[发明专利]激光二极管模块

说明书

本文中描述了一种激光二极管模块。根据第一示例性实施方案，激光二极管模块包括：第一半导体管芯，其包括至少一个电子开关；以及第二半导体管芯，其包括至少一个激光二极管。第二半导体管芯使用芯片上芯片连接技术接合在第一半导体管芯上，以提供电子开关与激光二极管之间的电连接。

技术领域

本公开一般涉及激光二极管封装方面，特别是用于系统级芯片(system-on-chip,SoC)或系统级封装(system-in-package,SiP)LIDAR解决方案。

背景技术

激光探测和测距(LIDAR)涉及一种通过用脉冲激光照射目标来测量到物体(称为目标)的距离的测量方法，其中距离信息可以由从光源行进到目标并返回到检测器的光脉冲的飞行时间(TOF)获得。该飞行时间有时也被称为往返延迟时间(RTDT)；测量的距离基本上是RTDT和光速之间的乘积。例如，在所谓的飞行时间相机(TOF相机)中使用LIDAR，其允许将深度信息映射到单个像素并同时将整个场景捕获在TOF相机的视野内。与此相反，扫描LIDAR通过用诸如微扫描器(也称为微扫描镜)的反射镜激光偏转来逐点扫描场景。

到达检测器的反射光脉冲的辐照度(每单位面积的功率)随着目标距离的增加而减小。为了达到高达数十或数百米的测量范围，所发射的激光的辐射功率(以及因此激光二极管的电功率)相当高。然而，为了确保激光脉冲对于站在附近的人的眼睛无害，激光脉冲必须相当短以限制激光脉冲的辐射能量。对于矩形脉冲(随时间变化的功率)，脉冲能量将与脉冲宽度和功率的乘积成比例。在一个实际的实例中，脉冲宽度在1ns至100ns的范围内，激光脉冲的峰值功率可以高达80W或更高。为了产生这种短脉冲，用于驱动激光二极管的驱动器电子器件应当能够以极短的上升和下降时间切换激光二极管的负载电流。

发明内容

本文描述了激光二极管模块。根据第一示例性实施方案，该激光二极管模块包括：第一半导体管芯，其包括至少一个电子开关；以及第二半导体管芯，其包括至少一个激光二极管。第二半导体管芯使用芯片上芯片连接技术接合在第一半导体管芯上，以提供电子开关和激光二极管之间的电连接。

根据第二示例性实施方案，激光二极管模块包括：引线框；第一半导体管芯，其包括至少一个电子开关并附接至引线框；至少一个电容器，其附接至引线框；以及第二半导体管芯，其包括至少一个激光二极管。第二半导体管芯布置在引线框和金属帽或金属夹之间，使得第二半导体管芯的底侧接触引线框，并且第二半导体管芯的顶侧接触金属夹或金属帽。

根据第三示例性实施方案，激光二极管模块包括：第一半导体管芯，其具有至少一个电子开关；第二半导体管芯，其包括至少一个激光二极管；第三半导体管芯，其包括至少一个缓冲电容器。第一半导体管芯和第三半导体管芯嵌入在一个芯片封装中，并且第二半导体管芯是接合至芯片封装表面的裸管芯。

根据第四示例性实施方案，激光二极管模块包括：第一半导体管芯，其包括至少一个电子开关；以及第二半导体管芯，其包括至少一个激光二极管。第一半导体管芯和第二半导体管芯是嵌入在电路板中的裸管芯。

根据第五示例性实施方案，激光二极管模块包括：第一半导体管芯，其包括至少一个电子开关；以及第二半导体管芯，其包括至少一个激光二极管。第一半导体管芯是嵌入在电路板的中间层级(level)中的裸管芯，而第二半导体管芯布置在电路板的顶层级或底层级中。

附图说明

参照以下描述和附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部分。在附图中：

图1示出(图a)激光二极管和用于切换激光二极管的电子开关的电路图，以及(图b)对应芯片封装的示意图。

图2示出了包括寄生电感的激光二极管封装的电等效电路。

图3示出了激光二极管的一个示例性实施方案的截面图。