CN101490786A - 具有预先模制好的透镜壳体的相机模块及制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种新颖的数码相机模块，包括：图像捕捉装置、电路基底、透镜单元以及在图像捕捉装置被安装至电路基底前安装至电路基底的壳体。在一特定实施例中，壳体经由模制而形成到电路基底上。壳体包括接收透镜单元的孔，孔的直径大于图像捕捉装置的对角线，以便图像捕捉装置能穿过该孔安装至电路基底。在另一特定实施例中，电路基底包括口，以促进图像捕捉装置的倒装式接合。图像捕捉装置和壳体被接合至电路基底的顺序有助于在安装壳体至电路基底期间防止对图像捕捉装置的破坏。

Description

具有预先模制好的透镜壳体的相机模块及制造方法
技术领域
本发明一般地涉及数码相机，更具体地说涉及能安装到主电子装置中的数码相机模块。更更具体地说，本发明涉及在制造数码相机或数码相机模块的期间充分降低对图像捕捉装置的潜在损坏的数码相机模块制造工艺。
背景技术
目前数码相机模块被并入多种电子装置中。这种相机主装置包括但并不局限于：移动电话、个人数字助理(PDA)和计算机摄像头(cams)。由于将相机模块并入主装置的能力的扩展，对数码相机模块的需要继续增长。因此，数码相机模块的一个设计目标是使它们尽可能地小，以便将它们装入电子装置中而基本上不增加装置的总尺寸。此外，还需要尽可能有效地和坚固地制造这种数码相机模块。当然用于获得这些设计目标的方法必须保持由相机模块所捕捉的图像的质量。
一般地，数码相机模块包括：透镜单元、壳体、电路基底和固态的图像捕捉装置。组装上，图像捕捉装置经由多条接合线等而电连接至电路基底。然后，电路基底被安装至壳体的底部，或者壳体被安装到电路基底上。一般地，这种类型的壳体是在它们被接合至电路基底前被单独制造(如通过喷射造型法)。当壳体形成后，它通过一些适当的方法(例如粘合剂热焊接式柱/口接合(post/aperture engagement)等)固定于电路基底。然后透镜单元可调节地安装至壳体的相对端，以便图像能被聚焦到图像捕捉装置上。
图像捕捉装置很敏感，这对制造时间、成本、质量以及相机模块的产出率来说是不利的。图像捕捉装置非常容易受到损坏和污染，特别是在壳体附着工艺之前和期间。例如，在壳体被附着至电路基底前，接合线容易受到不经意的接触的影响(如在处理期间)，这能造成损坏。此外，图像捕捉装置容易受到来自由壳体附着工艺所引起的微粒碎屑的污染。传感器阵列的污染将遮断光，并在由该装置所捕捉到的每幅图像中引起可见的人工制品(artifact)。明显地，损坏的图像捕捉装置引起产品产率的下降以及人工和材料成本的增加。
因此需要一种降低损坏图像捕捉装置的风险的相机模块制造方法。还需要一种得到较高产出率的相机模块制造方法。还需要得到更快的制造吞吐量的相机模块制造方法。还需要一种更便宜的相机模块制造方法。
发明内容
本发明通过提供一种数码相机模块和一种制造相机模块的方法来克服与现有技术相联的问题，其中壳体是在图像捕捉装置安装至电路基底前被安装至电路基底。在安装图像捕捉装置到电路基底上前安装壳体到电路基底上，防止图像捕捉装置在壳体附着工艺期间受到损坏。此外，使壳体附着至电路基底，提供更坚固的基底，以将图像捕捉装置安装上。
数码相机模块包括：电路基底、安装到电路基底上的透镜壳体和安装到电路基底上的图像捕捉装置。透镜壳体的结构和/或位置允许图像捕捉装置在壳体安装到电路基底上后被附着。在一特定实施例中，壳体是经由模制工艺形成于电路基底上。或者，壳体被单独形成，然后作为组成部分附着至电路基底。
在一实施例中，壳体的结构有助于图像捕捉装置的后一种安装法。壳体包括直径大于图像捕捉装置的对角线的孔，因此图像捕捉装置能穿过该孔而安装。在另一实施例中，壳体的位置有助于图像捕捉装置的后一种安装法。壳体被固定于电路基底的一个表面(如顶面)，而图像捕捉装置被安装至电路基底的相对表面(如底面)。在该实施例中，电路基底限定出一个口，并且图像捕捉装置被安装成使穿过该口的光冲击到图像捕捉装置的感光部分上。
此外还描述了一种制造相机模块的方法。该方法包括以下步骤：提供图像捕捉装置、提供电路基底、安装壳体到电路基底上以及在壳体被安装到电路基底上后安装图像捕捉装置到电路基底上。在一特定方法中，壳体被直接模制到电路基底上。或者，壳体在被安装至电路基底前预先形成。
在另一特定方法中，图像捕捉装置是倒装式(flip-chip)安装。该特定方法包括：安装壳体到第一表面(如顶面)上，而安装图像捕捉装置到电路基底的相对表面上(如底面)。图像捕捉装置被安装成使图像捕捉装置的感光部分面对电路基底中的口。
在另一特定方法中，图像捕捉装置是穿过壳体中的开口被安装。例如，图像捕捉装置能穿过用于接收透镜单元的壳体中的孔而被安装。
附图说明
通过参考以下附图来描述本发明，其中相似附图标记大致表示类似元件：
图1是固定于主印制电路板的相机模块的透视图；
图2是形成于电路基底片上的透镜壳体的阵列的透视图；
图3是图1的相机模块的分解图；
图4是图1的相机模块的剖面图；
图5是图1的相机模块的一部分的俯视图；
图6是另一相机模块的分解图；
图7是图6的相机模块的剖面图；而
图8是概括一种用于制造相机模块的方法的流程图。
具体实施方式
本发明通过提供一种用于制造数码相机模块的系统和方法来克服与现有技术相联的问题，其中用于容纳透镜单元的壳体在安装图像捕捉装置到基材上之前被安装到基材上。在以下描述中，阐明了众多特定细节(如示例性透镜壳体结构等)，以便提供对本发明的彻底的了解。然而，本领域的技术员应该了解，本发明也可在除这些特定细节外实施。此外，众所周知的相机模块制造实践(如组装、电路制作、模制工艺、聚焦方法等)的细节和组件已被省略，以避免不必要地模糊本发明。
图1是根据本发明的一实施例的相机模块100的透视图。相机模块100被示为安装于代表主装置的印制电路板的印制电路板(PCB)102的一部分上(主装置的余部未示出)，并经由多个电子轨迹(trace)104与主装置的其它组件电子地连通。装置106代表安装到电路基底102上的电子组件(如无源装置等)。本领域的技术员应理解的是，PCB 102的特定设计将取决于特定应用(如移动电话、PDA等)，与本发明并不特别相关。因此，PCB 102、轨迹104和装置106只起代表作用。
相机模块100包括：图像捕捉装置108(图1的视图中不可见)、电路基底110、壳体112和透镜单元114。相机模块100经由电路基底110的底部上的电触点(不可见)安装到PCB 102上，构成与轨迹104的电接触。图像捕捉装置108安装到壳体112内电路基底110的顶部上。在该特定实施例中，壳体112限定出从电路基底110向上延伸的圆柱形壁，并且限定出用于接收和支承透镜单元114的开口。透镜单元114设置于壳体112的顶部开口内，并通过一些适当的方法(如螺纹、斜轨(ramp)等)可调节地安装于其中，以便使图像聚焦到图像捕捉装置108上。聚焦器件未以细节示出，因为它与本发明并不特别相关。
图2示出形成于电路基底片116上的壳体112的一阵列(在该示例中为16个)的透视图。在该特定实施例中，壳体112经由模制工艺全部同时直接形成于单一电路基底片116上。可选地，壳体112可被预先制好，并经由粘合或任意其它适当的方法附着至电路基底片116。无论哪种情况，壳体都应由能经受住用于附着图像捕捉装置108至电路基底110的后续工艺(如焊接、引线接合等)的材料(如热固性树脂)形成。
如图2所示，基底片116包括多个各自附着有相应壳体112的单个相机模块电路基底110。单个电路基底110在图像捕捉装置108被安装到其上的前或后，能通过一些适当的方法(如锯、划等)而被分开。然而，在分开基底片116之前组装相机模块100提供某些优势，包括但不限于：降低制造时间以及保护图像捕捉装置108(图3)免受由分开工艺所生成的碎屑的损坏。注意，阵列维数(如4×4阵列的壳体)与本发明并不特别相关。例如，阵列可包括一排壳体或任意其它便利的布局。
图3是组装于基底片116上的一个代表性的相机模块100的分解图。虽然现有相机模块是在壳体附着工艺前通过接合图像捕捉装置108至电路基底110而制造，但是相机模块100是在壳体112形成于电路基底片116上后通过附着图像捕捉装置108至电路基底110而组装。该方法特别有优势，因为它使在附着壳体112至电路基底110的工艺期间损坏或污染图像捕捉装置108的风险最小化。本文使用的术语“附着”应理解为包括使壳体112与基底110接合的任意方法，包括但不限于：在电路基底110上直接形成或模制壳体112，以及附着预先形成的壳体112至电路基底110。
在该特定实施例中，每个图像捕捉装置108(图3)是通过壳体112各自的中心开口而安装，机械地固定(如通过粘合剂)至相关联的电路基底110，并电子地耦合到电路基底110的电路。电路基底110包括其上形成有多个电触点120的顶面118。触点120有助于图像捕捉装置108和电路基底110的电路之间的电连接。图像捕捉装置108包括通过一些适当的方法(如图4所示的引线接合)电子地耦合到触点120的电触点122的相应组。
应该注意的是，触点122不必形成于图像捕捉装置108的上表面上来提供充分的电连接至电路基底110。例如，图像捕捉装置108可包括形成于它的后表面(rear surface)上的多个触点，以便图像捕捉装置108能经由焊接工艺电子地耦合到电路基底110的相应触点122，从而在单个工艺中机械地和电子地接合图像捕捉装置108至电路基底112。
图像捕捉装置108进一步包括图像被透镜单元114聚焦于其上的图像捕捉表面124。无论使用什么特定工艺，图像捕捉装置108应被安装成表面124保持大致垂直于光轴200，以便表面124处于透镜单元114的聚焦平面中。
当图像捕捉装置108被附着后，透镜单元114被安置于各个壳体112中。透镜单元114在壳体112内的位置可调节，以促进透镜单元114相对于图像捕捉装置108的聚焦。壳体112限定出接纳透镜单元114的镜筒128的孔126，并促进透镜单元114绕光轴200的旋转。将透镜单元114的旋转运动转换成沿光轴200的平移运动的多种机械调节方法在本领域中已为人们所知。然而并未示出特定的调节机构，因为调节机构的细节或甚至聚焦机构的内含物与本发明并不特别相关。透镜单元114进一步包括限制透镜单元114相对于壳体112的垂直位移的法兰130，以便透镜单元不能接触及损坏图像捕捉装置108。
图4示出完全组装的相机模块100的剖面图。电路基底110的触点120经由多条接合线132电子地耦合到图像捕捉装置108的相应触点122。透镜单元114被示为包括多个透镜134和一个滤光器136(如红外滤光器)。透镜单元114的细节以及容纳于其中的特定光学元件与本发明并不特别相关。
图5是透镜单元114被移除后的相机模块100的俯视图。注意：孔126的直径大于图像捕捉装置108的对角线，以便图像捕捉装置108能在壳体114形成于电路基底110上后安装至电路基底110。可选地，孔126的直径能与图像捕捉装置108的对角线几乎一样大，以便为定位图像捕捉装置108提供简易的方法。
图6是另一相机模块600的分解图，包括图像捕捉装置602、电路基底604、壳体606以及透镜单元608。在该特定实施例中，电路基底604包括允许光穿过电路基底604的一部分的口610。口610足够大以允许透镜单元608通过口610使图像聚焦到图像捕捉装置602的图像捕捉表面612上。
在该实施例中，图像捕捉装置602是在壳体606形成/安装到基底604上后被倒装式接合至基底604的底面。在该倒装式接合方法中，图像捕捉装置602的电触点614被接合至电路基底604的底面上的电触点(未示出)。除以下所述的外，壳体606和透镜单元608的结构和组装大致分别与如上所述的壳体112和透镜单元114相同。
将图像捕捉装置602安装至电路基底602的底面提供若干优势。例如，因为图像捕捉装置602不是通过孔616而安装(如在相机模块100中)，壳体606和透镜单元608能显著地更小。注意：孔616的直径只是略大于大约与图像捕捉表面612为相同大小的口610。因此，相机模块600的整个覆盖区(footprint)显著地降低。另一个优点是，虽然壳体606是在附着图像捕捉装置602之前被附着至电路基底604，但是壳体606在附着图像捕捉装置602时并不碍事。实际上，壳体606在图像捕捉装置602的附着期间为电路基底604提供额外的支承，从而使附着工艺更有效并更可靠。
图7示出相机模块600的剖面侧视图。在该特定实施例中，电路基底604包括形成于后表面上的多个传导性轨迹700。轨迹700提供触点，用于电子地连接图像捕捉装置602至电路基底604，而且还用于电子地连接电路基底604和图像捕捉装置602至另一装置(例如图1的主装置PCB)。
图像捕捉装置602的触点614和电路基底604的轨迹700之间的连接是通过金钉头凸点(gold-stud-bump)热压接合法而获得。多个凸点702(如au钉头凸点)形成于触点614上。于是图像捕捉装置602被安置到电路基底604上，以便金凸点702接触轨迹700。然后，通过加热和加压在金凸点702和轨迹700和触点614之间形成接合的连接。可选地，非传导性膏(NCP)706可作为接合工艺的一部分被施加于图像捕捉装置602和电路基底604之间，以进一步加强接合式连接。
注意：图7不是比例性的。例如，并未精确地示出部件的相对尺寸。反而是某些部件被放大以显示其细节结构。
图8是流程图，概括一种用于制造本发明的相机模块的方法。在第一步802中，提供电路基底。其次，在第二步804中，提供图像捕捉装置。然后，在第三步806中，提供透镜单元。再次，在第四步808中，安装透镜壳体到电路基底上。这里使用的术语“安装”包括但并不限于：在电路基底上直接形成壳体(如经由模制工艺)，以及附着预先形成的壳体。然后，在第四步810中，在壳体已经安装后安装图像捕捉装置至电路基底。最后，在第五步812中，接合透镜单元至壳体。
本发明的特定实施例的描述现在结束了。许多描述的特征可以在不背离本发明的范围的前提下被代替、变更或省略。例如，可以用其它透镜单元和壳体代替所示的透镜单元和壳体。如另一个例子，可以使用其它工艺(如超声波热接合，thermosonic bonding)来安装成像器至电路基底。本领域的技术人员尤其鉴于上述公开将会明白对示出的特定实施例的这些以及其它偏差。

Claims (14)

1.一种数码相机模块，包括：
电路基底；
安装到所述电路基底上的透镜壳体；
接合至所述电路基底的图像捕捉装置；
其中，所述透镜壳体允许所述图像捕捉装置在所述透镜壳体被安装到所述电路基底上后被安装至所述电路基底。
2.如权利要求1所述的数码相机模块，其中：所述相机模块包括模制到所述电路基底上的壳体。
3.如权利要求2所述的数码相机模块，其中：所述壳体限定出直径大于所述图像捕捉装置的对角线的孔。
4.如权利要求2所述的数码相机模块，其中：所述壳体被接合至所述电路基底的一表面，而所述图像捕捉装置被接合至所述电路基底的相对表面。
5.如权利要求4所述的数码相机模块，其中：所述电路基底限定出一口；而所述图像捕捉装置被安装成使穿过所述口的光冲击到所述图像捕捉装置的感光部分上。
6.如权利要求1所述的数码相机模块，其中：所述壳体是在所述壳体形成后接合至所述电路基底。
7.如权利要求1所述的数码相机模块，其中：所述壳体能够经受住用于安装所述图像捕捉装置到所述电路基底上的附着工艺。
8.一种用于制造相机模块的方法，包括：
提供图像捕捉装置；
提供电路基底；
安装壳体到所述电路基底上；以及
在所述壳体被安装到所述电路基底上后安装所述图像捕捉装置到所述电路基底上。
9.如权利要求8所述的用于制造相机模块的方法，其中：所述安装壳体到所述电路基底上的步骤包括模制所述壳体到所述电路基底上。
10.如权利要求8所述的用于制造相机模块的方法，其中：
所述安装壳体到所述电路基底上的步骤包括安装所述壳体于所述电路基底的第一表面上；并且
所述安装所述图像捕捉装置到所述电路基底上的步骤包括安装所述图像捕捉装置于与所述电路基底的第一表面相对的所述电路基底的第二表面上。
11.如权利要求8所述的用于制造相机模块的方法，其中：所述安装壳体到所述电路基底上的步骤包括安装预先形成的壳体到所述电路基底上。
12.如权利要求8所述的用于制造相机模块的方法，其中：所述安装所述图像捕捉装置到所述电路基底上的步骤包括穿过所述壳体中的开口而安装所述图像捕捉装置。
13.如权利要求12所述的用于制造相机模块的方法，其中：所述安装所述图像捕捉装置到所述电路基底上的步骤包括穿过用于接收透镜单元的所述壳体中的孔而安装所述图像捕捉装置。
14.一种用于制造相机模块的方法，包括：
提供多个图像捕捉装置；
提供配备有多个相机模块电路板的电路基底；
提供多个壳体；
提供多个图像捕捉装置；
安装相应的所述壳体到各个所述相机模块电路板上；以及
安装相应的所述图像捕捉装置到各个所述相机模块电路板上，各个所述图像捕捉装置是在所述壳体之一被安装到相关联的相机模块电路板上后被安装到所述相关联的相机模块电路板上。
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