JP2011015392A - カメラモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】カメラモジュールを提供する。
【解決手段】本発明のカメラモジュールは、光を通過させるための開口部、電気信号を伝達するための回路パターン、及び前記回路パターンに接続される第１及び第２の端子を有する基板と、前記開口部を通じて受光すべく前記基板に結合され、前記第１の端子に電気的に接続されるイメージセンサーと、前記イメージセンサーの側部を取り囲むように配置され、前記基板の前記第２の端子に電気的に接続されるリードフレームと、前記基板における前記イメージセンサー及び前記リードフレームが結合される面の反対側の面に結合されるハウジングと、前記ハウジング内に設置されたレンズとを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラモジュールに係り、さらに詳細には、基板の下部に結合されたイメージセンサーと、イメージセンサーの側面に配され、基板に電気的に接続されたリードフレームとを備えることにより超薄型に製造され、量産に有利な構造を有するカメラモジュールに関する。
最近、脚光を浴びている携帯電話、ＰＤＡ、ノート型パソコン、自動車のバンパーに装着される後面監視用カメラまたはドア用カメラなどの装置には、撮像作業が行えるカメラモジュールが設けられる。
カメラ付き携帯電話などのカメラモジュールを搭載した携帯通信機器に対する需要が爆発的に増加しており、さらに小さくかつ薄いカメラモジュールに対する要求も増加している。カメラモジュールは、携帯装置の小型化や、カメラモジュールを用いた装置の設置位置の外観を考慮して、非常に小さく製作されることが望ましい。小さくかつ薄いカメラモジュールを製造するためには、カメラモジュールに備えられたイメージセンサーモジュールを小さくかつ薄く製作する必要がある。
小型携帯装置に装着されるカメラモジュールは、イメージセンサーモジュールと、イメージセンサーモジュールの一側に結合されるレンズハウジングとを備える。イメージセンサーモジュールは、イメージセンサー用チップと、イメージセンサー用チップと電気的に接続され、撮像された信号を外部回路に送信する印刷回路基板とを備える。レンズハウジングには、１つ以上のレンズと、赤外線フィルタとが設けられる。
従来のカメラモジュールは、印刷回路基板（printed circuit board；ＰＣＢ）にイメージセンサー用チップを搭載し、ワイヤーボンディング法を用いて、イメージセンサー用チップのボンディングパッドと印刷回路基板の接続パッドとを電気的に接続して製作される。しかし、このような従来のワイヤーボンディング法によるパッケージ方式は、ワイヤーのループ高（チップの表面から、その表面上にボンディングされるワイヤーの最大高さまでの距離）に起因して、パッケージの厚さを薄くするのに難点がある。
小さくかつ薄いカメラモジュールを具現するための他の方法として、フリップチップパッケージ技術が利用されることもある。前述した従来のワイヤーボンディング法によるパッケージ方法では、硬質の印刷回路基板（hard printed circuit board；ＨＰＣＢ）上にイメージセンサー用チップを装着するチップオンボード（chip on board；ＣＯＢ）方式が主に使われる。一方、フリップチップパッケージ技術では、チップオンフィルム（chip on film；ＣＯＦ）方式が使われる。チップオンフィルム方式は、柔軟性印刷回路基板（flexible printed circuit board；ＦＰＣＢ）上にイメージセンサー用チップを装着する方式である。
フリップチップボンディング方法は、ワイヤーボンディング方法と比べて、さらに薄いカメラモジュールを具現するために用いられる技術であるが、カメラモジュールの厚さを顕著に薄くするのには限界がある。すなわち、フリップチップボンディング方法によるカメラモジュールでも、イメージセンサー用チップと印刷回路基板とが順次に積層されるために、イメージセンサー用チップと印刷回路基板のそれぞれの厚さを足したものより薄いカメラモジュールの具現は不可能であった。
また、従来のフリップチップパッケージは、１つのイメージセンサーを１つの印刷回路基板に付着する方式で製造されるので、カメラモジュールの製造に長時間がかかり、装備当り生産量が非常に低いため、カメラモジュールの量産に限界があった。
本発明の目的は、超薄型カメラモジュールを提供するところにある。
本発明の他の目的は、量産に容易な構造を有するカメラモジュールを提供するところにある。
本発明は、基板の後面（下面）にフリップチップボンディング法または表面実装技術を用いて結合されるイメージセンサーと、イメージセンサーの側部を覆うようにして配されるリードフレームを含むので、超薄型が可能なカメラモジュールを提供する。
本発明に係るカメラモジュールは、光を通過させるための開口部、電気信号を伝達するための回路パターン、及び前記回路パターンに接続される第１及び第２の端子を有する基板と、前記開口部を通じて受光すべく前記基板に結合され、前記第１の端子に電気的に接続されるイメージセンサーと、前記イメージセンサーの側部を取り囲むように配置され、前記基板の前記第２の端子に電気的に接続されるリードフレームと、前記基板における前記イメージセンサー及び前記リードフレームが結合される面の反対側の面に結合されるハウジングと、前記ハウジング内に設置されたレンズとを含むことを特徴とする。
本発明において、基板は、柔軟性印刷回路基板でありうる。
本発明において、基板は、リードフレームとは異なる別途のリードフレームを樹脂で封止して製造しうる。
本発明において、基板におけるイメージセンサーが結合される面の反対側の面には、開口部を覆うようにして光学フィルタが配されうる。
本発明において、イメージセンサーは、基板の第１端子に対応する位置に端子パッドを備え、端子パッドと第１端子とを接合するフリップチップボンディングや表面実装技術により基板に結合されうる。
本発明において、イメージセンサーは、端子パッドと端子パッド上に配される第１導電性フィルムを備え、端子パッドは、第１導電性フィルムを通じて基板の第１端子に結合されうる。
本発明において、リードフレームは、リードとリード上に配される第２導電性フィルムを備え、リードは、第２導電性フィルムを通じて第２端子に結合されうる。
本発明において、第１導電性フィルムと第２導電性フィルムは、異方性導電フィルムを含みうる。
本発明において、リードフレームは、基板の第２端子に対応するリードフレームのリードと第２端子とを接合するフリップチップボンディングや表面実装技術により基板に結合されうる。
本発明において、リードフレームは、リード間の空間に充填されたモールド部をさらに具備しうる。
本発明において、リードフレームは、リードフレームにおける前記基板に接合される面の反対側の面に配されたリードに接着されたソルダバンプをさらに具備しうる。
本発明のカメラモジュールによれば、イメージセンサーがフリップチップボンディングや表面実装技術により基板に結合され、イメージセンサーの側部を取り囲むようにリードフレームが配されて基板に接続されるので、超薄型の構成を有するように具現しうる。また、リードフレームと基板とが複数の回路パターンが連続して配されたストリップを利用して製造されるので、カメラモジュールを量産することができる。
本発明の一実施形態に係るカメラモジュールの概略的な側面断面図である。 図１のカメラモジュールの各構成要素を分解して底面から見た状態を示す分離斜視図である。 図１のカメラモジュールのリードフレームを製造する段階を示す工程図である。 図３のリードフレームにソルダバンプが結合された状態を示す工程図である。 図１のカメラモジュールの基板にイメージセンサーを結合させる段階を示す工程図である。 図５の基板にリードフレームを結合させる段階を示す工程図である。 図６の基板に光学フィルタを結合させる段階を示す工程図である。 図７の基板にハウジングを結合させる段階を示す工程図である。 図１のカメラモジュールの製造に使われるリードフレームのストリップを例示的に示す平面図である。 図１のカメラモジュールの製造に使われる基板のストリップを例示的に示す平面図である。
以下、添付図面の実施形態に基づいて、本発明に係るカメラモジュールの構成と作用とを詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るカメラモジュールの概略的な側面断面図であり、図２は、図１のカメラモジュールの各構成要素を分解して底面から見た状態を示す分離斜視図である。
図１及び図２に示された実施形態に係るカメラモジュールは、開口部１１を有する基板１０と、基板１０の後面に結合されるイメージセンサー２０と、イメージセンサー２０の側部を取り囲むように配されて基板１０の後面に結合されるリードフレーム３０と、基板１０の前面に結合されるハウジング４０と、ハウジング４０に収容されるレンズ５０とを含む。なお、基板の前面とは、基板におけるレンズ側の面であり、基板の後面とは、基板におけるレンズとは反対側の面である。
イメージセンサー２０は、光学情報を電気信号に変換する半導体素子であって、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device：電荷結合素子）イメージセンサーやＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor：相補性金属酸化物半導体）イメージセンサーなどでありうる。
イメージセンサー２０は、その前面（レンズ側の面）に、受光した光を電気信号に変換する受光領域２２と、受光領域２２を外部に電気的に接続するための端子パッド２１とを有する。端子パッド２１は、受光領域２２の側方外側に形成され、後述する基板１０の第１の端子１３に電気的に接続される。
基板１０は、光を通過させるための開口部１１と、電気信号を伝達するための回路パターン１２と、回路パターン１２に接続された第１の端子１３及び第２の端子１４とを有する。第１の端子１３は、イメージセンサー２０の端子パッド２１の電気的に接続される。必要に応じて、キャパシタなどの受動素子が基板１０の前面に実装されうる。
基板１０には、硬質の印刷回路基板（hard printed circuit board；ＨＰＣＢ）や柔軟性印刷回路基板（flexible printed circuit board；ＦＰＣＢ）が使用されうる。本発明のカメラモジュールに使用される基板１０は、印刷回路基板にのみ限定されるものではなく、第１の端子１３と第２の端子１４とを具現するための回路パターン１２を有する他の多様な形態の部材が使われうる。例えば、基板１０は、ＱＦＮパッケージ（Quad flat no leads package）に使われるものと同じ形態のリードフレームから形成されうる。リードフレームを使用して基板１０を製造する場合、安定した支持性能を確保するために、リードフレームの隙間に樹脂を充填して封止する。
従来は、イメージセンサーと印刷回路基板とを電気的に接続するのに、ワイヤーボンディング法が用いられていた。ワイヤーボンディング法とは、銅や金などの金属材料からなる導電性ワイヤーを使用して端子同士を電気的に接続する方法である。しかし、ワイヤーボンディング法を用いると、ループ高さに起因してパッケージの薄膜化は困難である。
図５は、図１に示したカメラモジュールの基板１０にイメージセンサー２０を結合させた段階を説明するための断面図である。
図５を参照して、本発明の一実施形態に係るカメラモジュールでは、基板１０とイメージセンサー２０とは、フリップチップボンディング法または表面実装技術（surface mount technology；ＳＭＴ）を用いて互いに電気的に接続されうる。
フリップチップボンディング法は、半導体チップをパッケージングせずに、ベアダイ（bare die）自体を回路基板に実装する技術であって、半導体チップにバンパーを形成し、半導体チップのバンパーと印刷回路基板に印刷された接続パッドとを電気的に接続させる技術である。
表面実装技術は、回路基板の表面に直接実装可能な表面実装部品（surface mounted components；ＳＭＣ）を、電子回路に接着する方法である。
フリップチップボンディング法または表面実装技術を電気的接続方法として用いれば、ワイヤーボンディング法を用いた場合よりもパッケージの大きさ及び厚さを減少させることが可能であり、チップ上のどの位置にでも入出力端子を配置することができ、かつ、工程コスト及び製作コストを削減することができる。また、フリップチップボンディング法を用いて製造したフリップチップパッケージは、高速の電気的特性及び優れた熱的性能を有する。
フリップチップボンディング方法の例を説明すれば、イメージセンサー２０の端子パッド２１にバンプを形成した後、そのバンプを覆うようにしてイメージセンサー２０上に異方性導電フィルム４１（anisotropic conductive film：ＡＣＦ）を積層させる。その後、フリップチップボンディング法を用いて、イメージセンサー２０を基板１０上に結合させる。イメージセンサー２０上に形成された異方性導電フィルム４１は、本発明の一実施形態での第１導電性フィルムに該当する。
このようにフリップチップボンディング法を用いてイメージセンサー２０を基板１０に結合させる際、イメージセンサー２０の端子パッド２１と基板１０の第１の端子１３との間に導電性材料を介在させることにより、イメージセンサー２０と基板１０とを結合させる。導電性材料は、前述した異方性導電フィルム（ＡＣＦ）以外にも、銀（Ａｇ）を含有するエポキシや異方性導電性ペースト（anisotropic conductive paste；ＡＣＰ）などの導電性を有する様々な接着剤が使用することができる。あるいは、フリップチップボンディング法のために使用される接合材料としては非導電性ペースト（non-conductive paste；ＮＣＰ）がある。
図３は、図１に示したカメラモジュールのリードフレーム３０を製造する工程を説明するための断面図であり、図４は、図３に示したリードフレーム３０にはんだバンプ３４を結合させた状態を示す断面図である。
図１、図３及び図４を参照して、リードフレーム３０は、イメージセンサー２０の側部を取り囲むように配され、基板１０の第２の端子１４に電気的に接続される。リードフレーム３０は、基板１０の第２の端子１４に対応するリード３１と、リード３１同士の隙間に充填されたモールド部３２とを有する。リードフレーム３０のリード３１は、銅などの導電性の金属材料を含み、モールド部３２は、エポキシ樹脂などの硬化性の非導電性材料を含む。
リードフレーム３０の中央部に形成されたダイパッド領域は、イメージセンサー２０を収容するために除去される。中央部のダイパッド領域が除去されると、図２に示したように、イメージセンサー２０を収容するための開口部３８が、リードフレーム３０の中央に形成される。リードフレーム３０の下部には、カメラモジュールを外部の制御回路基板に接続するためのはんだバンプ３４が形成される。
図６は、図５に示した基板１０にリードフレーム３０を結合させた段階を説明するための断面図である。
図６を参照して、基板１０とイメージセンサー２０とを互いに結合させた後に、基板１０にリードフレーム３０を結合させる。リードフレーム３０は、イメージセンサー２０及び基板１０を外部に接続するための端子部としての役割を果す。リードフレーム３０は、イメージセンサー２０の側部を取り囲むようにしてイメージセンサー２０の外側に配され、基板１０の第２の端子１４に電気的に接続される。
イメージセンサー２０と同様に、リードフレーム３０の基板１０への接続は、フリップチップボンディング法により行われる。すなわち、リードフレーム３０は、リード３１と第２の端子１４との間に異方性導電フィルム４２などの導電性材料を介在させることにより基板１０に接続される。導電性材料は、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）以外にも、銀（Ａｇ）を含有するエポキシなどの導電性を有する様々な接着剤を使用することができる。リード３１と第２の端子１４との間に介在された異方性導電フィルム４２は、本発明の一実施形態での第２の導電性フィルムに該当する。
図７は、図６に示した基板１０に光学フィルタを結合させた段階を説明するための断面図である。
図７を参照して、光学フィルタ６０は、基板１０におけるイメージセンサー２０が結合される面の反対側の面に、開口部１１を覆うようにして結合される。すなわち、光学フィルタ６０は、ハウジング４０と基板１０との間に配される。光学フィルタ６０は、ハウジング４０の内部に入射した赤外線を遮断してイメージセンサー２０に到達しないようにするとともに、ハウジング内部に入射した光の反射を防止する。このために、光学フィルタ６０の前面には赤外線遮断コーティングが形成され、光学フィルタ６０の後面には反射防止コーティングが形成される。
図８は、図７に示した基板１０にハウジング４０を結合させた段階を説明するための断面図である。
図８を参照して、基板１０にイメージセンサー２０及びリードフレーム３０を固定した後に、基板１０の前面にハウジング４０を結合させて、カメラモジュールは完成する。
ハウジング４０は、開口部４５を有しており、基板１０の前面に結合される。レンズ５０は、ハウジング４０内に配置されている。ハウジング４０の開口部４５は、カメラモジュールの前面の光がイメージセンサー２０の受光領域２２に向かって入射するように、前面に向かって開口している。図８に示したように、レンズ５０は、ハウジング４０に直接結合されるか、または、レンズ５０を取り囲んで支持する円筒体（バレル）を使用してハウジング４０に間接的に結合されうる。基板１０の前面に結合されたハウジング４０は、イメージセンサー２０及び基板１０の構成要素を保護する役割を果す。
図９は、図１に示したカメラモジュールの製造に使用されるリードフレームストリップの一例を示す平面図である。図１０は、図１のカメラモジュールの製造に使用される基板ストリップの一例を示す平面図である。
基板及びリードフレームは、カメラモジュールを製造するためのパターン単位が縦横の行列状に複数連結されたストリップ単位で製造される。基板及びリードフレームをストリップ単位で製造する方法では、パターン単位が行列状に配されマトリクスを形成し、各パターンユニットにイメージセンサー２０を実装することにより、カメラモジュールの量産が可能となる。
図９に示したリードフレームストリップ３では、リード３１とダイパッド領域３３とで１つのリードフレームパターン３０ａが構成されており、このリードフレームパターン３０ａが横縦の両方向に繰り返し形成されている。
図１０に示した基板用ストリップ２では、開口部１１と、開口部１１の周辺に配された第１の端子１３及び第２の端子１４と、回路パターン１２とで１つの基板パターン１０ａが構成されており、この基板パターン１０ａが横縦の両方向に繰り返し形成されている。
リードフレームパターン３０ａ及び基板パターン１０ａは、互いに対応する大きさを有し、互いに対応する位置に配置される。したがって、フリップチップボンディング法を用いて、基板用ストリップ２上にイメージセンサー２０を基板用ストリップ２の開口部１１を覆うようにして実装し、ダイパッド領域３３を除去したリードフレーム用ストリップ３を基板用ストリップ２に結合させれば、図６に示したような、基板１０、イメージセンサー２０及びリードフレーム３０の組立体が完成する。
前述した構成のカメラモジュールは、フリップチップボンディング法を利用してイメージセンサー２０とリードフレーム３０とを基板１０に結合するので、超薄型に具現しうる。また、ストリップを利用して製造されるので、量産に容易な構造を有する。
本発明は、前述した実施形態に基づいて説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決まるべきである。
２ 基板用ストリップ
３ リードフレーム用のストリップ
１０ 基板
１０ａ 基板パターン
１１ 開口部
１２ 回路パターン
１３ 第１の端子
１４ 第２の端子
２０ イメージセンサー
２１ 端子パッド
２２ 受光領域
３０ リードフレーム
３０ａ リードフレームパターン
３１ リード
３２ モールド部
３３ ダイパッド領域
３４ はんだバンプ
３８ 開口部
４０ ハウジング
４２ 異方性導電フィルム
４５ 開口部
５０ レンズ
６０ 光学フィルタ

Claims (12)

  1. カメラモジュールであって、
    光を通過させるための開口部、電気信号を伝達するための回路パターン、及び前記回路パターンに接続される第１及び第２の端子を有する基板と、
    前記開口部を通じて受光すべく前記基板に結合され、前記第１の端子に電気的に接続されるイメージセンサーと、
    前記イメージセンサーの側部を取り囲むように配置され、前記基板の前記第２の端子に電気的に接続されるリードフレームと、
    前記基板における前記イメージセンサー及び前記リードフレームが結合される面の反対側の面に結合されるハウジングと、
    前記ハウジング内に設置されたレンズとを含むことを特徴とするカメラモジュール。
  2. 前記基板が、柔軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ）であることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
  3. 前記基板が、樹脂を封止した別のリードフレームであることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
  4. 前記基板における前記イメージセンサー及び前記リードフレームが結合される面の反対側の面に、前記開口部を覆うようにして配置される光学フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
  5. 前記イメージセンサーが、前記基板の前記第１の端子に対応する端子パッドを有し、
    前記イメージセンサーの前記端子パッドを前記基板の前記第１の端子にフリップチップボンディング法または表面実装技術（ＳＭＴ）を用いて結合させることにより、前記イメージセンサーを前記基板に結合させることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
  6. 前記イメージセンサーが、端子パッドと、前記端子パッド上に配される第１の導電性フィルムを有し、
    前記端子パッドが、前記第１の導電性フィルムを介して前記基板の前記第１の端子に結合されることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
  7. 前記第１の導電性フィルムが、異方性導電フィルムを含むことを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
  8. 前記リードフレームが、リードと、前記リード上に配置される第２の導電性フィルムとを有し、
    前記リードが、前記第２の導電性フィルムを介して前記基板の前記第２の端子に結合されることを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
  9. 前記第１の導電性フィルム及び前記第２の導電性フィルムが、異方性導電フィルムを含むことを特徴とする請求項８に記載のカメラモジュール。
  10. 前記リードフレームが、前記基板の前記第２の端子に対応するリードを有し、
    前記リードフレームの第２の端子を前記基板の前記第２の端子にフリップチップボンディング法または表面実装技術を用いて結合させることにより、前記リードフレームを前記基板に結合させることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
  11. 前記リードフレームが、前記リード同士の隙間に充填されたモールド部をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載のカメラモジュール。
  12. 前記リードフレームが、前記リードフレームにおける前記基板に接合される面の反対側の面に配されたリードに接着されたはんだバンプをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載のカメラモジュール。
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