CN115548863B - 一种垂直腔面发射激光器封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芯片封装技术领域，且公开了一种垂直腔面发射激光器封装结构，包括基板、铜杯封装结构支柱、激光发射器和光学盖板，基板顶部外围设有铜杯封装结构支柱，基板顶部中心处设有激光发射器，光学盖板通过铜杯封装结构支柱与基板连接。在该装置中，通过铜杯封装结构支柱的设置可以提高散热性能，通过光学盖板的设置提高了面出光工作效能以及发射的激光分布均匀，提升光辐射能量，其中，基板起到保护固晶焊线和胶体成型的作用，也能导通电路。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，具体为一种垂直腔面发射激光器封装结构。
背景技术
随着芯片级原子光学器件的发展，迫切需要一种具备窄线宽、低功耗、可调制、单模态等特点的光源，以此来激发碱金属原子。垂直腔面发射激光器具备的窄线宽、低功耗、高调制速率、小体积和易集成的优点，使得VCSEL在芯片级原子光学器件中被广泛采用，并进一步的促进了原子光学领域向微型化和低功耗方向发展的进程。
垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL)以其面发光、体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等特点而逐渐被广泛应用。
现有的垂直腔面发射激光器的封装结构通常是在基板表面贴装VCSEL芯片，外部再以相应的封装支架进行保护，在现有技术中，将激光芯片固定到基板上，然后通过激光芯片与基板之间的接触将芯片的发热导入基板中，通过基板将热量散发出去，采用现有的这种封装结构的垂直腔面发射激光器的出射光线的均匀性相对较差且散热效果不佳，因此，需要一种垂直腔面发射激光器封装结构。
发明内容
针对现有垂直腔面发射激光器封装结构的不足，本发明提供了一种垂直腔面发射激光器封装结构，解决了上述背景技术中提出的现有封装结构的垂直腔面发射激光器的出射光线的均匀性相对较差且散热效果不佳问题。
本发明提供如下技术方案：一种垂直腔面发射激光器封装结构，包括基板、铜杯封装结构支柱、激光发射器和光学盖板，所述基板顶部设有若干所述铜杯封装结构支柱，所述基板顶部中心处设有激光发射器，所述光学盖板通过若干所述铜杯封装结构支柱与所述基板连接。
优选的，所述铜杯封装结构支柱和光学盖板在所述激光发射器周围不形成完全的封闭，以使所述铜杯封装结构支柱与所述光学盖板和所述基板之间形成非密封空间。
优选的，所述基板左右侧壁均开设有若干散热孔，所述基板前后侧壁均设有若干电极触点，所述基板顶部设有焊接区域。
优选的，所述激光发射器包括：激光发生芯片和金属端子，所述激光发生芯片固定连接于所述基板上端中部，所述金属端子一端与所述激光发生芯片连接，所述金属端子另一端与所述焊接区域焊接。
优选的，所述激光发生芯片通过金属端子和焊接区域与电极触点电连接。
优选的，所述基板可以为陶瓷、紫铜、红铜、黄铜和铁中任意一种材料制成。
优选的，所述光学盖板为塑胶或玻璃透镜，所述光学盖板靠近激光发生芯片的一端设置为平面透镜或者具备光源分散的凹凸折射透镜。
优选的，所述铜杯封装结构支柱包括：上挡外壳、连接块、电磁铁、中挡外壳、卡槽、永磁铁座、中空缓冲块、缓冲弹簧、下挡外壳、左旋螺纹杆、铰接座、第四连杆、螺纹套一、双头电机、右旋螺纹杆；
所述中挡外壳设于所述上挡外壳和所述下挡外壳之间，且所述中挡外壳上端与所述上挡外壳下端抵接，所述中挡外壳下端与所述下挡外壳上端抵接，所述下挡外壳下端外壁与所述基板顶部固定连接；
所述连接块上端与所述上挡外壳内壁顶部固定连接，所述连接块下端安装有所述电磁铁，所述连接块左右两侧壁设有相同的连接结构；
所述连接结构包括：异形连杆、第一连杆、固定块一、限位杆一、连接弹簧、第二连杆、限位杆二、限位杆三，所述固定块一与所述连接块侧壁固定连接，所述异形连杆设于所述上挡外壳内壁与所述固定块一之间，所述第一连杆靠近所述连接块的一端与所述固定块一前端面铰接，所述第一连杆远离所述连接块的一端与所述异形连杆前端面铰接；
所述异形连杆前端面固定连接有所述限位杆一和限位杆二，且所述限位杆一位于所述限位杆二上方，所述固定块一前端面固定连接有所述限位杆三，所述第二连杆靠近所述连接块的一端转动套接所述限位杆三外壁，所述第二连杆远离所述连接块的一端转动套接所述限位杆二外壁，所述连接弹簧靠近所述第二连杆的一端与所述第二连杆中部固定连接，所述连接弹簧远离所述第二连杆的一端与所述限位杆一固定连接；
所述中空缓冲块与所述中挡外壳内壁固定连接，所述中空缓冲块设有若干所述缓冲弹簧，且所述缓冲弹簧两端分别与所述中空缓冲块上下内壁固定连接，所述中空缓冲块上端外壁固定连接有所述永磁铁座，且所述永磁铁座靠近所述异形连杆的一端设有所述卡槽，所述永磁铁座顶部设有与所述电磁铁完全吻合的梯形槽，所述中空缓冲块下端对称固定连接有两组所述铰接座；
所述下挡外壳内壁底部固定连接有所述双头电机，所述左旋螺纹杆左端与所述下挡外壳左侧内壁转动连接，所述左旋螺纹杆右端与所述双头电机左端输出轴固定连接，所述右旋螺纹杆有端与所述下挡外壳右侧内壁转动连接，所述右旋螺纹杆左端与所述双头电机右端输出轴固定连接；
以所述双头电机为对称中心在所述左旋螺纹杆和右旋螺纹杆外壁上套接有相同的所述螺纹套一，所述第四连杆靠近所述铰接座的一端与所述铰接座铰接，所述第四连杆远离所述铰接座的一端与所述螺纹套一铰接。
优选的，所述散热孔内设有热量调节装置，所述热量调节装置包括：自开合组件、中空外壳、同步带轮一、驱动螺杆、气流挡板、密封活塞块、螺纹槽、安装槽、连接弹簧二、槽口、通孔一、弧形滤网、驱动电机、同步带、第三连杆、同步带轮二、断电触点、电极片、第四连杆；
所述中空外壳上端安装有所述自开合组件，所述中空外壳的中空腔中转动连接有若干所述气流挡板，所述中空外壳内壁开设有所述槽口，所述驱动电机固定连接于所述槽口顶部，所述驱动电机输出轴与所述驱动螺杆上端固定连接，所述驱动螺杆下端与所述槽口下端转动连接；
所述同步带轮一固定套接在所述驱动螺杆外壁，所述同步带轮二固定套接在所述第三连杆外壁，所述第三连杆上端与所述自开合组件中心固定连接，所述第三连杆下端安装有所述断电触点；
所述同步带轮一与所述同步带轮二通过所述同步带传动连接；
所述密封活塞块与所述中空外壳内壁上下滑动连接，所述密封活塞块两侧设有所述螺纹槽，且所述螺纹槽与所述驱动螺杆螺纹连接；
所述密封活塞块内设有所述安装槽，所述第四连杆下端滑动贯穿所述密封活塞块且伸入所述安装槽内，所述第四连杆上端与所述电极片固定连接；
所述第四连杆伸入所述安装槽的一端外壁上套接有所述连接弹簧二，所述连接弹簧二上端与所述安装槽内壁上端固定连接，所述连接弹簧二下端与所述第四连杆外壁固定连接；
所述中空外壳内壁上开设有若干通孔一，且所述通孔一位于所述槽口下方，所述中空外壳下端与所述弧形滤网固定连接。
优选的，所述自开合组件包括：调节盘、挡盘、固定轴、通孔二、弧形孔、密封外壳；
所述密封外壳外壁与所述中空外壳顶部固定连接，所述密封外壳内设有所述调节盘和挡盘，所述调节盘外圈壁与所述密封外壳内圈壁固定连接，所述调节盘中心转动连接有所述固定轴，所述挡盘中心固定套接在所述固定轴上；
所述固定轴下端与所述第三连杆上端固定连接；
所述调节盘表面围绕其中心等间距设有若干所述通孔二，且若干个所述通孔二沿所述调节盘径向从大到小等距排列；
所述挡盘表面围绕其中心等间距设有若干所述弧形孔。
附图说明
图1为本发明结构主体示意图；
图2为本发明中铜杯封装结构支柱安装位置示意图；
图3为本发明中激光发射器俯视图；
图4为本发明中激光发射器结构示意图；
图5为本发明中铜杯封装结构支柱结构示意图；
图6为本发明图5中A处结构放大示意图；
图7为本发明中上挡外壳和中挡外壳之间间隙示意图；
图8为本发明中热量调节装置结构示意图；
图9为本发明中自开合组件结构俯视图；
图10为本发明中调节盘结构俯视图；
图11为本发明中挡盘结构俯视图。
图中：1、基板；2、铜杯封装结构支柱；3、激光发射器；4、光学盖板；5、激光发生芯片；6、金属端子；7、焊接区域；8、散热孔；9、电极触点；10、上挡外壳；11、连接块；12、异形连杆；13、第一连杆；14、固定块一；15、限位杆一；16、连接弹簧；17、第二连杆；18、限位杆二；19、限位杆三；20、电磁铁；21、中挡外壳；22、卡槽；23、永磁铁座；24、中空缓冲块；25、缓冲弹簧；26、下挡外壳；28、铰接座；29、第四连杆；30、螺纹套一；31、双头电机；32、螺纹杆；33、自开合组件；34、中空外壳；35、同步带轮一；36、驱动螺杆；37、气流挡板；38、密封活塞块；39、螺纹槽；40、安装槽；41、连接弹簧二；42、槽口；43、通孔一；44、弧形滤网；45、驱动电机；46、同步带；47、第三连杆；48、同步带轮二；49、断电触点；50、电极片；51、第四连杆；52、调节盘；53、挡盘；54、固定轴；55、通孔二；56、弧形孔；57、密封外壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2，一种垂直腔面发射激光器封装结构，包括基板1、铜杯封装结构支柱2、激光发射器3和光学盖板4，所述基板1顶部设有若干所述铜杯封装结构支柱2，所述基板1顶部中心处设有激光发射器3，所述光学盖板4通过若干所述铜杯封装结构支柱2与所述基板1连接。
优选的，所述基板1可以为陶瓷、紫铜、红铜、黄铜和铁中任意一种材料制成。
优选的，所述光学盖板4为塑胶或玻璃透镜，所述光学盖板4靠近激光发生芯片5的一端设置为平面透镜或者具备光源分散的凹凸折射透镜。
上述方案的工作原理及其有益效果为：在该装置中，通过调节铜杯封装结构支柱2的高度可以使得铜杯封装结构支柱2与光学盖板4和基板1之间形成非密封空间，使得激光发射器3可以和外部空间连通，激光发射器3的热量可以与外部空间进行交换，部分热量能够通过非密封的空间散发到外界，提升散热的整体效果，通过光学盖板4的设置提高了面出光工作效能以及发射的激光分布均匀，提升光辐射能量，其中，基板1起到保护固晶焊线和胶体成型的作用，也能导通电路。
实施例2
在实施例1的基础上，请参阅图1-3，所述铜杯封装结构支柱2和光学盖板4在所述激光发射器3周围不形成完全的封闭，以使所述铜杯封装结构支柱2与所述光学盖板4和所述基板1之间形成非密封空间。
所述基板1左右侧壁均开设有若干散热孔8，所述基板1前后侧壁均设有若干电极触点9，所述基板1顶部设有焊接区域7。
上述方案的工作原理及其有益效果为：激光发射器3发出的光线通过光学盖板4，且由于光学盖板4与基板1之间通过铜杯封装结构支柱2连接，铜杯封装结构支柱2和光学盖板4在激光发射器3周围不形成完全的封闭，因而铜杯封装结构支柱2与光学盖板4和基板1之间形成非密封空间，使得激光发射器3可以和外部空间连通，激光发射器3的热量可以与外部空间进行交换，部分热量能够通过非密封的空间散发到外界，提升散热的整体效果，且在基板1左右侧壁均开设有若干散热孔8也可以进行辅助散热，通过电极触点9和焊接区域7的设置可以对激光发射器3进行供电。
实施例3
在实施例1-2任意一项的基础上，请参阅图3-4，所述激光发射器3包括：激光发生芯片5和金属端子6，所述激光发生芯片5固定连接于所述基板1上端中部，所述金属端子6一端与所述激光发生芯片5连接，所述金属端子6另一端与所述焊接区域7焊接。
所述激光发生芯片5通过金属端子6和焊接区域7与电极触点9电连接。
上述方案的有益效果为：通过金属端子6和焊接区域7的设置，可以将激光发生芯片5与基板1电连接，以便供电和传输控制信号。
实施例4
在实施例1-3任意一项的基础上，请参阅图5-7，所述铜杯封装结构支柱2包括：上挡外壳10、连接块11、电磁铁20、中挡外壳21、卡槽22、永磁铁座23、中空缓冲块24、缓冲弹簧25、下挡外壳26、左旋螺纹杆27、铰接座28、第四连杆29、螺纹套一30、双头电机31、右旋螺纹杆32；
所述中挡外壳21设于所述上挡外壳10和所述下挡外壳26之间，且所述中挡外壳21上端与所述上挡外壳10下端抵接，所述中挡外壳21下端与所述下挡外壳26上端抵接，所述下挡外壳26下端外壁与所述基板1顶部固定连接；
所述连接块11上端与所述上挡外壳10内壁顶部固定连接，所述连接块11下端安装有所述电磁铁20，所述连接块11左右两侧壁设有相同的连接结构；
所述连接结构包括：异形连杆12、第一连杆13、固定块一14、限位杆一15、连接弹簧16、第二连杆17、限位杆二18、限位杆三19，所述固定块一14与所述连接块11侧壁固定连接，所述异形连杆12设于所述上挡外壳10内壁与所述固定块一14之间，所述第一连杆13靠近所述连接块11的一端与所述固定块一14前端面铰接，所述第一连杆13远离所述连接块11的一端与所述异形连杆12前端面铰接；
所述异形连杆12前端面固定连接有所述限位杆一15和限位杆二18，且所述限位杆一15位于所述限位杆二18上方，所述固定块一14前端面固定连接有所述限位杆三19，所述第二连杆17靠近所述连接块11的一端转动套接所述限位杆三19外壁，所述第二连杆17远离所述连接块11的一端转动套接所述限位杆二18外壁，所述连接弹簧16靠近所述第二连杆17的一端与所述第二连杆17中部固定连接，所述连接弹簧16远离所述第二连杆17的一端与所述限位杆一15固定连接；
所述中空缓冲块24与所述中挡外壳21内壁固定连接，所述中空缓冲块24设有若干所述缓冲弹簧25，且所述缓冲弹簧25两端分别与所述中空缓冲块24上下内壁固定连接，所述中空缓冲块24上端外壁固定连接有所述永磁铁座23，且所述永磁铁座23靠近所述异形连杆12的一端设有所述卡槽22，所述永磁铁座23顶部设有与所述电磁铁20完全吻合的梯形槽，所述中空缓冲块24下端对称固定连接有两组所述铰接座28；
所述下挡外壳26内壁底部固定连接有所述双头电机31，所述左旋螺纹杆27左端与所述下挡外壳26左侧内壁转动连接，所述左旋螺纹杆27右端与所述双头电机31左端输出轴固定连接，所述右旋螺纹杆32有端与所述下挡外壳26右侧内壁转动连接，所述右旋螺纹杆32左端与所述双头电机31右端输出轴固定连接；
以所述双头电机31为对称中心在所述左旋螺纹杆27和右旋螺纹杆32外壁上套接有相同的所述螺纹套一30，所述第四连杆29靠近所述铰接座28的一端与所述铰接座28铰接，所述第四连杆29远离所述铰接座28的一端与所述螺纹套一30铰接。
优选的，所述电磁铁20可参考现有专利：CN202120142432-一种双向电磁铁。
优选的，所述双头电机310可参考现有专利：CN201520793637-一种液冷散热的双头电机。
上述方案的工作原理及其有益效果为：在需要将激光发射器3所产生的热量与外部空间进行交换时，控制电磁铁20通电使其带有与永磁铁座23相同的磁性，然后电磁铁20受到永磁铁座23的斥力向上移动，并通过连接块11将上挡外壳10向上提升，在连接块11上升的同时，连接块11两侧设置的固定块一14通过第一连杆13带动异形连杆12向上移动，再上升一定距离后后异形连杆12靠近卡槽22的一端会卡接入卡槽22中，使得上挡外壳10不会无限制的上升(即使得上挡外壳10和中挡外壳21之间的间隙不超过2CM，具体间隙大小可以根据实际要求调整异形连杆12的长度)，此时如图7中上挡外壳10和中挡外壳21之间的阴影所示(该阴影部分为上挡外壳10和中挡外壳21之间的间隙)，激光发射器3所产生的热量就可以通过该间隙与外部空间进行交换，当不需要散热时，通过关闭电磁铁20，使得电磁铁20与永磁铁座23之间的斥力消失，连接块11和电磁铁20在重力的作用下带动上挡外壳10与中挡外壳21贴合使得间隙消失，在连接块11下落的过程中，异形连杆12下端首先抵接到中空缓冲块24上端面上，然后通过连接弹簧16对连接块11进行缓冲，将下坠产生的冲击力通过异形连杆12分散，以保护电磁铁20。
当需要对激光发射器3进行维修时，启动双头电机31带动左旋螺纹杆27和右旋螺纹杆32转动，此时，两组螺纹套一30向着相互远离的方向移动，并通过第四连杆29和铰接座28将中空缓冲块24顶起，由于中空缓冲块24和中挡外壳21内壁固定，所以中挡外壳21也会抬起，使得中挡外壳21和下挡外壳26之间产生便于维修的间隙，该间隙的大小可以根据双头电机31的转动时间进行调节，中空缓冲块24内缓冲弹簧25的设置可以吸收该装置在使用过程中所产生的冲击力，提高了改装置的安全性。
实施例5
在实施例1-4任意一项的基础上，请参阅图8-11，所述散热孔8内设有热量调节装置，所述热量调节装置包括：自开合组件33、中空外壳34、同步带轮一35、驱动螺杆36、气流挡板37、密封活塞块38、螺纹槽39、安装槽40、连接弹簧二41、槽口42、通孔一43、弧形滤网44、驱动电机45、同步带46、第三连杆47、同步带轮二48、断电触点49、电极片50、第四连杆51；
所述中空外壳34上端安装有所述自开合组件33，所述中空外壳34的中空腔中转动连接有若干所述气流挡板37，所述中空外壳34内壁开设有所述槽口42，所述驱动电机45固定连接于所述槽口42顶部，所述驱动电机45输出轴与所述驱动螺杆36上端固定连接，所述驱动螺杆36下端与所述槽口42下端转动连接；
所述同步带轮一35固定套接在所述驱动螺杆36外壁，所述同步带轮二48固定套接在所述第三连杆47外壁，所述第三连杆47上端与所述自开合组件33中心固定连接，所述第三连杆47下端安装有所述断电触点49；
所述同步带轮一35与所述同步带轮二48通过所述同步带46传动连接；
所述密封活塞块38与所述中空外壳34内壁上下滑动连接，所述密封活塞块38两侧设有所述螺纹槽39，且所述螺纹槽39与所述驱动螺杆36螺纹连接；
所述密封活塞块38内设有所述安装槽40，所述第四连杆51下端滑动贯穿所述密封活塞块38且伸入所述安装槽40内，所述第四连杆51上端与所述电极片50固定连接；
所述第四连杆51伸入所述安装槽40的一端外壁上套接有所述连接弹簧二41，所述连接弹簧二41上端与所述安装槽40内壁上端固定连接，所述连接弹簧二41下端与所述第四连杆51外壁固定连接；
所述中空外壳34内壁上开设有若干通孔一43，且所述通孔一43位于所述槽口42下方，所述中空外壳34下端与所述弧形滤网44固定连接。
优选的，在基板1内设有温度传感器和微型风扇，通过温度传感器可以控制驱动电机45和微型风扇的启动和关闭。
优选的，所述驱动电机45为正反转电机。
上述方案的工作原理及其有益效果为：在激光发射器3长时间的工作过程中，如果通过上挡外壳10和中挡外壳21之间的间隙无法被动的将热量完全逸散时，就需要热量调节装置进行辅助散热，当温度传感器检测到基板1内的温度超过预设的温度阈值80℃时，温度传感器控制微型风扇和驱动电机45启动，驱动电机45带动驱动螺杆36转动，由于驱动螺杆36和密封活塞块38外壁设置的螺纹槽39通过螺纹连接，所以密封活塞块38会在驱动螺杆36的转动下向上移动，将中空外壳34内壁上设置的通孔一43与基板1内部连通。
与此同时，微型风扇将基板1内部的热量通过弧形滤网44经由通孔一43输送到中空外壳34中空腔体中，然后再经由气流挡板37向自开合组件33排出(热风流动方向如图8中箭头所示)，当密封活塞块38带动电极片50上升到与断电触点49接触时，驱动电机45接收到断电信号关闭，防止密封活塞块38超过限定距离(该限定距离为最高处通孔一43到弧形滤网44的距离)，其中，连接弹簧二41和第四连杆51的配合使用，可以将断电触点49和电极片50在接触时所产生的冲击力进行吸收，保护断电触点49和电极片50不会发生形变，当温度传感器检测到温度降低后，控制驱动电机45反转，使得密封活塞块38下降将通孔一43封闭，该装置的设置可以在基板1温度超过阈值后进行辅助散热，以此来降低激光发射器3所产生的热量，提高了该装置的安全性。
实施例7
在实施例6的基础上，请参阅图9-11，所述自开合组件33包括：调节盘52、挡盘53、固定轴54、通孔二55、弧形孔56、密封外壳57；
所述密封外壳57外壁与所述中空外壳34顶部固定连接，所述密封外壳57内设有所述调节盘52和挡盘53，所述调节盘52外圈壁与所述密封外壳57内圈壁固定连接，所述调节盘52中心转动连接有所述固定轴54，所述挡盘53中心固定套接在所述固定轴54上；
所述固定轴54下端与所述第三连杆47上端固定连接；
所述调节盘52表面围绕其中心等间距设有若干所述通孔二55，且若干个所述通孔二55沿所述调节盘52径向从大到小等距排列；
所述挡盘53表面围绕其中心等间距设有若干所述弧形孔56。
上述方案的工作原理及其有益效果为：在驱动电机45带动驱动螺杆36转动的同时，通过同步带轮一35、同步带46和同步带轮二48带动第三连杆47转动，第三连杆47转动的同时，固定轴54会带动挡盘53进行转动，从而使得挡盘53上的弧形孔56向着靠近调节盘52上通孔二55的方向转动，使得挡盘53不再将通孔二55遮挡(即通孔二55的面积逐渐变大)，从而使得通过弧形滤网44经由通孔一43输送到中空外壳34中空腔体中的热量经由通孔二55向外界排放，在驱动电机45反转时，通孔二55也会闭合，通过该自开合组件33的设置，可以和密封活塞块38进行同时联动，即密封活塞块38上升的同时通孔二55打开，密封活塞块38下降的同时通孔二55关闭，并可以根据密封活塞块38上升的距离来控制通孔二55打开的面积，提高了该装置的智能性。
实施例8
在实施例1-7任意一项的基础上，还包括：
若干温度传感器，均匀设置在所述铜杯封装结构支柱2与光学盖板4和基板1之间形成密封空间内部，用于检测该处内部的温度；
计时器，设置在所述基板1上，用于记录激光发生芯片5的使用时长；
电流传感器，所述电流传感器与所述金属端子6电连接，用于检测通过所述金属端子6的电流；
电压传感器，所述电压传感器与所述金属端子6电连接，用于检测所述金属端子6两端的电压；
报警器，所述报警器位于所述基板1外；
控制器，所述控制器分别与所述温度传感器、计时器、电流传感器、电压传感器和报警器电性连接，所述控制器基于所述温度传感器、计时器、电流传感器、电压传感器控制所述报警器工作，包括：
步骤1：所述计算模块根据公式(1)得到当所述激光发生芯片5在工作时所述基板1的被动逸散热量：
其中，W1为所述基板1的实际发热量；S1为所述基板1与空气之间的换热面积；T1为在检测周期内，所述温度传感器的最大检测值；T2为预设的环境温度；T3为在检测周期内，所述温度传感器的平均值；t1为所述计时器的检测值；Δ1为所述基板1表面换热系数；Δ2为所述基板1的导热系数，L1为所述基板1的长度；L2为所述基板1的宽度；L3为所述基板1的厚度；C为普兰特数；
步骤2：基于步骤1，通过公式(2)计算所述基板1的使用寿命系数：
其中,O1为所述基板1的使用寿命系数；R为所述基板1的电阻；I为电流传感器子模块的检测值；L3为所述基板1的厚度，B1为所述基板1的比热容；B2为空气的比热容；U为预设的电压,N为检测周期，所述检测周期基于所述计时器子模块获取；
步骤3：所述计算模块将所述基板1的使用寿命系数与预设的使用寿命系数阈值进行比较，若当所述基板1的使用寿命系数小于预设的使用寿命系数阈值时，所述计算模块控制所述故障报警模块发出报警。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
包括基板（1）、铜杯封装结构支柱（2）、激光发射器（3）和光学盖板（4），所述基板（1）顶部设有所述铜杯封装结构支柱（2），所述基板（1）顶部中心处设有激光发射器（3），所述光学盖板（4）通过所述铜杯封装结构支柱（2）与所述基板（1）连接；
所述铜杯封装结构支柱（2）包括：上挡外壳（10）、连接块（11）、电磁铁（20）、中挡外壳（21）、卡槽（22）、永磁铁座（23）、中空缓冲块（24）、缓冲弹簧（25）、下挡外壳（26）、左旋螺纹杆（27）、铰接座（28）、第四连杆（29）、螺纹套一（30）、双头电机（31）、右旋螺纹杆（32）；
所述中挡外壳（21）设于所述上挡外壳（10）和所述下挡外壳（26）之间，且所述中挡外壳（21）上端与所述上挡外壳（10）下端抵接，所述中挡外壳（21）下端与所述下挡外壳（26）上端抵接，所述下挡外壳（26）下端外壁与所述基板（1）顶部固定连接；
所述连接块（11）上端与所述上挡外壳（10）内壁顶部固定连接，所述连接块（11）下端安装有所述电磁铁（20），所述连接块（11）左右两侧壁对称设置连接结构；
所述连接结构包括：异形连杆（12）、第一连杆（13）、固定块一（14）、限位杆一（15）、连接弹簧（16）、第二连杆（17）、限位杆二（18）、限位杆三（19），所述固定块一（14）与所述连接块（11）侧壁固定连接，所述异形连杆（12）设于所述上挡外壳（10）内壁与所述固定块一（14）之间，所述第一连杆（13）靠近所述连接块（11）的一端与所述固定块一（14）前端面铰接，所述第一连杆（13）远离所述连接块（11）的一端与所述异形连杆（12）前端面铰接；
所述异形连杆（12）前端面固定连接有所述限位杆一（15）和限位杆二（18），且所述限位杆一（15）位于所述限位杆二（18）上方，所述固定块一（14）前端面固定连接有所述限位杆三（19），所述第二连杆（17）靠近所述连接块（11）的一端转动套接在所述限位杆三（19）外壁，所述第二连杆（17）远离所述连接块（11）的一端转动套接在所述限位杆二（18）外壁，所述连接弹簧（16）靠近所述第二连杆（17）的一端与所述第二连杆（17）中部固定连接，所述连接弹簧（16）远离所述第二连杆（17）的一端与所述限位杆一（15）固定连接；
所述中空缓冲块（24）与所述中挡外壳（21）内壁固定连接，所述中空缓冲块（24）设有若干所述缓冲弹簧（25），且所述缓冲弹簧（25）两端分别与所述中空缓冲块（24）上下内壁固定连接，所述中空缓冲块（24）上端外壁固定连接有所述永磁铁座（23），且所述永磁铁座（23）靠近所述异形连杆（12）的一端设有所述卡槽（22），所述异形连杆（12）靠近卡槽（22）的一端与所述卡槽（22）卡接，所述永磁铁座（23）顶部设有与所述电磁铁（20）完全吻合的梯形槽，所述中空缓冲块（24）下端对称固定连接有两组所述铰接座（28）；
所述下挡外壳（26）内壁底部固定连接有所述双头电机（31），所述左旋螺纹杆（27）左端与所述下挡外壳（26）左侧内壁转动连接，所述左旋螺纹杆（27）右端与所述双头电机（31）左端输出轴固定连接，所述右旋螺纹杆（32）右端与所述下挡外壳（26）右侧内壁转动连接，所述右旋螺纹杆（32）左端与所述双头电机（31）右端输出轴固定连接；
以所述双头电机（31）为对称中心在所述左旋螺纹杆（27）和右旋螺纹杆（32）外壁上套接有相同的所述螺纹套一（30），所述第四连杆（29）靠近所述铰接座（28）的一端与所述铰接座（28）铰接，所述第四连杆（29）远离所述铰接座（28）的一端与所述螺纹套一（30）铰接。
2.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述铜杯封装结构支柱（2）和光学盖板（4）在所述激光发射器（3）周围不形成完全的封闭，以使所述铜杯封装结构支柱（2）与所述光学盖板（4）和所述基板（1）之间形成非密封空间。
3.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述基板（1）左右侧壁均开设有若干散热孔（8），所述基板（1）前后侧壁均设有若干电极触点（9），所述基板（1）顶部设有焊接区域（7）。
4.根据权利要求3所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述激光发射器（3）包括：激光发生芯片（5）和金属端子（6），所述激光发生芯片（5）固定连接于所述基板（1）上端中部，所述金属端子（6）一端与所述激光发生芯片（5）连接，所述金属端子（6）另一端与所述焊接区域（7）焊接。
5.根据权利要求4所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述激光发生芯片（5）通过金属端子（6）和焊接区域（7）与电极触点（9）电连接。
6.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述基板（1）为陶瓷、紫铜、红铜、黄铜和铁中任意一种材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述光学盖板（4）为塑胶或玻璃透镜，所述光学盖板（4）靠近激光发生芯片（5）的一端设置为平面透镜。
8.根据权利要求3所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述散热孔（8）内设有热量调节装置，所述热量调节装置包括：自开合组件（33）、中空外壳（34）、同步带轮一（35）、驱动螺杆（36）、气流挡板（37）、密封活塞块（38）、螺纹槽（39）、安装槽（40）、连接弹簧二（41）、槽口（42）、通孔一（43）、弧形滤网（44）、驱动电机（45）、同步带（46）、第三连杆（47）、同步带轮二（48）、断电触点（49）、电极片（50）、第四连杆（51）；
所述中空外壳（34）外壁与所述散热孔（8）内壁固定连接，所述中空外壳（34）上端安装有所述自开合组件（33），所述中空外壳（34）的中空腔中转动连接有若干所述气流挡板（37），所述中空外壳（34）内壁开设有所述槽口（42），所述驱动电机（45）固定连接于所述槽口（42）顶部，所述驱动电机（45）输出轴与所述驱动螺杆（36）上端固定连接，所述驱动螺杆（36）下端与所述槽口（42）下端转动连接；
所述同步带轮一（35）固定套接在所述驱动螺杆（36）外壁，所述同步带轮二（48）固定套接在所述第三连杆（47）外壁，所述第三连杆（47）上端与所述自开合组件（33）中心固定连接， 所述第三连杆（47）下端安装有所述断电触点（49）；
所述同步带轮一（35）与所述同步带轮二（48）通过所述同步带（46）传动连接；
所述密封活塞块（38）与所述中空外壳（34）内壁上下滑动连接，所述密封活塞块（38）两侧设有所述螺纹槽（39），且所述螺纹槽（39）与所述驱动螺杆（36）螺纹连接；
所述密封活塞块（38）内设有所述安装槽（40），所述第四连杆（51）下端滑动贯穿所述密封活塞块（38）且伸入所述安装槽（40）内，所述第四连杆（51）上端与所述电极片（50）固定连接；
所述第四连杆（51）伸入所述安装槽（40）的一端外壁上套接有所述连接弹簧二（41），所述连接弹簧二（41）上端与所述安装槽（40）内壁上端固定连接，所述连接弹簧二（41）下端与所述第四连杆（51）外壁固定连接；
所述中空外壳（34）内壁上开设有若干通孔一（43），且所述通孔一（43）位于所述槽口（42）下方，所述中空外壳（34）下端与所述弧形滤网（44）固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种垂直腔面发射激光器封装结构，其特征在于：
所述自开合组件（33）包括：调节盘（52）、挡盘（53）、固定轴（54）、通孔二（55）、弧形孔（56）、密封外壳（57）；
所述密封外壳（57）外壁与所述中空外壳（34）顶部固定连接，所述密封外壳（57）内设有所述调节盘（52）和挡盘（53），所述调节盘（52）和挡盘（53）相互靠近的一侧端面相互活动连接，所述调节盘（52）外圈壁与所述密封外壳（57）内圈壁固定连接，所述调节盘（52）中心转动连接有所述固定轴（54），所述挡盘（53）中心固定套接在所述固定轴（54）上；
所述固定轴（54）下端与所述第三连杆（47）上端固定连接；
所述调节盘（52）表面围绕其中心等间距设有若干所述通孔二（55），且若干个所述通孔二（55）沿所述调节盘（52）径向从大到小等距排列；
所述挡盘（53）表面围绕其中心等间距设有若干所述弧形孔（56）。
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