TWI795011B - 影像感測器封裝件以及內視鏡 - Google Patents

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TWI795011B
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曾增申
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Abstract

一種影像感測器封裝件包含一基板、一影像感測器、多個發光元件以及一散射層。基板包含多個第一導電接點、多個第二導電接點以及多個第三導電接點，其中多個第二導電接點以及多個第三導電接點與相對應之多個第一導電接點電性連接。影像感測器設置於基板，且與多個第二導電接點電性連接。多個發光元件設置於基板，且與多個第三導電接點電性連接。散射層包覆發光元件之至少一側壁。上述影像感測器封裝件可提供較佳之照明效果。同時亦揭露一種包含上述影像感測器封裝件之內視鏡。

Description

影像感測器封裝件以及內視鏡
本發明是有關一種影像感測器封裝件以及內視鏡，特別是一種可提升照明效果之影像感測器封裝件以及內視鏡。
內視鏡可伸入無法以肉眼直接觀測之腔體內擷取影像，因此，內視鏡已廣泛應用於工業或醫學領域，尤其是醫療上的應用，其影響甚鉅。內視鏡需經由人體之許多細小通道進入所欲觀測之腔體，例如經由支氣管進入肺部或經由尿道進入膀胱等，因此，內視鏡之小型化為業界之重要課題之一。
請參照圖1，一種習知之內視鏡10是先將影像感測元件11以及發光元件12設置於軟性電路板13，並將導線14焊接至軟性電路板13之相對應導電接點131。接著將軟性電路板13彎折成所需之形狀後，以塑膠射出成型的方式將上述元件包覆並固定成型。依據上述製程以及結構，其製程不僅較為複雜，且內視鏡10之尺寸較大。此外，發光元件12無法以發光面朝上發光且不易在影像感測元件11四周設置發光元件12，因此，光利用率較低，照明較不均勻且容易產生陰影死角。
有鑑於此，提供一種小型化且均勻照明之內視鏡便是目前極需努力的目標。
本發明提供一種影像感測器封裝件以及內視鏡，其是設置一散射層包覆發光元件，使發光元件產生之照明光經由散射層散射而形成較佳的照明效果。
本發明一實施例之影像感測器封裝件包含一基板、一影像感測器、多個發光元件以及一散射層。基板包含多個第一導電接點、多個第二導電接點以及多個第三導電接點，其中多個第二導電接點以及多個第三導電接點與相對應之多個第一導電接點電性連接。影像感測器設置於基板，且與多個第二導電接點電性連接。多個發光元件相鄰影像感測器設置於基板，且與多個第三導電接點電性連接。散射層包覆發光元件之至少一側壁。
本發明另一實施例之內視鏡包含一管體、一影像感測器封裝件、多個導線以及一電連接器。管體具有一第一開口以及一第二開口，其中管體之第一開口端用以伸入一腔體。影像感測器封裝件設置於管體之第一開口端，用以擷取腔體內之一影像並產生相對應之一電子訊號。影像感測器封裝件包含一基板、一影像感測器、多個發光元件以及一散射層。基板包含多個第一導電接點、多個第二導電接點以及多個第三導電接點，其中多個第二導電接點以及多個第三導電接點與相對應之多個第一導電接點電性連接。影像感測器設置於基板，且與多個第二導電接點電性連接。多個發光元件相鄰影像感測器設置於基板，且與多個第三導電接點電性連接。散射層包覆發光元件之至少一側壁。多個導線設置於管體內，且一端與基板相對應之多個第一導電接點電性連接。電連接器與多個導線之另一端電性連接，以供內視鏡以可插拔的方式與一外部電子裝置電性連接。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10:內視鏡
11:影像感測元件
12:發光元件
13:軟性電路板
131:導電接點
14:導線
20:影像感測器封裝件
21:基板
211:第一導電接點
212:第二導電接點
213:第三導電接點
214:凹槽
22:影像感測器
221:入光表面
222:遮光層
23:發光元件
231:出光表面
24:散射層
241:上表面
25:二次光學結構
26:第一封裝體
27:導電連接件
271:第四導電接點
272:第五導電接點
273:導線
28:第二封裝體
29:導光層
30a、30b:內視鏡
31:管體
32:導線
33:電連接器
34:工作通道
35:殼體
36:電子元件
圖1為一示意圖，顯示習知之內視鏡之影像感測器結構。
圖2為一示意圖，顯示本發明第一實施例之影像感測器封裝件。
圖3為一示意圖，顯示本發明第一實施例之影像感測器封裝件沿圖2所示之AA線之剖面結構。
圖4a為一示意圖，顯示本發明第二實施例之影像感測器封裝件。
圖4b為一示意圖，顯示本發明第三實施例之影像感測器封裝件。
圖5為一示意圖，顯示本發明第四實施例之影像感測器封裝件。
圖6為一示意圖，顯示本發明第五實施例之影像感測器封裝件。
圖7至圖12為一示意圖，顯示本發明第一實施例之影像感測器封裝件之製造方法。
圖13為一示意圖，顯示本發明一實施例之內視鏡。
圖14為一示意圖，顯示本發明另一實施例之內視鏡。
以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式 中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。
請參照圖2以及圖3，本發明之一實施例之影像感測器封裝件20包含一基板21、一影像感測器22、多個發光元件23以及一散射層24。基板21包含多個第一導電接點211、多個第二導電接點212以及多個第三導電接點213，其中多個第二導電接點212以及多個第三導電接點213可經由基板21之金屬線路或其它適當之導電線路與相對應之多個第一導電接點211電性連接。於一實施例中，多個第二導電接點212以及多個第三導電接點213相對於多個第一導電接點211設置於基板21之相對側。於一實施例中，基板21可為一陶瓷基板或其它適當之材料。
影像感測器22設置於基板21，並與基板21之相對應多個第二導電接點212電性連接。影像感測器22可為互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)影像感測器或其它適當之影像感測器。於一實施例中，影像感測器22可整合一成像透鏡，以縮小影像感測器22之尺寸。
多個發光元件23相鄰於影像感測器22設置於基板21，並與基板21上相對應之多個第三導電接點213電性連接。於一實施例中，多個發光元件23所產生之光線之波長相異，且可同時或分開操作以應用於不同的觀測目的。可以理解的是，為了照明需求或其它目的，多個發光元件23所產生之光線之波長也可以相同。舉例而言，發光元件23可為白光發光二極體、紅外光發光二極體、藍光發光二極體、紫外光發光二極體或以上之組合。
接續上述說明，散射層24包覆發光元件23之至少一側壁。於一實施例中，散射層24充填於影像感測器22以及發光元件23之間以及多個發光元件23之間(如圖2所示)。於一實施例中，散射層24與多個發光元件23形成圍繞影像 感測器22之一環形結構，如圖2所示。可以理解的是，依據實際需求，散射層24與多個發光元件23可為不完整的環形結構，舉例而言，散射層24與多個發光元件23可形成圍繞影像感測器22之帶狀結構，例如U形、L形或I形。於一實施例中，散射層24包含一膠體以及分散於膠體中之微粒。膠體中之微粒可反射或折射發光元件23所產生光線，使光線可從散射層24之上表面241出光。於一實施例中，散射層24之上表面241之高度小於或等於發光元件23之一出光表面231之高度。
依據上述結構，影像感測器之一入光表面以及發光元件之一出光表面朝向相同方向，因此，本發明之影像感測器封裝件能夠提升光利用率且提供較為均勻之照明。此外，透過散射層24散射發光元件23所產生之光線，本發明之影像感測器封裝件可產生近似環形且更為均勻之照明光。
請再參照圖3，於一實施例中，發光元件23可包含一二次光學結構25。二次光學結構25可調整出光角度，以增加照明利用率或照明距離。於一實施例中，本發明之影像感測器封裝件20更包含一第一封裝體26。第一封裝體26包覆影像感測器22之側壁以及覆蓋多個發光元件23。第一封裝體26可為高透光之材料，其可保護發光元件23避免外力碰撞，且可進一步增加對於水氣或靜電放電(ESD)之防護。於一實施例中，第一封裝體26之一頂面等於或低於影像感測器22之入光表面221。
請再參照圖3，於一實施例中，本發明之影像感測器封裝件20更包含一導電連接件27以及多個導線273。導電連接件27包含多個第四導電接點271以及多個第五導電接點272，其中導電連接件27之多個第四導電接點與基板21之相對應之多個第一導電接點211電性連接。舉例而言，導電連接件27可為一電路板，例如印刷電路板(PCB)或軟性電路板(FPC)。多個導線273則與相對應之多個第五導電接點272電性連接。多個導線273可作為電源線以及訊號傳輸線，使影像感測器封裝件20可與外部電性連接，以連接電源以及傳送影像訊號至後端控制 器或顯示器。於一實施例中，影像感測器封裝件20更包含一第二封裝體28，其包覆導電連接件27以及多個導線273之一端，以避免導電連接件27以及導線273彼此脫離。
可以理解的是，影像感測器22以及發光元件23間之相對高度可能影響照明以及成像品質。舉例而言，若發光元件23之出光表面231之高度相對於影像感測器22太低，發光元件23所產生之照明光可能被影像感測器22遮蔽而產生陰影。相反的，若影像感測器22之入光表面221之高度相對於發光元件23太低，待測物所反射的影像光可能被發光元件23遮蔽或發光元件23所產生之照明光直接入射影像感測器22之入光表面221而影響成像品質。為了優化照明以及成像品質，請再參照圖3，於一實施例中，發光元件23之出光表面231等於或低於影像感測器22之入光表面221之高度。較佳者，影像感測器22之入光表面221以及發光元件23之出光表面231間之高度差小於或等於0.5mm。於一實施例中，基板21包含一凹槽214或一段差結構，使多個第二導電接點212之高度等於或低於多個第三導電接點213之高度。後續影像感測器22以及發光元件23設置於基板21上並與相對應之第二導電接點212以及第三導電接點213電性連接後，影像感測器22之入光表面221之高度即可等於或高於發光元件23之出光表面231。
此外，因發光元件23所產生之照明光可能直接進入影像感測器22之成像系統，因而影響成像品質。舉例而言，發光元件23所產生之照明光可能經由影像感測器22之側壁進入感測器以及成像透鏡之間，使影像泛白而影響成像品質。為了克服此問題，請參照圖4a，於一實施例中，影像感測器22包含一遮光層222，其設置於影像感測器22以及發光元件23之間。舉例而言，遮光層222設置於影像感測器22之側壁。遮光層222可避免發光元件23所發出之照明光直接進入影像感測器22之成像系統而影響成像品質。可以理解的是，散射層24中之微粒可反射或折射發光元件23所產生光線，以降低散射層24之透光性，因此，散射層24 亦具有降低發光元件23所發出之照明光經由影像感測器22之側壁進入影像感測器22之效果，亦即散射層24亦具有類似遮光層222之作用。舉例而言，請參照圖4b，於一實施例中，部分散射層24沿著影像感測器22之側壁延伸並包覆影像感測器22之側壁，以降低發光元件23所發出之照明光經由影像感測器22之側壁進入影像感測器22。可以理解的是，於一實施例中，影像感測器22可包含一遮光層222，且影像感測器22之側壁亦被散射層24所包覆。
請參照圖5以及圖6，於一實施例中，本發明之影像感測器封裝件更包含一導光層29，其設置於多個發光元件23之間，且散射層24包覆導光層29之側壁。發光元件23產生之照明光可進入導光層29，部分照明光可經由導光層29之頂面出光，部分照明光則進入散射層24，並經散射層之反射或折射後，從散射層24之頂面出光。依據此結構，導光層29可與多個發光元件23形成圍繞影像感測器22之一環形結構，以提供環形照明，如圖6所示，或者形成較長之帶狀結構，如圖5所示，以提供較為均勻之照明並提升照明光之利用率。
請參照圖7至圖12，以說明圖3所示之影像感測器封裝件20之製造方法。請參照圖7，首先，提供一基板21，其為包含多個矩陣排列的凹槽214，以及與凹槽214相對應之多個第一導電接點211、多個第二導電接點212以及多個第三導電接點213之基板，其中多個第二導電接點212以及多個第三導電接點213經由基板21之金屬線路或其它適當之導電線路與相對應之多個第一導電接點211電性連接。
請參照圖8，接著，將影像感測器22以及多個發光元件23設置於基板21上，其中影像感測器22設置於凹槽214內進行固晶接合，並與凹槽214內之第二導電接點212電性連接；多個發光元件23則與相對應第三導電接點213電性連接。需注意的是，影像感測器22以及發光元件23固定於基板21之順序可依實際製 程需求而任意調整。於一實施例中，再設置一二次光學結構25於每一發光元件23之出光表面側。
請參照圖9，接著，注入包含微粒之膠體來包覆發光元件23之側壁，並利用紫外光、加熱或其它適當方式加以固化，以形成散射層24。於圖9所示之實施例中，散射層24充填於影像感測器22以及發光元件23之間以及多個發光元件23之間。可以理解的是，依據適當之製程參數，膠體亦可充填入基板21之凹槽214。
請參照圖10，接著，注入第一封裝體26，以包覆影像感測器22之側壁以及覆蓋多個發光元件23，並利用紫外光、加熱或其它適當方式加以固化。於一實施例中，基板21可包含一擋牆結構，其環繞於第三導電接點213之外圍，以限制膠體以及第一封裝體26之充填範圍。
接著，沿切割對位記號或切割線(如圖10所示之虛線)對基板21進行切割，以形成包含影像感測器22以及多個發光元件23之影像感測器模組，如圖11所示。可以理解的是，切割的過程中，可將基板21之擋牆結構一併移除。
請參照圖12，接著，將分離的影像感測器模組以表面黏著技術(SMT)或其它適當方法設置於導電連接件27，並與導電連接件27電性連接。接著，將多個導線273與導電連接件27之相對應第五導電接點272電性連接。最後，將第二封裝體28灌注於模具內，使第二封裝體28包覆導電連接件27以及導線273之一端，即可形成如圖3所示之影像感測器封裝件20。
請參照圖13，本發明一實施例之內視鏡30a包含一管體31、一影像感測器封裝件20、多個導線32以及一電連接器33。管體31具有一第一開口以及一第二開口。內視鏡30a以管體31之一第一開口端伸入一腔體，例如人體之腔體或其它工業檢測時之細小空間。可以理解的是，依據不同的用途，管體31可為不同之外型設計。影像感測器封裝件20設置於管體31之第一開口端，以擷取腔體內之 一影像並產生相對應之一電子訊號。影像感測器封裝件20之詳細結構如前所述，在此不再贅述。
導線32則與影像感測器封裝件20以及電連接器33電性連接，使影像感測器封裝件20所產生相對應之一電子訊號可經由電連接器33傳送至一外部電子裝置，例如電腦、行動上網裝置或內視鏡專用之電子裝置。於一實施例中，電連接器33以可插拔的方式與外部電子裝置電性連接。舉例而言，電連接器33可為USB介面、行動上網裝置之連接介面或其它適當形式之電連接器。
請參照圖14，於一實施例中，本發明之內視鏡30b之管體31包含一工作通道34。操作者可經由工作通道34將一工作器械伸入腔體內進行所需的工作，例如取樣部分組織、抽除分泌物/組織液/血液、或供應藥物等。
於一實施例中，本發明之內視鏡30b包含一殼體35，其設置於管體31以及電連接器33之間。殼體35可依據不同的需求而有不同的設計。舉例而言，殼體35可為適合操作者手持之外型，或者殼體35可為適合架設於其它載具(例如頭戴式載具)之外型。於一實施例中，本發明之內視鏡30b包含一電子元件36，其與影像感測器封裝件20以及電連接器33電性連接。電子元件36可處理影像感測器封裝件20所產生之電子訊號，並經由電連接器33傳送至外部電子裝置。舉例而言，電子元件36可為一微控制器(MCU)。
綜合上述，本發明之影像感測器封裝件以及內視鏡是利用一散射層包覆發光元件，使發光元件產生之照明光經由散射層散射而形成較大之照明光源，例如環形、U形、L型或I形之照明光源，以提供較佳之照明效果以及提升照明光之利用率。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定 本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
20:影像感測器封裝件
21:基板
211:第一導電接點
212:第二導電接點
213:第三導電接點
214:凹槽
22:影像感測器
221:入光表面
23:發光元件
231:出光表面
24:散射層
241:上表面
25:二次光學結構
26:第一封裝體
27:導電連接件
271:第四導電接點
272:第五導電接點
273:導線
28:第二封裝體

Claims (34)

  1. 一種影像感測器封裝件，包含：一基板，包含多個第一導電接點、多個第二導電接點以及多個第三導電接點，其中該多個第二導電接點以及該多個第三導電接點與相對應之該多個第一導電接點電性連接；一影像感測器，其設置於該基板，且與該多個第二導電接點電性連接；多個發光元件，其相鄰該影像感測器，設置於該基板且與該多個第三導電接點電性連接；以及一散射層，其包覆該發光元件之至少一側壁。
  2. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該散射層充填於該影像感測器以及該發光元件之間以及該多個發光元件之間。
  3. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該散射層與該多個發光元件形成圍繞該影像感測器之一帶狀結構或環形結構。
  4. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，更包含：一導光層，其設置於該多個發光元件之間，其中該散射層包覆該導光層之側壁。
  5. 如請求項4所述之影像感測器封裝件，其中該導光層與該多個發光元件形成圍繞該影像感測器之一帶狀結構或環形結構。
  6. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該散射層之高度小於或等於該發光元件之一出光表面之高度。
  7. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該散射層包含一膠體以及分散於該膠體之微粒。
  8. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該影像感測器包含一遮光層，其設置於該影像感測器之側壁。
  9. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中部分該散射層沿著該影像感測器之側壁延伸，以包覆該影像感測器之側壁。
  10. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該多個第二導電接點之高度等於或低於該多個第三導電接點之高度。
  11. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該發光元件之一出光表面之高度等於或低於該影像感測器之一入光表面之高度。
  12. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，其中該發光元件包含一二次光學結構。
  13. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，更包含：一第一封裝體，包覆該影像感測器之側壁以及該多個發光元件。
  14. 如請求項13所述之影像感測器封裝件，其中該第一封裝體之一頂面等於或低於該影像感測器之一入光表面。
  15. 如請求項1所述之影像感測器封裝件，更包含：一導電連接件，其包含多個第四導電接點以及多個第五導電接點，其中該多個第四導電接點與該基板之相對應之該多個第一導電接點電性連接；以及多個導線，其與相對應之該多個第五導電接點電性連接。
  16. 如請求項15所述之影像感測器封裝件，更包含：一第二封裝體，其包覆該導電連接件以及該多個導線之一端。
  17. 一種內視鏡，包含： 一管體，其具有一第一開口以及一第二開口，其中該管體之該第一開口端用以伸入一腔體；一影像感測器封裝件，其設置於該管體之該第一開口端，用以擷取該腔體內之一影像並產生相對應之一電子訊號，其中該影像感測器封裝件包含：一基板，包含多個第一導電接點、多個第二導電接點以及多個第三導電接點，其中該多個第二導電接點以及該多個第三導電接點與相對應之該多個第一導電接點電性連接；一影像感測器，其設置於該基板，且與該多個第二導電接點電性連接；多個發光元件，其相鄰該影像感測器，設置於該基板且與該多個第三導電接點電性連接；以及一散射層，其包覆該發光元件之至少一側壁；多個導線，其設置於該管體內，且一端與該基板相對應之該多個第一導電接點電性連接；以及一電連接器，其與該多個導線之另一端電性連接，以供該內視鏡以可插拔的方式與一外部電子裝置電性連接。
  18. 如請求項17所述之內視鏡，更包含：一電子元件，其與該影像感測器封裝件以及該電連接器電性連接，以處理該影像感測器封裝件所產生之該電子訊號。
  19. 如請求項17所述之內視鏡，更包含：一殼體，其設置於該影像感測器封裝件以及該電連接器之間。
  20. 如請求項17所述之內視鏡，其中該散射層充填於該影像感測器以及該發光元件之間以及該多個發光元件之間。
  21. 如請求項17所述之內視鏡，其中該散射層與該多個發光元件形成環繞該影像感測器之一環形結構。
  22. 如請求項17所述之內視鏡，更包含：一導光層，其設置於該多個發光元件之間，其中該散射層包覆該導光層之側壁。
  23. 如請求項22所述之內視鏡，其中該導光層與該多個發光元件形成環繞該影像感測器之一環形結構。
  24. 如請求項17所述之內視鏡，其中該散射層之高度小於或等於該發光元件之一出光表面之高度。
  25. 如請求項17所述之內視鏡，其中該散射層包含一膠體以及分散於該膠體之微粒。
  26. 如請求項17所述之內視鏡，其中該影像感測器包含一遮光層，其設置於該影像感測器之側壁。
  27. 如請求項17所述之內視鏡，其中部分該散射層沿著該影像感測器之側壁延伸，以包覆該影像感測器之側壁。
  28. 如請求項17所述之內視鏡，其中該多個第二導電接點之高度等於或低於該多個第三導電接點之高度。
  29. 如請求項17所述之內視鏡，其中該發光元件之一出光表面之高度等於或低於該影像感測器之一入光表面之高度。
  30. 如請求項17所述之內視鏡，其中該發光元件包含一二次光學結構。
  31. 如請求項17所述之內視鏡，其中該影像感測器封裝件更包含：一第一封裝體，包覆該影像感測器之側壁以及該多個發光元件。
  32. 如請求項31所述之內視鏡，其中該第一封裝體之一頂面等於或低於該影像感測器之一入光表面。
  33. 如請求項17所述之內視鏡，其中該影像感測器封裝件更包含：一導電連接件，其包含多個第四導電接點以及多個第五導電接點，其中該多個第四導電接點與該基板之相對應之該多個第一導電接點電性連接，且該多個導線與相對應之該多個第五導電接點電性連接。
  34. 如請求項33所述之內視鏡，其中該影像感測器封裝件更包含：一第二封裝體，其包覆該導電連接件以及該多個導線之一端。
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