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1CCM影像模組構裝技術2手機相機模組(CCM)3個層次•第一：SensorModule，以CMOSImageSensor為主，功能簡單，畫素在130萬以下。目前包括Sensor廠、封裝場、光學廠及DSC廠等都積極投入，競爭者多、利潤微薄，已成為殺價最激烈的戰場。•第二：為CameraModule，具有自動對焦鏡頭(AutoFocus；AF)或基本光學變焦、基本攝影功能和不差的畫質，畫素在200萬至300萬左右。目前仍以日本業者，如Sharp和Panasonic等為主。•第三：是CameraSub-System，尚在發展中的領域，完全以DSC的理念和畫質要求製作。攝影功能亦需加入，具備與主流DSC相同的畫素及光學變焦。•註：TI在2004年共推出超過1100種不同封裝的162種新產品。同時，為因應消費性產品和可攜式應用對降低成本和體積微縮化的需求，TI也將持續進行封裝的創新，包括晶圓晶片級封裝(WCSP)等。3照相手機模組封裝方式1優點：高度小、材料成本低、光線吸收性佳、技術成熟缺點：加工潔淨低、良率低4COB封裝DesignRule(範例)5Wafer-chip-scalepackage(WCSP)6WCSPtechnologyComparisonSize[mm2]MountingArea[mm2]PinPitch[mm]Weight[gr]14×142560.50.265×5250.50.03•UltimatelySmallandLightweight(1/10th)•ExtremelyThin(0.4-0.5mm)•EasytoMount•ImproveElectricalCharacteristics7TI各式各樣封裝技術比較表PackageDataSOT-23(6-pin)SC-70(6-pin)SSOP(8-pin)VSOP(8-pin)WCSP(8-pin)Length(mm)2.90±0.102.00±0.152.95±0.202.0±0.101.90±0.05Width(mm)2.80±0.202.10±0.304.0±0.253.10±0.100.90±0.05Height(mm)1.20±0.250.95±0.151.30max0.90max0.50maxFootprintArea(mm2)8.124.2011.806.201.71Weight(g)0.01350.0060.2060.00950.00138照相手機模組封裝方式2優點：良率高、不須打線缺點：光學效率不佳、專利限制、材料成本高、厚度大特點：二段式封裝9Shellcasestructure/CSP焦距變差10Shellcasestructure/CavityCSP1.改善Epoxy覆蓋issue2.增加厚度11OCSP模組封裝方式1.Topglass如何放置(Shift/tilt/rotation)?2.點膠與膠量控制3.間隙要控制多少(毛細/黏稠)4.加工道次Reference：kingpakcom./200412照相手機模組封裝方式3優點：良率高(免打線)、高度最小、光學設計易缺點：Flip-chip，專利限制、成本昂貴TOG(Tabonglass)13TOG(Tabonglass)封裝方式優點：光學效率佳、高度較小、二階段組裝缺點：成本高、加工技術較高Source：Toshiba、fujitsu14CCM基板材料選擇•陶瓷基板：硬度高易作業，散熱性佳，穩定性高、價格高、開模昂貴、來源有限•PCB硬板：硬度適中、可靠性OK、可雙面加工、選擇多、潔淨度不佳•FPC軟板：省去與硬板之接合作業、不可雙面加工，不利打線作業，可靠性低•軟硬結合板：兼具軟硬板之優點、成本偏高15各種模組封裝方式比較名稱COBCSPOCSPTOG環境要求/技術Class10/Die&wirebondClass1000/SMTClass1000/SMTClass1000/FlipChip模組厚度1.0mm+Lens0.8mm+Lens1.0mm+Lens0.4mm+LensDie:7.4×7.4Die:5.0×5.010×108.0×8.08.0×8.06.0×6.09.0×9.07.0×7.08.0×8.06.0×6.0良率較低較佳較佳較佳Reference：kingpakcom./200416CCM範例Specification1.Imagesize¼”2.Pixelsiez5.6um3.F/#2.84.ImageoutputdigitalYUV5.YUVformatCCIR6016.Sensitivity40lux/F2.830fps20lux/F2.815fps7.ALC(autolightcontrol)ELC/AGCcombined8.ELCspeed30Hzmode:1/30-1/4500s(exposure)15Hzmode:1/15-1/2250s9.Illumination30Hzmode:min.-150000lux15Hzmode:min.-75000lux10.WhitebalanceAuto/manual/IICI/FbusSource:Matsushita/200217四、CMM影像模組光機設計18CamerasystemparametersFeatureofimagegualityparametersComponentsaffectingtheparametersResolution：abilitytoreproduceobjectdetail˙Imagechip˙Lens˙Monitor˙ISPboardContrast˙Imagechip˙Lens˙IlluminationDepthofField(DOF)˙f/#Distortion˙LensPerspectiveerror˙LensSource：Edmundoptics19照相手機影像IC之考量項目CISCCD畫素低照度畫質不佳，目前VAG是主流(!)畫質與靈敏度較佳，適用於低照度系統整合能力Cameraonsinglechip技術已趨成熟CCD製程有其獨立性，目前無法與其他電路整合智慧控制彈性多家業者提供智慧型系統設空間CDD主要功能為取像，系統設計彈性較低電源與功率損失單一電源架構，較省電由於製程與架構不同，採多電源設計，較耗電CMM模組尺寸較小，整體成本低可以設計教大F/#，解析度高20LensforCMOS/CCDsensorSuitableimagesensor1/7in1plast.1/7in1/5in1/5in1/4in1plast.1/4in2plast.Focallength2.0mm1.8mm3.2mm3.0mm4.1mm3.7mmFnumber2.82.02.82.82.82.2Imagecircle(mm)ψ2.6ψ2.6ψ3.6ψ3.6ψ4.6ψ4.6H.Viewangle60°60°53°54°52°52°Totallength3.5mm4.9mm4.8mm5.7mm6.0mm9.2mmResolution(MTF=0.7)50/lpmm50/lpmm40/lpmm50/lpmm32/lpmm60/lpmmTVdistortion-6%-0.7%-2.8%-1%-3.5%-0.5%Source：Naganooptics/2002211.F/#越大，聚焦平面越小，進光量少，光線越平行TVdistortion越小。2.CMM通行F/#2.8=1.9mm/A，A=0.68mmSource：Photobit22影像器尺寸之規格SENSORSIZE：thesizeofacamerasensor’sactivearea,typicallyspecifiedinthehorizontaldimension(seeFigure1).Thisparameterisimportantindeterminingtheprimarymagnification(PMAG)requiredtoobtainadesiredfieldofview.Note：Mostanalogcamerashavea4:3(H:V)dimensionalaspectratio.FIGURE1(mm)1/4”1/3”1/2”2/3”1”長寬值3.2:2.44.8:3.66.4:4.88.8:6.612.8:9.6Imagecircle(mm)ψ4.0ψ6.0ψ8.0ψ11ψ162324視角：FOV(FieldOfView)•FOV(FieldOfView)：與鏡組焦距、CIS尺寸有關•CISsize↑FOV↑•Focallength↓FOV↑•IFOV=FOV/pixelnumber(例如1280×1024)25CMM鏡組的基本關係影像高度=光學鏡組焦距xtan(semi-FOV)簡易方式：光學鏡組焦距長為6mm，而影像高度由影像偵測器的有效區域大小決定，最大為區域的對角線長的一半(假設對角線長6毫米)，影像高度為3mm，由公式可以算出半視場角為tan-1(3/6)=26.5度，FOV=53度。像素大小為5.4x5.4微米，像素數目6000/5.4=1100x1100所以此CCM的最大空間解析能力的空間頻率計算如下最大空間頻率=1/(2x0.0054)=92.61p/mm)26μ-Lens聚光效率與光學系統關係27Modulationtransferfunction(MTF)•Fouriertransferofthe2-Dresponseoftheimagerinresponsetoapointsourceobjectmeasuredbymagnituderesponsetosinusoidsofdifferentfrequenciesnormalizedtodcresponse.Oo(x,y)=h(x,y)⊕Oi(x,y)Oo(fx,fy)=H(fx,fy)‧Oi(fx,fy)H(fx,fy)=∫h(x,y)‧exp[2π(fx‧x+fy‧y)]dxdywhere,Oo(x,y):outputimage;Oi(x,y):inputimageH(fx,fy):MTF,fx&fyasthespatialfrequenciessinusoidaltestpattern:20lp/mmto95lp/mmfor10μmpixel,spatialresolution~50lp/mm28MTFdefinition•Input(Object)Output(Image)MTF=1.00.80.5ModulationM=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=AC/DCMTF=(outputM)/(inputM)29ContrastTransferFunction/CTFThesystemresponsetoasquare-wavetargetisthecontrasttransferfunction(CTF).Forbartargetswhosespatialfrequencyisabove1/3fMTF=0,theMTF=(π/4)CTF.30MTF案例31現代CTF測量方法32OpticallensTVdistortionSourse:Principleofoptics/E.Wolf33OpticalLimitation3435光學設計分析ForCCM:視角要寬(近距離)、焦距要小、解析度要高、TV扭曲(S5)要小、鏡片要薄。進行CCM光學設計之前需要先決定的程序：1.選定光學設計軟體(CodeV、OSLO、Zemax)2.建立模型。3.參考舊有設計(軟體內之專利資料庫)。4.設計展開，建立基本架構。5.優化設計參數。---計算光線軌跡---優化各種像差---達成各種光學規格---達到加工要求*高精度光學加工機禁止至大陸6.若達不成，只好增加鏡片或改變材質。7.考慮其他方法。(非球面、DOE等等)36優化前的光學分析進行此光學設計之前需要先決定光學系統的資料:1.F/#、光學鏡組焦距長()有