(57)【要約】【課題】固体撮像素子に対してレンズ教頭の焦点位置合わせと接合固定を容易かつ高精度に行うことができ、また環境温度の変化による悪影響を防止する。【解決手段】固体撮像素子等を形成した半導体チップ１１０を予めヒーター等で加熱しておき、レンズ鏡筒１２０を下方に移動し、焦点位置合わせ用ボス１２８の先端を加熱された半導体チップ１１０の接合領域１１４に対し押し当てる。これにより、焦点位置合わせ用ボス１２８の先端が半導体チップ１１０の接合領域１１４で加熱されて溶解し、押圧位置に応じて変形するので、レンズ１２２が焦点深度方向の所望の位置にくるまで加圧を行い、所望の位置に位置合わせする。次に、焦点位置合わせ用ボス１２８の周辺に接着剤１３０を塗布し、加熱することにより、接着剤１３０を硬化し、レンズ鏡筒１２０と半導体チップ１１０とを完全に固定する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子を含む撮像装置本体と、
前記撮像装置本体に接着剤によって接合され、前記固体撮像素子の受光面に対向する位置にレンズを保持するレンズ鏡筒とを有し、
前記レンズ鏡筒は、前記撮像装置本体に接合される部位に前記撮像装置本体に当接して加熱溶融によって変形した焦点位置合わせ用ボスを有し、
前記接着剤は、前記焦点位置合わせ用ボスの周囲に沿って配置されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記焦点位置合わせ用ボスはレンズ鏡筒の光軸回り方向に複数分散して配置されてい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】
前記レンズ鏡筒は熱可塑性を有する合成樹脂よりなり、前記焦点位置合わせ用ボスはレンズ鏡筒に一体に形成されたものであ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】
前記撮像装置本体は固体撮像素子を形成した半導体チップ自体であ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】
固体撮像素子を含む撮像装置本体と、前記撮像装置本体に接着剤によって接合され、前記固体撮像素子の受光面に対向する位置にレンズを保持するレンズ鏡筒とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記レンズ鏡筒に前記撮像装置本体に接合される部位に前記撮像装置本体に当接する焦点位置合わせ用ボスを設け、
前記焦点位置合わせ用ボスを前記撮像装置本体に当接させて加熱変形させながら、前記固体撮像素子に対するレンズの焦点位置合わせを行う、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記レンズを焦点位置合わせした状態でレンズ鏡筒と撮像装置本体との位置を保持し、前記焦点位置合わせ用ボスの周囲に沿って接着剤を注入し、前記接着剤の硬化によってレンズ鏡筒と撮像装置本体とを固定することを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記焦点位置合わせ用ボスはレンズ鏡筒の光軸回り方向に複数分散して設けることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記焦点位置合わせ用ボスは熱可塑性を有する合成樹脂よりなるレンズ鏡筒に一体に設けることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記焦点位置合わせ用ボスの加熱変形は、前記撮像装置本体を予め加熱しておき、前記焦点位置合わせ用ボスが撮像装置本体に当接した際の熱伝導によって行うことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記撮像装置本体は固体撮像素子を形成した半導体チップ自体であり、前記半導体チップに前記レンズ鏡筒を接合することを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
被写体の撮影を行う固体撮像装置と、前記固体撮像装置の駆動制御及び信号処理を行う制御回路とを有するカメラモジュールであって、
前記固体撮像装置は、
固体撮像素子を含む撮像装置本体と、
前記撮像装置本体に接着剤によって接合され、前記固体撮像素子の受光面に対向する位置にレンズを保持するレンズ鏡筒とを有し、
前記レンズ鏡筒は、前記撮像装置本体に接合される部位に前記撮像装置本体に当接して加熱溶融によって変形した焦点位置合わせ用ボスを有し、
前記接着剤は、前記焦点位置合わせ用ボスの周囲に沿って配置されている、
ことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項１２】
前記焦点位置合わせ用ボスはレンズ鏡筒の光軸回り方向に複数分散して配置されていることを特徴とする請求項１１記載のカメラモジュール。
【請求項１３】
前記レンズ鏡筒は熱可塑性を有する合成樹脂よりなり、前記焦点位置合わせ用ボスはレンズ鏡筒に一体に形成されたものであることを特徴とする請求項１１記載のカメラモジュール。
【請求項１４】
前記撮像装置本体は固体撮像素子を形成した半導体チップ自体であることを特徴とする請求項１１記載のカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子としてＣＣＤ型センサやＣＭＯＳ型センサを用いた固体撮像装置及びその製造方法に関し、特にセンサとレンズ鏡筒とを位置決め固定するための構造及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体撮像素子とレンズ鏡筒とを接合固定するための構造としては、図７または図８に示すようなものが知られている。
図７は、固体撮像素子とレンズ鏡筒とを接着固定するチップサイズパッケージ構造の例であり、固体撮像素子を設けた半導体チップ（撮像装置本体）１０にレンズ鏡筒２０を直接接合する例である。（例えば、特許文献１）。
半導体チップ１０には、上面中央部に固体撮像素子の受光部１２が設けられており、その周辺部がレンズ鏡筒２０を接合するための接合領域１４となっている。
また、レンズ鏡筒２０は内部にレンズ２２を保持しており、上部に固定絞り部２４が開口されている。
そして、このレンズ鏡筒２０の下端部が半導体チップ１０の接合領域１４に熱硬化性樹脂等の接着剤３０を介して接合される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２３２３号公報
【０００４】
また、図８は、固体撮像素子とレンズ鏡筒とをネジ止め固定するチップサイズパッケージ構造の例であり、固体撮像素子を設けた半導体チップ４０を保持する基板５０を有し、この基板５０とレンズ鏡筒６０をネジ止めにより接合する例である。
基板５０は、半導体チップ４０の底面に装着され、外周部がフランジ状に外側に延在し、この外周部がレンズ鏡筒６０を接合するための接合領域５２となっている。そして、この接合領域５２には固定用のネジ７０を通すための透孔５４が形成されている。
また、レンズ鏡筒６０は内部にレンズ６２を保持しており、上部に固定絞り部６４が開口され、さらにレンズ鏡筒６０の下端部にはネジ孔６６が形成されている。
そして、レンズ鏡筒６０の下端部を基板５０の接合領域５２に当接させ、基板５０の裏側から透孔５４を通してネジ孔６６にネジ７０を締め込むことにより、基板５０とレンズ鏡筒６０とを接合する。
なお、以上はチップサイズパッケージ構造の例であるが、半導体チップを合成樹脂製のパッケージに内蔵し、このパッケージとレンズ鏡筒とを接合する場合にも、上記とほぼ同様の接合構造を用いることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような固体撮像装置では、固体撮像素子とレンズの位置がレンズ特性によって一義的に決まっており、この位置がずれるとピンボケや中心位置のずれを生じることになる。
しかしながら、図７に示す構造では、固体撮像素子とレンズ鏡筒とを接着剤のみで位置を決め固定するため、接着樹脂の硬化収縮等のばらつきが発生し、硬化前にせっかく高精度に位置決めしても、硬化後に所望の位置にこない場合があり、精度が出しづらいという問題があった。また、周囲の温度変化によって接着樹脂が変形し易く、焦点距離に狂いが生じるという問題があった。
また、図８に示す構造では、レンズ鏡筒を接合するための基板やネジが必要となり、部品点数が多くなる上、ネジ止め作業によって位置決めを行う必要があり、作業が煩雑であるという問題があった。
また、上述のようなチップサイズパッケージによって小型化を図る上で、固体撮像素子より大きい基板を設けることから、小型化が図りづらいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、固体撮像素子に対してレンズ教頭の焦点位置合わせと接合固定を容易かつ高精度に行うことができ、また環境温度の変化による悪影響を防止できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、固体撮像素子を含む撮像装置本体と、前記撮像装置本体に接着剤によって接合され、前記固体撮像素子の受光面に対向する位置にレンズを保持するレンズ鏡筒とを有し、前記レンズ鏡筒は、前記撮像装置本体に接合される部位に前記撮像装置本体に当接して加熱溶融によって変形した焦点位置合わせ用ボスを有し、前記接着剤は、前記焦点位置合わせ用ボスの周囲に沿って配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、固体撮像素子を含む撮像装置本体と、前記撮像装置本体に接着剤によって接合され、前記固体撮像素子の受光面に対向する位置にレンズを保持するレンズ鏡筒とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記レンズ鏡筒に前記撮像装置本体に接合される部位に前記撮像装置本体に当接する焦点位置合わせ用ボスを設け、前記焦点位置合わせ用ボスを前記撮像装置本体に当接させて加熱変形させながら、前記固体撮像素子に対するレンズの焦点位置合わせを行うことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、被写体の撮影を行う固体撮像装置と、前記固体撮像装置の駆動制御及び信号処理を行う制御回路とを有するカメラモジュールであって、前記固体撮像装置は、固体撮像素子を含む撮像装置本体と、前記撮像装置本体に接着剤によって接合され、前記固体撮像素子の受光面に対向する位置にレンズを保持するレンズ鏡筒とを有し、前記レンズ鏡筒は、前記撮像装置本体に接合される部位に前記撮像装置本体に当接して加熱溶融によって変形した焦点位置合わせ用ボスを有し、前記接着剤は、前記焦点位置合わせ用ボスの周囲に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の固体撮像装置及びカメラモジュールでは、レンズ鏡筒に設けた焦点位置合わせ用ボスによってレンズ鏡筒と撮像装置本体との間隔が維持されるので、環境温度変化等によってレンズの焦点位置が狂うことなく、適正な撮像による画質を維持することが可能である。
また本発明の固体撮像装置の製造方法では、レンズ鏡筒に設けた焦点位置合わせ用ボスによって焦点位置合わせと接合固定を容易かつ高精度に行うことが可能となる。また、接合固定後においても、焦点位置合わせ用ボスによってレンズ鏡筒と撮像装置本体との間隔が維持され、環境温度変化等によってレンズの焦点位置が狂うことなく、適正な撮像による画質を維持することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による固体撮像装置及びその製造方法の実施の形態例について説明する。
図１は、本発明の実施の形態例による固体撮像装置の構造例を示す断面図である。
本例は、固体撮像素子とレンズ鏡筒とを接着固定するチップサイズパッケージ構造の例であり、固体撮像素子を設けた半導体チップ（撮像装置本体）１１０にレンズ鏡筒１２０を直接接合する例である。
半導体チップ１１０には、上面中央部に固体撮像素子の受光部１１２が設けられており、その周辺部がレンズ鏡筒１２０を接合するための接合領域１１４となっている。
また、レンズ鏡筒１２０は内部にレンズ１２２を保持しており、上部に固定絞り部１２４が開口されている。
そして、このレンズ鏡筒１２０の下端部１２６が半導体チップ１１０の接合領域１１４に熱硬化性樹脂等の接着剤１３０を介して接合される。
【００１２】
図２は、レンズ鏡筒１２０の下端部１２６と半導体チップ１１０の接合領域１１４との接合部分を拡大して示す断面図である。
半導体チップ１１０の接合領域１１４は平坦に形成されている。
一方、レンズ鏡筒１２０の下端部１２６は、半導体チップ１１０の接合領域１１４に対して平行な端面１２６Ａに、下方に突出した焦点位置合わせ用ボス１２８が複数形成されている。各焦点位置合わせ用ボス１２８はレンズ鏡筒１２０の下端部１２６の全周に沿って光軸回り方向に所定間隔おきに分散して配置されている。
【００１３】
なお、詳しくは、各焦点位置合わせ用ボス１２８は端面１２６Ａの内側寄りの領域に形成されており、このボス１２８の外側が接着剤１３０を配置するための空隙部となっている。また、焦点位置合わせ用ボス１２８の形状は、例えば円柱状または角柱状であるものとする。
そして、このような焦点位置合わせ用ボス１２８は、熱可塑性の合成樹脂によるレンズ鏡筒１２０に一体成型によって形成されたものであり、先端部が半導体チップ１１０の接合領域１１４に当接し、その一部が加熱によってつぶれた状態となっている。なお、レンズ鏡筒１２０の材質は、例えばポリカーボネート等のような熱可塑性の１２０°Ｃ以下で溶解する材質を使用する。
【００１４】
また、接着剤１３０は、例えば熱硬化性樹脂よりなり、焦点位置合わせ用ボス１２８の側部に注入塗布された後、加熱によって硬化される。
なお、接着剤１３０は、レンズ鏡筒１２０との下端部１２６と半導体チップ１１０の接合領域１１４との間に間欠的なスポット状に配置するようにしてもよいが、レンズ鏡筒１２０との下端部１２６と半導体チップ１１０の接合領域１１４との隙間を完全に封止するような形態で配置するようにしてもよい。
【００１５】
このような固体撮像装置を用いてカメラモジュールでは、固体撮像素子とレンズの位置がレンズ特性によって一義的に決まっており、正確な焦点合わせを行う必要がある。
また、光軸の位置はレンズ鏡筒と撮像素子を画像処理等を使用して所望の位置に設置し、接着剤で固定して一義的に位置決めする必要がある。
そこで本例では、以下のような工程によってレンズ鏡筒１２０と半導体チップ１１０との接合、固定を行い、適正な位置精度の固体撮像装置を作成するものである。
【００１６】
図３は本実施の形態による固体撮像装置の位置決め、接合工程を示す断面図である。
まず、図３（Ａ）において、固体撮像素子等を完成した半導体チップ１１０を予めヒーター等で加熱し、例えば１００°Ｃ〜１２０°Ｃ程度に熱しておく。ここでレンズ１２２の中心と撮像素子の受光部１１２の中心の位置決めをまず行い、撮像装置本体（半導体チップ１１０）の上部に所望の中心位置出しを行った位置に、レンズ鏡筒１２０を配置する。
次に、図３（Ｂ）に示すように、レンズ鏡筒１２０を下方に移動し、焦点位置合わせ用ボス１２８の先端を加熱された半導体チップ１１０の接合領域１１４に対し押し当てる。
すると、図３（Ｃ）に拡大して示すように、焦点位置合わせ用ボス１２８の先端が半導体チップ１１０の接合領域１１４で加熱されて溶解し、押圧位置に応じて変形する。
そこで、レンズ１２２が焦点深度方向の所望の位置にくるまで加圧を行い、所望の位置にきたら加圧を止め、仮固定状態となる。
【００１７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、焦点位置合わせ用ボス１２８の周辺に接着剤１３０を塗布し、加熱することにより、接着剤１３０を硬化し、レンズ鏡筒１２０と半導体チップ１１０とを完全に固定する。
このようにして、焦点位置合わせ用ボス１２８を変形させながら焦点合わせを行い、最終的に接着剤１３０で固定することから、レンズの焦点深度方向の位置決めを簡単に精度よく実現でき、小型化にも貢献できる。
また、焦点深度方向の環境温度による変動も、接着剤だけで固定する場合に比べて変動が少なく、対環境信頼性にも優れた固体撮像装置を提供できる。
【００１８】
次に、本実施の形態例によるカメラモジュールを適用したシステムの回路構成について説明する。
図４は、固体撮像素子にＣＭＯＳ型センサを用いた場合のカメラシステムの回路構成例を示すブロック図である。
このカメラシステムは、撮像レンズ系２０１、固体撮像素子２０２、アナログ回路２０３、Ａ／Ｄコンバータ２０４、カメラ信号処理回路２０５、圧縮伸長回路２０６、及び記憶媒体２０７を有している。なお、図４に示す構成のうち固体撮像素子２０２、アナログ回路２０３、Ａ／Ｄコンバータ２０４、及びカメラ信号処理回路２０５が本例のカメラモジュールを構成しているものとする。
【００１９】
まず、撮像レンズ系２０１から入射した光線は、固体撮像素子２０２の２次元画素アレイに結像する。そして、固体撮像素子２０２の画像信号出力がアナログ回路２０３に送られる。
アナログ回路２０３では、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）やＡＧＣ（オートゲインコントロール）などの処理を行う。そして、このアナログ回路２０３で処理された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ２０４によりアナログデータからデジタルデータに変換され、カメラ信号処理回路２０５に出力される。
カメラ信号処理回路２０５では、固体撮像素子２０２の出力データから映像信号へ変換するための色信号処理、ゲイン制御処理、ホワイトバランス処理等の信号処理を行う回路である。
【００２０】
圧縮伸長回路２０６は、カメラ信号処理回路２０５で処理された画像データの圧縮もしくは伸長を行い、画像を記憶媒体２０７に記憶できるフォーマットに変換する回路である。記憶媒体２０７は、例えばメモリスティック等であり、画像データを出力させる手段の例であるが、例えば表示パネルや各種ネットワーク等であってもよい。
【００２１】
また、図５は、図４に示す固体撮像素子２０２及びアナログ回路２０３の構成例を示す説明図である。
図示のように、本例の固体撮像素子は、半導体素子基板３００上に画素部（撮像領域部）３１０、定電流部３２０、列信号処理部（カラム部）３３０、垂直（Ｖ）選択駆動手段３４０、水平（Ｈ）選択手段３５０、水平信号線３６０、出力処理部３７０、及びタイミングジェネレータ（ＴＧ）３８０等を設けたものである。
画素部３１０は、多数の画素を２次元マトリクス状に配置したものであり、各画素に図４に示すような画素回路が設けられている。この画素部３１０からの各画素の信号は、各画素列毎に垂直信号線（図示せず）を通して列信号処理部３３０に出力される。
定電流部３２０には各画素にバイアス電流を供給するための定電流源（図示せず）が各画素列毎に配置されている。
Ｖ選択駆動手段３４０は、画素部３１０の各画素を１行ずつ選択し、各画素のシャッタ動作や読み出し動作を駆動制御するものである。
【００２２】
列信号処理部３３０は、垂直信号線を通して得られる各画素の信号を１行分ずつ受け取り、列ごとに所定の信号処理を行い、その信号を一時保持する。例えばＣＤＳ（画素トランジスタの閾値のばらつきに起因する固定パターンノイズを除去する）処理、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）処理、Ａ／Ｄ変換処理等を適宜行うものとする。
Ｈ選択手段３５０は、列信号処理部３３０の信号を１つずつ選択し、水平信号線２６０に導く。
出力処理部３７０は、水平信号線２６０からの信号に所定の処理を行い、外部に出力するものであり、例えばゲインコントロール回路や色処理回路を有している。なお、列信号処理部３３０でＡ／Ｄ変換を行う代わりに、出力処理部３７０で行うようにしてもよい。
タイミングジェネレータ３８０は、基準クロックに基づいて各部の動作に必要な各種のパルス信号等を供給する。
【００２３】
また、上述した例では、ＣＭＯＳ型センサを用いた場合を説明したが、ＣＣＤ型センサを用いることも可能である。
図６は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示す説明図である。
この固体撮像素子は、半導体素子基板４００上に画素部（撮像領域部）４１０、ＣＣＤ垂直転送部４２０、ＣＣＤ水平転送部４３０、出力部４４０等を設けたものである。
画素部４１０は、多数の画素４１２を２次元マトリクス状に配置したものであり、各画素列に沿ってＣＣＤ垂直転送部４２０が設けられ、各画素４１２によって蓄積された信号電荷がＣＣＤ垂直転送部４２０側に読み出され、このＣＣＤ垂直転送部４２０の駆動によって垂直方向に順次転送される。
【００２４】
また、ＣＣＤ垂直転送部４２０の終端部にはＣＣＤ水平転送部４３０が設けられ、各ＣＣＤ垂直転送部４２０から転送されてきた信号電荷が各行毎にＣＣＤ水平転送部４３０に読み出され、このＣＣＤ垂直転送部４２０の駆動によって水平方向に順次転送される。
出力部４４０は、ＣＣＤ垂直転送部４２０によって転送された信号電荷をＦＤで受け止め、このＦＤの電位をアンプトランジスタで検出することにより、電気信号に変換して出力する。
なお、以上のような図５及び図６の構成は、本発明の固体撮像素子に適用できる２種類の例であり、特に本発明を限定するものではなく、さらに他の形態のものを種々採用できるものである。
【００２５】
また、上述した例では、チップサイズパッケージ構造の例について説明したが、半導体チップを合成樹脂製のパッケージに内蔵し、このパッケージとレンズ鏡筒とを接合する場合にも本発明を適用できるものである。
また、本例のカメラモジュールは、種々の映像機器における撮像手段として広く適用できるものであり、特にカメラ付き携帯電話機等の携帯通信端末に搭載するものとして極めて有効なものである。
また、以上の説明では、本発明をカメラ信号処理回路まで含むカメラモジュールとして説明したが、より簡潔な固体撮像素子チップ（撮像装置本体）とレンズ鏡筒１２０だけの固体撮像装置単体として構成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像装置及びカメラモジュールによれば、レンズ鏡筒に設けた焦点位置合わせ用ボスによってレンズ鏡筒と撮像装置本体との間隔が維持されるので、環境温度変化等によってレンズの焦点位置が狂うことなく、適正な撮像による画質を維持できる効果がある。
また本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、レンズ鏡筒に設けた焦点位置合わせ用ボスによって焦点位置合わせと接合固定を容易かつ高精度に行うことが可能となる。また、接合固定後においても、焦点位置合わせ用ボスによってレンズ鏡筒と撮像装置本体との間隔が維持され、環境温度変化等によってレンズの焦点位置が狂うことなく、適正な撮像による画質を維持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例による固体撮像装置の構造例を示す断面図である。
【図２】図１に示す固体撮像装置のレンズ鏡筒と半導体チップとの接合部分を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す固体撮像装置の位置決め、接合工程を示す断面図である。
【図４】固体撮像素子にＣＭＯＳ型センサを用いた場合のカメラシステムの回路構成例を示すブロック図である。
【図５】ＣＭＯＳ型固体撮像素子の構成例を示す説明図である。
【図６】ＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示す説明図である。
【図７】固体撮像装置の第１の従来例を示す断面図である。
【図８】固体撮像装置の第２の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１０……半導体チップ（撮像装置本体）、１１２……受光部、１１４……接合領域、１２０……レンズ鏡筒、１２２……レンズ、１２４……固定絞り部、１２８……焦点位置合わせ用ボス、１３０……接着剤。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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