JP2001078064A - カメラモジュールとこれを用いたカメラシステム、及び光学モジュール - Google Patents

カメラモジュールとこれを用いたカメラシステム、及び光学モジュール

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JP2001078064A JP24947399A JP24947399A JP2001078064A JP 2001078064 A JP2001078064 A JP 2001078064A JP 24947399 A JP24947399 A JP 24947399A JP 24947399 A JP24947399 A JP 24947399A JP 2001078064 A JP2001078064 A JP 2001078064A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のカメラモジュール構造では薄型化に限
界があった。 【解決手段】 透光用の貫通穴１４が設けられた基板１
０と、受光部１５を有し、この受光部１５が貫通穴１４
から露出する状態で基板１０の一方の面にフリップチッ
プ実装された撮像素子１１と、この撮像素子１１の受光
部１５上の空間を覆う状態で基板１９の他方の面に実装
されたレンズユニット１２とを備えるカメラモジュー
ル。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子を備えた
カメラモジュールとこれを用いたカメラシステム、及び
光学素子を備えた光学モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、撮像素子を用いたカメラモジュー
ルは、信号処理系統を含むカメラシステムとして、パー
ソナルコンピュータや携帯型テレビ電話などの小型情報
端末に搭載される用途が求められ、これに伴ってカメラ
モジュールの小型化要求が非常に強まっている。
【０００３】従来、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子
などの撮像素子を用いたカメラモジュールとしては、図
６に示すような構成のものが知られている。図示したカ
メラモジュール５１は、撮像装置５２、実装基板５３及
びレンズユニット５４から構成されている。撮像装置５
２には、チップ状の撮像素子５５をパッケージ体５６に
実装してシールガラス５７により気密封止してなるＱＦ
Ｐ(Quad Flat Package) タイプの構造が採用されてい
る。この撮像装置５２は、パッケージ体５６の４辺に設
けられた外部接続用のリード端子５８を介して実装基板
５３に実装されている。また、撮像装置５２の上部には
レンズユニット５４が実装されている。レンズユニット
５４は、ホルダ５９、鏡筒６０、光学フィルタ６１及び
レンズ６２により構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来における
カメラモジュール５１の厚み寸法は、これを構成する撮
像装置５２、実装基板５３及びレンズユニット５４の各
厚み寸法を足し合わせたものとなっている。そのため、
カメラモジュール５１を薄型化するには、各構成部品の
厚み寸法を小さくする必要がある。
【０００５】しかしながら現状では、撮像装置５２、実
装基板５３及びレンズユニット５４の各々の厚み寸法を
小さくするにも限界のレベルに達しつつある。したがっ
て、カメラモジュール５１の更なる薄型化を図ることは
極めて困難な状況になっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るカメラモジ
ュールは、透光用の貫通穴が設けられた基板と、受光部
を有し、この受光部が貫通穴から露出する状態で基板の
一方の面にフリップチップ実装された撮像素子と、この
撮像素子の受光部上の空間を覆う状態で基板の他方の面
に実装されたレンズユニットとを備えた構成となってい
る。
【０００７】上記構成のカメラモジュールにおいては、
基板の一方の面に撮像素子をフリップチップ実装し、そ
の反対側の基板面にレンズユニットを実装した構成とす
ることにより、従来のモジュール構造に比較して、撮像
素子を気密封止するためのパッケージ厚寸法が削減され
るとともに、それらの構成部品（基板、撮像素子、レン
ズユニット）がモジュール厚み方向でより密に配置され
るようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００９】図１は本発明に係るカメラシステムの構成
を示す側面概略図である。図示したカメラシステム１
は、カメラモジュール２とシステムモジュール３によっ
て構成されている。カメラモジュール２とシステムモジ
ュール３とはフレキシブル配線基板４によって繋がれて
いる。フレキシブル配線基板４は、カメラモジュール２
側から引き出されたもので、その引き出し端の配線パタ
ーン部がコネクタ５を介してシステムモジュール３の配
線パターンに電気的に接続されている。
【００１０】システムモジュール３の配線基板６には、
上記コネクタ５とともに各種の電子部品７Ａ〜７Ｄ及び
システムＩＣ８Ａ〜８Ｃが両面実装されている。システ
ムＩＣ８Ａ〜８Ｃは、カメラモジュール２を駆動するた
めの駆動回路や、カメラモジュール２によって得られる
画像信号に種々の画像処理（例えば、画像圧縮処理等）
を施す画像処理回路などを構成するものである。また、
配線基板６には、システムモジュール３を含めたカメラ
システム１をパーソナルコンピュータ等の情報端末に接
続するためのＵＳＢ（Universal-Serial-Bus）コネクタ
９が実装されている。
【００１１】図２は本発明の実施形態に係るカメラモジ
ュールの構造を説明するもので、（ａ）はその概略平面
図、（ｂ）はその側断面図である。図示したカメラモジ
ュール２は、基板１０、撮像素子１１及びレンズユニッ
ト１２によって構成されている。
【００１２】基板１０は、図３にも示すように、メタル
プレート１３と先述したフレキシブル配線基板４とを接
着剤等（不図示）により貼り合わせたものである。メタ
ルプレート１３は、例えば板厚が０．５ｍｍ前後の薄い
ステンレス鋼板からなるもので、撮像素子１の外形寸法
よりも大きな正方形又は長方形をなしている。フレキシ
ブル配線基板４は、例えばポリエステルやポリイミドか
らなるベースフィルムに銅等の導体材料によって配線パ
ターン（不図示）を形成したもので、メタルプレート１
３とほぼ同一幅をもった長尺状の帯状構造をなしてい
る。そして、このフレキシブル配線基板４の端部にメタ
ルプレート１３が貼り付けられ、その貼り付け部分で基
板１０の強度（剛性）が十分に確保されている。
【００１３】また、基板１０には透光用の貫通穴１４が
設けられている。この貫通穴１４は、フレキシブル配線
基板４とメタルプレート１３の貼り合わせ部分の略中央
部に設けられている。また、貫通穴１４は、後述する撮
像素子４の受光部とほぼ同じ大きさをもって四角形（矩
形状）に開けられている。これに対して、フレキシブル
配線基板４の配線パターンの端部は、上記貫通穴１４の
周辺部に撮像素子１１の電極位置に対応して配置されて
いる。
【００１４】なお、メタルプレート１３は、後述するよ
うに撮像素子１１とレンズユニット１２を基板１０に実
装するにあたって、その実装部分を機械的に補強し且つ
光軸方向におけるレンズユニット２の位置合わせ精度を
確保するためのものである。そのため、フレキシブル配
線基板４の厚みを厚くして十分な強度（剛性）が得られ
る場合には、メタルプレート１３を設ける必要はない。
また、基板材料としては、基板１０の全部又は一部を、
ポリイミド系有機材料、ガラスエポキシ系有機材料、或
いはセラミック系材料で構成してもよい。ただし、いず
れの基板材料を採用する場合でも、撮像素子１１との電
気的な接続のための配線パターンを設ける必要はある。
【００１５】撮像素子１１は、例えばＣＣＤ撮像素子、
ＣＭＯＳ撮像素子等からなるもので、その主面上に多数
の読取画素を２次元的に配列してなる受光部１５を有し
ている。また、撮像素子１１の周縁部には、上記受光部
１５を囲む状態で、例えばアルミニウムパッドからなる
複数の電極部（不図示）が形成されている。この撮像素
子１１は、ベアチップの状態で、バンプ１６を介して基
板１０の一方の面（フレキシブル配線基板４の下面）に
実装（フリップチップ実装）され、これによって撮像素
子１１の電極部（不図示）とフレキシブル配線基板４の
配線パターンとがバンプ１６を介して電気的に接続され
ている。また、この実装状態においては、撮像素子１１
の受光部１５が基板１０の貫通穴１４から露出する状態
に配置されている。
【００１６】さらに、撮像素子１１の周辺部にはその全
周にわたって封止樹脂１７が塗布されている。この封止
樹脂１７は、撮像素子１１と基板１０の電気的接続部
（バンプ接合部）の機械的な強度を高めることと、それ
らの隙間からの塵埃の進入を阻止する役目を果たす。封
止樹脂１７としては、その特性としてガスの発生が極力
少ない樹脂材料、例えばガラスエポキシ樹脂等を用いる
ことが望ましい。その理由は、封止樹脂１７から発生し
たガスが後述するレンズに付着すると、レンズ表面が曇
って撮像性能に悪影響を与えるためである。
【００１７】レンズユニット１２は、ホルダ１８、鏡筒
１９、光学フィルタ２０及びレンズ２１によって構成さ
れている。ホルダ１８は、円筒構造をなすもので、その
内周側に鏡筒１９が嵌合されている。ホルダ１８の内周
面と鏡筒１９の外周面には必要に応じてネジ山が形成さ
れる。このネジ山を形成してホルダ１８と鏡筒１９を互
いに螺合すれば、両者を中心軸方向（光軸方向）に相対
移動させて焦点合わせを行うことができる。鏡筒１９の
先端部は中心軸側に略直角に曲げ成形され、これによっ
て入射光規制のための絞り部１９Ａが一体に形成されて
いる。
【００１８】光学フィルタ２０は、例えば上記絞り部１
９Ａを介して入射する入射光の中から赤外部をカットす
る機能を果たす、いわゆる赤外カットフィルタである。
この光学フィルタ２０は、上記絞り部１９Ａに近接して
鏡筒１９の先端寄りに嵌合固定されている。レンズ２１
は、上記絞り部１９Ａ及び光学フィルタ２０を介して入
射した光を、撮像素子１１の受光部１５で結像させるた
めのものである。このレンズ２１は、上記絞り部１９Ａ
を基準に位置出しを行った状態で、上記光学フィルタ２
０とともに鏡筒１９の内部に取り付けられている。
【００１９】なお、光学フィルタ２０は、赤外カットフ
ィルタに限らず、撮像用途に応じて種々のフィルタ（例
えば、光学的なバンドパスフィルタなど）を用いること
ができる。また、レンズ２１の材料（硝材）に赤外カッ
ト機能をもつ材料を用いたり、そうした材料をレンズ２
１表面にコーティング、蒸着等によって付着させること
により、レンズ２１自体に赤外カット機能を持たせるこ
とも可能である。そうした場合は、光学フィルタ２０に
赤外カットフィルタを用いる必要はなくなる。さらに、
ホルダ１８無しでレンズユニット１２を構成することも
可能である。
【００２０】上記構成のレンズユニット１２は、基板１
０の他方の面（メタルプレート１３の上面）に実装され
ている。この実装状態では、基板１０（１３，４）を間
に挟んで、該基板１０の両面に撮像素子１１とレンズユ
ニット１２が実装されている。また、撮像素子１１の受
光部１５とレンズユニット１２のレンズ２１とは基板１
０の貫通穴１４を介して同じ軸上（光軸上）で対向し、
かつ撮像素子１１の受光部１５上の空間がレンズユニッ
ト１２で覆われた状態になっている。
【００２１】かかるカメラモジュール２においては、撮
像素子１１の受光部１５が基板１０の貫通穴１４から露
出した状態となっているため、実際の撮像時には、レン
ズユニット１２の絞り部１９Ａから光学フィルタ２０を
通して入射した光が、レンズ２１の屈折作用により撮像
素子１１の受光部１５で結像することになる。また、撮
像素子１１の受光部１５で受光されかつそこでの光電変
換によって得られた画像信号は、基板１０（フレキシブ
ル配線基板４）の配線パターンを介してシステムモジュ
ール３（図１参照）に伝達される。
【００２２】続いて、本発明の実施形態に係るカメラモ
ジュールの製造方法につき、図４（ａ）〜（ｄ）を用い
て説明する。
【００２３】先ず、図４（ａ）に示すように、メタルプ
レート１３とフレキシブル配線基板４を貼り合わせかつ
該貼り合わせ部分に貫通穴１４を設けた基板１０を用意
する一方、撮像素子１１の各々の電極部の上にバンプ１
６を形成する。バンプ１６については、例えば図５
（ａ）に示すようにキャピラリ２２の先端から引き出し
た金線２３の先端にボールを形成してこれを撮像素子１
１の電極部（アルミニウムパッド）１１Ａに圧着した
後、図５（ｂ）に示すようにキャピラリ２２から金線２
３を引き出さずに、ボールの部分で金線２３を切断する
ことにより形成することができる。このバンプ形成方法
は、ボールバンプ法（又はスタッドバンプ法）と呼ばれ
るものであるが、これ以外にも、例えば、無電界めっき
法を用いたバンプ形成や、転写バンプ法又はソルダリン
グ技術を用いたバンプ形成方法を採用してもよい。
【００２４】次に、図４（ｂ）に示すように、基板１０
の一方の面にバンプ１６を介して撮像素子１１を実装
（フリップチップ実装）する。かかる実装工程では、図
示せぬ受台に基板１０を載置する一方、図示せぬボンデ
ィングツールで撮像素子１１を保持する。そして、受台
上の基板１０とボンディングツールにて保持した撮像素
子１１を位置合わせした状態で、撮像素子１１の電極部
に形成したバンプ１６を超音波接合により基板１０（フ
レキシブル配線基板４）の配線パターンに電気的かつ機
械的に接続する。
【００２５】基板１０と撮像素子１１の位置合わせは、
上記ボンディングツールによる加圧方向と直交する方向
（一般的には水平方向）において、基板１０の貫通穴１
４と撮像素子１１の受光部１５の位置、及び基板１０の
配線パターンとこれに対応する撮像素子１１の電極部の
位置が、それぞれ一致する条件で行われる。また、超音
波接合については、例えば、周波数：５０ＫＨｚ、ツー
ル温度：１００℃、受台温度：１００℃、接合時間：
０．５ｓ秒、ツール加圧力：バンプ一個当たり１００
ｇ、振幅２．５μｍの条件で行われる。
【００２６】ここで、超音波接合時の加熱温度として
は、撮像素子１１の主面上にマイクロレンズが形成され
ている場合にこのマイクロレンズが熱的なダメージを受
けないよう、１７０℃以下の条件に設定することが望ま
しい。また、基板１０に撮像素子１１を実装する際の接
合方法としては、上記温度条件（１７０℃以下）を満た
す低温接合を実現するものであれば、超音波接合以外の
接合方法を採用しても構わない。具体的には、銀ペース
トを用いた接合やインジウムを用いた接合、或いは異方
性導電材料を用いた接合方法などが考えられる。
【００２７】次いで、図４（ｃ）に示すように、撮像素
子１１の周辺部にディスペンサ等を用いて封止樹脂１７
を塗布する。このとき、適度な粘性を有する封止樹脂１
７を用いることにより、ディスペンサ等で塗布した封止
樹脂１７が撮像素子１１の受光部１５にまで流れ込まな
いようにする。また、封止樹脂１７を塗布した後は、こ
れを自然乾燥或いは熱処理によって硬化させておく。
【００２８】続いて、図４（ｄ）に示すように、予め組
み立ての完了したレンズユニット１２を基板１０の他方
の面に実装する。かかる実装工程では、レンズユニット
１２のホルダ１８の端面又はレンズユニット１２の実装
位置に対応した基板１０の他方の面上に、例えばエポキ
シ系の接着剤（不図示）を塗布する。その後、レンズユ
ニット１２と撮像素子１１を位置合わせした状態で、基
板１０の他方の面にレンズユニット１２を押し付けるこ
とにより、上記接着剤を介してレンズユニット１２を基
板１０に固定する。以上で、先の図２に示したカメラモ
ジュール２が得られる。
【００２９】このような構成からなるカメラモジュール
２においては、貫通穴１４を有する基板１０の一方の面
にフリップチップ実装にて撮像素子１１を直に取り付
け、その反対側、即ち基板１０の他方の面にレンズユニ
ット１２を実装した構造を採用しているため、従来のモ
ジュール構造（図６参照）に比較して、撮像素子を気密
封止するためのパッケージ厚寸法分を削減できるととも
に、モジュール厚み方向において基板１０、撮像素子１
１及びレンズユニット１２をより密に配置することがで
きる。これにより、超薄型のカメラモジュール２を提供
することが可能となる。また、かかるカメラモジュール
２を用いたカメラシステム１においては、カメラモジュ
ール２の厚みが薄くなることで、より小さな取付スペー
スを利用して情報端末に組み込むことが可能となる。
【００３０】また、撮像素子１１をフレキシブル配線基
板４に接続しているため、そのフレキシブル配線基板４
の可撓性を利用してカメラモジュール２の向きを自由に
変えることができる。これにより、カメラモジュール２
を情報端末製品に組み込む際には、カメラモジュール２
の取り付け角度を任意に調整可能となるため、組み付け
時の自由度が大幅に向上する。
【００３１】さらに、かかるカメラモジュール２を製造
するにあたっては、撮像素子１１を気密封止するための
パーケージ工程が不要になることから、生産性の向上に
よって低コスト化を実現することが可能となる。
【００３２】なお、上記実施形態においては、基板１
０、撮像素子１１及びレンズユニット１２を密に配置し
て薄型のカメラモジュール２を構成するようにしたが、
本発明はこれに限らず、例えば、上記撮像素子１１に代
えて、その主面上に光学的機能部としての発光部を有す
る光学素子（不図示）を基板１０の一方の面にフィップ
チップ実装し、これによってカメラモジュール２以外の
光学モジュールを構成するものであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板の一方の面に撮像素子をフリップチップ実装し、その
反対側の基板面にレンズユニットを実装した構成とした
ことにより、従来のモジュール構造に比較して、撮像素
子を気密封止するためのパッケージ厚寸法分を削減でき
るとともに、モジュール厚み方向において基板、撮像素
子及びレンズユニットをより密に配置することができ
る。これにより、超薄型のカメラモジュールが実現され
ることになる。また、撮像素子に代えて、他の光学素子
を用いたものでは、超薄型の光学モジュールが実現され
ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカメラシステムの構成を示す側面
概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカメラモジュールの構
造を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカメラモジュールの基
板構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカメラモジュールの製
造方法を説明する図である。
【図５】バンプ形成方法の一例を説明する図である。
【図６】従来のカメラモジュールの構造を説明する側断
面図である。
【符号の説明】
１…カメラシステム、２…カメラモジュール、３…シス
テムモジュール、１０…基板、１１…撮像素子、１２…
レンズユニット、１４…貫通穴、１５…受光部、１６…
バンプ、１７…封止樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米本 和也 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA10 BA14 FA06 GC11 GD02 HA11 HA23 HA24 HA27 HA31 HA33 5C022 AA00 AC42 AC54 AC69 AC70 AC78 5C024 AA00 CA00 FA01 FA11 FA17 GA11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透光用の貫通穴が設けられた基板と、 受光部を有し、この受光部が前記貫通穴から露出する状
    態で前記基板の一方の面にフリップチップ実装された撮
    像素子と、 前記撮像素子の受光部上の空間を覆う状態で前記基板の
    他方の面に実装されたレンズユニットとを備えることを
    特徴とするカメラモジュール。
  2. 【請求項２】 透光用の貫通穴が設けられた基板と、 受光部を有し、この受光部が前記貫通穴から露出する状
    態で前記基板の一方の面にフリップチップ実装された撮
    像素子と、 前記撮像素子の受光部上の空間を覆う状態で前記基板の
    他方の面に実装されたレンズユニットとを備えるカメラ
    モジュールを用いたことを特徴とするカメラシステム。
  3. 【請求項３】 透光用の貫通穴が設けられた基板と、 光学的機能部を有し、この光学的機能部が前記貫通穴か
    ら露出する状態で前記基板の一方の面にフリップチップ
    実装された光学素子と、 前記光学素子の光学的機能部上の空間を覆う状態で前記
    基板の他方の面に実装されたレンズユニットとを備える
    ことを特徴とする光学モジュール。
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