JP7467168B2 - 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し、特に、撮像素子ユニットにおいて撮像素子が実装される多層基板での配線構造に関する。

従来の撮像素子ユニットは、セラミックス又はプラスチックで形成された凹型構造のパッケージ内に撮像素子が実装されてカバーガラスで封止したものを周辺回路部品が実装されたプリント基板に実装した構造を有するものが一般的であった。これに対して、近年では撮像素子ユニットに対する小型化や軽量化が強く要求されており、この要求に応じる技術として特許文献１は、ガラスエポキシ等で形成されたプリント基板上に撮像素子を直接実装した、所謂、パッケージレス構造を提案している。

特開２０１５－１２２１１号公報

しかしながら、パッケージレス構造のプリント基板では、信号配線間を絶縁するための導体を配置しない領域を光が透過することで撮像素子の背面側から侵入した光を撮像してしまうという問題がある。撮像素子の背面側からの光の侵入を防止する必要性は、撮像素子の高感度化に伴って益々高まっている。

このような事情に鑑み、本発明は撮像素子の背面からの光の侵入を防止することが可能なパッケージレス構造の撮像素子ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る撮像素子ユニットは、多層基板と、前記多層基板の一方の面に実装された撮像素子と、前記多層基板の他方の面に実装された複数の部品と、を備える撮像素子ユニットであって、前記多層基板は、前記撮像素子と前記多層基板とを電気的に接続するために前記多層基板の一方の面に設けられた複数の電極と、前記複数の電極と前記複数の部品とを電気的に接続する複数のビアと、前記複数のビアと電気的に接続される複数の第１の配線と、前記複数のビア及び前記第１の配線を各層の第２の配線に対して絶縁する未配線領域と、を有し、前記多層基板を積層方向から見た投影面上で前記未配線領域が全層で重なる領域を覆うように、前記部品、又は、該部品を前記多層基板に実装するはんだが配置されていることを特徴とする。
を特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の背面からの光の侵入を防止することが可能なパッケージレス構造の撮像素子ユニットを提供することが可能になる。

本発明の実施形態に係る撮像素子ユニットの概略構成を示す断面図である。 図１の撮像素子ユニットを構成する多層基板のレイアウトを示す図である。 参考例に係る多層基板を備える撮像素子ユニットの部分的な断面図である。 図３に示す多層基板の各層の配線を示す図である。 第１実施形態での第１の多層基板の各層の配線を示す図である。 第１実施形態での第２の多層基板の各層の配線を示す図である。 第２実施形態に係る撮像素子ユニットの部分的な断面図である。 図７に示す多層基板の各層の配線を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜共通構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像素子ユニット１００の概略構成を示す断面図である。撮像素子ユニット１００は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置、撮像機能を備えるスマートフォン等の各種の電子機器に搭載される。

撮像素子ユニット１００は、撮像素子１０１、多層基板１０２、部品１０３、接続導体１０４、ワイヤボンディングパッド１０６、枠部材１０７及びカバーガラス１０８を有する。

撮像素子１０１は、入射した光に応じて画像信号を出力する。多層基板１０２は、各種の部品１０３を実装して接続するパターンが銅等の金属で形成されている。なお、撮像素子１０１は、多層基板１０２の一方の面（表面）に接着剤を用いて接着される。多層基板１０２は、撮像素子１０１を搭載（実装）するためにリジッド基板であることが望ましく、例えば、ガラスエポキシ等で形成されるが、これに限定されず、プラスチック材料を用いたフレキシブル基板であってもよい。また、多層基板１０２は、セラミックスと銅配線を用いたＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）基板等であってもよい。つまり、多層基板１０２は、特定の材料に銅等の金属配線パターンが形成され、部品１０３が実装可能な基板であればよい。

部品１０３は、多層基板１０２の他方の面（撮像素子１０１が実装されている面の反対側の面（裏面））に実装されている。部品１０３は、具体的には、撮像素子１０１を動作させために必要とされるコンデンサ、抵抗、コイル等の受動部品、撮像素子１０１の駆動電圧を生成するリニアレギュレータ、クロックを与える発振器等である。また、部品１０３は、撮像素子１０１を動作させる用途以外の用途の部品、例えば、撮像素子１０１の状態等を監視する温度計や撮像素子１０１の固体情報を記憶するＲＯＭ等を含んでいてもよい。更に、部品１０３には、多層基板１０２と外部の基板（不図示）との間で、電力供給を受けるための給電端子や信号のやりとりを行うための信号端子をまとめたコネクタも含まれる。

ワイヤボンディングパッド１０６は、多層基板１０２上の撮像素子１０１と同じ面に配置され、撮像素子１０１と多層基板１０２を電気的に接続するため金属部であり、具体的には、多層基板１０２の表面層に金メッキ等の処理で形成された電極である。接続導体１０４は、撮像素子１０１と多層基板１０２（ワイヤボンディングパッド１０６）とを電気的に接続する金属線であり、主に金線、アルミ線或いは銅線等が使用される。接続導体１０４は、一般的に、公知のワイヤーボンダーを使用した超音波熱圧着により、撮像素子１０１とワイヤボンディングパッド１０６に接続される。枠部材１０７は、ワイヤボンディングパッド１０６の外周において多層基板１０２に接着剤により立設されており、枠部材１０７の上面にカバーガラス１０８が接着されることで、枠部材１０７とカバーガラス１０８は撮像素子１０１を封止する。なお、カバーガラス１０８には、反射防止膜等が形成されている。

次に、多層基板１０２のレイアウトについて説明する。図２（ａ）は、多層基板１０２において撮像素子１０１が搭載される面（以下「多層基板１０２の上面」と定義する）のレイアウトを示す図である。図２（ｂ）は、多層基板１０２において部品１０３が実装される面（以下「多層基板１０２の下面」と定義する）のレイアウトを示す図である。

図２（ａ）に示す領域２０１は、多層基板１０２を積層方向（厚み方向）から見た場合の投影面上での撮像素子１０１の配置領域である。複数のワイヤボンディングパッド１０６は、撮像素子１０１の周辺に配置される。多層基板１０２の下面には、受動部品やリニアレギュレータ、クロック、発振器、コネクタ等の部品１０３が実装される。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る撮像素子ユニット１００の構成について詳細に説明する前に、参考例（比較例）となる多層基板の構成について図３及び図４を参照して説明する。図３は、参考例に係る多層基板２０２を備える撮像素子ユニットの部分的な断面図である。なお、図３の参考例に係る撮像素子ユニットは、撮像素子ユニット１００と比較すると、多層基板の構成が異なるだけであるため、参考例に係る撮像素子ユニットの構成要素には、撮像素子ユニット１００の構成要素と同じ名称及び符号を用いる。

多層基板２０２は、多層ビルドアップ基板である。多層ビルドアップ基板は、コアとなるプリプレグからなる絶縁層３１０の両面に、導体層３２１を設けられた両面基板である。なお、図３では、各部の構成を明示することを目的として、絶縁層３１０を含む各絶縁層を示すハッチング表示を省略している。

絶縁層３１０の両面（上下面）の導体層３２１は、リソグラフィーによって所望のパターンにパターニングされた後にドリルビアであるビア３００によって接続される。ビア３００と導体層３２１との間で絶縁が必要な領域には、導体層３２１を設けない未配線領域３０２が設けられる。両面基板の上面と下面にはそれぞれ、絶縁層３１１と導体層３２２がこの順に設けられている。導体層３２２も、導体層３２１と同様にリソグラフィーによって所望のパターンにパターニングされる。その際、導体層３２２は、レーザービアであるビア３０１によって接続必要箇所で導体層３２１と接続され、一方、ビア３０１に対する絶縁必要領域には未配線領域３０２が設けられる。

これと同様にして、絶縁層３１２及び導体層３２３と、絶縁層３１３及び導体層３２４が形成されて、複数の絶縁層の各層間に導体層が設けられた構造が形成される。絶縁層３１１、絶縁層３１２及び絶縁層３１３も、絶縁層３１０と同様にプリプレグからなる。絶縁層３１０の厚みは約０．０５ｍｍ～１．５ｍｍ、絶縁層３１１、絶縁層３１２及び絶縁層３１３の厚みは約０．０５ｍｍ～０．３ｍｍである。

なお、プリプレグは繊維をクロス上に織り或いは編んだものに樹脂を含侵させたものであり、樹脂としてはエポキシやフェノールを主成分とするものが広く使用されており、更に樹脂は多くの場合に紙やガラス等の絶縁フィラーを含有している。プリプレグに用いられている繊維はガラス繊維が一般的であるが、これに限定されず、絶縁性であればよい。導体層３２１、導体層３２２、導体層３２３及び導体層３２４は一般的には銅が好適に用いられるが、これに限定されず、必要に応じて他の金属を使用してもよい。更に、多層基板２０２はビルドアップ基板に限定されるものではなく、例えば、絶縁層３１０に他の絶縁層３１１、絶縁層３１２及び絶縁層３１３と同等の厚みのものを用い、ドリルビアを使用しない基板（エニーレイヤー基板）を用いてもよい。

多層基板２０２の上面側（撮像素子１０１側）の導体層３２４と接続されるように、ワイヤボンディングパッド１０６が形成されている。また、導体層３２４の両表面上にはソルダーレジスト膜３３０が形成されている。但し、部品１０３が実装される端子位置やワイヤボンディングパッド１０６の設置位置では、ソルダーレジスト膜３３０は開口している。部品１０３側の導体層３２４には、部品１０３がはんだ３３１により接続される。

図４は、多層基板２０２の各層とビア３００及びビア３０１との関係を示す図である。図４（ａ）は、撮像素子１０１側の導体層３２４の配置を示す平面図である。図４（ａ）に示す配線４０１は、導体層３２４の一部の信号配線であり、撮像素子１０１と接続されるワイヤボンディングパッド１０６（不図示）とビア３０１とを接続する。配線４０２は、配線４０１とは異なる導体層３２４の一部の信号配線であり、例えばＧＮＤ配線である。配線４０１とビア３０１は、導体層３２４が形成されていない未配線領域３０２によって、他の配線４０２とは絶縁されている。

図４（ｂ）は、撮像素子１０１側の導体層３２３，３２２の配置を示す平面図である。また、図４（ｃ）は、撮像素子１０１側の導体層３２１の配置を示す平面図である。なお、導体層３２３，３２２の構成は同じである。導体層３２４と電気的に接続されているビア３０１は、絶縁層３１３，３１２，３１１それぞれに形成されたビア３０１と導通している。換言すれば、導体層３２４と電気的に接続されているビア３０１は、絶縁層３１０の撮像素子１０１側の表面まで延びている。

図４（ｂ）に示されるように、導体層３２３，３２２では、ビア３０１は、未配線領域３０２によって導体層３２１の他の配線４０２と絶縁されている。一方、図４（ｃ）に示されるように、絶縁層３１０の撮像素子１０１側の表面において、ビア３０１は導体層３２１の一部である配線４０１を介してビア３００と接続されている。配線４０１、ビア３０１及びビア３００は、未配線領域３０２によって、導体層３２１の他の配線４０２と絶縁されている。

図４（ｄ）は、部品１０３側の導体層３２１の配置を示す平面図である。部品１０３側の導体層３２１の配置は、撮像素子１０１側の導体層３２１の配置と同等である。つまり、ビア３００は絶縁層３１０を積層方向に貫通して部品１０３側の面に露出している。部品１０３側において、ビア３００は、導体層３２１の一部である配線４０１を介してビア３０１に接続されている。配線４０１、ビア３００及びビア３０１は、未配線領域３０２によって、導体層３２１の他の配線４０２と絶縁されている。

図４（ｅ）は、部品１０３側の導体層３２３，３２２の配置を示す平面図である。図４（ｆ）は、部品１０３側の導体層３２４の配置を示す平面図である。部品１０３側において、ビア３００と電気的に接続されているビア３０１は、絶縁層３１１，３１２，３１３それぞれに形成されたビア３０１と導通している。換言すれば、ビア３００と電気的に接続されているビア３０１は、絶縁層３１３の部品１０３側の表面まで延びている。

部品１０３側の導体層３２３，３２２の配置は、撮像素子１０１側の導体層３２３，３２２の配置と同等である。つまり、図４（ｅ）では、ビア３０１は、未配線領域３０２によって、導体層３２２，３２３の他の配線４０２と絶縁されている。一方、図４（ｆ）では、導体層３２４の一部の信号配線である配線４０１がビア３０１に接続されている。そして、配線４０１とビア３０１は、導体層３２４が形成されていない未配線領域３０２によって、配線４０１とは異なる導体層３２４の他の配線４０２と絶縁されている。配線４０１は、はんだ３３１を介して部品１０３と接続される。なお、図４（ａ）～（ｆ）で説明した導体層の配線４０２は、必ずしも同じノードではない。

図４（ｇ）は、図４（ａ）～（ｆ）の導体層３２１～３２４のパターンを積層方向に重ねた状態を示す図である。参考例に係る撮像素子ユニットでは、多層基板２０２を積層方向から見た投影面上で、２箇所のビア３０１が同じ位置にあるために領域２０１内に導体の無い未配線領域３０２が生じている。この未配線領域３０２は絶縁層のプリプレグ及びソルダーレジスト膜３３０でのみ構成され、前述したように、プリプレグは繊維に樹脂を含侵させたものであるために遮光性を有しておらず、ソルダーレジスト膜３３０も遮光性を備えていない。従って、多層基板２０２では、撮像素子１０１は背面側から、未配線領域３０２を通じて光が侵入してしまう。

この問題を解決するための第１実施形態に係る多層基板１０２の構成について、図５及び図６を参照して説明する。なお、多層基板１０２は、前述した多層基板２０２と比較すると、導体層のパターン及びビアの位置が異なるのみであるため、図３に相当する断面図の図示を省略し、また、多層基板１０２の概略構成や各層に用いられる素材、製造方法等についての説明は省略する。また、多層基板１０２を構成する各部については、多層基板２０２を構成する各部と同じ名称と符号を用いて説明を行うこととする。

図５は、多層基板１０２の第１の実施例の構成を図４と同様に表した図である。図５（ａ）～（ｃ）は、図４（ａ）～（ｃ）と同じであるため、説明を省略する。図５（ｄ）は、部品１０３側の導体層３２１の配置を示す平面図である。部品１０３側のビア３０１は、多層基板２０２を積層方向から見た投影面上で、撮像素子１０１側のビア３０１とは異なる位置に設けられている。この場合に、図５（ａ）～（ｃ）の撮像素子１０１側のビア３０１周辺の未配線領域３０２と、図５（ｄ）の部品１０３側のビア３０１周辺の未配線領域３０２とが重ならないように、それぞれのビア３０１どうしは一定の距離を離して配置される。

図５（ｅ），（ｆ）は、図４（ｅ），（ｆ）とは、部品１０３側のビア３０１の位置が異なるために配線４０１，４０２のパターンに違いはあるが、各部の導通と絶縁の形態は同じであるため、詳細な説明を省略する。図５（ｇ）は、図５（ａ）～（ｆ）の導体層３２１～３２４のパターンを積層方向に重ねた状態を示す図である。図５（ｇ）に示すように、撮像素子ユニット１００では、多層基板２０２を積層方向から見た投影面上で、領域２０１内に全層で重なる未配線領域３０２が存在しなくなっていることがわかる。つまり、撮像素子１０１への背面側からの光の侵入を防止する遮光構造が実現されていることがわかる。

図５の多層基板１０２の第１の実施例では、ビア３０１の配置を工夫することで撮像素子１０１の背面側での遮光構造を実現したが、多層基板１０２の第２の実施例では、配線４０１のパターンを工夫することで撮像素子１０１の背面側での遮光構造を実現する。

図６は、多層基板１０２の第２の実施例の構成を図４と同様に表した図である。図６（ａ），（ｂ），（ｄ）～（ｆ）は、図４の（ａ），（ｂ），（ｄ）～（ｆ）と同じであるため、説明を省略する。図６（ｃ）は、撮像素子１０１側の導体層３２１の配置を示す平面図である。図６（ｃ）は、図４（ｃ）と比較すると、配線４０１及び未配線領域３０２の配置が異なる。図６（ｃ）では、ビア３００，３０１の周囲を囲むように、且つ、ビア３００，３０１と電気的に接続されるように配線４０１が設けられている。そして、配線４０１の周囲を囲むように未配線領域３０２が設けられることで、ビア３００，３０１及び配線４０１は、配線４０２から絶縁されている。

多層基板１０２の第２の実施例では、上記の通りに構成されることにより、多層基板２０２を積層方向から見た投影面上で、領域２０１内に導体の無い未配線領域３０２がなくなり、撮像素子１０１への背面側からの光の侵入を防止する遮光構造が実現される。なお、図４（ｃ）のパターンを図６（ｃ）に適用し、図６（ｃ）のパターンを図６（ｄ）に適用した構成としても、同じ効果が得られる。

上記説明の通りに、第１実施形態に係るパッケージレス構造の撮像素子ユニット１００では、多層基板１０２が撮像素子１０１への背面側からの光の侵入を防止することが可能な遮光構造を備える。例えば、図３及び図４に示した多層基板２０２を備える撮像素子ユニットを用いた撮像装置では、撮像装置に遮光部材を設けて撮像素子１０１に対する遮光構造を実現する必要がある。これに対して、第１実施形態に係る撮像素子ユニット１００を搭載した撮像装置では別途の遮光部材は不要であり、よって、コスト増大や重量増加を回避することが可能になる。

＜第２実施形態＞
上記の第１実施形態では、多層基板１０２のビア３０１及び配線４０１，４０２を工夫することにより撮像素子１０１への背面側からの光の侵入を防止する遮光構造を実現している。これに対して第２実施形態では、多層基板１０２に実装する部品１０３を用いて遮光構造を実現する。

図７は、第２実施形態に係る撮像素子ユニットの部分的な断面図である。第２実施形態に係る撮像素子ユニットは、図３及び図４に示した参考例に係る撮像素子ユニットを、部品１０３の実装位置と部品１０３側の導体層３２４のパターンを調整することで、撮像素子１０１への背面側からの光の侵入を防止する遮光構造を実現している。そのため、第２実施形態に係る撮像素子ユニットの構成要素について、図３及び図４を参照して説明した参考例に係る撮像素子ユニットの構成要素と同じ名称及び符号を用いて説明を行うこととする。また、ここでは、参考例に係る撮像素子ユニットとの相違点のみについて説明することとし、同じ構成についての説明を省略する。

第２実施形態に係る撮像素子ユニットでは、多層基板１０２を積層方向から見た投影面上での部品１０３の位置を、部品１０３側の導体層３２３の未配線領域３０２上に配置する。これにより、部品１０３側の導体層３２４の配線パターン、ビア３０１及び部品１０３によって、他の導体層での未配線領域３０２を遮光することができ、その詳細について図８を参照して説明する。

図８は、第２実施形態に係る撮像素子ユニットに用いられる多層基板１０２の構成を図４と同様に表した図である。図８（ａ）～（ｅ）は、図４（ａ）～（ｅ）と同じであるため、説明を省略する。図８（ｆ）では配線４０１が図８（ｅ）でのビア３０１の外周の未配線領域３０２を包含するように、つまり、図８（ｆ）ではビア３０１の外周が、導体層３２４の一部の配線４０１で囲まれて、配線４０１がビア３０１と接続されるように配置される。そして、配線４０１及びビア３０１が導体層３２４の他の配線４０２と絶縁されるように未配線領域３０２が配置されている。

ここで、図８（ｆ）の未配線領域３０２は、図８（ｅ）の未配線領域３０２と重なることのないように設けられる。また、図８（ｆ）の配線４０１には、はんだ３３１が盛られ、その上に部品１０３が実装される。これにより、図８（ａ）～（ｆ）の導体層３２１～３２４のパターンを積層方向に重ねた状態を示す図８（ｇ）に示すように、多層基板２０２を積層方向から見た投影面上で、領域２０１内に導体の無い未配線領域３０２をなくすことができる。なお、図８（ｆ）の導体層３２４の配線４０１によって図８（ｅ）の未配線領域３０２を遮光せずに、はんだ３３１又は部品１０３のみで図８（ｅ）の未配線領域３０２を遮光するようにしてもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

１００ 撮像素子ユニット
１０１ 撮像素子
１０２ 多層基板
１０３ 部品
１０６ ワイヤボンディングパッド
２０１ 領域
３００，３０１ ビア
３０２ 未配線領域
３１０～３１３ 絶縁層
３２１～３２４ 導体層
４０１，４０２ 配線

Claims (3)

1. 多層基板と、
   前記多層基板の一方の面に実装された撮像素子と、
   前記多層基板の他方の面に実装された複数の部品と、を備える撮像素子ユニットであって、
   前記多層基板は、
   前記撮像素子と前記多層基板とを電気的に接続するために前記多層基板の一方の面に設けられた複数の電極と、
   前記複数の電極と前記複数の部品とを電気的に接続する複数のビアと、
   前記複数のビアと電気的に接続される複数の第１の配線と、
   前記複数のビア及び前記第１の配線を各層の第２の配線に対して絶縁する未配線領域と、を有し、
   前記多層基板を積層方向から見た投影面上で前記未配線領域が全層で重なる領域を覆うように、前記部品、又は、該部品を前記多層基板に実装するはんだが配置されていることを特徴とする撮像素子ユニット。
2. 前記多層基板は、複数の絶縁層の各層間に第１の配線及び／又は前記第２の配線を含む導体層を備えており、前記絶縁層が遮光性を有しないことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の撮像素子ユニットを備えることを特徴とする撮像装置。

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