摄像头模组的原理及工艺简介

摄像头模组是一个光、机、电、软硬件集成的复杂系统，制作工艺中对各工段的配合和技术掌握有较高要求，小编将对模组的原理及工艺作简单的介绍。被拍摄景物的光线通过镜头，将生成的光学图像投射到图像传感器上，然后光学图像的光信号通过光电二极管转换成电信号，这时获得的电信号是模拟信号，然后通过模数转换电路（A/D）转换成数字信号，并对信号进行初步的处理并输出，这时获得的数据是RAWdata，打个比方就相当于我们用以前交卷拍照获取的胶片一样，然后数据通过ISP进行处理，相当于把胶片进行的冲洗，最终转换成手机屏幕上能看到的RGB图像。下面我们以小黄鸭成像为例，详细介绍手机拍照的成像过程，小黄鸭的反射光通过镜头投到图像传感器，首先通过RGB整列滤光片，然后RGB光线照射到图像感光电路整列，输出图像的电信号rawdata进行一系列的处理，包括固定图像校准、黑电平控制、降噪、平滑插值缩放、防晕光空间畸变处理等，最后进行编码输出到后段ISP处理系统，经ISP处理后成为我们看到的显示图像。我们经常看到相同硬件的摄像头模组，不同厂家拍出来的效果差异很大，最大的差异就来自于对图像的优化处理，这也是一个手机品牌厂家拍照能力优化水平的体现。图像传感器，即ImageSensor，是摄像头模组的关键组件，也是摄像头模组成像的核心部件。图像传感器是芯片工艺，其加工与周转都是以单张8寸或12寸晶圆（Wafer）的形态作业，如左图单张晶圆是粘贴在崩在铁环的蓝胶带上周转，通常根据图像传感器单品尺寸的不同，单张晶圆上包括数千颗Sensor单品。如右图依次为图像传感器单品、单品未切割前的单张晶圆、以及晶圆的包装盒形态。接下来我们看下图像传感器（Sensor）内部是结构是什么样的。左边是一颗Sensor的细部构造图，最外围是PadRing金手指，其次是各种复杂的逻辑电路，包括内部模拟信号处理电路、模数转换电路、时序控制电路、和外部的数字信号接口处理输出等等电路。中间区域就是图像传感器关键的感光区域，也是RGB像素排列整列区域。那每一个像素是什么样的结构，我们通过右侧来了解下。我们把单个像素pixel就像一个豆腐块一样切出来，可以看到sensorz向看分为四层，最上层是MicroLens，聚光以加强光照强度，其次是RGB绿光层，然后是电路层，进行光电转换、信号放大等，最底层就是硅基层。镜头是摄像头模组成像的光学器件，通常采用的是树脂非球面镜片，黑料通常用PC料，白料通常采用APL\OKP4等树脂材料。镜头的作用是将被摄物体的影像呈现到图像传感器上。主要参数有：焦距、物距、像距、光圈F/N、TTL(镜头端面到芯片成像面距离）、视场角FOV等。

镜头可以只由一个镜片组成,但由于光学原因,单个镜片的成像不可避免的存在色差、球差、彗差、像散等等一些列像差问题，尤其在边缘部分，成像很差，而多个镜片的组合可以在一定程度上校正像差。所以通常我们手机摄像头的镜头根据不同要求，镜片数包括3P、4P、5P、6P等。关于镜筒的生产流程为：原料投入、原料烘烤、注塑成型、切割、装Tray。关于镜片的生产流程：原料投入、原料烘烤、注塑成型、切割、装Tray、镀膜。镜头的组装流程：镜筒/镜片材料准备、自动组装、功能测试、外观检查、包装。摄像头马达，通常是指音圈马达，即VCM，其主要作用是通过微距移动整个镜头，改变焦距，实现清晰影像。马达的主要原理是在一个永久磁场内，通过改变马达内线圈的直流电流大小，来控制弹簧片的拉伸位置，从而带动镜头上下运动。手机摄像头广泛的使用VCM实现自动对焦功能，通过VCM可以调节镜头的位置，呈现清晰的图像。音圈马达爆炸结构如图所示，组成组件从左向右依次为：外壳（Shieldingcase）、前垫片（FSpacer）、前簧片（FSpring）、磁铁（Magnet）、线圈（Coil）、载体（Carrier）、后垫片（BSpacer）、后簧片（BSpring）、基座（Base）。音圈马达（VCM）的组装流程如图所示，主要分成三个子组装工序，分别为铁壳组装、载体组装、马达组装。关于CCM（CMOS摄像头模组）生产制程分前后段，前段COB封装的环境空气洁净度要求为：百级，整个车间有系统的空气过滤及隔离排风装置，进入车间必须着无尘服，以减少对空气的污染。一个微小的异物颗粒落在模组内部，都有可能会产生拍照黑点黑团不良，因此生产环境洁净度管控是COB制程很重要的管理工作。后段测试制程环境要求千级甚至万级，因为模组已经封装完成，异物落入模组内部的几率已大大降低。接下来我们以AF模组为例，介绍CMOS摄像头模组的生产工艺流程。图为AF模组的生产工艺流程图，简单概括为如下步骤：原物料清洗、DieBond、WireBond、oldMount、Lens/VCM组立、Lens/VCMMount、后段测试。DieBond制程，利用DA胶将Sensor与PCB基板通过晶圆贴附设备进行固定，D/B前需注意事项：机台参数﹑晶粒背面是否有裂痕﹑DA胶是否在使用期限内(使用期限24小時)﹑Wafer是否过期(超过2小时要重新清洗)﹑吸嘴的大小﹑机台气压(0.6~0.9MPa)等。如图依次为DieBond前的PCB、DieBond过程中PSB上打上红胶、DieBond后Sensor单品贴附在PCB上的物料状态。待贴附Sensor的PCB装在载具上从DieBond机的左侧轨道传送，正上方的点胶装置依次在PCB上打“十”字型红胶，DieBond机的右侧吸嘴将Sensor逐个先传送到中转台，然后另一个吸嘴将Sensor精确定位放置在对应的PCB上，DieBond过程完成。整个DieBond过程中，打胶、Sensor放置均有PR影像系统进行精准定位，保证组立的位置精度。整个DieBond过程中，打胶、Sensor放置均有PR影像系统进行精准定位，保证组立的位置精度。PR影像系统对Sensor的X\Y\TILT偏移量进行实时的监控，同时系统中有预设的管控线，如监控到超出预设规格，会及时停机报警。WireBond是利用全自动焊线机用高纯金线，把SensorPad与PCBPad的接口健合，金线为纯金，掺杂银、钯、镁、铁、铜、硅等元素，掺杂不同的元素可以改变金线的硬度、刚性、延展度、电导率等参数。W/B前需注意事项：机台参数﹑瓷嘴寿命,机台气压,金线是否刮伤等。WireBond过程是一个极其复杂的过程，它汇集了计算机控制技术、高精度图像识别处理技术（PRS）、高精度机械配合、自动控制反馈等高科技。WireBond过程依次为：往瓷嘴穿金线，放电形成金球模型，瓷嘴的CD部夹紧金球模型下降，施加一定时间的压力·超声波，形成第一焊点，移动瓷嘴形成金线弧度（向第二焊接点移动），施加一定时间的压力·超声波形成第二焊点，在夹子开着的状态瓷嘴上升到一定的高度，夹住金线留出一定长度的金线，把金线拉断，形成第二焊点，形成金线尾部有一定长度，放电形成新的金球模型。WireBond后半成品装在载具上从自动机的左侧轨道传送，正上方的点胶装置依次在半成品外圈画胶，自动机的右侧吸嘴将IR/支架组件逐个先传送到中转台，然后另一个吸嘴将组件精确定位放置在对应的待装品上。上工序完成后的半成品从自动机左侧轨道传送过来，正上方的两个胶管进行点胶，在产品的四周画一圈胶，两个胶管进行相同的作业，以提升画胶效率，载具上的产品画胶完成后传送下去。自动机的右侧为Lens/VCM组件上料装置，组件从料盘逐个被吸附到中转盘，然后再被吸附进行组装。整个过程中，画胶定位、Lens/VCM定位均有PR影像系统测算控制，保证作业精度。镜头与马达自动锁附，右侧吸嘴先吸取一颗镜头，再右移至微调系统进行方向微调，然后对镜头吸取精度进行检测，确认后自动控制系统左移将镜头放置在旋转台上，同时左侧吸嘴从马达料盘吸取一颗马达移至待旋的镜头正上方并降至适当高度，下方的旋钮系统启动将镜头旋入马达，旋转完成后吸附放置在左侧完成品料盘。摄像头模组前段组装制程完成后，完成品被周转至后段测试车间，经过调焦、功能测试（分辨率测试、污黑点测试