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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kameramodulen und einer Kameramodulgruppe.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits mehrere Verfahren zur Herstellung von Kameramodulen bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2006 006 113 A1 .
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Kameramodulgruppe bestehend aus wenigstens zwei Kameramodulen, wobei jedes Kameramodul einen Schaltungsträger, einen Bildsensor und wenigstens ein optisches Element umfasst, mit den Schritten
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- • Aufbringen einer Schutzschicht auf die Schaltungsträger, wobei die Bildsensoren nicht von der Schutzschicht bedeckt werden, bzw. ausgespart werden;
- • Aufbringen der optischen Elemente auf die Bildsensoren mittels eines Spritzguss- und/oder Prägeverfahrens.
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Dass die Bildsensoren nicht von der Schutzschicht bedeckt werden, bedeutet insbesondere, dass die aktiven Flächen der Bildsensoren nicht bedeckt sind. Da die Schutzschicht lichtundurchlässig sein kann, käme es ansonsten ggf. zu einer Beeinträchtigung der Sensoren. Randbereiche der Bildsensoren können ebenfalls von der Schutzschicht überdeckt sein, sodass derartige Ausführungen ebenfalls unter den Schutzbereich fallen. Es müssen folglich wenigstens Teilbereiche, insbesondere optische aktive Teilbereiche der Bildsensoren ausgespart werden bzw. nicht von der Schutzschicht bedeckt werden.
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Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Elektronik der hergestellten Kameramodule mit diesem Verfahren vollständig gegenüber Umwelteinflüssen geschützt ist. Durch gezielte Funktionsintegration und funktionsgerechten Materialeinsatz sind zudem sehr wenige Prozessschritte und Einzelteile erforderlich. Darüber hinaus ist der Aufbau einfach und platzsparend ausgeführt. Folglich können mittels dieses Verfahrens kleinste Kamerasensoren in großen Formaten kostengünstig hergestellt werden.
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Weitere Vorteile des Verfahrens sind eine hohe Zuverlässigkeit durch eine kompakte Bauform und einen Aufbau in komplettem Verguss, eine Freistellung von optisch aktiven Flächen beim des Verpacken Bildsensors direkt auf dem Sensorträger/ einer Systemleiterplatte und die Möglichkeit der Herstellung von Kameramodulen in großformatigen und folglich kostengünstigen Schaltungspanels. Des Weiteren lässt sich eine planare Montagetechnologie für die Bestückung der integrierten Bauteile, teilweise auch mit engem Rastermaß, einsetzen. Durch die Kapselung von empfindlicher Bauelemente und Systemen beim Molding-Verfahren wird durch den Schutz der Komponenten eine hohe Zuverlässigkeit des Kameramoduls erreicht. Werden darüber hinaus elektronische Bauteile durch Embedding Technologien in den Schaltungsträger integriert, lässt sich eine hohe Packungsdichte erreichen. Zudem wird die Bestückung der Kameramodule auf Folien im Rolle zu Rolle Verfahren oder auf Leiterplatten im Großnutzen ermöglicht. Bei diesem Verfahren wird die neuwertige Folie von einer Rolle abgerollt und gleichzeitig die bereits verwendete Folie von einer zweiten Rolle wieder aufgerollt. Mittels dieses Verfahrens sind sehr schnelle Taktzeiten möglich.
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Anstelle oder ergänzend zum Spritzgussverfahren kann auch ein Prägeverfahren zur Prägung der Linsen eingesetzt werden. Dabei kann zunächst die Kavität des LPM Packages ganz oder teilweise mit einem pastösen Linsenmaterial gefüllt und anschließend das Linsenmaterial mit einem UV und/oder wärmhärtenden Prozess über Belichtung und/oder einen beheizten Stempelprozess gehärtet werden.
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Diese Ausführungsform des Verfahrens bietet den Vorteil, dass vor dem Befüllen der Kavität das optische Fenster des Imagers vermessen und der Prägestempel auf diese Weise sehr genau zum optischen Fenster in x, y und z-Position ausgerichtet werden kann. Ein Einlegen in ein entsprechendes Werkzeug mit dessen Toleranzen entfällt komplett. Zudem ist eine Linsenstapelbildung möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind die Schaltungsträger als Folie ausgebildet. Bei der Folie handelt es sich hierbei insbesondere um eine mit Glasfasern verstärkte Epoxidharz-Folie mit aufgebrachten Leiterbahnen.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine sehr kostengünstige Produktion der Kameramodule ermöglich wird. Die Folie kann sehr dünn ausgelegt sein und kann eine Dicke von weniger als 250 um, insbesondere weniger als 210 µm, weiter insbesondere weniger als 200 µm aufweisen. Als Schaltungsträger bieten sich insbesondere mit Glasfasern verstärkte Folien an. Die Grundsubstanz der Folien kann beispielsweise durch Epoxidharz gebildet werden. Auch können die Folien optional mit Leiterbahnen bestückt sein, welche beispielsweise in bekannter Leiterplattentechnologie hergestellt werden. Die Leiterbahnen können beispielsweise aus Kupfer oder vergleichbarem Material hergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Schaltungsträger wenigstens aus zwei Lagen aufgebaut, wobei zwischen den Lagen wenigstens eine elektronische Komponente eingebettet ist.
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Die einzelnen Lagen können hierbei insbesondere Leiterfolie ausgebildet sein, welche insbesondere glasfaserverstärkt und aus Epoxidharz gefertigt sein können. Zur Herstellung des Schaltungsträgers können diese Folien auflaminiert werden. Zwischen wenigstens zwei Folien ist wenigstens eine elektrische Komponente, beispielsweise eine Recheneinheit, angebracht. Es können auch mehrere elektronische Komponenten zwischen den Lagen verbaut/ eingebettet sein.
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Diese Ausführungsform des Verfahrens bietet den Vorteil, dass sehr kompakte Kameramodule herstellbar sind, da durch das Einbetten der weiteren optischen Komponenten für diese vorgesehene Flächen auf der Oberfläche des Schaltungsträgers nicht mehr benötigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist dieses den zusätzlichen Schritt des Anbringens von Lötstellen an die Kameramodule auf. Die Lötstellen werden hierbei insbesondere als Lötbumps ausgebildet.
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Die Aufbringung dieser Lötstellen kann optional nach einer Entnahme des Werkstücknutzens erfolgen. Die Anbringung erfolgt hierbei beispielsweise auf der Rückseite der Leiterplatte. Alternativ zur Anbringung von Lötbumps kann auch eine andere Kontaktierung z. B. durch Stecker oder ähnliches durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind die Kameramodule mechanisch miteinander verbunden. Hierbei sind insbesondere die Schaltungsträger der Kameramodule miteinander verbunden. Die Schaltungsträger sind hierbei insbesondere über eine zusammenhängende Leiterfolie und/oder Leiterplatte miteinander verbunden, bzw. werden von dieser gebildet.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass alle Kameramodule auf einem gemeinsamen, mechanisch verbundenen Substrat gefertigt werden und folglich mittels eines Verfahrensschrittes mehrere Kameramodule gleichzeitig bearbeitet werden können. Hierdurch erhöht sich die Taktzeit zur Herstellung der Kameramodule, wodurch eine kostengünstigere und schnellere Herstellung ermöglicht wird. Bei dem gemeinsamen Substrat kann es sich insbesondere um eine Leiterfolie handeln, welche gleichzeitig die Schaltungsträger der einzelnen Kameramodule bildet. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Kameramodule dadurch mechanisch miteinander verbunden sind, dass sie auf einem gemeinsamen Substrat, beispielsweise einer von einer Elektronik der Kameramodule entkoppelten Folie, aufgebracht sind. Auch hierdurch lassen sich die Kameramodule gemeinsam bearbeiten und die angegeben Vorteile erreichen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Kameramodulgruppe auf einer Leiterfolie gefertigt und besteht aus wenigstens vier Kameramodulen. Die Kameramodule sind hierbei insbesondere in Reihen und Spalten angeordnet.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass wiederum mehrere Kameramodule gleichzeitig bearbeitet werden können und diese zudem derart ausgerichtet sind, dass eine präzise Bearbeitung ermöglich wird. Durch vorgegebene Muster können entsprechende Werkzeuge gefertigt werden, die eine zuverlässige und hochpräzise Fertigung ermöglichen. Des Weiteren kann bei einer derartigen Anordnung eine einfache Separierung der Kameramodule erfolgen, beispielweise mittels einer Fräse oder einer Säge. Die Kameramodule können hierbei beispielsweise in wenigstens zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet sein, weiter insbesondere in wenigstens 10 Reihen und 10 Spalten.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Module lediglich in einer Reihe angeordnet sind. Je nach verwendeter Leiterplatte und/oder Leiterfolie und Werkzeug können unterschiedliche Anordnungen vorteilhaft sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aufbringen der Schutzschicht mittels eines Local Pressure Molding Verfahrens (LPM-Verfahrens), bei welchem eine Moldmasse auf eine Trennfolie gegeben und anschließend lokal an den Schaltungsträger und/oder auf dem Schaltungsträger angebrachte Komponenten gepresst wird.
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Die Trennfolie kann hierbei derart angeordnet sein, dass sie ein Formwerkzeug überspannt, sodass die dieses Werkzeug nicht mit der Moldmasse in Berührung kommt. Folglich trennt die Trennfolie das Formwerkzeug von der Moldmasse. Da die Trennfolie auch zwischen dem Formwerkzeug und dem Kameramodul angebracht ist, bietet diese Folie den Vorteil, dass sie das Kameramodul vor Beschädigungen schützt, die bei einem direkten Kontakt des Formwerkzeugs mit dem Kameramodul entstehen können. Zudem wird eine Verschmutzung des Werkzeugs mit Moldmasse verhindert, wodurch die Moldprozesse zum einen schneller und zum anderen zuverlässiger durchführbar sind. Lokal bedeutet hierbei insbesondere, dass der Druck nicht gleichmäßig auf den Schaltungsträger aufgebracht wird, sondern lokal an unkritischen Stellen aufgebracht wird. Dies ist beispielsweise durch das Freilassen bestimmter Bereiche des Sensorträgers gewährleistet. Zudem kann das Anpressen mittels einzelner Zylinder erfolgen, deren Fläche kleiner ist als die des Schaltungsträgers, wodurch in Zwischenräumen zwischen zwei Anpresszylindern andere Drücke als direkt unterhalb der Anpresszylinder vorliegen.
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Darüber hinaus bietet diese Ausführungsform der Erfindung den Vorteil, dass ein hochpräzises Aufbringen der Moldmasse bzw. der Schutzschicht auf die elektronischen Komponenten und die Leiterplatte ermöglicht wird. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung dieses Verfahrens das Auslassen vordefinierter Bereiche, welche folglich nicht von der Moldmasse bedeckt werden. Hierdurch können aktive Bereiche des Bildsensors ausgespart werden, sodass eine optimale Bildqualität gewährleistet werden kann. Zudem können beim Local Pressure Molding Verfahren die Anpressdrücke derart angepasst werden, dass es zu keinen Beschädigungen der Kameramodule kommt. Die mittels dieses Verfahrens aufgebrachten Schutzschichten aus Moldmasse können unterschiedliche Dicken aufweisen. Schichten von etwa 1 mm Dicke haben sich hierbei als vorteilhaft erwiesen. Die Dicke kann jedoch je nach Anwendungsfall variiert werden. Insbesondere werden in diesem Verfahren Schutzschichtdicken mit einer Dicke von weniger als 1,5 mm, insbesondere weniger als 1,1 mm, insbesondere von weniger als 1 mm aufgebracht.
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Bei den auf dem Schaltungsträger angebrachten Komponenten kann es sich um beliebige elektronische Bauteile handeln. Beispielweise kann es sich um Chips, wie beispielsweise Prozessoren, handeln und/oder um Dioden und/oder um Leiterbahnen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Moldmasse in einem ausgehärteten Zustand lichtundurchlässig. Die Moldmasse besteht hierbei insbesondere aus Epoxidharz.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass der Schaltungsträger und ggf. auf diesem angeordnete Elemente vor Einstrahlung, Medien, Temperaturspannungen, etc. geschützt sind. Hierdurch lässt sich Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Kameramodule erhöhen. Anstelle von Epoxidharz können auch weitere Materialien zum Einsatz kommen, die vergleichbare Materialeigenschaften aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die optischen Elemente im Spritzguss- und/oder Prägeverfahren als Linsen ausgeformt. Unter einer Linse kann auch lediglich eine optisch aktive Schicht verstanden werden, die nur geringe oder keine Krümmungen aufweist.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass alle Linsen automatisiert in einem Prozess hergestellt und gleichzeitig angebracht werden können. Es ist folglich keine händische oder maschinelle Einzelbestückung notwendig. Hierdurch lassen sich Herstellungskosten einsparen und die Produktionszeit verkürzen.
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Für die Herstellung und gleichzeitige Anbringung der Linsen im Spritzgussverfahren kann die Spritzmasse, bei welcher es sich beispielsweise um ein Liquid-Silikon-Rubber (LSR) handeln kann, entweder lediglich in die freigestellten Bereiche gespritzt, oder über die gesamte Fläche der Kameramodule verteilt werden. Das lokale Einspritzen in die Freigestellten Flächen bietet den Vorteil, dass weniger Material notwendig ist. Bei der großflächigen Aufbringung der Spritzmasse können im Gegensatz dazu weniger Spritzdüsen verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zur Ausformung der Linsen ein Konturstempel eingesetzt, sodass die Linsen konkav, konvex oder planparallel ausgeformt werden.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass je nach Anwendungsfall Bestückungen der Kameramodule mit unterschiedlichen Linsen möglich sind. Hierdurch lassen sich je nach Anforderung unterschiedliche Kameramodule mittels des gleichen Verfahrens herstellen. Es ist lediglich ein Austausch der Konturstempel notwendig.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf den Linsenoberflächen eine Mikrostrukturierung eingebracht.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass beim Herstellungsprozess der Linsen eine Kontur auf diese aufgebracht wird, die zusätzliche positive optische Eigenschaften hervorruft. Es kann beispielsweise eine Mikrostrukturierung aufgebracht werden, welche entspiegelnde Eigenschaften aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist dieses den zusätzlichen Schritt des Anbringens von Optikhaltern an die Kameramodule auf.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Herstellung von kompletten Kameramodulen inklusive eines Optikhalters und ggf. eines Gehäuses in sehr kompakter Bauform möglich ist.
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Verfahren zur Herstellung eines Kameramoduls, wobei zunächst eine Kameramodulgruppe entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird und das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Trennens der Kameramodule aufweist, insbesondere mittels einer Fräse und/oder Säge.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass das Verfahren fertige Kameramodule liefert, die in dieser Form direkt in Kameras / Kamerasysteme verbaut werden können.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Werkzeug zur Herstellung einer Kameramodulgruppe.
- 2 zeigt eine Kameramodulgruppe in einem Werkzeug. (Folie ist nicht dargestellt)
- 3 zeigt eine Schnittansicht eines Kameramoduls in einem Werkzeug.
- 4 zeigt ein Kameramodul nach einem Moldvorgang.
- 5 zeigt eine fertige Kameramodulgruppe auf einer Trägerfolie.
- 6 zeigt ein schematisches Verfahrensdiagramm.
- 7 zeigt ein weiteres schematisches Verfahrensdiagramm.
- 8 zeigt ein fertiggestelltes separiertes Kameramodul.
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Ausführungsbeispiele
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In 5 ist beispielhaft eine fertige Kameramodulgruppe 500 dargestellt. Die Kameramodulgruppe 500 wurde auf einer zusammenhängenden Leiterfolie hergestellt, welche in diesem Ausführungsbeispiel einen gemeinsamen Schaltungsträger bildet.
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Die Kameramodulgruppe 500 besteht aus mehreren Kameramodulen 400, die unterschiedliche Ausmaße und Formen annehmen können. In 4 ist beispielhaft ein Kameramodul 400, bestehend aus einem Schaltungsträger, einem Bildsensor 303 und wenigstens einem optischen Element, dargestellt. Das Kameramodul 400 ist zu einem Großteil von Moldmasse 402 bedeckt. Lediglich der Bereich über dem Bildsensor 303 und der Bereich an den Kontaktstellen 401 wurde beim Moldvorgang ausgespart. Je nach Ausführungsbeispiel kann auch nur der Bereich über dem Bildsensor 303 ausgespart werden, beispielsweise wenn sich die Kontaktstellen 401 seitlich und/oder auf der Rückseite des Schaltungsträgers (also nicht auf der Seite, an welcher der Bildsensor angebracht ist) befinden. Aufgrund der Transparenz des optischen Elements, ist dieses nicht zu sehen, befindet sich aber unmittelbar vor/auf dem Bildsensor 303.
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In 3 ist beispielhaft das im Herstellungsprozess der Kameramodulgruppen verankerte Moldverfahren dargestellt. Es ist ein Schnittbild dargestellt, welches beispielshaft die Anbringung von Moldmasse 305 auf einen Bereich eines Schaltungsträgers 301 zeigt. Auf dem Schaltungsträger ist ein Bildsensor 303 angebracht. Zudem befinden sich weitere elektronische Komponenten 304 auf dem Schaltungsträger 301, in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Recheneinheiten.
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Zur Aufbringung von Moldmasse 305 wird der Schaltungsträger an einer Verpressplatte 302 angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel wird er durch das Anlegen eines Unterdruckes (Ansaugen) an der Verpressplatte 302 in Position gehalten.
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Auf ein Werkzeugunterteil 308 wird eine Folie 103 aufgebracht, welche von einer Rolle 105 abgerollt und auf einer weiteren Rolle 106 wieder aufgerollt wird. Nach beendetem Moldvorgang lässt sich auf diese Weise eine schnelle Bestückung des Werkzeugunterteils mit unbenutzter Folie 103 realisieren. Hierdurch kommt es zu keinen Verschmutzungen des Werkzeugs und ggf. auf der Folie verbleibende Moldmassen-Reste beeinflussen und/oder verdrecken nicht die in einem nächsten Moldvorgang bearbeiteten Kameramodule.
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Das Werkzeugunterteil 308 weist wenigstens eine Kavität auf, in welche Moldmasse 105 nach aufbringen der Folie 106 gegeben wird. Um bestimmte Bereiche des Schaltungsträgers 301 bzw. einzelner Komponenten 303 auf dem Schaltungsträger 301 auszusparen / nicht mit Moldmasse zu bedecken, können an bestimmten Stellen Stege 202 im Werkzeugunterteil 308 eingefügt werden. Mittels dieser Stege 202 lässt sich gewährleisten, dass keine Moldmasse 105 an den Bildsensor 303 gepresst wird, und dieser ausgespart bleibt.
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Um Lufteinschlüsse unter der Moldmasse zu vermeiden, wird in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Werkzeugunterteil 308 und der Verpressplatte 302 bzw. dem Kameramodul ein Vakkuum erzeugt, bzw. die Luftdichte reduziert. Anschließend wird die Moldmasse 105 lokal mittels Verdichtungszylindern 207 an den Schaltungsträger 301, bzw. die auf dem Schaltungsträger 301 angebrachten Komponenten 304 angepresst.
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In 2 ist das für das „Local Pressure Molding“ verwendete Werkzeug noch einmal dargestellt. Um einen für das Verfahren optimalen Abstand zwischen Werkzeugunterteil und Verpressplatte 302 herzustellen, können zusätzlich Abstandselemente 107, deren Höhe variiert werden kann, auf das Werkzeugunterteil 308 gelegt werden. In dem in 2 dargestellten Aufbau wird eine Kameramodulgruppe, bestehend aus vier Kameramodulen 101, hergestellt. Der Abdichtsteg 202 für die Abdichtung (Aussparung) des Detektionsbereichs der Bildsensoren 303 ist ebenfalls sichtbar.
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In 1 ist darüber hinaus, noch einmal das Werkzeug zur Aufbringung der Moldmasse 105 auf die Sensorträger 301 / elektronischen Komponenten 304 inklusive der Rollen 105, 106 für die Folie 103 dargestellt.
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In 6 wird der Verfahrensablauf eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung einer Kameramodulgruppe 101 dargestellt. Eine Kameramodulgruppe 101 bestehend hierbei aus wenigstens zwei Kameramodulen, in diesem Ausführungsbeispiel aus vier Kameramodulen, wobei jedes Kameramodul einen Schaltungsträger 301, einen Bildsensor 303 und wenigstens ein optisches Element umfasst. Das Verfahren startet in Schritt 601.
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In Schritt 602 werden die Bildsensoren 303 auf den Schaltungsträger 301 aufgebracht. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Schaltungsträger 303 durch eine Leiterfolie realisiert, auf welcher bereits Leiterbahnen galvanisch aufgebracht wurden.
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In Schritt 603 wird mittels eines Local Pressure Moldingverfahrens eine Schutzschicht 808 auf den Schaltungsträger 303 / die Leiterfolie und auf diesem/r angebrachten elektrischen Komponenten 304 aufgebracht. Die Bildsensoren 303 werden hierbei nicht von der Schutzschicht 808 bedeckt werden und werden folglich ausgespart.
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In Schritt 604 werden im Bereich der ausgesparten Bildsensoren 303 optische Elemente aufgebracht. Dies geschieht mittels eines Spritzgussverfahrens. Mittels zuvor abgespeicherter Referenzmarken, welche die Stellen markieren, die nicht von der Moldmasse 305 bedeckt wurden, können die optischen Elemente exakt über den ausgesparten Bildsensoren 303 angebracht werden.
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Das Verfahren endet in Schritt 605.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Trennens der einzelnen Kameramodule der Kameramodulgruppe 101. Hierfür werden die einzelnen Kameramodule mittels einer Säge voneinander getrennt. In einem weiteren Verfahren kommt hierfür eine Fräse zum Einsatz.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Aufbringens von Optikhaltern an die Kameramodule der Kameramodulgruppe 101. Hierdurch entstehen Kameramodule, die nahezu ohne weitere Bearbeitung voll funktionsfähige Kameras bilden.
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Im nächsten Ausführungsbeispiel wird ein weiteres Verfahren beschrieben, mittels welchem es möglich ist, die Montage von Kameras für den automotiven Einsatz deutlich zu vereinfachen und erheblich kleinere Bauformen zu realisieren. Hierbei wird zur Herstellung der Kameramodule ein großer Teil der elektronischen Komponenten (passive und aktive Bauteile) in kleinster Bauform, in kleinstmöglichen Packages oder als Bare Die in eine Leiterplatte eingebettet. Anschließend wird ein Bildsensor / Imager Chip als Flipchip oder in Chip on Board (COB) Technologie auf diese Leiterplatte montiert. Diese Technologie ermöglicht den Einsatz von nur einer Leiterplatte bei sehr kompakter Bauform. Die so im Panel Format hergestellte Leiterplatte wird nun im Local Pressure Moldingverfahren übermoldet, wobei bei diesem Prozess das optisch aktive Fenster des Imager Bauteils freigestellt bleibt. In einem weiteren Prozess-Schritt werden die optischen Linsen an das Moldgehäuse angespritzt, wobei auf vorher in die Bauform eingebrachte Referenzmarken referenziert wird.
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Die für dieses Verfahren zur Herstellung einer Kameramodulgruppe notwendigen Verfahrensschritte sind in 7 skizziert. Das Verfahren startet in Schritt 701.
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In Schritt 702 erfolgt die Herstellung der elektronischen Baugruppe der Kamera. Hierbei werden zur Miniaturisierung kleinste Komponenten oder auch ungehäuste Bauteile (BareDies) in die Leiterplatten embedded oder auf der Leiterplatte montiert. Dabei werden dem Fachmann bekannte Technologien eingesetzt. Ziel ist es, durch diese hohe Integration der Elektronik bei hoher Zuverlässigkeit den kleinstmögliche Bauraum zur realisieren.
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In Schritt 703 werden auf die so hergestellte Leiterplatte Imager Chips 303 in COB Technologie montiert. In alternativen Ausführungsformen können die Chips als auch Mikro Ball Grid Array (µBGA) oder als Bare Die Flip Chip auf dieser Platine montiert werden.
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In Schritt 704 wird die bestückte Leiterplatte in das in 1-3 dargestellte Flächenmoldwerkzeug eingelegt, bzw. vorzugsweise in das Werkzeugoberteil 302 eingebracht und fixiert. Dabei ist der Sensoraufbau nach unten gerichtet. Die in dem Werkzeugunterteil 308 eingebrachte Kavität für die Moldmasse 305 wird mit einer Trennfolie 103 überspannt und durch Vakuumkanäle an die Kontur der Kavität angelegt. Danach wird Moldmasse flüssig oder in Granulatform gezielt in Bereiche der Kavität dosiert, damit beim Schließen des Werkzeugs die Sensorflächen nicht mit Moldmasse benetzt werden. Die Trennfolie 103 schützt und dichtet die sensible Sensorfläche des Imagers 303 zur Moldmasse 105 ab. Die dosierte Moldmasse 105 verflüssigt sich durch die heiße Werkzeugoberfläche und das Werkzeug kann geschlossen werden. Bevor das Werkzeug vollständig geschlossen wird legt man kurz Vakuum an die Kavität an, um Lufteinschlüsse im Moldpackage zu vermeiden.
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Das Fließen der Moldmasse 105 in der Kavität und der Aufbau des Forminnnedruckes der Moldmasse 105 wird durch Verdichtungszylinder / Kolben 207 in dem Werkzeugunterteil definiert durchgeführt, die auf die Trennfolie 103 von unten in einem Bereich der Kavität drücken, der später abgetrennt wird und daher an dem späteren Einzelnutzen nicht zu sehen ist. Dadurch erreicht man die Freistellung der Sensormembranen der Imager 303 und eine gezielte Entlüftung des Moldpackages.
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In Schritt 705 erfolgt das Aufbringen von optischen Elementen. Hierbei werden einzelne Linsen und/oder Linsensysteme durch ein Spritzverfahren direkt an die Moldmasse und das optische Fenster des Imager angespritzt. Hierzu werden gesonderte Marken eingesetzt, um eine optimale Ausrichtung der Linsen zum verpackten Imager 303 zu gewährleisten. Für das Spritzgießen der Linsensysteme kommen in diesem Ausführungsbeispiel ein 2-Komponenten-Spritzgießwerkzeug sowie eine Spritzgießmaschine zum Einsatz. Die Spritzgießmaschine ist mit einem Elastomeraggregat, beispielsweise für Liquid-Silikon-Rubber (LSR), und einem Handlingsystem ausgerüstet.
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Zur Aufbringung der Linsen wird in einem ersten Schritt über ein Handlingsystem die Kameramodulgruppe 101 in das geöffnete Spritzgießwerkzeug gesetzt und mit Zentrierstiften und einem Vakuum in einer Auswerferseite fixiert. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird die Kameramodulgruppe 101 mit transparentem Kunststoff durch Öffnen von einer gekühlten Nadelverschlussdüse überspritzt. Dabei ist die transparente Komponente entweder ein Flüssigsilikon oder eine transparente Vergußmasse auf Polyurethan- oder Epoxidbasis. Das Material kann zum Beispiel ein Silopren LSR 7090 von Fa. Momentive sein.
Die Werkzeugkavität kann durch Wechsel der Konturstempel wahlweise konkav, konvex oder planparallel ausgeführt werden. Zur Entspiegelung der Linsenoberfläche kann auf der abformenden Oberfläche des Konturstempels eine Mikrostrukturierung eingebracht sein, welche durch die niedrigviskose, erste Komponente optimal abgeformt wird. In diesem Ausführungsbeispiel kommt ein konkaver Formstempel zum Einsatz, welcher gleichzeitig eine Mikrostrukturierung aufweist, durch welche das optische Element nach seiner Formung entspiegelnde Eigenschaften aufweist.
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Das Spritzgießwerkzeug wird in der Regel mit elektrischen Heizpatronen auf 120°C bis 180°C aufgeheizt, sodass eine Vernetzung der transparenten Komponente erreicht wird. Um eine bessere Haftung der transparenten Vergussmasse auf dem Schaltungsträger zu bekommen, wird dieser in diesem Ausführungsbeispiel mittels Plasma und Primer vorbehandelt. Nach einer vorgegebenen Vernetzungszeit wird das vergossene Multichip-Modul aus dem Werkzeug entnommen. Optional kann an dieser Stelle noch ein Optikhalter an die Kameramodule angebracht werden.
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In einem optionalen Schritt 706 werden nach dem Entnehmen der Kameramodulgruppe aus dem Spritzgießwerkzeug auf der Rückseite der Leiterplatte für ein Verlöten notwendige Lötbumps 801 angebracht.
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In einem weiteren optionalen Schritt 707 werden die fertiggestellten elektronischen Einzelschaltungen / Kameramodule aus dem Nutzenverbund / der Kameramodulgruppe getrennt. Dies kann durch Sägen, Fräsen oder ähnlichen Prozessen erfolgen, wobei in diesem Ausführungsbeispiel eine Fräse zum Einsatz kommt.
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Das Verfahren endet in Schritt 708.
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In 8 ist noch einmal ein fertiges Kameramodul 800 abgebildet. Der Bildsensor 806 ist in diesem Kameramodul 800 auf einem mehrlagigen Schaltungsträger 805 aufgebracht. Der Schaltungsträger 805 besteht aus mehreren Lagen Leiterfolie, welche wiederum aus glasfaserverstärktem Epoxidharz aufgebaut bzw. auflaminiert sind. Innerhalb des Schaltungsträgers 805 befinden sich weitere eingebettete (embedded) elektrische Komponenten 803, welche einen sehr kompakten Aufbau des Kameramoduls 800 ermöglichen. Auch auf dem Schaltungsträger 805 befinden sich zusätzlich zum Bildsensor 806 eine weitere elektrische Komponente 804 und elektrische Anschlüsse 807, welche durch die aufgebrachten Moldmasse 808 geschützt werden. Auf dem Bildsensor 806 ist eine optische Komponente 802 aufgebracht. Zur Kontaktierung des Kameramoduls befinden sich auf der Unterseite Lötbumps 801.
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Anstelle oder ergänzend zum Spritzgussverfahren wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Prägeverfahren zur Prägung der Linsen eingesetzt. Dabei wird zunächst die Kavität des LPM Packages ganz oder teilweise mit einem pastösen Linsenmaterial gefüllt und anschließend das Linsenmaterial mit einem UV und wärmhärtenden Prozess über Belichtung und einen beheizten Stempelprozess gehärtet. Vor dem Befüllen der Kavitäten mit dem pastösen Material wird das optische Fenster des Bildsensors vermessen und es erfolgt basierend auf dieser Vermessung eine Ausrichtung des Prägestempels zum optischen Fenster in x, y und z-Richtung.
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Ein Einlegen in ein entsprechendes Werkzeug mit dessen Toleranzen entfällt komplett. Zudem ist eine Linsenstapelbildung möglich. Darüber hinaus ist dieser Prozess voll kompatibel zu den oben genannten Prozessschritten. Das bedeutet, eine Kameramodulgruppe kann mittels der gleichen Prozesskette im selben Nutzen in einer Linie hergestellt werden. Das Nutzentrennen erfolgt auch hier erst nach kompletter Herstellung der einzelnen Kameramodule.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt das Füllen der Kavität über dem Imager mit einem optisch funktionalen Kunststoff, beispielsweise mit Delo Optical Materials (z. B. Delo Phobond oder Delo Katiobond). Das Aushärten und Einprägen der ersten Linse über dem Bildsensor erfolgt mittels eines geeigneten Prägestempel. Dieser ist in diesem Ausführungsbeispiel transparent gestaltet, sodass mittels einer UV-Härtung direkt das Material bei Prägeprozess gehärtet wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine vorgeprägte Linse direkt mittels eines geeignetem Halter an dem Package angebracht. Die Linse wird mittels UV-Härtung angebracht und in einem Arbeitsgang gehärtet. Anschließend erfolgt eine Herstellung weiterer Linsen und eine Bildung eines Linsenstapels, wobei die Linsen entsprechend der ersten linse an einem geeigneten Halter angebracht werden. Als Halter bzw. Halterstruktur kommt hierfür eine geeignete Matrize zum Einsatz, die im LPM-Verfahren ausgebildet wurde.
Mittels des dieser Anmeldung zugrundeliegenden Verfahrens können folglich vorgeformte Linsen mit und ohne Halter auf der Packagestruktur aufgebracht werden. Diese Linsen können verklebt werden oder aber beim Härteprozess direkt ohne weitere Klebstoff montiert werden. Der Prozess kann durch entsprechend geformte Geometrien einer angebrachten Halterstruktur am Linsenrand zu weiteren Stapelungen wiederholt werden. Zusätzlich kann der Halter auch aus anderen Materialien z. B. Glas hergestellt sein und der Prozess in mehreren Schritten ablaufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006006113 A1 [0002]
