JP2005278092A

JP2005278092A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2005278092A
Application number: JP2004092236A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Moriyama; 陽介森山; Toshiyuki Chitose; 敏幸千歳
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】被写体を撮影する際にレンズを通過した光を撮像素子の受光面へ精度よく入射させることにより、撮像素子で電気信号に変換して取り出された画像へのノイズを防止できる撮像装置を提供すること。
【解決手段】中央部に貫通孔２ａが形成された絶縁基板２と、この絶縁基板２の下面に形成された配線導体５と、絶縁基板２の下面の貫通孔２ａの周囲に貫通孔２ａに受光部３ａを対向させて取着されるとともに電極７が配線導体５に電気的に接続された撮像素子３と、絶縁基板２の上面の貫通孔２ａの開口の周囲に、この開口を覆って取着された窓部材４とを具備しており、貫通孔２ａは、絶縁基板２の下面側の開口２ｃが上面側の開口２ｂよりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型等の撮像素子を用いた、光学センサ等に適用される撮像装置に関する。

従来、ＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型等の撮像素子を収納するための撮像装置としては、セラミック製のものが知られている。近年の携帯性を重視した電子機器では、その市場において小型化や薄型化が要求されることから、これらの要求に充分に応えるべく、例えば図４に示すような断面形状を有し、配線板１２、撮像素子１３およびシール材１４によって主に構成された撮像装置１１が提案されている。

配線板１２はセラミックスや樹脂などから成り、薄い平板として成形され、その下面に配線エリア１５が形成されている。配線板１２には、光を通過させる開口１２ａが形成されるとともに、配線板１２の下面に枠状の基台１８が設けられている。基台１８は配線板１２の下面に対してほぼ直交する向きで接合されており、基台１８の下端部には外部接続用の端子１９が形成されている。そして、この基台１８によって配線板１２が外部回路基板上に支持固定される。

また、配線板１２の下面に、開口１２ａに受光部１３ａが対向するように撮像素子１３が配置される。なお、撮像素子１３はシリコンの基板の上面の中央部にＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の受光部１３ａが形成されたチップであり、撮像素子１３の上面の外周部には電極パッドが形成されている。

また、電極パッド上には金等から成る突起電極（導体バンプ）１７が形成されている。その突起電極１７は、配線エリア１５にフリップチップ接合され、この接合部の周囲には、接合を補強するとともに封止を行なう樹脂からなる封止樹脂層であるダム（図示せず）が塗布形成されている。また、突起電極１７は配線エリア１５に接続されて配線板１２および基台１８の内部に形成された配線導体（図示せず）を介して端子１９に導出されている。

また、配線板１２上面には、開口１２ａを塞ぐようにガラス等から成る透明なシール材１４が樹脂接着剤等によって接着されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

このようなセラミック製の撮像装置１１において、配線板１２および基台１８は、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る配線板１２用のグリーンシートと、セラミックスから成る基台１８用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線板１２の配線エリア１５から端子１９に配線導体を導出させるための貫通孔や光を通過させる開口１２ａをグリーンシートの上下面に垂直に打ち抜く。

次に、配線板１２の配線エリア１５、基台１８の端子１９、および配線板１２や基台１８の内部に形成されて端子１９に導出される配線導体用として、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布する。そして、配線板１２用のグリーンシートと基台１８用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。

その後、配線エリア１５および配線導体が導出される端子１９の露出表面に、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成るめっき金属層を無電解めっき法や電解めっき法により被着させている。

図５は、図４の撮像装置１１をモジュール化してなる光学センサ装置の断面図である。撮像装置１１においては、配線板１２の下面に枠状の基台１８が設けられ、基台１８の下端部に外部接続用の端子１９が設けられており、端子１９を外部回路基板２６の配線導体等に接続し、半田２０によりその接続がなされるとともに補強される。また、撮像装置１１における配線板１２の上面でシール材１４よりも外周側の外周部に、レンズ鏡筒２１が接着固定されている。

上記の構成において、撮像装置１１は、外部回路基板２６に実装されることから、撮像装置１１と外部回路基板２６との間に実装スペース２２が形成される。実装スペース２２に面する外部回路基板２６の上面には、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子やコネクタなどの電子部品２３が取付けられる。

そして、外部よりモジュールに入射する光は、レンズ鏡筒２１の窓２４からレンズ２５を通って、透明なシール材１４を通過する。シール材１４を通過した光は、配線板１２に形成された開口１２ａを通り、撮像素子１３の受光部１３ａに入射する。撮像素子１３の受光部１３ａで受光された光は電気信号に変換され、突起電極１７を介して配線板１２へ伝送される。配線板１２へ伝送された電気信号は、配線板１２および基台１８の内部の配線導体を通り、基台１８の端子１９を介して撮像装置１１の外部へ出力される。

上記のように、撮像素子１３の周囲に端子１９が形成された基台１８が設けられることにより、モジュールの外部回路基板２６に撮像装置１１を実装すると、撮像装置１１と外部回路基板２６との間に実装スペース２２を確保することができ、実装スペース２２を活用してそこに電子部品２３を実装することができる。したがって、撮像装置１１を有するモジュールの小型化を達成することができる（例えば、下記の特許文献１参照）。なお、撮像素子１３が平面視で四角形の場合、その２辺のみに沿って基台１８が設けられている場合もある。
特開2002−299592号公報

しかしながら、上記特許文献１の撮像装置１１によると、配線板１２および基台１８は、セラミックスから成る配線板１２用のグリーンシートと、セラミックスから成る基台１８用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線板１２の配線エリア１５から端子１９に配線導体を導出させるための貫通孔や光を通過させる開口１２ａがグリーンシートの上下面に垂直に打ち抜かれており、この打ち抜きは開口１２ａの内壁面に凹凸やバリを形成しやすく、シール材１４を通過して入射した光は、開口１２ａを通る際に、開口１２ａの内壁面に形成した凹凸やバリで乱反射し、その光の一部が受光部１３ａに入射することにより精度よく受光できなくなり、電気信号へ変換されて取り出された画像にフレアやゴーストなどのノイズが発生するという問題点があった。

また、撮像装置１１をレンズを備えたモジュールとした場合に、レンズ２５を通過した光は、配線板１２の開口１２ａの内壁面に形成された凹凸やバリで乱反射した光が受光部１３ａへ入射することにより、精度よく受光できなくなり画像にノイズが発生するという問題点を有していた。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、被写体を撮影する際にレンズを通過した光を乱反射させることなく撮像素子の受光面へ精度よく入射させることにより、撮像素子で電気信号に変換して取り出された画像へのノイズを防止できる撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、中央部に貫通孔が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下面に形成された配線導体と、前記絶縁基板の下面の前記貫通孔の周囲に前記貫通孔に受光部を対向させて取着されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、前記絶縁基板の上面の前記貫通孔の開口の周囲に、該開口を覆って取着された窓部材とを具備しており、前記貫通孔は、前記絶縁基板の下面側の開口が上面側の開口よりも大きいことを特徴とする。

本発明の撮像装置は、好ましくは、前記撮像素子は、その受光部の外形が前記貫通孔の前記絶縁基板の上面側の開口の外形と平面視で重なっていることを特徴とする。

本発明の撮像装置は、絶縁基板の中央部に貫通孔が形成されており、絶縁基板の下面側の開口が上面側の開口より大きいことから、上面側の開口の外形が平面視で貫通孔の内壁面に形成された凹凸やバリよりも内側にあることとなり、窓部材を通過した光が貫通孔の内壁面に形成された凹凸やバリによって乱反射するのを有効に防止できるようになる。よって、窓部材を通過して貫通孔内に入射した光は、貫通孔の内壁面で乱反射することもなく精度よく受光部へ入射することができるようになり、電気信号へ変換されて取り出された画像へのノイズ発生を有効に防止することができる。また、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした場合でも、レンズを通過した光が乱反射することなく良好に電気信号へ変換されるので、ノイズを効果的に防止することができる。

本発明の撮像装置は、好ましくは、撮像素子は、その受光部の外形が貫通孔の絶縁基板の上面側の開口の外形と平面視で重なっていることから、受光部および開口の外形は貫通孔の内壁面に形成された凹凸やバリの外形より内側にあることとなり、レンズを通過する光は、貫通孔の内壁面での乱反射を抑制して正確に受光部に入射することができるようになり、乱反射による画像へのノイズ発生を有効に防止することができる。さらに、受光部以外の部位における光の乱反射も有効に防止し、ノイズ発生をより有効に防止できる。

本発明の撮像装置を以下に詳細に説明する。図１は本発明の撮像装置について実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、２は絶縁基板、２ａは貫通孔、３は撮像素子、４は窓部材、５は配線導体であり、これらで撮像装置１が主に構成されている。

本発明の絶縁基板２は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、薄い平板として成型され、その表面および内部に、ＷやＭo等の金属粉末メタライズから成り、撮像素子３の電気信号を伝送する機能を有する配線導体５が形成されており、中央部には光を通過させる貫通孔２ａが形成され、貫通孔２ａの下側には、受光部３ａを貫通孔２ａに対向させるとともに電極７（例えば、導体バンプ等の突起電極から成る）が配線導体５に電気的に接続された撮像素子３が取着されている。また、絶縁基板２の上側には撮像素子３の受光部３ａを保護するための窓部材４が樹脂接着剤等で取着されている。

絶縁基板２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー，溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得る。次に、グリーンシートに配線導体５形成用の貫通孔や光を通過させるための貫通孔２ａを打ち抜き加工で形成するとともに、配線導体５となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布する。しかる後、これらのグリーンシートを積層し切断して絶縁基板２用のグリーンシートの成形体を得、最後にこの成形体を高温（約１６００℃）で焼結させることによって製作される。

絶縁基板２に被着形成されている配線導体５は、撮像素子３の電気信号を外部接続用の端子６に伝送させる導電路として機能し、例えばＷやＭｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基板２となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基板２の所定位置に被着形成される。

なお、配線導体５の露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、配線導体５が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、配線導体５と撮像素子３の電極７との接合を強固なものとすることができる。したがって、配線導体５の露出表面には、厚み１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚み０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのが好ましい。

また、絶縁基板２の上面には、ガラスやサファイア等から成る透明な窓部材４がエポキシ樹脂等の樹脂接着剤によって配置接合され撮像素子３のＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型などの受光部３ａを保護している。

また、本発明において、絶縁基板２の中央部に貫通孔２ａが形成されており、絶縁基板２の下面側の開口２ｃが上面側の開口２ｂより大きい。そして、その事が重要である。このように、絶縁基板２の下面側の開口２ｃが上面側の開口２ｂより大きいことから、上面側の開口２ｂの外形が平面視で貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリの外形の内側にあることとなり、窓部材４を通過した光が、貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリによって乱反射するのを有効に防止できるようになる。よって、窓部材４を通過して貫通孔２ａ内に入射した光は、貫通孔２ａの内壁面で乱反射することもなく精度よく受光部３ａへ入射することができるようになり、電気信号へ変換されて取り出された画像へのノイズ発生を有効に防止することができる。また、撮像装置１をレンズを備えたモジュールとした場合でも、レンズを通過した光が乱反射することなく良好に電気信号へ変換されるので、ノイズを効果的に防止することができる。

なお、平面視において、下面側の開口２ｃの内周と上面側の開口２ｂの内周との間の距離は１０〜１００μｍであることが好ましい。１０μｍ未満の場合、貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリが平面視で上面側の開口２ｂより内側に突出しやすくなり、窓部材４を通過した光が、凹凸やバリによって乱反射するのを有効に防止するのが困難になる。他方、１００μｍを超えると、下側の開口が大きくなり、絶縁基板２が大型化しやすくなる。

また、図２の本発明の他の実施例の断面図（図１と同部位については同符号とする）で示すように、絶縁基板２の下面側の開口２ｃが上面側の開口２ｂに向けて内側に漸次狭まるように、若干の角度で傾斜させてもよい。これにより、窓部材４を通過した光が、貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリによって乱反射するのを有効に防止できるようになるとともに、貫通孔２ａの内壁面に段差がなくなり、熱応力が生じて段差付近にクラックが生じたり、絶縁基板２が歪んだりするのを有効に防止できる。

なお、下面側の開口２ｃの平面と貫通孔２ａの内壁面との成す角度θが４５〜８５度であるのが好ましい。角度θが４５度未満の場合、凹凸やバリが平面視で上面側の開口２ｂの外形より内側に突出しやすくなり、窓部材４を通過した光が、凹凸やバリによって乱反射するのを有効に防止するのが困難になる。他方、８５度を超えると、下面側の開口２ｃが大きくなり、絶縁基板２が大型化しやすくなる。

なお、貫通孔２ａは、上述した打ち抜き加工で、下面側の開口２ｃが上面側の開口２ｂより大きくなるように形成されたそれぞれのグリーンシートを積層し切断して絶縁基板２用のグリーンシートの成形体を得、最後にこの成形体を焼結させることによって製作される。

また、絶縁基板２の中央部の貫通孔２ａの下側には、シリコンの基板上にＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の受光部３ａを形成した撮像素子３が配置される。撮像素子３の外周部には金などの電極７が形成され、電極７が配線導体５に接続されており、撮像素子３は、配線導体５を介して、外部電気回路に接続される端子６に電気的に接続されている。

図３は、絶縁基板２の下面の撮像素子３よりも外側に、枠状の側壁部８が設けられた本発明の実施の形態の他の例を示す断面図である。（図１と同部位については同符号とする）
側壁部８は、絶縁基板２と同材質の酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、撮像素子３の電気信号を配線導体５を介して外部へ取り出すためのものである。そのため、側壁部８の内部または表面には配線層（図示せず）が形成され、この配線層は、配線導体５と同材質である例えばＷ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、側壁部８となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、側壁部８の所定位置に被着形成される。そして、配線層の一端は配線導体５と電気的に接続されるように被着形成されており、他端は、側壁部８の下端に配線層と同材質で同様の方法で被着形成された端子９に接続するように導出されている。

また、側壁部８は、絶縁基板２の支持体としても機能し、その下端の端子９が外部回路基板の配線導体等に接続されて撮像装置１が実装されると、撮像装置１と外部回路基板との間に実装スペースが形成され、実装スペースに対応する外部回路基板上や絶縁基板２の下面にＩＣ，ＬＳＩ，コネクタなどの電子部品を搭載することができる。そのため、撮像装置１を外部回路基板等に実装して成る光学センサ装置として使用する際に、光学センサ装置の小型化が達成される。

また、側壁部８は、絶縁基板２と同様のグリーンシートに、端子９に接続される配線層を形成するための貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、配線層および端子９となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布する。しかる後、これらのグリーンシートを絶縁基板２となるグリーンシートへ順次積層し切断することで絶縁基板２用のグリーンシートと一体化された成型体を得、最後に、この成形体を高温（約１６００℃）で焼結させて製作される。

なお、側壁部８の配線層および端子９の露出表面は、酸化腐食するのを有効に防止するとともに、絶縁基板２の配線導体５と側壁部８の配線層との接合状態を良好なものとするために、電解めっき法または無電解めっき法により、１〜２０μｍ程度の厚みの銅めっき層，ニッケルめっき層，金めっき層が被着されているか、またはこれらのめっき層が順次被着されているのがよい。

撮像素子３は、電極７が絶縁基板２のニッケルや金などでメッキ処理された配線導体５に、例えば超音波接合法によりフリップチップ接合される。超音波接合法によるフリップチップ接合は、室温で接合部を加圧しつつ０．５秒前後の超音波振動を接合部に加えることにより接合させる接合法である。撮像素子３の接合部の周囲には、接合を補強するとともに封止を行なう樹脂から成る封止樹脂層であるダム７ａが塗布形成してある。このダム７ａは、エポキシ系樹脂等の樹脂の粘度を大きくしたものであり、樹脂の形状維持の強さの指標であるチキソ比も１．７以上と大きいのがよい。

このようにして、本発明の撮像装置１は、中央部に貫通孔２ａが形成された絶縁基板２と、この絶縁基板２の下面に形成された配線導体５と、絶縁基板２の下面の貫通孔２ａの周囲に貫通孔２ａに受光部３ａを対向させて取着されるとともに電極が配線導体５に電気的に接続された撮像素子３と、絶縁基板２の上面の貫通孔２ａの開口の周囲に、この開口を覆って取着された窓部材４とから成り、貫通孔２ａは、絶縁基板２の下面側の開口２ｃが上面側の開口２ｂよりも大きいことから、上面側の開口２ｂの外形が平面視で貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリよりも内側にあることとなり、窓部材４を通過した光が、貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリによって乱反射するのを有効に防止できるようになる。よって、窓部材４を通過して貫通孔２ａ内に入射した光は、貫通孔２ａの内壁面で乱反射することもなく精度よく受光部３ａへ入射することができるようになり、電気信号へ変換されて取り出された画像へのノイズ発生を有効に防止することができる。また、撮像装置１をレンズを備えたモジュールとした場合でも、レンズを通過した光が乱反射することなく良好に電気信号へ変換されるので、ノイズを効果的に防止することができる。

また、本発明の撮像装置１は、好ましくは、撮像素子３は、その受光部３ａの外形が貫通孔２ａの絶縁基板２の上面側の開口２ｂの外形と平面視で重なっているとよい。これにより、受光部３ａおよび上面側の開口２ｂの外形は貫通孔２ａの内壁面に形成された凹凸やバリの外形より内側にあることとなり、レンズを通過する光は、貫通孔２ａの内壁面での乱反射を抑制して正確に受光部３ａに入射することができるようになり、乱反射による画像へのノイズ発生を有効に防止することができる。さらに、受光部３ａ以外の部位における光の乱反射も有効に防止し、ノイズ発生をより有効に防止できる。

かくして、本発明の撮像装置１は、側壁部８の下端にモジュールの外部回路基板を接続し、絶縁基板２の上面で窓部材４より外側の外周部にレンズ鏡筒が接着固定されて光学センサ装置となる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、撮像素子３が平面視で四角形の場合、その２辺のみに沿って側壁部８が設けられても構わない。

本発明の撮像装置について実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の撮像装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明の撮像装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。従来の撮像装置の断面図である。図４の撮像装置を用いて構成した光学センサ装置の断面図である。

符号の説明

１：撮像装置
２：絶縁基板
２ａ：貫通孔
２ｂ：上面側の開口
２ｃ：下面側の開口
３：撮像素子
３ａ：受光部
４：窓部材
５：配線導体
６：端子
７：電極

Claims

中央部に貫通孔が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下面に形成された配線導体と、前記絶縁基板の下面の前記貫通孔の周囲に前記貫通孔に受光部を対向させて取着されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、前記絶縁基板の上面の前記貫通孔の開口の周囲に、該開口を覆って取着された窓部材とを具備しており、前記貫通孔は、前記絶縁基板の下面側の開口が上面側の開口よりも大きいことを特徴とする撮像装置。
前記撮像素子は、その受光部の外形が前記貫通孔の前記絶縁基板の上面側の開口の外形と平面視で重なっていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。