(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、主面の中央よりも外周側に偏って貫通孔２ａが形成された絶縁基板２と、この絶縁基板２の下側主面に形成された配線導体５と、絶縁基板２の下側主面の貫通孔２ａの周囲に貫通孔２ａに受光部３ａを対向させて取着されるとともに電極７が配線導体５に電気的に接続された撮像素子３と、絶縁基板２の上側主面の貫通孔２ａの周囲に、貫通孔２ａを覆って取着された窓部材４とを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面の中央よりも外周側に偏って貫通孔が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の下側主面に形成された配線導体と、前記絶縁基板の下側主面の前記貫通孔の周囲に前記貫通孔に受光部を対向させて取着されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、前記絶縁基板の上側主面の前記貫通孔の周囲に、前記貫通孔を覆って取着された窓部材とを具備していることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子は、前記受光部が上面の中央よりも外周側に偏って形成されるとともに前記電極が前記上面の外周部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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１３およびシール材１４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、薄い平板として成形され、その下側主面に配線エリア１５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の下側主面に枠状の基台１８が設けられている。基台１８は配線板１２の下側主面に対してほぼ直交する向きで接合されており、基台１８の下端部には外部接続用の端子１９が形成されている。そして、この基台１８によって配線板１２が外部回路基板上に支持固定される。
【０００４】
また、配線板１２の下側主面に、開口１２ａに受光部１３ａが対向するように撮像素子１３が配置される。なお、撮像素子１３はシリコンの基板の上面の中央部にＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の受光部１３ａが形成されたチップであり、撮像素子１３の上面の外周部には電極パッドが形成されている。
【０００５】
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）１７が形成されている。その突起電極１７は、配線エリア１５に接続されて、配線エリア１５から配線板１２および基台１８の内部に形成された配線導体（図示せず）を介して端子１９に導出されている。また、配線板１２上側主面には、開口１２ａを塞ぐようにガラス等から成る透明なシール材１４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）。
【０００６】
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１８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１８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１５から端子１９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垂直に打ち抜く。
【０００７】
次に、配線板１２の配線エリア１５、基台１８の端子１９、および配線板１２や基台１８の内部に形成されて端子１９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１８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。
【０００８】
その後、配線エリア１５および配線導体が導出される端子１９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。
【０００９】
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の下側主面に枠状の基台１８が設けられ、基台１８の下端部に外部接続用の端子１９が設けられており、端子１９を外部回路基板２６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の上側主面でシール材１４よりも外周側に、レンズ鏡筒２１が接着固定されている。
【００１０】
上記の構成において、撮像装置１１は、外部回路基板２６に実装されることから、撮像装置１１と外部回路基板２６との間に実装スペース２２が形成される。実装スペース２２に面する外部回路基板２６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。
【００１１】
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１４を通過する。シール材１４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１３の受光部１３ａに入射する。撮像素子１３の受光部１３ａで受光された光は電気信号に変換され、突起電極１７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１８の内部の配線導体を通り、基台１８の端子１９を介して撮像装置１１の外部へ出力される。
【００１２】
上記のように、撮像素子１３の周囲に端子１９が形成された基台１８が設けられることにより、モジュールの外部回路基板２６に撮像装置１１を実装すると、撮像装置１１と外部回路基板２６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１３が平面視で四角形の場合、その２辺のみに沿って基台１８が設けられている場合もある。
【特許文献１】特開平14−299592号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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用のグリーンシートを、高温で焼結する際に、配線板１２の配線エリア１５および配線板１２の内部に形成された配線導体用のタングステン（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とグリーンシートとの熱膨張差に起因して、配線板１２の主面中央では大きな変形および反りが発生したり、配線板１２用のグリーンシートと基台１８用のグリーンシートとを上下に重ねて接合する際の圧力が配線板１２の主面の外周部のみに加わり、配線板１２の主面中央に大きな変形や反りが発生していた。そのため、配線板１２と撮像素子１３の突起電極１７との間、および配線板１２とシール材１４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１３と配線板１２、および配線板１２とシール材１４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、撮像装置１１をモジュール化した際に、撮像素子１３を配線板１２に取着した後、撮像素子１３の受光部１３ａとレンズ２５との光軸を調整する際に、大きな変形や反りによる撮像素子１３の配線板１２に対する傾きやがたつきが大きいため、撮像装置１１毎の調整が困難であり、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１３の受光部１３ａへ精度よく入射せず、入射した光を撮像素子１３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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の撮像装置は、主面の中央よりも外周側に偏って貫通孔が形成された絶縁基板と、該絶縁基板の少なくとも下側主面に形成された配線導体と、前記絶縁基板の下側主面の前記貫通孔の周囲に前記貫通孔に受光部を対向させて取着されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された撮像素子と、前記絶縁基板の上側主面の前記貫通孔の周囲に、前記貫通孔を覆って取着された窓部材とを具備していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の撮像装置は、好ましくは、前記撮像素子は、前記受光部が上面の中央よりも外周側に偏って形成されるとともに前記電極が前記上面の外周部に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の撮像装置は、貫通孔が絶縁基板の主面中央よりも外周側に偏って形成されていることから、絶縁基板の変形や反りの大きい主面中央より離間した変形や反りの小さい部位に撮像素子の突起電極および窓部材が接合されることとなり、絶縁基板と撮像素子の突起電極との間、および絶縁基板と窓部材との間のそれぞれに隙間が発生することを抑制することができる。その結果、撮像素子および窓部材を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できる。
【００１９】
また、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした際に、大きな変形や反りによる撮像素子の絶縁基板に対する傾きやがたつきが抑制されるため、撮像素子の受光部とレンズとの光軸を精度良く調整することが可能となり、レンズを通過する光を撮像素子の受光部へ精度よく入射させることができ、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。
【００２０】
本発明の撮像装置は、好ましくは、撮像素子は、受光部が上面の中央よりも外周側に偏って形成されるとともに、電極が上面の外周部に形成されていることから、撮像素子の絶縁基板に対する実装位置が絶縁基板の外周端に近くなって限界となっても、撮像素子の受光部を偏らすことによって、さらに絶縁基板の貫通孔を絶縁基板の外周側に偏らせることができる。その結果、絶縁基板の主面の外周部と貫通孔と間に大きなスペースを確保することができ、撮像装置をレンズを備えたモジュールとした際に、絶縁基板の上側主面および下側主面に多くの電子部品を配線導体を介して効率よく配置させることができ、電子部品の実装密度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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、同図において、２は絶縁基板、３は撮像素子、４は窓部材、５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。
【００２２】
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、薄い平板として成型され、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３の電気信号を伝送する機能を有する配線導体５が形成されており、中央部には光を通過させる貫通孔２ａが形成され、貫通孔２ａの下側には、受光部３ａを貫通孔２ａに対向させるとともに電極７（例えば、導体バンプ等の突起電極から成る）が配線導体５に電気的に接続された撮像素子３が取着されている。また、絶縁基板２の上側には撮像素子３の受光部３ａを保護するための窓部材４が樹脂接着材等で取着されている。
【００２３】
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５形成用の貫通孔や貫通孔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５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。
【００２４】
絶縁基板２に被着形成されている配線導体５は、撮像素子３の電気信号を外部接続用の端子６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。
【００２５】
なお、配線導体５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５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５と撮像素子３の電極７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５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。
【００２６】
また、絶縁基板２の中央部の貫通孔２ａの下側には、シリコンの基板上にＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の受光部３ａを形成した撮像素子３が配置される。撮像素子３の外周部には金などの電極７が形成され、電極７が配線導体５に接続されており、撮像素子３は、配線導体５を介して、外部電気回路に接続される端子６に電気的に接続されている。
【００２７】
また、絶縁基板２の上側主面の貫通孔２ａの周囲には、ガラスやサファイア等から成る透明な窓部材４が配置接合されており、窓部材４はエポキシ樹脂等の樹脂接着剤によって絶縁基板２の貫通孔２ａの周囲に接着されて、撮像素子３のＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型などの受光部３ａを保護している。
【００２８】
そして、本発明においては、貫通孔２ａが絶縁基板２の主面中央よりも外周側に偏って形成されており、そのことが重要である。このように、貫通孔２ａが絶縁基板２の主面中央よりも外周側に偏って形成されていることから、絶縁基板２の変形や反りの大きい主面中央より離間した変形や反りの小さい部位に撮像素子３の電極７および窓部材４が接合されることとなり、絶縁基板２と撮像素子３の電極７との間、および絶縁基板２と窓部材４との間のそれぞれに隙間が発生することを抑制することができる。その結果、撮像素子３および窓部材４を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できる。
【００２９】
貫通孔２ａは、その中心が絶縁基板２の主面の中心から０．５ｍｍ以上離れているのがよい。これにより、絶縁基板２の貫通孔２ａの周囲をより変形の少ないものとすることができ、撮像素子３および窓部材４をより良好な接合状態で所定の位置により正確に接合できる。
【００３０】
また、貫通孔２ａは、絶縁基板２の主面の中心に重なっていないことが好ましい。さらに好ましくは、平面視において、貫通孔２ａと絶縁基板２の主面の中心との距離が０．１ｍｍ以上離れているのがよい。これにより、絶縁基板２の貫通孔２ａの周囲がより変形のない平坦な面となる。
【００３１】
図２は、絶縁基板２の下側主面の撮像素子３よりも外側に、枠状の側壁部８が設けられた本発明の実施の形態の他の例を示す断面図である（図１と同部位については同符号とする）。
【００３２】
側壁部８は、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から成り、撮像素子３の電気信号を配線導体５を介して外部へ取り出すためのものである。そのため、側壁部８の内部または表面には、配線層（図示せず）が形成され、この配線層は、配線導体５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、側壁部８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、側壁部８の所定位置に被着形成される。そして、配線層の一端は配線導体５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、側壁部８の下端に配線層と同材質で同様の方法で被着形成された端子９に接続するように導出されている。
【００３３】
また、側壁部８は、絶縁基板２の支持体としても機能し、その下端の端子９が外部回路基板の配線導体等に接続されて撮像装置１が実装されると、撮像装置１と外部回路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外部回路基板の上面や絶縁基板２の下側主面に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１を外部回路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。
【００３４】
また、側壁部８は、絶縁基板２と同様のグリーンシートに、端子９に接続される配線層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、配線層および端子９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絶縁基板２となるグリーンシートへ順次積層し切断することで絶縁基板２用のグリーンシートと一体化された成型体を得、最後に、この成形体を高温（約１６００℃）で焼結させて製作される。
【００３５】
なお、側壁部８の配線層および端子９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５と側壁部８の配線層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。
【００３６】
撮像素子３は、電極７が絶縁基板２のニッケルや金などでメッキ処理された配線導体５に、例えば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３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、貫通孔２ａが絶縁基板２の主面中央よりも外周側に偏って形成されていることから、絶縁基板２の変形や反りの大きい主面中央より離間した変形や反りの小さい部位に撮像素子３の電極７および窓部材４が接合されることとなり、絶縁基板２と撮像素子３の電極７との間、および絶縁基板２と窓部材４との間のそれぞれに隙間が発生することを抑制することができる。その結果、撮像素子３および窓部材４を良好な接合状態で所定の位置に正確に接合できる。
【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、大きな変形や反りによる撮像素子３の絶縁基板２に対する傾きやがたつきが抑制されるため、撮像素子３の受光部３ａとレンズとの光軸を精度良く調整することが可能となり、レンズを通過する光を撮像素子３の受光部３ａへ精度よく入射させることができ、入射した光を撮像素子３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】
また、本発明において、撮像素子３は、受光部３ａが上面の中央よりも外周側に偏って形成されるとともに、電極７が上面の外周部に形成されていることが好ましい。これにより、撮像素子３の絶縁基板２に対する実装位置が絶縁基板２の外周端に近くなって限界となっても、撮像素子３の受光部３ａを偏らすことによって、さらに絶縁基板２の貫通孔２ａを絶縁基板２の外周側に偏らせることができる。その結果、絶縁基板２の主面の外周部と貫通孔２ａと間に大きなスペースを確保することができ、撮像装置１をレンズを備えたモジュールとした際に、絶縁基板２の上側主面および下側主面に多くの電子部品を配線導体５を介して効率よく配置させることができ、電子部品の実装密度を向上させることができる。
【００４０】
そして、これらにより、本発明の撮像装置１は、撮像素子３の受光部３ａに光を精度よく入射させ、その入射した光を撮像素子３で正確に電気信号に変換して取り出すことができる。
【００４１】
かくして、本発明の撮像装置１は、側壁部８の下端にモジュールの配線基板を接続し、絶縁基板２の上側主面で窓部材４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。
【００４２】
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。例えば、撮像素子３が平面視で四角形の場合、その２辺のみに沿って側壁部８が設けられても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】本発明の撮像装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【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】
【００４４】
１：撮像装置
２：絶縁基板
２ａ：貫通孔
３：撮像素子
３ａ：受光部
４：窓部材
５：配線導体
７：電極
【図１】
2005243876.tif 000003
【図２】
2005243876.tif 000004
【図３】
2005243876.tif 000005
【図４】
2005243876.tif 000006