CN115236635A - 激光雷达及其驱动芯片、光发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达及其驱动芯片、光发射装置，所述激光雷达包括光发射器件阵列，所述驱动芯片用于驱动所述光发射器件阵列发光，所述驱动芯片包括：基板，所述基板具有互感的第一导电层和第二导电层，第一导电层和第二导电层位于基板的两个相对的表面；芯片主体，所述芯片主体设置在所述基板的第一导电层上。本发明技术方案能够在不增加光发射器件的功耗的基础上，降低光发射器件发光时驱动芯片电路的电感，进而使得驱动芯片在驱动光发射器件发光时提升光发射器件的发光功率；此外，驱动芯片的结构简单，面积小，能够适用于具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达。

Description

激光雷达及其驱动芯片、光发射装置

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达及其驱动芯片、光发射装置。

背景技术

在基于直接飞行时间(Direct Time Of Flight,dToF)的激光雷达等应用中，光发射器件发出光脉冲的脉宽越窄，激光雷达的距离分辨率越高。高性能的激光雷达通常需要激光脉冲宽度仅有几纳秒甚至更低。其中，光发射器件的驱动电路可以简化为开关和激光二极管串联的模型，具体如图1所示。如图1a所示，驱动开关T串联在驱动电源V_DD和激光二极管L之间的驱动电路可以称为高边驱动电路，如图1b所示，驱动开关T串联在激光器和地之间的驱动电路可以称为低边驱动电路。光发射器件的驱动电路可以等效为图2所示的电路。驱动开关T可以等效为理想开关S₀和开关导通电阻R_ON串联，激光二极管可以等效为串联电阻R_S和理想二极管D₀串联，电感L₀和L₁表示驱动芯片电路的电感(即导线电感)。驱动芯片电路的电感L₀和L₁与电路结构、布局等因素相关，通常为几至十几纳亨(nH)。在激光雷达中，光发射器件的峰值电流会高达几安至几十安，驱动电路的电感通常是影响光脉冲上升和下降时间以及脉冲宽度的重要因素。

现有技术中，驱动开关与光发射器件通常采用引线键合(wire-bond)的封装方式耦接，驱动开关和引线的寄生电感会极大限制驱动高密度光发射器件阵列中光发射器件发射窄脉冲时的峰值功率和光电转换效率。为了保证窄脉冲和高峰值电流，现有技术中通常增大驱动电源V_DD的电压，但是会使光发射器件的功耗增加。

结合图2所示的驱动电路的等效电路，可以得出开关S₀关断时光发射器件的电流表达式，具体如公式(1)所示。

其中，

当开关S₀导通时，光发射器件的电流表达式如公式(2)所示：

其中，t₀为开关导通时刻，h为时间常数。

结合上述公式可以看出，驱动芯片电路的电感与时间常数τ是正相关关系，时间常数τ越小，峰值电流越大，光发射器件的发光功率越高。也就是说，驱动芯片电路的电感越小，峰值电流越大，光发射器件的发光功率越高。

现有技术中的驱动芯片通常采用板上芯片(Chip On Board,COB)的工艺形成，可以比较好的减小驱动芯片电路的电感。如图3所示，C₀是电源V_DD的去耦电容，将C₀靠近光发射器件放置。在光发射器件D₀发光时，光发射器件D₀的电流主要由去耦电容C₀上存储的电荷提供，因此从电源V_DD到光发射器件D₀线路上的寄生电阻R_S2和寄生电感L₂和L₃不会存在于光发射器件D0的驱动芯片电路中，起到减小驱动芯片电路电感的作用，并且电源V_DD可以远离光发射器件D₀设置。图4为驱动芯片的器件布局示意图，其中，器件1为去耦电容C₀，器件2为光发射器件D₀，器件3为开关S₀，合理地紧密排布可以使用于光发射器件D₀的驱动芯片电路的电感尽量小。以上方式可以得到较小的分布电感，但是需要分立器件较多，密度较低，面积大，不适合具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达。

现有技术的另一种方案中，可以采用三维(3-dimension,3-D)封装方案形成驱动芯片。将光发射器件、薄膜基板和驱动芯片堆叠放置，从而实现较小的分布电感。最常见的裸芯片叠层3D封装先将生长凸点的驱动芯片倒扣并焊接在薄膜基板上，这种薄膜基板的材质为陶瓷或环氧玻璃，其上有导体布线，内部也有互连焊点，两侧还有外部互连焊点，然后再将多个薄膜基板进行叠装互连。3-D封装方案相比于分立器件方案，避免了引线键合的寄生参数的影响，可以获得更小的驱动芯片电路的电感，但缺点是成本较高，也不适合具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达。

因此，目前亟需一种能够提升光发射器件的发光功率，结构简单，面积小，且适用于具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达的驱动芯片。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何减小光发射器件发光时驱动芯片电路的电感，以提升光发射器件的发光功率，并且能够适用于具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种用于激光雷达驱动电路的驱动芯片，所述激光雷达包括光发射器件阵列，所述驱动芯片用于驱动所述光发射器件阵列发光，所述驱动芯片包括：基板，所述基板具有互感的第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层位于基板的两个相对的表面；芯片主体，所述芯片主体设置在所述基板的第一导电层上。

可选的，所述基板具有绝缘介质层；所述绝缘介质层位于所述基板的第一导电层与第二导电层中间。

可选的，所述第一导电层的厚度大于30微米，所述第二导电层的厚度大于30微米，所述绝缘介质层的厚度小于50微米。

可选的，所述第一导电层用于传输信号路径中的电信号，所述第二导电层用于传输回流路径中的电信号，所述信号路径为电信号由去耦电容流向光发射器件的路径，所述回流路径为电信号由所述光发射器件流回所述去耦电容的路径。

可选的，所述芯片主体的一面设置在所述基板的第一导电层上，所述芯片主体的一面设置有开关器件阵列和驱动电路，所述开关器件阵列中各个开关器件选择性地连接所述光发射器件阵列中各个光发射器件与去耦电容。

可选的，所述开关器件阵列中多个开关器件平行排布于所述芯片主体上，每一开关器件为长条状。

可选的，所述基板的第一导电层与所述光发射器件阵列引线连接，所述基板的第二导电层接地。

可选的，所述第一导电层的导电性高于所述芯片主体的导电性，且所述第一导电层的厚度高于所述芯片主体的厚度。

可选的，所述的驱动芯片还包括：去耦电容，所述去耦电容的一极板设置在所述基板的第一导电层上，所述去耦电容的另一极板与所述第二导电层电连接。

可选的，所述光发射器件阵列设置在所述基板的第一导电层上。

可选的，所述基板的第一导电层与所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阳极引线连接，所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阴极接地。

可选的，所述基板的第一导电层与所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阳极接触连接，所述基板的第二导电层与所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阴极接触连接。

可选的，所述芯片主体焊接在所述基板的第一导电层上。

第二方面，本发明实施例还提供一种光发射装置，光发射装置包括光发射器件阵列，以及驱动芯片，所述驱动芯片用于驱动所述光发射器件阵列发光。

可选的，所述光发射器件阵列包括多个光发射器件，所述多个光发射器件沿水平方向或竖直方向排列。

可选的，每一光发射器件具有至少两个引脚，所述至少两个引脚设置于光发射器件的两端，设置于不同端的引脚与不同驱动芯片中基板的第一导电层连接。

可选的，每一光发射器件的一端设置引脚，每一光发射器件的引脚与所述驱动芯片中基板的第一导电层连接。

可选的，所述光发射器件阵列具有多个光发射器件子阵列，每一光发射器件子阵列包括多个光发射器件，不同光发射器件子阵列与不同驱动芯片中基板的第一导电层相连接。

第三方面，本发明实施例还提供一种激光雷达，激光雷达包括所述的光发射装置以及光接收装置；所述光发射装置用于发射探测光束；所述光接收装置用于接收所述探测光束经目标物体反射的回波光束。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案中，驱动芯片包括基板和芯片主体，基板具有第一导电层和第二导电层，所述基板的第一导电层和第二导电层之间具有互感，芯片主体设置在所述基板的第一导电层上。本发明技术方案中，基板的第一导电层与芯片主体形成驱动芯片电路的信号路径，基板的第二导电层为驱动芯片电路的回流路径，由于第一导电层和第二导电层之间具有互感，因此驱动芯片电路的信号路径和回流路径之间具有互感，从而在不增加光发射器件的功耗的基础上，降低光发射器件发光时驱动芯片电路的电感，进而使得驱动芯片在驱动光发射器件发光时提升光发射器件的发光功率。此外，本申请技术方案中的驱动芯片结构简单，面积小，成本低，能够适用于具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达。

进一步地，第一导电层与第二导电层之间的间隔距离小于预设门限。本发明技术方案中，第一导电层与第二导电层之间的间隔越小，两者之间的互感越大，从而进一步降低驱动芯片电路的整体电感。

进一步地，去耦电容的一极板设置在基板的第一导电层上，去耦电容的另一极板与第二导电层电连接。本发明技术方案通过将去耦电容放置在在驱动芯片中，具体可以设置在基板上，能够进一步降低光发射器件发光时驱动芯片电路的电感。

附图说明

图1是现有技术中一种驱动电路的结构示意图；

图2是现有技术中一种驱动电路的等效电路示意图；

图3是现有技术中一种驱动芯片的结构示意图；

图4是现有技术中一种驱动芯片的器件布局示意图；

图5是本发明实施例提供的一种驱动芯片的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种驱动芯片的等效电路示意图；

图7是本发明实施例提供的一种芯片主体的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种驱动芯片的等效电路示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种驱动芯片的等效电路示意图；

图10是本发明实施例提供的一种开关器件的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种基板正面的示意图；

图12是本发明实施例提供的一种基板底面的示意图；

图13是本发明实施例提供的一种芯片主体的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的一种基板的第一层的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的另一种驱动芯片的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的另一种驱动芯片的正面示意图；

图17是本发明实施例提供的又一种驱动芯片结构示意图；

图18是本发明实施例提供的一种驱动芯片与光发射器件阵列的连接示意图；

图19是本发明实施例提供的另一种驱动芯片与光发射器件阵列的连接示意图；

图20是本发明实施例提供的一种激光雷达原理示意图。

具体实施方式

如背景技术中所述，目前亟需一种能够提升光发射器件的发光功率，且适用于具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达的驱动芯片。

本发明技术方案中，驱动芯片包括基板和芯片主体，基板具有互感的第一导电层和第二导电层，第一导电层和第二导电层位于基板的两个相对的表面；芯片主体设置在基板的第一导电层上。基板的第一导电层与芯片主体形成驱动芯片电路的信号路径，基板的第二导电层为驱动芯片电路的回流路径，由于第一导电层和第二导电层之间具有互感，因此驱动芯片电路的信号路径和回流路径之间具有互感，从而在不增加光发射器件的功耗的基础上，降低驱动芯片电路的整体电感，进而使得驱动芯片在驱动光发射器件发光时提升光发射器件的发光功率。此外，本申请技术方案中的驱动芯片结构简单，面积小，成本低，能够适用于具有多通道高密度光发射器件阵列的激光雷达。

进一步地，第一导电层与第二导电层之间的间隔距离小于预设门限。本发明技术方案中，第一导电层与第二导电层之间的间隔越小，两者之间的互感越大，从而进一步降低驱动芯片电路的整体电感。

进一步地，去耦电容的一极板设置在基板的第一导电层上，去耦电容的另一极板与第二导电层电连接。发明技术方案通过将去耦电容放置在在驱动芯片中，具体可以设置在基板上，能够进一步降低驱动芯片电路的整体电感。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图5是本发明实施例提供的一种驱动芯片的结构示意图。本发明实施例的驱动芯片32用于激光雷达中。激光雷达包括光发射器件阵列，驱动芯片用于驱动光发射器件阵列发光。其中，光发射器件阵列包括多个光发射器件，光发射器件具体可以是激光器，例如可以是垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)，也可以是其他任意可实施类型的激光器。在实际的应用中，光发射器件的数量可以是多个，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，本申请中的驱动芯片可以是用于高密度光发射器件阵列的驱动芯片。具体可以是高边驱动芯片，也可以是低边驱动芯片。其中，驱动芯片中设置有高密度排列的开关器件阵列，开关器件阵列中各个开关器件分别用于驱动光发射器件阵列中各个光发射器件发光。

本实施例中，驱动芯片包括基板10和芯片主体20。基板10具有互感的第一导电层101和第二导电层102，也即第一导电层101和第二导电层102之间具有互感。芯片主体20设置在基板10的第一导电层101上。第一导电层101和第二导电层102位于基板10的两个相对的表面。例如，第一导电层101位于基板10的上表面，第二导电层102位于基板10的下表面。

具体地，第一导电层101与印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)104相连接。

具体地，芯片主体20与基板10的第一导电层101电连接，基板10的第二导电层102接地。当驱动芯片驱动光发射器件阵列发光时，芯片主体20、第一导电层101、光发射器件阵列以及第二导电层102形成完整的发光环路，也可以称为驱动芯片电路。

在一个具体应用场景中，对于共阴极高边驱动光发射器件阵列，基板10的第一导电层101与光发射器件阵列中各个光发射器件的阳极连接，例如可以是引线连接。基板10的第二导电层102和与光发射器件阵列中各个光发射器件的阴极接地。

进一步地，第一导电层101和第二导电层102之间设置有绝缘介质层103。绝缘介质层103可以由任意可实施的绝缘材料形成，本申请对此不作限制。

在一个非限制性的实施例中，第一导电层101的厚度大于30微米，第二导电层102的厚度大于30微米，绝缘介质层103的厚度小于50微米。

本实施例中，第一导电层101和第二导电层102之间的距离，也即绝缘介质层103的厚度影响第一导电层101和第二导电层102之间互感的大小，因此可以设置绝缘介质层103的厚度为足够小的数值，以尽可能的增大第一导电层101和第二导电层102之间的互感，从而尽可能的降低驱动芯片电路的总电感。

需要说明的是，受实际工艺水平的影响，绝缘介质层103的厚度可以是任意可实施的数值，本发明实施例对此不作限制。

在一个优选实施例中，基板10的总厚度为100微米，第一导电层101的厚度、第二导电层102的厚度与绝缘介质层103的厚度的比例为1:1:1，也即第一导电层101的厚度、第二导电层102的厚度与绝缘介质层103的厚度均为33.3微米；或者，第一导电层101的厚度为30微米、第二导电层102的厚度与绝缘介质层103的厚度均为35微米；也可以是，第一导电层101的厚度与第二导电层102的厚度均为35微米，绝缘介质层103的厚度为30微米等。

在具体实施中，除第一导电层101、第二导电层102与绝缘介质层103之外，基板10还可以包括更多层。例如，基板10可以包括通信层，通信层设置有通信电路，用于与现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行通信；基板10可以包括驱动层，驱动层设置有驱动电路，用于触发控制激光器的发射时序。

需要说明的是，根据驱动芯片的实际应用场景以及功能的不同，基板10还可以设置有其他功能层，本申请对此不作限制。

图6示出了驱动芯片的等效电路示意图。其中，去耦电容C₀以及开关器件阵列可以设置在芯片主体20内部。以开关器件G₀为例，开关器件G₀导通时，光发射器件D₀发光，光发射器件D₀的电流主要由去耦电容C₀上存储的电荷提供。由此，光发射器件D₀的发光环路是指由去耦电容C₀、开关器件G₀、等效电阻R_S、光发射器件D₀、导电电感L组成的路径。电源V_DD到光发射器件D₀线路上的寄生电阻R_S2和寄生电感L₂和L₃不会存在于光发射器件D₀的发光环路中。光发射器件D₀的发光环路包括信号路径和回流路径，其中，信号路径是指信号由去耦电容C₀流向光发射器件D₀的路径；回流路径是指信号由光发射器件D₀流向去耦电容C₀的路径。

相应地，请参照图8和图9，光发射器件阵列还可以包括更多光发射器件D₀-D_n。每一光发射器件具有对应的发光环路。

以开关器件G₁为例，开关器件G₁导通时，光发射器件D₁发光，光发射器件D₁的电流主要由去耦电容C₀上存储的电荷提供。光发射器件D₁的发光环路是指由去耦电容C₀、开关器件G₁、等效电阻R_S、光发射器件D₁、导电电感L组成的路径。以光发射器件G_n为例，光发射器件G_n导通时，光发射器件D_n发光，光发射器件D_n的电流主要由去耦电容C₀上存储的电荷提供。光发射器件D_n的发光环路是指由去耦电容C₀、开关器件G_n、等效电阻R_S、光发射器件D_n、导电电感L组成的路径。

本申请实施例中，一并参照图5，芯片主体20与基板10的第一导电层101形成信号路径，基板10的第二导电层102与地之间形成回流路径。由于本申请中基板的双层结构，使第一导电层101和第二导电层102之间具有互感M，即：使信号路径和回流路径之间具有互感M，因此光发射器件的发光环路的整体电感为导线电感L与互感M的差值，从而使发光环路的整体电感降低，以提升光发射器件的发光功率。以图6所示驱动芯片的等效电路为例，导线电感L包括导线电感L₄与导线电感L₅，互感M包括互感M₁和互感M₂。

继续参照图5，芯片主体20倒装放置在基板10的第一导电层101上。也就是说，芯片主体20中具有电路器件的一面(也可以称为正面)与基板10的第一导电层101接触连接。

在一个非限制性的实施例中，芯片主体20的一面设置在基板10的第一导电层上。请参照图7，芯片主体20的一面设置有开关器件阵列(如图7中示出的开关器件0(G₀)、开关器件1(G₁)、开关器件2(G₂)、…、开关器件N(G_n))和驱动电路，驱动电路能够控制开关器件阵列各个开关器件的断开或导通。每一开关器件的一端耦接光发射器件阵列中的一个光发射器件，每一开关器件的另一端耦接去耦电容，开关器件阵列中各个开关器件选择性地连接光发射器件阵列中各个光发射器件与去耦电容。具体地，开关器件导通时，去耦电容放电能够经由该开关器件驱动其所连接的光发射器件发光。

在一个具体例子中，开关器件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，即MOS管，驱动电路可以包括连接MOS管栅极的驱动器。驱动电路还可以包括图6中所示的去耦电容C₀。

下面以芯片主体20的一面设置有MOSFET开关阵列为例对本申请中驱动芯片电路降低电感的原理进行详细说明。

请参照图8，虚线部分表示MOSFET开关的等效电路。其中，G₀表示理想MOSFET开关，L₀和L₁分别表示MOSFET开关M₀的源端(source)和漏端(drain)的寄生电感，R_S0和R_S1分别表示MOSFET开关G₀的源端和漏端的寄生电阻。寄生电感和寄生电阻均与金属走线的长度成正比，以长度5毫米(mm)、高度为200微米(um)的MOSFET为例，寄生电感L₀和L₁的典型值为5纳亨(nH)左右，寄生电阻R_S0和R_S1的典型值为100毫欧(mΩ)。L₄和L₅表示回流路径的导线电感。

继续参照图6，位于信号路径上的寄生电感与位于回流路径上的导线电感之间具有互感。具体地，寄生电感L₀与导线电感L₄具有互感M₁，寄生电感L₁与导线电感L₅具有互感M₂。用于光发射器件D₀的驱动芯片电路的总电感为L₀+L₁+L₄+L₅-M₁-M₂。互感M₁和互感M₂越大，驱动芯片电路的总电感越小。

进一步而言，第一导电层101和第二导电层102之间的距离影响互感M₁和互感M₂的大小，因此可以设置第一导电层与第二导电层之间的间隔距离小于预设门限，其中预设门限可以是足够小的数值，以尽可能的增大互感M₁和互感M₂，从而尽可能的降低驱动芯片电路的总电感。

图8示出了芯片主体20中单个开关器件的等效电路，图9示出了芯片主体20中N个开关器件的等效电路。其中，对于开关器件0，G₀表示MOSFET开关，L₀₀和L₁₀分别表示MOSFET开关G₀的源端(source)和漏端(drain)的寄生电感，R_S00和R_S10分别表示MOSFET开关G₀的源端和漏端的寄生电阻。对于开关器件1，G₁表示MOSFET开关，L₀₁和L₁₁分别表示MOSFET开关G₁的源端(source)和漏端(drain)的寄生电感，R_S01和R_S11分别表示MOSFET开关G₁的源端和漏端的寄生电阻。对于开关器件N，Gn表示MOSFET开关，L_0n和L_1n分别表示MOSFET开关Gn的源端(source)和漏端(drain)的寄生电感，R_S0n和R_S1n分别表示MOSFET开关Gn的源端和漏端的寄生电阻。Ns表示各个开关器件的源极，各个开关器件的源极耦接去耦电容C₀的一端，去耦电容C₀的另一端接地。N₀表示开关器件0的漏极，开关器件0的漏极耦接光发射器件阵列中的光发射器件0(图8中示出的D₀)；N₁表示开关器件1的漏极，开关器件1的漏极耦接光发射器件阵列中的光发射器件1；Nn表示开关器件N的漏极，开关器件N的漏极耦接光发射器件阵列中的光发射器件N(图8中示出的D_n)。具体地，一并参照图10，图10示出了开关器件的具体结构。11表示开关器件的栅极，12表示开关器件在芯片主体20上的导电层，13表示开关器件与芯片主体20的接触点。每一开关器件为长条状。其中，Ns表示开关器件的源极，N_n表示开关器件的漏极。

相应地，在基板10上需要设置与芯片主体20上的开关器件阵列相对应的导电区域1012以及接触点1011，导电区域1012以及接触点1011共同形成基板的第一导电层101。具体请参照图11和图12，图11示出了基板10的正面结构，图12示出了基板10的底面结构。基板10的正面是指设置有第一导电层101的一面，基板10的底面是指设置有第二导电层102的一面。具体地，在基板10的正面，设置有与各个开关器件相对应的导电区域1012。其中，导电区域1012的第一端10121与各个开关器件的源极Ns相连接。具体而言，相邻导电区域1012之间的距离可以设置的足够小，例如小于30微米，优选地可以设置为20-30微米。通过设置相邻导电区域1012之间的距离足够小，能够实现在同一基板10上设置更多数量的开关器件，从而实现驱动芯片应用于高密度光发射器件阵列的激光雷达，提升驱动芯片的应用范围。

更具体地，导电区域1012的长度与宽度的比值可以大于3:1。导电区域1012的长度与宽度分别与开关器件的长度和宽度相对应。本发明实施例设置导电区域1012的长宽比与开关器件的长宽比相适应，由于开关器件的导通电阻与开关器件的沟道宽长比成反比，因此通过设置上述比值来减小开关器件的导通电阻，以提升光发射器件功率和光电转换效率。

在基板10的底面，第二导电层102包括接地区域1021以及连通区域1022。其中接地区域1021接地，连通区域1022表示第一导电层101的导电区域1012延伸至第二导电层102的部分，连通区域1022的数量与开关器件阵列中开关器件的数量一致，各个连通区域1022分别表示各个开关器件的漏极N₀、N₁、…、N_n。在一种具体实施方式中，芯片主体20焊接在第一导电层101上。具体地，在芯片主体20正面阵列排布大量焊盘，在焊盘位置生长焊球。基板10的第一导电层101阵列排布有多个焊盘，且该多个焊盘与芯片主体20正面上的焊球一一对应。

具体地，请参照图13和图14，图13中示出了芯片主体20中多个焊球2011的位置。相应地，在基板10的第一导电层101上具有与多个焊球2011相对应的接触点1011，接触点1011表示焊盘1011。通过将多个焊球2011焊接在第一导电层101的多个焊盘1011，实现芯片主体20与基板10的第一导电层101的焊接。

本发明实施例通过芯片主体20的倒装结构和高密度焊球阵列排布，避免了引线键合带来寄生电感和寄生电阻，使芯片主体20和基板10的第一导电层101之间形成紧密的电连接。基板10的第一导电层101和芯片主体20共同形成了驱动芯片电路的信号路径。

此外，基板10的第二导电层102接地，形成驱动芯片电路的回流路径。由于第一导电层101和第二导电层102之间的间隔距离小于预设门限，两者紧密耦合，使信号路径和回流路径之间的互感增大。

经过试验测量，本申请中驱动芯片电路的总电感为现有技术的引线键合封装方案中驱动芯片电路的总电感的1/5左右，驱动芯片电路的总电感大大降低。

进一步地，在基板10的第一导电层101上，还设置有对应各个开关器件的导电区域1012。

需要说明的是，芯片主体20可以以任意可实施的方式设置于第一导电层101上，以实现芯片主体20与第一导电层101的电连接，本申请对此不作限制。

在驱动芯片用于高密度光发射器件阵列的场景下，芯片主体20需要满足以下条件：提供较高的光发射器件功率和光电转换效率，以及具有较高集成密度的开关阵列。

具体地，继续参照图13，开关器件阵列中多个开关器件(也即开关器件0、开关器件1、开关器件2、…、开关器件N)平行阵列排布于芯片主体20上，每一开关器件为长条状。

在一种具体实施方式中，其中的开关器件0、开关器件1、开关器件2、…、开关器件N可以为P型MOS管。首先，为了实现较高的光发射器件功率和光电转换效率，开关器件的导通电阻需要足够小，例如开关器件的电阻可以为0.1Ω左右。这样的话，开关器件的面积需要较大，以降低开关器件的导通电阻。MOS管的导通电阻与MOS管的沟道宽长比成反比。MOS管的沟道长度由工艺限制，因此只能通过增加沟道宽度来减小导通电阻，这样会牺牲MOS管面积，即沟道长度不变，增大沟道宽度，MOS管的面积也会成比例增加。

其次，为实现具有较高集成密度的开关阵列的布局，开关器件的高度需要降低，因此开关器件需要被布局为长条状结构。例如，开关器件的高度为200um，那么开关器件的长度将达到5mm左右。

但是，开关器件的长度增加的话，基板10的第一导电层101上的导电区域1012长度会相应增加，使得光发射器件的驱动芯片电路的寄生电感和寄生电阻增大。

因此在本申请中，在兼顾驱动芯片面积的基础上，可以设置导电区域1012的宽度大于预设阈值，以尽量减小驱动芯片电路的寄生电阻。

需要说明的是，关于前述的预设门限以及预设阈值的具体数值可以根据实际的工艺条件以及需求来确定，本申请对此不作限制。

在一个非限制性的实施例中，第一导电层101的导电性高于芯片主体20的导电性，且第一导电层101的厚度高于芯片主体20的厚度。

具体而言，芯片主体20上的金属可以为铝，且厚度比第一导电层101的厚度小，导电性能差；基板10的第一导电层101的金属可以为铜，且厚度比芯片主体20的金属厚度高。例如，基板10的第一导电层101的金属厚度为芯片主体20的金属厚度的10倍以上。在这种情况下，基板10的第一导电层101与芯片主体20连接可以显著减小驱动芯片电路的寄生电阻。

在一个优选实施例中，请参照图15，驱动芯片还可以包括去耦电容30。去耦电容30的一极板设置在基板10的第一导电层101上，去耦电容30的另一极板与第二导电层102电连接。

具体地，去耦电容30的上极板1601与基板10的第一导电层101连通，基板10的第一导电层101与光发射器件阵列中各个光发射器件的阳极引线连接；去耦电容30的下极板1602与基板10的第二导电层102连通，并与光发射器件阵列中各个光发射器件的阴极接地。

具体地，请参照图16，去耦电容30的上极板1601与第一导电层101中与各个开关器件的源极Ns对应的导电区域相连通，去耦电容30的下极板1602接地。

本实施例中，通过将去耦电容30放置在基板10的第一导电层101上，能够进一步减小驱动芯片电路的寄生电感。去耦电容30的数量可以是一个、两个或者更多，本申请对此不作限制。

在另一个优选实施例中，请参照图17，去耦电容30和光发射器件阵列40中各个光发射器件均设置在基板10的第一导电层101上。

具体地，光发射器件阵列40中各个光发射器件可以通过引线与基板10的第一导电层101相连接。

在一个可选实施例中，光发射器件阵列40中各个光发射器件也可以与基板10的第一导电层101堆叠连接。

关于去耦电容30与基板10的连接方式可参照前述实施例，此次不再赘述。

本实施例中，通过将去耦电容30和光发射器件阵列40放置在基板10的第一导电层101上，能够进一步减小驱动芯片电路的寄生电感。

本实施例中，将光发射器件阵列40放置在基板10的第一导电层101上，相应地，需要在驱动芯片中预留窗口用于光发射器件阵列40中各个光发射器件发射激光信号通过。

在一个非限制性的实施例中，请参照图18，驱动芯片1与光发射器件阵列2引线连接。具体地，驱动芯片1中基板10的第一导电层101与光发射器件阵列2引线连接。

具体而言，基板10的第一导电层101与光发射器件阵列40中各个光发射器件的阳极引线连接，基板10的第二导电层102与光发射器件阵列40中各个光发射器件的阴极引线连接。

更具体地，各个开关器件在第一导电层101上对应的导电区域与光发射器件阵列2中的各个光发射器件引线连接。

在另一种实施方式中，驱动芯片1也可以与光发射器件阵列2采用混合键合的方式相连接。具体地，光发射器件的阳极的管脚(PAD)和阴极的管脚可以分别混合键合到基板10的第一导电层101和第二导电层102。

需要说明的是，驱动芯片也可以采用其他任意可实施的方式与光发射器件阵列相连接，例如热压键合的方式，本申请对此不作限制。

与图18中单个驱动芯片驱动一个光发射器件阵列不同的是，图19中示出了多个驱动芯片驱动一个光发射器件阵列。通过设置多个驱动芯片驱动光发射器阵列，能够使驱动信号传输至光发射器件阵列中各个光发射器件的路径更短，驱动信号从光发射器件的两端驱动，能够使光发射器件的发光更加均匀。

需要说明的是，驱动芯片1与光发射器件阵列2连接可以是驱动芯片1与光发射器件阵列2引线连接，或者，驱动芯片1与光发射器件阵列2堆叠连接，还可以是其他任意可实施的连接方式，本申请对此不作限制。

本发明实施例还公开了一种光发射装置，光发射装置包括光发射器件阵列和驱动芯片，所述驱动芯片用于驱动所述光发射器件阵列发光。

本实施例中的光发射装置可以是由光发射器件阵列和驱动芯片形成的整体装置，具体可以是如图18和图19示出的整体装置。

进一步地，光发射器件阵列可以包括多个光发射器件，多个光发射器件沿水平方向或竖直方向排列。

进一步地，每一光发射器件具有至少两个引脚，设置于不同端的引脚与不同驱动芯片中基板的第一导电层连接。

请参照图19，每一光发射器件2具有两个引脚，两个引脚分别设置于光发射器件2的两端，两个引脚分别与两个驱动芯片1中基板的第一导电层连接。

进一步地，光发射器件阵列具有多个光发射器件子阵列，每一光发射器件子阵列包括多个光发射器件2，不同光发射器件子阵列与不同驱动芯片1中基板的第一导电层相连接。具体地，设置于各子阵列同一端的引脚可以与同一驱动芯片中基板的第一导电层连接，并且设置于各子阵列不同端的引脚与不同驱动芯片中基板的第一导电层连接。

本发明实施例通过设置至少两个驱动芯片驱动光发射器阵列，能够使驱动信号传输至光发射器件阵列中各个光发射器件的路径更短，驱动信号从光发射器件的两端驱动，能够使光发射器件的发光更加均匀。

请参照图18，每一光发射器件的一端设置引脚，每一光发射器件的引脚与驱动芯片1中基板的第一导电层连接。

本发明实施例还公开了一种激光雷达，请参照图20，激光雷达包括至少一个光发射装置2001以及至少一个光接收装置2002。激光雷达通过光发射装置2001发射探测光束。光接收装置2002用于接收探测光束经目标物体2003反射的回波光束。

进一步地，至少一个光接收装置2002与至少一个光发射装置2001分别对应设置。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/“，表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。

本申请实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。

本申请实施例中出现的“连接”是指直接连接或者间接连接等各种连接方式，以实现设备间的通信，本申请实施例对此不做任何限定。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的；例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种用于激光雷达的驱动芯片，其特征在于，所述激光雷达包括光发射器件阵列，所述驱动芯片用于驱动所述光发射器件阵列发光，所述驱动芯片包括：

基板，所述基板具有互感的第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层位于基板的两个相对的表面；

芯片主体，所述芯片主体设置在所述基板的第一导电层上。

2.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述基板具有绝缘介质层；所述绝缘介质层位于所述基板的第一导电层与第二导电层中间。

3.根据权利要求2所述的驱动芯片，其特征在于，所述第一导电层的厚度大于30微米，所述第二导电层的厚度大于30微米，所述绝缘介质层的厚度小于50微米。

4.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述第一导电层用于传输信号路径中的电信号，所述第二导电层用于传输回流路径中的电信号，所述信号路径为电信号由去耦电容流向光发射器件的路径，所述回流路径为电信号由所述光发射器件流回所述去耦电容的路径。

5.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述芯片主体的一面设置在所述基板的第一导电层上，所述芯片主体的一面设置有开关器件阵列和驱动电路，所述开关器件阵列中各个开关器件选择性地连接所述光发射器件阵列中各个光发射器件与去耦电容。

6.根据权利要求5所述的驱动芯片，其特征在于，所述开关器件阵列中多个开关器件平行排布于所述芯片主体上，每一开关器件为长条状。

7.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述基板的第一导电层与所述光发射器件阵列引线连接，所述基板的第二导电层接地。

8.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述第一导电层的导电性高于所述芯片主体的导电性，且所述第一导电层的厚度高于所述芯片主体的厚度。

9.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，还包括：

去耦电容，所述去耦电容的一极板设置在所述基板的第一导电层上，所述去耦电容的另一极板与所述第二导电层电连接。

10.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述光发射器件阵列设置在所述基板的第一导电层上。

11.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述基板的第一导电层与所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阳极引线连接，所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阴极接地。

12.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述基板的第一导电层与所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阳极接触连接，所述基板的第二导电层与所述光发射器件阵列中各个光发射器件的阴极接触连接。

13.根据权利要求1至12任一项所述的驱动芯片，其特征在于，所述芯片主体焊接在所述基板的第一导电层上。

14.一种光发射装置，其特征在于，包括光发射器件阵列，以及权利要求1至13所述的驱动芯片，所述驱动芯片用于驱动所述光发射器件阵列发光。

15.根据权利要求14所述的光发射装置，其特征在于，所述光发射器件阵列包括多个光发射器件，所述多个光发射器件沿水平方向或竖直方向排列。

16.根据权利要求15所述的光发射装置，其特征在于，每一光发射器件具有至少两个引脚，所述至少两个引脚设置于光发射器件的两端，设置于不同端的引脚与不同驱动芯片中基板的第一导电层连接。

17.根据权利要求15所述的光发射装置，其特征在于，每一光发射器件的一端设置引脚，每一光发射器件的引脚与所述驱动芯片中基板的第一导电层连接。

18.根据权利要求14所述的光发射装置，其特征在于，所述光发射器件阵列具有多个光发射器件子阵列，每一光发射器件子阵列包括多个光发射器件，不同光发射器件子阵列与不同驱动芯片中基板的第一导电层相连接。

19.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求14至18任一项所述的光发射装置，以及光接收装置；

所述光发射装置用于发射探测光束；所述光接收装置用于接收所述探测光束经目标物体反射的回波光束。

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