CN111934192A - 一种光发射模组及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光发射模组及其封装方法，属于激光器技术领域，光发射模组包括：基板，所述基板包括第一面和第二面；以及位于所述基板的第二面，沿第一方向依次设置的VCSEL激光器芯片和驱动芯片，所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片之间以电连接的方式连接；其中，所述驱动芯片与所述基板的第二面的焊盘电连接，所述基板中设置有通孔，所述通孔用于露出所述VCSEL激光器芯片出射的光；所述第一方向为所述基板的第一面垂直指向第二面的方向。进而缩短了电回路的距离，消除了电回路的拐角，同时消除了打线等工艺流程，简化了工艺步骤，减小了电回路的自感。

Description

一种光发射模组及其封装方法

技术领域

本发明实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种光发射模组及其封装方法。

背景技术

TOF（time of flight，飞行时间）技术通过测量信号光发射到信号光被反射后被接收的信号之间的时间差来获得空间的三维信息。基于TOF技术的自动驾驶，人脸识别，空间建模等应用发展迅速。在光发射模组中，VCSEL（Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器）是常用的光源，另外需要驱动芯片，电容，开关等元器件配合，VCSEL才能发射符合测距要求的光脉冲信号。通常，这些元器件通过表面组装技术及金线键合等工艺，被封装在基板上，通过基板上的铜导线，实现驱动芯片，电子元件，VCSEL的电连接。

对TOF测距，理想的光脉冲信号的上升沿和下降沿需要尽量小。但实际情况下，VCSEL所在的电回路中电感的存在会使电脉冲驱动发生延迟，并使上升沿下降沿增大。并且电回路过长，排布不合理或有拐角等因素都会增大电感。因此，光信号的上升沿下降沿也会增大，在一些情况下，脉宽和峰值功率也会受到很大的影响。

发明内容

本发明提供一种光发射模组及其封装方法，以实现降低电路的电感，提高信号上升沿下降沿的表现。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种光发射模组，包括：基板，所述基板包括第一面和第二面；以及位于所述基板的第二面，沿第一方向依次设置的VCSEL激光器芯片和驱动芯片，所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片之间以电连接的方式连接；其中，所述驱动芯片与所述基板的第二面的焊盘电连接，其中，所述基板中设置有通孔，所述通孔用于露出所述VCSEL激光器芯片出射的光；所述第一方向为所述基板的第一面垂直指向第二面的方向。

根据本发明实施例提出的光发射模组，沿基板第一面垂直指向第二面的方向上，依次设置VCSEL激光器芯片和驱动芯片，并且VCSEL激光器芯片和驱动芯片以电连接的方式直接连接，驱动芯片与基板的第二面的焊盘电连接，进而缩短了电回路的距离，消除了电回路的拐角，同时消除了打线等工艺流程，简化了工艺步骤，减小了电回路的自感，有利于减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

可选地，所述VCSEL激光器芯片的正极引脚和负极引脚均位于所述VCSEL激光器芯片邻近所述驱动芯片的一侧，所述VCSEL激光器芯片的正极引脚与所述驱动芯片的第一引脚电连接，所述VCSEL激光器芯片的负极引脚与所述驱动芯片的第二引脚电连接。

可选地，所述光发射模组还包括：电路组件，所述电路组件与所述基板的第二面的焊盘电连接。

可选地，所述电连接的方式包括焊接连接或导电胶连接。

可选地，所述光发射模组还包括：光斑调整片，所述光斑调整片位于所述基板的第一面上，覆盖所述通孔，用于调整所述VCSEL激光器芯片出射的光。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种如前述的光发射模组的封装方法，包括以下步骤：

将基板打孔，其中所述基板包括第一面和第二面，所述孔为通孔；将VCSEL激光器芯片与驱动芯片电连接在一起；将电连接在一起的VCSEL激光器芯片与驱动芯片贴合在所述基板的第二面的焊盘上所述VCSEL激光器芯片朝向所述通孔。

根据本发明实施例提出的光发射模组的封装方法，首先，在基板上打孔，接着将VCSEL激光器芯片与驱动芯片电连接在一起；接着将电连接之后的VCSEL激光器芯片与驱动芯片贴合在基板的第二面的焊盘上；其中，VCSEL激光器芯片朝向通孔，进而缩短了电回路的距离，消除了电回路的拐角，同时消除了打线等工艺流程，简化了工艺步骤，减小了电回路的自感，有利于减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

可选地，将所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片电连接在一起之前，还包括：

以集成电路形式封装驱动芯片；以倒装芯片形式封装VCSEL激光器芯片。

可选地，将所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片电连接在一起包括：将所述VCSEL激光器芯片的正极引脚与所述驱动芯片的第一引脚电连接，所述VCSEL激光器芯片的负极引脚与所述驱动芯片的第二引脚电连接，其中，所述VCSEL激光器芯片的正极引脚和负极引脚均位于所述VCSEL激光器芯片邻近所述驱动芯片的一侧。

可选地，所述光发射模组的封装方法还包括以下步骤：将所述电路组件贴合在所述基板的第二面的焊盘上。

可选地，所述光发射模组的封装方法还包括以下步骤：

以UV胶水或热固胶将光斑调整片贴合在所述基板的第一面上，其中，所述光斑调整片覆盖所述基板的通孔。

附图说明

图1是本发明实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图3是本发明另一个实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图4是本发明实施例提出的光发射模组的封装方法的流程图；

图5是本发明一个实施例提出的光发射模组的封装方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

下面结合附图来描述本发明实施例提出的一种光发射模组及其封装方法。

图1是本发明实施例提出的光发射模组的结构示意图。如图1所示，该光发射模组100包括：基板101，基板101包括第一面101A和第二面101B；以及位于基板101的第二面101B、沿第一方向依次设置的VCSEL激光器芯片102和驱动芯片103，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以电连接的方式连接；其中，驱动芯片103与基板101的第二面101B的焊盘108电连接，其中，基板101中设置有通孔104，通孔104用于露出VCSEL激光器芯片102出射的光；第一方向为基板101的第一面101A垂直指向第二面101B的方向。

其中，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间电连接之后，通过外部给驱动芯片103提供电压脉冲信号，驱动芯片103对电压脉冲信号进行调制之后，为VCSEL激光器芯片102提供调制后的电压脉冲信号，以驱动VCSEL激光器芯片102发射光脉冲信号，光脉冲信号被目标反射后，返回光脉冲信号接收端（图中未示出），外部处理器通过比较发射的光脉冲信号和接收的光脉冲信号以换算得到光的飞行时间，从而计算得到目标与接收器之间的间距，从而得到三维空间信息。

需要说明的是，通孔104的尺寸大于VCSEL激光器芯片102的尺寸，以利VCSEL激光器芯片102激射的光束能直接从通孔104出射而不被通孔104的侧壁遮挡。

可选地，VCSEL激光器芯片102的正极引脚和负极引脚均位于VCSEL激光器芯片102邻近驱动芯片103的一侧，VCSEL激光器芯片102的正极引脚与驱动芯片103的第一引脚电连接，VCSEL激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103的第二引脚电连接。

可选地，电连接的方式包括焊接连接或导电胶连接。其中，导电胶可以为银胶。

也就是说，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以电连接的方式连接；可以通过以上两种方式进行连接。

举例来说，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以焊接的方式进行连接，即VCSEL激光器芯片102的正极引脚与驱动芯片103的第一引脚焊接连接，VCSEL激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103的第二引脚焊接连接。

VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以导电胶的方式进行连接，即VCSEL激光器芯片102的正极引脚与驱动芯片103的第一引脚以导电胶的形式连接，VCSEL激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103的第二引脚以导电胶的形式连接。

本实施例中优选焊接的方式连接。其中焊料可以为锡金属球（如附图1中的105标号所示），其中，VCSEL激光器芯片102的出光方向为第一方向的反方向。也就是说，第一垂直投影在第二垂直投影内，其中，第一垂直投影为VCSEL激光器芯片102在基板101上的垂直投影，第二垂直投影为驱动芯片103在基板101上的垂直投影，驱动芯片103的面积大于VCSEL激光器芯片102的面积，驱动芯片103贴合在基板101的第二面101B的焊盘108上。

由此，通过VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103直接电连接，减少了电路的长度，消除了电路的拐角，避免了金线键合，降低了线路的电感，提高了信号上升沿和下降沿的表现。

可选地，如图2所示，光发射模组100还包括：电路组件106，电路组件106与基板101的第二面101B的焊盘108电连接。

其中，如图2所示，电路组件106包括电回路和电子元件（比如电容、电阻等），电回路（图中未示出）与驱动芯片103电连接，电子元件等连接在基板101的第二面101B的焊盘上。

需要说明的是，提前在基板101的第二面101B上设置焊盘108，电路组件106的一侧与基板101的第二面101B上的焊盘108电连接，其中，电路组件106中的电回路（图中未示出）远离驱动芯片103的一侧，可以与第二面101B上的焊盘108焊接连接，或者，通过导电胶的方式与基板101的第二面101B进行粘合连接。

可选地，如图3所示，光发射模组100还包括：光斑调整片107，光斑调整片107位于基板101的第一面101A上，覆盖通孔104，用于调整VCSEL激光器芯片102出射的光。

其中，光斑调整片107可以是光学漫射体或者DOE（Diffractive OpticalElements，衍射光学元件），光学漫射体或者DOE用于改变VCSEL激光器芯片102出射光的光斑形状，能量分布和发散角，其中，光斑调整片107可以以胶水粘合的方式粘合在基板101的101A上。

需要说明的是，VCSEL激光器芯片102可以由GaAs/AlGaAs多量子阱材料，或InP基材料制成，激光器的波长可以是850nm，940nm，1350nm等。基板101可以是双层或多层的陶瓷基板，其上的导线可以是金，铜等导电金属；基板101也可以是环氧树脂等其他PCB板材料制成；光学漫射体或DOE可以是树脂材料，玻璃材料，石英或有机玻璃材料等材料制成；驱动芯片103，电子元器件可以是硅基芯片，GaAs等合适的半导体逻辑电路材料制成；焊料可以是锡，锡合金（驱动芯片103与电路组件106之间连接使用）。

综上所述，根据本发明实施例提出的光发射模组100，沿基板第一面垂直指向第二面的方向上，依次设置VCSEL激光器芯片102和驱动芯片103，并且VCSEL激光器芯片102和驱动芯片103以电连接的方式直接连接，驱动芯片103与基板101的第二面101B的焊盘电连接，进而缩短了电回路的距离，消除了电回路的拐角，同时消除了打线等工艺流程，简化了工艺步骤，减小了电回路的自感。

图4是本发明实施例提出的光发射模组的封装方法的流程图。如图4所示，该光发射模组的封装方法，包括以下步骤：

S101，将基板101打孔，其中基板101包括第一面101A和第二面101B，孔为通孔104；

其中，通孔104的形状可以根据将VCSEL激光器芯片102的形状进行设计，本发明在此不做具体限制，只需露出VCSEL激光器芯片102出射的光即可。

其中，VCSEL激光器芯片102出射的光具有约20°的发散角，基板101具有一定的厚度，基板101开的通孔104的要求是不遮挡VCSEL激光器芯片102出射的光。

S102，将VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103电连接在一起；

可选地，将VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103电连接在一起包括：将VCSEL激光器芯102的正极引脚与驱动芯片103的第一引脚电连接，VCSEL激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103的第二引脚电连接，其中，VCSEL激光器芯片102的正极引脚和负极引脚均位于VCSEL激光器芯片102邻近驱动芯片103的一侧。

其中，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间电连接之后，通过外部给驱动芯片103提供电压脉冲信号，驱动芯片103对电压脉冲信号进行调制之后，为VCSEL激光器芯片102提供调制后的电压脉冲信号，以驱动VCSEL激光器芯片102发射光脉冲信号，光脉冲信号被目标反射后，返回光脉冲信号接收端（图中未示出），外部处理器通过比较发射的光脉冲信号和接收的光脉冲信号以换算得到光的飞行时间，从而计算得到目标与接收器之间的间距，从而得到三维空间信息。

可选地，电连接的方式包括焊接连接或导电胶连接。其中，导电胶可以为银胶。

也就是说，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以电连接的方式连接；可以通过以上两种方式进行连接。

举例来说，VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以焊接的方式进行连接，即VCSEL激光器芯片102的正极引脚与驱动芯片103的第一引脚焊接连接，VCSEL激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103的第二引脚焊接连接。

VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103之间以导电胶的方式进行连接，即VCSEL激光器芯片102的正极引脚与驱动芯片103的第一引脚以导电胶的形式连接，VCSEL激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103的第二引脚以导电胶的形式连接。

本实施例中优选焊接的方式连接。其中焊料可以为锡金属球（如附图1中的105标号所示），其中，VCSEL激光器芯片102的出光方向为第一方向的反方向。

由此，通过VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103直接电连接，减少了电路的长度，消除了电路的拐角，避免了金线键合，降低了线路的电感，有利于提高信号上升沿下降沿的表现。

S103，将电连接在一起的VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103贴合在基板101的第二面101B的焊盘108上；VCSEL激光器芯片102朝向通孔104。

也就是说，第一垂直投影在第二垂直投影内，其中，第一垂直投影为VCSEL激光器芯片102在基板101上的垂直投影，第二垂直投影为驱动芯片103在基板101上的垂直投影，驱动芯片103的面积大于VCSEL激光器芯片102的面积，其中，驱动芯片103与焊盘108电连接。

可选地，如图5所示，该光发射模组的封装方法还包括：

S104：将电路组件106贴合在基板101的第二面101B的焊盘108上。也就是说，如图2所示，电路组件106包括电回路和电子元件（比如电容、电阻等），电回路（图中未示出）与驱动芯片103电连接，电子元件等连接在基板101的第二面101B的焊盘上。其中，可提前在基板101的第二面101B上设置焊盘，电路组件106中的电回路远离驱动芯片103的一侧，可以与第二面101B上的焊盘焊接连接，或者，通过导电胶的方式与基板101的第二面101B进行粘合连接。

可选地，在将VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103电连接在一起之前，还包括：

以集成电路形式封装驱动芯片103；以倒装芯片形式封装VCSEL激光器芯片102，以使VCSEL激光器芯片102的正极引脚和负极引脚均位于同一侧。

从而，消除金线带来的电感，简化工艺，节约成本，使得VCSEL激光器芯片102整体封装结构紧凑，面积降低，降低整个电回路的长度，降低自感。

可选地，如图5所示，光发射模组的封装方法还包括以下步骤：

S105，以UV胶水或热固胶将光斑调整片107贴合在基板101的第一面101A上，其中，光斑调整片107覆盖基板101的通孔104。

可以理解的是，使用UV胶水或热固胶将光斑调整片107贴合在基板101的第一面101A上之后，需要烘烤固化。

在本发明的一个具体实施例中，具体地，首先，在基板101上打孔，接着将VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103焊接连接在一起，接着将焊接在一起的VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103焊接在基板101的第二面101B面的焊盘108上，接着将电路组件106贴合在基板101的第二面101B的焊盘108上，其中，电路组件106中的电回路与驱动芯片103电连接，从而给驱动芯片103传输电信号。

综上所述，根据本发明实施例提出的光发射模组的封装方法，首先，在基板上打孔，接着将VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103电连接在一起；接着将电连接之后的VCSEL激光器芯片102与驱动芯片103贴合在基板的第二面的焊盘上，VCSEL激光器芯片102朝向通孔104，进而缩短了电回路的距离，消除了电回路的拐角，同时消除了打线等工艺流程，简化了工艺步骤，减小了电回路的自感，有利于减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光发射模组，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括第一面和第二面；

以及位于所述基板的第二面，沿第一方向依次设置的VCSEL激光器芯片和驱动芯片，所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片之间以电连接的方式连接，其中，所述驱动芯片与所述基板的第二面的焊盘电连接；

其中，所述基板中设置有通孔，所述通孔用于露出所述VCSEL激光器芯片出射的光；所述第一方向为所述基板的第一面垂直指向第二面的方向。

2.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述VCSEL激光器芯片的正极引脚和负极引脚均位于所述VCSEL激光器芯片邻近所述驱动芯片的一侧，所述VCSEL激光器芯片的正极引脚与所述驱动芯片的第一引脚电连接，所述VCSEL激光器芯片的负极引脚与所述驱动芯片的第二引脚电连接。

3.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，还包括：电路组件，所述电路组件与所述基板的第二面的焊盘电连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光发射模组，其特征在于，所述电连接的方式包括焊接连接或导电胶连接。

5.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，还包括：光斑调整片，所述光斑调整片位于所述基板的第一面上，覆盖所述通孔，用于调整所述VCSEL激光器芯片出射的光。

6.一种光发射模组的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

将基板打孔，其中所述基板包括第一面和第二面，所述孔为通孔；

将VCSEL激光器芯片与驱动芯片电连接在一起；

将电连接在一起的VCSEL激光器芯片与驱动芯片贴合在所述基板的第二面的焊盘上，所述VCSEL激光器芯片朝向所述通孔。

7.根据权利要求6所述的光发射模组的封装方法，其特征在于，将所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片电连接在一起之前，还包括：

以集成电路形式封装驱动芯片；

以倒装芯片形式封装VCSEL激光器芯片。

8.根据权利要求6所述的光发射模组的封装方法，其特征在于，将所述VCSEL激光器芯片与所述驱动芯片电连接在一起包括：

将所述VCSEL激光器芯片的正极引脚与所述驱动芯片的第一引脚电连接，所述VCSEL激光器芯片的负极引脚与所述驱动芯片的第二引脚电连接，其中，所述VCSEL激光器芯片的正极引脚和负极引脚均位于所述VCSEL激光器芯片邻近所述驱动芯片的一侧。

9.根据权利要求6所述的光发射模组的封装方法，其特征在于，所述光发射模组还包括电路组件，所述方法还包括以下步骤：将所述电路组件贴合在所述基板的第二面的焊盘上。

10.根据权利要求6所述的光发射模组的封装方法，其特征在于，还包括以下步骤：

以UV胶水或热固胶将光斑调整片贴合在所述基板的第一面上，其中，所述光斑调整片覆盖所述基板的通孔。

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