摄像模块、具有摄像模块的内窥镜及其制造方法与流程

摄像模块、具有摄像模块的内窥镜及其制造方法
1.相关申请数据
2.根据美国法典第35章第119款，本技术基于并且要求于2021年3月2日提交的美国临时申请no.63/155,335的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
3.本公开涉及一种成像单元，更具体地，涉及一种用于内窥镜的成像单元。


背景技术：

4.内窥镜可以用作观察装置，诸如在医疗过程中，内窥镜可以插入身体(人或其它)并从其获得图像。
5.内窥镜可以采用图像传感器(或“成像器”)来拍摄身体内部的图像并经由例如电子信号将该图像通信到外部系统。可以包括这种成像器作为内窥镜远端处的成像器模块的一部分。在其它元件中，成像器模块还可以包括在成像器上的层压透镜(laminated lens)，以将图像聚焦在成像器上。
6.一些内窥镜或其远端处的成像器模块(imager module)被制成一次性的。由于这个和其它原因，优选的是以低成本制造内窥镜和成像器模块。
7.然而，在制造期间，包括在成像器中的层压透镜的端面上可能发生机械损伤。例如，在制造层压透镜的过程中，可以将分别具有透镜的多个玻璃基板接合以形成叠层晶圆。然后可以使用机械划片机将晶圆切割成用于各成像器的单个层压透镜。该划片可能导致在层压透镜的端面上发生碎片和碎裂。这种损伤可能会导致光学品质下降，以及制造后碎片掉落的风险。特别是在医疗过程中使用时，这种在使用期间掉落的碎片可能是特别有害的。
8.日本特开第2008-182051号公报说明了一种包括密封树脂和透明构件的光学装置。根据该公报，优选地在透明构件的上表面稍下方填充密封树脂。因此，透明构件的侧面的上部露出。
9.日本特开第2004-304081号公报说明了一种半导体芯片，据称芯片端面和树脂之间的粘合强度增加，以抑制芯片角的碎片或树脂的剥离。半导体芯片的端面由一系列曲面形成。根据该公报，一系列曲面在芯片端面和树脂之间提供了更大的接触面积以增加粘合力。


技术实现要素：

10.因此，需要一种成像单元，其可以基本上消除由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。
11.本公开的一个目的是提供一种具有透镜的成像单元，端面可能被损伤的该透镜不会引起诸如碎裂或光学品质下降等有害影响。
12.附加特征和优点将在随后的说明中阐述，并且部分地将从说明中变得明显，或者可以通过本公开的实践而获知。本文公开的目的和其它优点将通过书面说明及其方案以及
附图中特别指出的结构来实现和获得。
13.摄像模块的示例实施方式包括：框架，其包括底面和侧壁，底面和侧壁限定凹部；成像器模块，其包括透镜和图像感测电路，成像器模块布置在框架的凹部内；和树脂，其在成像器模块和凹部的侧壁的至少一个侧壁之间。透镜的顶面的区域包括在布置树脂的处理期间防止树脂覆盖透镜的顶面的中央区域(c)的表面特征或表面改性(surface modification)，并且内窥镜的图像传感器的配线图案经由包括配线图案的电路连接到观察装置。
14.包括具有透镜和图像感测电路的成像器模块的摄像模块的制造方法的示例实施方式包括：改性透镜的部分顶面以包括表面特征或表面改性；将成像器模块置于框架的凹部中，其中凹部具有底面和侧壁；以及，利用树脂填充透镜的侧面和框架的侧壁之间的间隙。树脂接触表面特征或表面改性，并且，表面特征或表面改性防止树脂流到透镜的顶面的中央区域上。
15.示例表面特征包括在透镜的顶面与透镜的各侧面相接的各边缘处的槽和结构特征，诸如透镜的顶面上的槽或突起或布置在透镜的顶面上的材料条，即，在一些实施方式中，偏离顶面的至少一个边缘的槽或突起或材料条。示例表面改性包括位于透镜的顶面的周边的对树脂的润湿性增加的区或与顶面的中央区域相比特别是关于树脂具有不同表面化学性质的区。
16.在另外的方面中，摄像模块坐(seat)于盒体的凹部中并且被构造为附接到诸如内窥镜的医疗装置的远端。医疗装置可以合并到包括医疗装置、观察装置和显示装置的成像系统中，其中该医疗装置例如是具有公开的摄像模块的内窥镜。
17.应理解，前述一般说明和以下详细说明两者均是示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。
附图说明
18.被包括以提供对本公开的进一步理解并且被并入和构成本技术的一部分的附图图示了本公开的实施方式并且与说明一起用于解释本公开的原理。在附图中：
19.图1图示了根据示例实施方式的医疗观察系统的构造。
20.图2图示了根据示例实施方式的附接到内窥镜的成像单元。
21.图3图示了根据示例实施方式的成像单元。
22.图4图示了根据示例实施方式的摄像模块的立体图。
23.图5图示了在图4的线a-a'处截取的摄像模块的截面。
24.图6示出了根据本公开的示例实施方式的摄像模块的制造方法。
25.图7图示了根据本公开的示例实施方式的成像器模块。
26.图8a和图8b示出了根据本公开的示例实施方式的摄像模块的制造方法的方面。
27.图9a和图9b示出了根据本公开的另一示例实施方式的摄像模块的制造方法的方面。
28.图10a和图10b示出了根据本公开的又一示例实施方式的摄像模块的制造方法的方面。
29.在所有附图中，为了清楚起见，适当地调整了各个构成元件的尺寸。为了便于查
看，在一些情况下，图中仅一些命名的特征标记有附图标记。
具体实施方式
30.现在将详细参照本公开的实施方式，在附图中图示出其示例。
31.图1是图示根据示例实施方式的医学观察系统100的构造的框图。如图1所示，医学观察系统100可以包括内窥镜102，内窥镜102传输由成像单元120从活体对象内获得的图像。在示例中，成像单元120经由内窥镜102内包含的电路经由电信号将这些图像传输到观察装置103。观察装置103可以基于电信号重建图像，并且连接到观察装置103的显示装置104可以显示由观察装置103生成的重建图像。显示装置104可以包括诸如液晶显示器、有机电致发光(el)显示器等的显示面板。
32.图2和图3分别图示了根据本公开的示例实施方式的成像单元120的立体剖视图。成像单元120可以位于内窥镜102的远端，例如附接到如图1所示的内窥镜的柔性插管105的远端，并且可以插入患者体内以获得其中的图像(例如，图片或视频)。如本文所用，术语“患者”包括任何和所有生物体并且包括术语“对象”。患者可以是人或动物。
33.在一些实施方式中，成像单元120可以从内窥镜102拆卸，使得可以容易地布置和更换。在其它实施方式中，整个内窥镜102可以是一次性的。
34.如图2和图3中的示例所示，成像单元120可以包括盒体124，盒体124可以为容纳成像单元120的摄像模块200提供结构支撑。在一些实施方式中，盒体124可以由诸如钢(例如，医疗级钢)的金属制成。摄像模块200坐于盒体124的凹部中。凹部可以偏离盒体124的中心线或中心轴线126，以便允许盒体124中的开放空间128收容内窥镜的其它结构和功能(诸如用于插入和移除手术工具、光学设备和/或用于冲洗的附加内腔)。在一些方面中，盒体124支撑诸如在其全部内容通过引用并入本文的us 10,321,806中所公开的可动部122。
35.图4图示了根据示例实施方式的摄像模块200的立体图，图5示出了在图4的线a-a'处截取的摄像模块200的截面。如图4和图5所示，摄像模块200可以包括框架210。在示例实施方式中，框架210由例如注塑成型的树脂或其它材料(即，“成型框架”)形成。框架210包括限定凹部212的底面和侧壁218。成像器模块230坐于凹部212中。成像器模块230包括透镜232和图像感测电路(“成像器”)236。透镜232包括一个或多个玻璃基板，各玻璃基板均具有从顶面(t)基本上垂直延伸的侧面。在一些实施方式中，透镜232可以是由例如结合在一起的多层玻璃基板形成的层压透镜。图像感测电路236可以布置在透镜232下方，并且可以例如通过用透明树脂更牢固地胶合而结合到透镜232。在示例实施方式中，图像感测电路236可以包括用于将光转换为电信号的图像传感器，并且可以经由配线图案214将这些电信号传输到观察装置103，配线图案214可以包括由诸如铜、金或银的导电金属构成的一根或多根导线。在一些实施方式中，图像感测电路236可以经由焊点240连接到配线图案214。焊点240可以采取图像感测电路236上的球网格阵列的形式，但实施方式不限于此。在一些方面，图像感测电路236实施在电路和电子部件通过例如光刻技术形成在其中的半导体基板中，并且透镜被结合到基板的表面。
36.如以下将更详细讨论的，图5图示了树脂220(例如，密封粘合剂)，树脂220可以填充在框架210的凹部212中的成像器模块230周围，使得树脂220布置在成像器模块230和框架210的至少一个侧壁218之间，或者布置在成像器模块230和框架210的所有侧壁218之间，
b'处截取的截面的部分(ii)中所示的是在未切割的成像器模块组件中的组装后的透镜232和图像感测电路236以及焊点240，并且示出了通过组件的厚度的切割线304。
41.此外，可以存在诸如突起306的结构特征，突起306从透镜晶圆302的顶面突出或形成在该顶面上，以与透镜晶圆302的端面的内周界接界。在图8a的部分(iii)的截面侧视图中，仅示出了示例四边形成像器模块230的四个边中的两个边上的突起306。然而并且如图8b中的部分(va)和部分(vb)中的俯视图所示，突起306可以形成封闭区(即顶面(t)上的中央区域(c))的外周，并起到屏障或坝(dam)的作用，以防止树脂覆盖透镜232的顶面(t)全部或部分中央区域(c)。图8b中的部分(va)是对应于图8a中的部分(iii)的俯视图，并且图8b中的部分(vb)是对应于图8a中的部分(iv)的俯视图。图8b中的从部分(va)到部分(vb)的箭头表示如下处理：将成像器模块230布置在框架210的凹部212内并且将树脂220添加到成像器模块(例如，侧面(s))和框架210的至少一个或多个侧壁218之间的间隙，使得树脂220涂布透镜232的顶面(t)的边缘(e)和周边区域(p)。
42.在一些方面，由突起306形成的外周是连续结构，但是也可以使用间断结构，只要任何间断仍然允许形成外周的突起306用作屏障或坝，以防止树脂覆盖透镜232的顶面(t)的全部或部分中央区域(c)，并且保持成像器模块的成像功能即可。突起306的示例间断结构被示出在图8b的部分(va)和部分(vb)中的区域(m)处。突起306可以通过印刷技术形成。在一些实施方式中，突起306可以是如下适当材料：充分地可行以被应用于透镜232、充分地粘附到透镜232并起到阻挡树脂侵入中央区域(c)的坝的作用并且是生物相容的。
43.如上所述，在晶圆302被划片之后，各成像器模块230均可以置于框架210内并且被焊接或以其它方式置于与配线图案214电接触。然后，如图8a的部分(iv)中的截面图所示，树脂220可以填充成像器模块220和框架210的凹部的内表面之间的间隙，如参照图6所说明的。此外，在该示例实施方式中，填充树脂220直到其从间隙溢流并开始流到顶面(t)的周边区域(p)上，从而覆盖了透镜232的侧面(s)和边缘(e)上的碎片和/或碎裂和/或其它缺陷。同时，突起306用作屏障并且防止树脂220流得比顶面(t)的周边区域(p)更远。因此，成像器模块230的透镜232的顶面(t)的中央区域(c)可以没有树脂220，中央区域(c)的外周界可以由突起306限定。然后，固化树脂220以将成像器模块230固定在框架210中，同时还防止图像模块230的边缘处的光学品质降低或碎裂。
44.在一些实施方式中，突起306保留在最终产品中。然而，实施方式不限于此，在其它实施方式中，可以在树脂220充分固化之后例如通过选择性蚀刻来去除突起306。
45.尽管在图8a和图8b中示出和说明为突起306，结构特征也可以采取其它形式。例如，结构特征可以是突出到或形成在透镜晶圆302的顶面中以与透镜晶圆302的端面的内周界接界(border)的槽。又例如，结构特征可以是贴附(永久或临时)到透镜晶圆302的顶面以与透镜晶圆302的端面的内周界接界的材料条。这种槽和条可以用于与所公开的关于突起306的相同的效果和功能。
46.图9a和图9b图示了根据本公开的另一示例实施方式的形成摄像模块200的详细示例。如图9a和图9b所示，成像器模块230置于框架210中以被树脂220包围，上面参照图6说明了示例过程。然而，在该放置之前并且如图9a的部分(i)所示，切割线304被制成在透镜晶圆302的顶面上以表明在哪里将透镜晶圆302切割或划片成单个的成像器模块230。该透镜晶圆302可以包括一层或多层结合在一起的玻璃以及图像感测电路236。优选地在切割/划片
成单个成像器模块230之前，将图像感测电路236布置于相应透镜232下方并贴附到相应的透镜232。在作为部分(i)的线c-c'处截取的截面的部分(ii)中所示的是在未切割的成像器模块组件中的组装后的透镜232和图像感测电路236以及焊点240，并且示出了通过组件的厚度的切割线304。
47.在该示例实施方式中，透镜晶圆302的与切割线304重叠的区域308中的至少顶面包括表面改性。在一些方面，表面改性将周边区域(p)的表面化学性质改变为与中央区域(c)的表面化学性质不同。例如，与顶面的未处理区的对树脂220的润湿性相比，表面改性可以增加顶面的已处理区的对树脂220的润湿性。在另一示例中，与树脂220和中央区域(c)之间的亲和力相比，表面改性可以增加树脂220和顶面的已处理区之间的对树脂220的亲和力。在又一示例中，与顶面(t)的诸如中央区域(c)的未处理区的化学势(chemical potential)相比，表面改性可以改变诸如周边区域(p)的顶面(t)的已处理区的化学势，使得树脂220优先流动并涂布已处理区，但不流动到或涂布未处理区。
48.作为示例，至少区域308中的顶面(t)或者区域308中的所有顶面(t)可以被化学涂布或以其它方式改性以改善润湿性。作为另一示例，至少区域308中的顶面(t)或者区域308中的所有顶面(t)可以被粗糙化以增强树脂的粘着力。改善润湿性的技术和工艺的示例包括表面改性方法，诸如uv照射、等离子体处理、框架处理等，以及从例如k.brasch&co.,ltd.和asumi giken,limited可获得的技术和工艺。
49.在图9a的部分(iii)的截面侧视图中，仅示出了示例四边形成像器模块230的四个边中的两个边上的区域308。然而并且如图9b中的部分(va)和部分(vb)的俯视图所示，区域308中的已处理表面可以形成封闭区(即顶面(t)上的中央区域(c))的外周。由于树脂将优先留在区域308中的已处理区中，所以已处理区起到屏障的作用，以防止树脂覆盖透镜232的顶面(t)的全部或部分中央区域(c)。图9b中的部分(va)是对应于图9a中的部分(iii)的俯视图，并且图9b中的部分(vb)是对应于图9a中的部分(iv)的俯视图。图9b中的从部分(va)到部分(vb)的箭头表示如下处理：将成像器模块230布置在框架210的凹部212内并且将树脂220添加到成像器模块230(例如，侧面(s))和框架210的至少一个或多个侧壁218之间的间隙，使得树脂220涂布透镜232的顶面(t)的边缘(e)和周边区域(p)，但仅用于区域308中的已处理区。
50.在一些方面，由区域308中的已处理区形成的外周是连续结构，但是也可以使用间断结构，只要任何间断仍然允许区域308中的形成外周的已处理区起到屏障的作用，以防止树脂220涂布透镜232的顶面(t)的全部或部分中央区域(c)，并保持成像器模块的成像功能即可。用于区域308中的已处理区的示例间断结构示出于在图9b的部分(va)和部分(vb)中的区域(n)。
51.如上所述并且类似于参照图8a和图8b说明的示例实施方式，在晶圆302被划片之后，各成像器模块230均可以置于框架210内并且被焊接到配线图案214。如图9a的部分(iv)所示，树脂220可以如参照图6所述地填充成像器模块230和框架210的凹部的内表面之间的间隙。另外，在该示例实施方式中，填充树脂220直到树脂从间隙溢出并开始流到顶面(t)的周边区域(p)处的区域308的已处理区上，从而覆盖透镜232的侧面(s)和边缘(e)上的碎片和/或碎裂和/或其它缺陷。例如，树脂220可以流到透镜232的表面区域上，这些区域已经被处理为对于树脂具有化学或结构亲和力，使得树脂将流动并覆盖那些已处理的区域，同时
注意流动到或涂布未处理的区域。在一些方面，树脂的表面张力与表面改性相组合，可以有助于防止树脂220流到未处理区域(例如透镜232的顶面(t)的未处理的中央区域(c))上。然后，固化树脂220以将成像器模块230固定在框架210中，同时还防止成像器模块230的边缘处的光学品质降低或碎裂。
52.图10a和图10b图示了形成根据本公开的另一示例实施方式的摄像模块200的详细示例。如图10a和图10b所示，成像器模块230置于框架210中以被树脂220包围，以上参照图6说明了用于该放置的示例处理。然而，在该放置之前，并且如图10a的部分(i)和(ii)所示，通过例如图案化和蚀刻在晶圆302中形成槽310。在形成这些槽310之前或之后，可以在晶圆302的表面上形成切割线304以表明在哪里将透镜晶圆302切割或划片成单个成像器模块230。透镜晶圆302可以包括一层或多层结合在一起的玻璃以及图像感测电路236。优选地在切割/划片成单个成像器模块230之前，图像感测电路236被布置在相应的透镜232下方并贴附到相应的透镜232。在作为部分(i)的线d-d'处截取的截面的部分(ii)中示出的是未切割的透镜晶圆302组件中的组装后的透镜232和图像传感电路236以及焊点240，并且示出了通过组件的厚度的切割线304。
53.在晶圆302被切割或划片成单个成像器模块230之后，槽310最终位于各成像器模块230的透镜232的顶部的端面处。应该注意，虽然上述方法在切割或划片之前形成槽，但实施方式不限于此，在其它实施方式中，槽310可以在晶圆被切割或划片之后形成。
54.在该示例实施方式中，槽310形式的结构特征突出到或形成在透镜晶圆302的顶面中，并且在透镜晶圆302的顶面(t)和侧面(s)的周界处形成边界。在单个成像器模块230中，槽310形成到透镜晶圆302的主体中并且具有分别标记为ds和d
t
的沿着侧面(s)和顶面(t)的尺寸。在图10a的部分(iii)的截面侧视图中，仅示出了示例四边形成像器模块230的四个边中的两个边上的槽310。然而并且如图10b中的部分(va)和部分(vb)中的俯视图所示，槽310形成封闭区(即顶面(t)上的中央区域(c))的外周，并起到屏障或坝的作用，以防止树脂覆盖透镜232的顶面(t)的全部或部分中央区域(c)。图10b中的部分(va)是对应于图10a中的部分(iii)的俯视图，并且图10b中的部分(vb)是对应于图10a中的部分(iv)的俯视图。图10b中的从部分(va)到部分(vb)的箭头表示将成像器模块230布置在框架210的凹部212内并且将树脂220添加到成像器模块(例如，侧面(s))和框架210的至少一个或多个侧壁218之间的间隙，使得树脂220存在于槽的至少一部分中，或者树脂220涂布槽310的整个表面并且树脂的边缘与槽310的表面与顶面(t)相接的界面(即图10a的部分(iii)和部分(iv)中所示的位置312)一致的处理。
55.在一些方面，由槽310形成的外周是连续结构，但是也可以使用间断结构，只要任何间断仍然允许形成外周的槽310起到屏障或坝的作用，以防止树脂覆盖透镜232的顶面(t)的全部或部分中央区域(c)并且保持成像器模块的成像功能即可。槽310的示例间断结构示于图10b的部分(va)和部分(vb)中的区域(o)。
56.如上所述并且类似于参照图8a和图8b以及图9a和图9b说明的示例实施方式，在切割或划片晶圆302之后，各成像器模块230均可以置于框架210内并且被焊接到配线图案214。
57.在其它实施方式中，树脂220被填充在间隙中直到树脂220完全覆盖槽310的表面，从而覆盖透镜232的侧面(s)和边缘(e)上的碎片和/或碎裂和/或其它缺陷。然而，在示例实
施方式中，树脂220不会流到成像器模块230的顶面(t)上。然后，树脂220被固化以将成像器模块230固定在框架210中，同时还防止成像器模块230的边缘处的光学品质降低或碎裂。
58.在一些实施方式中，根据树脂220在填充间隙期间的化学性质和在固化期间的变化，固化的树脂220的表面可以保持在包含顶面(t)的平面下方。
59.在其它另外的实施方式中，表面特征和表面改性特征两者可以组合在同一摄像模块200中，其中出现的一些或所有特征与关于图8a至图8b、图9a至图9b和/或图10a至图10b所公开的实施方式相关联。
60.尽管透镜232被图示为具有平面顶面(t)和平面侧面(s)的形状，但是透镜232可以具有替代形状，诸如具有圆形顶面和单个侧面的圆柱体、或具有多边形顶面和n个侧面的多边形(其中n边对应于多边形的类型，并且n等于或大于3)。在一些实施方式中，侧面(s)是平面的并且相对于顶面(t)和/或图像感测电路236的基板垂直；在其它实施方式中，侧面(s)相对于顶面(t)和/或图像感测电路236的基板成角度。另外，在一些实施方式中，侧面(s)是平面；在其它实施方式中，侧面(s)为凸的、凹的或其组合。在表征透镜面的形状和几何关系时，没有考虑诸如碎片和/或碎裂(其示例在图7中的区域(d)处示意性地示出)的机械损伤的出现。
61.尽管已经结合本发明的示例实施方式说明了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附的权利要求中限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行未具体说明的添加、删除、修改、组合和替换。因此，只要添加、删除、修改、组合和替换在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明就旨在覆盖本公开的添加、删除、修改、组合和替换。