CN110867724B - 一种高速率tof结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速率TOF结构及制作方法。高速率TOF结构中，PCB板设有多个通孔，所述通孔内设置铜介质散热体；VCSEL激光器芯片设置在所述铜介质散热体上；驱动芯片设在所述PCB板上且邻近所述VCSEL激光器芯片，所述驱动芯片经由金线连接所述VCSEL激光器芯片。

Description

一种高速率TOF结构及制作方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种高速率TOF结构及制作方法。

背景技术

随着电子芯片的集成度越来越高，电子元器件向微型发展，微电子技术也出现一些突出问题：导致加工技术的难度和成本不断提高；芯片的工作频率越来越高，芯片的功能复杂度不断提高，使得电互连更加复杂，极易导致信号延迟、逻辑错误和完整性缺失。

现有TOF的封装主要是将激光器芯片贴到基板上形成TOF，TOF组件用锡焊到PCB板上实现三维识别效果，由于PCB板上的驱动芯片驱动能力有限，另外驱动芯片和TOF上激光器芯片距离较长，信号完整性会变差，影响整个TOF的响应速度。现有TOF需要额外的陶瓷基板，成本较高。除此之外，封装工艺复杂，周期较长。

因此，提高TOF封装的响应速度，改善信号完整性问题，在尽可能小的影响散热的情况下，降低TOF封装成本，缩短封装周期，适合批量化生产是现有技术需要解决的缺陷。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，本发明提供一种高速率TOF结构，高速率TOF结构包括：

PCB板，其设有多个通孔，所述通孔内设置铜介质散热体；

VCSEL激光器芯片，其设置在所述铜介质散热体上；

驱动芯片，其设在所述PCB板上且邻近所述VCSEL激光器芯片，所述驱动芯片经由金线连接所述VCSEL激光器芯片。

所述的高速率TOF结构中，所述高速率TOF结构还包括：

支撑保持件，其设置于所述PCB板上，所述支撑保持件在所述VCSEL激光器芯片上方形成容纳区域，

光斑匀化片，其固定在所述容纳区域并处于所述VCSEL激光器芯片上方。

所述的高速率TOF结构中，VCSEL激光器芯片经由银浆贴附在所述铜介质散热体上。

所述的高速率TOF结构中，所述金线长度小于金线连接VCSEL激光器芯片的位置处到驱动芯片与VCSEL激光器芯片邻近的边缘之间距离的四倍。

所述的高速率TOF结构中，所述高速率TOF结构还包括光探测芯片，邻近VCSEL激光器芯片的所述光探测芯片经由银浆贴在所述PCB板上，VCSEL激光器芯片、驱动芯片和光探测芯片相互电性连接。

所述的高速率TOF结构中，所述PCB板经由塑料或FR4或M6制成，VCSEL激光器芯片经由GaAs/AlGaAs多量子阱材料制成，驱动芯片采用硅材料或者GaAs半导体材料制成，支撑保持件经由塑料或氮化铝或氧化铝陶瓷制成，光斑匀化片采用玻璃材料制成。

所述的高速率TOF结构中，光探测芯片采用硅材料或者化合物半导体材料制成，所述化合物半导体材料包括GaAs或InP。

所述的高速率TOF结构中，支撑保持件经由UV胶水和黑胶贴在PCB板上，光斑匀化片经由UV胶水和黑胶，或者热固化胶水贴到支撑保持件以固定在所述容纳区域。

所述的高速率TOF结构中，所述铜介质散热体被灌注在所述通孔中。

通孔的直径小于VCSEL激光器芯片的最短边尺寸的一半。

根据本发明另一方面，一种所述的高速率TOF结构的制作方法包括以下步骤：

设置多个通孔于PCB板上，所述通孔内灌注铜介质散热体，VCSEL激光器芯片经由银浆贴在所述铜介质散热体上；

驱动芯片邻近所述VCSEL激光器芯片设在所述PCB板上，所述驱动芯片经由金线连接所述VCSEL激光器芯片，

支撑保持件经由UV胶水和黑胶，或者用热固化胶水贴在PCB板上，所述支撑保持件在所述VCSEL激光器芯片上方形成容纳区域，

光斑匀化片经由UV胶水和黑胶，或者用热固化胶水贴到支撑保持件以固定在所述容纳区域并处于所述VCSEL激光器芯片上方。

本发明的技术效果如下：本发明的高速率TOF结构可以有效提高散热性，且可以采用普通PCB板代替氮化铝陶瓷以降低成本，工艺简化，成本较低。可以实现更高的驱动速度，提高TOF封装的响应速度，改善信号完整性问题。结构简单，缩短封装周期，适合批量化生产。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的高速率TOF结构的结构示意图；

图2为本发明一个实施方式的高速率TOF结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

具体而言，如图1-2所示，高速率TOF结构包括：

PCB板1，其设有多个通孔2，所述通孔2内设置铜介质散热体3；

VCSEL激光器芯片4，其设置在所述铜介质散热体3上；

驱动芯片5，其设在所述PCB板1上且邻近所述VCSEL激光器芯片4，所述驱动芯片5经由金线7连接所述VCSEL激光器芯片4。

在PCB板1上贴VCSEL激光器芯片4区域打上一定数量的通孔2，将铜材填满这些通孔2，再将VCSEL激光器芯片4贴在散热能力较强的铜质通孔2上，由于铜散热能力比氮化铝陶瓷散热能力强，可以通过设计使贴片区域的PCB板1综合散热能力和氮化铝陶瓷综合散热能力相当，在VCSEL激光器芯片4临近区域贴装驱动芯片5，通过金线7将驱动芯片5和VCSEL芯片4连接，尽量减少金线7的长度，进而减少金线7带来的寄生电感。将VCSEL激光器芯片4，光探测芯片8，直接贴到PCB板1上，通过金线7将这些芯片连到PCB各功能PAD，再通过胶水将支撑保持件9粘到PCB板1上，最后将光斑匀化片6贴到支撑保持件9上以形成TOF封装。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，所述高速率TOF结构还包括：

支撑保持件9，其设置于所述PCB板1上，所述支撑保持件9围绕所述VCSEL激光器芯片4以形成一个容纳区域，

光斑匀化片6，其固定在所述容纳区域以处于所述VCSEL激光器芯片4上方。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，所述VCSEL激光器芯片4经由银浆贴附在所述铜介质散热体3上。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，所述金线长度小于金线7连接VCSEL激光器芯片4的位置处到驱动芯片5与VCSEL激光器芯片4邻近的边缘之间距离的四倍。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，所述高速率TOF结构还包括光探测芯片8，邻近VCSEL激光器芯片4的所述光探测芯片8经由银浆贴在所述PCB板1上，VCSEL激光器芯片4、驱动芯片5和光探测芯片8相互电性连接。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，所述PCB板1经由塑料、FR4、M6制成，VCSEL激光器芯片4经由GaAs/AlGaAs多量子阱材料制成，驱动芯片5采用硅材料或者GaAs半导体材料制成，支撑保持件9经由塑料制成，光斑匀化片6采用玻璃材料制成。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，光探测芯片8采用硅材料或者化合物半导体材料制成，所述化合物半导体材料包括GaAs或InP。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，支撑保持件9经由UV胶水和黑胶贴在PCB板1上，光斑匀化片6经由UV胶水贴到支撑保持件9以固定在所述容纳区域。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，所述铜介质散热体3被灌注在所述通孔2中，所述通孔2的直径小于VCSEL激光器芯片4的最短边尺寸的一半。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，PCB上打上一定数量的通孔2，通孔2里灌满铜，确保整个贴VCSEL激光器芯片4的位置综合导热能力不低于氮化铝陶瓷基板的综合导热能力。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，用塑料支撑保持9件贴在PCB板1上，确保支撑保持件9的孔位居中的贴在VCSEL激光器芯片4上方。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，将光斑匀化片6用胶水贴到VCSEL激光器芯片4上方的支撑保持件9的孔位上。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，PCB板1采用传统的PCB板，例如FR4，M6，铜基等板材，PCB板1上的通孔2中灌满铜材。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，金线7采用四个九纯金。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，驱动芯片5采用硅材料或者GaAs等半导体材料。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，塑料支撑保持件9采用各种塑料材料均可。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，用UV胶水和黑胶将塑料支撑保持件9贴到PCB板1上。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，用UV胶水将光斑匀化片6片贴到塑料支撑保持件9上。

所述的高速率TOF结构的优选实施例中，将所用PCB板采用金手指方式加电测试远场。

一种所述的高速率TOF结构的制作方法包括以下步骤：

设置多个通孔2于PCB板1上，所述通孔2内灌注铜介质散热体3，VCSEL激光器芯片4经由银浆贴在所述铜介质散热体3上；

驱动芯片5邻近所述VCSEL激光器芯片4并设在所述PCB板1上，所述驱动芯片5经由金线7连接所述VCSEL激光器芯片4，

支撑保持件9经由UV胶水和黑胶贴在PCB板1上，所述支撑保持件9围绕所述VCSEL激光器芯片4以形成一个容纳区域，

光斑匀化片6经由UV胶水贴到支撑保持件9以固定在所述容纳区域并处于所述VCSEL激光器芯片4上方。

通过给驱动芯片5加电，并且通过一些通讯协议控制驱动芯片5按照应用端需求驱动VCSEL激光器发射光信号，照射待识别物体，识别物体反射回的光，被探测装置识别，通过处理器处理信号，重构图像，进而达到3D识别的效果。本发明可用于手机解锁应用、激光雷达、人脸识别和3D扫描等。

工业实用性

本发明的高速率TOF结构及制作方法可以在激光领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种高速率TOF结构，其特征在于，其包括：

PCB板，其设有多个通孔，所述通孔内设置铜介质散热体；

VCSEL激光器芯片，其设置在所述铜介质散热体上；

驱动芯片，其设在所述PCB板上且邻近所述VCSEL激光器芯片，所述驱动芯片经由金线连接所述VCSEL激光器芯片；

支撑保持件在所述VCSEL激光器芯片上方形成容纳区域；

光斑匀化片经由UV胶水和黑胶，或者用热固化胶水贴到支撑保持件以固定在容纳区域并处于VCSEL激光器芯片上方；

所述通孔的直径小于VCSEL激光器芯片的最短边尺寸的一半。

2.根据权利要求1所述的高速率TOF结构，其特征在于：所述高速率TOF结构还包括：

支撑保持件，其设置于所述PCB板上，所述支撑保持件在所述VCSEL激光器芯片上方形成容纳区域；

光斑匀化片，其固定在所述容纳区域并处于所述VCSEL激光器芯片上方。

3.根据权利要求1所述的高速率TOF结构，其特征在于：VCSEL激光器芯片经由银浆贴附在所述铜介质散热体上。

4.根据权利要求1所述的高速率TOF结构，其特征在于：所述金线长度小于金线连接VCSEL激光器芯片的位置处到驱动芯片与VCSEL激光器芯片邻近的边缘之间距离的四倍。

5.根据权利要求1所述的高速率TOF结构，其特征在于：所述高速率TOF结构还包括光探测芯片，邻近VCSEL激光器芯片的所述光探测芯片经由银浆贴在所述PCB板上，VCSEL激光器芯片、驱动芯片和光探测芯片相互电性连接。

6.根据权利要求2所述的高速率TOF结构，其特征在于：所述PCB板经由塑料或FR4或M6制成，VCSEL激光器芯片经由GaAs/AlGaAs多量子阱材料制成，驱动芯片采用硅材料或者GaAs半导体材料制成，支撑保持件经由塑料或氮化铝或氧化铝陶瓷制成，光斑匀化片采用玻璃材料制成。

7.根据权利要求5所述的高速率TOF结构，其特征在于：光探测芯片采用硅材料或者化合物半导体材料制成，所述化合物半导体材料为GaAs或InP。

8.根据权利要求2所述的高速率TOF结构，其特征在于：支撑保持件经由UV胶水和黑胶贴在PCB板上，光斑匀化片经由UV胶水和黑胶，或者热固化胶水贴到支撑保持件以固定在所述容纳区域。

9.根据权利要求1所述的高速率TOF结构，其特征在于：所述铜介质散热体被灌注在所述通孔中。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的高速率TOF结构的制作方法，其包括以下步骤：

设置多个通孔于PCB板上，所述通孔内灌注铜介质散热体，VCSEL激光器芯片经由银浆贴在所述铜介质散热体上；

驱动芯片邻近所述VCSEL激光器芯片设在所述PCB板上，所述驱动芯片经由金线连接所述VCSEL激光器芯片；

支撑保持件经由UV胶水和黑胶，或者用热固化胶水贴在PCB板上，所述支撑保持件在所述VCSEL激光器芯片上方形成容纳区域；

光斑匀化片经由UV胶水和黑胶，或者用热固化胶水贴到支撑保持件以固定在所述容纳区域并处于所述VCSEL激光器芯片上方。

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