KR102239822B1 - 다채널 구동 표면실장 타입 레이저 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 표면실장이 가능한 다채널 레이저 다이오드를 구현하고자 하는 것이고 이 표면실장형 레이저 다이오드는 빔을 90도 전환할 수 있는 구조를 함께 구현하여 콤펙트화 및 대량 생산이 가능토록 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 구현하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 레이저 다이오드 빔의 90도 방향 전환 구조 및 표면실장이 가능한 표면실장형 다채널 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.

Description

다채널 구동 표면실장 타입 레이저 다이오드 {LASER DIODE WITH SURFACE MOUNTING DEVICE TYPE OF MULTICHANNEL OPERATION}

본 발명은 다채널 구동이 가능한 표면실장(SMD : Surface mounting device) 형태의 레이저 다이오드에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 표면실장 형태의 페키지에 여러개의 레이저 다이오드 칩이 본딩되어 레이저 다이오드를 순차적 또는 동시에 구동 시킬 수 있는 “다채널 구동의 표면실장 타입 레이저 다이오드”에 관한 것이다.

레이저 프린터, Lidar(Light detection and ranging)와 같은 거리 측정 센서, 공장 자동화 센서, 동작인식 센서 등에서 발광소자로 다양하게 적용되고 있는 레이저 다이오드는 일반적으로 빛을 내는 레이저 다이오드 칩(LD)과 필요 시 레이저 다이오드 빛을 수광하는 포토 다이오드(PD) 칩을 각각의 마운트에 고정하여 TO 캔에 조립된다. 대개 LD 칩은 스템에 수직한 방향으로 별도의 마운트에 고정되고 레이저 다이오드의 전면에서 광이 출사된다. 이러한 일반적인 도 1 구조의 레이저 다이오드는 실제 사용 환경에서 ACC(Automatic current control) 및 APC(Automatic power control) 구동회로와 결합되어 사용된다. 이러한 구조로 인해 빔의 방향 변경을 위해 각종 광학계가 구성되거나(일본 특허공보 특허 제 2590904호 등) 대한민국출원 제10-2018-0102766호에서는 스템히트블록 단부에 경사각을 준 미러를 설치하거나 한다.

또한, 응용 분야 형태에 따라 다채널 레이저 다이오드가 필요한 경우 TO 형태의 패키지는 다채널 수만큼의 리드 및 TO 패키지의 크기가 커지게 된다. 도 2는 4채널 레이저 다이오드 구동이 가능한 TO 패키지이 경우이다. 전체적인 모듈의 부피의 증가를 가져오며, 소형화 추세에 맞지 않는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 다채널 구동이 가능한 표면실장 형태의 레이저 다이오드 구조를 제안한다.

따라서 본 발명의 목적은 레이저 다이오드 소자에 대해 사용자 입장에서 대량 생산의 용이성을 위한 표면실장형 형태의 레이저 다이오드 및 다채널화 구동이 가능한 표면실장형 다채널 구동 레이저 다이오드 모듈을 구현하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 열 방출 능력이 우수한 AlN 서브마운트에 다채널 레이저 다이오드 칩을 본딩하며, AlN 서브마운트에는 칩을 본딩하고 다채널 신호 입력을 위한 영역을 가지며, AlN 서브의 위쪽과 아래쪽은 비아홀을 통해 연결되는 통로를 갖 는레이저 다이오드를 제공한다.

또한, 레이저 다이오드 칩은 외부 이물 및 수분 등에 의해 오염되지 않게 실링을 하는 커버를 구비하며, 빛을 90도로 방향 전환시키기 위한 45도 반사미러를 가지고 있는 표면실장형 레이저 다이오드 모듈을 제공한다.

즉, 본 발명은,

다채널의 레이저 다이오드 칩;

상기 다채널 레이저 다이오드 칩이 본딩된 서브마운트;

상기 서브마운트에는 칩 본딩 및 다채널 신호 입력을 위한 패드; 및

상기 레이저 다이오드 칩으로부터 출사된 다채널 레이저 빔의 진행 방향을 전환하는 반사미러가 구비된 지지대;를 포함한 레이저 다이오드 모듈을 제공한다.

상기에서, 열 특성이 우수한 서브마운트는,

다채널 레이저 다이오드의 전기접속을 위한 패드를 Top과 Bottom에 구비하며, 이들은 비아홀을 통해 연결되고, Bottom 패드는 다채널 레이저 다이오드 신호 입력을 위한 것임을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 모듈을 제공한다.

상기 지지대는,

다채널 레이저 다이오드 빛을 90도 방향 전환을 위한 45도 반사미러부; 및

다채널 레이저 다이오드 빛이 투과할 수 있는 커버 글라스;를 구비하고,

이 커버글라스는 다채널 레이저 다이오드 빛의 투과율을 높일 수 있도록 하는 특정 파장에 대한 고투과 코팅층을 구비하고, 지지대와 일체화된 구조로 형성되고,

상기 레이저로부터 방출되는 빛을 90도 방향으로 변경하는 45도 반사부 구조는 지지대에 일체형 또는 분리형의 구성을 특징으로 하는 표면 실장형 다채널 레이저 다이오드 모듈을 제공한다.

본 발명은,

서브마운트;

상기 서브마운트의 표면에 실장되는 레이저 다이오드 칩;

상기 서브마운트 표면과 배면에 각각 배치되는, 레이저 다이오드 칩 고정용 또는 신호연결용 패드; 및

상기 서브마운트를 관통하여 상기 서브마운트 표면과 배면에 배치된 각각의 패드를 서로 연결하도록 형성된 비아홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 서브마운트 외측 둘레를 따라 형성된 지지대; 및

상기 지지대 위에 놓인 실링용 커버글라스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 레이저 다이오드 칩은 다채널의 레이저 다이오드 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 지지대는 내벽면에 경사진 미러면을 구비하여 상기 레이저 다이오드 칩으로부터 방출된 레이저 빔의 진행 방향을 반사에 의해 전환시키는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 서브마운트 표면에 경사면을 갖는 미러를 배열하여 상기 레이저 다이오드 칩으로부터 방출된 레이저 빔의 진행 방향을 반사에 의해 전환시키는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 서브마운트의 소재는 AlN를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 커버글라스는 특정 파장 대역에 대한 고투과율을 나타내는 코팅층을 구비한 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

상기 서브마운트 표면에는, 다채널을 위한 영역으로서 배열되어 공통부가 되는 표면 패드; 및

상기 공통부가 되는 표면 패드 주변에 배치되고, 공통부가 되는 표면 패드와 전기적으로 절연되고 서로 절연된 각각의 채널에 대응되는 신호연결용 표면 패드;가 배치되고,

상기 공통부가 되는 표면 패드 위에 다채널을 형성하는 다수의 레이저 다이오드 칩이 본딩되고,

상기 서브마운트 배면에는, 공통부가 되는 배면 패드;

상기 공통부가 되는 배면 패드와 전기적으로 절연되고 서로 절연되며, 상기 신호연결용 표면 패드와 연결되는 신호연결용 배면 패드;가 배치되고,

각각의 레이저 다이오드 칩과 신호연결용 표면 패드는 각각 골드 와이어로 연결되고, 표면에 있는 표면 패드와 배면에 있는 배면 패드는 각각 비아홀로 연결된 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 제공한다.

본 발명에 따르면, 다채널 레이저 다이오드 소자와 레이저 빔의 경로를 수직으로 변경하는 45도 반사미러가 포함된 다채널 표면실장형 구조를 통해 레이저 다이오드의 빛의 방향 변경 시 별도의 광학부품이 필요없고, 표면실장형 구조이기 때문에 부피의 소형화 및 대량 양산 측면에서도 유리하다.

또한, 다채널 레이저 다이오드 빛을 방출시킬 수 있는 구조이므로 순차적 및/또는 동시에 빛을 방출시키므로써 사용 용도에 따라 해상도 및 구동 속도 증가가 가능한 구조이다.

또한, 본 발명은 LD 빛을 수광해서 모니터링 할 수 있는 포토다이오드가 배제된 구조의 표면 실장형 다채널 레이저 다이오드 패키지를 제공하여 레이저 다이오드 소자를 펄스 구동하는 응용분야에 더욱 적합한 형태가 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 TO Can 패키지 구성을 보여주는 단면 구성도이다.
도 2는 종래 기술인 TO Can 패키지로 다채널 레이저 다이오드 구성을 보여주는 To Can 형태이다.
도 3은 본 발명에 따라 45도 구조 및 다채널 레이저 다이오드를 구비한 표면실장형 패키지 구성을 보여주는 단면 구성도이다.
도 4는 도 3 발명에 있어 2채널 및 4채널 레이저 다이오드 구동을 위한 AlN 서브마운트의 Top 및 Bottom 모양을 보여주는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 변형 실시예로서 지지대 일체형이 아닌 별도의 반사미러를 서브마운트 위에 배치한 것을 보여주는 단면 구성도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1과 도 2의 종래 기술에서 단일 채널 및 4채널 레이저 다이오드(100)를 서브마운트(200)에 부착하고 이를 스템히트블록(300)의 스템부분에 부착시켜 레이저 빔이 연직방향으로 방출되는 것을 보여준다.

상술한 바와 같이 이러한 구성은 레이점 빔의 방향 전환을 위해 별도의 광학계를 구성해야 하고, 수직/수평 구조를 갖는 스템히트블록의 수직부에 레이저 다이오드 칩을 고정하야 하므로 제작 공정이 번거롭고 콤팩트하게 될 수 없다. 이러한 점을 개선한 본 발명은 도 3과와 같이 스템히트블록을 없애고, 레이저 다이오드 칩이 실장된 서브마운트에 직접 전기적인 채널의 접속부를 구성한 새로운 구조의 레이저 다이오드 패키지 모듈을 구성하였다. 상기에서, 레이저 다이오드 칩은 다채널로 구성될 수 있고, 서브마운트 표면에 실장될 수 있어 공정이 매우 용이해진다.

다채널 레이저 다이오드 칩(100)과 레이저 빔의 경로를 90도 전환하는 미러(400) 및 특정 파장의 빛을 가장 잘 투과하게 하는 커버 글라스(600)를 지지하는 지지대, 다채널 레이저 다이오드(100)를 실장하고 신호 연결 패드(500)와 연결 패드들이 도통할 수 있게 연결하는 비아홀(800)이 형성된 서브마운트(200) 그리고 다채널 레이저 다이오드 칩과 서브마운트 신호 연결 패드를 연결하는 골드 와이어(wire)(700)를 구비한 다채널 표면실장형 타입의 레이저 다이오드 패키지를 제공한다. 서브마운트(200)는 방열 성능이 우수한 AlN로 구성하는 것이 바람직하다.

일반적인 TO Can 패키지 형태의 레이저 다이오는 도 1과 같이 발광소자 LD(100)와 수광소자 PD(미 도시)가 고정된 서브마운트(200) 몸체는 히트블록 위에 고정된다. 히트블록은 레이저 다이오드를 지지하는 베이스 역할을 겸하며, 히트블록의 저면부를 관통하여 히트블록 배면으로 핀들이 연장되며, 단일 레이저 다이오드 구동 시에는 세 개의 핀이 배열되어 핀들은 전원 공급 및 신호 이동을 위한 전기접촉부가 된다. 또한, 도 2와 같이 4채널 레이저 다이오드 구동 시에는 총 여섯 개의 핀이 배열되며, 4개의 LD 구동을 위한 핀과 수광소자 핀 그리고 공통 핀이 구성된다.

종래의 TO Can 패키지 레이저 다이오드는 도 1에서와 같이 굴곡이 없는 일자형 히트블록 수직부를 구비하여 TO Can에 고정되며 히트블록 중심부 근처에 레이저 다이오드 칩과 서브마운트를 유테틱 본딩하여 고정한다.

본 발명에서는 종래기술과 달리, 도 3과 같이 4채널 구동을 할 수 있는 레이저 다이오드도 패키지 모듈을 구성하였으며, 45도 경사 구조를 가지는 가공된 지지대와 커버글라스 그리고 다채널 레이저 다이오드 칩 본딩 및 표면실장이 가능한 서브마운트(200)을 제공한다.

45도 경사 구조를 갖는 지지대(400) 반사면에 의해 레이저 다이오드에서 방출된 레이저 광은 반사되어 빛의 경로가 90도 전환된다.

지지대 위에는 이물이나 수분에 침투를 방지하는 커버글라스를 배치하여 실링하며, 상기 커버글라스는 높은 투과율을 갖도록 특정 파장 대역에 대한 고투과 코팅막을 형성한다.

이러한 구성에 의해, 빔 경로를 전환하기 위한 외부 광학계를 요하지 않고 레이저 다이오드 자체 구성을 통해 빔의 경로를 전환하기 때문에 빔의 경로 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 패키지 모듈 구조는 전체적인 생산 공정이 간소화되면서 콤팩트한 레이저 다이오드 패키지 모듈을 구성할 수 있다.

또한, 레이저 다이오드 칩을 서브마운트(200)의 표면에 배열하는 표면 실장형으로 구성되어 대량 생산이 용이하여 양산에 유리하다.

도 4는 본 발명 도 3의 서브마운트(200)의 상면(Top)과 배면(Bottom)의 형상을 나타낸 구성도이며, 4채널(도 4a)과 2채널(도 4b) 레이저 다이오드를 구동할 수 있는 구성도이다. 이러한 다채널을 구성하기 위해 다수의 레이저 다이오드 칩이 본딩되는 패드와 그 각각에 해당하는 신호연결용 패드가 서브마운트의 표면과 배면에 각각 배치된다. 즉, 다채널을 위한 영역으로서 서브마운트 표면에 배열되어 공통부가 되는 표면 패드 위에 레이저 다이오드 칩들이 본딩되고, 공통부와 전기적으로 절연되고 서로 절연된 신호연결용 표면 패드가 그 주변에 배열되며, 그에 따라 서브마운트 배면에도 공통부가 되는 배면 패드 및 각각의 채널을 이루는 서로 절연된 신호연결용 배면 패드들이 서로 전기적으로 절연되게 배열된다.

레이저 다이오드 칩과 표면에 배치된 신호연결용 패드는 각각 골드 와이어로 연결되고, 표면에 있는 패드와 배면에 있는 패드는 각각 채널별로 서로 비아홀로 연결된다.

이와 같이, 다채널을 위한 신호연결 패드는 서브마운트의 표면(상면)과 배면에 평면적으로 설계 배치되어 종래 TO CAN 패키지 모듈에 비해 매우 콤팩트한 구조를 나타낼 수 있다.

한편, 레이저 빔의 진행 경로를 90도 전환하는 45도 경사 구조는 지지대에 일체형으로 구현되거나 또는 별도의 45도 반사미러가 적용될 수도 있다. 도 5는 본 발명의 변형실시 예로서 별도의 반사미러를 구비한 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈을 나타낸 것이다. 즉, 커버글라스 지지대와 별도로 서브마운트 표면에 실장된 45도 경사각을 갖는 반사미러를 통해 레이저 빔의 경로를 본래 방출된 각도로부터 90도로 전환되게 한 레이저 다이오드 패키지 모듈을 구성한다.

상기와 같이 90도 빔경로를 가지는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드를 구현함으로써 콤팩트한 사이즈를 요하는 적용 분야 및 대량 생산 체재에 부합하는 구조를 제공하며, 다채널 레이저 다이오드를 순차적 또는 동시에 펄스 구동하는 기술 분야에 모두에 적합하게 사용될 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구 범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 레이저 다이오드
200: 서브마운트
300: 스템히트블록
400: 45도 반사 구조 포함 지지대
500: 신호 연결 패드
600: 커버글라스
700: 골드 와이어(wire)
800: 비아홀

Claims (8)

1. 서브마운트;
   상기 서브마운트 표면에 배치되는, 레이저 다이오드 칩 고정용의 공통부가 되는 표면 패드;
   상기 공통부가 되는 표면 패드 위에 본딩되어 다채널을 형성하는 다수의 레이저 다이오드 칩;
   상기 서브마운트 표면에, 그리고 상기 공통부가 되는 표면 패드 주변에 배치되고, 공통부가 되는 표면 패드와 전기적으로 절연되고 서로 절연되며 다채널을 형성하는 다수의 레이저 다이오드 칩 각각에 해당하여 각 채널에 대응되는 신호연결용 표면 패드;
   상기 서브마운트 배면에 배치되는, 공통부가 되는 배면 패드; 및
   상기 공통부가 되는 배면 패드와 전기적으로 절연되고 서로 절연되며, 상기 신호연결용 표면 패드와 연결되는 신호연결용 배면 패드; 및
   상기 서브마운트를 관통하여 상기 서브마운트 표면과 배면에 배치된 각각의 패드를 서로 연결하도록 형성된 비아홀;을 포함하고,
   상기 레이저 다이오드 칩의 빛을 모니터링 하는 포토다이오드를 포함하지 않으며,
   각각의 레이저 다이오드 칩과 신호연결용 표면 패드는 각각 골드 와이어로 연결되고, 표면에 있는 표면 패드와 배면에 있는 배면 패드는 각각 비아홀로 연결된 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 서브마운트 외측 둘레를 따라 형성된 지지대; 및
   상기 지지대 위에 놓인 실링용 커버글라스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 상기 지지대는 내벽면에 경사진 미러면을 구비하여 상기 레이저 다이오드 칩으로부터 방출된 레이저 빔의 진행 방향을 반사에 의해 전환시키는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈.
5. 제2항에 있어서, 상기 서브마운트 표면에 경사면을 갖는 미러를 배열하여 상기 레이저 다이오드 칩으로부터 방출된 레이저 빔의 진행 방향을 반사에 의해 전환시키는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈.
6. 제1항에 있어서, 상기 서브마운트의 소재는 AlN를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈.
7. 제2항에 있어서, 상기 커버글라스는 특정 파장 대역에 대한 고투과율을 나타내는 코팅층을 구비한 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지 모듈.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
8. 삭제

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