(57)【要約】【課題】撮像素子の受光部に光を精度よく入射させ、入射した光を撮像素子により正確に電気信号に変換して取り出せる撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像装置１は、中央部に開口２ａが形成された絶縁基板２と、絶縁基板２の開口２ａの下側に受光部５ａを配置するとともに、突起電極８を配線導体７に電気的に接続して取着された撮像素子５と、絶縁基板２の開口２ａの上面に開口２ａを覆って取着されたシール材６と、絶縁基板２の外周部にろう材を介して取着され、配線導体７と電気的に接続された配線層９が内部または表面に形成されたセラミック製または樹脂製の端子部材３とから成る。【選択図】  図１
2004289193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面または内部の少なくとも一方に配線導体が形成されるとともに、中央部に開口が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下面に、前記開口の下側に受光部を配置するとともに、電極を前記配線導体に電気的に接続して取着された撮像素子と、前記絶縁基板の上面に前記開口を覆って取着されたシール材と、前記絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、前記配線導体と電気的に接続された配線層が内部または表面に形成されたセラミック製または樹脂製の端子部材とから成ることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型等の撮像素子を用いた、光学センサ等に適用される撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型等の撮像素子を収納するための撮像装置としては、セラミック製のものが知られている。近年の携帯性を重視した電子機器では、その市場において小型化や薄型化が要求されることから、これらの要求に充分に応えるべく、例えば図３に示すような断面形状を有し、配線板１２、撮像素子１５およびシール材１６によって主に構成された撮像装置１１が提案されている。
【０００３】
配線板１２はセラミックスや樹脂などから成り、薄い平面板として成形され、その下面に配線エリア１７が形成されている。配線板１２には、光を通過させる開口１２ａが形成されるとともに、配線板１２の下面の両端に枠状の基台１３が設けられている。基台１３は配線基板１２の下面に対してほぼ直交する向きで当接し、基台１３によって配線板１２が支持され、基台１３の下端部には外部接続用の端子１４が形成されている。
【０００４】
また、配線板１２の下面に、開口１２ａに受光部１５ａが対向するように撮像素子１５が配置され、撮像素子１５はシリコンの基板上にＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の受光部１５ａが形成されたチップである。撮像素子１５の上面の中央に受光部１５ａが形成され、外周部には電極パッドが形成されており、また、電極パッド上には金等から成る突起電極（導体バンプ）１８が形成されている。その突起電極１８は、配線エリア１７に接続されて、配線エリア１７から配線板１２および基台１３の内部に形成された配線導体（図示せず）を介して端子１４に導出されている。また、配線基板１２上面には、開口１２ａを塞ぐようにガラス等から成る透明なシール材１６が樹脂接着材等によって接着されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００５】
このようなセラミック製の撮像装置１１において、配線板１２および基台１３は、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）積層法により製作される。具体的には、セラミックスから成る配線板１２用のグリーンシートと、セラミックスから成る基台１３用のグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線板１２の配線エリア１７から端子１４に配線導体を導出させるための貫通孔や光を通過させる開口１２ａをグリーンシートの上下面に略垂直に打ち抜く。
【０００６】
次に、配線板１２の配線エリア１７、基台１３の端子１４、および配線板１２や基台１３の内部に形成されて端子１４に導出される配線導体用として、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属粉末から成る金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等により塗布する。そして、配線板１２用のグリーンシートと基台１３用のグリーンシートとを上下に重ねて接合し、これらを高温で焼成して焼結体と成す。
【０００７】
その後、配線エリア１７および配線導体が導出される端子１４の露出表面に、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の金属から成るめっき金属層を無電解めっき法や電解めっき法により被着させている。
【０００８】
図４は、図３の撮像装置１１をモジュール化したものの断面図である。撮像装置１１においては、配線板１２の下面の両端に枠状の基台１３が設けられ、基台１３の下端部に外部接続用の端子１４が設けられており、端子１４をモジュールの配線基板１９の配線導体等に接続し、半田２０によりその接続がなされるとともに補強される。また、撮像装置１１における配線板１２の上面でシール材１６よりも外周側の外周部に、レンズ鏡筒２１が接着固定されている。
【０００９】
上記の構成において、撮像装置１１は、配線基板１９に実装されることから、撮像装置１１と配線基板１９との間に実装スペース２２が形成される。実装スペース２２に面する配線基板１９の上面には、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子やコネクタなどの電子部品２３が取付けられる。
【００１０】
そして、外部よりモジュールに入射する光は、レンズ鏡筒２１の窓２４からレンズ２５を通って、透明なシール材１６を通過する。シール材１６を通過した光は、配線板１２に形成された開口１２ａを通り、撮像素子１５の受光部１５ａに入射する。撮像素子１５の受光部１５ａで受光された光は電気信号に変換され、突起電極１８を介して配線板１２へ伝送される。配線板１２へ伝送された電気信号は、配線板１２および基台１３の内部の配線導体を通り、基台１３の端子１４を介して撮像装置１１の外部へ出力される。
【００１１】
上記のように、撮像素子１５の周囲に端子１４が形成された基台１３が設けられることにより、モジュールの配線基板１９に撮像装置１１を実装すると、撮像装置１１と配線基板１９との間に実装スペース２２を確保することができ、実装スペース２２を活用してそこに電子部品２３を実装することができる。したがって、撮像装置１１を有するモジュールの小型化を達成することができる（例えば、下記の特許文献１参照）。なお、撮像素子１５が平面視で四角形の場合、その２辺のみに沿って基台１３が設けられている場合もある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１４−２９９５９２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の撮像装置１１によると、配線板１２および基台１３はグリーンシート積層法により製作されており、配線板１２と基台１３との積層の際の積層圧力は配線板１２の下面の外周部のみ加わることとなり、配線板１２に変形や反りが発生していた。その結果、配線板１２と撮像素子１５の突起電極１８との間、および配線板１２とシール材１６との間のそれぞれに隙間が発生して、充分な接合強度が得られないとともに、撮像素子１５と配線板１２、また配線板１２とシール材１６とが、所定の位置に正確に接合されないという問題点を有していた。
【００１４】
また、基台１３の下端部の端子１４を配線基板１９の配線導体等に半田で接合させる際に、配線板１２の変形や反りにより基台１３下面の平坦性が劣化して、基台１３の下面と配線基板１９との間に隙間が生じていた。このため、基台１３と配線基板１９との間で充分な接合強度が得られず、また基台１３が配線基板１９に傾いて実装されてしまい、被写体を撮影する場合にレンズ２５を通過する光が撮像素子１５の受光部１５ａへ精度よく入射せず、入射した光を撮像素子１５により正確に電気信号に変換して取り出せないという問題点を有していた。
【００１５】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、撮像素子の受光部に光を精度よく入射させ、その入射した光を撮像素子で正確に電気信号に変換して取り出せる撮像装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、表面または内部の少なくとも一方に配線導体が形成されるとともに、中央部に開口が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下面に、前記開口の下側に受光部を配置するとともに、電極を前記配線導体に電気的に接続して取着された撮像素子と、前記絶縁基板の上面に前記開口を覆って取着されたシール材と、前記絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、前記配線導体と電気的に接続された配線層が内部または表面に形成されたセラミック製または樹脂製の端子部材とから成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明の撮像装置は、絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、配線導体と電気的に接続されたセラミック製または樹脂製の端子部材を有していることから、従来の基台のようにグリーンシート積層法で絶縁基板に一体的に製作されるものではないため、絶縁基板に変形や反りが発生することが解消される。その結果、平坦性の良い絶縁基板に対して、撮像素子およびシール材を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できるとともに、絶縁基板に接合された端子部材の下面の平坦性も良くなり、外部の配線基板に対する傾きもなくなる。そのため、外部の配線基板の所定の位置に強固かつ正確に接合できるものとなる。
【００１８】
また、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした際に、レンズを通過する光が撮像素子の受光部へ精度よく入射するようになり、入射した光を撮像素子により正確に電気信号に変換して取り出せるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の撮像装置を以下に詳細に説明する。図１は本発明の撮像装置について実施の形態の一例を示す断面図であり、図２はその平面図である。これらの図において、２は絶縁基板、３は端子部材、５は撮像素子、６はシール材、７は配線導体であり、これらで撮像装置１が主に構成されている。
【００２０】
本発明の絶縁基板２は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、その表面および内部に、ＷやＭｏ等の金属粉末メタライズから成り、撮像素子５の電気信号を外部接続用の端子部材３に伝送する導電路として機能する配線導体７が形成されており、また中央部には開口２ａが形成されている。また、絶縁基板２の開口２ａの下側には受光部５ａが配置され、電極としての突起電極８（導体バンプ）等を介して配線導体７に電気的に接続される撮像素子５が取着されており、絶縁基板２の上側には撮像素子５の受光部５ａを保護するためのシール材６が樹脂接着材等で取着されている。
【００２１】
絶縁基板２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー，溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得る。次に、グリーンシートに配線導体７形成用の貫通孔や開口２ａを形成するための貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、配線導体７となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布する。しかる後、これらのグリーンシートを積層し切断して絶縁基板２用のグリーンシートの成形体を得、最後にこの成形体を高温（約１６００℃）で焼結させることによって製作される。
【００２２】
絶縁基板２に被着形成されている配線導体７は、撮像素子５の電気信号を外部接続用の端子部材３に伝送させる導電路として機能し、例えばＷやＭｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基板２となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基板２の所定位置に被着形成される。
【００２３】
なお、配線導体７の露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、配線導体７が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、配線導体７と撮像素子５の突起電極８との接合を強固なものとすることができる。したがって、配線導体７の露出表面には、厚み１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚み０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されているのが好ましい。
【００２４】
また、絶縁基板２の中央部の開口２ａの下側には、シリコンの基板上にＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の受光部５ａを形成した撮像素子５が配置される。撮像素子５の外周部には金などの突起電極８が形成され、突起電極８が配線導体７に接続されており、撮像素子５は、配線導体７を介して、外部電気回路に接続される端子部材３に電気的に接続されている。
【００２５】
また、絶縁基板２の上面の開口２ａの周囲には、ガラスやサファイア等から成る透明なシール材６が配置接合されており、シール材６はエポキシ樹脂等の樹脂接着剤によって絶縁基板２の開口２ａの周囲に接着されて、撮像素子５のＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型などの受光部５ａを保護している。
【００２６】
さらに、絶縁基板２下面の撮像素子５よりも外側の外周部には、撮像素子５の各突起電極８と電気的に接続された配線導体７とセラミック製または樹脂製の端子部材３の内部または表面に形成された配線層９とが電気的に接続されるように、銀（Ａｇ）ろう，鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）系はんだ，鉛（Ｐｂ）フリーはんだ等のろう材からなる接合材を介して接合される。
【００２７】
端子部材３は、その形状が円柱状、四角柱状等であって、絶縁基板２と同材質の酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスまたはエポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリカーボネート，フェノール樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂から成り、撮像素子５の電気信号を配線導体７を介して外部へ取り出すためのものである。そのため、端子部材３の内部または表面には、配線層９が形成され、この配線層９は、例えば、端子部材３がセラミックスから成る場合、配線導体７と同材質である例えばＷ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、端子部材３となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、端子部材３の所定位置に被着形成される。また、端子部材３が樹脂製の場合、銅（Ｃｕ）等の金属箔が配線層９として被着形成される。そして、配線層９の一端は配線導体７と電気的に接続されるように被着形成されており、他端は、端子部材３の下端に配線層９と同材質で同様の方法で被着形成された端子４に接続するように導出されている。
【００２８】
また、端子部材３は、絶縁基板２の支持体としても機能し、その下端の端子４が外部の配線基板の配線導体等に接続されて撮像装置が実装されると、撮像素子５と外部の配線基板との間に実装スペースが形成され、実装スペースに対応する配線基板上にＩＣ，ＬＳＩ，コネクタなどの電子部品を搭載することができる。そのため、撮像装置を外部の配線基板等に実装して成る光学センサ装置として使用する際に、光学センサ装置の小型化が達成される。
【００２９】
また、端子部材３は、絶縁基板２と同様のグリーンシートおよび樹脂シートに、端子４に接続される配線層９を形成するための貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、配線層９および端子４となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布する。しかる後、これらのグリーンシートおよび樹脂シートを積層し、切断または金型にて打ち抜くことで、端子部材３用のグリーンシートおよび樹脂シートの成形体を得、最後にこの成形体を必要に応じて焼成することによって所定の形状に製作される。
【００３０】
なお、端子部材３の配線層９および端子４の露出表面は、酸化腐食するのを有効に防止するとともに、絶縁基板２の配線導体７と端子部材３の配線層９との接合状態を良好なものとするために、電解めっき法または無電解めっき法により、１〜２０μｍ程度の厚みの銅めっき層，ニッケルめっき層，金めっき層が被着されているか、またはこれらのめっき層が順次被着されているのがよい。
【００３１】
絶縁基板２の配線導体７と端子部材３とを接続するための銀ろうや半田等のろう材は、端子部材３の上端面と同程度以上の大きさのろう付け部を形成していることが好ましい。これにより、絶縁基板２の下面に端子部材３をろう付けするとともに配線導体７と配線層９とを接続する際に、絶縁基板２と端子部材３の間に形成されるろう材のメニスカス１０が端子部材３の上端部の周りに均一に形成される。この結果、端子部材３を絶縁基板２の下面に対して強固にかつ精度よく直交する向きに接合させることができ、端子部材３の下面の平坦性が良くなり、外部の配線基板の所定位置に強固かつ正確に接合できる。
【００３２】
また、ろう材の厚みは１０〜８０μｍが好ましい。１０μｍ未満では、ろう材の量が少ないため、絶縁基板２と端子部材３との間に形成されるろう材のメニスカス１０が小さくなり接合強度が低下する。８０μｍを超えると、ろう材の量が多くなり、メニスカス１０が大きな塊となり、この部位に外力が加わるとろう材が取れ易くなる。この結果、端子部材３を絶縁基板２に強固に接合できなくなる。
【００３３】
また、端子部材３は、絶縁基体２の下面の外周端から若干内側にろう付けされることがよい。この場合、端子部材３の上端部の周囲に均一な幅および高さのメニスカス１０を形成することができ、端子部材３の接合強度をその上端部の周囲で均一にできるとともに、接合強度を大きくすることができる。
【００３４】
さらに、端子部材３は、柱状のものに限らず、板状、直方体等のブロック状のものであってもよい。この場合、ろう付け面積が増大して接合強度が向上するとともに、端子部材３に配線層９による回路を形成することもでき、さらには端子部材３の表面にＩＣ等の電子部品を搭載することができる。
【００３５】
また、撮像素子５を板状、直方体等のブロック状の端子部材３であって、全表面に接地導体層から成る配線層９を形成した端子部材３で取り囲むように構成してもよく、この場合、撮像素子５を電磁シールドすることができる。
【００３６】
撮像素子５は、突起電極８を介して絶縁基板２のニッケルや金などでメッキ処理された配線導体７に超音波接合法によりフリップチップ接合される。超音波接合法によるフリップチップ接合は、室温で接合部を加圧しつつ０．５秒前後の超音波振動を接合部に加えることにより接合させる接合法である。撮像素子５の接合部の周囲には、接合を補強するとともに封止を行なう樹脂から成る封止樹脂層であるダム（図示せず）が塗布形成してある。このダムは、エポキシ系樹脂の粘度を大きくしたものであり、樹脂の形状維持の強さの指標であるチキソ比も１．７以上と大きいのがよい。
【００３７】
このようにして、本発明の撮像装置１は、中央部に開口２ａが形成された絶縁基板２と、絶縁基板２の下面に、開口２ａの下側に受光部５ａを配置するとともに、突起電極８を配線導体７に電気的に接続して取着された撮像素子５と、絶縁基板２の上面に開口２ａを覆って取着されたシール材６と、絶縁基板２の外周部にろう材を介して取着され、配線導体７と電気的に接続された、セラミック製または樹脂製の端子部材３とから成ることから、絶縁基板２と端子部材３とは端子部材３がろう材等を介して接合され、従来の基台のようにグリーンシート積層法で絶縁基板２に一体的に製作されるものではないため、絶縁基板２に変形や反りが発生することが解消される。その結果、平坦性の良い絶縁基板２に対して、撮像素子５およびシール材６を良好な接合状態で所定位置に正確に接合できるとともに、絶縁基板２に接合された端子部材３の下面の平坦性も良くなり、外部の配線基板に対する傾きもなくなる。そのため、外部の配線基板の所定位置に強固かつ正確に接合できるものとなる。
【００３８】
また、撮像装置１をレンズを備えたモジュールとした際に、レンズを通過する光が撮像素子５の受光部５ａへ精度よく入射されるようになり、入射した光を撮像素子５により正確に電気信号に変換して取り出せるようになる。
【００３９】
かくして、本発明の撮像装置１は、端子部材３の下端にモジュールの配線基板を接続し、絶縁基板２の上面でシール材６より外側の外周部にレンズ鏡筒が接着固定されて光学センサ装置となる。
【００４０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の撮像装置は、絶縁基板の外周部にろう材を介して取着され、配線導体と電気的に接続されたセラミック製または樹脂製の端子部材を有していることから、従来の基台のようにグリーンシート積層法で絶縁基板に一体的に製作されるものではないため、絶縁基板に変形や反りが発生することが解消される。その結果、平坦性の良い絶縁基板に対して、撮像素子およびシール材を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できるとともに、絶縁基板に接合された端子部材の下面の平坦性も良くなり、外部の配線基板に対する傾きもなくなる。そのため、外部の配線基板の所定の位置に強固かつ正確に接合できるものとなる。
【００４２】
また、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした際に、レンズを通過する光が撮像素子の受光部へ精度よく入射するようになり、入射した光を撮像素子により正確に電気信号に変換して取り出せるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の撮像装置の平面図である。
【図３】従来の撮像装置の断面図である。
【図４】図３の撮像装置を光学センサ装置として構成したものを示す断面図である。
【符号の説明】
１：撮像装置
２：絶縁基板
２ａ：開口
３：端子部材
５：撮像素子
５ａ：受光部
６：シール材
７：配線導体
８：突起電極
９：配線層
【図１】
2004289193.tif 000003
【図２】
2004289193.tif 000004
【図３】
2004289193.tif 000005
【図４】
2004289193.tif 000006