车用测距光学器件的气密封装结构的制作方法

1.本发明涉及到光学器件的气密封装技术领域，具体涉及一种车用测距光学器件的气密封装结构。


背景技术：

2.随着汽车辅助驾驶技术和自动驾驶技术的不断发展，对于汽车上测距器件器的需求日益增大，车规的要求也对测距器件的封装提出了更高的要求。封装要求主要是牢固性、气密性、内部水气氛围的维持：牢固性是体现在变频震动实验要符合车规要求，气密性是通过氦质谱检测，内部水气氛围是在生产过程和高低温环境温度变化下的暗电流(器件本底噪声)指标不超标。
3.现有的测距器件，其陶瓷管座与光学玻璃是通过硅胶粘结，通常有两种方式：一种是采用双组分环氧树脂，另外一种是采用单组分硅胶。但是，上述两种方式均存在较大缺陷，具体如下：
4.(1)采用双组分环氧树脂进行粘接，虽然气密性和粘结牢固度非常好，但器件内部水气氛围不好控制，比如粘结前需要高温烘烤管座与玻璃片，还需要在氮气环境中进行粘结作业等等，这增加了比较大的成本，不利于低成本制造；同时，双组分环氧树脂自身有反应时间的问题，调好胶后必须在规定的时间使用，否则会造成性能转变，因而工艺控制比较麻烦；除此之外，虽然单组分环氧也可以选择，但其固化是高温反应，带来器件内部气体膨胀破坏气密的缺陷；
5.(2)采用硅胶进行粘结，虽然在常温下可以固化，但其气密性比较弱，强度不高，只能解决内部水气氛围问题，若是在手持式应用场景没有问题，但车辆在行驶过程中振动剧烈，硅胶粘接的牢固性与气密性达不到需求。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种车用测距光学器件的气密封装结构，以满足车辆上对测距器件的封装要求。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种车用测距光学器件的气密封装结构，其关键在于：包括陶瓷管座、粘接于陶瓷管座内的光电芯片以及通过低温玻璃焊料层焊接固定于陶瓷管座上的光学玻璃，所述陶瓷管座内设有用于贴覆所述光电芯片的镀金区域与用于芯片引出的金丝键合区域；
9.所述陶瓷管座的中心具有固定光电芯片的容置腔，所述光学玻璃罩盖在所述容置腔的上方，在所述陶瓷管座的旁侧开设有与所述容置腔连通的驻留槽，所述驻留槽内装设有密封硅胶，且该驻留槽的底部开设有向下贯穿陶瓷管座的注胶孔与排气孔。
10.进一步的，所述陶瓷管座包括层叠设置的底板、中间板与顶板，所述容置腔位于底板与光学玻璃之间且形成于中间板和顶板的中心，所述光电芯片贴片于容置腔内的镀金区域。
11.进一步的，在所述底板上设置所述镀金区域，在所述容置腔两侧的中间板上均设置有所述金丝键合区域。
12.进一步的，所述中间板的中心开设有第一容置孔，所述顶板的中心开设有第二容置孔，所述第一容置孔与第二容置孔形成所述容置腔。
13.进一步的，所述第一容置孔的宽度与所述第二容置孔一致，所述第一容置孔的长度大于所述第二容置孔，且所述金丝键合区域在竖向上的投影部分落入第一容置孔在竖向上的投影内。
14.进一步的，在所述陶瓷管座的底部设置有第一焊盘、第二焊盘与第三焊盘，在所述陶瓷管座上开设有内壁涂覆导电材料的第一导电通孔、第二导电通孔与第三导电通孔，所述第一导电通孔、第二导电通孔、第三导电通孔分别和第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘一一对应连接，所述光电芯片通过镀金区域与所述第一导电通孔电连接，所述金丝键合区域分别与第二导电通孔、第三导电通孔电连接。
15.进一步的，所述注胶孔与排气孔开设于所述第三焊盘所在区域内的陶瓷管座上。
16.进一步的，所述注胶孔的孔径大于所述排气孔。
17.进一步的，所述第一导电通孔与第二导电通孔位于所述陶瓷管座的前侧，所述第三导电通孔位于所述陶瓷管座的后侧。
18.本发明的显著效果是：
19.1.陶瓷管座与光学玻璃的粘结采用低温玻璃焊料焊接，工艺过程时间只要几秒钟，其熔化温度接近300℃，有利于低成本制造；
20.2.通过设计的注胶孔与排气孔，既有效解决了低温玻璃焊料加热融化过程中器件内部气体高温膨胀带来破坏焊料环气密性的问题，又能够利用注胶孔注入硅胶保持水气氛围，同时利于铅锡焊料封堵注胶空与排气孔，从而达到气密、牢固、水气保持的目的；
21.3.开设的驻留槽内注入一定量的硅胶，硅胶会和器件内部水汽氛围中的水分子进行硅胶的固化反应，有效的去除了器件内部空气中的水分，达到了干燥的目的；
22.4.由于硅胶的机械性能比较软，在做气密实验的时候，通常要用一定的压力进行加压，有可能对硅胶的封堵造成破坏，因此将硅胶的注胶孔和排气孔设计在焊盘上，使用铅锡焊料将器件与pcb板焊接起来，形成铅锡焊料外层、硅胶内层的格局，这样就进一步的确保整个器件始终处于气密状态。
附图说明
23.图1是本发明的结构示意图；
24.图2是陶瓷管座的结构示意图；
25.图3是去掉顶板后的陶瓷管座的结构示意图；
26.图4是陶瓷管座底板的结构示意图；
27.图5是陶瓷管座底板背面的结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
29.如图1-图5所示，一种车用测距光学器件的气密封装结构，包括陶瓷管座1、粘接于
陶瓷管座1内的光电芯片2以及通过低温玻璃焊料层4焊接固定于陶瓷管座1上的光学玻璃3，所述陶瓷管座1内设有用于贴覆所述光电芯片2的镀金区域5与用于芯片引出的金丝键合区域6；
30.所述陶瓷管座1的中心具有固定光电芯片2的容置腔7，所述光学玻璃3罩盖在所述容置腔7的上方，在所述陶瓷管座1的旁侧开设有与所述容置腔7连通的驻留槽8，所述驻留槽8内装设有密封硅胶，且该驻留槽8的底部开设有向下贯穿陶瓷管座1的注胶孔9与排气孔10。
31.如图2-图5所示，所述陶瓷管座1包括层叠设置的底板1a、中间板1b与顶板1c，在所述底板1a上设置所述镀金区域5所述容置腔7位于底板1a与光学玻璃3之间且形成于中间板1b和顶板1c的中心，在所述容置腔7两侧的中间板1b上均设置有所述金丝键合区域6，所述光电芯片2贴片于容置腔7内的镀金区域5。
32.本例中，所述中间板1b的中心开设有第一容置孔1d，所述顶板1c的中心开设有第二容置孔1e，所述第一容置孔1d与第二容置孔1e形成所述容置腔7。进一步的，所述第一容置孔1d的宽度与所述第二容置孔1e一致，所述第一容置孔1d的长度大于所述第二容置孔1e，且所述金丝键合区域6在竖向上的投影部分落入第一容置孔1d在竖向上的投影内，从而便于光电芯片2的引脚引出。
33.从图1-图5还可以看出，在所述陶瓷管座1的底部设置有第一焊盘11、第二焊盘12与第三焊盘13，在所述陶瓷管座1上开设有内壁涂覆导电材料的第一导电通孔14、第二导电通孔15与第三导电通孔16，所述第一导电通孔14、第二导电通孔15、第三导电通孔16贯穿均所述底板1a、中间板1b与顶板1c，并分别和第一焊盘11、第二焊盘12、第三焊盘13一一对应连接，所述光电芯片2通过镀金区域5与所述第一导电通孔14电连接，所述金丝键合区域6分别与第二导电通孔15、第三导电通孔16电连接。
34.优选的，所述注胶孔9与排气孔10开设于所述第三焊盘13所在区域内的陶瓷管座1上，且所述注胶孔9的孔径大于所述排气孔10。
35.由于硅胶的机械性能比较软，在做气密实验的时候，通常要用一定的压力进行加压，有可能对硅胶的封堵造成破坏，因此通过将硅胶的注胶孔9和排气孔10设计在焊盘上，使用铅锡焊料将器件与pcb板焊接起来，形成铅锡焊料的外层、硅胶内层的格局，这样就进一步的确保整个器件始终处于气密状态。
36.优选的，所述第一导电通孔14与第二导电通孔15位于所述陶瓷管座1的前侧，所述第三导电通孔16位于所述陶瓷管座1的后侧，从而在器件焊接使用时能够方便的区分各个导电通孔的连接关系与功能。
37.在生产时，车用测距光学器件的气密封装过程如下：
38.步骤1、光电芯片2使用固晶工艺粘接在陶瓷管座1上容置腔7内的镀金区域5(固晶工艺就是利于导电环氧树脂把芯片粘接在管座上)；
39.步骤2、光电芯片2与陶瓷管座1的金丝键合区域6进行键合，即光电芯片2与陶瓷管座1的引线焊盘通过金丝键合区域6、导电通孔进行电连接；
40.步骤3、进行陶瓷管座1与光学玻璃3的焊接，首先在陶瓷管座1顶部预置一圈低温玻璃焊料，将光学玻璃3放置在有预置焊料的陶瓷管座1上，对其加热至300℃左右，玻璃焊料熔化，然后降温，光学玻璃3即被焊接到陶瓷管座1上，此时陶瓷管座1的光学窗口形成气
密的光学通道；
41.陶瓷管座1与光学玻璃3之间的粘结采用低温玻璃焊接，其工艺过程时间只要几秒钟，有利于低成本制造。虽然这个低温玻璃的低温是相对与普通玻璃而言，其熔化温度也要接近300℃，在焊接过程中需要加热，气密形成时温度是逐渐上升的过程，如果不进行排气，管座内部的膨胀气体将破坏预置焊料的形状，内部气体高温膨胀将带来破坏焊料环气密性的问题，因此在加热融化过程中，通过陶瓷管座1底部开设的注胶孔9和排气孔10均能进行排气，有效解决了低温玻璃焊料加热融化过程中器件内部气体高温膨胀带来破坏焊料环气密性的问题。
42.焊接完成光学玻璃3的器件由于有注胶孔9和排气孔10的存在，整体上还是没有气密性，因此需要封堵注胶孔9、排气孔10。至于为何要开设至少一个注胶孔9和一个排气孔10，是因为如果是一个孔，当在这个孔注入硅胶时，注入的硅胶会挤占器件内部空间，使得器件内部的气压上升，从而注胶困难；而如果开设一个注胶孔9和一个排气孔10，一个用于注胶，另外一个用于排气；当两个孔都有硅胶时，说明注入的胶量足够了，再多注入一点，使器件内部气压上升，这样迫使两个注胶孔9的胶向器件外部溢出，正好达到封堵的目的。
43.步骤4、通过注胶孔9向驻留槽8内注入一定量的硅胶，直至排气孔10内有硅胶外溢时停止注入；
44.利用注胶孔9注入到驻留槽8内的硅胶可以保持水气氛围，因为硅胶会和器件内部水汽氛围中的水分子进行硅胶的固化反应，有效的去除了器件内部空气中的水分，达到了干燥的目的；
45.到目前为止，器件注入硅胶后就可以算作气密了，但硅胶的机械性能比较软，在做气密实验的时候，通常要用一定的压力(氦气)进行加压，有可能对硅胶的封堵造成破坏。
46.因此进入步骤5、将注胶孔9与排气孔10设计在器件的第三焊盘13上，并使用铅锡焊料将器件与pcb板焊接起来，形成铅锡焊料外层、硅胶内层的格局，这样就使整个器件处于气密状态，从而达到气密、牢固、水气保持的目的。
47.以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。