激光雷达以及车辆的制作方法

本申请涉及激光探测，尤其涉及一种激光雷达以及车辆。

背景技术：

1、激光雷达作为自动驾驶车辆的重要组件，其按扫描方式可分为机械式、固态式和混合固态式。其中固态式激光雷达没有旋转和可动扫描的部件，其正常工作依赖于激光发射芯片和激光接收芯片的位置的精确匹配。由于固态式激光雷达具有尺寸小、精度高、速度快等优点，成为了自动驾驶车辆未来的发展趋势。

2、现有的固态式激光雷达通常将激光发射芯片和激光接收芯片贴附在pcb基板上以完成组装，而在车载极限温度下，激光发射芯片和激光接收芯片与pcb基板之间易产生大量残余应力，以使得激光发射芯片和激光接收芯片发生变形、翘曲等问题，进而与基板贴附失效，从而影响激光雷达的可靠性。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种激光雷达以及车辆，以提高在车载极限温度下，激光雷达的可靠性。

2、第一方面，本申请提供了一种激光雷达，包括：金属基板、pcb板、激光发射芯片和激光接收芯片；pcb板固定于金属基板的表面，pcb板包括第一孔和第二孔，激光发射芯片通过第一孔固定于金属基板上，激光接收芯片通过第二孔固定于金属基板上，激光发射芯片和激光接收芯片分别与pcb板电性连接。

3、本申请的激光雷达通过在pcb板上制作过孔以形成第一孔和第二孔。通过将pcb板贴附在金属基板上，同时通过将激光发射芯片和激光接收芯片分别放置于第一孔和第二孔内，并分别与金属基板固定，以限定激光发射芯片和激光接收芯片的位置。通过设置激光发射芯片和激光接收芯片分别与pcb板电性连接，以使得激光发射芯片可在pcb板上的驱动电路的控制下发射探测光线，以对障碍物进行扫描。

4、可以理解的，基于金属基板具有良好的导热性，且金属基板与激光发射芯片和激光接收芯片的热膨胀系数匹配良好，通过将激光发射芯片和激光接收芯片固定在金属基板上，以避免在车载极限温度下，激光发射芯片和激光接收芯片与基板贴附失效，进而提高激光雷达的可靠性。同时，基于金属基板具有较高的表面平整度，也可以提高激光发射芯片和激光接收芯片贴附的位置精度。

5、在一种实施例中，激光发射芯片的封装外形呈台阶状，激光发射芯片包括两个极性相反的电极，两个电极分别位于上面的台阶和下面的台阶。

6、在本实施例中，通过将激光发射芯片的封装外形设置为台阶状，以实现将激光发射芯片相反的两个电极设置在激光发射芯片的同一侧，进而可以将激光发射芯片直接贴附在金属基板上。也即，既保证了激光发射芯片和pcb板的电性连接，也可以避免激光发射芯片的电极与金属基板接触产生短路等不良情况。

7、在一种实施例中，上面的台阶表面外围设置的是激光发射芯片的正极，正极通过金线与pcb板电性连接；下面的台阶表面外围设置的是激光发射芯片的负极，负极通过金线与pcb板电性连接。

8、在本实施例中，通过将激光发射芯片的正极和负极分别设置在上面的台阶外围和下面台阶的外围，以暴露出台阶的中心，使得探测光线可以从台阶中心射出。通过金线将两个电极分别与pcb板连接，以实现激光发射芯片与pcb板电性连接。

9、在一种实施例中，激光接收芯片的封装上表面设置有引脚，引脚通过金线与pcb板电性连接。

10、在一种实施例中，还包括支架，支架固定在金属基板上；支架，用于固定投射镜头组和固定接收镜头组；投射镜头组设置在激光发射芯片的正上方，接收镜头组设置在激光接收芯片的正上方。

11、在本实施例中，在激光发射芯片的正上方设置投射镜头组，以减小探测光线的发散角，以保证光束的质量。在激光接收芯片的正上方设置接收镜头组，以尽可能大范围的接收经障碍物反射后的光束。同时通过在金属基板上设置支架，以用于固定投射镜头组和固定接收镜头组。

12、在一种实施例中，支架采用和金属基板热膨胀系数相近的材料。

13、在本实施例中，通过采用热膨胀系数与金属基板的热膨胀系数相近材料制作支架，以降低支架和金属基板之间在车载极限温度下产生的残余应力，进而可提高支架与金属基板的贴附可靠性，从而进一步提高激光雷达的可靠性。

14、在一种实施例中，支架、激光发射芯片和激光接收芯片通过胶水固定在金属基板上。

15、在一种实施例中，激光雷达为纯固态激光雷达，激光发射芯片包括：vscel阵列；激光接收芯片包括：spad阵列。

16、在本实施例中，通过设置激光发射芯片包括vscel阵列，以使得探测光线可以沿垂直于金属基板方向射出，进而简化激光雷达的结构。同时基于vscel阵列具有高输出功率和高质量光束的优点，可以降低激光雷达的功耗和提高激光雷达的可靠性。通过设置激光接收芯片包括spad阵列，以使得反射到激光接收芯片的探测光线可以直接转化为数字信号，以减少激光雷达所需元器件的数量，进而简化激光雷达的结构。同时基于spad阵列具有单光子探测能力，可以提高效率。

17、在一种实施例中，激光发射芯片的封装衬底的材料为氮化铝。

18、在本实施例中，基于氮化铝材料具有高导热、高绝缘、高线路精准度、高表面平整度、低热膨胀系数等优点，采用氮化铝材料制作封装衬底，可以提高激光雷达的可靠性。

19、在一种实施例中，激光发射芯片具有m个发光单元，并将发光单元分为n组，且m＞n；每组内的各个发光单元之间串联，并通过金属线电性连接至pcb板。

20、在本实施例中，通过对多个发光单元分组，并通过金属线使得各组发光单元与pcb板电性连接，以进一步简化线路并实现分组控制探测光线。

21、在一种实施例中，各条金线在金属基板表面上的投影相互间隔。

22、在本实施例中，通过设置各条金线在金属基板表面上的投影相互间隔，以降低各条金线之间意外搭接的风险，从而提高激光雷达的可靠性。

23、在一种实施例中，激光接收镜头组包括滤光片，滤光片用于过滤环境光，以避免环境光对反射至激光接收芯片的探测光线产生干扰。

24、在本实施例中，通过在激光接收镜头组处设置滤光片，以将除探测光线之外的其它波段的光线过滤，避免环境光对探测光线的干扰，进而提高探测精度。

25、在一种实施例中，金属基板为铝基板。

26、在本实施例中，基于铝基板具有较高的导热性、较高的绝缘性以及价格相对较低的优点，通过设置金属基板为铝基板，以进一步提高激光雷达的可靠性的同时降低其制作成本。

27、第二方面，本申请提供了一种车辆，包括如上述任一实施例中的激光雷达。

28、可以理解的，本申请第二方面的车辆由于采用了本申请第一方面所提供的激光雷达，而具有了较高的可靠性。

技术特征：

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：金属基板、pcb板、激光发射芯片和激光接收芯片；

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射芯片的封装外形呈台阶状，所述激光发射芯片包括两个极性相反的电极，所述两个电极分别位于上面的台阶和下面的台阶。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述上面的台阶表面外围设置的是所述激光发射芯片的正极，所述正极通过金线与所述pcb板电性连接；所述下面的台阶表面外围设置的是所述激光发射芯片的负极，所述负极通过金线与所述pcb板电性连接。

4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光接收芯片的封装上表面设置有引脚，所述引脚通过金线与所述pcb板电性连接。

5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括支架，所述支架固定在所述金属基板上；所述支架，用于固定投射镜头组和固定接收镜头组；所述投射镜头组设置在所述激光发射芯片的正上方，所述接收镜头组设置在所述激光接收芯片的正上方。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述支架采用和所述金属基板热膨胀系数相近的材料。

7.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述支架、所述激光发射芯片和所述激光接收芯片通过胶水固定在所述金属基板上。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达为纯固态激光雷达，所述激光发射芯片包括：vscel阵列；所述激光接收芯片包括：spad阵列。

9.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射芯片的封装衬底的材料为氮化铝。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的激光雷达。

技术总结
本申请涉及一种激光雷达以及车辆，其中激光雷包括：金属基板、PCB板、激光发射芯片和激光接收芯片；PCB板固定于金属基板的表面，PCB板包括第一孔和第二孔，激光发射芯片通过第一孔固定于金属基板上，激光接收芯片通过第二孔固定于金属基板上，激光发射芯片和激光接收芯片分别与PCB板电性连接。本申请的激光雷达通过将激光发射芯片和激光接收芯片固定在同一块金属基板上，以避免在车载极限温度下，激光发射芯片和激光接收芯片与基板贴附失效，进而提高激光雷达的可靠性。

技术研发人员：厉思杰,王旭,张超
受保护的技术使用者：深圳市灵明光子科技有限公司
技术研发日：20230217
技术公布日：2024/1/14