CN220896060U - 一种增大视野范围的ToF封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种增大视野范围的ToF封装结构，涉及传感器领域。该ToF封装结构包括基板、ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器、外壳结构、光扩散片和凸透镜，ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器分别与基板电连接；外壳结构封装连接于基板的上侧，外壳结构与基板之间形成封闭腔体，且ASIC芯片、光感晶片和垂直腔面发射激光器均位于封闭腔体中；外壳结构上开设有第一通孔和第二通孔，第一通孔、第二通孔均为开口朝上的锥形孔；第一通孔与光感晶片正对布置，光扩散片固定于第一通孔处述第二通孔与垂直腔面发射激光器正对布置，凸透镜固定于第二通孔处。两个通孔的开口朝上逐渐放大，减少了对光信号的遮挡，在简化结构的同时有效增大视野范围。

Description

一种增大视野范围的ToF封装结构

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种增大视野范围的ToF封装结构。

背景技术

飞行时间传感器，简称ToF(Time of Flight)传感器。其原理是利用发射光和反射光的时间差来测量目标物体的距离，具有抗干扰性好和检测精度高的特点。

如授权公告号为CN212320923U、授权公告日为2021.01.08的中国实用新型专利公开了红外测温传感器装置，红外测温传感器装置具体包括管帽、凸透镜、红外滤光片、红外热电堆传感器及封装底座；封装底座位于管帽的底部以和管帽构成一封闭的中空区域；管帽上设置有朝中空区域凹陷的凹槽，且凹槽上设置有通孔；凸透镜嵌设与凹槽内，且覆盖通孔；红外滤光片设置于中空区域内，且对应位于通孔的下方；红外热电堆传感器位于中空区域内，且对应位于红外滤光片的下方，红外热电堆传感器与红外滤光片具有间距。

现有技术中的红外测温传感器在通孔处设置有凸透镜，确保探测范围内散布性的红外光能被集中接收。但是，对于ToF封装结构而言，壳体的开窗面积与红外反射光的进光量密切关联，若扩大开窗面积还需配置更大尺寸的透镜，无法实现简化结构的同时有效增大光信号的视野范围的目的。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种增大视野范围的ToF封装结构，以解决若扩大开窗面积还需配置更大尺寸的透镜，无法实现简化结构的同时有效增大光信号的视野范围的问题。

本实用新型的增大视野范围的ToF封装结构的技术方案为：

增大视野范围的ToF封装结构包括基板、ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器、外壳结构、光扩散片和凸透镜，所述ASIC芯片、所述光感晶片、所述垂直腔面发射激光器分别与所述基板电连接；

所述外壳结构封装连接于所述基板的上侧，所述外壳结构与所述基板之间形成封闭腔体，且所述ASIC芯片、所述光感晶片和所述垂直腔面发射激光器均位于所述封闭腔体中；

所述外壳结构上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔均为开口朝上的锥形孔；

所述第一通孔与所述光感晶片正对布置，所述光扩散片固定于所述第一通孔处，所述第二通孔与所述垂直腔面发射激光器正对布置，所述凸透镜固定于所述第二通孔处。

进一步的，所述第一通孔靠近所述基板的一侧设置有第一凸沿，所述光扩散片固定连接于所述第一凸沿上；所述第二通孔靠近所述基板的一侧设置有第二凸沿，所述凸透镜固定连接于所述第二凸沿上。

进一步的，所述第一通孔、所述第二通孔均为圆锥形孔，所述第一凸沿、所述第二凸沿具有圆锥环面，所述圆锥环面的开口方向与所述圆锥形孔的开口方向相反设置。

进一步的，所述第一通孔的开口夹角、所述第二通孔的开口夹角均为30°至120°之间的任意角度。

进一步的，所述外壳结构包括上盖板和外侧壁，所述外侧壁固定连接于所述上盖板的边缘位置，所述第一通孔、所述第二通孔间隔设置于所述上盖板，所述外侧壁的下边缘与所述基板粘接相连。

进一步的，所述外壳结构还包括分隔壁，所述分隔壁固定连接于所述上盖板的中部，且所述分隔壁介于所述第一通孔和所述第二通孔之间，所述分隔壁的高度小于所述外侧壁的高度。

进一步的，所述ASIC芯片贴装于所述基板的表面，所述光感晶片贴装于所述ASIC芯片上，所述分隔壁的下边缘与所述ASIC芯片粘接相连，且所述分隔壁与所述光感晶片错开分布。

进一步的，所述ASIC芯片与所述基板之间金线连接，所述垂直腔面发射激光器与所述基板之间金线连接。

进一步的，所述第一通孔中还设有第一红外滤光片，所述第一红外滤光片粘贴于所述第一凸沿处，所述光扩散片粘贴于所述第一红外滤光片的上侧；

所述第二通孔中还设有第二红外滤光片，所述第二红外滤光片粘贴于所述第二凸沿处，所述凸透镜粘贴于所述第二红外滤光片。

进一步的，所述光扩散片、所述凸透镜的底面还设有红外滤光镀膜，所述光扩散片粘贴于所述第一凸沿上，所述凸透镜粘贴于所述第二凸沿上。

有益效果：该增大视野范围的ToF封装结构采用了基板、ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器、外壳结构、光扩散片和凸透镜的设计形式，外壳结构封装连接于基板的上侧，外壳结构与基板形成了封闭腔体，ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器分别与基板电连接，ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器均处于封闭腔体中，通过外壳结构对内部的元器件起到了防护作用，确保了封装结构的内部电路的稳定性。

其中，外壳结构的第一通孔与基板上的光感晶片相对应，第一通孔处固定有光扩散片；外壳结构的第二通孔与基板上的垂直腔面发射激光器相对应，第二通孔处固定有凸透镜。通过激光器发出激光经凸透镜和第二通孔照射至目标物，抵达目标物后产生反射光，经经第一通孔、光扩散片进入光感晶片，从而实现了光发射和接收反射光的过程。由于两个通孔均为锥形孔，其开口朝上逐渐放大，减少了对光信号的遮挡作用，避免扩大开窗而需配置更大尺寸的光扩散片和凸透镜，在简化结构设计的同时实现了有效地增大视野范围的目的。

附图说明

图1为本实用新型的增大视野范围的ToF封装结构的具体实施例1中基板、ASIC芯片、光感晶片和垂直腔面发射激光器的结构示意图；

图2为本实用新型的增大视野范围的ToF封装结构的具体实施例1中ToF封装结构的剖视示意图；

图3为本实用新型的增大视野范围的ToF封装结构的其他具体实施例中ToF封装结构的剖视示意图。

图中：1-基板、10-不透明树脂、2-ASIC芯片、3-光感晶片、4-垂直腔面发射激光器；

5-外壳结构、51-第一通孔、52-第二通孔、53-第一凸沿、54-第二凸沿、55-上盖板、56-外侧壁、57-分隔壁；

6-光扩散片、60-第一红外滤光片、7-凸透镜、70-第二红外滤光片、8-红外滤光镀膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的增大视野范围的ToF封装结构的具体实施例1，如图1、图2所示，增大视野范围的ToF封装结构包括基板1、ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4、外壳结构5、光扩散片6和凸透镜7，ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4分别与基板1电连接；外壳结构5封装连接于基板1的上侧，外壳结构5与基板1之间形成封闭腔体，且ASIC芯片2、光感晶片3和垂直腔面发射激光器4均位于封闭腔体中。

外壳结构5上开设有第一通孔51和第二通孔52，第一通孔51、第二通孔52均为开口朝上的锥形孔；第一通孔51与光感晶片3正对布置，光扩散片6固定于第一通孔51处，第二通孔52与垂直腔面发射激光器4正对布置，凸透镜7固定于第二通孔52处。

该增大视野范围的ToF封装结构采用了基板1、ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4、外壳结构5、光扩散片6和凸透镜7的设计形式，外壳结构5封装连接于基板1的上侧，外壳结构5与基板1形成了封闭腔体，ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4分别与基板1电连接，ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4均处于封闭腔体中，通过外壳结构5对内部的元器件起到了防护作用，确保了封装结构的内部电路的稳定性。

其中，外壳结构5的第一通孔51与基板1上的光感晶片3相对应，第一通孔51处固定有光扩散片6；外壳结构5的第二通孔52与基板1上的垂直腔面发射激光器4相对应，第二通孔52处固定有凸透镜7。通过激光器发出激光经凸透镜7和第二通孔52照射至目标物，抵达目标物后产生反射光，经经第一通孔51、光扩散片6进入光感晶片3，从而实现了光发射和接收反射光的过程。由于两个通孔均为锥形孔，其开口朝上逐渐放大，减少了对光信号的遮挡作用，避免扩大开窗而需配置更大尺寸的光扩散片6和凸透镜7，在简化结构设计的同时实现了有效地增大视野范围的目的。

在本实施例中，第一通孔51靠近基板1的一侧设置有第一凸沿53，光扩散片6固定连接于第一凸沿53上；第二通孔52靠近基板1的一侧设置有第二凸沿54，凸透镜7固定连接于第二凸沿54上。具体的，第一通孔51、第二通孔52均为圆锥形孔，第一凸沿53、第二凸沿54具有圆锥环面，圆锥环面的开口方向与圆锥形孔的开口方向相反设置。

在第一通孔51中设置有第一凸沿53，通过第一凸沿53能够对光扩散片6起到可靠的固定作用，相应的，第二凸沿54能够对凸透镜7起到可靠的固定作用。并且，第一凸沿53、第二凸沿54的圆锥环面的开口方向均朝向于基板1，即两个通孔为双向扩口的设计，可充分地减少因外壳结构5本身造成的光信号遮挡问题。

在本实施例中，第一通孔51的开口夹角、第二通孔52的开口夹角均为30°。为了满足不同的使用需求，可将通孔的开口夹角设计成60°、90°或120°，再或者为30°至120°之间的其他任意角度。

作为进一步的优选方案，外壳结构5包括上盖板55和外侧壁56，外侧壁56固定连接于上盖板55的边缘位置，第一通孔51、第二通孔52间隔设置于上盖板55，外侧壁56的下边缘与基板1粘接相连。外壳结构5的外侧壁56与基板1之间采用不透明树脂10粘接固定，保证了在基板1形成无漏光的封闭腔体。组装时，先将ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4贴装于基板1上，将光扩散片6和凸透镜7安装于外壳结构5的对应通孔处，在基板1的相应位置涂覆不透明树脂10，最后将外壳结构5与基板1进行整体组合即可。

外壳结构5还包括分隔壁57，分隔壁57固定连接于上盖板55的中部，且分隔壁57介于第一通孔51和第二通孔52之间，分隔壁57的高度小于外侧壁56的高度。并且，ASIC芯片2贴装于基板1的表面，光感晶片3贴装于ASIC芯片2上，分隔壁57的下边缘与ASIC芯片2粘接相连，且分隔壁57与光感晶片3错开分布。分隔壁57在封闭腔体中起到了分隔空间，避免内部光信号相互干扰的作用，分隔壁57与ASIC芯片2之间采用不透明树脂10粘接固定，提高了外壳结构5的固定强度和牢靠性。

另外，ASIC芯片2与基板1之间金线连接，垂直腔面发射激光器4与基板1之间金线连接。在本实施例中，第一通孔51中还设有第一红外滤光片60，第一红外滤光片60粘贴于第一凸沿53处，光扩散片6粘贴于第一红外滤光片60的上侧；第二通孔52中还设有第二红外滤光片70，第二红外滤光片70粘贴于第二凸沿54处，凸透镜7粘贴于第二红外滤光片70。

本实用新型的增大视野范围的ToF封装结构的其他具体实施例，可对红外滤光片进行优化改进，如图3所示，ASIC芯片2、光感晶片3、垂直腔面发射激光器4均处于外壳结构5与基板1之间形成的封闭腔体中；光扩散片6安装于第一通孔处，凸透镜7安装于第二通孔处，并且，光扩散片6、凸透镜7的底面还设有红外滤光镀膜8，光扩散片6粘贴于第一凸沿上，凸透镜7粘贴于第二凸沿上，进一步地简化了结构设计，可实现整体一次性组装的目的。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，包括基板、ASIC芯片、光感晶片、垂直腔面发射激光器、外壳结构、光扩散片和凸透镜，所述ASIC芯片、所述光感晶片、所述垂直腔面发射激光器分别与所述基板电连接；

所述外壳结构封装连接于所述基板的上侧，所述外壳结构与所述基板之间形成封闭腔体，且所述ASIC芯片、所述光感晶片和所述垂直腔面发射激光器均位于所述封闭腔体中；

所述外壳结构上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔、所述第二通孔均为开口朝上的锥形孔；

所述第一通孔与所述光感晶片正对布置，所述光扩散片固定于所述第一通孔处，所述第二通孔与所述垂直腔面发射激光器正对布置，所述凸透镜固定于所述第二通孔处。

2.根据权利要求1所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述第一通孔靠近所述基板的一侧设置有第一凸沿，所述光扩散片固定连接于所述第一凸沿上；所述第二通孔靠近所述基板的一侧设置有第二凸沿，所述凸透镜固定连接于所述第二凸沿上。

3.根据权利要求2所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述第一通孔、所述第二通孔均为圆锥形孔，所述第一凸沿、所述第二凸沿具有圆锥环面，所述圆锥环面的开口方向与所述圆锥形孔的开口方向相反设置。

4.根据权利要求3所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述第一通孔的开口夹角、所述第二通孔的开口夹角均为30°至120°之间的任意角度。

5.根据权利要求1所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述外壳结构包括上盖板和外侧壁，所述外侧壁固定连接于所述上盖板的边缘位置，所述第一通孔、所述第二通孔间隔设置于所述上盖板，所述外侧壁的下边缘与所述基板粘接相连。

6.根据权利要求5所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述外壳结构还包括分隔壁，所述分隔壁固定连接于所述上盖板的中部，且所述分隔壁介于所述第一通孔和所述第二通孔之间，所述分隔壁的高度小于所述外侧壁的高度。

7.根据权利要求6所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述ASIC芯片贴装于所述基板的表面，所述光感晶片贴装于所述ASIC芯片上，所述分隔壁的下边缘与所述ASIC芯片粘接相连，且所述分隔壁与所述光感晶片错开分布。

8.根据权利要求1所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述ASIC芯片与所述基板之间金线连接，所述垂直腔面发射激光器与所述基板之间金线连接。

9.根据权利要求2所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述第一通孔中还设有第一红外滤光片，所述第一红外滤光片粘贴于所述第一凸沿处，所述光扩散片粘贴于所述第一红外滤光片的上侧；

所述第二通孔中还设有第二红外滤光片，所述第二红外滤光片粘贴于所述第二凸沿处，所述凸透镜粘贴于所述第二红外滤光片。

10.根据权利要求2所述的增大视野范围的ToF封装结构，其特征是，所述光扩散片、所述凸透镜的底面还设有红外滤光镀膜，所述光扩散片粘贴于所述第一凸沿上，所述凸透镜粘贴于所述第二凸沿上。