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】
519B1中的电容器布置在印刷电路板的一侧，其中，EP 2 002 519B1中的半导体芯片和激光二极管布置在印刷电路板的另一侧。EP 2 002519B1中的印刷电路板具有导电带，该导电带在印刷电路板的一侧连接到至少一个电容器，并在另一侧通过焊球或导电的、优选球形的元件连接到EP 2 002 519 B1中的半导体芯片和EP 2 002 519 B1中的布置在激光二极管上在半导体芯片。
[0009]US 2020/0 278 426A1公开了一种用于3D感测应用的照明模块。US2020/0 278 426A1中的照明模块包括发射光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列、被配置为向VCSEL阵列供电的驱动器以及被配置为接收从VCSEL阵列发射的光并从照明模块输出光图案的光学元件。
[0010]DE 11 2020 001 131 T5公开了一种用于LIDAR传感器系统的光学部件。DE 11 2020 001 131 T5中的光学部件包括：第一光电二极管，其用于实现第一半导体结构中的LIDAR传感器像素并被配置为吸收第一波长范围内的接收光；第二光电二极管(5120)，其用于实现第二半导体结构中的成像传感器像素并被配置为吸收第二波长范围内的接收光；以及包括导电结构的互连层，该导电结构被配置为与DE 11 2020 001 131 T5中的第二光电二极管电接触。根据DE 11 2020 001 131 T5的技术启示，第二波长范围的接收光具有比第一波长范围的接收光更短的波长。
[0011]本文假设在具有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
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n个触点区域(接合焊盘)LA1至LAn和RA1至RAn如今通常以最小第五间距PTLa布置，VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的激光二极管L1至Ln之间的最小间距例如约为50μm。本文在下面将VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的激光二极管L1至Ln的该最小第五间距PTLa称为激光器裸片间距PTLa。激光器通常沿着平行于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
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5mm的尺寸并且可以具有11至100个激光器，这些激光器优选地以由多个激光器组成的多个条带L1至Ln的形式从左到右条带形地布置在VCSEL激光器裸片VCSELA上。
[0012]VCSEL激光器裸片VCSELA上的电气触点的触点区域LA1至LAn和RA1至RAn均布置在VCSEL激光器裸片VCSELA的顶侧上。在被提供电能时，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的顶侧的方式发射光。
[0013]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。该阴极电气触点电气地、导热地连接到电路基板PCB的公共阴极电极C。阴极触点位于VCSEL激光器裸片VCSELA的底表面上。本文假设VCSEL激光器裸片VCSELA包括n个VCSEL激光器L1至Ln。
[0014]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。与此相比，单个示例性分立电容器的空间要求(间距)为300μm
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300μm。
[0015]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LA1至LAn和RA1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。
[0016]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。

技术实现思路

[0017]任务
[0018]文本的目的是提供一种VCSEL阵列的具有尽可能低的寄生电感值的VCSEL激光驱动器的设计。
[0019]任务的解决方案
[0020]解决方案的第一次优方法
[0021]左侧电容器阵列CAPL的电容器LC1至LCn必须放置成具有较小的相对于VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的VCSEL激光器L1至Ln的端子触点区域LA1至LAn的间距。右侧电容器阵列CAPR的电容器RC1至RCn必须放置成具有较小的相对于VCSEL激光器阵列裸片VCSELA的VCSEL激光器L1至Ln的端子的触点区域RA1至Ran的间距。这样做的目的是使接合线BdL1至BdLn和BdR1至BdRn的长度最小化。在此，接合线BdL1至BdLn和BdR1至BdRn将VCSEL激光器裸片VCSELA的VCSEL激光器阵列的VCSEL激光器的端子触点区域LA1至LAn和RA1至RAn连接到电容器阵列CAP的电容器LC1至LCn和RC1至RCn的相应触点区域LCA1至LCAn和RCA1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的所有电容器LC1至LCn和RC1至RCn的另一电气触点。这允许通过激光器L1至Ln优选地根据WO 2021 140 160A1的技术启示产生短的光脉冲。
[0022]为了说明优化问题，本文将首先参考图1和图2。
[0023]图1以平面图示意性地、简化地示出用于具有VCSEL激光器裸片VCSELA的LIDAR系统的激光模块的设备的不太理想的可能布置。
[0024]在下文中，说明也提及了图2的部件。因此，本文建议读者同时参考图1和图2。
[0025]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。
[0026]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LA1至LAn中的一者经由相对较长的相应接合线BdL1至BdLn连接到相应左侧电容器LC1至LCn的相应顶侧触点LCA1至LCAn。
[0027]VCSEL激光器裸片VCSELA的每个VCSEL激光器L1至Ln在右侧通过其右侧触点RA1至RAn中的一者经由相对较长的相应接合线BdR1至BdRn连接到相应右侧电容器RC1至RCn的相应顶侧触点RCA1至RCAn。
[0028]每个电容器L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，所述载体具有顶侧，并且
‑
其中，所述载体在其顶侧上具有导电的、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(L1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(LA1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(RA1至RAn)，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)的所述激光器(L1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(LA1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(L1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(RA1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(L1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(L1至Ln)彼此之间具有第五间距(PTLa)，并且
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其中，所述电容器阵列(CAP)具有顶侧和底侧，并且
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其中，所述电容器阵列(CAP)包括基板(SUB)，并且
‑
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(C1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(LC1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(RC1至RCn)，并且
‑
其中，所述电容器阵列(CAP)针对每个所述电容器(C1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触点(SUBC)一起形成所述电容器阵列(CAP)的所述电容器(C1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n个所述顶部电极以及因此n个所述电容器(C1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
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其中，所述电容器(C1至Cn)的行在所述电容器阵列(CAP)的一行中具有第二间距(PTCY)，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条连接线(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(C1至Cn)的行的方式对齐，并且
‑
其中，所述连接线(ICL)之间的第四间距(PTCC)等于所述电容器(C1至Cn)的行的所述第二间距(PTCY)除以所述电容器(C1至Cn)的列数，并且
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其中，所述第五间距(PTLa)相对于所述第四间距(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)的上方并且位于所述第三金属层(M3)的下方，并且
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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)、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，所述第二金属层(M2)通过绝缘体(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条连接线(ICL)中的每条连接线(ICL)经由相应的通孔互连部(DK)将所述电容器(C1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(LC1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(RC1至RCn)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)的所述左排的n个左侧触点区域(LA1至LAn)中的每个左侧触点区域电气地、单独地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(LC1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(RA1至RAn)中的每个右侧触点区域电气地、单独地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(RC1至RCn)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)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、机械地固定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、机械地固定连接到所述接地面(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
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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
)的第二端子(CT)，并且
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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
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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，
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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(C1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控制所述放电晶体管(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(C1至Cn)关联的相应激光器(L1至Ln)使所述电容器阵列(CAP)的所述电容器(C1至Cn)以相应的激光器特定放电电流(I
dis
)放电，并且
‑
其中，所述VCSEL激光器阵列裸片(VCSELA)...

【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：