激光发射模块及具有此的激光雷达的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达，尤其涉及激光雷达的激光发射模块。


背景技术：

2.在自动驾驶领域中，自动驾驶车辆可以借助激光雷达（lidar）等设备来探测周围物体。激光雷达通过向周围三维空间发射激光束作为探测信号，并使激光束照射到周围空间中的物体后被反射而成为回波信号并返回，激光雷达将接收的回波信号与发射的探测信号进行比较，从而获得关于周围物体的诸如距离、速度等相关信息。
3.上述的激光雷达包括发射模块和接收模块。发射模块产生并发射激光束，打在周围物体上并反射回来的激光束被接收模块接收。由于光速是已知的，因此可以通过激光的传播时间测量周围物体相对于激光雷达的距离。
4.其中，发射模块越小，激光雷达的尺寸就会越小。因此，减少激光雷达的发射模块的大小成为了持续性的课题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种有利于小型化的激光发射模块及具有此的激光雷达。
6.根据本实用新型的一实施例的激光发射模块包括：基板；驱动部，下表面固定于基板，在上表面形成有多个第一电极图案，且形成有用于与基板电连接的第二电极图案；发射部，包括多个能够发出激光的激光器，多个激光器在发射部的下表面分别形成与驱动部上表面的第一电极图案接触的接触电极，多个激光器形成一个电连接于基板的第二电极。
7.并且，多个第一电极图案可以布置为矩形阵列形态，第二电极图案的数量不多于第一电极图案阵列的行数与列数之和。
8.并且，驱动部可以包括多个功率开关管，功率开关管的数量与第一电极图案的数量相同，功率开关管包括源极、栅极及漏极，功率开关管的漏极可以电连接于第一电极图案，功率开关管的源极及栅极电连接于不同的第二电极图案。
9.并且，连接于功率开关管的源极的第二电极图案的输入电压可以大于连接于功率开关管的栅极的第二电极图案的输入电压。
10.并且，多个功率开关管可以布置为矩形阵列形态，连接于功率开关管的源极的第二电极图案电连接于同列的多个功率开关管的源极，连接于功率开关管的栅极的第二电极图案电连接于同行的多个功率开关管的栅极。
11.并且，在基板可以形成有与第二电极及第二电极图案电连接的多个电路图案。
12.根据本实用新型的另一实施例的激光发射模块包括：基板，形成有多个过孔；发射部，包括多个能够发出激光的激光器，多个激光器在发射部的下表面分别形成固定于基板的过孔上端的接触电极，多个激光器形成一个电连接于基板的第二电极；驱动部，在上表面形成有分别固定于基板的过孔下端的第一电极图案，且形成有用于与基板电连接的第二电极图案。
13.并且，基板可以是陶瓷基板。
14.并且，驱动部可以包括多个布置为矩形阵列形态的功率开关管，功率开关管的数量与第一电极图案的数量相同，功率开关管包括源极、栅极及漏极，功率开关管的漏极电连接于第一电极图案，功率开关管的源极及栅极电连接于不同的第二电极图案，连接于功率开关管的源极的第二电极图案的输入电压大于连接于功率开关管的栅极的第二电极图案的输入电压，连接于功率开关管的源极的第二电极图案电连接于同列的多个功率开关管的源极，连接于功率开关管的栅极的第二电极图案电连接于同行的多个功率开关管的栅极。
15.根据本实用新型的另一实施例的激光雷达包括如上所述的激光发射模块。
16.根据本实用新型，可以将发射部及驱动部上下重叠布置而减少所占的基板的面积。并且，通过将发射部及驱动部分别设置于基板的上下侧可以通过基板实现有效散热。
17.本实用新型的效果不限于如上的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。
附图说明
18.图1是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的分解立体图。
19.图2是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的截面图。
20.图3是示出根据本实用新型的第一实施例的发射部的截面图。
21.图4是示出根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块的分解立体图。
22.图5是示出根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块的截面图。
23.图6是示出根据本实用新型的一实施例的驱动部的平面图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行详细的描述。显然，以下公开的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
25.可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。
26.《第一实施例》
27.图1是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的分解立体图。图2是示出根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块的截面图。图3是示出根据本实用新型的第一实施例的发射部的截面图。
28.激光发射模块可以设置于激光雷达内部，并且可以发出激光而使激光在激光雷达外部的物体反射后返回激光雷达而被激光接收模块接收，从而可以通过飞行时间法（tof）测量周围物体与激光雷达的相隔距离。
29.如图1~3所示，根据本实用新型的第一实施例的激光发射模块可以从上到下依次包括：发射部100、驱动部200及基板300。
30.发射部100设置于驱动部200上部，并且可以包括能够发出激光的多个激光器。激
光器可以是垂直腔面发射激光器（vcsel）。发射部100可以为将多个垂直腔面发射激光器（vcsel）一体地结合的结构。其中，垂直腔面发射激光器可以向垂直于基板的方向发出激光。如图1所示，发射部100可以为结合有5行5列的25个激光器的结构。发射部100所包括的激光器的数量可以不限于此，可以适当地选择。
31.以下，参照图3对发射部100的结构进行更详细的说明。图3是示出根据本实用新型的第一实施例的发射部100的截面图。
32.不同于图1中的发射部100包括25个激光器，图3中示出了发射部100包括左右两个激光器的情形。不仅如此，本实用新型可以应用于多个激光器的情形。图3中，激光器可以形成于发射部100的下方而向上方发出激光。如图3所示，发射部100可以从上方到下方依次包括第一反射层110、第一接触层（第二电极）120、有源层130、第二反射层150及第二接触层（第一电极）140、以及接触电极160。
33.其中，有源层130可以吸收能量而产生光，且可以包含多量子阱（multiple-quantum-well，mqw）结构。第一反射层110可以包含n型分布布拉格反射器（distributed bragg reflector，dbr），第二反射层150可以包含p型分布布拉格反射器。其中，第二反射层150的反射率可以大于第一反射层110的反射率，从而激光可以从发射部100向上发出。
34.激光器可以通过第一接触层120连接到电源的负极，且可以通过第二接触层140及接触电极160连接于电源的正极。其中，多个激光器的第一接触层120和第一反射层110可以连续形成，从而可以使发射部100的上部形成为一体结构而将多个激光器结合为一体。第一接触层120可以通过发射部100外部的金线或引脚等电连接于基板。多个激光器的有源层130、第二反射层150、第二接触层140及接触电极160可以在第一接触层120的下部分别独立形成。即，多个激光器的第一接触层120可以连续形成而形成共阴极的多个激光器。且多个激光器的有源层130、第二接触层140及接触电极160可以分别独立形成而形成单独的阳极。
35.并且，第二接触层140和第二反射层150可以形成于同一层。第二接触层140可以在第二反射层150的外侧围绕第二反射层150而形成，并且可以将下方的接触电极160电连接于有源层130。从而，可以在使第二反射层150反射光的同时通过第二反射层150外侧的第二接触层140将外部的能量传输至有源层130。因此，可以通过向各个接触电极160单独施加驱动信号而使多个激光器分别发出激光。可以将上述的结构重复形成而构成阵列型激光器。
36.驱动部200可以形成于发射部100的下部，且可以形成于基板300的上部。驱动部200可以包括用于驱动多个激光器的多个驱动电路，多个驱动电路可以集成于一个驱动部。进一步地，驱动部200可以形成为芯片形态。驱动部200所包括的驱动电路的数量可以与发射部100所包括的激光器的数量相同，从而驱动部200可以单独驱动发射部100的多个激光器。驱动电路可以瞬间提升输入信号的驱动能力并快速开启开关器件，使储能电容通过瞬间放电产生窄脉冲电流而能够驱动激光器发出窄脉冲激光。
37.图6是示出根据本实用新型的一实施例的驱动部200的平面图。如图6所示，驱动部200可以在上表面包括多个第一电极图案210和多个第二电极图案220。其中，第一电极图案210可以用于向发射部100输出驱动信号，第二电极图案220可以用于从基板300接收输入信号。虽然图6中示出了第二电极图案220的大小小于第一电极图案210的情形，但本实用新型不限于此。
38.多个第一电极图案210可以形成于驱动部200的上表面。图1及图6中示出了形成有
5行5列的25个第一电极图案210的情形。驱动部200的第一电极图案210的数量及排列方式不受限制，优选形成数量及位置与激光器对应。从而，驱动部200的第一电极图案210可以与发射部100的多个接触电极160一一对应，且可以通过焊料等分别接触。
39.第二电极图案220可以形成于驱动部200的上表面，或者也可以形成于驱动部200的侧面或者下表面等位置。第二电极图案220只要可以将基板300的输入信号传输到驱动部200即可，其形成位置不受限制。当形成于驱动部200的上表面时，第二电极图案220可以形成于第一电极图案210的外侧。如图2所示，形成于驱动部200上表面的第二电极图案220可以通过引脚电连接于基板300。
40.进一步地，驱动部200可以包括未示出的多个mos结构的功率开关管。功率开关管的数量可以与发射部100的激光器或驱动部200的第一电极图案210的数量相同，且可以与激光器相同地形成为5行5列的阵列。功率开关管可以在驱动部200内形成于与各个第一电极图案210相邻的位置，从而可以从功率开关管向第一电极图案210传输驱动信号。mos（场效应管）结构的功率开关管可以分别包括源极、栅极、漏极。其中，第一电极图案210可以电连接于mos结构的漏极。第二电极图案220可以形成多个，并且可以包括电连接于mos结构的栅极的第二电极图案220和电连接于mos结构的源极的第二电极图案220。电连接于栅极的第二电极图案220可以从基板300接收控制信号；电连接于源极的第二电极图案220可以从基板300接收高压电源（例如，50v）输入，因此电连接于栅极的第二电极图案220的输入电压可以小于电连接于源极的第二电极图案220的输入电压。并且，电连接于栅极的第二电极图案220可以在驱动部200内同时连接于同行的多个功率开关管；电连接于源极的第二电极图案220可以在驱动部200内同时连接于同列的多个功率开关管，从而可以通过如上所述的结构利用n m个第二电极图案220实现对n
×
m个功率开关管的分别控制（其中，n和m均为大于1的整数）。进一步地，第二电极图案220的数量可以小于n m个。例如，在驱动部200内部也可以集成有具有选通功能的电子器件而使输入到驱动部200的控制信号选择性地传输到某一行或某一列。
41.并且，如图2所示，发射部100的下端的接触电极160可以与驱动部200上表面的第一电极图案210分别接触，从而驱动部200的多个驱动电路可以分别驱动发射部100的多个激光器。
42.基板300可以形成于驱动部200的下部。且可以在基板300固定驱动部200。在激光雷达的内部，基板300可以通过螺栓等固定于激光雷达的其他部件。因此，发射部100可以固定于驱动部200，驱动部200可以通过引脚或焊料等固定于基板300，基板300可以通过螺栓等固定于激光雷达的其他部件。
43.基板300可以是印刷电路板，并且在基板300可以形成有用于控制发射部100的控制器件等。或者，基板300也可以是陶瓷基板，从而可以有利于驱动部200及发射部100的散热。
44.在基板300可以形成有用于与驱动部200的第二电极图案220电连接的焊盘。如图1所示，在基板300可以形成有10个焊盘，其数量可以等于激光器的列数和行数之和，从而可以通过上文所述的方式分别驱动激光器。基板300的焊盘可以形成于固定驱动部200的位置的外侧而通过引脚与驱动部200上表面的第二电极图案220连接，或者也可以形成于驱动部200的固定位置而通过焊料等与驱动部200下表面的第二电极图案220连接。
45.虽然没有在图中示出，但是基板300还可以连接于激光雷达的电源或者激光雷达的控制器等，从而向驱动部200传输电源或者控制信号。
46.《第二实施例》
47.图4是示出根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块的分解立体图。图5是示出根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块的截面图。
48.如图4~5所示，根据本实用新型的第二实施例的激光发射模块可以包括：发射部100、驱动部200及基板300。其中，第二实施例的发射部100及驱动部200可以与第一实施例的发射部100及驱动部200相同。
49.第二实施例与第一实施例的不同之处可以在于基板300的形成位置及基板300的结构。
50.如图4~5所示，基板300可以形成于发射部100和驱动部200之间。具体而言，发射部100可以固定于基板300上表面，驱动部200可以固定于基板300的下表面。此时，如图5所示，在基板300可以形成有上下贯通基板300且导电的过孔310。过孔310的数量及形成位置可以与发射部100的接触电极160或者驱动部200的第一电极图案210对应。过孔310可以通过在基板300形成贯通孔后利用导电材料填充而形成。
51.发射部100的接触电极160可以通过焊料等固定于基板300的过孔310的上端；驱动部200的第一电极图案210可以通过焊料等固定于基板300的过孔310的下端。因此，驱动部200的驱动信号可以通过过孔310传输至各个激光器。
52.进一步地，在基板300还可以形成有与驱动部200的第二电极图案220电连接的电路图案以及与发射部100的阴极电连接的电路图案。从而，可以从基板300向驱动部200输出控制信号及电源，并通过基板100使发射部100的多个激光器连接于电源的负极。
53.此时，基板300可以利用陶瓷基板等导热率高的材料形成。从而，在发射部100及驱动部200产生的热可以通过基板300发散。因此，相比于第一实施例的激光发射模块，可以提高散热效率。
54.以上记载的关于装置及方法的实施例仅仅是示意性的，其中所记载的分离的单元可以是或者不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者不是物理单元，即，可以位于一个位置，或者可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实用新型的技术方案。