JP7182669B2 - 不均一なキャッチパッドスタックによるpcb光学分離 - Google Patents
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Description
[0001] 本出願は、2017年6月5日に出願された米国特許出願第15/613,580号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] プリント回路基板(PCB)は、非導電性基板上(すなわち、上または下に)および非導電性基板間に配置された導電性トラック、パッド、ビア、および他の金属フィーチャによって、電子部品を機械的に支持し、かつ電気的に接続する。一般に、抵抗器、コンデンサ、能動半導体デバイスなどの構成要素はPCBにはんだ付けされるが、基板に直接埋め込まれてもよい。PCBは、片面(すなわち、1つの金属層のみを含む)、両面(すなわち、2つの金属層を含む)、または多層(すなわち、複数の金属層を含む)であり得る。PCBの異なる金属層中の金属フィーチャは、ビアによって電気的に接続されてよい。
[0003] 実施形態例では、プリント回路基板(PCB)は、PCBの隣接する金属層中の金属フィーチャと重なり、または金属フィーチャ間に介在する不均一なサイズのビアキャッチパッドを有してよい。不均一なサイズのビアキャッチパッドは、したがって、ビアの周囲のPCBの通常は透過性の誘電領域を通る光の透過に対する障害物を提供してよい。重なりまたは介在は、PCBの2つの側が互いに光学的に分離することを可能にする。したがって、PCBの第1の側に取り付けられた構成要素は、PCBの第2の側に入射する光および他の電磁放射線から分離され得、逆も同様である。
[0024] 方法、装置、およびシステムの例が本明細書に記載される。単語「例(example)」および「例示的(exemplary)」は、「例(example)、例(instance)、または例証(illustration)として機能すること」を意味するために本明細書で使用されることが理解されるべきである。「例」または「例示的」であると本明細書に記載される任意の実施形態または特徴は、そのような指示がない限り、他の実施形態または特徴に比べて必ずしも好ましいまたは有利であると見なされるわけではない。他の実施形態が利用され得、本明細書に提示された主題の範囲を逸脱することなく、他の変更がなされ得る。
[0030] 不均一なビア(すなわち、垂直相互接続アクセス)キャッチパッドの実施形態例、ならびにそれに関連する方法およびシステムが本明細書に記載される。不均一なキャッチパッドは、光がプリント回路基板(PCB)を通過し、高感度光センサの不要なトリガを引き起こすのを阻止し得る。キャッチパッドは、例えば、光検出および測距(LIDAR)PCB、または高感度光センサを使用する他の用途に実装されてよい。LIDARシステムは、LIDARの視線にある物体の距離を測定するために、1つまたは複数のトランスミッタ(例えば、レーザーダイオード)を使用して光を放出し、かつ1つまたは複数の対応するレシーバ(例えば、センサ)を使用して光を受け取ってよい。レシーバ回路は、増幅回路と連動して働き、単一フォトンの検出を可能にしてよい非常に高感度な素子(光電子増倍管(PMT)、アバランシェフォトダイオード(APD)、およびシリコン光電子増倍管(SiPM)のような)に基づいてよい。この光に対する高い感度はLIDARの分解能および範囲を改善してよいが、LIDARアセンブリ全体、具体的には、高感度光センサの周囲の領域が、不要な効果(例えば、回路の不要なトリガ、電流消費の増加など)を引き起こし得る意図しないフォトンまたはルーズフォトン(loose photon)に対して適切に遮蔽されるシステムの設計に課題が生じ得る。一実施形態では、光がPCBを通過する代わりに、メタライズ層によってPCBから反射または内部吸収され得るように、(フィルドビアとともに)不均一なビアパッドスタックが採用される。ルーズフォトンがPCBを通過するのを阻止する様式のビアパッドスタックの設計は、感光性PCBとともに安価なはんだマスク(例えば緑色)の使用も可能にする。
[0045] ここで図を参照すると、図1は、実施形態例によるLIDAR装置100の簡略化されたブロック図である。示されるように、LIDAR装置100は、電源構成102、電子機器104、光源(複数可)106、トランスミッタ108、レシーバ110、回転台114、アクチュエータ(複数可)116、固定台118、回転リンク120、およびハウジング122を含む。他の実施形態では、LIDAR装置100は、より多い、より少ない、または異なる構成要素を含んでよい。加えて、示された構成要素は、任意の数の方法で組み合わされるか、または分割されてよい。
[0071] 図2は、実施形態例による車両200の簡略化されたブロック図である。車両200は、LIDAR装置100と同様のLIDAR装置を含んでよい。示されるように、車両200は推進システム202、センサシステム204、制御システム206(コントローラ206とも呼ばれ得る)、周辺機器208、およびコンピュータシステム210を含む。他の実施形態では、車両200はより多い、より少ない、または異なるシステムを含んでよく、各システムはより多い、より少ない、または異なる構成要素を含んでよい。
[0103] 図4は、プリント回路基板(PCB)の例400の側面の断面図を示す。PCB 400は、金属層402、404、406、および408、上部はんだマスク418、ならびに下部はんだマスク424を含む。PCB 400は、対応するキャッチパッド403、405、407、および409を有するビア410(すなわち、垂直相互接続アクセス)も含む。光センサ402は、はんだパッド420aおよび420bによってPCB 400に接続されてよい。PCB 400は、光センサ402によって光が感知されるための開口422を定めるエンクロージャ414の中または付近に取り付けられてよい。PCB400は、PCB 400の上部に入射する光412がPCB 400の下部へ直接透過し、エンクロージャ414または別の反射面に反射し、光センサ402に当たるのを可能にし得る透過性PCB基板材料の領域416aおよび416bを含んでよい。
[0129] 図7は、光センサ402を取り囲むエンクロージャ700とともに組み立てられたPCB 500の側面の断面図を示す。図7に示されたアセンブリは、LIDAR装置の一部を形成してよく、そのハウジング内に位置付けられてよい。LIDAR装置、または複数のLIDAR装置は、車両がLIDARからの信号に基づいてナビゲートできるように、車両の様々な部位または部分に接続されてよい。LIDAR装置の光センサ402は、増幅回路と連動して働き、単一フォトンの検出さえ可能にする光電子増倍管(PMT)、アバランシェフォトダイオード(APD)、シリコン光電子増倍管(SiPM)、またはPINダイオードのような非常に高感度な素子を含んでよい。したがって、光センサ402の不要なトリガを引き起こし得る迷光子(stray photon)から光センサ402を遮蔽することが有利であってよい。
[0132] 図8は、不均一なキャッチパッドを含むPCBを製造するための操作のフローチャート例800を示す。フローチャート800の操作は、手動で、自動的に(例えば、ロボット装置によって)、または手動プロセスと自動プロセスとの組み合わせを使用して実行されてよい。フローチャート800の操作は、例えば、図5A、5B、および5Cにそれぞれ示したPCB 500、PCB 524、またはPCB 526の製造に使用されてよい。
[0140] 本開示は、本出願に記載された特定の実施形態によって限定されるものではなく、実施形態は様々な態様の例証として意図されている。当業者に明らかなように、多くの修正および変形が、その範囲を逸脱することなくなされ得る。本明細書に列挙されたもの加えて、前述の説明から、本開示の範囲内の機能的に均等な方法および装置が当業者には明らかであろう。そのような修正および変形は、添付の特許請求の範囲内にあることを意図している。
Claims (20)
- 装置であって、
第1の側および第2の側を含むプリント回路基板(PCB)と、
前記PCBの前記第2の側に接続され、開口を含むエンクロージャと、
前記PCBの前記第2の側に接続され、前記エンクロージャ内に配置され、前記開口を通って光センサに入射する光を感知するように構成された光センサと、
前記PCBと前記エンクロージャとの間に配置され、前記PCBと前記エンクロージャとの間に光学的に分離する界面を形成するガスケット材料と、を含み、
前記PCBは、
ビアに接続される第1のキャッチパッドを含む第1の複数の金属フィーチャを含む第1の金属層と、
前記ビアに接続される第2のキャッチパッドを含む第2の複数の金属フィーチャを含む第2の金属層と、を含み、前記第2の複数の金属フィーチャの各金属フィーチャは、前記第1の複数の金属フィーチャの対応する1つまたは複数の金属フィーチャと水平に重なり、前記第1の金属層内の前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャと水平に重なることにより、前記第2の金属層内の各金属フィーチャは、前記PCBの前記第1の側に入射する光が前記PCBの対応する誘電材料の領域を通って、前記PCBの前記第2の側に接続された前記光センサへと透過するのを遮るように構成される、
装置。 - 前記第1の複数の金属フィーチャおよび前記第2の複数の金属フィーチャは、前記PCBの水平領域に沿った全ての点において、少なくとも1つの金属層が、光が前記対応する誘電材料の領域を通って透過するのを遮る金属フィーチャを含むようにルーティングされる、請求項1に記載の装置。
- 前記PCBは、前記第1の金属層と前記第2の金属層との間に延在する前記ビアを含み、前記第1のキャッチパッドは第1のサイズを有し、前記第2のキャッチパッドは前記第1のサイズより大きい第2のサイズを有する、請求項1に記載の装置。
- 前記第2のキャッチパッドが水平に重なる前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャは、前記第1のキャッチパッドとは異なり、かつ前記第1のキャッチパッドとは異なる水平位置に位置する第1の金属フィーチャを含む、請求項3に記載の装置。
- 前記PCBは第3の複数の金属フィーチャを含む第3の金属層をさらに含み、前記第1の複数の金属フィーチャおよび前記第3の複数の金属フィーチャは、前記第2のキャッチパッドの外側境界との連続した水平の重なりを作製するようにルーティングされる、請求項3に記載の装置。
- 前記PCBは光検出および測距(LIDAR)システムの一部を形成する、請求項1に記載の装置。
- 前記エンクロージャは、前記LIDARシステムのハウジング内に配置される、請求項6に記載の装置。
- 前記光センサは単一フォトン光センサを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の複数の金属フィーチャの各金属フィーチャと、前記第1の複数の金属フィーチャの前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャとの間の前記水平の重なりは、少なくとも最小限のフォトンの反射数と関連付けられ、前記フォトンの前記PCBの透過の前に、前記フォトンが前記PCBから反射される、または前記PCBの金属フィーチャにより吸収されるようにする、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の複数の金属フィーチャの各金属フィーチャについて、前記第1の金属層内の前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャは、前記第2の複数の金属フィーチャの前記各金属フィーチャの外側境界と完全に重なるようにルーティングされる、請求項1に記載の装置。
- 装置であって
第1の側および第2の側を含むプリント回路基板(PCB)と、
前記PCBの前記第2の側に接続され、開口を含むエンクロージャと、
前記PCBの前記第2の側に接続され、前記エンクロージャ内に配置され、前記開口を通って光センサに入射する光を感知するように構成された光センサと、
前記PCBと前記エンクロージャとの間に配置され、前記PCBと前記エンクロージャとの間に光学的に分離する界面を形成するガスケット材料と、を含み、
前記PCBは、
ビアに接続される第1のキャッチパッドを含む第1の複数の金属フィーチャを含む第1の金属層と、
前記ビアに接続される第2のキャッチパッドを含む第2の複数の金属フィーチャを含む第2の金属層と、を含み、前記第2の複数の金属フィーチャの1つまたは複数の金属フィーチャは、前記第1の複数の金属フィーチャの対応する1つまたは複数の金属フィーチャと水平に重なり、前記PCBの水平領域に沿った全ての点において、前記PCBの少なくとも1つの金属層は、前記PCBの前記第1の側に入射するフォトンが前記PCBの対応する誘電材料の領域を通って前記PCBの前記第2の側に透過するのを遮る金属フィーチャを含む、
装置。 - 前記第2の複数の金属フィーチャの前記1つまたは複数の金属フィーチャは前記第2のキャッチパッドを含み、前記第2のキャッチパッドが水平に重なる前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャは、前記第1のキャッチパッドとは異なり、かつ前記第1のキャッチパッドとは異なる水平位置に位置する第1の金属フィーチャを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記PCBは第3の複数の金属フィーチャを含む第3の金属層をさらに含み、前記第1の複数の金属フィーチャおよび前記第3の複数の金属フィーチャは、前記第2のキャッチパッドの外側境界との連続した水平の重なりを作製するようにルーティングされる、請求項11に記載の装置。
- 前記PCBは、前記ビアに接続された第3のキャッチパッドを含む第3の複数の金属フィーチャを含む第3の金属層をさらに含み、前記第2の金属層は前記第1の金属層と前記第3の金属層との間に位置付けられ、前記第2のキャッチパッドは、前記第1の複数の金属フィーチャの前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャと前記第3の複数の金属フィーチャの対応する1つまたは複数の追加の金属フィーチャとの間に水平に介在する、請求項3または11に記載の装置。
- 装置であって、
第1の側および第2の側を含むプリント回路基板(PCB)と、
前記PCBの前記第2の側に接続され、開口を含むエンクロージャと、
前記PCBの前記第2の側に接続され、前記エンクロージャ内に配置され、前記開口を通って光センサに入射する光を感知するように構成された光センサと、
前記PCBと前記エンクロージャとの間に配置されたガスケット材料により、前記PCBと前記エンクロージャとの間に形成された光学的に分離する界面と、を含み、
前記PCBは、
第1のビアキャッチパッドを含む第1の複数の金属フィーチャを含む第1の金属層と、
第2のビアキャッチパッドを含む第2の複数の金属フィーチャを含む第2の金属層と、を含み、前記第2の複数の金属フィーチャの特定の金属フィーチャは、前記第1の金属層内の対応する1つまたは複数の金属フィーチャと水平に重なり、前記第1の金属層内の前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャは、前記PCBの前記第1の側に入射する光が前記PCBの対応する誘電材料の領域を介して前記光センサに到達するのを遮られるように、前記特定の金属フィーチャの外側境界に完全に重なるようにルーティングされる、
装置。 - 前記特定の金属フィーチャと、前記第1の金属層内の前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャとの間の前記水平の重なりは、少なくとも最小限のフォトンの反射数と関連付けられ、前記フォトンの前記PCBの透過の前に、前記フォトンが前記PCBから反射される、または前記PCBの金属フィーチャにより吸収されるようにする、請求項15に記載の装置。
- 前記第1の複数の金属フィーチャおよび前記第2の複数の金属フィーチャは、前記PCBの水平領域の全ての点において、前記第1の金属層または前記第2の金属層の少なくとも1つが、光が前記PCBを透過するのを遮る金属フィーチャを含むようにルーティングされる、請求項15に記載の装置。
- 前記PCBは、前記第1の金属層と前記第2の金属層との間に延在するビアを含み、前記第1のビアキャッチパッドは前記ビアに接続され、第1のサイズを有し、前記第2のビアキャッチパッドは前記ビアに接続され、前記第1のサイズより大きい第2のサイズをする、請求項15に記載の装置。
- 前記第2のビアキャッチパッドが前記第1の複数の金属フィーチャの少なくとも1つの金属フィーチャと水平に重なり、前記少なくとも1つの金属フィーチャは、前記第1のビアキャッチパッドとは異なり、かつ前記第1のビアキャッチパッドとは異なる水平位置に位置する第1の金属フィーチャを含む、請求項18に記載の装置。
- 光検出および測距(LIDAR)システムであって、
ハウジングと、
開口を含み、前記ハウジング内に配置されたエンクロージャと、
第1の側および第2の側を含み、前記ハウジング内に配置されたプリント回路基板(PCB)と、
前記PCBの前記第2の側に接続され、前記ハウジング内に配置され、前記開口を通って光センサに入射する光を感知するように構成された光センサと、
前記PCBと前記エンクロージャとの間に形成された光学的に分離する界面と、を含み、
前記PCBは、
第1のビアキャッチパッドを含む第1の複数の金属フィーチャを含む第1の金属層と、
第2のビアキャッチパッドを含む第2の複数の金属フィーチャを含む第2の金属層と、を含み、前記第2の複数の金属フィーチャの特定の金属フィーチャは、前記第1の複数の金属フィーチャの対応する1つまたは複数の金属フィーチャと水平に重なり、前記第1の複数の金属フィーチャの前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャと水平に重なることにより、前記特定の金属フィーチャと前記対応する1つまたは複数の金属フィーチャは、前記PCBの前記第1の側に入射する光が前記PCBの対応する誘電材料の領域を通って前前記光センサへと透過するのを遮るように構成される、
システム。
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