CN110572925A - 电路板、结构光投射模组、深度相机及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路板。电路板包括基板、散热元件和功率电子元件。基板包括上表面和下表面并形成有贯穿上表面和下表面的通孔，通孔形成有位于上表面的开口，散热元件固定设置在通孔内，功率电子元件设置在散热元件上并自开口露出，功率电子元件与基板电连接。本发明还公开了一种结构光投射模组、深度相机和电子装置。本发明实施方式的电路板、结构光投射模组、深度相机和电子装置通过散热元件和基板的组合方式，将功率电子元件固定在散热元件上，由于散热元件相对基板具有较高的热传导系数，能够将功率电子元件的热量较好地散发出去，并且散热元件和功率电子元件一并嵌套在基板中，还有利于电路板的小型化。

Description

电路板、结构光投射模组、深度相机及电子装置

技术领域

本发明涉及消费性电子领域，更具体而言，涉及一种电路板、结构光投射模组、深度相机及电子装置。

背景技术

电子设备中的功率电子元件(如LED灯或激光发射器(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL))通常功率较高，发热量也较大，容易出现电子设备的工作温度高、红外激光波段偏移等问题，对电子设备的性能影响大。如何改善电子设备的散热效果成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施方式提供一种电路板、结构光投影模组、深度相机及电子装置。

本发明实施方式的电路板包括：

基板，所述基板包括上表面和下表面并形成有贯穿所述上表面和所述下表面的通孔，所述通孔形成有位于所述上表面的开口；

散热元件，所述散热元件固定设置在所述通孔内；和

功率电子元件，所述功率电子元件设置在所述散热元件上并自所述开口露出，所述功率电子元件与所述基板电连接。

本发明实施方式的电路板通过散热元件和基板的组合方式，将功率电子元件固定在散热元件上，由于散热元件相对基板具有较高的热传导系数，能够将功率电子元件的热量较好地散发出去，并且散热元件和功率电子元件一并嵌套在基板中，还有利于电路板的小型化。

在某些实施方式中，所述散热元件的热导系数大于或等于2.5W/(m·K)。

如此，相对于常规柔性基板的热导系数(<＝0.38W/(m·K))，当满足热导系数大于或等于2.5W/(m·K)时，能够很好地提高电路板的散热性能。

在某些实施方式中，所述散热元件包括陶瓷基板。

具体地，陶瓷材料具有优良的散热性能，有利于将功率电子元件产生的热量更好地散发出去。

在某些实施方式中，所述散热元件与所述下表面平齐或自所述下表面露出。

如此，能够使散热元件充分地与手机的壳体接触以更好地对热量进行疏散传导。

在某些实施方式中，所述功率电子元件包括VCSEL。

如此，VCSEL的工作功率较高，发热量也比较大，通过将VCSEL设置在散热元件上，能够很好地将VCSEL产生的热量散发出去。

在某些实施方式中，所述通孔的侧壁与所述下表面形成有凹槽，所述散热元件通过第一粘接剂粘接在所述凹槽中。

如此，不仅有利于功率电子元件的热量较好地通过散热元件传导和疏散，而且还有利于减小电路板的整体厚度。另外，通过第一粘接剂将散热元件固定在凹槽中，有利于提高电路板的稳定性。

在某些实施方式中，所述散热元件包括相背的承载面和连接面，所述功率电子元件包括正极和负极，所述正极通过导线与所述基板连接，所述负极通过第二粘接剂安装在所述承载面。

如此，功率电子元件的正极通过导线与基板连接，功率电子元件的负极通过散热元件与基板连接，从而实现电路的导通。

在某些实施方式中，所述第二粘接剂的热导系数大于或等于200W/(m·K)。

如此，第二粘接剂具有较高的热导系数，能够很好地将功率电子元件产成的热量传到到散热元件上。

本发明的结构光投影模组包括：

上述任一实施方式的电路板，所述功率电子元件为光源并用于发射激光；和

设置在所述电路板上的镜头组件，所述镜头组件用于将所述激光转换形成激光图案。

本发明实施方式的结构光投影模组通过散热元件和基板的组合方式，将功率电子元件固定在散热元件上，由于散热元件相对基板具有较高的热传导系数，能够将功率电子元件的热量较好地散发出去，并且散热元件和功率电子元件一并嵌套在基板中，还有利于电路板的小型化。

本发明的深度相机包括：

所述的结构光投射模组；

图像采集器，所述图像采集器用于采集由所述结构光投射模组投射的激光图案；和

处理器，所述处理器分别与所述结构光投射模组及所述图像采集器连接，所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。

本发明实施方式的深度相机通过散热元件和基板的组合方式，将功率电子元件固定在散热元件上，由于散热元件相对基板具有较高的热传导系数，能够将功率电子元件的热量较好地散发出去，并且散热元件和功率电子元件一并嵌套在基板中，还有利于电路板的小型化。

本发明实施方式的电子装置包括：

所述的深度相机；和

壳体，所述深度相机设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。

本发明实施方式的电子装置通过散热元件和基板的组合方式，将功率电子元件固定在散热元件上，由于散热元件相对基板具有较高的热传导系数，能够将功率电子元件的热量较好地散发出去，并且散热元件和功率电子元件一并嵌套在基板中，还有利于电路板的小型化。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施方式的电子装置的结构示意图；

图2为本发明实施方式的深度相机的结构示意图；

图3为本发明实施方式的结构光投射模组的结构示意图；

图4是本发明实施方式的电路板的平面示意图；和

图5是图4中电路板沿V-V线的部分剖面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“行方向”、“列方向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“边缘”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”、“多根”的含义是指数量两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合图1至图5详细描述本发明实施方式的电路板11、结构光投射模组10、深度相机100和电子装置1000。

请参阅图1，本发明实施方式的电子装置1000包括壳体200和深度相机100。电子装置1000可以是手机、平板电脑、手提电脑、游戏机、头显设备、门禁系统、柜员机等，本发明实施例以电子装置1000是手机为例进行说明，可以理解，电子装置1000的具体形式也可以是其他，在此不作限制。深度相机100设置在壳体200内并从壳体200暴露以获取深度图像，壳体200可以给深度相机100提供防尘、防水、防摔等保护，壳体200上开设有与深度相机100对应的孔，以使光线从孔中穿出或穿入壳体200。

请参阅图2，本发明实施方式的深度相机100包括结构光投射模组10、图像采集器20和处理器30。深度相机100上可以形成与结构光投射模组10对应的投射窗口40，和与图像采集器20对应的采集窗口50。结构光投射模组10用于通过投射窗口40向目标空间投射激光图案。该激光图案为经过编码的结构光(由有限个具有唯一性的子图案的集合组成的编码图案)，例如，二维编码结构光图案，该激光图案称为参考图案，参考图案中每一个唯一的图案窗口中的图案都是唯一的。图像采集器20用于通过采集窗口50采集被目标的物调制后的激光图案，即成像图案。在一个例子中，结构光投射模组10投射的激光为红外光，图像采集器20为红外摄像头。处理器30与结构光投射模组10及图像采集器20均连接，处理器30用于处理成像图案以获得深度图像。具体地，处理器30通过对编码的成像图案解码，找出该成像图案中各像素点与参考图案中的对应各个像素点的对应关系，再根据该对应关系进一步获得该激光图案的深度图像。

请参阅图3，本发明实施方式的结构光投射模组10包括镜头组件18和电路板11，镜头组件18包括镜筒181和光学组件182，镜筒181承载在电路板11上并与电路板11共同形成收容腔183，光学组件182收容在收容腔183内。电路板11中的功率电子元件113用于发射激光。光学组件182用于衍射该激光以形成激光图案。光学组件20可以包括准直元件1821和衍射元件1822(Diffractive Optical Elements，DOE)。准直元件1821用于汇聚或准直功率电子元件113发出的激光，衍射元件1822上形成有能够衍射经过准直元件1821后的激光的衍射结构。在结构光投射模组10工作时，功率电子元件113发出的激光依次经过准直元件1821和衍射元件1822后，向外投射激光图案。

请参阅图4和图5，电路板11包括散热元件111、基板112和功率电子元件113，基板112包括上表面1121和下表面1122并形成有贯穿上表面1121和下表面1122的通孔1222，通孔1222形成有位于上表面1121的开口，散热元件111固定设置在通孔1222内，功率电子元件113设置在散热元件111上并自开口露出，功率电子元件113与基板112电连接。

其中，基板112可以是印刷基板、柔性基板、软硬复合基板中的任意一种。本发明实施方式的基板112为软硬复合基板。当基板112为柔性基板时，可以通过在柔性基板的侧面贴附补强板以加强基板和散热元件连接区域的强度。补强板可以是金属，如铜、铁或铜合金等等。当然，补强板也可以是其他材料，在此不做限定。

功率电子元件113通常工作功率较高，发热量也较大，容易使电子装置1000温度过高，对电子装置1000的性能影响较大。例如，功率电子元件113可以是光检测器、温度传感器等。可以理解，这些功率电子元件仅作为示例性，不应理解为对本发明的限定。

本发明实施方式的电路板11、结构光投射模组10、深度相机100和电子装置1000通过散热元件111和基板112的组合方式，将功率电子元件113固定在散热元件111上，由于散热元件111相对基板112具有较高的热传导系数，能够将功率电子元件113的热量较好地疏散和吸收，并且散热元件111和功率电子元件113一并嵌套在基板112中，还有利于电路板11的小型化。

在某些实施方式中，散热元件111的热导系数大于或等于2.5W/(m·K)。

具体地，相对于常规基板的热导系数(<＝0.38W/(m·K))，当满足热导系数大于或等于2.5W/(m·K)时，能够很好地提高电路板11的散热性能。

在某些实施方式中，散热元件111包括陶瓷基板。

具体地，陶瓷基板由陶瓷材料制成，陶瓷材料包括氮化铝(AlN)单层板、氮化铝(AlN)多层共烧线路板、氧化铝(Al2O3)单层板、氧化铝(Al2O3)多层共烧线路板、及低温共烧陶瓷多层线路板中的任意一种。其中，氮化铝(AlN)单层板的热导系数高达170W/(m·K)，相较于常规基板的热导系数(<＝0.38W/(m·K))，氮化铝(AlN)单层板的热导系数较高，高导热率使得散热效率高，而且单层线路板工艺简单，成本低。氮化铝(AlN)多层共烧线路板的热导系数高达170W/(m·K)，高导热率使得散热效率高，并且还可以走多层线路。氧化铝(Al2O3)单层板的热导系数较高，达到24W/(m·K)，高导热率使得散热效率高，且单层线路板工艺简单，成本较低。氧化铝(Al2O3)多层共烧线路板热导系数较高，达到24W/(m·K)，高导热率使得散热效率高，并且还可以走多层线路。低温共烧陶瓷多层线路板热导系数良好，达到2.5W/(m·K)，工艺简单成本低，散热效率较高。

当然，散热元件也111可以是其他类型的基板。例如散热元件111也可以是金属基板，金属基板由金属材料制成，金属材料包括铜合金金属基板、铝合金金属基板、及不锈钢合金金属基板中的任意一种。其中，铜合金金属基板热导系数高达385W/(m·K)，相较于常规基板的热导系数(<＝0.38W/(m·K))，铜合金金属基板的热导系数较高，高导热率使得散热效率高，而且可走单层线路，工艺简单。铝合金金属基板热导系数高达201W/(m·K)且可走多层线路，走线多，高导热率使得散热效率高。不锈钢合金金属基板热导系数较高，达到17W/(m·K)，可走单层线路，成本低且工艺简单，散热效率较高。

可以理解，这些散热元件111仅作为示例性，不应理解为对本发明的限定。

在某些实施方式中，散热元件111与下表面1122平齐或自下表面1122露出。

具体地，散热元件111可以与下表面1122平齐地或者自下表面1122突出地与电子装置1000的壳体200或者框体或者边框接触，能够便于散热元件将热量通过电子装置1000进行传导疏散。

在某些实施方式中，功率电子元件113包括VCSEL。

具体地，功率电子元件113可为光源，光源可以是激光发射器，激光发射器可为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，VCSEL包括半导体衬底及设置在衬底上的发光元件，衬底可以设置单个发光元件，也可以设置由多个发光元件组成的阵列激光器。其中，多个发光元件可以以规则或者不规则的二维图案的形式排布在衬底上。在另一些示例中，光源还可以为LED灯、汽车灯具等。

请参阅图3和图5，在某些实施方式中，通孔1222的侧壁1224与下表面1122形成有凹槽1228，散热元件111通过第一粘接剂13粘接在凹槽1228中。

具体地，基板112的上表面1121用于承载镜筒181，散热元件111从基板112的下表面1122侧沿上表面1121的方向嵌套在基板112的凹槽1228中，不仅有利于功率电子元件113的热量较好地通过散热元件111传导和疏散，而且还有利于减小电路板11的整体厚度。另外，通过第一粘接剂13将散热元件111固定在凹槽1228中，有利于提高电路板11的稳定性。

在某些实施方式中，第一粘接剂13的热导系数大于或等于60W/(m·K)。

具体地，第一粘接剂13具有较高的热导系数也有利于通过散热元件111将基板112产生的热量传导到散热元件111上。第一粘接剂13可以采用高温锡膏，锡膏的热导系数约为67W/(m·K)，有利于较好的传导热量，并且贴装锡膏的工艺贴合良率高且容易实现自动化。可以理解，第一粘接剂13的材料仅作为示例性的，不应理解为对本发明的限定。

请参阅图5，在某些实施方式中，散热元件111包括相背的承载面1111和连接面1112，功率电子元件113包括正极和负极，正极通过导线1131与基板112连接，负极通过第二粘接剂1114安装在承载面1111。

具体地，可以在承载面1111上形成第一导电元件1113，负极通过第二粘接剂1114安装并固定在承载面的第一导电元件1113上，散热元件111的第一导电元件1113与基板112电连接，从而实现功率电子元件113和基板112的导通。第一导电元件1113可以是焊盘，焊盘相对于常规的导电线路而言，面积相对较大，方便焊接且连接比较牢固，且焊盘与功率电子元件113接触面积大，可以更快速的对功率电子元件113产生的热量疏散和吸收，提升散热效果。散热元件111的连接面1112可以与电子装置1000的壳体200接触，能够将热量通过电子装置1000进行传导疏散。

此外，当散热元件111采用陶瓷基板时，可以在散热元件111的承载面1111蚀刻形成第一导电元件1113，功率电子元件113通过第二粘接剂1114粘接在第一导电元件1113上，功率电子元件113产生的热量一方面可以通过第一导电元件1113及陶瓷基板被疏散和吸收，另一方面用于导通基板112和功率电子元件113。当散热元件111采用金属基板时，可以采用镍钯金处理或化学镍金处理散热元件111得到第一导电元件1113，功率电子元件113贴附在第一导电元件1113上，功率电子元件113产生的热量一方面可以通过第一导电元件1113及金属基板被疏散和吸收，另一方面用于导通基板112和功率电子元件113。

在某些实施方式中，第二粘接剂1114的热导系数大于或等于200W/(m·K)。

如此，第二粘接剂1114具有较高的热导系数，能够很好地将功率电子元件113产生的热量传到到散热元件111上。

电路板11还包括热敏元件114，热敏元件114设置在上表面1121上并与基板112上的第二导电元件1115电连接。如此，当功率电子元件113工作产生热量时，热敏元件114能够实时检测电路板11的温度情况，处理器30根据温度情况控制功率电子元件113的工作功率。例如，在温度过高时降低功率电子元件113的功率以防止温度过高损坏电路板11。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种电路板，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括上表面和下表面并形成有贯穿所述上表面和所述下表面的通孔，所述通孔形成有位于所述上表面的开口；

散热元件，所述散热元件固定设置在所述通孔内；和

功率电子元件，所述功率电子元件设置在所述散热元件上并自所述开口露出，所述功率电子元件与所述基板电连接。

2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述散热元件的热导系数大于或等于2.5W/(m·K)。

3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述散热元件包括陶瓷基板。

4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述散热元件与所述下表面平齐或自所述下表面露出。

5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述功率电子元件包括VCSEL。

6.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述通孔的侧壁与所述下表面形成有凹槽，所述散热元件通过第一粘接剂粘接在所述凹槽中。

7.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述散热元件包括相背的承载面和连接面，所述功率电子元件包括正极和负极，所述正极通过导线与所述基板连接，所述负极通过第二粘接剂安装在所述承载面。

8.如权利要求7所述的电路板，其特征在于，所述第二粘接剂的热导系数大于或等于200W/(m·K)。

9.一种结构光投射模组，其特征在于，包括：

权利要求1-8任意一项所述的电路板，所述功率电子元件为光源并用于发射激光；和

设置在所述电路板上的镜头组件，所述镜头组件用于将所述激光转换形成激光图案。

10.一种深度相机，其特征在于，包括：

权利要求9所述的结构光投射模组；

图像采集器，所述图像采集器用于采集由所述结构光投射模组投射的激光图案；和

处理器，所述处理器分别与所述结构光投射模组和所述图像采集器连接，所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。

11.一种电子装置，其特征在于，包括：

权利要求10所述的深度相机；和

壳体，所述深度相机设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。