TWM481426U

TWM481426U - 相機模組

Info

Publication number: TWM481426U
Application number: TW102223083U
Authority: TW
Inventors: Ting-Cheng Lee; Ti-Lun Liu
Original assignee: Lite On Electronics Guangzhou; Lite On Technology Corp
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-07-01

Description

相機模組

本新型是有關於一種相機模組，特別是指一種具有液體變焦裝置(liquid lens)，且藉由該液體變焦裝置達成自動變焦效果的相機模組。

目前各種電子裝置如行動電話、平板電腦、個人電腦等，都會裝設微型的相機模組，讓使用者便於拍攝、獲取照片。傳統之相機模組包括一鏡頭模組(Lens Module)和一影像感測器(Image Pick-up Sensor)。一般之鏡頭模組具有一鏡座、一以螺合等固設方式收容於該鏡座內之鏡筒以及收容於該鏡筒內之光學元件如光學透鏡、濾光片等。影像感測器設置於該鏡頭模組之鏡座之底部，其與該鏡筒內之光學元件光學耦合。為了提高成像品質，相機模組一般配有變焦機構。變焦機構需通過驅動機構推動鏡筒而實現變焦。而傳統之驅動機構通常採用驅動器(如步進馬達)帶動齒輪機構，該種相機模組之變焦鏡頭結構於工作時，驅動器帶動齒輪轉動，同時帶動齒條做直線運動，從而使鏡筒沿其光軸作直線運動，改變光學透鏡與影像感測器之間相對位置，實現光學變焦。但此種藉由驅動器帶動鏡筒變焦的相機模組，其缺點在於驅動器及齒輪機構的體積龐大、機構複雜，且傳動時帶動鏡筒移動的速度慢，不但會導致相機模組的整體體積、重量增加，且拉長鏡筒變焦的作動時間。此外，上述鏡筒變焦時是由驅動器作為動力源，驅動器運作需要較多的電耗，因此會增加電子裝置的整體功耗。另一方面，上述相機模組之鏡筒係以螺合方式收容於該鏡座內，故於組裝及變焦過程中，容易產生微粒粉塵，汙染影像區而影響其成像品質。

因此，本新型之目的，即在提供一種實現尺寸微型輕薄化、結構簡單、低耗能、變焦速度快、易於製造且成本低的相機模組。

於是，本新型相機模組，包含一感測單元、一鏡頭單元及多個導電體。感測單元包括一基板及一設置於該基板上的影像感測器，該基板貫穿形成多個不通過該影像感測器的基板穿孔。鏡頭單元設於該感測單元上，且包括一液體變焦裝置。該液體變焦裝置具有一密封體，且該密封體貫穿形成多個密封體穿孔，該等密封體穿孔分別對應於該等基板穿孔。該等導電體分別由該基板往該鏡頭單元延伸地設於相對應的該等基板穿孔及該等密封體穿孔之中，並藉由控制電壓變化，以對應控制該液體變焦裝置的變焦功能。

本新型的另一相機模組，包含一感測單元、一鏡頭單元及多個導電體。該感測單元為一感測單元組的部分，該感測單元組包括一區分為多個基板的基板總成及多個分別設置於該等基板上的影像感測器，各該基板及其對應的該影像感測器配合形成該感測單元，且各該基板貫穿形成多個不通過該影像感測器的基板穿孔。該鏡頭單元為一包括多個鏡頭單元的鏡頭單元組的部分，該鏡頭單元組設於該感測單元組上，該鏡頭單元組的該等鏡頭單元位置分別對應該感測單元組的該等感測單元，且該鏡頭單元組包括一具有多個液體變焦裝置的液體變焦裝置組，該等液體變焦裝置分別具有一密封體，各該密封體位置對應於各該影像感測器且貫穿形成多個密封體穿孔，該等密封體穿孔位置分別對應於該等基板穿孔。該等導電體分別由該等基板往該等鏡頭單元延伸地設於相對應的該等基板穿孔及該等密封體穿孔之中，並藉由控制電壓變化以對應控制各該液體變焦裝置的變焦功能。其中，將該感測單元組、該鏡頭單元組與該等導電體配合形成的一類晶圓堆疊結構進行切割，而形成多個該相機模組。

本新型之功效在於：本新型相機模組透過上述液體變焦裝置的設置，可實現快速變焦、輕薄化、結構簡單及省電功能。此外，此種相機模組藉由晶圓級加工技術製作，可由一個類晶圓堆疊結構批量製得多個相機模組，有助於提升產量及降低成本。而且，相機模組是由多層結構依序堆疊而成，在生產製造過程中不需要進行任何的鎖固/螺合程序，能避免鎖固/螺合程序產生的粉塵汙染問題，進而提升相機模組的成像品質，並同時提升相機模組的製造良率。

100‧‧‧類晶圓堆疊結構

1‧‧‧相機模組

200‧‧‧感測單元組

2‧‧‧感測單元

20‧‧‧基板總成

21‧‧‧基板

211‧‧‧基板穿孔

22‧‧‧影像感測器

23‧‧‧蓋板

231‧‧‧蓋板穿孔

26‧‧‧蓋板總成

300‧‧‧鏡頭單元組

3‧‧‧鏡頭單元

400‧‧‧液體變焦裝置組

4‧‧‧液體變焦裝置

41‧‧‧密封體

411‧‧‧腔室

412‧‧‧密封體穿孔

413‧‧‧透鏡結構

42‧‧‧第一液體

43‧‧‧第二液體

44‧‧‧接觸界面

500‧‧‧透鏡機構組

5‧‧‧透鏡機構

51‧‧‧透鏡機構穿孔

52‧‧‧第一透鏡部

53‧‧‧第二透鏡部

6‧‧‧導電體

7‧‧‧座體

A-A‧‧‧切割線

S1~S5‧‧‧流程步驟

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一剖面示意圖，說明本新型相機模組的較佳實施例；圖2是一剖面示意圖，說明本新型相機模組相較於圖1的變焦示例態樣；圖3是一製作流程圖，說明本新型相機模組的製造過程；圖4至圖7是本新型相機模組的製造過程示意圖；及圖8是本新型相機模組的應用示意圖。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，為本新型相機模組1的較佳實施例。相機模組1可運用於行動電話、平板電腦、個人電腦等電子裝置，但不以特定應用為限。

相機模組1包含一感測單元2、一鏡頭單元3及多個導電體6。

參閱圖1與圖4，感測單元2包括一基板21及一設置於基板21上的影像感測器22。

基板21供影像感測器22設置其上，且基板21 於影像感測器22的外側形成多個不通過影像感測器22的基板穿孔211。在本實施例中，基板21是一電路板，其頂面形成一供影像感測器22設置並透過打線(wire bonding)、晶片尺寸封裝(chip scale package，簡稱為CSP)、球閘陣列封裝(ball grid array，簡稱為BGA)或覆晶(flip chip，簡稱為FC)等方式形成電連接的凹陷處，且該等基板穿孔211是形成於基板21的凹陷處之外。在其他實施態樣中，基板21也可以是頂面大致呈現平坦狀的電路板，因此感測單元2還包括一間隔層(spacer，圖中未繪製)，該間隔層設置於基板21頂面並圍繞影像感測器22而能提供墊高、支撐功能，且間隔層還貫穿形成多個分別對應該等基板穿孔211的間隔層穿孔(未圖示)，該等間隔層穿孔可供形成電路連接時使用。此外，本實施例的基板21也可以是一承載基材(例如：陶瓷載板、塑膠載板等)，因此感測單元2還包括一與基板21疊置並配合基板21使用的電路板(未圖示)，並可藉由前述打線、晶片尺寸封裝、球閘陣列封裝或覆晶等方式，讓影像感測器22與該電路板可進一步形成電性連接，以進行電路控制。因此，如上所述，本實施例中基板21有多種實施態樣，不以特定型態為限。

影像感測器22可接收外界的影像光線並轉換為圖像資料，其可採用互補式金屬氧化物半導體感測器(complementary metal-oxide-semiconductor sensor，簡稱為CMOS sensor)，但不以此種感測器為限。

另外，本實施例的感測單元2還可包括一覆蓋基板21與影像感測器22的蓋板23。蓋板23由例如玻璃、塑膠等透光材質製作，其除了可用於承載支撐鏡頭單元3之外，更提供保護、濾光或防光線反射等功能。蓋板23分別於對應基板穿孔211處貫穿形成多個蓋板穿孔231，該等蓋板穿孔231分別與該等基板穿孔211對應連通。值得注意的是，在其他實施態樣中，感測單元2亦可省略該蓋板23。

參閱圖1、圖5及圖6，鏡頭單元3設於感測單元2上，並包括一液體變焦裝置4及一透鏡機構5。

液體變焦裝置4為可受控改變曲率、焦距的透鏡，其具有一密封體41及容納於密封體41內的一第一液體42及一第二液體43。密封體41以可透光的材質製成，其內部於對應影像感測器22處形成一供容納第一液體42、第二液體43的腔室411，並於腔室411周圍貫穿形成多個密封體穿孔412。該等密封體穿孔412形成於鄰近第一液體42、第二液體43處，且位置分別對應於該等基板穿孔211與蓋板穿孔231。密封體41的上下表面可以是平面、曲面或自由曲面。在本實施例中，密封體41於其外表面對應第一液體42與第二液體43處形成一透鏡結構413，以提供初步的聚光功能。但密封體41的表面型貌可根據光學需求而設計，不以特定型態為限。

第一液體42具有導電性，第二液體43不具有導電性。此外，第一液體42與第二液體43位置對應該影像感測器22且兩者互不相溶，因而界定出一弧形的接觸界面44。本實施例中，第一液體42的主要成分為水，第二液體43的主要成分為油，兩者之間的接觸界面44可受外加電壓(電場)控制而改變形狀與曲率，以調整穿透液體變焦裝置4的影像光線的行進路徑。但在其他實施態樣中，第一液體42、第二液體43可以不同成分搭配，不以此處揭露的水、油配合為限。

根據上述內容，本實施例中液體變焦裝置4是以液態透鏡(liquid lens)的型態進行裝置運作，其為可受控而改變曲率、焦距的透鏡。液體變焦裝置4係利用折射率不同且不相溶解的第一液體42及第二液體43執行影像光線的變焦功能。例如，前述密封體41的腔室411的壁面可預施以疏水性處理，第一液體42使用可導電的水性溶液，第二液體43使用不導電的矽酮油溶液。據此，第一液體42及第二液體43封裝在兩面均透明的密封體41中時，在未施加外部電壓的狀態下，水性溶液大致會呈現朝上凸出的圓頂型並主要聚集在密封體41的中間區域，因此第一液體42與第二液體43可相互配合而界定出弧形的接觸界面44，因而能控制通過接觸界面44的影像光線的行進路徑。若在密封體41的兩側施加適當的電壓產生電場，第一液體42、第二液體43受到電場影響產生的電潤濕效應(electro-wetting effect)會導致兩者之間的接觸界面44產生形狀、曲率變化，可調整光學像距，因而改變通過接觸界面44的影像光線的行進路徑，以執行光學變焦功能。

透鏡機構5設於感測單元2與液體變焦裝置4 之間，其具有支撐液體變焦裝置4的作用，使液體變焦裝置4與影像感測器22的距離符合像距要求。透鏡機構5可以是透光材質製成之間隔層(spacer)，亦可以是兼具光學效果的固態透鏡或液態透鏡。其中，透鏡機構5貫穿形成多個透鏡機構穿孔51。該等透鏡機構穿孔51位置分別對應該等基板穿孔211與該等密封體穿孔412，分別供該等導電體6設置其中，而導電體6將於後續進一步詳述。

本實施例中，透鏡機構5為固態透鏡，其具有一第一透鏡部52及一第二透鏡部53。第一透鏡部52及第二透鏡部53位置相互對應，並設於對應於第一液體42、第二液體43及影像感測器22處，以調節進入影像感測器22的影像光線的路徑。此處，第一透鏡部52與第二透鏡部53都是具有匯聚光線功能的凸透鏡，與液體變焦裝置4配合後能達成特定的光學效果(此處為聚焦)，但是第一透鏡部52與第二透鏡部53也可以使用凹透鏡，或是採用凸透鏡/凹透鏡、凹透鏡/凸透鏡的組合，甚或透過透鏡機構5曲面的設計，與液體變焦裝置4相互搭配，而可達成所需的光學效果。此外，本實施例中透鏡機構5雖是以兩個透鏡部52、53為例進行說明，但透鏡機構5內含的透鏡部數量可視需要而調整，例如可以僅有一個或是三個以上的凸透鏡/凹透鏡的特定組合，因此此處透鏡部52、53的設置數量僅用於示例，不應以此限制透鏡機構5的實施範圍。然而，在不同的實施態樣中，鏡頭單元3也可以不設置透鏡機構5，此時液體變焦裝置4可直接設置於感測單元2上，並執行其變焦功能。

本實施例中，導電體6可以是導電膠或例如銅等金屬材質所製成。導電體6電連接於基板21(例如：電路板)，且分別由基板21往鏡頭單元3延伸地設於相對應的該等基板穿孔211、該等蓋板穿孔231、該等透鏡機構穿孔51及該等密封體穿孔412之中，而受控於基板21(電路板)改變其電壓，以控制第一液體42及第二液體43的接觸界面44的形狀與曲率，據此能達成鏡頭單元3的變焦效果。值得注意的是，由於本實施例的基板21也可以是一承載基材，因此基板21需與一電路板(未圖示)配合設置，而導電體6透過基板21電連接於電路板，能受控於電路板改變其電壓，據以控制液體變焦裝置4的變焦功能。

參閱圖1，根據上述相機模組1的實施態樣，導電體6未通電時，第一液體42(水)、第二液體43(油)之間的接觸界面44形狀主要受兩者的界面張力影響，而呈現向上凸起的弧面。

參閱圖2，當導電體6受控於基板21(電路板)而改變其電壓後，會讓第一液體42、第二液體43藉由電濕潤效應而使兩者之間的接觸界面44轉變為向下凸伸的弧面(凹曲面)。因此，根據此種控制機制，相機模組1透過導電體6的電壓調整，即能快速地改變第一液體42、第二液體43的接觸界面44的曲率與形狀，而達成所需的變焦效果。

在此要特別說明的是，本實施例的鏡頭單元3雖是以一個液體變焦裝置4配合一個透鏡機構5使用，且透鏡機構5是設在液體變焦裝置4與感測單元2之間，但在其他實施態樣中，透鏡機構5也可以設於液體變焦裝置4相反於感測單元2的另一側(即透鏡機構5設於液體變焦裝置4之上)，且液體變焦裝置4與透鏡機構5的數量可以視需要而調整。舉例來說，鏡頭單元3可以只使用液體變焦裝置4而不搭配透鏡機構5，或者是鏡頭單元3可由多個液體變焦裝置4搭配多個透鏡機構5運作。因此，本新型相機模組1的實施態樣，不以特定型態為限。

以下參閱圖3至圖7，說明本實施例藉由晶圓級製造技術(wafer-level production)製作一具有多個相機模組1的類晶圓堆疊結構100的製造流程，該類晶圓堆疊結構100可於切割(dicing)後製得多個相機模組1，而實現相機模組1的晶圓級批量生產製程。

步驟S1：由於本製造方法是由晶圓級製造技術藉由各層結構堆疊而製備類晶圓堆疊結構100，因此在進行結構堆疊前，必須先製備類晶圓堆疊結構100內含的感測單元組200及鏡頭單元組300。

參考圖4，在感測單元組200的部分，首先需要準備一可區分為多個基板21的基板總成20，並於基板總成20上對應該等基板21的凹陷處分別設置一影像感測器22，且於該基板總成20未設置該等影像感測器22處貫穿形成多個鄰近該等影像感測器22的基板穿孔211。隨後，將一具有多個蓋板23的蓋板總成26覆蓋於基板總成20與該等影像感測器22之上，並使其蓋板穿孔231對準於該等基板穿孔211，而形成一具有多個感測單元2的感測單元組200。

參閱圖5與圖6，在鏡頭單元組300部分，其包括一液體變焦裝置組400及一透鏡機構組500。液體變焦裝置組400具有多個液體變焦裝置4，透鏡機構組500具有多個透鏡機構5，液體變焦裝置4、透鏡機構5的構造如前述說明，在此不再贅述。

於本製備步驟S1中，感測單元組200、液體變焦裝置組400、透鏡機構組500中所包括的感測單元2、液體變焦裝置4、透鏡機構5，於尺寸、位置、結構係相互對應，因此於後續步驟中，感測單元組200、液體變焦裝置組400與透鏡機構組500可直接進行多層結構堆疊之製程進行。

步驟S2：完成前述感測單元組200、液體變焦裝置組400及透鏡機構組500的製備後，本步驟要將透鏡機構組500以例如黏著的方式設置於感測單元組200上(如圖5)，使各個透鏡機構5的第一透鏡部52、第二透鏡部53對準感測單元2的影像感測器22，並使各個透鏡機構5的透鏡機構穿孔51分別對準於感測單元2的蓋板穿孔231、基板穿孔211，以確保後續製造步驟的順利執行。

步驟S3：此步驟要在透鏡機構組500上以例如黏著的方式設置液體變焦裝置組400(如圖6)，因此需將各個液體變焦裝置4的第一液體42、第二液體43對準透鏡機構5的第一透鏡部52、第二透鏡部53，並將各個液體變焦裝置4的密封體穿孔412對準透鏡機構穿孔51，以確保密封體穿孔412、透鏡機構穿孔51、蓋板穿孔231與基板穿孔211配合界定出連續貫通的穿孔，以供後續導電體6的製作進行。

步驟S4：完成上述製作步驟後，最後要在密封體穿孔412、透鏡機構穿孔51、蓋板穿孔231與基板穿孔211中製作在各個感測單元2、各個液體變焦裝置4及各個透鏡機構5之間貫穿延伸的導電體6(如圖7)，並讓各個導電體6與各個感測單元2的基板21(例如為電路板)形成電性連接，使導電體6能受控於基板21而執行控制第一液體42、第二液體43的接觸界面44的形狀、曲率的功能。具體來說，上述導電體6的製作可在密封體穿孔412、透鏡機構穿孔51、蓋板穿孔231與基板穿孔211之中灌注導電銀膠且隨後將導電銀膠固化而形成，或者是導電體6也可於該等穿孔之中鍍上金屬層而製備，但在不同的實施態樣中導電體6也可由其他方式製作，不以此處揭露的方式為限。

要特別說明的是，此處導電體6雖是以一次性的方式(如灌膠、鍍膜等方式)製成，但導電體6也可以藉由分段方式製成，也就是說在步驟S1製備前述感測單元組200、液體變焦裝置組400及透鏡機構組500時，即於感測單元組200、液體變焦裝置組400及透鏡機構組500預先分別製作各層的導電體，於步驟S2、S3進行各層結構堆疊時，讓各層導電體形成電性連接，也可以達成導電體6的製備效果。因此本實施例的導電體6的製作方式可視需要而對應調整，不以特定方式為限。

步驟S5：完成前述步驟S1~S4後，即製成一具有多個相機模組1的類晶圓堆疊結構100(如圖7)，因此本步驟可依預定位置(例如圖7的垂直虛線處)切割包含該感測單元組200、該鏡頭單元組300與該等導電體6的類晶圓堆疊結構100，而製得多個相機模組1。

綜上所述，本新型相機模組1透過採用液體變焦裝置4、透鏡機構5、感測單元2與導電體6的晶圓堆疊結構設置，於前述製作步驟中逐步完成各層的堆疊與固定，最終無任何鎖固/螺合動作，且省去習知馬達驅動機構而利用液體變焦裝置4實現本新型相機模組1快速變焦、尺寸小型化、輕薄化及省電功能。此外，此種相機模組1於製造過程中不易產生粉塵，可提升影像品質及可靠度，且便於批量生產，有利於生產製造的進行。

參閱圖8，此外，由於本新型相機模組1的鏡頭單元3、蓋板23等構件主要是以可透光的材質製成，因此實際使用時，相機模組1還可以包含一座體7，該座體7例如為一鏡座(holder)，可由塑膠等遮光材質製成，且由外包覆感測單元2、鏡頭單元3的側壁面，並覆蓋導電體6的頂面及密封體41的部分頂面，可對感測單元2、鏡頭單元3與導電體6產生遮光及保護效果，以避免漏光問題之發生。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。