JP2009188165A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂を確実に充填し、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入しないようにし、長寿命で信頼性の高い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】基板に、固体撮像素子が搭載されるとともに、前記固体撮像素子の撮像領域に対して光学的空間を隔てて、透光性部材が配設され、前記光学的空間のうち、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、前記間隙を構成する、前記基板の前記固体撮像素子搭載面の少なくとも一部が、前記光学的有効領域に向かうテーパ面を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像装置およびその製造方法に係り、特に固体撮像素子を用いた小型の固体撮像装置における封止樹脂の充填に関する。

固体撮像装置においては、固体撮像素子チップを実装基板上に搭載すると共に、レンズを装着することによって、実装されるが、固体撮像素子と、レンズとの間の導光空間は、実装上極めて重要であり、この導光空間内に、空気が侵入することで、水滴が付着したり、あるいはゴミや塵が浸入したりすると、画質の低下を招くことになり、種々の対策が提案されている。

例えば、固体撮像素子を固定している空間に対して端面に粘着性を有するスペーサ部材を配置してそのスペーサの露呈する端面にゴミを付着させることによって、ゴミが固体撮像素子に付着してするのを防止し画質に影響を及ぼさないようにした固体撮像装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−２１７５４６号公報

ところで、特許文献１に記載された固体撮像装置では、固体撮像素子と光学フィルタとによって仕切られた空間に対してのゴミを捕捉するのに有効であるとしているが、この空間におけるゴミは画素サイズ程度の大きさで撮像素子からの出力に影響が出るために、画素からの出力が低下してキズとなることが知られている。従って封止樹脂によって、隙間なく充填し、内部空間に空気やゴミが浸入しないようにする必要がある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、封止樹脂を確実に充填し、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入しないようにし、長寿命で信頼性の高い固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に、固体撮像素子が搭載されるとともに、前記固体撮像素子の撮像領域に対して光学的空間を隔てて、透光性部材が配設され、前記光学的空間のうち、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、前記間隙を構成する、前記基板の前記固体撮像素子搭載面の少なくとも一部が、前記光学的有効領域に向かうテーパ面を構成したことを特徴とする。
この構成により、テーパ面に沿って封止樹脂が良好に封止領域に流入するため、ボイドと呼ばれる空洞が生じることもなく、緻密で信頼性の高い封止構造を提供することが可能となる。なおこのテーパ面は前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側から、光学的有効領域に向かって低くなるテーパ面を構成するようにする。

また本発明では、上記固体撮像装置において、前記テーパ面は、前記基板の当接領域の前記固体撮像素子を囲む全周に配設されたものを含む。
この構成により、前記固体撮像素子を囲む全周にテーパ面が配設されているため、樹脂封止領域は確実に形成される。

また本発明では、上記固体撮像装置において、前記透光性部材は複数の誘電体の積層体からなる光学フィルタであるものを含む。

また本発明では、上記固体撮像装置において、前記基板は前記固体撮像素子搭載部を有する立体基板であるものを含む。
この構成により、効率よい実装が可能となる。樹脂成形によって基板を形成する場合には立体基板（立体配線基板）が有効である。また、平面基板に開口を形成すると共に、固体撮像素子搭載用の凹部を形成したものも有効である。

また本発明では、上記固体撮像装置において、光軸に沿って被写体側よりレンズ、基板、透光性部材、固体撮像素子の順に配置され、前記固体撮像素子と前記基板の当接領域に前記テーパ面を有する樹脂封止領域が形成されたものを含む。
この構成により、透光性部材と、固体撮像素子とが基同一面側に実装されるため、実装が容易であり、また固体撮像素子と基板との間にテーパ面を有する樹脂封止領域が形成されているため、確実な樹脂封止が可能となる。

また本発明では、上記固体撮像装置において、前記基板は、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、前記開口の周縁に前記透光性部材を載置する段差部を有し、前記段差部は、前記基板上に装着される前記固体撮像素子が、前記段差部に装着される前記透光性部材と所定の間隔を隔てるように形成されるものを含む。
この構成により、平板状の基板を用いても段差部により確実な実装が可能となる。

また本発明では、上記固体撮像装置において、前記基板の前記段差部は、底面および側面に凸部を有するとともに、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、前記基板上に装着される前記固体撮像素子が、前記段差部に装着される前記透光性部材と所定の間隔を隔てるように形成されるものを含む。
この構成により、前記凸部によって位置規制がなされ、位置精度よい実装が可能となる。

また本発明では、上記固体撮像装置において、光軸に沿って被写体側よりレンズ、透光性部材、基板、固体撮像素子の順に配置され、前記固体撮像素子と前記基板の当接領域に前記樹脂封止領域が形成されたものを含む。
この構成により、基板をはさんで相対向する側に透光性部材と固体撮像素子とが実装されるため、光学的距離を高精度に設定することができる。

また本発明では、レンズと、固体撮像素子と、透光性部材と、撮像領域に開口を有するとともに、前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域を囲むように、テーパ面を有する基板を準備する工程と、前記基板に透光性部材と、固体撮像素子とを実装する工程と、前記実装する工程後に、前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域を囲むように、前記テーパ面を含む前記基板表面に封止樹脂を充填する工程とを含むものを含む。
この構成により、より効率よく封止樹脂を充填することができ、ボイドの発生を抑制し信頼性の高い固体撮像装置を提供することが可能となる。なおこのテーパ面は前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側から、光学的有効領域に向かって低くなるテーパ面を構成するようにする。

また本発明では、上記固体撮像装置の製造方法において、前記充填する工程は、前記開口から、光を照射しながら、光硬化性の封止樹脂を充填する工程を含むものを含む。
この構成により、充填しつ光硬化が進行することで、光学的有効領域への封止樹脂の侵入を抑制することができる。

また本発明では、上記固体撮像装置の製造方法において、前記基板は、前記透光性部材を搭載するための段差部において、底面および側面に凸部を有するとともに、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、前記実装する工程は、前記凸部によって前記透光性部材を位置決めする工程を含む。
この構成により、効率よく位置決めを行うことができ、信頼性の高い固体撮像装置を提供すことが可能となる。

固体撮像装置の基板の樹脂封止領域となる領域の少なくとも一部にテーパ面を形成しているため、封止樹脂の充填が容易となり、ボイドの発生もなく、信頼性の高い実装が可能となる。

（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１および図２は本発明の実施の形態１の立体配線基板を用いた固体撮像装置の要部説明図、図３は同固体撮像装置の外観斜視図、図４は、図３中のＡ−Ａ線断面図、図５乃至図７は同固体撮像装置の製造工程図である。図１に示すように、本実施の形態の固体撮像装置においては、基板１０１に、固体撮像素子１０４が搭載されるとともに、前記固体撮像素子の撮像領域に対して光学的空間を隔てて、透光性部材としての光学フィルタ１０３が配設され、前記光学的空間のうち、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、前記固体撮像素子１０４と前記光学フィルタ１０３と前記基板１０１とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂１０７が浸透される間隙ｃを備え、図２（ａ）に示すように、前記間隙ｃを構成する前記基板の前記固体撮像素子搭載面の周縁が全周にわたって、前記光学的有効領域に向かうテーパ面１０１ｔを構成したことを特徴とする。
また、この固体撮像装置において、光学フィルタ１０３を搭載する段差部１０１ｄは、図２（ｂ）に示すように底面および側面に凸部３０２を有し、前記基板１０１上に装着される前記固体撮像素子１０４が、前記段差部１０１ｄに装着される前記透光性部材と所定の間隔を隔てるように位置決め可能に形成される。

この固体撮像装置では、図３に外観斜視図、図４に断面図を示すように、樹脂製の立体プリント基板１０１は、矩形台状の脚部１０１ａとその上に形成された胴部１０１ｂとからなり、立体配線基板１０１の中央部には、脚部１０１ａと胴部１０１ｂとを貫通する貫通開口部１０１ｃが形成されている。
そしてこの貫通開口部１０１ｃに臨む固体撮像素子１０４搭載面は周縁部がテーパ面１０１ｔを構成し、封止樹脂１０７がボイドなしに効率よく埋め込まれるように形成されている。

また、立体配線基板１０１は、脚部１０１ａの裏面側にプリント配線パターン１１０が形成されるとともに、胴部１０１ｂの内周には、レンズ１０２が嵌めこまれている。脚部１０１ａと胴部１０１ｂの境界には、隔壁が形成され、隔壁の中央部には貫通開口部１０１ｃが形成されている。開口部１０１ｃのレンズ側の平面には光学フィルタ１０３が、反対面には固体撮像素子１０４が配置されている。貫通開口部１０１ｃは、固体撮像素子１０４の撮像エリアに対応して、長方形に形成されている。脚部１０１ｂの裏側には、固体撮像素子１０４をベア実装するための無電解メッキなどにより配線パターン１１０が形成されている。配線パターン１１０と端子部１０４ａは電気的に接続されている。

固体撮像素子１０４は、画素サイズが２．２５μmの正方形ピクセルでベイヤー配列を構成している。受光の有効範囲受光部分の周囲には、ＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）ブロック、ＡＤＣ、ＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）などを含む周辺回路が設けられ約２００万画素数の１/４インチＵＸＧＡ形と呼ばれるＣＭＯＳでベアチップをＳＢＢ（Ｓｔｕｄ Ｂｕｍｐ Ｂｏｎｄ）やＢＧＡ(Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ)などによりフリップチップ実装されている。固体撮像素子１０４は、ベア実装を行った後に封止剤で樹脂封止される。

固体撮像素子１０４により得られた映像信号および外部からの制御信号、電源供給は配線パターン１１０ およびＦＰＣの接続用ランドを経由して行われる。ＦＰＣの裏面には、固体撮像素子１０４への裏面からの可視光・赤外光の侵入を防止するため、金属箔（図示せず）が貼着されている。

透光性部材としての光学フィルタ１０３は、０．３ｍｍ厚のガラス基材にＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）カットコートが施されている。ＩＲカットコートには、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等の透明誘電体膜が蒸着により成膜され所要の分光特性を与えている。

また、立体配線基板１０１は、光軸１０９を中心にして、貫通開口部１０１ｃのうち胴部１０１ｂ側の開口端部に設けられた段差部１０１ｄに光学フィルタ１０３が配置され、段差部１０１ｄが設けられた開口端部と反対側の開口面上に、固体撮像素子１０４が配置されている。また、レンズ１０２に入り込む光量を調節する絞り部材として作用するホルダ１０５が胴部１０１ｂの内周に嵌め込まれている。

固体撮像素子１０４は、表面に形成されたバンプ１０４ａを介して脚部１０１ａに形成されたプリント配線パターンで構成された端子１１０に接続し、封止樹脂１０７で封止されることによって立体配線基板に固定されている。

また、立体配線基板１０１の端子１１０は、ソルダペースト１１１等を用いて、携帯電話、パソコン等の各種機器のメイン基板に電気的に接続されている。

次に、図５、図６、図７にこの固体撮像装置の組み立て工程図を示す。実装に際して、まず、プリント配線パターン１１０が形成した立体配線基板１０１を成形する（図５（ａ））。このとき、固体撮像素子搭載面の貫通開口部を囲む周縁部にテーパ面１０１ｔを形成しておく。１０１ｆは平坦面である。また図２に示すように光学フィルタ１０３の搭載面となる段差部１０１ｄには４個の凸部３０２が設けられ、光学フィルタ１０３を係止するように構成される。

そして、貫通開口部１０１ｃのうちレンズ設置側の開口端部周辺に設けられた段差部１０１ｄ上に接着材１１３を塗布する（図５（ｂ））。その後、４個の凸部３０２をガイドとして接着材１１３上に、貫通開口部１０１ｃを塞ぐように光学フィルタ１０３を載置して、接着剤を硬化させる（図５（ｃ））。このとき、４個の凸部３０２を囲む周縁部で接着剤が良好に固体撮像素子基板と固着する。

次に、固体撮像素子１０４を装着する工程を行うため、立体配線基板１０１を反転させる（図５（ｄ））。そして、プリント配線パターン１１０上に、プリント配線パターン１１０とバンプ１０４ａとが接触する位置であって固体撮像素子１０４が貫通開口部１０１ｃを覆う位置に固体撮像素子１０４を載置する（図６ａ））。

この後、固体撮像素子１０４と立体配線基板１０１の隙間に、注入手段２００を用いて、封止樹脂１０７を、光を照射しながら注入する（図６（ｂ））。このとき、封止樹脂１０７は、テーパ面１０１ｔの存在により、効率よくテーパ面をすべり間隙内に注入される。そして貫通開口部１０１ｃを介して照射された光が届く範囲で硬化する。図６（ｂ）中の１０７ａは、光照射により硬化した封止樹脂硬化部を示している。さらに、この後、封止樹脂１０７の残りの部分を熱硬化させて、固体撮像素子１０４の装着工程が終了する（図６（ｃ））。１０７ｂは、封止樹脂の熱硬化部を示している。

次に、レンズを搭載する工程を行うために再び、立体配線基板１０１を反転させる（図６（ｄ））。そして、立体配線基板１０１の胴部１０１ｂの内周にレンズ１０２を嵌め込む（図７（ａ））。その後、レンズの上にドーナツ形状の絞り部材を構成するレンズホルダ１０５を更に嵌め込む（図７（ｂ））。次に、レンズホルダ１０５を嵌め込んだ後、レンズホルダ１０５と胴部１０１ｂの境界部付近に接着剤１０５ａを塗布する（図７（ｃ））。最後に、接着材１０５ａを硬化させて、固体撮像装置１００の組み立て工程が完了する。

なお、立体配線基板１０１はＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）などが用いられ、外部からの光の透過を防ぐため黒色とされている。脚部１０１ａの外側には、外部との接続のために端子部１１０が設けられ、フレキシブル配線基板（以下ＦＰＣ）１０８に形成された接続用ランド（図示せず）と半田（図示せず）により接続されている。胴部１０１ｂの内部には、レンズホルダ１０５に嵌め込まれた樹脂製のレンズ１０２が配置されている。レンズホルダ１０５・レンズベースに組み込まれたレンズはレンズブロックと呼ばれる。このように、レンズ１０２は、２枚のそれぞれ光学的特性の異なる非球面レンズ（以下レンズと略す）とからなり、ホルダ１０５に組み込まれており、レンズブロックを構成しており、レンズブロック内で、光軸方向の位置が調整可能になっている。

次にこの固体撮像装置の動作を説明する。被写体からの光は、絞りを通リ、レンズ１０２によって集光され光学フィルタ１０３に入射され不要な赤外光及び紫外光が制限される。光学フィルタ１０３を透過した光は、固体撮像素子１０４に入射して公知の図示しないマイクロレンズあるいはオンチップレンズと呼ばれるレンズを通って、その下にある色素系の色フィルタを通過し、フォトダイオードによって所要の電気信号に変換される。そして、画面のアスペクト比が４：３で、毎秒１５フレームのフレームレートの画像信号として出力され脚部１０１ａの配線パターンを経由して脚部１０１ａの外側の端子部１１０ からＦＰＣ１１８を通り外部のモニターなどへ出力される。

（実施の形態２）
なお前記実施の形態１では、固体撮像素子搭載面の貫通開口部１０１ｃを臨む周面全体にわたってテーパ面１０１ｔを構成するようにしたが、図８に立体配線基板１０１の固体撮像素子搭載面を示すように、４隅にテーパ面１０１ｔで構成されたガイド部を構成し、このガイド部を介して封止樹脂が良好に充填されるようにしてもよい。また、このガイド部は必ずしも４隅である必要はなく、相対向する２方向に配設してもよい。また相対向する２辺上にガイド部を形成してもよい。
他部の構成については前記実施の形態１と同様である。

（実施の形態３）
なお前記実施の形態１では、立体配線基板の両面に固体撮像素子と光学フィルタとが装着されたが、本実施の形態では、図９に示すように、固体撮像素子１０４と光学フィルタ１０３とが同一面に形成されている。この構成によれば、固体撮像素子および光学フィルタの装着時に立体配線基板を動かさなくてすむことから、塵や埃の発生を防ぎ、有効光学領域に塵や埃が入るのを防ぐことができる。
他部の構成については前記実施の形態１と同様である。

なお前記実施の形態１乃至３ではいずれも樹脂成形によって形成された立体配線基板について説明したが、積層基板などの平坦な基板に凹部を形成して用いた場合にも適用可能であることはいうまでもない。

本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子と透光性部材と基板とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、この間隙を構成する基板の固体撮像素子搭載面の少なくとも一部が、光学的有効領域に向かうテーパ面を構成していることで、テーパ面に沿って封止樹脂が良好に封止領域に流入するため、ボイドと呼ばれる空洞が生じることもなく、緻密で信頼性の高い封止構造を提供することが可能となり、高精度で信頼性の高い固体撮像装置を形成することができることから、撮像装置や携帯電話などの携帯端末機器などに搭載されるカメラ用途に有用である。

本発明の実施の形態１の撮像装置の概要説明図 同撮像装置の光学フィルタ搭載部の説明図 本発明の実施の形態１の撮像装置の斜視図 図１の撮像装置のＸ−Ｘにおける断面図 本発明の実施の形態１の撮像装置の製造工程図 本発明の実施の形態１の撮像装置の製造工程図 本発明の実施の形態１の撮像装置の製造工程図 本発明の実施の形態２の撮像装置における固体撮像素子搭載面を示す説明図 本発明の実施の形態３の撮像装置の概要説明図

符号の説明

１０１ 立体配線基板
１０１ａ 脚部
１０１ｂ 胴部
１０１ｃ 貫通開口部
１０１ｄ 段差部
１０１ｔ テーパ部
１０１ｆ 平坦部
１０２ レンズ
１０３ 光学フィルタ
１０４ 固体撮像素子
１０５ レンズホルダ
１０７ 封止樹脂
１０９ 光軸
１１０ 端子
１００ 撮像装置
１０７ 封止樹脂
１０１ｃ 開口部
１１８ ＦＰＣ
１１１ 半田
２００ 注入手段

Claims (11)

1. 基板に、固体撮像素子が搭載されるとともに、前記固体撮像素子の撮像領域に対して光学的空間を隔てて、透光性部材が配設され、
   前記光学的空間のうち、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、
   前記間隙を構成する、前記基板の前記固体撮像素子搭載面の少なくとも一部が、前記光学的有効領域に向かうテーパ面を構成した固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置であって、
   前記テーパ面は、前記基板の当接領域の前記固体撮像素子を囲む全周に配設された固体撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の固体撮像装置であって、
   前記透光性部材は複数の誘電体の積層体からなる光学フィルタである固体撮像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置であって、
   前記基板は前記固体撮像素子搭載部を有する立体基板である固体撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置であって、
   光軸に沿って被写体側よりレンズ、基板、透光性部材、固体撮像素子の順に配置され、前記固体撮像素子と前記基板の当接領域に前記テーパ面を有する樹脂封止領域が形成された固体撮像装置。
6. 請求項５に記載の固体撮像装置であって、
   前記基板は、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、前記開口の周縁に前記透光性部材を載置する段差部を有し、
   前記段差部は、前記基板上に装着される前記固体撮像素子が、前記段差部に装着される前記透光性部材と所定の間隔を隔てるように形成される固体撮像装置。
7. 請求項５または６に記載の固体撮像装置であって、
   前記基板の前記段差部は、底面および側面に凸部を有するとともに、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、
   前記基板上に装着される前記固体撮像素子が、前記段差部に装着される前記透光性部材と所定の間隔を隔てるように形成される固体撮像装置。
8. 請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置であって、
   光軸に沿って被写体側よりレンズ、透光性部材、基板、固体撮像素子の順に配置され、前記固体撮像素子と前記基板の当接領域に前記樹脂封止領域が形成された固体撮像装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法であって、
   レンズと、固体撮像素子と、透光性部材と、撮像領域に開口を有するとともに前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域を囲むように、テーパ面を含む基板を準備する工程と、
   前記基板に透光性部材と、固体撮像素子とを実装する工程と、
   前記基板と、前記固体撮像素子との間に封止樹脂を充填する工程とを含む固体撮像装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
    前記充填する工程は、
    前記開口から、光を照射しながら、光硬化性の封止樹脂を充填する工程を含む固体撮像装置の製造方法。
11. 請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
    前記基板は、前記透光性部材を搭載するための段差部において、底面および側面に凸部を有するとともに、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、
    前記実装する工程は、前記凸部によって前記透光性部材を位置決めする工程を含む固体撮像装置の製造方法。

Images