JP2011138089A - ウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュール及び撮像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー工程の温度に起因する基板の歪みやレンズの割れ等の不具合を防止できるウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュール及び撮像ユニットを提供する。
【解決手段】基板３１Ａと、該基板３１Ａに設けられた複数のレンズ３０と、を備えるウェハレベルレンズアレイ３Ａであって、基板３１Ａには、第１の表面Ｓ１から該第１の表面Ｓ１とは反対側の第２の表面Ｓ２にわたって該基板３１Ａの厚み方向に貫通する複数の貫通孔３２が形成され、レンズ３０は、熱硬化性樹脂を複数の貫通孔３２のそれぞれに埋めて設けられており、基板３１Ａが熱硬化性樹脂を熱硬化させる温度に対して耐熱性を有し、かつ、温度における基板３１Ａの線膨張係数が該熱硬化性樹脂の線膨張係数より小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板の貫通孔にレンズが設けられたウェハレベルレンズアレイ、このウェハレベルレンズアレイを分離してなるレンズモジュール、このレンズモジュールを備えた撮像ユニットに関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの電子機器の携帯端末には、小型で薄型な撮像ユニットが搭載されている。このような撮像ユニットは、一般に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子と、固体撮像素子上に被写体像を結像するレンズと、を備えている。

携帯端末の小型化・薄型化、そして携帯端末の普及により、それに搭載される撮像ユニットにも更なる小型化・薄型化が要請され、そして生産性が要請される。かかる要請に対して、複数のレンズが形成されたレンズ基板と、複数の固体撮像素子が形成されたセンサ基板とを一体に組み合わせ、その後に、それぞれにレンズ及び固体撮像素子を含むようにレンズ基板及びセンサ基板を切断して撮像ユニットを量産する方法が知られている。以下、レンズ基板に形成された複数のレンズの個々のレンズをウェハレベルレンズ（又は、単に、レンズ）と呼び、レンズ基板に形成されたレンズ群を、このレンズ基板を含めて、ウェハレベルレンズアレイと呼ぶ。

従来のウェハレベルレンズアレイとしては、ガラス等の光透過性材料で形成された平行平板の基板の表面に硬化性樹脂材料を滴下し、この樹脂材料を成形型にて所定の形状に整形した状態で硬化させ、複数のレンズを形成したものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。

しかしながら、特許文献１、２に開示されたウェハレベルレンズアレイでは、レンズが、硬化性樹脂材料からなる部分と該硬化性樹脂材料とは光学特性の異なる基板材料からなる部分を含み、それらの境界で反射を生じる。それにより、フレアやゴーストが発生して画像品質を悪化させるという光学性能上の不都合が起こり得る。

特許文献３に開示されたウェハレベルレンズアレイは、基板に貫通孔を設け、この貫通孔にレンズが配置される構造である。特許文献３の構造であれば、光が通過するレンズ部分においては、基板とレンズ部分との間に境界がなく、フレアやゴーストの発生を防止することが可能である。

特許第３９２６３８０号公報 国際公開第０８／１０２６４８号 国際公開第０９／０７６７９０号

ところで、上述の撮像モジュールを備えた撮像装置を製造する場合に、量産するためにプロセスの簡略化が図られている。製造工程の一例としては、複数のウェハレベルレンズアレイと固体撮像素子が形成されたセンサ基板とを貼り合せ、切断して撮像モジュールとし、この撮像モジュールに高温の半田等を用いるリフロー工程を行う。リフロー工程では、撮像モジュールが２００℃以上（一般的には２５０℃〜２７０℃）の温度に晒される。したがって、レンズ材料はこのリフロー工程の温度に耐えられる耐熱性を有する材料である必要がある。

上記特許文献３では、耐熱材料として紫外線硬化性樹脂が開示されている。しかし、特許文献３のように、レンズ材料を型で挟み込んで型押しした状態でＵＶ光を照射するには、成形型がＵＶ光を透過することができる構成であることが必要であるため、成形型の選択の自由度が低くなることが避けられない。

一方、紫外線硬化性樹脂以外の耐熱材料として、熱硬化性樹脂が知られている。 熱硬化性樹脂であれば、紫外線硬化性樹脂の場合に比べて成形型の選択の自由度が高くなる。しかし、熱硬化性樹脂の場合には、レンズの成形工程において、熱硬化性樹脂を加熱し、硬化させる処理を行うため、レンズが設けられた基板も加熱による影響を受ける。特に、レンズを設けるための貫通孔が形成されたウェハレベルレンズアレイでは、レンズを熱硬化させる際の加熱によって基板に反りや歪み等の変形が生じる虞がある。また、基板の熱収縮に起因して、該基板に設けられた貫通孔同士の間隔（孔ピッチ）にずれが生じる虞もある。

本発明は、レンズ材料として熱硬化性樹脂を用いつつ、熱硬化性樹脂を熱硬化させるときの加熱によって基板に不具合が生じることを防止できるウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュール及び撮像ユニットを提供する。

本発明は、基板と、該基板に設けられた複数のレンズと、を備えるウェハレベルレンズアレイであって、
前記基板には、該基板の第１の表面から該第１の表面とは反対側の第２の表面にわたって該基板の厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記レンズは、熱硬化性樹脂を複数の前記貫通孔のそれぞれに埋めて設けられており、
前記基板が前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる温度に対して耐熱性を有し、かつ、前記温度における前記基板の線膨張係数が該熱硬化性樹脂の線膨張係数より小さいウェハレベルレンズアレイである。

本発明のウェハレベルレンズアレイは、レンズの熱硬化時に基板が加熱によって影響をうけにくく、また、線膨張係数がレンズより小さいため、熱収縮する量がレンズに対して小さい。このため、基板に変形や、形成されている貫通孔の孔ピッチのずれが生じるといった不具合を防止することができる。

本発明によれば、レンズ材料として熱硬化性樹脂を用いつつ、熱硬化性樹脂を熱硬化させるときの加熱によって基板に不具合が生じることを防止できるウェハレベルレンズアレイ、レンズモジュール及び撮像ユニットを提供できる。

本発明の実施形態の一例を説明するための、撮像ユニットの断面図である。 本発明の実施形態の一例を説明するための、ウェハレベルレンズアレイの斜視図である。 図２のウェハレベルレンズアレイの断面図である。 図２のウェハレベルレンズアレイの変形例の断面図である。 図２のウェハレベルレンズアレイの製造方法の一例に係り、該製造方法に用いる成形型の断面図である。 図５の成形型を用いたウェハレベルレンズアレイの製造方法の一例を示す図である。 図５の成形型を用いたウェハレベルレンズアレイの製造方法の一例を示す図である。 図５の成形型を用いたウェハレベルレンズアレイの製造方法の一例を示す図である。 図５の成形型を用いたウェハレベルレンズアレイの製造方法の変形例を示す図である。 図１の撮像ユニットの製造方法の一例を示す図である。 図１の撮像ユニットの製造方法の他の例を示す図である。 図１の撮像ユニットの製造方法の他の例を示す図である。 図１２の撮像ユニットの製造方法を、それに用いるウェハレベルレンズアレイ及びウェハレベルセンサアレイの断面で示す図である。 図１の撮像ユニットの製造方法の他の例を示す図である。

図１に示すように、撮像ユニット１は、固体撮像素子２０を含むセンサモジュール２と、固体撮像素子２０に被写体像を結像させるレンズ３０を含むレンズモジュール３と、を備えている。

センサモジュール２は、基板部２１、及び基板部２１に設けられた固体撮像素子２０を含んでいる。基板部２１は、例えばシリコンなどの半導体材料で形成されており、平面視略矩形状に形成されている。固体撮像素子２０は、基板部２１の略中央部に設けられている。この固体撮像素子２０は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどであり、基板部２１に対して周知の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、不純物添加工程、等を繰り返し、該基板部に電極、絶縁膜、配線、等を形成して構成されている。

レンズモジュール３は、基板部３１、及び基板部３１に設けられたレンズ３０を含んでいる。基板部３１は、センサモジュール２の基板部２１と略同一の平面視略矩形状に形成されている。基板部３１の中央部には、基板部３１の第１の表面Ｓ１から第１の表面Ｓ１とは反対側の第２の表面Ｓ２にわたって基板部３１を厚み方向に貫通する平面視略円形状の貫通孔３２が設けられている。レンズ３０は、基板部３１の貫通孔３２を埋めて設けられている。そして、レンズ３０には、所定のレンズ面ＬＳ１，ＬＳ２が形成されている。

レンズモジュール３は、その基板部３１とセンサモジュール２の基板部２１との間にスペーサ４を介してセンサモジュール２に積層され、センサモジュール２に組み付けられている。スペーサ４と両モジュール２，３の基板部２１，３１とは、例えば接着剤などを用いて接合される。このスペーサ４は、レンズモジュール３のレンズ３０がセンサモジュール２の固体撮像素子２０上で被写体像を結像させるように、両モジュール２，３の基板部２１，３１の間に所定の距離を置く厚みとなっている。

スペーサ４は、両モジュール２，３の基板部２１，３１の間に所定の距離を置くことができる限り、その形状は特に限定されるものではなく、例えば四隅にそれぞれ設けられる柱状の部材であってもよい。また、スペーサ４は、図示の例のように、センサモジュール２の固体撮像素子２０の周囲を取り囲んで両モジュール２，３の基板部２１，３１の間の空間を外より隔絶する枠状の部材であってもよく、これによれば、両モジュール２，３の基板部２１，３１の間から固体撮像素子２０に付着するゴミ等の異物の影響を防止することができる。更に、スペーサが光を遮断する材料で形成されていれば、固体撮像素子２０に入射する不要な光をスペーサ４によって遮ることができる。

なお、図示の例では、センサモジュール２に組み合わされるレンズモジュール３が１つであるが、複数のレンズモジュール３が組み合わされる場合もある。その場合には、複数のレンズモジュール３は、スペーサ４と同等のスペーサを介してセンサモジュール２に順次積層され、センサモジュール２に組み付けられる。

以上のように構成された撮像ユニット１は、携帯端末の回路基板にリフロー工程を行うことで実装される。即ち、回路基板には、撮像ユニット１が実装される位置に予めペースト状の半田が適宜印刷されており、そこに撮像ユニット１が載せられ、この撮像ユニット１を含む回路基板に赤外線の照射や熱風の吹付けといった加熱処理が施され、それにより半田を溶かして撮像ユニット１は回路基板に実装される。

上述のレンズモジュール３は、図２及び図３に示すレンズ基板３１Ａに複数のレンズ３０が設けられたウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａを切断し、それぞれにレンズ３０及びレンズ３０を保持する基板部３１を含んで分離されて形成される。また、上述のセンサモジュール２も同様に、基板に複数の固体撮像素子が設けられたウェハレベルセンサアレイの該基板を切断し、それぞれに固体撮像素子及び該固体撮像素子を保持する基板部を含んで分離されて形成される。以下に、ウェハレベルレンズアレイ３Ａについて詳細に説明する。

図２及び図３に示すように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａは、平面視略円形状に形成された平行平板の基板３１Ａと、基板３１Ａに格子状に配列されて設けられた複数のレンズ３０と、を備えている。基板３１Ａには、各レンズ３０の配置箇所に対応して、基板３１Ａを第１の表面Ｓ１から第１の表面Ｓ１とは反対側の第２の表面Ｓ２にわたって基板３１Ａを厚み方向に貫通する平面視略円形状の貫通孔３２が複数設けられている。

レンズ３０は、貫通孔３２を埋めて基板３１Ａに設けられている。レンズ３０の貫通孔３２内に収容される部分の外周面は、貫通孔３２の内周面に密着している。それにより、レンズ３０と基板３１との接合強度が得られる。なお、外周面が貫通孔３２の内周面に密着するレンズ３０の形成について、その詳細は後述するが、ガラスや樹脂などをレンズ材料とした圧縮成形ないし射出成形を例示することができる。

そして、レンズ３０には、それぞれ所定のレンズ面ＬＳ１，ＬＳ２が形成されている。図示の例では、レンズ面ＬＳ１，ＬＳ２は、いずれも凸の球面に形成されている。なお、これらのレンズ面ＬＳ１，ＬＳ２は凹の球面であってもよいし、非球面であっても良い。

更に、レンズ面ＬＳ１，ＬＳ２が形成されるレンズ３０の光軸方向の両端部３０ａ，３０ｂのうち少なくとも一方の端部は、貫通孔３２より突出する。そして、貫通孔３２より突出するレンズ３０の端部には、基板３１Ａの第１の表面Ｓ１における貫通孔３２の周辺部３２ａ又は第２の表面Ｓ２における貫通孔３２の周辺部３２ｂに重なり合う延在部が設けられる。図示の例では、レンズ３０の両端部３０ａ，３０ｂのいずれもが貫通孔３２より突出しており、端部３０ａには基板３１Ａの第１の表面Ｓ１における貫通孔３２の周辺部３２ａに重なり合う延在部３３ａが設けられ、端部３０ｂには基板３１Ａの第２の表面Ｓ２における貫通孔３２の周辺部３２ｂに重なり合う延在部３３ｂが設けられている。換言すれば、レンズ３０の中心軸（光軸）Ｘからレンズ３０の延在部３３ａ，３３ｂの先
端までの距離をｄとし、延在部３３ａ，３３ｂが重なる基板３１Ａの表面における貫通孔３２の開口半径をｒとしたときに、ｄ＞ｒを満たし、延在部３３ａ，３３ｂは、基板３１Ａの表面に係合する。レンズ３０の延在部３３ａ，３３ｂが貫通孔３２の周辺部に重なり合って基板３１の表面に密着することにより、レンズ３０と基板３１との接合強度が高められる。

これらの延在部３３ａ，３３ｂは、貫通孔３２より突出したレンズ３０の端部３０ａ，３０ｂの周縁の全周から、基板３１の表面Ｓ１，Ｓ２に沿って外径側に広がって、平面視略円環状に形成されている。延在部３３ａ，３３ｂが略円環状に形成され、貫通孔３２の周辺部３２ａ，３２ｂに全周にわたって重なり合うことにより、レンズ３０と基板３１Ａとの接合が一層強固となる。更に、両延在部３３ａ，３３ｂで基板３１Ａを挟むことによって、レンズ３０と基板３１Ａとの接合は、より一層強固となる。

なお、レンズ３０の延在部の形状は、上述の延在部３３ａ，３３ｂのような略円環状のものに限られるものではない。延在部は、貫通孔３２の周辺部の少なくとも一部に重なり合うものであればよく、例えば、レンズ３０の端部３０ａ，３０ｂの周縁からそれぞれ放射状に延びる１又は複数の小片であってもよい。
また、レンズ３０は延在部が設けられる構成に限定されない。レンズ３０は、その端部３０ａ，３０ｂの周縁が基板３１の表面Ｓ１，Ｓ２側に広がることなく、貫通孔３２の内周面に位置する構成としてもよい。

このように構成されるレンズ３０は、その全体が均質な材料で形成されるので、光学性能に優れる。即ち、レンズ３０の光軸Ｘ上に、屈折率等の光学特性が互いに異なる材料同士の境界は形成されず、境界における反射、それによるフレアやゴーストの発生といった光学性能上の不都合が回避される。

そして、レンズ３０は、その延在部３３ａ，３３ｂにより、基板部３１との接合が確立されるので、例えば半田付けなどによる基板部３１との接合作業を要せず、よって、生産性に優れる。

上述したウェハレベルレンズアレイ３Ａのレンズ３０は、その両端部３０ａ，３０ｂが、いずれも貫通孔３２より突出し、また、レンズ面ＬＳ１，ＬＳ２がいずれも凸の球面であるが、これに限られるものではない。以下に、ウェハレベルレンズアレイ３Ａのレンズ３０の変形例を説明する。

図４Ａに示す変形例のレンズ３０は、その両端部３０ａ，３０ｂが、いずれも貫通孔３２より突出し、端部３０ａ，３０ｂには延在部３３ａ，３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１は凹の球面となっている。また、レンズ面ＬＳ２は凸の球面となっている。

図４Ｂに示す変形例のレンズ３０は、その両端部３０ａ，３０ｂが、いずれも貫通孔３２より突出し、端部３０ａ，３０ｂには延在部３３ａ，３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１，ＬＳ２は、いずれも凹の球面となっている。

図４Ｃに示す変形例のレンズ３０は、その両端部３０ａ，３０ｂが、いずれも貫通孔３２より突出し、端部３０ａ，３０ｂには延在部３３ａ，３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１は非球面となっている。また、レンズ面ＬＳ２は凸の球面となっている。

図４Ｄに示す変形例のレンズ３０は、その両端部３０ａ，３０ｂが、いずれも貫通孔３２より突出し、端部３０ａ，３０ｂには延在部３３ａ，３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１，ＬＳ２は、いずれも非球面となっている。

図４Ｅに示す変形例のレンズ３０は、その両端部３０ａ，３０ｂが、いずれも貫通孔３２より突出し、端部３０ａ，３０ｂには延在部３３ａ，３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１は、非球面であり、その中央部が貫通孔３２内に進入している。また、レンズ面ＬＳ２は凸の球面となっている。

図４Ｆに示す変形例のレンズ３０は、一方の端部３０ａは貫通孔３２内に収容され、他方の端部３０ｂが貫通孔３２より突出しており、貫通孔３２より突出している端部３０ｂにのみ延在部３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１は凹の球面となっている。また、レンズ面ＬＳ２は凸の球面となっている。

図４Ｇに示す変形例のレンズ３０は、一方の端部３０ａは貫通孔３２内に収容され、他方の端部３０ｂが貫通孔３２より突出しており、貫通孔３２より突出している端部３０ｂにのみ延在部３３ｂが形成されている。そして、レンズ面ＬＳ１は凹の球面となっている。また、レンズ面ＬＳ２は非球面となっている。

なお、レンズ３０のレンズ面ＬＳ１，ＬＳ２の形状の組み合わせは、図３や図４Ａ〜Ｇに示すものに限られず、凸若しくは凹の球面、又は非球面を種々に組み合わせることができる。

基板３１Ａに貫通孔３２が形成され、レンズ３０は貫通孔３２を埋めて設けられることにより、図４Ｅに示すように、レンズ３０の一方のレンズ面ＬＳ１の一部が貫通孔３２内に進入するようなレンズ形状や、図４Ｆ及び図４Ｇに示すように、レンズ３０の一方のレンズ面ＬＳ１及び該レンズ面ＬＳ１が形成される端部３０ａが貫通孔３２内に収容されるようなレンズ形状を採ることも可能となり、レンズの設計自由度が高まる。即ち、レンズ設計によっては、レンズ面が基板に接触し得る非球面形状となる場合がある。ここで、基板に貫通孔がないものにあって、そのような非球面形状を設計通りに保とうとすると、基板に接触し得るレンズ面の部分の周囲を厚くして基板とレンズ面との接触を避けることが考えられるが、そうするとレンズ全体の厚みが増してしまい、レンズが大型化してしまう。他方、レンズの大型化を回避しようとすると、そのような非球面形状を採ることができず、レンズ設計の自由度が制限される。これに対し、上述のとおり、基板３１に貫通孔３２があれば貫通孔３２内にレンズ面が潜り込むことが可能となり、レンズ面が基板３１に接触しないような設計にとらわれずにレンズ設計の自由度が高まり、また、レンズ３０を無駄に厚くする必要がなく、レンズ３０の小型化（低背化）を達成することができる。

ウェハレベルレンズアレイ３Ａのレンズ３０を形成する材料としては、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は加工性に優れており、成形型等でレンズ面を簡易かつ安価に形成するのに適している。また、熱硬化性樹脂は、紫外線硬化性樹脂に比べて、使用する成形型の自由度が高いという利点がある。

熱硬化性樹脂は、熱硬化時の温度が７０℃〜３００℃の範囲であることが好ましく、更に好ましくは１２０℃〜２００℃である。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂（熱硬化する温度：１２０℃〜２００℃）、アクリル樹脂（熱硬化する温度：１２０℃〜２００℃）、シリコーン樹脂（熱硬化する温度：１３０℃〜２００℃）等を例示することができる。特に、レンズ３０を形成する材料としてエポキシ樹脂又はアクリル樹脂が好ましい。

熱硬化性樹脂は、熱硬化時の線膨張係数が０．５×１０^−５／℃〜１０．０×１０^−５／℃の範囲であることが好ましい。更に好ましくは、１．０×１０^−５／℃〜１０．０×１０^−５／℃であり、より好ましくは、５．０×１０^−５／℃〜８．０×１０^−５／℃である。線膨張係数は温度によって変化するが、ここでは、常温域（−３０℃〜７０℃）に対する線膨張係数を用いる。

ウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａを形成する材料としては、レンズ３０の熱硬化時の加熱による影響を受けにくい耐熱性が高いものを用いる。こうすれば、上述した基板３１Ａの貫通孔３２にレンズ３０を成形する際に、熱硬化の加熱によって基板３１Ａに反りや歪み等の変形が生じることを防止できる。また、基板３１Ａに形成されている貫通孔３２同士の孔ピッチにずれが生じにくくなる効果がある。

基板３１Ａを形成する材料としては、ガラスを用いることができる。ガラスは種類が豊富であるため材料として選択できるものが多いうえ、耐熱性に優れているため上述した撮像ユニット１のリフロー実装にも好適である。また、ガラスは加工しやすいため、基板３１Ａに貫通孔３２の孔開け加工が行いやすく、コストの低減を図ることができる。ガラスとしては、例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が３４０℃以上である低融点ガラス等を用いることができる。

また、基板３１Ａを形成する材料としては、シリコン（Ｓｉ）を用いることができる。

基板３１Ａにガラスを用いる場合、ガラスはその線膨張係数が０．５×１０^−５／℃〜８．０×１０^−５／℃と小さい特徴があるため、熱硬化性樹脂を熱硬化させるときの加熱による熱膨張が小さいため、基板３１Ａの貫通孔３２同士の孔ピッチのずれが生じることなく、適正な孔ピッチを確保することができる。
また、基板３１Ａにシリコンを用いる場合、シリコンはその線膨張係数が（温度２０〜５０℃の範囲において）約０．２４×１０^−５／℃程度とガラスよりも更に小さい。このため、基板３１Ａの貫通孔３２同士の孔ピッチの精度をより確実に保つことができる。

基板３１Ａの材料をガラス又はシリコンとすれば、レンズ成形時の強度の点で有利である。レンズの成形時には、基板３１Ａの貫通孔３２内部に熱硬化性樹脂を滴下し、基板３１Ａをその両面から型部材で挟み込むことで貫通孔３２内の熱硬化性樹脂に圧力を加えながら硬化させる。このとき、基板３１Ａの材料の強度が小さい場合には型部材による圧力と、熱硬化性樹脂が熱膨張により貫通孔３２の内側から基板３１Ａにかかる圧力に負けてしまう。基板３１Ａの材料をガラス又はシリコンとすれば、レンズ成形時にかかるこれらの圧力に負けることがないように十分な強度を確保することができる。

貫通孔３２が形成された基板３１Ａにおいては、該基板３１Ａの平面度が重要となる。基板３１Ａの平面度が低いと、つまり、基板３１Ａの表面がわずかに曲面や非平面の部分を含んでいると、基板３１Ａをその両面から型部材で挟み込んだ状態で、型部材と基板３１Ａ表面との間に微小な隙間が発生する。すると、この隙間から熱硬化性樹脂が漏れ出て、成形不良となる。このため、基板３１Ａは平面度が確保しやすい材料が好ましく、例えばガラス等が好適である。

また、基板３１Ａを形成する材料としては、レンズ３０を形成する熱硬化性樹脂を熱硬化させる温度において、該熱硬化性樹脂よりも線膨張係数が小さいものを用いる。こうすれば、熱硬化時の加熱によってレンズ３０に熱収縮が生じたとき、基板３１Ａに反り等の変形が生じにくい。

レンズ３０を形成する材料と基板３１Ａの基材を形成する材料との線膨張係数が近ければ、上述した撮像ユニット１のリフロー実装において、レンズ３０の歪みや割れといった不具合を回避することができる。基板３１の材料とレンズ３０の材料との線膨張係数の差は、１．０×１０^−５／℃以下であることが好ましく、更に、線膨張係数の差が０．５×１０^−５／℃以下であることがより好ましい。

また、基板３１Ａを形成する材料としては、レンズ３０を形成する材料と屈折率が近しいことが好ましい。レンズ３０を形成する材料、及び基板３１Ａの基材を形成する材料の屈折率が近ければ、互いに接するレンズ３０の貫通孔３２内に収容される部分の外周面と貫通孔３２の内周面との境界における内面反射を低減することができる。

貫通孔３２の内周面に黒色インクを塗布するなどして反射防止層を設けてもよい。それによっても、互いに接するレンズ３０の貫通孔３２内に収容される部分の外周面と貫通孔３２の内周面との境界における内面反射を低減することができる。こうすれば、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。

基板３１Ａを形成する材料として、ガラスなどの赤外線透過率の比較的高い材料を用いる場合には、基板３１Ａの第１の表面Ｓ１又は第２の表面Ｓ２のうち少なくとも一方の表面において、貫通孔３２以外の箇所表面に赤外線吸収層を設けてもよい。それによれば、上述の撮像ユニット１のリフロー実装を赤外線照射により行う場合に、センサモジュール２の固体撮像素子２０に照射される赤外線を低減し、加熱による固体撮像素子２０の劣化を防止することができる。

基板３１Ａを形成する材料として、ガラスなどの可視光に対して透明な材料を用いる場合には、第１の表面Ｓ１又は第２の表面Ｓ２のうち少なくとも一方の表面において、貫通孔３２以外の箇所を少なくとも可視光に対して不透明とする処理を施す。入射光が貫通孔の内部で反射してゴースト等が生じることを防止できる。不透明化処理としては、例えば黒色インクを塗布し、或いはクロム薄膜を蒸着によって形成するといった処理を挙げることができる。なお、特開平９−１８８５４２に記載された紫外線透過黒色ガラスは、可視光を遮断し、かつ近紫外線のみを選択的に透過するものであり、かかる紫外線透過黒色ガラスは、上記の不透明化処理を要しないため好適である。

次に、上述したウェハレベルレンズアレイ３Ａの製造方法の一例を説明する。

図５Ａ及び５Ｂは、図４Ａに示す形状のレンズ３０を圧縮成形によりウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａに形成するための成形型の構成例を示す図であり、図５Ａは、成形型の型開き状態を示し、図５Ｂは、成形型の型閉じ状態を示している。

図５に示す成形型は、一対の型部材として上側型部材１１２と下側型部材１１４とを備え、これら型部材の間でウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａを挟み込み、基板３１Ａに予め形成された貫通孔３２の内周面と両方の型部材１１２，１１４の対向面との間にレンズを形成するための成形空間Ｓを区画する。なお、ここでいう「上側」及び「下側」とは、本構成例を説明する図中の位置関係を示しているのみであり、例えばその位置関係は上下に入れ替えられてもよい。つまり、成形型は、上側型部材１１２及び下側型部材１１４のうち一方を第１型部材、他方を第２型部材とした場合に、第１型部材及び第２型部材を型閉じ状態、型開き状態とすることが可能であればそれらの位置関係は特に限定されない。

図５Ｂの点線は、形成されるレンズの中心線を示している。上側型部材１１２は、下側型部材１１４に対向する面に、中心線と重なる位置を中心に突出する凸部１１２ａを有する。下側型部材１１４は、上側型部材１１２に対向する面に、中心線と重なる位置を中心に碗状に窪んだ凹部１１４ａを有する。上側型部材１１２の凸部１１２ａ、及び下側型部材１１４の凹部１１４ａによってレンズ面が規定される。形成されるレンズの形状に応じて、上側型部材１１２及び下側型部材１１４の形状は適宜変更される。

また、図５Ｂに示すように、上側型部材１１２には、型閉じ状態において成形空間Ｓと連通する段差状の逃げ部１１２ｓが形成されている。逃げ部１１２ｓは、凸部１１２ａに連なって形成され、貫通孔３２の孔径の外側まで延びている。逃げ部１１２は、レンズの成形時に、余分なレンズ材料を収容する機能を有する。逃げ部１１２の具体的な作用については、レンズを形成する工程においてあわせて説明する。また、下側型部材１１４にも同様に逃げ部１１４ｓが形成されていてもよい。

図６〜図８は、図５に示す成形型を用いたウェハレベルレンズアレイの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明で用いる図では、ウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａに形成された複数の貫通孔３２それぞれにレンズ３０を形成する手順において、１つのレンズ３０に着目したときの各手順の状態を示している。

図６Ａに示すように、先ず、上側型部材１１２及び下側型部材１１４を型開き状態とし、下側型部材１１４の上面に、予め貫通孔３２が形成された基板３１Ａの位置決めを行い、基板３１Ａを配置する。このとき、下側型部材１１４の凹部１１４ａの上方に、基板３１Ａの貫通孔３２が位置する。

そして、図６Ｂに示すように、下側型部材１１４の凹部１１４ａに、基板３１Ａの貫通孔３２を通してレンズ材料Ｍを供給する。ここで、レンズ材料Ｍが常温で液状の熱硬化性樹脂である場合には、所定の量だけ滴下する。

レンズ材料Ｍを供給した後、図６Ｃに示すように、レンズ材料Ｍを凹部１１４ａに覆い被せる。ここで、レンズ材料Ｍが液状の樹脂である場合には、滴下された樹脂が自然に広がることで、凹部１１４ａに覆い被さる。一方、レンズ材料Ｍが固体状のガラス又は樹脂である場合には、図６Ｂの後で、レンズ材料Ｍを加熱溶融する工程を行うことで、溶かしたレンズ材料を凹部１１４ａ上方に行き渡らせる。

なお、上記の手順では、下側型部材１１４に基板３１Ａを配置した後で、レンズ材料Ｍを供給したが、先に下側型部材１１４の凹部１１４ａにレンズ材料Ｍを供給し、その後、基板３１Ａを配置することも可能である。しかし、常温で液状のレンズ材料である場合に、先にレンズ材料の滴下を行うと、レンズ材料が基板３１Ａと下側型部材１１４との間に入り込むことに起因して基板３１Ａが浮き上がってしまい、基板３１Ａの平行度に影響を与える可能性がある。この場合には、先に基板３１Ａを配置し、その後、レンズ材料Ｍを供給することが好ましい。

図７は、図６の手順に続く工程を示す図である。図７Ａに示すように、型閉じ状態にセットするため、レンズ材料Ｍが供給された下側型部材１１４に対して上側型部材１１２を位置決めし、その後、降下させる。なお、下側型部材１１４を上側型部材１１２に対して移動させてもよく、又は、上側型部材１１２と下側型部材１１４の両方を相互に移動させてもよい。

図７Ｂに示すように、上側型部材１１２を降下させることで、凸部１１２ａでレンズ材料Ｍを押圧しつつ、該凸部１１２ａの一部が基板３１Ａの貫通孔３２の内部に進行する位置まで移動させる。

上記の成形型の配置のように、凹部１１４ａにレンズ材料が保持された下側型部材１１４に対して上側型部材１１２の凸部１１２ａを押し下げる構成とすれば、レンズ材料Ｍにエアが混入することを抑えることができる。また、凹部１１４ａが形成された下側型部材１１４を下方位置とすることで、凸部の型部材を下方位置にする場合に比べて、レンズ材料を凹部によって保持させやすい。

図８は、成形型の型閉じ状態を示す図である。型閉じ状態では、上側型部材１１２が基板３１Ａの上面に当接し、下側型部材１１４の凹部１１４ａ、上側型部材１１２の凸部１１２ａ、基板３１Ａの貫通孔３２によってレンズ材料Ｍが密閉された状態となる。このとき、上側型部材１１２の凸部１１２ａによって凹のレンズ面ＬＳ１が形成され、下側型部材１１４の凹部１１４ａによって凸のレンズ面ＬＳ２が形成される。そして、逃げ部１１２ｓ，１１４ｓに入り込んだレンズ材料により、延在部３３ａ，３３ｂが形成される。

レンズ材料が熱硬化性樹脂であるため、成形型を型閉じ状態とした後、レンズ材料に熱を加えてレンズ材料を硬化させる工程を行う。

なお、硬化させる際の収縮に起因してレンズの一部に型の形状が適正に転写しない現象、所謂、ひけによる転写不良が発生することがある。このような場合には、以下に説明する工程を行うことが好ましい。

図９は、ウェハレベルレンズアレイの製造方法の変形例を示す図である。レンズ材料が硬化時に収縮する場合には、レンズ面ＬＳ１を形成する凸部１１２ａ、及びレンズ面ＬＳ２を形成する凹部１１４ａの全体にレンズ材料Ｍが行き渡るまで上側型部材１１２を押し下げた際に、上側型部材１１２と基板３１Ａとの間に隙間ｇがおかれるよう、レンズ材料Ｍを予め多めに供給しておく。次いで、基板３１Ａとの間に隙間ｇを残す位置まで上側型部材１１２を押し下げてレンズ材料Ｍを押圧していく（主加圧工程）。次いで、レンズ材料Ｍを硬化させる。その際に、レンズ材料Ｍの収縮に応じて、基板３１Ａとの間に隙間ｇのストロークの間で上型１１２を下降させ、レンズ材料Ｍを押圧し続ける（硬化時加圧工程）。これによれば、レンズ材料Ｍの収縮によっても、凸部１１２ａ及び凹部１１４ａがレンズ材料Ｍに密着した状態を維持できるので、凸部１１２ａ及び凹部１１４ａの形状が適正にレンズ材料Ｍに転写される。ここで、硬化時加圧工程でかける圧力としては、例えば、上側型部材１１２の自重による圧力としても良い。

レンズ３０の形成が終了すると、上側型部材１１２と下側型部材１１４を再び型開き状態とし、基板３１Ａに形成された複数の貫通孔３２それぞれにレンズ３０が形成された構成であるウェハレベルレンズアレイ３Ａを取り出す。

以上のようにして製造されたウェハレベルレンズアレイ３Ａは、その基板をダイサーなどで格子状に切断され、それぞれにレンズ３０を含んだ複数のレンズモジュール３に分離される。分離されたレンズモジュール３は、上述のとおり、センサモジュール２との組み合わせにおいて撮像ユニット１を構成する。以下に、撮像ユニット１の製造方法の例を説明する。

図１０Ａから図１０Ｄは、ウェハレベルレンズアレイ３Ａをレンズモジュール３に分離し、分離されたレンズモジュール３をセンサモジュール２に組み付ける例を示す。同図Ｂに示すように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａの一方の表面Ｓ２に、スペーサ４が接合される。スペーサ４は、ウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａの格子状の各切断ラインＬに沿うように、帯板を格子状に配した一体の部材となっており、各切断ラインＬの両側に跨るように配されている。

そして、図１０Ｃに示すように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａが、各切断ラインＬに沿って切断され、複数のレンズモジュール３に分離される。各切断ラインＬに沿ってかつそれらの両側に跨っているスペーサ４も同時に切断され、スペーサ４は、各切断ラインＬを境界として分割され、各切断ラインＬで隣り合うレンズモジュール３にそれぞれ付属する。

そして、図１０Ｄに示すように、分離されたレンズモジュール３は、スペーサ４を介してセンサモジュール２に積層され、センサモジュール２に組み付けられる。

このように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａに予めスペーサ４を接合しておき、その後に、スペーサ４ごとウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａを切断するようにすれば、分離されたレンズモジュール３にそれぞれスペーサ４を接合する場合に比べて、レンズモジュール３の生産性を向上させ、ひいては撮像ユニット１の生産性を向上させることができる。

図１１Ａから図１１Ｃは、複数のレンズモジュール３をセンサモジュール２に組み合わせる例を示す。複数のレンズモジュール３を組み合わせる場合に、それらのレンズモジュール３をセンサモジュール２に順次組み付けてもよいが、図示の例は、複数のレンズモジュール３を予め組み上げた集合体３Ｂをセンサモジュール２に組み付けるものである。

図１１Ａに示すように、複数のウェハレベルレンズアレイ３Ａは、スペーサ４を介して予め積層され、その後に、図１１Ｂに示すように、積層された複数のウェハレベルレンズアレイ３Ａは、まとめて切断ラインＬで切断され、複数のレンズモジュール３が予め組み上げられた集合体３Ｂに分離される。そして、図１１Ｃに示すように、分離された複数のレンズモジュール３の集合体３Ｂは、スペーサ４を介してセンサモジュール２に積層され、センサモジュール２に組み付けられる。

このように、複数のレンズモジュール３を予め組み上げた集合体３Ｂをセンサモジュール２に組み付けるようにすれば、それらのレンズモジュール３をセンサモジュール２に順次組み付ける場合に比べて、撮像ユニット１の生産性を向上させることができる。なお、複数のレンズモジュール３のそれぞれのレンズ３０、換言すれば複数のウェハレベルレンズアレイ３Ａのそれぞれレンズ３０は、図示の例では同一のレンズであるが、異なるレンズであってもよい。

以上の例は、分離されたレンズモジュール３又はそれらの集合体３Ｂをセンサモジュール２に組み付けるものであるが、図１２に示すように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａを、スペーサ４を介してウェハレベルセンサアレイ２Ａに組み付けて一体とし、その後に、両アレイ２Ａ，３Ａの基板２１Ａ，３１Ａ及びスペーサ４をまとめてダイサーＣなどで格子状に切断して複数の撮像ユニット１に分離するようにしてもよい。

まず、ウェハレベルセンサアレイ２Ａについて説明すると、ウェハレベルセンサアレイ２Ａは、シリコンなどの半導体材料で形成されたセンサ基板２１Ａと、基板２１Ａに設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＯＭＳイメージセンサなどの複数の固体撮像素子２０と、を備えている。ウェハレベルセンサアレイ２Ａの固体撮像素子２０は、組み付けられるウェハレベルレンズアレイ３Ａのレンズ３０の配列に対応して格子状に配列されている。

図１３Ａに示すように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａの基板３１Ａの一方の表面Ｓ２にスペーサ４が接合される。そして、図１３Ｂに示すように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａは、スペーサ４を介してウェハレベルセンサアレイ２Ａに積層され、一体とされる。その後、図１３Ｃに示すように、一体とされたウェハレベルレンズアレイ３Ａ及びウェハレベルセンサアレイ２Ａ並びにスペーサ４は、まとめて切断ラインＬで切断され、複数の撮像ユニット１に分離される。

また、図１４Ａから図１４Ｃに示す例は、複数のウェハレベルレンズアレイ３Ａを、スペーサ４を介してウェハレベルセンサアレイ２Ａに組み付けて一体とし、その後に、全てのアレイ２Ａ，３Ａの基板２１Ａ，３１Ａ及びスペーサ４をまとめて格子状に切断して複数の撮像ユニット１に分離するものである。

図１４Ａに示すように、複数のウェハレベルレンズアレイ３Ａは、スペーサ４を介して予め積層され、その後に、図１４Ｂに示すように、これらのウェハレベルレンズアレイ３Ａは、スペーサ４を介してウェハレベルセンサアレイ２Ａに積層され、一体とされる。そして、図１４Ｃに示すように、一体とされた複数のウェハレベルレンズアレイ３Ａ及びウェハレベルセンサアレイ２Ａ並びにスペーサ４は、まとめて切断ラインＬで切断され、複数の撮像ユニット１に分離される。

このように、ウェハレベルレンズアレイ３Ａをウェハレベルセンサアレイ２Ａに組み付けて一体とし、その後に、全てのアレイ２Ａ，３Ａの基板２１Ａ，３１Ａ及びスペーサ４をまとめて格子状に切断して複数の撮像ユニット１に分離するようにすれば、分離されたレンズモジュール３又はそれらの集合体３Ｂをセンサモジュール２に組み付ける場合に比べて、撮像ユニット１の生産性を一層向上させることができる。

本明細書は次の事項を開示するものである。（１）基板と、該基板に設けられた複数のレンズと、を備えるウェハレベルレンズアレイであって、
前記基板には、該基板の第１の表面から該第１の表面とは反対側の第２の表面にわたって該基板の厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記レンズは、熱硬化性樹脂を前記複数の貫通孔のそれぞれに埋めて設けられており、
前記基板が前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる温度に対して耐熱性を有し、かつ、前記温度における前記基板の線膨張係数が該熱硬化性樹脂の線膨張係数より小さいウェハレベルレンズアレイ。
（２）上記（１）に記載のウェハレベルレンズアレイであって、
前記熱硬化性樹脂を硬化させる温度が７０℃から３００℃の範囲であるウェハレベルレンズアレイ。
（３）上記（１）又は（２）に記載のウェハレベルレンズアレイであって、
前記熱硬化性樹脂の線膨張係数が０．５×１０^−５／℃〜１０．０×１０^−５／℃であるウェハレベルレンズアレイ。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のウェハレベルレンズアレイであって、前記基板がガラス又はシリコン（Ｓｉ）であるウェハレベルレンズアレイ。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載のウェハレベルレンズアレイの前記基板を切断し、それぞれに前記レンズ及び該レンズを保持する基板部を含んで分離されたレンズモジュール。
（６）上記（５）に記載の少なくとも１つのレンズモジュールと、
基板部と、該基板部に設けられた固体撮像素子を含むセンサモジュールと、を備え、
前記センサモジュールの前記基板部上に、スペーサを介して前記レンズモジュールの前記基板部を順次積層してなる撮像ユニット。

１ 撮像ユニット
２ センサモジュール
３ レンズモジュール
３Ａ ウェハレベルレンズアレイ
４ スペーサ
２０ 固体撮像素子
２１ センサモジュールの基板部
２１Ａ センサ基板
３０ レンズ
３０ａ，３０ｂ レンズの端部
３１ レンズモジュールの基板部
３１Ａ レンズ基板
３２ 貫通孔
３３ａ，３３ｂ 延在部
ＬＳ１，ＬＳ２ レンズ面

Claims (6)

1. 基板と、該基板に設けられた複数のレンズと、を備えるウェハレベルレンズアレイであって、
   前記基板には、該基板の第１の表面から該第１の表面とは反対側の第２の表面にわたって該基板の厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、
   前記レンズは、熱硬化性樹脂を前記複数の貫通孔のそれぞれに埋めて設けられており、
   前記基板が前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる温度に対して耐熱性を有し、かつ、前記温度における前記基板の線膨張係数が該熱硬化性樹脂の線膨張係数より小さいウェハレベルレンズアレイ。
2. 請求項１に記載のウェハレベルレンズアレイであって、
   前記熱硬化性樹脂を硬化させる温度が７０℃から３００℃の範囲であるウェハレベルレンズアレイ。
3. 請求項１又は２に記載のウェハレベルレンズアレイであって、
   前記熱硬化性樹脂の線膨張係数が０．５×１０^−５／℃〜１０．０×１０^−５／℃であるウェハレベルレンズアレイ。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のウェハレベルレンズアレイであって、前記基板がガラス又はシリコン（Ｓｉ）であるウェハレベルレンズアレイ。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のウェハレベルレンズアレイの前記基板を切断し、それぞれに前記レンズ及び該レンズを保持する基板部を含んで分離されたレンズモジュール。
6. 請求項５に記載の少なくとも１つのレンズモジュールと、
   基板部と、該基板部に設けられた固体撮像素子を含むセンサモジュールと、を備え、
   前記センサモジュールの前記基板部上に、スペーサを介して前記レンズモジュールの前記基板部を順次積層してなる撮像ユニット。

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