JP2008277593A - 回路基板、それを用いた光学デバイス、カメラモジュール、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子を保護する透光部材を埋め込む薄型構造を有しながら、前記透光部材の平坦性を確保できる回路基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子を実装するための回路基板1を、前記光学素子の電極端子に対向する配置の電極端子を有する複数本の導体13と、前記光学素子の光学領域を覆うための透明部材12と、前記導体13の電極端子表面と前記透明部材12の両面とが露出するように前記導体13および透明部材12を埋め込んで一体に成形された樹脂基材11とを有する構造とする。上下両面が平坦な透明部材12を準備することによって、回路基板1の一部とした後の透明部材12の上下面の平坦性も確保可能である。またこの透明部材12は樹脂基材11＋導体13と同程度の厚みとすることが可能であるため、強度も確保でき、取扱も容易となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板、それを用いた光学デバイス、カメラモジュール、およびその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化、薄型化、軽量化、高機能化の要求により、半導体装置の実装の主流は、従来のパッケージタイプの実装から、ベアチップあるいはＣＳＰ（Chip Size Package）構成で回路基板等へ実装するフリップチップ実装へと移りつつある。光学デバイスにおいても、このような実装が検討されている。

光学デバイスでは、装置の構造の一部として、光学素子上方に透明部材を接着する構造が一般的であるが、上記のような流れのなかで透明部材を装置の内部に埋込む構造をとり、透明部材の厚み分の高さの薄型化を図る検討がされてきている。

図５はこの種の光学デバイスの一例を示す。この光学デバイス４では、導体を配した平坦な基台１（以下、回路基板１という）は中央に開口部を有しており、光学素子３１は受光領域３２が開口部に臨むように回路基板１の一方の面に搭載され、透明部材１２は回路基板１のもう一方の面に段差をもって形成された凹型接合部３７に接着剤３８を用いてはめ込み状態で搭載されている（例えば特許文献１参照）。

回路基板の開口部の内面にテーパを設け、その開口部にやはりテーパを設けた透明部材をはめ込み状態で接着する方法（例えば特許文献２）や、回路基板の開口部に光透過性材料を一体成形して透明部材とする方法も提案されている（例えば特許文献３）。
特開2005-235902公報 特開2005-217337公報 特開2005-136484公報

図５を用いて説明した光学デバイスでは、当然ながら、透明部材１２を接着剤３８を介して搭載する工程が必要である。また回路基板１自体が通常０．５〜０．６ｍｍ程度の薄いものであるため、透明部材１２上面を回路基板１上面よりも低い位置に収めようとすれば、透明部材１２も非常に薄くする必要があり、そのことにより、透明部材１２の強度が低くなり、取扱も難しくなり、ガラス板を用いる場合には価格も高くなる。しかし透明部材１２上面を回路基板１上面より上方にはみ出す構造とすると十分な薄型化が図れない。

回路基板の開口部の内面にテーパを設ける方式では、透明部材を接着剤を介して搭載する工程が必要であることに加えて、透明部材にテーパを設ける工程が必要となり、透明部材にガラス板を用いるときには別途加工が必要となる。工程が増えれば当然にコストアップにつながる。

回路基板の開口部に光透過性材料を一体成形する方式では、例えば金型を用いた樹脂成形工法であれば、形成する透明部材の上下両面内のいずれかの位置に金型の注入口部を配置せざるを得ず、上下全面に平坦性を確保することは困難であり、表面を研磨するなどの工程が必要となる。

また金型を用いずにテープ材の上面に回路基板を搭載し、水平に置いた状態で上から樹脂を流し込む工法であれば、流し込み工程での液状樹脂の表面張力によって平坦性が決まり、開口部の端付近まで平坦性を確保することは困難である。平坦化するためにはやはり表面を研磨するなどの工程が必要となる。

表面研磨を回避するべく、回路基板の開口部を光学素子の受光領域等の光学領域に比して十分に大きく取ることで、透明部材の端に発生した非平坦領域による光学的な影響を避けることも考えられるが、回路基板の面積を大きくすることになり、光デバイスが大型化してしまう。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、光学素子を保護をする透光部材を埋め込む薄型構造を有しながら、前記透光部材の平坦性を確保できる回路基板およびその製造方法を提供することを目的とし、更にその回路基板を用いた薄型の光学デバイスおよびカメラモジュールを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の回路基板は、光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子を実装するための回路基板であって、前記光学素子の電極端子に対向する配置の電極端子を有する複数本の導体と、前記光学素子の光学領域を覆うための透明部材と、前記導体の電極端子表面と前記透明部材の両面とが露出するように前記導体および透明部材を埋め込んで一体に成形された樹脂基材とを有することを特徴とする。

上記構成によれば、上下両面が平坦な透明部材を準備することによって、回路基板の一部とした後の透明部材上下面の平坦性も確保可能である。またこの透明部材は樹脂基材＋導体と同程度の厚みとすることが可能であるため、強度も確保でき、取扱も容易となる。

前記透明部材は、光学ガラス、石英、水晶、または光学樹脂の内のいずれか１つの材料で構成されていてもよいし、これらの内のいずれか１つの材料よりなる構造体を複数個組合せて構成されていてもよい。前記透明部材の表面に反射防止膜が形成されているのが好ましい。

また本発明の回路基板の製造方法は、複数個の透明部材を所定の間隔で支持材上に搭載するとともに、各透明部材に対して所定の配列となる複数本の導体を複数組、連結部で連結して一体に形成した金属薄板を前記支持材上に搭載する工程と、前記複数個の透明部材と金属薄板とを搭載した支持材を各透明部材を内底面で押える凹部を有する成形金型に装填する工程と、前記凹部で形成される前記成形金型のキャビティに樹脂材料を充填し硬化させる工程と、形成された成形体を前記成形金型から取り出し前記支持材を除去する工程と、前記成形体を金属薄板の連結部の箇所で切断して個片の回路基板に分割する工程とを有することを特徴とする。

金型内で導体および透明部材を埋め込むように樹脂基材を一体成形する工法を用いて、複数の回路基板を一度に製造するので、透明部材を接着剤を介して搭載する工程は不要であり、容易かつ安価な製造が可能となる。

本発明の光学デバイスは、上記の回路基板に、光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子がフリップチップ実装されていることを特徴とする。

上記の回路基板を用いることにより、薄型の光学デバイスを安価に構成することが可能となる。当然ながら、回路基板と光学素子とは、回路基板の透明部材が少なくとも光学素子の光学領域よりも大きな平面形状を有するように選定され、透明部材によって光学領域の上方に光路が確保されるように位置合わせされる。回路基板の導体の電極端子表面は、透明部材の近傍部分は光学素子のフリップチップ実装に用いられ、透明部材から離れた部分は外部の配線基板上の電極と接続するために用いられる。

前記光学素子は、受光素子部および発光素子部のいずれか一方または両方を含んでいてよい。
前記光学素子の光学領域と前記回路基板の透明部材との間に透明接着剤を配することができる。また前記光学素子の電極領域と回路基板の対向領域との間に封止樹脂を充填することができる。

透明接着剤および／または封止樹脂により、光学素子の光学領域と透明部材との間の空間が密封され、光学デバイスの組立て後に光学素子の光学領域が汚染されることを防止し、回路基板の導体と光学素子の電極端子との間にフリップチップ実装のために配置されるバンプに外力や熱などによる応力が負荷された場合の断線を防止できる。また封止樹脂により、余分な光の入射や反射も抑制できる。

本発明のカメラモジュールは、上記の回路基板に、光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子がフリップチップ実装されてなる光学デバイスが搭載されていることを特徴とする。上記した光学デバイスの利点を具備するカメラモジュールが実現可能となる。

本発明によれば、透明部材の上下両面と導体の電極端子表面を露出させるように、前記導体および透明部材を埋め込んで樹脂基材を一体成形して回路基板とするので、透明部材の強度と取扱の容易さと平坦性とを確保しながら、回路基板の薄型化、低コスト化を実現できる。

またこの回路基板を用いて光学デバイス、カメラモジュールを組み立てることによって、光学素子の光学領域を保護しながら、薄型化、高信頼性を確保できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図中の各部材、各部の厚みや長さ等の形状は理解しやすいように図示したもので、実際の形状とは異なる場合もある。

図１（ａ）は本発明の一実施形態の回路基板の上面図、図１（ｂ）は同回路基板の図１（ａ）におけるＩａ−Ｉａ断面図、図１（ｃ）は同回路基板の下面図である。
回路基板１は、光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子（後述する）を実装するためのもので、ほぼ一様な厚みを有する矩形平板状であり、樹脂基材１１と透明部材１２と複数本の導体（金属リード）１３とにより構成されている。樹脂基材１１は、絶縁性の材料、例えばエポキシ樹脂等の可塑性樹脂で形成される。

透明部材１２は、光学素子の光学領域を保護するためのもので、一様な厚みを有する樹脂基材１１の中央部に両面が露出するように埋め込まれている。透明部材１２の上下面は互いに平行であり、利用する光学用途を満足する平坦度にて光学平面を形成している。透明部材１２の厚みは例えば３００μｍ以上で５００μｍ以下である。

この透明部材１２は、例えば光学ガラス、石英、水晶、または光学透明樹脂などが、単体で用いられるか、または複数個の構造体の組合せで一体化して構成される。組合せた場合は、それぞれの材料の機能が組み合わされた効果を得ることができる。例えばガラス＋水晶であれば、表面の堅さを確保し、長波長領域に対してのフィルター効果を得ることができる。

複数本の導体１３は、光学素子の電極端子に対向する配置の電極端子を有するように、透明部材１２の外周部近傍から樹脂基材１１の外端にわたって延びているもので、電極端子表面が露出するように樹脂基材１１に埋め込まれている。導体１３としては、通常のリード（フレーム）に使用される材料と同様な材料、例えばＣｕ合金、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ４２合金）等が用いられる。厚さは例えば１００μｍ以上で３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ程度である。

図２を参照して回路基板１の製造方法を説明する。この製造方法は、複数の回路基板１を連続して形成した後に個片に分割する手法をとるものである。
まず、図２（ａ）に示すように、複数個の透明部材１２を所定の間隔でテープ材２２上に搭載する。また各透明部材１２に対して所定の配列（本数、寸法）となる複数本の導体１３を複数組、連結部１３′（各々紙面奥行き方向に延びるとともに、図示しない外枠部で互いに連結されている）で連結して一体に形成した金属薄板２１（いわゆるリードフレーム）を同テープ材２２上に搭載する。

次に、図２（ｂ）に示すように、下金型２３と上金型２４とを、上記の複数個の透明部材１２と金属薄板２１とを搭載したテープ材２２を挟んで対向させる。上金型２４には、１つの回路基板（１）に相当する空間を形成し且つ透明部材１２を内底面で押える凹部２４ａが複数に設けられている。かかる凹部２４ａによって下金型２３との間に形成されるキャビティに液状の樹脂を充填し、硬化させる。

次に、図２（ｃ）に示すように、下金型２３と上金型２４を開き、形成された樹脂成形体２５を取り出し、テープ材２２を剥離する。この樹脂成形体２５は、少なくとも導体１３および連結部１３′が成形体下面に位置するように埋め込まれるとともに、透明部材１２が成形体厚み方向に貫通するように埋め込まれたものとなる。

次に、図２（ｄ）に示すように、受金型２６および押え金型２７で樹脂成形体２５を挟み、それぞれの隙間部２６ａ、２７ａの箇所を押し金型２８でパンチすることによって、金属薄板２１の連結部１３′を打ち抜いて取り除く。

その後に、受金型２６と押え金型２７を開いて、図２（ｅ）に示すような、個片化された複数の回路基板１を取り出す。
以上のことから理解されるように、本発明の回路基板１では、上下両面が平坦な透明部材１２を準備することによって、回路基板１の一部とした後の透明部材１２の上下面の平坦性も容易に確保可能である。

この透明部材１２は、回路基板１の配線部分（樹脂基材１１＋導体１３）と同程度の厚みでよいため、強度も確保でき、取扱も容易であり、安価な材料の選択も可能である。回路基板１全体の厚みも、配線部分と透明部材１２のそれぞれに必要とされる厚みより厚くならず、３００μｍ〜５００μｍ程度に薄型化することが可能である。

下金型２３・上金型２４内で透明部材１２および導体１３と一体に樹脂基材１１を成形する工法であるため、従来のように透明部材１２を接着剤を介して搭載する工程は不要であり、製造コストの低減が可能となる。

図３は図１の回路基板を用いた本発明の光学デバイスの構造を示す断面図である。
図示したように、光学デバイス２においては、回路基板１における導体１３が形成された面に光学素子３１がフリップチップ実装されている。

回路基板１の透明部材１２は、光学素子３１の少なくとも受光領域３２より大きな平面形状を有しており、光学素子３１は、受光領域３２の上方に光路を確保するように位置合わせされている。そして光学素子３１は、その電極パッド（図示せず）上に形成されたバンプ３４を介して、回路基板１の下面に露出した導体１３の内部端子部（透明部材１２に近接した部分）１３ａにフリップチップ接続されている。

光学素子３１の電極領域３２と回路基板１の対向領域との間には封止樹脂３５が充填されて、その中央部であり光学素子３１と透明部材１２の間の位置には中空空間３９が形成される。

各導体１３の外部端子部１３ｂ（基板周縁部分に配置された部分）上には、外部の配線基板上の電極と接続するためのはんだボール３６が搭載されている。
以上の光学デバイス２は、上述のように薄型化された回路基板１を用いているため、薄型となっており、製造も安価に行なえる。

また封止樹脂３５によってバンプ３４の周辺が覆われ、光学素子３１の受光領域３２の上部空間が密封されているので、光学デバイス２の組立て後に受光領域３２が汚染されることを防止し、バンプ３４に外力や熱などによる応力が負荷された場合に断線を防止できるのに加え、余分な光の入射や反射も抑制できる。

なお、図３では中空空間３９として記載したが、その中空空間３９に透明接着剤を配置することも可能である。
更に透明部材１２の表面には反射防止膜を備えることも可能である（図示せず）。反射防止膜は全面もしくは一部の面に備えられ、上下面に反射防止膜を備えれば透過光の反射が減り、透過光の効率が良くなる。また側面に備えれば、その面での反射光が減ることによってフレア等の不要な光が光学素子に到達するのを低減できる。

なお、光学素子３１に示した受光領域３２は、光を検知する受光素子部を形成した領域である。受光素子部としては、例えばＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーなどのイメージセンサーが形成される。光学素子３１に、受光領域３２に代えて、光を射出するレーザーや発光ダイオードなどの発光素子部を形成した発光領域を設けてもよいし、受光領域，発光領域の両方を設けることも可能である。

図４は図３の光学デバイスを搭載した本発明のカメラモジュールの構造を示す断面図である。
ここで言うカメラモジュールとは、例えばデジタルカメラ、監視カメラ、ビデオカメラ、携帯電話用カメラなどである。これらのカメラモジュールに搭載される光学デバイスに用いられる光学素子は、イメージセンサーなどの受光素子部を有するものである。
図示したカメラモジュール３は、配線基板２０１と、配線基板２０１上に搭載された光学デバイス２と、配線基板２０１上であって光学デバイス２の周囲に配置された位置決めスペーサー２０２と、位置決めスペーサー２０２を挟んで配線基板２０１の上方に固定された鏡筒２０３とを有している。配線基板２０１に設けられた配線は、光学デバイス２の外部端子であるはんだボール３６に接続されている。

鏡筒２０３は、光学デバイス２の光学素子の受光領域３２の上方に筒状の開口部が配置された鏡筒ベース２０５と、受光領域３２の上方となるように鏡筒ベース２０５の開口部の底部に固定されたガラス板２０７と、鏡筒ベース２０５の開口部内に設けられたレンズ収納部２０９と、レンズ収納部２０９内に固定されたレンズホルダー２１３と、レンズホルダー２１３によって支持され、受光領域３２の上方に配置されたレンズ２１１と備えている。

以上のカメラモジュール３は、上述のように回路基板１により薄型化された光学デバイス２を搭載しているため、高さ寸法が小さくなっており、製造も安価に行なえる。

本発明の回路基板は、光学デバイス、さらにそれを搭載したカメラモジュール、たとえばデジタルスチルカメラ、携帯用カメラ、ムービー、車載用カメラ、監視カメラ、医療用カメラ、放送用カメラ、Ｗｅｂカメラ、テレビ電話用カメラ、ゲーム機用カメラのほか、光学マウス、ＤＶＤ・ＣＤドライブ等の光ピックアップなどに有用である。

本発明の一実施形態の回路基板の構成図 図１の回路基板の製造方法を説明する断面図 図１の回路基板を用いた本発明の光学デバイスを示す断面図 図３の光学デバイスを搭載した本発明のカメラモジュールの断面図 従来の光学デバイスの断面図

符号の説明

１ 回路基板
２ 光学デバイス
３ カメラモジュール
11 樹脂基材
12 透明部材
13 導体
13a 内部端子部
13b 外部端子部
21 金属薄板
22 テープ材
23 下金型
24 上金型
24a 凹部
25 樹脂成形体
31 光学素子
32 受光領域
34 バンプ
35 封止樹脂
36 はんだボール
39 中空空間
201 配線基板
203 鏡筒

Claims (10)

1. 光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子を実装するための回路基板であって、
   前記光学素子の電極端子に対向する配置の電極端子を有する複数本の導体と、
   前記光学素子の光学領域を覆うための透明部材と、
   前記導体の電極端子表面と前記透明部材の両面とが露出するように前記導体および透明部材を埋め込んで一体に成形された樹脂基材とを有することを特徴とする回路基板。
2. 前記透明部材は、光学ガラス、石英、水晶、または光学樹脂の内のいずれか１つの材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
3. 前記透明部材は、光学ガラス、石英、水晶、または光学樹脂の内のいずれか１つの材料よりなる構造体を複数個組合せて構成されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
4. 前記透明部材の表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか記載の回路基板。
5. 請求項１に記載された回路基板に、光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子がフリップチップ実装されたことを特徴とする光学デバイス。
6. 前記光学素子は、受光素子部および発光素子部のいずれか一方または両方を含むことを特徴とする請求項５記載の光学デバイス。
7. 前記光学素子の光学領域と前記回路基板の透明部材との間に透明接着剤を配したことを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の光学デバイス。
8. 前記光学素子の電極領域と回路基板の対向領域との間に封止樹脂を充填したことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の光学デバイス。
9. 請求項１に記載された回路基板に、光を検知または射出する光学領域と電極端子が形成された電極領域とを片面に有する光学素子がフリップチップ実装されてなる光学デバイスが搭載されたことを特徴とするカメラモジュール。
10. 請求項１に記載された回路基板の製造方法であって、
    複数個の透明部材を所定の間隔で支持材上に搭載するとともに、各透明部材に対して所定の配列となる複数本の導体を複数組、連結部で連結して一体に形成した金属薄板を前記支持材上に搭載する工程と、
    前記複数個の透明部材と金属薄板とを搭載した支持材を各透明部材を内底面で押える凹部を有する成形金型に装填する工程と、
    前記凹部で形成される前記成形金型のキャビティに樹脂材料を充填し硬化させる工程と、
    形成された成形体を前記成形金型から取り出し前記支持材を除去する工程と、
    前記成形体を金属薄板の連結部の箇所で切断して個片の回路基板に分割する工程とを有することを特徴とする回路基板の製造方法。

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