TWI632751B - 半導體雷射的封裝結構 - Google Patents
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Abstract
一種半導體雷射的封裝結構，包括：一散熱基座；一雷射元件，固應於該散熱基座的一表面；以及一光學元件。雷射元件可發射一雷射光束。另外，光學元件具有一反射曲面，以改變該雷射光束的一行進方向並改變該雷射光束的一第一發散角。
Description
本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種半導體雷射的封裝結構。
請參照第1圖，其所繪示為習知半導體雷射的封裝結構。其揭露於台灣專利公告號TWI568117B。
此半導體雷射封裝結構包括一電路板410、一雷射二極體402、一次黏著基板404、與一光學元件332。其中，雷射二極體402固定於次黏著基板404。次黏著基板404與光學元件332固定於電路板410的一表面。另外，雷射二極體402為一種半導體雷射，且電路板410係為一種散熱基座(heat sink)。
於此封裝結構中，雷射二極體402由前表面發射雷射光束420並直接照射至光學元件332的反射面331。而雷射光束420經由光學元件332的反射面331而改變雷射光束420的路徑。換句話說，雷射二極體402輸出的雷射光束420可被反射面331所反射。亦即，習知的半導體雷射封裝結構中的光學元件332可將邊射型雷射二極體402的雷射光束進行反射與轉向，進而形成面射型雷射。
再者，於最後的封裝製程中，更可將矽膠(未繪示)填充於電路板410上覆蓋住所有元件，以保護電路板410上的所有元件。
眾所周知，雷射二極體402輸出的雷射光束420為橢圓形的雷射光束，且雷射光束420的發散角非常的大。一般來說，雷射光束的垂直發散角大於水平發散角，且垂直發散角大約為30度上下。
為了要有效的控制雷射光束420的發散角。在習知半導體雷射的封裝結構之外，須要再安裝透鏡系統，並利用透鏡系統來改變雷射光束420的形狀。舉例來說，將橢圓形的雷射光束420改變為圓形的雷射光束。
明顯地，在習知半導體雷射的封裝結構之外安裝透鏡系統之後，整個雷射裝置(laser device)的體積將會變得更大，且透鏡系統也勢必增加雷射裝置的製造成本。
本發明之主要目的在於提出一種半導體雷射的封裝結構及其相關元件。本發明設計一種新的光學元件。此光學元件除了可以將邊射型雷射二極體輸出的雷射光束進行反射與轉向外，也可以改變雷射光束的形狀。亦即，本發明的雷射裝置可簡化到完全省略改變雷射光束的透鏡系統。如此，將可大幅降低整個雷射裝置的體積，並降低雷射裝置的製造成本。
本發明係有關於一種半導體雷射的封裝結構，包括：一散熱基座；一雷射元件，固應於該散熱基座的一表面，可發射一雷射光束；以及一光學元件，具有一反射曲面，以改變該雷射光束一行進方向並改變該雷射光束的一第一發散角。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：。
請參照第2圖，其所繪示為本發明光學元件的第一實施例。本發明的光學元件532可於矽基板上進行蝕刻而形成一曲面。而處理此曲面後即可形成光學元件532的反射曲面531，且此光學元件532除了可以改變雷射光束行進的方向之外，更可以改變雷射光束的形狀，有效地改變雷射光束的發散角。
本發明光學元件532的材料除了利用矽基板來製作之外，也可以是砷化鎵、陶瓷、塑膠或者玻璃。亦即，利用砷化鎵基板的蝕刻製程、陶瓷基板、塑膠射出成型或者玻璃鑄模來製作光學元件532。另外，除了以蝕刻製程來形成曲面之外，也可以利用研磨製程或者切削製程(例如數值控制(Computer Numerical Control，簡稱CNC)切削製程)來形成曲面。當然，本發明以可以選擇性地在曲面上形成反射層，例如介電反射層或者金屬反射層，以形成反射曲面531。如此，可以提高反射曲面531的反射率。
如第2圖所示，反射曲面531為柱狀反射曲面。此反射曲面531主要可以改變雷射光束的一個發散角，例如縮小雷射光束的垂直發散角。另外，光學元件532的長d1約在200μm~1000μm之間，高d3約在100μm~1000μm之間，寬d2可依照實際的需求而訂定。
請參照第3圖，其所繪示為本發明的光學元件的第二實施例。第一實施例與第二實施例的尺寸相當。再者，相較於第一實施例的光學元件532，第二實施例的光學元件542的反射曲面541為非球面的反射曲面541。例如，橢圓反射曲面或者拋物反射曲面。因此，反射曲面541可以同時改變雷射光束的垂直發散角與水平發散角。例如，反射曲面541可同時縮小雷射光束的垂直發散角以及縮小雷射光束的水平發散角。
當然，光學元件的反射曲面也可以進一步修改。如第4圖所示，為本發明的光學元件的第三實施例。第三實施例與第一實施例的尺寸相當。第三實施例的光學元件552，其反射曲面551也可以同時改變雷射光束的垂直發散角與水平發散角。亦即，反射曲面551可縮小雷射光束的垂直發散角以及增加雷射光束的水平發散角。
當然，上述的光學元件532、542、552也可以進一步地製作成具備反射功能以及光偵測功能的光學元件。以第一實施例的光學元件532為例，光學元件532中具有一PN接面，而反射曲面531可以設計為具特定反射率的反射層，例如介電反射層。舉例來說，95%的反射率，5%的穿透率的介電反射層。因此，穿透過介電反射層的部分雷射光束進入PN接面，即因光電效應產生感應光電流，用以指示出雷射光束的能量。而另一部分的雷射光束即被介電反射層所反射。
請參照第5圖，其所繪示為本發明的封裝結構。此封裝結構包括一電路板600、一雷射二極體602、一次黏著基板604、與一光學元件632。其中，雷射二極體602固定於次黏著基板604。另外，次黏著基板604與光學元件632固定於電路板600表面。再者，雷射二極體602與次黏著基板604形成一雷射元件，雷射二極體602與光學元件632之間的距離d4約為10μm~500μm，且電路板600係為一種散熱基座。
於此封裝結構中，雷射二極體602由前表面發射雷射光束640並直接照射至光學元件632的反射曲面631。而雷射光束640經由光學元件632的反射曲面631而改變雷射光束640的行進方向。再者，雷射光束640更經由光學元件632的反射曲面631而改變雷射光束640的發散角。舉例來說，反射曲面631可將垂直發散角由約為30度改變為8度。
由以上的說明可知，雷射二極體602輸出的雷射光束640可被反射曲面631所反射。亦即，習知的半導體雷射封裝結構中的光學元件632可將邊射型雷射二極體602的雷射光束進行反射與轉向，進而形成面射型雷射。同時，雷射光束640的形狀也可以經由反射曲面631而改變，例如由橢圓形雷射光束改變為圓形的雷射光束。
再者，於最後的封裝製程中，更可將矽膠(未繪示)填充於電路板600上覆蓋住所有元件，以保護電路板600上的所有元件。
另外，於第4圖的封裝結構中，雷射元件包括：雷射二極體602與次黏著基板604。而在此領域的技術人員，也可以僅將雷射二極體602作為雷射元件，並直接將雷射二極體602固定於電路板600，一樣可以達成本發明的目的。
由以上的說明可知，本發明之優點在於提出一種半導體雷射的封裝結構及其相關元件。本發明設計一種新的光學元件。設計光學元件中反射曲面上各點的曲率半徑，即可有效地改變雷射光束的發散角。換言之，本發明的光學元件除了可以將邊射型雷射二極體輸出的雷射光束進行反射與轉向外，也可以改變雷射光束的形狀。亦即，本發明的雷射裝置可簡化，甚至完全省略改變雷射光束的透鏡系統。如此，將可大幅降低整個雷射裝置的體積，其具備小尺寸之優勢，可運用於小型電子裝置(例如手機)。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
332、532、542、552、632‧‧‧光學元件
331‧‧‧反射面
402、602‧‧‧雷射二極體
404、604‧‧‧次黏著基板
410、600‧‧‧電路板
420、640‧‧‧雷射光束
531、541、551、631‧‧‧反射曲面
第1圖為習知半導體雷射的封裝結構。 第2圖為本發明光學元件的第一實施例。 第3圖為本發明的光學元件的第二實施例。 第4圖為本發明的光學元件的第二實施例。 第5圖為本發明的封裝結構。
Claims (18)
- 一種半導體雷射的封裝結構，包括：一散熱基座；一光學元件，具有一反射曲面；以及一雷射元件，固定於該散熱基座的一表面，其中該雷射元件沿著一第一行進方向發射一雷射光束並直接照射至該光學元件的該反射曲面；其中，該光學元件的該反射曲面將該雷射光束由該第一行進方向改變為一第二行進方向並改變該雷射光束的一第一發散角。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該散熱基座為一電路板，且雷射元件包括一雷射二極體與一次黏著基板，該雷射二極體固定於該次黏著基板，且該次黏著基板固定於該電路板。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該散熱基座為一電路板，且雷射元件包括一雷射二極體固定於該電路板。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該光學元件的材料為一陶瓷、一塑膠或者一玻璃。
- 如申請專利範圍第4項所述之半導體雷射的封裝結構，其中於該光學元件上利用一研磨製程、一切削製程、一射出成型製程或者一鑄模製程來形成該反射曲面。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該反射曲面更包括一介電反射層或者一金屬反射層。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該反射曲面為一非球面反射曲面。
- 如申請專利範圍第7項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該反射曲面為一柱狀反射曲面、一拋物反射曲面或者一橢圓反射曲面。
- 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該柱狀反射曲面係改變該雷射光束的一垂直發散角。
- 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該橢圓反射曲面與該拋物反射曲面係改變該雷射光束的一垂直發散角與一水平發散角。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該反射曲面反射該雷射光束並改變該雷射光束的一第二發散角。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該第一發散角為一垂直發散角，該第二發散角為一水平發散角。
- 如申請專利範圍第12項所述之半導體雷射的封裝結構，該反射曲面係縮小該雷射光束的該垂直發散角以及縮小該雷射光束的該水平發散角。
- 如申請專利範圍第12項所述之半導體雷射的封裝結構，該反射曲面係縮小該雷射光束的該垂直發散角以及增加該雷射光束的該水平發散角。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該雷射元件與該光學元件之間的距離在10μm與500μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該光學元件的高在100μm與1000μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該光學元件的長在200μm與1000μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射的封裝結構，其中該光學元件內具有一PN接面，且該反射曲面具有一反射層；其中，該雷射光束的一第一部分穿過該反射層而進入該PN接面以產生一感應光電流；且該雷射光束的一第二部分，被該反射層所反射。
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