TWI563960B - 晶圓級鏡頭之內視鏡裝置 - Google Patents

Description

晶圓級鏡頭之內視鏡裝置

本發明是有關於一種內視鏡裝置，特別是有關於一種晶圓級鏡頭之內視鏡裝置。

目前，一般內視鏡裝置係為一條細長的可撓曲管，主要由攝影裝置及光源構成，接上顯示器後可將身體器官、交通工具內部、電子裝置中之元件及建築物裂縫的構造顯示在螢幕上，以提供工業及醫療之用途。一般醫師、建築師、電子工程師、機構工程師及技師可藉由螢幕上的影像，加以診斷受檢者疾病及受檢物內部之問題。若身體內部器官及工具零件損壞，只要有孔道與外面相通，即可利用內視鏡裝置進行檢查，例如檢查上消化道內視鏡裝置(檢查食道、胃及十二指腸)係經口腔置入，大腸鏡則經由肛門置入，渦輪葉片可藉由排氣口檢查。若無孔道，可利用手術開設受檢者孔洞或拆解受檢物上之螺絲，以建立孔道，例如腹腔鏡檢查需在腹部打洞，關節鏡需切開關節周圍皮膚，引擎需要先予以拔除外殼等。

一般內視鏡鏡頭模組之製程，其鏡頭與影像感測器係各別生產設置，之後利用封裝廠進行鏡頭與影像感測器之對焦校正及焊接連結。安裝完後還需進行一連串之測試過程，不僅製程繁瑣且耗工費時，對於每一個鏡頭模組經過較正後，皆存有不等之誤差，而欠缺產品一致性之同一標準。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之一目的就是在提供一種晶圓級鏡頭 之內視鏡裝置，藉由鏡頭與影像感測器，以晶圓級封裝技術之方式使鏡頭與影像感測器一體黏接，以解決鏡頭模組尺寸過大之問題。

緣是，為達上述目的，依本發明之一種晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其係包含一中空管、一殼體、一晶圓級鏡頭(wafer level lens)模組、複數個焊料凸點、發光元件及印刷電路板。殼體位於中空管前段，殼體具有一容置空間。晶圓級鏡頭模組係位於容置空間中，晶圓級鏡頭具有一體成型之一鏡頭及一影像感測器。焊料凸點係位於影像感測器之一面上而背對鏡頭，藉由上述晶圓級鏡頭模組設置於殼體之容置空間中，可降低習知鏡頭及影像感測元件之體積尺寸，而大幅縮小殼體內容置晶圓級鏡頭模組之內徑，連帶縮小連接於殼體一端之中空管管徑。

承上所述，依本發明之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1)此晶圓級鏡頭之內視鏡裝置可藉由封裝後之鏡頭與影像感測器一體黏接，而除去安裝鏡頭與影像感測器於內視鏡裝置上所需之多餘元件，可大幅減少鏡頭模組之體積。

(2)此晶圓級鏡頭之內視鏡裝置可藉由晶圓級鏡頭模組安裝於內視鏡裝置上，可減少傳統鏡頭與影像感測器組裝於內視鏡裝置上所產生之誤差，以提昇產品之良率。

(3)此晶圓級鏡頭之內視鏡裝置可藉由晶圓級鏡頭於安裝於內視鏡裝置上，可減少繁瑣之裝配程序，及減低購置傳統鏡頭與影像感測器所需之花費，以降低成本。

11‧‧‧中空管

12‧‧‧殼體

121‧‧‧容置空間

122‧‧‧弧面狀

13‧‧‧晶圓級鏡頭模組

131‧‧‧鏡頭

1311‧‧‧透鏡

132‧‧‧鏡頭殼體

133‧‧‧影像感測器

14‧‧‧焊料凸點

15‧‧‧印刷電路板

16‧‧‧發光元件

2‧‧‧光線

第1圖 係為本發明之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置組合示意圖。

第2圖 係為本發明之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置之晶圓級鏡頭模組剖面示意圖。

第3圖 係為本發明之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置之晶圓級鏡頭模組於製程中之分解示意圖。

第4圖 係為本發明之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置之影像感測元件底面示意圖。

請參閱第1圖及第2圖，其係為本發明之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置組合示意圖及晶圓級鏡頭之內視鏡裝置之晶圓級鏡頭模組剖面示意圖。圖中，晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其係包含一中空管11、一殼體12、一晶圓級鏡頭(wafer level lens)模組13、複數個焊料凸點14、印刷電路板15及發光元件16。中空管11可以撓性中空管11加以製成。

殼體12位於中空管11前段，殼體12具有一容置空間121，以容置探索影像之各元件。其中殼體12前端之內緣係呈弧面狀122，可防止入射之光線2及出射之光線2散射，而減低散射導致影像模糊清晰度不佳等問題。

其中殼體12可位於中空管11前段之一端，或者殼體12係由中空管11前段之一端加以插設入中空管11內。於此實施例中，殼體12位於中空管11前段之一端，但不以此為限。

晶圓級鏡頭模組13係位於容置空間121中，晶圓級鏡頭模組13具有一體成型之一鏡頭131、一鏡頭殼體132及一影像感測器133。鏡頭131封裝於一鏡頭殼體132內。其中鏡頭131係由複數層透鏡1311組成，並且，鏡頭131係利用一玻璃材質之晶圓，以微影製程方式加以蝕刻後，切割玻璃材質之晶圓而成。

影像感測器133可以為電荷耦合元件(CCD,Charge-coupled Device)或互補式金屬氧化層半導體(CMOS,Complementary Metal-Oxide-Semiconducto r)。於晶圓級鏡頭模組13製程中，鏡頭131係封裝於鏡頭殼體132內後，鏡頭131及鏡頭殼體132一體連接於影像感測器133之底面上(如第3圖所示)，而成為一晶圓級鏡頭模組13。

焊料凸點14係位於影像感測器133之一面上而背對鏡頭131，並且介於影像感測器133及印刷電路板15之間。複數個焊料凸點14可以球型柵狀陣列(BGA,Ball Grid Array substrate)排列。

上述影像感測器133為減少整體晶圓級鏡頭模組13的體積，影像感測器133省略坊間打線程序而採用貫通之電極，使貫通之電極直接置設於影像感測器133底面，透過貫通電極及鍚球連接，可使影像感測器133的面積大致等於晶圓級鏡頭模組13的面積(如第4圖所示)。

印刷電路板15位於容置空間121，印刷電路板15係為一軟性印刷電路板(FFC,Flexible Printed Circuit)或硬性印刷電路板。於此實施例中，印刷電路板15係以軟性印刷電路板加以表示，藉由軟性印刷電路板撓曲彎折於容置空間121中，且軟性印刷電路板一段電性連接焊料凸點14，使殼體12直徑縮小，大幅縮減內視鏡裝置之管徑(管徑包含殼體12之直徑及中空管11之管徑)。

發光元件16係位於晶圓級鏡頭模組13之一側，以提供出射之一光線2。發光元件16可為一發光二極體(LED,Light Emitting Diode)，但不以此為限。

此外，上述控制可撓體彎曲之內視鏡裝置1其外表面之側緣，係具有單層材料或複合層材料加以包覆，而與一般內視鏡裝置外表面無異，故於圖式中 不加以詳細說明，以求清楚說明晶圓級鏡頭之內視鏡裝置其內部主要之構造。

綜上所述，使用晶圓級鏡頭模組13，可以將目前內視鏡裝置內之關鍵元件(封裝之鏡頭131與影像感測器133)，採用半導體之製程方式加以生產、校正及連接，而加以整合為一體。其優點可藉由晶圓級鏡頭模組13中，封裝後之鏡頭131與影像感測器133一體黏接，而除去傳統安裝鏡頭131與影像感測器133於內視鏡裝置上所需之多餘元件，可大幅減少傳統鏡頭模組之體積。並且減少傳統鏡頭131與影像感測器133組裝於內視鏡裝置上所產生之誤差，而提昇產品之良率。以及減少繁瑣之裝配程序，減低購置傳統鏡頭131與影像感測器133所需之花費，而降低內視鏡裝置之成本，且提昇整體之競爭力。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

12‧‧‧殼體

121‧‧‧容置空間

122‧‧‧弧面狀

13‧‧‧晶圓級鏡頭模組

131‧‧‧鏡頭

1311‧‧‧透鏡

132‧‧‧鏡頭殼體

133‧‧‧影像感測器

14‧‧‧焊料凸點

15‧‧‧印刷電路板

16‧‧‧發光元件

2‧‧‧光線

Claims (8)

1. 一種晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其係包括：一中空管；一殼體，係位於該中空管前段，該殼體包括一容置空間；一晶圓級鏡頭(wafer level lens)模組，係位於該容置空間中，該晶圓級鏡頭模組包括一體成型之一鏡頭及一影像感測器，該鏡頭係封裝於一鏡頭殼體內，該鏡頭係黏接於該影像感測器上，而該鏡頭殼體係貼接包覆於該鏡頭，該鏡頭部分顯露於該鏡頭殼體相對該影像感測器之一端，且該鏡頭所顯露之面積小於該影像感測器之面積；一發光元件，係位於該晶圓級鏡頭模組之一側及該殼體前端之內緣中，該殼體前端之內緣係呈弧面狀，以形成一反光弧面，該發光元件提供射出一光線，且藉由該反光弧面防止該光線散射；一印刷電路板，該印刷電路板係位於該容置空間中；以及複數個焊料凸點，該複數個焊料凸點係位於該影像感測器之一面上而背對該鏡頭；該複數個焊料凸點係位於該影像感測器之一面上而背對該鏡頭，且介於該影像感測器與該印刷電路板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該鏡頭係由複數層透鏡組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該殼體係位於該中空管前段之一端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該殼體係由該中空管前段之一端加以插設入該中空管內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該印刷電路板係為一軟性印刷電路板(FFC)或硬性印刷電路板。
6. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該發光元件係為一發光二極體(LED，Light Emitting Diode)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該複數個焊料凸點係以球型柵狀陣列(BGA，Ball Grid Array substrate)排列。
8. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓級鏡頭之內視鏡裝置，其中該鏡頭係利用玻璃材質之晶圓，以微影製程方式加以蝕刻後切割而成。