JP2004080704A

JP2004080704A - 撮像装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004080704A
Application number: JP2002242039A
Authority: JP
Inventors: Michiko Oishi; 大石　美智子; Masao Segawa; 瀬川　雅雄; Jun Karasawa; 唐沢　純
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】画質を損なうことなく、小型・薄型化が可能であるとともに、製造コストを低減できる撮像装置を提供すること。
【解決手段】受光用開口部７１ａ及び脚部貫通部７１ｂを有するセラミック基板７１と、脚部貫通部７１ｂを貫通して配置された脚部８２ｂを有し、セラミック基板７１の表面側に位置するレンズ８３を支持するレンズホルダ８１と、セラミック基板７１の裏面側に位置し、レンズ８３により結像される光の受光部７３ｂを受光用開口部７１ａに対向させてフリップチップ実装されたＣＭＯＳセンサ７３とを備え、レンズホルダ８１の脚部８１ｂの先端部８１ｃがＣＭＯＳセンサ７３に当接している。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラや携帯電話等の携帯装置に組み込まれる撮像装置及び撮像装置製造方法に関し、特に小型化、薄型化、軽量化が図れるとともに、製造コストを低減できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラや携帯用のパーソナルコンピュータ、携帯電話等に用いられる撮像装置は、小型化、薄型化及び軽量化、さらに、その製造工程を含むコストの低減が求められている。図６の（ａ）〜（ｅ）は小型の撮像装置の一例を示す縦断面図である。
【０００３】
図６の（ａ）に示す撮像装置１０は、基板１１にＣＭＯＳセンサ（光電変換素子）１２がワイヤボンディング実装され、レンズ１３がレンズホルダ１４により基板１１に固定されている。なお、図中１５は周辺回路素子及び電子部品、１６は光学ガラスを示している。
【０００４】
図６の（ｂ）に示す撮像装置２０は、基板２１にＣＭＯＳセンサ２２がフリップチップ実装され、レンズ２３がレンズホルダ２４により基板２１に固定されている。この構造では、ＣＭＯＳセンサ２２の実装エリア２２ａをチップサイズにすることができる。また、レンズ２３の焦点距離内に基板２１を配置できるため、ワイヤボンディング実装の場合より小型・薄型化できる。なお、図中２５は周辺回路素子及び電子部品、２６は光学ガラスを示している。
【０００５】
図６の（ｃ）に示す撮像装置３０は、撮像装置１０と同様に、基板３１に光電変換素子３２がワイヤボンディング実装され、レンズ３３がレンズホルダ３４により基板３１に固定されている。また、レンズ３３とＣＭＯＳセンサ３２の受光面との距離の精度は、例えばＶＧＡクラスのイメージセンサでは±２０μｍ程度が必要であり、これを確保するために、レンズホルダ３４にはレンズ３３の高さ調整機構３４ａが備えてある。なお、図中３５は周辺回路素子及び電子部品、３６は光学ガラスを示している。
【０００６】
図６の（ｄ）に示す撮像装置４０は、撮像装置２０と同様に、基板４１にＣＭＯＳセンサ４２がフリップチップ実装され、レンズ４３がレンズホルダ４４により基板４１に固定されている。基板４１には受光用開口部４１ａが形成されている。また、撮像装置３０と同様に、レンズ４３とＣＭＯＳセンサ４２の受光面との距離の精度を確保するために、レンズホルダ４４にはレンズ４３の高さ調整機構４４ａが備えてある。なお、図中４５は周辺回路素子及び電子部品、４６は光学ガラスを示している。
【０００７】
図６の（ｅ）に示す撮像装置５０は、基板５１に光電変換素子５２がワイヤボンディング実装され、レンズ５３を保持するレンズホルダ５４の脚部５４ａがＣＭＯＳセンサ５２に接触している。なお、図中５５は周辺回路素子及び電子部品を示している。
【０００８】
レンズホルダ５４の脚部５４ａをＣＭＯＳセンサ５２に直接突き当てることで、レンズ５３とＣＭＯＳセンサ５２の受光面との距離の精度を高くすることができ、レンズホルダ５４にレンズ５３の高さ調整機構が設けられていなくても高画質の撮像装置を実現することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した撮像装置であると、次のような問題があった。すなわち、撮像装置１０，３０，５０は、ＣＭＯＳセンサをワイヤボンディングにより接続すると、実装エリアがＣＭＯＳセンサのチップサイズより大きくなることから小型化に限界があった。また、全体の厚さは、レンズ、ＣＭＯＳセンサの他、ダイボンディング材、基板、裏面部品の厚さも加味した厚さとなり、薄形化に限界があった。
【００１０】
また、撮像装置１０，２０は、レンズホルダの脚部を基板に固定しているため、基板やダイボンディング材の厚さのばらつき等を考慮すると、ＣＭＯＳセンサとレンズの距離の精度（例えば、±２０μｍ程度）を確保することが困難である。さらに、撮像装置３０，４０は、レンズの高さ調整機構及び高さ調整用の画出し検査装置が必要となり、製造の低コスト化に限界があった。
【００１１】
そこで本発明は、画質を損なうことなく、小型・薄型化が可能であるとともに、製造コストを低減できる撮像装置及び撮像装置製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の撮像装置及び撮像装置製造方法は次のように構成されている。
【００１３】
（１）受光用開口部及び脚部貫通部を有する基板と、前記脚部貫通部を貫通して配置された脚部を有し、前記基板の第１の主面側に位置するレンズを支持するレンズホルダと、前記基板の第２の主面側に位置し、前記レンズにより結像される光の受光部を前記受光用開口部に対向させてフリップチップ実装された光電変換素子とを備え、前記レンズホルダの脚部の先端部が前記光電変換素子に当接していることを特徴とする。
【００１４】
（２）上記（１）に記載された撮像装置であって、前記レンズホルダの脚部は、前記基板に接着剤を介して固定されているとともに、前記レンズホルダの脚部の先端は、光電変換素子上面に直接当接していることを特徴とする。
【００１５】
（３）上記（１）に記載された撮像装置であって、前記受光用開口部及び前記脚部貫通部とは一体に形成されるとともに、前記レンズホルダの脚部の前記レンズの光軸方向と交差する少なくとも一方向の厚さが、前記基板の第１の主面側よりも前記脚部貫通部が薄くなるように段差が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
（４）上記（１）に記載された撮像装置であって、前記レンズホルダの少なくとも一部が導電性部材で形成され、前記基板の接地用パターンと電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
（５）基板の裏面側に光電変換素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装工程と、レンズホルダの脚部を前記基板の表面側から脚部貫通部を貫通させて前記光電変換素子の表面に当接させる当接工程と、前記脚部と前記基板とを接着剤を介して接着する接着工程とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１の（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置６０を示す縦断面図、（ｂ）は撮像装置６０に組み込まれたＣＭＯＳセンサ７３を示す平面図、（ｃ）は撮像装置６０に組み込まれたレンズホルダ８１を示す斜視図である。なお、図中矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、特に矢印ＸＹは水平方向、矢印Ｚは鉛直方向を示している。
【００１９】
撮像装置６０は、基板部７０と、この基板部７０に取り付けられたレンズ部８０とを備えている。
【００２０】
基板部７０は、十分な剛性を有するセラミック基板７１と、このセラミック基板７１の表面（第１の主面）及び裏面（第２の主面）上に形成された回路パターン７２と、回路パターン７２に接続されたＣＭＯＳセンサ（光電変換素子）７３と、周辺回路素子７４及び電子部品７５と、後述する受光用開口部７１ａを蓋するように設けられた光学ガラス７６とを備えている。セラミック基板７１には、ＣＭＯＳセンサ７３の受光部７３ｂに光を取り込むためのほぼ正方形状の受光用開口部７１ａと、この受光用開口部７１ａを挟むようにして配置され、後述するレンズホルダ８１の脚部８１ｂが挿入される長方形状の２つの脚部貫通部７１ｂが形成されている。これら脚部貫通部７１ｂは、後述するレンズ８３のＸＹ方向における位置決めの基準にされるものである。
【００２１】
ＣＭＯＳセンサ７３は、センサ基板７３ａを備えている。センサ基板７３ａの中央部にはレンズ８３により結像された光を検出する受光部７３ｂが形成され、また外周部には電極パッド７３ｃが形成されている。また、これら受光部７３ｂと電極パッド７３ｃとの間には、後述する脚部８１ａの先端８１ｂが当接する当接部７３ｄが形成されている。
【００２２】
ＣＭＯＳセンサ７３は、セラミック基板７１の裏面（図中下面）側から、受光部７３ｂを受光用開口部７１ａに対向させてバンプを介して回路パターン７２の電極と接続されるように異方性導電膜Ｅ等を介してフリップチップ実装されている。
【００２３】
レンズ部８０は、後述するレンズ８３を支持する有底筒状のレンズホルダ８１と、このレンズホルダ８１の底部８２に設けられた開口部８２ａに支持されたレンズ８３とを備えている。
【００２４】
レンズホルダ８１は、筒状のホルダ本体８１ａと、上述した脚部貫通部７１ｂに挿入されるように平面板状に形成された板状に形成された一対の脚部８１ｂを有している。これら脚部８１ｂの先端部８１ｃが脚部貫通部７１ｂを貫通して、ＣＭＯＳセンサ７３の当接部７３ｄに接触した状態で、セラミック基板７１に接着剤Ｓにより固着されている。
【００２５】
このように構成された撮像装置６０は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すような製造工程にて製造される。すなわち、図３の（ａ）に示すように、周辺回路素子７４、電子部品等が実装されたセラミック基板７１に、図３の（ｂ）に示すように、接続樹脂（ＡＣＰ、ＮＣＰ等）を塗布し、接続樹脂が受光部に滲み出さないようにして、電極パッド７３ｃにバンプが形成されたＣＭＯＳセンサ７３をフリップチップ実装する。
【００２６】
実装条件は、ＣＭＯＳセンサの耐熱温度（１５０〜１８０℃程度）以下で、数〜数十秒程度で行う。なお、樹脂接続ではなく、超音波によるフリップチップ実装でも良い。実装条件は耐熱温度以下（常温〜１８０℃程度）で行う。
【００２７】
次に、図３の（ｃ）に示すように、脚部貫通部７１ｂにレンズホルダ８１の脚部８１ｂを挿入して、その先端部８１ｃをＣＭＯＳセンサ７３の当接部７３ｄに突き当て、レンズホルダ８１のホルダ本体８１ａの外壁面とセラミック基板７１との間に接着剤Ｓを供給し、接着する。
【００２８】
上述したように、撮像装置６０では、レンズホルダ８１の先端部８１ｃとＣＭＯＳセンサ７３との間に接着剤層を介在させないで、直接当接させている。このため、レンズホルダ８１の寸法精度を高く維持することで、ＣＭＯＳセンサ７３とレンズ８３との距離の精度を無調整で確保することができる。
【００２９】
また、例えば図１の（ｃ）に示すように、ホルダ本体８１ａを筒状に形成し、セラミック基板７１の脚部貫通部７１ｂに挿入するＣＭＯＳセンサ７３に接触させる部位のみが突出した形状にすると、レンズホルダ８１の脚部８１ｂをセラミック基板７１に固着する際にＣＭＯＳセンサ７３の封止構造が確保しやすくなるという効果がある。さらに、レンズホルダ８１に遮光性の材料を用いることで、外光の入射等による影響を抑えることができる。
【００３０】
レンズホルダ８１は、上述したように単体のレンズ８３と組み合わせることもできるが、レンズ８３と一体成型することもできる。また、レンズホルダ８１に光学ローパスフィルタ等を取り付けたり、蒸着膜等の手段で金属膜を形成して電磁シールド効果をもたせたり、光学膜を形成して赤外線カット機能等をもたせたりすることができる。
【００３１】
レンズ８３の材料は、例えばアクリル系等の透明な耐熱性樹脂を用いることができる。一体成型レンズは透明であるが、カバーを取り付けたり塗装したりすることで、遮光性を持たせることができる。
【００３２】
上述したように、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置６０によれば、ＣＭＯＳセンサ７３とレンズ８３の距離の精度（例えばＶＧＡクラスのイメージセンサでは±２０μｍ程度）を確保するために、セラミック基板７１やダイボンディング材の厚さのばらつき等を考慮せず、レンズ８３とレンズホルダ８１（特に脚部８１ｂ）の寸法精度のみを考慮すればよい。すなわち、レンズ８３とレンズホルダ８１の寸法誤差を±２０μｍ以内に製造することは現時点での加工精度で容易に行うことができる。したがって、一旦、レンズホルダ８１を製造すれば、レンズ高さ調整工程を省くことができる。したがって、レンズ調整用画出し検査装置、調整コストが不要になるとともに、レンズ部の構造が簡素化されるため、レンズ部品コストの低減と小型化に有利となる。
【００３３】
また、ＣＭＯＳセンサ７３をフリップチップ実装することで、レンズの焦点距離内にセラミック基板７１を配置することができ、ワイヤボンディングを用いた場合より、レンズ実装高さを低減できる。
【００３４】
したがって、小型・低コスト化が容易な高画質の撮像装置が得られる。また、撮像装置を携帯装置に適用した場合に、携帯装置を小型化することも可能となる。
【００３５】
なお、レンズホルダ８１の脚部８１ｂの先端部８１ｃ（ＣＭＯＳセンサ７３に当接する部分）は、例えば、図２の（ａ）に示すものの他、図２の（ｂ）〜（ｅ）に示すように様々な形状とすることができる。
【００３６】
また、レンズホルダ８１の少なくとも一部を導電性部材で形成し、セラミック基板７１の接地用パターン（不図示）と電気的に接続することで、ノイズ対策を行うことができる。
【００３７】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置９０を示す図である。なお、図４において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
撮像装置９０が上述した撮像装置６０と異なる点は、受光開口部７１ａ及び脚部貫通部７１ｂの代わりに、開口部７１ｃのみを設けた点及びレンズホルダ８１の代わりに、レンズホルダ９１を設けた点にある。すなわち、開口部７１ｃは、受光開口部及び脚部貫通部を共通化して形成したものであり、上述した撮像装置６０における受光開口部を広げ、脚部を挿入するスペースを確保した構成となっている。
【００３９】
レンズホルダ９１は、筒状のホルダ本体９１ａと、上述した開口部７１ｃに挿入されるように平面板状に形成された一対の脚部９１ｂを有している。なお、脚部９１ｂの先端には先端部９１ｃが形成され、中間部には段差９１ｄが形成されている。脚部９１ｂの先端部９１ｃが脚部貫通部７１ｂを貫通して、ＣＭＯＳセンサ７３の当接部７３ｄに接触しているとともに、段差９１ｄがセラミック基板７１に接着剤Ｓにより固着されている。すなわち、脚部９１ｂの矢印Ｘ方向（レンズ８３の光軸方向に交差する方向）における厚さが基板７１の表面側が開口部７１ｃ内に比べて太く形成されている。
【００４０】
このように形成することで、脚部９１ｂの段差９１ｄは基板７１に非接触の状態で保持されることとなる。また、このことにより、先端部９１ｃを開口部７１ｃに挿入できるように薄くし、開口部７１ｃに挿入されない部分は厚くすることでモールド樹脂成型を容易にすることができる。
【００４１】
さらに、レンズホルダ９１の先端部９１ｃには、図４の（ｂ）に示すように突起９２を設けるようにしても良い。この突起９２を設けることにより、レンズホルダ９１を樹脂成型する際、入れ子状にしたピンを用いた金型により最終的な寸法調整を容易にできる効果がある。
【００４２】
図５は、上述した第２の実施の形態に係る撮像装置９０に組み込まれたの変形例に係るレンズホルダ９３を示す断面図である。図５において図４と同一機能部分には同一符号を付した。
【００４３】
レンズホルダ９３は、筒状のホルダ本体９３ａと、上述した開口部７１ｃに挿入されるように平面板状に形成された一対の脚部９３ｂを有している。これら脚部９３ｂの先端部９３ｃが開口部７１ｃを貫通して、ＣＭＯＳセンサ７３の当接部７３ｄに接触した状態で、セラミック基板７１に接着剤Ｓにより固着されることとなる。脚部９３ｂには段差９３ｄが形成されている。
【００４４】
また、脚部９３ｂが先端部９３ｃ側から基端側（図中上方）にかけてその内径が狭くなるテーパ状に形成されている。このように形成された理由について説明する。すなわち、レンズホルダ９３をＣＭＯＳセンサに接触させる構造では、従来のように基板にレンズホルダ９３を直接取り付ける構造に比べてレンズホルダのアスペクト比が高くなる。しかしながら、テーパ状にすることで、アスペクト比が高くなることにより発生する成型時の抜け不良による離型歪や樹脂の充填不良による寸法精度の低下等を未然に防止することができる。
【００４５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、基板としてセラミック基板を例示したが、上記のような開口部が形成可能で、レンズの脚部を支持するために必要な剛性があり、ＣＭＯＳセンサの受光部にダストが入り込まないように、ダストが発生しない基板（ガラスエポキシ、ガラス、剛性の高いポリイミド等）であればよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、画質を損なうことなく、小型・薄型化が可能であるとともに、製造コストを低減できる撮像装置及び撮像装置製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を示す縦断面図、（ｂ）は撮像装置に組み込まれたＣＭＯＳセンサを示す平面図、（ｃ）は撮像装置に組み込まれたレンズホルダを示す斜視図。
【図２】同撮像装置に組み込まれたレンズホルダの脚部の先端部の形状を示す説明図。
【図３】同撮像装置の組立工程を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置を示す断面図。
【図５】同撮像装置に組み込まれたレンズホルダの変形例を示す断面図。
【図６】従来の撮像装置を示す断面図。
【符号の説明】
６０…撮像装置
７０…基板部
７１…セラミック基板（基板）
７１ａ…受光用開口部
７１ｂ…脚部貫通部
７３…ＣＭＯＳセンサ（光電変換素子）
７３ｄ…当接部
８０…レンズ部
８１…レンズホルダ
８３…レンズ

Claims

受光用開口部及び脚部貫通部を有する基板と、
前記脚部貫通部を貫通して配置された脚部を有し、前記基板の第１の主面側に位置するレンズを支持するレンズホルダと、
前記基板の第２の主面側に位置し、前記レンズにより結像される光の受光部を前記受光用開口部に対向させてフリップチップ実装された光電変換素子とを備え、
前記レンズホルダの脚部の先端部が前記光電変換素子に当接していることを特徴とする撮像装置。
前記レンズホルダの脚部は、前記基板に接着剤を介して固定されているとともに、前記レンズホルダの脚部の先端は、光電変換素子上面に直接当接していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記受光用開口部及び前記脚部貫通部とは一体に形成されるとともに、
前記レンズホルダの脚部の前記レンズの光軸方向と交差する少なくとも一方向の厚さが、前記基板の第１の主面側よりも前記脚部貫通部が薄くなるように段差が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記レンズホルダの少なくとも一部が導電性部材で形成され、前記基板の接地用パターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
基板の裏面側に光電変換素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装工程と、
レンズホルダの脚部を前記基板の表面側から脚部貫通部を貫通させて前記光電変換素子の表面に当接させる当接工程と、
前記脚部と前記基板とを接着剤を介して接着する接着工程とを備えていることを特徴とする撮像装置の製造方法。