CN101374201B - 成像设备及光电转换元件封装保持单元 - Google Patents

Abstract

一种成像设备及光电转换元件封装保持单元。该光电转换元件封装保持单元包括：光电转换元件封装，其包括以环状布置在光接收面的背面上的电极，光接收面的背面上的没有电极的区域布置在外周部和中央部；印刷电路板，其与电极电连接；以及保持构件，其被构造成保持光电转换元件封装。印刷电路板包括形成在与中央部对应的区域中的第一开口。保持构件包括：定位单元，其被构造成通过在光电转换元件封装的外周部与光电转换元件封装抵接而在与光接收面正交的轴向上定位光电转换元件封装；以及第二开口，其被形成为使粘合剂流入与中央部对应的区域中。

Description

成像设备及光电转换元件封装保持单元

技术领域

本发明涉及一种具有光电转换元件封装和用于保持光电转换元件封装的位置的位置保持构件的成像设备以及用于该成像设备的光电转换元件封装。

背景技术

随着光电转换元件的像素密度的提高，光电转换元件的光接收面相对于摄影透镜光学系统的成像面的高精度定位的需求也提高。因此，需要设置能够调整光电转换元件相对于镜筒的位置的机构。

日本特开平11-261904号公报论述了用于设置确定和固定光电转换元件封装的沿镜筒的光轴方向的位置的位置保持构件以及用于固定位置保持构件和光电转换元件封装的技术。另外，论述了通过微调镜筒和位置保持构件之间的沿光轴方向的相对位置来进行光电转换元件的光接收面相对于摄影透镜光学系统的成像面的高精度定位的方法。

此外，在要求成像设备的小型化和薄型化的条件下，已经出现了一些用于减小光电转换元件封装、位置保持构件以及装有光电转换元件封装的印刷电路板的总厚度的技术。这些技术中的一种使用无线型光电转换元件封装，并且能够在将印刷电路板布置在光电转换元件封装和位置保持构件之间的状态下固定光电转换元件封装和位置保持构件的位置。

近年来，随着像素密度、光电转换元件的功能性以及如包括内置驱动器集成电路(IC)的光电转换元件封装等光电转换元件封装的多功能性的进一步提高，使印刷电路板与光电转换元件封装连接所需的电极数量也增加。从而，仅在4个边处形成电极的传统的光电转换元件封装已经变得不够。

因此，论述了通过在如球栅阵列(BGA)型封装和平面栅格阵列(LGA)型封装等光电转换元件封装的背面上布置栅格图案的电极来容纳多个插脚(pin)的方法。

然而，在上述传统技术中，在印刷电路板上安装光电转换元件封装以及将光电转换元件封装定位和接合到位置保持构件均在封装的背面上进行，从而，难以借助于如BGA型或LGA型等封装来使用多个插脚。

发明内容

本发明旨在提供一种光电转换元件封装保持单元及包括该光电转换元件封装保持单元的成像设备。根据本发明的一个方面，光电转换元件封装保持单元包括：光电转换元件封装，其包括以环状布置在光接收面的背面上的电极，光接收面的背面上的没有电极的区域布置在外周部和中央部；印刷电路板，其与光电转换元件封装的电极电连接；以及保持构件，其被构造成保持光电转换元件封装。印刷电路板包括形成在与光电转换元件封装的中央部对应的区域中的第一开口。保持构件包括：定位单元，其被构造成通过在光电转换元件封装的外周部与光电转换元件封装抵接而在与光接收面正交的轴向上定位光电转换元件封装；以及第二开口，其被形成为使粘合剂流入与光电转换元件封装的中央部对应的区域中。

根据本发明的另一个方面，成像设备包括：摄影镜筒单元，其包括摄影透镜光学系统；光电转换元件封装，其包括以环状布置在光接收面的背面上的电极，光接收面的背面上的没有电极的区域布置在外周部和中央部；印刷电路板，其与光电转换元件封装的电极电连接，其中，第一开口形成在印刷电路板中的与光电转换元件封装的中央部对应的区域中；以及保持构件，其被构造成保持光电转换元件封装，使得光电转换元件封装的光接收面被布置成与摄影透镜光学系统的光轴垂直，其中，保持构件包括：定位单元，其被构造成通过在光电转换元件封装的外周部与光电转换元件封装抵接而在与光接收面正交的轴向上定位光电转换元件封装；以及第二开口，其被形成为使粘合剂流入与光电转换元件封装的中央部对应的区域中。

通过下面参照附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的典型实施例、特征和方面，用于说明本发明的原理。

图1是示出根据本发明的典型实施例的成像设备的结构的分解立体图。

图2是示出根据本发明的典型实施例的成像设备中的光电转换元件封装的背面的立体图。

图3是示出根据本发明的典型实施例的成像设备中的光电转换元件封装在印刷电路板上的安装状态的立体图。

图4是根据本发明的典型实施例的成像设备中的光电转换元件封装和位置保持构件的固定状态的立体图。

图5是与图4中的状态相同的状态的俯视图。

图6是与图4中的状态相同的状态的立体平面图。

图7A至图7C示出根据本发明的典型实施例的成像设备中的光电转换元件封装的结构。

图8是根据本发明的典型实施例的成像设备中的位置保持构件的立体图。

图9是示出根据本发明的典型实施例的成像设备的结构的组装状态的立体图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。

图1是示出根据本发明的典型实施例的成像设备的结构的分解立体图。该成像设备包括光电转换元件封装101、印刷电路板102、位置保持构件103和摄影镜筒单元104。

光电转换元件封装101包括光电转换元件105(图7A)。光电转换元件封装101在摄影镜筒单元104的摄影透镜(未示出)侧具有光电转换元件105的光接收面。另外，如图2、图7B和图7C所示，光电转换元件封装101是用以栅格图案布置在光接收面的背面上的焊球形成多个电极106的BGA型封装。图2是示出光电转换元件封装101的背面的立体图。图7A至图7C示出光电转换元件封装101的结构。图7A是光电转换元件封装101的俯视图，图7B是光电转换元件封装101的侧视图，图7C是光电转换元件封装101的仰视图。如图7C所示，电极106以环状布置在封装的背面上，而没有电极106的区域布置在外周部和中央部(内侧部)。

如图3所示，光电转换元件封装101被安装在印刷电路板102上。印刷电路板102具有形成在与光电转换元件封装101的电极106对应的位置处的陆部(land)(未示出)。印刷电路板102被回流焊到光电转换元件封装101，使得形成电极106的焊球熔化、接合并且电连接到形成在印刷电路板102上的陆部。由于光电转换元件封装101的电极106是BGA型，因此，考虑到信号线的引出以及引出信号线后印刷电路板102的柔性，印刷电路板102是多层柔性印刷电路板。在本典型实施例中，特别地，为了满足引出信号线的配线可操作性以及印刷电路板的柔性两者，印刷电路板102包括安装有光电转换元件封装101的具有4层的部分以及具有3层的柔性部。此时，根据形成在印刷电路板102上的图案从与电极106连接的陆部引出光电转换元件封装101的信号线。然而，即使由于陆部的间距窄而难以引出表面层的图案，也可以利用激光通路(laser via)将图案连接到印刷电路板102的内层，并且可以通过内层引出该图案。此时，外配线层可以用作接地(GND)层，以通过夹着易受噪音影响或容易产生无用辐射的信号来提供高屏蔽效应。另外，如来自光电转换元件的模拟输出信号等易受噪音影响的信号以及用于驱动光电转换元件的高速时钟信号被布线在不同的配线层中，GND层被夹在该相互的配线层之间。因此，模拟输出信号可以不受高速时钟信号的影响，并且可以确保用于高速时钟信号的回流的厚路径。

作为印刷电路板102的正面和背面上的绝缘层，在安装光电转换元件封装101的部分中使用能够以高精度形成陆部开口的液态光致抗蚀剂，以用于高精度地安装定位。另一方面，在背面上使用由聚酰亚胺制成的盖膜，以确保配线图案与位置保持构件103(在本典型实施例中，位置保持构件103由金属制成，这将在稍后说明)之间的绝缘。

光电转换元件封装101的安装在印刷电路板102中的部分的最外形状比光电转换元件封装101的外形小。印刷电路板102在与位于光电转换元件封装101的背面的中央的不具有电极106的区域对应的部分具有开口107。

接着，如图4所示，将安装在印刷电路板102上的光电转换元件封装101固定在位置保持构件103上。

位置保持构件103是金属板。位置保持构件103具有突起108a至108c，用于确定和固定光电转换元件封装101的在摄影镜筒单元104的光轴方向上的位置。通过半冲压(half-punching)形成突起108a至108c。如图8所示，突起108a至108c形成在面对光电转换元件封装101的背面的表面上，并且抵接在光电转换元件封装101的电极106的外部区域上，以在与光接收面正交的轴向上定位光电转换元件封装101。此外，开口109形成在与位于光电转换元件封装101的背面中央的不具有电极106的区域以及印刷电路板102中的开口107对应的部分处。为了确保光电转换元件封装101到位置保持构件103的安装余量，可以使开口109比形成在印刷电路板102中的开口107稍小。作为可选方案，可以制备不与印刷电路板102重叠的部分。在本典型实施例中，虽然位置保持构件103由金属制成，但是，可以使用具有足够强度的树脂成型构件来获得相同的效果。

当将光电转换元件封装101与位置保持构件103固定时，首先，利用夹具(未示出)固定光电转换元件封装101的在与光轴正交的平面方向上的相对位置。此时，形成在位置保持构件103上的突起108a至108c抵接在光电转换元件封装101的背面上，并且确定光电转换元件封装101的沿光轴方向的相对位置。然后，使粘合剂从形成在位置保持构件103上的开口109流入光电转换元件封装101与位置保持构件103之间的间隙中，以接合和固定光电转换元件封装101和位置保持构件103。

图5示出光电转换元件封装101、印刷电路板102和位置保持构件103之间的沿厚度方向的位置关系，图6示出沿平面方向的关系。

形成在位置保持构件103上的突起108a至108c的高度均被设定成比在光电转换元件封装101被安装在印刷电路板102上之后从光电转换元件封装101的背面到印刷电路板102的背面的距离大。因此，可以在光电转换元件封装101被安装在印刷电路板102的状态下，由位置保持构件103直接确定光电转换元件封装101的沿光轴方向的位置。如图6所示，可以在设置在光电转换元件封装101的背面的电极106的外周侧(外侧)上的不具有电极106的空间中进行定位。因此，可以确保突起108a至108c在光电转换元件封装101的背面上的间隔尽可能地大。从而，可以在使光电转换元件105关于位置保持构件103的平面位置的变化相对于突起108a至108c的各高度的变化最小化的状态下进行高精度的定位。

可以以高精度将突起108a至108c的高度设定为非常接近在光电转换元件封装101被安装在印刷电路板102上的状态下从光电转换元件封装101的背面到印刷电路板102的背面的距离的值。因此，可以使从光电转换元件封装101到位置保持构件103的总厚度最小化。

通过与位于光电转换元件封装101的背面中央的不具有电极106的区域对应的印刷电路板102中的开口107和位置保持构件103中的开口109，在光电转换元件封装101和位置保持构件103之间形成间隙。使粘合剂流入该间隙中，从而可以粘附地固定光电转换元件封装101和位置保持构件103。同时，粘合剂通过填充光电转换元件封装101的电极106的焊球被熔化接合到印刷电路板102的陆部的部分中的空隙而固定在光电转换元件封装101的背面与印刷电路板102之间。从而，可以防止由于剪切力作用到焊接部上而产生的焊接裂纹。由光电转换元件封装101与印刷电路板102之间的热膨胀系数之差导致、并且由成像设备的操作和环境变化产生的反复的温度变化引起该剪切力。此外，可以提高光电转换元件封装101与印刷电路板102之间的焊接部处的接合可靠性。

如图9所示，可以利用螺杆110a至110c将图4中的光电转换元件封装101、印刷电路板102以及位置保持构件103的组件安装到摄影镜筒单元104上。图9是示出成像设备的结构的组装状态的立体图。

此时，如图1所示，摄影镜筒单元104包括与形成在位置保持构件103上的对应的定位孔部112a和112b接合的定位突起111a和111b。从而，可以确定和固定位置保持构件103和光电转换元件封装101相对于摄影镜筒单元104的在与光轴方向正交的平面方向上的位置。此时，设置在形成于摄影镜筒单元104中的凹部上的三个弹簧(仅示出弹簧113a和113b)沿光轴方向对位置保持构件103施加朝向螺杆110a至110c的头部的力。因此，通过微调螺杆110a至110c中的每一个的拧紧量，可以微调位置保持构件103的在摄影镜筒单元104的光轴方向上的位置以及位置保持构件103相对于该光轴的角度。从而，可以以高精度确定光电转换元件105的光接收面相对于摄影镜筒单元104中的摄影透镜光学系统的成像面(与光轴垂直的面)的位置。

在本典型实施例中，使用BGA型光电转换元件封装101，但是当使用LGA型光电转换元件封装时，也可以实现相同的效果。

在本典型实施例中，通过对金属板进行半冲压形成位置保持构件103的抵接在设置于位置保持构件103上的光电转换元件封装101的背面上的突起108a至108c。然而，也可以使用通过拉伸和弯曲形成的突起108a至108c或者通过切割和隆起(raise)而形成的形状。在该情况下，通过利用位置保持突起或由切割或隆起而形成的形状增大与光电转换元件封装101的背面的接触面积，可以从位置保持构件103有效地释放光电转换元件封装101的热量。

虽然已经参照典型实施例说明了本发明，但是，应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围将符合最宽的解释，以包含所有变型及等同结构和功能。

Claims (8)

1.一种光电转换元件封装保持单元，其包括：

光电转换元件封装，其包括以环状布置在光接收面的背面上的电极，所述光接收面的背面上的没有所述电极的区域布置在外周部和中央部；

印刷电路板，其与所述光电转换元件封装的所述电极电连接，其中，所述印刷电路板具有形成在与所述光电转换元件封装的所述中央部对应的区域中的第一开口；以及

保持构件，其被构造成保持所述光电转换元件封装，其中，所述保持构件包括：

定位单元，其被构造成通过在所述光电转换元件封装的所述外周部与所述光电转换元件封装抵接而在与所述光接收面正交的轴向上定位所述光电转换元件封装；以及

第二开口，其被形成为使粘合剂流入与所述光电转换元件封装的所述中央部对应的所述区域中。

2.根据权利要求1所述的光电转换元件封装保持单元，其特征在于，所述第二开口比所述第一开口小。

3.根据权利要求1所述的光电转换元件封装保持单元，其特征在于，所述光电转换元件封装是球栅阵列(BGA)型封装。

4.根据权利要求1所述的光电转换元件封装保持单元，其特征在于，所述光电转换元件封装是平面栅格阵列(LGA)型封装。

5.一种成像设备，其包括：

摄影镜筒单元，其包括摄影透镜光学系统；

光电转换元件封装，其包括以环状布置在光接收面的背面上的电极，所述光接收面的背面上的没有所述电极的区域布置在外周部和中央部；

印刷电路板，其与所述光电转换元件封装的所述电极电连接，其中，第一开口形成在所述印刷电路板中的与所述光电转换元件封装的所述中央部对应的区域中；以及

保持构件，其被构造成保持所述光电转换元件封装，使得所述光电转换元件封装的所述光接收面被布置成与所述摄影透镜光学系统的光轴垂直，其中，所述保持构件包括：

定位单元，其被构造成通过在所述光电转换元件封装的所述外周部与所述光电转换元件封装抵接而在与所述光接收面正交的轴向上定位所述光电转换元件封装；以及

第二开口，其被形成为使粘合剂流入与所述光电转换元件封装的所述中央部对应的所述区域中。

6.根据权利要求5所述的成像设备，其特征在于，所述第二开口比所述第一开口小。

7.根据权利要求5所述的成像设备，其特征在于，所述光电转换元件封装是球栅阵列(B GA)型封装。

8.根据权利要求5所述的成像设备，其特征在于，所述光电转换元件封装是平面栅格阵列(LGA)型封装。

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