JP5375219B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
当該撮像装置においては、撮像素子としてCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサ、あるいはCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサからなる固体撮像素子が適用されている。また、パッケージ構造として所謂CSP(Chip Size Package)構造が適用されて、小形化が図られている。
当該撮像装置モジュールにおいて、撮像装置90は、固体撮像素子91と、接着剤92を介して固体撮像素子91の上面に固着された透明部材93を具備する。
このように、配線基板の一方の主面上に、固体撮像素子ならびに回路素子を搭載し、これらを覆ってレンズユニットが配設された撮像装置モジュールは、例えば特許文献1、あるいは特許文献2などに開示されている。
このように配線長が長いことにより、配線抵抗の増加を招き、また外来雑音の影響を受け易く、撮像装置モジュールとして安定した動作が困難となってしまう。
<第1の実施の形態>
本発明による撮像装置の第1の実施の形態を、図1及び図2に示す。
本第1の実施の形態における撮像装置100にあっては、CCDイメージセンサ、あるいはCMOSイメージセンサである固体撮像素子11の受光面上に板状の透明部材31が配設されている。
即ち、CCDイメージセンサ、あるいはCMOSイメージセンサからなる固体撮像素子11は、シリコン(Si)などの半導体基板12の一方の主面(上面)に、選択的に受光領域(撮像領域)13が形成されている。当該受光領域13には、受光素子として複数のフォトダイオードが形成されている(図示せず)。
そして、電極端子14の幾つかは、半導体基板12に形成された貫通孔15を通して、当該半導体基板12の他方の主面(裏面)に導出されており、当該裏面において配線層16を介して外部接続用端子17に接続されている。
そして、当該半導体基板12の一方の主面上には、前記受光領域13から離間して、且つ受光領域13を囲繞して配設された遮光性を有する接着部材21を介して、板状の透明部材31が配設・固着されている。
また、前記透明部材31は、厚さ0.2〜1.0mmの板状のガラス、フィルム材あるいはプラスチック材から形成され、固体撮像素子11が受光対象とする光の波長に対して透明性を有する。
従って、当該透明部材31を透過して入る光は、空気とマイクロレンズとの屈折率差により、固体撮像素子11の受光領域13に有効に入射される。
当該回路素子41は、固体撮像素子11の制御用集積回路素子、あるいは電源回路に適用される容量素子の他、抵抗素子など必要に応じて選択され、その個数は限定されない。
なお、当該回路素子41の相互間、あるいは当該回路素子41と貫通孔32内に充填された金属との間を、透明部材31の一方の主面(上面)上に選択的に配設された導電層37により接続することもできる。
なお、前記閉空間22を設けず、固体撮像素子11の受光領域13と透明部材31とが接する構成としてもよい。かかる場合には、屈折率が1.3〜1.6程の透明接着剤を用いることが望ましい。
当該撮像装置モジュール150にあっては、撮像装置100は、配線基板61上に搭載され、当該撮像装置100を覆う如くレンズユニット51が装着されている。
一方、レンズユニット51は、光学レンズ52A,52Bを、絞り部材53A,53Bと共に収容・保持したレンズホルダー54が嵌装された鏡胴(鏡筒)部55と、これを支持して且つ撮像装置100を覆う支持部56とを具備する。
当該レンズユニット51における鏡胴(鏡筒)部55ならびに支持部56は、遮光性を有する部材、あるいは透光性部材の少なくとも表面が着色された部材から構成されて、遮光性を有する。これは、透光性部材の表面に金属などの遮光性を有する部材を配設することでもよい。
なお、配線基板61の他方の主面(下面)、あるいは周縁エッジ部には、電子機器における配線基板(マザーボード)などへ接続するための外部接続用端子が配設される(図示せず)。
そして、かかる構造によれば、固体撮像素子11と回路素子41との間の距離に基づく配線の長さが短縮されて、配線抵抗の上昇を招かず、且つ外来雑音の影響を受け難くなり、安定した動作が実現される。
ここでは、当該撮像装置100において特徴的構成であるところの、透明部材31への回路素子41の搭載・固着構造を実現する工程を主体に説明する。
かかる状態を、図4(A)に示す。
次いで、前記透明部材31に設けられた貫通孔32内に、導電部材33として銅、あるいはタングステンなどの金属を充填する。当該金属は、貫通孔32の口径、断面形状などに応じて、メッキ法、化学気相成長法、あるいはスパッタリング法により被着・充填される。
かかる状態を、図4(B)に示す。
そして、当該半田層36の溶融処理(リフロー)を行って、回路素子41の電極を電極端子34に接続・固着する。
ここで、半田に代えて、銀ペーストなどの導電性接着材を用いる場合には、当該導電性接着材を電極端子34の表面に塗布し、当該導電性接着材上に回路素子41を載置する。そして加熱処理を施し、当該導電性接着材を硬化させることにより、当該回路素子41を固着する。
即ち、当該接着部材21は、固体撮像素子11の受光領域13を覆うことなく、また電極端子35上を覆うことの無いように、選択的に配設される。
当該接着部材21の選択的被着は、テープ状接着材料の選択的な貼り付け、あるいは液状接着材料の描画塗布法などにより行うことができる。
当該外部接続用端子17が配設された段階において、半導体基板12に対して個片化処理が施され、当該半導体基板12は複数個の固体撮像素子11に分割される。
そして、当該固体撮像素子11の一方の主面(上面、受光領域13形成面)における電極端子14に半田層38を被着した後、固体撮像素子11の一方の主面(上面)に前記透明部材31の他方の主面(下面)を対向せしめる。
位置合わせの後、両者を加熱、加圧し、前記接着部材21により、固体撮像素子11上に透明部材31を固着する。
これにより、前記図1、図2に示すところの、撮像装置100が形成される。
更に、前記レンズユニット51にあっては、2枚のレンズと2つの絞りを含む構造を適用したが、撮像装置として必要とされる解像度に対応して、レンズの枚数ならびに絞りの数は適宜選択される。
<第2の実施の形態>
本発明による撮像装置の第2の実施の形態であるところの撮像装置200を、図6及び図7に示す。
なお、前記第1の実施の形態における撮像装置100の構成と対応する部位には、同一の符号を付している。
なお、図6において、破線L1は、接着部材21の内側端部の位置を表している。
即ち、透明部材31は、回路素子41の搭載部となる部位について、その一方の主面(上面)側からその厚さが選択的に減じられ、肉薄部31Aとされている。
当該肉厚部は、矩形状の平面形状を有し、当該肉厚部を囲繞して、肉薄部31Aが設けられている。
当該第2の実施の形態における撮像装置200に対して、レンズユニット51を装着して撮像装置モジュール250を構成した状態を、図8に示す。
即ち、撮像装置200は、その外部接続用端子17が、配線基板61の一方の主面に配設された電極62に接続されて、当該配線基板61に実装されている。
当該レンズユニット51にあっても、2枚のレンズと2つの絞りを含む構造を適用しているが、前述の如く、撮像装置として必要とされる解像度に対応して、レンズの枚数ならびに絞りの数は適宜選択される。
このような、撮像装置モジュール250にあっては、固体撮像素子11に接続されるところの回路素子41は、前述の如く、固体撮像素子11の上に配設された透明部材31の肉薄部31A上に搭載・配置されている。
従って、固体撮像素子11と回路素子41との間の距離に基づく配線長がより短縮され、配線抵抗の上昇を招来せず、且つ外来雑音の影響を受け難くなり、より安定した動作が実現される。
ここでも、当該撮像装置200における特徴的構成であるところの、透明部材31への回路素子41の搭載・固着構造を実現する工程を主体に説明する。
そして、当該透明部材31において、回路素子41の搭載部となる領域について、その厚さを選択的に減少させて肉薄部31Aを形成する。
即ち、当該透明部材31に対し、その一方の主面側から、選択エッチングあるいは選択的な機械研削を施し、その厚さを減じて、50〜250μm程の厚さを有する肉薄部31Aを形成する。これは、所定の機械的強度が得られる厚さが選択される。
かかる状態を、図9(B)に示す。
当該貫通孔32は、透明部材31を構成する材料に応じて、レーザー照射法、あるいは選択エッチング法などにより形成する。加工対象部位が肉薄部であることから、比較的容易に貫通孔を形成することができる。
そして、その表出部(透明部材31の表裏両面)に、アルミニウムを主体とする材料からなる電極端子34,35を配設する。
前述の如く、かかる電極端子34,35を構成する金属は単体であってもよいが、必要に応じて、その表面にニッケルあるいは金などの被覆を施してもよい。
そして、当該半田層36の溶融処理(リフロー)を行って、当該回路素子41の電極を電極端子34に接続・固着する。
次いで、当該透明部材31の他方の主面(下面)における電極端子35の周囲に、選択的に接着部材21を配設する。
かかる状態を、図10(B)に示す。
位置合わせして積層配置した後、両者を加熱、加圧して、前記接着部材21により、固体撮像素子11上に透明部材31を固着する。
これにより、前記図6、図7に示すところの、撮像装置200が形成される。
<第3の実施の形態>
本発明による撮像装置の第3の実施の形態であるところの撮像装置300を、図11に示す。
本第3の実施の形態における撮像装置300にあっても、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、あるいはCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサである固体撮像素子11の受光面上に板状の透明部材31が配設されている。
当該撮像装置300にあっては、透明部材31におけるところの肉薄部の形成構造が、前記第2の実施の形態とは異なる。
透明部材31Pは、回路素子41の搭載部となる部位と、固体撮像素子11の受光領域13に対向する部位とを含む肉薄の部材である。
即ち、透明部材31Qの周囲・外側に位置する透明部材31Pは、前記第2の実施の形態における肉薄部31Aに相当する。
このように、回路素子41が、透明部材31Qの一方の主面(上面)を超える高さに配置されていないことから、少なくとも当該回路素子の高さ(厚さ)に相当する高さ分、前記レンズユニット51における支持部56の高さ(光軸方向の長さ)を低くすることができる。
当該撮像装置300の製造工程を、図12に示す。
先ず、肉薄(薄板)である透明部材31Pを構成するガラス板、フィルムあるいは合成樹脂板を準備する。当該透明部材31Pの厚さは、50〜250μmが選択される。
かかる状態を、図12(A)に示す。
そして、その表出部(透明部材31Pの表裏両面)に、アルミニウムを主体とする材料からなる電極端子34、35を配設する。
前述の如く、かかる電極端子34,35を構成する金属は単体であってもよいが、必要に応じて、その表面にニッケルあるいは金などの被覆を施してもよい。
そして、当該半田層36の溶融処理(リフロー)を行って、回路素子41の電極を電極端子34に接続・固着する。
しかる後、固体撮像素子11の受光領域13に対向する部位に対応するよう、透明部材31P上に、接着剤39を介して肉厚の透明部材31Qを配置し、固着する。
なお、前記接着剤39として、屈折率が1.3〜1.6程の、アクリル系接着剤を適用することができる。
<第4の実施の形態>
本発明による撮像装置の第4の実施の形態であるところの撮像装置400を、図13に示す。
当該撮像装置400にあっては、CCDイメージセンサ、あるいはCMOSイメージセンサである固体撮像素子11の受光面上に配設された透明部材31において、回路素子41が搭載された肉薄部31Aに対して、当該回路素子41を被覆し、且つ当該肉薄部31Aの上面と透明部材の一方の主面(上面)との間の段差を埋めるように、黒色樹脂など遮光性を有する樹脂81を配設している。
かかる状態を、図13(A)に示す。
このように、遮光性を有する樹脂81の配設することにより、透明部材31の側面を透過しての受光領域13への光の入射が遮断・防止されると共に、回路素子41の保護がなされる。
そして、当該透明部材31の肉薄部31Aに対して、回路素子41を被覆し、且つ当該肉薄部31Aの上面と透明部材の一方の主面(上面)との間の段差を埋める(段差を無くす)ように、前記樹脂81が配設されていることにより、透明部材31の一方の主面(上面)と樹脂81の表面とに連続する平面が形成される。
更に、当該レンズユニット51の光軸を、固体撮像素子11の受光領域13に対応させることも容易となる。
なお、当該レンズユニット51にあっても、2枚のレンズと2つの絞りを含む構造を適用しているが、前述の如く、撮像装置として必要とされる解像度に対応して、レンズの枚数ならびに絞りの数は適宜選択される。
このため、透明部材31の肉薄部31Aを貫通して設けられる配線の長さは短い。
かかる構成により、レンズユニット51における支持部56の高さ(光軸方向の長さ)を低くすることができると共に、撮像装置400の外周側面を被覆する支持部56の厚さ相当分、小形化(小径化)が可能である。
なお、前記透明部材31の肉薄部31Aの外周端面からの光の侵入を防ぐ為に、必要に応じて当該外周端面に遮光性を有する被覆を施してもよい。
かかる撮像装置モジュール構成は、前記第3の実施の形態における撮像装置300に対しても、同様に適用することができる。
<第5の実施の形態>
本発明による撮像装置の第5の実施の形態であるところの撮像装置500を、図14に示す。
本第5の実施の形態における撮像装置500にあっては、CCDイメージセンサ、あるいはCMOSイメージセンサである固体撮像素子11の受光面上に配設された透明部材31において、その肉厚部の側面31Sを、内側、即ち固体撮像素子11の受光領域13側に傾斜した傾斜面としている。
そして、当該透明部材31の側面31Sの表面ならびに回路素子41を被覆し、且つ当該透明部材31の肉薄部31Aの上面と透明部材31の一方の主面(上面)との間の段差を埋めるように、黒色樹脂など遮光性を有する樹脂81を配設している。
かかる状態を、図14(A)に示す。
このように、透明部材31Sの側面を傾斜面とすることにより、当該透明部材31の一方の主面(上面)から斜め方向に入射した光は、当該傾斜面において反射され、固体撮像素子11の受光領域13に入射することが防止される。
更に、当該遮光性を有する樹脂81の配設により絞り効果も生ずることから、良好な画像信号を得ることができる。
更に、当該レンズユニット51の光軸を、固体撮像素子11の受光領域13に対応させることも容易となる。
従って、固体撮像素子11と回路素子41との間の距離に基づく配線長はより短縮され、配線抵抗の上昇を招来せず、且つ外来雑音の影響を受け難くなり、撮像装置としてより安定した動作が実現される。
かかる構成により、レンズユニット51における支持部56の高さ(光軸方向の長さ)を低くすることができると共に、撮像装置500の外周側面を被覆する支持部56の厚さ相当分、小形化(小径化)が可能となる。
なお、透明部材31の肉薄部31Aの外周端面からの光の侵入を防ぐために、必要に応じて当該外周端面に遮光性を有する被覆を施してもよい。
尚、透明部材31における肉厚部の側面31Sを、内側即ち受光領域側に傾斜した傾斜面とすることは、前記撮像装置300において適用された肉厚の透明部材31Qに対しても、同様に適用することができる。
<第6の実施の形態>
本発明による撮像装置の第6の実施の形態であるところの撮像装置600を、図15に示す。
本第6の実施の形態における撮像装置600にあっては、CCDイメージセンサ、あるいはCMOSイメージセンサである固体撮像素子11の受光面上に配設された透明部材31において、その肉厚部の側面を、当該透明部材31の肉薄部31Aの表面からほぼ垂直に立ち上がる側面31S1と、当該側面31S1に連続し、且つ内側即ち受光領域側に傾斜して延びる側面31S2とから構成している。
そして、当該透明部材31の略垂直の側面31S1、傾斜面31S2ならびに回路素子41を被覆し、且つ当該肉薄部の上面と透明部材の一方の主面(上面)との間の段差を埋めるように、黒色樹脂など遮光性を有する樹脂81を配設している。
かかる状態を、図15(A)に示す。
このように、透明部材31Sの側面を、略垂直面31S1と、これに続く傾斜面31S2とすることにより、当該透明部材31の一方の主面(上面)から斜め方向に入射した光は、当該傾斜面31S2において反射され、固体撮像素子11の受光領域13に入射することが防止される。
そして、当該透明部材31の肉薄部31Aに対して、回路素子41を被覆し、且つ当該肉薄部31Aの上面と透明部材の一方の主面(上面)との間の段差を埋める(段差を無くす)ように、前記樹脂81が配設されていることにより、透明部材31の一方の主面(上面)と樹脂81の表面とに連続する平面が形成される。
更に、当該レンズユニット51の光軸を、固体撮像素子11の受光領域13に対応させることも容易となる。
従って、固体撮像素子11と回路素子41との間の距離に基づく配線長がより短縮され、配線抵抗の上昇を招来せず、且つ外来雑音の影響を受け難くなり、より安定した動作が実現される。
即ち、撮像装置モジュール650にあっても、回路素子41が、透明部材31の一方の主面(上面)を超える高さに配置されていないことにより、レンズユニット51における支持部56の高さ(光軸方向の長さ)を低くすることができる。
かかる構成により、レンズユニット51における支持部56の高さ(光軸方向の長さ)を低くすることができると共に、撮像装置600の外周側面を被覆する支持部56の厚さ相当分、小形化(小径化)が可能である。
なお、透明部材31の肉薄部31Aの外周端面からの光の侵入を防ぐ為に、必要に応じて当該外周端面に遮光性を有する被覆を施してもよい。
また、透明部材31における肉厚部の側面31Sを、透明部材31の表面からほぼ垂直に立ち上がる側面31S1と、当該側面に連続して内側即ち受光領域側に傾斜した側面31S2とからなる面とすることは、前記撮像装置300において適用された肉厚の透明部材31Qに対しても、同様に適用することができる。
以上、本発明による撮像装置について、複数の実施の形態を用いて説明したが、本発明の思想はこれらの実施の形態に示される構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
12 半導体基板
13 受光領域
14,34,35 電極端子
15 貫通孔
16 配線層
17 外部接続用端子
21 接着部材
22 閉空間
31 透明部材
32 貫通孔
33 導電部材
36,38 半田層
37 導電層
39 接着剤
41 回路素子
Claims (7)
- 撮像素子と、
前記撮像素子の受光領域上に配設された透明部材と、
前記透明部材に設けられた段差部に配置された回路素子と、
を具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記回路素子は、前記透明部材の主面から突出しないことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記段差部に、前記回路素子を封止する樹脂材が配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記樹脂材は、遮光性を有していることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記透明部材における肉厚部の側面は、当該透明部材の上面に対して鈍角をもって傾斜していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記透明部材における肉厚部の側面は、当該透明部材の肉薄部の表面から略垂直に立ち上がる第1の面と、当該第1の面に連続し且つ前記受光領域側に傾斜した第2の面とを具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記透明部材の上方に、前記撮像素子の前記受光領域に対応して、レンズホルダーが配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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