CN116068528A - Tof传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TOF传感器和电子设备。所述TOF传感器包括基板、第一芯片和第二芯片、透光封装层和遮光封装层，所述第一芯片和所述第二芯片均设置于所述基板上；所述透光封装层设置于所述基板靠近所述第一芯片的一侧。本发明的一个技术效果在于，通过设置透光封装层和遮光封装层，能够在利用透光封装层和遮光封装层对第一芯片和第二芯片形成双重固定和双重保护，以避免TOF传感器发射损坏或者变形的同时，利用遮光封装层自身的结构也能够对透光封装层内的第一芯片和第二芯片形成光学隔断，避免了单独隔断结构的设计带来的成本增加，降低了该TOF传感器的装配成本和制备难度。

Description

TOF传感器和电子设备

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地，本发明涉及一种TOF传感器和电子设备。

背景技术

D-TOF(直接飞行时间)传感器可以直接根据脉冲发射和接收的时间差来测算距离，其包含VCSEL芯片和ASIC芯片。VCSEL芯片用于向场景中发射脉冲波，ASIC芯片内含SPAD和TDC，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波，TDC记录脉冲发射和接收的时间差，以计算待测物体的距离。

现有的D-TOF传感器通常直接采用贴片式封装，即将VCSEL和ASIC芯片分别贴装在PCB基板，打线后再贴装滤光片和外壳，外壳内设横梁，以实现VCSEL和SPAD之间的光学隔断，外壳顶部开设激光发射孔和接收孔。这种贴片式封装使得D-TOF传感器的制备工艺复杂，生产成本较高。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新型的TOF传感器和电子设备，旨在解决现有技术中的TOF传感器制备工艺复杂的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种TOF传感器。所述TOF传感器包括：

基板；

第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片均设置于所述基板上；

透光封装层，所述透光封装层设置于所述基板靠近所述第一芯片的一侧，所述透光封装层包覆所述第一芯片和所述第二芯片，所述透光封装层远离所述基板的一侧还设置有第一端口和第二端口，所述第一端口和所述第一芯片相对，所述第二端口和所述第二芯片相对；

遮光封装层，所述遮光封装层设置于所述透光封装层远离所述基板的一侧，所述第一端口和所述第二端口从所述遮光封装层内露出，所述遮光封装层用于对所述透光封装层内的所述第一芯片和所述第二芯片形成光学隔断。

可选地，所述透光封装层为透明树脂层，所述遮光封装层为黑色树脂层。

可选地，所述第一芯片为VCSEL芯片，所述第一端口为激光发射端口，所述第二芯片为ASIC芯片，所述第二端口为激光接收端口，所述遮光封装层用于对所述透光封装层内的所述VCSEL芯片和所述ASIC芯片形成光学隔断。

可选地，所述ASIC芯片包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于接收反射的激光信号，所述第二区域用于检测所述VCSEL芯片的工作状态；

所述遮光封装层朝向所述基板的一侧具有支撑部，所述支撑部贯穿所述透光封装层并将所述第一区域和所述VCSEL芯片隔断。

可选地，所述第一端口包括第一凸出部，所述第二端口包括第二凸出部，所述第一凸出部和所述第二凸出部从所述遮光封装层内露出，且所述第一凸出部和所述第二凸出部的截面呈圆形。

可选地，所述透光封装层内还设置有滤光部，所述滤光部用于对发射和/或接收的激光信号进行过滤。

可选地，所述滤光部为滤光片，所述第一端口和所述第二端口均具有凹陷部，所述滤光片设置于所述凹陷部处。

可选地，所述滤光片为圆形滤光片，所述滤光片的厚度范围为0.2毫米至0.4毫米。

可选地，所述滤光部为滤光膜，所述滤光膜设置于所述第二芯片远离所述基板的一侧，且所述滤光膜覆盖所述第二芯片的表面。

可选地，所述滤光膜的厚度小于或者等于1微米。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括上述的TOF传感器。

本发明的一个技术效果在于，通过设置透光封装层和遮光封装层，能够在利用透光封装层和遮光封装层对第一芯片和第二芯片形成双重固定和双重保护，以避免TOF传感器发射损坏或者变形的同时，利用遮光封装层自身的结构也能够对透光封装层内的第一芯片和第二芯片形成光学隔断，避免了单独隔断结构的设计带来的成本增加，降低了该TOF传感器的装配成本和制备难度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例的一种TOF传感器的示意图；

图2是本发明实施例的一种TOF传感器的去除封装后的俯视图；

图3是本发明实施例的另一种TOF传感器的示意图；

图4是本发明实施例的另一种TOF传感器的去除封装后的俯视图。

附图标记说明：

1、基板；2、第一芯片；3、第二芯片；31、第一区域；32、第二区域；4、透光封装层；41、第一端口；42、第二端口；5、遮光封装层；51、支撑部；6、滤光部；61、滤光片；62、滤光膜。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本发明的一个方面，提供了一种TOF传感器。

TOF传感器可利用微小的发射器发射红外光或者激光，其发射的光接触到目标物体后会反射回TOF传感器，根据发射的光和被目标物体反射回TOF传感器的反射的光两者之间的时间差或者相位差，TOF传感器可以测量出目标物体与TOF传感器之间的距离。其中，一般采用VCSEL芯片进行光的发射，采用ASIC芯片进行反射光的接收和时间差的运算。

TOF传感器包括D-TOF(直接光飞行时间)传感器和I-TOF(间接光飞行时间)传感器，前者直接测量光飞行时间，以进行距离计算；后者测量发射的光和发射的光两者之间的相位差，以进行距离计算。

如图1-图4所示，所述TOF传感器包括：

基板1；

第一芯片2和第二芯片3，所述第一芯片2和所述第二芯片3均设置于所述基板1上；

透光封装层4，所述透光封装层4设置于所述基板1靠近所述第一芯片2的一侧，所述透光封装层4包覆所述第一芯片2和所述第二芯片3，所述透光封装层4远离所述基板1的一侧还设置有第一端口41和第二端口42，所述第一端口41和所述第一芯片2相对，所述第二端口42和所述第二芯片3相对；

遮光封装层5，所述遮光封装层5设置于所述透光封装层4远离所述基板1的一侧，所述第一端口41和所述第二端口42从所述遮光封装层5内露出，所述遮光封装层5用于对所述透光封装层4内的所述第一芯片2和所述第二芯片3形成光学隔断。

如图1-图4所示，第一芯片2和第二芯片3均设置于基板1上，比如可以将第一芯片2和第二芯片3贴装于基板1上，也可以将第一芯片2和第二芯片3焊接于基板1上，并将第一芯片2和第二芯片3分别与基板1金线连接，使得第一芯片2和第二芯片3能够通过基板1实现电连接。其中，基板1可以为PCB电路板。

如图1和图3所示，透光封装层4设置于基板1靠近第一芯片2的一侧，且透光封装层4包覆第一芯片2和第二芯片3，以能够利用透光封装层4便捷地固定第一芯片2和第二芯片3，并对第一芯片2和第二芯片3形成可靠的保护，同时基于透光封装层4的透光特性，也能够允许激光在透光封装层4内穿过，便于第一芯片2和第二芯片3光的发射和反射光的接收，保证了TOF传感器的正常工作。

另外，本发明实施例在透光封装层4远离基板1的一侧还设置有第一端口41和第二端口42，第一端口41和第二端口42中的一个为激光发射端口，第一端口41和第二端口42中的另一个为激光接收端口。第一端口41和第一芯片2相对，第二端口42和第二芯片3相对，以便于第一芯片2和第二芯片3能够分别通过第一端口41和第二端口42实现光的发射和反射光的接收，比如第一芯片2可以通过第一端口41进行光的发射，第二芯片3可以通过第二端口42进行反射光的接收，这种设置能够降低光传输过程中的损失，提高了该TOF传感器的感测精度和感测灵敏度。

如图1和图3所示，遮光封装层5设置于透光封装层4远离基板1的一侧，使得遮光封装层5能够对透光封装层4以及其内的第一芯片2和第二芯片3形成遮挡和保护，第一端口41和第二端口42从遮光封装层5内露出，以保证第一芯片2和第二芯片3能够分别通过第一端口41和第二端口42进行光的发射和反射光的接收，保证了TOF传感器的正常工作。

并且，本发明实施例通过设置遮光封装层5，能够利用遮光封装层5自身的结构对透光封装层4内的第一芯片2和第二芯片3形成光学隔断，比如可以利用遮光封装层5将透光封装层4所包围的腔室进行分割，以能够将第一芯片2和第二芯片3进行光学隔断，避免第一芯片2和第二芯片3的干扰，保证了该TOF传感器的感测可靠性。

本发明实施例通过设置透光封装层4和遮光封装层5，能够利用透光封装层4和遮光封装层5对第一芯片2和第二芯片3形成双重固定和双重保护，以避免TOF传感器发射损坏或者变形，保证TOF传感器的整体强度，提高了该TOF传感器的结构稳定性。同时利用遮光封装层5自身的结构也能够对透光封装层4内的第一芯片2和第二芯片3形成光学隔断，避免了单独隔断结构的设计带来的成本增加，降低了该TOF传感器的装配成本和装配难度。

可选地，所述透光封装层4为透明树脂层，所述遮光封装层5为黑色树脂层。

具体地，本发明实施例设置透光封装层4可以为透明树脂层，以能够利用透明树脂材料的透光特性，允许激光在透光封装层4内穿过，便于第一芯片2和第二芯片3光的发射和反射光的接收，同时树脂材料价格经济，也能够降低该TOF传感器的材料成本。而设置遮光封装层5为黑色树脂层，也能够较好地对透光封装层4以及其内的第一芯片2和第二芯片3形成遮挡和保护。

可选地，所述第一芯片2为VCSEL芯片，所述第一端口41为激光发射端口，所述第二芯片3为ASIC芯片，所述第二端口42为激光接收端口，所述遮光封装层5用于对所述透光封装层4内的所述VCSEL芯片和所述ASIC芯片形成光学隔断。

具体地，本发明实施例设置第一芯片2可以为VCSEL(垂直腔面发射激光器)芯片，第一端口41为激光发射端口，VCSEL芯片能够通过第一端口41向目标物体进行激光发射。第二芯片3可以为ASIC(专用集成电路)芯片，ASIC芯片内包括SPAD(单光子雪崩二极管)和TDC(时间数字转换器)，其中SPAD用于接收被目标物体反射回来的激光，TDC用于记录激光信号的飞行时间并以此进行距离计算。第二端口42为激光接收端口，ASIC芯片内的SPAD能够通过第二端口42进行反射光的接收。

并且，利用遮光封装层5能够对透光封装层4内的VCSEL芯片和ASIC芯片内的SPAD形成光学隔断，避免VCSEL芯片和ASIC芯片内的SPAD之间发生干扰，从而保证VCSEL芯片和ASIC芯片的正常工作。

可选地，所述ASIC芯片包括第一区域31和第二区域32，所述第一区域31用于接收反射的激光信号，所述第二区域32用于检测所述VCSEL芯片的工作状态；

所述遮光封装层5朝向所述基板1的一侧具有支撑部51，所述支撑部51贯穿所述透光封装层4并将所述第一区域31和所述VCSEL芯片隔断。

如图2和图4所示，本发明实施例设置ASIC芯片包括第一区域31和第二区域32，比如第一区域31可以为SPAD区域，第二区域32可以为TDC区域。第一区域31用于接收被目标物体反射回来的激光信号，以便于ASIC芯片记录激光信号的飞行时间并以此进行距离计算。第二区域32通过基板1与VCSEL芯片电连接，以能够检测VCSEL芯片的工作状态，保证VCSEL芯片的工作稳定性。

如图1所示，遮光封装层5朝向基板1的一侧还具有支撑部51，支撑部51能够贯穿透光封装层4并将第一区域31和VCSEL芯片隔断，比如可以在制备透光封装层4时预留出支撑部51的位置，也便于遮光封装层5的便捷成型，同时避免对第一芯片2和第二芯片3造成误伤。利用支撑部51能够将第一区域31和VCSEL芯片进行隔断，以避免第一区域31和VCSEL芯片之间发生干扰，从而保证ASIC芯片和VCSEL芯片的正常工作。

可选地，所述第一端口41包括第一凸出部，所述第二端口42包括第二凸出部，所述第一凸出部和所述第二凸出部从所述遮光封装层5内露出，且所述第一凸出部和所述第二凸出部的截面呈圆形。

具体地，本发明实施例设置第一端口41可以包括第一凸出部，第二端口42可以包括第二凸出部，第一凸出部和第二凸出部从所述遮光封装层5内露出，也即透光封装层4的一部分位于遮光封装层5的内侧，透光封装层4的另一部分位于遮光封装层5之中，且其能够从遮光封装层5中露出，以便于利用第一凸出部和第二凸出部实现光的发射和反射光的接收。

并且，设置第一凸出部和第二凸出部的截面均呈圆形，使得通过第一凸出部和第二凸出部的发射光和反射光也均比较均匀，能够便于第二芯片3对反射光的接收和检测，也保证了该TOF传感器的感测精度。

可选地，所述透光封装层4内还设置有滤光部6，所述滤光部6用于对发射和/或接收的激光信号进行过滤，以得到第二芯片3能够检测的激光信号，提高了该TOF传感器的感测精度。

可选地，所述滤光部6为滤光片61，所述第一端口41和所述第二端口42均具有凹陷部，所述滤光片61设置于所述凹陷部处。

如图1所示，本发明实施例设置滤光部6可以为滤光片61，即可以利用滤光片61对发射和/或接收的激光信号进行过滤，以得到第二芯片3能够检测的激光信号。在第一端口41和第二端口42处均形成凹陷部，该凹陷部用于定位并容纳滤光片61，以便于滤光片61的安装和固定，也降低了TOF传感器的加工难度。

可选地，所述滤光片61为圆形滤光片，利用圆形滤光片能够使反射回第二芯片3的激光信号比较均匀，以便于第二芯片3的检测。而控制滤光片61的厚度范围为0.2毫米至0.4毫米，也能够在利用滤光片61对发射和/或接收的激光信号进行过滤的同时，也避免滤光片61过厚带来的TOF传感器的整体尺寸的增加，便于TOF传感器的小型化发展。

可选地，所述滤光部6为滤光膜62，所述滤光膜62设置于所述第二芯片3远离所述基板1的一侧，且所述滤光膜62覆盖所述第二芯片3的表面。

如图3和图4所示，本发明实施例设置滤光部6可以为滤光膜62，滤光膜62设置于第二芯片3远离基板1的一侧，也即滤光膜62贴设于第二芯片3靠近透光封装层4的一侧，且滤光膜62覆盖第二芯片3的表面，以保证滤光膜62能够对反射回第二芯片3的激光信号进行过滤，以便于第二芯片3的检测和计算。另外，滤光膜62也具有一定的平整度，以保证其良好的透光性。

可选地，所述滤光膜62的厚度小于或者等于1微米，以能够在利用滤光膜62对反射回第二芯片3的激光信号进行过滤的同时，也避免滤光膜62过厚带来的TOF传感器的整体尺寸的增加，便于TOF传感器的小型化发展。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括上述任意一项所述的TOF传感器，该电子设备应当具有上述TOF传感器的技术效果。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种TOF传感器，其特征在于，包括：

基板(1)；

第一芯片(2)和第二芯片(3)，所述第一芯片(2)和所述第二芯片(3)均设置于所述基板(1)上；

透光封装层(4)，所述透光封装层(4)设置于所述基板(1)靠近所述第一芯片(2)的一侧，所述透光封装层(4)包覆所述第一芯片(2)和所述第二芯片(3)，所述透光封装层(4)远离所述基板(1)的一侧还设置有第一端口(41)和第二端口(42)，所述第一端口(41)和所述第一芯片(2)相对，所述第二端口(42)和所述第二芯片(3)相对；

遮光封装层(5)，所述遮光封装层(5)设置于所述透光封装层(4)远离所述基板(1)的一侧，所述第一端口(41)和所述第二端口(42)从所述遮光封装层(5)内露出，所述遮光封装层(5)用于对所述透光封装层(4)内的所述第一芯片(2)和所述第二芯片(3)形成光学隔断。

2.根据权利要求1所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述透光封装层(4)为透明树脂层，所述遮光封装层(5)为黑色树脂层。

3.根据权利要求1所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述第一芯片(2)为VCSEL芯片，所述第一端口(41)为激光发射端口，所述第二芯片(3)为ASIC芯片，所述第二端口(42)为激光接收端口，所述遮光封装层(5)用于对所述透光封装层(4)内的所述VCSEL芯片和所述ASIC芯片形成光学隔断。

4.根据权利要求3所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述ASIC芯片包括第一区域(31)和第二区域(32)，所述第一区域(31)用于接收反射的激光信号，所述第二区域(32)用于检测所述VCSEL芯片的工作状态；

所述遮光封装层(5)朝向所述基板(1)的一侧具有支撑部(51)，所述支撑部(51)贯穿所述透光封装层(4)并将所述第一区域(31)和所述VCSEL芯片隔断。

5.根据权利要求1所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述第一端口(41)包括第一凸出部，所述第二端口(42)包括第二凸出部，所述第一凸出部和所述第二凸出部从所述遮光封装层(5)内露出，且所述第一凸出部和所述第二凸出部的截面呈圆形。

6.根据权利要求1所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述透光封装层(4)内还设置有滤光部(6)，所述滤光部(6)用于对发射和/或接收的激光信号进行过滤。

7.根据权利要求6所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述滤光部(6)为滤光片(61)，所述第一端口(41)和所述第二端口(42)均具有凹陷部，所述滤光片(61)设置于所述凹陷部处。

8.根据权利要求7所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述滤光片(61)为圆形滤光片，所述滤光片(61)的厚度范围为0.2毫米至0.4毫米。

9.根据权利要求6所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述滤光部(6)为滤光膜(62)，所述滤光膜(62)设置于所述第二芯片(3)远离所述基板(1)的一侧，且所述滤光膜(62)覆盖所述第二芯片(3)的表面。

10.根据权利要求9所述的一种TOF传感器，其特征在于，所述滤光膜(62)的厚度小于或者等于1微米。

11.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至10中任意一项所述的TOF传感器。

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