一种激光探测模组及其制备方法与流程

本发明实施例涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光探测模组及其制备方法。

背景技术：

当前民用和工业用机器人视觉识别多采用点状激光器、一字线等，针对这类发射端光源，目前主要采用led(光发射二极管)或者eel(边发射激光器)。由于led封装工艺成熟，批量生产的成本较低，故行业内常采用直插式封装的led作为探测模组的光源。而由于长波长如1310nm、1550nm对人眼危害更小的优势，行业内同时也在使用to-can封装的eel激光器芯片作为探测方面的光源。封装好之后，再经过一系列准直、整形，得到所需点状光斑或一字线形光束，使得整个模组的结构复杂、制作难度大、成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种激光探测模组及其制备方法，以实现激光探测模组整体结构简单，降低制作难度和制作成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光探测模组，包括：基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件；

所述激光发射模块包括发射单元和驱动单元，所述发射单元与所述驱动单元电连接；

所述激光接收模块包括接收单元和信号处理单元，所述接收单元与所述信号处理单元电连接；

所述发射单元、所述接收单元和所述支撑件均封装设置于所述基板的同一侧；所述支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，所述发射单元位于所述第一限定区域，所述接收单元位于所述第二限定区域。

可选的，所述激光发射模块还包括第一光学元件，所述支撑件远离所述基板的一侧包括第一限位槽，所述第一光学元件位于所述第一限位槽中，用于对所述发射单元出射的激光进行调制；

所述激光接收模块还包括第二光学元件，所述支撑件远离所述基板的一侧还包括第二限位槽，所述第二光学元件位于所述第二限位槽中，用于待探测物体反射的激光进行收集。

可选的，所述驱动单元位于所述基板远离所述发射单元的一侧，所述信号处理单元位于所述基板远离所述接收单元的一侧；

所述基板还包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔均贯穿所述基板；所述发射单元与所述驱动单元通过所述第一通孔电连接，所述接收单元与所述信号处理单元通过所述第二通孔电连接。

可选的，所述支撑件包括支撑侧壁，所述驱动单元和所述信号处理单元均设置于所述支撑侧壁上；

所述发射单元与所述驱动单元通过金线电连接，所述接收单元与所述信号处理单元通过金线与电连接。

可选的，所述基板靠近所述支撑件的一侧设置有第一下沉区和第二下沉区，所述驱动单元设置于所述第一下沉区，所述信号处理单元设置于所述第二下沉区；

所述发射单元与所述驱动单元通过球栅阵列电连接；所述接收单元与所述信号处理单元通过球栅阵列电连接。

可选的，所述发射单元包括vcsel芯片。

可选的，所述基板还包括贴装标记，所述支撑件与所述基板通过所述贴装标记对位贴合。

第二方面，本发明实施例还提供了一种激光探测模组的制备方法，用于制备任一项所述的激光探测模组；所述制备方法包括：

提供基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，所述激光发射模块包括发射单元和驱动单元，所述激光接收模块包括接收单元和信号处理单元；

在所述基板一侧贴装所述发射单元、所述接收单元和所述支撑件；所述支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，所述发射单元位于所述第一限定区域，所述接收单元位于所述第二限定区域；

电连接所述发射单元和所述驱动单元，电连接所述接收单元和所述信号处理单元。

可选的，所述制备方法还包括在所述基板中制备第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔均贯穿所述基板，

所述制备方法还包括在所述基板远离所述支撑件的一侧贴装所述驱动单元和所述信号处理单元，

电连接所述发射单元和所述驱动单元，电连接所述接收单元和所述信号处理单元，包括：

通过所述第一通孔电连接所述发射单元和所述驱动单元，通过所述第二通孔电连接所述接收单元和所述信号处理单元；

或者，所述支撑件包括支撑侧壁，

所述制备方法还包括在所述支撑侧壁上贴装所述驱动单元和所述信号处理单元，

电连接所述发射单元和所述驱动单元，电连接所述接收单元和所述信号处理单元，包括：

通过金线电连接所述发射单元和所述驱动单元，通过金线电连接所述接收单元和所述信号处理单元；

或者，在所述基板一侧贴装所述发射单元、所述接收单元和所述支撑件之前，所述制备方法还包括：

在所述基板靠近所述支撑件的一侧制备第一下沉区和第二下沉区，

在所述第一下沉区贴装所述驱动单元，在所述第二下沉区贴装所述信号处理单元，

在所述驱动单元远离所述基板的一侧制备球栅阵列，在所述信号处理单元远离所述基板的一侧制备球栅阵列，

电连接所述发射单元和所述驱动单元，电连接所述接收单元和所述信号处理单元，包括：

通过球栅阵列电连接所述发射单元和所述驱动单元，通过球栅阵列电连接所述接收单元和所述信号处理单元。

可选的，所述激光发射模块还包括第一光学元件；

所述激光接收模块还包括第二光学元件；

所述支撑件还包括位于远离所述基板一侧的第一限位槽和第二限位槽；

所述制备方法还包括：

在所述第一限位槽中贴装第一光学元件，所述光学元件用于对所述发射单元出射的激光进行调制；

在所述第二限位槽中贴装所述第二光学元件，第二光学元件用于待探测物体反射的激光进行收集。

本发明提供了一种激光探测模组及其制备方法，激光探测模组包括：基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件。激光发射模块包括发射单元和驱动单元，发射单元与驱动单元电连接，驱动单元驱动发射单元出射探测激光；激光接收模块包括接收单元和信号处理单元，接收单元与信号处理单元电连接，接收单元接收经待探测物反射的激光并发送至信号处理单元进行信号分析处理；发射单元、接收单元和支撑件均封装设置于基板的同一侧；支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，发射单元位于第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。通过对基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件的放置位置的合理排布贴装，使得激光探测模组的整体结构简单，制作难度小，制作成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。

图1为本发明实施例提供的一种激光探测模组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种激光探测模组的制备方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种激光探测模组的结构示意图，如图1所示，激光探测模组100包括：基板101、激光发射模块102、激光接收模块103和支撑件104；

激光发射模块102包括发射单元1021和驱动单元1022，发射单元1021与驱动单元1022电连接；

激光接收模块103包括接收单元1031和信号处理单元1032，接收单元1031与信号处理单元1032电连接；

发射单元1021、接收单元1031和支撑件104均封装设置于基板101的同一侧；支撑件104包括第一限定区域1041和第二限定区域1042，发射单元1021位于第一限定区域1041，接收单元1031位于第二限定区域1042。

其中，基板101用于承载激光发射模块102、激光接收模块103和支撑件104，激光发射模块102、激光接收模块103和支撑件104均可以采用表面贴装技术贴装于基板101上，支撑件104需采用胶水等粘结剂进行粘合固化。基板101的材料的热膨胀系数与激光器的衬底材料相接近，以尽量避免应力损伤，同时基板101要具备良好的导电性能，基板101的材料可以为铜钨复合材料，铜金刚石复合材料，铝硅复合材料或铜碳化硅复合材料。

激光发射模块102包括发射单元1021和驱动单元1022，发射单元1021和驱动单元1022可以均为集成芯片，发射单元1021可以包括半导体激光芯片，其具备出射激光的作用。发射单元1021可以由gaas/algaas多量子阱材料或inp基材料制备得到。驱动单元1022可以包括采用cmos工艺制备的集成电路芯片，可以把输入的弱电信号放大到足够强，由于发射单元1021与驱动单元1023电连接，以实现驱动单元1023驱动发射单元1021出射激光的效果。

激光接收模块103包括接收单元1031和信号处理单元1032，接收单元1031可以为具备接收光信号的光电探测器，光电探测器可以为pin型、apd型或者spad型，光电探测器可以发射单元1021出射的探测激光经待探测物反射后的激光光束。接收单元1031也可以由gaas/algaas多量子阱材料或inp基材料制备得到。信号处理单元1032可以为数字信号处理芯片(dsp芯片)或模数转换芯片(adc芯片)，由于接收单元1031与信号处理单元1032电连接，信号处理单元1032可以对接收单元1031接收到的光信号并进行分析处理。

激光探测模组100还包括支撑件104，支撑件104可以根据激光发射模块102和激光接收模块103在基板101上的放置位置，以及所需的对待测物体测距的激光光束的形状和路径，利用光学仿真技术设计支撑件的形状，并通过注塑的方式一体成型，注塑材料可以为可见到近红外波段不透明塑料，由聚甲基丙烯酸甲酯(即亚克力、有机玻璃或pmma)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(pet)、透明尼龙、聚砜(psf)等材料组成，注塑材料可以为透明材料，则需要涂黑处理，防止光串扰。支撑件104包括第一限定区域1041和第二限定区域1042，发射单元4021位于第一限定区域1041，接收单元1031位于第二限定区域1042，防止激光发射模块102和激光接收模块103之间的光串扰。

本发明实施例通过提供的激光探测模组，包括基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，激光发射模块包括电连接的发射单元与驱动单元，激光接收模块包括电连接的接收单元与信号处理单元，发射单元、接收单元和支撑件均封装设置于基板的同一侧，发射单元位于支撑件的第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。该激光探测模组的制作过程兼容表面贴装技术，使得整体结构紧凑，降低制作难度和制作成本，有利于实现批量生产。

可选的，激光发射模块102还包括第一光学元件1023，支撑件104远离基板101的一侧包括第一限位槽1043，第一光学元件1023位于第一限位槽1043中，用于对发射单元1021出射的激光进行调制；

激光接收模块103还包括第二光学元件1033，支撑件104远离基板101的一侧还包括第二限位槽1044，第二光学元件1033位于第二限位槽1044中，用于待探测物体反射的激光进行收集。

其中，第一光学元件1023可以为匀光片或透镜等材料，用于对发射单元1021出射的激光进行调制，第二光学元件1033可以为透镜，用于待探测物体反射的激光进行收集。第一光学元件1023和第二光学元件1033的材料均可以为玻璃或树脂等光学材料。支撑件104上的第一限位槽1043和第二限位槽1044为在对支撑件104进行注塑成型时的预留位置，用于后续分别安装第一光学元件1023和第二光学元件1033。第一光学元件1023和第二光学元件1033可通过胶水等粘接剂粘结分别固定于第一限位槽1043和第二限位槽1044中。

继续参考图1，可选的，驱动单元1022位于基板101远离发射单元1021的一侧，信号处理单元1032位于基板101远离接收单元1031的一侧；基板101还包括第一通孔1011和第二通孔1012，第一通孔1011和第二通孔1012均贯穿基板101；发射单元1021与驱动单元1022通过第一通孔1011电连接，接收单元1031与信号处理单元1032通过第二通孔1012电连接。

其中，发射单元1021和接收单元1031均位于基板101远离驱动单元1022的一侧，驱动单元1022和信号处理单元1032均位于基板101远离接收单元1031的一侧；第一通孔1011和第二通孔1012均采用激光打孔的方式在基板上制备得到，通孔中填充铜、铝等金属导电材料，使得发射单元1021与驱动单元1022通过第一通孔1011电连接，接收单元1031与信号处理单元1032通过第二通孔1012电连接。无需额外布线即可实现各个电气部件之间的电连接，降低制作难度和制作成本。

图2为本发明实施例提供的一种激光探测模组的结构示意图，如图2所示，可选的，支撑件104包括支撑侧壁1045，驱动单元1022和信号处理单元1032均设置于支撑侧壁1045上；发射单元1021与驱动单元1022通过金线105电连接，接收单元1031与信号处理单元1032通过金线105与电连接。

其中，为进一步简化制作工艺，可以将驱动单元1022和信号处理单元1032均设置于支撑侧壁1045相对的两个表面上，并通过金线实现发射单元1021与驱动单元1022之间的电连接以及接收单元1031与信号处理单元1032之间的电连接，金线采用四个九纯金材料组成，发射单元1021、驱动单元1022、接收单元1031与信号处理单元1032均位于基板101的同一侧，有效压缩体积，使得激光探测模组的整体结构紧凑，有利于实现小型化生产。考虑到驱动单元1022和信号处理单元1032的散热问题，可以在驱动单元1022与支撑侧壁1045、基板101之间设置铜块等散热元件，同样在信号处理单元1032与支撑侧壁1045、基板101之间设置铜块等散热元件，用于散热。

图3为本发明实施例提供的一种激光探测模组的结构示意图，如图3所示，可选的，基板101靠近支撑件104的一侧设置有第一下沉区1013和第二下沉区1014，驱动单元1022设置于第一下沉区1013，信号处理单元1032设置于第二下沉区1014；

发射单元1021与驱动单元1022通过球栅阵列106电连接；接收单元1031与信号处理单元1032通过球栅阵列106电连接。

其中，为减少通孔内填充的金属材料和金线带来的阻抗，可以在基板101上设置有第一下沉区1013和第二下沉区1014，驱动单元1022设置于第一下沉区1013，通过球栅阵列106与发射单元1021电连接，信号处理单元1032设置于第二下沉区1014，通过球栅阵列106与接收单元1031电连接，球栅阵列106的成品率高、引脚牢固、电性能好、散热性好、封装密度高，使得形成的激光探测模组的结构性能稳定。球栅阵列106可以分为塑料球栅阵列(pbga)、陶瓷球栅阵列(cbga)和载带球栅阵列(tbga)，可根据实际需求进行选择。如图3中第一下沉区1013和第二下沉区1014均存在未被支撑件104所覆盖的区域，可采用密封胶等密封材料进行覆盖，保证激光探测模组的整体密封性。

可选的，基板101还包括贴装标记，支撑件104与基板101通过贴装标记对位贴合。

其中，在基板101贴装激光发射模块102和激光接收模块103之间，可采用激光在基板101上制备贴装标记，贴装标记的设置方便后续支撑件104与基板101的精准度，确保贴装质量。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种激光探测模组的制备方法，或者理解为该激光探测模组的制备方法可形成上述实施方式提供的激光探测模组，因此该激光探测模组的制备方法也具有上述激光探测模组所具有的有益效果，相同之处可参照上文对激光探测模组的解释说明进行理解，下文中不再赘述。

示例性的，图4为本发明实施例提供的一种激光探测模组的制备方法的流程示意图，如图4所示，本实施例的技术方案适用于制备上述实施例所述的任一项激光探测模组。该方法具体包括如下步骤：

s101，提供基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，激光发射模块包括发射单元和驱动单元，激光接收模块包括接收单元和信号处理单元。

s102，在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件；支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，发射单元位于第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。

其中，继续参考图1，发射单元1021和接收单元1031可均贴装于同一基板上，或是根据实际制作要求将发射单元1021和接收单元1031在不同的衬底基板上制作，再利用表面贴装技术贴合至同一基板上。发射单元1021位于第一限定区域1041，接收单元1031位于第二限定区域1042，可以保证发射单元1021和接收单元1031被支撑件104保护，防止外部水汽侵入影响发射单元1021和接收单元1031。

s103，电连接发射单元和驱动单元，电连接接收单元和信号处理单元。

其中，发射单元和驱动单元之间的电连接以及接收单元和信号处理单元之间的电连接均可根据实际的设计需求，采用通孔、金线或球栅阵列来实现。

采用上述制备方法制备可制备得到上述实施例中的激光探测模组，通过该方法可以简化激光探测模组的整体结构，保证激光探测模组测距效果的前提下，降低制作工艺的难度和制作成本。

图5为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图，如图5所示，该方法具体包括如下步骤：

s201，提供基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，激光发射模块包括发射单元和驱动单元，激光接收模块包括接收单元和信号处理单元。

s202，在基板中制备第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔均贯穿基板。

s203，在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件；支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，发射单元位于第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。

s204，在基板远离支撑件的一侧贴装驱动单元和信号处理单元。

其中，将驱动单元1022和信号处理单元1032均贴装与基板101远离支撑一侧，简化制备工艺，只需要保证驱动单元1022与发射单元1021相对应，信号处理单元1032与接收单元1031相对应，能进行电连接即可。

需要说明的是，可以先在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件，之后在基板远离支撑件的一侧贴装驱动单元和信号处理单元；也可以是先在基板远离支撑件的一侧贴装驱动单元和信号处理单元，之后在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件。本发明实施例对此不进行限定。

s205，通过第一通孔电连接发射单元和驱动单元，通过第二通孔电连接接收单元和信号处理单元。

其中，采用激光打孔的方式在基板上形成第一通孔1011和第二通孔1022，实现驱动单元1022与发射单元1021电连接，信号处理单元1032与接收单元1031电连接。进而保证整个激光探测模组的可以进行探测光束的出射以及经待探测物反射的激光光束的接收、分析和处理。

图6为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图，如图6所示，该方法具体包括如下步骤：

s301，提供基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，激光发射模块包括发射单元和驱动单元，激光接收模块包括接收单元和信号处理单元。

s302，在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件；支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，发射单元位于第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。

s303，在支撑侧壁上贴装驱动单元和信号处理单元。

s304，通过金线电连接发射单元和驱动单元，通过金线电连接接收单元和信号处理单元。

其中，继续参考图2，支撑件104包括支撑侧壁1045，通过将驱动单元1022和信号处理单元1032贴装设置在支撑侧壁1045上，并通过金线105电连接发射单元1021和驱动单元1022以及通过金线105电连接接收单元1031和信号处理单元1032，有效缩小激光探测模组的体积。

图7为本发明实施例提供的另一种激光探测模组的制备方法的流程示意图，如图7所示，该方法具体包括如下步骤：

s401，提供基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，激光发射模块包括发射单元和驱动单元，激光接收模块包括接收单元和信号处理单元。

s402，在基板靠近支撑件的一侧制备第一下沉区和第二下沉区。

s403，在第一下沉区贴装驱动单元，在第二下沉区贴装信号处理单元，在驱动单元远离基板的一侧制备球栅阵列，在信号处理单元远离基板的一侧制备球栅阵列。

s404，在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件；支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，发射单元位于第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。

其中，继续参考图3，通过在基板101靠近支撑件104的一侧制备第一下沉区1013和第二下沉区1014，可以有效减少激光探测模组中设置通孔和金线带来的阻抗，保证激光探测模组结构紧凑以及良好的探测效果。

s405，通过球栅阵列电连接发射单元和驱动单元，通过球栅阵列电连接接收单元和信号处理单元。

其中，球栅阵列106结构简单，电性能好、散热好，且封装密度高，通过球栅阵列106电连接发射单元1021和驱动单元1022以及通过球栅阵列106电连接接收单元1031和信号处理单元1032，使得激光探测模组具备良好的探测效果以及密封性。

图8为本发明实施例提供的一种激光探测模组的制备方法的流程示意图，如图8所示，该方法具体包括如下步骤：

s501，提供基板、激光发射模块、激光接收模块和支撑件，激光发射模块包括发射单元和驱动单元，激光接收模块包括接收单元和信号处理单元。

s502，在基板一侧贴装发射单元、接收单元和支撑件；支撑件包括第一限定区域和第二限定区域，发射单元位于第一限定区域，接收单元位于第二限定区域。

s503，电连接发射单元和驱动单元，电连接接收单元和信号处理单元。

继续参考图1，可选的，激光发射模块102还包括第一光学元件1023；

激光接收模块103还包括第二光学元件1033；

支撑件104还包括位于远离基板101一侧的第一限位槽1043和第二限位槽1044。

s504，在第一限位槽中贴装第一光学元件，光学元件用于对发射单元出射的激光进行调制；

在第二限位槽中贴装第二光学元件，第二光学元件用于待探测物体反射的激光进行收集。

其中，通过将支撑件104上设置第一限位槽1043和第二限位槽1044，分别用于放置第一光学元件1023和第二光学元件1033。第一限位槽1043与第一光学元件1023之间，第二限位槽1044和第二光学元件1033之间，以及支撑件与基板之间均通过胶水等粘接剂进行粘结固定形成密封腔体，使得发射单元1021和接收单元1031被完全密封，有效降低外部水汽的侵入，保证激光探测模组探测效果的同时，使得激光探测模组的整体结构紧凑，提高其使用寿命。

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、相互组合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。