CN114008877A - 结合增强安全特征和热管理的发光模块 - Google Patents

结合增强安全特征和热管理的发光模块 Download PDF

Info

Publication number
CN114008877A
CN114008877A CN202080045789.6A CN202080045789A CN114008877A CN 114008877 A CN114008877 A CN 114008877A CN 202080045789 A CN202080045789 A CN 202080045789A CN 114008877 A CN114008877 A CN 114008877A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
optical module
optical
emitter
driver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080045789.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114008877B (zh
Inventor
卢卡斯.斯坦曼
哈特姆特.鲁德曼
马里奥.西萨纳
卡米亚.卡马里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Sensors Asia Pte Ltd
Original Assignee
Ams Sensors Asia Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ams Sensors Asia Pte Ltd filed Critical Ams Sensors Asia Pte Ltd
Publication of CN114008877A publication Critical patent/CN114008877A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114008877B publication Critical patent/CN114008877B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813Housing arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04MTELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/02Constructional features of telephone sets
    • H04M1/0202Portable telephone sets, e.g. cordless phones, mobile phones or bar type handsets
    • H04M1/026Details of the structure or mounting of specific components
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04MTELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/02Constructional features of telephone sets
    • H04M1/22Illumination; Arrangements for improving the visibility of characters on dials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种光学模块(200),其包括:发射器(214),其经配置以发射电磁辐射;以及第一基板(212),其经配置以支撑该发射器(214)。该光学模块(200)进一步包括:驱动器(220),其经配置以控制该发射器(214);以及第二基板(216),其经配置以支撑该驱动器(220)。该第一基板(212)具有比该第二基板(216)更大的导热性。

Description

结合增强安全特征和热管理的发光模块
技术领域
本公开涉及一种紧凑型光学模块或发光封装,其结合高效电连接路由和热管理。
背景技术
本公开涉及一种光学模块,其可形成电子设备(诸如移动电话)的一部分。
图1示出已知光学模块100的示例。该已知光学模块100可被称为已知光发射器封装。该已知光学模块100包括印刷电路板120,在该印刷电路板120上安装有发射器130和检测器150。该发射器130经配置以发射电磁辐射。与该已知光学模块100分开并位于其外部的驱动器140经配置以控制该发射器130。该驱动器140通过布线134连接至该发射器130。该检测器150经配置以检测自光学配件160反射的电磁辐射,该光学配件160包含用于光学元件180的透射载体170。间隔件190充当该已知光学模块100的横向外侧壁,且限定该印刷电路板120与该光学配件160之间的分离距离。
如果该已知光学模块100的结构变得受损(例如,透射载体170破裂),则用户的眼睛及皮肤可能有被由该发射器130发射的电磁辐射损害的风险。该已知光学模块100的另一问题是不同组件(例如,该驱动器140与该发射器130)之间存在低效电路由。进一步问题是该已知光学模块100是非紧凑型的,且可能不适合需要更紧凑的光学模块的用途(例如,在移动电子设备(诸如移动电话)中)。该驱动器140至少部分定位在该已知光学模块100的外部以方便在使用期间管理由该已知光学模块100的组件产生的热能。组件的过热负面地影响该已知光学模块100的性能。
因此,本公开的目的是提供一种解决上述一个或多个问题的光学模块,或至少提供一种有用替代方案。
发明内容
根据本公开的一个方面,提供一种光学模块,其包括:发射器,其经配置以发射电磁辐射;第一基板,其经配置以支撑该发射器;驱动器,其经配置以控制该发射器;以及第二基板,其经配置以支撑该驱动器。该第一基板具有大于该第二基板的导热性。
该第一基板可经配置以为该发射器提供热管理(例如热传输和/或耗散)。
可选择该第一基板的材料和/或结构以在该光学模块的使用期间改进该第一基板将热能传导远离该发射器的能力。
该第二基板可经配置以容纳至该驱动器的电连接。该第二基板和该电连接可被视为分开实体。该第二基板的导热性可与该电连接的导热性不同且分开。即,该第二基板的导热性可不包含该电连接的导热性。
可选择该第二基板的材料和/或结构以改进该第二基板容纳该驱动器的电连接的能力。
该第二基板可容纳比该第一基板更大数目的电连接。
该第一基板可具有比该第二基板更大的表面积。
提供用于安装该光学模块的不同组件的不同基板有利地允许针对不同要求优化每个基板。该第一基板和该第二基板可针对允许热管理及电路由功能彼此解耦的不同功能进行定制。与已知光学模块相比,这实现每个功能的改进管理。根据本公开的光学模块以紧凑布置容纳该驱动器和该发射器,而不损害热能管理或电路由。
该光学模块的组件包含在单个光发射器封装中。即,该驱动器连同该发射器以及该第一基板和该第二基板一起集成至该光发射器封装中。换言之,容纳该发射器的该光学模块外壳也容纳该驱动器、该第一基板和该第二基板。这与涉及将该驱动器安置于该发光封装的外部的一些已知光学模块相反。通过将该驱动器定位在该发光封装的内部,该光学模块有利地比已知光学模块更紧凑。
该发射器可包括多个发射元件。该多个发射元件可布置成阵列。
该发射器可包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。该VCSEL可以是高功率VCSEL,例如,具有约3W或更大的连续波光功率输出。
该发射器可包括发光二极管(LED)。
该发射器可经配置以发射红外光。该红外光可具有约850nm或更大的波长。该红外光可具有约1400nm或更小的波长。
该发射器可经配置以发射可见光。
该驱动器可包括集成电路。
该驱动器可包括集成电路芯片。
该驱动器可经配置以将功率供应转换为适合该发射器的电平。举例而言,该驱动器可从外部电源接收功率供应,将该功率供应转换为脉冲电流,并将该脉冲电流提供至该发射器。该驱动器可为该发射器提供约2W或更大的功率。该驱动器可为该发射器提供约8W或更小的功率。
该驱动器可通过穿过该第二基板的布线电耦合至该发射器。该布线可沿该第一基板行进至该发射器。
该第一基板可包括陶瓷。该陶瓷可包括AlN。该陶瓷可包括AlO2。
该第一基板可包括金属框架。该金属框架可被称为引线框架。该金属框架可包括合金。该合金可包括铁和镍。该合金可包括约42%的镍。该金属框架可包括铜。
该第二基板可包括电绝缘材料,该电绝缘材料经配置以容纳多个电连接。该电绝缘材料可包括FR4。
该第一基板和该第二基板可布置成堆叠布置。
该堆叠布置有利地减小该光学模块的覆盖区(footprint)的总大小,从而使该光学模块比已知光学模块更紧凑。即,该光学模块具有比已知光学模块更小的面积和/或体积。该堆叠布置有利地利用光学模块内部的否则在已知光学模块中浪费的垂直空间。
该第一基板和该第二基板可具有该堆叠布置中的平行和垂直偏移轴。该第一基板和该第二基板可定位在该堆叠布置中的两个平行平面中。
该堆叠布置提供该第一基板与该第二基板之间的至少一些重叠。该第一基板和该第二基板可沿该光学模块的光轴彼此重叠。即,该第一基板可占据与该光学模块的该光轴正交的第一平面,并且该第二基板可占据与该光学模块的该光轴正交的不同平面。该堆叠布置可提供该第一基板与该第二基板之间的完全重叠。
该第二基板可包括开口以容纳该发射器。
该光学模块可包括光学配件,该光学配件经配置以修改电磁辐射的光学特性。
该光学配件可包括用于支撑光学元件的透射(例如,玻璃)载体。
该光学元件可包括光学结构,该光学结构可操作以修改由该光发射器发射的光的光学特性。
该光学元件可包括微透镜阵列(MLA)。该光学元件可包括光学漫射器。该光学元件可包括透镜。该光学元件可包括折射或衍射光学元件。该光学元件可包括漫射器。该光学元件可包括光谱滤波器。该光学元件可包括偏振滤波器。
该光学配件可包括电耦合至该驱动器的导电结构。该驱动器可经配置以监测该导电结构的电特性。
该电特性可以是该导电结构的电阻。
该电特性可以是该导电结构的电容。
如果这种监测指示该光学模块的完整性受损(或可能受损),则该驱动器可关闭或以其他方式调节该发射器的输出以确保该光学模块的用户的眼睛和皮肤安全。
该驱动器可通过布线电耦合至该导电结构。
该驱动器可经配置以在该导电结构的电特性变化达到超过预定量的情况下,调节该发射器的光学输出。
如果所监测特性是电阻,则该预定量可以是开路电阻。即,当该光学模块在结构上受损时,电路可能被破坏,从而产生具有有效无限电阻的开路。
如果所监测特性是电容,则该预定量可以是该导电结构的操作电容的约±50%的变化。
该驱动器可经配置以在该导电结构的电特性变化达到超过预定量的情况下,停止该发射器的该光学输出。
该导电结构和该发射器可经配置使得电磁辐射至少部分入射到该导电结构上。该导电结构可对电磁辐射基本上透明。基本上透明可被定义为约90%透射或更多。
该导电结构可包括氧化铟锡。
该电磁辐射的光路径可被称为光学覆盖区。该导电结构可至少部分定位在由该发射器发射的光的光路径的内部。
该导电结构和该发射器可经配置使得电磁辐射不入射到该导电结构上。该导电结构可对电磁辐射基本上不透明。基本上不透明可被定义为约5%透射或更少。
该导电结构可定位在电磁辐射的光路径的外部。
该导电结构可包括铬。
该光学模块可包括间隔件,该间隔件经配置以限定该第二基板与该光学配件之间的分离距离。该间隔件可包括塑料。该间隔件可包括液晶聚合物塑料。
该光学模块可包括检测器。该第二基板可经配置以支撑该检测器。
该检测器可包括光电二极管。
该检测器可经配置以检测由该光学配件反射的电磁辐射。
该检测器可经配置以检测已由该发射器发射、行进出该光学模块、自对象反射及行进回该光学模块中且至该检测器上的电磁辐射。该发射器和该检测器可形成飞行时间传感器的一部分。该光学模块可包括该飞行时间传感器。
根据本公开的另一个方面,提供一种电子设备,其包括任何前述方面的光学模块。
该电子设备可以是便携式的。该电子设备可以是移动电话。
在移动设备中利用该光学模块是特别有利的,这是因为移动设备倾向于比相当的非移动设备更紧凑。因而,并入具有改进电路由和改进热管理的紧凑光学模块为移动设备提供特别有利的解决方案。
该电子设备可以是电信系统。该电子设备可以是计算设备(诸如移动电话或平板计算机)。该电子设备可以是医疗设备(诸如诊断设备)。
根据本公开的另一方面,提供一种制造光学模块的方法,其包括:提供第一基板;将发射器附接至该第一基板;提供第二基板,其具有小于该第一基板的导热性的导热性;以及将驱动器附接至该第二基板,该驱动器经配置以控制该发射器。
该第一基板可包括陶瓷。
该第一基板可包括金属框架。
该第二基板可包括电绝缘材料,该电绝缘材料经配置以容纳多个电连接。
该方法可包括将该第一基板和该第二基板布置为堆叠布置。
该方法可包括在该第二基板中提供开口并且在该开口内容纳该发射器。
该方法可包括提供光学配件,该光学配件经配置以修改由该发射器发射的电磁辐射的光学特性。
该方法可包括为该光学配件提供导电结构并将该导电结构电耦合至该驱动器。
附图说明
现将仅通过示例的方式并参考附图来描述本公开的一些实施例,附图中:
图1示意性描绘已知光学模块的横截面视图;
图2示意性描绘根据本公开的方面的光学模块的横截面视图;
图3示意性描绘包括图2的光学模块的电子设备;
图4显示根据本公开的方面的制造光学模块的方法的流程图。
具体实施方式
新特征被添加至智能手机、平板计算机及其他便携式计算设备,该新特征包含记录三维图像、感测运动和/或手势的技术。数字记录方法使用各种类型的微型照明器,该微型照明器与相机相互作用以在三维区域中记录动态事件。这些照明器可以是各种形式,并提供不同类型的功能。一些用非常短脉冲照明宽区域用于记录飞行时间信息且因此导出三维场景信息的光检测和测距(LIDAR)类型测量。其他照明器是脉冲或连续波(CW),并将结构化光图案投射至场景上。数字相机记录结构化光图案的图像,并使用软件算法来根据图案化图像中的修改确定三维场景信息。
一种适用于微型照明器的发光技术是高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)设备及阵列设备。这些设备可经脉冲化,具有适合飞行时间应用的非常快的上升时间。它们较小,但用高效电光转换产生高功率激光束。各种光学组件(例如,光学漫射器)可被放置于光束路径中以针对特定应用修改光束性质。
在一些情况下,裸VCSEL的光学输出功率通常会非常高,使得其在光学组件的质量受损的情况下,可能对用户的眼睛或皮肤造成损害。因此,尤其当在便携式计算设备中操作时,确保高功率激光器照明器满足激光安全规定是重要的。举例而言,该照明器可以是配件的一部分,该配件在正常操作条件下,通过防止用户过于靠近照明器来维持眼睛安全操作。然而,在一些情况下,光学结构的损害(例如,破裂)(其修改用于安全操作的输出光束)和/或光学结构上水分或化学污染的存在可导致安全危害。同样地,如果光学结构将掉落或被移除,用户的安全可能受损。
为了促进检测机械缺陷(例如,裂缝)或光学封装中水分的存在,导电结构(例如,导电迹线)可设置于安置在发射器上方的透射盖(例如,玻璃基板)的表面上。在一些情况下,该导电结构由材料(例如,氧化铟锡(ITO))构成,该材料对由该发射器产生的光的波长(例如,红外光)基本上透明。因此,这种导电结构可与由该发射器发射的光束的覆盖区至少部分重叠。另一方面,在一些示例中,该导电结构由材料(例如,铬)构成,该材料对由该发射器产生的光的波长基本上不透明。在这种情况下,该导电结构优选地不与由该发射器发射的光束的覆盖区重叠。
该导电结构可电耦合至控制器(例如,用于发射器的驱动器),该控制器可操作以监测该导电结构的电特性(例如,电阻或电容),使得如果所监测特性变化达到超过预定量,则该控制器调节由该发射器产生的光学输出。在一些实施方式中,该控制器可操作以监测该导电结构的电特性,使得如果所监测特性变化超过相应预定量,则该控制器导致停止由该发射器产生的该光学输出。例如,该驱动器可关闭VCSEL,使得其不再发射光。
如果该驱动器安置于光发射器封装的外部(如图1的已知光学模块100的情况),则该封装可针对VCSEL或其他发射器的热管理和电接触进行定制。然而,对于一些应用,期望将该驱动器集成至封装中。在这种情况下,必须在封装内管理更大数目的功能和更多电路由。
本公开描述一种用于提供机载眼睛安全特征、使封装更紧凑并在维持VCSEL或其他发射器的热管理的同时改进电路由的方法。因此,本公开描述用于帮助优化热传输和耗散以及电路由的技术。
本公开描述一种光学模块、照明器或其他发光封装,其包括多个基板,该多个基板中的每一个可针对不同要求进行优化。该多个基板可布置成堆叠布置以减小该光学模块的宽度和/或长度。具体地,堆叠中的第一基板可经优化以为VCSEL或其他发射器(例如,发光二极管(LED))提供良好的热管理。堆叠中的第二基板可经配置以容纳电连接的高密度路由(例如,以在驱动器与发射器和/或导电结构之间提供电连接)。以此方式,电路由和热管理功能可彼此解耦。此外,通过一个在另一个上地堆叠基板,可获得封装的相对较小总覆盖区(例如,光学模块的面积)。
如图2中所显示,光学模块200包含第一基板212(例如,引线框架(即,金属框架)或陶瓷基板),在该第一基板212上安装有发射器214(例如,VCSEL或LED)。第二基板216(例如,电绝缘材料(诸如FR4))堆叠在该第一基板212上方。该第二基板216包括开口218以在堆叠布置中容纳该发射器214,从而有利地减小光学模块200的大小。
驱动器220和检测器222(例如,光电二极管)安装在该第二基板216上。该第二基板216可容纳多个电连接238、236。该多个电连接可包括多个嵌入铜路由层(未显示)。
该驱动器220可被称为处理器。该驱动器220(其可实施为例如集成电路(IC)芯片)经配置以将外部功率供应(未显示)转换为适合VCSEL或其他发射器214的电平。举例而言,该驱动器220可经配置以接收输入电压,并将该输入电压转换为用于控制VCSEL或其他发射器214的激光脉冲串。
举例而言,该检测器222可用于检测来自光学配件224的返回反射(backreflectance)。该光学配件224可包含用于支撑光学元件228的透射(例如,玻璃)载体226。举例而言,该光学元件228可包括:微透镜阵列(MLA)、光学漫射器、透镜、折射或衍射光学元件、漫射器、光谱滤波器、偏振滤波器,和/或可操作以修改由该发射器214发射的光(例如,VCSEL输出光束)的光学特性的一些其他光学结构。
在图2的示例中,该玻璃载体226在面向VCSEL 214的表面上支撑导电结构230。在一些实施例中,除该导电结构230外或取代该导电结构230,在该玻璃载体226的向外表面上可存在导电结构。举例而言,该导电结构230可包括氧化铟锡(ITO)迹线。
在图2的示例中,间隔件232充当该光学模块210的横向外侧壁。该间隔件232可限定该第二基板216与该光学配件224之间的分离距离。该分离距离可至少部分取决于由发射器214发射的电磁辐射的发散和/或该光学元件228的期望照明(例如,基本上均匀照明)来选择。该分离距离可为约0.5mm或更大。该分离距离可为约1.0mm或更小。举例而言,该间隔件232可包括液晶聚合物(LCP)塑料232。
该导电结构230电耦合(例如,通过布线234)至该驱动器220。该驱动器220电耦合(例如,通过印刷电路板212中的通孔236(即,金属连接)和电路(未显示))至该发射器214。因此,该驱动器220可操作以监测该导电结构230的特性(例如,电阻和/或电容)。如果这种监测指示光学配件224的完整性受损(或可能受损)(例如由于该透射载体226中的裂缝),则该驱动器220可关闭或以其他方式调节该发射器214的光学输出。该特征有利地为用户提供更大安全性,因为如果光学模块200变得受损,则该驱动器220可防止该发射器214发射否则可能损害用户的眼睛和/或皮肤的杂散电磁辐射。
其上安装有光发射器214的第一基板212的特定材料和结构可被选择用于热管理(例如,热传输和耗散)。另一方面,可选择第二基板216的特定材料及结构用于对驱动器220、检测器222和/或可安装在该第二基板216上的其他组件(未显示)的电连接进行路由。
如上所解释,提供用于安装光学模块200的各种组件的不同基板212、216允许每个基板212、216针对不同要求优化。一个在另一个上地堆叠基板212、216可帮助减小光学模块200的总覆盖区(例如,面积),从而允许将光学模块200并入至更小设备(例如,移动电话)中。
该发射器214在使用时产生热能。如果该发射器214变得太热,则该发射器214可能变得损坏、低效或不操作。举例而言,该发射器214的转换效率(即,供应至该发射器214的能量与由该发射器214发射的电磁辐射的能量相比)可随该发射器214的温度升高而减少。该第一基板212经配置以将热能传导远离该发射器214。即,该第一基板212充当由该发射器214产生的热能的散热器。该第一基板212从而协助防止发射器214变得太热,这又改进该发射器214的效率,并且减小该发射器214变得受损的风险。
该驱动器220定位在光学模块200的内部,并且电连接至多个组件,包含发射器214和导电结构230。该驱动器220可能需要多个逻辑连接和/或多个嵌入电路由(例如,铜路由)层以与光学模块200的其他组件和/或光学模块200并入其中的电子设备(未显示)的组件通信。该驱动器220包含相对大量(或高密度)的进出电连接(例如,布线234和/或通孔236)。该第二基板216经配置以容纳与驱动器220相关联的高密度电连接。此外,该第二基板216可支撑其他组件(诸如检测器222),该其他组件包含至其他组件(例如,外部功率供应器(未显示)和/或外部处理器(未显示))的进一步电连接。该检测器222可通过穿过第二基板216的电连接(例如,通孔238)电连接至该驱动器220。
该第一基板212和该第二基板216彼此不同以便执行它们分开的热管理和高密度电路由的功能。该第一基板212具有比该第二基板216更大的导热性。举例而言,该第一基板212可包括陶瓷(诸如AlN或AlO2),而该第二基板216可包括电绝缘材料(诸如FR4),该电绝缘材料具有比陶瓷更低的导热性。该第一基板212可包括金属框架,该金属框架可被称为引线框架。该金属框架可包括合金,该合金包括铁和镍。该合金可包括约42%的镍。
该第二基板216可容纳用于操作驱动器220的多个电连接(例如,功率供应器、通孔、逻辑连接、多个嵌入铜线路由层等)。与该第一基板212相比,该第二基板216更适合容纳高密度的电连接。举例而言,该第二基板216可经配置以容纳多个电路由层(例如,在两个与十二个嵌入铜层之间)。该第一基板212可经配置以支撑陶瓷的表面上的单个导电路径以将该发射器214电连接至该驱动器220。举例而言,该导电路径可连接至行进通过该基板216的该驱动器220的通孔236。
该驱动器220在使用时产生热能。如果该驱动器220变得太热,则该驱动器220可能变得受损、低效或不操作。该第二基板216可容纳从驱动器220行进至第一基板212的导热路径240(例如,金属连接,诸如通孔)。由该驱动器220产生的热能通过导热路径240远离该驱动器220且朝向该第一基板212传输。因此,该导热路径240和该第一基板212可充当该驱动器220的散热器。该导热路径240和该第一基板212从而协助防止该驱动器220变得太热,这又改进该驱动器220的效率,并且减小该驱动器220变得受损的风险。
在已知光学模块(例如,图1的已知光学模块100)中避免堆叠布置,这是因为堆叠布置有效地形成有助于光学模块的组件(例如,发射器)过热的热绝缘层。然而,再次参考图2,分离该第一基板212和该第二基板216的功能允许该基板212、216被布置为堆叠布置,而不导致光学模块200的组件的过热。与已知光学模块相比,这有利地减小光学模块200的面积或覆盖区,从而允许光学模块200并入更小设备(例如,移动电话)中。该第二基板216可通过接合和/或焊垫245附接至该第一基板212。该第一基板212可通过接合和/或焊垫247附接至另一基板或结构(未显示)。举例而言,该第一基板212可附接至移动电话(未显示)的印刷电路板。
该光学模块200可具有约3.0mm或更大的长度。该光学模块200可具有约6.0mm或更小的长度。该光学模块200可具有约2.0mm或更大的宽度。该光学模块200可具有约4.5mm或更小的宽度。该光学模块200可具有约1.0mm或更大的高度。该光学模块200可具有约4.0mm或更小的高度。
图3示意性描绘包括图2的光学模块200的电子设备300。在图3的示例中,该电子设备300是移动电话。该光学模块200可经配置以充当移动电话300的微型照明器。举例而言,该光学模块200可经配置以用非常短脉冲照明宽区域以用于记录飞行时间信息的光检测和测距(LIDAR)类型测量。可替换地,该光学模块200可经配置以将结构化光图案投射至场景上,并且该电子设备300的数字相机310可经配置以记录该结构化光图案的图像。接着,储存于该电子设备300中的软件算法可用于根据图案化图像中的修改确定三维场景信息(例如,三维图像、感测运动和/或手势)。
该光学模块200可被并入至其他种类的电子设备中。举例而言,该光学模块200可被并入至电信系统、平板计算机、医疗设备(诸如诊断设备)等中。
图4显示制造光学模块的方法的流程图。该方法的第一步骤410包括提供第一基板。该第一基板可包括陶瓷或金属框架。
第二步骤420包括将发射器附接至该第一基板。该第二步骤420可包括将该发射器焊接至该第一基板。
第三步骤430包括提供第二基板,该第二基板具有小于该第一基板的导热性的导热性。该第二基板可包括电绝缘材料(诸如FR4),该电绝缘材料经配置以容纳多个电连接(例如,多个嵌入铜层)。
第四步骤440包括将驱动器附接至该第二基板。该驱动器经配置以控制该发射器。该第四步骤440可包括将该驱动器焊接至该第二基板。
可选第五步骤450包括将检测器附接至该第二基板。该检测器可经配置以检测光学模块内的返回反射。该可选第五步骤450可包括将该检测器焊接至该第二基板。
可选第六步骤460包括将该第二基板附接至该第一基板。该可选第六步骤460可包括在该第一基板与该第二基板之间形成电连接和/或热连接。该可选第六步骤460可包括将该第二基板胶合至该第一基板。胶可包括导电胶。该可选第六步骤460可包括将该第二基板焊接至该第一基板。
可选第七步骤470包括将间隔件附接至该第二基板。该间隔件可包括布线。该可选第七步骤470可包括在该驱动器与该间隔件上的该布线之间形成电连接。该可选第七步骤470可包括将该间隔件胶合至该第二基板。胶可包括导电胶。该可选第七步骤470可包括将该间隔件的该布线焊接至该驱动器。
可选第八步骤480包括将光学配件附接至该间隔件。该光学配件可包括导电结构。该可选第八步骤480可包括在该光学配件的该导电结构与该间隔件上的该布线之间形成电连接。该可选第八步骤可在该导电结构与该驱动器之间形成导电路径。该可选第八步骤480可包括将该光学配件胶合至该间隔件。胶可包括导电胶。该可选第八步骤480可包括将该光学配件的该导电结构焊接至该间隔件的该布线。
附图标记
100:已知光学模块
120:印刷电路板
130:发射器
134:布线
140:驱动器
150:检测器
160:光学配件
170:透射载体
180:光学元件
190:间隔件
200:光学模块
212:第一基板
214:发射器
216:第二基板
218:开口
220:驱动器
222:检测器
224:光学配件
226:透射载体
228:光学元件
230:导电结构
232:间隔件
234:布线
236:驱动器通孔
238:检测器通孔
240:导热路径
245:第二基板焊垫
247:第一基板焊垫
300:电子设备
310:相机
410:第一步骤
420:第二步骤
430:第三步骤
440:第四步骤
450:可选第五步骤
460:可选第六步骤
470:可选第七步骤
480:可选第八步骤
本领域技术人员将了解,在先前描述及所附权利要求中,诸如“上方”、“沿”、“侧”等的位置术语是参考诸如附图中所显示的概念性图示来做出的。这些术语是为便于参考而使用的,但不旨在具有限制性。因此,这些术语应被理解为参考当处于如附图中所显示定向中时的对象。
尽管已依据如上文所阐述的优选实施例描述本公开,但应理解,这些实施例仅是阐释性的,且权利要求不限于这些实施例。鉴于本公开,本领域技术人员将能够进行预期落入所附权利要求的范围内的修改和替换。无论单独或以与本文中所公开或示出的任何其他特征的任何适当组合,本说明书中所公开或示出的每个特征可被并入任何实施例中。

Claims (23)

1.一种光学模块,其包括:
发射器,其经配置以发射电磁辐射;
第一基板,其经配置以支撑该发射器;
驱动器,其经配置以控制该发射器;以及,
第二基板,其经配置以支撑该驱动器,其中该第一基板具有比该第二基板更大的导热性。
2.根据权利要求1所述的光学模块,其中该第一基板包括陶瓷。
3.根据权利要求1所述的光学模块,其中该第一基板包括金属框架。
4.根据任一前述权利要求所述的光学模块,其中该第二基板包括电绝缘材料,该电绝缘材料经配置以容纳多个电连接。
5.根据任一前述权利要求所述的光学模块,其中该第一基板和该第二基板被布置为堆叠布置。
6.根据权利要求5所述的光学模块,其中该第二基板包括开口以容纳该发射器。
7.根据任一前述权利要求所述的光学模块,其包括光学配件,该光学配件经配置以修改该电磁辐射的光学特性。
8.根据权利要求7所述的光学模块,其中该光学配件包括电耦合至该驱动器的导电结构,并且其中该驱动器经配置以监测该导电结构的电特性。
9.根据权利要求8所述的光学模块,其中该驱动器经配置以在该导电结构的该电特性变化达到超过预定量的情况下,调节该发射器的光学输出。
10.根据权利要求9所述的光学模块,其中该驱动器经配置以在该导电结构的该电特性变化达到超过该预定量的情况下,停止该发射器的该光学输出。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的光学模块,其中该导电结构和该发射器经布置使得该电磁辐射至少部分入射到该导电结构上,并且其中该导电结构对该电磁辐射基本上透明。
12.根据权利要求8-10中任一项所述的光学模块,其中该导电结构和该发射器经布置使得该电磁辐射不入射到该导电结构上,并且其中该导电结构对该电磁辐射基本上不透明。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的光学模块,其包括间隔件,该间隔件经配置以限定该第二基板与该光学配件之间的分离距离。
14.根据任一前述权利要求所述的光学模块,其包括检测器,其中该第二基板经配置以支撑该检测器。
15.一种电子设备,其包括根据任一前述权利要求所述的光学模块。
16.一种制造光学模块的方法,其包括:
提供第一基板;
将发射器附接至该第一基板;
提供第二基板,其具有小于该第一基板的导热性的导热性;以及,
将驱动器附接至该第二基板,该驱动器经配置以控制该发射器。
17.根据权利要求16所述的方法,其中该第一基板包括陶瓷。
18.根据权利要求16所述的方法,其中该第一基板包括金属框架。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法,其中该第二基板包括电绝缘材料,该电绝缘材料经配置以容纳多个电连接。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法,其包括将该第一基板和该第二基板布置为堆叠布置。
21.根据权利要求20所述的方法,其包括在该第二基板中提供开口并且在该开口内容纳该发射器。
22.根据权利要求16-21中任一项所述的方法,其包括提供光学配件,该光学配件经配置以修改由该发射器发射的电磁辐射的光学特性。
23.根据权利要求22所述的方法,其包括为该光学配件提供导电结构并将该导电结构电耦合至该驱动器。
CN202080045789.6A 2019-06-27 2020-06-25 结合增强安全特征和热管理的发光模块 Active CN114008877B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962867456P 2019-06-27 2019-06-27
US62/867,456 2019-06-27
PCT/SG2020/050359 WO2020263184A1 (en) 2019-06-27 2020-06-25 Light emitting module combining enhanced safety features and thermal management

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114008877A true CN114008877A (zh) 2022-02-01
CN114008877B CN114008877B (zh) 2024-06-18

Family

ID=71409473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080045789.6A Active CN114008877B (zh) 2019-06-27 2020-06-25 结合增强安全特征和热管理的发光模块

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220236381A1 (zh)
CN (1) CN114008877B (zh)
DE (1) DE112020003103T5 (zh)
TW (1) TW202108934A (zh)
WO (1) WO2020263184A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220066036A1 (en) * 2020-08-25 2022-03-03 Lumentum Operations Llc Package for a time of flight device
WO2024033812A1 (en) * 2022-08-08 2024-02-15 Hengstler Gmbh Optoelectronic device comprising light processing device with a through-opening

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102738090A (zh) * 2011-03-29 2012-10-17 索尼公司 发光元件-光接收元件组件及其制造方法
CN103178442A (zh) * 2011-12-24 2013-06-26 普林斯顿光电子学公司 高速垂直腔表面发射激光器的表面封装
US20130163627A1 (en) * 2011-12-24 2013-06-27 Princeton Optronics Laser Illuminator System
CN105992960A (zh) * 2014-02-10 2016-10-05 微软技术许可有限责任公司 用于深度相机的vcsel阵列
US20170365977A1 (en) * 2015-08-21 2017-12-21 Oclaro Japan, Inc. Optical module
CN108933126A (zh) * 2017-05-29 2018-12-04 欧司朗有限公司 电子组件、照明装置以及用于制造电子组件的方法
CN109478767A (zh) * 2016-06-03 2019-03-15 普林斯顿光电子股份有限公司 Vcsel照明器封装

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102738090A (zh) * 2011-03-29 2012-10-17 索尼公司 发光元件-光接收元件组件及其制造方法
CN103178442A (zh) * 2011-12-24 2013-06-26 普林斯顿光电子学公司 高速垂直腔表面发射激光器的表面封装
US20130163627A1 (en) * 2011-12-24 2013-06-27 Princeton Optronics Laser Illuminator System
CN105992960A (zh) * 2014-02-10 2016-10-05 微软技术许可有限责任公司 用于深度相机的vcsel阵列
US20170365977A1 (en) * 2015-08-21 2017-12-21 Oclaro Japan, Inc. Optical module
CN109478767A (zh) * 2016-06-03 2019-03-15 普林斯顿光电子股份有限公司 Vcsel照明器封装
CN108933126A (zh) * 2017-05-29 2018-12-04 欧司朗有限公司 电子组件、照明装置以及用于制造电子组件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112020003103T5 (de) 2022-03-31
WO2020263184A1 (en) 2020-12-30
TW202108934A (zh) 2021-03-01
CN114008877B (zh) 2024-06-18
US20220236381A1 (en) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109478767B (zh) Vcsel照明器封装
WO2020125388A1 (zh) 飞行时间模组及电子设备
US11258234B2 (en) Eye safe VCSEL illuminator package
US20210384703A1 (en) Light emitting module including enhanced eye-safety feature
CN114008877B (zh) 结合增强安全特征和热管理的发光模块
US8644712B2 (en) Opto-electronic transceiver module with housing having thermally conductive protrusion
US8496385B2 (en) Connector with built-in module
TWI703396B (zh) 承載結構及其形成方法及光學投影模組
CN111146690B (zh) 一种激光器模组及其制备方法
CN209046740U (zh) 光电模组、深度获取组件及电子装置
TWI446516B (zh) 光電組件與製作光電組件的方法
JP2013235123A (ja) 光接続部材および光モジュール
US9276376B2 (en) Laser module
JP5115073B2 (ja) 半導体発光装置
CN112217982A (zh) 用于3d感应的紧凑型tof摄像头模组
CN114128065A (zh) 包括增强的安全特征的发光模块
TWI694296B (zh) 光學投射裝置
WO2020253686A1 (zh) 激光投射模组、深度相机和电子装置
CN112393691A (zh) 光发射模组、深度相机及电子设备
KR102326123B1 (ko) 수직 공진형 표면 발광 레이저 모듈
JP2007073664A (ja) 光送受信モジュールおよび光通信装置
JP4761494B2 (ja) 双方向光伝送デバイス
JP2013195445A (ja) 光受信用の光学構造、画像表示装置モジュール、及びそれを備えた電子機器
CN111246054A (zh) 光电模组、深度获取组件及电子装置
CN114650357A (zh) 光学元件模块及相机模块

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant