(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とケースにＩＣ、絞り、レンズ、ＩＲカットフィルタ等を収容してパッケージし、回路基板に実装して用いる小型撮像モジュールにおいて、
回路基板との接触面積を減らして熱伝導を抑えるため、基板下面に足を設けたことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項２】
基板とケースにＩＣ、絞り、レンズ、ＩＲカットフィルタ等を収容してパッケージし、回路基板に実装して用いる小型撮像モジュールにおいて、
下方からの熱輻射を防ぐため、基板の下面にシート状または被膜状の反射部材またはＩＲカットフィルタを設けたことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項３】
基板とケースにＩＣ、絞り、レンズ、ＩＲカットフィルタ等を収容してパッケージし、回路基板に実装して用いる小型撮像モジュールにおいて、
上方からの熱輻射や伝導を防ぐため、断熱材と反射材を積層した遮熱板を、ケース上面に、回路基板への実装後に除去可能に接合したことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項４】
基板とケースにＩＣ、絞り、レンズ、ＩＲカットフィルタ等を収容してパッケージし、回路基板に実装して用いる小型撮像モジュールにおいて、
周囲からの熱輻射や伝導を防ぐため、断熱材と反射材を積層して箱状に形成した遮熱キャップをケースに被せ、回路基板への実装後に除去可能に接合したことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項５】
基板とケースにＩＣ、絞り、レンズ、ＩＲカットフィルタ等を収容してパッケージし、回路基板に実装して用いる小型撮像モジュールにおいて、
レンズへの熱伝導を抑えるため、ケースに複数の小部屋を形成してレンズを包囲したことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の小型撮像モジュールにおいて、
レンズへの熱伝導を抑えるため、レンズの周囲のケースの小部屋内の空気を、低圧ないし真空にしたことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項７】
請求項５に記載の小型撮像モジュールにおいて、
レンズへの熱伝導を抑えるため、レンズの周囲のケースの小部屋に、吸熱により液化または気化する物質を収容したことを特徴とする小型撮像モジュール。
【請求項８】
請求項５に記載の小型撮像モジュールにおいて、
レンズへの熱伝導を抑えるため、レンズの周囲のケースの小部屋に、比熱の大きい物質を収容したことを特徴とする小型撮像モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ、監視カメラ、工業用カメラ、パソコン、電話機等に組み込んで映像を撮影するのに用いる小型撮像モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は上記のような小型撮像モジュールの一例で、同図（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。また、図６にその分解斜視図を示す。これらの図面に見るように、セラミックスやガラス入りエポキシ樹脂等の基板１とプラスチックのケース２に、構成各要素を収容してパッケージしたものである。基板１にはＩＣ（３）をダイボンデイングし、ワイヤ４でワイヤボンディングしてある。ＩＣ（３）には、フォトダイオード等の光電変換素子とＭＯＳトランジスタあるいはＣＣＤ素子を組み合わせた検出要素を、多数、マトリクス配置した撮像回路が形成されている。
【０００３】
図６で明らかなように、ケース２は下側が箱形、上側が円筒状で、図５（Ｂ）に見るように、基板１上のＩＣ（３）に面して、ケース２の内側下部にＩＲ（赤外線）カットフィルタ７が固定してあり、これにより屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防いでいる。ケース２の上側の円筒部の内壁に棚２ａがあって、これにレンズ６が取り付けてある。レンズ６は透明なプラスチック製で、円板状の基部６ａの下面に凸レンズ６ｂを形成してあり、基部６ａの外周を棚２ａに載せ、上面を絞り５で押さえて支持している。絞り５には光路となる穴５ａが開けてある。これらの部品相互の接合にはエポキシ等の接着剤を用いている。このような構成により、外界の映像はレンズ６を通してＩＣ（３）の表面に結像し、電気信号に変換され処理される。
【０００４】
基板１の周辺には複数の窪み１ａがあり、窪み１ａの内壁は導電材料で被覆されていて、この導電材料は基板１の上下両面の導電パターンを接続し、図示してないが、基板１の下面における窪み１ａの回りの導電材料のランド部が、組み込み先回路基板への接続用の端子電極になっている。従ってこの小型撮像モジュールは、基板１の下面の端子電極を用いて、電子機器の回路基板に表面実装するのに適する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
回路部品を電子機器の回路基板に表面実装するには、半田のリフローによるのが便利であるが、上記の小型撮像モジュールには、これを行うのが困難な事情がある。それは透明プラスチックのレンズ６が、２３０℃以上に達するリフロー温度に耐えられずに変形してしまうことである。図７は、先の小型撮像モジュールのケース２の上端の、レンズ６を収容した部分の断面図である。同図（Ａ）のように、レンズ６の基部６ａをケース２内壁の棚２ａに載せて、絞り５で押さえて保持し、絞り５はケース２の上端に接着剤８で接合してある。この小型撮像モジュールを表面実装するために、回路基板に仮付けしてリフロー炉に入れて加熱すると、レンズ６は同図（Ｂ）の矢印のように熱膨張しようとするものの、周囲のケース２や絞り５に圧迫されて歪んだり、甚だしい場合には溶融し、変形して固化したりするので、実装後、正常に結像しなくなる。
【０００６】
このため小型撮像モジュールの回路基板への実装は、一つずつ手作業で半田付けしたり、基板１にケース２を固定してあるだけでレンズの付いてないパッケージを、回路基板にリフローで実装し、レンズや絞りを後工程で取り付けるなどの方法を取ることになって、工数がかかる。耐熱性のあるガラスレンズならリフロー温度に耐えるが、ガラスレンズはプラスチックレンズに比し高価で、コスト上不利である。本発明は上記の問題を解決し、プラスチックレンズを用いた構造であって、半田のリフローで表面実装できる小型撮像モジュールを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明ではレンズにリフロー熱が極力伝わらないようにする手段を取る。周知のように熱の伝達は伝導、対流、輻射によって生じ、リフロー炉内では回路基板から実装部品への熱伝導、炉内の熱せられた空気の対流、赤外線ヒーターからの熱輻射が起きるので、これらに対処する構造を実現する。
【０００８】
すなわち、
１．小型撮像モジュールの基板に足を設けて、足以外の部分を実装先の回路基板から浮かし、基板が回路基板に全面で接触して熱伝導するのを防ぐ。
２．小型撮像モジュールの基板の下面に光の反射部材を配置して、下方からの輻射熱を防ぐ。特に、熱を運ぶ赤外線に対する反射作用のよいものが望ましい。具体的には基板１の下面に、アルミなどの金属箔や金属粉末を含む樹脂材料シートなどを接合したり、メッキ、蒸着、塗装、印刷等によって反射性材料の膜を形成したりする。赤外線を通さないＩＲカットフィルタも有効である。
【０００９】
３．小型撮像モジュールのケースの一部に遮熱板を貼付して覆ったり、あるいはケース全体を覆う遮熱キャップを被せたりして、熱伝導や輻射を防ぐ。遮熱板および遮熱キャップは断熱材と反射材の積層体である。これらは、ケースに取り付けたままでは小型撮像モジュールの光路を塞いでしまうから、回路基板への実装後に除去するものである。
【００１０】
４．小型撮像モジュールのケースに、小部屋をいくつか設けてレンズを取り囲む構造にして、レンズへの熱伝導を抑える。小部屋の中を真空ないし低圧にすれば対流による熱伝達も防げる。さらにリフロー時に気化したり液化したりする物質を小部屋に収容すれば、これによる吸熱でレンズを熱から守ることができる。気化あるいは液化に至らなくとも、小部屋に比熱の大きい物質を入れることによっても温度上昇を抑さえられる。
【００１１】
５．小型撮像モジュールのケース表面に断熱膜や反射膜を被覆して、外部からの熱伝導や輻射を防ぐ。断熱膜の被覆には多孔質セラミックスや中空ガラスビーズなど空気を含む材料を混入した耐熱塗料を用い、反射膜の被覆には酸化チタンその他赤外線に対する反射性のある材料を混入した耐熱塗料を用いる。断熱膜と反射膜は単独でも効果があるが、両方を併用すればなお有効である。
【００１２】
６．小型撮像モジュールの樹脂系のケース材料に断熱材料や反射材料を混合する。これによってケース自体の断熱性や反射性を高め、熱伝導と輻射を低減する。
本発明の実施に当たっては、上記の手段をさまざまに組み合わせて用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態とも、小型撮像モジュールとしての基本構造は先の図５、図６のものと同様であるから、対応する部品や部分については同じ符号をつけ、詳細な説明は省略する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態の断面図で、基板１は右半分のみ断面を示してある。この実施形態では、基板１の下面のほぼ全面に凹部１ｃを設け、外周に足１ｂを形成している。これにより基板１は外周の足１ｂで回路基板に接触するだけで、下面の面積の大部分は空気層で回路基板から隔てられ、下面からの熱伝導が大幅に減る。
【００１５】
足１ｂは平板の基板１に別部材を固定して設けてもよいし、あるいは厚手の基板１の下面に凹部１ｃを座ぐりし、周囲に足１ｂを残して形成してもよい。導電材料で被覆した窪み１ａは、足１ｂの部分に設けるから、基板１の両面を電気的に導通させたり、下面に端子電極を設けたりすることには支障ない。図１では、足１ｂは基板１の下面の外周を枠状に取り囲んでいるが、足１ｂを分散させて、窪み１ａの箇所だけに設ければ、回路基板との接触面積をさらに減らすことができる。
【００１６】
さらに、この実施形態では、凹部１ｃによって持ち上げられた基板１の下面に、反射部材１１を設けてある。反射部材１１は、特に熱を伝える赤外線の反射作用のよいものが好ましく、アルミなどの金属箔や金属粉末を含むシート状の樹脂材料などを、基板１の下面に接合する。あるいは反射性材料の膜を、メッキ、蒸着、塗装、印刷等によって基板１の下面に被覆したもので、これには酸化チタンなどを含む耐熱性塗料や、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどの材料を使用する。また、赤外線を通さないＩＲカットフィルタも有効である。
【００１７】
図１の実施形態はまた、ケース２の上端に遮熱板１２を接合してある。遮熱板１２は断熱材１２ａと反射材１２ｂを積層した構造で、上方からの輻射や熱伝導による加熱を低減する。断熱材１２ｂには多孔質セラミックスや中空ガラスビーズなど空気を含む材料を混入した樹脂、発泡シリコン、紙、ベークライトなどの断熱性の樹脂、等を用いる。反射材１２ｂは基板１下面の反射部材１１と同様に赤外線を反射するシート、被膜等である。
【００１８】
ただし、ケース２上端の遮熱板１２は、絞り５を覆って光路を塞いでいるから、リフローによって小型撮像モジュールを回路基板に実装した後に除去する。従ってケース２上端への遮熱板１２の接合は、両面粘着テープ、粘着剤による粘着、あるいは疎らな点接着等によって、実装後に剥離可能にしておく。基板１下面の反射部材１１は実装後もそのままでよい。
【００１９】
図２は本発明の第２の実施形態である。基板１に足１ｂを設け、基板１の下面に反射部材１１を配置してある点は、先の図１の実施形態と同じであるが、ケース２自体は特に遮熱構造を施さず、箱状の遮熱キャップ１３をケース２にそっくり被せる。遮熱キャップ１３は、先の実施形態１の遮熱板１２と同様に、断熱材１３ａ、反射材１３ｂの積層構造であり、いわば遮熱板１２を箱状に形成したものである。外部からの熱は遮熱キャップ１３によって遮断され、ケース２への直接の熱伝導や輻射が防がれる。ケース２の外形と遮熱キャップ１３の内壁との間に空気層を生じることも、熱伝導の遮断に有効である。
【００２０】
遮熱キャップ１３は下部を基板１の上面やケース２の側面に接合するが、リフローによる実装後には除去するのであり、剥離可能な接合にしておく。図２では遮熱キャップ１３の内壁はケース２の下側の箱形部との間に隙間があるが、この隙間をなくして、断熱キャップ１３の筒状の下端をケース２の外形に軽く押し込んでもよい。それによって粘着テープや接着剤等を用いずに遮熱キャップ１３を小型撮像モジュールに取り付け、リフロー後に容易に除去することができる。
【００２１】
図３は本発明の第３の実施形態である。この実施形態ではケース１４の内側に隔壁１４ａ群を設け、レンズ６を囲んで複数の小部屋１４ｂを形成してある。これによりリフロー炉内でケース１４の外壁が受ける熱は、小部屋で遮られてレンズ６の方向に伝導しにくくなる。小部屋１４ｂの中を真空ないし低圧にすれば、対流もなくなって一層効果的である。
【００２２】
あるいはリフロー時に気化したり液化したりする物質を小部屋に収容すれば、これによる吸熱を利用してレンズを熱から守ることができる。例えば錫（融点２３２℃）、インジウム（融点１５６℃）、ポリカーボネート等である。また、気化あるいは液化に至らなくとも、小部屋１４ｂに比熱の大きい物質、例えばベリリウム等を収容することによって温度上昇を押さえられる。
【００２３】
基板１に足１ｂと凹部１ｃを設けて下面に反射部材１１を配置したこと、ケース１４の上端に遮熱板１２を接合したこと等は、先の実施形態１と同様である。実装後、遮熱板１２は除去する。
【００２４】
図４は本発明の第４の実施形態である。図１の実施形態と同様に、基板１に足１ｂを設けて下面に反射部材１１を配置し、また、ケース２の上端を遮熱板１２で覆っているが、この第４の実施形態では新たにケース２の上端面以外の全表面を断熱膜または反射膜１５で被覆してある。断熱膜の被覆には多孔質セラミックスや中空ガラスビーズなど空気を含む材料を混入した耐熱塗料を用い、反射膜の被覆には酸化チタンその他赤外線反射性の材料を混入した耐熱塗料を用いる。図２のようにどちらか一方の膜だけでも効果があるが、断熱膜と反射膜を重ねて被覆すれば一層効果が上がる。あるいは上記のような断熱材料と反射材料を両方混合した耐熱塗料で被覆するのも有益である。
【００２５】
図１を援用して本発明の第５の実施形態を説明する。図１では小型撮像モジュールのケース２の材料はＰＰＳ、液晶ポリマー、ナイロン等であるが、第５の実施形態では、これらの材料に断熱材料や反射材料を混合した材料でケース２を製作する。断熱材料は多孔質セラミックスや中空ガラスビーズなどの空気含有材料であり、反射材料は酸化チタンなど赤外線を反射する物質である。これによってケース２自体に断熱作用や反射作用を持たせ、レンズに向かう熱伝導と輻射を低減する。基板１に足１ｂと反射部材１１を設けること、ケース２の上端に遮熱板１２を接合しておくこと、実装後、遮熱板１２を除去することなどは、第１の実施形態と同じである。
【００２６】
【発明の効果】
従来、プラスチックレンズを用いた小型撮像モジュールは、リフロー時の熱によってレンズが変形してしまうため、半田のリフローを用いて回路基板に実装することができず、一方、耐熱性のあるガラスレンズは高価であるため、やむなく手作業で半田付けしたり、レンズなしのパッケージをリフローで回路基板に実装してからレンズを取り付たりするなどの、非能率な製造方法を余儀なくされていた。本発明によれば、適切な遮熱手段の採用により、プラスチックレンズへの悪影響を防いで、小型撮像モジュールを半田のリフローで能率よく回路基板に表面実装することが可能になった。かくしてコストが低減し、製品の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の断面図である。
【図５】従来の小型撮像モジュールの図面で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５の小型撮像モジュールの分解斜視図である。
【図７】図５の小型撮像モジュールのレンズ周辺の、加熱前後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
１ａ  窪み
２、１４  ケース
２ａ  棚
３  ＩＣ
５  絞り
６  レンズ
７  ＩＲカットフィルタ
８  接着剤
１１  反射部材
１２  遮熱板
１２ａ、１３ａ  断熱材
１２ｂ、１３ｂ  反射材
１３  遮熱キャップ
１４ａ  隔壁
１４ｂ  小部屋
１５  断熱膜または反射膜
【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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