JP2006020014A - 撮像装置および撮像装置を搭載した携帯無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板を構造材として用いる薄型を目的とした撮像装置において、配線基板として屈曲性の高いものを使用した場合、撮像装置周辺の構造の剛性を確保することが困難になり、携帯電話等の高い衝撃耐久性や押圧耐久性を要求するものには搭載することができない。
【解決手段】開口部を設けた配線基板に、固体撮像素子と、補強板と、透明体からなる窓体と、鏡筒と、鏡筒内に設けた透明体からなるレンズとを備え、固体撮像素子を配線基板の一方の面に開口部を臨むように設け、補強板を配線基板の固体撮像素子と反対側の面に開口部を取り囲むように設け、窓体を補強板を用いて開口部を覆うように設けることにより、屈曲性の高い配線基板に対して、撮像装置周辺の構造の剛性を確保し、衝撃耐久性や押圧耐久性のある撮像装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯無線端末等への搭載に適した撮像装置と、撮像装置を搭載した携帯無線端末に関する。

撮像装置は、産業用に幅広く使われているだけでなく、近年ではＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｓｅ）等の固体撮像素子等を用いた撮像装置が、ディジタル・スチル・カメラや携帯電話などに大量に使用されるようになってきている。携帯電話などに搭載される撮像装置には、機器全体への小型化・薄型化の要求から、デバイスとしても、小型化・薄型化が強く要求されている。従来、撮像装置の小型化・薄型化には、撮像素子自体のサイズの削減、あるいはレンズ設計上の工夫によるレンズ光学長の削減が有力な手段であった。もちろん撮像素子のパッケージング構造の工夫による薄型化も、たとえばベアチップ実装などを採用することによって実現されてきた。ベアチップ実装による薄型化をより進める技術として、光電変換装置およびその製造方法で提案されたものが一例として挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

図７は、前記特許文献１に記載の従来の撮像装置の概略を示した断面図である。図７において、７０１は固体撮像素子、７０２は配線基板、７０３はガラス板、７０４はレンズ、７０５は固体撮像素子７０１を配線基板７０２に固定する接着剤、７０６はガラス板７０３を配線基板７０２に固定する接着剤である。

上記従来例の撮像装置では、中央部に開口部７０２ａを設けた屈曲可能な配線基板７０２と、配線基板７０２の一方の面に開口部７０２ａを臨むように固体撮像素子７０１と、配線基板７０２の固体撮像素子７０１と対向する側に透明材料からなるガラス板７０３を設けている。このような構成とすることで、配線基板７０２を撮像装置の構造材とすることが可能となり、撮像装置の薄型化を実現している。しかし、屈曲可能な配線基板といえどもある程度の剛性を保つため、薄い配線基板を用いることは難しかった。

そのため、薄い配線基板を使うときには、強度を補強するため、配線基板に補強板を装着することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。図８は、前記従来の特許文献２に記載された撮像装置例を示したものである。図８において、８０１は固体撮像素子、８０２は配線基板、８０３は光学フィルタ、８０４はレンズ、８０５はフォーカス調整用ネジを有する鏡筒、８０６は撮像装置を補強するメタルプレートである。上記従来例の撮像装置では、ネジにより可動するレンズを有する鏡筒をメタルプレート８０６を用いて機械的に補強している。
特許第３２０７３１９号公報（第８頁、図１） 特開２００１−７８０６４号公報（第６頁、図２（ｂ））

しかしながら前記従来の特許文献１の構成では、配線基板の上下の固体撮像素子とガラス板により剛性を保たせており、配線基板としてポリイミドなどの絶縁材料をベース材とした屈曲性の高いものを使用した場合、撮像装置周辺の剛性を確保することが困難になり、携帯電話など高い衝撃耐久性や押圧耐久性を要求するものには搭載することが不可能であった。

また、前記従来の特許文献２の例では補強用のメタルプレート８０６の中央は光を通す
ための開口部８０６ａを設けなければならず、枠体の構造となり、枠体として補強するとすると、どうしても厚いメタルプレートを用いる必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、薄型かつ高剛性の撮像装置を得ることを目的とする。より具体的には配線基板としてポリイミドなどの絶縁材料をベース材とした屈曲性の高いものを使用した場合、撮像装置周辺の剛性を確保することができ、衝撃耐久性や押圧耐久性が要求される携帯無線端末等に搭載することができる撮像装置を供給することを目的としている。

前記従来の課題を解決するため、本発明の撮像装置は、第１に開口部を設けた配線基板に、固体撮像素子と、補強板と、透明体からなる窓体と、鏡筒と、鏡筒内に設けた透明体からなるレンズとを備え、固体撮像素子を配線基板の一方の面に開口部を臨むように設け、補強板を配線基板の固体撮像素子と反対側の面に開口部を取り囲むように設け、窓体を補強板を用いて開口部を覆うように設け、鏡筒を配線基板の固体撮像素子と反対側の面で少なくとも開口部と窓体を覆うように設けている。この構成により、窓体が補強板と一体化され、補強板の剛性が高まることで撮像装置を補強している。

また本発明の撮像装置は、第２に窓体を保持するための爪を補強板上に設けている。爪を設けたことにより、補強板自体の剛性を高めることができ、補強板を薄くすることができる。

また本発明の撮像装置は、第３に配線基板と、鏡筒のそれぞれに互いに嵌合する位置決め用の嵌合部を設けている。これにより、撮像装置を補強すると同時に鏡筒を装着するときに際し位置決めを容易なものとしている。

また本発明の撮像装置は、第４に開口部を設けた配線基板に、固体撮像素子と、補強板と、透明体からなる窓体と、鏡筒と、鏡筒内に設けた透明体からなるレンズとを備え、固体撮像素子を配線基板の一方の面に開口部を臨むように設け、補強板を配線基板の固体撮像素子と同じ側の面に固体撮像素子を取り囲むように設け、窓体を補強板の固体撮像素子と反対側の面で開口部を覆うように設け、鏡筒を配線基板の固体撮像素子と反対側の面で少なくとも開口部と窓体を覆うように設けている。これにより、撮像装置の厚みを増すことなく補強することができ、その結果、剛性を高めた薄い撮像装置を容易に実現することを可能としている。

本発明の撮像装置によれば、高い剛性を有した薄型の撮像装置が実現可能となり、薄型で高い衝撃耐久性や押圧耐久性を要求される携帯電話等への搭載が実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明による撮像装置の実施の形態について説明する。以下、携帯電話などに搭載する小型化・薄型化を要求される固体撮像素子を用いたカメラモジュールについて説明する。

（実施の形態１）
本発明の第1の実施の形態の撮像装置の断面図を図１に、斜視図を図２に示す。図１において、１は固体撮像素子、２は配線基板、３は窓体、４はレンズ、５はバックフォーカス調整用ネジ５ａを有する鏡筒、６は鏡筒を配線基板２に固定する接着剤、７は固体撮像素子１を配線基板２に固定する接着剤、８は補強板である。

固体撮像素子１は、例えばＣＣＤを用いた固体撮像素子である。固体撮像素子１には、配線基板２に電気的に接合するための複数の端子が設けられている。配線基板２は、いわゆるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｔ）などの屈曲可能なものであり、ポリイミドのベースに銅等の導電性金属のパターンが形成されている。この配線基板２には、固体撮像素子１の受光部に対応した開口部２ａが設けられており、さらに開口部２ａの近傍の、固体撮像素子１を配する側に、固体撮像素子１の端子に対応した接合用のパターンが設けられている。

固体撮像素子１の端子部と、配線基板２のパターンは、例えばバンプ電極で接合する。その上で、接着剤７で固体撮像素子１の周囲を覆うように接着固定する。接着剤７は、例えばエポキシアクリレート・変成アクリル・エポキシ等の接着剤であって、例えば熱や紫外線であるいはその両方によって硬化するタイプの接着剤が用いられる。配線基板２の固体撮像素子１の反対側の面には、配線基板２の開口部２ａを囲むように補強板８を固定する。補強板８は、例えば５０ミクロンメータから１５０ミクロンメータ程度の厚みを有する両面テープ（図示せず）や熱硬化性の接着剤（図示せず）を用いて接着固定する。補強板８の材料としては、薄板でも高い剛性が得られるステンレス鋼などが適している。厚みとしては、例えば０．３ｍｍ厚程度のものを使用する。補強板８は黒色とした方がよい。これにより反射を防止でき、不要光の固体撮像素子１への入射を避けることができる。補強板８上には、同じく同様の接着方法にて、窓体３が固定される。窓体３は、光学ガラスを用いて、その厚みは光学的な特性ならびに機械的な強度を鑑みて決定する。一般的な厚みとしては、０．３ｍｍ程度である。この窓体３は、固体撮像素子１上へのごみの浸入を防ぐ封止部材としての役割があり、また場合によっては、不要な赤外線光をカットするためのフィルタ、モアレの発生を防ぐためのローパスフィルタの機能を兼ね備えたものである。

４は、固体撮像素子１に被写体からの光を導くためのレンズである。レンズ４は、光学ガラスや光学プラスチックを材料とし、成形あるいは研磨によって製造される。ここではレンズ４は1枚の構成で示しているが、固体撮像素子１の高画素化のために２枚以上のレンズを採用してもよい。５は、レンズ４を保持する鏡筒である。鏡筒には、通常バックフォーカス調整用のネジ５ａが設けられている。鏡筒５の材料としては、ガラスを添加した黒色のポリカーボネートなどが使用される。鏡筒５は、固体撮像素子１に対し、光軸と直交方向の面内で位置決めした上で、補強板８上に、接着剤６で固定される。この接着剤６も固体撮像素子１を固定する接着剤７と同様の接着剤を用いることができる。

本発明によれば、補強板８の上に窓体３を置いたことによって、補強板と窓体が一体化されるため、剛性が増し、従来例で示した構成に対し、高い剛性を得ることが可能になる。この強い剛性を得ることにより、補強板と窓体を薄くすることが可能である。さらに言えば、剛性が高いので、衝撃や押圧力が加わっても、レンズと固体撮像素子との相対的な位置が安定的に保たれる。

また補強板８の上に窓体３を置いたことによって、配線基板自体の厚みを増加させることなく、窓体の上面を固体撮像素子の素子面から容易に距離を離して配置することが可能となり、たとえ窓体の上面に、ごみ等の異物が付着することがあっても、画像への影響を少なく抑えることができる。

また従来例では、一般に平坦度の確保し難い屈曲性を持つ配線基板に直接窓体であるガラス板を比較的小さい面積で接着固定する必要があり、接着強度の観点で信頼性が低いという課題もあったが、本発明の構成では、平坦度が容易に確保可能な補強板上に窓体を接着することによって、接着強度が安定的に得られるという効果がある。平坦度の高い補強板上に鏡筒の接着が可能であり、また撮像装置周辺の配線基板に曲げ力等が加わっても、
補強板があるため直接接合部に大きな応力が加わることがなく、高い衝撃耐久性や押圧耐久性が得られる。このような特徴から、高い衝撃耐久性や押圧耐久性を要求される携帯電話等への搭載が実現できる。

（実施の形態２）
つぎに本発明の第２の実施の形態を図３および図４を用いて説明する。図３は本実施の形態の撮像装置の断面図、図４は本発明の補強板の斜視図である。本実施の形態の撮像装置において、実施の形態１と同じ内容については、同一番号を付して説明を省略する。

実施の形態２では、図３に示すように窓体３が配線基板２上に配置され、補強板１８の内縁に窓体３の周囲を抑える爪１８ａを設け、爪１８ａで窓体３を配線基板２に固定している。爪１８ａは、補強板１８をステンレス鋼で構成し、プレスにより容易に形成することができる（図４参照）。補強板８は、爪１８ａで窓体３を押さえるので、窓体３が配線基板から剥離しないようにすることが可能になる。また、窓体３は、配線基板にも補強板にも接着固定する必要がなく、製造工程の削減によるコストダウンが可能になるというメリットもある。

また、補強板にこのような爪を設けることにより、補強板の剛性が増し、従来例で示した構成に対し、はるかに高い剛性を容易に得ることが可能になる。この強い剛性を得ることにより、補強板を薄くすることができる。図４の例では、開口部の２辺に爪を設けているが、４辺に設けてもよく、さらに、開口部を円形としてその内縁にこの爪の構造を設けてもよい。この場合は、さらに高い剛性が得られる。

（実施の形態３）
つぎに本発明の第３の実施の形態の撮像装置の断面図を図５に示す。実施の形態１と同じ内容については、同一番号を付して説明を省略する。

実施の形態３では、鏡筒１５の底部に位置決め固定用の円柱状の突起部１５ａを１箇所設け、配線基板１２にも上記突起部１５ａに対応した孔１２ａを設け、樹脂９で突起部１５ａと配線基板２を固定している。

このような構成とすることにより、鏡筒１５を配線基板１２に対して、位置決めすることが可能になる。また鏡筒１５、補強板２８および配線基板２が一体化する構造になることから、より剛性を高めることができるのである。ここでは、位置決め用の突起部１５ａを１箇所としたが、条件に応じて１箇所以上設ければよく、２箇所以上であってもよい。また、本形態では突起部を円柱状としているが、角柱、あるいは鏡筒の外縁に沿った円弧状の形状であってもよい。

（実施の形態４）
つぎに本発明の第４の実施の形態の撮像装置の断面図を図６に示す。実施の形態１と同じ内容については、同一番号を付して説明を省略する。

実施の形態４では、補強板３８を配線基板２の固体撮像素子１と同じ側で、かつ固体撮像素子１を囲うように配置している。鏡筒５は、配線基板２に直接接着固定している。

補強板３８を配線基板２の固体撮像素子１と同じ側で、かつ固体撮像素子１を囲うような配置の構成とすることで、固体撮像素子の厚みまで補強板の厚みを増やして剛性を得ることができ、そのため十分な剛性が容易に得られ、撮像装置の厚みを増やすことがなく撮像装置全体の剛性向上の増やすことができる。

本発明の実施の形態１から実施の形態４では、各部材の材料をある程度限定して説明したが、もちろんそれぞれ代替することができる材料は多くあり、ここで示したものに限定するものではない。特に、補強板は、ステンレス鋼を例に説明したが、代替可能な硬質の金属あるいはセラミックを用いてもよい。

本発明にかかる撮像措置は、従来の構造に対して、はるかに高い剛性を有した薄型の撮像装置が実現可能になるので、携帯無線端末等への搭載に適した小型撮像装置として有用である。

本発明の実施の形態１における撮像装置の断面図 本発明の実施の形態１における撮像装置の斜視図 本発明の実施の形態２における撮像装置の断面図 本発明の実施の形態２における補強板の斜視図 本発明の実施の形態３における撮像装置の断面図 本発明の実施の形態４における撮像装置の断面図 従来の第１の撮像装置の断面図 従来の第２の撮像装置の断面図

符号の説明

１ 固体撮像素子
２、１２ 配線基板
３ 窓体
４ レンズ
５、１５ 鏡筒
６、７ 接着剤
８、１８、２８、３８ 補強板
９ 樹脂
１８ａ 爪

Claims (5)

1. 開口部を設けた配線基板に、固体撮像素子と、補強板と、透明体からなる窓体と、鏡筒と、前記鏡筒内に設けた透明体からなるレンズとを備えた撮像装置であって、前記固体撮像素子を前記配線基板の一方の面に前記開口部を臨むように設け、前記補強板を前記配線基板の前記固体撮像素子と反対側の面に前記開口部を取り囲むように設け、前記窓体を前記補強板を用いて前記開口部を覆うように設け、前記鏡筒を前記配線基板の前記固体撮像素子と反対側の面で少なくとも前記開口部と前記窓体を覆うように設けたことを特徴とした撮像装置。
2. 前記窓体は前記配線基板上に配置され、前記補強板の内縁には、前記窓体を保持するための爪部を設けたことを特徴とした請求項１記載の撮像装置。
3. 前記配線基板と、前記鏡筒のそれぞれに互いに嵌合する位置決め用の嵌合部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の撮像装置。
4. 開口部を設けた配線基板に、固体撮像素子と、補強板と、透明体からなる窓体と、鏡筒と、前記鏡筒内に設けた透明体からなるレンズとを備えた撮像装置であって、前記固体撮像素子を前記配線基板の一方の面に前記開口部を臨むように設け、前記補強板を前記配線基板の前記固体撮像素子と同じ側の面に前記固体撮像素子を取り囲むように設け、前記窓体を前記補強板の前記固体撮像素子と反対側の面で前記開口部を覆うように設け、前記鏡筒を前記配線基板の前記固体撮像素子と反対側の面で少なくとも前記開口部と前記窓体を覆うように設けたことを特徴とした撮像装置。
5. 請求項１から４に記載のいずれかの撮像装置を搭載した携帯無線端末。
   
   

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