KR102471307B1 - 레이저 투사 모듈 - Google Patents

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로리토 빅토리아
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Abstract

레이저 투사 모듈은, 커버 내에서 공동을 형성하기 위해서 상부 부분, 바닥 부분 및 하나 이상의 측면 부분을 포함하는 레이저 투사 모듈 커버를 포함할 수 있고, 상부 부분은 광학 렌즈에 결합되도록 구성된다. 리드 프레임은 레이저 투사 모듈의 바닥부 커버 부분 내로 적어도 부분적으로 통합될 수 있고, 리드 프레임은 커버에 대한 외부 리드 프레임 부분 및 내부 리드 프레임 부분을 포함하고, 내부 리드 프레임 부분은 공동 내의 내부 리드 프레임 부분의 하나의 지역 내에서 레이저 다이오드 조립체에 결합되도록 구성된다.

Description

레이저 투사 모듈
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2015년 3월 27일자로 출원된 "레이저 투사 모듈"이라는 명칭의 미국 가출원 제62/139,409호에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시 내용은 레이저 투사 모듈용 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은, 제조성(manufacturability)이 개선된 단순화된 구성을 가지는 3-차원적(3D) 스캐닝 장치를 위한 레이저 투사 모듈용 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
레이저 스캐닝은, 가시적 또는 비가시적이든지 간에, 레이저 빔의 제어된 편향을 포함하고, 스캐닝된 레이저 빔은 스테레오리소그래피 기계에서, 신속 프로토타이핑(rapid prototyping)에서, 재료 처리용 기계에서, 레이저 조형 기계에서, 노안치료용 안과 레이저 시스템에서, 공초점 현미경에서, 레이저 프린터에서, 레이저 쇼에서, 레이저 TV에서, LIDAR에서, 바코드 스캐너에서, 그리고 기타에서 이용된다. 레이저 스캐닝은 또한 모든 지향 방향에서의 거리 측정이 이어지는 레이저 빔의 제어된 조향을 포함할 수 있다. 3D 물체 스캐닝 또는 3D 레이저 스캐닝으로서 종종 지칭되는 이러한 기술은, 물체, 건물 및 경관의 형상을 신속하게 캡쳐하기 위해서 이용된다. 레이저 거리측정기는, 물체까지의 거리를 결정하기 위해서 레이저 빔을 이용하는 장치이다.
레이저 스캐너는 레이저 빔을 조향하기 위해서 이동 가능한 거울을 전형적으로 이용한다. 빔의 조향은 1-차원적, 2-차원적(2D) 또는 3-차원적(3D)일 수 있다. 3D 조향 또는 포커스 배치의 경우에, 이는 서보-제어형 렌즈 시스템, 또는 "포커스 변위기(focus shifter)" 또는 "z-변위기"를 이용하여 이루어질 수 있다. 부가적으로, 레이저 스캐너의 거울에 주기적인 운동이 적용될 수 있거나(예를 들어, 바코드 스캐너 또는 공진 검류계 스캐너 내의 회전 거울 다각체(rotating mirror polygon)), 자유롭게 지시할 수 있는 운동이 적용될 수 있다(예를 들어, 서보-제어형 검류계 스캐너). 스캐닝 운동을 제어하기 위해서, 스캐너는 전형적으로 회전 인코더를 이용하고, 희망 각도 또는 위상을 위해서, 적절한 전류를 모터 또는 검류계에 제공하는 제어 전자기기를 이용한다. 소프트웨어 시스템은 일반적으로 스캐닝 운동을 제어하고, 3D 스캐닝이 실시되는 경우에, 측정 데이터의 수집을 또한 제어한다.
통상적인 레이저 모듈 설계에서의 일부 문제는, 그러한 것이 고가이고, 복잡한 인쇄회로기판 조립체(PCBA) 및 맞춤형으로-설계된 고정구, 도구, 및 장비를 필요로 하는 인터커넥션을 필요로 한다는 것이다. 따라서, 통상적인 레이저 모듈 설계는 복잡한 프로세스 흐름을 가지는 과다하게 긴 사이클 시간을 가지며, 완전 자동화에 도움이 되지 못한다. 그에 따라, 완전히 자동화될 수 있는 단순화된 제조를 위해서 레이저 모듈 설계를 효율적으로 그리고 단순하게 구성하는 장치, 시스템 및 방법이 필요하다.
따라서, 일부 예시적인 실시예에서, 레이저 투사 모듈을 위한 장치, 시스템 및 방법이 개시되고, 그러한 레이저 투사 모듈은 커버 내에서 공동(空洞 ; cavity)을 형성하기 위해서 상부 부분, 바닥 부분 및 하나 이상의 측면 부분을 포함하는 레이저 투사 모듈 커버로서, 상부 부분은 광학 렌즈에 결합되도록 구성된, 레이저 투사 모듈 커버; 및 레이저 투사 모듈의 바닥부 커버 부분 내로 적어도 부분적으로 통합된 리드 프레임으로서, 리드 프레임은 커버에 대한 외부 리드 프레임 부분 및 내부 리드 프레임 부분을 포함하고, 내부 리드 프레임 부분은 공동 내의 내부 리드 프레임 부분의 하나의 지역 내에서 레이저 다이오드 조립체에 결합되도록 구성되는, 리드 프레임을 포함한다. 레이저 투사 모듈은 레이저 투사 모듈 커버의 상부 부분에 그리고 광학 렌즈 아래에 결합된 회절 광학 요소뿐만 아니라, 렌즈 및 렌즈로부터의 광 방출을 수신하도록 그리고 수신된 광을 광학 렌즈로 반사시키도록 구성된 거울/프리즘을 더 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 레이저 다이오드 조립체는 레이저 다이오드, 서브-마운트 부분 상의 칩(chip on sub-mount portion), 히트 싱크 및 다이 부착 패드 부분을 포함하고, 레이저 다이오드 조립체는 내부 리드 프레임 부분에 와이어 접합될 수 있다. 레이저 다이오드 조립체의 히트 싱크는 또한 레이저 투사 모듈 커버의 내측 또는 외측에 있도록 구성될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 레이저 다이오드 조립체는 커버의 공동 내에서 다이 부착 패드 부분에 결합된 레이저 다이오드 서브-마운트에 결합된 레이저 다이오드를 포함한다.
따라서, 개시된 실시예는 레이저 투사 모듈 및 장치의 제조를 개선하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 실시예는 공지된 기술 보다 우수한 기능적 개선을 제공할 수 있고, 이하의 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용"으로부터 더 명확해질 다른 유리한 특징을 제공할 수 있다.
본 개시 내용은 본원의 이하에서 주어지는 상세한 설명 및 단지 예로서 주어지고 그에 따라 본 개시 내용을 제한하지 않는 첨부 도면으로부터 더 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예 하의, 리드 프레임, 커버 및 레이저 투사 구성요소를 포함하는 레이저 투사 모듈의 상면도를 도시한다.
도 2는 예시적인 실시예 하의, 히트 싱크 구성요소가 커버 내측에 위치되는, 리드 프레임, 커버 및 레이저 투사 구성요소를 포함하는 레이저 투사 모듈의 측면도를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예 하의, 히트 싱크 구성요소가 커버 외측에 위치되는, 리드 프레임, 커버 및 레이저 투사 구성요소를 포함하는 레이저 투사 모듈의 측면도를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예 하의, 레이저 투사 모듈 및 커버 조립체의 상면도를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예 하의, 도 4의 레이저 투사 모듈 및 커버 조립체의 측면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 레이저 다이오드를 수용하도록 구성된 레이저 투사 모듈에서 이용하기 위한 서브-마운트의 여러 실시예를 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예 하의, 프리즘 구성과 함께 서브-마운트를 이용하는 레이저 투사 모듈의 측면도를 도시한다.
도 8은 예시적인 실시예 하의, 모듈 리드 프레임 및 커버 리드 프레임과 함께 서브-마운트를 이용하는 레이저 투사 모듈의 상면도를 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예 하의, 레이저 투사 모듈에서 이용하도록 구성된 리드 프레임을 도시한다.
도 10은 예시적인 실시예 하의, 레이저 투사 모듈의 커버에서 이용하기 위한 커버 리드 프레임을 도시한다.
도 11는 예시적인 실시예 하의, 레이저 투사 모듈을 조립하기 위한 방법을 도시한다.
도 12는 예시적인 실시예 하의, 조립된 레이저 투사 모듈의 3-차원적인 사시도를 도시한다.
본원에서 설명된 장치, 시스템, 및 방법의 명확한 이해를 위해서, 관련 양태를 설명하기 위해서 본원에서 제공된 도면 및 설명이 단순화되어 있을 수 있는 한편, 명료함을 목적으로, 전형적인 유사한 장치, 시스템, 및 방법에서 발견될 수 있는 다른 양태가 생략되어 있을 수 있다. 그에 따라, 당업자는, 본원에서 설명된 장치, 시스템, 및 방법을 구현하는데 있어서 다른 요소 및/또는 동작이 바람직할 수 있고 및/또는 필요할 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 그러나, 그러한 요소 및 동작이 당업계에 공지되어 있기 때문에, 그리고 그들이 본 개시 내용의 보다 양호한 이해에 도움이 되지 않기 때문에, 그러한 요소 및 동작에 관한 설명을 본원에서 제공하지 않을 수 있다. 그러나, 본 개시 내용은 본질적으로, 당업자에게 잘 알려져 있을 수 있는 설명된 양태에 대한 모든 그러한 요소, 변경 및 수정을 포함하는 것으로 간주된다.
이러한 개시 내용이 충분히 전체적이도록 그리고 개시된 실시예의 범위를 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 완전히 전달되도록, 예시적인 실시예가 전체적으로 제공된다. 본 개시 내용의 실시예의 이러한 완전한 이해를 제공하기 위해서, 구체적인 구성요소, 장치, 및 방법의 예와 같은, 많은 구체적인 상세 내용이 기술된다. 그럼에도 불구하고, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 구체적인 개시된 상세 내용이 이용될 필요가 없고, 예시적인 실시예가 다른 형태로 구현될 수 있다는 것을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 예시적인 실시예는 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 일부 예시적인 실시예에서, 주지의 프로세스, 주지의 장치 구조, 및 주지의 기술이 상세하게 설명되지 않을 수 있다.
본원에서 사용된 용어는 단지 특별한 실시예를 설명하기 위한 것을 목적으로 하는 것이고 제한을 위한 것이 아니다. 본원에서 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 명백하게 표시된 바가 없는 한, 단수 형태("a," "an" 및 "the")는 복수의 형태를 또한 포함하기 위한 것일 수 있다. "포함한다", "포함하는", "포괄하는", 및 "가지는"이라는 용어는, 기술된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 포함하고 그에 따라 구체화하나, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 그 그룹의 존재나 부가를 배제하지 않는다. 바람직한 수행 순서로서 구체적으로 밝혀져 있지 않는 한, 본원에서 설명된 단계, 프로세스, 및 동작은 논의되거나 예시된 특별한 순서로 각각을 수행할 것을 반드시 요구하는 것으로 해석되지 않는다. 또한, 부가적인 또는 대안적인 단계가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "~상에" 있는, "그에 결합된", "그에 연결된", 또는 "그에 커플링된" 것으로 언급될 때, 그러한 요소 또는 층은 다른 요소 또는 층에 직접적으로 그 상부에 위치되거나, 결합되거나, 연결되거나, 커플링될 수 있고, 또는 개재 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 또는 층 "상에 직접 위치되는 것", "그에 직접적으로 결합되는 것", "그에 직접적으로 연결되는 것", 또는 "그에 직접적으로 커플링되는 것으로 언급될 때, 개재 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위해서 이용된 다른 단어는 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예를 들어, "사이에" 대 "직접적으로 사이에", "인접한" 대 "직접적으로 인접한", 등). 본원에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 나열된 항목의 하나 이상의 임의 또는 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2, 제3, 등의 용어가 여러 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해서 본원에서 이용될 수 있지만, 이러한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어에 의해서 제한되지 않아야 한다. 이러한 용어는 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로부터 구분하기 위해서 이용될 수 있다. 문맥에 의해서 명시되지 않는 한, "제1", "제2"와 같은 용어 및 다른 수치적 용어는, 본원에서 사용될 때, 서열이나 순서를 암시하지 않는다. 그에 따라, 예시적인 실시예의 교시 내용으로부터 벗어나지 않고도, 이하에서 설명되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.
또한, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본원의 특정 도시 및 개시 내용이 구체적인 숫자, 값, 치수, 및/또는 범위를 제공할 수 있지만, 그들은 단지 설명 목적만을 위해서 제공된 것이고, 제한을 위한 것이 아니라는 것, 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도, 그리고 임의의 적합한 대안적인 및/또는 부가적인 숫자, 값, 치수, 및/또는 범위가 다른 적용예를 위해서 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 커버(120), 그리고 커버(120)의 외측에 구성된 외부 리드 프레임 부분(102) 및 커버(120)의 내측에 구성된 내부 리드 프레임 부분(104)을 가지는 리드 프레임(예를 들어, 900, 도 9 참조)을 포함하는 레이저 투사 모듈 조립체(100)가 예시적인 실시예 하에서 도시되어 있다. 일 실시예에서, 리드 프레임(102 내지 104)은 니켈-팔라듐(NiPd) 도금을 가지는 구리 리드 프레임을 포함할 수 있다. 도면으로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 내부 리드 프레임 부분(104)은, 도 1의 예에서, 레이저 다이오드(112)를 수용하도록 구성된, 서브-마운트(CoS) 부분 상의 칩(110) 및 히트 싱크(108)에 의해서 중첩된, 다이 부착 패드(DAP) 부분(106)을 포함하는, 광 다이오드 조립체에 결합된 프레임 부분을 가지는 굴곡 프레임으로서 구성될 수 있다.
레이저 다이오드(112) 및 CoS 부분(110)은 와이어-접합(122)을 통해서 내부 리드 프레임 부분(104)에 전기적으로 연결될 수 있다. 렌즈(114)가 마운트(118A 및 118B)를 통해서 조립체(100)에 결합될 수 있고, 조립체(100)의 커버(120) 외측의 반사를 위해서, 레이저 다이오드(112)로부터의 광 방출을 거울(116)에 전달하도록 구성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 내부 리드 프레임 부분(104)은 (내부 리드 프레임 부분(104)으로부터 연장되는 점선으로서 도시된) 커버(120)의 측면으로부터 연장되는 더미 리드(dummy lead)를 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 레이저 투사 모듈(100)은 스마트폰과 같은 작은 또는 휴대용 장치에서의 이용을 위해서 소형화될 수 있다. 하나의 예에서, 구성요소의 치수(H x L x W)가 이하와 같을 수 있고, 레이저 다이오드(112)는 치수(0.14 x 1.0 x 0.225 mm)를 가지고, CoS 부분(110)은 (0.23 x 1.60 x 0.65 mm)의 치수를 가지며, 히트 싱크(108)는 치수(2.0 x 2.2 x 1.8 mm)를 가질 수 있으며, DAP 부분(106)은 치수(0.025 x 2.2 x 3.0 mm)를 가지고, 거울은 치수(0.3 x 2.2 x 4.8 mm)를 가지고, 그리고 렌즈(114)는 치수(3.8 mm x 2.7 x 6.3 mm)를 갖는다.
도 2는 커버 벽(206, 212)의 외측에 놓이는 외부 리드 프레임 부분(102A) 및 커버 벽(206, 212) 내측에 놓이는 내부 리드 프레임 부분(104A)을 가지는 리드 프레임을 포함하는 레이저 투사 조립체(200)의 측면도를 도시한다. 도 2의 실시예에서, 히트 싱크(108)가 공동 지역(214) 내측에 있도록, 레이저 투사 조립체(200)가 구성된다. 히트 싱크(108)를 수용하기 위해서, 내부 리드 프레임 부분(104A)은 연장부(104C)를 포함할 수 있고, 그러한 연장부는 레이저 다이오드(112) 및 CoS 부분(110)에 대한 더 유리한 와이어-접합을 허용할 수 있다. 내부 리드 프레임 부분(104A)은 DAP 부분(106A)에 결합되고, 그러한 DAP 부분은, 이러한 예에서, 공동(214) 내측에 구성된 히트 싱크(108)의 아래에 구성된다.
렌즈(114)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 회절 광학 요소(204) 및 광학 커버(202)를 통한 조립체(100)의 커버(120) 외측의 반사를 위해서, 레이저 다이오드(112)로부터의 광 방출을 거울(116)로 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 광학 커버 또는 렌즈(202)는 광학 유리를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 광학 커버(202)는 플라스틱 또는 중합체 재료를 포함할 수 있고, 광학적 적용예에 따라, 적절한 광학 코팅을 더 포함할 수 있다. 회절 광학 요소(204)는, 간섭 및 회절에 의해서 거울(116)로부터의 광의 패터닝된 또는 임의의 분포를 생성하도록 동작되고 2진 및/또는 아날로그 위상 프로파일로 구성될 수 있는 얇은 위상 요소로서 구성될 수 있다. 회절 광학 요소(204)는, 비제한적으로, 회절 렌즈, 빔 분할기(스폿 어레이), 회절 확산기, 및 교정기 판을 포함할 수 있다. 회절 렌즈는 통상적인 렌즈 시스템 내의 요소의 수를 줄이기 위해서 그리고 색수차 교정에서 외래 재료의 필요성을 제거하기 위해서 이용될 수 있다. 회절 렌즈는 총 깊이 높이가 λ/(n-1)인 매우 얇은 요소로서 구성될 수 있고, 여기에서 λ는 동작 파장이고, n은 굴절률이다. 회절 렌즈는, 렌즈의 연부를 향해서 더 작아지는 일련의 구역으로 이루어질 수 있다.
빔 분할기(또는 스폿 어레이) 회절 광학 요소(204)는 레이저 다이오드(112)로부터의 레이저 빔을 스폿의 어레이로 분할하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 회절 광학 요소(204) 상으로 입사되는 일반적으로 시준된 빔이 어레이(예를 들어, 1D, 2D, 등)로 분리된다. 빔 분할기를 생성하는 회절 요소는, 희망하는 스폿 분포를 생성하는 미리 결정된 형상으로 구성된 격자로서 생각될 수 있다. 회절 확산기 요소(204)를 또한 확산기로서 이용하여, 리소그래피 조명 시스템과 같은 특정의 구체적인 적용예를 위한 제어된 조명을 제공할 수 있다. (굴절 확산기에 대비되는) 회절 확산기의 하나의 장점은, 동작 파장에서 입사 빔 크기에 상응하는 회절-제한된 스폿만큼 넓은, 급격한 세기 강하이다. 일부 실시예에서, 특정 파두가 광학 시스템의 일부 지점에서 요구되나, 이유가 어떻든 간에, 실제 파두는 희망 형태를 나타내지 않는다. 만약 이상적인 파두와의 편차가 일정하고 반복될 수 있다면, 교정기 판을 회절 광학 요소(204) 내로 도입하여, 희망 파두를 생성하기 위해서 조리개(aperture)의 여러 지점에서 적절한 위상 지연을 유도하는 것에 의해서, 파두를 교정할 수 있다.
회절 광학 요소(204) 및 유리 커버(202)는 제1 상부 커버 부분(208) 및 제2 상부 커버 부분(210)의 융기부의 상부에 장착될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 상부 커버 부분(208)이 커버 벽(206)에 결합될 수 있고, 제2 상부 커버 부분(210)은 커버 벽(212)에 결합될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 상부 커버 부분(208) 및 커버 벽(206)은 단일 커버 부분으로서 일체화될 수 있는 한편, 제2 상부 커버 부분(210) 및 커버 벽(212)은 다른 단일 커버 부분으로서 일체화될 수 있다. 커버 부분(206 내지 210)은, 조립 프로세스 중에 내부 리드 프레임 부분(104A)과 통합될 수 있는 커버 기부(216)에 결합될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 공동(314) 내의 잠재적 열 축적을 유리하게 감소시킬 수 있는 것으로서, 히트 싱크(108)가 레이저 투사 조립체 커버의 외측에 구성되는 것을 제외하고, 도 2의 실시예와 유사한 레이저 투사 조립체(300)에 대한 실시예가 도시되어 있다. 히트 싱크(108)가 상승됨에 따라, 광 다이오드 조립체에 대한 단순화된 와이어 접합을 위해서 외부 리드 프레임 부분(102B)이 히트 싱크(108) 위의 지점까지 상승되고, 내부 리드 프레임 부분(104B)은 레이저 투사 조립체(300)의 공동(314) 내로 DAP(106B)까지 연장되며, 렌즈(114) 및 거울(116)을 수용하는 공동 지역 내의 내부 리드 프레임 부분(104B)까지 다시 내려온다. 도 2와 유사하게, 내부 리드 프레임 부분(104B)은 조립 프로세스 중에 커버 기부(216)와 통합될 수 있고, 상승된 외부 리드 부분(102B)에 결합된 내부 리드 프레임 부분(104B)을 제 위치에서 유지하기 위한 지지부(216B)를 더 포함한다.
이제 도 4를 참조하면, 예시적인 실시예 하의 레이저 투사 조립체(400)를 위한 커버(410)의 상면도가 도시되어 있다. 이전의 실시예에서와 같이, 레이저 투사 조립체(400)는 PCB와 상호 연결되도록 도시된 바와 같은 능동 리드(402), 더미 리드(406) 및 타이 바(404)로 동작되도록 구성된 외부 리드 프레임 부분(102)을 가지는 리드 프레임을 포함한다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 리드 프레임(102, 104)을 위한 더미 리드(406)가 (도 4에서와 같이) 레이저 투사 조립체 커버(410)의 하나의 측면으로부터 연장되도록 구성될 수 있거나, (도 1에서와 같이; 점선 참조) 레이저 투사 조립체 커버의 복수의 측면으로부터 연장될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 다른 실시예에서와 같이, 외부 리드 프레임 부분(102)은, 도 4의 예에서, 히트 싱크(108) 및 레이저 다이오드(112)와 중첩되는, 금속 리드 프레임 다이 부착 패드(MLF DAP) 부분(406)을 포함하는, 광 다이오드 조립체, 렌즈(114), 및 거울(116)을 전기적으로 연결하도록 구성된, 내부 리드 프레임 부분(104)에 결합된다. 일 실시예에서, MLF 재료는 245 내지 305 ㎛ 두께의 구리로 이루어질 수 있다.
도 4의 커버(410)는, 상부 커버 부분 및 다른 구성요소를 수용하도록 유리하게 구성된 커버 벽 턱부를 가지도록 구성될 수 있다. 도 4의 예에서, 광 다이오드 조립체(108, 112, 406) 및 렌즈(114) 위에 구성된 커버 부분은 상부 커버 부분을 안착 및 결합시키기 위해서 커버(410)의 적어도 2개의 내부 벽 위로 연장되는 융기부(412)를 가질 수 있다. 거울(116) 위에 구성된 커버 부분은, 광학 커버 및 회절 광학 요소를 안착 및 결합시키기 위해서 커버(410)의 적어도 2개의 내부 벽 위에서 연장되는 제1 융기부(414) 및 제2 융기부(416)를 가질 수 있다.
도 5는 도 4의 레이저 투사 조립체(500)의 측면도를 도시하고, 여기에서 커버 또는 하우징(410)은 커버 벽(502 내지 504)을 지지하는 기부 커버(508)를 포함한다. 커버 벽(502)은 상부 커버(506)를 수용 및 결합하도록 구성된 턱부(412)를 포함할 수 있고, 이는 커버 벽(504)의 턱부(414, 416)에 상응하는 턱부(414, 416)를 포함하도록 제조된다. 도면에서 확인될 수 있는 바와 같이, 회절 광학 요소(204)가 턱부(416) 내에 안착 및 결합될 수 있고, 턱부(414) 내에 안착 및 수용되는 광학 커버(202)와 중첩될 수 있다.
도 5의 실시예는 또한, 히트 싱크(108)를 레이저 투사 조립체(500)의 공동(514) 내측에 구성하는 것으로 인해서, 광 다이오드(112) 및 관련된 회로망을 전기적으로 결합시키기 위한 접근을 제공하기 위해서 이러한 예에서 이용되는, 노출된 다이 부착 패드(510)를 포함한다. 히트 싱크(108)가 하우징의 외측에 구성되는 상황(예를 들어, 도 3 참조)에서, 노출된 다이 부착 패드(510)는 필수적이지 않을 수 있다.
이제, 도 6a 내지 도 6f를 참조하면, 양의 전극 전도성 막(602) 및 음의 전극 전도성 막(604) 내에 코팅될 수 있는 레이저 다이오드 서브-마운트(600)에 대한 여러 가지 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 전도성 막이 0.025 mm 미만의 두께일 수 있다. 레이저 다이오드 서브-마운트(600)는, 도시된 바와 같이 와이어 접합된(122) 레이저 다이오드(112)에 결합되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 다이오드 서브-마운트(600)는 알루미늄 니켈(AlNi)로 제조될 수 있고, 니켈-금(NiAu)으로 도금될 수 있다. 레이저 다이오드 서브-마운트는 금-주석(AuSn) 땜납(예를 들어, 80% 금, 20% 주석)을 이용하여 다른 구성요소와 납땜될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 다이오드 서브-마운트는 전기 연결을 돕기 위한 비아(602)와 함께 구성될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 레이저 투사 모듈 조립체(700)의 공동(704) 내에 구성된, 장착된 광 다이오드(112)를 가지는 레이저 다이오드 서브-마운트(600)를 포함하는 레이저 투사 모듈 조립체(700)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 다이오드 서브-마운트(600)는 DAP 부분(106), 또는 리드 프레임(104)의 다른 적합한 부분에 부착될 수 있고, 조명된 광은 렌즈(704)를 통해서 프리즘(706)에 전달되고, 프리즘은 광을 회절 광학 요소(204) 및 광학 커버(202)를 통해서 레이저 투사 모듈 조립체(700) 외측의 영역으로 반사한다.
도 7의 실시예에서, 회절 광학 요소(204)는 광학 커버(202)로부터 이격될 수 있다. 공간은 2개의 요소를 분리하는 커버 턱부(702)에 의해서 형성될 수 있고, 회절 광학 요소(204)는 커버 턱부(702)의 바닥 부분에 부착될 수 있는 한편, 광학 커버(202)는 커버 턱부(702)의 상부 부분에 안착 및 결합된다. 프리즘(706)은 광을 굴절시키는 편평하고, 폴리싱된 표면을 가지는 투명 광학 요소로서 구성될 수 있다. 프리즘(706)의 편평한 표면 중 적어도 2개는 그들 사이에 각도를 가지고, 삼각형 기부 및 직사각형 측면을 가지는 삼각형 프리즘과 같은 기하형태 형상을 포함할 수 있다. 프리즘(706)은 설계 파장에 투명한 임의 재료로 제조될 수 있고, 비제한적으로, 유리, 플라스틱 및 형석을 포함한다.
도 8을 참조하면, 예시적인 실시예 하의 도 7의 레이저 투사 모듈 조립체(800)의 상면도가 도시되어 있고, 레이저 하위-모듈(600)은, 비제한적으로, 저온 접착제, 스냅-경화 접착제 및/또는 UV 경화 접착제를 포함하는, 접착제를 지역(806) 내에서 이용하여 결합/부착될 수 있는 렌즈(704)와 함께 제 위치에 결합/부착된다(예를 들어, 표면 장착, 접착 등). 도 9 및 도 10과 관련하여 이하에서 설명되는, 리드 프레임(102, 104) 및 커버 리드 프레임(804)이 도 8의 실시예에 또한 도시되어 있다.
도 9는 본원에서 개시된 임의의 실시예에 적합한 리드 프레임(900)을 도시하고, 여기에서 리드 프레임 외부 부분(102)은 커버(또는 "패키지")(904)의 연부 외측에 구성되는 리드 프레임(900) 부분으로서 규정될 수 있는 한편, 내부 리드 프레임 부분(104)은 커버(또는 "패키지")(904)의 연부 내측에 구성되는 리드 프레임 부분으로서 규정될 수 있다. 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 내부 리드 프레임 부분(104)은 내부 리드 프레임 부분(104)의 적어도 일부 내에 굴곡 경로를 가지도록 형성될 수 있고, 광 다이오드 투사 구성요소를 수용하도록 및/또는 연결되도록 구성될 수 있다. 일부 비제한적이고 예시적인 실시예에서, 리드 프레임(900)은 작은 열팽창계수(CTE) 및 10 내지 12 mils(0.254-0.305 mm)의 두께를 가지는 적합한 금속(예를 들어, 구리)으로 형성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 리드 프레임은 니켈-팔라듐-금(NiPdAu) 도금을 가지는 팔라듐이 미리-도금된 재료로 형성될 수 있다. 리드 프레임(900)은 단일 행으로서 구성될 수 있거나, 복수의 행을 포함할 수 있다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 많은 구성이 본 개시 내용에서 고려되고, 본원에서 개시된 구체적인 구성으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.
도 10은, 본원에서 개시된 임의의 실시예에서 이용될 수 있는 커버 리드 프레임(1000)을 도시한다. 일부 예시적인 실시예에서, 커버 리드 프레임(100)은 상부 커버 부분(예를 들어, 208, 210)을 고정하기 위해서 이용될 수 있다. 도 9의 리드 프레임과 유사하게, 커버 리드 프레임(1000)은 작은 열팽창계수(CTE) 및 10 내지 12 mils(0.254-0.305 mm)의 두께를 가지는 적합한 금속(예를 들어, 구리)으로 형성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 리드 프레임은 니켈-팔라듐-금(NiPdAu) 도금을 가지는 팔라듐이 미리-도금된 재료로 형성될 수 있다. 리드 프레임(1000)은 단일 행으로서 구성될 수 있거나, 복수의 행을 포함할 수 있다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 많은 구성이 본 개시 내용에서 고려되고, 본원에서 개시된 구체적인 구성으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.
이제 도 11을 참조하면, 실시예 하에서 레이저 투사 모듈을 제조하기 위한 예시적인 방법(1100)이 개시된다. 그러한 방법은 블록(1102)에서 시작될 수 있고, 여기에서 리드 프레임(예를 들어, 900, 1000)이 제조되고 블록(1104)에서 실시되는 커버 몰딩 중에 통합된다. 커버 몰딩은 개방된 공동 커버를 형성하기 위해서 플라스틱을 이용하여 실시될 수 있고, 리드 프레임은 커버 몰딩 내로 결합될 수 있다. 블록(1106)에서, 광 다이오드(예를 들어, 112)가 부착되고 조립될 수 있다. 서브-마운트가 사용되지 않는 상황에서, 광 다이오드(예를 들어, 112)가 서브-마운트 부분 상의 칩(CoS)(예를 들어, 110), 히트 싱크(예를 들어, 108) 및 다이 부착 패드(DAP) 부분(예를 들어, 106)에 조립될 수 있다. 이러한 구성요소의 순서는, 히트 싱크(예를 들어, 108)가 커버의 공동 내측 또는 외측(예를 들어, 도 2 및 도 3 참조)에 있도록 구성될 것인지의 여부에 따라 달라질 수 있다. 광 다이오드 조립체는 열 전도성 에폭시 또는 다른 적합한 재료를 이용하여 결합되고 와이어 접합된다.
레이저 다이오드 서브-마운트(예를 들어, 600)가 사용되는 경우에, 서브-마운트는 블록(1108)에서 먼저 리드 프레임 및 커버에 결합되고, 이어서 레이저 다이오드(예를 들어, 112)의 부착이 이루어진다. 블록(1110)에서, 거울 또는 프리즘이 비전도성 접착제를 이용하여 모듈에 부착되고, 이어서 렌즈 부착 및 능동적 정렬이 블록(1112)에서 이루어진다. 능동적 정렬을 위해서 이용될 수 있는 하나의 기술은 기계적 정렬을 포함하고, 렌즈 셀 및 렌즈 자체가 비교적 엄격한 직경 공차로 생산될 수 있다. 하우징 셀 벽과 렌즈의 외경 사이의 간극은 최소 분리를 위해서 설계될 수 있다. 이어서, 렌즈가 일반적으로 하우징 내에서 중심에 배치되고, 복수의(예를 들어, 3개의) 동일-두께 심(shim)이 셀 벽과 렌즈 사이에 삽입된다. 접착제가 도포될 수 있고, 접착제가 일단 구축되면, 일반적으로 심이 조립체로부터 제거된다.
대안적으로 또는 부가적으로, 렌즈는 유지 링과 같은 하드웨어로 제 위치에서 유지될 수 있다. 기계적 정렬 방법은, 이러한 조립 기술을 달성하기 위한, 심 및 중심배치 프로세스를 포함하는, 광학기기 및 기계의 고유의 공차에 의존한다. 블록(904)에서 UV-경화성 접착제로 렌즈를 제 위치에서 스폿 경화시키는 것 그리고 이어서 RTV 상온 가황처리 또는 열-경화 접착제로 최종 접합을 실시하는 것이 실시될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 블록(1112)에서의 능동 렌즈 정렬은 광학적 정렬을 포함할 수 있고, 여기에서 렌즈는 렌즈 셀 내로 삽입되고, 렌즈 표면의 반사 복귀 또는 투과 복귀를 모니터링하는 것에 의해서 능동적으로 제 위치로 이동된다. 반사에서, 렌즈 표면으로부터의 곡률 중심이 사용될 수 있다. 자동 시준기를 이용하여 광학적 복귀를 제공할 수 있다. 투과에서, 이는 렌즈의 초점이다. 일부 예시적인 실시예에서, 피조우(Fizeau) 간섭계를 통합하는 것 및 간섭무늬 패턴을 모니터링하는 것에 의해서 증가된 정확도가 얻어질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 능동 정렬 소프트웨어는 렌즈를 정렬시키도록 최적화될 수 있고, 그리고, 렌즈 장착 표면 상의 렌즈의 위치를 조정하는 것에 의해서, 광학 축이 셀의 기계적 축에 대해서 미세-조율될 수 있다. 기계적 정렬 방법과 달리, 능동적 광학 방법은 특정 구성요소 속성을 매우 엄격한 공차로 유지하여야 할 필요가 적다.
일단 렌즈가 정렬되고 경화되면, 회절 광학 요소(예를 들어, 204) 및 광학 커버(예를 들어, 202)가 부착된다. 회절 광학 요소 및 광학 커버가 비전도성 접착제를 이용하여 결합될 수 있다. 사용되는 히트 싱크(예를 들어, 108) 구성에 따라서, 땜납 또는 열 전도성 에폭시, 또는 다른 적합한 재료를 이용하여, 히트 싱크가 블록(1116)에서 다이 부착 패드(예를 들어, 106) 내에 부착될 수 있다. 블록(1118)에서, 레이저 투사 모듈은, 레이저 투사 모듈을 PCB에 납땜하는 것(예를 들어, 복수의 센서 헤드를 가지는 레이저 땜납) 또는 달리 적절하게 결합시키는 것에 의해서 부착될 수 있고, 이는 블록(1120)에서 최종 테스팅을 받을 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예 하의, 조립된 레이저 투사 모듈(1200)의 3-차원적인 사시도를 도시한다. 예에서의 레이저 투사 모듈(1200)은 도 7 및 도 8에 대해서 앞서서 제시한 예시적인 구성으로부터 조립될 수 있다. 그 예에서, 회절 광학 요소(예를 들어, 204)는, 2개의 요소를 분리하는 커버 턱부(702)를 이용하여 광학 커버(예를 들어, 202)로부터 이격될 수 있다. 프리즘(706)은 광을 굴절시키는 편평하고, 폴리싱된 표면을 가지는 투명 광학 요소로서 구성될 수 있다. 레이저 하위-모듈(600)은, 비제한적으로, 저온 접착제, 스냅-경화 접착제 및/또는 UV 경화 접착제를 포함하는, 접착제를 이용하여 결합/부착될 수 있는 렌즈(704)와 함께 제 위치에 결합/부착된다(예를 들어, 표면 장착, 접착 등). 전술한, 리드 프레임(102, 104) 및 커버 리드 프레임(804)이 도 12의 실시예에 또한 도시되어 있다.
관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 제조가 용이하고 그에 따라 더 빠른 사이클 시간, 낮은 장비 비용, 더 양호한 레이저 안전성, 더 양호한 능동적 부품의 연결성, 및 더 높은 신뢰성을 제공하는, 비교적 낮은 z-높이(예를 들어, 6 mm 미만)를 가지는 광 투사 모듈을 위한 여러 가지 유리한 구성을 본 개시 내용이 제공한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일부 유리한 특징은, 기부 판으로서 기재를 이용하는 것 및 기부 판 상에 요소를 배치/정렬시키는 것에 의해서 달성될 수 있다. 이어서, 능동적 요소가 기부 판에 연결되어 광 투사 모듈을 형성할 수 있고, 그러한 모듈은 PCB에 단순히 연결될 수 있다. 또한, 본원의 일부 실시예가 대체로 직사각형 형상을 가지는 것으로 광 투사 모듈 커버를 설명하지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 임의의 적합한 3-차원적인 형상이 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
전술한 구체적인 설명에서, 개시 내용의 간결화를 목적으로 여러 특징이 개별적인 실시예에서 함께 그룹화되는 것을 확인할 수 있을 것이다. 이러한 개시 내용의 방법은, 후속하여 청구된 실시예가 각각의 청구항에서 명시적으로 인용된 것 보다 많은 특징부를 요구하는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않는다.
또한, 개시 내용의 설명은 임의의 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 개시된 실시예를 제조 또는 이용할 수 있게 하기 위해서 제공된 것이다. 개시 내용에 대한 여러 가지 수정이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 매우 자명할 것이고, 본원에서 규정된 일반적인 원리는, 개시 내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 다른 변형예에 적용될 수 있다. 그에 따라, 개시 내용은 본원에서 설명된 예 및 설계로 제한되지 않고, 본원에서 개시된 원리 및 신규한 특징에 일치되는 가장 넓은 범위를 따른다. 즉, 이하의 청구범위는 본원에서 이루어진 예시적인 개시 내용을 고려하여 그들의 각각의 가장 넓은 범위에 따를 것이다.

Claims (20)

  1. 레이저 투사 모듈로서,
    상부 부분, 바닥 부분 및 하나 이상의 측면 부분을 포함하여 공동(cavity)을 정의하는 레이저 투사 모듈 커버; 및
    상기 레이저 투사 모듈 커버의 상기 바닥 부분에 일체화 되는 커버 리드 프레임을 구비하며,
    상기 커버 리드 프레임은 상기 레이저 투사 모듈 커버에 대하여 외부 리드 프레임 부분 및 내부 리드 프레임 부분을 포함하고,
    상기 내부 리드 프레임 부분은 레이저 다이오드 조립체로부터의 레이저 광이 상기 내부 리드 프레임 부분의 중앙에 물리적으로 결합된 굴절 렌즈를 통과하도록,상기 공동 내의 상기 내부 리드 프레임 부분의 일측에 평면상 좌우방향 및 상하 방향으로 오프셋된 일 영역에서 상기 레이저 다이오드 조립체로 전기적 연결이 이루어지도록 구성되고,
    상기 공동에 결합되고 상기 내부 리드 프레임 부분을 따라 상기 레이저 다이오드 조립체로부터 원위(遠位)에 설치되는 거울은 상기 굴절 렌즈를 통과한 레이저 광을 상기 레이저 투사 모듈 커버의 상부 부분의 외측으로 반사시키도록 구성되고,
    상기 커버 리드 프레임은 상기 레이저 투사 모듈 커버의 적어도 상기 바닥 부분에 물리적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 투사 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 조립체는 레이저 다이오드, 서브-마운트 부분 상의 칩, 히트 싱크, 및 다이 부착 패드 부분을 포함하는, 레이저 투사 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 조립체가 상기 내부 리드 프레임 부분에 와이어 접합되는, 레이저 투사 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 조립체의 히트 싱크는 상기 레이저 투사 모듈 커버의 외측면에 있도록 구성되는, 레이저 투사 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다이 부착 패드 부분은 노출 부분을 포함하는, 레이저 투사 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 조립체의 히트 싱크는 상기 레이저 투사 모듈 커버의 공동 내에 있도록 구성되는, 레이저 투사 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 조립체는 상기 커버의 공동 내에서 다이 부착 패드 부분에 결합된 레이저 다이오드 서브-마운트에 결합된 레이저 다이오드를 포함하는, 레이저 투사 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 투사 모듈 커버의 상부 부분에 물리적으로 결합되고, 그리고 상기 거울에 광학적으로 결합되는 회절 광학 요소를 더 포함하는, 레이저 투사 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회절 광학 요소는 회절 렌즈, 빔 분할기, 회절 확산기 및 교정기 판 중 하나를 포함하는, 레이저 투사 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 투사 모듈 커버의 상부 부분에 광학적 및 물리적으로 결합되고, 상기 거울 위에 광학적으로 결합되는 광학 커버를 더 포함하는, 레이저 투사 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커버 리드 프레임은 적어도 하나의 능동적 리드, 적어도 하나의 더미 리드를 포함하는, 레이저 투사 모듈.
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