JP2002252797A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Abstract
置を提供する。 【解決手段】 開口部11aを備えた回路基板11に、
受光面18aを備えた固体撮像素子18と、これらを収
納するセンサパッケージ12と、レンズ14を備えた光
学ユニット15とを有する固体撮像装置10において、
レンズ14に入射した光が、開口部11aを通過して、
他方の面側にある受光面18aに到達するための光路が
確保されるように、センサパッケージ12と光学ユニッ
ト15とが配置される構成にした。部品を両面実装して
回路基板面積を有効利用するとともに、回路基板11の
水平方向の大きさを小さくすることができる。さらに、
光学ユニット15が回路基板11上に実装されるので、
直径の大きい、明るいレンズ14を用いる場合であって
も、開口部11aを大きくすることなく対応でき、固体
撮像装置10を大きくせずにレンズ14のサイズ変更に
対応できる。
Description
し、特にCCD型、CMOS型などの固体撮像素子を有
する固体撮像装置に関する。
化に伴い、搭載する電子部品の小型化が求められてい
る。近年、特に小型の画像入力装置が広く用いられるよ
うになり、これらに搭載する撮像装置に対して、小型
で、かつ高機能、低消費電力などといった高い性能が要
求されている。
S型の固体撮像素子が搭載されている。固体撮像素子の
微細化技術、高集積化技術などの向上により高い性能の
固体撮像素子が開発されてきている。さらに、高実装技
術により固体撮像素子を搭載した固体撮像装置全体とし
ての厚みや幅を縮小し、固体撮像装置を搭載する電子機
器を小型化する試みがなされている。例えば、特開平1
1−191865号公報、特開平11−354769号
公報では、開口部を有する回路基板を用いて固体撮像装
置を小型化する試みがなされている。
を示す図である。固体撮像装置100は、受光面101
を有する固体撮像素子102と、固体撮像素子102の
入出力信号を伝播する図示しない配線手段と、固体撮像
素子102に入射する入射光を結像するためのレンズ1
03と、図示しない光学フィルタとからなる固体撮像素
子ユニット104を、開口部105を備えた回路基板1
06に、固体撮像素子ユニット104の光軸が回路基板
106に対して直角になるように、固体撮像素子ユニッ
ト104全体を開口部105に挿入し固定する方法を採
っている。
06の開口部105に挿入して固定するので、固体撮像
素子ユニット104を回路基板106上に実装する場合
よりも、回路基板106の厚み分だけ固体撮像装置10
0の最大厚みが薄くなる。
の例を示す図である。固体撮像装置200は、開口部2
01を有する回路基板202の一方の面に受光面203
を有する固体撮像素子204を接続し、他方の面に固体
撮像素子204に入射する入射光を結像するためのレン
ズ205および図示しない光学フィルタを含む光学ユニ
ット206を備えた構造を有している。
光学ユニット206とが回路基板202を挟んで配置さ
れている。また、固体撮像素子204を回路基板202
に接続する際、金メッキされたパッドを用いて接続する
構成とし、接合にはんだを用いたときのようなフラック
スによる受光面203の汚染を防止するとともに、回路
基板材料の改良、選択により、工程中の回路基板切断時
の切りくずなどによる受光面203への異物の付着を防
止する試みがなされている。
像素子ユニットを回路基板の開口部に挿入して固定する
方法では、固体撮像素子ユニットを回路基板の開口部に
挿入して固定するので、当然、固体撮像素子ユニットの
回路基板水平方向の大きさは開口部よりも小さくしなけ
ればならない。したがって、大きなレンズを使用する場
合には、そのレンズの大きさに合わせて、回路基板の開
口部を大きくする必要がある。
直径が大きいほど入射光量が多く、明るいため、きれい
な画像を得ることができるようになる。そのため、明る
いレンズが好まれるなどの理由から、レンズの直径は大
きいものが使用されることが多くなってきている。レン
ズの直径が大きくなれば、当然、レンズ全体も大きくな
り、それに伴って固体撮像素子ユニットが大きくなるの
で、回路基板の開口部を大きくしなければならない。そ
の結果、固体撮像装置は回路基板水平方向に大きくなっ
てしまうという問題点があった。
する場合、実装されたときの固体撮像素子ユニットの厚
みは薄くなるが、固体撮像素子と光学ユニットとを別々
に回路基板に実装するので、固体撮像素子の回路基板へ
の接続工程での固体撮像素子の取り扱い、特に固体撮像
素子に備えられた受光面の扱いが煩雑になる可能性があ
る。受光面にごみが付着した場合、像が映し出されたと
きに影になってしまうため好ましくない。また、受光面
に水分が付着した場合には、像が映し出されたときに影
になってしまい好ましくない。そのため、固体撮像素子
を直接回路基板に接続するために、ごみが発生しない工
程、切りくずなど異物の発生しない回路基板材料の選択
が必要になってしまう。
のであり、回路基板面積を大きくすることなくレンズの
サイズ変更に対応でき、かつ取り扱いが容易な固体撮像
装置を提供することを目的とする。
を備えた回路基板と、固体撮像素子を収納し、開口部に
固体撮像素子の受光面が位置合わせされ、回路基板の一
方の面に配置されたセンサパッケージと、回路基板の他
方の面で、結像された光が受光面に入射する位置に配置
された光学ユニットとを有することを特徴とする固体撮
像装置が提供される。
パッケージに収納されているので、外気から保護され
る。これにより、固体撮像素子および固体撮像素子の受
光面へのごみや水分の付着、侵入した水分の結露などが
ない。また、固体撮像素子が収納されたセンサパッケー
ジを回路基板に接続するので、工程上の取り扱いが煩雑
にならない。
サパッケージが回路基板の一方の面で、開口部に受光面
が位置合わせされて配置され、光学ユニットが回路基板
の他方の面で、結像した光を受光面に入射する位置に配
置されている。センサパッケージと光学ユニットとを基
板の一方の面と他方の面とにそれぞれ配置し、センサパ
ッケージと光学ユニットとが配置されている部分の回路
基板に形成された開口部により外部からの入射光が光学
ユニットを通ってセンサパッケージ内の受光面に到達す
るための通路が確保されている。
を基板の一方の面と他方の面とにそれぞれ配置し、回路
基板の両面を部品実装に利用するので、回路基板の投影
面積を小さくすることができる。
されるので、センサパッケージの大きさとは独立に、光
学ユニットの大きさを変えることができる。したがっ
て、直径の大きいレンズを用いる場合であっても、回路
基板の開口部を大きくせずに対応することができる。
を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態に係る
固体撮像装置の断面図である。
製の回路基板11と、回路基板11の一方の面に、セラ
ミックまたは樹脂で形成した箱型でその開口部側で回路
基板11に電機接続されたセンサパッケージ12と、信
号処理回路を収納する信号処理回路パッケージ13とを
有し、回路基板11の他方の面には、アルミニウムまた
はプラスチックで形成され、内部にレンズ14が固定さ
れた鏡筒15aを有する光学ユニット15と、コンデン
サーなどのチップ部品16と、外部接続用のコネクタ1
7とを有する。
イボンドペースト接着剤などでダイ付されてワイヤーボ
ンド結線で電気的に接続されたCMOS型の固体撮像素
子18と、固体撮像素子18のセンサパッケージ12と
の接続面と反対側に配置された受光面18aと、センサ
パッケージ12の回路基板11への接続面側の開口部を
塞ぐシールガラス19とを有する。シールガラス19は
固体撮像素子18への異物の付着を防止するために、図
示しないシール接着剤を介してセンサパッケージ12に
接着されている。
射する絞り15bが設けられており、鏡筒15aの絞り
15b部分の内側にレンズ14が固定され、光学ユニッ
ト15が形成されている。レンズのサイズや種類で決ま
るレンズ特有の光学距離(鏡筒15aの最前面から受光
面18aまでの距離)が所定の高さとなるように光学ユ
ニット15が取り付けられている。
撮像素子18に入射する入射光を結像するためのレンズ
14および図示しない光学フィルタを含む光学ユニット
15が、開口部11aを備えた回路基板11上に、光学
ユニット15の光軸が回路基板11に対して直角になる
ように配置されている。さらに、固体撮像素子18が収
納されたセンサパッケージ12は、収納された固体撮像
素子18が有する受光面18aが、光学ユニット15の
光軸上に配置されるように回路基板11に接続されてい
る。すなわち、固体撮像装置10の外部からレンズ14
に入射した光が、回路基板11に形成された開口部11
aを通過して、レンズ14が配置された回路基板11の
面と反対側の面に配置された受光面18aに到達する光
路が確保される。
は、回路基板11に、はんだペースト印刷、部品マウン
ト工程、リフロー工程を経て、所定の面側に信号処理回
路パッケージ13、チップ部品16、コネクタ17が実
装される。
16、コネクタ17などの実装終了後、固体撮像素子1
8および受光面18aが収納されてシールガラス19で
外気保護されたセンサパッケージ12と、内部にレンズ
14が固定されている鏡筒15aとからなる光学ユニッ
ト15を、スポットリフローまたは手作業により、回路
基板11の開口部11aを挟んでその両側に実装する。
の面にセンサパッケージ12を、受光面18aが所定位
置に合わされた状態で電気接続する。次いで、鏡筒15
aを、収納するレンズ14の光軸上に受光面18aが配
置される位置で、かつ、回路基板11にフォーカス調整
を行いながら位置を決定する。このとき、鏡筒15aの
回路基板11との接続面には、紫外線の照射により硬化
する紫外線硬化樹脂を塗布しておき、さらに、位置決定
の際、回路基板11と鏡筒15aの接続面との間に10
0〜200μmの隙間を残した状態で調節を行う。最後
に、調節を行った状態で、紫外線を照射し、樹脂を硬化
させて固定する。これにより、固体撮像素子18および
受光面18aが収納されてシールガラス19で外気保護
されたセンサパッケージ12と、鏡筒15aの内部にレ
ンズ14が固定された光学ユニット15とが、回路基板
11の開口部11aを挟んでその両側に、光路が確保さ
れた状態で実装される。
体撮像装置10の外部から鏡筒15aの内部に固定され
たレンズ14に入射した光は、回路基板11に形成され
た開口部11aを通過し、センサパッケージ12に収納
された固体撮像素子18の受光面18aに到達し、結像
される。光の強度などが電気信号に変換され、信号処理
回路パッケージ13内の信号処理回路にてデジタル信号
処理された後、コネクタ17を介して外部装置にデータ
が伝播される。
光面18aが収納されてシールガラス19で外気保護さ
れたセンサパッケージ12と、鏡筒15aの内部にレン
ズ14が固定された光学ユニット15とが、回路基板1
1の開口部11aを挟んでその両側に位置合わせされて
配置されているので、固体撮像装置10の外部からレン
ズ14に入射した光が、開口部11aを通過し、受光面
18aに到達するための光路が確保される。
ケージ12および光学ユニット15が配置されているの
で、使用するレンズ14の直径が大きくなっても、独立
に光学ユニット15を大きくして回路基板11に接続す
ればよく、開口部11aを大きくしなくてよい。これに
より、大きいレンズを用いた場合でも、固体撮像装置1
0が回路基板11の水平方向に大きくなることがない。
た信号処理回路パッケージを単独で回路基板に接続する
場合について述べたが、信号処理回路がセンサパッケー
ジに収納された構成としてもよい。
収納された場合の固体撮像素子の断面図である。固体撮
像装置20は、ガラスエポキシ樹脂製の回路基板21
と、回路基板21の一方の面に、セラミックまたは樹脂
で形成した箱型でその開口部側で回路基板21に電気接
続されたセンサパッケージ22を有し、回路基板21の
他方の面には、アルミニウムまたはプラスチックで形成
され、内部にレンズ24が固定された鏡筒25aを有す
る光学ユニット25と、コンデンサーなどのチップ部品
26と、外部接続用のコネクタ27とを有する。
イボンドペースト接着剤などでダイ付され、ワイヤーボ
ンド結線で電気的に接続されたCMOS型の固体撮像素
子28と、固体撮像素子28のセンサパッケージ22と
の接続面と反対側に配置された受光面28aと、図示し
ない信号処理回路と、センサパッケージ22の回路基板
21への接続面側の開口部を塞ぐシールガラス29とを
有する。シールガラス29は固体撮像素子28への異物
の付着を防止するために、図示しないシール接着剤を介
してセンサパッケージ22に接着されている。
射する絞り25bが設けられており、鏡筒25aの絞り
25b部分の内側にレンズ24が固定されている。レン
ズ24のサイズや種類で決まるレンズ特有の光学距離が
所定の高さとなるように光学ユニット25が取り付けら
れている。
撮像素子28に入射する入射光を結像するためのレンズ
24および図示しない光学フィルタを含む光学ユニット
25が、開口部21aを備えた回路基板21に、光学ユ
ニット25の光軸が回路基板21に対して直角になるよ
うに配置されている。さらに、固体撮像素子28が収納
されたセンサパッケージ22は、収納された固体撮像素
子28が有する受光面28aが、光学ユニット25の光
軸上に配置されるように回路基板21に接続されてい
る。すなわち、固体撮像装置20の外部からレンズ24
に入射した光が、回路基板21に形成された開口部21
aを通過して、レンズ24が配置された回路基板21の
面と反対側の面に配置された受光面28aに到達する光
路が確保される。
信号処理回路が固体撮像素子28とともにセンサパッケ
ージ22に収納されているので、回路基板21上に信号
処理回路パッケージを実装するスペースを空けることが
できる。これにより、空いたスペースに他の部品を実装
でき、固体撮像装置20を小型化することができる。
24に入射した光は、回路基板21の開口部21aを通
過し、センサパッケージ22に収納された固体撮像素子
28の受光面28aに到達して結像され、信号処理回路
にてデジタル信号処理される。このとき、信号処理回路
は固体撮像素子28とともにセンサパッケージに収納さ
れているので、固体撮像素子28と信号処理回路との配
線距離を短くできる。これにより、データの伝送速度を
速め、高周波数データでも安定して処理することが可能
になる。
に収納されるので、信号処理回路パッケージ内に収納さ
れている場合と同様、外気から保護された状態が維持さ
れる。
回路とがセンサパッケージに収納されている場合につい
て述べたが、固体撮像素子に信号処理機能を付加したも
のを用いてもよい。
に信号処理回路を作り込む。これにより、固体撮像素子
に信号処理機能を付加することができる。したがって、
さらに固体撮像素子を小型化できるとともに、処理速
度、データ伝送の安定性が向上する。
を備え、コネクタを介して外部とのデータ伝送、電源供
給、グランドなどが行われる構成としたが、コネクタを
介さずに固体撮像装置を外部接続する構造とすることも
できる。
板に、コネクタに代えてパッドなどを形成して、外部装
置の基板と接続する方法などがある。以上の説明におい
ては、CMOS型の固体撮像素子を用いたが、CCD型
の固体撮像装置を用いてもよい。また、回路基板にはコ
スト面、ハンドリングの面からガラスエポキシ樹脂基板
を用いたが、目的や用途に応じてフレキシブルプリント
基板や、リジットフレキ基板を用いてもよい。さらに、
上記の説明ではチップ部品の数を1個としたが、これは
単なる例であって、2個以上の場合や、ゼロの場合もあ
る。
パッケージ、チップ部品、コネクタなどの実装終了後、
固体撮像素子、受光面、シールガラスを有するセンサパ
ッケージと、レンズを有する鏡筒とを、スポットリフロ
ーまたは手作業により、回路基板に実装することとした
が、固体撮像素子やセンサパッケージの耐熱温度が、前
工程であるリフロー工程での温度に耐えられる場合に
は、例えば、実装工程後にリフロー工程を行うなど、製
造工程における実装工程の順序を変更可能である。
部品の実装配置は単なる例であって、使用する各々の部
品の大きさ、高さ、数に応じて回路基板に対して、上下
面を逆にして実装する場合や、チップ部品のいくつかを
一方の面に、残りを他方の面に実装する場合なども可能
である。その場合、比較的高さのある部品を鏡筒と同一
面に実装し、高さの低い部品を鏡筒の実装面反対側の面
に実装すれば、固体撮像装置の厚みを薄くすることがで
きる。
を備えた回路基板に、受光面を備えた固体撮像素子と、
これらを収納するセンサパッケージと、レンズを備えた
光学ユニットとを有する固体撮像装置において、回路基
板の一方の面側にあるレンズに入射した光が、回路基板
の開口部を通過し、他方の面側にある受光面に到達する
ための光路が確保されるように、センサパッケージと光
学ユニットとが配置される構成にした。
ることにより、受光面への異物の付着、結露などがない
ので、取り扱いが煩雑にならず、かつ、画質の良い像を
処理できる固体撮像素子を得ることができる。
回路基板面積を有効利用するとともに、回路基板水平方
向の大きさを小さくすることができる。さらに、光学ユ
ニットが回路基板上に実装されるので、直径の大きいレ
ンズを用いる場合であっても、回路基板の開口部を大き
くすることなく対応でき、固体撮像装置を大きくせずに
レンズのサイズ変更に対応できる。
ることにより、固体撮像装置を小型化できるとともに、
処理速度、データ伝送の安定性を向上させることができ
るようになる。
することにより固体撮像装置を小型化できるとともに、
処理速度、データ伝送の安定性を向上させることができ
るようになる。
図である。
いる場合の固体撮像素子の断面図である。
ある。
図である。
開口部、12……センサパッケージ、13……信号処理
回路パッケージ、14……レンズ、15……光学ユニッ
ト、15a……鏡筒、15b……絞り、16……チップ
部品、17……コネクタ、18……固体撮像素子、18
a……受光面、19……シールガラス。
Claims (5)
- 【請求項1】 開口部を備えた回路基板と、 固体撮像素子を収納し、前記開口部に前記固体撮像素子
の受光面が位置合わせされ、前記回路基板の一方の面に
配置されたセンサパッケージと、 前記回路基板の他方の面で、結像された光が前記受光面
に入射する位置に配置された光学ユニットと、 を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記センサパッケージは、前記固体撮像
素子の信号を処理する信号処理回路を有することを特徴
とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記固体撮像素子は、信号処理機能を有
することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】 前記回路基板はコネクタを介さずに外部
機器と接続されることを特徴とする請求項1記載の固体
撮像装置。 - 【請求項5】 レンズの大きさの異なる前記光学ユニッ
トを実装可能としたことを特徴とする請求項1記載の固
体撮像装置。
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