阵列摄像模组及其制造方法与流程

本发明涉及一种阵列式摄像头模组结构，尤其涉及一种使用卡槽对准、压盖定位、弹性圈调节像距的阵列摄像模组及其制造方法。

背景技术：

在当今消费电子的推动下，摄像头模组的成像质量和产量不断提高。目前阵列式摄像模组，是利用阵列镜头及其对应的阵列图像传感芯片组合，拍摄物体，其中每个镜头对应一个图像传感芯片形成一个成像单元，每个成像单元得到不同的图像，将拍摄数据叠加合成一副图像，可以保证较低的高度，并且不需要对焦，另外可以实现高清图像重建、3d图像显示、先拍照后对焦、全景深、高速摄像、高动态照片等很多新功能。目前，制造阵列摄像模组技术不成熟，精度低，成本高，限制了阵列摄像模组的进一步发展。

文献1(venkataramank,lelescud,duparretal.picam:anultra-thinhighperformancemonolithiccameraarray[j].acmtransactionsongraphics,2013,32(6):2504-2507.)是美国pelican公司的阵列相机技术，该 技术的特点是采用定制的阵列传感器芯片，成本昂贵，采用晶圆级光学镜头(wafer-level-optics)技术，成本和产品良率不高。虽然有样品制造出来，但是成本和良率因素限制了其迟迟没有进入市场。

公布号为cn104272143a的专利文献2公开了一种摄像装置、透镜阵列层叠体及其制造方法，但是，其摄像装置中的结构件是一体的，结构件中，需要固定的镜头部分，光圈，滤光玻璃，芯片都是依卡位的方法依次组装的。其最大弊端是结构件一体化，没有调节的空间，故镜片光轴和芯片感光区的对准，像距的调节等问题无法解决，影像成品良率及成像质量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种阵列摄像模组及其制造方法，具有制造成本低、组装过程简单、固定精度高、光学镜片间光轴可自对准、可进行光学调焦、调焦方便等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种阵列摄像模组，包括阵列图像传感器芯片、封装基板、阵列镜头和弹性垫圈，所述阵列图像传感器芯片包括排布成阵列的若干图像传感芯片，所述阵列镜头包括结构件、压盖、滤光片和至少两个光学镜片，所述结构件包括中空的筒状部和封闭所述筒状部上端的盖片，每个所述光学镜片包括光学载板和形成于所述光学载板上与若干所述图像传感芯片一一对应排布成阵列的若干功能透镜；所述压盖封闭结合于所述筒状部的 下端，至少两个所述光学镜片光轴对准叠置于所述筒状部内，且定位于所述盖片的下侧和所述压盖的上侧之间，至少其中两个所述光学镜片之间定位设有遮光片，所述压盖、所述遮光片、所述盖片上均设有与若干所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口；所述压盖的下侧具有凹槽，所述滤光片定位设于所述凹槽的底部；所述阵列图像传感器芯片下侧组装于所述封装基板上侧，若干所述图像传感芯片与所述封装基板上对应的连接点电性连接，所述弹性垫圈套设于所述阵列图像传感器芯片外，并组装定位于所述阵列镜头的压盖与所述封装基板之间，使所述阵列图像传感器芯片容置于所述凹槽内，并与所述滤光片相距设定距离。

进一步的，相邻两个所述光学载板相互贴合在一起，且相互贴合的界面边缘位置通过至少一对相互吻合的卡槽与凸起进行卡合定位，使其上的功能透镜的光轴粗对准。

进一步的，所述卡槽、所述凸起沿光轴方向的截面呈梯形或矩形，所述卡槽与所述凸起之间通过锥形凸点和锥形凹点进行卡合定位，使其上的功能透镜精细对准。

进一步的，至少其中两个所述光学镜片相互贴合在一起，且相互贴合的界面中部位置形成有矩形槽，所述遮光片容置定位于所述矩形槽内。

进一步的，形成有依次贯通所述结构件、所述压盖、所述弹性垫圈的若干贯通孔，所述贯通孔内注有可固化的胶水。

进一步的，所述封装基板包括刚性基板和连接于其侧边的 柔性基板，所述阵列图像传感器芯片下侧组装于所述刚性基板上侧，所述图像传感芯片与所述刚性基板上对应的连接点电性连接，所述弹性垫圈套设于所述阵列图像传感器芯片外，并组装定位于所述阵列镜头的压盖与所述刚性基板之间。

进一步的，所述刚性基板上对应所述贯通孔的位置形成有灌胶槽，所述灌胶槽连通该贯通孔及结构件外部空间。

进一步的，所述阵列图像传感器芯片为n×m的阵列，其中n，m为正整数。

一种阵列摄像模组的制作方法，包括如下步骤：

a、选取一图像传感器封装晶圆，在其上选取若干图像传感芯片方阵，通过划片形成一阵列图像传感器芯片；

b、制作一阵列镜头，包括一结构件、一压盖、若干光学镜片、若干遮光片及一滤光片，该阵列镜头的制作步骤如下：

a)采用微纳加工工艺一次注塑成型若干光学镜片，每个光学镜片包括光学载板和形成于所述光学载板上的若干功能透镜；若干功能透镜与步骤a中阵列图像传感器芯片的若干图像传感芯片一一对应；

b)采用机械加工工艺制作一结构件，所述结构件包括中空的筒状部和封闭所述筒状部上端的盖片，所述盖片上形成有与若干所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口，所述筒状部上形成有沿光轴方向的若干第一通孔；

c)根据需要，选取遮光片，该遮光片中部形成有与所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口，将若干所述光学镜 片叠置于所述筒状部内，并使所述遮光片夹持于相邻两个所述光学镜片之间，选取一压盖，封闭结合于所述筒状部的下端，将若干光学镜片及遮光片定位于所述盖片的下侧和所述压盖的上侧之间；且该压盖中部设有与若干所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口，压盖的下侧中部形成有凹槽，压盖的边缘位置形成有沿光轴方向的与若干第一通孔一一对应的若干第二通孔；

d)选取一滤光片，通过紫外固化胶粘连于所述凹槽的底部；

c、选取一封装基板和一弹性垫圈，所述封装基板上形成有与若干第一通孔一一对应的灌胶槽，所述弹性垫圈的边缘位置形成有与若干第一通孔一一对应的若干第三通孔，将步骤b中的阵列图像传感器芯片通过倒装焊的方法组装到该封装基板上侧，使所述图像传感芯片与所述封装基板上对应的连接点电性连接，将弹性垫圈套设于所述阵列图像传感器芯片外，然后将组装好的阵列镜头的压盖置于所述弹性垫圈上，使所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔组成一贯通孔，且该贯通孔通过所述灌胶槽连通结构件外部空间；

d、通过挤压弹性垫圈对所述功能透镜与其对应的图像传感芯片之间的高度和/或俯仰进行调节，然后，在贯通孔内注入紫外固化胶，紫外固化胶固化后形成一阵列摄像模组。

进一步的，相邻两个所述光学载板相互贴合在一起，且相互贴合的界面边缘位置通过至少一对相互吻合的卡槽与凸起 进行卡合定位，使其上的功能透镜的光轴粗对准，所述光学载板上的卡槽或凸起采用微纳加工工艺制作。

进一步的，所述卡槽、所述凸起沿光轴方向的截面呈梯形或矩形，所述卡槽与所述凸起之间通过锥形凸点和锥形凹点进行卡合定位，使其上的功能透镜精细对准。

本发明的有益效果如下：

1)采用机械加工工艺的机械雕刻方法制作结构件，异于传统的注塑成型，提高了通光口及光学镜片固定的精度，并保证了结构件与其他组件的吻合度；

2)通过注塑工艺一次性注塑成型光学镜片，工艺简单，精度高，制作成本低，并采用微纳加工工艺制作其上的卡槽及凸起，锥形凸点及锥形凹点，可使加工精度达到<1μm级别，且采用卡槽与凸起，锥形凸点与锥形凹点卡合的方法进行光学镜片之间的自对准，满足了光学镜片的光轴对准要求；

3)在晶圆级封装的晶圆上整体划片形成了阵列图像传感器芯片，封装方便，制作成本低；

4)通过结构件与压盖的组装，锁定了光学镜片及遮光片，并通过压盖、弹性垫圈与基板的组装，固定了光学镜片与阵列图像传感器芯片的位置，组装过程简单。相比公知的结构件一体式结构，本案结构件和压盖分开的设计，增加了可调节的空间；再通过形成依次贯通结构件、压盖、弹性垫圈的若干贯通孔，并采用灌胶固化的方式，实现了模组组装和光学调焦后的固定。

5)通过压盖下侧形成凹槽，为结构件与阵列图像传感器芯片之间预留出了空间，结合具有一定形变特性的弹性垫圈设计，实现了光学镜片与阵列图像传感器芯片之间距离的调节，即像距的调节，实现了模组光学调焦的功能。

附图说明

图1为本发明阵列摄像模组的剖视图；

图2为本发明阵列摄像模组的俯视图；

图3为本发明制作和组装示意图；

图4为本发明中光学镜片与遮光片组装示意图；

结合附图，作以下说明：

100-阵列图像传感器芯片，101-图像传感芯片，102-焊球，200-封装基板，201-刚性基板，2011-灌胶槽，202-柔性基板，300-阵列镜头，301-结构件，3011-筒状部，3012-盖片，30121-通光口，302-压盖，3021-通光口，303-滤光片，304-光学镜片，3041-光学载板，30411-卡槽，30412-凸起，30413-锥形凸点，30414-锥形凹点，3042-功能透镜，305-遮光片，3051-通光口，400-弹性垫圈，500-贯通孔，600-胶水

具体实施方式

为使本发明的技术方案能够更加易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各 结构的实际相对大小。其中所说的结构的上方或上面，包含中间还有其他部件的情况。

如图1和图2所示，一种阵列摄像模组，包括阵列图像传感器芯片100、封装基板200、阵列镜头300和弹性垫圈400，所述阵列图像传感器芯片包括排布成阵列的若干图像传感芯片101，所述阵列镜头包括结构件301、压盖302、滤光片303和至少两个光学镜片304，所述结构件包括中空的筒状部3011和封闭所述筒状部上端的盖片3012，每个所述光学镜片包括光学载板3041和形成于所述光学载板上与若干所述图像传感芯片一一对应排布成阵列的若干功能透镜3042；所述压盖封闭结合于所述筒状部的下端，至少两个所述光学镜片光轴对准叠置于所述筒状部内，且止挡定位于所述盖片的下侧和所述压盖的上侧之间，至少其中两个所述光学镜片之间定位设有遮光片305，所述压盖、所述遮光片、所述盖片上均设有与若干所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口3021，3051，30121；所述压盖的下侧具有凹槽，所述滤光片定位设于所述凹槽的底部；所述阵列图像传感器芯片下侧组装于所述封装基板上侧，若干所述图像传感芯片与所述封装基板上对应的连接点电性连接，所述弹性垫圈套设于所述阵列图像传感器芯片外，并组装定位于所述阵列镜头的压盖与所述封装基板之间，使所述阵列图像传感器芯片容置于所述凹槽内，并与所述滤光片相距设定距离。

这样，通过结构件与压盖的组装，锁定了光学镜片及遮光 片，并通过压盖、弹性垫圈与基板的组装，固定了光学镜片与阵列图像传感器芯片的位置，组装过程简单。相比公知的结构件一体式结构，本案结构件和压盖分开的设计，增加了可调节的空间；且通过压盖下侧形成凹槽，为结构件与阵列图像传感器芯片之间预留出了空间，结合具有一定形变特性的弹性垫圈设计，实现了光学镜片与阵列图像传感器芯片之间距离的调节，即模组调焦时，像距的调节，实现了模组光学调焦的功能。

优选的，压盖封闭结合于筒状部的下端具体实施时，可将压盖部分嵌入结构件的筒状部中空的容纳腔中，以锁定光学镜片及遮光片，并使通过光学镜片的光线透过压盖，入射到压盖下方的组件(阵列图像传感器芯片及封装基板)上。

优选的，相邻两个所述光学载板相互贴合在一起，且相互贴合的界面边缘位置通过至少一对相互吻合的卡槽30411与凸起30412进行卡合定位，使其上的功能透镜的光轴粗对准。

更优的，所述卡槽、所述凸起沿光轴方向的截面呈梯形或矩形，所述卡槽与所述凸起之间通过锥形凸点30413和锥形凹点30414进行卡合定位，使其上的功能透镜精细对准。其中，锥形凸点及锥形凹点，可使加工精度达到<1μm级别，且采用卡槽与凸起，锥形凸点与锥形凹点卡合的方法进行光学镜片之间的自对准，满足了光学镜片的光轴对准要求。

优选的，至少其中两个所述光学镜片相互贴合在一起，且相互贴合的界面中部位置形成有矩形槽，所述遮光片容置定位于所述矩形槽内。这样，通过在两个相邻的光学镜片相互贴合 的界面上形成矩形槽可实现遮光片的定位，遮光片通常为带通光口的黑色遮光片，该通光口可以是透明片，可以是开口，用于隔离各光学镜片之间串扰的光线；由机械加工的结构件和压盖将多片光学镜片和黑色遮光片组装成一体。

优选的，形成有依次贯通所述结构件、所述压盖、所述弹性垫圈的若干贯通孔500，所述贯通孔内注有可固化的胶水600。这样，通过形成依次贯通结构件、压盖、弹性垫圈的若干贯通孔，并采用灌胶固化的方式，可实现模组组装和光学调焦后的固定。

优选的，所述封装基板包括刚性基板201和连接于其侧边的柔性基板202，所述阵列图像传感器芯片下侧组装于所述刚性基板上侧，所述图像传感芯片与所述刚性基板上对应的连接点电性连接，所述弹性垫圈套设于所述阵列图像传感器芯片外，并组装定位于所述阵列镜头的压盖与所述刚性基板之间。柔性基板与刚性基板连接，用于将阵列图像传感器芯片的信号线扇出，并保持一定的弯曲自由度。

优选的，所述刚性基板上对应所述贯通孔的位置形成有灌胶槽2011，所述灌胶槽连通该贯通孔及结构件外部空间。通过贯通孔为四周各设一个，为了增加固化胶的结合力，在刚性封装基板上也设计了四个条形的灌胶槽，用于在贯通孔中注入固化胶时，根据灌胶槽中的渗胶量来调节注胶量；也可以用于注胶时利于贯通孔里空气的排出，增加固化强度。

优选的，所述阵列图像传感器芯片为n×m的阵列，其中 n，m为正整数；如2×2阵列，3×3阵列，2×3阵列,4×4阵列等，作为一种优选实施例，图2示出了3×3阵列的结构示例。

参见图3，一种阵列摄像模组的制作方法，包括如下步骤：

a、选取一图像传感器封装晶圆，在其上选取若干图像传感芯片方阵，通过划片形成一阵列图像传感器芯片100；具体实施时，在图像传感器封装晶圆上，选取有效图像传感芯片方阵，通过划片组成一体，形成n×m的阵列，如2×2阵列，3×3阵列，2×3阵列,4×4阵列等，其中n，m为正整数。参见图2，为3×3阵列的结构示例，阵列图像传感器芯片与封装基板的电连接，可通过焊球、铜柱、金属凸块、金属引线或导电胶等的方式实现，这里不做限定。本实施例中，阵列图像传感器芯片背面植有焊球102，通过晶圆级封装和整体划片形成阵列图像传感器芯片101，封装方便，制作成本低。

b、制作一阵列镜头300，包括一结构件301、一压盖302、若干光学镜片304、若干遮光片303及一滤光片305，该阵列镜头的制作步骤如下：

a)采用微纳加工工艺一次注塑成型若干光学镜片304，每个光学镜片包括光学载板3041和形成于所述光学载板上的若干功能透镜3042；若干功能透镜与步骤a中阵列图像传感器芯片的若干图像传感芯片一一对应；通过微纳加工工艺一次注塑成型光学镜片，工艺简单，精度高，制作成本低。在其他实施例中，还可以先制作一光学载板，在所述光学载板上预留 功能透镜阵列的空腔，再加工单个光学透镜，组装在光学载板上的空腔位置，即可形成光学镜片。

b)采用机械加工工艺制作一结构件，所述结构件包括中空的筒状部3011和封闭所述筒状部上端的盖片3012，所述盖片上形成有与若干所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口30121，所述筒状部上形成有沿光轴方向的若干第一通孔；优选的，筒状部和盖片一体注塑成型；结构件采用机械加工工艺，如机械雕刻的方法制作，异于传统的注塑成型，提高了通光口及光学镜片固定的精度，并保证了结构件与其他组件的吻合度；

c)根据需要，选取遮光片305，该遮光片中部形成有与所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口3051，将若干所述光学镜片叠置于所述筒状部内，并使所述遮光片夹持于相邻两个所述光学镜片之间，选取一压盖302，封闭结合于所述筒状部的下端，将若干光学镜片及遮光片定位于所述盖片的下侧和所述压盖的上侧之间；且该压盖中部设有与若干所述功能透镜一一对应的排布成阵列的通光口3021，压盖的下侧中部形成有凹槽，压盖的边缘位置形成有沿光轴方向的与若干第一通孔一一对应的若干第二通孔；这样，通过结构件与压盖的组装，锁定了光学镜片及遮光片，相比公知的结构件一体式结构，本案结构件和压盖分开的设计，增加了可调节的空间；通过压盖下侧形成凹槽，为结构件与阵列图像传感器芯片之间预留出了空间，以实现光学镜片与阵列图像传感器芯片之间距离的调 节，即像距的调节，即模组光学调焦的功能。

d)选取一滤光片303，通过紫外固化胶粘连于所述凹槽的底部；具体实施是，可在压盖下方组装红外滤光片，通过紫外固化胶粘连在压盖的凹槽内。

c、选取一封装基板200和一弹性垫圈400，所述封装基板上形成有与若干第一通孔一一对应的灌胶槽2011，所述弹性垫圈的边缘位置形成有与若干第一通孔一一对应的若干第三通孔，将步骤b中的阵列图像传感器芯片通过倒装焊的方法组装到该封装基板上侧，使所述图像传感芯片与所述封装基板上对应的连接点电性连接，将弹性垫圈套设于所述阵列图像传感器芯片外，然后将组装好的阵列镜头的压盖置于所述弹性垫圈上，使所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔组成一贯通孔500，且该贯通孔通过所述灌胶槽连通结构件外部空间；这样，第一通孔、第二通孔、第三通孔组成一贯通孔，以便在贯通孔内注胶实现阵列透镜、弹性垫圈在封装基板上的固定；弹性垫圈具有一定形变特性，以便调节光学镜片与图像传感器阵列之间的距离，完成调焦。

d、通过挤压弹性垫圈对所述功能透镜与其对应的图像传感芯片之间的高度和/或俯仰进行调节，然后，在贯通孔内注入紫外固化胶，紫外固化胶固化后形成一阵列摄像模组。

优选的，相邻两个所述光学载板相互贴合在一起，且相互贴合的界面边缘位置通过至少一对相互吻合的卡槽30411与凸起30412进行卡合定位，使其上的功能透镜的光轴粗对准， 所述光学载板上的卡槽或凸起采用微纳加工工艺制作。

优选的，所述卡槽、所述凸起沿光轴方向的截面呈梯形或矩形，所述卡槽与所述凸起之间通过锥形凸点和锥形凹点进行卡合定位，使其上的功能透镜精细对准。

综上，本发明阵列摄像模组及其制造方法，利用机械工艺制作结构件，利用注塑工艺制作光学镜片，采用阵列图像传感器芯片直接从封装晶圆上划片形成，具有制造成本低、固定精度高的优势；利用相邻光学镜片界面的卡槽与凸起、锥形凸点与锥形凹点对准可以保证镜片光轴的对准；使用压盖锁定结构件内的光学镜片及遮光片的位置，增加了可调节的空间；压盖与阵列图像传感器芯片之间预留出空间，并利用弹性垫圈实现了可光学调焦功能；因此，本发明整体具有制造成本低、组装过程简单、固定精度高、光学镜片间光轴可自对准、可进行光学调焦、调焦方便等优点。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。