TWI539807B - 具有成像感測器封裝之攝像設備 - Google Patents

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TWI539807B TW101130103A TW101130103A TWI539807B TW I539807 B TWI539807 B TW I539807B TW 101130103 A TW101130103 A TW 101130103A TW 101130103 A TW101130103 A TW 101130103A TW I539807 B TWI539807 B TW I539807B
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Description

具有成像感測器封裝之攝像設備
本發明涉及設置有成像感測器封裝(imaging sensor package)的攝像設備(image pickup apparatus)。
已經提出了如下的攝像設備(例如，攝影機(video camera))：該攝像設備具有安裝成像感測器封裝的鏡筒(lens barrel)，該成像感測器封裝預先安裝到諸如平板狀的感測器固持件等固定構件(見日本特開平5-292380號公報)。
通常，成像感測器封裝通過黏合劑黏結到感測器固持件。然而，問題在於，當通過黏合劑黏結到感測器固持件的感測器封裝通過下面的方法安裝到電路板時，感測器封裝會從感測器固持件剝落：在該方法中，利用焊膏(solder paste)將黏結到感測器固持件的感測器封裝載置在電路板上，然後使感測器封裝與電路板一起通過回流爐。
因此，已知將成像感測器封裝構造為如下的所謂的SOP(小輪廓封裝)結構：在該結構中，端子暴露於封裝的側面，從而能夠用烙鐵將這些端子焊接到電路板。然而，SOP結構的成像感測器封裝的缺點在於成像感測器封裝的安裝面積隨著端子數量的增多而增大。
近年來，大多數的成像感測器封裝被構造成如下的所 謂的BGA(球柵陣列)結構或所謂的LGA(柵格陣列)結構：在該結構中，端子以矩陣形式配置在感測器封裝的後表面。BGA或LGA結構的成像感測器封裝通常被回流(reflow)安裝到電路板。然而，當這樣的感測器封裝通過黏合劑而被黏結到感測器固持件並且被回流安裝到電路板時，發生上述問題，即感測器封裝從感測器固持件剝落。
為了將感測器固持件安裝到鏡筒，一般使用螺釘，並且在感測器固持件中形成用於與螺釘螺紋接合的螺釘孔。在具有平板形狀的感測器固持件的情況中，從感測器固持件沿光軸方向朝向被攝體突出的用於形成螺釘孔的突部有時必須設置於感測器固持件，以確保所需的螺釘孔深度。在那種情況下，鏡筒中的致動器和軸必須佈置在感測器固持件的突部的外側，從而所獲得的鏡筒的尺寸變大。
本發明提供如下一種攝像設備：預先回流安裝到電路板的成像感測器封裝能夠被固定到攝像設備的固定構件。
根據本發明的一個方面，提供了一種攝像設備，其包括：成像感測器封裝；電路板，該電路板被構造成安裝該成像感測器封裝；熱輻射板，該熱輻射板佈置在該電路板的與安裝該成像感測器封裝的一側相反的一側；固持件構件，該固持件構件具有固持件主體，該固持件主體被構造成相對於該成像感測器封裝以包圍安裝到該電路板的該成 像感測器封裝的方式定位，並且該固持件構件具有與該固持件主體一體地形成的凸緣部；以及固定構件，該固定構件被構造成固定該固持件構件和該熱輻射板，其中，該固持件構件的該凸緣部從該固持件構件的該固持件主體的後端面朝向該熱輻射板突出，並且該熱輻射板具有平板形狀，並且在該凸緣部被固持在該固定構件和該熱輻射板之間的狀態下該熱輻射板被固定到該固定構件。
利用本發明，預先回流安裝到電路板的成像感測器封裝能夠被固定到攝像設備的固定構件。
從以下參考附圖對示例性實施方式的描述，本發明的其他特徵將變得明顯。
現在，在下文中將參考示出了本發明的優選實施方式的附圖詳細地描述本發明。
圖1A至圖1C均示出了作為根據本發明的一個實施方式的攝像設備的示例的數位式攝影機。
在圖1A中，附圖標記1表示數位式攝影機，該數位式攝影機具有相機主體(camera body)2，相機主體2在其前表面形成有相機主體開口2a。相機1包括分別設置在相機主體2的前表面、左側面和後表面的用於輸入聲音的麥克風3、用於顯示被攝體圖像的顯示單元4、以及電池9。顯示單元4經由鉸鏈(hinge)5安裝到相機主體2，從而能相對於相機主體2打開/閉合以及旋轉。
如圖1B所示，相機單元(camera unit)6內置於相機主體2。安裝信號處理單元(未示出)等的主基板7被佈置在相機單元6的下側，並且安裝諸如不變性記憶體等記錄單元的記錄單元板8被佈置在主基板7的下側。應該注意，攝影機1所進行的信號處理與本發明的要旨並不直接相關，因此這裡略去對其的描述。
如圖1C所示，相機單元6包括鏡筒10、成像感測器封裝15和用作電路板的感測器板16，其中成像感測器封裝15安裝於感測器板16上。鏡筒10是例如內聚焦式變焦鏡筒，並且包括成像光學系統，該成像光學系統主要由第一至第四組透鏡11-14和光圈18組成。第一組透鏡11和第三組透鏡13被固定地佈置在鏡筒10中，第二組透鏡12被例如馬達(未示出)沿成像光學系統的光軸的方向變焦驅動，並且第四組透鏡14被例如馬達(未示出)沿光軸方向聚焦驅動。
成像感測器封裝15內置有諸如CMOS或CCD等圖像感測器件(在圖3A和圖3B中由附圖標記36表示)。稍後描述成像感測器封裝15的構造的細節。
經由相機主體開口2a入射的被攝體像形成於成像感測器封裝15的圖像感測器件36並且被圖像感測器件36光電轉換成為類比圖像信息。類比圖像信息被安裝於感測器板16的信號處理單元(未示出)轉換成為數位圖像信息，並且數位圖像信息經由連接裝置17被傳輸至安裝於主基板7的信號處理單元(未示出)。由信號處理單元接 收和處理的圖像信息被記錄到安裝於記錄單元板8的不變性記憶體中，並且通過顯示單元4顯示。
圖2A和圖2B均示出了安裝到鏡筒10的成像感測器封裝15及其周邊結構的分解立體圖。
如圖2A和圖2B所示，紅外光吸收濾光器23、方形按壓橡膠環22、感測器固持件20、成像感測器封裝15、感測器板16、熱輻射橡膠板24和熱輻射板25以該順序如下所述地借助於緊固螺釘26安裝到鏡筒10。
預先回流安裝到感測器板16的成像感測器封裝15如稍後所述地被定位至並通過黏合劑被黏結至感測器固持件20，由此成像感測器封裝15、感測器板16和感測器固持件20被組裝成一個單元。
接著，紅外光吸收濾光器23被佈置於形成在鏡筒10的後表面的凹部中。然後，方形按壓橡膠環22被佈置成與紅外光吸收濾光器23的後表面接觸，並且感測器固持件20、成像感測器封裝15和感測器板16的組裝單元被佈置成與橡膠環22的後表面接觸。接著，熱輻射橡膠板24被佈置成與安裝於感測器板16的信號處理IC 27接觸。熱輻射橡膠板24由諸如矽橡膠等具有較大的導熱率的可壓縮材料製成。
接著，形成在感測器固持件20的凸緣部(在圖3A中均由附圖標記31表示)中的定位孔31a被裝配到形成在鏡筒10的後表面的定位凸起28，由此感測器固持件20相對於鏡筒10被定位。在該狀態下，緊固螺釘26插入貫 通沿光軸方向形成於熱輻射板25的螺釘插孔25a並且插入貫通沿光軸方向形成於感測器固持件20的凸緣部31中的螺釘插孔31b，並且緊固螺釘26與沿光軸方向形成於鏡筒10的後表面突部29且與螺釘插孔25a和31b對準的帶螺紋的螺孔29a接合，由此，紅外光吸收濾光器23、橡膠環22、(由感測器固持件20、成像感測器封裝15和感測器板16組成的)組裝單元、熱輻射橡膠板24以及熱輻射板25被固定到鏡筒10。
由此，熱輻射板25被佈置在感測器板16的與安裝成像感測器封裝15的表面所在側相反側的表面。鏡筒10用作相機1(攝像設備)的固定感測器固持件20(固持件構件)和熱輻射板25的固定構件。
信號處理IC 27和熱輻射板25經由熱輻射橡膠板24彼此熱連接。可替代地，通過將橡膠板24佈置在能夠形成在感測器板16的中央部分處的通孔(未示出)中，成像感測器封裝15和熱輻射板25能夠經由熱輻射橡膠板24彼此熱連接。
成像感測器封裝15必須以成像感測器封裝15的有效像素範圍落在鏡筒10的有效成像圓內的方式安裝到鏡筒10。為此，在本實施方式中，感測器固持件20和成像感測器封裝15如稍後描述地被定位和黏結在一起，由此能夠經由感測器固持件20適當地確定鏡筒10和成像感測器封裝15之間的位置關係。
圖3A和圖3B分別示出了感測器周持件20及其周邊 結構的分解立體圖和截面圖。應該注意，在圖3B中，相機主體2的前表面和後表面分別位於左側和右側。
成像感測器封裝15包括由例如塑料或陶瓷製造並且具有形成為一體的方形周壁和底壁的盒狀框架35，並且還包括佈置在框架35的底壁的內表面的圖像感測器件36和覆蓋框架35的前方開口面的矩形形狀的保護玻璃板37。保護玻璃板37在其外緣處被支撐於框架35的方形周壁的前表面35a的臺階部。
感測器固持件20包括圍繞成像感測器封裝15的、形成為方形框架形狀的感測器固持件主體21，並且還包括與感測器固持件主體21一體地形成的凸緣部(在本實施方式中，從感測器固持件主體21的上下表面向外伸出兩個凸緣部31)。感測器固持件主體21具有圍繞成像感測器封裝15的周壁、和與周壁一體地形成的前壁。前壁形成有開口21a，保護玻璃板37以寬鬆的方式裝配在該開口21a中，並且前壁具有被佈置成與盒狀框架35的前表面35a接觸的後表面21b。前表面35a與圖像感測器件36的前表面幾乎平行地延伸。
在感測器固持件主體21和感測器板16之間，設置有與成像感測器封裝15由於焊接而從感測器板16的升離(liftoff)相對應的預定間隙，使得感測器固持件主體21和感測器板16彼此並不直接接觸，由此感測器固持件主體21的前壁的後表面21b與盒狀框架35的前表面35a能夠可靠地彼此接觸。
感測器固持件20的凸緣部31從感測器固持件主體21的後端面B朝向熱輻射板25突出。換句話說，凸緣部31從感測器固持件主體21的後端面B向後方突出。凸緣部31形成有定位孔31a和螺釘插孔31b。如前所述，定位孔31a被裝配於形成在鏡筒10的後表面的定位凸起28，由此使感測器固持件20相對於鏡筒10定位。結果，感測器固持件20的螺釘插孔31b與形成於鏡筒10的後表面突部29的帶螺紋的螺孔29a對準。
凸緣部31被佈置成使得其前表面31c與鏡筒10的後表面突部29接觸。凸緣部31延伸貫通形成在感測器板16的與凸緣部31相面對的部分處的缺口(notched)部19(圖3A和圖4)，並且凸緣部31的後表面31d與熱輻射板25接觸。
如上所述，從感測器固持件主體21的後端面B朝向熱輻射板25突出的凸緣部31的前表面31c與鏡筒10的後表面突部29接觸。如圖3B所示，感測器固持件20的凸緣部31與鏡筒10的後表面突部29之間的抵接位置與圖像感測器件36的光軸方向位置幾乎對準，並且位於成像感測器封裝15的中心的光軸方向位置的後方。因此，沿光軸方向看時，鏡筒10的後表面突部29中的用於形成帶螺紋的螺孔29a的區域能夠被設置在從凸緣部31的前表面31c(其是凸緣部31和鏡筒突部29之間的抵接面)至感測器固持件20的前端面A的範圍內，由此使得不需要在感測器固持件20的前端面A的在光軸方向上的前方 的位置處形成鏡筒10的帶螺紋的螺孔29a。因此，鏡筒10中的馬達、軸等能夠被佈置成在感測器固持件20的前端面A的在光軸方向上的前方的位置處接近光軸，由此能夠減小鏡筒10的在垂直於光軸的方向上的尺寸。
感測器固持件20的凸緣部31的與熱輻射板25接觸的後表面31d和感測器固持件主體21的與成像感測器封裝15的框架35接觸的前壁後表面21b之間的距離由感測器封裝15相對於感測器板16的安裝高度、感測器板16的厚度、信號處理IC 27相對於感測器板16的安裝高度以及熱輻射橡膠板24的壓縮厚度的和來表示。感測器封裝15相對於感測器板16的安裝高度由框架35的厚度和感測器封裝15由於焊接而相對於感測器板16的升離的和來表示。類似的，信號處理IC 27相對於感測器板16的安裝高度由信號處理IC 27的厚度和信號處理IC 27由於焊接相對於感測器板16的升離的和來表示。
由此，感測器固持件20的凸緣部31的後表面31d與感測器板16的安裝信號處理IC 27的表面在光軸方向上向後方隔開與信號處理IC 27相對於感測器板16的安裝高度和熱輻射橡膠板24的壓縮厚度的和相對應的距離。由於感測器固持件20的凸緣部31被如上所述地構造和佈置，所以凸緣部31能夠在其後表面31d處抵靠熱輻射板25，而無需在熱輻射板25中形成凸部並且無需彎折熱輻射板25。
換句話說，熱輻射板25能夠形成為平板形狀。因此 ，不必彎折或拉伸(draw)熱輻射板25，並且可以以低成本製造熱輻射板25。此外，由信號處理IC 27和成像感測器封裝15產生的熱能夠經由熱輻射橡膠板24傳送至熱輻射板25，並且熱能夠從熱輻射板25消散。
圖4示出了感測器固持件20黏結至感測器板16的狀態的立體圖，圖5示出了感測器固持件20的背面立體圖。如圖4所示，黏合劑41被塗布於感測器固持件主體21的側面以及被塗布於感測器板16的安裝成像感測器封裝15的表面，由此感測器固持件20被黏結且固定到感測器板16。
由於如前所述地在感測器固持件主體21和感測器板16之間設置有間隙，所以存在對於黏合劑41經由該間隙流入到感測器固持件主體21的內側的擔心。在本實施方式中，如圖3B和圖5所示，槽51因此形成在感測器固持件主體21的前壁後表面21b的位於成像感測器封裝15的框架35的周壁外側的位置處。結果，即使黏合劑41流入到感測器固持件主體21的內側，黏合劑41也被引導到槽51中從而防止感測器封裝15被黏結到保護玻璃板37。
圖6示意性地示出了用於將感測器固持件20和成像感測器封裝15定位並且黏結在一起的方法。
如圖6所示，標誌61被設置在成像感測器封裝15的框架35的底壁的位於感測器封裝15的圖像感測器件36的從前方看的左上位置和右下位置處。以標誌61經由感測器固持件主體21的開口21a可見的方式形成該開口 21a。
工人在從開口21a那側觀看標誌61和感測器固持件20的定位孔31a的狀態下，將成像感測器封裝15的位置與感測器固持件20的位置對準。
為此，已經焊接有成像感測器封裝15的感測器板16首先被固定到夾具(未示出)。接著，以感測器固持件主體21的前壁後表面21b與感測器封裝15的框架35的前表面35a接觸的方式將感測器固持件20載置於感測器封裝15。然後，操作左右方向調整單元63和上下方向調整單元64，使得感測器固持件20以如下方式相對於感測器板16移動：從感測器固持件主體21的開口21a那側看時，標誌61與感測器固持件20的凸緣部31的定位孔31a之間的距離62落在預定範圍內。應該注意，調整單元63、64是例如在操作時能夠使感測器固持件20以微米為單位進行移動的普通測微計頭。
在感測器固持件20被如上所述地相對於焊接至感測器板16的成像感測器封裝15定位之後，黏合劑41被塗布於感測器固持件主體21的側面以及被塗布於感測器板16，然後固化。此時，通過使用例如瞬時黏合劑或可通過紫外光照射而固化的黏合劑，感測器固持件20和感測器板16能夠在固持感測器固持件20和成像感測器封裝15之間的位置關係的情況下容易地黏結在一起。
雖然在上述實施方式中已經描述了本發明適用於數位式攝影機的情況，但本發明也可適用於數位式靜態相機、 監控相機、行車記錄儀(drive recorder)、攜帶式信息終端等。
雖然已經參考示例性實施方式描述了本發明，但是應理解，本發明不局限於所公開的示例性實施方式。所附申請專利範圍的範圍應被賦予最寬泛的闡釋，以涵蓋全部這樣的變型、等同結構和功能。
本申請要求2011年9月22日提交的日本專利申請No.2011-207292的優先權，該日本專利申請的全部內容通過引用包含於此。
1‧‧‧數位式攝影機
2‧‧‧相機主體
2a‧‧‧相機主體開口
3‧‧‧麥克風
4‧‧‧顯示單元
5‧‧‧鉸鏈
6‧‧‧相機單元
7‧‧‧主基板
8‧‧‧記錄單元板
9‧‧‧電池
10‧‧‧鏡筒
11‧‧‧第一組透鏡
12‧‧‧第二組透鏡
13‧‧‧第三組透鏡
14‧‧‧第四組透鏡
15‧‧‧感測器封裝
16‧‧‧感測器板
17‧‧‧連接裝置
19‧‧‧缺口部
20‧‧‧感測器固持件
21‧‧‧感測器固持件主體
21a‧‧‧開口
21b‧‧‧後表面
22‧‧‧方形按壓橡膠環
23‧‧‧紅外光吸收濾光器
24‧‧‧熱輻射橡膠板
25a‧‧‧螺釘插孔
25‧‧‧熱輻射板
26‧‧‧緊固螺釘
27‧‧‧信號處理IC
29‧‧‧後表面突部
31‧‧‧凸緣部
31a‧‧‧定位孔
31b‧‧‧螺釘插孔
31c‧‧‧前表面
31d‧‧‧後表面
35‧‧‧盒狀框架
35a‧‧‧前表面
36‧‧‧圖像感測器件
37‧‧‧保護玻璃板
41‧‧‧黏合劑
51‧‧‧槽
61‧‧‧標誌
62‧‧‧距離
63‧‧‧左右方向調整單元
64‧‧‧上下方向調整單元
圖1A是作為根據本發明的一個實施方式的攝像設備的示例的數位式攝影機的外觀立體圖；圖1B是示出數位式攝影機的內部構造的立體圖；圖1C是示出組成數位式攝影機的成像光學系統的相機單元的構造的示意圖；圖2A是示出安裝到數位式攝影機的鏡筒的成像感測器封裝及其周邊結構的分解立體圖；圖2B是示出成像感測器封裝及其周邊結構的另一分解立體圖；圖3A是示出黏結有成像感測器封裝的感測器固持件及其周邊結構的分解立體圖；圖3B是示出感測器固持件及其周邊結構的截面圖；圖4是示出感測器固持件被黏結到感測器板的狀態的 立體圖；圖5是感測器固持件的背面立體圖；和圖6是示出用於將感測器固持件和成像感測器封裝定位和黏結在一起的方法的示意圖。
10‧‧‧鏡筒
15‧‧‧感測器封裝
16‧‧‧感測器板
20‧‧‧感測器固持件
21‧‧‧感測器固持件主體
22‧‧‧方形按壓橡膠環
23‧‧‧紅外光吸收濾光器
24‧‧‧熱輻射橡膠板
25a‧‧‧螺釘插孔
25‧‧‧熱輻射板
26‧‧‧緊固螺釘
31‧‧‧凸緣部
31b‧‧‧螺釘插孔

Claims (7)

  1. 一種攝像設備，其包括：成像感測器封裝；電路板，該電路板上安裝該成像感測器封裝；熱輻射板，該熱輻射板佈置在該電路板的與安裝該成像感測器封裝的一側相反的一側；固持件構件，該固持件構件固持該成像感測器封裝；以及固定構件，該固定構件被構造成與該熱輻射板固定，其中，該固持件構件被定位於該固定構件，其中，該固持件構件具有固持件主體及與該固持件主體一體地形成的凸緣部，該固持件主體固持該成像感測器封裝的周壁，其中，該固持件構件的該凸緣部從該固持件構件的該固持件主體的後端面朝向該熱輻射板突出，其中，該熱輻射板具有平板形狀，並且其中，在該固持件構件被定位於該固定構件且該熱輻射板被固定到該固定構件的情況下，該凸緣部被夾於該固定構件和該熱輻射板之間，使得該電路板未被夾於該凸緣部和該熱輻射板之間。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的攝像設備，其中，在該固持件主體和該電路板之間設置間隙，使得該固持件主體不與該電路板接觸，並且其中，該固持件構件被相對於該成像感測器封裝定 位，且接著被黏結並固定到該電路板。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的攝像設備，其中，該固持件主體通過塗布於該固持件主體的側面以及塗布於該電路板的黏合劑被黏結和固定到該電路板，並且其中，該固持件主體具有槽，流入到該固持件主體的內側的黏合劑被引導到該槽內。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的攝像設備，其中，在該電路板的與該凸緣部相面對的部分處形成切口部，並且其中，該凸緣部延伸貫通該切口部且與該熱輻射板接觸。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的攝像設備，其中，信號處理IC被安裝在該電路板的與安裝該成像感測器封裝的一側相反的一側，並且其中，該信號處理IC和該熱輻射板相互熱連接。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的攝像設備，其中，螺釘插孔沿光軸方向形成於該熱輻射板以及形成於該凸緣部，其中，用於與插入貫通該螺釘插孔的螺釘螺紋接合的帶螺紋的螺孔沿該光軸方向形成於該固定構件並且與該螺釘插孔對準，並且其中，該帶螺紋的螺孔被設置在從該凸緣部和該固定構件之間的抵接面到該固持件構件的前端面的範圍內。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的攝像設備，其 中，該成像感測器封裝具有圖像感測器件，並且其中，該固定構件是設置有成像光學系統的鏡筒，該成像光學系統被構造成在該圖像感測器件上形成被攝體像。
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