DE102023100352B3

DE102023100352B3 - LIDAR VCSEL-Laser-Modul mit geringen parasitären Induktivitäten

Info

Publication number: DE102023100352B3
Application number: DE102023100352.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Finkeldey; Lucas Dagenbach
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2023-01-10
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2043-01-11
Also published as: CN116613625A

Abstract

Der Vorschlag betrifft ein Lichtmodul mit einem VCSEL-Laser-Array zur Aussendung von Laser-Pulsen für LIDAR Anwendungen, wobei durch eine besondere Aufbau- und Verbindungstechnik die parasitären Induktivitäten gering sind und so eine hohe Schaltgeschwindigkeit erreicht wird. Ein VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA und ein Kapazitäts-Array CAP sind hierfür in einer Stacked-Die-Anordnung auf einem Träger montiert.

Description

Feld der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf Lichtmodul LM, insbesondere ein Lasermodul, insbesondere für LIDAR-Anwendungen, mit VCSEL-Lasern in einem VCSEL-Laser-Array.
Allgemeine Einleitung
Aus der WO 2021 140 160 A1 sind ein Lichtmodul und eine LIDAR-Vorrichtung für die Verwendung in automobilen Anwendungen bekannt. Die technische Lehre der WO 2021 140 160 A1 beschreibt ein Lasermodul mit einem Kondensator-Array und einem anreihbaren Treiber-IC, die eine Mehrzahl von Lasern für ein Lidar-System ansteuern. Die dabei vorgesehenen Laser emittieren Licht an der Stirnseite der Kristalle der Laser-Dioden des Lichtmoduls. Hierdurch ist die Emissionsfläche der dort vorgeschlagenen Laser in der Vertikalen in der Größenordnung der PN-Sperrschichtdicke, was zu einer Aufweitung des Laser-Strahls in der Vertikalen führt und verschiedene weitere Nachteile zur Folge hat.
Im Stand der Technik sind jedoch VCSEL-Laser verfügbar, die über die Kristalloberfläche der VCSEL-Laser-Dies VCSELA, also mit einem Pointing-Vektor senkrecht zur Oberfläche der Oberseite des VCSEL-Laser-Dies VCSELA Licht emittieren.
Daher entstand der Wunsch eine zur technischen Lehre der WO 2021 140 160 A1 äquivalente technische Lösung zu suchen, die die Vorteile der technischen Lehre der WO 2021 140 160 A1 bietet und gleichzeitig die Nutzung der Vorteile der Verwendung von VCSEL-Lasern ermöglicht. Dies ist jedoch nicht ohne weiteres möglich.
Aus der US 2020 / 0 326 425 A1 ist beispielsweise ein Festkörper-LIDAR-Sender mit einer matrixadressierbaren Laser-Treiberschaltung bekannt. Das VCSEI-Array der US 2020 / 0 326 425 A1 umfasst einen ersten elektrischen Bus, der ein erstes Spannungspotenzial an Spalten der matrixadressierbaren Laser-Treiberschaltung liefert, und einen zweiten elektrischen Bus, der ein zweites Spannungspotenzial an Zeilen der matrixadressierbaren Laser-Treiberschaltung liefert. Eine Vielzahl von Spaltenschaltern verbindet in der Vorrichtung der US 2020 / 0 326 425 A1 die Vielzahl von Spalten mit dem ersten elektrischen Bus. Eine Vielzahl von Zeilenschaltern verbindet in der technischen Lehre der US 2020 / 0 326 425 A1 die Vielzahl von Zeilen mit dem zweiten elektrischen Bus. Der Sender der US 2020 / 0 326 425 A1 enthält eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Dioden, die eine Laserdiode in Reihe mit einer anderen Diode umfassen, wobei eine jeweilige Diode aus der Vielzahl der in Reihe geschalteten Dioden elektrisch zwischen einer jeweiligen Spalte und Zeile der matrixadressierbaren Lasertreiberschaltung angeschlossen ist, um den LIDAR-Sender zu bilden. Mindestens einige der zweiten Dioden erhöhen in einer Vorrichtung der US 2020 / 0 326 425 A1 die Gesamt-Sperrdurchbruchspannung der in Reihe geschalteten Dioden.
Ein Nachteil des VCSELA-Arrays der US 2020 / 0 326 425 A1 ist, dass über eine Zeile von VCSELA-Lasern ein Spannungsabfall auftritt.
Die DE 10 2018 106 860 A1 beschreibt ein Laserdiodenmodul. Gemäß der technischen Lehre der DE 10 2018 106 860 A1 umfasst das Laserdiodenmodul der DE 10 2018 106 860 A1 ein erstes Halbleiter-Die, das einen elektronischen Schalter enthält, und ein zweites Halbleiter-Die, das eine Laserdiode enthält. Das zweite Halbleiter-Die der DE 10 2018 106 860 A1 ist unter Verwendung einer Chip-auf-Chip-Verbindungstechnologie auf das erste Halbleiter-Die gebondet, um eine elektrische Verbindung zwischen dem elektronischen Schalter und der Laserdiode bereitzustellen.
Aus der EP 2 002 519 B1 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen schneller Laserimpulse mit einer Leiterplatte bekannt, wobei auf der Leiterplatte der EP 2 002 519 B1 ein Halbleiterchip mit einem integrierten Lasertreiber zum Schalten einer Laserdiode montiert ist, die auf dem Halbleiterchip angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden ist. Die Vorrichtung der EP 2 002 519 B1 umfasst des Weiteren einen, an der Leiterplatte montierten Kondensator, der elektrisch mit dem Halbleiterchip verbunden ist. Der Kondensator der Vorrichtung der EP 2 002 519 B1 gibt beim Schalten der Laserdiode eine zusätzliche Energie an den Lasertreiber ab. Der Kondensator der EP 2 002 519 B1 ist an einer Seite der Leiterplatte angeordnet, wobei der Halbleiterchip der EP 2 002 519 B1 und die Laserdiode an einer anderen Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte der EP 2 002 519 B1 weist Leiterbahnen auf, die an der einen Seite der Leiterplatte mit dem wenigstens einen Kondensator und an der anderen Seite über Lötkugeln oder elektrisch leitfähige, vorzugsweise kugelförmige Elemente mit dem Halbleiterchip der EP 2 002 519 B1 und der auf dem Halbleiterchip angeordneten Laserdiode der EP 2 002 519 B1 verbunden sind.
Aus der US 2020 / 0 278 426 A1 ist ein Beleuchtungsmodul für 3D-Sensoranwendungen bekannt. Das Beleuchtungsmodul der US 2020 / 0 278 426 A1 umfasst eine Anordnung von oberflächenemittierenden Lasern mit vertikaler Kavität (VCSELs), die Licht emittieren, einen Treiber, der so konfiguriert ist, dass er die Anordnung von VCSELs mit Strom versorgt, und ein optisches Element, das so konfiguriert ist, dass es das von der Anordnung von VCSELs emittierte Licht empfängt und ein Lichtmuster vom Beleuchtungsmodul ausgibt.
Aus der DE 11 2020 001 131 T5 ist eine optische Komponente für ein LIDAR-Sensorsystem bekannt. Die optische Komponente der DE 11 2020 001 131 T5 umfasst eine erste Fotodiode, die ein LIDAR-Sensorpixel in einer ersten Halbleiterstruktur implementiert und so konfiguriert ist, dass sie empfangenes Licht in einem ersten Wellenlängenbereich absorbiert, eine zweite Fotodiode (5120), die ein Kamerasensorpixel in einer zweiten Halbleiterstruktur über der ersten Halbleiterstruktur implementiert und so konfiguriert ist, dass sie empfangenes Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich absorbiert, und eine Verbindungsschicht, die eine elektrisch leitende Struktur enthält, die so konfiguriert ist, dass sie die zweite Fotodiode der DE 11 2020 001 131 T5 elektrisch kontaktiert. Das empfangene Licht des zweiten Wellenlängenbereichs weist gemäß der technischen Lehre der DE 11 2020 001 131 T5 eine kürzere Wellenlänge als das empfangene Licht des ersten Wellenlängenbereichs auf.
Das hier vorgelegte Dokument geht davon aus, dass bei einen VCSEL-Laser-Die VCSELA mit einem VCSEL Array die 2xn Kontaktflächen (Englisch Bond-Pads) LA1 bis LAn und RA1 bis RAn zum elektrischen Anschluss der Laser-Dioden des VCSEL-Laser-Die VCSELA heutzutage typischerweise mit einem fünften Minimalabstand PTLa Minimalabstand der Laser-Dioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA mit beispielhaft ca. 50µm zueinander angeordnet sind. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet diesen fünfter Minimalabstand PTLa der Laser-Dioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA im Folgenden als Laser-Die-Pitch PTLa. Die Laser sind typischerweise mit diesem Laser-Die-Pitch auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA längs zweier Linien parallel zum linken und rechten Kante des VCSEL-Laser-Dies VCSELA angeordnet. Das VCSEL-Laser-Die VCSELA kann beispielsweise eine Größe von 5mm × 5mm haben und kann 10 bis 100 Laser aufweisen, die bevorzugt streifenförmig in mehreren Streifen L1 bis Ln mehrerer Laser von links nach rechts auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA angeordnet sind.
Die Kontaktflächen LA1 bis LAn und RA1 bis RAn der elektrischen Kontakte auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA sind alle auf der Oberfläche der Oberseite des VCSEL-Laser-Dies VCSELA angeordnet. Die Laser-Dioden der Lasertreifen L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSELA strahlen ihr Licht senkrecht zu dieser Oberfläche der Oberseite des VCSEL-Laser-Dies VCSELA bei Versorgung mit elektrischer Energie ab.
Das VCSEL-Laser-Die VCSELA besitzt einer der Oberseite gegenüberliegende Unterseite mit einer Unterseitenoberfläche. Das beispielhafte VCSEL-Laser-Die VCSELA weist bevorzugt einen gemeinsamen elektrischen Kathodenkontakt C der gemeinsamen Kathode der Laser des VCSEL-Laser-Die VCSELA auf. Dieser Kathodenkontakt C ist mit einer gemeinsamen elektrischen KathodenElektrode C eines Schaltungsträgers PCB elektrisch und thermisch verbunden. befindet sich auf der Oberfläche der Unterseite des VCSEL-Laser-Dies VCSELA. m der weiteren Beschreibung nimmt die hier vorgelegte Schrift an, dass das VCSEL-Laser-Die VCSELA n VCSEL-Laser L1 bis Ln umfasst.
Wie aus der WO 2021 140 160 A1 bekannt, soll die hier vorgestellte Vorrichtung ein Kondensator-Array CAP aufweisen. Das Kondensator-Array CAP speichert die elektrische Energie für die pulsförmige Energieversorgung der Laser des VCSEL-Laser-Arrays des VCSEL-Laser-Dies VCSELA. Bevorzugt ist das Kondensator-Array CAP monolithisch ausgeführt. Eine einzelne, beispielhafte diskrete Kapazität hätte dem gegenüber einem Platzbedarf (Englisch Pitch) von 300µm × 300µm.
Das Problem ist damit ein massiver Unterschied zwischen dem 300µm Pitch der Kapazitäten des Kapazitätsarrays CAP und dem 50µm Pitch der Kontaktflächen LA1 bis LAn und RA1 bis RAn der Anschlüsse der VCSEL-Laser des VCSEL Laser-Arrays des VCSEL-Laser-Die VCSELA. Das VCSEL-Laser-Die VCSELA ist typischerweise auch größer als eine Mehrzahl von Lasern, die über die Seitenfläche abstrahlen, wie sie die WO 2021 140 160 A1 beschreibt.
Hinsichtlich der Ansteuerung verweist die hier vorgelegte Schrift auf die technische Lehre der WO 2021 140 160 A1 , deren technischer Inhalt vollumfänglicher Teil der hier vorgelegten Offenlegung ist, soweit es das Recht eines Landes, in dem beispielsweise unter Prioritätsinanspruchnahme auf die hier vorgelegte Schrift die hier vorgelegte technische Lehre zum Schutzrecht angemeldet wird, dies zulässt.
Aufgabe
Das hier vorgelegte Dokument stellt sich die Aufgabe, einen Aufbau einer VCSEL-Laser-Ansteuerung eines VCSEL-Arrays mit möglichst geringen Werten parasitärer Induktivitäten anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch Vorrichtungen und Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Lösung der Aufgabe
Erster sub-optimaler Ansatz für eine Lösung Die Kapazitäten LC1 bis LCn des linken Kondensator-Arrays CAPL müssen mit geringem Abstand zu den Kontaktflächen LA1 bis LAn der Anschlüsse der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA platziert sein. Die Kapazitäten RC1 bis RCn des rechten Kondensator-Arrays CAPR müssen mit geringem Abstand zu den Kontaktflächen RA1 bis RAn der Anschlüsse der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA platziert sein. Dies hat den Zweck, dass die Länge der Bondleitungen BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn minimal sein soll. Die Bond-Drähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn verbinden dabei die Kontaktflächen LA1 bis LAn und RA1 bis RAn der Anschlüsse der VCSEL-Laser des VCSEL Laser-Arrays des VCSEL-Laser-Die VCSELA mit korrespondierenden Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kapazitäten LC1 bis LCn und RC1 bis RCn des Kondensator-Arrays CAP. Die Rückseite des Kondensator-Arrays CAP weist bevorzugt einen Rückseitenkontakt auf, der einen gemeinsamen elektrischen Knoten darstellt, der bevorzugt den anderen elektrischen Kontakt aller Kapazitäten LC1 bis LCn und RC1 bis RCn des Kondensator-Arrays CAP darstellt. Dies ermöglicht, um bevorzugt entsprechend der technischen Lehre der WO 2021 140 160 A1 kurze Lichtpulse mittels der Laser L1 bis Ln erzeugen zu können.
Zur Erläuterung des Optimierungsproblems greift das hier vorgelegte Dokument auf die 1 und 2 vor.
1 zeigt schematisch und vereinfacht eine mögliche, nicht ganz optimale Anordnung einer Vorrichtung für ein Laser-Modul für ein LIDAR-System mit einem VCSEL-Laser-Die VCSELA in der Aufsicht.
Im Folgenden greift die Beschreibung auch auf Komponenten der 2 vor. Das hier vorgelegte Dokument schlägt daher vor, dass die Leserin bzw. der Leser die 1 und 2 gleichzeitig zur Hand nehmen.
Das VCSEL-Laser-Die VCSELA ist mit dem gemeinsamen Kathodenkontakt der Laser L1 bis Ln elektrisch und thermisch leitend auf einer allen VCSEL-Lasern L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSELA gemeinsamen Kathoden-Elektrode C aufgebracht.
Jeder der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSELA ist an der linken Seite über einen seiner linken Kontakte LA1 bis LAn mittels eines jeweiligen relativ langen Bonddrahts BdL1 bis BdLn mit dem jeweiligen Oberseitenkontakt LCA1 bis LCAn eines jeweiligen linken Kondensators LC1 bis LCn verbunden.
Jeder der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSELA ist an der rechten Seite über einen seiner rechten Kontakte RA1 bis RAn mittels eines jeweiligen relativ langen Bonddrahts BdR1 bis BdRn mit dem jeweiligen Oberseitenkontakt RCA1 bis RCAn eines jeweiligen rechten Kondensators RC1 bis RCn verbunden.
Der Unterseitenkontakt jedes Kondensators LC1 bis LCn und RC1 bis RCn ist als zweiter elektrischer Kontakt dieser Kondensatoren LC1 bis LCn und RC1 bis RCn mit einer gemeinsamen Massefläche GNDP elektrisch und thermisch verbunden. Hierdurch sind die Unterseitenkontakte der Kondensatoren LC1 bis LCn und RC1 bis RCn zu einem Sternpunkt elektrisch zusammengeschaltet. Dieser Sternpunkt ist der Masseknoten GND.
Die Treiberschaltung IC ist auf die Massefläche GNDP ebenfalls aufgesetzt. Die Treiberschaltung IC umfasst den Entladetransistor T_DIS. (siehe 2) Der Entladetransistor T_DIS der Treiberschaltung IC weist einen ersten Anschluss GNDT auf, der über Bonddrähte BdGND mit der Massefläche GNDP mittels Down-Bond elektrisch verbunden ist. Der Treibertransistor T_DIS der Treiberschaltung IC (siehe 2) weist einen zweiten Anschluss CT auf, der über Bonddrähte BdCT mit der Kathoden-Elektrode C und damit mit dem Kathodenkontakt der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA elektrisch verbunden ist. Typischerweise umfasst die Treiberschaltung IC auch die Ladeschaltung SUPL. Diese Ladeschaltung SUPL ist in der beispielhaften 1 zur besseren Übersicht nicht eingezeichnet. Das hier vorgelegte Dokument verweist hier beispielhaft auf die technische Lehre der bereits erwähnten WO 2021 140 160 A1 .
In der 1 versorgen im Entladefall je zwei Kondensatoren und zwar jeweils ein linker Kondensator der linken Kondensatoren LC1 bis LCn und jeweils ein rechter Kondensator der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn je einen Laser der Laser L1 bis Ln in Form eines Laser-Streifens des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA im Falle eines Leitendwerdens des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC mit elektrischer Energie. Welcher der Laser der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA Licht abstrahlt, bestimmt der Ladezustand dieser Kondensatoren LC1 bis LCn und RC1 bis RCn zum Zeitpunkt des Schließens des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC.
In dem Beispiel der 1 versorgt immer ein linker Kondensator der linken Kondensatoren LC1 bis LCn der beiden Kondensatoren den diesem linken Kondensator zugeordneten Laser von links her mit elektrischer Energie.
In dem Beispiel der 1 versorgt immer ein rechter Kondensator der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn der beiden Kondensatoren den diesem rechten Kondensator zugeordneten Laser von rechts her mit elektrischer Energie.
Hierdurch verkürzt sich die Zeit zum Einschalten des jeweiligen Lasers, den sein rechter Kondensator und sein linker Kondensator mit elektrische Energie versorgen.
2 zeigt eine beispielhafte, zugehörige Verschaltung. Die Ladeschaltung SUPL versorgt die Schaltung mit einem Ladestrom. Die Ladeschaltung SUPL ist bevorzugt Teil der Treiberschaltung IC.
Jedem Laser der der L1 bis Ln ist ein Ladeschalter der der Ladeschalter S1 bis Sn zugeordnet.
Die Steuerung der Treiberschaltung IC schließt in einer zeitlich vorausgehenden Ladephase denjenigen Ladeschalter der Ladeschalter S1 bis Sn, dessen Laser der L1 bis Ln als nächstes einen Lichtpuls abstrahlen soll. Währenddessen ist der Entladeschalter T_DIS der Treiberschaltung IC typischerweise geöffnet. Die Ladeschaltung SUPL der Treiberschaltung IC lädt dann in dieser Ladephase den dann an die Ladeschaltung SUPL angeschlossenen Kondensator der Kondensatoren C1 bis C1 mit dem Ladestrom der Ladeschaltung SUPL. Die Kondensatoren C1 bis Cn sind dabei bezogen auf die 1 Parallelschaltungen aus jeweils einem linken Kondensator der linken Kondensatoren LC1 bis LCn und einem rechten Kondensator der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn. Zur Vereinfachung zeigt die 2 diese Paare aus jeweils einem linken Kondensator der linken Kondensatoren LC1 bis LCn und einem rechten Kondensator der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn als einen gemeinsamen Kondensator der Kondensatoren C1 bis C1. Diese Kondensatoren C1 bis C1 sind jeweils mit einem ersten Anschluss mit der gemeinsamen Masse GND verbunden. Die jeweiligen Kontaktflächen RCA1 bis RCAn und LCA1 bis LCAn der jeweiligen Kondensatoren LC1 bis LCn und RC1 bis RCn der 1 bilden den jeweiligen zweiten Anschluss des jeweiligen Kondensators C1 bis C1 und die jeweiligen Knoten A1 bis An der 2. Nach dem Laden des Kondensators kann die die Steuerung der Treiberschaltung IC die Entladung des Kondensators und damit die Lichtabgabe des betreffenden Lasers initiieren. Für die Entladung der Kondensatoren C1 bis C1 öffnet bevorzugt die Steuerung der Treiberschaltung IC die Ladeschalter S1 bis Sn, wenn sie nach dem Laden des Kondensators noch geschlossen sein sollten. Wenn nun die Steuerung der Treiberschaltung IC den Entladetransistor T_DIS schließt, so entlädt sich der zuvor elektrisch geladene Kondensator der Kondensatoren C1 bis Cn über den Entladeschalter T_DIS und die Bonddrahtinduktivität L_BD1 bis L_BDn der Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn und über den jeweiligen Laser der Laser L1 bis Ln und über den Kathodenkontakt C sowie die Induktivität der Bonddrähte BdCT und BdGND. Hierdurch emittiert der jeweilige Laser der Laser L1 bis Ln Laserstrahlung.
Der Stromtransport zwischen den jeweiligen Ladeschaltern S1 bis Sn für die jeweilige elektrische Vorladung eines jeweiligen, zugeordneten Kondensators der Kondensatoren C1 bis Cn aus der Ladeschaltung SUPL erfolgt in der 1 über einen jeweiligen, relativ langen Bonddraht, dessen Induktivität für die zeitliche Dynamik der Entladung des betreffenden jeweiligen Kondensators aber unerheblich ist. Dies ist somit an sich kein Problem. Im Gegenteil ist dies eher positiv, weil die hierdurch auftretende parasitäre Induktivität die Ladeschaltung SUPL dynamisch während der Pulserzeugung gut von der jeweils in Entladung begriffenen Kapazität der Kondensatoren C1 bis Cn isoliert. In diesem Zusammenhang verweist die hier vorgelegte Schrift nochmals auf die technische Lehre der WO 2021 140 160 A1 .
Ein Problem sind bei dieser Lösung jedoch die relativ langen und auch noch unterschiedlich langen und unterschiedlich geführten Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn zwischen den Anschlüssen LA1 bis LAn und RA1 bis RAn der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA und den Top-Kontakten te der Kondensatoren der Kondensatoren C1 bis Cn, die zu einer massiven Verschlechterung der Eigenschaften des Lasermoduls führen, da deren Induktivität sehr hoch ist und damit der technischen Lehre der WO 2021 140 160 A1 widerspricht. Ein weiteres Problem ist, dass die linken Kondensatoren LC1 bis LCn der Kondensatoren C1 bis Cn gut auf einem ersten linken Kondensator-Array CAPL untergebracht werden können und dass die rechten Kondensatoren RC1 bis RCn der Kondensatoren C1 bis Cn gut auf einem zweiten rechten Kondensator-Array CAPR untergebracht werden können.
Verbesserte Lösung der Aufgabe
Der hier vorgestellte Lösungsvorschlag ist nun, ein gemeinsames Kondensator-Array CAP unter dem VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA zu platzieren. Die hier vorgelegte Schrift schlägt also eine Stacked-Die-Montage eines VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA mit einem Kondensator-Array CAP vor.
Wie oben beschrieben weist typischerweise VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA bevorzugt zwei Reihen von Anschlüssen LA1 bis LAn an seiner Oberfläche auf. Senkrecht zu dieser Oberfläche des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA strahlen die VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ggf. ihre Lichtpulse ab.
Bevorzugt kontaktieren jeweils ein linker Anschluss der linken Reihe von Anschlüssen LA1 bis LAn und jeweils ein zugehöriger rechter Anschluss der rechten Reiche von Anschlüssen RA1 bis RAn den jeweiligen typischerweise genau einen internen Oberseitenkontakt genau eines jeweiligen diesen zugehörigen VCSEL-Lasers der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA. Die VCSEL-Laser L1 bis Ln weisen bevorzugt einen gemeinsamen Unterseitenkontakt in Form der gemeinsamen Katode auf die mit einer gemeinsamen Kathoden-Elektrode C elektrisch und bevorzugt thermisch verbunden ist.
Auf dem Kondensator-Array CAP ist elektrisch isoliert eine Metallisierungsfläche in der beispielsweise dritten Metallisierungsebene aufgebracht, die mit der der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C elektrisch und thermisch verbunden ist und von den anderen elektrisch leitenden Teilen des Kondensator-Arrays CAP elektrisch getrennt (isoliert) ist aber nicht thermisch getrennt (isoliert) ist.
Auch das in 11 und 12 dargestellte vorschlagsgemäße Kondensator-Array CAP weist eine linke Reihe linker Anschlüsse LCA1 bis LCAn und eine rechte Reihe rechter Anschlüsse RCA1 bis RACn auf. Die linken Anschlüsse LCA1 bis LCAn und rechten Anschlüsse RCA1 bis RACn des Kondensator-Arrays CAP sind nun über elektrische Leitungen in einer zweiten Metallisierungsebene auf der Oberfläche des Kondensator-Arrays CAP miteinander elektrisch verbunden. Diese Ansteuerleitungen des Kondensator-Arrays CAP in der zweiten Metallisierungsebene des Kondensator-Arrays CAP liegen unter der dritten Metallisierungsebene des Kondensator-Arrays CAP. Die eigentlichen Top-Elektroden te der Kondensatoren C1 bis C1 des Kondensator-Arrays CAP sind in der ersten Metallisierungsebene des Kondensator-Arrays CAP unter der zweiten und dritten Metallisierungsebene des Kondensator-Arrays CAP gefertigt. Im Gegensatz zur vorbeschriebenen sub-optimalen Ausführung ist nun je Laser L1 bis Ln jeweils nun nur genau ein Kondensator C1 bis Cn notwendig. Eine Aufspaltung Der Kondensatoren C1 bis Cn in einen jeweiligen linken Kondensator und einen jeweiligen rechten Kondensator ist nun nicht mehr notwendig. Durchkontaktierungen verbinden die Ansteuerleitungen des Kondensator-Arrays CAP selektiv mit den darunterliegenden Top-Elektroden te der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Der Abstand ICLA der Ansteuerleitungen ICL des Kondensator-Arrays CAP untereinander richtet sich vorschlagsgemäß nach dem minimalen fünften Abstand PTLa der Laser L1 bis Ln im VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA. Bevorzugt ist der Abstand ICLA der Ansteuerleitungen ICL des Kondensator-Arrays CAP untereinander gleich dem minimalen fünften Abstand PTLa der Laser L1 bis Ln im VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA. Die Kondensatoren C1 bis Cn sind vorzugsweise in Gruppen in Zeilen und Spalten in dem Kondensator-Arrays CAP angeordnet. Mehrere Ansteuerleitungen des Kondensator-Arrays CAP liegen nun oberhalb einer Zeile von nebeneinanderliegenden Kondensatoren des Kondensator-Arrays CAP. Jeder der Kondensatoren einer Zeile des Kondensator-Arrays CAP ist mit genau einer Ansteuerleitung des Kondensator-Arrays CAP über eine Durchkontaktierung elektrisch verbunden. Daher liegen in einer Zeile des Kondensator-Arrays CAP genauso viele Kondensatoren des Kondensator-Arrays CAP nebeneinander, wie die Anzahl der Ansteuerleitungen ist, die über diese elektrisch isoliert von deren Topkontakten hinwegführen. Genau eine dieser Ansteuerleitungen ist dabei immer mit dem betreffenden Kondensator elektrisch mittels einer Durchkontaktierung verbunden. Hierdurch können zum Ersten der Pitch der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP mit dem Pitch der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA in Übereinstimmung gebracht werden. Zum Zweiten ermöglich dies eine symmetrische Einspeisung des Laser-Stromes I_dis aus den Kondensatoren C1 bis Cn in die Laser L1 bis Ln von links und rechts. Auch der Bauraum ist reduziert, da sich wesentliche Teile des Kondensator‐Arrays CAP unter dem VCSEL‐ Laser-Array-Die VCSELA befinden. Durch die unterschiedliche Stromrichtung des Kondensatorentladestromes I_dis kompensiert sich das magnetischer Fernfeld dieser Entladeströme in weiterer Entfernung im Wesentlichen und zwar sowohl in der Aufsicht als auch in der Seitenansicht, was die EMV-Eigenschaften verbessert und die Induktivität senkt. Somit wird die Flankensteilheit der emittierten Laserpulse der emittierenden Laser der Laser L1 bis Ln verbessert.
Kurze Bonddrähte BdL1 bis BdLn verbinden die linken Anschlüsse LCA1 bis LCAn des Kondensator-Arrays CAP mit den linken Anschlüssen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA.
Kurze Bonddrähte BdR1 bis BdRn verbinden die rechten Anschlüsse RCA1 bis RCAn des Kondensator-Arrays CAP mit den rechten Anschlüssen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA.
Auf dem Kondensator-Array CAP ist die eine Kathodenplatte in Form einer gemeinsamen Kathoden-Elektrode C als gemeinsame Kathode der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA aufmetallisiert. Die gemeinsame Katoden-Elektrode C dient als Landefläche für die Bond-Bälle der Bondleitungen Bd vom zweiten Anschluss CT des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC zur gemeinsamen Kathoden-Elektrode C und damit zur gemeinsamen Kathode der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA.
Diese gemeinsame Kathoden-Elektrode C ist mittels mehrerer Bonddrähte Bd mit dem entsprechenden zweiten Anschluss C des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC verbunden. Dieser zweite Anschluss der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C ist der gemeinsame Sternpunkt des Schalttransistors T_dis der technischen Lehre der WO 2021 140 160 A1 .
Die Steuerleitungen der Treiberschaltung IC sind in einer Variante mit Anschlussflecken BPO bis BP4 einer gedruckten Schaltung PCB verbunden. Auf der gedruckten Schaltung befinden sich bevorzugt weitere Schaltungsteile und elektrische und elektronische Bauelemente. In den Figuren sind die Ladeschaltungen der WO 2021 140 160 A1 nicht eingezeichnet. Sie befinden sich in der Treiberschaltung IC oder bevorzugt in einer anderen Schaltung auf der gedruckten Schaltung PCB. Vorzugsweise sind die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP über weitere Bonddrähte und ggf. Leitungen auf dem PCB mit ihren jeweiligen Ladeschaltungen auf dem PCB oder in der Treiberschaltung IC verbunden. Diese weiteren Bonddrähte sind typischerweise relativ lang und in den Figuren nicht eingezeichnet.
Des Weiteren schlägt die hier vorgestellte technische Lehre vor, statt einer thermisch schlecht leitenden gedruckten Schaltung PCB den Rückseitenkontakt des Kondensator-Arrays CAP mit einer thermisch und elektrisch leitenden Massefläche GNDP, z.B. aus Aluminium oder Kupfer zu verbinden. Ideal wäre mit Gold beschichtetes Kupfer als Material einer solchen Massefläche GNDP. Es kann sich beispielsweise um einen Kühlkörper HS (Englisch Heat-Sink) handeln.
Die gedruckte Schaltung PCB kann beispielsweise auch auf dem Kühlkörper HS befestigt werden. Bonddrähte Bd stellen bevorzugt die elektrischen Verbindungen zwischen der Treiberschaltung IC und der gedruckten Schaltung PCB her.
Das Kondensator-Array CAP umfasst bevorzugt drei Metalllagen. In der ersten Metalllage M1 des Kondensator-Arrays CAP sind die oberen Elektroden (Top-Elektroden te) der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP gefertigt. Eine Isolationsschicht INS trennt die erste Metalllage M1 von der zweiten Metalllage M2 elektrisch. In der zweiten Metalllage M2 sind die Anschlussleitungen ICL der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP gefertigt. Durchkontaktierungen DK durch die Isolationsschicht INS verbinden die Anschlussleitungen ICL in der zweiten Metalllage M2 mit den Top-Elektroden te in der ersten Metalllage M1 elektrisch. Das Kondensator-Array CAP umfasst des Weiteren ein Substrat SUB. Dieses Substrat SUB umfasst bevorzugt das Dielektrikum der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die Unterseite des Kondensator-Arrays CAP bildet ein Substratkontakt SUBC. Der Bereich zwischen einer Top-Elektrode te in der ersten Metalllage M1 und dem Substratkontakt SUBC bildet jeweils eine vertikale Kapazität der Kapazitäten C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Eine solche Kapazität ist somit jeweils eine vertikale Kapazität zwischen der ersten Metalllage M1 und dem allen Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP gemeinsamen Substratkontakt SUBC auf der Unterseite des Kondensator-Arrays CAP. Dieser Substratkontakt SUBC ist bevorzugt mit der Massefläche GNDP elektrisch verbunden. Auf der Rückseite sind alle Kapazitäten C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP somit kurzgeschlossen. Die jeweilige Top-Elektrode te der jeweiligen Kapazität ist jeweils in der ersten Metalllage M1 gefertigt. Die querlaufenden Anschlussleitungen ICL sind in der zweiten Metalllage M2 gefertigt. Die gemeinsame Kathoden-Elektrode C des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist ggf. bevorzugt in einer dritten Metalllage M3 gefertigt.
HAUPTVARINATE A
Das hier vorgelegte Dokument beschreibt somit ein erstes Lichtmodul LM, das einen Träger, ein Kondensator-Array CAP und ein VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA umfasst. Der Träger weist eine Oberseite auf. Der Träger weist bevorzugt an seiner Oberseite eine elektrisch leitfähige und elektrisch kontaktierbare Masse-Fläche GNDP auf. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine Oberseite und eine Unterseite auf. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA umfasst bevorzugt n Laser L1 bis Ln, mit n als ganzer positiver Zahl größer 0. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine linke Reihe von n elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LA1 bis LAn an seiner Oberfläche auf. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine rechte Reihe von n elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn an seiner Oberfläche auf. Die Anode jedes Lasers der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist vorzugsweise mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von n Kontaktflächen LA1 bis LAn elektrisch verbunden und mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von n Kontaktflächen LA1 bis LAn elektrisch verbunden. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt einen gemeinsamen Kathodenkontakt an seiner Unterseite auf. Die Kathode jedes Lasers der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist bevorzugt mit diesem gemeinsamen Kathodenkontakt an der Unterseite des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA elektrisch verbunden. Die Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA weisen typischerweise einen minimalem fünften Abstand PTLa zueinander auf. Das Kondensator-Array CAP weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Das Kondensator-Array CAP umfasst typischerweise einen oder mehrere Kondensatoren, vorzugsweise n Kondensatoren C1 bis Cn. Das Kondensator-Array CAP umfasst ein Substrat SUB. Das Kondensator-Array CAP weist einen elektrisch kontaktierbaren Substratkontakt (SUBC) an seiner Unterseite auf. Das Kondensator-Array CAP umfasst n Kondensatoren C1 bis Cn mit n als ganzer positiver Zahl größer 0. Das Kondensator-Array CAP weist eine Kathoden-Elektrode C an seiner Oberseite typischerweise in einer dritten Metalllage M3 auf. Das Kondensator-Array CAP weist bevorzugt eine linke Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LC1 bis LCn an seiner Oberfläche auf. Das Kondensator-Array CAP weist bevorzugt eine rechte Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen LC1 bis LCn an seiner Oberfläche auf. Das Kondensator-Array CAP weist typischerweise für jeden der n Kondensatoren C1 bis Cn jeweils genau eine obere Top-Elektrode te auf. Bevorzugt bildet jede Top-Elektrode te zusammen mit dem Material des Substrats SUB in dem Bereich des Kondensator-Array CAP, der im Wesentlichen durch die Ausdehnung der Top-Elektrode te bestimmt ist, und zusammen mit der Substrat-Elektrode SUBC den ihr zugeordneten jeweiligen Kondensator der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die oberen Top-Elektroden te sind bevorzugt in einer ersten Metalllage M1 auf dem Substrat SUB gefertigt. Die n oberen Top-Elektroden und damit die n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP sind bevorzugt in j Zeilen und k Spalten im Substrat SUB des Kondensator-Arrays CAP angeordnet, wobei j*k=m gilt und wobei j und k positive ganze Zahlen sind. Die Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn in einer Zeile Kondensator-Arrays CAP weisen einen zweiten Abstand PTCY auf. Die Spalten der Kondensatoren C1 bis Cn in einer Zeile Kondensator-Arrays CAP weisen einen dritten Abstand PTCX auf. Das Kondensatoren-Array CAP weist bevorzugt m Anschlussleitungen ICL typischerweise in einer zweiten Metalllage M2, mit m als ganzer positiver Zahl, auf. Die Anschlussleitungen ICL sind bevorzugt parallel zu den Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn ausgerichtet. Der vierte Abstand PTCC der Anschlussleitungen ICL untereinander entspricht typischerweise im Wesentlichen dem zweiten Abstand PTCY der Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn geteilt durch die Anzahl der Spalten der Kondensatoren C1 bis Cn.
Der minimale fünfte Abstand PTLa der Laser-Dioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zueinander weicht bevorzugt um nicht mehr als 25% und/oder besser um nicht mehr als 10% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 5% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 2% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 1% vom minimalen vierten Abstand PTCC der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. ab.
Der minimale erste Abstand PTL der linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zueinander weicht bevorzugt um nicht mehr als 25% und/oder besser um nicht mehr als 10% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 5% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 2% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 1% vom minimalen vierten Abstand PTCC der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. ab.
Der minimale erste Abstand PTR der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zueinander weicht bevorzugt um nicht mehr als 25% und/oder besser um nicht mehr als 10% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 5% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 2% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 1% vom minimalen vierten Abstand PTCC der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. ab.
Die dritte Metalllage M3 (siehe 12) befindet sich typischerweise sich oberhalb der zweiten Metalllage M2 und der ersten Metalllage M1 auf der Oberfläche des Substrats SUB. Die zweite Metalllage M2 befindet sich typischerweise oberhalb der ersten Metalllage M1 und typischerweise unterhalb der dritten Metalllage M3 auf der Oberfläche des Substrats SUB. Die dritte Metalllage M3 ist bevorzugt von der zweiten Metalllage M2 und der ersten Metalllage M1 und dem Substrat SUB durch eine Isolation INS elektrisch isoliert. Die zweite Metalllage M2 ist bevorzugt von der ersten Metalllage M1 und dem Substrat SUB durch eine Isolation INS oder die Isolation INS elektrisch isoliert. Vorzugsweise verbindet vorzugsweise jede Anschlussleitung ICL der n Anschlussleitungen ICL zumindest eine jeweilige Top-Elektrode te eines dieser Anschlussleitung ICL zugeordneten Kondensators der Kondensatoren C1 bis Cn über eine jeweilige Durchkontaktierung DK elektrisch mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LC1 bis LCn des Kondensator-Arrays CAP und gleichzeitig mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RC1 bis RCn des Kondensator-Arrays CAP elektrisch.
Wir nehmen wieder Bezug auf 3 und 4. Vorzugsweise ist jede linke Kontaktfläche der linken Reihe von n linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LC1 bis LCn des Kondensator-Arrays CAP elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist jede rechte Kontaktfläche der linken Reihe von n rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RC1 bis RCn des Kondensator-Arrays CAP elektrisch verbunden.
Der gemeinsame Kathodenkontakt C des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist vorzugsweise auf der Kathoden-Elektrode C des Kondensator-Arrays CAP aufgesetzt und mit der Kathoden-Elektrode C des Kondensator -Arrays CAP elektrisch verbunden. Die Kathoden-Elektrode C des Kondensator -Arrays CAP ist dabei von den Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator Arrays CAP elektrisch isoliert. Der Substratkontakt SUBC des Kondensator-Arrays CAP ist vorzugsweise auf der Massefläche GNDP aufgesetzt ist und mit der Massefläche GNDP elektrisch und bevorzugt mechanisch fest verbunden.
In einer ersten Untervariante umfasst das Lichtmodul LM zusätzlich eine Treiberschaltung IC. (siehe 3) Die Treiberschaltung IC weist typischerweise eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Treiberschaltung IC umfasst bevorzugt den Entladetransistor T_DIS (siehe auch 2). Der Entladetransistor T_DIS weist bevorzugt einen ersten Anschluss GNDT des Entladetransistors T_DIS auf. Der Entladetransistor T_DIS weist bevorzugt einen zweiten Anschluss CT des Entladetransistors T_DIS auf. Der Entladetransistor T_DIS weist typischerweise einen Steueranschluss auf. Der Entladetransistor T_DIS kann in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand des Steueranschlusses seinen ersten Anschluss GNDT von seinem zweiten Anschluss CT elektrisch isolieren kann oder seinen ersten Anschluss GNDT mit seinem zweiten Anschluss CT elektrisch verbinden. Der erste Anschluss GNDT des Entladetransistors T_DIS ist bevorzugt mit der Massefläche GNDP elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss CT des Entladetransistors T_DIS ist bevorzugt mit der Kathoden-Elektrode C elektrisch verbunden. Die Treiberschaltung IC ist bevorzugt mit Ihrer Unterseite auf der Oberfläche des Trägers befestigt. Die Steuerschaltung der Treiberschaltung IC steuert über den Steueranschluss des Entladetransistors T_DIS den Entladetransistor T_DIS.
In einer zweiten Untervariante, die eine Untervariante der ersten Untervariante ist, kann die Treiberschaltung IC mittels einer Ladeschaltung SUPL der Treiberschaltung IC die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP mit einem elektrischen Ladestrom laden, wenn der Entladetransistor T_DIS der Treiberschaltung IC sperrt.
In einer dritten Untervariante, die eine Untervariante der zweiten Untervariante ist, können Vorrichtungsteile der Treiberschaltung IC und/oder eine andere elektrische Schaltung, die an dem Träger befestigt sind oder Teil des Trägers sind, den Steueranschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC so ansteuern, dass der Entladetransistor T_DIS die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP über die jeweiligen Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA, die diesen Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP zugeordnet sind, mittels jeweiligen Laser spezifischen Entladeströmen I_dis entlädt. Dabei emittieren dann die Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA, die ein Entladestrom I_dis durchströmt, senkrecht zur Oberfläche des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA Licht.
In einer vierten Untervariante, die eine Untervariante der vorausgehenden Untervarianten ist, umfasst der Träger eine gedruckte Schaltung PCB und/oder einen Kühlkörper HS. (Siehe 7 und 8)
HAUPTVARINATE B (Flip-Chip-Montage)
Das hier vorgelegte Dokument beschreibt somit ein erstes Lichtmodul LM, das einen Träger, ein Kondensator-Array CAP und ein VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA umfasst. Im Falle einer Flip-Chip-Montage (9) weist der Träger weist eine Oberseite auf. Der Träger weist bevorzugt an seiner Oberseite eine elektrisch leitfähige und elektrisch kontaktierbare Masse-Fläche GNDP auf. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine Oberseite und eine Unterseite auf. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA umfasst bevorzugt n Laser L1 bis Ln, mit n als ganzer positiver Zahl größer 0. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine linke Reihe von n elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LA1 bis LAn an seiner Oberfläche auf. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine rechte Reihe von n elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn an seiner Oberfläche auf. Die Anode jedes Lasers der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist vorzugsweise mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von n Kontaktflächen LA1 bis LAn elektrisch verbunden und mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von n Kontaktflächen LA1 bis LAn elektrisch verbunden. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt einen gemeinsamen Kathodenkontakt C an seiner Unterseite auf. Die Kathode jedes Lasers der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist bevorzugt mit diesem gemeinsamen Kathodenkontakt C an der Unterseite des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA elektrisch verbunden. Die Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA weisen typischerweise einen minimalen fünften Abstand PTLa zueinander auf. Das Kondensator-Array CAP weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Das Kondensator-Array CAP umfasst typischerweise einen oder mehrere Kondensatoren, vorzugsweise n Kondensatoren C1 bis Cn. Das Kondensator-Array CAP umfasst ein Substrat SUB. Das Kondensator-Array CAP weist einen elektrisch kontaktierbaren Substratkontakt SUBC an seiner Unterseite auf. Das Kondensator-Array CAP umfasst n Kondensatoren C1 bis Cn mit n als ganzer positiver Zahl größer 0. Das Kondensator-Array CAP weist bevorzugt eine linke Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LC1 bis LCn an seiner Oberfläche auf. Das Kondensator-Array CAP weist bevorzugt eine rechte Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RC1 bis RCn an seiner Oberfläche auf. Das Kondensator-Array CAP weist typischerweise für jeden der n Kondensatoren C1 bis Cn jeweils genau eine obere Top-Elektrode te auf. Bevorzugt bildet jede Top-Elektrode te zusammen mit dem Material des Substrats SUB in dem Bereich des Kondensator-Arrays CAP, der im Wesentlichen durch die Ausdehnung der Top-Elektrode te bestimmt ist, und zusammen mit der Substrat-Elektrode SUBC den ihr zugeordneten jeweiligen Kondensator der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die oberen Top-Elektroden te sind bevorzugt in einer ersten Metalllage M1 auf dem Substrat SUB gefertigt. Die n oberen Top-Elektroden und damit die n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP sind bevorzugt in j Zeilen und k Spalten im Substrat SUB des Kondensator-Arrays CAP angeordnet, wobei j*k=n gilt und wobei j und k positive ganze Zahlen sind. Die k Spalten der Kondensatoren C1 bis Cn in einer Zeile Kondensator-Arrays CAP weisen einen dritten Spaltenabstand PTCX auf. Das Kondensatoren-Array CAP weist bevorzugt n Anschlussleitungen ICL typischerweise in einer zweiten Metalllage M2, mit n als ganzer positiver Zahl, auf. Die Anschlussleitungen ICL sind bevorzugt parallel zu den Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn ausgerichtet. Der vierte Abstand PTCC der Anschlussleitungen ICL untereinander entspricht typischerweise im Wesentlichen dem zweiten Zeilenabstand PTCY geteilt durch die Anzahl der Spalten der Kondensatoren C1 bis Cn.
Der minimale fünfte Abstand PTLa der Laser-Dioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zueinander weicht bevorzugt um nicht mehr als 25% und/oder besser um nicht mehr als 10% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 5% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 2% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 1% vom vierten Abstand PTCC der Anschlussleitungen ICL untereinander ab.
Der ersten Abstand PTL der linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA weicht bevorzugt um nicht mehr als 25% und/oder besser um nicht mehr als 10% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 5% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 2% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 1% vom vierten Abstand PTCC der Anschlussleitungen ICL untereinander ab.
Der ersten Abstand PTR der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA weicht bevorzugt um nicht mehr als 25% und/oder besser um nicht mehr als 10% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 5% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 2% und/oder besser um nicht mehr als nicht mehr als 1% vom vierten Abstand PTCC der Anschlussleitungen ICL untereinander ab.
Die zweite Metalllage M2 (siehe 12) befindet sich typischerweise oberhalb der ersten Metalllage M1 auf der Oberfläche des Substrats SUB. Die zweite Metalllage M2 ist bevorzugt von der ersten Metalllage M1 und dem Substrat SUB durch eine Isolation INS oder die Isolation INS elektrisch isoliert.
Vorzugsweise verbindet vorzugsweise jede Anschlussleitung ICL der n Anschlussleitungen ICL zumindest eine jeweilige Top-Elektrode te eines dieser Anschlussleitung ICL zugeordneten Kondensators der Kondensatoren C1 bis Cn über eine jeweilige Durchkontaktierung DK elektrisch mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LC1 bis LCn des Kondensator-Arrays CAP und mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RC1 bis RCn des Kondensator-Arrays CAP elektrisch.
Vorzugsweise ist jede linke Kontaktfläche der linken Reihe von n linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen LC1 bis LCn des Kondensator-Arrays CAP elektrisch verbunden.
Vorzugsweise ist jede rechte Kontaktfläche der linken Reihe von n rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen RC1 bis RCn des Kondensator-Arrays CAP über eine Lot-Kugel SB elektrisch und mechanisch fest verbunden.
Der gemeinsame Kathodenkontakt des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist vorzugsweise auf der Kathoden-Elektrode C des Kondensator-Arrays CAP aufgesetzt und mit der Kathoden-Elektrode C des Kondensator-Arrays CAP über eine Lot-Kugel SB elektrisch und mechanisch fest verbunden.
Der gemeinsame Kathodenkontakt des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA bildet eine Kathoden-Elektrode C. Der Substratkontakt SUBC des Kondensator-Arrays CAP ist vorzugsweise auf der Massefläche GNDP aufgesetzt ist und mit der Massefläche GNDP elektrisch und bevorzugt mechanisch fest verbunden.
In einer ersten Untervariante umfasst das Lichtmodul LM zusätzlich eine Treiberschaltung IC. Die Treiberschaltung IC weist typischerweise eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Treiberschaltung IC umfasst bevorzugt einen Entladetransistor T_DIS. Der Entladetransistor T_DIS weist bevorzugt einen ersten Anschluss GNDT des Entladetransistors T_DIS auf. Der Entladetransistor T_DIS weist bevorzugt einen zweiten Anschluss CT des Entladetransistors T_DIS auf. Der Entladetransistor T_DIS weist typischerweise einen Steueranschluss auf. Der Entladetransistor T_DIS kann in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand des Steueranschlusses seinen ersten Anschluss GNDT von seinem zweiten Anschluss CT elektrisch isolieren kann oder seinen ersten Anschluss GNDT mit seinem zweiten Anschluss CT elektrisch verbinden. Der erste Anschluss GNDT des Entladetransistors T_DIS ist bevorzugt mit der Massefläche GNDP elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss CT des Entladetransistors T_DIS ist bevorzugt mit der Kathoden-Elektrode C elektrisch verbunden. Die Treiberschaltung IC ist bevorzugt mit Ihrer Unterseite auf der Oberfläche des Trägers befestigt.
In einer zweiten Untervariante, die eine Untervariante der ersten Untervariante ist, kann die Treiberschaltung mittels einer Ladeschaltung SUPL die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP mit einem elektrischen Ladestrom laden, wenn der Entladetransistor T_DIS sperrt.
In einer dritten Untervariante, die eine Untervariante der zweiten Untervariante ist, können Vorrichtungsteile der Treiberschaltung IC und/oder eine andere elektrische Schaltung, die an dem Träger befestigt sind oder Teil des Trägers sind, den Steueranschluss des Entladetransistors T_DIS so ansteuern, dass der Entladetransistor T_DIS die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP über die jeweiligen Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA, die diesen Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP zugeordnet sind, mittels jeweiligen Laser spezifischen Entladeströmen I_dis entlädt. Dabei emittieren dann die Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA, die ein Entladestrom I_dis durchströmt, senkrecht zur Oberfläche des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA Licht.
In einer vierten Untervariante, die eine Untervariante der vorausgehenden Untervarianten ist, umfasst der Träger eine gedruckte Schaltung PCB und/oder einen Kühlkörper HS umfasst.
Vorteil
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich somit dadurch aus, dass sie sehr kleine Induktivitäten bei gleichzeitige hoher Montagedichte und Kompaktheit des Aufbaus bietet. Außerdem führen die gegenläufigen Entladeströme I_dis zu einer verringerten elektromagnetischen Störstrahlung, was die Induktivitäten weiter verringert. Der verringerte Bauraum ist ein weiterer Vorteil. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.
Figurenliste

1 zeigt eine mögliche, sub-optimale Anordnung;.
2 2 zeigt die grundlegende Verschaltung.
3 zeigt das Grundprinzip der durch dieses Dokument vorgeschlagenen bevorzugten Anordnung in der Aufsicht.
4 4 zeigt einen beispielhaften Schnitt durch die Konstruktion der 3.
5 verdeutlicht die EMV-Optimierung und die Induktivitätsminimierung durch antiparallele Entladeströme.
6 entspricht der 5 in der Aufsicht.
7 schlägt vor, statt einer Massefläche GNDP auf einer gedruckten Schaltung PCB direkt einen Kühlkörper HS als Massefläche GNDP zu benutzen.
8 schlägt vor, statt einer Massefläche GNDP auf einer gedruckten Schaltung PCB direkt einen Kühlkörper HS als Massefläche GNDP zu benutzen und die gedruckte Schaltung PCB kleiner neben der Treiberschaltung IC auf dem Kühlkörper HS beispielsweise mit Schrauben SC elektrisch isoliert von dem Kühlkörper HS zu befestigen.
9 schlägt vor, als VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA ein VCSEL-Array zu benutzen, dass über die Rückseite das Licht emittiert und die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator-Array CAP und dem VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA nicht mit Bonddrähten, wie in den 1 bis 8, sondern mittels Flip-Chip-Technik oder dergleichen durchzuführen, was die Induktivitäten weiter senkt.
10 entspricht dem Lasermodul des Querschnitts der 9 in der Aufsicht.
11 zeigt schematisch eine beispielhafte Konstruktion eines Kondensator-Arrays CAP im Querschnitt.
12 zeigt einen beispielhaften, vereinfachten nicht maßstabsgerechten Querschnitt durch das Kondensator-Array CAP zur Verdeutlichung der verschiedenen Lagen der Verdrahtungsebenen des Kondensator-Arrays CAP.

Beschreibung der Figuren
Figur 1
1 zeigt eine mögliche, sub-optimale Anordnung der Vorrichtungsteile. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA weist bevorzugt eine Mehrzahl von beispielhaft n VCSEL-Lasern L1 bis Ln auf. Ein erster Anschluss eines jeden Lasers der n VCSEL-Laser L1 bis Ln des VVSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist mit seinem unteren Kontakt seines ersten Anschlusses seiner Kathode mit der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C elektrisch und mechanisch und thermisch verbunden. Bonddrähte BdCT verbinden die gemeinsame Kathoden-Elektrode C mit einer entsprechenden Anschlussfläche CT des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC. Der Entladetransistor T_DIS ist Teil der Treiberschaltung IC. Der Entladetransistor T_DIS ist in 2 eingezeichnet. Der Entladetransistor T_DIS ist zur besseren Übersicht in 1 nicht eingezeichnet. Diese Anschlussfläche CT ist bevorzugt ein zweiter Anschluss CT des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC. Typischerweise ist es der Drain-Anschluss eines N-Kanal-MOS-Transistors, der den Entladetransistor T_DIS vorzugsweise bildet. An dieser Stelle sei auf die 2 bereits verwiesen, die die Entladeschaltung der Treiberschaltung IC schematisch vereinfacht zeigt.
Der andere Anschluss der ersten Anschlussfläche GNDT des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC (siehe auch 2) ist bevorzugt über weitere Bonddrähte BdGND mit der Massefläche GNDP verbunden. Die Bonddrähte BdGND verbinden den ersten Anschluss GNDT des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC mit der Massefläche GNDP.
Links und rechts des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA sind 2 Reihen mit je n Kondensatoren RC1 bis RCn und LC1 bis LCn platziert. Die linke Kondensatoren-Reihe von n linken Kondensatoren LC1 bis LCn kann als gemeinsames linkes Kondensator-Array CAPL ausgeführt sein. Die rechte Kondensatoren-Reihe von n rechten Kondensatoren RC1 bis RCn kann als gemeinsames rechtes Kondensator-Array CAPR ausgeführt sein. Jeder dieser Kondensatoren RC1 bis RCn und LC1 bis LCn weist einen unteren Anschlusskontakt und einen jeweiligen oberen Anschlusskontakt LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn auf.
Der untere Kontakt jedes dieser Kondensatoren RC1 bis RCn und LC1 bis LCn ist bevorzugt mit der Massefläche GNDP elektrisch leitfähig und bevorzugt auch thermisch leitfähig verbunden. Bevorzugt ist jeder dieser Kondensatoren RC1 bis RCn und LC1 bis LCn bevorzugt an der Massefläche GNDP befestigt.
Jeder der jeweiligen oberen Kontakte LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn dieser 2 x n jeweiligen Kondensatoren RC1 bis RCn und LC1 bis LCn ist mittels eines jeweiligen Bonddrahts BdL1 bis BdLn und BdR1 und BdRn bevorzugt mit genau einem Kontakt LA1 bis LAn und RA1 bis RAn eines VCSEL-Lasers der VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA elektrisch verbunden.
Die Anschlüsse der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn an die notwendigen n Ladeschaltungen erfolgt bevorzugt mittels Bonddrähten die mit den rechten Kontakten LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der n rechten Kondensatoren RC1 bis RCn verbunden sind und die zur besseren Übersicht nicht in der 1 eingezeichnet sind.
Die Anschlüsse der linken Kondensatoren LC1 bis LCn an die notwendigen n Ladeschaltungen erfolgt bevorzugt mittels Bonddrähten die mit den Kontakten LCA1 bis LCAn der n linken Kondensatoren LC1 bis LCn verbunden sind und die zur besseren Übersicht nicht in der 1 nicht eingezeichnet sind.
Die Länge der Bonddrähte BdL1 bis BdLn zwischen den linken Kontakten LCA1 bis LCAn der n linken Kondensatoren LC1 bis LCn und den linken Kontakten LA1 bis LAn der n VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist für die erreichbare Schaltgeschwindigkeit kritisch.
Die Länge der Bonddrähte BdR1 bis BdRn zwischen den rechten Kontakten RCA1 bis RCAn der n rechten Kondensatoren RC1 bis RCn und den rechten Kontakten RA1 bis RAn der n VCSEL-Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist für die erreichbare Schaltgeschwindigkeit ebenfalls kritisch.
Die Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn der Konstruktion der 1 sind jedoch bereits zu lang. Das Problem sind die relativ langen und auch noch unterschiedlich langen und unterschiedlich geführten Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn zwischen den Anschlüssen LA1 bis LAn und RA1 bis RAn der VCSEL-Laser L1 bis Ln und den Anschlüssen LCA1 bis LCAn und RCA1 und RCAn der Kondensatoren LC1 bis LCn und RC1 bis RCn. Dies führt zu einer massiven Verschlechterung der Eigenschaften des Lasermoduls führen, da die Induktivität dieser unterschiedlich langen und unterschiedlich geführten Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn sehr hoch ist und damit der technischen Lehre der WO 2021 140 160 A1 widerspricht. Ein weiteres Problem ist, dass die linken Kapazitäten LC1 bis LCn gut auf einem ersten linken Kondensator-Array CAPL untergebracht werden können und dass die rechten Kapazitäten RC1 bis RCn gut auf einem zweiten rechten Kondensator-Array CAPR untergebracht werden können. Eine weitere Kompaktierung zu einem gemeinsamen Kondensator-Array CAP wäre hier jedoch zur weiteren Optimierung wünschenswert. Das hier vorgelegte Dokument hat sich daher zusätzlich zum Ziel gesetzt eine bessere Konstruktion als die der 1 vorzuschlagen.
Figur 2
2 zeigt eine beispielhafte Verschaltung. Die Verschaltung umfasst die Treiberschaltung IC, die wesentlichen Teilkomponenten (S1 bis Sn, SUPL, T_DIS) der Treiberschaltung IC umfasst, und die Laser L1 bis Ln. Eine Ladeschaltung SUPL der Treiberschaltung IC versorgt die Schaltung der 2 mit einem Ladestrom. Die Ladeschaltung SUPL ist bevorzugt Teil der Treiberschaltung IC. Die Steuerung der Treiberschaltung SUPL schließt den Ladeschalter der Ladeschalter S1 bis Sn, dessen Laser derjenige unter den Lasern L1 bis Ln ist, der als nächstes einen Lichtpuls abstrahlen soll. Währenddessen ist der Entladeschalter T_DIS der Treiberschaltung IC typischerweise geöffnet. Die Ladeschaltung SUPL der Treiberschaltung IC lädt dann den dann an die Ladeschaltung SUPL mittels des geschlossenen Ladeschalters der n Ladeschalter S1 bis Sn angeschlossenen Kondensator der n Kondensatoren C1 bis C1 des Kondensatoren Arrays CAP mit dem Ladestrom der Ladeschaltung SUPL. Die n Kondensatoren C1 bis Cn der 1 repräsentieren dabei bezogen auf die 1 Parallelschaltungen aus jeweils einem linken Kondensator der linken Kondensatoren LC1 bis LCn und einem rechten Kondensator der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn der 1. Zur besseren Übersicht sind die n Kondensatoren C1 bis Cn anstelle der der n linken Kondensatoren LC1 bis LCn und der n rechten Kondensatoren RC1 bis RCn der 1 in der 2 eingezeichnet. Diese n Kondensatoren C1 bis Cn sind jeweils mit einem ersten Anschluss mit der gemeinsamen Masse GND verbunden. Die jeweiligen Kontaktflächen RCA1 bis RCAn und LCA1 bis LCAn der jeweiligen n Kondensatoren LC1 bis LCn und RC1 bis RCn der 1 bilden den jeweiligen zweiten Anschluss des jeweiligen Kondensators C1 bis C1 und die jeweiligen Knoten A1 bis An der 2. Für die Entladung der n Kondensatoren C1 bis Cn öffnet bevorzugt die Steuerung der Treiberschaltung IC die ggf. noch geschlossenen Ladeschalter S1 bis Sn, wenn sie nach dem Laden des Kondensators noch geschlossen sein sollten. Wenn nun die Steuerung der Treiberschaltung IC den Entladetransistor T_DIS schließt, so entlädt sich derjenige Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn über den Entladeschalter T_DIS und die Bonddrahtinduktivität L_BD0 bis L_BDn der Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn (siehe 1) und über den jeweiligen Laser der Laser L1 bis Ln und über den Kathodenkontakt C. Hierdurch emittiert der jeweilige Laser der n Laser L1 bis Ln Laserstrahlung.
Der Stromtransport zwischen den jeweiligen Ladeschaltern S1 bis Sn für die jeweilige elektrische Vorladung eines jeweiligen, zugeordneten Kondensators der Kondensatoren C1 bis Cn aus der Ladeschaltung SUPL erfolgt über einen jeweiligen, relativ langen Bonddraht, dessen Induktivität für die zeitliche Dynamik der Entladung des betreffenden jeweiligen Kondensators aber unerheblich ist.
Dies ist an sich kein Problem, weil die hierdurch auftretende parasitäre Induktivität die Ladeschaltung SUPL dynamisch während der Pulserzeugung gut von der jeweils in Entladung begriffenen Kapazität der n Kondensatoren C1 bis Cn isoliert. In diesem Zusammenhang verweist die hier vorgelegte Schrift nochmals auf die technische Lehre der WO 2021 140 160 A1 .
2 zeigt vereinfacht und schematisch die typische Entladeschaltung. Die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP sind nun als C1 bis Cn eingezeichnet, da keine linken und rechten Kondensatoren RC1 bis RCn und LC1 bis LCn mehr unterschieden werden müssen. Jeder Laser-Diode der n Laser-Dioden L1 bis Ln sind genau ein jeweiliger Ladeschalter der n Ladeschalter S1 bis Sn und ein jeweiliger Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP zugeordnet. Die Ladeschaltung SUPL lädt vor dem Feuern der jeweiligen Laserdiode der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA über den zugeordneten Ladeschalter der n Ladeschalter S1 bis Sn genau diesen jeweiligen Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Hierzu schließt eine Steuerung den entsprechenden Ladeschalter der Schalter S1 bis Sn, der dieser Laser-Diode der n Laserdioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zugeordnet ist.
Ist der einem Laser der n Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zugeordnete Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP geladen, so schließt die Steuerung den Entladeschalter in Form des Entladetransistors T_DIS. Hierdurch entlädt der Entladetransistors T_DIS diesen Kondensator über die diesem Kondensator zugeordnete Laser-Diode, sodass ein elektrischer Entladestrom durch diese Laser-Diode fließt. Der elektrische Entladestrom, der durch die Laser-Diode fließt, verursacht eine Lichtemission dieser Laser-Diode. Anschließend öffnet die Steuerung den Entladetransistor T_DIS wieder. Die eingezeichneten Induktivitäten L_BD0 bis L_BDn sind die Induktivitäten der Bonddrähte zwischen dem jeweiligen Kondensator und dem diesem Kondensator zugeordneten Laser. Die entsprechenden Bonddrähte müssen daher möglichst kurz sein, um diese Induktivitäten L_BD0 bis L_BDn zu minimieren, da sie die Anstiegsflanken in ihrer Steilheit begrenzen.
Figur 3
3 zeigt das Grundprinzip der durch dieses Dokument vorgeschlagenen Anordnung.
Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA ist mit der gemeinsamen Kathode der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA auf einer gemeinsamen Kathoden-Elektrode C angeordnet. Die gemeinsame Kathoden-Elektrode C ist bevorzugt in einer dritten Metalllage M3 der Metalllagen der Verdrahtung des Kondensator-Arrays CAP auf der Oberfläche dieses Kondensator-Arrays CAP gefertigt. Die gemeinsame Kathode des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist dabei typischerweise elektrisch und thermisch mit der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C verbunden. Die gemeinsame Kathoden-Elektrode C ist typischerweise elektrisch gegenüber anderen Vorrichtungsteilen des Kondensator-Arrays CAP durch ein oder mehrere Isolationsschichten INS isoliert. Bevorzugt weist jeder Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP jeweils zwei jeweilige Anschlüsse, einen linken Anschluss der n Anschlüsse LCA1 bis LCAn und einen korrespondierenden rechten Anschluss der n Anschlüsse RCA1 bis RCAn auf. Die zwei Anschlüsse eines Kondensators der n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP sind bevorzugt links und rechts von dem VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA platziert. Für den nullten Kondensator C1 sind beispielsweise eine linke Kontaktfläche LCA1 links des VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA und eine rechte Kontaktfläche RCA1 rechts des VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA platziert. Als Vorgriff auf die Beschreibung der 11 erwähnen wir hier bereits, dass in der folgenden 11 dargestellt ist, dass beide Kontaktflächen LCA1 und RCA1 die obere Top-Elektrode te (siehe 11) des nullten Kondensators C1 kontaktieren. Die obere Top-Elektroden te sind in 13 nicht dargestellt. Die hier vorgelegte Schrift verweist diesbezüglich auf die folgende 11. Die obere Top-Elektrode te des nullten Kondensators C1 schließt also im Wesentlichen die beide Kontaktflächen LCA1 und RCA1 elektrisch miteinander kurz, sodass sie im Wesentlichen als ein elektrischer Knoten A1 betrachtet werden können. Dieser Knoten A1 ist der Knoten A1 der 2. Dies ist notwendig, um zu verstehen, warum dieser Aufbau besonders günstig ist. Auf diese Weise ist nämlich jeder Knoten der Knoten A1 bis An der jeweiligen oberen Top-Elektroden te der jeweiligen Kondensatoren C1 bis Cn immer genau über genau eine linke Kontaktfläche der linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und genau eine rechte Kontaktfläche der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn elektrisch anschließbar. Dies wird in der Beschreibung folgenden 11 deutlicher werden.
Eine geeignete innere Konstruktion des Kondensator-Arrays CAP stellt typischerweise sicher, dass der linke Abstand PTCL der linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn des Kondensator-Arrays CAP untereinander mit dem ersten Abstand PTL der linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA untereinander übereinstimmt. Dies stellt sicher, dass die Bonddrähte BdL1 bis BDLn zwischen jeweils einer linken Kontaktfläche der linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn des Kondensator-Arrays CAP und jeweils einer linken Kontaktfläche der linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA in etwa immer gleich lang sind und in ihrer Länge minimiert werden können.
Die Treiberschaltung IC ist auf der Massefläche GNDP platziert und befestig. Die Treiberschaltung IC ist auf der Massefläche GNDP bevorzugt aber nicht notwendiger Weise mit seinem Rückseitenkontakt elektrisch an der der Massefläche GNDP angeschlossen. Die Treiberschaltung IC weist bevorzugt eine Anschlussfläche als weiteren Anschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC auf, mit der der Drain-Kontakt des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC mit der gemeinsamen Kanthoden-Elektrode C des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA über einen oder besser mehrere Bonddrähte verbunden ist.
Bevorzugt ist die Source des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC über eine zweite Anschlussfläche GNDT als ersten Anschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC mit der Massefläche GNDP elektrisch verbunden.
Das Kondensator-Array CAP ist bevorzugt mit dem gemeinsamen Kontakt der Kondensatoren C1 bis Cn mit der Massefläche GNDP elektrisch und mechanisch fest verbunden. Bevorzugt befindet sich der gemeinsame Kontakt der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP auf der Unterseite des es Kondensator-Arrays CAP.
Figur 4
4 zeigt einen beispielhaften Schnitt durch die Konstruktion der 3.
Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA ist mit seiner Unterseite auf die gemeinsame Kathoden-Elektrode C elektrisch leitend aufgesetzt und mit dieser elektrisch und vorzugsweise mechanisch verbunden. Der Unterseitenkontakt des VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA bildet die gemeinsame Kathode C der n Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA. Das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA ist mit der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C bevorzugt im Stacked-Die-Verfahren bevorzugt mittels elektrisch leitender Klebung oder Lötung oder dergleichen an der gemeinsame Kathoden-Elektrode C elektrisch leitend befestigt und mit dieser elektrisch verbunden. Bevorzugt bildet die oberste Metallisierungslage des Kondensators-Arrays CAP diese gemeinsame Kathodenelektrode C aus. In dem hier vorgestellten Beispiel ist die oberste Metallisierungslage des beispielhaften Kondensators-Arrays CAP eine beispielhafte dritte Metalllage M3. Die gemeinsame Kathodenelektrode C des Kondensators-Arrays CAP ist bevorzugt von den n Kondensatoren C1 bis Cn elektrisch isoliert.
Das beispielhafte Kondensator-Array CAP wiederum ist mit einem gemeinsamen Rückseitenkontakt aller Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP in dem Beispiel auf die Massefläche GNDP aufgesetzt, die sich auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltung PCB befindet. Bei der gedruckten Schaltung PCB kann es sich um einen beliebigen Schaltungsträger für elektronische Bauelemente, wie beispielsweise eine FR4-Platine oder einen Keramikschaltungsträger etc. handeln. Bevorzugt ist das Kondensator-Array CAP mit dem gemeinsamen Rückseitenkontakt SUBC aller Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP in dem Beispiel mit der Massefläche GNDP elektrisch und mechanisch fest verbunden.
Es ist denkbar, statt der gedruckten Schaltung PCB direkt einen Kühlkörper HS zu verwenden.
Figur 5
5 verdeutlicht die EMV-Optimierung und die Induktivitätsminimierung durch antiparallele Entladeströme I_dis anhand der 4. Aufgrund der Symmetrie des Aufbaus verteilt sich der Entladestrom I_dis der durch den Entladetransistor T_DIS (siehe 2) bei der Entladung fließt, so dass in etwa die Hälfte des Entladestromes I_dis über den linken Bonddraht der n linken Bonddrähte BdL1 bis BdLn fließt und in etwa die Hälfte des Entladestromes I_dis über den rechten Bonddraht der n linken Bonddrähte BdR1 bis BdRn fließt. Da die räumliche Richtung des Entladestromes I_dis/2 über den rechten Bonddraht der räumlichen Richtung des Entladestromes I_dis/2 über den linken Bonddraht entgegengesetzt ist, heben sich die Magnetfelder in einiger Entfernung von dem Lichtmodul LM weg. Das bedeutet, dass eine geringere elektromagnetische Abstrahlung dieser Anordnung die verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit des Lichtmoduls LM zur Folge hat, was bei den steilen Einschaltflanken von wesentlicher Bedeutung ist.
Figur 6
6 entspricht der 5 in der Aufsicht. 6 verdeutlicht die EMV-Optimierung und die Induktivitätsminimierung durch antiparallele Entladeströme I_dis anhand der 3 anlog der Verdeutlichung in 5 bezogen auf 4.Über die in der 6 eingezeichneten Bonddrähte BdL1 bis BdLn und BdR1 bis BdRn erhält der in 6 zur besseren Übersicht wieder nicht eingezeichnete Entladetransistor T_DIS (siehe 2) in der Treiberschaltung IC von Vorrichtungsteilen der gedruckten Schaltung PCB, die zur besseren Übersicht in den Figuren ebenfalls nicht eingezeichnet sind, und/oder von anderen Vorrichtungsteilen der Treiberschaltung IC das Signal leitend zu werden. Dies schließt somit den Entladeschalter in Form des Entladetransistors T_DIS. Während der Entladung öffnen die besagen Vorrichtungsteile der gedruckten Schaltung PCB und/oder Vorrichtungsteile der Treiberschaltung IC bevorzugt die Ladeschalter S1 bis Sn. Daraufhin fließt ein Entladestrom von I_dis über den Entladeschalter in Form des Entladetransistors T_DIS gegen Masse in Form der Massefläche GNDP ab und der entsprechende Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn entlädt sich über den zugeordneten Laser der n Laser L1 bis Ln, wobei dieser Laser dann schlagartig seinen Laser-Puls emittiert.
Bei exakter Symmetrie, die in der Realität leider nie erreicht werden kann, fließt dann ein linker Entladestrom I_DIS/2 von links in den entsprechenden Laser und ein in etwa betragsmäßig gleicher rechter Entladestrom I_DIS/2 von rechts in den entsprechenden Laser. Da die räumlichen Stromrichtungen entgegengesetzt sind, heben sich Teile der erzeugten Magnetfelder im Raum infolge des Superpositionsprinzips im Fernfeld im Wesentlichen weg. Damit ist aber auch die im magnetischen Feld gespeicherte Energie geringer und daher die effektive Induktivität kleiner. Die Schaltung ist daher durch diese Kopplung des linken Entladestroms I_DIS/2 mit dem rechten Entladestrom I_DIS/2 schneller. Der eine Entladestrom zieht quasi effektiv den anderen Entladestrom an, was bemerkenswert ist.
Figur 7
7 basiert auf der 4. Auf die Beschreibung der 4 wird hier verwiesen. 7 schlägt jedoch abweichend zur 4 vor, statt einer Massefläche GNDP auf einer gedruckten Schaltung PCB direkt einen Kühlkörper HS als Massefläche GNDP zu benutzen. Der Vorteil ist eine bessere Wärmeableitung.
Figur 8
8 basiert auf der 3. Auf die Beschreibung der 3 wird hier verwiesen. 8 entspricht der 7 in der Aufsicht. 8 schlägt abweichend von der 3 vor, statt einer Massefläche GNDP auf einer gedruckten Schaltung PCB direkt einen Kühlkörper HS als Massefläche GNDP zu benutzen und die gedruckte Schaltung PCB kleiner neben der Treiberschaltung IC auf dem Kühlkörper HS zu befestigen. Der Vorteil ist eine bessere Wärmeableitung.
Figur 9
9 schlägt vor, als VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA ein VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA zu benutzen, dass über die Rückseite des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA das Licht emittiert. 9 zeigt den Querschnitt einer solchen beispielhaften Konstruktion. Des Weiteren schlägt das hier vorgelegte Dokument vor, die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator-Array CAP und dem VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA nicht mit Bonddrähten, wie in den 1 bis 8, sondern nun mittels Flip-Chip-Technik und Solde-Balls (Lot-Kugeln SB) oder dergleichen durchzuführen, was die Induktivitäten weiter senkt. Hierzu ist in dem Beispiel der 9 das VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA mit seiner Rückseite nach oben beispielhaft kopfüber auf dem Kondensator-Array CAP mittels Lot-Kugeln SB montiert. Bevorzugt ist der Rückseitenkontakt der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C nun auf dem VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA gefertigt. Bevorzugt ist dieser Rückseitenkontakt der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C ganz oder teilweise transparent für die Lichtabstrahlung der n Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA. Dies kann mittels Durchbrüchen in dem elektrisch leitfähigen Material des Rückseitenkontakts der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C geschehen. Eine andere Möglichkeit ist ein Rückseitenkontakt der gemeinsamen Kathoden-Elektrode C, der ganz oder in Teilen ein optisch für die Lichtabstrahlung der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA transparentes Material umfasst und/oder aufweist. Ein solches Material kann beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, auch ITO genannt, sein. Einige der Lot-Kogeln SB können ausschließlich zu dem Zweck der thermischen Ableitung vorgesehen sein. Die Lot-Kugeln SB können auch nicht kugelförmig sein und größere Flächen miteinander verbinden.
Figur 10
10 entspricht der 9 in der Aufsicht. Die Bonddrähte sind durch die Lot-Kugeln SB ersetzt. Das VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA verdeckt die Lotkugeln SB. Diese Konstruktion zeichnet sich durch eine besonders geringe parasitäre Induktivität aus.
Figur 11
11 zeigt eine beispielhafte Konstruktion eines vorschlagsgemäßen Kondensator-Arrays CAP schematisch vereinfacht in der Aufsicht.
Die n Anschlussleitungen ICL der n Kondensatoren C1 bis Cn sind dichter gepackt als die Top-Elektroden te der Kondensatoren hoch sind. Das Wort „hoch“ bezieht sich dabei auf die Darstellung der zweidimensionalen Darstellung der 11. Hierbei entspricht das Maß PTCY dieser „Höhe“. Das Bezugszeichen PTCY bezeichnet den minimalen Abstand PTCY der Zeilen der n Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand PTCY der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 300µm als Beispiel an Die Anschlussleitungen ICL der Kondensatoren C1 bis Cn sind als fette Linien von links nach rechts in der 11 vereinfacht gezeichnet. Dies orientiert sich an den Bezugszeichen der 2. Dies dient der besseren Übersichtlichkeit. Die Knoten A1 bis An der 2 sind identisch mit den linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn. Die Knoten A1 bis An der 2 sind identisch mit den rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn. Diese Änderung der Bezugszeichen dient nur der Übersichtlichkeit. Die Anschlussleitungen ICL verbinden die rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn elektrisch mit den linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn. Da die Anschlussleitungen ICL der Kondensatoren C1 bis Cn dichter gepackt sind als die Kondensatoren hoch sind, überstreichen immer mehrere Anschlussleitungen ICL einen Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn. In dem Bespiel der 11 sind die Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP in Zeilen und Spalten angeordnet. In dem Bespiel der 11 befinden sich beispielhaft immer vier Kondensatoren in einer Zeile des Kondensator-Arrays CAP. Daher überstreichen auch immer vier Anschlussleitungen ICL jeden Kondensator der Kondensatoren C1 bis Cn des beispielhaften Kondensator-Arrays CAP. Jede Anschlussleitung der Anschlussleitungen ICL, die hier beispielhaft in der zweiten Metalllage M2 gefertigt sind, ist beispielhaft über eine Durchkontaktierung DK mit der oberen Elektrode te des genau einen, ihr zugehörigen Kondensators elektrisch verbunden. In der 11 symbolisieren schwarze Kreise diese Durchkontaktierungen DK. Jede Anschlussleitung ICL weist links und rechts je einen linken Anschlusskontakt der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und je einen rechten Anschlusskontakt der Kontaktflächen RCA1 bis RCAn auf. Die Anschlusskontakte der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP sind typischerweise in der ersten Metalllage M1 und in der zweiten Metalllage M2 gefertigt, die im Bereich der Kontaktflächen durch Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind. Oberhalb und elektrisch isoliert vom Rest des Kondensator-Arrays CAP ist die gemeinsame Kathoden-Elektrode C des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA in einer dritten Metalllage M3 gefertigt. Jede Anschlussleitung ICL mit ihrem linken Anschlusskontakt der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und ihrem rechten Anschlusskontakt der Kontaktflächen RCA1 bis RCAn entspricht somit einem der Knoten A1 bis An der 2.
Der minimale vierter Abstand PTCC der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP errechnet sich aus dem Minimalabstand PTCY der Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP geteilt durch die Anzahl der Spalten der Anordnung der Kondensatoren C1 bis Cn. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand PTCY der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 300µm als Beispiel an. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand PTCC der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 50µm als Beispiel an.
Diese geeignete innere Konstruktion des Kondensator-Arrays CAP stellt typischerweise sicher, dass der rechte Abstand PTCR der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn des Kondensator-Arrays CAP untereinander mit dem ersten Abstand PTR der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA (siehe 3) untereinander übereinstimmt. Dies stellt sicher, dass die Bonddrähte BdR1 bis BRRn (siehe 3) zwischen jeweils einer rechten Kontaktfläche der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn des Kondensator-Arrays CAP und jeweils einer rechten Kontaktfläche der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA in etwa immer gleich lang sind und in ihrer Länge minimiert werden können.
Jeweils eine Anschlussleitung ICL verbindet eine rechte Kontaktflächen der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn des Kondensator-Arrays CAP mit der korrespondierenden linken Kontaktfläche der linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn des Kondensator-Arrays CAP elektrisch miteinander, sodass sie einen Knoten der Knoten A1 bis An der 2 bilden.
Bevorzugt entsprechen die rechten Abstände PTCR der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn des Kondensator-Arrays CAP untereinander und die linken Abstände PTCL der linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn des Kondensator-Arrays CAP untereinander einem gemeinsamen vierten Abstand PTCC der Kontaktflächen untereinander. Die rechten Abstände PTCR und die linken rechten Abstände PTCL sind nur in 1 für zwei getrennte Kondensator-Arrays CAPL, CAPR eingezeichnet.
Der zweite Abstand PTCY der Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP bleibt jedoch unverändert. In dem Beispiel der 11 bleibt der zweite Abstand PTCY der Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP bei beispielhaften 300µm. Dies stellt sicher, dass die Bonddrähte zwischen jeweils einer rechten Kontaktfläche der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn des Kondensator-Arrays CAP und jeweils einer rechten Kontaktfläche der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA in etwa immer gleich lang sind und in ihrer Länge minimiert werden können. Diese Bonddrähte BdR1 bis BdRn und BdL1 bis BdLn verbinden die Kontaktflächen RCA1 bis RCAn und LCA1 bis LCAn des Kondensator-Arrays CAP so mit den Kontaktflächen RA1 bis RAn und LA1 bis LAn der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA, sodass jeder Laser der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA über zwei Paare aus einem Anschluss des Kondensators und einem Anschluss des VCSEL-Lasers mit genau einem Laser der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA verbunden ist.
Figur 12
12 zeigt einen beispielhaften, vereinfachten nicht maßstabsgerechten Querschnitt durch das Kondensator-Array CAP der 11 zur Verdeutlichung der verschiedenen Lagen der Verdrahtungsebenen des Kondensator-Arrays CAP.
Das Kondensator-Array CAP umfasst bevorzugt drei Metalllagen. In der ersten Metalllage M1 des Kondensator-Arrays CAP sind die oberen Elektroden (Top-Elektroden te) der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP gefertigt. Eine Isolationsschicht INS trennt die erste Metalllage M1 von der zweiten Metalllage M2 elektrisch. In der zweiten Metalllage M2 sind die Anschlussleitungen ICL der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP gefertigt. Durchkontaktierungen DK (siehe 11) durch die Isolationsschicht INS verbinden die Anschlussleitungen ICL in der zweiten Metalllage M2 mit den Top-Elektroden te in der ersten Metalllage M1 elektrisch. Das Kondensator-Array CAP umfasst des Weiteren ein Substrat SUB. Dieses Substrat SUB umfasst bevorzugt das Dielektrikum der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die Unterseite des Kondensator-Arrays CAP bildet ein Substratkontakt SUBC. Der Bereich zwischen einer Top-Elektrode te in der ersten Metalllage M1 und dem Substratkontakt SUBC bildet jeweils eine vertikale Kapazität der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Ein solcher Kondensator ist somit jeweils ein vertikaler Kondensator zwischen der ersten Metalllage M1 und dem allen Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP gemeinsamen Substratkontakt SUBC auf der Unterseite des Kondensator-Arrays CAP. Dieser Substratkontakt SUBC ist bevorzugt mit der Massefläche GNDP (siehe auch 4, 5, 7, 9) elektrisch verbunden. Auf der Rückseite sind alle Kapazitäten C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP somit bevorzugt kurzgeschlossen. Die jeweilige Top-Elektrode te des jeweiligen Kondensators ist jeweils in der ersten Metalllage M1 gefertigt. Die querlaufenden Anschlussleitungen ICL sind in der zweiten Metalllage M2 gefertigt. Die gemeinsame Kathoden-Elektrode C des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist ggf. bevorzugt in einer dritten Metalllage M3 gefertigt. Die gemeinsame Kathoden-Elektrode C des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA ist ggf. bevorzugt in einer dritten Metalllage M3 isoliert von der zweiten Metalllage M2 und der ersten Metalllage M1 und dem Substrat SUB gefertigt.
Bezugszeichenliste

A1 bis An: Kondensatoranschlussknoten. In einen Kondensatoranschlussknoten der n Kondensatoranschlussknoten A1 bis An speist die Ladeschaltung SUPK den Ladestrom in der Ladephase über den zugeordneten und in der Ladephase geschlossenen Ladeschalter der n Ladeschalter S1 bis Sn ein, um den zugeordneten Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn zu in dieser Ladephase laden. Zur Entladung entnimmt der dem Kondensatoranschlussknoten der n Kondensatoranschlussknoten A1 bis An zugeordnete Laser der n Laser L1 bis Ln bei geöffnetem zugeordneten Ladeschalter der n Ladeschalter S1 bis Sn die elektrische Energie aus dem zugeordneten Kondensator der n Kondensatoren C1 bis Cn über den Kondensatoranschlussknoten und entlädt so den Kondensator. In der 11 bildet jeweils eine Gruppe aus einem linken Kontakt der linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und einer zugeordneten rechten Kontaktfläche der rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn zusammen mit der diese verbindenden Anschlussleitung ICL den entsprechenden Kondensatoranschlussknoten der n Kondensatoranschlussknoten A1 bis An der 2;
BdCT: Bonddrähte zwischen dem zweiten Anschluss CT des Treibertransistor T_DIS der Treiberschaltung IC und der mit der Kathoden-Elektrode C
BdGND: Bonddrähte, die den ersten Anschluss GNDT des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC mit der Massefläche GNDP verbinden.
BdL1: erster linke Bond-Draht-Verbindung zwischen der ersten linken Kontaktfläche LCA1 des ersten linken Kondensators LC1 des Kondensator-Arrays CAP und der ersten linken Kontaktfläche LA1 des ersten Lasers L1 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdL2: zweiter linke Bond-Draht-Verbindung zwischen der zweiten linken Kontaktfläche LCA2 des zweiten linken Kondensators LC2 des Kondensator-Arrays CAP und der zweiten linken Kontaktfläche LA2 des zweiten Lasers L2 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdL3: dritter linker Bond-Draht-Verbindung zwischen der dritten linken Kontaktfläche LCA3 des dritten linken Kondensators LC3 des Kondensator-Arrays CAP und der dritten linken Kontaktfläche LA3 des dritten Lasers L3 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdLn: n-ter linke Bond-Draht-Verbindung zwischen der n-ten linken Kontaktfläche LCAn des n-ten linken Kondensators LCn des Kondensator-Arrays CAP und der n-ten linken Kontaktfläche LAn des n-ten Lasers Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdR1: erster rechter Bond-Draht-Verbindung zwischen der ersten rechten Kontaktfläche RCA1 des ersten rechten Kondensators RC1 des Kondensator-Arrays CAP und der ersten rechten Kontaktfläche RA1 des ersten Lasers L1 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdR2: zweiter rechter Bond-Draht-Verbindung zwischen der zweiten rechten Kontaktfläche RCA2 des zweiten rechten Kondensators RC2 des Kondensator-Arrays CAP und der zweiten rechten Kontaktfläche RA2 des zweiten Lasers L2 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdR3: dritter rechter Bond-Draht-Verbindung zwischen der dritten rechten Kontaktfläche RCA3 des dritten rechten Kondensators RC3 des Kondensator-Arrays CAP und der dritten rechten Kontaktfläche RA3 des dritten Lasers L3 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
BdRn: n-ter rechter Bond-Draht-Verbindung zwischen der n-ten rechten Kontaktfläche RCAn des n-ten rechten Kondensators RCn des Kondensator-Arrays CAP und der n-ten rechten Kontaktfläche RAn des n-ten Lasers Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
C: Kathoden-Elektrode. Die Kathoden-Elektrode ist der elektrische Anschluss des gemeinsamen Kathodenkontakts der Kathoden der Laser L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array Dies VCSELA;
C1: erster Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den ersten Laser L1 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den ersten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C2: zweiter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den zweiten Laser L2 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den zweiten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C3: dritte Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den dritten Laser L3 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den dritten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C4: vierter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den vierten Laser L4 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den vierten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C5: fünfter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den fünften Laser L5 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den fünften Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C6: sechster Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den sechsten Laser L6 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den sechsten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C7: siebter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den siebten Laser L7 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den siebten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C8: achter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den achten Laser L8 mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den nullten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C(n-3): (n-3)-ter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den (n-3)-ten Laser L(n-3) mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den (n-3)-ten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C(n-2): (n-2)-ter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den (n-2)-ten Laser L(n-2) mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den (n-2)-ten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
C(n-1): (n-1)-ter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den (n-1)-ten Laser L(n-1) mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den (n-1)-ten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
Cn: n-ter Kondensator, die bei der Entladung durch den Entladeschalter T_DIS den n-ten Laser Ln mit elektrischer Energie versorgt. Es handelt sich bevorzugt um den n-ten Kondensator des Kondensator-Arrays CAP;
CAP: Kondensator-Array. Das Kapazitätsarray umfasst bevorzugt n Kondensatoren C1 bis Cn;
CAPL: linkes Kondensator-Array. Das linke Kapazitätsarray umfasst bevorzugt n Kondensatoren LC1 bis LCn;
CAPR: rechtes Kondensator-Array. Das rechte Kapazitätsarray umfasst bevorzugt n Kondensatoren RC1 bis RCn;
CT: zweiter Anschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC;
DK: Durchkontaktierung;
Dis: Entladetransistor;
GND: Masseknoten;
GNDT: ersten Anschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC;
GNDP: Massefläche;
HS: Kühlkörper;
IC: Treiberschaltung. Es handelt sich um ein Schaltungs-Die mit dem Entladetransistor T_DIS und ggf. weiteren integrierten Schaltungen zur Steuerung der Vorrichtung;
ICL: Anschlussleitung;
ICO: Oberfläche der Treiberschaltung IC;
ICU: Unterseite der Treiberschaltung IC;
L1: erster Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L2: zweiter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L3: dritter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L4: vierter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L5: fünfter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L6: sechster Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L7: siebter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L8: achter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L(n-3): (n-3)-ter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L(n-2): (n-2)-ter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
L(n-1): (n-1)-ter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
Ln: n-ter Streifen aus einem oder mehreren Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
LA1: erste linke Kontaktfläche des ersten Lasers L1 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA2: zweite linke Kontaktfläche des zweiten Lasers L2 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA3: dritte linke Kontaktfläche des dritten Lasers L3 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA4: vierte linke Kontaktfläche des vierten Lasers L4 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LAS: fünfte linke Kontaktfläche des fünften Lasers L5 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA6: sechste linke Kontaktfläche des sechsten Lasers L6 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA7: siebte linke Kontaktfläche des siebten Lasers L7 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA8: achte linke Kontaktfläche des achten Lasers L8 des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA(n-3): (n-3)-te linke Kontaktfläche des (n-3)-ten Lasers L(n-3) des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA(n-2): (n-2)-te linke Kontaktfläche des (n-2)-ten Lasers L(n-2) des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LA(n-1): (n-1)-te linke Kontaktfläche des (n-1)-ten Lasers L(n-1) des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LAn: n-te linke Kontaktfläche des n-ten Lasers Ln des VCSEL-Laser-Dies VCSLEA;
LBD1: gemeinsame erste Bonddrahtinduktivität der ersten Bonddrähte BdL1 und BdR1;
LBD2: gemeinsame zweite Bonddrahtinduktivität der zweiten Bonddrähte BdL2 und BdR2;
LBD3: gemeinsame dritte Bonddrahtinduktivität der dritten Bonddrähte BdL3 und BdR3;
LBDn: gemeinsame n-te Bonddrahtinduktivität der n-ten Bonddrähte BdLn und BdRn;
LC1: erste linken Kapazität LC1 des linken Kondensator-Arrays CAPL;
LC2: zweite linken Kapazität LC2 des linken Kondensator-Arrays CAPL;
LC3: dritte linken Kapazität LC1 des dritten Kondensator-Arrays CAPL;
LCn: n-te linke Kapazität LCn des linken Kondensator-Arrays CAPL;
LCA1: erste linke Kontaktfläche LCA1 der ersten linken Kapazität LC1 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der ersten Kapazität C1 des Kondensator-Arrays CAP
LCA2: zweite linke Kontaktfläche LCA2 der zweite linken Kapazität LC2 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der zweiten Kapazität C2 des Kondensator-Arrays CAP
LCA3: dritte linke Kontaktfläche LCA3 der dritten linken Kapazität LC3 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der dritten Kapazität C3 des Kondensator-Arrays CAP
LCA4: vierte linke Kontaktfläche LCA4 der vierten linken Kapazität LC4 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der vierten Kapazität C4 des Kondensator-Arrays CAP
LCA5: fünfte linke Kontaktfläche LCA5 der fünften linken Kapazität LC5 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der fünften Kapazität C5 des Kondensator-Arrays CAP
LCA6: sechste linke Kontaktfläche LCA6 der sechsten linken Kapazität LC6 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der sechsten Kapazität C6 des Kondensator-Arrays CAP
LCA7: siebte linke Kontaktfläche LCA7 der siebten linken Kapazität LC7 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der siebten Kapazität C7 des Kondensator-Arrays CAP
LCA8: achte linke Kontaktfläche LCA8 der achten linken Kapazität LC8 des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der achten Kapazität C8 des Kondensator-Arrays CAP
LCA(n-3): (n-3)-te linke Kontaktfläche LCA(n-3) der (n-3)-ten linken Kapazität LC(n-3) des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der (n-3)-ten Kapazität C(n-3) des Kondensator-Arrays CAP
LCA(n-2): (n-2)-te linke Kontaktfläche LCA(n-2) der (n-2)-ten linken Kapazität LC(n-2) des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der (n-2)-ten Kapazität C(n-2) des Kondensator-Arrays CAP
LCA(n-1): (n-1)-te linke Kontaktfläche LCA(n-1) der (n-1)-ten linken Kapazität LC(n-1) des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der (n-1)-ten Kapazität C(n-1) des Kondensator-Arrays CAP
LCAn: n-te linke Kontaktfläche LCAn der n-ten linken Kapazität LCn des linken Kondensator-Arrays CAP bzw. der n-ten Kapazität Cn des Kondensator-Arrays CAP
LM: Lichtmodul. Das Lichtmodul ist bevorzugt ein Laser-Modul, das ein VCSEL-Laser-Array-Die VCSELA umfasst;
OS: Oberseite des Trägers. Der Träger kann beispielsweise eine gedruckte Schaltung PCB oder ein Kühlkörper HS sein;
PCB: Schaltungsträger. Bei dem Schaltungsträger kann es sich beispielsweise um eine gedruckte Schaltung (Englisch: Printed Circuit Board), beispielsweise eine FR4-Platine oder eine Epoxidharz-Platine, handeln und/oder um einen Keramikträger etc. handeln.
PTC: Minimalabstand der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 300µm als Beispiel an;
PTCC: minimaler vierter Abstand der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand PTCC der Kontaktflächen LCA1 bis LCAn und RCA1 bis RCAn der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 50µm als Beispiel an;
PTCL: Minimalabstand der linken Kondensatoren LC1 bis LCn des linken Kondensator-Arrays CAPL. Die 1 gibt einen beispielhaften Minimalabstand der linken Kondensatoren LC1 bis LCn des linken Kondensator-Arrays CAPL und der entsprechenden linken Kontaktflächen LCA1 bis LCAn von 300µm als Beispiel an;
PTCR: Minimalabstand der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn des rechten Kondensator-Arrays CAPR. Die 1 gibt einen beispielhaften Minimalabstand der rechten Kondensatoren RC1 bis RCn des rechten Kondensator-Arrays CAPR und der entsprechenden rechten Kontaktflächen RCA1 bis RCAn von 300µm als Beispiel an;
PTCX: Minimalabstand der Spalten Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 300µm als Beispiel an;
PTCY: Minimalabstand der Zeilen der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP. Die 11 gibt einen beispielhaften Minimalabstand der Kondensatoren C1 bis Cn des Kondensator-Arrays CAP von 300µm als Beispiel an;
PTL: ersten Abstand PTL der linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA;
PTLa: minimaler fünfter Abstand der Laser-Dioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zueinander, auch als Laser-Die-Pitch bezeichnet. Die 1 gibt einen beispielhaften Laser-Die-Pitch von 50µm als Beispiel an. Bevorzugt ist der Minimalabstand PTLa der Laser-Dioden L1 bis Ln des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA zueinander gleich dem ersten Abstand PTL der linken Kontaktflächen LA1 bis LAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA und gleich dem ersten Abstand PTR der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA;
PTR: ersten Abstand PTR der rechten Kontaktflächen RA1 bis RAn des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA;
Q: Wärmestrom;
RA1: erste rechte Kontaktfläche des ersten Streifens L1 aus Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
RA2: zweite rechte Kontaktfläche des zweiten Streifens L2 aus Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
RA3: dritte rechte Kontaktfläche des dritten Streifens L3 aus Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
RAn: n-te rechte Kontaktfläche des n-ten Streifens Ln aus Lasern auf dem VCSEL-Laser-Die VCSELA;
RC1: ersten rechte Kapazität RC1 des rechten Kondensator-Arrays CAPR;
RC2: zweiten rechte Kapazität RC2 des rechten Kondensator-Arrays CAPR;
RC3: dritte rechte Kapazität RC3 des dritten Kondensator-Arrays CAPR;
RCn: n-te rechte Kapazität RCn des rechten Kondensator-Arrays CAPR;
RCA1: erste rechte Kontaktfläche RCA1 der ersten rechten Kapazität RC1 des rechten Kondensator-Arrays CAPR bzw. der ersten Kapazität C1 des Kondensator-Arrays CAP;
RCA2: zweite rechte Kontaktfläche RCA2 der zweiten rechten Kapazität RC2 des rechten Kondensator-Arrays CAPR bzw. der zweiten Kapazität C2 des Kondensator-Arrays CAP;
RCA3: dritte rechte Kontaktfläche RCA3 der dritten rechten Kapazität RC3 des rechten Kondensator-Arrays CAPR bzw. der dritten Kapazität C3 des Kondensator-Arrays CAP;
RCAn: n-te rechte Kontaktfläche RCAn der n-ten rechten Kapazität RCn des rechten Kondensator-Arrays CAPR bzw. der n-ten Kapazität Cn des Kondensator-Arrays CAP;
S1: erster Ladeschalter für die Ladung des ersten Kondensators C1 bzw. des ersten linken Kondensators LC1 und des ersten rechten Kondensators RC1 mit dem Ladestrom der Ladeschaltung SUPL;
S2: zweiter Ladeschalter für die Ladung des zweiten Kondensators C2 bzw. des zweiten linken Kondensators LC2 und des zweiten rechten Kondensators RC12 mit dem Ladestrom der Ladeschaltung SUPL;
S3: dritter Ladeschalter für die Ladung des dritten Kondensators C3 bzw. des dritten linken Kondensators LC3 und des nullten rechten Kondensators RC1 mit dem Ladestrom der Ladeschaltung SUPL;
SC: Schrauben als beispielhafte Befestigungsmittel für die gedruckte Schaltung PCB auf dem Kühlkörper HS;
Sn: n-ter Ladeschalter für die Ladung des n-ten Kondensators Cn bzw. des n-ten linken Kondensators LCnO und des nullten rechten Kondensators RC1 mit dem Ladestrom der Ladeschaltung SUPL;
SUB: Substrat des Kondensator-Arrays CAP;
SUBC: Substratkontakt. Der jeweilige Substratkontakt eines Kondensator-Arrays CAP, CAPL, CAPR bildet bevorzugt die untere Bottom-Elektrode des jeweiligen Kondensator-Arrays CAP, CAPL, CAPR. Die Kondensatoren C1 bis Cn des jeweiligen Kondensator-Arrays CAP, CAPL, CAPR bilden sich in dem Dielektrikum des Substrats SUB zwischen der oberen Top-Elektrode te und dem unteren Substratkontakt;
SUPL: Ladeschaltung;
te: Top-Elektrode der Kondensatoren;
TDIS: Entladetransistor;
TR: Träger;
TRG: Steueranschluss (TRG) des Entladetransistor T_DIS zum leitend Schalten und sperrend Schalten des Leitungspfads des Entladetransistor T_DIS zwischen dem ersten Anschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC und dem zweiten Anschluss des Entladetransistors T_DIS der Treiberschaltung IC.
VCSELA: VCSEL-Laser-Array-Die einer Mehrzahl von VCSEL-Laser-Dioden L1 bis Ln. Das VCSEL-Laser-Array-Die ist bevorzugt ein Halbleiterkristall, in dem die Laser L1 bis Ln ausgebildet sind.
VCSELAO: Oberfläche des VCSEL-Laser-Array-Dies VCSELA;

Claims

Lichtmodul (LM), - wobei das Lichtmodul (LM) einen Träger umfasst und - wobei das Lichtmodul (LM) ein Kondensator-Array (CAP) umfasst und - wobei das Lichtmodul ein VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) umfasst und - wobei der Träger eine Oberseite aufweist und - wobei der Träger an seiner Oberseite eine elektrisch leitfähige und elektrisch kontaktierbare Masse-Fläche (GNDP) aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) n Laser (L1 bis Ln), mit n als ganzer positiver Zahl größer 0, aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) eine linke Reihe von n elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LA1 bis LAn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) eine rechte Reihe von n elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (RA1 bis RAn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei die Anode jedes Lasers der Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von n Kontaktflächen (LA1 bis LAn) elektrisch verbunden ist und - wobei die Anode jedes Lasers der Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von n Kontaktflächen (LA1 bis LAn) elektrisch verbunden ist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) einen gemeinsamen Kathodenkontakt an seiner Unterseite aufweist und - wobei die Kathode jedes Lasers der Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit diesem gemeinsamen Kathodenkontakt an der Unterseite des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) elektrisch verbunden ist und - wobei die Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) einen fünften Abstand (PTLa) zueinander aufweisen und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) einen oder mehrere Kondensatoren (C1 bis Cn) umfasst und - wobei das Kondensator-Array (CAP) ein Substrat (SUB) umfasst und - wobei das Kondensator-Array (CAP) einen elektrisch kontaktierbaren Substratkontakt (SUBC) an seiner Unterseite aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) n Kondensatoren (C1 bis Cn) mit n als ganzer positiver Zahl größer 0 umfasst und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine Kathoden-Elektrode (C) an seiner Oberseite in einer dritten Metalllage (M3) aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine linke Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LC1 bis LCn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine rechte Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (LC1 bis LCn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) für jeden der Kondensatoren (C1 bis Cn) jeweils genau eine obere Top-Elektrode (te) aufweist und - wobei jede Top-Elektrode (te) zusammen mit dem Material des Substrats (SUB) in dem Bereich des Kondensator‐Arrays (CAP), der im Wesentlichen durch die Ausdehnung der Top-Elektrode (te) bestimmt ist, und zusammen mit der Substrat-Elektrode (SUBC) den ihr zugeordneten jeweiligen Kondensator der Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) bildet und - wobei die oberen Top-Elektroden (te) in einer ersten Metalllage (M1) auf dem Substrat (SUB) gefertigt sind und - wobei die n oberen Top-Elektroden und damit die n Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) in j Zeilen und k Spalten im Substrat (SUB) des Kondensator-Arrays (CAP) angeordnet sind, wobei j*k=m gilt und wobei j und k positive ganze Zahlen sind, und - wobei die Zeilen der Kondensatoren (C1 bis Cn) in einer Zeile des Kondensator-Arrays (CAP) einen zweiten Abstand (PTCY) aufweisen und - wobei das Kondensatoren-Array (CAP) m Anschlussleitungen (ICL) in einer zweiten Metalllage (M2), mit m als ganzer positiver Zahl, aufweist und - wobei die Anschlussleitungen (ICL) parallel zu den Zeilen der Kondensatoren (C1 bis Cn) ausgerichtet sind und - wobei der vierte Abstand (PTCC) der Anschlussleitungen (ICL) untereinander dem zweiten Abstand (PTCY) der Zeilen der Kondensatoren (C1 bis Cn) geteilt durch die Anzahl der Spalten der Kondensatoren (C1 bis Cn) entspricht und - wobei der fünfte Abstand (PTLa) um nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 2% und/oder nicht mehr als 1% vom vierten Abstand (PTCC) abweicht und - wobei die dritte Metalllage (M3) sich oberhalb der zweiten Metalllage (M2) und der ersten Metalllage (M1) auf der Oberfläche des Substrats (SUB) befindet und - wobei die zweite Metalllage (M2) sich oberhalb der ersten Metalllage (M1) und unterhalb der dritten Metalllage (M3) auf der Oberfläche des Substrats (SUB) befindet und - wobei die dritte Metalllage (M3) von der zweiten Metalllage (M2) und der ersten Metalllage (M1) und dem Substrat (SUB) durch eine Isolation (INS) elektrisch isoliert ist und - wobei die zweite Metalllage (M2) von der ersten Metalllage (M1) und dem Substrat (SUB) durch eine Isolation (INS) oder die Isolation (INS) elektrisch isoliert ist und - wobei Anschlussleitungen (ICL) der m Anschlussleitungen (ICL) jede jeweils für sich zumindest eine jeweilige Top-Elektrode (te) eines dieser Anschlussleitung (ICL) zugeordneten Kondensators der Kondensatoren (C1 bis Cn) über eine jeweilige Durchkontaktierung (DK) elektrisch mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LC1 bis LCn) des Kondensator-Arrays (CAP) und mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (RC1 bis RCn) des Kondensator-Arrays (CAP) elektrisch verbindet und - wobei linke Kontaktflächen der linken Reihe von n linken Kontaktflächen (LA1 bis LAn) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) jede jeweils für sich mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LC1 bis LCn) des Kondensator-Arrays (CAP) elektrisch verbunden sind und - wobei rechte Kontaktflächen der linken Reihe von n rechten Kontaktflächen (RA1 bis RAn) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) jede jeweils für sich mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (RC1 bis RCn) des Kondensator-Arrays (CAP) elektrisch verbunden sind und - wobei der gemeinsame Kathodenkontakt des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) auf der Kathoden-Elektrode (C) des Kondensator-Arrays (CAP) aufgesetzt ist und mit der Kathoden-Elektrode (C) des Kondensator-Arrays (CAP) elektrisch und mechanisch fest verbunden ist und - wobei der Substratkontakt (SUBC) des Kondensator-Arrays (CAP) auf der Massefläche (GNDP) aufgesetzt ist und mit der Massefläche (GNDP) elektrisch und mechanisch fest verbunden ist.
Lichtmodul nach Anspruch 1 - wobei das Lichtmodul (LM) eine Treiberschaltung (IC) umfasst und - wobei die Treiberschaltung (IC) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und - wobei die Treiberschaltung (IC) einen Entladetransistor (T_DIS) umfasst und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) einen ersten Anschluss (GNDT) des Entladetransistors (T_DIS) aufweist und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) einen zweiten Anschluss (CT) des Entladetransistors (T_DIS) aufweist und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) einen Steueranschluss aufweist und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand des Steueranschlusses seinen ersten Anschluss (GNDT) von seinem zweiten Anschluss (CT) elektrisch isolieren kann oder seinen ersten Anschluss (GNDT) mit seinem zweiten Anschluss (CT) elektrisch verbinden kann und - wobei der erste Anschluss (GNDT) des Entladetransistors (T_DIS) mit der Massefläche (GNDP) elektrisch verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss (CT) des Entladetransistors (T_DIS) mit der Kathoden-Elektrode (C) elektrisch verbunden ist und - wobei die Treiberschaltung (IC) mit Ihrer Unterseite auf der Oberfläche des Trägers befestigt ist.
Lichtmodul nach Anspruch 2, - wobei die Treiberschaltung mittels einer Ladeschaltung (SUPL) die Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) mit einem elektrischen Ladestrom laden kann, wenn der Entladetransistor (T_DIS) sperrt.
Lichtmodul nach Anspruch 3, - wobei Vorrichtungsteile der Treiberschaltung (IC) und/oder eine andere elektrische Schaltung, die an dem Träger befestigt sind oder Teil des Trägers sind, den Steueranschluss des Entladetransistors (T_DIS) so ansteuern können, dass der Entladetransistor (T_DIS) die Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) über die jeweiligen Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA), die diesen Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) zugeordnet sind, mittels jeweiligen Laser spezifischen Entladeströmen (I_dis) entlädt und - wobei dann die Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA), die ein Entladestrom (I_dis) durchströmt, senkrecht zur Oberfläche des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) Licht emittieren.
Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - wobei der Träger eine gedruckte Schaltung (PCB) oder einen Kühlkörper (HS) umfasst.
Lichtmodul (LM), - wobei das Lichtmodul (LM) einen Träger umfasst und - wobei das Lichtmodul (LM) ein Kondensator-Array (CAP) umfasst und - wobei das Lichtmodul ein VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) umfasst und - wobei der Träger eine Oberseite aufweist und - wobei der Träger an seiner Oberseite eine elektrisch leitfähige und elektrisch kontaktierbare Masse-Fläche (GNDP) aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) n Laser (L1 bis Ln), mit n als ganzer positiver Zahl größer 0, aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) eine linke Reihe von n elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LA1 bis LAn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) eine rechte Reihe von n elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (RA1 bis RAn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei die Anode jedes Lasers der Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von n Kontaktflächen (LA1 bis LAn) elektrisch verbunden ist und - wobei die Anode jedes Lasers der Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von n Kontaktflächen (LA1 bis LAn) elektrisch verbunden ist und - wobei das VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA) einen gemeinsamen Kathodenkontakt an seiner Unterseite aufweist und - wobei die Kathode jedes Lasers der Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit diesem gemeinsamen Kathodenkontakt an der Unterseite des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) elektrisch verbunden ist und - wobei die Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) einen fünften Abstand (PTLa) zueinander aufweisen und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und - - wobei das Kondensator-Array (CAP) ein Substrat (SUB) umfasst und - wobei das Kondensator-Array (CAP) einen elektrisch kontaktierbaren Substratkontakt (SUBC) an seiner Unterseite aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) n Kondensatoren (C1 bis Cn) mit n als ganzer positiver Zahl größer 0 umfasst und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine linke Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LC1 bis LCn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) eine rechte Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (LC1 bis LCn) an seiner Oberfläche aufweist und - wobei das Kondensator-Array (CAP) für jeden der Kondensatoren (C1 bis Cn) jeweils genau eine obere Top-Elektrode (te) aufweist und - wobei jede Top-Elektrode (te) zusammen mit dem Material des Substrats (SUB) in dem Bereich des Kondensator-Array (CAP), der im Wesentlichen durch die Ausdehnung der Top-Elektrode (te) bestimmt ist, und zusammen mit der Substrat-Elektrode (SUBC) den ihr zugeordneten jeweiligen Kondensator der Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) bildet und - wobei die oberen Top-Elektroden (te) in einer ersten Metalllage (M1) auf dem Substrat (SUB) gefertigt sind und - wobei die n oberen Top-Elektroden und damit die n Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) in j Zeilen und k Spalten im Substrat (SUB) des Kondensator-Arrays (CAP) angeordnet sind, wobei j*k=m gilt und wobei j und k positive ganze Zahlen sind, und - wobei die Zeilen der Kondensatoren (C1 bis Cn) in einer Zeile einen zweiten Abstand (PTCY) aufweisen und - wobei das Kondensatoren-Array (CAP) m Anschlussleitungen (ICL) in einer zweiten Metalllage (M2), mit m als ganzer positiver Zahl, aufweist und - wobei die Anschlussleitungen (ICL) parallel zu den Zeilen der Kondensatoren (C1 bis Cn) ausgerichtet sind und - wobei der vierte Abstand (PTCC) der Anschlussleitungen (ICL) untereinander dem zweiten Abstand (PTCY) geteilt durch die Anzahl k der Spalten der Kondensatoren (C1 bis Cn) entspricht und - wobei der fünfte Abstand (PTLa) um nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 2% und/oder nicht mehr als 1% vom vierten Abstand (PTCC) abweicht und - wobei die zweite Metalllage (M2) sich oberhalb der ersten Metalllage auf der Oberfläche des Substrats (SUB) befindet und - wobei die zweite Metalllage (M2) von der ersten Metalllage (M1) und dem Substrat (SUB) durch eine Isolation (INS) oder die Isolation (INS) elektrisch isoliert ist und - wobei jede Anschlussleitung (ICL) der m Anschlussleitungen (ICL) zumindest eine jeweilige Top-Elektrode (te) eines dieser Anschlussleitung (ICL) zugeordneten Kondensators der Kondensatoren (C1 bis Cn) über eine jeweilige Durchkontaktierung (DK) elektrisch mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LC1 bis LCn) des Kondensator-Arrays (CAP) und mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (RC1 bis RCn) des Kondensator-Arrays (CAP) elektrisch verbindet und - wobei jede linke Kontaktfläche der linken Reihe von n linken Kontaktflächen (LA1 bis LAn) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit einer jeweiligen linken Kontaktfläche der linken Reihe von elektrisch kontaktierbaren linken Kontaktflächen (LC1 bis LCn) des Kondensator-Arrays (CAP) über eine Lot-Kugel (SB) elektrisch und mechanisch fest verbunden ist und - wobei jede rechte Kontaktfläche der linken Reihe von n rechten Kontaktflächen (RA1 bis RAn) des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) mit einer jeweiligen rechten Kontaktfläche der rechten Reihe von elektrisch kontaktierbaren rechten Kontaktflächen (RC1 bis RCn) des Kondensator-Arrays (CAP) über eine Lot-Kugel (SB) elektrisch und mechanisch fest verbunden ist und - wobei der gemeinsame Kathodenkontakt des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) eine Kathoden-Elektrode (C) bildet und - wobei der Substratkontakt (SUBC) des Kondensator-Arrays (CAP) auf der Massefläche (GNDP) aufgesetzt ist und mit der Massefläche (GNDP) elektrisch und mechanisch fest verbunden ist.
Lichtmodul nach Anspruch 6 - wobei das Lichtmodul (LM) eine Treiberschaltung (IC) umfasst und - wobei die Treiberschaltung (IC) eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und - wobei die Treiberschaltung (IC) einen Entladetransistor (T_DIS) umfasst und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) einen ersten Anschluss (GNDT) des Entladetransistors (T_DIS) aufweist und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) einen zweiten Anschluss (CT) es Entladetransistors (T_DIS) aufweist und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) einen Steueranschluss aufweist und - wobei der Entladetransistor (T_DIS) in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand des Steueranschlusses zwischen seinem ersten Anschluss (GNDT) und seinem zweiten Anschluss (CT) elektrisch isolieren kann oder zwischen seinem ersten Anschluss (GNDT) und seinem zweiten Anschluss (CT) elektrisch leitend sein kann und - wobei der erste Anschluss (GNDT) des Entladetransistors (T_DIS) mit der Massefläche (GNDP) elektrisch verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss (CT) des Entladetransistors (T_DIS) mit der Kathoden-Elektrode (C) elektrisch verbunden ist und - wobei die Treiberschaltung (IC) mit Ihrer Unterseite auf der Oberfläche des Trägers befestigt ist.
Lichtmodul nach Anspruch 7, - wobei die Treiberschaltung mittels einer Ladeschaltung (SUPL) die Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) mit einem elektrischen Ladestrom laden kann, wenn der Entladetransistor (T_DIS) sperrt.
Lichtmodul nach Anspruch 8, - wobei Vorrichtungsteile der Treiberschaltung (IC) und/oder eine andere elektrische Schaltung, die an dem Träger befestigt sind oder Teil des Trägers sind, den Steueranschluss des Entladetransistors (T_DIS) so ansteuern können, dass der Entladetransistor (T_DIS) die Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) über die jeweiligen Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA), die diesen Kondensatoren (C1 bis Cn) des Kondensator-Arrays (CAP) zugeordnet sind, mittels jeweiligen Laser spezifischen Entladeströmen (Idis) entlädt und - wobei dann die Laser (L1 bis Ln) des VCSEL-Laser-Array-Die (VCSELA), die ein Entladestrom (I_dis) durchströmt, senkrecht zur Oberfläche des VCSEL-Laser-Array-Dies (VCSELA) Licht emittieren.
Lichtmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, - wobei der Träger eine gedruckte Schaltung (PCB) oder einen Kühlkörper (HS) umfasst.