(57)【要約】【課題】光モジュールの小型化・高信頼性化を図るとともに、設計自由度を高めることにある。【解決手段】光モジュールは、基板４０及び基板４０に形成された配線パターン５０を含む配線基板３０と、光学的部分１２を有し、配線パターン５０に電気的に接続された光学チップ１０と、を含む。配線基板３０は、透光部６０を含む第１の部分３２が、第１の部分３２の外側の第２の部分３４よりも窪むように屈曲している。光学チップ１０は、光学的部分１２が透光部６０を向くように、配線基板３０の窪み３６内に設けられている。【選択図】        図１
2004282227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及び前記基板に形成された配線パターンを含む配線基板と、
光学的部分を有し、前記配線パターンに電気的に接続された光学チップと、
を含み、
前記配線基板は、透光部を含む第１の部分が、前記第１の部分の外側の第２の部分よりも窪むように屈曲してなり、
前記光学チップは、前記光学的部分が前記透光部を向くように、前記配線基板の前記窪み内に設けられてなる光モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の光モジュールにおいて、
前記配線パターンに電気的に接続されるとともに、前記窪み内に設けられた他の電子部品をさらに含む光モジュール。
【請求項３】
請求項２記載の光モジュールにおいて、
前記電子部品は、集積回路チップを含み、
前記集積回路チップは、前記光学チップに積層されてなる光モジュール。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の光モジュールにおいて、
前記光学チップ及び前記電子部品は、封止材で封止されてなる光モジュール。
【請求項５】
請求項４記載の光モジュールにおいて、
前記封止材は、前記第２の部分の面と面一になるように前記窪み内に充填されてなる光モジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記第２の部分に外部端子が設けられてなる光モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記基板は、金属層と、前記金属層の表面に形成された絶縁層と、を含み、
前記配線パターンは、前記絶縁層上に形成されてなる光モジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記透光部は、前記基板の開口部を含む光モジュール。
【請求項９】
請求項８記載の光モジュールにおいて、
前記透光部は、前記開口部を覆うように取り付けられた透光基板をさらに含む光モジュール。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記光学的部分に対応する位置にレンズを保持し、前記配線基板における窪む側とは反対の突出する側に設けられた基材をさらに含む光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０記載の光モジュールにおいて、
前記基材は、前記配線基板の前記突出する部分を囲むように、前記第２の部分に取り付けられてなる光モジュール。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光モジュールを含む電子機器。
【請求項１３】
基板及び前記基板に形成された配線パターンを含む配線基板に、光学的部分を有する光学チップを、前記配線パターンに電気的に接続するように搭載することを含み、
前記配線基板は、透光部を含む第１の部分が、前記第１の部分の外側の第２の部分よりも窪むように屈曲してなり、
前記光学チップを、前記光学的部分が前記透光部を向くように、前記配線基板の前記窪み内に設ける光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュール及びその製造方法並びに電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１７２１４２号公報
【０００４】
【発明の背景】
ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像系の光モジュールでは、光学的部分を有する光学チップと、光学的部分に対応する位置にレンズを保持する筐体とが基板に搭載されている。ここで、基板には、信号処理チップなどの他の電子部品も搭載されることが多く、これによって光モジュールの高集積化を図っている。
【０００５】
従来の形態によれば、電子部品は、基板上に光学チップとともに並べて配置されていたので、光モジュールの平面面積が拡大し、小型化が図れなかった。一方、基板の両面に光学チップ及び電子部品を搭載することが知られているが、その場合、光モジュールの平面面積を縮小することはできるが、光モジュールが厚くなるので小型化に限界がある。
【０００６】
さらに、光モジュールは、携帯電話などの様々な電子機器に応用されており、その設計自由度を高めることが重要である。また、光モジュールでは、光学的部分への不要な光の入射をカットして、光学チップの誤動作を防止することも重要である。
【０００７】
本発明の目的は、光モジュールの小型化・高信頼性化を図るとともに、設計自由度を高めることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る光モジュールは、基板及び前記基板に形成された配線パターンを含む配線基板と、
光学的部分を有し、前記配線パターンに電気的に接続された光学チップと、
を含み、
前記配線基板は、透光部を含む第１の部分が、前記第１の部分の外側の第２の部分よりも窪むように屈曲してなり、
前記光学チップは、前記光学的部分が前記透光部を向くように、前記配線基板の前記窪み内に設けられてなる。本発明によれば、配線基板に窪みが形成され、光学チップは、窪み内に設けられている。これによれば、配線基板が光学チップを囲むように配置されているので、光学的部分への不要な光の入射をカットして、光モジュールの信頼性を高めることができる。また、窪みに光学チップなどの各種の電子部品を収容することができるので、設計自由度の高い光モジュールを提供することができる。
（２）この光モジュールにおいて、
前記配線パターンに電気的に接続されるとともに、前記窪み内に設けられた他の電子部品をさらに含んでもよい。
（３）この光モジュールにおいて、
前記電子部品は、集積回路チップを含み、
前記集積回路チップは、前記光学チップに積層されていてもよい。これによれば、光学チップ及び集積回路チップの一体化が図れるので、平面形状の拡大を防止することができ、光モジュールの小型化が図れる。
（４）この光モジュールにおいて、
前記光学チップ及び前記電子部品は、封止材で封止されていてもよい。こうすることで、光学チップや電子部品などの電気的な接続部を封止することができ、電気的な接続部が腐食するのを防止することができる。また、光学チップ又は電子部品への不要な光の入射をカットすることができ、それらの誤動作を防止することができる。
（５）この光モジュールにおいて、
前記封止材は、前記第２の部分の面と面一になるように前記窪み内に充填されていてもよい。こうすることで、光モジュールにおける光の入射側（又は出射側）とは反対側を平面にすることができるので、例えば、光モジュールを平面の回路基板にそのまま搭載できるなど、光モジュールの設計自由度が極めて高くなる。
（６）この光モジュールにおいて、
前記第２の部分に外部端子が設けられていてもよい。
（７）この光モジュールにおいて、
前記基板は、金属層と、前記金属層の表面に形成された絶縁層と、を含み、
前記配線パターンは、前記絶縁層上に形成されていてもよい。これによれば、配線基板の屈曲を容易に形成及び維持することができる。また、光モジュールの放熱性を向上させて、高信頼性化を図ることができる。
（８）この光モジュールにおいて、
前記透光部は、前記基板の開口部を含んでもよい。
（９）この光モジュールにおいて、
前記透光部は、前記開口部を覆うように取り付けられた透光基板をさらに含んでもよい。
（１０）この光モジュールにおいて、
前記光学的部分に対応する位置にレンズを保持し、前記配線基板における窪む側とは反対の突出する側に設けられた基材をさらに含んでもよい。
（１１）この光モジュールにおいて、
前記基材は、前記配線基板の前記突出する部分を囲むように、前記第２の部分に取り付けられていてもよい。こうすることで、例えば、基板を平行な向きに配置することができ、光学的部分及びレンズの両者の光軸を容易に一致させることができる。
（１２）本発明に係る電子機器は、上記光モジュールを含む。
（１３）本発明に係る光モジュールの製造方法は、基板及び前記基板に形成された配線パターンを含む配線基板に、光学的部分を有する光学チップを、前記配線パターンに電気的に接続するように搭載することを含み、
前記配線基板は、透光部を含む第１の部分が、前記第１の部分の外側の第２の部分よりも窪むように屈曲してなり、
前記光学チップを、前記光学的部分が前記透光部を向くように、前記配線基板の前記窪み内に設ける。本発明によれば、配線基板に窪みが形成され、光学チップを、窪み内に設ける。これによれば、配線基板が光学チップを囲むように配置されているので、光学的部分への不要な光の入射をカットして、光モジュールの信頼性を高めることができる。また、窪みに光学チップなどの各種の電子部品を収容することができるので、設計自由度の高い光モジュールを製造することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る光モジュールを説明する図である。図１は光モジュールの断面図であり、図２は光学チップの断面図である。図３は、図１に示す光モジュールにレンズが取り付けられたものである。本実施の形態に係る光モジュールは、光学チップ１０と、配線基板３０と、を含む。
【００１１】
光学チップ１０の形状は、直方体であることが多い。光学チップ１０は、半導体チップであってもよい。図２に示すように、光学チップ１０は、光学的部分１２を有する。光学的部分１２は、光が入射又は出射する部分である。また、光学的部分１２は、光エネルギーと他のエネルギー（例えば電気）を変換する。すなわち、光学的部分１２は、複数のエネルギー変換素子（受光素子・発光素子）１４を有する。本実施の形態では、光学的部分１２は受光部である。この場合、光学チップ１０は、受光チップ（例えば撮像チップ）である。複数のエネルギー変換素子（受光素子又はイメージセンサ素子）１４は、二次元的に並べられて、画像センシングを行えるようになっている。すなわち、本実施の形態では、光モジュールは、イメージセンサ（例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ）である。エネルギー変換素子１４は、パッシベーション膜１６で覆われている。パッシベーション膜１６は、光透過性を有する。光学チップ１０を、半導体基板（例えば半導体ウエハ）から製造する場合、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などでパッシベーション膜１６が形成されてもよい。
【００１２】
光学的部分１２は、カラーフィルタ１８を有していてもよい。カラーフィルタ１８は、パッシベーション膜１６上に形成されている。また、カラーフィルタ１８上に平坦化層２０が設けられ、その上にマイクロレンズアレイ２２が設けられていてもよい。
【００１３】
光学チップ１０には、複数の電極２４が形成されている。電極２４は、光学的部分１２に電気的に接続されている。電極２４は、パッド上に形成されたバンプを有するが、パッドのみであってもよい。電極２４は、光学的部分１２の外側に形成されている。光学チップ１０の複数辺（例えば対向する２辺又は４辺）又は１辺に沿って電極２４を配置してもよい。
【００１４】
配線基板３０は、第１の部分３２とそれよりも外側の第２の部分３４とを含み、図１に示すように、第１の部分３２が第２の部分３４よりも窪むように屈曲している。すなわち、配線基板３０には、窪み３６が形成されている。窪み３６は、例えば、角形又は円形などの平面形状を有する。窪み３６の底面（図１では上面となる）は、平らな面であることが好ましい。こうすることで、図１に示すように、光学チップ１０を平行な向きに搭載することができる。また、窪み３６の壁面は、底面に垂直な面であってもよいし、あるいは図１に示すように斜面（開口方向に広がる斜面）であってもよい。図１に示す例とは別に、窪み３６の壁面に複数の段差部が形成されていてもよい。なお、配線基板３０には、窪み３６とは反対側に突出する部分が設けられている。
【００１５】
第２の部分３４は、配線基板３０のうち、第１の部分３２の周囲を囲む部分であってもよいし、あるいは、第１の部分３２の両隣の部分であってもよい。第１及び第２の部分３２，３４の境界は明確に存在する必要はなく、例えば、窪み３６の内側（図１では斜面を含む）の部分を第１の部分３２とし、窪み３６の外側の平らな部分を第２の部分３４としてもよい。
【００１６】
配線基板３０は、基板４０と、基板４０上に形成された配線パターン５０と、を含む。基板４０は、有機系、無機系又はそれらの複合系のいずれの材料で形成してもよい。基板４０の材料は限定されないが、配線基板３０の屈曲を形成及び維持しやすい材料で形成することが好ましい。例えば、基板４０は、銅系又は鉄系などの金属で形成してもよい。詳しくは、図１の部分拡大図に示すように、基板４０は、コアとなる金属層４２と、金属層４２の表面（例えば両方の表面）に形成された絶縁層４４を含む。その場合、配線基板３０の屈曲構造は、例えば、型を使用して絞り加工を行うことによって形成してもよい。これによれば、配線基板３０の屈曲を容易に形成及び維持することができる。また、金属の基板４０を使用することによって、光モジュールの放熱性を高めることができる。特に、光学チップ１０は、一般の電子部品に比べて動作保証温度が低く、本実施の形態を適用すると効果的である。なお、配線パターン５０は、絶縁層４４上に形成されている。
【００１７】
配線パターン５０は、基板４０の一方の面に形成してもよいし、両方の面に形成してもよく、メッキ技術、露光技術などの周知技術を適用して形成することができる。図１に示す例では、配線パターン５０は、配線基板３０の窪み３６側の面に形成されている。配線パターン５０は、図１に示すように、基板４０の屈曲工程後に形成してもよいし、基板４０に配線パターン５０を形成した後に、配線基板３０の屈曲工程を行ってもよい。配線パターン５０は、複数の配線から構成され、第１の部分３２から第２の部分３４に至るように形成されている。配線パターン５０は、電気的な接続部となる複数の端子（第１〜第３の端子５２，５４，５６）を含む。各端子５２，５４，５６は、配線の端部であってもよく、ランドであってもよい。いずれかの端子同士は、相互に電気的に接続されている。図１に示す例では、第１及び第２の端子５２，５４が、第１の部分３２に形成され、第２の部分３４に第３の端子５６が形成されている。第３の端子５６は、光モジュールの外部端子であってもよい。第３の端子５６には、ろう材が設けられてもよい。
【００１８】
第１の部分３２は、透光部６０を含む。図１に示す例では、透光部６０は、基板４０に形成された開口部６２と、開口部６２を覆うように基板４０に取り付けられた透光基板６４と、を含む。透光基板６４は接着固定してもよい。開口部６２は、基板４０の貫通穴である。開口部６２の外形は、光学的部分１２の外形よりも大きい。こうすることで、光学的部分１２に対する光路を確保することができる。透光基板６４は、光透過性を有し、例えば、ガラス基板などの透明基板であってもよい。透光基板６４は、光学的部分１２の上方に配置され、開口部６２の周囲にオーバーラップする形状を有する。透光基板６４には、光学機能膜が形成されてもよい。光学機能膜は、光学的部分１２の上方に形成され、例えば、透光基板６４のいずれかの表面に形成される。光学機能膜は、反射防止膜（ＡＲコート）、赤外線遮蔽膜（ＩＲコート）などであってもよい。光学機能膜を透光基板６４に形成することで、このような光学機能を有する装置を設けなくて済むので、光モジュールの小型化を図ることができる。
【００１９】
変形例として、透光部６０は、開口部６２のみであってもよい。あるいは、配線基板３０の一部が透光部６０であってもよい。詳しくは、基板４０の少なくとも光学的部分１２に対応する部分が、光透過性を有していてもよい。基板４０の全体が透光基板であってもよい。
【００２０】
図１に示すように、光学チップ１０は、光学的部分１２が透光部６０を向くように、第１の部分３２に搭載されてもよい。光学チップ１０は、窪み３６内に設けられている。光学チップ１０は、電極２４を介して、配線パターン５０（詳しくは第１の端子５２）に電気的に接続されている。図１に示す例では、透光基板６４によって、光学的部分１２が覆われている。これによって、光学的部分１２にゴミが付着するのを防止でき、光モジュールの信頼性を高めることができる。電極２４と第１の端子５２との電気的な接続として、異方性導電膜（ＡＣＦ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等の異方性導電材料２６を使用して、導電粒子を電極２４と第１の端子５２の間に介在させてもよい。その場合、異方性導電材料２６によって、光学的部分１２を覆わないようにする。あるいは、両者間の電気的接続を、Ａｕ−Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ、ハンダなどによる金属接合によって達成してもよい。
【００２１】
図１に示すように、光モジュールは、配線基板３０の窪み３６内に設けられた他の電子部品７０，７２を含む。電子部品７０，７２は、配線パターン５０に電気的に接続されている。電子部品７０，７２は、電気信号を処理する部品であり、能動部品（集積回路チップ等）又は受動部品（抵抗器、コンデンサ等）などであってもよい。
【００２２】
図１に示す例では、電子部品７０は、チップ（例えば半導体チップ）に集積回路が形成された集積回路チップである。集積回路チップは、マイクロプロセッサであってもよく、光学チップ１０からの電気信号を処理する。集積回路チップは、光学チップ１０に積層され、ワイヤ７６によって、電極７４及び配線パターン５０（詳しくは第２の端子５４）が電気的に接続されている。これによれば、光学チップ１０及び電子部品（集積回路チップ）７０の一体化が図れるので、平面形状の拡大を防止することができ、光モジュールの高集積化及び小型化が図れる。なお、他の電子部品７２は、光学チップ１０とは異なる平面位置に並べられてもよい。
【００２３】
図１に示すように、窪み３６の深さは、光学チップ１０及び電子部品７０のスタック構造の高さ（詳しくはワイヤ７６の高さ）よりも深くてもよい。すなわち、窪み３６は、第１の部分３２に設けられる全ての電子部品（光学チップ１０を含む）を内部に収容できる深さを有してもよい。
【００２４】
図１に示すように、光学チップ１０及び電子部品７０，７２は、封止材（例えば樹脂）７８で封止（樹脂封止）されている。封止材７８は、ディスペンサで窪み３６の開口部から塗布してもよいし、型を使用して窪み３６内に充填してもよい。こうすることで、光学チップ１０や電子部品７０，７２などの電気的な接続部を封止することができ、電気的な接続部が腐食するのを防止することができる。また、光学チップ１０又は電子部品７０，７２への不要な光の入射をカットすることができ、それらの誤動作を防止することができる。
【００２５】
図１に示すように、封止材７８は、第２の部分３４の面と面一になるように窪み３６内に充填されてもよい。こうすることで、光モジュールにおける光の入射側（又は出射側）とは反対側を平面にすることができるので、例えば、光モジュールを平面の回路基板にそのまま搭載できるなど、光モジュールの設計自由度が極めて高くなる。変形例として、封止材７８は、第２の部分３４の面とは異なる高さになっていてもよい。例えば、第２の部分３４が封止材７８の面よりも突出していてもよい。この場合でも、光モジュールを回路基板にそのまま搭載できるので、設計自由度は高い。
【００２６】
図３に示す例では、光モジュールは、基材８０をさらに含む。基材８０は、配線基板３０における窪み３６とは反対の突出する部分の側に設けられている。基材８０は、光学チップ１０の外装（ケース）であり、筐体と呼ぶこともできる。基材８０は、レンズ８２を保持しており、レンズ８２は、光学的部分１２に対応する位置に設けられている。基材８０及びレンズ８２が撮像のために使用される場合、それらを撮像光学系と呼ぶことができる。基材８０は、相互に分離できる複数の部材で構成してもよいし、１つの部材で一体的に構成してもよい。
【００２７】
図３に示す例では、基材８０は、第１及び第２の基材８４，８６を含む。第１の基材８４には、レンズ８２が取り付けられている。すなわち、第１の基材８４は、レンズフォルダである。詳しくは、第１の基材８４は、第１の穴８８を有し、第１の穴８８内にレンズ８２を保持している。レンズ８２は、第１の基材８４の内側に形成されたねじ（図示せず）を用いて第１の穴８８の軸方向に移動させることができる押さえ具を含む押え構造（図示せず）により、第１の穴８８内に固定されてもよい。レンズ８２は、光学チップ１０の光学的部分１２から間隔をあけて保持されている。
【００２８】
図３に示すように、第２の基材８６は、第２の穴９０を有し、第２の穴９０内に第１の基材８４を保持している。第１及び第２の穴８８，９０は、相互に連通して１つの貫通穴を構成している。第１の基材８４の外側と第２の基材８６の第２の穴９０の内側には、第１及び第２のネジ９２，９４が形成され、これらによって、第１及び第２の基材８４，８６が連結されている。そして、第１及び第２のネジ９２，９４によって、第１の基材８４は、第２の基材８６における第２の穴９０の軸方向に沿って位置調整可能になっている。こうして、レンズ８２の焦点を調整することができる。図３に示す例では、第２の穴９０は、部分的に幅が異なっており、幅の大きい部分に配線基板３０の第１の部分３２が収容されている。詳しくは、基材８０は、配線基板３０の窪み３６とは反対側の突出する部分を囲むように、第２の部分３４に取り付けられている。第２の部分３４は、屈曲していないので、基材８０を平行な向きに配置することができ、光学的部分１２及びレンズ８２の両者の光軸を容易に一致させることができる。また、図３に示すように、突出する部分の壁面に基材８０を接触させてもよい。これによれば、突出する部分を基材８０の位置決めの基準にすることができるので、基材８０のセットが容易になる。
【００２９】
本実施の形態に係る光モジュールによれば、配線基板３０に窪み３６が形成され、光学チップ１０は、窪み３６内に設けられている。これによれば、配線基板３０が光学チップ１０を囲むように配置されているので、光学的部分１２への不要な光の入射をカットして、光モジュールの信頼性を高めることができる。また、窪み３６に光学チップ１０などの各種の電子部品を収容することができるので、設計自由度の高い光モジュールを提供することができる。
【００３０】
本発明に係る光モジュールの製造方法は、光学チップ１０及び配線基板３０を用意し、光学チップ１０を配線基板３０の窪み３６内に設ける。配線基板３０の形成方法（屈曲方法を含む）は、すでに説明した通りである。光学チップ１０の実装方法も説明した通りである。光学チップ１０とともに、他の電子部品７０，７２も実装する。そして、光学チップ１０及び電子部品７０，７２を封止材７８で封止する。封止工程後に、基材８０を配線基板３０に取り付けてもよい。光モジュールにおける光の入射側（又は出射側）とは反対側が封止材７８によって平面になっていれば、基材８０（詳しくはレンズ８２）及び光学チップ１０の両者の位置合わせが容易かつ正確になる。なお、その他の事項及び効果は、上述の光モジュールにおいて説明した内容から導くことができるので省略する。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る電子機器として、図４に示すノート型パーソナルコンピュータ１０００は、光モジュールが組み込まれたカメラ１１００を有する。また、図５に示すデジタルカメラ２０００は光モジュールを有する。さらに、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す携帯電話３０００は、光モジュールが組み込まれたカメラ３１００を有する。
【００３２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る光モジュール及びその製造方法を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る光モジュールの光学チップを示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る光モジュール及びその製造方法を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【符号の説明】
１０…光学チップ  １２…光学的部分  ３０…配線基板  ３２…第１の部分
３４…第２の部分  ３６…窪み  ４０…基板  ４２…金属層  ４４…絶縁層
５０…配線パターン  ６０…透光部  ６２…開口部  ６４…透光基板
７０…電子部品  ７２…電子部品  ７８…封止材  ８０…基材  ８２…レンズ
【図１】
2004282227.tif 000003
【図２】
2004282227.tif 000004
【図３】
2004282227.tif 000005
【図４】
2004282227.tif 000006
【図５】
2004282227.tif 000007
【図６】
2004282227.tif 000008