JP2013085095A - 撮像デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】撮像デバイスの透光性部材から撮像素子の受光面までの距離を一定以上確保して、撮像画像の画質劣化を防止しつつ、小型化、薄型化できる撮像デバイスを提供する。
【解決手段】撮像デバイスは、平板状のパッケージ部材１１に表裏貫通する開口孔１３が形成され、パッケージ部材の開口孔の一端側に撮像素子１５、他端側に透光性部材１７がそれぞれ配置される。パッケージ部材１１は、開口孔１３の一端側の内面に第１の段部２１、他端側の内面に第２の段部２３を有する。第１の段部２１に撮像素子１５の外縁部が接合され、第２の段部２３に透光性部材１７の外縁部が接合されて、撮像素子１５と透光性部材１７が開口孔１３に収容されている。このパッケージ部材１１の撮像素子１５が収容された側の開口孔周囲におけるパッケージ部材表面と、撮像素子の裏面側とを、同じ高さに形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像デバイスに関する。

近年のデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、あるいはカメラ付き携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等の撮像機器には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）イメージセンサ等の撮像素子をパッケージ化した撮像デバイスが搭載されている。撮像デバイスは、撮像素子と、この撮像素子が固着されるパッケージ部材と、固体撮像素子の撮像面を覆うようにしてパッケージ部材に取り付けられる透光性部材とから構成されている。これらの撮像機器に搭載される撮像素子は、高機能化が急速に進んでいると共に、撮像機器の携帯性を良くするために、撮像デバイスの小型化、薄型化が要求されている。

特開２００１−２４５１８６号公報 特開２０１０−１６０１３号公報

ところが、撮像デバイスを薄型に形成しても、回路基板上に撮像デバイスを実装する場合、回路基板の厚み分がトータルの厚みとして加わるため、薄型化には限度がある。また、薄型化のために透光性部材と撮像素子とを接近させ、撮像デバイスの高さ寸法を小さくすると、光学フィルタ等の透光性部材上の欠陥・異物が撮像素子の受光面に映り込み、撮像素子から出力される撮像画像にノイズパターンが重畳されることがある。

そこで本発明は、撮像デバイスの透光性部材から撮像素子の受光面までの距離を一定以上確保して、撮像画像の画質劣化を防止しつつ、小型化、薄型化できる撮像デバイスを提供することを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
平板状のパッケージ部材に表裏貫通する開口孔が形成され、前記パッケージ部材の前記開口孔の一端側に撮像素子、他端側に透光性部材がそれぞれ配置された撮像デバイスであって、
前記パッケージ部材が、前記開口孔の前記一端側の内面に第１の段部、前記他端側の内面に第２の段部を有し、
前記第１の段部に前記撮像素子の外縁部が接合され、前記第２の段部に前記透光性部材の外縁部が接合されて、前記撮像素子と前記透光性部材が前記開口孔に収容されており、
前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側の開口孔周囲におけるパッケージ部材表面と、前記撮像素子の裏面側とが、同じ高さに形成された撮像デバイス。

本発明の撮像デバイスによれば、撮像デバイスの透光性部材から撮像素子の受光面までの距離を一定以上確保して、撮像画像の画質劣化を防止しつつ、撮像デバイスの小型化、薄型化を達成できる。

本発明の実施形態を説明するための図で、撮像デバイスの断面図である。 （Ａ）は回路基板の開口部内に撮像デバイスを配置して、フレキシブル基板を介して電気接続する構成を示す説明図、（Ｂ）は回路基板の切り欠き部に配置して、フレキシブル基板を介して電気接続する構成を示す説明図である。 回路基板と撮像デバイスの断面図である。 撮像デバイスの他の構成の断面図である。 撮像デバイスの他の構成の断面図である。 撮像デバイスの他の構成の断面図である。 図６に示す撮像デバイスの上視図である。

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。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、撮像デバイスの断面図である。撮像デバイス１００は、平板状のパッケージ部材１１に表裏貫通する矩形状の開口孔１３が形成され、パッケージ部材１１の開口孔１３の一端側には撮像素子１５、他端側には透光性部材１７がそれぞれ配置されている。

パッケージ部材１１は、樹脂成形品で構成され、開口孔１３の内面には銅箔による配線パターン１９が形成されている。
撮像素子１５は、例えば、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサや、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等のベアチップからなる。また、透光性部材１７は、赤外線カットフィルタ等のガラス基板であり、撮像素子１５の受光面に対面して、パッケージ部材１１の開口孔１３に接着剤で固定されている。

パッケージ部材１１の開口孔１３は、撮像素子１５が配置される一端側の内面に第１の段部２１が形成され、透光性部材１７が配置される他端側の内面に第２の段部２３が形成されている。第１の段部２１と第２の段部２３は、パッケージ部材１１の上面２５及び下面２７と平行な矩形環状の段部であり、第１の段部２１が第２の段部２３より大きく形成されている。

第１の段部２１には、その表面に電気回路を構成する配線パターン１９が形成されている。この配線パターン１９に設けたパッドに、金バンプ、又は異方性導電フィルム等を介して撮像素子１５の外縁部２９に配置された電極部（図視略）がベアチップ接続される。これにより、撮像素子１５が第１の段部２１と接合されて開口孔１３内に収容される。

上記の配線パターン１９は、樹脂成形されたパッケージ部材１１の表面に銅箔を積層し、レーザにより回路パターンを描画することで形成できる。

第２の段部２３には、その表面に透光性部材１７の外縁部が接合され、透光性部材１７が開口孔１３内に収容される。この第２の段部２３は、好ましくは透光性部材１７の厚みと同寸の窪みに形成することで、第２の段部２３に接合された透光性部材１７の外側面を、パッケージ部材１１の上面と同一の高さにする。

また、パッケージ部材１１は、開口孔１３内における第１の段部２１と第２の段部２３との間に、第３の段部３１を有する。第３の段部３１は、パッケージ部材１１の上面２５及び下面２７と平行な矩形環状の段部であり、第１の段部２１と第２の段部２３との中間の大きさに形成されている。また、第３の段部３１には配線パターン１９が延設され、この配線パターン１９上にコンデンサ等の各種回路部品である電子部品３３が実装されている。

パッケージ部材１１の開口孔１３の内面に形成された配線パターン１９は、パッケージ部材１１の外側表面の一部である下面２７に延設され、外部との電気的接続を行うための接続端子３５が形成される。この接続端子３５は、フレキシブル基板（FPC：Flexible printed circuits）３７等の接続用部材に接続されて、撮像素子１５の入出力信号を電送する。

第１の段部２１と接合された撮像素子１５は、その裏面が樹脂層３９で覆われている。この樹脂層３９は、パッケージ部材１１の下面２７の高さと同じ高さにまで形成され、撮像素子１５の外周縁と開口孔１３の内周面との間隙が、その全周にわたって樹脂層３９で充填されるように形成されている。これにより、パッケージ部材１１は、前述の接続端子３５が配置された領域を除く下面２７全体が、段差のない平坦面で形成される。即ち、撮像デバイス１００の底面では、撮像素子１５が樹脂封止された構成となる。

樹脂層３９は、撮像素子１５をパッケージ部材１１に接合した後、撮像素子１５の裏面に樹脂材料を流し込むことや、樹脂材料によってコーティングすることで形成される。そして、撮像素子１５の外周縁と開口孔１３の内周面との間隙には、樹脂材料が埋め込まれる。なお、樹脂層３９は遮光性材料を用いることが好ましく、外部からの不要な光が撮像素子１５に入り込むことを防止できる。

上記構成の撮像デバイス１００によれば、撮像素子１５をパッケージ部材１１にベアチップ実装することで、一般的なワイヤーボンディング法と比較してワイヤー高さ分を省略できる。また、撮像デバイス１００の低面から撮像素子１５の受光面の高さは、実効的に撮像素子１５の厚みと樹脂層３９の厚みしかない。そのため、撮像デバイス１００を薄型化できる。また、撮像素子１５と透光性部材１７との間は、透光性部材１７上の欠陥・異物によるノイズが出力画像に重畳しないようにある程度の空隙が必要となるが、この空隙に電子部品３３を実装することにより、省スペース化、小型化が図れる。

また、本構成の撮像デバイス１００によれば、撮像素子１５がパッケージ部材１１の下面２７側で樹脂層３９により封止され、上面２５側で透光性部材１７により封止されるため、塵埃や異物が撮像素子１５の受光面に付着することが防止される。また、樹脂層３９により撮像素子１５自体の強度が高められ、かつ、裏面からの光の回り込みの影響を受けることがない。樹脂層３９は、撮像デバイス１００を表裏反転させ、撮像素子１５の裏面側の窪みに樹脂材料を流し込む製法で形成すれば、樹脂材料はパッケージ部材１１の下面２７の高さに規制され、樹脂層３９の厚みを自動的に窪みが埋まる高さに設定できる。

そして、薄型化された撮像デバイス１００は、図２（Ａ）に示すように、回路基板４１の開口部４３内に配置して、フレキシブル基板３７を介して電気接続する配置や、図２（Ｂ）に示すように、回路基板４１の切り欠き部７５に配置して、フレキシブル基板３７を介して電気接続する配置で機器に搭載できる。その場合、図３に示すように、回路基板４１の板厚に撮像デバイス１００を収めることができ、撮像装置全体をより薄型化できる。つまり、撮像デバイス１００の上面にレンズモジュール等を積載して撮像装置を作製する際、回路基板４１の板厚分が薄型化できるため、撮像装置の厚み増加を軽減できる。

次に、撮像デバイスの他の構成例を説明する。以降の説明では、図１に示す部材と同一の部材に対しては、同一の符号を付与することで説明を簡略化、又は省略する。
（第２の実施態様）
図４に撮像デバイスの他の構成の断面図を示す。本構成の撮像デバイス２００は、図１に示す撮像デバイス１００の樹脂層３９の代わりに基板４７を設けている。基板４７は、撮像素子１５の裏面に接着剤により貼着され、開口孔１３を塞いで配置されている。基板４７は、撮像素子１５に接合された状態で、パッケージ部材１１の下面２７と同じ高さとなる厚みにされている。なお、基板４７の周縁部と開口孔１３との隙間は、接着剤で埋めるか、別途に樹脂材料で埋めることで、撮像素子１５をパッケージ部材１１内に封止することが好ましい。

上記構成の撮像デバイス２００によれば、撮像素子１５の裏面に基板４７が配置されるため、樹脂材料を充填するよりも製造が容易となる。また、構造を単純化できるので、低コスト化が図れる。さらに、前述同様に撮像デバイス２００を薄型化できる。そして、基板４７を鋼材等の硬質材料で構成することで、撮像デバイス２００の堅牢性を向上できる。基板４７が導電材料からなる基板、表面に導電膜を有する基板であれば、電磁波等からのシールド性が得られ、撮像素子１５の出力信号へノイズ重畳が抑制できる。

（第３の実施態様）
図５に撮像デバイスの他の構成の断面図を示す。本構成の撮像デバイス３００は、図１に示す撮像デバイス１００の撮像素子１５の代わりに厚肉の撮像素子１５Ａを用いている。この場合、撮像素子１５Ａの機械的強度が十分であるので樹脂層３９を省略している。撮像素子１５Ａは、撮像素子１５Ａの裏面がパッケージ部材１１の下面２７と同じ高さとなる厚みを有する。なお、撮像素子１５Ａの周縁部と開口孔１３との隙間は、接着剤や樹脂材料等で埋めることで、撮像素子１５Ａをパッケージ部材１１内に封止することが好ましい。

上記構成の撮像デバイス３００によれば、撮像素子１５Ａが必要十分な機械的強度を持つ厚みを有し、封止や強度補強のために別部材を設ける必要がない。このため、デバイスの構造を単純化できる。また、発熱源となる撮像素子１５Ａの裏面が露出するので、放熱性に優れた構成にできる。

（第４の実施態様）
図６に撮像デバイスの他の構成の断面図、図７は図６に示す撮像デバイスの上視図である。なお、図６は図７のＡ−Ａ断面を表している。本構成の撮像デバイス４００は、図１に示す撮像デバイス１００の配線パターン１９をパッケージ部材１１の下面２７から上面２５に延設して、上面２５でフレキシブル基板３７と接続している。その他の構成は撮像デバイス１００と同様である。

図７に示すように、パッケージ部材１１の側面の一部には、内側に窪ませた凹部４９が形成されており、この凹部４５に沿って配線パターン１９が設けてある。フレキシブル基板３７は、パッケージ部材１１の上面２５の接続端子３５に接続され、撮像デバイス４００の底面は、パッケージ部材１１の下面２７と同じ高さで全体が平坦化されている。

上記構成の撮像デバイス４００によれば、撮像デバイス４００の上面側でフレキシブル基板３７と電気的に接続する構成となるが、撮像デバイス４００の上面にはレンズモジュール等が積載されるため、フレキシブル基板３７の厚み分は薄型化に影響することはない。そして、撮像デバイス４００の底面が平坦化することで、一層の低背化が可能となる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 平板状のパッケージ部材に表裏貫通する開口孔が形成され、前記パッケージ部材の前記開口孔の一端側に撮像素子、他端側に透光性部材がそれぞれ配置された撮像デバイスであって、
前記パッケージ部材が、前記開口孔の前記一端側の内面に第１の段部、前記他端側の内面に第２の段部を有し、
前記第１の段部に前記撮像素子の外縁部が接合され、前記第２の段部に前記透光性部材の外縁部が接合されて、前記撮像素子と前記透光性部材が前記開口孔に収容されており、
前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側の開口孔周囲におけるパッケージ部材表面と、前記撮像素子の裏面側とが、同じ高さに形成された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、第１の段部に接合した撮像素子が開口孔に収容され、撮像素子の裏面側とパッケージ部材表面とが同じ高さに形成されて、撮像デバイスの底面が平坦面となる。これにより、薄型な撮像デバイスが得られる。

（２） （１）の撮像デバイスであって、
前記透光性部材の外側面が、該透光性部材が収容された側の開口孔周囲におけるパッケージ部材表面と同じ高さに形成された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、透光性部材の外側面がパッケージ部材表面から外側に突出することがないため、撮像デバイス自体を薄型にできると共に、撮像デバイスの取り扱い時に周囲との干渉が生じにくくなる。

（３） （１）又は（２）の撮像デバイスであって、
前記パッケージ部材が、前記開口孔内における前記第１の段部と前記第２の段部との間に第３の段部を有し、該第３の段部に電子部品が搭載された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、撮像デバイスの透光性部材から撮像素子の受光面までの距離を一定以上確保するために必要な空間内に電子部品を配置するので、省スペース化、小型化が図れる。

（４） （１）〜（３）のいずれか一つの撮像デバイスであって、
前記撮像素子の裏面を覆い、前記パッケージ部材表面の高さと同じ高さにまで形成された樹脂層を有する撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、撮像素子の裏面側が樹脂層によって覆われることで、薄型な撮像素子の機械的強度が高くなり、撮像デバイスの堅牢性が向上する。

（５） （１）〜（３）のいずれか一つの撮像デバイスであって、
前記撮像素子の裏面に配置され、前記パッケージ部材表面と同じ高さとなる厚みの基板を有する撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、撮像素子の裏面に基板を配置する構成にすることで、構造を単純化でき、製造が容易となる。

（６） （１）〜（３）のいずれか一つの撮像デバイスであって、
前記撮像素子が、該撮像素子の裏面が前記パッケージ部材表面と同じ高さとなる厚みを有する撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、機械的強度を有する撮像素子を用いることで、デバイスの構造を単純化できる。また、発熱源となる撮像素子の裏面が露出するので、放熱性に優れた構成にできる。

（７） （１）〜（６）のいずれか一つの撮像デバイスであって、
前記パッケージ部材の前記開口孔内面に配線パターンが形成され、
前記撮像素子の電極部が、前記パッケージ部材の配線パターンにベアチップ実装により接続された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、撮像素子をベアチップ実装することにより、ワイヤーボンディング接続する場合よりもワイヤーの高さ分を省略でき、撮像デバイスをより薄型化できる。

（８） （７）の撮像デバイスであって、
前記パッケージ部材の外側表面の一部に形成され、前記配線パターンに接続される接続端子部を備える撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、パッケージ部材の外側表面に接続端子部を備えることで、撮像デバイスを回路基板上に実装することなく、接続端子から回路基板との接続が可能となる。そのため、撮像デバイスを搭載する機器をより薄型化できる。

（９） （８）の撮像デバイスであって、
前記接続端子部が、前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側のパッケージ部材表面に配置された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、撮像素子に近い側から外部の回路基板等に接続できる。

（１０） （８）の撮像デバイスであって、
前記接続端子部が、前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側とは反対側のパッケージ部材表面に配置され、
前記パッケージ部材の側面に、前記撮像素子の電極部と前記接続端子部とを接続する配線パターンが形成された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、撮像素子の配置側とは反対側から外部の回路基板等の接続でき、設計自由度が高められる。

（１１） （１）〜（１０）のいずれか一つの撮像デバイスであって、
前記撮像素子の外周縁と前記開口孔との間隙が、全周にわたって樹脂封止された撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、塵埃や異物が撮像素子の受光面に付着することが防止される。

（１２） （１）〜（１１）のいずれか一つの撮像デバイスであって、
前記パッケージ部材が、樹脂成形品からなる撮像デバイス。
この撮像デバイスによれば、パッケージ部材が量産に適した樹脂成形品であることで、低コストな構成にできる。

１１ パッケージ部材
１３ 開口孔
１５ 撮像素子
１７ 透光性部材
１９ 配線パターン
２１ 第１の段部
２３ 第２の段部
２５ 上面
２７ 下面
３１ 第３の段部
３３ 電子部品
３５ 接続端子
３７ フレキシブル基板
３９ 樹脂層
４７ 基板
１００，２００，３００，４００ 撮像デバイス

Claims (12)

1. 平板状のパッケージ部材に表裏貫通する開口孔が形成され、前記パッケージ部材の前記開口孔の一端側に撮像素子、他端側に透光性部材がそれぞれ配置された撮像デバイスであって、
   前記パッケージ部材が、前記開口孔の前記一端側の内面に第１の段部、前記他端側の内面に第２の段部を有し、
   前記第１の段部に前記撮像素子の外縁部が接合され、前記第２の段部に前記透光性部材の外縁部が接合されて、前記撮像素子と前記透光性部材が前記開口孔に収容されており、
   前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側の開口孔周囲におけるパッケージ部材表面と、前記撮像素子の裏面側とが、同じ高さに形成された撮像デバイス。
2. 請求項１記載の撮像デバイスであって、
   前記透光性部材の外側面が、該透光性部材が収容された側の開口孔周囲におけるパッケージ部材表面と同じ高さに形成された撮像デバイス。
3. 請求項１又は請求項２記載の撮像デバイスであって、
   前記パッケージ部材が、前記開口孔内における前記第１の段部と前記第２の段部との間に第３の段部を有し、該第３の段部に電子部品が搭載された撮像デバイス。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の撮像デバイスであって、
   前記撮像素子の裏面を覆い、前記パッケージ部材表面の高さと同じ高さにまで形成された樹脂層を有する撮像デバイス。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の撮像デバイスであって、
   前記撮像素子の裏面に配置され、前記パッケージ部材表面と同じ高さとなる厚みの基板を有する撮像デバイス。
6. 請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の撮像デバイスであって、
   前記撮像素子が、該撮像素子の裏面が前記パッケージ部材表面と同じ高さとなる厚みを有する撮像デバイス。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の撮像デバイスであって、
   前記パッケージ部材の前記開口孔内面に配線パターンが形成され、
   前記撮像素子の電極部が、前記パッケージ部材の配線パターンにベアチップ実装により接続された撮像デバイス。
8. 請求項７記載の撮像デバイスであって、
   前記パッケージ部材の外側表面の一部に形成され、前記配線パターンに接続される接続端子部を備える撮像デバイス。
9. 請求項８記載の撮像デバイスであって、
   前記接続端子部が、前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側のパッケージ部材表面に配置された撮像デバイス。
10. 請求項８記載の撮像デバイスであって、
    前記接続端子部が、前記パッケージ部材の前記撮像素子が収容された側とは反対側のパッケージ部材表面に配置され、
    前記パッケージ部材の側面に、前記撮像素子の電極部と前記接続端子部とを接続する配線パターンが形成された撮像デバイス。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項記載の撮像デバイスであって、
    前記撮像素子の外周縁と前記開口孔との間隙が、全周にわたって樹脂封止された撮像デバイス。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項記載の撮像デバイスであって、
    前記パッケージ部材が、樹脂成形品からなる撮像デバイス。

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