EP2553525A1 - Vorrichtung mit optischem modul und trägerplatte - Google Patents

Vorrichtung mit optischem modul und trägerplatte

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Publication number
EP2553525A1
EP2553525A1 EP10807317A EP10807317A EP2553525A1 EP 2553525 A1 EP2553525 A1 EP 2553525A1 EP 10807317 A EP10807317 A EP 10807317A EP 10807317 A EP10807317 A EP 10807317A EP 2553525 A1 EP2553525 A1 EP 2553525A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit board
image pickup
pickup element
support plate
printed circuit
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Withdrawn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
EP10807317A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Müller
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.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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 Conti Temic Microelectronic GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of EP2553525A1 publication Critical patent/EP2553525A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/52—Elements optimising image sensor operation, e.g. for electromagnetic interference [EMI] protection or temperature control by heat transfer or cooling elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the invention relates to an optical device comprising an optical module and a carrier plate, on which an image pickup element is arranged.
  • connection techniques For the connection of an optical module, for example a lens, with a carrier housing, for example a lens holder or camera housing, a variety of connection techniques are used.
  • the quality of cameras depends crucially on the quality of the connection between the optical module and the carrier housing and results u. a. from camera intrinsic tolerances and installation tolerances.
  • location and position tolerances, in particular roll, yaw and pitch angles, for example of the objective in the carrier housing have a considerable influence on the functionality of a camera.
  • connection technique in general a very good and long-term stable alignment of the optical module relative to the carrier housing is required.
  • an objective holder is connected to a circuit board, for example a flex circuit board.
  • a circuit board for example a flex circuit board.
  • an image pickup element for example, a picture chip (imager)
  • the image pickup element is usually soldered to the circuit board.
  • the image pickup element is also glued directly to the printed circuit board in a so-called chip-on-board technology and a bond is established via bonds.
  • the optical devices described above for positioning an optical module over an image-receiving element have the disadvantage that shrinkages during curing of the adhesive directly affect the focusing of the optical device.
  • the image pickup element / circuit board / carrier plate structure ie the structure in which Jardinaufhahmeelement via printed circuit board and circuit board are arranged on support plate, also has the disadvantage that influences of the circuit board, such as tolerances, temperature behavior and aging, also affect the focusing of the optical device, because the optical module or the lens is connected via the lens holder directly to the circuit board.
  • a direct bonding of elements For example, a lens holder, for example, with a flexible circuit board, as is the case with known devices, difficult to realize.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an optical device, wherein with the least possible manufacturing and Justageaufwand a positioning of an optical module is made on an image pickup element that is as robust as possible tolerances and influencing factors such as temperature behavior and aging as little as possible with each other has to be connected components.
  • An essential idea of the invention is to arrange the image pickup element directly on the carrier plate and to install the printed circuit board below the carrier plate. This results in an advantageous image pickup / support plate / Leite latte- structure, wherein the image pickup element sits directly on the support plate, resulting in various advantages over the known from the prior art devices.
  • On the one hand causes the arrangement of the image pickup element on the support plate a good thermal connection or heat dissipation, especially if the support plate is designed as a metal plate.
  • the arrangement of optical module and image pickup element on one side of the carrier plate and by arranging the circuit board on the other side of the carrier plate is an advantageous separation of various components.
  • This particularly relates to the separation of passive components, such as the printed circuit board and other possible passive components, which are mounted on the circuit board, such as resistors, of such components, which must be applied by special methods on the support plate, for example by adhesive bonding and / or soldering ,
  • the purpose of this separation is, for example, the avoidance of contamination of individual active and passive components, such as the image pickup element.
  • the passive components are mounted on the circuit board and the image receiving element applied in a later process step on the carrier plate.
  • the passive components are mounted on the circuit board and the image receiving element applied in a later process step on the carrier plate.
  • the bonding of the optical module, in particular of a lens, according to the invention can be carried out directly on the support plate, whereby the component lens holder can be saved over known optical devices.
  • the material of the support plate can be advantageously selected according to the requirements of the bond and the expansion coefficient of the housing of the optical module.
  • the image pickup element is arranged in an opening in the carrier plate and equipped on the guide plate. The main advantage of this variant is also in accordance with the image pickup element / carrier plate / circuit board structure that the optical module can be connected directly to the carrier plate.
  • the optical device according to the invention comprises an optical module, an image pickup element, a printed circuit board and a carrier plate.
  • the optical device according to the invention further comprises an electrical contact between image pickup element and printed circuit board.
  • the support plate is preferably designed so that on one side of the
  • the circuit board is arranged.
  • the optical module preferably comprises at least one lens and is connected to the carrier plate, wherein the optical module, in particular on the side of the carrier plate on which the
  • Image pickup element is arranged over this is positioned.
  • the connection between carrier plate and optical module is preferably a
  • an advantageous image recording element / carrier plate results /
  • Print circuit board assembly image pickup element via carrier plate via printed circuit board.
  • any other possible connection technology between optical module and support bar is possible, for example, a solder joint.
  • the optical module is, for example, a lens, a
  • Lens holder and / or a connection of lens and lens holder are provided.
  • the printed circuit board for example a flex printed circuit board, preferably consists of electrically insulating material and is designed with conductive connections adhering thereto and optionally with further electrical and / or electromechanical components.
  • the image receiving element is preferably an image acquisition chip or imager chip, for example a CMOS chip or CCD chip.
  • the support plate may be configured, for example, as a metal or ceramic plate.
  • the carrier plate is made of the same material as the optical module, e.g. if the optical module is a lens, preferably of the same material as the lens housing.
  • Another advantage in the design of the support plate as a metal plate is in particular that results in a higher long-term stability of the optical device according to the invention over the known from the prior art devices.
  • optical module, Profaufiiahmeelement and / or circuit board are connected directly to the carrier plate.
  • the connection may be, for example, an adhesive connection and / or a solder connection.
  • the carrier plate comprises at least one opening.
  • the at least one breakthrough may be formed, for example, in the form of a ring or rectangle, preferably beside or around the image pickup element and / or partially below the image pickup element, in the carrier plate.
  • the electrical contact between Profaufiiahmeelement and circuit board is carried out in particular by the at least one breakthrough.
  • the contacting takes place via bonds, such as wire bonds, which are passed through the at least one breakthrough.
  • the carrier plate has two openings, which are preferably arranged on opposite sides of the image pickup element, and optionally partially below the image pickup element, in the carrier plate.
  • the contacting takes place via bonds that are passed through the two openings.
  • the carrier plate has an opening which is designed in the form of the image receiving element.
  • the breakthrough is formed with a certain excess with respect to the image pickup element.
  • an opening in the carrier plate is formed, wherein the picture element is arranged above and / or in the opening.
  • a contact between image pickup element and circuit board is preferably carried out via balls.
  • the image pickup element can be designed for this purpose, for example, as a BGA imager.
  • BGA stands in particular for Ball Grid Array.
  • a BGA imager includes spherical solder leads on the bottom of the component, i. in an image pickup element, which is designed as a BGA imager, the contacts are preferably designed as Lotballs on the back of the image pickup element.
  • Each CMOS or CCD chip can be implemented as a BGA imager.
  • the contacting between the image-receiving element and the printed circuit board can also be configured via bonds, for example in the form of wire bonds or chip bonds.
  • the optical module and / or the carrier plate and / or the circuit board are rotationally symmetrical.
  • the carrier plate is designed as a thin-walled and plate-shaped sheet metal part and can have a bent-up edge region.
  • the carrier plate is formed with at least one wave-shaped shoulder.
  • the wave-shaped shoulder is preferably formed on the side of the plate surface of the support plate on which the image pickup element is arranged.
  • the heel may be arranged, for example, circular or annular, around the image-receiving element. In this way, in particular, an internal volume around the image-receiving element is limited, in which potting compound can be arranged for sealing.
  • FIG. 1 an example of an optical device 1 as known from the prior art is shown. Between a carrier housing 12, in this case an objective holder, and an optical module 2, in this case an objective, an adhesive bead 3 is arranged.
  • the lens holder 12 is connected via a circuit board 4 with an image pickup element 6, wherein under the circuit board 4, a support plate 5 and above the circuit board 4, the image pickup element 6 is arranged.
  • the image pickup element 6 in FIG. 1 is an image chip with a contact to the printed circuit board 4, which takes place via balls 7, or an image chip in the ball grid package.
  • Ball-Grid Package means in particular a placement of the image chips, in which the connections for the assembly are compact on the bottom of the chip.
  • the terminals are small balls of solder (English balls), which preferably stand side by side in a grid of columns and rows. These beads are melted, for example, during soldering in a brazing furnace and combine with the material, such as copper, the circuit board.
  • the lens holder 12 is connected directly to the circuit board 4.
  • the illustrated in Fig. 1 Jardinaumahmeelement / Leite latte / sluggish latte structure (image pickup element 6 via PCB 4 and PCB 4 on support plate 5) has the disadvantage that influences the circuit board 4, for example, tolerances, temperature behavior and aging directly focusing the optical Affect device 1.
  • the optical module 2 has a plurality of optical elements 2.1, which are in particular lenses.
  • FIG. 2 shows another example of an optical device 1 as known from the prior art.
  • the structure of the optical device 1 corresponds to much of the description of FIG. 1, wherein the image pickup element 6 is glued in Fig. 2 directly to the circuit board 4 and wherein a contact between image pickup element 6 and circuit board 4 via bonds 8 takes place.
  • the image pickup element 6 in FIG. 2 also has a cover glass 6.1.
  • further passive components 13, for example electrical or electromechanical assemblies, may be arranged on the printed circuit board 4.
  • a resistor is arranged as a possible further passive component 13 on the printed circuit board 4.
  • FIG. 3 shows an example of an optical device 1 according to the invention.
  • an image pickup element 6 is arranged directly on a support plate 5 and connected thereto.
  • a printed circuit board 4 with optionally one or more passive ones Components 13, for example, with one or more resistors, is located below the support plate 5.
  • An optical module 2 is arranged on the support plate 5 above the image receiving element 6 and connected directly to this via an adhesive connection, in particular by means of a Kleberaupe 3, whereby, for example, manufacturing and / or mounting tolerances can be compensated.
  • FIG. 3 shows an essential advantage of the invention, which consists in that the optical module 2, in this case an objective, is connected directly to the carrier plate 5.
  • the optical module 2 in this case an objective
  • FIG. 3 shows an essential advantage of the invention, which consists in that the optical module 2, in this case an objective, is connected directly to the carrier plate 5.
  • a complicated structure with an additional component in the form of an objective holder 12 is omitted.
  • the optical module 2 has a plurality of optical elements 2.1, wherein at least one of the optical elements 2.1 is a lens.
  • Both carrier plate 5, circuit board 4, image pickup element 6, passive component 13 and optical module 2 may be fiction, according to also formed in several parts or have a different shape than shown in Fig. 3.
  • a support plate 5 is shown, which can be arranged in an optical device 1 according to the invention.
  • the carrier plate 5 two apertures 9 are configured in this case, through which a bonding by means of bonds 8 takes place between the image receiving element 6 and the printed circuit board 4.
  • the circuit board 4 which may be arranged according to the invention below the support plate 5 is not shown in Fig. 4.
  • the image recording element 6 in FIG. 4 has, in particular, an active region 6.2.
  • Both support plate 5, image pickup element 6 and openings 9 can also be designed in several parts according to the invention or have a different shape than shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a further example of an optical device 1 according to the invention.
  • the structure of the optical device 1 corresponds in many parts of
  • an aperture 9 is formed in the carrier plate 5 below the image-receiving element 6.
  • the image pickup element 6, in this case a BGA imager, is arranged in the opening 9 of the carrier plate 5 directly on the printed circuit board 4.
  • FIG. 6 shows a further example of an optical device 1 according to the invention.
  • the structure of the device 1 corresponds to a large part of the description of FIG. 3, whereas in Fig. 6, the support plate 5 in particular as a cast or diecasting and stamping, deep-drawing and / or pressing part, for example made of sheet metal, be made can.
  • the support plate 5 is designed as a thin-walled and plate-shaped sheet metal part and has a wave-shaped shoulder 10.
  • the wave-shaped shoulder 10 is formed around the image pickup element 6 around and limited an internal volume 14 is disposed in the potting compound 11.
  • the image pickup element 6, comprising a cover glass 6.1, is also connected through openings 9 in the support plate 5 through bonds 8 to the circuit board 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung (1) umfassend ein optisches Modul (2), beispielsweise ein Objektiv, eine Leiterplatte (4), ein Bildaufnahmeelement (6) sowie eine Trägerplatte (5), wobei auf einer Seite der Trägerplatte (5) das optische Modul (2) und das Bildaufnahmeelement (6) sowie auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte (5) die Leiterplatte (4) angeordnet ist und wobei eine Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement (6) und Leiterplatte (4) durch einen oder mehrere Durchbrüche (9) in der Trägerplatte (5) hindurch erfolgt. In einer speziellen Ausführungsvariante ist das Bildaufnahmeelement (6) in einem Durchbruch (9) in der Trägerplatte (5) angeordnet und direkt mit der Leiterplatte (4) verbunden.

Description

Vorrichtung mit optischem Modul und Trägerplatte
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung umfassend ein optisches Modul und eine Trägerplatte, auf der ein Bildaufhahmeelement angeordnet ist.
Für die Verbindung eines optischen Moduls, beispielsweise eines Objektivs, mit einem Trägergehäuse, beispielsweise ein Objektivhalter oder Kameragehäuse, werden vielfältige Verbindungstechniken verwendet. Die Güte von Kameras hängt dabei entscheidend von der Güte der Verbindung zwischen optischem Modul und Trägergehäuse ab und resultiert u. a. aus kameraintrinsischen Toleranzen und Einbautoleranzen. Einen erheblichen Einfluss auf die Funktionalität einer Kamera haben darüber hinaus Lage- und Positionstoleranzen, insbesondere Roll-, Gier- und Nickwinkel beispielsweise des Objektivs im Trägergehäuse. Außerdem ist, unabhängig von der Verbindungstechnik, im Allgemeinen eine sehr gute und langzeitstabile Ausrichtung des optischen Moduls gegenüber dem Trägergehäuse erforderlich.
Zur Positionierung eines Objektivs über einem Bildaufhahmeelement, wird häufig ein Aufbau verwendet, wobei ein Objektivhalter mit einer Leiterplatte, beispielweise eine Flex- Leiterplatte, verbunden ist. Auf der Leiterplatte ist wiederum ein Bildaufhahmeelement, beispielweise ein Bildchip (Imager), angeordnet, wobei die Leiterplatte selbst auf einer Trägerplatte fixiert ist. Das Bildaufhahmeelement ist dabei in der Regel auf die Leiterplatte gelötet. Alternativ wird das Bildaufhahmeelement auch in einer sogenannten Chip-on-Board Technologie direkt auf die Leiterplatte geklebt und eine Kontaktierung über Bonds hergestellt.
Die oben beschriebenen optischen Vorrichtungen, zur Positionierung eines optischen Moduls über einem Bildaufhahmeelement, haben den Nachteil, dass sich Schrumpfungen beim Aushärten des Klebers direkt auf die Fokussierung der optischen Vorrichtung auswirken. Der Bildaufhahmeelement/Leiterplatte/Trägerplatte-Aufbau, d.h. der Aufbau, bei dem Bildaufhahmeelement über Leiterplatte und Leiterplatte über Trägerplatte angeordnet sind, hat zudem den Nachteil, dass Einflüsse der Leiterplatte, beispielsweise Toleranzen, Temperaturverhalten und Alterung, ebenfalls die Fokussierung der optischen Vorrichtung beeinflussen, da das optische Modul bzw. das Objektiv über den Objektivhalter direkt mit der Leiterplatte verbunden ist. Darüber hinaus ist eine direkte Verklebung von Elementen, beispielsweise eines Objektivhalters, z.B. mit einer flexiblen Leiterplatte, wie es bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist, schwierig zu realisieren.
Nachteilig bei anderen bekannten Vorrichtungen zur Ausrichtung und Verbindung eines optischen Moduls über einem Bildaufhahmeelement ist darüber hinaus auf der einen Seite ein häufig komplizierter Kameraaufbau mit vielen einzelnen Komponenten und ein damit verbundener erhöhter Fertigungsaufwand aufgrund komplexer Fertigungsteile.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung anzugeben, wobei mit möglichst geringem Fertigungs- und Justageaufwand eine Positionierung eines optischen Moduls über einem Bildaufnahmeelement hergestellt ist, die möglichst robust bezüglich Toleranzen sowie gegenüber Einflussfaktoren wie Temperaturverhalten und Alterung ist sowie über möglichst wenig miteinander zu verbindende Komponenten verfügt.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, das Bildaufnahmeelement direkt auf der Trägerplatte anzuordnen sowie die Leiterplatte unterhalb der Trägerplatte anzubringen. Dadurch ergibt sich ein vorteilhafter Bildaufnahmeelement/Trägerplatte/Leite latte- Aufbau, wobei das Bildaufhahmeelement direkt auf der Trägerplatte sitzt, was zu verschiedenen Vorteilen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen führt. Zum einen bewirkt die Anordnung des Bildaufnahmeelements auf der Trägerplatte eine gute thermische Anbindung bzw. Wärmeabfuhr, insbesondere wenn die Trägerplatte als Metallplatte ausgestaltet ist. Durch die Anordnung von optischem Modul und Bildaufnahmeelement auf einer Seite der Trägerplatte sowie durch Anordnung der Leiterplatte auf der anderen Seite der Trägerplatte erfolgt eine vorteilhafte Trennung von verschiedenen Komponenten. Dies betrifft insbesondere die Trennung von passiven Komponenten, wie der Leiterplatte und weiteren möglichen passiven Komponenten, die auf der Leiterplatte bestückt sind, z.B. Widerstände, von solchen Komponenten, die mittels spezieller Verfahren auf der Trägerplatte aufgebracht werden müssen, beispielsweise durch Klebeverfahren und/oder Lötverfahren. Zweck dieser Trennung ist beispielsweise die Vermeidung einer Verunreinigung einzelner aktiver und passiver Komponenten, beispielsweise des Bildaufnahmeelements. Bevorzugt werden daher zuerst die passiven Komponenten auf der Leiterplatte bestückt und das Bildaufhahmeelement in einem späteren Prozessschritt auf die Trägerplatte aufgebracht. Darüber hinaus nehmen die oben beschriebenen Einflüsse, wie Alterung oder thermisches Verhalten der Leiterplatte, keinen Einfluss mehr auf die Fokussierung der optischen Vorrichtung. Die Klebung des optischen Moduls, insbesondere eines Objektivs, kann erfindungsgemäß direkt auf der Trägerplatte erfolgen, wodurch die Komponente Objektivhalter gegenüber bekannten optischen Vorrichtungen eingespart werden kann. Zudem kann das Material der Trägerplatte vorteilhaft entsprechend den Anforderungen an die Klebung und dem Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses des optischen Moduls ausgewählt werden. In einer Variante der Erfindung, ist das Bildaufnahmeelement in einem Durchbruch in der Trägerplatte angeordnet und auf der Leitplatte bestückt. Wesentlicher Vorteil dieser Variante ist ebenfalls entsprechend dem Bildaufnahmeelement/Trägerplatte/Leiterplatte-Aufbau, dass das optische Modul direkt mit der Trägerplatte verbunden werden kann.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung umfasst ein optisches Modul, ein Bildaufnahmeelement, eine Leiterplatte und eine Trägerplatte. Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung umfasst ferner eine elektrische Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement und Leiterplatte.
Die Trägerplatte ist dabei vorzugsweise so ausgestaltet, dass auf einer Seite das
Bildaufnahmeelement und auf der anderen Seite die Leiterplatte angeordnet ist.
Das optische Modul umfasst vorzugsweise mindestens eine Linse und ist mit der Trägerplatte verbunden, wobei das optische Modul insbesondere auf der Seite der Trägerplatte, auf der das
Bildaufnahmeelement angeordnet ist, über diesem positioniert ist. Bei der Verbindung zwischen Trägerplatte und optischen Modul handelt es sich vorzugsweise um eine
Klebeverbindung.
Erfindungsgemäß ergibt sich ein vorteilhafter Bildaufnahmeelement/Trägerplatte/
Leiterplatte- Aufbau (Bildaufhahmeelement über Trägerplatte über Leiterplatte).
Neben einer Klebeverbindung ist auch jede andere möglich Verbindungstechnik zwischen optischem Modul und Trägerlatte möglich, beispielsweise eine Lötverbindung.
Bei dem optischen Modul handelt es sich beispielsweise um ein Objektiv, einen
Objektivhalter und/oder um eine Verbindung aus Objektiv und Objektivhalter.
Die Leiterplatte, beispielsweise eine Flex-Leiterplatte, besteht vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material und ist mit daran haftenden, leitenden Verbindungen sowie optional mit weiteren elektrischen und/oder elektromechanischen Bauelementen ausgestaltet. Bei dem Bildaufiiahmeelement handelt es sich vorzugsweise um einen Bildaufhahme-Chip bzw. Imager-Chip, beispielsweise ein CMOS-Chip oder CCD-Chip.
Die Trägerplatte kann beispielsweise als Metall- oder Keramikplatte ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die Trägerplatte aus demselben Material gefertigt, wie das optische Modul, z.B. wenn es sich bei dem optischen Modul um ein Objektiv handelt, vorzugsweise aus demselben Material, wie das Objektivgehäuse. Ein weiterer Vorteil bei Ausgestaltung der Trägerplatte als Metallplatte besteht insbesondere darin, dass sich eine höhere Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ergibt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind optisches Modul, Bildaufiiahmeelement und/oder Leiterplatte direkt mit der Trägerplatte verbunden. Bei der Verbindung kann es sich beispielsweise um eine Klebeverbindung und/oder eine Lötverbindung handeln.
In einer optionalen Ausführungsvariante der Erfindung umfasst die Trägerplatte mindestens einen Durchbruch. Der mindestens eine Durchbruch kann beispielsweise in Form eines Ringes oder Rechteckes, vorzugsweise neben oder um das Bildaufnahmeelement herum und/oder teilweise unterhalb des Bildaufhahmeelements, in der Trägerplatte ausgebildet sein. Die elektrische Kontaktierung zwischen Bildaufiiahmeelement und Leiterplatte erfolgt insbesondere durch den mindestens einen Durchbruch hindurch. Vorzugsweise erfolgt die Kontaktierung dabei über Bonds, beispielsweise Drahtbonds, die durch den mindestens einen Durchbruch hindurchgeführt sind.
In einer weiteren optionalen Ausführungsvariante der Erfindung besitzt die Trägerplatte zwei Durchbrüche, die vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Bildaufnahmeelements, sowie optional teilweise unterhalb des Bildaufhahmeelements, in der Trägerplatte angeordnet sind. Die elektrische Kontaktierung zwischen Bildaufiiahmeelement und Leiterplatte, erfolgt insbesondere durch die zwei Durchbrüche hindurch. Vorzugsweise erfolgt die Kontaktierung dabei über Bonds, die durch die zwei Durchbrüche hindurchgeführt sind. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzt die Trägerplatte einen Durchbruch, der in Form des Bildaufhahmeelements ausgestaltet ist. Optional ist der Durchbruch dabei mit einem bestimmten Übermaß gegenüber dem Bildaufnahmeelement ausgebildet.
In einer weiteren optionalen Ausführungsvariante ist ein Durchbruch in der Trägerplatte ausgebildet, wobei das Bildelement über und/oder in dem Durchbruch angeordnet ist. Eine Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement und Leiterplatte erfolgt dabei vorzugsweise über Balls. Das Bildaufnahmeelement kann hierzu beispielsweise als BGA-Imager ausgeführt sein. BGA steht dabei insbesondere für Ball Grid Array. Ein BGA-Imager umfasst kugelförmige Lotanschlüsse auf der Bauteilunterseite, d.h. bei einem Bildaufnahmeelement, welches als BGA Imager ausgestaltet ist, sind die Kontakte vorzugsweise als Lotballs auf der Rückseite des Bildaufnahmeelements ausgeführt. Jeder CMOS- oder CCD-Chip kann als BGA Imager ausgeführt sein.
Optional kann die Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement und Leiterplatte auch über Bonds, beispielsweise in Form von Drahtbonden oder Chipbonden, ausgestaltet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind das optische Modul und/oder die Trägerplatte und/oder die Leiterplatte rotationssymmetrisch ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Trägerplatte als dünnwandiges und tellerförmiges Blechteil ausgestaltet und kann über einen hochgebogenen Randbereich verfügen. Vorzugsweisen ist die Trägerplatte mit zumindest einem wellenförmigen Absatz ausgebildet. Der wellenförmige Absatz ist dabei vorzugsweise auf der Seite der Tellerfläche der Trägerplatte ausgebildet, auf der das Bildaufnahmeelement angeordnet ist. Der Absatz kann dabei, beispielsweise kreis- bzw. ringförmig, um das Bildaufnahmeelement herum angeordnet sein. Hierdurch wird insbesondere ein Innenvolumen um das Bildaufnahmeelement herum begrenzt, in dem Vergussmasse zur Abdichtung angeordnet sein kann.
Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Beispiel für eine optische Vorrichtung 1 , wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt. Zwischen einem Trägergehäuse 12, in diesem Fall ein Objektivhalter, und einem optischen Modul 2, in diesem Fall ein Objektiv, ist eine Kleberaupe 3 angeordnet. Der Objektivhalter 12 ist über eine Leiterplatte 4 mit einem Bildaufnahmeelement 6 verbunden, wobei unter der Leiterplatte 4 eine Trägerplatte 5 und oberhalb der Leiterplatte 4 das Bildaufhahmeelement 6 angeordnet ist. Bei dem Bildaufhahmeelement 6 in Fig. 1 handelt es sich um einen Bild-Chip mit einer Kontaktierung zur Leiterplatte 4, die über Balls 7 erfolgt, bzw. um einen Bild-Chip im Ball-Grid Package. Ball-Grid Package meint dabei insbesondere eine Bestückung des Bild Chips, bei der die Anschlüsse für die Bestückung kompakt auf der Unterseite des Chips liegen. Die Anschlüsse sind kleine Lotperlen (engl, balls), die vorzugsweise nebeneinander in einem Raster (engl, grid) aus Spalten und Zeilen stehen. Diese Perlen werden beispielsweise beim Löten in einem Lötofen aufgeschmolzen und verbinden sich mit dem Material, beispielsweise Kupfer, der Leiterplatte. Der Objektivhalter 12 ist dabei direkt mit der Leiterplatte 4 verbunden. Der in Fig. 1 dargestellte Bildaumahmeelement/Leite latte/Träge latte-Aufbau (Bildaufhahmeelement 6 über Leiterplatte 4 und Leiterplatte 4 über Trägerplatte 5) hat den Nachteil, dass Einflüsse der Leiterplatte 4, beispielsweise Toleranzen,, Temperaturverhalten und Alterung direkt die Fokussierung der optischen Vorrichtung 1 beeinflussen. Das optische Modul 2 verfügt über mehrere optische Elemente 2.1, wobei es sich insbesondere um Linsen handelt.
In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel für eine optische Vorrichtung 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt. Der Aufbau der optischen Vorrichtung 1 entspricht dabei in weiten Teilen der Beschreibung aus Fig. 1, wobei das Bildaufhahmeelement 6 in Fig. 2 direkt auf die Leiterplatte 4 geklebt ist und wobei eine Kontaktierung zwischen Bildaufhahmeelement 6 und Leiterplatte 4 über Bonds 8 erfolgt. Das Bildaufhahmeelement 6 in Fig. 2 verfugt zudem über ein Abdeckglas 6.1. Erfindungsgemäß können auf der Leiterplatte 4 weitere passive Komponenten 13, beispielweise elektrische oder elektromechanische Baugruppen angeordnet sein. In Fig. 2 ist beispielhaft ein Widerstand als eine mögliche weitere passive Komponente 13 auf der Leiterplatte 4 angeordnet.
In Fig. 3 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung 1 dargestellt. In diesem Fall ist ein Bildaufhahmeelement 6 direkt auf einer Trägerplatte 5 angeordnet sowie mit dieser verbunden. Eine Leiterplatte 4 mit optional einer oder mit mehreren passiven Komponenten 13, beispielweise mit einen oder mehreren Widerstände, befindet sich unterhalb der Trägerplatte 5. Ein optisches Modul 2 ist über dem Bildaufnahmeelement 6 auf der Trägerplatte 5 angeordnet sowie direkt mit dieser über eine Klebeverbindung, insbesondere mittels einer Kleberaupe 3 verbunden, wodurch beispielsweise Fertigungsund/oder Montagetoleranzen ausgeglichen werden können. Daraus ergibt sich ein vorteilhafter Bildaufnahmeelement/Trägeφlatte/Leite latte-Aufbau (Bildaufnahmeelement 6 über Trägerplatte 5 und Trägerplatte 5 über Leiterplatte 4). Eine Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement 6 und Leiterplatte 4 erfolgt in Fig. 3 beispielhaft über Bonds 8, die durch zwei Durchbrüche 9 in der Trägerplatte 5 hindurchgeführt sind. Die Durchbrüche 9 sind dabei auf gegenüberliegenden Seiten des Bildaufnahmeelements 6 in der Trägerplatte 5 ausgebildet. Des Weiteren geht aus dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ein wesentlicher Vorteil der Erfindung hervor, der darin besteht, dass das optische Modul 2, in diesem Fall ein Objektiv, direkt mit der Trägerplatte 5 verbunden ist. Gegenüber dem Stand der Technik entsprechend Fig. 1 und Fig. 2 entfällt in diesem Fall ein komplizierter Aufbau mit einer zusätzlichen Komponente in Form eines Objektivhalters 12.
Das optische Modul 2 verfügt über mehrere optische Elemente 2.1, wobei es sich insbesondere bei zumindest einem ,der optischen Elemente 2.1 um eine Linse handelt.
Sowohl Trägerplatte 5, Leiterplatte 4, Bildaufnahmeelement 6, passive Komponente 13 als auch optisches Modul 2 können erfindungs gemäß auch mehrteilig ausgebildet sein bzw. eine andere Form als in Fig. 3 dargestellt aufweisen.
In Fig. 4 ist eine Trägerplatte 5 dargestellt, die in einer erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung 1 angeordnet sein kann. In der Trägerplatte 5 sind in diesem Fall zwei Durchbrüche 9 ausgestaltet, durch die eine Kontaktierung mittels Bonds 8 zwischen Bildaufnahmeelement 6 und Leiterplatte 4 hindurch erfolgt. Die Leiterplatte 4 die erfindungsgemäß unterhalb der Trägerplatte 5 angeordnet sein kann, ist in Fig. 4 nicht dargestellt. Das Bildaufnahmeelement 6 in Fig. 4 verfügt insbesondere über einen aktiven Bereich 6.2. Sowohl Trägerplatte 5, Bildaufnahmeelement 6 als auch Durchbrüche 9 können erfindungsgemäß auch mehrteilig ausgebildet sein bzw. eine andere Form als in Fig. 4 dargestellt aufweisen.
In Fig. 5 ist ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung 1 dargestellt. Der Aufbau der optischen Vorrichtung 1 entspricht dabei in weiten Teilen der Beschreibung zu Fig. 3. Hingegen ist in Fig. 5 ein Durchbruch 9 in der Trägerplatte 5 unterhalb des Bildaufnahmeelements 6 ausgebildet. Das Bildaufnahmeelement 6, in diesem Fall ein BGA-Imager, ist in dem Durchbruch 9 der Trägerplatte 5 direkt auf der Leiterplatte 4 angeordnet.
In Fig. 6 ist ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung 1 dargestellt. Der Aufbau der Vorrichtung 1 entspricht dabei in weiten Teilen der Beschreibung zu Fig. 3, wobei hingegen in Fig. 6 die Trägerplatte 5 insbesondere als Guss- bzw. Druckgussteil sowie Stanz-, Tiefzieh- und/oder Pressteil, beispielsweise aus Metallblech, gefertigt sein kann. Die Trägerplatte 5 ist dabei als dünnwandiges und tellerförmiges Blechteil ausgestaltet und verfügt über einen wellenförmigen Absatz 10. Der wellenförmige Absatz 10 ist dabei um das Bildaufhahmeelement 6 herum ausgebildet und begrenzt ein Innenvolumen 14 in dem Vergussmasse 11 angeordnet ist. Das Bildaufhahmeelement 6, umfassend ein Abdeckglas 6.1, ist darüber hinaus durch Durchbrüche 9 in der Trägerplatte 5 hindurch über Bonds 8 mit der Leiterplatte 4 verbunden.
Bezugszeichenliste optische Vorrichtung
optisches Modul
optisches Element
Kleberaupe
Leiterplatte
Trägerplatte
Bildaufhahmeelement
Abdeckglas
aktiver Bereich
Balls
Bonds
Durchbruch
wellenförmiger Absatz
Vergussmasse
Trägergehäuse
passive Komponente
Innenvolumen

Claims

Patentansprüche
1. Optische Vorrichtung ( 1 )
umfassend ein optisches Modul (2), eine Leiterplatte (4) und ein Bildaufnahmeelement (6),
mit einer elektrischen Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement (6) und
Leiterplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass
eine Trägerplatte (5) vorgesehen ist,
wobei auf einer Seite der Trägerplatte (5) das optische Modul (2) sowie das
Bildaufnahmeelement (6) und auf der anderen Seite der Trägerplatte (5) die
Leiterplatte (4) angeordnet ist.
2. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
optische Modul (2), das Bildaufnahmeelement (6) und/oder die Leiterplatte (4) direkt mit der Trägerplatte (5) verbunden sind.
3. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
in der Trägerplatte (5) zumindest ein Durchbruch (9) ausgebildet ist und
die elektrische Kontaktierung zwischen dem Bildaufnahmeelement (6) und der
Leiterplatte (4) durch den zumindest einen Durchbruch (9) hindurch, über Bonds (8) erfolgt.
4. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Durchbrüche (9) in der Trägerplatte (5) ausgebildet sind.
5. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die zwei Durchbrüche (9) auf zwei gegenüberliegenden Seiten des
Bildaufnahmeelements (6) in der Trägerplatte (5) ausgebildet sind.
6. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Durchbrüche (9) um das Bildaufnahmeelement (6) herum angeordnet sind.
7. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (5) als dünnwandiges Blechteil und mit zumindest einem wellenförmigen Absatz (16) ausgestaltet ist, wobei durch den zumindest einen wellenförmigen Absatz (16) ein Innenvolumen (14) begrenzt ist, in dem Vergussmasse (11) angeordnet ist.
8. Optische Vorrichtung ( 1 )
umfassend ein optischen Modul (2), eine Leiterplatte (4) und ein
Bildaufnahmeelement (6),
mit einer elektrischen Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement (6) und
Leiterplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass
eine Trägerplatte (5) vorgesehen ist,
wobei auf der einen Seite der Trägerplatte (5) das optische Modul (2),
auf der anderen Seite der Trägerplatte (5) die Leiterplatte (4)
und in einem Durchbruch (9) in der Trägerplatte (5) das optische Modul (2) angeordnet ist.
9. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Modul (2) und die Leiterplatte (4) direkt mit der Trägerplatte (5) verbunden sind.
10. Optische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung zwischen dem Bildaufnahmeelement (6) und der Leiterplatte (4) über Balls (7) erfolgt.
11. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optisches Modul (2), Trägerplatte (5) und/oder Leiterplatte (4) rotationssymmetrisch ausgestaltet sind. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Modul (2) und die Trägerplatte (5) über eine Klebeverbindung (3) verbunden sind.
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