CN107211082B - 摄像模块以及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像模块(1)，该摄像模块(1)包括电路基板(2)、设置在电路基板(2)上的图像传感器芯片(3)以及光学模块(4)，该光学模块带有容纳光学镜头(4.2)的光学壳体(4.1)。根据本发明规定，光学壳体(4.1)设计带有至少三个压配合销(5.1、5.2、5.3)，光学壳体(4.1)通过所述三个压配合销(5.1、5.2、5.3)以与电路基板(2)相距规定距离(a)的方式与电路基板(2)相连接，其中，为了借助于压配合销(5.1、5.2、5.3)形成压配合连接，电路基板(2)被设计带有至少三个压配合孔(6.1、6.2、6.3)。此外，本发明涉及一种用于生产根据本发明所提供的摄像模块的方法。

Description

摄像模块以及生产方法
技术领域
本发明涉及一种摄像模块，它有装有图像传感器芯片的电路基板以及光学模块，该光学模块带有容纳光学镜头的光学壳体。此外，本发明还涉及一种生产这类根据本发明所提供的摄像模块的方法。
背景技术
这类摄像模块用于在车辆中摄取车辆周围环境的图像，以便使所摄取的图像数据能用于例如车道识别、交通标志识别、远光灯辅助装置、碰撞预警、步行者识别等多种功能，其中，基于所分析评估的图像数据也可执行例如制动控制系统或动力调节系统等车辆控制系统的干预。作为定焦摄像模块，对这类摄像模块车辆辅助系统中的应用而言至关重要的是其在聚焦和倾斜方面的品质。
通常，这类摄像模块具有这样一种结构，它由一个用作基板、配置有图像传感器的印刷电路板和固定在其上的光学模块组成，所述光学模块带有容纳光学镜头的光学壳体。
为了聚焦光学模块，要求进行一种必须能调整光学模块的光学镜头与图像传感器之间距离的固定。最简单情况下，这种固定通过螺纹实现。这样做的缺点是，由此只能沿着一条轴的方向进行调节，而无法实现光学镜头相对于图像传感器倾斜和偏心的设计，因此无法对所有图像范围都清晰成像。
为了能对多轴进行调整，经常选择一种黏结连接，此时在相对于图像传感器的多轴上同时进行光学校准。但使用黏结带的缺点是，黏结剂由于硬化和干燥、因温度改变以及随着使用时间的增加会有伸缩，由此会导致光学镜头相对于图像传感器的位置变化，这会导致图像清晰度下降。此外，在硬化炉中长达大约30到60分钟的干燥时间也是一个缺点。
从DE 103 44 67 A1中已知一类无需在校准和聚焦上的耗费就能安装的摄像模块。这类摄像模块包括电路基板、设置在电路基板上被罩盖罩住的图像传感器以及包含光学系统和光学壳体的光学模块。在图像传感器的壳体上构成了一个环形凸缘形式的支承，光学模块能够支承在该环形凸缘上。这类摄像模块的缺点是，图像传感器需要特殊设计的外壳。
发明内容
从当前技术现状出发，本发明的任务是实现一种开篇所述形式的摄像模块，该摄像模块的结构设计简单且无上述缺点，但却允许执行高调节精度的调节。此外，本发明的任务还包括说明一种用于生产这类根据本发明所提供的摄像模块的方法，尤其是根据本发明所提供的摄像模块的构造和连接技术。
第一项所述任务通过具有下述特征的一种摄像模块解决。
这类摄像模块具有：
–电路基板，
–设置在电路基板上的图像传感器芯片，以及
–光学模块，它带有容纳光学镜头的光学壳体，
根据本发明所提供的这类摄像模块的特征在于，
–所述光学壳体设计带有至少三个压配合销，并且
–光学壳体通过所述至少三个压配合销以与电路基板相距规定距离的方式与电路基板相连接，其中，为了借助于压配合销形成压配合连接，电路基板被设计带有至少三个压配合孔。
在根据本发明所提供的摄像模块中，压配合销用作将光学模块安装在电路基板上的机械连接件。其中，压配合销在其刚性方面的设计方法是，使其稳固性不受机械冲击、光学模块的自身重量或其他因素的影响。光学模块相对于电路基板的相对位置保持稳定。尤其是光学模块可方便地相对于电路基板垂直地执行调节，因为压配合销能够在其插入方向移动。通过所压入的压配合销不同的压入深度还可平衡光学模块相对于图像传感器芯片的倾斜。
根据本发明一种有益的实施方式，至少三个压配合销被这样柔性地设计，即在利用压配合销的柔性的情况下，通过借助调节机实现光学壳体相对于电路基板的相对位置改变，在图像传感器芯片上调节所述光学壳体。
将光学壳体与优选设计为印刷电路板的电路基板压配合连接的压配合销具有小的柔性，这一认知在此可用于在建立压配合连接后，借助压配合销执行光学模块相对于图像传感器芯片的调节。压配合销具有刚性，这使得压配合销不会由于机械冲击、自身重量或其他因素而柔性弯曲，但却能够被调节机弯曲来相对于图像传感器芯片调节光学模块。
通过利用压配合连接的压配合销的小的柔性，以简单的方法实现了高达+/-1μm的高的调节精度，同时不必提高对根据本发明所提供的摄像模块的其他组件的公差要求。所提高的调整精度使得能够缩小图像传感器芯片的像素尺寸，由此提高了其分辨率，而不必要求光学镜头使用高档光学系统。
根据本发明的一个有利的改进方案，为了实现多个、在光学壳体与电路基板的相对位置方面有区别的压配合连接，电路基板设计带有图案规则的压配合孔，借助这些压配合孔，通过选择至少三个压配合孔在与电路基板平行的平面中相对于电路基板调节光学壳体。这使得能够通过相应选择至少三个压配合孔在与电路基板平行的x-y平面内就实现预调节，以便随后利用压配合销的柔性借助调节机进行最终调节。也可根据设计和精度要求通过相应选择压配合孔进行最终调节，而无需接下来通过压配合销的柔性进行调节。
电路基板上的压配合孔可以为形成规则图案而等距地成行和成列布置。也可使用例如多个相互错位的环等其他图案。
根据本发明另一种有益的实施形式规定，经调节或预调节的光学壳体借助跨接其与电路基板之间的距离的黏结连接与电路基板相连接。由此，一方面密封了光学壳体与电路基板之间的间隙，另一方面改善了光学壳体与电路基板的压配合连接。
另外，本发明的一个改进方案规定，在电路基板的背离光学模块的侧面上突出的压配合销设计带有附在电路基板上的焊堆。通过这种附加的焊接，例如通过波峰焊，压配合连接更加稳固。
最后，根据本发明的最后一个实施方案，压配合销被设计用于使光学模块与电路基板电接触。因此，压配合销不仅用作光学模块和电路基板之间的机械连接件，而且也用于光学模块的电或电子元器件的接触。由此，作为电功能可实现例如自动聚焦、光学镜头透镜、起偏镜或有源电光滤波器的电加热。
第二项任务通过具有下述特征的一种方法解决。
这种用于生产摄像模块的方法，其特征在于，它至少具有下列方法步骤：
–提供上面布置有图像传感器芯片的电路基板，
–提供光学模块，该光学模块带有容纳光学镜头的光学壳体，
–为所述光学壳体设计带有至少三个柔性的压配合销，并且
–借助所述三个柔性的压配合销将光学壳体以与电路基板相距规定距离的方式与电路基板相连接，其中，为了借助于压配合销形成压配合连接，电路基板被设计带有至少三个压配合孔。
根据本发明一种有益的实施方式，所述至少三个压配合销被这样柔性地设计，即在利用压配合销的柔性的情况下，通过借助调节机实现光学壳体相对于电路基板的相对位置改变来在图像传感器芯片上调节光学壳体。
压配合连接的压配合销具有小的柔性，这一认知在此可用于在建立光学模块和电路基板之间的压配合连接后，通过弯曲压配合销来改变或移动光学模块的位置以实现在图像传感器芯片上的调节，由此也可能需要过渡弯曲，以补偿压配合销可能的反弹。
根据本发明一种特别优选的实施方案，为了实现多个、在光学壳体与电路基板的相对位置方面有区别的压配合连接，电路基板被设计带有图案规则的压配合孔，借助这些压配合孔，通过选择至少三个压配合孔在与电路基板平行的平面中相对于电路基板最终调节或预调节光学壳体。在预调节的情况下，接下来利用压配合销的柔性借助调节机最终调节光学模块。
此外，根据本发明的另一种实施形式，所调节的光学壳体借助跨接其与电路基板之间的距离的黏结连接与电路基板相连接。由此，一方面密封了光学壳体与电路基板之间的间隙，另一方面改善了光学壳体与电路基板的压配合连接。
根据本发明最后一种有益的实施方案，在电路基板的背离光学模块的侧面上突出的压配合销被设计带有附在电路基板上的焊堆。通过这种附加焊接，例如通过波峰焊，使压配合连接更加稳固。
附图说明
下面参照附图对本发明进行详细说明。其中：
图1示出根据本发明所提供的摄像模块的截面图，其中光学模块通过压配合连接件与电路基板相连接，
图2示出根据图1的摄像模块的电路基板的俯视图，
图3示出根据图1的摄像模块在x-y平面中调节光学模块的截面图，
图4示出根据图1的摄像模块在z方向上调节光学模块的截面图，
图5示出根据图1的摄像模块的调节光学模块倾斜的截面图，
图6示出调节了光学模块的摄像模块的截面图。
具体实施方式
下面根据图1到图6解释根据本发明所提供的摄像模块1的生产。这类摄像模块1具有的部件有作为刚性印刷电路板的电路基板2，其上设置有图像传感芯片3以及光学模块4，光学模块中装有设置在光学壳体4.1中的光学镜头4.2。所述光学模块4通过压配合连接与电路基板2的机械连接方式是，进入光学模块4的光学镜头中的电磁射线被导引到图像传感器芯片3上。为此执行下面要说明的相应调节过程。
专业人士知道，压配合连接技术作为无焊接连接技术可用于电或电子组件在印刷电路板上的电接触。为了建立这类压配合连接，压配合销被压入印刷电路板的连接通孔(被称为压配合孔)中，由此，通过压配合销的压配合区建立与压配合孔的印刷电路板铜的压接。
根据图1至图6所示，光学模块4与电路基板2借助三个压配合销5.1、5.2和5.3进行压配合连接，这些压配合销从光学壳体4.1的板状部分4.11引出，与表面垂直，因此彼此平行排列。在制造光学壳体4.1的同时，会注塑包封压配合销5.1、5.2和5.3。
对于光学模块4相对于图像传感器芯片3的调节，需要至少三个压配合销5.1、5.2和5.3，这些压配合销在板状部分4.11的底侧4.111上以等边三角形布置。对应的压配合孔6.1、6.2和6.3在电路基板2上也以相应几何形状布置，正如尤其可从根据图2的电路基板2俯视图中可见的那样。光学模块4当然也可实施带有更多数量的压配合销，电路基板2上的压配合孔的数量也因此相应增加。
压配合销5.1、5.2和5.3的长度超出于底侧4.111，使得在压配合销5.1、5.2和5.3被压入到压配合孔6.1、6.2和6.3中的状态下，光学模块4与电路基板2相距规定的距离a，其中，该距离a是指底侧4.111与电路基板2的朝向光学模块4的表面之间的距离。为了这个与电路基板2间隔位置的光学模块4相对于电路基板2有足够的稳定性，压配合销5.1、5.2和5.3构建有处于压配合孔6.1、6.2和6.3区域内的压配合区。根据所保持的距离a，在压配合销5.1、5.2和5.3上各有一个跨接光学模块4与电路基板2之间距离a的柔性区5.11、5.21和5.31。由于压配合销5.1、5.2和5.3有小的柔性，将压配合销5.1、5.2和5.3的该柔性用于在建立压配合连接后借助调节机用压配合销相对于图像传感器芯片3调节光学模块4。压配合销5.1、5.2和5.3构成光学模块4与电路基板2的机械连接。此时，压配合销5.1、5.2和5.3具有刚性，不允许由于光学模块4的自重或由于机械冲击或由于其他因素的影响导致弯曲。
图1所示是光学模块4与电路基板2借助压配合销5.1、5.2和5.3建立压配合连接后，摄像模块1的状况。
通过调节机从侧面给光学模块4或其光学壳体4.1上施加力，在利用压配合销5.1、5.2和5.3的柔性情况下，能够在x-y平面中相对于图像传感器芯片3调节光学模块4。此时，压配合销5.1、5.2和5.3略微弯曲。为了补偿可能的反弹，可能需要过渡弯曲压配合销。这种在x-y平面中的调节在图3中用箭头P1说明，其中，图1中所示的光学模块4位置用点划线表示，并由此可见，光学模块4在图示平面中向右偏移。
由于压入状态中，压配合销5.1、5.2和5.3也可在压入方向，即z方向被轻微移动，光学模块4也可根据图4所示箭头P2在z方向通过扩大或缩小距离a加以调节。
最后，如图5中用箭头P3和光学模块4的相对于电路基板2的两个倾斜位置所示，还要调节光学模块4的倾斜。倾斜的实现方式是，通过将压配合销5.1、5.2和5.3按不同程度插入压配合孔6.1、6.2和6.3内，使得在压配合销5.1，5.2和5.3区域内，在底侧4.111与电路基板2的朝向光学模块4的表面之间产生不同距离。
电路基板2根据图2具有规则图案的各压配合孔6，这些压配合孔在行和列中以同等距离网格式布置在图像传感器芯片3周围。此时，压配合孔6的设置方式是，得到不同的用于压配合销5.1、5.2和5.3的压配可能性，即压配合销5.1、5.2和5.3能够被压入不同的压配合孔6.1、6.2和6.3中，以此使得光学模块4在x-y平面中改变相对于图像传感器芯片3的相对位置。由此，通过从该图案中相应选择压配合孔6.1、6.2和6.3，根据图2中的箭头P4和P5在x-y平面中进行预调节，以便随后可利用压配合销5.1、5.2和5.3的柔性，按照图3、图4和图5进行精细调节或最终调节。
通过相应选择压配可能性，可根据设计和精度要求实现最终调节，无需接下来利用压配合接触的柔性借助调节机实施进一步调节。
取代于根据图2的压配合孔6的网格式布局，也可实现其他图案，例如多个相互错位的环。
在光学模块4相对于图像传感器芯片3调节后，如图6中所示，可选择将光学壳体4.1板状部分4.11的底侧4.111在边缘侧与跨接至电路基板2的距离a的黏结带7粘结。以此实现摄像模块1的密封和压配合连接的固定。
图6显示了另一种供选择的措施，根据该措施，压配合销5.1、5.2和5.3被焊接在电路基板2的与光学模块4相反的表面上，其方法是例如通过波峰焊施加焊堆8或通过这类焊接使压配合连接更加稳固。
在根据图1至图6的实施例中，压配合销5.1、5.2和5.3仅用于光学模块4与电路基板2的机械连接。另外，压配合销5.1、5.2和5.3还可用于光学模块4与电路基板2的电接触。在此情况下，所使用的压配合孔6.1、6.2和6.3自然也具有相应的通孔镀敷。由此，压配合销5.1、5.2和5.3不仅起到光学模块4与电路基板2之间的机械连接件的作用，而且还用于光学模块4的电或电子组件的接触。
由此可以实现的电功能例如有自动聚焦、光学镜头4.2的透镜、起偏镜或有源电光滤波器的电加热。
附图标记列表
1 摄像模块
2 电路基板，印刷电路板
3 图像传感器芯片
4 光学模块
4.1 光学模块4的光学壳体
4.2 光学模块4的光学镜头
5.1 光学壳体4.1的压配合销
5.2 光学壳体4.1的压配合销
5.3 光学壳体4.1的压配合销
6 电路基板2的压配合孔
6.1 电路基板2的压配合孔
6.2 电路基板2的压配合孔
6.3 电路基板2的压配合孔
7 黏结剂，黏结带
8 焊堆

Claims (10)

1.一种摄像模块(1)包括
–电路基板(2)，
–设置在电路基板(2)上的图像传感器芯片(3)，以及
–光学模块(4)，该光学模块带有容纳光学镜头(4.2)的光学壳体(4.1)，其特征在于，
–所述光学壳体(4.1)设计带有至少三个压配合销(5.1、5.2、5.3)，并且
–光学壳体(4.1)通过所述至少三个压配合销(5.1、5.2、5.3)以与电路基板(2)相距规定距离(a)的方式与电路基板(2)相连接，其中，为了借助于压配合销(5.1、5.2、5.3)形成压配合连接，电路基板(2)被设计带有至少三个压配合孔(6.1、6.2、6.3)，
其中，所述至少三个压配合销(5.1、5.2、5.3)被这样柔性地设计，即在利用压配合销(5.1、5.2、5.3)的柔性的情况下，通过借助调节机实现光学壳体相对于电路基板(2)的相对位置改变来在图像传感器芯片(3)上调节光学壳体(4.1)。
2.根据权利要求1所述的摄像模块(1)，其特征在于，为了实现多个、在光学壳体(4.1)与电路基板(2)的相对位置方面有区别的压配合连接，电路基板(2)设计带有图案规则的压配合孔(6)，借助这些压配合孔，通过选择至少三个压配合孔(6.1、6.2和6.3)在与电路基板(2)平行的平面中相对于电路基板(2)调节光学壳体(4.1)。
3.根据权利要求1或2所述的摄像模块(1)，其特征在于，所调节的光学壳体(4.1)借助跨接该光学壳体与电路基板(2)之间的距离(a)的黏结连接与电路基板(2)相连接。
4.根据权利要求1或2所述的摄像模块(1)，其特征在于，在电路基板(2)的背离光学模块(4)的侧面上突出的压配合销(5.1、5.2、5.3)被设计带有附在电路基板(2)上的焊堆(8)。
5.根据权利要求1或2所述的摄像模块(1)，其特征在于，电路基板(2)被设计作为印刷电路板。
6.根据权利要求1或2所述的摄像模块(1)，其特征在于，压配合销(5.1、5.2、5.3)被设计用于使光学模块(4)与电路基板(2)电接触。
7.一种生产摄像模块(1)的方法，该方法至少具有下列步骤：
–提供电路基板(2)，在该电路基板上布置有图像传感器芯片(3)，
–提供光学模块(4)，该光学模块带有容纳光学镜头(4.2)的光学壳体(4.1)，
–为所述光学壳体(4.1)设计带有至少三个柔性的压配合销(5.1、5.2、5.3)，并且
–借助所述至少三个柔性的压配合销(5.1、5.2、5.3)将光学壳体(4.1)以与电路基板(2)相距规定距离(a)的方式与电路基板(2)相连接，其中，为了借助于压配合销(5.1、5.2、5.3)形成压配合连接，电路基板(2)被设计带有至少三个压配合孔(6.1、6.2、6.3)，
其中，至少三个压配合销(5.1、5.2、5.3)被这样柔性地设计，即在利用压配合销(5.1、5.2、5.3)的柔性的情况下，通过借助调节机实现光学壳体相对于电路基板(2)的相对位置改变来在图像传感器芯片(3)上调节光学壳体(4.1)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了实现多个、在光学壳体(4.1)与电路基板(2)的相对位置方面有区别的压配合连接，电路基板(2)被设计带有图案规则的压配合孔(6)，借助这些压配合孔，通过选择至少三个压配合孔(6.1、6.2、6.3)在与电路基板(2)平行的平面中相对于电路基板(2)调节光学壳体(4.1)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所调节或预调节的光学壳体(4.1)借助跨接该光学壳体与电路基板(2)之间的距离(a)的黏结连接与电路基板(2)相连接。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在电路基板(2)的背离光学模块(4)的侧面上突出的压配合销(5.1、5.2、5.3)被设计带有附在电路基板(2)上的焊堆(8)。
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