JP2008182051A - 光学デバイス、光学デバイス装置、カメラモジュールおよび光学デバイス装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明部材側面が原因での光学的ノイズを抑制すると共に、小型化を実現することを目的とする。
【解決手段】光学素子１０の主面上部に配置される透明部材２２側面の少なくとも上端部分を最大入射角より大きい角度の逆テーパ面状に形成することで、透明部材２２側面からの光の受光素子１０への入射を防ぐことができるため、透明部材２２側面が原因での光学的ノイズを抑制できると共に、小型化を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を発光または受光する光学デバイスと、光学デバイスを搭載した光学デバイス装置、カメラモジュールおよび光学デバイス装置の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化、薄型化、軽量化および高機能化に伴い、半導体装置の実装の主流は、従来のパッケージタイプの実装からベアチップあるいはＣＳＰ構成で回路基板等へ実装するフリップチップ実装へと移りつつある。半導体撮像装置においても、このような実装の取り組みが検討されている。

半導体撮像装置では、撮像素子上面に透明なカバーガラスを設けることが一般的であるが、上記のような流れのなかでカバーガラスも同様に小型化が検討されており、撮像素子の平面寸法に近づいたものが検討されてきている。

その中で、カバーガラス側面から入射する光が原因のノイズ光の影響が顕在化してきたため、その対策方法が様々検討されている。
例えば、最も簡単な方法は、カバーガラス自体を、その側面が原因のノイズ光が発生していても撮像素子に到達しない十分な平面寸法をもった大きさにすることである。

この一例を、図１３に示す。図１３は従来の光学デバイスの構造を示す図であり、図１３（ａ）は光学デバイスの平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）で示すＸIIIａ−ＸIIIａ断面図である。

概略でいうと、この光学デバイス１０１は、光学素子１０、透明樹脂接着剤２４、透明部材１１０を有している。前記光学デバイス１０１は幾つかの領域に分かれている。半導体基板１２上に、光検知領域１４、周辺回路領域１６、電極領域１８を有する。更に前記電極領域１８上には、電極端子２０を有する。

この従来例では、透明部材１１０の側面から入射する光が原因で発生するノイズ光を、光検知領域１４に到達しないように、透明部材１１０の光検知領域１４から最も近い透明樹脂接着剤２４の側面までの距離を一定以上にし、半導体基板の光学素子１０の形成面に平行な方向の寸法である平面寸法を決めている。光学素子１０の上面に到達するノイズ光は、例えば、第１の入射光２６が透明部材１１０の側面に入射し、側面で屈折するものである。またもう一つの例は、第２の入射光３６が透明部材１１０の上面に入射し、屈折後に透明部材１１０の側面で反射するものである。

また、別の方法として、カバーガラス側面での反射光を低減する別の構成も提案されている。この構成では、半導体基板の上に設けられた固体撮像素子をスペーサーで取り囲み、その上をカバーガラスで封止した形態を有している。その上で、カバーガラスの側端面とスペーサーの内壁面には反射防止膜がそれぞれ形成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−４１２７７号公報

上記の第１の従来例では、前記ノイズ光を光検知領域１４に到達させないためには、透明部材１１０を大きくする必要がある。更に、ワイヤボンディングのためには電極端子２０の位置は透明部材１１０の側面からの距離を確保する必要があり、これに伴って半導体基板１２の平面寸法も大きくする必要がある。

このため小型化という要望に対しては効果的な方法ではない。
また、上記第２の従来例では、カバーガラスの側面からの入射光が原因のノイズ光に対しての低減効果はなく、逆に増大させることになる。一般的なガラスの表面での反射率は４％前後であり、反射防止膜が形成されていない構成の場合、カバーガラスの側面でのノイズ光のうち損失は４％前後しかない。反射防止膜がある場合にはこれ以上に損失が少ないことになる。

一方、カバーガラス上面から入射し、側面で反射するものは、反射防止膜が形成されていない構成の場合、上面から入射する際に４％前後損失するが、側面での反射の際にはそのうちの４％前後のみが反射するので、結局９６．２％前後が損失することになる。反射防止膜がある場合には、上面での損失が減少する代わりに、側面での反射が減少し、結果的には更に大きな損失となる。

このため、これらの点から重要視するのは、側面からの入射光の方であるといえる。
更に、ノイズ光の到達距離について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）は、カバーガラスへの入射光の光路を示すイメージ図である。図１４（ａ）、（ｂ）では、同図上方から角度αでの、屈折率ｎ０の媒質から、屈折率ｎ１の媒質への入射光の光路のイメージ図であり、図１４（ｃ）では、更に具体的な条件での光路のイメージ図である。

図１４（ａ）のように、屈折率の異なる媒質間の境界では光は屈折するが、この角度はスネルの法則によって求めることができる。カバーガラス上面からの入射光はこの図と同じイメージで屈折する。

一方、カバーガラス側面からの入射光の屈折も基本的に同様の屈折をするが、媒質の境界面自体が９０°回転しているため、図１４（ｂ）で考えた方が理解しやすい。スネルの法則は入射面の垂線に対しての定義角である。入射角をカバーガラス上面に対して定義すると、屈折後の角度はγのようになる。

次に図１４（ｃ）のケースを考える。カメラモジュールにおける入射光の角度の最大値は一般的には２０°程度であるため、２０°の入射光を想定し、屈折率１．５のガラスを想定して、カバーガラス側面からの入射光と、カバーガラス上面からの入射光が側面で反射した場合の、ガラス側面からの到達距離を比較してみる。

カバーガラス側面からの入射光は、スネルの法則で計算して、カバーガラス上面に対する角度定義で考えると、ガラス内では５１．２°の角度となる。一方、カバーガラス上面からの入射光は、ガラス内では１３．２°の角度となる。

ここで、カバーガラス厚みをＴ＝０．５ｍｍと想定し、ノイズ光が最も遠くに到達するの入射光としてカバーガラス上面端を想定すると、ガラス側面からの到達距離は次のようになる。カバーガラス側面からの入射光の場合Ｌ１＝０．６２ｍｍ、カバーガラス上面からの入射光が側面で反射した場合Ｌ２＝０．１２ｍｍ。

上記のことからわかるように、ノイズ光として優先してケアする必要があるのは、カバーガラス側面からの入射光が原因のノイズ光である。つまり、第２の従来例ではノイズ光の主成分となるこのカバーガラス側面からの入射光が原因のノイズ光への対策がなく、ノイズ光対策としては不十分である。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、小型、かつ光学的ノイズが抑制された半導体撮像装置などの光学デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、請求項１記載の光学デバイスは、少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい透明部材と、前記光学素子と前記透明部材とを接着固定する透明な接着剤とを備え、前記透明部材の側面の上端から下端までの全面を前記入射光の最大入射角より大きいテーパ角の逆テーパ面状に形成することを特徴とする。

請求項２記載の光学デバイスは、少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい第１の透明部材と、前記光学素子と前記第１の透明部材とを接着固定する透明な第１の接着剤と、前記第１の透明部材上に配置される第２の透明部材と、前記第１の透明部材と前記第２の透明部材とを接着固定する透明な第２の接着剤とを備え、前記第２の透明部材側面の上端から下端までの全面を前記入射光の最大入射角より大きいテーパ角の逆テーパ面状に形成することを特徴とする。

請求項３記載の光学デバイスは、請求項２記載の光学デバイスにおいて、前記第１の透明部材の側面がテーパ面状に形成されることを特徴とする。
請求項４記載の光学デバイスは、少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい透明部材と、前記光学素子と前記透明部材とを接着固定する透明な接着剤とを備え、前記透明部材の側面に少なくとも上端から内部へ前記入射光の最大入射角より大きい傾斜角度の傾斜面を持つＶ溝が形成されることを特徴とする。

請求項５記載の光学デバイスは、請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイスにおいて、前記電極領域は前記検知領域の周囲に形成されており、前記透明部材は少なくとも前記検知領域の上に配置されることを特徴とする。

請求項６記載の光学デバイスは、請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイスにおいて、前記光学素子は、前記検知領域上に設けられた複数のマイクロレンズをさらに有しており、前記接着剤は、前記複数のマイクロレンズと異なる屈折率を有することを特徴とする。

請求項７記載の光学デバイスは、請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイスにおいて、前記透明部材は、光学用ガラス、石英、水晶または光学用透明樹脂のうちいずれか１つの材料で構成されることを特徴とする。

請求項８記載の光学デバイスは、請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイスにおいて、前記透明部材の側面に反射防止膜が形成されることを特徴とする。
請求項９記載の光学デバイスは、請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイスにおいて、前記光学素子は、受光素子あるいは受光素子および発光素子の両方を含むことを特徴とする。

請求項１０記載の光学デバイス装置は、基板と、前記基板上に搭載される請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の光学デバイスと、前記光学デバイスを囲むように前記基板上に設けられる枠体と、前記光学デバイスの前記電極端子と電気的に接続する外部端子と、前記光学デバイスを少なくとも前記透明部材上を開口して封止する封止樹脂とを備えることを特徴とする。

請求項１１記載のカメラモジュールは、請求項１０に記載の光学デバイス装置を備えることを特徴とする。
請求項１２記載の光学デバイス装置の製造方法は、少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい第１の透明部材と、前記光学素子と前記第１の透明部材とを接着固定する透明な第１の接着剤とを備える光学デバイスを基板に搭載する工程と、前記光学デバイスの前記電極端子と前記基板に備えられた外部端子を電気的に接続する工程と、側面の上端から下端までの全面を前記入射光の最大入射角より大きいテーパ角の逆テーパ面状に形成された第２の透明部材を前記第１の透明部材の上に接着する工程と、前記光学デバイスを少なくとも前記第２の透明部材上を開口して樹脂封止する工程とを備え、前記光学デバイスの前記電極端子と前記基板に備えられた外部端子を電気的に接続した後で、前記第２の透明部材を接着することを特徴とする。

以上により、光学的ノイズを抑制できると共に、小型化を実現できる。

本発明の光学デバイスは、光学素子の主面上部に配置される透明部材側面の少なくとも上端部分を最大入射角より大きい角度の逆テーパ面状に形成することで、透明部材側面からの光の受光素子への入射を防ぐことができるため、透明部材側面が原因での光学的ノイズを抑制できると共に、小型化を実現できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、これらの図において、それぞれの厚みや長さ等は図面の作成上から実際の形状とは異なる。また、光学素子上の電極端子も図示しやすい個数としている。さらに、同じ要素については同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における光学デバイスの構造を示す図であり、図１（ａ）は第１の実施形態に係る光学デバイスを示す平面図、図１（ｂ）は図１(ａ)のＩａ−Ｉａ線における断面図である。

図１に示すように、本実施形態の光学デバイス１は、半導体基板１２、光検知領域１４、周辺回路領域１６および電極端子２０を含む電極領域１８を有する光学素子１０と、透明部材２２と、光学素子１０と透明部材２２とを接着固定する透明樹脂接着剤２４とを備えている。ここで、光学素子１０としては、受光素子および発光素子の一方またはその両方が光学デバイス１内に設けられる。受光素子は、例えばＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーなどのイメージセンサーであり、発光素子は、例えばレーザーや発光ダイオードなどである。光学素子１０が受光素子である場合、光検知領域１４は撮像領域のことを指す。入射光２６としては、使用されるレンズ系（図示せず）での最大入射角をもつ入射光を想定している。

光検知領域１４は半導体基板１２の中央部に形成されており、マトリクス状に配置された複数の光電変換素子（図示せず）と、各光電変換素子の上に設けられたカラーフィルタおよびマイクロレンズを有している。

周辺回路領域１６は、半導体基板１２のうち光検知領域１４を囲む領域に形成されており、光電変換素子から出力された電気信号を処理する回路を有している。
そして、半導体基板１２の最外周領域には、複数の電極端子２０を備えた電極領域１８が形成されている。電極端子２０は外部機器との接続に用いられる。なお、半導体基板１２としては、通常シリコン単結晶からなるシリコン基板が用いられるが、その他の半導体基板が用いられていてもよい。

透明部材２２は側面の上端から下端までの全面が逆テーパ面状に形成されており、テーパ角は入射光２６よりも大きな角度となっている。例えば、使用されるレンズ系での最大の入射角が１５°であれば、テーパ角は２０°程度にすることが望ましい。また、この透明部材２２の底面は少なくとも光検知領域１４よりも面積が大きな形状（以下、大きな平面形状と表現する）を有しており、透明部材２２の底面が光学素子１０の面上に透明樹脂接着剤２４により接着固定される。透明部材２２の厚みは、例えば２００μｍ以上で５００μｍ以下であり、３５０μｍ程度にすることが好ましい。

この透明部材２２のうち少なくとも光検知領域１４の上方に配置された部分の上面および下面は互いに平行且つ平坦であり、光学的平面を形成している。
なお、透明部材２２の構成材料としては、例えば光学用ガラス、石英、水晶または光学用透明樹脂などが用いられる。光学用透明樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、含フッ素ポリマー、フッ素化ポリイミド等、一般的に光学用に用いられている樹脂材料であれば使用可能である。

透明樹脂接着剤２４は、光学素子１０の、特に光検知領域１４と透明部材２２とを接着固定するもので、光学的に透明な材料で構成されることが要求される。また、その屈折率は、光検知領域１４に形成されているマイクロレンズとは異なることが必要とされ、特にマイクロレンズより低ければ集光効果を期待できるので望ましい。なお、光学素子１０が発光素子を有している場合、光検知領域１４は発光領域となる。

このような構成とすることにより、テーパ角が入射角より大きいために透明部材側面から入射する光がなくなるため、透明部材２２の側面からの入射光が原因のノイズ光を抑制できる。

また、これによって光学デバイスの小型化が可能となるが、図２を元に以下に説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態における光学デバイスの小型化効果を説明するためのイメージ図であり、図２（ａ）〜（ｃ）には全てワイヤボンディングをしているときのキャピラリ２８の先端を記載した。図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光学デバイスである。また、図２（ｂ）は、平面寸法は（ａ）と同じだが側面に逆テーパが形成されていない透明部材２２を搭載した光学デバイスの側面図である。図２（ｃ）は、側面に逆テーパが形成されていない透明部材２２の側面から入射したノイズ光が光検知領域１４に到達しないように平面寸法を大きくした、側面に逆テーパを形成していない透明部材２２を搭載した光学デバイスの側面図である。

まず、図２（ａ）では、透明部材２２は、その上面から入射するノイズではない正常な入射光が光検知領域１４に到達するように、平面寸法を設定している。このため図２（ａ）において、光検知領域１４の端に到達する最大の入射角度での第１の入射光３６も、透明部材２２の上面から入射し、光検知領域１４の端に到達している。次に、最大入射角度での第２の入射光２６は、透明部材２２側面に形成された逆テーパの角度よりも小さいため、透明部材２２の側面に到達することはない。

また、ワイヤボンディング時にも、電極端子２０上にキャピラリ２８が透明部材２２に接触しない位置に電極端子２０は配置されている。更に、半導体基板の設計ルールに従って、電極端子２０と半導体基板１２の端面との距離における最小値は制限されるが、この図２（ａ）ではその最小値に設定されているものとする。ここで、透明部材２２端から電極端子２０までの距離をＡ、電極端子２０と半導体基板１２端面との距離をＢとする。

続いて、図２（ｂ）では、前記図２（ａ）と平面寸法が同じであり、かつ側面には逆テーパは形成されていない透明部材２２を配置している。この場合には半導体基板１２の平面寸法も図２（ａ）と同じになっている。この場合にも図２（ｂ）において、光検知領域１４の端に到達する最大の入射角度での第１の入射光３６も、透明部材２２の上面から入射し、光検知領域１４の端に到達している。しかし、次に最大入射角度での第２の入射光２６は、透明部材２２側面の角度よりも大きいため、透明部材２２の側面に到達し入射、屈折後に光検知領域１４に到達している。つまり、透明部材２２の側面が原因のノイズ光が光検知領域１４に到達してしまう。

このため図２（ｃ）では、前記透明部材２２の側面からの入射光が、光検知領域１４の外側に到達するように、透明部材２２の平面寸法を設定している。このため、最大入射角度での第２の入射光２６は、光検知領域１４に到達することはない。また、光検知領域１４の端に到達する最大の入射角度での第１の入射光３６は、透明部材２２の上面から入射し、光検知領域１４の端に到達している。この場合には、透明部材２２の平面寸法が大きくなっているため、透明部材２２の平面寸法にＡとＢを加えた平面基板１２の平面寸法も、図２（ａ）の場合と比較して大きくなっている。

つまり本発明の第１の実施形態に係る光学デバイスでは、透明部材２２の側面を逆テーパ状に形成することによって、半導体基板１２の平面寸法を小さくすることを可能としていることがわかる。

（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態における光学デバイスの構造を示す図であり、図３（ａ）は第２の実施形態に係る光学デバイスを示す平面図、図３（ｂ）は図３(ａ)のIIIａ−IIIａ線における断面図である。

図３に示すように、本実施形態の光学デバイス２は、半導体基板１２、光検知領域１４、周辺回路領域１６および電極端子２０を含む電極領域１８を有する光学素子１０と、第１の透明部材３０と、光学素子１０と第１の透明部材３０とを接着固定する第１の透明樹脂接着剤２４と、第２の透明部材３２と、第１の透明部材３０と第２の透明部材３２とを接着固定する第２の透明樹脂接着剤３４を備えている。ここで、光学素子１０としては、受光素子および発光素子の一方またはその両方が光学デバイス２内に設けられる。受光素子は、例えばＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーなどのイメージセンサーであり、発光素子は、例えばレーザーや発光ダイオードなどである。光学素子１０が受光素子である場合、光検知領域１４は撮像領域のことを指す。入射光２６としては、使用されるレンズ系（図示せず）での最大入射角をもつ入射光を想定している。

光検知領域１４は半導体基板１２の中央部に形成されており、マトリクス状に配置された複数の光電変換素子（図示せず）と、各光電変換素子の上に設けられたカラーフィルタおよびマイクロレンズを有している。

周辺回路領域１６は、半導体基板１２のうち光検知領域１４を囲む領域に形成されており、光電変換素子から出力された電気信号を処理する回路を有している。
そして、半導体基板１２の最外周領域には、複数の電極端子２０を備えた電極領域１８が形成されている。電極端子２０は外部機器との接続に用いられる。なお、半導体基板１２としては、通常シリコン単結晶からなるシリコン基板が用いられるが、その他の半導体基板が用いられていてもよい。

第１の透明部材３０は側面がテーパ面状に形成されているのが好ましいが、テーパ面が形成されていなくても構わない。また、この第１の透明部材３０の底面は少なくとも光検知領域１４よりも大きな平面形状を有しており、第１の透明部材３０の底面が光学素子１０の面上に透明樹脂接着剤２４により接着固定される。

第２の透明部材３２は側面の上端から下端までの全面が逆テーパ面状に形成されており、テーパ角は入射光２６よりも大きな角度となっている。例えば、使用されるレンズ系での最大の入射角が１５°であれば、テーパ角は２０°程度にすることが望ましい。また、この第２の透明部材３２の底面は少なくとも光検知領域１４よりも大きな平面形状を有しており、第２の透明部材３２の底面が第１の透明部材３０の面上に透明樹脂接着剤３４により接着固定される。第２の透明部材３２の厚みは、例えば２００μｍ以上で５００μｍ以下であり、３５０μｍ程度にすることが好ましい。

これら第１の透明部材３０および第２の透明部材３２のうち少なくとも光検知領域１４の上方に配置された部分の上面および下面は互いに平行且つ平坦であり、光学的平面を形成している。

なお、第１の透明部材３０および第２の透明部材３２の構成材料としては、例えば光学用ガラス、石英、水晶または光学用透明樹脂などが用いられる。光学用透明樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、含フッ素ポリマー、フッ素化ポリイミド等、一般的に光学用に用いられている樹脂材料であれば使用可能である。

第１の透明樹脂接着剤２４は、光学素子１０の、特に光検知領域１４と第１の透明部材３０とを接着固定するもので、光学的に透明な材料で構成されることが要求される。また、その屈折率は、光検知領域１４に形成されているマイクロレンズとは異なることが必要とされ、特にマイクロレンズより低ければ集光効果を期待できるので望ましい。第２の透明樹脂接着剤３４についても、光学的に透明な材料で構成されることが要求される。なお、光学素子１０が発光素子を有している場合、光検知領域１４は発光領域となる。

このような構成とすることにより、第１の実施形態と同様に、第２の透明部材３２の側面からの入射光が原因のノイズ光を抑制できる。実際の使用の際には、透明部材３０の側面を遮蔽して、透明部材３０の側面からの入射光の進入を防ぐ必要がある。また、合わせて光学デバイス２の平面寸法を縮小することができるのだが、図４を元に以下に説明する。

図４（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態における光学デバイスの小型化効果を説明するためのイメージ図である。図４（ａ）、（ｂ）は全てワイヤボンディングをしているときのキャピラリ２８の先端を記載した光学デバイスの側面図である。図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光学デバイスである。また、図４（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る光学デバイスである。通常、半導体基板の設計ルールに従って、電極端子２０と半導体基板１２の端面の距離における最小値は制限されるが、この図４（ａ）、（ｂ）ではその最小値に設定されているものとする。ここで、光検知領域１４端から電極端子２０までの距離をＣ、電極端子２０と半導体基板１２端面との距離をＢとする。

まず、図４（ａ）では、第１の透明部材３０の側面はテーパ面状に形成されているため、上方ほど太くなっているキャピラリ２８に接触しにくい形状となっている。このためワイヤボンディング後に第２の透明部材３２を接着する製造工程を採用することによって、ワイヤボンディングを光検知領域１４に近づけることが可能になる。つまり、電極端子２０を、光検知領域１４に近づけることが可能になる。

次に、図４（ｂ）では、透明部材２２の側面は逆テーパ面状に形成されているため、ワイヤボンディング時には、平面寸法が最も大きくなっている上面端において、上方ほど太くなっているキャピラリ２８に近づくことになる。このため、電極端子２０の位置は透明部材２２の平面寸法によって制限される。

以上のことから、図４（ａ）に示す本発明の第２の実施形態に係る光学デバイスでは、図４（ｂ）に示す本発明の第１の実施形態に係る光学デバイスと比較して、光検知領域１４端から電極端子２０までの距離Ｃを小さくすることができる。これによって光検知領域１４に対して、光検知領域１４端から電極端子２０までの距離Ｃと、電極端子２０と半導体基板１２端面との距離Ｂを加えた、平面基板１２の平面寸法についても、本発明の第２の実施形態に係る光学デバイスでは、小さくすることが可能となっている。

（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態における光学デバイスの構造を示す図であり、図５（ａ）は第３の実施形態に係る光学デバイスを示す平面図、図５（ｂ）は図５(ａ)のＶａ−Ｖａ線における断面図である。

図５に示すように、本実施形態の光学デバイス３は、半導体基板１２、光検知領域１４、周辺回路領域１６および電極端子２０を含む電極領域１８を有する光学素子１０と、透明部材３８と、光学素子１０と透明部材３８とを接着固定する透明樹脂接着剤２４とを備えている。ここで、光学素子１０としては、受光素子および発光素子の一方またはその両方が光学デバイス３内に設けられる。受光素子は、例えばＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーなどのイメージセンサーであり、発光素子は、例えばレーザーや発光ダイオードなどである。光学素子１０が受光素子である場合、光検知領域１４は撮像領域のことを指す。入射光２６としては、使用されるレンズ系（図示せず）での最大入射角をもつ入射光を想定している。

光検知領域１４は半導体基板１２の中央部に形成されており、マトリクス状に配置された複数の光電変換素子（図示せず）と、各光電変換素子の上に設けられたカラーフィルタおよびマイクロレンズを有している。

周辺回路領域１６は、半導体基板１２のうち光検知領域１４を囲む領域に形成されており、光電変換素子から出力された電気信号を処理する回路を有している。
そして、半導体基板１２の最外周領域には、複数の電極端子２０を備えた電極領域１８が形成されている。電極端子２０は外部機器との接続に用いられる。なお、半導体基板１２としては、通常シリコン単結晶からなるシリコン基板が用いられるが、その他の半導体基板が用いられていてもよい。

透明部材３８は側面に少なくとも上端から内部への傾斜面を持つＶ溝４０が形成されており、Ｖ溝上側面４２の傾き角は入射光２６よりも大きな角度となっている。例えば、使用されるレンズ系での最大の入射角が１５°であれば、テーパ角は２０°程度にすることが望ましい。実際の使用の際には、Ｖ溝下側面を遮蔽して、透明部材３８の側面からの入射光の進入を防ぐ必要がある。また、この透明部材３８の底面は少なくとも光検知領域１４よりも大きな平面形状を有しており、透明部材３８の底面が光学素子１０の面上に透明樹脂接着剤２４により接着固定される。透明部材３８の厚みは、例えば２００μｍ以上で５００μｍ以下であり、３５０μｍ程度にすることが好ましい。

この透明部材３８のうち少なくとも光検知領域１４の上方に配置された部分の上面および下面は互いに平行且つ平坦であり、光学的平面を形成している。
なお、透明部材３８の構成材料としては、例えば光学用ガラス、石英、水晶または光学用透明樹脂などが用いられる。光学用透明樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、含フッ素ポリマー、フッ素化ポリイミド等、一般的に光学用に用いられている樹脂材料であれば使用可能である。

透明樹脂接着剤２４は、光学素子１０の、特に光検知領域１４と透明部材３８とを接着固定するもので、光学的に透明な材料で構成されることが要求される。また、その屈折率は、光検知領域１４に形成されているマイクロレンズとは異なることが必要とされ、特にマイクロレンズより低ければ集光効果を期待できるので望ましい。なお、光学素子１０が発光素子を有している場合、光検知領域１４は発光領域となる。

このような構成とすることにより、第２の実施形態と同様に、透明部材３８の側面のＶ溝上側面４２からの入射光が原因のノイズ光を抑制できる。
また、これによって光学デバイスの小型化が可能となるが、図６を元に以下に説明する。図６は第３の実施形態における光学デバイスの小型化効果を説明するためのイメージ図であり、全てワイヤボンディングをしているときのキャピラリ２８の先端を記載した光学デバイスの側面図である。図６（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る光学デバイスである。また図６（ｂ）は、側面にＶ溝が形成されていない透明部材３８の側面から入射したノイズ光が光検知領域１４に到達しないように平面寸法を大きくした、側面にＶ溝を形成していない透明部材３８を搭載した光学デバイスの側面図である。

まず、図６（ａ）では、透明部材３８は、その上面から入射するノイズではない正常な入射光が光検知領域１４に到達するように、平面寸法を設定している。このため、図６（ａ）において、光検知領域１４の端に到達する最大の入射角度での第１の入射光３６も、透明部材２２の上面から入射し、光検知領域１４の端に到達している。次に、最大入射角度での第２の入射光２６は、透明部材３８側面に形成されたＶ溝４０のＶ溝上側面４２の傾き角よりも小さいため、透明部材３８の側面のＶ溝上側面４２に到達することはない。また、ワイヤボンディング時にも、キャピラリ２８が透明部材３８に接触しない位置に、電極端子２０は配置されている。更に半導体基板の設計ルールに従って、電極端子２０と半導体基板１２の端面の距離の最小値は制限されるが、この図６（ａ）ではその最小値に設定されているものとする。ここで、透明部材３８端から電極端子２０までの距離をＡ、電極端子２０と半導体基板１２端面との距離をＢとする。

図６（ｂ）では、前記透明部材３８の側面からの入射光が、光検知領域１４の外側に到達するように、透明部材３８の平面寸法を設定している。このため、最大入射角度での第２の入射光２６は、光検知領域１４に到達することはない。また、光検知領域１４の端に到達する最大の入射角度での第１の入射光３０も、透明部材３８の上面から入射し、光検知領域１４の端に到達している。この場合には、透明部材３８の平面寸法が大きくなっているため、透明部材３８の平面寸法にＡとＢを加えた平面基板１２の平面寸法も、図６（ａ）の場合と比較して大きくなっている。

つまり、本発明の第３の実施形態に係る光学デバイスでは、透明部材３８の側面にＶ溝を形成することによって、半導体基板１２の平面寸法を小さくすることを可能としていることがわかる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態として、第１の実施形態とその変形例に係る光学デバイスを用いた光学デバイス装置とその製造方法を説明する。

図７は第４の実施形態における光学デバイス装置を示す断面図である。
同図に示すように、本実施形態の光学デバイス装置５は、基板５４と、接着剤５２を用いて基板５４上に搭載され、第１の実施形態で説明した電極端子２０を有する光学デバイス１と、基板５４上に設けられ、光学デバイス１を囲む枠体５８と、光学デバイス１の外表面（ここでは底面）に露出し、例えば金属細線６０によって電極端子２０に接続される外部端子５６と、光学デバイス１の一部および金属細線６０を封止し、枠体５８内に充填される封止樹脂６２とを備えている。

封止樹脂６２は、透明部材２２の上面端の位置まで充填されるのが望ましいが、透明部材２２上面に樹脂バリなどが発生しないようにするのは技術的に難しく、透明部材２２のわずか下側まで封止樹脂６２を充填するのが好ましい。このため、本実施形態の光デバイス装置５では、透明部材２２の側面上側が露出することになる。しかし、透明部材２２は側面が逆テーパ面状に形成されているため、入射光２６は透明部材２２の側面には入射しない。

また、光学デバイス装置５においては、カメラモジュールなどに好ましく用いられる。
−第１の変形例−
図８は第１の変形例における光学デバイス装置を示す断面図である。

図８に示すように、第１の変形例に係る光学デバイス装置６の光学デバイス２は、第４の実施形態で用いられた光学素子の上に、第４の実施形態とは異なる形状の第１の透明部材３０を搭載し、更にその上に第２の透明部材３２を第２の透明樹脂接着剤３４を介して搭載したもので、光学デバイス２は第２の実施形態と同一であり、その他の部材は第４の実施形態の光学デバイス装置と同一である。

本変形例の光学デバイス装置６において、封止樹脂６２の充填量は、第２の透明部材３２の側面まで到達している事が必須である。
以上のような構成の光学デバイス装置６は、第４の実施形態に係る光学デバイスと同様に、光学素子や金属細線上部が封止樹脂で覆われるため、光学素子や金属細線表面を原因とするノイズ光が発生しない。

また、光学デバイス２を搭載しているので、第２の実施形態で説明した通り、光学デバイスの平面寸法を小さくすることが可能である。このため光学デバイス装置の平面寸法も小さくすることが可能である。

以下、本第１の変形例に係る光学デバイス装置６の製造方法を図９および図１０を用いて説明する。
まず、図９は第１の変形例の光学デバイス装置の製造方法における第１の透明部材の接着固定工程を示す工程断面図である。

まず、図９（ａ）に示すように、第１の変形例の形態で説明した光学素子１０を準備する。
次に、図９（ｂ）に示すように、光学素子１０のうち光検知領域１４と周辺回路領域１６を含む領域の回路形成面上に第１の透明樹脂接着剤２４を塗布する。

次いで、図９（ｃ）に示すように、光学素子１０の光検知領域１４に対して第１の透明部材３０を位置合せした後、第１の透明樹脂接着剤２４により当該光学素子１０上に第１の透明部材３０を接着固定する。このとき、第１の透明樹脂接着剤２４が紫外線硬化タイプであれば、光学素子１０のうち第１の透明部材３０が接着された領域のみに紫外線を照射して硬化させる。

ここで、透明部材の構成材料としては、第１の実施形態で説明したように、ガラス、石英、水晶等の無機材料だけでなく、透明樹脂材料も用いることができる。
またここで、便宜上、図９で完成したものを、光学素子＋透明部材１１と呼ぶ。

次に、図１０は第１の変形例の光学デバイス装置の製造方法を示す工程断面図であり、本変形例の光学デバイス装置６の製造工程のうち、光学素子＋透明部材１１を基板５４の上に搭載し、ワイヤボンディング後に樹脂封止する工程を示す断面図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、基板５４を準備し、基板の凹部５４Ａに、光学素子＋透明部材１１を搭載するための所定の位置に接着剤５２を塗布する。ここでは接着剤を使用したが、粘着シートなどでもよい。

次に、図１０（ｂ）に示すように、光学素子＋透明部材１１を位置合せした後、接着剤５２により基板５４上に光学素子＋透明部材１１を接着固定する。この図では更に、ワイヤボンディングのために電極端子２０上に接近したキャピラリ２８を記載した。これをみると、ワイヤボンディング時に、キャピラリ２８は第１の透明部材３０と干渉していないことがわかる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、金属細線６０によって、光学素子１０上に形成された電極端子２０と、基板５４上に形成された外部電極５６を接続する。
続いて、図１０（ｄ）に示すように、第１の透明部材３０の上面に接着剤５２を塗布し、光学素子１０に対して第２の透明部材３２を位置合せした後、第２の透明樹脂接着剤３４により第１の透明部材３０上に第２の透明部材３２を接着固定する。このとき、第２の透明樹脂接着剤３４においても、第１の透明樹脂接着剤と同様に、紫外線硬化タイプであれば、第２の透明部材３２が接着された領域のみに紫外線を照射して硬化させる。

また、透明部材の構成材料としても、第１の透明樹脂接着剤と同様に、ガラス、石英、水晶等の無機材料だけでなく、透明樹脂材料も用いることができる。
最後に、図１０（ｅ）に示すように、基板の枠体５８の内部に封止樹脂６２を注入し、光学デバイス装置５を得る。

第２の実施形態でも説明したように、本第１の変形例に係る光学デバイス装置６の製造方法において、ワイヤボンディングの後に逆テーパを形成した第２の透明部材を搭載することにより、ワイヤボンディングに用いるキャピラリが第２の透明部材と干渉することを防ぐことができ、光学デバイスの平面寸法を小さくすることが可能であり、このため光学デバイス装置の平面寸法も小さくすることが可能である。

−第２の変形例−
図１１は第２の変形例における光学デバイス装置を示す断面図である。
図１１に示すように、第２の変形例に係る光学デバイス装置７の光学デバイス３は、第４の実施形態で用いられた光学素子１０の上に、第４の実施形態とは異なる形状の透明部材３８を搭載したもので、光学デバイス３は第３の実施形態と同一であり、その他の部材は第４の実施形態の光学デバイス装置と同一である。

本変形例の光学デバイス装置７において、封止樹脂６２の充填量は、透明部材３８のＶ溝上側面４２まで到達している事が必須である。
以上のような構成の光学デバイス装置７は、第４の実施形態に係る光学デバイスと同様に、光学素子や金属細線上部が封止樹脂で覆われるため、光学素子や金属細線表面を原因とするノイズ光が発生しない。

また、光学デバイス３を搭載しているので、本発明の第３の実施形態の説明の通り、透明部材３８の側面のＶ溝上側面４２からの入射光が原因のノイズ光を抑制できる。更に、透明部材が１枚のみであるため、前記第１の変形例と比較して、光学デバイス装置を薄くすることが可能である。

また、第３の実施形態でも説明したように、本第２の変形例に係る光学デバイス装置７では、光学デバイスの平面寸法を小さくすることが可能であり、このため光学デバイス装置の平面寸法も小さくすることが可能である。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態として、第４の実施形態に係る光学デバイス装置を備えたカメラモジュールについて説明する。

図１２は第５の実施形態におけるカメラモジュールを示す断面図である。ここで言うカメラモジュールとは、例えばデジタルカメラ、監視カメラ、ビデオカメラ、携帯電話用のカメラなど、種々の装置のことを指す。なお、カメラモジュールに用いられる場合、光学デバイス中の光学素子はイメージセンサーなどの受光素子である。

本実施形態のカメラモジュールは、配線基板２０１と、配線基板２０１上に搭載された光学デバイス装置５と、配線基板２０１上であって光学デバイス装置５の周囲に配置された位置決めスペーサー２０３と、位置決めスペーサー２０３を挟んで配線基板２０１の上方に固定され、光検知領域（図１など参照）の上方に筒状の開口部か形成された鏡筒ベース２０５と、光検知領域の上方に配置され、鏡筒ベース２０５の開口部の底部に固定されたガラス板２０７と、鏡筒ベース２０５の開口部内に設けられたレンズ収納部２０９と、レンズ収納部２０９内に固定されたレンズホルダー２１３と、レンズホルダー２１３によって支持され、光検知領域の上方に配置されたレンズ２１１と備えている。配線基板２０１に設けられた配線は、光学デバイス装置５の外部端子５６に接続されている。

光学デバイス装置５の平面寸法が小さくなっているため、本実施形態のカメラモジュールの平面寸法小さくなっている。また、光学部材が光学素子の面上に配置されているので光軸のずれが小さくなっており、鮮明な画像を撮影することができる。また、透明部材側面から入射するノイズ光が抑制されるため、スミアやフレアの発生が抑えられた画像を得ることができる。

本実施形態においては、搭載する光学デバイス装置として、第４の実施形態の２つの変形事例である、光学デバイス装置６および光学デバイス装置７を搭載してもよい。

本発明は、光学的ノイズを抑制できると共に、小型化を実現でき、光を発光または受光する光学デバイスと、光学デバイスを搭載した光学デバイス装置、カメラモジュールおよび光学デバイス装置の製造方法等に有用である。

第１の実施形態における光学デバイスの構造を示す図 第１の実施形態における光学デバイスの小型化効果を説明するためのイメージ図 第２の実施形態における光学デバイスの構造を示す図 第２の実施形態における光学デバイスの小型化効果を説明するためのイメージ図 第３の実施形態における光学デバイスの構造を示す図 第３の実施形態における光学デバイスの小型化効果を説明するためのイメージ図 第４の実施形態における光学デバイス装置を示す断面図 第１の変形例における光学デバイス装置を示す断面図 第１の変形例の光学デバイス装置の製造方法における第１の透明部材の接着固定工程を示す工程断面図 第１の変形例の光学デバイス装置の製造方法を示す工程断面図 第２の変形例における光学デバイス装置を示す断面図 第５の実施形態におけるカメラモジュールを示す断面図 従来の光学デバイスの構造を示す図 カバーガラスへの入射光の光路を示すイメージ図

符号の説明

１、２、３、１０１ 光学デバイス
５、６、７ 光学デバイス装置
１０ 光学素子
１１ 光学素子＋透明部材
１２ 半導体基板
１４ 光検知領域
１６ 周辺回路領域
１８ 電極領域
２０ 電極端子
２２、３０、３２、３８、１１０ 透明部材
２４、３４ 透明樹脂接着剤
２６、３６ 入射光
２８ キャピラリ
４０ Ｖ溝
４２ Ｖ溝の上側面
５２ 接着剤
５４Ａ 基板の凹部
５４ 基板
５６ 外部端子
５８ 枠体
６０ 金属細線
６２ 封止樹脂
２０１ 配線基板
２０３ 位置決めスペーサー
２０５ 鏡筒ベース
２０７ ガラス板
２０９ レンズ収納部
２１１ レンズ
２１３ レンズホルダー

Claims (12)

1. 少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、
   少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい透明部材と、
   前記光学素子と前記透明部材とを接着固定する透明な接着剤と
   を備え、前記透明部材の側面の上端から下端までの全面を前記入射光の最大入射角より大きいテーパ角の逆テーパ面状に形成することを特徴とする光学デバイス。
2. 少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、
   少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい第１の透明部材と、
   前記光学素子と前記第１の透明部材とを接着固定する透明な第１の接着剤と、
   前記第１の透明部材上に配置される第２の透明部材と、
   前記第１の透明部材と前記第２の透明部材とを接着固定する透明な第２の接着剤と
   を備え、前記第２の透明部材側面の上端から下端までの全面を前記入射光の最大入射角より大きいテーパ角の逆テーパ面状に形成することを特徴とする光学デバイス。
3. 前記第１の透明部材の側面がテーパ面状に形成されることを特徴とする請求項２記載の光学デバイス。
4. 少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、
   少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい透明部材と、
   前記光学素子と前記透明部材とを接着固定する透明な接着剤とを備え、
   前記透明部材の側面に少なくとも上端から内部へ前記入射光の最大入射角より大きい傾斜角度の傾斜面を持つＶ溝が形成されることを特徴とする光学デバイス。
5. 前記電極領域は前記検知領域の周囲に形成されており、
   前記透明部材は少なくとも前記検知領域の上に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイス。
6. 前記光学素子は、前記検知領域上に設けられた複数のマイクロレンズをさらに有しており、
   前記接着剤は、前記複数のマイクロレンズと異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイス。
7. 前記透明部材は、光学用ガラス、石英、水晶または光学用透明樹脂のうちいずれか１つの材料で構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイス。
8. 前記透明部材の側面に反射防止膜が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイス。
9. 前記光学素子は、受光素子あるいは受光素子および発光素子の両方を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学デバイス。
10. 基板と、
    前記基板上に搭載される請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の光学デバイスと、
    前記光学デバイスを囲むように前記基板上に設けられる枠体と、
    前記光学デバイスの前記電極端子と電気的に接続する外部端子と、
    前記光学デバイスを少なくとも前記透明部材上を開口して封止する封止樹脂とを備えることを特徴とする光学デバイス装置。
11. 請求項１０に記載の光学デバイス装置を備えることを特徴とするカメラモジュール。
12. 少なくとも入射光を検知し光を出射する領域を具備可能な検知領域および外部回路に接続するための電極端子が形成される電極領域とを有する光学素子と、少なくとも前記検知領域の回路形成面上に配置される少なくとも前記検知領域よりも平面寸法の大きい第１の透明部材と、前記光学素子と前記第１の透明部材とを接着固定する透明な第１の接着剤とを備える光学デバイスを基板に搭載する工程と、
    前記光学デバイスの前記電極端子と前記基板に備えられた外部端子を電気的に接続する工程と、
    側面の上端から下端までの全面を前記入射光の最大入射角より大きいテーパ角の逆テーパ面状に形成された第２の透明部材を前記第１の透明部材の上に接着する工程と、
    前記光学デバイスを少なくとも前記第２の透明部材上を開口して樹脂封止する工程と
    を備え、前記光学デバイスの前記電極端子と前記基板に備えられた外部端子を電気的に接続した後で、前記第２の透明部材を接着することを特徴とする光学デバイス装置の製造方法。

Images