JP2005051535A - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分に小型化された低コストの撮像装置ないしはその製造方法を提供する。
【解決手段】 撮像装置においては、モジュール基板１にこれを厚み方向に貫通する貫通穴２が設けられ、この貫通穴２と対応する位置においてモジュール基板１に撮像ユニットが搭載されている。この撮像ユニットにおいては、貫通穴２と対応する位置において、モジュール基板１の上面側に、レンズホルダ１０ｂに保持されたレンズ１０ａが配置されている。他方、モジュール基板１の他方の裏面側には、配線板６に固定された撮像素子３が配置され、レンズ１０ａによって、貫通穴２を通して撮像素子３の受光面に被写体が結像されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズと配線板に固定された撮像素子とがモジュール基板に搭載され、レンズによって撮像素子上に被写体が結像されるようになっている撮像装置と、その製造方法とに関するものである。

レンズによって撮像素子上に被写体が結像されるようになっている撮像装置は、カメラ付き携帯電話等の種々の携帯情報端末に広く用いられているが、かかる撮像装置においては、近年、その小型化が強く求められている。この種の撮像装置は、実質的に、レンズやレンズホルダや撮像素子などを備えた被写体を撮影するための撮像ユニットと、集積回路や抵抗やコンデンサなどを備えたチップ部品ないしは信号処理ユニットとで構成されている（例えば、特許文献１、２参照）。

具体的には、特許文献１に記載された撮像装置では、モジュール基板の一方の表面（上面）に、撮像ユニットとチップ部品とが実装され、他方の表面（裏面）に信号処理ユニット（信号処理ＩＣ等）が実装されている。なお、この従来の撮像装置では、モジュール基板の上面に実装された撮像ユニットは、レンズを保持するレンズホルダと、モジュール基板との間に、撮像素子を実装したフレキシブル基板が配置された構造を有している。つまり、特許文献１に記載された撮像装置では、モジュール基板の両面に、撮像ユニットと信号処理ユニットが搭載されている。

また、特許文献２に記載された撮像装置では、貫通穴が設けられた基板の一方の表面（上面）に、レンズを保持するレンズホルダが設置され、他方の表面（裏面）に撮像素子がフリップチップ接続されている。つまり、特許文献２に記載された撮像装置では、撮像素子とレンズホルダとが、基板をはさんで配置されている。

特開２００２−２２３３７８号公報（要約、図１） 特開２００３−１０１００２号公報（要約、図２）

しかしながら、特許文献１に記載された従来の撮像装置では、モジュール基板の一方の表面（上面）に、比較的高さの大きい撮像ユニットが搭載されるとともに、他方の表面（裏面）に信号処理ユニットが搭載されているので、撮像装置の厚さが大きくなり、該撮像装置を十分に小型化することができないといった問題がある。

また、特許文献２に記載された従来の撮像装置では、以下のような問題がある。すなわち、まず、撮像素子が撮像素子上の小さな電極により配線層に接続されているので、接続面積が非常に小さくなり（１００μｍ程度）、十分な接続面積を確保することができないといった問題がある。次に、撮像素子と配線層との熱膨張差によって発生する熱応力に耐えるのが困難であるといった問題がある。さらに、モジュール基板に貫通穴が設けられているので、配線が形成される領域が制限され、配線層数を増やすか配線層の面積を大きくする必要があり、コストが高くなるとともに撮像装置が大きくなるといった問題がある。また、配線層の貫通穴の周辺に遮光のため配置する樹脂が撮像素子面にかかりやすいといった問題もある。

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、十分に小型化された低コストの撮像装置ないしはその製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

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装置は、モジュール基板に、レンズと、配線板に固定された撮像素子とが搭載され、レンズによって撮像素子上に被写体が結像されるようになっている。モジュール基板には貫通穴が設けられている。そして、貫通穴と対応する位置において、モジュール基板の一方の表面側にレンズが保持されるとともに、他方の表面に配線板が取り付けられ、貫通穴を通して、被写体が撮像素子上に結像されるようになっている。

本発明にかかる撮像装置では、モジュール基板の一方の表面側にレンズが保持されるとともに、他方の表面に配線板が取り付けられ、貫通穴を通して、被写体が撮像素子上に結像されるようになっているので、該撮像装置の厚さが小さくなる。このため、撮像装置を十分に小型化することができる。また、構造が簡素であるので、撮像装置を低コストで製造することができる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）を具体的に説明する。なお、添付の各図面において、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。

実施の形態１．
以下、図１および図２を参照しつつ、本発明の実施の形態１を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。図２は、チップ部品および信号処理集積回路を搭載した、実施の形態１にかかる撮像装置の立面断面図である。
まず、実施の形態１にかかる撮像装置の概略構成を説明する。

図１および図２に示すように、実施の形態１にかかる撮像装置においては、モジュール基板１にこれを厚み方向に貫通する貫通穴２が設けられ、この貫通穴２と対応する位置においてモジュール基板１に撮像ユニットが搭載されている。この撮像ユニットにおいては、貫通穴２と対応する位置において、モジュール基板１の一方の表面（以下、「上面」という。）側にはレンズ１０ａが配置される一方、モジュール基板１の他方の表面（以下、「裏面」という。）側には撮像素子３が配置され、レンズ１０ａによって、貫通穴２を通して撮像素子３の受光面に被写体が結像されるようになっている。なお、以下では、便宜上、レンズ１０ａと撮像素子３とが並ぶ方向、すなわちモジュール基板１の厚み方向にみて、レンズ側を「上」といい、撮像素子側を「下」という。

平板状の撮像素子３は、その受光面が上向きとなるようにして、接着剤５により平板状の配線板６の上面に接着・固定されている。そして、撮像素子３の上面には、電極４（複数）が設けられている。また、配線板６の上面には、互いに電気的に接続された電極８ａと電極８ｂとが設けられている。ここで、電極８ａは、導電性材料からなるワイヤ７を介して、撮像素子３の電極４に電気的に接続されている。

配線板６の電極８ｂは、貫通穴２の周辺においてモジュール基板１の裏面（下面）に設けられた電極８ｃとはんだ接合により結合されている。なお、電極８ｂないしは電極８ｃは、遮光性を有する樹脂９によって被覆されている。つまり、撮像素子３を伴った配線板６は、貫通穴２と対応する位置においてモジュール基板１の裏面に取り付けられ、かつ電極８ａ、８ｂおよび電極８ｃを介して、モジュール基板１の配線に電気的に接続されている。

他方、貫通穴２と対応する位置において、モジュール基板１の上面には、接着剤１１によりレンズホルダ１０ｂが接着・固定されている。このレンズホルダ１０ｂはレンズ１０ａを固定・保持している。
また、撮像ユニットの側方において、モジュール基板１の上面にはチップ部品１２が搭載される一方、モジュール基板１の裏面（下面）には信号処理集積回路１３が搭載されている。

以下、実施の形態１にかかる撮像装置のより具体的な構成および機能を説明する。
この撮像装置では、モジュール基板１としては、プリント基板などの有機材料基板を用いている。しかし、モジュール基板１は、有機材料基板に限定されるわけではなく、貫通穴２の形成が可能であれば、どのようなものを用いてもよい。例えば、セラミック基板などを用いてもよい。

モジュール基板１としてプリント基板を用いる場合、貫通穴２は、ルータ加工、打ち抜き加工またはレーザ加工により形成することができる。また、セラミック基板を用いる場合は、焼成前に打ち抜き加工を行うことにより、容易に貫通穴２を形成することができる。モジュール基板１の厚さは、０.４ｍｍ〜０.８ｍｍである。この撮像装置では、貫通穴２は直径６〜１２ｍｍの円形の穴である。しかし、貫通穴２の直径はこのような数値に限定されるわけではなく、撮像素子３の大きさに応じて決定すればよい。また、貫通穴２の形状は円形に限定されるわけではなく、例えば四角形でもよい。

撮像素子３は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどのセンサであり、エポキシ樹脂等からなる接着剤５で、配線板６に固定されている。この撮像装置では、配線板６は、プリント基板などの有機材料基板である。しかし、配線板６は有機材料基板に限定されるわけではなく、例えばセラミック基板を用いてもよい。配線板６の電極８ａと撮像素子３の電極４とは、ボンディングなどにより、金線などのワイヤ７で接続される。

配線板６の電極８ｂとモジュール基板１の電極８ｃとの電気的な接続は、異方性導電接着剤を用いた熱圧着とはんだ付けとにより実施される。電極８ｂと電極８ｃの接続部は、樹脂９によって封止されている。電極８ｂと電極８ｃの接続部の幅は、０.３〜０.６ｍｍである。この幅は、撮像素子の電極を直接的にモジュール基板に接続した従来の撮像装置に比べて、３〜６倍の大きさである。したがって、接続信頼性を大幅に向上させることができる。
また、レンズ１０ａを固定したレンズホルダ１０ｂは、接着剤１１でモジュール基板１に固定される。なお、チップ部品１２および信号処理集積回路１３のモジュール基板１への実装は、通常のはんだ接合により行われる。

このように、実施の形態１にかかる撮像装置では、レンズ１０ａを備えたレンズホルダ１０ｂをモジュール基板１の上側に配置する一方、撮像素子３を搭載した配線板６を、モジュール基板１の下側、すなわちレンズホルダ１０ｂと反対側に配置しているので、該撮像装置の厚さを０.４〜０.８ｍｍ小さくすることができる。また、撮像ユニットの構造が簡素であるので、撮像素子の製造コストを低減することができる。さらに、接合領域を大きくすることができる。かつ、互いに当接するモジュール基板１と配線板６の熱膨張差が小さいので、接合信頼性を向上させることができる。

なお、前記のとおり、図１および図２に示す実施の形態１にかかる撮像装置では、レンズホルダ１０ｂが接着剤１１によりモジュール基板１に接着・固定されている。
しかし、図３に示すように、レンズホルダ１０ｂを、貫通穴２を通して、接着剤１１により配線板６に接着・固定してもよい。この場合も、図１および図２に示す撮像装置と同様の作用・効果が得られる。

実施の形態２.
以下、図４を参照しつつ、本発明の実施の形態２を説明する。ただし、実施の形態２にかかる撮像装置は、前記の実施の形態１にかかる撮像装置と多くの共通点を有する。そこで、以下では説明の重複を避けるため、主として実施の形態１と異なる部分を説明する。
図４は、実施の形態２にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。図４に示すように、実施の形態２にかかる撮像装置では、配線板６ａは、その上面が凹面状となるように湾曲している。そして、湾曲した配線板６ａの上面にそって、撮像素子３ａが、レンズ１０ａに向かって凹面状に湾曲した状態で接着・固定されている。その他の点については、図１に示す実施の形態１にかかる撮像装置と同様である。

実施の形態２にかかる撮像装置では、このように撮像素子３ａが湾曲しているので、平板状の撮像素子３（図１参照）を用いた場合に生じる像面湾曲といわれるレンズ１０ａの収差を解消することができ、レンズの枚数を増やすことなく、画質の大幅な向上を図ることができる。

この撮像装置では、配線板６ａの湾曲面（上面）ないしは撮像素子３ａの湾曲面の曲率半径は、１５〜２５ｍｍに設定されている。しかし、曲率半径はこれに限定されるものではない。また、撮像素子３ａは、湾曲変形が容易なように、厚さを３０〜６０μｍまで研磨により薄く加工したものが用いられている。湾曲部の突起は撮像素子３ａの大きさと曲率半径とに依存する。例えば、撮像素子３ａが１辺１２ｍｍの正方形である場合、曲率半径が１５ｍｍであれば、突起は約１.２ｍｍである。実施の形態２にかかる撮像装置では、このように配線板６ａないしは撮像素子３ａを湾曲して実装することにより、撮像装置を約１.６〜２.０ｍｍ薄くすることができる。

実施の形態３.
以下、図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）を参照しつつ、本発明の実施の形態３を説明する。ただし、実施の形態３にかかる撮像装置は、前記の実施の形態１または２にかかる撮像装置と多くの共通点を有する。そこで、以下では説明の重複を避けるため、主として実施の形態１または２と異なる部分を説明する。

図５（ａ）は、実施の形態１と同様の平板状の撮像素子３および配線板６を備えた実施の形態３にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。また、図５（ｂ）は、実施の形態１と同様の湾曲した撮像素子３ａおよび配線板６ａを備えた実施の形態３にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、実施の形態３にかかる撮像装置では、配線板６、６ａに内部配線１４が設けられている。この内部配線１４は、モジュール基板１の複数の電極１５ｂを、配線板６、６ａの電極１５ａを介して、互いに電気的に接続させている。なお、内部配線１４は、撮像素子３、３ａの電極４には接続されていない。その他の点については、実施の形態１または２にかかる撮像装置と同様である。

このように、実施の形態３にかかる撮像装置では、配線板６、６ａ内に、モジュール基板１の複数の電極１５ｂを互いに電気的に接続させる内部配線１４が設けられているが、この内部配線１４はモジュール基板１の配線として機能する。換言すれば、モジュール基板１の配線を配線板６、６ａ内に配置していることになる。したがって、モジュール基板１に貫通穴２を設けたことにより、この部分にはモジュール基板１の配線を配置することができないといった不具合を解消することができ、モジュール基板１、ひいては撮像装置を小型化することができる。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、図５（ａ）、（ｂ）に示す実施の形態３にかかる撮像装置において、配線板６、６ａの裏面（下面）に導体である金属膜１６を設けてもよい。このようにすれば、撮像装置の遮光性を大幅に向上させることができる。この金属膜１６は、配線板６、６ａがプリント基板のような有機材料基板である場合は、厚さ１８μｍの金属薄板を合わせて熱プレスすることにより、容易に形成することができる。また、金属膜１６は、めっきによっても形成することができる。なお、配線板６、６ａがセラミックからなる場合は、金属膜１６はめっきで形成しなければならない。

実施の形態４.
以下、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、本発明の実施の形態４を説明する。この実施の形態４は、図４に示す実施の形態２にかかる撮像装置を製造する方法に関するものである。しかし、この製造方法は、基本的には、図１〜図３に示す実施の形態１または図５、図６に示す実施の形態３にかかる撮像装置の製造にも同様に適用することができるものである。

図７（ａ）に示すように、この撮像装置の製造工程においては、まず、貫通穴２が設けられるとともに該貫通穴２の周辺に電極８ｃが設けられたモジュール基板１を準備した上で、電極８ｃの表面にはんだバンプ１７を形成する。より詳しくは、モジュール基板１の表面にはんだペーストを印刷した上で、チップ部品１２と信号処理集積回路１３とをモジュール基板１に搭載し、加熱処理によってこれらを実装する。ここで、はんだペーストを印刷する際に、電極８ｃにもはんだペーストを印刷することによりはんだバンプ１７を形成する。はんだペーストの印刷は、通常の電子部品の場合と同様である。ここでは、はんだバンプ１７を形成する電極８ｃの形状は、直径２７０μｍの円形である。しかし、電極８ｃの直径は、２００〜４００μｍの範囲であればよい。なお、電極８ｃの形状は円形である必要はなく、四角でもよい。

続いて、図７（ｂ）に示すように、はんだバンプ１７の表面に樹脂１８（樹脂片）を付着させる。なお、樹脂１８は、電極８ｃおよびはんだバンプ１７を覆っている。ここで、樹脂１８としては、エポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂に有機酸が含有していれば、はんだバンプ１７の表面の酸化膜が除去され、はんだ接合が容易になる。

次に、図７（ｃ）に示すように、撮像素子３ａを実装した配線板６ａの電極８ｂと、モジュール基板１の電極８ｃの位置合わせを行った後、電極８ｂを電極８ｃに押し付けて加熱する。はんだバンプ１７を加熱すると、はんだが溶融し、これと同時に樹脂１８が硬化する。かくして、電極８ｂと電極８ｃとをはんだで接合するとともに、両電極８ｂ、８ｃを樹脂１８（遮光樹脂）で固めることができる。

この後、図７（ｄ）に示すように、レンズ１０ａを備えたレンズホルダ１０ｂを、接着剤１１によりモジュール基板１の上面に接着・固定する。接着剤１１としては、熱硬化型のエポキシ樹脂または紫外線硬化型の接着剤を用いることができる。かくして、実施の形態２にかかる撮像装置が完成する。なお、実施の形態４では、湾曲した配線板６ａを用いているが、平面の配線板６を用いてもよい。また、内部配線１４を備えた配線板６、６ａあるいは、金属膜１６を備えた配線板６、６ａを用いてもよい。

本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。 チップ部品および信号処理集積回路を搭載した、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の立面断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の形態３にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の形態３の変形例にかかる撮像装置の撮像ユニットの立面断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態４にかかる撮像装置の製造方法を示す図である。

符号の説明

１ モジュール基板、 ２ 貫通穴、 ３ 撮像素子、 ３ａ 湾曲した撮像素子、 ４ 電極、 ５ 接着剤、 ６ 配線板、 ６ａ 湾曲した配線板、 ７ ワイヤ、 ８ａ 電極、 ８ｂ 電極、 ８ｃ 電極、 ９ 樹脂、 １０ａ レンズ、 １０ｂ レンズホルダ、 １１ 接着剤、 １２ チップ部品、 １３ 信号処理集積回路、 １４ 内部配線、 １５ａ 電極、 １５ｂ 電極、 １６ 金属膜、１７ はんだバンプ、 １８ 樹脂。

Claims (7)

1. モジュール基板に、レンズと、配線板に固定された撮像素子とが搭載され、前記レンズによって前記撮像素子上に被写体が結像されるようになっている撮像装置において、
   前記モジュール基板に貫通穴が設けられていて、
   前記貫通穴と対応する位置において、前記モジュール基板の一方の表面側に前記レンズが保持されるとともに、他方の表面に前記配線板が取り付けられ、
   前記貫通穴を通して、被写体が前記撮像素子上に結像されるようになっていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記レンズを保持するレンズホルダが、前記貫通穴を通して前記配線板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記配線板の前記レンズと対向する方の表面に凹面形状部が設けられ、前記撮像素子が、前記凹面形状部にそって湾曲形状に変形した状態で前記配線板に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記配線板に、前記撮像素子の電極には接続されずに前記モジュール基板の電極に接続された配線が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の撮像装置。
5. 前記配線板の前記レンズと背向する方の表面に金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. モジュール基板に、レンズと、配線板に固定された撮像素子とが搭載され、前記レンズによって前記撮像素子上に被写体が結像されるようになっている撮像装置の製造方法において、
   貫通穴が設けられるとともに該貫通穴の周辺に電極が設けられたモジュール基板を準備して、前記電極の表面にはんだバンプを形成する工程と、
   前記はんだバンプの表面に樹脂を付着させる工程と、
   撮像素子を実装した配線板を、該撮像素子が前記貫通穴を介してレンズと対向するようにして前記はんだバンプに当接させて加熱し、はんだ接合により前記配線板を前記モジュール基板に固定する工程とを有することを特徴とする撮像装置の製造方法。
7. 前記配線板の前記レンズと対向する方の表面に凹面形状部が設けられ、前記撮像素子が、前記凹面形状部に添って湾曲形状に変形した状態で前記配線板に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置の製造方法。
   

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