JP4285966B2 - カメラモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラモジュールに関し、特に撮像素子と信号処理素子をスタック構造にすることにより薄型・軽量化したカメラモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、カメラモジュールは、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。従ってカメラモジュールは、小型化、薄型化、軽量化が求められている。
【0003】
本発明では、1例として、半導体撮像素子としてCCDを用いたカメラモジュールを用いて説明を行う。尚、CCD以外の半導体撮像素子(例えばCMOSセンサー等)を用いることもできる。
【0004】
図17を参照して、従来のカメラモジュールの構造を説明する。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はレンズホルダー107によってホールドされており、レンズホルダー107はレンズ止めビス1088によって実装基板101に実装されている(例えば、特許文献1を参照)。
【0005】
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。
【0006】
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、CCD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、CCDを駆動させるためにDSPからの駆動信号を昇圧して、CCD内に蓄積された電荷を転送させる働きを有する。
【0007】
図18を参照して、このカメラモジュールの組立方法を説明する。先ず、図18(A)を参照して、実装基板101を用意し、実装基板101の裏面に裏面チップ部品104を実装する。
【0008】
次に、図18(B)を参照して、実装基板101の表面にCCD102とチップ部品103を実装する。
【0009】
最後に、図18(C)を参照して、レンズ105が固定されたレンズバレル106をレンズホルダー107に固定し、レンズ止めビス108を用いて、レンズホルダー107を実装基板101に固定する。なお、レンズ止めビス108でレンズホルダー107を固定するために、対応する箇所にスルーホールが形成してある。以上の方法により、実装基板101を用いた従来型のカメラモジュールが完成する。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−185827号公報(第4頁、第2図)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来型のカメラモジュールは、以下のような問題を有していた。
【0012】
CCD102の信号処理およびその駆動を行うDSPおよびドライバーIC等の素子が、実装基板101上に平面的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、このことがカメラモジュールの小型化を阻害していた。
【0013】
更に、実装基板101は本来不要なものである。しかし製造方法上、電極を貼り合わせるために、またレンズホルダー107を固定するために実装基板101を利用している。従って、この実装基板101を無くすことができなかった。
【0014】
本発明は上述した問題を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、CCD等の撮像素子とその信号処理を行う素子をスタック構造にすることにより小型化・薄型化されたカメラモジュールを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1に、導電パターンと、前記導電パターン上にフェイスダウンで実装することにより素子が形成された面が遮光された信号処理素子と、前記信号処理素子上に固着された撮像素子と、前記撮像素子と前記導電パターンを電気的に接続する金属細線と、前記信号処理素子、前記撮像素子および前記金属細線を被覆する透明樹脂と、前記撮像素子の上方に位置するレンズとを有することを特徴とする。
【0016】
本発明は、第2に、前記信号処理素子と前記導電パターンとの間には、遮光性のアンダーフィル樹脂が充填されることを特徴とする。
【0017】
本発明は、第3に、前記撮像素子は、CCDまたはCMOSであることを特徴とする。
【0018】
本発明は、第4に、前記信号処理素子は、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。
【0019】
本発明は、第5に、前記信号処理素子の周辺の前記導電パターンには、チップコンデンサおよびチップ抵抗等のチップ部品が実装されることを特徴とする。
【0020】
本発明は、第6に、前記導電パターンは、単層の配線構造を形成し、前記導電パターンの裏面は前記絶縁性樹脂から露出することを特徴とする。
【0021】
本発明は、第7に、前記導電パターンは、多層の配線構造を形成することを特徴とする。
【0022】
本発明は、第8に、前記透明性樹脂の側面および上面は、上部に前記レンズが固着されたホルダーで保護されることを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
(カメラモジュールの構造を説明する第1の実施の形態)
本発明のカメラモジュール10について、図1を参照しながら説明する。図1(A)はカメラモジュール10の断面図であり、図1(B)はその平面図である。
【0024】
カメラモジュール10は、導電パターン11と、導電パターン11上にフェイスダウンで実装することにより素子が形成された面が遮光された信号処理素子12と、信号処理素子12上に固着された撮像素子13と、撮像素子13と導電パターン11を電気的に接続する金属細線16と、信号処理素子12、撮像素子13および金属細線16を被覆する透明樹脂15と、撮像素子13の上方に位置するレンズ24とから構成されている。
【0025】
導電パターン11は、図1(A)を参照して、絶縁層21で絶縁された第1の導電パターン11Aと第2の導電パターン11Bとから構成されており、多層の配線を構成している。第1の導電パターン11Aは、絶縁層21の上部に形成され、信号処理素子12、チップ部品14が実装される。更に、第1の導電パターン11Aは、配線部に加えてボンディングパッドを形成し、金属細線16を介して電気的に撮像素子13と接続されている。第2の導電パターン11Bは、絶縁層21の下部に形成され、裏面には外部電極17が形成されている。絶縁層21の所望の箇所には貫通孔が形成されており、この貫通孔にメッキ等を形成することにより、第1の導電パターン11Aと第2の導電パターン11Bとは電気的に接続されている。更にまた、第1の導電パターン11Aおよび第2の導電パターン11Bは、オーバーコート樹脂20により被覆されており、回路素子や電極が形成される箇所のオーバーコート樹脂20は、部分的に除去されている。また、上記では導電パターン11は2層の配線構造と成っているが、更に多層の配線構造を構成することも可能である。
【0026】
信号処理素子12は、回路素子が形成された面を下面にして第1の導電パターン11Aにフェイスダウンで実装されている。フェイスダウンで実装されることにより、素子が形成された面が導電パターン11側に面するので、外部から侵入した光が素子に入射することによる誤作動を防ぐことができる。信号処理素子12と第1の導電パターン11Aとの電気的接続は、バンプ電極19により行われている。バンプ電極19は、半田ボール等の導電性ペーストにより形成されている。また、フリップチップボンディングで実装された信号処理素子12と、第1の導電パターン11Aとの間隙には、遮光性のアンダーフィル樹脂18が充填されている。このように遮光性のアンダーフィル樹脂18を充填することにより、信号処理素子12の表面の遮光を確実に行うことができる。信号処理素子12の表面には、撮像素子13を駆動させるドライバーと、撮像素子13の電気信号を処理するDSPが形成されており、これらの機能が1つの素子に組み込まれている。ここで、DSPを構成するDSPチップとドライバー回路を構成するドライバーチップを個々に形成して、何れかの素子に撮像素子をスタック構造で実装することも可能である。
【0027】
撮像素子13は、絶縁性接着剤等を介して信号処理素子12上にフェイスアップで固着されており、金属細線16を介して第1の導電パターン11Aと電気的に接続されている。撮像素子13としては、CCD素子またはCMOS素子を採用することができる。撮像素子13は透明樹脂により封止されており、上方にはレンズ24が固定されているので、レンズ24により集光された光は、透明樹脂15を透過して撮像素子13の受光面に到達する。
【0028】
透明樹脂15は光を透過させる樹脂から形成され、導電パターン11に実装される回路素子および金属細線を封止する働きを有する。具体的には、透明樹脂15は、信号処理素子12、撮像素子13、チップ部品14および金属細線16を封止している。透明樹脂15の材料としては、トランスファーモールドで形成される熱硬化性樹脂や、インジェクションモールドで形成される熱可塑性樹脂等を採用することができる。
【0029】
チップ部品14は、例えばノイズを低減させるためのチップコンデンサやチップ抵抗等であり、半田等のロウ材を介して第1の導電パターン11Aに固着されている。図1(B)では、第1の導電パターンからなるボンディングパッドが周辺部に形成され、その内側にチップ部品14が固着されているが、他の箇所の第1の導電パターン11Aにチップ部品14を固着することも可能である。
【0030】
ホルダー23は、透明樹脂15の外形をカバーするような形状を有し、信号処理素子12の受光部の上方に対応する箇所にレンズ24が設けられている。更に、レンズの下方には、光を透過させるために開口部が設けられている。このようにホルダー23で透明樹脂15をカバーすることにより、レンズ24で集光された光以外のノイズが透明樹脂に侵入するのを防止することができる。
【0031】
本発明の特徴は、カメラモジュールを構成する撮像素子13等のチップセットを透明樹脂15で封止して、信号処理素子12をフェイスダウンで実装することにより、信号処理素子12の表面に光が入射するのを防止したことにある。具体的には、レンズ24で集光された光を、封止された撮像素子13の受光面に到達させるために、本発明では封止樹脂として透明樹脂15を採用している。しかしながら、多数個のトランジスタ等から成る回路が形成された信号処理素子12の表面に光が入射すると、回路が誤作動を起こす恐れがある。そこで、本発明では、信号処理素子12をフェイスダウンで第1の導電パターン11Aに実装することにより、信号処理素子12の表面の遮光を行っている。更に、信号処理素子12の表面と第1の導電パターン11Aとの間隙には、遮光性の材料から成るアンダーフィル樹脂18が充填されている。このことにより、信号処理素子12の表面の遮光の効果を増大させることができる。
【0032】
更に、本発明の特徴は、フェイスダウンで実装された信号処理素子12の上部に撮像素子13を実装したことにある。撮像素子13は、金属細線16を介して第1の導電パターンと電気的に接続されており、撮像素子13と信号処理素子12とは、金属細線13および導電パターン11を介して電気的に接続されている。このように撮像素子13をスタック構造にすることにより、カメラモジュール全体を小型化することができる。
【0033】
図2を参照して、他の形態のカメラモジュール10Aの構成を説明する。図2を参照して、カメラモジュール10Aは、単層の配線を構成する導電パターン11と、導電パターン11上にフェイスダウンで実装することにより素子が形成された面が遮光された信号処理素子12と、信号処理素子12上に固着された撮像素子13と、撮像素子13と導電パターン11を電気的に接続する金属細線16と、信号処理素子12、撮像素子13および金属細線16を被覆する透明樹脂15と、撮像素子13の上方に位置するレンズ24とから構成されている。
【0034】
上述したようにカメラモジュール10Aの構成は、図1を参照して説明したカメラモジュール10と同様であるが、相違点は導電パターン11の構成にある。カメラモジュール10Aでは、導電パターン11は単層の配線構造を有しており、裏面を露出させて透明樹脂15により封止されている。従って、導電パターン11の裏面の所望の箇所には、外部電極が形成されている。更に、露出する導電パターン11の裏面は、オーバーコート樹脂22で被覆されるが、ここではオーバーコート樹脂22は遮光性の材料から形成されている。このことにより、カメラモジュール10Aの下面からの光の侵入を防止することができる。
【0035】
更に、上記の説明では、導電パターン11は裏面を露出させて樹脂に埋め込まれているが、導電パターン11は、ガラスエポキシ基板等の支持基板の表面または両面に形成することもできる。
【0036】
(カメラモジュールの製造方法を説明する第2の実施の形態)
次に、図3〜図9を参照して、図1でその構成を説明したカメラモジュール10の製造方法を説明する。
【0037】
カメラモジュール10の製造は、多層の配線を形成する導電パターン11を形成する工程と、第1の導電パターン11A上に信号処理素子12をフェイスダウンで固着し、チップ部品14を固着する工程と、信号処理素子12上に撮像素子13を固着して信号処理素子12と第1の導電パターン11Aとを金属細線で電気的に固着する工程と、撮像素子13等を透明樹脂で封止する工程と、ホルダー23を透明樹脂15に填め込む工程とで行われる。このようか各工程を以下にて説明する。
【0038】
図3を参照して、絶縁層21を介して積層された第1の導電膜32および第2の導電膜33から成る絶縁シート31を用意する。第1の導電膜32は信号処理素子12等が実装される微細な導電パターンを形成するので薄く形成され、第2の導電膜33は、絶縁シート31を機械的に支持する働きを有するので強度が重視され厚く形成される。
【0039】
図4を参照して、第1の導電膜32を選択的にエッチングすることにより第1の導電パターン11Aを形成する。更に、所望の箇所の第1の導電パターン11Aおよびその下方の絶縁層21を除去して貫通孔を形成し、この箇所にメッキ膜を形成することにより、第1の導電パターン11Aと第2の導電膜とを電気的に接続する。
【0040】
図5を参照して、第1の導電パターン11Aが被覆されるようにオーバーコート樹脂20による被覆を行う。更に、金属細線16がボンディングされる箇所およびIC等が実装される箇所の第1の導電パターン11Aが露出するように、オーバーコート樹脂20は部分的に除去される。
【0041】
図6を参照して、信号処理素子12およびチップ部品14の実装を行う。信号処理素子12は、フェイスダウンで第1の導電パターン11A上に実装され、ロウ材から成るバンプ電極19を介して接続されている。そして、チップ抵抗やチップコンデンサ等であるチップ部品14は、ロウ材を介して第1の導電パターン11A上に固着される。また、フェイスダウンで実装された信号処理素子12と導電パターン11との間には、遮光性のアンダーフィル樹脂18が充填される。
【0042】
図7を参照して、フリップチップボンディングで実装された信号処理素子12の上面に、絶縁性接着剤を介して撮像素子13をフェイスアップで実装する。撮像素子13の上面には、CCD素子またはCMOS素子から成る受光面が形成されており、撮像素子13の電極と第1の導電パターン11Aとは、金属細線16により電気的に接続される。
【0043】
図8を参照して、第1の導電パターン11Aに実装された撮像素子13等が被覆されるように透明樹脂15で封止を行う。この封止は、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドまたは、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドで行うことができる。このように透明樹脂15で封止を行うことにより、撮像素子13の受光面に外部からの光を入射させることができる。
【0044】
図9を参照して、第2の導電膜33を部分的に除去することにより、第2の導電パターン11Bを形成する。更に、第2の導電パターン11Bをオーバーコート樹脂22で被覆した後に、外部電極17を形成する。最後に、透明樹脂15が覆われるように、ホルダー23を透明樹脂15に填め込む。ホルダー23には、撮像素子13の受光面の上方に対応する箇所に、レンズ24が固着されている。
【0045】
(カメラモジュールの製造方法を説明する第3の実施の形態)
本実施の形態では、図10〜図16を参照して、図2に示した単層の配線構造を有するカメラモジュール10Aの製造方法を説明する。カメラモジュール10Aの製造方法は、導電箔40を用意して導電パターン11となる領域を除いた箇所に分離溝41を形成する工程と、導電パターン11上にフェイスダウンで信号処理素子12およびチップ部品14を実装する工程と、信号処理素子12上に撮像素子を固着して撮像素子13と導電パターン11とを電気的に接続する工程と、撮像素子13等を透明樹脂15で封止する工程と、導電箔40の裏面を除去することにより導電パターン11を電気的に分離する工程と、ホルダー23を透明樹脂15に填め込む工程とで行われる。このような各工程を以下にて説明する。
【0046】
図10を参照して、導電箔40を用意して、導電パターン11を形成する領域を除いた箇所に、その厚みよりも浅い深さの分離溝41を形成する。この分離溝41の形成は、エッチングレジスト等のマスクを用いて、選択的にエッチングを行うことにより行うことができる。また、エッチングにより部分的に除去された分離溝の側面は湾曲に形成されている。
【0047】
図11を参照して、信号処理素子12およびチップ部品14の実装を行う。信号処理素子12は、フェイスダウンで導電パターン11上に実装され、ロウ材から成るバンプ電極19を介して接続されている。そして、チップ抵抗やチップコンデンサ等であるチップ部品14は、ロウ材を介して導電パターン11上に固着される。また、フェイスダウンで実装された信号処理素子12と導電パターン11との間には、アンダーフィル樹脂18が充填される。
【0048】
図12を参照して、フリップチップボンディングで実装された撮像素子13の上面に、絶縁性接着剤を介して撮像素子13をフェイスアップで実装する。撮像素子13の上面には、CCD素子またはCMOS素子から成る受光面が形成されており、撮像素子13の電極と第1の導電パターン11Aとは、金属細線16により電気的に接続される。
【0049】
図13を参照して、第1の導電パターン11Aに実装された撮像素子13等が被覆されるように透明樹脂15で封止を行う。この封止は、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドまたは、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドで行うことができる。このように透明樹脂15で封止を行うことにより、撮像素子13の受光面に外部からの光を入射させることができる。
【0050】
図14および図15を参照して、導電箔40の裏面を全面的にエッチングを行うことにより、導電パターン11を電気的に分離する。このことにより、導電パターン11の裏面は透明樹脂15から露出する構造となる。更に、裏面に露出した導電パターン11が保護されるように、オーバーコート樹脂22による被覆を行う。オーバーコート樹脂20は、遮光性の樹脂から成り、裏面に露出した導電パターン11および透明樹脂15を被覆している。従って、裏面から透明樹脂15に光が入射するのを防止することができる。更に、導電パターン11の裏面の所望の箇所には、ロウ材等から成る外部電極17が形成される。
【0051】
図16を参照して、透明樹脂15が覆われるように、ホルダー23を透明樹脂15に填め込む。ホルダー23には、撮像素子13の受光面の上方に対応する箇所に、レンズ24が固着されている。
【0052】
【発明の効果】
本発明のカメラモジュールによれば、以下に示すような効果を奏することができる。
【0053】
第1に、フェイスダウンで実装された信号処理素子12上にスタック構造で撮像素子13を固着することにより、カメラモジュールを構成するチップセットを実装するのに必要な面積を少なくすることができる。
【0054】
第2に、信号処理素子12はフェイスダウンで実装されており、更に、信号処理素子12と導電パターン11との間隙にはアンダーフィル樹脂18が充填されているので、信号処理素子12の表面を遮光することができる。従って、透明樹脂15に入射した光による信号処理素子12の誤作動を防止することができる。
【0055】
第3に、本発明のカメラモジュールは、ガラスエポキシ基板等の実装基板を不要にして構成されており、従来型のカメラモジュールと比較すると軽量・薄型のものとなっている。
【0056】
第4に、従来型のカメラモジュールでは、入射した光が撮像素子の受光面以外の箇所に当たるのを防止するために、遮光板を用いていた。本発明では、信号処理素子12がフェイスダウンで実装されているため、遮光板を不要にしてカメラモジュールを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカメラモジュールを説明する断面図(A)、平面図(B)である。
【図2】本発明のカメラモジュールを説明する断面図(A)、平面図(B)である。
【図3】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図4】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図5】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図6】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図7】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図8】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図9】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図10】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図11】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図12】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図13】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図14】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図15】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図16】本発明のカメラモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図17】従来のカメラモジュールを説明する断面図である。
【図18】従来のカメラモジュールの製造方法を説明する図である。
Claims (3)
- 絶縁層を介し、表側に第1の導電パターン、裏側に第2の導電パターンが少なくとも設けられた多層の導電パターンを有する配線構造と、
前記配線構造の表側で、その中央に設けられた素子配置領域と、
前記素子配置領域に設けられ、前記第1の導電パターンの一つと成る電極と、
前記配線構造の表側で、前記配線構造の周囲に設けられ、前記第1の導電パターンの一つとなるボンディングパッドと、
前記第1の導電パターンと前記第2の導電パターンとを電気的に接続する貫通孔と
前記電極にフェイスダウンで接続された信号処理用の第1の半導体素子と、
前記第1の半導体素子の裏面に設けられた絶縁性接着剤を介して積層して固着され、第1の半導体素子と電気的に接続された撮像素子から成る第2の半導体素子と、
前記第2の半導体素子と前記ボンディングパッドとを接続する金属細線と、
前記ボンディングパッドと前記第1の半導体素子との間に位置し、前記電極と電気的に接続されて設けられたチップ部品と、
前記第1の半導体素子と前記配線構造との間に設けられたアンダーフィル樹脂と、
前記第2の半導体素子の受光部の上方にレンズが設けられたホルダーと、
を有する事を特徴としたカメラモジュール。 - 前記ホルダーの中に透明樹脂が充填される請求項1に記載のカメラモジュール。
- 前記第1の半導体素子は、前記第2の半導体素子の電気信号を処理する回路を有する請求項1または請求項2に記載のカメラモジュール。
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