JP5389970B2 - 撮像モジュール、および撮像モジュールの製造方法 - Google Patents

撮像モジュール、および撮像モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像素子を用いた撮像モジュールおよびその撮像モジュールの製造方法に関する。
近年、ＣＣＤ（charge-coupled device）等の固体撮像素子（光電変換素子）を用いた
撮像装置が広く使用されている。このような撮像装置は、車載用、情報通信端末用、医療用などに用いられており、小型化・薄型化が求められている。
そこで、例えば特許文献１には、光学ガラスを基板として用いる構成が記載されている。具体的に、図７を参照して説明する。図７は、特許文献１に記載された構成を示す図である。図７に示すように、特許文献１には、光学ガラス１０１に、絶縁シート上に複数の銅リードが形成されたＴＡＢテープ１０２が接着されているとともに、開口部１０６を挟んで対向する位置に、光学ガラス１０１とＣＣＤ１１２とが配置されている光電変換装置が記載されている。
また、特許文献２には、基板と撮像素子とをフリップチップ接続する構成が記載されている。具体的に、図８を参照して説明する。図８は、特許文献２に記載された構成を示す図である。図８に示すように、特許文献２には、透光性基板２１０の一面に形成された配線パターン２１３と撮像素子２１１とがバンプ２１６を介してフリップチップ接続されたカメラモジュール２０２が記載されている。
特開平７−９９２１４号公報（１９９５年４月１１日公開） 特開２００１−２０３９１３号公報（２００１年７月２７日公開）
しかしながら、上記従来の構成では、以下の問題を生じる。特許文献１に記載された構成では、製造時に、ＴＡＢテープ１０２の開口端面からバリ、切りくず、樹脂粉等が発生し、それらのダストがＣＣＤ固体撮像素子の受光面上に落下して、映像不良等の原因となる可能性がある。
また、特許文献２の構造では、透光性基板２１０としてガラスが用いられている。ガラスは脆弱材料であるため、薄くするには限界があり、結果的に薄型化を阻害してしまう。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子にゴミ等が付着することにより映像不良等が起こる原因を除去しつつ、小型化・薄型化可能な撮像モジュール等を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像モジュールは、受光部と電極パッドとを有する固体撮像素子と、配線パターンが形成されているとともに、該配線パターンと上記電極パッドとがフリップチップ接続されている基板であって、開口部が設けられている基板と、上記基板と上記固体撮像素子とを接続するために該基板に貼付された異方性導電性フィルムと、上記開口部に設けられ、上記受光部が受光する光を透過する透光性部材と、を備え、上記開口部の縁部分の上記異方性導電性フィルムが、溶融後、硬化した状態である溶融形態維持硬化状態となっていることを特徴としている。
また、本発明に係る撮像モジュールの製造方法は、配線パターンが形成された基板上に、電極パッドを有する固体撮像素子が実装された撮像モジュールの製造方法であって、上記基板に異方性導電性フィルムを貼付する工程と、上記異方性導電性フィルムが貼付された上記基板を、切断部分を溶融させることにより開口部を形成する工程と、上記開口部に、透光性部材を配置する工程と、上記固体撮像素子の受光部に上記透光性部材を介して透過した光を受光できるように、上記基板の配線パターンと、上記固体撮像素子の上記電極パッドとをバンプを介してフリップチップ接続する工程と、含むことを特徴としている。
上記の構成または方法によれば、開口部の縁部分の異方性導電性フィルムが溶融形態維持硬化状態となっている。よって、基板と固体撮像素子とをフリップチップ接続するときに、基板と固体撮像素子との間にある異方性導電性フィルムが、加圧、加熱により排出されても、上記溶融形態維持硬化状態となっている部分がダムのような役割をはたし、排出された異方性導電性フィルムが固体撮像素子等に排出されてしまうことを防止することができる。
また、フリップチップ接続により、基板と固体撮像素子とを接続しているので、装置の小型化・薄型化を実現できる。
したがって、映像不良等の原因を除去しつつ、小型化・薄型化可能な撮像モジュール等を実現することができる。
本発明に係る撮像モジュールでは、上記固体撮像素子の外形の短辺の長さが、上記基板の外形の短辺の長さの９割以上であってもよい。
上記の構成によれば、基板の外形のサイズを、固体撮像素子の外形のサイズとほぼ同じとすることができる。これにより、装置のさらなる小型化を可能にすることができる。
本発明に係る撮像モジュールでは、上記基板は、フレキシブルプリント回路基板であってもよい。
本発明に係る撮像モジュールでは、上記基板と上記固体撮像素子との接触面が、樹脂により封止されているものであってもよい。
上記の構成によれば、樹脂により封止されるので、上記基板と上記固体撮像素子との接触をより強固にすることができる。
本発明に係る撮像モジュールでは、上記基板の一端が一方向に延長された領域に外部端子を備えていてもよい。
上記の構成によれば、基板の外部端子を折り曲げて組み立てに用いることができる。
本発明に係る撮像モジュールでは、上記配線パターンは矩形状の領域に形成されており、該矩形状の領域の４隅のうち、少なくとも２隅が、切り落とされていてもよい。
上記の構成によれば、配線パターンが形成された矩形の領域のうち、切り落とされた部分に、固体撮像素子の外形の一部がはみ出ることになる。
そして、固体撮像素子と配線パターンとの接触位置が正しい場合の、上記はみ出る面積を用いれば、固体撮像素子と配線パターンとの接触位置が正しいか否かを確認することができる。
本発明に係る撮像モジュールの製造方法では、上記フリップチップ接続する工程の後、上記基板のバンプ痕を確認する工程を含んでいてもよい。
上記の方法によれば、パンプ痕を確認することにより、フリップチップ接続が正しく行われているか否かを確認することができる。
以上のように、本発明に係る撮像モジュールは、受光部と電極パッドとを有する固体撮像素子と、配線パターンが形成されているとともに、該配線パターンと上記電極パッドとがフリップチップ接続されている基板であって、開口部が設けられている基板と、上記基板と上記固体撮像素子とを接続するために該基板に貼付された異方性導電性フィルムと、上記開口部に設けられ、上記受光部が受光する光を透過する透光性部材と、を備え、上記開口部の縁部分の上記異方性導電性フィルムが、溶融後、硬化した状態である溶融形態維持硬化状態となっている構成である。
また、本発明に係る撮像モジュールの製造方法は、基板に異方性導電性フィルムを貼付する工程と、上記異方性導電性フィルムが貼付された上記基板を、切断部分を溶融させることにより開口部を形成する工程と、上記開口部に、透光性部材を配置する工程と、上記固体撮像素子の受光部に上記透光性部材を介して透過した光を受光できるように、上記基板の配線パターンと、上記固体撮像素子の上記電極パッドとをバンプを介してフリップチップ接続する工程と、含む方法である。
これにより、基板と固体撮像素子とをフリップチップ接続するときに、基板と固体撮像素子との間にある異方性導電性フィルムが、加圧、加熱により排出されても、溶融形態維持硬化状態となっている部分がダムのような役割をはたし、排出された異方性導電性フィルムが固体撮像素子等に排出されてしまうことを防止することができるという効果を奏する。
また、フリップチップ接続により、基板と固体撮像素子とを接続しているので、装置の小型化・薄型化を実現できるという効果奏する。
したがって、映像不良等の原因を除去しつつ、小型化・薄型化可能な撮像モジュール等を実現することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態に係る撮像モジュールを示すものであり、（ａ）は、撮像モジュールの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。 上記撮像素子における異方性導電性フィルムの半硬化部分を説明するための図である。 上記撮像素子における位置ズレ確認部を説明するための図であり、（ａ）は撮像素子の上面図、（ｂ）は（ａ）の位置ズレ確認部を拡大した図である。 上記撮像素子を、図３（ａ）とは反対方向から見た状態を示す図である。 上記撮像素子における、フレキシブル基板の端子とバンプとの位置関係を示す図である。 上記撮像素子を製造する流れを示すフローチャートである。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。
〔１．撮像モジュールの構成〕
本発明の一実施の形態について図１から図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施の形態に係る撮像モジュール１は、様々な撮像装置に備えられて、用いられるものである。
図１は、本実施の形態にかかる撮像モジュール１の構成を示す図であり、（ａ）は撮像モジュール１の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´における断面を示す図である。なお、本実施の形態では、フレキシブル基板２の固体撮像素子３が配置されている側を下側、その反対を上側とする。よって、図１（ｂ）のＢＢから見た状態が上から見た状態、ＣＣから見た状態が下から見た状態となる。
図１に示すように、本実施の形態に係る撮像モジュール１は、中央に開口部５が設けられたフレキシブル基板２に、フレキシブル基板２と固体撮像素子３との接続部材として異方性導電性フィルム８が貼り付けられ、固体撮像素子３が、固体撮像素子３の電極（電極パッド１３）に設けられたバンプ７を介してフレキシブル基板２の端子にフリップチップ接続（ＦＣＢ：flip-chip bonding）されている。また、フレキシブル基板２には、配線
パターン１１が形成されている。バンプ７は、例えば金からなる。なお、フレキシブル基板２を、上面側（固体撮像素子３が配置されている側と反対側）から見た場合、バンプ７の痕であるバンプ痕７´を確認することができる。
また、固体撮像素子３は、フレキシブル基板２の開口部５を覆うように配置されている。
また、フレキシブル基板２の開口部５には、固体撮像素子３の画素エリア（受光部１２）を覆うようにガラス４が配置され、フレキシブル基板２と固体撮像素子３との接触面は異方性導電性フィルム８により、フレキシブル基板２とガラス４とは補強樹脂９により封止されている。
また、後述するように、開口部５は、フレキシブル基板２の切断部分をレーザ等により溶融させることにより形成されている。これにより、フレキシブル基板２の開口部５の縁部分は、異方性導電性フィルム８が溶融して固まった状態である半硬化状態（溶融形態維持硬化状態）となっている。
具体的には、図２に示すように、フレキシブル基板２の開口部５の縁部分、およびフレキシブル基板２の外形の長辺部分が半硬化状態となっている（図２の異方性導電性フィルム半硬化部分８）。
また、固体撮像素子３の外形の短辺側の長さＸは、フレキシブル基板２の短辺側の長さＹとほぼ同じとなっている。本実施の形態では、（固体撮像素子３の外形の短辺側の長さＸ）／（フレキシブル基板２の短辺側の長さＹ）が０．９以上である。
また、配線パターン１１の外形部分における、固体撮像素子３の隅と対応する部分のうち、少なくとも２ヶ所が矩形にくり抜かれ、位置ズレ確認部６となっている。本実施の形態では、１００μｍ□でくり抜かれている。なお、位置ズレ確認部６の詳細については後述する。
さらに、フレキシブル基板２には、一端が１方向に延長されて外部端子が設けられている。
〔２．位置ズレ確認部６の詳細〕
次に、位置ズレ確認部６の詳細について、図３、４を参照して説明する。図３は、位置ズレ確認部６の詳細を説明するための図であり、（ａ）は撮像モジュール１の上面図、（ｂ）は位置ズレ確認部６を拡大した図である。図４は、撮像モジュール１を、固体撮像素子３の側から見た状態を示す図である。
図３（ｂ）に示すように、位置ズレ確認部６は、配線パターン１１の隅が矩形にくり抜かれ、くり抜かれた領域に固体撮像素子３の隅がはみ出している状態である。この固体撮像素子３のはみ出している部分（確認領域１０）の面積は、フレキシブル基板２と固体撮像素子３との位置関係により変わってくる。よって、フレキシブル基板２と固体撮像素子３とが正しい位置関係にある場合の確認領域１０の面積と、測定した確認領域１０の面積を比較することにより、フレキシブル基板２と固体撮像素子３との配置にズレがないか否かを確認することができる。
〔３．配線パターン１１の端子とバンプ７との位置関係〕
次に、配線パターン１１の端子とバンプ７との位置関係について、図５を参照して説明する。図５は、配線パターン１１の電極とバンプ７との位置関係を示す図である。
図５では、バンプ７を黒丸で示している。図５に示すように、バンプ７は、配線パターン１１の端子部分に配置されている。
〔４．撮像モジュール１の製造方法〕
次に、撮像モジュール１の製造方法について、図６を参照して説明する。図６は、撮像モジュール１の製造方法の流れを示すフローチャートである。
まず、配線パターン１１が形成されたフレキシブル基板２を受け入れる（Ｓ１）。次に、受け入れたフレキシブル基板２に異方性導電性フィルム８を貼付する（Ｓ２）。異方性導電性フィルム８は、ＡＣＦ（anisotropicconductive film）、ＮＣＦ（non conductive
film）等である。
そして、異方性導電性フィルム８が貼付されたフレキシブル基板２に対し、レーザ等により溶融させながら加工することにより開口部５を形成する（Ｓ３）。より詳細には、固体撮像素子３の画素エリアが配置される開口部５を形成するための加工、および、ガラス４を固定するとともにガラス４とフレキシブル基板２との固定を補強するための樹脂を注入する樹脂注入部を含めた切断線の加工を、レーザ等で溶融させながら行う。
溶融させながら加工することにより、加工部の近傍（約20um）は、異方性導電性フィルム８の硬化反応が進む。そのため、次工程の固体撮像素子３をフレキシブル基板２の端子にフリップチップ接続する時に、加圧、加熱されることにより固体撮像素子３とフレキシブル基板２との間にある異方性導電性フィルム８が排出されても、異方性導電性フィルム８の半硬化部分（異方性導電性フィルム半硬化部分８´）がダムのような役割を果たして、フレキシブル基板２の外にはみ出さないようにすることができる。
サイズを小さくするために、固体撮像素子３のサイズとほぼ同サイズが望まれる撮像モジュール１では、固体撮像素子３とフレキシブル基板２との幅がほぼ同一となる。この場合、固体撮像素子３とフレキシブル基板２との接続の信頼性を確保するために、固体撮像
素子３の周囲に補強のための樹脂が必要になる。
しかしながら、固体撮像素子３とフレキシブル基板２との幅がほぼ同一の場合、上記樹脂を塗布できる領域が限られてしまう。よって、従来技術では、撮像モジュール１の小型化を図りつつ、フレキシブル基板２と固体撮像素子３との接続の信頼性を確保した撮像モジュール１を作製することは困難であった。
本実施の形態では、フレキシブル基板２に異方性導電性フィルム８を貼り付けているため、フレキシブル基板２の外形を形成するレーザ切断時に、異方性導電性フィルム８が溶融、硬化することによりダムを形成することができる。
このダムの部分は、固体撮像素子３をフレキシブル基板２にフリップチップするときの熱（例えば、２００℃）により、接続部分より先に完全に硬化する。これにより、接続部分の異方性導電性フィルム８が外部へ排出されることを防止することができる。
これにより、小型化を図るとともに、固体撮像素子３とフレキシブル基板２との接続の信頼性も確保された撮像モジュール１を実現することができる。
また、フレキシブル基板２に予め異方性導電性フィルム８を貼り付けているため、撮像モジュール１を作製するための工数の削減にもつながり、コストの低減も図ることができる。
また、レーザで加工処理を行う際に、一部に樹脂ダマリ部（図示せず）を設けることが望ましい。これにより、液体樹脂の注入の安定性を高めることができる。また、注入した液体樹脂に余分が生じたとしても、樹脂ダマリ部に滞留させることができ、フレキシブル基板２の外にはみ出してしまうことを防止することができる。なお、樹脂ダマリ部の位置としては、例えば、ガラス４の４隅に設けることが考えられる。
一方、固体撮像素子３では、固体撮像素子３の電極パッドにバンプ７を形成する（Ｓ４）。
そして、電極パッド上にバンプ７を形成した固体撮像素子３を、開口部５を有するフレキシブル基板２の端子とフリップチップ接続する（Ｓ５）。
フリップチップ接続後、固体撮像素子３の裏面、すなわち撮像モジュール１の上側からバンプ痕７´を確認し、さらに、フレキシブル基板２の、少なくとも２ヶ所の位置ズレ確認部６において、配線パターン１１からはみ出た固体撮像素子３の隅である確認領域１０の面積を確認する（Ｓ６）。
従来、固体撮像素子３のような半導体チップとフレキシブル基板２のような基板とを、異方性導電性フィルム８のような導電性を有する接続部材によりフリップチップ接続したときの検査手法は、Ｘ線透過手法と治具による電気特性検査によっていた。これは、接続部が見えないため、半導体チップのバンプ位置と基板の端子位置との位置ズレの確認をＸ線透過手法により行い、半導体チップにＸ線を照射すると暗電流が増えて素子劣化の原因となるので治具による電気特性検査を行っていた。このため、電気特性検査を行うための治工具が必要となりコストアップの要因となっていた。
そこで、本願発明者が検討と重ねた結果、フレキシブル基板２に対し固体撮像素子３をフリップチップ接続したときに、固体撮像素子３を搭載したフレキシブル基板２の裏面のバンプ位置に対応する位置にバンプ痕が確認できれば、安定した接続が行われていること
を見出した。よって、バンプ痕７´を確認することにより、フリップチップ接続が適切に行われているか否かを確認することができる。
また、フレキシブル基板２と固体撮像素子３とのサイズがほぼ等しい場合、フレキシブル基板２の端子と固体撮像素子３のバンプ７との位置ズレを確認する方法が従前はなかった。これは、基板上に位置ズレ確認マークを設けたとしても、接続部材の排出により位置ズレ確認マークが認識できないためである。
そこで、本実施形態では、配線パターン１１の、固体撮像素子３の外形の隅に対応する部分を矩形にくり抜き、固体撮像素子３の外形がはみ出ている領域の面積を用いて、フレキシブル基板２の端子と携帯端末３のバンプ７との位置ズレを確認している。
これにより、確実に、フレキシブル基板２の端子と携帯端末３のバンプ７との位置ズレを確認することができ、コストを低減することができる。
以上の工程により、撮像モジュール１を製造することができる。
〔５．本実施形態による効果〕
以上のように、本実施の形態に係る撮像モジュール１は、固体撮像素子３とフレキシブル基板２との接続する、導電性を有する接続部材である異方性導電性フィルム８を予めフレキシブル基板２に貼り、固体撮像素子３の画素エリアとなる開口部５を、溶融させながら加工して形成する。そして、フレキシブル基板２と固体撮像素子３とをフリップチップ接続する。
これにより、溶融させながら加工した開口部５の縁部分（約20um）は、接続部材である異方性導電性フィルム８の硬化反応が進み半硬化状態となる。よって、次工程の固体撮像素子３をフレキシブル基板２にフリップチップ接続するときに、加圧、加熱されて固体撮像素子３とフレキシブル基板２との間にある異方性導電性フィルム８が排出されても、半硬化状態となった異方性導電性フィルム半硬化部分８´がダムのような役割を果たし、排出された異方性導電性フィルム８がフレキシブル基板２の外部へ排出されない。よって、映像不良等の原因と取り除くことができる。
また、フレキシブル基板２と固体撮像素子３との短辺の長さがほぼ同じサイズで撮像モジュール１を構成することができ、小型化・薄型化した撮像モジュール１を提供することができる。
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
情報通信端末用カメラ、車載用カメラ、医療用カメラなどの固体撮像素子を用いて形成される小型の固体撮像モジュールに好適である。
１ 撮像モジュール
２ フレキシブル基板（フレキシブルプリント回路基板）
３ 固体撮像素子
４ ガラス（透光性部材）
５ 開口部
６ 位置ズレ確認部
７ バンプ
８ 異方性導電性フィルム
９ 補強樹脂
１０ 確認領域
１１ 配線パターン
１２ 受光部
１３ 電極パッド

Claims (8)

  1. 受光部と電極パッドとを有する固体撮像素子と、
    配線パターンが形成されているとともに、該配線パターンと上記電極パッドとがフリップチップ接続されている基板であって、開口部が設けられている基板と、
    上記基板と上記固体撮像素子とを接続するために該基板に貼付された異方性導電性フィルムと、
    上記開口部に設けられ、上記受光部が受光する光を透過する透光性部材と、を備え、
    上記開口部の縁部分の上記異方性導電性フィルムが、溶融後、硬化した状態である溶融形態維持硬化状態となっていることを特徴とする撮像モジュール。
  2. 上記固体撮像素子の外形の短辺の長さが、上記基板の外形の短辺の長さの９割以上であることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
  3. 上記基板は、フレキシブルプリント回路基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像モジュール。
  4. 上記基板と上記固体撮像素子との接触面が、樹脂により封止されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
  5. 上記基板の一端が一方向に延長された領域に外部端子を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
  6. 上記配線パターンは矩形状の領域に形成されており、該矩形状の領域の４隅のうち、少なくとも２隅が、切り落とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
  7. 配線パターンが形成された基板上に、電極パッドを有する固体撮像素子が実装された撮像モジュールの製造方法であって、
    上記基板に異方性導電性フィルムを貼付する工程と、
    上記異方性導電性フィルムが貼付された上記基板を、切断部分を溶融させることにより開口部を形成する工程と、
    上記開口部に、透光性部材を配置する工程と、
    上記固体撮像素子の受光部に上記透光性部材を介して透過した光を受光できるように、上記基板の配線パターンと、上記固体撮像素子の上記電極パッドとをバンプを介してフリップチップ接続する工程と、含むことを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
  8. 上記フリップチップ接続する工程の後、上記基板のバンプ痕を確認する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の撮像モジュールの製造方法。
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