CN1264037C - 光学模块及其制造方法和电子仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于使光学部分和透镜二者的光轴准确一致。光学模块，其中包括：基板(32)和包含在其上形成配线图案(34)的配线基板(30)，包含光学部分(12)、和将光学部分(12)与配线图案34电连接的电极(24)的光学芯片(10)，和将聚光透镜(42)保持在上述光学部分(12)上的外壳部件(40)。外壳部件(40)被直接安装在光学芯片10上。

Description

光学模块及其制造方法和电子仪器
技术领域
本发明涉及一种光学模块及其制造方法和电子仪器。
背景技术
对于CCD和CMOS敏感元件等摄像系统中光学模块而言，已知的结构是将光学芯片搭载在配线基板上，并将带有透镜的筐体搭载在配线基板上。如果这样，筐体的安装由于是以配线基板表面作为基准进行的，所以透镜相对于芯片的光学部分以倾斜方式安装。例如受安装工序中热量的影响而是配线基板产生翘曲的情况下，光学部分和透镜二者之间的光轴会产生偏移，有损于光学模块的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于使光学部分与透镜二者之间的光轴准确一致。
(1)本发明涉及的光学模块，包括
配线基板，其包含基板和在该基板上形成的配线图案；
光学芯片，其包含光学部分、和将上述光学部分与上述配线图案电连接的电极；和
外壳部件(基体材料)，其将聚光透镜保持在上述光学部分上；
而将上述外壳部件直接安装在上述光学芯片上。
根据本发明，将外壳部件直接安装在光学芯片上。这样容易确保外壳部件对光学芯片的平坦度，能够使光学部分与透镜二者光轴之间准确一致。因而能够提供高可靠性和高品质(例如高画质)的光学模块。
(2)在这种光学模块中，
在上述基板上形成开口部分，
上述光学芯片被面朝下固定在上述配线基板上，使上述光学部分朝向(对向)上述开口部分，
上述外壳部件也可以通过上述开口部分内侧被安装在上述光学芯片上。这样由于外壳部件被安装在开口部分内侧，所以能够省略配线基板的厚度，实现光学模块的小型化。
(3)在这种光学模块中，
至少一部分上述外壳部件，被安装在上述光学芯片的设置上述光学部分的面上。
(4)在这种光学模块中，也可以进一步包括在设置上述外壳部件与上述配线基板之间、将上述外壳部件与上述配线基板之间粘结固定的树脂部分。这种情况下，能将外壳部件与配线基板相互固定。
(5)在这种光学模块中，也可以
上述光学芯片被面朝下固定在上述配线基板上，
上述电极和上述配线图案用导线电连接，
上述树脂部分至少将上述导线密封。
(6)在这种光学模块中，也可以
在上述外壳部件上形成将上述导线包围形状的空间，和宽度比上述空间窄、自上述空间向外部开口的孔穴，
上述树脂部分至少充填在上述空间内。这样由于树脂部分的形成工序变得容易，所以能够简单进行外壳部件与配线基板的互相固定和导线密封。
(7)在这种光学模块中，也可以
上述外壳部件被安装在上述光学芯片中避开上述光学部分的区域内。
(8)在这种光学模块中，也可以
使上述光学芯片还包括设置得将上述光学部分覆盖的盖板，
至少一部分上述外壳部件被安装在上述盖板上。这样能够防止光学部分混入灰尘和粘接材料等。
(9)在这种光学模块中，也可以
上述盖板包括设置在上述光学部分上方的板部分、和支持上述板部分的垫片部分，
上述垫片部分被安装在上述光学芯片上，
上述外壳部件也可以安装在上述盖板部分上。
(10)在这种光学模块中，也可以
上述外壳部件也可以用具有粘接性的片材粘接在上述光学芯片上。这样片材由于可以事先决定形状，所以很难损害外壳部件的平坦性。
(11)在这种光学模块中，
上述外壳部件可以用粘接剂粘接在光学芯片上。
(12)本发明涉及的电子仪器，具有上述光学模块。
(13)本发明涉及的光学模块的制造方法，其中包括：
在包含基板和在该基板上形成的配线图案的配线基板上，安装具有光学部分和电极的光学芯片，将上述电极与上述配线图案电连接，
将聚光透镜保持在上述光学部分上用的外壳部件，直接安装在上述光学芯片上。
根据本发明将外壳部件直接安装在光学芯片上。这样容易确保外壳部件与光学芯片的平坦度，能够使光学部分与透镜二者之间的光轴正确一致。因而能够制造出高可靠性和高品质(画质)的光学模块。
附图说明
图1是表示本发明第一种实施方式涉及的光学模块的视图。
图2是表示本发明第一种实施方式涉及的光学芯片的视图。
图3是表示本发明第二种实施方式涉及的光学模块的视图。
图4是表示本发明第二种实施方式涉及的光学芯片的视图。
图5是表示本发明第二种实施方式的变形例涉及的光学模块的视图。
图6是表示本发明第二种实施方式的变形例涉及的光学模块的视图。
图7是表示本发明第三种实施方式涉及的光学模块的视图。
图8是表示本发明第三种实施方式的变形例涉及的光学模块的视图。
图9是表示本发明第三种实施方式的变形例涉及的光学模块的视图。
图10是表示本发明实施方式涉及的电子仪器的视图。
图11是表示本发明实施方式涉及的电子仪器的视图。
图12A和图12B是表示本发明实施方式涉及电子仪器的视图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
(第一种实施方式)
图1和图2是本发明第一种实施方式中光学模块及其制造方法的说明图。详细讲，图1是光学模块的断面视图，图2是光学芯片的断面视图。本实施方式涉及的光学模块包括光学芯片10、配线基板30和外壳部件40。
光学芯片10的形状多为长方体。光学芯片10也可以是半导体芯片。如图2所示，光学芯片10具有光学部分12。光学部分12是光线入射或出射部分。而且光学部分12能转换光能和其他能量(例如电能)。也就是说，光学部分12，具有多个能量转换元件(受光元件和发光元件)14。本实施方式中光学部分12是受光部分。这种情况下，光学芯片10是受光芯片(例如摄像芯片)。多个能量转换元件(受光元件或图像敏感元件)14，以二维排列进行图像感受。也就是说，本实施方式中，光学模块是图像敏感元件(例如CCD、CMOS敏感元件)。能量转换元件14被钝化膜16所覆盖。钝化膜16具有光透过性。用半导体基板(例如半导体晶片)制造光学芯片10的情况下，也可以用硅氧化膜或硅氮化膜形成钝化膜16。
光学部分12也可以有彩色滤光片18。彩色滤光片18可以在钝化膜16上形成。而且，可以在彩色滤光片18上设置平坦化层20，在其上设置微小透镜阵列22。
可以在光学芯片10上形成电极24(多个情况下是多个电极24)。电极24与光学部分12电连接。电极24虽然有在凸缘上形成的凸起，但是也可以仅是凸缘。电极24可以形成在光学部分12的外侧。光学部分12和电极24也可以设置在光学基板10的同一表面上。详细讲，光学芯片10的一个表面上，也可以在中央部分形成光学部分12，在端部形成电极24。光学芯片10呈多边形(例如四边形)的情况下，可以沿着光学芯片10的多个边(例如相对的两边或四边)或一边设置电极24。
配线基板30包括基板32和在基板32上形成的配线图案34。基板32也可以是安装CDF(Chip On Film)或TAB(Tape Automated Bonding)时使用的膜(柔性基板)。基板32也可以是刚性基板。
配线图案34也可以在基板32的一方或者两方的表面上形成，可以采用电镀技术、曝光技术等其他公知技术形成。配线图案34由多个配线构成，具有多个电连接用接线柱。接线柱也可以是凸台。如图1所示，光学芯片10的电极24与配线图案34的接线柱是电连接的。
本实施方式中，在基板32上形成开口部分36。开口部分36是基板32的贯通孔，也可以形成得比光学部分12的外形大。
如图1所示，光学芯片10被面朝下固定在配线基板30上。详细讲，光学芯片10的电极24的形成面，朝向配线基板30侧。光学部分12与开口部分36重叠，即与开口部分36相对向设置，这样能够确保自配线基板30至光学部分12的光路。配线基板34的多个接线柱，被配置在开口部分36的周围，与光学芯片10的多个电极24对应设置。开口部分36也可以被光学芯片10所覆盖。作为电极24与配线图案34之间电连接的方式，也可以用各向异性导电膜(ACF)和各向异性导电糊料(ACP)等各方异性导电材料26，使导电颗粒处于电极24与配线图案34之间。各向异性材料26应当设置得不覆盖光学部分12。或者利用Au-Au、Au-Sn、焊料等金属焊接实现二者之间的电连接。
与图1所示不同，光学模块也可以包括光学芯片12以外的其他电子部件。电子部件，搭载在配线基板30上，与配线图案34的接线柱电连接。电子部件是光学模块电信号处理用部件，可以举出主动部件(集成电路芯片)和从动部件(例如阻抗器、电容器)等。
外壳部件40能将聚光透镜保持在光学部分12上。外壳部件40是光学芯片10(至少光学部分12)的外装，也可以叫筐体。透镜42被设置在光学部分12的上方。透镜42还能从外壳部件40上卸下。外壳部件40和透镜42用于摄像的情况下，可以将其称为摄像系统。外壳部件40既可以由能互相分离的部件构成，也可以由一个部件构成。
在图1所示的实例中，外壳部件40包括第一和第二部分44和46。透镜42安装在第一部分44上。也就是说，第一部分44是透镜框架。详细讲，第一部分44上有第一孔穴48，将透镜42保持在第一孔穴48内。透镜42还可以利用在第一部分44内侧形成的螺纹(图中未示出)，借助于包括能够沿着第一孔穴48轴向移动的压紧机构的压紧结构，固定在第一孔穴48内。透镜42与光学芯片10的光学部分12之间保持有一定间隔。
如图1所示，第二部分46上有第二孔穴50，将第一部分44保持在第二第二孔穴50之内。第一和第二孔穴48和50，互相连通形成一个贯通孔穴。在第一部分44的外侧与第二部分46的第二孔穴50的内侧，形成第一和第二螺纹52和54，借助于这些螺纹将第一和第二部分44和46连接起来。而且利用第一和第二螺纹52和54，第一部分44能够沿着第二部分46中的第二孔穴轴向进行位置调整。这样能够调整透镜42的焦点。其中，在光学部分12的上方，也可以设置光学滤光片56。将光学滤光片56设置在光学部分与透镜42之间。也可以如图1所示，将光学滤光片56设置在第二孔穴50内。光学滤光片56既可以使光线的损失随波长而变化，也可以仅使特定波长的光线透过。
外壳部件40直接安装在光学芯片10上。也可以采用粘接材料作为安装方式。其中将外壳部件40直接安装在光学芯片10上，包括作安装方式使用的材料(例如粘接材料)处于光学芯片10与外壳部件40之间。在图1所示的实例中，外壳部件40用具有粘接性的片材(例如两面胶带)60粘接在光学芯片10上。如果这样，由于可以事先决定片材60的形状，所以很难损害外壳部件40的平坦性。而且外壳部件40还可以用液体粘接剂粘接在光学芯片10上。
外壳部件40被安装在躲开光学芯片10中电极24的区域内。也可以将外壳部件40安装在光学芯片10的钝化膜16上。而且外壳部件40可以安装得像后述那样处于避开光学部分12的区域内。
本实施方式中，外壳部件40通过开口部分36的内侧被安装在光学芯片10上。至少一部分外壳部件40的位置处于开口部分36内。也就是说，外壳部件40被安装在光学芯片10中从开口部分36露出的区域上。这种情况下，外壳部件40被安装在避开光学部分12的区域上。换句话说，外壳部件40被安装得避开光学部分12的上方，处于其周围的区域内。在图1所示的实例中，外壳部件40被安装在光学芯片10的面上，处于光学部分12的外侧和电极24内侧的区域内。这样的话，由于外壳部件40被安装在开口部分36的内侧，所以可以省去配线基板30的厚度，使光学模块小型化和薄型化。
如图1所示，在外壳部件40的第二部分46中，第二孔穴50的开口端部也可以处于在光学芯片10的安装部分58。而且为使外壳部件40的其他部分与配线基板30保持一定间隔，安装部分58也可以朝着光学芯片10的方向突起。以这种方法，可以仅以光学芯片10作为基准对外壳部件40的平坦度进行调整。还可以使安装部分58的平面形状形成框状(环状)，将光学部分12包围。这种情况下，光学部分12能用被外壳部件40覆盖，可以切断光学部分12所不需要的入射光线。
还可以在外壳部件40与配线基板30之间设置树脂部分62。树脂部分62将外壳部件40与配线基板30粘结固定。设置树脂部分62的方法，能够将光学芯片10、外壳部件40和配线基板30分别互相固定。
根据本实施方式涉及的光学模块，将外壳部件40直接安装在光学芯片10上。这样容易确保外壳部件40中光学芯片10的平坦度，能够准确地使光学部分12与透镜42二者的光轴一致。因此，能够提供一种高可靠性和高品质(例如高画质)的光学模块。
以下说明本发明涉及的光学模块的制造方法，首先将光学芯片10安装在配线基板30上。详细讲，将光学芯片10以光学部分12开口部分重叠的、即相对向的位置，面朝下地固定在配线基板30上。关于电极24与配线图案34之间电连接的细节，与已经说明的相同。
其次，将外壳部件40直接安装在光学芯片10上。也可以通过粘接性片材60将外壳部件40粘接在光学芯片10上。外壳部件40虽然被设置在开口部分36的内侧，但是在该情况下优选根据对位标记使位置特定(纵横和旋转(X、Y、θ)方向的位置)。对位标记既可以形成在光学芯片10上，也可以形成在配线基板30上。
外壳部件40安装工序后，必要时也可以在外壳部件40与配线基板30之间设置树脂部分62。树脂部分62采用在外壳部件40与配线基板30之间的间隙中注入的方式形成。树脂部分62也可以是粘接材料。其中本实施方式涉及的光学模块的制造方法及其他事项和效果，由于能从上述对光学模块说明的内容中导出，所以省略。
(第二种实施方式)
图3～图6是本发明第二种实施方式涉及的光学模块及其制造方法的说明图。详细讲，图3是光学模块的断面视图，图4是光学芯片的断面视图，图5和图6是另外实例涉及的光学模块的断面视图。在本实施方式中，光学模块包括光学芯片110、配线基板30和外壳部件40。配线基板30和外壳部件40，可以适用在上述方式中说明的内容。
本实施方式涉及的光学芯片110，包括设置成覆盖光学部分12的盖板70。盖板70在中央部分有与光学部分12相对向的区域，端部有与光学部分12不相对向的区域，以确保光学部分12的光路。盖板70例如是基板，其表面形成平坦面。盖板70设置得避开电极24。设置盖板70的情况下，能够防止灰尘和粘接材料等进入光学部分12。盖板70也可以不将光学部分12密封。另外，盖板70的形成工序，也可以在光学芯片110安装工序之前进行。
如图4所示，盖板70包括板部分72和垫片部分部分74。板部分72设置在光学部分12的上方，具有光线透过性。作为板部分72可以使用光学玻璃或光透过性塑料。板部分72的表面形成平坦面。板部分72只要是透过光的，则不管损失的大小。但是优选透过率高、损失小的。而且也可以是仅透过特定波长光的。例如板部分72还可以是透过可见光而不透过红外线区域光的。板部分72也可以使用对可见光损失量小而对红外线区域内的光损失大的材料。因此，可以对板部分72的表面实施光学处理(例如形成所定膜)。
垫片部分74支持板部分72。垫片部分74被设置在钝化膜16上。垫片部分74可以在光学部分12周围连续形成。也就是说，垫片部分74的平面形状可以形成将光学部分12包围的框状(环状)。垫片部分74也可以用树脂(例如热固性树脂或光固化性树脂)形成。这种情况下，可以直接粘接在板部分72上。或者还可以用金属形成垫片部分74，这种情况下可以借助于包括焊料或粘接材料的垫片部分74固定板部分72。
图1所示的实例中，板部分72和垫片部分74是由单个物体构成的，但是作为其他实例也可以使板部分72和垫片部分74形成一体。例如可以利用树脂注塑成形法使板部分72和垫片部分74形成一体。
或者作为另外实例，还可以是将垫片部分74设置在光学部分12与板部分72之间，通过将光学部分覆盖密封光学部分的层。也就是说，可以使垫片部分74形成得覆盖微透镜阵列22。作为垫片部分74，也可以使用树脂(热塑性树脂)。垫片部分74的绝对折射率，微透镜阵列22若是凸透镜，如图4所示，则优选比微透镜阵列22的绝对折射率小的。反之，若微透镜阵列22是凹透镜，则垫片部分74的绝对折射率优选比微透镜阵列22的绝对折射率大的。
本实施方式中，将外壳部件40安装在避开盖板70中光学部分12的区域。详细讲，安装在盖板70的端部(详细讲上面的端部)。盖板70的表面由于是平坦面，所以容易确保外壳部件40对光学芯片10的平坦度。在图3所示的实例中，外壳部件40被安装在板部分72上。其中其他事项和效果，与第一种实施方式中说明的相同。
如图5的变形实例所示，外壳部件120也可以导入盖板70的角部。详细讲，可以在外壳部件120的安装部分122上形成L形沟槽，可以将外壳部件120安装在盖板70(详细讲板部分72)的上面和侧面。这样，使外壳部件120与光学芯片110二者对位将变得容易。
如图6的变形实例所示，盖板70自配线基板30的面向上突出的情况下，安装部分132也可以是外壳部件130的一部分平坦面。
(第三种实施方式)
图7～图9是本发明第三种实施方式涉及的光学模块及其制造方法的说明图。详细讲，图7是光学模块的断面视图，图8和图9是另外实例涉及的光学模块的断面视图。本实施方式中，光学模块包括光学芯片10、配线基板80和外壳部件40，光学芯片10被面朝下固定在配线基板80上。配线基板80包括基板82和在基板82上形成的配线图案，除了不形成开口部分以外，可以采用第一种实施方式中说明的内容
如图7所示，光学芯片10的电极24的形成面朝向配线基板80的相反侧。光学部分12被配置在与配线基板80相反的一侧。配线图案84的多个接线柱被配置在光学芯片10的四周。电极24与配线图案84的电连接，可以使用导线90。
外壳部件40安装在处于配线基板80之上的光学芯片10更上方。基板40的安装可以采用第一种实施方式中说明的内容，也可以在外壳部件40与配线基板80之间设置树脂部分92。树脂部分92将外壳部件40与配线基板30粘接固定。以设置树脂部分92的方法，能够将光学芯片10、外壳部件40和配线基板80分别相互固定。在图7所示的实例中，树脂部分92至少将导线92密封。详细讲，树脂部分92将电极24、导线92和配线图案84的接线柱等电连接部分密封。树脂部分92既可以在外壳部件40安装工序之前事先设置在配线基板80上，也可以在外壳部件40安装工序后设置在外壳部件40与配线基板80之间。其中其他事项和效果，与第一和第二种实施方式中说明的内容相同。
如图8所示的变形实例那样，外壳部件140的安装部分142可以与带有透镜的主体部分分离。例如将包围光学部分12的框状(环状)安装部分142直接安装在光学芯片10上，然后将外壳部件140的其余主体部分固定在安装部分142上。主体部分也可以借助于粘接性片材60粘接在安装部分142上。根据本变形实例，由于分段固定外壳部件140，所以能够在确认外壳部件140的平坦度的条件下实施工序。
如图9所示的变形实例那样，也可以在外壳部件150上形成被设置在安装部分152外侧的空间154、和自空间154向外部开口的孔穴。树脂部分92至少被充填在空间154(图9中是空间154和孔穴156)之中。空间154形成包围导线90的形状。例如，既可以沿着多个配置的电极24形成空间154，将多个导线包围。也可以形成连成一体的空间154。将光学芯片10的全部导线90包围。空间154还可以在安装部分152的外侧形成框状(环状)。孔穴156宽度比空间154窄。孔穴156形成朝向空间154的树脂部分92的材料通路，当然并不仅限于这种方式。根据这种变形实例，树部分92的形成工序容易，而且导线90的密封和外壳部件40与配线基板30之间的粘接固定工序也容易进行。
作为本发明实施方式涉及的电子仪器，图10所示的笔记本形个人电脑1000有安装了光学模块的照相机1100。而且图11所示的数码相机2000带有光学模块。此外，图12A和图12B所示的便携式电话机3000，也有安装了光学模块的照相机3100。
本发明并不限于上述的实施方式，可以有各种变形。例如，本发明包括与实施方式中说明的构成实质上相同的构成(例如功能、方法和效果相同的构成，或目的和结果相同的构成)。而且本发明还包括替代了实施方式中说明的构成中非本质部分的构成。此外，本发明也包括与实施方式中说明的构成具有相同作用效果的构成或者能够达成相同目的的构成。另外，本发明包括在实施方式中说明的构成中添加公知技术的构成。

Claims (13)

1.一种光学模块，其中包括：
配线基板，其包含基板和在该基板上形成的配线图案；
光学芯片，其包含光学部分、和将上述光学部分与上述配线图案电连接的电极；和
外壳部件，其将聚光透镜保持在上述光学部分上，
其中上述外壳部件直接安装在上述光学芯片上而构成的。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，
在上述基板上形成开口部分，
上述光学芯片被面朝下固定在上述配线基板上，使上述光学部分相对向上述开口部分，
上述外壳部件可以通过上述开口部分内侧被安装在上述光学芯片上。
3.根据权利要求1所述的光学模块，其中，
至少一部分上述外壳部件，被安装在上述光学芯片设置上述光学部分的面上而构成的。
4.根据权利要求1所述的光学模块，其中
进一步包括设置在上述外壳部件与上述配线基板之间、将上述外壳部件与上述配线基板之间粘结固定的树脂部分。
5.根据权利要求4所述的光学模块，其中，
上述光学芯片被面朝下固定在上述配线基板上，
上述电极和上述配线图案用导线电连接，
上述树脂部分至少将上述导线密封而构成的。
6.根据权利要求5所述的光学模块，其中，
在上述外壳部件上形成将上述导线包围形状的空间，和宽度比上述空间窄、自上述空间向外部开口的孔穴，而上述树脂部分至少充填在上述空间而构成的。
7.根据权利要求1所述的光学模块，其中，
上述外壳部件被安装在上述光学芯片中避开上述光学部分的区域内而构成的。
8.根据权利要求1所述的光学模块，其中，
上述光学芯片还包括设置得将上述光学部分覆盖的盖板，
至少一部分上述外壳部件被安装在上述盖板上而构成的。
9.根据权利要求8所述的光学模块，其中
上述盖板包括设置在上述光学部分上方的板部分、和支持上述板部分的垫片部分，
上述垫片部分被安装在上述光学芯片上，
上述外壳部件被安装在上述盖板部分上而构成的。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的光学模块，其中，
上述外壳部件用具有粘接性的片材粘接在上述光学芯片上而构成的。
11.根据权利要求1～9中任意一项所述的光学模块，其中
上述外壳部件用粘接剂粘接在光学芯片上而构成的。
12.一种电子仪器，具有权利要求1所述的光学模块。
13.一种光学模块的制造方法，其中包括：
在包含基板和在该基板上形成的配线图案的配线基板上，安装具有光学部分和电极的光学芯片，将上述电极与上述配线图案进行电连接，
将聚光透镜保持在上述光学部分上用的外壳部件，直接安装在上述光学芯片上。
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