CN101459782A - 光电转换元件单元和摄像设备 - Google Patents

Abstract

一种光电转换元件单元及摄像设备。该光电转换元件单元用在摄像设备中并且包括：光电转换元件封装，其包含光电转换元件；布线基板，光电转换元件封装被安装到该布线基板的第一面，与光电转换元件相关的电子元件被安装到该第一面的背面；以及支撑板，其被安装到摄像设备中的安装部位，用于固定光电转换元件封装，其中，在支撑板中形成小于光电转换元件封装的外形的开口，在该开口内配置安装于布线板上的电子元件。

Description

光电转换元件单元和摄像设备

技术领域

本发明涉及一种在如数字式照相机和摄影机等摄像设备中使用的光电转换元件单元以及该摄像设备。

背景技术

当在摄像设备中使用光电转换元件封装(package)时，必需使光电转换元件的光接收面与摄像光学系统的成像面以高精度对准。因此，如日本特开平11-261904号公报所述，光电转换元件封装被固定到外形大于该封装的支撑板。从而，当支撑板被安装到预定安装部位时，进行支撑板的对准以使光电转换元件的光接收面与摄像光学系统的成像面相匹配。

日本特开平11-261904号公报论述了由于摄像设备的小型化、特别是薄型化而减小光电转换元件封装、支撑板和安装光电转换元件封装的印刷布线板的总厚度的方法。更具体地，在无引线(leadless)型光电转换元件封装和支撑板之间配置印刷布线板。

摄像设备需要上述光电转换元件封装和驱动该光电转换元件封装的驱动电路以及处理来自光电转换元件的输出信号的信号处理电路。期望驱动电路和信号处理电路被配置成尽可能地靠近光电转换元件以缩短光电转换元件与驱动电路和信号处理电路之间的布线长度。这是因为当布线长度变得较长时，噪声很可能被添加到从光电转换元件输出的微小的模拟信号。此外，随着光电转换元件的高像素化和高功能化，光电转换元件的驱动时钟(driving clock)的速度也增大。在该情况下，由于布线长度和用于连接电路的连接器的影响，驱动光电转换元件的信号的波形可能变形，并且不能准确地驱动光电转换元件。此外，来自高速时钟线路(clock line)的不必要的辐射可能增加。

传统地，驱动电路和信号处理电路被连接到从光电转换元件引出的柔性印刷布线板的顶部。换句话说，从光电转换元件到驱动电路和信号处理电路的布线长度是长的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种光电转换元件单元，其用在摄像设备中，该光电转换元件单元包括：光电转换元件封装，其包含光电转换元件；布线基板，光电转换元件封装被安装在该布线基板的第一面上，与光电转换元件相关的电子元件被安装在该第一面的背面上；以及支撑板，其被安装到摄像设备中的安装部位，用于固定光电转换元件封装。在支撑板中形成小于光电转换元件封装的外形的开口，在该开口内配置安装于布线基板上的电子元件。根据本发明的另一方面，一种摄像设备包括摄像光学系统和光电转换元件单元两者，并且光电转换元件单元的光电转换元件与摄像光学系统的成像面对准。

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，用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的典型实施例的摄像设备(数字式照相机)的外观图。

图2是根据本发明的典型实施例的安装在摄像设备中的摄像单元的立体图。

图3是示出根据本发明的典型实施例的安装到摄像单元的被拆开的光电转换元件单元的立体图。

图4是示出根据本发明的典型实施例的光电转换元件封装的背面的立体图。

图5是示出根据本发明的典型实施例的安装到印刷布线板的光电转换元件封装和电子元件的立体图。

图6是示出根据本发明的典型实施例的光电转换元件单元的立体图。

图7是根据本发明的典型实施例的光电转换元件单元的侧视图。

图8是根据本发明的光电转换元件单元的背面图。

图9A-9C分别是根据本发明的典型实施例的光电转换元件封装的俯视图、侧视图和背面图。

图10是根据本发明的典型实施例的位置调整板的立体图。

图11是示出根据本发明的典型实施例的安装到摄像单元的光电转换元件单元的立体图。

具体实施方式

以下将参照各个附图详细说明本发明的多个典型实施例、特征和方面。

图1示出了使用根据本发明的典型实施例的光电转换元件单元的摄像设备(数字式照相机)的外观。图2和图3是安装了光电转换元件单元的摄像单元的立体图。

根据图1，摄像单元2被配置在数字式照相机1内。本发明的光电转换元件单元被安装到下面论述的摄像单元2。

如图2所示，摄像单元2包括摄像镜筒3、取景器单元4以及自动聚焦(AF)辅助光单元5。如图1所示，摄像单元2的前表面从数字式照相机1的前面在外的开口暴露于外部。

根据图3，光电转换元件单元包括光电转换元件封装101、作为布线基板的印刷布线板102以及作为支撑板的位置调整板103。光电转换元件单元被安装到数字式照相机1中的摄像单元2(摄像镜筒3)的背面(摄像侧的面)104。图3示出了处于拆开状态的光电转换元件单元，这使得更容易看到多个特征。

光电转换元件封装101是包含如电荷耦合器件(CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等光电转换元件的封装。如图4和图9A-9C所示，在光电转换元件封装101的背面上安装电极106。电极106由以栅格形状配置的焊球(solderball)形成。如图9A所示，光电转换元件封装101具有光电转换元件105。根据本典型实施例，使用球栅阵列(BGA)型的光电转换元件封装101作为例子。

如图5所示，在印刷布线板102的背面的与前面侧的光电转换元件封装101的安装区域重叠的区域中安装与光电转换元件105相关的电子元件107。与光电转换元件105相关的电子元件107包括驱动光电转换元件105并且处理来自光电转换元件105的输出信号的集成电路(IC)及其周边电路部。

在作为印刷布线板102的第一面的前表面上，在与光电转换元件封装101的电极106对应的位置处形成焊盘(land，未示出)。该焊盘与电极106对准，并且进行电极(焊球)106的回流焊(reflowing)。结果，电极106被接合到焊盘，光电转换元件封装101被安装到印刷布线板102的前表面(第一面)。

由于BGA型光电转换元件封装101和电子元件分别被安装在印刷布线板102的前表面和背面，因此，具有高的布线密度。此外，印刷布线板102的使印刷布线板102与其它电路基板(未示出)连接的布线引出部具有高柔性(弯曲性)，使得光电转换元件105能够容易地与摄像镜筒3的成像透镜光学系统的成像面对准。

因此，在该典型实施例中，多层刚柔性印刷布线板被用于印刷布线板102。印刷布线板102的安装光电转换元件封装101和电子元件107的部分具有高布线密度。印刷布线板102的该部分被构造为刚性部。另一方面，可弯曲的布线引出部被构造为柔性部。

光电转换元件封装101在印刷布线板102中的安装区域的最大外形部分形成为小于光电转换元件封装101的外形。因此，当光电转换元件封装101被安装在印刷布线板102上时，光电转换元件封装101的背面的一部分(下面被称为背面暴露部)暴露于印刷布线板102的外部。

如图6所示，安装在印刷布线板102上的光电转换元件封装101被固定到图10所示的金属制位置调整板103。

位置调整板103形成为矩形框状形状，并且在中央形成有矩形开口109。通过半冲压(half-blanking)处理在开口109的周围形成突起108a、108b和108c。这些突起在与光电转换元件封装101的光接收面垂直的方向(摄像镜筒3的光轴方向)上对位置调整板103进行定位。在下面的说明中，与光接收面垂直的方向(摄像镜筒3的光轴方向)被称为光电转换元件封装101的光轴方向。突起108a-108c形成在与光电转换元件封装101的背面的露出区域对应的位置处。

开口109的尺寸小于光电转换元件封装101的外形尺寸并大于电子元件107在印刷布线板102的背面上的安装区域的外形尺寸。从而，能够在不干涉位置调整板103的情况下在开口109中设置电子元件107，突起108a-108c能够抵接在光电转换元件封装101的背面的露出区域上。此外，能够确保光电转换元件封装101的背面的露出区域与位置调整板103之间的接合余量(bonding margin)，并且粘合剂(bond)能够容易地流入到该接合余量中。

虽然在本典型实施例中使用了金属制位置调整板103，但是，作为可选方案，也可以使用树脂制位置调整板103。

如下进行光电转换元件封装101到位置调整板103的固定(接合)。首先，利用这里未示出的夹具在与光电转换元件封装101的光轴方向正交的方向上进行光电转换元件封装101到位置调整板103的定位。

接着，使突起108a-108c突出抵接到光电转换元件封装101的背面的露出区域以在光轴方向上定位光电转换元件封装101。然后，使粘合剂经由形成在光电转换元件封装101上的开口109从光电转换元件封装101的外周流入到光电转换元件封装101的露出区域和位置调整板103之间。其后，粘合剂被固化，光电转换元件封装101在光电转换元件封装101的背面的印刷布线板102的外侧区域被固定到位置调整板103上。

图7示出了当沿厚度方向观察时光电转换元件封装101、印刷布线板102和位置调整板103的位置关系。图8示出了从背面观察时的位置关系。

在图7中，位置调整板103中的突起108a-1O8c的高度被设定成高于在光电转换元件封装101被安装在印刷布线板102上之后从光电转换元件封装101的背面到印刷布线板102的背面的高度。从而，在光电转换元件封装101被安装在印刷布线板102上的状态下，由位置调整板103在光轴方向上直接定位光电转换元件封装101。

在图8中，位置调整板103的开口109形成在光电转换元件封装101的背面的区域中。

突起108a-108c形成在与光电转换元件封装101的背面的露出区域接触的位置处。因此，能够在光电转换元件封装101的背面中的接触突起108a-108c的位置之间设置较宽的间隔。因此，即使在制造过程中突起108a-108c的高度发生变化，也能够使光电转换元件105相对于位置调整板103的平行度的偏差最小化。

此外，突起108a-108c的高度值可以被设定成非常接近从光电转换元件封装101的背面到印刷布线板102的背面的距离。因此，能够缩短从光电转换元件封装101到位置调整板103的总厚度。

另外，设置在形成于位置调整板103中的开口109内的电子元件107的高度等于或者小于位置调整板103的厚度是有益的。由此，防止电子元件107向位置调整板103的背面侧突出，并且还能够防止由于在开口109内设置电子元件107导致的光电转换元件封装101的整体厚度的增大。换句话说，能够防止在安装了光电转换元件封装101之后包括光电转换元件封装101的整个摄像单元的厚度的增大。

如图11所示，当通过将光电转换元件封装101(以及柔性布线板102)固定到位置调整板103而完成光电转换元件单元时，利用螺钉110a、110b和110c将光电转换元件单元安装到摄像单元2的背面104。

如图3所示，定位突起111a和111b设置在摄像单元2的背面104上。此外，定位孔112a和112b形成在位置调整板103上。定位突起111a和111b被插入到定位孔112a和112b中，使得在与光轴方向正交的方向上确定光电转换元件单元相对于摄像单元2的背面104的位置。

在摄像单元2的背面104上的三个部位形成凹部，在该凹部内分别配置弹簧113a、113b以及另一弹簧(这里未示出)。弹簧113a、113b沿光轴方向对位置调整板103施加朝向螺钉110a-110c的头部的力。因此，通过微调螺钉110a-110c的拧紧量，能够在光轴方向上微调光电转换元件单元相对于摄像单元2的背面104的位置。此外，能够微调光电转换元件单元相对于与光轴方向正交的方向的倾斜。从而，光电转换元件105的光接收面能够以高精度与成像透镜光学系统的成像面对准。

根据本典型实施例，在能够由位置调整板103以高精度定位光电转换元件封装101的同时，能够紧密地配置光电转换元件封装101以及构成光电转换元件105的驱动电路和信号处理电路的电子元件107。结果，能够缩短光电转换元件105和电子元件107之间的布线长度，并且能够获得成像时的良好的电气特性。

根据本典型实施例，电子元件107被安装在与光电转换元件封装101相同的印刷布线板102上。换句话说，电子元件107设置在光电转换元件单元中。在电子元件107被安装到代替印刷布线板102的另一基板上(电子元件设置在光电转换元件单元的外部)的情况下，为了使从光电转换元件封装101到电子元件107的布线长度最小化，基板布局受到限制。然而，根据本典型实施例，由于不存在该限制，因此，能够更自由地设计照相机。从而，能够适当地布置基板和各部件以使整个照相机小型化和薄型化。

虽然使用BGA型光电转换元件封装作为根据上述典型实施例的光电转换元件封装101，但是也可以使用接点栅格阵列(LGA)型的光电转换元件封装。此外，可以使用电极布置在侧面的光电转换元件封装(例如，电极设置在两个相对边类型的封装)代替电极布置在背面的光电转换元件封装类型。

此外，根据上述典型实施例，在位置调整板103的中央形成大致矩形的开口109。然而，开口109的形状并不限于矩形，而是可以使用如圆形或六边形等其它形状。也可对该基本形状进行部分切除以避免与电子元件107干涉。此外，可以形成外缘的一部分被切除的开口(例如，U形开口)来代替根据本典型实施例的具有封闭的外缘的开口。

根据上述典型实施例，通过半冲压处理在金属制位置调整板103上形成突起108a-108c。然而，也可以由旋压(spinning)或弯曲加工形成突起。在这种情况下，能够通过确保使突起与光电转换元件封装101的背面接触的接触面积较大，而由位置调整板103更有效地散出光电转换元件封装的热。

虽然已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，以包括所有的变型、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种光电转换元件单元，其用在摄像设备中，该光电转换元件单元包括：

光电转换元件封装，其包含光电转换元件；

布线基板，所述光电转换元件封装被安装在所述布线基板的第一面上，与所述光电转换元件相关的电子元件被安装在所述第一面的背面上；以及

支撑板，其被安装到所述摄像设备中的安装部位，用于固定所述光电转换元件封装；

其中，在所述支撑板中形成小于所述光电转换元件封装的外形的开口，在所述开口内配置安装于所述布线基板上的所述电子元件。

2.根据权利要求1所述的光电转换元件单元，其特征在于，所述光电转换元件封装在所述光电转换元件封装的背面的所述布线基板的外侧的延伸区域被固定到所述支撑板。

3.根据权利要求1所述的光电转换元件单元，其特征在于，在所述支撑板上形成突起，所述突起在所述光电转换元件封装的背面的所述布线基板的外侧的延伸区域与所述光电转换元件封装接触。

4.根据权利要求3所述的光电转换元件单元，其特征在于，所述突起的高度被设定成大于从所述光电转换元件封装的所述背面到所述布线基板的所述第一面的所述背面的高度。

5.根据权利要求1所述的光电转换元件单元，其特征在于，

安装在所述布线基板上的所述电子元件的高度被设定成等于或者小于所述支撑板的厚度。

6.一种摄像设备，其包括：

光电转换元件封装，其包含光电转换元件；

布线基板，所述光电转换元件封装被安装在所述布线基板的第一面上，与所述光电转换元件相关的电子元件被安装在所述第一面的背面上，以及

支撑板，其被安装到所述摄像设备中的安装部位，用于固定所述光电转换元件封装；

其中，在所述支撑板中形成小于所述光电转换元件封装的外形的开口，在所述开口内配置安装于所述布线基板上的所述电子元件。

7.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，

所述光电转换元件封装在所述光电转换元件封装的背面的所述布线基板的外侧的延伸区域被固定到所述支撑板。

8.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，

在所述支撑板上形成突起，所述突起在所述光电转换元件封装的背面的所述布线基板的外侧的延伸区域与所述光电转换元件封装接触。

9.根据权利要求8所述的摄像设备，其特征在于，

所述突起的高度被设定成大于从所述光电转换元件封装的所述背面到所述布线基板的所述第一面的所述背面的高度。

10.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，

安装在所述布线基板上的所述电子元件的高度被设定成等于或者小于所述支撑板的厚度。

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