JP7214870B2 - 撮像素子ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子ユニット及び撮像装置に関する。

ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ ＯＸｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子の高解像度化に伴い、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、スマートフォン等の携帯電話機、タブレット端末、又は内視鏡等の撮像機能を有する情報機器の需要が急増している。なお、以上のような撮像機能を有する電子機器を撮像装置と称する。

撮像装置は、半導体チップである撮像素子チップと、この撮像素子チップを収容するパッケージと、このパッケージが実装される回路基板と、を含む撮像ユニットを備える。

特許文献１～３には、電子部品と、この電子部品を収容するパッケージと、このパッケージが実装される回路基板と、を含むユニットの構造が開示されている。

特開２００９－１７６９６１号公報 特開２０１１－０７１４２２号公報 特開２０１５－０３８９９６号公報

半導体チップを収容するパッケージを回路基板に実装する際には、パッケージと回路基板とを半田によって電気的に接続する工程において、ユニットが高温状態に置かれる。この工程の終了後、ユニットの温度が低下すると、ユニットの構成部品の線膨張係数の違いによって、バイメタル効果による反りが発生する。

半導体チップが撮像素子チップである場合には、バイメタル効果による反りによって撮像素子チップの受光面の平坦性が確保できなくなる。このように受光面が反ると、受光面の周辺においては焦点がずれることになり、撮像画質に影響を与える。撮像素子チップのサイズが大きい場合には、バイメタル効果による反りへの対策が特に重要となる。特許文献１－３では、こういった撮像素子チップの反りの課題については認識していない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子チップの反りを防いで撮像画質を向上させることのできる撮像素子ユニットと、この撮像素子ユニットを備える撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像素子ユニットは、導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、撮像素子チップが固定された平坦部と、上記平坦部における上記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、上記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、上記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、上記壁部と重なる状態にて上記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、上記封止部材と上記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ以上の接着剤によって固定されているものである。

又は、本発明の撮像素子ユニットは、導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、撮像素子チップが固定された平坦部と、上記平坦部における上記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、上記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、上記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、上記壁部と重なる状態にて上記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、上記封止部材と上記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ未満且つ厚さが１５μｍ以下の接着剤によって固定されているものである。

本発明の撮像装置は、上記撮像素子ユニットと、上記回路基板と、上記固定部材における上記固定面と反対側の面から露出する上記第一の端子と、上記固定部材における上記固定面と反対側の面に対面して配置された上記回路基板に形成されている第二の端子との間に設けられ、上記固定部材と上記回路基板との固定及び上記第一の端子と上記第二の端子との電気的接続を行う導電性部材と、を備えるものである。

本発明によれば、撮像素子の反りを防いで撮像画質を向上させることのできる撮像素子ユニットと、この撮像素子ユニットを備える撮像装置を提供することができる。

本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラ１００の概略構成を示す図である。 図１に示すデジタルカメラ１００における撮像ユニット５０を回路基板５２側から見た背面図である。 図２に示す撮像ユニット５０のＡ－Ａ線の断面模式図である。 図２に示す撮像ユニット５０を撮像素子ユニット５１側から方向Ｚに見た正面図である。 撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４の厚さとヤング率（５００ＭＰａ及び５０００ＭＰａ）の組み合わせごとにシミュレーションした結果を示す図である。 撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４の厚さとヤング率（５０ＭＰａ）の組み合わせごとにシミュレーションした結果を示す図である。 撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４（厚さ＝１５μｍ、ヤング率＝５０００ＭＰａ）の接着幅ごとにシミュレーションした結果を示す図である。 撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４（厚さ＝６０μｍ、ヤング率＝５００ＭＰａ）の接着幅ごとにシミュレーションした結果を示す図である。 撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、オーバーラップ率ごとにシミュレーションした結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラ１００の概略構成を示す図である。

図１に示すデジタルカメラ１００は、撮像レンズ４１と、絞り４２と、レンズ駆動部４３と、絞り駆動部４４と、レンズ制御部４５と、を有するレンズ装置４０を備える。

レンズ装置４０は、デジタルカメラ１００本体に着脱可能なものであってもよいし、デジタルカメラ１００本体と一体化されたものであってもよい。

撮像レンズ４１は光軸方向に移動可能なフォーカスレンズ又はズームレンズ等を含む。撮像レンズ４１と絞り４２によって撮像光学系が構成される。

レンズ装置４０のレンズ制御部４５は、デジタルカメラ１００のシステム制御部１１と有線又は無線によって通信可能に構成される。

レンズ制御部４５は、システム制御部１１からの指令にしたがい、レンズ駆動部４３を介して撮像レンズ４１に含まれるフォーカスレンズを駆動してフォーカスレンズの主点の位置を変更したり、絞り駆動部４４を介して絞り４２の開口量を制御したりする。

デジタルカメラ１００は、更に、撮像光学系を通して被写体を撮像するための撮像ユニット５０と、システム制御部１１と、操作部１４と、を備える。

撮像ユニット５０は、ＣＣＤ型イメージセンサ又はＣＭＯＳ型イメージセンサ等の撮像素子ユニット５１と、回路基板５２と、を備える。撮像素子ユニット５１は、後述の導電性部材７を介して回路基板５２に固定される。

撮像素子ユニット５１は、複数の画素が二次元状に配置された受光面（後述の図３の受光面１０）を有し、撮像光学系によってこの受光面に結像される被写体像をこの複数の画素によって電気信号（画素信号）に変換して出力する。

システム制御部１１は、撮像素子ユニット５１を駆動し、レンズ装置４０の撮像光学系を通して撮像した被写体像を撮像画像信号として出力させる。

システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。

システム制御部１１は、デジタルカメラ１００全体を統括制御するものであり、ハードウェア的な構造は、プログラムを実行して処理を行う各種のプロセッサである。

各種のプロセッサとしては、プログラムを実行して各種処理を行う汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＰＬＤ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

これら各種のプロセッサの構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

システム制御部１１は、各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせ又はＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ）で構成されてもよい。

更に、このデジタルカメラ１００の電気制御系は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｓｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）から構成されるメインメモリ１６と、メインメモリ１６へのデータ記憶及びメインメモリ１６からのデータ読み出しの制御を行うメモリ制御部１５と、撮像ユニット５０から出力される撮像画像信号に対しデジタル信号処理を行ってＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）形式等の各種フォーマットにしたがった撮像画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、記憶媒体２１へのデータ記憶及び記憶媒体２１からのデータ読み出しの制御を行う外部メモリ制御部２０と、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ又は液晶ディスプレイ等で構成される表示部２３と、表示部２３の表示を制御する表示制御部２２と、を備える。

図２は、図１に示すデジタルカメラ１００における撮像ユニット５０を回路基板５２側から見た背面図である。図３は、図２に示す撮像ユニット５０のＡ－Ａ線の断面模式図である。

図３に示すように、撮像ユニット５０は、撮像素子ユニット５１と、撮像素子ユニット５１の背面に固着された回路基板５２と、を備える。

撮像素子ユニット５１は、矩形板状又は円形板状等の板状の平坦部２ａと、平坦部２ａの端部に立設された矩形枠状又は円形枠状等の枠状の壁部２ｂと、を有するパッケージ２を備える。パッケージ２は、平坦部２ａ及び壁部２ｂにより凹部２ｃが形成される構成である。

撮像素子ユニット５１は、更に、パッケージ２の平坦部２ａの固定面２ｄに固定された撮像素子チップ１と、パッケージ２の壁部２ｂの上面に接着剤４により固定され、パッケージ２の凹部２ｃを塞いで撮像素子チップ１を封止する樹脂又はガラス等の透光性部材で構成された保護カバー３と、を備える。パッケージ２は固定部材を構成し、保護カバー３は封止部材を構成する。壁部２ｂは、平坦部２ａにおける撮像素子チップ１の固定面２ｄを取り囲むように構成される。

撮像素子チップ１は、フォトダイオード等の光電変換素子、及び、光電変換素子に蓄積された電荷を信号に変換して読み出す読み出し回路等が形成された受光面１０を含む半導体チップである。撮像素子チップ１は、図２に示すように平面形状が矩形であり、ダイボンド材として用いられる樹脂等の接着部材５によってパッケージ２の固定面２ｄに固定されている。撮像素子チップ１は、例えば、中判サイズ（一例としては４３．８ｍｍ×３２．９ｍｍ）のセンサである。

図３には、撮像素子チップ１の受光面１０に垂直な方向Ｚと、撮像素子チップ１の長手方向である方向Ｘとが示されている。また、図２には、撮像素子チップ１の短手方向である方向Ｙが示されている。図２は、方向Ｚに向かって撮像ユニット５０を回路基板５２側からみた図である。方向Ｘと方向Ｙは、それぞれ、受光面１０に平行な方向である。

パッケージ２は、アルミナセラミック（セラミックス）等の絶縁材料で構成されたもの、又は、タングステン等の導電性部材からなる導電層とアルミナセラミック等の絶縁材料からなる絶縁層とが積層された多層構造のもの等が用いられる。

パッケージ２の凹部２ｃの固定面２ｄには、図示省略の多数の端子が形成されており、これら端子と、撮像素子チップ１に形成されている電極パッドとが図示省略の導電性ワイヤ等によって電気的に接続されている。また、パッケージ２の保護カバー３が固定される側と反対側の背面２ｅには、パッケージ２の凹部２ｃの固定面２ｄに形成された各端子と電気的に接続された第一の端子（図示省略）が露出している。

回路基板５２は、パッケージ２の背面２ｅに、複数の導電性部材７（図３参照）によって接着されて固定されている。パッケージ２のこの背面２ｅに露出した上記の複数の第一の端子の各々に、この導電性部材７が接触している。

回路基板５２は、図２に示す例では、中央に開口５２ｋを有する枠状且つ板状の部材である。回路基板５２には、撮像素子チップ１を駆動する回路及び撮像素子チップ１から出力される信号を処理する回路等が形成されている。回路基板５２のパッケージ２と固定されている側の面５２ａには、導電性部材７と接触する位置に、これら回路の端子（第二の端子（図示省略））が形成されている。

したがって、回路基板５２に含まれる回路の第二の端子と、パッケージ２の背面に形成された第一の端子とは、導電性部材７によって電気的に接続されている。

回路基板５２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で構成された絶縁層と、銅等で構成された導電層と、ソルダーレジスト層とを含むが、これ以外の周知のものを採用することができる。回路基板５２は、その線膨張係数がパッケージ２の線膨張係数よりも大きいものが用いられる。

導電性部材７は、図２に示すように、平面形状が枠状の破線で示す領域７Ａに配置されている。導電性部材７は、接着機能を持つ導電性材料で構成されていればよく、例えば、鉛と錫の合金からなるハンダ又は錫と銅の合金からなるハンダ等が用いられる。

図４は、図２に示す撮像ユニット５０を撮像素子ユニット５１側から方向Ｚに見た正面図である。図４では、図３に示した保護カバー３の図示は省略されている。

図４に示すように、回路基板５２とパッケージ２との固定及び電気的接続を行う導電性部材７が形成された領域７Ａの外縁部は、パッケージ２の壁部２ｂと重なっている。

具体的には、領域７Ａの方向Ｘにおける一方側の縁部ＥＸ１と、領域７Ａの方向Ｘにおける他方側の縁部ＥＸ２と、領域７Ａの方向Ｙにおける一方側の縁部ＥＹ１と、領域７Ａの方向Ｙにおける他方側の縁部ＥＹ２とによって、領域７Ａの外縁部が構成されている。そして、これら縁部ＥＸ１、縁部ＥＸ２、縁部ＥＹ１、及び縁部ＥＹ２が全てパッケージ２の壁部２ｂと重なる位置にある。尚、回路基板５２及びパッケージ２の線膨張係数は、例えば、実際の回路基板５２及びパッケージ２について、外部温度を変化させた場合の寸法変化量をそれぞれ測定し、寸法変化量を単位温度あたりの寸法変化率に換算することで算出することができる。

撮像ユニット５０では、回路基板５２に接着されたパッケージ２の線膨張係数が、回路基板５２の線膨張係数よりも小さい。このため、回路基板５２とパッケージ２を導電性部材７によって接着した後のバイメタル効果によって、パッケージ２には応力が加わる。

図４に示したように、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂに重なっていると、回路基板５２からパッケージ２にかかる応力が壁部２ｂを経由して保護カバー３に分散される。この結果、パッケージ２の反りが低減され、撮像素子チップ１の反りを減らすことができる。

図４に示すように、領域７Ａの縁部ＥＸ１と、縁部ＥＸ１と重なる壁部２ｂの部分の方向Ｘにおける凹部２ｃ側（撮像素子チップ１側）の端部ＥＸ３との間の距離をＬ１とし、縁部ＥＸ１が重なっている壁部２ｂの部分の方向Ｘの幅をＸＤ１とする。Ｌ１＝α１×（ＸＤ１）とする。

図４に示すように、領域７Ａの縁部ＥＸ２と、縁部ＥＸ２と重なる壁部２ｂの部分の方向Ｘにおける凹部２ｃ側の端部ＥＸ４との間の距離をＬ２とし、縁部ＥＸ２が重なっている壁部２ｂの部分の方向Ｘの幅をＸＤ２とする。Ｌ２＝α２×（ＸＤ２）とする。

図４に示すように、領域７Ａの縁部ＥＹ１と、縁部ＥＹ１と重なる壁部２ｂの部分の方向Ｙにおける凹部２ｃ側の端部ＥＹ３との間の距離をＬ３とし、縁部ＥＹ１が重なっている壁部２ｂの部分の方向Ｙの幅をＹＤ１とする。Ｌ３＝α３×（ＹＤ１）とする。

図４に示すように、領域７Ａの縁部ＥＹ２と、縁部ＥＹ２と重なる壁部２ｂの部分の方向Ｙにおける凹部２ｃ側の端部ＥＹ４との間の距離をＬ４とし、縁部ＥＹ２が重なっている壁部２ｂの部分の方向Ｙの幅をＹＤ２とする。Ｌ４＝α４×（ＹＤ２）とする。

なお、距離Ｌ１と距離Ｌ２は同じ値であっても異なる値であってもよい。また、距離Ｌ３と距離Ｌ４は同じ値であっても異なる値であってもよい。また、距離Ｌ１～Ｌ４はそれぞれ異なる値であってもよい。

α１、α２、α３、及びα４は、壁部２ｂにおける領域７Ａの外縁部に重なる位置と、壁部２ｂにおける凹部２ｃ側の端部との間の距離の、壁部２ｂの幅に対する割合（オーバーラップ率）である。

発明者は、例えばα１、α２、α３、及びα４の各々を０．６（オーバーラップ率＝６０％）とした場合に、パッケージ２と保護カバー３とを互いに固定する接着剤４としてヤング率（縦弾性係数）が５００ＭＰａ（メガパスカル）以上の接着剤を用いることにより、撮像素子チップ１の反りを実用上許容される程度にまで低減できることを見出した。

図５は、撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４の厚さとヤング率（５００ＭＰａ及び５０００ＭＰａ）の組み合わせごとにシミュレーションした結果を示す図である。図５のシミュレーション結果は、上記のα１、α２、α３、及びα４の各々を０．６（オーバーラップ率＝６０％）とし、接着剤４の接着幅を４ｍｍとした場合のシミュレーション結果である。

ここで、撮像素子チップ１の受光面１０に垂直な方向Ｚから見た状態において、壁部２ｂと保護カバー３とが重なる部分に沿って接着剤をＸｍｍの幅で配置することを、接着剤４の接着幅をＸｍｍとする、と表現する。

図５に示す縦軸は、撮像素子チップ１の受光面１０の反り量（μｍ）を示している。この反り量は、撮像素子チップ１の受光面１０の撮像レンズ４１の光軸と交わる光軸中心における光軸方向の位置を基準位置としたときの値を示している。

図５に示す横軸は、撮像素子チップのサイズが中判サイズ（４３．８ｍｍ×３２．９ｍｍ）の場合の受光面１０の光軸中心からの距離を像高（％）として示している。受光面１０の光軸中心は像高＝０％であり、受光面１０における光軸中心から最も離れた位置を像高＝１００％としている。

図５に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚３０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを３０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚３０μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを３０μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚１２０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを１２０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５に示した“ボンド厚１２０μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを１２０μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図６は、撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４の厚さとヤング率（５０ＭＰａ）の組み合わせごとにシミュレーションした結果を示す図である。図５のシミュレーション結果は、上記のα１、α２、α３、及びα４の各々を０．６（オーバーラップ率＝６０％）とし、接着剤４の接着幅を４ｍｍとした場合のシミュレーション結果である。図６に示す縦軸及び横軸は、図５に示した縦軸及び横軸と同じである。

図６に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５０ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５０ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図６に示した“ボンド厚３０μｍ＿Ｅ５０ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを３０μｍとし、接着剤４のヤング率を５０ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図６に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５０ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５０ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図６に示した“ボンド厚１２０μｍ＿Ｅ５０ＭＰａ”の曲線は、接着剤４の厚さを１２０μｍとし、接着剤４のヤング率を５０ＭＰａとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図５及び図６に示したシミュレーション結果から、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａ又は５０００ＭＰａとすることで、接着剤４の厚さにかかわらずに、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えることができることが分かる。これは、撮像素子チップ１が中判サイズなどの大型センサであっても画質を維持することができる反り量である。

また、図５及び図６に示す各シミュレーション結果から、接着剤４の厚さ及び接着剤４の接着幅が同じである場合、接着剤４のヤング率が高いほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができることが分かる。

したがって、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａ以上とすることで、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑え、撮像素子チップ１が中判サイズなどの大型センサであっても画質を維持することができる。このように、接着剤４として剛性の高い接着剤を用いることで、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。ヤング率が５００ＭＰａ以上の剛性の高い接着剤としては、例えばセメダインＥＰ１７１、ヤング率５０００ＭＰａ以上の剛性の高い接着剤としてはセメダインＥＰ８１１（セメダインは登録商標）などの一般的な接着剤を用いることができる。

また、図５に示したシミュレーション結果において、接着剤４の厚さが１２０μｍのときに、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えられている。また、図５に示す各シミュレーション結果から、接着剤４のヤング率及び接着剤４の接着幅が同じである場合、接着剤４の厚さが小さいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができることが分かる。したがって、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａ以上とする場合に、接着剤４の厚さを１２０μｍ以下とすることが好ましい。

また、上記のように、図５に示したシミュレーション結果は、接着剤４の接着幅が４ｍｍのときのシミュレーション結果である。また、後述の図７及び図８に示す各シミュレーション結果から、接着剤４のヤング率及び接着剤４の厚さが同じである場合、接着剤４の接着幅が大きいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができることが分かる。したがって、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａ以上とする場合に、接着剤４の接着幅を４ｍｍ以上とすることが好ましい。

また、図６に示したシミュレーション結果から、接着剤４のヤング率が５００ＭＰａ未満の５０ＭＰａであっても、接着剤４の厚さが１５μｍであれば、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えることができることが分かる。また、図６に示すシミュレーション結果から、接着剤４の厚さが小さいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。

したがって、接着剤４のヤング率が５００ＭＰａ未満であっても、接着剤４の厚さを１５μｍ以下とすることで、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑え、撮像素子チップ１が中判サイズなどの大型センサであっても画質を維持することができる。このように、接着剤４が剛性の低い接着剤（例えばＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）接着剤）である場合は、接着剤４を薄くすることで撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。

また、上記のように、図６に示したシミュレーション結果は、接着剤４の接着幅が４ｍｍのときのシミュレーション結果である。また、上記のように、接着剤４の接着幅が大きいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。したがって、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａ未満、接着剤４の厚さを１５μｍ以下とする場合に、接着剤４の接着幅を４ｍｍ以上とすることが好ましい。

図７は、撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４（厚さ＝１５μｍ、ヤング率＝５０００ＭＰａ）の接着幅ごとにシミュレーションした結果を示す図である。図７のシミュレーション結果は、上記のα１、α２、α３、及びα４の各々を０．６（オーバーラップ率＝６０％）とした場合のシミュレーション結果である。図７に示す縦軸及び横軸は、図５に示した縦軸及び横軸と同じである。

図７に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ＿接着幅４ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を４ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図７に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ＿接着幅３ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を３ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図７に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ＿接着幅２ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を２ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図７に示した“ボンド厚１５μｍ＿Ｅ５０００ＭＰａ＿接着幅１ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを１５μｍとし、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を１ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図７に示したシミュレーション結果から、接着剤４のヤング率が５０００ＭＰａであれば、接着剤４の接着幅にかかわらずに、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えることができることが分かる。また、上記のように、接着剤４のヤング率が高いほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。

したがって、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａ以上とすることで、撮像素子チップ１の反り量を像高＝８０％で６０μｍ以下に抑え、撮像素子チップ１が中判サイズなどの大型センサであっても画質を維持することができる。

また、図７に示したシミュレーション結果において、接着剤４の接着幅を１ｍｍのときに、撮像素子チップ１の反り量を像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えられている。また、上記のように、接着剤４の接着幅が大きいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。したがって、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａ以上とする場合に、接着剤４の接着幅を１ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、接着剤４の接着幅を１ｍｍ未満とすることは、通常は困難である。

また、図７に示したシミュレーション結果において、接着剤４の厚さが１５μｍのときに、接着剤４の接着幅にかかわらずに、撮像素子チップ１の反り量を像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えられている。また、上記のように、接着剤４の厚さが小さいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。したがって、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａ以上とする場合に、接着剤４の厚さを１５μｍ以下とすることが好ましい。

図８は、撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、接着剤４（厚さ＝６０μｍ、ヤング率＝５００ＭＰａ）の接着幅ごとにシミュレーションした結果を示す図である。図８のシミュレーション結果は、上記のα１、α２、α３、及びα４の各々を０．６（オーバーラップ率＝６０％）とした場合のシミュレーション結果である。図８に示す縦軸及び横軸は、図５に示した縦軸及び横軸と同じである。

図８に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ＿接着幅４ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を４ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図８に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ＿接着幅３ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を３ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図８に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ＿接着幅２ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を２ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図８に示した“ボンド厚６０μｍ＿Ｅ５００ＭＰａ＿接着幅１ｍｍ”の曲線は、接着剤４の厚さを６０μｍとし、接着剤４のヤング率を５００ＭＰａとし、接着剤４の接着幅を１ｍｍとした状態でのシミュレーション結果を示している。

図８に示したシミュレーション結果から、接着剤４のヤング率が５０００ＭＰａ未満の５００ＭＰａの場合には、接着剤４の接着幅が３ｍｍ又は４ｍｍであるときに、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えることができることが分かる。また、上記のように、接着剤４の接着幅が大きいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。

したがって、接着剤４のヤング率が５０００ＭＰａ未満である場合には、接着剤４の接着幅を３ｍｍ以上とすることで、撮像素子チップ１の反り量を像高＝８０％で６０μｍ以下に抑え、撮像素子チップ１が中判サイズなどの大型センサであっても画質を維持することができる。

また、図８に示したシミュレーション結果において、接着剤４の厚さが６０μｍのときに、接着幅３ｍｍと接着幅４ｍｍにおいて、撮像素子チップ１の反り量を像高＝８０％で６０μｍ以下に抑えられている。また、上記のように、接着剤４の厚さが小さいほど、撮像素子チップ１の反り量を抑えることができる。したがって、接着剤４のヤング率を５０００ＭＰａ未満とし、接着剤４の接着幅を３ｍｍ以上とする場合に、接着剤４の厚さを６０μｍ以下とすることが好ましい。

上記のα１、α２、α３、及びα４の各々が０．６、すなわちオーバーラップ率が６０％である場合の接着剤４に関する条件について説明したが、オーバーラップ率が６０％でない場合にも、上記の接着剤４に関する条件を用いることができる。この点について図９を用いて説明する。

図９は、撮像ユニット５０における撮像素子チップ１の反り量を、オーバーラップ率ごとにシミュレーションした結果を示す図である。図９に示す縦軸及び横軸は、図５に示した縦軸及び横軸と同じである。

図９に示した“オーバーラップなし１”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂではなく固定面２ｄと重なっている状態でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップなし２”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂではなく固定面２ｄと重なっており、且つ“オーバーラップなし１”の場合よりも領域７Ａの外縁部が壁部２ｂに近い位置にある状態でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップ０％”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂの凹部２ｃ側の端部と重なっている状態（上記のα１、α２、α３、及びα４がいずれも０の状態）でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップ１０％”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂと重なっており、上記のα１、α２、α３、及びα４がいずれも０．１となる状態でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップ２０％”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂと重なっており、上記のα１、α２、α３、及びα４がいずれも０．２となる状態でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップ６０％”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂと重なっており、上記のα１、α２、α３、及びα４がいずれも０．６となる状態でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップ８０％”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂと重なっており、上記のα１、α２、α３、及びα４がいずれも０．８となる状態でのシミュレーション結果を示している。

図９に示した“オーバーラップ１００％”の曲線は、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂの凹部２ｃ側と反対側の端部と重なっている状態（上記のα１、α２、α３、及びα４がいずれも１．０となる状態）でのシミュレーション結果を示している。

図９に示すシミュレーション結果から、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂと重なっていることで、撮像素子チップ１の反り量を低減できることが分かる。

また、図９に示す結果から、α１、α２、α３、及びα４の各々が０．６（オーバーラップ率＝６０％）の場合に限らず、上記のα１、α２、α３、及びα４の各々が０．２以上１．０以下であれば、撮像素子チップ１の反り量を、像高＝８０％で６０μｍ程度に低減できることが分かる。更に、上記のα１、α２、α３、及びα４の各々が０．２以上０．６以下の範囲にあると、撮像素子チップ１の反り量をより低減できることが分かる。したがって、α１、α２、α３、及びα４の各々は、例えば０．２以上１．０以下とし、好ましくは０．２以上０．６以下とする。

このように、撮像ユニット５０によれば、領域７Ａの外縁部が壁部２ｂと重なっており、接着剤４が上記の条件を満たすことにより、保護カバー３に応力を効率的に分散させ、バイメタル効果による撮像素子チップ１の反りを低減することができ、撮像品質を向上させることができる。

以上の撮像ユニット５０では、回路基板５２が開口５２ｋを有する構成のため、領域７Ａの形状が枠状となっている。しかし、回路基板５２が開口ｋを有しない平板形状であれば、領域７Ａの平面形状は矩形となっていてもよい。

以上説明してきたように本明細書には以下の事項が開示されている。

（１）
導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、
撮像素子チップが固定された平坦部と、上記平坦部における上記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、上記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、上記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、
上記壁部と重なる状態にて上記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、
上記封止部材と上記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ以上の接着剤によって固定されている撮像素子ユニット。

（２）
（１）記載の撮像素子ユニットであって、
上記接着剤は、上記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、上記壁部と上記封止部材とが重なる部分に沿って３ｍｍ以上の幅で配置されている撮像素子ユニット。

（３）
（２）記載の撮像素子ユニットであって、
上記接着剤のヤング率が５０００ＭＰａ未満である撮像素子ユニット。

（４）
（２）又は（３）記載の撮像素子ユニットであって、
上記接着剤の厚さが６０μｍ以下である撮像素子ユニット。

（５）
（１）記載の撮像素子ユニットであって、
上記接着剤のヤング率が５０００ＭＰａ以上である撮像素子ユニット。

（６）
（５）記載の撮像素子ユニットであって、
上記接着剤は、上記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、上記壁部と上記封止部材とが重なる部分に沿って１ｍｍ以上の幅で配置されている撮像素子ユニット。

（７）
（５）又は（６）記載の撮像素子ユニットであって、
上記接着剤の厚さが１５μｍ以下である撮像素子ユニット。

（８）
導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、
撮像素子チップが固定された平坦部と、上記平坦部における上記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、上記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、上記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、
上記壁部と重なる状態にて上記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、
上記封止部材と上記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ未満且つ厚さが１５μｍ以下の接着剤によって固定されている撮像素子ユニット。

（９）
（１）～（８）のいずれか１つに記載の撮像素子ユニットであって、
上記導電性部材は、上記固定部材における上記固定面と反対側の面から露出する上記第一の端子と、上記固定部材における上記固定面と反対側の面に対面して配置された上記回路基板に形成されている第二の端子との間に設けられ、上記固定部材と上記回路基板との固定及び上記第一の端子と上記第二の端子との電気的接続を行うものであり、
上記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、上記導電性部材が配置される領域の外縁部は、上記固定部材の上記壁部と重なっている撮像素子ユニット。

（１０）
（９）記載の撮像素子ユニットであって、
上記壁部の上記外縁部に重なる位置と、上記壁部の上記撮像素子チップ側の端部との間の距離は、上記受光面に平行な方向における上記壁部の幅の２０％以上６０％以下となっている撮像素子ユニット。

（１１）
（９）記載の撮像素子ユニットであって、
上記壁部の上記外縁部に重なる位置と、上記壁部の上記撮像素子チップ側の端部との間の距離は、上記受光面に平行な方向における上記壁部の幅の６０％となっている撮像素子ユニット。

（１２）
（１）～（１１）のいずれか１つに記載の撮像素子ユニットであって、
上記平坦部及び上記壁部はセラミックスであり、
上記封止部材はガラスである撮像素子ユニット。

（１３）
（１）～（１２）のいずれか１つに記載の撮像素子ユニットと、
上記回路基板と、
上記固定部材における上記固定面と反対側の面から露出する上記第一の端子と、上記固定部材における上記固定面と反対側の面に対面して配置された上記回路基板に形成されている第二の端子との間に設けられ、上記固定部材と上記回路基板との固定及び上記第一の端子と上記第二の端子との電気的接続を行う導電性部材と、
を備える撮像装置。

本発明は、デジタルカメラ、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、ロボット、又は内視鏡等の撮像機能を有する電子機器に適用して利便性が高く、有効である。

１００ デジタルカメラ
１１ システム制御部
１４ 操作部
４０ レンズ装置
４１ 撮像レンズ
４２ 絞り
４３ レンズ駆動部
４４ 絞り駆動部
４５ レンズ制御部
５０ 撮像ユニット
５１ 撮像素子ユニット
５２ 回路基板
１５ メモリ制御部
１６ メインメモリ
１７ デジタル信号処理部
２０ 外部メモリ制御部
２１ 記憶媒体
２２ 表示制御部
２３ 表示部
１ 撮像素子チップ
２ パッケージ
２ａ 平坦部
２ｂ 壁部
２ｃ 凹部
２ｄ 固定面
２ｅ 背面
３ 保護カバー
４ 接着剤
５ 接着部材
７ 導電性部材
７Ａ 領域
１０ 受光面
５２ａ 面
５２ｋ 開口
ＥＸ１、ＥＸ２、ＥＹ１、ＥＹ２ 縁部
ＥＸ３、ＥＸ４、ＥＹ３、ＥＹ４ 端部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 距離
ＸＤ１、ＸＤ２、ＹＤ１、ＹＤ２ 幅

Claims (9)

1. 導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、
   撮像素子チップが固定された平坦部と、前記平坦部における前記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、前記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、前記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、
   前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た場合に前記壁部と重なる状態にて前記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、
   前記封止部材と前記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ未満の接着剤によって固定されており、
   前記接着剤の厚さが１２０μｍ以下であり、かつ前記接着剤は、前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、前記壁部と前記封止部材とが重なる部分に沿って４ｍｍ以上の幅で配置されている、
   撮像素子ユニット。
2. 導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、
   撮像素子チップが固定された平坦部と、前記平坦部における前記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、前記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、前記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、
   前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た場合に前記壁部と重なる状態にて前記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、
   前記封止部材と前記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ未満の接着剤によって固定されており、
   前記接着剤の厚さが６０μｍ以下であり、かつ前記接着剤は、前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、前記壁部と前記封止部材とが重なる部分に沿って３ｍｍ以上の幅で配置されている、
   撮像素子ユニット。
3. 導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、
   撮像素子チップが固定された平坦部と、前記平坦部における前記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、前記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、前記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、
   前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た場合に前記壁部と重なる状態にて前記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、
   前記封止部材と前記壁部は、ヤング率が５０００ＭＰａ以上の接着剤によって固定されており、
   前記接着剤の厚さが１５μｍ以下であり、かつ前記接着剤は、前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、前記壁部と前記封止部材とが重なる部分に沿って１ｍｍ以上の幅で配置されている、
   撮像素子ユニット。
4. 導電性部材を介して回路基板に固定される撮像素子ユニットであって、
   撮像素子チップが固定された平坦部と、前記平坦部における前記撮像素子チップの固定面を取り囲む壁部と、前記撮像素子チップと電気的に接続された複数の第一の端子と、を有し、前記撮像素子ユニットが固定される回路基板よりも線膨張係数の小さい固定部材と、
   前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た場合に前記壁部と重なる状態にて前記撮像素子チップを封止する封止部材と、を備え、
   前記封止部材と前記壁部は、ヤング率が５００ＭＰａ未満且つ厚さが１５μｍ以下の接着剤によって固定されており、
   かつ前記接着剤は、前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、前記壁部と前記封止部材とが重なる部分に沿って４ｍｍ以上の幅で配置されている、
   撮像素子ユニット。
5. 請求項１～４のいずれか１項記載の撮像素子ユニットであって、
   前記導電性部材は、前記固定部材における前記固定面と反対側の面から露出する前記第一の端子と、前記固定部材における前記固定面と反対側の面に対面して配置された前記回路基板に形成されている第二の端子との間に設けられ、前記固定部材と前記回路基板との固定及び前記第一の端子と前記第二の端子との電気的接続を行うものであり、
   前記撮像素子チップの受光面に垂直な方向から見た状態において、前記導電性部材が配置される領域の外縁部は、前記固定部材の前記壁部と重なっている撮像素子ユニット。
6. 請求項５記載の撮像素子ユニットであって、
   前記壁部の前記外縁部に重なる位置と、前記壁部の前記撮像素子チップ側の端部との間の距離は、前記受光面に平行な方向における前記壁部の幅の２０％以上６０％以下となっている撮像素子ユニット。
7. 請求項５記載の撮像素子ユニットであって、
   前記壁部の前記外縁部に重なる位置と、前記壁部の前記撮像素子チップ側の端部との間の距離は、前記受光面に平行な方向における前記壁部の幅の６０％となっている撮像素子ユニット。
8. 請求項１～７のいずれか１項記載の撮像素子ユニットであって、
   前記平坦部及び前記壁部はセラミックスであり、
   前記封止部材はガラスである撮像素子ユニット。
9. 請求項１～８のいずれか１項記載の撮像素子ユニットと、
   前記回路基板と、
   前記固定部材における前記固定面と反対側の面から露出する前記第一の端子と、前記固定部材における前記固定面と反対側の面に対面して配置された前記回路基板に形成されている第二の端子との間に設けられ、前記固定部材と前記回路基板との固定及び前記第一の端子と前記第二の端子との電気的接続を行う導電性部材と、
   を備える撮像装置。

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