JP2004072572A - カメラモジュール及びカメラシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで小型化、薄型化がなされたカメラモジュール及びそれを用いたカメラシステムを提供すること。
【解決手段】本発明にかかるカメラモジュールはレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２からなる光学構造部とを備えている。光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサー１を備えている。さらにイメージセンサー１と電気的に接続された配線基板６と、レンズ２０を支持する内部ホルダ２４と、内部ホルダを支持し、配線基板６に取り付けられた外部ホルダ２３を備えている。また内部ホルダは上下に移動し焦点を合わせることができる。そしてイメージセンサー１は有機系樹脂からなるマイクロレンズを備え、有機系樹脂の表面に無機系薄膜が設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明にかかるカメラモジュールはレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２からなる光学構造部とを備えている。光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサー１を備えている。さらにイメージセンサー１と電気的に接続された配線基板６と、レンズ２０を支持する内部ホルダ２４と、内部ホルダを支持し、配線基板６に取り付けられた外部ホルダ２３を備えている。また内部ホルダは上下に移動し焦点を合わせることができる。そしてイメージセンサー１は有機系樹脂からなるマイクロレンズを備え、有機系樹脂の表面に無機系薄膜が設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラモジュールに関し、より詳しくは携帯電話、携帯端末、自動車等に用いられる小型化、薄型化を必要とするカメラモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、携帯端末（ＰＤＡ）、自動車等に用いられるカメラシステムにマイクロレンズを用いたイメージセンサーを備えるカメラモジュールは広く使用されている。図１０に従来のカメラモジュールの構造例を示す。図１０は従来のカメラモジュールの構成を示す断面図である。１はイメージセンサー、２は受光領域、３はパッケージ、４はガラス、５はワイヤーボンディング、６は配線基板、７は半田、８は半田ボール、２０はレンズ、２１は赤外線カットフィルタ、２２は絞り、２６は外部鏡筒、２７は内部鏡筒である。
【０００３】
配線基板６上にイメージセンサー１が収容されたパッケージ３が載置され、半田７によって固定されている。イメージセンサー１上のパッド（図示せず）がワイヤーボンディング５によりパッケージ３の電極（図示せず）と電気的に接合されている。さらにパッケージ３は半田７により配線基板６と接合されている。このパッケージ３の上部にはガラスが設けられており、上部から光が入射されるようになっている。イメージセンサー１の受光領域２はマトリクス状の受光素子（図示せず）が設けられており、入射した光によって撮像信号を処理する。さらに配線基板６に取り付けられた半田ボール８によって携帯電話等の装置に接続される。
【０００４】
このイメージセンサー１には有機系樹脂で構成されるカラーフィルタ、マイクロレンズが設けられている。このマイクロレンズを用いたイメージセンサー１の構成とその製造方法については特開平１１−１５１７５８号公報、特開平１１−１５３７０４号公報、特開２０００−１０８２１６号公報、特開２０００−２６６９０９号公報、特開２０００−３０７０９０号公報、特開２００２−１１０９５２号公報に詳しく示されている。そしてこの有機系樹脂は水分、空気等により、透明度の悪化、変色等と特性の悪化を招く恐れがある。このような特性の劣化は個体撮像装置の性能や寿命を決める重要な要因となる。従って水分や空気等による劣化を防ぐための様々な対策が施されている。
【０００５】
パッケージ３の上にガラス４が備えられており、その中にイメージセンサー１が設けられている。イメージセンサー１は気密封止されている。これにより、外部環境からの水分、空気によるイメージセンサー１の劣化を防止している。
【０００６】
マイクロレンズの表面が特開２００２−８３９４８号公報に示されるように導電膜、金属酸化膜により覆われているものもあった。あるいは特開昭６２−２１９９６３号公報、特開昭６１−２３１７５８号公報に示されるように有機材料の上に無機材料からなるパッシベーション膜を形成する固体撮像装置もある。これらに開示されている個体撮像装置では、有機材料の上から無機材料等で覆っているため気密封止をしなくても空気や水分等による劣化を抑制することができる。
【０００７】
また上記のイメージセンサー１上のパッドはアルミニウムで構成されることが多く、この場合も水分、空気により腐食、酸化などの劣化を招く恐れがある。そのため気密封止を必要とする。従来のカメラモジュールに備えられている光学構造部の構成について説明する。図１０に示すようにイメージセンサー１の上にはレンズ２０が設けられている。レンズ２０の上には赤外線カットフィルタ２１と絞り２２が設けられている。この絞り２２と赤外線カットフィルタ２１を通過した光がレンズ２０によってイメージセンサー１の受光領域２に集光される。このレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２からなる光学構造部は内部鏡筒２４に取り付けられている。さらに内部鏡筒２７は外部鏡筒２６に取り付けられた構造となっている。
【０００８】
対象画像をボケなく撮像するため、レンズ２０を保持する内部鏡筒２７と外部鏡筒２６は可動構造とし、レンズ２０とイメージセンサー１との距離を調整でき焦点合わせが可能な構造となっている。すなわちこの内部鏡筒２７が上下に移動してレンズ２０の位置をずらし、イメージセンサー１の受光領域２に画像の焦点を合わせることが出来る。またこの外部鏡筒２６が配線基板６に取り付けられ固定されている。イメージセンサー１を気密封止したパッケージ３を配線基板６に取り付け、レンズ２０、外部鏡筒２６、内部鏡筒２７で覆っている。ここでは光学構造部を移動させるために簡単な構造では気密できず、イメージセンサー１とパッドは鏡筒内に設けられたパッケージ３とガラス４を用いて気密封止している。そしてパッケージ３は半田７により配線基板６により接続されている。
【０００９】
また別の従来例について図１１を用いて説明する。図１１は別のカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１０で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。この例はパッケージ３を取り除いた構造となっている。すなわちパッケージ３による気密封止を用いないで可動レンズ構造としている。そのため、外部鏡筒２６と封止ガラス２５を用いてイメージセンサー１を気密封止するとともに、ワイヤーボンディングしている部分（すなわちパッド）も封止ガラスを用いて気密封止している。従って構造が複雑になるため構成部品が増えるため組立作業工程が増える等の課題がある。
【００１０】
また特開２００２−１８２２７０号公報、特開２００１−０７８０６４号公報、特開２００１−１２８０７２号公報、特開２００１−２０３９１３号公報にカメラモジュールの構成が開示されている。しかしこれらの構成ではイメージセンサー（撮像素子）が空気や水分による腐食、酸化に弱く気密封止する必要があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のカメラモジュールでは、イメージセンサーをパッケージとガラスにて気密封止している。レンズを取り付けた内部鏡筒を外部鏡筒で支持して上下に移動させている。レンズ、内部鏡筒及び外部鏡筒からなる可動レンズ構造で覆う構造となっている。または封止ガラス及び外部鏡筒を用いてイメージセンサーを覆い、封止する構造となっている。そのため部品点数を減らすことができず、小型化、薄型化が難しいという問題点があった。さらにそのパッケージとガラス等の部品の費用及び組立費用が必要となり経済的ではないという問題点もあった。また特開２００２−１８２２７０号公報、特開２００１−０７８０６４号公報、特開２００１−１２８０７２号公報、特開２００１−２０３９１３号公報に開示されている構成ではイメージセンサー（撮像素子）を気密封止する必要がある。そのため、レンズのホルダにはイメージセンサーを覆うように鏡筒を用いる必要があり、小型化、軽量化が困難であった。さらに封止するための樹脂を設ける必要があり、余分な製造工程を設ける必要があり生産性を下げてしまっていた。また封止するための樹脂から発生したガスがイメージセンサー１に付着し、性能を劣化させることもあった。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、低コストで小型化、薄型化されたカメラモジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるカメラモジュールはレンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ２０）を備える光学構造部（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ１、赤外線カットフィルタ２１及び絞り２２）と、前記光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサー（例えば、本発明の実施の形態にかかるイメージセンサー１）と、前記イメージセンサーと電気的に接続された基板（例えば、本発明の実施の形態にかかる配線基板６）と、前記レンズを支持する第１の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる内部ホルダ２４）と、前記第１の支持部材を移動可能に支持し、前記基板に取り付けられた第２の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる外部ホルダ２３）を備えたカメラモジュールであって、前記イメージセンサーは有機系樹脂（例えば、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ２０７）を備え、前記有機系樹脂の表面に劣化防止膜（例えば、本発明の実施の形態にかかる無機系薄膜２０７）が設けられているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１４】
上述のカメラモジュールにおいて、前記基板は前記光学構造部を介して入射された光が透過する窓部（例えば、本発明の実施の形態にかかる窓部３１）を備え、前記イメージセンサーは前記窓部を透過した光が入射するように前記基板の前記第２の支持部材が設けられた面と反対側の面に設けられていてもよい。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１５】
本発明にかかるカメラモジュールはレンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ２０）を備える光学構造部（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ１、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２）と、前記光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサー（例えば、本発明の実施の形態にかかるイメージセンサー１）と、前記イメージセンサーと電気的に接続された基板（例えば、本発明の実施の形態にかかる配線基板６）と、前記レンズを支持する第１の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる内部ホルダ２４）と、前記第１の支持部材を移動可能に支持し、前記イメージセンサー上に取り付けられた第２の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる外部ホルダ２３）を備えたカメラモジュールであって、前記イメージセンサーは有機系樹脂（例えば、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ２０７）を備え、前記有機系樹脂の表面に劣化防止膜（例えば、本発明の実施の形態にかかる無機系薄膜）が設けられているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１６】
上記のカメラモジュールにおいて、前記基板は前記光学構造部を介して入射された光が透過する窓部（例えば、本発明の実施の形態にかかる窓部３１）を備え、前記第２の支持部材が前記窓部を貫通して前記イメージセンサー上に取り付けられていてもよい。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１７】
上述のカメラモジュールの好適な実施の形態は前記基板と前記イメージセンサーとがワイヤーボンディング（例えば、本発明の実施の形態にかかるワイヤーボンディング５）によって接続されているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１８】
上述のカメラモジュールの別の好適な実施の形態は前記基板と前記イメージセンサーがバンプ（例えば、本発明の実施の形態にかかるバンプ３２）によって接続されているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１９】
上述のカメラモジュールにおいて、前記イメージセンサーがマイクロレンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ２０６）を備えていてもよい。
【００２０】
上述のカメラモジュールにおいて、前記劣化防止膜が無機系薄膜であることことが望ましい。これにより気密封止が不要となるため小型化、薄型化を図ることが出来る。
【００２１】
上述のカメラモジュールにおいて、前記イメージセンサーはパッド（例えば、本発明の実施の形態にかかるパッド２２２）を備え、当該パッドが耐腐食性の高い導電層により形成されていること望ましい。これにより気密封止が不要となるため小型化、薄型化を図ることが出来る。
【００２２】
あるいは前記イメージセンサーはパッドを備え、前記パッドが耐腐食性の低い材質からなる第１の導電層の上に耐腐食性の高い材質からなる第２の導電層を備えていてもよい。これにより気密封止が不要となるため小型化、薄型化を図ることが出来る。
【００２３】
上述のカメラモジュールはカメラシステムに用いることが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態１．
本発明にかかるカメラモジュールの構造について図１を用いて説明する。１はイメージセンサー、２は受光領域、５はワイヤーボンディング、６は配線基板、８は半田ボール、２０はレンズ、２１は赤外線カットフィルタ、２２は絞り、２３は外部ホルダ、２４は内部ホルダである。
【００２５】
本実施の形態ではガラス及びパッケージが設けられておらず、イメージセンサー１と配線基板６がワイヤーボンディング５により直接接続されている。そして配線基板６は半田ボール８により、携帯電話等の外部装置に接続される。
【００２６】
またレンズ２０を含む光学構造部は従来技術と同様で、イメージセンサー１の上にレンズ２０が設けられている。またその上に赤外線カットフィルタ２１及び絞り２２が設けられている。このレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２からなる光学構造部は内部ホルダ２４に取り付けられている。この内部ホルダ２４は配線基板上に設けられた外部ホルダ２３に取り付けられている。内部ホルダ２４は外部ホルダ２３の内側を摺動して、イメージセンサー１の受光領域２に画像の焦点を合わせることが出来る。
【００２７】
イメージセンサー１の有機系樹脂の表面には無機系薄膜が施されている。この無機系薄膜はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いて二酸化珪素（ＳｉＯ２）あるいは窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等で形成することが出来る。
【００２８】
本発明にかかるカメラモジュールに用いられるイメージセンサー１の構成について図７を用いて説明する。図７はイメージセンサー１の構成を示す断面図である。２０１はシリコン基板、２０２は受光素子、２０３は遮光部、２０４及び２０５はカラーフィルタ、２０６はマイクロレンズ、２０７は無機系薄膜、２０８は平坦化層である。
【００２９】
シリコン基板２０１の表層に複数の受光素子２０２が形成されている。このシリコン基板２０１内に形成された受光素子２０２に入射された光はフォトダイオードによって光電変換される。受光素子２０２を除く部分に遮光部２０３が形成されている。この遮光部２０３には遮光されるようにトランジスタが形成されている。さらにその上から平坦化層２０８が形成され全体を平らにしている。
【００３０】
そして平坦化層２０８の上には各々の受光部に対応して有機系樹脂からなるカラーフィルタ２０４、２０５が形成される。このカラーフィルタ２０４、２０５は原色系の場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかのカラーフィルタが各画素に形成される。また補色系の場合にはイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）のいずれかのカラーフィルタが各画素に形成される。カラーフィルタ２０４、２０５の上には有機系樹脂からなるマイクロレンズ２０６が形成される。このマイクロレンズにはポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ノボラック樹脂などの有機系樹脂が用いられる。このマイクロレンズの成形方法としては加熱成形法やエッチング法を用いることができ、その詳細は特開平１１−１５１７５８号公報、特開平１１−１５３７０４号公報、特開２０００−１０８２１６号公報、特開２０００−２６６９０９号公報、特開２０００−３０７０９０号公報、特開２００２−１１０９５２号公報に開示されている。そしてこのマイクロレンズ２０６を通過した光は、受光素子２０２に集光される。
【００３１】
本発明ではマイクロレンズ２０６の表面に無機系薄膜２０７を形成している。これにより水分や空気による特性悪化を招きやすい有機系樹脂であるマイクロレンズ２０６への水分や空気の浸透を防止している。また無機系薄膜２０７を数μｍ以下の厚さで形成すれば、光学的にはほぼ透明であるため通過する光に与える影響はほとんどない。従ってレンズ２０を通過した光を妨害することなくマイクロレンズ２０６に入射させることができ、受光素子２０２に集光させることができる。なお無機系薄膜２０７は二酸化珪素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等がＣＶＤ法やスパッタ法により形成される。
【００３２】
次に上記のイメージセンサー１が切り出される前の半導体ウエハ上に形成されている状態を説明する。図８はイメージセンサー１等が設けられているウエハの一部の平面図である。２２０はウエハ、２２１はイメージセンサー、２２２はパッド、２２３はスクライブ領域を示す。ウエハ２２０上にはイメージセンサー２２１が複数設けられている。その周辺部にはパッド２２２が、中央部には受光領域（図示せず）が設けられている。そして個々のイメージセンサー２２１がスクライブ領域２２３で切り出される。その後、図１に示すようにこのパッド２２２と配線基板６がワイヤボンド５によって接続される。このパッド２２２は電気的特性がよく、形成しやすいことからアルミニウムがよく用いられる。
【００３３】
上記の無機系薄膜２０７の形成方法の一例を以下に示す。プラズマＣＶＤ法あるいはスパッタ法などを用いてウエハ２２０の表面全域にＳｉＯ２等の無機系薄膜２０７を形成する。しかし、イメージセンサー２２１を外部と電気的に接続するためにパッド２２２上に形成された絶縁物である無機系薄膜２０７を除去し、パッド２２２を電極として表面に出す必要がある。通常のＬＳＩ製造プロセスで用いられるフォトマスクを利用して露光を行う。そしてエッチングによりパッド２２２の部分の無機系薄膜２０７を除去しパッド金属を表面にさらす。最後にレジスト除去を行う。
【００３４】
通常用いられているパッド２２２の材質であるアルミニウムが、表面に設けられて空気にさらされている状態では水分、空気に触れ腐食、酸化等により劣化する恐れがある。従って、この表面に電気的な特性に優れ、環境的に安定なクロムや金などの金属膜でパッド２２２のアルミニウムの表面を覆っている。
【００３５】
この保護膜の形成方法も無機系薄膜２０７と同様に形成することができる。例えばスパッタ法によりウエハの全面にクロムや金を成膜する。その上からレジストを塗布した後フォトマスクを用いて露光する。そしてエッチングによりパッド２２２部分のみに金属を残すことができる。これによりパッケージやガラス等による気密封止を行わなくても、水分、空気によるパッドの腐食等の劣化を防止できる。また構成部品も増やさなくていいため経済的であり、小型化、薄型化が実現できる。またその形成方法は通常のＬＳＩ製造プロセスで用いられている方法によりウエハ処理を一括して行うことができるため、生産性を落とすことなく経済的である。
【００３６】
また上記例ではパッド材料を通常用いられているアルミニウムとしたが金やクロムなどの安定で腐食等が生じにくい材料でパッド自体を形成してもよい。これによりアルミニウムを金やクロムで覆った場合と同様の効果を得ることが出来る。このように表面が有機系樹脂で設けられたイメージセンサー１を無機系薄膜２０７で覆い、かつ安定な金属で覆ったパッド２２２もしくは安定な金属で形成したパッド２２２を用いることにより、イメージセンサーの気密封止の必要がなくなる。よって、パッケージとガラス又は封止ガラスなどの他部品による気密封止を行う必要がなくなる。また外部ホルダ２３及び内部ホルダ２４でイメージセンサー１が設けられている空間を覆わなくてもよいため、鏡筒を用いる必要が無くなる。例えば図２に示すような構成の外部ホルダ２３及び内部ホルダ２４を用いてもよい。図２はカメラモジュールの焦点を合わせるためのレンズ移動機構の構成を示す断面図である。この構成では二つの内部ホルダ２４にレンズ２０が取り付けられている。各々の内部ホルダ２４の一部が外部ホルダ２３に内包されている。そして内部ホルダ２４を摺動させて上下に移動させる。このような構造にすればレンズの位置がずれることなく焦点を合わせることが出来る。
【００３７】
また外部ホルダ２３を配線基板６への取り付ける際に封止用の樹脂で封止する必要がない。さらに封止ガラスやパッケージ等の気密封止用に部品が不要になり、レンズの可動構造を容易に製作することが出来る。なおこの場合、ワイヤーボンディング５の部分を樹脂で覆うことにより機械的強度を持たせ取り扱いを容易にすることも可能である。
【００３８】
発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかるカメラモジュールの主要部の構成について図３を用いて説明する。図３はカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１で付した同一の符号を付した構成を同一の構成を示すために説明を省略する。ここで３１は窓部、３２はバンプである。なお説明のために配線基板６のレンズ２０、外部ホルダ２３が設けられている面を表面側、その反対面を裏面側とする。
【００３９】
本実施の形態では図２に示すように配線基板６に窓部３１が設けられている。この配線基板６の貫通している部分を窓部３１としているため、窓部３１は何も設けられていない空間になっている。そしてイメージセンサー１の受光領域２は窓部３１に対応する位置に設けられている。またイメージセンサー１は配線基板６の裏面側に設けられている。すなわち、レンズ２０、内部ホルダ２４、外部ホルダ２３等の光学構造部は配線基板６の表面側に設けられている。イメージセンサー１が配線基板６の裏面側に設けられている。そして配線基板６の裏面側でイメージセンサー１はバンプ３２によって接続されている。このバンプは半田、金等による方法が広く知られており、いずれの方法を用いてもよい。
【００４０】
この構造では配線基板６を挟んでイメージセンサー１とレンズ２０が取り付けられているため、配線基板６の厚さ分は薄型化を図ることが出来る。さらに従来技術で用いたパッケージや封止ガラスを用いる必要がないためさらに薄型化できる。
【００４１】
また外部ホルダ２３の大きさをイメージセンサー１の大きさより大きくする必要が無いために小型化を図ることが出来る。またイメージセンサー１の受光領域２が設けられた面の反対面を樹脂等で覆うと機械的強度を増加することができる。さらに不要な光の受光領域への漏れこみを遮蔽することができる。なお本発明ではレンズ２０が窓部３１まで可動できる構造となっているが、焦点の距離によってはレンズ２０を窓部３１まで可動しなくてもよい場合がある。この場合、窓部３１の相当する部分を透明な素材で設けても良い。又は全体が透明な素材である配線基板６を用いてもよい。つまり窓部３１には何も設けられていない空間と透明な素材で形成された部分を含むものとする。これによっても薄型化、小型化することが出来る。
【００４２】
本発明の実施の形態３．
本発明の実施の形態３にかかるモジュールの主要部の構成について図４を用いて説明する。図４は本実施の形態のカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１で付した符号と同一の符号を付した構成は同一の構成を示すため説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態ではレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２、外部ホルダ２３、内部ホルダ２４からなる可動レンズ構造をイメージセンサー１の上に取り付けている。そしてこのイメージセンサー１を配線基板６の上に取り付けている。ここではワイヤーボンディング５を用いてイメージセンサー１と配線基板６と接続している。また上述の実施の形態と同様に可動レンズ構造は外部ホルダ２３の支持でレンズ２０が取り付けられた内部ホルダ２４を上下移動させる。これによりレンズ２０とイメージセンサー１の距離を可変させることができる。
【００４４】
携帯電話に利用されている画素数３５２×２８８素子程度のイメージセンサーのカメラモジュールにおいては、概略の光学寸法は絞り開口径１ｍｍ、焦点距離２ｍｍと小さく、またイメージセンサーは数ｍｍ□程度の大きさである。そのため本実施の形態による構成でイメージセンサー上にホルダを取り付けることは充分可能である。これによりカメラモジュールを薄型化することが可能になる。また、外部ホルダ２３の径をイメージセンサー１及びワイヤーボンディングの径より大きくする必要が無いために小型化を図ることが出来る。さらに、ワイヤーボンディング５の部分を樹脂で覆うことにより機械的強度を持たせることができる。これにより、取り扱いを容易にすることができる。
【００４５】
図４においては、イメージセンサー１の中心部に受光領域２が設けられている。そして可動レンズ構造の中心位置はイメージセンサー１の中心位置に合わせて設けられているため、イメージセンサー１上に外部ホルダ２５を全て載置することができる。すなわち、レンズ２０、外部ホルダ２３の中心とイメージセンサー１の中心が同一直線上にあるため、外部ホルダ２３はイメージセンサー１上の受光領域以外の部分に載置される。この場合は平坦に外部ホルダ２３を取り付けることができ、焦点合わせを容易に行うことが出来る。
【００４６】
しかし設計の都合上、受光領域２を中心部からずらしたイメージセンサー１を使用する場合がある。この場合、レンズ２０の中心位置を受光領域２の中心位置と合わせるために、外部ホルダ２３をイメージセンサー１の中心からずらして載置する必要がある。従って、図５に示すように外部ホルダ２３はイメージセンサー１上及びワイヤーボンディング５をまたいだ配線基板６上の両方に載置されることになる。レンズ２０の傾きを無くすために、配線基板６上の外部ホルダ２３の長さは一部を変える必要がある。すなわち、配線基板上に載置される外部ホルダ２３の部分はイメージセンサー上に載置される部分よりイメージセンサー１の厚み分長くする必要がある。従来のカメラモジュールではイメージセンサー１及びパッドを気密封止するためにイメージセンサー１が設けられている空間を覆う必要があった。そのため、例えば鏡筒構造のホルダを用いると位置関係の調整が非常に困難であった。よって受光領域２をずらしたイメージセンサー１を用いると小型化、薄型化が非常に困難であった。さらに段差ができている部分を封止する必要があった。
【００４７】
本発明ではイメージセンサー１及びパッドを気密封止する必要がない。そのため図２に示すように外部ホルダ２３は分割されていてもよい。図２に示すような外部ホルダ２３を用いれば、その高さ及び位置の調整を容易にすることが出来る。従ってイメージセンサー１上及び配線基板６上の両方に載置することができる。さらに可動レンズ構造を小さくすることができ、カメラモジュールの小型化、薄型化を実現することが出来る。このような構造だと、可動レンズ構造の傾き調整を容易に行うことができる。また組立時の位置調整を自由に行うことができ、焦点位置合わせが容易にできる。これにより、受光領域２がイメージセンサー１の中心からずれていても、小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００４８】
本発明の実施の形態４．
本発明の実施の形態４にかかるカメラモジュールの主要部の構成について図６を用いて説明する。図６は本実施の形態にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。
【００４９】
実施の形態３と同様に外部ホルダ２３がイメージセンサー１上に載置されている。しかし窓部３１を有する配線基板６の裏側にイメージセンサー１が設けられていて、窓部３１に外部ホルダ２３が挿入され、貫通している点で異なる。外部ホルダ２３の支持でレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２が取り付けられた内部ホルダ２４は上下に移動し焦点距離を合わせる。レンズ２０、内部ホルダ２４は窓部３１内を移動することになる。イメージセンサー１と配線基板６の接続は配線基板６の裏面側でバンプを介して行う。このような構成により、配線基板６の厚み分はカメラモジュールの薄型化を実現することができる。さらに外部ホルダ２３をイメージセンサー１より小さくすることができるため、カメラモジュールの小型化を実現することが出来る。またレンズ２０及び内部ホルダ２４は窓部３１の中まで移動して焦点を合わせることができるため、薄型化を図ることが出来る。
【００５０】
その他の実施の形態．
上述の実施の形態において、内部ホルダ２４、外部ホルダ２３、レンズ２０、絞り２２、赤外線カットフィルタ２１はそれぞれ個別の構造部としたが、樹脂等で一括して形成しても本発明の効果は変わらない。さらには赤外線カットフィルタ２１及び絞り２２は移動させる必要がないため、内部ホルダ２４に取り付けられていなくてもよい。また外部ホルダ２３及び内部ホルダ２４は従来のカメラモジュールのように筒状である必要はなく、レンズ等の構造物を保持ができ、焦点を合わせるためにレンズを移動できる機能があればよい。例えば図９に示すような構成でもよく、これ以外の形状でもよい。また内部ホルダ２４は外部ホルダ２３の内側で摺動する機構を示したが、内部ホルダ２４と外部ホルダ２３がネジ機構とすることにより、可動させることもできる。さらに内部ホルダ２４、外部ホルダ２３に溝をつけて移動させてもよい。また内部ホルダ２４と外部ホルダ２３の位置関係を反対にしてもよい。すなわち、内部ホルダ２４を配線基板６又はイメージセンサー１に取り付け、レンズ２０等を取り付けた外部ホルダ２３を上下に移動させる構成としても本発明の効果を変わらない。
【００５１】
光学構造部に赤外線カットフィルタ２１を図示したがこれ自体用いなくてもよい。また、レンズ２０に赤外線カットフィルタ機能をコーティングしてもよい。さらに別の構造部として光学ローパスフィルタ等を追加しても本発明の効果は変わらない。
【００５２】
可動レンズ構造は１枚構成のレンズを図示しているが色収差等の補正のため複数枚構成としてもよい。さらに高機能化のためにズーム機能、オートフォーカス機能などの可動レンズ機能を用いると本発明はより効果的になる。
【００５３】
イメージセンサー１はその構造上ＣＣＤやＣＭＯＳ等があるがいずれの構造でも本発明に用いることが出来る。またＣＭＯＳ構造において、受光領域以外にＡ／Ｄ変換、論理機能などの信号処理回路を同じチップに形成しても本発明の効果は変わらない。
【００５４】
またイメージセンサー１はマイクロレンズ２０６とカラーフィルタ２０４を備えた構造で説明しているが、マイクロレンズ２０６を備えていなくてカラーフィルタ２０４が表面層になっていてもよい。またカラーフィルタ２０４が設けられていなくてマイクロレンズ２０６が表面層になっていてもよい。表面層が有機系樹脂で構成されている場合、その上層に無機系薄膜を設けて空気、水分による腐食、酸化等の劣化を防ぐ必要がある。
【００５５】
また配線基板６にはイメージセンサー１のみ取り付けた状態にて説明したが、その他にも抵抗、コンデンサーなどの受動部品、トランジスタ、ＬＳＩ等の能動部品を同時に取り付けても本発明の効果は変わらない。さらに半田ボール８は外部装置との接続機能を有する金バンプ、フレキ基板、コネクタ等としても本発明の効果は変わらない。
【００５６】
本発明はイメージセンサー１の表面に劣化防止膜を形成することにより構成の簡素化を図り、カメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することを目的としている。すなわち内部ホルダ２４、外部ホルダ２３、及びレンズ２０からなる可動レンズ構造の構成を薄型化、小型化するように配置することにより得られる。また有機系樹脂層からなるマイクロレンズ等の上層にＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４からなる無機系薄膜を形成することにより腐食を防止することが出来る。またこれ以外の材質の無機系薄膜、例えばＩＴＯやＳｉＮｘを用いてもよい。なお、劣化には酸化、腐食、不純物の付着、汚染等の様々な要因がある。
【００５７】
アルミニウムからなるパッド２２２に対しては最上層にクロムや金などの耐腐食性の高い導電層を形成することにより腐食を防止することが出来る。なお金やクロム以外にもタングステン、チタン、モリブデン、ニッケル等でもよく、さらにはこれらを主成分とする合金でもよい。またパッド自体を耐腐食性の高い導電性材料により形成しても良い。なお腐食には酸化、汚染又は不純物の付着による劣化を含むものとする。この腐食防止膜を形成することにより、部品点数を削減して小型化、薄型化、軽量化を実現することができる。
【００５８】
本発明にかかるカメラモジュールは携帯電話、ＰＤＡ、自動車等の小型化、薄型化、軽量化を必要とするカメラシステムに用いることが好適である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、低コストで小型化、薄型化がなされたカメラモジュール及びカメラシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図２】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるホルダの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかるカメラモジュールの別の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図７】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるイメージセンサーの構成を示す断面図である。
【図８】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるイメージセンサーがウエハから切り出される前の構成を示す平面図である。
【図９】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるホルダの別の構成を示す平面図である。
【図１０】従来のカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図１１】従来のカメラモジュールの別の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ イメージセンサー
２ イメージセンサーの受光領域
３ パッケージ
４ ガラス
５ ワイヤーボンディング
６ 配線基板
７ 半田
８ 半田ボール
２０ レンズ
２１ 赤外線カットフィルタ
２２ 絞り
２３ 外部ホルダ
２４ 内部ホルダ
２５ 封止ガラス
２６ 外部鏡筒
２７ 内部鏡筒
３１ 窓部
３２ バンプ
２０１ シリコン基板
２０２ 受光素子
２０３ 遮光部
２０４ カラーフィルタ
２０５ カラーフィルタ
２０６ マイクロレンズ
２０７ 無機系薄膜
２０８ 平坦化層
２２０ ウェハ
２２１ イメージセンサー
２２２ パッド
２２３ スクライブ領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラモジュールに関し、より詳しくは携帯電話、携帯端末、自動車等に用いられる小型化、薄型化を必要とするカメラモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、携帯端末（ＰＤＡ）、自動車等に用いられるカメラシステムにマイクロレンズを用いたイメージセンサーを備えるカメラモジュールは広く使用されている。図１０に従来のカメラモジュールの構造例を示す。図１０は従来のカメラモジュールの構成を示す断面図である。１はイメージセンサー、２は受光領域、３はパッケージ、４はガラス、５はワイヤーボンディング、６は配線基板、７は半田、８は半田ボール、２０はレンズ、２１は赤外線カットフィルタ、２２は絞り、２６は外部鏡筒、２７は内部鏡筒である。
【０００３】
配線基板６上にイメージセンサー１が収容されたパッケージ３が載置され、半田７によって固定されている。イメージセンサー１上のパッド（図示せず）がワイヤーボンディング５によりパッケージ３の電極（図示せず）と電気的に接合されている。さらにパッケージ３は半田７により配線基板６と接合されている。このパッケージ３の上部にはガラスが設けられており、上部から光が入射されるようになっている。イメージセンサー１の受光領域２はマトリクス状の受光素子（図示せず）が設けられており、入射した光によって撮像信号を処理する。さらに配線基板６に取り付けられた半田ボール８によって携帯電話等の装置に接続される。
【０００４】
このイメージセンサー１には有機系樹脂で構成されるカラーフィルタ、マイクロレンズが設けられている。このマイクロレンズを用いたイメージセンサー１の構成とその製造方法については特開平１１−１５１７５８号公報、特開平１１−１５３７０４号公報、特開２０００−１０８２１６号公報、特開２０００−２６６９０９号公報、特開２０００−３０７０９０号公報、特開２００２−１１０９５２号公報に詳しく示されている。そしてこの有機系樹脂は水分、空気等により、透明度の悪化、変色等と特性の悪化を招く恐れがある。このような特性の劣化は個体撮像装置の性能や寿命を決める重要な要因となる。従って水分や空気等による劣化を防ぐための様々な対策が施されている。
【０００５】
パッケージ３の上にガラス４が備えられており、その中にイメージセンサー１が設けられている。イメージセンサー１は気密封止されている。これにより、外部環境からの水分、空気によるイメージセンサー１の劣化を防止している。
【０００６】
マイクロレンズの表面が特開２００２−８３９４８号公報に示されるように導電膜、金属酸化膜により覆われているものもあった。あるいは特開昭６２−２１９９６３号公報、特開昭６１−２３１７５８号公報に示されるように有機材料の上に無機材料からなるパッシベーション膜を形成する固体撮像装置もある。これらに開示されている個体撮像装置では、有機材料の上から無機材料等で覆っているため気密封止をしなくても空気や水分等による劣化を抑制することができる。
【０００７】
また上記のイメージセンサー１上のパッドはアルミニウムで構成されることが多く、この場合も水分、空気により腐食、酸化などの劣化を招く恐れがある。そのため気密封止を必要とする。従来のカメラモジュールに備えられている光学構造部の構成について説明する。図１０に示すようにイメージセンサー１の上にはレンズ２０が設けられている。レンズ２０の上には赤外線カットフィルタ２１と絞り２２が設けられている。この絞り２２と赤外線カットフィルタ２１を通過した光がレンズ２０によってイメージセンサー１の受光領域２に集光される。このレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２からなる光学構造部は内部鏡筒２４に取り付けられている。さらに内部鏡筒２７は外部鏡筒２６に取り付けられた構造となっている。
【０００８】
対象画像をボケなく撮像するため、レンズ２０を保持する内部鏡筒２７と外部鏡筒２６は可動構造とし、レンズ２０とイメージセンサー１との距離を調整でき焦点合わせが可能な構造となっている。すなわちこの内部鏡筒２７が上下に移動してレンズ２０の位置をずらし、イメージセンサー１の受光領域２に画像の焦点を合わせることが出来る。またこの外部鏡筒２６が配線基板６に取り付けられ固定されている。イメージセンサー１を気密封止したパッケージ３を配線基板６に取り付け、レンズ２０、外部鏡筒２６、内部鏡筒２７で覆っている。ここでは光学構造部を移動させるために簡単な構造では気密できず、イメージセンサー１とパッドは鏡筒内に設けられたパッケージ３とガラス４を用いて気密封止している。そしてパッケージ３は半田７により配線基板６により接続されている。
【０００９】
また別の従来例について図１１を用いて説明する。図１１は別のカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１０で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。この例はパッケージ３を取り除いた構造となっている。すなわちパッケージ３による気密封止を用いないで可動レンズ構造としている。そのため、外部鏡筒２６と封止ガラス２５を用いてイメージセンサー１を気密封止するとともに、ワイヤーボンディングしている部分（すなわちパッド）も封止ガラスを用いて気密封止している。従って構造が複雑になるため構成部品が増えるため組立作業工程が増える等の課題がある。
【００１０】
また特開２００２−１８２２７０号公報、特開２００１−０７８０６４号公報、特開２００１−１２８０７２号公報、特開２００１−２０３９１３号公報にカメラモジュールの構成が開示されている。しかしこれらの構成ではイメージセンサー（撮像素子）が空気や水分による腐食、酸化に弱く気密封止する必要があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のカメラモジュールでは、イメージセンサーをパッケージとガラスにて気密封止している。レンズを取り付けた内部鏡筒を外部鏡筒で支持して上下に移動させている。レンズ、内部鏡筒及び外部鏡筒からなる可動レンズ構造で覆う構造となっている。または封止ガラス及び外部鏡筒を用いてイメージセンサーを覆い、封止する構造となっている。そのため部品点数を減らすことができず、小型化、薄型化が難しいという問題点があった。さらにそのパッケージとガラス等の部品の費用及び組立費用が必要となり経済的ではないという問題点もあった。また特開２００２−１８２２７０号公報、特開２００１−０７８０６４号公報、特開２００１−１２８０７２号公報、特開２００１−２０３９１３号公報に開示されている構成ではイメージセンサー（撮像素子）を気密封止する必要がある。そのため、レンズのホルダにはイメージセンサーを覆うように鏡筒を用いる必要があり、小型化、軽量化が困難であった。さらに封止するための樹脂を設ける必要があり、余分な製造工程を設ける必要があり生産性を下げてしまっていた。また封止するための樹脂から発生したガスがイメージセンサー１に付着し、性能を劣化させることもあった。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、低コストで小型化、薄型化されたカメラモジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるカメラモジュールはレンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ２０）を備える光学構造部（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ１、赤外線カットフィルタ２１及び絞り２２）と、前記光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサー（例えば、本発明の実施の形態にかかるイメージセンサー１）と、前記イメージセンサーと電気的に接続された基板（例えば、本発明の実施の形態にかかる配線基板６）と、前記レンズを支持する第１の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる内部ホルダ２４）と、前記第１の支持部材を移動可能に支持し、前記基板に取り付けられた第２の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる外部ホルダ２３）を備えたカメラモジュールであって、前記イメージセンサーは有機系樹脂（例えば、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ２０７）を備え、前記有機系樹脂の表面に劣化防止膜（例えば、本発明の実施の形態にかかる無機系薄膜２０７）が設けられているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１４】
上述のカメラモジュールにおいて、前記基板は前記光学構造部を介して入射された光が透過する窓部（例えば、本発明の実施の形態にかかる窓部３１）を備え、前記イメージセンサーは前記窓部を透過した光が入射するように前記基板の前記第２の支持部材が設けられた面と反対側の面に設けられていてもよい。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１５】
本発明にかかるカメラモジュールはレンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ２０）を備える光学構造部（例えば、本発明の実施の形態にかかるレンズ１、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２）と、前記光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサー（例えば、本発明の実施の形態にかかるイメージセンサー１）と、前記イメージセンサーと電気的に接続された基板（例えば、本発明の実施の形態にかかる配線基板６）と、前記レンズを支持する第１の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる内部ホルダ２４）と、前記第１の支持部材を移動可能に支持し、前記イメージセンサー上に取り付けられた第２の支持部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる外部ホルダ２３）を備えたカメラモジュールであって、前記イメージセンサーは有機系樹脂（例えば、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ２０７）を備え、前記有機系樹脂の表面に劣化防止膜（例えば、本発明の実施の形態にかかる無機系薄膜）が設けられているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１６】
上記のカメラモジュールにおいて、前記基板は前記光学構造部を介して入射された光が透過する窓部（例えば、本発明の実施の形態にかかる窓部３１）を備え、前記第２の支持部材が前記窓部を貫通して前記イメージセンサー上に取り付けられていてもよい。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１７】
上述のカメラモジュールの好適な実施の形態は前記基板と前記イメージセンサーとがワイヤーボンディング（例えば、本発明の実施の形態にかかるワイヤーボンディング５）によって接続されているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１８】
上述のカメラモジュールの別の好適な実施の形態は前記基板と前記イメージセンサーがバンプ（例えば、本発明の実施の形態にかかるバンプ３２）によって接続されているものである。これによりカメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００１９】
上述のカメラモジュールにおいて、前記イメージセンサーがマイクロレンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ２０６）を備えていてもよい。
【００２０】
上述のカメラモジュールにおいて、前記劣化防止膜が無機系薄膜であることことが望ましい。これにより気密封止が不要となるため小型化、薄型化を図ることが出来る。
【００２１】
上述のカメラモジュールにおいて、前記イメージセンサーはパッド（例えば、本発明の実施の形態にかかるパッド２２２）を備え、当該パッドが耐腐食性の高い導電層により形成されていること望ましい。これにより気密封止が不要となるため小型化、薄型化を図ることが出来る。
【００２２】
あるいは前記イメージセンサーはパッドを備え、前記パッドが耐腐食性の低い材質からなる第１の導電層の上に耐腐食性の高い材質からなる第２の導電層を備えていてもよい。これにより気密封止が不要となるため小型化、薄型化を図ることが出来る。
【００２３】
上述のカメラモジュールはカメラシステムに用いることが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態１．
本発明にかかるカメラモジュールの構造について図１を用いて説明する。１はイメージセンサー、２は受光領域、５はワイヤーボンディング、６は配線基板、８は半田ボール、２０はレンズ、２１は赤外線カットフィルタ、２２は絞り、２３は外部ホルダ、２４は内部ホルダである。
【００２５】
本実施の形態ではガラス及びパッケージが設けられておらず、イメージセンサー１と配線基板６がワイヤーボンディング５により直接接続されている。そして配線基板６は半田ボール８により、携帯電話等の外部装置に接続される。
【００２６】
またレンズ２０を含む光学構造部は従来技術と同様で、イメージセンサー１の上にレンズ２０が設けられている。またその上に赤外線カットフィルタ２１及び絞り２２が設けられている。このレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２からなる光学構造部は内部ホルダ２４に取り付けられている。この内部ホルダ２４は配線基板上に設けられた外部ホルダ２３に取り付けられている。内部ホルダ２４は外部ホルダ２３の内側を摺動して、イメージセンサー１の受光領域２に画像の焦点を合わせることが出来る。
【００２７】
イメージセンサー１の有機系樹脂の表面には無機系薄膜が施されている。この無機系薄膜はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いて二酸化珪素（ＳｉＯ２）あるいは窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等で形成することが出来る。
【００２８】
本発明にかかるカメラモジュールに用いられるイメージセンサー１の構成について図７を用いて説明する。図７はイメージセンサー１の構成を示す断面図である。２０１はシリコン基板、２０２は受光素子、２０３は遮光部、２０４及び２０５はカラーフィルタ、２０６はマイクロレンズ、２０７は無機系薄膜、２０８は平坦化層である。
【００２９】
シリコン基板２０１の表層に複数の受光素子２０２が形成されている。このシリコン基板２０１内に形成された受光素子２０２に入射された光はフォトダイオードによって光電変換される。受光素子２０２を除く部分に遮光部２０３が形成されている。この遮光部２０３には遮光されるようにトランジスタが形成されている。さらにその上から平坦化層２０８が形成され全体を平らにしている。
【００３０】
そして平坦化層２０８の上には各々の受光部に対応して有機系樹脂からなるカラーフィルタ２０４、２０５が形成される。このカラーフィルタ２０４、２０５は原色系の場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかのカラーフィルタが各画素に形成される。また補色系の場合にはイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）のいずれかのカラーフィルタが各画素に形成される。カラーフィルタ２０４、２０５の上には有機系樹脂からなるマイクロレンズ２０６が形成される。このマイクロレンズにはポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ノボラック樹脂などの有機系樹脂が用いられる。このマイクロレンズの成形方法としては加熱成形法やエッチング法を用いることができ、その詳細は特開平１１−１５１７５８号公報、特開平１１−１５３７０４号公報、特開２０００−１０８２１６号公報、特開２０００−２６６９０９号公報、特開２０００−３０７０９０号公報、特開２００２−１１０９５２号公報に開示されている。そしてこのマイクロレンズ２０６を通過した光は、受光素子２０２に集光される。
【００３１】
本発明ではマイクロレンズ２０６の表面に無機系薄膜２０７を形成している。これにより水分や空気による特性悪化を招きやすい有機系樹脂であるマイクロレンズ２０６への水分や空気の浸透を防止している。また無機系薄膜２０７を数μｍ以下の厚さで形成すれば、光学的にはほぼ透明であるため通過する光に与える影響はほとんどない。従ってレンズ２０を通過した光を妨害することなくマイクロレンズ２０６に入射させることができ、受光素子２０２に集光させることができる。なお無機系薄膜２０７は二酸化珪素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等がＣＶＤ法やスパッタ法により形成される。
【００３２】
次に上記のイメージセンサー１が切り出される前の半導体ウエハ上に形成されている状態を説明する。図８はイメージセンサー１等が設けられているウエハの一部の平面図である。２２０はウエハ、２２１はイメージセンサー、２２２はパッド、２２３はスクライブ領域を示す。ウエハ２２０上にはイメージセンサー２２１が複数設けられている。その周辺部にはパッド２２２が、中央部には受光領域（図示せず）が設けられている。そして個々のイメージセンサー２２１がスクライブ領域２２３で切り出される。その後、図１に示すようにこのパッド２２２と配線基板６がワイヤボンド５によって接続される。このパッド２２２は電気的特性がよく、形成しやすいことからアルミニウムがよく用いられる。
【００３３】
上記の無機系薄膜２０７の形成方法の一例を以下に示す。プラズマＣＶＤ法あるいはスパッタ法などを用いてウエハ２２０の表面全域にＳｉＯ２等の無機系薄膜２０７を形成する。しかし、イメージセンサー２２１を外部と電気的に接続するためにパッド２２２上に形成された絶縁物である無機系薄膜２０７を除去し、パッド２２２を電極として表面に出す必要がある。通常のＬＳＩ製造プロセスで用いられるフォトマスクを利用して露光を行う。そしてエッチングによりパッド２２２の部分の無機系薄膜２０７を除去しパッド金属を表面にさらす。最後にレジスト除去を行う。
【００３４】
通常用いられているパッド２２２の材質であるアルミニウムが、表面に設けられて空気にさらされている状態では水分、空気に触れ腐食、酸化等により劣化する恐れがある。従って、この表面に電気的な特性に優れ、環境的に安定なクロムや金などの金属膜でパッド２２２のアルミニウムの表面を覆っている。
【００３５】
この保護膜の形成方法も無機系薄膜２０７と同様に形成することができる。例えばスパッタ法によりウエハの全面にクロムや金を成膜する。その上からレジストを塗布した後フォトマスクを用いて露光する。そしてエッチングによりパッド２２２部分のみに金属を残すことができる。これによりパッケージやガラス等による気密封止を行わなくても、水分、空気によるパッドの腐食等の劣化を防止できる。また構成部品も増やさなくていいため経済的であり、小型化、薄型化が実現できる。またその形成方法は通常のＬＳＩ製造プロセスで用いられている方法によりウエハ処理を一括して行うことができるため、生産性を落とすことなく経済的である。
【００３６】
また上記例ではパッド材料を通常用いられているアルミニウムとしたが金やクロムなどの安定で腐食等が生じにくい材料でパッド自体を形成してもよい。これによりアルミニウムを金やクロムで覆った場合と同様の効果を得ることが出来る。このように表面が有機系樹脂で設けられたイメージセンサー１を無機系薄膜２０７で覆い、かつ安定な金属で覆ったパッド２２２もしくは安定な金属で形成したパッド２２２を用いることにより、イメージセンサーの気密封止の必要がなくなる。よって、パッケージとガラス又は封止ガラスなどの他部品による気密封止を行う必要がなくなる。また外部ホルダ２３及び内部ホルダ２４でイメージセンサー１が設けられている空間を覆わなくてもよいため、鏡筒を用いる必要が無くなる。例えば図２に示すような構成の外部ホルダ２３及び内部ホルダ２４を用いてもよい。図２はカメラモジュールの焦点を合わせるためのレンズ移動機構の構成を示す断面図である。この構成では二つの内部ホルダ２４にレンズ２０が取り付けられている。各々の内部ホルダ２４の一部が外部ホルダ２３に内包されている。そして内部ホルダ２４を摺動させて上下に移動させる。このような構造にすればレンズの位置がずれることなく焦点を合わせることが出来る。
【００３７】
また外部ホルダ２３を配線基板６への取り付ける際に封止用の樹脂で封止する必要がない。さらに封止ガラスやパッケージ等の気密封止用に部品が不要になり、レンズの可動構造を容易に製作することが出来る。なおこの場合、ワイヤーボンディング５の部分を樹脂で覆うことにより機械的強度を持たせ取り扱いを容易にすることも可能である。
【００３８】
発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかるカメラモジュールの主要部の構成について図３を用いて説明する。図３はカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１で付した同一の符号を付した構成を同一の構成を示すために説明を省略する。ここで３１は窓部、３２はバンプである。なお説明のために配線基板６のレンズ２０、外部ホルダ２３が設けられている面を表面側、その反対面を裏面側とする。
【００３９】
本実施の形態では図２に示すように配線基板６に窓部３１が設けられている。この配線基板６の貫通している部分を窓部３１としているため、窓部３１は何も設けられていない空間になっている。そしてイメージセンサー１の受光領域２は窓部３１に対応する位置に設けられている。またイメージセンサー１は配線基板６の裏面側に設けられている。すなわち、レンズ２０、内部ホルダ２４、外部ホルダ２３等の光学構造部は配線基板６の表面側に設けられている。イメージセンサー１が配線基板６の裏面側に設けられている。そして配線基板６の裏面側でイメージセンサー１はバンプ３２によって接続されている。このバンプは半田、金等による方法が広く知られており、いずれの方法を用いてもよい。
【００４０】
この構造では配線基板６を挟んでイメージセンサー１とレンズ２０が取り付けられているため、配線基板６の厚さ分は薄型化を図ることが出来る。さらに従来技術で用いたパッケージや封止ガラスを用いる必要がないためさらに薄型化できる。
【００４１】
また外部ホルダ２３の大きさをイメージセンサー１の大きさより大きくする必要が無いために小型化を図ることが出来る。またイメージセンサー１の受光領域２が設けられた面の反対面を樹脂等で覆うと機械的強度を増加することができる。さらに不要な光の受光領域への漏れこみを遮蔽することができる。なお本発明ではレンズ２０が窓部３１まで可動できる構造となっているが、焦点の距離によってはレンズ２０を窓部３１まで可動しなくてもよい場合がある。この場合、窓部３１の相当する部分を透明な素材で設けても良い。又は全体が透明な素材である配線基板６を用いてもよい。つまり窓部３１には何も設けられていない空間と透明な素材で形成された部分を含むものとする。これによっても薄型化、小型化することが出来る。
【００４２】
本発明の実施の形態３．
本発明の実施の形態３にかかるモジュールの主要部の構成について図４を用いて説明する。図４は本実施の形態のカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１で付した符号と同一の符号を付した構成は同一の構成を示すため説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態ではレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２、外部ホルダ２３、内部ホルダ２４からなる可動レンズ構造をイメージセンサー１の上に取り付けている。そしてこのイメージセンサー１を配線基板６の上に取り付けている。ここではワイヤーボンディング５を用いてイメージセンサー１と配線基板６と接続している。また上述の実施の形態と同様に可動レンズ構造は外部ホルダ２３の支持でレンズ２０が取り付けられた内部ホルダ２４を上下移動させる。これによりレンズ２０とイメージセンサー１の距離を可変させることができる。
【００４４】
携帯電話に利用されている画素数３５２×２８８素子程度のイメージセンサーのカメラモジュールにおいては、概略の光学寸法は絞り開口径１ｍｍ、焦点距離２ｍｍと小さく、またイメージセンサーは数ｍｍ□程度の大きさである。そのため本実施の形態による構成でイメージセンサー上にホルダを取り付けることは充分可能である。これによりカメラモジュールを薄型化することが可能になる。また、外部ホルダ２３の径をイメージセンサー１及びワイヤーボンディングの径より大きくする必要が無いために小型化を図ることが出来る。さらに、ワイヤーボンディング５の部分を樹脂で覆うことにより機械的強度を持たせることができる。これにより、取り扱いを容易にすることができる。
【００４５】
図４においては、イメージセンサー１の中心部に受光領域２が設けられている。そして可動レンズ構造の中心位置はイメージセンサー１の中心位置に合わせて設けられているため、イメージセンサー１上に外部ホルダ２５を全て載置することができる。すなわち、レンズ２０、外部ホルダ２３の中心とイメージセンサー１の中心が同一直線上にあるため、外部ホルダ２３はイメージセンサー１上の受光領域以外の部分に載置される。この場合は平坦に外部ホルダ２３を取り付けることができ、焦点合わせを容易に行うことが出来る。
【００４６】
しかし設計の都合上、受光領域２を中心部からずらしたイメージセンサー１を使用する場合がある。この場合、レンズ２０の中心位置を受光領域２の中心位置と合わせるために、外部ホルダ２３をイメージセンサー１の中心からずらして載置する必要がある。従って、図５に示すように外部ホルダ２３はイメージセンサー１上及びワイヤーボンディング５をまたいだ配線基板６上の両方に載置されることになる。レンズ２０の傾きを無くすために、配線基板６上の外部ホルダ２３の長さは一部を変える必要がある。すなわち、配線基板上に載置される外部ホルダ２３の部分はイメージセンサー上に載置される部分よりイメージセンサー１の厚み分長くする必要がある。従来のカメラモジュールではイメージセンサー１及びパッドを気密封止するためにイメージセンサー１が設けられている空間を覆う必要があった。そのため、例えば鏡筒構造のホルダを用いると位置関係の調整が非常に困難であった。よって受光領域２をずらしたイメージセンサー１を用いると小型化、薄型化が非常に困難であった。さらに段差ができている部分を封止する必要があった。
【００４７】
本発明ではイメージセンサー１及びパッドを気密封止する必要がない。そのため図２に示すように外部ホルダ２３は分割されていてもよい。図２に示すような外部ホルダ２３を用いれば、その高さ及び位置の調整を容易にすることが出来る。従ってイメージセンサー１上及び配線基板６上の両方に載置することができる。さらに可動レンズ構造を小さくすることができ、カメラモジュールの小型化、薄型化を実現することが出来る。このような構造だと、可動レンズ構造の傾き調整を容易に行うことができる。また組立時の位置調整を自由に行うことができ、焦点位置合わせが容易にできる。これにより、受光領域２がイメージセンサー１の中心からずれていても、小型化、薄型化を実現することが出来る。
【００４８】
本発明の実施の形態４．
本発明の実施の形態４にかかるカメラモジュールの主要部の構成について図６を用いて説明する。図６は本実施の形態にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。
【００４９】
実施の形態３と同様に外部ホルダ２３がイメージセンサー１上に載置されている。しかし窓部３１を有する配線基板６の裏側にイメージセンサー１が設けられていて、窓部３１に外部ホルダ２３が挿入され、貫通している点で異なる。外部ホルダ２３の支持でレンズ２０、赤外線カットフィルタ２１、絞り２２が取り付けられた内部ホルダ２４は上下に移動し焦点距離を合わせる。レンズ２０、内部ホルダ２４は窓部３１内を移動することになる。イメージセンサー１と配線基板６の接続は配線基板６の裏面側でバンプを介して行う。このような構成により、配線基板６の厚み分はカメラモジュールの薄型化を実現することができる。さらに外部ホルダ２３をイメージセンサー１より小さくすることができるため、カメラモジュールの小型化を実現することが出来る。またレンズ２０及び内部ホルダ２４は窓部３１の中まで移動して焦点を合わせることができるため、薄型化を図ることが出来る。
【００５０】
その他の実施の形態．
上述の実施の形態において、内部ホルダ２４、外部ホルダ２３、レンズ２０、絞り２２、赤外線カットフィルタ２１はそれぞれ個別の構造部としたが、樹脂等で一括して形成しても本発明の効果は変わらない。さらには赤外線カットフィルタ２１及び絞り２２は移動させる必要がないため、内部ホルダ２４に取り付けられていなくてもよい。また外部ホルダ２３及び内部ホルダ２４は従来のカメラモジュールのように筒状である必要はなく、レンズ等の構造物を保持ができ、焦点を合わせるためにレンズを移動できる機能があればよい。例えば図９に示すような構成でもよく、これ以外の形状でもよい。また内部ホルダ２４は外部ホルダ２３の内側で摺動する機構を示したが、内部ホルダ２４と外部ホルダ２３がネジ機構とすることにより、可動させることもできる。さらに内部ホルダ２４、外部ホルダ２３に溝をつけて移動させてもよい。また内部ホルダ２４と外部ホルダ２３の位置関係を反対にしてもよい。すなわち、内部ホルダ２４を配線基板６又はイメージセンサー１に取り付け、レンズ２０等を取り付けた外部ホルダ２３を上下に移動させる構成としても本発明の効果を変わらない。
【００５１】
光学構造部に赤外線カットフィルタ２１を図示したがこれ自体用いなくてもよい。また、レンズ２０に赤外線カットフィルタ機能をコーティングしてもよい。さらに別の構造部として光学ローパスフィルタ等を追加しても本発明の効果は変わらない。
【００５２】
可動レンズ構造は１枚構成のレンズを図示しているが色収差等の補正のため複数枚構成としてもよい。さらに高機能化のためにズーム機能、オートフォーカス機能などの可動レンズ機能を用いると本発明はより効果的になる。
【００５３】
イメージセンサー１はその構造上ＣＣＤやＣＭＯＳ等があるがいずれの構造でも本発明に用いることが出来る。またＣＭＯＳ構造において、受光領域以外にＡ／Ｄ変換、論理機能などの信号処理回路を同じチップに形成しても本発明の効果は変わらない。
【００５４】
またイメージセンサー１はマイクロレンズ２０６とカラーフィルタ２０４を備えた構造で説明しているが、マイクロレンズ２０６を備えていなくてカラーフィルタ２０４が表面層になっていてもよい。またカラーフィルタ２０４が設けられていなくてマイクロレンズ２０６が表面層になっていてもよい。表面層が有機系樹脂で構成されている場合、その上層に無機系薄膜を設けて空気、水分による腐食、酸化等の劣化を防ぐ必要がある。
【００５５】
また配線基板６にはイメージセンサー１のみ取り付けた状態にて説明したが、その他にも抵抗、コンデンサーなどの受動部品、トランジスタ、ＬＳＩ等の能動部品を同時に取り付けても本発明の効果は変わらない。さらに半田ボール８は外部装置との接続機能を有する金バンプ、フレキ基板、コネクタ等としても本発明の効果は変わらない。
【００５６】
本発明はイメージセンサー１の表面に劣化防止膜を形成することにより構成の簡素化を図り、カメラモジュールのさらなる小型化、薄型化を実現することを目的としている。すなわち内部ホルダ２４、外部ホルダ２３、及びレンズ２０からなる可動レンズ構造の構成を薄型化、小型化するように配置することにより得られる。また有機系樹脂層からなるマイクロレンズ等の上層にＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４からなる無機系薄膜を形成することにより腐食を防止することが出来る。またこれ以外の材質の無機系薄膜、例えばＩＴＯやＳｉＮｘを用いてもよい。なお、劣化には酸化、腐食、不純物の付着、汚染等の様々な要因がある。
【００５７】
アルミニウムからなるパッド２２２に対しては最上層にクロムや金などの耐腐食性の高い導電層を形成することにより腐食を防止することが出来る。なお金やクロム以外にもタングステン、チタン、モリブデン、ニッケル等でもよく、さらにはこれらを主成分とする合金でもよい。またパッド自体を耐腐食性の高い導電性材料により形成しても良い。なお腐食には酸化、汚染又は不純物の付着による劣化を含むものとする。この腐食防止膜を形成することにより、部品点数を削減して小型化、薄型化、軽量化を実現することができる。
【００５８】
本発明にかかるカメラモジュールは携帯電話、ＰＤＡ、自動車等の小型化、薄型化、軽量化を必要とするカメラシステムに用いることが好適である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、低コストで小型化、薄型化がなされたカメラモジュール及びカメラシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図２】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるホルダの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかるカメラモジュールの別の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかるカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図７】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるイメージセンサーの構成を示す断面図である。
【図８】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるイメージセンサーがウエハから切り出される前の構成を示す平面図である。
【図９】本発明にかかるカメラモジュールに用いられるホルダの別の構成を示す平面図である。
【図１０】従来のカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図１１】従来のカメラモジュールの別の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ イメージセンサー
２ イメージセンサーの受光領域
３ パッケージ
４ ガラス
５ ワイヤーボンディング
６ 配線基板
７ 半田
８ 半田ボール
２０ レンズ
２１ 赤外線カットフィルタ
２２ 絞り
２３ 外部ホルダ
２４ 内部ホルダ
２５ 封止ガラス
２６ 外部鏡筒
２７ 内部鏡筒
３１ 窓部
３２ バンプ
２０１ シリコン基板
２０２ 受光素子
２０３ 遮光部
２０４ カラーフィルタ
２０５ カラーフィルタ
２０６ マイクロレンズ
２０７ 無機系薄膜
２０８ 平坦化層
２２０ ウェハ
２２１ イメージセンサー
２２２ パッド
２２３ スクライブ領域
Claims (11)
- レンズを備える光学構造部と、
前記光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサーと、
前記イメージセンサーと電気的に接続された基板と、
前記レンズを支持する第１の支持部材と、
前記第１の支持部材を移動可能に支持し、前記基板に取り付けられた第２の支持部材を備えたカメラモジュールであって、
前記イメージセンサーは有機系樹脂を備え、前記有機系樹脂の表面に劣化防止膜が設けられているカメラモジュール。 - 前記基板は前記光学構造部を介して入射された光が透過する窓部を備え、
前記イメージセンサーは前期窓部を透過した光が入射するように前記基板の前記第２の支持部材が設けられた面と反対側の面に設けられている請求項１記載のカメラモジュール。 - レンズを備える光学構造部と
前記光学構造部を介して入射された光に基づき撮像信号を処理するイメージセンサーと、
前記イメージセンサーと電気的に接続された基板と、
前記レンズを支持する第１の支持部材と、
前記第１の支持部材を移動可能に支持し、前記イメージセンサー上に取り付けられた第２の支持部材を備えたカメラモジュールであって、
前記イメージセンサーは有機系樹脂を備え、前記有機系樹脂の表面に劣化防止膜が設けられているカメラモジュール。 - 前記基板は前記光学構造部を介して入射された光が透過する窓部を備え、
前記第２の支持部材が前記窓部を貫通して前記イメージセンサー上に取り付けられている請求項３記載のカメラモジュール。 - 前記基板と前記イメージセンサーとがワイヤーボンディングによって接続されている請求項１又は３いずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記基板と前記イメージセンサーとがバンプによって接続されている請求項２又は４いずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記イメージセンサーがマイクロレンズを備えている請求項１乃至６いずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記劣化防止膜が無機系薄膜であることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記イメージセンサーはパッドを備え、
前記パッドは耐腐食性の高い導電層により形成されていることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のカメラモジュール。 - 前記イメージセンサーはパッドを備え、
前記パッドが耐腐食性の低い材質からなる第１の導電層の上に耐腐食性の高い材質からなる第２の導電層を備えることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のカメラモジュール。 - 請求項１乃至１０いずれかに記載のカメラモジュールを用いたカメラシステム。
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