(57)【要約】本発明は、カメラ・デバイスおよびこのようなデバイスの製造方法に関する。このカメラ・デバイスは、像獲得素子と、この像獲得素子ならびにレンズおよび像獲得素子によって主光学軸に沿って所定の間隔を保つスペーサ手段で被写体を撮像するためのレンズ要素と、このレンズを支持するためのレンズ基板とを備え、このスペーサ手段は接着層を含む。これによって、大量生産工程が可能になり、個々のカメラ素子の部品を相異なる基板上に多数同時に製造することができ、その後、相異なる基板をスタックし並べ、各接着層で接合する。この製造工程においては、各プレートと各ウェハのそれぞれ異なる間隔は、接着層を含むスペーサ手段によって調整され維持される。スタックから個々のカメラ・デバイスがのこ引き切断される。
2005539276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像獲得素子と、前記像獲得素子上に被写体を投影するレンズ要素と、前記レンズと前記像獲得素子の所定の間隔を維持するためのスペーサ手段と、前記レンズを支持するためのレンズ基板とを備え、前記スペーサ手段が接着層を備えることを特徴とするカメラ・デバイス。
【請求項２】
前記接着層が、前記レンズ要素の主光学軸に対して同軸上に位置する前記スペーサ手段上の穴の投影の外側で周縁形状を有することを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項３】
前記接着層が紫外線硬化樹脂を備えることを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項４】
前記接着層が熱硬化樹脂を備えることを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項５】
前記スペーサ手段がスペーサ基板をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項６】
前記スペーサ基板が、前記レンズ要素の主光学軸に対して同軸上に位置し、その側面に反射防止層が設けられた穴を備えることを特徴とする請求項５に記載のカメラ・デバイス。
【請求項７】
前記スペーサ手段がカバー基板をさらに備えることを特徴とする請求項１または６に記載のカメラ・デバイス。
【請求項８】
前記カバー基板が被写体を前記像獲得素子上に投影するための第２レンズ要素を有する第２レンズ基板を備え、前記レンズ要素の主光学軸が前記第２レンズ要素の主光学軸と一致することを特徴とする請求項７に記載のカメラ・デバイス。
【請求項９】
前記接着層が前記スペーサ基板と前記像獲得素子の間に位置することを特徴とする請求項７に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１０】
前記接着層が前記スペーサ基板と前記カバー基板の間に位置することを特徴とする請求項７に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１１】
前記レンズ要素が複製型であることを特徴とする請求項１または８に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１２】
前記レンズが前記レンズ基板中に凸部として形成されることを特徴とする請求項１１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１３】
前記レンズが前記レンズ基板中に凹部として形成されることを特徴とする請求項１１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１４】
前記レンズ基板にスルーホールが設けられ、前記レンズ要素が前記スルーホール内に
位置することを特徴とする請求項１１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１５】
前記レンズ基板に赤外線反射層が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１６】
前記レンズ基板に反射防止層が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイス。
【請求項１７】
カメラ・デバイスの製造方法であって、
複数のレンズ要素を備え、接着層を備えるレンズ基板を供給するステップと、
前記レンズ基板、および複数の像獲得素子を備えるベース基板をスタックするステップと、
前記レンズ基板およびベース基板を、それぞれのレンズ要素および関連する像獲得素子を通る各主光学軸に沿って整列させるステップと、
前記レンズ要素と前記関連する像獲得素子との間隔を、前記レンズ要素および前記関連する像獲得素子を通る前記各主光学軸に沿って設定するステップと、
前記接着層を硬化させるステップと、
前記レンズ基板および前記ベース基板のスタックからカメラ・デバイスを分離するステップとを特徴とするカメラ・デバイスの製造方法。
【請求項１８】
複数の像獲得素子を備えるベース基板を含むウェハスケールパッケージであって、それぞれの像獲得素子に関連する複数のレンズ要素を有するレンズ基板、および、前記レンズ基板と前記ベース基板の所定の間隔を維持するためのスペーサ手段をさらに備え、前記ベース基板に対する前記レンズ基板の位置が接着層によって固定されることを特徴とするパッケージ。
【請求項１９】
複数のレンズ要素を有するレンズ基板を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラ・デバイスの製造工程に使用するための光学アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像獲得素子と、被写体を像獲得素子に投影するためのレンズ要素と、レンズと像獲得素子の所定の間隔を維持するためのスペーサ手段と、レンズを支持するレンズ基板とを備えるカメラ・デバイスに関する。
【０００２】
本発明は、また、カメラ・デバイス、複数の像獲得素子を有するベース基板を含むウェハスケールパッケージ、およびカメラ・デバイスの製造工程に用いる光学アセンブリの製造方法に関する。
【０００３】
この型のカメラ・デバイスは、たとえば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、およびラップトップ・コンピュータなどの小型携帯機器に使用される。
【背景技術】
【０００４】
導入部で述べたようなカメラ・デバイスは、日本国公開特許公報第２００２−１３９６６２号に開示されている。周知のカメラ・デバイスは、基板に搭載された像取込み素子および１つまたは複数のレンズを支持するレンズ・サポートを備える。このレンズ・サポートは各レンズと一体形成され像取込み素子に固定されており、それによってこのレンズ・サポートが、像取込み素子上のレンズを通る主光学軸の方向で正確な位置決めの助けになる。製造工程で、個々の像取込み素子、レンズ・サポートはスタックされ１つに接合される。像取込み素子上の被写体の高画質を得るためには、主光学軸の方向のレンズ・サポート寸法が高精度でなければならない。さらに、これらの部品相互の相対的な位置決めも正確でなければならない。
【特許文献１】特開第２００２−１３９６６２号公報
【特許文献２】米国特許第６，２８５，０６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
周知のカメラ・デバイスの欠点は、製造工程において各レンズ・サポートをそれぞれのカメラ・デバイス中の像取込み素子に対して個々に調整しなければならず、このため、高い位置決め精度を維持しながら効率的な大量生産工程で周知のカメラ・デバイスを製造できる可能性がほとんど無いことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主な目的は、高い位置決め精度を備えた効率的な大量生産工程の実現能力が増大した、導入部で述べた型のカメラ・デバイスを提供することである。
【０００７】
この目的のために、本発明は、スペーサ手段が接着層を含むことを特徴とする、導入部で定義した型のカメラ・デバイスを提供する。
【０００８】
この構成では、レンズ要素と、接着層を含むスペーサ手段とを備えるレンズ基板を、レンズ要素および像獲得素子を通る主光学軸に沿って位置決めし整列させることができ、その後で、レンズ要素と像獲得デバイスの所定の間隔を設定する。接着層を硬化させた後で、この所定の間隔をスペーサ手段によって維持する。この構成によって大量生産実現能力が増大し、撮像素子およびレンズ基板をそれぞれ備えるベース基板上に複数の像獲得素子とレンズ要素とスペーサ手段とを製造することができ、ベース基板およびレンズ基板を高精度でスタックし接合し、個々のカメラ・デバイスをスタックから分離する。接着層の硬化は、紫外硬化接着剤の場合はＵＶ放射で、熱硬化性接着剤の場合は加熱によって実施できる。
【０００９】
米国特許第６，２８５，０６４号には固体画像センサ集積回路用のウェハスケールパッケージが紹介されており、そこでは微小レンズの各アレイが、画像センサがその上に形成されたウェハの上面に支持される。接着材の母材がウェハ上に支持される。この接着材の母材は、ウェハ上面の微小レンズアレイに整列する開口を備える。次いで、カバー・ガラスをこの接着材の上に支持しこの接着材を活性化させてカバー・ガラスをウェハに固定する。接着材は微小レンズ部の上に開口を備えるので、この接着材により生じるレンズの歪みまたは変形が避けられるはずである。
【００１０】
本発明の他の目的はカメラ・デバイスの効率的な大量生産工程用の方法を提供することである。この目的は、複数のレンズ要素を備え、接着層を含むレンズ基板を供給するステップと、このレンズ基板と、複数の像獲得素子を備えるベース基板とをスタックするステップと、このレンズ基板およびベース基板をそれぞれレンズ要素および関連する像獲得素子を通る主光学軸に沿って整列させるステップと、それぞれレンズ要素および関連する像獲得素子を通る主光学軸に沿ってこのレンズ基板と関連する像獲得素子との間隔を設定するステップと、接着層を硬化させるステップと、レンズ基板とベース基板のスタックからカメラ・デバイスを分離するステップとを特徴とするカメラ・デバイスの製造方法によって実現される。
【００１１】
この工程においては、複数のレンズ要素を含むレンズ基板と、スペーサ基板形状のスペーサ手段と、複数の像獲得素子を含むベース基板とをスタックすることによって、カメラ・デバイスを形成する。個々のレンズ要素および関連する像獲得素子を通る光学軸に沿って相異なる基板間の所定の間隔は、諸基板をスタックした後で正確に調整でき、相異なる基板の間の接着層を硬化させることによって維持できる。スタックを完了した後でカメラ・デバイスをスタックから分離することができる。この工程によって携帯電話、個人用携帯端末などの小型電子装置用に適する比較的安価なカメラ・デバイスが得られる。
【００１２】
本発明の他の目的は、カメラ・デバイスを効率的に大量生産するためのウェア規模パッケージを提供することである。この目的は、複数の像獲得素子を有するベース基板を含み、さらにそれぞれの像獲得素子に付随する複数のレンズ要素を有するレンズ基板とこのレンズ基板とベース基板の所定の間隔を維持するためのスペーサ手段とを含み、レンズ基板のベース基板に対する位置が接着層によって固定されることを特徴とするウェハスケールパッケージによって実現される。
【００１３】
このウェア規模パッケージでは、レンズが対応する像獲得素子に対して既に整列しており、レンズと対応する像獲得素子との間隔は、正確に調整されている。この方法では、個々のレンズ要素を個々の像獲得素子に対して位置決めする必要はなく、このため、カメラ・デバイスの製造が簡略化される。
【００１４】
本発明の他の目的は、カメラ・デバイスを効率的に大量生産するための光学アセンブリを提供することである。この目的は、複数のレンズ要素を有するレンズ基板を含むことを特徴とする本発明によるカメラ・デバイスの製造工程に用いる光学アセンブリによって実現できる。
【００１５】
この光学アセンブリ、および複数のレンズ要素に対応する像獲得素子を備えるベース基板をスタックすることによって、レンズ要素をそれらの全てに対して同時に像獲得素子に対して位置決めすることが可能になる。この方法では、後の製造ステップで個々のレンズ要素を個々の像獲得素子に対して位置決めする必要はない。
【００１６】
この光学アセンブリは、像獲得素子を備えるベース基板の面積寸法に対応する面積寸法であることが好ましい。
【００１７】
諸実施形態では、この接着層は紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を含む。
【００１８】
他の実施形態では、接着層が、レンズ要素の主光学軸と同軸上に位置するスペーサ手段上の穴の投影の外側にある周縁の形状を有している。この方法では、レンズ要素と像獲得素子の間の光路中には接着材料がない。
【００１９】
他の実施形態では、スペーサ手段が、カバー基板およびスペーサ基板を備える。このカバー基板は、以後の諸製造工程ステップ中に起こり得る損傷から像獲得素子を保護する。
【００２０】
他の実施形態では、スペーサ基板が、レンズ要素の主光学軸に対して同軸上に位置しその側面に反射防止層を設けた穴を含む。この構成によって、カメラ・デバイス内の反射が減少し、このため、カメラ・デバイスの性能が増進する。
【００２１】
他の実施形態では、接着層を像獲得素子とスペーサ基板の間、またスペーサ基板とカバー基板の間にも設けることができる。この構成によって、各分離したスタックステップ後の正確な調整が可能になる。
【００２２】
他の実施形態では、レンズ要素が複製型である。これらの複製型レンズは、低コストで高品質なレンズの製造を可能にする。複製型レンズの製造に適する材料は、原則として、全て、ポリマー化できる基を含むモノマーである。
【００２３】
他の実施形態では、レンズ要素がレンズ基板内の凸部として形成される。これによって、レンズ要素の製造が簡略化される。
【００２４】
他の実施形態では、レンズ要素がレンズ基板内の凹部として形成される。この構成では、レンズ基板がスペーサ手段の一部分になることができる。これによって、離れたスペーサ基板を導入して製造工程の複雑さを増大させずにレンズ基板の厚さを増大させることによってレンズと像獲得素子の間隔をより大きくすることができる。
【００２５】
他の実施形態では、レンズ基板にスルーホールを設け、レンズ要素がこのスルーホール内に位置する。この方法によって、レンズ形状およびレンズと像獲得素子の間隔により多くの柔軟性がもたらされる。
【００２６】
他の実施形態では、レンズ基板に赤外線反射層を設ける。固体像獲得素子は赤外線放射に敏感である。スペクトルのこの赤外線領域を遮断することによって、カメラ・デバイスの赤外線放射に対する感受性が低下する。
【００２７】
他の実施形態では、レンズ基板に反射防止層を設ける。この構成によってカメラ・デバイス中の反射が回避できる。
【００２８】
本発明のこれらおよび他の態様は、後述の諸実施形態を参照して明らかになり解明されるであろう。
【００２９】
これらの図は概略図であり原寸に比例していない。また、一般的に、同一参照番号は同一部分を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に、カメラ・デバイスの第１実施形態の概略図を示す。このカメラ・デバイス１０１は、像獲得素子１０３と、この像獲得素子に接着された微小スペーサ・プレート１０５と、レンズ１１１が設けられたレンズ基板１０９とを備える。この像獲得素子は、電荷結合撮像デバイス（ＣＣＤ）またはＣＭＯＳ撮像デバイスである。一般的に、このような像獲得素子は、固体イメージ・センサ（ＳＳＩＳ）といわれる。微小スペーサ・プレート１０５には、結像光線をレンズ要素１１１から像獲得素子１０３まで通過させるための穴が設けられている。好ましくは、レンズ基板１０９とカバー・プレート１０７の間に赤外線反射被覆１１９が設けられ、レンズ基板１０９およびレンズ要素１１１の上に反射防止被覆１２１が設けられる。厚さ約１０μｍの第１接着層１１３が、微小スペース・プレート１０５と像獲得素子１０３の間に存在する。厚さ約１００μｍの第２接着層１１５が、カバー・プレート１０７と微小スペーサ・プレート１０５の間に存在し、厚さ約１０μｍの第３接着層１１７が、レンズ基板１０９とカバー・プレート１０７の間に存在する。好ましくは、これら接着層１１３、１１５、および１１７は、周縁形状であり、接着材料は、微小スペーサ・プレート１０５およびカバー・プレート１０７の表面上への、レンズ要素１１１の外周の投影と一致する領域の外側に存在する。
【００３１】
微小スペーサ・プレート１０５の厚さは、たとえば、約０．４ｍｍである。カバー・プレートの厚さは０．４ｍｍであり、レンズ基板プレートの厚さは、たとえば、０．４ｍｍである。各接着層１１３、１１５、および１１７は、相異なるプレートの間隔を、通常５μｍの精度で所定の間隔に維持する。したがって、このカメラ・デバイス１０１では、スペーサ手段を微小スペーサ・プレート１０５、カバー・プレート１０７、ならびに、接着層１１３、１１５、および１１７によって形成する。
【００３２】
像獲得素子１０３上のゴーストを防ぐために、微小スペーサ・プレート１０５の側壁上に反射防止層を設け、それによってカメラ・デバイス１０１内で望まない光の反射を防ぐことが有利である。このような反射防止層は、たとえば、微小スペーサ・プレート１０５の側壁を低反射材料、たとえば、黒色レジストで被覆することによって設けることができる。この被覆は、吹き付けによって塗布することができる。
【００３３】
図２に、カメラ・デバイスの第２実施形態を示す。このカメラ・デバイス１１０は、２つのレンズ要素１１１および１２７の光学系を含む。この２レンズ光学系の利点は、それほど収差を伴わずに比較的強いレンズ操作が得られることである。
【００３４】
図１の同じ要素に対応する図２の部分には同じ番号を割り当てる。さらに、図２に、第２スペーサ・プレート１２３上にスタックされた第２レンズ基板１２５、および第１レンズ基板１０９をそれぞれ示すが、これらを、第２レンズ要素１２７、第１レンズ要素１１１、および像獲得素子１０３を通る主光学軸に沿って整列させ、接着層１２９および１３１で接合する。好ましくは、レンズ１１１および１２７の主光学軸と同軸上に位置する穴を設けたアルミニウム層から隔壁１３３を形成する。
【００３５】
像獲得素子１０３上のゴーストを防ぐために、微小スペーサ・プレート１０５の側壁上および／または２スペーサ・プレート１２３の側壁上に反射防止層を設け、それによってカメラ・デバイス１１０内で望まない光の反射を防ぐことが有利である。
【００３６】
これらのカメラ・デバイスの製造方法はウェハスケールの製造ステップを含む。というのは、基板、たとえば、直径約２０．３２ｃｍ（８”）のシリコン・ウェハ上で複数の像獲得素子を製造し、得ているからである。また、スペーサ手段およびレンズ要素を基板上に多数同時に製造することもできる。図３に、個々のカメラ・デバイス１１０を切断する前の基板スタックの分解図を示す。このスタック１３０は、像獲得素子１０３を含むシリコン・ウェハ１３５と、微小スペーサ要素１０５を含む微小スペーサ・ウェハ１３７と、カバー・ウェハ１３９と、レンズ１０９を含む第１レンズ基板１４１とを備える。これらの全ての要素は、ウェハ寸法の規模で入手できる。さらに、図３に、第２スペーサ・ウェハ１４３と、第２レンズ基板１４５と、他のカバー・ウェハ１４７とを示すが、これらは、２レンズ光学系を設けたカメラ・デバイスを得るために必要である。
【００３７】
図４に、カメラ・デバイスの製造方法の工程フロー・チャート１４０を示す。工程ステップ１２０では、第１レンズ基板１４１がガラス基板上に赤外線被覆１１９を設けることによって製造され、その後に従来の複製法によりガラス基板上にレンズ要素１１１を形成する工程ステップＰ２１が続く。次の工程ステップＰ２２では、第１レンズ基板１４１に反射防止被覆１２１が設けられる。
【００３８】
ベース基板１３４は、以下の諸工程ステップで製造する。工程ステップＰ１０では、たとえば、２０．３２ｃｍのウェハ寸法のガラス基板中に穴をエッチングすることによって、微小スペーサ・ウェハ１３７を形成する。この工程ステップＰ１０におけるエッチングに代わる方法としては、レーザ切断、粉体爆破、および超音波穿孔がある。これらの技法は全て当業者には周知である。次のステップすなわち工程ステップＰ１２では、接着層を、微小スペーサ・ウェハ１３７および像獲得素子を含むシリコン・ウェハ１３５にスクリーン印刷または吹き付け塗装で設ける。この接着層は、たとえば、紫外線硬化樹脂からなることができる。さらに、微小スペーサ・ウェハ１３７およびカバー・ウェハ１３９を整列させ、微小スペーサ・ウェハ１３７の穴上のカバー・プレート・ウェハとシリコン・ウェハ１３５の関連する像獲得素子１０３の像面との主光学軸に沿った間隔を、たとえば９００±５μｍの所定の値に設定し、その後、接着層を紫外線放射によって硬化させる。この硬化した接着層１１５によって、調整された間隔を維持する。接合されたウェハ１３５、１３７、および１３９は、像獲得素子１０３を含むベース基板１３４を形成する。
【００３９】
次の工程ステップＰ１４では、ベース基板１３４およびレンズ基板１４１を整列させ、たとえば、１０μｍの所定の間隔に設定し、紫外線（ＵＶ）硬化接着層１１７で共に接合する。さらに次の工程ステップＰ１５では、個々のカメラ・デバイスを、たとえば、のこ引きによって、分離する。
【００４０】
２レンズ要素１１１および１２７の光学系を含むカメラ・デバイス１１０を得るためには、さらにいくつかの工程ステップＰ４０、Ｐ４１およびＰ３１が必要になる。工程ステップＰ３０においては、第２スペーサ・ウェハ１４３に結像光線を通過させるための穴を設ける。工程ステップＰ４０では、レンズ１２７を複製法によって第２レンズ基板上に形成する。次の工程ステップＰ４１では、隔壁をレンズ１２７上に設けることが好ましい。この隔壁はアルミニウム層によって形成し、円形の穴がレンズ系の主光学軸に対して同軸上に位置する。次の接合ステップＰ３１では、第２レンズ基板プレート１４５および第２スペーサ・ウェハ１４３を整列させ、たとえば、１．６７ｍｍの所定の間隔に設定し、約１００μｍの紫外線（ＵＶ）硬化接着層１３１によって接合する。次の工程ステップＰ２３では、第２レンズ基板プレート１４５のサブアセンブリおよび第２スペーサ・プレート１４３を整列させ、第１レンズ基板プレート１４１まで、たとえば、１２１ｍｍの所定の間隔に設定し、約１０μｍの紫外線（ＵＶ）硬化接着層１２９によって接合する。
【００４１】
工程ステップＰ１４では、このレンズ・アセンブリ４４および工程ステップＰ１３におけるベース基板サブアセンブリ１４２を整列させ、所定の間隔に設定し、紫外線（ＵＶ）硬化接着層１２９によって接合する。好ましくは、この工程ステップにおいて、第３スペーサ・プレート１４６および第２カバー・プレート１４７を紫外線（ＵＶ）硬化層によって第２レンズ基板１４５上にスタックする。図５に図式的に示すようなアセンブルされたスタック１５０の分離ステップＰ１５においてカメラ・デバイス１１０をのこ引き切断、または別の知られた方法で分離する。アセンブルされたスタック１５０をダイシング・レーン１５２によりのこ引きする。このダイシング・レーンの幅は、たとえば、約２３０μｍである。紫外線硬化接着剤の代わりに熱硬化性接着剤を塗布することが有利なことがある。
【００４２】
添付の特許請求の範囲の範疇から逸脱することなく多くの変形形態が本発明の範疇で可能なことは明白であろう。
【００４３】
図６ａないし６ｄに、本発明の原理による固体像獲得素子（ＳＳＩＳ）を備えるウェハスケールパッケージのスライス面における様々な構成を示す。図６ａないし６ｄ全体を通して、ＳＳＩＳダイ（図６ａないし６ｄに示さず）のアレイおよび好ましくはＩＲガラス製のカバリング・ガラス層２３１を含むシリコン・ウェハ２１１が存在する。よりうまく説明するために、図６ａないし６ｄのそれぞれの左側の破線Ｌによって示される全体のウェハの一部分のみが示されている。シリコン・ウェハ２１１およびガラス層２３１の構成内部でＳＳＩＳダイの感光領域に微小レンズを取り付けることができる。ウェハスケールパッケージを分離して得られるカメラ・デバイスの動作性能に関しては、図７ａないし７ｄに示す。
【００４４】
図６ａのウェハスケールパッケージは、第１ガラス層２３１およびシリコン・ウェハ２１１の表面から離れて向く凸レンズ２５０を提供する第２ガラス層だけを含む。図６ｂにおいては、図６ａと比べてスペーサ層２２２が、第１透明層２３１とレンズ２５０を含む第２透明層２４０との間に挿入されることのみが変わっている。図２ｃについては、図６ｂに対してさらに小さな変更があり、レンズ５２を含む追加のガラス層２４２が、スペーサ層２２２と第１ガラス層２３１の間に挿入される。この実施形態では、ウェハスケールパッケージの２つのレンズ２５０および２５２の間に空隙が存在する。最後に、図６ｄは、再度図６ｂと比較した構成を示し、レンズ２５４付の追加のガラス層２４４がスペーサ層２２２とガラス層２４０の間に配置される。
【００４５】
次に図７ａないし７ｄを参照すると、本発明によるカメラ・デバイス、ウェハスケールパッケージ、および光学モジュールのいくつかの例の動作性能がシミュレーション図で示してある。これらのシミュレーション結果は、本発明によるカメラ・デバイスの動作性能および寸法に従っている。全シミュレーション図は以下のように読み取れる。左すなわち光学系によって投影される実像から出発すると、線で示す光線があり、それが光学系を通過して光学系の後ろで互いに交差する。これらのシミュレーションされた光線の交点は、描画線によって接続され、これによって、実像が誤差なく投影される理想的な像平面をもたらすことができる。しかし、ＳＳＩＳの感光領域は平坦であるので、光学系を平坦な感光領域が像平面となるように適合させなければならない。図７ａを参照すると、１つのみのレンズを備える光学系が非常に湾曲した像平面を有し、そのため、像平面の端部に向かうにつれて動作性能が低下する状況が示されている。図７ｂないし７ｄでは、光学系における第２レンズの利点が示されている。というのは、２つのレンズが焦点合わせおよび像平面の平坦化に関して協働し、それによって、像平面が感光領域により適合するからである。図７ｂの構成はそれが極めて低背であるという利点を有する。これは、進行光の大角度が２つのレンズ間の空隙中で使用できるという事実のためである。
【００４６】
次に、図８ａないし８ｅを参照する。これらの図では、本発明の他の実施形態における製造工程のいくつかのステップが図示されている。一番上の図８ａから判るように、微小レンズ（図示せず）用の微小スペーサ層２２５を、固体像獲得素子を含むシリコン・ウェハ２１５の上面側に搭載する。次のステップでカバー・ガラス層２３５を微小スペーサ層２２５に貼り付ける。このカバー・ガラス層２３５上にＩＲガラス層２３６を搭載する。この後にウェハスケールパッケージ上にＳＳＩＳ用の光学系を取り付けるための別のステップが続く。ＩＲガラス層２３６の上面にレンズ用の穴２６２を備えるウェハ・レベルのレンズ・ホルダまたはレンズ基板２６０を支持する。これによって図８ｂが得られる。次に、図８ｃを参照すると、ウェハ・レベル・レンズ・ホルダ２６０をＩＲガラス層２３６に接着した後で、レンズ２７０をこのウェハ・レベル・レンズ・ホルダ２６０の穴２６２中に搭載する。図８ｄで、レンズ２７０の搭載後にカメラ・デバイスを分離することが判る。次のステップでこのようなカメラ・デバイス２９５を相互接続用の可撓箔２９０上に取り付けることができる。さらに、日除け２８０を設けるのが有利なこともある。この日除け２８０は、応用例に取り付ける前に搭載することができ、あるいはカメラ・デバイス２９５を内部に搭載できる筐体の一部分であってもよい。
【００４７】
図９ａないし９ｆに、本発明による光学アセンブリのいくつかの実施形態をスライス面で示す。図示した光学アセンブリは複数のレンズ要素を有する基板を備える。この光学アセンブリは、カメラ・デバイスの製造工程で使用することができる。この工程は、たとえば、図４に示す工程に類似した工程でよい。このような工程で、光学アセンブリは、レンズ要素に対応した複数の像獲得素子を含むベース基板にスタックすることが好ましい。好ましくは、接着剤を用いて光学アセンブリおよびベース基板を接合する。それぞれのレンズ要素と対応する像獲得素子の間隔を設定した後、および、レンズ基板とベース基板を互いに相対的に整列させた後で、接着剤を硬化させる。この結果、図３、図５、および図６に示したものと類似のウェハスケールパッケージが得られる。あるいは、この光学アセンブリを、個々の像獲得素子にスタックされた個々のレンズ・モジュール内に分離させることもできる。
【００４８】
図９ａないし９ｆに示す光学アセンブリは、複製工程によって製造する。このような工程では、通常その全体あるいは一部が光学的に透明なポリマーまたは硬化性の液体でレンズを作製する。このレンズ基板は、通常、たとえば、ガラス、プラスチック、樹脂、または石英などの光学的に透明な材料で作製する。
【００４９】
図９ａにレンズ基板３１２上に形成された複数の複製型の収斂すなわち凸レンズ要素３１１を含む光学アセンブリ３１０の断面を示す。このレンズ要素は、球面状、非球面状、またはアナモルフィックでよい。また、図９ａに、基板３１７上に複製型の収斂すなわち凸レンズ要素３１６を含み、線３１３に沿って光学アセンブリ３１０を分離して得られる個々のレンズ・モジュール３１５も示す。分離には、周知の方法、たとえば、ダイシングを使用することができる。
【００５０】
図９ｂに、レンズ基板３２２上に形成された複数の複製型の発散すなわち凹レンズ要素３２１を含む光学アセンブリ３２０の断面を示す。このレンズ要素は、球面状、非球面状、またはアナモルフィックでよい。また、図９ｂに、基板３２７上に複製型の発散すなわち凹レンズ要素３２６を含み、線３２３に沿って光学アセンブリ３２０を分離して得られる個々のレンズ・モジュール３２５も示す。
【００５１】
図９ｃに、レンズ基板３３３内のスルーホール中に形成された複数の収斂−発散複製型レンズを含む光学アセンブリ３３０の断面を示す。また、図９ｃに、基板３３７内のスルーホール中に複製型の収斂−発散レンズ要素３３６を含み、線３３３に沿って光学アセンブリ３３０を分離して得られる個々のレンズ・モジュール３３５も示す。この場合、基板３３１および３３７は透明である必要はない。このモジュールは、光学モジュールを使用するカメラ・デバイス中で望まない光の反射を防ぐのに有利なことがある。この光学アセンブリ３３０および光学モジュール３３５の他の利点は、収斂レンズおよび発散レンズをこのように組み合わせることによって、得られるスタック高を図９ｄに示す光学モジュールおよび光学アセンブリに比べて低下できることである。
【００５２】
図９ｄに、複数の収斂複製型レンズ３４１および対応する発散複製型レンズ３４２をレンズ基板３４３の両側に含む光学アセンブリ３４０の断面を示す。また、図９ｄに、基板３４７の両側に形成された複製型の収斂レンズ要素３４６および対応する複製型の発散レンズ要素３４８を含み、線３４３に沿って光学アセンブリ３４０を分離して得られる個々のレンズ・モジュール３４５も示す。
【００５３】
図９ｅに、第１レンズ基板３５２上に形成された複数の第１複製型収斂レンズ３５１を含み、スペーサ基板３５３によって第２レンズ基板３５５上に形成された対応する複数の第２複製型収斂レンズ３５４から分離された光学アセンブリ３５０の断面を示す。このスペーサ手段は、それぞれ第１レンズ３５１および第２レンズ３５４によって光学軸と同軸上に整列されたスルーホールを有する。スペーサ基板３５３の厚さを変えることによって第１レンズ３５１と対応する第２レンズ３５４の間隔を変える。また、図９ｅに、第１レンズ基板３６２上に形成され、スペーサ基板３６３によって第２レンズ基板３６４上に形成された対応する第２レンズ要素３６４から分離された第１収斂複製型レンズ要素３６１を含み、線３５６に沿って光学アセンブリ３５０を分離して得られるレンズ・モジュール３６０も示す。このスペーサ基板は、第１レンズ要素３６１および第２レンズ要素３６４によって光学軸と同軸上に整列されたスルーホールを有する。
【００５４】
図９ｆに、第１レンズ基板３７２の両側に形成された複数の第１複製型収斂レンズ３７１と、第２レンズ基板３７５上に形成された複数の対応する第３複製型収斂レンズ３７４が接着材料のスペーサ層（図示せず）によって接合された複数の対応する第２複製型発散レンズ３７３とを含む光学アセンブリ３７０の断面を示す。それぞれの第１レンズ３７１、ならびに、対応する第２レンズ３７３および第３レンズ３７５を同じ光学軸に沿って整列させる。また、図９ｆに、第１レンズ基板３８２の両側に形成された第１収斂複製型レンズ３８１と第２レンズ基板３８４上に形成された対応する第３収斂複製型レンズ３８４が接合された対応する第２発散複製型レンズ３８３とを含み、線３７６に沿って光学アセンブリ３７０を分離して得られるレンズ・モジュール３８０も示す。第１レンズ要素３８１、ならびに、第２レンズ要素３８３および第３レンズ要素３８４は共通の光学軸を有する。第２レンズ要素３８３と第３レンズ要素３８４を結合する利点は、分離スペーサ基板の必要性を回避できることである。
【００５５】
図１０ａないし１０ｄに、本発明による光学アセンブリの別の諸実施形態をスライス面で示す。図９ａないし９ｅに示す光学アセンブリと同様にして光学アセンブリをカメラ・デバイスの製造に使用する。図９ａないし９ｅに示す光学アセンブリとの主たる違いは、図１０ａないし１０ｄ示す光学アセンブリが光学的に透明な予備成形基板を含むことである。このような予備成形基板は、たとえば、適切な透明材料の高温成形によって作製することができる。この高温成形は、基板材料の加熱および鋳型を使用したそれの成形を必要とする。適切な基板材料は、たとえば、ガラス、石英、および適切な透明プラスチックである。
【００５６】
図１０ａは、複数の凸部４０２を有する予備形成基板４０１を含む光学アセンブリ４００を示す。これらの凸部は収斂レンズ要素として働く。レンズ要素としてのそれらの機能を増進させるためにこれらの凸部を複製型材料の修正層４０３によって覆う。また、図１０ａに、線４０４に沿って光学アセンブリ４００を分離して得られる個々の光学モジュール４０５も示す。
【００５７】
図１０ｂに、予備成形基板４１１の一方の側に形成された複数の収斂複製型レンズ要素４１２と予備成形基板４１１の他方の側の、レンズ要素４１１に対応する複数の凹部すなわち陥凹領域４１３とを含む予備成形基板４１１を示す。図示した予備成形基板の利点は、それが図９ａないし図９ｅに示すようなレンズ基板の機能とスペーサ層の機能を一体化させていることである。このようにしてカメラ・デバイスを作製する構成部品数を減らすことができ、その結果、像獲得素子により精度よく整列したレンズ系を有するより簡易なアセンブリおよび／またはより多くのカメラ・デバイスが得られる。また、図１０ｂに、線４１４に沿って光学アセンブリ４１０を分離して得られる個々の光学モジュール４１５も示す。
【００５８】
図１０ｃに、基板４２１の一方の側に形成された複数の凸部４２２と基板４２１の他方の側に形成された複数の凹部４２４とを有する予備成形基板４２１を含む光学アセンブリ４２０を示す。これらの凸部４２２は収斂レンズ要素の働きをする。これらのレンズ要素としての機能を増進させるために、凸部４２２を複製型の修正層４２３で覆う。さらに、凹部４２４を発散レンズとして形成された複製材料の層４２５で充填する。このようにして、収斂レンズおよび発散レンズの両方を単一の基板内に一体化させることができる。また、図１０ｃに、線４２４に沿って光学アセンブリ４２０を分離して得られる個々の光学モジュール４２７も示す。
【００５９】
図１０ｄに、基板４３１の一方の側に形成された複数の第１凸部４３２と基板４３１の他方の側に形成された複数の凹部４３４とを有する予備成形基板４３１を含む光学アセンブリ４３０を示す。この第１凸部４３２は、収斂レンズ要素の働きをする。それらのレンズ要素として機能を増進させるために、複製材料の第１修正層４３３でこれらの第１凹部４３２を覆う。さらに、発散レンズとして形成された複製材料の第２層４３５でこれらの凹部４３４を充填する。さらに、この光学アセンブリ４３０は、第１予備形成基板４３１に接合され、第１基板４３１の凹部４３４の反対側に形成されこの凹部４３４に対応した複数の第２凸部４３７を有する第２予備形成基板４３６を含む。この第２凸部４３７は、収斂レンズ要素の働きをする。それらのレンズ要素としての機能を増進させるために、複製材料の第３修正層４３８でこれらの第２凸部４３７を覆う。図示した第１予備成形基板４３１の利点は、それがレンズ基板の機能とスペーサ層の機能を一体化させることである。また、図１０ｄに、線４３９に沿って光学アセンブリ４３０を分離して得られる個々の光学モジュール４４０も示す。
【００６０】
本明細書で説明した本発明の実施形態は、例示として採用したのであり限定する意味はないことが企図されている。当業者なら、添付の特許請求の範囲に規定されたような本発明の範疇から逸脱することなくこれらの実施形態に対して様々な修正を加えることができる。
【００６１】
たとえば、これらの実施形態で述べたウェハ直径および他の寸法は変えることができる。同じことが適用した像獲得素子の型についてもあてはまる。
【００６２】
さらに、上記のほとんどのダイシングまたはのこ引きは、本発明によるウェハスケールパッケージまたは光学アセンブリの分離に適する技法だと述べてきたが、他の周知の技法、たとえば、スクライビング、レーザ切断、エッチング、またはブレーキングを適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】カメラ・デバイスの第１実施形態の断面図である。
【図２】カメラ・デバイスの第２実施形態の断面図である。
【図３】カメラ・デバイスを切り出す前のカメラ・デバイスの連続した数ステップ後に得られるウェハ・プレートのスタックを示す図である。
【図４】カメラ・デバイスの製造工程のフロー・チャートを示す図である。
【図５】ウェハ・プレートのスタックの切断ステップを示す図である。
【図６ａ】本発明の原理による固体像獲得素子を備えるウェハスケールパッケージのスライス面における一構成を示す図である。
【図６ｂ】本発明の原理による固体像獲得素子を備えるウェハスケールパッケージのスライス面における一構成を示す図である。
【図６ｃ】本発明の原理による固体像獲得素子を備えるウェハスケールパッケージのスライス面における一構成を示す図である。
【図６ｄ】本発明の原理による固体像獲得素子を備えるウェハスケールパッケージのスライス面における一構成を示す図である。
【図７ａ】本発明によるカメラ・デバイス、ウェハスケールパッケージ、または光学モジュールに使用する一光学系のシミュレーションを示す図である。
【図７ｂ】本発明によるカメラ・デバイス、ウェハスケールパッケージ、または光学モジュールに使用する一光学系のシミュレーションを示す図である。
【図７ｃ】本発明によるカメラ・デバイス、ウェハスケールパッケージ、または光学モジュールに使用する一光学系のシミュレーションを示す図である。
【図７ｄ】本発明によるカメラ・デバイス、ウェハスケールパッケージ、または光学モジュールに使用する一光学系のシミュレーションを示す図である。
【図８ａ】本発明によるカメラ・デバイスの別の実施形態における一製造ステップを示す図である。
【図８ｂ】本発明によるカメラ・デバイスの別の実施形態における一製造ステップを示す図である。
【図８ｃ】本発明によるカメラ・デバイスの別の実施形態における一製造ステップを示す図である。
【図８ｄ】本発明によるカメラ・デバイスの別の実施形態における一製造ステップを示す図である。
【図８ｅ】本発明によるカメラ・デバイスの別の実施形態における一製造ステップを示す図である。
【図９ａ】本発明による光学アセンブリのスライス面における一実施形態を示す図である。
【図９ｂ】本発明による光学アセンブリのスライス面における一実施形態を示す図である。
【図９ｃ】本発明による光学アセンブリのスライス面における一実施形態を示す図である。
【図９ｄ】本発明による光学アセンブリのスライス面における一実施形態を示す図である。
【図９ｅ】本発明による光学アセンブリのスライス面における一実施形態を示す図である。
【図９ｆ】本発明による光学アセンブリのスライス面における一実施形態を示す図である。
【図１０ａ】本発明による光学アセンブリのスライス面における他の一実施形態を示す図である。
【図１０ｂ】本発明による光学アセンブリのスライス面における他の一実施形態を示す図である。
【図１０ｃ】本発明による光学アセンブリのスライス面における他の一実施形態を示す図である。
【図１０ｄ】本発明による光学アセンブリのスライス面における他の一実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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