JP5515357B2 - 撮像装置及びこれを用いた撮像モジュール - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置及びこれを用いたモジュールに関するものである。

従来の一般的な固体撮像装置は、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型などの固体撮像素子と、該固体撮像素子を収容したいわゆるセラミックパッケージとから構成されている。下記特許文献１には、この固体撮像装置よりも小型軽量化した固体撮像装置として、ガラス基板上に外部へ電気信号を出力する端子電極群と、前記端子電極群上の周囲に設けられる絶縁性樹脂による突起枠と、前記端子電極群および前記突起枠が形成された面に対して導電性接着剤により接合された固体撮像素子と、前記固体撮像素子と前記ガラス基板との隙間のうち前記固体撮像素子の受光エリアを除く範囲を封止した封止樹脂とで構成された固体撮像装置が、開示されている。

また、下記特許文献２，３には、固体撮像素子とその入射側に配置され電気的接続部を有するユニットとを有するモジュールとして、アクチュエータを有するフォーカス機構又はズーム機構を備えたカメラモジュールが、開示されている。

特開平６−２０４４４２号公報 特開２００６−１３４６９６号公報 特開２００９−８８６５号公報

固体撮像装置やこれを用いたモジュールでは、更なる小型軽量化が要求されていることは言うまでもない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の固体撮像装置やモジュールに比べて更に小型軽量化を図ることができる固体撮像装置及びこれを用いたモジュールを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による撮像装置は、入射した光を受光する受光領域と前記受光領域以外の周辺領域とが同一の面に設けられた撮像素子と、第１導体パターンが形成された第１面と前記第１面とは反対の面であって前記第１導体パターンと貫通ビアを介して電気的に接続される第２導体パターンが形成された第２面と有するガラス基板と、前記周辺領域に配置され、前記撮像素子と前記第１導電パターンとを電気的に接続されるバンプと、を備え、前記第２導体パターンは、前記第２面において前記バンプと前記受光領域との間に対応する位置に形成されているものである。

第２の態様による撮像装置は、前記第１の態様において、前記貫通ビアは、前記ガラス基板において前記バンプと前記受光領域との間に対応する位置に形成されているものである。

第３の態様による撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記第１導体パターンは、前記第２導体パターンの形成位置の対向した位置に形成されているものである。
第４の態様による撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記第１導体パターンの形状と前記第２導体パターンの形状とは、同一であるものである。
第５の態様による撮像装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記撮像素子の大きさと前記ガラス基板の大きさとは、同一であり、前記ガラス基板は、前記撮像素子の前記受光領域及び前記周辺領域に対向して配置されているものである。
第６の態様による撮像装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記撮像素子の前記周辺領域と前記ガラス基板との間を封止する封止材を更に備えるものである。
第７の態様による撮像モジュールは、前記第１乃至第６のいずれかの態様による撮像装置と、前記第２導体パターンと電気的に接続される基板と、備えるものである。
第８の態様による撮像モジュールは、前記第７の態様において、前記基板は、前記第２面上に配置されるものである。
第９の態様による撮像モジュールは、前記第１乃至第６のいずれかの態様による撮像装置と、被写体像を前記撮像素子の前記受光面の結像させるレンズと前記ガラス基板の前記第２導体パターンと電気的に接続される接続端子とを有するレンズユニットと、を備えるものである。
第１０の態様による撮像モジュールは、前記第９の態様において、前記レンズユニットは、前記第２面上に配置されるものである。

本発明によれば、更に小型軽量化を図ることができる固体撮像装置及びこれを用いたモジュールを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。 図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 図１に示す固体撮像装置の製造方法の各工程を示す概略断面図である。 図１に示す固体撮像装置の使用状態を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置と比較される比較例による固体撮像装置を示す概略平面図である。 図５中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。 図５に示す固体撮像装置の使用状態を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるモジュールの使用状態を示す概略断面図である。 図８に示すモジュールの使用状態を示す他の概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるモジュールと比較される比較例によるモジュールの使用状態を示す概略断面図である。 図１０に示すモジュールの使用状態を示す他の概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態によるモジュールを模式的に示す概略断面図である。

以下、本発明による固体撮像装置及びこれを用いたモジュールについて、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。

本実施の形態による固体撮像装置１は、透明なガラス基板２と、チップとして構成されたＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等の固体撮像素子３とを備えている。固体撮像素子３の図２中の上面側が光入射側となっており、ガラス基板２を介して入射した光を光電変換する。本実施の形態では、ガラス基板２及び固体撮像素子３は、平面視で同一の形状及び大きさを有している。もっとも、必ずしもこれに限らない。

ガラス基板２の表面には導体パターン４が形成され、ガラス基板２の裏面には導体パターン５が形成されている。導体パターン４，５は、固体撮像素子３の受光領域に対応する領域以外の領域において形成されている。表面の導体パターン４と裏面の導体パターン５とは、平面視でちょうど重なるように形成されている。図面では、導体パターン４，５がそれぞれ８個形成されているものとして示しているが、実際には、その数は信号の授受等に必要な数とされる。ガラス基板２には、対応する導体パターン４，５間を接続する貫通ビア６が形成されている。貫通ビア６は、ガラス基板２に形成された貫通孔に導電材料が充填されることによって構成されている。

固体撮像素子３には、導体パターン５に対応する位置にバンプ７がそれぞれ設けられている。固体撮像素子３は、このバンプ７によってガラス基板２の裏面の導体パターン５にフリップチップ接続されている。さらに、固体撮像素子３の周辺部とガラス基板２との間が、樹脂等の封止材８で封止されている。

ここで、本実施の形態による固体撮像装置１の製造方法の一例について、図３を参照して説明する。図３は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。

まず、例えば０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の厚さのガラス基板２を用意し、貫通ビア６を構成する貫通孔６ａを、レーザ加工等によりガラス基板２に形成する（図３（ａ））。次いで、例えば、導電性ペーストを貫通孔６ａに充填したり、金属材料をめっきにより貫通孔６ａに充填したり埋め込んだりすることによって、貫通孔６ａ内に導電材料を充填し、これによりガラス基板２に貫通ビア６を形成する（図３（ｂ））。引き続いて、フォトリソ工法や印刷工法等により、ガラス基板２の表裏に導体パターン４，５を形成する。その後、バンプ７を設けた固体撮像素子３を用意し、この固体撮像素子３を、バンプ７によってガラス基板２の裏面の導体パターン５にフリップチップ接続する（図３（ｃ））。最後に、固体撮像素子３の周辺部とガラス基板２との間を、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の封止材８で封止する。これにより、本実施の形態による固体撮像装置１が完成する。

本実施の形態による固体撮像装置１では、固体撮像素子３の各部が、バンプ７→ガラス基板２の裏面の導体パターン５→ガラス基板２の貫通ビア６→ガラス基板２の表面の導体パターン４の経路で、各導体パターン４に電気的に接続されているので、ガラス基板２の表面の導体パターン４を外部接続用電極として用いることができる。

図４は、本実施の形態による固体撮像装置１の使用状態の一例として、固体撮像装置１をプリント基板１０に設置した状態を示す概略断面図であり、図２に対応している。例えば、本実施の形態による固体撮像装置１は、デジタル一眼レフカメラ及びその他のデジタルカメラ内において、図４に示すように、プリント基板１０に設置される。

プリント基板１０には、固体撮像素子３の受光領域に対応する領域に開口１０ａが形成されている。この例では、プリント基板１０として、いわゆる片面プリント基板が用いられている。プリント基板１０は、絶縁板１１と、絶縁板１１の一方の面に形成された配線パターン１２と、それらの上を覆う保護用の絶縁膜１３とを有している。絶縁膜１３の一部に開口が形成され、その開口から外部に露出した配線パターン１２の一部が、配線パターン１２の接続部１２ａとなっている。固体撮像装置１のガラス基板２の表面の導体パターン４が、この接続部１２ａに半田付け等により接続されている。なお、必要に応じて、導体パターン４と接続部１２ａとの間に、異方性導電膜（ＡＦＣ）を介在させてもよい。なお、図４に示す例では、プリント基板１０として、剛性を有するプリント基板が用いられているが、フレキシブルプリント基板を用いてもよい。

本実施の形態による固体撮像装置１では、固体撮像素子３の光入射側がガラス基板２と封止材８で封止され、固体撮像素子３がパッケージ内に収容されるものではないので、固体撮像素子をパッケージ内に収容した固体撮像装置に比べて格段に小型軽量化を図ることができる。そして、本実施の形態による固体撮像装置１では、前述したようにガラス基板２の表面の導体パターン４を外部接続用電極として用いることができるので、より小型軽量化を図ることができる。この点について、比較例と比較しつつ説明する。

図５は、本実施の形態による固体撮像装置１と比較される比較例による固体撮像装置２１を模式的に示す概略平面図であり、図１に対応している。図６は、図５中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であり、図２に対応している。図７は、この比較例による固体撮像装置２１の使用状態を示す概略断面図であり、図４に対応している。図５乃至図７において、図１、図２及び図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

この比較例による固体撮像装置２１が本実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、ガラス基板２の表面の導体パターン４及び貫通ビア６が形成されていない点と、ガラス基板２が固体撮像素子３の左右両側にはみ出すように図中左右方向に拡張され、ガラス基板２の左右のはみ出し部分にまで裏面の導体パターン５が延在している点と、プリント基板１０の開口１０ａが固体撮像素子３よりも大きくされている点と、プリント基板１０の上下が反転されている点と、ガラス基板２の左右のはみ出し部分上の導体パターン５がプリント基板１０の配線パターン１２の接続部１２ａに接続されている点のみである。

この比較例では、ガラス基板２の裏面の導体パターン５が外部接続用電極として用いられているので、導体パターン５を固体撮像素子３からはみ出させるために、ガラス基板２が図中の左右両側に拡張しなければならず、その分、小型軽量化が阻害されている。

これに対し、本実施の形態によれば、ガラス基板２の表面の導体パターン４を外部接続用電極として用いることができるので、ガラス基板２を固体撮像素子３からはみ出させる必要がなくなる。したがって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、更に小型軽量化を図ることができるのである。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態によるモジュール１０１の使用状態（モジュール１０１をプリント基板１０に設置した状態）を示す概略断面図である。図９は、本実施の形態によるモジュール１０１の使用状態を示す、図８とは異なる断面に沿った概略断面図である。図８及び図９において、図５及び図６中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態によるモジュール１０１は、本発明の一実施の形態による固体撮像装置３１と、ユニット４１とから構成されている。本実施の形態によるモジュール１０１は、例えば携帯電話機において用いられるカメラモジュールとして構成されている。ユニット４１は、前記特許文献２や特許文献３に開示されたカメラモジュールにおいて主に固体撮像素子を除いた部分と同様の構成を有している。具体的には、ユニット４１は、被写体像を固体撮像素子に結像させるレンズと、レンズを駆動するアクチュエータを有するフォーカス機構又はズーム機構と、これらを保持するホルダ等とを有している。図８では、ユニット４１を簡略化して示しており、それらの要素の図示は省略している。本実施の形態では、ユニット４１は、電気的な接続を行うための接続部として、前記アクチュエータ等に信号や電源等を供給するための銅箔等からなる接続端子４２を、側方の下部に所定数有している。

固体撮像装置３１は、図５及び図６に示す固体撮像装置２１を次のように改変したものである。すなわち、固体撮像装置３１では、基本的に固体撮像装置２１と同じ構造を持ちながら、ガラス基板２の裏面には、固体撮像素子３接続用の導体パターン５ａ（図９参照。図５及び図６中の導体パターン５に相当。）の他に、ユニット４１接続用の導体パターン５ｂが形成されている。導体パターン５ｂ（図８参照）は、固体撮像素子３のバンプ７には接続されていない。また、固体撮像装置３１では、ガラス基板２の表面にユニット４１接続用の導体パターン４ｂが形成され、それらの導体パターン５ｂ，４ｂ間を接続する貫通ビア６ｂがガラス基板２に形成されている。

ユニット４１は、ガラス基板２の表面側に配置されている。ユニット４１の接続端子４２は、固体撮像装置３１のガラス基板２の表面の導体パターン４ｂに半田付け等により接続されている。これにより、ユニット４１は、電気的にも機械的にも固体撮像装置３１に対して接続されている。

プリント基板１０の配線パターン１２の接続部１２ａは、固体撮像装置３１のガラス基板２の裏面の導体パターン５ａ，５ｂにそれぞれ対応して設けられている。接続部１２ａと導体パターン５ａ，５ｂとの間が、半田付け等により接続されている。なお、図８及び図９に示す例では、プリント基板１０として、剛性を有するプリント基板が用いられているが、フレキシブルプリント基板を用いてもよい。

本実施の形態によるモジュール１０１では、ユニット４１の接続端子４２が、ガラス基板２の表面の導体パターン４ｂ→ガラス基板２の貫通ビア６ｂ→ガラス基板２の裏面の導体パターン５ｂ→プリント基板１０の配線パターン１２の接続部１２ａの経路で、プリント基板１０の配線パターン１２に電気的に接続されている。本実施の形態では、ユニット４１をこのような経路でプリント基板１０の配線パターン１２に接続することができるので、ユニット４１の接続端子４２をプリント基板１０に直接接続する必要がなくなる。したがって、本実施の形態によれば、ユニット４１を小型軽量化することができ、ひいてはモジュール１０１を小型軽量化することができる。この点について、比較例と比較しつつ説明する。

図１０は、本実施の形態によるモジュール１０１と比較される比較例によるモジュール１１１の使用状態を示す概略断面図であり、図８に対応している。図１１は、この比較例によるモジュール１１１の使用状態を示す、図１０とは異なる断面に沿った概略断面図であり、図９に対応している。図１０及び図１１において、図８及び図９並びに図５乃至図７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

この比較例によるモジュール１１１が本実施の形態によるモジュール１０１と異なる所は、固体撮像装置３１に代えて、図５乃至図７に示す固体撮像装置２１が用いられている点と、ユニット４１の接続端子４２がガラス基板２から外側にはみ出すようにユニット４１が図中の左右方向に拡張されている点と、ユニット４１の接続端子４２がプリント基板１０の配線パターン１２の接続部１２ａに直接に半田付け等により接続されている点のみである。

この比較例では、ユニット４１の接続端子４２がガラス基板２を経由することなく直接にプリント基板１０の配線パターン１２の接続部１２ａに接続されているので、接続端子４２をガラス基板２からはみ出させるために、ユニット４１を図中の左右両側に拡張しなければならず、その分、ユニット４１（ひいてはモジュール１１１）の小型軽量化が阻害されている。

これに対し、本実施の形態によれば、ガラス基板２の表面の導体パターン４ｂをユニット４１接続用電極として用いることができるので、ユニット４１の接続端子４２をガラス基板２からはみ出させる必要がなくなる。したがって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、ユニット４１（ひいてはモジュール１１１）の小型軽量化を図ることができるのである。

［第３の実施の形態］
図１２は、本発明の第３の実施の形態によるモジュール１２１を模式的に示す概略断面図である。図１２において、図１、図２及び図８中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態によるモジュール１２１は、図８中のユニット４１と、図１及び図２に示す固体撮像装置１と、ユニット４１と固体撮像装置１との間に配置されたプリント基板１３０とから構成されている。

プリント基板１３０には、固体撮像素子３の受光領域に対応する領域に開口１３０ａが形成されている。この例では、プリント基板１３０として、いわゆる両面プリント基板が用いられている。プリント基板１３０は、絶縁板１３１と、絶縁板１３１の一方の面に形成された配線パターン１３２と、それらの上を覆う保護用の絶縁膜１３３と、絶縁板１３１の他方の面に形成された配線パターン１３４と、それらの上を覆う保護用の絶縁膜１３５と、を有している。絶縁膜１３３の一部に開口が形成され、その開口から外部に露出した配線パターン１３２の一部が、配線パターン１３２の接続部１３２ａとなっている。固体撮像装置１のガラス基板２の表面の導体パターン４が、この接続部１２ａに半田付け等により接続されている。なお、必要に応じて、導体パターン４と接続部１２ａとの間に、異方性導電膜（ＡＦＣ）を介在させてもよい。また、絶縁膜１３５の一部に開口が形成され、その開口から外部に露出した配線パターン１３４の一部が、配線パターン１３４の接続部１３４ａとなっている。なお、本実施の形態では、プリント基板１３０として、剛性を有するプリント基板が用いられているが、フレキシブルプリント基板を用いてもよい。

本実施の形態によるモジュール１２１においても、前記第２の実施の形態によるモジュール１１１と同様に、ユニット４１の接続端子４２をガラス基板２からはみ出させる必要がない。したがって、本実施の形態によれば、前述した図１０及び図１１に示す比較例に比べて、ユニット４１（ひいてはモジュール１１１）の小型軽量化を図ることができる。また、本実施の形態では、前記第２の実施の形態で用いられていた固体撮像装置３１に代えて、それよりも小型軽量化を図ることができる固体撮像装置１が用いられている。したがって、本実施の形態によれば、ユニット４１の点からのみならず、固体撮像装置１の点からも、モジュールの小型軽量化を図ることができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明によるモジュールが有するユニットは、フォーカス機構又はズーム機構を有するユニットに限定されるものではなく、何らかの電気要素を有するものであればよい。

１，３１ 固体撮像装置
２ ガラス基板
３ 固体撮像素子
４，５，５ａ，５ｂ 導体パターン
６，６ｂ 貫通ビア
７ バンプ
８ 封止材
４１ ユニット
４２ 接続端子
１０１，１２１ モジュール

Claims (10)

1. 入射した光を受光する受光領域と前記受光領域以外の周辺領域とが同一の面に設けられた撮像素子と、
   第１導体パターンが形成された第１面と前記第１面とは反対の面であって前記第１導体パターンと貫通ビアを介して電気的に接続される第２導体パターンが形成された第２面と有するガラス基板と、
   前記周辺領域に配置され、前記撮像素子と前記第１導電パターンとを電気的に接続されるバンプと、を備え、
   前記第２導体パターンは、前記第２面において前記バンプと前記受光領域との間に対応する位置に形成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記貫通ビアは、前記ガラス基板において前記バンプと前記受光領域との間に対応する位置に形成されていることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、
   前記第１導体パターンは、前記第２導体パターンの形成位置の対向した位置に形成されていることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第１導体パターンの形状と前記第２導体パターンの形状とは、同一であることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子の大きさと前記ガラス基板の大きさとは、同一であり、
   前記ガラス基板は、前記撮像素子の前記受光領域及び前記周辺領域に対向して配置されていることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子の前記周辺領域と前記ガラス基板との間を封止する封止材を更に備えることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置と、
   前記第２導体パターンと電気的に接続される基板と、
   を備えることを特徴とする撮像モジュール。
8. 請求項７に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記基板は、前記第２面上に配置されることを特徴とする撮像モジュール。
9. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置と、
   被写体像を前記撮像素子の前記受光面の結像させるレンズと前記ガラス基板の前記第２導体パターンと電気的に接続される接続端子とを有するレンズユニットと、
   を備えることを特徴とする撮像モジュール。
10. 請求項９に記載の撮像モジュールにおいて、
    前記レンズユニットは、前記第２面上に配置されることを特徴とする撮像モジュール。

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