CN115685146A - 直接飞行时间感测模组 - Google Patents

Abstract

一种直接飞行时间感测模组，包括：一壳体、一单光子雪崩集成电路、一垂直腔面发射雷射组件以及一表面黏着引线电路。该壳体二侧分别具有一顶平面以及一开口平面，通过该开口平面与一外界相导通，使该单光子雪崩集成电路以及该垂直腔面发射雷射组件可由该开口平面分别置入该壳体中，且分别与该顶平面相连接。因此，本发明直接飞行时间感测模组仅有二层结构，可达到薄型化的功效。

Description

直接飞行时间感测模组

技术领域

本发明属于一种感测模组，特别是指一种整合载板及壳体的直接飞行时间感测模组。

背景技术

现今的智能电话、平板计算机或其他手持装置搭配有光学模组，来达成手势侦测、三维(3D)成像或近接侦测或者相机对焦等功能。操作时，飞行时间(TOF)传感器向场景中发射近红外光，利用光的飞行时间信息，测量场景中物体的距离。飞行时间(TOF)传感器的优点是深度信息计算量小，抗干扰性强，测量范围远，因此已经渐渐受到青睐。

而飞行时间(TOF)传感器的核心组件包含：光源，特别是红外线垂直共振腔面射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)；光传感器，特别是单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)；和时间至数字转换器(Time to DigitalConverter,TDC)。SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，只要有微弱的光信号就能产生电流。飞行时间(TOF)传感器中的VCSEL向场景发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波，TDC记录发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔，利用飞行时间计算待测物体的深度信息。

但是现有的应用飞行时间(TOF)量测法的摄像装置中，其光源产生的光线其波束角较小，因此对于整个照射面而言，某些区域的光强度较高，而另一些区域的光强度较低，造成投射光的强度不均，因此对于距离较远的物体而言，投射光束的强度较弱的部分，其反射光的强度也相对较低，因此无法准确量测接收光线。

现行市面上主流飞行时间(TOF)传感器通常架构为在一载板承载一VCSEL以及一SPAD，再以一壳体封盖的三层架构，使得整体厚度约1毫米(mm)，而且在尺寸小且薄的该壳体封盖下，需要更精密的对位要求，如何去克服上述问题，去开发出一种更加薄型化的镜头，一直是业界所努力的目标。

发明内容

本发明之目的在于提供一种直接飞行时间感测模组，通过将一单光子雪崩集成电路以及一垂直腔面发射雷射组件直接结合在一壳体上，以达到减少与壳体精确对准组合的功效。

本发明之目的在于提供一种直接飞行时间感测模组，通过将所有电路以及组件直接结合在一壳体上，使感测模组形成为二层结构，以达到薄型化感测模组的功效。

本发明之目的在于提供一种直接飞行时间感测模组，通过分别将出光及入光的孔洞结构设计为不同的截面积，以达到增加出光量及入光量的功效。

为达到上述目的，本发明提供一种直接飞行时间感测模组，其包括有：一壳体、一单光子雪崩集成电路、一垂直腔面发射雷射组件以及一表面黏着引线电路。该壳体具有一顶平面、一开口平面、二侧框以及一分隔框，该顶平面与该开口平面分别位于该壳体二侧上，二该侧框以及该分隔框分别与该顶平面相连接，且该分隔框位于二该侧框之间，将该壳体分隔成一第一容置空间以及一第二容置空间；该顶平面具有一第一穿孔以及一第二穿孔，该第一穿孔与该第一容置空间位置相对应，且该第一穿孔邻靠该第一容置空间的开口面积小于该第一穿孔远离该第一容置空间的开口面积；该第二穿孔与该第二容置空间位置相对应，且该第二穿孔邻靠该第二容置空间的开口面积小于该第二穿孔远离该第二容置空间的开口面积。该单光子雪崩集成电路位于该第一容置空间中，且通过一一第一结合部与该顶平面相连接。该垂直腔面发射雷射组件位于该第二容置空间中，且通过一一第二结合部与该顶平面相连接。该表面黏着引线电路位于二该侧框上，且邻靠该开口平面。其中，通过该开口平面与一外界相导通，使该单光子雪崩集成电路以及该垂直腔面发射雷射组件可由该开口平面分别置入该第一容置空间以及该第二容置空间中，且分别与该顶平面相连接。

于本发明之一较佳实施例中，该第一穿孔为一圆筒体，且该第二穿孔为一圆筒体。

于本发明之一较佳实施例中，该顶平面与该开口平面相距一高度，该高度小于0.7毫米(mm)。

于本发明之一较佳实施例中，该单光子雪崩集成电路的一线路布局位于邻靠该顶平面的侧面上，且该第一结合部为覆晶球格数组封装(Flip Chip BGA)。

于本发明之一较佳实施例中，该第一容置空间二侧分别具有一第一凸体，二该第一凸体相距有一第一间距，该第一间距尺寸大于该单光子雪崩集成电路的宽度，且该第一结合部为点胶结合。该单光子雪崩集成电路以一晶圆线路重布将一线路布局位于邻靠该开口平面的侧面上，且以一焊线制程与该表面黏着引线电路电讯连接。

于本发明之一较佳实施例中，该直接飞行时间感测模组更包括有一光学镜单元，该光学镜单元位于该第一容置空间，且在该第一穿孔与该单光子雪崩集成电路之间，该光学镜单元为一滤光片或一光学镜头。

于本发明之一较佳实施例中，该垂直腔面发射雷射组件的一线路布局位于邻靠该顶平面的侧面上，且该第二结合部为覆晶接合(Flip Chip)。

于本发明之一较佳实施例中，该第二容置空间至少一侧具有一第二凸体，且该第二结合部为点胶结合，该垂直腔面发射雷射组件以一焊线制程与该第二凸体邻靠该开口平面的侧面电讯连接。

附图说明

图1为本发明直接飞行时间感测模组较佳实施例剖面结构示意图。

图2为本发明直接飞行时间感测模组较佳实施例俯视结构示意图。

图3为本发明组装单光子雪崩集成电路第一较佳实施例剖面结构示意图。

图4为本发明组装单光子雪崩集成电路第二较佳实施例剖面结构示意图。

图5为本发明预先组装光学镜单元第一较佳实施例剖面结构示意图。

图6为本发明预先组装光学镜单元第二较佳实施例剖面结构示意图。

图7为本发明组装垂直腔面发射雷射组件第一较佳实施例剖面结构示意图。

图8为本发明组装垂直腔面发射雷射组件第二较佳实施例剖面结构示意图。

图9为本发明组装垂直腔面发射雷射组件第三较佳实施例剖面结构示意图。

图10为本发明组装垂直腔面发射雷射组件第四较佳实施例剖面结构示意图。

附图标记为：

1：直接飞行时间感测模组 121、122：侧面

11：壳体 13：垂直腔面发射雷射组件

111：顶平面 131：侧面

112：开口平面 14：表面黏着引线电路

113：侧框 15、15a：光学镜单元

114：分隔框 91、91a：第一结合部

1141：侧面 92：第二结合部

115：第一容置空间 93、94：焊线制程

1151：第一凸体 95：打线接合制程

1152：第三凸体 h：高度

116：第二容置空间 A1、A2、A3、A4：开口面积

1161、1161a：第二凸体 S1：第一间距

117：第一穿孔 S2：第二间距

118：第二穿孔 W：1宽度

12：单光子雪崩集成电路 W2：宽度

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用之技术手段及构造，兹绘图就本创作较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解，但须注意的是，所述内容不构成本发明的限定。另外，本说明书中，使用“～”表示之数值范围系指将“～”前后所记载之数值作为下限值及上限值而包含之范围。又，在本说明书中阶段性记载之数值范围中，以某个数值范围记载之上限值或下限值可置换为其他阶段之记载的数值范围的上限值或下限值。又，本说明书中所记载之数值范围中，某个数值范围中所记载之上限值或下限值可置换为实施例所示之值。又，本说明书中的“步骤”这一术语不仅为独立的步骤，即使在无法与其他步骤明确地区别之情况下，只要可达成该步骤的所期望的目的，则亦包含于本术语中。此外，尽管用语「步骤」及/或「方块」在本文或附图中可用于暗指所采用的方法的不同要素，然而除非明确陈述个别步骤的次序且除明确陈述个别步骤的次序以外，该些用语不应被解释为暗示在本文中所揭露的各种步骤中或各种步骤之间的任何特定次序。

请参阅图1及图2所示，其为本发明直接飞行时间感测模组较佳实施例剖面及俯视结构示意图。本发明提供一种直接飞行时间感测模组1，其包括有：一壳体11、一单光子雪崩集成电路12、一垂直腔面发射雷射组件13以及一表面黏着引线电路14(如：接垫或焊垫)。该壳体11具有一顶平面111、一开口平面112、二侧框113以及一分隔框114，该顶平面111与该开口平面112分别位于该壳体11二侧上，于本发明较佳实施例中，该顶平面111与该开口平面112相距一高度h，该高度h小于0.7毫米(mm)。二该侧框113以及该分隔框114分别与该顶平面相连接，且该分隔框114位于二该侧框113之间，将该壳体11分隔成一第一容置空间115以及一第二容置空间116。

该顶平面111具有一第一穿孔117以及一第二穿孔118，该第一穿孔117为一圆筒体，当然亦可以是方筒体、锥形体或其他形状。此外，第一穿孔117可以朝单光子雪崩集成电路12渐缩方式设置，也可以以渐扩方式设置。反之，第二穿孔118可以朝垂直腔面发射雷射组件13渐缩方式设置，也可以采渐扩方式设置，本发明在任一可行的实施例中，并不加以局限。该第一穿孔117与该第一容置空间115位置相对应，且该第一穿孔117邻靠该第一容置空间115的开口面积A1小于该第一穿孔117远离该第一容置空间115的开口面积A2，因此，该第一穿孔117可以更大范围接收入射光进入。该第二穿孔118为一圆筒体，当然亦可以是方筒体、锥形体或其他形状。该第二穿孔118与该第二容置空间116位置相对应，且该第二穿孔118邻靠该第二容置空间116的开口面积A3小于该第二穿孔118远离该第二容置空间116的开口面积A4，因此，该第二穿孔118可以使该垂直腔面发射雷射组件13所投射出更大范围的出射光，且对于该垂直腔面发射雷射组件13与该顶平面111连接的精确对准组合要求无需太高。

该单光子雪崩集成电路12位于该第一容置空间115中，且以一第一结合部91与该顶平面111相连接。该垂直腔面发射雷射组件13位于该第二容置空间116中，且以一第二结合部92与该顶平面111相连接。该表面黏着引线电路14位于二该侧框113上，且邻靠该开口平面112。其中，通过该开口平面112与一外界(图中未示出)相导通，使该单光子雪崩集成电路12以及该垂直腔面发射雷射组件13可由该开口平面112分别置入该第一容置空间115以及该第二容置空间116中，且分别与该顶平面111相连接。而且只要在该单光子雪崩集成电路12以及该垂直腔面发射雷射组件13未露出该开口平面112外的要求下，将该高度h设计为最小，达到薄型化本发明直接飞行时间感测模组1的功效。

请参阅图3及图4所示，其为本发明组装单光子雪崩集成电路数个较佳实施例剖面结构示意图。如图3所示，由于该单光子雪崩集成电路12的一线路布局(图中未示出)位于邻靠该顶平面111的侧面121上，且该第一结合部91为覆晶球格数组封装(Flip Chip BGA)。如图4所示，该第一容置空间115二侧分别具有一第一凸体1151，二该第一凸体1151相距有一第一间距S1，该第一间距S1尺寸大于该单光子雪崩集成电路12的宽度W1，且该第一结合部91a为点胶结合。该单光子雪崩集成电路12以一晶圆线路重布将一线路布局(图中未示出)位于邻靠该开口平面的侧面122上，且以一焊线制程93与该表面黏着引线电路14电讯连接。

请参阅图5及图6所示，其为本发明预先组装光学镜单元数个较佳实施例剖面结构示意图。本发明该直接飞行时间感测模组1更包括有一光学镜单元15，如图5所示，该光学镜单元15为一滤光片，该光学镜单元15位于该第一容置空间115，该第一容置空间115二侧分别具有一第三凸体1152，在二该第三凸体1152间容置该光学镜单元15，且该光学镜单元15位于该第一穿孔117与该单光子雪崩集成电路(图中未示出)之间。如图6所示，该光学镜单元15a为一光学镜头。

请参阅图7至图10所示，其为本发明组装垂直腔面发射雷射组件数个较佳实施例剖面结构示意图。如图7所示，由于该垂直腔面发射雷射组件13的一线路布局(图中未示出)位于邻靠该顶平面111的侧面131上，且该第二结合部92为覆晶接合(Flip Chip)。如图8所示，该第二容置空间116二侧分别具有一第二凸体1161，二该第二凸体1161相距有一第二间距S2，该第二间距S2尺寸大于该垂直腔面发射雷射组件13的宽度W2，且该第二结合部92为点胶结合，该垂直腔面发射雷射组件13以一焊线制程94与该第二凸体1161邻靠该开口平面112的侧面1141电讯连接。如图9所示，该第二容置空间116仅有一侧具有一第二凸体1161a，该第二结合部92为点胶结合，该垂直腔面发射雷射组件13以一打线接合制程95与该第二凸体1161a邻靠该开口平面112的侧面1141电讯连接。如图10所示，该第二容置空间116二侧分别具有该第二凸体1161，该第二结合部92为点胶结合，该垂直腔面发射雷射组件13以一打线接合制程95与该第二凸体1161邻靠该开口平面112的侧面1141电讯连接。

透过上述之详细说明，即可充分显示本发明之目的及功效上均具有实施之进步性，极具产业之利用性价值，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直接飞行时间感测模组，其特征在于，包括：

壳体，具有顶平面、开口平面、二个侧框以及分隔框，所述顶平面与所述开口平面分别位于所述壳体两侧上，二个所述侧框以及所述分隔框分别与所述顶平面相连接，且所述分隔框位于二个所述侧框之间，将所述壳体分隔成第一容置空间以及第二容置空间；所述顶平面具有第一穿孔以及第二穿孔，所述第一穿孔与所述第一容置空间位置相对应，且所述第一穿孔邻靠所述第一容置空间的开口面积小于所述第一穿孔远离所述第一容置空间的开口面积；所述第二穿孔与所述第二容置空间位置相对应，且所述第二穿孔邻靠所述第二容置空间的开口面积小于所述第二穿孔远离所述第二容置空间的开口面积；

单光子雪崩集成电路，位于所述第一容置空间中，且通过第一结合部与所述顶平面相连接；

垂直腔面发射雷射组件，位于所述第二容置空间中，且通过第二结合部与所述顶平面相连接；

表面黏着引线电路，位于二个所述侧框上，且邻靠所述开口平面；

其中，通过所述开口平面与外界相导通，使所述单光子雪崩集成电路以及所述垂直腔面发射雷射组件可由所述开口平面分别置入所述第一容置空间以及所述第二容置空间中，且分别与所述顶平面相连接。

2.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述第一穿孔为圆筒体，且所述第二穿孔为圆筒体。

3.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述顶平面与所述开口平面相距高度，所述高度小于0.7毫米。

4.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述单光子雪崩集成电路的线路布局位于邻靠所述顶平面的侧面上，且所述第一结合部以覆晶球格数组封装与所述顶平面相连接。

5.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述第一容置空间两侧分别具有第一凸体，二个所述第一凸体相距有第一间距，所述第一间距尺寸大于所述单光子雪崩集成电路的宽度，且所述单光子雪崩集成电路以所述第一结合部点胶结合与所述顶平面相连接。

6.如权利要求5所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述单光子雪崩集成电路的线路布局位于邻靠所述开口平面的侧面上，且以焊线制程与所述表面黏着引线电路电讯连接。

7.如权利要求6所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述单光子雪崩集成电路以晶圆线路重布将所述线路布局位于邻靠所述开口平面的侧面上。

8.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述直接飞行时间感测模组更包括有光学镜单元，所述光学镜单元位于所述第一容置空间，且在所述第一穿孔与所述单光子雪崩集成电路之间，所述光学镜单元为滤光片或光学镜头。

9.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述垂直腔面发射雷射组件的线路布局位于邻靠所述顶平面的侧面上，且所述垂直腔面发射雷射组件以所述第二结合部覆晶接合与所述顶平面相连接。

10.如权利要求1所述直接飞行时间感测模组，其特征在于，所述第二容置空间至少一侧具有第二凸体，且所述垂直腔面发射雷射组件以所述第二结合部点胶结合与所述顶平面相连接，所述垂直腔面发射雷射组件以焊线制程与所述第二凸体邻靠所述开口平面的侧面电讯连接。

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