CN114744481A - 一种芯片封装体、感光模组、激光发射模组和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种芯片封装体、感光模组、激光发射模组和激光雷达，涉及光电封装技术领域，通过透明绝缘封装胶体将光子裸芯片直接封装至电路板的方式，能够有效简化封装的步骤，降低封装成本，还可以通过透明绝缘封装胶体加固邦定线与光子裸芯片的连接、光子裸芯片与电路板的连接。透明绝缘封装胶体保护光子裸芯片免受外界的灰尘、凝露接触芯片而导致光子裸芯片失效。此外，本申请能够避免已封装芯片再封装至电路板时所引入的额外寄生电感和热阻，使器件能够具有较高的峰值出光功率和较大的电光转换效率且可以满足车规级的可靠性。本申请的芯片封装体能够作为一个模块可以很灵活的集成于控温系统中保证在高低温环境中性能较小的偏差。

Description

一种芯片封装体、感光模组、激光发射模组和激光雷达

技术领域

本申请涉及光电封装技术领域，具体而言，涉及一种芯片封装体、感光模组、激光发射模组和激光雷达。

背景技术

随着信息和控制技术的快速发展，自动驾驶技术逐渐被汽车厂家和用户所接受。自动驾驶不仅能够将汽车行驶的危险性降到最低，而且能够减轻用户繁重的驾驶任务，因此，自动驾驶是未来汽车发展的趋势。为了具有级别更高的自动驾驶能力，需要在车身上安装多种传感器，激光雷达属于其中的一种。

现有搭载在汽车上的激光雷达通常称为车载激光雷达，在组装过程中，通常为先对激光芯片单独进行车规级封装并对封装结构内部的激光芯片电极进行引出形成引脚，然后再将单独封装完成后的激光芯片整体贴装于电路板并将引脚对应连接至电路板，此种封装方式，一方面会引入较大的寄生电感和热阻，导致器件性能受限，另一方面会使得封装步骤较为复杂，成本居高不下。如果直接将裸光子芯片封装在电路板上虽然也可以减小寄生电感和热阻，但是光子芯片裸漏在外面易受到外界环境中灰尘、水汽等的影响而短期内失效，可靠性差。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种芯片封装体、感光模组、激光发射模组和激光雷达，在简化封装步骤的同时，还能够降低因封装引入的寄生电感和热阻，从而提高器件性能且保证了较高的车规可靠性。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种芯片封装体，包括电路板和光子裸芯片，光子裸芯片设置于电路板，且光子裸芯片与电路板的驱动电路通过邦定线连接以由驱动电路驱动光子裸芯片，在电路板上还设置有至少包覆光子裸芯片的透明绝缘封装胶体，光子裸芯片具有用于光束出射或入射的窗口。

可选的，透明绝缘封装胶体至少包覆光子裸芯片和邦定线。

可选的，驱动电路包括驱动芯片，光子裸芯片通过邦定线与驱动芯片连接。

可选的，驱动电路包括驱动芯片，光子裸芯片的正极通过邦定线与驱动芯片连接。

可选的，光子裸芯片直接贴装于电路板，或，光子裸芯片通过衬底贴装于电路板。

可选的，透明绝缘封装胶体与窗口对应的外壁表面为平面。

可选的，在透明绝缘封装胶体与窗口对应的外壁表面设置有光学整形部，以对用于出射窗口的光束进行整形。

可选的，光学整形部为凸部，凸部用于沿快轴和/或慢轴方向对出射窗口的光束进行准直。

可选的，透明绝缘封装胶体的透光率大于95%。

可选的，透明绝缘封装胶体的材质为环氧树脂、硅胶和热固性塑料中的一种。

本申请实施例的另一方面，提供一种感光模组，包括上述任一种的芯片封装体，芯片封装体的光子裸芯片为感光芯片。

本申请实施例的再一方面，提供一种激光发射模组，包括上述任一种的芯片封装体，芯片封装体的光子裸芯片为激光器裸芯片。

本申请实施例的又一方面，提供一种激光雷达，包括上述任一种的激光发射模组。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种芯片封装体、感光模组、激光发射模组和激光雷达，通过透明绝缘封装胶体至少包覆光子裸芯片以将其直接封装至电路板的方式能够有效简化封装的步骤，降低封装成本。同时，通过透明绝缘封装胶体对光子裸芯片的覆盖从而对光子裸芯片提供良好的保护，使得光子裸芯片可以免受外界的灰尘、水汽的影响，使芯片封装体能够满足高可靠性要求，例如车规级。通过透明绝缘封装胶体一来能够加固光子裸芯片与电路板的连接，二来还能够加固邦定线与光子裸芯片的连接，避免邦定线与光子裸芯片上的焊盘键合力弱而脱落。

然后，本申请通过透明绝缘封装胶体将光子裸芯片直接封装至电路板的方式，能够避免已封装芯片再封装至电路板时所引入的额外寄生电感和热阻，换言之，本申请能够有效降低回路中的寄生电感，从而减小上升沿、下降沿时间，进而减小脉宽，便于提高脉冲峰值功率，同时也能够降低热阻，使器件能够具有较高的峰值出光功率和较大的电光转换效率。此外，本申请的芯片封装体能够作为一个模块可以很灵活的集成于控温系统中保证在高低温环境中性能较小的偏差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种芯片封装体的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种芯片封装体局部放大图；

图3为本申请实施例提供的一种光子裸芯片未封装的状态示意图之一；

图4为本申请实施例提供的一种光子裸芯片未封装的状态示意图之二；

图5为本申请实施例提供的一种芯片封装体封装后的结构示意图之一；

图6为本申请实施例提供的一种芯片封装体封装后的结构示意图之二；

图7为本申请实施例提供的一种光子裸芯片为出光芯片的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种光子裸芯片为感光芯片的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种芯片封装体的俯视图；

图10为本申请实施例提供的一种芯片封装体在快轴方向对光束进行准直的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种芯片封装体在慢轴方向对光束进行准直的示意图。

图标：100-电路板；110-光子裸芯片；111-衬底；120-驱动芯片；130-透明绝缘封装胶体；131-凸部；140-电子元器件；150-邦定线；210-光束。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供一种芯片封装体，通过将光子裸芯片直接封装至电路板的方式，能够避免已封装芯片封装至电路板时所引入的额外寄生电感和热阻，从而导致器件性能受限，同时也能保证光子裸芯片直接封装在板子上的高可靠性。由于省去了先对裸芯片进行单独封装的步骤，还能够有效简化整体封装的步骤，降低封装成本，有助于提高封装良率。下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。

请参阅图1、图2和图9，示出了芯片封装体完成封装后的结构，芯片封装体包括电路板100和光子裸芯片110，光子裸芯片110被直接封装于电路板100。其中，电路板100至少具有驱动功能，以便于驱动光子裸芯片110处于工作状态，处于工作状态的光子裸芯片110可以是出光或感光。在一些实施方式中，电路板100可以是主板，换言之，如图1和图2所示，在电路板100上还可以设置有多种电子元器件140，例如在电路板100上还设置有处理器、存储器、电源管理模块以及通讯模块等，各电子元器件140之间可以根据电路板100上的线路按需进行连接以实现对应功能。

请参阅图3或图4，示出了光子裸芯片110设置于电路板100且未封装的状态，在一种实施方式中，光子裸芯片110的负极可以位于光子裸芯片110的底面且通过键合工艺与电路板100连接，光子裸芯片110的正极则位于光子裸芯片110的顶面且通过邦定线150连接至电路板100，以此，便于电路板100能够直接驱动光子裸芯片110。在一种实施方式中，光子裸芯片110的正极可以位于光子裸芯片110的底面且通过键合工艺与电路板100连接，光子裸芯片110的负极则位于光子裸芯片110的顶面且通过邦定线150连接至电路板100，以此，便于电路板100能够直接驱动光子裸芯片110。

为实现电路板100对光子裸芯片110的驱动，电路板100具有驱动电路，光子裸芯片110与驱动电路连接。在一种实施方式中，参阅图1至图11，驱动电路包括驱动芯片120，光子裸芯片110通过邦定线150与驱动芯片120连接。

电路板100的类型可以是陶瓷电路板、氧化铝陶瓷电路板、氮化铝陶瓷电路板以及FR4电路板等，本申请对其类型不做限制，具体选择时可以根据实际需求进行合理设置。

例如，一种实施方式中：如图3所示，电路板100为陶瓷电路板，此时，可以将光子裸芯片110直接键合于陶瓷电路板，然后再通过邦定线150将光子裸芯片110连接至陶瓷电路板。

另一种实施方式中：如图4所示，电路板100为FR4电路板，鉴于光子裸芯片110和FR4电路板之间可能存在热膨胀系数不匹配的问题，可以先将光子裸芯片110设置于衬底111，然后将具有光子裸芯片110的衬底111贴装于FR4电路板，形成图4中，衬底111位于光子裸芯片110和电路板100之间的结构，以此，能够通过衬底111来平衡光子裸芯片110和FR4电路板之间的热膨胀失配，同理，在光子裸芯片110和其它类型电路板之间存在热膨胀失配问题时，可以参照该方式进行改善，此处不再赘述。需要说明的是，在光子裸芯片110具有衬底111时，可以将光子裸芯片110底面的负极由衬底111上的背孔引出，从而实现光子裸芯片110负极与电路板100的连接。

在电路板100上固定设置光子裸芯片110后，请参阅图1和图2，还可以在电路板100上设置透明绝缘封装胶体130，通过透明绝缘封装胶体130对光子裸芯片110进行包覆，以此达到将光子裸芯片110直接封装至电路板100的目的。此外，光子裸芯片110具有用于光束出射或入射的窗口。

综上，首先，本申请通过透明绝缘封装胶体130至少包覆光子裸芯片110以将其直接封装至电路板100的方式能够有效简化封装的步骤，降低封装成本。同时，通过透明绝缘封装胶体130对光子裸芯片110的覆盖从而对光子裸芯片110提供良好的保护，使得光子裸芯片110可以免受外界的灰尘、水汽的影响，使芯片封装体能够满足高可靠性要求，例如车规级。通过透明绝缘封装胶体130一来能够加固光子裸芯片110与电路板100的连接，二来还能够加固邦定线150与光子裸芯片110的连接，避免邦定线150与光子裸芯片110上的焊盘键合力弱而脱落。

然后，本申请通过透明绝缘封装胶体130将光子裸芯片110直接封装至电路板100的方式，能够避免已封装芯片再封装至电路板时所引入的额外寄生电感和热阻，换言之，本申请能够有效降低回路中的寄生电感，从而减小上升沿、下降沿时间，进而减小脉宽，便于提高脉冲峰值功率，同时也能够降低热阻，使器件能够具有较高的峰值出光功率和较大的电光转换效率。此外，本申请的芯片封装体能够作为一个模块可以很灵活的集成于控温系统中保证在高低温环境中性能较小的偏差。

在一些实施方式中，邦定线150可以是金线、铜线、银线等，可以通过引线键合工艺实现对应的连接，例如光子裸芯片110的正极和/负极通过金丝键合与驱动芯片120连接，以此降低回路的寄生电感。

在一些实施方式中，位于电路板100上的光子裸芯片110可以是一片或多片，本申请对其不做特别限制。例如在将多片光子裸芯片110直接封装至电路板100时，可以是先将多片光子裸芯片110对应的设置于电路板100并完成光子裸芯片110与电路板100的电连接，此时，可以通过以下两种方式对其进行封装：一是，针对单独的光子裸芯片110对应涂覆单独的透明绝缘封装胶体130对其进行包覆；二是，针对多片光子裸芯片110涂覆同一个透明绝缘封装胶体130对多个片光子裸芯片110进行包覆。

在通过透明绝缘封装胶体130将光子裸芯片110封装至电路板100时，为了保证光子裸芯片110的可靠性，应当使得透明绝缘封装胶体130能够至少全包覆光子裸芯片110，在此基础上，还可以根据透明绝缘封装胶体130的包覆范围进行合理选择，以下将结合附图做进一步的说明：

在一种实施例中，请参阅图5，透明绝缘封装胶体130完全包覆光子裸芯片110和部分邦定线150，以此，能够通过透明绝缘封装胶体130对邦定线150连接至光子裸芯片110的部分进行加固，降低邦定线150从光子裸芯片110上的焊盘脱落的可能，从而提高芯片封装体的可靠性和稳定性。

在一种实施例中，请参阅图6，透明绝缘封装胶体130完全包覆光子裸芯片110和邦定线150，换言之，邦定线150完全嵌入于透明绝缘封装胶体130中，以此，能够通过透明绝缘封装胶体130对邦定线150进行加固，降低邦定线150从电路板100或光子裸芯片110上的焊盘脱落的可能，从而进一步的提高芯片封装体的可靠性和稳定性。此外，封装后的光子裸芯片110和电路板100作为一个整体模块在后端光学装调工艺中能够很好的避免触碰邦定线150使得光子裸芯片110失效。

在一种实施例中，请参阅图7，透明绝缘封装胶体130完全包覆光子裸芯片110、邦定线150和驱动芯片120，以此，借助透明绝缘封装胶体130能够对光子裸芯片110、邦定线150和驱动芯片120进行良好的保护和密封，提高芯片封装体的可靠性和稳定性。

在一种实施例中，透明绝缘封装胶体130还可以对整个电路板100均进行包覆，以此将光子裸芯片110、邦定线150、驱动芯片120和电路板100上的多种电子元器件140均进行包覆，提高芯片封装体的可靠性和稳定性。

可选的，光子裸芯片110可以是激光器裸芯片或感光芯片，例如当光子裸芯片110为激光器裸芯片时，可以将其应用于激光发射模组，请参阅图7，通过电路板100上的驱动电路能够驱动光子裸芯片110向外出射光束210；当光子裸芯片110为感光芯片时，可以将其应用于感光模组，请参阅图8，通过电路板100上的驱动电路同样能够驱动光子裸芯片110对入射的光束210进行感光。

请参阅图7和图8所示，为了降低透明绝缘封装胶体130对光束210的影响，可以使得透明绝缘封装胶体130在与光子裸芯片110窗口对应的外壁表面设置为平面（图7或图8中透明绝缘封装胶体130的右侧壁为平面），以此使得光束210在由窗口入射或出射时所受到的影响较小，能够顺利且准确的传输。

为了使得芯片封装体能够具有较佳的光学性能，还可以在透明绝缘封装胶体130与窗口对应的外壁表面设置有光学整形部，换言之，在光子裸芯片110窗口的前端形成光学整形部，如此，在光束从窗口出射时，能够对光束进行整形，从而提高激光器裸芯片的出光质量，进而提高芯片封装体的光学性能。

在一种实施例中，光学整形部可以与透明绝缘封装胶体130的材质一致；在一种实施例中，光学整形部还可以采用与透明绝缘封装胶体130材质不一致的材料进行制作，本申请对其不做限制。

光学整形部可以是凸部131，其能够对经窗口出射的光束进行预准直，从而降低杂散光，提高光学性能，请参照图10和图11所示，光子裸芯片110为激光器裸芯片，在光子裸芯片110受驱出射光束210时，能够使得光束210在凸部131的作用下进行准直，以提高光子裸芯片110的出光质量。

在一种实施例中，请参阅图10，示出了凸部131在快轴方向对光束210进行预准直，即在光子裸芯片110受驱由窗口出射光束210时，光束210经过凸部131时能够在快轴方向被准直。

在一种实施例中，请参阅图11，示出了凸部131在慢轴方向对光束210进行预准直，即在光子裸芯片110受驱由窗口出射光束210时，光束210经过凸部131时能够在慢轴方向被准直。

在一种实施例中，凸部131在够同时在快轴方向和慢轴方向对光束210进行预准直，即在光子裸芯片110受驱由窗口出射光束210时，光束210经过凸部131时能够在快轴和慢轴方向均被准直。

在一种实施例中，透明绝缘封装胶体130为高温热固胶体，即透明绝缘封装胶体130在常温下为流体，在光子裸芯片110贴装至电路板时，透明绝缘封装胶体130经过回流焊等工艺时可以在高温下进行固化。

在一种实施例中，透明绝缘封装胶体130的材质为环氧树脂、硅胶和热固性塑料中的一种。

在一种实施例中，透明绝缘封装胶体130的透光率大于95%。

本申请实施例的另一方面，提供一种感光模组，包括上述任一种的芯片封装体，芯片封装体的光子裸芯片为感光芯片。

本申请实施例的再一方面，提供一种激光发射模组，包括上述任一种的芯片封装体，芯片封装体的光子裸芯片为激光器裸芯片。

本申请实施例的又一方面，提供一种激光雷达，包括处理器以及上述任一种的芯片封装体，处理器设置于芯片封装体的电路板100上，且处理器通过邦定线与电路板100连接，以此可以实现处理器与光子裸芯片110的信息交互。从而在激光雷达搭载在载具上时，还可以在电路板100上设置与处理器可信息交互的接收器，芯片封装体中的光子裸芯片110可以作为激光器裸芯片，并在电路板100的驱动下受激朝向目标物出射光束，光束到达目标物后反射并被接收器接收，处理器根据出光芯片和接收器的各项参数信息，确定目标物的信息。其中，目标物信息可以是形状、距离等信息，探测信号可以是出射或接收的时间、图像等信息。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种芯片封装体，其特征在于，包括电路板和光子裸芯片，所述光子裸芯片设置于所述电路板，且所述光子裸芯片与所述电路板的驱动电路通过邦定线连接以由所述驱动电路驱动所述光子裸芯片，在所述电路板上还设置有至少包覆所述光子裸芯片的透明绝缘封装胶体，所述光子裸芯片具有用于光束出射或入射的窗口。

2.如权利要求1所述的芯片封装体，其特征在于，所述透明绝缘封装胶体至少包覆所述光子裸芯片和所述邦定线。

3.如权利要求1所述的芯片封装体，其特征在于，所述驱动电路包括驱动芯片，所述光子裸芯片通过所述邦定线与驱动芯片连接。

4.如权利要求3所述的芯片封装体，其特征在于，所述透明绝缘封装胶体至少包覆所述光子裸芯片、所述邦定线和所述驱动芯片。

5.如权利要求1所述的芯片封装体，其特征在于，所述光子裸芯片直接贴装于所述电路板，或，所述光子裸芯片通过衬底贴装于所述电路板。

6.如权利要求1所述的芯片封装体，其特征在于，所述透明绝缘封装胶体与所述窗口对应的外壁表面为平面。

7.如权利要求1所述的芯片封装体，其特征在于，在所述透明绝缘封装胶体与所述窗口对应的外壁表面设置有光学整形部，以对用于出射所述窗口的光束进行整形。

8.如权利要求7所述的芯片封装体，其特征在于，所述光学整形部为凸部，所述凸部用于沿快轴和/或慢轴方向对出射所述窗口的光束进行准直。

9.如权利要求1至8任一项所述的芯片封装体，其特征在于，所述透明绝缘封装胶体的透光率大于95%。

10.如权利要求1至8任一项所述的芯片封装体，其特征在于，所述透明绝缘封装胶体的材质为环氧树脂、硅胶和热固性塑料中的一种。

11.一种感光模组，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的芯片封装体，所述芯片封装体的光子裸芯片为感光芯片。

12.一种激光发射模组，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的芯片封装体，所述芯片封装体的光子裸芯片为激光器裸芯片。

13.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求12所述的激光发射模组。

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