JP2007312012A - Compact camera module - Google Patents

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博則 中條
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact camera module to be miniaturized and reduced in height. <P>SOLUTION: The compact camera module includes: a semiconductor substrate 11 where an imaging element 12 is formed on a first main surface, and through-holes 13 are formed for penetration from the first main surface to a second main surface opposing to the first main surface; a conductive pattern 14 formed on the second main surface of the semiconductor substrate 11, and electrically connected to the through-holes 13; ball bumps 15 formed on the conductive pattern 14; and a Fresnel lens 16 formed on the imaging element 12 on the first main surface of the semiconductor substrate 11. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を内蔵したレンズ付き小型カメラモジュールに関するものである。   The present invention relates to a small camera module with a lens incorporating an image sensor such as a CCD or CMOS sensor.

近年、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサを内蔵したレンズ付きの小型カメラモジュールが開発されている（例えば、特許文献１参照）。小型カメラモジュールは、携帯電話機や携帯情報端末などに組み込まれて製品化されている。   In recent years, a small camera module with a lens incorporating a CCD or CMOS sensor has been developed (for example, see Patent Document 1). Small camera modules have been commercialized by being incorporated into mobile phones and portable information terminals.

通常、小型カメラモジュールは、撮像素子、ＩＲカットフィルタ、基板、受動部品、光学レンズ及び絞りを備える。近年、カメラモジュールの小型化要求がますます強まっている。小型化のポイントは、（１）撮像素子が搭載された半導体チップ（センサチップ）や使用する受動部品の小型化、及び実装の高密度化、（２）撮像素子におけるセンサ画素の縮小化と合わせた光学系の低背化である。   Usually, a small camera module includes an image sensor, an IR cut filter, a substrate, a passive component, an optical lens, and a diaphragm. In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization of camera modules. The points of downsizing are (1) downsizing of the semiconductor chip (sensor chip) on which the image sensor is mounted and passive components to be used and increasing the mounting density, and (2) downsizing of sensor pixels in the image sensor. The height of the optical system is reduced.

前記（１）は横方向の小型化であり、部品及び実装技術の進歩と共に小型化が可能である。特に、センサチップと同一サイズの基板を使用した実装技術（ＣＳＰ：Chip Scale Package）が注目を浴びている。一方、前記（２）は縦方向の小型化であり、撮像素子上に、ＩＲカットフィルタ、絞り、及び光学レンズ等の光学部品を積層する必要があるため、容易に低背化が進まなかった。
特開２００４−８８１８１号公報 The above (1) is a lateral downsizing, and the downsizing is possible with the progress of components and mounting technology. In particular, a mounting technology (CSP: Chip Scale Package) using a substrate having the same size as the sensor chip is attracting attention. On the other hand, the above (2) is a vertical downsizing, and it is necessary to stack an optical component such as an IR cut filter, a diaphragm, and an optical lens on the image sensor, and thus the low profile has not been easily promoted. .
JP 2004-88181 A

この発明は、小型化及び低背化が可能な小型カメラモジュールを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a small camera module that can be reduced in size and height.

この発明の一実施態様の小型カメラモジュールは、第１主面に撮像素子部が形成され、前記第１主面から前記第１主面に対向する第２主面まで貫くように形成されたスルーホールを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第２主面上に形成され、前記スルーホールに電気的に接続された導体パターンと、前記導体パターン上に形成されたバンプと、前記半導体基板の前記第１主面の前記撮像素子部上に形成されたレンズとを具備することを特徴とする。   In a small camera module according to an embodiment of the present invention, an imaging element portion is formed on a first main surface, and a through formed so as to penetrate from the first main surface to a second main surface facing the first main surface. A semiconductor substrate having a hole; a conductor pattern formed on the second main surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the through hole; a bump formed on the conductor pattern; And a lens formed on the imaging element portion of the first main surface.

この発明の他の実施態様の小型カメラモジュールは、第１主面と前記第１主面に対向する第２主面とを持ち、前記第１主面に撮像素子部が形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記第１主面上に形成された第１ガラス材と、前記撮像素子部と少なくとも重なり合うように、前記第１ガラス材上に形成されたレンズと、前記半導体基板の前記第２主面上に形成された第２ガラス材と、前記第２ガラス材の上面上及び側面上、前記半導体基板の側面上に形成され、前記撮像素子部に電気的に接続された導体パターンと、前記導体パターン上に形成されたバンプとを具備することを特徴とする。   A compact camera module according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and an image sensor portion formed on the first main surface. , A first glass material formed on the first main surface of the semiconductor substrate, a lens formed on the first glass material so as to at least overlap the imaging element portion, and the first glass material of the semiconductor substrate. A second glass material formed on two main surfaces; a conductor pattern formed on an upper surface and a side surface of the second glass material; on a side surface of the semiconductor substrate; and electrically connected to the imaging element unit; And a bump formed on the conductor pattern.

この発明によれば、小型化及び低背化が可能な小型カメラモジュールを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a small camera module that can be reduced in size and height.

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.

［第１実施形態］
まず、この発明の第１実施形態の小型カメラモジュールについて説明する。 [First Embodiment]
First, the small camera module according to the first embodiment of the present invention will be described.

図１（ａ）は第１実施形態の小型カメラモジュールの構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態の小型カメラモジュールの平面図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the small camera module of the first embodiment, and FIG. 1B is a plan view of the small camera module of the first embodiment.

図１（ａ）に示すように、半導体チップ（半導体基板）１１の第１主面には撮像素子部１２が形成され、半導体チップ１１の第１主面からこの第１主面に対向する第２主面まで貫通するように、スルーホール１３が形成されている。第２主面上には、スルーホール１３に電気的に接続された導体パターン１４が形成され、この導体パターン１４上にはボールバンプ１５が形成されている。なお、スルーホール１３は、第１主面上において撮像素子１２の周辺部に配置された受動部品（図示しない）あるいは撮像素子１２に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1A, an image sensor section 12 is formed on the first main surface of the semiconductor chip (semiconductor substrate) 11, and the first main surface of the semiconductor chip 11 faces the first main surface. The through hole 13 is formed so as to penetrate to the two main surfaces. A conductor pattern 14 electrically connected to the through hole 13 is formed on the second main surface, and a ball bump 15 is formed on the conductor pattern 14. Note that the through-hole 13 is electrically connected to a passive component (not shown) or the image sensor 12 disposed on the periphery of the image sensor 12 on the first main surface.

また、第１主面の撮像素子部１２上には、撮像素子部１２を覆うように、表面屈折型のフレネルレンズ１６が形成されている。このフレネルレンズ１６は、図１（ｂ）に示すように、撮像素子部１２より大きく、半導体チップ１１より小さい外形を持つ。すなわち、半導体チップ１１の第１主面上には、半導体チップ１１の外形とほぼ同一サイズのフレネルレンズ１６が形成されている。フレネルレンズ１６の表面には、予め蒸着によりＩＲカットフィルタを形成しておいてもよい。   Further, a surface refraction type Fresnel lens 16 is formed on the image pickup device section 12 on the first main surface so as to cover the image pickup device section 12. As shown in FIG. 1B, the Fresnel lens 16 is larger than the imaging element unit 12 and has an outer shape smaller than the semiconductor chip 11. That is, a Fresnel lens 16 having substantially the same size as the outer shape of the semiconductor chip 11 is formed on the first main surface of the semiconductor chip 11. An IR cut filter may be formed in advance on the surface of the Fresnel lens 16 by vapor deposition.

このような構造を有する小型カメラモジュールでは、撮像素子部１２が形成された半導体チップ１１上に、フレネルレンズ１６が透明なエポキシ樹脂等を介して直接貼付けられているため、小型カメラモジュールの高さが半導体チップの厚さとフレネルレンズの厚さだけでほぼ決定され、小型カメラモジュールの低背化を実現することができる。さらに、フレネルレンズ１６のレンズ厚を薄くできるため、低背化をさらに進めることができる。   In the small camera module having such a structure, since the Fresnel lens 16 is directly pasted via a transparent epoxy resin or the like on the semiconductor chip 11 on which the imaging element unit 12 is formed, the height of the small camera module is increased. However, it is almost determined only by the thickness of the semiconductor chip and the thickness of the Fresnel lens, and the low profile of the small camera module can be realized. Further, since the lens thickness of the Fresnel lens 16 can be reduced, it is possible to further reduce the height.

また、撮像素子部１２が形成された半導体チップ１１上に、半導体チップ１１の外形とほぼ同一サイズのフレネルレンズ１６を一体に形成した実装（ＣＳＰ）となっているため、小型カメラモジュールの小型化を実現することができる。さらに、小型カメラモジュールの外部基板などへの接続は、ボールバンプ１５によりリフロー工程によって行うことができるため、製造工程を簡素化することが可能である。   In addition, since the Fresnel lens 16 having substantially the same size as the outer shape of the semiconductor chip 11 is integrally formed on the semiconductor chip 11 on which the imaging element unit 12 is formed (CSP), the miniaturization of the small camera module is reduced. Can be realized. Furthermore, since the small camera module can be connected to an external substrate or the like by the ball bump 15 through a reflow process, the manufacturing process can be simplified.

次に、第１実施形態の小型カメラモジュールの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the small camera module of 1st Embodiment is demonstrated.

図２（ａ）〜図２（ｅ）は、図１に示した第１実施形態の小型カメラモジュールの製造方法を示す断面図である。   2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the small camera module of the first embodiment shown in FIG.

まず、図２（ａ）に示すような厚さが７２５μｍ程度の半導体基板を研磨して、図２（ｂ）に示すように、厚さが１５０μｍ〜２００μｍ程度の半導体基板１１を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１１の一方の主面（第１主面）に撮像素子部１２を形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、半導体基板１１の端部周辺に第１主面から第２主面（第１主面に対向する主面）まで突き抜けたスルーホール１３を形成する。   First, a semiconductor substrate having a thickness of about 725 μm as shown in FIG. 2A is polished to form a semiconductor substrate 11 having a thickness of about 150 μm to 200 μm as shown in FIG. Next, as illustrated in FIG. 2B, the imaging element unit 12 is formed on one main surface (first main surface) of the semiconductor substrate 11. Subsequently, as shown in FIG. 2C, a through hole 13 that penetrates from the first main surface to the second main surface (main surface facing the first main surface) is formed around the end of the semiconductor substrate 11. .

さらに、図２（ｄ）に示すように、第２主面上にスルーホール１３に電気的に接続された導体パターン１４を形成する。さらに、図２（ｅ）に示すように、導体パターン１４上にボールバンプ１５をリフローにより形成する。   Further, as shown in FIG. 2D, a conductor pattern 14 electrically connected to the through hole 13 is formed on the second main surface. Further, as shown in FIG. 2E, ball bumps 15 are formed on the conductor pattern 14 by reflow.

その後、図１（ａ）に示したように、第１主面に形成された撮像素子部１２を覆うように、透明なエポキシ樹脂などを用いて第１主面上にフレネルレンズ１６を貼付する。以上の工程により、第１実施形態の小型カメラモジュールが製造できる。   Thereafter, as shown in FIG. 1A, a Fresnel lens 16 is pasted on the first main surface using a transparent epoxy resin or the like so as to cover the image pickup device portion 12 formed on the first main surface. . Through the above steps, the small camera module of the first embodiment can be manufactured.

また、図３は、変形例の小型カメラモジュールの構成を示す断面図である。前述した第１実施形態では、第１主面上にフレネルレンズ１６が形成されていたが、この変形例ではフレネルレンズに換えて、回折格子型レンズを形成する。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a modified small camera module. In the first embodiment described above, the Fresnel lens 16 is formed on the first main surface. However, in this modification, a diffraction grating lens is formed instead of the Fresnel lens.

図３に示すように、半導体チップ１１の第１主面上には樹脂層１７が形成され、この樹脂層１７上には回折格子１８が形成されている。単層の回折格子では波長分布による高調波成分を除去できないため、２層以上の複数層に回折格子を形成する。   As shown in FIG. 3, a resin layer 17 is formed on the first main surface of the semiconductor chip 11, and a diffraction grating 18 is formed on the resin layer 17. Since a single-layer diffraction grating cannot remove harmonic components due to wavelength distribution, the diffraction grating is formed in two or more layers.

図３に示した構造の小型カメラモジュールでは、撮像素子部１２が形成された半導体チップ１１上に、樹脂層１７及び回折格子１８が直接形成されているため、小型カメラモジュールの高さが半導体チップ１１、透明な樹脂層１７、及び回折格子１８の厚さだけでほぼ決定され、小型カメラモジュールの低背化を実現することができる。その他の構成及び効果は、第１実施形態と同様である。   In the small camera module having the structure shown in FIG. 3, since the resin layer 17 and the diffraction grating 18 are directly formed on the semiconductor chip 11 on which the imaging element unit 12 is formed, the height of the small camera module is the semiconductor chip. 11, the thickness of the transparent resin layer 17 and the diffraction grating 18 is almost determined, and the low profile of the small camera module can be realized. Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.

なお、回折格子１８は、通常の半導体製造工程で使用されるフォトリソグラフィ工程にて形成する。また、予め回折格子が形成されたシートを、第１主面に形成された撮像素子部１２上に貼付してもよい。   The diffraction grating 18 is formed by a photolithography process used in a normal semiconductor manufacturing process. In addition, a sheet on which a diffraction grating is formed in advance may be pasted on the imaging element unit 12 formed on the first main surface.

以上説明したようにこの第１の実施形態によれば、半導体製造技術及びパッケージング技術を用いることにより、小型化，低背化，及び低価格化が可能な小型カメラモジュールを実現できる。   As described above, according to the first embodiment, a compact camera module that can be reduced in size, reduced in height, and reduced in price can be realized by using semiconductor manufacturing technology and packaging technology.

［第２実施形態］
次に、この発明の第２実施形態の小型カメラモジュールについて説明する。第１実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付す。 [Second Embodiment]
Next, a small camera module according to a second embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図４は、第２実施形態の小型カメラモジュールの構成を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the small camera module of the second embodiment.

半導体チップ１１の第１主面には撮像素子部１２が形成され、第１主面上には第１ガラス材２１が形成されている。さらに、第１ガラス材２１上には、撮像素子部１２を覆うように、フレネルレンズ１６が形成されている。このフレネルレンズ１６は、撮像素子部１２より大きく、半導体チップ１１より小さい外形を持つ。すなわち、半導体チップ１１の第１主面上には、半導体チップ１１の外形とほぼ同一サイズのフレネルレンズ１６が形成されている。フレネルレンズ１６の表面には、予め蒸着によりＩＲカットフィルタを形成しておいてもよい。   The imaging element unit 12 is formed on the first main surface of the semiconductor chip 11, and the first glass material 21 is formed on the first main surface. Further, a Fresnel lens 16 is formed on the first glass material 21 so as to cover the imaging element unit 12. The Fresnel lens 16 is larger than the imaging element unit 12 and has an outer shape smaller than the semiconductor chip 11. That is, a Fresnel lens 16 having substantially the same size as the outer shape of the semiconductor chip 11 is formed on the first main surface of the semiconductor chip 11. An IR cut filter may be formed in advance on the surface of the Fresnel lens 16 by vapor deposition.

また、半導体チップ１１の第２主面上には、第２ガラス材２２が形成されている。第２ガラス材２２上には導体パターン２３が形成され、この導体パターン２３上にはボールバンプ１５が形成されている。導体パターン２３は、さらに第２ガラス材２２の側面上、半導体チップ１１の側面上及び第１主面上にも形成され、第１主面上にて撮像素子１２の周辺部に配置された受動部品（図示しない）あるいは撮像素子１２に電気的に接続されている。   A second glass material 22 is formed on the second main surface of the semiconductor chip 11. A conductor pattern 23 is formed on the second glass material 22, and ball bumps 15 are formed on the conductor pattern 23. The conductor pattern 23 is also formed on the side surface of the second glass material 22, the side surface of the semiconductor chip 11, and the first main surface, and is passively disposed on the periphery of the image sensor 12 on the first main surface. It is electrically connected to a component (not shown) or the image sensor 12.

このような構造を有する小型カメラモジュールでは、撮像素子部１２が形成された半導体チップ１１上に、フレネルレンズ１６及びガラス材２１が透明なエポキシ樹脂等を介して直接貼付けられているため、小型カメラモジュールの高さが半導体チップ１１，ガラス材２１，及びフレネルレンズの厚さだけでほぼ決定され、小型カメラモジュールの低背化を実現することができる。さらに、フレネルレンズ１６のレンズ厚を薄くできるため、低背化をさらに進めることができる。   In the small camera module having such a structure, since the Fresnel lens 16 and the glass material 21 are directly pasted via a transparent epoxy resin or the like on the semiconductor chip 11 on which the imaging element unit 12 is formed, the small camera The height of the module is almost determined only by the thickness of the semiconductor chip 11, the glass material 21, and the Fresnel lens, so that the low profile of the small camera module can be realized. Further, since the lens thickness of the Fresnel lens 16 can be reduced, it is possible to further reduce the height.

また、半導体チップ１１上に、半導体チップ１１の外形とほぼ同一サイズのフレネルレンズ１６を一体に形成した実装（ＣＳＰ）となっているため、小型カメラモジュールの小型化を実現することができる。さらに、小型カメラモジュールの外部基板などへの接続は、ボールバンプ１５によりリフロー工程によって行うことができるため、製造工程を簡素化することが可能である。   Further, since the mounting (CSP) in which the Fresnel lens 16 having the same size as the outer shape of the semiconductor chip 11 is integrally formed on the semiconductor chip 11, the miniaturization of the small camera module can be realized. Furthermore, since the small camera module can be connected to an external substrate or the like by the ball bump 15 through a reflow process, the manufacturing process can be simplified.

また、前述した各実施形態はそれぞれ、単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施することも可能である。さらに、前述した各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。   In addition, each of the above-described embodiments can be implemented not only independently but also in an appropriate combination. Furthermore, the above-described embodiments include inventions at various stages, and the inventions at various stages can be extracted by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments.

この発明の第１実施形態の小型カメラモジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the small camera module of 1st Embodiment of this invention. 図１に示した第１実施形態の小型カメラモジュールの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the small camera module of 1st Embodiment shown in FIG. 第１実施形態の変形例の小型カメラモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the small camera module of the modification of 1st Embodiment. この発明の第２実施形態の小型カメラモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the small camera module of 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１…半導体チップ（半導体基板）、１２…撮像素子部、１３…スルーホール、１４…導体パターン、１５…ボールバンプ、１６…フレネルレンズ、１７…樹脂層、１８…回折格子、２１…第１ガラス材、２２…第２ガラス材、２３…導体パターン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor chip (semiconductor substrate), 12 ... Imaging element part, 13 ... Through hole, 14 ... Conductor pattern, 15 ... Ball bump, 16 ... Fresnel lens, 17 ... Resin layer, 18 ... Diffraction grating, 21 ... 1st glass Material, 22 ... second glass material, 23 ... conductor pattern.

Claims (5)

第１主面に撮像素子部が形成され、前記第１主面から前記第１主面に対向する第２主面まで貫くように形成されたスルーホールを有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２主面上に形成され、前記スルーホールに電気的に接続された導体パターンと、
前記導体パターン上に形成されたバンプと、
前記半導体基板の前記第１主面の前記撮像素子部上に形成されたレンズと、
を具備することを特徴とする小型カメラモジュール A semiconductor substrate having an imaging element portion formed on a first main surface and having a through hole formed so as to penetrate from the first main surface to a second main surface opposite to the first main surface;
A conductor pattern formed on the second main surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the through hole;
Bumps formed on the conductor pattern;
A lens formed on the imaging element portion of the first main surface of the semiconductor substrate;
A small camera module comprising: 第１主面と前記第１主面に対向する第２主面とを持ち、前記第１主面に撮像素子部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１主面上に形成された第１ガラス材と、
前記撮像素子部と少なくとも重なり合うように、前記第１ガラス材上に形成されたレンズと、
前記半導体基板の前記第２主面上に形成された第２ガラス材と、
前記第２ガラス材の上面上及び側面上、前記半導体基板の側面上に形成され、前記撮像素子部に電気的に接続された導体パターンと、
前記導体パターン上に形成されたバンプと、
を具備することを特徴とする小型カメラモジュール A semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, wherein an imaging element portion is formed on the first main surface;
A first glass material formed on the first main surface of the semiconductor substrate;
A lens formed on the first glass material so as to at least overlap with the imaging element portion;
A second glass material formed on the second main surface of the semiconductor substrate;
A conductor pattern formed on an upper surface and a side surface of the second glass material, on a side surface of the semiconductor substrate, and electrically connected to the imaging element unit;
Bumps formed on the conductor pattern;
A small camera module comprising: 前記レンズは、前記半導体基板の前記第１主面上に、透明の樹脂層を介して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の小型カメラモジュール。   2. The small camera module according to claim 1, wherein the lens is disposed on the first main surface of the semiconductor substrate via a transparent resin layer. 前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の小型カメラモジュール。   The small camera module according to claim 1, wherein the lens is a Fresnel lens. 前記レンズは、複数の回折格子型レンズで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の小型カメラモジュール。   The small camera module according to claim 1, wherein the lens is formed of a plurality of diffraction grating lenses.
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