JP2014199949A - 撮像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを低減することができること。【解決手段】本発明の一実施の形態において、撮像ユニット１は、固体撮像素子２と、固体撮像素子２と電気的に接続される複数の導電部４ｃを有し、固体撮像素子２の受光部２ａを内部に収容して受光部２ａとの接触を回避する凹部４ａが形成された保護ガラス４と、固体撮像素子２の受光部２ａに対応する開口部３ａが形成され、受光部２ａと開口部３ａとを対向させた態様で複数の導電部４ｃを介して固体撮像素子２と電気的に接続されると共に、保護ガラス４における凹部４ａが形成されていない側の面に接着されるプリント基板３と、保護ガラス４とプリント基板３との間に充填された接着剤５と、を備え、プリント基板３は、保護ガラス４を介して固体撮像素子２に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットに関し、特に、固体撮像素子の反りを低減可能な撮像ユニットの実装構造に関するものである。

従来から、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラを始め、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機など、各種態様の電子撮像装置が登場している。電子撮像装置は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットを内蔵し、レンズ等の光学系によって固体撮像素子の受光部に被写体の光学像を結像し、この固体撮像素子の光電変換処理によって被写体の画像データを撮像する。

このような撮像ユニットの固体撮像素子は、一般に、受光部側のサブストレートに形成された複数の電極パッド上に金属バンプが各々固定されたベアチップ状態の素子であり、加熱処理等によって回路基板上にフリップチップ実装され、このような各金属バンプ等を介して回路基板の回路配線と電気的に接続される。また、このように固体撮像素子を実装後の回路基板には、この固体撮像素子の受光部を覆うように保護ガラスが接着剤等によって取り付けられる。この結果、回路基板上の固体撮像素子の受光部は、この保護ガラスの内側に封止される。

なお、このような撮像ユニットの従来例として、固体撮像素子チップを保護する保護キャップと同じ熱膨張係数の基板上に固体撮像素子チップを搭載し、このような保護キャップと基板との間に固体撮像素子チップを挟んだ態様で封止樹脂によってこれらを封止してなる固体撮像装置がある（特許文献１参照）。

特開２００２−７６３１３号公報

ところで、フリップチップ実装等の実装技術によって回路基板に固体撮像素子を実装した場合、この実装工程における加熱処理によって、回路基板および固体撮像素子は、共に熱膨張しつつ接合される。その後、このような接合状態の回路基板および固体撮像素子は、常温まで温度低下しつつ、共に熱収縮する。しかしながら、このような回路基板および固体撮像素子の間には熱膨張係数に差があるため、これら両者の熱収縮に差が生じ、これに起因して、実装後の固体撮像素子に反りが発生するという問題点がある。

上述した固体撮像素子の反りは、固体撮像素子の受光部の平坦性を損なって被写体に焦点を合わせ難くなる等の固体撮像素子の撮像機能低下を招来する可能性がある。また、このような固体撮像素子の反りに起因する問題は、固体撮像素子の大型化および薄型化に伴って一層顕著になる。

なお、上述した特許文献１に記載の固体撮像装置では、配線基板と固体撮像素子チップとが電気的接合のためのバンプを介して接触した状態で樹脂封止されるので、この配線基板の熱収縮が固体撮像素子チップに作用してしまい、この結果、配線基板の熱収縮に起因する固体撮像素子チップの反りを低減することは困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを低減することができる撮像ユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像ユニットは、固体撮像素子と、前記固体撮像素子と電気的に接続される複数の導電部を有し、前記固体撮像素子の受光部側の素子面を保護するとともに前記固体撮像素子の剛性を補強する保護ガラスと、前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部が形成され、前記受光部と前記開口部とを対向させた態様で前記複数の導電部を介して前記固体撮像素子と電気的に接続される回路基板と、を備え、前記回路基板の熱収縮力は、前記保護ガラスによって補強された前記固体撮像素子の剛性に比して弱いことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記固体撮像素子の熱膨張係数は、前記保護ガラスの熱膨張係数と同じであることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記保護ガラスは、前記受光部との接触を回避する凹部が形成されたガラス部材であることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記保護ガラスには、前記複数の導電部を配置する複数の貫通孔が形成され、前記導電部は、前記複数の貫通孔に充填される複数の導電性充填部材と、前記導電性充填部材と前記回路基板とを電気的に接続する複数の突起電極と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記保護ガラスは、前記固体撮像素子と前記回路基板との間に介在することを特徴とする。

本発明にかかる撮像ユニットでは、固体撮像素子と電気的に接続される複数の導電部を有して前記固体撮像素子の受光部側の素子面を保護する保護ガラスを前記固体撮像素子に取り付けて前記固体撮像素子の剛性を補強し、前記受光部と開口部とを対向させた態様で前記複数の導電部を介して前記固体撮像素子と電気的に接続される回路基板の熱収縮力が、前記保護ガラスによって補強された前記固体撮像素子の剛性に比して弱くなるようにしている。このため、実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを低減できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの一構成例を示す断面模式図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの製造方法の一例を示すフローチャートである。 図３は、固体撮像素子の受光部側素子面に保護ガラスを取り付ける状態を示す模式図である。 図４は、固体撮像素子に取り付けた保護ガラスに複数の導電部を形成する状態を示す模式図である。 図５は、プリント基板に保護ガラス付の固体撮像素子をフリップチップ実装する状態を示す模式図である。 図６は、保護ガラスによる固体撮像素子の剛性補強によって固体撮像素子の反りを低減する状態を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットにおける導電部の変形例１の要部断面を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットにおける導電部の変形例２の要部断面を示す模式図である。

以下に、本発明にかかる撮像ユニットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、本発明にかかる撮像ユニットの一例として、回路基板にフリップチップ実装した固体撮像素子を備える撮像ユニットを例示するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの一構成例を示す断面模式図である。図１に示すように、この実施の形態にかかる撮像ユニット１は、被写体の画像を撮像する固体撮像素子２と、固体撮像素子２をフリップチップ実装するプリント基板３と、この固体撮像素子２の剛性を補強するとともに受光部２ａを保護する保護ガラス４と、固体撮像素子２とプリント基板３との実装強度を補強する接着剤５と、を備える。

固体撮像素子２は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等に例示されるベアチップ状の半導体素子であり、被写体からの光を受光してこの被写体の画像を撮像する撮像機能を有する。具体的には、固体撮像素子２は、サブストレート等のチップ基板上に、被写体からの光を受光する受光部２ａと、撮像動作を実行するための駆動回路が形成された駆動回路部２ｂと、駆動回路部２ｂと電気的に接続された複数の電極パッド２ｃとを備える。

受光部２ａは、格子形状等の所定の形状に配置される画素群およびマイクロレンズ等を用いて実現され、固体撮像素子２のチップ基板上に形成される。駆動回路部２ｂは、このような受光部２ａの周辺に形成される。複数の電極パッド２ｃは、固体撮像素子２のチップ基板に形成された配線（図示せず）を介して駆動回路部２ｂと電気的に接続される。なお、これら複数の電極パッド２ｃは、駆動回路部２ｂの周辺（例えば対向する２辺または４辺）に形成される。このような複数の電極パッド２ｃは、後述する保護ガラス４の導電部４ｃを介してプリント基板３と電気的に接続される。

上述したような構成を有する固体撮像素子２は、図１に示すように、保護ガラス４によって受光部２ａおよび駆動回路部２ｂを保護された状態でプリント基板３の開口部３ａと受光部２ａとを対向させてプリント基板３上にフリップチップ実装される。このフリップチップ実装によって、固体撮像素子２の複数の電極パッド２ｃは、保護ガラス４の導電部４ｃを介してプリント基板３の配線層３ｂと電気的に接続される。このようにプリント基板３に実装された固体撮像素子２において、受光部２ａは、プリント基板３の開口部３ａおよび保護ガラス４を通過した被写体からの光を受光し、この受光した光を光電変換処理する。駆動回路部２ｂは、受光部２ａによって光電変換処理された信号をもとに被写体の画像信号を生成し、この生成した画像信号を複数の電極パッド２ｃ等を介してプリント基板３の配線層３ｂに出力する。

プリント基板３は、上述した固体撮像素子２の撮像機能を実現するための回路が形成された多層回路基板である。具体的には、図１に示すように、プリント基板３は、固体撮像素子２の撮像機能を実現するために必要な回路配線等がパターン形成された配線層３ｂを備える。また、プリント基板３の多層構造内には、上述した固体撮像素子２の受光部２ａに対応する開口部３ａが形成される。

開口部３ａは、固体撮像素子２の受光部２ａに対応して設計された開口寸法を有し、この受光部２ａに対する被写体からの光の入射を可能にする。配線層３ｂは、上述したように固体撮像素子２の撮像機能を実現するために必要な回路配線等がパターン形成された導電層である。特に図１に図示しないが、この配線層３ｂには、固体撮像素子２上の保護ガラス４における複数の導電部４ｃに対応する複数の電極パッドが形成される。このような配線層３ｂの各電極パッドには、熱圧着技術または超音波接続技術等によって、これら複数の導電部４ｃの各突起電極４ｅが各々接続される。

なお、上述したような多層構造のプリント基板３は、外力の印加によって容易に変形可能である柔軟なフレキシブル回路基板であってもよいし、フレキシブル回路基板に比して変形し難いリジッド回路基板であってもよい。また、図１には、この実施の形態にかかる撮像ユニット１の一部分、具体的には固体撮像素子２およびその近傍が図示されている。すなわち、上述したプリント基板３の外形は、プレート状または帯状等の所望の外形に設計される。

保護ガラス４は、プリント基板３に実装される固体撮像素子２の受光部２ａ側の素子面を保護するとともに固体撮像素子２の剛性を補強するための透光性部材（より詳細には透明なガラス部材）であり、固体撮像素子２の受光部２ａへの透光性および固体撮像素子２とプリント基板３との電気的接続を損なうことなく固体撮像素子２の受光部２ａを封止する。具体的には、保護ガラス４は、固体撮像素子２と電気的に接続される複数の導電部４ｃを有する。また、保護ガラス４には、固体撮像素子２の受光部２ａとの接触を回避する凹部４ａと、これら複数の導電部４ｃを形成するための複数の貫通孔４ｂとが形成される。

凹部４ａは、固体撮像素子２に固定する保護ガラス４と受光部２ａとの接触を回避するために保護ガラス４に形成される。ここで、上述した固体撮像素子２において、受光部２ａおよび駆動回路部２ｂは、例えば図１に示すようにシリコン基板上に少々突起している。凹部４ａの形成サイズは、受光部２ａおよび駆動回路部２ｂの突起範囲および突起高さを考慮して設定される。このような凹部４ａを有する保護ガラス４は、図１に示すように、固体撮像素子２の受光部２ａ側の素子面に取り付けられた場合、凹部４ａの内部に受光部２ａおよび駆動回路部２ｂを収容して、これら両者との接触を回避する。この場合、固体撮像素子２の受光部２ａおよび駆動回路部２ｂは、保護ガラス４の凹部４ａ内に気密封止される。

貫通孔４ｂは、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続する導電部４ｃを配置するためのものであり、プリント基板３の配線層３ｂ上の電極パッド（図示せず）の配置に対応して保護ガラス４に複数形成される。これら複数の貫通孔４ｂは、固体撮像素子２の受光部２ａ側の素子面に保護ガラス４を固定した場合に、この固体撮像素子２における複数の電極パッド２ｃに通じる。

導電部４ｃは、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続するためのものであり、上述した複数の貫通孔４ｂに対応して保護ガラス４に設けられる。具体的には、複数の導電部４ｃの各々は、図１に示すように、貫通孔４ｂに充填される導電性充填材４ｄと配線層３ｂに接合される突起電極４ｅとを備える。

導電性充填材４ｄは、銀等の金属ペーストに例示される導電性の部材であり、固体撮像素子２に取り付けられた保護ガラス４の各貫通孔４ｂに充填される。この場合、導電性充填材４ｄは、貫通孔４ｂの底部をなす固体撮像素子２の電極パッド２ｃを貫通孔４ｂ内に埋没させ且つ突起電極４ｅの外形サイズ以上の凹みを貫通孔４ｂ内に形成しない程度に充填される。導電性充填材４ｄは、その露出面上に取り付けられた突起電極４ｅと固体撮像素子２の電極パッド２ｃとを電気的に接続する。

複数の突起電極４ｅは、上述したように保護ガラス４の複数の貫通孔４ｂに充填された各導電性充填材４ｄの露出面に固定され、導電性充填材４ｄとプリント基板３とを電気的に接続する。具体的には、複数の突起電極４ｅは、プリント基板３の配線層３ｂに形成された複数の電極パッド（図示せず）に接合され、この配線層３ｂと導電性充填材４ｄとを電気的に接続する。なお、突起電極４ｅは、ワイヤボンディング方式によって形成された金または銅等のスタッドバンプであってもよいし、めっき方式によって形成された金、銀、銅、インジウムまたは半田等の金属バンプであってもよい。また、突起電極４ｅは、金属ボールまたは表面に金属めっきを施した樹脂ボールであってもよいし、印刷等によってパターン形成された導電性接着剤であってもよい。

ここで、このような構成を有する保護ガラス４は、所定の厚みに形成されたに酸化ケイ素等を主成分とするガラス部材であり、シリコンを主成分とする半導体チップである固体撮像素子２と略同じ熱膨張係数を有する。このような保護ガラス４は、図１に示すように固体撮像素子２の受光部２ａ側素子面に取り付けられることによって、双方の間において剥離を招来する程の熱膨張係数差（熱膨張差および熱収縮差）を生じることなく、この固体撮像素子２の剛性を補強する。この場合、保護ガラス４は、固体撮像素子２の剛性をプリント基板３の熱収縮力に比して強い剛性に補強する。すなわち、上述したプリント基板３の熱収縮力は、保護ガラス４によって補強された固体撮像素子２の剛性に比して弱い。なお、保護ガラス４によって補強された固体撮像素子２の剛性は、固体撮像素子２の剛性と保護ガラス４の剛性とを加算した総合的な剛性である。

また、保護ガラス４は、図１に示すように固体撮像素子２とプリント基板３との間に介在し、プリント基板３の開口部３ａを介して入射する被写体の光、すなわち固体撮像素子２の受光部２ａが受光すべき光を受光部２ａ側に透過させる。さらに、保護ガラス４は、固体撮像素子２の受光部２ａ側への異物混入を防止する。なお、保護ガラス４は、固体撮像素子２の受光部２ａ側の素子面に、接着剤によって接着されてもよいし、双方の接触面に予め形成されたメタライズの加熱処理によって溶着されてもよい。以下、上述したように受光部２ａ側の素子面に保護ガラス４を固定した状態の固体撮像素子２を保護ガラス付の固体撮像素子２と称する。

接着剤５は、このような保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３とを確実に固定するためのものである。具体的には、接着剤５は、エポキシ系、フェノール系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系等の絶縁性接着剤である。接着剤５は、図１に示すように、固体撮像素子２の受光部２ａとプリント基板３の開口部３ａとの間の領域に進入しないように、フリップチップ実装後の保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との間隙に充填される。また、接着剤５は、このプリント基板３上の保護ガラス付の固体撮像素子２の周囲、実際には、この固体撮像素子２上の保護ガラス４の周囲に沿って裾野形状を形成する状態になるまで塗布される。これによって、接着剤５は、この保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との間隙を閉塞する。このように充填および塗布された接着剤５は、加熱処理または紫外線照射処理等によって硬化する。この結果、接着剤５は、保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３とを接着してこの保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との実装強度、すなわち保護ガラス４の各突起電極４ｅとプリント基板３の配線層３ｂとの接合強度を補強する。さらに、接着剤５は、この保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との間隙を介しての保護ガラス４上面への異物混入および受光部２ａへの不要光の入射を防止する。

なお、接着剤５は、上述した絶縁性接着剤に限定されず、異方導電性接着剤であってもよい。この場合、接着剤５は、上述した保護ガラス付の固体撮像素子２のフリップチップ実装において、保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３とを接着するとともに、このフリップチップ実装された保護ガラス付の固体撮像素子２の各突起電極４ｅとプリント基板３の配線層３ｂとを各々電気的に接続する。一方、接着剤５が異方導電性接着剤である場合、上述した突起電極４ｅを用いずに各貫通孔４ｂ内の導電性充填材４ｄと接着剤５とを直接接触させてもよい。この場合、接着剤５は、保護ガラス付の固体撮像素子２の各貫通孔４ｂ内の導電性充填材４ｄとプリント基板３の配線層３ｂとを各々電気的に接続する。また、接着剤５は、上述した熱硬化型のものに限らず、紫外線硬化型の接着剤であってもよい。

つぎに、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニット１の製造方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの製造方法の一例を示すフローチャートである。図３は、固体撮像素子の受光部側素子面に保護ガラスを取り付ける状態を示す模式図である。図４は、固体撮像素子に取り付けた保護ガラスに複数の導電部を形成する状態を示す模式図である。図５は、プリント基板に保護ガラス付の固体撮像素子をフリップチップ実装する状態を示す模式図である。本発明の実施の形態にかかる撮像ユニット１は、上述した固体撮像素子２とプリント基板３と保護ガラス４とを撮像ユニット１の構成部品として予め準備し、接着剤５等を用いてこれらの各構成部品を組み合わせることによって製造される。

すなわち、図２に示すように、まず、固体撮像素子２に保護ガラス４を取り付ける（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１において、保護ガラス４は、図３に示すように、固体撮像素子２の受光部２ａおよび駆動回路部２ｂが凹部４ａ内に収容され且つ固体撮像素子２の各電極パッド２ｃが各貫通孔４ｂ内に収容される態様で固体撮像素子２の受光部２ａ側の素子面に接着または溶着される。この時点において、固体撮像素子２の受光部２ａおよび駆動回路部２ｂは、保護ガラス４の凹部４ａ内に気密封止される。続いて、この固体撮像素子２に取り付けた保護ガラス４の各貫通孔４ｂに導電性充填材４ｄを各々充填し、その後、図４に示すように、各貫通孔４ｂ内の導電性充填材４ｄに突起電極４ｅを加熱処理または超音波処理等によって各々取り付ける。この結果、固体撮像素子２上の保護ガラス４に複数の導電部４ｃが形成され、保護ガラス付の固体撮像素子２が製造される。

つぎに、ステップＳ１０１の工程によって製造された保護ガラス付の固体撮像素子２をプリント基板３にフリップチップ実装する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２において、保護ガラス付の固体撮像素子２は、図５に示すように、プリント基板３にフリップチップ実装される。具体的には、プリント基板３は、保護ガラス４を介して固体撮像素子２の受光部２ａと開口部３ａとを対向させるとともに、この保護ガラス付の固体撮像素子２の各突起電極４ｅと配線層３ｂ内の各電極パッドとを位置決めされる。続いて、このように位置決めされた各突起電極４ｅと配線層３ｂとを仮付けし、この仮付け後の保護ガラス付の固体撮像素子２およびプリント基板３である仮実装体をリフロー炉等の所定の加熱装置に投入し、この加熱装置によってこの仮実装体を加熱処理する。この仮実装体の加熱処理によって、保護ガラス付の固体撮像素子２の各突起電極４ｅは、プリント基板３の配線層３ｂに溶着接合され、この結果、保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３とのフリップチップ実装が達成される。この場合、保護ガラス付の固体撮像素子２は、保護ガラス４を介してプリント基板３の開口部３ａと受光部２ａとを対向させた状態でプリント基板３の配線層３ｂと電気的に接続される。

なお、このステップＳ１０２における保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との仮実装において、上述した位置決め後の保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３とに対して押圧処理または超音波処理等をさらに行って、このプリント基板３の配線層３ｂに保護ガラス付の固体撮像素子２の各突起電極４ｅを仮接合してもよい。

ここで、このフリップチップ実装後の状態において、保護ガラス付の固体撮像素子２は、保護ガラス４によって補強された剛性によってプリント基板３の熱収縮力に対抗する。この結果、保護ガラス付の固体撮像素子２は、このプリント基板３の熱収縮力に抗して反りを補正するとともに受光部２ａを平坦な状態に維持している。

その後、ステップＳ１０２によるフリップチップ実装工程後の保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との間に接着剤５を充填する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３において、接着剤５は、受光部２ａとプリント基板３の開口部３ａとの間の領域に進入しないようにフリップチップ実装後の保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との間隙に充填される。続いて、この保護ガラス付の固体撮像素子２とプリント基板３との間隙を閉塞するまで、この固体撮像素子２上の保護ガラス４の周囲に沿って裾野形状に塗布される（図１参照）。この接着剤５の充填工程によって、保護ガラス付の固体撮像素子２の各突起電極４ｅとプリント基板３の配線層３ｂとの接合強度は補強される。なお、接着剤５は、ＵＶ照射等によって常温硬化してもよいし、加熱処理によって熱硬化してもよい。

上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０３の各製造工程を順次行うことによって、図１に示した構成を有する撮像ユニット１を製造することができる。このように製造された撮像ユニット１は、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラを始め、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機等、各種態様の電子撮像装置に内蔵することができる。

つぎに、保護ガラス付の固体撮像素子２の反り低減作用について説明する。図６は、保護ガラスによる固体撮像素子の剛性補強によって固体撮像素子の反りを低減する状態を示す模式図である。この実施の形態にかかる撮像ユニット１における保護ガラス付の固体撮像素子２は、図２に示したステップＳ１０２において、プリント基板３が熱膨張する以前に、このプリント基板の配線層３ｂに仮実装される。その後、この仮実装後の保護ガラス付の固体撮像素子２は、加熱処理によってプリント基板３にフリップチップ実装される。

このステップＳ１０２において、プリント基板３は、このような加熱処理によって熱膨張し、その後、常温まで温度低下しつつ熱収縮する。この状態において、このプリント基板３上の保護ガラス付の固体撮像素子２は、プリント基板３の熱膨張力を受け、その後、図６に示すように、このプリント基板３の熱収縮力Ｆ１を受ける。ここで、保護ガラス４は、プリント基板３の剛性に比して強い剛性を有し、上述したようにプリント基板３の熱収縮力Ｆ１に比して強い剛性に固体撮像素子２の剛性を補強する。このような保護ガラス４は、このプリント基板３の熱収縮力Ｆ１に抗して、この自身の剛性に基づいた反作用力Ｆ２を固体撮像素子２に作用させる。なお、この反作用力Ｆ２は、保護ガラス付の固体撮像素子２に印加されるプリント基板３の熱収縮力Ｆ１に対抗する力である。

保護ガラス４は、上述したプリント基板３の熱収縮力Ｆ１に対抗する反作用力Ｆ２によって、温度低下時のプリント基板３の熱収縮変形に伴う固体撮像素子２の熱収縮変形を抑制し、これによって、この固体撮像素子２の熱収縮に起因する応力を十分に吸収する。この結果、保護ガラス４は、このような応力によって招来される固体撮像素子２の反りを低減する。このようにして、保護ガラス４は、加熱処理後、具体的にはプリント基板３へのフリップチップ実装後の固体撮像素子２の受光部２ａの反りを補正し、これによって、この受光部２ａを平坦な状態に維持する。

一方、保護ガラス４は、上述したように、所定の厚み（例えば固体撮像素子２に比して大きい厚み）に形成されたに酸化ケイ素等を主成分とするガラス部材であり、シリコンを主成分とする半導体チップである固体撮像素子２と略同じ熱膨張係数を有する。このため、上述したように固体撮像素子２に取り付けられた保護ガラス４は、その取付面すなわち受光部２ａ側の素子面から剥離する程の熱膨張係数差（熱膨張差および熱収縮差）を固体撮像素子２との間で生じることなく、この固体撮像素子２の剛性を補強することができる。

なお、保護ガラス４は、上述した保護ガラス付の固体撮像素子２のフリップチップ実装工程後における加熱処理（例えば、接着剤５の熱硬化処理等）の前後においても、同様に、プリント基板３の熱収縮力に抗して固体撮像素子２の反りを補正でき、この結果、このプリント基板３の熱収縮に起因する固体撮像素子２の受光部２ａの反りを低減することができる。

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、固体撮像素子と電気的に接続される複数の導電部を備えた保護ガラスを固体撮像素子の受光部側の素子面に取り付けて、この固体撮像素子の受光部側素子面を保護するとともに、この固体撮像素子の剛性を補強するように構成した。このため、この固体撮像素子の剛性を、加熱処理によってこの固体撮像素子を実装する回路基板の熱収縮力に比して強い剛性に補強することができ、この補強された剛性に基づく反作用力によって、回路基板の熱収縮変形に伴う固体撮像素子の熱収縮変形を抑制しつつ、この固体撮像素子の熱収縮に起因する応力を十分に吸収できる。この結果、加熱処理による実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを低減することができる。

また、上述した保護ガラスの熱膨張係数と固体撮像素子の熱膨張係数とを略同じに設定しているため、固体撮像素子の受光部側素子面に取り付けた保護ガラスが剥離する程に大きい熱膨張係数差を固体撮像素子と保護ガラスとの間で発生させずに、この固体撮像素子の剛性を保護ガラスによって補強することができる。

なお、上述した実施の形態では、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続する導電部４ｃを形成するために、保護ガラス４の各貫通孔４ｂに導電性充填材４ｄを充填していたが、本発明は、これに限定されるものではない。図７は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットにおける導電部の変形例１の要部断面を示す模式図である。図８は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットにおける導電部の変形例２の要部断面を示す模式図である。

具体的には、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続する導電部は、保護ガラス４の各貫通孔４ｂ内に内部配線をパターン形成して実現されてもよい。例えば図７に示すように、本発明の変形例１における保護ガラス４の貫通孔４ｂは、突起電極４ｅと固体撮像素子２の電極パッド２ｃとを電気的に接続するためのビアホールまたはスルーホールとして形成される。このような貫通孔４ｂ内には、この電極パッド２ｃと電気的に接続され且つ一配線部分が貫通孔４ｂの外部に露出するように内部配線４ｆがパターン形成される。上述した突起電極４ｅは、このように貫通孔４ｂの外部に露出した内部配線４ｆの一部分に配置される。この変形例１にかかる撮像ユニットの導電部１４ｃは、このような突起電極４ｅと内部配線４ｆとによって形成され、上述した実施の形態における導電部４ｃの場合と同様に、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続する。

一方、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続する導電部は、保護ガラス４の外壁に沿って外部配線をパターン形成して実現されてもよい。例えば図８に示すように、本発明の変形例２における保護ガラス４では、上述した貫通孔４ｂを形成せずに、突起電極４ｅと固体撮像素子２の電極パッド２ｃとを電気的に接続するための外部配線４ｇが保護ガラス４の外形に沿ってパターン形成される。上述した突起電極４ｅは、このようにパターン形成した外部配線４ｇの一配線部分に配置される。この変形例２にかかる撮像ユニットの導電部１５ｃは、このような突起電極４ｅと外部配線４ｇとによって形成され、上述した実施の形態における導電部４ｃの場合と同様に、固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続する。

なお、上述した実施の形態では、先に固体撮像素子２に保護ガラス４を取り付け、その後、この保護ガラス付の固体撮像素子２をプリント基板３にフリップチップ実装していたが、これに限らず、予め導電部４ｃが形成された保護ガラス４をプリント基板３に実装し、その後、このプリント基板３上の保護ガラス４に固体撮像素子２を取り付けてもよい。

また、上述した実施の形態では、プリント基板３に保護ガラス付の固体撮像素子２をフリップチップ実装した場合を例示したが、これに限らず、プリント基板３に保護ガラス付の固体撮像素子２を銀ペ−スト材等の接着剤等によってダイボンディング実装し、このプリント基板３と保護ガラス付の固体撮像素子２とを金属ワイヤボンディング技術によって電気的に接続してもよい。

また、上述した実施の形態では、多層構造の回路基板であるプリント基板３を例示したが、これに限らず、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニット内の回路基板は単層構造の回路基板であってもよい。

以上のように、本発明にかかる撮像ユニットは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットに有用であり、特に、回路基板の熱収縮に起因する固体撮像素子の反りを低減することができる撮像ユニットに適している。

１ 撮像ユニット
２ 固体撮像素子
２ａ 受光部
２ｂ 駆動回路部
２ｃ 電極パッド
３ プリント基板
３ａ 開口部
３ｂ 配線層
４ 保護ガラス
４ａ 凹部
４ｂ 貫通孔
４ｃ，１４ｃ，１５ｃ 導電部
４ｄ 導電性充填材
４ｅ 突起電極
４ｆ 内部配線
４ｇ 外部配線
５ 接着剤

Claims (3)

1. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子と電気的に接続される複数の導電部を有する保護ガラスであって、前記固体撮像素子の受光部を内部に収容して前記受光部との接触を回避する凹部が形成された保護ガラスと、
   前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部が形成され、前記受光部と前記開口部とを対向させた態様で前記複数の導電部を介して前記固体撮像素子と電気的に接続されると共に、前記保護ガラスにおける前記凹部が形成されていない側の面に接着される回路基板と、
   前記保護ガラスと前記回路基板との間に充填された接着剤と、
   を備え、
   前記回路基板は、前記保護ガラスを介して前記固体撮像素子に接続されることを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記固体撮像素子の熱膨張係数は、前記保護ガラスの熱膨張係数と同じであることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記保護ガラスには、前記凹部が形成された領域以外の領域に前記複数の導電部を配置する複数の貫通孔が形成され、
   前記導電部は、
   前記複数の貫通孔に充填される複数の導電性充填部材と、
   前記導電性充填部材と前記回路基板とを電気的に接続する複数の突起電極と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。

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