CN111988500B - 成像单元和成像装置 - Google Patents

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Abstract

公开了成像单元和成像装置。一种成像单元，包括：成像传感器模块，具有设置有成像元件的印刷布线板；柔性印刷电路板，连接到印刷布线板的连接部；弹性构件，设置在具有印刷布线板的连接部的面上；以及图像稳定单元，具有固定柔性印刷电路板的固定部，成像传感器模块相对于图像稳定单元是可移动的，并且弹性构件保持柔性印刷电路板。

Description

成像单元和成像装置
技术领域
本发明涉及成像单元和成像装置。
背景技术
日本专利申请公开No.H07-38268公开了一种通过将硬基板的面和柔性基板的面彼此焊接而形成的柔性单元，并且提出了一种柔性单元的壳体组装结构，该壳体组装结构吸收施加到柔性基板的外力并防止由于焊料连接部处的分离而引起的导电故障。日本专利申请公开No.H07-38268公开了在柔性基板中设置的孔啮合到组装有柔性单元的后盖的突出轴，因此施加到柔性基板的外力被吸收，并且防止由于焊料连接部处的分离而引起的导电故障。
另外，日本专利申请公开No.2002-134860提出了一种柔性印刷布线板，在该柔性印刷布线板中可以牢固地且容易地进行对印刷基板的电连接。日本专利申请公开No.2002-134860公开了在柔性布线板中的加强焊盘附近形成切口部，在该柔性布线板上形成要连接到印刷基板的接触点图案和加强焊盘。日本专利申请公开No.2002-134860公开了利用以这样的方式形成切口部，分散施加到用于加强接触点图案的连接的加强焊盘的分离应力。
但是，在日本专利申请公开No.H07-38268中公开的技术中，当诸如硬基板之类的印刷布线板由于振动等而移动时，外力不仅产生在吸收外力的结构部中，而且还直接地产生在印刷布线板和柔性基板之间的接合部中。另一方面，在日本专利申请公开No.2002-134860中公开的技术中，由于在印刷布线板中要求诸如加强焊盘之类的加强端子的连接区域，因此印刷布线板的尺寸将增大。
发明内容
本发明旨在提供一种成像单元和成像装置，该成像单元和成像装置可以在不涉及印刷布线板的尺寸的增大的情况下减小在柔性印刷电路板与印刷布线板之间的连接部中产生的负荷。
根据本发明的一个方面，提供了一种成像单元，该成像单元包括：成像传感器模块，具有设置有成像元件的印刷布线板；柔性印刷电路板，连接到印刷布线板的连接部；弹性构件，设置在具有印刷布线板的连接部的面上；以及图像稳定单元，具有固定柔性印刷电路板的固定部。成像传感器模块相对于图像稳定单元是可移动的，并且弹性构件保持柔性印刷电路板。
根据本发明的另一方面，提供了一种成像装置，该成像装置包括壳体和在壳体内部的成像单元，并且成像单元是上述成像单元。
通过以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的成像单元的总体配置的示意性顶视图。
图2是示出根据第一实施例的成像单元的总体配置的示意性截面图。
图3是示出在根据第一实施例的成像单元中成像传感器模块在X方向上移动了ΔX之后的总体配置的示意性顶视图。
图4是示出在根据第一实施例的成像单元中成像传感器模块在Y方向上移动了ΔY之后的总体配置的示意性顶视图。
图5是示出在根据第一实施例的成像单元中成像传感器模块在θ方向旋转了Δθ之后的总体配置的示意性顶视图。
图6是示出根据第二实施例的成像单元的总体配置的示意性顶视图。
图7是示出根据第二实施例的成像单元的总体配置的示意性截面图。
图8是示出根据第三实施例的成像单元的总体配置的示意性顶视图。
图9是示出根据第四实施例的作为电子设备的一个示例的成像装置的总体配置的示意图。
图10是示出根据比较例1的二维结构分析模型的示意图。
图11是示出根据比较例2的二维结构分析模型的示意图。
图12是示出根据示例3的二维结构分析模型的示意图。
图13是示出根据示例4的二维结构分析模型的示意图。
图14是示出比较例1和2与示例3和4的结构分析结果以用于比较的图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述用于实现本发明的实施例。注意的是，本发明不限于以下实施例，并且可以在不脱离其精神的范围内适当地进行修改。另外，在以下描述的所有附图中，具有相同功能的元件使用相同的附图标记，并且可以省略或简化其描述。
第一实施例
将参考图1至图5描述根据第一实施例的成像单元。
首先，将参考图1和图2描述根据本实施例的成像单元的结构。图1是示出根据本实施例的成像单元的总体配置的示意性顶视图。图2是示出根据本实施例的成像单元的总体配置的示意性截面图，并且示出了沿着图1中的线A-A'截取的截面。
如图1和图2中所示，成像单元400具有成像传感器模块50、图像稳定单元60和柔性印刷电路板4，该成像传感器模块50具有印刷布线板17。
在本文中，将定义在以下描述中使用的作为直角坐标系的XYZ坐标系的X轴、Y轴和Z轴的每个坐标轴和方向。首先，与成像传感器模块50的印刷布线板17的主面垂直的轴被定义为Z轴。另外，与印刷布线板17的主面平行并且沿着布置了印刷布线板17的连接器7和连接到连接器7的柔性印刷电路板4的方向的轴被定义为X轴。另外，与X轴和Z轴正交的轴被定义为Y轴。在其坐标轴以这种方式被定义的XYZ坐标系中，与X轴平行的方向被定义为X方向。在X方向中，从连接器7侧到柔性印刷电路板4侧的方向被定义为+X方向，并且与+X方向相反的方向被定义为-X方向。另外，与Y轴平行的方向被定义为Y方向。在Y方向中，相对于+X方向从左侧到右侧的方向被定义为+Y方向，并且与+Y方向相反的方向被定义为-Y方向。另外，与Z轴平行的方向被定义为Z方向。在Z方向中，从成像传感器模块50的成像传感器元件31侧到连接器7侧的方向被定义为+Z方向，并且与+Z方向相反的方向被定义为-Z方向。另外，绕Z轴的旋转方向被定义为θ方向。在θ方向中，相对于-Z方向的顺时针方向被定义为+θ方向，并且与+θ方向相反的方向被定义为-θ方向。
柔性印刷电路板4具有柔性基底1、柔性布线层2和覆盖层3。柔性印刷电路板4具有一个或多个传导层作为柔性布线层2，并且被形成为使得传导层经由作为绝缘层的柔性基底1堆叠。注意的是，虽然在本实施例中描述了柔性印刷电路板4中的布线层是单层的情况，但是布线层不限于单层，并且布线层可以是多层。
柔性基底1例如是由树脂等制成的片状或膜状绝缘基底材料，并且具有弯曲性和柔性。因此，柔性印刷电路板4被形成为被变形，诸如被弯曲。形成柔性基底1的绝缘材料可以是任何材料，只要其具有电绝缘即可。例如，作为形成柔性基底1的绝缘材料，可以使用聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
柔性布线层2是由铜箔、其它金属箔等形成的传导层。柔性布线层2具有布线图案。柔性布线层2形成在柔性基底1的一面或两面上。形成柔性布线层2的传导构件是具有比绝缘材料高的电导率和热导率的物质，例如，诸如铜、银、金等金属。注意的是，柔性布线层2可以在柔性基底1的至少一个面上形成。
覆盖层3是保护由柔性布线层2形成的电路的绝缘层。覆盖层3由覆盖膜、外涂层等形成。覆盖层3被形成为在形成有柔性布线层2的柔性基底1的面上覆盖柔性布线层2。
在柔性印刷电路板4的端部中的一个端部处不形成覆盖层3，并且柔性布线层2被暴露。柔性布线层2的暴露部分形成第一电极5。例如，多个第一电极5以预定的间距被对准并布置。以这种方式，第一电极5由在柔性印刷电路板4的端部处暴露的柔性布线层2形成。形成有第一电极5的柔性印刷电路板4的一个端部被配置为插入端子。注意的是，虽然未示出，但是柔性印刷电路板4的另一端部也被配置为以相同的方式形成电极的插入端子。
形成有第一电极5的柔性印刷电路板4的一个插入端子被插入并连接到安装在以下描述的成像传感器模块50的印刷布线板17上的连接器7。虽然未示出，但是柔性印刷电路板4的另一个插入端子被插入安装在图像处理单元的印刷布线板上的连接器。以这种方式，柔性印刷电路板4将成像单元400和图像处理单元彼此电连接。
另外，当从顶面看时在从与印刷布线板17垂直的方向的平面图中，柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接位置至少位于成像传感器元件31的中心附近或至少与成像传感器元件31重叠。即，在从与印刷布线板17垂直的方向的平面图中，柔性印刷电路板4的至少一部分与成像传感器元件31的至少一部分重叠。
成像传感器模块50具有印刷布线板17、成像传感器元件31、框架30、覆盖玻璃32和连接器7。例如，通过诸如紫外线固化树脂等的粘合剂40将印刷布线板17粘附并固定到金属框架41。如后所述，成像传感器模块50由图像稳定单元60保持以便相对于图像稳定单元60是可移动的。
连接器7被安装在印刷布线板17的柔性印刷电路板4连接到的一侧的一个面上。框架30通过被附接在印刷布线板17的另一个面的圆周端部而被布置。覆盖玻璃32被附接到框架30以便与印刷布线板17平行。
例如，成像传感器元件31是诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CCD)图像传感器等的固态成像元件。成像传感器元件31被附接到印刷布线板17，以便在由印刷布线板17、覆盖玻璃32和框架30围绕的中空部分中不与覆盖玻璃32接触。成像传感器元件31通过金属线33电连接在印刷布线板17的线焊盘34处。线焊盘34例如是镀有Au的组件。
注意的是，虽然在本实施例中描述了附接框架30的情况，但是其布置部分不限于是在印刷布线板17的圆周边缘上的部分。另外，例如，成像传感器元件31的布置部分可以是具有沉孔的印刷布线板17的中空部分内的部分，诸如腔体基板。
印刷布线板17具有印刷布线基底15、布线层16和阻焊层13。印刷布线板17被形成为使得多个布线层16经由印刷布线基底15堆叠。与柔性印刷电路板4不同，印刷布线板17是刚性布线基板。
例如，印刷布线板17可以由玻璃环氧材料形成或者可以由陶瓷基板形成。另外，可以使用成像传感器元件31被布置在陶瓷基板上并且陶瓷基板与印刷布线板17经由焊料通过一对电极连接的印刷电路板。例如，可以使用焊盘网格阵列(LGA)类型或陶瓷无引线芯片载体(CLCC)类型的成像传感器单元。
注意的是，虽然在本实施例中描述了印刷布线板17中的布线层16的数量为四的情况，但是层的数量不限于四。在印刷布线板17中可以包括单个布线层或多个布线层，即，层的数量可以小于或等于四，或者可以大于或等于四。
印刷布线基底15例如是由硬复合材料等制成的基板状绝缘基底。与柔性基底1不同，印刷布线基底15是硬的。形成印刷布线基底15的绝缘材料可以是任何材料，只要其具有电绝缘即可。例如，印刷布线基底15可以是由诸如固化的环氧树脂之类的固化树脂制成的树脂基板或使用陶瓷的陶瓷基板。
每个布线层16是由铜箔、其它金属箔等制成的传导层。布线层16具有布线图案。布线层16在印刷布线基底15的一面或两面上形成。另外，一个或多个布线层16形成在印刷布线基底15内部。图2示出了在印刷布线基底15的两面上和内部形成总共四层的布线层16的情况。另外，电连接布线层16的通孔14形成在印刷布线基底15的内部。布线层16、通孔14等的传导构件是具有比绝缘材料高的电导率和热导率的物质，例如，诸如铜、金等的金属。
阻焊层13是绝缘保护膜，该阻焊层13保护由布线层16形成的电路。阻焊层13由硬化的液体阻焊剂、膜状阻焊剂等形成。阻焊层13被形成为覆盖在印刷布线板17的柔性印刷电路板4连接到的一侧的一个面上的布线层16。另外，阻焊层13被形成为也覆盖在印刷布线基板17的成像传感器元件31附接到的一侧的另一个面上的布线层16。
暴露布线层16的开口形成在阻焊层13中。布线层16的暴露部分形成第二电极6。例如，多个第二电极6以预定的间距被对准并布置。例如，第二电极6布置在印刷布线板17的中心部。连接器7经由诸如焊料之类的传导构件12a电连接到第二电极6并安装在其上。
柔性印刷电路板4被插入并连接到作为连接部的连接器7，以便与印刷布线板17平行。注意的是，柔性印刷电路板4插入连接器7的方向不限于上述方向，并且连接器7的形状可以根据插入方向适当地改变。例如，连接器7可以被成形为使得柔性印刷电路板4垂直于印刷布线板17插入。
注意的是，虽然连接器7布置在印刷布线板17的中心部，但是布置不限于此。连接器7可以布置在在从与印刷布线板17垂直的方向的平面图中-即，当从印刷布线板17的主面在平面内观察时与成像传感器元件31至少部分地重叠的任何位置处。
在安装有连接器7的印刷布线板17的一个面上，包括多个电子组件的第一组件组10被设置在插入有柔性印刷电路板4的连接器7的一侧。第一组件组10没有特别限制，但是例如可以是诸如层压陶瓷电容器之类的无源组件。第一组件组10中包括的多个电子组件可以是彼此相同的电子组件或者可以是彼此不同的电子组件。
另外，包括多个电子组件的第二组件组11可以被设置在柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的印刷布线板17的面上。第二组件组11中包括的多个电子组件可以是彼此相同的电子组件或者可以是彼此不同的电子组件。
注意的是，虽然未示出，但是成像单元400的操作所需的最少组件安装在印刷布线板17上。
图像稳定单元60支撑金属框架41，使得固定到金属框架41的成像传感器模块50在X方向和Y方向上是可移动的并且在θ方向上是可旋转的。图像稳定单元60可以通过根据手的移动而移动或旋转成像传感器模块50来补偿手的移动。图像稳定单元60例如具有L形，并且被配置成从金属框架41的相邻的两个边缘侧支撑具有矩形外形的金属框架41。以这种方式，图像稳定单元60设置在具有包括在成像传感器模块50中的印刷布线板17的连接器7的面的圆周边缘上方。
连接到印刷布线板17的连接器7的柔性印刷电路板4通过柔性弹性构件9被部分地固定到印刷布线板17上的第一组件组10上。以这种方式，柔性印刷电路板4的一部分通过弹性构件9固定到印刷布线板17上。弹性构件9例如是热固性树脂、冷固性树脂、紫外线固化树脂等，并且尤其优选地是冷固性树脂或紫外线固化树脂。这是因为可以在不将安装在印刷布线板17上的电子组件暴露于高温的情况下将柔性印刷电路板4的一部分固定到印刷布线板17上。例如，弹性构件9被粘附并固定到第一组件组10和柔性印刷电路板4。注意的是，弹性构件9可以是能够保持柔性印刷电路板4的任何构件。
另外，针对抗噪声的对策，柔性印刷电路板4通过绝缘树脂8被部分地固定到图像稳定单元60上。例如，绝缘树脂8被粘附并固定到图像稳定单元60和柔性印刷电路板4。以这种方式，柔性印刷电路板4的一部分通过用作固定部的绝缘树脂8被固定到图像稳定单元60上。绝缘树脂8例如是热固性树脂、冷固性树脂、紫外线固化树脂等，并且尤其优选地是冷固性树脂或紫外线固化树脂。这是因为可以在不将图像稳定单元60暴露于高温的情况下将柔性印刷电路板4的一部分固定到图像稳定单元60上。注意的是，将柔性印刷电路板4的一部分固定到图像稳定单元60的固定部不限于绝缘树脂8。固定部可以是能够在确保与柔性印刷电路板4绝缘的同时将柔性印刷电路板4的一部分固定到图像稳定单元60的任何构件。例如，可以采用凸起(突出部)设置在图像稳定单元60中并且柔性印刷电路板4被装配到其上的配置。弹性构件9布置在绝缘树脂8和连接器7之间。
注意的是，柔性印刷电路板4通过弹性构件9被固定的固定部分可以是位于印刷布线板17上并且位于连接器7与图像稳定单元60上的绝缘树脂8之间的任何位置，并且不一定在第一组件组10上。
另外，连接器7、弹性构件9和绝缘树脂8在X方向上被对准并布置在一条直线上。具体而言，连接器7、弹性构件9和绝缘树脂8的质心在X方向上被对准并布置在一条直线上。因而，柔性印刷电路板4依次与作为连接部的连接器7、弹性构件9和作为固定部的绝缘树脂8接触。注意的是，这些位置的布置不限于在一条直线上，而是可以根据成像单元400的设计等适当地改变。
以这种方式，配置根据本实施例的成像单元400。
在数字相机或视频相机中，提高了用于捕获的移动或静态图像的像素数和帧速率。对于诸如CMOS图像传感器之类的成像传感器，需要向图像处理大规模集成(LSI)或从图像处理大规模集成(LSI)传送大量数据。另外，对于移动单个成像传感器以执行图像稳定的图像稳定单元，需要进一步减小成像传感器模块的尺寸，以便减小产品的尺寸或提高相机内部的图像稳定的性能。
一般而言，安装有成像传感器的成像传感器模块的刚性布线基板和安装有图像处理LSI的刚性布线基板经由连接器通过柔性印刷电路板4彼此连接。另外，针对抗噪声的对策，柔性基板用绝缘树脂等被固定到图像稳定单元上。连接器通过金属弹簧等机械地固定柔性印刷电路板，并使柔性印刷电路板的电极与连接器内部的电极彼此接触以用于电传导。由于连接器机械地固定柔性印刷电路板，因此较小的连接器导致机械地固定柔性印刷电路板的较弱的力，这使得难以确保连接器与柔性印刷电路板的电极之间的电传导。另外，例如，在图像稳定单元中，不仅常规的静态负荷而且诸如振动之类的图像稳定时的动态负荷在平面XY方向和旋转θ方向上以重叠的方式产生。因此，为了维持柔性印刷电路板与连接器之间的连接部的强度，需要增大连接器等的尺寸的对策。因此，成像传感器模块的尺寸将增大。
因而，与上述日本专利申请公开No.H07-38268或日本专利申请公开No.2002-134860中公开的技术一样，提出了吸收施加到柔性基板的外力或分散施加到加强焊盘的分离应力的技术。但是，如上所述，在日本专利申请公开No.H07-38268中公开的技术中，外力可以被直接地施加到印刷布线板和柔性基板之间的接合部。另外，在日本专利申请公开No.2002-134860中公开的技术中，由于印刷布线板需要加强端子的连接区域，因此印刷布线板的尺寸会增大。因此，根据在日本专利申请公开No.H07-38268或日本专利申请公开No.2002-134860中公开的技术，难以在不涉及印刷布线板的尺寸的增大的情况下减小在柔性印刷电路板和印刷布线板之间的连接部中产生的负荷。
另一方面，在根据本实施例的成像单元400中，连接到连接器7的柔性印刷电路板4通过弹性构件9被固定到印刷布线板17上的第一组件组10上。因此，在根据本实施例的成像单元400中，可以在不涉及印刷布线板17的尺寸的增大的情况下减小在柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接部中产生的负荷。下面将详细描述这个特征。
例如，考虑以下情况：在不设置弹性构件9和绝缘树脂8的配置中，由于由图像稳定单元60执行的图像稳定，成像传感器模块50在XY方向上移动或在θ方向上旋转。在这种情况下，在作为操作侧的成像传感器模块50上的连接器7的连接部与作为固定侧的图像处理单元的连接器的连接部之间产生相对速度差。由此，朝着连接部产生机械负荷。另外，还在柔性印刷电路板4的一部分通过绝缘树脂8被固定到图像稳定单元60上的配置中，除非设置弹性构件9，否则在印刷布线板17上的连接部与绝缘树脂8之间也会产生相对速度差。因此，在连接器7的连接部上产生负荷。
另一方面，以与上述相同的方式，考虑与本实施例一样的柔性印刷电路板4的一部分通过弹性构件9被固定到印刷布线板17上的情况。在这种情况下，虽然在弹性构件9与绝缘树脂8或图像处理单元的连接器的连接部之间存在相对速度差，但是在成像传感器模块50侧的连接器7的连接部与弹性构件9之间不存在或存在极小的相对速度差。由此，在图像稳定单元60的操作中产生的机械负荷朝着弹性构件9产生。因此，可以减小在连接器7的连接部中产生的负荷。注意的是，弹性构件9可以以任何方式被配置以便将柔性印刷电路板4的至少一部分固定(或定位)到印刷布线板17上，并且以使得柔性印刷电路板4的正面和背面中的任一个被固定。
在这种配置中，关于柔性印刷电路板4经由弹性构件9被固定到其的第一组件组10的高度，优选的是第一组件组10中包括的两个或更多个组件的高度是相同的。利用具有相同高度的两个或更多个组件，柔性印刷电路板4的固定位置可以在第一组件组10的高度处是均匀的，并且施加到作为加强部分的弹性构件9的布置部分的力的分散可以是均匀的。
此外，优选的是固定有弹性构件9的印刷布线板17上的第一组件组10的多个电子组件被布置为与柔性印刷电路板4的连接器7连接到的一侧的端部平行。在第一组件组10的电子组件被布置成与连接器7的连接端部平行的情况下，施加到加强部分的力的分散可以更加均匀。
另外，在连接器7、弹性构件9和绝缘树脂8被对准并布置在一条直线上的情况下，可以有效地分散力。
弹性构件9的固定位置需要被设定以使得即使当成像传感器模块50最大程度地操作时，安装在成像传感器模块50上的柔性印刷电路板4与图像稳定单元60也不彼此干扰。将参考图3至图5进一步描述柔性印刷电路板4与图像稳定单元60不彼此干扰的条件。
在本文中，在成像单元400在XY平面上的平面图中，印刷布线板17上的连接器7的中心的初始位置被定义为原点O。连接器7的中心的初始位置是在成像传感器模块50操作之前的位置。图1示出了在成像传感器模块50操作之前发生的状态下的成像单元400。另外，如上所述定义的成像单元400在±X方向、±Y方向和±θ方向上的最大运动量分别被表示为±ΔX，±ΔY和±Δθ。值±ΔX和±ΔY中的每个都是作为最大移动的距离。值±Δθ是作为最大旋转的角度。
另外，如图1中所示，从原点O到图像稳定单元60在X方向上的距离被表示为Lx。另外，从原点O到图像稳定单元60在Y方向上的距离被表示为Ly。另外，从原点O到弹性构件9的位置在X方向上的距离被表示为X。注意的是，距离X是从原点O到由弹性构件9固定的柔性印刷电路板4的固定点的位置的距离。另外，柔性印刷电路板4在Y方向上的宽度被表示为W(＝2Y)。在这种情况下，作为点A的坐标的坐标A(X，W/2)和作为点B的坐标的坐标B(X，-W/2)被设定为虚拟坐标。
图3是示出在根据本实施例的成像单元400中成像传感器模块50在X方向上移动了ΔX之后的总体配置的示意性顶视图。当成像传感器模块50在X方向上移动了最大移动ΔX时柔性印刷电路板4与图像稳定单元60不彼此干扰的条件可以由以下式子(1)表述。
Lx>X+ΔX…(1)
图4是示出在根据本实施例的成像单元400中成像传感器模块50在Y方向上移动了ΔY之后的总体配置的示意性顶视图。当以相同的方式考虑成像传感器模块50在Y方向上移动了最大移动ΔY的情况时，当成像传感器模块50在Y方向上移动了最大移动ΔY时柔性印刷电路板4与图像稳定单元60不彼此干扰的条件可以由以下式子(2)表述。
Ly>W/2+ΔY…(2)
图5是示出在根据本实施例的成像单元400中成像传感器模块50在θ方向上旋转了Δθ之后的总体配置的示意性顶视图。下面将描述在θ方向上的条件式子。
坐标A旋转±Δθ之后的坐标(XA′，YA′)可以分别由以下式子表述。
XA′＝Xcos(±Δθ)–(W/2)sin(±Δθ)…(3)
YA′＝Xsin(±Δθ)+(W/2)cos(±Δθ)…(4)
类似地，坐标B旋转±Δθ之后的坐标(XB′，YB′)可以分别由以下式子表述。
XB′＝Xcos(±Δθ)–(–W/2)sin(±Δθ)…(5)
YB′＝Xsin(±Δθ)+(–W/2)cos(±Δθ)…(6)
因此，坐标A和B分别不干扰图像稳定单元60的内端面的条件可以由以下式子(7)和(8)表述。
Lx>Xcos(Δθ)+(W/2)sin(Δθ)…(7)
Ly>Xsin(Δθ)+(W/2)cos(Δθ)…(8)
另外，在X方向上的运动、Y方向上的运动和θ方向的旋转全部同时发生的假设下，柔性印刷电路板4与图像稳定单元60不彼此干扰的条件可以由以下式子(9)和(10)表述。
Lx>ΔX+Xcos(Δθ)+(W/2)sin(Δθ)…(9)
Ly>ΔY+Xsin(Δθ)+(W/2)cos(Δθ)…(10)
如上所述，当相对于图像稳定单元60移动时，弹性构件9可以被安装在成像传感器模块50不干扰图像稳定单元60的位置处。
注意的是，优选的是柔性印刷电路板4在由弹性构件9固定的部分与由绝缘树脂8固定的部分之间的长度相对于成像传感器模块50最大程度地移动的距离具有长度余量以使得柔性印刷电路板4受到较小影响。例如，如果这个长度等于在由弹性构件9固定的部分与由绝缘树脂8固定的部分之间的最短距离，那么当成像传感器模块50移动ΔX时，柔性印刷电路板4可能被拉伸最大ΔX。此时，预期将显著地出现对柔性印刷电路板4的负荷而不是对柔性印刷电路板4的连接部的负荷。因此，要求最小化由于这种负荷而引起的影响，并且成像传感器模块50的移动要求柔性印刷电路板4的足够的长度。
在本文中，柔性印刷电路板4在由弹性构件9固定的点C与由绝缘树脂8固定的点D之间的长度被表示为Lfpc。注意的是，点C和点D分别是沿着X方向的直线上的点。另外，在由弹性构件9固定的点C与由绝缘树脂8固定的点D之间的最短距离被表示为Lx2。在这种情况下，当成像传感器模块50在X方向上移动最大移动ΔX时，其中对柔性印刷电路板4的负荷变小的长度Lfpc的条件可以由以下式子(11)表述。
Lfpc+ΔX>Lx2…(11)
类似地，当柔性印刷电路板4在点B和点E之间的长度被表示为Lfpc2时，并且当成像传感器模块50在Y方向上移动最大移动ΔY时，其中对柔性印刷电路板4的负荷变小的长度Lfpc2的条件可以由以下式子(12)表述。注意的是，点E是柔性印刷电路板4由绝缘树脂8固定的点，该点是与点B具有相同的Y坐标的点。
Figure BDA0002497628550000141
另外，当成像传感器模块50在θ方向上旋转最大旋转Δθ时，其中对柔性印刷电路板4的负荷变小的长度Lfpc2的条件可以由以下式子(13)表述。
Lfpc2>(W/2)tan(Δθ)+{Lx2/cos(Δθ)}…(13)
如上所述，根据本实施例，可以在不涉及印刷布线板17的尺寸的增大的情况下减小在柔性印刷电路板4与印刷布线板17之间的连接部中产生的负荷。根据本实施例，可以在不在印刷布线板17上设置用于加强端子等的区域的情况下加强柔性印刷电路板4与印刷布线板17之间的连接部。
第二实施例
接下来，将参考图6和图7描述根据第二实施例的成像单元。图6是示出根据本实施例的成像单元的总体配置的示意性顶视图。图7是示出根据本实施例的成像单元的总体配置的示意性截面图，并且示出了沿着图6的线B-B'截取的截面。
在本实施例中，柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接结构与第一实施例的连接结构不同。即，在本实施例中，柔性印刷电路板4的每个第一电极5使用诸如焊料之类的传导构件12b而不经由连接器7直接地连接到印刷布线板17的第二电极6。注意的是，由于其它特征与第一实施例的特征相同，因此将省略相同特征的描述。
如图6和图7中所示，根据本实施例的成像单元400具有成像传感器模块50，该成像传感器模块50以与第一实施例相同的方式具有印刷布线板17、图像稳定单元60和柔性印刷电路板4。
柔性印刷电路板4具有柔性基底1、柔性布线层2和覆盖层3。在柔性印刷电路板4的端部中的一个端部处不形成覆盖层3，并且柔性布线层2被暴露。柔性布线层2的暴露部分形成第一电极5。
印刷布线板17具有印刷布线基底15、布线层16和阻焊层13。暴露布线层16的开口形成在阻焊层13中。布线层16的暴露部分形成第二电极6。
第一电极5和第二电极6彼此面对，以使得在从与印刷布线板17垂直的方向的平面图中第一电极5的至少一部分和第二电极6的一部分彼此重叠。在柔性印刷电路板4的端部处形成的第一电极5和印刷布线板17的第二电极6通过传导构件12b接合并连接。传导构件12b例如是具有焊料的连接材料。
注意的是，当具有焊料的连接材料被用于将第一电极5和第二电极6彼此连接时，在具有焊料的连接材料被加热到焊料的熔点以上的状态下，第一电极5和第二电极6可以与具有焊料的连接材料接触地连接。另外，例如，具有焊料的连接材料可以是与助焊剂一起供应有Sn-3.0％Ag-0.5％Cu焊料或Sn-58Bi焊料的糊剂或者可以是供应有被包含在热固性树脂或热塑性树脂中的焊料粉末的材料。
如上所述，在本实施例中，柔性印刷电路板4经由传导构件12b而不经由连接器7直接地连接到印刷布线板17。因此，根据本实施例，除了减小在柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接部中产生的负荷之外，还可以实现柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接区域的减小。
第三实施例
接下来，将参考图8描述根据第三实施例的成像单元。图8示出了示出根据本实施例的成像单元的总体配置的示意性截面图。
在本实施例中，柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接结构与第二实施例的连接结构基本相同。但是，本实施例与第二实施例的不同之处在于，与第二实施例相比较，弹性构件9的位置距图像稳定单元60比距柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接位置远。即，在本实施例中，如图8所示，柔性印刷电路板4在连接并固定到弹性构件9的部分处被折回。因此，在本实施例中，与第二实施例相比较，可以减小施加到柔性印刷电路板4上的负荷(张力)。
另外，本实施例与第二实施例的不同之处在于，设置了多于一个柔性基板，并且设置了第二柔性印刷电路板4a。第二柔性印刷电路板4a具有与柔性印刷电路板4相同的配置，并且第三电极5a以与柔性印刷电路板4相同的方式连接到第四电极6a。另外，第二柔性印刷电路板4a以与柔性印刷电路板4相同的方式在连接并固定到第二弹性构件9a的部分处被折回。在图8中，通过将字母附加到对应的相似特征的附图标记或改变对应的相似特征的附图标记的字母来示出由于添加第二柔性印刷电路板4a而增加的每个特征。
注意的是，在本实施例中，可以设置三个或更多个柔性印刷电路板4而不限于两个。另外，同样在第一实施例和第二实施例中，可以设置两个或更多个柔性印刷电路板4。
如上所述，本实施例被构造以使得柔性印刷电路板4连接到弹性构件9然后被折叠，并且第二柔性印刷电路板4a连接到第二弹性构件9a然后被折叠。此外，在本实施例中，作为多个柔性印刷电路板的柔性印刷电路板4和第二柔性印刷电路板4a连接在同一印刷布线板17上。因此，可以减小在柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间以及在第二柔性印刷电路板4a和印刷布线板17之间的连接部中产生的负荷。另外，除了减小施加到柔性印刷电路板4和第二柔性印刷电路板4a的张力之外，可以实现在柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间以及在第二柔性印刷电路板4a和印刷布线板17之间的连接区域的减小。注意的是，同样在本实施例中，可以设置单个柔性印刷电路板4。
第四实施例
接下来，将参考图9描述根据第四实施例的电子设备。图9是示出作为根据本实施例的电子设备的示例的成像装置的总体配置的示意图。
作为根据本实施例的电子设备的示例的成像装置的数字相机(相机)100例如是数字单透镜反射相机。如图9中所示，相机100具有相机主体200和可从相机主体200移除的可更换透镜(镜筒)300。在图9中，可更换透镜300被安装到相机主体200。下面将描述可更换透镜300被安装到相机主体200并由此配置作为成像装置的相机100的情况。
相机主体200具有壳体201，并且具有布置在壳体201内的镜222、快门223、作为印刷电路板的成像单元400和图像处理电路224。另外，相机主体200具有固定到壳体201以便从壳体201中暴露的液晶显示器225，。
成像单元400具有上述第一实施例至第三实施例中的任一个中所述的配置，并且具有图像稳定单元60、具有印刷布线板17的成像传感器模块50以及柔性印刷电路板4。
可更换透镜300具有作为可更换透镜壳体的壳体301和成像光学系统311。成像光学系统311布置在壳体301内部，并且当壳体301(可更换透镜300)被安装到壳体201时将光学图像捕获到成像传感器模块50上。成像光学系统311具有多个透镜。
可更换透镜300的壳体301具有形成有开口的透镜侧安装座301a。另一方面，相机主体200的壳体201具有形成有开口的相机侧安装座201a。在透镜侧安装座301a和相机侧安装座201a彼此装配的情况下，可更换透镜300(壳体301)被安装到相机主体200(壳体201)。注意的是，图9中所示的箭头X方向是成像光学系统311的光轴方向。
沿着成像光学系统311在箭头X方向上行进的光通过壳体301的透镜侧安装座301a的开口和壳体201的相机侧安装座201a的开口被引导到壳体201的内部。沿着箭头X方向在壳体201内在箭头X方向上在成像单元400的前方设置镜222、快门223等。
成像传感器模块50中的成像传感器元件31是对由成像光学系统311捕获的光学图像进行光电转换的诸如CMOS图像传感器、CCD图像传感器等的固态成像元件。
在本实施例中，优选的是柔性印刷电路板4和壳体201是电稳定的。因此，优选的是由弹性构件9固定的柔性印刷电路板4的固定位置是柔性印刷电路板4以可以确保强度的最小的长度余量连接到印刷布线板17的位置。
如上所述，配置了作为包括成像单元400的成像装置的相机100。
如上所述，根据本实施例，例如，甚至当数字单透镜反射相机掉落并受到撞击等时，也可以减小在柔性印刷电路板4和印刷布线板17之间的连接部中产生的负荷，并且因此可以改善性能。
注意的是，虽然在本实施例中已经描述了可更换透镜300被安装到相机主体200并且配置成像装置的情况，但是本发明不限于此。当仅设置相机主体200而不安装可更换透镜300时，相机主体200是成像装置。
另外，虽然在本实施例中已经描述了将相机100分为相机主体200和可更换透镜300的情况，但是可以采用透镜被内置在相机主体200中的一体型相机。
此外，虽然在本实施例中已经描述了作为电子设备的成像装置的相机100的情况，但是本发明不限于此。作为电子设备的成像装置可以是具有包括图像传感器封装的印刷电路板的移动设备。
另外，虽然在本实施例中已经描述了半导体设备是图像传感器设备-即，半导体封装是图像传感器封装的情况，但是本发明不限于此。半导体封装可以是存储器设备、存储器控制器或其它半导体封装。在这种情况下，安装有印刷电路板的电子设备不限于成像装置，并且印刷电路板可以被安装在任何电子设备上。
示例1
根据图1和图2中所示的第一实施例的成像单元400被制造为示例1的成像单元。在示例1的成像单元400中，紫外线固化树脂被用作绝缘树脂8，并且热固性粘合剂被用作弹性构件9。具有长1.0mm×宽0.5mm×高0.5mm的形状的层压陶瓷电容器被用作第一组件组10的电子组件。另外，第一组件组10的电子组件在X方向上被布置在与连接器7相距3mm的位置处。作为框架30，使用具有2mm的厚度的树脂。作为成像传感器元件31，使用具有30mm×20mm的矩形平面形状的CMOS图像传感器。作为覆盖玻璃32，使用具有28mm×38mm的矩形平面形状的覆盖玻璃。
作为柔性印刷电路板4，使用柔性基底1和覆盖层3的材料是聚酰亚胺并且柔性布线层2和第一电极5的材料是Cu的柔性印刷电路板。柔性基底1的厚度为25μm，覆盖层3的厚度为12μm，并且柔性布线层2的厚度为18μm。
作为印刷布线板17，使用具有30mm×40mm的矩形外形以及印刷布线基底15的材料是玻璃环氧材料且布线层16和第二电极6的材料是Cu的印刷布线板。布线层16和第二电极6的厚度约为30μm，并且阻焊层13的厚度约为25μm。另外，作为将印刷布线板17和金属框架41彼此固定的粘合剂40，使用紫外线固化树脂。作为金属框架41，使用具有50mm×60mm的外形的金属框架。
连接器7通过作为焊料的传导构件12a连接到设置在印刷布线板17的中心部中的第二电极6。作为连接器7，使用具有20mm×2.0mm的外形、0.5mm的间距且布线数量为20的连接器。作为传导构件12a的焊料，使用其材料为Sn-3.0％Ag-0.5％Cu的焊料。作为图像稳定单元60，使用具有从85mm×70mm的矩形切出70mm×55mm的矩形的L形的图像稳定单元。电极的间距、每个电极的宽度、电极之间的宽度、电极的数量等根据成像传感器模块的规格被适当地设定。
安装有示例1的完成的成像单元400的成像装置能够充分地确保内置CMOS图像传感器的光学性能。
示例2
根据图6和图7中所示的第二实施例的成像单元400被制造为示例2的成像单元。示例2的成像单元400与示例1的成像单元400的不同之处在于，每个第一电极5和印刷布线板17经由传导构件12b而不经由连接器7彼此连接。
使用与示例1相同的柔性印刷电路板4。另外，使用除了与连接器7有关的特征之外与示例1相同的印刷布线板17。
每个第一电极5和每个第二电极6通过作为焊料的传导构件12b彼此连接。在第二电极6中，间距为0.2mm，每个电极的宽度为0.15mm，并且布线数量为80。另外，暴露第二电极6的阻焊层13的开口的尺寸为1.1mm×20mm。另一方面，在第一电极5中，间距为0.2mm，每个电极的宽度为0.1mm，并且布线数量为80。柔性印刷电路板4的布线在间距方向上的宽度为22mm，该宽度大于阻焊层13的开口宽度20mm。电极的间距、电极的宽度、电极之间的宽度、电极的数量等根据成像传感器模块的规格被适当地设定。
安装有示例2的完成的成像单元400的成像装置能够充分地确保内置CMOS图像传感器的光学性能。另外，在示例2中，柔性印刷电路板4经由传导构件12b而不经由连接器7直接地连接到印刷布线板17，由此可以以比示例1的间距窄的间距进行连接，并且可以实现连接区域的面积的减小。
通过结构分析进行评估
为了确认本发明的效果和优点，将示出利用包括柔性印刷电路板4和印刷布线板17的简化结构来执行结构分析的示例。
图10是示出作为比较例1的结构的示意图，其中柔性印刷电路板4连接到通过使用传导构件12a连接到印刷布线板17上的连接器7。图11是示出作为比较例2的结构的示意图，其中通过使用传导构件12b将柔性印刷电路板4连接到印刷布线板17。在比较例1和比较例2中的每个中，没有执行通过使用弹性构件9来固定柔性印刷电路板4。
另一方面，图12是示出作为示例3的结构的示意图，其中柔性印刷电路板4连接到通过使用传导构件12a连接到印刷布线板17上的连接器7，并且印刷布线板17和柔性印刷电路板4通过弹性构件9彼此固定。图13是示出作为示例4的结构的示意图，其中通过使用传导构件12b将柔性印刷电路板4连接到印刷布线板17，并且印刷布线板17和柔性印刷电路板4通过弹性构件9彼此固定。
将描述在分析中使用的结构分析方案。作为结构分析软件，使用ANSYS机械企业版本19.1(ANSYS Mechanical Enterprise Version19.1)。作为结构分析，执行二维分析。
将描述在结构分析中使用的尺寸等。关于印刷布线板17，长度为2.5mm，并且厚度为0.8mm。传导构件12a和12b是焊料，在X方向上的距与印刷布线板17的端面的距离为1mm的部分的长度为2mm，并且在Z方向上的焊料高度为30μm。柔性印刷电路板4是聚酰亚胺均质物质，并且其厚度为100μm。弹性构件9布置在X方向上距传导构件12a和12b的距离为6mm的位置处。另外，柔性印刷电路板4的与连接部相对的端部被定义为区域A，并且区域A被假设是通过绝缘树脂8固定到图像稳定单元60的固定部分。
用于结构分析的条件如下。柔性印刷电路板4的区域A被设定为在X方向和Z方向上的位移为0。此外，在印刷布线板17中，作为未连接到柔性印刷电路板4的面的背面上的节点被设定为在Z方向上的位移为0，并且在-X方向上的位移被设定为1mm。针对所有的比较例1和比较例2以及示例3和示例4，在以上条件下执行结构分析。
评估标准是在传导构件12a和12b中产生的对应应力的最大值。在上述条件下执行结构分析，并且比较在传导构件12a和12b中产生的应力值。图14示出了在结构分析中执行的应力分析的结果。
如图14中所示，在比较例1与比较例2之间的比较中，可以理解在比较例2的传导构件12b中产生的应力高于在比较例1的传导构件12a中产生的应力。另外，可以理解与比较例1和比较例2两者相比，在示例3和示例4中的传导构件12a和12b中产生的应力小约1/100倍。
如上所述，根据本发明，确认可以在不涉及印刷布线板的尺寸的增大的情况下减小在柔性印刷电路板和印刷布线板之间的连接部中产生的负荷。根据本发明，可以提供低成本且节省空间的连接结构，该连接结构可以直接地且以窄间距牢固地连接柔性印刷电路板和印刷布线板，而无需设置用于印刷布线板或柔性印刷电路板中的加强端子的切口部或连接区域。
其它实施例
上述实施例和示例仅仅是本发明可应用的一些方面的示例性说明。即，本发明不限于上述实施例和示例，并且可以在不脱离本发明的精神的范围内适当地进行修改或改变。
虽然在上述实施例中成像装置和图像处理半导体设备被示出为电子设备的示例，但是本发明适用于例如存储器集成电路(IC)、电源IC等的其它电子组件。另外，本发明适用于除半导体设备以外的具有球状网格阵列(BGA)或焊盘网格阵列(LGA)的外部端子的任何电子设备。
另外，虽然在上述实施例中数字相机100被示出为电子设备的示例，但是电子设备不限于此。本发明适用于除数字相机之外的诸如移动通信设备之类的任何电子设备。
根据本实施例，可以在不涉及印刷布线板的尺寸的增大的情况下减小在柔性印刷电路板和印刷布线板之间的连接部中产生的负荷。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种成像单元，包括：
成像传感器模块，具有设置有成像元件的印刷布线板；
柔性印刷电路板，在柔性印刷电路板的端部处连接到印刷布线板的连接部；
弹性构件，设置在具有印刷布线板的连接部的面上；以及
图像稳定单元，使成像传感器模块相对于图像稳定单元移动，
其中，柔性印刷电路板包括远离柔性印刷电路板的所述端部的第一部分以及比第一部分更远离柔性印刷电路板的所述端部的第二部分，以及
其中，弹性构件保持柔性印刷电路板的第一部分，并且柔性印刷电路板的第二部分被固定到图像稳定单元。
2.根据权利要求1所述的成像单元，其中，连接部是连接器。
3.根据权利要求1所述的成像单元，其中，连接部通过印刷布线板的电极和柔性印刷电路板的电极经由焊料彼此连接而形成。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，柔性印刷电路板与连接部、弹性构件和固定部接触，所述固定部将柔性印刷电路板固定到图像稳定单元，并与图像稳定单元和柔性印刷电路板的第二部分接触。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，当从具有印刷布线板的连接部的面的平面中观察时，连接部布置在与成像元件重叠的位置处。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，
其中，一个或多个电子组件设置在具有印刷布线板的连接部的面上，以及
其中，弹性构件设置在电子组件上。
7.根据权利要求6所述的成像单元，
其中，设置多个电子组件，以及
其中，所述多个电子组件中的至少两个或更多个电子组件的高度是相同的。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，柔性印刷电路板包括位于所述端部和第一部分之间的第三部分、以及位于第一部分和第二部分之间的第四部分，第三部分被布置在第四部分和印刷布线板之间。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，弹性构件是紫外线固化树脂。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，弹性构件被安装在当成像传感器模块相对于图像稳定单元移动时不干扰图像稳定单元的位置处。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，柔性印刷电路板通过树脂被固定到图像稳定单元。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像单元，其中，图像稳定单元设置在具有印刷布线板的连接部的面的圆周边缘的上方。
13.一种成像装置，包括壳体和在壳体内部的成像单元，其中，成像单元是根据权利要求1至12中的任一项所述的成像单元。
14.根据权利要求13所述的成像装置，其中，成像装置是相机。
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