JP2014036090A - 撮像センサモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー工程において回路基板に高精度かつ低コストに実装可能な撮像センサモジュール及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】受光面側にマイクロレンズ２ｂを備える撮像センサ２と、該撮像センサ２とは発現するパターンが異なる光学機能を有する光学フィルタ２ａを備える保護ガラス３と、を具備し、前記撮像センサ２の受光面と、前記保護ガラス３が備える光学フィルタ２ａと、は接着剤により接着され、前記接着剤は、屈折率が前記マイクロレンズ２ｂの屈折率よりも低く、前記撮像センサ２の受光面の裏面側でハンダボールにより配線基板と接着されてなることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、高精度かつ低コストな撮像センサモジュール及びその製造方法に関するものである。

撮像センサモジュールをリフロー工程で回路基板に実装するため、背面（受光面の反対側）に配列したハンダボールと配線されている撮像センサパッケージモジュールが既に知られている。
また、ガラス上にパターンが形成された光学フィルタを撮像センサに高精度に接着し、光学フィルタを通して取得した画像に対して画像処理を行うことで、人間には不可視の光情報（偏光等）を利用して特徴形状を抽出するセンシングカメラモジュールが既に知られている。
しかしながら、今までの一般的なパッケージ型撮像センサ構造では、保護ガラスとセンサ受光面との高さ及びＸＹの位置精度が、センシングカメラモジュールの実現のために必要なセンサと光学フィルタとの位置精度の要求を満たせないという問題があった。

また、センシングカメラモジュールの光学フィルタと撮像センサとの間に空気が存在したパッケージ構造の場合、パッケージモジュールを回路基板に実装するリフロー時の加熱（２６０℃以下、２ｍｉｎ）によって空気が膨張し、ガラスがずれる可能性がある。
しかしながら、チップ同士を減圧下で実装するには減圧・ベント工程が必要になり、実装時間が増加するという問題があった。

ここで特許文献１（特開２００９−１６５０７４号公報）には、受光エリアへの有害光の入射を防ぐ目的で、遮光構造を備え、簡単かつコンパクトな構成で製造容易な撮像センサユニットを提供する構成が開示されている。
しかしながら、光学素子（光学フィルタガラス）と撮像センサ受光面との実装精度を満たすという問題は未だ解消できていない。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、リフロー工程において回路基板に高精度かつ低コストに実装可能な撮像センサモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る撮像センサモジュールは、受光面側にマイクロレンズを備える撮像センサと、該撮像センサとは発現するパターンが異なる光学機能を有する光学フィルタを備える保護ガラスと、を具備し、前記撮像センサの受光面と、前記保護ガラスが備える光学フィルタと、は接着剤により接着され、前記接着剤は、屈折率が前記マイクロレンズの屈折率よりも低く、前記撮像センサの受光面の裏面側でハンダボールにより配線基板と接着されてなることを特徴とする。

本発明によれば、リフロー工程において回路基板に高精度かつ低コストに実装可能な撮像センサモジュールを提供することができる。

一般的な撮像センサモジュールのパッケージ構造の製造方法を示す概略フロー図である。 従来のセンシングモジュールの製造方法を示す概略フロー図である。 本発明に係る撮像センサモジュールの構成を示す概略図である。

本発明に係る撮像センサモジュールは、受光面側にマイクロレンズ２ｂを備える撮像センサ２と、該撮像センサ２とは発現するパターンが異なる光学機能を有する光学フィルタ２ａを備える保護ガラス３と、を具備し、前記撮像センサ２の受光面と、前記保護ガラス３が備える光学フィルタ２ａと、は接着剤により接着され、前記接着剤は、屈折率が前記マイクロレンズ２ｂの屈折率よりも低く、前記撮像センサ２の受光面の裏面側でハンダボールにより配線基板と接着されてなることを特徴とする。

ここで先ず、従来の技術例について詳細に説明する。
従来の撮像センサパッケージは、撮像センサチップの受光面外周に接着剤パターンを形成し、減圧下で保護ガラスを撮像センサの受光面上に配置して接着剤を硬化させた後、リフロー可能な構造に電気実装工程（ダイボンド、ワイヤボンド、ポッティング、裏面ハンダボール付）を行うことで得られる。一般的に、上記作業をモジュールが複数連なっているシート状で実施し、最後に個片に分割するため、１チップ辺りのプロセス処理時間が短くなると共に、リフロー工程によって回路基板に実装されるため、回路基板上にダイ実装を行うよりも１台当たりのモジュール用回路基板の製造コストを低減することが可能である。
一方、光学フィルタを用いたセンシングモジュールの場合、光学フィルタは撮像センサの画素単位で異なる機能が発現するようにパターンが形成されているため、光学フィルタと撮像センサとは画素単位で位置を調整しなければならず、チップレベルでのアライメントが必要である。そのため、従来は光学フィルタと撮像センサのベアチップとをチップレベルで接着し、回路基板上にダイ実装を実施していた。

なお詳細は後述するが、上記従来の技術に対して本発明では、光学フィルタ２ａと撮像センサ２ｂとの接着を後工程のリフロー工程の高温でも実装精度を維持できる構造にすることで、一般用途の撮像センサパッケージと同等のプロセスを実施し、リフロー可能なモジュールとすることで実装コストの低減が可能になる。

次に、一般的な撮像センサモジュールのパッケージ構造の製造方法について図１を参照しながら工程に沿って順に説明する。
図１は一般的な撮像センサモジュールのパッケージ構造の製造方法を示す概略フロー図である。

（Ａ）一般的なセンサパッケージの製造方法
１．パッケージ基板シート（図１（ａ）参照）
パッケージ基板１が複数個（数１０個程度であることが一般的）分連なっている。各パッケージ基板１は後述の工程後に分割される。パッケージ基板１にはセンサ面（センサチップ２が接着される面：受光面側）にセンサ電極に相当する電極が、もう一方の面（裏面；図示略）には回路基板とリフロー接続されるための電極が形成され、内部で電極レイアウトを変換している。

２．ダイボンド（図１（ｂ）参照）
次に、パッケージ基板１のシート上にセンサチップ２を接着する。一般的にはパッケージ基板１上に熱硬化性のエポキシ樹脂を塗布し、センサチップ２のマウント時に加圧して塗布形状を広げた後、加熱にて固定する。

３．ガラス封止（図１（ｃ）参照）
さらに、パッケージ基板１のシート上にアレイ状に接着されたセンサチップ２の受光面外周に接着剤を塗布した後、受光面相当の大きさの保護ガラス３をマウントし硬化接着する。

４．ワイヤボンド（図１（ｄ）参照）
センサ電極とパッケージ基板１の電極とを金ワイヤ４等で結線する。なお、上記２．ダイボンドの前に、センサチップ２と保護ガラス３とを接着していてもよい。

５．ワイヤ封止（図１（ｅ）参照）
絶縁性の樹脂５を保護ガラス３外周に塗布・硬化し、金ワイヤ４を保護する。

６．その他の工程
なお、図示は省略するが上記１〜５の工程後、パッケージ基板１の裏面側に、回路基板上への実装用のハンダボールをマウント、硬化した後、個片化してセンサパッケージを得る。

（Ｂ）従来のセンシングモジュールの製造方法
光学フィルタチップとＣＭＯＳセンサチップとを大気中で接着した後、リフロー工程により標準電子部品が表面実装（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＳＭＴ）された基板１上にダイボンド、ワイヤボンド、ポッティング（前述した（Ａ）５項におけるワイヤ封止と同一）を行う。
この後ガラス３の４辺を封止して固定する。または、上記ポッティングと同一工程で実施してもよい。

次に、本発明に係る撮像センサモジュールについて図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

（Ｃ）本発明に係る撮像センサモジュールの構造
図３は、本発明に係る撮像センサモジュールの構成を示す概略図である。
図３に示すがごとく、パッケージ基板１上にセンサチップ（撮像センサ）２が設けられ、このセンサチップ２の受光面上に保護ガラス３がさらに設けられてなる。また、センサチップ２とパッケージ基板１とはワイヤ４により結線されてなり、該ワイヤ４は絶縁性の樹脂５により周囲が被覆されてなる。

なお、ガラス基板３上には波長や偏光方向等が特殊な光学フィルタ機能を有する光学フィルタ２ａが、撮像センサ（センサチップ）２の画素サイズと同等のサイズ・ピッチで形成されている。即ち、センサチップ２が有するマイクロレンズ２ｂと、保護ガラス３が有する光学フィルタ２ａとは対向して設けられてなり、これらは接着剤により接合されてなる。このため、光学フィルタ２ａと撮像センサ２とは、画素サイズ未満の精度、目安としては画素サイズの１／１０の精度（画素サイズ６μｍの場合０．６μｍ）で接着される必要がある。

ここで、リフロー工程では高温（約２６０度）になるため、光学フィルタ２ａと撮像センサ２とを大気圧で接着して熱膨張の高い空気が封止された状態の場合、空気の膨張によって接着精度の低下や、構造破壊の恐れがある。
そのため、光学フィルタ２ａと撮像センサ２との間には空気が存在しないことが望ましい。

前述のように光学フィルタ２ａと撮像センサ２との実装精度、および、光学フィルタ２ａと撮像センサ２との間の空気混入防止を同時に実現するためには、減圧下で実装することが困難であるため、接着剤で全面を接着することが好ましい。
その場合、接着剤の屈折率が、撮像センサ２の受光面内に画素単位で形成されているマイクロレンズ２ｂの屈折率より低いとマイクロレンズ２ｂの機能低減を抑えることができる。

撮像センサに形成されているマイクロレンズ２ｂの屈折率は１．５０程度であるため、光学フィルタガラス２ａと撮像センサ２との接着には、これより低屈折率な接着剤、例えばフッ素置換型のＵＶ硬化接着剤（屈折率１．４０程度）を使うことが望ましい。逆にマイクロレンズ２ｂの屈折率も高い場合、レンズ面で集光せず逆に拡散方向に光が屈折するため、撮像センサ２が受光する光量が減少し好ましくない。

従って、本発明に係る撮像センサモジュールは、光学フィルタ２ａと撮像センサ２とが高精度に実装されてなるセンシングモジュールの構造に際して、以下の特徴を有する。
即ち本発明では、光学フィルタ２ａと撮像センサ２との接着を、後工程のリフロー工程の高温でも実装精度を維持できる構造にすることで、一般用途の撮像センサパッケージと同等のプロセスを実施することによってセンシングモジュールをリフローにより回路基板へ実装することが可能となる。
具体的には、光学フィルタ２ａと撮像センサ２との間の領域全面に接着されている接着剤が、高耐熱かつ、当該撮像センサ２に形成されているマイクロレンズ２ｂよりも屈折率が低いことを特徴とする。

さらに、本発明に係る撮像センサモジュールの各部材を構成する材料について以下に詳述する。
・パッケージ基板１
本発明に用いられるパッケージ基板１としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・センサチップ（撮像センサ）２
本発明に用いられるセンサチップ（撮像センサ）２としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・光学フィルタ２ａ
本発明に用いられる光学フィルタとしては、偏光を制御する偏光フィルタ，透過光の波長を制御する分光フィルタ（バンドバスフィルタ）等が挙げられ、目的に応じて使用可能であるが、特定の領域毎に透過する偏光の方向が異なるようなフィルタは他の代替手段がないため好ましく用いられる。

・接着剤
本発明に用いられる接着剤は、リフロープロセス温度である２５０℃において形状を維持する耐熱性を有するものが好ましい。
また、本発明に用いられる接着剤の屈折率は、前述のとおり撮像センサに形成されているマイクロレンズ２ｂよりも低いものであるが、ｎＤ２５が１．５未満であることが望ましい。

このような接着剤としては、フッ素置換型のＵＶ硬化接着剤等が挙げられる。フッ素置換型の低屈折率接着剤としては、例えばダイキン化学工業 オプトダインＵＶシリーズが挙げられる。

ここで、対向して設けられてなる光学フィルタ２ａとマイクロレンズ２ｂとを接合する接着剤からなる接着層の厚みについては光学設計にて吸収できるため、機械強度さえ得られれば問題ない。ただし、光学フィルタが撮像素子の画素サイズ単位でパターンが形成されている場合、接着剤厚みは撮像素子の画素サイズと同等未満であることが望ましい。

・保護ガラス３
本発明に用いられる保護ガラス３としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・ワイヤ４
本発明に用いられるワイヤ４としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・樹脂５
本発明に用いられる樹脂５としては、絶縁性のものであれば特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

以上のように、光学フィルタ２ａと撮像センサ２とが高精度に実装される構造である撮像センサモジュールにおいて、他の一般電子部品と同様にリフロー工程によって回路基板に実装することで、モジュール製造のコストを低減することができる。

１ パッケージ基板
２ センサチップ（撮像センサ）
２ａ 光学フィルタ
２ｂ マイクロレンズ
３ 保護ガラス
４ ワイヤ
５ 樹脂

特開２００９−１６５０７４号公報

Claims (6)

1. 受光面側にマイクロレンズを備える撮像センサと、該撮像センサとは発現するパターンが異なる光学機能を有する光学フィルタを備える保護ガラスと、を具備し、
   前記撮像センサの受光面と、前記保護ガラスが備える光学フィルタと、は接着剤により接着され、
   前記接着剤は、屈折率が前記マイクロレンズの屈折率よりも低く、
   前記撮像センサの受光面の裏面側でハンダボールにより配線基板と接着されてなることを特徴とする撮像センサモジュール。
2. 前記接着剤は、フッ素置換型のＵＶ硬化接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の撮像センサモジュール。
3. 前記マイクロレンズと、前記光学フィルタとは対向して配置され、位置ズレが前記撮像センサの１画素のサイズの１／１０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像センサモジュール。
4. 受光面側にマイクロレンズを備える撮像センサと、該撮像センサとは発現するパターンが異なる光学機能を有する光学フィルタを備える保護ガラスと、を具備する撮像センサモジュールの製造方法であって、
   前記撮像センサの受光面と、前記保護ガラスが備える光学フィルタと、を接着剤により接着され、
   前記撮像センサの受光面の裏面側でハンダボールにより配線基板と接着し、
   前記接着剤は、屈折率が前記マイクロレンズの屈折率よりも低いことを特徴とする撮像センサモジュールの製造方法。
5. 前記接着剤は、フッ素置換型のＵＶ硬化接着剤あることを特徴とする請求項４に記載の撮像センサモジュールの製造方法。
6. 前記マイクロレンズと、前記光学フィルタとは対向して配置され、位置ズレが前記撮像センサの１画素のサイズの１／１０以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の撮像センサモジュールの製造方法。