(57)【要約】      （修正有）【課題】透光性基板がプリント配線基板へ実装されるときに、透光性基板が破壊することを防止可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、固体撮像素子５と、固体撮像素子５が実装される透明ガラス基板１と、透明ガラス基板１が接合部材としての低融点半田ボール８を介して実装されるプリント配線基板９と、を備え、固体撮像素子５が、透明ガラス基板１とプリント配線基板９との間に配置され、撮像領域６が透明ガラス基板１に対向するように配置されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が実装される透光性基板と、
前記透光性基板が接合部材としての低融点半田を介して実装されるプリント配線基板と、
を備え、
前記固体撮像素子は、前記透光性基板と前記プリント配線基板との間に配置され、撮像領域が前記透光性基板に対向するように配置された固体撮像装置。
【請求項２】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が実装される透光性基板と、
前記透光性基板が接合部材としての導電性接着剤を介して実装されるプリント配線基板と、
を備え、
前記固体撮像素子は、前記透光性基板と前記プリント配線基板との間に配置され、撮像領域が前記透光性基板に対向するように配置された固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。特に、監視カメラ、医療用カメラ、車載カメラ、情報通信端末用カメラなどの固体撮像素子を用いて形成される小型の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、車載部品等で小型カメラの需要が急速に進展している。この種の小型カメラには、レンズなどの光学系を介して入力される画像を固体撮像素子により電気信号として出力する固体撮像装置が使用されている。そして、この撮像装置の小型化、高性能化に伴い、カメラがより小型化し各方面での使用が増え、映像入力装置としての市場を広げている。従来の半導体撮像素子を用いた撮像装置は、レンズ、半導体撮像素子、その駆動回路および信号処理回路などを搭載したＬＳＩ等の部品を夫々筐体あるいは構造体に形成して、これらを組み合わせている。
【０００３】
このような組み合わせによる実装構造は、平板上のプリント基板上に各素子を搭載することによって形成されていた。しかし、携帯電話等のさらなる薄型化への要求から個別のデバイスに対する薄型化への要求が年々高くなってきており、その要求に答えるために、フレキシブル配線板を用いたり、透光性部材に直接ＩＣをフリップチップ実装したりして、より薄い撮像装置とする試みが行われている。
【０００４】
従来の撮像装置としてのカメラモジュールとして、固体撮像素子を実装したガラス基板をプリント回路基板に実装し、その上にレンズユニットを直接搭載したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８８７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のカメラモジュールでは、半田ボールを介してガラス基板とプリント配線基板とが電気的に接続されるが、この電気的接続を行うときに、ガラス基板が破壊することがあった。
【０００７】
ここで、材料の強度を示す１つの尺度として、弾性率がある。弾性率Ｅは、加えられた力（応力σ）と変形量（ひずみε）の関係を示す値であり、
Ｅ＝σ／ε［Ｐａ］・・・（式１）
で表される。ガラスの弾性率は、一般にＥ＝５０［Ｐａ］〜９０［Ｐａ］と比較的大きく、負荷による発生応力が大きくなる。また、ガラスは脆性破壊しやすい（上記εの値が小さい）材料であるので、局所的に応力が集中しやすく、弾性限界付近で破壊してしまうことがある。
【０００８】
特許文献１のカメラモジュールでは、半田ボールを介したプリント配線板とガラス基板との実装時には、実装部分のリフロー温度がピーク時に約２５０℃となる。そして、リフロー後の冷却時に両基板の収縮差により実装部分へ負荷が加わり、透光性基板が破壊することがあった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、透光性基板がプリント配線基板へ実装されるとき又は使用されるときに、透光性基板が破壊することを防止可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子が実装される透光性基板と、前記透光性基板が接合部材としての低融点半田を介して実装されるプリント配線基板と、を備え、前記固体撮像素子が、前記透光性基板と前記プリント配線基板との間に配置され、撮像領域が前記透光性基板に対向するように配置されている。
【００１１】
この構成により、透光性基板がプリント配線基板へ実装されるときに、透光性基板が破壊することを防止可能である。つまり、低融点半田を用いることで、実装部分のリフロー温度の上昇を抑制することができるので、リフロー後の冷却時の透光性基板とプリント配線基板との収縮差が小さくなり、実装部分への負荷が軽減されるため、透光性基板が破壊することを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子が実装される透光性基板と、前記透光性基板が接合部材としての導電性接着剤を介して実装されるプリント配線基板と、を備え、前記固体撮像素子が、前記透光性基板と前記プリント配線基板との間に配置され、前記固体撮像素子が、撮像領域が前記透光性基板に対向するように配置されている。
【００１３】
この構成により、透光性基板がプリント配線基板へ実装されるときに、透光性基板が破壊することを防止可能である。さらに、導電性接着剤は、低融点半田よりも弾性率が小さいため、透光性基板の変形量（ひずみ）が同量である場合には、上記（式１）より、応力が比較的小さな値となる。したがって、透光性基板の破壊をより抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、透光性基板がプリント配線基板へ実装されるとき又は使用されるときに、透光性基板が破壊することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分分解斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分組立図
【図３】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の部分分解斜視図
【図４】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の組立完成図
【図５】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の断面図
【図６】本発明の実施形態におけるリフロー後の温度低下時に透明ガラス基板にかかる応力の一例を示す図であり、（Ａ）従来の半田ボールを用いた場合、（Ｂ）低融点半田ボールを用いた場合、（Ｃ）導電性接着剤を用いた場合、を示す図
【図７】（Ａ）本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第１変形例の断面図、（Ｂ）本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第２変形例の断面図
【図８】（Ａ）本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第１例の断面図、（Ｂ）本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第２例の断面図
【図９】（Ａ）本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第１例の断面図、（Ｂ）本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第２例の断面図、（Ｃ）本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の組立完成状態の第３例の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、固体撮像素子と、固体撮像素子が実装される透明ガラス基板と、透明ガラス基板が接合部材としての低融点半田ボールを介して実装されるプリント配線基板と、備え、固体撮像素子が、透明ガラス基板とプリント配線基板との間に配置され、撮像領域が透明ガラス基板に対向するように配置されている。
【００１８】
図１は、本実施形態の固体撮像装置の部分分解斜視図である。
透明ガラス基板１に電極パッド２、４が形成されており、電極パッド２と電極パッド４は、それぞれが透明ガラス基板１表面上で配線パターン３により配線され、電気接続されている。電極パッド２は固体撮像素子５との接続用であり、電極パッド４は固体撮像素子５の信号を外部に取り出すプリント配線基板９（図３参照）との電気接続用である。固体撮像素子５は、撮像領域（受光エリア）６が透明ガラス基板１の電極パッド２に対向して配置されている。そして、固体撮像素子５の表面の電気配線パッド上に金属バンプ１５が形成され（図５参照）、電極パッド２に実装される。このとき、固体撮像素子５の密着強度と電気接続信頼性を確保するために絶縁性封止樹脂７が注入される（図２参照）。
【００１９】
図２は、本実施形態の固体撮像装置の部分組立図である。
図１で説明したように、透明ガラス基板１上に固体撮像素子５が実装され、絶縁性封止樹脂７が注入されている。絶縁性封止樹脂７は、撮像領域６へ漏れ出すことなく、固体撮像素子５の金属バンプ１５（図５参照）の周囲を取り囲んで、密着強度を確保している。また、電極パッド４上には、フラックスが塗布され、接合部材としての低融点半田ボール８がリフローにより取り付けられている。
【００２０】
図３は、本実施形態の固体撮像装置の部分分解斜視図である。
プリント配線基板９にはクリーム半田が印刷されている。固体撮像素子５が実装され低融点半田ボール８が取り付けられた透明ガラス基板１は、反転してプリント配線基板９上に載せられ、リフローにより半田実装される。これにより、透明ガラス基板１とプリント配線基板９とが電気的に接続される。さらに、低融点半田ボール８の周囲はアンダーフィル（封止樹脂）（図示せず）により強度補強されている。図３の例では、前工程で注入した絶縁性封止樹脂７が露出している。この状態で上部からレンズ１１が設置されているレンズ筐体１２を準備する。このレンズ筐体１２を、プリント配線基板９の透明ガラス基板１が実装された側の表面を基準面として装着し、プリント配線基板９と一体化すると、固体撮像装置が完成する。固体撮像装置が完成した状態では、被写体側から、レンズ１１、透明ガラス基板１、固体撮像素子５、及びプリント配線基板９の順に配列される。なお、図３に示すように、レンズ筐体１２がプリント配線基板９に実装された状態では、レンズ１１と透明ガラス基板１とは接触しない。
【００２１】
図４は、本実施形態の固体撮像装置の組立完成図である。図５は、本実施形態の固体撮像装置の組立て完成図の断面図である。
プリント配線基板９の表面に低融点半田ボール８を介して、透明ガラス基板１が実装されており、低融点半田ボール８の周囲はアンダーフィル（図示せず）により強度補強されている。低融点半田ボール８は、プリント配線基板９の表面上の電極パッド（図示せず）と接している。透明ガラス基板１には、撮像領域６を持つ固体撮像素子５が金属バンプ１５を介して実装され、その周囲には絶縁性封止樹脂７が不足無く注入硬化されている。また、絶縁性封止樹脂７は、固体撮像素子５の撮像領域６へ漏れ出していない。これは、製造時に絶縁性封止樹脂７にＵＶ硬化性の材料を用い、撮像領域６にＵＶ光を照射しながら封止注入することにより達成している。
【００２２】
なお、固体撮像素子チップの薄型化は進む一方であり、裏面からの光りの回りこみを防止するために、プリント配線基板９としては、遮光性基板を用いるのが望ましく、樹脂基板であればエポキシ樹脂などの遮光性樹脂を用いるのが望ましい。また、セラミック基板、遮光膜を形成したガラス基板なども適用可能である。
【００２３】
次に、低融点半田ボール８に用いられる低融点半田及び透明ガラス基板１の詳細な仕様について説明する。
低融点半田としては、例えば、千住金属社製の「Ｌ２０−ＢＬＴ５−Ｔ８Ｆ」を用いる。この低融点半田は、低温域（１７０℃〜１９０℃）でのリフローが可能な半田である。そして、Ｓｎ−５８Ｂｉの組成であり、融点：１３９℃、リフローピーク温度：１６０℃、ヤング率：３３．０ＧＰａ、膨張係数：１５．４ｐｐｍ／℃、の特性を有する。
【００２４】
また、透明ガラス基板１としては、例えば、ヤング率：７２．９ＧＰａ、線膨張係数：７．２Ｍ×１０−６／℃のガラス基板を用いる。
【００２５】
なお、透明ガラス基板１と同様の仕様であれば、透明ガラス基板１の代わりに、光学フィルタ膜、あるいは反射防止膜を形成したものを用いてもよい。
【００２６】
次に、透明ガラス基板１をプリント配線基板９に実装するときの透明ガラス基板１の温度変化及び透明ガラス基板１にかかる応力の一例について説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、リフロー後の温度低下時に透明ガラス基板１にかかる応力の一例を示す図である。
【００２７】
仮に、従来の半田ボールを用いて透明ガラス基板１をプリント配線基板９に実装する場合には、リフロー時の透明ガラス基板１の温度は約２２０℃であるが、リフロー後の透明ガラス基板１の温度は常温（約２５℃）まで低下する。この場合に透明ガラス基板１に発生する最大応力（ここでは、半田ボール付近にかかる応力）を１００とする。この様子を図６（Ａ）に示している。
【００２８】
一方、本実施形態の低融点半田ボール８を用いて透明ガラス基板１をプリント配線基板９に実装する場合には、リフロー時の透明ガラス基板１の温度は約１４０℃であり、リフロー後の透明ガラス基板１の温度は常温（約２５℃）まで低下する。この場合、透明ガラス基板１に発生する最大応力（ここでは、低融点半田ボール８付近にかかる応力）は約４５となる。この様子を図６（Ｂ）に示している。このように、従来の半田ボールを用いる場合よりも本実施形態の低融点半田ボール８を用いる方が、リフロー後に透明ガラス基板１にかかる応力が小さくなるので、透明ガラス基板１が破壊しにくくなる。
【００２９】
次に、本実施形態のプリント配線基板９の形状の変形例について、図７を用いて説明する。
図１〜図５では、プリント配線基板９として平板形状の基板を用いることを説明したが、これ以外の形状であってもよい。
【００３０】
例えば、図７（Ａ）に示すように、プリント配線基板９は、固体撮像素子５と対向する領域に開口部を有してもよい。これにより、低融点半田ボール８の厚み方向（Ｘ方向）の長さが比較的短い場合であっても、プリント配線基板９に低融点半田ボール８を介して透明ガラス基板１が実装されるときに、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００３１】
また、図７（Ｂ）に示すように、プリント配線基板９は、キャビティ部１０を有し、キャビティ部１０の外側に実装用の電極パッド（図示せず）が形成されていてもよい。この実装用の電極パッドと低融点半田ボール８とが接触し、低融点半田ボール８とガラス基板１の電極パッド４とが接触する。また、プリント配線基板９に透明ガラス基板１を実装した状態では、低融点半田ボール８の厚み方向（Ｘ方向）の長さとプリント配線基板９のキャビティ部１０の厚み方向（Ｘ方向）の長さとの和が、固体撮像素子５と透明ガラス基板１との距離よりも長い。これにより、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００３２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の固体撮像装置では、プリント配線基板９と透明ガラス基板１とを接合する接合部材として、低融点半田ペースト（印刷半田）１８を用いる。接合部材として低融点半田ペースト１８を用いる点以外は、基本的には第１の実施形態における固体撮像装置と同様の構成である。なお、低融点半田ペースト１８に用いられる低融点半田の仕様は、第１の実施形態で説明した低融点半田ボール８に用いられる低融点半田の仕様と同様である。したがって、低融点半田ペースト１８を用いた場合のリフロー時の透明ガラス基板１の温度変化及び透明ガラス基板１にかかる応力についても、低融点半田ボール８を用いた場合と同様である（図６（Ｂ）参照）。
【００３３】
低融点半田ペースト１８を用いてプリント配線基板９と透明ガラス基板１とを接合する工程では、まず、プリント配線基板９の電極パッド上に低融点半田ペースト１８を印刷塗布する。続いて、低融点半田ペースト１８が印刷塗布されたプリント配線基板９の電極パッドに透明ガラス基板１の電極パッドが配置されるように調整して、プリント配線基板９に透明ガラス基板１を載置する。続いて、低融点半田ペースト１８を加熱することで、透明ガラス基板１とプリント配線基板９とを低融点半田ペースト１８を介して接合する。
【００３４】
次に、本実施形態のプリント配線基板９の形状について、図８を用いて説明する。
【００３５】
低融点半田ペースト１８を用いる場合のプリント配線基板９の形状としては、例えば以下の２種類が考えられる。例えば、図８（Ａ）に示すように、プリント配線基板９は、固体撮像素子５と対向する領域に開口部を有してもよい。これにより、低融点半田ペースト１８の厚み方向（Ｘ方向）の長さが比較的短い場合であっても、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００３６】
また、図８（Ｂ）に示すように、プリント配線基板９は、キャビティ部１０を有し、キャビティ部１０の外側に実装用の電極パッド（図示せず）が形成されていてもよい。この実装用の電極パッドと低融点半田ペースト１８とが接触し、低融点半田ペースト１８とガラス基板１の電極パッド４とが接触する。また、プリント配線基板９に透明ガラス基板１を実装した状態では、低融点半田ペースト１８の厚み方向（Ｘ方向）の長さとプリント配線基板９のキャビティ部１０の厚み方向（Ｘ方向）の長さとの和が、固体撮像素子５と透明ガラス基板１との距離よりも長い。これにより、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００３７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の固体撮像装置では、プリント配線基板９と透明ガラス基板１とを接合する接合部材として、導電性接着剤（導電性ペースト）２８を用いる。接合部材として導電性接着剤２８を用いる点以外は、基本的には第１の実施形態における固体撮像装置と同様の構成である。
【００３８】
本実施形態の導電性接着剤２８としては、例えば、ナミックス社製のハンダ代替導電性接着剤「Ｈ９６２６Ｄ」を用いる。この導電性接着剤は、無溶剤型の熱硬化タイプ導電接着剤であり、以下の特性を有する。
【００３９】
組成：Ａｇ
粘度：４７Ｐａ・ｓ／２５℃、
Ｔ．Ｉ．：５．０、
比重：３．７、
比抵抗値：ＴＭＡ法で２．０×１０−４Ω・ｃｍ、
接着強度：ＤＭＡ法で４０Ｎ／ｍｍ２、
線膨張率：ＤＭＡ法でα１：４０ｐｐｍ、α２：１００ｐｐｍ、
ガラス繊維温度：１２０℃、
ヤング率：６．５ＧＰａ、
純度：Ｎａ（原子吸光分光光度計）では３．０ｐｐｍ、Ｃｌ（イオンクロマトグラフ）では２５ｐｐｍ
【００４０】
また、導電性接着剤が１５０度の状態を３０分間維持することで、導電性接着剤が硬化する。
【００４１】
導電性接着剤２８を用いてプリント配線基板９と透明ガラス基板１とを接合する工程では、まず、冷凍（約−２０℃）された導電性接着剤２８を常温になるまで放置する。そして、プリント配線基板９の電極パッド上に導電性接着剤２８を塗布し、導電性接着剤２８が塗布されたプリント配線板９の電極パッドに透明ガラス基板１の電極パッドが配置されるように調整して、透明ガラス基板１を載置する。続いて、導電性接着剤２８を加熱（１５０℃×３０分）することで、導電性接着剤を熱硬化させ、透明ガラス基板１とプリント配線基板９とを導電性接着剤２８を介して接合する。
【００４２】
次に、透明ガラス基板１をプリント配線基板９に実装するときの透明ガラス基板１の温度変化及び透明ガラス基板１にかかる応力の一例について説明する。
【００４３】
本実施形態の導電性接着剤２８を用いて透明ガラス基板１をプリント配線基板９に実装する場合には、加熱時の透明ガラス基板１の温度は約１５０℃であり、加熱後には常温（約２５℃）まで低下する。この場合、透明ガラス基板１に発生する最大応力（ここでは、導電性接着剤２８付近にかかる応力）は約５０となる。この様子を図６（Ｃ）に示している。このように、従来の半田ボールを用いる場合よりも本実施形態の導電性接着剤２８を用いる方が、加熱後常温となった後に透明ガラス基板１にかかる応力が小さくなるので、透明ガラス基板１が破壊しにくくなる。
【００４４】
次に、本実施形態のプリント配線基板９の形状について、図９を用いて説明する。
【００４５】
導電性接着剤２８を用いる場合のプリント配線基板９の形状としては、例えば以下の３種類が考えられる。例えば、図９（Ａ）に示すように、プリント配線基板９は、固体撮像素子５と対向する領域に開口部を有してもよい。これにより、導電性接着剤２８の厚み方向（Ｘ方向）の長さが比較的短い場合であっても、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００４６】
また、図９（Ｂ）に示すように、プリント配線基板９は、キャビティ部１０を有し、キャビティ部１０の外側に実装用の電極パッド（図示せず）が形成されていてもよい。この実装用の電極パッドと導電性接着剤２８とが接触し、導電性接着剤２８と透明ガラス基板１の電極パッド４とが接触する。また、プリント配線基板９に透明ガラス基板１を実装した状態では、導電性接着剤２８の厚み方向（Ｘ方向）の長さとプリント配線基板９のキャビティ部１０の厚み方向（Ｘ方向）の長さとの和が、固体撮像素子５と透明ガラス基板１との距離よりも長い。これにより、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００４７】
また、図９（Ｃ）に示すように、プリント配線基板９の形状が平板形状であり、所定の位置に金属バンプが形成されていてもよい。図９（Ｃ）の固体撮像装置では、金属バンプが形成された領域に導電性接着剤２８が塗布される。この金属バンプがプリント配線基板９の電極部として機能し、金属バンプと導電性接着剤２８とが接し、導電性接着剤２８と透明ガラス基板１の電極パッド４と接する。また、プリント配線基板９に透明ガラス基板１を実装した状態では、金属バンプの厚み方向（Ｘ方向）の長さと導電性接着剤２８の厚み方向（Ｘ方向）の長さとの和が、固体撮像素子５と透明ガラス基板１との距離よりも長い。これにより、透明ガラス基板１が破壊することなく、かつ、プリント配線基板９と透明ガラス基板１が接触することなく実装することが可能である。
【００４８】
このように、各実施形態における接合部材としての低融点半田ボール８、低融点半田ペースト１８、及び導電性接着剤２８を用いることで、リフロー後又は加熱後の冷却時に、透明ガラス基板１とプリント配線基板９との熱収縮を吸収することができる。これにより、両基板の収縮差により実装部分へ負荷が加わり、透明ガラス基板１が破壊することを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、透光性基板がプリント配線基板へ実装される又は使用されるときに、透光性基板が破壊することを防止可能な固体撮像装置等に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  透明ガラス基板
２、４  電極パッド
３  配線パターン
５  固体撮像素子
６  撮像領域
７  絶縁性封止樹脂
８  低融点半田ボール
９  プリント配線基板
１０  キャビティ部
１１  レンズ
１２  レンズ筐体
１５  金属バンプ
１８  低融点半田ペースト
２８  導電性接着剤
【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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【図９】
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