(57)【要約】【課題】熱硬化性樹脂で十分な撮像特性を得る。【解決手段】電子モジュールは、撮像レンズ１６と、少なくとも電子部品及び半田材料１８が載置された回路基板１とが組み付けられた状態で、撮像レンズ１６を含む回路基板１を、半田材料１８が溶融する温度に加熱することにより製造される。撮像レンズ１６は、熱硬化性樹脂を成形して得られる光学素子であり、軸上厚が０．２０〜１．５０ｍｍである。【選択図】図２
2009122436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂を成形して得られる光学素子であって、
軸上厚が０．２０〜１．５０ｍｍであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、
射出成形により形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子において、
前記熱硬化性樹脂がシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有する樹脂、アリルエステル樹脂又はアクリレート類を含有する樹脂であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子と、少なくとも電子部品及び半田材料が載置された電子基板とが組み付けられた状態で、前記光学素子を含む前記電子基板を、前記半田材料が溶融する温度で加熱することにより製造されることを特徴とする電子モジュール。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子と、少なくとも電子部品及び半田材料が載置された電子基板とを組み付ける工程と、
前記光学素子を含む前記電子基板を、前記半田材料が溶融する温度で加熱する工程と、
を有することを特徴とする電子モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子並びに電子モジュール及びその製造方法に関し、特に撮像レンズに好適な光学素子並びにそれを含む電子モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学素子の構成材料として熱可塑性樹脂が多く用いられており、その一例として撮像レンズが挙げられる。近年では、撮像装置の製造コスト削減のために、予め半田がポッティングされた基板に対し、ＩＣ（Integrated Circuits）チップその他の電子部品と光学素子とを載置したままリフロー処理（加熱処理）し、半田を溶融させることにより電子部品と光学素子とを基板に同時実装するという技術も提案され（例えば特許文献１参照）、このリフロー処理に対応可能な光学素子材料が求められている。
【０００３】
このような状況において、熱可塑性樹脂は熱により可塑性を有しこれをリフロー処理に対応させるのは困難であるため、熱可塑性樹脂に代えて、熱により硬化する熱硬化性樹脂を用いることが考えられる。熱硬化性樹脂は、撮像装置中においてはＬＥＤやＣＣＤイメージセンサなどの素子の封止に用いられることは知られているが、精密な光学性能が求められる撮像レンズといった微小な光学素子の材料として用いられることは知られておらず、もちろん光学的見地から精査されているものでもない。
【０００４】
実際、熱硬化性樹脂により撮像レンズを作製しその光学性能を調べてみたところ、例えばＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値が低く、その理由は不明であるが少なくとも撮像特性として十分な結果は得られないことがわかっている。
【特許文献１】特開２００１−２４３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明者がこの問題について検討を重ね、熱硬化性樹脂を成形してその成形物の厚み方向（光軸に沿う方向）の屈折率分布を測定したところ、屈折率分布（屈折率ピーク）に大きな変動が見られ、これが原因となって十分な撮像特性を得られないのだろうと推定された。
したがって、本発明の主な目的は、熱硬化性樹脂により構成された光学素子であって、十分な撮像特性を得ることができる光学素子を提供することにある。本発明の他の目的は、その光学素子を含む電子モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
熱硬化性樹脂を成形して得られる光学素子であって、
軸上厚が０．２０〜１．５０ｍｍであることを特徴とする光学素子が提供される。
【０００７】
上記光学素子は、好ましくは、射出成形により形成されており、前記熱硬化性樹脂がシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有する樹脂、アリルエステル樹脂又はアクリレート類を含有する樹脂である。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
上記光学素子と、少なくとも電子部品及び半田材料が載置された電子基板とが組み付けられた状態で、前記光学素子を含む前記電子基板を、前記半田材料が溶融する温度で加熱することにより製造されることを特徴とする電子モジュールが提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
上記光学素子と、少なくとも電子部品及び半田材料が載置された電子基板とを組み付ける工程と、
前記光学素子を含む前記電子基板を、前記半田材料が溶融する温度で加熱する工程と、
を有することを特徴とする電子モジュールの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸上厚が０．２０〜１．５０ｍｍであるため、屈折率分布の変動が抑えられ、例えばＭＴＦ値の低下を抑えることができ十分な撮像特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示す通り、撮像装置１００は、携帯電話などの移動情報端末機器の電子回路を構成する電子部品が実装される回路基板１を有しており、回路基板１には撮像モジュール２が実装されている。本実施形態では少なくとも回路基板１と撮像モジュール２とで電子モジュールが形成されている。
【００１３】
撮像モジュール２は、ＣＣＤイメージセンサとレンズを組み合わせた小型の基板実装用カメラである。撮像モジュール２は、電子部品が実装された回路基板１をカバーケース３内に組み込んだ完成状態では、カバーケース３に設けられた撮像用開口４を介して撮像対象の画像取込ができるようになっている。
なお、図１では、撮像モジュール２の電子部品以外の電子部品の図示を省略している。
【００１４】
図２に示す通り、撮像モジュール２は基板モジュール５（図５（ａ）参照）とレンズモジュール６（図５（ａ）参照）より構成され、基板モジュール５を回路基板１に実装することにより、撮像モジュール２全体が回路基板１に実装される。基板モジュール５は、撮像用の電子部品であるＣＣＤイメージセンサ１１をサブ基板１０上に実装した受光モジュールであり、ＣＣＤイメージセンサ１１上面は樹脂１２で封止されている。
【００１５】
ＣＣＤイメージセンサ１１の上面には、光電変換を行う画素が多数格子状に配列された受光部（図示略）が形成されており、この受光部に光学画像を結像させることにより各画素に蓄電された電荷を画像信号として出力する。サブ基板１０は半田等の導電性材料１８によって回路基板１に実装され、これによりサブ基板１０が回路基板１に固定されるとともに、サブ基板１０の接続用電極（図示略）と回路基板１上面の回路電極（図示略）とが電気的に導通する。
【００１６】
レンズモジュール６は撮像レンズ１６を支持するレンズケース１５を備えている。レンズケース１５の上部には撮像レンズ１６が保持されており、レンズケース１５の上部は撮像レンズ１６を保持するホルダ部１５ａとなっている。レンズケース１５の下部はサブ基板１０に設けられた装着孔１０ａ内に挿通されてレンズモジュール６をサブ基板１０に固定する装着部１５ｂとなっている。この固定には、装着部１５ｂを装着孔１０ａに圧入して固定する方法や、接着材によって接着する方法などが用いられる。
【００１７】
撮像レンズ１６はリフロー処理対応の光学素子の一例であり、硬化性樹脂から構成されている。下記では、（１）使用可能な硬化性樹脂，（２）添加可能な硬化剤の種類等について説明する。
【００１８】
（１）硬化性樹脂
硬化性樹脂としては、加熱処理又は紫外線や電子線の照射の何れかの操作によって硬化する熱硬化性樹脂であれば使用可能である。当該硬化性樹脂としては主には下記に列記したような種類の樹脂を使用することができる。
【００１９】
（１．１）エポキシ樹脂
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル３’−４’−シクロヘキシルカルボキシレート等の脂環式エポキシ樹脂（国際公開第２００４／０３１２５７号パンフレット参照）を使用することができ、その他、スピロ環を含有したエポキシ樹脂や鎖状脂肪族エポキシ樹脂等も使用することができる。
【００２０】
（１．２）アダマンタン骨格を有する硬化性樹脂
２−アルキル−２−アダマンチル（メタ）アクリレート（特開２００２−１９３８８３号公報参照）、３，３’−ジアルコキシカルボニル−１，１’ビアダマンタン（特開２００１−２５３８３５号公報参照）、１，１’−ビアダマンタン化合物（米国特許第３３４２８８０号明細書参照）、テトラアダマンタン（特開２００６−１６９１７７号公報参照）、２−アルキル−２−ヒドロキシアダマンタン、２−アルキレンアダマンタン、１，３−アダマンタンジカルボン酸ジ−ｔｅｒｔ−ブチル等の芳香環を有しないアダマンタン骨格を有する硬化性樹脂（特開２００１−３２２９５０号公報参照）、ビス(ヒドロキシフェニル)アダマンタン類やビス（グリシジルオキシフェニル）アダマンタン（特開平１１−３５５２２号公報、特開平１０−１３０３７１号公報参照）等を使用することができる。
【００２１】
（１．３）アリルエステル化合物を含有する樹脂
芳香環を含まない臭素含有（メタ）アリルエステル（特開２００３−６６２０１号公報参照）、アリル（メタ）アクリレート（特開平５−２８６８９６号公報参照）、アリルエステル樹脂（特開平５−２８６８９６号公報、特開２００３−６６２０１号公報参照）、アクリル酸エステルとエポキシ基含有不飽和化合物の共重合化合物（特開２００３−１２８７２５号公報参照）、アクリレート化合物（特開２００３−１４７０７２号公報参照）、アクリルエステル化合物（特開２００５−２０６４号公報参照）等を好ましく用いることができる。
【００２２】
（１．４）アクリル樹脂
メタクリル酸エステル、アクリル酸エステルのモノマーからなる硬化性樹脂等を好ましく用いることができる。例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｉ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル、メクタクリル酸シクロヘキシル、メクタクリル酸メチルシクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸トリシクロデシル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸グリシジルメタクリル酸メチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニルアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｉ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ジエチレングリコールエトキシレート、アクリル酸ｎ−ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸テトラヒドロフルフリルなどを用いることができる。
【００２３】
（２）硬化剤
硬化剤は硬化性樹脂材料を構成する上で使用されるものであり特に限定はない。硬化剤としては、酸無水物硬化剤やフェノール硬化剤等を好ましく使用することができる。酸無水物硬化剤の具体例としては、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、４−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、あるいは３−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸と４−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸との混合物、テトラヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸等を挙げることができる。また、必要に応じて硬化促進剤が含有される。硬化促進剤としては、硬化性が良好で、着色がなく、熱硬化性樹脂の透明性を損なわないものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、２−エチル−４−メチルイミダゾール（２Ｅ４ＭＺ）等のイミダゾール類、３級アミン、４級アンモニウム塩、ジアザビシクロウンデセン等の双環式アミジン類とその誘導体、ホスフィン、ホスホニウム塩等を用いることができ、これらを１種、あるいは２種以上を混合して用いてもよい。
【００２４】
ここで、撮像レンズ１６の軸上厚は０．２０〜１．５０ｍｍであり、好ましくは０．４０〜１．００ｍｍである。「軸上厚」とは、撮像レンズ１６の中心部を通過する光軸に沿う方向の厚さである。
【００２５】
また、公知の撮像装置に用いられる通常の撮像レンズや本実施形態に係る撮像レンズ１６は、屈折率とその強度との関係において図３（ａ）〜（ｆ）に示すようなプロファイル（屈折率分布）を有している。特に、本実施形態に係る撮像レンズ１６は、屈折率とその強度との関係を示す屈折率分布（図４参照）において、後述のリフロー処理前の状態で式（１）の関係を満たすという特性を有している。
【００２６】
詳しくは、撮像レンズ１６は、リフロー処理前の状態であって厚さ３ｍｍの板状成形物の状態で、屈折率測定器（島津製作所社製KPR-200）により光軸方向に屈折率が測定されたとき、その屈折率分布値Ｘが式（１）の関係を満たしている。
【００２７】
Ｘ＝∫｜ｎｄ−ｎ｜×ω（ｎ）ｄｎ／∫ω（ｎ）ｄｎ≦１．３×１０−３…  （１）
【００２８】
式（１）中、「ｎｄ」はｄ線におけるメインピークの屈折率を、「ｎ」は屈折率を、「ω（ｎ）」は強度を表している。
【００２９】
式（１）において、屈折率分布が図４に示すように２つのピークを有する場合であって各ピークの強度が同値であるときは、低屈折率のピークをメインピークとする。また、式（１）は、屈折率分布におけるピーク数が２つである場合に限らず、ピーク数が１つであったり３つ以上であったりする場合にも適用される。
【００３０】
続いて、図５を参照しながら撮像装置１００の製造方法（撮像レンズ１６の製造方法を含む。）について説明する。
【００３１】
始めに、上記硬化性樹脂や硬化剤を適宜調製し、その調製物を金型に充填して熱で硬化・成形し、撮像レンズ１６を製造する。この場合、射出成形やトランスファー成形などにより硬化成形する。成形温度，成形時間等は樹脂の種類等に応じて適宜変更可能である。成形時間は好ましくは１〜３０分であり、さらに好ましくは３〜２０分であり、最も好ましくは５分程度である。
【００３２】
撮像レンズ１６の製造が終了したら、基板モジュール５とレンズモジュール６とを組み立て、図５（ａ）に示す通り、レンズケース１５内に予め装着されたカラー部材１７の下端部がサブ基板１０の上面に当接するまでレンズケース１５の装着部１５ｂをサブ基板１０の装着孔１０ａに挿通・固定し、撮像モジュール２を形成する。
【００３３】
その後、図５（ｂ）に示す通り、予め半田等の導電性材料１８が塗布（ポッティング）された回路基板１の所定の実装位置に撮像モジュール２やその他の電子部品を載置し、回路基板１と撮像モジュール２とを組み付ける。その後、図５（ｃ）に示す通り、撮像モジュール２やその他の電子部品を載置・組付けた回路基板１をベルトコンベア等でリフロー炉（図示略）に移送し、当該回路基板１を１８０〜２７０℃程度の温度で１時間程度加熱（リフロー処理）する。その結果、導電性材料１８が溶融して撮像モジュール２がその他の電子部品と一緒に回路基板１に実装される。
【００３４】
以上の本実施形態では、撮像レンズ１６の軸上厚が０．２０〜１．５０ｍｍであるため、屈折率分布の変動が抑えられている。そのため、例えばＭＴＦ値の低下を抑えることができ、十分な撮像特性を得ることができる。
【実施例】
【００３５】
（１）サンプルの作製
サンプルの作製にあたって下記の樹脂Ａ〜Ｅを使用した。
樹脂Ａ…ベース樹脂としての新中村化学製NKエステルA-DCP（トリシクロデカンジメタノールジアクリレート）に対し、重合開始剤として日本油脂製パーブチルＯを１ｗｔ％添加したもの
樹脂Ｂ…ダイセル株式会社製芳香族含有エポキシ樹脂に対し、日本油脂株式会社製硬化剤パーブチルＯを１%添加したもの
樹脂Ｃ…特開２００２−１９３８８３号に従って作製した２−アルキル−２−アダマンチル（メタ）アクリレート
樹脂Ｄ…粒子Ａが２５ｖｏｌ％となるように樹脂Ａと粒子Ａとを混練したもの
樹脂Ｅ…粒子Ａが２５ｖｏｌ％となるように樹脂Ｂと粒子Ａとを混練したもの
粒子Ａ…Ａｌ２Ｏ３粒子（コア）をＳｉＯ２（シェル）で覆ったコアシェル粒子であって、その表面にＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）にて疎水化処理を施した粒子
【００３６】
（１．１）レンズ試料１の作製
樹脂Ａを射出成形して１７０℃で５分間硬化させ、その硬化物をさらに１６０℃で２時間硬化させ、軸上厚（光軸に沿う方向の厚さ）を０．１５ｍｍ，０２２ｍｍ，０．４３ｍｍ，０．９２ｍｍ，１．３３ｍｍ，１．５５ｍｍと変化させた複数枚のレンズを作製した。これら複数枚のレンズをまとめて「レンズ試料１」とした。
【００３７】
レンズ試料１における軸上厚ごとのレンズデータとそのまとめとを表１〜表７に示す。
【００３８】
【表１】
2009122436.tif 000003
【００３９】
【表２】
2009122436.tif 000004
【００４０】
【表３】
2009122436.tif 000005
【００４１】
【表４】
2009122436.tif 000006
【００４２】
【表５】
2009122436.tif 000007
【００４３】
【表６】
2009122436.tif 000008
【００４４】
【表７】
2009122436.tif 000009
【００４５】
（１．２）レンズ試料２の作製
樹脂Ａを樹脂Ｂに変更し、レンズ試料１の作製と同様の内容で「レンズ試料２」を作製した。
（１．３）レンズ試料３の作製
樹脂Ａを樹脂Ｃに変更し、レンズ試料１の作製と同様の内容で「レンズ試料３」を作製した。
【００４６】
（１．４）レンズ試料４の作製
樹脂Ａを樹脂Ｄに変更し、レンズ試料１の作製と同様の内容で「レンズ試料４」を作製した。
（１．５）レンズ試料５の作製
樹脂Ａを樹脂Ｅに変更し、レンズ試料１の作製と同様の内容で「レンズ試料５」を作製した。
【００４７】
（２）サンプルの評価
（２．１）試料作製後の性能評価
ＭＴＦ測定器として株式会社ナノテックス製MATRIXプラスを用い、各レンズ試料１〜５のＭＴＦ（実測値）を求めた。レンズ設計時のＭＴＦ（設計値）を１００とした際の各レンズ試料１〜５のＭＴＦ（実測値）を表８に示す。
【００４８】
表８中、「◎」，「○」，「△」，「×」の基準は下記の通りである。
「◎」…ＭＴＦ（実測値）が９０以上
「○」…ＭＴＦ（実測値）が８０〜８９
「△」…ＭＴＦ（実測値）が７０〜７９
「×」…ＭＴＦ（実測値）が７０未満
【００４９】
【表８】
2009122436.tif 000010
【００５０】
（２．２）リフロー試験後の性能評価
ＭＴＦ測定器として株式会社ナノテックス製MATRIXプラスを用い、各レンズ試料１〜５のＭＴＦ（実測初期値）を求めた。その後、各レンズ試料１〜５を、２７０℃の炉に投入して５分間放置（リフロー処理）し、室温に戻した。この操作（リフロー処理と室温に戻す処理）を合計３回繰り返し、各レンズ試料１〜５のＭＴＦ（リフロー後実測値）を再度求めた。リフロー処理前の実測初期値を１００とした際の各レンズ１〜５のＭＴＦ（リフロー後実測値）を表９に示す。
【００５１】
表９中、「○」，「△」，「×」の基準は下記の通りである。
「○」…ＭＴＦ（リフロー後実測値）が９０以上
「△」…ＭＴＦ（リフロー後実測値）が８０〜８９
「×」…ＭＴＦ（リフロー後実測値）が８０未満
【００５２】
【表９】
2009122436.tif 000011
【００５３】
（３）まとめ
表８に示すように、試料作製後の性能面においては、軸上厚が薄いと、成形時のゆがみ等により撮像性能が十分に発揮されず、ＭＴＦの実測値が設計値からずれてしまうことがわかる。また、表９に示すように、リフロー試験後の性能面においては、軸上厚が１．３３ｍｍ以下である場合にＭＴＦの変動量が小さく、良好な結果を得られることがわかる。以上から、熱硬化性樹脂により撮像レンズを作製し軸上厚を０．２０〜１．５０ｍｍ（特に好ましくは０．２０〜１．００ｍｍ）とすると、十分な撮像特性を得ることができることがわかる。更に、試料１〜３と試料４，５との比較から、樹脂中に無機粒子を添加すると、ＭＴＦの実測値が設計値に近くなり、撮像特性が向上することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の好ましい実施形態で使用される撮像装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態で使用される撮像装置の一部を拡大した概略的な断面図である。
【図３】屈折率とその強度との関係を概略的に示す屈折率分布図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態で使用される光学素子の屈折率分布特性を説明するための概略図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態における撮像装置の製造方法を概略的に説明するための図面である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  撮像装置
１  回路基板
２  撮像モジュール
３  カバーケース
４  撮像用開口
５  基板モジュール
６  レンズモジュール
１０  サブ基板
１０ａ  装着孔
１１  ＣＣＤイメージセンサ
１２  樹脂
１５  レンズケース
１５ａ  ホルダ部
１５ｂ  装着部
１６  レンズ
１７  カラー部材
１８  導電性材料
【図１】
2009122436.tif 000012
【図２】
2009122436.tif 000013
【図３】
2009122436.tif 000014
【図４】
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【図５】
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