印刷电路板上的激光二极管芯片制造技术

一种光源模块，包括被直接安装到多层印刷电路板的导电迹线的半导体光源，该多层印刷电路板具有核心，该核心包括通过多个埋设的通孔电耦合且热耦合的多个核心层，其中，核心层中的至少一个核心层包括热沉平面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】印刷电路板上的激光二极管芯片背景被配置成产生以高频率重复的光脉冲串的照明系统可被用于各种艺术、医疗、技术、军事和科学应用。一般而言，照明系统包括被包封在保护性封装中的半导体光源(诸如发光二极管(LED)或激光二极管(LD))，该保护性封装具有用于将光源耦合到电源的导电导线或焊盘。由于半导体光源仅将它们接收到的能量的约10％至约50％转换成有用的光学输出，因此它们接收到的大部分能量被转换成热量，该热量必须被耗散以防止半导体光源的损坏并实现它们的高效操作。通常，光源被安装到导热基台以用于将光源在操作期间产生的热量传导到合适的热沉。作为解说性示例应用，选通飞行时间(GT-TOF)测距相机可使用这种照明系统、利用光脉冲串来照明该相机对其进行成像的场景，以获得场景的“测距图像”，该“测距图像”提供对该场景中的特征的距离测量。在发射光脉冲串中的每个光脉冲之后，GT-TOF相机选通开启(ON)达短的曝光时间段，在该曝光时间段期间相机的光电传感器对入射在像素上的光敏感并记录入射在像素上的光。在光脉冲之后的短曝光时间段期间，来自场景中的给定特征的像素成像光记录该给定特征从光脉冲反射回到相机的光量。相机使用像素在曝光时间段期间从光脉冲串中的通常所有光脉冲中针对给定特征记录的反射光量，来确定光从相机行进到给定特征并返回到相机的往返时间。特征的往返时间和光速用于确定到该特征的距离。GT-TOF相机中的光源发射的用以照明该GT-TOF相机对其进行成像的场景的光脉冲串中的光脉冲以及该相机的曝光时间段可具有短至几纳秒的脉冲宽度以及大于一兆赫兹(MHz)的重复频率。由于在尽可能短的时间中获得场景的测距图像一般是有利的，因此光脉冲串中的光脉冲数目和相关联的曝光时间段尽可能小是有利的。然而，随着脉冲宽度变得更短并且重复率更快，生成具有充分的强度和脉冲形状一致性的光脉冲以使得由GT-TOF相机提供的距离测量具有可接受的准确度和信噪比(SNR)在技术上会具有挑战性。用于将光源和相机维持在可接受的操作温度的成本考虑和散热要求通常限制了由光源提供的照明强度。由光源生成的光脉冲的短脉冲宽度和高重复率所要求的快速切换需求以及系统的电子和光学组件具有小的覆盖区域的常见约束加重了这种挑战。概述本公开的一实施例的一方面涉及提供一种光源模块(LSM)，该LSM包括：直接被安装到多层印刷电路板(ML-PCB)的半导体光源，该ML-PCB被配置成向光源提供增强的散热并且可操作用于控制光源以高重复率发射相对短的光脉冲。在一实施例中，ML-PCB包括多层核心和可选地在核心的两侧上的多个堆积层。核心层包括至少一个平面(下文也被称为“热沉平面”)，该平面是良好的热导体和电导体。在一实施例中，该至少一个热沉平面包括通过多个埋设的通孔电耦合且热耦合的多个热沉平面。ML-PCB的顶层被形成为具有表面安装技术(SMT)焊盘(下文也被称为“光源焊盘”或“SMT焊盘”)、以及至少一个迹线(下文也被称为“光源功率迹线”或“功率迹线”)。光源的电极(可选地阴极)通过导电和导热环氧树脂或粘合剂(一般被称为导电环氧树脂)电接合并热接合到SMT光源焊盘。光源的电极(可选地阳极)通过相对短的接合线连接到该至少一个功率迹线。光源驱动器可选地与光源紧邻地被安装到顶层并且电连接到光源焊盘。根据一实施例，光源焊盘和至少一个功率迹线被形成为具有相对密集分布的微通孔，这些微通孔建立至核心中的该至少一个热沉平面的热连接和电连接。密集分布的微通孔提供了对由光源在操作期间产生的热量的高效耗散，这改善了光源的性能。光源驱动器与光源的紧邻、相对短的接合线、以及光源阴极与光源SMT焊盘的直接耦合提供了驱动器至光源的相对低的电感耦合。低电感促进驱动光源产生以高重复率发射的短光脉冲。然而，半导体光源可以是各种半导体光源中的任何一种，为呈现方便起见，以下描述和讨论假设光源为LD。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。附图说明下面将参考在此所附的在此段落之后列出的附图来描述本公开的实施例的非限制性示例。在多于一幅附图中出现的相同特征通常在其出现的所有附图中都以相同的标签来标记。附图中对表示本公开的实施例的给定特征的图标进行标记的标签可以用于应用该图标所表示的给定特征。附图中所示的特征的尺寸是为了方便和清楚呈现而选择的，并且不一定按比例显示。图1示意性地示出了根据本公开的一实施例的包括被安装到ML-PCB的LD的光源模块；图2示出了根据本公开的一实施例的作为提供给模块中的LD的能量的函数的光源模块的热阻的图表；图3A示出了根据本专利技术的一实施例的由基本上恒定的电流驱动的光源模块的作为时间的函数来测量的光学输出的图表；以及图3B示出了市场上可购得的光源模块的作为时间的函数来测量的光学输出的图表，该光源由与驱动获得图3A中的图表的光源模块基本上相同幅度的电流驱动。详细描述在下面的描述中，参考图1描述了根据本公开的一实施例的光源模块(LSM)。根据一实施例的LSM包括在没有基台的情况下被直接安装到ML-PCB的顶层的LD，该ML-PCB可选地具有2-4-2堆叠配置。参考图2和图3A以及3B中所示的图表来讨论可由LSM在缓解被包括在模块中的LD的性能的热退化中提供的优点。图2示出了根据本公开的类似于图1中所示的实施例的热阻，K/W(开氏度/瓦特)，作为提供给LD的能量的函数的图表，该热阻用于耗散由被包括在不包含基座的模拟LSM中的LD产生的热量。为比较起见，该图表示出了用于耗散由被包括在模拟的常规光源模块中的LD产生的热量的热阻，该LD包括被安装到PCB的基台并在与对图1中所示的LSM进行操作以提供图表的条件基本上相同的条件下操作。模拟的常规光源模块呈现比根据本公开的一实施例的LSM显著更大的热阻和操作温度。图3A和3B示出了作为提供给被包括在模块中的LD的集成能量的函数的光源模块的光学辐射的图表。图3A示出了与图1中示意性示出的实施例类似的本公开的一实施例的作为向LSM提供的集成能量的函数的所测得光学输出。图3B示出了作为被安装到基台的LD的常规光源模块的集成能量的函数的所测得光学输出。图3A和3B指示，与针对根据本公开的一实施例的LSM所指示的集成输入能量的辐射下降相比，常规光源模块的辐射随着集成输入能量急剧下降。在讨论中，除非另有说明，否则修改本公开的实施例的一个或多个特征的条件或关系特性的诸如基本上摂和大约摂之类的形容词应被理解成是指该条件或特性被限定在对该实施例所意图的应用而言可接受的该实施例的操作的容差以内。除非另外指示，本描述和权利要求书中的单词“或”被认为是包含性“或”而不是排他性或，并且指示其结合的各项目中的至少一者或其组合。图1示意性地示出根据本公开的一实施例的LSM20。根据本公开的一实施例，LSM20包括多层PCB(ML-PCB21)，该多层PCB具有多个(N个)层(L1、L2…LN)并且包括激光二极管LD50以及被安装到ML-PCB21的顶层L1的LD驱动器60。作为非限制性示例，在图1中，对于ML-PCB21，N＝8，并且ML-PCB包括可选地铜导电层L1、L2…L8，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光源模块，包括：多层印刷电路板(ML‑PCB)，所述ML‑PCB具有：核心，所述核心包括通过多个埋设的通孔电耦合且热耦合的多个核心层，其中，所述核心层中的至少一个核心层包括热沉平面；在所述核心的第一侧上的顶层，所述顶层上形成有第一导电元件以及分别在所述第一导电元件的两侧的第二和第三导电元件，其中，每个导电元件通过多个微通孔热耦合到所述至少一个核心层的热沉平面；在所述核心的与所述第一侧相对的第二侧上的底层；以及半导体光源，所述半导体光源具有第一电极，所述第一电极利用导热和导电环氧树脂接合到所述第一导电元件并通过多个接合线电连接到第二和第三电极中的每一者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.16 US 15/044,5261.一种光源模块，包括：多层印刷电路板(ML-PCB)，所述ML-PCB具有：核心，所述核心包括通过多个埋设的通孔电耦合且热耦合的多个核心层，其中，所述核心层中的至少一个核心层包括热沉平面；在所述核心的第一侧上的顶层，所述顶层上形成有第一导电元件以及分别在所述第一导电元件的两侧的第二和第三导电元件，其中，每个导电元件通过多个微通孔热耦合到所述至少一个核心层的热沉平面；在所述核心的与所述第一侧相对的第二侧上的底层；以及半导体光源，所述半导体光源具有第一电极，所述第一电极利用导热和导电环氧树脂接合到所述第一导电元件并通过多个接合线电连接到第二和第三电极中的每一者。2.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述多个核心层中的至少两个核心层包括热沉平面，并且所有热沉平面通过所述多个埋设的通孔热耦合。3.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述多个埋设的通孔以小于或等于约500μm的间距排列。4.如权利要求2或3所述的光源模块，其特征在于，所述核心层中的所述至少两个核心层包括全部核心层。5.如前述权利要求中任一项所述的光源模块，其特征在于，将所述第一导电元件耦合到所述至少一个核心层的热沉平面的所述多个微通孔以阵列分布，所述阵列在所述第一导电元件的与半导体激光二极管的所述第一电极接合的区域中具有小于或等于约400μm的间距。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·曼德宝姆，S·费尔芩式特恩，B·谢姆托夫，R·K·普莱斯，R·K·纳拉，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US