JP2011035476A

JP2011035476A - 撮像モジュール及び撮像装置、並びに撮像モジュールの製造方法

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Publication number: JP2011035476A
Application number: JP2009177048A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Okada; 貴裕岡田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JP5342359B2

Abstract

【課題】基板に対して撮像素子が平行に固定された撮像モジュール及び撮像装置、並びに撮像モジュールの製造方法を提供することが課題である。
【解決手段】凹部２４が実装面２１に形成され、前記凹部２４に外部接続用電極が設けられた基板２と、基板２の実装面２１に実装される撮像素子３と、基板２と撮像素子３とを接合する半田ボール４とを備えた撮像モジュールであって、基板２と撮像素子３とが半田ボール４を介して接合された状態で、撮像素子３の基板側表面３２のうち少なくとも凹部２４を挟んで対向する一対の端部３３が、基板２の凹部２４を囲む実装面２２と面接触した構成を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田ボールを介して基板に撮像素子が接合された撮像モジュール及び撮像装置、並びに撮像モジュールの製造方法に関する。

一般に、撮像モジュールは、基板の一方の面に撮像素子が実装された構成を備える。撮像素子の受光面側には光学レンズが配置され、光学レンズから入射する光は撮像素子で結像される。基板には撮像素子の電気回路が形成されており、基板と撮像素子は構造的に且つ電気的に接続されている。
基板に撮像素子を表面実装する方法の一つとして、半田ボールを介して基板に撮像素子を接合する方法がある。これは、例えばＢＧＡ（Ball grid array）、ＣＳＰ（Chip size
package）等に代表されるように、半導体パッケージに多く用いられている実装方法である。

図９（ａ）に示すように、この実装方法を採用した撮像モジュール１０１は、基板１０２上に半田ボール１０４をグリッド状に形成した後、半田ボール１０４を挟んで基板１０２上に撮像素子１０３を配置し、これをリフロー炉で加熱して半田ボール１０４を溶融させることにより、撮像素子１０３を固定して製造される。例えば、特許文献１（国際公開番号ＷＯ０１／０４８８２１）には、半田ボールで２枚の基板を電気的に接続した集積回路装置が開示されている。これは、第１基板部と、第１基板部に実装された第２基板部との間を半田バンプによって電気的に接続した構成を備えるとともに、第１基板部と第２基板部の間に、第１基板部上で第２基板部を支持する支持部材を複数設けた構成となっている。

国際公開番号ＷＯ０１／０４８８２１

しかしながら、撮像素子を半田ボールにより基板上に実装する方法では、リフローによって基板に撮像素子を固定する際に、図９（ｂ）に示すように、撮像素子１０３が基板１０２に対して平行に固定されず傾きが発生してしまうという問題があった。これは、半田ボール１０４の直径のばらつきの影響やリフロー条件によるものが大きいと考えられる。特許文献１等のように２枚の基板同士を接合した半導体パッケージにおいてはこの傾きは問題とならないが、撮像モジュールの場合は撮像素子に傾きが発生することにより傾き分の光軸調整が必要となり、製造において余計な作業工程が発生するという問題があった。

また、特許文献１に記載されるように、２枚の基板の間に支持部材を設けて基板の傾きを防止することも考えられるが、この場合、支持部材という独立した部材が必要となり製造コストが増加してしまうという問題がある。さらに、支持部材の寸法精度や実装時の基板に対する設置位置がずれると撮像素子が傾いてしまうため、これらの管理が重要となり、実装時の作業工程の増加を招いてしまう。
そのため本発明においては、基板に対して撮像素子が平行に固定された撮像モジュール及び撮像装置、並びに撮像モジュールの製造方法を提供することが課題である。

上記課題を解決するため、本発明に係る撮像モジュールは、凹部が実装面に形成され、前記凹部に外部接続用電極が設けられた基板と、前記基板の前記実装面に実装される撮像素子と、前記基板と前記撮像素子とを接合する半田ボールとを備え、前記基板と前記撮像素子とが前記半田ボールを介して接合された状態で、前記撮像素子の基板側表面のうち少なくとも前記凹部を挟んで対向する一対の端部が、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面と面接触していることを特徴とする。

本発明に係る撮像モジュールによれば、基板に凹部を設けて、撮像素子の基板側表面と基板の凹部を囲む実装面とが面接触した状態で、基板と撮像素子が接合されているため、基板と撮像素子が確実に平行となる。特に、溶融接合前の半田ボールの大きさにばらつきがある場合であってもこれに影響されず、基板と撮像素子を平行な状態で接合することができる。これにより、基板の実装面を基準として光学系を組み込むことで、基板に平行な撮像素子に対しても光学系が適切に設定されることとなり、光軸調整が容易に行なえるようになる。
また、撮像素子と基板を平行にするための構造を基板側にもたせたため、新たに部品を用いることなく簡単な装置構成で且つ低コストとすることができる。
尚、前記基板は電気回路が形成されたものであり、必要に応じて抵抗、コンデンサ、集積回路等の撮像素子を駆動する電子部品が実装される。また、半田ボールにより接合される基板の凹部又は撮像素子の基板側表面には、電極パッド等の外部接続用電極が設けられている。

また、前記凹部の深さは、前記基板と前記撮像素子を接合する前の前記半田ボールの直径の８０％以上９７％以下であることを特徴とする。
このように、凹部の深さを接合前の半田ボールの直径の８０％以上９７％以下とすることにより、基板と撮像素子とを接合した際に、基板の凹部を囲む実装面と撮像素子の基板側表面とを確実に面接触させ、且つ隣り合う半田ボール同士の距離を一定に維持できるとともに、撮像素子と基板の接合強度を保つことができる。半田ボールは溶融接合により高さ方向に１０〜２０％程度収縮するが、凹部の深さが接合前の半田ボールの直径に対して８０％より小さいと、収縮率を考慮しても半田ボールが相対的に凹部より大きすぎて、撮像素子の面が基板の実装面から浮いてしまい、撮像素子が傾いてしまうおそれがある。これを防止するために撮像素子の基板側表面が基板の実装面に当接するまで加圧すると、半田ボールが凹部の幅方向に広がってしまい、隣り合う半田ボール同士が接触してしまうおそれがある。一方、凹部の深さが溶融接合前の半田ボールの直径に対して９７％より大きいと、半田ボールと撮像素子の接触面積が小さすぎて接合強度が低下するおそれがある。

さらに、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面と前記撮像素子の基板側表面の前記端部とが、前記凹部の全周にわたって面接触していることを特徴とする。
このように、基板の凹部を囲む実装面と撮像素子の基板側表面の端部とが凹部の全周にわたって面接触することにより、基板と撮像素子の接触面積を大きくでき、基板と撮像素子の平行を安定的に保つことができる。

また、前記基板の前記実装面と面接触していない前記撮像素子の端部と、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面との間に間隙を設けて、前記凹部と撮像モジュールの外部を連通する開口部を形成したことを特徴とする。
このように、凹部と外部とを連通する開口部を形成することにより、リフロー時に溶融した半田ボールを硬化させる際に、放熱効果を高めて硬化を促進することができる。また、撮像モジュールが撮像装置に組み込まれた状態においても優れた放熱効果を有し、撮像素子が駆動して発熱した場合に開口部から放熱させることができる。また、撮像素子の端部全周を基板の実装面と面接触させていないため、撮像素子のパッケージの小型化が可能となる。さらに、基板側表面に対して半田ボールの実装面積を有効にとることができる。

さらにまた、前記基板の前記実装面に固設された光学系保持部と、前記光学系保持部に保持された光学系と、を含むことを特徴とする。
このように、光学系が保持された光学系保持部を基板の実装面に取り付けることにより、光軸に直交する光学系の基準面を基板の実装面とすることができ、この基板の実装面に対して撮像素子を平行にすることで、撮像素子に対しても光軸を直交にすることが可能となる。
また、上記した構成を備える撮像モジュールを含む撮像装置を提案する。

また、本発明に係る撮像モジュールの製造方法は、基板と、前記基板の実装面に実装される撮像素子とを半田ボールにより接合して撮像モジュールを製造する撮像モジュールの製造方法において、前記基板の前記実装面に凹部が形成され、前記撮像素子の基板側表面に前記凹部の深さより直径が大きい前記半田ボールが複数配設されており、前記凹部に前記半田ボールが位置するように前記基板と前記撮像素子とを対向させる工程と、前記半田ボールを加熱溶融し、前記撮像素子の基板側表面のうち少なくとも前記凹部を挟んで対向する一対の端部を、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面と面接触させるとともに、前記半田ボールにより前記基板と前記撮像素子とを接合する工程と、前記半田ボールを硬化させる工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る撮像モジュールの製造方法によれば、撮像素子に配設された半田ボールが、基板に形成された凹部に位置するように基板と撮像素子とを対向させた後半田ボールを加熱溶融し、撮像素子の基板側表面の端部と基板の凹部を囲む実装面とを面接触させた状態で基板と撮像素子を接合しているため、基板と撮像素子を平行な状態で接合することができる。特に、溶融接合前の半田ボールの大きさにばらつきがある場合であってもこれに影響されず、基板と撮像素子を平行な状態で接合可能である。これにより、基板の実装面を基準として光学系を組み込むことで、基板に平行な撮像素子に対しても光学系が適切に設定されることとなり、光軸調整が容易に行なえるようになる。また、撮像素子と基板を平行にするための構造を基板側にもたせたため、新たに部品を用いることなく簡単な装置構成で且つ低コストとすることができる。

また、前記撮像素子に配設される前記半田ボールは、前記基板の前記凹部の深さより３％以上２５％以下の長さだけ直径が大きいことを特徴とする。
このように、半田ボールは、凹部の深さより３％以上２５％以下の長さだけ直径が大きい半田ボールとすることにより、基板と撮像素子とを接合した際に、基板の凹部を囲む実装面と撮像素子の基板側表面とを確実に面接触させ、且つ隣り合う半田ボール同士の距離を一定に維持できるとともに、撮像素子と基板の接合強度を保つことができる。

さらに、前記基板が多層基板であり、前記基板を構成する層のうち前記凹部に対応する層に予め貫通穴を形成しておき、前記貫通穴が形成された層を含む複数の層を積層することにより前記凹部を形成して前記基板を作製する工程を含むことを特徴とする。
このように、多層基板を積層する前に、凹部に対応する層に予め貫通穴を形成しておき、この層を含む複数の層を積層して基板を作製することにより、簡単に凹部を形成することが可能となる。

以上記載のごとく本発明によれば、基板に凹部を設けて、撮像素子の基板側表面と基板の凹部を囲む実装面とが面接触した状態で、半田ボールにより基板と撮像素子が接合されているため、基板と撮像素子が確実に平行となる。特に、溶融接合前の半田ボールの大きさにばらつきがある場合であってもこれに影響されず、基板と撮像素子を平行な状態で接合することができる。これにより、基板の実装面を基準として光学系を組み込むことで、基板に平行な撮像素子に対しても光学系が適切に設定されることとなり、光軸調整が容易に行なえるようになる。

さらに、凹部の深さを接合前の半田ボール直径の８０％以上９７％以下とするか、又は、半田ボール直径が基板の凹部深さより３％以上２５％以下の長さだけ大きくなるようにすることで、基板と撮像素子とを接合した際に、基板の凹部を囲む実装面と撮像素子の基板側表面とを確実に面接触させ、且つ隣り合う半田ボール同士の距離を一定に維持できるとともに、撮像素子と基板の接合強度を保つことができる。

さらにまた、基板の凹部を囲む実装面と撮像素子の基板側表面の端部とが凹部の全周にわたって面接触することにより、基板と撮像素子の接触面積を大きくでき、基板と撮像素子の平行を安定的に保つことができる。
また、基板の凹部と外部とを連通する開口部を形成することにより、リフロー時に溶融した半田ボールを硬化させる際に、放熱効果を高めて硬化を促進することができる。また、撮像モジュールが撮像装置に組み込まれた状態においても優れた放熱効果を有し、撮像素子が駆動して発熱した場合に開口部から放熱させることができる。また、撮像素子の端部全周を基板の実装面と面接触させていないため、撮像素子のパッケージの小型化が可能となる。さらに、基板側表面に対して半田ボールの実装面積を有効にとることができる。

また、光学系が保持された光学系保持部を基板の実装面に取り付けることにより、光軸に直交する光学系の基準面を基板の実装面とすることができ、この基板の実装面に対して撮像素子を平行にすることで、撮像素子に対しても光軸を直交にすることが可能となる。
さらに、多層基板を積層する前に、凹部に対応する層に予め貫通穴を形成しておき、この層を含む複数の層を積層して基板を作製することにより、簡単に凹部を形成することが可能となる。

本発明の実施形態に係る撮像モジュールの側断面図で、（ａ）は溶融接合前の状態を示す図、（ｂ）は溶融接合後の状態を示す図である。図１（ａ）の拡大図である。撮像モジュールを撮像素子側から見た平面図（第１例）である。撮像モジュールを撮像素子側から見た平面図（第２例）である。撮像モジュールを撮像素子側から見た平面図（第３例）である。撮像モジュールを撮像素子側から見た平面図で、（ａ）は第４例、（ｂ）は第５例である。光学系を備えた撮像モジュールの側断面図である。多層基板の側断面図である。従来例に係る撮像モジュールの側断面図で、（ａ）は溶融接合前の状態を示す図、（ｂ）は溶融接合後の状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実例に記載されている構成部品の形状等は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本発明の撮像モジュール及び撮像装置、並びに撮像モジュールの製造方法は、デジタルスチルカメラ、携帯端末用小型カメラ、車載カメラ等の民生機器、及び監視カメラ、画像検査装置等の産業機器などを含めた電子画像機器システム及びその製造に用いられる。また、本発明の撮像モジュール及び撮像装置、並びに撮像モジュールの製造方法は、半田ボールにより撮像素子を基板に実装した装置及び製造方法に関するものであり、好適には、ＢＧＡ（Ball grid array）実装、ＣＳＰ（Chip size package）実装が用いられる。

図１（ａ）を参照して、本発明の実施形態に係る撮像モジュールの構成を説明する。
撮像モジュール１は、基板２と、基板２上に表面実装される撮像素子３と、基板２と撮像素子３の間に配置され、基板２と撮像素子３を溶融接合する半田ボール４と、を備える。
撮像素子３は、光学系からの光が受光面３１に結像され、これを電気信号に変換するものである。具体的に撮像素子３は、半導体基板を備え、半導体基板の受光面３１側にはＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（金属酸化膜半導体素子）、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の素子を含む光電変換デバイスが設けられ、基板側表面３２には外部接続用電極である複数の電極パッド（図示略）が設けられている。電極パッドはアルミニウムや銅等の金属材料で形成される。

基板２は、電気回路が形成されたものであり、実装面２１に撮像素子３が実装される。必要に応じて実装面２１とは反対側の面２３に、抵抗、コンデンサ、集積回路等の撮像素子３を駆動する電子部品が実装される。基板２の実装面２１及びこれと反対側の面２３には、絶縁膜（ソルダレジスト等）又は図８に示すような絶縁層２０ａ、２０ｅが設けられている。好適に基板２は、図８に示すように絶縁層２０ａ、２０ｃ、２０ｅと導電層（配線層）２０ｂ、２０ｄとが交互に積層された多層基板を用いる。絶縁層２０ａ、２０ｃ、２０ｅは樹脂や複合材料等で形成され、導電層２０ｂ、２０ｄは銅やアルミニウム等で形成される。導電層２０ｂ、２０ｄには電気回路が夫々形成されており、多層基板の層方向に形成されたスルーホール等により層と層の間が電気的に接続されている周知の多層基板である。

基板２の実装面２１には凹部２４が形成されている。凹部２４の底面には、外部接続用電極である複数の電極パッド又は引出電極（図示略）が設けられている。電極パッド又は引出電極はアルミニウムや銅等の金属材料で形成される。
半田ボール４は、撮像素子３の基板側表面３２にグリッド状に配列される。尚、半田ボールの材料には、ＰｂとＳｎを主成分とした半田材料又は鉛フリーの半田材料が用いられる。半田ボール４は撮像素子３の基板側表面３２に設けられた電極パッド又は引出電極の上の形成される。また、半田ボール４は、基板２上に撮像素子３を実装した時、基板２の凹部２４内に位置するように配置される。

半田ボール４は、リフロー炉により溶融されて図１（ｂ）に示すように略柱状となり基板２と撮像素子３を接合する。基板２上に撮像素子３を実装した時に、基板２の凹部２４を囲む少なくとも一部の実装面２２が、撮像素子３の基板側表面３２のうち少なくとも凹部２４を挟んで対向する一対の端部３３と面接触する。即ち、基板２の凹部２４を囲む実装面のうち少なくとも凹部２４を挟んで対向した２つの部位２２が、撮像素子３の基板側表面３２の端部３３と面接触するようになっている。

本発明の実施形態に係る撮像モジュール１によれば、基板２に凹部２４を設けて、撮像素子３の基板側表面３２と基板２の凹部２４を囲む実装面２２とが面接触した状態で、凹部２４に位置する半田ボール４により基板２と撮像素子３が接合されているため、基板２と撮像素子３が確実に平行となる。特に、溶融接合前の半田ボール４の大きさにばらつきがある場合であってもこれに影響されず、基板２と撮像素子３を平行な状態で接合することができる。これにより、基板２の実装面２１を基準として光学系を組み込むことで、基板２に平行な撮像素子３に対しても光学系が適切に設定されることとなり、光軸調整が容易に行なえるようになる。
基板２と撮像素子３を平行にするための構造を基板２側にもたせたため、新たに部品を用いることなく簡単な装置構成で且つ低コストとすることができる。

また、図２の拡大図を参照して、凹部２４の深さＨが、溶融接合前の半田ボール４の直径Ｄの８０％以上９７％以下であることが好ましい。
半田ボール４は溶融接合により高さ方向に１０〜２０％程度収縮するが、凹部２４の深さＨが溶融接合前の半田ボール４の直径Ｄに対して８０％より小さいと、収縮率を考慮しても半田ボール４が相対的に凹部より大きすぎて、撮像素子３の基板側表面３２の端部３３が基板２の凹部２４を囲む実装面２２から浮いてしまい、撮像素子３が傾いてしまうおそれがある。これを防止するために撮像素子３の基板側表面３２の端部３３が基板２の凹部２４を囲む実装面２２に当接するまで加圧すると、半田ボール４が凹部２４の幅方向に広がってしまい、隣り合う半田ボール同士が接触してしまうおそれがある。一方、凹部２４の深さＨが溶融接合前の半田ボール４の直径Ｄに対して９７％より大きいと、半田ボール４と撮像素子３の接触面積が小さすぎて接合強度が低下するおそれがある。従って、凹部２４の深さＨを上記範囲内とすることで、溶融接合後に基板２の凹部２４を囲む実装面２２と撮像素子３の基板側表面３２の端部３３とを確実に当接させ、且つ隣り合う半田ボール同士の距離を一定に維持できるとともに、基板２と撮像素子３の接合強度を保つことができる。

図３乃至図６は、撮像モジュール１を撮像素子３側から見た平面図である。
凹部２４の形状は特に限定されないが、実装面２１側から見た時に、図３又は図５に示すような方形状、図４に示すような十字状、図６（ａ）、（ｂ）に示すような円形状等が用いられる。
図３に示す第１例では、凹部２４は実装面２１側から見て撮像素子３よりもひと回り小さい正方形状に形成されている。凹部２４の底面には、半田ボール４がグリッド状に並んでいる。基板２の凹部２４を囲む実装面２２がその全周にわたって、撮像素子３の基板側表面３２の端部３３と当接するようになっている。即ち、撮像素子３の基板側表面３２の端部３３のうち、対向した端部３３ａと端部３３ｃが夫々基板２の実装面２２と面接触するとともに、対向した端部３３ｂと端部３３ｄが夫々基板２の実装面２２と面接触しており、撮像素子３の端部３３の全周にわたって基板２の実装面２２と面接触するようになっている。このように、基板２の端部３３が凹部２４の全周にわたって基板２の実装面２２と面接触することにより、撮像素子３と基板２の接触面積を大きくでき、基板２と撮像素子３の平行を安定的に保つことができる。

図４に示す第２例では、凹部２４は実装面２１側から見て十字状に形成されている。基板２の凹部２４を囲む実装面のうち、十字の中心に向かって突出した部位の実装面２２が撮像素子３の端部３３ｅ〜端部３３ｈと面接触している。面接触する部位は４箇所存在し、撮像素子３の端部３３ｅと端部３３ｇが対向して位置し、端部３３ｆと端部３３ｈが対向して位置している。凹部２４の底面には、半田ボール４がグリッド状に並んでいる。さらに、基板２の実装面２２と当接していない撮像素子３の端部３４と、基板２の凹部２４を囲む実装面２１との間に間隙が設けられ、凹部２４と外部とを連通する開口部４０が形成されている。

このように、凹部２４を十字状に形成して撮像素子３の四隅に位置する端部３３ｅ〜３３ｈと基板２の凹部２４を囲む実装面２２とを面接触させることにより、基板２と撮像素子３とを平行にできる。さらに、基板２の凹部２４と外部とを連通する開口部４０を形成することにより、リフロー時に溶融した半田ボール４を硬化させる際に、放熱効果を高めて硬化を促進することができる。また、撮像モジュール１が撮像装置に組み込まれた状態においても優れた放熱効果を有し、撮像素子３が駆動して発熱した場合に開口部４０から放熱させることができる。また、撮像素子３の端部全周を基板２の実装面２１と面接触させていないため、撮像素子３のパッケージの小型化が可能となる。さらに、撮像素子３の基板側表面３２に対して半田ボール４の実装面積を有効にとることができる。

図５に示す第３例では、凹部２４は実装面２１側から見て長方形状に形成されている。基板２の凹部２４を囲む実装面２２のうち凹部２４を挟んで対向する２辺が撮像素子３の端部３３ｉ、端部３３ｊと面接触している。面接触する部位は２箇所存在する。凹部２４の底面には、半田ボール４がグリッド状に並んでいる。さらに、第２例と同様に、基板２の実装面２２と当接していない撮像素子３の端部３４と、基板２の凹部２４を囲む実装面２１との間に間隙が設けられ、凹部２４と外部とを連通する開口部４０が形成されている。

このように、凹部２４を長方形状に形成して、撮像素子３の対向する２辺の端部３３ｉ、端部３３ｊと基板２の凹部２４を囲む実装面２２とを夫々当接させることにより、基板２と撮像素子３とを平行にできる。さらに、基板２の凹部２４と外部とを連通する開口部４０を形成することにより、第２例と同様に、リフロー時に放熱効果を高めて硬化を促進することができ、撮像モジュール１が撮像装置に組み込まれた状態においても優れた放熱効果を有する。また、撮像素子３のパッケージの小型化が可能となるとともに、撮像素子３の基板側表面３２に対して半田ボール４の実装面積を有効にとることができる。
尚、開口部４０を有する第２例、第３例とを比較すると、放熱効果は第２例の方が高くなり、基板２と撮像素子３の平行安定性は第３例の方が高くなる。

図６（ａ）に示す第４例は、撮像素子パッケージをより一層小型化できる例で、（ｂ）に示す第５例は、撮像素子パッケージの実装面積をより有効に確保できる例である。
第４例及び第５例では、凹部２４は実装面２１から見て円形状に形成されている。一方、撮像素子３は方形状に形成されている。撮像素子３の基板側表面のうち角部に位置する４つの端部３３ｋ〜端部３３nが、基板２の凹部２４を囲む実装面２２に夫々面接触している。面接触する部位は４箇所存在し、撮像素子３の端部３３ｋと端部３３ｍが対向して位置し、端部３３ｌと端部３３ｎが対向して位置している。凹部２４の底面には、半田ボール４がグリッド状に並んでいる。さらに、基板２の実装面２２と当接していない撮像素子３の端部３４と、基板２の凹部２４を囲む実装面２１との間に間隙が設けられ、凹部２４と外部とを連通する開口部４０が形成されている。開口部４０は４箇所存在する。

このように、凹部２４を円形状に形成して撮像素子３の四隅に位置する端部３３ｋ〜３３ｎと基板２の凹部２４を囲む実装面２２とを面接触させることにより、基板２と撮像素子３とを平行にできる。さらに、基板２の凹部２４と外部とを連通する開口部４０を形成することにより、リフロー時に溶融した半田ボール４を硬化させる際に、放熱効果を高めて硬化を促進することができる。また、撮像モジュール１が撮像装置に組み込まれた状態においても優れた放熱効果を有し、撮像素子３が駆動して発熱した場合に開口部４０から放熱させることができる。また、撮像素子３の端部全周を基板２の実装面２１と面接触させていないため、撮像素子３のパッケージの小型化が可能となる。さらに、撮像素子３の基板側表面３２に対して半田ボール４の実装面積を有効にとることができる。

特に、上記した第４例においては、凹部２４を円形状に形成し、方形状の撮像素子３の角部に位置する端部３３ｋ〜３３ｎを基板２の実装面２２に面接触させる構成としたため、第１例に比べて撮像素子パッケージをより一層小型化できる。また、第５例においては、凹部２４を円形状にし、方形状の撮像素子３の角部に位置する端部３３ｋ〜３３ｎを基板２の実装面２２に面接触させるとともに、凹部２４と撮像素子３の面積を第４例より大きくとっているため、第１例に比べて、より半田ボール４の実装面積を有効にとることができる。

図７は光学系を備えた撮像モジュールの側断面図である。同図に示すように、撮像モジュール１は、半田ボール４を介して撮像素子３が実装された基板２上に、光学系６を保持した光学系保持部５が設けられていてもよい。この場合、光学系保持部５は、基板２の凹部２４周囲の実装面２１に設けられる。
光学系６は、光学レンズ、光学フィルタ又はプリズム等の光学素子が一又は複数組み合わされて構成される。光学系保持部５は、筒状に形成されて内周面に光学系６を保持している。

このように、光学系６が保持された光学系保持部５を基板２の凹部２４周囲の実装面２１に取り付けることにより、光軸に直交する光学系６の基準面を基板２の実装面２１とすることができ、この基板２の実装面２１に対して撮像素子３を平行にすることで、撮像素子３に対して光学系６の光軸を直交にすることが可能となる。
尚、図１乃至図８の少なくとも何れかに示した撮像モジュール１を備える撮像装置を構成することが好ましい。撮像装置は、例えばデジタルスチルカメラ、携帯端末用小型カメラ、車載カメラ、監視カメラ、画像検査装置の撮像手段等である。

次に、本発明の実施形態に係る撮像モジュール１の製造方法につき以下に説明する。
まず、基板２の実装面２１に凹部２４を形成する。図８に示すような多層基板２の場合、好適には、基板２を構成する層のうち凹部２４に対応する絶縁層２０ａに予め貫通穴を形成しておき、貫通穴が形成された絶縁層２０ａ、導電層２０ｂ、他の絶縁層２０ｃ、他の導電層２０ｄ、他の絶縁層２０ｅを順次積層していく。このとき、表面に露出する実装面２１とその反対側の面２３は、絶縁層を配置するか又は絶縁膜を設ける。さらに、凹部２４の底面に該当する層が導電層となる場合は、表面に絶縁膜（図示略）を設ける。尚、図面では１層のみに貫通穴を設けた構成としているが、凹部２４の深さに応じて貫通穴を設ける層数を設定するとよい。このようにして凹部２４を有する基板２を作製することにより、簡単に凹部２４を形成することが可能となる。好適には、凹部２４の深さは、溶融接合前の半田ボール４の直径の８０％以上９７％以下とする。

撮像素子３上に、凹部２４の深さより大きい直径を有する半田ボール４をグリッド状に配列する。好適には、半田ボール４は、凹部２４の深さより３％以上２５％以下の長さだけ直径が大きくなるように形成する。半田ボール４は撮像素子３に設けられた電極パッド又は引出電極の上に形成する。
次いで、半田ボール４が基板２の凹部２４内に位置するように基板２と撮像素子３とを対面させて位置合わせし、固定する。このとき、基板２の電極パッド又は引出電極に半田ボール４が当接する位置に固定する。

そして、半田ボール４を挟んで対面した基板２と撮像素子３をリフロー炉に導入し、これを半田ボール４が溶融する温度まで加熱する。加熱時は、基板２又は撮像素子３に半田ボール４側への圧力を加えてもよい。半田ボール４は溶融することにより撮像素子３の基板側表面３２に融着するとともに高さ方向に収縮するが、基板２の凹部２４を囲む実装面２２と、撮像素子３の基板側表面３２の端部３３とが当接した時点で半田ボール４はそれ以上収縮することがなくなる。
半田ボール４を溶融した後、基板２、撮像素子３、半田ボール４を冷却し、半田ボール４を硬化させる。基板２又は撮像素子３に圧力を加えた場合には、半田ボール４が硬化したら圧力を解除する。半田ボール４が硬化することにより基板２の実装面２２と、撮像素子３の基板側表面３２とが面接触した状態は維持され、凹部２４の半田ボール４により基板２と撮像素子３が接合された撮像モジュール１が製造される。

本発明に係る撮像モジュール１の製造方法によれば、撮像素子３に配設された半田ボール４が、基板２に形成された凹部２４に位置するように基板２と撮像素子３とを対向させた後半田ボール４を加熱溶融し、撮像素子３の基板側表面３２の端部３３と基板２の凹部２４を囲む実装面２２とを面接触させた状態で基板２と撮像素子３を接合しているため、基板２と撮像素子３を平行な状態で接合することができる。特に、溶融接合前の半田ボール４の大きさにばらつきがある場合であってもこれに影響されず、基板２と撮像素子３を平行な状態で接合可能である。これにより、基板２の実装面２１を基準として光学系を組み込むことで、基板２に平行な撮像素子３に対しても光学系が適切に設定されることとなり、光軸調整が容易に行なえるようになる。また、撮像素子２と基板３を平行にするための構造を基板２側にもたせたため、新たに部品を用いることなく簡単な装置構成で且つ低コストとすることができる。

１撮像モジュール
２基板
２１実装面
２２凹部を囲む実装面
２４凹部
３撮像素子
３１受光面
３２基板側表面
３３、３３ａ〜３３ｊ端部
４半田ボール
５光学系保持部
６光学系
４０開口部

Claims

凹部が実装面に形成され、前記凹部に外部接続用電極が設けられた基板と、
前記基板の前記実装面に実装される撮像素子と、
前記基板と前記撮像素子とを接合する半田ボールとを備え、
前記基板と前記撮像素子とが前記半田ボールを介して接合された状態で、前記撮像素子の基板側表面のうち少なくとも前記凹部を挟んで対向する一対の端部が、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面と面接触していることを特徴とする撮像モジュール。
前記凹部の深さは、前記基板と前記撮像素子を接合する前の前記半田ボールの直径の８０％以上９７％以下であることを特徴とする請求項１記載の撮像モジュール。
前記基板の前記凹部を囲む前記実装面と前記撮像素子の基板側表面の前記端部とが、前記凹部の全周にわたって面接触していることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像モジュール。
前記基板の前記実装面と面接触していない前記撮像素子の端部と、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面との間に間隙を設けて、前記凹部と撮像モジュールの外部を連通する開口部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像モジュール。
前記基板の前記実装面に固設された光学系保持部と、
前記光学系保持部に保持された光学系と、を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像モジュール。
請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像モジュールを含むことを特徴とする撮像装置。
基板と、前記基板の実装面に実装される撮像素子とを半田ボールにより接合して撮像モジュールを製造する撮像モジュールの製造方法において、
前記基板の前記実装面に凹部が形成され、前記撮像素子の基板側表面に前記凹部の深さより直径が大きい前記半田ボールが複数配設されており、
前記凹部に前記半田ボールが位置するように前記基板と前記撮像素子とを対向させる工程と、
前記半田ボールを加熱溶融し、前記撮像素子の基板側表面のうち少なくとも前記凹部を挟んで対向する一対の端部を、前記基板の前記凹部を囲む前記実装面と面接触させるとともに、前記半田ボールにより前記基板と前記撮像素子とを接合する工程と、
前記半田ボールを硬化させる工程と、を備えることを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
前記撮像素子に配設される前記半田ボールは、前記基板の前記凹部の深さより３％以上２５％以下の長さだけ直径が大きいことを特徴とする請求項７記載の撮像モジュールの製造方法。
前記基板が多層基板であり、
前記基板を構成する層のうち前記凹部に対応する層に予め貫通穴を形成しておき、前記貫通穴が形成された層を含む複数の層を積層することにより前記凹部を形成して前記基板を作製する工程を含むことを特徴とする請求項７又は８記載の撮像モジュールの製造方法。