1 mm² Bildsensor ermöglicht kleinste Digicam der Welt

Mit einer Fläche von 1 mm² verfügt das weltweit kleinste Kameramodul Naneyem von AMS Osram über einen volldigitalen Ausgang. Die für den Bildsensor nötige Leiterplatte hat AT&S mit Hilfe der Embedded Component Packaging Technologie entwickelt. Die Mini Digitalkameras eignen sich für Wearables wie VR Brillen oder Smartphones und für medizinische Geräte. So folgen sie dem Trend zu Einwegendoskopen, die besonders in der Covid-10 Pandemie in der Bronchoskopie benötigt werden.

Inhalt des Fachartikels

• Kameramodul für Einweg Endoskope
  • Hersteller der Bildsensor Leiterplatte 
  • ECP Technologie für die Hightech Leiterplatte
• Kameramodul mit Chip on Tip Ansatz
  • 1 Pixel empfindliche Sensoren
• Was ist Embedded Component Packaging
  
  

Kameramodul für Einweg Endoskope

AMS Osram erweitert sein Naneye Portfolio um das Naneyem Kameramodul für die medizinische Einweg-Endoskopie. Die hohe Auflösung entspricht aktuellen Marktstandards – allerdings bei kleinster verfügbarer Baugröße im Bereich der digitalen Endoskopie Kameramodule.

Endoskopische Verfahren wie die Bronchoskopie verzeichnen derzeit eine Beschleunigung beim Übergang von wiederverwendbaren zu Einweg Bronchoskopen. Nicht zuletzt hat die Covid 19-Pandemie hier eine erhöhte Nachfrage ausgelöst. Für solche Einweganwendungen, die ein hohes Maß an Sterilität gewährleisten und die Wahrscheinlichkeit einer Kreuzkontamination verringern, wurde das Kameramodul entwickelt. Die geringen Abmessungen von 1,0 x 1,0 x 2,7 mm ermöglichen den Einsatz des Sensors auf kleinstem Raum.

„Dank seiner platzsparenden Größe ist das Naneyem für den Einsatz in Bereichen mit starken Größenbeschränkungen wie Einweganwendungen in der Bronchoskopie, urologischen Endoskopie oder endoskopischen Eingriffen in der Niere gemacht“, sagt Dina Aguiar, Marketing Manager bei AMS Osram. „Die Kombination mit der erforderlichen hohen Bildqualität macht die Kameras zu einer einzigartigen und attraktiven Lösung für den schnell wachsenden Markt für Einweg Endoskope.“

Hersteller der Bildsensor Leiterplatte 

Kleiner als ein Reiskorn, leichter als eine Briefmarke, aber leistungsfähiger als alle bisher dagewesenen Bildsensoren seiner Art ist der verwendete Bildsensor. „Der Bild Sensor schafft nicht nur aufgrund seiner Auflösung von 100.000 Pixel scharfe Bilder, sondern er hat durch unsere smarte Verbindungsarchitektur auch einen geringen Stromverbrauch“, sagt Markus Maier, Global Account Manager bei AT&S. Das österreichische Unternehmen hat für den Sensor die Leiterplatte entwickelt. Der Entwickler des Sensors AMS Osram ist ein weltweit führender Anbieter von optischen Lösungen, ebenfalls mit Hauptsitz in Österreich. Beide Unternehmen haben bereits in der Vergangenheit in Technologieprojekten zusammengearbeitet.

Kameras mit CMOS Sensor für Medizintechnik und Life Science

Der Digicam Sensor bietet einen digitalen Video Output und ermöglicht jede Art von Visual Sensing für mobile Anwendungen von Digitalkameras. Das Naneye Kameramodul ist eines der ersten Produkte, in dem die Leiterplatte integriert wird. Neben der weltweit kleinsten digitalen Kamera ist der Anwendungsbereich der Bildsensoren aber weitaus breiter. Die Sensoren bieten sich zum Beispiel an für das Eye-Tracking in VR-Brillen, für Kameras in Smartphones und in anderen Waearebles. 

ECP Technologie für die Hightech Leiterplatte

Das AT&S Hardware Design Team von AISS (Advanced Interconnect Solution Services) hat das Layout der Leiterplatte erstellt. Das Verbindungsdesign wurde mittels der Embedded Component Packaging (ECP) Technologie realisiert. Diese ermöglicht es, dass aktive und passive Komponenten in laminatbasierten Substraten, sprich Hightech Leiterplatten, auf kleinstem Raum integriert werden können.

„Statt die Bauteile auf der Leiterplatte zu platzieren, werden sie in die Leiterplatte integriert. Sie verschwinden quasi im Inneren der Leiterplatte“, sagt Herr Maier. Zudem sei das Naneye-Projekt ein Beispiel für künftige Produkte, wie sie AT&S häufiger anbieten wird. „Dieses Produkt passt perfekt in unsere Strategie und zeigt auch auf, wohin unsere Reise gehen wird“, erklärt Günter Köle, Director Advanced Interconnect Solution Service bei AT&S. „Wir entwickeln künftig nicht nur Verbindungslösungen, mit denen wir einer der globalen Technologieführer geworden sind, sondern wir werden zu einem Anbieter von Komplettlösungen“, sagt Günter Köle.

Kameramodul mit Chip on Tip Ansatz

Das Kameramodul verwendet einen sogenannten Chip on Tip Ansatz, bei dem Optik und Bildsensor an der Spitze des Gerätes bzw. dem distalen Ende platziert werden. Als Resultat erhält man eine deutlich bessere Bildqualität, als wenn sich das Kameramodul am anderen, proximalen Ende befindet. Das Naneyem ist ein voll integriertes Bildgebungsmodul. Dank seiner Multielement-Optik auf Wafer-Ebene liefert es qualitativ hochwertige Bilder. Es wurde speziell für optimale Leistung auf kurze Distanzen entwickelt. 

Vision Sensor löst viele Aufgaben in der Fabrikautomation

Das Objektiv kombiniert ein breites Sichtfeld FoV mit einer erweiterten Tiefenschärfe DOF. Es reduziert Verzerrungen und liefert ein scharfes, genaues Bild. Die Digicam hat eine digitale serielle Schnittstelle für Low Voltage Differential Signaling (LVDS). Diese ermöglicht ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Somit kann die Digicam über lange Kabellängen Bilder übertragen, ohne Signalintegrität zu verlieren und ohne, dass das Rauschen zunimmt. 

1 Pixel empfindliche Sensoren

Die Digicam bietet eine Bildrate von bis zu 49 fps (Bilder pro Sekunde). Die Anzeige ist flüssig und verzögerungsarm über eine Vielzahl von Standardschnittstellen bei niedrigem Stromverbrauch. Die Bildsensoren basieren auf einem Pixel mit hoher Empfindlichkeit. Dadurch ist eine geringere Beleuchtung erforderlich und eine Wärmeentwicklung an der Spitze des Geräts wird eingedämmt. 

CMOS und CCD Zeilenkameras mit maximaler Empfindlichkeit

Ein passendes Kabel ergänzt das Kameramodul. Es ist bis zu einer Länge von 3 m konfektionierbar. Das Kabel sorgt für eine reibungslose und nahtlose Integration in das endoskopische Gerät. An der Kamera Spitze können zusätzliche LEDs noch weniger Beleuchtung erforderlich machen und die Wärmeentwicklung weiter unter Kontrolle halten. Der volldigitale Ausgang eliminiert die Kosten einer externen Analog-Digital-Wandlung ADC, weil dies auf dem Chip erfolgt. Das Kameramodul ist weniger anfällig für magnetische Interferenzen von medizinischen Geräten in der Chirurgie (EMI/EMV). Dadurch sind Koaxialkabel oder abgeschirmte Kabel überflüssig. 

Technisches Allgemeinwissen

Was ist Embedded Component Packaging?

Embedded Component Packaging (ECP) wird durch ein spezielles Herstellungsverfahren ermöglicht. Zunächst werden die Bauteile in speziellen Fertigungsschritten in eine Harzschicht integriert. Dann erfolgt das Verbinden durch kupfergefüllte, lasergebohrte Microvias. Das eingebettete Bauteil verzichtet dadurch auf Lötstellen, während feinere Designs auf der Außenschicht möglich sind. Auch sind so die Bauteile bestmöglich gegen äußere Einflüsse geschützt. Mit ECP lassen sich bei gleicher Größe des Endgeräts mehr Komponenten in die Leiterplatte integrieren. Das erhöht die Funktionalität und lässt die Leiterplatte bei gleichbelibendem Funktionsumfangschrumpfen. Kompaktere Endgeräte werden machbar.