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JP2003198897A - 光モジュール、回路基板及び電子機器 - Google Patents

光モジュール、回路基板及び電子機器

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Publication number
JP2003198897A
JP2003198897A JP2001397052A JP2001397052A JP2003198897A JP 2003198897 A JP2003198897 A JP 2003198897A JP 2001397052 A JP2001397052 A JP 2001397052A JP 2001397052 A JP2001397052 A JP 2001397052A JP 2003198897 A JP2003198897 A JP 2003198897A
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JP
Japan
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optical
optical module
module according
chip
substrate
Prior art date
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Application number
JP2001397052A
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Inventor
Nobuaki Hashimoto
伸晃 橋元
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Priority to US10/292,372 priority patent/US6727431B2/en
Priority to CNB021583595A priority patent/CN1275330C/zh
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が可能で封止構造を備えた光モジュー
ル、回路基板及び電子機器を提供することにある。 【解決手段】 基板42の上方には、光学的部分12と
電極24とを有する光学チップ10が設けられている。
光学チップ10は筐体44に囲まれている。光学的部分
12は第1の封止部30によって封止されている。光学
チップ10の電極24と基板42の配線46との電気的
接続部は、第2の封止部52によって封止されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュール、回
路基板及び電子機器に関する。
【0002】
【背景技術】センサチップが筐体に取り付けられ、その
筐体にレンズが取り付けられた固体撮像装置が知られて
いる。従来の固体撮像装置では、センサチップや電気的
な接続部を湿気から保護するには、筐体に封止構造を適
用する必要があり、装置が大型化するという問題があっ
た。
【0003】本発明は、この問題点を解決するものであ
り、その目的は、小型化が可能で封止構造を備えた光モ
ジュール、回路基板及び電子機器を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】(1)本発明に係る光モ
ジュールは、配線が設けられた基板と、前記基板の上方
に設けられた光学チップであって、光学的部分と前記配
線に電気的に接続された電極とを有する光学チップと、
前記基板の上方に、少なくとも前記光学チップを囲んで
設けられた筐体と、前記光学チップ上に設けられて前記
光学的部分を封止する第1の封止部と、前記光学チップ
の前記電極と前記基板の前記配線との電気的接続部を封
止する第2の封止部と、を有する。
【0005】本発明によれば、筐体に封止構造を適用し
なくても、光学的部分及び電気的接続部を湿気やゴミ、
ケバ等から保護することができる。
【0006】(2)この光モジュールにおいて、前記筐
体は、前記光学チップの上方及び側方に設けられてお
り、前記筐体のうち、前記光学的部分の上方には第1の
開口部が設けられ、前記第1の開口部内にはレンズが取
り付けられていてもよい。
【0007】(3)この光モジュールにおいて、前記筐
体は、前記光学的部分の上方に位置したレンズを保持す
る第1の部分と、前記基板に直接接続され前記第1の部
分を前記光学的部分の上方に支持する第2の部分と、を
有し、前記第1の部分を移動させることにより、前記レ
ンズと前記光学的部分との距離を調節できるものでもよ
い。
【0008】(4)この光モジュールにおいて、前記第
2の部分は第2の開口部を有し、前記第1の部分の外側
には、第1のねじが設けられ、前記第2の部分の前記第
2の開口部の内側には、第2のねじが設けられ、前記第
1の部分と前記第2の部分とは、前記第1のねじと前記
第2のねじとによって結合され、前記第1のねじと前記
第2のねじとを用いて前記第1の部分を移動できるもの
であってもよい。
【0009】(5)この光モジュールにおいて、前記光
学チップには、前記光学的部分の外側に前記電極が配置
され、前記電極を避けて前記第1の封止部が形成され、
前記第2の封止部は、前記第1の封止部の側面に付着
し、上面に付着しないように形成されていてもよい。
【0010】(6)この光モジュールにおいて、さら
に、前記基板の上方に、回路チップを有し、前記光学チ
ップは、前記回路チップの上方に設けられるものでもよ
い。
【0011】(7)この光モジュールにおいて、前記基
板は、外部端子をさらに有してもよい。
【0012】(8)この光モジュールにおいて、前記第
1の封止部は、前記光学的部分の上方に配置されるプレ
ート部と、前記基板と前記プレート部との間に設けられ
て前記プレート部を支持するスペーサ部と、を有しても
よい。
【0013】(9)この光モジュールにおいて、前記ス
ペーサ部は、前記光学的部分の周囲に連続的に形成され
てなり、前記光学的部分と前記プレート部との間には、
空間が形成されていてもよい。
【0014】(10)この光モジュールにおいて、前記
空間は、真空であってもよい。
【0015】(11)この光モジュールにおいて、前記
空間には、窒素又はドライエアが入っていてもよい。
【0016】(12)この光モジュールにおいて、前記
スペーサ部は、前記光学的部分と前記プレートとを接着
する層であってもよい。
【0017】(13)この光モジュールにおいて、前記
プレート部は、少なくとも可視光を通過させ、赤外線を
通過させなくてもよい。
【0018】(14)この光モジュールにおいて、前記
光学的部分は、画像センシング用に並べられた複数の受
光素子を有していてもよい。
【0019】(15)この光モジュールにおいて、前記
光学的部分は、前記受光素子の上方に、カラーフィルタ
を有していてもよい。
【0020】(16)この光モジュールにおいて、前記
光学的部分は、前記光学チップの表面に、マイクロレン
ズアレイを有していてもよい。
【0021】(17)本発明に係る回路基板は、上記光
モジュールが実装されてなる。
【0022】(18)本発明に係る電子機器は、上記光
モジュールを有する。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0024】図1は、本発明の実施の形態に係る光モジ
ュール及び回路基板を説明する図である。光モジュール
は、光学チップ10を有する。図2(A)及び図2
(B)は、光学チップの断面図及び平面図である。
【0025】光学チップ10は、光学的部分12を有す
る。光学的部分12は、光が入射又は出射する部分であ
る。また、光学的部分12は、光エネルギーと他のエネ
ルギー(例えば電気)を変換する。すなわち、光学的部
分12は、複数のエネルギー変換素子(受光素子・発光
素子)14を有する。本実施の形態では、光学的部分1
2は受光部である。複数のエネルギー変換素子(受光素
子又はイメージセンサ素子)14は、二次元的に並べら
れて、画像センシングを行えるようになっている。すな
わち、本実施の形態では、光モジュールは、イメージセ
ンサ(例えばCCD、CMOSセンサ)である。エネル
ギー変換素子14は、パッシベーション膜16で覆われ
ている。パッシベーション膜16は、光透過性を有す
る。光学チップ10を、半導体基板(例えば半導体ウエ
ハ)から製造する場合、SiO2、SiNでパッシベー
ション膜16が形成されてもよい。
【0026】光学的部分12は、カラーフィルタ18を
有していてもよい。カラーフィルタ18は、パッシベー
ション膜16上に形成されている。また、カラーフィル
タ18上に平坦化層20が設けられ、その上にマイクロ
レンズアレイ22が設けられていてもよい。
【0027】光学チップ10には、複数の電極24が形
成されている。電極24は、パッド上に形成されたバン
プを有するが、パッドのみであってもよい。電極24
は、光学的部分12の外側に形成されている。光学チッ
プ10の複数辺(例えば対向する二辺又は四辺)又は一
辺に沿って電極24を配置してもよい。
【0028】光学的部分12は、第1の封止部30によ
って封止されている。第1の封止部30があるので、基
板42と筐体44とによって、光学チップ10を封止し
なくとも、光学的部分12を湿気から保護することがで
きる。第1の封止部30は、光学チップ10上に直接的
に設けられている。第1の封止部30は、プレート部3
2及びスペーサ部34を有する。第1の封止部30は、
電極24を避けて設けられている。
【0029】プレート部32は、光学的部分12の上方
に配置される。プレート部32の形状は特に限定されな
いが、例えば四辺形である。プレート部32は、光透過
性を有する。プレート部32として光学ガラスや光透過
性のプラスチックを使用することができる。プレート部
32は、光が透過するものであれば損失の大きさは問わ
ない。ただし、透過率が高く、損失が少ないもののほう
がより好ましい。また、特定の波長の光のみを透過する
ものであってもよい。例えば、プレート部32は、可視
光を通過させるが赤外線領域の光を通過させないもので
あってもよい。プレート部32は、可視光に対して損失
が小さく、赤外線領域の光に対して損失が大きくてもよ
い。また、可視光に対して損失が小さく、赤外線領域の
光に対して損失が大きくなるように、プレート部32の
表面に光学的な処理を施してもよい。例えば、プレート
部32に、可視光に対して損失が小さく、赤外線領域の
光に対して損失が大きい材料からなる膜を設けても良
い。
【0030】スペーサ部34は、光学的部分12の周囲
に連続的に形成されてなる。スペーサ部34は、樹脂で
形成してもよく、例えば、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹
脂などで形成してもよい。なお、熱硬化性樹脂又は光硬
化性樹脂で形成されたスペーサ部34は、仮硬化させる
ことでその変形を抑えることができる。このため、スペ
ーサ部34を構成する樹脂が、光学的部分12の上に広
がるのを防ぐことができる。熱可塑性樹脂が紫外線硬化
型であれば、仮硬化には、紫外線の照射を適用すること
ができる。あるいは、金属でスペーサ部34を形成して
もよい。その場合、スペーサ部34と、プレート部32
又は光学チップ10との固定には、ろう材を使用しても
よいし、接着剤を使用してもよい。また、プレート部3
2とスペーサ部34とは、一体的に同一の材料で形成さ
れていてもよい。この場合、例えば、プレート部32と
スペーサ部34とは、光学ガラスや光透過性のプラスチ
ックなどの透過性を有する材料により形成される。
【0031】プレート部32及びスペーサ部34は、光
学的部分22を封止する。スペーサ部34がプレート部
32を支持し、プレート部32と光学的部分12との間
には空間が形成される。この空間は、密閉されている。
また、この空間は、大気圧よりも減圧されていてもよい
し、真空になっていてもよいし、窒素やドライエアで満
たされていてもよい。
【0032】光モジュールは、基板42と筐体44とを
有する。筐体44は、基板42の上方に設けられ光学チ
ップ10を囲む形状をなす。基板42は、配線46を有
する。また、基板42は、外部端子48を有する。筐体
44は、レンズ54を有する。
【0033】基板42は、例えばセラミクス基板であ
る。基板42には、光学チップ10が取り付けられてい
る。詳しくは、光学的部分12が形成された面を上に向
けて、基板42にフェースアップ状態でボンディングさ
れている。なお、光学チップ10と基板42は接着剤で
固定してもよい。基板42には、配線46が形成されて
いる。また、基板42に外部端子48が設けられてい
る。図1に示す例では、配線46の一部が外部端子48
となっているが、ハンダボールなどを外部端子としても
よい。外部端子48は、回路基板70と接続されるもの
でもよい。
【0034】配線46と光学チップ10の電極24と
は、電気的に接続されている。その電気的接続には、ワ
イヤ50を使用するワイヤボンディングを適用してもよ
い。配線46と電極24の電気的接続部は、第2の封止
部52によって封止されている。第2の封止部52があ
るので、基板42と筐体44とによって封止構造を形成
しなくても、配線46と電極24の電気的接続部を湿気
から保護することができる。第2の封止部52として、
樹脂を使用してもよい。その場合、ポッティングによっ
て樹脂を設けてもよい。第2の封止部52は、第1の封
止部30の上面(光が通過する面)に付着しないように
形成してもよい。第2の封止部52は、第1の封止部3
0の側面(光の通過が要求されない面)に付着してもよ
い。
【0035】筐体44は、基板42に取り付けられてな
る。その取り付けには接着剤を使用してもよい。筐体4
4の一部は、光学チップ10の光学的部分12が形成さ
れた面の上方に位置する。
【0036】筐体44には、レンズ54が取り付けられ
ている。筐体44は、基板42との取付部となる第2の
部分56と、レンズホルダとなる第1の部分58とを有
する。第1の部分58にレンズ54が取り付けられてい
る。第1及び第2の部分58、56には、光学的部分1
2の上方において、第1及び第2の開口部62,60が
形成されている。第1及び第2の開口部62,60は、
連通する。そして、第1の部分58の第1の開口部62
内にレンズ54が取り付けられている。レンズ54は、
第1の部分58の内側に形成されたねじ(図示せず)を
用いて第1の開口部62の軸に沿った方向に移動させる
ことができる押さえ具を含む押え構造(図示せず)によ
り、第1の開口部62内に固定されていてもよい。この
場合、押さえ具は、光透過性を有することが好ましい。
すなわち、レンズ54は、光学的部分12の上方に位置
する。第1の部分58の外側と第2の部分56の第2の
開口部60の内側には第1及び第2のねじ68,66が
形成されており、これらによって第1及び第2の部分5
8,56は結合されている。したがって、第1及び第2
のねじ68,66によって、第1及び第2の部分58,
56は、第1及び第2の開口部62,60の軸に沿った
方向に移動する。これにより、レンズ54の焦点を調整
することができる。
【0037】上述した光モジュールは、回路基板70に
実装されている。回路基板70には、配線パターン72
が形成されており、光モジュールの外部端子48が配線
パターン72と接合されている。その接合には、ハンダ
を含むろう材(軟ろう・硬ろう)、接着剤、異方性導電
材料、異方性導電膜のいずれを使用してもよいし、金属
接合を適用してもよい。
【0038】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本
発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構
成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるい
は目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明
は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置
き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説
明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目
的を達成することができる構成を含む。また、本発明
は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構
成を含む。
【0039】(その他の実施の形態)図3は、本発明の
実施の形態に係る光モジュールの変形例を示す図であ
る。図3には、上述した実施の形態とは異なる第1の封
止部が示されている。第1の封止部80は、一体的に形
成されたプレート部82とスペーサ部84を有する。例
えば、樹脂の射出成形で第1の封止部80を形成するこ
とができる。スペーサ部84は、例えば接着剤で光学チ
ップ10と接着することができる。その他の詳細は、上
述した実施の形態で説明した通りである。
【0040】図4は、本発明の実施の形態に係る光モジ
ュールの変形例を示す図である。図4には、上述した実
施の形態とは異なる第1の封止部が示されている。第1
の封止部90は、プレート部92及びスペーサ部94を
有する。スペーサ部94は、光学的部分12とプレート
部92とを接着する層である。スペーサ部94として、
樹脂(例えば熱可塑性の樹脂)を使用してもよい。スペ
ーサ部94として、接着剤を使用してもよい。スペーサ
部94がマイクロレンズアレイ22上に形成される場合
には、マイクロレンズアレイ22の集光率を向上するた
めに、両者における光の絶対的屈折率は異なるものでも
よい。詳しくは、スペーサ部94の絶対的屈折率は、マ
イクロレンズアレイ22が図4に示すように凸レンズで
あれば、マイクロレンズアレイ22の絶対的屈折率より
も小さい。逆に、マイクロレンズアレイ22が凹レンズ
であれば、スペーサ部94の絶対的屈折率は、マイクロ
レンズアレイ22の絶対的屈折率よりも大きい。
【0041】図5は、本発明の実施の形態に係る光モジ
ュールの変形例を示す図である。図5に示す光モジュー
ルは、光学チップ10と積み重ねられる回路チップ(半
導体チップ)100を有する。詳しくは、回路チップ1
00の上に光学チップ10が取り付けられている。その
取り付けには、接着剤を使用することができる。回路チ
ップ100は、基板102にフェースダウン状態でボン
ディングされている(フェースダウンボンディング構
造)。すなわち、回路チップ100の電極(バンプ)が
形成された面を、配線104形成された基板102の方
向に向けて、電気的な接続が図られている。光学チップ
10と回路チップ100とは、配線104を介して電気
的に接続されている。その他の詳細は、図1に示す光モ
ジュールと同様である。
【0042】図6は、本発明の実施の形態に係る光モジ
ュールの変形例を示す図である。図6に示す光モジュー
ルは、光学チップ10と積み重ねられる回路チップ(半
導体チップ)110を有する。詳しくは、回路チップ1
10の上に光学チップ10が取り付けられている。その
取り付けには、接着剤を使用することができる。回路チ
ップ110は、基板112にフェースアップ状態でボン
ディングされている(フェースアップボンディング構
造)。すなわち、回路チップ110の電極(バンプ)が
形成された面を、配線114が形成された基板112と
は反対の方向に向けて、例えばワイヤ116によって電
気的な接続が図られている。光学チップ10と回路チッ
プ110とは、配線114を介して電気的に接続しても
よいし、ワイヤを使用して電気的に接続してもよい。そ
の他の詳細は、図1に示す光モジュールと同様である。
【0043】図5又は図6のような構造によれば、例え
ば、光学チップ10と、これによるエネルギー変換の後
の信号処理等に用いられる回路チップ100,110と
の一体化が図れるので、光モジュールの体積を著しく低
減することができる。従って、効果的に光モジュールを
小型化することができる。
【0044】本発明の実施の形態に係る電子機器とし
て、図7に示すノート型パーソナルコンピュータ100
0は、光モジュールが組み込まれたカメラ1100を有
する。また、図8に示すデジタルカメラ2000は光モ
ジュールを有する。さらに、図9(A)及び図9(B)
に示す携帯電話3000は、光モジュールが組み込まれ
たカメラ3100を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施の形態に係る光モジュー
ルを説明する図である。
【図2】図2(A)及び図2(B)は、本発明の実施の
形態に係る光モジュールの第1の封止部を説明する図で
ある。
【図3】図3は、本発明の実施の形態に係る光モジュー
ルにおける第1の封止部の変形例を説明する図である。
【図4】図4は、本発明の実施の形態に係る光モジュー
ルにおける第1の封止部の変形例を説明する図である。
【図5】図5は、本発明の実施の形態に係る光モジュー
ルの変形例を説明する図である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態に係る光モジュー
ルの変形例を説明する図である。
【図7】図7は、本発明の実施の形態に係る電子機器を
示す図である。
【図8】図8は、本発明の実施の形態に係る電子機器を
示す図である。
【図9】図9(A)〜図9(B)は、本発明の実施の形
態に係る電子機器を示す図である。
【符号の説明】 10 光学チップ 12 光学的部分 14 エネルギー変換素子(受光素子) 18 カラーフィルタ 22 マイクロレンズアレイ 24 電極 30 第1の封止部 32 プレート部 34 スペーサ部 42 基板 44 筐体 46 配線 48 外部端子 52 第2の封止部 54 レンズ 56 第2の部分 58 第1の部分 60 第2の開口部 62 第1の開口部 70 回路基板 80 第1の封止部 82 プレート部 84 スペーサ部 90 第1の封止部 92 プレート部 94 スペーサ部 100 回路チップ 102 基板 104 配線 110 回路チップ 112 基板 114 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA08 AA10 AB01 BA04 BA10 BA14 GC07 GD03 GD04 GD07 GD08 HA22 HA30 HA31 5C022 AA00 AC44 AC54 AC55 AC65 AC70 AC78 CA00 5C024 BX01 CY47 CY48 EX22 EX51 5F088 AA01 BA15 BA16 BB02 EA04 JA03 JA07 JA10 JA12 JA13

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線が設けられた基板と、 前記基板の上方に設けられた光学チップであって、光学
    的部分と前記配線に電気的に接続された電極とを有する
    光学チップと、 前記基板の上方に、少なくとも前記光学チップを囲んで
    設けられた筐体と、 前記光学チップ上に設けられて前記光学的部分を封止す
    る第1の封止部と、 前記光学チップの前記電極と前記基板の前記配線との電
    気的接続部を封止する第2の封止部と、 を有する光モジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光モジュールにおいて、 前記筐体は、前記光学チップの上方及び側方に設けられ
    ており、 前記筐体のうち、前記光学的部分の上方には第1の開口
    部が設けられ、前記第1の開口部内にはレンズが取り付
    けられてなる光モジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の光モジュール
    において、 前記筐体は、前記光学的部分の上方に位置したレンズを
    保持する第1の部分と、前記基板に直接接続され前記第
    1の部分を前記光学的部分の上方に支持する第2の部分
    と、を有し、 前記第1の部分を移動させることにより、前記レンズと
    前記光学的部分との距離を調節可能である光モジュー
    ル。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の光モジュールにおいて、 前記第2の部分は第2の開口部を有し、 前記第1の部分の外側には、第1のねじが設けられ、 前記第2の部分の前記第2の開口部の内側には、第2の
    ねじが設けられ、 前記第1の部分と前記第2の部分とは、前記第1のねじ
    と前記第2のねじによって結合され、前記第1のねじと
    前記第2のねじとを用いて前記第1の部分を移動可能で
    ある光モジュール。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかに記載
    の光モジュールにおいて、 前記光学チップには、前記光学的部分の外側に前記電極
    が配置され、 前記電極を避けて前記第1の封止部が形成され、 前記第2の封止部は、前記第1の封止部の側面に付着
    し、上面に付着しないように形成されてなる光モジュー
    ル。
  6. 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
    の光モジュールにおいて、 さらに、前記基板の上方に、回路チップを有し、 前記光学チップは、前記回路チップの上方に設けられる
    光モジュール。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかに記載
    の光モジュールにおいて、 前記基板は、外部端子を有する光モジュール。
  8. 【請求項8】 請求項1から請求項7のいずれかに記載
    の光モジュールにおいて、 前記第1の封止部は、前記光学的部分の上方に配置され
    るプレート部と、前記基板と前記プレート部との間に設
    けられて前記プレート部を支持するスペーサ部と、を有
    する光モジュール。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の光モジュールにおいて、 前記スペーサ部は、前記光学的部分の周囲に連続的に形
    成されてなり、 前記光学的部分と前記プレート部との間には、空間が形
    成されてなる光モジュール。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の光モジュールにおい
    て、 前記空間は、真空である光モジュール。
  11. 【請求項11】 請求項9記載の光モジュールにおい
    て、 前記空間には、窒素又はドライエアが入ってなる光モジ
    ュール。
  12. 【請求項12】 請求項8記載の光モジュールにおい
    て、 前記スペーサ部は、前記光学的部分と前記プレートとを
    接着する層である光モジュール。
  13. 【請求項13】 請求項8から請求項12のいずれかに
    記載の光モジュールにおいて、 前記プレート部は、少なくとも可視光を通過させ、赤外
    線を通過させない光モジュール。
  14. 【請求項14】 請求項1から請求項13のいずれかに
    記載の光モジュールにおいて、 前記光学的部分は、画像センシング用に並べられた複数
    の受光素子を有してなる光モジュール。
  15. 【請求項15】 請求項14記載の光モジュールにおい
    て、 前記光学的部分は、前記受光素子の上方に、カラーフィ
    ルタを有してなる光モジュール。
  16. 【請求項16】 請求項14又は請求項15記載の光モ
    ジュールにおいて、 前記光学的部分は、前記光学チップの表面に、マイクロ
    レンズアレイを有してなる光モジュール。
  17. 【請求項17】 請求項1から請求項16のいずれかに
    記載の光モジュールが実装されてなる回路基板。
  18. 【請求項18】 請求項1から請求項16のいずれかに
    記載の光モジュールを有する電子機器。
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