CN112820725B - 激光雷达芯片封装结构及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光雷达芯片封装结构及封装方法，包括：光芯片，被布置在第一封装体内，所述第一封装体具有透镜形貌；电芯片，被布置在第二封装体内，所述第二封装体内具有第一电性互连结构，所述第一电性互连结构引出电芯片的电性；所述第一封装体与所述第二封装体通过叠层进行布置。

Description

激光雷达芯片封装结构及封装方法
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，特别涉及一种激光雷达芯片封装结构及封装方法。
背景技术
在自动驾驶、自动机器人等应用中，激光雷达是一个关键部件。随着激光雷达设备的普及，激光雷达芯片封装也向着小型化发展。
现有技术通常是采用陶瓷金属封装，将光、电芯片分别封装。光芯片封装在一个带有光窗的陶瓷封装中，以透镜组和发射镜实现光向特定方向的发射和接收，相应的控制电芯片与光芯片分别封装在两个封装体内。这样封装成本高、体积大，不易集成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光雷达芯片封装结构及封装方法，以解决现有的激光雷达芯片封装不易集成的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光雷达芯片封装结构，包括：
光芯片，被布置在第一封装体内，所述第一封装体具有透镜形貌；
电芯片，被布置在第二封装体内，所述第二封装体内具有第一电性互连结构，所述第一电性互连结构引出电芯片的电性；
所述第一封装体与所述第二封装体通过叠层进行布置。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装结构中，所述光芯片的焊球由第一封装体表面暴露出，且面对所述第二封装体，所述电芯片的焊盘由第二封装体表面暴露出，且面对所述第一封装体，所述焊球与所述焊盘电连接。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装结构中，所述光芯片通过与第一电性互连结构进行电连接，以与电芯片进行电连接；
所述第一电性互连结构包括至少一个金属柱、至少一个金属通孔、以及至少一个重新布线层中的一种或多种。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装结构中，还包括第二电性互连结构，所述第二电性互连结构为金属丝；
所述第二电性互连结构布置在第二封装体中；
所述第二电性互连结构将光芯片的电性引出，以使光芯片与电芯片或第一电性互连结构电连接。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装结构中，所述第一封装体的材料为透明的塑封料；所述第一封装体的表面具有圆弧状突起；所述第二封装体的材料为塑封料或有机基板。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装结构中，还包括镀膜层，所述镀膜层覆盖在所述第一封装体表面上。
本发明还提供一种激光雷达芯片封装方法，包括：
形成将电芯片容置其中的第二封装体；
在所述第二封装体内形成第一电性互连结构，所述第一电性互连结构引出电芯片的电性；
将光芯片附连在第二封装体表面；
形成具有透镜形貌的第一封装体内，所述第一封装体包裹所述光芯片，且覆盖所述第二封装体表面。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装方法中，形成将电芯片容置其中的第二封装体包括：
将电芯片贴装在临时载板上；
采用塑封料在临时载板上形成塑封层，以包裹所述电芯片；
采用晶圆级工艺，在塑封层上制作金属柱、金属通孔及重新布线层中的一种或多种；
金属柱、金属通孔和/或重新布线层将电芯片的电性引出至塑封层的上下表面。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装方法中，形成将电芯片容置其中的第二封装体包括：
在有机基板上刻蚀凹槽；
将电处理芯片贴装在凹槽中；
将有机介质压合进入凹槽直至在有机基板上形成平整表面；
采用基板工艺，在有机基板上制作金属柱、金属通孔及重新布线层中的一种或多种；
金属柱、金属通孔和/或重新布线层将电芯片的电性引出至有机基板的上下表面。
可选的，在所述的激光雷达芯片封装方法中，还包括：
将光芯片以倒装或打线的方式附连在第二封装体上，形成光电封装体；
在模具上制备出透镜面型，将透明塑封料填充模具中；
采用模具中的透明塑封料对光电封装体进行塑封，形成第一封装体；
在第一封装体的上表面进行镀膜，以提高光源透过率或阻挡其他波长的光线；
将第一封装体切割为单个单元。
在本发明提供的激光雷达芯片封装结构及封装方法中，通过将电芯片布置在第二封装体中，光芯片布置在第一封装体中，且第一封装体与第二封装体通过叠层进行布置，实现了将电芯片和光芯片集成在同一个三维封装结构中，且两者紧密结合；通过第一封装体具有透镜形貌，可以使第一封装体替代需另外设置的透镜，直接作为光芯片的光传递路径，进一步提高了激光雷达芯片的集成度，避免了球状透镜不容易与一般封装结构的形状相匹配，导致其占用体积较大的缺陷，极大的降低了整个封装结构的尺寸，且省去了多个部件及结构，降低了成本。
综上所述，本发明通过将光芯片及电芯片集成在一个封装体内，整个结构全部采用塑封方式，同时实现了封装集成度高、体积小、成本低等优点。
附图说明
图1是本发明一实施例的激光雷达芯片封装结构示意图；
图2是本发明一实施例的激光雷达芯片封装结构示意图；
图3是本发明一实施例的激光雷达芯片封装结构打线连接示意图；
图4是本发明一实施例的激光雷达芯片封装结构第一封装体为有机基板示意图；
图中所示：11-第一封装体；12-第二封装体；13-电芯片；14-光芯片；15-第一电性互连结构；16-第二电性互连结构；17-焊球；18-焊盘；19-镀膜层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的激光雷达芯片封装结构及封装方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种激光雷达芯片封装结构及封装方法，以解决现有的激光雷达芯片封装不易集成的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种激光雷达芯片封装结构及封装方法，包括：形成将电芯片容置其中的第二封装体；在所述第二封装体内形成第一电性互连结构，所述第一电性互连结构引出电芯片的电性；将光芯片附连在第二封装体表面；形成具有透镜形貌的第一封装体内，所述第一封装体包裹所述光芯片，且覆盖所述第二封装体表面。
本实施例提供一种激光雷达芯片封装结构，如图1～4所示，包括：光芯片14，被布置在第一封装体11内，所述第一封装体11具有透镜形貌；电芯片13，被布置在第二封装体12内，所述第二封装体12内具有第一电性互连结构15，所述第一电性互连结构15引出电芯片13的电性；所述第一封装体11与所述第二封装体12通过叠层进行布置；其中，所述的光芯片可以为光发射芯片，也可以为光接收芯片，所述的电芯片为与光芯片相应的处理芯片和控制芯片。
在本实施例提供的激光雷达芯片封装结构及封装方法中，通过将电芯片13布置在第二封装体12中，光芯片14布置在第一封装体11中，且第一封装体11与第二封装体12通过叠层进行布置，实现了将电芯片13和光芯片14集成在同一个三维封装结构中，且两者紧密结合；通过第一封装体11具有透镜形貌，可以使第一封装体11替代需另外设置的透镜，直接作为光芯片14的光传递路径，进一步提高了激光雷达芯片的集成度，避免了球状透镜不容易与一般封装结构的形状相匹配，导致其占用体积较大的缺陷，极大的降低了整个封装结构的尺寸，且省去了多个部件及结构，降低了成本。
在本发明的一个实施例中，如图1～3所示，在所述的激光雷达芯片封装结构中，所述光芯片14通过与第一电性互连结构15进行电连接，以与电芯片13进行电连接；所述第一电性互连结构15包括至少一个金属柱、至少一个金属通孔、以及至少一个重新布线层中的一种或多种。该第一电性互连结构15的作用主要是将电芯片13的电性引出至第一封装体的上表面，以与光芯片14进行电连接。在本发明的一个实施例中，在所述的激光雷达芯片封装结构中，还包括第二电性互连结构16，所述第二电性互连结构16为金属丝；所述第二电性互连结构16布置在第二封装体12中；所述第二电性互连结构16将光芯片14的电性引出，以使光芯片14与电芯片13或第一电性互连结构15电连接。
具体的，如图1所示的实施例，可以在第一封装体11上表面形成重新布线层，该重新布线层与光芯片的焊球17进行焊接，重新布线层通过金属柱或金属通孔连接至电芯片；如图2所示的实施例，光芯片的焊球与第一封装体上表面的重新布线层焊接，金属柱或金属通孔通过第二电性互连结构16(金属丝)与重新布线层电连接；如图3所示的实施例，金属柱或金属通孔通过第二电性互连结构16(金属丝)直接与光芯片的焊盘电连接，以及与重新布线层电连接。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，在所述的激光雷达芯片封装结构中，所述光芯片14的焊球17由第一封装体11表面暴露出，且面对所述第二封装体12，所述电芯片13的焊盘18由第二封装体12表面暴露出，且面对所述第一封装体11，所述焊球17与所述焊盘18电连接。通过图4中的实施例的结构，可以实现光芯片的焊球17直接与电芯片的焊盘18电连接，使得本实施例的封装结构更加紧密，且无需增加额外的金属丝结构和打线工艺，无需占用封装面积。
在本发明的一个实施例中，如图1～4所示，在所述的激光雷达芯片封装结构中，所述第一封装体11的材料为透明的塑封料；所述第一封装体11的表面具有圆弧状突起；该圆弧状突起即可作为球状透镜使用，将光源进行传播。所述第二封装体12的材料为塑封料(如图1～3所示)或有机基板(如图4所示)。采用塑封料的优势是，第一封装体与第二封装体的材料相同或相近，两者兼容性好。采用有机基板的优势是，有机基板的可塑性更好，工艺成本较低。
在本发明的一个实施例中，在所述的激光雷达芯片封装结构中，还包括镀膜层19，所述镀膜层19覆盖在所述第一封装体11表面上。该镀膜层不仅可以提高某些光源的透射率，还可以阻挡某些不需要透射的光，使得光芯片的性能更好，另外，镀膜层19可以保护第二封装体，防止第二封装体被破坏，或表面出现划痕，影响透射效果。
本发明还提供一种激光雷达芯片封装方法，包括：形成将电芯片13容置其中的第二封装体12；在所述第二封装体12内形成第一电性互连结构15，所述第一电性互连结构15引出电芯片13的电性；将光芯片14附连在第二封装体12表面；形成具有透镜形貌的第一封装体11内，所述第一封装体11包裹所述光芯片14，且覆盖所述第二封装体12表面。
在本发明的一个实施例中，在所述的激光雷达芯片封装方法中，形成将电芯片13容置其中的第二封装体12包括：电处理芯片以扇出型封装方式，封装在塑封料中。具体工艺为：将电芯片13贴装在临时载板上；采用塑封料在临时载板上形成塑封层，以包裹所述电芯片13，形成一个具有芯片和塑封料的扇出晶圆。采用晶圆级工艺，在塑封层上制作金属柱、金属通孔及重新布线层中的一种或多种；金属柱、金属通孔和/或重新布线层将电芯片13的电性引出至塑封层的上下表面。
在本发明的一个实施例中，在所述的激光雷达芯片封装方法中，形成将电芯片13容置其中的第二封装体12包括：电处理芯片以埋入有机基板的封装方式，封装在有机基板中。具体工艺为：在有机基板上刻蚀凹槽；将电处理芯片贴装在凹槽中；将有机介质压合进入凹槽直至在有机基板上形成平整表面；形成一个埋有芯片有机载板。采用基板工艺，在有机基板上制作金属柱、金属通孔及重新布线层中的一种或多种；金属柱、金属通孔和/或重新布线层将电芯片13的电性引出至有机基板的上下表面。
在本发明的一个实施例中，在所述的激光雷达芯片封装方法中，还包括：将光芯片14以倒装或打线的方式附连在第二封装体12上，形成光电封装体；在模具上制备出透镜面型，将透明塑封料填充模具中；采用模具中的透明塑封料对光电封装体进行塑封，形成第一封装体11；在第一封装体11的上表面进行镀膜，以提高光源透过率或阻挡其他波长的光线；将第一封装体11切割为单个单元。
如图1～4所示，封装结构包括：(1)光芯片和电芯片，(2)具有透镜形貌的塑封胶，(3)具有金属通孔的fanout塑封胶。其中光芯片与电芯片叠层方式，光电芯片互连方式可以是倒装焊或引线键合；电芯片以fanout(扇出型封装)方式埋入塑封料中，或以埋入基板方式埋入有机基板中，形成带有电芯片的基板结构；所述第一封装体具有金属通孔实现上下互连。
综上所述，本发明通过将光芯片14及电芯片13集成在一个封装体内，整个结构全部采用塑封方式，同时实现了封装集成度高、体积小、成本低等优点。
综上，上述实施例对激光雷达芯片封装结构及封装方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光雷达芯片封装结构，其特征在于，包括：
光芯片，被布置在第一封装体内，所述第一封装体具有透镜形貌；
电芯片，被布置在第二封装体内，所述第二封装体内具有第一电性互连结构，所述第一电性互连结构引出电芯片的电性；
其中所述第一封装体与所述第二封装体通过叠层进行布置；
还包括：
第二电性互连结构，被配置为金属丝，所述第二电性互连结构布置在第一封装体中，所述第二电性互连结构将光芯片的电性引出，以使光芯片与电芯片或第一电性互连结构电连接；
镀膜层，所述镀膜层覆盖在所述第一封装体表面上；
其中所述第一封装体的材料为透明的塑封料；所述第一封装体的表面具有圆弧状突起；所述第二封装体的材料为塑封料或有机基板。
2.如权利要求1所述的激光雷达芯片封装结构，其特征在于，所述光芯片通过与第一电性互连结构进行电连接，以与电芯片进行电连接；
所述第一电性互连结构包括至少一个金属柱、至少一个金属通孔、以及至少一个重新布线层中的一种或多种。
3.一种制作如权利要求1所述的激光雷达芯片封装结构的方法，其特征在于，包括：
形成将电芯片容置其中的第二封装体；
在所述第二封装体内形成第一电性互连结构，所述第一电性互连结构引出电芯片的电性；
将光芯片附连在第二封装体表面；
形成具有透镜形貌的第一封装体内，所述第一封装体包裹所述光芯片，且覆盖所述第二封装体表面；
还包括：将光芯片以打线的方式附连在第二封装体上，形成光电封装体；
在模具上制备出透镜面型，将透明塑封料填充模具中；
采用模具中的透明塑封料对光电封装体进行塑封，形成第一封装体；
在第一封装体的上表面进行镀膜，以提高光源透过率或阻挡其他波长的光线；
将第一封装体切割为单个单元。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成将电芯片容置其中的第二封装体包括：
将电芯片贴装在临时载板上；
采用塑封料在临时载板上形成塑封层，以包裹所述电芯片；
采用晶圆级工艺，在塑封层上制作金属柱、金属通孔及重新布线层中的一种或多种；
金属柱、金属通孔和/或重新布线层将电芯片的电性引出至塑封层的上下表面。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，形成将电芯片容置其中的第二封装体包括：
在有机基板上刻蚀凹槽；
将电处理芯片贴装在凹槽中；
将有机介质压合进入凹槽直至在有机基板上形成平整表面；
采用基板工艺，在有机基板上制作金属柱、金属通孔及重新布线层中的一种或多种；
金属柱、金属通孔和/或重新布线层将电芯片的电性引出至有机基板的上下表面。
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