CN114127937A - 用于相机图像传感器的可靠互连 - Google Patents

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U.拉汉达尔
G.圭迪
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Abstract

本公开涉及光学系统及其制造方法。示例系统包括印刷电路板总成(PCBA)和经由多个接合构件联接到PCBA的图像传感器封装。该系统附加地包括联接到PCBA的传感器保持器。图像传感器封装和传感器保持器联接到PCBA以最小化以下至少之一中的热致应力：所述多个接合构件、PCBA、传感器保持器或图像传感器封装。

Description

用于相机图像传感器的可靠互连
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年7月2日提交的第16/460,963号美国专利申请的权益，该美国专利申请的内容通过引用合并于此。
背景技术
常规图像传感器经常包括具有不同的相应热膨胀系数(CTE)的多种不同材料。例如，图像传感器基板可以联接到陶瓷或塑料载体基板，该陶瓷或塑料载体基板可以经由平面栅格阵列(LGA)焊料垫联接到印刷电路板。在一些情况下，可归因于以下而导致问题：1)图像传感器的CTE和图像传感器封装的CTE之间的失配；2)传感器封装的CTE和基板的CTE之间的失配；和/或3)联接在一起的部件之间的CTE失配。例如，如果归因于CTE失配的力足够强(例如，归因于热冲击)，则将传感器LGA垫附接到印刷电路板的焊料接合处会破裂和/或分层。
发明内容
本公开描述了通过减少或消除焊料接合处的破裂和/或分层来改善图像传感器系统的热冲击性能的方法和装置。例如，本公开包括用于当将陶瓷或塑料LGA封装附接到印刷电路板总成(PCBA)时减小焊料接合处上的应力的若干方法。
在第一方面，提供了一种系统。该系统包括印刷电路板总成(PCBA)和经由多个接合构件联接到PCBA的图像传感器封装。该系统还包括联接到PCBA的传感器保持器。图像传感器封装和传感器保持器联接到PCBA以最小化以下至少之一中的热致应力：所述多个接合构件、PCBA、传感器保持器或图像传感器封装。
在第二方面，提供了一种制造光学系统的方法。该方法包括经由多个接合构件将图像传感器封装联接到印刷电路板总成(PCBA)。该方法还包括将传感器保持器联接到PCBA。图像传感器封装和传感器保持器联接到PCBA以最小化以下至少之一中的热致应力：所述多个接合构件、PCBA、传感器保持器或图像传感器封装。
通过在适当情况下参照附图阅读以下详细描述，其它方面、实施方式和实现方式对于本领域普通技术人员将是明显的。
附图说明
图1示出了根据示例实施方式的系统。
图2A示出了根据示例实施方式的系统的一部分。
图2B示出了根据示例实施方式的系统的一部分。
图3示出了根据示例实施方式的系统的各种安装布置。
图4示出了根据示例实施方式的各种填充模式(fill pattern)。
图5A示出了根据示例实施方式的载具。
图5B示出了根据示例实施方式的载具。
图5C示出了根据示例实施方式的载具。
图5D示出了根据示例实施方式的载具。
图5E示出了根据示例实施方式的载具。
图6示出了根据示例实施方式的近似接合热循环寿命对球高度和球直径。
图7示出了根据示例实施方式的若干系统配置之间的比较。
图8示出了根据示例实施方式的系统的一部分。
图9示出了根据示例实施方式的方法。
图10A示出了根据示例实施方式的图9的方法的一部分。
图10B示出了根据示例实施方式的图9的方法的一部分。
具体实施方式
这里描述了示例方法、装置和系统。应理解，词语“示例”和“示例性”在此用于表示“用作示例、实例或例子”。在此被描述为“示例”或“示例性”的任何实施方式或特征未必将被解释为相比于其它实施方式或特征是优选的或有利的。在不脱离在此提出的主题的范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以进行其它改变。
因此，这里描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。如在此总体上描述且在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替代、组合、分离和设计，所有这些配置在此被考虑到。
此外，除非上下文另有提议，否则每个附图所示的特征可以彼此组合使用。因此，在理解并非所有示出的特征对于每个实施方式都必要的情况下，附图应总体上被视为一个或更多个整体实施方式的组成方面。
I.概述
本公开包括用于当将陶瓷或塑料平面栅格阵列(LGA)封装附接到印刷电路板总成(PCBA)时减小焊料接合处上的应力的若干方法。
在示例实施方式中，焊料球可以附接到LGA垫以增加焊料接合处的支座高度。这可以作为原始制造工艺的部分或作为对成品图像传感器芯片的二次操作来完成。
在一些实施方式中，可以将焊料球材料改变为更软的聚合物芯焊料球。
在进一步的实施方式中，可以利用底部填充材料和/或底部填充图案在传感器封装和PCB之间增加附加的表面接触，以在冲击和振动条件下提供改善的性能。
附加地或替代地，PCB材料和/或PCB堆叠中的一种或更多种材料可以被调节为或替代为具有更低CTE的材料。各种这样的材料可用，如这里所述。
在各种实施方式中，居间的中介层PCB可以插入或插置在陶瓷或塑料基板和PCB之间。中介层PCB可以由用作两个界面之间的居间CTE材料的低CTE材料制成，和/或其可以在底表面和/或顶表面上包含焊料球。
在其它实施方式中，可以选择相机保持器安装图案以减小PCB和图像传感器封装之间的应力。例如，可以在传感器保持器和PCB之间特别选择联接位置以最小化此类联接的与应力相关的失效的可能性。
总体而言，所公开的装置和方法可以减少或消除归因于图像传感器和陶瓷或塑料载体之间的CTE失配的破裂或其它结构失效的例项。
II.示例光学系统
图1示出了根据示例实施方式的系统100。系统100包括印刷电路板总成(PCBA)110。在各种实施方式中，PCBA 110可以包括多个电绝缘层压层112和/或多个导电层压层114。
在各种实施方式中，系统100附加地包括经由多个接合构件120联接到PCBA 110的图像传感器封装130。图像传感器封装130包括图像传感器基板132和图像传感器管芯134。
在示例实施方式中，系统100包括联接到PCBA 110的传感器保持器140。在各种实施方式中，传感器保持器140可以被配置为沿着透镜总成170的光轴且实质上在透镜总成170的焦平面处维持图像传感器封装130的相对位置。在一些实施方式中，传感器保持器140可以由塑料、铝、钢、陶瓷、碳纤维、复合材料或另一种类型的刚性材料形成。传感器保持器140的至少一部分可以具有平板状形状，并且可以包括开口146以为图像传感器管芯134提供物理和光学通路。在示例实施方式中，传感器保持器140可以包括矩形或正方形材料板，该矩形或正方形材料板具有用于至图像传感器管芯134的光学通路的矩形或正方形开口。在示例实施方式中，传感器保持器140的厚度可以在2毫米和5毫米之间，但传感器保持器140的其它厚度和尺寸被考虑到。
在一些情况下，图像传感器封装130或传感器保持器140中的至少一个联接到PCBA110以最小化以下至少之一中的热致应力：多个接合构件120、PCBA 110、传感器保持器140或图像传感器封装130。在一些实施方式中，PCBA 110、传感器保持器140或图像传感器封装130中的一个或更多个可以经由主动对准接合来定位和/或彼此联接。在这种情况下，主动对准接合可以包括环氧树脂或另一种类型的粘合剂。作为示例，主动对准接合可以使用主动对准工艺来形成。在这种情况下，主动对准工艺可以包括引起图像传感器管芯134透过透镜总成170使一场景成像。主动对准工艺可以附加地包括基于图像来调节图像传感器的精细对准位置，这可以包括实时对准工艺。在这样的示例中，主动对准工艺可以调节图像传感器管芯134的位置使得其实质上位于透镜总成170的焦平面处。例如，主动对准工艺可以包括步进马达，该步进马达被配置为调节图像传感器管芯134(和/或图像传感器封装130)的位置，直到其提供指示图像传感器管芯134实质上位于焦平面处的图像(例如，通过提供校准目标的合焦图像)。此后，可以将环氧树脂材料施加到在透镜总成170和传感器保持器140之间(例如，沿着第一传感器保持器表面142)和/或在图像传感器封装130和传感器保持器140之间的开口或接合处。附加地或替代地，主动对准接合的应用可以发生在系统100内的别处，以固定系统100的两个或更多个其它元件的相对位置，如在本公开的范围内被考虑到的。
在一些实施方式中，多个接合构件中的至少一个接合构件120可以包括联接到图像传感器封装130的表面的相应接合垫122。在这样的示例中，相应球接合构件124可以联接在该相应接合垫122和PCBA 110之间。
在示例实施方式中，PCBA 110具有PCBA平面热膨胀系数(CTE)。附加地，图像传感器封装130具有图像传感器平面CTE。在这种情况下，PCBA平面CTE可以实质上类似于图像传感器平面CTE。即，PCBA平面CTE可以被选择为(例如，在10％、5％、1％或0.1％以内)类似于图像传感器平面CTE。
在一些实施方式中，图像传感器封装130可以包括具有第一图像传感器基板表面133a和第二图像传感器基板表面133b的图像传感器基板132。在示例实施方式中，图像传感器基板132可以由陶瓷或塑料材料形成。例如，图像传感器基板132可以包括氧化铝(例如，Al2O3)材料或另一种类型的半导体器件封装材料。附加地或替代地，图像传感器基板132可以包括玻璃强化环氧树脂层压材料，诸如FR-4。其它类型的刚性基板材料在本公开中是可能的并且被考虑到。
在示例实施方式中，图像传感器管芯134可以经由管芯附接材料135联接到第一图像传感器基板表面133a。图像传感器管芯134可以包括焦平面阵列或另一种类型的多元件光电探测器传感器。例如，图像传感器管芯134可以包括多个电荷耦合器件(CCD)元件和/或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)元件。在一些实施方式中，系统100可以包括多个图像传感器管芯。在示例实施方式中，图像传感器管芯134可以被配置为检测在红外光谱(例如，约700纳米至约1000纳米)中和/或在可见光谱(例如，约400纳米至约700纳米)内的光。使用图像传感器管芯134感测在其它光谱范围内的光(例如，具有在8-12微米之间的波长的长波长红外(LWIR)光)在这里是可能的并且被考虑到。
图像传感器管芯134可以根据图像传感器格式来配置(例如，定大小或定尺寸)。例如，图像传感器管芯134可以包括全画幅(例如，35毫米)格式传感器。附加地或替代地，图像传感器管芯134可以包括“裁剪传感器”格式，诸如APS-C(例如，28.4mm对角线)或一英寸(例如，15.86mm对角线)格式。其它图像传感器格式在本公开的范围内被考虑到并且是可能的。
附加地或替代地，在各种实施方式中，图像传感器封装130可以包括盖玻璃136和间隔物138。在这种情况下，间隔物138可以围绕图像传感器管芯134的周界设置。此外，间隔物138可以设置在盖玻璃136的表面(例如，靠近图像传感器管芯134的表面)和第一图像传感器基板表面133a之间。
在一些实施方式中，第二图像传感器基板表面133b可以包括多个平面栅格阵列(LGA)垫。将理解，虽然在这里描述了LGA布置，但电联接和/或物理联接系统100的一个或更多个元件的其它方式是可能的并且被考虑到。例如，实施方式可以包括但不限于球栅阵列(BGA)、针栅阵列(PGA)、表面安装垫、线接合和/或其它类型的电连接和/或物理连接。
在各种示例中，PCBA 110和图像传感器封装130之间的腔室的至少一部分可以用填充材料160来填充。在一些实施方式中，填充材料160可以包括环氧树脂材料或CTE匹配材料中的至少一种。在相关实施方式中，填充材料160可以根据填充模式实质上填充PCBA 110和图像传感器封装130之间的腔室。填充模式可以包括以下至少之一：全区域填充、拐角区域填充或拐角边缘接合。示例填充模式参照图4被示出和描述。
在一些实施方式中，系统100可以包括联接到传感器保持器140的透镜总成170。在这种情况下，传感器保持器140可以包括开口146，该开口146被配置为提供透镜总成170与图像传感器封装130和/或图像传感器管芯134之间的光学通路。在一些示例中，透镜总成170可以包括至少一个透镜。透镜总成170和所述至少一个透镜可以定义光轴(例如，如关于图2A和图2B示出和描述的光轴202)、焦距和/或对应的焦平面。所述至少一个透镜可以包括一个或更多个平凸透镜、棱镜透镜、圆柱透镜、圆锥透镜和/或其它类型的透镜。
在一些实施方式中，透镜总成170的焦平面可以由垂直于光轴202且在透镜总成170定义的焦距处与光轴202相交的平面来表示。在一些实施方式中，焦平面可以表示一平面，图像传感器管芯134的表面(或另一特征)可以沿着该平面定位以获得具有最佳聚焦的图像。
在一些示例中，透镜总成170和/或其对应的(多个)透镜可以提供小于或等于2.8的f数。f数可以由焦距除以透镜总成170的孔径的直径来定义。
在各种示例中，焦距可以是固定焦距。即，焦距在系统100的正常操作期间可以实质上不变。在这种情况下，系统100可以是固定焦距系统(例如，不包括自动聚焦机构的系统)。这样的固定焦距系统可以有利地以比自动聚焦系统高的可靠性且没有自动聚焦时滞地来提供实时成像。然而，将理解，具有拥有可变焦距和/或自动聚焦功能的透镜总成170的实施方式在本公开的范围内也被考虑到并且是可能的。
在示例实施方式中，传感器保持器140可以经由安装布置180附接到PCBA 110。在这种情况下，安装布置180可以包括在多个安装位置184将传感器保持器140联接到PCBA110的多个安装销182。此外，在一些实施方式中，可以确定和/或选择安装布置180以最小化PCBA 110和传感器保持器140之间的热致应力。
在一些实施方式中，多个安装销182可以从第二传感器保持器表面144朝向且穿过PCBA 110延伸。在一些实施方式中，多个安装销182可以延伸穿过PCBA 110。在这种情况下，多个安装销182可以用螺母压配合、螺入或拧紧以将传感器保持器140固定到PCBA 110。
在其它实施方式中，传感器保持器140可以经由多个紧固件联接到PCBA 110的表面。在这种情况下，传感器保持器140可以包括一个或更多个螺纹通孔或直壁通孔。所述多个紧固件可以包括例如至少两个螺纹螺栓。紧固件可以由铝、钢或另一种类型的结构材料形成。在一些实施方式中，可以选择紧固件材料以最小化CTE失配和/或减轻传感器保持器140和PCBA110之间的热致应力。
在这样的示例中，相应螺栓可以穿过PCBA 110并螺合到传感器保持器140的通孔中。在这种情况下，紧固件的螺栓头可以邻接PCBA 110的第二表面并螺合到传感器保持器140中。以此方式，可以将压缩联接力施加到PCBA 110和传感器保持器140。然而，将压缩联接力施加到PCBA 110和传感器保持器140的其它方式在本公开内是可能的并且被考虑到。在这样的示例中，传感器保持器140可以防止可能由热循环诱发弯曲解除(debowing)或应力解除(destressing)引起的PCBA 110和图像传感器封装130相对于透镜总成170的移动。
在各种示例实施方式中，传感器保持器140可以被配置为将图像传感器封装130和/或图像传感器管芯134的位置维持在透镜总成170的焦平面的10微米以内。在其它实施方式中，传感器保持器140可以被配置为将图像传感器封装130的位置维持在相对于焦平面的2微米、5微米、20微米、50微米或另一距离以内。
在一些示例中，传感器保持器140可以被配置为在-40℃至85℃之间的至少25个热循环内维持图像传感器封装130相对于透镜总成170的位置。
在一些示例中，安装布置180可以包括相对于图像传感器封装130设置成非等边三角形的三个安装位置184。示例安装布置180关于图3被示出和描述。
在示例实施方式中，系统100还可以包括壳体。壳体可以包括外部保护表面或涂层及其它可能性。壳体可以包括例如系统100的外壳或外壁。在一些实施方式中，壳体可以包括形成为片形状、圆顶形状、圆柱形状或另一种形状的丙烯酸材料。可形成壳体的其它刚性材料是可能的并且被考虑到。在这种情况下，系统100可以包括布置在PCBA 110和壳体之间的热传递材料。在示例实施方式中，热传递材料可以包括具有至少1.0W/(m·K)、1.5W/(m·K)、2.0W/(m·K)或5.0W/(m·K)或者在1.0W/(m·K)至10.0W/(m·K)之间的范围内的热导率的材料。在一些实施方式中，热传递材料可以包括热间隙垫。作为示例，热间隙垫可以由硅酮弹性体材料形成，并且可以包括一个或更多个黏性表面。此外，热间隙垫可以包括非强化间隙填充材料(例如，诸如可购自贝格斯(Bergquist)公司的Gap
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1500)。热间隙垫可以具有1.5W/m-K的热导率，并且可以可顺应于低硬度纹理。然而，其它类型的热传递材料在本公开的范围内被考虑到并且是可能的。
总体而言，系统100的元件可以包括至少一些不同的材料。例如，图像传感器管芯134可以包括诸如硅或砷化镓的半导体材料。在一些情况下，图像传感器管芯134可以被封装在氧化铝封装中。接合构件120可以包括镀金铜、铝和/或其它导电和/或导热金属材料。PCBA 110可以包括印刷电路板材料，诸如FR-4。
在示例实施方式中，系统100的每个元件可以具有不同热膨胀系数(CTE)。CTE可以包括给定对象的大小如何随温度变化而改变的量度。例如，针对给定压力，每种材料的CTE可以包括每度温度变化的大小(例如，长度和/或体积)的分数变化。例如，氧化铝传感器封装(例如，图像传感器封装130)可以具有约7ppm/℃的CTE，而印刷电路板(例如，PCBA 110)可以具有约14ppm/℃的CTE。
可以选择和/或利用系统100的一个或更多个元件来达成系统100的至少一部分的被动无热化。例如，可以选择系统100的材料以减少某些部分(例如，PCBA 110和图像传感器封装130)相对于其它部分(例如，透镜总成170和/或传感器保持器140)的与温度和应力相关的移动，如在本公开中所述。特别地，可以在设计系统100时考虑各种材料CTE。
如这里所述，材料的CTE和材料界面处的失配CTE可能导致系统100的各种部件的作为应力的函数的图像平面移位、翘曲和/或倾斜。在一些实施方式中，可以期望实质上匹配一个或更多个材料界面(例如，包括图像传感器、图像传感器封装、基板/PCB、PCBA等的界面)处的CTE。例如，此类界面处的材料的相应CTE可以被调节或选择为彼此尽可能接近以减少归因于温度相依应力的可靠性失效和不期望的光学散焦。
在示例实施方式中，可以选择在系统100中彼此物理联接和/或靠近的各种材料的CTE使得CTE差异的组合实质上为零。例如，透镜总成170、主动对准接合和传感器保持器140的组合CTE可以等于接合构件120、图像传感器封装130、透镜总成170的一个或更多个透镜和/或此类透镜的温度相依焦距的组合CTE。在达成对系统100进行差分CTE补偿的一个方法中，可以调节材料和部分的形状和/或大小以(至少近似地)达成以下关系：CTE透镜总成+CTE主动对准接合+CTE传感器保持器＝CTE接合构件+CTE图像传感器封装+CTE透镜+透镜的以ppm/℃为单位的温度相依焦距。
可以采取此类被动无热化步骤，以最小化系统100的各种部件之间的总CTE失配并在广的正常操作温度范围(例如，-40℃和85℃)内被动地将图像传感器封装130实质上维持在透镜总成170的焦平面处。
在一些示例中，系统100可以包括控制器。在一些实施方式中，控制器可以是电联接到图像传感器管芯134的读出集成电路(ROIC)。控制器包括现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中的至少一种。附加地或替代地，控制器可以包括存储器和一个或更多个处理器。所述一个或更多个处理器可以包括通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器等)。所述一个或更多个处理器可以被配置为运行存储在存储器中的计算机可读程序指令。在一些实施方式中，所述一个或更多个处理器可以运行程序指令以提供这里描述的至少一些功能和操作。
存储器可以包括可由所述一个或更多个处理器读取或存取的一个或更多个计算机可读存储介质或者采取所述一个或更多个计算机可读存储介质的形式。所述一个或更多个计算机可读存储介质可以包括可整体地或部分地与所述一个或更多个处理器中的至少一个集成的易失性和/或非易失性存储部件，诸如光学、磁性、有机或其它存储器或磁盘存储。在一些实施方式中，可以使用单个物理装置(例如，一个光学、磁性、有机或其它存储器或磁盘存储单元)来实现存储器，而在其它实施方式中，可以使用两个或更多个物理装置来实现存储器。
如所提及的，存储器可以包括与系统100的操作相关的计算机可读程序指令。这样，存储器可以包括用于执行或促进这里描述的一些或所有功能的程序指令。控制器被配置为执行操作。在一些实施方式中，控制器可以经由运行存储在存储器中的指令的处理器来执行操作。
在一些示例中，操作可以包括控制图像传感器封装130经由透镜总成170来捕获一个或更多个图像。控制图像传感器封装130可以包括调节、选择和/或指示图像传感器封装130根据一个或更多个图像捕获性质来捕获所述一个或更多个图像。图像捕获性质可以包括期望的孔径、期望的曝光时间和/或期望的图像传感器光敏度(例如，ISO)及其它可能性。
控制器可以被配置为执行与使用系统100来捕获图像相关的其它操作。在一些示例中，系统100可以可选地包括一个或更多个照明装置(例如，发光二极管)。在示例实施方式中，控制器可以协调照明装置的操作以在通过图像传感器封装130的图像捕获之前和/或期间恰当地照明场景。
图2A示出了根据示例实施方式的系统200的一部分的斜角视图。系统200可以包括与如参照图1所示和所述的系统100的元件相似或相同的元件。
一些示例实施方式包括安装到图像传感器基板132的图像传感器管芯134。在一些示例中，盖玻璃136可以光学耦合到图像传感器管芯134。盖玻璃136可以沿着光轴202经由一个或更多个间隔物138与图像传感器管芯134的光敏区域间隔开。图像传感器封装130可以联接到PCBA 110，该PCBA110可以包括印刷电路板材料，诸如FR-4。
传感器保持器140可以经由安装布置180联接到PCBA 110，该安装布置180可以包括至少一个安装销182a。在这种情况下，安装销182a可以位于安装位置184a。在示例实施方式中，传感器保持器140可以经由第二传感器保持器表面144联接到PCBA 110。此外，传感器保持器140可以经由第一传感器保持器表面142联接到透镜总成170。将理解，在本公开的范围内，传感器保持器140也可以通过其它手段联接到PCBA 110。
在示例实施方式中，透镜总成170可以包括可定义光轴202的一个或更多个透镜。在这种情况下，图像传感器管芯134可以经由传感器保持器140中的开口146和透镜总成170光学耦合到系统200的环境。以此方式，入射光204可以与透镜总成170相互作用并被聚焦和/或准直到图像传感器管芯134上。
图2B示出了根据示例实施方式的系统200的一部分的剖视图。如所示出的，图像传感器封装130可以经由多个接合构件120联接到PCBA 110。如这里所述，接合构件120可以包括一个或更多个接合垫(例如，接合垫122a和122b)。接合构件120可以包括一个或更多个球接合(例如，球接合124)。此外，PCBA 110和图像传感器封装130之间的体积可以至少部分地经由诸如环氧树脂、另一种类型的粘合剂或热固性材料的填充材料被填充。
图2B也示出了分别位于安装位置184a-184c的多个安装销182a-182c。在一些实施方式中，安装销182a-182c可以相对于PCBA 110或图像传感器封装130的平面布置成非等边三角形。
图3示出了根据示例实施方式的系统的各种安装布置300。安装布置300可以包括例如用于相对于如联接到PCBA 110的图像传感器管芯134的位置和尺寸将传感器保持器140联接到PCBA 110的各种空间安装位置。
安装布置310包括相对于图像传感器管芯134的窄扩展三角形安装图案。在这种情况下，安装布置310可以包括分别位于安装位置314a、314b和314c的三个安装销312a、312b和312c。在示例实施方式中，窄扩展三角形安装图案可以包括布置在等边三角形的相应顶点处的安装位置314a、314b和314c。在这种情况下，安装位置314a、314b和314c之间的相对距离Lside可以为约20.8毫米(例如，等边三角形可以具有20.8毫米的边长)。在其它实施方式中，安装位置可以间隔开距离Lside，该距离Lside可以在从10毫米至25毫米或更大的范围内。
安装布置320包括相对于图像传感器管芯134的广扩展三角形安装图案。安装布置320可以包括布置在非等边三角形的顶点处的安装位置324a、324b和324c。在这种情况下，安装布置320可以包括分别位于安装位置324a、324b和324c的三个安装销322a、322b和322c。作为示例，与安装布置310(例如，上面描述的窄扩展三角形安装图案)相比，安装布置320可以包括在+x方向上(相对于安装位置314a)搬迁(relocate)3毫米的安装位置324a、在-x方向上(相对于安装位置314b)搬迁3毫米的安装位置324b、以及在+y方向上(相对于安装位置314c)搬迁3毫米的安装位置324c。虽然相对于安装布置310具体描述了安装布置320，但是将理解，各种其它安装位置在本公开内是可能的并且被考虑到。
安装布置330包括相对于图像传感器管芯134的菱形安装图案。在这种情况下，安装布置330可以包括分别位于安装位置334a、334b、334c和334d的四个安装销332a、332b、332c和332d。
安装布置340包括相对于图像传感器管芯134的矩形安装图案。在这种情况下，安装布置340可以包括分别位于安装位置344a、344b、344c和344d的四个安装销342a、342b、342c和342d。
在一些实施方式中，各种安装布置300可以提供图像传感器管芯134和/或系统100和200的其它元件上的不同量和/或空间梯度的热致应力。这样，可以基于估计的热致疲劳循环寿命来选择系统100和200的给定配置的特定安装布置。作为一个这样的示例，可以基于估计的循环寿命比其它可比较系统配置(例如，与利用矩形安装图案340的系统配置相比)大10％、20％、50％、100％或200％(或更多)来选择广扩展三角形安装图案320。
将理解，其它安装布置在这里是可能的并且被考虑到。此外，将理解，图像传感器管芯134可以具有各种不同的形状和大小。这样，可以基于图像传感器管芯134的形状和/或大小来选择安装布置300。
图4示出了根据示例实施方式的各种填充模式400的俯视图和剖视图。各种填充模式400可以包括用于将填充材料160施加到图像传感器基板132和PCBA 110之间的间隙的不同方式。如这里所述，填充材料160可以包括热固性环氧树脂或另一种类型的底部填充材料。在一些实施方式中，可以选择和/或修改填充材料160和/或其对应的CTE和/或导热性质以降低、减轻和/或消除归因于热循环的接合疲劳的可能性。
全填充模式410可以包括用填充材料160实质上填充图像传感器基板132和PCBA110之间的整个间隙。在这种情况下，填充材料160可以以这样的方式被选择和/或施加以容易地“芯吸(wick)”到图像传感器基板132和PCBA 110之间的间隙中。在一些实施方式中，全填充模式410可以提供最佳热导率。然而，在一些示例中，与周围材料相比，全填充模式410可以提供归因于填充材料160的CTE失配的热致疲劳失效的更高可能性。
拐角填充模式420可以包括用填充材料160填充图像传感器基板132和PCBA 110之间的四个拐角中的每个。在这种情况下，填充材料160可以以这样的方式被选择和/或施加以免容易地“芯吸”于图像传感器基板132和PCBA 110之间。换言之，填充材料160的黏度和/或其它性质可以被选择以免芯吸到基板之间的间隙中。在一些实施方式中，与完全填充模式410相比，拐角填充模式420可以提供归因于填充材料160的CTE失配的更少热致疲劳失效的可能性。
拐角胶模式430可以包括用填充材料160填充位于图像传感器基板132和PCBA 110之间的拐角附近的仅一小区域/体积。在这种情况下，填充材料160可以以这样的方式被选择和/或施加以完全不芯吸到图像传感器基板132和PCBA 110之间的间隙中。例如，拐角胶模式430中利用的填充材料160可以具有实质上高于全填充模式410中利用的填充材料160的黏度的黏度。在一些实施方式中，与全填充模式410和/或拐角填充模式420相比，拐角胶模式430可以提供甚至更多的热循环。
图6示出了显示根据示例实施方式的近似接合热循环寿命对球高度和球直径的图600。各种模拟指示，给定电接合的近似热循环寿命随着球接合高度和球接合直径单调递增。例如，如图600所示，这样的模拟指示，随着球接合直径从0.9mm增加到1.1mm，给定接合的近似寿命循环从320个循环增加到4300个循环，循环寿命增加10倍不止。如图600所示，对应于球接合直径的相应球高度从0.15mm增加到0.55mm。
图7示出了根据示例实施方式的若干系统配置之间的比较700。例如，比较700示出了各种模型配置(例如，LGA旧PCB、LGA新PCB、LGA新+底部填充、以及BGA新PCB)。比较700包括若干列，包括总应变、关键焊料接合处的应力(MPa)、每循环的平均体积应变能量密度、预测循环寿命的第一模型(例如，舒伯特模型(Schubert’s model))、预测循环寿命的第二模型(例如，赛义德模型(Syed’s model))和寿命循环测试。如比较700所示，由于低应变能量密度，结合借助填充材料(例如，填充材料160)的底部填充利用的LGA阵列可以提供最大循环寿命。
图8示出了根据示例实施方式的系统800的一部分。在一些实施方式中，系统800可以包括与如关于图1、图2A和图2B所示和所述的系统100和200的元件相似或相同的元件。例如，系统800包括图像传感器封装130和PCBA 110。
如图8所示，系统800还可以包括中介层190。中介层800可以包括具有期望热导率的实质上平面基板。在一些实施方式中，与制造系统800的其它元件的其它材料相比，期望的热导率可以相对较低(例如，0.52W/mK)。在一些实施方式中，中介层190可以包括多个通孔通路(THV)802，该多个通孔通路(THV)802可以提供PCBA 110和图像传感器基板表面133b之间的导电和/或导热。在示例实施方式中，THV 802可以用铜或另一导电材料填充。在一些实施方式中，THV 802可以每个具有200微米的直径和940微米的长度。将理解，THV 802的其它尺寸被考虑到并且是可能的。
系统800可以包括多个接合垫(例如，122a、122b和122c)和/或多个球接合构件(例如，球接合构件124)。
在一些实施方式中，通过利用中介层190，在接合疲劳和/或接合失效之前，系统800可以具有高得多的数量的预测的热循环(例如，与没有中介层相比，为2×、10×或100×)。
在一些实施方式中，合并有系统100的一个或更多个单元可以附接到或以其它方式安装到载具，如下面所述。
III.示例载具
图5A、图5B、图5C、图5D和图5E示出了根据示例实施方式的载具500。载具500可以是半自主或全自主载具。虽然图5将载具500示出为汽车(例如，客车)，但是将理解，载具500可以包括可使用传感器和关于其环境的其它信息在其环境内导航的另一种类型的自主载具、机器人或无人机。
载具500可以包括一个或更多个传感器系统502、504、506、508和510。在一些实施方式中，传感器系统502、504、506、508和510可以包括如关于图1、图2A和图2B所示和所述的系统100和/或200。换言之，这里在别处描述的图像传感器系统可以联接到载具500和/或可以结合载具500的各种操作被利用。作为示例，系统100和200可以用于载具500的自驾驶或其它类型的导航、规划和/或地图绘制操作。
虽然在载具500上的某些位置上示出了一个或更多个传感器系统502、504、506、508和510，但是将理解，更多或更少的传感器系统可以随载具500被利用。此外，与图5A、图5B、图5C、图5D和图5E所示的传感器系统的位置相比，可以调节、修改或以其它方式改变此类传感器系统的位置。
在一些实施方式中，一个或更多个传感器系统502、504、506、508和510可以附加地或替代地包括LIDAR传感器。例如，LIDAR传感器可以包括相对于给定平面(例如，x-y平面)布置在一角度范围内的多个光发射器装置。例如，传感器系统502、504、506、508和510中的一个或更多个可以被配置为绕垂直于给定平面的轴线(例如，z轴)旋转以用光脉冲照明载具500周围的环境。基于检测反射光脉冲的各个方面(例如，经过的飞行时间、偏振、强度等)，可以确定关于环境的信息。
在示例实施方式中，传感器系统502、504、506、508和510可以被配置为提供可能与载具500的环境内的物理对象相关的相应点云信息。虽然载具500以及传感器系统502、504、506、508和510被示出为包括某些特征，但是将理解，其它类型的传感器系统在本公开的范围内被考虑到。
示例实施方式可以包括具有多个光发射器装置的系统。该系统可以包括LIDAR装置的传输块。例如，该系统可以是载具(例如，汽车、卡车、摩托车、高尔夫球车、飞行器、船等)的LIDAR装置或者可以是该LIDAR装置的部分。所述多个光发射器装置中的每个光发射器装置被配置为沿着相应光束仰角发射光脉冲。相应光束仰角可以基于参考角或参考平面，如这里别处所述。在一些实施方式中，参考平面可以基于载具500的运动轴线。
虽然这里描述和示出了具有单个光发射器装置的LIDAR系统，但是具有多个光发射器装置的LIDAR系统(例如，在单个激光管芯上具有多个激光棒的光发射器装置)也被考虑到。例如，由一个或更多个激光二极管发射的光脉冲可以被可控地引导在系统的环境各处。光脉冲的发射角可以通过扫描装置(诸如例如机械扫描镜和旋转马达)来调节。例如，扫描装置可以绕给定轴线以往复运动旋转和/或绕垂直轴线旋转。在另一实施方式中，光发射器装置可以朝向自旋棱镜反射镜发射光脉冲，这可以引起光脉冲基于与每个光脉冲相互作用时棱镜反射镜角度的角度被发射到环境中。附加地或替代地，扫描光学器件和/或其它类型的电-光-机械装置可以用光脉冲在环境各处进行扫描。
在一些实施方式中，单个光发射器装置可以根据可变的射束排程和/或以可变的每射束功率来发射光脉冲，如这里所述。即，每个激光脉冲或射束的发射功率和/或定时可以基于射束的相应仰角。此外，可变的射束排程可以基于在距LIDAR系统或距支撑LIDAR系统的给定载具的表面(例如，前保险杠)的给定距离处提供期望的垂直间隔。作为示例，当来自光发射器装置的光脉冲指向下时，由于至目标的较短的预期最大距离，每射束功率可以减小。相反地，由光发射器装置以高于参考平面的仰角发射的光脉冲可以具有相对更高的每射束功率，以提供足够的信噪比从而充分地检测行进更长距离的脉冲。
在一些实施方式中，可以以动态方式针对每个射束控制每射束功率/能量。在其它实施方式中，可以针对连续的若干脉冲(例如，10个光脉冲)的组控制每射束功率/能量。即，可以在每脉冲基础上和/或在每若干脉冲基础上改变光脉冲队列的特性。
虽然图5A-5E示出了附接到载具500的各种传感器，但是将理解，载具500可以合并有其它类型的传感器。
IV.示例制造方法
图9示出了根据示例实施方式的方法900。方法900可以包括制造光学系统的方法。图10A和图10B示出了根据示例实施方式的图9的方法900的一个或更多个块。将理解，方法900可以包括比这里明确示出或以其它方式公开的步骤或块更少或更多的步骤或块。此外，方法900的相应步骤或块可以按任何顺序被执行，并且每个步骤或块可以被执行一次或更多次。在一些实施方式中，方法900的一些或所有块或步骤可以与如关于图1、图2A、图2B、图5A、图5B、图5C、图5D和图5E所示和所述的系统100和/或载具500的元件相关。
块902包括经由多个接合构件(例如，接合构件120)将图像传感器封装(例如，图像传感器封装130)联接到印刷电路板总成(PCBA)(例如，PCBA 110)。在一些实施方式中，可以经由多个接合垫(例如，接合垫122)执行将图像传感器封装联接到PCBA，所述多个接合垫可以布置成LGA或另一接合垫配置。替代地或附加地，将图像传感器封装联接到PCBA可以利用多个球接合构件(例如，球接合构件124)。例如，在这种情况下，球接合构件可以具有在500微米至1500微米之间的直径。附加地或替代地，球接合构件可以具有在100微米和750微米之间的球高度。将理解，其它球接合构件大小和/或形状在这里是可能的并且被考虑到。
参照图10A，场景1000示出了将图像传感器封装130(例如，图像传感器基板132、图像传感器管芯134等)联接到印刷电路板总成110。即，图像传感器封装130可以经由多个接合构件120联接到PCBA 110，该多个接合构件120可以包括接合垫122a、接合垫122b和/或球接合构件124。如图10A所示，多个接合构件120可以至少部分地填充有填充材料160(例如，底部填充环氧树脂)。将理解，填充材料160可以包括热固性环氧树脂或另一种类型的底部填充材料。在一些实施方式中，可以选择填充材料160以降低、减轻和/或消除归因于热循环的接合疲劳的可能性。
块904包括将传感器保持器联接到PCBA。在这种情况下，图像传感器封装和传感器保持器联接到PCBA以最小化以下至少之一中的热致应力：多个接合构件、PCBA、传感器保持器或图像传感器封装。在一些实施方式中，传感器保持器可以经由安装布置(例如，安装布置180)联接到PCBA，该安装布置可以包括一个或更多个紧固件(例如，螺母、螺栓、销等)。
参照图10B，场景1020示出了将传感器保持器140联接到PCBA 110。如所示出的，图10B包括经由位于安装位置184a的安装销182a将传感器保持器140联接到PCBA 110。如这里所述，安装布置180可以包括联接到PCBA110的三个、四个、五个或更多个安装销182。然而，其它布置是可能的并且被考虑到。
在一些实施方式中，方法900可以进一步包括沿着图像传感器封装的背侧在相应接合垫上形成相应球接合构件。在这种情况下，多个接合构件中的每个接合构件可以包括联接到相应球接合构件的相应接合垫。
在各种实施方式中，方法900还可以包括提供图像传感器封装。在示例实施方式中，图像传感器封装可以包括具有第一表面和第二表面的图像传感器基板以及图像传感器管芯。图像传感器管芯经由管芯附接材料联接到图像传感器基板的第一表面。图像传感器封装还可以包括盖玻璃和间隔物。间隔物围绕图像传感器管芯的周界设置。此外，间隔物设置在图像传感器基板的第一表面和盖玻璃的表面之间。
在一些实施方式中，方法900可以附加地包括用填充材料填充PCBA和图像传感器封装之间的腔室的至少一部分。在一些实施方式中，填充材料可以包括但不限于环氧树脂材料或CTE匹配材料中的至少一种。
此外，根据填充模式来执行填充PCBA和图像传感器封装之间的腔室的至少一部分。填充模式可以包括以下至少之一：全区域填充、拐角区域填充或拐角边缘接合。
在示例实施方式中，方法900还进一步包括将透镜总成联接到传感器保持器，其中传感器保持器包括配置为提供透镜总成和图像传感器封装之间的光学通路的开口。
在各种实施方式中，方法900可以包括根据安装布置将传感器保持器附接到PCBA。安装布置可以包括例如在多个安装位置将传感器保持器联接到PCBA的多个安装销。在这种情况下，选择安装布置以最小化PCBA和传感器保持器之间的热致应力。在一些实施方式中，安装布置可以包括相对于图像传感器封装设置成非等边三角形的三个安装位置。
图10B示出了根据示例实施方式的图9的方法的一部分。
图中所示的特定布置不应被视为是限制性的。应理解，其它实施方式可包括更多或更少的在给定图中示出的每一元件。此外，可以组合或省略一些示出的元件。此外，说明性实施方式可以包括图中未示出的元件。
表示信息处理的步骤或块可以对应于可配置为执行这里描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替代地或附加地，表示信息处理的步骤或块可以对应于程序代码(包括相关数据)的模块、段或部分。程序代码可以包括可由处理器运行以实现方法或技术中的特定逻辑功能或动作的一个或更多个指令。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质(诸如包括磁盘、硬盘驱动器或其它存储介质的存储装置)上。
计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如短时段存储数据的计算机可读介质，像寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括存储程序代码和/或数据达较长时段的非暂时性计算机可读介质。因此，计算机可读介质可以包括辅助或永久长期存储，例如像只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质还可以是任何其它易失性或非易失性存储系统。计算机可读介质可以被认为是例如计算机可读存储介质或有形存储装置。
虽然已经公开了各种示例和实施方式，但是其它示例和实施方式对于本领域技术人员将是明显的。各种所公开的示例和实施方式是出于说明的目的而不旨在进行限制，其中真实范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
印刷电路板总成(PCBA)；
图像传感器封装，经由多个接合构件联接到所述PCBA；以及
联接到所述PCBA的传感器保持器，其中所述图像传感器封装和所述传感器保持器联接到所述PCBA以最小化以下至少之一中的热致应力：所述多个接合构件、所述PCBA、所述传感器保持器或所述图像传感器封装。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个接合构件中的每个接合构件包括：
相应接合垫，联接到所述图像传感器封装的表面；以及
相应球接合构件，联接在所述相应接合垫和所述PCBA之间。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述PCBA包括：
多个电绝缘层压层；以及
多个导电层压层。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述PCBA具有PCBA平面热膨胀系数(CTE)，其中所述图像传感器封装具有图像传感器平面CTE，其中所述PCBA平面CTE实质上类似于所述图像传感器平面CTE。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像传感器封装包括：
图像传感器基板，具有第一表面和第二表面；
图像传感器管芯，其中所述图像传感器管芯经由管芯附接材料联接到所述图像传感器基板的所述第一表面；
盖玻璃；以及
间隔物，其中所述间隔物围绕所述图像传感器管芯的周界设置，以及其中所述间隔物设置在所述图像传感器基板的所述第一表面和所述盖玻璃的表面之间。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述图像传感器封装的所述第二表面包括多个平面栅格阵列(LGA)垫。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述PCBA和所述图像传感器封装之间的腔室的至少一部分用填充材料填充。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述填充材料包括环氧树脂材料或CTE匹配材料中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述填充材料根据填充模式来填充所述PCBA和所述图像传感器封装之间的所述腔室，其中所述填充模式包括以下至少之一：全区域填充、拐角区域填充或拐角边缘接合。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括联接到所述传感器保持器的透镜总成，其中所述传感器保持器包括配置为提供所述透镜总成和所述图像传感器封装之间的光学通路的开口。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器保持器经由安装布置附接到所述PCBA，其中所述安装布置包括在多个安装位置将所述传感器保持器联接到所述PCBA的多个安装销，其中选择所述安装布置以最小化所述PCBA和所述传感器保持器之间的热致应力。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述安装布置包括相对于所述图像传感器封装设置成非等边三角形的三个安装位置。
13.一种制造光学系统的方法，所述方法包括：
经由多个接合构件将图像传感器封装联接到印刷电路板总成(PCBA)；以及
将传感器保持器联接到所述PCBA，其中所述图像传感器封装和所述传感器保持器联接到所述PCBA以最小化以下至少之一中的热致应力：所述多个接合构件、所述PCBA、所述传感器保持器或所述图像传感器封装。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括形成所述多个接合构件，其中形成每个接合构件包括：
将相应接合垫联接到所述图像传感器封装的表面；以及
将相应球构件联接到所述相应接合垫。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括提供所述图像传感器封装，其中所述图像传感器封装包括：
图像传感器基板，具有第一表面和第二表面；
图像传感器管芯，其中所述图像传感器管芯经由管芯附接材料联接到所述图像传感器基板的所述第一表面；
盖玻璃；以及
间隔物，其中所述间隔物围绕所述图像传感器管芯的周界设置，以及其中所述间隔物设置在所述图像传感器基板的所述第一表面和所述盖玻璃的表面之间。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括用填充材料来填充所述PCBA和所述图像传感器封装之间的腔室的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述填充材料包括环氧树脂材料或CTE匹配材料中的至少一种。
18.根据权利要求16所述的方法，其中根据填充模式来执行填充所述PCBA和所述图像传感器封装之间的所述腔室的所述至少一部分，其中所述填充模式包括以下至少之一：全区域填充、拐角区域填充或拐角边缘接合。
19.根据权利要求13所述的方法，进一步包括将透镜总成联接到所述传感器保持器，其中所述传感器保持器包括配置为提供所述透镜总成和所述图像传感器封装之间的光学通路的开口。
20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括根据安装布置将所述传感器保持器附接到所述PCBA，其中所述安装布置包括在多个安装位置将所述传感器保持器联接到所述PCBA的多个安装销，其中选择所述安装布置以最小化所述PCBA和所述传感器保持器之间的热致应力，其中所述安装布置包括相对于所述图像传感器封装设置成非等边三角形的三个安装位置。
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