Camera Module

Camera Module是指在智能手机等移动设备、汽车、智能家电中拍摄照片及视频的产品。在其所有应用领域中,要求高画质、小型化、超薄化、低功耗、高可靠性,因此需要高水平的技术。三星电机以保有 Lens、Actuator及PKG技术为基础,是唯一一家拥有世界最顶尖Camera Module设计及生产所需的核心技术的企业。

应用领域
智能手机、平板、游戏机、TV、汽车
  • Lens - Slim Bright Lens High CRA
  • SW - AF/OIS Image Examination Calibration
  • New Tech. - Multi Camera New Actuator New Lens
  • Manufacturing - Full Automation High Cycle & Assemble Low tilt PKG tech.
  • Synergy- PCB, Mold, Drive IC FA (Failure Analysis) tech.
  • Sensor - Evaluation Sensor Performance New Sensor Tech.
  • Zoom- High Performance Optical Zoom
  • OIS/AF- High Performance OIS/Closed Loop AF Ball Guiding Act.

三星电机移动设备Camera Module产品简介

三星电机自主设计及生产Lens、Actuator、PCB等核心零件,生产移动设备及汽车用 Camera Module。

Wide Camera Module

Wide Camera Module
108M OIS/AF Camera Module

该款产品是能够实现108M 高清拍摄的超薄化 手机用 OIS/ AF Camera Module。采用1亿像素 Nona传感器,在低亮度环境中也能有效应对,因传感器尺寸增大而采用大口径Lens时,随着尺寸及重量增大,采用了耐冲击及可靠性高的Actuator。

  • Module : 108M, FOV 100
  • Lens : Super Resolution Lens
  • OIS : Super OIS (Ball Guide)
  • Zoom : x1 ~ x4 (Crop Zoom)
108M OIS/AF Camera Module
Sensor Resolution 108M
Format 1/1.33”
Pixel Size 0.8um
Lens Constitution 7P
FOV 79.5°
F# 1.8
TTL 7.8mm
Actuator Type OIS/AF

Tele Camera Module - Vertical

Tele Camera Module - Vertical
13M 2x OIS/AF Camera Module

该Camera Module作为普通模组类型,采用了超小型2倍光学Zoom及防抖(OIS)功能。

  • Module : 13M 2x OIS Module
  • Ball Guide Actuator
  • Sensor : 1/3.42”
  • OIS D-IC inside of Module Head
13M 2x OIS/AF Camera Module
Sensor Resolution 13M
Format 1/3.42"
Pixel Size 1um
Lens Constitution 6P
FOV 45°
F# 2.4
TTL 5.42mm
Actuator Type OIS/AF/Zoom

Tele Camera Module - Folded

Tele Camera Module - Folded
48M Folded Tele Camera Module

该款产品是为实现手机用DSLR 水平的高画质、高倍光学 Zoom功能,而提供超薄/超小型 Tele Zoom(望远变焦)功能的Folded Type Camera Module。世界最早使用 2轴棱镜 Tilt OIS及高画质 Slim Lens,实现了高度超薄化。

  • Module : 48M, 6.9T, Folded Type
  • ZOOM : 4.1x Optical Zoom
  • OIS : Prism X, Y Tilting Stabilization
  • AF : Ball Guide Lens Moving
48M Folded Tele Camera Module
Sensor Resolution 48M
Format 1/2.0”
Pixel Size 0.8um
Lens Constitution 5P
FOV 23.5°
F# 3.5
TTL 18.51mm
Actuator Type OIS/AF/Zoom

Ultrawide Camera Module

Ultrawide Camera Module
12M Ultrawide AF Camera Module

该产品与普通手机用相机(75°视场角)相比,是能够在画面中装下更加宽广空间的光学相机模组(124.5°视场角) ,通过自动对焦功能,提供具有超宽背景画面的鲜明画质影像。

  • Module : 12M Ultrawide
  • Auto-Focus
  • FOV : 124.5°
  • 16.4mm Eq. Lens
12M Ultrawide AF Camera Module
Sensor Resolution 12M
Format 1/2.56"
Pixel Size 1.4um
Lens Constitution 6P
FOV 124.5°
F# 2.2
TTL 6.2mm
Actuator Type Ball guide AF

Lineup

可应用于多种产品,可与多种传感器产品、OIS/AF及 Optical Zoom等多种功能结合。

* 点击盒子可查看产品的详细信息。

12M Ultrawide AF Camera Module
Sensor Resolution
~12M 13M 16M 20M 48M 64M 108M
Single
Dual
Triple
Quad

Camera Module主要核心技术

基于高画质、高倍率、超薄化,实现新用户体验极大化

三星电机拥有Camera Module核心零件 Lens、Actuator和 PCB 的高精密设计技术和量产技术。 以高分辨率 Slim Lens 技术、高性能小型 Actuator 技术、弯曲型(异型)PCB 最优设计技术、模组 PKG 技术为基础,提供多功能的 High-End Camera Module。

Actuator

Actuator是Camera Module内使 Lens高速上下左右移动,实现聚焦或防抖功能的零件。其主要功能有AF、OIS和光学变焦等。

AF (Auto-Focus)
使Lens位置移动到最佳焦点位置的功能
OIS (Optical Image Stabilizer)
感知手抖程度,保证 Lens位置的功能

Advanced Ball Guide Actuator

三星电机Camera Module产品采用 Ball Guide 方式。通过这一方式,较于 Suspension 或 Spring 支持方式,能够实现大重量 Lens零件的 AF、OIS 驱动。另外,在 OIS 驱动时,将 X、Y Stage化,采用 2轴 Ball Guide,各轴驱动时,排除Cross-Talk,消除Rolling 现象。驱动速度及准确性很高,在节省电池损耗方面也具备优势,同时确保了高可靠性。

  • Ball Guide 结构 (高可靠性、高性能)
  • 相较于其他方式耐冲击、可靠性更强
  • 高画质趋势下实现大重量 Lens 驱动
  • 通过Lens 移动轴的结构性分离保障高精密驱动
  • 通过工序最少化实现产能提升及故障模式最少化
  • Closed Loop 方式 OIS & AF 精密控制
  • 最适合手机的低功率驱动器
Type Ball Guide Spring & Wire
Structure
Settling Time (Relatively) Short Long
Crosstalk No Yes
Weight Limit Over 1000mg Below 1000mg*
Power Consumption Low High
Compensation Angle High (1.5˚) Low (1.0˚)

* 冲击时出现 Spring 变形及断线

Zoom Actuator

Zoom Actuator是实现光学变焦的零件。光学变焦是指利用多片 Lens,调节多种倍率的功能。因此与数码变焦不同,即使将远处的拍摄对象扩大,也能拍摄出清晰、鲜明的照片。相较于当前的直筒(Vertical)方式,Zoom Actuator采用的是能够实现高倍变焦的折叠(Folded)方式。

  • Small & Slim Folded(折叠光学器应用) 高倍 Zoom 模组
  • 凭借Prism Tilt + Ball Guide 结构轻松确保高倍率、高性能
  • 性能可扩展性 : Long Stroke 可应用于多段 Zoom、2D Scanner
  • 通过采用Ball Guide 结构可应用于大重量 Lens
  • 通过工序最少化实现产能提升及故障模式最少化
  • 通过引进Closed Loop方式的控制体系保障高精密度

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。

实现相机无突出高倍光学变焦

Lens

Lens是指手机收集拍摄对象发散出来的光,在 Sensor中形成拍摄对象图像的产品。最近为应对作为智能手机相机使用而上市的 Wide、Tele、Ultrawide、高倍 Zoom 等Camera Module,正在研发多种产品系列。

  • 高分辨率 Slim Lens 核心技术
  • 实现高画质所需的 Lens 设计技术
  • Sub-micron 尺寸的超精密模型生产及组装技术
  • 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
  • 可达12M, 48M, 108M,多种高画质 Lens的超薄化
  • 世界首先实现 7p Lens 量产
  • 世界首先实现 Folded Camera Module用 D-cut Lens 量产
  • * 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 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。

光轴偏转 / 方向组装 / 光轴最优化

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。

  • PCB 设计核心技术
  • PCB 薄板化结构 (FR-4 0.3T, FR-4 Cavity 0.25T, Metal Cavity 0.15T)
  • Warpage 解析自动化
  • 3D Warpage Scan
  • 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。

Item Picture Thickness
FR-4 Normal PCB 0.3
Organic Cavity PCB
(Cavity FR-4 材质)
0.4
(Cavity 0.2)
Metal Cavity PCB
(Cavity Metal 材质)
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。

  • Resistance [mΩ] 分析
  • Coupling Coefficient [%] 分析
  • MIPI Impedance 分析

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。

  • 通过公司内置化及精密技术确保高产能
  • Slim PKG 技术开发
  • 高精密组装技术及设备内置化
  • 高分辨率产品所需的高精密组装(Active Alignment) 技术及设备开发
  • 产品特性评价自动化产线 / Particle 检查自动化

COB

COB(Chip on Board)是将半导体芯片附着在 Rigid PCB 上,再通过 Wire Bonding连接 PCB和传感器的 PKG 工艺。该方式可实现自动化及产品的规格化,具有很高的可靠性,是广泛应用于半导体及各种设备生产中的方式。三星电机为提升 Camera Module生产工序中产生的光轴(Optical Axis)及成像面(Imaging Plane)的整合精密度,自主开发并采用了多种工艺。

COB 工艺的代表性工序如下。

COB
Process Item Picture Description
Die Attach 将Die 状态的 Image 传感器粘合组装到 PCB
Wire Bonding 连接Wire使PCB与 Image 传感器间的电信号相通
Cleaning 清除PCB与传感器上的异物
Housing Attach 在PCB上粘合安装 Housing

*μm代表um

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