提供不同芯片定向的印刷电路板和光电模块的制作方法

本发明涉及印刷电路板、光电模块和飞行时间相机。

背景技术：

1、光学脉冲被用于感测应用，诸如，接近传感器和测距传感器、跟踪移动、现实捕获以及使用诸如结构光或立体视觉的技术的3d测量。应用包括3d监测或监视，例如用于高级驾驶员辅助系统(adas)中的较短距离上的导航，以检测行人或骑行者的存在并避免现场碰撞。

2、在已知各种原理和方法的电光距离测量领域中特别需要光脉冲。一种方法包括源和对象之间所谓的飞行时间(tof)测量，用于确定对象的深度或距离。通过将例如波长为405nm、532nm、635nm、650-690nm、780nm或785nm、795nm、808-850nm、905nm、980nm、1064nm或在1500nm至1570nm之间的脉冲电磁辐射(例如以激光的形式)发射到待勘测的目标，并随后从作为背散射对象的该目标接收回波，基于脉冲的传送时间来确定到待勘测的目标的距离。

3、因此，飞行时间依赖于测量短激光脉冲的时间延迟。在直接飞行时间(dtof)中，时间门控相机测量光脉冲的往返飞行时间。直接飞行时间非常适合用于长距离，但是距离分辨率受限于激光电子器件的脉冲宽度和一致性。这种方法的变型是间接飞行时间(itof)方法，其调制脉冲序列并测量反射光信号的强度相移(intensity phase shift)以估计行进的距离。专用检测器对与调制信号异相的测量功率量进行测量。对itof中的多个信号进行收集并平均，以改进距离测量的分辨率，但其性能通常限于短程应用。

4、对于这些应用中的任一应用，一个要求是发射特定波长的辐射源，其可以被快速地打开和关闭以生成短脉冲或短脉冲序列的辐射。为了例如在监视应用中照亮大的场景，需要高能脉冲辐射均匀地分布在大照明区域上。具有高脉冲能量的短光脉冲可以在光学泵浦的q开关或锁模固态激光器中生成。然而，q开关或锁模激光器具有大的占用面积，需要高的电能要求以用于操作以及复杂的冷却外围设备。

5、作为另选光源，在本领域中已知诸如边缘发射激光器(eel)和垂直腔表面发射激光器(vcsel)之类的半导体二极管激光源，vcsel沿垂直于晶圆或侧表面的方向进行发射。vcsel可以制造成具有例如1至6μm的高度或厚度，并且针对波长650nm、850nm和980nm的vcsel使用gaas基板，并且针对1310和1550nm使用inp。其它合适的基板包括半绝缘gaas、半绝缘inp、si、sic和蓝宝石。二极管激光器可以在与操作q开关或锁模固态激光器所需的泵浦电流相比相对小的驱动电流下操作。虽然eel目前用于许多应用，包括用于光通信的短脉冲生成，但是vcsel具有优于eel的数个明显优点，这使得它们更适合用于光电测量应用。

6、除了它们的低价之外，vcsel的优点在于，由于发射表面的垂直性质，与eel相比，vcsel的封装被简化。在使用集成封装的情况下，vcsel提供附加益处。首先，垂直发射vcsel阵列的使用简化了制造工艺并降低了制造成本和复杂性。例如，使用vcsel阵列光源允许省略边缘发射激光二极管中所需的45°折叠镜。此外，与边缘发射激光二极管不同，vcsel可以集成到晶圆上的任何期望尺寸的二维阵列中。此外，与边缘发射激光二极管不同，可以在晶圆级测试vcsel。vcsel阵列还具有比边缘发射器高的可靠性和预期寿命。

7、作为另一优点，发射的vcsel光的发散角很小，例如小于15°。因此，即使在大的测量距离处，从vcsel的发射也是高度定向的。可见和红外波长的vcsel发射可以在非常窄的波长带中获得，从而允许背景噪声的光学有效滤波。vcsel还易于生成短脉冲，由此使这些源适合用于lidar型应用和时域距离判别应用。此外，vcsel没有通常影响传统激光二极管的模式跳变。

8、通常，vcsel具有快速的上升时间和下降时间，因此能够在纳秒范围内产生非常短的脉冲。来自vcsel的短脉冲的一个优点是波长啁啾很小，这有助于波长滤波和高速检测。作为另一优点，具有大量发射器的vcsel阵列不表现出通常在来自eel或其它类型的激光器的输出中看到的斑点效应(斑点由入射波束的具有随机相对光学相位的不同反射部分的干涉引起，这可能导致视觉上随机的颗粒图案)。消除斑点极大地增加了照明图像的分辨率。

9、vcsel还具有对称输出辐射图案或几乎完美的圆形类高斯波束形状，这使其更适于用于生成或修改期望照明图案的输出光的简单光学方法。例如，包括但不限于高斯、平顶或环形图案的不同波束形状可以通过适当地设计vcsel的孔径或者通过使用诸如透镜、漫射器等的外部波束成形装置来生成。

10、特别地，单模vcsel通常是非常高速的装置，并且可以以纳秒或更小的量级的脉冲持续时间以及亚纳秒的上升时间来操作。当一起操作时，vcsel阵列产生高能脉冲，其对最小化电导体长度和减小电感的需求增加。例如，具有例如5mm2的面积的vcsel芯片可以产生10w量级的输出功率。

11、对于vcsel或vcsel阵列的高速操作，重要的是可以施加快速电驱动电流。为了施加高速驱动电流，重要的是在封装vcsel和vcsel阵列时使寄生元件最小化。此外，对于vcsel的高功率操作，封装的高热导率也是重要的。为了使vcsel阵列以例如几瓦量级的高速和高功率操作，装置的封装必须同时结合这两个要求。

12、在多个专利和非专利公开中描述了用于将vcsel芯片安装在印刷电子电路板上以用于单独操作或者高输出功率的集体操作的不同布置。然而，它们关于多个vcsel芯片(或者更一般地讲，多个光电芯片(用于光转换的发射器和用于电信号转换的检测器))的以下布置都是不利的：多个vcsel芯片相对于另一空间上分离的光电组件(诸如，用于接收所有这些光电发射器芯片的光的光检测器)的定向；或者换句话说它们相对于上级参考系的定向。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种改进的印刷电路板(pcb)。

2、另一目的是提供一种改进的pcb，其允许以不同的定向安装光电芯片。

3、又一目的是提供一种改进的pcb，其允许在没有响应特性的差异的情况下以不同的定向安装光电芯片。

4、本发明的另一目的是提供一种具有改进的pcb和光电芯片的光电模块。

5、本发明的又一目的是提供一种具有多个光电发射器芯片的改进的飞行时间相机。

6、本发明涉及一种印刷电路板，其具有横向范围并且包括用于光电芯片的(接合焊盘侧的)直接或引线接合的侧/横向着陆焊盘。在本发明的意义上，印刷电路板可以是例如具有单层、多层或hdi构造的fr1至fr4、cem1、cem3、特氟龙、rogers、硅或陶瓷印刷电路板。换句话说，印刷电路板通常应理解为是指具有由导电导体迹线组成的结构的非导电载体材料，导电导体迹线用于连接电子组件和产生电网络以及用于机械固定组件。

7、根据本发明，侧着陆焊盘包括n>1个横向着陆区域(接合区域)，其相对于横向不同地定向。这使得能够以相对于印刷电路板的n个不同横向定向(通过接合焊盘侧)直接接合芯片。着陆区域的电连接长度相等，或者换句话说，直接接合着陆焊盘的电连接长度是定向独立的，即，对于所有提供的接合定向相等。

8、可选地，着陆区域连接或形成共用区域并且共享共用阳极路径或相同的阳极路径。另选地，着陆区域中的至少一些着陆区域被分离，并且每个着陆区域由相对分离的阳极路径接触，例如包括用于每个着陆区域的分离的通孔。在分离区域的情况下，每个着陆区域优选地在其横向中心处电连接，例如，每个通孔在相应着陆区域的表面的中心处。

9、作为另一选择，着陆区域通过单独的馈线电连接到共用点，其中，所有馈线的长度相等。

10、作为又一选择，对于每个单个接合接触点，包括相应接合接触点(例如，单个接合引线)的电路径的延续的长度是定向无关的。因此，不仅到每个着陆区域的信号路径相等，而且每个着陆区域到每个单芯片触点的信号路径在芯片的第一定向上与在第二定向或任何另外的定向上相比都是相等的，即在所有芯片定向上相等。

11、在特定实施方式中，侧着陆焊盘包括彼此布置成矩形的n＝2个着陆区域。具体地，对于较高数量的着陆区域，侧着陆焊盘半圆周地围绕芯片着陆区域(环形焊盘状)。可选地，pcb包括用于芯片的中心底部(阴极)着陆焊盘。

12、本发明还涉及一种光电模块，其包括如上所述的多定向印刷电路板和通过所述印刷电路板的着陆焊盘接合到印刷电路板的芯片。

13、优选地，该芯片被实现为光电芯片，更具体地，为发光芯片，优选为垂直腔表面发射激光器(vcsel)。可选地，在具有不同长度和宽度的矩形形状的意义上，芯片具有非二次(non-quadratic)形状(横向形状是非二次的)的安装表面，其中，作为选择，每个着陆区域的长度与芯片的长度(较长侧)对齐或适配。

14、本发明还涉及一种具有图像传感器的飞行时间相机，该相机至少包括第一和第二光电模块，其中，这些模块相对于图像传感器以不同的横向定向面向相同的方向一致地安装(例如，布置在图像传感器“周围”)。换句话说，光电模块在相机中不同地定向在成像平面中或平行于成像平面。第一模块具有沿第一横向定向(相对于pcb)接合的第一发光芯片，并且第二模块具有沿第二横向定向(相对于pcb)接合的第二发光芯片，使得第一芯片和第二芯片相对于印刷电路板的不同横向定向补偿模块相对于图像传感器的不同横向定向。

15、作为优选示例，相机包括两个第一模块和两个第二模块，该两个第一模块和两个第二模块交替布置，并以90°的步长围绕所述图像传感器周向地安装。

16、作为另一选择，相机包括至少第一和第二光电模块，其中，模块相对于图像传感器或相机的内部参考系以相同的横向定向面向相同的方向安装，第一模块具有沿第一横向定向接合的第一发光芯片，并且第二模块具有沿第二横向定向接合的第二发光芯片。因此，例如，存在具有vcsel阵列的相机，该vcsel阵列具有不同定向的vcsel，从而允许定制光发射图案。

17、本发明提供的pcb的优点在于，该pcb能够实现例如光电芯片的芯片的不同接合定向。因此，具有这种芯片的光电模块可以由同一pcb制造。因此，可以构建具有不同芯片定向的模块，而不必使用不同的pcb。

18、由此，提供了用于供应路径和返回路径的相同物理长度。所呈现的pcb布局为pcb上的芯片的不同接合定向提供电对称性。因此，在频带上也提供了电对称性，关于emc与辐射发射标准(cispr25和fcc部分15b)的兼容性也是有利的。

19、特别地，这样的“一个尺寸适配全部的”pcb可以是tof相机的多个光电光发射器模块的基础，其中，模块在相机内不同地定向，而由于模块上的不同芯片定向，模块定向的差异被补偿。也就是说，各种芯片在相机或上级参考系(或“世界坐标系”)或者相对于图像传感器或光接收器的对准满足相同的条件，尽管模块相对于设置芯片的相机参考系的对准可能不同，但这不需要在结构上不同的模块pcb。换句话说，不同的vcsel定向可以设置有相同的pcb和相对于上级参考系或相对于图像传感器相同的pcb定向，从而实现例如定制的发射图案而无需重新布置pcb，这种需要可能是由于使用现有技术模块而产生的并且可能导致例如机械碰撞的问题。因此，除了芯片定向之外，本文呈现的pcb在所有配置中可以是相同的，因此，仅需要一个pcb布局或设计。

20、下文将参照附图中示意性图示的示例性实施方式，仅通过示例的方式更详细地描述根据本发明的pcb、光电模块和tof相机。