CN220085061U - 芯片封装结构及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种芯片封装结构及激光雷达，芯片封装结构包括基板、光学芯片、封装层和透光件；光学芯片和封装层均设于基板的上表面，封装层覆盖包裹光学芯片；光学芯片背离基板的表面设有工作区，封装层设有通孔，通孔沿垂直于基板平面的方向贯穿封装层，且通孔环绕于工作区的外围，透光件固定于封装层并用于遮蔽通孔。本申请芯片封装结构采用塑封方式取代支架封装的方式，设计封装层直接覆盖贴合光学芯片，使得光学芯片与封装层之间没有间隙，避免在封装内部形成大空腔导致在后续高温回流焊时出现封装材料变形等不良现象，同时也无需预留逃气孔，避免了水汽进入封装内部，从而提高了产品的可靠性和使用寿命。

Description

芯片封装结构及激光雷达

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片封装结构及激光雷达。

背景技术

随着电子消费以及车载市场对精准快速测距功能的需求不断提高，直接飞行时间激光雷达(dToF，direct Time-of-Flight)因其小型化、高集成度、低功耗、高精确度等优势越来越受到市场欢迎，成为了3D传感领域的又一重要产品。

但目前市场上的dToF产品大多采用基板与支架配合的方式对芯片进行封装，这种封装结构由于在封装内部形成了较大的空腔，空腔内留存的空气在后续高温回流焊时温度骤升，会使支架容易出现材料变形等问题，降低产品的可靠性。为了解决该问题，通常会在支架上预留逃气孔，然而逃气孔的设计又会带来新的问题。例如，当dToF产品在高温高湿环境下工作时，水汽可能会通过逃气孔进入封装内部，从而会对芯片造成不良影响，影响产品的使用寿命。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种芯片封装结构及激光雷达，以提高产品的可靠性，提高产品的使用寿命。

第一方面，本申请提供了一种芯片封装结构，包括基板、光学芯片、封装层和透光件；光学芯片和封装层均设于基板的上表面，封装层覆盖包裹光学芯片；光学芯片背离基板的表面设有工作区，封装层设有通孔，通孔沿垂直于基板平面的方向贯穿封装层，且通孔环绕于工作区的外围，透光件固定于封装层并用于遮蔽通孔。

本申请芯片封装结构通过将光学芯片和封装层设置在基板的上表面，以使得基板用于承载光学芯片和封装层。通过设置封装层包覆光学芯片，以用于封装保护光学芯片。通过在光学芯片背离基板的表面设置工作区以用于发射探测光线或用于接收探测光线，实现光学芯片的光电转换功能。通过在封装层上设置通孔，并使得通孔环绕于工作区的外围，以保证工作区发出的探测光线能穿过封装层，或保证探测光线能通过该通孔穿过封装层从而被工作区接收。同时本申请还通过在通孔处设置透光件遮蔽通孔，以与封装层共同配合，在保证探测光线透过的同时避免光学芯片受外部影响。

可以理解的，基于塑封料具有较好的耐高温性能，本申请芯片封装结构采用塑封方式取代支架封装的方式，设计封装层直接覆盖贴合光学芯片，使得光学芯片与封装层之间没有间隙，避免在封装内部形成大空腔导致在后续高温回流焊时出现封装材料变形等不良现象。同时也无需预留逃气孔，避免了水汽进入封装内部，从而提高了产品的可靠性和使用寿命。且由于塑封方式工艺较为简单，还可以提高封装效率，降低生产成本。

在一种实施例中，芯片封装结构还包括支撑件，支撑件设置于通孔内，并位于光学芯片和透光件之间，支撑件分别与光学芯片和透光件接触，以限定二者的相对距离。

在本实施例中，通过在通孔内设置支撑件，以用于支撑透光件，限定光学芯片与透光件之间的相对距离。

在一种实施例中，支撑件包括透明胶，且透明胶完全覆盖工作区。

在本实施例中，通过以透明胶的形式设置支撑件，以利用透明胶密封保护工作区，同时还可以以较低成本、工艺简单的方式实现对透光件的支撑。

在一种实施例中，透明胶的透光率介于90％～98％之间。

在本实施例中，将透明胶的透光率设置在90％～98％之间，以保证探测光线的透过率，保证了探测光线的强度。

在一种实施例中，支撑件包括围坝，围坝环绕于工作区的外围。

在本实施例中，通过采用在工作区外围设置围坝的方式实现支撑件的设置，以保证支撑件的可靠性，同时不会对探测光线产生任何影响。

在一种实施例中，支撑件的厚度介于20μm～50μm之间。

在本实施例中，通过将支撑件的厚度设置在20μm～50μm之间，以保证支撑件具有一定支撑强度的同时还可以保证探测光线的透过率。

在一种实施例中，封装层的材料为不透光材料，以提升封装层的遮光性。

在本实施例中，通过采用不透光材料制作封装层，以提高封装层的遮光性，避免环境光干扰探测光线。

在一种实施例中，光学芯片为发射芯片，工作区为激光发射区。

在本实施例中，通过将光学芯片设置为发射芯片，同时工作区对应设置为激光发射区，以使得光学芯片可实现电信号向光信号的转变，向外部发射探测光线。

在一种实施例中，光学芯片为感光芯片，工作区为激光感应区。

在本实施例中，通过将光学芯片设置为感光芯片，同时工作区对应设置为激光感应区，以使得光学芯片实现光信号向电信号的转变，接收来自外界的探测光线。

在一种实施例中，光学芯片的数量为两个，两个光学芯片并排固定于基板的上表面，封装层设有两个通孔，每个通孔对应一个光学芯片设置，且每个通孔内设有一个透光件。

在本实施例中，通过在同一基板上设置两个并排的光学芯片，其中一个可作为发射芯片，另一个可作为感光芯片，封装层不仅可以密封保护两个光学芯片，还可以隔离两个光学芯片，从而以较为简单的工艺实现发射芯片和感光芯片的一体化封装。

在一种实施例中，光学芯片与基板之间设有粘接胶。

在本实施例中，通过在光学芯片与基板之间设置粘接胶，以限定光学芯片与基板之间的相对位置。

第二方面，本申请提供一种激光雷达，包括主电路板和如上述任一实施例中的芯片封装结构，其中芯片封装结构固定于主电路板，并与主电路板电性连接。

可以理解的，本申请第二方面提供的激光雷达，因为采用了本申请第一方面提供的芯片封装结构，从而也提高了产品的可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本申请一种实施例中所提供的芯片封装结构的截面结构示意图；

图2为本申请一种实施例中所提供的芯片封装结构的俯视图；

图3为本申请另一种实施例中所提供的芯片封装结构的截面结构示意图；

图4为本申请另一种实施例中所提供的芯片封装结构的俯视图；

图5为本申请又一种实施例中所提供的芯片封装结构的截面结构示意图；

图6为本申请又一种实施例中所提供的芯片封装结构的俯视图；

图7为本申请一种实施例中所提供的激光雷达的截面结构示意图。

附图标号：100-芯片封装结构；10-基板；11-第一表面；20-光学芯片；20a-发射芯片；20b-感光芯片；21-工作区；21a-激光发射区；21b-激光感应区；30-封装层；31-通孔；40-透光件；50-支撑件；51-透明胶；52-围坝；60-粘接胶；200-激光雷达；201-主电路板。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。本申请中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请，而不是指示或暗指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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；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。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，本申请中使用的术语“包括”、“可以包括”、“包含”、或“可以包含”表示公开的相应功能、操作、元件等的存在，并不限制其他的一个或多个更多功能、操作、元件等。此外，术语“包括”或“包含”表示存在说明书中公开的相应特征、数目、步骤、操作、元素、部件或其组合，而并不排除存在或添加一个或多个其他特征、数目、步骤、操作、元素、部件或其组合，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请配合参见图1和图2，其中，图1为本申请一种实施例中所提供的芯片封装结构100的截面结构示意图，图2为本申请一种实施例中所提供的芯片封装结构100的俯视图。

如图1和图2所示，本申请提供了一种芯片封装结构100，芯片封装结构100包括基板10、光学芯片20、封装层30和透光件40。其中，基板10具有第一表面11，在本实施例中第一表面11为基板10的上表面。光学芯片20和封装层30均设于第一表面11上。且光学芯片20与基板10键合，光学芯片20背离基板10的表面设有工作区21，以用于发射探测光线或接收探测光线，实现光学芯片20的光电转换功能。封装层30覆盖包裹光学芯片20，从而固定并保护光学芯片20。需要说明的是，这里的封装层30覆盖包裹的是光学芯片20除去工作区21的位置。

同时封装层30设有通孔31，通孔31沿垂直于基板10平面的方向贯穿封装层30。同时，通孔31环绕于工作区21的外围，也即通孔31用于使光学芯片20的工作区21暴露于封装层30。透光件40则设于通孔31处，用于遮蔽通孔31。透光件40的设置既保证了工作区21发出的探测光线能过穿过或探测光线能够穿过透光件40被工作区21接收，同时还能密封保护工作区21，避免工作区21受外部影响。

可以理解的，基于塑封料具有较好的耐高温性能，本申请芯片封装结构100采用塑封方式取代支架封装的方式，设计封装层30直接覆盖贴合光学芯片20，使得光学芯片20与封装层30之间没有间隙，避免在封装内部形成大空腔导致在后续高温回流焊时出现封装材料变形等不良现象。同时也无需预留逃气孔，避免了水汽进入封装内部，从而提高了产品的可靠性和使用寿命。且由于塑封方式工艺较为简单，还可以提高封装效率，降低生产成本。除此之外，由于封装层30可以直接贴合覆盖光学芯片20，还可以在一定程度上缩小光学芯片20的封装体积。

在一种实施例中，透光件40可以是各种光学玻璃，例如可以是滤光片，以用于过滤环境光，避免环境光干扰探测光线；还可以是透镜，应用调整探测光线等等，本申请对此不作特别限定。

如图1所示，芯片封装结构100还包括支撑件50。支撑件50设置于通孔31内，并位于光学芯片20和透光件40之间，支撑件50分别与光学芯片20和透光件40接触。可以理解的，在通孔31内设置支撑件50可以支撑透光件40，以限定光学芯片20与透光件40之间的相对距离。

需要说明的，在图1所示的实施例中，支撑件50以透明胶51的形式设置。透明胶51完全覆盖光学芯片20的工作区21。在本实施例中，以透明胶51的形式设置支撑件50，可以利用透明胶51密封保护工作区21，同时还可以以较低成本、工艺简单的方式实现对透光件40的支撑。

可以理解的，基于塑封方式是通过采用液态的塑封料灌封，本申请可先设置透明胶51将光学芯片20的工作区21密封保护，再将透光件40设置在透明胶51上，进行贴合粘接，可以有效避免塑料玷污光学芯片20的工作区21。也可以先设置透明胶51于透光件40底部，再贴合至光学芯片20的工作区21的方式进行加工作业。

需要说明的，透明胶51可以采用透明硅树脂、硅胶或透明环氧树脂等材料制作，本申请对此不作特别限定。

在一种实施例中，透明胶51的透光率介于90％～98％之间。可以理解的，将透明胶51的透光率设置在90％～98％的范围之间，可以保证探测光线的透过率，保证了探测光线的强度。

请配合参见图3和图4，其中图3为本申请另一种实施例中所提供的芯片封装结构100的截面结构示意图；图4为本申请另一种实施例中所提供的芯片封装结构100的俯视图。

如图3和图4，在一种实施例中，支撑件50包括围坝52，围坝52环绕于工作区21的外围。在本实施例中，采用在光学芯片20工作区21的外围设置围坝52的方式实现支撑件50的设置，以保证支撑件50的可靠性，同时由于工作区21和透光件40之间没有物体遮挡，从而不会对探测光线产生任何影响，提高了探测光线的透过率。

可以理解的，基于塑封方式是通过采用液态的塑封料灌封，本申请可先在光学芯片20的工作区21外围设置围坝52，同时配合在围坝52上方设置透光件40，以实现对工作区21的密封保护，从而可以有效避免塑料玷污光学芯片20的工作区21。也可以先设置围坝52于透光件40底部，再贴合至光学芯片20的工作区21的方式进行加工作业。

在一种实施例中，支撑件50的厚度介于20μm～50μm之间。可以理解的，将支撑件50的厚度设置在20μm～50μm这个范围之间，可以保证支撑件50具有一定支撑强度的同时还可以保证探测光线的透过率。

在一种实施例中，封装层30的材料为不透光材料。例如可以是黑色环氧树脂。可以理解的，采用不透光材料制作封装层30，可以提升封装层30的遮光性，避免环境光干扰探测光线。

如图1所示，在一种实施例中，光学芯片20为发射芯片20a，工作区21为激光发射区21a。可以理解的，将光学芯片20设置为发射芯片20a，同时将工作区21对应设置为激光发射区21a，以使得光学芯片20可实现电信号向光信号的转变，向外部发射探测光线。

如图3所示，在一种实施例中，光学芯片20为感光芯片20b，工作区21为激光感应区21b。可以理解的，将光学芯片20设置为感光芯片20b，同时将工作区21对应设置为激光感应区21b，以使得光学芯片20实现光信号向电信号的转变，接收来自外界的探测光线。

请配合参阅图5和图6，其中图5为本申请又一种实施例中所提供的芯片封装结构100的截面结构示意图；图6为本申请又一种实施例中所提供的芯片封装结构100的俯视图。

如图5和图6所示，在一种实施例中，光学芯片20的数量为两个，两个光学芯片20并排固定于基板10的第一表面11。封装层30设有两个通孔31，且每个通孔31对应一个光学芯片20设置，同时每个通孔31内设有一个透光件40。

可以理解的，在同一基板10上设置两个并排的光学芯片20，其中一个光学芯片20可以作为发射芯片20a，另一个光学芯片20可以作为感光芯片20b。利用塑封的方式将发射芯片20a和感光芯片20b封装在一起，以使得封装层30不仅可以密封保护两个光学芯片20，还可以隔离两个光学芯片20，避免两个光学芯片20之间的光线产生干扰，从而以较为简单的工艺实现发射芯片20a和感光芯片20b的一体化封装。

请看回图1，在一种实施例中，光学芯片20与基板10之间还设有粘接胶。可以理解的，在本实施例中，在光学芯片20与基板10之间设置粘接胶，可以在塑封前初步限定光学芯片20与基板10之间的相对位置，从而便于后续对光学芯片20的塑封。

需要说明的，本申请的芯片封装结构100可应用于激光雷达200中，以实现精准快速的测距功能。在其它的一些实施例中，芯片封装结构100也可应用于其它领域，本申请对此不作特别限定。

请参阅图7，图7为本申请一种实施例中所提供的激光雷达200的截面结构示意图。

如图7所示，在一种实施例中，激光雷达200包括主电路板201和如上述任一实施例中所提供的芯片封装结构100。其中芯片封装结构100固定于主电路板201，并与主电路板201电性连接。主电路板201用于给芯片封装结构100提供驱动信号，并可用于储存或分析处理芯片封装结构100接收到的探测信号。可以理解的，本申请提供的激光雷达200，因为采用了本申请提供的芯片封装结构100，从而也提高了产品的可靠性和使用寿命。

需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本申请的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。本领域的一般技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种芯片封装结构，其特征在于，包括基板、光学芯片、封装层和透光件；所述光学芯片和所述封装层均设于所述基板的上表面，所述封装层覆盖包裹所述光学芯片；

所述光学芯片背离所述基板的表面设有工作区，所述封装层设有通孔，所述通孔沿垂直于所述基板平面的方向贯穿所述封装层，且所述通孔环绕于所述工作区的外围，所述透光件固定于所述封装层并用于遮蔽所述通孔。

2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片封装结构还包括支撑件，所述支撑件设置于所述通孔内，并位于所述光学芯片和所述透光件之间，所述支撑件分别与所述光学芯片和所述透光件接触，以限定二者的相对距离。

3.根据权利要求2所述的芯片封装结构，其特征在于，所述支撑件包括透明胶，且所述透明胶完全覆盖所述工作区。

4.根据权利要求3所述的芯片封装结构，其特征在于，所述透明胶的透光率介于90％～98％之间。

5.根据权利要求2所述的芯片封装结构，其特征在于，所述支撑件包括围坝，所述围坝环绕于所述工作区的外围。

6.根据权利要求2-5任一项所述的芯片封装结构，其特征在于，所述支撑件的厚度介于20μm～50μm之间。

7.根据权利要求1-5任一项所述的芯片封装结构，其特征在于，所述封装层的材料为不透光材料。

8.根据权利要求1-5任一项所述的芯片封装结构，其特征在于，所述光学芯片为发射芯片，所述工作区为激光发射区；或，

所述光学芯片为感光芯片，所述工作区为激光感应区。

9.根据权利要求8所述的芯片封装结构，其特征在于，所述光学芯片的数量为两个，两个所述光学芯片并排固定于所述基板的上表面，所述封装层设有两个所述通孔，每个所述通孔对应一个所述光学芯片设置，且每个所述通孔内设有一个所述透光件。

10.根据权利要求1-5任一项所述的芯片封装结构，其特征在于，所述光学芯片与所述基板之间设有粘接胶。

11.一种激光雷达，其特征在于，包括主电路板和如权利要求1-10任一项所述的芯片封装结构，其中所述芯片封装结构固定于所述主电路板，并与所述主电路板电性连接。