(57)【要約】【課題】光電変換素子を正式に接続・固定する前に、光電変換素子を動かして、所定の位置に対する精密な位置調整を簡単に行うことのできる、光電変換素子の接続方法及び撮像装置を提供する。【解決手段】集光するための光学要素３，４と、光学要素３，４で集光された光を光電変換する光電変換素子３０と、光電変換素子３０が接続される接続基板４０とを備え、光電変換素子３０の電極３２と接続基板４０の電極４２とは、導電性接着剤５０で接続・固定されており、光電変換素子３０の最適位置決め調整を行うときに、光電変換素子３０が、導電性接着剤５０で仮に接続・固定された状態で接続基板４０上を移動可能であるように構成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光するための光学要素と、光学要素で集光された光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子が接続される接続基板とを備え、
光電変換素子の電極と接続基板の電極とは、導電性接着剤で接続・固定されており、
光電変換素子の最適位置決め調整を行うときに、光電変換素子が、導電性接着剤で仮に接続・固定された状態で接続基板上を移動可能であるように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記接続基板には、光電変換素子の最適位置決め調整時に光電変換素子を保持するための開口部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
上記光電変換素子は、放熱板を介して接続基板に接続・固定されており、当該放熱板には光電変換素子の最適位置決め調整時に光電変換素子を保持するための保持部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
上記導電性接着剤は、光又は熱によって硬化することを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
光学要素で集光された光を光電変換する光電変換素子が、接続基板に対して接続・固定される方法であって、
光電変換素子の電極と接続基板の電極との間に導電性接着剤を介在させるステップと、
光電変換素子を接続基板の所定の位置に対して大略位置決めした状態で仮接続・固定を行うステップと、
仮接続・固定の状態で光電変換素子の位置を所定の位置に対して精密に位置決めするステップと、
導電性接着剤を硬化させて光電変換素子を接続基板に本接続・固定するステップと、を備えることを特徴とする、光電変換素子の接続・固定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等の光電変換素子が実装された撮像装置に関し、詳しくは、光学要素で集光された光を光電変換する光電変換素子を接続基板に対して大略位置決めしたあとに位置決めの不具合があった場合に、光電変換素子を動かして所定の位置に対して精密に位置調整を行う撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の突起電極を有する集積素子を接続電極に対して接続する際に、突起電極の先端を変形させて高さ調整を行い（高さのばらつきを吸収するために）、突起電極と接続電極との接続を導電性接着剤で行うことが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、導電性接着剤を各種電子機器の実装技術に適用することが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０６４１１号公報  （第２−３頁、及び第３図）
【特許文献２】
特開平１０−２１９２１３号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、突起電極と接続電極との接続は、光軸合わせのような微妙な位置調整が不要であるために、導電性接着剤を用いて固定的になされているだけであり、導電性接着剤を塗布したあとに集積素子の特性を測定し、測定の結果、不具合があった場合に集積素子を動かして所定の位置に対して精密に位置調整を行うというものではない。同様に、特許文献２では、電子機器での電気部品の実装技術に好適な導電性接着剤を開示するものであり、導電性接着剤を塗布して電気部品の実装を行ったあとに不具合があった場合に電気部品を動かしてその位置調整を行うというものではない。
【０００５】
従来の導電性接着剤を用いた光電変換素子の接続・固定方法というのは、導電性接着剤を塗布して光電変換素子を位置決めしたあとに硬化させて光電変換素子をそのあと動かないようにするためにしか用いられていない。したがって、導電性接着剤を塗布して光電変換素子を一時的に接続・固定を行って光電変換素子の光電変換信号を測定したあとに特性不良があった場合に、光電変換素子を動かして所定の位置に対して精密に位置調整を行うという技術的思想を提供するものではない。
【０００６】
また、図１に示すように、半田で光電変換素子が本固定・接続された撮像装置を位置調整するために、位置調整機構を設けることも検討されている。
【０００７】
図１において、レンズユニット１０１の後方側には、撮像素子ユニットが調整可能に取付けられている。撮像素子ユニットにおいては、光電変換素子１３０の電極ピン１３２が接続基板１４０のパターン電極１４２に対して半田１５０で電気的に接続されているとともに機械的にも固定されている。すなわち、光電変換素子１３０は接続基板１４０に対して本接続・固定されている。不図示であるが、接続基板１４０は素子保持具１１０にネジ止めされている。このような撮像素子ユニットは、位置調整機構１６０を介してレンズユニット１０１のレンズ鏡胴１０２に対して取付けられている。位置調整機構１６０は、レンズ鏡胴１０２のネジ穴と素子保持具１１０の貫通穴と調整用ネジ１６２とバネ１６４とから構成されている。調整用ネジ１６２のネジ込み量によって、レンズ鏡胴１０２と素子保持具１１０との間隔と光電変換素子１３０の傾きを調整することができる。なお、位置調整機構１６０は、一つの撮像装置において３ヶ所に設けられている。
【０００８】
前玉レンズ１０３と後玉レンズ１０４で集光された画像の光軸１０５と光電変換素子１３０の受光面の中心とが合致していないか、受光面がずれているかあるいは傾いているならば、素子保持具１１０を動かしたり調整用ネジ１６２を動かしたり位置調整される。また、衝撃等で調整用ネジ１６２が緩んで調整済みの位置がずれないように調整用ネジ１６２が接着固定される場合もある。このように、複数の位置調整機構１６０を設けたり、調整用ネジ１６２を接着固定したりするために、位置調整構造が複雑になりコストもかかっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、光電変換素子を正式に接続・固定する前に、光電変換素子を動かして、所定の位置に対する精密な位置調整を簡単に行うことのできる、光電変換素子の接続方法及び撮像装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
上記技術的課題を解決するために、本発明の撮像装置は、集光するための光学要素と、光学要素で集光された光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子が接続される接続基板とを備え、光電変換素子の電極と接続基板の電極とは、導電性接着剤で接続・固定されており、光電変換素子の最適位置決め調整を行うときに、光電変換素子が、導電性接着剤で仮に接続・固定された状態で接続基板上を移動可能であるように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
上記の撮像装置は、光学要素で集光された光を光電変換する光電変換素子の電極と、光電変換素子が接続される接続基板の電極とは、導電性接着剤で接続・固定されているが、光電変換素子の最適位置決め調整を行うときに、光電変換素子が、導電性接着剤で仮に接続・固定された状態で接続基板上を移動可能であるように構成されている。光電変換素子が一時的に接続・固定されているだけであるので、光電変換素子を動かすことができる。したがって、所定の位置に対する精密な位置調整作業が容易である。最適位置決め調整後に、光電変換素子が正式に接続・固定されるので、光電変換素子の接続・固定が緩慢になることもない。複数の位置調整機構や位置調整機構の調整用ネジを接着固定する必要がないので、取付け構造が極めて簡単になり大幅なコストダウンも達成することができる。
【００１２】
光電変換素子の最適位置決め調整は、様々の方法で行われる。
【００１３】
例えば、接続基板には、光電変換素子の最適位置決め調整時に光電変換素子を保持するための開口部が設けられて、開口部を介して光電変換素子が背後から保持される。光電変換素子の保持は、吸着又はチャッキングによって行われる。
【００１４】
また、光電変換素子は、放熱板を介して接続基板に接続・固定されており、当該放熱板には光電変換素子の最適位置決め調整時に光電変換素子を保持するための保持部が設けられている構成とすることができる。放熱板の保持部が吸着又はチャッキングによって保持される。
【００１５】
導電性接着剤は、常温硬化型のものも使用可能であるが、好ましくは、光又は熱によって硬化するものが使用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図２及び３を参照しながら、本発明の第一実施形態に係る撮像装置について、詳細に説明する。
【００１７】
図２は、本発明の第一実施形態に係る、レンズユニット１に光電変換素子３０を取付けた状態を示す断面図である。レンズ鏡胴２には、被写体からの入射光を光電変換素子３０の受光面上に光学像を結像させる光学要素、すなわち、前玉レンズ群３と後玉レンズ群４とが内蔵されている。レンズ鏡胴２の後端面には、撮像素子ユニットが装着されている。すなわち、素子保持具１０がレンズ鏡胴２に対してネジ１２で固定的にネジ止めされた固定構造６４をしている。
【００１８】
撮像素子ユニットは、被写体側（以下、前面側と呼ぶ）から、ローパスフィルタ２０、光電変換素子３０及び接続基板４０の順序で重ね合わされた構造をしている。接続基板４０は素子保持具１０に対して不図示のネジでネジ止めされている。したがって、撮像素子ユニットは、上記各要素部品が素子保持具１０によって一体的に保持された構成をしている。
【００１９】
ローパスフィルタ２０と光電変換素子３０との間は、封止剤２２で封止されている。ローパスフィルタ２０の前面は、素子保持具１０の前面側に設けられたフィルタ保持部１４で受け止められている。
【００２０】
光電変換素子３０は、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等の撮像素子であって、撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換するものである。光電変換素子３０は、素子本体と、素子本体の取付けられる平板状の基板と、基板から大略光軸５の後面側の方向に延在して電気信号を外部に取出したり電力を供給するための電極ピン３２とを有する。
【００２１】
接続基板４０は、平板状の基板であり、電極ピン３２を挿通するためのピン用貫通穴４４と、吸着ノズル６０等の素子保持具を出し入れするための貫通した保持具用貫通穴４６とを有する。接続基板４０の後面側には、パターン電極４２が形成されている。
【００２２】
光電変換素子３０の電極ピン３２と接続基板４０のパターン電極４２とは、最終的には、導電性接着剤５０によって、接続基板４０の後面側で、電気的に且つ機械的に接続・固定されている。導電性接着剤５０としては、常温硬化型のもの、熱硬化型のもの、光硬化型のもの等が使用可能であるが、好ましくは、熱硬化型のもの、光硬化型のものである。
【００２３】
熱硬化型の導電性接着剤５０は、例えば、導電材として銀又は銅等の金属粒子を大略８０重量％〜大略９５重量％を含有し、残りは硬化剤と活性剤等が入っている。導電性接着剤５０は、７０〜１８０℃の加熱条件下で硬化するエポキシ系樹脂である。導電性接着剤５０は、未硬化状態であっても、測定可能な導電性を備えている。
【００２４】
また、光硬化型の導電性接着剤５０としては、例えば、可視光線又は紫外線で硬化する樹脂（エポキシ変成アクリレート系，ポリウレタン系，ポリエステル系）に、導電材として銀又は銅等の金属粒子を大略８０重量％〜大略９５重量％を含有したものが使用される。同様に、導電性接着剤５０は、未硬化状態であっても、測定可能な導電性を備えている。
【００２５】
あるいは、露光したあとに加熱して硬化させる紫外線硬化・加熱硬化両用型の導電性接着剤５０も使用可能である。
【００２６】
ペースト状の導電性接着剤５０は、例えば、スクリーン印刷技術等の公知技術によって、ピン用貫通穴４４に重なって配置された接続基板４０のパターン電極４２の上に、０．０８〜０．１５ｍｍの厚さで積層される。したがって、ピン用貫通穴４４の中には、ペースト状の導電性接着剤５０が含まれている。ペースト状の導電性接着剤５０は、未硬化の導電性接着剤５０を含むピン用貫通穴４４の中に光電変換素子３０の電極ピン３２を挿通した状態で、光電変換素子３０の光電変換信号を測定することが可能な程度の導電性を有している。
【００２７】
未硬化の導電性接着剤５０を含むピン用貫通穴４４の中に光電変換素子３０の電極ピン３２を挿通した状態で、光電変換素子３０の光電変換信号が測定される。導電性接着剤５０の硬化前では光電変換素子３０の接続・固定が大略位置決めされた仮接続・固定状態であるので、図３に示すような方法で、光電変換素子３０が所定の位置に対して精密に本固定される。
【００２８】
図３は、図２に示した取付け状態での光電変換素子３０の位置決め方法を説明する図である。図３を参照しながら、光電変換素子３０の位置決め方法を説明する。
【００２９】
図３において、接続基板４０の大略中央に形成された保持具用貫通穴４６を通じて、光電変換素子３０を保持する保持具としての吸着ノズル６０が大略光軸５の方向に出し入れされて、光電変換素子３０が後面側から吸脱着されて、光電変換素子３０が一時的に吸着・保持されたり脱離されたりする。図３において、撮像素子ユニットの取付けられたレンズユニット１が、電気的測定を行うための測定装置等（不図示）の測定台に固定されている。また、吸着ノズル６０は、測定装置等の駆動機構（不図示）によって、光電変換素子３０の後面を空気吸着しながら、上下、左右、前後に自由に動くことができるように構成されている。
【００３０】
図３において、導電性接着剤５０が未硬化状態であるので、光電変換素子３０は、撮像素子ユニットの中で固定されておらず、上下、左右、前後に自由に動かすことができる。それとともに、光電変換素子３０の電極ピン３２が、未硬化の導電性接着剤５０を含むピン用貫通穴４４の中に挿通された状態であるので、光電変換素子３０からの電気的信号の授受が可能である。したがって、光電変換素子３０が接続基板４０に仮に接続・固定された状態にある。光電変換素子３０を後面側から吸着ノズル６０で吸着・保持した状態で、光電変換素子３０の光電変換信号が測定される。測定の結果、光電変換素子３０の受光面が光軸５に対して傾いていることや光電変換素子３０の受光面の位置がずれていること等が判明すると、光電変換素子３０からの光電変換信号をリアルタイムで測定しながら、吸着ノズル６０で吸着された光電変換素子３０が動かされて最適な位置に調整される。
【００３１】
光電変換素子３０の最適位置決め調整が終了すると、導電性接着剤５０の硬化処理が行われる。すなわち、光電変換素子３０が吸着ノズル６０で最適な位置に吸着・保持された状態で、熱又は光が加えられると、導電性接着剤５０が硬化する。その結果、光電変換素子３０が、接続基板４０の所定の位置に、電気的に接続され且つ物理的に固定される（つまり、本接続・固定される）。
【００３２】
光電変換素子３０の本接続・固定が完了すると、撮像素子ユニットの取付けられたレンズユニット１が、測定装置の測定台から取り外される。
【００３３】
なお、光電変換素子３０の保持方法としては様々なものが考えられる。例えば、光電変換素子３０の基板を側面から空気吸着したりチャッキングしたりすることができる。また、光電変換素子３０の電極ピン３２をチャッキングしてもよい。
【００３４】
次に、図４及び５を参照しながら、本発明の第二実施形態に係る撮像装置について、詳細に説明する。
【００３５】
図４は、本発明の第二実施形態に係るレンズユニット１に光電変換素子３０を取付けた状態を示す断面図であり、図５は、図４に示した取付け状態での要部の斜視図である。なお、図４のレンズユニット１では、被写体像を光電変換素子３０に結像させる光学要素としてのレンズ群が省略されているが、レンズユニット１の結像面に光電変換素子３０が配置されている。
【００３６】
図４及び５に示すように、レンズ鏡胴２の後端面には、固定部材６６が設けられており、接続基板４０が固定部材６６でレンズ鏡胴２に対して固定された固定構造６４をしている。
【００３７】
接続基板４０の上には、前面側から、ローパスフィルタ２０、光電変換素子３０の基板及び放熱板７０が、この順序で積層配置されている。
【００３８】
放熱板７０は、光電変換素子３０から発生される熱を放出するためのものであり、アルミ板等の熱伝導性の高い材料が使用される。放熱板７０の両側面には、側方に突出した把持部７２がそれぞれ設けられている。光電変換素子３０の基板から延在する電極ピン３２に対応する位置には、電極ピン３２が非接触で挿通される長穴状の電極ピン用窓７４が設けられている。
【００３９】
接続基板４０は、平板状の基板であり、放熱板７０の電極ピン用窓７４に挿通された電極ピン３２を挿通するためのピン用貫通穴４４を有する。接続基板４０の後面側には、パターン電極４２が形成されている。また、接続基板４０の前面側には、フレキシブル基板４８が接続されている。
【００４０】
第一の実施形態と同様に、ペースト状の導電性接着剤５０は、例えば、スクリーン印刷技術等の公知技術によって、ピン用貫通穴４４に重なって配置された接続基板４０のパターン電極４２の上に、０．０８〜０．１５ｍｍの厚さで積層される。したがって、ピン用貫通穴４４の中には、ペースト状の導電性接着剤５０が含まれている。ペースト状の導電性接着剤５０は、未硬化の導電性接着剤５０を含むピン用貫通穴４４の中に光電変換素子３０の電極ピン３２を挿通した状態で、光電変換素子３０の光電変換信号を測定することが可能な程度の導電性を有している。
【００４１】
図４において、不図示のチャックを通じて、光電変換素子３０と一体化された放熱板７０が、把持されたり脱離されたりする。図４において、光電変換素子３０の取付けられたレンズ鏡胴２が、電気的測定を行うための測定装置等（不図示）の測定台に固定されている。また、チャックは、測定装置等の駆動機構（不図示）によって、光電変換素子３０と一体化された放熱板７０の把持部７２を把持しながら、上下、左右、前後に自由に動くことができるように構成されている。
レンズ鏡胴２の後端側と接続基板４０との間には、チャックを上下、左右、前後に自由に動かすことのできるスペースが設けられている。
【００４２】
図４において、導電性接着剤５０が未硬化状態であるので、光電変換素子３０の電極ピン３２は、接続基板４０のパターン電極に固定されておらず、上下、左右、前後に自由に動かすことができる。また、導電性接着剤５０が未硬化状態であっても所定の導電性を有しているので、未硬化の導電性接着剤５０を含むピン用貫通穴４４の中に光電変換素子３０の電極ピン３２が挿通された状態であるので、光電変換素子３０からの電気的信号の授受が可能である。したがって、光電変換素子３０が接続基板４０に仮に電気的に接続・固定された状態にある。光電変換素子３０を両側面からチャックで把持した状態で、光電変換素子３０の光電変換信号が測定される。測定の結果、光電変換素子３０の受光面が光軸５に対して傾いていることや光電変換素子３０の受光面の位置がずれていること等が判明すると、光電変換素子３０からの光電変換信号をリアルタイムで測定しながら、チャックで把持された光電変換素子３０が動かされて最適な位置に調整される。
【００４３】
光電変換素子３０の最適位置決め調整が終了すると、導電性接着剤５０の硬化処理が行われる。すなわち、光電変換素子３０がチャックで最適な位置に把持された状態で、熱又は光が加えられると、導電性接着剤５０が硬化する。その結果、光電変換素子３０が接続基板４０に正式に電気的に接続されるとともに物理的に固定される（つまり、本接続・固定される）。
【００４４】
光電変換素子３０の本接続・固定が完了すると、光電変換素子３０の取付けられたレンズユニット１が、測定装置の測定台から取り外される。
【００４５】
なお、放熱板７０の把持部７２は、図示した形状や配置に限定されるものではない。また、硬化処理を行った後に、放熱板７０に別の高熱伝導性部材を取付けて、放熱効果をアップさせるようにしてもよい。
【００４６】
また、光電変換素子３０の電極ピン３２と、接続基板４０のパターン電極との接続・固定は、接続基板４０の後面側でなされているが、接続基板４０の前面側で接続・固定されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係るレンズユニットに光電変換素子を取付けた状態を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る、レンズユニットに光電変換素子を取付けた状態を示す断面図である。
【図３】図２に示した取付け状態での光電変換素子の位置決め方法を説明する図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る、レンズユニットに光電変換素子を取付けた状態を示す断面図である。
【図５】図４に示した取付け状態での要部の斜視図である。
【符号の説明】
１  レンズユニット
２  レンズ鏡胴
３  前玉レンズ群
４  後玉レンズ群
５  光軸
１０  素子保持具
１２  ネジ
１４  フィルタ保持部
２０  フィルタ
２２  封止剤
３０  光電変換素子
３２  電極ピン
４０  接続基板
４２  パターン電極
４４  ピン用貫通穴
４６  保持具用貫通穴
４８  フレキシブル基板
５０  導電性接着剤
６４  固定構造
６０  吸着ノズル
６６  固定部材
７０  放熱板
７２  把持部
７４  電極ピン用窓
【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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