DE102014212034A1 - Verfahren zum Herstellen eines Imager-Moduls und ein entsprechendes Imagermodul - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Imager-Moduls (1), mit mindestens folgenden Schritten: Aufbringen eines flexiblen, vorzugsweise elastischen Aufnahmebereichs (5) auf eine Trägereinrichtung (2), z. B. eine Metallplatte, und Aufbringen eines Bildsensors (4) auf den flexiblen Aufnahmebereich (5), wobei der Bildsensor (4) mittels dem flexiblen Aufnahmebereich (5) kippbar und/oder schwenkbar ist, Aufsetzen eines Objektivs (8), vorzugsweise mit einer Führungseinrichtung (10) auf den Bildsensor (4) derartig, dass das Objektiv (8) den Bildsensor (4) derartig ausrichtet, dass eine Achse (N2), insbesondere optische Achse, des Objektivs (8) im Wesentlichen parallel zu einer Normalen (N1) des Bildsensors (4) verläuft, und Fixieren des Objektivs (8) auf dem Bildsensor (4) und/oder der Trägereinrichtung (2). Hierbei kann die Führungseinrichtung insbesondere durch drei Führungsstifte (10) gebildet werden, deren untere Stiftenden eine Auflageebene (12) definieren, die auf eine Sensoroberfläche (4a) gesetzt wird. Weiterhin wird ein so hergestelltes Imager-Modul (1) geschaffen.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Imager-Moduls und ein entsprechendes Imagermodul.
- Kameras für Fahrzeuge weisen im Allgemeinen ein Imager-Modul auf, das in einem Kameragehäuse aufgenommen wird. Das Imager-Modul wird im Wesentlichen durch den Bildsensor, eine Trägereinrichtung sowie das Objektiv festgelegt. Hierbei kann der Bildsensor (Imager-Halbleiterelement, Imager) in einem Sensorträger aufgenommen oder direkt auf einer starren Trägereinrichtung, insbesondere einer Metallplatte zur guten Wärmeleitung und somit Kühlung des Bildsensors aufgebracht werden; eine derartige direkte Anbringung des Bildsensors auf einer Trägerplatte wird auch als COB (chip on board) bezeichnet.
- Die Ausrichtung des Bildsensors und des Objektivs sind jedoch zum Teil aufwändiger. Zur Ausrichtung sind im Allgemeinen die Freiheitsgrade des Bildsensors und des als Linsenpaket ausgebildeten Objektivs, d.h. sechs Freiheitsgrade festzulegen. Hierzu ist ein als Active Alignement bezeichnetes Ausrichtungsverfahren bekannt, bei dem die sechs Freiheitsgrade verstellt werden und die Qualität der Ausrichtung in den jeweiligen Stellungen durch Erfassen z. B. eines Testmusters und Auswertung der Bildsignale des Bildsensors durch eine Modulationstransferfunktion (MTF) ermittelt wird. Nachfolgend wird die erreichte Ausbildung z. B. durch Kleben fixiert.
- Somit ist die optische Ausrichtung zum Teil aufwändig; beim Fixieren ist nachfolgend darauf zu achten, dass die erreichte Ausrichtung nicht verändert wird.
- Offenbarung der Erfindung
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen oder Ausrichten des Imager-Moduls ist der Bildsensor über einen flexiblen Aufnahmebereich auf der Trägereinrichtung, z. B. einer metallischen Trägerplatte, verstellbar aufgebracht. Der Bildsensor kann somit innerhalb eines Einstell-Winkelbereichs von z. B. wenigen Grad, z. B. kleiner 10°, insbesondere kleiner 5°, vorzugsweise kleiner 1° um vorzugsweise zwei Achsen geschwenkt werden. Der flexible Aufnahmebereich ist vorzugsweise elastisch und kann z. B. aus Kunststoff ausgebildet sein.
- Das Objektiv wird in einer Fügerichtung, die im Wesentlichen der Achse, insbesondere der hauptsächlichen optischen Achse, des Objektivs entspricht, starr auf den Bildsensor aufgesetzt. Das Objektiv ist hierbei eine Montageeinheit, die ein Linsenpaket mit den optischen Linsen und eine Führungseinrichtung aufweist. Durch das Aufsetzen und Aufdrücken in der Fügerichtung, d.h. senkrecht auf den Bildsensor, kann dieser gegen die elastische Rückstellwirkung des Aufnahmebereichs ausgerichtet werden. Somit liegen das Objektiv und der Bildsensor mit fester relativer Position zusammen, so dass zwischen ihnen keine Freiheitsgrade des Verkippens mehr vorliegen; diese Anordnung kann dann fixiert werden.
- Hierdurch werden bereits einige Vorteile erreicht:
Es wird eine selbsttätige Ausrichtung des Bildsensors gegenüber dem Objektiv erreicht. Somit wird die Anzahl der Freiheitsgrade für die nachfolgende Ausrichtung verringert, so dass die nachfolgende Ausrichtung des Imager-Moduls deutlich vereinfacht ist. Insbesondere kann die Anzahl der Freiheitsgrade von sechs auf drei reduziert werden. - Hierbei wird auch eine Aufbringung des Bildsensors auf einer vorzugsweise metallischen Trägereinrichtung wie z. B. einer Trägerplatte, d. h. eine COB-Ausbildung, mit guter Wärmeabfuhr, geringen Kosten und geringem Bauvolumen ermöglicht.
- Die selbsttätige Ausrichtung erfolgt durch einfaches Aufsetzen, d. h. einen Fügevorgang in Fügerichtung; somit sind keine aufwändigen Werkzeuge für diese Ausrichtung erforderlich.
- Es können somit lediglich zwei Fügepartner ausgebildet werden, nämlich die Einheit aus Trägereinrichtung (Metallplatte) mit Leitungsband oder anderen elektrischen Leitungen, flexiblem Aufnahmebereich und Bildsensor und weiterhin der Fügepartner Linsenpaket bzw. Objektiv. Durch einfaches Aufsetzen der beiden Fügepartner erfolgt die relative Ausrichtung und somit Reduzierung der Freiheitsgrade. Das aufgesetzte Objektiv richtet vorzugsweise eine Normale des Bildsensors selbsttätig derartig aus, dass diese mit der Achse des Objektivs übereinstimmt, so dass eine gemeinsame optische Achse ausgebildet wird, die nachfolgend ausgerichtet werden kann.
- Indem das Linsenpaket oder Objektiv direkt auf den Bildsensor aufgesetzt wird, entfallen auch Toleranzen, die durch weitere Bauteile bedingt werden würden. Die Führungseinrichtung legt an ihrer Unterseite eine Auflageebene fest, die beim Aufsetzen auf den Bildsensor auf die Sensoroberfläche, d.h. die sensitive Fläche oder Bildebene der Kamera gelangt. Somit kann ergänzend auch bereits eine Fokussierung und Ausrichtung in Richtung der optischen Achse erfolgen.
- Die Führungseinrichtung kann z. B. durch drei Führungsstifte ausgebildet sein, deren – in Fügerichtung untere – Stiftspitzen die Auflageebene festlegen. Somit ist eine genaue und eindeutige Festlegung der Auflageebene möglich, da drei Punkte eine Ebene eindeutig festlegen. Weiterhin kann die Führungseinrichtung auch einen Auflagering aufweisen, dessen Unterseite die Auflageebene festlegt.
- Die Führungseinrichtung, insbesondere die Führungsstifte, können bereits in der Produktion so verstemmt und mechanisch bearbeitet werden, dass der Fokus des ein Linsenpaket darstellenden Objektivs in der Auflageebene liegt, d. h. in der Ebene der Stiftspitzen, so dass auch bereits die Tiefenschärfe, und auch die z-Koordinate, auf eine geeignete Gegenstandsweite festgelegt ist, wobei bei Auflage im Brennpunkt des Linsenpakets die entsprechende Gegenstandsweite unendlich ist. .
- Alternativ zu einer Vorab-Einstellung der Führungseinrichtung kann die Führungseinrichtung auch nachgiebig ausgebildet sein, so dass sie beim Aufsetzen in Fügerichtung oder vertikaler Richtung, d. h. im Wesentlichen entlang der hierbei ausgebildeten optischen Achse, nachgiebig ist. Hierbei können z. B. die Stiftspitzen eine entsprechende Nachgiebigkeit aufweisen, um nach der orthogonalen Ausrichtung des Imagers im Fügevorgang eine weitere Verpressung auf Fokussierung zuzulassen.
- Nachfolgend kann eine Fixierung durch z. B. Kleben erfolgen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen ersten Schritt zur Herstellung eines Imager-Moduls vor dem Aufsetzen des Objektivs auf die Trägereinrichtung; -
2 das nachfolgend ausgebildete Imager-Modul; -
3 ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform. - Beschreibung der Ausführungsform
- Ein Imager-Modul
1 weist eine metallische Trägerplatte2 und ein auf der Trägerplatte2 befestigtes Leitungsband (Flex-Leiter, Flex-Band)3 auf. Auf der Trägerplatte2 ist ein flexibler Aufnahmebereich5 aus einem flexiblen. elastischen Material, z. B. einem flexiblen Kunststoff aufgetragen: auf dem Aufnahmebereich5 ist ein Bildsensor4 (Imagerchip, Imager-Halbleiterbauelement) aufgesetzt, der über Drahtbonds6 mit dem flexiblen Leitungsband3 kontaktiert wird. - Der Aufnahmebereich
5 ist vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gebildet, um eine gute Wärmeabfuhr von dem Bildsensor4 zu der metallischen Trägerplatte2 zu ermöglichen. Dieses Material kann z. B. Silikon oder ein Siloxan enthalten; weiterhin kann es auch z. B. Silber enthalten. - Die Herstellung dieser Montageeinheit oder dieses Fügepartners erfolgt somit durch Aufbringen eines flexiblen, elastischen Aufnahmebereichs
5 auf der Trägerplatte2 , Aufsetzen des Bildsensors4 auf den Aufnahmebereich5 , Befestigen des Leitungsbandes3 auf der Trägerplatte2 und Kontaktieren des Bildsensors4 mit dem Leitungsband3 über Drahtbonds6 ; die Drahtbonds6 werden nachfolgend in einer in2 links gezeigten flexiblen Vergussmasse7 aufgenommen, um die mechanischen Belastungen der Ausrichtung aufnehmen zu können, oder die Vergussmasse7 wird nach der Ausrichtung aufgebracht. - Ein Objektiv
8 (Linseneinheit, Linsenpaket) wird als separate Einheit eingesetzt und weist ein oder mehrere Linsen9 und vorteilhafterweise mindestens drei Führungsstifte10 mit Stiftspitzen10a auf. Die Führungsstifte8 können z. B. als Teil der die Linsen9 haltenden Linsenfassung oder zusätzlich zu einer Linsenfassung ausgebildet sein. - Der Bildsensor
4 wird in seiner Orientierung und Position durch seine Normale N1 festgelegt, die senkrecht bzw. lotrecht auf der Sensoroberfläche4a des Bildsensors4 steht. Das Objektiv8 wird durch seine Achse N2 festgelegt. Zur Justierung des Imager-Moduls1 sollen die Achse N2 und die Normale N1 zusammenfallen und eine gemeinsame optische Achse A bilden. Hierzu ist zum einen die richtige laterale Position des Objektivs8 zu finden, was durch ein Werkzeug beim Fügen erfolgen kann. Weiterhin ist die geeignete Orientierung bzw. parallele Ausrichtung von N2 und N1 zu erreichen. Hierzu sind die Stiftspitzen10a mit derartig hinreichender Genauigkeit ausgebildet, dass die durch die Stiftspitzen10a definierte Auflageebene12 (in1 gestrichelt gezeichnet) senkrecht auf der Achse N2 steht. - In
1 weist der Bildsensor4 zunächst eine gegenüber der Achse N2 abweichende Orientierung auf, wobei die Darstellung in1 zur Veranschaulichung eine sehr hohe Fehlstellung aufweist; zunächst wird eine Fehlorientierung zwischen N2 und N1 von kleiner/gleich etwa 1° vorliegen. Gemäß1 steht das Objektiv8 noch in keiner festgelegten Beziehung zu dem Fügepartner aus Trägerplatte2 und Bildsensor4 . - Nachfolgend wird gemäß
2 das Objektiv8 von oben in Fügerichtung z, d.h. der vertikalen Richtung, aufgesetzt derartig, dass die Führungsstifte10 mit ihren Stiftspitzen10a auf den Bildsensor4 gelangen und diesen nach unten drücken. Somit liegt die durch die Stiftspitzen10a definierte Auflageebene12 auf der Sensoroberfläche4a des Bildsensors4 . Der Bildsensor4 wird somit in die gleiche Orientierung wie das Objektiv8 gedrückt. Die Normale N1 des Bildsensors4 und die Achse N2 fallen zusammen und bilden gemeinsam die optische Achse A des Imager-Moduls1 . - Somit wird selbsttätig sowohl eine richtige laterale Position des Objektivs
8 und auch eine Justierung bezüglich der relativen Kippwinkel zwischen Objektiv8 und Bildsensor4 erreicht. - Die Justierung in vertikaler Richtung bzw. Z-Richtung, d. h. parallel zur optischen Achse A, entspricht der Fokussierung. Hierbei kann zum einen bereits in der Fertigung des Objektivs
8 der Fokus f des Objektivs8 in die Auflageebene12 gelegt werden, so dass hier bereits eine Fokussierung des gesamten Systems erreicht wird; somit kann beim nachfolgenden Auflegen des Objektivs8 mit den Stiftspitzen10a und somit der Auflageebene12 auf das Imager-Modul4 eine optische Fokussierung auf z. B. die Gegenstandsweite unendlich erreicht werden; für hiervon abweichende Gegenstandsweiten kann entsprechend auch ein anderer Abstand in Z-Richtung gewählt werden. Eine derartige Ausbildung kann z. B. in der Produktion des Objektivs8 bzw. Linsenhalters durch Verstemmen oder mechanische Bearbeitung der Führungsstifte10 erreicht werden. - Alternativ hierzu kann eine Fokussierung auch gemäß
2 erfolgen, indem die Führungsstifte10 eine hinreichende Nachgiebigkeit bzw. Flexibilität aufweisen, um nach der orthogonalen Ausrichtung des Bildsensors4 in einem nachfolgenden Schritt eine Verformung, insbesondere der Stiftspitzen10a , zu ermöglichen und somit eine Fokussierung durch Verformen bzw. Verpressen zu ermöglichen. - Als Führungseinrichtung sind in dieser Ausführungsform vorteilhafterweise drei Führungsstifte
10 vorgesehen, da drei Führungsstifte durch ihre Stiftspitzen10a genau eine Ebene eindeutig definieren. Weiterhin kann als Führungseinrichtung auch ein Auflagering vorgesehen sein, dessen Unterseite die Auflageebene12 bildet. - Die Stiftspitzen
10a der Führungsstifte10 oder einer anderen Führungseinrichtung liegen auf der Oberseite4a des Bildsensors4 außerhalb dessen sensitiver Fläche4b (optisch aktive Zone) und außerhalb der der Aufnahme der Drahtbonds6 dienenden Kontaktierungsflächen, vorzugsweise bond lands4c . - Der flexible Aufnahmebereich
5 kann gemäß einer Ausbildung aus einheitlichem Material, z. B. einem silikonhaltigen und/oder siloxanhaltigen Material, und/oder auch mit einer Silberverbindung ausgebildet sein. Weiterhin kann das Material des flexiblen Aufnahmebereichs5 auch eine thermisch aushärtende Komponente aufweisen, die eine Nachfixierung zulässt. - Gemäß einer alternativen Ausbildung ist der flexible Aufnahmebereich
5 nicht einheitlich ausgebildet, sondern weist Bereichsabschnitte, z. B. ringförmige Bereichsabschnitte auf, die unterschiedliches Verhalten aufweisen. So kann ein Bereichsabschnitt, z. B. ein Ringbereich, elastisch verformbar sein zur Ausrichtung, und ein weiterer Bereichsabschnitt, z. B. Ringbereich plastisch verformbar mit nachfolgender Härtung, z. B. thermischer Härtung durch Erhitzen. - Bei der Herstellung des Objektivs
8 oder Linsenpakets wird z. B. durch Heißverstemmen eines Kunststoffteils erreicht, dass die Auflageebene12 senkrecht zur Achse N2 des Objektivs8 oder Linsenpakets ausgerichtet ist. Hierzu kann z. B. ein heißes Werkzeug mit planer Oberfläche senkrecht zu der Achse N2 verfahren werden und die Stiftspitzen10a derartig verformen, dass sie genau die senkrecht zur Achse N2 liegende Auflageebene12 definieren. - Somit sind bei dem Imager-Modul gemäß
2 lediglich die drei gemeinsamen Winkel der optischen Achse A des Imager-Moduls1 in der Kamera festzulegen. - Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit gemäß dem Flussdiagramm der
3 nach dem Start in Schritt St0 die Schritte auf:
Schritt St1: Aufbringen eines flexiblen, elastischen Aufnahmebereichs5 auf die metallische Trägerplatte2 ,
Schritt St2: Aufbringen, insbesondere Aufsetzen, des Bildsensors4 auf den Aufnahmebereich5 ,
Schritt St3 Kontaktieren des Bildsensors5 mit dem Leitungsband3 , vorzugsweise mit ergänzendem Aufbringen einer elastischen Vergussmasse7 ;
Schritt St4: Bereitstellen oder Ausbilden eines Fügepartners, wie Objektiv8 (Linsenpaket) mit Linsen9 , Linsenfassung und Führungseinrichtung10 , z. B. mit drei Führungsstiften10 , wobei die Linsenfassung und die Führungseinrichtung10 einteilig ausgebildet werden können,
Schritt St5: Aufsetzen des Objektivs8 auf den Bildsensor4 , wobei selbsttätig eine optische Ausrichtung erfolgt und die gemeinsame optische Achse A ausgebildet wird, und
Schritt St6: Fixieren der Anordnung, z. B. durch einen Kleber. - Hierbei können Schritt St1 und St2 auch vertauscht sein, so dass zunächst der Bildsensor
4 auf den flexibles Aufnahmebereich5 gesetzt wird und diese Einheit nachfolgend auf die Trägerplatte2 gesetzt wird. Weiterhin werden die Fügepartner unabhängig voneinander hergestellt, so dass z. B. Schritt St4 auch vor Schritt St1 erfolgen kann.
Claims (15)
- Verfahren zum Herstellen eines Imager-Moduls (
1 ), mit mindestens folgenden Schritten: Aufbringen (St1) eines flexiblen Aufnahmebereichs (5 ) auf eine Trägereinrichtung (2 ) und Aufbringen (St2) eines Bildsensors (4 ) auf den flexiblen Aufnahmebereich (5 ), wobei der Bildsensor (4 ) mittels dem flexiblen Aufnahmebereich (5 ) kippbar und/oder schwenkbar ist, Aufsetzen eines Objektivs (8 ) auf den Bildsensor (4 ) derartig, dass das Objektiv (8 ) den Bildsensor (4 ) derartig ausrichtet, dass eine Achse (N2), insbesondere optische Achse, des Objektivs (8 ) im Wesentlichen parallel zu einer Normalen (N1) des Bildsensors (4 ) verläuft, und Fixieren des Objektivs (8 ) auf dem Bildsensor (4 ) und/oder der Trägereinrichtung (2 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vor dem Schritt des Aufsetzens des Objektivs (
4 ) weiterhin aufweist den Schritt des Kontaktierens (St3) des Bildsensors (4 ) mit einer Leitungseinrichtung (3 ). - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Bildsensors (
4 ) durch Aufsetzen des Objektivs (8 ) in einer Fügerichtung parallel zu der Achse (N2) des Objektivs erfolgt. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (
4 ) auf dem flexiblen Aufnahmebereich (5 ) um zwei verschiedene, in der Sensoroberfläche (4a ) verlaufende Schwenkachsen schwenkbar und/oder kippbar ist. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Aufnahmebereichs (
5 ) elastisch ist und die Ausrichtung des Bildsensors (5 ) gegen eine elastische Rückstellkraft des Aufnahmebereichs (5 ) erfolgt. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem in Fügerichtung (z) vorderen Ende des Objektivs (
8 ) eine Auflageebene (12 ) festgelegt ist, die bei Auflegen des Objektivs (8 ) auf eine Sensoroberfläche (4a ) des Bildsensors (4 ) gelangt und/oder mit dieser zusammenfällt. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine Führungseinrichtung (
10 ) aufweist, die an dem in Fügerichtung vorderen Ende die Auflageebene (12 ) ausbildet. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (
10 ) durch drei Fügestifte (10 ) gebildet wird, deren vordere Enden jeweils ein Stiftende (10a ) aufweisen, das auf die Sensoroberfläche (4a ) des Bildsensors (4 ) gesetzt wird, wobei die drei Stiftenden (10a ) die Auflageebene (12 ) definieren. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fokussierung erfolgt, indem die Stiftenden (
10a ) der Führungsstifte (10 ) durch Aufdrücken in Fügerichtung (z) verformt werden, wobei Bildsignale des Bildsensors (4 ) ausgewertet werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufsetzen des Objektivs (
8 ) auf den Bildsensor (4 ) eine Länge der Führungseinrichtung (10 ) voreingestellt wird zur Einstellung eines Fokus, und nachfolgend die Führungseinrichtung (10 ) auf das Objektiv (8 ) ohne Verformung aufgesetzt wird. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fixieren die aus dem Objektiv (
8 ) und dem Bildsensor (4 ) gebildete optische Einheit mit ihrer optischen Achse (A) mit drei Freiheitsgeraden oder Koordinaten ausgerichtet wird. - Imager-Modul (
1 ) für eine Kamera, wobei das Imager-Modul (1 ) aufweist: eine Trägereinrichtung (2 ) und eine Leitungseinrichtung (3 ), einen Bildsensor (4 ), der mit dem Schaltungsträger (3 ) kontaktiert ist, und ein Objektiv (8 ), wobei durch den Bildsensor (4 ) und das Objektiv (8 ) eine optische Achse (A) des Imager-Moduls (1 ) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bildsensor (4 ) und der Trägereinrichtung (2 ) ein flexibler oder nachgiebiger Aufnahmebereich (5 ) vorgesehen ist, wobei der Bildsensor (4 ) auf dem Aufnahmebereich (5 ) kippbar oder verstellbar ist, und das Objektiv (8 ) starr mit dem Bildsensor (4 ) verbunden ist. - Imager-Modul (
1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (8 ) eine Führungseinrichtung (10 ) aufweist, die starr auf dem Bildsensor (4 ) oder einer mit dem Bildsensor (4 ) starr verbundenen Einrichtung aufliegt. - Imager-Modul (
1 ) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (5 ) elastisch ist. - Imager-Modul (
1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (10 ) auf einer Sensoroberfläche (4a ) des Bildsensors (4 ) außerhalb einer sensitiven Fläche (4b ) und außerhalb von Kontaktierungsflächen, z. B. bond lands (4c ), aufliegt.
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