JP2004349545A - 撮像素子の実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる撮像素子の実装方法を提供する。
【解決手段】平板状の板状部材３の上にシート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせ、さらに接着剤２の上に平板状の撮像素子１を重ね合わせる。撮像素子１は、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成する。板状部材３は、熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋのインバーで形成する。撮像素子１と接着剤２と板状部材３とが重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。この後、積層体を常温に戻す。これにより、撮像素子１が、受光面が凹面状となるように湾曲する。この後、板状部材３をモジュール基板５に固着させる。
【選択図】 図１
【解決手段】平板状の板状部材３の上にシート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせ、さらに接着剤２の上に平板状の撮像素子１を重ね合わせる。撮像素子１は、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成する。板状部材３は、熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋのインバーで形成する。撮像素子１と接着剤２と板状部材３とが重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。この後、積層体を常温に戻す。これにより、撮像素子１が、受光面が凹面状となるように湾曲する。この後、板状部材３をモジュール基板５に固着させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラモジュール等のレンズの収差を補正するために撮像素子を所望の曲率で湾曲させるための撮像素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子を用いた撮像装置は、例えば、カメラ付き携帯電話等の種々の携帯情報端末に幅広く用いられている。かかる撮像装置においては、被写体から出た光は、撮像レンズおよび絞りを経由して撮像素子の受光エリアに映像として結像される。この種の撮像装置においては、撮像素子の受光面の中央部と周辺部とでは撮像レンズまでの距離が異なるので、一般に像面湾曲と呼ばれるレンズの収差により、映像にひずみが生じる。
【０００３】
そこで、撮像素子を湾曲可能な厚さまで薄膜化し、接着剤等によりモジュール基板の凹状部に湾曲した形状で固定することにより、像面湾曲ないしはレンズの収差の発生を防止するようにした撮像装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。具体的には、例えば、特許文献１にかかる撮像装置ないしはその製造方法では、あらかじめ凹面状に研磨されたパッケージ底面に、真空吸引により撮像素子を吸着させて湾曲させ、この状態で撮像素子をパッケージ底面に固定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６２７８号公報（段落［００１２］、図２）
【特許文献２】
特開２００１−２８４５６４号公報（段落［００３３］、図７）
【特許文献３】
特開平０１−２０２９８９号公報（第２頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１０−１０８０７８号公報（段落［００１７］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像素子を、真空吸引により凹面状のモジュール基板ないしはパッケージ底面に吸着させ、湾曲させた状態でモジュール基板ないしはパッケージ底面に接着・固定させる場合、接着剤として常温硬化型接着剤を用いると、長時間にわたって撮像素子を吸引し続けなければならないといった問題がある。また、撮像素子をモジュール基板ないしはパッケージ底面にはんだ接合で固定する場合、あるいは熱硬化型接着剤を用いて接着する場合は、真空吸引を行いつつ加熱しなければならないので、製造装置ないしは製造プロセスが複雑化するといった問題がある。
【０００６】
また、真空吸引により、撮像素子とモジュール基板ないしはパッケージとの間の接合材料が吸引されてはみ出しが生じたり、接合部界面の接合部厚さが小さくなって熱応力によるクラックが発生するおそれがあるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる撮像素子の実装方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる撮像素子の実装方法は、平板状の撮像素子と、該撮像素子とは熱膨張係数が異なる平板状の板状部材とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、該冷却による撮像素子と板状部材との収縮量差に起因して両者の接着部に生じる力により撮像素子および板状部材を湾曲させ、板状部材を基板に固着させて撮像素子を湾曲した状態で基板に実装することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明のいくつかの実施の形態を具体的に説明する。なお、これらの図面において、共通な構成要素、ないしは構成および機能が実質的に同一の構成要素には、同一の参照番号を付している。
【００１０】
実施の形態１．
まず、図１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、本発明の実施の形態１にかかる撮像素子の実装方法を説明する。
図１（ａ）に示すように、実施の形態１にかかる撮像素子の実装プロセスにおいては、まず、寸法が１０ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（横）×０．５ｍｍ（厚さ）の平板状の板状部材３の上に、シート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせる。さらに、接着剤２の上に、寸法が８ｍｍ（縦）×８ｍｍ（横）×０．４ｍｍ（厚さ）の平板状の撮像素子１を重ね合わせる（搭載する）。
【００１１】
ここで、撮像素子１は、例えば、熱膨張係数（線膨張係数）が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成されている。また、板状部材３は、撮像素子１よりも熱膨張係数が小さい材料、例えば、熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋのインバーで形成されている。なお、エポキシ樹脂製の接着剤２は熱硬化型の接着剤である。
【００１２】
そして、このように撮像素子１と接着剤２と板状部材３とが重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。ここで、積層体が１７５℃に達した時点では、接着剤２はまだ硬化していないので、撮像素子１と板状部材３とは、それぞれ、独立して自由に熱膨張する。したがって、撮像素子１および板状部材３は、いずれも、全体的に膨張しているが、その膨張は上面側と下面側とで均一であるので、平板状である。かくして、積層体を１７５℃に保持しているときに接着剤２が硬化し、撮像素子１が板状部材３に固着（接着・固定）される。なお、この状態においても、撮像素子１および板状部材３は平板状である。
【００１３】
このように接着剤２が硬化した後、積層体を常温（例えば、２５℃）に戻す。このとき、撮像素子１と板状部材３とは、それぞれ、冷却（温度の低下）に伴って収縮する。しかし、撮像素子１の下面と板状部材３の上面とが、硬化した接着剤２によって固着されているので、撮像素子１と板状部材３とは独立して自由に収縮することはできない。
【００１４】
すなわち、熱膨張係数が大きい撮像素子１は、熱膨張係数が小さい板状部材３に比べて収縮量が大きいので、撮像素子１の下面は、板状部材３の上面を収縮させようとする。逆に、板状部材３の上面は撮像素子１の下面を拡張させようとする。このような撮像素子１と板状部材３との間の相互作用ないしは力（応力）により、撮像素子１においてはその下面がその上面より拡張し、板状部材３においてはその上面がその下面より収縮する。
【００１５】
このため、図１（ｂ）に示すように、撮像素子１および板状部材３には、両者間の熱膨張係数差に起因して、上側に向かって（撮像レンズに向かって）凹面状となるような湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。なお、撮像素子１と板状部材３との間に位置する硬化した接着剤２もこれらと同様に変形するのはもちろんである。
【００１６】
さらに、図１（ｃ）に示すように、撮像素子１と板状部材３とが接着剤２で固着されてなる積層体が、シリコーン樹脂製のダイボンド材４を用いて、寸法が１６ｍｍ（縦）×１６ｍｍ（横）×１．０ｍｍ（厚さ）の平板状のガラスエポキシ製モジュール基板５の上に接着される。シリコーン樹脂製のダイボンド材４は常温硬化型であるので、積層体とモジュール基板５との接着は、例えば、モジュール基板５の上にダイボンド材４を塗布し、ダイボンド材４の上に積層体を載せて、常温で２４ｈ保持するなどといった手順で行うことができる。この後、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ６により、撮像素子１とモジュール基板５とを電気的に接続する。
【００１７】
ここでは、板状部材３の材料としてインバーを用いているが、板状部材３の材料はインバーに限定されるものではなく、例えば熱膨張係数がさらに小さいスーパーインバーを用いてもよい。なお、板状部材３を、Ｓｉより熱膨張係数が大きい材料で形成すれば、積層体に、図１（ｂ）、（ｃ）と逆向きの湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凸面状となるような湾曲ないしは反りを形成することができる。
【００１８】
以上、実施の形態１にかかる撮像素子１の実装方法によれば、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装（固定）することができる。
【００１９】
実施の形態２．
以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ本発明の実施の形態２にかかる撮像素子の実装方法を説明する。図２（ａ）に示すように、実施の形態２にかかる撮像素子の実装プロセスにおいては、まず寸法が１０ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚さ）の平板状の第２の板状部材７の上に、シート状のエポキシ樹脂製の接着剤２をはさんで、寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの平板状の板状部材３（以下、「第１の板状部材３」という。）を重ね合わせる。さらに、第１の板状部材３の上にシート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせた上で、この接着剤２の上に、寸法が８ｍｍ（縦）×８ｍｍ（横）×０．１ｍｍ（厚さ）の平板状の撮像素子１を重ね合わせる（搭載する）。
【００２０】
ここで、撮像素子１は、例えば、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成されている。また、第１の板状部材３および第２の板状部材７は、撮像素子１よりも熱膨張係数が大きい材料で形成されている。かつ、第１の板状部材３は、第２の板状部材７よりも熱膨張係数が大きい材料で形成されている。具体的には、例えば、第１の板状部材３は熱膨張係数が２３ｐｐｍ／Ｋのアルミニウム（Ａｌ）で形成され、第２の板状部材７は熱膨張係数が１６ｐｐｍ／Ｋの銅（Ｃｕ）で形成される。なお、エポキシ樹脂製の接着剤２は熱硬化型の接着剤である。
【００２１】
そして、このように撮像素子１と第１の板状部材３と第２の板状部材７とが、接着剤２をはさんで重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。ここで、積層体が１７５℃に達した時点では、接着剤２はまだ硬化していないので、撮像素子１および両板状部材３、７は、それぞれ、独立して自由に熱膨張する。したがって、撮像素子１および両板状部材３、７は、いずれも、全体的に膨張しているが、その膨張は上面側と下面側とで均一であるので、平板状である。かくして、積層体を１７５℃に保持しているときに接着剤２が硬化し、撮像素子１と第１の板状部材３と第２の板状部材７とが固着（接着・固定）される。なお、この状態においても、撮像素子１および両板状部材３、７は平板状である。
【００２２】
このように接着剤２が硬化した後、積層体を常温（例えば、２５℃）に戻す。このとき、撮像素子１および両板状部材３、７は、それぞれ、温度の低下に伴って収縮する。しかし、撮像素子１と第１の板状部材３と第２の板状部材７とは、硬化した接着剤２によって固着されているので、撮像素子１および両板状部材３、７は独立して自由に収縮することはできない。
【００２３】
この場合、撮像素子１は両板状部材３、７に比べて非常に薄いので、第１の板状部材３に変形（湾曲ないしは反り）を生じさせるだけの剛性を有しない。すなわち、撮像素子１の収縮は、実質的に、両板状部材３、７に対しては影響を及ぼさない。このため、撮像素子１の形状は、両板状部材３、７の変形に依存する。つまり、この積層体の変形の形態は両板状部材３、７によって決定され、撮像素子１は第１の板状部材３に追従して変形する。
【００２４】
そして、熱膨張係数が大きい第１の板状部材３は、熱膨張係数が小さい第２の板状部材７に比べて収縮量が大きいので、第１の板状部材３の下面は、第２の板状部材７の上面を収縮させようとする。逆に、第２の板状部材７の上面は第１の板状部材３の下面を拡張させようとする。このような第１の板状部材３と第２の板状部材７との間の相互作用ないしは力により、第１の板状部材３においてはその下面がその上面より拡張し、第２の板状部材７においてはその上面がその下面より収縮する。
【００２５】
このため、図２（ｂ）に示すように、両板状部材３、７には、両者間の熱膨張係数差に起因して、上側に向かって凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。これに伴って、撮像素子１にも、上側に向かって（撮像レンズに向かって）凹面状となるような湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。
【００２６】
さらに、図２（ｃ）に示すように、撮像素子１と両板状部材３、７とが接着剤２により固着されてなる積層体が、シリコーン樹脂製のダイボンド材４を用いて、寸法が１６ｍｍ（縦）×１６ｍｍ（横）×１．０ｍｍ（厚さ）の平板状のガラスエポキシ製モジュール基板５の上に接着される。シリコーン樹脂製のダイボンド材４は常温硬化型であるので、積層体とモジュール基板５との接着は、例えば、モジュール基板５の上にダイボンド材４を塗布し、ダイボンド材４の上に積層体を載せて、常温で２４ｈ保持するなどといった手順で行うことができる。この後、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ６により、撮像素子１とモジュール基板５とを電気的に接続する。
【００２７】
以上、実施の形態２にかかる撮像素子２の実装方法によれば、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる。
なお、実施の形態２において、第２の板状部材７を、第１の板状部材３より熱膨張係数が大きい材料で形成すれば、積層体に、図２（ｂ）、（ｃ）と逆向きの湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凸面状となるような湾曲ないしは反りを形成することができる。
【００２８】
実施の形態３．
以下、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ本発明の実施の形態３にかかる撮像素子の実装方法を説明する。図３（ａ）に示すように、実施の形態３にかかる撮像素子の実装プロセスにおいては、まず寸法が１０ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚さ）の平板状の第２の板状部材７の上に、寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの平板状の板状部材３（以下、「第１の板状部材３」という。）を、Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ８（融点２４０℃）で接合する。
【００２９】
ここで、第１の板状部材３は、第２の板状部材７よりも熱膨張係数が小さい材料で形成されている。具体的には、例えば、第１の板状部材３は熱膨張係数が１６ｐｐｍ／Ｋの、Ｎｉ／Ａｕめっきが施された銅（Ｃｕ）で形成され、第２の板状部材７は熱膨張係数が２３ｐｐｍ／Ｋの、Ｎｉ／Ａｕめっきが施されたアルミニウム（Ａｌ）で形成される。
【００３０】
ここで、両板状部材３、７をＳｎ−Ｓｂ共晶はんだ８で接合しているときには、両板状部材３、７は、いずれも平板状であるが、接合が終了した後、常温（例えば２５℃）に戻ったときには、両板状部材３、７は、それぞれ、温度の低下に伴って収縮する。しかし、両板状部材３、７は、Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ８によって接合されているので、両板状部材３、７は独立して自由に収縮することはできない。
【００３１】
すなわち、熱膨張係数が大きい第２の板状部材７は、熱膨張係数が小さい第１の板状部材３に比べて収縮量が大きいので、第２の板状部材７の上面は、第１の板状部材３の下面を収縮させようとする。逆に、第１の板状部材３の下面は第２の板状部材７の上面を拡張させようとする。このような両板状部材３、７間の相互作用ないしは力により、第２の板状部材７においてはその上面がその下面より拡張し、第１の板状部材３においてはその下面がその上面より収縮する。このため、両板状部材３、７には、両者間の熱膨張係数差に起因して、下側に向かって凹面状となるような、すなわち上側に向かって凸状となるような湾曲ないしは反りが生じる。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、上側に凸状となっている第１の板状部材３の上面に、シート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせる。さらに、接着剤２の上に、寸法が８ｍｍ（縦）×８ｍｍ（横）×０．１ｍｍ（厚さ）の平板状の撮像素子１を重ね合わせる（搭載する）。ここで、撮像素子１は、例えば、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成する。なお、エポキシ樹脂製の接着剤２は熱硬化型の接着剤である。
【００３３】
そして、このように撮像素子１と両板状部材３、７とが、接着剤２とＳｎ−Ｓｂ共晶はんだ８とをはさんで重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。これにより、接着剤２が硬化し、撮像素子１が第１の板状部材３に固着（接着・固定）される。
【００３４】
この後、積層体を、さらに加熱して２５０℃まで昇温させる。これにより、Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ８が溶融し、図３（ｃ）に示すように、第１の板状部材３と第２の板状部材７とが分離する。これにより、両板状部材３、７は、熱膨張係数差に起因する相互作用が生じなくなるので、それぞれ平板状となる。すなわち、分離前は上側に向かって凸状であった第１の板状部材３は平面状となる。このとき、撮像素子１はその厚さが第１の板状部材３に比べて非常に薄いので、第１の板状部材３の変形に追従して変形し、撮像素子１には、上側に向かって（撮像レンズに向かって）凹面状となるような湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。
【００３５】
さらに、図３（ｄ）に示すように、撮像素子１と第１の板状部材３とが接着剤２により固着されてなる積層体が、シリコーン樹脂製のダイボンド材４を用いて、寸法が１６ｍｍ（縦）×１６ｍｍ（横）×１．０ｍｍ（厚さ）の平板状のガラスエポキシ製モジュール基板５の上に接着される。シリコーン樹脂製のダイボンド材４は常温硬化型であるので、積層体とモジュール基板５との接着は、例えば、モジュール基板５の上にダイボンド材４を塗布し、ダイボンド材４の上に積層体を載せて、常温で２４ｈ保持するなどといった手順で行うことができる。この後、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ６により、撮像素子１とモジュール基板５とを電気的に接続する。
【００３６】
以上、実施の形態３にかかる撮像素子２の実装方法によれば、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる。
なお、実施の形態３において、第２の板状部材７を、第１の板状部材３より熱膨張係数が小さい材料で形成すれば、積層体に、図３（ｃ）、（ｄ）と逆向きの湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凸面状となるような湾曲ないしは反りを形成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明にかかる撮像素子に実装方法よれば、撮像素子と、その裏面に接着した板状部材のとの間の熱膨張係数差を利用することにより、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１にかかる撮像素子の実装プロセスを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２にかかる撮像素子の実装プロセス示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３にかかる撮像素子の実装プロセス示す図である。
【符号の説明】
１ 撮像素子、 ２ 接着剤、 ３ 板状部材（第１の板状部材）、 ４ ダイボンド材、 ５ モジュール基板、 ６ ボンディングワイヤ、 ７ 第２の板状部材、 ８ Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラモジュール等のレンズの収差を補正するために撮像素子を所望の曲率で湾曲させるための撮像素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子を用いた撮像装置は、例えば、カメラ付き携帯電話等の種々の携帯情報端末に幅広く用いられている。かかる撮像装置においては、被写体から出た光は、撮像レンズおよび絞りを経由して撮像素子の受光エリアに映像として結像される。この種の撮像装置においては、撮像素子の受光面の中央部と周辺部とでは撮像レンズまでの距離が異なるので、一般に像面湾曲と呼ばれるレンズの収差により、映像にひずみが生じる。
【０００３】
そこで、撮像素子を湾曲可能な厚さまで薄膜化し、接着剤等によりモジュール基板の凹状部に湾曲した形状で固定することにより、像面湾曲ないしはレンズの収差の発生を防止するようにした撮像装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。具体的には、例えば、特許文献１にかかる撮像装置ないしはその製造方法では、あらかじめ凹面状に研磨されたパッケージ底面に、真空吸引により撮像素子を吸着させて湾曲させ、この状態で撮像素子をパッケージ底面に固定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６２７８号公報（段落［００１２］、図２）
【特許文献２】
特開２００１−２８４５６４号公報（段落［００３３］、図７）
【特許文献３】
特開平０１−２０２９８９号公報（第２頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１０−１０８０７８号公報（段落［００１７］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像素子を、真空吸引により凹面状のモジュール基板ないしはパッケージ底面に吸着させ、湾曲させた状態でモジュール基板ないしはパッケージ底面に接着・固定させる場合、接着剤として常温硬化型接着剤を用いると、長時間にわたって撮像素子を吸引し続けなければならないといった問題がある。また、撮像素子をモジュール基板ないしはパッケージ底面にはんだ接合で固定する場合、あるいは熱硬化型接着剤を用いて接着する場合は、真空吸引を行いつつ加熱しなければならないので、製造装置ないしは製造プロセスが複雑化するといった問題がある。
【０００６】
また、真空吸引により、撮像素子とモジュール基板ないしはパッケージとの間の接合材料が吸引されてはみ出しが生じたり、接合部界面の接合部厚さが小さくなって熱応力によるクラックが発生するおそれがあるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる撮像素子の実装方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる撮像素子の実装方法は、平板状の撮像素子と、該撮像素子とは熱膨張係数が異なる平板状の板状部材とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、該冷却による撮像素子と板状部材との収縮量差に起因して両者の接着部に生じる力により撮像素子および板状部材を湾曲させ、板状部材を基板に固着させて撮像素子を湾曲した状態で基板に実装することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明のいくつかの実施の形態を具体的に説明する。なお、これらの図面において、共通な構成要素、ないしは構成および機能が実質的に同一の構成要素には、同一の参照番号を付している。
【００１０】
実施の形態１．
まず、図１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、本発明の実施の形態１にかかる撮像素子の実装方法を説明する。
図１（ａ）に示すように、実施の形態１にかかる撮像素子の実装プロセスにおいては、まず、寸法が１０ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（横）×０．５ｍｍ（厚さ）の平板状の板状部材３の上に、シート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせる。さらに、接着剤２の上に、寸法が８ｍｍ（縦）×８ｍｍ（横）×０．４ｍｍ（厚さ）の平板状の撮像素子１を重ね合わせる（搭載する）。
【００１１】
ここで、撮像素子１は、例えば、熱膨張係数（線膨張係数）が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成されている。また、板状部材３は、撮像素子１よりも熱膨張係数が小さい材料、例えば、熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋのインバーで形成されている。なお、エポキシ樹脂製の接着剤２は熱硬化型の接着剤である。
【００１２】
そして、このように撮像素子１と接着剤２と板状部材３とが重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。ここで、積層体が１７５℃に達した時点では、接着剤２はまだ硬化していないので、撮像素子１と板状部材３とは、それぞれ、独立して自由に熱膨張する。したがって、撮像素子１および板状部材３は、いずれも、全体的に膨張しているが、その膨張は上面側と下面側とで均一であるので、平板状である。かくして、積層体を１７５℃に保持しているときに接着剤２が硬化し、撮像素子１が板状部材３に固着（接着・固定）される。なお、この状態においても、撮像素子１および板状部材３は平板状である。
【００１３】
このように接着剤２が硬化した後、積層体を常温（例えば、２５℃）に戻す。このとき、撮像素子１と板状部材３とは、それぞれ、冷却（温度の低下）に伴って収縮する。しかし、撮像素子１の下面と板状部材３の上面とが、硬化した接着剤２によって固着されているので、撮像素子１と板状部材３とは独立して自由に収縮することはできない。
【００１４】
すなわち、熱膨張係数が大きい撮像素子１は、熱膨張係数が小さい板状部材３に比べて収縮量が大きいので、撮像素子１の下面は、板状部材３の上面を収縮させようとする。逆に、板状部材３の上面は撮像素子１の下面を拡張させようとする。このような撮像素子１と板状部材３との間の相互作用ないしは力（応力）により、撮像素子１においてはその下面がその上面より拡張し、板状部材３においてはその上面がその下面より収縮する。
【００１５】
このため、図１（ｂ）に示すように、撮像素子１および板状部材３には、両者間の熱膨張係数差に起因して、上側に向かって（撮像レンズに向かって）凹面状となるような湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。なお、撮像素子１と板状部材３との間に位置する硬化した接着剤２もこれらと同様に変形するのはもちろんである。
【００１６】
さらに、図１（ｃ）に示すように、撮像素子１と板状部材３とが接着剤２で固着されてなる積層体が、シリコーン樹脂製のダイボンド材４を用いて、寸法が１６ｍｍ（縦）×１６ｍｍ（横）×１．０ｍｍ（厚さ）の平板状のガラスエポキシ製モジュール基板５の上に接着される。シリコーン樹脂製のダイボンド材４は常温硬化型であるので、積層体とモジュール基板５との接着は、例えば、モジュール基板５の上にダイボンド材４を塗布し、ダイボンド材４の上に積層体を載せて、常温で２４ｈ保持するなどといった手順で行うことができる。この後、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ６により、撮像素子１とモジュール基板５とを電気的に接続する。
【００１７】
ここでは、板状部材３の材料としてインバーを用いているが、板状部材３の材料はインバーに限定されるものではなく、例えば熱膨張係数がさらに小さいスーパーインバーを用いてもよい。なお、板状部材３を、Ｓｉより熱膨張係数が大きい材料で形成すれば、積層体に、図１（ｂ）、（ｃ）と逆向きの湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凸面状となるような湾曲ないしは反りを形成することができる。
【００１８】
以上、実施の形態１にかかる撮像素子１の実装方法によれば、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装（固定）することができる。
【００１９】
実施の形態２．
以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ本発明の実施の形態２にかかる撮像素子の実装方法を説明する。図２（ａ）に示すように、実施の形態２にかかる撮像素子の実装プロセスにおいては、まず寸法が１０ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚さ）の平板状の第２の板状部材７の上に、シート状のエポキシ樹脂製の接着剤２をはさんで、寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの平板状の板状部材３（以下、「第１の板状部材３」という。）を重ね合わせる。さらに、第１の板状部材３の上にシート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせた上で、この接着剤２の上に、寸法が８ｍｍ（縦）×８ｍｍ（横）×０．１ｍｍ（厚さ）の平板状の撮像素子１を重ね合わせる（搭載する）。
【００２０】
ここで、撮像素子１は、例えば、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成されている。また、第１の板状部材３および第２の板状部材７は、撮像素子１よりも熱膨張係数が大きい材料で形成されている。かつ、第１の板状部材３は、第２の板状部材７よりも熱膨張係数が大きい材料で形成されている。具体的には、例えば、第１の板状部材３は熱膨張係数が２３ｐｐｍ／Ｋのアルミニウム（Ａｌ）で形成され、第２の板状部材７は熱膨張係数が１６ｐｐｍ／Ｋの銅（Ｃｕ）で形成される。なお、エポキシ樹脂製の接着剤２は熱硬化型の接着剤である。
【００２１】
そして、このように撮像素子１と第１の板状部材３と第２の板状部材７とが、接着剤２をはさんで重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。ここで、積層体が１７５℃に達した時点では、接着剤２はまだ硬化していないので、撮像素子１および両板状部材３、７は、それぞれ、独立して自由に熱膨張する。したがって、撮像素子１および両板状部材３、７は、いずれも、全体的に膨張しているが、その膨張は上面側と下面側とで均一であるので、平板状である。かくして、積層体を１７５℃に保持しているときに接着剤２が硬化し、撮像素子１と第１の板状部材３と第２の板状部材７とが固着（接着・固定）される。なお、この状態においても、撮像素子１および両板状部材３、７は平板状である。
【００２２】
このように接着剤２が硬化した後、積層体を常温（例えば、２５℃）に戻す。このとき、撮像素子１および両板状部材３、７は、それぞれ、温度の低下に伴って収縮する。しかし、撮像素子１と第１の板状部材３と第２の板状部材７とは、硬化した接着剤２によって固着されているので、撮像素子１および両板状部材３、７は独立して自由に収縮することはできない。
【００２３】
この場合、撮像素子１は両板状部材３、７に比べて非常に薄いので、第１の板状部材３に変形（湾曲ないしは反り）を生じさせるだけの剛性を有しない。すなわち、撮像素子１の収縮は、実質的に、両板状部材３、７に対しては影響を及ぼさない。このため、撮像素子１の形状は、両板状部材３、７の変形に依存する。つまり、この積層体の変形の形態は両板状部材３、７によって決定され、撮像素子１は第１の板状部材３に追従して変形する。
【００２４】
そして、熱膨張係数が大きい第１の板状部材３は、熱膨張係数が小さい第２の板状部材７に比べて収縮量が大きいので、第１の板状部材３の下面は、第２の板状部材７の上面を収縮させようとする。逆に、第２の板状部材７の上面は第１の板状部材３の下面を拡張させようとする。このような第１の板状部材３と第２の板状部材７との間の相互作用ないしは力により、第１の板状部材３においてはその下面がその上面より拡張し、第２の板状部材７においてはその上面がその下面より収縮する。
【００２５】
このため、図２（ｂ）に示すように、両板状部材３、７には、両者間の熱膨張係数差に起因して、上側に向かって凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。これに伴って、撮像素子１にも、上側に向かって（撮像レンズに向かって）凹面状となるような湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。
【００２６】
さらに、図２（ｃ）に示すように、撮像素子１と両板状部材３、７とが接着剤２により固着されてなる積層体が、シリコーン樹脂製のダイボンド材４を用いて、寸法が１６ｍｍ（縦）×１６ｍｍ（横）×１．０ｍｍ（厚さ）の平板状のガラスエポキシ製モジュール基板５の上に接着される。シリコーン樹脂製のダイボンド材４は常温硬化型であるので、積層体とモジュール基板５との接着は、例えば、モジュール基板５の上にダイボンド材４を塗布し、ダイボンド材４の上に積層体を載せて、常温で２４ｈ保持するなどといった手順で行うことができる。この後、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ６により、撮像素子１とモジュール基板５とを電気的に接続する。
【００２７】
以上、実施の形態２にかかる撮像素子２の実装方法によれば、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる。
なお、実施の形態２において、第２の板状部材７を、第１の板状部材３より熱膨張係数が大きい材料で形成すれば、積層体に、図２（ｂ）、（ｃ）と逆向きの湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凸面状となるような湾曲ないしは反りを形成することができる。
【００２８】
実施の形態３．
以下、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ本発明の実施の形態３にかかる撮像素子の実装方法を説明する。図３（ａ）に示すように、実施の形態３にかかる撮像素子の実装プロセスにおいては、まず寸法が１０ｍｍ（縦）×１０ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚さ）の平板状の第２の板状部材７の上に、寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの平板状の板状部材３（以下、「第１の板状部材３」という。）を、Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ８（融点２４０℃）で接合する。
【００２９】
ここで、第１の板状部材３は、第２の板状部材７よりも熱膨張係数が小さい材料で形成されている。具体的には、例えば、第１の板状部材３は熱膨張係数が１６ｐｐｍ／Ｋの、Ｎｉ／Ａｕめっきが施された銅（Ｃｕ）で形成され、第２の板状部材７は熱膨張係数が２３ｐｐｍ／Ｋの、Ｎｉ／Ａｕめっきが施されたアルミニウム（Ａｌ）で形成される。
【００３０】
ここで、両板状部材３、７をＳｎ−Ｓｂ共晶はんだ８で接合しているときには、両板状部材３、７は、いずれも平板状であるが、接合が終了した後、常温（例えば２５℃）に戻ったときには、両板状部材３、７は、それぞれ、温度の低下に伴って収縮する。しかし、両板状部材３、７は、Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ８によって接合されているので、両板状部材３、７は独立して自由に収縮することはできない。
【００３１】
すなわち、熱膨張係数が大きい第２の板状部材７は、熱膨張係数が小さい第１の板状部材３に比べて収縮量が大きいので、第２の板状部材７の上面は、第１の板状部材３の下面を収縮させようとする。逆に、第１の板状部材３の下面は第２の板状部材７の上面を拡張させようとする。このような両板状部材３、７間の相互作用ないしは力により、第２の板状部材７においてはその上面がその下面より拡張し、第１の板状部材３においてはその下面がその上面より収縮する。このため、両板状部材３、７には、両者間の熱膨張係数差に起因して、下側に向かって凹面状となるような、すなわち上側に向かって凸状となるような湾曲ないしは反りが生じる。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、上側に凸状となっている第１の板状部材３の上面に、シート状のエポキシ樹脂製の接着剤２を重ね合わせる。さらに、接着剤２の上に、寸法が８ｍｍ（縦）×８ｍｍ（横）×０．１ｍｍ（厚さ）の平板状の撮像素子１を重ね合わせる（搭載する）。ここで、撮像素子１は、例えば、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋのシリコン（Ｓｉ）で形成する。なお、エポキシ樹脂製の接着剤２は熱硬化型の接着剤である。
【００３３】
そして、このように撮像素子１と両板状部材３、７とが、接着剤２とＳｎ−Ｓｂ共晶はんだ８とをはさんで重ね合わされてなる積層体を、１７５℃に昇温し、１時間この温度に保持する。これにより、接着剤２が硬化し、撮像素子１が第１の板状部材３に固着（接着・固定）される。
【００３４】
この後、積層体を、さらに加熱して２５０℃まで昇温させる。これにより、Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ８が溶融し、図３（ｃ）に示すように、第１の板状部材３と第２の板状部材７とが分離する。これにより、両板状部材３、７は、熱膨張係数差に起因する相互作用が生じなくなるので、それぞれ平板状となる。すなわち、分離前は上側に向かって凸状であった第１の板状部材３は平面状となる。このとき、撮像素子１はその厚さが第１の板状部材３に比べて非常に薄いので、第１の板状部材３の変形に追従して変形し、撮像素子１には、上側に向かって（撮像レンズに向かって）凹面状となるような湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凹面状となるような湾曲ないしは反りが生じる。
【００３５】
さらに、図３（ｄ）に示すように、撮像素子１と第１の板状部材３とが接着剤２により固着されてなる積層体が、シリコーン樹脂製のダイボンド材４を用いて、寸法が１６ｍｍ（縦）×１６ｍｍ（横）×１．０ｍｍ（厚さ）の平板状のガラスエポキシ製モジュール基板５の上に接着される。シリコーン樹脂製のダイボンド材４は常温硬化型であるので、積層体とモジュール基板５との接着は、例えば、モジュール基板５の上にダイボンド材４を塗布し、ダイボンド材４の上に積層体を載せて、常温で２４ｈ保持するなどといった手順で行うことができる。この後、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ６により、撮像素子１とモジュール基板５とを電気的に接続する。
【００３６】
以上、実施の形態３にかかる撮像素子２の実装方法によれば、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる。
なお、実施の形態３において、第２の板状部材７を、第１の板状部材３より熱膨張係数が小さい材料で形成すれば、積層体に、図３（ｃ）、（ｄ）と逆向きの湾曲ないしは反り、すなわち撮像素子１の受光面が凸面状となるような湾曲ないしは反りを形成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明にかかる撮像素子に実装方法よれば、撮像素子と、その裏面に接着した板状部材のとの間の熱膨張係数差を利用することにより、真空吸引などといった複雑な操作を行うことなく、撮像素子を湾曲した状態でモジュール基板に容易に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１にかかる撮像素子の実装プロセスを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２にかかる撮像素子の実装プロセス示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３にかかる撮像素子の実装プロセス示す図である。
【符号の説明】
１ 撮像素子、 ２ 接着剤、 ３ 板状部材（第１の板状部材）、 ４ ダイボンド材、 ５ モジュール基板、 ６ ボンディングワイヤ、 ７ 第２の板状部材、 ８ Ｓｎ−Ｓｂ共晶はんだ。
Claims (6)
- 平板状の撮像素子と、該撮像素子とは熱膨張係数が異なる平板状の板状部材とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、該冷却による撮像素子と板状部材との収縮量差に起因して両者の接着部に生じる力により撮像素子および板状部材を湾曲させ、
板状部材を基板に固着させて撮像素子を湾曲した状態で基板に実装することを特徴とする撮像素子の実装方法。 - 板状部材を撮像素子より熱膨張率の小さい材料で形成し、撮像素子を、板状部材と反対側の面が凹面状となるように湾曲させることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の実装方法。
- 平板状の撮像素子と、平板状の第１の板状部材と、該第１の板状部材とは熱膨張率が異なる平板状の第２の板状部材とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、該冷却による第１の板状部材と第２の板状部材との収縮量差に起因して両板状部材の接着部に生じる力により両板状部材を湾曲させるとともに、第１の板状部材の変形により撮像素子を湾曲させ、
第２の板状部材を基板に固着させて撮像素子を湾曲した状態で基板に実装することを特徴とする撮像素子の実装方法。 - 第２の板状部材を第１の板状部材より熱膨張率の小さい材料で形成し、撮像素子を、第１の板状部材と反対側の面が凹面状となるように湾曲させることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子の実装方法。
- 平板状の第１の板状部材と、該第１の板状部材とは熱膨張率が異なる平板状の第２の板状部材とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、該冷却による第１の板状部材と第２の板状部材との収縮量差に起因して両板状部材の接着部に生じる力により両板状部材を湾曲させ、
第１の板状部材の上に平板状の撮像素子を固着させ、
第１の板状部材と第２の板状部材とを分離して第１の板状部材を平板状に戻すとともに、第１の板状部材の変形により撮像素子を湾曲させ、
第１の板状部材を基板に固着させて撮像素子を湾曲した状態で基板に実装することを特徴とする撮像素子の実装方法。 - 第２の板状部材を第１の板状部材より熱膨張率の大きい材料で形成し、撮像素子を、第１の板状部材と反対側の面が凹面状となるように湾曲させることを特徴とする請求項５に記載の撮像素子の実装方法。
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