-
Die Erfindung betrifft ein Kameramodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Kameramoduls.
-
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der Druckschrift
WO2016112890A1 eine Kamera mit einem Träger bekannt, wobei der Träger zwischen dem Bildsensor und der Leiterplatte angeordnet ist und von einer Außenwand des Kameragehäuses zumindest teilweise umgeben ist.
-
Aus der Druckschrift
WO2011120480A1 ist eine optische Vorrichtung mit einem optischen Modul, einer Leiterplatte, einem Bildaufnahmeelement sowie einer Trägerplatte bekannt, wobei auf einer Seite der Trägerplatte das optische Modul und das Bildaufnahmeelement und auf der gegenüberliegenden Seite die Leiterplatte angeordnet ist. Weiter ist aus der
WO2011120481 A1 eine optische Vorrichtung mit einem Objektivhalter bekannt, wobei am optischen Modul und an dem Objektivhalter Verbindungsflächen zum Erzeugen einer Klebeverbindung vorgesehen sind, welche die optische Achse der optischen Vorrichtung radial umlaufen.
-
Zudem ist aus der Druckschrift
DE102017124550A1 eine Kamera für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend ein Gehäuse, eine Leiterplatte, auf welcher ein Bildsensor der Kamera angeordnet ist, und umfassend zumindest zwei Halteelemente, welche mit der ersten Leiterplatte und dem Gehäuse verbunden sind, wobei die erste Leiterplatte mittels der zumindest zwei Halteelemente beabstandet zu dem Gehäuse gehalten und elektrisch mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das Gehäuse ein Frontgehäuseteil und ein Rückgehäuseteil aufweist, wobei das Frontgehäuseteil und das Rückgehäuseteil elektrisch miteinander verbunden sind und wobei das Frontgehäuseteil und das Rückgehäuseteil mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden sind.
-
Problematisch beim bekannten Stand der Technik ist die optische Stabilität und Toleranzgenauigkeit eines Bildsensors (Bare Die, BGA, CSP Bauform) in Relation zur optischen und mechanischen Achse des Optikmodules bzw. Kameragehäuses einer Kamera.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kameramodul sowie ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, wobei das Kameramodul verbesserte Toleranzgenauigkeit und optische Stabilität aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erste Überlegungen waren dahingehen, dass aufgrund der notwendigen Anordnung des Bildsensors ausgerichtet zur optischen Achse, bisherige Kameramodule meist aus einer Anzahl von ebenfalls senkrecht zur optischen Achse übereinander gelagerten Leiterplatten bestehen. Die Ausrichtung des Bildsensors auf die Fokuslage der Linse erfolgt mittels eines 5- bzw. 6 Achsen Ausrichtprozesses. Die toleranzbedingte Variabilität der Fokuslage führt zu einer erschwerten Integration der Kameras auf Seiten der OEM's. Daraus resultieren hohe Bauteil Kosten auf Seiten des OEM's und der Sensorhersteller.
-
Die Elektronikmodul Vorder- und Rückflächen sind für eine direkte thermische Anbindung nicht zur Verfügung aufgrund der Durchbrüche für die Linse (vorne) oder Stecker (hinten). Dies erschwert die direkte Wärmeabfuhr von z.B. Prozessor-ICs and die Modulaußenflächen, da die Leiterplatten und ICs sehr oft parallel zu dem Bildsensors liegen. Dies bewirkt einen Wärmestau im Kameragehäuse und damit eine Aufheizung des Bildsensors, was zu erhöhtem Bildrauschen und damit einer Abnahme der Bildqualität führt.
-
Daher wird erfindungsgemäß ein Kameramodul vorgeschlagen, bestehend aus zumindest einer Leiterplatte,einem Bildsensor, einem Kameragehäuse sowie einem Linsenmodul, wobei zwischen der Leiterplatte und dem Kameragehäuse eine Trägerplatte angeordnet ist, wobei die Trägerplatte fest mit der Leiterplatte verbunden ist und die Trägerplatte mit der Leiterplatte ein Elektronikmodul bildet, wobei die Trägerplatte während eines Justagevorgangs zwischen Bildsensor und optischer Achse und/oder Bildebene des Linsenmoduls mit dem Kameragehäuse mittels eines Materialverbindungsprozesses verbunden wird und wobei zwischen der Trägerplatte und dem Gehäuse vollumfänglich ein Ausgleichsspalt vorgesehen ist und wobei an vier Eckpunkten des Kameragehäuses die Materialverbindung erzeugt wird.
-
Die Trägerplatte kann dabei durch Toxen bzw. Durchsetzfügen mit der Leiterplatte verbunden sein. Die Trägerplatte kann an zumindest zwei gegenüberliegenden Ecken je ein Haltemittel aufweisen, welches die Leiterplatte auf der Trägerplatte in Position hält.
-
Durch die Einführung der Trägerplatte kann eine Elektronikbaugruppe erstellt werden, welche die Möglichkeit eröffnet neue Verbindungstechniken während einer 5/6 Achsen Justage zu verwenden.
-
Der Bildsensor kann entsprechend an der Leiterplatte oder an der Trägerplatte angeordnet sein.
-
Der Ausgleichsspalt ist dahingehend vorteilhaft, da sich hiermit beim Justagevorgang Unregelmäßigkeiten oder Fertigungstoleranzen ausgleichen lassen und eine präzisere Justage ermöglicht wird.
-
Das Kameramodul wird bevorzugt in einem Fahrzeug als Satelliten-Monokamera oder beispielsweise in mehrfacher Ausführung als Surroundview-System.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Justagevorgang ein 5- bzw. 6-Achsenalignment zwischen dem Bildsensor und der optischen Achse und/oder der Bildebene des Linsenmoduls.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Materialverbindungsprozess ein Laserschweißverfahren verwendet. Ein Laserschweißverfahren ist vorteilhaft, da dieser Materialverbindungsprozess sehr präzise ist. Weiterhin tritt hierbei ein geringer thermischer Verzug auf, was im Hinblick auf die präzise Ausrichtung des Bildsensors auf die optische Achse und/oder die Bildebene des Linsenmoduls vorteilhaft ist.
-
Bevorzugt weisen zumindest die Trägerplatte sowie das Kameragehäuse die gleichen Materialien auf. Durch die Verwendung von gleichen Materialien von Optikmodul (Linsenmodul + Kameragehäuse) und Elektronikmodul (Trägerplatte + Leiterplatte) können nun weiter Verbindungstechniken als Materialverbindungsprozess bei Zusammenbau der Kamera in Betracht gezogen werden, ohne Mehrkosten zu generieren (bspw. Laserschweißen). Dies führt zu einer Verbesserung der optischen Stabilität über Lebensdauer und einer Verbesserung der Toleranzgenauigkeit zwischen Optik und Kameragehäuse. Zusätzlich können für den Einbau der Linsenmodule kostenoptimierte Fügeprozesse verwendet werden. Diese optimierte Elektronikbaugruppe ermöglicht den modularen Einsatz verschiedenster Bildsensor Technologien.
-
Weiterhin ist der Bildsensor bevorzugt als Bare Die, Ball Grid Array, Chip Scale Package oder Flip-Chip auf der Leiterplatte angeordnet. Bei der Verwendung eines Bare Die Bildsensors bieten sich weitere Vorteile. Die innere Trägerplatte erlaubt ein einfaches thermisches Isolieren des Bildsensors durch das Montieren auf der Trägerplatte. Die Trägerplatte wird mit Lochgeometrie um den Bildsensor ausgeführt. Durch das rückseitige Laden der Leiterplatte an die Trägerplatte kann ein Bildsensor über einen Dünn- Dickdraht Bonding Prozess direkt mit der Leiterplatte verbunden werden. Die Trägerplatte dient der zusätzlichen Wärmeverteilung und Wärmeabfuhr, bspw. bei metallischer Ausführung, bzw. kann als Wärmeisolator, bspw. bei Kunststoff-Ausführung, dienen. Es können zudem kleinere Baugrößen bei Kostenneutralität realisiert werden. Kurze Signalwege wirken sich zudem positiv auf EMV-Störeinflüsse aus.
-
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kameramoduls bestehend aus einer Leiterplatte, einem Bildsensor, einem Kameragehäuse sowie einem Linsenmodul, wobei zwischen der Leiterplatte und dem Kameragehäuse eine Trägerplatte angeordnet ist mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:
- - Bereitstellen der Leiterplatte und der Trägerplatte;
- - Verbinden des Bildsensors mit der Leiterplatte oder der Trägerplatte und Verbinden der Leiterplatte mit der Trägerplatte zum Herstellen eines Elektronikmoduls;
- - Bereitstellen eines Kameragehäuses mit einem Linsenmodul;
- - Ausrichten des Bildsensors auf die optische Achse und/oder die Bildebene des Linsenmoduls über einen Justagevorgang;
- - Verbinden der Trägerplatte mit dem Kameragehäuse mittels eines Materialverbindungsprozesses an vier Eckpunkten des Kameragehäuses, wobei zwischen Trägerplatte und Kameragehäuse (4) vollumfänglich ein Ausgleichsspalt (6) vorgesehen ist.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der Materialverbindungsprozess ein Laserschweißverfahren.
-
Besonders bevorzugt ist der Justagevorgang ein 5- bzw. 6-Achsenalignment zwischen dem Bildsensor und der optischen Achse und/oder der Bildebene des Linsenmoduls.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird durch den Materialverbindungsprozess eine thermische und/oder elektrische Verbindung zwischen dem Kameragehäuse und der Trägerplatte erzeugt.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Figuren.
-
Darin zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Kameramoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2a: eine Schnittdarstellung eines Kameramoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2b: eine Schnittdarstellung eines Kameramoduls mit vergrößertem Ausschnitt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3: eine weitere Schnittdarstellung eines Kameramoduls mit vergrößertem Ausschnitt gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 4: ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kameramoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Kameramodul 1 besteht hierbei aus einer Leiterplatte 2, einer Trägerplatte 3, einem Kameragehäuse 4 sowie einem Linsenmodul 5. Die Trägerplatte 3 ist dabei zwischen der Leiterplatte 2 und dem Kameragehäuse 4 angeordnet. Die Trägerplatte 3 weist dabei an der der Leiterplatte 2 zugewandten Seite zumindest zwei Halteelemente 3a auf, welche die Leiterplatte 2 beim Verbinden mit der Trägerplatte 3 in Position hält. Weiterhin ist zwischen der Trägerplatte 3 und Kameragehäuse 4 vollumfänglich ein Ausgleichsspalt 6 vorgesehen.
-
2a zeigt eine Schnittdarstellung eines Kameramoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Schnittdarstellung A-A des Kameramoduls 1 aus 1 zeigt neben der Leiterplatte 2, der Trägerplatte 3, dem Gehäuse 4 und dem Linsenmodul 5 eine Materialverbindung 8. Diese Materialverbindung 8 wird bevorzugt an den Eckpunkten des Kameragehäuses 4 bzw. der Trägerplatte 3 zwischen der Trägerplatte 3 und dem Kameragehäuse 4 hergestellt. Weiterhin ist der Bildsensor 7 gezeigt, welcher an der dem Linsenmodul 5 zugewandten Seite der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Der Bildsensor 7 wird beim Justagevorgang bzw. dem 5/6 Achsenalignment auf die optische Achse O und/oder die Bildebene des Linsenmoduls 5 ausgerichtet. Denkbar wäre auch, den Bildsensor 7 an der dem Linsenmodul 5 zugewandten Seite der Trägerplatte 3 anzuordnen und die Leiterplatte an der dem Linsenmodul 5 abgewandten Seite der Trägerplatte 3 anzuordnen. Der Bildsensor 7 würde dann über Drahtbonds mit der Leiterplatte verbunden werden.
-
2b zeigt eine Schnittdarstellung eines Kameramoduls mit vergrößertem Ausschnitt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dem vergrößerten Ausschnitt B sind insbesondere die Materialverbindung 8 bspw. eine Schweißnaht eines Laserschweißverfahrens und der Ausgleichsspalt 6 deutlicher zu erkennen. Alle weiteren Bestandteile entsprechen im Wesentlichen der 2a. Die Materialverbindung 8 ist wie gezeigt zwischen der Trägerplatte 3 und dem Kameragehäuse 4 erzeugt worden und verdeckt zumindest an der Verbindungsstelle, vorzugsweise an den Eckpunkten des Gehäuses 4, den Ausgleichsspalt 6. Die Materialverbindung 8 ist wie ersichtlich an der Außenseite der Trägerplatte und an einer Oberseite des Kameragehäuses 4 angeordnet.
-
3 eine weitere Schnittdarstellung eines Kameramoduls mit vergrößertem Ausschnitt gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In dem vergrößerten Ausschnitt C sind im Wesentlichen die gleichen Elemente wie in dem Ausschnitt B gezeigt. Lediglich die Trägerplatte 3 weist in dieser Ausführungsform Halteelemente 3a auf, welche die Leiterplatte 2 halten und bspw. für die Verbindung der Leiterplatte 2 mit der Trägerplatte 3 verwendet werden können. Die Materialverbindung 8 wurde auch hier zwischen Trägerplatte 3 und Kameragehäuse 4 erzeugt. Hierbei besteht die Materialverbindung 8 an der Außenseite der Trägerplatte 3 und and er Außenseite des Kameragehäuses 4.
-
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In Schritt S1 wird die Leiterplatte 2 und die Trägerplatte 3 bereitgestellt. In Schritt S2 wird zunächst der Bildsensor 7 mit der Leiterplatte 2 oder der Trägerplatte 3 verbunden und dann die Leiterplatte 2 mit der Trägerplatte 3 zum Herstellen eines Elektronikmoduls verbunden. In Schritt S3 wird ein Kameragehäuse 4 mit einem Linsenmodul 5 bereitgestellt und in einem Schritt S4 der Bildsensor auf die optische Achse O und/oder die Bildebene des Linsenmoduls 5 über eine Justagevorgang ausgerichtet. In einem Schritt S5 wird die Trägerplatte 3 mit dem Kameragehäuse 4 mittels eines Materialverbindungsprozesses an vier Eckpunkten des Kameragehäuses 4 verbunden, wobei zwischen Trägerplatte 3 und Kameragehäuse 4 vollumfänglich ein Ausgleichsspalt 6 vorgesehen ist. Die Schritte S1 und S2 können parallel zu Schritt S3 durchgeführt werden. Entsprechend kann parallel das Elektronikmodul und das Optikmodul hergestellt werden und danach die Justage in Schritt S4 durchgeführt werden. Je nach Ausgestaltung des Elektronikmoduls kann der Bildsensor entweder mit der Leiterplatte oder mit der Trägerplatte verbunden werden. Bei einer Verbindung mit der Trägerplatte würde bspw. der Bildsensor über ein Drahtbonding an die Leiterplatte angeschlossen werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kameramodul
- 2
- Leiterplatte
- 3
- Trägerplatte
- 3a
- Halteelemente
- 4
- Kameragehäuse
- 5
- Linsenmodul
- 6
- Ausgleichsspalt
- 7
- Bildsensor
- 8
- Materialverbindung
- A-A
- Schnittdarstellung
- B
- vergrößerter Ausschnitt
- C
- vergrößerter Ausschnitt
- O
- optische Achse
- S1-S5
- Verfahrensschritte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2016112890 A1 [0002]
- WO 2011120480 A1 [0003]
- WO 2011120481 A1 [0003]
- DE 102017124550 A1 [0004]