摄像单元、摄像装置的制作方法

本发明涉及一种摄像单元和具备该摄像单元的摄像装置。

背景技术：

随着ccd(chargecoupleddevice：电荷耦合元件)图像传感器或cmos(complementarymetaloxidesemiconductor：互补型金属氧化物半导体)图像传感器等成像元件的高分辨率化，数码相机、数码摄像机、智能手机等移动电话、平板终端或电子内窥镜等具有摄像功能的设备的需求正在剧增。另外，将如以上的具有摄像功能的设备称为摄像装置。

摄像装置具备摄像单元，该摄像单元包括作为半导体芯片的成像元件芯片、容纳该成像元件芯片的包装体及安装该包装体的电路板。

在专利文献1至3中公开有一种单元的结构，其包括半导体芯片、容纳该半导体芯片的包装体及安装该包装体的电路板。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-100704号公报

专利文献2：日本特开2001-127200号公报

专利文献3：日本特开2009-094168号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

在将容纳半导体芯片的包装体安装于电路板时，在利用焊锡将包装体与电路板电连接的工序中，单元被置于高温状态下。在结束该工序之后，若单元的温度下降，则由于单元的构成零件的线膨胀系数的差异而产生基于双金属效应的翘曲。

当半导体芯片为成像元件芯片时，由于基于双金属效应的翘曲而无法确保成像元件芯片的受光面的平坦性。如此，若受光面翘曲，则焦点在受光面的周边会发生偏离，对摄像画质产生影响。当成像元件芯片的尺寸大时，对基于双金属效应的翘曲的对策变得尤其重要。在专利文献1至3中，并没有意识到这样的成像元件芯片的翘曲的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够防止成像元件芯片的翘曲并提高摄像画质的摄像单元和具备该摄像单元的摄像装置。

用于解决技术课题的手段

本发明的摄像单元具备：成像元件芯片；固定部件，其固定有上述成像元件芯片且与上述成像元件芯片电连接，并且具有第一线膨胀系数；及电路板，其经由导电性部件固定于上述固定部件，上述电路板包括：第一部件，其具有上述第一线膨胀系数；及第二部件，其具有小于上述第一线膨胀系数且大于构成上述成像元件的半导体基板的线膨胀系数的第二线膨胀系数，将上述电路板的固定有上述固定部件的一侧的面设为第一面，将上述电路板的与上述第一面相反的一侧的面设为第二面，上述电路板中的上述第一面和上述第二面的中间与上述第二面之间的部分即背侧部分的上述第二部件的含量多于上述电路板中的上述中间与上述第一面之间的部分即表侧部分的上述第二部件的含量。

本发明的摄像装置具备上述摄像单元。

发明效果

根据本发明，可提供一种能够防止成像元件的翘曲并提高摄像画质的摄像单元和具备该摄像单元的摄像装置。

附图说明

图1是表示本发明的摄像装置的一实施方式的数码相机100的概略结构的图。

图2是图1所示的数码相机100中的摄像单元50的剖面示意图。

图3是表示图2所示的电路板52的结构例的局部剖面示意图。

图4是用于说明图2所示的摄像单元50的翘曲状态的示意图。

图5是表示所验证的电路板52的结构的图。

图6是表示所验证的电路板52的结构的图。

图7是表示所验证的电路板52的结构的图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的摄像装置的一实施方式的数码相机100的概略结构的图。

图1所示的数码相机100具备透镜装置40，该透镜装置40具有摄像透镜41、光圈42、透镜驱动部43、光圈驱动部44及透镜控制部45。

透镜装置40可以在数码相机100主体上装卸，也可以与数码相机100主体成为一体化。

摄像透镜41包括能够沿光轴方向移动的聚焦透镜或变焦透镜等。

透镜装置40的透镜控制部45构成为能够以有线或无线方式与数码相机100的系统控制部11进行通信。

透镜控制部45按照来自系统控制部11的指令通过透镜驱动部43驱动摄像透镜41中所包含的聚焦透镜来变更聚焦透镜的主点的位置或者通过光圈驱动部44控制光圈42的开口量。

数码相机100还具备用于通过摄像光学系统拍摄被摄体的摄像单元50、系统控制部11及操作部14。

摄像单元50具备ccd型图像传感器或cmos型图像传感器等成像元件51和安装有成像元件51的电路板52。

成像元件51具有以二维状配置有多个像素的受光面(后述的图3的受光面10)，利用该多个像素将通过摄像光学系统成像于该受光面的被摄体像转换为电信号(像素信号)并进行输出。

系统控制部11驱动成像元件51，并输出通过透镜装置40的摄像光学系统摄像的被摄体像作为摄像图像信号。

来自用户的指示信号通过操作部14输入到系统控制部11。

系统控制部11总括控制数码相机100整体，硬件结构为执行程序来进行处理的各种处理器。

作为各种处理器，包括执行程序而进行各种处理的通用的处理器即cpu(centralprosessingunit：中央处理器)、fpga(fieldprogrammablegatearray：现场可编程阵列)等在制造后能够变更电路结构的处理器即可编程逻辑器件(programmablelogicdevice：pld)或asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)等具有为了执行特定的处理而专用设计的电路结构的处理器即专用电路等。

更具体而言，这些各种处理器的结构为将半导体元件等电路元件组合而成的电路。

系统控制部11可以由各种处理器中的一个构成，也可以由相同种类或不同种类的两个以上的处理器的组合(例如，多个fpga的组合或cpu与fpga的组合)构成。

另外，该数码相机100的电控制系统具备由ram(randomaccsessmemory：随机存取存储器)构成的主存储器16、进行对主存储器16的数据存储及从主存储器16的数据读出的控制的存储器控制部15、对从摄像单元50输出的摄像图像信号进行数字信号处理而生成按照jpeg(jointphotographicexpertsgroup：联合图像专家组)形式等各种格式的摄像图像数据的数字信号处理部17、进行对存储介质21的数据存储及从存储介质21的数据读出的控制的外部存储器控制部20、由有机el(electroluminescence：电致发光)显示器或液晶显示器等构成的显示部23及控制显示部23的显示的显示控制部22。

图2是图1所示的数码相机100中的摄像单元50的剖面示意图。

如图2所示，摄像单元50具备成像元件51和固定于成像元件51的背面的电路板52。

成像元件51具备包装体2，该包装体2具有矩形板状或圆形板状等板状的底部2a和垂直地设置于底部2a的端部的矩形框状或圆形框状等框状的壁部2b。包装体2为在被壁部2b包围的部分具有凹部2c的结构。

成像元件51还具备固定于包装体2的凹部2c的底面2d的成像元件芯片1和由树脂或玻璃等透光性部件构成的保护罩3，该保护罩3由粘接材料4固定于包装体2的壁部2b的上表面且封住包装体2的凹部2c而密封成像元件芯片1。包装体2构成固定部件。

成像元件芯片1为包括光电二极管等光电转换元件及受光面10的半导体芯片，该受光面10形成有将积蓄在光电转换元件中的电荷转换为信号而读出的读出电路等。成像元件芯片1的平面形状为矩形，并由用作粘合材料的树脂等粘接部件5固定于包装体2的底面2d。成像元件芯片1的半导体基板例如由硅构成。

包装体2可以使用由氧化铝陶瓷等绝缘材料构成的包装体或层叠有由钨等导电性部件构成的导电层和由氧化铝陶瓷等绝缘材料构成的绝缘层的多层结构的包装体等。

在包装体2的凹部2c的底面2d形成有省略图示的多个端子，这些端子与形成于成像元件芯片1的电极焊盘通过省略图示的导电性丝线等电连接。并且，与形成于包装体2的凹部2c的底面2d的各端子电连接的第一端子暴露在包装体2的与固定保护罩3的一侧相反的一侧的背面2e。

电路板52通过多个导电性部件7粘接固定于包装体2的背面2e。该导电性部件7与暴露在包装体2的该背面2e的上述多个第一端子的各自接触。

导电性部件7只要由具有粘接功能的导电性材料构成即可，例如可以使用由铅与锡的合金构成的焊料或由锡与铜的合金构成的焊料等。

电路板52为板状的部件。在电路板52上形成有驱动成像元件芯片1的电路及处理从成像元件芯片1输出的信号的电路等。在电路板52的与包装体2固定的一侧的第一面52a上的与导电性部件7接触的位置形成有这些电路的端子(第二端子)。

因此，电路板52所包含的电路的第二端子与形成于包装体2的背面的第一端子通过导电性部件7电连接。

电路板52包括由包含陶瓷等绝缘材料的绝缘层构成的第一部分和由包含钨等导电材料的导电层构成的第二部分。

图3是表示图2所示的电路板52的结构例的局部剖面示意图。

电路板52为在固定有包装体2的一侧的第一面52a和与第一面52a相反的一侧的第二面52b之间从第一面52a朝向第二面52b依次层叠有导电层51t、绝缘层51s、导电层52t、绝缘层52s、导电层53t、绝缘层53s、导电层54t、绝缘层54s、导电层55t、绝缘层55s、导电层56t、绝缘层56s、导电层57t、绝缘层57s、导电层58t的结构。

绝缘层51s～57s构成第一部件。导电层51t～58t构成第二部件。

绝缘层51s～57s的各自的线膨胀系数与包装体2的线膨胀系数(第一线膨胀系数)相同。两个线膨胀系数相同是指，除了这两个线膨胀系数完全一致的情况以外，还包括这两个线膨胀系数之差例如小至小数点以下程度。

例如，通过采用陶瓷(线膨胀系数＝7.1[ppm/℃])作为包装体2的材料并使用陶瓷作为电路板52的绝缘层51s～57s，能够使绝缘层51s～57s的各自的线膨胀系数与包装体2的线膨胀系数相同。

导电层51t～58t的各自的线膨胀系数小于绝缘层51s～57s的各自的线膨胀系数且大于构成成像元件芯片1的半导体基板的线膨胀系数。

例如，通过采用硅(线膨胀系数＝3[ppm/℃])作为构成成像元件芯片1的半导体基板、采用陶瓷(线膨胀系数＝7.1[ppm/℃])作为绝缘层51s～57s且采用钨(线膨胀系数＝4.5[ppm/℃])作为导电层51t～58t，能够满足上述条件。

另外，本说明书中的线膨胀系数表示沿成像元件51的受光面10的方向上的长度的变化。

在图3中示出电路板52中的第一面52a和第二面52b的中间与第二面52b之间的部分作为背侧部分b。并且，示出电路板52中的上述中间与第一面52a之间的部分作为表侧部分s。并且，示出将背侧部分b沿第一面52a和第二面52b的排列方向一分为二时的第二面52b侧的部分作为背面25％厚度部分ba。并且，示出将表侧部分s沿第一面52a和第二面52b的排列方向一分为二时的第一面52a侧的部分作为表面25％厚度部分sa。

位于电路板52的背侧部分b的导电层55t、56t、57t、58t的总量在电路板52整体中所包含的导电层51t～58t的总量(以下，称为整体量)中所占据的比例(以下，称为背侧含有率)多于位于电路板52的表侧部分s的导电层51t、52t、53t、54t的总量在上述整体量中所占据的比例(以下，称为表侧含有率)。

另外，位于电路板52的背面25％厚度部分ba的导电层57t、58t的总量在上述整体量中所占据的比例(以下，称为背面25％厚度含有率)多于位于电路板52的表面25％厚度部分sa的导电层51t、52t的总量在上述整体量中所占据的比例(以下，称为表面25％厚度含有率)。

关于背侧含有率与表侧含有率的关系，只要背侧含有率多于表侧含有率即可，但优选背侧含有率为表侧含有率的1.2倍以上。进一步优选背侧含有率为表侧含有率的1.5倍以上。

另外，若背侧含有率多于表侧含有率，则背面25％厚度含有率多于表面25％厚度含有率并不是必须的。但是，优选背面25％厚度含有率多于表面25％厚度含有率。背面25％厚度含有率更优选为表面25％厚度含有率的1.2倍以上，进一步优选为1.5倍以上。

在如上构成的摄像单元50中，成像元件芯片1的线膨胀系数小于包装体2的线膨胀系数。因此，成像元件芯片1及包装体2有可能根据双金属效应而如图4所示那样沿实线箭头所示的方向产生翘曲。

另一方面，包装体2和电路板52的线膨胀系数相同，因此不会因包装体2与电路板52的线膨胀系数之差而产生翘曲。但是，在电路板52中，背侧含有率多于表侧含有率。因此，在电路板52单体中，因背侧含有率与表侧含有率之差而如图4所示的点线箭头那样沿与成像元件芯片1及包装体2的翘曲方向相反的方向产生翘曲。其结果，成像元件芯片1及包装体2的翘曲会被电路板52的翘曲消除掉，能够减少成像元件芯片1及包装体2的翘曲。

尤其，若背面25％厚度含有率多于表面25％厚度含有率，则容易产生电路板52的翘曲，因此能够更有效地减少成像元件芯片1及包装体2的翘曲。

接着，对通过模拟验证基于上述电路板52的结构的效果的结果进行说明。在该模拟中，在摄像单元50中，将包装体2的材料设为陶瓷及钨，将图3所示的电路板52的导电层的材料设为钨，将图3所示的电路板52的绝缘层的材料设为陶瓷，将电路板52的各导电层在整体量中所占据的含有率设定为如图5至图7所示。

图5示出背侧含有率为60％，表侧含有率为40％，背面25％厚度含有率为30％，表面25％厚度含有率为20％的验证例。

图6示出背侧含有率为55％，表侧含有率为45％，背面25％厚度含有率为27.5％，表面25％厚度含有率为22.5％的验证例。

图7示出背侧含有率为35％，表侧含有率为65％的参考验证例。

并且，对于图5～图7的例子，分别在将电路板52中所包含的导电层的整体量设为与包装体2中所包含的导电层的整体量相同的第一条件和设为比包装体2中所包含的导电层的整体量少2％左右的第二条件下进行了验证。

模拟了在成像元件芯片1的受光面10上的80％像高位置处的翘曲量，其结果，在图7的参考验证例中，在第一条件下翘曲量成为13.54μm，在第二条件下翘曲量成为15.08μm。

在图6的验证例中，在第一条件下翘曲量成为10.08μm，在第二条件下翘曲量成为11.96μm。

在图5的验证例中，在第一条件下翘曲量成为8.83μm，在第二条件下翘曲量成为10.8μm。

在受光面10上的80％像高位置处的翘曲量只要成为12μm以下，则实用上没有问题。在图5及图6的验证例中，翘曲量成为12μm以下，相对于此，在图7的参考验证例中，翘曲量超过12μm。根据该结果也可知，通过背侧含有率多于表侧含有率，能够减少成像元件芯片1的翘曲。

并且，在图5的验证例和图6的验证例中，图5的验证例的翘曲量相对减少。根据该结果可知，通过进一步增大背侧含有率，能够进一步减少成像元件芯片1的翘曲量。

如以上所说明，在本说明书中公开有以下事项。

(1)

一种摄像单元，其具备：

成像元件芯片；

固定部件，其固定有上述成像元件芯片且与上述成像元件芯片电连接，并且具有第一线膨胀系数；及

电路板，其经由导电性部件固定于上述固定部件，

上述电路板包括：第一部件，其具有上述第一线膨胀系数；及第二部件，其具有小于上述第一线膨胀系数且大于构成上述成像元件的半导体基板的线膨胀系数的第二线膨胀系数，

将上述电路板的固定有上述固定部件的一侧的面设为第一面，将上述电路板的与上述第一面相反的一侧的面设为第二面，上述电路板中的上述第一面和上述第二面的中间与上述第二面之间的部分即背侧部分的上述第二部件的含量多于上述电路板中的上述中间与上述第一面之间的部分即表侧部分的上述第二部件的含量。

(2)

根据(1)所述的摄像单元，其中，

将上述电路板的上述背侧部分沿上述第一面和上述第二面的排列方向一分为二时的上述第二面侧的部分中的上述第二部件的含量多于将上述电路板的上述表侧部分沿上述方向一分为二时的上述第一面侧的部分中的上述第二部件的含量。

(3)

根据(2)所述的摄像单元，其中，

上述背侧部分的上述第二面侧的上述部分中的上述第二部件的含量为上述表侧部分的上述第一面侧的上述部分中的上述第二部件的含量的1.2倍以上。

(4)

根据(3)所述的摄像单元，其中，

上述背侧部分的上述第二面侧的上述部分中的上述第二部件的含量为上述表侧部分的上述第一面侧的上述部分中的上述第二部件的含量的1.5倍以上。

(5)

根据(1)至(4)中任一项所述的摄像单元，其中，

上述背侧部分中的上述第二部件的含量为上述表侧部分中的上述第二部件的含量的1.2倍以上。

(6)

根据(5)所述的摄像单元，其中，

上述背侧部分中的上述第二部件的含量为上述表侧部分中的上述第二部件的含量的1.5倍以上。

(7)

一种摄像装置，其具备(1)至(6)中任一项所述的摄像单元。

以上，参考附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于该例子。显然，若为本领域技术人员，则在权利要求书中所记载的范围内能够想到各种变更例或修正例，并且关于这些变更例或修正例，也应理解为当然属于本发明的技术范围内。并且，可以在不脱离发明的宗旨的范围内任意地组合上述实施方式中的各构成要件。

另外，本申请基于2018年2月22日申请的日本专利申请(日本专利申请2018-030137)，其内容作为参考援用于本申请中。

产业上的可利用性

本发明适用于数码相机、智能手机、平板终端、个人电脑、机器人或内窥镜等具有摄像功能的电子设备时便利性高，并且是有效的。

符号说明

100-数码相机，11-系统控制部，14-操作部，41-摄像透镜，42-光圈，43-透镜驱动部，44-光圈驱动部，45-透镜控制部，50-摄像单元，51-成像元件，52-电路板，15-存储器控制部，16-主存储器，17-数字信号处理部，20-外部存储器控制部，21-存储介质，22-显示控制部，23-显示部，1-成像元件芯片，2-包装体，2a-底部，2b-壁部，2c-凹部，2d-底面，2e-背面，3-保护罩，4-粘接材料，5-粘接部件，7-导电性部件，10-受光面，52-电路板，52a-第一面，52b-第二面，51t～58t-导电层，51s～57s-绝缘层，s-表侧部分，sa-表面25％厚度部分，b-背侧部分，ba-背面25％厚度部分。