CN110753170A - 一种摄像模组及组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摄像模组及组装方法，其中摄像模组包括：镜头(1)、镜座(2)和线路板(3)；所述镜头(1)固定支承在所述镜座(2)上，所述镜座(2)固定支承在所述线路板(3)上；所述镜座(2)设置有连接脚(21)，所述线路板(3)设置有供所述连接脚(21)穿过且相互固定连接的连接通孔(31)。将现有镜座与线路板胶水或螺丝等固定优化为连接脚与连接通孔焊接固定，有效解决了现有高低温条件下模组温飘变化大的弊端，提升摄像模组的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及摄像技术领域，尤其涉及一种摄像模组及组装方法。
背景技术
随着光电成像传感器和影像处理系统平台的发展，市场对于摄像头的 分辨率要求越来越高，特别是在给消费领域，包括车载摄像头和安防摄像 领域，低像素的摄像头已经无法满足使用需求，逐渐被淘汰。随着光电成 像传感器像素的不断升级，要求摄像头的解像力越来越高，但是镜头相对 于光电传感器的解像力余量越来越小。例如，在车载领域，摄像头必须满 足能够在高低温环境下(一般低温-40℃、高温85℃，甚至105℃)正常的 解像力。在高低温环境下，由于镜头的温漂问题，镜头会发生跑焦现象， 造成像糊问题。
尤其是现有的摄像头模组通过采用高膨胀系数胶水进行镜座和线路板 垂直粘接，胶水在固化过程，和固化后不同温度和湿度情况下，会存在一 定比例的变化，导致出现后觉发生偏移问题，由于模组在正常工作状态下， 发热不均，局部形变量变大，更加剧了镜头与传感器相对位置的变化，在 高清模组中这种现象尤其明显,导致模组FOV、解像力下降等严重问题，。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摄像模组及组装方法，解决摄像模组随温 湿度变化成像质量变差的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种摄像模组，包括：镜头、镜座和 线路板；
所述镜头固定支承在所述镜座上，所述镜座固定支承在所述线路板上；
所述镜座设置有连接脚，所述线路板设置有供所述连接脚穿过且相互 固定连接的连接通孔。
根据本发明的一个方面，所述连接脚与所述连接通孔采用热膨胀系数 小于40的焊接材料焊接连接。
根据本发明的一个方面，所述线路板远离所述镜座的一侧设置有连接 板；
所述连接通孔设置于所述连接板上；
所述连接板和所述连接脚分别采用金属材料制成。
根据本发明的一个方面，所述连接脚设置在所述镜座底部的端面上， 且所述镜座底部的端面与所述连接板之间间隔设置。
根据本发明的一个方面，所述连接通孔内侧面，所述连接板远离所述 镜座的一侧，以及所述连接脚分别设置有金属镀层。
根据本发明的一个方面，所述镜座采用金属材料制成；
所述连接脚与所述镜座采用同种金属材料制成；或，
所述镜座和所述连接脚采用不同的金属材料制成。
根据本发明的一个方面，所述连接脚与所述连接板采用不同金属材料 分别制成。
根据本发明的一个方面，所述金属镀层的材料为金、锡、镍中的一种。
为实现上述发明目的，本发明提供一种组装方法，包括：
S1.在连接通孔的内侧面上涂覆焊接材料；
S2.将镜头、镜座和线路板分别安装在同一调焦设备中，且连接脚插入 所述连接通孔中；
S3.对所述镜头、所述镜座和所述线路板进行光学调焦及光芯调整，完 成后对所述连接脚和所述连接通孔连接位置的焊接材料进行固化。
根据本发明的一个方面，步骤S3中，在所述线路板远离所述镜座的一 侧，采用激光焊接方式对所述连接通孔中的焊接材料进行固化。
根据本发明的一个方面，根据所述镜头在热胀冷缩过程中所产生的后 焦变化量，对所述镜座、所述连接脚、所述线路板上的连接板的材料进行 选取，使所述摄像模组在热胀冷缩过程中的后焦平面变化在设定的阈值范 围内。
根据本发明的一个方面，在连接通孔的内侧面上涂覆焊接材料之前， 分别对所述连接通孔内侧面、所述线路板远离所述镜座的一侧，以及所述 连接脚上的金属镀层进行等离子处理。
根据本发明的一种方案，将现有镜座与线路板胶水或螺丝等固定优化 为激光金属焊接固定。将现有高低温条件下模组温飘变化从40-50μm控制 到2μm左右，提升摄像模组的稳定性。
根据本发明的一种方案，消除了模组在高低温环境中的图像下降问题， 极大提高了产品在苛刻环境中的稳定性，为车载模组在复杂条件的稳定工 作提供了解决方案，提高了ADAS摄像模组的适用范围。
根据本发明的一种方案，实现了对镜座与线路板连接方向的改变。传 统的镜座与线路板连接方式中，通过胶粘的方式直接将镜座下端与线路板 上表面相互粘接。由于这种垂直连接方式的粘接面积和粘接胶的热膨胀系 数均较大，导致在外界温湿度变化大时，粘接胶的变化量大且变化方向不 可控，进而引起镜头和镜座向任意方向移动对摄像模组的焦平面产生较大 影响。通过本发明的连接脚与连接通孔的连接方式，位于连接脚与连接通孔之间的连接材料其在温湿度变化大时，由于受到连接通孔的限制作用， 其沿连接通孔径向的变化量被有效抵消，进而只具有沿连接通孔轴向的变 化量，这样对连接材料随温湿度变化所产生的变化量起到了良好的控制作 用，使本发明的摄像模组在不同环境温度下的焦平面变化量得到有效减少 和控制。
根据本发明的一种方案，通过采用低膨胀系数的焊接材料，使得在外 界温度变化大的情况下，焊接材料均能表现出较小的变化量。这样结合连 接脚与连接通过的连接方式，在连接通孔的轴向焊接材料所产生的变形量 更小，进而对保证本发明的摄像模组的成像质量更为有利。
根据本发明的一种方案，由于金属材料良好的导热性，进而将连接板 和连接脚设置为金属材料，有利于保证连接脚与连接通孔之间的焊接材料 保持温度一致，这样对保证所有焊接位置的焊接材料在温度变化时的变化 量保持一致，进而降低环境温度对本发明的摄像模组后焦平面的影响有利。 另外，通过将连接板设置为金属材料对线路板的散热效果更好，且散热均 匀对保证线路板的平整性有利。
根据本发明的一种方案，镜座通过连接脚与线路板相互固定连接，而 镜座不直接与线路板相接触。这样即使焊接材料随温度所产生的沿连接通 孔轴向的变化量也不会对镜座的端面产生影响，进而对降低本发明的摄像 模组后焦平面的变化有利，进一步保证了摄像模组的成像质量。
根据本发明的一种方案，通过设置金属镀层，能够使焊接位置的连接 强度更高，尤其是对于表面具有氧化层的金属材料(如不锈钢)而言，通 过设置金属镀层，有效提高的焊接材料的附着能力，对保证连接位置的可 靠性有利。
根据本发明的一种方案，采用了焊接材料激光焊接工艺，使得省去传 统镜座与线路板组装时的曝光，烘烤，冷却时间，大大提高了模组生产效 率，且由于省去了胶水固化收缩过程，使得模组的良率大大提高。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的摄像模组结构图；
图2示意性表示现有摄像模组的结构图；
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的连接脚和连接通孔连接的 局部放大图；
图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的线路板的结构图；
图5示意性表示摄像模组解析力随温度变化的曲线图；
图6示意性表示根据本发明的一种实施方式的摄像模组中部件尺寸随温 度变化的温升尺寸变化曲线图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实 施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所 表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便 于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此 一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种摄像模组，包 括：镜头1、镜座2和线路板3。在本实施方式中，镜头1固定支承在镜座 2上，镜座2固定支承在线路板3上。在本实施方式中，镜座2设置有连 接脚21，线路板3设置有供连接脚21穿过且相互固定连接的连接通孔31。 通过上述设置，实现了对镜座2与线路板3连接方向的改变。在参见图2所示，传统的镜座与线路板连接方式中，通过胶粘的方式直接将镜座下端 与线路板上表面相互粘接。由于这种垂直连接方式的粘接面积和粘接胶的 热膨胀系数均较大，导致在外界温湿度变化大时，粘接胶的变化量大且变 化方向不可控，进而引起镜头和镜座向任意方向移动对摄像模组的焦平面 产生较大影响。参见图3，通过本发明的连接脚与连接通孔的连接方式， 位于连接脚与连接通孔之间的连接材料其在温湿度变化大时，由于受到连 接通孔的限制作用，其沿连接通孔径向的变化量被有效抵消，进而只具有 沿连接通孔轴向的变化量，这样对连接材料随温湿度变化所产生的变化量 起到了良好的控制作用，使本发明的摄像模组在不同环境温度下的焦平面 变化量得到有效减少和控制。
根据本发明的一种实施方式，连接脚21与连接通孔31采用热膨胀系 数小于40的焊接材料焊接连接。在本实施方式中，通过激光焊接的方式进 行焊接材料的固化。焊接材料可采用锡膏等低热膨胀系数的材料。通过采 用低膨胀系数的焊接材料，使得在外界温度变化大的情况下，焊接材料均 能表现出较小的变化量。这样结合连接脚与连接通过的连接方式，在连接 通孔的轴向焊接材料所产生的变形量更小，进而对保证本发明的摄像模组的成像质量更为有利。
结合图1和图4所示，根据本发明的一种实施方式，线路板3远离镜 座2的一侧设置有连接板32。在本实施方式中，连接通孔31设置于连接 板32上。连接板32和连接脚21分别采用金属材料制成。在本实施方式中， 连接板32可采用钢或不锈钢材料制成。由于金属材料良好的导热性，进而 将连接板32和连接脚21设置为金属材料，有利于保证连接脚与连接通孔 之间的焊接材料保持温度一致，这样对保证所有焊接位置的焊接材料在温 度变化时的变化量保持一致，进而降低环境温度对本发明的摄像模组后焦 平面的影响有利。另外，通过将连接板32设置为金属材料对线路板的散热 效果更好，且散热均匀对保证线路板的平整性有利。
结合图1和图3所示，根据本发明的一种实施方式，连接脚21设置在 镜座2底部的端面上，且镜座2底部的端面与连接板32之间间隔设置。在 本实施方式中，镜座3通过连接脚21与线路板3相互固定连接，而镜座3 不直接与线路板3相接触。这样即使焊接材料随温度所产生的沿连接通孔 轴向的变化量也不会对镜座3的端面产生影响，进而对降低本发明的摄像 模组后焦平面的变化有利，进一步保证了摄像模组的成像质量。
根据本发明的一种实施方式，连接通孔31内侧面，连接板32远离镜 座2的一侧，以及连接脚21分别设置有金属镀层。在本实施方式中，连接 通孔31内侧面全部设置有金属镀层；连接板32远离镜座2的一侧可以是 整个侧面设置金属镀层，也可以是只在连接通孔31的周围为设置金属镀层； 连接脚21的外侧面上全部设置有金属镀层。在本实施方式中，金属镀层的 材料为金、锡、镍等材料中的一种。通过设置金属镀层，能够使焊接位置 的连接强度更高，尤其是对于表面具有氧化层的金属材料(如不锈钢)而 言，通过设置金属镀层，有效提高的焊接材料的附着能力，对保证连接位 置的可靠性有利。
根据本发明的一种实施方式，镜座2采用金属材料制成。结合附图5、 附图6进一步详细说明。参见图5所示，在镜头1中镜片本身材质受热胀 冷缩会产生后焦平面变化，在不进行控制的情况下，解析力随温度变化逐 渐由清晰到模糊。如图6所示，在本实施方式中，将镜座设置为铝材料(热 膨胀系数为23.7)，通过计算镜头、镜座及线路板的的温升尺寸变化汇总 后获得图6，以镜座距离连接板上表面H1(H1＝11mm)的位置为例，在高温80摄氏度情况下镜座的温升尺寸变化量为15.6μm，而镜头和线路板的温 升尺寸变化分别为9.1μm和6.6μm。结合图6可知，采用铝材料的镜座 可以非常有效的弥补镜头及线路板的的温升变化，使模组始终保持在最佳 焦面。因此，通过采用不同材质的镜座可有效管控摄像模组整体部件的温 升变化以弥补镜头中镜片及线路板的影响，使整个模组始终保持在最佳成 像区域内，使模组达到了高环境适应性，高可靠性，高稳定性。
在本实施方式中，连接脚21与镜座2采用同种金属材料制成。在本实 施方式中，连接脚21与镜座2可以是一体成型的。其采用相同材料生产制 造简单，且导热性和热膨胀系数一致，对保证镜座2随温度变化的变化量 一致有利。当然，镜座2和连接脚21还可采用不同的金属材料制成。这样 镜座2和连接脚21可通过螺纹、铆钉等方式固定连接，在本实施方式中， 可选用不同的热膨胀系数的金属材料分别制作镜座2和连接脚21，这样可 通过选择，使不同材料间随温度变化的变化量相互抵消对减小本发明的摄 像模组的焦平面变化有利。
根据本发明的一种实施方式，连接脚21与连接板32采用不同金属材 料分别制成。在本实施方式中，可选用不同的热膨胀系数的金属材料分别 制作连接板32和连接脚21，这样可通过选择，使不同材料间随温度变化 的变化量相互抵消对减小本发明的摄像模组的焦平面变化有利。
根据本发明的一种实施方式，本发明的一种用于上述摄像模组的组装 方法，包括：
S1.在连接通孔31的内侧面上涂覆焊接材料。
S2.将镜头1、镜座2和线路板3分别安装在同一调焦设备中，且连接 脚21插入连接通孔(31)中；
S3.对镜头1、镜座2和线路板3进行光学调焦及光芯调整，完成后对 连接脚21和连接通孔31连接位置的焊接材料进行固化。在本实施方式中， 在线路板3远离镜座2的一侧(即连接板32远离镜座2的一侧)，采用激 光焊接方式对连接通孔31中的焊接材料进行固化。通过采用激光焊接的方 式其焊接效率高，对降低焊接材料(如锡膏)的挥发有利，保证了焊接质 量。另外，在远离镜座2的一侧进行焊接，可以有效解决在焊接过程中产 生的烟雾污染问题，避免了焊接过程中的烟雾进入摄像模组内部，进而避 免了对摄像模组内部电子元器件的污染。
根据本发明的一种实施方式，根据镜头1在热胀冷缩过程中所产生的 后焦变化量，对镜座2、连接脚21、线路板3上的连接板32的材料进行选 取，使摄像模组在热胀冷缩过程中的后焦平面变化在设定的阈值范围内。 在本实施方式中，可以常温25℃为基准开始计算，镜头从-40℃到85℃后 焦FFL变化为先下降后上升，变化值为A。线路板从常温25℃计算，从-40℃ 到85℃相对于镜头最佳像面为先下降后上升，变化范围为B。两个部件总 体变化范围为A+B。镜座从25℃常温计算，从-40℃到85℃对于镜头最佳 像面的影响为先上升后下降，变化范围为C，C＝X*ΔT*CTE(X为镜座高度， ΔT为变化温度范围，CTE为热膨胀系数)，其中，若C＝A+B则模组整体变化 几乎为0，模组镜头与镜座始终保持在最佳像面，通过换算得CTE＝(A+B) /(X*ΔT)。例如，镜头后焦平面从-40℃到85℃变化量为20μm(参见图6，镜头从-40℃到85℃后焦FFL变化为先下降后上升，变化范围为-10μm至 10μm(即图中镜头变化))，PCBA固定平面到sensor感光平面从-40℃ 到85℃变化量为13μm(参见图6，线路板3从-40℃到85℃相对于镜头最 佳像面为先下降后上升，变化范围为-6.5μm到6.5μm(即图中芯片变化))， 则A+B＝33微米(即两个部件总体变化范围为-16.5μm到16.5μm)，选取 镜座高度为17mm的镜座位置固定镜头，代入公式CTE＝(A+B)/(X*ΔT) 其中ΔT为125摄氏度，CTE＝(20+13)*10-3mm/(17mm*125)反推CTE 为15.5*10-6。通过选用CTE为16的不锈钢材料，镜座变化为16*10-6*125℃ *17mm＝34μm，与上述镜头与PCBA变化相互抵消，使得整个模组从常温25℃ 计算，从-40℃到85℃的变化范围小于1μm。镜头与Sensor感光平面始终 保持在最佳焦面，图像效果最佳。
根据本发明的一种实施方式，在连接通孔31的内侧面上涂覆焊接材料 之前，分别对连接通孔31内侧面、线路板3远离所述镜座2的一侧，以及 连接脚21上的金属镀层进行等离子处理。通过上述设置，使得金属镀层的 表面具备更优的焊接性，提高了焊接的强度和良率。
根据本发明的一种实施方式，在对连接通孔31的内侧面上涂覆焊接材 料之前，首先需要对镜头进行质量检查，以及线路板清洗。其次，对镜头 和镜座进行定高后执行步骤S1。
根据本发明，采用了焊接材料激光焊接工艺，使得省去传统镜座与线 路板组装时的曝光，烘烤，冷却时间，大大提高了模组生产效率，且由于 省去了胶水固化收缩过程，使得模组的良率大大提高。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备 和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本 领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
Claims (12)
1.一种摄像模组，其特征在于，包括：镜头(1)、镜座(2)和线路板(3)；
所述镜头(1)固定支承在所述镜座(2)上，所述镜座(2)固定支承在所述线路板(3)上；
所述镜座(2)设置有连接脚(21)，所述线路板(3)设置有供所述连接脚(21)穿过且相互固定连接的连接通孔(31)。
2.根据权利要求1所述的摄像模组，其特征在于，所述连接脚(21)与所述连接通孔(31)采用热膨胀系数小于40的焊接材料焊接连接。
3.根据权利要求1或2所述的摄像模组，其特征在于，所述线路板(3)远离所述镜座(2)的一侧设置有连接板(32)；
所述连接通孔(31)设置于所述连接板(32)上；
所述连接板(32)和所述连接脚(21)分别采用金属材料制成。
4.根据权利要求3所述的摄像模组，其特征在于，所述连接脚(21)设置在所述镜座(2)底部的端面上，且所述镜座(2)底部的端面与所述连接板(32)之间间隔设置。
5.根据权利要求4所述的摄像模组，其特征在于，所述连接通孔(31)内侧面，所述连接板(32)远离所述镜座(2)的一侧，以及所述连接脚(21)分别设置有金属镀层。
6.根据权利要求1或5所述的摄像模组，其特征在于，所述镜座(2)采用金属材料制成；
所述连接脚(21)与所述镜座(2)采用同种金属材料制成；或，
所述镜座(2)和所述连接脚(21)采用不同的金属材料制成。
7.根据权利要求3所述的摄像模组，其特征在于，所述连接脚(21)与所述连接板(32)采用不同金属材料分别制成。
8.根据权利要求5所述的摄像模组，其特征在于，所述金属镀层的材料为金、锡、镍中的一种。
9.一种用于权利要求1-8任一项所述的摄像模组的组装方法，包括：
S1.在连接通孔(31)的内侧面上涂覆焊接材料；
S2.将镜头(1)、镜座(2)和线路板(3)分别安装在同一调焦设备中，且连接脚(21)插入所述连接通孔(31)中；
S3.对所述镜头(1)、所述镜座(2)和所述线路板(3)进行光学调焦及光芯调整，完成后对所述连接脚(21)和所述连接通孔(31)连接位置的焊接材料进行固化。
10.根据权利要求9所述的组装方法，其特征在于，步骤S3中，在所述线路板(3)远离所述镜座(2)的一侧，采用激光焊接方式对所述连接通孔(31)中的焊接材料进行固化。
11.根据权利要求10所述的组装方法，其特征在于，根据所述镜头(1)在热胀冷缩过程中所产生的后焦变化量，对所述镜座(2)、所述连接脚(21)、所述线路板(3)上的连接板(32)的材料进行选取，使所述摄像模组在热胀冷缩过程中的后焦平面变化在设定的阈值范围内。
12.根据权利要求11所述的组装方法，其特征在于，在连接通孔(31)的内侧面上涂覆焊接材料之前，分别对所述连接通孔(31)内侧面、所述线路板(3)远离所述镜座(2)的一侧，以及所述连接脚(21)上的金属镀层进行等离子处理。
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