DE102005021177A1 - Struktur zum Kalibrieren des Zusammenbaus von elektrischen mikrooptischen Modulen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur zum Kalibrieren der Ausrichtung zwischen einem Linsenset und einem Bildsensor in dem Prozess des Zusammenbaus, beispielweise eines elektrischen mikrooptischen Moduls (eMOM) oder eines kompakten Kameramoduls (CCM) unter Verwendung einer Passstruktur wie Sägezahn- oder V-Nuten auf Kontaktflächen oder Kanten. Zufällige Variationen aufgrund des Herstellungsprozesses können ausgemittelt werden durch ein Vielzahl der V-Nuten und eine hohe Präzision kann durch die vorliegende Erfindung erhalten werden.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur zum Ausrichten, insbesondere optischem Ausrichten zwischen einem Linsenset und einem Bildsensor im Verfahren zum Zusammenbau (packaging) eines elektrischen mikrooptischen Moduls (eMOM) oder eines Kompaktkameramoduls (CCM).
• Ein elektrisches mikrooptisches Modul (eMOM) ist eine Struktur, die ein Linsenset und einen Bildsensor aufweist, wobei das Linsenset äußeres Licht sammelt und ein Bild auf dem Bildsensor innerhalb des eMOMs bildet. Es ist offensichtlich, dass die Ausrichtung des Linsensets und des Bildsensors sehr wichtig ist beim Zusammenbau des eMOMs, da die Bildqualität durch eine Fehlausrichtung erheblich reduziert wird.
• Die US-A-6,759,687 von Miller, David B. et. al. offenbart eine passive Ausrichtungsmethode, welche die Oberflächenspannung von Lötstellen ausnutzt. Dieser Ausrichtprozess hat die folgenden Nachteile: Erstens gleicht er lediglich die translatorischen Fehler in der Zusammenbauebene aus. Für die meisten optischen Module ist die optische Leistung sensitiver hinsichtlich eines Kipp- oder Rotationsfehlers. Zweitens hängt die Oberflächenspannung stark von der Lötfläche, von den Lötmateria lien, von den Kontaktflächenbedingungen und von der Temperatur ab. Die Richtung und die Bedeutung einer Fehlausrichtung sind aber in ihrer Natur zufällig, was nicht vollständig durch dieses Verfahren gelöst werden kann.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur von Dichtkanten von eMOM-Bauteilen. Ein typisches eMOM weist einen Linsenhalter und einen Sensorhalter auf und der Linsenhalter und der Sensorhalter bilden zusammen darin einen geschlossenen Raum. Ein Bildsensor wird dann in den geschlossenen Raum gesetzt. Ein Linsenset auf dem Linsenhalter überträgt Licht von außen zu dem Bildsensor innerhalb des geschlossenen Raumes. Normalerweise wird das Linsenset in ein Durchgangsloch des Linsenhalters gesetzt, um so Licht von außen zu übertragen.
• Gemäß dem erfindungsgemäßen Aufbau ist die Kontaktkante des Linsenhalters und des Sensorhalters in Form von Sägezahn- oder V-Nuten ausgebildet. Die Struktur befindet sich auf den entsprechenden Seiten des Linsenhalters und des Sensorhalters („optisch gekoppelte Module"), bedeckt aber nicht notwendigerweise alle Kontaktoberflächen. Die V-Nuten-Oberfläche wird verwendet, um die Kontaktflächen passiv für zwei optisch gekoppelte Module nach Kontakt auszurichten. Die V-Nuten haben die Eigenschaft einer passiven Ausrichtung aufgrund der sich graduell verjüngenden Kontaktoberflächen bei kinematischer Kopplung, was die Lage der betroffenen Module zueinander ausrichtet. Die Präzision dieser Art des Matchings beruht auf der Präzision der Steigung der V-Nuten ebenso wie auf der Positionierungsgenauigkeit, vorausgesetzt, dass genügend Kräfte aufgebracht werden. V-Nuten mit einer Steigungsgenauigkeit von ± 0,5 μm können im großen Maßstab für fotonische Geräte hergestellt werden und eine kombinierte Stei gungspräzision kleiner als 10 μm für die optisch gekoppelten Module kann entsprechend erhalten werden. In der Praxis kann die kombinierte Steigungspräzision einen Bereich von 0,5 μm erreichen. Die genannte „Genauigkeit" oder „Präzision" der V-Nuten bedeutet einen dimensionalen Unterschied zwischen benachbarten Nuten, wie den Abstand zwischen den Nuten, die Höhe der Nuten etc. und wird üblicherweise als Steigungsgenauigkeit oder Steigungspräzision bezeichnet. Der relative Fehler oder die seitliche Drift zwischen den Kontaktflächen wird ausgemittelt unter den Nuten, da die Steigungsvariation ihrer Natur nach zufällig ist. Wenn die individuelle Präzisionstoleranz der Steigung jeder benachbarten Nute innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt, nimmt die kombinierte Toleranz mit ansteigender Anzahl von Nuten daher ab.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnungsfigur näher beschrieben, so dass es für den Leser einfacher wird, den Zweck, den technischen Inhalt, die Charakteristika und die Leistung der vorliegenden Erfindung zu verstehen, wobei
• 1 eine Explosionsansicht eines eMOM darstellt, welcher den Aufbau gemäß vorliegender Erfindung aufweist.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Zeichnungsfigur beschreibt die vorliegende Erfindung. Sie dient nicht dazu, die Erfindung auf diese Ausführungsform zu beschränken.
• Nach 1 weist eine Struktur für den Zusammenbau oder das Einkapseln (packaging) eines elektrischen mikrooptischen Modul einen Linsenhalter 1 zum Halten eines Linsensets 2 auf, sowie einen Sensorhalter 3 zum Halten eines Bildsensors 4. Die Struktur weist eine erste auf dem Linsenhalter 1 angeordnete Anpassungsstruktur 5 auf und eine zweite auf dem Sensorhalter 3 angeordnete zweite Anpassungsstruktur 3 auf. Dabei ist der Linsenhalter 1 und der Sensorhalter 3 so ausgebildet, dass sie einen geschlossenen Raum darin ausbilden. Die erste Anpassungsstruktur 5 und die zweite Anpassungsstruktur 6 sind dabei hiervon die Kontaktflächen. Die Kontaktflächen sind dazu bestimmt, um innerhalb eines begrenzten Präzisionsbereiches zueinander zu passen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Anpassungsstruktur 5 und die zweite Anpassungsstruktur 6 in Form von Sägezahn- oder V-Nuten ausgebildet und nur auf einem Teil der Kontaktflächen oder Kanten vorgesehen. Alternativ hierzu kann die „erste Anpassungsstruktur" oder die „zweite Anpassungsstruktur" auf den Kontaktflächen oder Kanten in wenigstens einer Gruppe verteilt sein. In dieser Ausführungsform sind sowohl die erste wie auch die zweite Anpassungsoberfläche in zwei Gruppen getrennt, die auf gegenüberliegenden Seiten des optisch gekoppelten Moduls angeordnet sind. (Die andere Seite der ersten Anpassungsstruktur 5 wird von dem Linsenhalter 1 bedeckt und kann in der Zeichnungsfigur nicht erkannt werden). Unter den begrenzten Präzisionsbereich wird die durchschnittliche Dimensionsvariation zwischen zwei benachbarten Sägezahn- oder V-Nuten verstanden, der ungefähr ± 0,5 μm beträgt oder kleiner ist.

Claims (4)

1. Struktur zum Verpacken eines elektrischen mikrooptischen Moduls mit einem Linsenhalter (1), der ein Linsenset (2), hält, und mit einem Sensorhalter (3), der einen Bildsensor (4) hält, umfassend – eine erste auf dem Linsenhalter (1) angeordnete Anpassungsstruktur (5), – eine zweite auf dem Sensorhalter (3) angeordnete Anpassungsstruktur (6), wobei der Linsenhalter (1) und der Sensorhalter (2) so ausgebildet sind, dass sie einen geschlossenen Raum ausbilden und die erste Anpassungsstruktur (5) und die zweite Anpassungsstruktur (6) auf den Kontaktkanten davon ausgebildet sind, und wobei die Kontaktkanten vorbestimmt sind, in einem engen Präzisionsbereich gematcht zu werden.
2. Struktur nach Anspruch 1, bei die erste Anpassungsstruktur (5) und die zweite Anpassungsstruktur (6) die Form von Sägezahn- oder von V-Nuten aufweisen.
3. Struktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Anpassungsstruktur (5) und die zweite Anpassungsstruktur (6) die Kontaktkanten teilweise oder vollständig bedecken.
4. Struktur nach Anspruch 3, bei die erste Anpassungsstruktur (5) oder die zweite Anpassungsstruktur (6) auf den Kontaktkanten in wenigstens einer Gruppe verteilt sind.