TWI661628B - 雷射二極體表面安裝結構 - Google Patents

雷射二極體表面安裝結構 Download PDF

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Abstract

本發明係有關一種雷射二極體表面安裝結構，包括：至少一邊射型雷射二極體晶片，包含兩電極；一導熱板，具有一上層導電層、一下層導電層及至少一貫穿該上層導電層及該下層導電層之導電體貫孔，用以承載該至少一邊射型雷射二極體晶片之兩電極之一極；二個以上相互間隔且配置於一平面上之金屬板，其中一第一金屬板配置於該導熱板之下方並與該導熱板之下層導電層接觸，一第二金屬板配置於相鄰而隔開於該第一金屬板；以及一具有開口之絕緣框架，設置於該二個以上之金屬板上方，用以固持該等二個以上之金屬板。

Description

雷射二極體表面安裝結構
本發明係有關一種雷射二極體表面安裝結構，尤其一種使用表面安裝技術(SMT)之邊射型雷射二極體封裝結構，可滿足大電流、高散熱及無熱應力之需求。
圖1，包含圖1a及圖1b，所示為現有邊射型中、高功率(指輸出光功率大於50mW)雷射二極體之封裝架構，其中圖1a為雷射二極體晶片結構，圖1b為現有雷射二極體封裝架構。參考圖1a，雷射二極體晶片(laser chip)的結構是以基板(substrate,100)為基礎，然後以各種沈積法將原子堆積在基板上，稱磊晶層(epitaxial layer,101)。對於紅光及近紅外光(0.7~1.1um)的雷射二極體晶片，多為砷化鎵(GaAs)晶體，紅外光(1.1~1.9um)晶片多為磷化銦(InP)晶體，其作用在機械支撐及散熱，厚約0.3mm；磊晶層則是有砷、鎵、銦、磷、鋁等三五族元素組成的半導體化合物，細分有近十層，合計厚度約1um。雷射共振腔(106)是在磊晶層(101)中以光罩蝕刻技術做一個小區域，寬約50um，長約500um，主輸出雷射呈橢圓型光錐射出(107)，副輸出雷射方向(108)與主輸出雷 射相反。在基板(100)和磊晶層(101)外面，還要鍍金屬以便導電(圖1(a)未示)。現有雷射二極體封裝架構參考圖1b，晶片以焊接或膠黏固定在能迅速散熱的導熱板(submount,103)，導熱板上層有金屬層(105)，晶片上方連接跳線(bonding wire,102，金屬導體)，跳線連接另一金屬層(109)，兩金屬層標註+及-處為銲墊，可供銲接電線(未示出)，以供電給晶片。導熱板(103)則緊密接觸封裝之外殼(enclosure,104，多為金屬薄板)，一般中功率是用膠黏附外殼，高功率則是導熱板兩片鍍金屬，再焊接於外殼。外殼再緊密接觸一熱沉(heat sink,110，又稱散熱器)，以便散熱。在現有架構中，電流要由(105)及(109)標註+及-處另行接導線出入晶片，熱則是產自雷射共振腔，經過導熱板、外殼至熱沈。在熱膨脹係數不一樣的材質接面(例如磊晶層101和導熱板103之間)，熱會造成應力扭曲結晶格，原本良好的雷射共振腔(106)的雷射產生效率即大減，對雷射品質及壽命也極為不利，是中高功率雷射必須要克服的技術難關。要實現中高功率邊射型雷射二極體，就必須要同時提供大電流和大散熱能量，要考慮下列三點：1.發熱集中在雷射共振腔(106)，必須迅速散熱，而雷射二極體的基板太厚且導熱係數太低，故絕大部份現有產品是以磊晶層(101)貼在能迅速散熱的導熱板(103)；2.和磊晶層(101)接觸的導熱板(103)，其熱膨脹率最好和磊晶層(101)接近，否則會形成熱應力，扭曲磊晶層(101)的晶格，這樣會雷射共振腔(106)效率和壽命也隨之大減；3.要避免熱應力，也可用很軟的材料介於磊晶層和導熱板之間，例如銦或銀膠，吸收兩者因熱脹冷縮而形成的形變，但這類材料的壽命並不完美，像銦容易氧化變得很硬，而銀膠的導電度並不高，加熱後會產生空洞(void)，成為熱和電流的障礙，二者都無法承受大電流；4.仍有部分熱量會由跳線(102)傳導，跳線若成不對稱分佈在晶片上，也會形成熱應力。
是以，現有雷射二極體晶片結構，顯然無法同時滿足大電流、高散熱、無熱應力三項需求，而大有改善之空間，進而說明如下：US5825054A是用矽做導熱板，矽雖是半導體可導電，但是導電係數很低，不能和金屬相比。矽的熱導率149W/(m．K)(後文熱導率之單位皆如此，省略)，膨脹係數2.6ppm/℃(後文膨脹係數之單位皆如此，省略)；而氮化鋁(AlN)的熱導率285，熱膨脹係數4.5，較接近砷化鎵的6.86，磷化銦的4.60，也有更佳的熱導率。導熱是由長長的插件式引腳(lead)傳導，路徑太長，也不可能應用在中高功率(大於100mW)。
DE102015114292A1揭露兩個實施例，一是雷射晶片直接放在引腳上，二是用FR4或陶瓷PCB。銅雖是熱與電的良導體，但其膨脹係數16.5與砷化鎵晶體的6.86差異基大，也不可能應用在高功率。US9379517B2也是不用導熱板，同理它不能承載散熱量大的雷射晶片。
US9728935把氮化鋁導熱板的上下表面和側面都鍍上金屬，以供電流通過導熱板。然而，在導熱板表面鍍金，其厚度有限，且電流路徑太長，對中高功率並不利。
US8130807提到用鎢銅合金(CuW)做為導熱板，雖然CuW熱膨脹係數(6.5ppm/℃)和砷化錄接近(6.86ppm/℃)，但是它的導熱係數很低(170W/m．K)，不及氮化鋁(2850W/m．K)，不能用在大功不能用在大功率。
US2018/0062346A1是在於把多個串聯雷射二極體以打線串聯在一起，它的導熱板和習知的氮化鋁基板一樣，上下鍍金，不會上下導電。這樣的結構，導熱板的打線完全在單一側，並不對稱，必然會出現熱應力。
因此，在既有各種雷射二極體之封裝結構會遭致如上所述之諸多缺失，本發明即在提出一舉而可解決上述問題之雷射二極體表面安裝結構。
本發明之要旨在提供一種雷射二極體表面安裝結構，可兼顧邊射型雷射二極體發熱集中在雷射共振腔磊晶層必須迅速散熱，與磊晶層接觸的導熱板之熱膨脹率須與磊晶層接近而不致形成熱應力，可以承受大電流，及跳線須具對稱分佈在晶片等重要需求，因而提出一種可同時滿足大電流、高散熱及無熱應力之雷射二極體表面安裝結構，以一舉克服習知技術之缺失及盲點。
本發明在另一要旨再提出一種是用於中、高功率之雷射二極體表面安裝結構，可迅速有效地散熱，因而使雷射二極體維持較佳之發光效率，並保有較長之壽命。
依據本發明之一種雷射二極體表面安裝結構，包括至少一邊射型雷射二極體晶片，包含具有一陽極及一陰極之兩電極； 一導熱板，具有一上層導電層、一下層導電層及至少一貫穿該上層導電層及該下層導電層之導電體貫孔，用以承載該至少一邊射型雷射二極體晶片之兩電極之一極，該至少一導電體貫孔用以電導通該上層導電層及該下層導電層；二個以上相互間隔且配置於一平面上之金屬板，其中一第一金屬板配置於該導熱板之下方並與該導熱板之下層導電層接觸，一第二金屬板配置於相鄰而隔開於該第一金屬板，該第二金屬板藉由至少一跳線與該兩電極之另一極電連接；以及一具有開口之絕緣框架，設置於該二個以上之金屬板上方，用以固持該等二個以上之金屬板，其中該開口用以供該至少一邊射型雷射二極體晶片發射的雷射光穿過。
依據本發明，雷射二極體晶片承載於導熱板之上，導熱板的本體厚度約0.3mm，毋須太厚，其功能一是導熱，二是避免雷射二極體晶片和導熱板之間，因熱膨脹係數不同而產生熱應力。主輸出雷射光束向前發射至封裝外，另有一副輸出雷射光束，其方向與主輸出雷射光束相反，射向一後方的感光二極體，主輸出雷射光束之強度約為副輸出雷射光束之五十倍。導熱板材質以熱導率高且熱膨脹係數接近雷射二極體晶片基板(砷化鎵或磷化銦)為佳，例如碳化矽(熱膨脹係數4.0)、氮化鋁或氧化鋁(7.8)，以降低熱應力。導熱板之上層及下層皆鍍薄膜導體(例如金，厚度約數um，以避免熱應力)，並由上至下鑽一貫孔，孔內也有導體(例如金)，使上下層之間可導電。導熱板可視其承載之雷射二極體晶片所須逸散的熱量，而 向左右或向前後延伸擴展，以實現較佳的散熱能力。導熱板置放於最前端之第一金屬板，其厚度約0.2mm，也毋須太厚，其材質為銅體鍍錫，功能為導熱兼導電。
於本發明中，金屬板之製作方法與習知之積體電路導線架(lead frame)相似，易於大量生產。銅的熱膨脹係數16.5，迥異於砷化鎵或磷化銦晶體，並不適合直接承載砷化鎵或磷化銦晶體，故本發明改由氮化鋁或氧化鋁導熱板承載砷化鎵晶體，再由銅體鍍錫的金屬板承載氮化鋁導熱板。由於氮化鋁或氧化鋁和銅的熱膨脹係數差異甚大，可預期導熱板和金屬板之間會存在較大的熱應力，然而，這個熱應力並不會扭曲磊晶層也不致於降低雷射壽命，這是因為氮化鋁或氧化鋁硬度極大(莫氏硬度分別為8與9)，而銅卻軟得多(莫氏硬度為3)，以致於這個熱應力會扭曲銅而非氮化鋁，磊晶層不會被扭曲，可確保雷射品質。
電流由第一金屬板流經導熱板、雷射晶片、跳線、至第二金屬板。同理其他金屬板也可視其承載之電子元件所須逸散的熱量及電流，而向左右或向後延伸，以實現較佳的散熱能力及電流承載力。跳線分為兩組，分別列於雷射晶片之左右兩側，使其對稱，以降低熱應力。跳線較佳的排列方式是呈八字型開口，避免遮蔽向後射至電子元件或光學元件的雷射光。由於雷射光的強度會隨溫度而大幅度化，故本發明選擇性地用一感光二極體置於雷射二極體後方，以監視其發射光強度，再輸入一運算放大器之倒相端或一電晶體，以推動雷射二極體，即可實現一負回授光強度穩定電路，此電路所有元件都可安裝在此封裝內。第一金屬板及第二金屬板 皆可以(但不限於)實行表面安裝技術(SMT)，銲接在印刷電路板上的表面導體上(一般為銅箔)，整個雷射二極體封裝即可安裝在電路板上，有良好的導電及導熱特性。表面導體的下方為印刷電路板的本體，可選用習知之FR4(玻璃纖維強化樹脂)，或是散熱效率更佳的鋁質、氮化鋁或氧化鋁為本體。以此結構，大部份磊晶層產生的熱經由很薄的導熱板和很薄又可大幅延伸的第一金屬板，就直接傳導至印刷電路板的本體，途徑很短，導熱速度極快。電流的途徑和熱流幾乎一樣，也是很短，從印刷電路板的表面導體經由很薄的第一金屬板和很薄的導熱板，就直接穿過磊晶層然後經跳線到達第二金屬板，不像現有技術可能要多再一條長長的跳線，如此架構其寄生的電感和電容量會很低，可供高速、大電流、高功率操作。
為維持所有金屬板之相對位置固定不變，以一絕緣框架固持。絕緣框架有一開口供雷射光射出，容納雷射二極體和其他元件，並保護元件不受外力影響。
於本發明中可加一上蓋，以覆蓋於絕緣框架上。
為增加絕緣框架對金屬板之固持力，金屬板兩側可選擇性地增加一個或多個凸包(bump out)，兩側的凸包仍以中心線呈左右對稱，以免除熱應力。現有之金屬板多成直線，本發明改進為多兩處彎折，可增加絕緣框架對金屬板之固持力，使金屬板更不易旋轉或被拉扯致脫離絕緣框架。
為求監測雷射二極體的輸出功率，可選擇性地在雷射二極體後方加裝一感光二極體、第三與第四金屬板，如前述，亦用絕緣框架固持。為增加此雷射二極體之效能，可選擇性加裝電子元件，貼裝在金屬板上，茲列出兩個實施例：第一例是如較小的元件，其兩引腳和雷射二極體晶片一樣是連接至第一金屬板及第二金屬板，適用於安裝防靜電二極體、逆向偏壓保護二極體、電容或突波抑制電容等元件，以保護雷射二極體。實務上雷射二極體很容易受到靜電或突波傷害，若有一保護元件在旁邊，即可大幅延長雷射二極體的壽命。第二例是較大的元件，其一引腳連接至第一或第二金屬板和雷射二極體晶片之一極連接，其另一金屬板連接至其他金屬板，此例適用於安裝電流感測電阻或熱敏電阻，藉以監視雷射二極體晶片的電流和溫度。在若此元件會顯著發熱，可考慮將其位置向外移遠離雷射二極體晶片，以維持散熱的對稱性。若是電子元件有許多接腳，也可加裝金屬板，例如推動雷射二極體的MOSFET、積體電路或前述的負回授光強度穩定電路，必須很接近雷射二極體以避免寄生電感和電容，有了更多金屬板，電子元件就可以安裝在雷射二極體旁邊，才能實現高速大電流脈衝。
為增加此雷射二極體之效能，可選擇性加裝一個或多個光學元件，放在出口端，用絕緣框架夾持固定。在絕緣框架的開口處左右兩邊設一凹槽，即可容納光學元件的邊緣。邊射型雷射二極體之光束必然成一橢圓角光錐，又有相當的像散(astigmatisim)，對於精密的應用是很不利的，常常須要用光學元件修正其光束才容易應用，例如加一柱面鏡或稜鏡將橢圓角光錐整型為圓型。再者，絕大部份的雷射應用都是利用準直光束，故而本發明可在雷射光出口端置一準直鏡(凸透鏡)，將發散光錐聚攏成 準直光束。成為準直光束之後，可再加一繞射光柵(或稱全像片)產生特定圖紋，或再加一光學晶體(例如Nd：YAG釔鋁榴石)即可產生固態雷射，又再加一非線性晶體(例如磷酸氧鈦鉀KTiOPO4-KTP，或偏磷酸鋰LiB3O5-LBO，又稱二次諧波產生器)可產生波長為原雷射之半的光波。用絕緣框架夾持固定光學元件，光學元件就可以很靠近雷射，可以在光錐還未發散得很大之前就將其收聚，光束直徑就可以很小，從而其後的光學鏡片和整個系統就可以縮得很小，這可以大幅增加應用領域。
為增加散熱效果，可擴大第一金屬板，但是為避免擴大後的第一金屬板阻擋出射光，可選擇性地在第一金屬板設一切口，切口為V型。如此就有很大的第一金屬板用於散熱，又不會阻擋出射光。切口也可為U型或其他型，例如依上述加一準直鏡將光錐收聚成準直光束後，切口可為U型，這樣就可以有較大面積的第一金屬板以利傳導熱。
為增加感光二極體的受光面積，可選擇性地扭曲第三金屬板的中段，使中段和其所背負的感光二極體不再維持水平，而是傾斜成一角度，增加有效受光面積。第三金屬板的中段靠雷射二極體之一側可彎曲成一L型，以便扶持感光二極體，在未貼裝之前維持不墜。扭曲的中段的最低部維持在原金屬板下層之上，不致於過低，以便能順利進行表面安裝。
若有必要使用上蓋保護雷射晶片和跳線等，上蓋也可固持一個或多個光學元件，上蓋也可在出口端設一凹槽，容納光學元件的邊緣，以便將光學元件夾持在上蓋和第一金屬板之間。
光學元件還可以用金屬板的一部份半切割再折起加以固持。
同一個雷射二極體封裝可以安裝多個雷射二極體晶片，晶片之間可以串聯或並聯。
同一個雷射二極體封裝也可串聯及並聯多個雷射二極體晶片，或複數個雷射二極體晶片串聯後再並聯，或複數個雷射二極體晶片並聯後再串聯。可以針對不同的電源電壓而採取不同之串聯並聯組態，即可獲最佳之電源使用效率。
10‧‧‧雷射二極體表面安裝結構
20‧‧‧一邊射型雷射二極體
21‧‧‧兩電極
211‧‧‧陽極
212‧‧‧陰極
30‧‧‧導熱板
31‧‧‧上層導電層
32‧‧‧下層導電層
33‧‧‧至少一導電體貫孔
40‧‧‧二個以上之金屬板
40-1‧‧‧第一金屬板
40-2‧‧‧第二金屬板
40-3‧‧‧第三金屬板
40-4‧‧‧第四金屬板
50，50-1，50-2，50-3‧‧‧跳線
60‧‧‧絕緣框架
61‧‧‧開口
62‧‧‧主輸出雷射橢圓型光錐
70‧‧‧電子元件
71‧‧‧雷射光出口端切口
73-1，73-2‧‧‧金屬板之彎曲
80‧‧‧印刷電路板
81‧‧‧印刷電路板的表面導體層
82‧‧‧印刷電路板的本體
90‧‧‧光學元件
100‧‧‧基板
101‧‧‧磊晶層
102‧‧‧跳線
103‧‧‧導熱板
104‧‧‧外殼
105、109‧‧‧金屬層
106‧‧‧雷射共振腔
107‧‧‧橢圓型光錐
108‧‧‧副輸出雷射方向
110‧‧‧熱沉
120-1，120-2‧‧‧凸包
圖1，包含圖1(a)及圖1(b)，圖1(a)顯示雷射二極體晶片結構，圖1(b)顯示現有邊射型中高功率雷射二極體之表面安裝結構。
圖2，包含圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)及圖2(d)，顯示本發明邊射型雷射二極體之表面安裝結構，圖2(a)為導熱板側視圖，圖2(b)為不含絕緣框架俯視圖，圖2(c)為含絕緣框架俯視圖，圖2(d)為雷射二極體晶片、導熱板與印刷電路板組合側視圖。
圖3，包含圖3(a)及圖3(b)，顯示依據本發明雷射二極體表面安裝結構具有複數個雷射二極體之電路連接圖，圖3(a)為三個雷射二極體晶片之並聯圖，圖3(b)為三個雷射二極體晶片之串聯圖。
圖4，包含圖4(a)及圖4(b)，圖4(a)顯示本發明第三金屬板承載一附加之電子元件之俯視圖，圖4(b)顯示本發明於承載一附加之電子元件之第三金屬板呈傾斜配置之側視圖。
圖5顯示本發明以彎折的金屬板固持光學元件。
圖2，包含圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)及圖2(d)，顯示依據本發明邊射型雷射二極體之表面安裝結構圖，其中，圖2(a)為導熱板之側視圖；圖2(b)為雷射二極體晶片安裝於金屬板而不含絕緣框架之俯視圖；圖2(c)為圖2(b)所示結構含絕緣框架之整體結構圖；及圖2(d)為雷射二極體晶片依序安裝於導熱板、第一金屬板及印刷電路板之組合側視圖。請同時參考圖2(a)圖2(b)、圖2(c)及圖2(d)，依據本發明之一種雷射二極體表面安裝結構10，包括：至少一邊射型雷射二極體晶片20，包含具有一陽極211及一陰極212之兩電極21；一導熱板30，具有一上層導電層31、一下層導電層32及至少一貫穿該上層導電層及該下層導電層之導電體貫孔33(詳如圖2(a)所示)，用以承載該至少一邊射型雷射二極體晶片之兩電極21之一極211或212，該至少一導電體貫孔用以電導通該上層導電層及該下層導電層；二個以上相互間隔且配置於一平面上之金屬板40，其中一第一金屬板40-1配置於該導熱板之下方並與該導熱板之下層導電層接觸，一第二金屬板40-2配置於相鄰而隔開於該第一金屬板，該第二金屬板藉由至少一跳線50與該兩電極之另一極212或211電連接；以及一具有開口61之絕緣框架60，設置於該二個以上之金屬板上方，用以固持該等二個以上之金屬板，其中該開口用以供該至少一邊射型雷射二極體晶片發射的雷射光穿過。
於本發明之雷射二極體表面安裝結構中，該至少一跳線50為二條跳線50-1、50-2，連接至該至少一邊射型雷射二極體晶片20之另一極212或211，其係以對稱分佈在該至少一邊射型雷射二極體晶片左右兩側之方式搭接。
又如圖2(d)之組合圖所示，本發明之雷射二極體表面安裝結構10可安裝於一印刷電路板80，包含一本體82及鍍層於其上之表面導體層81，其中該第一金屬板40-1焊接於該表面導體層81上。當然，該表面導體層81亦可用於焊接其他金屬板。
另於本發明中，請同時參閱圖3，該至少一邊射型雷射二極體晶片為複數個，該等複數個邊射型雷射二極體晶片作電路連接，如圖3(a)所示，可為三個雷射二極體晶片20之並聯配置，亦可圖3(b)所示為三個雷射二極體20之串聯配置，當然亦可依需要而作各種串、並聯配置。
又於本發明中，該導熱板30之材料為氮化鋁、氧化鋁或碳化矽；且該二個以上之金屬板之材料為銅；而該絕緣框架之材料為塑膠、環氧樹脂或電木。
此外，如圖2所示，本發明之雷射二極體表面安裝結構100，可進而包含至少一附加之電子元件70，該至少一附加之電子元件可為一感光二極體、防靜電二極體、逆向偏壓保護二極體、電容、電晶體、積體電 路或突波抑制電容，且該至少一附加之電子元件連接至需作電路接通之一第三金屬板40-3、一第四金屬板40-4及一跳線50-3，該等金屬板40-3及40-4係由該絕緣框架固持。
於本發明中，該至少一金屬板40之兩側具有凸包120-1及120-2位於其上，其兩側之凸包以中心線呈左右對稱。此外，該第一金屬板40-1在該至少一邊射型雷射二極體晶片20之雷射光出口端具有一切口71，(示於圖4(a))，以供雷射光通過。
如圖4所示，圖4(a)為俯視圖，圖4(b)為第三金屬板承載電子元件70之側視圖，於本發明之雷射二極體表面安裝結構，中用以承載該至少一附加之電子元件70，當其為一感光二極體，所連接之一第三金屬板40-3在承載該至少一附加之電子元件之位置被彎折成一斜面。另如圖4(b)之側示圖所示，不像其他金屬板一樣係在同一平面(如圖4(b)之虛線)，本實施例則於供該至少一電子元件之受光面之法線向量與後雷射光之中心線所成之角度不為90度，俾增加有效受光面積，用以配合一迴授控制電路，以穩定雷射光強度。該第一金屬板40-1向外擴展以加強散熱能力，並在雷射光出口端具有一切口，以供雷射光通過。
本發明之雷射二極體表面安裝結構，可進而包含一上蓋(未示於圖中)，用以覆蓋該絕緣框架。各該二個以上相互間隔且配置一平面上之金屬板有彎曲73-1及73-2(但仍在同一平面上)，其分別如圖4(a)中第一金屬板40-1，第二金屬板40-2之左、右側所示，以增加該絕緣框架固持各該金屬板之力量。
如圖5所示，本發明之雷射二極體表面安裝結構，可進而包含一光學元件90，安裝於該邊射型雷射二極體20前方，其可由該絕緣框架固持、或由該上蓋固持、或由一可彎折之金屬板固持，其中該光學元件90為一透鏡、濾鏡、繞射光柵、稜鏡、偏光鏡、光學晶體、或非線性光學晶體，用以依需要而處理該邊射型雷射二極體之光束。
此外，本發明之雷射二極體表面安裝結構，其中該至少一附加之電子元件為一雷射光強度穩定電路。

Claims (18)

  1. 一種雷射二極體表面安裝結構，包括：至少一邊射型雷射二極體晶片，包含具有一陽極及一陰極之兩電極；一導熱板，具有一上層導電層、一下層導電層及至少一貫穿該上層導電層及該下層導電層之導電體貫孔，用以承載該至少一邊射型雷射二極體晶片之兩電極之一極，該至少一導電體貫孔用以電導通該上層導電層及該下層導電層；二個以上相互間隔且配置於一平面上之金屬板，其中一第一金屬板配置於該導熱板之下方並與該導熱板之下層導電層接觸，一第二金屬板配置於相鄰而隔開於該第一金屬板，該第二金屬板藉由至少一跳線與該兩電極之另一極電連接；以及一具有開口之絕緣框架，設置於該二個以上之金屬板上方，用以固持該等二個以上之金屬板，其中該開口用以供該至少一邊射型雷射二極體晶片發射的雷射光穿過。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該至少一跳線為二條跳線連接至該至少一邊射型雷射二極體晶片之另一極，其係以對稱分佈在該至少一邊射型雷射二極體晶片左右兩側之方式搭接。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該至少一邊射型雷射二極體晶片為複數個，該等複數個邊射型雷射二極體晶片作電路連接，且其中該電路連接為串聯、並聯或其等之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該導熱板之材料為氮化鋁、氧化鋁或碳化矽。
  5. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該二個以上之金屬板之材料為銅。
  6. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該絕緣框架之材料為塑膠、環氧樹脂或電木。
  7. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，進而包含至少一附加之電子元件。
  8. 如申請專利範圍第7項之雷射二極體表面安裝結構，其中該至少一附加之電子元件為一感光二極體、防靜電二極體、逆向偏壓保護二極體、電容、電晶體、積體電路或突波抑制電容，且該至少一附加之電子元件連接至需作電路接通之金屬板，該電路接通之金屬板係由該絕緣框架固持。
  9. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該至少一金屬板具有凸包於其上。
  10. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中該第一金屬板在該至少一邊射型雷射二極體晶片之出口端具有一切口，以供雷射光通過。
  11. 如申請專利範圍第8項之雷射二極體表面安裝結構，其中用以承載該至少一附加之電子元件所連接之金屬板在承載該至少一附加之電子元件之位置成一斜面，以供該至少一電子元件之受光面之法線向量與後雷射光之中心線所成之角度不為90度。
  12. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，進而包含一上蓋，用以覆蓋該絕緣框架。
  13. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，其中各該二個以上相互間隔且配置一平面上之金屬板有一彎曲，以增加該絕緣框架固持各該金屬板之力量。
  14. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，進而包含一光學元件，其由該絕緣框架固持。
  15. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，進而包含一光學元件，其由該上蓋固持。
  16. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，進而包含一光學元件，其由一可彎折之金屬板固持。
  17. 如申請專利範圍第14、15或16項之雷射二極體表面安裝結構，其中該光學元件為一透鏡、濾鏡、繞射光柵、稜鏡、偏光鏡、光學晶體、或非線性光學晶體。
  18. 如申請專利範圍第1項之雷射二極體表面安裝結構，進而包含一印刷電路板，具有一本體及一位於本體上之表面導體層，其中該第一金屬板相接於該表面導體層上。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2707646A2 (en) * 2011-05-09 2014-03-19 Microsoft Corporation Low inductance light source module
TW201616696A (zh) * 2014-10-27 2016-05-01 財團法人工業技術研究院 發光裝置及其製造方法
TWM567505U (zh) * 2018-06-04 2018-09-21 李訓福 雷射二極體表面安裝結構

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2707646A2 (en) * 2011-05-09 2014-03-19 Microsoft Corporation Low inductance light source module
TW201616696A (zh) * 2014-10-27 2016-05-01 財團法人工業技術研究院 發光裝置及其製造方法
TWM567505U (zh) * 2018-06-04 2018-09-21 李訓福 雷射二極體表面安裝結構

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