JP2007310367A - カメラモジュールパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】ビアホールとパッドの形成位置を一致させてフリップチップボンディングされるようにしたカメラモジュールパッケージを提供する。
【解決手段】カメラモジュールパッケージ２０は、上面の中央部に複数のマイクロレンズからなる受光部が備えられ、その外側のエッジに沿って一定に配列される複数のバンプ２２が形成されたイメージセンサ２１と、前記イメージセンサの上部にフリップチップによって密着結合され、前記バンプと対応する接合地点に前記バンプと一対一で密着結合されるように、複数のビアホール２７が穿孔されたフレキシブルプリント回路基板２５と、前記フレキシブルプリント回路基板の上部に固着されるハウジング３２及びその上段の中央部にねじ結合されるレンズバレル３１で構成された光学ユニット３０とを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ビアホールとパッドとが一対一で対応してフリップチップボンディングされるようにしたカメラモジュールパッケージに関する。さらに詳細には、本発明は、フレキシブルプリント回路基板の底面にイメージセンサのフリップチップを接合するとき、前記イメージセンサの上面に備えられた接続バンプと対応する位置のフレキシブルプリント回路基板にその上部および下部を貫通するビアホールが形成されるようにすることによって、フレキシブルプリント回路基板の設計自由度が向上したカメラモジュールパッケージに関する。

現在、携帯電話及びＰＤＡのような携帯用端末機は、最近、その技術が発展するにつれて、単純な電話機能だけでなく、音楽、映画、ＴＶ、ゲームなどにマルチコンバージェンスとして使用されている。このようなマルチコンバージェンスへの展開を導いているものとして、カメラモジュールが最も代表的なものの１つである。このようなカメラモジュールは、既存の３０万画素（ＶＧＡクラス）から現在の８００万画素への高画素化が進んでおり、オートフォーカシング（ＡＦ）、光学ズーム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｚｏｏｍ）などのような多様な付加機能の具現で変化しており、その適用分野も小型でカメラフォンやＰＤＡ、スマートフォンをはじめとする携帯用移動通信機器など、多様な形態のＩＴ機器に適用されている。

このようなカメラモジュールは、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサーを主な部品として製作されており、このイメージセンサーを通じて事物のイメージを集光させて、機器内のメモリ上にデータとして保存し、保存したデータは、機器内のＬＣＤ又はＰＣモニタなどのディスプレイ媒体を通じて映像としてディスプレイされる。

最近のカメラモジュールは、携帯用移動通信機器の小型化とスリム化傾向にともない、画素及び機能の向上を基本とし、小型化と薄型化を実現するためのパッケージ形態として開発されている。このパッケージ形態としては、代表的にフリップチップ（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ）方式のＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｌｉｍ）、ワイヤボンディング方式のＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）、そしてＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）などのパッケージ形態が挙げられるが、その中でＣＯＦ方式のパッケージング構造を下記に示した図面を参照して簡略に説明すると、以下のとおりである。

図１は、従来のＣＯＦ方式のカメラモジュールの組立状態を示した組立斜視図であり、図２は、従来のＣＯＦ方式のカメラモジュールの一部切開断面図である。

図１に示すように、従来のカメラモジュール１は、レンズを介して入力された映像信号を電気的信号に変換するイメージセンサ３が底面に支持されるハウジング２と、前記イメージセンサ３に被写体の映像信号を集めるレンズ群４と、前記レンズ群４が内部に多段積層されるバレル５の順次結合により構成される。

このとき、前記ハウジング２の下部には、ＣＣＤ又はＣＭＯＳからなるイメージセンサ３を駆動するための電気部品であるコンデンサーと抵抗などのチップ部品が付着されたフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）６が電気的に結合される。

このように構成された従来のカメラモジュール１は、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）６に複数の回路部品が実装された状態で、基板６とイメージセンサ３との間に異方導電性フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）８又は非導電性ペースト（ＮＣＰ：Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）を挿入し、熱と圧力を加えて通電されるように接着固定し、その反対面にＩＲフィルタ７を付着する。

また、複数のレンズ群４が内蔵されたバレル５とハウジング２とがねじ結合によって仮結合された状態で、前述のように、予め組立した実装用基板６がハウジング２の底面に別途の接着剤によって接着固定される。

このような構造からなるＣＯＦ方式のカメラモジュールパッケージは、何よりワイヤーを付着する空間を必要としないため、パッケージ面積が減少し、バレルの高さを低くすることができるため、カメラモジュールの軽薄短小化が可能であるという長所がある。

そして、薄いフィルム形態のフレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）を使用するため、外部衝撃に耐える信頼性の高いパッケージが可能であり、その製作工程が相対的に簡単であるという長所がある。そして、前記ＣＯＦ方式は、小型化とともに抵抗の低減による信号の高速処理、高密度、多ピン化傾向にも応えることができる。

しかしながら、前記ＣＯＦ方式のカメラモジュールパッケージは、最小限のチップサイズを有するウエハレベルパッケージで集約されることにより、工程費用が高価であり、納期対応が不安定であるという短所があるから、イメージセンサ用には限界があり、現在のＣＯＦ方式は、断層構造によって多様な機能が追加されている最近のメガ（Ｍｅｇａ）クラス以上のイメージセンサを使用するモジュールでは、固有の長所であったモジュールパッケージの小型化にもうこれ以上応えることができないという短所がある。

また、前記フレキシブルプリント回路基板６が単面フレキシブルプリント回路基板６である場合には、その下面に付着されるイメージセンサ３の接合面が基板６の下面に限定されるため、前記イメージセンサ３とフレキシブルプリント回路基板６に備えられた各接続端子の電気的接続開始点がフレキシブルプリント回路基板６の下面から始まらざるをえないから、各端子の接続のための回路設計空間が大きくなり、これにより、フレキシブルプリント回路基板６の大きさが全体的に大きくなって、モジュールの軽薄短小化に逆行するという問題点がある。

このような問題点を最小化するために、近来では、下記に示す図３のように、複数のビアホール（ｖｉａ−ｈｏｌｅ）が形成された両面フレキシブルプリント回路基板（２−ｌａｙｅｒ ＦＰＣＢ）を利用して、フリップチップ方式のモジュール製作が行われている。この方式では、両面フレキシブルプリント回路基板６の底面にイメージセンサ３が密着結合されるとき、前記両面フレキシブルプリント回路基板３上には、前記イメージセンサ３の上面に形成された複数のバンプ３ａが接触するバンプ接合部位６ａでビアホール６ｂ間の干渉による回路の短絡（ｓｈｏｒｔ）が防止され得るように、最小１５０μｍの距離ｄが離隔された状態で複数のビアホール６ｂを形成せざるをえないため、前記ビアホール６ｂを介した回路設計の際、限定された空間内での回路パターン設計による空間の制約が発生するという問題点が指摘されている。

本発明は、従来のフリップチップ方式のカメラモジュール製作方式で提起されている前記諸短所と問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、上面に接続バンプが形成されたイメージセンサとフリップチップによって密着結合される両面フレキシブルプリント回路基板上に、前記イメージセンサのバンプと一対一で対応するように、複数のビアホールが形成されることによって、前記フレキシブルプリント回路基板のパターン設計の自由度を向上させて、ビアホールを介した回路設計の空間制約が解消されたカメラモジュールパッケージを提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係るカメラモジュールパッケージは、上面の中央部に備えられた受光部の外側枠部に等間隔で複数のバンプが形成されたイメージセンサと、前記イメージセンサの上部にバンプの接続によって密着され、そのバンプ接続位置に一対一で対応する複数のビアホールが形成されたフレキシブルプリント回路基板と、前記フレキシブルプリント回路基板の上部に固着されるハウジング及びその上段の中央部にねじ結合されるレンズバレルを備える光学ユニットとで構成される。

前記イメージセンサは、中央部に複数のマイクロレンズからなる受光部の外側に、そのエッジ部に沿って一列に整列される複数の接続バンプを備え、前記イメージセンサが底面にフリップチップによって密着結合されるフレキシブルプリント回路基板は、その中央部に受光領域が穿孔されて、前記フレキシブルプリント回路基板に装着されたイメージセンサの受光部が露出する。

また、前記フレキシブルプリント回路基板上には、前記イメージセンサの上面に形成された接続バンプと対応する位置に複数のビアホールが形成され、このときの前記フレキシブルプリント回路基板は、その上、下面に形成された回路パターンがビアホールを介して電気的に相互接続された両面フレキシブルプリント回路基板で形成されることが好ましい。

前記ビアホールは、主にレーザードリリングによって穿孔された貫通ホール（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｈｏｌｅ）で形成され、その穿孔径は、略５０μｍ以内で形成されて、下部側の開口部がイメージセンサの上面に備えられたバンプと密着するように接続される。

また、前記フレキシブルプリント回路基板は、レーザードリリングによるビアホールの加工時、フレキシブルプリント回路基板の層間ポリマーを焼くときに発生するカスを化学的に除去するデスミア（Ｄｅｓｍｅａｒ）工程を経た後に、スパッタリング工程により各ビアホールの内壁面上に金属膜が形成されるようにし、前記金属膜の外側にパターニングがなされるようになる。

このとき、前記ビアホールの内部に形成される金属膜は、Ａｕ（金）又はＳｎ（錫）メッキ層で構成されることが好ましい。

一方、前記イメージセンサがフレキシブルプリント回路基板の底面にフリップチップボンディングにより結合されたイメージセンサモジュールの上部には、中央部にレンズバレルが装着されたハウジングが固着されることにより、カメラモジュールの製作が完了する。

このような技術的構成をなすカメラモジュールパッケージは、上面エッジ部に沿って複数の接続バンプが形成されたイメージセンサが、フレキシブルプリント回路基板の下面にフリップチップボンディングされるにおいて、前記イメージセンサのバンプとフレキシブルプリント回路基板上に回路パターンの電気的導通のために形成されたビアホールが同じ接合位置において一対一で対応するように形成されることによって、前記フレキシブルプリント回路基板に形成されたパターンの回路接続のためのビアホールの数を減らして、空間制約が解消されることによって、小型パッケージの製作が可能であり、前記フレキシブルプリント回路基板の開始パターンが前記ビアホールの上、下部で各々接続できることによって、多様な回路構成と回路間干渉が最小化されるという技術的特徴がある。

本発明のカメラモジュールパッケージは、フリップチップボンディングで密着結合されるフレキシブルプリント回路基板とイメージセンサとの回路的接合の際、前記フレキシブルプリント回路基板のビアホールとイメージセンサのバンプとが一対一で対応して直接接合固定されることによって、前記フレキシブルプリント回路基板の回路設計の自由度を向上させて、小型カメラモジュールパッケージのためのイメージセンサと基板の縮小によるビアホール穿孔空間の制約が解消されるという利点があり、回路開始点の自由な選択によるパターン設計が多様となり、回路間干渉の最小化によってパターンノイズを画期的に減らすことができるという長所がある。

本発明のカメラモジュールパッケージの上記の目的に対する技術的構成をはじめとする作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施形態が示された図面を参照した下記の詳細な説明によって明確に理解できるであろう。

まず、図４は、本発明に係るカメラモジュールパッケージのイメージセンサフリップチップボンディングの際の組立斜視図であり、図５は、図４の「Ｉ」部分の拡大断面図であり、図６は、本発明に係るカメラモジュールパッケージの断面図である。

図４に示すように、本発明のカメラモジュールパッケージ２０は、上面にバンプ２２が備えられたイメージセンサ２１と、前記バンプ２２と接続可能な位置に複数のビアホール２７が形成されたフレキシブルプリント回路基板２５とが密着結合されるイメージセンサモジュールで構成され、前記イメージセンサ２１が下面に密着結合されたフレキシブルプリント回路基板２５の上面にレンズバレル３１が一体に結合されたハウジング３２が固着されることにより構成される。

前記イメージセンサ２１は、中央部にマイクロレンズが密集して配列した受光部２３が備えられ、前記受光部２３の外側エッジ部に沿って複数の接続バンプ２２が一列に配置される。

前記バンプは、プレートバンプやスタッドバンプ形態で製作されるところ、前記イメージセンサ２１の上面に対応するフレキシブルプリント回路基板２５の下面に密着するように接触されることによって、イメージセンサ２１と外部機器とが電気的に導通できるように、フレキシブルプリント回路基板２５と電気的に接続されるようにする機能を果たす。

前記イメージセンサ２１が下面にフリップチップボンディングされるフレキシブルプリント回路基板２５は、中央部に前記イメージセンサ２１の受光部２３が上部に露出する受光領域２６が穿孔され、両面が所定の回路パターンでパターニングされて均一なメッキ層を有する両面フレキシブルプリント回路基板で構成されることが好ましく、その枠部に複数のビアホール２７が形成される。

このとき、前記ビアホール２７は、イメージセンサ２１に形成された接続バンプ２２の形成位置と対応する位置、すなわち前記イメージセンサ２１のフリップチップボンディングの際、受光部２３が上部に露出する受光領域２６の外側エッジ部のバンプ接続地点Ｏに一列に形成されて、前記バンプ２２と一対一で対応結合される。

前記ビアホール２７は、フレキシブルプリント回路基板２５の上、下部を貫通する貫通ホールで形成され、その直径が略５０μｍ以下の小さな貫通ホールで構成されて、前記フレキシブルプリント回路基板２５の上、下部を導通させるための通路として機能する。

前記ビアホール２７を介した基板２５の上、下面の導通のために、前記各ビアホール２７の内壁面は、主にＡｕ（金）を利用した金属膜２８からなり、前記ビアホール２７の打抜き後のスパッタリング工程により形成され、前記金属膜の外側に進むパターニングによって、前記ビアホール２７周辺のビアランド２７ａが備えられる。

したがって、前記ビアホール２７は、フレキシブルプリント回路基板２５の底面にフリップチップによって密着結合されるイメージセンサ２１に形成されたバンプ２２と同じ接続地点Ｏに前記バンプ２２と一対一で対応接合するように一列に配列形成されることによって、前記フレキシブルプリント回路基板２５のビアホールのデザイン自由度が向上するにつれて、基板サイズが最小化される。

また、前記イメージセンサ２１がフレキシブルプリント回路基板２５の下面にフリップチップによって密着結合された状態で、前記フレキシブルプリント回路基板２５上に形成された回路パターン間接続開始点をフレキシブルプリント回路基板２５の上面のビアホール２７から指定できることによって、前記イメージセンサ２１、フレキシブルプリント回路基板２５、及び外部機器を回路的に接続するためのビアホール２７の数を、従来のフレキシブルプリント回路基板６に比べて顕著に減らすことができる。

そして、前記フレキシブルプリント回路基板２５上にビアホール２７を形成する際、空間の制約が解消されることにより、回路パターン間の干渉によるノイズを減らして、カメラモジュールの画質を改善させることができる。

このような構成によって、イメージセンサ２１が底面に付着されるフレキシブルプリント回路基板２５は、その上面の受光領域２６に赤外線遮断フィルタ２９が覆蓋された状態又は赤外線遮断フィルタ２９が光学ユニット３０の内部に付着された状態で前記フレキシブルプリント回路基板２５の上面に固着される光学ユニット３０で構成される。

前記光学ユニット３０は、ハウジング３２とその上段の中央部にねじ結合され、内部に少なくとも１つ以上のレンズが装着されたレンズバレル３１からなり、前記ハウジング３２の下段開口部に装着されたフレキシブルプリント回路基板２５の自由端部側には、外部機器の接続のためのコネクターＣが結合される。

このとき、前記コネクターＣの結合の代りに、スライド（ｓｌｉｄｅ）コネクターが適用可能なパターニングを形成することもできる。

一方、前記光学ユニット３０が上部に結合されたフレキシブルプリント回路基板２５は、そのエッジ部に穿孔された複数のビアホール２７が基板２５の下面にフリップチップによって密着結合されるイメージセンサ２１のバンプ２２と対応接合されるようにし、このとき、前記バンプ２２とビアホール２７とがさらに堅固に接着固定されるように、ＡＣＦ又はＮＣＰボンド２４が介在された状態で接合固定される。

このとき、前記フレキシブルプリント回路基板２５とイメージセンサ２１とのフリップチップボンディングの際、比較的高い温度と圧力によって前記イメージセンサ２１に形成されたバンプ２２の一部分が前記ビアホール２７の内部に含浸されることによって、ビアホール２７のバンプ２２接続部位の衝撃が除去されて、前記ビアホール２７の崩れや破れ現象が防止される。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

従来のＣＯＦ方式のカメラモジュールの組立状態を示した組立斜視図である。 従来のＣＯＦ方式のカメラモジュールの一部切開断面図である。 従来のＣＯＦパッケージにおけるイメージセンサのフリップチップボンディングの際の分解斜視図である。 本発明に係るカメラモジュールパッケージのイメージセンサフリップチップボンディングの際の組立斜視図である。 図４の「Ｉ」部分の拡大断面図である。 本発明に係るカメラモジュールパッケージの断面図である。

符号の説明

２０ カメラモジュールパッケージ
２１ イメージセンサ
２２ バンプ
２３ 受光部
２４ ＡＣＦ又はＮＣＰボンド
２５ フレキシブルプリント回路基板
２６ 受光領域
２７ ビアホール
２７ａ ビアホールランド
２８ 金属膜
２９ 赤外線遮断フィルタ
３０ 光学ユニット
３１ レンズバレル
３２ ハウジング
Ｃ コネクター

Claims (8)

1. 上面の中央部に受光部が備えられ、その外側に複数のバンプが形成されたイメージセンサと、
   前記イメージセンサの上部にフリップチップによって密着結合され、前記バンプと対応する接合地点に前記バンプと一対一で密着結合されるように、複数のビアホールが穿孔されたフレキシブルプリント回路基板と、
   前記フレキシブルプリント回路基板の上部に固着されるハウジング及びその上段の中央部にねじ結合されるレンズバレルで構成された光学ユニットと、
   を備えるカメラモジュールパッケージ。
2. 前記フレキシブルプリント回路基板とイメージセンサは、その間のビアホールとバンプ接合部位にＡＣＦ又はＮＣＰが介在されて接合固定されることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュールパッケージ。
3. 前記ビアホールは、フレキシブルプリント回路基板の上部および下部を垂直に貫通する貫通ホールで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュールパッケージ。
4. 前記ビアホールは、内部壁面にＡｕ（金）又はＳｎ（錫）メッキ層からなる金属膜が形成されたことを特徴とする請求項１又は３に記載のカメラモジュールパッケージ。
5. 前記ハウジングは、その内部に前記フレキシブルプリント回路基板の上面に密着されるように、ＩＲフィルタが装着されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のカメラモジュールパッケージ。
6. 前記ハウジングは、内部底面にＩＲフィルタが付着された状態で前記フレキシブルプリント回路基板の上面に固着されることを特徴とする請求項１又は５に記載のカメラモジュールパッケージ。
7. 前記フレキシブルプリント回路基板は、両面フレキシブルプリント回路基板であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のカメラモジュールパッケージ。
8. 前記バンプは、プレート（ｐｌａｔｅｄ）バンプ又はスタッド（ｓｔｕｄ）バンプ形態で製作されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のカメラモジュールパッケージ。

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