JP6787378B2 - インターポーザ基板 - Google Patents
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Description
本開示はイメージセンサモジュールに関する。特に、携帯電子機器やタブレット端末に内蔵される固体撮像素子を用いたイメージセンサモジュールに関する。
携帯電子機器やタブレット端末に内蔵されるイメージセンサとして、固体撮像素子が広く知られている。固体撮像素子は、半導体チップ等に光電変換素子を有する画素を配列された受光面を有する。被写体が発した光をレンズ等の光学系によって受光面に結像させると、その像の光を、その明暗に応じた電荷量に変換し、電気信号を取得することによって出力画像を得ることができる。
近年、携帯電子機器の小型化、高品質化、及び高機能化が進み、これらの電子機器に搭載される固体撮像装置についても、小型化、高品質化、及び高精度化が強く求められている。
例えば特許文献１には、基板に搭載された固体撮像素子と、固体撮像素子に形成されたパッドと基板に形成されたリードとを電気的に接続するボンディングワイヤーと、固体撮像素子の側部を囲む枠状のフレーム部材と、光透過性を有し固体撮像素子の撮像面と対向してフレーム部材に取り付けられた光学部材とを備え、フレーム部材は、光学部材側から撮像面に向けて延びる脚部を有し、パッドに接続されたボンディングワイヤーの端部が脚部により覆われた状態でフレーム部材と固体撮像素子とが一体的に固定される固体撮像装置が開示されている。
固体撮像素子の受光面全域に被写体像を同一焦平面に結像させるには、レンズユニットが有するレンズ群の光軸と固体撮像素子の法線とが一致する必要がある。しかしながら、上記の構成においては、レンズユニット及び固体撮像素子の取り付け基準面として、同一の基板を用いているが、当該基板の平坦性については触れられていない。当該基板として、例えばガラスエポキシ基板を用いる場合、表面の平坦性を考慮すると、基板に接着固定される固体撮像素子である半導体チップの受光面の平行度の精度を確保し、かつ、レンズユニットの固定時に、レンズ系の光軸鉛直度の精度を基板表面を基準として確保して、組み立てる、煩雑な工程が必要となり、レンズユニットが有するレンズ群の光軸と固体撮像素子の法線とがずれることが懸念される。
本開示は、上記実情に鑑み、簡便且つ高精度な光学系の組み立てが可能となるイメージセンサモジュールの構造を提供することを目的とする。
本開示の一実施形態に係るイメージセンサモジュールは、第１面及び第１面とは反対側の第２面を有し、透光性を有し、複数の貫通孔を有するインターポーザ基板と、インターポーザ基板の第１面に対向する位置にあるイメージセンサであって、インターポーザ基板側に光電変換素子が配置される受光面を有し、複数の貫通孔中の電極を介して外部回路に接続されているイメージセンサと、インターポーザ基板の第２面側に対向する位置にあるレンズユニットとを備える。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板は光学系の組み立て基準面を兼ねる。これによって、簡便かつ高精度な光学系の組み立てが可能になる。
レンズユニットは、３本以上の支柱を有し、少なくとも３本の支柱は、複数の貫通孔に挿入されている。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板にレンズユニットを安定して配置することができ、また、イメージセンサモジュールの機械的強度が向上する。
レンズユニットは、撮像レンズ群、撮像レンズ群を有する第１ケース、及び、複数のバネを介して第１ケースと接続されている第２ケースを含み、第２ケースは、少なくとも３本の支柱を有する。
このような構成を有することによって、イメージセンサの受光面の法線と、撮像レンズ群の光軸とを簡便かつ高精度で一致させることができる。
第１ケースは、第１ケースを囲むコイル、導電性を有し、コイルと接続されている少なくとも２本の支柱を有する。
このような構成を有することによって、支柱がコイルに接続される配線を兼ねることができ、配線構造が単純になる。
貫通孔中に、コンフォーマル導体を有する。
このような構成を有することによって、コイルと外部配線との接続を良好にすることができる。
インターポーザ基板の表面上、インターポーザ基板の側面上、及び複数の貫通孔の側壁上、かつ、イメージセンサの受光面以外の領域に光吸収層を有する。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板内に侵入した光の乱反射による迷光を抑制することができ、それに伴うフレアの発生を抑制することができる。
光吸収層は、金属である。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板内に侵入した光の乱反射による迷光を抑制することができ、それに伴うフレアの発生を抑制することができる。
光吸収層は、黒色樹脂である。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板内に侵入した光の乱反射による迷光を抑制することができ、それに伴うフレアの発生を抑制することができる。
インターポーザ基板の両面側において、イメージセンサの受光面に対向する領域に形成された反射防止層を有する。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板表面における光の反射が抑制され、イメージセンサは効率的に受光することができる。
複数の貫通孔中の電極の第１面側の端部が、第１面よりもイメージセンサ側に位置する。
このような構成を有することによって、イメージセンサとインターポーザ基板が高精度で平行に配置され、製造工程における両者の位置合わせが容易になる。
インターポーザ基板は、第２面側に、複数の貫通電極の側壁を囲む凸部を有する。
このような構成を有することによって、イメージセンサとインターポーザ基板が高精度で平行に配置され、製造工程における両者の位置合わせが容易になる。
本開示によると、簡便且つ高精度な光学系の組み立てが可能となるイメージセンサモジュールの構造を提供することができる。
以下、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュールの構成及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
＜第１実施形態＞
［イメージセンサモジュール１００の概略構成］
図１乃至図５を用いて、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成を説明する断面図である。図２は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成を説明する分解断面図である。図３は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成を説明する断面図である。図１及び図２は、イメージセンサモジュール１００の光軸を含む平面で切った断面を示している。図３は、図１のＡ−Ａ´を通り、イメージセンサモジュール１００の光軸に垂直な平面で切った断面を示している。
［イメージセンサモジュール１００の概略構成］
図１乃至図５を用いて、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成を説明する断面図である。図２は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成を説明する分解断面図である。図３は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成を説明する断面図である。図１及び図２は、イメージセンサモジュール１００の光軸を含む平面で切った断面を示している。図３は、図１のＡ−Ａ´を通り、イメージセンサモジュール１００の光軸に垂直な平面で切った断面を示している。
本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００は、インターポーザ基板１０２と、イメージセンサ１０４と、レンズユニット１０６と、放熱部材１３４と、第３ケース１３６と、永久磁石１４０と、カバー１３８とを備えている。
インターポーザ基板１０２は、第１面１０２ａ及び第２面１０２ｂを有している。第２面１０２ｂは、第１面１０２ａとは反対側の面である。本実施形態に係るインターポーザ基板１０２の詳細な構成について、図面を用いて詳細に説明する。
図４は、本実施形態に係るインターポーザ基板１０２の構成を説明する斜視図である。図５は、本実施形態に係るインターポーザ基板１０２の構成を説明する平面図である。
インターポーザ基板１０２は、複数の貫通孔１０８を有する。複数の貫通孔１０８の各々は、その目的が異なるものを含み、本実施形態においては、その目的によって２種に分類される。以下の説明においては、それらを区別する場合には、第１貫通孔１０８Ａ又は第２貫通孔１０８Ｂと呼称する。詳細は後述するが、複数の第１貫通孔１０８Ａは、イメージセンサ１０４と外部回路（図示せず）とを電気的に接続するための電極をその内部に形成するために設けられる。一方、複数の第２貫通孔１０８Ｂは、レンズユニット１０６を第２面１０２ｂ側に配置するための支柱１１８を、その内部に挿入するために設けられる。
本実施形態においては、複数の第１貫通孔１０８Ａは、大まかに、矩形の４辺に沿って配置されている。矩形の対向する２つの長辺に沿って、それぞれ１９個の第１貫通孔１０８Ａが配置され、対向する２つの短辺に沿って、それぞれ１１個の第１貫通孔Ａが配置されている。矩形の各々の辺において、複数の第１貫通孔１０８Ａは、２列に配置されている。更に、複数の第１貫通孔１０８Ａは、ジグザグ状に配置されている。
尚、複数の第１貫通孔１０８Ａの個数、レイアウト等については上述の構成に限られるものではない。第１貫通孔１０８Ａの個数については、イメージセンサモジュール１００と外部回路とを接続する配線を形成するために必要な個数以上であればよい。平面視における複数の第１貫通孔１０８Ａのレイアウトについては、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａに配置される複数の光電変換素子と重畳しなければよい。
一方、本実施形態においては、第２貫通孔１０８Ｂの数は４個である。４個の第２貫通孔１０８Ｂは、インターポーザ基板１０２の四隅近傍に配置されている。また、第２貫通孔１０９Ｂの径は、第１貫通孔１０８Ａの径よりも大きい態様を示している。
尚、複数の第２貫通孔１０８Ｂの個数、レイアウト、径等については以上の構成に限られるものではない。第２貫通孔１０８Ｂの数については、詳細は後述するが、第２貫通孔１０８Ｂの数は３個以上であれば足りる。平面視における複数の第２貫通孔１０８Ｂのレイアウトについては、１本の直線上に配置されず、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａに配置される複数の光電変換素子と重畳しなければよい。第２貫通孔１０８Ｂの径については、支柱１１８を挿入するために十分な径であればよい。支柱１１８は、レンズユニット１０６をインターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂに安定して配置するために十分な強度を有することが必要であることから、そのために十分な径が必要である。
インターポーザ基板１０２としては、その下方に配置されるイメージセンサ１０４の受光面１０４ａに、被写体で反射した光を入射させるため、透光性を有する基板が用いられる。
また、インターポーザ基板１０２の両表面は、レンズユニット１０６及びイメージセンサ１０４といった光学系の組み立て基準面を兼ねる。ここで、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａの法線と、レンズユニット１０６に配置された撮像レンズ群１２０の光軸とを高精度で一致させることが好ましい。そのため、インターポーザ基板１０２としては、両表面の平坦性が高く、かつ、両表面の平行度が高い基板を用いることが望ましい。
そのような基板としては、例えばガラス基板を用いることができる。ガラス基板としては、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダガラス、チタン含有シリケートガラス等を用いることができる。他の基板の例として、サファイア基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板、窒化アルミ（ＡｌＮ）基板、酸化ジリコニア（ＺｒＯ2）基板等を用いることができる。また、これらの基板のうちのいずれかの組み合わせで積層された基板を用いることができる。
イメージセンサ１０４は、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａに対向する位置に配置される。イメージセンサ１０４は、複数の第１貫通孔１０８Ａ中の電極を介して、外部回路（図示せず）に接続される。イメージセンサ１０４は、インターポーザ基板１０２側に受光面１０４ａを有している。受光面１０４ａには、複数の光電変換素子が、例えば行列状に配置される。光電変換素子としては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等を用いることができる。
本実施形態においては、光電変換素子として、ＣＯＭＳイメージセンサを用いる。図６は、本実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を説明する断面図である。
本実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオード１４８、配線層１５０、カラーフィルタ１５２、及びマイクロレンズ１５４を有している。
フォトダイオード１４８は、入射した光を電荷に変換する。フォトダイオード１４８に光が入射すると、その一部がフォトダイオード１４８のＰＮ接合部近傍で電子・正孔対を生成する。このとき、フォトダイオード１４８に逆バイアスを印加しておくことによって、生成されたキャリア対の情報を電流として取り出すことができる。
配線層１５０は、本実施形態においては、フォトダイオード１４８の上の層に配置される。配線層１５０は、フォトダイオード１４８内で生成されたキャリア対の信号を検出するための配線及びトランジスタ等の素子を有している。これらの配線や素子等は、フォトダイオード１４８に効率的に外光を取り込むため、フォトダイオード１４８の上部を避けて配置されている。
カラーフィルタ１５２は、フォトダイオード１４８に入射する光の色を選択する。複数のＣＭＯＳイメージセンサの各々は、少なくとも３色のいずれかのカラーフィルタ１５２を有している。
マイクロレンズ１５４は、入射した光をフォトダイオード１４８に効率良く集光するために設けられる。集光の効率を向上させるため、マイクロレンズ１５４の下には、平坦化層１５６を設けてもよい。
以上、本実施形態に係るイメージセンサ１０４の受光面１０４ａに配置されたＣＭＯＳイメージセンサ１０４について説明した。
レンズユニット１０６は、インターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂに対向する位置に配置される。レンズユニット１０６は、撮像レンズ群１２０、第１ケース１２２、第２ケース１２４、複数の支柱１１８、及び赤外線フィルタ１２８を有している。
撮像レンズ群１２０は、複数のレンズを含んでもよく、被写体が発してイメージセンサモジュール１００に入射した光を、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａ上に結像させる。
第１ケース１２２は、撮像レンズ群１２０を有する。本実施形態においては、第１ケース１２２は、撮像レンズ群１２０を内装している。第１ケース１２２は、円筒形の形状を有し、その側壁が、撮像レンズ群１２０が有する複数のレンズの周囲を支持している。また、第１ケース１２２には、コイル１３０が巻き付けられている。コイル１３０は、撮像レンズ群１２０の配置を制御するために設けられている。コイル１３０に供給する電流を制御することによって、当該電流が誘発する磁場と永久磁石１４０との相互作用により、撮像レンズ群１２０の配置を制御する。
第２ケース１２４は、第１ケース１２２と接合されている。本実施形態においては、第２ケース１２４は、複数のバネ１３２を介して第１ケース１２２と接合され、第１ケース１２２を内装している。これによって、第１ケース１２２は、コイル１３０に供給される電流を制御することによって、第２ケース１２４に対して揺動可能に配置される。第２ケース１２４は、本実施形態においては、四角柱状の形状を有している。第２ケース１２４の撮像レンズ群１２０に対向する側面には、外光をイメージセンサモジュール１００内に取り込むために透明樹脂基板１２６が用いられている。
複数の支柱１１８は、第２ケース１２４に設けられている。複数の支柱１１８の各々は、インターポーザ基板１０２の複数の第２貫通孔１０８Ｂに挿入されている。これによって、レンズユニット１０６をインターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂに着脱可能に配置することができる。
支柱１１８の本数は、レンズユニット１０６をインターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂに安定して配置するため、３本以上であることが好ましい。平面視における複数の支柱１１８のレイアウトについては、１本の直線上に配置されず、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａに配置される複数の光電変換素子と重畳しなければよい。支柱１１８は、レンズユニット１０６をインターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂに安定して配置するために十分な強度を有することが必要であることから、そのために十分な径が必要である。
複数の支柱１１８の内、２本の支柱１１８は、コイル１３０に接続されている。当該２本の支柱１１８は、コイル１３０の両端に接続されてもよい。当該２本の支柱を介してコイル１３０に供給する電流を制御することによって、撮像レンズ群１２０の位置を制御する。
このような構成を有することによって、支柱１１８がコイル１３０に接続される配線を兼ねることができ、配線構造が単純になる。
赤外線フィルタ１２８は、撮像レンズ群１２０を透過して入射する光から赤外領域の光を吸収するフィルタである。本実施形態においては、赤外線フィルタ１２８は、レンズユニット１０６内に配置され、撮像レンズ群１２０の下部に配置されている。しかし、赤外線フィルタ１２８の配置はこれに限定されない。つまり、被写体からの光が撮像レンズ群１２０を通過し、その後に赤外線フィルタ１２８を通過する構成となっていればよい。他の例として、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａ側に固定されて配置されていてもよい。
以上、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００が備えるレンズユニット１０６の構成について説明した。このような構成を有することによって、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００は、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａの法線と、レンズユニット１０６に配置された撮像レンズ群１２０の光軸とを高精度で一致させることができる。
イメージセンサ１０４の受光面１０４ａの法線と、撮像レンズ群１２０の光軸とが一致していないと、例えばイメージセンサ１０４の有効な受光面１０４ａの中心部付近で被写体の像を良好に結像させたとしても、有効な受光面１０４ａの中心部から離れた領域においては良好に結像させることができないといった表示不良の発生が懸念される。
放熱部材１３４は、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａとは反対の面に固定されて配置されている。
第３ケース１３６は、凹部を有し、当該凹部内に少なくともイメージセンサ１０４及び放熱部材１３４が配置され、インターポーザ基板１０２に固定されて配置されている。
永久磁石１４０は、第２ケース１２４の外側に、コイル１３０を囲むように配置されている。本実施形態においては、第２ケースの４個の側面の各々に、１個の永久磁石１４０が配置されている。尚、本実施形態の永久磁石１４０のレイアウトは一例であって、これに限られるものではない。
カバー１３８は、レンズユニット１０６及び永久磁石１４０を内装する。カバーの材質１３８としては、金属、セラミック等を用いることができる。
以上、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の概略構成について説明した。本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００の構成によれば、インターポーザ基板１０２は光学系の組み立て基準面を兼ねる。これによって、簡便かつ高精度な光学系の組み立てが可能になる。つまり、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａの法線と、レンズユニット１０６に配置された撮像レンズ群１２０の光軸とを簡便かつ高精度で一致させることができる。
［インターポーザ基板１０２周辺の構成］
次いで、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００のインターポーザ基板１０２周辺の構成について詳細に説明する。図７は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００のインターポーザ基板１０２周辺の構成を説明する断面図である。
次いで、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００のインターポーザ基板１０２周辺の構成について詳細に説明する。図７は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００のインターポーザ基板１０２周辺の構成を説明する断面図である。
本実施形態のように、イメージセンサモジュール１００は、インターポーザ基板１０２の表面上の一部に、光吸収層１１２を有していてもよい。本実施形態おいては、インターポーザ基板１０２の表面上、インターポーザ基板１０２の側面上、及び複数の貫通孔１０８の側壁上、かつ、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａ以外の領域に光吸収層１１２を有する。換言すると、光吸収層１１２は、被写体で反射した光をイメージセンサ１０４の受光面１０４ａに入射させるために、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａを露出する開口部を有している。
光吸収層１１２は、インターポーザ基板１０２内に侵入した光が、電極等で乱反射して迷光となることを抑制するために設けられる。そのような迷光がイメージセンサ１０４に入射すると、フレアとなって撮影画像に現れることが懸念される。よって、光吸収層１１２の材料としては、インターポーザ基板１０２内に侵入した光を吸収し、それを透過及び反射させない材料であることが好ましい。
光吸収層１１２の材料としては、例えば、金属、黒色樹脂等を用いることができる。金属としては、例えばニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。黒色樹脂としては、少なくとも、感光性樹脂組成物、光重合開始剤、顔料及び溶媒を含み、これらの組成を適宜合わせて黒色樹脂組成物とする。感光性樹脂組成物としては、ネガ型の感光性樹脂組成物を用いることができる。また、感光性樹脂組成物としては、例えばアクリル系モノマー、オリゴマー、ポリマーを含有する感光性樹脂組成物を用いることができる。顔料としては、カーボンブラック、酸化チタンや酸窒化チタン等のチタンブラック、酸化鉄等の金属酸化物、その他混色した有機顔料等を用いることができる。また、黒色樹脂としては、非感光性樹脂組成物に、顔料を分散させたものを用いることができる。非感光性樹脂組成物としては、例えばポリイミド樹脂を用いることができる。顔料としては、カーボンブラックを分散させたものを用いることができる。また、アニリンブラック、アセチレンブラック、フタロシアニンブラック、チタンブラック等を顔料として分散してもよい。
インターポーザ基板１０２が有する複数の第１貫通孔１０８Ａの各々には、第１貫通電極１１０Ａが設けられる。ここで、複数の第１貫通電極１１０Ａ、インターポーザ基板１０２の両面に配置される配線１４２等の金属は、透光性を有するインターポーザ基板１０２に接して配置されることは無く、光吸収層１１２を介してインターポーザ基板１０２に配置される。
第１貫通電極１１０Ａは、本実施形態のように、第１貫通孔１０８Ａを充填するように配置してもよい。また、詳細は後述するが、第１貫通電極１１０Ａは、第１貫通孔１０８Ａの側壁上のみに配置することによって中空としてもよい。更に、第１貫通電極１１０Ａを第１貫通孔１０８Ａの側壁上のみに配置することによって中空となった空間を、樹脂等の絶縁材料で充填してもよい。
インターポーザ基板１０２が有する複数の第２貫通孔１０８Ｂの各々には、第２貫通電極１１０Ｂが設けられてもよい。しかし、これは必須ではない。第２貫通孔１０８Ｂには支柱１１８が挿入されるため、第２貫通電極１１０Ｂが設けられる場合は、第２貫通孔１０８Ｂの側壁上のみに配置することによって、中空とする。
インターポーザ基板１０２の両面において、イメージセンサ１０４に対向する領域に形成された反射防止層１１４を有していてもよい。反射防止層１１４としては、例えばモスアイ構造を有するシート等を用いることができる。
このような構成を有することによって、インターポーザ基板１０２の表面における光の反射が抑制され、イメージセンサ１０４は効率的に受光することができる。
本実施形態においては、複数の貫通電極１１０の、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａ側端部に配置された半田ボール１１６を介してイメージセンサ１０４が有する配線１４２と接続される。つまり、イメージセンサ１０４は、インターポーザ基板１０２に対してフリップチップ接続される。
以上、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００のインターポーザ基板１０２周辺の構成について説明した。このような構成を有することによって、インターポーザ基板１０２内に侵入した光の乱反射による迷光を抑制することができ、それに伴うフレアの発生を抑制することができる。光吸収層１１２を設けないと、インターポーザ基板１０２内に侵入した光が、貫通電極１１０や配線１４２等の金属によって乱反射して迷光となり、フレアが発生する懸念がある。
［貫通孔、光吸収層及び貫通電極の形成方法］
インターポーザ基板１０２に対し、貫通孔１０８の形成から貫通電極１１０形成までの方法の一例について説明する。
インターポーザ基板１０２に対し、貫通孔１０８の形成から貫通電極１１０形成までの方法の一例について説明する。
先ず、インターポーザ基板１０２に貫通孔１０８を形成する方法について説明する。貫通孔１０８を形成する方法としては、レーザ照射、ウェットエッチング、ドライエッチング等を用いることができる。
レーザ照射としては、エキシマレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波（波長：１０６４ｎｍ）、第２高調波（波長：５３２ｎｍ）、第３高調波（波長：３５５ｎｍ）等を用いることができる。）、フェムト秒レーザ等を用いることができる。
ウェットエッチングとしては、フッ化水素（ＨＦ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）のいずれか、またはこれらのうちの混合物を用いたウェットエッチング等を用いることができる。また、前述のレーザ照射とウェットエッチングを適宜組み合わせることもできる。つまり、レーザ照射によってインターポーザ基板１０２の貫通孔形成領域に変質層を形成し、ＨＦに浸漬することによって当該変質層をエッチングすることができる。
ドライエッチングとしては、プラズマを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、ボッシュプロセスを用いたＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ）法、サンドブラスト法、レーザアブレーション等のレーザ加工等を用いることができる。
以上、本実施形態に係るインターポーザ基板１０２の構成及び製造方法について説明した。次いで、光吸収層１１２を形成する方法について説明する。
先ず、前述の光吸収層１１２として用いることができる材料の内、金属を用いた光吸収層１１２を形成する方法について説明する。インターポーザ基板１０２において、前述のような光吸収層１１２が配置されない領域はレジストによって保護する。次いで、ダイシングによって各々のインターポーザ基板１０２に個片化する。次いで、個片化されたインターポーザ基板１０２について、無電解めっき法の前処理工程として、触媒を吸着させる。次いで、所定のめっき液に浸漬し、金属膜を形成する。次いで、レジスト剥離液に浸漬し、流水する。以上のような工程によって、遮光性を有する金属を用いた光吸収層１１２を形成することができる。
次いで、前述の光吸収層１１２として用いることができる材料の内、黒色樹脂を用いた光吸収層１１２を形成する方法について説明する。インターポーザ基板１０２において、前述のような光吸収層１１２が配置されない領域はフィルムレジスト等の保護層を形成する。次いで、ダイシングによって各々のインターポーザ基板１０２に個片化する。次いで、個片化されたインターポーザ基板１０２について、黒色樹脂に浸漬し、黒色化させる。次いで、剥離液に浸漬し、保護層を除去する。以上のような工程によって、黒色樹脂を用いた光吸収層１１２を形成することができる。
以上、光吸収層１１２を形成する方法について説明した。次いで、貫通電極１１０を形成する方法について説明する。
貫通電極１１０を形成する方法としては、例えば、充填めっき、スパッタリング又は蒸着、コンフォーマルめっき等の方法を用いることができる。これらの方法を用いて形成された貫通電極１１０について、図８を用いて説明する。図８の上段に示された（ａ１）〜（ｄ１）は、上記の方法によって形成された各々の貫通電極１１０の断面図であり、下段に示された（ａ２）〜（ｄ２）は、各々の貫通電極１１０の上面図である。
図８（ａ１）及び図８（ａ２）は、それぞれ、充填めっきによって形成された貫通電極１１０ａの断面図及び上面図である。充填めっきは、貫通孔１０８の形成されたインターポーザ基板１０２の一方側からシード層である金属層を成膜し、電解めっき法により、当該金属層上にめっき層を成長させ、貫通孔１０８の一方の開口端を塞ぐ（蓋めっきを形成する）。そして、蓋めっきをシード層とした電解めっき法により、貫通孔１０８の内部を充填するめっき層を成長させる。
図８（ｂ１）及び図８（ｂ２）は、それぞれ、スパッタリング又は蒸着によって形成された貫通電極１１０ｂの断面図及び上面図である。図８（ｂ１）及び図８（ｂ２）に示す貫通電極１１０ｂは、貫通孔１０８の側壁に設けられており、貫通電極１１０ｂの内部には空洞が設けられている。スパッタリング又は蒸着によれば、貫通孔１０８の側壁に金属層を形成することができる。このとき、これらの処理をインターポーザ基板１０２の両面から施せば、片面のみの処理に比べて、アスペクト比の大きい貫通孔１０８に対しても貫通電極１１０を形成することが可能となる。また、無電解めっき法により、貫通孔１０８の側壁に金属層を形成することもできる。
図８（ｃ１）及び図８（ｃ２）は、それぞれ、コンフォーマルめっきによって形成された貫通電極１１０ｃの断面図及び上面図である。図８（ｃ１）及び図８（ｃ２）に示す貫通電極１１０ｃは、上記の貫通電極１１０ｂと同様に貫通電極１１０ｃの内部に空洞が設けられている。コンフォーマルめっきは、前述のスパッタリング、蒸着又は無電解めっきによって貫通孔１０８の側壁に形成した金属層をシード層として、電解めっき法により、その上に内部に空洞が設けられためっき層を成長させる。
コンフォーマルめっきによって形成した貫通電極１１０ｃは、貫通孔１０８の内部が中空であるため、樹脂等を用いて貫通孔１０８を充填してもよい。図８（ｄ１）及び図８（ｄ２）は、それぞれ、コンフォーマルめっきによって形成された貫通電極１１０ｃに樹脂１４６を充填した貫通電極１１０ｄの断面図及び上面図である。
以上、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００について説明した。本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００には、イメージセンサ１０４及びレンズユニット１０６は、共にインターポーザ基板１０２を取り付け基準面として配置されている。
本実施形態に係るイメージセンサモジュール１００は、以上のような構成を有することによって、イメージセンサ１０４の受光面１０４ａの法線と、撮像レンズ群１２０の光軸とを簡便かつ高精度で一致させることができる。よって、イメージセンサ１０４の有効な受光面１０４ａ全域において被写体の像を均一に結像するよう制御することができる。
イメージセンサ１０４の受光面１０４ａの法線と、撮像レンズ群１２０の光軸とが一致していないと、例えばイメージセンサ１０４の有効な受光面１０４ａの中心部付近で被写体の像を良好に結像したとしても、有効な受光面１０４ａの中心部から離れた領域においては良好に結像しないといった表示不良の発生が懸念される。
＜第２実施形態＞
図９及び図１０を用いて、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００の構成について詳細に説明する。図９は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００の構成を説明する断面図である。本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００は、第１実施形態に係るイメージセンサモジュール１００と比較すると、インターポーザ基板１０２周辺の構成のみが異なっている。図１０は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００のインターポーザ基板１０２周辺の構成を説明する断面図である。
図９及び図１０を用いて、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００の構成について詳細に説明する。図９は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００の構成を説明する断面図である。本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００は、第１実施形態に係るイメージセンサモジュール１００と比較すると、インターポーザ基板１０２周辺の構成のみが異なっている。図１０は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００のインターポーザ基板１０２周辺の構成を説明する断面図である。
本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００は、複数の第１貫通孔１０８Ａ中の第１貫通電極１１０Ａの第１面１０２ａ側の端部が、第１面１０２ａよりもイメージセンサ１０４側に位置する。換言すると、複数の第１貫通孔１０８Ａ中の第１貫通電極１１０Ａの第１面１０２ａ側の端部が、インターポーザ基板１０２から突出している。
図１０に示した破線Ｐは、インターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂと平行な平面を示している。複数の第１貫通電極１１０Ａの第１面１０２ａ側の端部は、破線Ｐ上に位置している。つまり、複数の第１貫通電極１１０Ａの第１面１０２ａ側の端部は、インターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂと平行な平面上に位置している。
つまり、インターポーザ基板１０２とイメージセンサ１０４とのフリップチップ接続において、両者は突出した複数の第１貫通電極１１０Ａのみで接続され、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａとイメージセンサ１０４とは接触しない。
このような構成を有することによって、イメージセンサ１０４とインターポーザ基板１０２が高精度で平行に配置され、製造工程における両者の位置合わせが容易になる。
面同士による接続の場合、例えば接続の工程において、両者の間に空気層等が生じてしまうと位置合わせのための制御が困難になり、歩留まりが低下する懸念がある。
本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００が有する貫通電極１１０の形成方法の一例について説明する。先ず、前述した方法を用いて、少なくとも貫通孔１０８及び１０９の側壁に光吸収層１１２を形成する。ここで、貫通電極１１０は、その端部が貫通孔１０８の開口端まで充填され、貫通電極１１０が形成されたインターポーザ基板１０２としては可能な限り平坦となるように形成することが望ましい。次いで、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａのみについて、貫通電極１１０を保護し、インターポーザ基板１０２のみをエッチングによって薄化する。
以上の工程によって、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２００が有する貫通電極１１０を形成することができる。これによって、インターポーザ基板１０２第１面１０２ａの平坦性は劣化するものの、イメージセンサ１０４との接続に関わる複数の貫通電極１１０の端部が同一平面上に存在することは維持される。この方法によれば、フリップチップ接続に用いる半田ボール１１６を必要としない。更に、フォトマスク等を用いたパターニングを必要とせず、自己整合的に貫通電極１１０が形成されるために、製造工程が簡略化される。
＜第３実施形態＞
図１１及び図１２を用いて、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００の構成について詳細に説明する。図１１は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００の構成を説明する断面図である。本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００は、第２実施形態に係るイメージセンサモジュール２００と比較すると、インターポーザ基板１０２部分の構成のみが異なっている。図１２は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００のインターポーザ基板１０２部分を説明する断面図である。
図１１及び図１２を用いて、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００の構成について詳細に説明する。図１１は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００の構成を説明する断面図である。本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００は、第２実施形態に係るイメージセンサモジュール２００と比較すると、インターポーザ基板１０２部分の構成のみが異なっている。図１２は、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００のインターポーザ基板１０２部分を説明する断面図である。
本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００は、インターポーザ基板１０２は、第１面１０２ａ側に、複数の第１貫通電極１１０Ａの側壁を囲む凸部を有している点で、第２実施形態に係るイメージセンサモジュール２００と相違している。
図１２に示した破線Ｐは、インターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂと平行な平面を示している。複数の第１貫通電極１１０Ａの第１面１０２ａ側の端部は、破線Ｐ上に位置している。つまり、複数の第１貫通電極１１０Ａの第１面１０２ａ側の端部は、インターポーザ基板１０２の第２面１０２ｂと平行な平面上に位置している。
つまり、インターポーザ基板１０２とイメージセンサ１０４とのフリップチップ接続において、両者は複数の突出した貫通電極１１０のみを介して接続され、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａとイメージセンサ１０４とは接触しない。
このような構成を有することによって、イメージセンサ１０４とインターポーザ基板１０２が高精度で平行に配置され、製造工程における両者の位置合わせが容易になる。また、貫通電極１１０の側壁がインターポーザ基板１０２で保護されているため、貫通電極１１０が形成されたインターポーザ基板１０２の機械的強度が向上する。
面同士による接続の場合、例えば接続の工程において、両者の間に空気層等が生じてしまうと位置合わせのための制御が困難になり、歩留まりが低下する懸念がある。
本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００が有する貫通電極１１０の形成方法の一例について説明する。先ず、前述した方法を用いて、少なくとも貫通孔１０８及び１０９の側壁に光吸収層１１２を形成する。ここで、貫通電極１１０は、その端部が貫通孔１０８の開口端まで充填され、貫通電極１１０が形成されたインターポーザ基板１０２としては可能な限り平坦となるように形成することが望ましい。次いで、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａのみについて、貫通電極１１０及びその周辺部を保護するレジストを形成し、エッチングによって薄化する。
以上の工程によって、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３００が有する貫通電極１１０を形成することができる。これによって、インターポーザ基板１０２の第１面１０２ａの平坦性は劣化するものの、イメージセンサ１０４との接続に関わる複数の貫通電極１１０の端部が同一平面上に存在することは維持される。貫通孔１０８の周辺領域で、エッチングされずに保護されたインターポーザ基板１０２の領域も、同一平面上に存在する。この方法によれば、フリップチップ接続に用いる半田ボール１１６を必要としない。また、貫通電極１１０の側壁がインターポーザ基板１０２で保護されているため、貫通電極１１０が形成されたインターポーザ基板１０２の機械的強度が向上する。
＜他の実施形態＞
図１３及び図１４は、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュールが搭載されることができる応用製品の例を示す図である。上記のように製造されたイメージセンサモジュール１００乃至３００は、様々な応用製品に搭載されることができる。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ１０００、タブレット端末２０００、携帯電話３０００、スマートフォン４０００、デジタルビデオカメラ５０００、デジタルカメラ６０００等に搭載される。また、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュール３００ａ及び３００ｂが２個搭載されたデュアルカメラを有するスマートフォン４１００等にも適用することができる。この例では、スマートフォン４１００の背面にデュアルカメラが備えられた態様を示している。従来のような、一つの撮像素子のみから成るスマートフォンに搭載されるカメラは、撮像素子のサイズの制約に起因して被写界深度が非常に深くなってしまうという課題があった。そこで、二つの撮像素子を有するデュアルカメラをスマートフォンに搭載することによって、異なる二つの条件で画像を記録して撮影後に合成し、例えば一眼レフカメラと同等の被写界深度の調整が可能になる。更に、イメージセンサモジュール３００ａ及び３００ｂは２個に限られず、３個以上搭載されてもよい。ここで、複数のイメージセンサモジュールは、図示のスマートフォン４１００のような横方向に一列に並べられた態様に限らず、縦方向に並べられてもよく、不規則な配置であってもよい。また、複数のイメージセンサモジュールの間隔に制限は無く、スマートフォンの両サイド近傍に配置されてもよく、対角近傍に配置されてもよい。更に、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュール３００は、腕時計にも搭載されてもよい。腕時計７０００は、竜頭７０１０の近傍にイメージセンサモジュール３００が搭載される態様を示している。腕時計７１００は、バンドの近傍（１２時の方向）にイメージセンサモジュール３００が搭載される態様を示している。腕時計７２００は、表示パネルにイメージセンサモジュール３００が搭載される態様を示している。そして、腕時計７３００のように、腕時計７０００の配置と反対の側面、つまり竜頭７０１０が配置された側面と反対側の側面にイメージセンサモジュール３００が搭載されてもよい。
図１３及び図１４は、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュールが搭載されることができる応用製品の例を示す図である。上記のように製造されたイメージセンサモジュール１００乃至３００は、様々な応用製品に搭載されることができる。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ１０００、タブレット端末２０００、携帯電話３０００、スマートフォン４０００、デジタルビデオカメラ５０００、デジタルカメラ６０００等に搭載される。また、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュール３００ａ及び３００ｂが２個搭載されたデュアルカメラを有するスマートフォン４１００等にも適用することができる。この例では、スマートフォン４１００の背面にデュアルカメラが備えられた態様を示している。従来のような、一つの撮像素子のみから成るスマートフォンに搭載されるカメラは、撮像素子のサイズの制約に起因して被写界深度が非常に深くなってしまうという課題があった。そこで、二つの撮像素子を有するデュアルカメラをスマートフォンに搭載することによって、異なる二つの条件で画像を記録して撮影後に合成し、例えば一眼レフカメラと同等の被写界深度の調整が可能になる。更に、イメージセンサモジュール３００ａ及び３００ｂは２個に限られず、３個以上搭載されてもよい。ここで、複数のイメージセンサモジュールは、図示のスマートフォン４１００のような横方向に一列に並べられた態様に限らず、縦方向に並べられてもよく、不規則な配置であってもよい。また、複数のイメージセンサモジュールの間隔に制限は無く、スマートフォンの両サイド近傍に配置されてもよく、対角近傍に配置されてもよい。更に、本開示の実施形態に係るイメージセンサモジュール３００は、腕時計にも搭載されてもよい。腕時計７０００は、竜頭７０１０の近傍にイメージセンサモジュール３００が搭載される態様を示している。腕時計７１００は、バンドの近傍（１２時の方向）にイメージセンサモジュール３００が搭載される態様を示している。腕時計７２００は、表示パネルにイメージセンサモジュール３００が搭載される態様を示している。そして、腕時計７３００のように、腕時計７０００の配置と反対の側面、つまり竜頭７０１０が配置された側面と反対側の側面にイメージセンサモジュール３００が搭載されてもよい。
なお、本開示は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１００、２００、３００：イメージセンサモジュール １０２：インターポーザ基板 １０２ａ：第１面 １０２ｂ：第２面 １０４：イメージセンサ １０４ａ：受光面 １０６：レンズユニット １０８：貫通孔 １０８Ａ：第１貫通孔 １０８Ｂ：第２貫通孔 １１０：貫通電極 １１０Ａ：第１貫通電極 １１０Ｂ：第２貫通電極 １１２：光吸収層 １１４：反射防止層 １１６：半田ボール １１７：凸部 １１８：支柱 １２０：撮像レンズ群 １２２：第１ケース １２４：第２ケース １２６：透明樹脂基板 １２８：赤外線フィルタ １３０：コイル １３２：バネ １３４：放熱部材 １３６：第３ケース １３８：カバー １４０：永久磁石 １４２：配線 １４４：ＦＰＣ １４６：樹脂 １４８：フォトダイオード １５０：配線層 １５２：カラーフィルタ １５４：マイクロレンズ １５６：平坦化層 １０００：ノート型パーソナルコンピュータ ２０００：タブレット端末 ３０００：携帯電話 ４０００、４１００：スマートフォン ５０００：デジタルビデオカメラ ６０００：デジタルカメラ ７０００、７１００、７２００：腕時計 ７０１０：竜頭
Claims (17)
- イメージセンサが配置され、複数の光電変換素子が配置された前記イメージセンサの受光面と対面する第１面と、レンズユニットが配置され、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、透光性を有し、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記イメージセンサと外部回路とを接続する貫通電極が配置される複数の第１貫通孔と前記第１貫通孔よりも径が大きく前記レンズユニットに設けられた３本以上の支柱が挿入される３つ以上の第２貫通孔とを有するガラス基板を含むイメージセンサモジュールに用いられるインターポーザ基板であって、
前記複数の第１貫通孔は、平面視において、前記受光面を囲む矩形の外側において、前記矩形を囲むように設けられているインターポーザ基板。 - 前記複数の第１貫通孔は、前記矩形の４辺の各辺に沿って設けられている請求項１に記載のインターポーザ基板。
- 前記矩形は、第１辺、第２辺、前記第１辺に対向する第３辺、および前記第２辺に対向する第４辺を有し、
前記第１辺および前記第３辺は第１方向に延び、
前記第２辺および前記第４辺は第２方向に延び、
前記第１辺および前記第３辺に沿って設けられた前記複数の第１貫通孔は、前記第１方向に延びる列状に、前記第２方向に複数列設けられており、
前記複数列のうち第１列の前記第１貫通孔は、前記複数列のうち第２列の隣接する前記第１貫通孔の間に設けられている請求項２に記載のインターポーザ基板。 - 前記第２辺および前記第４辺に沿って設けられた前記複数の第１貫通孔は、前記第２方向に延びる列状に、前記第１方向に複数列設けられており、
前記複数列のうち第３列の前記第１貫通孔は、前記複数列のうち第４列の隣接する前記第１貫通孔の間に設けられている請求項３に記載のインターポーザ基板。 - 前記第２貫通孔は、前記インターポーザ基板の端部に設けられている請求項１に記載のインターポーザ基板。
- 前記インターポーザ基板は矩形であり、
前記端部は、前記インターポーザ基板の４隅である請求項５に記載のインターポーザ基板。 - 前記貫通電極は、前記第１面の第１配線と前記第２面の第２配線とを接続し、前記第２貫通孔には設けられていない請求項１に記載のインターポーザ基板。
- 前記第１貫通孔の内壁と前記貫通電極との間に設けられた光吸収層をさらに有する請求項７に記載のインターポーザ基板。
- 前記光吸収層は前記第２貫通孔の内壁に設けられている、請求項８に記載のインターポーザ基板。
- 前記光吸収層は前記インターポーザ基板の側面に設けられている、請求項９に記載のインターポーザ基板。
- 前記光吸収層は、黒色樹脂を含む請求項８乃至１０のいずれか一に記載のインターポーザ基板。
- 前記光吸収層は、金属を含み、前記ガラス基板の前記第１面と前記第１配線との間及び前記ガラス基板の前記第２面と前記第２配線との間に設けられ、
前記光吸収層の一部は、前記第１配線及び前記第２配線から露出され、
前記光吸収層は、前記第１配線及び前記第２配線から電気的に絶縁されている請求項８乃至１０のいずれか一に記載のインターポーザ基板。 - 前記第１貫通孔の内壁と前記貫通電極との間に設けられた、黒色樹脂を含む光吸収層をさらに有し、
前記貫通電極は、前記第１面の第１配線と前記第２面の第２配線とを接続する請求項１乃至１０のいずれか一に記載のインターポーザ基板。 - 前記第１貫通孔の内壁と前記貫通電極との間、前記ガラス基板の前記第１面と第１配線との間、及び前記ガラス基板の前記第２面と第２配線との間に設けられた、金属を含む光吸収層をさらに有し、
前記貫通電極は、前記第１面の前記第１配線と前記第２面の前記第２配線とを接続し、
前記光吸収層の一部は、前記第１配線及び前記第２配線から露出され、
前記光吸収層は、前記第１配線及び前記第２配線から電気的に絶縁されている請求項１乃至１０のいずれか一に記載のインターポーザ基板。 - 複数の光電変換素子が配置された受光面を有するイメージセンサと、３本以上の支柱を有し、前記イメージセンサに光を導くレンズユニットと、を有するイメージセンサモジュールに用いられるインターポーザ基板であって、
前記イメージセンサが配置され、前記受光面と対面する第１面と、前記レンズユニットが配置され、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、透光性を有し、前記第１面と前記第２面とを貫通し、複数の第１貫通孔と前記第１貫通孔よりも径が大きく前記３本以上の支柱が挿入される３つ以上の第２貫通孔とを有する基板と、
前記イメージセンサと電気的に接続し、前記複数の第１貫通孔に配置された貫通電極とを有し、
平面視において、前記複数の第１貫通孔は前記受光面と重ならないように配置されている、インターポーザ基板。 - 平面視において、前記複数の第１貫通孔のうち少なくとも一部は前記レンズユニットと重なるように配置されている、請求項１５に記載のインターポーザ基板。
- 前記複数の第１貫通孔は、前記受光面を囲むように配置されている、請求項１５又は請求項１６に記載のインターポーザ基板。
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