JP6699972B2 - 車両カメラのためのイメージャモジュール、およびこれを製造する方法 - Google Patents

Description

車両カメラのためのイメージャモジュールは、一般に、カメラハウジングの中でたとえば他の電気コンポーネントや配線板とともに収容される。このイメージャモジュールは、対物レンズ、対物レンズを収容するレンズホルダ、画像センサの収容と接触のための支持体装置、および画像センサそのものをすでに有している。フリップチップイメージャモジュールの場合、画像センサは感度のある面を有するその上面に設けられた、たとえばスタッドバンプのような接触手段を介して接触され、その感度のある面が支持体装置の切欠きを通して対物レンズのほうを向く。

そのために、レンズホルダをたとえば固定的な支持体装置に、たとえば金属プレート（補強材）に取り付けることができ、その上に柔軟な導体装置、たとえばいわゆる可撓性導体が取り付けられる。

さらに、パッシブな電気めっきによって条導体構造を有するＭＩＤ（molded interconnect device）テクノロジーのレンズホルダが知られている。この条導体構造に、フリップチップ法により画像センサが機械的に装着されて、スタッドバンプを介して接触される。スタッドバンプは摩擦溶接法によって画像センサに装着することができる。

しかしＭＩＤ構造で画像センサを接触させることは、部分的に高いコストを要する技術的な具体化を必要とする。ＮＣＡフリップチップ法では、ＭＩＤ面の条導体へのスタッドバンプの電気接続は、製品の耐用寿命に合わせて保証されるべき、条導体の載置面に対するスタッドバンプの端面での圧着力を通じて保証される。その場合、特にＭＩＤプラスチック体の平坦性、条導体の平坦性と粗さ、および高い圧力に対する条導体の機械的な耐久性などから、さらには、関連する温度範囲での耐用寿命にわたっての圧着力の均一性に関しても、技術的なチャレンジが生じる。

ＭＩＤベースで適用されるプラスチック部品の射出成形プロセス後の後加工は、一般に可能ではない。それによって電気めっきの核が平面状に露出するからである。そうすると平坦化されたＭＩＤプラスチックの面に、構造化されたレイアウトを製作可能ではなくなる。

ＩＣＡ法は、接触のために導電性接着剤を利用する；しかしその場合、たとえば約１００μｍの画像センサの細かいラスタないし細かいピッチで、短絡リスクによる困難が直接生じる可能性がある。ＡＣＡ法は、圧縮された領域でのみ電気接触部を構成する、導電性粒子の濃度の低い導電性接着剤を利用する；しかしこれは、接合相手の少ない表面粗さと高い平坦性とを必要とする。

特許文献１は、全面的に接着された可撓性導体と、フリップチップ技術で可撓性導体に装着されたイメージャ（画像センサ）とを有する金属プレートからなる構造を記載している。

欧州特許第１０８１９４４Ｂ１号明細書

本発明によるイメージャモジュール、およびこれを製造する方法はいくつかの利点を可能にする：

画像センサはフリップチップ技術で、すなわち感度のある面を有する表面に設けられた接触手段によって接触され、画像センサは、レンズホルダをすでに形成する、ないしはレンズホルダの主要な部品を有するプラスチック本体に素材接合式に取り付けられた柔軟な導体装置に接触される。このようにプラスチック本体は、対物レンズを収容するための鏡筒領域と、柔軟な導体装置が素材接合式に取り付けられる取付領域とを有している。

このときプラスチック本体は特に射出成形部品として構成されていてよく、あとで構成される光学軸に対応した射出方向を有するのが好ましい。その根底にある思想は、イメージャモジュールの主要な機能部品、すなわち対物レンズを収容するための鏡筒領域および取付領域を、柔軟な導体装置ないし可撓性導体を素材接合式に直接取り付けることができる射出成形部品として構成できるというものである。このようにして、射出成形部品と、プラスチック基材ないしプラスチックフィルム、およびプラスチックフィルムに収容された金属配線を有する貼り合わされた柔軟な導体装置とによって、対物レンズの収容だけでなく、たとえばスタッドバンプを介してのフリップチップ技術での画像センサの直接的な取付もすでに可能となる。

本発明では、スタッドバンプを介しての柔軟な導体装置への画像センサの接触がそれだけでは困難であることが見出されており、それは特に、柔軟な導体装置へのスタッドバンプの付着性の問題による；したがって、特に電気的に導通をしない接着剤（ＮＣＡ：non conductive adhesive）が、画像センサと柔軟な導体装置との間の接着剤領域に、特にスタッドバンプの周囲に挿入される。あとで硬化したときに収縮する接着剤が用いられるのが好ましい。それにより、画像センサと柔軟な導体装置との間で引張応力が生成され、これがスタッドバンプを柔軟な導体装置に向かって押圧し、そのようにして良好な接触を確立させる。このように、普通であればしばしば不都合となる接着剤収縮の作用が、接触の改善のために活用されるのが好ましい。原則として、硬化したときに収縮（容積減少）をするどのような接着剤でも適用可能であり、たとえばエポキシベースの接着剤も含まれる。

このように、比較的少ない製造ステップと高いプロセス確実性で、容易な製造が可能となる。特に、パッシブな電気めっきにより構成されるべき条導体を備えるレンズホルダのＭＩＤ構成と比べて、いくつかの利点が得られる：

たとえばレンズホルダのプラスチック材料は原則として自由に選択可能であるが、射出成形法によって製造可能であるのが好ましい；ただし射出成形法でのこのような製造は、プラスチック材料について重大な制約とはならない。レーザアブレーションないしレーザ書込によって金属構造を露出させ、後続するパッシブな電気めっきを可能にするためにＭＩＤ方式に必要となる特別なプラスチック材料に比べて、一方では材料のコストの利点がもたらされ、他方ではプロセス工学上の利点がもたらされる。本発明によると、特に、高い圧縮強度および／または高い剛性を有するプラスチックを選択することができる。

柔軟な導体装置ないし可撓性導体は、その上面に向かってプラスチック材料ないしプラスチックフィルムを有することができ、下面に向かって少なくとも部分領域で露出する、たとえば圧延された銅からなる金属配線を有することができる。それにより、柔軟な導体装置をプラスチック本体の取付領域の下面へ貼り合わせることができ、すなわち、局所的な軟化によって素材接合式に取り付けることができ、そのようにして接着による固定が必要なくなる。このとき貼合せはプロセス工学的に簡単かつ確実に保証することができる。貼合せによって金属配線が悪影響を受けることもない。

このとき柔軟な導体装置は、導体からなる１つまたは複数の層を有することができる。多層のレイアウトによって、個々の導体の絡み合いの解消を実現することができる。

フリップチップ方式で画像センサを装着するための平坦で圧力安定的な対応面は、たとえば後加工によって可能となり、または、定義された平坦な下面を有するインサートされるべきインサート部品によって可能となる。

硬化時に収縮するプラスチックにより、スタッドバンプと柔軟な導体装置との間で耐用寿命を通じて良好な接触が可能となる。

さらに別の利点は、射出成形体に１つまたは複数のインサート部品を収容することが可能なことにある。インサート部品は、一方では機械的な安定性を高めることができる；特にインサート部品は平坦な下面によっても、画像センサの接触の領域で可撓性導体のための平坦で耐圧性のある好適な基準面を提供し、それにより、実装されるべき画像センサのための固定的で平坦なフリップチップ対応支持部がそこで実現される。

さらに射出成形プラスチック本体はその下面の後加工も可能にし、特別なＭＩＤ成形体の場合のように、特別な層構造に基づいて機械的な後加工を許容しないという問題を生じることがない。

さらにインサート部品は、画像センサの能動面の照明フィールドを鋭利に区切るために、光学軸を中心とする黒色エッジを有するアパーチュアの構成も可能にする。

さらにインサート部品は、画像センサの放熱を可能にするために意図されていてもよい。すなわちインサート部品はたとえば金属であってもよく、プラスチック部品を通って外方に向かって延び、そこでたとえば金属のカメラハウジングに連結することができる。

第１の実施形態に基づく車両カメラのためのイメージャモジュールを、光学軸を通る断面で示す図である。 別の実施形態に基づく対応する図である。 図１および２の詳細拡大図である。

イメージャモジュール１は、特に車両カメラで適用するために意図されており、図１では、支持体装置２と、レンズホルダ３（対物レンズ収容部）と、対物レンズ４と、画像センサ５（イメージャチップ）とを有している。イメージャモジュール１は、一般に、たとえばさらに別の電気コンポーネントや電子コンポーネントを含むカメラハウジングの中へあとから収容され、自動車領域に、好ましくは車両の内部空間に収容される。

対物レンズ４は、レンズソケット４ａと、レンズソケット４ａに収容されたレンズ４ｂとを有しており、光学軸Ａの方向に沿った焦点合わせのために、レンズホルダ３の鏡筒領域３ａの中で長手方向スライド可能なように収容されている；イメージャモジュール１は、焦点合わせの完了後に対物レンズ４が固定される固定焦点モジュールとして構成されるのが好ましく、この固定はたとえば接着剤により、またはたとえばプレス嵌めによっても行うことができる。さらにレンズホルダ３は取付領域３ｂを有しており、図１で見てその下側に、支持体装置２がその上面２ａによって取り付けられている。

画像センサ５は、スタッドバンプ６により支持体装置２の下面２ｂに実装されて接触されており、感度のある面５ａが、支持体装置２に構成された切欠き８を通して対物レンズ４のほうを向いており、すなわち収容方向で見て前方を向いている。このようにして、画像センサ５はフリップチップ技術で支持体装置２に実装される。

支持体装置２は特に図３に詳細に示されており、好ましくは圧延された銅からなる金属配線１０を、たとえばプラスチックフィルムや薄い柔軟なプラスチックプレートのようなプラスチック基材１１に埋設された状態で有している。プラスチック材料は、たとえばポリイミドであってよい。このように支持体装置２は、柔軟な導体装置ないし可撓性導体として構成される。柔軟な導体装置２はその上面２ａで、レンズ導体３の取付領域３ｂに貼り合わされており、すなわち、局所的な溶融によって素材接合式に結合されている。画像センサ５はスタッドバンプ６を介して、柔軟な導体装置２の金属導体１０と接触する。

金属配線１０、たとえば銅配線１０は、柔軟な導体装置の下面２ｂに向かって露出しているのが好ましく、それにより、スタッドバンプ６を介しての画像センサ５の直接的な接触をそこで可能にする。

スタッドバンプ６の周囲には接着剤領域２０が構成されており、その中に、硬化時に収縮ないし容積減少を受ける非導電性の接着剤２１（ＮＣＡ）が挿入されている。このように接着剤領域２０は、画像センサの上面５ａから柔軟な導体装置２の下面２ｂまで延びており、すなわち、画像センサ５を柔軟な導体装置２に接着する。それにより、スタッドバンプ６を柔軟な導体装置２の下面２ｂに向かって押圧する引張応力が惹起される。

図１の実施形態のプラスチック本体１６は、特に下面３ｃのところで、少なくとも光学軸Ａを取り囲む領域で後加工することができ、それにより柔軟な導体装置２のための平坦な基準面をそこで構成し、フリップチップ対応支持部ないし一方では機械的に安定するとともに他方では定義された平坦な基準面を画像センサ５のフリップチップ実装のために構成する。

それに対して図２の実施形態では、この平坦な基準面はインサート部品１４によって実現される。インサート部品１４は、光学軸Ａに対して同心的に環状に位置決めされるのが好ましい。インサート部品１４は、たとえば金属または固体プラスチックで形成されていてよく、特に画像センサ５が連結される領域で、レンズホルダ３の剛性を高める；このようにインサート部品は、フリップチップ方式での画像センサ５の装着のための対応支持部としての役目を果たす。

インサート部品１４は、レンズホルダ３の鏡筒領域３ａの内側の自由空間の後方係合部もしくはアンダーカットをなすこともできる；そのようにして、インサート部品１４によって形状がいっそう広いバリエーションで構成される。

インサート部品１４は、特に、画像センサ５を収容する領域での柔軟な導体装置２の固定的な土台としての役目も果たす。そのためにインサート部品１４は、たとえば後加工によって規定することができ、装着される柔軟な導体装置２のための平坦な基準面としての役目を果たす、定義された平坦なインサート部品下面１４ｂを有する。

このときインサート部品１４は、さらに別の構成や利点も可能にする。たとえば図２では、インサート部品は光学軸Ａに向かって鋭利なエッジ１４ｃを有するように構成されていてよく、画像センサ５の感度のある面５ａの作用区画を鋭利に区切るためのアパーチュアとしての役目を果たす。このようにして、画像センサ５およびイメージャモジュール１全体の光学特性が改善される。

インサート部品１４は、上で説明したように光学軸の周囲で環状に位置することができ、すなわち、横方向で外方に向かってプラスチック本体１７で取り囲まれていてよい。しかしながら、さらに大きい横方向の長さで、ないしはさらに大きい寸法決めで、インサート部品１４を構成することも可能である。このときインサート部品１４は、画像センサ５のヒートシンクとして、ないしは放熱のために利用することもできる。そのために、図２の左側に示す破線の構成のように、インサート部品を横方向で外方に向かって引き出して、たとえば図２に示唆するカメラハウジング２２に接触させるのも好ましく、その結果、外部へ向けての直接的な熱排出が可能となる。

このように本発明による製造方法は、図４に示すとおり、次の各ステップを有しているのが好ましい：

ステップＳｔ０の開始後、ステップＳｔ１で、可撓性導体ないし柔軟な導体装置２が、プラスチック基材１１への金属配線１０の埋設によって構成される。

ステップＳｔ３でレンズホルダ３が射出成形法で構成され、別案として、すでにステップＳｔ２でインサート部品１４を一緒に射出成形することができ、すなわち射出成形金型に入れて、レンズホルダ３のプラスチック材料によりオーバーモールドすることができる；その別案として、射出成形されたプラスチック本体へインサート部品１４を図４に破線で示すようにあとから挿入し、好ましくは接着することができる。両方の別案において、インサート部品１４はレンズホルダ３のプラスチック本体へ素材接合式に収容されて固定される。

次にステップＳｔ４で、柔軟な導体装置２が取付領域３ｂの下面３ｃに貼り合わされ、すなわち好ましくは局所的な溶融によって軟化され、それによって溶着され、ないしは形状接合式に結合される。

次にステップＳｔ５で、画像センサ５がフリップチップ技術で可撓性導体２の下面２ｂの上に位置決めされ、スタッドバンプ６を用いて金属配線１０と接触させられ、接着剤２１が接着剤領域２０に挿入される。

次いで、ステップＳｔ６でたとえば熱または紫外放射によって、あるいは常温で固化する接着剤として硬化時間後に、引張応力を生成しながら接着剤２１が硬化する。

次いで、−それ自体公知の仕方により−ステップＳｔ７で対物レンズ４が前方から（すなわち各図面では上方から）レンズホルダ３の鏡筒領域３ａへ軸方向Ａで挿入され、たとえばテストパターンの検出と画像センサ５の画像信号の評価による焦点合わせによって焦点位置が見出され、対物レンズ４が鏡筒領域３ａの中で固定されることが可能で、それによってイメージャモジュール１が完成する。

１ イメージャモジュール
２ 柔軟な導体装置、支持体装置
３ レンズホルダ
３ａ 鏡筒領域
３ｂ 取付領域
３ｃ 下面
４ 対物レンズ
５ 画像センサ
５ａ 感度のある面
５ｂ 前面
６ スタッドバンプ
８ 切欠き
１０ 配線
１１ プラスチック基材
１４ インサート部品
１４ｂ 下面
１４ｃ エッジ
１６，１７ プラスチック本体
２０ 非導電性の接着剤領域
２２ カメラハウジング

Claims (10)

1. 車両カメラのためのイメージャモジュール（１）であって、
   前記イメージャモジュール（１）は、
   レンズホルダ（３）と、
   前記レンズホルダ（３）に収容された対物レンズ（４）と、
   金属配線（１０）とプラスチック基材（１１）とを備える柔軟な導体装置（２）と、
   感度のある面（５ａ）を備えた前面（５ｂ）を有する画像センサ（５）と、
   を少なくとも有しており、
   前記画像センサ（５）は、その前記前面（５ｂ）に設けられたスタッドバンプ（６）を介してフリップチップ技術で前記金属配線（１０）と接触している、そのようなイメージャモジュールにおいて、
   前記レンズホルダ（３）は、前記対物レンズ（４）を収容するための鏡筒領域（３ａ）と、下面（３ｃ）を有する取付領域（３ｂ）とを備えるプラスチック本体（１６，１７）を有しており、
   前記プラスチック本体（１７）には、前記画像センサ（５）の前記感度のある面（５ａ）のためのアパーチュアを構成するエッジ（１４ｃ）を有している、少なくとも１つのインサート部品（１４）が収容されており、前記インサート部品（１４）は、前記柔軟な導体装置（２）の下面（２ｂ）への前記画像センサ（５）の前記フリップチップ技術での実装を支持するために設けられており、
   前記柔軟な導体装置（２）の上面（２ａ）は、前記取付領域（３ｂ）の前記下面（３ｃ）に前記プラスチック基材（１１）をもって溶着されており、
   前記画像センサ（５）の前記前面（５ｂ）と前記柔軟な導体装置（２）の前記下面（２ｂ）との間には、該前面（５ｂ）のうちの前記スタッドバンプ（６）が設けられていない箇所を該下面（２ｂ）に接着する非導電性の接着剤（２１）が設けられている接着剤領域（２０）が構成されている
   ことを特徴とするイメージャモジュール。
2. 前記金属配線（１０）は、前記柔軟な導体装置（２）の前記下面（２ｂ）に露出している
   ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージャモジュール（１）。
3. 前記接着剤領域（２０）は、前記スタッドバンプ（６）の周囲に配置されている
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のイメージャモジュール（１）。
4. 前記非導電性の接着剤（２１）は、前記スタッドバンプ（６）を前記柔軟な導体装置（２）の前記金属配線（１０）に向かって押圧する引張応力を生成している
   ことを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか１項に記載のイメージャモジュール（１）。
5. 前記プラスチック本体（１６，１７）は、射出成形部品（１６，１７）として構成されており、前記鏡筒領域（３ａ）と前記取付領域（３ｂ）は、前記射出成形部品（１６，１７）の各領域である
   ことを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか１項に記載のイメージャモジュール（１）。
6. 前記柔軟な導体装置（２）には、切欠き（８）が構成されており、該切欠き（８）を通して前記画像センサ（５）の前記感度のある面（５ａ）が前記対物レンズ（４）のほうを向いており、前記インサート部品（１４）は少なくとも前記切欠き（８）の周囲を支持する
   ことを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか１項に記載のイメージャモジュール（１）。
7. 前記インサート部品（１４）は、前記プラスチック本体（１７）に射出成形されている
   ことを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか１項に記載のイメージャモジュール（１）。
8. 前記インサート部品（１４）は、金属であり、前記画像センサ（５）の熱排出をするためにカメラハウジング（２２）に連結されている
   ことを特徴とする、請求項１から７のうちいずれか１項に記載のイメージャモジュール（１）。
9. 車両カメラのためのイメージャモジュール（１）を製造する方法において、
   少なくとも次の各ステップを有しており、すなわち、
   プラスチック基材（１１）と金属配線（１０）とを備える柔軟な導体装置（２）が製作され（Ｓｔ１）、
   プラスチック本体（１６，１７）が射出成形法によって構成され、前記プラスチック本体（１６，１７）は、鏡筒領域（３ａ）と、下面（３ｃ）を備える取付領域（３ｂ）とを有しており、前記プラスチック本体（１７）には、画像センサ（５）の感度のある面（５ａ）のためのアパーチュアを構成するエッジ（１４ｃ）を有している、少なくとも１つのインサート部品（１４）が収容され（Ｓｔ３）、
   前記柔軟な導体装置（２）の上面（２ａ）が前記取付領域（３ｂ）の前記下面（３ｃ）に前記プラスチック基材（１１）をもって溶着され（Ｓｔ４）、
   前記画像センサ（５）が、該画像センサ（５）の前面（５ｂ）に設けられているスタッドバンプ（６）を介して前記柔軟な導体装置（２）の前記金属配線（１０）と接触しながら前記柔軟な導体装置（２）の下面（２ｂ）にフリップチップ技術で実装されて接触させられ、前記インサート部品（１４）は、前記柔軟な導体装置（２）の前記下面（２ｂ）への前記画像センサ（５）の前記フリップチップ技術での実装を支持し、前記柔軟な導体装置（２）の前記下面（２ｂ）と前記画像センサ（５）の前記前面（５ｂ）との間に該前面（５ｂ）のうちの前記スタッドバンプ（６）が設けられていない箇所を該下面（２ｂ）に接着する非導電性の接着剤（２１）が挿入され（Ｓｔ５）、
   前記非導電性の接着剤（２１）が収縮しながら、かつ前記柔軟な導体装置（２）の前記金属配線（１０）に向かって前記スタッドバンプ（６）を押圧する引張応力を生成しながら硬化し（Ｓｔ６）、
   前記プラスチック本体（１６，１７）の前記鏡筒領域（３ａ）へ対物レンズ（４）が挿入される（Ｓｔ７）
   方法。
10. 平坦な下面（１４ｂ）を備える前記インサート部品（１４）が前記プラスチック本体（１７）に射出成形され、前記柔軟な導体装置（２）は、光学軸（Ａ）の周囲に切欠き（８）を有しており、前記切欠き（８）の縁部のところで前記インサート部品（１４）の前記下面（１４ｂ）に取り付けられる
    ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
    

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