WO2003105465A1 - Optical module and optical system - Google Patents

Optical module and optical system Download PDF

Info

Publication number
WO2003105465A1
WO2003105465A1 PCT/DE2003/001866 DE0301866W WO03105465A1 WO 2003105465 A1 WO2003105465 A1 WO 2003105465A1 DE 0301866 W DE0301866 W DE 0301866W WO 03105465 A1 WO03105465 A1 WO 03105465A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical module
module according
lens
lens holder
optical
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/001866
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Josef Dirmeyer
Harald Schmidt
Stephan Voltz
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2003105465A1 publication Critical patent/WO2003105465A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/54Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/55Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the invention relates to an optical module with a circuit carrier, a semiconductor element arranged on the circuit carrier by means of flip-chip technology and a lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element, the lens unit comprising a lens holder and a lens arrangement.
  • the invention further relates to an optical system with an optical module with a circuit carrier, a semiconductor element arranged on the circuit carrier by means of flip-chip technology and a lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element, the lens unit comprising a lens holder and a Includes lens assembly.
  • the typical lifespan for systems in the vehicle is 10 to 15 years, whereby only extremely low failure rates are tolerated, so that the components of an optical system of the type mentioned at the outset may only show very slow aging.
  • Another problem area with the modules and systems in question is related to the fact that the modules generally work with a fixed focal length. Therefore, the distance between the camera chip and the optics must be set and fixed during production. This leads to a considerable manufacturing effort. This also poses a quality risk.
  • lens surfaces in optical systems tend to fog up, particularly in the case of changing temperatures and high air humidity.
  • optical modules In poor lighting conditions, optical modules quickly reach their functional limits.
  • EP 1 081 944 A2 discloses a module and a system which correspond to the genera mentioned at the outset. According to the categories, it is provided that the semiconductor element is arranged on the circuit carrier using flip-chip technology and that the circuit carrier is implemented as a flexible printed circuit board. In this way, the optical module can be sealed comparatively easily, since it is no longer necessary to arrange a system board next to the optics within a hermetically sealed housing. Rather, it can be provided outside the optical module.
  • the flip-chip technology allows the optical module to be designed to be particularly small, which is particularly desirable in the motor vehicle sector and is associated with great advantages.
  • the flip-chip technology is also easy to automate.
  • the invention is therefore based on the object of providing an optical module and an optical system, so that a reliable optical quality can be made available with simple and inexpensive installation without adjustment and, in particular, focusing, and in particular Measures against fogging and poor lighting conditions can be implemented in a simple manner.
  • the invention builds on the generic optical module in that the lens holder is a MID ("molded interconnected device") with integrated conductor tracks and that the lens holder forms the circuit carrier for the semiconductor element.
  • MID molded interconnected device
  • MID technology is essentially based on the use of high-temperature thermoplastics, which are metallized in a structured manner.
  • MIDs i.e. spatial (3-dimensional) injection molded circuit carriers, are molded parts with an integrated circuit pattern structure.
  • MIDs can be produced in various ways, for example by producing the circuit carrier by single injection molding and then by
  • Hot stamping a metallization takes place, which is then structured by stamping. Also after the electro-metallization. Following the metallization, be it by hot stamping or galvanically, structuring can also be created using a 3D mask or an imaging laser process.
  • the circuit carrier can also be produced by other plastic processing methods, for example by double injection molding.
  • the metallization and the structuring of the MID can also be carried out in an integrated manner by means of a conductor foil.
  • the aforementioned methods for producing MIDs are only to be understood as examples of a large number of known methods from the prior art, it being possible to use MIDs produced in any way within the scope of the present invention.
  • MIDs specifically related to the present invention offer the possibility of using a manufacturing technology with particularly low tolerances between the semiconductor element and the lens unit.
  • the semiconductor element can be soldered or glued directly onto the lens holder. This makes the construction and assembly particularly easy. Furthermore, practically no additional uncertainty with regard to the optical structure is generated by such a method.
  • Tolerance chain which is expanded in conventional structures by the thickness of an additional circuit carrier and the thickness of any stabilizing elements that may be provided, has been reduced to a measure within the scope of the present invention.
  • a lens arrangement with at least one lens is advantageously provided.
  • the lens arrangement comprises a plurality of lenses in the form of a package.
  • the optical quality can be improved by a lens with a plurality of lenses, which is also possible within the scope of the present invention, in particular since it is possible to work with small tolerances.
  • the lenses are in direct contact with one another.
  • fluctuations in the lens arrangement in the Z direction that is to say in the direction in which the lenses follow one another, are practically excluded.
  • the tolerances only depend on the lenses themselves.
  • the relative positions of the lenses to one another are determined by the geometry of the lenses themselves.
  • the arrangement of the lenses can also be determined in the XY direction by the lenses themselves, namely by designing contact surfaces of the lenses accordingly.
  • the exactly one lens is connected to the lens holder in a watertight and dustproof manner.
  • the foremost lens is advantageously selected as the lens which interacts with the lens holder for sealing. This can be done, for example, in such a way that exactly one lens is connected to the lens holder by ultrasound, laser welding and / or adhesive methods.
  • the lens arrangement is snapped into the lens holder. This also ensures exact positioning. It should also be emphasized that in this way a possibility of separation between the lenses and the expensive semiconductor element can be ensured. Furthermore, it can be prevented in this way that temperature expansions of the various components have a negative effect on the adjustment and in particular the focusing.
  • the sealing effect is provided in a particularly advantageous manner, in particular in connection with a snap assembly, in that the lenses have a hard and a soft component, the soft component being arranged on the circumference of the lenses for sealing.
  • the soft component also supports the general requirement that the
  • the optical module according to the invention can be developed in a particularly advantageous manner in that a ventilation duct is provided. In this way, the sealed module can "breathe". If the optical module is to be used for larger temperature fluctuations, it can be used as prove sensible to stick a DAE film (pressure compensation element) over an opening.
  • a DAE film pressure compensation element
  • the semiconductor element is covered with a globtop.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the light-emitting diodes are arranged in a ring around the lens arrangement and that the axes of the light-emitting diodes alternately form different angles with the axis of the module.
  • Such a mutual arrangement of the light-emitting diodes serves to achieve diffuse illumination, which leads to a uniform illumination of the objects to be optically detected.
  • the light-emitting diodes contact the lens holder implemented as MID directly. In this way, no additional components are required to supply the LEDs with voltage.
  • the light-emitting diodes can be contacted on the lens holder by means of SMD technology. This is a common contacting technique that can also be used in the context of this preferred embodiment.
  • the light-emitting diodes it is also possible for the light-emitting diodes to be contacted on the lens holder by means of bonding technology.
  • the module can be heated. In this way, fogging of the lenses in the event of temperature fluctuations can be counteracted. This is supported by the lens holder implemented as a MID, since in this way electrical current can be distributed variably without additional components.
  • thermally conductive plastics are provided for heating the module. This enables controlled heating of the entire module.
  • the module can be connected to a rigid circuit board via a flat cable. This is a particularly cost-effective solution for connecting the module to a controller.
  • connection of the module with a rigid circuit board is integrated with the lens holder implemented as MID. In this way, the number of components required is reduced again.
  • the invention also consists in an optical system with an optical module of the type mentioned above. In this way, the advantages of the optical module also come into play in the context of an overall system.
  • This optical system is developed in a particularly useful manner in that the module can be connected to a rigid circuit board via a flat cable.
  • optical system can also be developed in a particularly advantageous manner in that a connection of the module with a rigid circuit board is integrated with the lens holder realized as an MID.
  • the invention is based on the finding that it is possible to have a compact, highly integrated module solution with a low level To provide dimensions that are easy to assemble and therefore particularly inexpensive. It is possible to provide various functionalities with small dimensions at the same time.
  • the optical module and the optical system are practically maintenance-free. Particularly in the sense of saving costs, it is also not necessary to optically adjust the optical module, since this is already present due to the geometrical design of the components and because the tolerance chain is shortened to one dimension.
  • the module is stable and of high quality, and an integrated solution of sensor and optics in a modular design is provided.
  • the modular design means that the number of variants is reduced, which is in the sense of the common parts concept that is always sought.
  • the modules can be easily removed from the overall system.
  • the lenses can also be removed from the optical module in the advantageous snap-in assembly and thus separated from the expensive semiconductor.
  • an integrated solution with sensor, optics, lighting and heating device is provided, which uses a particularly inexpensive connection between the optics module and the main board.
  • the invention can be used particularly useful in the implementation of video systems and in the combination of video systems with radar systems in the automotive field.
  • FIG. 1 shows a first perspective view of an optical module according to the invention
  • FIG. 2 shows a second perspective illustration of an optical module according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective, partially sectioned illustration of an optical module according to the invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view of an optical module according to the invention.
  • FIG. 5 shows a sectional view of an optical module according to the invention.
  • Figure 6 is a side view of another embodiment of an optical module according to the invention.
  • Figure 1 shows a perspective view of an optical module according to the invention.
  • a lens holder 14 and a flat cable 36 can be seen.
  • a (not visible) light-sensitive semiconductor element is arranged under the globtop 26, which can also be recognized.
  • the flat cable 36 At the opposite end of the flat cable 36, the latter is provided with soldering pads 28, so that contact between the optical module and a circuit board, for example by iron soldering using the soldering pads 28, can be established without any further electrical connection.
  • Recesses and light-emitting diodes 38 arranged therein can be recognized on the side of the optical module opposite the globtop 26.
  • FIG. 2 shows a second perspective view of an optical module according to the invention.
  • the special alternating arrangement of the light-emitting diodes 38 around a lens 20 provided for the radiation entry can be seen here.
  • FIG. 3 shows a perspective, partially sectioned illustration of an optical module according to the invention.
  • the interior of the lens holder 14 can be seen here.
  • FIG. 4 shows an exploded view of the optical module according to the invention
  • FIG. 5 which shows the optical module in a sectional view.
  • Three lenses 16, 18, 20 are inserted into the lens holder 14. The lenses are shaped such that they assume a defined position within the lens holder 14 relative to one another.
  • At least one of the lenses is designed such that it interacts with the lens holder 14 and thus also assumes a defined position with respect to the lens holder 14 and ultimately with respect to the semiconductor element 12. In this way, all lenses 16, 18, 20 are adjusted with respect to the semiconductor element 12. This adjustment is not influenced by further measures, since the semiconductor element 12 is arranged directly on the lens holder 14, which acts as a substrate.
  • the lens holder 14 is implemented as a MID (“molded inter-connected device”) with integrated conductor tracks.
  • the connection between the semiconductor element 12 and the lens holder 14 takes place by means of flip-chip technology in that a solder connection is made via solder bumps 30. The connection can then be reinforced with an underfill.
  • the light-emitting diodes 38 can also be seen in FIGS. 3, 4 and 5, the mutual arrangement being clearly shown in FIG.
  • the semiconductor element 12 may be configured as a CMOS or CCD '.
  • an adhesive connection can also be provided.
  • An underfill can be applied for reinforcement.
  • a globtop 26 is provided.
  • an opening for ventilation can be provided. Just- if it is possible to place an adhesive DAE (adhesive pressure compensation element) on an opening.
  • the lens holder 14 is designed as a MID enables not only the power supply of the light-emitting diodes 38 via integrated conductor tracks but also heating of the entire module, which can be supported in particular by the use of heat-conducting plastic.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of an optical module according to the invention.
  • molded metalized pins with an integrated possibility for length expansion are provided here, so that there is a further possibility of connecting the optical module to further system components, for example with a circuit board.
  • An optical module has a lens holder 14, in which a lens arrangement comprising, for example, three lenses 16, 18, 20 is inserted.
  • the lenses 16, 18, 20 are preferably clearly aligned with one another and with respect to the lens holder 14 due to their geometric design, so that no further optical adjustment of the system is required.
  • the lens holder 14 is designed as a MID (“molded interconnected device”) with integrated conductor tracks and serves as a circuit carrier for a semiconductor element (12) applied using flip-chip technology.

Abstract

An optical module comprises a lens holder (14), inside of which a lens arrangement consisting of, for example, three lenses (16, 18, 20) is placed. Preferably, the lenses (16, 18, 20) are clearly oriented toward one another and with regard to the lens holder (14) by their geometric design thereby rendering further optical adjustment of the system unnecessary. The lens holder (14) is provided in the form of a MID (molded interconnected device) having integrated conductor paths and serves as a circuit support for a semiconductor element (12) that is mounted using flip-chip technology.

Description

Beschreibungdescription
Optisches Modul und optisches SystemOptical module and optical system
Die Erfindung betrifft ein optisches Modul mit einem Schaltungsträger, einem mittels Flip-Chip-Technik auf dem Schaltungsträger angeordneten Halbleiterelement und einer Linseneinheit zum Projizieren von elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement, wobei die Linseneinheit einen Linsen- halter und eine Linsenanordnung umfasst.The invention relates to an optical module with a circuit carrier, a semiconductor element arranged on the circuit carrier by means of flip-chip technology and a lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element, the lens unit comprising a lens holder and a lens arrangement.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System mit einem optischen Modul mit einem Schaltungsträger, einem mittels Flip-Chip-Technik auf dem Schaltungsträger angeordneten Halb- leiterelement und einer Linseneinheit zum Projizieren von e- lektromagnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement, wobei die Linseneinheit einen Linsenhalter und eine Linsenanordnung umfasst.The invention further relates to an optical system with an optical module with a circuit carrier, a semiconductor element arranged on the circuit carrier by means of flip-chip technology and a lens unit for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element, the lens unit comprising a lens holder and a Includes lens assembly.
Gattungsgemäße optische Module und Systeme kommen insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik zum Einsatz.Generic optical modules and systems are used in particular in automotive engineering.
Bei Anwendungen im Innen- oder Außenbereich eines Fahrzeugs bestehen hohe Anforderungen aufgrund von äußeren Einflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzung und Vibration.For applications in the interior or exterior of a vehicle, there are high requirements due to external influences such as temperature, humidity, pollution and vibration.
Die typische Lebensdauer für Systeme im Fahrzeug liegt bei 10 bis 15 Jahren, wobei nur extrem geringe Ausfallraten toleriert werden, so dass auch die Komponenten eines optischen Systems der eingangs genannten Art nur eine sehr langsame Al- terung zeigen dürfen.The typical lifespan for systems in the vehicle is 10 to 15 years, whereby only extremely low failure rates are tolerated, so that the components of an optical system of the type mentioned at the outset may only show very slow aging.
Da in vielen Fällen der Einbauraum von optischen Modulen beziehungsweise optischen Systemen sehr begrenzt ist, existieren zusätzliche Schwierigkeiten bei der Realisierung der op- tischen Systeme. Mit herkömmlichen Mitteln ist es daher extrem schwierig, eine hermetisch abgedichtete zuverlässige Einheit aus einem Kamerachip (CCD oder CMOS) und einer Optik aufzubauen.Since the installation space of optical modules or optical systems is very limited in many cases, there are additional difficulties in realizing the optical systems. With conventional means it is therefore extremely difficult to find a hermetically sealed reliable one Build unit from a camera chip (CCD or CMOS) and optics.
Ferner ist es für den Serieneinsatz der Module und Systeme wichtig, dass sie kostengünstig gefertigt werden können; dies steht den genannten Anforderungen grundsätzlich entgegen.Furthermore, it is important for the series use of the modules and systems that they can be manufactured inexpensively; this is fundamentally contrary to the requirements mentioned.
Ein weiterer Problemkreis bei den in Rede stehenden Modulen und Systemen hängt damit zusammen, dass die Module im Allge- meinen mit fester Brennweite arbeiten. Daher muss der Abstand zwischen dem Kamerachip und der Optik während der Fertigung eingestellt und fixiert werden. Dies führt zu einem erheblichen Fertigungsaufwand. Ferner besteht hierdurch ein Qualitätsrisiko.Another problem area with the modules and systems in question is related to the fact that the modules generally work with a fixed focal length. Therefore, the distance between the camera chip and the optics must be set and fixed during production. This leads to a considerable manufacturing effort. This also poses a quality risk.
Problematisch und kostentreibend ist weiterhin, dass der gesamte Fertigungsprozess der Elektronik und der Optik entweder in einem Reinraum stattfinden muss oder entsprechende Reinigungsprozeduren durchgeführt werden müssen, um eine Staub- freiheit zu garantieren und damit den Qualitätsanforderungen zu genügen.It is also problematic and cost-driving that the entire manufacturing process of the electronics and optics either has to take place in a clean room or corresponding cleaning procedures have to be carried out in order to guarantee freedom from dust and thus to meet the quality requirements.
Ebenfalls ist es problematisch, dass Linsenoberflächen bei optischen Systemen dazu neigen zu beschlagen, insbesondere bei wechselnden Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit.It is also problematic that lens surfaces in optical systems tend to fog up, particularly in the case of changing temperatures and high air humidity.
Bei schlechten Lichtverhältnissen stoßen optische Module weiterhin schnell an ihre Funktionsgrenzen.In poor lighting conditions, optical modules quickly reach their functional limits.
Insbesondere bei Systemen, die weitgehend einen klassischen Aufbau aus Objektiv und Kamerachip aufweisen, wobei der Kamerachip in einem Gehäuse auf einem Schaltungsträger aufgebracht ist, ist es schwierig die genannten Probleme zu umgehen und die genannten Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Das Objektiv wird während der Fertigung zum Kamerachip justiert, wodurch die Fokussierung eingestellt wird. Durch eine geeignete Feststellmöglichkeit, beispielsweise durch eine Ver- schraubung oder Verklebung, wird das Objektiv relativ zum Kamerachip fixiert. Bei klassischen Systemen ist es ebenfalls äußerst schwierig, Maßnahmen gegen das Beschlagen vorzusehen. Beispielsweise würden Passivierungsbeschichtungen eine zu starke Verschlechterung der Transmission und somit der optischen Eigenschaften bewirken. Ebenso ist es schwierig, Maßnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen zu ergreifen. Eine zusätzliche Beleuchtung wird bei klassischen Systemen auf einer separaten Leiterplatte angeordnet. Auf diese Weise sind die Abstrahleigenschaften der Leuchtdioden weitgehend festgelegt.Particularly in systems which largely have a classic design consisting of a lens and a camera chip, the camera chip being applied in a housing on a circuit carrier, it is difficult to avoid the problems mentioned and to meet the quality requirements mentioned. The lens is adjusted to the camera chip during production, which sets the focus. By means of a suitable locking option, for example by means of a screwing or gluing, the lens is fixed relative to the camera chip. With classic systems, it is also extremely difficult to provide measures against fogging. For example, passivation coatings would cause excessive deterioration in the transmission and thus the optical properties. It is also difficult to take action in low light conditions. With classic systems, additional lighting is arranged on a separate circuit board. In this way, the radiation properties of the LEDs are largely determined.
Es sind aber auch bereits weiterentwickelte Möglichkeiten bekannt, mit denen die Probleme des Standes der Technik teil- weise umgangen werden können und die einige genannte Anforderungen erfüllen. In der EP 1 081 944 A2 sind ein Modul und ein System offenbart, die den eingangs genannten Gattungen entsprechen. Hier ist den Gattungen gemäß vorgesehen, dass das Halbleiterelement in Flip-Chip-Technik auf dem Schal- tungsträger angeordnet ist und dass der Schaltungsträger als flexible Leiterplatte realisiert ist. Auf diese Weise kann das optische Modul vergleichsweise einfach abgedichtet werden, da es nicht mehr erforderlich ist eine Systemplatine neben der Optik innerhalb eines hermetisch abgedichteten Gehäu- ses anzuordnen. Vielmehr kann diese außerhalb des optischen Moduls vorgesehen sein. Die Flip-Chip-Technik gestattet, das optische Modul besonders klein auszulegen, was insbesondere im Kraftfahrzeugbereich sehr erwünscht und insofern mit großen Vorteilen verbunden ist. Die Flip-Chip-Technik ist außer- dem automatisierungsfreundlich.However, further developed options are known with which the problems of the prior art can be avoided in part and which meet some of the requirements mentioned. EP 1 081 944 A2 discloses a module and a system which correspond to the genera mentioned at the outset. According to the categories, it is provided that the semiconductor element is arranged on the circuit carrier using flip-chip technology and that the circuit carrier is implemented as a flexible printed circuit board. In this way, the optical module can be sealed comparatively easily, since it is no longer necessary to arrange a system board next to the optics within a hermetically sealed housing. Rather, it can be provided outside the optical module. The flip-chip technology allows the optical module to be designed to be particularly small, which is particularly desirable in the motor vehicle sector and is associated with great advantages. The flip-chip technology is also easy to automate.
Allerdings sind das optische Modul und das optische System des Standes der Technik nach wie vor mit Nachteilen verbunden. Beispielsweise sind keine besonderen Vorkehrungen ge- troffen, um die optische Qualität des Moduls mit geringen Toleranzen zu gewährleisten. Vielmehr muss auch bei der Anordnung gemäß der EP 1 081 944 A2 bei der Fertigung darauf ge- achtet werden, die Komponenten exakt zu positionieren, so dass die Optik aufgrund von Einbautoleranzen nicht beeinträchtigt wird.However, the optical module and the optical system of the prior art still have disadvantages. For example, no special precautions have been taken to ensure the optical quality of the module with low tolerances. Rather, the arrangement according to EP 1 081 944 A2 also has to be care is taken to position the components exactly so that the optics are not impaired due to installation tolerances.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Modul und ein optisches System zur Verfügung zu stellen, so dass bei einfacher und kostengünstiger Montage eine zuverlässige optische Qualität ohne Justier- und insbesondere Fokus- sierauf and zur Verfügung gestellt werden kann, wobei beson- dere Maßnahmen gegen Beschlagen und schlechte Lichtverhältnisse in einfacher Weise realisierbar sind.The invention is therefore based on the object of providing an optical module and an optical system, so that a reliable optical quality can be made available with simple and inexpensive installation without adjustment and, in particular, focusing, and in particular Measures against fogging and poor lighting conditions can be implemented in a simple manner.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved with the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen optischen Modul dadurch auf, dass der Linsenhalter ein MID ("moulded inter- connected device") mit integrierten Leiterbahnen ist und dass der Linsenhalter den Schaltungsträger für das Halbleiterelement bildet.The invention builds on the generic optical module in that the lens holder is a MID ("molded interconnected device") with integrated conductor tracks and that the lens holder forms the circuit carrier for the semiconductor element.
Die MID-Technologie beruht im Wesentlichen auf der Nutzung von Hochtemperaturthermoplasten, die strukturiert metallisiert werden. MIDs, das heißt räumliche (3-dimensionale) spritzgegossene Schaltungsträger, sind Formteile mit integrierter Leiterbildstruktur. Insbesondere ist auf das Rationa- lisierungspotential von MID-Strukturen hinzuweisen, wobei auch die im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungsträgern erfüllte Umweltverträglichkeit erwähnt werden sollte. MIDs können auf verschiedene Art und Weise produziert werden, beispielsweise, indem der Schaltungsträger durch Einfach- Spritzguss hergestellt wird und im Anschluss hieran durchMID technology is essentially based on the use of high-temperature thermoplastics, which are metallized in a structured manner. MIDs, i.e. spatial (3-dimensional) injection molded circuit carriers, are molded parts with an integrated circuit pattern structure. In particular, reference should be made to the rationalization potential of MID structures, and the environmental compatibility that is achieved in comparison to conventional circuit carriers should also be mentioned. MIDs can be produced in various ways, for example by producing the circuit carrier by single injection molding and then by
Heiß-Prägen eine Metallisierung stattfindet, die dann durch Formstempeln strukturiert wird. Ebenfalls kann nach dem Ein- fach-Spritzguss eine galvanische Metallisierung erfolgen. Im Anschluss an die Metallisierung, sei sie durch Heiß-Prägen oder galvanisch erfolgt, kann eine Strukturierung auch durch 3D-Maske oder durch ein abbildendes Laserverfahren erzeugt werden. Der Schaltungsträger kann auch durch andere kunst- stoffverarbeitende Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Zweifach-Spritzguss. Die Metallisierung und die Strukturierung des MID kann auch in integrierter Weise durch eine Leiterbildfolie vorgenommen werden. Die vorstehend ge- nannten Verfahren zum Herstellen von MIDs sind nur als Beispiele einer Vielzahl bekannter Verfahren des Standes der Technik zu verstehen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebig hergestellte MIDs zum Einsatz kommen können.Hot stamping a metallization takes place, which is then structured by stamping. Also after the electro-metallization. Following the metallization, be it by hot stamping or galvanically, structuring can also be created using a 3D mask or an imaging laser process. The circuit carrier can also be produced by other plastic processing methods, for example by double injection molding. The metallization and the structuring of the MID can also be carried out in an integrated manner by means of a conductor foil. The aforementioned methods for producing MIDs are only to be understood as examples of a large number of known methods from the prior art, it being possible to use MIDs produced in any way within the scope of the present invention.
Speziell auf die vorliegende Erfindung bezogen, bieten MIDs die Möglichkeit, eine Fertigungstechnologie mit besonders geringen Toleranzen zwischen dem Halbleiterelement und der Linseneinheit einzusetzen.MIDs specifically related to the present invention offer the possibility of using a manufacturing technology with particularly low tolerances between the semiconductor element and the lens unit.
Dadurch, dass bei dem als MID realisierten Linsenhalter Leiterbahnen integriert sind, kann das Halbleiterelement direkt auf den Linsenhalter gelötet oder geklebt werden. Dies macht den Aufbau und die Montage besonders einfach. Weiterhin wird durch ein solches Verfahren praktisch keine zusätzliche Unsi- cherheit im Hinblick auf den optischen Aufbau erzeugt. DieDue to the fact that printed conductors are integrated in the lens holder implemented as MID, the semiconductor element can be soldered or glued directly onto the lens holder. This makes the construction and assembly particularly easy. Furthermore, practically no additional uncertainty with regard to the optical structure is generated by such a method. The
Toleranzkette, die bei herkömmlichen Aufbauten noch durch die Dicke von einem zusätzlichen Schaltungsträger und die Dicke von eventuell vorgesehenen Stabilisierungselementen ausgedehnt ist, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf ein Maß verkürzt.Tolerance chain, which is expanded in conventional structures by the thickness of an additional circuit carrier and the thickness of any stabilizing elements that may be provided, has been reduced to a measure within the scope of the present invention.
Vorteilhafterweise ist eine Linsenanordnung mit mindestens einer Linse vorgesehen. Bei der Verwendung von nur einer Linse wird vermieden, dass zusätzliche optische Toleranzen durch einen komplizierten Linsenaufbau bewirkt werden. Besonders bevorzugt ist allerdings, dass die Linsenano-rdnung mehrere Linsen in Form eines Pakets umfasst. Die optische Qualität kann durch ein Objektiv mit mehreren Linsen verbessert werden, was auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich ist, insbesondere da mit geringen Toleranzen gearbeitet werden kann.A lens arrangement with at least one lens is advantageously provided. When using only one lens, it is avoided that additional optical tolerances are caused by a complicated lens structure. However, it is particularly preferred that the lens arrangement comprises a plurality of lenses in the form of a package. The optical quality can be improved by a lens with a plurality of lenses, which is also possible within the scope of the present invention, in particular since it is possible to work with small tolerances.
In diesem Zusammenhang ist es auch besonders vorteilhaft, dass die Linsen in direktem Kontakt zueinander stehen. Hier- durch werden Schwankungen der Linsenanordnung in Z-Richtung, das heißt in der Richtung, in der die Linsen aufeinanderfolgen, praktisch ausgeschlossen. Die Toleranzen sind nur noch von den Linsen selbst abhängig.In this context, it is also particularly advantageous that the lenses are in direct contact with one another. As a result, fluctuations in the lens arrangement in the Z direction, that is to say in the direction in which the lenses follow one another, are practically excluded. The tolerances only depend on the lenses themselves.
Ebenso ist es besonders nützlich, dass die relativen Positionen der Linsen zueinander durch die Geometrie der Linsen selbst bestimmt sind. Auch in XY-Richtung kann die Anordnung der Linsen durch die Linsen selbst bestimmt werden, indem nämlich Anlageflächen der Linsen entsprechend ausgestaltet sind.It is also particularly useful that the relative positions of the lenses to one another are determined by the geometry of the lenses themselves. The arrangement of the lenses can also be determined in the XY direction by the lenses themselves, namely by designing contact surfaces of the lenses accordingly.
Besonders nützlich ist es, dass genau eine der Linsen mit dem Linsenhalter verbunden ist. Da die Linsen untereinander ihre relativen Positionen festlegen, reicht es aus, genau eine Linse mit dem Linsenhalter zu verbinden. Auf diese Weise wird die gesamte Linsenanordnung in Bezug auf das Halbleiterelement ausgerichtet, wodurch letztlich die vorteilhafte optische Qualität sichergestellt werden kann.It is particularly useful that exactly one of the lenses is connected to the lens holder. Since the lenses determine their relative positions with each other, it is sufficient to connect exactly one lens to the lens holder. In this way, the entire lens arrangement is aligned with respect to the semiconductor element, as a result of which the advantageous optical quality can ultimately be ensured.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass die genau eine Linse wasserdicht und staubdicht mit dem Linsenhalter verbunden ist. Vorteilhafterweise wird die vorderste Linse hierfür als diejenige Linse ausgewählt, die mit dem Linsenhalter zur Abdichtung zusammenwirkt. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass die genau eine Linse durch Ultraschall-, Laserschweiß- und/oder Klebeverfahren mit dem Linsenhalter verbunden ist.In this context, it is particularly advantageous that the exactly one lens is connected to the lens holder in a watertight and dustproof manner. For this purpose, the foremost lens is advantageously selected as the lens which interacts with the lens holder for sealing. This can be done, for example, in such a way that exactly one lens is connected to the lens holder by ultrasound, laser welding and / or adhesive methods.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Linsenanordnung in den Linsenhalter eingeschnappt ist. Auch hierdurch kann eine exakte Positionierung sichergestellt werden. Weiterhin ist zu betonen, dass auf diese Weise eine Trennmöglichkeit zwischen den Linsen und dem teuren Halbleiterelement sichergestellt werden kann. Weiterhin kann auf diese Weise verhindert werden, dass sich Temperaturausdehnungen der verschiedenen Komponenten negativ auf die Justierung und insbesondere die Fo- kussierung auswirken.It can also be provided that the lens arrangement is snapped into the lens holder. This also ensures exact positioning. It should also be emphasized that in this way a possibility of separation between the lenses and the expensive semiconductor element can be ensured. Furthermore, it can be prevented in this way that temperature expansions of the various components have a negative effect on the adjustment and in particular the focusing.
Die abdichtende Wirkung wird insbesondere im Zusammenhang mit einer Schnappmontage in besonders vorteilhafter Weise dadurch bereitgestellt, dass die Linsen eine harte und eine weiche Komponente aufweisen, wobei die weiche Komponente zum Abdichten am Umfang der Linsen angeordnet ist. Die Weichkomponente unterstützt auch die allgemeine Anforderung, dass beimThe sealing effect is provided in a particularly advantageous manner, in particular in connection with a snap assembly, in that the lenses have a hard and a soft component, the soft component being arranged on the circumference of the lenses for sealing. The soft component also supports the general requirement that the
Schnappen darauf zu achten ist, keine Spannungen in die Linsen einzubringen; Spannungen würden stets eine negative Beeinflussung der optischen Eigenschaften bewirken. In diesem Zusammenhang ist auch wieder zu erwähnen, dass Temperaturaus- dehnungen ausgeglichen werden können.It must be ensured that no snaps are brought into the lenses; Tensions would always have a negative impact on the optical properties. In this connection it should also be mentioned that temperature expansions can be compensated for.
Es kann weiterhin besonders vorteilhaft sein, dass unerwünschte optische Effekte insbesondere aufgrund von seitlichem Lichteinfall durch Schwärzung oder unter Ausnutzung von Totalreflexion verhindert werden. Dabei handelt es sich um Beispiele geeigneter Maßnahmen.It can also be particularly advantageous that undesired optical effects, in particular due to the incidence of light from the side, are prevented by blackening or by using total reflection. These are examples of suitable measures.
Das erfindungsgemäße optische Modul kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass ein Ent- lüftungskanal vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das abgedichtete Modul "atmen". Soll das optische Modul bei größeren Temperaturschwankungen eingesetzt werden, kann es sich als sinnvoll erweisen, eine DAE-Folie (Druckausgleichselement) über einen Öffnung zu kleben.The optical module according to the invention can be developed in a particularly advantageous manner in that a ventilation duct is provided. In this way, the sealed module can "breathe". If the optical module is to be used for larger temperature fluctuations, it can be used as prove sensible to stick a DAE film (pressure compensation element) over an opening.
Zum Schutz gegen den Alterungsprozess fördernde Umweltein- flüsse kann vorgesehen sein, dass das Halbleiterelement mit einem Globtop abgedeckt ist.To protect against environmental influences that promote the aging process, it can be provided that the semiconductor element is covered with a globtop.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in der Umgebung des Strahlungseintrittsbereichs der Linsenanordnung Leuchtdioden (LEDs) angeordnet sind. Auf diese Weise kann das optische Modul auch bei schlechten Lichtverhältnissen arbeiten.In a particularly preferred embodiment of the present invention it is provided that light-emitting diodes (LEDs) are arranged in the vicinity of the radiation entry area of the lens arrangement. In this way, the optical module can work even in poor lighting conditions.
Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Leuchtdioden ringförmig um die Linsenanordnung angeordnet sind und dass die Achsen der Leuchtdioden abwechselnd unterschiedliche Winkel mit der Achse des Moduls einschließen. Eine solche wechselseitige Anordnung der Leuchtdioden dient dazu, eine diffuse Beleuchtung zu erreichen, was zu einer gleichmäßigen Ausleuchtung der optisch zu erfassenden Objekte führt .In this context, it is particularly preferred that the light-emitting diodes are arranged in a ring around the lens arrangement and that the axes of the light-emitting diodes alternately form different angles with the axis of the module. Such a mutual arrangement of the light-emitting diodes serves to achieve diffuse illumination, which leads to a uniform illumination of the objects to be optically detected.
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass die Leuchtdioden den als MID realisierten Linsenhalter direkt kontaktieren. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen Bauelemente erforderlich, um die Leuchtdioden mit Spannung zu versorgen.Furthermore, it is particularly preferred that the light-emitting diodes contact the lens holder implemented as MID directly. In this way, no additional components are required to supply the LEDs with voltage.
Beispielsweise können die Leuchtdioden mittels SMD-Technik an dem Linsenhalter kontaktiert sein. Dies ist eine übliche Kon- taktierungstechnik, die auch im Rahmen dieser bevorzugten Ausführung eingesetzt werden kann.For example, the light-emitting diodes can be contacted on the lens holder by means of SMD technology. This is a common contacting technique that can also be used in the context of this preferred embodiment.
Es ist aber auch möglich, dass die Leuchtdioden mittels Bond- Technik an dem Linsenhalter kontaktiert sind.However, it is also possible for the light-emitting diodes to be contacted on the lens holder by means of bonding technology.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Modul beheizbar ist. Auf diese Weise kann dem Beschlagen der Linsen bei Temperaturschwankungen entgegengewirkt werden. Dies wird durch den als MID realisierten Linsenhalter unterstützt, da auf diese Weise elektrischer Strom ohne zusätzliche Bauelemente varia- bei verteilt werden kann.In a further preferred embodiment of the present invention it is provided that the module can be heated. In this way, fogging of the lenses in the event of temperature fluctuations can be counteracted. This is supported by the lens holder implemented as a MID, since in this way electrical current can be distributed variably without additional components.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass zum Beheizen des Moduls wärmeleitende Kunststoffe vorgesehen sind. Hierdurch wird eine kontrollierte Erwärmung des ganzen Moduls ermöglicht.In this context, it is particularly advantageous that thermally conductive plastics are provided for heating the module. This enables controlled heating of the entire module.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass das Modul über ein Flachkabel mit einer starren Schaltungsplatine verbindbar ist. Dies ist eine besonders kostengünstige Lösung zur Ver- bindung des Moduls mit einer Steuerung.It is usefully provided that the module can be connected to a rigid circuit board via a flat cable. This is a particularly cost-effective solution for connecting the module to a controller.
Es kann auch vorteilhaft sein, dass eine Verbindung des Moduls mit einer starren Schaltungsplatine mit dem als MID realisierten Linsenhalter integriert ist. Auf diese Weise wird nochmals die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert.It can also be advantageous that a connection of the module with a rigid circuit board is integrated with the lens holder implemented as MID. In this way, the number of components required is reduced again.
Die Erfindung besteht weiterhin in einem optischen System mit einem optischen Modul der vorstehend genannten Art. Auf diese Weise kommen die Vorteile des optischen Moduls auch im Rahmen eines Gesamtsystems zur Geltung.The invention also consists in an optical system with an optical module of the type mentioned above. In this way, the advantages of the optical module also come into play in the context of an overall system.
Dieses optische System ist in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass das Modul über ein Flachkabel mit einer starren Schaltungsplatine verbindbar ist.This optical system is developed in a particularly useful manner in that the module can be connected to a rigid circuit board via a flat cable.
Weiterhin kann das optische System aber auch besonders vorteilhaft dadurch weitergebildet sein, dass eine Verbindung des Moduls mit einer starren Schaltungsplatine mit dem als MID realisierten Linsenhalter integriert ist.Furthermore, the optical system can also be developed in a particularly advantageous manner in that a connection of the module with a rigid circuit board is integrated with the lens holder realized as an MID.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist, eine kompakte hochintegrierte Modullösung mit geringen Abmaßen zur Verfügung zu stellen, die einfach zu montieren und hierdurch besonders kostengünstig ist. Es gelingt, diverse Funktionalitäten bei gleichzeitig geringen Abmessungen zur Verfügung zu stellen. Das optische Modul und das optische System sind praktisch wartungsfrei. Besonders im Sinne der Kosteneinsparung ist auch, dass keine optische Justierung des optischen Moduls erforderlich ist, da diese durch die geometrische Gestaltung der Komponenten ohnehin vorliegt und da die Toleranzkette auf ein Maß verkürzt ist. Das Modul ist stabil und von hoher Qualität, und es wird eine integrierte Lösung von Sensor und Optik in Modulbauweise zur Verfügung gestellt. Die Modulbauweise bewirkt, dass die Anzahl von Varianten reduziert wird, was im Sinne des stets angestrebten Gleichteilkonzeptes ist. Die Module können in einfacher Weise von dem Gesamtsystem demontiert werden. -Insbesondere können auch die Linsen aus dem optischen Modul bei der vorteilhaften Schnappmontage ausgebaut werden und so von dem teuren Halbleiter getrennt werden. Insgesamt wird eine integrierte Lösung mit Sensor, Optik, Beleuchtung und Heizeinrichtung zur Verfügung gestellt, die eine besonders kostengünstige Verbindung zwischen Optikmodul und Hauptplatine verwendet. Die Erfindung lässt sich besonders nützlich bei der Realisierung von Videosystemen und bei der Kombination von Videosystemen mit Radarsystemen im Kraftfahrzeugbereich verwenden.The invention is based on the finding that it is possible to have a compact, highly integrated module solution with a low level To provide dimensions that are easy to assemble and therefore particularly inexpensive. It is possible to provide various functionalities with small dimensions at the same time. The optical module and the optical system are practically maintenance-free. Particularly in the sense of saving costs, it is also not necessary to optically adjust the optical module, since this is already present due to the geometrical design of the components and because the tolerance chain is shortened to one dimension. The module is stable and of high quality, and an integrated solution of sensor and optics in a modular design is provided. The modular design means that the number of variants is reduced, which is in the sense of the common parts concept that is always sought. The modules can be easily removed from the overall system. In particular, the lenses can also be removed from the optical module in the advantageous snap-in assembly and thus separated from the expensive semiconductor. Overall, an integrated solution with sensor, optics, lighting and heating device is provided, which uses a particularly inexpensive connection between the optics module and the main board. The invention can be used particularly useful in the implementation of video systems and in the combination of video systems with radar systems in the automotive field.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention will now be explained by way of example with reference to the accompanying drawings using preferred embodiments.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine erste perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls;1 shows a first perspective view of an optical module according to the invention;
Figur 2 eine zweite perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls; Figur 3 eine perspektivische teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls;FIG. 2 shows a second perspective illustration of an optical module according to the invention; FIG. 3 shows a perspective, partially sectioned illustration of an optical module according to the invention;
Figur 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls;Figure 4 is an exploded perspective view of an optical module according to the invention;
Figur 5 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen optischen Moduls; undFIG. 5 shows a sectional view of an optical module according to the invention; and
Figur 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Moduls.Figure 6 is a side view of another embodiment of an optical module according to the invention.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Be- zugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments of the present invention, identical reference symbols designate identical or comparable components.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls. In dem dargestellten zusammengebauten Zustand des optischen Moduls sind ein Linsenhalter 14 und ein Flachkabel 36 erkennbar. Unter dem weiterhin zu erkennenden Globtop 26 ist ein (nicht sichtbares) lichtempfindliches Halbleiterelement angeordnet. An dem entgegengesetzten Ende des Flachkabels 36 ist dieses mit Lötpads 28 versehen, so dass ohne Bemühung einer weiteren elektrischen Verbindung ein Kontakt zwischen dem optischen Modul und einer Schaltungsplatine, beispielsweise durch Bügellöten unter Verwendung der Lötpads 28 hergestellt werden kann. An der dem Globtop 26 entgegengesetzten Seite des optischen Moduls sind Ausnehmungen und darin angeordnete Leuchtdioden 38 zu erken- nen.Figure 1 shows a perspective view of an optical module according to the invention. In the assembled state of the optical module shown, a lens holder 14 and a flat cable 36 can be seen. A (not visible) light-sensitive semiconductor element is arranged under the globtop 26, which can also be recognized. At the opposite end of the flat cable 36, the latter is provided with soldering pads 28, so that contact between the optical module and a circuit board, for example by iron soldering using the soldering pads 28, can be established without any further electrical connection. Recesses and light-emitting diodes 38 arranged therein can be recognized on the side of the optical module opposite the globtop 26.
Figur 2 zeigt eine zweite perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls. Hier ist die spezielle wechselnde Anordnung der Leuchtdioden 38 um eine für den Strahlungseintritt vorgesehene Linse 20 erkennbar. Figur 3 zeigt eine perspektivische teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Moduls. Hier ist das Innere des Linsenhalters 14 zu erkennen. Zur Beschreibung dieser Anordnung wird gleichzeitig auf Figur 4 verwiesen, die eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen optischen Moduls zeigt, sowie auf Figur 5, die das optische Modul in Schnittansicht darstellt. In den Linsenhalter 14 sind drei Linsen 16, 18, 20 eingesetzt. Die Linsen sind so geformt, dass sie relativ zueinander eine definierte Lage in- nerhalb des Linsenhalters 14 annehmen. Weiterhin ist mindestens eine der Linsen so ausgestaltet, dass sie mit dem Linsenhalter 14 zusammenwirkt und so auch eine definierte Lage bezüglich des Linsenhalters 14 und letztlich bezüglich des Halbleiterelementes 12 einnimmt. Auf diese Weise sind alle Linsen 16, 18, 20 bezüglich des Halbleiterelementes 12 justiert. Diese Justierung wird durch weitere Maßnahmen nicht beeinflusst, da das Halbleiterelement 12 direkt auf dem Linsenhalter 14 angeordnet wird, der als Substart wirkt. Zu diesem Zwecke ist der Linsenhalter 14 als MID ("moulded inter- connected device") mit integrierten Leiterbahnen realisiert. Die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 12 und dem Linsenhalter 14 erfolgt durch Flip-Chip-Technik, indem eine Lötverbindung über Löt-Bumps 30 hergestellt wird. Anschließend kann die Verbindung mit einem Underfill verstärkt werden.Figure 2 shows a second perspective view of an optical module according to the invention. The special alternating arrangement of the light-emitting diodes 38 around a lens 20 provided for the radiation entry can be seen here. FIG. 3 shows a perspective, partially sectioned illustration of an optical module according to the invention. The interior of the lens holder 14 can be seen here. For a description of this arrangement, reference is also made to FIG. 4, which shows an exploded view of the optical module according to the invention, and to FIG. 5, which shows the optical module in a sectional view. Three lenses 16, 18, 20 are inserted into the lens holder 14. The lenses are shaped such that they assume a defined position within the lens holder 14 relative to one another. Furthermore, at least one of the lenses is designed such that it interacts with the lens holder 14 and thus also assumes a defined position with respect to the lens holder 14 and ultimately with respect to the semiconductor element 12. In this way, all lenses 16, 18, 20 are adjusted with respect to the semiconductor element 12. This adjustment is not influenced by further measures, since the semiconductor element 12 is arranged directly on the lens holder 14, which acts as a substrate. For this purpose, the lens holder 14 is implemented as a MID (“molded inter-connected device”) with integrated conductor tracks. The connection between the semiconductor element 12 and the lens holder 14 takes place by means of flip-chip technology in that a solder connection is made via solder bumps 30. The connection can then be reinforced with an underfill.
Weiterhin sind auch in den Figuren 3, 4 und 5 die Leuchtdioden 38 zu erkennen, wobei in Figur 4 die wechselseitige Anordnung deutlich dargestellt ist.Furthermore, the light-emitting diodes 38 can also be seen in FIGS. 3, 4 and 5, the mutual arrangement being clearly shown in FIG.
Das Halbleiterelement 12 kann als CMOS oder CCD ausgelegt' sein. Es kann zusätzlich oder neben der Lötverbindung auch eine Klebeverbindung vorgesehen sein. Zur Verstärkung kann ein Underfill appliziert werden. Um das teure Halbleiterelement 12 gegen Umwelteinflüsse zu schützen, wird ein Globtop 26 vorgesehen. Um bei, insbesondere starken, Temperaturschwankungen eine Entlüftung des optischen Moduls zu gestatten, kann eine Öffnung zum Entlüften vorgesehen sein. Eben- falls ist es möglich, ein Klebe-DAE (Klebe- Druckausgleichselement) auf einer Öffnung anzuordnen.The semiconductor element 12 may be configured as a CMOS or CCD '. In addition to or in addition to the soldered connection, an adhesive connection can also be provided. An underfill can be applied for reinforcement. In order to protect the expensive semiconductor element 12 against environmental influences, a globtop 26 is provided. In order to allow ventilation of the optical module in the case of, in particular, strong temperature fluctuations, an opening for ventilation can be provided. Just- if it is possible to place an adhesive DAE (adhesive pressure compensation element) on an opening.
Die Tatsache, dass der Linsenhalter 14 als MID ausgelegt ist, ermöglicht neben der Stromversorgung der Leuchtdioden 38 über integrierte Leiterbahnen auch eine Beheizung des gesamten Moduls, die insbesondere noch dadurch unterstützt werden kann, dass wärmeleitender Kunststoff eingesetzt wird.The fact that the lens holder 14 is designed as a MID enables not only the power supply of the light-emitting diodes 38 via integrated conductor tracks but also heating of the entire module, which can be supported in particular by the use of heat-conducting plastic.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Moduls. Neben den bereits im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Figuren erwähnten Elementen sind hier angespritzte metallisierte Pins mit integrierter Möglichkeit zur Längenausdehnung vorgesehen, so dass eine weitere Möglichkeit besteht, das optische Modul mit weiteren Systemkomponenten beispielsweise mit einer Schaltungsplatine zu verbinden.FIG. 6 shows a further embodiment of an optical module according to the invention. In addition to the elements already mentioned in connection with the figures described above, molded metalized pins with an integrated possibility for length expansion are provided here, so that there is a further possibility of connecting the optical module to further system components, for example with a circuit board.
Die Erfindung lässt sich folgendermaßen zusammenfassen. Ein optisches Modul weist einen Linsenhalter 14 auf, in den eine Linsenanordnung aus beispielsweise drei Linsen 16, 18, 20 eingesetzt ist. Vorzugsweise sind die Linsen 16, 18, 20 zueinander und bezüglich des Linsenhalters 14 durch ihre geometrische Gestaltung eindeutig ausgerichtet, so dass keine weitere optische Justierung des Systems erforderlich ist. Der Linsenhalter 14 ist als MID ("moulded interconnected device") mit integrierten Leiterbahnen ausgelegt und dient als Schaltungsträger für ein in Flip-Chip-Technik aufgebrachtes Halbleiterelement (12) .The invention can be summarized as follows. An optical module has a lens holder 14, in which a lens arrangement comprising, for example, three lenses 16, 18, 20 is inserted. The lenses 16, 18, 20 are preferably clearly aligned with one another and with respect to the lens holder 14 due to their geometric design, so that no further optical adjustment of the system is required. The lens holder 14 is designed as a MID (“molded interconnected device”) with integrated conductor tracks and serves as a circuit carrier for a semiconductor element (12) applied using flip-chip technology.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims can be essential for realizing the invention both individually and in any combination.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisches Modul mit1. Optical module with
- einem Schaltungsträger,- a circuit carrier,
einem mittels Flip-Chip-Technik auf dem Schaltungsträger angeordneten Halbleiterelement (12) unda semiconductor element (12) arranged on the circuit carrier by means of flip-chip technology and
- einer Linseneinheit (14, 16, 18, 20) zum Projizieren von elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleiterelement,a lens unit (14, 16, 18, 20) for projecting electromagnetic radiation onto the semiconductor element,
wobei die Linseneinheit (14, 16, 18, 20) einen Linsenhalter (14) und eine Linsenanordnung (16, 18, 20) umfasst,wherein the lens unit (14, 16, 18, 20) comprises a lens holder (14) and a lens arrangement (16, 18, 20),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,characterized ,
dass der Linsenhalter (14) ein MID ("moulded interconnec- ted device") mit integrierten Leiterbahnen ist undthat the lens holder (14) is a MID ("molded interconnected device") with integrated conductor tracks and
dass der Linsenhalter (14) den Schaltungsträger für das Halbleiterelement (12) bildet.that the lens holder (14) forms the circuit carrier for the semiconductor element (12).
2. Optisches Modul nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Linsenanordnung (16, 18, 20) mit mindestens einer Linse vorgesehen ist.2. Optical module according to claim 1, that a lens arrangement (16, 18, 20) with at least one lens is provided.
3. Optisches Modul nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsenanordnung (16, 18, 20) mehrere Linsen in Form eines Pakets umfasst.3. The optical module as claimed in claim 2, so that the lens arrangement (16, 18, 20) comprises a plurality of lenses in the form of a package.
4. Optisches Modul nach Anspruch 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsen (16, 18, 20) in direktem Kontakt zueinander stehen. 4. Optical module according to claim 3, characterized in that the lenses (16, 18, 20) are in direct contact with one another.
5. Optisches Modul nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die relativen Positionen der Linsen (16, 18, 20) durch die Geometrie der Linsen selbst bestimmt sind.5. Optical module according to claim 3 or 4, so that the relative positions of the lenses (16, 18, 20) are determined by the geometry of the lenses themselves.
6. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass genau eine Linse (20) mit dem Linsenhalter (14) verbun- den ist.6. Optical module according to one of claims 2 to 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that exactly one lens (20) is connected to the lens holder (14).
7. Optisches Modul nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das die genau eine Linse (20) wasserdicht und staubdicht mit dem Linsenhalter (14) verbunden ist.7. Optical module according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the exactly one lens (20) is waterproof and dustproof connected to the lens holder (14).
8. Optisches Modul nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die genau eine Linse (20) durch Ultraschall-, Laser- schweiß- und/oder Klebeverfahren mit dem Linsenhalter (14) verbunden ist.8. Optical module according to claim 6 or 7, so that the one lens (20) is connected to the lens holder (14) by ultrasound, laser welding and / or adhesive methods.
9. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsenanordnung (16, 18, 20) in den Linsenhalter (14) eingeschnappt wird.9. Optical module according to one of claims 7 or 8, so that the lens arrangement (16, 18, 20) is snapped into the lens holder (14).
10. Optisches Modul nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsen (16, 18, 20) eine harte und eine weiche Komponente aufweisen, wobei die weiche Komponente zum Abdichten am Umfang der Linsen angeordnet ist.10. The optical module according to claim 9, so that the lenses (16, 18, 20) have a hard and a soft component, the soft component being arranged on the circumference of the lenses for sealing.
11. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass unerwünschte optische Effekte insbesondere aufgrund von seitlichem Lichteinfall durch Schwärzung oder unter Ausnutzung von Totalreflexion verhindert werden.11. Optical module according to one of the preceding claims, characterized in that undesired optical effects, in particular due to the incidence of light from the side, are prevented by blackening or by using total reflection.
12. Optische Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Entlüftungskanal vorgesehen ist.12. Optical module according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a ventilation channel is provided.
13. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Halbleiterelement (12) mit einem Globtop (26) abgedichtet ist.13. Optical module according to one of the preceding claims, that the semiconductor element (12) is sealed with a glob top (26).
14. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Umgebung des Strahlungseintrittsbereichs der Linsenanordnung (16, 18, 20) Leuchtdioden (38) angeordnet sind.14. The optical module according to one of the preceding claims, that light emitting diodes (38) are arranged in the vicinity of the radiation entry area of the lens arrangement (16, 18, 20).
15. Optisches Modul nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,15. Optical module according to claim 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Leuchtdioden (38) ringförmig um die Linsenanordnung (16, 18, 20) angeordnet sind undthat the light-emitting diodes (38) are arranged in a ring around the lens arrangement (16, 18, 20) and
- dass die Achsen der Leuchtdioden (38) abwechselnd unterschiedliche Winkel mit der Achse der Moduls einschließen.- That the axes of the light-emitting diodes (38) alternately include different angles with the axis of the module.
16. Optisches Modul nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leuchtdioden (38) den als MID realisierten Linsenhalter (14) direkt kontaktieren.16. Optical module according to claim 14 or 15, so that the light-emitting diodes (38) contact the lens holder (14) realized as MID directly.
17. Optisches Modul nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das die Leuchtdioden (38) mittels SMD-Technik an dem Linsenhalter (14) kontaktiert sind. 17. Optical module according to claim 16, characterized in that the light-emitting diodes (38) are contacted by means of SMD technology on the lens holder (14).
18. Optisches Modul nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leuchtdioden (38) mittels Bond-Technik an dem Linsenhalter (14) kontaktiert sind.18. Optical module according to claim 16, so that the light-emitting diodes (38) are contacted on the lens holder (14) by means of bonding technology.
19. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Modul beheizbar ist.19. Optical module according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the module is heated.
20. Optisches Modul nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zum Beheizen des Moduls wärmeleitende Kunststoffe vorgesehen sind.20. Optical module according to claim 19, so that heat-conducting plastics are provided for heating the module.
21. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Modul über ein Flachkabel (36) mit einer starren Schaltungsplatine verbindbar ist.21. Optical module according to one of the preceding claims, that the module can be connected to a rigid circuit board via a flat cable (36).
22. Optisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Verbindung des Moduls mit einer starren Schaltungsplatine mit dem als MID realisierten Linsenhalter (14) integriert ist.22. Optical module according to one of the preceding claims, that a connection of the module with a rigid circuit board is integrated with the lens holder (14) realized as a MID.
23. Optisches System mit einem optischen Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 22.23. Optical system with an optical module according to one of claims 1 to 22.
24. Optisches System nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Modul über ein Flachkabel (36) mit einer starren Schaltungsplatine verbindbar ist.24. Optical system according to claim 23, so that the module can be connected to a rigid circuit board via a flat cable (36).
25. Optisches System nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Verbindung des Moduls mit einer starren Schaltungsplatine mit dem als MID realisierten Linsenhalter (14) integriert ist. 25. Optical system according to claim 23, characterized in that a connection of the module with a rigid circuit board is integrated with the lens holder (14) realized as MID.
PCT/DE2003/001866 2002-06-11 2003-06-05 Optical module and optical system WO2003105465A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10225919.4 2002-06-11
DE10225919A DE10225919B3 (en) 2002-06-11 2002-06-11 Optical module and optical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003105465A1 true WO2003105465A1 (en) 2003-12-18

Family

ID=29723126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/001866 WO2003105465A1 (en) 2002-06-11 2003-06-05 Optical module and optical system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10225919B3 (en)
WO (1) WO2003105465A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031421A1 (en) * 2003-09-26 2005-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Optical module comprising an image sensor and a lens unit that is supported on the sensitive surface of the image sensor
WO2006040216A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-20 Robert Bosch Gmbh Lens stack assembled in a gas-tight manner for a camera housing
WO2006117346A2 (en) * 2005-04-29 2006-11-09 Siemens Vdo Automotive Ag Optical module having an integrated light source
WO2014090466A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-19 Robert Bosch Gmbh Camera arrangement and method for producing same
EP2884736A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-17 MEKRA LANG GmbH & Co. KG Camera with heating element

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012019647B4 (en) 2012-10-06 2021-08-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Digital rearview mirror camera, digital rearview mirror and its use in a motor vehicle
DE102019208858A1 (en) 2019-06-18 2020-12-24 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Illumination unit for microscopes

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5673083A (en) * 1989-03-17 1997-09-30 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and video camera unit having the same and method for manufacturing the same
DE19651260A1 (en) * 1996-12-10 1998-01-02 Siemens Ag Image sensor chip for video camera
EP0921568A2 (en) * 1997-11-25 1999-06-09 Matsushita Electric Works, Ltd. LED Luminaire
DE19842828A1 (en) * 1998-09-18 2000-03-23 Volkswagen Ag Optical system casing very suitable for digital cameras, is pressed entire from transparent material to integrate lens, with treatment making casing opaque in design offering diversity of applications in vehicles and craft
US6095661A (en) * 1998-03-19 2000-08-01 Ppt Vision, Inc. Method and apparatus for an L.E.D. flashlight
JP2001068692A (en) * 1999-08-26 2001-03-16 Matsushita Electric Works Ltd Light receiving unit
US6268231B1 (en) * 1996-04-08 2001-07-31 Eastman Kodak Company Low cost CCD packaging

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6162282A (en) * 1984-09-04 1986-03-31 Seiko Epson Corp Television camera device
DE3830149A1 (en) * 1988-09-05 1990-03-15 Siemens Ag Optical lens for closing off housings in a hermetically tight manner
JPH0650013U (en) * 1992-12-15 1994-07-08 旭光学工業株式会社 Lens support structure
JP2001052371A (en) * 1999-08-05 2001-02-23 Mitsumi Electric Co Ltd Optical pickup and optics base
US7375757B1 (en) * 1999-09-03 2008-05-20 Sony Corporation Imaging element, imaging device, camera module and camera system
WO2002025572A1 (en) * 2000-09-18 2002-03-28 Welch Allyn Data Collection, Inc. Adjustable illumination system for a barcode scanner

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5673083A (en) * 1989-03-17 1997-09-30 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and video camera unit having the same and method for manufacturing the same
US6268231B1 (en) * 1996-04-08 2001-07-31 Eastman Kodak Company Low cost CCD packaging
DE19651260A1 (en) * 1996-12-10 1998-01-02 Siemens Ag Image sensor chip for video camera
EP0921568A2 (en) * 1997-11-25 1999-06-09 Matsushita Electric Works, Ltd. LED Luminaire
US6095661A (en) * 1998-03-19 2000-08-01 Ppt Vision, Inc. Method and apparatus for an L.E.D. flashlight
DE19842828A1 (en) * 1998-09-18 2000-03-23 Volkswagen Ag Optical system casing very suitable for digital cameras, is pressed entire from transparent material to integrate lens, with treatment making casing opaque in design offering diversity of applications in vehicles and craft
JP2001068692A (en) * 1999-08-26 2001-03-16 Matsushita Electric Works Ltd Light receiving unit

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FELDMANN K ET AL: "New Requirements And Solutions For Product Data Processing Of Three-dimensional Molded Interconnection Devices", PAGE(S) 94-99, XP010259394 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 20 10 July 2001 (2001-07-10) *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031421A1 (en) * 2003-09-26 2005-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Optical module comprising an image sensor and a lens unit that is supported on the sensitive surface of the image sensor
US8123420B2 (en) 2004-10-13 2012-02-28 Robert Bosch Gmbh Lens stack, mounted in a gas-tight manner, for a camera housing
WO2006040216A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-20 Robert Bosch Gmbh Lens stack assembled in a gas-tight manner for a camera housing
DE102004049871B4 (en) * 2004-10-13 2017-05-24 Robert Bosch Gmbh Method for producing an objective receptacle for a lens of a camera and camera for motor vehicle applications
WO2006117346A3 (en) * 2005-04-29 2006-12-28 Siemens Ag Optical module having an integrated light source
US7612332B2 (en) 2005-04-29 2009-11-03 Siemens Vdo Automotive Ag Optical module with integrated source of light
DE102005020138B4 (en) * 2005-04-29 2007-03-08 Siemens Ag Optical module with integrated light source
WO2006117346A2 (en) * 2005-04-29 2006-11-09 Siemens Vdo Automotive Ag Optical module having an integrated light source
WO2014090466A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-19 Robert Bosch Gmbh Camera arrangement and method for producing same
CN105052121A (en) * 2012-12-12 2015-11-11 罗伯特·博世有限公司 Camera arrangement and method for producing same
US9544487B2 (en) 2012-12-12 2017-01-10 Robert Bosch Gmbh Camera system with image sensor contacting metallic housing via heat conducting element
CN105052121B (en) * 2012-12-12 2019-02-19 罗伯特·博世有限公司 Camera system and its manufacturing method
EP2884736A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-17 MEKRA LANG GmbH & Co. KG Camera with heating element
JP2015113118A (en) * 2013-12-11 2015-06-22 メクラ・ラング・ゲーエムベーハー・ウント・コー・カーゲーMEKRA Lang GmbH & Co. KG Camera with heater element
US9618828B2 (en) 2013-12-11 2017-04-11 Mekra Lang Gmbh & Co. Kg Camera with heating element

Also Published As

Publication number Publication date
DE10225919B3 (en) 2005-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10344768B3 (en) Optical module with resilient element between lens holder and circuit carrier and optical system
EP2008443B1 (en) Method for assembling a camera module, and camera module
EP1348143B1 (en) Coupling device for optically coupling an optical waveguide to an electro-optical element
DE10034865B4 (en) Opto-electronic surface-mountable module
EP3280127A1 (en) Camera system
DE10122929A1 (en) Solid-state imaging apparatus has solid-state imaging element mounted on one surface and frame mounted on other surface of flexible printed circuit board
WO2004057857A1 (en) Image generation device, particularly for installation in the roof area or in the exterior rearview mirror of a motor vehicle
DE102007024390A1 (en) LED module with integrated control
DE102005026442A1 (en) Surface Mount Module
DE10344767B4 (en) Optical module and optical system
EP1664881B1 (en) Optical module comprising an image sensor and a lens unit that is supported on the sensitive surface of the image sensor
WO2003105465A1 (en) Optical module and optical system
WO2014122021A1 (en) Laser component and method for the production thereof
EP1466472A1 (en) Camera with adjustable focus
DE102016211860A1 (en) Control unit, in particular for a motor vehicle and method for attaching rectilinear connector pins of a control unit in a circuit board element of the control unit
DE202016101292U1 (en) Power semiconductor device
DE102008000823A1 (en) Camera assembly for use in a vehicle and method for its manufacture
EP1665392A1 (en) Optical module and optical system
DE10227544A1 (en) Device for optical and / or electrical data transmission and / or processing
DE10226135B4 (en) Optical module and optical system
DE102006008230B4 (en) Imaging system
DE10250877B4 (en) A semiconductor light-emitting device, manufacturing method and use thereof, a plurality of modules including the semiconductor light-emitting devices, and the use thereof
DE102016207140A1 (en) LED lens with integrated connection technology
WO2013064405A1 (en) Lighting device having semiconductor light sources
DE102011088285A1 (en) Electronic device i.e. electronic control unit, for use in engine block of vehicle, has ceramic and resin substrates adhered and secured on side of housing by heat conducting and electrically insulating adhesive

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP