[发明专利]激光器阵列驱动装置及其封装方法

说明书

本发明公开了一种激光器阵列驱动装置及其封装方法，该装置包括：承载基板，表面有焊盘；激光器阵列芯片，包括n×n个相同或不同的激光器器件，其中n≥1；导热膜，设置于激光器阵列芯片与承载基板之间；激光器驱动模块，与激光器阵列芯片间通过电学连接结构连接；隔热结构，设置于激光器驱动模块片与承载基板之间；以及热沉结构，与所述承载基板相连接。本公开提供的该激光器阵列驱动装置及其封装方法，采用三维堆叠封装，通过导热薄膜进行有效的片间散热，具有响应时间短、集成度高、可靠性高等特点，相比于其他驱动及封装方法大大提高了驱动同一性、发射功率和空间利用率，因此在光学成像、通信、互联、存储等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及光学器件、电路驱动以及电子封装领域，尤其涉及一种激光器阵列驱动装置及其封装方法。

背景技术

近年来，随着高密度大功率半导体激光器技术的不断发展，其已在工业、军事、科研和医疗及材料处理等领域获得广泛的应用。为了进一步地扩大延伸其应用领域，不断提高器件电光性能以及可靠性已成为当前发展高性能激光器技术的必由之路。

随着半导体激光器阵列规模和输出功率的不断增大，其驱动难度加大，产生的热量也在不断提高。由此导致的器件响应延迟、阈值电流增大、斜率效率与输出功率下降、波长红移等一系列问题，严重影响器件的电光稳定性与寿命。因此，提高器件的驱动效率以及封装水平，以达到稳定的电光性能、提高器件可靠性显得至关重要。2010年DanielM.Kuchta等人设计了高速12路光学驱动电路；2012年Kageyama Nobuto等人先后对多种金属焊料封装制备的激光器器件进行了大量研究，提出了片间无空洞填充结构，降低了贴片层的热效应。但是对于更大规模的激光器阵列还没有相关的高性能驱动封装方法。

目前对于高性能大规模半导体激光器阵列芯片的需求日趋增加，例如：需要更大的阵列规模、更高的发光功率，更快的响应时间以及更高的驱动同步率，更高可靠性的封装等等。因此，迫切需要开发响应时间短，集成度高，可靠性高的大规模激光器阵列的驱动和封装方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种激光器阵列驱动装置及其封装方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种激光器阵列驱动装置，包括：

承载基板，其表面有焊盘；

激光器阵列芯片，包括n×n个相同或不同的激光器器件，其中n≥1；

导热膜，设置于激光器阵列芯片与承载基板之间；

激光器驱动模块，与激光器阵列芯片间通过电学连接结构连接；

隔热结构，设置于激光器驱动模块与承载基板之间；以及

热沉结构，与承载基板相连接。

在本发明一些实施例中，该激光器阵列驱动装置还包括：

微柱，连接上述导热膜与热沉结构。

进一步的，上述激光器阵列驱动装置中：

一些实施例中，承载基板由刚性或柔性的树脂材料、半导体材料、以及金属材料单层或多层构成，焊盘材料为铜、锡或金；

一些实施例中，导热膜为金属、石墨烯、橡胶、半导体材料以及导热油、脂、膏中一种或多种的组合，且该导热膜具有与上述激光器器件的排列方式一致的图形化设计；

一些实施例中，隔热结构由微纳多孔材料、热反射镀层或真空体结构中的一种或多种组成，且该隔热结构具有与上述激光器驱动模块的模块形状一致的图形化设计；