JP2010192866A - 光学デバイス、固体撮像装置、及び光学デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填する構造の光学デバイスにおいて、熱応力による凹型パッケージと遮光樹脂の界面の剥離を防止する。
【解決手段】光学デバイス1は、上面に受光部10を有する光学素子9と、受光部10を覆うように光学素子9の上面に積層される透明部材14と、底壁3、底壁3の外縁部から突出する側壁4、及び底壁3を貫通する貫通孔8を有し、底壁3と側壁4とで区画される領域に光学素子9及び透明部材14を収納する函体2と、函体2の底壁3と側壁4とで区画される領域、及び貫通孔8の内部に充填される封止部材16とを備える。函体2の底壁3は、光学素子9を保持する中央領域と、中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、貫通孔8は、周辺領域に形成される。
【選択図】図1B
【解決手段】光学デバイス1は、上面に受光部10を有する光学素子9と、受光部10を覆うように光学素子9の上面に積層される透明部材14と、底壁3、底壁3の外縁部から突出する側壁4、及び底壁3を貫通する貫通孔8を有し、底壁3と側壁4とで区画される領域に光学素子9及び透明部材14を収納する函体2と、函体2の底壁3と側壁4とで区画される領域、及び貫通孔8の内部に充填される封止部材16とを備える。函体2の底壁3は、光学素子9を保持する中央領域と、中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、貫通孔8は、周辺領域に形成される。
【選択図】図1B
Description
本発明は、光学デバイスに関し、特に耐湿性等の信頼性を確保するため、及び不要な入射光および反射光の受光部への進入を防止するための封止部材の剥離防止に関する。
近年、電子機器の小型化はますます加速しており、電子機器に使用される光学デバイスも例外ではなく、ますますの小型化が必要とされている。このため、従来の光学デバイスでは、凹形状のパッケージ(容器)に光学素子を収納し、保護ガラス等(以下、透明部材という)によって開口を封じる構造であった。これに対し、光学素子の上に透明部材を直接固着する構造の光学デバイスが開発され、更なる小型化、薄型化が図られている。
しかし、光学素子の上に透明部材を直接固着する構造では、透明部材の端面(外周面)と光学素子の受光部との距離が短くなる。このため、透明部材の端面から不要な入射光が受光部に進入しやすくなり、その影響によるフレアーやゴースト等の画像不良が発生していた。
そこで、透明部材の端面の外側からの入射光の進入を防止するべく、透明部材の端面に遮光層を形成する構造や、光学素子の受光部に対して透明部材のサイズを大きくする構造が提案されている。また、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージの内側面にダイアタッチ部より高い段差部を設ける。そして、その部分に形成した金メッキ等からなるワイヤボンドパッドと光学素子のパッドをAu線等で電気的に接続する構造も知られている。そして、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填し、その遮光樹脂で透明部材の端面を全面覆うことで、端面からの不要な入射光の進入を防止する技術も提案されている(例えば特許文献1参照)。
しかし、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージ内に収納し、凹型パッケージ内に充填する遮光樹脂で透明部材の端面の全面を覆う方法では、凹型パッケージに対して遮光樹脂の線膨張係数が大きいため、実装基板へのリフロー実装等の高温時に、凹型パッケージの開口の方向に遮光樹脂の応力が集中する。即ち、下から上方向の応力が集中するため、凹型パッケージと遮光樹脂の密着力が弱い部分、具体的には、凹型パッケージのワイヤボンドパッドである金メッキ部分と遮光樹脂との界面で剥離が発生していた。また、その部分で剥離が発生すると、ワイヤボンドのワイヤが遮光樹脂に引っ張られることになり、ワイヤが断線し電気的不良となる課題があった。
本発明は、上記問題に鑑み、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填する構造の光学デバイスにおいて、熱応力による凹型パッケージと遮光樹脂の界面の剥離を防止することを目的とする。
本発明に係る光学デバイスは、上面に受光部を有する光学素子と、前記受光部を覆うように前記光学素子の上面に積層される透明部材と、底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記光学素子及び前記透明部材を収納する函体と、前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記光学素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備える。前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される。
上記構成のように、函体の底壁に設けた貫通孔にも封止部材を充填したことにより、函体と封止部材との線膨張係数の違いに起因する応力が上下方向に分散される。その結果、封止部材の界面(特に電極部との界面)における剥離を有効に防止することができる。なお、函体の底壁に形成する貫通孔は、形状を限定することなく、面積が広ければ広い程、封止部材の応力分散の効果がある。そこで、強度、パッケージの寸法等から、最適な形状、大きさ、個数などを決定すれば良い。また、貫通孔を底壁の周辺領域に形成することにより、函体に光学素子を固着した後に封止部材を充填することができる。
また、前記封止部材は、遮光性を有する材料で形成されていてもよい。これにより、透明部材の端面への入射光を遮断することができる。一方、耐湿性や耐食性の向上を目的として封止部材を充填する場合には、透明樹脂を使用してもよい。
また、前記貫通孔は、さらに前記底壁の中央領域にも形成されていてもよい。さらに、前記貫通孔は、前記側壁の下方にまで延在していてもよい。これにより、貫通孔の総面積が大幅に増加するので、封止部材の応力をさらに分散させることができる。
本発明に係る固体撮像素子は、上面に受光部を有する固体撮像素子と、前記受光部を覆うように前記固体撮像素子の上面に積層される透明部材と、底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記固体撮像素子及び前記透明部材を収納する函体と、前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記固体撮像素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備える。前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される。
本発明に係る光学デバイスの製造方法は、上記に記載の光学デバイスを製造する方法である。具体的には、前記函体の底壁に前記透明部材が積層された前記光学素子の下面を固着するステップと、前記底壁の下面から前記貫通孔を封止するステップと、前記函体の底壁と側壁とで区画される領域に前記封止部材を充填するステップとを含む。これにより、封止部材を充填する際に、貫通孔から封止部材が漏れ出すのを有効に防止することができる。
本発明は、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填する構造の光学デバイスにおいて、筐体の底壁に設けた貫通孔の内部にも封止部材を充填した。これにより、リフロー実装等で熱が加わり、パッケージと遮光樹脂の線膨張係数の違いが大きい場合においても、パッケージと遮光樹脂との界面の剥離を防止することができ、高い信頼性を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1Aは本発明の第1実施形態の光学デバイスの平面図であり、図1Bは同光学デバイスの図1AにおけるIB―IB線に沿う断面図である。
図1Aは本発明の第1実施形態の光学デバイスの平面図であり、図1Bは同光学デバイスの図1AにおけるIB―IB線に沿う断面図である。
図1A及び図1Bに示されるように、光学デバイス1は、函体(光学素子支持体)2と、光学素子9と、透明部材14と、封止部材16とを主に備える。この光学デバイス1は、典型的には固体撮像装置である。
函体2は、矩形形状(長方形状)の底壁3と、底壁3の外縁部から上方に突出する側壁4とで構成される凹形状の部材である。この函体2は、底壁3と側壁4とで区画される領域に光学素子9及び透明部材14を収納する。また、函体2は、側壁4の内側に露出する内部電極5と、底壁3の外側(下側)に露出する外部電極6とで構成されるリード部7を有する。このリード部7の表面は、金(Au)等でメッキが施されている。
さらに、函体2の底壁3には、底壁3を厚み方向(図1Bの上下方向)に貫通する複数の貫通孔8が形成されている。なお、函体2の底壁3は、中央領域3aと周辺領域3bとに区分されている。中央領域3aは、底壁3の光学素子9が配置されている領域を指す。周辺領域は、光学素子9が配置されている領域の外側(周囲)を指す。そして、第1実施形態における貫通孔8は、底壁3の周辺領域3b、より具体的には、長方形状の底壁3の短辺に沿って形成された矩形形状の長孔である。
光学素子9は、上面の中央部に形成されている受光部10と、上面の外縁部に形成されている複数の電極部11とを備える。電極部11は、受光部10と電気的に接続されていると共に、ワイヤ12を介して函体2の内部電極5に電気的に接続されている。この光学素子9は、例えば、イメージセンサ(固体撮像素子)である。つまり、受光部10には、各画素に対応する複数のフォトダイオードがマトリックス状に配置されている。
また、光学素子9は、DB材13によって函体2の底壁3に固着されている。より具体的には、光学素子9は、底壁3の中央領域3aに固着されている。すなわち、第1実施形態における貫通孔8は、光学素子9が配置されている領域から外れた領域に形成されていることになる。言い換えれば、貫通孔8と光学素子9とは、底壁3に垂直な方向(図1Bの上方向)から光学デバイス1を見た場合に、互いに重なり合わない位置関係で配置されている。
透明部材14は、光学素子9より小さく、且つ受光部10より大きい概ね矩形平板形状の部材であって、受光部10を覆うように光学素子9の上面に積層される。透明部材14の材料としては、ガラスやIRカットフィルター、光学ローパスフィルターなどがあるが、一般的にはガラスが用いられる。この透明部材14は、上面が露出しており、下面が樹脂接着剤15によって光学素子9の上面に固着されている。樹脂接着剤15としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の透明樹脂材料が用いられる。
封止部材16は、函体2の内部に充填されて、光学素子9、透明部材14、及び函体2の間の空間を封止すると共に、貫通孔8の内部にも充填されている。つまり、封止部材16は、函体2の内壁面、内部電極5の表面、貫通孔8の内壁面、光学素子9及び透明部材14の表面と接している(界面が形成される)。
この封止部材16は、透明部材14の端面から光が入射するのを阻止する目的で充填する場合には、遮光性を有する材料で形成するのが望ましい。一方、内部電極5の耐湿性や耐食性の向上等、光学デバイス1の信頼性を向上させる目的で充填する場合には、透明樹脂材料であってもよい。透明樹脂材料の具体例としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。
ここで、一般的に樹脂等で形成される封止部材16は、セラミック等で形成される函体2と比較して線膨張係数が大きい。しかしながら、凹形状の函体2の底壁3に形成された貫通孔8に封止部材16を充填したことにより、実装基板へのリフロー実装等の高温時においても、封止部材16の応力が開口がある上方向のみに集中することなく、貫通孔8がある下方向にもかかる。その結果、上方向にかかる応力が分散・緩和されることになり、
封止部材16と凹形状の函体2との剥離を防止することができる。
封止部材16と凹形状の函体2との剥離を防止することができる。
特に、内部電極5の金メッキ部分と封止部材16との密着力は、他の部分と比較して弱い。また、内部電極5と封止部材16との界面で剥離が発生すると、ワイヤ12がはずれて接続不良を生じる恐れがある。光学素子9の電極部11についても同様である。そこで、上記の構成を採用して界面での剥離を防止することにより、接続不良の発生を有効に防止することができる。
また、本実施形態においては、貫通孔8が内部電極5と電極部11との間の領域、つまり、ワイヤ12の下方の領域に設けられている。これにより、内部電極5と封止部材16との界面、及び電極部11と封止部材16との界面における剥離をさらに有効に防止することができる。
なお、貫通孔8の位置及び形状は、例えば、丸形状、四角形状、溝形状等、形、面積、個数、を限定することなく、個別のデザインに最適な形状とすればよい。ただし、面積が広いほうが、封止部材16の応力を分散することができる。
図2〜図4を参照して、函体2の底壁3に設けられた貫通孔の他の例を説明する。なお、図1と共通する構成要素には同一の参照番号を付し、説明は省略する。
まず、図2に示される光学デバイス1においては、円形状の貫通孔21、22が函体2の底壁3の複数個所に形成されている。なお、本実施形態においては、底壁3の短辺側の周辺領域3bの幅が長辺側よりも広いので、短辺に沿って設けられる貫通孔21の直径が、長辺に沿って設けられる貫通孔22よりも大きくなっている。また、短辺側の複数の貫通孔21は、等間隔に配置されている。長辺側の複数の貫通孔22についても同様である。
次に、図3に示される光学デバイス1においては、底壁3の周辺領域3bに沿って連続する溝形状の貫通孔23が形成されている。なお、本実施形態では、貫通孔23によって底壁3の中央領域3aと周辺領域3bとが分離されているので、両者を封止部材16で連結している。又は、貫通孔23の一部に、底壁3の中央領域3aと周辺領域3bとを連結する連結部(図示省略)を設けてもよい。
次に、図4に示される光学デバイス1においては、貫通孔24が、底壁3の周辺領域3bだけでなく、中央領域3a及び側壁4の下方にまで延在している。このように、光学素子9の下方(つまり、中央領域3a)及び側壁4の下方にまで貫通孔24を設けることにより、貫通孔24の総面積(全ての貫通孔24の面積の合計)が増大する。その結果、封止部材16の応力をより効果的に分散させることができる。
なお、中央領域3a及び側壁4の下方に貫通孔24を設ける場合でも、その上面側開口部の一部が周辺領域3bに位置するようにするのが望ましい。これにより、後述するように、光学素子9を函体2の底壁3に固着した後に、貫通孔24の内部に封止部材16を充填することができる。
本発明の光学デバイス1の製造方法を図5A〜図5Cを用いて説明する。
まず、図5Aに示されるように、凹形状の函体2の底壁3に光学素子9を固着する。具体的には、予め透明部材14を受光部10を覆うように光学素子9の上面に固着しておく。そして、この光学素子9の下面をDB材13で底壁3の中央領域3aに固着する。また、リード部7の内部電極5と光学素子9の電極部11とをワイヤ12で接続する。
さらに、この段階で、函体2の底壁3に形成された貫通孔8を底壁3の下面から封止しておく。具体的には、予め樹脂止めテープ17を函体2の裏面に貫通孔8を塞ぐように貼り付けておく。この工程は、光学素子9を函体2に固着する前であってもよいし、後であってもよい。
次に、図5Bに示されるように、図5Aの状態の光学デバイス1において、凹形状の函体2に樹脂充填ノズル18を用いて封止部材16を充填する。封止部材16の充填が完了したら、熱を加えて封止部材16を硬化させる。
この時、函体2の裏面に樹脂止めテープ17が貼り付けてあるため、貫通孔8から封止部材16がはみ出すことはない。また、貫通孔8を周辺領域3bに設けたことにより、貫通孔8の上面側開口部が光学素子9で封鎖されない(開放されている)ので、1回の充填工程で貫通孔8にも封止部材16を充填することができる。
次に、図5Cに示されるように、封止部材16を熱硬化にて硬化させた後、樹脂止めテープ17を剥がし取る。これにより、本発明の光学デバイス1を得ることができる。なお、図5Aの工程で貫通孔8を底壁3の下面から封止する方法は、樹脂止めテープ17に限定されないが、図5Cの工程で簡単に取り外せる(封止を解除できる)ものが望ましい。
以上の工程により、凹形状の函体2内に封止部材16を充填する際、貫通孔8を通じて封止部材16がはみ出すのを防止することができる。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
本発明の光学デバイスは、小型化したパッケージにおいても、光学的に高品質及び、高信頼性を確保することができるので、特に小型の電子機器に有用である。
1 光学デバイス
2 函体
3 底壁
3a 中央領域
3b 周辺領域
4 側壁
5 内部電極
6 外部電極
7 リード部
8,21,22,23,24 貫通孔
9 光学素子
10 受光部
11 電極部
12 ワイヤ
13 DB材
14 透明部材
15 樹脂接着剤
16 封止部材
17 樹脂止めテープ
18 樹脂充填ノズル
2 函体
3 底壁
3a 中央領域
3b 周辺領域
4 側壁
5 内部電極
6 外部電極
7 リード部
8,21,22,23,24 貫通孔
9 光学素子
10 受光部
11 電極部
12 ワイヤ
13 DB材
14 透明部材
15 樹脂接着剤
16 封止部材
17 樹脂止めテープ
18 樹脂充填ノズル
Claims (6)
- 上面に受光部を有する光学素子と、
前記受光部を覆うように前記光学素子の上面に積層される透明部材と、
底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記光学素子及び前記透明部材を収納する函体と、
前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記光学素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備え、
前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されており、
前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される
光学デバイス。 - 前記封止部材は、遮光性を有する材料で形成されている
請求項1に記載の光学デバイス。 - 前記貫通孔は、さらに前記底壁の中央領域にも形成される
請求項1又は2に記載の光学デバイス。 - 前記貫通孔は、前記側壁の下方にまで延在する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学デバイス。 - 上面に受光部を有する固体撮像素子と、
前記受光部を覆うように前記固体撮像素子の上面に積層される透明部材と、
底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記固体撮像素子及び前記透明部材を収納する函体と、
前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記固体撮像素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備え、
前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されており、
前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される
固体撮像装置。 - 請求項1に記載の光学デバイスの製造方法であって、
前記函体の底壁に前記透明部材が積層された前記光学素子の下面を固着するステップと、
前記底壁の下面から前記貫通孔を封止するステップと、
前記函体の底壁と側壁とで区画される領域に前記封止部材を充填するステップとを含む
光学デバイスの製造方法。
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JP4794283B2 (ja) * | 2005-11-18 | 2011-10-19 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
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-
2010
- 2010-01-13 US US12/686,783 patent/US20100181636A1/en not_active Abandoned
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011249419A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 樹脂封止パッケージ |
WO2017159174A1 (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、及び、固体撮像装置の製造方法 |
US10770493B2 (en) | 2016-03-15 | 2020-09-08 | Sony Corporation | Solid-state imaging apparatus with high handling reliability and method for manufacturing solid-state imaging apparatus |
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