JP2005101306A - 個体撮像素子パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】機械的精度を向上しつつ、組立・調整工程と部材とを簡略化して低コスト化を実現することができる個体撮像素子パッケージを提供すること。
【解決手段】金属板をベースとする配線基板と、この配線基板上に接着固定された枠体及び個体撮像素子チップと、個体撮像素子チップ上の電極と配線基板とを接続する金属ワイヤと、枠体上に接着固定された透光性板とで個体撮像素子パッケージを構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ等に用いられるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の個体撮像素子のパッケージに関するものである。

個体撮像素子をディジタルカメラ等の撮影機器（以下、 機器と略す）に実装するには次のような手段が多く用いられる。

先ず、図６に示すように、個体撮像素子チップ（以下、チップ）１を外部接続用の金属端子２ｂを持つセラミック、又は樹脂製の容器２ａに接着固定し、チップ１の電極１ａと金属端子２ｂ間を金属ワイヤ２ｃで配線し、ガラス板２ｄを接着し密封たパッケージ２に組み立てる。

次に、図７に示すように、パッケージ２を固定用のプレート３に接着固定し、プリント配線版４に半田付けする。更に、機器のレンズ系５と撮像素子１の位置合わせを所定の方法で行った後、プレート３を機器の取付け部材６にネジ止め、半田付け、接着等の方法によって固定する。

ここで、位置合わせを行う理由を図６〜図８に基づいて簡単に説明する。

即ち、光線５ａがレンズを透過して収斂するとき、チップ１の表面が所定の位置から光軸方向にずれていると、本来一点に収斂する光線がある大きさを持った「ボケ」となり、画像の鮮鋭度を損なう。

「ボケ」の許容量、即ち許容錯乱円の直径は撮影の用途によっても異なるが、概ね画面対角長の１０００分の１程度とするのが一般的である。

ここで、許容錯乱円の直径をｄとし、チップの光軸方向のずれ許容値をｚとすると、公知のようにｚ＝ｆ・ｄの関係がある（ｆはレンズの口径比）。

画面の対角長が２０〜４３ｍｍ前後、レンズの口径比がｆ１．４程度の機器を想定すると、ｚの許容値は概ね０．０３〜０．０６ｍｍの範囲になるが、一般にセラミック等の容器２の機械的精度は０．１ｍｍ台前後で、許容値には収まらない。このため、レンズ系５とチップ１との相対位置を調整し固定する位置合わせ作業が必要になる。

又、機器が光学ファインダー（不図示）を備えている場合、光学ファインダーの視野と撮像チップ１により得られる画像が異なることは極めて不便である。このための位置合わせ作業が必要である。

レンズ系５と撮像面との位置合わせには、図８に示す幾つかの方向成分がある。

光軸５ｂに垂直な面内の「面内回転」と「面内横ずれ」、光軸５ｂ方向の「光軸方向ずれ」、光軸と垂直な面からの「倒れ」等である。

前述のような口径比ｆ１．４前後の光学系５には、ピント合わせの目的で光軸方向の微調機構を持たせることが不可欠であるが、光軸の傾きを補正する機構を持たせることは極めて稀である。

従って、「倒れ」は機器へパッケージを組み立てる段階で位置合わせを行い固定する必要があった。

しかしながら、近年、機器の低コスト化、小型化がより一層求められてくると、従来の手段では工程と部材に無駄な点が多いことが問題として認識されてきた。これを解決すべく、例えば特許文献１，２に示すような提案もなされてきた。

実開昭６４−１８７５５号公報 実公平７−２０９２７号公報

しかしながら、従来のプリント基板を用いると、撮像素子にとっては重大な欠点となる微細なゴミが発生するという欠陥があり、これを解決するために別の部材を追加する等の難点があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、機械的精度を向上しつつ、組立・調整工程と部材とを簡略化して低コスト化を実現することができる個体撮像素子パッケージを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、金属板をベースとする配線基板と、この配線基板上に接着固定された枠体及び個体撮像素子チップと、個体撮像素子チップ上の電極と配線基板とを接続する金属ワイヤと、枠体上に接着固定された透光性板とで個体撮像素子パッケージを構成したことを特徴とする。

本発明によれば、組立・調整工程を簡略化した安価な個体撮像素子パッケージを構成することができ、従来のようにセラミックや樹脂製の容器が不要となるため、個体撮像素子パッケージをより小型化することも可能になる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１及び図２に本発明の実施の形態１を示す。以下、製造工程順に説明する。
ａ）
１０は金属板をベースとするプリント配線基板である。ベースとなる金属板は加工性、 強度に優れていると共に、単結晶シリコン板（熱膨張率約２．４×１０^−６／℃）で作製されたチップ１と熱膨張率が略同等であることが望ましい。これは環境温度の変化やチップの発熱等による温度変化が生じた場合、バイメタル効果でチップ１が湾曲し、レンズ系５との距離が変動してボケが増大するこを避けるためである。

このような目的には４２アロイ（４２％ニッケル−鉄合金、熱膨張率４〜７×１０^−６／℃程度）、コバール（ニッケル−コバルト−鉄合金、同４〜５×１０^−６／℃程度）、ＳＵＳ４３０（フェライト系ステンレス、同１０×１０^−６／℃程度）等の鉄系合金板が適当である。

配線基板は公知の技術で作製される。例えば、ベースとなる金属板１１の上にポリイミド等の絶縁層１２、銅箔等の配線層１３を順次積層した後、銅箔を所定のパターンにエッチング加工して作製する。銅箔の所定部分には後述のワイヤボンディングを行うため、金メッキ１３ａを施すのが良い。

後述する位置決め部分とその近傍には、絶縁層１２を形成しないことが精度上は有利である。
ａ’）
個々の配線基板を全て切り離さず、後の工程の利便のために数個から数１０個単位に連なった、所謂短尺材１０ａにしておくことも望ましい。
ｂ）及びｂ’）
（以下の図では短尺材を省略）次に、公知のプレス技術等で配線基板に切断、孔明け、曲げ加工等を施し、３箇所以上の位置決め孔１４等を形成する。３箇所の位置決め部は一直線上に配置してはならない。図では３箇所共に丸孔として示しているが、必要に応じて丸孔と長孔、及び切り欠きの組合せとしても良い。

又、少なくともチップの一辺より長い範囲で折り曲げ部１５を設けると、平板形状に比べて剛性が向上し、チップの位置精度をより向上させることが可能となる。
ｃ）
必要に応じて洗浄を行ってから配線基板１０に枠体２０を接着固定する。枠体２０はセラミック、フィラー充填したエポキシ樹脂等、配線基板のベース金属１１と略同等の熱膨張率を持ち、透湿性が少なく、且つ、接着性に優れた材料から適宜選ぶ。

又、接着剤は熱硬化性のエポキシ樹脂などが透湿性に優れている。配線パターン１３上に直接接着する場合、絶縁材料が望ましいのは言うまでもない。
ｄ）
枠体２０を接着固定した後、チップ１を配線基板１０に接着固定する。ここで用いる接着剤２ｅはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、銀粒子入りエポキシ樹脂（所謂「銀ペースト」）等から、導電性の要否等により適宜選択するが、硬化後の接着剤厚みを概ね０．０１ｍｍ程度とすることが望ましい。

尚、チップ１の裏面と金属板１０とを同電位に保つ必要がある場合は、チップ裏面に相対する絶縁層１２に開口部１２ａを設け、且つ、２ｅに銀ペーストを用いることが必要である。

次に、公知のワイヤボンディング技術によりチップの電極１ａと配線パターン１３とを金属ワイヤ２ｃで接続する。

前述のように、配線パターン１３にワイヤ２ｃが接続する部分には金メッキ１３ａを施しておくことが望ましい。
ｅ）
ガラス等の透光性板２ｄを枠体２０に接着固定し、チップを気密封止する。

作業効率を向上させるためには紫外線硬化型接着剤を用い、ガラス側から紫外線を照射することが望ましい。

ここまで短尺状態１０ａで加工した場合、ガラス板接着後、又は電気的な検査が終了してから個別に切り離すのが有利である。

こうして撮像素子パッケージ１００が完成する。
ｆ）
撮像素子パッケージ１００には必要に応じてフレキシブル配線板３０を半田付けし、機器との電気的接続を容易にすることもできる。

以上のパッケージ１００は、セラミック等を用いたものよりも高精度、且つ、位置決め部が一体に形成されているため、機器の組付け部材６との組み立てをネジ６ｃだけで行うことも可能になる。

機器によっては、より高い精度を要求するものもあるが、その場合でも軸方向ずれの微調整のみで完了する等、組み立て作業を著しく簡略化することが可能になる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図３及び図４に基づいて説明する。尚、ａ）〜ｂ）は図１及び図２と同等であるため、これらについての説明は省略する。
ｃ）
プリント配線版１０にチップ１を１０にボンディングする。
ｄ）
フィラー入りエポキシ樹脂等を枠状に塗布し、ダム２１を形成する。
ｅ）
樹脂が硬化する前にガラス板２ｄをダム２１に載せ、加熱硬化することでチップ１を気密封止する。

而して、本実施の形態によれば、別に作製した枠体を準備する必要がなく、更に生産性を上げることができる。

本発明は、ディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ等に用いられるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の個体撮像素子のパッケージに対して適用可能である。

本発明の実施の形態１と工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１と工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２と工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２と工程を示す断面図である。 本発明に係る個体撮像素子パッケージの断面図である。 従来の撮像素子パッケージの断面図である。 従来の撮影機器の断面図である。 撮像チップの位置合わせを示す斜視図である。

符号の説明

１ チップ
２ｃ ワイヤ
２ｄ 透光性板（ガラス板）
５ レンズ系
６ｃ ネジ
１０ プリント配線基板
１０ａ 短尺材
１１ 金属板
１２ 絶縁層
１２ａ 開口部
１３ 配線層
１３ａ 金属メッキ
１４ 孔
１５ 折り曲げ部
２０ 枠体
２１ ダム
３０ フレキシブル配線板
１００ 撮像素子パッケージ

Claims (6)

1. 金属板をベースとする配線基板と、この配線基板上に接着固定された枠体及び個体撮像素子チップと、個体撮像素子チップ上の電極と配線基板とを接続する金属ワイヤと、枠体上に接着固定された透光性板とから構成されていることを特徴とする個体撮像素子パッケージ。
2. 前記配線基板のベースは４２アロイ、コバール、ＳＵＳ４３０等の熱膨張率が略１０×１０^−６／℃程度かそれ以下の鉄系合金であることを特徴とする請求項１記載の個体撮像素子パッケージ。
3. 前記枠体はセラミック、フィラー入りエポキシ樹脂等の熱膨張率が略１０×１０^−６／℃程度かそれ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の個体撮像素子パッケージ。
4. 金属板をベースとする配線基板と、この配線基板上に接着固定された個体撮像素子チップと、個体撮像素子チップ上の電極と配線基板とを接続する金属ワイヤと、個体撮像素子の周囲を囲む樹脂製のダムと、ダム上に固定された透光性板とから構成されていることを特徴とする個体撮像素子パッケージ。
5. 前記配線基板には、位置決めと固定のための孔若しくは切り欠き部が３箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１又は４記載の個体撮像素子パッケージ。
6. 前記配線基板には、撮像素子チップの一辺より長い寸法で折り曲げ部が設けられていることを特徴とする請求項１又は４記載の個体撮像素子パッケージ。

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