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Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Bilderfassungssystem mit einem Optikbestandteil, einem Sensor zur Erfassung von Strahlung, und einem Chip zur Verarbeitung und/oder Speicherung und/oder Weiterleitung von von dem Sensor erfassten Informationen.
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Eine Digitalkamera nimmt Bilder unter Verwendung von Bildsensoren auf. Ferner wird von der Kamera üblicherweise eine Verarbeitung, Speicherung und gegebenenfalls auch Weiterleitung der von dem Bildsensor erfassten Informationen vorgenommen. Für derartige Kameras bestehen eine Vielzahl von Anwendungen. Ein Beispiel hierfür ist die Automobiltechnik. So existieren eine Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen, bei welchen eine Erfassung und Auswertung der Fahrzeugumgebung und/oder des Fahrzeuginnenraums erfolgt.
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Unter dem Begriff der Fahrerassistenzsysteme (englisch: ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) werden Funktionen zusammengefasst, welche der Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeuges dienen. Ziel der Fahrerassistenzsysteme ist häufig die Steigerung der Sicherheit durch die Vermeidung von Gefahrensituationen vor deren Entstehung und durch die Unterstützung des Fahrers zur Unfallvermeidung in kritischen Situationen. Weitere Ziele sind die Steigerung des Komforts durch Stressreduktion und Entlastung des Fahrers in Standardsituationen, die Erleichterung der Orientierung durch situationsabhängig aufbereitete und fahrergerecht vermittelte Umfeld-Informationen, sowie die Erhöhung des Fahrspaßes.
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Beispiele für Fahrerassistenzfunktionen sind die Antriebsschlupfregelung bzw. Traktionskontrolle wie ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), EDS (Elektronische Differentialsperre), sowie adaptives Kurvenlicht, Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsysteme (englisch: night vision), Tempomat, Einparkhilfe, Bremsassistent, ACC (Adaptive Cruise Control) bzw. Abstandsregeltempomat, Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent, Spurhalteunterstützung, Spurwechselassistent, ISA (Intelligent Speed Adaption), ANB (Automatische Notbremsung), Kurvenassistent, Reifendruckkontrollsystem, Fahrerzustandserkennung, Verkehrszeichenerkennung, Platooning.
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Kameras, welche bei Fahrerassistenzsystemen zum Einsatz kommen, sollen die folgenden Anforderungen erfüllen: sie sollen klein sein, da in der Regel im Fahrzeuginnenraum wenig Platz zur Verfügung steht. Ferner sollen sie billig und einfach herzustellen sein. Schließlich soll eine gute Justierung vorhanden sein, da eine Nachjustage i. d. R. nach dem Einbau der Kamera nicht möglich ist.
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EP 1471730 A1 zeigt ein Miniaturkameramodul insbesondere für den Einsatz in Mobiltelefonen und PDAs mit einer Linse, die am Ende des Herstellungsprozesses oberhalb des Bildaufnahmesensors ausgerichtet und festgeklebt wird.
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EP 1434426 A2 zeigt ein Kameramodul und ein Herstellungsverfahren, wobei eine Linse mit der Oberfläche eines Bildsensorchips verbunden wird. Der Bildsensorchip kann anschließend auf einer Leiterplatte kontaktiert werden. Das Kameramodul ist insbesondere für tragbare Geräte wie Mobiltelefone geeignet.
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US 2004/0223072 A1 ein Herstellungsverfahren für Kameramodule mit Halbleitersensoren mit mehreren Einzelschritten, wobei das Halbleitersubstrat des Sensors mit einem IC verbunden sein kann.
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US 2005/0059188 A1 zeigt Herstellungsmethoden für Kamerabauteile, bei denen eine transparente Platte durch Klebemittel mit einem Halbleiterwafer verbunden werden kann. Der Halbleiterwafer umfasst eine Vielzahl optisch interaktiver Elemente. Durch simultanes Schneiden von Wafer und transparenter Platte wird eine Vielzahl von Kamerabauteilen erhalten.
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EP 1244151 A2 zeigt ein Verfahren zur massenhaften und daher kostengünstigen Herstellung von kleinen Kameramodulen für mobile Geräte. Dabei werden ein Wafer mit Bildsensorchips und eine Anordnung von Linsenelementen als Platten miteinander verbunden, so dass sie einen integrierten Aufbau bilden, der anschließend in einzelne Kameramodule aufgeteilt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein Bilderfassungssystem aufzuzeigen, welches sich insbesondere für den Einsatz im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems eignet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bilderfassungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bilderfassungssystems werden ein Optikbestandteil, ein Sensor zur Erfassung von Strahlung, und ein Chip zur Verarbeitung und/oder Speicherung und/oder Weiterleitung von von dem Sensor erfassten Informationen derart miteinander verbunden, dass sich der Sensor unterhalb des Optikbestandteils und der Chip unterhalb des Sensors befindet. Hierbei ist der Optikbestandteil Bestandteil einer Platte mit einer Mehrzahl von gleichartigen Optikbestandteilen und der Sensor ist Bestandteil einer Platte mit einer Mehrzahl von gleichartigen Sensoren und der Chip ist Bestandteil einer Platte mit einer Mehrzahl von gleichartigen Chips. Nach Verbindung von Optikbestandteil, Sensor und Chip werden die Platten zersägt.
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Bei der Verbindung der unterschiedlichen Komponenten werden vorzugsweise die gesamten Platten miteinander verbunden.
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Nach Verbindung der drei Platten sind eine Mehrzahl von Bilderfassungssystemen vorhanden, welche durch das Sägen voneinander getrennt werden.
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Der Optikbestandteil dient der Lenkung von Strahlung auf den Sensor. Der Sensor detektiert die den Optikbestandteil passierende und auf ihn auftreffende Strahlung oder zumindest einen Teil dieser Strahlung. Z. B. kann der Sensor zur Detektion von Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereiches ausgebildet sein.
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Bei dem Chip kann es sich z. B. um einen digitalen Signalprozessor, einen Mikrocontroller einen Speicher oder einen LVDS-Datenübertragungsbaustein handeln.
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Das hergestellte Bilderfassungssystem kann neben Optikbestandteil, Sensor und Chip weitere Komponenten enthalten, z. B. einen oder mehrere weitere Chips. Dieser oder diese können sowohl unter dem bereits genannten Chip, als auch neben der Stapelanordnung von Optikbestandteil, Sensor und Chip angeordnet sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein weiterer Chip zur Verarbeitung und/oder Speicherung und/oder Weiterleitung von von dem Sensor erfassten Informationen vorhanden, welcher sich unterhalb des Chips befindet und mit diesem verbunden ist. Es kann sich bei dem weiteren Chip oder bei einem oder mehreren der weiteren Chips um einen gleichartigen Chip im Vergleich zum erstgenannten Chip handeln; vorzugsweise handelt es sich hierbei um verschiedenartige Chips, d. h. um Chips, welche unterschiedliche Funktionen in Bezug auf die von dem Sensor erfassten Informationen durchführen.
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Einer Weiterbildung der Erfindung gemäß ist der weitere Chip Bestandteil einer Platte mit einer Mehrzahl von gleichartigen weiteren Chips. In Bezug auf diese und auch die im folgenden genannten Ausführungen handelt es sich bei einer Platte bzw. Scheibe um einen Körper von im wesentlicher zweidimensionaler Ausdehnung. Die Chips befinden sich hierbei auf oder in der Platte. Hierdurch liegt eine Mehrzahl von Chips in der Ebene der Platte oder parallel zu dieser Ebene vor. Die Anordnung der Chips kann symmetrisch sein, z. B. in Form eines Gitters oder einer Matrix.
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Der Optikbestandteil und der Sensor können z. B. durch Kleben miteinander verbunden werden. Der Sensor und der Chip können z. B. durch Kleben oder Löten miteinander verbunden werden.
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Es ist möglich, nach dem Zersägen an zumindest einer Sägekante eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensor und dem Chip herzustellen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: eine erste Ausführungsform einer Kamera,
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2: eine zweite Ausführungsform einer Kamera,
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3: eine dritte Ausführungsform einer Kamera,
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4: eine alternativ hergestellte Kamera.
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1 zeigt zwei Kameras K1 und K2. Diese bestehen jeweils aus einer Optik Op, einem Bildsensor Bi, sowie einem digitalen Signalprozessor DSP. Die Optik Op dient dazu, einfallendes Licht auf den Bildsensor Bi zu lenken; sie kann z. B. Blenden, Linsen und/oder weitere optische Bauteile enthalten. Der Bildsensor Bi nimmt zweidimensionale Bilder auf; für den sichtbaren und Nahen Infrarot Bereich kann es sich z. B. um ein CCD (Charge Coupled Device) oder CMOS-Sensor handeln. Der digitale Signalprozessor DSP dient der digitalen Bearbeitung der von dem Bildsensor Bi erfassten analogen Daten.
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Die elektrische Anbindung der Chips DSP und Bi erfolgt über eine Durchkontaktierung Dur, d. h. eine vertikale elektrische Verbindung zwischen den Chips (englisch: Vertical Interconnect Access). Dabei wird die Oberseite des unteren Chips, d. h. des digitalen Signalprozessors DSP, mit der Unterseite des oberen Chips, d. h. des Bildsensors Bi, verbunden. Alternativ kann ein Loch in den oberen Chip derart eingebracht werden, dass seine Metallschicht erhalten bleibt und somit eine Verbindung durch den Chip hindurch zu seiner Oberseite besteht.
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Die Kugeln Ba sind Bestandteil einer Kugelgitteranordnung (englisch: Ball Grid Array, BGA) und dienen der späteren elektrischen Kontaktierung und Befestigung der Kameras K1, K2 für deren Einbau. Bei den Kugeln Ba handelt sich um Anschlüsse in Form kleiner Lotperlen, die nebeneinander in einem Raster aus Spalten und Zeilen stehen. Der Träger der Kugeln Ba ist hierbei die Unterseite des untersten Chips, d. h. des digitalen Signalprozessors DSP.
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Den Kameras K1, K2 können weitere Bestandteile hinzugefügt werden, welche für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich sind.
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Die Kameras K1, K2 können folgendermaßen hergestellt werden: begonnen wird mit einer ersten Platte (englisch: Wafer), auf welcher eine Mehrzahl von digitalen Signalprozessoren DSP angeordnet ist. Diese erste Platte wird, z. B. durch Kleben oder Löten, mit einer zweiten Platte verbunden, auf welcher eine Mehrzahl von Bildsensoren Bi angeordnet ist. Schließlich wird eine dritte Platte, auf welcher eine Mehrzahl von Optiken Op angeordnet ist, mit der zweiten Platte verbunden, z. B. durch Kleben. Bei der dritten Platte kann es sich z. B. um eine Glasplatte handeln. Die einzelnen Optiken Op können durch Prägung der Glasplatte erzeugt werden. Es erfolgt somit eine Verbindung der Komponenten Op, Bi, DSP auf Waferlevel.
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Auch eine andere Reihenfolge der Verbindung der drei Platten ist möglich. D. h. es können auch zuerst die zweite und dritte Platte miteinander verbunden werden, bevor die erste Platte hinzugefügt wird.
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Die Dichte und Verteilung der digitalen Signalprozessoren DSP auf der ersten Platte, der Bildsensoren Bi auf der zweiten Platte, und der Optiken Op auf der dritten Platte sind gleich. Vorzugsweise entspricht die Verteilung jeweils einem gleichmäßigen Gitter bzw. einer Matrix. Auf diese Weise ist bei in etwa gleicher Größe der drei Platten für jeden digitalen Signalprozessoren DSP der ersten Platte genau ein Bildsensoren Bi der zweiten Platte und eine Optik Op der dritten Platte vorhanden. Ferner wird die zweite Platte derart auf die erste Platte gesetzt, dass die Bildsensoren Bi – wie in 1 zu sehen ist – über den digitalen Signalprozessoren DSP angeordnet sind, und es wird die dritte Platte derart auf die zweite Platte gesetzt, dass die Optiken Op – wie in 1 zu sehen ist – über den Bildsensoren Bi angeordnet sind. Dies entspricht einer Justierung der Kameras K1, K2 in der x-y-Ebene, wobei unter der x-y-Ebene eine Ebene parallel zu den drei Platten verstanden wird.
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Nach Verbindung der drei Platten liegt eine Gesamtplatte vor, welche eine Mehrzahl von Kameras K1, K2 beinhaltet, wobei zur Vereinfachung in 1 nur zwei Kameras K1, K2 dargestellt sind. Durch Zersägen der Gesamtplatte werden die Kameras K1, K2 voneinander getrennt. In 1 ist schematisch eine Sägekante Sä zwischen den Kameras K1 und K2 eingezeichnet.
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Der Vorteil der Verwendung von Platten bzw. Scheiben mit jeweils einer Mehrzahl von Bestandteilen Op, Bi, DSP ist, dass für jede Platte nur eine einzige Justierung in Bezug auf eine andere Platte nötig ist. Durch diese einzige Justierung sind alle Kameras, welche in der resultierenden Gesamtplatte enthalten sind, gleichzeitig justiert. Hierdurch wird die Fertigung der Kameras erheblich vereinfacht.
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Anstelle oder zusätzlich zu den digitalen Signalprozessoren DSP der 1 können auch andere Chips eingesetzt werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Kamera K, bei welcher außer einem digitalen Signalprozessor DSP auch ein LVDS-Chip LVDS (LVDS: Low Voltage Differential Signaling) und ein Speicherchip Mem vorhanden ist. Die Herstellung dieser Kamera K erfolgt wie in Bezug auf 1 erläutert, d. h. eine Platte enthaltend eine Mehrzahl von LVDS-Chips LVDS wird mit einer Platte enthaltend eine Mehrzahl von digitalen Signalprozessoren DSP verbunden, welche mit einer Platte enthaltend eine Mehrzahl von Speicherchips Mem verbunden wird, welche mit einer Platte enthaltend eine Mehrzahl von Bildsensoren Bi verbunden wird, welche mit einer Platte enthaltend eine Mehrzahl von Optiken Op verbunden wird. Bezüglich der zeitlichen Reihenfolge der Verbindungen kann verschieden vorgegangen werden. Die Chips LVDS, DSP, Mem, Bi sind mittels einer Durchkontaktierung Dur elektrisch verbindbar. Die resultierende Gesamtplatte umfasst eine Mehrzahl von Kameras K, welche durch Zersägen der Gesamtplatte voneinander getrennt werden.
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Alternativ zur Verwendung von Platten für alle Komponenten ist es auch möglich, manche Komponenten in Form von Platten und andere Komponenten in Form von Einzelteilen einzusetzen. In Bezug auf die Kameras der 1 kann z. B. eine erste Platte mit digitalen Signalprozessoren DSP eingesetzt werden, auf welche eine zweite Platte mit Bildsensoren Bi aufgebracht wird, wobei im Anschluss an jeden Bildsensor Bi der zweiten Platte eine einzelne Optik Op befestigt wird. Die Einzelteile können zuvor durch Zersägen einer Platte, welche eine Mehrzahl der jeweiligen Komponenten umfasst, gewonnen werden.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kamera. Diese entspricht in Bezug auf ihre Bestandteile derjenigen der 2. Am Seitenrand, d. h. an der Sägekante, befindet sich eine Verbindung Ko, welche nach dem Sägen von außen aufgebracht wurde und eine Verbindung zwischen den einzelnen Chips Bi, Mem, DSP, LVDS ermöglicht. Dieser seitliche Zugriff auf die Chipoberfläche kann z. B. durch Aussparung im Kleber, welcher zur Befestigung der Chips aneinander eingesetzt wurde, mittels Ätztechnik realisiert werden. Aufgrund der Verbindung Ko ist eine Durchkontaktierung nicht nötig.
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Eine alternativ zur vorliegenden Erfindung hergestellte Kamera K, bei welcher wie in 1 stapelartig eine Optik Op auf einem Bildsensor Bi befestigt ist, welcher auf einem digitalen Signalprozessor DSP befestigt ist, kann auch gemäß der Ausführungsform der 4 realisiert werden. Hierbei befindet sich der digitale Signalprozessor DSP auf einer Leiterplatte PCB (Printed Circuit Board). Der Träger für die Kugeln Ba ist die Unterseite der Leiterplatte PCB. Anstelle der Durchkontaktierung sind die beiden Chips Bi und DSP jeweils durch Drähte Dr mit der Leiterplatte PCB verbunden. Anstelle der Durchkontaktierung Dur der 1 werden bei der Kamera K der 4 die Drähte Dr und die Leiterplatte PCB eingesetzt. Anstelle oder zusätzlich zu dem digitalen Signalprozessor DSP der 4 können auch andere Chips eingesetzt werden, wie z. B. ein LVDS-Chip und/oder ein Speicherchip.
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Aufgrund der Drähte Dr ist es nicht möglich, wie in Bezug auf die 1 und 2 erläutert eine Platte mit digitalen Signalprozessor DSP, sowie eine Platte mit Bildsensoren Bi und eine Platte mit Optiken Op einzusetzen. Möglich ist es hingegen, mehrere Stapel mit jeweils einem digitalen Signalprozessor DSP, einem Bildsensor Bi und einer Optik Op auf die Leiterplatte PCB anzubringen und diese im Anschluss auseinanderzusägen, um die einzelnen Kameras zu erhalten. Die Verbindung zwischen den Chips, sowie zwischen der Leiterplatte PCB und dem aufliegenden Chip kann durch Kleben erfolgen; beispielhaft ist in 4 zwischen der Leiterplatte PCB und dem digitalen Signalprozessor DSP der Kleber Kl dargestellt.
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Den beschriebenen Kameras ist gemein, dass sie aufgrund ihres stapelhaften Aufbaus klein dimensioniert sind. Dies ist vorteilhaft für alle Anwendungen, bei welchen nur wenig Platz für die Kamera zur Verfügung steht. Ferner kann insbesondere bei Anwendung von Platten eine effiziente und kostengünstige Herstellung der Kameras realisiert werden.
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Die beschriebenen Kameras finden vorzugsweise in der Automobiltechnik Einsatz. Geeignete Beispiele hierfür sind Systeme, welche die Umgebung des Fahrzeugs erfassen und auswerten, so z. B. Fahrspurerkennung, Fahrzeugerkennung, Fußgängererkennung, Einparkhilfe, Radfahrererkennung, Fahreridentifizierung, Kollisionswarnung, ferner auch Systeme, welche den Innenraum des Fahrzeugs erfassen und auswerten, so z. B. Müdigkeitserkennung des Fahrers, Fahreridentifizierung. Die beschriebenen Kameras eignen sich jedoch auch für die Anwendung außerhalb der Automobiltechnik, so z. B. in mobilen Kommunikationsgeräten.
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Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der 1 bis 3 beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.