JP2004289193A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置1は、中央部に開口2aが形成された絶縁基板2と、絶縁基板2の開口2aの下側に受光部5aを配置するとともに、突起電極8を配線導体7に電気的に接続して取着された撮像素子5と、絶縁基板2の開口2aの上面に開口2aを覆って取着されたシール材6と、絶縁基板2の外周部にろう材を介して取着され、配線導体7と電気的に接続された配線層9が内部または表面に形成されたセラミック製または樹脂製の端子部材3とから成る。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCD型,CMOS型等の撮像素子を用いた、光学センサ等に適用される撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、CCD型,CMOS型等の撮像素子を収納するための撮像装置としては、セラミック製のものが知られている。近年の携帯性を重視した電子機器では、その市場において小型化や薄型化が要求されることから、これらの要求に充分に応えるべく、例えば図3に示すような断面形状を有し、配線板12、撮像素子15およびシール材16によって主に構成された撮像装置11が提案されている。
【0003】
配線板12はセラミックスや樹脂などから成り、薄い平面板として成形され、その下面に配線エリア17が形成されている。配線板12には、光を通過させる開口12aが形成されるとともに、配線板12の下面の両端に枠状の基台13が設けられている。基台13は配線基板12の下面に対してほぼ直交する向きで当接し、基台13によって配線板12が支持され、基台13の下端部には外部接続用の端子14が形成されている。
【0004】
また、配線板12の下面に、開口12aに受光部15aが対向するように撮像素子15が配置され、撮像素子15はシリコンの基板上にCCD型,CMOS型の受光部15aが形成されたチップである。撮像素子15の上面の中央に受光部15aが形成され、外周部には電極パッドが形成されており、また、電極パッド上には金等から成る突起電極(導体バンプ)18が形成されている。その突起電極18は、配線エリア17に接続されて、配線エリア17から配線板12および基台13の内部に形成された配線導体(図示せず)を介して端子14に導出されている。また、配線基板12上面には、開口12aを塞ぐようにガラス等から成る透明なシール材16が樹脂接着材等によって接着されている(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0005】
このようなセラミック製の撮像装置11において、配線板12および基台13は、セラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る配線板12用のグリーンシートと、セラミックスから成る基台13用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線板12の配線エリア17から端子14に配線導体を導出させるための貫通孔や光を通過させる開口12aをグリーンシートの上下面に略垂直に打ち抜く。
【0006】
次に、配線板12の配線エリア17、基台13の端子14、および配線板12や基台13の内部に形成されて端子14に導出される配線導体用として、タングステン(W)やモリブデン(Mo)などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布する。そして、配線板12用のグリーンシートと基台13用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。
【0007】
その後、配線エリア17および配線導体が導出される端子14の露出表面に、ニッケル(Ni)や金(Au)等の金属から成るめっき金属層を無電解めっき法や電解めっき法により被着させている。
【0008】
図4は、図3の撮像装置11をモジュール化したものの断面図である。撮像装置11においては、配線板12の下面の両端に枠状の基台13が設けられ、基台13の下端部に外部接続用の端子14が設けられており、端子14をモジュールの配線基板19の配線導体等に接続し、半田20によりその接続がなされるとともに補強される。また、撮像装置11における配線板12の上面でシール材16よりも外周側の外周部に、レンズ鏡筒21が接着固定されている。
【0009】
上記の構成において、撮像装置11は、配線基板19に実装されることから、撮像装置11と配線基板19との間に実装スペース22が形成される。実装スペース22に面する配線基板19の上面には、IC,LSI等の半導体素子やコネクタなどの電子部品23が取付けられる。
【0010】
そして、外部よりモジュールに入射する光は、レンズ鏡筒21の窓24からレンズ25を通って、透明なシール材16を通過する。シール材16を通過した光は、配線板12に形成された開口12aを通り、撮像素子15の受光部15aに入射する。撮像素子15の受光部15aで受光された光は電気信号に変換され、突起電極18を介して配線板12へ伝送される。配線板12へ伝送された電気信号は、配線板12および基台13の内部の配線導体を通り、基台13の端子14を介して撮像装置11の外部へ出力される。
【0011】
上記のように、撮像素子15の周囲に端子14が形成された基台13が設けられることにより、モジュールの配線基板19に撮像装置11を実装すると、撮像装置11と配線基板19との間に実装スペース22を確保することができ、実装スペース22を活用してそこに電子部品23を実装することができる。したがって、撮像装置11を有するモジュールの小型化を達成することができる(例えば、下記の特許文献1参照)。なお、撮像素子15が平面視で四角形の場合、その2辺のみに沿って基台13が設けられている場合もある。
【0012】
【特許文献1】
特開平14−299592号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1の撮像装置11によると、配線板12および基台13はグリーンシート積層法により製作されており、配線板12と基台13との積層の際の積層圧力は配線板12の下面の外周部のみ加わることとなり、配線板12に変形や反りが発生していた。その結果、配線板12と撮像素子15の突起電極18との間、および配線板12とシール材16との間のそれぞれに隙間が発生して、充分な接合強度が得られないとともに、撮像素子15と配線板12、また配線板12とシール材16とが、所定の位置に正確に接合されないという問題点を有していた。
【0014】
また、基台13の下端部の端子14を配線基板19の配線導体等に半田で接合させる際に、配線板12の変形や反りにより基台13下面の平坦性が劣化して、基台13の下面と配線基板19との間に隙間が生じていた。このため、基台13と配線基板19との間で充分な接合強度が得られず、また基台13が配線基板19に傾いて実装されてしまい、被写体を撮影する場合にレンズ25を通過する光が撮像素子15の受光部15aへ精度よく入射せず、入射した光を撮像素子15により正確に電気信号に変換して取り出せないという問題点を有していた。
【0015】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、撮像素子の受光部に光を精度よく入射させ、その入射した光を撮像素子で正確に電気信号に変換して取り出せる撮像装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、表面または内部の少なくとも一方に配線導体が形成されるとともに、中央部に開口が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下面に、前記開口の下側に受光部を配置するとともに、電極を前記配線導体に電気的に接続して取着された撮像素子と、前記絶縁基板の上面に前記開口を覆って取着されたシール材と、前記絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、前記配線導体と電気的に接続された配線層が内部または表面に形成されたセラミック製または樹脂製の端子部材とから成ることを特徴とする。
【0017】
本発明の撮像装置は、絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、配線導体と電気的に接続されたセラミック製または樹脂製の端子部材を有していることから、従来の基台のようにグリーンシート積層法で絶縁基板に一体的に製作されるものではないため、絶縁基板に変形や反りが発生することが解消される。その結果、平坦性の良い絶縁基板に対して、撮像素子およびシール材を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できるとともに、絶縁基板に接合された端子部材の下面の平坦性も良くなり、外部の配線基板に対する傾きもなくなる。そのため、外部の配線基板の所定の位置に強固かつ正確に接合できるものとなる。
【0018】
また、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした際に、レンズを通過する光が撮像素子の受光部へ精度よく入射するようになり、入射した光を撮像素子により正確に電気信号に変換して取り出せるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の撮像装置を以下に詳細に説明する。図1は本発明の撮像装置について実施の形態の一例を示す断面図であり、図2はその平面図である。これらの図において、2は絶縁基板、3は端子部材、5は撮像素子、6はシール材、7は配線導体であり、これらで撮像装置1が主に構成されている。
【0020】
本発明の絶縁基板2は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス),窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、その表面および内部に、WやMo等の金属粉末メタライズから成り、撮像素子5の電気信号を外部接続用の端子部材3に伝送する導電路として機能する配線導体7が形成されており、また中央部には開口2aが形成されている。また、絶縁基板2の開口2aの下側には受光部5aが配置され、電極としての突起電極8(導体バンプ)等を介して配線導体7に電気的に接続される撮像素子5が取着されており、絶縁基板2の上側には撮像素子5の受光部5aを保護するためのシール材6が樹脂接着材等で取着されている。
【0021】
絶縁基板2は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化マグネシウム,酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー,溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート(セラミック生シート)を得る。次に、グリーンシートに配線導体7形成用の貫通孔や開口2aを形成するための貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、配線導体7となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布する。しかる後、これらのグリーンシートを積層し切断して絶縁基板2用のグリーンシートの成形体を得、最後にこの成形体を高温(約1600℃)で焼結させることによって製作される。
【0022】
絶縁基板2に被着形成されている配線導体7は、撮像素子5の電気信号を外部接続用の端子部材3に伝送させる導電路として機能し、例えばWやMo等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤,溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基板2となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基板2の所定位置に被着形成される。
【0023】
なお、配線導体7の露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を1〜20μm程度の厚みに被着させておくと、配線導体7が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、配線導体7と撮像素子5の突起電極8との接合を強固なものとすることができる。したがって、配線導体7の露出表面には、厚み1〜10μm程度のニッケルめっき層と厚み0.1〜3μm程度の金メッキ層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのが好ましい。
【0024】
また、絶縁基板2の中央部の開口2aの下側には、シリコンの基板上にCCD型,CMOS型の受光部5aを形成した撮像素子5が配置される。撮像素子5の外周部には金などの突起電極8が形成され、突起電極8が配線導体7に接続されており、撮像素子5は、配線導体7を介して、外部電気回路に接続される端子部材3に電気的に接続されている。
【0025】
また、絶縁基板2の上面の開口2aの周囲には、ガラスやサファイア等から成る透明なシール材6が配置接合されており、シール材6はエポキシ樹脂等の樹脂接着剤によって絶縁基板2の開口2aの周囲に接着されて、撮像素子5のCCD型,CMOS型などの受光部5aを保護している。
【0026】
さらに、絶縁基板2下面の撮像素子5よりも外側の外周部には、撮像素子5の各突起電極8と電気的に接続された配線導体7とセラミック製または樹脂製の端子部材3の内部または表面に形成された配線層9とが電気的に接続されるように、銀(Ag)ろう,鉛(Pb)−錫(Sn)系はんだ,鉛(Pb)フリーはんだ等のろう材からなる接合材を介して接合される。
【0027】
端子部材3は、その形状が円柱状、四角柱状等であって、絶縁基板2と同材質の酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスまたはエポキシ樹脂,アクリル樹脂,ポリカーボネート,フェノール樹脂,シリコーン樹脂等の樹脂から成り、撮像素子5の電気信号を配線導体7を介して外部へ取り出すためのものである。そのため、端子部材3の内部または表面には、配線層9が形成され、この配線層9は、例えば、端子部材3がセラミックスから成る場合、配線導体7と同材質である例えばW,Mo等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、端子部材3となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、端子部材3の所定位置に被着形成される。また、端子部材3が樹脂製の場合、銅(Cu)等の金属箔が配線層9として被着形成される。そして、配線層9の一端は配線導体7と電気的に接続されるように被着形成されており、他端は、端子部材3の下端に配線層9と同材質で同様の方法で被着形成された端子4に接続するように導出されている。
【0028】
また、端子部材3は、絶縁基板2の支持体としても機能し、その下端の端子4が外部の配線基板の配線導体等に接続されて撮像装置が実装されると、撮像素子5と外部の配線基板との間に実装スペースが形成され、実装スペースに対応する配線基板上にIC,LSI,コネクタなどの電子部品を搭載することができる。そのため、撮像装置を外部の配線基板等に実装して成る光学センサ装置として使用する際に、光学センサ装置の小型化が達成される。
【0029】
また、端子部材3は、絶縁基板2と同様のグリーンシートおよび樹脂シートに、端子4に接続される配線層9を形成するための貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、配線層9および端子4となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布する。しかる後、これらのグリーンシートおよび樹脂シートを積層し、切断または金型にて打ち抜くことで、端子部材3用のグリーンシートおよび樹脂シートの成形体を得、最後にこの成形体を必要に応じて焼成することによって所定の形状に製作される。
【0030】
なお、端子部材3の配線層9および端子4の露出表面は、酸化腐食するのを有効に防止するとともに、絶縁基板2の配線導体7と端子部材3の配線層9との接合状態を良好なものとするために、電解めっき法または無電解めっき法により、1〜20μm程度の厚みの銅めっき層,ニッケルめっき層,金めっき層が被着されているか、またはこれらのめっき層が順次被着されているのがよい。
【0031】
絶縁基板2の配線導体7と端子部材3とを接続するための銀ろうや半田等のろう材は、端子部材3の上端面と同程度以上の大きさのろう付け部を形成していることが好ましい。これにより、絶縁基板2の下面に端子部材3をろう付けするとともに配線導体7と配線層9とを接続する際に、絶縁基板2と端子部材3の間に形成されるろう材のメニスカス10が端子部材3の上端部の周りに均一に形成される。この結果、端子部材3を絶縁基板2の下面に対して強固にかつ精度よく直交する向きに接合させることができ、端子部材3の下面の平坦性が良くなり、外部の配線基板の所定位置に強固かつ正確に接合できる。
【0032】
また、ろう材の厚みは10〜80μmが好ましい。10μm未満では、ろう材の量が少ないため、絶縁基板2と端子部材3との間に形成されるろう材のメニスカス10が小さくなり接合強度が低下する。80μmを超えると、ろう材の量が多くなり、メニスカス10が大きな塊となり、この部位に外力が加わるとろう材が取れ易くなる。この結果、端子部材3を絶縁基板2に強固に接合できなくなる。
【0033】
また、端子部材3は、絶縁基体2の下面の外周端から若干内側にろう付けされることがよい。この場合、端子部材3の上端部の周囲に均一な幅および高さのメニスカス10を形成することができ、端子部材3の接合強度をその上端部の周囲で均一にできるとともに、接合強度を大きくすることができる。
【0034】
さらに、端子部材3は、柱状のものに限らず、板状、直方体等のブロック状のものであってもよい。この場合、ろう付け面積が増大して接合強度が向上するとともに、端子部材3に配線層9による回路を形成することもでき、さらには端子部材3の表面にIC等の電子部品を搭載することができる。
【0035】
また、撮像素子5を板状、直方体等のブロック状の端子部材3であって、全表面に接地導体層から成る配線層9を形成した端子部材3で取り囲むように構成してもよく、この場合、撮像素子5を電磁シールドすることができる。
【0036】
撮像素子5は、突起電極8を介して絶縁基板2のニッケルや金などでメッキ処理された配線導体7に超音波接合法によりフリップチップ接合される。超音波接合法によるフリップチップ接合は、室温で接合部を加圧しつつ0.5秒前後の超音波振動を接合部に加えることにより接合させる接合法である。撮像素子5の接合部の周囲には、接合を補強するとともに封止を行なう樹脂から成る封止樹脂層であるダム(図示せず)が塗布形成してある。このダムは、エポキシ系樹脂の粘度を大きくしたものであり、樹脂の形状維持の強さの指標であるチキソ比も1.7以上と大きいのがよい。
【0037】
このようにして、本発明の撮像装置1は、中央部に開口2aが形成された絶縁基板2と、絶縁基板2の下面に、開口2aの下側に受光部5aを配置するとともに、突起電極8を配線導体7に電気的に接続して取着された撮像素子5と、絶縁基板2の上面に開口2aを覆って取着されたシール材6と、絶縁基板2の外周部にろう材を介して取着され、配線導体7と電気的に接続された、セラミック製または樹脂製の端子部材3とから成ることから、絶縁基板2と端子部材3とは端子部材3がろう材等を介して接合され、従来の基台のようにグリーンシート積層法で絶縁基板2に一体的に製作されるものではないため、絶縁基板2に変形や反りが発生することが解消される。その結果、平坦性の良い絶縁基板2に対して、撮像素子5およびシール材6を良好な接合状態で所定位置に正確に接合できるとともに、絶縁基板2に接合された端子部材3の下面の平坦性も良くなり、外部の配線基板に対する傾きもなくなる。そのため、外部の配線基板の所定位置に強固かつ正確に接合できるものとなる。
【0038】
また、撮像装置1をレンズを備えたモジュールとした際に、レンズを通過する光が撮像素子5の受光部5aへ精度よく入射されるようになり、入射した光を撮像素子5により正確に電気信号に変換して取り出せるようになる。
【0039】
かくして、本発明の撮像装置1は、端子部材3の下端にモジュールの配線基板を接続し、絶縁基板2の上面でシール材6より外側の外周部にレンズ鏡筒が接着固定されて光学センサ装置となる。
【0040】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【0041】
【発明の効果】
本発明の撮像装置は、絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、配線導体と電気的に接続されたセラミック製または樹脂製の端子部材を有していることから、従来の基台のようにグリーンシート積層法で絶縁基板に一体的に製作されるものではないため、絶縁基板に変形や反りが発生することが解消される。その結果、平坦性の良い絶縁基板に対して、撮像素子およびシール材を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できるとともに、絶縁基板に接合された端子部材の下面の平坦性も良くなり、外部の配線基板に対する傾きもなくなる。そのため、外部の配線基板の所定の位置に強固かつ正確に接合できるものとなる。
【0042】
また、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした際に、レンズを通過する光が撮像素子の受光部へ精度よく入射するようになり、入射した光を撮像素子により正確に電気信号に変換して取り出せるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】図1の撮像装置の平面図である。
【図3】従来の撮像装置の断面図である。
【図4】図3の撮像装置を光学センサ装置として構成したものを示す断面図である。
【符号の説明】
1:撮像装置
2:絶縁基板
2a:開口
3:端子部材
5:撮像素子
5a:受光部
6:シール材
7:配線導体
8:突起電極
9:配線層
Claims (1)
- 表面または内部の少なくとも一方に配線導体が形成されるとともに、中央部に開口が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下面に、前記開口の下側に受光部を配置するとともに、電極を前記配線導体に電気的に接続して取着された撮像素子と、前記絶縁基板の上面に前記開口を覆って取着されたシール材と、前記絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、前記配線導体と電気的に接続された配線層が内部または表面に形成されたセラミック製または樹脂製の端子部材とから成ることを特徴とする撮像装置。
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Cited By (1)
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US7851708B2 (en) * | 2006-03-29 | 2010-12-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Composite substrate and method for manufacturing composite substrate |
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2003
- 2003-02-21 JP JP2003044396A patent/JP2004289193A/ja active Pending
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