JP2005242242A - 画像センサパッケージおよびカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】製造時のスループットが高く、なおかつ低コストな画像センサパッケージおよびカメラモジュールを提供する。
【解決手段】撮像領域に入射した光を電気信号に変換する画像センサと、前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられ、配線基板上に配設される第１のコネクタと、この第１のコネクタに嵌合され、前記画像センサの撮像領域を含む面と反対側の面のうち、少なくとも前記複数のバンプが形成される位置に対応する領域を押圧して成る第２のコネクタとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像センサパッケージおよびカメラモジュールに関する。

近年、撮像機能付き携帯情報機器や監視カメラ等に適用される画像センサを用いたカメタモジュールの需要が高まってきている。このような需要の増加に伴って、カメラモジュールの大量生産化および低コスト化が求められている。

低コストなカメラモジュールを実現するには、一括はんだ付けのような高スループットが可能な製造方法の適用が不可欠であるが、カメラモジュールに使用されるＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の画像センサは、有機系のカラーフィルタが使用されており、その耐熱温度が１５０℃程度と低い。このため、一括はんだ付けのように２３０〜２６０℃の耐熱性が必要とされる実装方法の代わりに、異方性導電接着剤フィルムによる熱圧着や個別はんだ付けを用いた実装方法が採用されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００２−２２３３７８号公報

しかしながら、異方性導電接着剤フィルムを用いる場合には、異方性導電フィルムの樹脂硬化時間を考慮する必要がある一方、個別はんだ付けを用いる場合には、人手によるはんだ付け作業が不可欠であるため、いずれの場合にもスループットを低下させる要因が存在していた。

また、撮像エリア上のゴミは映像の欠陥となるため、ゴミの発生を極力減らす目的から、画像センサをセラミックパッケージやメタルパッケージに封入する必要があるが、これはスループット低下に加えて、コスト上昇の要因ともなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時のスループットが高く、なおかつ低コストの画像センサパッケージおよびカメラモジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、撮像領域に入射した光を電気信号に変換する画像センサと、前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられ、配線基板上に配設される第１のコネクタと、この第１のコネクタに嵌合され、前記画像センサの撮像領域を含む面と反対側の面のうち、少なくとも前記複数のバンプが形成される位置に対応する領域を押圧して成る第２のコネクタとを備え、前記画像センサは、前記撮像領域と同一面上に形成される複数のバンプを介して前記第１のコネクタに電気的に接続されることを特徴とする画像センサパッケージである。

請求項２記載の発明は、撮像領域に入射した光を電気信号に変換する画像センサと、前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられ、配線基板上に配設される第１のコネクタと、この第１のコネクタに嵌合され、前記画像センサの撮像領域を含む面と反対側の面のうち、少なくとも前記複数のバンプが形成される位置に対応する領域を押圧して成る第２のコネクタとを備え、前記配線基板を貫通して設けられる複数の孔部の各々を、前記画像センサの撮像領域と同一面上に形成される複数のバンプのうちのいずれかの先端部が挿通することを特徴とする画像センサパッケージである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記第１のコネクタの外周部に設けられる複数の凹部と、この複数の凹部に対応して前記第２のコネクタの内周部に設けられる複数の凸部とが嵌合されて成ることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記第１のコネクタの内周部に設けられる複数の凹部と、この複数の凹部に対応して前記第２のコネクタの外周部に設けられる複数の凸部とが嵌合されて成ることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像センサパッケージと、この画像センサパッケージを搭載し、前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられて成る配線基板と、この配線基板に配設される筐体に収納され、外部から入射する光を集光するレンズと、このレンズが集光した光を前記画像センサパッケージの撮像領域に透過する透光性部材とを備えたことを特徴とするカメラモジュールである。

本発明によれば、撮像領域に入射した光を電気信号に変換する画像センサと、前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられ、配線基板上に配設される第１のコネクタと、この第１のコネクタに嵌合され、前記画像センサの撮像領域を含む面と反対側の面のうち、少なくとも前記複数のバンプが形成される位置に対応する領域を押圧して成る第２のコネクタとを備えることにより、製造時のスループットが高く、なおかつ低コストな画像センサパッケージおよびカメラモジュールを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの構成を示す部分断面図である。同図に示すカメラモジュール１は、ポリイミド等から構成されるフレキシブル基板である配線基板１０１に対して、画像センサ１１を収納するコネクタ２１（第１のコネクタ）、レンズ６１を収納する筐体状のレンズフレーム６２、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の信号処理ＩＣ（Integrated Circuit）やチップＣＲ（抵抗・コンデンサ）の電子部品等の表面実装部品７１が接合されている。

画像センサ１１の電極パッドとコネクタ２１に形成される電極２３は、ボールバンプ２０１を介して電気的に接続されており、画像センサ１１外周部とコネクタ２１の間には粘着材８３が充填されている。なお、画像センサ１１の側面とコネクタ２１は、ボールバンプ２０１以外の箇所では接触せずに間隔を保った状態で配置されている。

配線基板１０１とコネクタ２１には、画像センサ１１の撮像領域に対応する位置に開口部が設けられており、配線基板１０１のコネクタ２１と対向する面上には、レンズ６１を介して外部から入射してくる光を画像センサ１１の撮像領域に透過する透光性部材である光学ローパスフィルタ１３（ＯＬＰＦ：Optical Low Pass Filter、以後、光学フィルタ１３と称す）が搭載されている。

コネクタ２１の外周には、第２のコネクタであるコネクタ３１がコネクタ２１に嵌合されている。このコネクタ３１には、内周部側面に突出して成る凸部３２が複数個形成されており、各凸部３２の位置に対応するようにコネクタ２１に形成される複数の凹部２２に各々嵌合されることによって固定されている。また、コネクタ３１の底面中央部は、底面と垂直な方向に突出した面形状をなしており、この面形状をなす突出部３３が画像センサ１１の撮像領域を含む面（マイクロレンズ１２が設けられる面）と反対側の面（裏面）に当接し、画像センサ１１を押圧している。

なお、コネクタ２１および３１は、例えばポリプロピレン等のプラスチック材料を基材とするものである。

図２は、本実施形態に係るカメラモジュール１の要部をなす画像センサパッケージの製造工程の概要を示す説明図である。

まず、配線基板１０１に対して、コネクタ２１と光学フィルタ１３を実装する（図２（ａ））。コネクタ２１は、はんだペースト８１により、雰囲気加熱型のリフロー装置を用いて一括はんだ付け（リフローはんだ付け）される。これに対して光学フィルタ１３は、紫外線（ＵＶ：Ultraviolet）硬化樹脂または熱硬化性樹脂などから成る接着剤（図示せず）をディスペンス法またはスクリーン印刷法等を用いて配線基板１０１に塗布した後、接着される。

続く工程では、コネクタ２１にディスペンス装置等を用いてアクリル系もしくはシリコーン系の粘着材８３を塗布し、画像センサ１１をコネクタ２１に仮固定する（図２（ｂ））。この際には、画像センサ１１の側面とコネクタ２１を接触させないようにして機械的な固定を行う。

画像センサ１１上に設けられる電極パッドには、ワイヤボンディング法等を用いることによって径が１００μｍで高さが５０μｍ程度のボールバンプ２０１を予め形成しておく。このボールバンプ２０１は導電性を有する物質、例えば金（Ａｕ）を用いることができる。

次に、図２（ｃ）に示す工程を説明する。この工程では、まず画像センサ１１に形成されたボールバンプ２０１とコネクタ２１の電極２３が対向するようにチップマウント装置を用いて位置合わせを行い、画像センサ１１をマウントする。この段階で粘着材８３を硬化させる必要はなく、その粘着性によって画像センサ１１が仮固定され、コネクタ２１との間の位置ズレを防止することができる。

その後、コネクタ３１をコネクタ２１に嵌合する。より具体的には、コネクタ２１の外周部に設けられる凹部２２とコネクタ３１の外周部に設けられる凸部３２とを嵌合する。この嵌合により、コネクタ３１の中央部に設けられる突出部３３が画像センサ１１の裏面（マイクロレンズ１２が設けられているのと反対側の面）に当接して画像センサ１１を押圧することになり、仮固定されていた画像センサ１１は、加圧されることによってボールバンプ２０１を介して電極２３に完全に固定される。そしてこの結果、安定した電気的接続を得ることができる。

図２（ｄ）は、以上説明した図２（ｃ）の工程を経た後の状態、すなわち画像センサパッケージ完成時の状態を示している。

図３は、（ａ）コネクタ２１、および（ｂ）コネクタ３１の、図２（ｄ）におけるＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示している。同図においては、コネクタ２１に設けられる凹部２２およびコネクタ３１に設けられる凸部３２がそれぞれ８個である場合を例示しているが、これら凹部２２および凸部３２の数はコネクタ２１および３１のサイズ等の条件に応じて変更可能である。この点に加えて、コネクタ２１の凹部２２およびコネクタ３１の凸部３２の配置位置については、コネクタを構成する材料の塑性、コネクタのサイズ等の条件に応じて、両者を嵌合しやすい位置に適宜設置することが可能である。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、画像センサのチップ端部がコネクタ等の部材に接触することがないため、画像センサチップの実装時に大きな問題となるチップ端部からの破砕屑の発生を抑えることができる。したがって、画像センサをセラミックパッケージやメタルパッケージ等で封入する必要がなくなり、低コスト化を図ることが可能となる。

また、本実施形態によれば、画像センサの実装が粘着材による仮固定と第２のコネクタの押圧による機械的な固定とによってのみ行われるため、画像センサに熱的なダメージを与えることがない上、樹脂硬化のような化学反応を必要とする工程が不要なことから、スループットが向上するため、コストの低減を図ることが可能となる。

さらに、画像センサを固定するコネクタの外側に第２のコネクタを嵌合するのも、場合によっては人手で行うことができるほど単純な工程であるため、高スループット化が容易である。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るカメラモジュールの構成を示す部分断面図である。同図に示すカメラモジュール２は、画像センサ１１を配線基板１０１に対して固定するに際して、配線基板１０１上に貫通されて成る複数の孔部１０３に対し、画像センサ１１の位置決め用として、電極接続用のボールバンプ２０１とは別に設けられる複数のボールバンプ２０２先端部のいずれかを挿通することにより、画像センサ１１を仮固定することを特徴とする。

本実施形態では、第１のコネクタであるコネクタ４１は配線基板１０１の電極に接合され、画像センサ１１とは電気的な接続を直接には持たない。この第１のコネクタに嵌合されて成るコネクタ５１（第２のコネクタ）はコネクタ４１の内周部で嵌合される。そして、コネクタ５１に設けられる突出部５３は、画像センサ１１上でボールバンプ２０１が形成される領域近傍に対応する裏面のみを押圧するような形状をなしている。本実施形態においても、二つのコネクタ４１および５１は、例えばポリプロピレン等のプラスチック材料を基材として構成される。

その他のカメラモジュール２の構成、すなわちレンズ６１を収納するレンズフレーム６２や表面実装部品７１の構成およびそれらの配線基板１０１への取付は、第１の実施形態におけるカメラモジュール１の場合と本質的に同じである。

図５は、本実施形態に係るカメラモジュール２の要部をなす画像センサパッケージの製造工程の概要を示す説明図である。

まず、配線基板１０１にコネクタ４１（第１のコネクタ）と光学フィルタ１３を搭載する（図５（ａ））。コネクタ４１は、はんだペースト９１により、雰囲気加熱型のリフロー装置を用いて一括はんだ付け（リフローはんだ付け）される。このため、コネクタ４１の上面には、金属膜９３のめっきを施しておく。光学フィルタ１３は、第１の実施形態と同様に紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂から成る接着剤（図示せず）を用いて配線基板１０１に接着される。

次に、画像センサ１１に設けられる位置決め用のボールバンプ２０２の先端部が配線基板１０１の孔部１０３を挿通するようにチップマウント装置を用いて位置合わせを行い、画像センサ１１をマウントする（図５（ｂ））。

続いて、第２のコネクタであるコネクタ５１を取り付ける（図５（ｃ））。この工程では、コネクタ４１内周部に設けられる凹部４２とコネクタ５１外周部に設けられる凸部５２とを嵌合する。この結果、コネクタ５１の底面上部に設けられる突出部５３を画像センサ１１の撮像領域を含む面（マイクロレンズ１２が設けられている面）と反対の面に当接する。これにより、ボールバンプ２０１が押圧されて配線基板１０１の電極１０２に対して完全に固定される。

なお、コネクタ４１の凹部とコネクタ５１の凸部の数は、第１の実施形態と同程度の数、例えば８個程度が想定されるが、これがあくまでも一例に過ぎないことは第１の実施形態と同じである。また、コネクタ４１の凹部４２およびコネクタ５１の凸部５２の配置位置について、コネクタを構成する材料の塑性、コネクタのサイズ等の条件に応じて、両者を嵌合しやすい位置に適宜設置することが可能である点も同様である。

以上の工程により、本実施形態に係る画像センサチップが完成し、ボールバンプ２０１と電極１０２が加圧され、安定した電気的接続を得ることができる（図５（ｄ））。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

加えて本実施形態によれば、画像センサの下部から押し当てる第２のコネクタの方が、配線基板に直接接合される第１のコネクタの内側に嵌合されるので、カメラモジュールを小型化する上では一段と好ましい。

また、画像センサの裏面に押し当てる突起部は、電極に押し当てられるボールバンプの裏面付近にのみ設けられる。この意味では、コネクタとして用いる材料を少なくして小型・軽量化を図ることができる上、製造コストを低下させることも可能となる。

ここまで、本発明の好ましい二つの実施形態を詳述してきたが、本発明の構成はそれらの実施形態に限定されるものではない。

例えば、第１の実施形態のコネクタ３１の突出部３３の形状を第２の実施形態のコネクタ５１の突出部５３の形状にしてもよい。逆に、第２の実施形態のコネクタ５１の突出部５３の形状を第１の実施形態のコネクタ３１の突出部３３の形状にしてもよい。

また、第２のコネクタを第１のコネクタの外側から嵌合する構成（第１の実施形態）とするか、あるいは第２のコネクタを第１のコネクタの内側から嵌合する構成（第２の実施形態）とするかは任意である。

このように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的事項を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能であることはいうまでもない。

本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの構成を示す部分断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像センサパッケージの製造工程の概要を示す説明図である。 図２（ｄ）における（ａ）第１のコネクタ、（ｂ）第２のコネクタのＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るカメラモジュールの構成を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像センサパッケージの製造工程の概要を示す説明図である。

符号の説明

１、２…カメラモジュール、１１…画像センサ、１２…マイクロレンズ、１３…光学フィルタ、２１、３１、４１、５１…コネクタ、２２、４２…凹部、３２、５２…凸部、３３、５３…突出部、６１…レンズ、６２…レンズフォルダ、７１…表面実装部品、８１、９１…はんだペースト、８３…粘着材、９３…金属膜、１０１…配線基板、１０２…電極、１０３…孔部、２０１、２０２…ボールバンプ

Claims (5)

1. 撮像領域に入射した光を電気信号に変換する画像センサと、
   前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられ、配線基板上に配設される第１のコネクタと、
   この第１のコネクタに嵌合され、前記画像センサの撮像領域を含む面と反対側の面のうち、少なくとも前記複数のバンプが形成される位置に対応する領域を押圧して成る第２のコネクタと
   を備え、
   前記画像センサは、前記撮像領域と同一面上に形成される複数のバンプを介して前記第１のコネクタに電気的に接続されること
   を特徴とする画像センサパッケージ。
2. 撮像領域に入射した光を電気信号に変換する画像センサと、
   前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられ、配線基板上に配設される第１のコネクタと、
   この第１のコネクタに嵌合され、前記画像センサの撮像領域を含む面と反対側の面のうち、少なくとも前記複数のバンプが形成される位置に対応する領域を押圧して成る第２のコネクタと
   を備え、
   前記配線基板を貫通して設けられる複数の孔部の各々を、前記画像センサの撮像領域と同一面上に形成される複数のバンプのうちのいずれかの先端部が挿通すること
   を特徴とする画像センサパッケージ。
3. 前記第１のコネクタの外周部に設けられる複数の凹部と、この複数の凹部に対応して前記第２のコネクタの内周部に設けられる複数の凸部とが嵌合されて成ることを特徴とする請求項１または２記載の画像センサパッケージ。
4. 前記第１のコネクタの内周部に設けられる複数の凹部と、この複数の凹部に対応して前記第２のコネクタの外周部に設けられる複数の凸部とが嵌合されて成ることを特徴とする請求項１または２記載の画像センサパッケージ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像センサパッケージと、
   この画像センサパッケージを搭載し、前記撮像領域と対向する位置に開口部が設けられて成る配線基板と、
   この配線基板に配設される筐体に収納され、外部から入射する光を集光するレンズと、
   このレンズが集光した光を前記画像センサパッケージの撮像領域に透過する透光性部材と
   を備えたことを特徴とするカメラモジュール。
   
   
   

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