JPH0216768A - 密着型イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、密着型イメージセンサに関し、例えばファク
シミリ装置や文字・画像読取入力装置等に利用される。

（従来の技術） 従来、画像の読み取りにはＣＣＤセンサやＭＯ８型セン
サ等の縮小結像型イメージセンサが用いられていた。し
かし、これらの縮小結像型イメージセンサでは、センサ
部が２〜４．　ｃｍと小さいためにＩ／、〜Ｉ／、。程
度の縮小を行わなければならず、このため原稿からセン
サ部までの光路長を長くする必要があった。また、縮小
率が大きくなるに従ってレンズの収差が問題となり、光
学系の設計精度が装置全体の性能を決定する大きな要因
となっていた。

このような縮小結像型イメージセンサに対し、近年原稿
幅と同じ長さの長尺センサを用い、この長尺センサの受
光面にオプティカルファイバーレンズアレイを通して等
倍結像させる構造の密着型イメージセンサの開発が活発
に行われている。ごのような密着型イメージセンサに用
いられる受光素子として、Ｃｄ５Ｓｅ系薄膜、ａ−３ｉ
薄膜等の薄膜を用いたものと、ＣＣＤセンサ、バイポー
ラＩＣセンサ、Ｍ　ＯＳ型センサ等のＩＣセンサを複数
個長手方向に並べて原稿幅と同程度の長さとしたマルチ
チップ型のものとがある。また、光学系もオプティカル
ファイバーレンズアレイに代わるものとしてオプティカ
ルファイバーの一端にセンサ部を作製したものがある。

第７図にオプティカルファイバーレンズアレイを用いた
密着型イメージセンサの一例を、また第８図にオプティ
カルファイバーを用いた密着型イメージセンサの一例を
示す。

すなわち、オプティカルファイバーレンズアレイを用い
た密着型イメージセンサは、光源ａによって原稿すを照
射し、その反射光をオプティカルファイバーレンズアレ
イＣを通して受光素子ｄ上に等倍圧立像を結像させるも
のであり、また、オプティカルファイバーを用いた密着
型イメージセンサは、光源ｅによって原稿ｆを照射し、
その反射光を導光性基板ｇに埋め込んだオプティカルフ
ァイバーｈを通して該オプティカルファイバーｈの端面
に形成した受光素子ｉ上に導くものである。

しかしながら、オプティカルファイバーレンズアレイＣ
を用いた場合には、 オプティカルファイバーレンズアレイＣの共役長が現在
のところ１５〜４０１程度であり、原稿すと受光素子ｄ
との間にこの共役長の長さ分をとる必要がある。オプテ
ィカルファイバーレンズアレイＣの焦点深度が浅いため
生産過程において調整行程が必要となり、生産性が低い
。明るさの明るいオプティカルファイバーレンズを使用
した場合色収差が問題となるので、カラーセンサの場合
には共役長が長くしかも暗いオプティカルファイバーレ
ンズを用いなければならない。オプティカルファイバー
レンズアレイＣのコストが高い。

等の問題があった。

また、オプティカルファイバーｈを用いた場合には、 オプティカルファイバーｈの端面と受光素子ｉの受光面
との距離を大きく取れない。オプティカルファイバーｈ
の端面に直接受光素子ｉを形成する場合には、その形成
材料が薄膜に限定され、また基板コストが高くなる。１
回のプロセスで作製できるセンサ数が限定され、生産性
が悪い。

等の問題があった。

そこで、本発明者らは、これらの問題を解決するために
、オプティカルファイバーｈを埋め込んだ導光性基板ｇ
の受光素子ｉと対向する面に電極配線を形成し、この電
極配線と受光素子ｉの電極とを接続する構成をすでに提
案している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような構成としても、以下に示す問
題点が残されている。

■　大型のオプティカルファイバーを埋め込んだ基板上
に直接配線パターンを形成するため、パターン不良を生
じた場合、高価なオプティカルファイバー埋め込み基板
も同時に不良扱いになり基板コストが高くつく。

■　受光素子は、一般に長尺型のものが多く、受光面と
オプティカルファイバーの光出射面との距離を一定に保
つためには、受光素子上にバランス良く電極を配置する
必要があるため、ダミー電極を設ける必要があるが、受
光素子（シリコンチップ）とオプティカルファイバーを
埋め込んだ基板との熱膨張率の差に起因する熱応力が大
きく、接続の信頬性が懸念される。

（課題を解決するための手段） 本発明は係る実情に鑑みてなされたもので、読み取るべ
き原稿を照射する光源と、この原稿からの反射光を電気
信号に変換する受光素子と、この受光素子と前記原稿と
の間に配置された光ファイバーを組み込んだ基板とを備
えた密着型イメージセンサにおいて、前記光ファイバー
の光出射面側である前記基板の上面に光透過性フィルム
基板が接着されるとともに、該光透過性フィルム基板の
上面に配線電極が形成され、一方、前記受光素子の受光
面側には電極が形成され、かつこの受光素子の電極と前
記光透過性フィルム基板の配線電極とが対向して配置さ
れ、この状態において対向する前記配線電極と受光素子
の電極とが電気的に接続されたものである。

（作用） 光ファイバーを組み込んだ基板（光フアイバー基板）の
光出射面上に配置した光透過性フィルム基板と対向させ
て受光素子の受光面を配し、受光面側に形成した電極と
前記光透過性フィルム基板上に形成した配線電極とを、
例えばフェイスダウン状態にてボンディングする。

この際、光フアイバー基板の光出射面と受光素子の受光
面との距離は、光透過性フィルム基板が薄膜であるため
、必要とする分解能と同程度がそれ以下になるように近
接して設けることができる。

また、フレキシブルな光透過性フィルム基板を介してフ
ェイスダウンボンディングすることにより長尺型の受光
素子のフェイスダウンボンディングでは不可避となる電
極接続部の熱応力をも緩和する。

そして、受光素子を接続した光透過性フィルム基板を前
記光フアイバー基板に接着する。

この際、受光素子は光透過性フィルム基板に接続した後
、該光）１過性フイルム基板を光フアイバー基板に接着
するので、光透過性フィルム基板と受光素子との接続状
態のよい良品のみを選択して光フアイバー基板に接着す
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の密着型イメージセンサの断面図、第
２図は同平面図をそれぞれ示している。

同図において、１は原稿、２は光源、３は多数の光ファ
イバー４ａ、４ａ・・・を帯状に収束した光フアイバー
アレイ４を組み込んだ基板（光フアイバー基板）、５は
この基板３の上面３ａに光硬化性接着剤６により接着さ
れた光透過性フィルム基板、７はこの光透過性フィルム
基板５の上面に形成された配線電極、８は前記光ファイ
バーアレイ４の光出射面４ｂと光透過性フィルム基板５
を介して対向して配置された受光素子、９は前記配線電
極７と受光素子８の受光面８ａ側に形成された電極１０
ａ（第４図参照）とを接続する半田突起電極、１１は受
光素子８を封止するキャンプ、１２はキャンプ１１の底
部（下面）に配された受光素子８を固定するためのソフ
トレジン、１３はキャンプ１１を固定する光硬化性樹脂
である。

受光素子８は基板３の長手方向に原稿１０幅とほぼ同じ
長さとなるように横一列に配置されている。本例では、
受光素子８の受光面８ａに形成された電極１０ａと光透
過性フィルム基板５の上面に形成された配線電極７とを
半田突起電極９を用いて接続しており、しかも受光素子
８と基板３との間に光透過性フィルム基板５を配置して
いるため、受光面８ａと基板３の上面３ａとの間に若干
の距離を有することになる。この距離は、長くなると隣
接する光ファイバー４ａの光と重なって分解能が低下す
ることになるので、必要とする分解能と同程度かもしく
はそれ以下となるように設定する。

第３図は光ファイバー４ａの光出射面４ｂから受光素子
８の受光面８ａまでの距離ｄに対する分解能（ＭＴＦ）
特性を示している。同図より、距離ｄが大きるなるにつ
れてＭＴＦが急激に低下することが分かる。従って、例
えば８本／龍の分解能（空間周波数　４４！ｐ／ａｍ）
に対し４０％以上のＭＴＦを得るためには、距離ｄを１
５０μｍ以下に押さえる必要がある。

次に、上記構成の密着型イメージセンサの製造方法を説
明する。

本例では、受光素子８として８本／　ｍｌの分解能を持
ち、約７０鰭の長さに形成した第４図（ａｌ、　（ｂ）
に示す構造のＣＣＤセンサを用いている。すなわち、受
光面８ａには、受光素子８の継目部分における分解能の
低下を防ぐため、受光部１４ａと転送部１４ｂをＣＣＤ
端部付近まで形成する。そして、その幅方向に沿う側縁
の適当箇所に電極１０ａを形成するわけであるが、１チ
ツプ内の接続電極が存在する領域はできるだけ小さい方
が好ましく、従って受光素子８の駆動に必要な電極はで
きるだけ近接して設けることが良い。しかしながら、こ
のような考えのちとに電極を形成すると、場合によって
は電極の位置は受光素子８の周辺の一部の領域に偏って
しまう。例えば、受光素子８の駆動に必要な電極１０ａ
のみで後述するフェイスダウンボンディングを行うと、
受光素子８は傾きを生じ、特性上好ましくない場合が多
い。そこで、このように駆動に必要な電極１０ａが偏在
する場合には、受光面８ａとそれが対向する光出射面４
ｂが均等な間隔をもって配置されるようにするために、
ダミー電１１０ｂを受光素子８上の必要な位置に設ける
ことが望ましい〔第４図（ａ）参照〕。

そして、受光部１４ａと転送部１４ｂを含む受光素子８
の上面に薄膜技術を用いてＳ　ｓ　Ｘ　Ｎ　＋−ｘ　＋
５ｉＯｚ等からなるパッシベーション膜１５〔第４図（
ｂ）参照〕を形成し、また電極１０ａとダミー電極１０
ｂとの上に半田突起電極９，９を形成している。

また、光透過性フィルム基板５としては、例えばポリイ
ミドフィルムを用いる。第５図は照度１００ルクスのＬ
ＥＤランプを光源としてポリイミドフィルムを照射した
場合のフィルム厚さに対する実使用光の透過率を示す。

例えば、ＣＣＤセンサを１ライン当りの読み取り速度１
ｍｓで駆動する場合に必要な光量は、市販のＣＣＤデバ
イスを用いて実験したところ約１０ルクスである。従っ
て、第５図よりポリイミドフィルムの厚さは１２５μｍ
゛以下であれば問題はない。本例では７５μｍ゛の厚さ
のポリイミドフィルムを用いた。そして、このポリイミ
ドフィルム基板５の上面に配線電極７の引出電極部７ａ
及び半田突起電極９と接続する接続電極部７ｂをメツキ
技術やフォトリソグラフィ技術などを用いて形成する。

ここで、受光素子８のダミー電極ｌ。

ｂ上の半田突起電極９に対応するフィルム基板５上には
電極を設けないか、もしくはハンダと接合しない材料を
配する。また、第２図に示す如（、本実施例では、１枚
のポリイミドフィルム基板５は１個の受光素子８が配置
されるようにしており、その長さは、１個の受光素子８
の長さより数百ミクロンメートル短くしている。

一方、光ファイバー４ａとしては石英系あるいは多成分
系のガラスファイバーを用いる。この光ファイバー４ａ
を多数本帯状に収束して光フアイバーアレイ４を形成し
、この光フアイバーアレイ４を両側から挟み込むように
して基板３を形成している。

上記した各構成部材（受光素子８、光透過性フィルム基
板５、及び基板３）を用いて密着型イメージセンサを作
製する。

受光素子８の駆動に必要な電極１０ａ上に形成した半田
突起電極９を、ポリイミドフィルム基板５の上面に形成
された接続電極部７ｂに対向させて配置する。次に、こ
の状態で、受光素子８とポリイミドフィルム基板５とを
加熱炉内で加熱することにより、半田突起電極９を溶融
して、電極１０ａと接続電極部７ｂとを接続する。接続
は加熱ツールにより半田突起電極９を溶融して行っても
よい。また、本実施例では、半田突起電極９による接続
法を用いているが、フェイスダウンボンディングが可能
な手法であればそれを用いてもよい。

以上のような手法により、接続の信頼性を向上できると
ともに、受光面８ａと光出射面４ｂを均等な距離に配す
ることができる。

次に、このようにして接続された複数のポリイミドフィ
ルム基板５付受光素子８を、例えば第６図に示す様な配
列治具１６によりポリイミドフィルム基板５が上面とな
るように１列に配列する。

第６図において、１６ａは配列治具のフレーム、１６ｂ
、１６ｃは各々受光素子８を１列に配列するためのガイ
ド部である。まず、複数のポリイミドフィルム基板５付
受光素子８をポリイミドフィルム基板が上面となるよう
に配列治具１６の受光素子配列部Ｂに略々−列になるよ
うに配列する。

次に、配列用ガイド部１６ｂ、１６ｃが図中の矢印方向
に移動することにより、受光素子８が一例に精度よく配
列される。

一方、光ファイバーを埋め込んだ基板３は、その光出射
面側３ａに光硬化性接着剤６を薄く均一に塗布する。そ
して、この光フアイバー基板３の光硬化性接着剤６の塗
布面と、先に一列に配列した配列治具１６上のポリイミ
ドフィルム基板５とを対向して配置し、基板３の光フア
イバーアレイ４とフィルム基板５上の受光素子８とが一
列に重なるようにして密着する。

次に、基板３の光入射面側より紫外線を照射し、光硬化
性接着剤６を硬化することにより、ポリイミドフィルム
基板５を基板３上に接続する。

このようにして作製した密着型イメージセンサでは、受
光素子８の受光面８ａと光ファイバー４ａの光出射面４
ｂとの距離は１２０μｍ以下であり、ＭＴＦは４βｐ／
龍の空間周波数において５０％以上の値が得られた。

また、この製造方法によれば、半田突起電極９の接続に
よる自己整合効果を利用できるため、単純な治具を使用
するだけで、長尺状の受光素子８を高精度に生産性よく
配列することができる。さらに、この製造方法によれば
、基板３上に直接高精度な微細配線を形成する必要がな
く、しかも基板３を加熱することなく、受光素子８を半
田突起電極９によって接続できるため、耐熱性の低い安
価な光フアイバー基板の使用が可能である。

なお、上記実施例では、受光素子８としてＣＣＤセンサ
を用いているが、センサの種類はこれに限定されるもの
ではなく、他のＩＣセンサや′４膜センサ等であっても
本発明が適用できることは当然である。また、上記実施
例では、光透過性フィルム基板５としてポリイミドフィ
ル基板を用いているが、透過率が１０％以上の他の有機
フィル基板を用いることも可能である。また、光透過性
フィルム基板５上への配線電極７の形成方法としてメツ
キ法とりソグラフィ法を用いているが、従来の薄膜形成
技術を用いることも可能である。

このようにして、受光素子８、光透過性フィルム基板５
、光ファイバー埋め込み基板３が一体化された後、受光
素子８が次のようにしてキャプシュレーションされる。

すなわち、第１図に示すように、金属又は樹脂等で形成
されたキャップ１１の底部にシリコンレジンのようなソ
フトなレジン１２を配し、このレジン１２を介して受光
素子８を上方から加圧した状態のまま、キャップ１１と
光透過性フィルム基Ｆｉ５との間に配した光硬化性樹脂
１３を光硬化する。これにより、受光素子８は確実に固
定されるとともに、振動、湿度に対して強いものとなる
。特に、本実施例のように、電極接続の信頼性を上げる
ため、受光素子８の駆動に必要な電極１０ａのみを接続
し、他のダミー電極１０ｂを接続しないようにした場合
には、このようなシーリングを兼ねた固定法は有効であ
る。

また、キャプシュレーションの他にも、受光素子８とそ
れが対面する光透過性フィルム基板５との間に樹脂を注
入・硬化することにより受光素子８を固定するとともに
シーリングする方法をとることもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係る密着型イメージセン
サによれば、以下に示す種々の優れた効果を発揮する。

■　フレキシブルなフィルム基板上に受光素子を接続す
るため、接続部の熱応力の緩和が可能となり、信頼性の
向上を図ることができる。

■　光ファイバーを組み込んだ基板が加熱工程を経ない
ため、耐熱性の低い安価な基板を用いることができ、生
産コストの低減を図ることができる。

■　良品の受光素子を良品の光透過性フィルム基板にそ
れぞれ１対１で搭載し、良品のみを光ファイバーを組み
込んだ基板に搭載できるので、歩留の向上を図ることが
できる。

■　光ファイバーを用いるため光路長を自由に選択する
ことができるので、センサの小型化が図れる。

■　光ファイバーを組み込んだ基板と受光素子とを一体
化しているので、従来のようにレンズの焦点調整が不要
となり、生産性の向上と生産コストの低減を図ることが
できる。

■　受光素子の受光面と光ファイバーの光出射面との距
離を短くすることができるので、高分解能で読み取れる
密着型イメージセンサを提、供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の図面を示し、第１図は密
着型イメージセンサの断面図、第２図は同センサの平面
図、第３図は光ファイバーと受光素子との距離と分離能
との関係を示す曲線図、第４図（ａ）及び（ｂ）は受光
素子の平面図及び縦断面図、第５図はポリイミドフィル
ムの厚さと透過率との関係を示す曲線図、第６図（８１
及び（ｂ）は受光素子を１列に配列するための配列治具
の概略構成を示す平面図及び縦断面図、第７図及び第８
図は従来の密着型イメージセンサの概略構成図である。 １・・・原稿 ３・・・基板 ５・・・光透過性フ ７・・・配線電極 １０ａ・・・電極 １２・・・レジン ２・・・光源 ４ａ・・・光ファイバー イルム基板 ８・・・受光素子 １１・・・キャップ 第３図 ７と開側波数Ｃ１ｐ１ｍｍ） 第１図 第２図 第４図 （Ｑ） 第４図 （ｂ） 第５図 フィルノ、厚さ ｉｏｏ　　　１２５ （μｍ＋） 第６図 （ａ） 第６図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）読み取るべき原稿を照射する光源と、この原稿から
   の反射光を電気信号に変換する受光素子と、この受光素
   子と前記原稿との間に配置された光ファイバーを組み込
   んだ基板とを備えた密着型イメージセンサにおいて、 前記光ファイバーの光出射面側である前記 基板の上面に光透過性フィルム基板が接着されるととも
   に、該光透過性フィルム基板の上面に配線電極が形成さ
   れ、一方、前記受光素子の受光面側には電極が形成され
   、かつこの受光素子の電極と前記光透過性フィルム基板
   の配線電極とが対向して配置され、この状態において対
   向する前記配線電極と受光素子の電極とが電気的に接続
   されたことを特徴とする密着型イメージセンサ。