JP2013038346A

JP2013038346A - 光学装置

Info

Publication number: JP2013038346A
Application number: JP2011175316A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Yamada; 雅史山田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-21

Abstract

【課題】小型の撮像装置１を提供する。
【解決手段】撮像装置１は、主面２０Ｓに撮像素子２２が形成された撮像素子チップ２０と、撮像素子２２を気密封止する封止部材１０と、撮像素子チップ２０と封止部材１０とを接合する接着剤３１からなる接着部３０と、を具備し、気密封止部に、はみだした接着剤３１が主面２０Ｓ方向よりも前記封止部材１０の枠部１２に沿って主面垂直方向に広がっている。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、封止部材が光学素子チップに接着部により接合され、光学素子形成領域が気密封止された光学装置に関する。

特開平７−２０２１５２号公報には、撮像素子チップの受光領域に気密封止部を設けた固体撮像装置が開示されている。受光領域に配設されたマイクロレンズは、気密封止部により機能が損なわれることがない。

また、特開２００３−９２３９４号公報には、気密封止部を形成するために撮像素子チップにシールカバーを接着剤で接着するときに、接着剤が受光領域に侵入するのを防止するために、溝部を形成することが開示されている。

しかし、溝部の形成には機械的手法が用いられるため、応力による不具合等が発生するおそれがあり、また溝部形成領域を確保する必要があるため撮像装置の外寸が大きくなるおそれがあった。

特開平７−２０２１５２号公報特開２００３−９２３９４号公報

本発明の実施形態は、小型の光学装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の光学装置は、主面に光学素子が形成された光学素子チップと、前記光学素子を気密封止する、額縁状の枠部と透明平板部とからなる封止部材と、前記光学素子チップと前記封止部材とを接合する接着剤からなる接着部と、を具備し、気密封止部に、はみだした前記接着剤が、主面方向よりも前記枠部に沿って主面垂直方向に広がっている。

本発明の実施形態によれば、小型の光学装置を提供することができる。

第１実施形態の撮像装置の斜視図である。第１実施形態の撮像装置の上面図である。第１実施形態の撮像装置の断面図である。第１実施形態の撮像装置の部分断面図である。第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための部分断面図である。第２実施形態の撮像装置の部分断面図である。

＜第１実施形態＞
最初に、図面を参照して本発明の第１実施形態の光学装置である撮像装置１について説明する。

図１〜図３に示すように、撮像装置１は、光学素子チップである撮像素子チップ２０と、封止部材１０と、撮像素子チップ２０と封止部材１０とを接合する接着部３０と、を具備する。

撮像素子チップ２０の主面２０Ｓの受光領域には、光学素子であるＣＣＤまたはＣＭＯＳ型等の固体撮像素子２２が形成され、固体撮像素子２２の上には複数のマイクロレンズ２３からなるマイクロレンズアレイが配設されている。また撮像素子チップ２０の主面２０Ｓの端面近傍には、外部との電気的接続を得るための複数のパッド電極２１が配置されている。

受光領域を気密封止する封止部材１０は、額縁状の枠部１２と透明平板部１１とからなる。なお、枠部１２と透明平板部１１とは一体の透明部材であってもよい。

そして、図４に示すように、撮像装置１では、接着剤からなる接着部３０の一部は、封止部材１０と撮像素子チップ２０との接合面から、はみ出しているが、気密封止部にはみだした接着剤は、主面方向よりも枠部に沿って主面垂直方向に広がっている。すなわち、図４において、（ＤＶ＞ＤＨ）である。

このため、はみ出した接着剤が、受光領域に侵入し撮像素子２２の機能またはマイクロレンズ２３の機能を阻害することがない。そして、撮像装置１は、接合面から、はみ出した接着剤の方向等を規制する溝部等が形成されていないので小型である。

次に、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を用いて撮像装置１の製造方法について説明する。
＜撮像素子チップ作製＞
最初に、主面２０Ｓの略中央部に撮像素子２２が形成された撮像素子チップ２０が準備される。撮像素子チップ２０はシリコン等の半導体からなり、撮像素子２２は公知の半導体形成手法により形成される。さらに撮像素子２２からの配線（不図示）を介して、銅等の導体からなるパッド電極２１が形成される。

＜封止部材作製＞
枠基板１２Ｗが準備される。枠基板１２Ｗは、平板状であり複数の封止部材に加工される。枠基板１２Ｗの材料としては、硬質であり、水分の透過性の低い材料が好ましく、例えば、シリコンに代表される半導体、ガラスに代表されるセラミックス、または、各種金属を用いることができる。枠基板１２Ｗの材料としては、加工性およびコスト等の観点からシリコンが特に好ましい。

枠基板１２Ｗには、複数の凹部が形成される。凹部を形成する方法は公知の各種手法を用いることができる。例えば、凹部形成領域を除く枠基板１２Ｗの主面にフォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニングする。そして、パターンレジスト膜を保護膜として、サンドブラスト法、フッ酸等の溶液を用いた湿式エッチング法、または四フッ化炭素ガス等を用いたドライエッチング法により、所望の深さの凹部を形成できる。ここで、凹部の深さは、撮像素子チップ２０上のマイクロレンズ２３の高さよりも大きくする。凹部を形成後にレジスト膜を除去することで、複数の凹部が形成された枠基板１２ＷＡが得られる。

次に凹部が形成された枠基板１２ＷＡの凹部形成面と透明部材からなる透明基板１１Ｗとが、接合され、封止部材基板１０Ｗが作成される。

透明基板１１Ｗの材料としては、撮像に必要な透過率および分光透過特性を有するガラス、石英またはサファイア等を用いることができ、コストおよび加工性等の観点からガラスを用いることが好ましい。

そして封止部材基板１０Ｗを凹部形成面と反対側から、凹部が露出するまで研磨加工した後、所定の大きさに切断することにより、図５（Ａ）に示す枠部１２を有する封止部材１０が作製される。

＜親水化処理＞
図５（Ｂ）に示すように、枠部１２の少なくとも内面１２Ｓに親水化処理が行われる。親水化処理としては、水ガラスなどを主成分としたシリカ系皮膜を設ける方法、例えばポリビニルアルコール、尿素系樹脂、もしくはフッ素系樹脂等の親水性樹脂を塗布する方法、プラズマ処理、またはコロナ処理を用いることができる。

親水化処理された内面１２Ｓの水または接着剤との接触角θ１２ｗ、θ１２ａは、撮像素子チップ２０の主面２０Ｓの水または接着剤との接触角θ２０ｗ、θ２０ａよりも小さく、例えば、７０度以下であり、好ましくは５０度以下である。接触角θ１２ｗ、θ１２ａ、θ２０ｗ、θ２０ａは、ＪＩＳＲ３２５７−６に準拠した静滴法により、接触角計で測定される。

親水化処理された内面１２Ｓの水および接着剤３１との接触角θ１２ｗ、θ１２ａが、前記範囲以下であれば、撮像素子チップ２０と封止部材１０との接合時に、気密封止部に、はみだした接着剤が、主面方向よりも枠部に沿って主面垂直方向に広がる。

また親水化処理された内面１２Ｓの接触角θ１２ｗ、θ１２ａと、主面２０Ｓの接触角θ２０ｗ、θ２０ａと、の差は、例えば１０度以上であり、好ましくは３０度以上である。接触角差が前記範囲以上であれば、撮像素子チップ２０と封止部材１０との接合時に、気密封止部に、はみだした接着剤が、主面方向よりも枠部に沿って主面垂直方向に広がる。

なお、封止部材基板１０Ｗの状態で親水化処理を行ってもよい。

＜接着剤塗布＞
図５（Ｃ）に示すように、枠部１２の接合面に接着剤３１が塗布される。接着剤３１は、紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂が用いられる。接着剤３１は硬化前にはゲル状である。接合強度および耐湿特性の観点から、接着剤３１はエポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂が好ましい。なお、未硬化の接着剤３１は、例えば極性基を有するため、親水性である。

＜接合＞
図５（Ｄ）に示すように、枠部１２が撮像素子チップ２０に接着剤３１を介して接合される。枠部１２の内部を確実に気密封止するために、接着剤３１は過剰量を塗布する必要がある。このため、ゲル状の接着剤３１は、接合面からはみ出して撮像素子チップ２０の主面２０Ｓにも広がる。

撮像装置１では枠部１２の内面１２Ｓが親水化処理されているため、気密封止部側にはみ出した親水性の接着剤３１は、界面張力差により、主面方向よりも、枠部１２に沿って主面垂直方向に大きく広がる。すなわち、撮像素子チップ２０の主面２０Ｓは、親水化処理された内面１２Ｓよりも接着剤に濡れにくい。

＜硬化処理＞
接着剤３１の硬化処理、すなわち熱処理または紫外線照射処理等が行われる。

以上の説明のように、撮像装置１は、接着剤３１が気密封止部に大きくはみ出すことがないため、小型化が可能である。

なお、撮像装置１の製造方法としては、多数の撮像素子チップ２０が形成された撮像素子ウエハに対して、複数の枠部１２または封止部材基板を接合し、その後、個々の撮像装置１に個片化してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図面を参照して本発明の第２実施形態の撮像装置１Ａについて説明する。撮像装置１Ａは、第１実施形態の撮像装置１と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図６に示すように、撮像装置１Ａでは、封止部材１０Ａは、透明平板と枠部とが一体の透明材料により構成されている。封止部材１０Ａは、例えば、第１実施形態の枠部１２と類似した方法により作製される。すなわち、ガラス等の透明材料からなる凹部が形成された枠基板１２Ｗを切断することにより封止部材１０Ａは作製される。

撮像装置１Ａは枠部１２Ａも透明であるため、枠部１２Ａを介して外光が撮像素子２２に入射し、ノイズの原因となるおそれがある。このため枠部１２Ａに光遮蔽材料をコーティングすることが好ましい。しかし、撮像装置１Ａでは、接合に用いた接着剤が枠部１２Ａに沿って広がるため、遮光性の接着剤３１Ａを用いることにより、別途、遮蔽材料のコーティングを行う必要がない。

接着剤３１Ａとしては、黒色樹脂を用いることが好ましく、カーボン粒子を含む樹脂を用いることが特に好ましい。カーボン粒子は親水性であるため、接着剤３１Ａの親水性が高まるためである。

なお、図６に示した撮像装置１Ａでは、枠部１０の内面１２Ｓだけでなく、外面１０Ｓも親水化処理されている。このため、枠部１２Ａから外側にはみだした接着剤３１Ａも、主面方向よりも枠部１０の外面１０Ｓに沿って主面垂直方向に広がっている。このため、接着剤３１Ａによる遮光効果が強い。

以上の説明のように撮像装置１Ａは、撮像装置１が有する効果を有し、さらに封止部材１０Ａの作製方法が容易であるが、外光によるノイズ発生が防止されている。

なお、上記説明では光学装置として固体撮像子素子を有する撮像装置を例に説明したが、光学素子として、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ＬＥＤなどの発光素子、ＭＥＭＳによるミラー素子等を有する光学素子チップに封止部材を接合することにより気密封止部を設けた光学装置にも適用可能である。

本発明は上述した実施の形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ…撮像装置
１０、１０Ａ…封止部材
１１…透明平板部
１２…枠部
１２Ｓ…内面
２０…撮像素子チップ
２０Ｓ…主面
２１…パッド電極
２２…固体撮像素子
２２…撮像素子
２３…マイクロレンズ
３０…接着部
３１…接着剤

Claims

主面に光学素子が形成された光学素子チップと、
前記光学素子を気密封止する、額縁状の枠部と透明平板部とからなる封止部材と、
前記光学素子チップと前記封止部材とを接合する接着剤からなる接着部と、を具備し、
気密封止部に、はみだした前記接着剤が、主面方向よりも前記枠部に沿って主面垂直方向に広がっていることを特徴とする光学装置。
前記枠部の少なくとも内面が親水化処理されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記親水化処理された面の、水との接触角が、７０度以下であることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
前記接着部が、前記親水化処理された面との接触角が、７０度以下のゲル状樹脂接着剤を硬化処理して作製されていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
前記接着部が、エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
前記接着剤が、遮光性であることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
前記接着剤が、カーボン粒子を含むことを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
前記光学素子が、マイクロレンズが形成された固体撮像子素子であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。