds und auf eine Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds aufgebracht. Auch hier wird das Lotmaterial in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander aufgebracht. D. h., die einzelnen Einheiten an Lotmaterial werden vorzugsweise Einheit für Einheit auf die Kontaktfläche der Wärmeleitkörper des Laserverbunds aufgebracht, insbesondere aufgeschossen. Es gelten die gleichen Vorteile, wie sie ausführlich bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.

Nach dem Aufbringen des Lotmaterials wird der wenigstens eine Laserverbunds mit dem Lotmaterial an die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats derart angeheftet, dass die Kontaktfläche mit dem Lotmaterial des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an einen ersten Lötbereich und die Kontaktfläche mit dem Lotmaterial des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds an einen zum jeweiligen ersten Lötbereich benachbarten zweiten Lötbereich aufgebracht wird.

Die Verfahrensschritte vor dem Aufbringen des Lotmaterials und nach dem Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat entsprechen den Verfahrensschritten des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Somit ergeben sich die gleichen Vorteile für diese Verfahrensschritte.

Bevorzugt kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass als Lotmaterial ein eutektisches Lotmaterial verwendet wird, und/oder das Lotmaterial ein Zinn-basiertes Lot, eine Legierung aus Indium und Zinn, Indium oder eine Legierung aus Zinn und Blei aufweist. Derartige Weichlote eignen sich besonders für eine Erwärmung, insbesondere für eine Reflow-Löten, d. h., haben sehr gute Druck- und Reflow-Eigenschaften. Der Schmelzpunkt derartigen Lotmaterials ist niedriger als der Schmelzpunkt der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und der Wärmeleitkörper des wenigstens einen Laserverbunds. Dadurch wird eine Beschädigung der miteinander zu verlötenden Bauteile verhindert und sichergestellt, dass das Lotmaterial während des Lötvorgangs richtig fließt. Derartige Lotmaterialien weisen gut fließende Eigenschaften auf, d. h., das Lotmaterial breitet sich leicht aus und haftet an den zu lötenden Oberflächen, wodurch eine glatte und gleichmäßige Verbindung entstehen kann. Insbesondere für die Verbindung mit goldbeschichteten Wärmeleitkörpern, eignen sich indiumhaltige Lotmaterialen sehr gut, da Gold in diesen Legierungen schlechter löslich ist als in Blei-Zinn-Loten. Ein Vorteil von eutektischen Legierung ist, dass bei der gleichen, genau definierten Temperatur diese schmelzen und erstarren. Hierdurch kann der Schritt des Erwärmens des Lotmaterials zeitoptimiert durchgeführt werden.

Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass die Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers kleiner ist als die Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers, wobei insbesondere der erste Wärmeleitkörper schmaler als der zweite Wärmeleitkörper ausgebildet ist. D. h., der erste Wärmeleitkörper ist in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Laserverbunds schmaler als der zweite Wärmeleitkörper ausgebildet. In anderen Worten ausgedrückt ist der zweite Wärmeleitkörper breiter als der erste Wärmeleitkörper ausgebildet. Bevorzugt sind der erste Wärmeleitkörper und der zweite Wärmeleitkörper jeweils quaderförmig ausgebildet. Dabei kann die Erstreckung der beiden Wärmeleitkörper in der Ebene des Laserverbunds jeweils gleich sein, d. h., in der Tiefe und in der Höhe sind die beiden Wärmeleitkörper bevorzugt gleich lang. Durch die unterschiedliche Breite des ersten und des zweiten Wärmeleitkörpers und dem damit verbundenen unterschiedlichen Volumen der beiden Wärmeleitkörper kann Wärme, die in dem Laserdiodenbarren zwischen diesen Wärmeleitkörpern entsteht, unterschiedlich stark abgeführt werden. Über den größeren zweiten Wärmeleitkörper kann entsprechend mehr Wärme abgeführt werden als über den kleineren ersten Wärmeleitkörper.

Da die Wärmeleitkörper entsprechend unterschiedlich große zu verbindende Grenzflächen haben, ist es vorteilhaft unterschiedliche Lotkugel-Belegungsdichten zu verwenden. Daher ist es denkbar, dass Lotmaterial mit einer ersten Belegungsdichte an die Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds oder an den ersten Lötbereich der Montagefläche aufgebracht wird und dass Lotmaterial mit einer zweiten Belegungsdichte an die Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds oder an den zweiten Lötbereich der Montagefläche aufgebracht wird, wobei die zweite Belegungsdichte größer als die erste Belegungsdichte ist. Ferner können unterschiedlich viel Einheiten an Lotmaterial, insbesondere Lotkugeln oder Lotstreifen, an die Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds bzw. an den ersten Lötbereich der Montagefläche und an die Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers des wenigstens einen Laserverbunds bzw. an den zweiten Lötbereich der Montagefläche aufgebracht werden. Da die Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers bzw. des zweiten Lötbereichs der Montagefläche größer ist als die Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers bzw. des ersten Lötbereichs der Montagefläche, können entsprechend mehr Einheiten an Lotmaterial, d. h., mehr Lotkugeln, und/oder Einheiten mit einer größeren Belegungsdichte auf die größeren Flächen aufgetragen werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es optional möglich, dass das Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat unter Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre zwischen dem Laserverbund und dem Mehrlagensubstrat erfolgt. Durch die Schutzgasatmosphäre wird erreicht, dass insbesondere der Sauerstoff beim Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat zwischen dem Laserverbund und dem Mehrlagensubstrat verdrängt ist, sodass dadurch eine spätere Oxidation des Lotmaterials und der zu verlötenden Oberflächen der Bauteile verhindert werden kann. D. h., Schutzgas verdrängt den Sauerstoff und verhindert Oxidationen, wie eine Rostbildung, im anschließenden Lötprozess. Das Schutzgas verdrängt im Lötprozess den Sauerstoff. Die Schutzgasatmosphäre ermöglicht, dass das beim Erwärmen, also im Reflow-Lötprozess, entstehende flüssige Lot sowie die Oberflächen der Wärmeleitkörper und die Lötbereiche der Montagefläche deutlich weniger oxidieren.

Alternativ dazu kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Schutzgas nach dem Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat in die Zwischenräume des Lotmaterials eingebracht wird, insbesondere wobei die Zwischenräume von dem Schutzgas durchströmt werden. In diesem Fall erfolgt das Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat nicht unter Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre. Das Schutzgas wird erst nach dem Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat in die Zwischenräume zwischen dem Lotmaterial, d. h., den einzelnen Einheiten an Lotmaterial, der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und den Kontaktflächen der Wärmeleitkörper eingebracht. Das Schutzgas verdrängt den Sauerstoff aus den Zwischenräumen. Auch hierdurch kann effektiv verhindert werden, dass es bei dem nachfolgenden Erwärmen der entstehenden Baugruppe, insbesondere in einem Reflow-Lötprozess, zu Oxidationen kommt.

Es sind auch beide Prozesse denkbar. D. h., sowohl das Anheften des Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat kann unter Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre erfolgen und anschließend kann nach dem Anheften zusätzlich weiteres Schutzgas in die Zwischenräume eingebracht werden. Hierdurch können der Herstellungsprozess weiter stabilisiert und eine Verbesserung der Qualität/Qualitätssicherung gewährleistet werden.

Besonders bevorzugt kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass das Schutzgas vor und/oder während des Erwärmens des Lotmaterials durch Einbringen von Wärme in die Zwischenräume eingebracht wird. D. h., beide Prozesse können parallel ablaufen.

In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass das Schutzgas ein Inertgas und/oder wenigstens ein Flussmittel, insbesondere Wasserstoff, Ameisensäure, Essigsäure, Chlor, Brom oder Chlorwasserstoffsäure, umfasst. Derartige Flussmittel wirken besonders gut als Reduktionsmittel, also oxidentfernend, und/oder verbessern die Fließeigenschaften des Lotmaterials deutlich. Der Einsatz eines derartigen Schutzgases ermöglicht eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses von Laserdiodenmodulen sowie eine Senkung der Herstellungskosten von Laserdiodenmodulen. Ferner können durch die Verwendung eines derartigen Schutzgases eine Stabilisierung des Herstellungsprozesses von Laserdiodenmodulen und eine Verbesserung der Qualität von Laserdiodenmodulen gewährleistet werden.

Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass das Schutzgas unter atmosphärischem Druck oder unter Aufbringung eines Vakuums in die Zwischenräume des Lotmaterials eingebracht wird. Das Einbringen des Schutzgases unter atmosphärischem Druck ist kostengünstig. Das Einbringen des Schutzgases unter Aufbringung eines Vakuums in die Zwischenräume verbessert den Herstellungsprozess von Laserdiodenmodulen nochmals, insbesondere kann hierdurch sichergestellt werden, dass das Schutzgas optimal in die Zwischenräume um das Lotmaterial eingebracht bzw. Sauerstoff vollständig aus den Zwischenräumen verdrängt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der wenigstens eine Laserverbund unter Aufbringung von Druck an die Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet wird. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Lotmaterial optimal durch den wenigstens einen Laserverbund und die Montagefläche des Mehrlagensubstrats kontaktiert wird, sodass bei dem anschließenden Erwärmen, insbesondere dem Reflow-Löten, eine optimale Kontaktierung des Lotmaterials mit den Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats sowie den Kontaktflächen der Wärmeleitkörper des wenigstens einen Laserverbunds gewährleistet ist. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass beim Aufschmelzen der einzelnen Einheiten des Lotmaterials beim anschließenden Erwärmen eine vollständig flächige Lötverbindung erzielt werden kann.

Es kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass vor dem Anheften des Laserverbunds an die Montagefläche des Mehrlagensubstrats der Laserverbund, insbesondere die Wärmeleitkörper des Laserverbunds, und/oder das Mehrlagensubstrat vorgeheizt werden, wobei insbesondere der Laserverbund höher aufgeheizt wird als das Mehrlagensubstrat. Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass das Mehrlagensubstrat auf eine Temperatur bis 250° Celsius, insbesondere auf eine Temperatur bis maximal 280° Celsius, vorgeheizt wird. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zum Erwärmen des Lotmaterials der Verbund aus Laserverbund, Lötmaterial und Mehrlagensubstrat in einem Ofen auf eine Temperatur in einem Bereich von 110° bis 250° Celsius, insbesondere von 150° bis 250° Celsius, besonders bevorzugt von 200° bis 250° Celsius, erhitzt wird.

Durch das Vorheizen der Wärmeleitkörper des wenigstens eine Laserverbunds und/oder des Mehrlagensubstrats vor dem Anheften des Laserverbunds an die Montagefläche des Mehrlagensubstrats, kann auf einfache und schnelle Art erreicht werden, dass das Lotmaterial beim anschließenden Anheften des wenigstens einen Laserverbunds an die Montagefläche des Mehrlagensubstrats durch die vorgeheizten Wärmeleitkörper und/oder die vorgeheizte Montagefläche des Mehrlagensubstrats optimal erwärmt, insbesondere aufgeschmolzen, wird. Vorzugsweise ist beim Anheften die Temperatur des wenigstens einen Laserverbunds, insbesondere die Temperatur der Wärmeleitkörper des wenigstens einen Laserverbunds, höher als die des Mehrlagensubstrats. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn die Montagefläche des Mehrlagensubstrats nicht über den Schmelzpunkt, d. h., die Solidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials hinaus vorgeheizt wird. Der wenigstens eine Laserverbund kann, muss aber nicht, über die Solidustemperatur des Lotmaterials vorgeheizt werden. Das Mehrlagensubstrat und der wenigstens eine Laserverbund werden vorzugsweise mittels unterschiedlicher Wärmequellen vorgeheizt. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Wärmeleitkörper und das Mehrlagensubstrat unterschiedlich stark vorgeheizt werden können. Die Höhe der Temperatur, auf welche die Bauteile vorgeheizt werden, hängt insbesondere von der Solidustemperatur bzw. Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials ab.

Im Rahmen der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass mehrere Laserverbünde einzeln bereitgestellt werden, wobei jeder einzelne Laserverbund einen ersten Wärmeleitkörper, einen zweiten Wärmeleitkörper und einen zwischen dem ersten Wärmeleitkörper und dem zweiten Wärmeleitkörper angeordneten Laserdiodenbarren aufweist, und dass das Lotmaterial auf eine entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats aufgebracht wird, und dass die mehreren Laserverbünde nacheinander an das Lotmaterial der jeweiligen ersten und zweiten Lötbereiche der Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet werden, oder dass das Lotmaterial auf die jeweiligen Kontaktflächen der ersten Wärmeleitkörper und zweiten Wärmeleitkörper der mehreren Laserverbünde aufgebracht wird, und dass die mehreren Laserverbünde mit dem Lotmaterial nacheinander an die entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet werden. Dadurch kann eine genauere Positionierung möglich sein im Vergleich zu einem gleichzeitigen Anheften mehrerer bzw. sämtlicher Laserverbünde. Außerdem kann eine kostengünstige Greifvorrichtung verwendet werden, welche jeweils genau einen Laserverbund greifen kann. Auch in diesem Fall kann das Erwärmen des Lotmaterials zur Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen der Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers und dem ersten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und zwischen der Kontaktfläche des zweiten Wärmeleitkörpers und dem zweiten Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats, d.h. das Aufschmelzen des Lotes, für alle Laserverbünde gemeinsam erfolgen, beispielsweise mittels einer Heizplatte oder eines Lötofens.

Für jeden Laserverbund, der einen ersten Wärmeleitkörper, einen zweiten Wärmeleitkörper und Laserdiodenbarren aufweist, weist die Montagefläche des Mehrlagensubstrats erste und zweite Lötbereiche auf. Die Größe der jeweiligen ersten und zweiten Lötbereiche entspricht dabei vorzugsweise der Größe der Stirnflächen des ersten und zweiten Wärmeleitkörpers eines Laserverbunds. Sind die Stirnflächen des ersten und zweiten Wärmeleitkörpers unterschiedlich groß, sind vorzugsweise auch die Flächen der ersten und zweiten Lötbereiche entsprechend unterschiedlich groß. Die einzeln bereitgestellten Laserverbünde werden nacheinander auf die ersten und zweiten Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet. Vorzugsweise werden diese über eine Greifvorrichtung den Lötbereichen zugeführt. Die einzelnen bereitgestellten Laserverbünde werden unter Einhaltung eines definierten Abstandes zueinander an dem Mehrlagensubstrat angeordnet. Hierzu können Abstandshalter verwendet werden, die anschließend wieder entfernt werden.

Alternativ hierzu kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass mehrere Laserverbünde als Laserverbundpaket bereitgestellt werden, wobei jeder einzelne Laserverbund des Laserverbundpakets einen ersten Wärmeleitkörper, einen zweiten Wärmeleitkörper und einen zwischen dem ersten Wärmeleitkörper und dem zweiten Wärmeleitkörper angeordneten Laserdiodenbarren aufweist, und dass das Lotmaterial auf eine entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats aufgebracht wird, und dass das Laserverbundpaket im Gesamten an das Lotmaterial der jeweiligen ersten und zweiten Lötbereiche der Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet wird oder dass das Lotmaterial auf die jeweiligen Kontaktflächen der ersten Wärmeleitkörper und zweiten Wärmeleitkörper der mehreren Laserverbünde des Laserverbundpakets aufgebracht wird, und dass das Laserverbundpaket im Gesamten mit dem Lotmaterial an die entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen der Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet wird.

Das Laserverbundpaket wird vorzugsweise über eine Greifvorrichtung bereitgestellt. Damit die jeweiligen Laserverbünde einen definierten Abstand zueinander haben, kann die Greifvorrichtung entsprechende Abstandshalter aufweisen. D. h., die jeweiligen Laserverbünde werden durch die Greifvorrichtung vorzugsweise derart gegriffen, dass benachbarte Laserverbünde einen definierten Abstand zueinander aufweisen. Die Abstandshalter sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass die einzelnen Laserverbünde passgenau an die entsprechenden Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats angeheftet werden können. Auf diese Weise kann das Laserverbundpaket auf einfache Art im Gesamten definiert an dem Mehrlagensubstrat angeordnet werden.

Die obenstehende Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ferner gelöst durch ein Mehrlagensubstrat zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung. Das Mehrlagensubstrat weist eine Montagefläche auf, die wenigstens einen ersten Lötbereich und wenigstens einen zweiten Lötbereich aufweist, wobei die Lötbereiche unter Ausbildung eines Freiraums voneinander beabstandet sind, wobei zumindest der wenigstens eine erste Lötbereich und der wenigstens eine zweite Lötbereich eine vergoldete Oberflächenschicht aufweisen, insbesondere eine Oberflächenschicht umfassend Kupfer, Nickel und Gold, bevorzugt in dieser Schichtfolge, aufweisen.

Durch ein derartiges Mehrlagensubstrat kann der Herstellungsprozess eines Laserdiodenmoduls gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung vereinfacht werden. Dadurch, dass der wenigstens eine erste Lötbereich und der wenigstens eine zweite Lötbereich der Montagefläche des Mehrlagensubstrats eine vergoldete Oberflächenschicht aufweisen, insbesondere eine Oberflächenschicht umfassend Kupfer, Nickel und Gold aufweisen, kann eine sehr gute Wärmeeinleitung über das Mehrlagensubstrat in das Lotmaterial gewährleistet werden. Eine vergoldete Oberflächenschicht weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die Wärme von dem Mehrlagensubstrat während des Erwärmens des Lotmaterials, d. h., während dem Reflow-Lötprozess, schnell auf das Lotmaterial übertragen werden kann. Dies führt zu einem verbesserten Erwärmen des Lotmaterials, insbesondere zu einem schnellen Erwärmen des Lotmaterials, und zu einer zeitlichen Verkürzung des Herstellungsprozesses eines Laserdiodenmoduls und zu einer damit verbundenen Senkung der Herstellungskosten eines Laserdiodenmoduls. Gleichzeitig kann dadurch eine Stabilisierung des Herstellungsprozesses des Laserdiodenmoduls und eine Verbesserung der Qualität des Laserdiodenmoduls gewährleisten werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine Oberflächenschicht auf dem ersten Lötbereich und dem zweiten Lötbereich der Montagefläche, die eine Schichtfolge von Kupfer, Nickel und Gold, aufweist, besonders gut Wärme übertragen kann.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die obenstehende Aufgabe ferner gelöst durch einen Laserverbund, der zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Der Laserverbund ist ein Verbund aus einem ersten Wärmeleitkörper, einem zweiten Wärmeleitkörper und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper und dem zweiten Wärmeleitkörper angeordneten Laserdiodenbarren. Der erste Wärmeleitkörper und der zweite Wärmeleitkörper weisen jeweils eine Kontaktfläche auf und zumindest die Kontaktflächen des ersten Wärmeleitkörpers und des zweiten Wärmeleitkörpers weisen eine vergoldete Kontaktschicht auf, insbesondere eine Kontaktschicht umfassend Kupfer, Nickel und Gold, bevorzugt in dieser Schichtfolge. Durch einen derartigen Laserverbund kann der Herstellungsprozess eines Laserdiodenmoduls gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung vereinfacht werden. Dadurch, dass wenigstens die Kontaktflächen des ersten Wärmeleitkörpers und des zweiten Wärmeleitkörpers des Laserverbunds eine vergoldete Oberflächenschicht aufweisen, insbesondere eine Oberflächenschicht umfassend Kupfer, Nickel und Gold aufweisen, kann eine sehr gute Wärmeeinleitung über die Wärmeleitkörper in das Lotmaterial gewährleistet werden. Eine vergoldete Oberflächenschicht weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die Wärme von dem Laserdiodenbarren effizient auf die Wärmeleitkörper übertragen werden kann. Es hat sich auch hier herausgestellt, dass eine Oberflächenschicht auf den Kontaktflächen des ersten Wärmeleitkörpers und des zweiten Wärmeleitkörpers, die eine Schichtfolge von Kupfer, Nickel und Gold, aufweist, besonders gut Wärme übertragen kann.

In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass die Kontaktflächen mit vergoldet sind. Vergoldete Kontaktflächen weisen ebenfalls eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch Wärme sehr gut in das Lotmaterial während des Erwärmens des Lotmaterials, d. h., während dem Reflow-Lötprozess, auf das Lotmaterial übertragen werden kann. Ferner kann über vergoldete Kontaktflächen beim Betrieb des Laserdiodenmoduls Wärme, die in den Laserdiodenbarren entsteht, sehr effektiv über die Wärmeleitkörper an das Lotmaterial und damit an das Mehrlagensubstrat weitergeleitet werden.

Im Rahmen der Erfindung kann es bei einem Laserverbund von Vorteil sein, dass der erste Wärmeleitkörper und der zweite Wärmeleitkörper Kupfer aufweisen, insbesondere einen Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff, einen Molybdän-Kupfer-Verbundwerkstoff, einen Diamant-Kupfer-Verbundwerkstoff. Ebenso kann es vorteilhaft sein, dass der erste Wärmeleitkörper und / oder der zweite Wärmeleitkörper einen Diamant-Silber- Verbundwerkstoff aufweisen. Wärmeleitkörper, die Kupfer oder entsprechend aufgeführte Verbundwerkstoffe aufweisen, können in sie eingebrachte Wärme schnell und effektiv während des Erwärmens des Lotmaterials, d. h., während dem Reflow-Lötprozess, auf das Lotmaterial übertragen, und auch hernach die Abwärme der Laserbarren im Betrieb optimal ableiten Dies schafft ebenfalls eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses des Laserdiodenmoduls und eine Senkung der Herstellungskosten des Laserdiodenmoduls aufgrund verkürzter Aufwärmzeiten des Lotmaterials, bei gleichzeitiger Stabilisierung des Herstellungsprozesses des Laserdiodenmoduls und einer Verbesserung der Qualität des entstandenen Laserdiodenmoduls. Derartig hergestellte Laserdiodenmodule können auch einfach und schnell repariert werden. Hierzu kann in einem ersten Schritt das Mehrlagensubstrat, das sogenannte DCB, auf knapp unter die Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls verwendeten Lotmaterials aufgeheizt werden. Hierdurch wird das Lotmaterial von Seiten des Mehrlagensubstrats erwärmt. In einem zweiten Schritt wird der defekte Laserverbund erwärmt, insbesondere auf eine Temperatur über der Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls verwendeten Lotmaterials. Sobald das Lotmaterial lokal unterhalb des defekten Laserverbunds aufgeschmolzen ist, kann der defekte Laserverbund abgelöst werden. Dies kann durch eine Greifvorrichtung erfolgen. Das beim Ablösen des defekten Laserverbunds mitabgelöste Lotmaterial, kann in einem nachfolgenden Prozess ersetzt werden, d. h., neues Lotmaterial hinzugefügt werden. Dies bedeutet, dass fehlendes Lotmaterial auf die Lötbereiche der Montagefläche des Mehrlagensubstrats und/oder auf die Kontaktflächen der Wärmeleitkörper des neu einzusetzenden Laserverbunds aufgebracht werden kann. Insbesondere kann das fehlende Lotmaterial in Form von Lotkugeln, vorzugsweise in einem SolderJet- oder SolderBall-Verfahren, auf die relevanten Flächen aufgeschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ können auch Lotmaterialstreifen auf die entsprechenden Flächen aufgebracht werden. Der eingesetzte neue Laserverbund wird erwärmt, sodass es beim bzw. nach dem Anheften des Laserverbunds an das Lotmaterial zu einem lokalen Aufschmelzen des Lotmaterials unterhalb des eingesetzten Laserverbunds kommt. Unterstützt wird der Prozess des Aufschmelzens des Lotmaterials durch das bereits erwärmte Mehrlagensubstrat. Dies führt dazu, dass der neu eingesetzte Laserverbund vollflächig an das Mehrlagensubstrat verlötet wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist die Erfindung in den folgenden Figuren schematisch gezeigt:

Figur 1 in einer Draufsicht ein Mehrlagensubstrat mit aufgebrachtem Lotmaterial,

Figur 2 in einer Draufsicht das Mehrlagensubstrat nach Figur 1 mit drei angehefteten Laserverbünden, Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht das Mehrlagensubstrat nach Figur 2,

Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht ein Laserdiodenmodul mit acht Laserverbünden,

Figur 5 in einer Draufsicht die Unterseite eines Laserverbunds mit aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial,

Figur 6 in einer Draufsicht die Unterseite eines Laserverbunds mit aufgebrachten

Einheiten an Lotmaterial,

Figur ? in einer Draufsicht die Unterseite eines Laserverbunds mit aufgebrachten

Einheiten an Lotmaterial,

Figur 8 in einer Draufsicht den ersten Lötbereich und den zweiten Lötbereich mit aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial an einer Montagefläche eines Mehrlagensubstrats,

Figur 9 in einer Draufsicht den ersten Lötbereich und den zweiten Lötbereich mit aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial an einer Montagefläche eines Mehrlagensubstrats,

Figur 10 in einer Draufsicht den ersten Lötbereich und den zweiten Lötbereich mit aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial an einer Montagefläche eines Mehrlagensubstrats,

Figur 11 in einer Seitenansicht einen Laserverbund,

Figur 12 in einer Seitenansicht das Einbringen von Schutzgas in Zwischenräume des Lotmaterials nach dem Anheften eines Laserverbunds an ein Mehrlagensubstrat,

Figur 13 in einer Seitenansicht das Anheften mehrerer Laserverbünde an ein Mehrlagensubstrat, Figur 14 in einer Seitenansicht das Anheften eines Laserverbundpakets an ein Mehrlagensubstrat,

Figur 15 in einer Seitenansicht das fertiggestellte Laserdiodenmodul nach dem Reflow- Lötprozess,

Figur 16 in einer Seitenansicht ein fertiggestelltes Laserdiodenmodul,

Figur 17 in einer Seitenansicht ein fertiggestelltes Laserdiodenmodul in einer Abwandlung,

Figur 18 in einer Seitenansicht ein fertiggestelltes Laserdiodenmodul in einer weiteren Abwandlung,

Figur 19 ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls,

Figur 20 ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls,

Figur 21 ein erstes Reparaturverfahren zur Reparatur eines Laserdiodenmoduls, und

Figur 22 ein zweites Reparaturverfahren zur Reparatur eines Laserdiodenmoduls.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt schematisch in einer Draufsicht ein Mehrlagensubstrat 40 mit aufgebrachtem Lotmaterial 50. Mehrlagensubstrat 40 wird zu Beginn des Verfahrens 100 zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 ohne das Lotmaterial 50 bereitgestellt, siehe Verfahrensschritt 120 in Figur 19 und Figur 20. Das Mehrlagensubstrat 40 dient als T räger für die aufgebrachten Laserverbünde 10 und trägt im wesentlich zur mechanischen Stabilität des entstehenden Laserdiodenmoduls 1 bei. Das bereitgestellte Mehrlagensubstrat 40 weist eine Montagefläche 42 auf. Die Montagefläche ist in einer xy Ebene des dargestellten Koordinatensystems angeordnet. An der Montagefläche 42 sind wenigstens ein erster Lötbereich 44 und wenigstens ein zweiter Lötbereich 46 vorgesehen. Die Anzahl der ersten Lötbereiche 44 und die Anzahl der zweiten Lötbereiche 46 hängt davon ab, wie viele Laserverbünde 10 an das Mehrlagensubstrat 40 bei der Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 angeheftet 140, 240 werden. Ein erster Lötbereich 44 und ein zweiter Lötbereich 46 bilden jeweils ein Lötbereichpaar. Zwischen jedem Lötbereichpaar ist jeweils ein Freiraum 48 vorgesehen, in dem kein Lotmaterial 50 aufgebracht wird. D. h., ein Freiraum 48 befindet sich immer zwischen dem zweiten Lötbereich 48 eines vorhergehenden Lötbereichpaares und dem ersten Lötbereich des nachfolgenden Lötbereichpaares. In der Figur 1 rechts dargestellt befindet sich ein einzelner erster Lötbereich 44 und links dargestellt ein einzelner zweiter Lötbereich 46. Dazwischen sind die Lötbereichspaare 44, 46 dargestellt. Das liegt daran, dass an am rechten Ende nur eine erste Kontaktfläche 22 (d.h. eine Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers), am linken Ende nur eine zweite Kontaktfläche 32 (d.h. eine Kontaktfläche eines zweiten Wärmeleitkörpers) jeweils einzeln zu kontaktieren ist. Dazwischen sind jeweils eine erste Kontaktfläche 22 und eine zweite Kontaktfläche 32 benachbarter Laserverbünde gemeinsam auf dem jeweiligen Lötbereichspaar 44, 46 zu kontaktieren. Die Kontaktflächen sind in der Figur 1 nicht zu sehen, weil in diesem Stadium die Leserverbünde noch nicht angeheftet sind. Weiter unten in Figur 13 sind die Kontaktflächen 22 und 32 zu sehen. An die ersten Lötbereiche 44 und zweiten Lötbereiche 46 der Montagefläche 42 wird wire Figur 1 zu entnehmen ist, Lotmaterial 50 aufgebracht, siehe Verfahrensschritt 130 in Figur 19 und Figur 20. Dabei wird das Lotmaterial 50 in einzelnen Einheiten, insbesondere in Form von Lotkugeln, beabstandet zueinander auf die Lötbereiche 44, 46 aufgebracht. In Figur 1 und der nachfolgenden Figur 2 ist nur schematisch angedeutet, wie das Lotmaterial 50 an den entsprechenden Lötbereichen 44, 46 angeordnet ist. Wie die einzelnen Einheiten an Lotmaterial 50 in den entsprechenden Lötbereichen 44, 46 verteilt aufgebracht werden, ist in der Figur 6 detailliert gezeigt. Die Montagefläche 42 kann eine vergoldete Oberflächenschicht 70 aufweisen. Vorzugsweise weisen wenigstens der erste Lötbereich 44 und wenigstens der zweite Lötbereich 46 eine vergoldete Oberflächenschicht 70 auf. Die Oberflächenschicht 70 kann vorzugsweise Kupfer, Nickel und Gold, bevorzugt in dieser Schichtfolge, aufweisen. Über die vergoldete Oberflächenschicht 70 kann eine sehr gute Wärmeeinleitung über das Mehrlagensubstrat 40 in das Lotmaterial 50 gewährleistet werden. D. h., die vergoldete Oberflächenschicht 70 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die Wärme von dem Mehrlagensubstrat 40 während des Erwärmens 160, siehe Figur 19 und 20, des Lotmaterials 50, d. h., während dem Reflow-Lötprozess, schnell auf das Lotmaterial 50 übertragen werden kann. In Figur 2 ist schematisch in einer Draufsicht das Mehrlagensubstrat 40 nach Figur 1 dargestellt, an welches drei Laserverbünde 10 angeheftet 140, 240 worden sind. D. h., bei dem Verfahren 100 zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 werden ein oder mehrere Laserverbünde 10 bereitgestellt. Bereitstellen bedeutet, dass jeder Laserverbund 10 mittels einer nicht dargestellten Greifvorrichtung dem Mehrlagensubstrat 40 zugeführt wird. Jeder Laserverbund 10 ist ein Verbund aus einem ersten Wärmeleitkörper 20, einem zweiten Wärmeleitkörper 30 und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper 20 und dem zweiten Wärmeleitkörper 30 angeordneten Laserdiodenbarren 80. D. h., bei dem Verfahrensschritt „Bereitstellen 110“ wird ein Laserverbund 10 als Verbund aus diesen drei Bauteilen bereitgestellt. Die Laserverbünde 10 können einzeln, d. h., nacheinander, an das Mehrlagensubstrat 40 bzw. an das Lotmaterial 50 bei dem Verfahrensschritt „Anheften 140“ angeheftet werden. Alternativ dazu können die Laserverbünde 10 als Laserverbundpaket gemeinsam an das Mehrlagensubstrat 40 bzw. an das Lotmaterial 50 angeheftet 240 werden. In dieser Figur 2 sind bereits drei Laserverbünde 10 angeheftet worden. Es sind noch weitere Lötbereiche 44, 46 an der Montagefläche 42 vorhanden, sodass weitere fünf Laserverbünde 10 an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet 140 werden können.

Figur 3 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht das Mehrlagensubstrat nach Figur 2, an welches bereits drei Laserverbünde 10 angeheftet worden sind. In Figur 3 ist schematisch erkennbar, dass die Einheiten aus Lotmaterial 50 als Lotkugeln an die entsprechenden Lötbereiche 44, 46 aufgeschossen worden sind. D. h., das Lotmaterial kann insbesondere in Form von Lotkugeln, vorzugsweise in einem SolderJet- oder SolderBall- Verfahren, auf die relevanten Lötbereiche 44, 46 aufgeschossen werden. Zusätzlich oder alternativ können auch Lotmaterialstreifen auf die entsprechenden Lötbereiche 44, 46 aufgebracht 130 werden. Durch das SolderJet- oder SolderBall-Verfahren kann Lotmaterial 50, d. h., können Lotmengen, mit sehr kleinem Durchmesser, insbesondere mit einem Durchmesser von 30 bis 800 pm gezielt auf die entsprechenden Lötbereiche 44, 46 aufgebracht 130 werden. Besonders bevorzugt ist daher bei dem Verfahren, wenn das Lotmaterial in Form von einzelnen Lotkugeln aufgebracht 130, insbesondere als flüssige Tropfen, aufgeschossen wird oder in Form von Lotstreifen aufgebracht 130 wird. Neben einer sehr hohen Dosierqualität können stabilste Prozessbedingungen gewährleistet werden. Die Lotkugel-Geometrie erleichtert bzw. ermöglicht die Nutzung des Laserlöten beim anschließenden Erwärmen 160 des Lotmaterials, dem sogenannten Reflow-Lötprozess. Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein fertiggestelltes Laserdiodenmodul 1 mit acht Laserverbünden 10. Dabei sind benachbarte Laserverbünde 10 unter Ausbildung eines jeweiligen Luftspaltes 12 jeweils voneinander getrennt. Zwischen einem zweiten Wärmeleitkörper 30 eines vorherigen Laserverbunds 10 und einem ersten Wärmeleitkörper 20 eines nachfolgenden Laserverbunds 10 ist Luftspalt 12 ausgebildet. Die Laserverbünde 10 sind untereinander nicht verbunden, sodass die in den Laserdiodenbarren 80 entstehende Wärme nicht an benachbarte Laserverbünde 10 weitergeleitet werden kann. Die Luftspalte 12 sind vorzugsweise alle gleich groß. Mehrere Laserverbünde 10 können nacheinander an einem Mehrlagensubstrat 40 angeheftet 140 werden, wobei die Laserverbünde 10 unter Ausbildung jeweils eines Luftspalts 12 nebeneinander angeordnet werden. Alternativ können die mehreren Laserverbünde 10 als Laserverbundpaket angeheftet 240 werden, wobei sie dann bereits unter Ausbildung eines jeweiligen Luftspalts 12 zueinander bereitgestellt werden. Insbesondere durch das Anheften 240 eines Laserverbundpakets, welches mehrere Laserverbünde 10 aufweist, können bei dem Herstellungsverfahren des Laserdiodenmoduls 1 erhebliche Zeit und damit auch Kosten eingespart werden.

Bei dem fertiggestellten Laserdiodenmodul 1 gemäß Figur 4 sind die Verfahrensschritte Erwärmen 160 und Aushärten 71 bereits durchgeführt worden. Diese Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens werden in den Figuren 12 bis 18 näher erläutert.

Die Schritte des Aufbringens von Lotmaterial 50 sowie des Anheftens der Laserverbünde 10 an das Mehrlagensubstrat 40 können unterschiedlich sein. Das für das Löten erforderliche Lotmaterial 50 kann zum einen auf die Unterseiten der Wärmeleitkörper 20, 30 angeordnet werden, bevor die Laserverbünde 10 an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet werden, siehe Figuren 5 bis 7. Alternativ dazu kann das für das Löten erforderliche Lotmaterial 50 auf die Lötbereiche 44, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 aufgebracht werden, bevor die Laserverbünde 10 an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet werden, siehe Figuren 8 bis 10.

In den Figuren 5 bis 7 sind jeweils schematisch in einer jeweiligen Draufsicht die Unterseite eines Laserverbunds 10 mit aufbrachten Einheiten an Lotmaterial 50 dargestellt. Die Unterseite eines Laserverbunds 10 ist die Seite eines Laserverbunds 10, welche nach dem Anheften dem Mehrlagensubstrat 40 zugeordnet ist. D. h., bei einem der Verfahren 100 zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 wird Lotmaterial 50 auf eine Kontaktfläche 22 des ersten Wärmeleitkörpers 20 des wenigstens einen Laserverbunds 10 und auf eine Kontaktfläche 32 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 des wenigstens einen Laserverbunds 10 aufgebracht 240, wobei das Lotmaterial 50 in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander aufgebracht wird. Figur 5 zeigt, dass an der Kontaktfläche 22 des ersten Wärmeleitkörpers 20 weniger Einheiten an Lotmaterial 50 aufgebracht worden sind, als der Kontaktfläche 32 des zweiten Wärmeleitkörpers 30. An der Kontaktfläche 32 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 ergibt sich auch eine unterschiedliche Verteilung der Einheiten an Lotmaterial 50. Dies ist zum einen abhängig von der zu verbindenden Größe der Grenzflächen, d. h., der Kontaktflächen 22, 32 der Wärmeleitkörper 20,30 sowie der Kontaktflächen 40, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40. Zum anderen kann die Menge der aufgebrachten Einheiten deshalb unterschiedlich sein, da die Größe der aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial 50 unterschiedlich sein kann. So können Lotkugeln unterschiedlicher Belegungsdichte auf die entsprechenden Flächen geschossen werden.

Figur 6 und Figur 7 zeigen jeweils schematisch in einer Draufsicht die Unterseite eines Laserverbunds 10 mit einer anderen Verteilung der aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial 50 als Figur 5.

Nach dem Aufbringen 230 des Lotmaterials 50 auf die Kontaktfläche 22 des ersten Wärmeleitkörpers 20 und auf die Kontaktfläche 32 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 des wenigstens einen Laserverbunds 10, wird der Laserverbund 10 an die Lötbereiche 44, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 angeheftet 240. Dabei erfolgt das Anheften 240 des wenigstens einen Laserverbunds 10 mit dem Lotmaterial 50 an die Lötbereiche 44, 46 der Montagefläche 42 derart, dass die Kontaktfläche 22 mit dem Lotmaterial 50 des ersten Wärmeleitkörpers 20 an einen ersten Lötbereich 44 und die Kontaktfläche 32 mit dem Lotmaterial 50 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 an einen zum jeweiligen ersten Lötbereich 44 benachbarten zweiten Lötbereich 46 aufgebracht wird.

Figuren 8 bis 10 zeigen jeweils schematisch in einer Draufsicht den ersten Lötbereich 44 und den zweiten Lötbereich 46 mit aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial 50 an einer Montagefläche 42 eines Mehrlagensubstrats 40. Bei einem der Verfahren 100 zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 kann das Lotmaterial 50 auf die Lötbereiche 44, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 aufgebracht werden, wobei das Lotmaterial 50 in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander aufgebracht wird. An den Lötbereichen 44, 46 kann sich eine unterschiedliche Verteilung der Einheiten an Lotmaterial 50 ergeben. Die Figuren 8 bis 10 weisen unterschiedliche Verteilungen der Einheiten an Lotmaterial 50 auf. Dies ist zum einen abhängig von der zu verbindenden Größe der Grenzflächen, d. h., der Kontaktflächen 22, 32 der Wärmeleitkörper 20,30 sowie der Kontaktflächen 40, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40. Zum anderen kann die Menge der aufgebrachten Einheiten deshalb unterschiedlich sein, da die Größe der aufgebrachten Einheiten an Lotmaterial 50 unterschiedlich sein kann. So können Lotkugeln unterschiedlicher Belegungsdichte auf die entsprechenden Flächen geschossen werden.

Nach dem Aufbringen 130 des Lotmaterials 50 auf die Kontaktflächen 40, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40, wird der Laserverbund 10, welches vorzugsweise kein Lotmaterial 50 an den Kontaktflächen 22, 32 der Wärmeleitkörper 20,30 aufweist, derart an das Lotmaterial 50 angeheftet 140, dass eine Kontaktfläche 22 des ersten Wärmeleitkörpers 20 des wenigstens einen Laserverbunds 10 an das Lotmaterial 50 eines ersten Lötbereichs 44 und eine Kontaktfläche 32 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 des wenigstens einen Laserverbunds 10 an das Lotmaterial 50 eines zum jeweiligen ersten Lötbereich 44 benachbarten zweiten Lötbereichs 46 aufgebracht wird.

Was in den Figuren 8 bis 10 nicht entnommen werden kann ist, dass der erste Lötbereich 44 vorzugsweise größer ausgebildet ist als der zweite Lötbereich 46. Dies ist dadurch bedingt, dass die Kontaktfläche 32 des zweiten Wärmeleitkörpers 30 größer ist als die Kontaktfläche 22 des ersten Wärmeleitkörpers 20 eines Laserverbunds 10 ausgebildet sein kann. Entsprechend können mehr Einheiten an Lotmaterial 50, d. h., mehr Lotkugeln, und/oder Einheiten an Lotmaterial 50 mit einer größeren Belegungsdichte auf den ersten Lötbereich 44 aufgetragen werden.

Figur 11 zeigt schematisch eine Seitenansicht (xz-Ansicht) eines Laserverbunds 10. Der Laserverbund 10 ist ein Verbund aus einem ersten Wärmeleitkörper 20, einem zweiten Wärmeleitkörper 30, der größer ausgebildet ist als der erste Wärmeleitkörper 20, und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper 20 und dem zweiten Wärmeleitkörper 30 angeordneten Laserdiodenbarren 80. Der erste Wärmeleitkörper 20 und der zweite Wärmeleitkörper 30 weisen jeweils eine Kontaktfläche auf, die vorzugsweise eine vergoldete Kontaktschicht 75 aufweisen, insbesondere eine Kontaktschicht umfassend Kupfer, Nickel und Gold, bevorzugt in dieser Schichtfolge. Eine vergoldete Kontaktschicht 75 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass Wärme von dem Laserdiodenbarren 80 gut auf die Wärmeleitkörper 20, 30 übertragen werden kann. Der Laserbarren 80 weist die gleiche Ausdehnung in z-Richtung auf, wie die Wärmeleitkörper 20, 30. In einer in dieser Figur nicht dargestellten Abwandlung ist der Laserbarren 80 in Richtung z etwas weniger ausgedehnt ausgebildet als die Wärmeleitkörper 20, 30. Eine solche Ausbildung ist in Figuren 13 bis 15 dargestellt. Dadurch kann vermieden werden, dass der Laserbarren aufgrund von Fertigungstoleranzen über die Kontaktflächen 22, 32 des ersten Wärmeleitkörpers 20 und des zweiten Wärmeleitkörpers 30 übersteht. Der Laserbarren ist zum Abstrahlen von Laserstrahlung in einer Hauptrichtung z vorgesehen. In einer weiteren Abwandlung ist der Laserbarren zum Abstrahlen einer Laserstrahlung in einer Hauptrichtung y, d.h. senkrecht zu x und z, vorgesehen.

Die Kontaktflächen 22, 32 des ersten Wärmeleitkörpers 20 und des zweiten Wärmeleitkörpers 30 sind in einer xy Ebene angeordnet. Ferner können die Kontaktflächen 22, 32 des ersten Wärmeleitkörpers 20 und des zweiten Wärmeleitkörpers 30 des Laserverbunds 10 jeweils eine vergoldete Oberflächenschicht 70 aufweisen, insbesondere eine Oberflächenschicht 70 umfassend Kupfer, Nickel und Gold aufweisen, wodurch eine sehr gute Wärmeeinleitung über die Wärmeleitkörper 20, 30 in das Lotmaterial 50 und damit in Richtung des Mehrlagensubstrats 40 gewährleistet werden kann. Eine vergoldete Oberflächenschicht 70 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die Wärme von den Wärmeleitkörpern 20, 30 während des Erwärmens des Lotmaterials 50, d. h., während dem Reflow-Lötprozess, schnell auf das Lotmaterial 50 übertragen werden kann. Außerdem kann die Benetzung beim Reflow- Prozess verbessert werden.

In Figur 12 ist schematisch in einer Seitenansicht das Einbringen 150 von Schutzgas in Zwischenräume 52 des Lotmaterials 50 nach dem Anheften 140, 240 eines Laserverbunds 1 an ein Mehrlagensubstrat 40 dargestellt. Nach dem Anheften 140, 240 des wenigstens einen Laserverbunds 1 wird ein Schutzgas in die Zwischenräume 52 des Lotmaterials 50, d. h., die Zwischenräume 52 zwischen den Wärmeleitkörpern 20, 30, der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 und den Einheiten an aufgebrachtem Lotmaterial 50, eingebracht. Die Strömungsrichtung 60 des Schutzgases ist in Figur 12 schematisch mit einem Pfeil dargestellt. Das Schutzgas ist ein Reduktionsmittel, welches oxidentfernend wirkt, und/oder welches die Fließeigenschaften des Lotmaterials 50 verbessert also als Flussmittel wirkt. Das Schutzgas verdrängt Luft aus den Zwischenräumen 52, sodass Oxidationen am Lotmaterial 50 sicher verhindert und die Benetzbarkeit des Lotmaterials 50 verbessert werden können. Dies wiederum reduziert Defekte beim Lötprozess erheblich und verbessert die Qualität der Lötverbindungen erheblich. Das Schutzgas kann unter atmosphärischem Druck eingebracht werden. Bevorzugt wird das Schutzgas unter Aufbringung eines Vakuums in die Zwischenräume 52 des Lotmaterials 50 eingebracht, wodurch der Herstellungsprozess von Laserdiodenmodulen 1 nochmals verbessert werden können. Durch das Anlegen eines Vakuums kann sichergestellt werden, dass das Schutzgas optimal in die Zwischenräume 52 um das Lotmaterial 50 eingebracht wird bzw. Sauerstoff vollständig aus den Zwischenräumen 52 verdrängt wird.

In Figur 13 ist schematisch in einer Seitenansicht das Anheften 240 mehrerer Laserverbünde 10 an ein Mehrlagensubstrat 40 dargestellt. Die Laserverbünde kann man entweder einzeln nacheinander anheften oder alternativ allesamt zu einem Laserverbundpaket zusammengefasst gemeinsam anheften. In Figur 12 ist die Ansicht um 90° gedreht. An den Kontaktfläche 22 der Wärmeleitkörper 20, 30 kann eine vergoldete Kontaktschicht 75 vorgesehen sein, insbesondere eine Kontaktschicht umfassend Kupfer, Nickel und Gold. Hierdurch kann nochmals die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Wärmeleitkörpern 20,30 und dem Mehrlagensubstrat 40 und/oder die Benetzungsfähigkeit mit Lotmaterial 50 erhöht werden. Das Laserverbundpaket weist mehrere Laserverbünde 10 auf, die im Gesamten mittels einer Greifvorrichtung, welche nicht dargestellt ist, an das Lotmaterial 50 und damit an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet wird. Alternativ können die Laserverbünde 10 auch einzeln nacheinander angeheftet werden. Man kann die Kugelform des Lotmaterial 50 erkennen. Die durch ein SolderJet- oder SolderBall-Verfahren aufgeschlossenen Lotkugeln, behalten nach dem Aufschießen annähernd ihre Form. Gleiches gilt, falls die Lotkugeln in einer Abwandlung des Beispiels mittels Ball-Bonden aufgebracht werden. Die Lotkugeln 50 sind an den ersten Lötbereichen 44 und zweiten Lötbereichen 46 aufgebracht. Zwischen den Lötbereichen 44, 46 sind die Freiräume 48 zu erkennen, in denen kein Lotmaterial 50 aufgebracht ist. Die Lötbereiche 44, 46 befinden sich auf einer keramischen Lage 54 des Mehrlagensubstrats 40, welche im Zusammenwirken mit den Freiräumen 48 eine elektrische Isolation bewirkt, so dass ein Kurzschluss der Laserbarren 80 vermieden wird. Zu erkennen ist auch, dass die zwischen benachbarten Laserverbünden 10 angeordneten Lötbereiche 44, 46 zu Lötbereichspaaren verbunden sind, um eine elektrische Reihenschaltung der Laserverbünde zu bewirken. Jeder einzelne Laserverbund 10 weist einen ersten Wärmeleitkörper 20, einen zweiten Wärmeleitkörper 30 und einen zwischen dem ersten Wärmeleitkörper 20 und dem zweiten Wärmeleitkörper 30 angeordneten Laserdiodenbarren 80 auf. Laserverbundpaket wird vorzugsweise über eine Greifvorrichtung bereitgestellt. Damit die jeweiligen Laserverbünde 10 einen definierten Abstand zueinander haben, kann die Greifvorrichtung, nicht dargestellt, entsprechende Abstandshalter aufweisen. Das Laserverbundpaket wird hierdurch auf einfache Art im Gesamten definiert an die Lotkugeln 50 der jeweiligen Lötbereiche 44, 46 angeheftet und entsprechend an dem Mehrlagensubstrat 40 angeordnet.

Nach dem Anheften des Laserverbundpakets oder der einzelnen Laserverbünde 10 erfolgt in einem nachfolgenden Prozessschritt das Erwärmen des Lotmaterials 50 durch Einbringen von Wärme in das Lotmaterial 50. Dies führt zu einer Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen den Kontaktflächen 22 der ersten Wärmeleitkörper 20 der Laserverbünde 10 und den ersten Lötbereichen 44 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 und zwischen den Kontaktflächen 32 der zweiten Wärmeleitkörper 30 der Laserverbünde 10 und den zweiten Lötbereichen 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40. Damit das Lotmaterial 50 aufschmilzt, werden vorzugsweise das Mehrlagensubstrat 40 und die Laserverbünde 10 auf bestimmte Temperaturen erwärmt. Dabei hängen die bestimmten Temperaturen von der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials 50 ab. Die Wärmeeinbringung in das Mehrlagensubstrat 40 und die Laserverbünde 10 erfolgt dabei derart, dass das Lotmaterial 50 über die Solidustemperatur, insbesondere über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials 50 hinaus erwärmt wird, um das Lotmaterial 50 aufzuschmelzen. Vorzugsweise wird dabei derart viel Wärme eingebracht, dass das Lotmaterial 50 über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials 50 hinaus erwärmt wird, um das Lotmaterial 50 aufzuschmelzen. Dabei können das Mehrlagensubstrat 40, das Lotmaterial 50 und die Laserverbünde gleichmäßig erwärmt werden. Durch das eingebrachte Schutzgas, ist sichergestellt, dass beim Erwärmen 160 keine Luft in den Zwischenräumen 52 vorhanden ist. Hierdurch entstehen lunkerfreie Lötverbindungen zwischen den Wärmeleitkörpern 20, 30 der Laserverbünde 10 und der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40, die Wärme sehr gut ableiten können.

Das Laserverbundpaket bzw. die einzelnen Laserverbünde 10 werden vorzugsweise unter Aufbringung von Druck an die Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 angeheftet. Der Druck wird idealerweise bei dem Erwärmen 160 des Lotmaterials 50 aufrechtgehalten, um eine lunkerfreie Lötverbindungen zu erhalten. Dabei werden die Einheiten aus Lotmaterial 50 zu einer flächigen Masse verbunden. Anschließend erfolgt ein Aushärten 170 der flächigen Lötverbindung durch Abkühlung der Lötverbindung zur Herstellung des Laserdiodenmoduls 1. D. h., beim Reflow-Löten wird die Baugruppe kontrolliert erwärmt, damit das Lotmaterial 50 schmilzt. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das Lotmaterial 50 wieder und die Laserverbünde sind fest, insbesondere gut wärmeleitend, an dem Mehrlagensubstrat 40 fixiert. In Figuren 16 und 19 ist schematisch ein fertig hergestelltes Laserdiodenmodul 1 dargestellt. Nach dem Löten können -ggf. verkleinerte- Zwischenräume 52 zwischen den ehemaligen Lottropfen verbleiben. Wie in Figuren 17 und 18 dargestellt, kann das Lotmaterial 50 aber auch über die einzelnen Lötbereich jeweils vollflächig verfließen. In Figur 17 ist ein Lasermodul 1 dargestellt, bei welchem die Laserbarren jeweils aus mehreren Emittern eine Laserstrahlung 82 in Richtung z, d.h. senkrecht zur Montagefläche emittieren. In Figur 18 ist ein Lasermodul 1 dargestellt, bei welchem die Laserbarren jeweils aus einem Emitter eine Laserstrahlung 82 in Richtung y, d.h. parallel zur Montagefläche emittieren. Die Freiräume 48 sollen nach dem Reflow-Löten frei von Lotmaterial bleiben, wie in Figur 15 dargestellt.

In Figur 14 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Laserverbundpaket 14 dadurch ausgebildet, dass mit Ausnahme des ersten und letzten Laserverbunds 10 jeweils ein erster Wärmeleitkörper 20 mit einem zweiten Wärmeleitkörper 30 des benachbarten Laserverbunds einstückig ausgeführt sind. Hier entfallen im Gegensatz zu Figur 13 die Luftspalte 12. Die einzelnen Laserverbünde 10 sind in Figur 14 somit alle zusammenhängend ausgebildet und können deshalb nur gemeinsam als Laserverbundpaket 14 angeheftet werden.

In den Figuren 19 und 20 sind die beiden Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 gemäß der ersten beiden unabhängigen Ansprüche schematisch dargestellt. Bei beiden Verfahren erfolgt zunächst das Bereitstellen 110 eines Laserverbunds oder mehrerer Laserverbünde bzw. eines Laserverbundpakets sowie das Bereitstellen eines Mehrlagensubstrats 40. Wie bereits zuvor beschrieben, können die anschließenden Schritte des Aufbringens 130, 230 von Lotmaterial 50 sowie des Anheftens 140, 240 der Laserverbünde 10 bzw. eines Laserverbundpakets an das Mehrlagensubstrat 40 unterschiedlich sein. Bei dem ersten Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 gemäß Figur 19 wird das für das Löten erforderliche Lotmaterial 50 auf die Lötbereiche 44, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 aufgebracht 130, bevor die Laserverbünde 10 bzw. das Laserverbundpakets anschließend an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet 140 werden. Bei dem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 gemäß Figur 20 wird das für das Löten erforderliche Lotmaterial 50 auf die Unterseiten der Wärmeleitkörper 20, 30 aufgebracht 240, bevor die Laserverbünde 10 bzw. das Laserverbundpaket an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet 240 werden. Beiden Verfahren ist gemeinsam, dass nach dem Anheften der Laserverbünde 10 bzw. des Laserverbundpakets an das Mehrlagensubstrat 40 bzw. an das Lotmaterial 50, das Lotmaterials 50 durch Einbringen von Wärme in das Lotmaterial 50 zur Herstellung einer flächigen Lötverbindung erwärmt 150 und anschließend durch Abkühlung der Lötverbindung ausgehärtet 170 wird.

In den Figuren 21 und 22 sind als Erweiterung des Verfahrens 100 zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 ein ersten und ein zweiten Reparaturverfahren 300 zur Reparatur eines Laserdiodenmoduls 1 schematisch dargestellt. Falls ein Laserverbund 10 eines Laserdiodenmoduls 1 defekt ist, ist es möglich diesen defekten Laserverbund 10 aus dem Laserdiodenmodul 1 zu entfernen und durch eine neuen Laserverbund 10 zu ersetzen.

Hierzu wird in einem ersten Schritt 310 das Mehrlagensubstrat 40 auf knapp unter die Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls 1 verwendeten Lotmaterials 50 erwärmt bzw. aufgeheizt. Hierdurch wird das Lotmaterial 50 über das Mehrlagensubstrat 40 erwärmt. In einem zweiten Schritt 320 wird der defekte Laserverbund 1 selbst erwärmt, insbesondere auf eine Temperatur über der Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls 1 verwendeten Lotmaterials 50. Idealerweise wird das Mehrlagensubstrat 40 derart erwärmt, dass dieses nur im Bereich des defekten Laserverbunds 10 auf eine Temperatur knapp unter die Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls 1 verwendeten Lotmaterials 50 erwärmt wird. Sobald das Lotmaterial 50 im Bereich zwischen dem defekten Laserverbund 10 und dem Mehrlagensubstrat 40 aufgeschmolzen ist, wird der defekte Laserverbund 10, vorzugsweise mittels einer Greifvorrichtung abgelöst 330. Wird beim Ablösen 330 des defekten Laserverbunds 1 Lotmaterial 50 mitabgelöst, wird in einem nachfolgenden Prozess das abgelöste Lotmaterial 50 durch neues Lotmaterial 50 ersetzt. Dieser Schritt 340 des Ersetzens von Lotmaterial 50 ist nur dann erforderlich, wenn beim Ablösen 330 des defekten Laserverbunds 10 Lotmaterial 50 mit entfernt wird. Falls Lotmaterial 50 erforderlich ist, wird das fehlende Lotmaterial 50 auf die Lötbereiche 44, 46 der Montagefläche 42 des Mehrlagensubstrats 40 und/oder auf die Kontaktflächen 22, 32 der Wärmeleitkörper 20, 30 des neu eingesetzten Laserverbunds 10 aufgebracht 340. Insbesondere kann das fehlende Lotmaterial 50 in Form von Lotkugeln, vorzugsweise in einem SolderJet- oder SolderBall- Verfahren, auf die relevanten Lötbereiche 44, 46 und Kontaktflächen 22, 32 aufgeschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ können auch Lotmaterialstreifen auf die relevanten Lötbereiche 44, 46 und Kontaktflächen 22, 32 aufgebracht 340 werden. Nach dem Ablösen 330 des defekten Laserverbunds 10 und ggf. dem Ersetzen 340 von Lotmaterial 50 gibt es zwei unterschiedliche Wege weiter vorzugehen. In Figur 21 ist der erste Weg schematisch dargestellt. Danach wird nach dem Ablösen 330 des defekten Laserverbunds 10 und ggf. dem Ersetzen 340 von Lotmaterial 50 der neue Laserverbund 10 an das Lotmaterial 50 und damit an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet 350 und anschließend erwärmt 360, insbesondere auf eine Temperatur über der Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls 1 verwendeten Lotmaterials 50 erwärmt 360, damit das Lotmaterial 50 aufschmilzt und in einem nachfolgenden Schritt 370 wird der eingesetzte Laserverbund 10 mit dem Mehrlagensubstrat 40 verlötet. Ferner kann zusätzlich der eingesetzte Laserverbund 10 unter Aufbringung von Druck an das Lotmaterial 50 bzw. an das Mehrlagensubstrat 40 angedrückt werden.

In Figur 22 ist der zweite Weg schematisch dargestellt. Danach wird nach dem Ablösen 330 des defekten Laserverbunds 10 und ggf. dem Ersetzen 340 von Lotmaterial 50 der neue Laserverbund 10 zunächst erwärmt 360, insbesondere auf eine Temperatur über der Solidustemperatur des bei der Herstellung des Laserdiodenmoduls 1 verwendeten Lotmaterials 50 erwärmt 360, und anschließend der erwärmte neue Laserverbund 10 an das Lotmaterial 50 und damit an das Mehrlagensubstrat 40 angeheftet 350. Hierdurch wird das Lotmaterial 50 aufgeschmolzen und in einem nachfolgenden Schritt 370 wird der eingesetzte Laserverbund 10 mit dem Mehrlagensubstrat 40 verlötet. Ferner kann zusätzlich der eingesetzte Laserverbund 10 unter Aufbringung von Druck an das Lotmaterial 50 bzw. an das Mehrlagensubstrat 40 angedrückt werden.

Der eingesetzte neue Laserverbund 10 wird bei beiden Reparaturverfahren gemäß Figur 21 und Figur 22 auf eine Temperatur knapp über der Solidustemperatur des verwendeten Lotmaterials 50 erwärmt 360, sodass es beim bzw. nach dem Anheften 350 des Laserverbunds 10 zu einem lokalen Aufschmelzen des Lotmaterials 50 unterhalb des eingesetzten Laserverbunds 10 kommt. Unterstützt wird der Prozess des Aufschmelzens des Lotmaterials 50 durch ein parallel erwärmtes Mehrlagensubstrat 40. Dies führt dazu, dass der neu eingesetzte Laserverbund 10 vollflächig mit dem Mehrlagensubstrat 40 verlötet wird.

Zusätzlich kann bei beiden Reparaturverfahren nach dem Anheften 350 des neuen Laserverbunds 10 Schutzgas in Zwischenräume 52 des Lotmaterials 50 eingebracht werden. Hier wird auf die beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls 1 verwiesen. Bezuq szei chen l i ste

Laserdiodenmodul

Laserverbund

Luftspalt

Laserverbundpaket erster Wärmeleitkörper

Kontaktfläche des ersten Wärmeleitkörpers zweiter Wärmeleitkörper

Kontaktfläche des zweiten Eärmeleitkörpers

Mehrlagensubstrat

Montagefläche erster Lötbereich zweiter Lötbereich

Freiraum

Lotmaterial

Zwischenräume keramische Lage

Strömungsrichtung des Schutzgases

Oberflächenschicht

Kontaktschicht

Laserdiodenbarren

Laserstrahlung

Verfahren

Bereitstellen eines Laserverbunds

Bereitstellen eines Mehrlagensubstrats

Aufbringen

Anheften Einbringen

Erwärmen

Aushärten

Aufbringen

Anheften

Reparaturverfahren

Erwärmen des Mehrlagensubstrats

Erwärmen des defekten Laserverbunds

Ablösen des defekten Laserverbunds

Ersetzen von Lotmaterial

Anheften eines neuen Laserverbunds

Erwärmen des neuen Laserverbunds

Verlöten des neu eingesetzten Laserverbunds an das Mehrlagensubstrat

Claims

Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls (1), aufweisend folgende Verfahrensschritte:

Bereitstellen (110) wenigstens eines Laserverbunds (10), wobei der wenigstens eine Laserverbund (10) ein Verbund aus einem ersten Wärmeleitkörper (20), einem zweiten Wärmeleitkörper (30) und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper (20) und dem zweiten Wärmeleitkörper (30) angeordneten Laserdiodenbarren (80) ist,

Bereitstellen (120) eines Mehrlagensubstrats (40) mit einer Montagefläche (42), wobei die Montagefläche (42) wenigstens einen ersten Lötbereich (44) und wenigstens einen zweiten Lötbereich (46) aufweist, wobei die Lötbereiche (44, 46) unter Ausbildung eines jeweiligen Freiraums (48) voneinander beabstandet sind,

- Aufbringen (130) von Lotmaterial (50) auf die Lötbereiche (44, 46) der Montagefläche (42), wobei das Lotmaterial (50) in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander in Form von Lotkugeln aufgebracht wird,

- Anheften (140) des wenigstens einen Laserverbunds (10) derart an das Lotmaterial (50), dass eine Kontaktfläche (22) des ersten Wärmeleitkörpers (20) des wenigstens einen Laserverbunds (10) an das Lotmaterial (50) eines ersten Lötbereichs (44) und eine Kontaktfläche (32) des zweiten Wärmeleitkörpers (30) des wenigstens einen Laserverbunds (10) an das Lotmaterial (50) eines zum jeweiligen ersten Lötbereich (44) benachbarten zweiten Lötbereich (46) angeheftet wird,

Einbringen (150) eines Schutzgases in Zwischenräume (52) des Lotmaterials (50), Erwärmen (160) des Lotmaterials (50) durch Einbringen von Wärme in das Lotmaterial (50) zur Herstellung einer flächigen Lötverbindung zwischen der Kontaktfläche (22) des ersten Wärmeleitkörpers (20) des Laserverbunds (10) und dem ersten Lötbereich (44) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) und zwischen der Kontaktfläche (32) des zweiten Wärmeleitkörpers (30) des Laserverbunds (10) und dem zweiten Lötbereich (46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40), wobei die Wärmeeinbringung derart erfolgt, dass das Lotmaterial (50) über die Solidustemperatur, insbesondere über die Liquidustemperatur des aufgebrachten Lotmaterials (50) hinaus erwärmt wird, um das Lot aufzuschmelzen,

- Aushärten (170) der flächigen Lötverbindung durch Abkühlung der Lötverbindung zur Herstellung des Laserdiodenmoduls (1). Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls (1), aufweisend folgende Verfahrensschritte:

- Aufbringen (230) von Lotmaterial (50) auf eine Kontaktfläche (22) des ersten Wärmeleitkörpers (20) des wenigstens einen Laserverbunds (10) und auf eine Kontaktfläche (32) des zweiten Wärmeleitkörpers (30) des wenigstens einen Laserverbunds (10), wobei das Lotmaterial (50) in einzelnen Einheiten beabstandet zueinander in Form von Lotkugeln aufgebracht wird,

- Anheften (240) des wenigstens einen Laserverbunds (10) mit dem Lotmaterial (50) an die Lötbereiche (44, 46) der Montagefläche (42) derart, dass die Kontaktfläche (22) mit dem Lotmaterial (50) des ersten Wärmeleitkörpers (20) des wenigstens einen Laserverbunds (10) an einen ersten Lötbereich (44) und die Kontaktfläche (32) mit dem Lotmaterial (50) des zweiten Wärmeleitkörpers (30) des wenigstens einen Laserverbunds (10) an einen zum ersten Lötbereich (44) jeweiligen benachbarten zweiten Lötbereich (46) angeheftet wird,

- Aushärten (170) der flächigen Lötverbindung durch Abkühlung der Lötverbindung zur Herstellung des Laserdiodenmoduls (1).

3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial (50) in Form von Lotkugeln derart aufgebracht wird, dass es als flüssige Tropfen aufgeschossen wird oder in fester Form als Bail-Bonds aufgebracht wird.

4. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lotmaterial (50) ein eutektisches Lotmaterial verwendet wird, und/oder das Lotmaterial (50) ein Zinn-basiertes Lot, eine Legierung aus Indium und Zinn, Indium oder eine Legierung aus Zinn und Blei aufweist.

5. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (22) des ersten Wärmeleitkörpers (20) kleiner ist als die Kontaktfläche (32) des zweiten Wärmeleitkörpers (30), wobei insbesondere der erste Wärmeleitkörper (20) schmaler als der zweite Wärmeleitkörper (30) ausgebildet ist.

6. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lotmaterial (50) mit einer ersten Belegungsdichte an die Kontaktfläche (22) des ersten Wärmeleitkörpers (20) des wenigstens einen Laserverbunds (10) oder an den ersten Lötbereich (44) der Montagefläche (42) aufgebracht wird und dass Lotmaterial (50) mit einer zweiten Belegungsdichte an die Kontaktfläche (32) des zweiten Wärmeleitkörpers (30) des wenigstens einen Laserverbunds (10) oder an den zweiten Lötbereich (46) der Montagefläche (42) aufgebracht wird, wobei die zweite Belegungsdichte größer als die erste Belegungsdichte ist.

7. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheften (140, 240) des wenigstens einen Laserverbunds (10) an das Mehrlagensubstrat (40) unter Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre zwischen dem Laserverbund (10) und dem Mehrlagensubstrat (40) erfolgt.

8. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas nach dem Anheften (140, 240) des Laserverbunds (10) an das Mehrlagensubstrat (40) in die Zwischenräume (52) des Lotmaterials (50) eingebracht wird, insbesondere wobei die Zwischenräume (52) von dem Schutzgas durchströmt werden.

9. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas ein Inertgas und/oder wenigstens ein Flussmittel, insbesondere Wasserstoff, Ameisensäure, Essigsäure, Chlor, Brom oder Chlorwasserstoffsäure, umfasst.

10. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas unter atmosphärischem Druck oder unter Aufbringung eines Vakuums in die Zwischenräume (52) des Lotmaterials (50) eingebracht wird.

11. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens ein Laserverbund (10) unter Aufbringung von Druck an die Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) angeheftet wird.

12. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anheften (140, 240) des Laserverbunds (10) an die Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) der Laserverbund (10), insbesondere die Wärmeleitkörper (20, 30) des Laserverbunds (10), und/oder das Mehrlagensubstrat (40) vorgeheizt werden, wobei insbesondere der Laserverbund (10) höher aufgeheizt wird als das Mehrlagensubstrat (40).

13. Verfahren (100) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagensubstrat (40) auf eine Temperatur bis 250° Celsius, insbesondere auf eine Temperatur bis maximal 280° Celsius, vorgeheizt wird.

14. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen (160) des Lotmaterials (50) der Verbund aus Laserverbund (10), Lötmaterial (50) und Mehrlagensubstrat (40) in einem Ofen auf eine Temperatur in einem Bereich von 110° bis 250° Celsius, insbesondere von 150° bis 250° Celsius, besonders bevorzugt von 200° bis 250° Celsius, erhitzt wird.

15. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laserverbünde (10) einzeln bereitgestellt werden, wobei jeder einzelne Laserverbund (10) einen ersten Wärmeleitkörper (20), einen zweiten Wärmeleitkörper (30) und einen zwischen dem ersten Wärmeleitkörper (20) und dem zweiten Wärmeleitkörper (30) angeordneten Laserdiodenbarren (80) aufweist, und a) dass das Lotmaterial (50) auf eine entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen (44, 46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) aufgebracht wird, und dass die mehreren Laserverbünde (10) nacheinander an das Lotmaterial (50) der jeweiligen ersten und zweiten Lötbereiche (44, 46) der Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen (44, 46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) angeheftet werden, oder b) dass das Lotmaterial (50) auf die jeweiligen Kontaktflächen (22, 32) der ersten Wärmeleitkörper (20) und zweiten Wärmeleitkörpers (30) der mehreren Laserverbünde (10) aufgebracht wird, und dass die mehreren Laserverbünde (10) mit dem Lotmaterial (50) nacheinander an die entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen (44, 46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) angeheftet werden.

16. Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laserverbünde (10) als Laserverbundpaket (14) bereitgestellt werden, wobei jeder einzelne Laserverbund (10) des Laserverbundpakets (14) einen ersten Wärmeleitkörper (20), einen zweiten Wärmeleitkörper (30) und einen zwischen dem ersten Wärmeleitkörper (20) und dem zweiten Wärmeleitkörper (30) angeordneten Laserdiodenbarren (80) aufweist, und a) dass das Lotmaterial (50) auf eine entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen (44, 46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) aufgebracht wird, und dass das Laserverbundpaket (14) im Gesamten an das Lotmaterial (50) der jeweiligen ersten und zweiten Lötbereiche (44, 46) der Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen (44, 46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) angeheftet wird. oder b) dass das Lotmaterial (50) auf die jeweiligen Kontaktflächen (22, 32) des ersten Wärmeleitkörpers (20) und zweiten Wärmeleitkörpers (30) der mehreren Laserverbünde (10) des Laserverbundpakets (14) aufgebracht wird, und c) dass das Laserverbundpaket (14) im Gesamten mit dem Lotmaterial (50) an die entsprechende Vielzahl von ersten und zweiten Lötbereichen (44, 46) der Montagefläche (42) des Mehrlagensubstrats (40) angeheftet wird.

17. Mehrlagensubstrat (40) zur Verwendung in einem Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagensubstrat (40) eine Montagefläche (42) aufweist, die wenigstens einen ersten Lötbereich (44) und wenigstens einen zweiten Lötbereich (46) aufweist, wobei die Lötbereiche (44, 46) unter Ausbildung eines Freiraums (48) voneinander beabstandet sind, wobei zumindest der wenigstens eine erste Lötbereich (44) und der wenigstens eine zweite Lötbereich (46) eine vergoldete Oberflächenschicht (70) aufweisen, insbesondere eine Oberflächenschicht (70) umfassend Kupfer, Nickel und Gold, bevorzugt in dieser Schichtfolge, aufweisen.

18. Laserverbund (10) zur Verwendung in einem Verfahren (100) zur Herstellung eines Laserdiodenmoduls (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserverbund (10) ein Verbund aus einem ersten Wärmeleitkörper (20), einem zweiten Wärmeleitkörper (30) und einem zwischen dem ersten Wärmeleitkörper (20) und dem zweiten Wärmeleitkörper (30) angeordneten Laserdiodenbarren (80) ist, wobei der erste Wärmeleitkörper (20) und der zweite Wärmeleitkörper (30) jeweils eine Kontaktfläche (22, 32) aufweisen, und wobei zumindest die Kontaktflächen (22, 32) eine vergoldete Kontaktschicht (75), insbesondere eine Kontaktschicht (75) umfassend Kupfer, Nickel und Gold, bevorzugt in dieser Schichtfolge, aufweisen.

19. Laserverbund (10) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeleitkörper (20) und / oder der zweite Wärmeleitkörper (30) Kupfer aufweisen, insbesondere einen Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff, einen Molybdän- Kupfer-Verbundwerkstoff odereinen Diamant-Kupfer-Verbundwerkstoff, oder einen Diamant-Silber-Verbundwerkstoff aufweisen.