JP4285966B2 - カメラモジュール - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラモジュールに関し、特に撮像素子と信号処理素子をスタック構造にすることにより薄型・軽量化したカメラモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラモジュールは、携帯電話、携帯用のコンピューター等に積極的に採用されるようになった。従ってカメラモジュールは、小型化、薄型化、軽量化が求められている。
【０００３】
本発明では、１例として、半導体撮像素子としてＣＣＤを用いたカメラモジュールを用いて説明を行う。尚、ＣＣＤ以外の半導体撮像素子（例えばＣＭＯＳセンサー等）を用いることもできる。
【０００４】
図１７を参照して、従来のカメラモジュールの構造を説明する。先ず、実装基板１０１にＣＣＤ１０２が実装されている。そして、ＣＣＤ１０２の上方に、外部からの光を集めるレンズ１０５がレンズバレル１０６に固定されている。また、レンズバレル１０６はレンズホルダー１０７によってホールドされており、レンズホルダー１０７はレンズ止めビス１０８８によって実装基板１０１に実装されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
ここで、ＣＣＤは、（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の略で、レンズ１０５によって集められた光の強さに応じた電荷を出力する働きを有する。また、レンズバレル１０６は側面がねじ状になっており（図示せず）、回転することによってレンズ１０５の焦点を合わせる働きを有する。
【０００６】
更に、実装基板１０１の表面および裏面に、チップ部品１０３と裏面チップ部品１０４が実装されている。これらチップ部品としては、ＤＳＰ、ドライブ用ＩＣ、コンデンサ、抵抗、ダイオードが挙げられる。ＤＳＰは（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）の略で、ＣＣＤから送られたデジタル信号を高速に処理する働きを有する。また、ドライブ用ＩＣは、ＣＣＤを駆動させるためにＤＳＰからの駆動信号を昇圧して、ＣＣＤ内に蓄積された電荷を転送させる働きを有する。
【０００７】
図１８を参照して、このカメラモジュールの組立方法を説明する。先ず、図１８（Ａ）を参照して、実装基板１０１を用意し、実装基板１０１の裏面に裏面チップ部品１０４を実装する。
【０００８】
次に、図１８（Ｂ）を参照して、実装基板１０１の表面にＣＣＤ１０２とチップ部品１０３を実装する。
【０００９】
最後に、図１８（Ｃ）を参照して、レンズ１０５が固定されたレンズバレル１０６をレンズホルダー１０７に固定し、レンズ止めビス１０８を用いて、レンズホルダー１０７を実装基板１０１に固定する。なお、レンズ止めビス１０８でレンズホルダー１０７を固定するために、対応する箇所にスルーホールが形成してある。以上の方法により、実装基板１０１を用いた従来型のカメラモジュールが完成する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１８５８２７号公報（第４頁、第２図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来型のカメラモジュールは、以下のような問題を有していた。
【００１２】
ＣＣＤ１０２の信号処理およびその駆動を行うＤＳＰおよびドライバーＩＣ等の素子が、実装基板１０１上に平面的に実装されていたので、大きな面積の実装基板１０１が必要となり、このことがカメラモジュールの小型化を阻害していた。
【００１３】
更に、実装基板１０１は本来不要なものである。しかし製造方法上、電極を貼り合わせるために、またレンズホルダー１０７を固定するために実装基板１０１を利用している。従って、この実装基板１０１を無くすことができなかった。
【００１４】
本発明は上述した問題を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、ＣＣＤ等の撮像素子とその信号処理を行う素子をスタック構造にすることにより小型化・薄型化されたカメラモジュールを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１に、導電パターンと、前記導電パターン上にフェイスダウンで実装することにより素子が形成された面が遮光された信号処理素子と、前記信号処理素子上に固着された撮像素子と、前記撮像素子と前記導電パターンを電気的に接続する金属細線と、前記信号処理素子、前記撮像素子および前記金属細線を被覆する透明樹脂と、前記撮像素子の上方に位置するレンズとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、第２に、前記信号処理素子と前記導電パターンとの間には、遮光性のアンダーフィル樹脂が充填されることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、第３に、前記撮像素子は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳであることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、第４に、前記信号処理素子は、前記撮像素子の駆動と、前記撮像素子の信号処理を行う素子であることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、第５に、前記信号処理素子の周辺の前記導電パターンには、チップコンデンサおよびチップ抵抗等のチップ部品が実装されることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、第６に、前記導電パターンは、単層の配線構造を形成し、前記導電パターンの裏面は前記絶縁性樹脂から露出することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、第７に、前記導電パターンは、多層の配線構造を形成することを特徴とする。
【００２２】
本発明は、第８に、前記透明性樹脂の側面および上面は、上部に前記レンズが固着されたホルダーで保護されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（カメラモジュールの構造を説明する第１の実施の形態）
本発明のカメラモジュール１０について、図１を参照しながら説明する。図１（Ａ）はカメラモジュール１０の断面図であり、図１（Ｂ）はその平面図である。
【００２４】
カメラモジュール１０は、導電パターン１１と、導電パターン１１上にフェイスダウンで実装することにより素子が形成された面が遮光された信号処理素子１２と、信号処理素子１２上に固着された撮像素子１３と、撮像素子１３と導電パターン１１を電気的に接続する金属細線１６と、信号処理素子１２、撮像素子１３および金属細線１６を被覆する透明樹脂１５と、撮像素子１３の上方に位置するレンズ２４とから構成されている。
【００２５】
導電パターン１１は、図１（Ａ）を参照して、絶縁層２１で絶縁された第１の導電パターン１１Ａと第２の導電パターン１１Ｂとから構成されており、多層の配線を構成している。第１の導電パターン１１Ａは、絶縁層２１の上部に形成され、信号処理素子１２、チップ部品１４が実装される。更に、第１の導電パターン１１Ａは、配線部に加えてボンディングパッドを形成し、金属細線１６を介して電気的に撮像素子１３と接続されている。第２の導電パターン１１Ｂは、絶縁層２１の下部に形成され、裏面には外部電極１７が形成されている。絶縁層２１の所望の箇所には貫通孔が形成されており、この貫通孔にメッキ等を形成することにより、第１の導電パターン１１Ａと第２の導電パターン１１Ｂとは電気的に接続されている。更にまた、第１の導電パターン１１Ａおよび第２の導電パターン１１Ｂは、オーバーコート樹脂２０により被覆されており、回路素子や電極が形成される箇所のオーバーコート樹脂２０は、部分的に除去されている。また、上記では導電パターン１１は２層の配線構造と成っているが、更に多層の配線構造を構成することも可能である。
【００２６】
信号処理素子１２は、回路素子が形成された面を下面にして第１の導電パターン１１Ａにフェイスダウンで実装されている。フェイスダウンで実装されることにより、素子が形成された面が導電パターン１１側に面するので、外部から侵入した光が素子に入射することによる誤作動を防ぐことができる。信号処理素子１２と第１の導電パターン１１Ａとの電気的接続は、バンプ電極１９により行われている。バンプ電極１９は、半田ボール等の導電性ペーストにより形成されている。また、フリップチップボンディングで実装された信号処理素子１２と、第１の導電パターン１１Ａとの間隙には、遮光性のアンダーフィル樹脂１８が充填されている。このように遮光性のアンダーフィル樹脂１８を充填することにより、信号処理素子１２の表面の遮光を確実に行うことができる。信号処理素子１２の表面には、撮像素子１３を駆動させるドライバーと、撮像素子１３の電気信号を処理するＤＳＰが形成されており、これらの機能が１つの素子に組み込まれている。ここで、ＤＳＰを構成するＤＳＰチップとドライバー回路を構成するドライバーチップを個々に形成して、何れかの素子に撮像素子をスタック構造で実装することも可能である。
【００２７】
撮像素子１３は、絶縁性接着剤等を介して信号処理素子１２上にフェイスアップで固着されており、金属細線１６を介して第１の導電パターン１１Ａと電気的に接続されている。撮像素子１３としては、ＣＣＤ素子またはＣＭＯＳ素子を採用することができる。撮像素子１３は透明樹脂により封止されており、上方にはレンズ２４が固定されているので、レンズ２４により集光された光は、透明樹脂１５を透過して撮像素子１３の受光面に到達する。
【００２８】
透明樹脂１５は光を透過させる樹脂から形成され、導電パターン１１に実装される回路素子および金属細線を封止する働きを有する。具体的には、透明樹脂１５は、信号処理素子１２、撮像素子１３、チップ部品１４および金属細線１６を封止している。透明樹脂１５の材料としては、トランスファーモールドで形成される熱硬化性樹脂や、インジェクションモールドで形成される熱可塑性樹脂等を採用することができる。
【００２９】
チップ部品１４は、例えばノイズを低減させるためのチップコンデンサやチップ抵抗等であり、半田等のロウ材を介して第１の導電パターン１１Ａに固着されている。図１（Ｂ）では、第１の導電パターンからなるボンディングパッドが周辺部に形成され、その内側にチップ部品１４が固着されているが、他の箇所の第１の導電パターン１１Ａにチップ部品１４を固着することも可能である。
【００３０】
ホルダー２３は、透明樹脂１５の外形をカバーするような形状を有し、信号処理素子１２の受光部の上方に対応する箇所にレンズ２４が設けられている。更に、レンズの下方には、光を透過させるために開口部が設けられている。このようにホルダー２３で透明樹脂１５をカバーすることにより、レンズ２４で集光された光以外のノイズが透明樹脂に侵入するのを防止することができる。
【００３１】
本発明の特徴は、カメラモジュールを構成する撮像素子１３等のチップセットを透明樹脂１５で封止して、信号処理素子１２をフェイスダウンで実装することにより、信号処理素子１２の表面に光が入射するのを防止したことにある。具体的には、レンズ２４で集光された光を、封止された撮像素子１３の受光面に到達させるために、本発明では封止樹脂として透明樹脂１５を採用している。しかしながら、多数個のトランジスタ等から成る回路が形成された信号処理素子１２の表面に光が入射すると、回路が誤作動を起こす恐れがある。そこで、本発明では、信号処理素子１２をフェイスダウンで第１の導電パターン１１Ａに実装することにより、信号処理素子１２の表面の遮光を行っている。更に、信号処理素子１２の表面と第１の導電パターン１１Ａとの間隙には、遮光性の材料から成るアンダーフィル樹脂１８が充填されている。このことにより、信号処理素子１２の表面の遮光の効果を増大させることができる。
【００３２】
更に、本発明の特徴は、フェイスダウンで実装された信号処理素子１２の上部に撮像素子１３を実装したことにある。撮像素子１３は、金属細線１６を介して第１の導電パターンと電気的に接続されており、撮像素子１３と信号処理素子１２とは、金属細線１３および導電パターン１１を介して電気的に接続されている。このように撮像素子１３をスタック構造にすることにより、カメラモジュール全体を小型化することができる。
【００３３】
図２を参照して、他の形態のカメラモジュール１０Ａの構成を説明する。図２を参照して、カメラモジュール１０Ａは、単層の配線を構成する導電パターン１１と、導電パターン１１上にフェイスダウンで実装することにより素子が形成された面が遮光された信号処理素子１２と、信号処理素子１２上に固着された撮像素子１３と、撮像素子１３と導電パターン１１を電気的に接続する金属細線１６と、信号処理素子１２、撮像素子１３および金属細線１６を被覆する透明樹脂１５と、撮像素子１３の上方に位置するレンズ２４とから構成されている。
【００３４】
上述したようにカメラモジュール１０Ａの構成は、図１を参照して説明したカメラモジュール１０と同様であるが、相違点は導電パターン１１の構成にある。カメラモジュール１０Ａでは、導電パターン１１は単層の配線構造を有しており、裏面を露出させて透明樹脂１５により封止されている。従って、導電パターン１１の裏面の所望の箇所には、外部電極が形成されている。更に、露出する導電パターン１１の裏面は、オーバーコート樹脂２２で被覆されるが、ここではオーバーコート樹脂２２は遮光性の材料から形成されている。このことにより、カメラモジュール１０Ａの下面からの光の侵入を防止することができる。
【００３５】
更に、上記の説明では、導電パターン１１は裏面を露出させて樹脂に埋め込まれているが、導電パターン１１は、ガラスエポキシ基板等の支持基板の表面または両面に形成することもできる。
【００３６】
（カメラモジュールの製造方法を説明する第２の実施の形態）
次に、図３〜図９を参照して、図１でその構成を説明したカメラモジュール１０の製造方法を説明する。
【００３７】
カメラモジュール１０の製造は、多層の配線を形成する導電パターン１１を形成する工程と、第１の導電パターン１１Ａ上に信号処理素子１２をフェイスダウンで固着し、チップ部品１４を固着する工程と、信号処理素子１２上に撮像素子１３を固着して信号処理素子１２と第１の導電パターン１１Ａとを金属細線で電気的に固着する工程と、撮像素子１３等を透明樹脂で封止する工程と、ホルダー２３を透明樹脂１５に填め込む工程とで行われる。このようか各工程を以下にて説明する。
【００３８】
図３を参照して、絶縁層２１を介して積層された第１の導電膜３２および第２の導電膜３３から成る絶縁シート３１を用意する。第１の導電膜３２は信号処理素子１２等が実装される微細な導電パターンを形成するので薄く形成され、第２の導電膜３３は、絶縁シート３１を機械的に支持する働きを有するので強度が重視され厚く形成される。
【００３９】
図４を参照して、第１の導電膜３２を選択的にエッチングすることにより第１の導電パターン１１Ａを形成する。更に、所望の箇所の第１の導電パターン１１Ａおよびその下方の絶縁層２１を除去して貫通孔を形成し、この箇所にメッキ膜を形成することにより、第１の導電パターン１１Ａと第２の導電膜とを電気的に接続する。
【００４０】
図５を参照して、第１の導電パターン１１Ａが被覆されるようにオーバーコート樹脂２０による被覆を行う。更に、金属細線１６がボンディングされる箇所およびＩＣ等が実装される箇所の第１の導電パターン１１Ａが露出するように、オーバーコート樹脂２０は部分的に除去される。
【００４１】
図６を参照して、信号処理素子１２およびチップ部品１４の実装を行う。信号処理素子１２は、フェイスダウンで第１の導電パターン１１Ａ上に実装され、ロウ材から成るバンプ電極１９を介して接続されている。そして、チップ抵抗やチップコンデンサ等であるチップ部品１４は、ロウ材を介して第１の導電パターン１１Ａ上に固着される。また、フェイスダウンで実装された信号処理素子１２と導電パターン１１との間には、遮光性のアンダーフィル樹脂１８が充填される。
【００４２】
図７を参照して、フリップチップボンディングで実装された信号処理素子１２の上面に、絶縁性接着剤を介して撮像素子１３をフェイスアップで実装する。撮像素子１３の上面には、ＣＣＤ素子またはＣＭＯＳ素子から成る受光面が形成されており、撮像素子１３の電極と第１の導電パターン１１Ａとは、金属細線１６により電気的に接続される。
【００４３】
図８を参照して、第１の導電パターン１１Ａに実装された撮像素子１３等が被覆されるように透明樹脂１５で封止を行う。この封止は、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドまたは、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドで行うことができる。このように透明樹脂１５で封止を行うことにより、撮像素子１３の受光面に外部からの光を入射させることができる。
【００４４】
図９を参照して、第２の導電膜３３を部分的に除去することにより、第２の導電パターン１１Ｂを形成する。更に、第２の導電パターン１１Ｂをオーバーコート樹脂２２で被覆した後に、外部電極１７を形成する。最後に、透明樹脂１５が覆われるように、ホルダー２３を透明樹脂１５に填め込む。ホルダー２３には、撮像素子１３の受光面の上方に対応する箇所に、レンズ２４が固着されている。
【００４５】
（カメラモジュールの製造方法を説明する第３の実施の形態）
本実施の形態では、図１０〜図１６を参照して、図２に示した単層の配線構造を有するカメラモジュール１０Ａの製造方法を説明する。カメラモジュール１０Ａの製造方法は、導電箔４０を用意して導電パターン１１となる領域を除いた箇所に分離溝４１を形成する工程と、導電パターン１１上にフェイスダウンで信号処理素子１２およびチップ部品１４を実装する工程と、信号処理素子１２上に撮像素子を固着して撮像素子１３と導電パターン１１とを電気的に接続する工程と、撮像素子１３等を透明樹脂１５で封止する工程と、導電箔４０の裏面を除去することにより導電パターン１１を電気的に分離する工程と、ホルダー２３を透明樹脂１５に填め込む工程とで行われる。このような各工程を以下にて説明する。
【００４６】
図１０を参照して、導電箔４０を用意して、導電パターン１１を形成する領域を除いた箇所に、その厚みよりも浅い深さの分離溝４１を形成する。この分離溝４１の形成は、エッチングレジスト等のマスクを用いて、選択的にエッチングを行うことにより行うことができる。また、エッチングにより部分的に除去された分離溝の側面は湾曲に形成されている。
【００４７】
図１１を参照して、信号処理素子１２およびチップ部品１４の実装を行う。信号処理素子１２は、フェイスダウンで導電パターン１１上に実装され、ロウ材から成るバンプ電極１９を介して接続されている。そして、チップ抵抗やチップコンデンサ等であるチップ部品１４は、ロウ材を介して導電パターン１１上に固着される。また、フェイスダウンで実装された信号処理素子１２と導電パターン１１との間には、アンダーフィル樹脂１８が充填される。
【００４８】
図１２を参照して、フリップチップボンディングで実装された撮像素子１３の上面に、絶縁性接着剤を介して撮像素子１３をフェイスアップで実装する。撮像素子１３の上面には、ＣＣＤ素子またはＣＭＯＳ素子から成る受光面が形成されており、撮像素子１３の電極と第１の導電パターン１１Ａとは、金属細線１６により電気的に接続される。
【００４９】
図１３を参照して、第１の導電パターン１１Ａに実装された撮像素子１３等が被覆されるように透明樹脂１５で封止を行う。この封止は、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドまたは、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドで行うことができる。このように透明樹脂１５で封止を行うことにより、撮像素子１３の受光面に外部からの光を入射させることができる。
【００５０】
図１４および図１５を参照して、導電箔４０の裏面を全面的にエッチングを行うことにより、導電パターン１１を電気的に分離する。このことにより、導電パターン１１の裏面は透明樹脂１５から露出する構造となる。更に、裏面に露出した導電パターン１１が保護されるように、オーバーコート樹脂２２による被覆を行う。オーバーコート樹脂２０は、遮光性の樹脂から成り、裏面に露出した導電パターン１１および透明樹脂１５を被覆している。従って、裏面から透明樹脂１５に光が入射するのを防止することができる。更に、導電パターン１１の裏面の所望の箇所には、ロウ材等から成る外部電極１７が形成される。
【００５１】
図１６を参照して、透明樹脂１５が覆われるように、ホルダー２３を透明樹脂１５に填め込む。ホルダー２３には、撮像素子１３の受光面の上方に対応する箇所に、レンズ２４が固着されている。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のカメラモジュールによれば、以下に示すような効果を奏することができる。
【００５３】
第１に、フェイスダウンで実装された信号処理素子１２上にスタック構造で撮像素子１３を固着することにより、カメラモジュールを構成するチップセットを実装するのに必要な面積を少なくすることができる。
【００５４】
第２に、信号処理素子１２はフェイスダウンで実装されており、更に、信号処理素子１２と導電パターン１１との間隙にはアンダーフィル樹脂１８が充填されているので、信号処理素子１２の表面を遮光することができる。従って、透明樹脂１５に入射した光による信号処理素子１２の誤作動を防止することができる。
【００５５】
第３に、本発明のカメラモジュールは、ガラスエポキシ基板等の実装基板を不要にして構成されており、従来型のカメラモジュールと比較すると軽量・薄型のものとなっている。
【００５６】
第４に、従来型のカメラモジュールでは、入射した光が撮像素子の受光面以外の箇所に当たるのを防止するために、遮光板を用いていた。本発明では、信号処理素子１２がフェイスダウンで実装されているため、遮光板を不要にしてカメラモジュールを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカメラモジュールを説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）である。
【図２】本発明のカメラモジュールを説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）である。
【図３】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１３】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１４】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１５】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１６】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１７】従来のカメラモジュールを説明する断面図である。
【図１８】従来のカメラモジュールの製造方法を説明する図である。

Claims (3)

  1. 絶縁層を介し、表側に第１の導電パターン、裏側に第２の導電パターンが少なくとも設けられた多層の導電パターンを有する配線構造と、
    前記配線構造の表側で、その中央に設けられた素子配置領域と、
    前記素子配置領域に設けられ、前記第１の導電パターンの一つと成る電極と、
    前記配線構造の表側で、前記配線構造の周囲に設けられ、前記第１の導電パターンの一つとなるボンディングパッドと、
    前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンとを電気的に接続する貫通孔と
    前記電極にフェイスダウンで接続された信号処理用の第１の半導体素子と、
    前記第１の半導体素子の裏面に設けられた絶縁性接着剤を介して積層して固着され、第１の半導体素子と電気的に接続された撮像素子から成る第２の半導体素子と、
    前記第２の半導体素子と前記ボンディングパッドとを接続する金属細線と、
    前記ボンディングパッドと前記第１の半導体素子との間に位置し、前記電極と電気的に接続されて設けられたチップ部品と、
    前記第１の半導体素子と前記配線構造との間に設けられたアンダーフィル樹脂と、
    前記第２の半導体素子の受光部の上方にレンズが設けられたホルダーと、
    を有する事を特徴としたカメラモジュール。
  2. 前記ホルダーの中に透明樹脂が充填される請求項１に記載のカメラモジュール。
  3. 前記第１の半導体素子は、前記第２の半導体素子の電気信号を処理する回路を有する請求項１または請求項２に記載のカメラモジュール。
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