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完全密着型イメージセンサおよびイメージセンサユニット - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 完全密着型イメージセンサおよびイメージセンサユニット
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−111557
公開日 平成7年(1995)4月25日
出願番号 特願平5−257124
出願日 平成5年(1993)10月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】武田 元敏
発明者 中川 雅浩 / 中村 哲朗
要約 目的
光ファイバアレイを用いた完全密着型イメージセンサユニットにおいて、不必要な光(フレア光)及び光の交錯(クロストーク)をなくし、良好な読み取りを可能にする。

構成
ガラス基板の間に融接された光ファイバアレイプレート34上に、表裏両面に回路導体層を有する透明フレキシブルプリント基板35を透明絶縁接着剤36を用いて張り付けた後、基板35上に半導体イメージセンサチップ31を透明光熱併用硬化型絶縁樹脂37を用いてフェイスダウンでフリップチップ実装し、受光素子アレイ32がプリント基板35を介して光ファイバアレイプレート34の表面と当接し、半導体イメージセンサチップ31とプリント基板35の両電極配線同士が電気的に接続され、光ファイバアレイプレート34表面の上方の光源42からの光が通るように遮光層39に設けられたスリット,光ファイバアレイおよび透明樹脂40を透して原稿41を照明する。
特許請求の範囲
【請求項1】 複数個の受光素子アレイを有する半導体イメージセンサチップと、中心部のコアと、このコアの外表面に設けたクラッドと、このクラッドの外表面に設けた光吸収体層により構成された少なくとも複数の光ファイバを整列して形成した光ファイバアレイをガラス基板の間に融接された構造を有する光ファイバアレイプレートと、透明フィルム基板の表裏両面に回路導体層を有する透明フレキシブルプリント基板とを有する完全密着型イメージセンサにおいて、前記透明フレキシブルプリント基板の表面上で電極部および半導体イメージセンサチップ実装部および照明光が通る一定の距離以外には透明保護フィルムを有し、前記透明フレキシブルプリント基板の裏面には透明絶縁接着剤により直接前記光ファイバアレイプレート上に張り付け、後に、前記透明フレキシブルプリント基板の回路導体層上に、透明光熱併用硬化型絶縁樹脂を介して前記半導体イメージセンサチップがフェイスダウンでフリップチップ実装され、前記半導体イメージセンサチップ上に形成された取り出し電極と前記透明フレキシブルプリント基板の回路導体層の両電極配線同士が当接する構造で電気的に接続され、前記受光素子アレイが前記透明フレキシブルプリント基板を通して光ファイバアレイの表面の一定の位置に配列されることを特徴とする完全密着型イメージセンサ。
【請求項2】 前記透明フレキシブルプリント基板は、厚み50μm以下の透明フィルム基板に厚み0.5μm〜35μmの銅等の金属箔を厚み30μm以下の透明絶縁接着剤を用いて張り付け、フォトリソグラフィ法により回路導体層が両面に形成され、スルーホールを有し、30μm以下のスルーホールメッキを行い、前記透明フィルム基板表面の電極部および半導体イメージセンサチップ実装部および照明光が通る一定の距離以外には透明保護フィルムを有し、さらに前記回路導体層の電極の上面だけ半田を1〜10μm電解メッキした構成とし、前記透明フィルム基板の裏面全面に直接30μm以下の透明絶縁接着剤を用いて前記光ファイバアレイプレートに張り付けた構成にしたことを特徴とする請求項1記載の完全密着型イメージセンサ。
【請求項3】 前記透明フレキシブルプリント基板は、厚み50μm以下の透明フィルム基板にスパッタリング法により厚み0.5μm〜10μmの銅等の金属の回路導体層を両面に形成したことを特徴とする請求項2記載の完全密着型イメージセンサ。
【請求項4】 請求項1記載の完全密着型イメージセンサにおいて、半導体イメージセンサチップ実装面となる前記光ファイバアレイプレート表面の上方に光源を有し、原稿密着面となる前記光ファイバアレイプレートの裏面の光ファイバアレイおよび受光素子アレイ該当部以外の場所には遮光層を有し、さらに原稿密着面全面となる前記光ファイバアレイプレートの裏面全面に透明樹脂を塗布し、前記半導体イメージセンサチップ実装面となる前記光ファイバアレイプレートの表面に照明光が通る一定の距離を有し、透明フレキシブルプリント基板接着部,半導体イメージセンサチップ実装部,光ファイバアレイ,スリット以外の場所に遮光層を有し、光源からの光を前記透明フレキシブルプリント基板,透明絶縁接着剤,スリット,光ファイバアレイおよび透明樹脂を透して原稿を照明する構成にしたことを特徴とする完全密着型イメージセンサユニット。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ装置等に利用できる完全密着型のイメージセンサおよびイメージセンサユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の光ファイバアレイを用いた完全密着型イメージセンサは、図5の正面断面図に示すように、半導体イメージセンサチップ51に形成した受光素子アレイ52が当接するように実装され、光ファイバアレイプレート54の他端側に密着して置いた原稿61の光情報を光ファイバアレイプレート54を用いて受光素子アレイ52に導き画像信号に変換していた。
【0003】回路導体層を有するフレキシブルプリント基板55を半導体イメージセンサチップ51の接続端子に、テープオートメーテッドボンディング(TAB)実装を用いて接続を行う。次に、フレキシブルプリント基板55を光ファイバアレイプレート54に、光硬化型絶縁接着剤56を用いて接着させる必要があった。このときフレキシブルプリント基板55の裏面の保護フィルム(カバーレイフィルム)と光硬化型絶縁接着剤56とが光ファイバアレイプレート54と半導体イメージセンサチップ51の受光素子アレイ52の間に距離ができる。
【0004】なお、53は電極、57は透明光硬化型絶縁樹脂、58は透明保護層、60は透明樹脂、62は光源(LEDアレイ)、63は原稿の搬送ローラである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のような構成では、光ファイバアレイプレート54と半導体イメージセンサチップ51の受光素子アレイ52との間の距離が大きく、光ファイバアレイを構成する各々の光ファイバ間で光透過率が著しく低下する部分が発生し、画像読み取りが均一にできない問題があった。
【0006】さらに、フレキシブルプリント基板55を光ファイバアレイプレート54に、光硬化型絶縁接着剤56を用いて接着させるとき、半導体イメージセンサチップ51を実装したフレキシブルプリント基板55は長手方向の直線性が悪く、光硬化型絶縁接着剤56を用いて接着させるとき、加圧がかけにくく、フレキシブルプリント基板55の電極の高さにばらつきが生じやすく、半導体素子への光量のばらつきが生じていた。
【0007】本発明は上記問題点に鑑み、感度のばらつきの少ない高画質な画像読み取りを可能とすることを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決し、目的を達成するために本発明の完全密着型イメージセンサは、透明フレキシブルプリント基板の裏面には透明保護フィルム(カバーレイフィルム)を設けず、直接の透明絶縁接着剤を均一に塗布し、先に一定の加圧をかけながら光ファイバアレイプレートと接着させる。
【0009】
【作用】本発明は上記した構成によって光ファイバアレイプレートに直接、透明フレキシブルプリント基板を透明絶縁接着剤を用い、一定加圧をかけながら接着すると、透明フレキシブルプリント基板の電極のばらつきが抑えられ、均質な透過特性の光ファイバアレイプレートを得ることができる。これにより、光感度のばらつきの少ない完全密着型イメージセンサを得ることができる。
【0010】光ファイバアレイに密接した原稿への光照明効率がセルフォックレンズアレイを用いた密着型イメージセンサと同等、あるいはそれ以上で行うことができ、原稿からの光情報を光ファイバアレイを用いて受光素子アレイに導く際に、イメージセンサの受光素子アレイに対して光ファイバアレイをより近接した位置に高精度に配置できることにより、1対1の対応で、より良く導くことが可能になり、画像読み取りの解像度,光の利用効率が今まで以上に向上する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【0012】図1は本発明の一実施例における完全密着型イメージセンサの正面断面図である。図1において、31は半導体イメージセンサチップ、32は半導体イメージセンサチップ31の表面上に形成された受光素子アレイ、33は半導体イメージセンサチップ31に設けられている電極、34は図2の構成を有する光ファイバアレイプレート、35はこの光ファイバアレイプレート34の表面上に張り付けた2層の回路導体層を有する透明フレキシブルプリント基板、36は光ファイバアレイプレート34の表面上に透明フレキシブルプリント基板35を張り付けるための透明絶縁接着剤、37は半導体イメージセンサチップ31を光ファイバアレイプレート34へ実装するための透明光熱併用硬化型絶縁樹脂、38は半導体イメージセンサチップ31を保護するための透明保護層、39は光ファイバアレイプレート34の裏面(原稿密着面)の受光素子アレイ,光ファイバアレイ該当部以外の場所に設けた遮光層であり、および光ファイバアレイプレート34の表面(半導体イメージセンサチップ31実装面)の半導体イメージセンサチップ実装部,光ファイバアレイ,照明光が通る一定の距離(スリット)以外の場所に設けた遮光層であり、さらに光ファイバアレイプレート34の全側面に設けた遮光層である。40は光ファイバアレイプレート34の裏面全面に設けた透明樹脂、41は読み取るべき原稿、42は原稿41を照明する光源(LEDアレイ)、43は原稿を読み取り部の読み取り位置に搬送する搬送ローラである。
【0013】図2は本発明の一実施例における完全密着型イメージセンサに使用する光ファイバアレイプレート34の平面図を示すものである。図2において、1はガラス基板、2は光ファイバアレイで、2枚のガラス基板1の間に光ファイバアレイ2を挟み込んで、両側から圧力を加えながら、ガラスの融点程度の熱を加え融着させ、光ファイバアレイプレートを形成した。
【0014】また、図3は本発明の一実施例における完全密着型イメージセンサの光ファイバアレイを構成する光ファイバの構成断面図である。図3に示すように、各光ファイバは、中心部のコア11、このコア11の外表面に形成されたクラッド12およびこのクラッド12の外表面に形成された光吸収体層13でなる。
【0015】図4は本発明の一実施例における完全密着型イメージセンサに使用する透明フレキシブルプリント基板(フォトリソグラフィ法により回路導体層を両面に形成したもの)35の正面断面図を示すものである。図4において、21は透明フィルム基板(ベースフィルム)、22は透明フィルム基板21の両面に形成した回路導体層、23は透明フィルム基板21の両面に回路導体層22を張り付けるためのおよび透明フィルム基板21の表面に透明保護フィルム(カバーレイフィルム)を張り付けるための透明絶縁接着剤、24は両面に形成した回路導体層22の導通をとるスルホールメッキ、25は透明フィルム基板21表面上の半導体イメージセンサチップ実装部,光ファイバアレイ該当部,照明光が通る一定の距離(スリット)以外に設けた透明保護フィルム(カバーレイフィルム)、26は回路導体層22の電極の上面だけに形成した半田メッキである。
【0016】次に以上のように構成した完全密着型イメージセンサの細部について説明する。
【0017】まず半導体プロセスを用いて単結晶シリコン基板(ウエハ)上に、フォトトランジスタまたはフォトダイオード等の受光素子アレイ32とCCDやMOS、バイポーラIC等のアクセス回路(図示せず)を設けたものを作る。各電極33については、2層Al配線のプロセスを用い、スパッタリング方法により数μm程度ウエハ表面より突起した構造になっている。その後、このウエハを高精度ダイシング技術により切断し、半導体イメージセンサチップ31を作る。
【0018】次に、図3に示すような直径がおよそ25μmの光ファイバのクラッド12の外表面に厚さ2〜3μmの光吸収体層13を形成し、この光ファイバを多数本、図2に示すような2枚のガラス基板1に挟み込んで、両側から圧力を加えながらガラスの融点程度の熱を加え融着する。さらに、約1mm厚に切断した後、表面を平滑に研磨し、図1に示す光ファイバアレイプレート34を作成する。
【0019】次に、透明フレキシブルプリント基板35は、図4に示すような透明フィルム基板(ベースフィルム)21に厚み0.5μm〜35μmの銅等の金属箔を、厚み30μm以下の透明絶縁接着剤23を用いて両面に張り付け、回路導体層22を両面に形成しスルホールを設け、30μm以下のスルホールメッキ24を行い、透明保護フィルム(カバーレイフィルム)25を透明絶縁接着剤23を用いて透明フィルム基板21表面の半導体イメージセンサチップ実装部,光ファイバアレイ該当部,照明光が通る一定の距離(スリット)以外に張り付け、さらに上記回路導体層22の電極の上面だけ半田メッキ26を1〜10μm電解メッキし形成する。ここでは透明フィルム基板(ベースフィルム)21および透明保護フィルム(カバーレイフィルム)25として厚さ50μm以下、好ましくは5〜25μmのポリエーテルサルフォン(PES),ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレンナフタレート(PEN),ポリカーボネイト(PC)、あるいはポリアリレート(PAR)等の透明高分子フィルムを用いて作成する。
【0020】また、透明フレキシブルプリント基板35の電極は銅等の金属箔に、共晶半田やSn−In,Sn−Pb−Bi,Sn−Pb−In等の低温半田等を用いてソルダーコートまたは電解メッキ等で、高さ20μm以下、好ましくは1〜10μmの電極を形成させる。光ファイバアレイプレート34に黒色系の遮光層39をスクリーン印刷法で形成する。ただし、光ファイバアレイを接着する部分と光源42から照明光が通る一定の距離(スリット)部分は除く。光ファイバアレイプレート34の裏面全面(原稿密着面全面)に耐摩耗性および反射防止を有するようなフェノール樹脂やエポキシ樹脂やウレタンアクリレートやシリコンレジン等の透明樹脂40を塗布する。上記光ファイバアレイ2が2枚のガラス基板1の間に融接された光ファイバアレイプレート34を製造した後、裏面に透明保護フィルムのない上記透明フレキシブルプリント基板35の裏面に、フェノールエポキシ樹脂やエポキシ樹脂等の透明絶縁接着剤36を塗布して上記光ファイバアレイプレート34の表面上にプレス機等でフラットに湾曲のないように張り付ける。この透明絶縁接着剤36は、硬化後の厚みは50μm以下好ましくは10〜25μmが好適である。
【0021】上記透明フレキシブルプリント基板35を上記光ファイバアレイプレート34上にフラットに張り付けた後、上記半導体イメージセンサチップ31の電極33(金または半田のボールバンプ)を透明フレキシブルプリント基板35の回路導体層22の電極の所定の位置に接続するように、透明光熱併用硬化型絶縁樹脂37を用いてフェイスダウンでフリップチップ実装する。半導体イメージセンサチップ31の上方から圧力を加えながら、透明光熱併用硬化型絶縁樹脂37に光ファイバアレイプレート34を通して紫外線照射して硬化させる。そして、半田が溶けて確実に接続するように170〜200℃の温度で熱処理する。
【0022】さらに、上記光ファイバアレイプレート34上に大きさ50〜100μm角の受光素子アレイ32を一定間隔(62.5または125μm)で多数並列に形成している上記半導体イメージセンサチップ31を保護するためにシリコーン樹脂等の透明保護層38によりコーティングする。
【0023】光ファイバアレイプレート34の裏面(原稿密着面)の受光素子アレイ,光ファイバアレイ該当部以外の場所には遮光層39があり、および光ファイバアレイプレート34の表面(半導体イメージセンサチップ31実装面)に照明光が通るスリットを設け、半導体イメージセンサチップ実装部,光ファイバアレイ,スリット部分以外の場所には遮光層39があることにより、さらに光吸収体層13等があることにより、光源(LEDアレイ)42からの光が原稿41に到達せずに直接受光素子アレイ32に入る光(フレア光)を消去することができた。
【0024】この完全密着型イメージセンサを用いて、光ファイバアレイプレート34の裏面側に原稿41を密着させ、光源(LEDアレイ)42からの光を、光ファイバアレイプレート34の上面側から入射させ透明フレキシブルプリント基板35,光ファイバアレイプレート34を通り、光ファイバ,透明樹脂40を通じて原稿41を照射させる。原稿41からの光情報は、光吸収体層13を設けた多数の光ファイバにより、光の交錯(クロストーク)なしに、1対1の対応で受光素子アレイ32に導かれる。
【0025】従来の透明フレキシブルプリント基板を用いた完全密着型イメージセンサでは、透明フィルム基板の両面に回路導体層があり、この回路導体層を張り付けるための接着剤があり、スルホールを設け、両面の導通を取るためにスルホールメッキを行い、さらにこれら両面の回路導体層を保護するための保護フィルムがあり、この保護フィルムを張り付けるための接着剤が必要だった。さらに、透明フィルム基板の表面(半導体イメージセンサチップ実装面)の回路導体層の電極には、半田の電解メッキをしている。フレキシブルプリント基板をイメージセンサチップの接続端子に、テープオートメーテッドボンディング(TAB)実装を用いて、接続を行う。次に、フレキシブルプリント基板を光ファイバアレイプレートに、光硬化型接着剤を用いて接着させる必要があった。このときフレキシブルプリント基板の裏面の保護フィルム(カバーレイフィルム)と光硬化型接着剤とが光ファイバアレイプレートと半導体イメージセンサチップの受光素子アレイの間に距離ができる。
【0026】本発明の透明フレキシブルプリント基板を用いた完全密着型イメージセンサでは、透明フィルム基板の両面に回路導体層があり、この回路導体層を張り付けるための接着剤があり、スルホールを設け、両面の導通を取るためにスルホールメッキを行い、さらに透明フィルム基板の表面(半導体イメージセンサチップ実装面)の回路導体層の電極には、半田の電解メッキをしている。透明フレキシブルプリント基板の裏面に透明絶縁接着剤を塗布し、光ファイバアレイプレート上に張り付けた構造にした。
【0027】従来のものと本発明のものとでは、裏面に保護フィルムおよび保護フィルムを張り付けるための接着剤の有無に差があり、これにより原稿から半導体イメージセンサチップの受光素子アレイまでの距離に50μm以上の厚みの差ができ、従来の光ファイバアレイプレートを用いた完全密着型イメージセンサでは、解像度(MTF値が41p/mmで約55%)であるが、本発明の光ファイバアレイプレートを用いた完全密着型イメージセンサでは、高解像度(MTF値が41p/mmで約70%)となる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光量の均一性を確保し、画像読み取りのS/N,分解能,光の転送効率を高水準で維持でき、非常にシンプル,コンパクト、かつ低コストで原稿を読み取ることができる。




 

 


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