JP2006270939A - カメラユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子の画像認識光透過部位を十分確保できるとともに気密性及び接続信頼性が高く、レンズホルダの位置合わせ精度の高いカメラユニットを提供すること。
【解決手段】 画像認識光を上面側から下面側にかけて透過可能な画像認識光透過領域を有するとともに下面の画像認識光透過領域の周囲に配線導体２が形成された基板１と画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに配線導体２に電気的に接続された撮像素子３と、上面に凹部を有するとともに凹部が撮像素子３を覆うように設けられた基体４とを具備したカメラユニットにおいて、撮像素子３の下側主面および側面の少なくとも一方を凹部の内面に接合材５を介して接合した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサー等の撮像素子を用いた、携帯電話搭載用、車載用、または監視用の動画あるいは静止画認識カメラ等に用いられるカメラユニットに関する。

近年、携帯電話搭載用、車載あるいは監視用の動画あるいは静止画認識カメラ等に用いられるカメラユニットは小型化及び高画素化が進んでいる。

従来のカメラユニットを図３に示す。この図において、１１は撮像素子を気密に封止するための透光性板材、１２はＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子、1３は撮像素子１２からの画像信号を外部ＩＣに取り出すためのボンディングワイヤ、１４はカメラユニットから更に外部に信号を取り出すための基体、１５は画像を撮像素子１２に集光するためのレンズを内側に組み込んだレンズバレル、１６は撮像素子１２から一定距離を開けてレンズバレル１５を基体１４に位置決めし固定するためのレンズホルダであり、一般に撮像素子１２からの電気信号をボインディングワイヤ１３を介して外部に取り出すことで、画像として認識することを可能としていた。

しかしながら、このようなボンディングワイヤ１３を用いたカメラユニットは大型になるため、カメラユニットの小型化のために透光性部材に配線導体を形成した透光性基板を用い、この透光性基板の配線導体に撮像素子をフリップチップ実装した後に、撮像素子の気密を保持するためにポッティング樹脂により撮像素子を覆う形態が用いられるようになってきた。
実開平１−８７５６２号公報

しかしながら、従来のポッティング樹脂により気密性を確保する形態では、フリップチップ実装したバンプのごく僅かな隙間をも封止する必要があるため、このようなごく僅かな隙間に流れ込む特性を有するポッティング樹脂を使用していた。そのため、撮像素子の画像認識部位にも樹脂が流れ込み、特に外周部の画像が欠落するという問題点があった。

また、撮像素子の搭載された透光性基板を位置合わせ基準としてレンズホルダを固定していたため、カメラユニット単体ごとにレンズホルダの位置補正が必要になるという問題点を有していた。

従って、本発明のカメラユニットは上記問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、撮像素子の画像認識部位を十分確保できるとともに気密性及び接続信頼性が高く、レンズホルダの位置合わせ精度の高いカメラユニットを提供することである。

本発明のカメラユニットは、画像認識光を上面側から下面側にかけて透過可能な画像認識光透過領域を有するとともに下面の前記画像認識光透過領域の周囲に配線導体が形成された基板と前記画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、上面に凹部を有するとともに該凹部が前記撮像素子を覆うように設けられた基体とを具備したカメラユニットにおいて、前記撮像素子の下側主面および側面の少なくとも一方を前記凹部の内面に接合材を介して接合したことを特徴とする。

本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記基板が透光性基板であることを特徴とする。

本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記接合材は前記撮像素子の側面から前記基体の凹部の内面にかけて連続するフィレットが形成されていることを特徴とする。

本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記接合材の縦弾性率を０．５〜３ＧＰａとしたことを特徴とする。

本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記基体は、前記凹部の内面から前記基体の外面に導出された導電路と、前記凹部の内面に位置する前記導電路に電気的に接合された弾性変形可能な金具とを具備しており、該金具を前記配線導体に接触させることにより前記金具と前記配線導体とを導電させたことを特徴とする。

本発明のカメラユニットにおいて好ましくは、前記基板はレンズを保持するレンズバレルに取着されており、該レンズバレルと前記基体とが接合されていることを特徴とする。

本発明のカメラユニットは、画像認識光を上面側から下面側にかけて透過可能な画像認識光透過領域を有するとともに下面の前記画像認識光透過領域の周囲に配線導体が形成された基板と画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに配線導体に電気的に接続された撮像素子と、上面に凹部を有するとともに凹部が撮像素子を覆うように設けられた基体とを具備したカメラユニットにおいて、撮像素子の下側主面および側面の少なくとも一方を凹部の内面に接合材を介して接合したことから、撮像素子の画像認識面にはポッティング樹脂を塗布することなく気密性を確保することができる。よって、画像認識部位を撮像素子の外周まで確実に確保することができる。

また、撮像素子をボンディングワイヤを用いずフリップチップ実装できるとともに、撮像素子の表面と基体の凹部の内面とを接合材を介して接合することから、撮像素子の表面と基体の凹部の内面との間隔を接合材が介在する程度の僅かな距離にするだけでよく、凹部内のスペースを小さくすることが可能となり、カメラユニットの大型化を有効に防止できる。

本発明のカメラユニットは、接合材が、撮像素子の側面から基体の凹部の内面にかけて連続するフィレットが形成されていることから、接合材が撮像素子の側面および基体の凹部の内面から剥がれにくくなり、撮像素子と基体との接合をより確実にすることができる。

本発明のカメラユニットは、接合材の縦弾性率を０．５〜３ＧＰａとしたことから、接合材に適度な弾性と強固な接合強度を両立させることができ、温度変化が生じても常に撮像素子を透光性基板に押さえつけるような状態で固定できるとともに、カメラユニットが加熱された際に発生する各構成部材間の熱膨張係数の差による応力を有効に緩和することができ、透光性基板と撮像素子の接続が破壊されにくくなる。

本発明のカメラユニットは、基体が、凹部の内面から基体の外面に導出された導電路と、凹部の内面に位置する導電路に電気的に接合された弾性変形可能な金具とを具備しており、金具を配線導体に接触させることにより金具と配線導体とを導電させたことから、基体の導電路と透光性基板の配線導体とを電気的に接続する際、半田等をリフロー炉で加熱して電気的な接続を行なう必要はなく、金具で電気的な接続信頼性を高めるとともに基体および透光性基板を低温で強固に接合可能な接着剤やかしめ等により固定することができ、耐熱温度が低いカラーフィルタ等が形成された撮像素子の破損を有効に防止することができる。

本発明のカメラユニットは、基板がレンズを保持するレンズバレルに取着されており、該レンズバレルと基体とが接合されていることから、基板を基体に接合しなくともよく、レンズバレルのみに接合すればよいため、基体によって基板とレンズとの位置精度が阻害されにくくなり、基板とレンズとの位置精度をより向上させることができる。

次に本発明のカメラユニットを添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のカメラユニットの実施の形態の一例を示す断面図である。図１に示すように、１は透光性基板、２は配線導体、３は撮像素子、４は基体、５は接合材である。

本発明のカメラユニットは、中央部に画像認識光透過領域（光透過部分）を有するとともに下面の外周部に配線導体２が形成された透光性基板１と画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに配線導体２に電気的に接続された撮像素子３と、上面に凹部を有するとともに凹部が撮像素子３を覆うように設けられた基体４とを具備している。そして、撮像素子３の下側主面を凹部の底面に接合材５を介して接合している。

透光性基板１は、溶解したガラス材をダウンドロー法による板状に成型あるいはインゴット状に成型した後にスライス加工により板材として加工し、ガラス板材表面をアルカリ溶液により脱脂洗浄した後、真空蒸着あるいはスパッタリング法により例えばアルミニウムの薄膜導体配線を形成する。しかる後にダイシングソーにより個片に切断し形成する。

また、透光性基板１に近赤外線遮蔽フィルターを兼ね備える場合にはアルミニウム配線面の裏面に誘電体多層膜を形成してもよい。

撮像素子３は、Ｓｉ基板上に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳセンサーの上にＲＧＢカラーフィルタが形成され、ダイシングソーにより個片に切断されることにより形成される。

基体４は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスやエポキシ樹脂等の樹脂材料等から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形法を採用しシート状にしてセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって形成する。

接合材５は、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の樹脂から成り、耐湿性あるいは接合強度の観点からは緻密な３次元網目構造を有するエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が好ましく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ変性エポキシ樹脂，ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型エポキシ樹脂，クレゾールノボラック型エポキシ樹脂，特殊ノボラック型エポキシ樹脂，フェノール誘導体エポキシ樹脂，ビフェノール骨格型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂に、イミダゾール系，アミン系，リン系，ヒドラジン系，イミダゾールアダクト系，アミンアダクト系，カチオン重合系，ジシアンジアミド系等の硬化剤を添加したもので形成する。なお、２種類以上のエポキシ樹脂を混合して用いてもよい。

好ましくは、接合材５の縦弾性率を０．５〜３ＧＰａとするのがよい。これにより、接合材５に適度な弾性と強固な接合強度を両立させることができ、温度変化が生じても常に撮像素子３を透光性基板１に押さえつけるような状態で固定できるとともに、カメラユニットが加熱された際に発生する各構成部材間の熱膨張係数の差による応力を有効に緩和することができ、透光性基板１と撮像素子３の接続が破壊されにくくなる。

レンズバレル８は、球面あるいは非球面のレンズを固定するためのものであり、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂等の樹脂を金型射出成型することにより成型される。

また、レンズバレル８に固定される球面あるいは非球面のレンズは、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の透明樹脂、あるいはガラスからなり、金型モールド成型、射出成型あるいはブロック材から研磨加工することにより球面あるいは非球面に成形される。そして、このようなレンズはレンズバレル８にかしめ、あるいは接着により固定される。

さらにレンズホルダ９は、レンズバレル８を基体４や透光性基板１に対して精度良く固定するためのものであり、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂等の樹脂を金型射出成型することによりレンズバレル８を固定するネジきりを有する形状に形成する。

本発明の透光性基板１は、例えば図１に示すように、基体４の上面の凹部の周囲に接合することによって凹部内を封止することができる。なお、一端が透光性基板１との接合部に導出するとともに他端が基体４の外側面や下面等の外面に導出する導電路を基体４に形成し、この導電路の一端と透光性基板１の配線導体２とを電気的に接続し、導電路の他端部を外部電気回路に電気的に接続することにより、撮像素子３と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。

なお、図１に示されたカメラユニットでは、接合材５を介して撮像素子３の下側主面と基体４の凹部の底面とを接合しているが、撮像素子３の側面と基体４の凹部の内壁面とを接合してもよい。その場合にも、撮像素子３の側面と基体４の凹部の内壁面との間隔を接合材が介在する程度の距離に保つことができるので、凹部内のスペースを小さくすることができ、カメラユニットの大型化を有効に防止することができる。

また、撮像素子３と基体４とを接合する位置は上述した位置に限らない。撮像素子３と基体４とを接合するために、撮像素子３の下側主面又は側面の任意の位置と基体４の凹部の内面の任意の位置とを接合してよい。ここで、基体４の凹部の内面は、基体４の凹部の底面と内壁面とからなる。さらに、撮像素子３の表面と基体４の凹部の内面とを複数箇所で接合してもよい。例えば、撮像素子３の下側主面と基体４の凹部の底面、および撮像素子３の側面と基体４の凹部の内壁面とを両方接合すれば、撮像素子３と基体４との接合強度をさらに増すことができる。

また、接合材は撮像素子３の表面と基体の凹部の内面にかけてフィレットが形成されていることが好ましい。このようにフィレットが形成されていれば、撮像素子３の表面および基体４の凹部から接合材がそれぞれ剥がれることがなく、撮像素子３と基体４との接合を確実にすることができる。

また、本発明のカメラユニットの実施の形態の他の例として、図２に示すように、基体４が、凹部の底面から基体４の外面に導出された導電路６と、凹部の底面に露出した導電路６に電気的に接合された弾性変形可能な金具７とを具備しており、金具７を透光性基板１の配線導体２に接触させることにより金具７と配線導体２とを導電させた構成としてもよい。この構成により、基体４の導電路６と透光性基板１の配線導体２とを電気的に接続する際、半田等をリフロー炉で加熱して電気的な接続を行なう必要はなく、金具７で電気的な接続信頼性を高めるとともに基体４および透光性基板１を低温で強固に接合可能な接着剤１０やかしめ等により固定することができ、耐熱温度が低いカラーフィルタ等が形成された撮像素子３の破損を有効に防止することができる。

このような構成とすることにより、透光性基板１と基体４とを接合しなくともよくなり、図２に示すように、透光性基板１をレンズバレル８に接合し、レンズバレルと基体４とをかしめや接着剤１０などで接合することができる。このように透光性基板１を基体４とは接合せず、レンズバレル８のみに接合することにより、基体４によって透光性基板１とレンズとの位置精度が阻害されにくくなるので、透光性基板１とレンズとの位置精度がより向上する。

なお、図２に示されたカメラユニットでは、導電路６が基体４の凹部の底面から基体４の外面に導出されているが、基体４の凹部の内壁面から基体４の外面に導出されてもよい。

また、金具７を用いる場合、図１のような基体４の凹部を透光性基板１が塞ぐような構成に適用してもよい。この場合、金具７によって配線導体２と基体４に形成した導電路とを電気的に接続できるので、基体４と透光性基板１とは比較的低温で強固に接合可能な接着剤を用いて接合することが可能となる。

本発明のカメラユニットの実施例を以下に説明する。透光性基板１にホウケイ酸ガラス（SCHOTT社製D263T材）からなる０．５０ｍｍ厚みのガラス板を使用し、配線導体２として透光性基板１上にスパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、撮像素子３にはＳi基板、金属バンプには金を超音波圧着と１５０℃の熱圧着を併用して、先に撮像素子３に接合し、後に配線導体２に接合した。

しかる後、基体４として準備した酸化アルミニウム質焼結体の凹部底面に接合材５をディスペンサー法により塗布し、撮像素子３を対向させ接合するとともに基体４と透光性基板１とをエポキシ樹脂から成る接着剤で接合した。その後、ＡＢＳ材からなるレンズバレルおよびレンズホルダを組み合わせカメラモジュールを作成した。

詳細には接合材５として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂にアミン系硬化剤を添加し、充填材としてアクリル樹脂微粉末を使用した。アクリル樹脂微粉末は粒径０．３μｍ〜０．７μｍの分布のものを使用し、エポキシに対する質量％を変えることにより接合材５の縦弾性率を変化させ、各縦弾性率について効果確認を行った。

樹脂接着剤７の縦弾性率が３．８ＧＰa、７．６ＧＰaのサンプルでは、熱衝撃試験後の導通確認において絶縁不良が確認され、３．０ＧＰa、１．９ＧＰa、０．５ＧＰaのサンプルでは導通が維持されていることが確認できた。

さらに、比較のために主剤樹脂をシリコーン樹脂とする弾性率０．３ＧＰａおよび０．１ＧＰａの接合材による組み立てを行い、定置１．５メートルの高さからの落下試験を行った。

結果としては、３．８ＧＰa、７．６ＧＰa、３．０ＧＰa、１．９ＧＰa、０．５ＧＰaのサンプルでは導通が維持されていることが確認できたが、０．３ＧＰａおよび０．１Ｇの接合材により撮像素子３を接合した試験サンプルにおいては、撮像素子３の脱落が確認された。よって、接合材５の弾性率は０．５〜３ＧＰaの範囲とすることが好ましいことがわかった。

なお、本発明は上述の最良の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことは何等差し支えない。

本発明のカメラユニットの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のカメラユニットの実施の形態の他の例を示す断面図である。 従来のカメラユニットの断面図である。

符号の説明

１：透光性基板
２：配線導体
３：撮像素子
４：基体
５：接合材
６：導電路
７：金具

Claims (6)

1. 画像認識光を上面側から下面側にかけて透過可能な画像認識光透過領域を有するとともに下面の前記画像認識光透過領域の周囲に配線導体が形成された基板と前記画像認識光透過領域に受光部を対向させるとともに前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、上面に凹部を有するとともに該凹部が前記撮像素子を覆うように設けられた基体とを具備したカメラユニットにおいて、前記撮像素子の下側主面および側面の少なくとも一方を前記凹部の内面に接合材を介して接合したことを特徴とするカメラユニット。
2. 前記基板が透光性基板であることを特徴とする請求項１記載のカメラユニット。
3. 前記接合材は前記撮像素子の側面から前記基体の凹部の内面にかけて連続するフィレット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記載のカメラユニット。
4. 前記接合材の縦弾性率を０．５〜３ＧＰａとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカメラユニット。
5. 前記基体は、前記凹部の内面から前記基体の外面に導出された導電路と、前記凹部の内面に位置する前記導電路に電気的に接合された弾性変形可能な金具とを具備しており、該金具を前記配線導体に接触させることにより前記金具と前記配線導体とを導電させたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカメラユニット。
6. 前記基板はレンズを保持するレンズバレルに取着されており、該レンズバレルと前記基体とが接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のカメラユニット。

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