一种光发射模组及其封装方法与流程

本发明实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种光发射模组及其封装方法。

背景技术：

基于vcsel（verticalcavitysurfaceemittinglaser，垂直腔面发射激光器）光源的tof（timeofflight，飞行时间）技术在自动驾驶，人脸识别，机器人，安防等领域的应用越来越广泛。tof技术通过直接（d-tof）或间接（i-tof）测量光信号从发射到被目标反射到被接收的时间来确定目标与探测器的间距，其测试精度受到发射出的光信号的波形的影响，理想情况要求光脉冲信号的上升沿和下降沿尽量小，也即是方波脉冲。

但是，目前，驱动芯片及对应的电容电阻是vcsel必备的组件，用以给vcsel提供电脉冲驱动。驱动芯片，vcsel通常封装于基板的同一面上。vcsel的正负极位于vcsel两个面上，vcsel的一个电极需要以金线与基板连接，而vcsel正负极与驱动芯片对应的引脚之间通过基板上的铜导线相连。这种封装形式中，受制于基板布局和自身体积，需要使用到金线键合，铜导线通常比较长，有较高的自感，布线上的拐弯也会增大回路的电感。实际情况下，电回路及器件自身的电感会增大电信号和光信号的上升沿和下降沿，导致方波脉冲难以实现。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种光发射模组及其封装方法，以实现降低电回路的自感，减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种光发射模组，包括：基板，所述基板包括第一面和第二面；vcsel激光器芯片，位于所述基板的第一面上；驱动芯片，位于所述基板的第二面上；其中，所述基板中设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔用于所述vcsel激光器芯片的正极引脚和驱动芯片的第一引脚电连接，所述第二通孔用于所述vcsel激光器芯片的负极引脚和驱动芯片的第二引脚电连接；所述vcsel激光器芯片的出光侧方向为所述第二面垂直指向所述第一面的方向。

根据本发明实施例提出的光发射模组，通过在基板的第一面设置vcsel激光器芯片，并在基板的第二面设置驱动芯片，以及通过基板上的第一通孔实现vcsel激光器芯片的正极引脚与驱动芯片第一引脚之间的电连接，通过基板上的第二通孔实现vcsel激光器芯片的负极引脚与驱动芯片第二引脚之间的电连接，从而使用双面基板，降低电路的长度，消除电路的拐角，降低线路电感减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

可选地，所述第一通孔和所述第二通孔中填充有导电材料，所述基板的第一面设置有第一焊盘与第二焊盘，所述第一焊盘与vcsel激光器芯片的正极引脚电连接，所述第二焊盘与所述vcsel激光器芯片的负极引脚电连接；

所述基板的第二面设置有第三焊盘与第四焊盘，所述第三焊盘与所述驱动芯片的第一引脚电连接，所述第四焊盘与所述驱动芯片的第二引脚电连接，所述第一焊盘与所述第三焊盘之间以导电材料电连接，所述第二焊盘与所述第四焊盘之间以导电材料电连接。

可选地，所述光发射模组还包括：光电二极管和光斑调整片，所述光电二极管位于所述基板的第一面，所述光斑调整片位于所述vcsel激光器芯片的出光侧，所述光电二极管的正极通过金线与所述基板的第五焊盘连接，所述光电二极管的负极与所述基板的第六焊盘连接，用于根据所述光斑调整片反射的光监控所述vcsel激光器芯片的出光功率。

可选地，第一垂直投影和第二垂直投影均在第三垂直投影内，其中，所述第一垂直投影为所述vcsel激光器芯片在所述基板上的垂直投影，所述第二垂直投影为所述光电二极管在所述基板上的垂直投影，所述第三垂直投影为所述光斑调整片在所述基板上的垂直投影。

可选地，所述光发射模组还包括：支撑件，所述支撑件位于所述光斑调整片与所述基板之间，所述支撑件围绕所述光电二极管和所述vcsel激光器芯片设置，用于支撑所述光斑调整片。

可选地，所述光发射模组还包括：电路组件，所述电路组件位于所述基板的第二面，所述基板的第二面设置有电回路，所述电回路与所述第五焊盘通过第三通孔连接，所述电回路与所述第六焊盘通过第四通孔连接，所述电回路用于连接所述电路组件，所述电回路与所述驱动芯片电连接，所述电路组件与所述驱动芯片采用表面组装技术组装。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种光发射模组的封装方法，包括以下步骤：

在基板上设置通孔，其中，所述通孔包括第一通孔和第二通孔，所述基板包括第一面和第二面；

在所述第一通孔和所述第二通孔中填充导电材料；

在所述基板的第一面上贴合vcsel激光器芯片；

反转所述基板，在所述基板的第二面上贴合驱动芯片；

其中，所述第一通孔用于所述vcsel激光器芯片的正极引脚和驱动芯片的第一引脚电连接，所述第二通孔用于所述vcsel激光器芯片的负极引脚和驱动芯片的第二引脚电连接；

所述vcsel激光器芯片的出光侧方向为所述第二面垂直指向所述第一面的方向。

根据本发明实施例提出的光发射模组的封装方法，首先在基板上设置第一通孔和第二通孔，其中，基板包括第一面和第二面；在所述第一通孔和所述第二通孔中填充导电材料，接着在基板的第一面上贴合vcsel激光器芯片；接着在基板的第二面上贴合驱动芯片；并通过第一通孔使得vcsel激光器芯片的正极引脚和驱动芯片的第一引脚电连接，通过第二通孔使得vcsel激光器芯片的负极引脚和驱动芯片的第二引脚电连接，从而，使用双面基板，降低电路的长度，消除电路的拐角，降低线路电感，减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

可选地，在所述基板上设置通孔之前还包括：以集成电路的形式封装所述驱动芯片；以倒装芯片的形式封装所述vcsel激光器芯片，以使所述vcsel激光器芯片的正极引脚和负极引脚均位于同一侧。

可选地，在所述基板的第一面上贴合vcsel激光器芯片包括：

在所述基板的第一面设置第一焊盘与第二焊盘，

将所述第一焊盘与vcsel激光器芯片的正极引脚电连接，所述第二焊盘与所述vcsel激光器芯片的负极引脚电连接；

在所述基板的第二面上贴合驱动芯片包括：

在所述基板的第二面设置第三焊盘与第四焊盘，所述第三焊盘与所述驱动芯片的第一引脚电连接，所述第四焊盘与所述驱动芯片的第二引脚电连接；

可选地，所述光发射模组的封装方法还包括以下步骤：所述通孔包括第三通孔和第四通孔；

将光电二极管的正极以金线连接的方式连接位于所述基板第一面的第五焊盘；将光电二极管的负极以电连接的方式连接位于所述基板第一面的第六焊盘；

将电路组件以电连接的方式连接在位于所述基板第二面的电回路上，所述电回路与所述驱动芯片电连接；

所述第五焊盘与所述电回路之间通过所述第三通孔连接，所述第六焊盘与所述电回路之间通过所述第四通孔连接；

以uv胶水或热固胶将支撑件粘合于所述基板的第一面上，其中，所述支撑件围绕所述vcsel激光器芯片和所述光电二极管设置；

以uv胶水或热固胶将光斑调整片粘合于所述支撑件远离所述基板的一侧。

附图说明

图1是本发明实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图3是本发明另一个实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图4是本发明又一个实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图5是本发明再一个实施例提出的光发射模组的结构示意图；

图6是本发明实施例提出的光发射模组的封装方法流程图；

图7是本发明一个实施例提出的光发射模组的封装方法中打孔的一个步骤图；

图8是本发明一个实施例提出的光发射模组的封装方法中贴合vcsel激光器芯片的一个步骤图；

图9是本发明一个实施例提出的光发射模组的封装方法中贴合驱动芯片的一个步骤图；

图10是本发明另一个实施例提出的光发射模组的封装方法流程图；

图11是本发明实施例提出的光发射模组的俯视图；

图12是本发明实施例提出的光发射模组的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

下面结合附图来描述本发明实施例提出的光发射模组及其封装方法。

图1是本发明实施例提出的光发射模组的结构示意图。该光发射模组100，包括：基板101、vcsel激光器芯片102和驱动芯片103。

其中，基板101包括第一面101a和第二面101b；vcsel激光器芯片102，位于基板101的第一面101a上；驱动芯片103，位于基板101的第二面101b上；其中，基板101中设置有第一通孔104和第二通孔105，第一通孔104用于vcsel激光器芯片102的正极引脚和驱动芯片103的第一引脚电连接，第二通孔105用于vcsel激光器芯片102的负极引脚和驱动芯片103的第二引脚电连接；vcsel激光器芯片102的出光侧方向为第二面101b垂直指向第一面101a的方向。

以图1中的方位为例，vcsel激光器芯片位于基板101的上方即第一面101a上，驱动芯片103位于基板101的下方即第二面101b上，其中，vcsel激光器芯片102的正极引脚通过基板101的第一通孔104与驱动芯片103的第一引脚电连接，负极引脚通过基板101的第二通孔105与驱动芯片103的第二引脚电连接。

其中，第一通孔104与第二通孔105中填充有导电材料，其导电材料可以为铜、银或钨，vcsel激光器芯片102与驱动芯片103电连接之后，通过外部给驱动芯片103提供电压脉冲信号，驱动芯片103对电压脉冲信号进行调制之后，为vcsel激光器芯片102提供调制后的电压脉冲信号，以驱动vcsel激光器芯片102发射光脉冲信号，光脉冲信号被目标反射后，返回光脉冲信号接收端（图中未示出），外部处理器通过比较发射的光脉冲信号和接收的光脉冲信号以换算得到光的飞行时间，从而计算得到目标与接收器之间的间距，从而得到三维空间信息。

可选地，如图2所示，第一通孔104和第二通孔105中填充有导电材料，基板101的第一面101a设置有第一焊盘111与第二焊盘112，第一焊盘111与vcsel激光器芯片102的正极引脚电连接，第二焊盘112与vcsel激光器芯片102的负极引脚电连接，基板101的第二面101b设置有第三焊盘113与第四焊盘114，第三焊盘113与驱动芯片103的第一引脚电连接，第四焊盘114与驱动芯片103的第二引脚电连接，第一焊盘111与第三焊盘113之间以导电材料连接，第二焊盘112与第四焊盘114之间以导电材料连接。

其中，第一通孔104和第二通孔105中填充有导电材料可以是铜、银或钨。需要说明的是，可以提前在基板101的101a面上设置第一焊盘111和第二焊盘112，在基板101的101b面上设置第三焊盘113和第四焊盘114，其中，第一焊盘111通过第一通孔104与第三焊盘113连接，第二焊盘112通过第二通孔105与第四焊盘114连接，vcsel激光器芯片102的正极引脚与第一焊盘111之间通过导电胶116连接(包括但不限于银胶)，vcsel激光器芯片102的负极引脚与第二焊盘112之间通过导电胶116连接，驱动芯片103的第一引脚与第三焊盘113之间通过锡金属球117连接，驱动芯片103的第二引脚与第四焊盘114之间通过锡金属球117连接。

由此，通过基板101中的第一通孔104和第二通孔105将vcsel激光器芯片102与驱动芯片103直接连接在一起，减少了电路的长度，消除了电路的拐角，避免了金线键合，降低了线路的电感，有利于减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

可选地，如图3所示，光发射模组100还包括：光电二极管106和光斑调整片108，光电二极管106位于基板101的第一面101a，光斑调整片108位于vcsel激光器芯片102的出光侧，光电二极管106的正极通过金线与基板101的第五焊盘107连接，光电二极管106的负极与基板101的第六焊盘118连接用于根据光斑调整片108反射的光，监控vcsel激光器芯片102的出光功率。

其中，光斑调整片108可以是光学漫射体或者doe（diffractiveopticalelements，衍射光学元件），光学漫射体或者doe用于改变vcsel激光器芯片102出射光的光斑形状，能量分布和发散角。vcsel激光器芯片102出射光照射到光斑调整片108上，有一部分光反射至光电二极管106上，光电二极管106根据反射的这部分光对vcsel激光器芯片102的出光功率进行监控。

其中，在基板101的第一面101a，设置有第五焊盘107和第六焊盘118，光电二极管106的正极通过金线与第五焊盘107连接，光电二极管106的负极直接与第六焊盘118电连接。基板101的第二面101b上还设置有电回路119，电回路119与驱动芯片103之间通过锡金属球117焊接连接。从而外部电路给驱动芯片103提供信号，驱动芯片103通过电回路119驱动光电二极管106监控vcsel激光器芯片102的出光功率。

可选地，第一垂直投影和第二垂直投影均在第三垂直投影内，其中，第一垂直投影为vcsel激光器芯片102在基板101上的垂直投影，第二垂直投影为光电二极管106在基板101上的垂直投影，第三垂直投影为光斑调整片108在基板101上的垂直投影。

也就是说，光斑调整片108覆盖vcsel激光器芯片102和光电二极管106，使得光电二极管106更有效的对vcsel激光器芯片102出射的光的光功率进行监控。

可选地，如图4所示，光发射模组100还包括：支撑件109，支撑件109位于光斑调整片108与基板101之间，支撑件109围绕光电二极管106和vcsel激光器芯片102设置，用于支撑光斑调整片108。

其中，支撑件109以胶水贴装方式贴合于基板101上，光斑调整片108与支撑件109之间以胶水贴装的方式粘合。

可选地，如图5所示，光发射模组100还包括：电路组件110，电路组件110位于基板101的第二面101b，基板101的第二面101b设置有电回路119，电回路119与第五焊盘107通过第三通孔120连接，电回路119与第六焊盘118通过第四通孔121连接，电回路119用于连接电路组件110，电回路119与驱动芯片103电连接，电路组件110与驱动芯片103采用表面组装技术组装。

其中，电路组件110为驱动芯片103提供驱动信号，驱动芯片103根据该驱动信号驱动vcsel激光器芯片102进行发光。电路组件110包括一些电阻、电容等电子元件。其中第三通孔120与第四通孔121中可以填充铜、银、钨等导电材料，电路组件110可以以焊接的方式焊接在基板101的第二面101b上对应的电回路119上，最终电路组件110与驱动芯片103之间可采用表面组装技术组装。

需要说明的是，vcsel激光器芯片102可以由gaas/algaas多量子阱材料，或inp基材料制成，激光器的波长可以是850nm，940nm，1350nm。基板101可以是双层或多层的陶瓷基板，其上的导线可以是金、铜等导电金属；基板101也可以是环氧树脂等其他pcb板材料制成；光学漫射体或doe可以是树脂材料，玻璃材料，石英或有机玻璃材料等材料制成；驱动芯片103，电子元器件可以是硅基芯片，gaas等合适的半导体逻辑电路材料制成；光电二极管106可以是si，gaas等材料制成；焊料可以是锡，锡合金（驱动芯片103与电路组件110之间连接使用），vcsel激光器芯片102与基板101之间的连接可以使用金锡焊料或银胶等进行连接。

综上所述，根据本发明实施例提出的光发射模组100，通过在基板101的第一面101a设置vcsel激光器芯片102，并在基板101的第二面101b设置驱动芯片103，以及通过基板101上的第一通孔104实现vcsel激光器芯片102的正极引脚与驱动芯片103第一引脚之间的电连接，通过基板101上的第二通孔105实现vcsel激光器芯片102的负极引脚与驱动芯片103第二引脚之间的电连接，从而使用双面基板，降低电路的长度，消除电路的拐角，降低线路电感，减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

图6是本发明实施例提出的光发射模组的封装方法流程图。该光发射模组的封装方法包括以下步骤：

s101，在基板101上设置通孔，其中，通孔包括第一通孔104和第二通孔105，基板101包括第一面101a和第二面101b；

s102，在第一通孔104和第二通孔105中填充导电材料；

s103，在基板101的第一面101a上贴合vcsel激光器芯片102；

s104，反转基板101，在基板101的第二面101b上贴合驱动芯片103；

其中，第一通孔104用于vcsel激光器芯片102的正极引脚和驱动芯片103的第一引脚电连接，第二通孔105用于vcsel激光器芯片102的负极引脚和驱动芯片103的第二引脚电连接；

vcsel激光器芯片102的出光侧方向为第二面101b垂直指向第一面101a的方向。

如图7所示，在基板101上挖孔，分别为第一通孔104和第二通孔105。如图8所示，在基板101的101a面贴合vcsel激光器芯片102。如图9所示，将图8中的光发射模组100反转，在基板101的101b面贴合驱动芯片103。

在另外的实施例中，还可以将步骤s103和步骤s104顺序进行替换。比如，如图9所示，在基板101上挖孔之后，分别为第一通孔104和第二通孔105，在使用导电材料填充第一通孔104和第二通孔105之后。将基板101反转，在基板101的101b面贴合驱动芯片103，然后再将基板101反转，在基板101的101a面贴合vcsel激光器芯片102。

其中，vcsel激光器芯片102与驱动芯片103电连接之后，通过外部给驱动芯片103提供电压脉冲信号，驱动芯片103调制电压脉冲信号之后，为vcsel激光器芯片102提供调制后的电压脉冲信号，以驱动vcsel激光器芯片102发射光脉冲信号，光脉冲信号被目标反射后，返回光脉冲信号接收端，外部处理器通过比较发射的光脉冲信号和接收的光脉冲信号，可以得到光线从发射到被接收的时间差，从而得到三维空间信息。

可选地，在基板101上设置通孔之前还包括：以集成电路的形式封装驱动芯片103；以倒装芯片的形式封装vcsel激光器芯片102，以使vcsel激光器芯片102的正极引脚和负极引脚均位于同一侧。

从而，消除金线带来的电感，简化工艺，节约成本，使得vcsel激光器芯片102整体封装结构紧凑，面积降低，降低整个电回路的长度，降低自感。

可选地，在基板101的第一面101a上贴合vcsel激光器芯片102包括：

在基板101的第一面101a设置第一焊盘111与第二焊盘112，

将第一焊盘111与vcsel激光器芯片102的正极引脚电连接，第二焊盘112与vcsel激光器芯片102的负极引脚电连接；

在基板101的第二面101b上贴合驱动芯片103包括：

在基板101的第二面101b设置第三焊盘113与第四焊盘114，第三焊盘113与驱动芯片103的第一引脚电连接，第四焊盘114与驱动芯片103的第二引脚电连接；

其中，第一焊盘111与第三焊盘113之间以导电材料连接，第二焊盘112与第四焊盘114之间以导电材料连接。

需要说明的是，在步骤s103和步骤s104之前，在基板101上制作第一焊盘111、第二焊盘112、第三焊盘113和第四焊盘114。以使得后期在制作步骤s103和步骤s104时，可以直接以导电胶或者锡金属的方式进行电连接，其中导电胶可以为银胶。

可选地，如图10所示，光发射模组100的封装方法还包括以下步骤：

s105，通孔包括第三通孔120和第四通孔121；将光电二极管106的正极以金线连接的方式连接位于基板101第一面101a的第五焊盘107；将光电二极管106的负极以电连接的方式连接位于基板101第一面101a的第六焊盘118；

s106，将电路组件110以电连接的方式连接在位于基板101第二面101b的电回路119上，电回路119与驱动芯片103电连接；

其中，第五焊盘107与电回路119之间通过第三通孔120连接，第六焊盘118与电回路119之间通过第四通孔121连接；

s107，以uv胶水或热固胶将支撑件109粘合于基板101的第一面101a上，其中，支撑件109围绕vcsel激光器芯片102和光电二极管106设置；

s108，以uv胶水或热固胶将光斑调整片108粘合于支撑件109远离基板101的一侧。

其中，在使用uv胶水或者热固胶将支撑件109粘合于基板101的第一面101a上之后，需要烘烤固化，同样的以uv胶水或热固胶将光斑调整片108粘合于支撑件109上之后，也需要烘烤固化。

其中，图11是本发明实施例的光发射模组的俯视图。图12是本发明实施例的光发射模组的仰视图。如图11所示，支撑件109支撑光斑调整片108，光斑调整片覆盖vcsel激光器芯片102和光电二极管106，支撑件109围绕vcsel激光器芯片102和光电二极管106设置。如图12所示，驱动芯片103通过电回路119与电路组件110电连接。

综上所述，根据本发明实施例提出的光发射模组的封装方法，首先在基板101上设置第一通孔104和第二通孔105，其中，基板101包括第一面101a和第二面101b；在第一通孔104和第二通孔105中填充导电材料，接着在基板101的第一面101a上贴合vcsel激光器芯片102；接着在基板101的第二面101b上贴合驱动芯片103；并通过第一通孔104使得vcsel激光器芯片102的正极引脚和驱动芯片103的第一引脚电连接，通过第二通孔105使得vcsel激光器芯片102的负极引脚和驱动芯片103的第二引脚电连接，从而，使用双面基板，降低电路的长度，消除电路的拐角，降低线路电感，以减小光脉冲信号的上升沿和下降沿。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。