JP2000332225A

JP2000332225A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2000332225A
Application number: JP11138663A
Authority: JP
Inventors: Mitsuji Kitani; 充志木谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化が可能であり、しかも、ガラス素子の
組込みが容易で、歩留まりよく、低コストで実装できる
撮像装置を提供し、これを搭載したデジタルカメラ、ビ
デオカメラ、カメラ付携帯端末などの製品を、容易に提
供する。【解決手段】撮像素子の素子形成面に、配線及び接続
用の端子を設けた基板を向かい合わせた状態で、その対
向面において、前記撮像素子を前記基板に対して、バン
プを介して、接続したフェイスダウン実装の構成であ
り、前記撮像素子の受光領域部に対して、前記基板側に
貫通窓を設けている撮像装置において、前記貫通窓は、
数段の段差部があり、貫通窓の基部に、前記撮像素子の
画素領域を臨ませて保持すると共に、前記段差部に光透
過用のガラス素子を埋め込んでいることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子の周辺回
路を一体化し、小型化、薄型化した撮像装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ビデオカメラ、デジタルカメ
ラなどの、セラミック・パッケージに入れた、マルチメ
ディア携帯機器への対応を考慮した撮像装置として、例
えば、「ＮＩＫＫＥＩＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ１
９９７年９月号」に掲載された松下電子工業製の携帯機
器向けワンチップカメラなどが知られている。

【０００３】その構成は、図５に示すように、シリコン
配線基板上にＣＣＤ、周辺ＩＣ（駆動回路、雑音低減回
路（ＣＤＳ回路）、ＤＳＰ（画像信号処理）など）を搭
載し、それぞれのチップとシリコン配線基板とを、ワイ
ヤーボンディングで、互いの端子部にて、接続してい
る。

【０００４】そして、それぞれのチップを搭載した前記
シリコン基板を、セラミック・パッケージ内に入れて接
着し、その後、更に、前記パッケージの端子部と前記シ
リコン基板の端子部とを、ワイヤーボンディングで接続
している。更に、ＣＣＤの受光部に映像光が入射するよ
うに、受光部のみに対応して、保護ガラスを嵌め込んだ
セラミック蓋を、接着剤を用いて封止し、パッケージ化
している。そして、最後に、レンズを組み込んだモール
ド鏡筒付きカバー（図示せず）を位置決めし、被嵌させ
ている。

【０００５】しかしながら、上述の構成の撮像装置に
は、次のような問題点があった。

【０００６】セラミック・パッケージに、撮像素子
や周辺ＩＣを実装した配線基板を載せて、積み重ねる構
造では、更に、ワイヤーボンディングを用いている関係
で、パッケージの厚さ方向への占有空間、および、横方
向の占有空間が必要となり、撮像装置のサイズが全体と
して大きくなる。

【０００７】セラミック・パッケージに、撮像素子
を実装した配線基板を積み重ねた構造であるために、積
み重ねる毎に、撮像素子とセラミック・パッケージの外
形との位置ずれが大きくなる。

【０００８】また、セラミック・パッケージ、それ自体
も、成形時の寸法ばらつきが大きいために、可成り寸法
精度が悪い。従って、撮像装置を製品に組み込む際、レ
ンズなどの光学系との位置合わせ、光軸合わせ、あおり
調整が必要になり、製品内に、必ず、位置調整機構を設
けなくてならない。

【０００９】このような問題点について、従来の撮像装
置を搭載する製品では、製品の小型化が困難であり、し
かも、組立工程での光軸調整、あおり調整など、多くの
調整が必要で、高コストとなり、低価格化も困難であっ
た。

【００１０】このように、撮像素子と配線基板の結線方
法がワイヤーボンディングであった場合、高さ方向、横
方向の占有空間が必要であるために、前記空間を必要と
しないフェイスダウン実装が既に採用されている。しか
しながら、不透明な配線基板に撮像素子をフェイスダウ
ン実装した場合、撮像素子の受光部に入射するべき映像
が、前記配線基板により遮られてしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、配線基板に貫
通窓を設けて、撮像素子の機能と実装面積の削減の両立
を図ると共に、フェイスダウン実装を用いることで、撮
像素子と配線基板とが、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、あおり方向と
も、数十ミクロンの精度で、アライメントし、配線基板
の外形に合わせて、ガラス基板の組込みを、投げ込みに
よって、精度よく実施することが考えられた。これによ
り、位置合わせが不要で、そのために、位置調整機構、
調整工数が不要となり、小型化、低コスト化が実現でき
る。

【００１２】更に、貫通窓を設けた配線基板に撮像素子
以外の周辺ＩＣ（駆動回路、雑音低減回路、画像信号処
理など）などを実装することにより、効率よく、各撮像
素子の配置（所謂、マルチチップモジュール）が可能と
なり、製品の小型化を図ることができる。また、貫通窓
を設けた配線基板に、配線以外のコンデンサーや抵抗と
いった機能を付加したことでも、製品の更なる小型化が
可能となる。

【００１３】上記に加えて、貫通窓を設けた配線基板の
材質を、不透明なシリコンにすることによって、撮像素
子の非受光部及び周辺ＩＣの遮光機能を兼ねることがで
き、更に、熱膨張差などを配慮する必要がなく、フェイ
スダウン実装や撮像素子の組込みに適する。

【００１４】しかしながら、このような構成において
も、製品に組込む場合に、レンズなどのガラス素子を、
更に組付ける必要があり、基板の外形を高精度に作成す
ることで、その外形を基準にして、ガラス素子の組込み
を行った場合、前記基板に設けた貫通窓より、ガラス素
子の組込み領域が大きくなる。

【００１５】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、小型化が可能であり、しかも、ガラス素子の組込
みが容易で、歩留まりよく、低コストで実装できる撮像
装置を提供し、これを搭載したデジタルカメラ、ビデオ
カメラ、カメラ付携帯端末などの製品を、容易に提供で
きるようにすることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
撮像素子の素子形成面に、配線及び接続用の端子を設け
た基板を向かい合わせた状態で、その対向面において、
前記撮像素子を前記基板に対して、バンプを介して、接
続したフェイスダウン実装の構成であり、前記撮像素子
の受光領域部に対して、前記基板側に貫通窓を設けてい
る撮像装置において、前記貫通窓は、数段の段差部があ
り、貫通窓の基部に、前記撮像素子の画素領域を臨ませ
て保持すると共に、前記段差部に光透過用のガラス素子
を埋め込んでいることを特徴とする。

【００１７】この場合、前記基板の、配線面とは反対の
面側で、前記貫通窓の段差部の形状がほぼ円形に形成さ
れていること、前記貫通窓の段差部に埋め込まれたガラ
ス素子は、光学系のレンズであること、前記貫通窓に
は、鏡筒、レンズを含む光学系が嵌合され、その光軸位
置を位置決めされていること、前記基板には、撮像素子
以外のＩＣが搭載されていること、前記基板には、配線
以外に半導体素子が装備されていること、更に、前記基
板の材質はシリコンであることが、その実施の形態とし
て好ましい。

【００１８】このように、貫通窓に段差を設けて、その
段差部にレンズなどのガラス素子を組込むことにより、
光学系の調整が不要になると共に、更なる基板サイズに
収まる小型化が可能になる。また、カメラなどで、レン
ズユニットを組込むことにより、更なる解像度向上のた
め、レンズの口径を大きくする場合でも、基板の貫通窓
部に鏡筒を固定することにより、その小型化が可能とな
り、光学系の調整が不要であり、また、レンズを直接に
取付けることにより、基板外に、外枠部を必要とするこ
ともなく、高精度で、安価な撮像装置を提供することが
可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の実施の形態について、図面を参照して、具体的に説
明する。なお、図１は、本発明における撮像素子を搭載
した撮像装置の断面図、図２は斜視図、図３は本撮像装
置にレンズに組み込んだ形態を示す斜視図である。

【００２０】図１において、符号１０は撮像素子、２０
は撮像素子の端子に形成されたスタッドバンプ、３０は
周辺の信号処理ＩＣ、４０は貫通窓、４５は貫通窓の段
差部、また、５０は貫通窓加工を施した基板で、その片
面には配線５５が形成されている。また、符号６０はＦ
ＰＣで、撮像装置と外部基板との電源、信号の入出力の
経路となる。更に、７０は貫通窓４０の段差部４５に嵌
め込まれたガラス基板、８０は基板５０上のＩＣや配線
の保護のための封止樹脂である。

【００２１】なお、図２の（Ａ）、（Ｂ）において、符
号９０は貫通窓の段差部、１００は撮像素子の画素であ
る。また、図３の（Ａ）、（Ｂ）において、符号１２５
はレンズ、４７は円形に刳り抜かれた窓部である。

【００２２】この実施の形態における具体例を以下に示
す。即ち、ここでは、結晶方位１１０のＳｉ基板が用い
られており、その表面に熱酸化膜を、１００００Åの厚
さで形成し、更に、配線層を形成して、パターン加工す
る。また、絶縁を兼ねてＳｉＯ₂膜を形成し、前記Ｓｉ
Ｏ₂膜に接続端子部の開口部を形成する。前記配線の材
料としては、薄膜のＡｌ、Ｃｕ、厚膜のＡｕペースト、
Ａｇペーストなどがあり、接続端子部の開口部に、Ａｕ
メッキあるいは厚膜のＡｕを印刷する場合もある。

【００２３】次に、撮像素子に映像光が入射するよう
に、配線基板の開口部に貫通窓を設ける。その方法とし
ては、配線基板がシリコンであるから、精度よく加工で
きるエッチング法を採用するのがよい。エッチング液と
しては、テトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭ
ＡＨ）水溶液を用いた。なお、ここで、エッチング液と
しては、ＫＯＨなどの、シリコンとＳｉＯ₂との選択比
が十分にとれるものであれば、特に限定されない。

【００２４】この具体例において、配線基板の貫通窓に
段差部を設けるためには、配線基板の配線面に、接続端
子部を除いて、ＳｉＯ₂膜を成膜し、配線基板の反配線
面（配線面とは反対の面）にも、同様に、全面にＳｉＯ
₂膜を成膜する。しかしながら、貫通窓を設けたい部分
のＳｉＯ₂膜は、フォトリソの手段によって除去する。
更に、配線基板の配線面、側面及び反配線面の角部を、
シリコーンゴム、テフロン、ＳＵＳなどの、ＴＭＡＨ水
溶液に耐蝕性のある材料で、更に保護し、エッチング液
に投入する。

【００２５】このエッチングは、ＴＭＡＨ２２％水溶液
を１０時間で、９０℃に熱するという条件とする。ま
た、エッチングは、シリコン層で進行するが、基板の両
面からエッチングされるため、貫通窓が形成された時点
で、終了となる。なお、配線側ＳｉＯ₂膜により、配線
側へのエッチング液の侵入を防いでいる。

【００２６】撮像素子の端子にバンプを形成する場合に
は、カラーフィルター、マイクロレンズなどの、耐熱性
の低い材料を用いている構成であるから、バリアメタル
の薄膜工程、メッキ後の熱処理工程など、高温に曝され
る畏れがあるため、通常のメッキバンプを用いることが
できない。そこで、ここでは、ボールボンディングのボ
ール部のみを端子に付ける、所謂、スタッドバンプを用
いることになる。ボールを端子部に超音波と熱で付けた
後、切断したワイヤーの再結晶部が短く残って凸形状に
なり、基板との接合を実現する上で、不都合なので、上
面を別のツールで押し潰すなどのフラットニングを行
う。

【００２７】また、同一基板上に搭載する画像処理など
のＩＣのバンプについては、メッキ手段、あるいは、撮
像素子と同様なスタッドバンプの手段で形成される。こ
のように、スタッドバンプや、メッキバンプを形成した
ＩＣチップを、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）あるいは
ＡＣＰ（異方性導電ペースト）を用いて、基板上にフェ
イスダウン実装を行う。

【００２８】フェイスダウン実装の手順としては、撮像
素子のボンディングに、ＡＣＦを用いる場合に、予め、
配線基板の貫通窓部を除き、端子部にかかる形状につい
て型抜きした状態で、低温下でＡＣＦを仮圧着する。ま
た、ＡＣＰを用いる場合には、予め、デスペンサーなど
で、基板の端子部にＡＣＰを塗布する。更に、前記ＡＣ
Ｆを仮圧着した部分、あるいは、ＡＣＰを塗布した部分
に、撮像素子の裏面からボンディングツールで吸着し、
撮像素子を加熱・圧着する。

【００２９】この時の加熱条件としては、ＡＣＦ、ＡＣ
Ｐの樹脂成分が硬化する条件、例えば、その温度が、接
合部において、１５０℃、８０ｓｅｃであり、圧力が、
端子数によっても異なるが、端子当たり、７０〜１２０
ｇになるように、適宜に装置側の荷重を設定する。

【００３０】周辺ＩＣの場合も、ＡＣＦ、ＡＣＰを用い
て、撮像素子と同様に、装置側の加熱ツールにＩＣチッ
プの裏面側を吸着し、画像処理により、配線板端子とＩ
Ｃチップの端子の位置合わせを行い、前記ツールによ
り、加熱・圧着する。特に、この構成の場合には、周辺
のＩＣと比較して、撮像素子の耐熱性が劣るため、より
低温で接続する必要性がある。そこで、これを考慮し
て、周辺ＩＣを先に熱圧着し、その後、電気チェックを
行い、周辺ＩＣが確実に実装されていることを確認して
から撮像素子を実装するのが望ましい。

【００３１】撮像素子、周辺ＩＣを実装した後、外部か
ら電源供給、信号入出力用のＦＰＣを熱圧着し、更に、
端子部、素子部を保護するために、樹脂封止、配線基板
の素子搭載面に対抗する面側の貫通窓部に、赤外カット
フィルターを設けたガラスを嵌め込み、接着固定する。
これにより、本発明の撮像装置が形成される。

【００３２】（第２の実施の形態）図４の（Ａ）、
（Ｂ）に示す撮像装置は、本発明における第２の実施の
形態である。ここで、符号１２０はレンズを組み込んだ
鏡筒、１３０はレンズ、４５はレンズを組み込んだ鏡筒
を嵌め込むための、円形刳り抜きの窓段差部である。こ
の段部には、モールド成形された鏡筒に、ねじり振動の
超音波で、カシメを行い、レンズを固定している。本発
明によれば、ホトリソグラフ、エッチングにより、高精
度に形成された貫通窓に、レンズ鏡筒を位置決めし、接
着・固定することができる。このため、光軸調整が不要
になる。

【００３３】上記構成をとることにより、レンズを大き
くし、解像度を向上させる場合においても、レンズの焦
点方向はレンズに応じて、大きくなるものの、基板サイ
ズの大きさの占有面積の範囲で、構成できるから、実質
的には、小型化が可能になるのである。

【００３４】

【発明の効果】本発明に依れば、以上説明したように、
配線及び接続用の端子を設けた基板に撮像素子の素子形
成面を向かい合わせとして、バンプなどにより、撮像素
子を接続する、所謂、フェイスダウン実装した撮像素子
モジュールにおいて、前記撮像素子の受光領域部に対し
て、前記基板側に貫通窓を設けることにより、実装面積
を削減したフェイスダウン実装を採用することができ
る。そして、格段に撮像装置のサイズを小型化すること
ができ、更に、貫通窓部にガラス素子として、レンズ或
いはレンズを含めた鏡筒などを嵌め込むことにより、光
学系を含めた小型化が可能になり、しかも、フェイスダ
ウン実装を採用することで、光学系を含めた撮像素子と
配線基板が、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、あおり方向とも、数十ミ
クロンの精度でアライメントできるから、配線基板の外
形の精度で、投げ込みにより、製品の組込みが実現でき
る。従って、位置合わせのため調整機構、調整工数が不
要で、小型化、低コスト化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す、貫通窓部に撮像素
子を搭載した撮像装置の断面図である。

【図２】同じく、（Ａ）、（Ｂ）で示すように、貫通窓
部にガラスを組込んだ図である。

【図３】同じく、（Ａ）、（Ｂ）で示すように、貫通窓
部にレンズを組込んだ図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を、（Ａ）、（Ｂ）で
示すように、貫通窓部にレンズ筐筒を組込んだ図であ
る。

【図５】従来の１チップカメラモジュールの図である。

【符号の説明】

１０撮像素子２０スタッドバンプ３０信号処理ＩＣ４０貫通窓４５貫通窓の段差部４７円形にくり抜かれた窓部５０基板５５配線６０ＦＰＣ７０ガラス基板８０封止樹脂９０円形貫通窓の段差部１００撮像素子の画素上のマイクロレンズ１２０鏡筒１２５レンズ１３０鏡筒に嵌め込まれたレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子の素子形成面に、配線及び接続
用の端子を設けた基板を向かい合わせた状態で、その対
向面において、前記撮像素子を前記基板に対して、バン
プを介して、接続したフェイスダウン実装の構成であ
り、前記撮像素子の受光領域部に対して、前記基板側に
貫通窓を設けている撮像装置において、前記貫通窓は、数段の段差部があり、貫通窓の基部に、
前記撮像素子の画素領域を臨ませて保持すると共に、前
記段差部に光透過用のガラス基板を埋め込んでいること
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記基板の、配線面とは反対の面側で、
前記貫通窓の段差部の形状がほぼ円形に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】前記貫通窓の段差部に埋め込まれたガラ
ス基板は、ガラス素子である光学系のレンズであること
を特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】前記貫通窓には、鏡筒、レンズを含む光
学系が嵌合され、その光軸位置を位置決めされているこ
とを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の撮像装
置。
【請求項５】前記基板には、撮像素子以外のＩＣが搭
載されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに
記載の撮像装置。
【請求項６】前記基板には、配線以外に半導体素子が
装備されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか
に記載の撮像装置。
【請求項７】前記基板の材質はシリコンであることを
特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の撮像装置。