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Camera Module

主要核心技术

以高画质、高倍率、超薄化为基础
实现新用户体验极大化

三星电机具备 Camera Module的核心零部件Actuator 高精密设计技术和量产技术。
以可采用高分辨率 Lens的高性能 Slim Actuator 技术为基础,提供多种功能的 High-End Camera Module。

Actuator

Actuator是相机模组内使 Lens上下左右快速移动对焦或实现防手抖功能的零件。主要功能包括 AF、OIS、Iris (光圈)、光学变焦等。

AF(Auto-Focus)
将Lens移动到最佳焦点位置,使被拍摄物体
清晰显示的功能
OIS(Optical Image Stabilizer)
感知细微的相机抖动,将 Lens调整到
抖动的反方向位置,防止图像晕染的功能
IRIS(光圈)
调节光量,用最佳的照度与深度拍摄的功能

Advanced Ball Guide Actuator

三星电机Acutator产品采用最优设计的Ball Guide方式。由此,与Suspension或Spring支撑方式相比,可实现大重量Lens零部件的AF、
OIS精密驱动。另外,OIS驱动时,将支撑部分X、Y Stage化,采用2轴Ball Guide,各轴驱动时排除Cross-Talk,消除Rolling现象。
驱动速度及位置精密度优秀,在减少电池消耗方面也具备优势,确保了高可靠性。

  1. Ball Guide 结构 (高可靠性、高精密)
  2. 通过结构最优化及简化的生产性提升及故障状态最小化
  3. 与其他方式相比耐冲击可靠性优秀
  4. Closed Loop 方式 OIS & AF 精密控制
  5. 可根据高像素趋势实现高像素 Lens 精密驱动功能
  6. 采用最适合移动设备的结构实现低电力驱动功能
Advanced Ball Guide Actuator Type,Ball Guide,Spring & Wire
Type Ball Guide Spring & Wire
Structure
Settling Time (Relatively) Short Long
Crosstalk No Yes
Weight Limit Over 1000mg Below 1000mg*冲击时出现 Spring 变形及断线
Power Consumption Low High
Compensation Angle High (1.5˚) Low (1.0˚)

* 冲击时出现 Spring 变形及断线

光学变焦 Actuator

光学变焦是指利用多个Lens调节多种倍率,与数码变焦不同,即使以高倍率拍摄远处的被拍摄物体,也能拍出清晰鲜明的照片。
有光路径直标准的直通(Vertical)方式和像潜望镜一样弯曲光路径拍摄高倍率变焦的折射(Folded)方式。

  1. Slim & 高画质 Folded (弯曲光学界应用)及高倍率 Zoom 模组
  2. Ball Guide 结构,可采用 Big Sensor用大重量 Lens
  3. Prism OIS + Ball Guide 结构,可轻松确保高倍率、高分辨率
  4. 组装Lens Optical Align确保高分辨率
  5. 性能扩张性简单: 适用Long Stroke ,可适用多端 Zoom、Super Macro、Lens Lead
  6. 通过引用Closed Loop 方式的控制系统,保障高精密度

Vertical vs Folded

直筒(Vertical) 方式是当前普遍使用的结构,要想实现高倍光学变焦就需要确保长焦距离,因此Camera Module的高度就要增高,
这也成为了阻碍智能手机设计的一大要因。所以,这种方式的Camera Module在实现高倍光学变焦时存在局限,通常只能支持光学
2~3倍变焦。折叠(Folded) 方式结构则是应用潜望镜原理,通过棱镜折射,使折射的光线通过横向排列的 Lens和 Sensor的结构。
通过这一方式无需增加Camera Module厚度,也能确保长焦距离,可以实现高倍光学变焦。

在直筒方式中,随着倍率增加,Camera Module的高度也会随之增加,在光学变焦5倍的情况下,高度将增加到手机上无法安装的程度。折叠方式则可实现Camera Module无突出,超薄设计和高倍变焦。

Lens

Lens是收集从被拍摄物体发出的光并将其传输到ImageSensor的零部件,使之成像。移动设备用对应Wide、Tele、Ultrawide、Front、
高倍率Zoom相机模组,汽车用对应Rear View、Surround View、e-Mirror、Front Facing、Interior相机模组,确保了多种产品阵容。

  1. 高分辨率 Slim Lens 核心技术
  2. 48M, 50M, 108M, 200M等各种高像素 Lens的超薄化
  3. 实现高画质所需的 Lens 设计技术
  4. 世界首先实现 7p Lens 量产
  5. Sub-micron 尺寸的超精密模型生产及组装技术
  6. 世界首先实现 Folded Camera Module用 D-cut Lens 量产
  7. 光学/光用具设计 → 模型设计/生产 → 构建Lens 注塑/组装综合生产体系

* Sub-micron : 直径 0.2~0.1um, 1um=0.0001cm

Lens 配件

Lens 配件一般由 Barrel、Lens、Spacer的3种零件构成。Barrel相当于是采用各种零件的 Case作用,Lens的作用是将光传到传感器,
使之聚合成像,Spacer的作用是保持 Lens间的距离,为防止出现 Flare、Ghost,阻断不必要的光线。

* Flare : 光在 Barrel 内部反射,或因拍摄对象太亮导致的散射而看起来模糊的现象

* Ghost : 强光反射到 Barrel 内部或 Lens 面等,在与光源对称的位置留下残像的现象

Lens 单品规格对决定Camera Module分辨率会产生直接影响。为获得优秀的分辨率,对以下的 Lens 单品规格进行了
Sub-micron 单位管理。

Lens Measurement Item
Lens Measurement Item 说明
Decenter Lens两面中心间的距离
Concentricity Lens外径中心与Lens有效面中心间的距离
Rib Thickness 凸面(Lens有效径外部面)的厚度
SAG 从Lens的凸面(组装标准面)到Lens弯曲点的距离
Central Thickness Lens中心部的厚度

为实现高分辨率,Lens 单品规格的管理固然重要,但更重要的是要使在各零件的组装过程中出现的光轴偏转最小化。
通过旋转各Lens的方向组装,可对偏转的光轴进行整合,由此呈现清晰的图像。

PCB

PCB由 PSR、铜箔、绝缘材料等多种材料构成,PCB 上安装有 Actuator、Sensor和电路元件,通过零件间的有机
电路动作传送数字图像。Camera Module中采用了电子产品的密集空间中以折叠形态安装的 Rigid- Flexible PCB和为实现
Camera Module Actuator内部安装的 Flexible PCB。

  1. PCB 设计核心技术
  2. PCB 薄板化结构 (FR-4 0.3T, FR-4 Cavity 0.25T, Metal Cavity 0.15T)
  3. 3D Warpage Scan
  4. Warpage 解析自动化
  5. Electrical 模拟

PCB 薄板化结构

移动设备的技术环境正在向高功能化、超薄化方向高速发展,Camera Module的超薄化要求具备减小构成零件厚度的技术。
PCB通过实现减小图像传感器实装部分背面厚度的 Cavity PCB,来应对Camera Module的超薄化需求。

  • FR-4 Normal PCB
    Thickness: 0.3
  • Organic Cavity PCB
    (Cavity FR-4 材质)
    Thickness: 0.4(Cavity 0.2)
  • Metal Cavity PCB
    (Cavity Metal 材质)
    Thickness: 0.4(Cavity 0.15)

Warpage 解析自动化

PCB的弯曲(Warpage) 管理作为影响Camera Module光学设计的重要因素,是高画质Camera Module所需的主要技术。
Warpage 解析基于 CTE Mismatch 理论,研究解析方法论,提供更高的预测准确度,通过解析建模、最优算法开发及程序开发等,
实现解析全过程自动化。以此得出最佳结果并在设计中反映。

* CTE(Coefficient of Thermal Expansion) : 热膨胀系数,一定压力下物体的热膨胀与温度间的比例

Electrical 模拟

Camera Module的技术进步要求高速的信号传输和低功率,同时还要求低功率零件的开发和即使在 PCB设计中也要将
损耗降到最低的设计。通过传输线的 Electrical 模拟,更加准确地预测这些损耗,寻找设计改善点并反映出来。

  1. Resistance [mΩ] 分析
  2. Coupling Coefficient [%] 分析
  3. MIPI Impedance 分析
  4. S-Parameter 解析

Module PKG

Module PKG是通过光学零件的安装、接合及检查评价来实现Camera Module性能最优化的技术。

  1. 通过高速自动设备实现高生产性
  2. 高品质产品所需的精密组装工艺 (Active Alignment)
  3. 超薄型产品所需的 Slim PKG工艺、技术
  4. 产品特性评价及Particle检查工序的自动化 (Full Automation)
  5. 高精密工艺设备自主开发
  6. 清洁度优秀的产品生产环境 (10class)

COB

Cob(Chipon Board)是将Image Sensor附着到Rigid PCB上,然后通过Wire Bonding,连接PCB和Sensor的PKG工艺。可实现自动化及产品的规格化,可靠性优秀,在半导体及多个设备制造上广泛使用的方式,三星电机为了生产世界顶级相机模组,正在自主开发并应用多种工艺。

COB 工艺的代表性工序如下。

  • 1. Die Attach
    将Image Sensor接合到 PCB
  • 2. Wire Bonding
    为使Image Sensor与 PCB
    之间点型号相通连接Wire
  • 3. Cleaning
    去除PCB和 Image Sensor
    上的异物
  • 4. Housing Attach
    将Lens附着的 Housing与
    Image Sensor精密组装
    (Active Alignment)
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