JP2006270939A - Camera unit - Google Patents
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Description
本発明は、CCDやCMOSイメージセンサー等の撮像素子を用いた、携帯電話搭載用、車載用、または監視用の動画あるいは静止画認識カメラ等に用いられるカメラユニットに関する。 The present invention relates to a camera unit for use in a mobile phone mounted, in-vehicle, or surveillance video or still image recognition camera using an image sensor such as a CCD or CMOS image sensor.
近年、携帯電話搭載用、車載あるいは監視用の動画あるいは静止画認識カメラ等に用いられるカメラユニットは小型化及び高画素化が進んでいる。 2. Description of the Related Art In recent years, camera units used for mobile phone mounted, in-vehicle or surveillance moving image or still image recognition cameras, and the like have become smaller and higher in pixel count.
従来のカメラユニットを図3に示す。この図において、11は撮像素子を気密に封止するための透光性板材、12はCCDやCMOS等の撮像素子、13は撮像素子12からの画像信号を外部ICに取り出すためのボンディングワイヤ、14はカメラユニットから更に外部に信号を取り出すための基体、15は画像を撮像素子12に集光するためのレンズを内側に組み込んだレンズバレル、16は撮像素子12から一定距離を開けてレンズバレル15を基体14に位置決めし固定するためのレンズホルダであり、一般に撮像素子12からの電気信号をボインディングワイヤ13を介して外部に取り出すことで、画像として認識することを可能としていた。 A conventional camera unit is shown in FIG. In this figure, 11 is a translucent plate for hermetically sealing the image sensor, 12 is an image sensor such as a CCD or CMOS, and 13 is a bonding wire for extracting an image signal from the image sensor 12 to an external IC. 14 is a base for further taking out signals from the camera unit, 15 is a lens barrel in which a lens for condensing an image on the image sensor 12 is incorporated, and 16 is a lens barrel at a certain distance from the image sensor 12. 15 is a lens holder for positioning and fixing 15 to the base 14, and generally an electric signal from the image sensor 12 is taken out through the binding wire 13 and can be recognized as an image.
しかしながら、このようなボンディングワイヤ13を用いたカメラユニットは大型になるため、カメラユニットの小型化のために透光性部材に配線導体を形成した透光性基板を用い、この透光性基板の配線導体に撮像素子をフリップチップ実装した後に、撮像素子の気密を保持するためにポッティング樹脂により撮像素子を覆う形態が用いられるようになってきた。
しかしながら、従来のポッティング樹脂により気密性を確保する形態では、フリップチップ実装したバンプのごく僅かな隙間をも封止する必要があるため、このようなごく僅かな隙間に流れ込む特性を有するポッティング樹脂を使用していた。そのため、撮像素子の画像認識部位にも樹脂が流れ込み、特に外周部の画像が欠落するという問題点があった。 However, in the form of ensuring airtightness with the conventional potting resin, it is necessary to seal even a very small gap between the flip chip mounted bumps. Therefore, a potting resin having a characteristic of flowing into such a very small gap is used. I was using it. Therefore, there is a problem that the resin also flows into the image recognition portion of the image sensor, and in particular, the image of the outer peripheral portion is lost.
また、撮像素子の搭載された透光性基板を位置合わせ基準としてレンズホルダを固定していたため、カメラユニット単体ごとにレンズホルダの位置補正が必要になるという問題点を有していた。 Further, since the lens holder is fixed using the translucent substrate on which the image sensor is mounted as a positioning reference, there is a problem that the position of the lens holder needs to be corrected for each camera unit.
従って、本発明のカメラユニットは上記問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、撮像素子の画像認識部位を十分確保できるとともに気密性及び接続信頼性が高く、レンズホルダの位置合わせ精度の高いカメラユニットを提供することである。 Therefore, the camera unit of the present invention has been completed in view of the above problems, and its purpose is to secure a sufficient image recognition portion of the image sensor and to have high airtightness and connection reliability, and to align the lens holder. It is to provide a highly accurate camera unit.
本発明のカメラユニットは、画像認識光を上面側から下面側にかけて透過可能な画像認識光透過領域を有するとともに下面の前記画像認識光透過領域の周囲に配線導体が形成された基板と前記画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、上面に凹部を有するとともに該凹部が前記撮像素子を覆うように設けられた基体とを具備したカメラユニットにおいて、前記撮像素子の下側主面および側面の少なくとも一方を前記凹部の内面に接合材を介して接合したことを特徴とする。 The camera unit of the present invention includes a substrate having an image recognition light transmission region through which image recognition light can be transmitted from the upper surface side to the lower surface side, and a wiring conductor formed around the image recognition light transmission region on the lower surface, and the image recognition A camera unit comprising: an imaging device having a light-receiving portion opposed to a light transmission region and electrically connected to the wiring conductor; and a base having a concave portion on an upper surface and the concave portion covering the imaging device In the above, at least one of the lower main surface and the side surface of the image sensor is bonded to the inner surface of the recess through a bonding material.
本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記基板が透光性基板であることを特徴とする。 In the camera unit of the present invention, preferably, the substrate is a translucent substrate.
本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記接合材は前記撮像素子の側面から前記基体の凹部の内面にかけて連続するフィレットが形成されていることを特徴とする。 In the camera unit of the present invention, preferably, the bonding material is formed with a continuous fillet from the side surface of the imaging element to the inner surface of the recess of the base.
本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記接合材の縦弾性率を0.5〜3GPaとしたことを特徴とする。 In the camera unit of the present invention, preferably, the longitudinal elastic modulus of the bonding material is 0.5 to 3 GPa.
本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記基体は、前記凹部の内面から前記基体の外面に導出された導電路と、前記凹部の内面に位置する前記導電路に電気的に接合された弾性変形可能な金具とを具備しており、該金具を前記配線導体に接触させることにより前記金具と前記配線導体とを導電させたことを特徴とする。 Preferably, in the camera unit of the present invention, the base is elastically deformable electrically connected to the conductive path led from the inner surface of the recess to the outer surface of the base and the conductive path located on the inner surface of the recess. The metal fitting and the wiring conductor are made conductive by bringing the metal fitting into contact with the wiring conductor.
本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記基板はレンズを保持するレンズバレルに取着されており、該レンズバレルと前記基体とが接合されていることを特徴とする。 In the camera unit of the present invention, it is preferable that the substrate is attached to a lens barrel that holds a lens, and the lens barrel and the base are bonded to each other.
本発明のカメラユニットは、画像認識光を上面側から下面側にかけて透過可能な画像認識光透過領域を有するとともに下面の前記画像認識光透過領域の周囲に配線導体が形成された基板と画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに配線導体に電気的に接続された撮像素子と、上面に凹部を有するとともに凹部が撮像素子を覆うように設けられた基体とを具備したカメラユニットにおいて、撮像素子の下側主面および側面の少なくとも一方を凹部の内面に接合材を介して接合したことから、撮像素子の画像認識面にはポッティング樹脂を塗布することなく気密性を確保することができる。よって、画像認識部位を撮像素子の外周まで確実に確保することができる。 The camera unit of the present invention includes a substrate having an image recognition light transmission region through which image recognition light can be transmitted from the upper surface side to the lower surface side, and a wiring conductor formed around the image recognition light transmission region on the lower surface. An imaging device comprising: an imaging device having a light-receiving portion opposed to a transmission region and electrically connected to a wiring conductor; and a base having a recess on an upper surface and the recess provided to cover the imaging device. Since at least one of the lower main surface and the side surface is bonded to the inner surface of the recess through a bonding material, airtightness can be secured without applying potting resin to the image recognition surface of the image sensor. Therefore, it is possible to ensure the image recognition site up to the outer periphery of the image sensor.
また、撮像素子をボンディングワイヤを用いずフリップチップ実装できるとともに、撮像素子の表面と基体の凹部の内面とを接合材を介して接合することから、撮像素子の表面と基体の凹部の内面との間隔を接合材が介在する程度の僅かな距離にするだけでよく、凹部内のスペースを小さくすることが可能となり、カメラユニットの大型化を有効に防止できる。 In addition, the image pickup device can be flip-chip mounted without using a bonding wire, and the surface of the image pickup device and the inner surface of the concave portion of the substrate are bonded via a bonding material. It is only necessary to make the distance as small as the bonding material intervenes, so that the space in the recess can be reduced, and the enlargement of the camera unit can be effectively prevented.
本発明のカメラユニットは、接合材が、撮像素子の側面から基体の凹部の内面にかけて連続するフィレットが形成されていることから、接合材が撮像素子の側面および基体の凹部の内面から剥がれにくくなり、撮像素子と基体との接合をより確実にすることができる。 In the camera unit of the present invention, since the joining material is formed with a continuous fillet from the side surface of the image sensor to the inner surface of the concave portion of the substrate, the bonding material is hardly peeled off from the side surface of the imaging device and the inner surface of the concave portion of the substrate. In addition, the bonding between the image sensor and the substrate can be made more reliable.
本発明のカメラユニットは、接合材の縦弾性率を0.5〜3GPaとしたことから、接合材に適度な弾性と強固な接合強度を両立させることができ、温度変化が生じても常に撮像素子を透光性基板に押さえつけるような状態で固定できるとともに、カメラユニットが加熱された際に発生する各構成部材間の熱膨張係数の差による応力を有効に緩和することができ、透光性基板と撮像素子の接続が破壊されにくくなる。 In the camera unit of the present invention, since the longitudinal elastic modulus of the bonding material is set to 0.5 to 3 GPa, the bonding material can have both appropriate elasticity and strong bonding strength, and can always take an image even if a temperature change occurs. The element can be fixed in a state where it is pressed against the light-transmitting substrate, and the stress due to the difference in thermal expansion coefficient between each component generated when the camera unit is heated can be effectively relieved. The connection between the substrate and the image sensor is not easily broken.
本発明のカメラユニットは、基体が、凹部の内面から基体の外面に導出された導電路と、凹部の内面に位置する導電路に電気的に接合された弾性変形可能な金具とを具備しており、金具を配線導体に接触させることにより金具と配線導体とを導電させたことから、基体の導電路と透光性基板の配線導体とを電気的に接続する際、半田等をリフロー炉で加熱して電気的な接続を行なう必要はなく、金具で電気的な接続信頼性を高めるとともに基体および透光性基板を低温で強固に接合可能な接着剤やかしめ等により固定することができ、耐熱温度が低いカラーフィルタ等が形成された撮像素子の破損を有効に防止することができる。 In the camera unit of the present invention, the base includes a conductive path led out from the inner surface of the recess to the outer surface of the base, and an elastically deformable metal fitting electrically joined to the conductive path located on the inner surface of the recess. Since the metal fitting and the wiring conductor are made conductive by bringing the metal fitting into contact with the wiring conductor, when electrically connecting the conductive path of the substrate and the wiring conductor of the translucent substrate, solder or the like is used in a reflow furnace. There is no need to heat and make an electrical connection, the electrical connection reliability can be improved with metal fittings, and the base and the translucent substrate can be fixed with an adhesive or caulking that can be firmly joined at a low temperature, It is possible to effectively prevent damage to the image sensor on which a color filter having a low heat-resistant temperature is formed.
本発明のカメラユニットは、基板がレンズを保持するレンズバレルに取着されており、該レンズバレルと基体とが接合されていることから、基板を基体に接合しなくともよく、レンズバレルのみに接合すればよいため、基体によって基板とレンズとの位置精度が阻害されにくくなり、基板とレンズとの位置精度をより向上させることができる。 In the camera unit of the present invention, since the substrate is attached to the lens barrel that holds the lens, and the lens barrel and the base are joined, it is not necessary to join the base to the base. Since bonding is sufficient, the positional accuracy between the substrate and the lens is hardly hindered by the base body, and the positional accuracy between the substrate and the lens can be further improved.
次に本発明のカメラユニットを添付の図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明のカメラユニットの実施の形態の一例を示す断面図である。図1に示すように、1は透光性基板、2は配線導体、3は撮像素子、4は基体、5は接合材である。 Next, the camera unit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a camera unit of the present invention. As shown in FIG. 1, 1 is a translucent substrate, 2 is a wiring conductor, 3 is an image sensor, 4 is a substrate, and 5 is a bonding material.
本発明のカメラユニットは、中央部に画像認識光透過領域(光透過部分)を有するとともに下面の外周部に配線導体2が形成された透光性基板1と画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに配線導体2に電気的に接続された撮像素子3と、上面に凹部を有するとともに凹部が撮像素子3を覆うように設けられた基体4とを具備している。そして、撮像素子3の下側主面を凹部の底面に接合材5を介して接合している。
The camera unit of the present invention includes a light-transmitting
透光性基板1は、溶解したガラス材をダウンドロー法による板状に成型あるいはインゴット状に成型した後にスライス加工により板材として加工し、ガラス板材表面をアルカリ溶液により脱脂洗浄した後、真空蒸着あるいはスパッタリング法により例えばアルミニウムの薄膜導体配線を形成する。しかる後にダイシングソーにより個片に切断し形成する。
The
また、透光性基板1に近赤外線遮蔽フィルターを兼ね備える場合にはアルミニウム配線面の裏面に誘電体多層膜を形成してもよい。
Further, when the
撮像素子3は、Si基板上に形成されたCCDやCMOSセンサーの上にRGBカラーフィルタが形成され、ダイシングソーにより個片に切断されることにより形成される。
The
基体4は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスやエポキシ樹脂等の樹脂材料等から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、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,溶剤,可塑剤,分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物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のシート成形法を採用しシート状にしてセラミックグリーンシート(セラミック生シート)を得、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、約1600℃の高温で焼成することによって形成する。
The
接合材5は、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の樹脂から成り、耐湿性あるいは接合強度の観点からは緻密な3次元網目構造を有するエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールA変性エポキシ樹脂,ビスフェノールF型エポキシ樹脂,フェノールノボラック型エポキシ樹脂,クレゾールノボラック型エポキシ樹脂,特殊ノボラック型エポキシ樹脂,フェノール誘導体エポキシ樹脂,ビフェノール骨格型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂に、イミダゾール系,アミン系,リン系,ヒドラジン系,イミダゾールアダクト系,アミンアダクト系,カチオン重合系,ジシアンジアミド系等の硬化剤を添加したもので形成する。なお、2種類以上のエポキシ樹脂を混合して用いてもよい。
The bonding
好ましくは、接合材5の縦弾性率を0.5〜3GPaとするのがよい。これにより、接合材5に適度な弾性と強固な接合強度を両立させることができ、温度変化が生じても常に撮像素子3を透光性基板1に押さえつけるような状態で固定できるとともに、カメラユニットが加熱された際に発生する各構成部材間の熱膨張係数の差による応力を有効に緩和することができ、透光性基板1と撮像素子3の接続が破壊されにくくなる。
Preferably, the longitudinal elastic modulus of the
レンズバレル8は、球面あるいは非球面のレンズを固定するためのものであり、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ABS樹脂等の樹脂を金型射出成型することにより成型される。
The
また、レンズバレル8に固定される球面あるいは非球面のレンズは、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の透明樹脂、あるいはガラスからなり、金型モールド成型、射出成型あるいはブロック材から研磨加工することにより球面あるいは非球面に成形される。そして、このようなレンズはレンズバレル8にかしめ、あるいは接着により固定される。
The spherical or aspherical lens fixed to the
さらにレンズホルダ9は、レンズバレル8を基体4や透光性基板1に対して精度良く固定するためのものであり、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ABS樹脂等の樹脂を金型射出成型することによりレンズバレル8を固定するネジきりを有する形状に形成する。
Furthermore, the lens holder 9 is for fixing the
本発明の透光性基板1は、例えば図1に示すように、基体4の上面の凹部の周囲に接合することによって凹部内を封止することができる。なお、一端が透光性基板1との接合部に導出するとともに他端が基体4の外側面や下面等の外面に導出する導電路を基体4に形成し、この導電路の一端と透光性基板1の配線導体2とを電気的に接続し、導電路の他端部を外部電気回路に電気的に接続することにより、撮像素子3と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。
For example, as shown in FIG. 1, the
なお、図1に示されたカメラユニットでは、接合材5を介して撮像素子3の下側主面と基体4の凹部の底面とを接合しているが、撮像素子3の側面と基体4の凹部の内壁面とを接合してもよい。その場合にも、撮像素子3の側面と基体4の凹部の内壁面との間隔を接合材が介在する程度の距離に保つことができるので、凹部内のスペースを小さくすることができ、カメラユニットの大型化を有効に防止することができる。
In the camera unit shown in FIG. 1, the lower main surface of the
また、撮像素子3と基体4とを接合する位置は上述した位置に限らない。撮像素子3と基体4とを接合するために、撮像素子3の下側主面又は側面の任意の位置と基体4の凹部の内面の任意の位置とを接合してよい。ここで、基体4の凹部の内面は、基体4の凹部の底面と内壁面とからなる。さらに、撮像素子3の表面と基体4の凹部の内面とを複数箇所で接合してもよい。例えば、撮像素子3の下側主面と基体4の凹部の底面、および撮像素子3の側面と基体4の凹部の内壁面とを両方接合すれば、撮像素子3と基体4との接合強度をさらに増すことができる。
Further, the position where the
また、接合材は撮像素子3の表面と基体の凹部の内面にかけてフィレットが形成されていることが好ましい。このようにフィレットが形成されていれば、撮像素子3の表面および基体4の凹部から接合材がそれぞれ剥がれることがなく、撮像素子3と基体4との接合を確実にすることができる。
Moreover, it is preferable that the bonding material has a fillet formed between the surface of the
また、本発明のカメラユニットの実施の形態の他の例として、図2に示すように、基体4が、凹部の底面から基体4の外面に導出された導電路6と、凹部の底面に露出した導電路6に電気的に接合された弾性変形可能な金具7とを具備しており、金具7を透光性基板1の配線導体2に接触させることにより金具7と配線導体2とを導電させた構成としてもよい。この構成により、基体4の導電路6と透光性基板1の配線導体2とを電気的に接続する際、半田等をリフロー炉で加熱して電気的な接続を行なう必要はなく、金具7で電気的な接続信頼性を高めるとともに基体4および透光性基板1を低温で強固に接合可能な接着剤10やかしめ等により固定することができ、耐熱温度が低いカラーフィルタ等が形成された撮像素子3の破損を有効に防止することができる。
As another example of the embodiment of the camera unit of the present invention, as shown in FIG. 2, the
このような構成とすることにより、透光性基板1と基体4とを接合しなくともよくなり、図2に示すように、透光性基板1をレンズバレル8に接合し、レンズバレルと基体4とをかしめや接着剤10などで接合することができる。このように透光性基板1を基体4とは接合せず、レンズバレル8のみに接合することにより、基体4によって透光性基板1とレンズとの位置精度が阻害されにくくなるので、透光性基板1とレンズとの位置精度がより向上する。
With such a configuration, it is not necessary to join the
なお、図2に示されたカメラユニットでは、導電路6が基体4の凹部の底面から基体4の外面に導出されているが、基体4の凹部の内壁面から基体4の外面に導出されてもよい。
In the camera unit shown in FIG. 2, the
また、金具7を用いる場合、図1のような基体4の凹部を透光性基板1が塞ぐような構成に適用してもよい。この場合、金具7によって配線導体2と基体4に形成した導電路とを電気的に接続できるので、基体4と透光性基板1とは比較的低温で強固に接合可能な接着剤を用いて接合することが可能となる。
Moreover, when using the metal fitting 7, you may apply to the structure where the translucent board |
本発明のカメラユニットの実施例を以下に説明する。透光性基板1にホウケイ酸ガラス(SCHOTT社製D263T材)からなる0.50mm厚みのガラス板を使用し、配線導体2として透光性基板1上にスパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、撮像素子3にはSi基板、金属バンプには金を超音波圧着と150℃の熱圧着を併用して、先に撮像素子3に接合し、後に配線導体2に接合した。
Examples of the camera unit of the present invention will be described below. A 0.50 mm-thick glass plate made of borosilicate glass (D263T material manufactured by SCHOTT) is used as the light-transmitting
しかる後、基体4として準備した酸化アルミニウム質焼結体の凹部底面に接合材5をディスペンサー法により塗布し、撮像素子3を対向させ接合するとともに基体4と透光性基板1とをエポキシ樹脂から成る接着剤で接合した。その後、ABS材からなるレンズバレルおよびレンズホルダを組み合わせカメラモジュールを作成した。
Thereafter, the
詳細には接合材5として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂にアミン系硬化剤を添加し、充填材としてアクリル樹脂微粉末を使用した。アクリル樹脂微粉末は粒径0.3μm〜0.7μmの分布のものを使用し、エポキシに対する質量%を変えることにより接合材5の縦弾性率を変化させ、各縦弾性率について効果確認を行った。
Specifically, as the
樹脂接着剤7の縦弾性率が3.8GPa、7.6GPaのサンプルでは、熱衝撃試験後の導通確認において絶縁不良が確認され、3.0GPa、1.9GPa、0.5GPaのサンプルでは導通が維持されていることが確認できた。 In the samples where the longitudinal elastic modulus of the resin adhesive 7 is 3.8 GPa and 7.6 GPa, insulation failure is confirmed in the conduction confirmation after the thermal shock test, and in the samples of 3.0 GPa, 1.9 GPa and 0.5 GPa, conduction is confirmed. It was confirmed that it was maintained.
さらに、比較のために主剤樹脂をシリコーン樹脂とする弾性率0.3GPaおよび0.1GPaの接合材による組み立てを行い、定置1.5メートルの高さからの落下試験を行った。 Further, for comparison, an assembly was performed using a bonding material having a modulus of elasticity of 0.3 GPa and 0.1 GPa with the main resin as a silicone resin, and a drop test from a height of 1.5 meters was performed.
結果としては、3.8GPa、7.6GPa、3.0GPa、1.9GPa、0.5GPaのサンプルでは導通が維持されていることが確認できたが、0.3GPaおよび0.1Gの接合材により撮像素子3を接合した試験サンプルにおいては、撮像素子3の脱落が確認された。よって、接合材5の弾性率は0.5〜3GPaの範囲とすることが好ましいことがわかった。
As a result, it was confirmed that continuity was maintained in the samples of 3.8 GPa, 7.6 GPa, 3.0 GPa, 1.9 GPa, and 0.5 GPa, but the bonding materials of 0.3 GPa and 0.1 G In the test sample in which the
なお、本発明は上述の最良の形態および実施例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で種々の変更を行うことは何等差し支えない。 Note that the present invention is not limited to the above-described best modes and examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1:透光性基板
2:配線導体
3:撮像素子
4:基体
5:接合材
6:導電路
7:金具
1: Translucent substrate
2: Wiring conductor 3: Imaging element 4: Base 5: Bonding material 6: Conductive path 7: Metal fitting
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