JP2009088650A - イメージセンサモジュールおよびイメージセンサモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズの焦点距離を確保しながら、イメージセンサと回路配線を高密度に実装する。
【解決手段】 イメージセンサモジュール１００は、下面１ｂに回路配線３ｂ有し、貫通孔部２が設けられたコア基板１と、下面１ｂと対向する上面４ａに回路配線３ｃを有し、上面４ａ側であって貫通孔部２と対向する位置に凹部５が設けられたモジュール基板４とを有する。モジュール基板４の凹部５には、受光面を上にセンサ６０が搭載され、センサ６０が変換した電気信号を、回路配線３ｃを介して回路配線３ｂの回路配線に伝える導電部（バンプ７ａ，７ｂ）を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イメージセンサモジュールに係り、特にプリント配線板内にセンサが搭載されたイメージセンサモジュール及びその製造方法に関する。

ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＯＭＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサには、撮影対象物から発した光を受光平面に結像させるためにレンズが取り付けられる。該レンズの焦点距離を確保するためにレンズとイメージセンサとの間の距離である実装高は、抵抗やコンデンサ等の他のチップ部品と比較して高くなることが多い。また、イメージセンサを載置したプリント配線板に、他のプリント配線板を重ねて多層化する場合、レンズに入射する撮像対象物の光を遮らないように、イメージセンサが載置されるプリント配線板の面の裏側に他のプリント配線板を重ねるため、イメージセンサを実装した多層プリント配線板は、さらに、実装高の高い構造となっている。

特許文献１には、コア基板およびモジュール基板に貫通孔部を設け、これらの貫通孔部を介して撮影対象物から発した光を受光する構造のイメージセンサモジュールが開示されている。このイメージセンサモジュールは、コア基板およびモジュール基板に設けられた貫通孔部がレンズを保持して焦点距離を確保する遮光筒の一部としての機能をはたしているため、イメージセンサを搭載する際の実装高を低くすることができる。
特開２０００−３５７７８７号公報

しかし、特許文献１に開示されるような従来のイメージセンサモジュールでは、イメージセンサを低い実装高で実装することができるものの、イメージセンサを載置するモジュール基板上にコア基板の回路配線と電気的に接続する回路配線を配置することができないため回路配線の実装密度が低くなる。

例えば、小型化、薄型化が求められる携帯電子機器用カメラ等にイメージセンサモジュールを実装する場合、レンズの焦点距離を確保しながら実装高を低くして、かつ複数のプリント配線板を効率よく電気的に接続する高密度実装のイメージセンサモジュールの新たな構造を実現する必要がある。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、レンズの焦点距離を確保しながら、イメージセンサと回路配線を高密度に実装するイメージセンサモジュールおよびイメージセンサモジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係るイメージセンサモジュールは、下面に第１の回路配線を有し、貫通孔部が設けられた第１の基板と、前記下面と対向する上面に第２の回路配線を有し、前記上面側であって前記貫通孔部と対向する位置に凹部が設けられた第２の基板と、受光面を上にして前記凹部の内部に搭載され、前記貫通孔部を介して受光した光を電気信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサが変換した前記電気信号を第２の回路配線を介して第１の回路配線に伝える導電部とを具備することを特徴としている。

また、本発明に係るイメージセンサモジュールの製造方法は、貫通孔部を備え、かつ一方の面に第１の回路配線を有した第１の基板と、凹部を備え、かつ前記凹部側の面に第２の回路配線を有した第２の基板とを準備し、イメージセンサの端子と前記第２の回路配線とを電気的に接続する第１のバンプと、前記第２の回路配線と前記第１の回路配線とを電気的に接続する第２のバンプとを前記第２の基板の前記凹部側に形成し、前記イメージセンサを搭載する工程であって、前記凹部の内部に受光面を上にして、かつ前記端子を前記第１のバンプの先端に重ねて搭載し、前記貫通孔部を前記凹部に対向させ、かつ前記第２のバンプを前記第１の回路配線とに対向させて、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させることを特徴としている。

本発明によれば、レンズの焦点距離を確保しながら、イメージセンサと回路配線を高密度に実装することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（イメージセンサモジュール）
図１は本発明の実施の形態に係るイメージセンサモジュールの一例を示した模式図である。図１において、図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示した図である。

本実施の形態において、イメージセンサモジュール１００は、プリント配線板５０と、センサ６０と、レンズ１３と、遮光筒１４とから構成されている。以下、各構成要素について詳細に説明する。

プリント配線板５０は、イメージセンサモジュール１００の主基板としての役割を担うコア基板１と、センサ６０が実装されるモジュール基板４とが、絶縁接着剤１０で接着されたものである。

図２はコア基板１を示した図である。図２（ａ）は上面側から見た図であり、図２（ｂ）は下面側から見た図である。また、図２（ｃ）は図２（ａ）（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面を示した図である。図２に示すように、コア基板１は、上面１ａと、この上面１ａと反対側の面である下面１ｂとを有する。上面１ａには複数の回路配線３ａが設けられており、下面１ｂには複数の回路配線３ｂが設けられている。また、コア基板１における一部の回路配線３ａ，３ｂには回路配線３ａと回路配線３ｂとを電気的に接続するための導電性のビア３Ａ，３Ｂが設けられている。コア基板１の中央部には上面１ａから下面１ｂにかけて貫通する貫通孔部２が設けられている。尚、本実施の形態において、コア基板１は第１の基板に、回路配線３ａは第３の回路配線に、回路配線３ｂは第１の回路配線に、ビア３Ａ，３Ｂは第１のビアにそれぞれ対応している。

図３はモジュール基板４を示した図である。図３（ａ）は上面側から見た図であり、図３（ｂ）は下面側から見た図である。また、図３（ｃ）は図３（ａ）（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面を示した図である。図３に示すように、モジュール基板４は、上面４ａとこの上面４ａと反対側の面である下面４ｂとを有する。上面４ａには複数の回路配線３ｃが設けられており、下面４ｂには複数の回路配線３ｄが設けられている。また、モジュール基板４における一部の回路配線３ｃ，３ｄには回路配線３ｃと回路配線３ｄとを電気的に接続するためのビア３Ｃ，３Ｄが設けられている。モジュール基板４の中央部には上面４ａ側に凹部５が設けられている。凹部５は後述するようにセンサ６０が搭載される部分である。尚、本実施の形態において、モジュール基板４は第２の基板に、回路配線３ｃは第２の回路配線に、回路配線３ｄは第４の回路配線に、ビア３Ｃ，３Ｄは第２のビアにそれぞれ対応している。また、ビア３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの形状は、表裏の開口径がほぼ同一であるストレート形状、一端の開口径が他端の開口径よりも大きいテーパー形状等、いずれであってもよいが、モジュール全体の小型化を考えた場合、ビア３Ａ，３Ｂの開口径が小さい方が、回路配線をより高密度化できる。また、ビア３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、図１（ａ）に示すようにビア内壁面が導電材料で覆われていてもよいし、中央部に空隙があってもよい。

コア基板１の貫通孔部２とモジュール基板４の凹部５との関係は以下のようになっている。即ち、凹部５は貫通孔部２と対向する位置に設けられている。また、貫通孔部２の開口部の面積と凹部５の開口部の面積とは同等であることが好ましい。また、貫通孔部２の孔の中心位置と、凹部５の開口部の中心位置とは同軸上にあることが好ましい。このような構成にすることで後述するように貫通孔部２の部分が遮光筒の一部としての機能を良好に発揮する。また、凹部５の開口部の形状は、センサ本体６の断面の形状とほぼ同形状か凹部５の方が若干大きいことが好ましい。

絶縁接着剤１０は、コア基板１とモジュール基板４とを機械的に接合する。絶縁接着剤１０の材料としては、例えば、熱硬化可能な感光性絶縁材料が用いられる。
コア基板１とモジュール基板４とはバンプ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにより、電気的に接合されている。即ち、図１に示すように、バンプ７ｂ，７ｃは、センサ端子６ａと接続し、バンプ７ａ，７ｄはコア基板１の下面１ｂに設けられた回路配線３ｂと、モジュール基板４の上面４ａに設けられた回路配線３ｃとを電気的に接続する。これにより、センサ６０が受光した光を電気信号に変換し、その変換された信号はバンプ７ｂ，７ｃを介して一旦モジュール基板４側の回路配線３ｃに伝送され、バンプ７ａ、７ｄを介してコア基板１側の回路配線３ｂに伝わる。このようにしてセンサ６０が受光した光は信号に変換され、モジュール基板４からコア基板１へと伝送される。尚、本実施の形態において、バンプ７ｂ，７ｃは第１のバンプに対応し、バンプ７ａ，７ｄは第２のバンプに対応している。

センサ６０は、センサ本体６と、センサ本体６を保護する保護ガラス１２と、センサ端子６ａと、フレキシブル基材６ｂとから構成されている。センサ６０は、例えばＣＣＤもしくはＣＭＯＳである。センサ６０は、レンズ１３が受けた光を、保護ガラス１２を介して受光し、この受光した光を電気信号に変換する。センサ端子６ａのコア基板１側には絶縁材であるフレキシブル基材６ｂが積層されている。センサ６０はセンサ端子６ａの信号をフレキシブル基材６ｂからコア基板１への直接の伝送を妨げる役割を果たす。また、保護ガラス１２は、センサ６０の受光領域において透明であることが好ましい。即ち、センサ６０の受光領域の波長において、透過率が高いことが好ましい。

遮光筒１４は円筒形状を有し、一端が貫通孔部２と係合するように鉤状になっている。
遮光筒１４はセンサ本体６にレンズ１３からの入射光以外の不要な外光が入射するのを防止し、センサ本体６の感度を高める。
レンズ１３は、遮光筒１４の上述した一端とは反対側の他端の内部に設けられている。ＣＣＤやＣＭＯＳ等のセンサでは、より広範囲の光を集光するためにレンズ１３が設けられる。

次に、本発明の実施の形態の機能について説明する。イメージセンサモジュールは、レンズ１３とセンサ本体６の受光面との間には所定の焦点距離（図１のＬ）を確保する必要がある。本実施の形態のイメージセンサモジュール１００は、遮光筒１４の長さＭ（図１（ｂ）ではＭはレンズ１３から上面１ａまでの長さを示している。）だけでなく、コア基板１の厚さＮがそのまま焦点距離Ｌになっている。

換言すれば、貫通孔部２の部分が遮光筒の一部としての機能を発揮するため、所定の焦点距離Ｌを確保する場合において、その確保する要素としては遮光筒１４の長さＭのみでなく、コア基板１の厚さＮを利用できる。従って、コア基板１の厚さＮの分だけ遮光筒１４の長さＭを短くすることができ、イメージセンサモジュール１００全体としての高さを低くすることが可能となる。

また、センサ本体６は、モジュール基板４の凹部５に搭載される。即ち、モジュール基板４の下面４ｂ側にはセンサ本体６が露出しないこととなる。従って、センサ本体６と対向する下面４ｂ側の領域にも他の電子部品等を実装することが可能となり、全体として高密度実装が可能となる。

以上のように、本実施の形態であるイメージセンサモジュール１００の構成によれば、所定の焦点距離Ｌを確保しつつ、イメージセンサモジュール１００全体として高密度実装を可能にできる。

（イメージセンサモジュールの製造方法）
次に、図４から図９を参照して、本実施の形態におけるイメージセンサモジュール１００の製造方法を説明する。
図４は、本実施の形態におけるイメージセンサモジュール１００の製造工程の流れを示すフローチャートである。本実施の形態におけるイメージセンサモジュール１００の製造方法は、図４に示すように、基板準備工程と、導電部形成工程と、センサ搭載行程と、基板接合行程から構成される。以下、各工程を詳細に説明する。なお、各構成要素における構造の説明は既述の通りであり、重複するため省略する。

まず、本実施の形態におけるイメージセンサモジュール１００の製造は、図２で示したコア基板１と、図３で示したモジュール基板４の２つの基板を準備する（基板準備工程，ステップＳ１０）。

次に、モジュール基板４の上面４ａに回路配線３ｃと電気的に接続したバンプ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを形成する（導電部形成工程，ステップＳ２０）。
図５は、導電部形成工程を示した図である。この導電部形成工程は、まず、図５（ａ）に示すように、導電材料であるバンプペースト７ｅをモジュール基板４に塗布する。即ち、

熱で溶かしたバンプペースト７ｅを、バンプ印刷版８上に塗布し、へら９で塗り広げる。バンプ印刷版８には予め回路配線３ｃと電気的に接続させたい場所に対向するように開口部である孔８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが設けられており、へら９によるバンプ印刷版８の塗り広げにより、バンプ印刷版８が孔８ａ，８ｂ、８ｃ、８ｄの各孔からモジュール基板４上に塗布される。

次に、図５（ｂ）に示すように、塗布されたバンプペースト７ｅを円錐形状に変形させる。即ち、バンプ印刷版８の孔８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄからバンプペースト７ｅを塗布した状態では、未だバンプペースト７ｅは、モジュール基板４とバンプ印刷版８との双方に接着した状態となっている。そこで、このバンプペースト７ｅがモジュール基板４とバンプ印刷版８に接着した状態のままで、バンプ印刷版８をモジュール基板４の上面４ａに対して鉛直方向に所定の速度で引き離す。このバンプ印刷版８の引き離しにより、バンプペースト７ｅは鉛直方向に応力がかかり、図５（ｂ）に示すようにバンプペースト７ｅは引き伸ばされる。ここで、バンプペースト７ｅは、重力の関係から下側の端部であるモジュール基板４側よりも上側の端部であるバンプ印刷版８側の方が細くなる。

次に、図５（ｂ）に示す状態でバンプペースト７ｅの熱を冷ますと、バンプペースト７ｅは固体化する。このとき、切断面Ｄ―Ｄで固体化したバンプペースト７ｅを切断すると、図５（ｃ）に示すように円錐形状のバンプ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが形成される。

尚、図５（ｃ）の状態の後に、後述するステップＳ４０（基板接合工程）を効率よく実施できるように、予めモジュール基板４の上面４ａ上に絶縁接着剤１０、及び凹部５の底面５ａ上に接着剤１１を塗布しておくことが好ましい。図６は、モジュール基板４上に絶縁接着剤１０と接着剤１１とを塗布した図である。図６に示すように、バンプ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの先端が絶縁接着剤１０を突き抜けるように塗布する。

ステップＳ２０の導電部形成工程が終了すると、次に、接着剤１１が塗布された凹部５の底面５ａにセンサ本体６を載置する（センサ搭載工程，ステップＳ３０）。図７は、センサ搭載工程を示した図である。モジュール基板４に設けられた凹部５の深さｔは、該凹部５の深さｔとバンプ７ｂ（７ｃ）高さｂとの合計値がセンサ本体６の高さｓよりも高くなるように、予め調整して設けられている。これにより、図７に示すように、センサ本体６を底面５ａ上に載置した場合、センサ端子６ａがバンプ７ｂ，７ｃの先端に接触する状態となる。これにより、センサ端子６ａは凹部５から外側に向かう方向に高くなる一定の傾きを有した状態となる。

コア基板１の回路配線３ｂおよびバンプ７ｂ，７ｃと圧着する際に、センサ端子６ａの上部には、センサ本体６から基板内に引き込む方向に負荷が働く。そこで、センサ端子６ａに一定の傾きを持たせ、かつセンサ端子６ａ内にフレキシブル基材６ｂを重ねることにより、コア基板１の回路配線３ｂおよびバンプ７ｂ，７ｃと圧着する際にセンサ端子６ａに発生する応力の負荷を低減することができる。

次に、コア基板１とモジュール基板４とを接合する（基板接合工程，ステップＳ４０）。図８は、基板接合工程を示した図である。図８（ａ）に示すように、モジュール基板４の上面４ａとコア基板１の下面１ｂとを対向させる。この際に貫通孔部２と凹部５とを位置合わせして対向させる。また、下面１ｂ上の３ｂとバンプ７ａ，７ｄとを位置合わせして対向させる。図８（ａ）に示すようにモジュール基板４とコア基板１とを圧着して接合すると、回路配線３ｂ，３ｃ、バンプ７ｂ，７ｃ、センサ端子６ａはそれぞれほぼ同時に圧着されて電気的に接続する。即ち、図８（ｂ）に示すように、各センサ端子６ａはバンプ７ｂ，７ｃを介して回路配線３ｃに電気的に接続する。また、回路配線３ｂは、バンプ７ａ，７ｄを介して回路配線３ｃに電気的に接続する。これにより、センサ６０が変換した信号はセンサ端子６ａからバンプ７ｂ，７ｃを介して一旦モジュール基板４上の回路配線３ｃに伝送され、バンプ７ａ，７ｃを介してコア基板１の回路配線３ｂに伝送される。

図９は、完成したイメージセンサモジュール１００を示した断面図である。上述したステップＳ１０〜ステップＳ４０を経ると、図８（ｂ）に示すようなイメージセンサモジュールの構造が得られる。そこで、図９に示すように、図８（ｂ）のイメージセンサモジュールに対してレンズ１３を保持する遮光筒１４を実装する。尚、遮光筒１４は図９に示したように一端が鉤形状を有し貫通孔部２に実装しやすいようにしてもよい。また、上面１ａ側には、チップ部品１５ａが実装されており、モジュール基板４の下面４ｂ側にも他の実装部品であるチップ部品１５ａやチップ部品１５ｂを実装できる。即ち、モジュール基板４の下面４ｂは、貫通孔部２や凹部５がないため全面に回路配線およびチップ部品を実装することができる。従って、全体として高密度実装が可能となる。

本実施の形態では、モジュール基板４に重ねるコア基板１に貫通孔２を設けることで、該貫通孔部２を介して撮像対象物の光を入射させる。それにより、本実施の形態のイメージセンサモジュール１００は、遮光筒１４の長さだけでなく、コア基板１の厚さＮがそのまま焦点距離Ｌになっている。さらに、本実施の形態では、モジュール基板４に凹部５を設けて、該凹部５の底面にセンサ本体６を載置することで実装高を低くする。

その結果、本発明の実施の形態のイメージセンサモジュール１００は、コア基板１の厚さＮと凹部５の深さｔの分だけ遮光筒１４の長さを短くすることができ、イメージセンサモジュール１００全体としての高さを低くすることが可能となる。

以上のように、本実施の形態であるイメージセンサモジュール１００の構成によれば、所定の焦点距離Ｌを確保しつつ、イメージセンサモジュール１００全体として高密度実装を可能にできる。

また、本体６のセンサ端子６ａと、モジュール基板４の回路配線３ｃとをバンプ７を介して電気的に接続する構造を有するため製造工程が容易になり、また、これらの接続部は、コア基板１とモジュール基板４とに埋設された構造を有するため電気的な接続に関して妨害を受けることもない。

本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態に係るイメージセンサモジュールの一例を示した模式図。 コア基板１を示した図。 モジュール基板４を示した図。 本実施の形態におけるイメージセンサモジュール１００の製造工程の流れを示すフローチャート。 導電部形成工程を示した図。 モジュール基板４上に絶縁接着剤１０と接着剤１１とを塗布した図。 センサ搭載工程を示した図。 基板接合工程を示した図。 完成したイメージセンサモジュール１００を示した断面図。

符号の説明

１：コア基板
１ａ：上面
１ｂ：下面
２：貫通孔部
３Ａ：ビア
３Ｂ：ビア
３Ｃ：ビア
３Ｄ：ビア
３ａ：回路配線
３ｂ：回路配線
３ｃ：回路配線
３ｄ：回路配線
４：モジュール基板
４ａ：上面
４ｂ：下面
５：凹部
５ａ：凹部底面
６：センサ本体
６ａ：センサ端子
６ｂ：フレキシブル基材
６ｃ：受光面
７ａ：バンプ
７ｂ：バンプ
７ｃ：バンプ
７ｄ：バンプ
８：バンプ印刷版
８ａ：孔
８ｂ：孔
８ｃ：孔
８ｄ：孔
９：へら
１０：絶縁接着剤
１１：接着剤
１２：保護ガラス
１３：レンズ
１４：遮光筒
５０：プリント配線板
６０：センサ
１００：イメージセンサモジュール
Ｌ：焦点距離
Ｍ：遮光筒の高さ
Ｎ：コア基板の厚さ
ｂ：バンプの高さ
ｓ：センサ本体の高さ
ｔ：凹部の深さ

Claims (8)

1. 下面に第１の回路配線を有し、貫通孔部が設けられた第１の基板と、
   前記下面と対向する上面に第２の回路配線を有し、前記上面側であって前記貫通孔部と対向する位置に凹部が設けられた第２の基板と、
   受光面を上にして前記凹部の内部に搭載され、前記貫通孔部を介して受光した光を電気信号に変換するイメージセンサと、
   前記イメージセンサが変換した前記電気信号を第２の回路配線を介して第１の回路配線に伝える導電部と
   を具備することを特徴とするイメージセンサモジュール。
2. 前記導電部は、前記イメージセンサの端子と前記第２の回路配線とを電気的に接続する第１のバンプと、前記第２の回路配線と前記第１の回路配線とを電気的に接続する第２のバンプと、を有することを特徴とする請求項１記載のイメージセンサモジュール。
3. 前記第１のバンプと前記第２のバンプは共に突起形状を有していることを特徴とする請求項２記載のイメージセンサモジュール。
4. 前記イメージセンサモジュールは、前記貫通孔部に側面からの入射光を遮り、レンズを保持する遮光筒を更に具備することを特徴とする請求項３記載のイメージセンサモジュール。
5. 前記第１の基板は、
   第１のビアと、
   前記第１の基板の上面に設けられ、前記第１のビアを介して前記第１の回路配線と電気的に接続された第３の回路配線と
   を更に具備することを特徴とする請求項４記載のイメージセンサモジュール。
6. 前記第２の基板は、
   第２のビアと、
   前記第２の基板の下面に設けられ、前記第２のビアを介して前記第２の回路配線と電気的に接続された第４の回路配線と
   を更に具備することを特徴とする請求項４記載のイメージセンサモジュール。
7. 貫通孔部を備え、かつ一方の面に第１の回路配線を有した第１の基板と、凹部を備え、かつ前記凹部側の面に第２の回路配線を有した第２の基板とを準備し、
   イメージセンサの端子と前記第２の回路配線とを電気的に接続する第１のバンプと、前記第２の回路配線と前記第１の回路配線とを電気的に接続する第２のバンプとを前記第２の基板の前記凹部側に形成し、
   前記イメージセンサを搭載する工程であって、前記凹部の内部に受光面を上にして、かつ前記端子を前記第１のバンプの先端に重ねて搭載し、
   前記貫通孔部を前記凹部に対向させ、かつ前記第２のバンプを前記第１の回路配線とに対向させて、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させることを特徴とするイメージセンサモジュールの製造方法。
8. 前記凹部の深さは、
   前記凹部の内部に受光面を上にしてイメージセンサを搭載した際に、前記イメージセンサの端子が前記突起形状の導電部の先端に接触する深さであることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサモジュールの製造方法。

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