JP2005191660A - 光学モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサに異物が付着するのを防止できる光学モジュールを提供する。
【解決手段】光学モジュール１は、段差部２６が形成された孔２４を有すると共に一方の面に配線パターン１６ａが形成された樹脂回路板２２の配線パターン１６ａと電気的に接続されると共に樹脂回路板の一方の面に孔２４を塞ぐようにイメージセンサチップ２３を固着し、段差部２６に孔２４を塞ぐように赤外線フィルタ２５を固着する。さらに、樹脂回路板２２の他方の面に光学レンズ２９を保持するレンズホルダ３０を取り付ける。
樹脂回路板に形成された孔をイメージセンサチップチップと光学的に透明な部材で塞ぐため、密閉された空間２８ができ、画質を劣化させる塵埃、水分等の異物の侵入を妨げてイメージセンサチップのセンサ部に異物が付着するのを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルビデオカメラ、携帯電話等に適用して好適な光学モジュールに関する。

近年、デジタルビデオカメラや携帯電話等に装填するイメージセンサチップを備えた光学モジュールは、高画素化、小型化が進んでおり、撮像素子の画素数が多くなればなるほど、また、１画素の寸法が小さくなればなるほど、画素に対して製造時に混入する異物の影響が大きくなる。また、ＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子等のイメージセンサチップと近接する赤外線フィルタや光学ガラスとの距離が短くなると、赤外線フィルタや光学ガラスに付着している異物、傷などの影響が大きく利いてくる。以下、従来の光学モジュールを例示して説明する。

図１３には従来汎用されている光学モジュール１の一例を示している。
図１３に示すように、光学モジュール１は、絶縁基板２上に、ＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子などのイメージセンサチップ３が実装されており、前記絶縁基板２の周面上に鏡筒４が固定して設けられている。（特許文献１参照）

特開平９−２８４６１７号公報

前記鏡筒４にはその内側に突出して開口を有する環状ストッパ４ａが設けられており、該環状ストッパ４ａに向けて光学レンズ５を保持するレンズホルダ６がピント調節可能に取り付けられている。
さらに、前記レンズホルダ６の中央部には前記光学レンズ５に光を入射する孔７が設けられており、前記ストッパ４ａの下側に赤外線フィルタ８が取り付けられている。

また、前記絶縁基板２の上下面には、配線パターン９が形成されており、前記イメージセンサチップ３と配線パターン９が金ワイヤ１０で電気的に接続されている。また、前記絶縁基板２上には必要に応じて抵抗器やコンデンサ等の受動電子部品１１が実装されている。

従来、前記絶縁基板２としてガラスエポキシ基板やセラミック基板が汎用されてきたが、これらの絶縁基板は発塵し易く、加工途中での塵埃の発生、光学モジュール完成後の振動による塵埃の発生があり、歩留の向上に限界があった。また、前記レンズホルダ６を組み付ける場合、前記イメージセンサチップ３から前記光学レンズ５までの距離がピントとなり、イメージセンサチップの厚さのばらつき、実装時の接着剤の厚さのばらつき、レンズホルダの高さのばらつきがピント合わせの精度を左右する。
また、イメージセンサチップの厚みと絶縁基板の厚みが光学モジュールの総厚となるため、薄型化が困難である。

前記塵埃の発生を避けるために、絶縁基板として光学ガラス基板や透明プラスチック基板を採用することが検討された。
図１２に示すように、光学モジュール１は、光学ガラス基板１２の下面１２ａに形成された配線パターン１３に、バンプを接続電極として有するイメージセンサチップ３ａがフリップチップ法で実装され、さらに受動電子部品１１が実装されている。また、前記光学ガラス基板１２の上面に赤外線フィルタ１４が設けられている。

さらに、前記光学ガラス基板１２に光学レンズ５を保持するレンズホルダ６ａが固定されて設けられている。該レンズホルダ６ａの中央部には、前記光学レンズ５に光を入射する孔７ａが設けられている。

前記絶縁基板として、光学ガラス基板を用い、該光学ガラス基板にイメージセンサチップをフリップチップ法で実装すると、光学ガラス基板面とイメージセンサチップ間の距離が数十μｍしかなく、光学ガラス面１２ａに付着した異物や傷の大きさがそのままイメージセンサチップ３ａのセンサ部に反映し、画質が悪化する。
本発明は、前記問題点に鑑み、ピント合わせの精度を上げ、塵埃の発生を抑え、イメージセンサチップへの異物の付着を防止することができる光学モジュールを提案するものである。

本発明の光学モジュールは、段差部が形成された孔を有すると共に一方の面に配線パターンが形成された樹脂回路板と、
前記配線パターンと電気的に接続されると共に前記樹脂回路板の一方の面に前記孔を塞ぐように固着されたイメージセンサチップと、
前記段差部に前記孔を塞ぐように固着された光学的に透明な部材と
を備える。

樹脂回路板に形成された孔をイメージセンサチップチップと光学的に透明な部材で塞ぐため、密閉された空間ができ、画質を劣化させる塵埃、水分等の異物の侵入を妨げてイメージセンサチップのセンサ部に異物が付着するのを防止することができる。また、樹脂回路板を薄くできるので、光学モジュールの薄型化が可能となる。

以下、製造方法を参酌しながら本発明の光学モジュールの構成を説明する。

［工程１］ 配線パターンが電着により形成された金属板の用意
図２に示すように、ステンレス鋼板などの金属板の配線パターン形成面１５ａに電着により複数の個別光学モジュールに対応する配線パターン１６を施した金属板１５を用意する。

［工程２］ 樹脂モールド工程
図３に示すように、前記工程１で得られた金属板１５を上金型１７と下金型２１に挟んでトランスファーモールド法で樹脂をキャビティ２０内に注入して前記配線パターン１６（図２）を樹脂モールドし、配線パターン１６、モールド樹脂及び金属板１５と一体の複数の光学モジュールの各々に対応する成形品を作製する。
図３は金型の全体の要部断面を、図４は１個の光モジュールに対応する要部拡大断面を示している。
図４において、Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’の内側領域内で一個の光学モジュールに対応した後述する樹脂回路板が得られる。
図４に示すように、上金型１７には個片部（１個の光モジュールに対応する部分）に対して１個、上金型１７が金属板１５に達する突起１８が設けられている。これらの突起１８によって樹脂が注入されるキャビティ２０が配線パターン１６上にそれぞれ形成される。さらに、前記キャビティ２０に後述する赤外線フィルタを固定する段差部（図１）を形成するための段差１７ａが設けられている。

このように構成された金型を用いて配線パターン１６をトランスファーモールドすると、前記突起１８によって成形品の個片部に後述する孔（図１）が形成される。
この樹脂モールド工程で作製された成形品は、金属板の樹脂成形部の厚みが金型のみの精度で決まり、樹脂厚みを精度よく形成できる。また、前記孔の位置についても配線パターン１６、１６に対して一括して精度良く配置できる。

［工程３］ 金属板の剥離
図５には、工程１における樹脂モールド前、図６には工程２における樹脂モールド後、図７には金属板の剥離工程の断面をそれぞれ模式的に示している。
図６に示すように、金属板１５に形成された配線パターン１６を樹脂２２ａで樹脂モールドした成型品から図７に示すように金属板１５を剥離する。すると前記金属板１５に形成された配線パターン１６が樹脂２２ａの面と同一面となるように樹脂面に転写されて樹脂回路板２２が得られる（以下、樹脂２２ａに配線パターン１６が転写された部材を樹脂回路板という）。
ここで樹脂回路板２２に発生したばりを落とし、ばりによる塵埃が発生しないようにする。

［工程４］ イメージセンサチップの搭載
図８には前記金型で成型された成型品の１個の光学モジュールに対応する樹脂回路板の断面が示されている。
図８に示すように、前記樹脂回路板２２の配線パターン１６ａとイメージセンサチップ２３とを電気的に接続する。一例として、異方性熱硬化性樹脂導電ペーストを用いて接続する例を説明する。

図８に示すように、配線用アルミニウムパッドにバンプ２３ａが形成されたイメージセンサチップ２３を用意する。そして、前記樹脂回路板２２の樹脂２２ａに転写された配線パターン１６ａ側に熱硬化性の異方性導電ペーストを塗布し、フリップチップボンダにてイメージセンサチップ２３のセンサ部２３ｂを孔２４側にして該孔２４を塞ぐように接続部に位置合わせし、加圧・加熱して前記導電ペーストを硬化させて電気的に接続することにより、図９に示すような光学モジュールを得る。

前記イメージセンサチップ２３と前記配線パターン１６ａとの間は、イメージセンサチップ２３のバンプ２３ａの高さで決まるが、その厚みは薄く（バンプ厚み２０〜３０μｍ）、この厚みによる高さバラツキを小さく抑えることが可能となる。また、フリップチップ法による実装では配線パターンとイメージセンサチップをある程度加圧されて重なった状態にするため、比較的柔らかいバンプがつぶれ、イメージセンサチップと配線パターンの間隔が接合面内で均一になり、後述する光学レンズ（図１）との間隔の精度を各光学モジュールとも一定のものが得られる。

［工程６］ 光学的に透明な部材の実装
前記図９に示す光学モジュールに光学的に透明な部材を搭載する。図９及び図１０に示すように、赤外線フィルタ、光学ガラス等の光学的に透明な部材、例えば赤外線フィルタ２５をイメージセンサチップ２３の搭載面に対して反対側の段差部２６に接着剤２７（熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂接着剤等）を用いて前記孔２４を塞ぐように固定する。
これによって前記孔２４の両開口部がイメージセンサチップ２３と前記赤外線フィルタ２５で塞がれて前記孔２４に空間２８が形成され、該空間２８を密閉することができ、前記空間２８に水分や異物が侵入するのを防止することができる。

［工程７］ 樹脂回路板の分割
前記のように、樹脂回路板２２は、複数の光学モジュールを作製できるように個別の光学モジュールが縦横に連なっており、光学モジュールの個別片が得られるように樹脂回路板２２を切断して分割する。
ここで、前記孔２４がイメージセンサチップと赤外線フィルタとで塞がれて形成された空間は密閉されており、前記樹脂回路板２２を個別の光学モジュールに分割する際、異物の侵入を防止することができる。

［工程８］ レンズホルダの取り付け
図１に示すように、前記分割したイメージセンサチップ搭載済の光学モジュールに光学レンズ２９が取り付けられたレンズホルダ３０を前記個別樹脂回路板２２の樹脂２２ａの周面２２ｂ上に接着剤３１を用いて取り付ける。
このようにして、段差部２６が形成された孔２４を有すると共に一方の面に配線パターン１６ａが形成された樹脂回路板２２と、該配線パターン１６ａと電気的に接続されると共に前記樹脂回路板の一方の面に前記孔２４を塞ぐように固着されたイメージセンサチップ２３と、前記段差部２６に前記孔２４を塞ぐように固着された赤外線フィルタ２５と、前記樹脂回路板２２の他方の面に固着され、光学レンズ２９を保持するレンズホルダ３０を備えた光学モジュール１が得られる。

汎用されているイメージセンサの表面は、アルミニウム配線パターンの露出部があり、この部分は腐食を発生し易い。
前記光学モジュール１は、前記赤外線フィルタ２５と前記イメージセンサチップ２３との間に形成される空間２８が密閉されているので耐湿性が向上し、アルミニウム配線パターンの腐食の発生を防止することができる。また、前記樹脂回路板を薄く形成することができるので、光学モジュールの薄型化が可能となる。
前記実施の形態において、配線パターンにはイメージセンサチップに接続される各種受動部品、半導体チップを必要に応じて搭載して実施することができる。以下、その実施例を図１１に示す断面図を参照しながら説明する。

図１１に示す光学モジュールの作製は、図２に示すよなステンレス鋼板などの金属板の片面の全面に電着により複数の光学モジュールに対応する配線パターンを施した金属板を用意する。

次に、前記金属板を上金型と下金型に挟んでトランスファーモールド法で樹脂をキャビティ内に注入して配線パターン１６ａ、該配線パターン１６ａに接続される受動電子部品３２、半導体チップ３３を樹脂モールドし、配線パターン１６ａ、受動電子部品、半導体チップ、モールド樹脂及び金属板と一体の複数の光学モジュール成形品を作製する。
樹脂２２ａに転写された配線パターン１６ａの樹脂の外部の個所に、必要に応じてチップ抵抗器、チップコンデンサ等の受動電子部品３２をはんだペースト、Ａｇペーストを用いて電気的に接続する。
前記樹脂モールドされた半導体チップ３３、３３は、前記配線パターン１６ａの所定の個所にワイヤ３４でフェイスアップワイヤボンディング法又はフェイスダウンフリップチップ法で実装する。半導体チップの実装方法は、半導体チップの電極端子の形状に応じて選択することができる。

その後の工程は、前記実施の形態と同様の工程を経て樹脂回路板を作製し、図１１に示すような光学モジュール１が得られる。
該光学モジュール１は、段差部２６が形成された孔２４を備えると共に一方の面に配線パターン１６ａが形成された樹脂回路板２２と、前記配線パターン１６ａに接続されると共に、前記樹脂回路板２２の樹脂２２ａでモールドされた受動電子部品３２、半導体チップ３３と、前記配線パターン１６ａの他方の面と電気的に接続されると共に前記樹脂回路板２２の一方の面に前記孔２４を塞ぐように固着されたイメージセンサチップ２３と、前記段差部２６に前記孔２４を塞ぐように固着された赤外線フィルタ２５と、前記樹脂回路板２２の他方の面に光学レンズ２９を保持するレンズホルダ３０とを備えている。

汎用されているイメージセンサの表面は、アルミニウム配線パターンの露出部があり、この部分は腐食を発生し易い。
この光学モジュールも前記赤外線フィルタ２５とイメージセンサチップ２３との間に形成される空間２８が密閉されているので耐湿性が向上し、アルミニウム配線パターンの腐食の発生を防止することができる。

本発明の光学モジュールの実施の形態の断面図である。 本発明の光学モジュールを作製する金属板の平面図である。 本発明の光学モジュールを作製する金型の説明図である。 本発明の光学モジュールを作製する金型の説明図である。 本発明の光学モジュールの樹脂回路基板を作製する説明図である。 本発明の光学モジュールの樹脂回路基板を作製する説明図である。 本発明の光学モジュールの樹脂回路基板を作製する説明図である。 本発明の光学モジュールのイメージセンサチップ実装の説明図である。 本発明の光学モジュールのイメージセンサチップ実装後の説明図である。 本発明の光学モジュールの赤外線フィルタ実装の説明図である。 本発明の光学モジュールの実施例の断面図である。 従来の光学モジュールの断面図である。 従来の光学モジュールの断面図である。

符号の説明

１・・光学モジュール ２２・・樹脂回路板 １６ａ・・樹脂２２ａに転写された配線パターン ２３・・イメージセンサチップ ２５・・赤外線フィルタ ２９・・光学レンズ３０・・レンズホルダ

Claims (8)

1. 段差部が形成された孔を有すると共に一方の面に配線パターンが形成された樹脂回路板と、
   前記配線パターンと電気的に接続されると共に前記樹脂回路板の一方の面に前記孔を塞ぐように固着されたイメージセンサチップと、
   前記段差部に前記孔を塞ぐように固着された光学的に透明な部材と
   を備えることを特徴とする光学モジュール。
2. 前記樹脂回路板の他方の面に固着され、光学レンズを保持するレンズホルダを備えることを特徴とする請求項１の光学モジュール。
3. 前記光学的に透明な部材は、赤外線フィルタであることを特徴とする請求項１又は２の光学モジュール。
4. 前記光学的に透明な部材は、光学ガラスであることを特徴とする請求項１又は２の光学モジュール。
5. 段差部が形成された孔を有すると共に一方の面に配線パターンが形成された樹脂回路板と、
   前記配線パターンに電気的に接続されると共に前記樹脂回路板の樹脂でモールドされた受動電子部品及び半導体チップと、
   前記配線パターンと電気的に接続されると共に前記樹脂回路板の一方の面に前記孔を塞ぐように固着されたイメージセンサチップと、
   前記段差部に前記孔を塞ぐように固着された光学的に透明な部材と
   を備えることを特徴とする光学モジュール。
6. 前記樹脂回路板の他方の面に固着され、光学レンズを保持するレンズホルダを備えることを特徴とする請求項５の光学モジュール。
7. 前記光学的に透明な部材は、赤外線フィルタであることを特徴とする請求項５又は６の光学モジュール。
8. 前記光学的に透明な部材は、光学ガラスであることを特徴とする請求項５又は６の光学モジュール。

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