JP2006129255A - 回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、小型化された回路モジュールを提供する。
【解決手段】 多層配線を有する配線基板１２の表面に撮像素子１６および周辺部品を実装し、撮像素子１６の上方にレンズ１８が位置するようにレンズマウント１３が設けられる。配線基板１２の裏面には、ＤＳＰなどの回路素子１４および接続手段１５が実装される。ここで、接続手段１５はコア入りハンダボールであり、コアの存在により実装した際に配線基板１２と配線基板１２との間に空間２２が形成される。この空間２２に回路素子１４が位置する。従って、リフローにより実装基板と接続可能な回路モジュールであり、かつ小型化が実現された回路モジュールが提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路モジュールに関し、特に小型化を実現した回路モジュールに関するものである。

近年、回路モジュールは、携帯電話、携帯用のコンピューター等に積極的に採用されるようになった。従って、回路モジュールなどは、小型化、薄型化、軽量化が求められている。本発明では、１例として、撮像素子としてＣＣＤを用いた回路モジュールを用いて説明を行う。尚、ＣＣＤ以外の撮像素子（例えばＣＭＯＳセンサー等）を用いても同様である。

図９（Ａ）を参照して、従来の回路モジュール１００の構造を説明する。先ず、実装基板１０１にＣＣＤ１０２が実装されている。そして、ＣＣＤ１０２の上方に、外部からの光を集めるレンズ１０５がレンズバレル１０６に固定されている。また、レンズバレル１０６はレンズマウント１０７によってホールドされており、レンズマウント１０７はレンズ止めビス１０８によって実装基板１０１に実装されている。また、実装基板１０１は、接続手段１２１を介して、フレキシブルシート１２０が固着されていた。

ここで、ＣＣＤは、（Charge Coupled Device）の略で、レンズ１０５によって集められた光の強さに応じた電荷を出力する働きを有する。また、レンズバレル１０６は側面がねじ状になっており（図示せず）、回転することによってレンズ１０５の焦点を合わせる働きを有する。

更に、実装基板１０１の表面および裏面に、チップ部品１０３と裏面チップ部品１０４が実装されている。これらチップ部品としては、ＤＳＰ、ドライブ用ＩＣ、コンデンサ、抵抗、ダイオードが挙げられる。ＤＳＰは（Digital Signal Processor）の略で、ＣＣＤ１０２から送られたデジタル信号を高速に処理する働きを有する。また、ドライブ用ＩＣは、ＣＣＤ１０２を駆動させるためにＤＳＰからの駆動信号を昇圧して、ＣＣＤ１０２内に蓄積された電荷を転送させる働きを有する。

図９（Ｂ）を参照して、フレキシブルシート１２０は、実装基板１０１の周辺部に設けた半田等の接続手段１２１を介して、実装基板１０１と電気的に接続されている。そして、フレキシブルシートの他方の端部には、図示せぬコネクタが露出しており、このコネクタを介して、回路モジュール１００と外部との電気的接続は行われていた（特許文献１を参照）。
特開２００２−１８２２７０号公報

しかしながら、上述したような回路モジュールは以下のような問題点を有していた。

ＣＣＤ１０２の信号処理およびその駆動を行うＤＳＰおよびドライバＩＣ等の素子が、実装基板１０１の表面に実装されていたので、大きな面積の実装基板１０１が必要となり、このことが回路モジュールの小型化を阻害していた。

本発明はこのような問題を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、小型化された回路モジュールを提供することにある。

本発明の回路モジュールは、絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、前記配線基板の表面と電気的に接続された第１の回路素子と、前記配線基板の裏面と電気的に接続された第２の回路素子および接続手段とを具備し、前記接続手段を前記配線基板に配置することにより形成された空間に前記第２の回路素子を位置させることを特徴とする。

また、本発明の回路モジュールは、絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、前記配線基板の表面と電気的に接続された撮像素子と、前記配線基板上に設けられ、前記撮像素子の上方にレンズを固定するレンズマウントと、前記配線基板の裏面と電気的に接続された回路素子および接続手段とを具備し、前記接続手段を前記配線基板に配置することにより形成された空間に前記回路素子を位置させることを特徴とする。

また、本発明の回路モジュールは、絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、前記配線基板の表面と電気的に接続された撮像素子と、前記配線基板上に設けられ、前記撮像素子の上方にレンズを固定するレンズマウントと、前記配線基板の裏面と電気的に接続された回路素子を具備し、前記配線基板の裏面に形成された前記導電路の一部は、実装基板側に設けられた突出した電極と電気的に接続するための電極であることを特徴とする。

更に、本発明の回路モジュールは、絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、前記配線基板の表面と電気的に接続された撮像素子および回路素子と、前記配線基板上に設けられ、前記撮像素子の上方にレンズを固定するレンズマウントとを具備し、前記レンズマウントは支持体によって支持され、前記撮像素子の周囲には前記配線基板と前記レンズマウントとを接続する遮光壁が設けられており、前記回路素子は前記配線基板の周端部に配置されることを特徴とする。

本発明の回路モジュールによると、接続手段を配線基板に配置することにより形成された空間に回路素子を位置させている。従って、従来は実装できない箇所に回路素子を実装することができるため、リフロー実装可能な回路モジュールの小型化を実現することができる。

また、本発明の回路モジュールによると、配線基板の裏面に形成された導電路の一部は、実装基板側に設けられた突出した電極と電気的に接続するための電極である。従って、ソケットなどを用いて実装基板に接続することが可能であり、交換または実装が容易な回路モジュールを実現することができる。

更に、本発明の回路モジュールによると、レンズマウントを支持体によって支持し、撮像素子を遮光性樹脂にて遮光している。従って、レンズマウントと配線基板との当接面積を最小限にすることができるため、回路素子を実装する面積が増加する。このことにより、実装基板に回路素子を高密度に配置することができるので、回路モジュールの小型化が可能となる。

図１および図２を参照して、カメラモジュールである本形態の回路モジュール１０Ａの説明をする。

図１（Ａ）を参照して、回路モジュール１０Ａは、両面に導電路を有する配線基板１２の表面にレンズマウント１３が設けられており、裏面には回路素子１４と接続手段１５とが設けられている。レンズマウント１３には撮像素子１６が内蔵されており、レンズマウント１３の上部にはレンズ１８が設けられている。ここで、図１（Ｂ）に示すように、接続手段１５によって形成された空間に回路素子１４が位置している。また、撮像素子１６の周辺には周辺部品１７が設けられている。これらの回路モジュール１０Ａの構成要素を以下にて説明する。

配線基板１２は、絶縁層を介して配線層が積層された多層配線基板であり、中心に基材を持たない薄型のものである。この表面および裏面には電極、ボンディングパッドなどの導電路が露出している。本形態では、４層の多層配線基板を図示しているが、これに限定する必要はなく、回路モジュールの仕様に応じて配線層の数を増減させてもよい。尚、配線基板１２の詳細は後述する。

撮像素子１６は、ＣＣＤであり、配線基板１２の表面に固着されており、レンズ１８の下方に位置する。この撮像素子１６はレンズ１８によって集められた光を電気信号に変換する働きを有し、入ってきた光の光量に応じた電荷を出力する。本形態では、フェイスダウンで実装しているが、金属細線を用いてフェイスアップ実装してもよい。また、本発明に於いては、撮像素子１６としてＣＣＤを用いた場合の説明を行うが、撮像素子１６としてＣＭＯＳセンサーを用いても同様の効果が得られる。

レンズマウント１３は、配線基板１２の表面に絶縁性接着剤を介して実装されている。そして配線基板１２の表面に実装された撮像素子１６および周辺部品１７は、レンズマウント１３により覆われている。レンズマウント１３の形状は、中空構造となっており、上面の中心部付近には、レンズ１８により集光された光を通過させるための孔が設けられている。また、レンズマウント１３は遮光性の材料から形成される。

レンズ１８は、レンズマウント１３の上部に設けられたレンズバレル１９に接着剤を介して固着される。レンズ１８の平面的な位置は、レンズ１８の下方に位置する撮像素子１６の平面的な位置と正確に一致している。従って、レンズ１８に入射した光は、撮像素子１６の受光部に正確に集光される。またレンズバレル１９とレンズマウント１３とをネジ構造で連結すれば、レンズ１８の焦点を調節しつつ両者を結合させることができる。

回路素子１４は、配線基板１２の裏面に実装されており、撮像素子１６から得られる電気信号の処理および、その駆動を行うＤＳＰおよびドライバーＩＣ等のチップセットである。撮像素子１６がＣＭＯＳセンサーである場合は、回路素子１４は画像処理機能（MPEG4対応）やインターフェイス（USB2.0I/F）などを付加したＬＳＩで構成することも可能である。また、周辺部品も配線基板１２の裏面に固着してもよい。そして、回路素子１４と撮像素子１６とは配線基板１２を介して電気的に接続されている。回路素子１４は接続手段１５によって形成された空間２２内に位置するように固着されている。

接続手段１５は、外部と電気信号のやりとりを行うために設けられている。本形態において接続手段１５は、真球状粒子であり、樹脂から成るコア２３の周りに導電金属層、ハンダ層から成る導電体２４が被着しているものである。この樹脂コアハンダボールを接続手段１５として使用することにより、回路モジュール１０Ａを実装基板２０に固着した際、コア２３は粒径以上につぶれないため、回路モジュール１０Ａの裏面と実装基板との間に空間２２を形成することが可能となる。この空間２２が形成されることにより、配線基板１２の裏面に回路素子１４や周辺部品１７を実装することができ、回路モジュールの小型化を実現することが可能になる。更に、配線基板１２の裏面に部品を実装しつつ、リフロー実装可能な回路モジュール１０Ａとなる。

周辺部品１７としては、主にノイズ対策部品であるチップコンデンサ、抵抗およびコイルなどのチップ部品であり、ハンダなどのロウ材を介して配線基板と電気的に接続される。

図２を参照して、回路モジュール１０Ａの裏面構造を説明する。図２（Ａ）は回路モジュール１０Ａの裏面図であり、図２（Ｂ）は回路モジュール１０Ａを固着するためのフレキシブルシートを示す図であり、図２（Ｃ）は回路モジュール１０Ａをフレキシブルシートに実装した際の斜視図である。

図２（Ａ）を参照して、領域Ａ１には回路素子１４および周辺部品１７を自由に実装されているが、接続手段１５は配線基板１２の中央付近（領域Ａ１）を除いた角部に集合するように設けられている。従って、図２（Ｂ）に示すように、フレキシブルシート２６において、領域Ａに対応する領域に配線を延在させることができる。また、単層のフレキシブルシートにおいて、配線基板１２の側辺の中央付近に対応する領域に配線を通すことができるため、電極２６から延在する配線２７を一方向に引き出すことが可能となる。従って、図２（Ｃ）に示すように、使用するフレキシブルシート２６の面積を最小限に抑えることが可能となる。

また、本形態では四隅に接続手段１５を配置することにより、配線基板１２の安定性を向上させている。

図３を参照して、他の形態の回路モジュール１０Ｂについて説明する。ここでは、上述した回路モジュール１０Ａとの相違点を中心に説明する。

回路モジュール１０Ｂは、上述した回路モジュール１０Ａの接続手段１５が除去された形態であり、配線基板の裏面に形成された導電路の一部は、実装基板側に設けられた突出電極３３と電気的に接続するための電極３５である。

回路モジュール１０Ｂの実装方法としては、図３（Ａ）を参照して、実装基板２０にはソケット３０と突出電極３３とが設けられ、突出電極３３の内部にはバネなどの伸縮性を有する材料が収納されており、常に上方向への力が働いている。このことにより、回路モジュール１０Ｂを、ソケット３０に収納させることで、電極３５と突出電極３３とが電気的に接続される。

図３（Ｂ）を参照して、突出電極３３の上方へ向かう力とソケット３０の端部に形成された押さえ部３４とによって回路モジュール１０Ｂは固定されており、電極３５と突出電極３３とは安定して電気的に接続されている。このような形態を採用することにより、回路モジュールの実装または交換が容易になる。

図４を参照して、他の形態の回路モジュール１０Ｃについて説明する。ここでは上述した回路モジュール１０Ａとの相違点を中心に説明する。

本形態ではレンズマウント１３を支持体３８にて支持しており、配線基板１２の周端部に周辺部品１７を配置することを可能にすることで回路モジュールの小型化を実現している。

具体的には、レンズマウント１３の側壁は除去されており、側壁接着領域Ａ２に周辺部品１７が実装されている。また、側壁の除去に伴い、撮像素子１６にレンズ１８以外からの光が入射するのを防止するために、遮光壁３６が形成されている。遮光壁３６は遮光性樹脂から形成されており、撮像素子１６の囲むように設けられている。そして、レンズマウント１３とは接着剤によって固着され、配線基板１２とはアンダーフィル樹脂３７によって固着されている。

図４（Ｃ）を参照して、側壁の厚みＴ１は、レンズ１８およびレンズバレル１９を支持する必要があるため、所定の強度を有するように０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚みを有している。しかし、遮光壁３６の役割は撮像素子１６に入射する光を遮断するだけであるため、その厚みＴ２は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。従って、側壁を除去して遮光壁３６を形成することにより、配線基板１２における周辺部品の実装可能面積を増加させることが可能となり、回路モジュールの小型化を実現することができる。

図５および図６を参照して、回路モジュール１０Ａの製造方法を説明する。

図５（Ａ）を参照して、絶縁膜４１の両面に第１および第２の導電膜４２Ａ、４２Ｂを密着させた積層シート４０を用意する。絶縁膜４１の材料としては熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の何れかが選択される。そして、熱伝導性等が考慮されて、無機のフィラーが樹脂に混入されてもよい。また、全体の強度を向上させるために、絶縁膜４１はガラスクロスを含むものでも良いし、ガラスクロスに無機フィラーが混入されているものでも良い。絶縁膜４１の膜厚は５０μｍ程度にすることができる。

第１および第２の導電膜４２Ａ、４２Ｂの材料としては、銅を主材料とした金属を全般的に採用することができる。本形態では、圧延された銅箔を第１および第２の導電膜４２Ａ、４２Ｂの材料として採用している。また、両導電箔の厚さは、１０μｍ程度でよい。また、両導電膜は、メッキ法、蒸着法またはスパッタ法で直接絶縁膜４１に被覆されたり、圧延法やメッキ法により形成された金属箔が貼着されても良い。

第２の導電膜４２Ｂを部分的に除去することで、絶縁膜４１の表面を露出させる。そして、第２の導電膜４２Ｂをマスクにして、絶縁膜４１を除去することにより、貫通孔４５を形成する。絶縁膜４１の除去はレーザーを用いて行うことができる。このレーザーによる除去は、貫通孔４５の底部に第１の導電膜４２Ａの表面が露出されるまで行う。ここで用いるレーザーとしては、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、貫通孔４５の底部に残査が有る場合は、過マンガン酸ソーダまたは過硫酸アンモニウム等でウエットエッチングを行い、この残査を除去する。

図５（Ｂ）を参照して、メッキ処理を施すことにより、第1の導電膜４２Ａと第２の導電膜４２Ｂとを電気的に接続する接続部２１を形成する。より具体的には、貫通孔４５を含む第２の導電膜４２Ｂの全面に、メッキ膜を形成することで、接続部２１を形成する。

このメッキ膜は無電解メッキと電解メッキの両方で形成され、無電解メッキにより約２μｍのＣｕを少なくとも貫通孔４５を含む第２の導電膜４２Ｂの全面に形成する。これにより第１の導電膜４２Ａと第２の導電膜４２Ｂとが電気的に導通するため、再度この両導電膜を電極にして電解メッキを行い、約２０μｍのＣｕをメッキする。これにより貫通孔４５はＣｕで埋め込まれ、接続部２１が形成される。なお、フィリングメッキを行うと、貫通孔１５のみを選択的に埋め込むことも可能である。

図５（Ｃ）を参照して、第２の導電膜４２Ｂのエッチングを行うことにより、配線層を形成する。そして、絶縁層を介して導電膜を積層し、上述した工程を繰り返すことにより、多層配線を有する配線基板１２が形成される。ここで、上面の配線層を第１の配線層４７、下面の配線層を第２の配線層４８とする。本形態では４層の配線層を有する配線基板１２を形成したが、回路モジュールの仕様に応じて配線層を増やしても減らしてもよい。

図６（Ａ）を参照して、配線基板１２の下面に形成された第２の配線層４８に回路素子１４と接続手段１５を実装する。また、周辺部品を回路素子１４の周辺に実装することも可能である。ここで、回路素子１４はＤＳＰまたはドライバーＩＣなどの画像処理素子である。

図６（Ｂ）を参照して、第１の配線層４７に撮像素子１６および周辺部品１７を実装する。本形態ではＣＳＰパッケージをリフローすることで実装したが、ワイヤーボンディングでベアチップ実装することも可能である。

図６（Ｃ）を参照して、第１の配線層の上面にレンズマウント１３を載置する。このとき、少なくとも撮像素子１６がレンズマウント１３によって覆われ、更に、レンズ１８が撮像素子１６の上面に位置するように載置する。

以上のようにして、回路モジュール１０Ａが完成される。

次に、図７を参照して回路モジュール１０Ｃの製造方法を説明する。ここでは、配基板１２の製造方法は上述した製法と同じであるため割愛する。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、第２の配線層４８に回路素子１４および接続手段１５を実装した後、第１の配線層４７に撮像素子１６および周辺部品１７を実装する。このとき、撮像素子１６の裏面と配線基板１２との間および撮像素子１６の周囲を囲むようにアンダーフィル樹脂３７が充填される。

図７（Ｃ）を参照して、遮光壁３６およびレンズマウント１３を配線基板１２の上面に固着する。遮光壁３６は撮像素子１６の周囲を囲むように形成され、レンズマウント１３とは接着剤を介して固定されており、配線基板１２とはアンダーフィル樹脂３７を介して固定される。従って、アンダーフィル樹脂３７が硬化する前に遮光壁３６が取り付けられる。このようにして、回路モジュール１０Ｃが製造される。

図８を参照して、他の形態の回路モジュール１０Ｄについて説明する。ここでは、上述した回路モジュール１０Ａとの相違点を中心に説明する。具体的には、配線基板１２の上面には第１の回路素子５１およびチップ部品５３が載置され、封止樹脂５４にて封止されている。そして、裏面には第２の回路素子５２および接続手段１５が載置されており、接続手段１５によって形成された空間２２に第２の回路素子が配置されている。配線基板１２の裏面に第２の回路素子を実装することにより、回路モジュールを平面的に小型化することが可能となる。

ここでは、回路素子を面実装しているが金属細線を用いて実装することも可能である。更に、チップ部品５３を配線基板の裏面に実装することも可能である。

また、本形態では配線基板１２の裏面だけに回路部品が実装された回路モジュールを形成することも可能である。

本発明の回路モジュールを説明する斜視図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。 本発明の回路モジュールを説明する平面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、斜視図（Ｃ）である。 本発明の回路モジュールを説明する断面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。 本発明の回路モジュールを説明する斜視図（Ａ）、断面図（Ｂ）、平面図（Ｃ）である。 本発明の回路モジュールの製造方法を説明する断面図（Ａ）〜断面図（Ｃ）である。 本発明の回路モジュールの製造方法を説明する断面図（Ａ）〜断面図（Ｃ）である。 本発明の回路モジュールの製造方法を説明する断面図（Ａ）〜断面図（Ｃ）である。 本発明の回路モジュールを説明する平面図である。 従来の回路モジュールを説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）である。

符号の説明

１０Ａ〜Ｄ 回路モジュール
１２ 配線基板
１３ レンズマウント
１４ 回路素子
１５ 接続手段
１６ 撮像素子
１７ 周辺部品
１８ レンズ
１９ レンズバレル
２０ 実装基板
２１ 接続部
２２ 空間
２３ コア
２４ 導電体
２５ フレキシブルシート
２６ 電極
２７ 配線
３２ 基板側電極
３３ 突出電極
３４ 押さえ部
３５ 電極
３６ 遮光壁
３７ アンダーフィル樹脂
３８ 支持体
４０ 積層シート
Ａ１ 領域
Ａ２ 側壁接着領域

Claims (11)

1. 絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、
   前記配線基板の表面と電気的に接続された第１の回路素子と、
   前記配線基板の裏面と電気的に接続された第２の回路素子および接続手段とを具備し、
   前記接続手段を前記配線基板に配置することにより形成された空間に前記第２の回路素子を位置させることを特徴とする回路モジュール。
2. 絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、
   前記配線基板の表面と電気的に接続された撮像素子と、
   前記配線基板上に設けられ、前記撮像素子の上方にレンズを固定するレンズマウントと、
   前記配線基板の裏面と電気的に接続された回路素子および接続手段とを具備し、
   前記接続手段を前記配線基板に配置することにより形成された空間に前記回路素子を位置させることを特徴とする回路モジュール。
3. 絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、
   前記配線基板の表面と電気的に接続された撮像素子と、
   前記配線基板上に設けられ、前記撮像素子の上方にレンズを固定するレンズマウントと、
   前記配線基板の裏面と電気的に接続された回路素子を具備し、
   前記配線基板の裏面に形成された前記導電路の一部は、実装基板側に設けられた突出した電極と電気的に接続するための電極であることを特徴とする回路モジュール。
4. 絶縁層を介して多層に形成され、両面に導電路を有する配線基板と、
   前記配線基板の表面と電気的に接続された撮像素子および回路素子と、
   前記配線基板上に設けられ、前記撮像素子の上方にレンズを固定するレンズマウントとを具備し、
   前記レンズマウントは支持体によって支持され、前記撮像素子の周囲には前記配線基板と前記レンズマウントとを接続する遮光壁が設けられており、前記回路素子は前記配線基板の周端部に配置されることを特徴とする回路モジュール。
5. 前記回路素子は、前記撮像素子の駆動と、前記撮像素子の信号処理を行う素子であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の回路モジュール。
6. 前記撮像素子は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳで構成される半導体素子であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の回路モジュール。
7. 前記配線基板の裏面には、チップコンデンサおよびチップ抵抗が実装されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回路モジュール。
8. 前記撮像素子の周辺にはチップコンデンサおよびチップ抵抗が実装され、前記レンズマウントよって封止されることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の回路モジュール。
9. 前記接続手段は内部に樹脂から成るコアを有し、前記コアの周囲に導電層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の回路モジュール。
10. 前記回路素子の実装面と反対の面は、前記接続手段の下面よりも上方に位置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の回路モジュール。
11. 前記接続手段は前記配線基板の側辺の中央部を除く周辺角部に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の回路モジュール。

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