JP2015115522A - 固体撮像装置および製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】更なる薄型化を図る。【解決手段】固体撮像装置は、受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、固体撮像素子および半導体素子と電気的に接続される基板とを備えて構成される。そして、半導体素子は、基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、固体撮像素子は、モールド樹脂を介して半導体素子に積層される。本技術は、例えば、固体撮像素子および半導体素子が積層構造とされた固体撮像装置に適用できる。【選択図】図１

Description

本開示は、固体撮像装置および製造方法、並びに電子機器に関し、特に、更なる薄型化を図ることができるようにした固体撮像装置および製造方法、並びに電子機器に関する。
従来、携帯電話機やスマートフォンなどの電子機器は、CCD（Charge Coupled Device）またはCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子を備えて構成され、画像を撮像する撮像機能を備えている。また、近年では、電子機器の小型化および多機能化に伴って、画像を撮像して画像信号を出力する固体撮像素子と、その画像信号に対する信号処理を施す半導体素子とを同一のパッケージに収納する構造が提案されている。
例えば、特許文献１には、基板上に半導体素子を搭載し、その半導体素子の上面に断熱層を介して固体撮像素子を固定する積層構造により構成された積層型半導体装置が開示されている。
特開２００４−６５６４号公報
ところで、今後、電子機器の小型化が更に進むことが想定されており、特許文献１に開示されているような積層構造よりも、更に薄い積層構造により構成される固体撮像装置が求められている。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、更なる薄型化を図ることができるようにするものである。
本開示の一側面の固体撮像装置は、受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板とを備え、前記半導体素子は、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、前記固体撮像素子は、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層される。
本開示の一側面の製造方法は、受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板とを備える固体撮像装置の製造方法において、前記半導体素子を、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止し、前記固体撮像素子を、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層するステップを含む。
本開示の一側面の電子機器は、受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板とを備え、前記半導体素子は、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、前記固体撮像素子は、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層される固体撮像装置を備える。
本開示の一側面においては、半導体素子が、基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、固体撮像素子が、モールド樹脂を介して半導体素子に積層される。
本開示の一側面によれば、更なる薄型化を図ることができる。
本技術を適用した固体撮像装置の第１の実施の形態の構成例を示す図である。 固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 固体撮像装置の他の製造方法について説明する図である。 本技術を適用した固体撮像装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。 本技術を適用した固体撮像装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。 固体撮像装置を備えたカメラモジュールの構成例を示す図である。 電子機器の構成例を示すブロック図である。
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本技術を適用した固体撮像装置の第１の実施の形態の構成例を示す図である。
図１には、固体撮像装置１１の断面的な構成例が示されており、固体撮像装置１１は、有機基板１２、半導体素子１３、モールド樹脂１４、固体撮像素子１５、モールド樹脂１６、シールガラス１７を備えて構成される。また、固体撮像装置１１では、有機基板１２と固体撮像素子１５とがボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂを介して電気的に接続され、有機基板１２と半導体素子１３とがボンディングワイヤ１９ａおよび１９ｂを介して電気的に接続される。
有機基板１２は、半導体素子１３および固体撮像素子１５と電気的に接続され、その内部に配線が形成されている。ここで、図１の上側を向く面を有機基板１２の表面と称し、図１の下側を向く面を有機基板１２の裏面と称する。
有機基板１２の表面には、例えば、コンデンサや抵抗などの電子部品であるチップ部品２１ａおよび２１ｂが実装される。さらに、有機基板１２の表面には、ボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂがそれぞれ接続されるインナーリード２２ａおよび２２ｂ、並びに、ボンディングワイヤ１９ａおよび１９ｂがそれぞれ接続されるインナーリード２３ａおよび２３ｂが形成される。また、有機基板１２の裏面には、固体撮像装置１１を実装する電子機器（図示せず）と接続するのに用いられる実装端子２４ａおよび２４ｂが形成される。
そして、有機基板１２には、有機基板１２を貫通するように貫通部２５が形成される。貫通部２５は、半導体素子１３を収納可能なサイズに形成され、半導体素子１３を収納する収納領域となる。
半導体素子１３は、例えば、固体撮像素子１５から出力される画像信号に対する画像処理を施す信号処理回路としての機能を備える。そして、半導体素子１３は、有機基板１２に形成されている貫通部２５に収納された状態でモールド樹脂１４により封止され、半導体素子１３の一部が、少なくとも図示するように半導体素子１３の裏面が、有機基板１２の裏面側に露出している。また、半導体素子１３の厚みは、有機基板１２の厚み以下とされる。
モールド樹脂１４は、半導体素子１３を封止するための樹脂である。また、モールド樹脂１４の上面は平坦に形成されており、モールド樹脂１４の上面に、図示しないスペーサを介して固体撮像素子１５が配置される。
固体撮像素子１５は、複数の画素が平面的に配置された受光面を有しており、例えば、後述する図６の光学系５３を介して受光面に照射される光を受光して、各画素が光を受光した光量に応じた画像信号を出力する。また、固体撮像素子１５は、モールド樹脂１４を介して半導体素子１３に積層されている。
モールド樹脂１６は、有機基板１２の表面に実装されるチップ部品２１ａおよび２１ｂなどを封止する樹脂であり、ボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂよりも高くなるように所定の高さ（厚み）で形成される。
シールガラス１７は、固体撮像素子１５の受光面を覆うように、モールド樹脂１６に対して固定され、固体撮像素子１５が配置される空間を気密封止する。
このように構成される固体撮像装置１１は、半導体素子１３が有機基板１２の貫通部２５に収納されることより、半導体素子１３および固体撮像素子１５が積層される積層構造を採用しても、パッケージの薄膜化を図ることができる。
また、固体撮像装置１１では、このような積層構造によって、固体撮像素子１５から有機基板１２までのボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂの高さ距離（打ち下ろし高さ）を、半導体素子１３の厚みの分だけ、従来よりも短くすることができる。さらに、ボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂの打ち下ろし角度を、従来よりも緩和することができる。これにより、ボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂを利用したワイヤーボンディングの安定性および接合強度を向上させることができる。
さらに、固体撮像装置１１では、半導体素子１３の裏面が、有機基板１２の裏面側に露出する構成によって、半導体素子１３で発生した熱の放熱経路の確保が容易になることより、固体撮像素子１５の温度上昇を抑制することができる。例えば、固体撮像装置１１では、半導体素子１３に対して直接的に放熱板（図示せず）を取り付けることができる。さらに、半導体素子１３および固体撮像素子１５がモールド樹脂１４を介して積層されることで、半導体素子１３からの発熱が固体撮像素子１５に直接的に伝達されることを回避することができる。なお、モールド樹脂１４は、より低熱伝導率であることが好ましい。
このように、半導体素子１３の放熱を良好に行い、半導体素子１３から固体撮像素子１５への熱の伝達を抑制することで、固体撮像素子１５の温度が上昇することを回避することができ、例えば、ノイズの発生を抑制して画質の悪化を低減することができる。
なお、図１の構成例では、有機基板１２を貫通する貫通部２５が、半導体素子１３を収納する収納領域とされているが、半導体素子１３を収納する収納領域は必ずしも有機基板１２を貫通していなくてもよい。例えば、有機基板１２に凹部を形成し、その凹部に半導体素子１３が収納されるような構成においても、上述したような薄型化を図ることができる。
次に、図２を参照して、固体撮像装置１１の製造方法について説明する。
まず、第１の工程において、あらかじめ貫通部２５が形成された有機基板１２の表面にチップ部品２１ａおよび２１ｂなどを実装した後、有機基板１２の裏面に対して、耐熱性および絶縁性を備える耐熱テープ３１（例えば、ポリイミド粘着テープ）を貼り合わせる。耐熱テープ３１は、有機基板１２に形成されている貫通部２５内に半導体素子１３を配置するための土台となる。
次に、第２の工程において、半導体素子１３を耐熱テープ３１に固定する。このとき、例えば、ダイボンド材を使用して半導体素子１３を耐熱テープ３１に固定することができる。または、耐熱テープ３１に接着剤をあらかじめ塗布しておき、半導体素子１３を耐熱テープ３１に固定することができる。その後、有機基板１２と半導体素子１３とをボンディングワイヤ１９ａおよび１９ｂによって電気的に接続する。
次に、第３の工程において、モールド金型３２を利用して、モールド樹脂１４およびモールド樹脂１６を同時に成型する。これにより、モールド樹脂１４で半導体素子１３が封止されるとともに、モールド樹脂１６でチップ部品２１ａおよび２１ｂが封止される。
次に、第４の工程において、有機基板１２の裏面から耐熱テープ３１を剥離し、ダイシングブレード３３によりダイシング（個片化）する。このとき、耐熱テープ３１を剥離することにより、半導体素子１３の裏面が、有機基板１２の裏面側に露出する構造となる。
次に、第５の工程において、モールド樹脂１４に固体撮像素子１５を載置することにより、半導体素子１３および固体撮像素子１５がモールド樹脂１４を介して積層される積層構造を構成する。その後、有機基板１２と固体撮像素子１５とをボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂによって電気的に接続する。そして、モールド樹脂１６にシールガラス１７を固定することにより、固体撮像素子１５が配置される空間を気密封止する。
このような工程により、導体素子１３が貫通部２５に収納された状態でモールド樹脂１４により封止され、モールド樹脂１４を介して半導体素子１３および固体撮像素子１５が積層構造となる固体撮像装置１１を製造することができる。
なお、この製造方法では、複数の固体撮像装置１１を切り出すことができる集合基板を用いて、ダイシングブレード３３によるダイシングを行った後に、固体撮像素子１５およびシールガラス１７の固定が行われる。これに対し、例えば、固体撮像素子１５およびシールガラス１７の固定を行った後に、ダイシングブレード３３によるダイシングを行ってもよい。
即ち、図３を参照して、固体撮像装置１１の他の製造方法について説明する。
図３には、複数の固体撮像装置１１を切り出すことができる集合基板を用いた構成において、隣り合う２つの固体撮像装置１１−１および固体撮像装置１１−２が示されている。
なお、固体撮像装置１１−１および固体撮像装置１１−２は同様に構成されており、それぞれを構成する各部について同一の符号を付してある。また、図２を参照して上述したように、第３の工程までは集合基板で製造し、モールド金型３２を利用してモールド樹脂１４−１および１４−２並びにモールド樹脂１６−１および１６−２を成型して、一体の状態の有機基板１２−１および１２−２の裏面から耐熱テープ３１を剥離する。
そして、図３の上側に示すように、モールド樹脂１４−１および１４−２に固体撮像素子１５−１および１５−２を載置する。さらに、有機基板１２−１と固体撮像素子１５−１とをボンディングワイヤ１９ａ−１および１９ｂ−１によって電気的に接続し、有機基板１２−２と固体撮像素子１５−２とをボンディングワイヤ１９ａ−２および１９ｂ−２によって電気的に接続する。そして、モールド樹脂１６−１および１６−２に、一体の状態のシールガラス１７−１および１７−２を固定する。
その後、図３の下側に示すように、ダイシングブレード３３により、固体撮像装置１１−１と固体撮像装置１１−２とにダイシング（個片化）される。
このような工程を採用することにより、固体撮像装置１１を製造する際の作業性の効率化を図ることができる。
次に、図４は、本技術を適用した固体撮像装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。
図４に示す固体撮像装置１１Ａにおいて、図１の固体撮像装置１１と共通する構成については同様の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。即ち、固体撮像装置１１Ａは、半導体素子１３が貫通部２５に収納された状態でモールド樹脂１４により封止され、モールド樹脂１４を介して半導体素子１３および固体撮像素子１５が積層構造とされる点で、図１の固体撮像装置１１と同様に構成されている。
但し、固体撮像装置１１Ａでは、有機基板１２Ａの貫通部２５に段部４１ａおよび４１ｂが設けられ、段部４１ａおよび４１ｂにインナーリード２３ａおよび２３ｂがそれぞれ形成されている点で、図１の固体撮像装置１１と異なる構成とされる。即ち、有機基板１２Ａの貫通部２５には、有機基板１２Ａの表面の一部が低くなるような段部４１ａおよび４１ｂが設けられている。例えば、段部４１ａおよび４１ｂは、半導体素子１３と同程度の厚みとなるように形成され、インナーリード２３ａおよび２３ｂにボンディングワイヤ１９ａおよび１９ｂがそれぞれ接続される。
このような構成とすることで、固体撮像装置１１Ａでは、半導体素子１３との接続に用いられるボンディングワイヤ１９ａおよび１９ｂの高さを、図１の固体撮像装置１１の構成よりも低くすることができる。即ち、固体撮像装置１１Ａは、インナーリード２２ａおよび２２ｂが形成される有機基板１２Ａの表面よりも低い位置に、インナーリード２３ａおよび２３ｂが形成されている。従って、例えば、ボンディングワイヤ１９ａおよび１９ｂが有機基板１２Ａの表面から突出することがないように構成することができる。これにより、固体撮像装置１１Ａは、図１の固体撮像装置１１よりも更なる薄型化を図ることができる。
次に、図５は、本技術を適用した固体撮像装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。
図５に示す固体撮像装置１１Ｂにおいて、図４の固体撮像装置１１Ａと共通する構成については同様の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。即ち、固体撮像装置１１Ｂは、半導体素子１３が貫通部２５に収納された状態でモールド樹脂１４により封止され、モールド樹脂１４を介して半導体素子１３および固体撮像素子１５が積層構造とされており、インナーリード２３ａおよび２３ｂが形成された段部４１ａおよび４１ｂが設けられる点で、図４の固体撮像装置１１Ａと同様に構成されている。
但し、固体撮像装置１１Ｂは、固体撮像素子１５がバンプ４２ａおよび４２ｂを介して有機基板１２Ｂに接続されている点で、図１の固体撮像装置１１と異なる構成とされる。即ち、固体撮像装置１１Ｂでは、固体撮像素子１５は有機基板１２Ｂに対してフリップチップ実装されている。
このような構成とすることで、有機基板１２Ｂは、ボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂを利用して固体撮像素子１５を接続する構成の固体撮像装置１１および１１Ａよりも、更なる薄型化を図ることができる。即ち、固体撮像装置１１および１１Ａでは、ボンディングワイヤ１８ａおよび１８ｂを設ける分だけ、シールガラス１７を高く配置する必要があった。これに対し、有機基板１２Ｂは、固体撮像素子１５のより近くにシールガラス１７を配置することができ、これにより薄型化を図ることができる。
なお、半導体素子１３および固体撮像素子１５の積層構造は、上述した第１乃至第３の実施の形態の構成に限られるものではなく、固体撮像装置１１は、これら以外の積層構造を採用することができる。
次に、図６は、固体撮像装置１１を備えたカメラモジュールの構成例を示す図である。
図６に示すように、カメラモジュール５１は、固体撮像装置１１および光学ユニット５２を備えて構成される。光学ユニット５２は、複数のレンズから構成される光学系５３、および、光学系５３の各レンズを保持する保持部５４を備えて構成され、固体撮像装置１１のモールド樹脂１６に対して積載される。
このように構成されるカメラモジュール５１は、上述したように固体撮像装置１１が薄型化されることより、カメラモジュール５１全体として低背化を図ることができる。
なお、上述したような各実施の形態の固体撮像装置１１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図７は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図７に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
撮像素子１０３としては、上述した各実施の形態の固体撮像装置１１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている撮像装置１０１では、上述した各実施の形態の固体撮像装置１１を適用することによって、例えば、より低ノイズの画像を得ることができる。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、
前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板と
を備え、
前記半導体素子は、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、
前記固体撮像素子は、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層される
固体撮像装置。
（２）
前記収納領域は、前記基板を貫通するように形成された貫通部である
上記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記基板には、前記固体撮像装置を実装する電子機器との接続に用いられる実装端子が形成されており、前記貫通部に収納された前記半導体素子の一部分が、前記実装端子が形成された面側に露出している
上記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記基板には、前記実装端子が形成される面に対して反対側となる面に、前記固体撮像素子および前記半導体素子との電気的な接続に用いられる複数のボンディングワイヤが接続されるインナーリードが形成される
上記（２）または（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記基板に形成される前記貫通部には、前記インナーリードが形成される側の面の一部が低くなるような段部が設けられており、
前記段部に、前記半導体素子との電気的な接続に用いられる前記ボンディングワイヤが接続される前記インナーリードが形成される
上記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記固体撮像素子は前記基板に対してフリップチップ実装される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板とを備える固体撮像装置の製造方法において、
前記半導体素子を、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止し、
前記固体撮像素子を、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層する
ステップを含む製造方法。
（８）
受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、
前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板と
を有し、
前記半導体素子は、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、
前記固体撮像素子は、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層される
固体撮像装置を備える電子機器。
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
１１ 固体撮像装置， １２ 有機基板， １３ 半導体素子， １４ モールド樹脂， １５ 固体撮像素子， １６ モールド樹脂， １７ シールガラス， １８および１９ ボンディングワイヤ， ２１ チップ部品， ２２および２３ インナーリード， ２４ 実装端子， ２５ 貫通部， ３１ 耐熱テープ， ３２ モールド金型， ３３ ダイシングブレード， ４１ 段部， ４２ バンプ

Claims (8)

  1. 受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、
    前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板と
    を備え、
    前記半導体素子は、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、
    前記固体撮像素子は、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層される
    固体撮像装置。
  2. 前記収納領域は、前記基板を貫通するように形成された貫通部である
    請求項１に記載の積層型半導体装置。
  3. 前記基板には、前記固体撮像装置を実装する電子機器との接続に用いられる実装端子が形成されており、前記貫通部に収納された前記半導体素子の一部分が、前記実装端子が形成された面側に露出している
    請求項２に記載の積層型半導体装置。
  4. 前記基板には、前記実装端子が形成される面に対して反対側となる面に、前記固体撮像素子および前記半導体素子との電気的な接続に用いられる複数のボンディングワイヤが接続されるインナーリードが形成される
    請求項２に記載の積層型半導体装置。
  5. 前記基板に形成される前記貫通部には、前記インナーリードが形成される側の面の一部が低くなるような段部が設けられており、
    前記段部に、前記半導体素子との電気的な接続に用いられる前記ボンディングワイヤが接続される前記インナーリードが形成される
    請求項４に記載の積層型半導体装置。
  6. 前記固体撮像素子は前記基板に対してフリップチップ実装される
    請求項２に記載の積層型半導体装置。
  7. 受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板とを備える固体撮像装置の製造方法において、
    前記半導体素子を、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止し、
    前記固体撮像素子を、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層する
    ステップを含む製造方法。
  8. 受光面において受光した光の光量に応じた画像信号を出力する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子から出力される画像信号に対する信号処理を施す半導体素子と、
    前記固体撮像素子および前記半導体素子と電気的に接続される基板と
    を有し、
    前記半導体素子は、前記基板に設けられた収納領域に収納された状態でモールド樹脂により封止され、
    前記固体撮像素子は、前記モールド樹脂を介して前記半導体素子に積層される
    固体撮像装置を備える電子機器。
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