具有低寄生电感的LIDARVCSEL激光器模块制造技术

本发明专利技术涉及用于针对LIDAR应用发射激光脉冲的具有VCSEL激光器阵列的光模块，其中，采用了特殊的结构和连接技术，因此寄生电感很低，从而实现了高开关速度。为此，VCSEL激光器阵列裸片VCSELA和电容器阵列CAP以堆叠裸片布置的方式安装在载体上。方式安装在载体上。方式安装在载体上。

【技术实现步骤摘要】
具有低寄生电感的LIDARVCSEL激光器模块


[0001]本专利技术涉及特别用于光探测和测距(即，LIDAR)应用的光模块LM，特别是激光模块，其在VCSEL激光器阵列中具有VCSEL激光器，这里VCSEL激光器是指垂直腔面发射激光器。

技术介绍

[0002]WO 2021 140 160A1公开了一种用于汽车应用的光模块和LIDAR设备。WO 2021 140 160A1的技术启示描述了一种具有电容器阵列和可阵列排布的驱动器IC的激光模块，驱动器IC驱动LIDAR系统的多个激光器。在此提供的激光器在光模块的激光二极管的晶体的前侧发射光。因此，在此提出的激光器的辐射面积与垂直方向上的PN阻挡层厚度处于同一数量级，这导致激光束在垂直方向上变宽，并导致各种其他缺点。
[0003]然而，在现有技术中，VCSEL激光器可通过VCSEL激光器裸片VCSELA的晶体表面(即，具有垂直于VCSEL激光器裸片VCSELA的上部表面的指向矢量的表面)发射光。
[0004]因此，期望寻找一种与WO 2021 140 160A1的技术启示等效的技术方案，该技术方案具有WO 2021 140 160A1的技术启示的优点，同时能够利用使用VCSEL激光器的优点。然而，这并非易事。
[0005]在具有VCSEL阵列的VCSEL激光器裸片VCSELA中，用于电连接VCSEL激光器裸片VCSELA的激光二极管的2
×
n个触点区域(接合焊盘)LA0至LAn和RA0至RAn如今通常以最小距离PTL布置，VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的激光二极管L0至Ln的最小距离例如约为50μm。本文将VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的激光二极管L0至Ln的该最小距离PTL在下面称为激光器裸片间距PTL。激光器通常沿平行于VCSEL激光器裸片VCSELA的左边缘和右边缘的两条线以该激光器裸片间距布置在VCSEL激光器裸片VCSELA上。VCSEL激光器裸片VCSELA可以例如具有5mm
×
5mm的尺寸并且可以具有10至100个激光器，这些激光器优选地以多个由多个激光器组成的条带L1至Ln的方式条从左到右带形地布置在VCSEL激光器裸片VCSELA上。
[0006]VCSEL激光器裸片VCSELA上的电气触点的触点区域LA0至LAn和RA0至RAn均布置在VCSEL激光器裸片VCSELA的顶表面上。在提供电能时，VCSEL激光器裸片VCSELA的激光器条带L1至Ln的激光二极管以垂直于VCSEL激光器裸片VCSELA的该顶表面的方式发射它们的光。
[0007]VCSEL激光器裸片VCSELA具有与顶侧相反的具有底表面的底侧。示例性VCSEL激光器裸片VCSELA优选地具有VCSEL激光器裸片VCSELA的激光器的公共阴极的公共阴极电气触点C。该阴极触点C电气地、导热地连接到电路基板PCB的公共阴极电极C。它位于VCSEL激光器裸片VCSELA的下表面上。在进一步的说明中，本文假设VCSEL激光器裸片VCSELA包括n个VCSEL激光器L1至Ln。
[0008]如在WO 2021 140 160A1中已知，这里提出的设备应包括电容器阵列CAP。电容器阵列CAP存储用于向VCSEL激光器裸片VCSELA的VCSEL激光器阵列的激光器提供脉冲式能量的电能。优选地，电容器阵列CAP为单片设计。单个示例性分立电容的空间要求(间距)为300
μm
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300μm。
[0009]因此，问题在于电容器阵列CAP的电容器的300μm的间距与VCSEL激光器裸片VCSELA的VCSEL激光器阵列的VCSEL激光器的端子的触点区域LA0至LAn和RA0至RAn的50μm的间距之间存在巨大差异。如WO 2021 140 160A1所述，VCSEL激光器裸片VCSELA通常也大于在侧面上进行辐射的多个激光器。
[0010]关于控制器，本文参考了WO 2021 140 160A1的技术启示，在国家的法律允许的范围内(例如，在此提出的技术启示是在要求本文的优先权的情况下申请保护的)，其
技术实现思路
是本文提出的公开内容的整个部分。
[0011]左侧电容器阵列CAPL的电容器LC0至LCn和右侧电容器阵列CAPR的电容器RC0至RCn必须与VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的VCSEL激光器L0至Ln的端子的触点区域LA0至LAn和RA0至Ran间隔较短的距离。这样做的目的是使接合线BdL0至BdLn和BdR0至BdRn的长度最小化。在此，接合线BdL0至BdLn和BdR0至BdRn将VCSEL激光器裸片VCSELA的VCSEL激光器阵列的VCSEL激光器的端子的触点区域LA0至LAn和RA0至RAn连接到电容器阵列CAP的电容器LC0至LCn和RC0至RCn的相应触点区域LCA0至LCAn和RCA0至RCAn。优选地，电容器阵列CAP的背侧具有表示公共电气节点的背侧触点，该公共电气节点优选地表示电容器阵列CAP的所有电容LC0至LCn和RC0至RCn的另一电气触点。这允许通过激光器L0至Ln优选地根据WO 2021 140 160A1的技术启示产生短光脉冲。
[0012]图1以平面图示意性和简化地示出了根据现有技术的用于具有VCSEL激光器裸片VCSELA的LIDAR系统的激光模块的现有技术设备的布置。
[0013]VCSEL激光器裸片VCSELA利用激光器L1至Ln的公共阴极触点电气地、导导热地安装在VCSEL激光器裸片VCSELA的所有VCSEL激光器L1至Ln共有的阴极电极C上。
[0014]VCSEL激光器裸片VCSELA的每个VCSEL激光器L1至Ln在左侧通过其左侧触点LA0至LAn中的一者经由相对较长的相应接合线BdL0至BdLn连接到相应左侧电容器LC0至LCn的相应顶侧触点LCA0至LCAn。VCSEL激光器裸片VCSELA的每个VCSEL激光器L1至Ln在右侧通过其右触点RA0至RAn中的一者经由相对较长的相应接合线BdR0至BdRn连接到相应右侧电容器RC0至RCn的相应顶侧触点RCA0至RCAn。每个电容器LC0至LCn和RC0至RCn的底侧触点作为这些电容器LC0至LCn和RC0至RCn的第二电气触点电气地、导热地连接到公共接地面GNDP。因此，电容器LC0至LCn和RC0至RCn的底侧触点电气互连，以形成星点。该星点是接地节点GND。
[0015]驱动电路IC也放置在接地面GNDP上。驱动电路包括放电晶体管T
DIS
。驱动电路IC的放电晶体管T
DIS
具有第一端子GNDT，第一端子GNDT通过接合线BdGND以向下接合的方式电连接到接地面GNDP。驱动电路IC的放电晶体管T
DIS
具有第二端子CT，第二端子CT通过接合线BdCT电连接到阴极电极C，并因此电连接到VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的激光器L0至Ln的阴极触点。通常，驱动电路还包括充电电路。为了更好的概览，该充电电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光模块(LM)，
‑
其中，所述光模块(LM)包括载体，并且
‑
其中，所述光模块(LM)包括电容器阵列(CAP)，并且
‑
其中，所述光模块包括VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)，并且
‑
其中，所述载体具有顶表面，并且
‑
其中，所述载体在其顶表面上具有导电的、可电接触的接地面(GNDP)，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)具有顶侧和底侧，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)具有n个激光器(L0至Ln)，其中，n是大于0的正整数，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)在其表面上具有左排的n个可电接触的左侧触点区域(LA0至LAn)，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)在其表面上具有右排的n个可电接触的右侧触点区域(RA0至RAn)，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述激光器(L0至Ln)中的每个激光器的阳极电连接到所述左排的n个触点区域(LA0至LAn)中的相应左侧触点区域，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述激光器(L0至Ln)中的每个激光器的阳极电连接到所述右排的n个触点区域(RA0至RAn)中的相应右侧触点区域，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)在其底侧上具有公共阴极触点，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述激光器(L0至Ln)中的每个激光器的阴极电连接到所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的底侧上的所述公共阴极触点，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述激光器(L0至Ln)以第一距离(PTL)间隔开，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)具有顶侧和底侧，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)包括一个或多个电容器(C0至Cn)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)包括基板(SUB)，并且
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其中，所述电容器阵列(CAP)在其底侧上具有可电接触的基板触点(SUBC)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)包括n个电容器(C0至Cn)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)在其顶侧上具有位于第三金属层(M3)中的阴极电极(C)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)在其表面上具有左排的可电接触的左侧触点区域(LC0至LCn)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)在其表面上具有右排的可电接触的右侧触点区域(LC0至LCn)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)针对每个所述电容器(C0至Cn)具有恰好一个上侧顶部电极(te)，并且
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其中，每个所述顶部电极(te)与所述电容器阵列(CAP)的基本上由该顶部电极(te)的范围确定的区域中的所述基板(SUB)的材料一起并且与所述基板电极(SUBC)一起形成所述电容器阵列(CAP)的所述电容器(C0至Cn)中的与该顶部电极关联的相应电容器，并且
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其中，所述上侧顶部电极(te)被制造在所述基板(SUB)上的第一金属层(M1)中，并且
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其中，所述电容器阵列(CAP)的所述n个顶部电极以及因此所述n个电容器(C0至Cn)在所述电容器阵列(CAP)的所述基板(SUB)中以j行k列布置，其中，j*k＝m，并且其中，j和k为正整数，并且
‑
其中，各行的所述电容器(C0至Cn)在所述电容器阵列(CAP)的一行中具有第二距离(PTC)，并且
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其中，所述电容器阵列(CAP)在第二金属层(M2)中具有m个连接线(ICL)，其中，m为正整数，并且
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其中，所述连接线(ICL)以平行于所述电容器(C0至Cn)的行的方式对齐，并且
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其中，所述连接线(ICL)之间的第三距离(PTCC)等于所述第二距离(PTC)乘以列数k并除以所述电容器(C0至Cn)的数量n，并且
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其中，所述第一距离(PTL)相对于所述第三距离(PTCC)的偏差不超过25％、不超过10％、不超过5％、不超过2％、且/或不超过1％，并且
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其中，所述第三金属层(M3)位于所述基板(SUB)的表面上的所述第二金属层(M2)和所述第一金属层(M1)的上方，并且
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其中，所述第二金属层(M2)位于所述基板(SUB)的表面上的所述第一金属层(M1)的上方和所述第三金属层(M3)的下方，并且
‑
其中，所述第三金属层(M3)通过绝缘体(INS)与所述第二金属层(M2)和所述第一金属层(M1)以及所述基板(SUB)电隔离，并且
‑
其中，所述第二金属层(M2)通过所述绝缘体(INS)或绝缘体(INS)与所述第一金属层(M1)和所述基板(SUB)电隔离，并且
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其中，所述m个连接线(ICL)中的每个连接线(ICL)经由相应的通孔互连部(DK)分别将所述电容器(C0至Cn)中的与该连接线(ICL)关联的电容器的至少一个相应顶部电极(te)电连接到所述电容器阵列(CAP)的所述左排的可电接触的左侧触点区域(LC0至LCn)中的相应左侧触点区域，并且电连接到所述电容器阵列(CAP)的所述右排的可电接触的右侧触点区域(RC0至RCn)中的相应右侧触点区域，并且
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其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述左排的n个左侧触点区域(LA0至LAn)中的每个左侧触点区域各自电连接到所述电容器阵列(CAP)的所述左排的可电接触的左侧触点区域(LC0至LCn)中的相应左侧触点区域，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述右排的n个右侧触点区域(RA0至RAn)中的每个右侧触点区域各自电连接到所述电容器阵列(CAP)的所述右排的可电接触的右侧触点区域(RC0至RCn)中的相应右侧触点区域，并且
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其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述公共阴极触点放置在所述电容器阵列(CAP)的所述阴极电极(C)上，并且电气地、机械固定地连接到所述电容器阵列(CAP)的所述阴极电极(C)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)的所述基板触点(SUBC)放置在所述接地面(GNDP)上，并且电气地、机械固定地连接到所述接地面(GNDP)。2.根据权利要求1所述的光模块，
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其中，所述光模块(LM)包括驱动电路(IC)，并且
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其中，所述驱动电路(IC)具有顶侧和底侧，并且
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其中，所述驱动电路(IC)包括放电晶体管(T
DIS
)，并且
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其中，所述放电晶体管(T
DIS
)具有所述放电晶体管(T
DIS
)的第一端子(GNDT)，并且
‑
其中，所述放电晶体管(T
DIS
)具有所述放电晶体管(T
DIS
)的第二端子(CT)，并且
‑
其中，所述放电晶体管(T
DIS
)具有控制端子，并且
‑
其中，根据所述控制端子的电气状态，所述放电晶体管(T
DIS
)能够将其第一端子(GNDT)与其第二端子(CT)电隔离，或者能够将其第一端子(GNDT)电连接到其第二端子(CT)，并且
‑
其中，所述放电晶体管(T
DIS
)的所述第一端子(GNDT)电连接到所述接地面(GNDP)，并且
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其中，所述放电晶体管(T
DIS
)的所述第二端子(CT)电连接到所述阴极电极(C)，并且
‑
其中，所述驱动电路(IC)利用其底侧固定在所述载体的表面上。3.根据权利要求2所述的光模块，
‑
其中，当所述放电晶体管(T
DIS
)关断时，所述驱动电路能够通过充电电路(SUPL)利用充电电流为所述电容器阵列(CAP)的所述电容器(C0至Cn)充电。4.根据权利要求3所述的光模块，
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其中，所述驱动电路(IC)的设备部件和/或附接在所述载体上或作为所述载体的一部分的另一电路能够驱动所述放电晶体管(T
DIS
)的所述控制端子，使得所述放电晶体管(T
DIS
)经由所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的与所述电容器阵列(CAP)的所述电容器(C0至Cn)关联的相应激光器(L0至Ln)使所述电容器阵列(CAP)的所述电容器(C0至Cn)以相应的激光器特定放电电流(I
dis
)放电，并且
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其中，所述VCSEL激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比安，
申请(专利权)人：艾尔默斯半导体欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：