JP2005292242A - 撮像装置および撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置の光学系と撮像面との間の距離、および、光学系の撮像面に対する傾きを精度良く決定する。
【解決手段】撮像装置１は、撮像部２、撮像部２が実装される立体回路基板３、入射した光を撮像部２に導くレンズ部４、および、レンズ保持部５を備える。レンズ保持部５は、レンズ位置基準穴５２ａとレンズ位置基準部３６ａとを嵌め合わせ、他のレンズ位置基準穴と他のレンズ位置基準部とを嵌め合わせることにより位置決めを行いつつ立体回路基板３に取り付けられる。このとき、立体回路基板３の複数の第１基準面３６１とレンズ保持部５の複数の第２基準面５２１とが当接することにより、レンズ保持部５に保持されるレンズ部４と立体回路基板３に精度良く実装された撮像部２の撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きを精度良く決定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置およびその製造方法に関する。

従来より、ビデオカメラや携帯型電話機用カメラ等の撮像装置を小型化するために、ＣＣＤ(Charge Coupled device)チップ等の撮像素子が用いられている。例えば、特許文献１では、ガラス基板上実装されたＣＣＤチップを、抵抗器等が内蔵された多層セラミック基板のパッケージにより覆う技術が開示されている。

近年、このような撮像装置に対して、装置の小型化に加えて撮像精度の向上が求められており、撮像素子に光を導くレンズと撮像素子との位置合わせを高精度に行うための様々な技術が提案されている。例えば、撮像素子が実装された回路基板上にレンズを保持する鏡筒を紫外線硬化樹脂を介して仮配置し、鏡筒を微小移動させつつ焦点合わせを行い、焦点が合った時点で紫外線を照射して鏡筒を回路基板上に固定する方法が知られている。

特許文献２では、レンズが嵌め込まれた立体プリント基板に撮像素子を実装することにより、撮像素子とレンズの光軸との位置ずれを少なくする技術が開示されている。特許文献３では、立体プリント基板の撮像素子収容部およびレンズマウント部に撮像素子およびレンズを取り付けることにより、撮像素子の中心とレンズの光学中心（光軸）との位置合わせを精度良く実現する技術が開示されている。

また、特許文献４では、撮像素子を含む集積回路が実装される立体プリント基板の端子部を集積回路のバンプに当接させることによりレンズの光軸方向において弾性変形させ、その状態で接着剤を注入して集積回路を固定する技術が開示されている。また、このとき、位置決め用の突起により集積回路の光軸方向位置のセッティングを容易とする手法も開示されている。
特開平６−５８２８号公報 特開２００１−２４５１８６号公報 特開２００２−２８０５３５号公報 特開２００１−３３３３３２号公報

ところで、撮像装置の撮像精度を向上させるためには、レンズの光軸に垂直な平面におけるレンズの光軸と撮像素子との相対位置を合わせるだけではなく、光軸方向におけるレンズと撮像素子の撮像面との間の距離も精度良く決定する必要がある。また、レンズと撮像面とが平行になるように、撮像面に対するレンズの傾きを精度良く決定する必要もある。

しかしながら、特許文献１に開示される装置では、レンズ以外の部分の小型化はなされるものの、レンズを含めた小型化およびレンズと撮像素子との相対的な位置関係に対する対策についてはなされていない。また、特許文献２に開示される装置では、レンズおよび撮像素子が同一の胴部に取り付けられるため、レンズと撮像素子との間の距離をある程度精度よく決定することができるが、レンズの取付と撮像素子の実装とが１つの胴部に対して行われるため、装置製造工程の管理が煩雑となる。

一方、特許文献３に開示される装置では、光軸に垂直な平面におけるレンズの光軸と撮像素子との位置合わせを精度良く行うことができるが、レンズを保持するレンズキャップの内周全体がレンズ筒部の外周に嵌め合わされるため、レンズキャップとレンズ筒部との間に接着剤が挟まる等の原因でレンズ筒部の上面とレンズキャップの対向面とが非接触状態となり、レンズの撮像面からの距離を精度よく決定することができなくなってしまう。

特許文献４に開示される装置では、特許文献２の場合と同じく、装置製造工程の管理が煩雑となる。なお、レンズによる像の形成状態を測定しながら集積回路とレンズとの間の距離や集積回路の傾きを調整した場合は、レンズと集積回路との位置関係を理想的なものとすることができるが、集積回路実装時のこのような制御は煩雑であることから、撮像装置の製造に時間がかかることとなる。また、レンズを保持する鏡筒を回路基板に対して位置決めしつつ紫外線硬化樹脂を介して接合する手法が採用される場合においても、同様の煩雑な制御が必要となり、製造に時間を要することとなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、撮像装置の光学系と撮像面との間の距離、および、光学系の撮像面に対する傾きを容易に精度良く決定することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、撮像装置であって、撮像面を有する撮像部と、前記撮像部が実装される回路基板と、入射した光を前記撮像部の前記撮像面に導く光学系と、前記光学系を保持するとともに前記回路基板に取り付けられた光学系保持部とを備え、前記回路基板が、前記撮像面に平行な第１基準面を備え、前記光学系保持部が、前記第１基準面に当接することにより、前記光学系の前記回路基板からの距離、および、前記回路基板に対する傾きを決定する第２基準面を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記回路基板が、前記第１基準面に垂直な第３基準面をさらに備え、前記光学系保持部が、前記第３基準面に当接することにより、前記回路基板に対する前記光学系の光軸の位置を決定する第４基準面をさらに備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の撮像装置であって、前記回路基板が、前記撮像部と当接して、前記回路基板上の前記撮像部が実装される面と前記撮像面との間の距離、および、前記回路基板に対する前記撮像面の傾きを決定する実装基準面をさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置であって、前記撮像部が、前記回路基板に実装されるガラス基板と、前記撮像面を有し、前記撮像面を前記ガラス基板に対向させて前記ガラス基板に実装される撮像デバイスとを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記回路基板が、前記光学系の光軸に沿って貫通する開口部をさらに備え、前記開口部内に前記撮像部の少なくとも一部を配置しつつ前記撮像部が実装される。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置であって、前記回路基板が、前記回路基板上の前記撮像部が実装される面とは反対側の面に、前記撮像部の電極部と電気的に接続される配線をさらに備える。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の撮像装置であって、前記回路基板が、モールド成形された立体回路基板である。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の撮像装置であって、前記回路基板の前記光学系とは反対側の面に接続されるもう１つの回路基板と、前記撮像部の前記撮像面とは反対側の領域において前記光学系の光軸に沿って前記回路基板または前記もう１つの回路基板に実装され、前記撮像部からの信号を処理する電子部品とをさらに備える。

請求項９に記載の発明は、撮像装置の製造方法であって、ａ） 撮像面を有する撮像部を回路基板に実装する工程と、ｂ） 前記撮像面に平行な前記回路基板の第１基準面を、入射した光を前記撮像面に導く光学系を保持する光学系保持部の第２基準面に当接することにより、前記光学系の前記回路基板からの距離、および、前記回路基板に対する傾きを決定しつつ前記光学系保持部を前記回路基板に取り付ける工程とを備える。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の撮像装置の製造方法であって、ｃ） 前記ａ）工程と前記ｂ）工程との間に、前記回路基板を撮像して前記回路基板に対する前記光学系の光軸の位置を決定する工程をさらに備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の撮像装置の製造方法であって、前記ａ）工程の前に、ｄ） 前記撮像面を有する撮像デバイスを、前記撮像面を対向させてガラス基板に実装して前記撮像部を組み立てる工程をさらに備え、前記ａ）工程において、前記ガラス基板と前記回路基板とが接合される。

本発明では、光学系と撮像面との間の距離、および、光学系の撮像面に対する傾きを容易に精度良く決定することができる。請求項２および１０の発明では、光学系の光軸の撮像面に対する相対位置を精度良く決定することができる。請求項３の発明では、光学系と撮像面との間の距離、および、光学系の撮像面に対する傾きをさらに精度良く決定することができる。

また、請求項４および１１の発明では、撮像デバイスの回路基板への実装を容易かつ精度良く行うことができる。請求項５の発明では、撮像装置を薄型化することができる。請求項６の発明では、撮像装置を他の基板に容易に実装することができる。請求項７の発明では、撮像装置を構成する部品点数を削減するとともに、撮像装置の製造工程を簡素化することができる。請求項８の発明では、撮像装置の光軸に沿う方向における投影面積を縮小することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１の構成を示す正面図であり、一部を断面にて示している。撮像装置１は、撮像面２１１を有する撮像部２、撮像部２が実装されるモールド成形された立体回路基板（ＭＩＤ(Molded Interconnect Device)）３、入射した光を撮像部２に導くレンズ部４、および、レンズ部４を保持するとともに立体回路基板３に取り付けられたレンズ保持部５を備える。

撮像部２は、立体回路基板３に実装されるガラス基板２２、および、撮像面２１１を有するＣＣＤチップ等の撮像デバイス２１を備える。撮像デバイス２１は、メッキにより形成されたメッキバンプ、または、ワイヤボンディング法により形成されたスタッドバンプ（以下、単に「バンプ」という。）２１２を備え、ガラス基板２２の（−Ｚ）側の主面に撮像面２１１を対向させてガラス基板２２の金電極上にバンプ２１２を介してフリップチップ実装される。撮像デバイス２１の周囲は封止剤２１３により封止されている。また、ガラス基板２２は立体回路基板３の電極と接合される金のバンプ２２１を備え、バンプ２２１の（−Ｚ）側の先端はＺ方向に対して垂直な平面になるように予め精度良く押し潰されている（いわゆる、レベリングが施されている。）。

立体回路基板３は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）樹脂により形成され、底部にＺ方向に沿って貫通する開口部３１が設けられる凹部３２を備える。図２は、撮像部２および立体回路基板３を示す平面図である。図２に示すように、立体回路基板３の表面には配線３３が設けられる。配線３３は、モールド成形された基板の表面上に無電解メッキ（または、蒸着）により形成された銅薄膜に対して、配線として残置する部位とそれ以外の部位との境界線（配線３３のエッジ）をレーザでパターニングすることにより両部位を電気的に分離させ、残置する部位のみに電解メッキを施した後に全面エッチングを行うことにより形成される。なお、図２では図示の便宜上、配線３３の数を実際より少なく描いている。

撮像部２は、図１に示すように、撮像部２の一部である撮像デバイス２１を開口部３１内に配置しつつ凹部３２の底面３２２に実装され、バンプ２２１を介して配線３３（図２参照）と電気的に接続される。立体回路基板３は、撮像部２が実装される底面３２２とは反対側の面（立体回路基板３の（−Ｚ）側の面）３４に、配線３３と電気的に接続される配線をさらに備える。すなわち、撮像デバイス２１は、バンプ２１２を介してガラス基板２２上に設けられる配線に電気的に接続され、さらに、撮像部２の電極部であるバンプ２２１、配線３３、および、面３４に設けられる配線を介して撮像装置１の外部の回路基板等と電気的に接続される。なお、図１では、ガラス基板２２および立体回路基板３に形成される配線の図示を省略している。

レンズ部４は、撮像デバイス２１の撮像面２１１に被写体の像を形成するレンズ群、および、赤外線の透過を防止する赤外線フィルタを備え、レンズ保持部５の中央部にＺ方向に沿って設けられた貫通部内に保持される。レンズ保持部５は、レンズ部４の光軸がＺ方向に沿うように（すなわち、撮像面２１１に垂直になるように）立体回路基板３の（＋Ｚ）側に接着剤５３により固着されている。撮像装置１では、レンズ保持部５の（＋Ｚ）側の開口５１からレンズ部４に入射した光が、ガラス基板２２を透過して撮像デバイス２１の撮像面２１１に導かれる。

なお、撮像装置１では、レンズ部４に赤外線フィルタが設けられる代わりに、ガラス基板２２に赤外線の透過を防止するコーティング等の加工が施されてもよい。また、図１では図示を簡略化しているが、実際にはレンズ保持部５は複数の部材からなり、これらの部材を組み合わせることでレンズ部４を保持した状態とされて予め準備される。

図３は、立体回路基板３上の撮像部２およびレンズ保持部５が取り付けられる部位（取付部）近傍を拡大して示す図である。図３では、図示の都合上、撮像部２、レンズ保持部５および立体回路基板３の（−Ｘ）側の部位のそれぞれを分離して示している。なお、図３に示すこれらの構成の形状は、後述のレンズ位置基準穴５２を除いて左右（Ｘ方向において）対称とされる。なお、撮像面２１１の中心が撮像デバイス２１の中心からずらして設けられている場合等、図３に示す構成が左右対称にならない場合もある。

図３に示すように、立体回路基板３の凹部３２の底面３２２には（＋Ｚ）側に突出する突起部３５が設けられ（突起部３５は、バンプ２２１の配列に合わせてＹ方向に長く形成されてもよく、各バンプ２２１に個別に対向するように同一の高さで複数個形成されてもよい。）、突起部３５の（＋Ｚ）側の端面３５１は、Ｚ方向に対して垂直（以下、「水平」という。）になるように精度良く形成されており、撮像部２と接合される電極がその上に設けられる。撮像部２が立体回路基板３に実装される際には、端面３５１が撮像部２のバンプ２２１に当接することにより、立体回路基板３の底面３２２と撮像面２１１との間の距離、および、立体回路基板３の底面３２２に対する撮像面２１１の傾きが決定されることから、以下、端面３５１を「実装基準面」という。撮像部２は、撮像面２１１が水平になるように立体回路基板３に実装される。

立体回路基板３は、凹部３２の周囲の水平な面（以下、「上面」という。）３６０上に３つの円柱状の突起部であるレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃ（実際には図２に示すように配置される。）を備え、レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃのぞれぞれは、（＋Ｚ）側の端面３６１、および、端面３６１に垂直な側面３６２を備える。端面３６１は水平、すなわち、立体回路基板３の実装基準面３５１、および、立体回路基板３に実装された撮像部２の撮像面２１１に平行になるように精度良く形成されている。

図４は、レンズ保持部５を（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向を向いて見た底面図である。図３および図４に示すように、レンズ保持部５は、レンズ位置基準部３６ａ，３６ｂとの嵌め合いにより立体回路基板３に対するレンズ保持部５の相対的な位置が決定される２つのレンズ位置基準穴５２ａ，５２ｂおよびレンズ位置基準部３６ｃが挿入されるレンズ位置基準穴５２ｃを（−Ｚ）側の面に備える。（−Ｘ）側のレンズ位置基準穴５２ａは、レンズ位置基準部３６ａと等しい直径を有する円柱状とされ、Ｚ方向の深さはレンズ位置基準部３６ａの高さより小さくされる。また、（＋Ｘ）側のレンズ位置基準穴５２ｂは、レンズ保持部５の立体回路基板３に対する取り付けを適切に行うために、Ｙ方向の幅がレンズ位置基準部３６ｂの直径と等しいＸ方向に長い長穴となっており、深さはレンズ位置基準穴５２ａと等しくされる。（＋Ｙ）側のレンズ位置基準穴５２ｃは直径がレンズ位置基準部３６ｃよりも十分に大きく、深さはレンズ位置基準穴５２ａと等しくされる。

図３に示すように、レンズ位置基準穴５２ａは、（＋Ｚ）側の底面５２１および側面５２２を備える。底面５２１はレンズ保持部５に保持されるレンズ部４の光軸に対して垂直になるように精度良く形成され、側面５２２は底面５２１に対して垂直になるように精度よく形成される。レンズ位置基準穴５２ｂも精度よく形成された底面５２１および側面５２２を備え、レンズ位置基準穴５２ｃは底面５２１のみが精度よく形成される。

レンズ保持部５が立体回路基板３に取り付けられる際には、レンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの底面５２１がレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの端面３６１に当接することにより、レンズ保持部５に保持されるレンズ部４の立体回路基板３からの距離、および、立体回路基板３に対する傾きが決定される。以下、レンズ位置基準部３６の端面３６１、および、レンズ位置基準穴５２の底面５２１をそれぞれ、「第１基準面」３６１および「第２基準面」５２１という。

また、レンズ位置基準穴５２ａの側面５２２のほぼ全周がレンズ位置基準部３６ａの側面３６２に当接し、レンズ位置基準穴５２ｂの側面５２２の（±Ｙ）側の部位がレンズ位置基準部３６ｂの側面３６２に当接することにより、立体回路基板３に対するレンズ部４の光軸の水平方向の位置が決定されることから、以下、レンズ位置基準部３６ａ，３６ｂの側面３６２、および、レンズ位置基準穴５２ａ，５２ｂの側面５２２をそれぞれ、「第３基準面」３６２および「第４基準面」５２２という。

図５は、撮像装置１の製造工程を示す図である。撮像装置１が製造される際には、まず、図３に示すガラス基板２２の（−Ｚ）側の主面が上に向けられた状態で、バンプ２１２がガラス基板２２の電極に当接するように撮像デバイス２１が載置され、撮像デバイス２１がガラス基板２２に対して押圧されつつ超音波振動が付与されることにより、バンプ２１２とガラス基板２２の電極とが電気的に接合される。これにより、撮像デバイス２１が撮像面２１１をガラス基板２２の（−Ｚ）側の主面に平行に対向させてガラス基板２２に実装（いわゆる、フリップチップ実装）される（ステップＳ１１）。なお、撮像デバイス２１のガラス基板２２への実装は、クリーンレベルの高い環境下にて行われ、かつ、フリップチップ実装装置を用いて非常に精度よく行われる。

続いて、撮像デバイス２１とガラス基板２２との間の隙間に光硬化性樹脂等を含む封止剤２１３が注入され、予め撮像面２１１を含む撮像デバイス２１の中央部の領域にガラス基板２２を介して照射されている光により、封止剤２１３が撮像面２１１に到達する前に撮像デバイス２１の周辺部において硬化し、撮像デバイス２１とガラス基板２２との間の隙間が封止され、撮像面２１１が外気から遮断される（ステップＳ１２）。このように、撮像部２では、ガラス基板２２を利用することにより撮像面２１１が容易に封止され、以後の製造工程における撮像面２１１に対するダストや湿気等の影響（特に、後述するガラス基板２２の立体回路基板３への実装時、および、レンズ保持部５の立体回路基板３への取り付け時における影響）を容易に排除することができる。また、光を透過する封止剤が用いられる場合には、撮像面２１１を含めて撮像デバイス２１とガラス基板２２との間の隙間の全ての領域に封止剤が注入されて撮像面２１１が封止されてもよい。

撮像部２が準備されると、次に、図３に示すように立体回路基板３の実装基準面３５１の電極上に導電性粒子が内部に均一に分散された絶縁性樹脂により形成される異方導電性樹脂フィルム（以下、「ＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film)」という。）３５２が貼り付けられる。続いて、立体回路基板３に設けられたアライメントマークが撮像され、撮像により取得された画像データに基づいて撮像部２の立体回路基板３に対する位置決めが行われた後、撮像部２がＡＣＦ３５２上から押圧されて加熱される。これにより、立体回路基板３に撮像部２が固着されるとともにバンプ２２１が実装基準面３５１上の電極と電気的に接合され、立体回路基板３に撮像部２が実装される（ステップＳ１３）。

このとき、バンプ２２１の（−Ｚ）側の面と実装基準面３５１との間においてＡＣＦ３５２は１μｍ〜２μｍ（マイクロメートル）の厚さまで押しつぶされ、ガラス基板２２の（−Ｚ）側の主面が実装基準面３５１と平行になるように精度良く実装される。撮像面２１１も実装基準面３５１に平行となり、また、撮像面２１１の立体回路基板３からの距離（例えば、基準位置を立体回路基板３の底面３２２とした場合、撮像面２１１と底面３２２との間の距離）が精度良く決定される。なお、撮像部２の実装時における加熱温度は、撮像デバイス２１の耐熱温度（通常、１８０℃程度）を考慮して決定される。

撮像部２の立体回路基板３への実装が完了すると、立体回路基板３のレンズ位置基準部３６を除く上面３６０上に接着剤５３が塗布される。続いて、レンズ部４を保持したレンズ保持部５が、レンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃとレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃとを嵌め合わせることにより位置決めが行われつつ立体回路基板３に取り付けられる（ステップＳ１４）。

このとき、既述のように３つのレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの第１基準面３６１と３つのレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの第２基準面５２１とが当接することにより、第２基準面５２１に垂直なレンズ部４の光軸は第１基準面３６１に対しても垂直となり、レンズ保持部５に保持されるレンズ部４の立体回路基板３に対する傾きが精度良く決定される。また、レンズ部４の立体回路基板３からの距離（例えば、レンズ部４の（−Ｚ）側の端部と立体回路基板３の底面３２２との間のＺ方向の距離）が精度良く決定される。さらに、レンズ位置基準部３６ａ，３６ｂの第３基準面３６２とレンズ位置基準穴５２ａ，５２ｂの第４基準面５２２とが当接することにより、レンズ部４の光軸の立体回路基板３に対するＸＹ平面における相対位置が精度良く決定される。その後、接着剤５３が硬化してレンズ保持部５が立体回路基板３に固定されて撮像装置１の製造が完了する。

以上に説明したように、撮像装置１では、レンズ保持部５を立体回路基板３に取り付ける際に、第１基準面３６１と第２基準面５２１とを当接することにより、レンズ保持部５に保持されるレンズ部４と立体回路基板３に精度良く実装された撮像部２の撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きを容易に、すなわち、複雑な制御を伴うことなく、精度良く決定することができる。また、第３基準面３６２と第４基準面５２２とを当接することにより、撮像面２１１に対するレンズ部４の光軸の水平方向の相対位置を精度良く決定することができる。

さらに、撮像装置１では、撮像部２が第１基準面３６１に平行な実装基準面３５１に当接して立体回路基板３に精度良く実装されることにより、レンズ部４と撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きをさらに精度良く決定することができる。また、平面度が高いガラス基板２２を介して撮像デバイス２１を立体回路基板３に実装することにより、撮像デバイス２１の立体回路基板３への実装を容易かつ精度良く行うことができる。これにより、撮像面２１１とレンズ部４との相対的位置関係の精度を容易に向上することができる。さらには、ガラス基板２２の熱膨張係数（約８×１０−６／℃）は樹脂基板の熱膨張係数（約２５×１０−６／℃）に比べて小さいため、撮像デバイス２１の接合部への熱応力を小さくすることができ、撮像デバイス２１の接合信頼性を向上することができる。

なお、撮像デバイス２１とガラス基板２２との間は必ずしも樹脂を用いて完全に封止される必要はなく、完全な封止が行われない場合であっても撮像デバイス２１とガラス基板２２とが近接するため、ステップＳ１３以降の撮像装置１の製造環境のクリーンレベルを極めて高く設定する必要はない。

撮像装置１では、立体回路基板３がモールド成形されているため、撮像装置１を構成する部品点数を削減するとともに立体回路基板３の寸法精度を向上することができ、撮像装置１の製造工程を簡素化することができる。また、撮像デバイス２１を立体回路基板３の開口部３１内に配置しつつ撮像部２が立体回路基板３に実装されることにより、撮像装置１を薄型化（レンズ部４の光軸に沿うＺ方向の高さを小さく）することができる。さらには、立体回路基板３の面３４に撮像部２と電気的に接続される配線が設けられるため、面３４を介して撮像装置１を他の基板に容易に実装することができる。

図６は、第２の実施の形態に係る撮像装置１ａの立体回路基板３の取付部近傍を拡大して示す図である。撮像装置１ａでは、第１の実施の形態に係る撮像装置１の３つのレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの形状が変更される点を除いて図３とほぼ同様であり、以下の説明において同符号を付す。

撮像装置１ａでは、３つのレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの形状（図６ではレンズ位置基準穴５２ａのみを図示）は、レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃ（レンズ位置基準部３６ａのみ図示）よりも大きい直径を有する同一の円柱状とされ、Ｚ方向の深さはレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの高さより小さくされる。なお、図３の場合と異なり、各レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの側面３６２および各レンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの側面５２２の精度は余り高くはされない（すなわち、これらの側面は既述の第３基準面や第４基準面としては利用されない。）。

撮像装置１ａの製造工程では、図５に示す撮像装置１の製造工程と同様に、撮像デバイス２１がガラス基板２２に実装されて封止された後、ガラス基板２２が立体回路基板３に実装されるが（ステップＳ１１〜Ｓ１３）、その後のステップＳ１４に係る工程が異なる。ステップＳ１４では、まず、立体回路基板３に設けられたアライメントマークが撮像され、撮像により取得された画像データに基づいてレンズ保持部５に保持されるレンズ部４の光軸の立体回路基板３に対する位置（ＸＹ平面における位置）が決定された後、レンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃにレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃが挿入され、レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの端面である第１基準面３６１とレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの底面である第２基準面５２１とが当接するようにレンズ保持部５が立体回路基板３に取り付けられる。

これにより、レンズ部４と撮像部２の撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きが容易に精度良く決定される。また、アライメントマークを利用してレンズ部４の光軸の撮像面２１１に対する相対位置を精度良く決定することができる。なお、アライメントマークとしては立体回路基板３に形成されたスルーホールが利用されてもよい。

図７は、第３の実施の形態に係る撮像装置１ｂの立体回路基板３の取付部近傍を拡大して示す図である。撮像装置１ｂでは、第１の実施の形態に係る撮像装置１からレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃ（図７ではレンズ位置基準穴５２ａのみを図示）の深さおよびレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃ（レンズ位置基準部３６ａのみを図示）の高さが変更されており、また、突起部３５に代えて突起部３５ｂが設けられ、撮像部２のガラス基板２２には、バンプ２２１に代えてボールバンプ２２１ｂが設けられる。その他の構成は図３と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃおよびレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃは、撮像装置１に係るもの（図２および図４参照）と同じ横断面の形状を有するが、図７に示すようにレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃの深さがレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの高さより大きくされる。また、立体回路基板３の上面３６０、および、レンズ保持部５が立体回路基板３に取り付けられる際に上面３６０に対向する面（以下、「取付面」という。）５４は、Ｚ方向に対して垂直になるように精度良く平坦に形成されている。

撮像装置１ｂでは、レンズ保持部５が立体回路基板３に取り付けられる際には、レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃの（＋Ｚ）側の端面に接着剤５３が塗布された後にレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃとレンズ位置基準穴５２ａ〜５２ｃとが嵌め合わされる。このとき、立体回路基板３の上面３６０とレンズ保持部５の取付面５４とが当接することにより、レンズ保持部５に保持されるレンズ部４の立体回路基板３からの距離、および、立体回路基板３に対する傾きが容易に精度良く決定される。すなわち、上面３６０および取付面５４はそれぞれ、レンズ部４の立体回路基板３からの距離、および、立体回路基板３に対する傾きを決定する第１基準面および第２基準面としての役割を果たす。その結果、レンズ部４と立体回路基板３に精度良く実装された撮像部２の撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きを精度良く決定することができる。

また、図３の撮像装置１の場合と同様に、レンズ位置基準部３６ａ，３６ｂの側面である第３基準面３６２とレンズ位置基準穴５２ａ，５２ｂの側面である第４基準面５２２とが当接することによって、レンズ保持部５に保持されるレンズ部４の光軸の立体回路基板３に対する水平方向の相対位置が精度良く決定される。

図７に示すように、突起部３５ｂは、立体回路基板３の凹部３２の底面３２２上において、撮像部２のボールバンプ２２１ｂが接合される部位から外れた位置に設けられ、その上面には電極は形成されない。撮像装置１ｂにおいて撮像部２が立体回路基板３に実装される際には、底面３２２の電極上に塗布された銀ペースト等の導電性接着剤上からボールバンプ２２１ｂを介してガラス基板２２が立体回路基板３に対して押圧される。このとき、ボールバンプ２２１ｂが押圧力により変形する（押し潰される）ことによってガラス基板２２が突起部３５ｂの（＋Ｚ）側の端面である実装基準面３５１に当接する。この状態で接着剤の硬化が行われ、撮像部２が立体回路基板３に固定される。ガラス基板２２を実装基準面３５１に当接させることにより、撮像部２が立体回路基板３に精度良く実装され、レンズ部４と撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きをさらに精度良く決定することができる。

図８は、撮像装置１が回路基板６に実装された撮像ユニット１０の構成を示す正面図であり、一部を断面にて示している。撮像ユニット１０は、第１の実施の形態に係る撮像装置１、撮像装置１の立体回路基板３の（−Ｚ）側（レンズ部４とは反対側）の面３４に接続される平板状の回路基板６（フィルム状の回路基板であってもよい。）、撮像装置１の撮像部２からの信号を処理するＤＳＰ（Digital Signal Processor）チップ等の電子部品６１、および、コンデンサや抵抗等の複数の周辺チップ部品６２を備える。撮像装置１の構成は図１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。なお、図８では、図示の都合上、周辺チップ部品６２を１つのみ描いている。

撮像ユニット１０では、回路基板６の（＋Ｚ）側の面上にはんだを介して周辺チップ部品６２および撮像装置１が実装され、電子部品６１がＡＣＦ等を用いて実装される。なお、撮像装置１の実装では、レンズ部４等の熱による損傷を防止するために、レーザを利用した局所加熱や回路基板６の（−Ｚ）側からの局所加熱等により局所リフローが行われて撮像装置１と回路基板６とが接合される。また、撮像装置１は、銀ペースト等の導電性接着剤を介して低温にて接合されてもよい。電子部品６１および周辺チップ部品６２は、立体回路基板３および回路基板６の配線を介して撮像部２と電気的に接続される。撮像ユニット１０では、レンズ部４の撮像面２１１からの距離、および、撮像面２１１に対する傾きが精度良く決定された薄型の撮像装置１が使用されるため、装置の薄型化が実現される。

図９は、撮像ユニットの他の例を示す正面図である。図９に示す撮像ユニット１０ａは、撮像ユニット１０と同様の構成を備えるが、電子部品６１が回路基板６の（−Ｚ）側（回路基板６を挟んで撮像装置１とは反対側）の面に実装されている点が異なる。電子部品６１は、撮像部２の撮像面２１１とは（撮像デバイス２１の本体部２１４を挟んで）反対側の領域においてレンズ部４の光軸に沿って回路基板６に実装されるため、回路基板６を小型化することができ、レンズ部４の光軸に沿う方向における撮像ユニット１０ａの投影面積を縮小することができる。その結果、撮像ユニット１０ａを備える携帯型電話機等の製品を小型化することができる。なお、周辺チップ部品６２も、回路基板６を挟んで撮像装置１の反対側に設けられてもよく、この場合、撮像ユニット１０ａの投影面積をさらに縮小することができる。なお、撮像ユニット１０ａが高さ方向（Ｚ方向）に対する小型化が余り求められない場合には、撮像装置１の立体回路基板３は、必ずしもＺ方向に沿って貫通する開口部３１を備える必要はなく、図１０に示すようにキャビティ３７を備えていてもよい。

図１１は、撮像ユニットのさらに他の例を示す正面図である。図１１に示す撮像ユニット１０ｂでは、撮像装置１の立体回路基板３に、図９に示す開口部３１よりも深い（Ｚ方向に長い）開口部３１が設けられる。その他の構成は図９と同様であり、以下の説明において同符号を付す。撮像ユニット１０ｂの撮像装置１では、撮像デバイス２１を開口部３１内に配置しつつ撮像部２が立体回路基板３に実装されている。そして、回路基板６の（＋Ｚ）側に実装された電子部品６１を覆うように撮像装置１が回路基板６上に実装され、電子部品６１が開口部３１内に配置される。その結果、回路基板６の同一面上に電子部品６１および撮像部１を実装しつつレンズ部４の光軸に沿う方向における撮像ユニット１０ｂの投影面積を縮小することができる。

図１２および図１３は、撮像ユニットのさらに他の例を示す正面図である。これらの撮像ユニットでは、撮像装置１の立体回路基板３に、電子部品６１が実装される。

図１２に示す撮像ユニット１０ｃでは、立体回路基板３にキャビティ３７が設けられ、電子部品６１がキャビティ３７の底面（（＋Ｚ）側の面）に実装されており、撮像部２が、撮像デバイス２１の一部をキャビティ３７内に配置しつつ電子部品６１を覆うように立体回路基板３に実装されている。電子部品６１は、立体回路基板３の配線を介して撮像部２と電気的に接続されている。

図１３に示す撮像ユニット１０ｄにおいても、立体回路基板３に（浅い）キャビティ３７が設けられ、電子部品６１がキャビティ３７の底面の裏面（（−Ｚ）側の面）に実装される。電子部品６１は、立体回路基板３の配線および底面のビアを介して撮像部２と電気的に接続されている。

撮像ユニット１０ｃおよび１０ｄでは、電子部品６１を立体回路基板３に実装して撮像に係る構成をスタック化することにより、電子部品６１を撮像部２やレンズ部４等と一体的に取り扱うことができるため、各種電子部品等の回路基板６への実装工程を簡素化することができる。また、電子部品６１が撮像部２の撮像面２１１とは反対側の領域においてレンズ部４の光軸に沿って立体回路基板３に実装されるため、レンズ部４の光軸に沿う方向における撮像ユニットの投影面積を縮小することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、撮像装置の立体回路基板３は、ポリフタルアミド樹脂以外の他の材料、例えば、エポキシ樹脂やＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹脂、液晶ポリマー等によりモールド成形された基板であってもよい。また、セラミックの成形基板であってもよく、さらには、複数のセラミック基板を積層して焼成することにより形成された多層セラミック基板でもよい。

撮像部２では、撮像デバイス２１のガラス基板２２への実装方法は、上述のように超音波を用いる方法には限定されず、例えば、ＡＣＦや異方導電性樹脂ペースト（ＡＣＰ(Anisotropic Conductive Paste)）、あるいは、非導電性樹脂フィルム（ＮＣＦ(Non-Conductive Film)）や非導電性樹脂ペースト（ＮＣＰ(Non-Conductive Paste)）を介して撮像デバイス２１が装着され、同時に加熱および加圧が行われてバンプ２１２とガラス基板２２の電極とが電気的に接合されてもよい。

撮像部２の立体回路基板３への実装においても、ＡＣＦ３５２に代えてＡＣＰ、ＮＣＦあるいはＮＣＰが用いられてもよい。また、撮像部２が立体回路基板３に対して押圧されつつ超音波振動が付与されることにより、撮像部２のバンプ２２１と立体回路基板３の電極とが電気的に接合されてもよい。

レンズ保持部５の立体回路基板３に対する位置決めは、レンズ位置基準部である突起部がレンズ保持部５の（−Ｚ）側の面に設けられ、立体回路基板３の上面３６０に設けられたレンズ位置基準穴と嵌め合うことにより行われてもよい。

撮像部２では、撮像デバイス２１として、例えば、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサが用いられてもよい。ＣＭＯＳイメージセンサのチップにＤＳＰが形成されている場合には、撮像部２からの信号を処理する電子部品６１が撮像ユニットから省略される場合もある。

また、撮像装置１では、ガラス基板２２が省略されて撮像デバイス２１が撮像部２として取り扱われてもよく、また、立体回路基板３の代わりに平板状の回路基板が設けられてもよい。例えば、図１４に示すように、撮像デバイス２１が平板状の回路基板３０上にワイヤボンディング法により直接実装されてもよい。この場合、（＋Ｚ）側の端面が水平になるように精度良く形成された突起部３５が回路基板３０に設けられ、撮像デバイス２１が突起部３５に当接して回路基板３０に接着されることにより、回路基板３０と撮像面２１１とのＺ方向の位置関係が精度よく決定される。回路基板３０上には、例えば、図２および図３の場合と同様のレンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃも設けられ、レンズ位置基準部３６ａ〜３６ｃがレンズ保持部５のレンズ位置基準穴に嵌め合わされることにより、レンズ保持部５の位置決めが行われ、レンズ部４と撮像面２１１との間の距離、および、レンズ部４の撮像面２１１に対する傾きが精度良く決定される。なお、レンズ位置基準部の個数は、４以上であってもよい。

本発明は、携帯型電話機用カメラやビデオカメラ等に用いられる撮像装置に利用可能である。

第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す正面図 撮像部および立体回路基板を示す平面図 立体回路基板の取付部近傍を拡大して示す図 立体回路基板の底面図 撮像装置の製造工程を示す図 第２の実施の形態に係る撮像装置の立体回路基板の取付部近傍を拡大して示す図 第３の実施の形態に係る撮像装置の立体回路基板の取付部近傍を拡大して示す図 撮像ユニットの構成を示す正面図 撮像ユニットの他の例を示す正面図 撮像ユニットのさらに他の例を示す図 撮像ユニットのさらに他の例を示す正面図 撮像ユニットのさらに他の例を示す正面図 撮像ユニットのさらに他の例を示す図 撮像装置の他の例を示す図

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 撮像装置
１０，１０ａ〜１０ｄ 撮像ユニット
２ 撮像部
３ 立体回路基板
４ レンズ部
５ レンズ保持部
６ 回路基板
２１ 撮像デバイス
２２ ガラス基板
３１ 開口部
３４ 面
６１ 電子部品
２１１ 撮像面
２２１ バンプ
２２１ｂ ボールバンプ
３２２ 底面
３５１ 実装基準面
３６１ 第１基準面
３６２ 第３基準面
５２１ 第２基準面
５２２ 第４基準面
Ｓ１１〜Ｓ１４ ステップ

Claims (11)

1. 撮像装置であって、
   撮像面を有する撮像部と、
   前記撮像部が実装される回路基板と、
   入射した光を前記撮像部の前記撮像面に導く光学系と、
   前記光学系を保持するとともに前記回路基板に取り付けられた光学系保持部と、
   を備え、
   前記回路基板が、前記撮像面に平行な第１基準面を備え、
   前記光学系保持部が、前記第１基準面に当接することにより、前記光学系の前記回路基板からの距離、および、前記回路基板に対する傾きを決定する第２基準面を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記回路基板が、前記第１基準面に垂直な第３基準面をさらに備え、
   前記光学系保持部が、前記第３基準面に当接することにより、前記回路基板に対する前記光学系の光軸の位置を決定する第４基準面をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の撮像装置であって、
   前記回路基板が、前記撮像部と当接して、前記回路基板上の前記撮像部が実装される面と前記撮像面との間の距離、および、前記回路基板に対する前記撮像面の傾きを決定する実装基準面をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記撮像部が、
   前記回路基板に実装されるガラス基板と、
   前記撮像面を有し、前記撮像面を前記ガラス基板に対向させて前記ガラス基板に実装される撮像デバイスと、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記回路基板が、前記光学系の光軸に沿って貫通する開口部をさらに備え、
   前記開口部内に前記撮像部の少なくとも一部を配置しつつ前記撮像部が実装されることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記回路基板が、前記回路基板上の前記撮像部が実装される面とは反対側の面に、前記撮像部の電極部と電気的に接続される配線をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記回路基板が、モールド成形された立体回路基板であることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項６または７に記載の撮像装置であって、
   前記回路基板の前記光学系とは反対側の面に接続されるもう１つの回路基板と、
   前記撮像部の前記撮像面とは反対側の領域において前記光学系の光軸に沿って前記回路基板または前記もう１つの回路基板に実装され、前記撮像部からの信号を処理する電子部品と、
   をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
9. 撮像装置の製造方法であって、
   ａ） 撮像面を有する撮像部を回路基板に実装する工程と、
   ｂ） 前記撮像面に平行な前記回路基板の第１基準面を、入射した光を前記撮像面に導く光学系を保持する光学系保持部の第２基準面に当接することにより、前記光学系の前記回路基板からの距離、および、前記回路基板に対する傾きを決定しつつ前記光学系保持部を前記回路基板に取り付ける工程と、
   を備えることを特徴とする撮像装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の撮像装置の製造方法であって、
    ｃ） 前記ａ）工程と前記ｂ）工程との間に、前記回路基板を撮像して前記回路基板に対する前記光学系の光軸の位置を決定する工程をさらに備えることを特徴とする撮像装置の製造方法。
11. 請求項９または１０に記載の撮像装置の製造方法であって、前記ａ）工程の前に、
    ｄ） 前記撮像面を有する撮像デバイスを、前記撮像面を対向させてガラス基板に実装して前記撮像部を組み立てる工程をさらに備え、
    前記ａ）工程において、前記ガラス基板と前記回路基板とが接合されることを特徴とする撮像装置の製造方法。

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