JP2011066092A - 撮像ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを容易に低減することができること。
【解決手段】本発明の一実施の形態において、撮像ユニット１は、固体撮像素子２を実装するプリント基板３と、このプリント基板３と同じ熱膨張係数を有するダミー基板４とを備える。ダミー基板４は、プリント基板３に実装した状態の固体撮像素子２をこのプリント基板３と協同して挟むように固体撮像素子２に固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットに関し、特に、固体撮像素子の反りを低減可能な撮像ユニットに関するものである。

従来から、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラを始め、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機など、各種態様の電子撮像装置が登場している。電子撮像装置は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットを内蔵し、レンズ等の光学系によって固体撮像素子の受光部に被写体の光学像を結像し、この固体撮像素子の光電変換処理によって被写体の画像データを撮像する。

このような撮像ユニットの固体撮像素子は、一般に、受光部側のサブストレートに形成された複数の突起電極上に金属バンプが各々固定されたベアチップ状態の素子であり、加熱処理等によって回路基板上にフリップチップ実装され、このような各金属バンプ等を介して回路基板の回路配線と電気的に接続される。また、このように固体撮像素子を実装後の回路基板には、この固体撮像素子の受光部を覆うようにカバーガラスが接着剤等によって取り付けられる。この結果、回路基板上の固体撮像素子の受光部は、このカバーガラスの内側に封止される。

なお、このような撮像ユニットの従来例として、例えば、ＣＣＤの辺に沿って形成される異方性導電膜の一部分に、異方性導電膜を形成しない異方性導電膜未形成部を設け、形成した異方性導電膜をＴＡＢテープに熱圧着する際に、このＣＣＤおよび光学ガラス等によって囲まれる空洞部から空気を排出して、この空洞部内の空気の熱膨張によってＴＡＢテープとＣＣＤとの接続部に機械的応力を加えないようにした光電変換装置がある（特許文献１参照）。

特許第３２０７３１９号公報

ところで、フリップチップ実装等の実装技術によって回路基板に固体撮像素子を実装した場合、この実装工程における加熱処理によって、回路基板および固体撮像素子は、共に熱膨張しつつ接合される。その後、このような接合状態の回路基板および固体撮像素子は、常温まで温度低下しつつ、共に熱収縮する。しかしながら、このような回路基板および固体撮像素子の間には熱膨張係数に差があるため、これら両者の熱収縮に差が生じ、これに起因して、実装後の固体撮像素子に反りが発生するという問題点がある。

上述した固体撮像素子の反りは、固体撮像素子の受光部の平坦性を損なって被写体に焦点を合わせ難くなる等の固体撮像素子の撮像機能低下を招来する可能性がある。また、このような固体撮像素子の反りに起因する問題は、固体撮像素子の大型化および薄型化に伴って一層顕著になる。

なお、上述した特許文献１に記載の光電変換装置は、ＣＣＤ実装装置にＣＣＤを実装後に内部の空洞部から空気とともにゴミ等の異物をバキューム吸引してこの空洞部から異物を除去し、その後、封止樹脂によって封止して製造される。しかし、このような内部の空洞部からのバキューム処理を行って異物除去とともに熱膨張後の空気を排気した場合であっても、上述した熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを低減することは困難である。仮に、このようなバキューム技術によって固体撮像素子の反りを低減できるとしても、撮像ユニットの製造装置自体がバキューム装置等を備えた大規模なものとなるため、設備投資等によって撮像ユニットの製造コストアップを招来してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを容易に低減することができる撮像ユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像ユニットは、固体撮像素子を実装する回路基板と、前記回路基板と同じ熱膨張係数を有し、前記回路基板に実装した状態の前記固体撮像素子を前記回路基板と協同して挟むように前記固体撮像素子に固定するダミー基板と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記ダミー基板は、前記固体撮像素子の剛性に比して強い剛性を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記ダミー基板は、接着剤によって前記固体撮像素子に固定され、前記固体撮像素子は、硬化した場合に前記接着剤と同じ熱膨張係数を有する接着剤によって前記回路基板に固定されることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記固体撮像素子と前記ダミー基板とを接着する前記接着剤は、硬化した場合に前記固体撮像素子の剛性に比して強い剛性を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記ダミー基板は、少なくとも前記固体撮像素子と前記ダミー基板との接着範囲を覆うことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記ダミー基板および前記固体撮像素子の接着範囲は、前記回路基板および前記固体撮像素子の接着範囲と同様の範囲であることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記回路基板には、前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部が形成され、前記受光部と前記開口部とを対向させた態様で前記固体撮像素子が実装され、前記ダミー基板には、前記開口部と同形状であるとともに前記固体撮像素子を介して前記開口部と対向するダミー開口部が形成されることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記の発明において、前記ダミー基板は、前記回路基板と同じ材質の基板であることを特徴とする。

本発明にかかる撮像ユニットでは、固体撮像素子を実装する回路基板と同じ熱膨張係数を有するダミー基板と前記回路基板とによって協同して実装状態の前記固体撮像素子を挟むように構成している。この結果、実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを容易に低減することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの一構成例を示す断面模式図である。 図２は、図１に示す撮像ユニットのＡ−Ａ線断面模式図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの製造方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、固体撮像素子の裏面にダミー基板を取り付ける状態を示す模式図である。 図５は、ダミー基板付の固体撮像素子をプリント基板にフリップチップ実装する状態を示す模式図である。 図６は、プリント基板にカバーガラスを取り付ける状態を示す模式図である。 図７は、同じ熱膨張係数を有するプリント基板とダミー基板とによって固体撮像素子を挟み込んで固体撮像素子の表裏両側の反りを相殺する状態を示す模式図である。 図８は、ダミーの金属ボールによって固体撮像素子にダミー基板を溶着した一例を示す模式図である。

以下に、本発明にかかる撮像ユニットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、本発明にかかる撮像ユニットの一例として、回路基板にフリップチップ実装した固体撮像素子を備える撮像ユニットを例示するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの一構成例を示す断面模式図である。図２は、図１に示す撮像ユニットのＡ−Ａ線断面模式図である。図１，２に示すように、この実施の形態にかかる撮像ユニット１は、被写体の画像を撮像する固体撮像素子２と、固体撮像素子２をフリップチップ実装するプリント基板３と、プリント基板３と同じ熱膨張係数を有し、このプリント基板３と協同して固体撮像素子２を挟むダミー基板４と、プリント基板３にフリップチップ実装した状態の固体撮像素子２を封止するカバーガラス５とを備える。

固体撮像素子２は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等に例示されるベアチップ状の半導体素子であり、被写体からの光を受光してこの被写体の画像を撮像する撮像機能を有する。具体的には、固体撮像素子２は、サブストレート等のチップ基板上に、被写体からの光を受光する受光部２ａと、撮像動作を実行するための駆動回路が形成された駆動回路部２ｂと、駆動回路部２ｂと電気的に接続された複数の突起電極２ｃとを備える。

受光部２ａは、格子形状等の所定の形状に配置される画素群およびマイクロレンズ等を用いて実現され、固体撮像素子２のチップ基板上に形成される。駆動回路部２ｂは、このような受光部２ａの周辺に形成される。複数の突起電極２ｃは、固体撮像素子２のチップ基板に形成された配線（図示せず）を介して駆動回路部２ｂと電気的に接続される。なお、これら複数の突起電極２ｃは、駆動回路部２ｂの周辺（例えば対向する２辺または４辺）に形成される。

上述したような構成を有する固体撮像素子２は、図２に示すように、カバーガラス５によって受光部２ａおよび駆動回路部２ｂを保護された状態でプリント基板３の開口部３ａと受光部２ａとを対向させた状態でプリント基板３にフリップチップ実装される。このフリップチップ実装によって、固体撮像素子２の複数の突起電極２ｃは、プリント基板３の配線層（図示せず）と電気的に接続される。さらに、このような固体撮像素子２とプリント基板３との実装強度は、接着剤６によって補強される。このようにプリント基板３に実装された固体撮像素子２において、受光部２ａは、プリント基板３の開口部３ａおよびカバーガラス５を通過した被写体からの光を受光し、この受光した光を光電変換処理する。駆動回路部２ｂは、受光部２ａによって光電変換処理された信号をもとに被写体の画像信号を生成し、この生成した画像信号を複数の突起電極２ｃ等を介してプリント基板３の配線層に出力する。

なお、複数の突起電極２ｃの各々は、ワイヤボンディング方式によって形成された金または銅等のスタッドバンプであってもよいし、めっき方式によって形成された金、銀、銅、インジウムまたは半田等の金属バンプであってもよい。或いは、複数の突起電極２ｃの各々は、金属ボールまたは表面に金属めっきを施した樹脂ボールであってもよいし、印刷等によってパターン形成された導電性接着剤であってもよい。

プリント基板３は、上述した固体撮像素子２の撮像機能を実現するための回路が形成された多層構造または単層構造の回路基板である。具体的には、プリント基板３は、固体撮像素子２の撮像機能を実現するために必要な回路配線等がパターン形成された配線層（図示せず）を備え、この配線層上に、上述した固体撮像素子２の複数の突起電極２ｃを接続する複数の電極パッドを備える。また、このようなプリント基板３には、図１に示すように、固体撮像素子２の受光部２ａに対応する開口部３ａが形成される。

開口部３ａは、固体撮像素子２の受光部２ａに対応して設計された開口寸法を有し、この受光部２ａに対する被写体からの光の入射を可能にする。一方、特に図１，２に図示しないが、プリント基板３の配線層は、固体撮像素子２の撮像機能を実現するために必要な回路配線等がパターン形成された導電層である。この配線層には、固体撮像素子２に配置された複数の突起電極２ｃに対応する複数の電極パッドが形成される。このような配線層の各電極パッドには、熱圧着技術または超音波接続技術等によって、これら複数の突起電極２ｃが各々接続される。

なお、上述した単層構造または多層構造のプリント基板３は、外力の印加によって容易に変形可能である柔軟なフレキシブル回路基板であってもよいし、フレキシブル回路基板に比して変形し難いリジッド回路基板であってもよい。また、図１，２には、この実施の形態にかかる撮像ユニット１の一部分、具体的には固体撮像素子２およびその近傍が図示されている。すなわち、上述したプリント基板３の外形は、プレート状または帯状等の所望の外形に設計される。

ダミー基板４は、プリント基板３の熱収縮に起因する固体撮像素子２の反りを低減するために固体撮像素子２の裏面に固定する部材である。具体的には、ダミー基板４は、上述したプリント基板３と同じ熱膨張係数を有し、プリント基板３に実装された状態の固体撮像素子２をこのプリント基板３と協同して挟むように固体撮像素子２に固定される。なお、ダミー基板４の材質は、ポリイミドまたはガラスエポキシ等のプリント基板３と同じ材質であることが望ましいが、プリント基板３とダミー基板４との熱膨張係数が同じであれば、プリント基板３と異なる材質であってもよい。

また、図１に示すように、ダミー基板４は、ダミー開口部４ａが形成された枠体である。このダミー基板４のダミー開口部４ａは、図２に示すように、プリント基板３の開口部３ａと同形状であるとともに実装状態の固体撮像素子２を介してこの開口部３ａと対向するように形成される。すなわち、実装状態の固体撮像素子２の受光部２とダミー開口部４ａとの相対位置関係は、この受光部２とプリント基板３の開口部３ａとの相対位置関係と同じである。

一方、ダミー基板４は、固体撮像素子２の剛性に比して強い剛性を有し、図１，２に示すように、接着剤７によって固体撮像素子２の裏面に固定される。この場合、接着剤７によるダミー基板４と固体撮像素子２との接着範囲は、プリント基板３と固体撮像素子２との接着範囲、すなわちプリント基板３と固体撮像素子２との間隙に充填される接着剤６の介在範囲と同様の範囲である。さらには、ダミー基板４は、少なくとも固体撮像素子２とダミー基板４との接着範囲、すなわち接着剤７の介在範囲を覆うことが望ましい。

このように固体撮像素子２の裏面に固定されたダミー基板４は、固体撮像素子２を実装した状態のプリント基板３と同様に熱膨張し、これによって、この固体撮像素子２の表裏両面の間における熱膨張差を略零に補正して加熱処理時における固体撮像素子２の熱応力に起因する表裏両面間の歪み（すなわち固体撮像素子２の表面側および裏面側の各反り）を相殺する。同様に、このようなダミー基板４は、固体撮像素子２を実装した状態のプリント基板３と同様に熱収縮し、これによって、この固体撮像素子２の表裏両面の間における熱収縮差を略零に補正して温度低下時における固体撮像素子２の表面側および裏面側の各反りを相殺する。

なお、本発明において、上述した固体撮像素子２の表裏両面のうち、受光部２ａと駆動回路部２ｂと突起電極２ｃとが形成された側のベアチップ面、すなわち固体撮像素子２の機能面が固体撮像素子２の表面であり、この機能面と反対側の面が固体撮像素子２の裏面である。

カバーガラス５は、固体撮像素子２の受光部２ａへの光透過性を損なうことなく受光部２ａを封止する。具体的には、カバーガラス５は、被写体からの光、すなわち固体撮像素子２の受光部２ａが受光すべき光に対して透明な板状の透光性部材であり、固体撮像素子２をフリップチップ実装した状態のプリント基板３の開口部３ａを閉塞する。すなわち、図１，２に示すように、カバーガラス５は、プリント基板３の開口部３ａを閉じるように接着剤８によってプリント基板３に固定される。このようにプリント基板３上に固定されたカバーガラス５は、フリップチップ実装後の固体撮像素子２の受光部２ａを内部に気密封止し、この結果、この受光部２ａへの光透過性を損なうことなく、このプリント基板３の開口部３ａ側からの異物混入を防止する。

接着剤６は、上述した固体撮像素子２とプリント基板３とを確実に固定するためのものである。具体的には、接着剤６は、エポキシ系、フェノール系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系等の絶縁性接着剤である。接着剤６は、図２に示すように、固体撮像素子２の受光部２ａとプリント基板３の開口部３ａとの間の領域に進入しないように、フリップチップ実装後の固体撮像素子２とプリント基板３との間隙に充填される。また、接着剤６は、このプリント基板３上の固体撮像素子２の周囲に沿って裾野形状を形成する状態になるまで塗布される。これによって、接着剤６は、この固体撮像素子２とプリント基板３との間隙を閉塞する。このように充填および塗布された接着剤６は、加熱処理または紫外線照射処理等によって硬化する。この結果、接着剤６は、所定の剛性を有した状態になるとともに、固体撮像素子２とプリント基板３とを接着してこの固体撮像素子２とプリント基板３との実装強度、すなわち固体撮像素子２の各突起電極２ｃとプリント基板３との接合強度を補強する。さらに、接着剤６は、固体撮像素子２とプリント基板３との間隙を介しての受光部２ａへの異物混入および不要光の入射を防止する。

なお、接着剤６は、上述した絶縁性接着剤に限定されず、異方導電性接着剤であってもよい。この場合、接着剤６は、上述した固体撮像素子２のフリップチップ実装において、固体撮像素子２とプリント基板３とを接着するとともに、このフリップチップ実装された固体撮像素子２の各突起電極２ｃとプリント基板３の各電極パッドとを各々電気的に接続する。また、接着剤６が異方導電性接着剤である場合、上述した突起電極２ｃを用いずに固体撮像素子２とプリント基板３とを電気的に接続することができる。この場合、接着剤６は、固体撮像素子２の各電極パッドとプリント基板３の配線層内の各電極パッドとを各々電気的に接続する。一方、接着剤６は、固体撮像素子２とダミー基板４とを接着した硬化状態の接着剤７と同じ熱膨張係数を有することが望ましい。この結果、ダミー基板４は、プリント基板３と同時に熱膨張または熱収縮した際に、固体撮像素子２の表裏両側間の熱膨張差または熱収縮差を一層確実に補正して、より確実に固体撮像素子２の表面側の反りと裏面側の反りとを相殺することができる。

接着剤７は、上述した固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を固定するためのものである。具体的には、接着剤７は、エポキシ系、フェノール系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系等の絶縁性接着剤である。接着剤７は、図１，２に示すように、固体撮像素子２とダミー基板４との間において固体撮像素子２とプリント基板３とを固定する接着剤６の接着範囲と同様の範囲に介在する。すなわち、接着剤７による固体撮像素子２とダミー基板４の接着範囲は、接着剤６による固体撮像素子２とプリント基板３との接着範囲と同様の範囲である。このような接着剤７は、図２に示すように、ダミー基板４のダミー開口部４ａの外側であって固体撮像素子２の裏面における受光部２ａより外側の領域に介在するように固体撮像素子２またはダミー基板４に塗布される。このように塗布された接着剤７は、加熱処理または紫外線照射処理等によって硬化する。この結果、接着剤７は、所定の剛性を有した状態になるとともに、固体撮像素子２とダミー基板４とを接着する。この場合、硬化状態の接着剤７は、上述した硬化状態の接着剤６と同じ熱膨張係数を有するとともに、固体撮像素子２の剛性に比して強い剛性を有することが望ましい。この結果、硬化状態の接着剤７は、上述したダミー基板４による固体撮像素子２の反り低減作用を支援することができる。

接着剤８は、上述したプリント基板３とカバーガラス５とを接着するためのものである。具体的には、接着剤８は、エポキシ系、フェノール系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系等の絶縁性接着剤である。接着剤８は、図２に示すように、プリント基板３の開口部３ａに進入しないように、プリント基板３またはカバーガラス５に塗布され、これによって、このプリント基板３とカバーガラス５との間隙を閉塞する。このように塗布された接着剤８は、加熱処理または紫外線照射処理等によって硬化する。この結果、接着剤８は、プリント基板３とカバーガラス５とを接着するとともに、このようなプリント基板３とカバーガラス５との間隙を介しての開口部３ａさらには受光部２ａへの異物混入および不要光の入射を防止する。

つぎに、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニット１の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの製造方法の一例を示すフローチャートである。図４は、固体撮像素子の裏面にダミー基板を取り付ける状態を示す模式図である。図５は、ダミー基板付の固体撮像素子をプリント基板にフリップチップ実装する状態を示す模式図である。図６は、プリント基板にカバーガラスを取り付ける状態を示す模式図である。本発明の実施の形態にかかる撮像ユニット１は、上述した固体撮像素子２とプリント基板３とダミー基板４とカバーガラス５とを撮像ユニット１の構成部品として予め準備し、接着剤６〜８等を用いてこれらの各構成部品を組み合わせることによって製造される。

すなわち、図３に示すように、まず、固体撮像素子２にダミー基板４を取り付ける（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１において、固体撮像素子２の裏面には、図４に示すように、受光部２ａの裏側チップ面（点線部分）を取り囲む態様で少なくとも各突起電極２ｃの反対側のチップ面に塗布される。ダミー基板４は、ダミー開口部４ａと受光部２ａの裏側チップ面とを合わせる（対向させる）態様でこの固体撮像素子２の裏面に取り付けられ、予め塗布された接着剤７によって固体撮像素子２に接着される。この場合、固体撮像素子２とダミー基板４との間に介在する接着剤７は、ＵＶ照射処理または加熱処理等によって硬化される。なお、このような硬化状態の接着剤７は、後述するステップＳ１０３における硬化状態の接着剤６と同じ熱膨張係数を有することが望ましい。

つぎに、ステップＳ１０１の工程によって製造されたダミー基板４付の固体撮像素子２をプリント基板３にフリップチップ実装する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２において、ダミー基板４取り付け済みの固体撮像素子２（以下、ダミー基板付撮像素子１１という）は、まず、図５に示すようにプリント基板３上の実装範囲３ｃ内に対して位置決めされた上でプリント基板３に仮付けされる。この仮付け処理において、ダミー基板付撮像素子１１とプリント基板３との位置決めは、固体撮像素子２の各突起電極２ｃとプリント基板３の各電極パッド３ｂとを対毎に位置合わせして達成する。その後、このように互いに位置決め処理したプリント基板３とダミー基板付撮像素子１１とを仮付けし、これによって、各突起電極２ｃと各電極パッド３ｂとを対毎に仮接合する。

このように仮付け処理後のプリント基板３およびダミー基板付撮像素子１１は、リフロー炉等の所定の加熱装置に投入され、この加熱装置によって加熱処理される。このような加熱処理によって、ダミー基板付撮像素子１１の各突起電極２ｃは、プリント基板３の各電極パッド３ｂに溶着接合され、この結果、ダミー基板付撮像素子１１とプリント基板３とのフリップチップ実装が達成される。この場合、ダミー基板付撮像素子１１内の固体撮像素子２は、その裏面側のダミー基板４と表面（実装面）側のプリント基板３との間に挟み込まれた状態になって加熱処理される。また、ダミー基板付撮像素子１１は、プリント基板３の開口部３ａと固体撮像素子２の受光部２ａとを対向させた状態でプリント基板３と電気的に接続される。

続いて、ステップＳ１０２におけるフリップチップ実装後のプリント基板３とダミー基板付撮像素子１１の固体撮像素子２との間隙に接着剤６を充填する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３において、接着剤６は、受光部２ａと開口部３ａとの間の領域に進入しないように、上述したフリップチップ実装後のプリント基板３とダミー基板付撮像素子１１の固体撮像素子２との間隙に充填され、さらに、このプリント基板３上の固体撮像素子２の周囲に沿って裾野形状を形成する状態になるまで塗布される。これによって、接着剤６は、この固体撮像素子２とプリント基板３との間隙を閉塞する。このような接着剤６は、ＵＶ照射処理または加熱処理等によって硬化される。この結果、ダミー基板付撮像素子１１の各突起電極２ｃとプリント基板３の各電極パッド３ｂとの接合強度が補強される。

このように固体撮像素子２とプリント基板３との間で硬化した接着剤６は、上述したように、固体撮像素子２とダミー基板４との接着範囲（すなわち接着剤７の介在範囲）と同様の範囲、すなわち図５の点線によって示される実装範囲３ｃ内であって開口部３ａの外側の範囲に介在してプリント基板３とダミー基板付撮像素子１１とを固定する。なお、このような硬化状態の接着剤６は、上述した硬化状態の接着剤７と同じ熱膨張係数を有することが望ましい。

ここで、この時点における固体撮像素子２は、プリント基板３とダミー基板４とによって挟み込まれた状態になっている。また、このような固体撮像素子２、プリント基板３およびダミー基板４は、硬化状態の接着剤６，７による固着作用によって、三層構造に一体化している。

その後、このダミー基板付撮像素子１１を実装済みのプリント基板３にカバーガラス５を取り付けて（ステップＳ１０４）、このダミー基板付撮像素子１１の固体撮像素子２を封止する。このステップＳ１０４において、カバーガラス５は、図６に示すように、ダミー基板付撮像素子１１を搭載したプリント基板３に取り付けられる。この場合、このプリント基板３の基板面またはカバーガラス５に予め塗布した接着剤８によって、プリント基板３およびカバーガラス５が接着される。なお、接着剤８は、プリント基板３の基板面またはカバーガラス５の表面であってプリント基板３の開口部３ａに対向するカバーガラス面、すなわち図６に示す透光領域５ａの外側に介在して、プリント基板３とカバーガラス５との間隙を閉塞する。このようにプリント基板３に接着されたカバーガラス５は、固体撮像素子２の受光部２ａへの光入射を可能にしつつ、内部に受光部２ａを封止する。なお、接着剤８は、ＵＶ照射等によって常温硬化してもよいし、加熱処理によって熱硬化してもよい。

上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４の各製造工程を順次行うことによって、図１，２に示した構成を有する撮像ユニット１を製造することができる。このように製造された撮像ユニット１は、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラを始め、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機等、各種態様の電子撮像装置に内蔵することができる。

つぎに、固体撮像素子２の反り低減作用について説明する。図７は、同じ熱膨張係数を有するプリント基板とダミー基板とによって固体撮像素子を挟み込んで固体撮像素子の表裏両側の反りを相殺する状態を示す模式図である。この実施の形態にかかる撮像ユニット１の製造工程において、固体撮像素子２は、上述したように、接着剤７によって裏面側にダミー基４を固定された後、加熱処理等によってプリント基板３にフリップチップ実装される。

このようなフリップチップ実装工程において、図７に示すように、プリント基板３は、加熱処理によって熱膨張するとともに、固体撮像素子２との熱膨張係数差に起因して固体撮像素子２の表面側（実装面側）に熱膨張力Ｆ１を作用させて、この固体撮像素子２の表面側を強制的に膨張させようとする。これと同時に、ダミー基板４は、この加熱処理によって熱膨張するとともに、固体撮像素子２との熱膨張係数差に起因して固体撮像素子２の裏面側に熱膨張力Ｆ１１を作用させて、この固体撮像素子２の裏面側を強制的に膨張させようとする。

ここで、プリント基板３およびダミー基板４の各熱膨張係数は、上述したように同じである。このため、プリント基板３と固体撮像素子２との熱膨張係数差は、ダミー基板４と固体撮像素子２との熱膨張係数差と同じである。したがって、この固体撮像素子２の表面側に作用する熱膨張力Ｆ１および裏面側に作用する熱膨張力Ｆ１１は、同程度の熱応力である。このようなプリント基板３の熱膨張作用およびダミー基板４の熱膨張作用によって、固体撮像素子２の表裏両側は同様に熱膨張し、これによって、この固体撮像素子２の表裏両側間の熱膨張差は零に補正される。このため、固体撮像素子２に作用する曲げ力Ｆ３が相殺され（図７参照）、この結果、上述した加熱処理時における固体撮像素子２の表面側の反りと裏面側の反りとが相殺されて加熱処理時における固体撮像素子２の平坦性が維持される。

一方、プリント基板３は、上述したフリップチップ実装工程後に温度低下し、これに伴って熱収縮するとともに、固体撮像素子２との熱膨張係数差に起因して固体撮像素子２の表面側に熱収縮力Ｆ２を作用させて、この固体撮像素子２の表面側を強制的に収縮させようとする。これと同時に、ダミー基板４は、この温度低下に伴って熱収縮するとともに、固体撮像素子２との熱膨張係数差に起因して固体撮像素子２の裏面側に熱収縮力Ｆ１２を作用させて、この固体撮像素子２の裏面側を強制的に収縮させようとする。

ここで、プリント基板３およびダミー基板４の各熱膨張係数は、上述したように同じであるため、プリント基板３と固体撮像素子２との熱膨張係数差は、ダミー基板４と固体撮像素子２との熱膨張係数差と同じである。したがって、この固体撮像素子２の表面側に作用する熱収縮力Ｆ２および裏面側に作用する熱収縮力Ｆ１２は、同程度の熱応力である。このようなプリント基板３の熱収縮作用およびダミー基板４の熱収縮作用によって、固体撮像素子２の表裏両側は同様に熱収縮し、これによって、この固体撮像素子２の表裏両側間の熱収縮差は零に補正される。このため、固体撮像素子２に作用する曲げ力Ｆ３は、上述した熱膨張の場合と同様に相殺され（図７参照）、この結果、温度低下に伴う固体撮像素子２の表面側の反りと裏面側の反りとが相殺されてフリップチップ実装後の固体撮像素子２の平坦性が維持される。

他方、上述したダミー基板４は、固体撮像素子２の剛性に比して強い剛性を有していれば、熱膨張力Ｆ１，Ｆ１１または熱収縮力Ｆ２，Ｆ１２に起因して固体撮像素子２に作用する曲げ力Ｆ３に対抗する反作用力を有することができ、この結果、固体撮像素子２の反りを一層低減する。また、硬化状態の接着剤７は、硬化状態の接着剤６と同じ熱膨張係数を有する場合、上述したフリップチップ実装工程において接着剤６と同様の熱膨張および熱収縮を行う。このため、固体撮像素子２とプリント基板３との熱膨張係数差並びに固体撮像素子２とダミー基板４との熱膨張係数差は、一層零に補正し易くなり、この結果、ダミー基板４は、上述した固体撮像素子２の反りを一層確実に低減することができる。さらに、硬化状態の接着剤７は、固体撮像素子２の剛性に比して強い剛性を有していれば、上述した曲げ力Ｆ３に対抗するダミー基板４の反作用力を補強することができ、この結果、ダミー基板４による固体撮像素子２の反り低減作用を支援することができる。

なお、ダミー基板４は、上述したフリップチップ実装工程後における加熱処理（例えば、接着剤８の熱硬化処理等）の前後においても、上述したフリップチップ実装工程の場合と同様に、固体撮像素子２の曲げ力Ｆ３を相殺して固体撮像素子２の反りを低減することができる。この結果、ダミー基板４は、この固体撮像素子２の受光部２ａの平坦性を維持することができる。

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、固体撮像素子を実装するプリント基板と同じ熱膨張係数を有するダミー基板と固体撮像素子とを固定し、このようなプリント基板とダミー基板とによって協同して固体撮像素子を挟むように構成した。このため、加熱処理時および温度低下時における固体撮像素子の表裏両側間の熱変形差（すなわち熱膨張差および熱収縮差）を補正することができ、これによって、この固体撮像素子の熱膨張または熱収縮に起因する曲げ力に対抗してこの固体撮像素子の表面側の反りと裏面側の反りとを相殺することができ、この結果、フリップチップ実装後のプリント基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを容易に低減することができる。

また、固体撮像素子の剛性に比して強い剛性を有するダミー基板を用いることによって、上述した熱膨張力または熱収縮力に起因して固体撮像素子に作用する曲げ力に対抗するダミー基板の反作用力を高めることができ、この結果、この固体撮像素子の反りを一層確実に低減することができる。

さらに、プリント基板に固体撮像素子を固定する接着剤の熱膨張係数と固体撮像素子の裏面にダミー基板を固定する接着剤の熱膨張係数とを同じにすることによって、固体撮像素子とプリント基板との熱膨張係数差並びに固体撮像素子とダミー基板との熱膨張係数差を一層零に補正し易くなり、この結果、ダミー基板によって固体撮像素子の反りを一層確実に低減することができる。

また、硬化した場合に固体撮像素子の剛性に比して強い剛性を有する接着剤を用いて固体撮像素子にダミー基板を固定することによって、上述した固体撮像素子の曲げ力に対抗するダミー基板の反作用力を補強することができ、この結果、このダミー基板による固体撮像素子の反り低減作用を支援することができる。

なお、上述した実施の形態では、ダミー基板４は、少なくとも固体撮像素子２とダミー基板４との接着範囲である接着剤７の介在範囲を覆っていたが、この場合、ダミー基板４の外形サイズは、固体撮像素子２の外形サイズ以上であればよく、さらには、ダミー基板４の外形は、固体撮像素子２の外形に対して相似形であることが望ましい。これによって、固体撮像素子２全体に亘って隈なく固体撮像素子２の反りを低減できるからである。

また、上述した実施の形態では、プリント基板３に固体撮像素子２を固定する接着剤６の熱膨張係数と固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を固定する接着剤７の熱膨張係数とが同じであったが、さらに、双方の接着剤６，７が同一材質であることが望ましい。これによって、接着剤６，７の熱膨張係数差および硬化収縮量の差を共に容易に零にできるとともに、撮像ユニット１の製造部材を調達し易くなり、この結果、撮像ユニット１の製造コストを低減することができるからである。

さらに、上述した実施の形態では、プリント基板３にカバーガラス５を固定していたが、これに限らず、上述したカバーガラス５の代わりに、アクリル板等の被写体からの光に対して透明な透光性部材をプリント基板３に固定してもよい。

また、上述した実施の形態では、ダミー基板４にプリント基板３の開口部３ａと同形状のダミー開口部４ａを形成していたが、これに限らず、ダミー基板４の剛性が固体撮像素子２の剛性に比して強ければ、開口部３ａとダミー開口部４ａとを同形状にしなくてもよく、さらには、ダミー基板４にダミー開口部４ａを形成しなくてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、ダミー基板４の剛性は、固体撮像素子２の剛性に比して強いことが望ましいが、固体撮像素子２にダミー基板４を固定する硬化状態の接着剤７の剛性が固体撮像素子２の剛性に比して十分に強ければ、ダミー基板４の剛性は、固体撮像素子２の剛性に比して必ずしも強くなくてもよい。

また、上述した実施の形態では、固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を取り付け（ステップＳ１０１参照）、その後、このダミー基板４を取り付け済みの固体撮像素子２（すなわちダミー基板付撮像素子１１）をプリント基板３にフリップチップ実装していたが、これに限らず、先に、ダミー基板４を固定する前の固体撮像素子２をプリント基板３に仮実装（仮接合）し、この仮実装後の固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を固定してから加熱処理して、プリント基板３に対する固体撮像素子２のフリップチップ実装（本実装）を達成してもよい。

さらに、上述した実施の形態では、接着剤７によって固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を接着していたが、これに限らず、接着剤７を用いず、ダミー基板４の基板面および固体撮像素子２の裏面の少なくとも一方に金属メタライズを施し、加熱処理によって固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を溶着してもよい。図８は、ダミーの金属ボールによって固体撮像素子にダミー基板を溶着した一例を示す模式図である。具体的には図８に示すように、ダミー基板４の基板面および固体撮像素子２の裏面の少なくとも一方にダミーの金属ボールを複数配置し、これら複数の金属ボールの溶着によって固体撮像素子２の裏面にダミー基板４を固定してもよいし、半田等の金属部材をめっき処理して溶着してもよい。

以上のように、本発明にかかる撮像ユニットは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットに有用であり、特に、実装後の回路基板と固体撮像素子との熱収縮差に起因する固体撮像素子の反りを容易に低減することができる撮像ユニットに適している。

１ 撮像ユニット
２ 固体撮像素子
２ａ 受光部
２ｂ 駆動回路部
２ｃ 突起電極
３ プリント基板
３ａ 開口部
３ｂ 電極パッド
３ｃ 実装範囲
４ ダミー基板
４ａ ダミー開口部
５ カバーガラス
５ａ 透光領域
６，７，８ 接着剤
１１ ダミー基板付撮像素子

Claims (8)

1. 固体撮像素子を実装する回路基板と、
   前記回路基板と同じ熱膨張係数を有し、前記回路基板に実装した状態の前記固体撮像素子を前記回路基板と協同して挟むように前記固体撮像素子に固定するダミー基板と、
   を備えたことを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記ダミー基板は、前記固体撮像素子の剛性に比して強い剛性を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記ダミー基板は、接着剤によって前記固体撮像素子に固定され、
   前記固体撮像素子は、硬化した場合に前記接着剤と同じ熱膨張係数を有する接着剤によって前記回路基板に固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。
4. 前記固体撮像素子と前記ダミー基板とを接着する前記接着剤は、硬化した場合に前記固体撮像素子の剛性に比して強い剛性を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
5. 前記ダミー基板は、少なくとも前記固体撮像素子と前記ダミー基板との接着範囲を覆うことを特徴とする請求項３または４に記載の撮像ユニット。
6. 前記ダミー基板および前記固体撮像素子の接着範囲は、前記回路基板および前記固体撮像素子の接着範囲と同様の範囲であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
7. 前記回路基板には、前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部が形成され、前記受光部と前記開口部とを対向させた態様で前記固体撮像素子が実装され、
   前記ダミー基板には、前記開口部と同形状であるとともに前記固体撮像素子を介して前記開口部と対向するダミー開口部が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
8. 前記ダミー基板は、前記回路基板と同じ材質の基板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の撮像ユニット。

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