JP4921286B2 - 撮像装置および光電変換素子パッケージ保持ユニット - Google Patents

Description

本発明は、光電変換素子パッケージとその位置を保持するための位置保持部材とを有する撮像装置、およびそれに用いる光電変換素子パッケージに関するものである。

光電変換素子の高画素化に伴い、撮影レンズ光学系の結像面に対して光電変換素子の受光面の位置合わせをより高精度に行う必要性が高まっている。そのためにレンズ鏡筒に対して光電変換素子の位置調整を行う事ができる機構を備えることが必要となっている。そのために、光電変換素子パッケージのレンズ鏡筒の光軸方向への位置を決定及び固定する為の位置保持部材を設け、この位置保持部材と光電変換素子パッケージを固定する。そして、レンズ鏡筒と位置保持部材との光軸方向の相対位置の微調整を行うことで、撮影レンズ光学系の結像面に対して光電変換素子の受光面の位置合せを高精度に行えるようにしたものがある。（例えば、特許文献１の図７）
また同時に撮像装置の小型化、薄型化が望まれる中で、光電変換素子パッケージ、位置保持部材、光電変換素子パッケージが実装されるプリント基板のトータルの厚みを薄くする技術が知られている。その１つに、リードレスタイプの光電変換素子パッケージを用い、光電変換素子パッケージと位置保持部材との間にプリント基板を配置しつつ、光電変換素子パッケージと位置保持部材の位置の固定が行えるようにしたものがある。（例えば、特許文献１の図１）
特開平１１−２６１９０４

近年、更なる光電変換素子の高画素化、高機能化、光電変換素子パッケージへドライバＩＣを内蔵するなどの光電変換素子パッケージの多機能化に伴い、光電変換素子パッケージのプリント基板との接続に必要な電極の数が増えてきている。その結果、従来の様に光電変換素子パッケージの４辺に電極を形成するだけでは足りなくなってきた。

そこで光電変換素子パッケージを、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等のパッケージ裏面にグリッド状に電極が配置されたパッケージとすることで、多ピン化へ対応することが考えられている。

しかしながら、上記従来技術では、光電変換素子パッケージのプリント基板への実装、位置保持部材との位置決定および接着を全てパッケージ裏面で行っているために、ＢＧＡやＬＧＡタイプ等のパッケージを用いた多ピン化が困難であるという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決する為になされたものであり、光電変換素子パッケージ実装装置と、光電変換素子パッケージのレンズ鏡筒の光軸方向に対する位置の固定を行う位置保持部材を有する撮像装置に関する。ＢＧＡやＬＧＡなどのパッケージ裏面に電極を配置し、多ピン化に対応した光電変換素子パッケージを用いながら、位置保持部材によって光電変換素子パッケージ裏面で高精度な位置の決定および固定を行うことが出来る。さらに、光電変換素子パッケージと実装されるプリント基板との半田接続信頼性の高い、光電変換素子パッケージと位置保持部材の取り付け構造を持つ撮像装置およびその光電変換素子パッケージ実装装置を提供するものである。

本発明の一側面としての光電変換素子パッケージ保持ユニットは、受光面の裏面に複数の電極が形成される光電変換素子パッケージと、前記複数の電極に電気的に接続されるプリント基板と、前記光電変換素子パッケージを保持する保持部材とを有する光電変換素子パッケージ保持ユニットであって、前記受光面の裏面には、前記複数の電極がドーナツ状に配列され、前記受光面の裏面のうち、前記複数の電極の内側となる第１の領域および前記複数の電極の外側となる第２の領域には電極が配置されることなく、前記プリント基板には、前記光電変換素子パッケージの前記第１の領域に対応する領域に第１の開口部を形成し、前記保持部材には、前記光電変換素子パッケージの前記第２の領域に当接することで前記受光面に直交する軸方向に前記光電変換素子パッケージを位置決めする位置決め部を形成するとともに、前記光電変換素子パッケージの前記第１の領域に対応する領域に接着剤を流し込むための第２の開口部を形成することを特徴とする。

また、本発明の別の側面としての撮像装置は、撮影レンズ光学系を有する撮影レンズ鏡筒ユニットと、前記撮影レンズ光学系の光軸に対して前記光電変換素子パッケージの受光面が垂直になるように配置される上述の光電変換素子パッケージ保持ユニットとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、光電変換素子パッケージ裏面に複数の電極をドーナツ状に配列したとしても、保持部材によって光電変換素子パッケージ裏面で高精度な位置決定および固定を行うことが出来る。また、光電変換素子パッケージとプリント基板との半田接続信頼性を高めることが出来る。

以下に、本発明の実施の例を説明する。

本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１において、１０１は光電変換素子パッケージ、１０２はプリント基板、１０３は位置保持部材、１０４は撮影レンズ鏡筒ユニットである。ここで、図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す分解斜視図である。

光電変換素子パッケージ１０１は、光電変換素子１０５を収容したパッケージである。光電変換素子パッケージ１０１は、撮影レンズ鏡筒ユニット１０４の撮影レンズ（不図示）側に光電変換素子１０５の受光面を有する。また、光電変換素子パッケージ１０１は、図２、図７に示す通り、受光面の裏面にグリッド状に配列された半田ボールからなる電極１０６（複数の電極）が形成されたＢＧＡタイプのパッケージである。ここで、図２は、本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージの裏面斜視図である。また、図７は、本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージの構成を示す図であり、（ａ）は固体撮像素子パッケージの上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。電極１０６は図７に示す通り、パッケージ裏面の外周部および中央部（内側部）に電極のない領域を残し、ドーナツ状に配列されている。

まず、光電変換素子パッケージ１０１は、図３に示す通りプリント基板１０２に実装される。ここで、図３は、本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージの実装状態を示す斜視図である。プリント基板１０２には、光電変換素子パッケージ１０１の電極１０６に対応した位置に図示しないランドが形成されている。そして、それは光電変換素子パッケージ１０１とリフロー実装されることにより、電極１０６を形成する半田ボールが溶融してプリント基板１０２に形成されたランドと固着し、電気的に接続される。プリント基板１０２は、光電変換素子パッケージ１０１の裏面電極１０６がＢＧＡタイプであるので、配線の引出しと、信号を引き出した後のプリント基板１０２の屈曲性を考え、多層のフレキシブルプリント配線板になっている。特に、本実施例では配線の引出しと屈曲性を両立する為に、光電変換素子パッケージ１０１実装部は４層、屈曲部は３層の層構成にしてある。この際、光電変換素子パッケージ１０１の信号線は、電極１０６と接続されるランドからプリント基板１０２に形成されたパターンで引き出される。しかし、ランドのピッチが狭くて表層ではパターンが引き出せなくても、レザービアによってプリント基板１０２の内層へ接続され、内層を通って引き出すことが出来る。この時、外層の配線層をＧＮＤとし、ノイズの影響を受けやすい信号や、不要輻射を出しやすい信号をＧＮＤ層で挟み込むことで強固なシールド効果を得る事が出来る。また、ノイズの影響を受けやすい、例えば光電変換素子からのアナログ出力の信号と、光電変換素子を駆動する為の高速クロックの信号を別の配線層で配線し、お互いの配線層の間の配線層にＧＮＤ層を挟むように構成する。そうすることで、アナログ出力の信号が高速クロックの信号の影響を受けることを防止すると共に、高速クロックの信号のリターン電流の経路を太く確保する事が出来る。

また、プリント基板１０２の表裏の絶縁層としては、光電変換素子パッケージ１０１実装部は実装位置を高精度にするため、高精度なランドの開口が形成できる液状フォトレジストを用いる。また、その裏面側は、配線パターンと位置保持部材１０３との絶縁（後で述べるが、本実施例では位置保持部材１０３は金属製）との絶縁の為に、ポリイミド製のカバーフィルムを用いている。
また、プリント基板１０２の光電変換素子パッケージ１０１実装部の外形形状は、最外形が光電変換素子パッケージ１０１の外形形状より小さく、またパッケージ裏面中央の電極１０６のない領域に対応する部分には開口部１０７が形成されている。

次に、プリント基板１０２に実装された光電変換素子パッケージ１０１は、図４に示す通り位置保持部材１０３に固定される。ここで、図４は、本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージと位置保持部材が固定される状態での光電変換素子パッケージ保持ユニットの斜視図である。

位置保持部材１０３（保持部材）は金属製のプレートである。位置保持部材１０３には、光電変換素子パッケージ１０１の撮影レンズ鏡筒ユニット１０４の光軸方向の位置を決定及び固定するための突起部１０８ａ〜１０８ｃが半抜き加工によって形成されている。これら、突起部１０８ａ〜１０８ｃ（位置決め部）は、図８に示す通り光電変換素子パッケージ１０１の裏面と対向する面に形成され、光電変換素子パッケージ１０１の電極１０６の外側の領域に当接することで、受光面に直交する軸方向に光電変換素子パッケージ１０１を位置決めしている。また、光電変換素子パッケージ１０１のパッケージ裏面中央の電極１０６のない領域と、プリント基板１０２の開口部１０７（第１の開口部）に対応した部分に開口部１０９（第２の開口部）が形成されている。ここで、図８は、本発明の実施の形態に係る撮像装置における位置保持部材の斜視図である。開口部１０９は光電変換素子パッケージ１０１と位置保持部材１０３との接着しろを確保する為に、プリント基板１０２に形成された開口部１０７よりもやや小さくするか、プリント基板１０２とオーバーラップしない部分を作っておくことが望ましい。ここで、本実施例では位置保持部材１０３を金属製としたが、樹脂成型品でも十分な強度を持たせれば同等の効果が得られることは言うまでもない。

光電変換素子パッケージ１０１と位置保持部材１０３との固定は、まず、光電変換素子パッケージ１０１の光軸と直交する平面方向に対する相対位置を図示しない治工具を用いて位置決めを行う。この際、光電変換素子パッケージ１０１の裏面に位置保持部材１０３に形成された突起部１０８ａ〜１０８ｃを突き当てることで、光電変換素子パッケージ１０１の光軸方向の相対位置の位置決めを行う。そして、位置保持部材１０３に形成された開口部１０９から光電変換素子パッケージ１０１と位置保持部材１０３との隙間に接着剤を流し込み、接着固定することで行われる。

ここで、光電変換素子パッケージ１０１、プリント基板１０２、位置保持部材１０３とは厚さ方向では図５、平面方向では図６に示す様な位置関係になっている。図５は、図４と同一の状態における上面図、図６は、図４、図５と同一の状態における透視平面図である。

位置保持部材１０３に形成された突起部１０８ａ〜１０８ｃの高さは、光電変換素子パッケージ１０１のプリント基板１０２への実装後の光電変換素子パッケージ１０１のパッケージ裏面からプリント基板１０２の裏面までの距離より高くしてある。したがって、光電変換素子パッケージ１０１はプリント基板１０２に実装された状態で位置保持部材１０３により直接光軸方向の位置決定を行うことが出来る。この位置決定は、図６に示す通り、光電変換素子パッケージ１０１のパッケージ裏面の、電極１０６の外周側（外側）に設けられた電極１０６を配置しないスペースで行うことが出来る。このため、突起部１０８ａ〜１０８ｃの間隔を光電変換素子パッケージ１０１の裏面で広く取ることが出来る。このことから、突起部１０８ａ〜１０８ｃの高さの加工上のばらつきに対して、位置保持部材１０３に対する光電変換素子１０５の平面位置のばらつきを小さくできるので、位置保持部材１０３は光電変換素子パッケージ１０１を高精度に位置決定する事が可能になる。

さらに、突起部１０８ａ〜１０８ｃの高さは、光電変換素子パッケージ１０１のプリント基板１０２への実装状態での光電変換素子パッケージ１０１のパッケージ裏面からプリント基板１０２の裏面までの距離と極めて近い値に高精度で設定できる。このため、光電変換素子パッケージ１０１から位置保持部材１０３までのトータルの厚みを最小にすることが可能である。

また、光電変換素子パッケージ１０１のパッケージ裏面中央部の電極１０６のない領域に対応したプリント基板１０２の開口部１０７および位置保持部材１０３の開口部１０９により光電変換素子パッケージ１０１と位置保持部材１０３の間に隙間が形成される。この隙間に接着剤を流し込み固定するので、光電変換素子パッケージ１０１と位置保持部材１０３の接着固定が出来る。それと同時に、接着剤が、光電変換素子パッケージ１０１の電極１０６の半田ボールが溶融してプリント基板１０２のランドと固着している部分の、光電変換素子パッケージ１０１のパッケージ裏面とプリント基板１０２隙間に充填される形で固定される。これにより、光電変換素子パッケージ１０１とプリント基板１０２との間の熱膨張係数の差により、撮像装置の動作や環境の変化によって繰り返される温度変化で発生した半田接合部へのせん断力による半田クラックを防止する。さらに、光電変換素子パッケージ１０１とプリント基板１０２の半田接合部の接続信頼性を高める効果も得られる。

最後に、図４の光電変換素子パッケージ１０１、プリント基板１０２、位置保持部材１０３が一体となったものを、図９に示すように撮影レンズ鏡筒ユニット１０４にねじ１１０ａ〜１１０ｃによって取り付けられる。ここで、図９は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す組み立て状態の斜視図である。

この時、撮影レンズ鏡筒ユニット１０４には図１に示す通り位置決め突起部１１１ａ、１１１ｂが設けられており、それに対応した位置保持部材１０３に形成された位置決め穴部１１２ａ、１１２ｂが係合する。このことによって、撮影レンズ鏡筒ユニット１０４に対する位置保持部材１０３および光電変換素子パッケージ１０１の光軸と直交する平面方向の位置が決定及び固定される。またこの時、撮影レンズ鏡筒ユニット１０４に設けられた凹部に設置された付勢ばね１１３ａ〜１１３ｃ（１１３ｃは不図示）によって、位置保持部材１０３をねじ１１０ａ〜１１０ｃのねじ頭へ光軸方向に付勢するようになっている。そのため、ねじ１１０ａ〜１１０ｃそれぞれの締め込み量の微調整を行うことで、位置保持部材１０３の、撮影レンズ鏡筒ユニット１０４の光軸方向の位置、および光軸に対する角度を微調整することが出来るようになっている。これによって、撮影レンズ鏡筒ユニット１０４の撮影レンズ光学系の結像面（光軸に対して垂直な面）に対して光電変換素子１０５の受光面の位置合わせを高精度に行うことが可能である。

なお、本実施例では光電変換素子パッケージ１０１はＢＧＡタイプのパッケージとしたが、ＬＧＡタイプのパッケージでも同等の効果が得られる。

また、本実施例では位置保持部材１０３に設けた光電変換素子パッケージ１０１の裏面に突き当てる位置保持部材１０３の突起部１０８ａ〜１０８ｃは金属性のプレートを半抜き加工によって形成した突起としていた。しかし、絞り加工や曲げ加工によって形成された突起または切り起こしの形状であっても構わない。この際、位置保持用の突起または切り起こした形状によって、光電変換素子パッケージ１０１の裏面への接触面積を大きくとるようにしておけば、光電変換素子パッケージ１０１の熱を位置保持部材１０３によって放熱する効果を高めることが出来る。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す分解斜視図。 本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージの裏面斜視図。 本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージのプリント基板への実装状態を示す斜視図。 本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージと位置保持部材の固定状態での斜視図。 図４と同一の状態における上面図。 図４、図５と同一の状態における透視平面図。 本発明の実施の形態に係る撮像装置における光電変換素子パッケージの構成を示す図。 本発明の実施の形態に係る撮像装置における位置保持部材の斜視図。 本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す組み立て状態の斜視図。

符号の説明

１０１ 光電変換素子パッケージ
１０２ プリント基板
１０３ 位置保持部材
１０４ 撮影レンズ鏡筒ユニット
１０５ 光電変換素子
１０６ 電極
１０７ 開口部
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ 突起部
１０９ 開口部
１１０ ねじ
１１１ａ、１１１ｂ 位置決め突起部
１１２ａ、１１２ｂ 位置決め穴部
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ 付勢ばね

Claims (6)

1. 受光面の裏面に複数の電極が形成される光電変換素子パッケージと、前記複数の電極に電気的に接続されるプリント基板と、前記光電変換素子パッケージを保持する保持部材とを有する光電変換素子パッケージ保持ユニットであって、
   前記受光面の裏面には、前記複数の電極がドーナツ状に配列され、前記受光面の裏面のうち、前記複数の電極の内側となる第１の領域および前記複数の電極の外側となる第２の領域には電極が配置されることなく、
   前記プリント基板には、前記光電変換素子パッケージの前記第１の領域に対応する領域に第１の開口部を形成し、
   前記保持部材には、前記光電変換素子パッケージの前記第２の領域に当接することで前記受光面に直交する軸方向に前記光電変換素子パッケージを位置決めする位置決め部を形成するとともに、前記光電変換素子パッケージの前記第１の領域に対応する領域に接着剤を流し込むための第２の開口部を形成することを特徴とする光電変換素子パッケージ保持ユニット。
2. 前記保持部材と前記光電変換素子パッケージとの間で、前記保持部材と前記プリント基板とが重ならない部分ができるように、前記第１の開口部および前記第２の開口部は形成されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子パッケージ保持ユニット。
3. 前記第２の開口部は前記第１の開口部よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子パッケージ保持ユニット。
4. 前記光電変換素子パッケージは、ＢＧＡタイプのパッケージであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光電変換素子パッケージ保持ユニット。
5. 前記光電変換素子パッケージは、ＬＧＡタイプのパッケージであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光電変換素子パッケージ保持ユニット。
6. 撮影レンズ光学系を有する撮影レンズ鏡筒ユニットと、
   前記撮影レンズ光学系の光軸に対して前記光電変換素子パッケージの受光面が垂直になるように配置される請求項１乃至５に記載の光電変換素子パッケージ保持ユニットとを有することを特徴とする撮像装置。