JP2007510291A - カメラモジュール及びこのようなカメラモジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、放射線感受面領域(3)を持つソリッドステート・イメージセンサ(2)と、ソリッドステート・センサ(2)の上に配置され、横に散乱された放射線に対するシールドを形成し、第1の放射線不透明領域及び前記第1の領域内に配置された第2の放射線透明領域を持つディスク形状体を有し、前記第2の領域のセンサ(2)に近い面がセンサ(2)から離れた面より小さい光学素子(4)とを収容するハウジング(1)を有するカメラモジュール(10)に関する。本発明によると、光学素子(4)は、透明材料の少なくとも1つの板を有し、前記板の両側は開口を設けられた放射線不透明層(41,42)で覆われ、センサ(2)に近い層(41)の開口は、センサ(2)から離れて配置された層(42)の開口より小さな面を持ち、前記第1及び第2の領域が、少なくとも1つの板(40)の不透明層(41,42)の間に挟まれた部分及び前記板の開口により夫々規定される。このようなモジュール(10)は特にウエハスケール製造に適している。本発明は、このようなモジュール(10)を製造する方法をも含む。
Description
本発明は、放射線感受面を有するソリッドステート・イメージセンサと、前記ソリッドステート・センサの上に配置された光学素子であって、前記光学素子が、前記放射線感受面を保護するために横に散乱された放射線に対するシールドを形成し、第1の放射線不透明領域及び前記第1の領域内に配置された第2の放射線透明領域を持つディスク形状体を有し、前記第2の領域が前記センサの前記放射線感受面の上に配置され、前記第2の領域の前記センサに近い面が前記センサから離れた面より小さい前記光学素子とを収容するハウジングを有するカメラモジュールに関する。本発明は、同様のモジュールを製造する方法にも関する。
このようなモジュールは、1985年12月24日に公開された米国特許公開公報第US4561015号に開示されている。ソリッドステート・イメージセンサを収容するハウジングを有する既知のカメラモジュールが、前記公報に記載されている。前記ハウジングは、このようなセンサのマトリクス(又はアレイ)を収容する。前記センサのアレイの上に配置された光学素子は、不透明材料のディスク形状体の形式を取り、ここで前記センサの前記放射線感受面と位置合わせされた漏斗形状の凹所のマトリクスが形成され、これにより前記素子が前記横に散乱された放射線、特に散乱光に対するシールドを形成する。前記ディスク形状体は、前記イメージセンサの前記放射線感受面における入射放射線の適切な焦点合わせのために−前記漏斗の底部に−レンズを有する。前記既知のモジュールのマトリクスは、1つ又は複数のセンサの対応する画素に欠陥がない十分な可能性が存在するので欠陥のある画素の結果を取り除く働きをする。
前記既知のモジュールの欠点は、製造するのが容易でないことである。更に、散乱放射線に対するシールドが十分にコンパクトでなく、漏斗形状の凹所の設計は調整を容易にしない。
本発明の目的は、これらの不利点を克服し、容易に製造されることができ、散乱放射線に対する容易に調整可能なコンパクトなシールドを設けられたプリアンブルで言及された種類のモジュールを提供することである。
この目的に対し、本発明によるプリアンブルで言及された種類のモジュールは、前記光学素子が透明材料の少なくとも1つの板を有し、前記板の両側は放射線不透明材料の層で覆われ、前記板において開口が規定され、前記少なくとも1つの板の前記センサに近い側に付着された前記層における開口が前記少なくとも1つの板の前記センサから離れた側の前記層における開口より小さな表面積を持つように当該開口が規定され、前記第1及び第2の領域が前記透明板の前記不透明層の間に挟まれた部分及び前記透明板における前記開口により夫々規定されることを特徴とする。前記光学素子の使用は、堆積(deposition)、フォトリソグラフィ及びエッチングのようなテクニックを用いる製造を可能にする。これらはIC(=集積回路)技術で従来使用されていたテクニックであるので、前記カメラモジュールの製造は、この技術と完全に互換性がある。これは、コスト効率がよくコンパクトなモジュールを生成するいわゆる“ウエハスケール”製造プロセスを容易化する。これは、本発明の目的によると、個別のカメラモジュールが、IC技術で一般的であるダイシングのような分離テクニックを用いて単一のイメージセンサで製造される場合に特に重要である。前記モジュールは、モジュールのコンパクトさが最も重要である携帯電話及びパーソナルデジタルアシスタントモジュールのような手持ちデバイスにおける応用に特に適切である。更に、前記透明板の(先端を切り取られた)円錐部分の形状は、前記板の厚さ及び前記板に堆積された前記放射線不透明層における前記開口の直径に依存して容易に調整されることができる。したがって、前記円錐部分の形状の調整は、散乱放射線に対する保護を提供するだけでなく、前記モジュールの視野の角度の単純な調整をも可能にする。本発明によるモジュールの追加の重要な利点は、特に前記モジュールがガラスでできている場合に、少なくとも1つの板が前記モジュールの(密封)シールとして働くこともできることである。前記板は、前記板と前記センサとの間に位置することができるレンズのような他の構成要素における埃に対する保護をも提供する。この目的に対し、前記既知のデバイスは、前記漏斗形状の凹所のアレイに配置される追加の板を必要とする。
本発明によるカメラモジュールの好適な実施例において、前記光学素子は単一の透明板を有し、前記透明板の上面及び下面は、円形の開口を持つ放射線不透明層で覆われる。前記モジュールは、上述の利点を著しく提供する。
他の有利な実施例は、前記光学素子が2つ以上の透明板を有し、前記透明板は互いに分離され、少なくとも一方の側が、開口を設けられた放射線不透明層で覆われ、前記開口の円周が円錐を形成するように配置されることを特徴とする。したがって、散乱放射線に対するシールドの円錐状放射線感受面の高さは、前記光学素子の重さの比例した増加無しで容易に調整されることができる。
更に、この操作は、例えば3つの透明板を有する光学素子が6つの不透明な板を有することができ、前記不透明な板の開口が円錐領域の円周上に実質的に等しい距離で配置されるように最適化されることができる。
好ましくは、前記光学素子の透明材料は、合成物質又はガラスであるべきである。前記モジュールは、したがって、コスト効率がより良く、散乱光に対するシールドの円錐領域の放射線透明性は、空気で満たされた空間の透明性に達することができる。前記不透明材料の層は、好ましくは、黒化された金属でできている。このような層は、IC技術と高い互換性を持ち、放射線をほとんど反射しない。
本発明によるモジュールの魅力的な変形例において、前記ハウジングは、前記イメージセンサと位置合わせされたレンズを収容し、前記レンズは追加の透明板に形成される。結果として、このようなレンズは、ウエハスケール製造プロセスを使用して製造されることができる。前記板は、この場合、埃等から前記レンズを保護する。
放射線感受面を持つソリッドステート・イメージセンサと、前記ソリッドステート・センサの上に配置された光学素子であって、前記光学素子が、前記放射線感受面を保護するために横に散乱された放射線に対する保護シールドを形成し、第1の放射線不透明領域及び前記第1の領域内に配置された第2の放射線透明領域を持つディスク形状体を有し、前記第2の領域が前記センサの前記放射線感受面の上に配置され、前記第2の領域の前記センサに近い面が前記センサから離れて配置された面より小さい前記光学素子とを収容するハウジングを有するカメラモジュールを製造する方法は、本発明によると、前記光学素子が、前記センサの上の前記ハウジング内の透明材料の少なくとも1つの板により規定され、前記板の両側が、開口を備えた放射線不透明層で覆われ、前記板の前記センサに近い側の前記層における前記開口が、前記少なくとも1つの板の前記センサから離れた側の前記層における前記開口より小さい面を持ち、前記第1及び第2の領域が、前記透明板の前記不透明層の間に挟まれた部分及び前記不透明層における前記開口により夫々規定されることを特徴とする。記載された前記方法を使用して、本発明によるカメラモジュールを単純な態様で製造することが可能である。
好ましくは、複数の光学素子及び必要であればレンズのような複数の他の光学部品が、ディスク形状体の第1のスタックに形成され、複数のソリッドステート・イメージセンサが、ディスク形状体の第2のスタックに形成され、前記ソリッドステート・イメージセンサの電気接続は、前記第2のスタックの下側まで延在し、前記第1のスタックの一部は各イメージセンサ上に堆積され、この後に個別のカメラモジュールが、ダイシング操作によって前記イメージセンサの第2のスタックを分離することにより得られる。このような方法は、特にウエハスケール製造法に適している。
本発明による方法の第1の変形例において、前記第2のスタックは、第1のダイシング操作によって独自のイメージセンサを夫々持つ個別の素子に分離され、前記素子は、第2のダイシング操作による前記第1のスタックの分離の前にいわゆるピックアンドプレースマシンを使用して前記光学素子の第1のスタック上に堆積される。したがって、2つの並列ウエハスケールプロセスが使用される。前記第2のスタックの個別の素子が前記第1のスタック上に堆積されるこの実施例の利点は、前記第2のスタックの各部分が前記第1のスタックと別々に位置合わせされるので、位置合わせがあまり重要でなく、半導体産業で使用されるピックアンドプレースマシンの配置精度はこの目的に対して十分以上であることである。しかしながら、全体的にこの製造方法はウエハスケール製造プロセスである。この方法の重要な追加の利点は、前記モジュールが試験されたイメージセンサを持つ素子のみを含み、これにより製造高の増加があることである。
他の変形例において、前記第1のスタックが前記第2のスタック上に堆積され、位置を合わされ、前記光学素子(及び構成要素)及び前記イメージセンサが単一のダイシング操作により分離される。
好ましくは、前記第2のスタックは、前記ダイシング操作の間にフィルム上に堆積され、前記フィルムまでダイシングした後に、この操作により形成された個別のイメージセンサ間の溝、及び個別の光学部品間に配置された−ダイシング又は他の方法のいずれかで形成された−溝は、電気絶縁合成材料で満たされ、これは、より小さなソーカット(saw cut)を持つダイシングソー(dicing saw)を用いてダイシングされ、電気絶縁シェルを設けられた個別のカメラモジュールはこの後に前記フィルムから取り外される。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
図は正しい縮尺で描かれておらず、厚さ方向の寸法のような特定の寸法は、明確性のために正しい比率を離れて示される。対応する領域又は部分は、可能であれば、様々な図において同じ参照符号及び同じ陰影により示される。
図1は、本発明によるカメラモジュールの一実施例の厚さ方向に垂直な概略的な断面図を示す。モジュール10は、電気的に絶縁であり、不透明なエポキシを有する合成シェル7を持つハウジング1を有する。モジュール10は、光電子半導体素子、この場合では半導体ボディを持つカメラに対するCMOS(=相補型金属酸化膜半導体)ソリッドステート・イメージセンサ2を有し、イメージセンサ2は、1つの面における光学的アクティブ領域3と、センサ2の電気接続領域11が配置される非光学的アクティブ領域とを持つ。光学素子4は、前記半導体ボディの前記面の光学的アクティブ領域3の上に配置される。更に、いわゆるマイクロレンズは、前記CMOSセンサの表面及びその各画素に配置される。これらは、図面に表されていない。
本発明によると、光学素子4は、この場合にはガラスでできている透明板40を有し、透明板40の横の面は、この場合には−クロムのような−黒化された金属でできている不透明層41及び42で覆われる。センサ2のアクティブ領域3の上の2つの同心の円形開口は、これらの面において規定され、下側の開口の直径は上側の開口の直径より小さい。この実施例において、前記開口の直径は、夫々2mm及び3mmであるのに対し、板40の厚さは1ないし2mmにある。したがって、先端を切り取られた円錐は、約72度の頂点を与えられることができる。したがって、素子4は、特にセンサ2のアクティブ領域3を保護するために横に散乱された放射線、即ち散乱光に対する十分なシールドを形成するのみならず、埃及び周囲の空気に対してハウジング1を密封する。更に、前記モジュールの視野は、約70度の所望の角度に制限される。
透明板40は、ボンディング層13によってスペーサ14上に取り付けられ、スペーサ14は、他のボンディング層15によってレンズ板50上に取り付けられ、レンズ板50の中心にはレンズ5を含む。透明ボンディング層16によって、レンズ板50は、他の透明ボンディング層25によってイメージセンサ2に取り付けられた透明基板26上に取り付けられる。センサ2は、エポキシ層19によって他のガラス板20上に取り付けられる。前記ガラス板20において、センサ2を横切って接続領域11に延在する溝21が形成される。前記ガラス板20の下側に、いわゆるはんだバンプ22の形式の接続導体が付着され、溝21の壁における導体トラック23によって接続領域11と接続され、例えば、−図面には図示されていない−PCB(=プリント回路基板)上にモジュール10が取り付けられることを可能にする。モジュール10は、本発明による方法を使用して以下のように製造されることができる。
図2ないし10は、本発明による一実施例の製造方法の後に続く段階における図1に図示されるカメラモジュールを示す。センサ2(図2参照)は、IC技術を用いて従来の態様で製造され、図面において別々には表されていない比較的厚いシリコン基板を有する。センサ2は、この場合、透明ボンディング層25によって透明基板26、この場合にはガラス上に取り付けられる。
この後に、前記シリコン基板の大部分(図3参照)は、エッチング及び研磨によって除去される。この後に、マスク層27、この場合にはフォトマスクは、マスク層27における開口が接続領域11の下に配置されるパターンに配置される。
この後に、(図4参照)接続領域11の下に配置された−図面には表されていない−二酸化ケイ素の層に延在する溝31は、エッチングによってセンサ2に形成される。この層は別のエッチングプロセスの間に除去される。マスク層27の除去の後に、エポキシ層19が堆積され、センサ2上にガラス板20を取り付け、前記センサにおける溝31を満たすために使用される。
この後に、ダイシング操作によって(図5参照)、溝21がガラス板20に形成され、前記溝は接続領域11まで延在する。これらの溝21の幅は、エポキシ層19で満たされた溝31の幅より小さく、これにより溝31の壁は、電気絶縁エポキシ層19で覆われたままである。
この後に、(図6参照)接続導体23は、接続領域11と接続された溝21内に取り付けられる。いわゆるはんだバンプ22は、モジュール10の最後の(電気的)アセンブリのためにモジュール10の下側に付着される。
モジュール10のこの後のアセンブリ段階(図7参照)の前に、別の部分的アセンブリの結果が論じられる。図7において、前記結果が、図1に図示されたモジュール10の上部のアセンブリの第1のスタックS1の形式で示される。前記スタックS1は、堆積されたボンディング層13及び15によって部分40、14及び50の位置合わせ及び後のボンディングにより得られる。モジュール10自体は、図7において第2のスタックS2として示される。第1のスタックS1は、ここでセンサ2と位置合わせされ、例えば、領域50の下側又は基板26の上側に堆積された透明ボンディング層16によってモジュール10の第2のスタックS2に固着される。
これの結果は、図8における概略図において示され、複数のモジュール10のうち3つのモジュール10、10’及び10”が表され、これらは、記載されたウエハスケールプロセスにおいて同時に組み立てられ、したがって、1つのモジュールのみが図に表されている。取り付けられたスタックS1及びS2は、この場合、ボンディング層によってゴムフィルム80に固着され、これは図面に示されていない。
この後に、(図9参照)溝8A及び8Bは、ダイシング操作を使用して、第2のスタックS2の部分間及び第1のスタックS1の部分間に夫々形成される。溝8A及び8Bは、2つの相互に垂直な方向に定められる。
この後に、(図10参照)前記溝は不透明なエポキシ合成材料7で満たされ、溝100が、他のダイシング操作によって合成材料7に形成され、フィルム80まで延在する。図1に図示されたように、個別のモジュール10、10’及び10”は、ここでフィルム80から取り外されることができ、使える状態になる。
上述のモジュール10を製造する方法の変更例において、図2における説明図は、図7で提示された第1のスタックS1を既に仮定する。前記スタックは、この場合、図2に図示される基板26の機能を実行し、したがって前記機能は過剰になる。スタックS1は、IC製造からわかるように、センサ2の形状でスタックS2の第1の部分にボンディング層16によって直接的に固着される。この製造プロセスは、この場合、図3ないし6に表され且つ上で述べられた方法に従い、図8に示された段階に到達し、この後に前記方法は、図8ないし10に示され且つ上で述べられたように続行される。
本発明によるモジュール10の上述の製造方法の他の変更例において、図7に表される段階において変更を行う。第1のスタックS1を第2のスタックS2に固着する代わりに、第2のスタックS2がゴムフィルムに固着され、セクションにダイシングされ、これにより各セクションが単一のモジュール10において使用されることができる。いわゆるピックアンドプレースマシンを用いて、第2のスタックS2の個別のセクションは、この場合、前記ゴムフィルムから取り外され、固着剤に浸され、−位置合わせの後に−夫々単一のモジュール10の位置において第1のスタックS1に固着される。図9に示される段階において、第2のスタックS2の溝8Aは、前記ダイシング操作に対して既に形成されており、個別のモジュール10を製造するために溝8Bのみが前記ダイシング操作の間に第1のスタックS1に形成される。このアセンブリは、この場合、図10に記載されたように、且つ初めの例の解説の間に記載されたように続行することができる。図9及び10に示されたフィルム80が、上面で堆積された第1のスタックS1に隣接していることに注意すべきである。
当業者にとって多くの実施例が本発明の精神及び範囲から外れることなく実現されることができるので、本発明は、記載された例示的な実施例に限定されない。異なる幾何学的構造及び/又は異なる寸法を持つモジュールも製造されることができる。半凸レンズ(semi-convex lens)の代わりに、凹レンズが光学部品として選択されることもできる。多くの変形例が、前記製造方法の範囲内で可能である。前記モジュールに関する前述の見解は前記モジュールの製造にも当てはまる。ダイシングの代わりに、レーザビームを用いて個別のモジュールを製造することが可能である。エッチングを用いてモジュールを製造することも考えられる。
更に、前記モジュールが、集積回路の形又は他の形のいずれかでダイオード及び/又はトランジスタ並びにレジスタ及び/又はキャパシタのような追加のアクティブ及びパッシブ半導体素子又は電子部品を含むことができることに注意すべきである。これらは、タイマ、パルス生成器、DA(=デジタル/アナログ)コンバータ又はDSP(=デジタル信号処理)を用いるイメージプロセッサのような機能を満たす追加の有利な回路を生成するのに使用されることができる。更に、前記板は、可能な他の機能を備えられることができる。反射防止層、及び透明な性質が電気的又は他の方法のいずれかで選択又は調整されることができる層が前記板に堆積されることができる。
前記センサの上の前記モジュールの構造が、より多い又は少ない及び異なる光学部品を有してもよいことは強調されるべきである。これらの部分のシーケンスは、本発明の範囲から外れることなく修正されてもよい。このような修正例は、原価及び特定の応用に必要とされる仕様に関係してもよい。
Claims (12)
- 放射線感受面を持つソリッドステート・イメージセンサと、前記ソリッドステート・センサの上に配置された光学素子であって、前記光学素子が、前記放射線感受面を保護するために横に散乱された放射線に対するシールドを形成し、第1の放射線不透明領域及び前記第1の領域内に配置された第2の放射線透明領域を持つディスク形状体を有し、前記第2の領域が前記センサの前記放射線感受面の上に配置され、前記第2の領域の前記センサに近い面が前記センサから離れた面より小さい前記光学素子とを収容するハウジングを有するカメラモジュールにおいて、前記光学素子が、透明材料の少なくとも1つの板を有し、前記板の両側が放射線不透明材料の層で覆われ、前記板において開口が規定され、前記少なくとも1つの板の前記センサに近い側に堆積された前記層の開口が、前記少なくとも1つの板の前記センサから離れた側の前記層の開口より小さな面積を持ち、前記第1の領域及び前記第2の領域が、透明な前記板の前記不透明層の間に挟まれた部分及び前記板の前記開口により夫々規定されることを特徴とするカメラモジュール。
- 前記光学素子が単一の透明板を有し、前記単一の透明板の上面及び下面が両方とも放射線不透明層で覆われ、前記放射線不透明層に円形且つ同心の開口が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のカメラモジュール。
- 前記光学素子が2つ以上の透明板を有し、前記2つ以上の透明板が互いから分離され、前記2つ以上の透明板の少なくとも片側が放射線不透明層で覆われ、前記放射線不透明層に開口が規定されており、これにより前記開口の円周が実質的に円錐上に配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のカメラモジュール。
- 前記透明材料が、ガラス又は合成材料を含むことを特徴とする、請求項1、2又は3記載のカメラモジュール。
- 前記不透明層が黒化された金属でできていることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
- 前記ハウジングが、レンズの形式の他の光学部品を有し、前記他の光学部品も前記センサの前記放射線感受面の上に配置され、他の透明板に形成されることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
- 請求項1ないし6のいずれか一項に記載のカメラモジュールを備えた携帯電話又はパーソナルデジタルアシスタント。
- 放射線感受面を持つソリッドステート・イメージセンサと、前記ソリッドステート・センサの上に配置された光学素子であって、前記光学素子が、前記放射線感受面を保護するために横に散乱された放射線に対する保護シールドを形成し、第1の放射線不透明領域及び前記第1の領域内に配置された第2の放射線透明領域を持つディスク形状体を有し、前記第2の領域が前記センサの前記放射線感受面の上に配置され、前記第2の領域の前記センサに近い面が前記センサから離れて配置された面より小さい前記光学素子とを収容するハウジングを有するカメラモジュールを製造する方法において、前記光学素子が、前記センサの上の前記ハウジング内の透明材料の少なくとも1つの板により規定され、前記板の両側が、開口を設けられた放射線不透明層で覆われ、前記少なくとも1つの板の前記センサに近い側における前記層の前記開口が、前記少なくとも1つの板の前記センサから離れた側における前記層の前記開口より小さな面を持ち、前記第1の領域及び前記第2の領域が、前記透明板の前記不透明層の間に挟まれた部分及び前記板の前記開口により夫々規定されることを特徴とする方法。
- 複数の光学素子及び必要であればレンズのような複数の他の部品がディスク形状体の第1のスタックに形成され、複数のソリッドステート・イメージセンサがディスク形状体の第2のスタックに形成され、前記ソリッドステート・イメージセンサの電気接続が前記第2のスタックの下側まで延在し、前記第1のスタックの一部が各イメージセンサ上に堆積され、この後に個別のカメラモジュールがダイシング操作によって前記イメージセンサの第2のスタックを分離することにより得られることを特徴とする、請求項8に記載される方法。
- 前記第2のスタックが、第1のダイシング操作によって独自のイメージセンサを夫々持つ個別の素子に分離され、前記素子が、第2のダイシング操作による前記第1のスタックの分離の前にピックアンドプレースマシンを使用して前記第1のスタック上に付着されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記第1のスタックが、前記第2のスタックに位置合わせされ、且つ取り付けられ、前記光学素子、追加の光学部品及び前記イメージセンサが、単一のダイシング操作によって分離されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記第2のスタックが、前記ダイシング操作の間にフィルム上に付着され、前記フィルムまでダイシングした後に、この操作により形成された個別のイメージセンサの間の溝、及び個別の光学素子及び他の光学部品の間に配置された−ダイシング又は他のやり方のいずれかで形成された−溝が、電気絶縁合成材料で満たされ、この後にこの合成材料が、より小さなソーカットを持つダイシングソーでダイシングされ、電気絶縁シェルで覆われた個別のカメラモジュールが前記フィルムから取り外されることを特徴とする、請求項9、10又は11に記載の方法。
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