CN114430627B - 一种复合式传感器封装载板的制造方法及激光雷达传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式传感器封装载板的制造方法及激光雷达传感器，包括PCB电路基板、第一光杯板，以及第二光杯板，具体步骤如下：第一步，在PCB电路基板上形成功能性电路，封装焊盘一和封装焊盘二制作；第二步，在PCB电路基板上塞入阻焊材料，并进行开窗处理；第三步，将PCB电路基板、第一光杯板和第二光杯板通过真空热压合方式堆叠压合起来形成具有多个封装载板的载板型材，而第二光杯板与第一光杯板压合后在封装焊盘一上方形成具有台阶的安装位；第四步，根据实际情况将载板型材分割成适合的大小尺寸，通过安装位的设置可以有效对光学单元起到限位的作用，避免在热压合的过程中滑动移位。

Description

一种复合式传感器封装载板的制造方法及激光雷达传感器

技术领域

本发明属于芯片封装技术领域，具体是一种复合式传感器封装载板的制造方法及激光雷达传感器。

背景技术

目前手机等消费类电子传感器封装，通常采用平面PCB基板封装，先在PCB基板上做芯片封装，再压铸塑封胶密封，最后再注塑屏蔽保护塑胶外壳形成单颗器件，制作工艺复杂，对压铸塑封胶和注塑屏蔽保护塑胶外壳的要求很高，成品良品率低下，成本高昂，且封装出的成品器件还存在气密性，灵敏度，稳定性等品质问题。

而高性能的固态激光雷达传感器封装通常采用陶瓷基板作为封装载板，虽具有密封性好、稳定性高，散热性能好等优点，但是陶瓷基板存在质地较脆易碎裂，表面金属电路附着力差，难以进行复杂精密加工等缺点，导致成品传感器件外形尺寸粗大，且无法进行复杂精密线路加工，难以满足更高性能芯片的封装需求，封装出的激光雷达传感器件的尺寸或性能受限，另外，陶瓷基板易碎裂，不能钻孔数量不能够太多，给加工带动的困难；

还有，固态激光雷达传感器封装陶瓷基板基本靠国外进口或直接进口成品器件，价格非常高昂，特别是光学相控阵(OPA)全固态激光雷达传感器，目前更是只被国外大公司所垄断，比如美国Quanergy公司近期推出的，基于固态OPA技术的激光雷达传感器；对于自动驾驶等需求超长探测距离，高精度，高灵敏度，高可靠性，高集成化和小型化的高性能激光雷达传感器，国内存在被卡脖子的问题，并且由于陶瓷基板的基本特性，也阻碍了激光雷达传感器更好满足自动驾驶发展的更高需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合式传感器封装载板的制造方法及激光雷达传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合式传感器封装载板制造方法，包括PCB电路基板、第一光杯板，以及第二光杯板，所述第一光杯板含有若干第一光杯孔，所述第二光杯板含有若干与第一光杯孔对应的第二光杯孔，所述第二光杯孔的孔径大于第一光杯孔，具体步骤如下：

第一步，通过在PCB加工流程在电路基板上形成功能性电路，功能性电路中设有若干封装焊盘一和若干封装焊盘二；

第二步，将PCB电路基板、第一光杯板和第二光杯板通过真空热压合方式堆叠压合起来形成具有多个封装载板的载板型材，其中封装焊盘一均位于对应的第一光杯孔内，通过第一光杯板将PCB电路基板的封装焊盘一周边被围蔽起来，起到保护屏蔽的作用；而第二光杯板与第一光杯板压合后在封装焊盘一上方形成具有台阶的安装位；

第三步，根据实际情况将载板型材分割成适合的大小尺寸，形成符合式传感器封装载板。

进一步的技术方案，在第三步通过真空热压合后，通过钻孔形成贯穿第一光杯板（12）、PCB电路基板（11），以及封装焊盘二(112)的通孔一（15），再采用电镀方式在通孔一（15）内形成导电层，使形成于第一光杯板（12）上的若干连接焊盘(122)与封装焊盘二(112)连通，所述连接焊盘（122）设在第一光杯板(12)背离PCB电路基板（11）的一面；

进一步的技术方案，第一步中还包括钻孔步骤，形成的通孔二贯穿封装焊盘一、PCB电路基板及封装焊盘二，之后采用电镀的方式在通孔二内形成导电层，使封装焊盘一和封装焊盘二连通。

进一步的而技术方案，第一步中，对封装焊盘一和封装焊盘二进行表面处理，可以是沉金，也可以镀银，也可以镀金。

进一步的技术方案，第二步中，真空热压步骤具体如下：

将PCB电路基板、第一光杯板和第二光杯板堆叠整齐并固定，使第一光杯孔与封装焊盘对应，第二光杯孔与第一光杯孔对应，从开始压合到压合结束在不同时间段采用不同的加热温度和压力，其中压合程式设定为真空度0.07-0.09MPa，第一阶段温度100℃、压力150psi、时间20min，第二阶段温120℃、压力200psi、时间20min，第三阶段温度150℃、压力280psi、时间30min，第四阶段温度180℃、压力420psi、时间50min，最后通过冷压系统降温到常温状态。

进一步的技术方案，第二步之前，在PCB电路基板上塞入阻焊材料，并进行开窗处理，使PCB电路基板表面变得平整，塞入阻焊材料及开窗步骤如下：

S1、在PCB电路基板两面均填充阻焊材料，使阻焊材料进入每个封装焊盘之间的间隙，并且覆盖每一个封装焊盘；

S2、通过高温将两面的阻焊材料进行烘干固化；

S3、进行研磨开窗处理，将位于封装焊盘表面的固化阻焊材料研磨去掉，让每一个封装焊盘显露出来，周围又完全被阻焊材料包裹，同时使PCB电路基板的表面变得平整。

一种激光雷达传感器，包括上述封装载板，所述封装载板中的封装焊盘一邦定有功能芯片，位于功能芯片上方的安装位中固设有光学单元。

进一步的技术方案，所述光学单元为滤光片或光学透镜。

进一步的技术方案，所述光学单元为使用注入树脂的方式形成的透光块，其中树脂塞满封装载板的内腔并包裹住功能芯片。

进一步的技术方案，所述封装载板与光学单元连接围合成封装空腔，向空腔内注入功能气体。

本发明的有益效果：

1、根据本发明所制备出来的传感器封装载板及传感器器件，轻松解决了常规传感器封装所存在的良品率低，可靠性差，遮蔽保护复杂等问题，也使常规传感器封装的工艺变的更简单，大大降低了传感器封装的生产成本；相对陶瓷类封装的传感器体积更小，邦定线路的复杂度和精密度均可满足高性能芯片的封装需求，并且制造工艺简单，由于PCB电路基板表面经过平整处理，可以使第一光杯板与PCB电路基板完全贴合成一个整体，而第一光杯板和第二光杯板表面本身就很平整，同样可以很好地压合在一起，因此整体封装载板的气密性和可靠性可以非常好的满足车规级要求；

2、通过两层光杯板压合的设置，使第一光杯板和第二光杯板之间形成台阶，在制作激光雷达传感器时，光学单元可以置于第二光杯孔内，也就是经过压合后形成的具有台阶的安装位，通过安装位的设置可以有效对光学单元起到限位的作用，避免在热压合的过程中滑动移位。

3、通过在第一光杯板上设置连接焊盘，形成与封装焊盘一形成错层分布，用于邦定芯片的封装焊盘一与连接焊盘不在一个平面，从而不但可以节省空间，提高封装器件的小型化和集成度，而且大幅度节约了焊线材料，同时使焊接线更短降低异常机率，提高产品的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1：本发明的封装载板结构示意图。

图2：本发明的实施例一示意图。

图3：本发明的实施例二示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1依据本发明方法制作的封装载板1可应用于激光雷达传感器中，具体包括PCB电路基板11、第一光杯板12，以及第二光杯板13，其中第一光杯板12具有若干第一光杯孔121，第二光杯板13具有若干第二光杯孔131，而第二光杯孔131的孔径大于第一光杯孔121，具体制作步骤如下：

实施例一，参照图2；

第一步，采用机械或镭射钻孔等方式形成贯穿PCB电路基板11的预设通孔二113，之后采用电镀或填充金属材料的方式在通孔二113内形成导通层；通过曝光显影、蚀刻等步骤在PCB电路基板11上形成功能性电路，功能性电路的两面分别形成有封装焊盘一111和封装焊盘二112，且通过预设通孔二113形成导通连接；

第二步，用环氧树脂胶通过真空热压合方式将PCB电路基板11、第一光杯板12和第二光杯板13堆叠压合起来形成封装载板1，要说明的是，可以先将PCB电路基板11与第一光杯板12压合，然后再将第二光杯板13压合在第一光杯板12之上，也可以是将PCB电路基板11、第一光杯板12和第二光杯板13通过对齐固定一次性压合，其效果是一样的；

压合完成后，封装焊盘一111位于对应的第一光杯孔121内，并且通过第一光杯板12将PCB电路基板11的封装焊盘一111周边被围蔽起来，起到保护屏蔽的作用；而第二光杯板13与第一光杯板12压合后在封装焊盘一111上方形成具有台阶123的安装位132；

以PCB电路基板11、第一光杯板12和第二光杯板13三者一次性真空热压合为例，从开始压合到压合结束在不同时间段采用不同的加热温度和压力，压合程式设定为真空度0.07-0.09MPa，第一阶段温度100℃，压力150psi，时间20min、第二阶段温度120℃，压力200psi，时间20min、第三阶段温度160℃，压力280psi，时间30min、第四阶段温度180℃，压力420psi，时间60min，最后通过冷压系统降温到常温状态。

要说明的是，光杯孔的制作可以根据需要通过模冲，钻锣，切割等方式形成，第三步之前为压合之前的步骤，PCB电路基板11、第一光杯板12和第二光杯板13还是独立的个体，因此光杯孔的制作步骤可以是在第三步之前任意步骤中同步操作，而不限于在第二步与第三步之间；

第三步，根据实际情况将载板型材分割成适合的封装载板1。

本发明采用易于加工的PCB电路基板11制作出高精密高可靠性的集成封装电路，以适应更高性能芯片的封装要求；无论传感器封装时是采用点胶封装方式还是空腔封装方式，不仅没有气密性问题，而且可以根据需要通过电路的高密度互连实现集成封装，品质稳定性能高，还同时完美的实现了传感器外部的屏蔽保护；由于制作工艺简单成熟，易于批量化生产，成本低廉，更有利于封装器件的集成化和小型化生产。根据本发明所制备出来的传感器件的体积，相对常规传感器件和陶瓷类的传感器件体积更小，还简化了传感器件封装的工艺流程，不但提高了传感器件封装的良品率，而且有效降低了传感器件封装成本。

另外，通过两层光杯板压合的设置，使第一光杯板12和第二光杯板13之间形成台阶123，在制作激光雷达传感器时，光学单元（即滤光片3）可以置于第二光杯孔131内，也就是经过压合后形成的具有台阶123的安装位132，通过安装位132的设置可以有效对光学单元（即滤光片3）起到限位的作用，避免在热压合的过程中滑动移位，当发生移位，粘胶会阻挡光学单元的功能区，也会影响密封性，台阶123不但可以固定压合，也可以在台阶的垂直面即滤光片侧面形成密封（压合胶水会包裹到侧面），增加密封性。

在第二步之前，还可以对PCB电路基板11进行阻焊材料14填充和开窗处理，具体步骤如下：

S1、根据PCB电路基板11上的板孔位资料，在网版上晒出对应的挡点菲林图形，然后将网版安装在丝印机上，使网版挡点对准PCB电路基板11的非下油区，加入阻焊材料14对PCB电路基板11进行丝印，让阻焊材料14进入下油区内，使相邻封装焊盘一111之间的间隙、相邻封装焊盘二112之间的间隙、通孔二113，以及位于PCB电路基板11上其他的孔、槽或凹陷等不平整地方被阻焊材料14塞满，并完全覆盖PCB电路基板11两面的封装焊盘；

S2、对阻焊材料14进行预烤处理，使阻焊材料14形成半固化、不粘物体的状态，然后通过油墨平整机对烤后的阻焊材料14进行平整，再通过高温将阻焊材料14进行烘干固化，要说明的是，阻焊材料14的整平是为了方便后续的研磨，而不是必要步骤；

S3、对覆盖有阻焊材料14的PCB电路基板11进行研磨，将位于封装焊盘表面的固化阻焊材料14研磨去掉，使PCB电路基板11表面变得平整，并让每一个封装焊盘显露出来；

研磨处理后，对PCB电路基板11进行清洗并烘干，再使用微蚀整平液和高压水对封装焊盘进行微蚀整平及清洁处理，之后分别对连接焊盘122和封装焊盘一111和封装焊盘二112进行表面处理，可以是沉金，也可以镀银，也可以镀金；

通过第二步的开窗方式，可以很好的解决小间距密集封装焊盘阻焊开窗偏位的问题，从根本上解决了小间距密集封装焊盘位因为阻焊材料14偏位导致的焊接不良，以及无阻焊油桥导致的连锡短路等问题，为越来越集成化、微小化、密集化的电子产品提供有力的品质保障；

实施例二，参照图3；

传统的传感器邦定方式需要在封装载板1上设置至少两个用于邦定的焊盘，一个用于固晶（固定芯片），另一个用于邦定焊接线；而随着产品对传感器件的精度，灵敏度及功能的要求越来越高，所使用的封装芯片电路就越复杂，也就是说需要更多更密集的邦定焊盘用于连接焊接线，从而限制了封装载板1的进一步小型化。

针对上述存在的问题，在实施例一中的进行第二步之前和之后增加以下处理步骤：

第二步之前，在第一光杯板12背离PCB电路基板11的一面覆有铜箔，第一光杯板12与PCB电路基板11覆有环氧树脂胶，使PCB电路基板11的封装焊盘一111位于第一光杯孔121内对应的标准位置内，使用销钉或预热卯的方式使第一光杯板12和PCB电路基板11固定，将完成热压合之后的型材，进行第二次通孔制作形成通孔二15，使通孔二15贯穿第一光杯板12和PCB电路基板11，再采用电镀方式在通孔内形成导电层；进行第二次曝光显影、蚀刻等步骤，制作出PCB电路基板11的封装焊盘二112，和第一光杯板12表面的连接焊盘122，并通过通孔二15使连接焊盘122与封装焊盘二112连通，成为邦定焊接线的焊盘；

形成连接焊盘122和封装焊盘一111的高低错层分布，用于邦定焊接线的焊盘不需集成在PCB电路基板11上，这样的设计可以大大缩小封装载板1的体积，而且邦定焊接线的距离更短，降低了封装成本，节省空间，提高了邦定焊线的可靠性（邦定线越短出问题的概率越低），同时由于焊线和固晶层的高低错层设计，完全杜绝了固晶胶与邦定焊盘的溢流连接问题；

根据产品需要再次重复实施例一中的第三步，在第一光杯板12表面的连接焊盘122面上压合第二或第三光杯板。

本发明还提供一种激光雷达传感器，包括上述封装载板1，所述封装载板1中的封装焊盘一111邦定有功能芯片2，位于功能芯片2上方的安装位132中固设有光学单元，根据上述两个实施例，该激光雷达传感器也具有多种实施方式，具体如下：

第一种实施方式，功能芯片2和焊接线均邦定在位于第一光杯孔121内的封装焊盘一111上，光学单元为滤光片3，安装在安装位132内，该方案是在实施例一的基础上形成的，其带来的技术效果相同，具体内容可参见实施例一中的叙述；

第二种实施方式，功能芯片2和焊接线均邦定在位于第一光杯孔121内的封装焊盘一111内，光学单元为使用注入树脂的方式形成的透镜其中树脂塞满封装载板1的内腔并包裹住功能芯片2。

第三种实施方式，功能芯片2的焊线与连接焊盘122连接，由于连接焊盘122设在第一光杯板12上，若使用滤光片3存在压住邦定线的可能，因此光学单元同样使用注入树脂的方式形成的透光块4，其中树脂塞满封装载板1的内腔并包裹住功能芯片2。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施。

Claims (9)

1.一种复合式传感器封装载板制造方法，其特征在于：包括PCB电路基板（11）、第一光杯板(12)，以及第二光杯板(13)，所述第一光杯板(12)含有若干第一光杯孔(121)，所述第二光杯板(13)含有若干与第一光杯孔(121)对应的第二光杯孔(131)，所述第二光杯孔(131)的孔径大于第一光杯孔(121)，具体步骤如下：

第一步，通过在PCB加工流程在电路基板（11）上形成功能性电路，功能性电路中设有若干封装焊盘一(111)和若干封装焊盘二(112)；

第二步，将PCB电路基板（11）、第一光杯板(12)和第二光杯板(13)通过真空热压合方式堆叠压合起来形成具有多个封装载板(1)的载板型材，其中封装焊盘一(111)均位于对应的第一光杯孔(121)内；而第二光杯板(13)与第一光杯板(12)压合后在封装焊盘一(111)上方形成具有台阶(123)的安装位(132)；

第三步，通过钻孔形成贯穿第一光杯板（12）、PCB电路基板（11），以及封装焊盘二(112)的通孔一（15），再采用电镀方式在通孔一（15）内形成导电层，使形成于第一光杯板（12）上的若干连接焊盘(122)与封装焊盘二(112)连通，所述连接焊盘（122）设在第一光杯板(12)背离PCB电路基板（11）的一面，形成连接焊盘122和封装焊盘一111的高低错层分布；

根据实际情况将载板型材分割成适合的大小尺寸，形成符合式传感器封装载板。

2.根据权利要求1所述的一种复合式传感器封装载板制造方法，其特征在于：第一步中还包括钻孔步骤，形成的通孔二(113)贯穿封装焊盘一(111)、PCB电路基板（11）及封装焊盘二(112)，之后采用电镀的方式在通孔二(113)内形成导电层，使封装焊盘一(111)和封装焊盘二(112)连通。

3.根据权利要求2所述的一种复合式传感器封装载板制造方法，其特征在于：第一步中，对封装焊盘一(111)和封装焊盘二(112)进行表面处理。

4.根据权利要求3所述的一种复合式传感器封装载板制造方法，其特征在于：第二步中，真空热压步骤具体如下：

将PCB电路基板（11）、第一光杯板(12)和第二光杯板(13)堆叠整齐并固定，使第一光杯孔(121)与封装焊盘对应，第二光杯孔(131)与第一光杯孔(121)对应，从开始压合到压合结束在不同时间段采用不同的加热温度和压力，其中压合程式设定为真空度0.07-0.09MPa，第一阶段温度100℃、压力150psi、时间20min，第二阶段温120℃、压力200psi、时间20min，第三阶段温度150℃、压力280psi、时间30min，第四阶段温度180℃、压力420psi、时间50min，最后通过冷压系统降温到常温状态。

5.根据权利要求4所述的一种复合式传感器封装载板制造方法，其特征在于：第二步之前，在PCB电路基板（11）上塞入阻焊材料(14)，并进行开窗处理，使PCB电路基板（11）表面变得平整，塞入阻焊材料(14)及开窗步骤如下：

S1、在PCB电路基板（11）两面均填充阻焊材料(14)，使阻焊材料(14)进入每个封装焊盘之间的间隙，并且覆盖每一个封装焊盘；

S2、通过高温将两面的阻焊材料(14)进行烘干固化；

S3、进行研磨开窗处理，将位于封装焊盘表面的固化阻焊材料(14)研磨去掉，让每一个封装焊盘显露出来，周围又完全被阻焊材料(14)包裹，同时使PCB电路基板（11）的表面变得平整。

6.一种激光雷达传感器，包括采用权利要求1-5任意一项所述的复合式传感器封装载板制造方法所制作而成的封装载板(1)，所述封装载板(1)中的封装焊盘一(111)邦定有功能芯片(2)，位于功能芯片(2)上方的安装位(132)中固设有光学单元。

7.根据权利要求6所述的一种激光雷达传感器，其特征在于：所述光学单元为滤光片(3)或光学透镜。

8.根据权利要求6所述的一种激光雷达传感器，其特征在于：所述光学单元为使用注入树脂的方式形成的透光块(4)，其中树脂塞满封装载板(1)的内腔并包裹住功能芯片(2)。

9.根据权利要求6所述的一种激光雷达传感器，其特征在于：所述封装载板(1)与光学单元连接围合成封装空腔，向空腔内注入功能气体。

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