一种激光器和激光投影设备的制作方法

1.本实用新型涉及激光投影显示技术领域，尤其涉及一种激光器和激光投影设备。


背景技术：

2.目前，激光投影行业的发展十分迅速，激光器作为其中的核心部件之一，起到了无可替代的作用。半导体激光器是在生产完芯片后，在对芯片进行封装而成的。所以激光器的封装能力对激光器的应用、成本、性能等指标具有十分重大的影响。
3.目前的多芯片激光器封装系统中，需要采用金丝键合(wire bonding，简称wb)的方式实现电路连结，具体是在管壳两侧设置引脚的方式进行内外联通，伸入管壳内部的引脚再与激光芯片组件通过金线连接。由于引脚与激光芯片组件之间具有一定的距离，且有较大的高低差，因此在wb时极大的增加了金线的长度，在电流增加时，导致金线熔断风险较大，可靠性差。


技术实现要素：

4.本实用新型一些实施例中，激光器包括：管壳；管壳包括底板和位于底板之上的环状侧壁，底板和环状侧壁形成容置空间；多个激光芯片组件固定于管壳的底板之上；多个引脚固定于管壳的环状侧壁上；引脚的一端位于管壳之外，引脚的另一端延伸至容置空间内。在管壳内设置有多个转接器，转接器靠近对应的引脚一侧的高度大于转接器靠近对应的激光芯片组件一侧的高度，由此可以使引脚与转接器高度较高的一侧连接，使激光芯片组件与转换器高度较低的一侧连接，从而缩短引脚、激光芯片组件与转接器之间的金线长度，在保证引脚与激光芯片组件之间电流导通的同时，实现更高的可靠性。
5.本实用新型一些实施例中，转接器为阶梯状结构，转接器包括第一级台阶面和第二级台阶面；第一级台阶面靠近激光芯片组件一侧，第二级台阶面靠近引脚一侧；第一级台阶面的高度小于第二级台阶面的高度。其中，第一级台阶面上设置有第一导电材料层；第二级台阶面上设置有第二导电材料层，第一导电材料层和第二导电材料层通过导线连接，使得第一级台阶面和第二级台阶面导通。第一级台阶面的高度较高，以使第一级台阶面的高度与引脚更接近，在打线时可以缩短引脚与第一级台阶面之间的金线的长度。第二级台阶面2的高度较低，以使第二级台阶面的高度与激光芯片组件更接近，在打线时可以缩短激光芯片组件与第二级台阶面之间的金线长度。
6.本实用新型一些实施例中，第一级台阶面与激光芯片组件背离管壳的底板一侧的表面齐平；第二级台阶面与引脚背离管壳的底板一侧的表面齐平。即激光芯片组件的高度与第一级台阶面的高度相等，引脚的高度与第二级台阶面的高度相等。由此可以最大限度地减小激光芯片组件、引脚与转接器之间的金线的长度。
7.本实用新型一些实施例中，第一级台阶面的高度可以根据激光芯片组件的高度进行设置，第二级台阶面的高度可以根据引脚的高度进行设置。考虑到目前激光器的结构以及小型化要求，可以将第一级台阶面的高度设置在0.3mm～0.5mm，将第二级台阶面的高度
设置在0.5mm～1.0mm。
8.本实用新型一些实施例中，转接器整体可以设置为矩形或方形，转接器的长度和宽度可以根据引脚与激光芯片组件之间的距离，以及需要连接的金线的数量进行设置。考虑到小型化需求，将转接器的长度设置在1.0mm～2.0mm，将转接器的宽度设置在0.7mm～1.5mm。
9.本实用新型一些实施例中，在第一导电材料层和第二导电材料层的表面均设置有镀金层，激光芯片组件与第一级台阶面上的镀金层通过金线连接，引脚与第二级台阶面上的镀金层通过金线连接。为了配合wb工艺，在第一级台阶面以及第二级台阶面的表面上设置一层镀金层，提高打线可靠性。第一级台阶面上的镀金层与第一导电材料层接触，第二级台阶面上的镀金层与第二导电材料层接触，第一导电材料层和第二导电材料层通过导线导通，在完成打线后可以实现引脚与激光芯片组件之间的电路导通。
10.本实用新型一些实施例中，金线的直径为45μm～80μm，激光芯片组件与第一级台阶面上的镀金层之间的金线的长度为0.1mm～0.3mm；引脚与第二级台阶面上的镀金层之间的金线的长度为0.1mm～0.3mm。
11.本实用新型一些实施例中，设置在第一级台阶面上的第一导电材料层、设置在第二级台阶面第二导电材料层以及导线均可以采用钨。除此之外，也可以采用其它可以保证电流导通的导电材料。
12.本实用新型一些实施例中，激光器通常包括多个激光芯片组件，且多个激光芯片组件呈阵列排布；多个引脚分别设置在激光芯片组件阵列的两侧的管壳的环状侧壁上。一行激光芯片组件的两侧分别设置一个引脚，一行激光芯片组件的两侧分别设置一个转接器；同一行激光芯片组件之间相互串联，每行串联后激光芯片组件分别通过两侧的转接器与引脚连接。对应于同一行激光芯片组件的两个引脚，其中一个引脚连接正极信号，另一个引脚连接负极信号，从而通过对两个引脚施加电信号，而控制一行激光芯片组件一同出射激光。
13.本实用新型一些实施例中，连接在激光芯片组件与第一级台阶面上的镀金层之间的金线至少为一条；连接在引脚与第二级台阶面上的镀金层之间的金线至少为一条。金线的数量可以根据激光芯片的电流以及金线的直径进行设置。
14.本实用新型一些实施例中，激光投影设备包括上述任一激光器、位于所述激光器出光侧的光阀调制部件以及位于所述光阀调制部件出光侧的投影镜头。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为相关技术中的激光器的立体结构示意图；
17.图2为相关技术中的激光器的截面结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图；
19.图4为本实用新型实施例提供的转接器的侧视结构示意图；
20.图5为本实用新型实施例提供的转接器的俯视结构示意图；
21.图6为本实用新型实施例提供的激光器的平面结构示意图；
22.图7为本实用新型实施例提供的激光投影设备的结构示意图。
23.其中，100-管壳，101-底板，102-环状侧壁，200-激光芯片组件，201-激光芯片，202-热沉，300-棱镜，400-引脚，500-盖板，600-密封玻璃，700-准直透镜，800-转接器，s1-第一级台阶面，s2-第二级台阶面，801-第一导电材料层，802-第二导电材料层，803-导线，a-镀金层，g-金线，10-激光器，20-光阀调制部件，30-投影镜头。
具体实施方式
24.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本实用新型中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本实用新型保护范围内。本实用新型的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
25.投影显示是由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的方法或装置。随着投影显示技术的发展，投影显示逐渐应用于商务活动、会议展览、科学教育、军事指挥、交通管理、集中监控和广告娱乐等领域，其显示画面尺寸较大、显示清晰等优点同样适应于大屏幕显示的要求。
26.目前常用的投影系统为数字光处理(digital light processing，简称dlp)架构，由数字微镜器件(digital micromirror device，简称dmd)作为核心器件，激光器出射激光入射到dmd上产生图像，再将dmd产生的图像的出射光入射到投影镜头，由投影镜头进行成像，最终由投影屏幕接收。
27.目前，应用于投影系统中的激光器是在生产完激光芯片后，在对激光芯片进行封装而成的。所以，封装能力的高低对最终激光器的应用、成本、性能等指标具有十分重大的影响。
28.激光投影设备中的大功率激光器基本采用bank激光器方案或mcl激光器方案。现在使用居多的为mcl激光器，mcl激光器具有寿命长、亮度高、高功率等优点，同时可做到一个mcl激光器代替多个bank激光器，可有效减小光源体积。与此同时，还可将红、绿、蓝不同的激光芯片封装在同一个mcl激光器内部，一个mcl激光器即可实现三色激光的功能。
29.图1为相关技术中的激光器的立体结构示意图；图2为相关技术中的激光器的截面结构示意图。
30.如图1和图2所示，激光器包括：管壳100、激光芯片组件200、棱镜300、引脚400、盖板500、密封玻璃600、和准直透镜700。
31.激光器的封装需要多道工艺，首先制作管壳100，再将激光芯片组件200以及棱镜300贴合到管壳内。通过打线机完成打线，再将盖板500与管壳焊接。将密封玻璃600固定在盖板500上，最后通过对准工艺控制完成准直透镜700的准直调试，并固定在管壳上。
32.如图2所示，在管壳的两侧设置有多个引脚400，引脚400在管壳的外部部分可与外
部器件进行电路导通，引脚400在管壳的内部部分再利用金丝键合的方式与激光芯片组件200导通。由此实现激光芯片与外部器的电路导通。
33.在具体实施时，引脚400与管壳100是通过一种玻璃绝缘器件进行绝缘处理，此器件通过一种焊接工艺嵌入到管壳中。但是，由于玻璃绝缘子的强度一般，容易出现裂纹。所以在制作时需要保护引脚400与管壳100的上表面和下底板保持一定的安全距离，避免玻璃绝缘子因为管壳上表面进行封焊时候产生的应力损伤。这就导致了引脚400与激光芯片组件200之间具有一定的距离，且有较大的高低差，因此在wb时极大的增加了金线的长度，在电流增加时，导致金线熔断风险较大，可靠性差。
34.有鉴于此，本实用新型实施例提供一种激光器，可以缩短wb时的金线长度，从而降低金线熔断风险，实现更高的可靠性。
35.图3为本实用新型实施例提供的激光器的截面结构示意图。
36.如图3所示，本实用新型实施例提供的激光器包括：管壳100、激光芯片组件200、棱镜300、引脚400、盖板500、密封玻璃600、准直透镜700和转接器800。
37.管壳100用于容置激光芯片组件200，对激光芯片组件200进行封装。管壳100包括底板101和位于底板之上的环状侧壁102，底板101和环状侧壁102形成容置空间。其中，底板101和环状侧壁102可以采用相同的材料进行制作，例如可以采用无氧铜或可伐金属等材料进行制作。底板101和环状侧壁102可以分别制作，再将两者焊接形成容置空间。
38.多个激光芯片组件200固定于管壳的底板101之上。激光芯片组件200包括激光芯片201和热沉202。激光芯片201和热沉202采用高精度共晶焊接机进行焊接，形成激光芯片组件，也称为cos(chip on submount，简称cos)组件。热沉202用于对激光芯片201进行散热，通常也可以采用aln、sic等材料进行制作，在此不做限定。
39.棱镜300与激光芯片组件200的结构关系可以参见图1。棱镜300位于激光芯片组件200的出光侧。一个激光芯片组件200对应一个棱镜300，棱镜300用于接收激光芯片组件200的出射光线并向激光器的出光侧进行反射。
40.棱镜300和激光芯片组件200通过烧结金浆或者烧结银浆等手段，温度控制在200℃-250℃之间，完成热沉和棱镜相对于管壳的贴合。
41.引脚400固定于管壳的环状侧壁102上，引脚400与管壳100是通过一种玻璃绝缘器件进行绝缘处理，此器件通过一种焊接工艺嵌入到管壳的环状侧壁102中。如图3所示，引脚400的一端位于管壳之外，引脚400的另一端延伸至管壳100的容置空间内。在通过打线机，完成引脚400与激光芯片组件200之间的打线，从而实现激光芯片组件与外部器件的电路连接。通过向各引脚400施加电信号，可以控制激光芯片出射激光。
42.盖板500位于管壳100的上边缘，利用平行封焊接技术完成玻璃盖板子组件的焊接，具体来说，通常需要将盖板500焊接到金属框形成的组件，再进行管壳与金属框的焊接。
43.密封玻璃600通过一种绿胶固定在玻璃盖板500上的。最后，通过对准工艺控制，完成非球面准直透镜700的准直调试，并通过uv胶固定在管壳上。
44.在本实用新型实施例中，如图3所示，在管壳100的底板101上设置有多个转接器800。一个转接器800与一个引脚400、一个激光芯片组件200相对应，转接器800位于对应的引脚400与激光芯片组件200之间，相互对应的引脚400与激光芯片组件200通过转接器800电连接。
45.其中，转接器800靠近对应的引脚400一侧的高度大于转接器800靠近对应的激光芯片组件200一侧的高度。
46.在相关技术中，引脚与对应的激光芯片组件直接进行打线，通过金线电连接，但是这样极大地增大金线的长度，导致金线熔断电流较小，可靠性差。本实用新型实施例在需要打线的引脚与激光芯片组件之间设置转接器，由于引脚的高度大于激光芯片组件的高度，本实用新型实施例将转接器靠近引脚一侧的高度设置为大于靠近激光芯片组件一侧的高度，由此可以使引脚与转接器高度较高的一侧连接，使激光芯片组件与转换器高度较低的一侧连接，从而缩短引脚、激光芯片组件与转接器之间的金线长度，在保证引脚与激光芯片组件之间电流导通的同时，实现更高的可靠性。
47.图4为本实用新型实施例提供的转接器的侧视结构示意图。
48.在本实用新型实施例中，如图4所示，转接器为阶梯状结构，转接器包括第一级台阶面s1和第二级台阶面s2；第一级台阶面s1靠近激光芯片组件200一侧，第二级台阶面s2靠近引脚400一侧；第一级台阶面s1的高度小于第二级台阶面s2的高度。
49.其中，第一级台阶面s1上设置有第一导电材料层801；第二级台阶面s2上设置有第二导电材料层802，第一导电材料层801和第二导电材料层802通过导线803连接，使得第一级台阶面s1和第二级台阶面s2导通。
50.第一级台阶面s1的高度较高，以使第一级台阶面s1的高度与引脚400更接近，在打线时可以缩短引脚400与第一级台阶面s1之间的金线的长度。第二级台阶面s2的高度较低，以使第二级台阶面s2的高度与激光芯片组件200更接近，在打线时可以缩短激光芯片组件200与第二级台阶面s2之间的金线长度。
51.在一些实施例中，如图4所示，第一级台阶面s1与激光芯片组件200背离管壳的底板一侧的表面齐平；第二级台阶面s2与引脚400背离管壳的底板一侧的表面齐平。也就是说，激光芯片组件200的高度hc与第一级台阶面s1的高度h1相等，引脚400的高度hp与第二级台阶面s2的高度h2相等。由此可以最大限度地减小激光芯片组件200、引脚400与转接器800之间的金线的长度。
52.在具体实施时，第一级台阶面s1距离管壳的底板的高度h1为0.3mm～0.5mm；第二级台阶面s2距离管壳的底板的高度h2为0.5mm～1.0mm。第一级台阶面s1的高度可以根据激光芯片组件200的高度进行设置，第二级台阶面s2的高度可以根据引脚400的高度进行设置。考虑到目前激光器的结构以及小型化要求，可以将第一级台阶面s1的高度设置在0.3mm～0.5mm，将第二级台阶面s2的高度设置在0.5mm～1.0mm，在此不做限定。
53.图5为本实用新型实施例提供的转接器的俯视结构示意图。
54.如图5所示，转接器的长度l为1.0mm～2.0mm，转接器的宽度w为0.7mm～1.5mm。转接器整体可以设置为矩形或方形，转接器的长度l和宽度w可以根据引脚与激光芯片组件之间的距离，以及需要连接的金线的数量进行设置。考虑到小型化需求，将转接器的长度l设置在1.0mm～2.0mm，将转接器的宽度w设置在0.7mm～1.5mm。
55.在本实用新型实施例中，如图4所示，在第一导电材料层801和第二导电材料层802的表面均设置有镀金层a，激光芯片组件200与第一级台阶面s1上的镀金层通过金线g连接，引脚400与第二级台阶面s2上的镀金层通过金线g连接。
56.为了配合wb工艺，在第一级台阶面s1以及第二级台阶面s2的表面上设置一层镀金
层a，提高打线可靠性。第一级台阶面s1上的镀金层a与第一导电材料层801接触，第二级台阶面s2上的镀金层a与第二导电材料层802接触，第一导电材料层801和第二导电材料层802通过导线803导通，在完成打线后可以实现引脚400与激光芯片组件200之间的电路导通。
57.金线熔断电流值可以根据导线部件、直径、长度等的规格来计算。金线直径越大，熔断电流值越高，金线长度越短，熔断电流值越高。靠近引脚400处连接的金线由于引脚400处没有散热器件，导致其暴露在空气中，而这些气体的热传导能力较差，使得引脚400处的热量积聚，传导到金线上，极大的增加了引脚400一侧金线熔断的风险。而激光芯片组件200一侧主要是激光芯片在大电流下产生的热量，但是可以被下方热沉进行散热，从而不会累计热量，降低金线熔断风险。
58.目前激光器的电流一般在2a～4a，因此金线g的直径可以为45μm～80μm，从成本方面考虑，金线g的直径可以选择50μm，在此不做限定。在确定了金线g的直径之后，可以设置激光芯片组件200与第一级台阶面s1上的镀金层a之间的金线g的长度为0.1mm～0.3mm；设置引脚400与第二级台阶面s2上的镀金层a之间的金线g的长度为0.1mm～0.3mm。由此在保证引脚与激光芯片组件之间电流导通的同时，实现更高的可靠性。
59.在具体实施时，设置在第一级台阶面s1上的第一导电材料层801、设置在第二级台阶面s2第二导电材料层802以及导线803均可以采用钨。除此之外，也可以采用其它可以保证电流导通的导电材料，在此不做限定。
60.由于激光芯片组件200和棱镜300均采用烧结金浆或者烧结银浆等手段贴合在管壳的底板上，因此也可以在转接器800面向底板的一侧也设置一层镀金层a，以采用同样的工艺贴合在底板上。
61.图6为本实用新型实施例提供的激光器的平面结构示意图。
62.如图6所示，激光器通常包括多个激光芯片组件200，且多个激光芯片组件200呈阵列排布；多个引脚400分别设置在激光芯片组件阵列的两侧的管壳的环状侧壁上。
63.在具体实施时，一行激光芯片组件200的两侧分别设置一个引脚400，一行激光芯片组件200的两侧分别设置一个转接器800；同一行激光芯片组件200之间相互串联，每行串联后激光芯片组件分别通过两侧的转接器800与引脚400连接。对应于同一行激光芯片组件的两个引脚400，其中一个引脚400连接正极信号，另一个引脚400连接负极信号，从而通过对两个引脚施加电信号，而控制一行激光芯片组件一同出射激光。
64.在本实用新型实施例中，连接在激光芯片组件200与第一级台阶面s1上的镀金层之间的金线g至少为一条；连接在引脚400与第二级台阶面s2上的镀金层之间的金线g至少为一条。
65.金线的数量可以根据激光芯片的电流以及金线的直径进行设置，在一些实施例中，如图6所示，激光芯片组件与转接器之间的金线为多条，引脚与转接器之间的金线也为多条，具体数量在此不做限定。
66.本实用新型实施例的另一方面，提供一种激光投影设备，图7为本实用新型实施例提供的激光投影设备的结构示意图。
67.如图7所示，本实用新型实施例提供的激光投影设备包括：上述任一激光器10、光阀调制部件20和投影镜头30。
68.激光器10中在需要电连接的引脚与激光芯片组件之间设置转接器，转接器靠近引
脚一侧的高度大于靠近激光芯片组件一侧的高度，由此可以缩短引脚、激光芯片组件与转接器之间的金线长度，在保证引脚与激光芯片组件之间电流导通的同时，实现更高的可靠性。
69.光阀调制部件20位于激光器10的出光侧，光阀调制部件20用于对入射光线进行调制后反射。在本实用新型实施例中，光阀调制部件20可以采用数字微反射镜(digital micromirror device，简称dmd)，dmd为反射式光阀器件，dmd表面包括成千上万个微小反射镜，通过控制微小反射镜的翻转角度以及占空比，可以实现对光线的调制。
70.投影镜头30位于光阀调制部件20的反射光路上，投影镜头30用于对光阀调制部件的出射光进行成像。
71.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
72.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。