TWI705632B - 雷射二極體裝置 - Google Patents

Abstract

一種雷射二極體裝置，其包括雷射二極體元件、透鏡、第一承載件、驅動晶片以及第二承載件，其中第一承載件用於容置雷射二極體元件以及透鏡，第二承載件用於容置驅動晶片，並配置於第一承載件的下方以承載第一承載件，且與第一承載件電連接。

Description

雷射二極體裝置

本申請係有關於一種雷射二極體裝置，尤指一種減少訊號傳輸距離的雷射二極體裝置。

雷射二極體因具有直線傳播、微光點、高光密度等優勢，其廣泛應用於讀取、通訊、量測或感測等領域，近年來更是大幅使用於行動裝置(例如：智慧型手機、平板電腦等)中的人臉辨識或物體辨識的應用，例如搭配飛時測距(Time of Flight, ToF)技術進行人臉辨識。而習知的雷射二極體常配合驅動晶片所產生的驅動訊號來進行對應的操作，即雷射二極體係根據接收的驅動訊號來發光，因此雷射二極體的驅動速度仰賴所接收的驅動訊號來控制，其中，雷射二極體的驅動速度直接的影響辨識效果的好壞，驅動速度越快，辨識的速度亦加快，更可提升辨識的精準度。

由於用來傳輸驅動訊號的走線越長，驅動訊號會因為走線本身所具有的電性(例如：阻抗)而造成訊號強度的損耗以及降低，導致雷射二極體驅動速度的減緩，進而無法提升辨識的速度以及效果。因此，為了減少雷射二極體與驅動晶片之間的訊號傳輸距離以提升雷射二極體的驅動速度，本申請提出一種雷射二極體裝置，其包括雷射二極體元件、透鏡、第一承載件、驅動晶片以及第二承載件雷射二極體模組以及驅動晶片模組，其中第一承載件用於容置雷射二極體元件以及透鏡，第二承載件用於容置驅動晶片，並配置於第一承載件的下方以承載第一承載件，且與第一承載件電連接。

藉此，直接疊加的第一承載件以及第二承載件大幅減少了雷射二極體元件以及驅動晶片之間的走線距離，減少因走線距離過長所造成的訊號損耗，此外，直接疊加的方式亦大幅減少了雷射二極體元件以及驅動晶片於線路上所佔之表面積，更增進了佈線的便利度，再者，藉由兩個承載體將雷射二極體元件以及驅動晶片彼此熱電隔離，可避免雷射二極體元件的熱能影響驅動晶片的效能。

可選地，第一承載件包括第一陶瓷載體、第一金屬層、第一側壁、第一支撐部以及第一電極部，其中第一金屬層配置於第一陶瓷載體的上方，第一側壁配置於第一金屬層的上方，第一支撐部突出於第一側壁的內側，並與第一側壁以及第一金屬層定義出第一容置空間以及第二容置空間，第一電極部配置於第一陶瓷載體的下方。

可選地，第一容置空間用於容置雷射二極體元件，第二容置空間用於容置透鏡。

可選地，第一陶瓷載體包括多個第一通孔，多個第一通孔用於設置連接於金屬層與第一電極部之間的導線。

可選地，其中第一電極部包括第一電極以及第二電極，用於各別地與雷射二極體元件電連接。

可選地，第二承載件包括第二陶瓷載體、第二金屬層、第二側壁、第二支撐部以及第二電極部，其中，第二金屬層配置於第二陶瓷載體的上方，第二側壁配置於第二金屬層的上方，第二支撐部突出於第二側壁的內側，並與第二金屬層以及第二側壁定義出第三容置空間以及第四容置空間，第二電極部，配置於第二陶瓷載體的下方。

可選地，其中第三容置空間用於容置驅動晶片，第四容置空間用於乘載第一電極部，第一電極部與第二側壁電連接。

可選地，其中第二陶瓷載體包括多個第二通孔，多個第二通孔用於設置連接於第二金屬層與第二電極部之間的導線。

可選地，第二陶瓷載體、第二金屬層、第二側壁以及第二支撐部為一體成形。

可選地，雷射二極體裝置的高度與影像感測器相同。

為充分瞭解本申請之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本申請做一詳細說明，說明如後：

請同時參考圖1、圖2以及圖3，圖1為根據本申請實施例之雷射二極體裝置1000的封裝結構示意圖，其包括雷射二極體模組100以及驅動晶片模組200，圖2為根據本申請實施例之雷射二極體模組100的單獨結構示意圖，圖3則為根據本申請實施例之驅動晶片模組200的單獨結構示意圖。

雷射二極體模組100包括第一承載件，第一承載件用以容置並乘載雷射二極體元件180(例如為雷射二極體晶片)以及透鏡190，其中第一承載件包括第一陶瓷載體110、第一金屬層120、第一側壁130、第一支撐部140以及第一電極部150。所述第一陶瓷載體110的上方配置有第一金屬層120，第一陶瓷載體110的下方配置有第一電極部150，其中第一電極部150包括第一電極150a以及一第二電極150b，第一電極150a以及第二電極150b用於各別地與雷射二極體元件180的正極以及負極電連接。第一側壁130配置於第一金屬層120的上方並與第一金屬層120連接，第一側壁130並環繞第一金屬層120形成容置空間，同時第一支撐部140配置於該第一側壁130的內側並向容置空間的方向突出於該第一側壁130，且第一支撐部140的頂部低於第一側壁130的頂部，因此第一支撐部140與第一金屬層120定義出第一容置空間160，同時第一支撐部140的頂部與第一側壁130的頂部之間定義出位於第一容置空間160上方的第二容置空間170。換言之，第一承載件的容置空間包括所述第一容置空間160以及所述第二容置空間170，其中第一容置空間160用於容置所述雷射二極體元件180，第二容置空間170用於容置所述透鏡190。所述雷射二極體元件180配置於第一金屬層120上方並與第一金屬層120連接，透鏡190配置並固定(例如為黏合)於第一支撐部140的頂部，因此雷射二極體元件180所發射之光線可透過透鏡190聚合為特定模式以發射至雷射二極體模組100的外部。

所述第一陶瓷載體110更包括多個第一通孔111，第一通孔111貫穿第一陶瓷載體110的頂部以及底部，用於設置連接於第一金屬層120與第一電極部150之間的導線(例如為金線)，因此雷射二極體元件180的正極以及負極可藉由連接的第一金屬層120以及第一通孔111各別的與第一電極部150的第一電極150a以及第二電極150b電連接。

所述雷射二極體元件180可為垂直共振腔面射型雷射元件(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)，所述透鏡190可為一繞射光學透鏡(Diffractive optical element, DOE)或一微透鏡(Microlens) ，且本申請不以此為限制。

所述第一金屬層120的材料可以為銅，且本申請不以此為限制，第一金屬層120的材料可根據需求替換為其他金屬材料或導電材料。

所述第一側壁130以及第一支撐部140的材料可以為PPA樹脂、LCP(LIQUID CRYSTAL POLYMER)或金屬材料，且本申請不以此為限制。

驅動晶片模組200包括第二承載件，第二承載件用於容置驅動晶片280，其中第二承載件包括第二陶瓷載體210、第二金屬層220、第二側壁230、第二支撐部240以及第二電極部250，所述驅動晶片280用以產生提供給雷射二極體元件180的驅動訊號，使雷射二極體元件180可根據驅動訊號發射光線。第二陶瓷載體210的上方配置有第二金屬層220，第二陶瓷載體210的下方配置有第二電極部250，所述第二電極部250用於與驅動晶片280以及外部電路(未繪示)電連接。第二側壁230配置於第二金屬層220的上方並與第二金屬層220連接，第二側壁230並環繞第二金屬層220形成容置空間。第二支撐部240配置於第二側壁230的內側並向容置空間的方向突出於第二側壁230，且第二支撐部240的頂部低於第二側壁230的頂部，因此第二支撐部240與第二金屬層220定義出第三容置空間260，第二支撐部240的頂部並與第二側壁230的頂部定義出位於第三容置空間260上方的第四容置空間270，其中第三容置空間260用於容置驅動晶片280，第四容置空間270用於容置並承載雷射二極體模組100的第一電極部150，驅動晶片280配置於第二金屬層220上並與第二金屬層220連接。藉此，第一電極部150可與第二側壁230以及第二支撐部240電連接，驅動晶片280可藉由第二金屬層220與第二側壁230電連接，並透過第二側壁230將驅動訊號傳送至電連接的第一電極部150，因此驅動訊號可透過第一電極部150傳送至雷射二極體元件180。

所述第二陶瓷載體210更包括多個第二通孔211，第二通孔211貫穿第二陶瓷載體210的頂部以及底部，用於設置連接於第二金屬層220與第二電極部250之間的導線(例如為金線)，因此驅動晶片280可藉由連接的第二金屬層220以及第二通孔211與第二電極部250電連接。

所述第二金屬層220的材料可以為銅，且本申請不以此為限制，第二金屬層220的材料可根據需求替換為其他金屬材料或導電材料。

在一實施例中，第二側壁230以及第二支撐部240可與第二金屬層220以及第二陶瓷載體210一體成形，例如第二金屬層220、第二側壁230以及第二支撐部240可直接於第二陶瓷載體210上生成而一體成形。在此實施例中，第二側壁230、第二支撐部240以及第二金屬層220的材料為銅，且本申請不以此為限制。

在另一實施例中，第二側壁230以及第二支撐部240可以由外部塗布有金屬的陶瓷、PPA樹脂或LCP(LIQUID CRYSTAL POLYMER)來實現，且本申請不以此為限制。

根據本申請之雷射二極體裝置1000，其第一側壁130以及第二側壁230的高度更可根據雷射二極體裝置1000的高度H來選擇，以使雷射二極體裝置1000配置於線路的高度H與對應之影像感測器相同，因此雷射二極體裝置1000配置於線路時，無須再次打件以符合影像感測器之高度，大幅減少了電子產品製造時所需的時間以及成本，其中所述影像感測器與雷射二極體裝置1000配置於同一電子裝置(例如為智慧型手機)，其用於接收反射光線，所述反射光線為雷射二極體裝置1000的雷射二極體元件180所發射之光線照射到待測物表面(例如為人臉)而反射之光線，藉此使電子裝置可以根據光線反射的時間判斷待測物表面上不同位置的距離，進而建構出待測物表面的立體結構，所述影像感測器例如為感光耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)鏡頭，且本申請不以此為限制。

綜以上所述，本申請實施例藉由將雷射二極體模組100與驅動晶片模組200於垂直方向上彼此結合並電連接，可大幅減少驅動訊號傳送至雷射二極體元件180的傳輸距離，同時減少傳輸路徑造成的能量損失，因此有效提升雷射二極體元件180的驅動速度，更因此大幅減少雷射二極體裝置1000之表面積，也增進線路佈線的便利度。又，以兩個承載件將雷射二極體元件180以及驅動晶片280彼此熱電分離，可有效避免雷射二極體元件180操作時產生的熱能影響驅動晶片280的效能。

本申請在上文中已以較佳實施例揭露，然本領域之通常知識者應理解的是，該實施例僅用於描繪本申請，而不應解讀為限制本申請之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本申請之範疇內。因此，本申請之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100:雷射二極體模組 110:第一陶瓷載體 111:第一通孔 120:第一金屬層 130:第一側壁 140:第一支撐部 150:第一電極部 150a:第一電極 150b:第二電極 160:第一容置空間 170:第二容置空間 180:雷射二極體元件 190:透鏡 200:驅動晶片模組 210:第二陶瓷載體 211:第二通孔 220:第二金屬層 230:第二側壁 240:第二支撐部 250:第二電極部 260:第三容置空間 270:第四容置空間 280:驅動晶片 1000:雷射二極體裝置 H:高度

圖1為根據本申請實施例之雷射二極體裝置的封裝結構示意圖； 圖2為根據本申請實施例之雷射二極體模組的單獨結構示意圖；以及 圖3為根據本申請實施例之驅動晶片模組的單獨結構示意圖。

100:雷射二極體模組

110:第一陶瓷載體

111:第一通孔

120:第一金屬層

130:第一側壁

140:第一支撐部

150a:第一電極

150b:第二電極

160:第一容置空間

180:雷射二極體元件

190:透鏡

200:驅動晶片模組

210:第二陶瓷載體

211:第二通孔

220:第二金屬層

230:第二側壁

240:第二支撐部

250:第二電極部

260:第三容置空間

280:驅動晶片

1000:雷射二極體裝置

H:高度

Claims (10)

1. 一種雷射二極體裝置，其包括： 一雷射二極體元件； 一透鏡； 一第一承載件，用於容置該雷射二極體元件以及該透鏡； 一驅動晶片；以及 一第二承載件，用於容置該驅動晶片，並配置於該第一承載件的下方以承載該第一承載件，且與該第一承載件電連接。
2. 如請求項1所述之雷射二極體裝置，該第一承載件包括： 一第一陶瓷載體； 一第一金屬層，配置於該第一陶瓷載體的上方； 一第一側壁，配置於該第一金屬層的上方； 一第一支撐部，突出於該第一側壁的內側，並與該第一側壁以及該第一金屬層定義出一第一容置空間以及一第二容置空間；以及 一第一電極部，配置於該第一陶瓷載體的下方。
3. 如請求項2所述之雷射二極體裝置，其中該第一容置空間用於容置該雷射二極體元件，該第二容置空間用於容置該透鏡。
4. 如請求項2所述之雷射二極體裝置，其中該第一陶瓷載體包括多個第一通孔，該等第一通孔用於設置連接於該金屬層與該第一電極部之間的導線。
5. 如請求項2所述之雷射二極體裝置，其中該第一電極部包括一第一電極以及一第二電極，用於各別地與該雷射二極體元件電連接。
6. 如請求項1所述之雷射二極體裝置，該第二承載件包括： 一第二陶瓷載體； 一第二金屬層，配置於該第二陶瓷載體的上方； 一第二側壁，配置於該第二金屬層的上方； 一第二支撐部，突出於該第二側壁的內側，並與該第二金屬層以及該第二側壁定義出一第三容置空間以及一第四容置空間； 一第二電極部，配置於該第二陶瓷載體的下方。
7. 如請求項6所述之雷射二極體裝置，其中該第三容置空間用於容置該驅動晶片，該第四容置空間用於乘載該第一電極部，該第一電極部與該第二側壁電連接。
8. 如請求項6所述之雷射二極體裝置，其中該第二陶瓷載體包括多個第二通孔，該等第二通孔用於設置連接於該第二金屬層與該第二電極部之間的導線。
9. 如請求項6所述之雷射二極體裝置，其中該第二陶瓷載體、該第二金屬層、該第二側壁以及該第二支撐部為一體成形。
10. 如請求項1所述之雷射二極體裝置，其中，該雷射二極體裝置的高度與一影像感測器相同。

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