(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像用レンズが取り付けられたレンズ取り付け部と、
前記撮像用レンズからの光を画像信号に変換する受光素子が回路形成面に形成された半導体チップと、
前記レンズ取り付け部と前記半導体チップとの間に設けられ、前記半導体チップにより生成された画像信号を外部回路に供給する柔軟性を有する基板と、
該基板を透過して前記半導体チップに向かう光を遮断して、前記受光素子への影響を実質的に除去する遮光板と  を有することを特徴とする撮像用半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像用半導体装置であって、
前記半導体チップは前記回路形成面が前記基板に向いた状態で前記基板に実装され、前記回路形成面に形成された前記受光素子は前記基板に設けられた開口を介して前記撮像用レンズと対向していることを特徴とする撮像用素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像用半導体装置であって、
前記レンズ取り付け部は位置決めピンを有しており、前記基板は位置決め孔を有しており、前記位置決めピンが前記位置決め孔に嵌合した状態において、前記レンズ取り付け部は前記半導体チップが実装された前記基板の面の反対側の面に接着剤により固定されていることを特徴とする撮像用半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の撮像用半導体装置であって、
前記遮光板は前記基板の開口内において前記レンズ取り付け部から前記半導体チップに向かって延在していることを特徴とする撮像用半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像用半導体装置であって、
前記遮光板は弾性を有する材料で形成されており、先端が前記半導体チップの前記回路形成面に当接していることを特徴とする撮像用半導体装置。
【請求項６】
請求項２記載の撮像用半導体装置であって、
前記遮光板は前記レンズ取り付け部に一体的に形成されており、前記遮光板の先端は前記半導体チップの前記回路形成面に接着剤により固定されていることを特徴とする撮像用半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の撮像用半導体装置であって、
前記レンズ取り付け部は前記撮像用レンズに対する絞りとして作用する開口を形成する絞り部を有しており、該開口を形成する前記絞り部の端部は前記撮像用レンズの光軸に対して所定角度傾斜した傾斜面であることを特徴とする撮像用半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の撮像用半導体装置であって、
前記基板は外部回路に接続されるための配線引き出し部を有しており、該配線引き出し部に電子部品が搭載されていることを特徴とする撮像用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像用半導体装置に係わり、特に、受光素子を有する半導体素子と撮像用レンズとをパッケージした撮像用半導体装置に関する。
【０００２】
近年、小型カメラが組み込まれた携帯電話機やハンディパソコン(携帯型パーソナルコンピュータ）が開発されている。例えば、小型カメラを備えた携帯電話機は、通話者の映像を小型カメラにより撮像して画像データとして取り込み、通話相手にその画像データを送信する。このような小型カメラは、一般的にＣ−ＭＯＳセンサとレンズとにより構成される。
【０００３】
携帯電話機やハンディパソコンはより一層の小型化が進められており、これらに使用される小型カメラにも小型化が要求されている。このようなカメラへの小型化の要求を満足するために、レンズとＣ−ＭＯＳセンサとを一体化して形成した半導体装置パッケージが開発されている。
【０００４】
【従来の技術】
特願平１１−１７９９７号公報は、撮像用レンズとＣ−ＭＯＳセンサを有する半導体チップとを一体化した構成の半導体装置パッケージを開示している。この半導体装置パッケージにおいて、Ｃ−ＭＯＳセンサを有する半導体チップは、その受光面が上に向いた状態で、剛性を有するプリント基板の上に搭載され、プリント基板にワイヤボンディングされている。撮像用レンズは、半導体チップの受光面の上方の所定の位置に配置されるよう、プリント基板に対して固定されている。したがって、特願平１１−１７９９７号公報に開示された従来の小型カメラ用の半導体装置パッケージは、基板の上に半導体チップが搭載され、その上にレンズが配置されるという構成である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成の半導体装置パッケージは、その構造に起因して以下のような問題を有している。
【０００６】
１）受光素子を有する半導体チップの製造過程において、半導体チップの厚みを小さくするために、半導体チップの背面を研磨機で削っている。このため、半導体チップの厚みはウェハ毎に変動する。変動の範囲は通常±１５μｍ程度であるが、許容範囲としては±３０μｍ程度ある。半導体チップの厚みが変動すると、半導体チップの受光面とレンズとの間の距離が変動してしまう。すなわち、レンズはプリント基板の表面から所定の距離に配置され、且つ半導体チップの受光面はプリント基板の表面から半導体チップの厚み分だけ離れた位置に配置されるので、半導体チップの厚みが増大すると受光面はレンズに接近し、半導体チップの厚みが減少すると受光面はレンズから遠ざかる。
【０００７】
レンズと半導体チップの受光面との間の距離は、レンズの焦点距離に等しく設定されており、レンズによる像が受光面で正確に結像するようになっている。したがって、上述のようにレンズと受光面との間の距離が変動すると、焦点ずれが発生し、画像がボケるといった問題が発生する。
【０００８】
２）半導体チップをプリント基板に搭載する際、ダイス付け装置を使用して半導体チップをプリント基板の表面に接着し固定する。ダイス付け装置では、チップの表面（受光素子が形成された面）を吸着して保持し、プリント基板上に搬送して載置する。このため、半導体チップの表面は吸着装置で覆われてしまい、受光素子の形成された面を画像認識することができない。したがって、半導体チップの外形を画像認識し、この外形をプリント基板上で半導体チップを位置決めするための基準としている。しかし、半導体チップの受光面と外形とは必ずしも一定の位置関係とはなっていない。すなわち、半導体チップはウェハをダイシングして分割することにより個片化される。その際に半導体チップの外形が形成されるが、ダイシングによる切断位置が変動することにより、半導体チップの外形に対する受光面の位置は一定とはならない。したがって、レンズの焦点位置が正確に受光面の中心に一致しない場合がある。
【０００９】
３）半導体チップはワイヤボンディングによりプリント基板に搭載されるため、ワイヤボンディング用のパッドを半導体チップの周囲に配置しなければならない。したがって、ボンディングパッドを配置する部分をプリント基板に設ける必要があり、半導体装置パッケージの小型化の妨げとなっている。
【００１０】
４）半導体装置パッケージとして実質的に必要な厚さは、レンズの焦点距離に半導体チップの厚みを加えた距離である。しかし、上述の従来の半導体装置パッケージでは、半導体チップのレンズの反対側にプリント基板が配置されているため、半導体装置パッケージの実際の厚みは、レンズの焦点距離に半導体チップの厚みを加えた距離に更にプリント基板の厚みを加えた距離となる。したがって、プリント基板の厚み分だけ半導体装置パッケージの厚みが増大している。
【００１１】
５）プリント基板はセラミックス又はガラス・エポキシ等の剛性を有する材料で形成されている。したがって、プリント基板は屈曲することができず、半導体装置パッケージを機器に組み込む際に配置の自由度が小さいという問題がある。すなわち、小型カメラを形成する半導体装置パッケージを、携帯電話機やハンディパソコン内の主基板に電気的に接続するには、パッケージを直接主基板に実装するか、あるいは主基板と半導体装置パッケージとの間にフレキシブル配線基板を設ける必要があるといった制約がある。このような制約は携帯電話機やハンディパソコンの筐体設計の自由度を低くする。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、従来装置より厚みが小さく、面積も小さいパッケージされた撮像用半導体装置を提供することを主な目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１記載の発明は、撮像用半導体装置であって、
撮像用レンズが取り付けられたレンズ取り付け部と、
前記撮像用レンズからの光を画像信号に変換する受光素子が回路形成面に形成された半導体チップと、
前記レンズ取り付け部と前記半導体チップとの間に設けられ、前記半導体チップにより生成された画像信号を外部回路に供給する柔軟性を有する基板と、
該基板を透過して前記半導体チップに向かう光を遮断して、前記受光素子への影響を実質的に排除する遮光板と
を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、半導体チップを実装するための基板は半導体チップの回路形成面と撮像用レンズとの間に配置される。これにより、基板の厚みを撮像用レンズと半導体装置の回路形成面に形成された受光素子との間の距離、すなわち撮像用レンズの焦点距離内に配置することができる。したがって、撮像用半導体装置の厚みは、実質的に撮像用レンズの焦点距離と半導体チップの厚みとの和に等しくなる。すなわち、基板の厚さは装置全体の厚みに含まれないため装置全体の厚みを減少することができる。また、柔軟性を有する基板は光を透過する特性を有しているが、遮光板を設けることにより基板を通過してきた光を遮断して受光素子への影響を実質的に排除することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮像用半導体装置であって、
前記半導体チップは前記回路形成面が前記基板に向いた状態で前記基板に実装され、前記回路形成面に形成された前記受光素子は前記基板に設けられた開口を介して前記撮像用レンズと対向していることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、基板に開口が形成されているため、フリップチプ実装等により半導体チップを基板に実装しても回路形成面に形成された受光素子を、開口を介して基板の反対側に取り付けられた撮像用レンズに対向させることができる。また、半導体チップを基板に実装する際に、半導体チップの回路形成面の反対側の背面を支持することができるため、回路形成面を画像認識しながら実装を行うことができる。これにより、半導体チップを高い位置精度で基板に実装することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の撮像用半導体装置であって、
前記レンズ取り付け部は位置決めピンを有しており、前記基板は位置決め孔を有しており、前記位置決めピンが前記位置決め孔に嵌合した状態において、前記レンズ取り付け部は前記半導体チップが実装された前記基板の面の反対側の面に接着剤により固定されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、基板に形成された位置決め孔にレンズ取り付け部の位置決めピンを嵌合することにより、レンズ取り付け部を高い位置精度で基板に取り付けることができる。半導体チップも基板に対して高い位置精度で実装することができるため、撮像用レンズと半導体チップとを高い位置精度で組み立てることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の撮像用半導体装置であって、
前記遮光板は前記基板の開口内において前記レンズ取り付け部から前記半導体チップに向かって延在していることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、レンズ取り付け部の一部として遮光板を形成することができ、容易に受光素子に対する遮光効果を得ることができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の撮像用半導体装置であって、
前記遮光板は弾性を有する材料で形成されており、先端が前記半導体チップの前記回路形成面に当接していることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、遮光板が半導体チップの回路形成面に当接することにより、基板を透過する光を遮光板により完全に遮断することができる。また、遮光板が回路形成面に当接しても、遮光板は弾性変形するため、回路形成面の損傷を与えることはない。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項２記載の撮像用半導体装置であって、
前記遮光板は前記レンズ取り付け部に一体的に形成されており、前記遮光板の先端は前記半導体チップの前記回路形成面に接着剤により固定されていることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、遮光板を介してレンズ取り付け部を半導体チップの回路形成面に直接固することができる。したがって、受光素子への周囲からの光の影響を排除すると共に、基板の厚みのばらつきによる撮像用レンズと受光素子との間の距離への影響を排除することができる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の撮像用半導体装置であって、
前記レンズ取り付け部は前記撮像用レンズに対する絞りとして作用する開口を形成する絞り部を有しており、該開口を形成する前記絞り部の端部は前記撮像用レンズの光軸に対して所定角度傾斜した傾斜面であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、絞り部の端面により反射された光が受光素子に入射することを防止するこができ、画像の劣化を防止することができる。
【００２８】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の撮像用半導体装置であって、
前記基板は外部回路に接続されるための配線引き出し部を有しており、該配線引き出し部に電子部品が搭載されていることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項８記載の発明によれば、配線引き出し部に電子部品を搭載することにより、スペースを有効に利用することができ、実装密度を向上することができる。
【００３５】
図１（ａ）は本発明の第１実施例による撮像用半導体装置の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す半導体チップの受光面の平面図である。本発明の第１実施例による撮像用半導体装置１０は、固体撮像用半導体チップ１２と、ＴＡＢテープ基板１４と、レンズ取り付け部１６とよりなる。
【００３６】
半導体チップ１２はＴＡＢテープ基板１４に上にフリップチップ実装される。レンズ取り付け部１６は、レンズ（対物レンズ）１８を含む光学システムを構成しており、ＴＡＢテープ基板１４に対して、半導体チップ１２の反対側に搭載される。すなわち、半導体チップ１２とレンズ取り付け部１６とは、ＴＡＢテープ基板１４を挟んでその両側に搭載される。
【００３７】
半導体チップ１２の回路形成面（受光面）１２ａには、撮像用の受光素子としてＣ−ＭＯＳセンサが形成されている。半導体チップ１２は、回路形成面１２ａをＴＡＢテープ基板１４に向けた状態で、ＴＡＢテープ基板１４に対してフリップチップ実装される。
【００３８】
ＴＡＢテープ基板１４には、半導体チップ１２の回路形成面１２ａに形成されたＣ−ＭＯＳセンサ（受光素子）に対応する位置に開口１４ａが設けられている。したがって、半導体チップ１２がＴＡＢテープ基板１４に実装された状態で、半導体チップ１２のＣ−ＭＯＳセンサは、ＴＡＢテープ基板１４の開口１４ａ内に位置することとなる。
【００３９】
ＴＡＢテープ基板１４はポリイミドテープ１４Ａに配線１４Ｂが形成されたものである。配線１４Ｂはポリイミドテープ１４Ａに銅箔を貼り付けて、銅箔をパターン形成することにより形成される。半導体チップ１２には外部接続用端子としてバンプ１２ｂが形成されている。バンプ１２ｂは、ＴＡＢテープ基板１４の配線１４Ｂの一部として形成されたボンディングパッドに異方性導電樹脂２０により接合される。なお、ポリイミドテープ１４Ａはこれに限られることなく、適当な柔軟性を有する材料、例えばポリエステルテープとしてもよい。また、配線１４Ｂを形成する材料は銅箔に限られることなく、例えばアルミ箔等を用いることとしてもよい。
【００４０】
レンズ取り付け部１６の本体１６Ａは、中央部に貫通した開口を有しており、この開口の上部を覆う状態でレンズ１８が設けられている。レンズ１８は本体１６Ａの開口の上部にはめ込まれ、レンズ押さえ蓋２２により固定される。レンズ押さえ蓋２２は接着剤２４により本体１６Ａに固定される。
【００４１】
レンズ取り付け部１６は、本体１６Ａの開口がＴＡＢテープ基板１４の開口１４ａに一致した状態で、ＴＡＢテープ基板１４に対して接着剤２６により固定される。本体１６Ａには位置決め用ピン２８が設けられており、レンズ取り付け部１６の本体１６Ａは、位置決め用ピン２８がＴＡＢテープ基板１４に設けられた位置決め孔１４ｂに嵌合することにより、正確に位置決めされる。
【００４２】
ＴＡＢテープ基板１４に設けられた位置決め孔１４ｂは、配線パターン用の位置決め孔を基準としてエッチング等により形成されるため、配線パターンに対して高い位置精度で形成される。したがって、位置決め孔１４ｂに位置決めピン２８を嵌合することにより、レンズ取り付け部１６はＴＡＢテープ基板１４に対して高い位置精度で取り付けられる。
【００４３】
レンズ取り付け部１６の本体１６Ａの開口のレンズ１８の下側には、絞り部３０が形成されている。また、絞り部３０の更に下側にはＩＲフィルタ３２が配置されている。
【００４４】
上述のような構成において、レンズ１８により集光された光は、絞り部３０及びＩＲフィルタ３２を通過して、半導体チップ１２の回路形成面１２ａに形成されたＣ−ＭＯＳセンサに入射する。レンズ１８と回路形成面１２ａとの間の距離は、レンズ１８の焦点距離に等しくなるように設定されている。したがって、レンズ１８に入射した光は、Ｃ−ＭＯＳセンサ上に集光され結像する。
【００４５】
そして、Ｃ−ＭＯＳセンサ上の像はＣ−ＭＯＳセンサにより電気信号に変換され、画像信号としてＴＡＢテープ基板１４の配線引出し部１４ｃを介して外部装置に供給される。
【００４６】
図２（ａ）は上述のＴＡＢテープ基板１４の平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＴＡＢテープ基板１４と比較するための例を示す図であり、半導体チップ１２をワイヤボンディングにより基板に搭載する場合の基板の平面図である。
【００４７】
図２（ｂ）に示す基板４０では、半導体チップ１２の周囲にワイヤボンディング用のパッド４２を設け、半導体チップ１２の電極をボンディングワイヤ４４によりパッドに電気的に接続する。したがって、半導体チップ１２の周囲には、パッド４２を設ける領域が必要である。
【００４８】
一方、図２（ａ）に示すＴＡＢテープ基板１４では、半導体チップ１２はフリップチップ実装されるため、ＴＡＢテープ基板１４のパッドは半導体チップ１２の電極に重なる位置となる。このように、パッドを設ける領域は半導体チップ１２の内側となり、図２（ｂ）に示す例のようにパッドを設ける領域を半導体チップ１２の周囲に設ける必要はない。したがって、図２（ａ）に示す本実施例によるＴＡＢテープ基板１４の面積（外形寸法）は、図２（ｂ）に示す例の基板より小さくすることができ、撮像用半導体装置１０の全体寸法も小さくすることができる。
【００４９】
図３は図１（ａ）に示す撮像用半導体装置１０を外部回路に接続した例を示す図である。撮像用半導体装置１０は、例えば携帯電話機に組み込まれる場合、携帯電話機内に設けられたプリント基板５０に接続される。具体的には、撮像用半導体装置１０のＴＡＢテープ基板１４の配線引き出し部１４ｃは、プリント基板５０の配線５２にハンダ５４により接続される。
【００５０】
ここで、ＴＡＢテープ基板１４はポリイミド等の柔軟性を有する材料で形成されているため、半田接続後にＴＡＢテープ基板１４を自由に折り曲げることができる。図３に示す例では、ＴＡＢテープ基板１４を屈曲して撮像用半導体装置１０をプリント基板５０の上方に配置している。このように、柔軟性を有するＴＡＢテープ基板１４を用いることにより、撮像用半導体装置１０が組み込まれる機器（ここでは携帯電話機）の筐体設計に自由度を持たせることができる。
【００５１】
ＴＡＢテープ基板１４の代わりに柔軟性を有しない基板を使用した場合は、撮像用半導体装置１０と、プリント基板５０との間にフレキシブル基板を設けて接続することにより、撮像用半導体装置１０の位置の自由度は増す。しかし、フレキシブル基板を取り付ける分だけ余分な面積が必要となり、製造工程も複雑となってしまう。
【００５２】
図４は図１（ａ）におけるＡ部の拡大図である。レンズ取り付け部１６の本体の底面には、遮光板６０が形成されている。遮光板６０は、レンズ取り付け部１６がＴＡＢテープ基板１４に搭載された際に、ＴＡＢテープ基板１４の開口１４ａの内面を全周にわたって覆うように設けられる（図１（ｂ）参照）。
【００５３】
図５は遮光板６０の作用を説明するための図であり、図５（ａ）は遮光板６０を設けていない状態を示し、図５（ｂ）は遮光板６０を設けた状態を示す。
【００５４】
遮光板６０が設けられていない場合、図５（ａ）に示すように、ＴＡＢテープ基板１４のポリイミドテープ１４Ａを透過した光（図中、矢印で示す）が開口１４ａ内に入射してしまう。すなわち、柔軟性を有する基板とするために、ポリイミドテープあるいはポリエチレンテープ等の樹脂テープを使用すると、これらのテープは比較的光を透過しやすいので、ＴＡＢテープ基板１４の開口１４ａ内に光が入ってしまう。開口１４ａ内に入った光の一部は半導体チップ１２の受光部１２ｃ（Ｃ−ＭＯＳセンサ）に入射し、ハレーションを発生して画像を劣化させる。
【００５５】
しかし、本実施例では、図１（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、遮光板６０により開口１４ａの内面が覆われているので、ポリイミドテープ１４Ａを透過してきた光（図中、矢印で示す）は遮光板６０により遮られて、半導体チップ１２の受光部１２ｃには到達しない。したがって、遮光板６０を設けることにより、ＴＡＢテープ基板１４を透過してくる光に起因したハレーションの発生を防止することができ、画像の劣化を防ぐことができる。
【００５６】
なお、遮光板６０と半導体チップの回路形成面（受光面）との間には僅かな間隙が形成され、その間隙から光が漏れることはあるが、この漏れる光の量は非常時に僅かであり、受光面に対して実質的に影響を及ぼさない。
【００５７】
図６は遮光板６０の変形例を示す断面図である。図６に示す遮光板６２は、弾性を有する材料で作成されており、レンズ取り付け部１６の本体１６Ａに取り付けられている。取り付け方法は、遮光板６２の一部を受容する嵌合部を本体１６Ａに形成しておき、遮光板６２をはめ込んで固定することとしてもよく、また、接着剤等で固定してもよい。
【００５８】
遮光板６２が本体１６Ａの底面から突出する寸法は、本体１６Ａの底面から半導体チップ１２の回路形成面１２ａまでの距離より僅かに大きくしておく。これにより、レンズ取り付け部１６と半導体チップ１２とがＴＡＢテープ基板１４に搭載された状態で、遮光板６２は半導体チップ１２の回路形成面１２ａに当接し、遮光板６２と回路形成面１２ａの間には間隙が形成されない。したがって、ＴＡＢテープ１４を透過した光は遮光板６２により完全に遮断され、開口１４ａ内の受光面に到達することはない。なお、遮光板６２は弾性を有する材料で形成されるので、遮光板６２が回路形成面１２ａに当接しても弾性変形し、回路形成面１２ａに損傷を与えることはない。
【００５９】
図７は遮光板を含めたレンズ取り付け部１６の取り付け構造の変形例を示す断面図である。図７に示す変形例では、遮光板６４はレンズ取り付け部１６の本体１６Ａの一部として比較的大きな厚みを有している。そして、本体１６Ａは遮光板６４を介して導体チップの回路形成面１２ａに接着剤６６により固定されている。すなわち、レンズ取り付け部１６は、ＴＡＢテープ基板１４に搭載されるのではなく、半導体チップ１２に固定される。
【００６０】
図７に示すような取り付け構造によれば、光学系を構成するレンズ取り付け部１６をＴＡＢテープ基板１４から分離しておくことができる。これにより、レンズ取り付け部１６に作用する外力がＴＡＢテープ基板１４に直接作用することを防止することができる。
【００６１】
例えば、本実施例による撮像用半導体装置１０が携帯電話機に組み込まれた場合、レンズ取り付け部１６は携帯電話機の筐体に取り付けられる。この取り付けの際、レンズ取り付け部１６には外力が作用し、この外力がＴＡＢテープ基板１４のような電気信号に係る部分に作用すると電気的な部分に不良が発生し信頼性が低下することがある。
【００６２】
しかし、図７に示す例では、レンズ取り付け部１６の本体１６ＡはＴＡＢテープ基板１４に接触していないので、上述のようなレンズ取り付け部１６に作用する外力に起因した問題は生じない。また、本体１６Ａに一体的に形成された遮光板６４が接着剤６６により半導体チップ１２の回路形成面１２ａに固定されるため、ＴＡＢテープ基板１４を透過してきた光も完全に遮断することができる。
【００６３】
図８は図１のＢ部の拡大図である。図８に示すように、本実施例における絞り部３０の先端部分には、レンズの光軸に対して所定の角度θだけ傾斜した傾斜面３０ａが設けられている。図９は傾斜面３０ａが設けられていない場合の、光の経路を示す図であるが、この場合、レンズ１８を透過して絞り部３０の端面に到達した光は、端面により反射されて受光面に入射し、画像の劣化の原因となる。そこで、本実施例では、レンズの光軸に対して所定の角度θ傾斜した傾斜面３０ａを設けることにより、レンズを透過してきた光が絞り部３０の端面で反射して受光面に到達しないように構成されている。
【００６４】
次に本発明の第２実施例について図１０を参照しながら説明する。図１０は本発明の第２実施例による撮像用半導体装置７０の断面図である。なお、図１０において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００６５】
本発明の第２実施例による撮像用半導体装置では、ＴＡＢテープ基板１４のポリイミドテープ１４Ａに、半導体チップ１２が入るような開口を予め形成しておく。また、銅箔等をエッチングによりパターン形成した配線１４Ｂに対して錫メッキを施しておく。そして、半導体チップ１２のバンプ１２ｂを金バンプとして形成し、金バンプ１２ｂと配線１４ＢとをＩＬＢ接続（金錫共晶接続）により接合する。金バンプ１２ｂと配線１４Ｂとを接続した後、充填樹脂７２を金バンプ１２ｂの接合部付近にポッティングして充填する。そしてレンズ取り付け部１６を充填樹脂７２の上に配置して接着剤２６により固定する。
【００６６】
本実施例によれば、ＴＡＢテープ基板１４を上述の第１実施例とは反対向きで用いており、レンズ取り付け部１６と半導体チップ１２との間にＴＡＢテープ基板１４のポリイミドテープ１４Ａが介在していない。したがって、ポリイミドテープ１４Ａの厚さにばらつきがあっても、レンズ１８と半導体チップ１２との間の距離は一定に保たれる。また、ポリイミドテープ１４Ａを透過する光を遮光するための遮光部を設ける必要はない。
【００６７】
次に本発明の第３実施例について図１１を参照しながら説明する。図１１は本発明の第３実施例による撮像用半導体装置８０の断面図である。なお、図１１において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００６８】
本発明の第３実施例による撮像用半導体装置では、ＴＡＢテープ基板１４のポリイミドテープ１４Ａに、半導体チップ１２が入るような開口を予め形成しておく。また、銅箔等をエッチングによりパターン形成した配線１４Ｂに対して金メッキを施しておく。そして、金メッキが施された配線１４Ｂと半導体チップ１２のバンプ１２ｂとを、シングルポイントボンディングで接続する。バンプ１２ｂと配線１４Ｂとを接続した後、充填樹脂７２を金バンプ１２ｂの接合部付近にポッティングして充填する。そして図７に示すような構成のレンズ取り付け部１６を半導体チップ１２の回路形成面１２ａ上に配置して接着剤６６にて固定する。
【００６９】
本実施例によれば、ＴＡＢテープ基板１４を上述の第１実施例とは反対向きで用いており、レンズ取り付け部１６と半導体チップ１２との間にＴＡＢテープ基板１４のポリイミドテープ１４Ａが介在していない。したがって、ポリイミドテープ１４Ａの厚さにばらつきがあっても、レンズ１８と半導体チップ１２との間の距離は一定に保たれる。また、レンズ取り付け部１６は半導体チップ１２の回路形成面１２ａに直接接着されているため、レンズ取り付け部１６と半導体チップ１２との間に間隙が形成されることはなく、半導体チップ１２の受光面に不要な光が入射することを防止できる。
【００７０】
次に本発明の第４実施例について図１２を参照しながら説明する。図１２は本発明の第４実施例による撮像用半導体装置９０の断面図である。なお、図１２において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】
図１２に示す撮像用半導体装置９０は、基本的に図１に示す撮像用半導体装置１０と同じ構成を有するが、レンズ取り付け部１６の本体１６Ａが、上側部分１６Ａ−１と下側部分１６Ａ−２とに分割されていることが異なる。また、本実施例では、ＴＡＢテープ基板１４の配線引き出し部１４ｃに実装部品９２を搭載して半田付けし、配線引き出し部１４ｃを有効利用して、高密度の実装を実現している。
【００７２】
上側部分１６Ａ−１にはレンズ１８が取り付けられ、下側部分１６Ａ−２には絞り部３０、ＩＲフィルタ３２及び遮光板６０が設けられる。そして、上側部分１６Ａ−１と下側部分１６Ａ−２とは互いに螺子接続されており、上側部分１６Ａ−１を下側部分１６Ａ−２から分離することができる。すなわち、光学系におけるレンズ１８を撮像用半導体装置９０から取り外すことができる構成となっている。
【００７３】
実装部品９２をＴＡＢテープ基板１４に半田付けする際、半田リフローにより搭載するが、レンズ１８はプラスチックレンズであるため、半田リフロー時の熱でプラスチックレンズが損傷を受けるおそれがある。そこで、本実施例では、レンズ１８を含む上側部分１６Ａ−１を半田リフロー時に撮像用半導体装置９０から取り外しておくことができる。半田リフローが終了した後に上側部分１６Ａ−１を下側部分１６Ａ−２に螺子接続することにより、レンズ１８を容易に組み込むことができる。
【００７４】
また、本実施例及び、上述の実施例では必要ないが、レンズ１８と半導体チップ１２の回路形成面（受光面）１２ａと間の距離を可変とすることもできる。すなわち、上側部分１６Ａ−１を下側部分１６Ａ−２に対して回転することにより、レンズ１８の位置は上下方向に移動し、レンズ１８と回路形成面１２ａとの間の距離を変えることができる。
【００７５】
図１３は、上側部分１６Ａ−１と下側部分１６Ａ−２の螺子接続部分を拡大して示す断面図である。螺子接続は、振動等により螺子部がゆるんで回転してしまい、レンズ１８と半導体チップ１２との間の距離が変わってしまったり、上側部分１６Ａ−１が外れてしまったりするおそれがある。
【００７６】
そこで、本実施例では、上側部分１６Ａ−２の抜け止めや回り止めを施すことで、上述の不具合に対処している。まず、抜け止めについて図１４乃至１７を参照しながら説明する。
【００７７】
図１４は下側部分１６Ａ−２の螺子接続部分の斜視図である。螺子接続部分の先端部には直径方向上対向した部分に一対の突起部９２が設けられる。各突起部９２は、縦方向に設けられた一対の切り込み溝（スリット）９４の間に設けられる。切り込み溝９４の間の部分は、直径方向に外力が作用した場合に、容易に弾性変形できる程度の幅とされている。
【００７８】
図１５は突起部９２が設けられた部分の拡大断面図である。突起部９２が設けられる部分は、その半径方向の厚みも小さくされており、半径方向に容易に弾性変形可能となっている。突起部９２は螺子接続部よりも半径方向上外側に突出している。突起部９２の上端面には適当な傾斜が設けられており、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部が下側部分１６Ａ−２の螺子接続部分にねじ込まれる際に、容易に半径方向内側へ弾性変形することができる。すなわち、突起部９２の上端面に上側部分１６Ａ−１の螺子接続部を押圧することにより、突起部９２は半径方向内側に弾性変形して、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部を容易に下側部分１６Ａ−２の螺子接続部にねじ込むことができる。
【００７９】
上側部分１６Ａ−１の螺子接続部が下側部分１６Ａ−２の螺子接続部にねじ込まれると、弾性変形していた突起部９２は元の位置に戻る。したがて、上側部分１６Ａ−１が取り外す方向に移動した際に、その螺子接続部は突起部９２の下端面に当接する。これにより、例えば振動により上側部分が回転して外れる方向に移動したような場合は、突起部９２の下端面によりそれ以上の移動が防止される。したがって、突起部９２の下端面は、上側部分１６Ａ−１の抜け止めとして作用する。
【００８０】
ただし、上側端部１６Ａ−１を取り外したい場合は、強制的に上側部分１６Ａ−１を外す方向に回すことにより、突起部９２は半径方向内側に弾性変形して、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部の移動を許容する。すなわち、突起部９２は、振動等による小さな回転力が上側部分１６Ａ−１に作用した場合は抜け止めとして作用し、大きな回転力が作用した場合は上側部分の移動を許容する。
【００８１】
図１６は突起部９２の他の例を示す断面図である。図１６（ａ）に示す突起部９２Ａは、その上端面と下端面が丸みを帯びており、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部が突起部９２Ａ上を滑らかに摺動可能となっている。
【００８２】
また、図１６（ｂ）に示す突起部９２Ｂは、その上端面は丸みを帯びているが、下端面は直角に切れ込んでいる。突起部９２Ｂの形状によれば、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部は、容易に下側部分の螺子接続部分にねじ込むことはできるが、一旦ねじ込まれた後は、上側部分１６Ａ−１に大きな回転力が作用したとしても接続部の移動は突起部９２Ｂの下端面により阻止される。
【００８３】
図１７は上側部分の抜け止めの他の例を示す断面図である。図１７に示す例では、下側部分１６Ａ−２の螺子接続部の先端部の外周に溝９６を設け、溝９６内に抜け止め用のリング９８を配置している。リング９８は、図１７（ｂ）に示すように、一部が除去された円形状であり、弾性を有する金属ワイヤあるいは樹脂により形成される。
【００８４】
リング９８は、図１７（ａ）に示すように、断面の略半分が溝９６から外側に出るような円形に形成されている。リング９８は予め溝９６にはめ込まれており、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部がねじ込まれる際に、内側に圧縮されてその径が小さくなる。すなわち、リング９８は溝９６内に収容されたれた状態となり、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部は容易にリング９８の部分を通過することができる。
【００８５】
上側部分１６Ａ−１の螺子接続部がリング９８の部分を通過してしまうと、リング９８は元の形状に戻り、図１７（ａ）に示す状態となる。したがって、上側部分１６Ａ−１が外れる方向に移動しても、リング９８が抜け止めとして作用して、上側部分１６Ａ−１は、リング９８を超えて移動することができない。
【００８６】
なお、リング９８を形状記憶合金で形成し、上側部分をねじ込んだ後に、リング９８を加熱して元の形状に戻すこととしてもよい。すなわち、リング９８の形状を図１７（ａ）に示す状態として記憶させておき、溝９６にはめ込むときは径を小さくしておく。すなわち、リング９８は最初は小さい径として溝９６に全体が入り込むようにしておく。そして、上側部分１６Ａ−１がねじ込まれた後にリング９８を加熱して元の形状に戻す。すなわち、上側部分１６Ａ−１がねじ込まれた後にリング９８を加熱して図１７（ａ）に示す状態とすることにより、リング９８は抜け止めとして作用する。
【００８７】
図１８は、上側部分と下側部分との間に回り止めを設けた例を示す断面図である。図１８に示す例では、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部に溝１００を設け、溝１００内に、ゴム等の弾性材料のＯリング１０２を設けている。Ｏリング１０２が下側部分１６Ａ−２の螺子接続部の上端部の外周面に当接するように、溝１００の形状及びＯリングの形状を設定する。これにより、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部がある程度ねじ込まれた時点で、Ｏリング１０２が下側部分１６Ａ−２の螺子接続部に接触する。その後、Ｏリング１０２が弾性変形した状態で、上側部分１６Ａ−１を更にねじ込む。これにより、上側部分１６Ａ−１の螺子接続部と下側部分１６Ａ−２との間には、Ｏリング１０２が弾性変形した状態で設けられることとなり、Ｏリング１０２の摩擦により上側部分１６Ａ−１容易に回らない状態となる。これにより、振動等により上側部分１６Ａ−１が回転してレンズ１８と受光面との間の距離が変化してしまうことを防止できる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。請求項１記載の発明によれば、半導体チップを実装するための基板は半導体チップの回路形成面と撮像用レンズとの間に配置される。これにより、基板の厚みを撮像用レンズと半導体装置の回路形成面に形成された受光素子との間の距離、すなわち撮像用レンズの焦点距離内に配置することができる。したがって、撮像用半導体装置の厚みは、実質的に撮像用レンズの焦点距離と半導体チップの厚みとの和に等しくなる。すなわち、基板の厚さは装置全体の厚みに含まれないため装置全体の厚みを減少することができる。また、柔軟性を有する基板は光を透過する特性を有しているが、遮光板を設けることにより基板を通過してきた光を遮断して受光素子への影響を実質的に排除することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００８８】
請求項２記載の発明によれば、基板に開口が形成されているため、フリップチプ実装等により半導体チップを基板に実装しても回路形成面に形成された受光素子を、開口を介して基板の反対側に取り付けられた撮像用レンズに対向させることができる。また、半導体チップを基板に実装する際に、半導体チップの回路形成面の反対側の背面を支持することができるため、回路形成面を画像認識しながら実装を行うことができる。これにより、半導体チップを高い位置精度で基板に実装することができる。
【００８９】
請求項３記載の発明によれば、基板に形成された位置決め孔にレンズ取り付け部の位置決めピンを嵌合することにより、レンズ取り付け部を高い位置精度で基板に取り付けることができる。半導体チップも基板に対して高い位置精度で実装することができるため、撮像用レンズと半導体チップとを高い位置精度で組み立てることができる。
【００９０】
請求項４記載の発明によれば、レンズ取り付け部の一部として遮光板を形成することができ、容易に受光素子に対する遮光効果を得ることができる。
【００９１】
請求項５記載の発明によれば、遮光板が半導体チップの回路形成面に当接することにより、基板を透過する光を遮光板により完全に遮断することができる。また、遮光板が回路形成面に当接しても、遮光板は弾性変形するため、回路形成面の損傷を与えることはない。
【００９２】
請求項６記載の発明によれば、遮光板を介してレンズ取り付け部を半導体チップの回路形成面に直接固することができる。したがって、受光素子への周囲からの光の影響を排除すると共に、基板の厚みのばらつきによる撮像用レンズと受光素子との間の距離への影響を排除することができる。
【００９３】
請求項７記載の発明によれば、絞り部の端面により反射された光が受光素子に入射することを防止するこができ、画像の劣化を防止することができる。
【００９４】
請求項８記載の発明によれば、配線引き出し部に電子部品を搭載することにより、スペースを有効に利用することができ、実装密度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施例による撮像用半導体装置の断面図であり、（ｂ）は半導体チップの受光面の平面図である。
【図２】（ａ）は図１に示すＴＡＢテープ基板の平面図であり、（ｂ）は半導体チップをワイヤボンディングする場合のプリント基板の平面図である。
【図３】図１（ａ）に示す撮像用半導体装置を機器に組み込むための構成を示す図である。
【図４】図１（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図５】図１に示す遮光板の作用を説明するための断面図である。
【図６】遮光板の変形例を示す断面図である。
【図７】遮光板を介してレンズ取り付け部の本体と半導体チップとを接続する例を示す断面図である。
【図８】図１に示すＢ部の拡大図である。
【図９】絞り部により反射される光の光路を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施例による撮像用半導体装置の断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例による撮像用半導体装置の断面図である。
【図１２】本発明の第４実施例による撮像用半導体装置の断面図である。
【図１３】図１２に示す螺子接続部付近の拡大断面図である。
【図１４】図１２に示す下側部分の螺子接続部に設けられる突起部の斜視図である。
【図１５】図１４に示す突起部の断面図である。
【図１６】図１５に示す突起部の変形例を示す断面図である。
【図１７】螺子接続部に設けられる抜け止めの他の例を示す断面図である。
【図１８】螺子接続部に設けられる回り止めを示す断面図である。
【符号の説明】
１０，７０，８０，９０  撮像用半導体装置
１２  半導体チップ
１２ａ  回路形成面
１２ｂ  バンプ
１２ｃ  受光部
１４  ＴＡＢテープ基板
１４Ａ  ポリイミドテープ
１４Ｂ，５２  配線
１４ａ  開口
１４ｂ  位置決め孔
１４ｃ  配線引き出し部
１６  レンズ取り付け部
１６Ａ  本体
１６Ａ−１  上側部分
１６Ａ−２  下側部分
２０  異方性導電樹脂
２２  レンズ押さえ蓋
２４，２６  接着剤
３０  絞り部
３２  ＩＲフィルタ
５０  プリント基板
５４  半田
６０，６２，６４  遮光板
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003887162.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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