JPWO2006011200A1 - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

撮像素子が取り付けられる筐体と、筐体に設けられる外部接続端子と接合するフレキシブル基板から構成される撮像装置において、フレキシブル基板が、筐体41囲うように筐体41の各面に沿って折り曲げられる。フレキシブル基板を折り曲げることにより、フレキシブル基板にかけられる荷重がフレキシブル基板の折れ曲がり部分で受け止められ、外部接続端子との接合部に荷重が伝わりにくい構造となる。さらに、筐体とフレキシブル基板の一部分を接着剤などを使用して固定することで、フレキシブル基板と外部接続端子とが剥がれる方向に応力が伝わらない構造とする。また、電磁波シールド材を装備するフレキシブル基板により筐体が覆われる。

Description

本発明は、撮像素子と撮像用レンズとをモジュール化した撮像装置に関し、特に、撮像素子と撮像用レンズを有する筐体とそれに接続する基板からなる撮像装置の構造に関する。
近年、小型カメラが組み込まれた携帯電話や携帯用パーソナルコンピュータが普及しつつある。小型カメラは、一般的にC−MOSセンサのような半導体素子である撮像素子とレンズにより構成されている。携帯電話や携帯用パーソナルコンピュータは、より一層の小型化が進められており、これらに使用される小型カメラにもさらなる小型化が要求されている。このような要求を満足するために、レンズとC−MOSセンサとをモジュール化して形成された撮像装置モジュールが開発されている。
以下に示す特許文献1(特開2003−189195号公報)は、レンズと撮像素子とをモジュール化した撮像装置について開示している。
図1は、レンズと撮像素子とをモジュール化した撮像装置の構成例の断面図である。撮像装置40は、撮像用レンズ44と撮像素子10Aとが取り付けられた筐体41と、筐体41と接続する基板42とから構成される。撮像素子10Aは、例えばC−MOSセンサのような半導体素子である。
筐体41は、レンズホルダ41Aと樹脂成型体41Bとに分離して形成される。レンズ44は、レンズホルダ41Aのほぼ中央に配置され、レンズ44の上部にはレンズに像を取り込むための開口41Aaが形成される。レンズ44の下部には絞り41Abが形成され、絞り41Abの下にはIRフィルタ45が配置されている。
レンズホルダ41Aは、中央に開口41Baを有する樹脂成型体41Bに取り付けられる。樹脂成型体41Bは、その内部に撮像素子10Aの駆動素子などの電子部品が組み込まれ、且つ底面41Bbに突出して形成された突起部41Bc上に外部接続端子41Bdが形成されている。
樹脂成型体41Bの底面41Bbには、撮像素子10Aがフリップチップ実装される。撮像素子10Aの受光面10Aaは、樹脂成型体41Bの開口41Baを介してレンズ44に対向している。これにより、レンズ44により受光面10Aa上に結像することができる。
筐体41の樹脂成型体41Bの底面41Bbに形成された外部接続端子41Bdを用いて、筐体41は基板42と接続している。基板42は、ベースとなるポリイミドフィルム42Aと、その上に形成された銅板又は銅箔よりなる配線42Bとから構成され、可撓性を有するフレキシブル基板である。ポリイミドフィルム42Aの両面に配線42Bが配置されてもよい。
図2は、図1の撮像装置の一部を示す断面図である。図2において、樹脂成型体41Bの底面41Bbの外部接続端子41Bdは、ハンダ82などを用いて基板42と接合している。そして、基板42と樹脂成型体41Bとの間には、アンダーフィル材80が注入され充填されている。アンダーフィル材80としては、接着力の強いエポキシ系樹脂が好ましい。
樹脂成型体41Bと基板42との間にアンダーフィル材80を充填することにより、樹脂成型体41Bと基板42との接合を補強することができる。基板42としてフレキシブル基板を用いた場合、フレキシブル基板が繰り返し曲げられたりしたときに、ハンダ接合部が剥がれたり、劣化して接合不良となることを防止することができる。
図3は、図2に示した構成の構成手順を模式的に示した図である。まず、図3(a)において、撮像素子10Aが取り付けられた樹脂成型体41Bの外部接続端子41Bdをフレキシブル基板からなる基板42の配線パターンにハンダで接合する。そして、図3(b)に示すように、エポキシ系のアンダーフィル材を樹脂成型体41と基板42との間の接合部に注入し、硬化させる。さらにその後、図3(c)に示すように、IRフィルタ45、レンズ44を有するレンズホルダ41Aが樹脂成型体41Bに取り付けられる。
しかしながら、上記図3に示した構成手順は、次のような問題を有する。すなわち、アンダーフィル材を樹脂成型体41Bと基板42との間に注入して充填する際、恒温漕を使用して、100℃〜200℃程度でアンダーフィル材を硬化させる必要があり、製造工程が複雑となる。
また、アンダーフィル材を注入し硬化させる充填工程において、製造途中の半導体装置全体は比較的高温の雰囲気にさらされる。従って、高温によるレンズの変形やくもりなどの悪影響を避ける必要から、アンダーフィル材の充填工程が終了するまで、IRフィルタ45、レンズ44を有するレンズホルダ41Aを樹脂成型体41Bに取り付けることができない。従って、撮像素子10Aの受光面10Aaは、固体撮像素子10Aが樹脂成型体41Bに実装されてからアンダーフィル材の充填工程が終了するまで、外部にさらされた状態となり、受光面10Aaに埃、ゴミなどの異物が付着するおそれがある。このような異物が受光面10Aaに付着すると、画像に悪影響を及ぼすこととなる。
なお、以下に示す特許文献2(特開昭57−162398号公報)は、銅箔面付き補強板を折り曲げてできた空間内に電子部品を配置することで、電磁波シールド用の特別な金属ケースを用いることなく電磁波シールド効果を実現できる電子機器を構成する技術について開示している。
特開2003−189195号公報 特開昭57−162398号公報
本発明の目的は、アンダーフィル材の充填によらずとも、筐体と基板との接合部を保護することができる撮像装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の撮像装置の第一の構成は、撮像用レンズを有するレンズホルダと、前記撮像用レンズからの入射光を受光する撮像素子と、前記レンズホルダが取り付けられる面、前記撮像素子が取り付けられる面及び外部接続端子を有する面を含む複数の面を有する成型体と、前記成型体の前記外部接続端子と接続するフレキシブル基板とを備え、
前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記複数の面のうちの少なくとも一つの面を覆うように当該面に沿って折り曲げられていることを特徴とする。
第一の構成によれば、フレキシブル基板を成型体の面に沿って折り曲げることで、フレキシブル基板に荷重がかかった場合に、フレキシブル基板の折り曲がり部分でその荷重が受け止められるので、外部接続端子に荷重がかかりにくい構造となるので、アンダーフィル材の充填による補強が不要となる。
本発明の撮像装置の第二の構成は、上記第一の構成において、前記フレキシブル基板が、前記成型体の前記複数の面のうちの少なくとも一つの面と接着されていることを特徴とする。
第二の構成によれば、フレキシブル基板と成型体が接着されるので、フレキシブル基板を折り曲がった状態に固定することができ、また、外部接続端子に荷重が伝わらない構造とすることができる。
本発明の撮像装置の第三の構成は、上記第一又は第二の構成において、前記フレキシブル基板が、前記成型体の前記複数の面を覆うことで、前記成型体の周囲を囲うように折り曲げられていることを特徴とする。
第三の構成によれば、フレキシブル基板が成型体の周囲を囲うので、折り曲げ数を増やすことができ、外部接続端子に荷重がよりかかりにくい構造とすることができる。
本発明の撮像装置の第四の構成は、上記第一又は第二の構成において、前記フレキシブル基板が、前記成型体の前記撮像素子が取り付けられる面を覆うように折り曲げられていることを特徴とする。
第四の構成によれば、撮像素子を覆うことで、撮像素子の受光面と反対側の裏面からの光の進入を防ぐことができる。
本発明の撮像装置の第五の構成は、上記第一又は第二の構成において、前記フレキシブル基板が、前記成型体の前記レンズホルダが取り付けられる面を覆うように折り曲げられ、前記レンズホルダが取り付けられる部分に開口を有することを特徴とする。
第五の構成によれば、前記フレキシブル基板は、前記レンズホルダが取り付けられる部分に開口を有するので、撮像用レンズへの光の入射を妨げることはない。
本発明の撮像装置の第六の構成は、上記第一又は第二の構成において、前記フレキシブル基板が、一方の面又は両面に電磁波シールド材を装備していることを特徴とする。
第六の構成によれば、フレキシブル基板による電磁波シールド効果により、成型体に内蔵される電子部品への外部からの電磁波の影響を低減することができる。
本発明の撮像装置の第七の構成は、上記第六の構成において、前記一方の面が、前記フレキシブル基板における前記成型体の複数の面と接触する側の面であることを特徴とする。
第七の構成によれば、フレキシブル基板から発生する電磁波に対しても、成型体内部へのシールド効果を得ることができる。
本発明の第八の構成は、上記第六又は第七の構成において、前記フレキシブル基板は、前記レンズホルダが取り付けられる面と前記撮像素子が取り付けられる面を含む前記成型体の前記複数の面を覆うことで、前記成型体の周囲を囲うように折り曲げられ、前記レンズホルダが取り付けられる面の前記レンズホルダが取り付けられる部分に開口を有することを特徴とする。
第八の構成によれば、撮像素子も覆われる形状で成型体の大部分がフレキシブル基板により覆われるので、高い電磁波シールド効果が達成される。
本発明の第九の構成は、上記第八の構成において、前記フレキシブル基板が、前記成型体の周囲を囲うことで覆われずに外部に露出している前記成型体の面を覆うための第一の被覆部と、前記撮像用レンズに光が入射する部分以外の外部に露出している前記レンズホルダの面を覆うための第二の被覆部とを有することを特徴とする。
第九の構成によれば、成型体のすべての部分とレンズホルダの被覆可能部分がフレキシブル基板により覆われるので、ほぼ完全な電磁波シールド効果が達成される。
また、本発明は、所定の機能を実行する半導体素子と、前記半導体素子が取り付けられ、且つ外部接続端子を有する筐体と、前記筐体の前記外部接続端子と接続するフレキシブル基板とを備え、前記フレキシブル基板は、前記筐体の複数の面を覆うように各面に沿って折り曲げられていることを特徴とする半導体装置を提供する。
上記構成の半導体装置によれば、フレキシブル基板を筐体の面に沿って折り曲げることで、フレキシブル基板に荷重がかかった場合に、フレキシブル基板の折り曲がり部分でその荷重が受け止められるので、フレキシブル基板と接合する外部接続端子に荷重がかかりにくい構造となるので、アンダーフィル材の充填などによる接合部分の補強が不要となる。
また、上記構成の半導体装置において、前記フレキシブル基板が、前記筐体の前記複数の面のうちの少なくとも一つの面と接着されていることが好ましい。フレキシブル基板と筐体を接着することで、フレキシブル基板を折り曲がった状態に固定することができ、また、外部接続端子に荷重が伝わらない構造とすることができる。
また、上記構成の半導体装置において、前記フレキシブル基板が、一方の面又は両面に電磁波シールド材を装備していてもよい。フレキシブル基板による電磁波シールド効果により、半導体素子及び筐体に内蔵される電子部品に対する電磁波の影響を低減することができる。
レンズと撮像素子とをモジュール化した撮像装置の構成例の断面図である。 図1の撮像装置の一部を示す断面図である。 図2に示した構成の構成手順を模式的に示した図である。 本発明の実施の形態における撮像装置の第一の構成例を示す図である。 フレキシブル基板に与えられる荷重の方向による応力集中点を説明する図である。 フレキシブル基板42の折り曲げ工程を説明する図である。 フレキシブル基板42の折り曲げ工程を説明する図である。 本発明の実施の形態における撮像装置の第二の構成例を示す図である。 電磁波シールド材が装備されたフレキシブル基板42の一部分の断面図である。 筐体41全体を覆うためのフレキシブル基板42の展開図である。 図9に例示したフレキシブル基板42で筐体41を覆った場合の撮像装置の外観模式図である。 側面被覆部410を有するフレキシブル基板42で筐体41を覆った場合の撮像装置の斜視図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図4は、本発明の実施の形態における撮像装置の第一の構成例を示す図である。図4において、図1に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。また、図1のように内部構造の断面ではなく、外観図として示される。第一の構成例では、フレキシブル基板42は、図4に示すように、樹脂成型体41Bを囲うように樹脂成型体41Bの各面に沿って折り曲げられる。フレキシブル基板42を折り曲げることにより、フレキシブル基板42にかけられる荷重がその折れ曲がり部分で受け止められ、外部接続端子41Bdとの接合部に荷重が伝わりにくい構造となる。さらに、樹脂成型体41Bとフレキシブル基板42の一部分を接着剤などを使用して固定し、フレキシブル基板42と外部接続端子41Bdとが剥がれる方向に応力が伝わらない構造となる。樹脂成型体41Bとフレキシブル基板42が接着される箇所は、少なくとも一カ所(一面)であり、複数箇所接着されてもよい。
図5は、フレキシブル基板に与えられる荷重の方向による応力集中点を説明する図である。図5(a)に示すように、フレキシブル基板42に荷重が方向Aにかかる場合、応力集中点は、外部接続端子41Bdとフレキシブル基板42の接合部となる。一方、図5(b)に示すように、フレキシブル基板に方向Aと反対方向Bに荷重がかかる場合、応力集中点は、フレキシブル基板42を樹脂成型体41の外面に沿って折り曲げる際のフレキシブル基板42における樹脂成型体41Bと接触する部分となる。従って、外部接続端子41Bdとフレキシブル基板42との接合部には直接荷重がかからず、方向Bにかかる荷重に対する強度は、方向Aにかかる荷重に対する強度より約10倍以上強い。
本発明の実施の形態例では、外部接続端子41Bdとフレキシブル基板42との接合部に直接荷重がかからない方向、すなわち、樹脂成型体41Bの複数の面に沿ってフレキシブル基板42を折り曲げ、さらに、フレキシブル基板42の形状を樹脂成型体41を囲うように加工することで、外部接続端子41Bdとフレキシブル基板42との接合部に大きな荷重がかからない構成とする。これにより、外部接続端子41Bdとフレキシブル基板42との接合部の強度を補強する必要がなくなり、アンダーフィル材の充填工程も不要となる。また、アンダーフィル材の充填工程が不要なので、レンズホルダ41Aと撮像素子10Aをほぼ同時に樹脂成型体41Bに取り付けることができるので、撮像素子10Aの受光面10Aaが外部にさらされることがなく、受光面10Aaに埃やゴミなどの異物が付着することはない。
図6及び図7は、フレキシブル基板42の折り曲げ工程を説明する図である。フレキシブル基板42の折り曲げ工程は、樹脂成型体41Bに撮像素子10Aとレンズホルダ41Aが取り付けられた後行われる。図6(a)において、外部接続端子41Bdとフレキシブル基板42との接合部に荷重がかからないように、樹脂成型体41Bの底面41Bbを保護用板100で押さえつつ、フレキシブル基板42を樹脂成型体41Bの側面41Beに沿って折り曲げ、図6(b)に示すように、ほぼ直角まで折り曲げる。続いて、図7(a)に示すように、直角に折れ曲がったフレキシブル基板42を樹脂成型体41の第一の側面41Be側からも保護用板100で押さえ、さらに、樹脂成型体41Bの上面41Bfを覆うように折り曲げる。フレキシブル基板42には、レンズホルダ41Aの外周にフレキシブル基板42がはまるような開口42A(後述の図10、図12参照)が設けられ、フレキシブル基板42がレンズホルダ41Aの開口41Aaを塞がないようにされている。そして、図7(b)に示すように、フレキシブル基板42は、さらに、樹脂成型体41Bの第二の側面41Bgに沿ってさらに折り曲げられ、最後は、フレキシブル基板42の先端が接続する外部装置の方向に必要に応じて曲げられる。図4に示す第一の構成例及び図7(b)では、フレキシブル基板42の先端が樹脂成型体41Bの第二の側面41Bgの外側に向けて延びるように折り曲げられる。
図8は、本発明の実施の形態における撮像装置の第二の構成例を示す図である。第二の構成例では、フレキシブル基板42が撮像素子10Aの裏面をも覆うように折り曲げられ、フレキシブル基板42は、樹脂成型体41Bの周囲を覆う。樹脂成型体41Bの周囲を覆うように折り曲げることで、折り曲げ回数が増え、荷重を受け止める箇所が増加するため、フレキシブル基板にかけられた荷重が外部接続端子により伝わりにくくなる。フレキシブル基板42の先端は、樹脂成型体41Bの第一の側面41Be側に延びる。フレキシブル基板42により撮像素子10Aの裏面を覆うことで、撮像素子10Aの裏面の損傷を防ぐことができる。また、撮像素子10Aの裏面からの光の進入を防止することも可能となる。従来においては、撮像素子10Aの裏面からの光の進入を防止するための専用部品を用意する必要があったが、第二の構成例では、フレキシブル基板42がそれを兼ねるので、部品点数の削減が図られる。なお、撮像素子10Aの裏面をフレキシブル基板42で覆う場合であっても、さらに、撮像素子10Aを保護するための緩衝材のような保護部材が、撮像素子10Aを覆っているフレキシブル基板42の外側に取り付けられてもよい。
また、フレキシブル基板42の片面又は両面に、電磁波を遮蔽する電磁波シールド材料が装備されていてもよい。
図9は、電磁波シールド材が装備されたフレキシブル基板42の一部分の断面図である。図9では、フレキシブル基板42の両面に電磁波シール材が装備されている例を示す。ポリイミドフィルム421の両面には、銅線による配線パターン422が設けられ、その上は、カバーフィルム423で覆われている。そして、カバーフィルム423に接着剤424が塗布され、その上電磁波シールド材425が貼り付けられる。電磁波シールド材425として、例えば、金、銀、銅、白金やこれらの合金箔が使用される。電磁波シールド材425の厚みは、数μmから数十μmである。少なくとも片面に電磁波シールド材を装備したフレキシブル基板42により、樹脂成型体41B及びレンズホルダ41Aからなる筐体41を覆うことで、樹脂成型体41B内の半導体素子や撮像素子10Aの電磁波による影響を排除することができる。
また、フレキシブル基板42を樹脂成型体41Bに巻き付けた際の樹脂成型体41Bと接触する面に電磁波シールド材を装備することで、フレキシブル基板42から発生する電磁波に対してもシールドすることができる。フレキシブル基板42の両面に電磁波シールド材を装備することで、シールド効果をより高くすることができる。もちろん、フレキシブル基板42を樹脂成型体41Bに巻き付けた際の樹脂成型体41Bと接触しない面に電磁波シールド材が装備されてもよい。
フレキシブル基板42により電磁波シールド機能を達成する場合は、上記図8の第二の構成により、フレキシブル基板42を撮像素子10Aの裏面を覆う構成が好ましい。さらに、樹脂成型体41Bの全側面及びレンズホルダ41Aの円筒形の外周面もフレキシブル基板42で覆われるようにすることが好ましい。すなわち、レンズホルダ41Aの開口41Aaを除き、筐体41全体がフレキシブル基板42で覆われる構成にすることが好ましい。このような構成ためのフレキシブル基板42の構成例を次ぎの図10に示す。
図10は、筐体41全体を覆うためのフレキシブル基板42の展開図である。図10に示されるフレキシブル基板42は、上記図8の第二の構成例に対応する構成である。フレキシブル基板42は、それを上記図8のように樹脂成型体41Bの各面に沿って巻き付けた場合にフレキシブル基板42で覆われない樹脂成型体41Bの二つの側面部分を被覆するための側面被覆部410と、レンズホルダ41Aの外周面を被覆するための外周面被覆部411とを有し、それぞれを各面に合わせて折り曲げることで、筐体41全体をフレキシブル基板42で覆うことができる。
図11は、図10に例示したフレキシブル基板42で筐体41を覆った場合の撮像装置の外観模式図である。フレキシブル基板42が巻き付けられない樹脂成型体41Bの側面も側面被覆部410で覆われ、レンズホルダ41Aの外周面も外周面被覆部411により覆われている。
図12は、側面被覆部410を有するフレキシブル基板42で筐体41を覆った場合の撮像装置の斜視図である。本例では、レンズホルダ31Aの外周面を覆うための外周面被覆部411は設けられない。
上述した本実施の形態例に特徴的な構成は、撮像装置にのみ適用されるものでなく、半導体素子が取り付けられる筐体と、その筐体に設けられる外部接続端子と接合するフレキシブル基板とからなる半導体装置すべてに適用可能である。
半導体装置、特に、半導体素子からなる撮像素子を有する撮像装置において、筐体と基板の接合部にアンダーフィル材を充填して補強することなく、筐体と基板の接合部を剥がれることなく保護することができる。
電磁波シールド材を装備する基板で筐体を囲うことで、金属ケースをかぶせることなく、筐体内の電子部品に対する電磁波の影響を低減することができる。

Claims (12)

  1. 撮像用レンズを有するレンズホルダと、
    前記撮像用レンズからの入射光を受光する撮像素子と、
    前記レンズホルダが取り付けられる面、前記撮像素子が取り付けられる面及び外部接続端子を有する面を含む複数の面を有する成型体と、
    前記成型体の前記外部接続端子と接続するフレキシブル基板とを備え、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記複数の面のうちの少なくとも一つの面を覆うように当該面に沿って折り曲げられていることを特徴とする撮像装置。
  2. 請求項1において、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記複数の面のうちの少なくとも一つの面と接着されていることを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項1又は2において、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記複数の面を覆うことで、前記成型体の周囲を囲うように折り曲げられていることを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項1又は2において、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記撮像素子が取り付けられる面を覆うように折り曲げられていることを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項1又は2において、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記レンズホルダが取り付けられる面を覆うように折り曲げられ、前記レンズホルダが取り付けられる部分に開口を有することを特徴とする撮像装置。
  6. 請求項1又は2において、
    前記フレキシブル基板は、一方の面又は両面に電磁波シールド材を装備していることを特徴とする撮像装置。
  7. 請求項6において、
    前記一方の面は、前記フレキシブル基板における前記成型体の前記複数の面と接触する側の面であることを特徴とする撮像装置。
  8. 請求項6又は7において、
    前記フレキシブル基板は、前記レンズホルダが取り付けられる面と前記撮像素子が取り付けられる面を含む前記成型体の前記複数の面を覆うことで、前記成型体の周囲を囲うように折り曲げられ、
    前記レンズホルダが取り付けられる面の前記レンズホルダが取り付けられる部分に開口を有することを特徴とする撮像装置。
  9. 請求項8において、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の周囲を囲うことで覆われずに外部に露出している前記成型体の面を覆うための第一の被覆部と、
    前記撮像用レンズに光が入射する部分以外の外部に露出している前記レンズホルダの面を覆うための第二の被覆部とを有することを特徴とする撮像装置。
  10. 所定の機能を実行する半導体素子と、
    前記半導体素子が取り付けられ、且つ外部接続端子を有する筐体と、
    前記筐体の前記外部接続端子と接続するフレキシブル基板とを備え、
    前記フレキシブル基板は、前記筐体の複数の面を覆うように各面に沿って折り曲げられていることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項10において、
    前記フレキシブル基板は、前記成型体の前記複数の面のうちの少なくとも一つの面と接着されていることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項10又は11において、
    前記フレキシブル基板は、一方の面又は両面に電磁波シールド材を装備していることを特徴とする半導体装置。
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