KR102370853B1 - 다채널 및 다중빔 구동 표면실장형 레이저 다이오드 - Google Patents

다채널 및 다중빔 구동 표면실장형 레이저 다이오드 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 표면실장형 다채널 및 다중빔 레이저 다이오드를 구현하고자 하는 것이고 이 표면실장형 레이저 다이오드는 빔을 90도 전환할 수 있는 여러면의 45도 반사면을 가지는 광학부품을 사용하여 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 및 다중빔 레이저 다이오드를 제공한다.

Description

다채널 및 다중빔 구동 표면실장형 레이저 다이오드{LASER DIODE WITH SURFACE MOUNTING DEVICE TYPE OF MULTICHANNEL AND MULTIBEAM OPERATION}
본 발명은 다채널 및 다중빔 구동이 가능한 표면실장(SMD : Surface mounting device) 형태의 레이저 다이오드에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 여러면의 45도 반사면을 가지는 미러면들에 의해 다중 방향 및 여러개의 레이저 다이오드 칩이 본딩되어 레이저 다이오드를 순차적 또는 동시에 구동 시킬 수 있는 "다채널 및 다중빔 구동이 가능한 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.
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 패키지의 경우이다. 전체적인 모듈의 부피 증가를 가져오며, 소형화 추세에 맞지 않는 문제가 있다. 또한 최근 자동차 자율 주행 Lidar(Light detection and Ranging) 센서에 사용되는 펄스 레이저 다이오드의 경우 검출 거리의 증가를 위해 높은 펄스 파워와 표면실장형 레이저 다이오드가 요구되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 여러개의 반사면을 구비한 광학 부품을 이용하여 다채널 및 다중빔 구현이 가능한 표면실장 형태의 레이저 다이오드 구조를 제안할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 다채널 및 다중빔으로 구성된 레이저 다이오드를 구현함으로써 레이저 다이오드의 순차적 구동과 고출력이 가능하면서 대량 생산의 용이성을 갖춘 표면실장형 구동 레이저 다이오드를 구현하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 표면실장형 패키지에 서브마운트와 레이저 다이오드 칩을 본딩하며, 레이저 다이오드 칩은 골드 와이어로 표면실장형 패키지의 리드핀과 연결되어 구동될 수 있는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
또한, 빛을 90도로 방향 전환시키기 위한 여러면의 45도 반사미러면을 가지는 광학부품을 사용하여 다채널 및 다중빔을 구현할 수 있는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
즉, 본 발명은,
표면실장형 패키지의 금속 기판상에,
원채널 및 다채널의 레이저 다이오드 칩;
상기 원채널 및 다채널 레이저 다이오드 칩이 본딩된 서브마운트; 및
상기 레이저 다이오드 칩으로부터 출사된 다채널 레이저 빔의 진행 방향을 전환하는 여러면의 45도 반사면을 가지는 반사미러 형태의 광학부품;을 포함한 레이저 다이오드를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 서브마운트 영역의 바닥면과 공통 핀용 패드는 표면실장용 패키지의 공통 매탈 영영과 직접 연결되고, 상기 레이저 다이오드와 LD 핀용 패드는 각각 와이어에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
상기에 있어서, 레이저 다이오드 칩은 하나 이상 배열되며, 다수 배열되어 다중빔을 이루는 경우, 다중빔 레이저 다이오드 칩의 구동을 위한 신호 선은 공통으로 연결하여 다중빔을 동시에 구동될 수 있도록 연결된 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
또한, 다채널에 다중빔 즉, 상기에 있어서, LD 핀용 패드는 절연을 위해 상기 금속 기판 상에 개구부로 된 틈새를 두고 배열되거나, 패드 둘레에 절연체를 배열한 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 공통 핀용 패드는 금속 기판이 겸하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 반사미러는 45°경사면을 여러개 구비한 것임을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드를 제공한다.
또한, 본 발명은,
금속 기판 상에,
원빔 또는 다중빔 레이저 다이오드 칩을 본딩하는 서브마운트;
상기 서브마운트에 본딩된 원빔 또는 다중빔 레이저 다이오드 칩; 및
상기 레이저 다이오드 칩의 레이저 다이오드에서 방출되는 빔의 진행 방향을 변환하여 주는 반사미러;를 포함하고,
상기 레이저 다이오드 칩은 다수로 배열되고,
상기 반사미러는 다수의 상기 레이저 다이오드 칩들에 의해 에워싸이는 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 반사미러는 여러면의 반사면을 동시에 구비한 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 반사미러는 하나의 반사면을 구비한 것으로 다수 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 반사미러는 배열된 레이저 다이오드 칩의 개수만큼의 반사면을 구비한 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 반사미러의 수는 배열된 레이저 다이오드 칩 개수만큼의 개수로 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
상기에 있어서, 상기 금속 기판은,
공통 핀이 접속되는 공통 핀용 패드; 및
레이저 다이오드 용 핀이 접속되는 LD 핀용 패드;를 포함하고,
상기 공통 핀용 패드와 LD 핀용 패드는 서로 절연된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
상기에 있어서, 다수 레이저 다이오드 칩이 한 방향으로 인접 배열되어 다중빔을 이루는 하나의 군을 형성하는 경우, 다중빔을 이루는 레이저 다이오드 칩 군 각각에 대해, 군 내 레이저 다이오드 칩들이 공통으로 연결되는 각각의 LD 핀용 패드가 금속 기판 상에 설치되고, 각각의 와이어에 의해 각각의 레이저 다이오드 칩과 LD 핀용 패드가 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 표면실장형 레이저 다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 다채널 및 다중빔 레이저 다이오드 소자와 레이저 빔의 경로를 수직으로 변경하는 여러개의 45도 반사면을 가지는 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 및 다중빔 레이저 다이오드 빛을 방출시킬 수 있는 구조이므로 순차적 및/또는 동시에 빛을 방출시키므로써 사용 용도에 따라 해상도 및 Lidar 센서의 경우 검지 거리의 증가가 가능한 구조이다.
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 여러면의 45도 반사미러면을 가지는 구조, 다채널 및 다중빔 레이저 다이오드를 구비한 표면실장형 패키지 구성을 보여주는 단면 구성도이다.
도 4는 싱글빔을 가지는 다채널 레이저 다이오드를 구비한 표면실장형 패키지 구성을 보여주는 구성도이다.
도 5는 도 4 발명에 있어 여러개의 45도 반사미러를 가지는 표면실장형 패키지 구성을 보여주는 구성도의 예이다.
이하, 첨부 도면을 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(400)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 고정하여야 하므로 제작 공정이 번거롭고 콤팩트하게 될 수 없다.
이러한 점을 개선한 본 발명은 도 3과 같이 스템히트블록을 없애고, 표면실장형 패키지에 서브마운트를 본딩 후 서브마운트 위에 레이저 다이오드 칩이 본딩 되고 여러면의 45도 반사면을 가지는 광학부품을 구비한 구조로 구성된다.
상기에서, 레이저 다이오드는 다채널 및 다중빔으로 구성될 수 있으며, 신호 입력은 레이저 다이오드 칩과 표면실장형 패키지 전극을 골드 와이어로 연결하여 구성한다. 즉, 도 3은 레이저 다이오드 칩들이 하나의 서브 마운트 상에 4개씩 인접배열되어 다중 빔을 구현하며(일종의 레이저 다이오드 칩 군을 이룬다), 이러한 서브 마운트가 4개 배열되어 다채널을 구성하며, 중심부에 4개면의 반사면을 구비한 반사미러가 배치되어 광학계가 최소화된 다채널 다중빔 표면실장형 패키지를 구현한다. 상기에서, 서브마운트는 모든 레이저 다이오드 칩들을 탑재할 수 있는 고리형의 것으로 하나만 배열될 수도 있다. 서브마운트 수에 관계없이 레이저 다이오드 칩들은 다중빔을 만들기 위해 다수 인접 배열되어 하나의 군을 이루고, 이러한 레이저 다이오드 칩 군이 반사미러를 중심으로 주변부에 다수 배열되어 다채널을 형성한다.
다채널 및 다중빔 레이저 다이오드(100) 칩과 레이저 빔의 경로를 90도 전환하는 여러면의 45도 반사면을 가지는 광학부품(600), 다채널 및 다중빔 레이저 다이오드는 서브마운트(200)에 실장되고 다채널 및 다중 빔 레이저 다이오드 칩은 골드 와이어(wire)(500)를 통해 신호 입력을 할 수 있도록 표면실장형 패키지의 리드핀과 연결한다. 각 채널에서 다중빔 구현 시 다중빔은 동시에 구동될 수 있도록 전극을 공통으로 사용한다.
즉, 다수 레이저 다이오드 칩이 한 방향으로 인접 배열되어 다중빔을 이루는 하나의 군을 형성하는 경우, 다중빔을 이루는 레이저 다이오드 칩 군 각각에 대해, 군 내 레이저 다이오드 칩들이 공통으로 연결되는 각각의 LD 핀용 패드가 금속 기판 상에 설치되고, 각각의 와이어에 의해 각각의 레이저 다이오드 칩들이 LD 핀용 패드에 공통으로 연결된다.
도 4는 싱글빔을 가지는 다채널 레이저 다이오드를 구비한 표면실장형 패키지 구성을 보여주는 구성도이다.
일반적인 TO Can 패키지 형태의 레이저 다이오는 도 1과 같이 서브마운트(200) 본딩된 발광소자 LD(100)와 수광소자인 포토다이오드(300)가 히트블록(400) 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 포토다이오드 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 다채널 및 다중빔을 구현할 수 있도록 레이저 다이오드도를 구성하였으며, 여러면의 45도 반사 미러면을 가지는 광학부품를 구비하여 다채널 및 다중빔 표면실장이 가능한 레이저 다이오드를 제공한다.
여러면의 45도 반사면을 가지는 광학부품(600)에 의해 각 채널의 레이저 다이오드에서 방출된 레이저 광은 반사되어 빛의 경로가 90도 전환된다. 이 각 채널의 90도 전환을 위한 부품의 구현은 단일 광학부품에 여러면의 45도 반사면을 가지는 부품 또는 도 5와 같이 개별 45도 반사면을 가지는 광학부품으로 구현 가능하다.
레이저 다이오드 칩의 (+) 신호 연결을 위해 표면에 배치된 신호연결용 패드는 각각 골드 와이어로 LD 1핀 ~ 4핀에 연결되고, (-) 신호는 공통핀으로 각 채널 및 다중빔이 모두 공통으로 연결될 수 있도록 표면실장형 패키지의 메탈 공통핀에 연결된다.
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 표면실장형 레이저 다이오드는 전체적인 생산 공정이 간소화되면서 콤팩트한 레이저 다이오드를 구성할 수 있다.
또한, 레이저 다이오드 칩을 표면실장형 패키지에 구현함으로써 대량 생산이 용이하여 양산에 유리하다.
한편, 레이저 빔의 진행 경로를 90도 전환하는 45도 반사미러는 도 5와 같이 개별 광학부품을 사용하여 구현될 수 있다.
상기와 같이 90도 빔경로 구조를 가지는 다채널 및 다중빔 표면실장형 레이저 다이오드를 구현함으로써 콤팩트한 사이즈를 요하는 적용 분야 및 대량 생산 체재에 부합하는 구조를 제공하며, 차량용 Lidar 센서와 같은 고출력 펄스 레이저 다이오드가 필요한 분야에서 원거리(수백미터 이상 거리) 측정을 요구하는 기술 분야에 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: 포토다이오드
400: 스템히트블록
500: 신호 연결 골드 와이어
600: 45도 반사미러 부
700-1 ~ 4: 45도 반사미러

Claims (7)

  1. 표면실장형 패키지의 금속 기판 상에,
    원빔 또는 다중빔 레이저 다이오드 칩을 본딩하는 서브마운트;
    상기 서브마운트에 본딩된 원빔 또는 다중빔 레이저 다이오드 칩; 및
    상기 레이저 다이오드 칩의 레이저 다이오드에서 방출되는 빔의 진행 방향을 변환하여 주는 반사미러;를 포함하고,
    상기 레이저 다이오드 칩은 다수로 배열되고,
    상기 반사미러는 다수의 상기 레이저 다이오드 칩들에 의해 에워싸이는 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사미러는 여러면의 반사면을 동시에 구비한 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반사미러는 하나의 반사면을 구비한 것으로 다수 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반사미러는 배열된 레이저 다이오드 칩의 개수만큼의 반사면을 구비한 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 반사미러의 수는 배열된 레이저 다이오드 칩 개수만큼의 개수로 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은,
    공통 핀이 접속되는 공통 핀용 패드; 및
    레이저 다이오드 용 핀이 접속되는 LD 핀용 패드;를 포함하고,
    상기 공통 핀용 패드와 LD 핀용 패드는 서로 절연된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
  7. 제6항에 있어서, 다수 레이저 다이오드 칩이 한 방향으로 인접 배열되어 다중빔을 이루는 하나의 군을 형성하는 경우, 다중빔을 이루는 레이저 다이오드 칩 군 각각에 대해, 군 내 레이저 다이오드 칩들이 공통으로 연결되는 각각의 LD 핀용 패드가 금속 기판 상에 설치되고, 각각의 와이어에 의해 각각의 레이저 다이오드 칩이 LD 핀용 패드에 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 다채널 표면실장형 레이저 다이오드 패키지.
KR1020200139765A 2020-10-26 2020-10-26 다채널 및 다중빔 구동 표면실장형 레이저 다이오드 KR102370853B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006173604A (ja) * 2004-12-10 2006-06-29 Agilent Technol Inc 区画を持つ発光ダイオード・ディスプレイ
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