EP1665392A1 - Optical module and optical system - Google Patents

Optical module and optical system

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Publication number
EP1665392A1
EP1665392A1 EP04787186A EP04787186A EP1665392A1 EP 1665392 A1 EP1665392 A1 EP 1665392A1 EP 04787186 A EP04787186 A EP 04787186A EP 04787186 A EP04787186 A EP 04787186A EP 1665392 A1 EP1665392 A1 EP 1665392A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lenses
holding
lens
optical module
module according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04787186A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Danut Bogdan
Josef Dirmeyer
Henryk Frenzel
Harald Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1665392A1 publication Critical patent/EP1665392A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0232Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02325Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the invention relates to an optical module with a circuit carrier, a packaged semiconductor element arranged on the circuit carrier and a lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element.
  • the invention further relates to an optical system with an optical module designed in this way.
  • LFD Blind Spot Detection
  • OOP Out of Position Detection
  • the components sensor and optics must be geometrically very precisely coordinated.
  • the tolerance range for the distance from the camera chip to the optics in the z-axis is usually in the range of a few hundredths of a millimeter in order to achieve an optimally sharp image for a certain depth of field. This is particularly problematic for so-called fixed focus systems, since these may have little tolerance during manufacture.
  • An offset from the camera chip to the optics in the x or y axis additionally has the consequence that the optical system may "squint", i.e. the image is cut off at one edge (horizontal or vertical) because the offset means that there are no more pixels here and had to be provided as a precaution.
  • tilt ie tilting of the camera chip around the x or y axis
  • rotation ie a rotation about the z axis from the camera chip to the optics.
  • An adjustment step may also be necessary for the xy offset or, if this does not take place, a correspondingly larger sensor can be provided which compensates for the tolerances by adding more pixels. It is also known to use software to calculate or calibrate the "rotation". Since otherwise sharp image information is available, the pixels only have to be reassigned in a type of "calibration process". However, there may be no more information at the edges or corners because they have been cut off. A purely mechanical reduction of "tilt" and "rotation" between the chip and the optics can usually only be achieved in conventional systems through high-precision manufacturing and
  • Cameras for specific low cost applications such as Automotive, industry, digital cameras, cell phones, toys etc., however, should be possible from cost and quality assurance aspects without any adjustment processes between the optics and the camera chip, i.e. without adjusting the focus to the optical surface of the CMOS or CCD sensor. This is fundamentally contrary to the requirements mentioned.
  • One possibility to develop a focus-free system is to reduce the sum of the possible tolerances and elements, so that the module or system can be designed without adjustment. works at least in a certain distance and temperature range.
  • it should be possible to guarantee sharp images at distances of, for example, 15 cm to 130 cm and at temperatures of, for example, -40 ° C. to + 105 ° C. This is all the more realizable, the fewer elements are included in the tolerance chain.
  • the necessary solder and possibly adhesive connections or the like between the chip and the circuit carrier have a large proportion in the tolerance chain.
  • the lens holder itself which preferably consists of plastic, can be connected to the lens arrangement in various ways, so that an exact optical alignment of the lens arrangement and the semiconductor element with respect to the lens holder or the lens arrangement can always be ensured.
  • the camera chip or the semiconductor element being mounted in a housing on a suitable circuit carrier, it is difficult to avoid the problems mentioned in their entirety and at the same time to avoid the problems mentioned To meet quality requirements.
  • the chip housing offers sufficient protection from behind, for example for the silicon which is transparent to IR radiation.
  • the lens itself needs to be adjusted to the camera chip and have a defined focus. This is currently done by means of tolerance-related fixing options, for example by screwing, gluing or the like, by means of which the lens is fixed on the circuit carrier relative to the camera chip.
  • the invention has for its object to provide an optical module and an optical system with a semiconductor element arranged on a circuit carrier, in which the possible tolerance chain is minimized as much as possible, so that reliable optical quality without adjustment is possible with simple and inexpensive installation. and in particular focusing effort can be made available and is maintained over the life of the module or system. In addition, necessary measures against external light radiation or other environmental influences from the front should be avoided as far as possible.
  • the invention is based on the generic optical module in that the lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element comprises a type of lens holder which is an integral part of the housing of the semiconductor element.
  • the edge area in particular can be designed in almost any way, in particular with a holding area for a lens arrangement with a defined focus on the chip.
  • SMD Surface Mounted Device
  • the tolerance range that is available for focusing is only dependent on the lens arrangement itself.
  • the proposed solution has the advantage that the incident light from the side is completely eliminated by the integrative design of the lens holder and chip housing.
  • the area holding the lenses is formed in one piece with the housing, for example from a thermosetting material.
  • the area holding the lenses is preferred, e.g. after a two-component injection molding process, molded onto the housing.
  • thermoplastics The major difference between heat deformable thermoplastics and heat non-deformable thermosets is due to the behavior of the respective plastic during shaping.
  • a thermoplastic When a thermoplastic is heated and pressed into a mold, there is no chemical reaction. After the plastic has cooled down in the mold and has hardened, it could be brought back into another shape by heating it again without the characteristics of the plastic changing noticeably.
  • This property can also be advantageous for the connections described below. can be used by at least one lens with the area holding it.
  • Thermosets change chemically as they are brought into their final form. They react with polycondensation and network to form a spatial grid. This hardening by changing the structure of the molecule is advantageous, in particular with regard to fixing the lead frame of a semiconductor component, and is irreversible: once a thermoset has been molded, it can no longer be changed.
  • Thermosets include e.g. Phenolic resins, melamines and the urea resins.
  • a lens arrangement with a plurality of lenses and possibly at least one diaphragm in the form of a packet is preferably provided.
  • the optical quality can be improved by a lens with a plurality of lenses, which is also possible within the scope of the present invention, in particular since it is possible to work with small tolerances.
  • Faceplate are in direct contact with each other.
  • fluctuations in the lens arrangement in the Z direction that is, in the direction in which the lenses follow one another, are practically excluded.
  • the tolerances are only dependent on the lens arrangement itself.
  • the relative positions of the lenses to one another are determined by the geometry of the lenses and, if necessary, diaphragms themselves.
  • the arrangement of the lenses can also be determined in the XY direction by the lenses themselves, namely by designing contact surfaces of the lenses or diaphragms accordingly.
  • exactly one of the lenses or apertures is in direct contact with the lens holder. Since the lenses determine their relative positions with one another, it is sufficient to fix exactly one lens or diaphragm with the lens holder.
  • the entire lens arrangement is aligned with respect to the semiconductor element, as a result of which the advantageous optical quality can ultimately be ensured.
  • the exactly one lens is connected to the lens holder in a watertight and dust-tight manner.
  • the foremost lens is advantageously selected as the lens which interacts with the lens holder for sealing. This can be done, for example, in such a way that the exactly one lens is connected to the lens holder by ultrasound, laser welding and / or adhesive methods; if necessary, alternatively or cumulatively using screws and / or putty.
  • the lens arrangement is snapped into the area holding the lenses by means of latching means. This also ensures exact positioning. It should also be emphasized that this makes it easier to separate the lenses from the other components, in particular the expensive semiconductor element.
  • the sealing effect is provided in a particularly advantageous manner, in particular in connection with snap mounting, in that the lenses have a hard and a soft component, the soft component being arranged on the circumference of the lenses for sealing.
  • the soft component also supports the general requirement that when snapping be careful not to introduce any tension into the lenses; Tensions would always have a negative impact on the optical properties.
  • a specially designed holding element molded ring
  • the holding element preferably has a hard and at least partially a permanently elastic component.
  • a permanently elastic component which is preferably circumferentially formed, can at the same time serve, in particular, to seal the lens arrangement against moisture and dirt - in addition to its own compensation function for any mechanical and / or thermal stresses that may occur.
  • the permanently elastic component is preferably formed on the circumference adjacent to the lens.
  • the holding element is arranged on the area holding the lenses, for example ultrasonically or laser-welded, glued, riveted, molded on or by means of another similarly easily automated connection method. Screw and snap connections are also conceivable.
  • the hard component of the retaining ring preferably contains a thermoplastic material. Accordingly, a permanently elastic component that preferably contains thermoplastic elastomers (TPE) or silicone or the like has proven itself. In order to provide a uniform and easy-to-use component, the permanently elastic component is preferred, e.g. after one
  • Two-component injection molding molded onto the hard component or vice versa Two-component injection molding molded onto the hard component or vice versa.
  • the invention also consists in an optical system with an optical module of the type mentioned above. In this way, the advantages of the optical module also come into play in the context of an overall system.
  • the invention is based on the knowledge that by designing a chip housing with an integrated area holding the lenses before mounting the lenses, a chip can be fitted using SMD technology and a camera module can be built up with mounting the lenses, in which any mechanical focus adjustment is dispensed with can be.
  • the module can be manufactured fully automatically, which has the advantage of reducing the manufacturing and assembly costs for large numbers of pieces.
  • the optical module can be developed without moving parts such as threads or fixing screws, which leads to greater reliability. Due to the small tolerances of the structure in the x and y axes, the chip surface does not have to be unnecessarily large, which makes the camera chip cheaper.
  • the construction of such a module can be made relatively compact, which has the advantage that the camera module can also be used in applications where space is limited.
  • the integrative structure also advantageously offers protection against extraneous light radiation.
  • the invention can be used particularly useful in the implementation of video systems, possibly in combination with radar systems, ultrasound systems or the like in the motor vehicle sector.
  • the invention will now be explained by way of example with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments.
  • FIG. 1 shows the perspective view of an optical module according to the invention.
  • Fig. 2 shows the module of Fig. 1 in a sectional view along the line A-A.
  • FIG. 1 shows the perspective view of an optical module according to the invention with a circuit carrier 10; an SMD-housed semiconductor element 12 arranged on the circuit carrier 10; and a lens unit 14; 16, 18, 20; 21 for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element 12.
  • Fig. 2 shows the module of Fig. 1 in a sectional view along a section line A-A.
  • the lens unit comprises a lens holder 14, which is an integral part of the housing 13 of the semiconductor element 12.
  • the area 14 holding the lenses is preferably formed in one piece with the housing 13, for example from one Typical duoplastic material for chip housings, which is advantageously particularly suitable for a snap, screw and / or snap connection between a lens 20 held in the area 14 and the area 14.
  • a molded connection of the lens arrangement 16, 18, 20; 21 holding area 14 with the housing 13 conceivable.
  • the semiconductor element 12 can, according to the current technology, e.g. be designed as CMOS or CCD.
  • the connection between the housed semiconductor element 12 and the circuit carrier 10 takes place via so-called leadframes 30, which are contacted via gold wires 28 with bond points (not shown) formed on the semiconductor chip 12.
  • leadframes 30 which are contacted via gold wires 28 with bond points (not shown) formed on the semiconductor chip 12.
  • the housing 13 of the chip 12 is preferably additionally glued to the circuit carrier 10. So-called SMD adhesives or the like are suitable for this.
  • the circuit carrier 10 itself is preferably designed as a rigid PCB.
  • This 10 can be electrically connected to other rigid circuit boards (not shown) via a flat cable.
  • Such a separate electrical connection can advantageously be omitted if a flexible printed circuit board is used as the circuit carrier 10, which at the same time serves for the electrical coupling (for example by means of a plumb bob) (not shown).
  • these so-called rigid-flex systems are a particularly flexible solution for connecting the circuit carrier 10 or the module to a controller or circuit board (not shown).
  • three lenses 16, 18, 20 and a diaphragm 21 are preferably used for applications in a vehicle interior.
  • the lenses 16, 18, 20, like the diaphragm 21, are shaped such that they assume a defined position relative to one another within the region 14 of the housing 13 that holds the lenses. Furthermore, at least one of the lenses 16 is designed in such a way that it interacts with the region 14 holding the lenses in such a way that this 16 assumes a defined position relative to a surface 34 of the semiconductor element 12 that is sensitive to electromagnetic radiation. In addition, at least one lens 20 is connected to the holder 14 in a watertight and dustproof manner, for example via latching means 32. In this way, all lenses 16, 18, 20 and, if necessary, diaphragms 21 are adjusted with respect to the semiconductor element 12. This adjustment is not influenced by further measures, since the lenses 16, 18, 20; 21 holding area 14 is directly part of the semiconductor house 13.
  • the lenses 16; 18, 20; 21 holding area 14 the construction of a camera module, in which prior to assembly of the lenses 16, 18, 20; 21 a chip 12, 13 can be fitted with SMD technology and during the assembly of the lenses 16, 18, 20; 21 any mechanical focus adjustment can be dispensed with.
  • the module can be manufactured fully automatically, which has the advantage that the production and assembly costs are lower when there are large numbers of pieces.
  • the module can be developed without moving parts such as threads or fixing screws, resulting in a higher one
  • the structure 13; 14; 16, 18, 20; 21 also in the x and y axes the chip surface 34 does not have to be unnecessarily large, which is the camera chip 12 makes cheaper.
  • the structure of such a module can be made very compact, which has the advantage that the camera module can also be used in applications with limited space.
  • the structure offers the possibility of designing a hermetically sealed module that is well protected against environmental influences such as moisture, dust or the like.

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Abstract

The invention relates to an optical module comprising: a circuit support (10); a cased semiconductor element (12) placed on the circuit support (10), and; a lens unit (14; 16, 18, 20; 21) for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element (12). The lens unit preferably comprises a lens arrangement consisting of, for example, three lenses (16, 18, 20) and of a diaphragm (21). The lenses (16, 18, 20), optionally together with the diaphragm (21), are aligned in a well-defined manner due to their geometric design so that no additional optical adjustment is necessary. According to the invention, the lenses (16, 18, 20; 21) are held in a type of lens holder (14) that is an integral component of the case (13) of the semiconductor element (12).

Description

Beschreibungdescription
Optisches Modul und optisches SystemOptical module and optical system
Die Erfindung betrifft ein optisches Modul mit einem Schaltungsträger, einem auf dem Schaltungsträger angeordneten gehäusten Halbleiterelement und einer Linseneinheit zum Projizieren von elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement.The invention relates to an optical module with a circuit carrier, a packaged semiconductor element arranged on the circuit carrier and a lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System mit einem derartig ausgebildeten optischen Modul.The invention further relates to an optical system with an optical module designed in this way.
Gattungsgemäße optische Module und Systeme kommen insbesonde- re in der Kraftfahrzeugtechnik zum Einsatz.Generic optical modules and systems are used in particular in automotive engineering.
Dabei kann mit elektromagnetischer Strahlung aus verschiedenen Frequenzbereichen gearbeitet werden, wobei kumulativ zum sichtbaren Licht, mit welchem typischerweise Anwendungen im Außenraum eines Kraf fahrzeuges wie Lane Departure WarningIt is possible to work with electromagnetic radiation from different frequency ranges, being cumulative of the visible light, with which typically applications in the exterior of a motor vehicle such as lane departure warning
(LD ) , 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 Au- ßenbeleuchtungen eines Night Vision Systems bevorzugt wird.(LD), Blind Spot Detection (BSD) or Rear View Cameras work, in particular infrared radiation that is invisible to humans is preferred for applications in the interior of a motor vehicle such as Out of Position Detection (OOP) or for additional external lighting of a night vision system.
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 toleriert werden, so dass auch die Komponenten eines optischen Systems der eingangs genannten Art eine nur sehr langsame Alterung zeigen dürfen.Applications in the interior or exterior of a vehicle are subject to high demands due to external influences such as temperature, humidity, pollution and vibration. The typical lifespan for systems in the vehicle is 10 to 15 years, whereby only extremely low failure rates are tolerated, so that the components of an optical one Systems of the type mentioned at the beginning are only allowed to show very slow aging.
Da in vielen Fallen der Einbauraum von optischen Modulen bzw. optischen Systemen sehr begrenzt ist, existieren zusatzliche Schwierigkeiten bei der Realisierung der optischen Systeme. Mit herkömmlichen Mitteln ist es daher extrem schwierig, eine hermetisch abgedichtete zuverlässige Einheit aus einem Kamerachip (CCD- oder CMOS-Sensor) und einer Optik aufzubauen.Since the installation space of optical modules or optical systems is very limited in many cases, there are additional difficulties in the implementation of the optical systems. With conventional means, it is extremely difficult to build a hermetically sealed, reliable unit from a camera chip (CCD or CMOS sensor) and optics.
Um für ein Kamerasystem, bestehend aus einem Bildsensor (derzeit CCD oder CMOS) und einem Linsensystem ausreichende Bildscharfe zu erreichen, müssen die Komponenten Sensor und Optik geometrisch sehr genau aufeinander abgestimmt werden. Der To- leranzbereich für den Abstand von Kamerachip zur Optik in z- Achse liegt üblicherweise im Bereich von wenigen hundertstel Millimetern, um für einen bestimmten Tiefenscharfebereich ein optimal scharfes Bild zu erreichen. Dies ist vor allem für so genannte Fixfokussysteme problematisch, da diese bei der Fer- tigung allenfalls gering Toleranz behaftet sein dürfen. Ein Versatz von Kamerachip zur Optik in x- bzw. y-Achse hat zusatzlich zur Folge, dass das optische System unter Umstanden "schielt", d.h. an jeweils einer Kante (horizontal oder vertikal) das Bild abgeschnitten wird, da durch den Versatz hier keine Pixel mehr vorhanden sind und vorsorglich bereitgestellt werden mussten.In order to achieve sufficient image sharpness for a camera system consisting of an image sensor (currently CCD or CMOS) and a lens system, the components sensor and optics must be geometrically very precisely coordinated. The tolerance range for the distance from the camera chip to the optics in the z-axis is usually in the range of a few hundredths of a millimeter in order to achieve an optimally sharp image for a certain depth of field. This is particularly problematic for so-called fixed focus systems, since these may have little tolerance during manufacture. An offset from the camera chip to the optics in the x or y axis additionally has the consequence that the optical system may "squint", i.e. the image is cut off at one edge (horizontal or vertical) because the offset means that there are no more pixels here and had to be provided as a precaution.
Ein weiteres Problem stellt der sog. "Tilt" dar, d.h. eine Verkippung des Kamerachips um die x- bzw. y-Achse, was zu Folge hat, dass das Bild einen Unscharfegradienten in horizontaler bzw. vertikaler Richtung aufweist. Daneben kann es noch eine "Rotation" ergeben, d.h. eine Verdrehung um die z- Achse von Kamerachip zu Optik. Nahezu alle bisher auf den Markt befindlichen Kamerasysteme, die mit einer festen Fokuseinstellung ausgeliefert werden, benötigen während der Fertigung einen zusätzlichen Abglei- chungsschritt, bei welchem der Abstand von Kamerachip zur Optik entlang der z-Achse eingestellt und auf diesem Wert fixiert wird. Dies geschieht beispielsweise durch ein Gewinde und eine entsprechende Feststellschraube oder eine Klebeverbindung. Auch für den x-y-Versatz kann ein Abgleichsschritt notwenig sein oder, wenn dieser nicht erfolgt, ein entsprechend größerer Sensor vorgesehen werden, der die Toleranzen durch ein Mehr an Pixel ausgleicht. Es ist auch bekannt, die "Rotation" per Software herauszurechnen bzw. zu kalibrieren. Da ansonsten scharfe Bildinformation vorliegen, müssen die Pixel nur in einer Art "Eichvorgang" neu zugewiesen werden. Allerdings können an den Rändern bzw. Ecken gerade keine Informationen mehr vorliegen, weil diese abgeschnitten sind. Eine rein mechanische Reduzierung schließlich von "Tilt" und "Rotation" zwischen Chip und Optik lässt sich bei üblichen Systemen in der Regel nur durch hochpräzise Fertigung undAnother problem is the so-called "tilt", ie tilting of the camera chip around the x or y axis, which has the consequence that the image has a blurring gradient in the horizontal or vertical direction. In addition, there can also be a "rotation", ie a rotation about the z axis from the camera chip to the optics. Almost all camera systems previously on the market that are supplied with a fixed focus setting require an additional adjustment step during production, in which the distance from the camera chip to the optics is set along the z-axis and fixed at this value. This is done, for example, by means of a thread and a corresponding locking screw or an adhesive connection. An adjustment step may also be necessary for the xy offset or, if this does not take place, a correspondingly larger sensor can be provided which compensates for the tolerances by adding more pixels. It is also known to use software to calculate or calibrate the "rotation". Since otherwise sharp image information is available, the pixels only have to be reassigned in a type of "calibration process". However, there may be no more information at the edges or corners because they have been cut off. A purely mechanical reduction of "tilt" and "rotation" between the chip and the optics can usually only be achieved in conventional systems through high-precision manufacturing and
Montage bzw. durch einen Abgleich der Komponenten erreichen.Assembly or by comparing the components.
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.Cameras for specific low cost applications such as Automotive, industry, digital cameras, cell phones, toys etc., however, should be possible from cost and quality assurance aspects without any adjustment processes between the optics and the camera chip, i.e. without adjusting the focus to the optical surface of the CMOS or CCD sensor. This is fundamentally contrary to the requirements mentioned.
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 zu- mindest 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. Bei gehäusten Halbleiterelementen besitzen insb. die notwendigen Lot- und ggf. Klebeverbindungen oder dergleichen zwischen Chip und Schaltungstrager einen großen Anteil in der Toleranzkette .One possibility to develop a focus-free system is to reduce the sum of the possible tolerances and elements, so that the module or system can be designed without adjustment. works at least in a certain distance and temperature range. When using the invention, for example in the context of an occupant protection system of a motor vehicle, to which the present invention is not restricted, it should be possible to guarantee sharp images at distances of, for example, 15 cm to 130 cm and at temperatures of, for example, -40 ° C. to + 105 ° C. , This is all the more realizable, the fewer elements are included in the tolerance chain. In the case of packaged semiconductor elements, the necessary solder and possibly adhesive connections or the like between the chip and the circuit carrier have a large proportion in the tolerance chain.
Bei Verwendung von nur einer Linse wird vermieden, dass zu- sätzliche optische Toleranzen durch einen komplizierten Linsenaufbau bewirkt werden. Der, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende, Linsenhalter selbst kann in verschiedener Weise mit der Linsenanordnung verbunden werden, so dass stets eine exakte optische Ausrichtung der Linsenanordnung und des Halb- leiterelementes in Bezug auf den Linsenhalter beziehungsweise die Linsenanordnung sichergestellt werden kann.When using only one lens, it is avoided that additional optical tolerances are caused by a complicated lens structure. The lens holder itself, which preferably consists of plastic, can be connected to the lens arrangement in various ways, so that an exact optical alignment of the lens arrangement and the semiconductor element with respect to the lens holder or the lens arrangement can always be ensured.
Dennoch ist bei Systemen, die weitgehend einen klassischen Aufbau aus Objektiv und Kamerachip aufweisen, wobei der Kame- rachip bzw. das Halbleiterelement in einem Gehäuse auf einem geeigneten Schaltungstrager aufgebracht ist, es schwierig, die genannten Probleme in ihrer Gesamtschau zu umgehen und gleichzeitig die genannten Qualitatsanforderungen zu erfüllen. Zwar sind bei gehausten Halbleiterchips nur besondere Maßnahmen gegen Fremdlichtstrahlung oder anderer Umwelteinflüsse von vorne zu ergreifen, da das Chipgehäuse einen ausreichenden Schutz von hinten z.B. für das für IR-Strahlung durchlässige Silizium bietet. Das Objektiv selbst muss jedoch zum Kamerachip justiert sein und eine definierte Fokussierung aufweisen. Dies erfolgt gegenwärtig durch toleranzbehaftete Feststellmoglichkeiten, beispielsweise durch eine Verschrau- bung, Verklebung oder dergleichen, mittels welcher das Objek- tiv relativ zum Kamerachip am Schaltungstrager fixiert wird.Nevertheless, in systems which largely have a classic design consisting of a lens and camera chip, the camera chip or the semiconductor element being mounted in a housing on a suitable circuit carrier, it is difficult to avoid the problems mentioned in their entirety and at the same time to avoid the problems mentioned To meet quality requirements. In the case of packaged semiconductor chips, only special measures against external light radiation or other environmental influences are to be taken from the front, since the chip housing offers sufficient protection from behind, for example for the silicon which is transparent to IR radiation. However, the lens itself needs to be adjusted to the camera chip and have a defined focus. This is currently done by means of tolerance-related fixing options, for example by screwing, gluing or the like, by means of which the lens is fixed on the circuit carrier relative to the camera chip.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Modul und ein optisches System mit einem auf einen Schaltungsträger angeordneten gehausten Halbleiterelement zur Verfugung zu stellen, bei dem die mögliche Toleranzkette weitgehendst minimiert ist, so dass bei einfacher und kostengünstiger Montage eine zuverlässige optische Qualität ohne Justier- und insbesondere Fokussieraufwand zur Verfugung gestellt werden kann und über die Lebensdauer des Moduls bzw. Systems gehalten wird. Darüber hinaus sollen notwendige Maßnahmen gegen Fremdlichtstrahlung oder anderer Umwelteinflusse von vorne möglichst entfallen.The invention has for its object to provide an optical module and an optical system with a semiconductor element arranged on a circuit carrier, in which the possible tolerance chain is minimized as much as possible, so that reliable optical quality without adjustment is possible with simple and inexpensive installation. and in particular focusing effort can be made available and is maintained over the life of the module or system. In addition, necessary measures against external light radiation or other environmental influences from the front should be avoided as far as possible.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patent- anspruche gelost. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben.This task is solved with the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention, which can be used individually or in combination with one another, are specified in the dependent claims.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemaßen opti sehen Modul dadurch auf, dass die Linseneinheit zum Projizieren von e- lektro agnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement eine Art Linsenhalter umfasst, welcher integraler Bestandteil des Gehäuses des Halbleiterelements ist. Dies kann gerade bei der Verwendung von gespritzten Kunststoffgehausen einfach reali- siert werden, da hier neben der eigentlichen Gehäuseform insb. der Randbereich nahezu beliebig, insbesondere mit einem halternden Bereich für eine Linsenanordnung mit einem definierten Fokus zum Chip, gestaltet werden kann. Auf diese Wei- se kann zunächst ein gehauster Chip als SMD- (=Surface Moun- ted Device) -Standardbauteil hergestellt werden, welcher bereits eine Halterung für die spatere Montage der Optik aufweist. Dabei ist der Toleranzbereich, der für die Fokussie- rung zur Verfugung steht, erstmalig nur noch von der Linsenanordnung selbst abhangig. Darüber hinaus hat die vorgeschlagene Losung den Vorteil, dass durch die integrative Ausbildung von Linsenhalter und Chipgehause der Fremdlichteinfall von der Seite vollständig eliminiert wird.The invention is based on the generic optical module in that the lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element comprises a type of lens holder which is an integral part of the housing of the semiconductor element. This can be easily achieved, especially when using injection-molded plastic housings, since in addition to the actual housing shape, the edge area in particular can be designed in almost any way, in particular with a holding area for a lens arrangement with a defined focus on the chip. In this way First, a housed chip can be manufactured as a standard SMD (= Surface Mounted Device) component, which already has a holder for the later assembly of the optics. For the first time, the tolerance range that is available for focusing is only dependent on the lens arrangement itself. In addition, the proposed solution has the advantage that the incident light from the side is completely eliminated by the integrative design of the lens holder and chip housing.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der die Linsen halternde Bereich mit dem Gehäuse einstuckig, beispielsweise aus einem duroplastischen Material, ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention, the area holding the lenses is formed in one piece with the housing, for example from a thermosetting material.
Alternativ hierzu ist der die Linsen halternde Bereich vorzugsweise, z.B. nach einem Zweikomponenten-Spritzverfahren, am Gehäuse angeformt. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise den wahlweisen Einsatz verschiedener Kunststoffe. Beispielsweise hat sich bewahrt, den die Linsen halternden Bereich aus einem thermoplastischen Material und das Gehäuse des Halb- leitergehauses aus einem duroplastisches Material auszubilden .Alternatively, the area holding the lenses is preferred, e.g. after a two-component injection molding process, molded onto the housing. This advantageously makes it possible to selectively use different plastics. For example, it has proven useful to form the area holding the lenses from a thermoplastic material and the housing of the semiconductor housing from a thermosetting material.
Der gravierende Unterschied durch Warme verformbarer Thermo- plaste und durch Warme nicht verformbarer Duroplaste beruht auf dem Verhalten des jeweiligen Kunststoffes wahrend der Formgebung. Wenn ein Thermoplast erwärmt und in eine Form ge- presst wird, erfolgt keinerlei chemische Reaktion. Nachdem der Kunststoff in der Form erkaltet und hart geworden ist, könnte er durch erneutes Erhitzen wieder in eine andere Form gebracht werden, ohne dass sich die Charakteristiken des Kunststoffs spürbar verandern. Diese Eigenschaft kann vorteilhaft auch bei den - weiter unten - beschriebenen Verbin- dungsaufbauten von wenigstens einer Linse mit dem diese hal- ternden Bereich genutzt werden.The major difference between heat deformable thermoplastics and heat non-deformable thermosets is due to the behavior of the respective plastic during shaping. When a thermoplastic is heated and pressed into a mold, there is no chemical reaction. After the plastic has cooled down in the mold and has hardened, it could be brought back into another shape by heating it again without the characteristics of the plastic changing noticeably. This property can also be advantageous for the connections described below. can be used by at least one lens with the area holding it.
Duroplaste hingegen verändern sich chemisch, während sie in die endgültige Form gebracht werden. Sie reagieren mit einer Polykondensation und vernetzen zu einem räumlichen Gitter. Dieses Aushärten mittels Strukturveränderung des Moleküls ist vorteilhaft insb. in Hinblick auf die Fixierung des Leadfra- mes eines Halbleiterbauelements und nicht umkehrbar: Wenn ein Duroplast einmal geformt worden ist, kann er nicht mehr verändert werden. Zu den Duroplasten gehören z.B. Phenolharze, Melamine und die Harnstoffharze.Thermosets, on the other hand, change chemically as they are brought into their final form. They react with polycondensation and network to form a spatial grid. This hardening by changing the structure of the molecule is advantageous, in particular with regard to fixing the lead frame of a semiconductor component, and is irreversible: once a thermoset has been molded, it can no longer be changed. Thermosets include e.g. Phenolic resins, melamines and the urea resins.
Vorzugsweise ist eine Linsenanordnung mit mehreren Linsen und ggf- wenigstens einer Blende in Form eines Pakets vorgesehen. Die optische Qualität kann durch ein Objektiv mit mehreren Linsen verbessert werden, was auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich ist, insbesondere da mit geringen Toleranzen gearbeitet werden kann. In diesem Zusammenhang ist es auch besonders vorteilhaft, dass die Linsen und ggf. dieA lens arrangement with a plurality of lenses and possibly at least one diaphragm in the form of a packet is preferably provided. The optical quality can be improved by a lens with a plurality of lenses, which is also possible within the scope of the present invention, in particular since it is possible to work with small tolerances. In this context, it is also particularly advantageous that the lenses and possibly the
Blende in direktem Kontakt zueinander stehen. Hierdurch werden Schwankungen der Linsenanordnung in Z-Richtung, das heißt in der Richtung, in der die Linsen aufeinander folgen, praktisch ausgeschlossen. Die Toleranzen sind nur noch von der Linsenanordnung selbst abhängig. Ebenso ist es besonders nützlich, dass die relativen Positionen der Linsen zueinander durch die Geometrie der Linsen und ggf. Blenden selbst bestimmt sind. Auch in XY-Richtung kann die Anordnung der Linsen durch die Linsen selbst bestimmt werden, indem nämlich Anlageflächen der Linsen bzw. Blenden entsprechend ausgestaltet sind. Besonders nützlich ist es, dass genau eine der Linsen bzw. Blenden mit dem Linsenhalter in direktem Kontakt stehen. Da die Linsen untereinander ihre relativen Positionen festlegen, reicht es aus, genau eine Linse bzw. Blende mit dem Linsen- halter zu fixieren. Auf diese Weise wird die gesamte Linsenanordnung in Bezug auf das Halbleiterelement ausgerichtet, wodurch letztlich die vorteilhafte optische Qualität sichergestellt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die genau eine Linse wasserdicht und staub- dicht mit dem Linsenhalter verbunden ist. Vorteilhafterweise wird die vorderste Linse hierfür als diejenige Linse ausgewählt, die mit dem Linsenhalter zur Abdichtung zusammenwirkt. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass die genau eine Linse durch Ultraschall-, Laserschweiß- und/oder Klebeverfah- ren mit dem Linsenhalter verbunden ist; ggf. alternativ oder kumulativ unter Verwendung von Schrauben und/oder Kitt.Faceplate are in direct contact with each other. As a result, fluctuations in the lens arrangement in the Z direction, that is, in the direction in which the lenses follow one another, are practically excluded. The tolerances are only dependent on the lens arrangement itself. It is also particularly useful that the relative positions of the lenses to one another are determined by the geometry of the lenses and, if necessary, diaphragms themselves. The arrangement of the lenses can also be determined in the XY direction by the lenses themselves, namely by designing contact surfaces of the lenses or diaphragms accordingly. It is particularly useful that exactly one of the lenses or apertures is in direct contact with the lens holder. Since the lenses determine their relative positions with one another, it is sufficient to fix exactly one lens or diaphragm with the lens holder. In this way, the entire lens arrangement is aligned with respect to the semiconductor element, as a result of which the advantageous optical quality can ultimately be ensured. In this context, it is particularly advantageous that the exactly one lens is connected to the lens holder in a watertight and dust-tight manner. For this purpose, the foremost lens is advantageously selected as the lens which interacts with the lens holder for sealing. This can be done, for example, in such a way that the exactly one lens is connected to the lens holder by ultrasound, laser welding and / or adhesive methods; if necessary, alternatively or cumulatively using screws and / or putty.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Linsenanordnung in den die Linsen halternden Bereich über Rastmittel eingeschnappt ist. Auch hierdurch kann eine exakte Positionierung sichergestellt werden. Weiterhin ist zu betonen, dass auf diese Weise eine erleichterte Trennmöglichkeit zwischen den Linsen und den restlichen Bauteilen, insb. dem teuren Halbleiterelement, sichergestellt werden kann. Die abdichtende Wirkung wird ins- besondere im Zusammenhang mit einer Schnappmontage in besonders vorteilhafter Weise dadurch bereitgestellt, dass die Linsen eine harte und eine weiche Komponente aufweisen, wobei die weiche Komponente zum Abdichten am Umfang der Linsen angeordnet ist. Die Weichkomponente unterstützt auch die allge- meine Anforderung, dass beim Schnappen darauf zu achten ist, keine Spannungen in die Linsen einzubringen; Spannungen würden stets eine negative Beeinflussung der optischen Eigenschaften bewirken. Alternativ zu einer Klebe- oder Schweißverbindung beziehungsweise einer Schnappmontage kann ein speziell ausgebildeter Halteelements (moulded ring) zur Fixierung der Linsenanord- nung in dem die Linsen halternden Bereich vorgesehen sein.It can also be provided that the lens arrangement is snapped into the area holding the lenses by means of latching means. This also ensures exact positioning. It should also be emphasized that this makes it easier to separate the lenses from the other components, in particular the expensive semiconductor element. The sealing effect is provided in a particularly advantageous manner, in particular in connection with snap mounting, in that the lenses have a hard and a soft component, the soft component being arranged on the circumference of the lenses for sealing. The soft component also supports the general requirement that when snapping be careful not to introduce any tension into the lenses; Tensions would always have a negative impact on the optical properties. As an alternative to an adhesive or welded connection or a snap assembly, a specially designed holding element (molded ring) can be provided for fixing the lens arrangement in the area holding the lenses.
Das Halteelement weist vorzugsweise eine harte und wenigstens abschnittsweise eine dauerelastische Komponente auf. Eine vorzugsweise umlaufend ausgebildete dauerelastische Komponente kann zugleich insb. zum Abdichten der Linsenanordnung ge- gen Feuchtigkeit und Schmutz dienen - neben ihrer eigenen Ausgleichfunktion etwaig auftretender mechanisch und/oder thermisch bedingter Spannungen. Die dauerelastische Komponente ist bevorzugt an dem der Linse anliegenden Umfang ausgebildet. Im Bereich der härteren Komponente wird das Halteele- ment an dem die Linsen halternden Bereich angeordnet, beispielsweise Ultraschall- bzw. laserverschweißt, geklebt, vernietet, angeformt oder mittels eines anderen ähnlich gut automatisierbaren Verbindungsverfahren. Auch Schraub- und Schnappverbindungen sind denkbar. Vorzugsweise enthält die harte Komponente des Halterings ein thermoplastisches Material. Dementsprechend hat sich eine dauerelastische Komponente bewährt, die vorzugsweise thermoplastische Elastomere (TPE) oder Silikon oder dergleichen enthält. Zwecks Bereitstellung eines einheitlich und einfach handhabbaren Bauteils ist be- vorzugt die dauerelastische Komponente z.B. nach einemThe holding element preferably has a hard and at least partially a permanently elastic component. A permanently elastic component, which is preferably circumferentially formed, can at the same time serve, in particular, to seal the lens arrangement against moisture and dirt - in addition to its own compensation function for any mechanical and / or thermal stresses that may occur. The permanently elastic component is preferably formed on the circumference adjacent to the lens. In the area of the harder component, the holding element is arranged on the area holding the lenses, for example ultrasonically or laser-welded, glued, riveted, molded on or by means of another similarly easily automated connection method. Screw and snap connections are also conceivable. The hard component of the retaining ring preferably contains a thermoplastic material. Accordingly, a permanently elastic component that preferably contains thermoplastic elastomers (TPE) or silicone or the like has proven itself. In order to provide a uniform and easy-to-use component, the permanently elastic component is preferred, e.g. after one
Zweikomponenten-Spritzverfahren an der harten Komponente oder umgekehrt angeformt.Two-component injection molding molded onto the hard component or vice versa.
Es kann weiterhin besonders vorteilhaft sein, dass uner- wünschte optische Effekte, insbesondere aufgrund von seitlichem Lichteinfall, durch Schwärzung und/oder Mattierung oder unter Ausnutzung von Totalreflexion verhindert werden, indem den die Linsen halternden Bereich entsprechende Pigmente bei- gegeben sind. Dabei handelt es sich um Beispiele geeigneter Maßnahmen .It can furthermore be particularly advantageous that undesired optical effects, in particular due to the incidence of light from the side, by blackening and / or matting or by using total reflection, are prevented by adding appropriate pigments to the region holding the lenses. given are. These are examples of suitable measures.
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.The invention also consists in an optical system with an optical module of the type mentioned above. In this way, the advantages of the optical module also come into play in the context of an overall system.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Ausbildung eines Chipgehauses mit einem integrierten, die Linsen halternden Bereich vor Montage der Linsen ein Chip nach der SMD-Technik bestuckbar und mit Montage der Linsen ein Kameramodul aufbaubar ist, bei dem auf jegliche mechanische Fokuseinstellung verzichtet werden kann. Somit kann das Modul vollautomatisch gefertigt werden, was bei großen Stuckzahlen den Vorteil hat, das die Fertigungs- und Montagekosten geringer werden. Des weiteren kann das optische Modul ohne bewegte Teile wie Gewinde oder Fixierschrauben entwickelt werden, was zu einer höheren Zuverlässigkeit fuhrt. Durch die geringen Toleranzen des Aufbaus auch in x- und y-Achse muss die Chipoberflache nicht unnötig groß sein, was den Kamerachip billiger macht. Der Aufbau eines solchen Moduls lasst sich verhältnismäßig kompakt gestalten was den Vorteil hat, dass sich das Kameramodul auch in Anwendungen bei begrenzten Platzverhaltnissen einsetzen lasst. Schließlich bietet der integrative Aufbau zudem vorteilhaft einen Schutz gegen Fremdlichtstrahlung.The invention is based on the knowledge that by designing a chip housing with an integrated area holding the lenses before mounting the lenses, a chip can be fitted using SMD technology and a camera module can be built up with mounting the lenses, in which any mechanical focus adjustment is dispensed with can be. This means that the module can be manufactured fully automatically, which has the advantage of reducing the manufacturing and assembly costs for large numbers of pieces. Furthermore, the optical module can be developed without moving parts such as threads or fixing screws, which leads to greater reliability. Due to the small tolerances of the structure in the x and y axes, the chip surface does not have to be unnecessarily large, which makes the camera chip cheaper. The construction of such a module can be made relatively compact, which has the advantage that the camera module can also be used in applications where space is limited. Finally, the integrative structure also advantageously offers protection against extraneous light radiation.
Die Erfindung lasst sich besonders nutzlich bei der Realisie- rung von Videosystemen, ggf. in Kombination mit Radarsystemen, Ultraschallsystemen oder dergleichen im Kraftfahrzeugbereich verwenden. Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausfuhrungsformen beispielhaft erläutert.The invention can be used particularly useful in the implementation of video systems, possibly in combination with radar systems, ultrasound systems or the like in the motor vehicle sector. The invention will now be explained by way of example with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments.
Es zeigen schematisch:They show schematically:
Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines erfindungsgemaßen optischen Moduls; und1 shows the perspective view of an optical module according to the invention; and
Fig. 2 das Modul nach Fig. 1 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A.Fig. 2 shows the module of Fig. 1 in a sectional view along the line A-A.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfuh- rungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments of the present invention, identical reference symbols designate identical or comparable components.
Fig. 1 zeigt die perspektivische Ansicht eines erfindungsge- maßen optischen Moduls mit einem Schaltungstrager 10; einem auf dem Schaltungstrager 10 angeordneten SMD-gehausten Halbleiterelement 12; und einer Linseneinheit 14; 16, 18, 20; 21 zum Projizieren von elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement 12.1 shows the perspective view of an optical module according to the invention with a circuit carrier 10; an SMD-housed semiconductor element 12 arranged on the circuit carrier 10; and a lens unit 14; 16, 18, 20; 21 for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element 12.
Fig. 2 zeigt das Modul nach Fig. 1 in einer Schnittansicht entlang einer Schnittlinie A-A.Fig. 2 shows the module of Fig. 1 in a sectional view along a section line A-A.
Erfindungsgemaß umfasst die Linseneinheit einen Linsenhalter 14, welcher integraler Bestandteil des Gehäuses 13 des Halbleiterelements 12 ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der die Linsen haltender Bereich 14 vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 13 ausgebildet, beispielsweise aus einem für Chipgehause typischen duoplastischen Material, welches sich vorteilhaft insb. für eine Kebe-, Schraub und/oder Schnappverbindung zwischen einer im Bereich 14 gehalterten Linse 20 und dem Bereich 14 eignet. Alternativ ist eine an- formende Verbindung des die Linsenanordnung 16, 18, 20; 21 halternden Bereichs 14 mit dem Gehäuse 13 denkbar.According to the invention, the lens unit comprises a lens holder 14, which is an integral part of the housing 13 of the semiconductor element 12. In the present exemplary embodiment, the area 14 holding the lenses is preferably formed in one piece with the housing 13, for example from one Typical duoplastic material for chip housings, which is advantageously particularly suitable for a snap, screw and / or snap connection between a lens 20 held in the area 14 and the area 14. Alternatively, a molded connection of the lens arrangement 16, 18, 20; 21 holding area 14 with the housing 13 conceivable.
Das Halbleiterelement 12 kann der gegenw rtigen Technologie entsprechend z.B. als CMOS oder CCD ausgelegt sein. Die Ver- bindung zwischen dem gehausten Halbleiterelement 12 und dem Schaltungstrager 10 erfolgt über sog. Leadframes 30, welche über Golddrahte 28 mit am Halbleiterchip 12 ausgebildeten Bondstellen (nicht dargestellt) kontaktiert sind. Zum Schutz der Lotstelle zwischen Leadframe 30 und Schaltungstrager 10 vor einem Kontaktbruch z.B. aufgrund mechanisch bedingtenThe semiconductor element 12 can, according to the current technology, e.g. be designed as CMOS or CCD. The connection between the housed semiconductor element 12 and the circuit carrier 10 takes place via so-called leadframes 30, which are contacted via gold wires 28 with bond points (not shown) formed on the semiconductor chip 12. To protect the solder joint between leadframe 30 and circuit carrier 10 from a broken contact, e.g. due to mechanical reasons
Spannungen ist das Geh use 13 des Chips 12 vorzugsweise zusatzlich mit dem Schaltungstrager 10 verklebt. Hierfür bieten sich beispielsweise sog. SMD-Kleber oder dergleichen an.Voltages, the housing 13 of the chip 12 is preferably additionally glued to the circuit carrier 10. So-called SMD adhesives or the like are suitable for this.
Der Schaltungstrager 10 selbst ist bevorzugt als starre PCB ausgebildet. Diese 10 kann über ein Flachkabel mit weiteren starren Schaltungsplatinen (nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden. Eine derart gesonderte elektrische Verbindung kann vorteilhaft entfallen, wenn eine flexible Leiter- platte als Schaltungstrager 10 verwendet wird, welche zugleich der elektrischen Ankopplung (beispielsweise mittels Bugelloten) dient (nicht dargestellt) . Dies sog Starr-Flex- Systeme sind in Hinblick auf Winkel und Position etc. eine besonders flexible Losung zur Verbindung des Schaltungstra- gers 10 bzw. des Moduls mit einer Steuerung oder Schaltungsplatine (nicht dargestellt) . In dem die Linsen halternden Bereich 14 des Chipgehauses 13 sind bei Anwendungen in einem Fahrzeuginnenraum vorzugsweise drei Linsen 16, 18, 20 und eine Blende 21 eingesetzt. Die Linsen 16, 18, 20 sind, wie auch die Blende 21, so geformt, dass sie relativ zueinander eine definierte Lage innerhalb des die Linsen halternden Bereichs 14 des Gehäuses 13 annehmen. Weiterhin ist mindestens eine der Linsen 16 so ausgestaltet, dass sie mit dem die Linsen halternden Bereich 14 so zusammenwirkt, dass diese 16 eine definierte Lage zu einer für elektromagnetische Strahlung empfindlichen Flache 34 des Halbleiterelements 12 einnimmt. Darüber hinaus ist wenigstens eine Linse 20 mit dem Halter 14, beispielsweise über Rastmittel 32, wasserdicht und staubdicht verbunden. Auf diese Weise sind alle Linsen 16, 18, 20 und ggf. Blenden 21 bezuglich des Halbleiterelementes 12 justiert. Diese Justierung wird durch weitere Maßnahmen nicht beeinflusst, da der die Linsen 16, 18, 20; 21 halternde Bereich 14 unmittelbar Teil des Halblei- tergehauses 13 ist.The circuit carrier 10 itself is preferably designed as a rigid PCB. This 10 can be electrically connected to other rigid circuit boards (not shown) via a flat cable. Such a separate electrical connection can advantageously be omitted if a flexible printed circuit board is used as the circuit carrier 10, which at the same time serves for the electrical coupling (for example by means of a plumb bob) (not shown). In terms of angle and position etc., these so-called rigid-flex systems are a particularly flexible solution for connecting the circuit carrier 10 or the module to a controller or circuit board (not shown). In the area 14 of the chip housing 13 holding the lenses, three lenses 16, 18, 20 and a diaphragm 21 are preferably used for applications in a vehicle interior. The lenses 16, 18, 20, like the diaphragm 21, are shaped such that they assume a defined position relative to one another within the region 14 of the housing 13 that holds the lenses. Furthermore, at least one of the lenses 16 is designed in such a way that it interacts with the region 14 holding the lenses in such a way that this 16 assumes a defined position relative to a surface 34 of the semiconductor element 12 that is sensitive to electromagnetic radiation. In addition, at least one lens 20 is connected to the holder 14 in a watertight and dustproof manner, for example via latching means 32. In this way, all lenses 16, 18, 20 and, if necessary, diaphragms 21 are adjusted with respect to the semiconductor element 12. This adjustment is not influenced by further measures, since the lenses 16, 18, 20; 21 holding area 14 is directly part of the semiconductor house 13.
Die vorliegende Erfindung erlaubt durch die Ausbildung eines Chipgehauses 13 mit einem integrierten, die Linsen 16; 18, 20; 21 halternden Bereich 14 den Aufbau eines Kameramoduls, bei dem vor Montage der Linsen 16, 18, 20; 21 ein Chip 12, 13 nach der SMD-Technik bestuckbar und wahrend der Montage der Linsen 16, 18, 20; 21 auf jegliche mechanische Fokuseinstellung verzichtet werden kann. Somit kann das Modul vollautomatisch gefertigt werden was bei großen Stuckzahlen den Vorteil hat, das die Fertigungs- und Montagekosten geringer werde. Des weiteren kann das Modul ohne bewegte Teile wie Gewinde oder Fixierschrauben entwickelt werden was zu einer höherenBy designing a chip housing 13 with an integrated one, the lenses 16; 18, 20; 21 holding area 14 the construction of a camera module, in which prior to assembly of the lenses 16, 18, 20; 21 a chip 12, 13 can be fitted with SMD technology and during the assembly of the lenses 16, 18, 20; 21 any mechanical focus adjustment can be dispensed with. This means that the module can be manufactured fully automatically, which has the advantage that the production and assembly costs are lower when there are large numbers of pieces. Furthermore, the module can be developed without moving parts such as threads or fixing screws, resulting in a higher one
Zuverlässigkeit fuhrt. Durch die geringen Toleranzen des Aufbaus 13; 14; 16, 18, 20; 21 auch in x- und y-Achse muss die Chipoberflache 34 nicht unnötig groß sein, was den Kamerachip 12 billiger macht. Der Aufbau eines solchen Moduls lässt sich sehr kompakt gestalten was den Vorteil hat, dass sich das Kameramodul auch bei Anwendungen mit begrenzten Platzverhältnissen einsetzen lässt. Des weiteren bietet der Aufbau die Möglichkeit ein hermetisch abgedichtetes Modul zu entwerfen, welches gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Staub oder dergleichen gut geschützt ist.Reliability leads. Due to the low tolerances of the structure 13; 14; 16, 18, 20; 21 also in the x and y axes, the chip surface 34 does not have to be unnecessarily large, which is the camera chip 12 makes cheaper. The structure of such a module can be made very compact, which has the advantage that the camera module can also be used in applications with limited space. Furthermore, the structure offers the possibility of designing a hermetically sealed module that is well protected against environmental influences such as moisture, dust or the like.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen so- wie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Sie eignet sich insbesondere bei Anwendungen im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs. The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims can be essential for realizing the invention both individually and in any combination. It is particularly suitable for applications in the interior and / or exterior of a motor vehicle.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisches Modul mit einem Schaltungstrager (10) ; - einem auf dem Schaltungstrager (10) angeordneten gehausten Halbleiterelement (12); und - einer Linseneinheit (14; 16, 18, 20; 21) zum Projizieren von elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement (12) ; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linseneinheit einen die Linsen (16, 18, 20; 21) halternden Bereich (14) umfasst, welcher integraler Bestandteil des Gehäuses (13) des Halbleiterelements (12) ist.1. Optical module with a circuit carrier (10); - A housed semiconductor element (12) arranged on the circuit carrier (10); and - a lens unit (14; 16, 18, 20; 21) for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element (12); That is, the lens unit comprises an area (14) holding the lenses (16, 18, 20; 21), which is an integral part of the housing (13) of the semiconductor element (12).
2. Optisches Modul nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die Linsen (16, 18, 20; 21) halternde Bereich (14) mit dem Gehäuse (13) einstuckig, vorzugsweise aus einem duroplastischen Material, ausgebildet ist.2. Optical module according to claim 1, so that the region (14) holding the lenses (16, 18, 20; 21) holding the lenses (16, 18, 20; 21) is formed in one piece with the housing (13), preferably from a thermosetting material.
3. Optisches Modul nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die Linsen (16, 18, 20; 21) halternde Bereich (14), z.B. nach einem Zweikomponenten-Spritzverfahren, am Gehäuse (13) angeformt ist.Optical module according to claim 1, so that the area (14) holding the lenses (16, 18, 20; 21), e.g. after a two-component injection molding process, is molded onto the housing (13).
4. Optisches Modul nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die Linsen (16, 18, 20; 21) halternde Bereich (14) thermoplastisches Material und das Gehäuse (13) duroplastisches Material enthält. 4. The optical module as claimed in claim 3, so that the region (14) holding the lenses (16, 18, 20; 21) holding the lenses (16, 18, 20; 21) contains thermoplastic material and the housing (13) contains thermosetting material.
Optisches Modul nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linseneinheit (14; 16, 18, 20; 21) mehrere Linsen in Form eines Pakets umfasst, wobei die Linsen (16, 18, 20) und ggf. wenigstens eine Blende (21) vorzugsweise in direktem Kontakt zueinander stehen, und wobei die relativen Positionen der Linsen (16, 18, 20) und ggf. der Blende (21) zueinander vorzugsweise durch die Geometrie der Linsen bzw. Blende selbst bestimmt sind. Optical module according to one of the preceding claims, characterized in that the lens unit (14; 16, 18, 20; 21) comprises a plurality of lenses in the form of a package, the lenses (16, 18, 20) and possibly at least one diaphragm (21 ) are preferably in direct contact with one another, and the relative positions of the lenses (16, 18, 20) and possibly the diaphragm (21) with respect to one another are preferably determined by the geometry of the lenses or diaphragm itself.
6. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass genau eine (20) der Linsen (16, 18, 20; 21) mit dem Linsenhalter (14) , vorzugsweise wasserdicht und staub- dicht, in direktem Kontakt stehen, wobei die genau eine Linse (20) vorzugsweise durch Ultraschall-, Laserschweiß- und/oder Klebeverfahren mit dem Linsenhalter (14) fixiert ist.6. Optical module according to one of claims 1 to 5, characterized in that exactly one (20) of the lenses (16, 18, 20; 21) with the lens holder (14), preferably waterproof and dustproof, are in direct contact, the exactly one lens (20) is preferably fixed to the lens holder (14) by ultrasound, laser welding and / or adhesive methods.
7. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsen (16, 18, 20; 21) in den Linsenhalter (14) über Rastmittel (32) eingeschnappt ist, wobei zwecks Ausbildung von Wasser- und Staubd chtigkeiten die Linsen (16, 18, 20) bzw. Blende (21) vorzugsweise eine harte und eine weiche Komponente aufweisen, und wobei die weiche Komponente zum Abdichten am Umfang der Linsen (16, 18, 20; 21) ausgebildet ist.7. Optical module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lenses (16, 18, 20; 21) is snapped into the lens holder (14) via latching means (32), the purpose of forming water and dust permeability Lenses (16, 18, 20) or diaphragm (21) preferably have a hard and a soft component, and wherein the soft component is designed for sealing on the circumference of the lenses (16, 18, 20; 21).
8. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsen (16, 18, 20; 21) mittels eines Halteelements in dem die Linsen halternden Bereich (14) des Ge- häuses (13) fixiert sind, wobei das Halteelement bevorzugt eine harte und eine dauerelastische Komponente aufweist, welche zwecks Abdichtung und Spannungsausgleich an dem der Linse (20) anliegenden Umfang ausgebildet ist, und wobei das Halteelement mit seiner harten Komponente durch Ultraschall-, Laserschweiß- und/oder einem Klebe- oder Nietverfahren oder mittels einer Schnappoder Schraubverbindung mit dem die Linsen (16, 18, 20; 21) halternden Bereich (14) verbunden ist.8. Optical module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lenses (16, 18, 20; 21) by means of a holding element in the region (14) of the lens holding the lens. housing (13), the holding element preferably having a hard and a permanently elastic component, which is designed for sealing and stress compensation on the periphery of the lens (20), and wherein the holding element with its hard component by ultrasound, laser welding and / or an adhesive or riveting process or by means of a snap or screw connection to the area (14) holding the lenses (16, 18, 20; 21).
9. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem die Linsen (16, 18, 20; 21) halternde Bereich (14) Pigmente beigegeben sind, welche zu einer Schwär- zung und/oder Mattierung oder zu einer Totalreflexion führen, wodurch unerwünschte optische Effekte, insbesondere aufgrund von seitlichem Lichteinfall, verhindert werden.9. Optical module according to one of the preceding claims, characterized in that the lenses (16, 18, 20; 21) holding area (14) pigments are added, which lead to blackening and / or matting or to total reflection, which prevents unwanted optical effects, especially due to the incidence of light from the side.
10. Optisches System mit einem optischen Modul nach einem der vorherigen Ansprüche. 10. Optical system with an optical module according to one of the preceding claims.
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