CN1761065A - 光学器件 - Google Patents

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南尾匡纪
西尾哲史
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种光学器件。光学器件OD，包括：底座、和安装在底座的光学芯片及透光板。在光学器件OD的底座上，安装组装有摄像光学体系的镜筒，在镜筒的下面，设置有一对位置决定针。在光学器件OD的底座，形成有用以规定镜筒在底座的安装位置的第1位置决定孔，和直径小于第1位置决定孔、用以规定光学芯片在底座的安装位置的第2位置决定孔。

Description

光学器件
技术领域
本发明涉及一种装载光学芯片而构成的光学器件，该光学芯片被使用在摄影机、数码照像机、数字静像摄影机等摄影机类，和CD、DVD、MD等光拾取系统中。
背景技术
近年来，被配置在摄影机、数码照像机、数字静像摄影机等摄影机类，和CD、DVD、MD等光拾取系统中的光学器件，在将光学芯片装载在由绝缘性材料构成的底座上的状态下，用透光板覆盖主面，进行封装，作为封装体提供。
图5示出了是以往的光学器件的一种固体摄像装置的结构剖面图(参照特开2002-43554号公报)。如同图所示，固体摄像装置，包括：作为主要部件的，由热硬化性树脂构成，在中央部具有开口部132的框状底座131；安装在底座131的下面一侧的由CCD等构成的固体摄像元件135；安装在底座131的上面一侧，夹着开口部132与固体摄像元件135对着的由玻璃制成的透光板136；以及用以机械地连接透光板136和底座131的粘合剂层140。
并且，在底座131的下面，设置有被埋入树脂内的由镀金层构成的布线134。固体摄像元件135被安装在底座131的下面，受光区域135a被设置成露出开口部132。
并且，在固体摄像元件135，设置有用于在固体摄像元件135和外部设备之间授受信号的电极衬垫(无图示)。并且，在与布线134中的开口部132邻接的端部，内部端子部从树脂露出，布线134的内部端子部和固体摄像元件的电极衬垫夹着凸状物(突出电极)138电连接。而且，在布线134的外部端子部附设有焊接球141。并且，固体摄像元件135、布线134及凸状物138，在底座131的下面被设置在固体摄像元件135周围的密封树脂137密封。
该固体摄像装置，如同图所示，在透光板136朝着上方的状态下，被装载在电路衬底上。并且，在底座131上，如同图的虚线所示，安装组装有摄像光学体系的镜筒。
如上所述，固体摄像元件135的受光区域135a，从平面上来看，被设置在开口部132内。并且，通过被组装在镜筒的摄像光学体系，来自被摄像对象的光被集中在固体摄像元件135的受光区域135a中，由固体摄像元件135进行光电转换。
另外，与图5所示的底座131的结构不同，使用了在固体摄像元件被装载的面中形成凹部的底座的固体摄像装置的例子，也广为人知(例如，参照特开2000-58805号公报)。
另外，当配置受光元件和发光元件时，一般采用在受光元件上装载了较小的发光元件的结构。
并且，最近，配置了受光元件和发光元件的光学器件也被实际应用，此时，在底座131上安装全息照像(全息照像装置)来代替透光板136。
但是，在图5所示的以往的固体摄像装置的结构中，由于对被组入镜筒的镜头体系和光学器件的位置关系，要求极高的精度，因此必须在将镜筒安装在光学器件中的状态下进行光轴的调整。并且，现在的现状是调整光轴需要费很大的功夫。
在将全息照像装载在底座131上来代替透光板136的结构中，也具有同样的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种在确保光学组件及光学芯片的安装位置精度的同时，组装简单的光学器件。
本发明的光学器件，由于设置有成为附设在光学器件上的部件的安装位置基准的位置决定孔、和成为光学芯片与底座的相对位置基准的位置决定孔，因此简化了将光学器件组装在该利用系统时的功夫，且提高了组装精度。
当已将布线图案设置在底座时，光学芯片可以在倒装片状态下电连接在布线图案上，也可以通过金属细线电连接。
当还包括沿着底座弯曲的具有布线图案的软性衬底，和用以固定底座和软性衬底的框体时，能够将光学芯片固定于底座，且电连接在软性衬底的布线图案上。
光学芯片可以在倒装片状态下电连接在布线图案上，也可以通过金属细线电连接。
光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔，彼此形成在同心位置上，能够构成直形的梯状孔、带锥度的梯状孔、带锥度的无阶梯孔等。
当光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔带锥度时，能够通过使锥度与底座的铸模模具的拔模斜度相等，来谋求简化制造工序。
透光性部件，可以是全息照像，也可以是由玻璃或者树脂制成的透光板。
附图的简单说明
图1为第1实施例所涉及的光学器件及镜筒的剖面图。
图2为用以说明第1实施例的光学器件及镜筒的x、y、z位置决定精度的剖面图。
图3(a)～图3(c)为示出了各位置决定孔能够具有的形状的变化图。
图4为示出了本发明的第2实施例所涉及的光学器件的结构的立体图。
图5为示出了以往的光学器件的结构的剖面图。
具体实施例
(第1实施例)
图1为第1实施例所涉及的光学器件OD及镜筒30的剖面图。本实施例的光学器件OD，包括：作为主要部件，由环氧树脂等热硬化性树脂制成，在中央部具有开口部12的框状底座10；安装在底座10的下面一侧的光学芯片15；以及通过粘合剂层(无图示)安装在底座10的上面10a上，夹着开口部12与光学芯片15对着的由玻璃制成的透光板16。这里，本实施例的光学芯片15，仅是固体摄像元件等受光元件。不过，也可以是装载了受光元件及半导体激光(发光元件)的。那时，当将本实施例的光学器件OD组入光拾取等时，先将透光板16取下，再在底座10上安装全息照像(全息照像装置)。
并且，在底座10的下面，设置有被埋入树脂内的由镀金层构成的布线14。光学器件15，安装在底座10的下面，主面15a被配置成露出开口部12。
并且，在光学芯片15，设置有用以在光学芯片15和外部设备之间授受信号的电极衬垫(图1没有示出，参照图2)。并且，在布线14中的与开口部12邻接的端部形成有内部端子部，布线14的内部端子部和电极衬垫夹着凸状物(突起电极)18电连接。而且，在布线14的外部端子部附设有焊接球21。并且，光学芯片15、布线14及凸状物18，在底座10的下面通过设在光学芯片15的周围的密封树脂22密封。此光学器件OD，如同图所示，在将透光板16朝上的状态下，被装载在电路衬底上。
并且，在光学器件OD的底座10上，装有组入了摄像光学体系33的镜筒30。并且，在镜筒30的下面，设置有一对位置决定针(针)32。在光学器件OD的底座10，形成有是用以规定镜筒30在底座10的安装位置的光学组件用位置决定孔的一对第1位置决定孔10b。而且，在与第1位置决定孔10b同心的位置上，形成有直径小于第1位置决定孔10b的、是用以规定光学芯片15在底座10的安装位置的光学芯片用位置决定孔的一对第2位置决定孔10c。在本实施例中，当将光学芯片15装载在底座10时，根据各第2位置决定孔10c的内侧周长的位置求出各第2位置决定孔10c的各中心位置，在使各中心位置的中间点与光学芯片15的中心点一致的情况下，来规定光学芯片15和底座10的相对位置。因此，在本实施例中，第2位置决定孔10c成为光学芯片15的位置决定基准。
各位置决定孔10b、10c，分别具有与铸模模具的拔模斜度相等的锥度，由各位置决定孔10b、10c构成梯状孔。并且，通过在将镜筒30安装在光学器件OD的状态下，将镜筒30的各针30和各第1位置决定孔10b彼此套在一起，来规定镜筒30的安装位置。
如上所述，光学芯片15的主面15a，从平面上来看，被配置在开口部12内。并且，通过被组入镜筒30的光学体系33，来自被摄像对象的光被集中在光学芯片15的主面15a上。
图2为用以说明本实施例的光学器件及镜筒的x、y、z位置决定精度的剖面图。在同图中，简单地描绘了各部件的形状。
在同图中，与图1不同，只简单地示出了镜筒30及光学器件OD的结构。将摄像光学体系33的光轴中心Cop和镜筒30的针32的中心Cpi之间的距离精度设为±a(μm)，将光学芯片15(传感器)的中心Cse和第2位置决定孔10c的中心Ch2之间的距离精度设为±k1(μm)，将光学芯片15的装载精度设为±k2(μm)，将针32的直径公差设为±b(μm)，将第1位置决定孔10b的直径公差设为±k3(μm)(也就是，将针32和第1位置决定孔10b的间隙设为±k3+b(μm))，将第1位置决定孔10b和第2位置决定孔10c的中心精度设为±k4(μm)。
这里，若将第1位置决定孔10b的最大直径设为1500μm，将第2位置决定孔10c的最小直径设为100μm的话，则在现有制造技术中，k1≈10(μm)，k2≈10(μm)，k3≈10(μm)，k4≈2(μm)。因此，包含镜筒30的光轴的x-y精度(最小平方公差)成为±(102+102+22+(10+b)2+a2)-1/2。其结果，能够通过本实施例的光学器件OD来保证±40(μm)的光轴精度。并且，底座10的上面10a的平坦度，能够是5～15μm左右，因此，能够确保光轴的z轴精度。
根据本实施例，由于设置是梯状孔的第1位置决定孔10b及第2位置决定孔10c，在通过第1位置决定孔10b规定镜筒30的安装位置的同时，通过直径小于第1位置决定孔10b的第2位置决定孔10c规定光学芯片15的安装位置，因此能够通过底座10的两个位置决定孔10b、10c，来谋求光学芯片15和镜筒30的摄像光学体系33之间的位置精度，也就是，谋求光轴精度的提高。
这里，一般，位置决定孔的直径越小，中心位置的检测精度也就越高。但是，由于对第1位置决定孔10b套入镜筒30的针32，因此必须确保一定程度的大小。另一方面，由于仅将第2位置决定孔10c单纯地使用于检测光学的中心位置上，因此只要在原理上能够检测出光学的中心位置的话，就能够缩小到想缩小的任意尺寸。着眼于这样的各位置决定孔10b、10c的功能，通过使第2位置决定孔10c的直径小于第1位置决定孔10b的直径，能够将安装在光学器件OD的镜筒30的光轴精度维持为较高，同时，实现简单且迅速的组装。
另外，由于在装载全息照像来代替透光板16作为透光性部件时，必须要在底座10上安装用以在全息照像上配置对物镜头等的光学组件，因此也能够与本实施例发挥同样的效果。
-位置决定孔的形状变化-
图3(a)～图3(c)为示出了各位置决定孔10b、10c能够具有的形状的变化图。
如图3(a)所示，第1、第2位置决定孔10b、10c可以构成直形的梯状孔。此时，当光学芯片15被安装在底座10的上方时，能够光学地检测出第2位置决定孔10c的上端位置，检测出中心位置。
如图3(b)所示，可以将第1、第2位置决定孔10b、10c一体化为一个锥度孔。此时，一个锥度孔的上部(在图示的虚线上方的部分)是第1位置决定孔10b，下部是第2位置决定孔10c。
图3(c)所示的形状，如参照图1所说明的一样，是第1、第2位置决定孔10b、10c构成带锥度的梯状孔的情况。与图3(b)相比，在图3(c)所示的形状中，由于在第1位置决定孔10b和第2位置决定孔10c之间存在平坦部Fla，因此决定出镜筒30的针32的下端所到达的位置。所以，在图3(c)所示的形状中，提高了镜筒30的组装稳定性。并且，在图3(c)所示的形状中，由于能够尽可能地使第2位置决定孔10c下端部的直径(最小直径)较小，因此能够谋求提高光学芯片15的位置决定精度。
特别是，由于各位置决定孔10b、10c的锥度与铸模工序中的拔模斜度一致，因此能够谋求制造工序的简单化。
(第2实施例)
图4为示出了本发明的第2实施例所涉及的光学器件的结构的立体图。不过，在图4中，省略了全息照像或者玻璃窗的图示。
如图4所示，本实施例的光学器件，包括：是具有冷却功能的底座的铜板50；装载了在铜板50的上面50a上装载的受光元件51及发光元件52的光学芯片；被弯曲成覆盖铜板50的上面50a及侧面的各一部分的软性衬底53；以及是用以将软性衬底53和铜板50彼此固定的金属制框体的位置决定框54。在软性衬底53设置有布线图案，该布线图案由用于与受光元件51及发光元件52的信号连接的内部端子53a、用于与外部设备的信号连接的外部端子53b、以及连接内部端子53a和外部端子53b的布线(印刷布线)53c构成。并且，软性衬底53的内部端子53a和受光元件51的外侧衬垫电极51b通过是信号连接部件的金属细线56电连接，光学芯片的内侧衬垫电极51a和发光元件的衬垫电极52a通过是信号连接部件的金属细线55电连接。也就是说，受光元件51及发光元件52均电连接在软性衬底53的布线图案上。并且，软性衬底53的两侧部分，在与铜板50的上面50a实质上垂直的方向上延伸。实质上垂直的方向上延伸，意味着虽然由于实际制造时的误差和偏差多少有些倾斜，但是在设计上是被设计为在垂直方向上延伸的。不过，也可以有些倾斜地延伸，也就是说，也可以延伸为与铜板50的上面50a交叉的样子。
并且，在铜板50设置有一对第1位置决定孔50b和一对第2位置决定孔50c，它们构成一个梯状孔，其中，上述一对第1位置决定孔50b是用以规定安装镜筒等光学组件的位置的光学组件用位置决定孔，上述一对第2位置决定孔50c是用以规定装载光学芯片的位置的光学芯片用位置决定孔。
本实施例所涉及的光学器件的组装工序，例如，以下述顺序进行。首先，在铜板50上，装载平板状的软性衬底53，用粘合剂将两者固定。其次，在将软性衬底53沿着铜板50的上面50a及侧面弯曲后，通过金属制的位置决定框54将铜板50和软性衬底53固定。这里，虽然没有图示，但是在铜板50的侧面，形成有几乎与软性衬底53的宽度一致的浅沟，通过此沟决定软性衬底53的位置。并且，通过粘合剂将位置决定框54侧部的中央部和铜板50套在一起，且通过粘合剂将位置决定框54侧部的两端部和软性衬底53套在一起。
其次，在通过粘合剂将内载了受光元件51的光学芯片粘在铜板50后，通过粘合剂将发光元件52粘在光学芯片上。在将光学芯片粘在铜板50之前，光学地检测出各第2位置决定孔50c的上端部，检测出各第2位置决定孔50c的中心位置。并且，在进行光学芯片的位置决定，使光学芯片的中心位置与各第1位置决定孔50b的中心位置一致后，将光学芯片粘在铜板50上。
然后，利用引线接合(wire bonding)，通过金属细线55将软性衬底53的内部端子53a和光学芯片的外侧衬垫电极51b电连接，且通过金属细线56将光学芯片的内侧衬垫电极51a和发光元件52的衬垫电极52a电连接。藉此方法，能够获得图4所示的光学器件的结构。
那以后的工序，因全息照像的有无而不同，当具有全息照像时，在位置决定框54上装载全息照像、玻璃窗等。
在本实施例中，也与第1实施例一样，能够将安装在光学器件的镜筒等光学组件的安装精度维持为较高，同时，谋求简单且迅速的组装。
(其它实施例)
适用本发明的位置决定孔的结构的对象，并不限定为具有上述第1、第2实施例所涉及的结构的光学器件。并且，即使不在底座直接安装光学芯片，即使在与底座之间有其它部件介在来安装光学芯片，只要是将镜筒等光学组件安装在底座，就能够发挥本发明的效果。

Claims (13)

1、一种光学器件，其特征在于：
包括：底座，
直接或者间接地固定于上述底座的光学芯片，
安装在上述底座的上表面上或者比上表面更朝上的透光性部件，
夹着上述光学芯片形成在上述底座的、规定配置在上述透光性部件上方的光学组件的安装位置的一对光学组件用位置决定孔，以及
夹着上述光学芯片形成在上述底座的、具有比上述各光学组件用位置决定孔小的直径、规定上述光学芯片的安装位置的一对光学芯片用位置决定孔。
2、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
还包括设置在上述底座的布线图案，
上述光学芯片，以倒装片状态电连接在上述布线图案上。
3、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
还包括设置在上述底座的布线图案，
上述光学芯片，通过金属细线电连接在上述布线图案上。
4、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
还包括：沿着上述底座弯曲配置的、具有布线图案的软性衬底，和
用以固定上述底座和软性衬底的框体；
上述光学芯片固定于上述底座，电连接在上述软性衬底的布线图案上。
5、根据权利要求4所述的光学器件，其特征在于：
上述光学芯片，以倒装片状态电连接在上述布线图案上。
6、根据权利要求4所述的光学器件，其特征在于：
上述光学芯片，通过金属细线电连接在上述布线图案上。
7、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
上述光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔，彼此形成在同心位置上，构成直形的梯状孔。
8、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
上述光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔，彼此形成在同心位置上，构成带锥度的梯状孔。
9、根据权利要求8所述的光学器件，其特征在于：
上述光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔的锥度，与底座的铸模模具的拔模斜度相等。
10、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
上述光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔，彼此形成在同心位置上，构成带锥度的无阶梯孔。
11、根据权利要求10所述的光学器件，其特征在于：
上述光学组件用位置决定孔及光学芯片用位置决定孔的锥度，与底座的铸模模具的拔模斜度相等。
12、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
上述光学芯片，包含受光元件和发光元件，
上述透光性部件，是全息照像。
13、根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
上述透光性部件，是透光板。
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