CN209150486U - 一种vcsel激光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种VCSEL激光器件，以金属引线框架与采用热固性树脂成型的台阶结构件为载体支架，提供至少一颗VCSEL芯片，及至少一组包含衍射光学元件的光学透镜模组；在金属引线框架上采用热固性树脂进行热压固化成型台阶结构件，台阶结构件设有至少一个台阶结构，VCSEL芯片固定在载体支架的金属引线框架上，采用导线与金属引线框架互连，包含衍射光学元件的光学透镜模组镶嵌于台阶结构件的台阶结构上。本实用新型提供的VCSEL激光器件，兼具经济、可靠、高效量产的优势。

Description

一种VCSEL激光器件

技术领域

本实用新型属于光电半导体技术领域，涉及一种VCSEL激光器件，涉及垂直腔体表面激光发射器的封装。

背景技术

3D成像在物理识别、动作识别、场景识别等方面具有巨大的应用潜力。3D成像可以记录拍摄目标对象的与摄像头的距离信息，从而获得拍摄目标物体的三维坐标信息。通过对拍摄目标对象的静态或者动态三维坐标信息的建模计算，可实现物理识别、动作识别、以及场景识别。

目前主流的3D成像技术有三种：一是双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)，即通过两个相隔一定距离的摄像机给目标物体同时成像，计算两幅图像对应点之间的位置偏差，获取物体的三维信息；二是光飞行时间法(Time of Flight,TOF)，即给目标物体发射经过相位调制的激光，图像传感器探测激光的相位偏差，计算得飞行往返的时间差，可以计算得目标物体与摄像头之间的精确距离并建模算得物体的3D信息；三是结构光法(StructureLight)，即红外激光器发出特定波长的光斑矩阵，投射在目标物体上，光斑矩阵随目标物体表面的结构而发生畸变，图像传感器探测光斑矩阵的畸变分布信息，再通过特定的算法得到目标物体的位置和3D信息。

TOF和结构光都需要主动激光光源发出特定波长的激光。VCSEL(Vertical CavitySurface Emitting Laser)垂直共振腔表面放射激光器，简称面射型激光器，具有体积小、反应速度快、能量效率高的优点，特别适用于TOF和结构光光源。目前高功率密度的结构光器件VCSEL的封装方式，主要是成本昂贵的陶瓷基板封装。VCSEL亟需一种经济、可靠、高效量产效率的的封装方式，以推进VCSEL应用的普及，推进3D成像技术的广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种VCSEL激光器件，该激光器件的封装兼具经济、可靠、高量产效率的优势。该激光器件至少包含一颗VCSEL芯片、由金属引线框架和热固性树脂成型的台阶结构件构成的载体支架、包含衍射光学元件的光学透镜模组。具体来说：

以金属引线框架与采用热固性树脂成型的台阶结构件为载体支架，提供至少一颗VCSEL芯片，及至少一组包含衍射光学元件的光学透镜模组；在金属引线框架上采用热固性树脂进行热压固化成型台阶结构件，台阶结构件设有至少一个台阶结构，VCSEL芯片固定在载体支架的金属引线框架上，采用导线与金属引线框架互连，包含衍射光学元件的光学透镜模组镶嵌于台阶结构件的台阶结构上。

载体支架使用的金属引线框架，通过精密模具冲压或化学蚀刻法得到特定的图形，所述引金属引线框架厚度在0.1nm与1mm之间。

载体支架使用的热固性树脂，至少包含有二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化铝、碳黑中的一种无机填料；热固性树脂的颜色为黑色或者白色；使用模具热压的方式在所述金属引线框架上固化成型。

VCSEL芯片采用至少有两束阵列激光光束的芯片，并且激光的波长在600nmm与1600nm之间。

光学透镜模组中包含的衍射光学元件，应能将所述VCSEL芯片发出的激光光束衍射，且衍射出的激光束数目，不少于所述VCSEL芯片的光束数目。

此外，可选地，在所述VCSEL芯片的水平方向上，在金属引线框架上焊接有半导体芯片，半导体芯片包含驱动芯片或感光芯片中的一种或两种，可以实现VCSEL芯片的驱动或感光功能集成。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要说明。所述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图，同属于本实用新型实施例范畴之内。

图1是实施例中的VCSEL激光器的结构示意图。

标号说明：1、金属引线框架；2、台阶结构件；21、台阶结构；3、VCSEL芯片；4、半导体芯片；5、光学透镜模组；6、导线。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的具体实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。本实用新型创造中的各种技术特征，在不相互矛盾冲突的前提下可以交互组合。

如图1所示，本实施例是一种VCSEL激光器，包括载体支架、一颗VCSEL芯片、一颗半体芯片和一组包含衍射光学元件的光学透镜模组，所述载体支架包括金属引线框架与在金属引线框架上采用热固性树脂进行热压固化成型的台阶结构件，VCSEL芯片固定在载体支架的金属引线框架上，并且VCSEL芯片采用导线与金属引线框架互连，光学透镜模组镶嵌固定于台阶结构件上。

以下是本实施例中的VCSEL激光器制作流程：

步骤一、使用化学蚀刻或者精密模具冲压的办法，在一块金属片材上做出用于固定 VCSEL芯片、驱动芯片、感光芯片以及导线连接的金属引线框架，每个金属引线框架的外形可以是各种形状，如圆形、方形或星形等。制作金属引线框架的金属片材为镀金或镀银或镀镍钯金合金的铜材。

步骤二、使用模具热压的方法，在每个金属引线框架上成型热固性树脂，形成一个台阶结构件；模具上设计特殊台阶结构，使成型的热固性树脂形成至少一个台阶结构。热固性树脂为环氧树脂，环氧树脂为黑色。

步骤三、在每个金属引线框架的焊盘上，固定VCSEL芯片和半导体芯片，固定芯片的方法为银胶固晶、锡膏固晶、助焊剂固晶、焊料固晶或芯片底部金属镀层热压共晶。

步骤四、根据芯片需求，将VCSEL芯片及半导体芯片用导线与金属引线框架互联。导线为线径为0.8mil至1mil的金线。

步骤五、将包含衍射光学元件的光学透镜模组，使用胶黏剂粘接到台阶结构件的台阶结构上，胶黏剂为透明硅胶。

步骤六、用切割或者冲压的方式，分离成具有独立功能的单颗VCSEL激光器。

以上对实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出许多种等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种VCSEL激光器件，其特征在于，包括载体支架、至少一颗VCSEL芯片和至少一组包含衍射光学元件的光学透镜模组，所述载体支架包括金属引线框架与在金属引线框架上采用热固性树脂进行热压固化成型的台阶结构件，VCSEL芯片固定在载体支架的金属引线框架上，并且VCSEL芯片采用导线与金属引线框架互连，光学透镜模组镶嵌固定于台阶结构件上。

2.根据权利要求1所述的VCSEL激光器件，其特征在于，所述载体支架的金属引线框架，通过精密模具冲压或化学蚀刻法得到的图形，所述金属引线框架厚度在0.1mm与1mm之间。

3.根据权利要求1所述的VCSEL激光器件，其特征在于，所述热固性树脂至少包含有二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化铝、碳黑中的任意一种无机填料；热固性树脂的颜色为黑色或者白色；使用模具热压的方式在所述金属引线框架上固化成型。

4.根据权利要求1所述的VCSEL激光器件，其特征在于，所述台阶结构件设有至少一个台阶结构，台阶结构上采用胶黏剂粘接固定所述光学透镜模组。

5.根据权利要求1所述的VCSEL激光器件，其特征在于，所述VCSEL芯片为至少有两束阵列激光光束的芯片，发射激光的波长在600nm与1600nm之间。

6.根据权利要求1所述的VCSEL激光器件，其特征在于，所述光学透镜模组中包含的衍射光学元件将所述VCSEL芯片发出的激光光束衍射，且衍射出的激光束数目，不少于所述VCSEL芯片的光束数目。

7.根据权利要求1所述的VCSEL激光器件，其特征在于，所述VCSEL芯片的水平方向上，在金属引线框架上焊接有半导体芯片，半导体芯片包含驱动芯片或感光芯片中的一种或两种。