Titel

Imagermodul für eine Fahrzeug-Kamera und Verfahren zu dessen Herstellung Stand der Technik

Ein Imagermodul für eine Fahrzeug-Kamera wird im Allgemeinen in einem Kameragehäuse, z. B. zusammen mit weiteren elektrischen Komponenten und einer Leiterplatte aufgenommen. Das Imagermodul weist hierbei bereits ein Objektiv, einen das Objektiv aufnehmenden Linsenhalter, eine Trägereinrichtung zum Aufnehmen und Kontaktieren des Bildsensors und den Bildsensor selbst auf. Bei Flip-Chip-Imagermodulen ist der Bildsensor über an seiner die sensitive Fläche aufweisenden Oberseite vorgesehene Kontaktmitteln, z. B. Stud-Bumps, kontaktiert und weist mit seiner sensitiven Fläche durch eine Ausnehmung der Träger- einrichtung zu dem Objektiv.

Hierzu kann der Linsenhalter z. B. auf einer starren Trägereinrichtung, z. B. einer Metall platte (stiffener) befestigt werden, auf der eine flexible Leitereinrichtung, z. B. ein sogenannter Flexleiter, befestigt wird.

Weiterhin sind Linsenhalter in MID (molded interconnect device)-Technologie bekannt, die mittels passiver Galvanisierung Leiterbahnstrukturen aufweisen. Auf die Leiterbahnstrukturen wird mittels eines Flip-Chip-Verfahrens ein Bildsensor mechanisch aufgebracht und über Stud-Bumps kontaktiert. Die Stud-Bumps kön- nen auf dem Bildsensor mittels eines Reibschweißverfahrens aufgebracht werden.

Kontaktierungen des Bildsensors auf MI D-Strukturen erfordern zum Teil jedoch aufwendige technische Realisierungen. Bei NCA-Flip-Chip-Verfahren wird eine elektrische Verbindung der Stud-Bumps zu den Leiterbahnen der MID-Flächen über einen auf die Lebensdauer des Produkts zu gewährleistenden Anpressdruck an der Stirnfläche des Stud-Bumps zur Auflagefläche der Leiterbahn gewährleistet. Hierbei ergeben sich technische Herausforderungen, insbesondere aus der Ebenheit des MI D-Kunststoffkörpers, der Ebenheit und Rauheit der Leiterbahn und der mechanischen Belastbarkeit der Bahn auf hohen Druck, weiterhin bezüglich der Gleichmäßigkeit des Anpressdrucks im relevanten Temperaturbereich und über die Lebenszeit.

Eine Nachbearbeitung eines auf MID-Basis eingesetzten Kunsstoffteils nach dem Spritzprozess ist im Allgemeinen nicht möglich, weil hierdurch flächig Galvanisie- rungskeime freigelegt werden. Auf der planarisierten Fläche eines MID- Kunststoffes ist dann kein strukturiertes Layout herstellbar.

ICA-Verfahren verwenden Leitkleber zur Kontaktierung; an der feinen Rasterung bzw. dem feinen Pitch des Bildsensors von z. B. etwa 100 μηη können hier direkt jedoch Schwierigkeiten durch Kurzschlussrisiken auftreten. ACA-Verfahren verwenden Leitkleber mit geringerer Konzentration leitfähiger Partikel, die nur in verdichteten Bereichen elektrische Kontakte ausbilden; sie erfordern jedoch eine geringe Oberflächenrauigkeit und hohe Ebenheit der Fügepartner.

Die EP 1 081 944 B1 beschreibt eine Konstruktion aus einer Metallplatte mit einem vollflächig aufgeklebten Flexleiter sowie einem in Flip-Chip-Technik auf dem Flexleiter aufgebrachten Imager (Bildsensor).

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Imagermodul und das Verfahren zu seiner Herstellung ermöglichen einige Vorteile:

Der Bildsensor wird in Flip-Chip-Technik, d. h. mittels an seiner die sensitive Fläche aufweisenden Oberfläche vorgesehenen Kontaktmittel kontaktiert, wobei der Bildsensor an einer flexiblen Leitereinrichtung kontaktiert wird, die an einem Kunststoff-Körper stoffschlüssig angebracht ist, das bereits den Linsenhalter darstellt bzw. die wesentlichen Teile des Linsenhalters aufweist. Somit weist der Kunststoff-Körper einen Tubusbereich zur Aufnahme des Objektivs und einen Befestigungsbereich auf, an dem die flexible Leitereinrichtung stoffschlüssig angebracht ist. Hierbei kann der Kunststoffkörper insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet sein, vorzugsweise mit der Spritzrichtung entsprechend der nachfolgend ausgebildeten optischen Achse. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass wesentliche funktionelle Teile des Imagermoduls, nämlich ein Tubusbereich zur Aufnahme des Objektivs und ein Befestigungsbereich als Spritzgussteil ausgebildet werden können, an dem eine flexible Leitereinrichtung bzw. ein Flexleiter direkt stoffschlüssig angebracht werden kann. Somit kann durch ein Spritzgussteil und eine auflaminierte flexible Leitereinrichtung mit einer Kunststoff-Matrix bzw. Kunststoff- Folie und in der Kunststoff-Folie aufgenommenen metallischen Leitungen bereits die Aufnahme sowohl des Objektivs als auch ein direktes Anbringen des Bildsensors in Flip-Chip-Technik über z. B. Stud-Bumps ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird erkannt, dass eine Kontaktierung des Bildsensors über Stud-Bumps auf eine flexible Leitereinrichtung alleine schwierig ist, insbesondere wegen der Probleme der Haftung des Stud-Bumps auf der flexiblen Leitereinrichtung; daher wird ein, insbesondere elektrisch, nicht leitender Klebstoff (N CA; non conductive adhesive) in Klebstoffbereichen zwischen dem Bildsensor und der flexiblen Leitereinrichtung eingebracht, insbesondere um die Stud-Bumps herum. Vorzugsweise wird ein Klebstoff eingesetzt, der nachfolgend beim Aushärten schrumpft. Hierdurch wird eine Zugspannung zwischen dem Bildsensor und der flexiblen Leitereinrichtung ausgebildet, die den Stud bump gegen die flexiblen Leitereinrichtung drückt und somit eine gute Kontaktierung sicher stellt. Die ansonsten oftmals nachteilhafte Wirkung eines Klebstoffschrumpfes wird somit vor- teilhafterweise zur Verbesserung der Kontaktierung ausgenutzt. Grundsätzlich sind jegliche Klebstoffe mit Schrumpf (Volumenverringerung) bei ihrer Aushärtung einsetzbar, z. B. auch Klebstoffe auf Epoxyd-Basis.

Somit wird eine einfache Herstellung mit relativ wenigen Herstellungsschritten und hoher Prozesssicherheit ermöglicht. Insbesondere gegenüber MID- Ausbildungen des Linsenhalters mit durch passive Galvanisierung auszubildenden Leiterbahnen ergeben sich einige Vorteile:

So ist das Kunststoffmaterial des Linsenhalters grundsätzlich frei wählbar, wobei es vorteilhafterweise durch ein Spritzgussverfahren herstellbar ist; diese Herstellung in einem Spritzgussverfahren stellt jedoch für Kunststoffmaterialien keine re- levante Beschränkung dar. Gegenüber den speziellen Kunststoffmaterialien, die für MID-Verfahren erforderlich sind, um durch Laser-Ablation bzw. Laser- Schreiben Metallstrukturen freizulegen und eine nachfolgende passive Galvanisierung zu ermöglich, ergeben sich zum einen Kostenvorteile beim Material und zum anderen prozesstechnische Vorteile. Erfindungsgemäß kann insbesondere ein Kunststoff mit einer hohen Druckfestigkeit und/oder hohen Steifigkeit gewählt werden.

Die flexible Leitereinrichtung bzw. der Flexleiter kann zu seiner Oberseite hin das Kunststoffmaterial bzw. die Kunststofffolie und zur Unterseite hin zumindest bereichsweise freiliegende metallische Leitungen, z. B. aus gewalztem Kupfer aufweisen. Hierdurch kann die flexible Leitereinrichtung auf die Unterseite des Befestigungsbereichs des Kunststoffkörpers auflaminiert werden, d. h. durch lokales Aufweichen stoffschlüssig angebracht werden, eine Befestigung mittels Kleben ist somit nicht erforderlich. Ein Auflaminieren ist hierbei prozesstechnisch einfach und sicher zu gewährleisten. Durch das Auflaminieren werden auch die metallischen Leitungen nicht beeinträchtigt.

Die flexible Leitereinrichtung kann hierbei ein oder mehrere Lagen aus Leitern aufweisen. Durch mehrlagiges Layout kann eine Entflechtung der einzelnen Leiter erreicht werden.

Die plane und druckstabile Gegenfläche zur Aufbringung des Bildsensors in dem Flip-Chip-Verfahren wird durch z. B. Nachbearbeitung oder ein einzulegendes Einlegeteil mit definierter planer Unterseite ermöglicht.

Durch den Klebstoff mit Schrumpf bei der Aushärtung wird eine gute Kontaktie- rung zwischen Stud bump und der flexiblen Leitereinrichtung über die Lebenszeit ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, in den Spritzgusskörper ein oder mehrere Einlegeteile aufzunehmen. Die Einlegeteile können zum einen eine mechanische Stabilität erhöhen; insbesondere kann ein Einlegeteil auch mit einer planen Unterseite eine plane, druckfeste und geeignete Bezugsfläche für den Flexleiter im Bereich der Kontaktierung des Bildsensors bereitstellen, so dass hier ein festes, planes Flip-Chip-Gegenlager für den zu montierenden Bildsensor erreicht wird.

Weiterhin ermöglicht ein Spritzguss-Kunststoffkörper auch eine Nachbearbeitung seiner Unterfläche, ohne dass Probleme wie bei den spezifischen MID- Formkörpern auftreten, die eine mechanische Nachbearbeitung aufgrund ihrer speziellen Schichtstruktur nicht zulassen.

Das Einlegeteil ermöglicht weiterhin auch die Ausbildung einer Apertur mit schwarzer Kante um die optische Achse herum, um das Ausleuchtungsfeld der aktiven Fläche des Bildsensors scharf zu begrenzen.

Weiterhin kann das Einlegeteil vorgesehen sein, um eine Entwärmung des Bildsensors zu ermöglichen. Somit kann das Einlegeteil z. B. auch metallisch sein und sich durch das Kunststoffteil nach außen erstrecken, um hier z. B. an einem metallischen Kammergehäuse angebunden zu werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Imagermodul für eine Fahrzeug-Kamera gemäß einer ersten Ausführungsform im Schnitt durch die optische Achse;

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 3 eine Detailvergrößerung aus Fig. 1 und 2.

Beschreibung der Ausführungsformen

Ein Imagermodul 1 ist insbesondere zum Einsatz in einer Fahrzeug-Kamera vorgesehen und weist gemäß Fig. 1 eine Trägereinrichtung 2, einen Linsenhalter 3 (Objektivaufnahme), ein Objektiv 4 und einen Bildsensor 5 (Imager-Chip) auf. Das Imagermodul 1 wird im Allgemeinen nachfolgend in ein Kameragehäuse mit z. B. weiteren elektrischen oder elektronischen Komponenten aufgenommen und im Kfz-Bereich, vorzugsweise in dem Innenraum eines Fahrzeugs aufgenommen. Das Objektiv 4 weist eine Linsenfassung 4a und in der Linsenfassung 4a aufgenommen Linsen 4b auf und ist zur Fokusierung entlang der Richtung einer optischen Achse A in einem Tubusbereich 3a des Linsenhalters 3 längsverschiebbar aufgenoomen; das Imagermodul 1 ist vorteilhafterweise als Fix-Fokus-Modul mit nach erfolgter Fokussierung fixiertem Objektiv 4 ausgebildet, wobei die Fixierung z. B. durch einen Klebstoff oder z. B. auch eine Presspassung erfolgen kann. Der Linsenhalter 3 weist weiterhin einen Befestigungsbereich 3b auf, an dessen in Fig. 1 unteren Seite die Trägereinrichtung 2 mit ihrer Oberseite 2a befestigt ist.

Der Bildsensor 5 ist mittels Stud-Bumps 6 an einer Unterseite 2b der Trägereinrichtung 2 montiert und kontaktiert und weist mit seiner sensitiven Fläche 5a durch eine in der Trägereinrichtung 2 ausgebildete Ausnehmung 8 zu dem Objektiv 4, d. h. in Aufnahmerichtung nach vorne. Somit ist der Bildsensor 5 in Flip- Chip-Technik an der Trägereinrichtung 2 montiert.

Die Trägereinrichtung 2 ist insbesondere in Fig. 3 detaillierter gezeigt und weist metallische Leitungen 10, vorzugsweise aus gewalztem Kupfer, eingebettet in einer Kunststoffmatrix 11 , z. B. einer Kunststoff-Folie oder dünnen, flexiblen Kunst- stoffplatte auf. Das Kunststoffmaterial kann z. B. Polyimid sein. Die Trägereinrichtung 2 ist somit als flexible Leiteinrichtung bzw. Flexleiter ausgebildet. Die flexible Leitereinrichtung 2 ist mit ihrer Oberseite 2a auf dem Befestigungsbereich 3b des Linsenleiters 3 auflaminiert, d. h. durch lokales Aufschmelzen stoffschlüssig verbunden. Der Bildsensor 5 ist über die Stud-Bumps 6 mit den metallischen Leitern 10 der flexiblen Leitereinrichtung 2 kontaktiert.

Die metallischen Leitungen 10, z. B. Kupferleitungen 10, liegen vorteilhafterweise zur Unterseite 2b der flexiblen Leitereinrichtung frei, um hier eine direkte Kon- taktierung des Bildsensors 5 über die Stud-Bumps 6 zu ermöglichen.

Um die Stud-Bumps 6 herum sind Klebstoffbereiche 20 ausgebildet, in denen eine nicht leitfähiger Klebstoff 21 (NCA) eingebracht ist, der eine Schrumpfung bzw. Volumenverringerung beim Aushärten erfährt. Die Klebstoffbereiche 20 erstrecken sich somit von der Oberseite 5a des Bildsensors bis zu der Unterseite 2b der flexiblen Leitereinrichtung 2, d.h. sie kleben den Bildsensor 5 an die flexible Leitereinrichtung 2. Hierdurch wird eine Zugspannung bewirkt, die die Stud- Bumps 6 gegen die Unterseite 2b der flexiblen Leitereinrichtung 2 drückt.

Der Kunststoffkörper 16 der Ausführungsform der Fig. 1 kann insbesondere an der Unterseite 3c, zumindest im Bereich um die optische Achse A herum nach- bearbeitet werden, um hier eine plane Bezugsfläche für die flexible Leitereinrichtung 2 auszubilden, um hier ein Flip-Chip-Gegenlager bzw. eine zum einen mechanisch stabile und zum anderen definierte plane Bezugsfläche für die Flip- Chip-Montage des Bildsensors 5 auszubilden. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 hingegen wird diese plane Bezugsfläche durch ein Einlegeteil 14 erreicht. Das Einlegeteil 14 ist vorzugsweise ringförmig und konzentrisch zur optischen Achse A positioniert. Das Einlegeteil 14 kann z. B. aus Metall oder einem festen Kunststoff gebildet sein und erhöht die Steifigkeit des Linsenhalters 3, insbesondere im Bereich der Anbindung des Bildsen- sors 5; somit dient es als Gegenlager für das Aufbringen des Bildsensors 5 im

Flip-Chip-Verfahren.

Das Einlegeteil 14 kann auch eine Hintergreifung oder Hinterschneidung des inneren Freiraumes des Tubusbereichs 3a des Linsenhalters 3 darstellen; somit wird durch das Einlegeteil 14 die Formgebung variabler gestaltet.

Das Einlegeteil 14 dient insbesondere auch als feste Unterlage der flexiblen Leitereinrichtung 2 im Bereich ihrer Aufnahme des Bildsensors 5. Hierzu weist das Einlegeteil 14 eine definierte, plane Einlegeteil-Unterseite 14b auf, die z. B. durch Nachbearbeitung festgelegt werden kann und als plane Bezugsfläche für die aufgebrachte flexible Leitereinrichtung 2 dient.

Das Einlegeteil 14 ermöglicht hierbei weitere Ausbildungen und Vorteile. So kann gemäß Fig. 2 das Einlegeteil zur optischen Achse A hin mit einer scharfen Kante 14c ausgebildet sein, dient somit als Apertur zur scharfen Begrenzung eines Ausleistungsfeldes der sensitiven Fläche 5a des Bildsensors 5. Somit werden die optischen Eigenschaften des Bildsensors 5 und des gesamten Imagermoduls 1 verbessert. Das Einlegeteil 14 kann wie oben ausgeführt ringförmig an die optische Achse herumgelegt werden und somit lateral nach außen von dem Kunststoffkörper 17 umgeben sein. Es ist jedoch auch möglich, das Einlegeteil 14 mit größerer lateraler Erstreckung bzw. größerer Dimensionierung auszubilden. Hierbei kann das Einlegeteil 14 auch als Wärmesenke bzw. zur Entwärmung des Bildsensors 5 benutzt werden. Hierzu ist es auch vorteilhaft, das Einlegeteil gemäß der in Fig. 2 links gezeigten gestrichelten Ausbildung lateral nach außen vorzuführen, z. B. zur Kontaktierung an einem in Fig. 2 angedeuteten Kameragehäuse 22, so dass eine direkte Wärmeabfuhr nach außen ermöglicht ist.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist somit vorteilhafterweise ge- mäß Fig. 4 folgende Schritte auf:

Nach dem Start des Schritts StO wird in Schritt St1 der Flexleiter bzw. flexible Leitereinrichtung 2 ausgebildet durch Einbetten der metallischen Leitungen 10 in die Kunststoff-Matrix 11.

In Schritt St3 wird der Linsenhalter 3 in einem Spritzgussverfahren ausgebildet, wobei alternativ bereits in dem Schritt St2 das Einlegeteil 14 mit eingespritzt werden kann, d. h. in einem Spritzwerkzeug eingelegt und durch das Kunststoffmate- rial des Linsenhalters 3 umspritzt werden kann; alternativ hierzu kann das Einle- geteil 14 nachfolgend wie gestrichelt in Fig. 4 gezeigt in den gespritzten Kunstkörper eingesetzt und vorzugsweise eingeklebt werden. In beiden Alternativen ist das Einlegeteil 14 stoffschlüssig in dem Kunststoffkörper des Linsenhalters 3 aufgenommen und befestigt. Nachfolgend wird in Schritt St4 die flexible Leitereinrichtung 2 auf die Unterseite

3c des Befestigungsbereichs 3b auflaminiert, d. h. vorzugsweise durch lokales Aufschmelzen aufgeweicht und hierdurch Verschweißt bzw. formschlüssig verbunden. Nachfolgend wird in Schritt St5 der Bildsensor 5 in Flip-Chip-Technik auf der Unterseite 2b der Flexleiter 2 positioniert und mittels der Stud-Bumps 6 mit den metallischen Leitungen 10 kontaktiert, wobei der Klebstoff 21 in den Klebstoffbereichen 20 eingebracht wird. In Schritt St6 härtet nachfolgend der Klebstoff 21 aus, z. B. thermisch oder durch

UV-Strahlung, oder auch als kalt abbindender Klebstoff nach seiner Aushärtzeit, unter Ausbildung der Zugspannung.

Nachfolgend kann dann - in an sich bekannter Weise - in Schritt St7 das Objektiv 4 von vorne (in den Figuren somit von oben) in den Tubusbereich 3a des Lin- senhalters 3 in Axialrichtung A eingesetzt werden und mittels einer Fokussierung, z. B. durch Erfassen eines Testpatterns und Auswerten der Bildsignale des Bildsensors 5, eine Fokus-Position gefunden werden und das Objektiv 4 hierzu in dem Tubusbereich 3a fixiert werden, wodurch das Imagermodul 1 fertiggestellt ist.