一种激光雷达的光源模块的制作方法

1.本实用新型涉及光源模块领域，尤其涉及一种激光雷达的光源模块。


背景技术：

2.激光雷达是一种以激光作为光源，采用飞行时间法的测量设备，具有探测距离远，测量精度高以及分辨率高等优点。随着自动驾驶概念的兴起，激光雷达的研究愈发得到重视。为了进一步改善激光雷达的测量精度和探测距离等参数，激光的发射光源的设计是重要的一环。光源模块作为激光雷达的重要模块，需要具备功率高，尺寸小，安全等特点。而现有的光源模块的集成化程度低，通常只用一个pin引脚来控制激光二极管芯片，导致在非机械转动条件下的扫描范围较小，无法满足多线程激光雷达的扫描建模需求。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种激光雷达的光源模块，通过多路串联解决非机械转动条件下的扫描范围的局限性的技术问题，提高发射光的效率。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种激光雷达的光源模块，包括激光芯片单元、若干个pin引脚、光学棱镜；其中，
5.所述激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与所述衬底一一对应的激光二极管芯片；
6.所述底座呈阶梯状，所述底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同；
7.每个衬底上焊接有一个激光二极管芯片，且处于同一列的各激光二极管芯片依次连接；
8.在所述底座的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片都与一根所述pin引脚连接；
9.所述光学棱镜设置在所述激光芯片单元前方。
10.进一步的，所述光源模块还包括透射光窗，所述透射光窗设置在光学棱镜前方。
11.进一步的，所述光源模块还包括管壳腔体，设置在所述光源模块的四周，包裹住所述激光芯片单元和所述光学棱镜；其中，每个所述pin引脚穿过所述管壳腔体暴露在外界。
12.进一步的，所述激光二极管芯片之间通过金丝键合连接。
13.进一步的，所有所述衬底为金属化的陶瓷衬底。
14.进一步的，所述激光二极管芯片的出光波长为808nm至1064nm。
15.进一步的，所述光学棱镜厚度为0.3mm至3mm。
16.进一步的，所述底座上每一级的激光二极管芯片数量为5至32个。
17.进一步的，每个所述pin引脚还与外界的pcb控制电路连接。
18.进一步的，所述管壳腔体为可伐合金腔体。
19.相比于现有技术，本实用新型实施例具有如下有益效果：
20.本实用新型公开了一种激光雷达的光源模块，包括激光芯片单元、若干个pin引
脚、光学棱镜；其中，所述激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与所述衬底一一对应的激光二极管芯片；所述底座呈阶梯状，所述底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同；每个衬底上焊接有一个激光二极管芯片，且处于同一列的各激光二极管芯片依次连接；在所述底座的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片都与一根所述pin引脚连接；所述光学棱镜设置在所述激光芯片单元前方。本实用新型在光源模块中设计多个激光二极管芯片为激光雷达提供多束光实现多线程的扫描建模，提高了发射光的效率；同时将所述底座设计成阶梯状，在第一级阶梯上的每个激光二极管芯片上连接一个pin引脚，具有易于安装的特点，避免了相邻两路激光的相互干扰，同时具有一定的散热功能。进一步的，在激光芯片单元外设置管壳腔体，可抗撞击，防高温易散热；采用多路串联的激光二极管芯片扫描的范围更大，所得数据更多，环境数据点云密集，能够更好的建立环境模型；所述光源模块还包括光学棱镜和透射光窗，对光线的发射方向进行调节，筛选和过滤出特定波长的光，提高光源模块的发射光效率，减少了光的损耗，为激光雷达提供稳定、充足的光源，进一步的，采用金丝键合依次连接同一纵列的激光二极管芯片，具有优异的电气、导热、机械性能，化学性能稳定，衬底采用薄膜工艺的氮化铝陶瓷，保证了焊接性和散热性。
附图说明
21.图1：为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的光源模块的侧视图。
22.图2：为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的光源模块的正视图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.实施例一：
25.请参照图1和图2，图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的光源模块的侧视图，图2为正视图，所述光源模块包括激光芯片单元、若干个pin引脚1、光学棱镜2；其中，
26.所述激光芯片单元包括底座3、若干个衬底4和与所述衬底4一一对应的出射光波长为808nm至1064nm的激光二极管芯片5，在本实施例中采用的激光二极管芯片5的出射光波长为905nm；
27.在本实施例中，有二十余个激光二极管芯片5，实际上也可以是20至128个，激光二极管芯片5的数量根据实际需要来决定，例如需要多大的光强、激光雷达对光源的要求、或者从光源模块的整体出发，考虑模块的尺寸以及散热性能等，选择相应的、合理的数量。
28.所述底座3呈阶梯状，在本实施例的一个举例中，所述底座3采用金属材质，底座3采用的是四级的阶梯。这样的设计主要是出于散热的考虑，同时可以设置更多的激光二极管芯片5。设置更多的激光二极管芯片5可以使光源模块的扫描范围更广，所得数据更多，环境数据点云密集，能够更好的建立环境模型，提高扫描建模的效率。
29.所述底座3的每一级阶梯上设置有一排衬底组，本实施例中每排的衬底组相互平行且呈直线，且各衬底组上的衬底4数量相同；衬底4采用薄膜工艺的氮化铝陶瓷，其中本实
施例的第一、二、三级阶梯上的衬底4正反面进行金属化，正面焊接芯片，反面与底座焊接，衬底4侧面未金属化，实现芯片与底座绝缘。第四级即最后一级阶梯衬底4全部金属化，表面可以导电，与底座3及外界地连接或与负极连接，从而形成回路并保证了焊接性能，四个衬底组形成四路串联；本实施例中的底座3选用高导热的铜加工成阶梯状，是为了避免相邻两路激光的相互干扰，同时具有一定的导热性能。
30.每个衬底4上焊接有一个激光二极管芯片5，即所述底座3中每一级的阶梯有5至32个激光二极管芯片5，且处于同一列的各激光二极管芯片5依次连接；这些激光二极管芯片5互相之间通过金丝键合连接。键合是集成设计中的一种重要工序，键合丝通常是芯片的输入/输出键合点与引线框架的内接触点之间实现电气链接而使用的微细金属丝内引线，其键合的效果好坏将直接影响集成产品的效果。本实施例采用金丝键合，金的含量极高且以金作为主要元素，微量元素主要是铍、铜、银等，具有细化晶粒，提高再结晶温度和强化金的作用，而采用金丝键合具有优异的电气、导热、机械性能并且具有化学性能稳定的特点。
31.在所述底座3的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片5都与一根所述pin引脚1连接；现有技术通常采用单根pin引脚控制单个激光二极管芯片，这使得在光源模块进行扫描建模时的扫描范围较小，而光源模块的控制也需要较高的成本以及耗费较多资源。而在本实施例中，通过单根pin引脚1控制处于同一列的，通过金丝键合依次连接的各激光二极管芯片5(即通过单根pin引脚同时控制不同级阶梯的激光二级管芯片5)，解决了现有技术非机械转动条件下扫描范围的局限性，提高了扫描建模的效率。
32.所述光学棱镜2厚度0.3mm至3mm，通过焊接的方式设置在所述激光芯片单元前方的槽内，用于将激光二极管芯片5发射的光进行汇聚，同时对光进行筛选和过滤，也有起到保护光源模块的作用，同时保证激光光源模块的光学性能得以发挥。
33.在本实施例中，所述光源模块还包括管壳腔体6，设置在所述光源模块的四周，包裹住所述激光芯片单元和所述光学棱镜2；其中，每个所述pin引脚1穿过所述管壳腔体6暴露在外界。所述管壳腔体6采用可伐合金，可伐合金又称为封接合金，在－70摄氏度到500摄氏度的温度范围内，具有比较恒定的较低或者中等程度膨胀系数的合金，它与玻璃或陶瓷等被封接材料的膨胀系数相接近，从而达到匹配封接的效果。
34.本实施例中的管壳腔体6通过玻璃烧结工艺定制，在所述管壳腔体6的表面做镀金处理，保证了光源模块的抗氧化性。另外，本实施例用于封装所述光源模块的所述管壳腔体6，相比现有技术的管壳更易于拆卸，同时也使得所述光源模块的集成化、模块化程度更高。
35.每个所述pin引脚1从所述管壳腔体6的背面引出，便于与外界的pcb控制电路连接，所述pin引脚1采用柔性不易折断的材料，可通过工具对所述pin引脚1进行折叠以适应外界的pcb控制电路的接口。
36.在本实施例中，所述光源模块还包括透射光窗7，所述透射光窗7设置在光学棱镜2的前方，与所述管壳腔体6平行封焊，起到对特定波长的过滤和筛选作用，筛除掉非目标波长的杂散光。例如本实施例的激光二极管芯片的出射光波长为905nm，则所采用的透射光窗7过滤掉非905nm的光，只有905nm的光可以通过。同时，所述透射光窗7一定程度上也起到对光源模块的保护作用，而在所述透射光窗7受到破坏或者磨损时，本实施例设计下的光源模块使得透射光窗易于更换。
37.相比于现有技术，本实用新型实施例具有如下有益效果：
38.本实用新型公开了一种激光雷达的光源模块，包括激光芯片单元、若干个pin引脚、光学棱镜；其中，所述激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与所述衬底一一对应的激光二极管芯片；所述底座呈阶梯状，所述底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同；每个衬底上焊接有一个激光二极管芯片，且处于同一列的各激光二极管芯片依次连接；在所述底座的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片都与一根所述pin引脚连接；所述光学棱镜设置在所述激光芯片单元前方。本实用新型在光源模块中设计多个激光二极管芯片为激光雷达提供多束光实现多线程的扫描建模，提高了发射光的效率；同时将所述底座设计成阶梯状，在第一级阶梯上的每个激光二极管芯片上连接一个pin引脚，具有易于安装的特点，避免了相邻两路激光的相互干扰，同时具有一定的散热功能。进一步的，在激光芯片单元外设置管壳腔体，可抗撞击，防高温易散热；采用多路串联的激光二极管芯片扫描的范围更大，所得数据更多，环境数据点云密集，能够更好的建立环境模型；所述光源模块还包括光学棱镜和透射光窗，对光线的发射方向进行调节，筛选和过滤出特定波长的光，提高光源模块的发射光效率，减少了光的损耗，为激光雷达提供稳定、充足的光源，进一步的，采用金丝键合依次连接同一纵列的激光二极管芯片，具有优异的电气、导热、机械性能且化学性能稳定，衬底采用薄膜工艺的氮化铝陶瓷，保证了焊接性和散热性。
39.实施例二：
40.本实用新型的实施例二提供了另一种激光雷达的光源模块，所述光源模块包括激光芯片单元、若干个pin引脚和光学棱镜；
41.其中，所述激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与所述衬底一一对应的出射光波长为808nm至1064nm的激光二极管芯片，本实施例同样采用出射光波长为905nm的激光二极管芯片。
42.所述底座设计成阶梯状，在本实施例中采用四级阶梯。在底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同。在本实施例中除第一级阶梯上的衬底侧面、第二级阶梯上的衬底侧面及第三级阶梯上的衬底侧面不进行金属化外，本实施例的第一、二、三级阶梯上的衬底正面进行金属化，衬底正面焊接芯片，反面与底座焊接，第四级即最后一级阶梯衬底及底座全部进行金属化，表面可以导电，以实现第一级阶梯至第三级阶梯上的芯片与底座绝缘，第四级阶梯上的芯片与底座及外界地连接或与负极连接，从而形成纵列上四只芯片的串联。
43.每个衬底上通过超薄焊接片焊接有一个激光二极管芯片，处于同一纵列的各激光二极管芯片依次连接；在陶瓷底座的每一级阶梯上有5至32个芯片。这些激光二极管芯片纵向上互相之间通过金丝键合连接。
44.在所述底座的第一级阶梯上的每一个激光二极管芯片都与一根pin引脚连接。本实施例通过单根pin引脚控制处于同一纵列的，通过金丝键合依次连接的各激光二极管芯片，解决了现有技术非机械转动条件下扫描范围的局限性，提高了扫描建模的效率。
45.所述光学棱镜，厚度0.3mm至3mm，设置在所述激光芯片单元前方的槽内。用于汇聚激光二极管芯片的发射光同时对模块中其他杂光进行筛选和过滤。
46.所述光源模块还包括管壳腔体，设置在所述光源模块的四周，包裹住所述激光芯片单元和所述光学棱镜；每个所述pin引脚穿过所述管壳腔体暴露在外界。所述管壳腔体采用可伐合金，表面做镀金处理，防止氧化，便于焊接，同时可延长器件使用寿命。
47.每个所述pin引脚从所述管壳腔体的背面引出。便于与外界的pcb控制电路连接，pin引脚可通过工具对pin引脚进行折叠或调整以适应外界的pcb控制电路的接口。
48.所述光源模块还包括透射光窗，所述透射光窗设置在所述光学棱镜的前方，与所述管壳腔体平行，起到对特定波长的过滤和筛选作用，本实施例过滤掉非905nm的光，仅905nm的光可通过。同时，所述透射光窗一定程度上起到对光源模块的保护作用。
49.基于上述与实施例一共同的技术特征，本实施例与实施例一的区别包括：
50.所述底座与各衬底采用陶瓷一体成型。底座与各衬底均采用氮化铝陶瓷。
51.每排的衬底组以及底座的每一级阶梯设计成弧形。本实实施例与实施例一采用了不同的散热思路，从而具备与实施例一的不同的散热效果。在底座的每一级阶梯和每一个衬底组采用弧形设计的条件下，同样体积的底座上可以容纳更多的激光二极管芯片，从而有更大的扫描建模范围和更高的发光效率。
52.每个所述pin引脚从所述管壳腔体的背面引出，pin引脚与管壳腔体通过玻璃烧结工艺烧制成。每个pin引脚采用可伐合金并镀金。
53.所述光学棱镜采用k9棱镜，所述光学棱镜的高度大于或等于陶瓷底座的高度，以此保证能容纳所有激光二极管芯片的出射光。
54.本实施例与实施例一的区别还包括，所述光学棱镜通过直接插入的方式设置在所述激光芯片单元前方的槽内，以确保光学棱镜容易更换。
55.另外，所述管壳腔体的顶部设置掀盖式开口，通过螺钉固定，以使技术人员更换光源模块内部的激光二极管芯片更便捷。
56.所述光源模块还包括透射光窗，透射光窗通过直接插入的方式设置在光学棱镜的前方、管壳腔体的一个槽内。相对实施例一更易于拆卸更换。所述透射光窗和光学棱镜的距离为905nm的整数倍，例如可以是1.81cm，具体需要根据光源模块的设计以及对出射光的要求确定。另外，透射光窗的外表面设置一层厚度为226nm(激光二极管芯片出射光波长的四分之一倍)的薄膜，相对实施例一更进一步增强透射光窗的选择性。
57.相比于现有技术，本实用新型实施例具有如下有益效果：
58.本实用新型公开了一种激光雷达的光源模块，包括激光芯片单元、若干个pin引脚、光学棱镜；其中，所述激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与所述衬底一一对应的激光二极管芯片；所述底座呈阶梯状，所述底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同；每个衬底上焊接有一个激光二极管芯片，且处于同一列的各激光二极管芯片依次连接；在所述底座的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片都与一根所述pin引脚连接；所述光学棱镜设置在所述激光芯片单元前方。本实用新型在光源模块中设计多个激光二极管芯片为激光雷达提供多束光实现多线程的扫描建模，提高了发射光的效率；同时将所述底座设计成阶梯状，在第一级阶梯上的每个激光二极管芯片上连接一个pin引脚，具有易于安装的特点，避免了相邻两路激光的相互干扰，同时具有一定的散热功能。进一步的，在激光芯片单元外设置管壳腔体，可抗撞击，防高温易散热；采用多路串联的激光二极管芯片扫描的范围更大，所得数据更多，环境数据点云密集，能够更好的建立环境模型；所述光源模块还包括光学棱镜和透射光窗，对光线的发射方向进行调节，筛选和过滤出特定波长的光，提高光源模块的发射光效率，减少了光的损耗，为激光雷达提供稳定、充足的光源，进一步的，采用金丝键合依次连接同一纵列的激光二极管芯片，具有优异的电气、导热、
机械性能且化学性能稳定，衬底采用薄膜工艺的氮化铝陶瓷，保证了焊接性和散热性。
59.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种激光雷达的光源模块，其特征在于，包括激光芯片单元、若干个pin引脚、光学棱镜；其中，所述激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与所述衬底一一对应的激光二极管芯片；所述底座呈阶梯状，所述底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同；每个衬底上焊接有一个激光二极管芯片，且处于同一列的各激光二极管芯片依次连接；在所述底座的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片都与一根所述pin引脚连接；所述光学棱镜设置在所述激光芯片单元前方。2.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述光源模块还包括透射光窗，所述透射光窗设置在光学棱镜前方。3.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述光源模块还包括管壳腔体，设置在所述光源模块的四周，包裹住所述激光芯片单元和所述光学棱镜；其中，每个所述pin引脚穿过所述管壳腔体暴露在外界。4.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述激光二极管芯片之间通过金丝键合连接。5.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所有所述衬底为金属化的陶瓷衬底。6.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述激光二极管芯片的出光波长为808nm至1064nm。7.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述光学棱镜厚度为0.3mm至3mm。8.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述底座上每一级的激光二极管芯片数量为5至32个。9.如权利要求1所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，每个所述pin引脚还与外界的pcb控制电路连接。10.如权利要求3所述的一种激光雷达的光源模块，其特征在于，所述管壳腔体为可伐合金腔体。

技术总结
本实用新型公开了一种激光雷达的光源模块，包括激光芯片单元、若干个PIN引脚、光学棱镜；其中，激光芯片单元包括底座、若干个衬底和与衬底对应的激光二极管芯片；底座呈阶梯状，底座的每一级阶梯上设置有一排衬底组，各衬底组上的衬底数量相同；每个衬底上焊接有一个激光二极管芯片，且处于同一列的各激光二极管芯片依次连接；在底座的第一级阶梯上的每个激光二极管芯片都与一根PIN引脚连接；光学棱镜设置在激光芯片单元前方。本实用新型设计多个激光二极管芯片为激光雷达提供多束光实现多线程的扫描建模，提高了发射光的效率；通过设计底座和PIN引脚，具有良好的散热功能且易于安装。装。装。


技术研发人员：杨海涛
受保护的技术使用者：深圳市时代速信科技有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/5/25