CN1423342A - 固态成像设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
预先形成光发射件,在模制构件的过程期间整体模制光发射件。固态成像设备有:构件,用绝缘树脂构成,具有通口部分；布线部分,形成在构件的表面上；固态图像拾取元件,与布线部分连接,并附接到通口部分；和光发射件,放置成覆盖以预定距离同固态图像拾取元件分离的通口部分,该光发射件由平板样件构成,平板样件由线膨胀系数小于绝缘树脂的线膨胀系数的材料制成,并与构件整体模制以便在外周部分嵌入构件中。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态成像设备及其制造方法，本发明尤其涉及一种小尺寸固态成像设备，它包括固态图像拾取元件，诸如监视照相机、医用照相机或交通照相机，并涉及其制造方法。
背景技术
这种成像设备经诸如透镜的光学系统接收图像，并以电信号的形式输出该图像。近来，随着这种成像设备的小型化和性能提高，照相机的尺寸也减小，成像设备用于多种领域并作为图像输入装置而扩展了其市场。
利用固态图像拾取元件的传统成像设备中，每个部件都有外壳或构件的形状，这些部件相互组合，所述部件诸如透镜、固态图像拾取元件以及LSI，在LSI上装配有元件驱动电路和信号处理电路。传统上，通过将元件装配到平板印刷电路板上，形成基于这种组合的装配结构。
为了使这种装置进一步小型化，在日本专利特许公开No.2001-245186中提出了图7所示的三维印刷电路板101。该印刷电路板101由树脂制成，其中，用具有矩形工作台型形状的腿部分101A、和形成在腿部分上的主体部分101B配置成装配件，在腿部分101A和主体部分101B之间的界面中形成通口部分101C。在腿部分101A的背面侧的三维印刷电路板上形成印刷布线图105。将透镜装到主体部分101B的内周中。以透镜的光轴117为中心，将滤光器103放置在通口部分101C上，并将固态图像拾取元件104和芯片部件108放置在通口部分下面。如图8截面图所示，用焊料114通过形成在腿部分101A上的印刷布线图105将印刷电路板连接到设备的主板113上，设备诸如携带式电话或个人计算机。固态。图9是显示连接的主要部分的图。通过形成在图像拾取元件104表面上的凸起106，固态图像拾取元件104与形成在腿部分101A上的印刷布线图105连接，然后用密封树脂107密封以便完成与三维印刷电路板101的连接。
相同的部分用相同的附图标记表示。
在装配过程中，如图10A到10C所示，利用的方法是：模制三维印刷电路板101之后(图10A)，固态图像拾取元件104附接到该板上(图10B)，然后附接滤光器103(图10C)。
在将固态图像拾取元件104装配到三维印刷电路板101上的过程中的加热步骤中，三维印刷电路板101变形很大，在固态图像拾取元件104和三维印刷电路板101的连接部分中产生很高的应力，所以常发生因破裂所造成的连接故障。
通常，通过注射模制来获得这种三维印刷电路板。然而，问题是：从模制精度和压模的耐久性来看，不能加入大于一定量的填料，填料常用来降低树脂材料的膨胀系数。
注射模制中常使用的热塑树脂具有直链分子结构，因此，表现出各向异性的性质，即，在分子键方向上线膨胀系数小，在垂直于键方向的方向上的线膨胀系数大。这种树脂中，填料取向为模制流向，进一步表现出各向异性的性质，即，在垂直于模制流向的方向上的系数大。
在将固态图像拾取元件装配到三维印刷电路板的过程中的加热步骤中，三维印刷电路板变形很大，在固态图像拾取元件和三维印刷电路板之间的连接部分中产生很高的应力，所以，常发生因破裂所造成的连接故障。
通常，用设在固态图像拾取元件上的衬垫和三维印刷电路板的端子来构成固态图像拾取元件和三维印刷电路板之间的这种连接部分。通过利用诸如银膏的导电粘接剂的连接、超声波焊接、热压焊接等来实现它们之间的连接。
在任何一种方法中，因为三维印刷电路板的变形，固态图像拾取元件的粘接都容易破裂，这导致生产率下降。
当印刷电路板是三维结构时，就能进行小型化，但是，热变形比普通二维结构的情况要大，从而导致了一个大问题：膨胀系数差异所造成的变形妨碍了生产率的提高。
通常，滤光器103由石英折射板、或诸如IR(红外)切断镀膜玻璃制成，并降低了滤光器103的热膨胀系数，其热变形也小于树脂材料的热变形。
因而，可以认为，当预先附接滤光器103时，大大增大了附接固态图像拾取元件的过程期间的热变形。然而，实际上，必须进行附接固态图像拾取元件，这样，首先通过凸起进行直接焊接，再用密封树脂密封连接部分附近。结果，出现的问题是：加热的结果是，在密封步骤期间产生的气体被积陷在通口部分1C中，并因而与固态图像拾取元件表面发生反应，气体的产生增加了内压，损坏了固态图像拾取元件或使三维印刷电路板变形。
因为上述原因，在传统结构中，所利用的方法中，附接固态图像拾取元件之后附接滤光器。
因而，该生产要求大量步骤。而且，每个附接步骤中的定位操作是妨碍生产率提高的一个因素。
发明内容
已经在许多情况下实践了本发明。本发明的一个目的是抑制诸如三维印刷电路板的构件的热变形，以保证固态图像拾取元件的连接和提高固态图像拾取元件的焊接质量。
本发明的另一目的是使整个装置小型化并简化制造步骤。
本发明中，预先形成光发射件，然后在模制构件期间整体模制，从而减少了附接步骤并简化了附接部分的结构以实现装置的小型化。
根据本发明的固态成像设备，该设备包括：构件，用绝缘树脂制成，具有通口部分；布线部分，形成在构件的表面上；固态图像拾取元件，与布线部分连接，并附接到构件上以便覆盖通口部分；和光发射件，附接到构件上以便覆盖以预定距离同固态图像拾取元件分离的通口部分，该光发射件由平板样件(plate-like member)构成，平板样件由线膨胀系数小于绝缘树脂的线膨胀系数的材料制成，并与构件整体模制以便在外周部分嵌入构件中。
根据该配置，由于热变形较小的光发射件与构件整体模制，在附接固态图像拾取元件过程期间发生的构件热变形极大减小，所以，大大减少了连接故障。
此外，不要求附接光发射件的步骤，因此，可以提高生产率。还不要求这种附接所需的边缘，因此，可以使设备小型化。
构件最好包括与通口部分连通的通孔，通孔附接在位于固态图像拾取元件装配部分和光发射件嵌入部分之间的区域中，固态图像拾取元件装配部分是附接固态图像拾取元件的地方。
根据该配置，除了上述效果，还获得以下效果。由于同通口部分连通的通孔设在构件的光发射件附近，所以，通过通孔释放了附接固态图像拾取元件过程中产生的气体。因而，可以消除以下问题，即：加热的结果是，在密封步骤期间产生的气体被积陷在通口部分1C中，并因而与固态图像拾取元件表面发生反应的问题；和该气体的产生增大了内压，损坏固态图像拾取元件或使三维印刷电路板变形的问题。
构件最好具有腿部分，在腿部分上形成布线部分，在腿部分上布置圆柱形主体部分，在主体部分和腿部分之间形成通口部分。
当将该配置应用于传统设备时，可以使整个结构小型化，但是，出现了以下问题：热变形易于造成因连接部分变形所导致的连接故障。相反，根据本发明，在通过整体模制来附接光发射件之后，可以附接固态图像拾取元件，光发射件诸如滤光器，它的热膨胀系数小于绝缘树脂的热膨胀系数，其中产生的热变形较小。因而，可以抑制由绝缘树脂制成的构件的热变形，可以加强固态图像拾取元件连接的确定性。
最好通过在石英玻璃表面上形成多层结构的介电薄膜来构成光发射件。
根据该配置，由于石英玻璃的热膨胀系数比构成构件的输入制的热膨胀系数小一个数量级，所以，可以减小装配固态图像拾取元件过程期间的热所产生的变形，所以，可以提高可靠性。
光发射件最好由热固树脂制成。
根据该配置，由于热固树脂用作光发射件，所以可以减小装配固态图像拾取元件过程期间的热所产生的变形，所以可以提高可靠性。
光发射件最好是滤光器。
附接滤光器的位置决定了固态图像拾取元件和附接在外部位置中的透镜之间的距离，因此，附接位置是重要因素。根据该配置，由于通过整体模制来固定光发射件，并用热膨胀系数小的构件来构成光发射件，所以，抑制了光发射件附近的构件变形。因而，可以抑制固态图像拾取元件附近的构件热变形，所以增强了固态图像拾取元件和滤光器之间距离的确定性，能进行更好的图像捕捉。
而且，根据本发明的方法，该方法包括：光发射件形成步骤，将材料模制为平板样件，该材料的线膨胀系数小于构成构件的绝缘树脂的线膨胀系数，从而形成光发射件；构件模制步骤，将光发射件放在压模中，然后用绝缘树脂作为材料进行模制过程以便形成通口部分和固态图像拾取元件附接部分，可以将固态图像拾取元件附接到固态图像拾取元件附接部分上以关闭通口部分，并整体模制光发射件和构件以便覆盖以预定距离与固态图像拾取元件附接部分分离的通口部分，并将光发射件嵌入光发射件的外周部分；布线板形成步骤，在构件上形成布线部分；和固态图像拾取元件附接步骤，将固态图像拾取元件附接到固态图像拾取元件附接部分上。
根据该配置，由于热变形较小的光发射件与构件整体模制，所以，极大减小了附接固态图像拾取元件过程期间发生的构件热变形，所以，大大减少了连接故障。不要求附接光发射件的步骤，因此，可以提高生产率。还不要求这种附接所需的边缘，因此，可以使设备小型化。
构件模制步骤最好是注射模制步骤，通过注射模制来形成由热塑绝缘树脂制成的构件。
当这种构件由热塑树脂构成且通过注射模制来形成时，在硬化过程中尤其容易产生变形，在高温环境中使用设备时也产生变形，从而导致了一个问题：在固态图像拾取元件与构件(三维印刷电路板)连接的部分中易于发生连接故障。相反，根据该配置，诸如滤光器的光发射件与构件整体模制，因此，由玻璃板等制成的光发射件抑制了由绝缘树脂制成的构件的热变形，这种光发射件的热膨胀系数小于绝缘树脂的热膨胀系数，所以，可以增强固态图像拾取元件的连接的确定性。
该方法最好还包括在构件中形成对着通口部分的通孔的步骤。
根据该配置，由于构件具有与通口部分连通的通孔、且在附接诸如滤光器的光发射件之后附接固态图像拾取元件，所以，在附接固态图像拾取元件过程期间产生的内部气体经通孔释放。因而，可以消除以下问题，即：加热的结果是，在密封步骤期间产生的气体被积陷在通口部分1C中，并因而与固态图像拾取元件表面发生反应的问题；和该气体的产生增大了内压，损坏固态图像拾取元件或使三维印刷电路板变形的问题。并能确保连接。因为存在热变形较小的光发射件，所以，极大减小了附接固态图像拾取元件过程期间发生的构件热变形，所以可以大大减少连接故障。
最好在通孔沿与热塑树脂注射方向垂直的方向经通口部分彼此相对的位置形成通孔。
注射模制中使用的热塑树脂具有直链分子结构，因此，表现出各向异性性质，即，在分子键方向上的线膨胀系数小，在垂直于键方向的方向上的线膨胀系数大。根据该配置，由于分别在通孔沿与热塑树脂注射方向垂直的方向经通口部分彼此相对的位置形成通孔，所以有可能抑制垂直于分子键方向的方向上的拉长。
可以预先在光发射件的一个部分中形成通孔，该部分将起与通口部分相对的区域的作用，并将该孔用作用于释放气体的孔。
附图说明
图1是显示本发明第一实施例的固态成像设备的剖视图；
图2A和2B是显示本发明第一实施例中滤光器附接部分的示图；
图3是显示本发明第一实施例中滤光器附接部分的另一实例的示图；
图4A到4C是显示装配本发明第一实施例的固态成像设备的步骤的示图；
图5是显示本发明第二实施例的固态成像设备的剖视图；
图6是显示装配本发明第二实施例的固态成像设备的步骤的示图；
图7是显示传统固态成像设备的透视图；
图8是显示传统固态成像设备的剖视图；
图9是显示传统固态成像设备的主要部分的示图；和
图10A到10C是显示装配传统固态成像设备的主要部分的步骤图。
具体实施方式
下文中，参考附图描述本发明的实施例。
(实施例1)
图1是显示根据本发明第一实施例的固态成像设备的主要部分的图。
固态成像设备中，在其上装配有固态图像拾取元件4的构件1的模制过程中，将构成滤光器3的平板样件整体模制为构件1，形成与通口部分1C连通的通孔2，以便可以释放将在固态图像拾取元件装配到构件1的固态图像拾取元件附接部分9上的过程中产生的内部气体。本实施例中，例如用石英折射板构成滤光器3，并在将滤光器的外周部分嵌入构件1中的状态下固定滤光器3。
固态成像设备具有构件1和固态图像拾取元件4。构件由绝缘聚邻苯二酰胺树脂(polyphthalamide resin)制成并由腿部分1A和主体部分1B构成，腿部分1A具有矩形工作台型形状，主体部分1B形成在腿部分上，在腿部分1A和主体部分1B之间的交界部分中形成有通口部分1C。为了允许释放内部气体，构件具有与通口部分1C连通的通孔2。构件1还包括布线部分，布线部分在表面部分中有端子布图5。固态图像拾取元件4与布线部分连接，并附接到通口部分1C上，且与端子布图5电连接。
根据本实施例，分别如沿图1的线A-A的剖视图以及侧视图图2A和2B所示，分别在通孔沿与热塑树脂的注射方向垂直的方向、经通口部分1C彼此相对的位置形成通孔2。
如上所述，注射模制中通常使用的热塑树脂具有直链分子结构，因此表现出各向异性性质，即，在分子键方向上的线膨胀系数小，在垂直于键方向的方向上的线膨胀系数大。因而，分别在通孔沿与热塑树脂的注射方向垂直的方向、经通口部分1C彼此相对的位置形成通孔2，从而可以抑制垂直于分子键方向的方向上的拉长。
下面，描述制造固态成像设备的方法。
首先，如图4A所示，将具有预定折射率的多层结构的介电薄膜气相淀积在石英板的表面上以便形成滤光器3，滤光器3由介质干涉滤光片构成。将滤光器3放置在压模中。将聚邻苯二酰胺树脂注射到在压模中形成的空腔中，然后冷却和固化，从而形成由聚邻苯二酰胺制成的构件1，构件1由腿部分1A和主体部分1B构成，腿部分1A有矩形工作台型形状，主体部分1B形成在腿部分上且具有与通口部分1C连通的通孔2。整体形成滤光器3以便覆盖通口部分1C的一个面而保留通孔2。
然后，如图4B所示，通过电镀过程或诸如溅射技术的薄膜工艺，在布线部分构件的预定区域中形成布线部分，布线部分包括形成在腿部分1A的背面上的端子图形5。
而后，如图4C所示，将固态图像拾取元件(芯片)4装配到构件1的通口部分1C的一个面上。在固态图像拾取元件4的接触端点上预先形成凸起6，通过热压焊将端子连接到形成在构件1的腿部分1A上的端子图形上。然后，进行树脂密封过程以便用树脂密封件7来覆盖固态图像拾取元件4的表面。
在这样形成的固态成像设备中，将固态图像拾取元件4附接到构件上，滤光器3与构件整体模制，滤光器3的热变形较小、且具有小于构件的热膨胀系数的热膨胀系数。因而，滤光器3起固定件的作用以便抑制构件的热变形，结果是可以增强固态图像拾取元件4的连接的确定性。
通过注射模制获得构件。聚邻苯二酰胺树脂具有直链分子结构，因此表现出各向异性性质，即，在分子键方向上的线膨胀系数小，在垂直于键方向的方向上的线膨胀系数大。因而，第一实施例中，分别在通孔以与热塑树脂的注射方向垂直的方向、经通口部分1C彼此相对的位置形成通孔2，所以，有可能抑制与分子键方向垂直的方向上的拉长。
第一实施例中，如图2所示，在通孔经通口部分1C彼此相对的位置形成两个通孔2。或者，如图3所示，可以只在一侧形成通孔2。
第一实施例中，在滤光器嵌入部分附近形成通孔2。可以彻底改变通孔且只要通孔在通口部分1C中打开就可以具有任何形状。
(实施例2)
图5是显示根据本发明第二实施例的固态成像设备的主要部分的示图。
根据本实施例，要在其上装配固态图像拾取元件4的构件1的模制过程中，形成平板样件，在平板样件中整体形成许多滤光器3，与平板样件一起整体形成许多构件1，所以，然后可以将模制的产品切割成各个固态成像设备。
而且，根据本实施例，为了释放在装配固态图像拾取元件4的过程期间产生的内部气体，在滤光器3中形成与通口部分1C连通的通孔2S。本实施例中，滤光器由石英折射板构成，并在将滤光器的外周部分嵌入构件1中的状态下将其固定。以与第一实施例相同的方式形成其它部分。
该生产中，以与第一实施例类似的方式形成本实施例的设备。然而，本实施例中，不仅整体模制滤光器而且整体模制构件，最后，沿图6所示的切割线d1，d2，d3，...c1，c2，c3，...切割模制的产品，从而获得图5所示的固态成像设备。
虽然滤光器3用作第一和第二实施例中的光发射件，但是，光发射件不限于滤光器3。完全可以将发光密封件、透镜等用作光发射件。
作为构成构件的树脂，可以用诸如环氧树脂的热固树脂来代替诸如聚邻苯二酰胺树脂或PPS树脂的热塑树脂。
本发明的固态成像设备的应用不限于光通信领域中所用的照相机，可以将固态成像设备应用于多种光学器件，诸如用于CD或DVD的读取装置、用于复印机的读取装置、医疗设备和门内外通话器(door phone)。
如上所述，根据本发明，将热变形较小的光发射件与构件整体模制，因此有可能提供固态成像设备，其中，在附接固态图像拾取元件过程期间发生的构件热变形极大减小，大大减少了连接故障。
而且，根据本发明，有可能提供一种制造固态成像设备的方法，其中，不要求附加光发射件的步骤，因此，可以提高生产率，其中，还不要求这种附接所需的边缘，因此，可以使设备小型化。
Claims (10)
1.一种固态成像设备，包括：
用绝缘树脂制成的构件，具有通口部分；
布线部分，形成在所述构件的表面上；
固态图像拾取元件，与所述布线部分连接，并附接到所述构件上以便覆盖通口部分；和
光发射件，附接到所述构件上以便覆盖以预定距离同固态图像拾取元件分离的通口部分，
其中，所述光发射件由平板样件构成，平板样件由线膨胀系数小于所述构件的绝缘树脂的线膨胀系数的材料制成，并与所述构件整体模制以便在外周部分嵌入构件中。
2.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述构件包括：
固态图像拾取元件装配部分，所述固态图像拾取元件附接于此处；和
通孔，与通口部分连通，通口部分设在位于固态图像拾取元件装配部分和光发射件嵌入部分之间的区域中。
3.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述构件包括：
腿部分，在腿部分上形成所述布线部分；和
圆柱形主体部分，设在所述腿部分上，
其中，在所述主体部分和所述腿部分之间形成通口部分。
4.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，通过在石英玻璃的表面上形成多层结构的介电薄膜来构成所述光发射件。
5.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述光发射件由热固树脂制成。
6.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述光发射件是滤光器。
7.一种制造固态成像设备的方法，包括：
将材料模制为平板样件，该材料的线膨胀系数小于构成构件的绝缘树脂的线膨胀系数，从而形成光发射件；
将所述光发射件放在压模中，用所述绝缘树脂作为材料进行模制，整体模制光发射件以及具有通口部分和固态图像拾取元件附接部分的构件，将固态图像拾取元件附接到固态图像拾取元件附接部分上关闭通口部分，以便覆盖以预定距离与所述固态图像拾取元件附接部分分离的通口部分，并将光发射件嵌入光发射件的外周部分；
在所述构件上形成布线部分；和
将所述固态图像拾取元件附接到所述固态图像拾取元件附接部分上。
8.根据权利要求7所述的制造固态成像设备的方法，其中，通过注射模制来形成构件，该构件由热塑绝缘树脂制成。
9.根据权利要求7所述的制造固态成像设备的方法，其中，还包括在构件中形成对着通口部分的通孔。
10.根据权利要求9所述的制造固态成像设备的方法，其中，在通孔沿与热塑树脂的注射方向垂直的方向、经所述通口部分彼此相对的位置形成通孔。
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