一种多波长TOF封装结构及制作方法与流程

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种多波长tof封装结构及制作方法。

背景技术：

现有tof的封装主要是将激光器芯片贴到基板上形成tof，tof组件用锡焊到pcb板上实现三维识别效果。当前的tof采用单一波长激光照射到物体表面，在不同位置对光的反射时刻不同，从而将空间信息转换为时间信息，用算法来处理这个时间信息，构建物体表面轮廓或深度信息。因为采用单色激光，当此单一波长的光受到外部环境影响较大时，例如，照射到对此波长吸收较大的物体表面或者穿过对此波长吸收较大的外部环境。这样容易使信息丢失，使信噪比降低，影响物体表面轮廓信息探测质量。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明人为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，本发明提供一种多波长tof封装结构及制作方法，减少单一激光信号的丢失概率，提升探测信噪比，提升tof对物体表面轮廓信息探测质量。多波长tof封装结构包括，

陶瓷基板，其表面设有电路结构；

至少两个波长不同的vcsel激光器芯片，其设置在所述陶瓷基板上，每个vcsel激光器芯片经由金线电连接所述电路结构；

支撑保持件，其设置于所述陶瓷基板上，所述支撑保持件在所述vcsel激光器芯片上方形成容纳区域，

光斑匀化片，其固定在所述容纳区域并处于所述vcsel激光器芯片上方。

所述的多波长tof封装结构中，所述多波长tof封装结构还包括驱动芯片，其设置于所述陶瓷基板上，所述驱动芯片电连接每个vcsel激光器芯片，响应于驱动芯片发出的驱动信号，vcsel激光器芯片基于各自的识别范围发出不同波长的光信号。

所述的多波长tof封装结构中，所述驱动芯片邻近所述vcsel激光器芯片，所述驱动芯片经由金线连接所述vcsel激光器芯片，所述金线的长度小于预定长度，所述预定长度小于金线连接vcsel激光器芯片的位置处到驱动芯片与vcsel激光器芯片邻近的边缘之间距离的四倍。

所述的多波长tof封装结构中，所述多波长tof封装结构还包括用于接收返回的光信号的光探测芯片和处理光信号的处理单元，vcsel激光器芯片、驱动芯片、处理单元和光探测芯片相互电连接，响应于不同时刻所接收的不同波长的光信号，处理单元处理光信号以重构图像。

所述的多波长tof封装结构中，所述电路结构包括驱动芯片、光探测芯片和/或处理单元。

所述的多波长tof封装结构中，所述陶瓷基板为氮化铝陶瓷基板或氧化铍陶瓷基板，光探测芯片采用硅材料或者化合物半导体材料制成，所述化合物半导体材料包括gaas或inp，vcsel激光器芯片经由gaas/algaas多量子阱材料制成，驱动芯片采用硅材料或者gaas半导体材料制成，支撑保持件经由塑料或氧化铝制成，光斑匀化片采用玻璃材料制成。

所述的多波长tof封装结构中，vcsel激光器芯片的发射波长选取为450nm、650nm、850nm、950nm、1310nm、1550nm。

所述的多波长tof封装结构中，支撑保持件经由uv胶水和黑胶，或者热固化胶贴在陶瓷基板上，光斑匀化片经由uv胶水和黑胶，或热固化胶贴到支撑保持件上。

所述的多波长tof封装结构中，所述多波长tof封装结构包括发射波长为450nm的第一vcsel激光器芯片、发射波长为850nm的第二vcsel激光器芯片和发射波长为1310nm的第三vcsel激光器芯片。

根据本发明另一方面，还提供了一种所述的多波长tof封装结构的制作方法，包括以下步骤：

设置电路结构于陶瓷基板上，至少两个波长不同的vcsel激光器芯片经由银浆贴在陶瓷基板上，每个vcsel激光器芯片经由金线电连接所述电路结构；

支撑保持件经由uv胶水或黑胶贴在陶瓷基板上，所述支撑保持件在所有所述vcsel激光器芯片上方形成容纳区域，

光斑匀化片经由uv胶水贴到支撑保持件上。

本发明的技术效果如下：本发明的多波长tof封装结构可以提供多波长和多芯片激光器结构，每个波长在不同的环境下有各自的优势，这样多个波长优劣相互补充，抗干扰能力更强。同时可以通过对多个波长探测到信号之间相互对比，进而获取更多信息，提高物体表面轮廓探测质量，改善信号完整性问题。本发明兼容不同的环境，信噪比高，抗干扰能力强，结构简单，缩短封装周期，适合批量化生产。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的多波长tof封装结构的结构示意图；

图2为本发明一个实施方式的多波长tof封装结构的俯视示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

具体而言，如图1-2所示，多波长tof封装结构包括，

陶瓷基板1，其表面设有电路结构；

至少两个波长不同的vcsel激光器芯片2，其设置在所述陶瓷基板1上，每个vcsel激光器芯片2经由金线3电连接所述电路结构；

支撑保持件4，其设置于所述陶瓷基板1上，所述支撑保持件4围绕所述vcsel激光器芯片2以形成一个容纳区域；显然，本领域技术人员也可通过其他多种替代方式布置该支撑保持件4并形成相应容纳区域。

光斑匀化片5，其固定在所述支撑保持件4上并处于所述vcsel激光器芯片2上方。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，一定尺寸的氮化铝陶瓷基板1的表面布置好满足一定功能的电路图。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，至少两个vcsel激光器芯片2通过银浆或者焊料贴在陶瓷基板1表面上，所述vcsel激光器芯片可选择不同的发射波长，如450nm、650nm、850nm、950nm、1310nm、1550nm等。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，通过金线3将至少两个vcsel激光器芯片2和陶瓷基板1表面的各个功能pad连接。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，在此陶瓷基板1表面贴装陶瓷或者塑料的支撑保持件4。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，陶瓷基板1可以采用氮化铝或者氧化铍陶瓷。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，vcsel激光器芯片2采用gaas/algaas多量子阱材料，电路结构中包含的光探测芯片采用硅材料或者gaas、inp等化合物半导体材料。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，金线3采用四个九纯金。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，光斑匀化片5采用各种玻璃材料。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，采用金线3工艺，将至少两个vcsel激光器芯片2和aln陶瓷基板1表面的功能pad连接。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，用uv胶水和黑胶将塑料的支撑保持件4贴到陶瓷基板1上。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，用uv胶水将光斑匀化片5贴到塑料的支撑保持件4的安装孔里。

通过给驱动芯片加电，并且通过一些通讯协议控制驱动芯片按照应用端需求驱动tof内多个的vcsel激光器芯片2发射光信号，这些不同波长的vcsel激光器芯片2照射物体表面，由于不同波长的vcsel激光器芯片2有各自的识别范围，所以这些vcsel激光器芯片2反射回来的光强度和时间会有差异，通过识别不同波长的信号，并且借助算法处理信号，重构图像，进而达到3d识别的效果。因为本发明采用至少两个波长，可识别的范围更加宽泛，对于环境的适应性也有明显提升，能显著提升信噪比。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，所述多波长tof封装结构还包括驱动芯片，其设置于所述陶瓷基板1上，所述驱动芯片电连接每个vcsel激光器芯片2，vcsel激光器芯片2响应于驱动芯片发出的驱动信号基于各自识别范围发出不同波长的光信号。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，所述驱动芯片邻近所述vcsel激光器芯片2，所述驱动芯片经由金线3连接所述vcsel激光器芯片2，所述金线3的长度小于预定长度，所述预定长度小于金线3连接vcsel激光器芯片2的位置处到驱动芯片与vcsel激光器芯片2邻近的边缘之间距离的四倍。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，所述多波长tof封装结构还包括用于接收返回的光信号的光探测芯片和处理光信号的处理单元，vcsel激光器芯片2、驱动芯片、处理单元和光探测芯片相互电连接，响应于不同时刻所接收的不同波长的光信号，处理单元处理光信号以重构图像。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，所述电路结构包括驱动芯片、光探测芯片和/或处理单元。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，所述陶瓷基板1为氮化铝陶瓷基板或氧化铍陶瓷基板，光探测芯片采用硅材料或者化合物半导体材料制成，所述化合物半导体材料包括gaas或inp，vcsel激光器芯片2经由gaas/algaas多量子阱材料制成，驱动芯片采用硅材料或者gaas半导体材料制成，支撑保持件4经由塑料制成，光斑匀化片5采用玻璃材料制成。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，vcsel激光器芯片2的发射波长可选择为450nm、650nm、850nm、950nm、1310nm、1550nm。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，支撑保持件4经由uv胶水或黑胶贴在陶瓷基板1板上，光斑匀化片5经由uv胶水贴到支撑保持件4上。

所述的多波长tof封装结构的优选实施例中，所述多波长tof封装结构包括发射波长为450nm的第一vcsel激光器芯片2、发射波长为850nm的第二vcsel激光器芯片2和发射波长为1310nm的第三vcsel激光器芯片2。

如图1-2所示，一种所述的多波长tof封装结构的制作方法包括以下步骤：

设置电路结构于陶瓷基板1板上，至少两个波长不同的vcsel激光器芯片2经由银浆贴在陶瓷基板1上，每个vcsel激光器芯片2经由金线3电连接所述电路结构；

支撑保持件4经由uv胶水或黑胶贴在陶瓷基板1上，所述支撑保持件4围绕所有所述vcsel激光器芯片2以形成一个容纳区域；显然，本领域技术人员也可通过其他多种替代方式布置该支撑保持件4并形成相应容纳区域。

光斑匀化片5经由uv胶水贴到支撑保持件4上并处于所有所述vcsel激光器芯片2上方。

本发明兼容不同的环境，信噪比高，抗干扰能力强。结构简单，适合批量化生产。能够在手机解锁应用、激光雷达、人脸识别、3d扫描方面应用。

工业实用性

本发明的多波长tof封装结构及制作方法可以在激光领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。