JP6197632B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯電子機器に組み込まれるカメラモジュールや、デジタルカメラに組み込まれる撮像部等の撮像装置に関するものである。

デジタルスチールカメラ、ディジタルビデオカメラ等のデジタルカメラの内部に組み込まれる撮像部（撮像ユニット）や、携帯電話端末、タブレットＰＣ等の携帯電子機器に組み込まれるカメラモジュール等の撮像装置は、撮像素子（イメージセンサ）と、この撮像素子を搭載する基板を備えている。

例えば特許文献１には、基板の表面に撮像素子を搭載し、基板の裏面にＩＣを搭載した撮像装置が示されている。

特開平１０−３２３２３号公報

上述のデジタルカメラやカメラ組み込み携帯電子機器等においては、各種回路へ電源電圧を供給する電源回路としてＤＣ−ＤＣコンバータが組み込まれているが、このＤＣ−ＤＣコンバータはスイッチングに伴って電磁ノイズを発生するノイズ源となる。また、撮像素子から出力される画像データに対して各種処理を行う画像処理プロセッサ（画像処理エンジン）も高速クロックで動作し、消費電力も大きいことに起因して比較的多くの電磁ノイズを輻射する。そのため、従来は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を撮像素子から極力離れた位置に配置したり、ノイズ源となる回路を別の基板に設けたりしていた。

一方、このようなデジタルカメラやカメラ組み込み携帯電子機器等においては、機器の小型化の要請に伴い、撮像装置は他の電子部品や部材とともに機器内に高密度に組み込まれる。そのため、撮像素子は他の電子部品や回路に近接配置せざるを得ない場合がある。その結果、撮像素子は上記電磁ノイズを受けて、その影響で画像が本来得られる画質より劣化する場合がある。

一般的に、電磁ノイズの対策として、シールドすべき部品の周囲を面状の電極で囲むことが有効である。ところが、上記撮像素子に対しては未だ問題が残る。

本発明の目的は、デジタルカメラやカメラ組み込み携帯電子機器等における撮像装置の電磁ノイズの影響を受けにくくして、画質の劣化などの問題を解消した撮像装置を提供することにある。

例えば、基板に面状に拡がる導体パターンを形成することで静電シールド（ファラデーシールド）を施すことは、上記電磁ノイズのうちの電界ノイズに対して有効であるが、磁界ノイズについてのシールド効果は無い。しかし、限られたスペースに磁気シールドを施すことは困難であった。

そこで、本発明の撮像装置は、第１主面および第２主面を有する基板と、受像面を有する撮像素子と、を有し、前記基板は一部または全部が磁性体層で構成されていて、基板の第１主面に撮像素子が搭載されたことを特徴とする。この構成により、撮像素子を透過しようとする磁束は磁性体層を面方向に抜けるようになって、撮像素子は磁気シールドされる。

前記基板は、第１主面に非磁性層を有し、この非磁性体層を介して撮像素子とは反対側に磁性体層を有し、基板の非磁性体層に撮像素子に接続された配線パターンが形成されていることが好ましい。これにより、配線パターンのインダクタンス成分が不必要に大きくならず、線路と回路との間のインピーダンス不整合による信号波形の劣化が避けられる。

前記基板の第２主面に設けられた端子電極と、前記磁性体層を通る層間接続導体とを備え、配線パターンと端子電極とは層間接続導体を介して接続されていることが好ましい。これにより、層間接続導体と磁性体層とでフェライトビーズインダクタとして作用し、不要な高周波成分が遮断される。

平面視で、前記磁性体層は前記撮像素子を覆う範囲に拡がっていることが好ましい。これにより、撮像素子に対して広範囲において磁気シールド効果が得られる。

前記磁性体層の磁性体は、周波数１０ＭＨｚ以下における複素透磁率の虚部μ″が２以上の磁性体であることが好ましい。これにより、高周波の磁界ノイズが熱になって消費され易くなり、高い磁気シールド性が得られる。

前記撮像素子の受像面に像を結像させるレンズを有し、レンズと撮像素子との間にレンズの位置調整用磁性体部品が配置されていることが好ましい。マグネット、ヨークなど、レンズの位置調整用磁性体部品があると、そこを抜ける磁束の経路に撮像素子が入る場合が多いが、上記構成によれば、撮像素子は磁気シールドされる。

前記基板の第２主面に磁界ノイズ源が設けられていることが好ましい。例えばＤＣ−ＤＣコンバータ回路や画像処理回路等の磁界ノイズ源が基板の第２主面に設けられても、そのノイズ発生源からの磁界ノイズに対して撮像素子は遮蔽される。そのため撮像装置の小型化が図れる。

本発明によれば、撮像装置が電磁ノイズ輻射を受けても、撮像素子の位置における磁界ノイズは軽減されて、画質の劣化が抑制される。

図１は第１の実施形態に係るデジタルカメラの分解斜視図である。 図２は第１の実施形態に係るデジタルカメラの断面図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、基板２０の構造、および基板２０に対する撮像素子１０の搭載構造の例を示す断面図である。 図４は基板２０の実装構造および磁気シールド作用について示す断面図である。 図５は第２の実施形態に係るカメラモジュールの斜視図である。 図６は第２の実施形態に係るカメラモジュールの主要部の断面図である。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）は第３の実施形態に係る撮像装置の主要部の断面図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は第４の実施形態に係る別の撮像装置の主要部の断面図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）は第５の実施形態に係る撮像装置の正面図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るデジタルカメラの分解斜視図である。図２はそのデジタルカメラの断面図である。図１、図２に表れているように、このデジタルカメラはカメラボディ５０の前面にレンズ１を備え、カメラボディ５０の内部に撮像素子１０を備えている。撮像素子１０は基板２０に搭載されている。この基板２０は回路基板４１に実装されている。この回路基板４１以外にも回路基板４２等を備えている。カメラボディ５０の後面には液晶表示パネル４３が設けられている。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、上記基板２０の構造、および基板２０に対する撮像素子１０の搭載構造の例を示す断面図である。

図３（Ａ）の例では、基板２０の第１主面ＭＳ１にボンディングパッド３１が形成されていて、第２主面ＭＳ２に回路基板への実装用の端子３４が形成されている。基板２０の第１主面ＭＳ１に撮像素子１０がダイボンディングされていて、基板２０の第１主面ＭＳ１のボンディングパッド３１と、撮像素子１０の受像面ＩＡに形成されているボンディングパッドとがワイヤーボンディングされている。

図３（Ｂ）の例では、撮像素子１０の受像面ＩＡの裏面にバンプが形成されていて、この撮像素子１０は基板２０の第１主面ＭＳ１にギャングボンディングされている。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）のいずれの例でも、基板２０は、その第１主面ＭＳ１に非磁性体層ＮＭＬ１を備え、非磁性体層ＮＭＬ１を介して撮像素子１０とは反対側に磁性体層ＭＬを備える。また、基板２０の第２主面ＭＳ２に非磁性体層ＮＭＬ２を備える。

非磁性体層ＮＭＬ１には撮像素子１０に接続される配線パターン３２が形成されている。基板２０の第２主面ＭＳ２に設けられた端子３４と配線パターン３２とは、磁性体層ＭＬを通る層間接続導体３３を介して接続されている。

磁性体層ＭＬは平面視で撮像素子１０を覆う範囲に拡がっている。すなわち、磁性体層ＭＬの平面サイズは撮像素子１０の平面サイズより大きく、且つ重なっている。

非磁性体層ＮＭＬ１，ＮＭＬ２は非磁性フェライト等の誘電体セラミックスやガラス、磁性体層ＭＬは磁性フェライトである。これらの層はセラミックグリーンシートの積層および一体焼成によって形成されたものである。

磁性体層ＭＬの磁性体は、例えばAFe₂O₄（AはMn,Co,Ni,Cu,Zn等）のフェライトであり。周波数１０ＭＨｚ以下における複素透磁率の虚部μ″が２以上の磁性体である。

図４は基板２０の実装構造および磁気シールド作用について示す断面図である。基板２０の磁性体層ＭＬは他の部分（周囲）より透磁率が高い。回路基板４１の実装面に基板２０が実装された状態で、回路基板４１の実装面とは反対側の面から磁界ノイズの磁束φが侵入する場合、この磁束φは基板２０の磁性体層ＭＬの面方向を透過する。また、高周波の磁界ノイズが磁性体層ＭＬで熱になって消費され、高い磁気シールド性が得られる。そのため、撮像素子１０に磁束φが透過することは殆ど無く、撮像素子１０は磁性体層ＭＬによって磁気シールドされる。

例えば、回路基板４２に構成されているＤＣ−ＤＣコンバータや回路基板４１に実装されている画像処理プロセッサから、数100kHz〜数10MHz帯の磁界ノイズが輻射される。本発明によれば、このようなノイズ源が近接配置されても、撮像素子１０が磁界ノイズの影響を受けず、画質の劣化が防止できる。なお、撮像素子１０の受像面ＩＡ側には回路基板や他の回路が存在しないので、撮像面側からは磁界ノイズの輻射を受けない。

特に、平面視で、磁性体層ＭＬは撮像素子１０を覆う範囲に拡がっていることにより、撮像素子に対して広範囲において磁気シールド効果が得られる。

なお、配線パターン３２と端子３４とを接続する層間接続導体３３は磁性体層ＭＬを積層方向に通るので、層間接続導体３３と磁性体層ＭＬとでフェライトビーズインダクタとして作用する。そのため、信号線を伝搬しようとする不要な高周波成分が遮断される。

また、基板２０の非磁性体層ＮＭＬ１に配線パターン３２が形成されていることにより、配線パターン３２のインダクタンス成分が不必要に大きくならず、線路と回路との間のインピーダンス不整合による信号波形の劣化が避けられる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、携帯電話端末等の携帯電子機器に組み込まれるカメラモジュールの例を示す。図５は第２の実施形態に係るカメラモジュールの斜視図である。図６はその主要部の断面図である。

カメラモジュール１０１は基板２０からケーブル６が引き出されている。ケーブル６はフレキシブル部６ｆ、リジッド部６ｒおよびレセプタクル６ｃで構成されている。

図６に表れているように、基板２０の上面に撮像素子１０が実装されている。基板２０の上面には鏡胴２が取り付けられている。鏡胴２の内面にはマグネット３が設けられている。レンズホルダ４にはレンズ１およびコイル５が取り付けられている。このコイル５に通電されることで、このコイル５とマグネット３との作用により、レンズホルダ４はレンズ１の光軸方向に移動する。これによりフォーカシングがなされる。

基板２０の構成は第１の実施形態で図３（Ｂ）に示したものと基本的に同じである。カメラモジュール１０１が携帯電子機器に組み込まれた状態で、携帯電子機器の筐体内で生じる磁界ノイズの磁束φが侵入する場合、この磁束φは基板２０の磁性体層ＭＬの面方向を透過する。そのため、撮像素子１０に磁束φが透過することは殆ど無く、撮像素子１０は磁性体層ＭＬによって磁気シールドされる。また、マグネット３は透磁率が大きいため磁束φはこのマグネット３を透過する場合もあるが、撮像素子１０を殆ど透過することはない。仮に、磁性体層ＭＬが無いと、上記磁界ノイズの磁束φが撮像素子１０を透過するとともに、マグネット３を透過することになるので、撮像素子１０は磁界ノイズの影響を強く受ける。本実施形態では、基板２０の磁性体層ＭＬの存在により、この磁性体層ＭＬとマグネット３とで磁気シールド構造が構成される。そのため、撮像素子１０の側方から磁界ノイズの磁束が侵入しようとしても、撮像素子１０は磁気シールドされる。

なお、マグネット以外にヨークを備えている場合にも、磁性体層ＭＬとヨークとで磁気シールド構造が構成される。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、撮像素子を実装する基板の、第１の実施形態とは異なる構成例について示す。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）は第３の実施形態に係る撮像装置の主要部の断面図である。

図７（Ａ）は樹脂多層基板で構造した例である。図７（Ａ）において、磁性体層ＭＬは、磁性体フィラーを樹脂中に高密度で充填した層、非磁性体層ＮＭＬ１，ＮＭＬ２は磁性体フィラーを含まない樹脂層である。非磁性体層ＮＭＬ１の上面にはチップキャパシタ等のチップ部品１１が搭載されている。この構造によれば、樹脂多層基板のプロセスで製造でき、低コスト化できる。また、耐衝撃性が高い。

図７（Ｂ）は焼結磁性フェライト板を樹脂基板中に埋設した例である。図７（Ｂ）において、基板２０の非磁性体層ＮＭＬは樹脂多層基板で構成されていて、磁性体層ＭＬは焼結磁性フェライト板で構成されている。すなわち、樹脂多層基板にキャビティを形成し、そのキャビティ内に焼結磁性フェライト板を挿入して積層一体化したものである。この構造によれば、磁性体層ＭＬの透磁率を高めることができ、樹脂基板の製造プロセスでありながら高い磁気シールド効果を得ることができる。

図７（Ｃ）は、基板２０の全体が磁性体で構成された例、および基板２０の側面を経由して第１主面から第２主面にかけて端子３４が形成された例である。基板２０は磁性フェライト板または磁性体フィラーを充填した樹脂基板である。このように、撮像素子１０を搭載する基板２０は、その全体が磁性体であってもよい。また、配線パターンは基板２０内に設けず、側面に形成してもよい。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、撮像素子を実装する基板のさらに別の構成例について示す。図８（Ａ）、図８（Ｂ）は第４の実施形態に係る撮像装置の主要部の断面図である。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、半導体基板で構造した例である。図８（Ａ）において、基板２０の非磁性体層ＮＭＬ２はＳｉ基板、磁性体層ＭＬはＳｉ基板表面に形成された磁性薄膜層、非磁性体層ＮＭＬ１は磁性薄膜層表面に形成された再配線層である。図８（Ｂ）において、基板２０の非磁性体層ＮＭＬ２はＳｉ基板、磁性体層ＭＬはＳｉ基板表面に形成された磁性薄膜層、非磁性体層ＮＭＬ３は磁性薄膜層上に形成された誘電体薄膜層、非磁性体層ＮＭＬ１は誘電体薄膜層表面に形成された再配線層である。

図８（Ａ）（Ｂ）いずれについても、非磁性体層ＮＭＬ１（再配線層）上に撮像素子１０を搭載するための電極が形成されている。非磁性体層ＮＭＬ２（Ｓｉ基板）の下面には端子３４が形成されている。非磁性体層ＮＭＬ２（Ｓｉ基板）の端子３４から非磁性体層ＮＭＬ１（再配線層）のパッドにかけて導体が形成されている。これらは半導体プロセスで形成される。

上記磁性体層ＭＬである磁性薄膜層は、AFe₂O₄（AはMn,Co,Ni,Cu,Zn等）のフェライトを薄膜形成したものであり、例えば数μｍ〜数十μｍ（例えば20μｍ程度）の厚さに成膜される。

図８（Ａ）に示した例では、チップキャパシタ等のチップ部品１１が非磁性体層ＮＭＬ１（再配線層）上に搭載されている。図８（Ｂ）に示した例では、非磁性体層ＮＭＬ３である誘電体薄膜層にキャパシタＴＣが形成されている。このキャパシタＴＣは電源ラインに接続されるバイパスコンデンサ（デカップリングコンデンサ）であり、撮像素子１０に直結されるので、バイパスコンデンサとしての高い機能が得られる。

このように、撮像素子１０を搭載する基板２０を半導体基板で構成することで、端子面および撮像素子搭載面の高いコプラナリティ（平坦性）が得られる。またファインライン（微細配線）が形成できるので、全体に小型化できる。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、撮像素子とノイズ源との位置関係の例について示す。図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は第５の実施形態に係る撮像装置の正面図である。

図９（Ａ）に示す例では、撮像素子１０が搭載された基板２０が回路基板４１の第１主面上に実装され、回路基板４１の第２主面に画像処理プロセッサ１２やＤＣ−ＤＣコンバータ１３が実装されている。

図９（Ｂ）に示す例では、撮像素子１０が搭載された基板２０の裏面に画像処理プロセッサ１２が実装されている。

図９（Ｃ）に示す例では、撮像素子１０が搭載された基板２０と回路基板４１とがフレキシブル基板４４を介して接続されている。回路基板４１には画像処理プロセッサ１２やＤＣ−ＤＣコンバータ１３が実装されている。

これらの構成例のように、ノイズ源である部品や回路が近接していても、撮像素子１０は磁気シールドすることができる。

ＩＡ…受像面
ＭＬ…磁性体層
ＭＳ１…第１主面
ＭＳ２…第２主面
ＮＭＬ，ＮＭＬ１，ＮＭＬ２，ＮＭＬ３…非磁性体層
ＰＣ…タブレット
ＴＣ…キャパシタ
１…レンズ
２…鏡胴
３…マグネット
５…コイル
４…レンズホルダ
６…ケーブル
６ｃ…レセプタクル
６ｆ…フレキシブル部
６ｒ…リジッド部
１０…撮像素子
１１…チップ部品
１２…画像処理プロセッサ
１３…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０…基板
３１…ボンディングパッド
３２…配線パターン
３３…層間接続導体
３４…端子
４１，４２…回路基板
４３…液晶表示パネル
４４…フレキシブル基板
５０…カメラボディ
１０１…カメラモジュール

Claims (6)

1. 第１主面および第２主面を有する基板と、受像面を有する撮像素子と、前記撮像素子の前記受像面に像を結像させるレンズと、を有し、
   前記基板の第１主面に前記撮像素子が搭載され、
   前記基板は、第１主面に第１非磁性体層を有し、前記第１非磁性体層を介して前記撮像素子とは反対側に磁性体セラミック層を有し、前記第２主面に第２非磁性体層を有し、
   前記基板の前記第１非磁性体層に、前記撮像素子に接続された配線パターンが形成された、撮像装置。
2. 前記基板の第２主面に設けられた端子電極と、前記磁性体セラミック層を通る層間接続導体とを備え、前記配線パターンと前記端子電極とは、前記層間接続導体を介して接続されている、請求項１に記載の撮像装置。
3. 平面視で、前記磁性体セラミック層は前記撮像素子を覆う範囲に拡がっている、請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記磁性体セラミック層の磁性体は、周波数１０ＭＨｚ以下における複素透磁率の虚部μ″が２以上の磁性体である、請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記レンズと前記撮像素子との間に前記レンズの位置調整用磁性体部品が配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記基板の第２主面に磁界ノイズ源が設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。

Images