(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルプレートとフレキシブルプリント配線基板とを貼り合わせて構成されるとともに、当該貼り合わせ部分の中央部に透光用の貫通穴が設けられた基板と、
発光部を有し、この発光部が前記貫通穴から露出する状態で前記フレキシブルプリント配線基板の下面にフリップチップ実装された発光素子と、
レンズを有し、前記発光素子の発光部上の空間を覆う状態で前記メタルプレートの上面に実装されるとともに、前記レンズが前記基板の前記貫通穴を介して前記発光素子の発光部と同じ軸上で対向する状態に配置されたレンズユニットと
を備え、
前記メタルプレートは、前記発光素子の外形寸法よりも大きく、
前記フレキシブルプリント配線基板は、カメラモジュールを駆動するための駆動回路を含むシステムモジュールへの電気的な接続のために長尺状をなして引き出されている光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子を備えた光学モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、撮像素子を用いたカメラモジュールは、信号処理系統を含むカメラシステムとして、パーソナルコンピュータや携帯型テレビ電話などの小型情報端末に搭載される用途が求められ、これに伴ってカメラモジュールの小型化要求が非常に強まっている。
【０００３】
従来、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などの撮像素子を用いたカメラモジュールとしては、図６に示すような構成のものが知られている。図示したカメラモジュール５１は、撮像装置５２、実装基板５３及びレンズユニット５４から構成されている。撮像装置５２には、チップ状の撮像素子５５をパッケージ体５６に実装してシールガラス５７により気密封止してなるＱＦＰ(Quad Flat Package) タイプの構造が採用されている。この撮像装置５２は、パッケージ体５６の４辺に設けられた外部接続用のリード端子５８を介して実装基板５３に実装されている。また、撮像装置５２の上部にはレンズユニット５４が実装されている。レンズユニット５４は、ホルダ５９、鏡筒６０、光学フィルタ６１及びレンズ６２により構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来におけるカメラモジュール５１の厚み寸法は、これを構成する撮像装置５２、実装基板５３及びレンズユニット５４の各厚み寸法を足し合わせたものとなっている。そのため、カメラモジュール５１を薄型化するには、各構成部品の厚み寸法を小さくする必要がある。
【０００５】
しかしながら現状では、撮像装置５２、実装基板５３及びレンズユニット５４の各々の厚み寸法を小さくするにも限界のレベルに達しつつある。したがって、カメラモジュール５１の更なる薄型化を図ることは極めて困難な状況になっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学モジュールは、メタルプレートとフレキシブルプリント配線基板とを貼り合わせて構成されるとともに、当該貼り合わせ部分の中央部に透光用の貫通穴が設けられた基板と、発光部を有し、この発光部が貫通穴から露出する状態でフレキシブルプリント配線基板の下面にフリップチップ実装された発光素子と、レンズを有し、発光素子の発光部上の空間を覆う状態でメタルプレートの上面に実装されるとともに、レンズが基板の貫通穴を介して発光素子の発光部と同じ軸上で対向する状態に配置されたレンズユニットとを備え、メタルプレートは、発光素子の外形寸法よりも大きく、フレキシブルプリント配線基板は、カメラモジュールを駆動するための駆動回路を含むシステムモジュールへの電気的な接続のために長尺状をなして引き出された構成となっている。
【０００７】
上記構成の光学モジュールにおいては、基板の一方の面に発光素子をフリップチップ実装し、その反対側の基板面にレンズユニットを実装した構成とすることにより、従来のモジュール構造に比較して、発光素子を気密封止するためのパッケージ厚寸法が削減されるとともに、それらの構成部品（基板、発光素子、レンズユニット）がモジュール厚み方向でより密に配置されるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明に係るカメラシステムの構成を示す側面概略図である。図示したカメラシステム１は、カメラモジュール２とシステムモジュール３によって構成されている。カメラモジュール２とシステムモジュール３とはフレキシブル配線基板４によって繋がれている。フレキシブル配線基板４は、カメラモジュール２側から引き出されたもので、その引き出し端の配線パターン部がコネクタ５を介してシステムモジュール３の配線パターンに電気的に接続されている。
【００１０】
システムモジュール３の配線基板６には、上記コネクタ５とともに各種の電子部品７Ａ〜７Ｄ及びシステムＩＣ８Ａ〜８Ｃが両面実装されている。システムＩＣ８Ａ〜８Ｃは、カメラモジュール２を駆動するための駆動回路や、カメラモジュール２によって得られる画像信号に種々の画像処理（例えば、画像圧縮処理等）を施す画像処理回路などを構成するものである。また、配線基板６には、システムモジュール３を含めたカメラシステム１をパーソナルコンピュータ等の情報端末に接続するためのＵＳＢ（Universal-Serial-Bus）コネクタ９が実装されている。
【００１１】
図２は本発明の実施形態に係るカメラモジュールの構造を説明するもので、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）はその側断面図である。図示したカメラモジュール２は、基板１０、撮像素子１１及びレンズユニット１２によって構成されている。
【００１２】
基板１０は、図３にも示すように、メタルプレート１３と先述したフレキシブル配線基板４とを接着剤等（不図示）により貼り合わせたものである。メタルプレート１３は、例えば板厚が０．５ｍｍ前後の薄いステンレス鋼板からなるもので、撮像素子１の外形寸法よりも大きな正方形又は長方形をなしている。フレキシブル配線基板４は、例えばポリエステルやポリイミドからなるベースフィルムに銅等の導体材料によって配線パターン（不図示）を形成したもので、メタルプレート１３とほぼ同一幅をもった長尺状の帯状構造をなしている。そして、このフレキシブル配線基板４の端部にメタルプレート１３が貼り付けられ、その貼り付け部分で基板１０の強度（剛性）が十分に確保されている。
【００１３】
また、基板１０には透光用の貫通穴１４が設けられている。この貫通穴１４は、フレキシブル配線基板４とメタルプレート１３の貼り合わせ部分の略中央部に設けられている。また、貫通穴１４は、後述する撮像素子４の受光部とほぼ同じ大きさをもって四角形（矩形状）に開けられている。これに対して、フレキシブル配線基板４の配線パターンの端部は、上記貫通穴１４の周辺部に撮像素子１１の電極位置に対応して配置されている。
【００１４】
なお、メタルプレート１３は、後述するように撮像素子１１とレンズユニット１２を基板１０に実装するにあたって、その実装部分を機械的に補強し且つ光軸方向におけるレンズユニット２の位置合わせ精度を確保するためのものである。そのため、フレキシブル配線基板４の厚みを厚くして十分な強度（剛性）が得られる場合には、メタルプレート１３を設ける必要はない。また、基板材料としては、基板１０の全部又は一部を、ポリイミド系有機材料、ガラスエポキシ系有機材料、或いはセラミック系材料で構成してもよい。ただし、いずれの基板材料を採用する場合でも、撮像素子１１との電気的な接続のための配線パターンを設ける必要はある。
【００１５】
撮像素子１１は、例えばＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子等からなるもので、その主面上に多数の読取画素を２次元的に配列してなる受光部１５を有している。また、撮像素子１１の周縁部には、上記受光部１５を囲む状態で、例えばアルミニウムパッドからなる複数の電極部（不図示）が形成されている。この撮像素子１１は、ベアチップの状態で、バンプ１６を介して基板１０の一方の面（フレキシブル配線基板４の下面）に実装（フリップチップ実装）され、これによって撮像素子１１の電極部（不図示）とフレキシブル配線基板４の配線パターンとがバンプ１６を介して電気的に接続されている。また、この実装状態においては、撮像素子１１の受光部１５が基板１０の貫通穴１４から露出する状態に配置されている。
【００１６】
さらに、撮像素子１１の周辺部にはその全周にわたって封止樹脂１７が塗布されている。この封止樹脂１７は、撮像素子１１と基板１０の電気的接続部（バンプ接合部）の機械的な強度を高めることと、それらの隙間からの塵埃の進入を阻止する役目を果たす。封止樹脂１７としては、その特性としてガスの発生が極力少ない樹脂材料、例えばガラスエポキシ樹脂等を用いることが望ましい。その理由は、封止樹脂１７から発生したガスが後述するレンズに付着すると、レンズ表面が曇って撮像性能に悪影響を与えるためである。
【００１７】
レンズユニット１２は、ホルダ１８、鏡筒１９、光学フィルタ２０及びレンズ２１によって構成されている。ホルダ１８は、円筒構造をなすもので、その内周側に鏡筒１９が嵌合されている。ホルダ１８の内周面と鏡筒１９の外周面には必要に応じてネジ山が形成される。このネジ山を形成してホルダ１８と鏡筒１９を互いに螺合すれば、両者を中心軸方向（光軸方向）に相対移動させて焦点合わせを行うことができる。鏡筒１９の先端部は中心軸側に略直角に曲げ成形され、これによって入射光規制のための絞り部１９Ａが一体に形成されている。
【００１８】
光学フィルタ２０は、例えば上記絞り部１９Ａを介して入射する入射光の中から赤外部をカットする機能を果たす、いわゆる赤外カットフィルタである。この光学フィルタ２０は、上記絞り部１９Ａに近接して鏡筒１９の先端寄りに嵌合固定されている。レンズ２１は、上記絞り部１９Ａ及び光学フィルタ２０を介して入射した光を、撮像素子１１の受光部１５で結像させるためのものである。このレンズ２１は、上記絞り部１９Ａを基準に位置出しを行った状態で、上記光学フィルタ２０とともに鏡筒１９の内部に取り付けられている。
【００１９】
なお、光学フィルタ２０は、赤外カットフィルタに限らず、撮像用途に応じて種々のフィルタ（例えば、光学的なバンドパスフィルタなど）を用いることができる。また、レンズ２１の材料（硝材）に赤外カット機能をもつ材料を用いたり、そうした材料をレンズ２１表面にコーティング、蒸着等によって付着させることにより、レンズ２１自体に赤外カット機能を持たせることも可能である。そうした場合は、光学フィルタ２０に赤外カットフィルタを用いる必要はなくなる。さらに、ホルダ１８無しでレンズユニット１２を構成することも可能である。
【００２０】
上記構成のレンズユニット１２は、基板１０の他方の面（メタルプレート１３の上面）に実装されている。この実装状態では、基板１０（１３，４）を間に挟んで、該基板１０の両面に撮像素子１１とレンズユニット１２が実装されている。また、撮像素子１１の受光部１５とレンズユニット１２のレンズ２１とは基板１０の貫通穴１４を介して同じ軸上（光軸上）で対向し、かつ撮像素子１１の受光部１５上の空間がレンズユニット１２で覆われた状態になっている。
【００２１】
かかるカメラモジュール２においては、撮像素子１１の受光部１５が基板１０の貫通穴１４から露出した状態となっているため、実際の撮像時には、レンズユニット１２の絞り部１９Ａから光学フィルタ２０を通して入射した光が、レンズ２１の屈折作用により撮像素子１１の受光部１５で結像することになる。また、撮像素子１１の受光部１５で受光されかつそこでの光電変換によって得られた画像信号は、基板１０（フレキシブル配線基板４）の配線パターンを介してシステムモジュール３（図１参照）に伝達される。
【００２２】
続いて、本発明の実施形態に係るカメラモジュールの製造方法につき、図４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００２３】
先ず、図４（ａ）に示すように、メタルプレート１３とフレキシブル配線基板４を貼り合わせかつ該貼り合わせ部分に貫通穴１４を設けた基板１０を用意する一方、撮像素子１１の各々の電極部の上にバンプ１６を形成する。バンプ１６については、例えば図５（ａ）に示すようにキャピラリ２２の先端から引き出した金線２３の先端にボールを形成してこれを撮像素子１１の電極部（アルミニウムパッド）１１Ａに圧着した後、図５（ｂ）に示すようにキャピラリ２２から金線２３を引き出さずに、ボールの部分で金線２３を切断することにより形成することができる。このバンプ形成方法は、ボールバンプ法（又はスタッドバンプ法）と呼ばれるものであるが、これ以外にも、例えば、無電界めっき法を用いたバンプ形成や、転写バンプ法又はソルダリング技術を用いたバンプ形成方法を採用してもよい。
【００２４】
次に、図４（ｂ）に示すように、基板１０の一方の面にバンプ１６を介して撮像素子１１を実装（フリップチップ実装）する。かかる実装工程では、図示せぬ受台に基板１０を載置する一方、図示せぬボンディングツールで撮像素子１１を保持する。そして、受台上の基板１０とボンディングツールにて保持した撮像素子１１を位置合わせした状態で、撮像素子１１の電極部に形成したバンプ１６を超音波接合により基板１０（フレキシブル配線基板４）の配線パターンに電気的かつ機械的に接続する。
【００２５】
基板１０と撮像素子１１の位置合わせは、上記ボンディングツールによる加圧方向と直交する方向（一般的には水平方向）において、基板１０の貫通穴１４と撮像素子１１の受光部１５の位置、及び基板１０の配線パターンとこれに対応する撮像素子１１の電極部の位置が、それぞれ一致する条件で行われる。また、超音波接合については、例えば、周波数：５０ＫＨｚ、ツール温度：１００℃、受台温度：１００℃、接合時間：０．５ｓ秒、ツール加圧力：バンプ一個当たり１００ｇ、振幅２．５μｍの条件で行われる。
【００２６】
ここで、超音波接合時の加熱温度としては、撮像素子１１の主面上にマイクロレンズが形成されている場合にこのマイクロレンズが熱的なダメージを受けないよう、１７０℃以下の条件に設定することが望ましい。また、基板１０に撮像素子１１を実装する際の接合方法としては、上記温度条件（１７０℃以下）を満たす低温接合を実現するものであれば、超音波接合以外の接合方法を採用しても構わない。具体的には、銀ペーストを用いた接合やインジウムを用いた接合、或いは異方性導電材料を用いた接合方法などが考えられる。
【００２７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、撮像素子１１の周辺部にディスペンサ等を用いて封止樹脂１７を塗布する。このとき、適度な粘性を有する封止樹脂１７を用いることにより、ディスペンサ等で塗布した封止樹脂１７が撮像素子１１の受光部１５にまで流れ込まないようにする。また、封止樹脂１７を塗布した後は、これを自然乾燥或いは熱処理によって硬化させておく。
【００２８】
続いて、図４（ｄ）に示すように、予め組み立ての完了したレンズユニット１２を基板１０の他方の面に実装する。かかる実装工程では、レンズユニット１２のホルダ１８の端面又はレンズユニット１２の実装位置に対応した基板１０の他方の面上に、例えばエポキシ系の接着剤（不図示）を塗布する。その後、レンズユニット１２と撮像素子１１を位置合わせした状態で、基板１０の他方の面にレンズユニット１２を押し付けることにより、上記接着剤を介してレンズユニット１２を基板１０に固定する。以上で、先の図２に示したカメラモジュール２が得られる。
【００２９】
このような構成からなるカメラモジュール２においては、貫通穴１４を有する基板１０の一方の面にフリップチップ実装にて撮像素子１１を直に取り付け、その反対側、即ち基板１０の他方の面にレンズユニット１２を実装した構造を採用しているため、従来のモジュール構造（図６参照）に比較して、撮像素子を気密封止するためのパッケージ厚寸法分を削減できるとともに、モジュール厚み方向において基板１０、撮像素子１１及びレンズユニット１２をより密に配置することができる。これにより、超薄型のカメラモジュール２を提供することが可能となる。また、かかるカメラモジュール２を用いたカメラシステム１においては、カメラモジュール２の厚みが薄くなることで、より小さな取付スペースを利用して情報端末に組み込むことが可能となる。
【００３０】
また、撮像素子１１をフレキシブル配線基板４に接続しているため、そのフレキシブル配線基板４の可撓性を利用してカメラモジュール２の向きを自由に変えることができる。これにより、カメラモジュール２を情報端末製品に組み込む際には、カメラモジュール２の取り付け角度を任意に調整可能となるため、組み付け時の自由度が大幅に向上する。
【００３１】
さらに、かかるカメラモジュール２を製造するにあたっては、撮像素子１１を気密封止するためのパーケージ工程が不要になることから、生産性の向上によって低コスト化を実現することが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、基板１０、撮像素子１１及びレンズユニット１２を密に配置して薄型のカメラモジュール２を構成するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば、上記撮像素子１１に代えて、その主面上に光学的機能部としての発光部を有する光学素子（不図示）を基板１０の一方の面にフィップチップ実装し、これによってカメラモジュール２以外の光学モジュールを構成するものであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板の一方の面に撮像素子をフリップチップ実装し、その反対側の基板面にレンズユニットを実装した構成としたことにより、従来のモジュール構造に比較して、撮像素子を気密封止するためのパッケージ厚寸法分を削減できるとともに、モジュール厚み方向において基板、撮像素子及びレンズユニットをより密に配置することができる。これにより、超薄型のカメラモジュールが実現されることになる。また、撮像素子に代えて、他の光学素子を用いたものでは、超薄型の光学モジュールが実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカメラシステムの構成を示す側面概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカメラモジュールの構造を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカメラモジュールの基板構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカメラモジュールの製造方法を説明する図である。
【図５】バンプ形成方法の一例を説明する図である。
【図６】従来のカメラモジュールの構造を説明する側断面図である。
【符号の説明】
１…カメラシステム、２…カメラモジュール、３…システムモジュール、１０…基板、１１…撮像素子、１２…レンズユニット、１４…貫通穴、１５…受光部、１６…バンプ、１７…封止樹脂
【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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