JP4806970B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は固体撮像装置に関する。詳しくは、固体撮像素子が内装された半導体パッケージ基台を用いた固体撮像装置に係るものである。

近年、ＣＣＤイメージャーやＣＭＯＳイメージャーを使用した固体撮像カメラモジュールは、信号処理系統を含むカメラシステムとして携帯電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｅｓｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等のモバイル端末に搭載する用途が求められている（例えば、特許文献１参照。）。

以下、図面を用いて従来の固体撮像カメラモジュールについて説明する。
図４は従来の固体撮像カメラモジュールを説明するための模式的な断面図であり、ここで示す固体撮像カメラモジュール１０１は、ＣＣＤ固体撮像装置１０２及びレンズ鏡筒１０３を備える。

上記したＣＣＤ固体撮像装置は、中空パッケージ（半導体パッケージ基台）１０４にダイペースト１０５によってＣＣＤ固体撮像素子１０６が搭載されており、ＣＣＤ固体撮像素子に形成された電極（図示せず）と中空パッケージに形成されている配線パターン（図示せず）とがボンディングワイヤー１０７により電気的に接続されている。また、中空パッケージの開口部１０８を閉塞する様にシール樹脂１０９によってシールガラス１１０が接着されている。

また、レンズ鏡筒は、ＣＣＤ固体撮像素子上に結像を行うレンズ１１１及び赤外光を遮断する光学フィルタ（図示せず）を有し、レンズ固定樹脂１１２によってＣＣＤ固体撮像装置に固定されている。

更に、ＣＣＤ固体撮像装置は、中空パッケージの底面に形成された半田バンプ１１３によってＣＣＤ固体撮像素子と他の回路とを電気的に接続するフレキシブル回路基板１１４に接続されており、このフレキシブル回路基板には回路形成のための電子部品１１５が実装されている。

また、図５は上記した従来の固体撮像カメラモジュールの製造プロセスを説明するためのフローチャートであり、従来の固体撮像カメラモジュールの製造プロセスでは、先ず、ウェーハ上に形成されたＣＣＤ固体撮像素子にダイシング処理（ウェーハダイシング）を行って単個状態の４０３状態のＣＣＤ固体撮像素子とした後に（図５中符合Ａ参照。）、単個状態のＣＣＤ固体撮像素子を中空パッケージの所定領域にダイボンドする（図５中符合Ｂ参照。）。

次に、ＣＣＤ固体撮像素子に形成された電極と中空パッケージに形成されている配線パターンとをボンディングワイヤーで電気的に接続するワイヤーボンド処理を行った後に（図５中符合Ｃ参照。）、中空パッケージの開口部をシールガラスで封止（閉塞）することによってＣＣＤ固体撮像装置のパッケージを得ることができる（図５中符合Ｄ参照。）。なお、パッケージが得られた時点でパッケージ検査を行う（図５中符合Ｅ参照。）。

また、別工程でフレキシブル基板に受動部品を実装し（図５中符合Ｆ参照。）、この受動部品が実装されたフレキシブル基板にパッケージ検査に合格したパッケージのはんだ実装を行う（図５中符合Ｇ参照。）。

その後、レンズ鏡筒をマウントしてカメラモジュールとし（図５中符合Ｈ参照）、画質検査を行って出荷する。

特開２００４−３３５７９４号公報

しかしながら、上記した従来の固体撮像カメラモジュールでは、中空パッケージの開口部を封止体（シールガラス）で閉塞する構成を採っているために、中空パッケージの開口部と同じ大きさの封止体が必要であり、比較的高価な材料である封止体の面積が大きいと更に高価となり固体撮像装置の部品コストがかさむという点において改良の余地を残していた。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、封止体の使用量の低減を図ることができる固体撮像装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子が内装された半導体パッケージ基台と、前記固体撮像素子の上方に配置された光透過性材料から成る光透過性部材と、前記固体撮像素子と他の回路とを接続するフレキシブル基板とを備える固体撮像装置において、前記半導体パッケージ基台の開口部は、少なくとも前記固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部が形成されると共に、該孔部が前記光透過性部材で被覆された前記フレキシブル基板によって閉塞されている。

ここで、半導体パッケージ基台の開口部が、少なくとも固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部が形成されると共に、孔部が光透過性部材で被覆されたフレキシブル基板によって閉塞されているために、即ち、半導体パッケージ基台の開口部を閉塞するフレキシブル基板に、少なくとも固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部を形成し、この孔部を被覆する様に光透過性部材が設けられているために、光透過性部材はフレキシブル基板の開口部を被覆するのに充分な大きさを有していれば良いこととなる。そして、固体撮像装置に必要な光の透過する箇所以外の構造体をフレキシブル基板を用いることで半導体パッケージ基台の開口部を光透過性部材で閉塞する場合と比較してその大きさが小さくて済み、光透過性部材の部材面積の縮小化が図れる。
なお、光透過性部材が光透過性材料によって構成されているために、光透過性部材が撮像部の上方に配置されたとしても、固体撮像素子の撮像には何ら影響を及ぼすことは無い。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子が内装された半導体パッケージ基台と、前記固体撮像素子の上方に配置された光透過性材料から成る光透過性部材と、前記固体撮像素子と他の回路とを接続するフレキシブル基板とを備える固体撮像装置の製造方法であって、前記固体撮像素子を前記半導体パッケージ基台に内装し、前記固体撮像素子と前記半導体パッケージ基台に設けられた前記フレキシブル基板と接続された配線層とをボンディングワイヤーによって電気的に接続する工程と、前記ボンディングワイヤーを絶縁材料によって被覆する工程と、前記絶縁材料によって被覆されたボンディングワイヤーと前記半導体パッケージ基台との間隙に樹脂材料を注入する工程と、前記半導体パッケージ基台の開口部を、少なくとも前記固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部が形成されると共に、該孔部が前記光透過性材料で被覆された前記フレキシブル基板によって閉塞する工程とを備える。

ここで、ボンディングワイヤーを絶縁材料によって被覆することによって、絶縁材料によってボンディングワイヤーを保護することができると共に、フレキシブル基板の鉛直方向への落ち込みの下限を決めるストッパとすることができる。また、その後の工程における樹脂材料の注入時におけるダムの役割をも果たすことができる。
更に、絶縁材料によって被覆されたボンディングワイヤーと中空パッケージとの間隙に樹脂材料を注入することによって、フレキシブル基板との接着面積が増大することで、通常時での固着強度を増し、上記の接着していない部分の面積が少なくなること、言い換えるとリジッドに固定された接着端から封止体までの距離を長くすることで、屈曲の恐れのあるフレキシブル基板の長さを短くして鉛直方向への落ち込み量を抑制することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係るカメラモジュールは、固体撮像素子が内装された半導体パッケージ基台と、前記固体撮像素子の上方に配置された光透過性材料から成る光透過性部材と、前記固体撮像素子と他の回路とを接続するフレキシブル基板とを有する固体撮像装置と、該固体撮像装置の上方に配置されたレンズと、該レンズを支持する鏡筒部とを備えるカメラモジュールにおいて、前記半導体パッケージ基台の開口部は、少なくとも前記固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部が形成されると共に、該孔部が前記光透過性部材で被覆された前記フレキシブル基板によって閉塞されている。

ここで、半導体パッケージ基台の開口部が、少なくとも固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部が形成されると共に、この孔部が光透過性部材で被覆されたフレキシブル基板によって閉塞されたことによって、光透過性部材の部材面積の縮小化が図れる。

上記した本発明の固体撮像装置では、光透過性部材（封止体）のサイズの縮小化が図れるために、部品コストを抑制でき、製造コストの低減が実現する。

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し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用したカメラモジュールの一例である固体撮像カメラモジュールの一例を説明するための模式的な断面図であり、ここで示す固体撮像カメラモジュール１は、ＣＣＤ固体撮像装置２及びレンズ鏡筒３を備える。

上記したＣＣＤ固体撮像装置は、中空パッケージ４にダイペースト５によってＣＣＤ固体撮像素子６が搭載されており、ＣＣＤ固体撮像素子に形成された電極（図示せず）と中空パッケージに形成されている配線パターン（図示せず）とがボンディングワイヤー７により電気的に接続されている。また、ボンディングワイヤーは絶縁性を有する第１の樹脂材料８により被覆されており、この第１の樹脂材料により被覆されたボンディングワイヤーと中空パッケージの間隙に絶縁性を有する第２の樹脂材料から成り、後述するフレキシブル基板を支持する支持部材９が形成されている。

また、中空パッケージの開口部１６を閉塞する様にフレキシブル基板１７が配置され、このフレキシブル基板には、固体撮像素子の撮像部（図１中符合Ｘで示す領域）に対応する領域に開口部１０が形成され、この開口部を閉塞する様に、石英ガラスから成るシールガラス１１が搭載されている。また、シールガラスの周辺には回路形成に必要なＬＲＣ等の受動部品１２が実装されている。

なお、中空パッケージに形成された配線パターンとフレキシブル基板とはＡＣＦ（異方性導電フィルム）若しくはＡＣＰ（異方性導電ペースト）１３を介して電気的に接続されており、結果としてＣＣＤ固体撮像素子は、ボンディングワイヤー、中空パッケージに形成された配線パターン及びフレキシブル基板を介して外部の回路と電気信号のやり取りを行うことができることとなる。

また、レンズ鏡筒は、ＣＣＤ固体撮像素子上に結像を行うレンズ１４及び赤外線を遮断する光学フィルタ（図示せず）を有し、レンズ固定樹脂１５によって中空パッケージの中空部を閉塞したフレキシブル基板上に固定されている。

ここで、フレキシブル基板に形成された開口部をシールガラスで閉塞する構成を採ることによって、必要とするシールガラスの面積を低減することができ、部品コストの抑制を実現することができるため、必ずしもボンディングワイヤーを第１の樹脂材料で被覆したり、第１の樹脂材料により被覆されたボンディングワイヤーと中空パッケージの間に支持部材が形成されたりする必要は無い。
但し、本発明ではシールガラスの基台として強固な材質から成る基板（例えば、セラミックやプラスチック、金属等で形成され通常の使用では屈曲、変形等の材料特性を有しない基板）では無く、柔軟性を有するフレキシブル基板を用いているために、フレキシブル基板の柔軟性によるシールガラスの位置ズレ（具体的には鉛直方向への落ち込みやたわみ等）や、周囲の温度変化に起因するフレキシブル基板の熱膨張や熱収縮による位置ズレやシールガラス剥れといった実用上の問題を生じる恐れがある。

これに対して、ボンディングワイヤーを第１の樹脂材料で被覆することで、ボンディングワイヤーを被覆した第１の樹脂部分でフレキシブル基板の落ち込みを所定位置で支持し、落ち込み量の抑制をすることができ、上記した実用上の問題を克服することができる。
また、支持部材が形成されることによって、フレキシブル基板との接着面積が増大し、即ち、フレキシブル基板を支持する領域が増大し、結果的にフレキシブル基板の材料強度を補完することができて落ち込み量を抑制することができ、上記した実用上の問題を克服することができる。
従って、フレキシブル基板の落ち込みを抑制するという点を考慮すると、ボンディングワイヤーを絶縁材料で被覆したり、第１の樹脂材料により被覆されたボンディングワイヤーと中空パッケージの間に支持部材が形成されたりする方が好ましい。なお、本実施例では、封止体として石英ガラスから成るシールガラスを例に挙げて説明を行ったが、ガラス材質の封止体では無く、プラスチック材料等の軽量な材質を用いて封止体を構成することによって、フレキシブル基板の落ち込み量は更に抑制することができると考えられる。

以下、上記の様に構成された固体撮像カメラモジュールの製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像カメラモジュールの製造方法について説明する。
本発明を適用した固体撮像カメラモジュールの製造方法では、先ず、ウェーハ上に形成されたＣＣＤ固体撮像素子にダイシング処理（ウェーハダイシング）を行って単個状態のＣＣＤ固体撮像素子とした後に（図２中符合ａ参照。）、単個状態のＣＣＤ固体撮像素子を中空パッケージの所定領域にダイボンドする（図２中符合ｂ参照。）。

次に、ＣＣＤ固体撮像素子に形成された電極と中空パッケージに形成されている配線パターンとをボンディングワイヤーで電気的に接続するワイヤーボンディング処理を行った後に（図２中符合ｃ及び図３（ａ）参照。）、ボンディングワイヤーを第１の樹脂材料によって被覆する（図２中符合ｄ及び図3（ｂ）参照。）。

また、ＣＣＤ固体撮像素子のダイボンディング、ワイヤーボンディングとは別工程でフレキシブル基板に受動部品を実装すると共に（図２中符合ｅ及び図３（ｃ）参照。）、フレキシブル基板の開口部を閉塞する様にシールガラスを搭載する（図２中符ｆ合及び図3（ｄ）参照。）。

続いて、第１の樹脂材料によって被覆されたボンディングワイヤーと中空パッケージの間隙に第２の樹脂材料を注入した後に（図２中符合ｇ及び図３（ｅ）参照。）、受動部品が実装されると共に開口部を閉塞する様にシールガラスが搭載されたフレキシブル基板で中空パッケージの開口部を閉塞することによって、ＣＣＤ固体撮像装置（パッケージ）を得ることができる（図２中符合ｈ及び図３（ｆ）参照。）。なお、パッケージが得られた後、パッケージの検査を行う（図２中符合ｉ参照。）。

ここで、第２の樹脂を注入する前に、ボンディングワイヤーを第１の樹脂で被覆しているために、第１の樹脂で被覆されたボンディングワイヤーが第２の樹脂の注入時のダムとしての役割を果たすことができ、第２の樹脂の注入時に第２の樹脂がＣＣＤ固体撮像素子の撮像面にまで流れ込むことを抑制することができる。

その後、レンズ鏡筒をマウントしてカメラモジュールとし（図２中符合ｊ参照。）、画質検査を行って出荷する。

本発明を適用した固体撮像カメラモジュールでは、固体撮像素子の撮像部に対応する領域に設けられたフレキシブル基板の開口部を閉塞する様にシールガラスが搭載されており、シールガラスサイズの縮小化を図ることができ、製造コストの低減が実現する。
即ち、フレキシブル基板の固体撮像素子の撮像領域に対応する領域に開口部を形成し、この開口部を閉塞する様にシールガラスを搭載し、シールガラスが搭載されたフレキシブル基板によって中空パッケージの開口部を閉塞する様に構成されたカメラモジュールに必要とされるシールガラスサイズ（図１中符合Ｌ１で示すサイズ）は、中空パッケージの開口部全体をシールガラスで閉塞する様に構成されたカメラモジュールに必要とされるシールガラスサイズ（図４中符合Ｌ２で示すサイズ）よりも小さくて済むために、製造コストの低減が実現するのである。

また、回路形成に必要な素子をシールガラスの周辺に配置することによって、従来はデッドスペースとして活用されていなかった領域を有効に活用することができ、受動素子の配置レイアウトの自由度が向上すると共に、カメラモジュールの小型化が実現する。

更に、従来の固体撮像カメラモジュールの製造方法は、パッケージの検査を行った後にパッケージの実装処理（はんだ実装）を行っていたために歩留りの低下が懸念されていたが、本発明を適用した固体撮像カメラモジュールの製造方法では、実装処理（ＡＣＦ実装若しくはＡＣＰ実装）を行った後にパッケージの検査を行うために高歩留が期待できる。

また、従来の固体撮像カメラモジュールの製造方法は、同一ラインにおいて（１）シールガラスによる中空パッケージの開口部の閉塞及び（２）フレキシブル基板へのパッケージの実装を行っていたのに対して、本発明を適用した固体撮像カメラモジュールの製造方法では、フレキシブル基板へのシールガラスの搭載を別ラインで行い、シールガラスが搭載された状態のフレキシブル基板で中空パッケージの開口部を閉塞するといったプロセスフローであるために、出荷までの時間短縮が可能である。

本発明を適用したカメラモジュールの一例を説明するための模式的な断面図である。 本発明を適用したカメラモジュールの製造方法を説明するためのプロセスフローである。 本発明を適用したカメラモジュールの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 従来のカメラモジュールを説明するための模式的な断面図である。 従来のカメラモジュールの製造方法を説明するためのプロセスフローである。

符号の説明

１ 固体撮像カメラモジュール
２ ＣＣＤ固体撮像装置
３ レンズ鏡筒
４ 中空パッケージ
５ ダイペースト
６ ＣＣＤ固体撮像素子
７ ボンディングワイヤー
８ 第１の樹脂材料
９ 支持部材
１０ フレキシブル基板の開口部
１１ シールガラス
１２ 受動部品
１３ ＡＣＦ樹脂若しくはＡＣＰ樹脂
１４ レンズ
１５ レンズ固定樹脂
１６ 中空パッケージの開口部
１７ フレキシブル基板

Claims (1)

1. 固体撮像素子が内装され、前記固体撮像素子と電気的に接続された半導体パッケージ基台と、
   前記固体撮像素子の上方に配置された光透過性材料から成る光透過性部材と、
   前記固体撮像素子と他の回路とを前記半導体パッケージ基台を介して接続するフレキシブル基板とを備える固体撮像装置において、
   前記半導体パッケージ基台の開口部は、少なくとも前記固体撮像素子の撮像部に対応する領域に孔部が形成されると共に、該孔部が前記光透過性部材で被覆された前記フレキシブル基板によって、前記半導体パッケージ基台に形成された配線パターンと前記フレキシブル基板とが電気的に接続された状態で閉塞され、
   前記フレキシブル基板上の前記光透過性部材の周辺に回路形成に必要な受動部品が実装され、
   前記固体撮像素子が前記半導体パッケージ基台に設けられた前記フレキシブル基板と接続された配線層とボンディングワイヤーによって電気的に接続されると共に、
   該ボンディングワイヤーが絶縁材料によって被覆され、
   前記ボンディングワイヤーと前記半導体パッケージ基台との間隙に前記フレキシブル基板を支持する支持部材が注入形成された
   ことを特徴とする固体撮像装置。

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