JP2011101385A

JP2011101385A - 小型カメラ

Info

Publication number: JP2011101385A
Application number: JP2010271249A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Maro; 毅麿
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: JP4913240B2

Abstract

【課題】生産性が高く、機械的衝撃に強く、レンズの光軸ずれによる画像劣化が発生しにくい小型カメラを提供する。
【解決手段】光電変換を行う画素が配列された受光素子３と、受光素子３を保持する基板２と、受光素子３に光学画像を結像させるレンズ６と、レンズ６を保持し、基板２に接続するレンズホルダ４を有し、少なくともレンズ６とレンズホルダ４を形成する材料は、２００℃以上の耐熱温度を有する樹脂材料からなり、かつ電子部品の接合工程における加熱温度よりも高い耐熱温度を有する樹脂材料からなる小型カメラである。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯情報端末機器等に実装される小型カメラに関するものである。

近年、携帯電話等の情報端末機器は、高機能化が進み、テレビ電話等として使用できるよう撮像機能を備えたものが用いられる。このような機器においては、撮像を行うカメラを小型モジュール化し、回路基板に直接接合する構成が採用される。このカメラモジュールは、一般にＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）及びＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）等の撮像センサと撮像用のレンズを組み合わせた構成となっている。予め組立てられたカメラモジュールは、他の電子部品と同様に回路基板に半田接合や導電接着剤等の接合手段を用いて実装される。

しかしながら、撮像用のレンズの耐熱温度は、一般の電子部品の接合過程時に印加される温度（例えば、半田接合を用いる場合のリフロー温度、導電接着剤を用いる場合の熱硬化温度）よりも低い。従って、カメラモジュールを回路基板に接合する場合、他の電子部品の接合を終えた後に、カメラモジュールを単独で回路基板に接合する方法が採用されていた。

このカメラモジュールの接合作業は、手作業で行われる。即ち、小型部品であるカメラモジュールは、回路基板上の電極に接合部を位置合わせされた後、熱ダメージが与えられないよう細心の注意を払いながら半田付けされるという複雑な作業を必要としていた。このため、従来のカメラモジュールの実装作業は、生産性が低く、生産性向上のための方策が求められていた。

カメラモジュールの生産性を向上させる技術の例が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、受光部上に光学画像を結像させるレンズの材質を、回路基板への電子部品の接合過程における加熱温度よりも高い耐熱温度を有する材質としている。従って、カメラモジュールを他の電子部品と同一の接合工程で回路基板に実装することができ、生産性を向上させることができる。

特開２００２−１８５８２７号公報

しかしながら、特許文献１では、カメラレンズの材料として、硼珪酸ガラス等の耐熱性ガラスが使われている。一方、レンズを保持するレンズホルダの材料としては、一般的に樹脂が使われる。レンズにガラスを使う場合、ガラスは樹脂に比べ比重が大きいため重くなる。従って、カメラを搭載した機器を地面に落としたり、物にぶつけたりした時の衝撃によって、レンズが機器から外れ易くなる。レンズを外れ難くするためには、レンズを支えるレンズホルダを頑丈に作る必要があるが、その場合、カメラ自体のサイズが大きくなり、コンパクト性が失われる。また、ガラスレンズ自体が衝撃に弱く、過度の衝撃が加わるとレンズが割れるという問題がある。

また、レンズとして使用される光学ガラスの熱膨張率は、０．５×１０^−５〜１×１０^−５程度である。一方、レンズホルダに使われる樹脂材料の平均熱膨張率は、２×１０^−５〜１０×１０^−５とガラスに比べかなり大きい。レンズユニットと回路基板の接合工程時においてリフロー炉に投入されると、レンズユニットと回路基板は、通過搬送されながら２００〜３００℃近くまで加熱される。従って、レンズホルダの方がレンズに比べ膨張し、更にリフロー炉を通過搬送する時等の衝撃でレンズがレンズホルダ内で動き、レンズが位置ずれする場合がある。その結果、レンズの光軸がセンサに対しずれることになるため、収差が発生し画像劣化が生じるという問題がある。

この問題を解決するために、レンズホルダ材料に、レンズ用ガラスと熱膨張率が近いガラスや、ステンレス等の金属を使う方法がある。しかし、レンズホルダにガラスを使用したカメラは、レンズ同様落下時等の衝撃で壊れやすくなる。また、ガラス及び金属は、樹脂に比べ比重が大きいためレンズホルダも重くなり、衝撃が加わるとレンズホルダとセンサの接続部が外れやすくなる。また、ガラス製のレンズホルダの場合、鋳型を用いて成形する必要があるため、樹脂成形に比べ高温での成形となり量産性に劣る。一方、金属製のレンズホルダの場合、切削、鍛造、及びプレス等の工程を用いて成型する。切削では、一個ずつの加工となり量産性に劣る。一方、鍛造、プレスは量産性には優れるが、鍛造、もしくはプレス工程等によるしわや、加工精度に劣る等の問題があり、カメラ用レンズホルダの量産方法としては適当でない。

以上のことから、本発明は、生産性が高く、機械的衝撃に強く、且つレンズの光軸ずれによる画像劣化が発生しにくい小型カメラを提供することを目的とする。

本発明は、光電変換を行う画素が配列した受光素子と、前記受光素子を保持する基板と、前記受光素子に光学画像を結像させるレンズと、前記レンズを保持し、前記基板に接続するレンズホルダと、を有し、少なくとも前記レンズと前記レンズホルダを形成する材料は、２００℃以上の耐熱温度を有する樹脂材料からなり、かつ電子部品の実装工程における加熱温度よりも高い耐熱温度を有する樹脂材料からなる、小型カメラである。

本発明により、生産性が高く、機械的衝撃に強く、且つレンズの光軸ずれによる画像劣化が発生しにくい小型カメラが提供できる。

実施の形態１に係る小型カメラを示す断面図である。実施の形態１に係る小型カメラの製造方法を示す断面図である。実施の形態２に係る小型カメラを示す断面図である。実施の形態３に係る小型カメラを示す断面図である。実施例１〜３に係る評価試験に使用した小型カメラの断面図である。実施例５〜７に係る評価試験に使用した小型カメラの断面図である。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。

発明の実施の形態１．
図面を参照し、本発明の実施の形態１について説明する。本実施形態は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた小型カメラにおいて、携帯用モジュールや小型携帯端末機に搭載されるものを対象とする。始めに、図１及び図２を用いて、本発明の実施の形態１を説明する。

図１は、実施の形態１に係る小型カメラの断面図である。図１に示すように、小型カメラは、回路基板１、ガラス基板２、受光センサ３、レンズホルダ４、赤外線カットフィルタ５、レンズ６を有する。小型カメラは、ガラス基板２及び受光センサ３によって、基板モジュール３０を構成する。また、レンズホルダ４、赤外線カットフィルタ５、及びレンズ６によって、レンズユニット４０を構成する。また、基板モジュール３０とレンズユニット４０によって、カメラモジュール２０を構成する。図１に示すように、カメラモジュール２０は、受光センサ３を載せた基板モジュール３０とレンズユニット４０により構成され、基板モジュール３０を回路基板１に接合することにより、カメラモジュール２０全体が回路基板１に接合され、小型カメラとなる。

図２を用いて、実施の形態１に係る小型カメラの製造方法を説明する。図２は、実施の形態１に係る小型カメラの製造方法を示した断面図である。始めに、図２（ａ）に示すように、予め組み立てられた基板モジュール３０とレンズユニット４０が接合され、カメラモジュール２０が形成される。

基板モジュール３０は、撮像用の受光素子であるＣＣＤやＣＭＯＳエリアの受光センサ３をガラス基板２上に接合した受光モジュールである。ガラス基板２には、接続用配線パターンが施されており、受光センサ３とは半田バンプ２ｂにより電気的に接続される。受光センサ３の周囲は、封止材７で封止されている。受光センサ３の上面には光電変換を行う画素が多数格子状に配列された受光部が形成されており、この受光部に光学画像を結像させることにより各画素に蓄電された電荷を画像信号として出力する。

レンズユニット４０はレンズホルダ４とレンズ６を備えている。レンズホルダ４は円筒形状を有し、その内側面にレンズ６の外側面を当接し、これを固定している。この例に係るレンズホルダ４は、外側面及び内側面に段差部が形成されている。レンズホルダ４の上部にレンズ６が保持されており、下部が接着剤によりガラス基板２に接合されている。レンズユニット４０をガラス基板２に接合する際には、レンズホルダ４内に形成されている段差部がガラス基板２の上面に当接した状態で接合される。これにより、レンズ６と受光センサ３の下面までの距離が、レンズ６による光学画像を結像させるのに適正な高さに保たれ、レンズ６は受光センサ３の受光部に対して正しく位置あわせされる。以上の工程にて、カメラモジュール２０が形成される。

次に、図２（ｂ）及び図２（ｃ）を参照してカメラモジュール２０を回路基板１へ接合する方法について説明する。このカメラモジュール２０は、図示しない他の電子部品を回路基板１に実装する部品実装工程と同時に、回路基板１に接合される。まず、図２（ｂ）に示すように、カメラモジュール２０は回路基板１の所定の接合位置に搭載される。そして全ての電子部品の搭載が完了したならば、回路基板１は加熱工程に送られる。その後、半田接合される温度（例えば２２０℃）まで加熱され、所定時間加熱状態が保持されると、図２（ｃ）に示されるように、カメラモジュール２０と回路基板１が接合される。基板モジュール３０は回路基板１に半田ボール２ａによって接合されるとともに、回路電極（図示せず）により電気的に導通する。回路基板１への接合は、導電性樹脂接着剤による接合でも可能である。

レンズ６は、樹脂によって形成されている。樹脂材料としては、光学的に透明である必要があるため、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリスルホン系樹脂等の耐熱光学樹脂材料を使用することができる。また、前記耐熱光学樹脂材料に屈折率、屈折率の温度依存性、熱膨張率等を調整する無機微粒子材料を添加した耐熱樹脂材料を使用することもできる。また、ポリカーボネイト、ノルボルネン系アモルファスポリオレフィン、アクリル、及びオレフィン・マレイミド樹脂等に耐熱性を上げるために無機微粒子を添加した樹脂材料等を使用することもできる。

レンズホルダ４は、光学的には透明である必要がないため、レンズ６にて使用される前述の材料に加え、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフタルアミド、ポリフタルイミド、液晶ポリマ、及びエポキシ樹脂等の耐熱エンジニアリング樹脂を使用することができる。

これら樹脂は、リフロー等の一括半田接合時の加熱に耐える必要がある。近年の無鉛半田への対応を考慮すると、耐熱温度は２００℃以上であることが望ましく、より好ましくは２５０℃以上であることが望ましい。レンズユニット４０と基板モジュール３０とを固定するには、接着剤で接合する方法がとられる。この場合も、リフロー等の一括半田接合に耐えるように、エポキシ系、アクリル系の耐熱接着剤を使用することが望ましい。接着方法は、光硬化でも、熱硬化でも両者併用の硬化方法でも構わない。

レンズユニット４０と基板モジュール３０との接合方法は、接着に限らない。例えば、接着とかしめを併用する方法を使用してもよい。即ち、位置決めと仮止め用にレンズホルダ４の下部にピンを形成し、基板モジュール３０に対応する部分に、予めこのピンが通る穴を形成する。レンズユニット４０と基板モジュール３０を組合わせた時ピンを穴に通し、レンズの位置決め後、裏側から超音波かしめ機でピンを潰して仮止めし、次に接着剤で本止めする等の接合方法を使用することも可能である。

レンズホルダ４は、レンズ６を保持する部分と、受光センサ３を含む基板モジュール３０と接続する部分からなる。レンズホルダ４は、複数部材からなることも可能である。また、レンズホルダ４の内面、及び外面には、基板モジュール３０から放射される電磁ノイズの影響を低減させるために、Ｎｉ（ニッケル）及びＮｉＰ（ニッケル−リン）等の金属層をメッキ、真空蒸着、及びスパッタ法等で形成しても良い。

基板モジュール３０は、受光センサ３を形成したＳｉ（シリコン）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）等の半導体そのもので良いし、受光センサ３を更に別の基板等に貼り付けたものでも良い。

基板モジュール３０内のガラス基板２は、光学特性を考慮した場合、厚みを薄くすることが望ましい。即ち、ガラス基板２の厚みが厚くなると、レンズ６から受光センサ３までの距離が長くなり、光学特性に影響が生じるためである。従って、ガラス基板２の厚みは、０．３ｍｍ以下となるように形成することが望ましい。

カメラモジュール２０を回路基板１に接合するリフロー等の一括半田接合では、回路基板１に装着した状態でリフロー炉等、２００℃を超える高温部を通過する。従って、カメラモジュール２０内部の気圧は、数十秒から数分の間であるが、常温時の１．５〜２倍となる。この圧力上昇で、レンズユニット４０が基板モジュール３０から剥がれたり、レンズ６の光軸がずれたりする可能性がある。この気圧差を解消するため、レンズユニット４０の側壁に小さな穴を空け、レンズユニット４０の内部と外部の圧力差を調整してもよい。この穴は、カメラモジュール２０を回路基板１に接合後は、塞ぐことが望ましい。外部からの塵埃が内部に入り、受光センサ３上に付着して欠陥等の原因となるためである。また、気圧差を調整するだけなので、穴の径を１０μｍ程度として欠陥となるような大きな塵埃が入り込めないようにすることもできる。

ここで、レンズユニット４０の高さＨは、３．５ｍｍ以下であることが望ましい。リフロー等の一括半田接合時の加熱において、レンズユニット４０全体に温度の不均一が生じる場合、レンズユニット４０に歪みが生じる。従って、レンズ６が傾いたりすることによって光軸がずれる。その結果、収差が大きくなり、像がボケたり、像の周辺の歪が大きくなったりする等の光学的な問題を引き起こす。このような歪みによる問題を防ぐために、レンズユニットが均一に加熱されることが望ましい。発明者らは、評価試験による検討の結果、レンズユニットの高さを３．５ｍｍ以下にすることで、量産性の良いリフロー等の一括半田接合を行えることをつきとめた。なお、評価試験については、詳細に後述する。

さらに、発明者らは、このカメラにおけるレンズユニット４０の高さをＨ、レンズホルダ４をガラス基板２に接着する部分の接着面積をＳとした場合、下記（1）式とすることが望ましいことを発見した。
０．０５≦Ｓ／（Ｈ×Ｈ）（１）

（１）式の条件とすることで、レンズユニット４０に落下等の衝撃が加わってもレンズユニットが基板から外れたり、ずれる等の度合いが低くなる。なお、（１）式より小さい範囲では、レンズユニット４０の高さＨが、接着部の面積Ｓや周長より相対的に高くなる。従って、落下等により衝撃が加わると、レンズユニットにかかるモーメントが大きくなり、外れやすくなる。

また、レンズ６を保持するレンズホルダ４や、レンズホルダ４の外周部の壁を厚くすると、カメラモジュール２０自体のサイズが大きくなるため望ましくない。従って、上限は、下記（２）式とすることで十分である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）≦１（２）

更に、リフロー等の一括半田接合時の加熱を考慮すると、レンズ６の樹脂材料及びレンズを支えるレンズホルダ４の材料の熱膨張率の関係は、下記（３）式とすることが望ましい。ここで、レンズ６の樹脂材料の熱膨張率はα１、レンズを支えるレンズホルダ４の材料の熱膨張率はα２で示される。
１＜α１／α２≦２０（３）

（３）式に示すように、レンズ６の樹脂材料の熱膨張率α１をレンズホルダ４の樹脂材料の熱膨張率α２より大きくしておけば、一括半田接合時の加熱では、レンズ６が常にレンズホルダ４を押す形となり、レンズ６がレンズホルダ４に対しずれにくくなる。しかし、α１／α２が２０を越すと、加熱時にレンズ６及びレンズホルダ４に加わる歪みが大きくなりすぎるため、レンズ６やレンズホルダ４が変形したり、レンズ６の固定位置がずれる等の問題を引き起こす。従って、（３）式の範囲の樹脂材料を選定することが望ましい。なお、（３）式に示されるα１／α２は、好ましくは１．５より大きく、より好ましくは２より大きくすることが望ましい。

以上のように、レンズユニット４０の材質には、リフローに代表される一括半田接合時の加熱温度よりも耐熱温度の高い材質が用いられるため、加熱過程においてレンズユニットが熱ダメージを受けることがない。従って、カメラモジュール２０は、他の電子部品と共に回路基板１に同時に実装することができる。従って、カメラ量産時の生産性を向上させることが可能となる。

また、レンズユニットの高さを３．５ｍｍ以下とし、且つカメラの構造を（１）及び（２）式の条件とすることにより、落下時等の衝撃に強い小型カメラを提供することができる。

また、レンズの樹脂材料の熱膨張率、及びレンズホルダ材料の熱膨張率を（３）の条件とすることにより、レンズの光軸がセンサに対しずれ難く収差が低減されるため、カメラ画像が向上する。

発明の実施の形態２．
次に、図面を参照し、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた小型カメラにおいて、携帯用モジュールや小型携帯端末機に搭載されるものを対象とすることは、実施の形態１と同様である。図３を用いて、本発明の実施の形態２を説明する。

図３は、実施の形態２に係る小型カメラの断面図である。小型カメラの構成要素や動作原理等、実施の形態１と同様のものは省略する。図３に示すように、小型カメラは、回路基板１１、プリント基板のサブ基板１２、レンズホルダ１３、レンズ１４、赤外線カットフィルタ１５、及び受光センサ１６を有す。小型カメラは、サブ基板１２及び受光センサ１６によって、基板モジュール３０を構成する。また、レンズホルダ１３、赤外線カットフィルタ１５、及びレンズ１４によって、レンズユニット４０を構成する。また、基板モジュール３０とレンズユニット４０によって、カメラモジュール２０を構成する。図３に示すように、カメラモジュール２０は、受光センサ１６を載せた基板モジュール３０とレンズユニット４０より構成され、基板モジュール３０を回路基板１１に接合することにより、カメラモジュール２０全体が回路基板１１に接合される。

基板モジュール３０は、撮像用の受光素子であるＣＣＤやＣＭＯＳエリアの受光センサ１６をプリント基板で形成されるサブ基板１２上に接合した受光モジュールである。サブ基板１２には、図示されない接続用配線パターンが施されており、受光センサ１６とは図示されないワイヤーボンディング等により電気的に接続される。サブ基板１２には、スルーホール１２ａを形成し、この内側にメッキ等の導電層を形成することで、サブ基板の表裏の配線を電気的に接続する。受光センサ１６の上面には光電変換を行う画素が多数格子状に配列された受光部が形成されており、この受光部に光学画像を結像させることにより各画素に蓄電された電荷を画像信号として出力する。基板モジュール３０は、半田ボール１２ｂによって回路基板１１の図示されない回路電極と接合されることより、電気的に導通する。なお、基板モジュール３０と回路基板１１との接合は、半田ボール１２ｂによる方法に限らず、導電性樹脂接着剤によって接合される方法も可能である。

レンズユニット４０はレンズホルダ１３を備えている。レンズホルダ１３の上部にレンズ１４が保持されており、下部が基板モジュール３０に接着剤により固定されている。赤外線カットフィルタ１５は、このレンズホルダ１３内に保持されている。受光センサ１６の気密性は、この赤外線カットフィルタ１５とレンズホルダ１３と基板モジュール３０との接合により保たれている。基板モジュール３０に接合されている受光センサ１６上にガラス板を配置し、このガラス板とサブ基板の間を気密封止することも可能である。

レンズユニット４０は、接着剤によってサブ基板１２に接合される。この時、レンズホルダ１３下部面とサブ基板１２の上面が当接した状態で接合される。レンズ１４は、予めレンズ設計時のレンズ１４位置に接合されている。従って、レンズ１４をレンズホルダ１３に接合すると、レンズ１４と受光センサ１６の下面までの距離が、レンズ１４による光学画像の結像に適正な高さに保たれる。即ち、レンズ１４は受光センサ１６の受光部に対して正しく位置あわせされる。レンズユニット４０を基板モジュール３０に接合することでカメラモジュール２０となる。実施形態１と同様にカメラモジュールを基板１１に接合することで、実際に、小型カメラとして利用可能となる。

ここで、レンズユニット４０の高さＨは、３．５ｍｍ以下であることが望ましい。それにより、レンズユニット４０全体に伝わる温度が均一化し、量産性良くリフロー等の一括半田接合を行えることは、実施の形態１と同様である。

また、この小型カメラにおけるレンズユニット４０の高さをＨ、レンズホルダ１３をサブ基板１２に接着する部分の接着面積をＳとした場合、前記（1）式とすることが望ましい。それにより、レンズユニット４０に落下等の衝撃が加わってもレンズユニット４０が基板モジュール３０から外れたり、ずれる等の度合いが低くなることは、実施の形態１と同様である。

なお、レンズ１４を保持するレンズホルダ１３や、レンズホルダ１３の外周部の壁を厚くすると、カメラモジュール２０自体のサイズが大きくなるため望ましくない。従って、上限は、前記（２）式とすることは、実施の形態１と同様である。

更に、リフロー等の一括半田接続時の加熱を考慮すると、レンズ１４の樹脂材料及びレンズを支えるレンズホルダ１３の材料の熱膨張率の関係は、前記（３）式とすることが望ましい。ここで、レンズ１４の樹脂材料の熱膨張率はα１、レンズを支えるレンズホルダ１３の材料の熱膨張率はα２で示される。なお、α１／α２は、１．５より大きく、より好ましくは２より大きくすることが望ましいことは、実施の形態１と同様である。

以上により、実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

発明の実施の形態３．
次に、図面を参照し、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた小型カメラにおいて、携帯用モジュールや小型携帯端末機に搭載されるものを対象とすることは、実施の形態１と同様である。図４を用いて、本発明の実施の形態３を説明する。

図４は、実施の形態３に係る小型カメラの断面図である。小型カメラの構成要素や動作原理等、実施の形態１と同様のものは省略する。図４に示すように、小型カメラは、回路基板６０、基板モジュール６１、レンズユニット６２、及び赤外線カットフィルタ６３を有す。小型カメラは、基板モジュール６１とレンズユニット６２によって、カメラモジュール２０を構成する。図４に示すように、カメラモジュール２０は、受光センサ６１ｂを載せた基板モジュール６１とレンズユニット６２より構成され、基板モジュール６１を回路基板６０に接合することにより、カメラモジュール２０全体が回路基板６０に接合され小型カメラとなる。

基板モジュール６１は、撮像用の受光素子であるＣＣＤやＣＭＯＳエリアの受光センサ６１ｂを形成したウェハである。ウェハの表裏には、図示されない接続用配線パターンが施されており、スルーホール６１ａを形成し、この内側にメッキ等の導電層を形成することで、表裏の配線を電気的に接続する。受光センサ６１ｂ面には、光電変換を行う画素が多数格子状に配列された受光部が形成されており、この受光部に光学画像を結像させることにより各画素に蓄電された電荷を画像信号として出力する。基板モジュール６１は、半田ボール６１ｃによって回路基板６０の図示されない回路電極と接合されることより、電気的に接続する。なお、基板モジュール６１と回路基板６０との接合は、半田ボール６１ｃによる方法に限らず、導電性樹脂接着剤によって接合される

レンズユニット６２は、レンズ６２ａとレンズホルダ６２ｂが一体形成されている。レンズホルダ６２ｂの下部に切り込みを形成し、レンズホルダ６２ｂを基板モジュール６１に固定する際に、赤外線カットフィルタ６３を挟み込んで固定する。レンズユニット６２は、レンズ６２ａとレンズホルダ６２ｂが一体形成されるため、気密性が保持される。従って、受光センサ６１ｂの気密性は、レンズユニット６２と基板モジュール６１との接着により保たれている。気密性については、基板モジュール６１で、ウェハ上に保護用のガラス板を用いて気密封止してもよい。ガラス保護板を使う場合は、ガラス保護板上に赤外線カットフィルタ６３を形成することも可能である。その場合、部品点数が削減される効果がある。

ここで、レンズユニット６２の高さＨは、３．５ｍｍ以下であることが望ましい。それにより、レンズユニット６２全体に伝わる温度が均一化し、量産性良くリフロー等の一括半田接合を行えることは、実施の形態１と同様である。

また、この小型カメラにおけるレンズユニット６２の高さをＨ、レンズホルダ６２ｂを基板モジュール６１に接着する部分の接着面積をＳとした場合、前記（１）式とすることが望ましい。それにより、レンズユニット６２に落下等の衝撃が加わってもレンズユニット６２が基板モジュール６１から外れたり、ずれる等の度合いが低くなることは、実施の形態１と同様である。

なお、レンズ６２ａを保持するレンズホルダ６２ｂや、レンズホルダ６２ｂの外周部の壁を厚くすると、カメラモジュール２０自体のサイズが大きくなり望ましくない。従って、上限は、前記（２）式とすることは、実施の形態１と同様である。

更に、リフロー等の一括半田接続時の加熱を考慮すると、レンズ６２ａの樹脂材料及びレンズを支えるレンズホルダ６２ｂの材料の熱膨張率の関係は、前記（３）式とすることが望ましい。ここで、レンズ１４の樹脂材料の熱膨張率はα１、レンズを支えるレンズホルダ１３の材料の熱膨張率はα２で示される。なお、α１／α２は、１．５より大きく、より好ましくは２より大きくすることが望ましいことは、実施の形態１と同様である。

以上により、実施の形態３においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

次に、前述した（１）及び（２）式の結果を導き出した評価試験について説明する。始めに、実施例１〜３及び実施例１〜３に対する比較例１を用いた評価試験について説明する。実施例１〜３及び比較例１の評価試験は、図５の断面構造を有するカメラにて実施された。受光センサ３には、１／８インチサイズ、画素数３０万画素のＣＭＯＳセンサを用いた。

レンズホルダ４には、液晶ポリマを使い、レンズ６は、Ｓｉ樹脂の成形で一枚玉の非球面レンズを用いた。液晶ポリマ材料は、東レ株式会社製液晶ポリエステル樹脂「シベラス」、或いはポリプラスチック社製液晶ポリマ「ベクトラ」を使用する。レンズホルダ４には、圧入されたレンズ６が保持できるよう溝が形成されている。レンズ６圧入後、レンズ６とレンズホルダ４は、２液混合タイプの熱硬化性エポキシ接着剤で接合した。同様にレンズホルダ６と基板モジュール３０のガラス基板２との接着にも、２液混合タイプの熱硬化性エポキシ接着剤を用いた。

カメラサンプルは、レンズホルダ４の上面からガラス基板２上面までの高さ（Ｈ）を３ｍｍの一定とし、レンズホルダ４の厚み条件別に、各１０，０００個が作成された。以下に実施例１〜３、及び実施例１〜３に対する比較例１に係るレンズホルダ４の厚み条件を示す。

実施例１
実施例１の小型カメラは、レンズホルダ４の厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図５に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．１

実施例２
実施例２の小型カメラは、レンズホルダ４の厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図５に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．２

実施例３
実施例３の小型カメラは、レンズホルダ４の厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図５に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．３

実施例４
実施例４の小型カメラは、レンズホルダ４の厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図５に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．４５

比較例１
比較例１の小型カメラは、レンズホルダの厚みが下記条件において作成される。下記条件は、実施例１〜４と比べ、レンズホルダ４の外壁厚みが薄い。なお、カメラ構造は、図５に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．０３

実施例１〜４、比較例１のカメラモジュール各１０，０００個をカメラの画像評価が可能なように配線パターンを形成した回路基板１に、通常接合される他の抵抗、コンデンサ、ＩＣと一緒に搭載し、リフロー炉に通して接合した。リフロー炉の加熱プロファイルは、予備加熱１７０〜１９０℃を６０秒行い、その後本加熱２２０〜２４０℃を３０秒行うものである。加熱後、実装済み回路基板はリフロー炉から外に取り出される。

リフロー炉での実装後、カメラ外観、及び画像を検査する。画像は、テストチャートを小型カメラで写し、その画像を目視で検査する。引き続き、実装済み回路基板の落下試験を行う。実装済み回路基板を直接落下させると、回路基板自体がダメージを受けるので、直方体形状のアルミのケースに一個ずつ固定し、落下試験を行う。落下試験は、高さ１．５ｍから、各面１回ずつ落下させる。落下試験後、再度カメラ部分の外観と画像を同様に検査した。結果を表１に示す。

表１によるリフロー炉による実装試験、及び落下試験の結果、レンズユニット４０の高さをＨ、レンズユニット４０をガラス基板２に接着する部分の接着面積をＳとしたとき、０．０５≦Ｓ／（Ｈ×Ｈ）とすることで、カメラ不良率を下げる効果があることが判明した。

次に、実施例５〜７及び実施例５〜７に対する比較例２を用いた評価試験について説明する。実施例５〜７及び比較例２の評価試験は、図６の断面構造を有するカメラにて実施された。受光センサ６１ｂには、１／８インチサイズ、画素数３０万画素のＣＭＯＳセンサを用いた。

レンズホルダ６２ｂには、液晶ポリマを使い、レンズ６２ａは、Ｓｉ樹脂の成形で一枚玉の非球面レンズである。レンズ６２ａを樹脂成形で作成後、このレンズ６２ａをレンズユニット６２の金型にいれ、インサート成形法によって、レンズホルダ６２ｂとレンズ６２ａが一体となったレンズユニット６２を作成する。レンズホルダ６２ｂと基板モジュール６１との接着には、２液混合タイプの熱硬化性エポキシ接着剤を用いた。

カメラサンプルは、レンズホルダ６２ｂと基板モジュール６１との接着の厚みを０．１ｍｍ、接着面積Ｓを一定とする。そして、レンズユニット６２上面から基板モジュール６１上面までの高さ（Ｈ）条件、及びレンズホルダ６２ｂの厚み条件別に金型を作成し、各１０，０００個のカメラサンプルが作成された。レンズは、各高さで性能が出るようにレンズ面形状を最適設計し、それにあわせて金型も作製してレンズを作製した。以下に、実施例５〜７、及び実施例５〜７に対する比較例２の高さ（Ｈ）条件を示す。

実施例５
実施例５の小型カメラは、レンズユニット６２上面から基板モジュール６１までの高さ（Ｈ）が３．５ｍｍ、レンズホルダ６２ｂの厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図６に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．０６

実施例６
実施例６の小型カメラは、レンズユニット６２上面から基板モジュール６１までの高さ（Ｈ）が３．０ｍｍ、レンズホルダ６２ｂの厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図６に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．０８

実施例７
実施例７の小型カメラは、レンズユニット６２上面から基板モジュール６１までの高さ（Ｈ）が２．５ｍｍ、レンズホルダ６２ｂの厚みが下記条件において作成される。なお、カメラ構造は、図６に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．１１

比較例２
比較例２の小型カメラは、レンズユニット６２上面から基板モジュール６１までの高さ（Ｈ）が４．５ｍｍ、レンズホルダ６２ｂの厚みが下記条件で作成される。下記条件は、実施例５〜７と比べ、レンズホルダ６２ｂの外壁厚みが薄い。なお、カメラ構造は、図６に示されるものと同等である。
Ｓ／（Ｈ×Ｈ）＝０．０３

実施例５〜７、比較例２のカメラモジュール各１０，０００個をカメラの画像評価が可能なように配線パターンを形成した回路基板６０に、通常接合される他の抵抗、コンデンサ、ＩＣと一緒に搭載し、リフロー炉に通して接合した。リフロー炉の加熱プロファイルは、予備加熱１７０℃〜１９０℃を６０秒行い、その後本加熱２２０〜２４０℃を３０秒行うものである。加熱後、実装済み回路基板はリフロー炉から外に取り出される。

リフロー炉での実装後、カメラの外観、及び画像を検査する。画像は、テストチャートを小型カメラで写し、その画像を目視で検査する。引き続き、実装済み回路基板の落下試験を行う。実装済み回路基板を直接落下させると、回路基板自体がダメージを受けるので、直方体形状のアルミのケースに一個ずつ固定し、落下試験を行う。落下試験は、高さ１．５ｍから、各面１回ずつ落下させる。落下試験後、再度カメラ部分の外観と画像を同様に検査した。結果を表２に示す

表２によるリフロー炉による実装試験、及び落下試験の結果、レンズユニット６２の高さを３．５ｍｍ以下にすることで、カメラ不良率を下げる効果があると判明した。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記の実施形態の各要素を、当業者であれば用意に考えうる内容に変更、追加、変換することができる。

１回路基板、２ガラス基板、２ａ半田ボール、
２ｂ半田バンプ、３受光センサ、４レンズホルダ、
５赤外線カットフィルタ、６レンズ、７封止材、
１１回路基板、１２サブ基板、１２ａスルーホール、
１２ｂ半田ボール、１３レンズホルダ、１４レンズ、
１５赤外線カットフィルタ、１６受光センサ、
２０カメラモジュール、３０基板モジュール、
４０レンズユニット、
６０回路基板、６１基板モジュール、
６１ａスルーホール、６１ｂ受光センサ、６１ｃ半田ボール、
６２レンズユニット、６２ａレンズ、６２ｂレンズホルダ、
６３赤外線カットフィルタ

Claims

光電変換を行う画素が配列した受光素子と、
前記受光素子を保持する基板と、
前記受光素子に光学画像を結像させるレンズと、
前記レンズを保持し、前記基板に接続するレンズホルダと、を有し、
少なくとも前記レンズと前記レンズホルダを形成する材料は、２００℃以上の耐熱温度を有する樹脂材料からなり、かつ電子部品の実装工程における加熱温度よりも高い耐熱温度を有する樹脂材料からなる、小型カメラ。
前記耐熱温度は、２５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の小型カメラ。
前記レンズの材料は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリスルホン系樹脂である耐熱光学樹脂材料、或いは前記耐熱光学樹脂材料、ポリカーボネイト、ノルボルネン系アモルファスポリオレフィン、アクリル、オレフィン・マレイミド樹脂に無機微粒子を添加した樹脂材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の小型カメラ。
前記レンズホルダの材料は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリスルホン系樹脂である耐熱光学樹脂材料、或いは前記耐熱光学樹脂材料、ポリカーボネイト、ノルボルネン系アモルファスポリオレフィン、アクリル、オレフィン・マレイミド樹脂に無機微粒子を添加した樹脂材料の他、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリフタルアミド、ポリフタルイミド、液晶ポリマに挙げられる樹脂材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の小型カメラ。
前記レンズと前記レンズホルダを有するレンズユニットの高さが３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の小型カメラ。
前記レンズと前記レンズホルダを有するレンズユニットの高さをＨ、前記レンズホルダと前記基板との接続部分の面積をＳとしたとき、０．０５≦Ｓ／（Ｈ×Ｈ）及びＳ／（Ｈ×Ｈ）≦１の少なくとも一方の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の小型カメラ。
前記レンズ材料の熱膨張率をα１、及び前記レンズホルダ材料の熱膨張率をα２とするとき、１＜α１／α２≦２０である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の小型カメラ。
前記レンズ材料の熱膨張率をα１、及び前記レンズホルダ材料の熱膨張率をα２とするとき、１．５＜α１／α２≦２０である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の小型カメラ。
前記レンズ材料の熱膨張率をα１、及び前記レンズホルダ材料の熱膨張率をα２とするとき、２＜α１／α２≦２０である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の小型カメラ。