TWM579820U

TWM579820U - A VCSEL laser device

Info

Publication number: TWM579820U
Application number: TW108200544U
Authority: TW
Inventors: 石維志
Original assignee: 大陸商上海索曄國際貿易有限公司
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本創作提供一種VCSEL激光器件，以金屬引線框架與採用熱固性樹脂成型的臺階結構件為載體支架，提供至少一顆VCSEL芯片，及至少一組包含衍射光學元件的光學透鏡模組；在金屬引線框架上採用熱固性樹脂進行熱壓固化成型臺階結構件，臺階結構件設有至少一個臺階結構，VCSEL芯片固定在載體支架的金屬引線框架上，採用導線與金屬引線框架互連，包含衍射光學元件的光學透鏡模組鑲嵌於臺階結構件的臺階結構上。本創作提供的VCSEL激光器件，兼具經濟、可靠、高效量產的優勢。

Description

一種VCSEL激光器件

本創作屬光電半導體技術領域，涉及一種VCSEL激光器件，涉及垂直腔體表面激光發射器的封裝。

3D成像在物理識別、動作識別、場景識別等方面具有巨大的應用潛力。3D成像可以記錄拍攝目標對象的與攝像頭的距離信息，從而獲得拍攝目標物體的三維坐標信息。通過對拍攝目標對象的靜態或者動態三維坐標信息的建模計算，可實現物理識別、動作識別、以及場景識別。

目前主流的3D成像技術有三種：一是雙目立體視覺（Binocular Stereo Vision），即通過兩個相隔一定距離的攝像機給目標物體同時成像，計算兩幅圖像對應點之間的位置偏差，獲取物體的三維信息；二是光飛行時間法(Time of Flight, TOF)，即給目標物體發射經過相位調製的激光，圖像傳感器探測激光的相位偏差，計算得飛行往返的時間差，可以計算得目標物體與攝像頭之間的精確距離並建模算得物體的3D信息；三是結構光法（StructureLight），即紅外激光器發出特定波長的光斑矩陣，投射在目標物體上，光斑矩陣隨目標物體表面的結構而發生畸變，圖像傳感器探測光斑矩陣的畸變分佈信息，再通過特定的算法得到目標物體的位置和3D信息。

TOF和結構光都需要主動激光光源發出特定波長的激光。VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）垂直共振腔表面放射激光器，簡稱面射型激光器，具有體積小、反應速度快、能量效率高的優點，特別適用於TOF和結構光光源。目前高功率密度的結構光器件VCSEL的封裝方式，主要是成本昂貴的陶瓷基板封裝。VCSEL亟需一種經濟、可靠、高效量產效率的的封裝方式，以推進VCSEL應用的普及，推進3D成像技術的廣泛應用。

本創作的目的是提供一種VCSEL激光器件，該激光器件的封裝兼具經濟、可靠、高量產效率的優勢。該激光器件至少包含一顆VCSEL芯片、由金屬引線框架和熱固性樹脂成型的臺階結構件構成的載體支架、包含衍射光學元件的光學透鏡模組。具體來說：

以金屬引線框架與採用熱固性樹脂成型的臺階結構件為載體支架，提供至少一顆VCSEL芯片，及至少一組包含衍射光學元件的光學透鏡模組；在金屬引線框架上採用熱固性樹脂進行熱壓固化成型臺階結構件，臺階結構件設有至少一個臺階結構，VCSEL芯片固定在載體支架的金屬引線框架上，採用導線與金屬引線框架互連，包含衍射光學元件的光學透鏡模組鑲嵌於臺階結構件的臺階結構上。

載體支架使用的金屬引線框架，通過精密模具衝壓或化學蝕刻法得到特定的圖形，所述引金屬引線框架厚度在0.1nm與1mm之間。

載體支架使用的熱固性樹脂，至少包含有二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、碳黑中的一種無機填料；熱固性樹脂的顏色為黑色或者白色；使用模具熱壓的方式在所述金屬引線框架上固化成型。

VCSEL芯片採用至少有兩束陣列激光光束的芯片，並且激光的波長在600nmm與1600nm之間。

光學透鏡模組中包含的衍射光學元件，應能將所述VCSEL芯片發出的激光光束衍射，且衍射出的激光束數目，不少於所述VCSEL芯片的光束數目。

此外，可選地，在所述VCSEL芯片的水平方向上，在金屬引線框架上焊接有半導體芯片，半導體芯片包含驅動芯片或感光芯片中的一種或兩種，可以實現VCSEL芯片的驅動或感光功能集成。

以下將結合實施例和附圖對本創作的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整的描述，以充分地理解本創作的目的、特徵和效果。顯然，所描述的具體實施例只是本創作的一部分實施例，而不是全部實施例，基於本創作的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬本創作的保護範圍。本創作創造中的各種技術特徵，在不相互矛盾衝突的前提下可以交互組合。

如圖1所示，本實施例是一種VCSEL激光器，包括載體支架、一顆VCSEL芯片、一顆半體芯片和一組包含衍射光學元件的光學透鏡模組，所述載體支架包括金屬引線框架與在金屬引線框架上採用熱固性樹脂進行熱壓固化成型的臺階結構件，VCSEL芯片固定在載體支架的金屬引線框架上，並且VCSEL芯片採用導線與金屬引線框架互連，光學透鏡模組鑲嵌固定於臺階結構件上。

以下是本實施例中的VCSEL激光器製作流程：

步驟一、使用化學蝕刻或者精密模具衝壓的辦法，在一塊金屬片材上做出用於固定VCSEL芯片、驅動芯片、感光芯片以及導線連接的金屬引線框架，每個金屬引線框架的外形可以是各種形狀，如圓形、方形或星形等。製作金屬引線框架的金屬片材為鍍金或鍍銀或鍍鎳鈀金合金的銅材。

步驟二、使用模具熱壓的方法，在每個金屬引線框架上成型熱固性樹脂，形成一個臺階結構件；模具上設計特殊臺階結構，使成型的熱固性樹脂形成至少一個臺階結構。熱固性樹脂為環氧樹脂，環氧樹脂為黑色。

步驟三、在每個金屬引線框架的焊盤上，固定VCSEL芯片和半導體芯片，固定芯片的方法為銀膠固晶、錫膏固晶、助焊劑固晶、焊料固晶或芯片底部金屬鍍層熱壓共晶。

步驟四、根據芯片需求，將VCSEL芯片及半導體芯片用導線與金屬引線框架互聯。導線為線徑為0.8mil至1mil的金線。

步驟五、將包含衍射光學元件的光學透鏡模組，使用膠黏劑粘接到臺階結構件的臺階結構上，膠黏劑為透明矽膠。

步驟六、用切割或者衝壓的方式，分離成具有獨立功能的單顆VCSEL激光器。

以上對本創作的較佳實施例進行了具體說明，但本創作創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本創作精神的前提下還可做出許多種等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍

1‧‧‧金屬引線框架

2‧‧‧臺階結構件

21‧‧‧臺階結構

3‧‧‧VCSEL芯片

4‧‧‧半導體芯片

5‧‧‧光學透鏡模組

6‧‧‧導線

為了更清楚地說明本創作實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要說明。所述的附圖只是本創作的一部分實施例，而不是全部實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他設計方案和附圖，同屬本創作實施例範疇之內。

圖1是實施例中的VCSEL激光器的結構示意圖。

Claims

一種VCSEL激光器件，包括：載體支架、至少一顆VCSEL芯片和至少一組包含衍射光學元件的光學透鏡模組，該載體支架包括金屬引線框架與在金屬引線框架上採用熱固性樹脂進行熱壓固化成型的臺階結構件，VCSEL芯片固定在載體支架的金屬引線框架上，並且VCSEL芯片採用導線與金屬引線框架互連，光學透鏡模組鑲嵌固定於臺階結構件上。
如申請專利範圍第1項所述的VCSEL激光器件，其中該載體支架的金屬引線框架，通過精密模具衝壓或化學蝕刻法得到特定的圖形，所述金屬引線框架厚度在0.1mm與1mm之間。
如申請專利範圍第1項所述的VCSEL激光器件，其中該熱固性樹脂至少包含有二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、碳黑中的任意一種無機填料；熱固性樹脂的顏色為黑色或者白色；使用模具熱壓的方式在所述金屬引線框架上固化成型。
如申請專利範圍第1項所述的VCSEL激光器件，其中該臺階結構件設有至少一個臺階結構，臺階結構上採用膠黏劑粘接固定所述光學透鏡模組。
如申請專利範圍第1項所述的VCSEL激光器件，其特徵在於，所述VCSEL芯片為至少有兩束陣列激光光束的芯片，發射激光的波長在600nm與1600nm之間。
如申請專利範圍第1項所述的VCSEL激光器件，其中該光學透鏡模組中包含的衍射光學元件將所述VCSEL芯片發出的激光光束衍射，且衍射出的激光束數目，不少於所述VCSEL芯片的光束數目。
如申請專利範圍第1項所述的VCSEL激光器件，其中該VCSEL芯片的水平方向上，在金屬引線框架上焊接有半導體芯片，半導體芯片包含驅動芯片或感光芯片中的一種或兩種。