CN112514180A - 包括作为导电引线的引线框架的部分的封装 - Google Patents

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Abstract

本公开描述了具有作为导电引线的引线框架的部分的封装。导电引线有助于将在封装的顶部获得的信号向下传送到封装的底部的导电焊盘(反之亦然)。这些技术可以用于一系列不同的应用，例如，监控信号以增强发光封装的安全性，以及需要将在封装的顶部侧获取的信号传送到封装的底部侧的导电焊盘或者将信号从封装的底部侧的导电焊盘传送到封装的顶部侧的其他应用。

Description

包括作为导电引线的引线框架的部分的封装
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月31日提交的美国临时专利申请第62/712,359号的优先权的权益。先前申请的内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开涉及具有作为导电引线(electrically conductive lead)的、引线框架(lead frame)的部分的封装。
背景技术
智能电话、平板电脑和其他便携式计算设备正在添加新的功能，包括记录三维图像、感知运动和/或手势的技术。数字记录方法使用各种类型的微型照明器，这些照明器与相机交互以记录三维区域中的动态事件。这些照明器可以是各种形式的，并提供不同类型的功能。有些照明器用非常短的脉冲对广阔的区域照明，以针对用于记录飞行时间信息的光探测和测距(Light Detection and Ranging，LIDAR)型测量。其他照明器是脉冲或连续波(continuous wave，CW)，并将结构化光图案投射到场景上。数字相机记录结构化光图案的图像，并且软件算法用于根据图案化图像中的修改来确定三维场景信息。
一种适用于微型照明器的技术是高功率垂直腔面发射激光器(vertical cavitysurface emitting laser，VCSEL)器件和阵列器件。这些器件能够以非常快的上升时间产生脉冲，适合飞行时间应用。它们很小，但是产生具有高效电光转换的高功率激光束。然而，各种光学组件(例如，光学漫射器)可以被放置在光束路径中，以针对特定应用修改光束属性。
在一些情况下，裸露的VCSEL的光输出功率通常很高，以至于在损害光学组件质量的情况下，可能会损坏人的眼睛或皮肤。因此，当在便携式计算设备中操作时，确保高功率激光照明器满足激光安全法规是重要的。例如，照明器可以是配件的部分，在正常操作条件下，该配件通过防止人太靠近照明器来保持眼睛安全操作。然而，在一些情况下，出于安全操作而修改输出光束的光学结构的损坏(例如，裂纹)，或者光学结构上湿气或化学污染物的存在，可能导致安全危害。同样，如果光学结构脱落或被移除，安全性也会受到影响。
发明内容
本公开描述了可以具有作为导电引线的引线框架的部分的封装。导电引线有助于将在封装的顶部获取的信号向下传送到封装的底部的导电焊盘(反之亦然)。这些技术可以用于一系列不同的应用，例如，监控信号以增强发光封装的安全性，以及需要将在封装的顶部侧获取的信号传送到封装的底部侧的导电焊盘或者将信号从封装的底部侧的导电焊盘传送到封装的顶部侧的其他应用。
例如，在一个方面，本公开描述了一种装置，该装置包括光学配件，该光学配件包括导电结构。该装置还包括电绝缘壳体，该电绝缘壳体包括内室、在内室上方支撑光学配件的凸缘(ledge)、以及沿着壳体侧壁的外表面延伸的第一通道。第一导电引线具有至少部分地设置在第一通道中的第一部分、相对于第一部分弯曲并邻近与光学配件相对的壳体的底部侧形成导电触点的第二部分、以及相对于第一部分弯曲的第三部分，第一导电引线的第三部分邻近凸缘并与导电结构电接触。
一些实施方式包括以下特征中的一个或多个。例如，第一导电引线可以包括引线框架的一部分。在一些情况下，导电结构通过光学配件的导电结构的导电焊盘连接到第一导电引线的第三部分。导电结构还可以通过导电环氧树脂连接到第一导电引线的第三部分。
在一些实施方式中，该装置包括设置在内室中的光源，以及电耦合到邻近壳体的底部侧的导电触点的控制器。控制器可操作来监控导电结构的电特性，并可操作来基于所监控的电特性调节光源的光输出。在一些情况下，光学配件包括透射基板，并且导电结构包括透射基板的表面上的迹线(trace)。电绝缘壳体可以包括例如沿着壳体的侧壁的外表面延伸的第二通道。该装置还可以包括第二导电引线，该第二导电引线具有至少部分地设置在第二通道中的第一部分、相对于第二导电引线的第一部分弯曲并邻近壳体的底部侧形成第二导电触点的第二部分、以及相对于第二导电引线的第一部分弯曲的第三部分，其中第二导电引线的第三部分邻近凸缘并与导电结构电接触。
根据另一方面，本公开描述了一种装置，该装置包括光学配件，该光学配件包括导电结构。该装置还包括电绝缘壳体，该电绝缘壳体包括内室和在内室上方支撑光学配件的凸缘。第一导电引线，具有延伸穿过壳体的侧壁的第一部分，其中第一导电引线的一端邻近与光学配件相对的壳体的一侧形成导电触点，第一导电引线的第二端邻近凸缘暴露并与导电结构电接触。
本公开还描述了制造该封装的方法。例如，在一个方面，一种方法包括提供引线框架，以及形成电绝缘壳体，该电绝缘壳体包围邻近壳体的第一侧的引线框架的部分。壳体限定了内室、邻近与第一侧相对的壳体的第二侧的凸缘、以及壳体的侧壁的外表面中的通道。该方法还包括修整引线框架的第一引线，使得第一引线的一端是自由的，弯曲第一引线的自由端，并且朝壳体弯曲第一引线，使得第一引线的第一部分装配在通道内，并且第一引线的另一部分邻近凸缘。光学配件放置在凸缘上，使得第一引线的另一部分与光学配件的导电结构电接触。
一些实施方式包括以下特征中一个或多个。例如，在一些情况下，该方法包括使用非导电粘合剂(non-conductive adhesive)将光学配件附接到凸缘，并施加UV辐射以部分地固化非导电粘合剂。该方法还可以包括在导电结构和邻近凸缘的第一引线的另一部分之间提供导电环氧树脂，并施加热处理以固化导电环氧树脂并完成非导电粘合剂的固化。在一些情况下，光学配件包括透射基板，并且导电结构包括透射基板的表面上的迹线。
根据另一方面，一种方法包括将塑封工具(mold tool)附接到具有弯曲部分的引线框架，并将塑封化合物(mold compound)注射到塑封工具中以形成电绝缘壳体，该电绝缘壳体限定内室和邻近壳体的第一侧的凸缘。包括弯曲部分的引线框架的一部分形成第一导电引线，该第一导电引线具有延伸穿过壳体的侧壁的第一部分。第一导电引线的第一端邻近与第一侧相对的壳体的第二侧形成导电触点，并且第一导电引线的第二端邻近凸缘暴露。该方法包括将光学配件放置在凸缘上，使得第一引线的第二端与光学配件的导电结构电接触。
根据以下详细描述、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A示出了包括电容导电结构的光学配件的示例。
图1B示出了包括电阻导电结构的光学配件的示例。
图2是示出用于监控导电结构和控制光源的电路的示例的框图。
图3是光电封装的分解图。
图4示出了图3的光电封装的特征(省略了光学配件)。
图5是图4的剖视图。
图6A-图6D示出了制造图3的光电封装的工艺中的步骤。
图7示出了用于光电封装的壳体的另一实现。
具体实施方式
如图1A和图1B的示例所示，光学配件20A或20B可以设置在照明器或其他发光封装的光发射器上方。为了便于检测光学配件20A、20B中的机械缺陷(例如，裂纹)或封装中湿气的存在，导电结构(例如，导电迹线)22可以设置在透射罩(例如，玻璃基板)24的表面上。在一些情况下，导电结构22包括对由光发射器产生的光(例如，红外线)的波长基本透明的材料(例如，氧化铟锡(indium tin oxide，ITO))。因此，这种导电结构可以至少部分地重叠由光源发射的光束的覆盖区(footprint)。在其他情况下，导电结构可以包括对由光发射器产生的光的波长基本不透明的材料(例如，铬)。在这种情况下，导电结构优选地不与由光源发射的光束的覆盖区重叠。导电结构22连接到透射罩24的表面上的导电焊盘28。在一些情况下，导电结构22被覆盖有绝缘层(例如，SiO2)，该绝缘层具有用于导电焊盘28的开口，在一些情况下，导电焊盘28包括金或另一种合适的导电材料。
光学配件还可以包括光学组件，例如微透镜阵列(microlens array，MLA)、光学漫射器、透镜(len)、折射或衍射光学元件、漫射器、光谱滤光器、偏振滤光器、和/或可操作来修改入射到光学配件上的、光源的输出光束的光学特性的一些其他光学结构。在一些情况下，光学配件可操作来产生结构化光发射。
如图2所示，导电结构22可以形成通过封装的底部上的导电焊盘耦合到电流驱动控制器40或其他电子控制单元(electronic control unit，ECU)的电路的一部分。控制器40可以驻留在例如集成有封装的主机设备(例如智能电话)中。控制器可操作来监控电特性(例如，使用图1A的迹线监控电连续性或电容；或者使用图1B的迹线监控电阻)，使得如果所监控的特性变化超过预定量，则控制器调节由光源产生的光输出。在一些实施方式中，控制器可操作来监控导电结构的电特性，使得如果所监控的特性变化超过相应预定量，则控制器使光源产生的光输出停止。例如，驱动器可以关闭光源50，使得它不再发光。
由本公开解决的一个问题是如何将在封装的顶部的光学配件处获取的信号向下传送到封装的底部的导电焊盘(例如，焊接盘(solder pad))，使得控制器40可以监控(一个或多个)信号。
如图3、图4和图5所示，封装100包括电绝缘壳体102。壳体102可以包括例如电绝缘材料，诸如塑封的环氧树脂(例如，基于液晶聚合物的材料)。壳体102的顶部侧具有内凸缘104，以支撑诸如光学配件20A(图1A)或20B(图1B)的光学配件20，光学配件20包括在其下侧上具有迹线22的透射罩24。光学配件20可以例如通过UV固化环氧树脂固定到凸缘104上。
封装100限定了内室(例如，空腔)106，光源50安装在内室106中。光源(图3、图4和图5中未示出)可以被实施为例如VCSEL或VCSEL的阵列。此外，在一些情况下，光源50被实施为一个或多个发光二极管(LED)、红外(IR)LED、有机LED(OLED)、红外(IR)激光器或边缘发射激光二极管。通常，光源可操作来发射特定波长的光或在相对窄的波长范围内的光(例如，红外线)。在一些实施方式中，光源可操作来生成相干光。
在一些实施方式中，封装100在其底部侧具有四个电触点(例如，焊接盘)。可以为光源50提供两个触点：第一触点用于光发射器的阳极，第二接触用于光发射器的阴极。此外，可以为将迹线22电耦合到电流驱动控制器40提供两个触点。
为了将在封装100的顶部的光学配件20处获取的(一个或多个)信号向下传送到封装的底部的导电焊盘，封装100包括导电引线120，导电引线120可以至少部分地包括引线框架。每个引线120的第一部分108设置在壳体的侧壁109的外表面中的相应通道内。
每个引线120的第二部分110相对于第一部分108以大约直角向内弯曲，并在封装的底部侧形成导电触点。引线120的第二部分110可以例如耦合到电流驱动控制器40。
每个示出的引线120的第三部分112也相对于第一部分向内弯曲，并形成与透射罩24上的导电焊盘28中的相应一个导电焊盘电接触的导电界面(conductive interface)。导电材料(例如，银环氧树脂)可以设置在透射罩24上的导电焊盘28中的每一个与引线120中的相应一个引线的第三部分112之间。
如图5所示，在一些实施方式中，引线120的第三部分112略微向下倾斜(即，朝封装的底部侧)。该倾斜有助于将引线120锁定在适当的位置。该倾斜也有助于方便封装20的制造，如下面更详细解释的那样。
图6A至图6D示出了根据一些实施方式的封装100的制造步骤。最初，蚀刻和冲压引线框架200(即，可以携带电信号的金属(例如，铜)结构)，并将其放置到塑封工具中以形成与引线框架200集成在一起的壳体102，如图6A所示。塑封的壳体102限定了用于VCSEL或其他光源的内室106、支撑光学配件20的凸缘104以及侧壁109的外表面中的通道122。然后可以执行修整和成形工艺，以释放预塑封的引线框架200的引线202中的一些(见图6B)。如图6B所示，引线202中的每一个的自由端204向上弯曲。然后，如图6C所示，引线202朝壳体100弯曲，使得引线202中的每一个装配在侧壁109中的通道122中的相应一个通道内。VCSEL或其他光源可以安装在内室106内，可以提供引线键合以电连接到光源，并且光学配件20(见图3)可以固定在凸缘104上的适当位置(例如，通过粘合剂)。最终的封装(省略了光学配件20)如图6D所示。在图6D中，引线202对应于图3-图5中的引线120；同样，每个引线的部分204对应于图3-图5中引线的部分112。
在一些情况下，在附接光学配件20之前，可部分地通过紫外线(ultraviolet，UV)辐射和部分地通过热固化的不导电双固化粘合剂被分配在凸缘104上。然后，光学配件20可以放置在凸缘104上，并且粘合剂可以用UV辐射部分地固化，使得光学配件基本固定在适当的位置。接下来，可以在光学配件20上的导电结构22的焊盘28与导电引线202之间分配导电材料(例如，导电环氧树脂，诸如银环氧树脂或其他热固性导电环氧树脂)，使得焊盘28和引线202彼此电接触。然后，光电封装可以经受热处理(例如，后烘(hard bake))，使得粘合剂和附加导电材料同时固化。这种配置的优点在于，在对光电封装进行热处理之前光学配件20基本上固定在适当的位置，其中热处理可以在不同的位置进行。此外，通过用UV辐射部分地固化粘合剂，可以防止粘合剂和附加的导电材料混合。
在一些情况下，提供与透射罩24上的导电焊盘28中的相应一个导电焊盘电接触的导电界面的每个引线202的部分204可以被配置成允许流体材料在内室106和光电封装100外部的环境之间通过。
此外，如上所述，在一些情况下，每个引线202的部分204可以被配置成允许附加导电材料在光学配件20的导电结构22和导引线202之间通过。例如，部分204可以偏斜或稍微向下倾斜，使得附加的导电材料可以更容易地在导电结构22和一个或多个导电引线202之间流动。
在图3-图5和图6A-图6D的前述示例中，将在封装的顶部的光学配件处获取的(一个或多个)信号向下传送到在封装的底部的导电焊盘的引线120沿着壳体侧壁109的外表面延伸。在其他实施方式中，引线可以延伸穿过壳体102的侧壁。这种封装的示例(为了清楚起见省略了光学配件)在图7中示出，其示出了部分嵌入壳体302的一个或多个侧壁309内的引线320。在这种情况下，引线320可以通过将引线框架的部分弯曲成适当的配置，然后将塑封工具附接到引线框架并注射塑封化合物以形成壳体302来形成。可以将VCSEL或其他光源安装在内室306中，可以提供引线接合以电连接到光源，并且可以将光学配件(例如，如图1A和图1B所示的20A或20B)固定在壳体上方的适当位置，使得光学配件的接触焊盘与引线320的暴露部分电接触。每个引线320具有延伸穿过壳体302的侧壁(并被侧壁横向包围)的相应第一部分、相对于第一部分弯曲并邻近与光学配件相对的壳体的底部侧形成导电触点的第二部分、以及相对于第一部分弯曲的第三部分，第一导电引线的第三部分邻近支撑光学配件的凸缘，并与光学配件的导电结构(例如迹线)电接触。以这种方式，在封装的顶部的光学配件处获取的(一个或多个)信号可以被向下传送到封装的底部的导电焊盘。结合图3-图5和图6A-图6D的示例描述的各种其他特征也可以与图7的示例结合和使用。
上述光电封装可以安装到例如用于主机设备的柔性印刷电路板(printedcircuit board，PCB)，该主机设备诸如是智能电话、物体接近感测设备、三维成像设备、平板计算机、膝上型计算机、增强现实耳机、机动车辆、视听显示电器、环境照明、建筑物安全监控系统、可穿戴计算或数据采集设备、或前述任何设备的网络。
尽管结合监控信号以增强发光封装的安全性来描述前述示例，但是这里描述的技术可以用于其他应用，在该其他应用中，需要将在光学封装的顶部侧获取的信号传送到封装的底部侧的导电焊盘或者需要将来自封装的底部侧的导电焊盘的信号传送到封装的顶部侧的光学配件。因此，例如，本技术可用于将电信号施加到透射罩上的LCD屏或其他有源光学组件，或者将电信号施加到透射罩上的加热器，以用于除冰或去除湿气。
本说明书中描述的主题和功能操作的各个方面(例如，电流驱动控制器40)可以在数字电子电路中实施，或者在计算机软件、固件或硬件中实施。因此，本说明书中描述的主题的各方面可以被实施为一个或多个计算机程序产品，即编码在计算机可读介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备、实现机器可读传播信号的物质组合、或者它们中的一个或多个的组合。除了硬件之外，该装置可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件的代码。在一些情况下，过程和逻辑流可以由专用逻辑电路来执行，例如，FPGA(field programmable gate array，现场可编程门阵列)或ASIC(application specific integrated circuit，专用集成电路)。
适于执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或这两者接收指令和数据。计算机的基本要素是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储设备，包括例如半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；和CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或并入专用逻辑电路。
虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本发明或所要求保护的范围的限制，而是对本发明特定实施例的特征的描述。本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施或者以任何合适的子组合实施。
在本公开的范围和精神内，可以对前述描述进行各种修改。因此，其他实施方式也在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
光学配件，其包括导电结构；
电绝缘壳体，其包括：
内室；
凸缘，在所述内室上方支撑所述光学配件；和
第一通道，沿着所述壳体的侧壁的外表面延伸；
第一导电引线，具有至少部分地设置在所述第一通道中的第一部分、相对于所述第一部分弯曲并邻近与所述光学配件相对的所述壳体的底部侧形成导电触点的第二部分、以及相对于所述第一部分弯曲的第三部分，所述第一导电引线的第三部分邻近凸缘并与所述导电结构电接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一导电引线包括引线框架的部分。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电结构通过所述光学配件的导电结构的导电焊盘连接到所述第一导电引线的第三部分。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述导电结构还通过导电环氧树脂连接到所述第一导电引线的第三部分。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括：
光源，设置在所述内室内；
控制器，电耦合到邻近所述壳体的底部侧的导电触点，所述控制器可操作来监控所述导电结构的电特性，并且可操作来基于所监控的电特性调节所述光源的光输出。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述光学配件包括透射基板，并且其中，所述导电结构包括所述透射基板的表面上的迹线。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述电绝缘壳体包括沿着所述壳体的侧壁的外表面延伸的第二通道，所述装置还包括第二导电引线，所述第二导电引线具有：
至少部分设置在所述第二通道中的第一部分；
相对于所述第二导电引线的第一部分弯曲，并邻近所述壳体的底部侧形成第二导电触点的第二部分；和
相对于所述第二导电引线的第一部分弯曲的第三部分，所述第二导电引线的第三部分邻近所述凸缘并与所述导电结构电接触。
8.一种方法，包括：
提供引线框架；
形成电绝缘壳体，所述电绝缘壳体包围邻近所述壳体的第一侧的引线框架的一部分，其中，所述壳体限定内室、邻近与所述第一侧相对的所述壳体的第二侧的凸缘以及所述壳体的侧壁的外表面中的通道；
修整所述引线框架的第一引线，使得所述第一引线的一端是自由的；
弯曲所述第一引线的自由端；
朝所述壳体弯曲所述第一引线，使得所述第一引线的第一部分装配在所述通道内，并且所述第一引线的另一部分邻近所述凸缘；和
将光学配件放置在所述凸缘上，使得所述第一引线的另一部分与所述光学配件的导电结构电接触。
9.根据权利要求8所述的方法，包括：
使用非导电粘合剂将所述光学配件附接到所述凸缘上；和
施加UV辐射以部分地固化所述非导电粘合剂。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
在所述导电结构和第一引线的邻近所述凸缘的所述另一部分之间提供导电环氧树脂；和
施加热处理以固化所述导电环氧树脂并完成所述非导电粘合剂的固化。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中，所述光学配件包括透射基板，并且其中，所述导电结构包括所述透射基板的表面上的迹线。
12.一种装置，包括：
光学配件，其包括导电结构；
电绝缘壳体，其包括：
内室；和
凸缘，在所述内室上方支撑所述光学配件；和
第一导电引线，具有延伸穿过所述壳体的侧壁的第一部分，所述第一导电引线的一端邻近与所述光学配件的相对的所述壳体的一侧形成导电触点，并且所述第一导电引线的第二端邻近所述凸缘暴露并与所述导电结构电接触。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第一导电引线包括引线框架的部分。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述导电结构通过所述光学配件的导电结构的导电焊盘连接到所述第一导电引线的第三部分。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述导电结构还通过导电环氧树脂连接到所述第一导电引线的第三部分。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，还包括：
光源，设置在所述内室中；
控制器，电耦合到邻近所述壳体的底部侧的导电触点，所述控制器可操作来监控所述导电结构的电特性，并且可操作来基于所监控的电特性调节所述光源的光输出。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述光学配件包括透射基板，并且其中，所述导电结构包括所述透射基板的表面上的迹线。
18.根据权利要求17所述的装置，包括第二导电引线，所述第二导电引线具有延伸穿过所述壳体的侧壁的第一部分、相对于所述第二导电引线的第一部分弯曲并邻近所述壳体的底部侧形成导电触点的第二部分、以及相对于所述第二导电引线的第一部分弯曲的第三部分，所述第二导电引线的第三部分邻近所述凸缘并与所述导电结构电接触。
19.一种方法，包括：
将塑封工具附接到具有弯曲部分的引线框架；
将塑封化合物注射到所述塑封工具中，以形成电绝缘壳体，所述电绝缘壳体限定内室和邻近所述壳体的第一侧的凸缘，其中包括所述弯曲部分的引线框架的部分形成第一导电引线，所述第一导电引线具有延伸穿过所述壳体的侧壁的第一部分，所述第一导电引线的第一端邻近与所述第一侧相对的所述壳体的第二侧形成导电触点，并且所述第一导电引线的第二端邻近所述凸缘暴露；
将所述光学配件放置在所述凸缘上，使得所述第一引线的第二端与所述光学配件的导电结构电接触。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述光学配件包括透射基板，并且其中，所述导电结构包括所述透射基板的表面上的迹线。
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