JP3820710B2 - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デスクトップ型またはノート型パソコンや携帯電話などに搭載可能な軽量、かつ小型、薄型化された撮像装置、特に固体撮像素子および駆動回路、信号処理回路、制御回路などからなる周辺回路とレンズ、絞り等の光学系とを一体化した撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、民生用のビデオカメラにおいて、忠実な色彩の再現性や微細なディテールの表現など高画質に関する要求とともに持ち運びに便利な小型化、薄型化、軽量化等に関する要求が高まってきている。このような要求に応えるために固体撮像素子およびその周辺回路を含んで撮像装置を小型化、薄型化する技術開発が盛んに行われている。
【0003】
図4は小型、薄型化された従来の撮像装置の要部断面図であり、図において、1はセラミックパッケージの内部に固体撮像素子(以下、CCDチップという)が搭載されている固体撮像装置(以下CCDという)で第1のプリント基板2上に実装されている。また第1のプリント基板2上には抵抗やコンデンサなどの回路部品3も実装されており、CCD1と電気的に接続されている。4は第1のプリント基板2とフレキシブルケーブル5によって電気的に接続されている第2のプリント基板であって、その上面にはCCD1の駆動回路部や信号処理回路部を構成する各周辺回路素子6および抵抗やコンデンサなどの回路部品7が実装されている。第2のプリント基板4はフレキシブルケーブル5によって自在に折り曲げることが可能であり、撮像装置の占める面積の削減に効果がある。
【0004】
図に示すように従来の撮像装置は2枚のプリント基板2、4を用い、第1のプリント基板2にはセラミックパッケージなどに搭載された固体撮像装置1と回路部品3を実装し、第2のプリント基板4に周辺回路素子6や同じく回路部品7を実装している。これらのプリント基板の寸法は約4cm角で、2枚のプリント基板を重ね合わせた高さは1cm程度である。
【0005】
また8はCCD1にかぶせるように設けられたレンズホルダーであって、CCD1の中心に位置する箇所にレンズ9が固定されている。10は小さな直径を有する絞りおよび光学フィルタがその中心部に設けられている撮像装置のケースである。
【0006】
このような撮像装置はビデオカメラや電子スチルカメラの撮像部またはノート型パソコンや携帯電話等の情報端末機用としてますますその用途を拡大しつつあるが、これら携帯用の電子機器の小型軽量化が限りなく進展している反面、備えるべき機能としては多機能化が要求され、したがってこれら電子機器の構成部品のさらなる小型化、軽量化、薄型化はもはや必須の条件となってきている。
【0007】
これらの要求に応えるため、発明者らは図5に示すような小型化、薄型化された新しいワンパッケージモジュールタイプの撮像装置を提案した。
【0008】
この撮像装置は図5に示すように、樹脂パッケージよりなる収納容器11の内部にはCCDチップ12とそのCCDチップ12に近接して半導体チップよりなる周辺回路素子13が搭載された半導体基板14が収納されており、いずれも金線等のワイヤリード15によって半導体基板14の表面に形成されている配線群(図示せず)にボンディングされている。その配線群の端子は同じくワイヤリード15によって収納容器11の外部に導出されているピンリード16に接続されている。このように構成された収納容器11はその上面に樹脂パッケージよりなるレンズホルダ17を接着することにより、その内部は窒素ガスまたは不活性ガスが充填された状態で気密封止される。
【0009】
またレンズホルダ17にはCCDチップ12の丁度上面に位置する部分にピンホールレンズを構成する光学絞り18とレンズ19が設けられている。また樹脂パッケージの収納容器11を載置した基板20の反対面にその他の周辺部品等21が実装されて撮像装置が完成する。
【0010】
図6は図5に示すワンパッケージモジュールタイプの撮像装置の一部を強調して示したものであり、CCDチップ12や周辺回路素子13を搭載した半導体基板14は接着剤22によって収納容器11の底面に接着固定されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図6に見られるように、半導体基板14を接着剤22を介して収納容器11の底面に接着固定する場合、その接着剤22の厚さを半導体基板14の広い面積において一定の均一な厚さに保持することは極めて困難であり、図示するように半導体基板14の一方の端部には厚い接着剤層22aが、また他方の端部には薄い接着剤層22bが形成される場合が発生する。このような状態でレンズホルダ17を図5に示すように収納容器11に取り付けた場合、CCDチップ12の光軸Lcとレンズ19の光軸Llとは一致せず、両光軸の間に角度θのずれが生じ、撮像装置の解像度や色再現性等の光学特性の低下を招くこととなる。
【0012】
また図5に示すようなワンパッケージモジュールタイプの撮像装置において、機器組立時の光学的基準面は収納容器11の外部底面を用いることが一般的であり、収納容器11への半導体基板14の搭載時の接着剤22の厚みむらは撮像装置の光学特性を劣化させる大きな原因となる。
【0013】
本発明は上記課題を解決するものであり、ワンパッケージモジュールタイプの撮像装置を組み立てる際に気密封止と光学的な位置合わせを同時に、かつ確実に行うことができる撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、レンズを備えたレンズホルダと固体撮像素子および周辺回路素子を搭載した半導体基板とを備える撮像装置において、レンズホルダがその枠体下部周辺枠部に設けられた段差部と、段差部の表面に露出している電極端子とを備え、半導体基板の周辺上面に設けられた電極パッドが異方性導電ペーストにより電極端子に電気的に接続されるとともにレンズホルダと半導体基板とが気密封止されるように半導体基板が段差部に装着されてなるものであり、極めて精密に光学的位置合わせを達成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、レンズを備えたレンズホルダと固体撮像素子および周辺回路素子を搭載した半導体基板とを備える撮像装置であって、レンズホルダはレンズホルダの枠体下部周辺枠部に設けられた段差部と、段差部の表面に露出している電極端子とを備え、半導体基板の周辺上面に設けられた電極パッドが異方性導電ペーストにより電極端子に電気的に接続されるとともにレンズホルダと半導体基板とが気密封止されるように半導体基板が前記段差部に装着された構成を有し、高精度の光学特性を有する撮像装置を安価に提供することができる。
【0016】
本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1記載の撮像装置に関し、異方性導電ペーストが導電体として表面に金属メッキが施されかつ直径が2〜20ミクロンの範囲内にある樹脂ビーズを含有することを特徴とするものであり、レンズホルダに対して半導体基板を光学的に正確な位置および正確な距離に容易に取り付けた撮像装置を提供することができる。
【0017】
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1記載の撮像装置に関し、異方性導電ペーストが導電体として粒径が2〜20ミクロンの範囲内にある銅粉またはニッケル粉のいずれかを含有することを特徴とするものであり、電極パッドと電極端子の接続部の電気抵抗をより低いものとすることができ、かつレンズホルダに対して半導体基板を光学的に正確な位置および正確な距離に容易に取り付けた撮像装置を提供することができる。
【0018】
本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1記載の撮像装置に関し、レンズホルダの光学系の光軸と半導体基板上の固体撮像素子の受光面との位置関係を異方性導電ペースト中の導電体によって規制するものであり、極めて正確にレンズとCCDチップの受光面との距離を保持した撮像装置を提供することができる。
【0019】
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1記載の撮像装置に関し、半導体基板の底面をレンズホルダの枠体下部周辺枠部の底面よりも外部へ突出させるものであり、本発明に関わる撮像装置を電子機器への実装時に半導体基板の底面を光学的基準面として用いることができる。
【0020】
本発明の請求項6に記載の発明は、レンズを備えたレンズホルダはレンズホルダの下部周辺枠部に設けられた段差部と段差部の表面に露出している電極端子とを備え、固体撮像素子および周辺回路素子を搭載した半導体基板は周辺上面に電極パッドを備え、半導体基板がレンズホルダの段差部に装着されることにより形成される撮像装置の製造方法であって、異方性導電ペーストにより電極パッドが電極端子に電気的に接続されるとともにレンズホルダと半導体基板とが気密封止されるように半導体基板が段差部に装着される工程を有するものであり、簡単な工程で高精度の光学特性を有する撮像装置を製造することができる。
【0021】
つぎに本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態における撮像装置の構造を、また図2は同じく撮像装置の一部を拡大して示すものであり、図に示すように光学絞り23とレンズ24を有するレンズホルダ25の枠体の下部周辺枠部26には段差部27が設けられている。CCDチップ28と周辺回路素子29が搭載された半導体基板30はレンズホルダ25の段差部27に嵌合して接着性を有する異方性導電ペースト31によって物理的に接合されるとともに、電気的にも接続されている。
【0022】
図2にその接合状態を拡大して示す。異方性導電ペースト31は熱硬化性樹脂接着剤32中に金あるいは銀を表面にコーティングした合成樹脂粒子よりなる導電体(樹脂ビーズ)33、または銅あるいはニッケル等の金属粒子などよりなる導電体33を一定量均一に分散させてなるものである。図に示すように、周辺に電極パッド34が形成された半導体基板30をレンズホルダ25の枠体下部周辺枠部26に設けられた段差部27に嵌合させて取り付ける際に、異方性導電ペースト31を介在させることにより、半導体基板30をレンズホルダ25に気密封止すると同時に、半導体基板30の周辺に形成されている電極パッド34と段差部27の下面に露出しているレンズホルダ25のリード35の電極端子36とを導電体33により電気的に接続させることができる。
【0023】
本発明の場合、異方性導電ペースト31を用いて電気接続および撮像装置の気密封止を行っているために、半導体基板30の電極パッド34とレンズホルダ25の電極端子36間は電気的に接続されているが、図3に示すように、電極パッド34または電極端子36同士はそれぞれ電気的に絶縁された状態となっている。
【0024】
また、半導体基板30とレンズホルダ25との間隔は異方性導電ペースト31中に分散させた導電体33の粒径を選択することにより、またレンズホルダ25と半導体基板30との嵌合接合時の圧力を制御することにより精度よく、また再現性よく決めることができる。また半導体基板30の保持冶具を調整することによって光学的な位置合わせを連続的に行いながらレンズ24の光軸とCCDチップ28の受光面との位置合わせを極めて容易に行うことができる。
【0025】
(実施の形態2)
つぎに、本発明の第2の実施の形態について図2を用いて説明する。図2に示すように、本発明に関わる撮像装置は、半導体基板30をレンズホルダ25に取り付けた場合、半導体基板30の底面がレンズホルダ25の枠体下部周辺枠部26の底面よりも外部に突き出る構成となっている。したがって本実施の形態によって得られた撮像装置は半導体基板30の底面が正確にレンズ24の光軸と合致しているために、撮像装置を各種の電子機器等に搭載する際、半導体基板30の底面を光学的位置合わせのための基準面として利用することができる。
【0026】
(実施の形態3)
次に、本発明の第3の実施の形態である撮像装置の製造方法について、図1および図2を参照しながら説明する。主面に電極配線(図示せず)が形成され、かつ周縁部に電極パッド34が形成された半導体基板30の所定の位置にCCDチップ28、周辺回路素子29を搭載する。次にCCDチップ28、周辺回路素子29と半導体基板上の電極配線とワイヤボンディングする。一方、レンズ24を取り付けたレンズホルダ25を準備する。次にレンズホルダ25の段差部27に異方性導電ペースト31を塗布し、半導体基板30を段差部27に挿入する。つぎに半導体基板30に圧力を加えて導電性ペースト32中の導電体33が電極パッド34と電極端子36とに接するようにし、接着固定する。
【0027】
本実施の形態における撮像装置の製造方法においては、半導体基板30をレンズホルダ25に接着する際、CCDチップ28とレンズ24の光学的位置合わせが容易にできるので、簡単な工程で光学的に精度の高い撮像装置を製造することができる。
【0028】
【発明の効果】
上記実施の形態より明らかなように本発明によれば、レンズホルダの枠体下部周辺枠部に設けられた段差部に半導体基板をレンズホルダの底部から装着する際に、その段差部の表面に露出して設けられている電極端子と、半導体基板の周辺上面に設けられた電極パッドとを異方性導電ペーストにって電気的に接続するとともにレンズホルダと半導体基板とを気密に封止しているために、極めて精密にかつ容易に光学的位置合わせを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における撮像装置の断面図
【図2】同撮像装置の一部拡大断面図
【図3】同撮像装置の一部拡大平面透視図
【図4】従来の撮像装置の断面図
【図5】ワンパッケージモジュールタイプの撮像装置の断面図
【図6】同撮像装置の一部拡大断面図
【符号の説明】
23 光学絞り
24 レンズ
25 レンズホルダ
26 枠体下部周辺枠部
27 段差部
28 CCDチップ(固体撮像素子)
29 周辺回路素子
30 半導体基板
31 異方性導電ペースト
34 電極パッド
36 電極端子
Claims (6)
- レンズを備えたレンズホルダと固体撮像素子および周辺回路素子を搭載した半導体基板とを備える撮像装置であって、前記レンズホルダは前記レンズホルダの枠体下部周辺枠部に設けられた段差部と、前記段差部の表面に露出している電極端子とを備え、前記半導体基板の周辺上面に設けられた電極パッドが異方性導電ペーストにより前記電極端子に電気的に接続されるとともに前記レンズホルダと前記半導体基板とが気密封止されるように前記半導体基板が前記段差部に装着されたことを特徴とする撮像装置。
- 異方性導電ペーストが、導電体として表面に金属メッキが施されかつ直径が2〜20ミクロンの範囲内にある樹脂ビーズを含有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 異方性導電ペーストが、導電体として粒径が2〜20ミクロンの範囲内にある銅粉またはニッケル粉のいずれかを含有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- レンズホルダの光学系の光軸と半導体基板上の固体撮像素子の受光面との位置関係が、異方性導電ペースト中の導電体によって規制されている請求項1記載の撮像装置。
- 半導体基板の底面がレンズホルダの枠体下部周辺枠部の底面よりも外部へ突出している請求項1記載の撮像装置。
- レンズを備えたレンズホルダは前記レンズホルダの下部周辺枠部に設けられた段差部と、前記段差部の表面に露出している電極端子とを備え、固体撮像素子および周辺回路素子を搭載した半導体基板は前記半導体基板の周辺上面に電極パッドを備え、前記半導体基板が前記段差部に装着されることにより形成される撮像装置の製造方法であって、異方性導電ペーストにより前記電極パッドが前記電極端子に電気的に接続されるとともに前記レンズホルダと前記半導体基板とが気密封止されるように前記半導体基板が前記段差部に装着される工程を有することを特徴とする撮像装置の製造方法。
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