CN113410748A - 镭射光源封装结构 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于镭射晶片封装技术领域，具体为一种镭射光源封装结构，包括至少一个镭射晶片、基座、基板、若干线体、透镜及至少一个棱镜反射器；基座具有内腔结构，内腔结构贴底面上贴设镭射晶片，基座还设有若干开孔；基板布设有导电线路，基板的顶面上设有若干接点垫，基板的底面上设有若干焊盘，接点垫通过导电线路与焊盘电性连接，接点垫与开孔对正；线体为金属材质，线体连接镭射晶片的电性接点、穿过对应的开孔及连接对应的接点垫；透镜设置在基座上，适于光束穿过，棱镜反射器设于内腔结构的底面上，棱镜反射器用于将镭射晶片发出的光束反射至透镜处。旨在解决现有技术中制造成本高，生产效率低，原件体积大，散热效果不好的技术问题。

Description

镭射光源封装结构
技术领域
本发明涉及镭射晶片封装技术领域，更具体地说，是涉及一种镭射光源封装结构。
背景技术
镭射光源有着光束集中、亮度高、光色纯、能量密度大等优点，广泛应用于光盘驱动、扫描仪、医疗、光通讯、舞台灯等领域。目前市面上的镭射光源主要是TO CAN(Transistor-Outline Can)封装，这种封装结构制造成本高，生产效率低，原件体积大，散热效果不好，这种焊脚式的会慢慢被淘汰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镭射光源封装结构，旨在解决现有技术中制造成本高，生产效率低，原件体积大，散热效果不好的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种镭射光源封装结构，包括：至少一个镭射晶片；基座，为金属材质且具有内腔结构，所述内腔结构的底面上贴设镭射晶片，所述基座还设有若干开孔，所述开孔贯穿所述内腔结构的底面和所述基座的底面；基板，为非金属材质且布设有导电线路，所述基板的顶面上设有若干接点垫，所述基板的底面上设有若干焊盘，所述接点垫通过所述导电线路与所述焊盘电性连接，所述基板顶面通过导热材料与所述基座底面连接，所述接点垫与所述开孔对正；若干线体，为金属材质，所述线体连接所述镭射晶片的电性接点、穿过对应的所述开孔及连接对应的所述接点垫；透镜，设置在所述基座上且所述镭射晶片发出的光束适于穿过所述透镜；以及至少一个棱镜反射器，设于所述内腔结构的底面上，所述棱镜反射器用于将所述镭射晶片发出的光束反射至所述透镜处。
在其中一个实施例中，所述基座材质为紫铜。
在其中一个实施例中，所述基板材质为陶瓷。
在其中一个实施例中，所述镭射晶片的数量及所述棱镜反射器的数量皆为多个，若干所述镭射晶片以所述内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布，若干所述棱镜反射器与若干所述镭射晶片一一对应设置，所述棱镜反射器较对应的所述镭射晶片靠近所述内腔结构底面的中心。
在其中一个实施例中，所述镭射晶片的出光方向朝向所述内腔结构底面的中心，若干所述棱镜反射器以所述内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布。
在其中一个实施例中，所述镭射光源封装结构还包括荧光片，所述荧光片附于所述透鏡上，所述镭射晶片发出的光束经过所述棱镜反射器反射后依次穿过所述荧光片以及所述透镜。
在其中一个实施例中，所述荧光片位于所述透镜的中心处，所述荧光片的面积匹配呈圆周形式排布的若干所述棱镜反射器所围成的面积。
在其中一个实施例中，所述透镜为凸透镜、凹透镜、纹面透镜、菲尼尔透镜中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述基板顶面通过焊锡与所述基座底面连接。
在其中一个实施例中，所述内腔结构的周壁为台阶状，所述透镜装配在台阶状的所述周壁上。
本发明提供的镭射光源封装结构的有益效果在于：与现有技术相比，现有技术中的TO CAN封装结构包括管帽、晶片、金线、极针、底座等，这种封装结构制造成本高，生产效率低，原件体积大，而本发明的镭射光源通过贴片工艺设置在基座内，制作成本低，生产效率高，并配合设置基板、棱镜反射器以及透镜，简化了结构，基座通过焊锡与基板相焊接，大大提高了导热性，提高了散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的镭射光源封装结构的爆炸示意图；
图2为基板设于基座底部的仰视示意图；
图3为本发明实施例提供的镭射光源封装结构的剖视示意图；
图4为本发明实施例提供的镭射光源封装结构的基座内部结构的俯视示意图。
图中：1、基座；2、镭射晶片；3、焊盘；4、基板；5、线体；6、透镜；7、棱镜反射器；8、荧光片；9、接点垫；10、开孔。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明提供了一种镭射光源封装结构的一个具体实施例，在本实施例中，镭射光源封装结构包括至少一个镭射晶片2、基座1、基板4、若干线体5、透镜6及至少一个棱镜反射器7。
其中，基座1具有内腔结构，内腔结构是为了形成一个稳定的环境，镭射晶片2通过贴片工艺设置在内腔结构中，即设置在内腔结构的底面上，基座1为金属材质，内腔结构的底面上贴设至少一个镭射晶片2，基座1还设有若干开孔10，开孔10贯穿所述内腔结构的底面和基座1的底面。
其中，基板4为非金属材质且布设有导电线路，基板4的顶面上设有若干接点垫9，如图2，基板4的底面上设有若干焊盘3，若干焊盘3用以与外部电路板焊接，形成电性连接；接点垫9通过导电线路与焊盘3电性连接，基板4顶面通过导热材料与所述基座1底面连接，接点垫9与所述开孔10对正。
基座1通过导热材料，例如锡膏，与基板4相焊接，减少中间热阻，迅速传热，有效地加快热量导出。接点垫9用于将镭射晶片2接入电路中，其中，若干线体5为金属材质，例如金线，线体5连接镭射晶片2的电性接点、穿过对应的开孔10及连接对应的接点垫9，这样将镭射晶片2接入了电路中。由于基座1为金属材质，其上无法布设导线，因此设于基座1上的镭射晶片2藉由线体5通过开孔10的方式连接设于非金属材质的基板4的接点垫9，确保了高散热效率,也避免电性短路。
透镜6设置在基座1上，具体地，可以用于覆盖内腔结构，镭射晶片2发出的光束经过透镜6，得到需要的光形，透镜6的作用在于调光，具体地可以为凸透镜6、凹透镜6、纹面透镜6、菲尼尔透镜6等，不同的透镜具有不同的调光效果。
棱镜反射器7的作用在于其将对应的镭射晶片2发出的光束反射至透镜6处，具体为改变光路径的作用，其同样设于所述基座1的内腔结构中，设于内腔结构的底面上，其设置位置要求为镭射晶片2发出的光束能打到对应的棱镜反射面上，实现向透镜6方向反射。
本实施例的镭射晶片2通过贴片工艺设置在基座1上，制作成本低，生产效率高，并配合设置基板4、棱镜反射器7以及透镜6，简化了结构，基座1通过锡膏与基板4相焊接，大大提高了导热性，提高了散热效果。
在本实施例中，提供了基座1的优选实施方式，基座1材质可以为金属，优选为紫铜，紫铜具有优良的导热性﹑延展性和耐蚀性，紫铜还具有有良好的焊接性，所以紫铜可以与基板4很好地相焊接。
在本实施例中，提供了基板4的优选实施方式，基板4材质为非金属，优选为陶瓷，其上及其中适于布设导线。陶瓷具有较好的导热和散热性能，陶瓷材质的基板4的导热係数最大为240W/mk,紫铜材质的基座1与陶瓷基板4焊接在一起，也有效地加快热量导出。
请参阅图1，在本实施例中，镭射晶片2的数量及棱镜反射器7的数量皆为多个，具体可以为2颗，3颗，4颗，5颗，6颗等，具体根据需要选择，也可以根据需要选择使用红光、蓝光或者是绿光的镭射晶片2，不同的镭射晶片2发出的光色不同，当使用红光镭射晶片2、蓝光镭射晶片2或绿光镭射晶片2时，不使用荧光片8，可得到红光、蓝光或绿光，同理类推，根据实际需要来使用荧光片8。
多个镭射晶片2以内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布，多个棱镜反射器7与多个镭射晶片2一一对应设置，棱镜反射器7较对应的镭射晶片2靠近内腔结构底面的中心，藉此确保多个镭射晶片2发出的光线经多个棱镜反射器7反射后集中于透镜6的中间位置出光。
本实施例中的镭射晶片2的数量可以选择为一个或多个，这样方便根据需要进行选择，满足不同功率的产品需求，并且由于多个镭射晶片2呈圆周形式排布，这样多个镭射晶片2的出光方向便可以同时朝向内腔结构底面的中心位置，对应的棱镜反射器7进而能够将光束朝同一方向进行反射，使得所有的镭射晶片2发出的光束均能够从透镜6的中间位置出光，得到聚集的出光效果，出光集中在中间，腔内二次光学设计，可有效、精准的控制光路，可实现超窄发射角。
具体地，请参阅图4，在具体地其中一个实施例中，可选镭射晶片2的数量为三个，三个镭射晶片2分别贴设在基座1的内腔结构底面上，呈圆周形式排布，三个镭射晶片2的正负极通过若干线体5连接到若干接点垫9上，使镭射晶片2接入电路中，多个镭射晶片2发出的光束同时朝向圆周的中心方向，经过对应的棱镜反射器7将光束反射至透镜6处，经过透镜6，透镜6具有光学设计，可以得到需要的出光。
在其中一个实施例中，镭射晶片2的出光方向朝向内腔结构底面的中心，若干棱镜反射器7以内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布，可有效、精准的控制光路，可实现超窄发射角。
具体地，可将三个镭射晶片2以及三个棱镜反射器7设计成关于圆周形式的一对一均匀等间距分布，这样可以得到三道发射方向朝向圆周中心的光束，其射向透镜6的中间位置处也是关于透镜6的中心均匀等间距分布的，这样三道光束从透镜6穿过之后的出光将是聚集且均匀的，从而得到需要的光束效果，当镭射晶片2的数量为其它数量时，原理相同，但也可以根据需要进行适应性的改变。
优选的，当选用镭射晶片2的数量为多个时，则优选采用棱镜反射器7的数量与镭射晶片2的数量相同，并且棱镜反射器7与镭射晶片2一一对应设置。
在本优选实施方式中，棱镜反射器7与镭射晶片2为一一对应设置，棱镜反射器7以内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布，实现了各个光束之间的独立，使得每一个镭射晶片2发出的光束均能够通过单独的棱镜反射器7进行反射，相互之间不会发生干扰，可靠的保证了光束沿着既定的轨迹传播。
具体地，请参阅图3和图4，棱镜反射器7具有一个倾斜的反射面，可以将光束进行90度的反射，将其反射至透镜6处，由于镭射晶片2沿着圆周形式排布，所以对应的棱镜反射器7也呈圆周形式排布，每一个棱镜反射器7的反射面朝向对应的镭射晶片2。
在本实施方式中，棱镜反射器7可以与基座1的内腔结构底面固定连接或者可拆卸连接，为了实现多个镭射晶片2和多个棱镜反射器7均成圆周形式的排布，可以在基座1的内腔结构底面设置定位桩，通过定位桩作为参照来定位镭射晶片2和棱镜反射器7的位置。
如图1和图3所示，镭射光源封装结构还包括荧光片8，荧光片8附于透镜6上，镭射晶片2发出的光束经过棱镜反射器7反射后依次穿过荧光片8以及透镜6。
本实施方式中，荧光片8可以在需要的时候设置，具体为荧光片8可以改变光色，当使用蓝光镭射晶片2时，可用相对应的荧光片8来得到白光、红光、或绿光。
在本实施方式中，蓝光镭射晶片2发出的光束打在棱镜反射器7的反射面上，反射光通过荧光片8后就变成白光，再进入带光学设计的透镜6，最终出来的光就是能满足需要。这种封装结构可以直接发白光，也可迅速带走镭射晶片2的热量，且内腔结构内做了二次光学设计，是一种全新的应用。
在其中一个实施例中，荧光片8可以通过胶水粘接在透镜6底面上，面对棱镜反射器7，荧光片8位于透镜6的中心处，荧光片8的面积匹配(等于或略大于)呈圆周形式排布的若干棱镜反射器7所围成的面积，这样棱镜反射器7的反射范围便能够完全位于荧光片8的面积范围之内，并且荧光片8的尺寸也实现了最小化，避免采用尺寸过大而造成浪费。
关于透镜6的形式，本实施例中透镜6可以为凸透镜6、凹透镜6、纹面透镜6、菲尼尔透镜6中的一种或多种，通过透镜6实现调光，透镜6的材质可以为玻璃，透镜6为单个透镜6也可为多个单个透镜6组合在一起，甚至多合一透镜6等方式，每个透镜6出来一股光束。
进一步地，如图1，内腔结构的周壁为台阶状，透镜6也具有与其适配的台阶状的结构，透镜6装配在台阶状的周壁上，两者通过卡合连接在一起，实现了有效装配。
综上所述，本发明的有益效果在于：1、可以根据实际需要更改镭射晶片2颗数，满足不同功率的产品需求，且不需放大镭射光源封装结构的体积；2、热电分离，导电线路布设在非金属的基板4，基板4与基座1不电性导通；3、导热迅速，基座1通过导热材料与基板4连接在一起，有效减少热阻；4、当内含荧光片8时，使镭射晶片发出的有色光经过荧光片8后变成白光，不需要在镭射光源封装结构外再做一次光色转化；5、当不含荧光片8时，镭射晶片发出的有色光可直接出射，减少损耗；6、出光集中在镭射光源封装结构中间，内腔结构内二次光学设计，可有效、精准的控制光路，实现超窄发射角；7、镭射光源封装结构的基板4底面的若干焊盘3设置，相比传统的TO封装，大大提高了生产效率和降低制造成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.镭射光源封装结构，其特征在于，包括：
至少一个镭射晶片；
基座，为金属材质且具有内腔结构，所述内腔结构的底面上贴设所述镭射晶片，所述基座还设有若干开孔，所述开孔贯穿所述内腔结构的底面和所述基座的底面；
基板，为非金属材质且布设有导电线路，所述基板的顶面上设有若干接点垫，所述基板的底面上设有若干焊盘，所述接点垫通过所述导电线路与所述焊盘电性连接，所述基板顶面通过导热材料与所述基座底面连接，所述接点垫与所述开孔对正；
若干线体，为金属材质，所述线体连接所述镭射晶片的电性接点、穿过对应的所述开孔及连接对应的所述接点垫；
透镜，设置在所述基座上且所述镭射晶片发出的光束适于穿过所述透镜；以及
至少一个棱镜反射器，设于所述内腔结构的底面上，所述棱镜反射器用于将所述镭射晶片发出的光束反射至所述透镜处。
2.如权利要求1所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述基座材质为紫铜。
3.如权利要求2所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述基板材质为陶瓷。
4.如权利要求1所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述镭射晶片的数量及所述棱镜反射器的数量皆为多个，若干所述镭射晶片以所述内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布，若干所述棱镜反射器与若干所述镭射晶片一一对应设置，所述棱镜反射器较对应的所述镭射晶片靠近所述内腔结构底面的中心。
5.如权利要求4所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述镭射晶片的出光方向朝向所述内腔结构底面的中心，若干所述棱镜反射器以所述内腔结构底面的中心为圆心呈圆周形式排布。
6.如权利要求1-5任意一项所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述镭射光源封装结构还包括荧光片，所述荧光片附于所述透鏡上，所述镭射晶片发出的光束经过所述棱镜反射器反射后依次穿过所述荧光片以及所述透镜。
7.如权利要求6所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述荧光片位于所述透镜的中心处，所述荧光片的面积匹配呈圆周形式排布的若干所述棱镜反射器所围成的面积。
8.如权利要求1-5任意一项所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述透镜为凸透镜、凹透镜、纹面透镜、菲尼尔透镜中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述基板顶面通过焊锡与所述基座底面连接。
10.如权利要求9所述的镭射光源封装结构，其特征在于，所述内腔结构的周壁为台阶状，所述透镜装配在台阶状的所述周壁上。
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