TW201301697A - 對位結構、雷射光源模組及光學對位方法 - Google Patents

Abstract

一種對位結構、雷射光源模組及光學對位方法。雷射光源模組包括一基板及一雷射載板。基板包括一第一本體及一第一表面結構。第一表面結構設置於第一本體之一表面上。雷射載板用以承載一雷射發射器。雷射載板包括一第二本體及一第二表面結構。第二表面結構設置於第二本體之一表面上。第二表面結構之至少一部分與第一表面結構之至少一部分對應嵌合，以使雷射載板對位於基板上。

Description

對位結構、雷射光源模組及光學對位方法

本發明是有關於一種光源模組及對位方法，且特別是有關於一種雷射光源模組及光學對位方法。

隨著科技的進步，各式光學模組進入微小化的時代。在光學模組越來越小的情況下，光學模組在製作的精密度必須更佳提升。

研究人員發現影響光學模組精密度的因素至少包括元件之間組裝的對位誤差、以及製造過程中產生的變動。

元件組裝過程所採用的組裝設備常常無法達到較高的精密度。研究人員發現，即使努力校驗組裝設備的精密度，也難以符合光學模組的對位精準度要求。

以目前全彩(RGB)雷射光源模組為例，傳統經常使用的模組結構包含使用三個紅、藍、綠之電晶體外型罐體(TO-Can,Transistor Outline-Can)元件與數片光學濾波片，此三組雷射光源之光軸必須位於同一位置，藉以進行全彩光源混光。惟此結構之模組體積大小受限於TO-Can元件尺寸，使光源模組體積為5~7立方公分無法使體積更為縮小。又，模組光源之光軸要求需為同光軸，因此光源之組裝精度要求極高，需個別對紅、藍、綠光源進行光源之耦光對準，因此會造成組裝不易與費時之問題。因此需要找出可以有效解決組裝不易與費時之問題。

此外，元件組裝過程需要經過多道程序，例如是迴銲、封裝、清洗等程序。研究人員發現這些程序也會嚴重影響光學模組的對位精準度。

這些因素都嚴重影響光學模組的對位精準度，已經成為微小化技術的一項重大瓶頸。因此，如何研究人員無不致力於進行相關研究，以使光學模組之微小化技術能再向前邁進。

本發明係有關於一種雷射光源模組及光學對位方法，其利用表面結構之設計，使基板與雷射載板得以相互嵌合，而輕易地將雷射載板對位於基板上，以提高對位精準度並簡化各元件間彼此對位的複雜程序。

根據本發明之一方面，提出一種雷射光源模組。雷射光源模組包括一基板及一雷射載板。基板包括一第一本體及一第一表面結構。第一表面結構設置於第一本體之一表面上。雷射載板用以承載一雷射發射器。雷射載板包括一第二本體及一第二表面結構。第二表面結構設置於第二本體之一表面上。第二表面結構之至少一部分與第一表面結構之至少一部分對應嵌合，以使雷射載板對位於基板上。

根據本發明之另一方面，提出一種光學對位方法。光學對位方法包括以下步驟。形成一第一表面結構於一基板之一表面上。第一表面結構之一第一部分與一第二部分係分別沿一第一方向與一第二方向延伸，且第一方向與第二方向並不平行。形成一第二表面結構於至少一光學元件之一表面上。第二表面結構之至少一部分與第一表面結構之至少一部分對應嵌合。置放至少一光學元件於基板上，使至少一光學元件得對位於基板上。

根據本發明之又一方面，提出一種應用於雷射光源模組之對位結構，該雷射光源模組包括一基板及一雷射載板，該對位結構包括：一第一表面結構，設置於該基板之一表面上；以及一第二表面結構，設置於該雷射載板之一表面上，其中該第二表面結構之至少一部分與該第一表面結構之至少一部分對應嵌合，使該雷射載板得對位於該基板上。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下係提出各種實施例進行詳細說明，其利用特定光學元件間表面結構作為對位結構之設計，使該等特定光學元件，例如：基板與雷射載板間，得以相互嵌合，而使特定光學元件間得彼此精準對位，利用簡便的方式即可大幅地提高元件對位的精準度。然而，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略部份元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

請參照第1圖，其繪示本實施例雷射光源模組100之示意圖。本實施例之雷射光源模組100包括一基板110、至少一雷射載板120及一對位結構。基板110可為例如是一矽光學基板(Silicon Optical Bench)、一氮化鋁基板(AlN)或一氧化鋁基板(Al₂O₃)，但不僅限於此。雷射載板120用以承載一雷射發射器(未繪示)。雷射載板120例如是一氮化鋁基板(AlN)、一氧化鋁基板(Al₂O₃)，但不僅限於此。雷射載板120承載雷射發射器之數量並不侷限於一個，在本實施例中，每個雷射載板120僅承載一個雷射發射器。基板110上所設置之雷射載板120的數量也不侷限於一個，在本實施例中，基板110上可以設置1～5個雷射載板120，亦可承載一個或多個光學鏡組(未繪示)與雷射載板120上之雷射發射器對應操作。具體而言，雷射載板120所承載之雷射發射器可以發射一雷射光，經由光學鏡組及適當的光學路徑，朝一預定方向射出雷射光。

在本實施例中，基板110包括一第一本體111及一第一表面結構112，其中，第一表面結構112例如是一第一凹凸結構，設置於第一本體111之一表面111a上。另一方面，雷射載板120則包括一第二本體121及一第二表面結構122，其中，第二表面結構122例如是一第二凹凸結構，設置於第二本體121之一表面121a上。此外，第一本體111及第二本體121通常具有200微米之一厚度，但並不以此為限。另，雷射光源模組10之對位結構包括上述之第一表面結構112及第二表面結構122。須強調的是，第二表面結構122之至少一部分與第一表面結構112之至少一部分乃對應嵌合，以使雷射載板120能夠輕易且精準地對位於基板110上。在一實施例中，第二表面結構122可實質與第一表面結構112反向相似或相同，使全部或一部分之第二表面結構122得以全部或一部分之第一表面結構112嵌合。

如第1圖所示，基板110之第一表面結構112具有五個類似的區域A1、A2、A3、A4、A5，雷射載板120可以依照實際元件配置之需求而任意置放於五個類似區域A1、A2、A3、A4、A5之其中之一，而與基板110對應嵌合。

如第1圖所示，第一表面結構112(本實施例之第一表面結構112係為第一凹凸結構)包括至少一第一長溝G1。第一長溝G1實質上沿一第一方向D1延伸。而第二表面結構122(本實施例之第二表面結構122係為第二凹凸結構)包括至少一第一凸肋B1，第一凸肋B1實質上沿第一方向D1延伸。第一長溝G1之截面可為一梯形，第一凸肋B1之截面也為一梯形，且第一長溝G1之截面與第一凸肋B1之截面實質上反向相似，第一長溝G1之長度W11實質上不小於第一凸肋B1之長度W21。如此一來，第一長溝G1即可順利地容納第一凸肋B1，協助雷射載板120能夠輕易且精準地對位於基板110上。另，於具體實施態樣中，第一長溝G1、第一凸肋B1之深度約為，例如：25~75微米，但並非以此為限。

更明確而言，在本實施例中，數個第一長溝G1係以間隔相同之間距W13，數個第一凸肋B1也間隔相同之間距W23。第一長溝G1之間的間距W13與第一凸肋B1之間的間距W23實質上相同。如此一來，每一個第一凸肋B1皆可以順利嵌入第一長溝G1中。

此外，第一長溝G1與第一凸肋B1係沿著第一方向D1延伸，所以第一長溝G1與第一凸肋B1可以限制雷射載板120僅得沿第一方向D1移動。

此外，在本實施例中，第一表面結構112(本實施例之第一表面結構112係為第一凹凸結構)更包括至少一第二長溝G2實質上沿一第二方向D2延伸。第二表面結構122(本實施例之第二表面結構122係為第二凹凸結構)更包括至少一第二凸肋B2實質上沿第二方向D2延伸。第二長溝G2之截面係為一梯形，第二凸肋B2之截面也為一梯形，且第二長溝G2之截面與第二凸肋B2之截面實質上反向相似，第二長溝G2之長度W12實質上不小於第二凸肋B2之長度W22。如此一來，第二長溝G2即可順利容納第二凸肋B2，協助雷射載板120能夠輕易且精準地對位於基板110上。另，於具體實施態樣中，第二長溝G2、第二凸肋B2之深度約為，例如：25~75微米，但並非以此為限。

在本實施例中，數個第二長溝G2係間隔相同之間距W14，數個第二凸肋B2也間隔相同之間距W24。第二長溝G2之間的間距W14與第二凸肋B2之間的間距W24實質上相同。如此一來，每一個第二凸肋B2皆可以順利嵌入第二長溝G2中。

此外，第二長溝G2與第二凸肋B2係沿著第二方向D2延伸，所以第二長溝G2與第二凸肋B2可以限制雷射載板120僅得沿第二方向D2移動。

為達精準對位的效果，第一方向D1與第二方向D2二者並不平行而須具有大於零的一夾角，舉例而言，第一方向D1與第二方向D2之夾角可大於45度，或者實質上為90度，即可使第一表面結構112與第二表面結構122二者間具有二維度的限位效果，協助雷射載板120能夠輕易且精準地對位於基板110上。

此外，請參照第2～5圖，第2圖繪示雷射載板120之另一仰視圖，第3圖繪示雷射載板120之俯視圖，第4圖繪示雷射載板120之前視圖，第5圖繪示雷射載板120之右側視圖。本實施例之雷射光源模組100更包括一銲接金屬層130，設置於第一表面結構112或第二表面結構122之表面的兩者其中之一。於較佳實施態樣中，如第1～5圖所示，銲接金屬層130僅設置於第一本體111及第二本體121的表面，而未覆蓋第一表面結構112及第二表面結構122(亦即，第一長溝G1、第二長溝G2、第一凸肋B1或第二凸肋B2)。如此可以避免銲接金屬層130於銲接後可能在第一長溝G1、第二長溝G2、第一凸肋B1或第二凸肋B2之斜面所產生的對位誤差。

請參照第6圖，其繪示本實施例之光學對位方法的流程圖。本實施例之光學對位方法係以第1圖之雷射光源模組100為例說明，然本發明所屬技術領域中具有通常知識者均可瞭解本實施例之光學對位方法並不侷限於第1圖之雷射光源模組100，並且本實施例之雷射光源模組100也不侷限於第6圖之光學對位方法。

在步驟S101中，形成第一表面結構111於基板110之表面111a上。其中第一表面結構111之一第一部分(本實施例之第一部份係以第一凹凸結構之第一長溝G1為例作說明)與一第二部分(本實施例之第二部份係以第二凹凸結構之第二長溝G2為例作說明)係分別沿第一方向D1與第二方向D2延伸，且第一方向D1與第二方向D2並不平行而具有大於零之一夾角。

在步驟S103中，形成第二表面結構122於至少一光學元件(本實施例之光學元件係以雷射載板120為例作說明)之一表面121a上。第二表面結構122之至少一部分與第一表面結構112之至少一部分對應嵌合。

在步驟S105中，置放光學元件(本實施例之光學元件係以雷射載板120為例作說明)於基板110上，使光學元件(本實施例之光學元件係以雷射載板120為例作說明)得對位於基板110上。

其中在步驟S105之前更可設置銲接金屬層130於第一表面結構112及/或第二表面結構122以進行銲接，使光學元件(本實施例之光學元件係以雷射載板120為例作說明)可以永久固設於基板110上。

上述實施例所揭露之雷射光源模組及光學對位方法係利用光學基板(Silicon Optical Bench,SiOB)與被動對位(Passive Alignment)之表面對位技術，使得光學元件(本實施例之光學元件係以雷射載板為例作說明)與基板即可輕易地相互嵌合，提高對位的精準度，減少傳統二者對位的繁複程序。

綜上所述，雖然本發明已以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．雷射光源模組

110．．．基板

111．．．第一本體

111a．．．第一本體之表面

112．．．第一表面結構

120．．．雷射載板

121．．．第二本體

121a．．．第二本體之表面

122．．．第二表面結構

130．．．銲接金屬層

A1、A2、A3、A4、A5．．．區域

B1．．．第一凸肋

B2．．．第二凸肋

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

G1．．．第一長溝

G2．．．第二長溝

S101、S103、S105．．．流程步驟

W11、W12、W13、W14、W21、W22、W23、W24．．．長度

第1圖繪示本實施例雷射光源模組之示意圖。

第2圖繪示雷射載板之仰視圖。

第3圖繪示雷射載板之俯視圖。

第4圖繪示雷射載板之前視圖。

第5圖繪示雷射載板之右側視圖。

第6圖繪示本實施例之光學對位方法的流程圖。

100．．．雷射光源模組

110．．．基板

111．．．第一本體

111a．．．第一本體之表面

112．．．第一表面結構

120．．．雷射載板

121．．．第二本體

121a．．．第二本體之表面

122．．．第二表面結構

130．．．銲接金屬層

A1、A2、A3、A4、A5．．．區域

B1．．．第一凸肋

B2．．．第二凸肋

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

G1．．．第一長溝

G2．．．第二長溝

W11、W12、W13、W14、W21、W22、W23、W24．．．長度

Claims (12)

1. 一種雷射光源模組，包括：一基板，包括一第一本體及一第一表面結構，該第一表面結構設置於該第一本體之一表面上；以及一雷射載板，用以承載一雷射發射器，該雷射載板包括一第二本體及一第二表面結構，該第二表面結構設置於該第二本體之一表面上，其中該第二表面結構之至少一部分與該第一表面結構之至少一部分對應嵌合，以使該雷射載板對位於該基板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源模組，其中該第一表面結構係一第一凹凸結構，該第二表面結構係一第二凹凸結構，該第一凹凸結構與該第二凹凸結構對應嵌合。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射光源模組，其中該第一凹凸結構包括至少一第一長溝，該至少一第一長溝實質上沿一第一方向延伸，該第二凹凸結構包括至少一第一凸肋，該至少一第一凸肋實質上沿該第一方向延伸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射光源模組，其中該第一凹凸結構包括至少一第二長溝，該至少一第二長溝實質上沿該一第二方向延伸，該第二凹凸結構包括至少一第二凸肋，該至少一第二凸肋實質上沿該第二方向延伸，該第一方向與該第二方向之夾角大於45度。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射光源模組，其中該第一方向與該第二方向之夾角實質上為90度。
6. 如申請專利範圍第3項所述之雷射光源模組，其中該至少一第一長溝之長度實質上不小於該至少一第一凸肋之長度，該至少一第二長溝之長度實質上不小於該至少一第二凸肋之長度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源模組，其中該第一本體更用以承載一光學透鏡組，該雷射發射器得發射一雷射光經由該光學透鏡組向外發射。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源模組，更包括：一銲接金屬層，設置於該第一表面結構之表面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源模組，其中該基板係為矽光學基板(Silicon Optical Bench)、氮化鋁基板(AlN)或氧化鋁基板(Al₂O₃)。
10. 一種光學對位方法，包括：形成一第一表面結構於一基板之一表面上，其中該第一表面結構之一第一部分與一第二部分係分別沿一第一方向與一第二方向延伸，且該第一方向與該第二方向並不平行；形成一第二表面結構於至少一光學元件之一表面上，其中該第二表面結構之至少一部分與該第一表面結構之至少一部分對應嵌合；以及置放該至少一光學元件於該基板上，使該至少一光學元件得對位於該基板上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學對位方法，其中，置放該至少一光學元件於該基板上之該步驟更包括：設置一銲接金屬層至少於該第一表面結構或該第二表結結構二者其中之一。
12. 一種應用於雷射光源模組之對位結構，該雷射光源模組包括一基板及一雷射載板，該對位結構包括：一第一表面結構，設置於該基板之一表面上；以及一第二表面結構，設置於該雷射載板之一表面上，其中該第二表面結構之至少一部分與該第一表面結構之至少一部分對應嵌合，使該雷射載板得對位於該基板上。