JP6542876B2 - 撮像モジュール - Google Patents

Description

本発明は、受光面に対して鋭角に傾斜している傾斜面に複数の電極パッドが列設されている撮像素子と、前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと接合されている複数の第１の接合電極が端部に列設されている配線板と、を具備する撮像モジュールに関する。

ウエハレベルＣＳＰ技術により作製される撮像モジュールは小型であるため、例えば、内視鏡の細径化に大きく寄与している。

ウエハレベルＣＳＰ型の撮像モジュールの製造方法では、最初に、半導体ウエハに、複数の受光部と、それぞれの受光部と接続された複数の外部電極が受光面に形成される。半導体ウエハの受光面にガラスウエハが接着されて接合ウエハが作製される。接合ウエハの受光面から対向する対向面に到達する貫通配線が形成される。

接合ウエハの切断により得られた撮像モジュールの撮像素子の受光面はカバーガラスで覆われている。受光部は貫通配線を介して対向面の電極と接続されているため、電気信号を送受信できる。

日本国特開２０１４−７５７６４号公報には、図１に示す撮像モジュール１０１が開示されている。撮像モジュール１０１は、複数の貫通配線に替えて、１つの貫通トレンチ１１０Ｔに複数の配線を配置している。

撮像モジュール１０１は、カバーガラス１３０が接着層１２０により接着されている撮像素子１１０と、配線板１４０と、信号ケーブル１５０と、を有する。撮像素子１１０は貫通トレンチ１１０Ｔの傾斜している壁面（傾斜面）１１０ＳＳに、それぞれが受光面１１０ＳＡの外部電極１１３Ｌと接続されている複数の電極パッド１１３が列設されている。なお、傾斜面１１０ＳＳは撮像素子１１０の受光面１０ＳＡに対して鋭角の第１の傾斜角度θ１で傾斜している。

複数の電極パッド１１３のそれぞれは、バンプ１４４を介して配線板１４０の主面１４０ＳＡの端部に列設された複数の接合電極１４１と接合されている。すなわち、配線板１４０は主面１４０ＳＡが、撮像素子１１０の対向面１１０ＳＢに対して傾斜している。そして、配線板１４０のもう一方の端部には信号ケーブル１５０が接合されている。

撮像モジュール１０１は、撮像素子１１０と配線板１４０との間は、バンプ１４４の接合部だけで固定されているため、機械的強度が高くはない。このため撮像モジュール１０１は、取り扱うときに破損しやすく、歩留まりが高くはないおそれがあった、

特開２０１４−０７５７６４号公報

本発明は、歩留まりの高い撮像モジュールを提供することを目的とする。

本発明の実施形態の撮像モジュールは、受光部が形成されている受光面と、前記受光面と対向している対向面と、前記受光面に対して鋭角の第１の角度で傾斜している傾斜面と、を有し、前記傾斜面に複数の電極パッドが列設されている撮像素子と、前記撮像素子の前記受光面を覆うように接着層を介して接着されている透明部材と前記撮像素子の前記対向面側に配置されている、前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと、それぞれが接合されている複数の接合電極が、主面の端部に列設されており、前記主面に電子部品が表面実装されている配線板と、を具備する撮像モジュールであって、前記撮像素子の前記対向面と当接し、前記配線板の前記主面の先端部と前記撮像素子の前記対向面とを前記第１の角度に規定している、保持部材をさらに具備し、前記保持部材は、前記主面に対して直立するように配設された角度規定部を備え、前記角度規定部が、第１の辺と第２の辺とがなす角度が前記第１の角度の略三角形であり、前記角度規定部が、前記主面に対して直立している前記配線板の延設部である。

本発明によれば、歩留まりの高い撮像モジュールを提供できる。

従来の撮像モジュールの斜視図である。 第１実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第１実施形態の撮像モジュールの斜視図である。 第１実施形態の撮像モジュールの保持部材の斜視図である。 第１実施形態の撮像モジュールの別の保持部材の斜視図である。 第２実施形態の撮像モジュールの斜視図である。 第２実施形態の変形例の撮像モジュールの斜視図である。 第２実施形態の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための斜視図である。 第２実施形態の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第４実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第４実施形態の撮像モジュールの保持部材の斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態の撮像モジュール１を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率、電極パッドの数、配列ピットなどは現実のものとは異なる。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。さらに、一部の構成、例えば、シリコン基板の表面の酸化シリコン層および配線等は図示を省略している。

図２および図３に示すように、撮像モジュール１は、シリコン基板からなる撮像素子１０と、透明部材であるカバーガラス３０と、配線板４０と、信号ケーブル５０と、を具備する。

撮像素子１０は、すでに説明した従来の撮像モジュール１０１の撮像素子１１０と略同じ構成である。撮像素子１０の受光面１０ＳＡの全面は接着層２０を介してカバーガラス３０に覆われている。

撮像素子１０の対向面１０ＳＢ側には、受光面１０ＳＡに対して第１の角度θ１に傾斜している傾斜面１０ＳＳを壁面とする切り欠き１０Ｔがある。第１の角度θ１は鋭角である。後述するように、接合ウエハの対向面１０ＳＢ側からのエッチング処理により形成された貫通トレンチが、接合ウエハの切断により、切り欠き１０Ｔとなる。

切り欠き１０Ｔの底面には撮像素子１０の外部電極１２の裏面が露出している。そして、傾斜面１０ＳＳには、それぞれが外部電極１２と半田バンプ４４を介して電気的に接続された複数の電極パッド１３が列設されている。このため、電極パッド１３は、受光部１１と電気的に接続されている。なお、配線１３Ｌの延設部が電極パッド１３であってもよい。

一方、平板状の可撓性の配線板４０の主面４０ＳＡの端部には複数の接合電極４１が列設されており、もう１方の端部に接合電極４２が列設されている。接合電極４１は半田バンプ４４を介して電極パッド１３と接合されている。一方、接合電極４２は信号ケーブル５０の導線５１と接合されている。接合電極４１と接合電極４２とは、主面４０ＳＡに実装された電子部品６９または配線（不図示）を介して電気的に接続されている。

なお、接合信頼性を高めるため、第１の接合電極４２と電極パッド１３との接合箇所は封止樹脂で封止されていてもよい。ただし、接合箇所だけを固定している封止樹脂では機械的強度は十分に担保することは容易ではないことがある。

これに対して、撮像モジュール１では、撮像素子１０の対向面１０ＳＢと当接し、配線板４０の主面４０ＳＡの先端部と撮像素子１０の対向面１０ＳＢとを第１の角度θ１に規定している保持部材７０を具備する。

図４Ａに示すように、保持部材７０は、矩形の中央板７０Ｌと、中央板７０Ｌの両側辺に直立するように配設された角度規定部７０Ｗ１、７０Ｗ２と、を有する。角度規定部７０Ｗ１、７０Ｗ２は、第１の辺Ｌ１と第２の辺Ｌ２とがなす角度が第１の角度θ１の平面視三角形である。

保持部材７０は、２つの角度規定部７０Ｗ１、７０Ｗ２を両方の長辺の端部に有するが、どちらか１方だけを有していてもよい。また、以下、２つの角度規定部７０Ｗ１、７０Ｗ２の、それぞれを角度規定部７０Ｗという。

保持部材７０の中央板７０Ｌは、撮像素子１０の対向面１０ＳＢに接着されている。角度規定部７０Ｗの第１の辺Ｌ１は配線板４０の主面４０ＳＡと当接し図示しない接着剤で接着されている。

角度規定部７０Ｗは、中央板７０Ｌの外周部に配設されている。このため、角度規定部７０Ｗがあっても、配線板４０の主面４０ＳＡに電子部品６９を実装することができる。すなわち、撮像モジュール１は、保持部材として角度規定部７０Ｗを有するが、側面から透明視したとき、角度規定部７０Ｗと電子部品６９とがオーバーラップしている。

保持部材７０と配線板４０との間には樹脂部材６５が注入され硬化処理されている。すなわち、配線板４０と撮像素子１０とは、樹脂部材６５によって相対位置が固定されている。樹脂部材６５は、例えば、未硬化状態では液体の熱硬化型のエポキシ樹脂である。

配線板４０に実装された電子部品６９の表面は、樹脂部材６５に覆われ、保護されている。

なお、図４Ａに示す角度規定部７０Ｗは、図４Ｂに示す撮像モジュール１Ａの保持部材７０Ａの角度規定部と異なり、厳密には台形である。しかし、第１の辺Ｌ１と第２の辺Ｌ２とがなす角度が第１の角度θ１であれば、角度規定部７０Ｗは略三角形でよい。

中央板７０Ｌと角度規定部７０Ｗとは一体物として作製されていてもよいし、中央板７０Ｌに角度規定部７０Ｗが接着されていてもよい。また、金属、樹脂、またはセラミックからなる保持部材７０の中央板７０Ｌと角度規定部７０Ｗとは別の材料で構成されていてもよい。

保持部材７０は、第２の辺Ｌ２の長さが、撮像素子１０の長さの２０％以上であれば、撮像素子１０と配線板４０との相対角度を安定して規定できる。また、第２の辺Ｌ２の長さが、撮像素子１０の長さの８０％以下であれば、後述するように、配線板４０に接続された信号ケーブル５０を撮像素子１０の投影面内に配置できる。

撮像モジュール１は、撮像素子１０と配線板４０とが保持部材７０により相対角度が第１の角度θ１に規定されて保持されている。このため、撮像モジュール１は撮像素子１０と配線板４０との間の機械的強度が高く、取り扱いにより破損するおそれが小さく、最終歩留まりも十分に高い。

なお、撮像モジュール１では、撮像素子１０よりも後方側（カバーガラスと反対側）に位置する配線板４０および信号ケーブル５０は、撮像素子１０を厚み方向から平面視すると、撮像素子１０に重なる領域、すなわち撮像素子１０の投影面内に全体が位置している。特に、配線板４０の配線部４０Ｌが可撓性の場合には、配線板４０の長さが長くても湾曲変形することにより撮像素子１０の投影面内に全体を配置することができる。撮像モジュール１は、配線板４０および信号ケーブル５０が撮像素子１０の外形よりも外側にはみ出していないため、細径である。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の変形例の撮像モジュール１Ｂについて説明する。なお、撮像モジュール１Ｂは、撮像モジュール１と類似し、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図５に示すように、撮像モジュール１Ｂでは、配線板４０Ｂが保持部の機能を有する。すなわち、配線板４０Ｂは、矩形の配線部４０Ｌの長辺に、主面４０ＳＡに対して直立した角度規定部４０Ｗ１、４０Ｗ２が延設されている。

配線板４０Ｂには、少なくとも表面が非導電性の基体に配線層が配設されている。なお、角度規定部４０Ｗは前記基体と同じ材料、特に、熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍＫ）以上の高熱伝導率材料からなることが好ましい。

例えば、基体は、銅（３９８Ｗ／（ｍＫ））、アルミニウム（２３６Ｗ／（ｍＫ））等の金属の表面が非導電性材料でおおわれていてもよいし、アルミナ（２０Ｗ／（ｍＫ））、炭化ケイ素（２００Ｗ／（ｍＫ））、窒化ケイ素（２７Ｗ／（ｍＫ））、窒化アルミニウム（１７０Ｗ／（ｍＫ））等のセラミックスでもよい。

撮像モジュール１Ｂは、保持部を配線板に接着する工程が不要であるため、製造が容易である。また、高熱伝導率材料からなる基体の一部が撮像素子１０と接着されている撮像モジュール１Ｂは、撮像素子１０が発生する熱を効率的に伝熱できるため、信頼性が高い。

＜第２実施形態の変形例＞
次に第２実施形態の変形例の撮像モジュール１Ｃについて説明する。なお、撮像モジュール１Ｃは、撮像モジュール１Ｂと類似し、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図６Ａに示すように、撮像モジュール１Ｃの配線板４０Ｃは、矩形の配線部４０Ｌの長辺から延設された、主面４０ＳＡに対して直立している延設部が、保持部材４０Ｗ１、４０Ｗ２である。保持部材４０Ｗは、第１の辺Ｌ１と第２の辺Ｌ２とがなす角度が第１の角度θ１の平面視三角形の角度規定部材である。

配線板４０Ｃは、例えばポリイミドを基体とするフレキシブル配線板である。配線部４０Ｌ、保持部材４０Ｗの基体としては、ガラスエポキシ樹脂等からなる非可撓性基板であってもよいが、後述する折り曲げのために、折り曲げられる部分、すなわち、配線部４０Ｌと保持部材４０Ｗとの境界領域だけは可撓性でなければならない。

なお、配線板４０Ｃは、撮像素子１０の投影面内に収容するためには、可撓性基板であることが好ましい。配線部４０Ｌの主面４０ＳＡにはチップコンデンサ、チップインダクタ等の電子部品６９が実装される。なお、主面４０ＳＡと対向する主面４０ＳＢにも電子部品が実装されていてもよい。

図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、保持部材４０Ｗ１、４０Ｗ２が配線板４０Ｃの主面４０ＳＡに対して直立するように折り曲げられる。平板状の配線板４０は折り曲げられると、３次元の立体となる。配線板４０の幅は、折り曲げられた保持部材４０Ｗを含めて、撮像素子１０の幅以下であればよい。

図６Ｃに示すように、保持部材４０Ｗ１、４０Ｗ２は、硬化性樹脂４５により直立状態で固定されることが好ましい。なお、硬化性樹脂４５としては例えば紫外線硬化型樹脂を用いる。

撮像モジュール１Ｃは、一般的な平板状の配線板４０Ｃの延設部を折り曲げることにより、立体化しているため、撮像モジュール１Ｂよりも製造が容易である。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態の変形例の撮像モジュール１Ｄについて説明する。なお、撮像モジュール１Ｂは、撮像モジュール１と類似し、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図７に示すように、撮像モジュール１Ｄの撮像素子１０Ｄには、すでに説明した従来の撮像モジュール１０１の撮像素子１１０と同じように、両壁面が傾斜面１０ＳＳ、１０ＳＴの貫通トレンチ１０ＴＡが形成されている。すなわち、撮像素子１０とは接合ウエハの切断位置が異なる。しかし、撮像素子１０Ｄの基本的構成は撮像素子１０と同じである。

また、撮像モジュール１Ｄの配線板４０Ｄは、端面に列設されている接合電極がフライングリード４１Ａである。フライングリード４１Ａ（リードフレームではアウターリードとよばれている）は、配線板４０Ａの絶縁性基体が選択的に除去された導体配線からなる。

フライングリード４１Ａは、容易に折り曲げることができるとともに、半田バンプ４４を配線板４０Ｄの基体を介さないで直接加熱することができる。

このため、撮像モジュール１Ｄは、撮像モジュール１等よりも製造が容易である。

さらに、撮像モジュール１Ｄでは、配線板４０Ｄの主面４０ＳＡに実装された電子部品６９Ａおよび６９Ｂが、配線板４０Ｄの主面４０ＳＡの先端部と撮像素子１０Ｄの対向面１０ＳＢとを第１の角度θ１に規定する保持部材の機能を有する。すなわち、電子部品６９Ａおよび６９Ｂが、撮像素子１０Ｄの対向面１０ＳＢと当接している。なお、少なくとも１つの電子部品が対向面１０ＳＢと当接していればよいが、複数の電子部品６９Ａおよび６９Ｂが当接していると、より角度規定が容易である。

電子部品６９Ａおよび６９Ｂは、その角部が撮像素子１０Ｄの対向面１０ＳＢと当接したときに、配線板４０Ｄの主面４０ＳＡと撮像素子１０Ｄの対向面１０ＳＢとが第１の角度θ１になるように、高さを考慮して、配設位置が決められている。

撮像モジュール１Ｄは、角度規定のため専用の保持部材が不要であるため、製造が容易である。

なお、撮像モジュール１Ｄでは、撮像素子１０Ｄと配線板４０Ｄとの間の空間に樹脂部材６５が注入され、硬化処理されている。また、配線板４０Ｄの主面４０ＳＢにも電子部品６９Ｃが実装されている。

電子部品６９Ａ、６９Ｂは角度を規定しているが、撮像素子１０Ｄと配線板４０Ｄとを固定していない。撮像素子１０Ｄと配線板４０Ｄとは、樹脂部材６５により相対位置が固定されている。

樹脂部材６５により固定されている撮像モジュール１Ｄは、撮像モジュール１等よりも更に機械的強度が高い。

＜第４実施形態＞
次に第４実施形態の変形例の撮像モジュール１Ｅについて説明する。なお、撮像モジュール１Ｅは、撮像モジュール１等と類似し、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図８および図９に示すように、撮像モジュール１Ｅは、底面に対して第１の傾斜角度θ１で傾斜している傾斜面を有するブロック７０Ｅが、配線板４０Ｅの主面４０ＳＡと撮像素子１０Ｄの対向面１０ＳＢとが第１の角度θ１になるように規定している保持部である。ブロック７０Ｅの底面７０ＳＢは、図示しない接着剤により配線板４０Ｅおよび撮像素子１０Ｄと接着されている。

ブロック７０Ｅは、撮像素子１０Ｄが発生した熱を効率的に伝熱するために、熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍＫ）以上の高熱伝導率材料からなることが好ましい。

なお、ブロック７０Ｅには、電子部品６９Ａの大きさに合わせた凹部７０Ｈが傾斜面７０ＳＡに形成されている。このため、配線板４０Ｅの主面４０ＳＡに電子部品６９Ａを配設できる。なお、配線板４０Ｅの主面４０ＳＢにも電子部品６９Ｂ、６９Ｃが実装されている。

すなわち、撮像モジュール１Ｅは、保持部材としてブロック７０Ｅを有するが、側面から透明視したとき、保持部材と電子部品とがオーバーラップしている。

本発明は上述した実施形態、または変形例等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、組み合わせ等ができる。

１、１Ａ〜１Ｅ…撮像モジュール
１０…撮像素子
２０…接着層
３０…カバーガラス
４０…配線板
４０Ｌ…配線部
４０Ｗ…角度規定部（保持部材）
４１…接合電極
４１Ａ…フライングリード
４２…接合電極
４４…半田バンプ
４５…硬化性樹脂
６５…樹脂部材
６９…電子部品
７０…保持部材
７０Ｅ…ブロック
７０Ｈ…凹部
７０Ｌ…中央板
７０Ｗ…角度規定部

Claims (6)

1. 受光部が形成されている受光面と、前記受光面と対向している対向面と、前記受光面に対して鋭角の第１の角度で傾斜している傾斜面と、を有し、前記傾斜面に複数の電極パッドが列設されている撮像素子と、
   前記撮像素子の前記受光面を覆うように接着層を介して接着されている透明部材と
   前記撮像素子の前記対向面側に配置されている、前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと、それぞれが接合されている複数の接合電極が、主面の端部に列設されており、前記主面に電子部品が表面実装されている配線板と、を具備する撮像モジュールであって、
   前記撮像素子の前記対向面と当接し、前記配線板の前記主面の先端部と前記撮像素子の前記対向面とを前記第１の角度に規定している、保持部材をさらに具備し、
   前記保持部材は、前記主面に対して直立するように配設された角度規定部を備え、
   前記角度規定部が、第１の辺と第２の辺とがなす角度が前記第１の角度の略三角形であり、
   前記角度規定部が、前記主面に対して直立している前記配線板の延設部であることを特徴とする撮像モジュール。
2. 側面から透明視したとき、前記角度規定部と前記電子部品とがオーバーラップしていることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
3. ２つの前記角度規定部が平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
4. 前記延設部が、熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍＫ）以上の前記配線板の基材からなることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
5. 前記延設部が前記配線板から折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
6. 前記電子部品の表面の少なくとも一部が、前記撮像素子と前記配線板との間に配設された樹脂部材に覆われていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像モジュール。

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