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Die
Erfindung betrifft ein optisches Modul mit einem Schaltungsträger, einem
mittels Flip-Chip-Technik auf dem Schaltungsträger angeordneten ungehäusten Halbleiterelement
und einer Linseneinheit zum Projizieren von elektromagnetischer
Strahlung auf das Halbleiterelement, wobei die Linseneinheit einen
Linsenhalter und eine Linsenanordnung mit mindestens einer Linse
umfasst.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System mit einem derartig
ausgebildeten optischen Modul.
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Gattungsgemäße optische
Module und Systeme kommen insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik
zum Einsatz.
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Dabei
kann mit elektromagnetischer Strahlung aus verschiedenen Frequenzbereichen
gearbeitet werden, wobei kumulativ zum sichtbaren Licht, mit welchem
typischerweise Anwendungen im Außenraum eines Kraftfahrzeuges
wie Lane Departure Warning (LDW), Blind Spot Detection (BSD) oder Rear
View Cameras arbeiten, insbesondere die für Menschen unsichtbare Infrarotstrahlung
bei Anwendungen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges wie Out of Position
Detection (OOP) oder bei zusätzlichen Außenbeleuchtungen
eines Night Vision Systems bevorzugt wird.
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Bei
Anwendungen im Innen- oder Außenbereich
eines Fahrzeugs bestehen hohe Anforderungen aufgrund von äußeren Einflüssen wie
Temperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzung und Vibration. Die typische
Lebensdauer für
Systeme im Fahrzeug liegt bei 10 bis 15 Jahren, wobei nur extrem
geringe Ausfallraten tole riert werden, so dass auch die Komponenten
eines optischen Systems der eingangs genannten Art eine nur sehr
langsame Alterung zeigen dürfen.
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Da
in vielen Fällen
der Einbauraum von optischen Modulen bzw. optischen Systemen sehr
begrenzt ist, existieren zusätzliche
Schwierigkeiten bei der Realisierung der optischen Systeme. Mit
herkömmlichen
Mitteln ist es daher extrem schwierig, eine hermetisch abgedichtete
zuverlässige
Einheit aus einem Kamerachip (derzeit CCD- oder CMOS-Sensor) und
einer Optik aufzubauen.
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So
ist bei derartigen Systemen, mit denen Bilder oder ähnliche
Informationen aufgenommen werden, es bekanntlich nötig, dass
die Optik am Punkt der Umwandlung Licht in Information (z. B. Filmebene,
optische Fläche
CCD- oder CMOS-Sensor) Ihren genauen Fokus hat. Daher muss der Abstand
zwischen dem Kamerachip und der Optik entweder während der Fertigung einmal
grundlegend eingestellt und fixiert werden oder der Focus wird bei jedem
Bild neu eingestellt (Scharfstellen auf Objekt, nicht verwaschende
Strahlen). Dies führt
zu einem erheblichen Fertigungsaufwand. Ferner besteht hierdurch
ein Qualitätsrisiko.
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Kameras
für spezifische
Low Cost Anwendungen wie z. B. Automotive, Industrie, Digitalkamera,
Handy, Spielzeug etc., sollen jedoch aus Kosten- und Aspekten der
Qualitätssicherung
möglichst
ohne Justagevorgänge
zwischen Optik und Kamerachip herstellbar sein, also ohne Einstellungen
des Focus auf die optische Fläche
des CMOS- oder CCD-Sensors. Dies steht den genannten Anforderungen grundsätzlich entgegen.
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Eine
Möglichkeit
ein fokusfreies System zu entwickeln ist die Summen der möglichen
Toleranzen und Elemente zu verkleinern, so dass das Modul bzw. System
designbedingt ohne Justage zumindest in einem bestimmten Entfernungs-
und Temperaturbereich funktioniert. Bei Verwendung der Erfindung beispielsweise
im Rahmen eines Insassenschutzsystems eines Kraftfahrzeuges, auf
welches die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist,
sollten scharfe Bilder bei Entfernungen von z. B. 15 cm bis 130
cm sowie bei Temperaturen von z. B. –40°C bis +105°C gewährleistbar sein. Dies ist um
so eher realisierbar, je weniger Elemente in die Toleranzkette mit eingehen.
Einen großen
Anteil in der Toleranzkette besitzt der Schaltungsträger für den Kamerachip
(z. B. CCD oder CMOS). So wird beispielsweise durch Einsatz von
sehr dünnen,
sog. flexiblen, Leiterplatten versucht, nur eine geringe Dickentoleranz
einzubringen. Darüber
hinaus besitzen insb. die notwendigen Löt- und ggf. Klebeverbindungen
oder dergleichen zwischen Chip und Schaltungsträger einen großen Anteil
in der Toleranzkette.
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Diese
Lösung,
insb. das setzen eines Halbleiterelements auf eine flexible Leiterplatte,
zieht aber auch Nachteile nach sich. So ist das Handling wie das
Rackeln, Bestücken,
Löten,
Trennen usw. erschwert; die Verwindungssteifigkeit und damit die Prozesssicherheit
ist häufig
schlechter als bei sog. Printed Circuit Boards (PCB), Moulded Interconnected
Device (MID) oder dergleichen ausgebildeten Schaltungsträgern, welche
jedoch je nach Dickenmaß einen
erheblichen Beitrag zur Toleranzkette leisten. Darüber hinaus
bestehen Nachteile im EVM-Verhalten.
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Zur
Verbesserung der Verbindungssteifigkeit ist beispielsweise aus der
DE 102 21 892 A1 bekannt,
an der flexiblen Leiterplatte wenigstens teilweise Verstärkungsplatten
anzubringen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Modul und ein
optisches System mit einem auf einen Schaltungsträger angeordneten
ungehäusten
Halbleiterelement zur Verfügung
zu stellen, bei dem EVM-Nachteil vermieden und/oder die Dickentoleranz
des notwendigen Schaltungsträgers weitgehendst
minimiert sind, so dass bei einfacher und kostengünstiger
Montage eine zuverlässige
optische Qualität
ohne Justier- und insbesondere Fokussieraufwand zur Verfügung gestellt
werden kann und über
die Lebensdauer des Moduls bzw. Systems gehalten wird. Schließlich sollen
besondere Maßnahmen
eine prozesssichere Fertigung bei einfachem Handling garantieren.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar
sind, sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen optischen Modul dadurch
auf, dass der Schaltungsträger
wenigstens einen dünnen
Bereich und einen den dünnen,
relativ empfindlichen, Bereich halternden dicken Bereich aufweist.
Ein derartiger Schaltungsaufbau hat durch die räumlich Nahe Anwesenheit eines
dicken Bereichs Vorteile im EVM-Verhalten gegenüber einer reinen Flex-Lösung. Darüber hinaus
vereint er in vorteilhafter Weise ein auf ein Minimum verkürztes Toleranzmaß bei zugleich
deutlich erhöhter
Verwindungssteifigkeit.
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Erfindungsgemäß ist der
Linsenhalter im dünnen
Bereich des Schaltungsträgers
abgestützt angeordnet,
so dass ein definiertes Bezugsmaß zwischen Linsenhalter bzw.
Linseneinheit und schaltungsträger
gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist in oder benachbart eines dünnen
Bereichs des Schaltungsträgers
auch das Halbleiterelement angeordnet. Auf diese Weise wird eine
einfach handhabbare Fer tigungstechnologie mit besonders geringen
Toleranzen zwischen dem Halbleiterelement bzw. dem Kamerachip und
der Linseneinheit ermöglicht.
Der dünne
Bereich des Schaltungsträger
ist vorteilhaft durch den dicken Bereich gehaltert. Dies erlaubt
die Montage (z. B. löten,
kleben oder dergleichen) des Halbleiterelements, beispielsweise
mittels Flip-Chip-Technik, auf einer dünnen und dennoch relativ stabilen, verwindungssteifen
planen Ebene, womit vorteilhaft eine prozesssichere Fertigung garantiert
ist als bei vergleichbaren Montageprozessen von Bauelementen auf
ausschließlich
flexibel ausgebildeten Schaltungsträgern.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist der dicke Bereich U-förmig
ausgebildet, um den dünnen
Bereich hinreichend zu haltern. In einer alternativen Ausführungsform
wird jedoch der dünne
relativ empfindliche Bereich bevorzugt durch einen umlaufenden dicken
Bereich wie in einem Rahmen gespannt gehaltert.
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Vorzugsweise
ist der dicke Bereich starr ausgebildet, beispielsweise als mehrlagiges
Printet Circuit Board (PCB), sog. Multilayer, FR 4-Leiterplatte oder
dergleichen.
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Insbesondere
bei diesen Materialien bietet sich an, den dünnen ersten Bereich des Schaltungsträgers durch
Aussparung oder Ausfräsen
zu realisieren.
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In
einer alternativen Weiterbildung der Erfindung sind der dünne und
der dicke Bereich als Moulded Interconnected Device (MID) mit integrierten
Leiterbahnen realisiert. Die beispielsweise aus der
DE 196 51 260 A1 bekannte
MID-Technologie beruht im Wesentlichen auf der Nutzung von Hochtemperaturthermoplasten,
die strukturiert metallisiert werden. MIDs, das heißt räumliche
(3-dimensionale) spritzgegossene Schaltungsträger, sind Formteile mit integrierter
Lei terbildstruktur. Insbesondere ist auf das Rationalisierungspotential
von MID-Strukturen hinzuweisen, wobei auch die im Vergleich zu herkömmlichen
Schaltungsträgern
erfüllte
Umweltverträglichkeit
erwähnt
werden sollte. MIDs können
auf verschiedene Art und Weise produziert werden, beispielsweise,
indem der Schaltungsträger
durch Einfach-Spritzguss hergestellt wird und im Anschluss hieran
durch Heiß-Prägen eine
Metallisierung stattfindet, die dann durch Formstempeln strukturiert wird.
Ebenfalls kann nach dem Einfach-Spritzguss eine galvanische Metallisierung
erfolgen. Im Anschluss an die Metallisierung, sei sie durch Heiß-Prägen oder
galvanisch erfolgt, kann eine Strukturierung auch durch 3D-Maske
oder durch ein abbildendes Laserverfahren erzeugt werden. Der erfindungsgemäße, wenigstens
zwei Bereiche aufweisende, Schaltungsträger kann auch durch andere
kunststoffverarbeitende Verfahren hergestellt werden, beispielsweise
durch Zweifach-Spritzguss.
Die Metallisierung und die Strukturierung des MID kann auch in integrierter
Weise durch eine Leiterbildfolie vorgenommen werden. Die vorstehend
genannten Verfahren zum Herstellen von MIDs sind nur als Beispiele einer
Vielzahl bekannter Verfahren des Standes der Technik zu verstehen,
wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebig hergestellte
MIDs zum Einsatz kommen können.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist der dünne Bereich
als flexible PCB oder dergleichen und der dicke Bereich als starre
PCB oder dergleichen ausgebildet. Durch die bevorzugte Ausbildung
des dünnen Bereichs
als flexible Leiterplatte bzw. sog. Flex-Folie erfüllt dieser alle Anforderungen,
die ein das Halbleiterelement tragender Schaltungsträger im Rahmen der
vorliegenden Erfindung erfüllen
muss, nämlich möglichst
keine Erzeugung zusätzlicher
Unsicherheiten im Hinblick auf den opti schen Aufbau, weshalb insbesondere
flexible Leiterplatten mit möglichst
engen Toleranzen zu verwenden sind.
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Speziell
auf die vorliegende Erfindung bezogen bieten die vorbenannten Ausgestaltungsvarianten
von erstem und zweitem Bereich des Schaltungsträgers etwa gleichermaßen die
Möglichkeit,
eine Fertigungstechnologie mit besonders geringen Toleranzen zwischen
dem im oder benachbart des dünnen
Bereichs des Schaltungsträgers
angeordneten Halbleiterelement und der Linseneinheit einzusetzen. Die
Toleranzkette, die bei herkömmlichen
Aufbauten noch durch die Dicke des Schaltungsträgers und die Dicke von eventuell
vorgesehenen Stabilisierungselementen ausgedehnt ist, ist im Rahmen
der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auf ein minimales
Maß verkürzt.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
sind am Linsenhalter zumindest partiell Abstützelemente ausgebildet, über welche
der Linsenhalter und damit die Linseneinheit mit dem Schaltungsträger in einem
definierten Maß zur
Optik in Beziehung stehen. Die Linseneinheit und Schaltungsträger sind
in ansonsten üblicher
Weise, vorzugsweise benachbart der Abstützelemente, miteinander verbunden,
insbesondere verklebt, laserverschweißt, verschraubt, vernietet oder
dergleichen, womit mittels der Abstandselemente eine Verbindung
zwischen Leiterplatte und Linsenhalter beziehungsweise Linseneinheit
zur Verfügung gestellt
ist, die praktisch keine zusätzliche
Unsicherheit im Hinblick auf die optische Qualität des Moduls bewirkt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der dicke zweite Bereich des Schaltungsträgers Teil
der Linseneinheit bzw. des Linsenhalters, wobei der Linsenhalter
bevorzugt als MID (”moulded
interconnected device”) mit
integrierten Leiterbahnen ausgebildet ist. Auf diese Weise wird – unter
Beibehaltung der erfindungsgemäßen Halterung
eines dünnen
Bereiches – nochmals
die Anzahl der benötigten
Bauteile reduziert. Dadurch, dass bei dem als MID realisierten Linsenhalter
Leiterbahnen integriert sind, kann das Halbleiterelement direkt
auf benachbart oder in den dünnen
Bereich des Linsenhalter gelötet
oder geklebt werden. Und auch bei einem mittels Flex-Folie ausgebildeten
ersten dünnen
Bereich ist eine Fertigungstechnologie mit besonders geringen Toleranzen
zwischen dem Halbleiterelement und der Linseneinheit angeboten. Zudem
führt die
erfindungsgemäße Halterung
zu einem relativ stabilen, planen dünnen Bereich, was die Bestückung, Montage
oder dergleichen besonders einfach macht.
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Bevorzugt
ist das Halbleiterelement auf der der Linseneinheit abgewandten
Seite des Schaltungsträgers
angeordnet, wobei der dünne
Bereich im Schaltungsträger
eine Öffnung
aufweist, durch die elektromagnetische Strahlung von der Linsenanordnung
auf das Halbleiterelement projiziert wird. Das optische Modul ist
also in der Reihenfolge Linsenanordnung/Schaltungsträger bzw.
flexible Leiterplatte/Halbleiterelement aufgebaut. Auch wenn Ausführungsformen
denkbar sind, bei denen die Reihenfolge von Schaltungsträger und
Halbleiterelement umgekehrt ist, hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, den Schaltungsträger
mit einer Öffnung
zu versehen und so die erstgenannte Reihenfolge zu ermöglichen.
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Die
Erfindung besteht weiterhin in einem optischen System mit einem
optischen Modul der vorstehend genannten Art. Auf diese Weise kommen
die Vorteile des optischen Moduls auch im Rahmen eines Gesamtsystems
zur Geltung.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist,
eine kompakte hochintegrierte Modullösung mit geringen Abmaßen zur
Verfügung zu
stellen, welche die im Stand der Technik genannten Nachteile vermeidet
und insb. prozesssicherer zu fertigen, einfacher zu montieren und
hierdurch besonders kostengünstig
ist.
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Es
gelingt, diverse Funktionalitäten
bei gleichzeitig geringen Abmessungen zur Verfügung zu stellen.
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Das
optische Modul und das optische System sind praktisch wartungsfrei.
Besonders im Sinne der Kosteneinsparung ist auch, dass keine optische Justierung
des optischen Moduls erforderlich ist, da diese durch die geometrische
Gestaltung der Komponenten nunmehr verbessert vorliegt und da die
Toleranzkette durch Minimierung der Schaltungsträgertoleranz auf ein Maß verkürzt ist
bei gleichzeitig verbessertem fertigungstechnischem Handling.
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Das
Modul ist stabil und von hoher Qualität, und es wird eine integrierte
Lösung
von Sensor und Optik in Modulbauweise zur Verfügung gestellt. Die Modulbauweise
bewirkt, dass die Anzahl von Varianten reduziert wird, was im Sinne
des stets angestrebten Gleichteilkonzeptes ist.
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Insgesamt
wird also eine integrierte Lösung mit
Sensor und Optik sowie ggf. Beleuchtung und/oder Heizeinrichtung
zur Verfügung
gestellt, die eine besonders kostengünstige Verbindung zwischen
Optikmodul und Hauptplatine verwendet.
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Die
Erfindung lässt
sich besonders nützlich bei
der Realisierung von Videosystemen, ggf. in Kombination mit Radarsyste men,
Ultraschallsystemen oder dergleichen im Kraftfahrzeugbereich verwenden.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen schematisch:
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1 eine
erste perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls;
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2 eine
zweite perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls;
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3 eine
dritte perspektivische teilweise geschnittene Darstellung eines
erfindungsgemäßen optischen
Moduls;
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4 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Schaltungsträger
des erfindungsgemäßen Moduls, umfassend
einen dünnen
und einen rahmenförmig ausgebildeten
dicken Bereich;
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5 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Schaltungsträgers
des erfindungsgemäßen Moduls, umfassend
einen dünnen
und einen u-förmig
ausgebildeten dicken Bereich;
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6 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls;
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7 eine
erste Schnittansicht eines erfindungsgemäßen optischen Moduls;
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8 einen
ersten Linsenhalter eines erfindungsgemäßen optischen Moduls mit partiell
ausgebildeten Abstützelementen;
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9 einen
zweiten Linsenhalter eines erfindungsgemäßen optischen Moduls mit alternativ
partiell ausgebildeten Abstützelementen;
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10 einen
dritten Linsenhalter eines erfindungsgemäßen optischen Moduls mit einem
umlaufenden Abstützring;
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11 eine
zweite Schnittansicht eines optischen Modul mit einem Linsenhalter
gemäß 10; und
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12 eine
dritte Schnittansicht eines optisches Modul nach der Erfindung.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls. In dem dargestellten zusammengebauten Zustand des optischen
Moduls sind ein Linsenhalter 14 und ein Schaltungsträger 10 umfassend
einen ersten dünnen
Bereich 10a und einen zweiten dicken Bereich 10b.
Unter dem weiterhin zu erkennenden Globtop 26 ist ein (nicht
sichtbares) lichtempfindliches Halbleiterelement angeordnet, das
hier als sog. Flip-Chip 12 aufgebracht ist, was den Vorteil
hat, dass keine zusätzlichen
Toleranzen innerhalb des Sensors bzw. Bauelements (z. B. Träger Chip,
Klebstoff, etc.) dazu kommen. An dem entgegengesetzten Ende des
dünnen Bereichs 10a des
Schaltungsträgers 10 ist
dieser mit Lötpads 28 versehen,
so dass ohne Bemühung
einer weiteren elektrischen Verbindung ein Kontakt zwischen dem
optischen Modul und einer (nicht dargestellten) starren Schaltungsplatine,
beispielsweise durch Bügellöten unter
Verwendung der Lötpads 28 hergestellt
werden kann. Alternativ hierzu kann, je nach Ausgestaltung des Schaltungsträgers 10 und/oder
Zweckdienlichkeit, eine entsprechende elektrische Verbindung auch
durch ein Flachkabel 36, wie z. B. in 2 dargestellt,
realisiert sein. An der dem Globtop 26 entgegengesetzten
Seite des optischen Moduls sind Ausnehmungen und darin angeordnete
Leuchtdioden 38 zu erkennen.
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2 zeigt
eine zweite perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls. Hier ist eine spezielle wechselnde Anordnung der Leuchtdioden 38 um
eine für
den Strahlungseintritt vorgesehene Linse 20 erkennbar.
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3 zeigt
eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls. Hier ist das Innere des Linsenhalters 14 zu erkennen.
Zur Beschreibung dieser Anordnung wird gleichzeitig auf 6 verwiesen,
die eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen optischen Moduls zeigt,
sowie auf 7, die das optische Modul in
Schnittansicht darstellt, jedoch mit einer um eine Blende 21 erweiterten
Linsenanordnung 16, 18, 20.
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In
den Linsenhalter 14 nach 3 sind drei Linsen 16, 18, 20 eingesetzt.
Die Linsen 16, 18, 20 bzw. die in 7 dargestellt
Blende 21 sind so geformt, dass sie relativ zueinander
eine definierte Lage innerhalb des Linsenhalters 14 annehmen.
Weiterhin ist mindestens eine der Linsen so ausges taltet, dass sie
mit dem Linsenhalter 14 zusammenwirkt und so auch eine
definierte Lage bezüglich
des Linsenhalters 14 und letztlich bezüglich des Halbleiterelementes 12 einnimmt.
Auf diese Weise sind alle Linsen 16, 18, 20 bezüglich des
Halbleiterelementes 12 justiert. Diese Justierung wird
durch weitere Maßnahmen nicht
beeinflusst, da der Linsenhalter 14 direkt im dünnen Bereich 10a des
Schaltungsträgers
auf diesem angeordnet wird.
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Die
Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 12 und dem Schaltungsträger 10a erfolgt
durch Flip-Chip-Technik, indem eine Lötverbindung über Löt-Bumps 30 hergestellt
wird. Anschließend
kann die Verbindung mit einem Underfill verstärkt werden. Damit elektromagnetische
Strahlung von der auf der zur Bestückfläche des Schaltungsträgers 10 abgewandten
Seite angeordneten Linsenanordnung 16, 18, 20; 21 zum
Halbleiterelement 12 gelangen kann, weist der dünne Bereich 10a eine Öffnung 24 auf. Durch
diese Öffnung 24 kann
elektromagnetische Strahlung zu einer auf elektromagnetische Strahlung empfindlichen
Fläche 34 des
Halbleiterelements 12 gelangen.
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Das
Halbleiterelement 12 kann – der gegenwärtigen Technik
entsprechend – als
CMOS oder CCD ausgelegt sein. Es kann zusätzlich oder neben der Lötverbindung 30 auch
eine Klebeverbindung vorgesehen sein. Zur Verstärkung kann ein Underfill (nicht
dargestellt) appliziert werden. Um das teure Halbleiterelement 12 gegen
Umwelteinflüsse und/oder
Fremdlichtstrahlung von hinten zu schützen, wird ein Globtop 26 vorgesehen.
Um bei, insbesondere starken, Temperaturschwankungen eine Entlüftung des
optischen Moduls zu gestatten, kann eine Öffnung zum Entlüften vorgesehen
sein. Ebenfalls ist es möglich,
ein Klebe-DAE (Klebe-Druckausgleichselement) auf einer Öffnung (nicht
dargestellt) anzuordnen.
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4 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Schaltungsträgers 10 des
erfindungsgemäßen Moduls,
umfassend einen dünnen 10a und
einen rahmenförmig
ausgebildeten dicken 10b Bereich.
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5 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Schaltungsträgers 10 des
erfindungsgemäßen Moduls,
umfassend einen dünnen 10a und
einen u-förmig
ausgebildeten dicken 10b Bereich.
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6 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen optischen
Moduls einschließlich
der Leuchtdioden 38, wobei in 6 die wechselseitige
Anordnung deutlich dargestellt ist.
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7 zeigt
ein optisches Modul mit einer Linseneinheit, umfassend einen Linsenhalter 14,
in den eine Linsenanordnung aus beispielsweise drei Linsen 16, 18, 20 und
einer Blende 21 eingesetzt ist. Vorzugsweise sind die Linsen 16, 18, 20 und
die Blende 21 zueinander und bezüglich des Linsenhalters 14 durch
ihre geometrische Gestaltung eindeutig ausgerichtet, so dass keine
weitere optische Justierung des Systems erforderlich ist. Der dicke
Bereich 10b des Schaltungsträgers 10 haltert einen
ersten Bereich 10a, welche beispielsweise eine Flex-Folie ist,
welche ein auf elektromagnetische Strahlung empfindliches Halbleiterelement 12 trägt. Da der
Linsenhalter 14 im dünnen
Bereich 10a der Leiterplatte 10, welcher allenfalls
eine äußerst geringer
Toleranz aufweist, beispielsweise über eine Klebe- oder Schraubverbindung
oder dergleichen mit dem Schaltungsträger 10 verbunden ist,
ist auch das Halbleiterelement 12 an definierter Position
bezüglich
den anderen optischen Elementen, das heißt insbesondere den Linsen 16, 18, 20 angeordnet.
Beispielsweise am Linsenhalter 14 ausge bildete Führungselemente und/oder
-bohrungen 32 oder dergleichen erleichtern schließlich die
exakte Positionierung von Schaltungsträger 10 zur Linseneinheit 14 oder
umgekehrt.
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Für die Realisierung
des dicken 10b und des dünnen 10a Bereichs
sind verschiedene Ausführungen
denkbar, insbesondere starre und flexible PCB, Multilayer FR4 und
dünne PCB,
ausfräsen
auf eine genaues Maß,
Realisierung in MID oder dergleichen. In allen Fällen wird der dünne, relativ
empfindliche, Bereich 10a durch den zumindest abschnittsweise umlaufenden
verhältnismäßig starren
Bereich 10b wie in einem Rahmen gehaltert bzw. gespannt.
Die geringen Toleranzen zwischen PCB-Ober und -Unterseite werden
durch den dünnen
Bereich 10a des Schaltungsträgers, ggf. in Kombination mit
zusätzlichen
Maßnahmen
wie abgestimmte Linsensysteme etc., erreicht.
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Der
Kontakt zwischen Linsenhalter 14 und Schaltungsträger 10 erfolgt
im einem dünnen
Bereich 10a. 8 und 9 zeigen
diesbezüglich
einen Linsenhalter mit partiellen Abstützungen 39.
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10 zeigt
einen Linsenhalter 14 mit einem umlaufenden Abstützring 39,
welcher zugleich die Linseneinheit 14; 16, 18, 20; 21 gegenüber dem Schaltungsträger 10 und
umgekehrt in vorteilhafter Weise abdichtet. Dieser ist in 11 in
einer Schnittansicht dargestellt.
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12 schließlich zeigt
einen nach der Erfindung ausgebildeten Schaltungsträger 10 mit
einer Aussparung 10a in Richtung Flip-Chip 12.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
brauchen in vorteilhafter Weise keine Abstützelemente am Linsenhalter 14 ausgebildet
werden. Auch ein derartiger Schaltungsträger 10 bietet ein
verbessertes EVM-Verhalten.
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Die
vorliegende Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise. Flip-Chip
Bauelemente 12 auf einer dünnen, stabil gehalterten planen
Ebene 10a zu montieren. Sie ermöglicht neben einer einfachen Nutzenverarbeitung
insb. auch mehrere Lagen um den Flip-Chip z. B. FR4 Layer zu nutzen,
was sich positiv auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
sowie auf das sog. Routing insgesamt auswirkt. Sie erlaubt darüber hinaus
in vorteilhafter Weise eine Integration von Flip-Chip Trägern und
Elektronikeinheit auf einem einzigen Schaltungsträger 10.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere bei Anwendungen im Innen- und/oder
Außenbereich
eines Kraftfahrzeugs.