JP6535087B2 - 撮像モジュール、および撮像モジュールの製造方法 - Google Patents

撮像モジュール、および撮像モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、受光面に対して鋭角の傾斜角度で傾斜している傾斜面に複数の電極パッドが列設されている撮像素子と、前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと接合されている複数の第1の接合電極が端部に列設されている配線板と、を具備する撮像モジュール、および、前記撮像モジュールの製造方法に関する。
ウエハレベルCSP技術により作製される撮像モジュールは小型であるため、例えば、内視鏡の細径化に大きく寄与している。
ウエハレベルCSP型の撮像モジュールの製造方法では、最初に、半導体ウエハに、複数の受光部と、それぞれの受光部と接続された複数の外部電極が受光面に形成される。半導体ウエハの受光面にガラスウエハが接着されて接合ウエハが作製される。接合ウエハの受光面と対向する対向面に到達する貫通配線が形成される。
接合ウエハの切断により得られた撮像モジュールの撮像素子の受光面はカバーガラスで覆われている。しかし、受光部は貫通配線を介して対向面の電極と接続されているため、電気信号を送受信できる。
日本国特開2014−75764号公報には、図1に示す撮像モジュール101が開示されている。撮像モジュール101は、複数の貫通配線に替えて、1つの貫通トレンチ110Tに複数の配線を配置している。
撮像モジュール101は、カバーガラス130が接着層120により接着されている撮像素子110と、配線板140と、信号ケーブル150と、を有する。撮像素子110は貫通トレンチ110Tの傾斜している壁面(傾斜面)110SSに、それぞれが受光面110SAの外部電極113Lと接続されている複数の電極パッド113が列設されている。なお、傾斜面110SSは撮像素子110の受光面10SAに対して鋭角の第1の傾斜角度θ1で傾斜している。
複数の電極パッド113のそれぞれは、バンプ144を介して配線板140の主面140SAの端部に列設された複数の接合電極141と接合されている。すなわち、配線板140は主面140SAが、撮像素子110の対向面110SBに対して傾斜している。そして、配線板140のもう一方の端部には信号ケーブル150が接合されている。
撮像モジュール101は、撮像素子110と配線板140との間は接合部だけで固定されているため、機械的強度が高くはない。このため撮像モジュール101は、取り扱うときに破損しやすく、歩留まりが高くはないおそれがあった、
特開2014−075764号公報
本発明は、歩留まりの高い撮像モジュールおよび歩留まりの高い撮像モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態の撮像モジュールは、受光部が形成されている受光面と、前記受光面と対向している対向面と、前記受光面に対して鋭角の第1の角度で傾斜している傾斜面と、を有し、前記傾斜面に複数の電極パッドが列設されている撮像素子と、前記撮像素子の前記受光面を覆うように接着層を介して接着されている透明部材と前記撮像素子の前記対向面側に配置されている、前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと、それぞれが接合されている複数の接合電極が端辺に平行に列設されている可撓性の配線板と、を具備する撮像モジュールであって、
前記配線板の側面から延設された、第1の辺と第2の辺とがなす角度が前記第1の角度の三角形の角度規定部である保持部と、前記保持部により相対角度が前記第1の角度に規定された、前記撮像素子の対向面と前記配線板の主面の先端部とを固定している樹脂部材と、をさらに具備する。
また、別の実施形態の撮像モジュールの製造方法は、受光部が形成されている受光面と前記受光面と対向する対向面と前記受光面に対して鋭角の第1の角度で傾斜している傾斜面とを有し、前記傾斜面に前記受光部と接続されている複数の電極パッドが列設されている、撮像素子と、前記撮像素子の前記受光面を覆うように接着層を介して接着されている透明部材と前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと接合されている接合電極が端辺に平行に列設されている可撓性の配線板と、を具備する撮像モジュールの製造方法であって、前記配線板が、側面から延設された第1の辺と第2の辺とがなす角度が前記第1の角度の三角形の保持部と、を含み、前記保持部が前記配線板の主面に対して直立するように折り曲げられる工程と、前記保持部が硬化性樹脂により直立状態で固定される工程と、前記複数の電極パッドのそれぞれが、前記接合電極と接合される工程と、前記保持部の前記第2の辺が前記対向面と当接した状態で、前記撮像素子に前記配線板が樹脂部材により固定される工程と、を具備する。
本発明によれば、歩留まりの高い撮像モジュールおよび歩留まりの高い撮像モジュールの製造方法を提供できる。
従来の撮像モジュールの斜視図である。 第1実施形態の撮像モジュールの斜視図である。 第1実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第1実施形態の撮像モジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第1実施形態の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための斜視図である。 第1実施形態の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための斜視図である。 第1実施形態の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための断面図である。 第2実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第2実施形態の変形例1の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための上面図である。 第2実施形態の変形例1の撮像モジュールの配線板の斜視図である。 第2実施形態の変形例2の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための上面図である。 第2実施形態の変形例2の撮像モジュールの配線板の斜視図である。 第2実施形態の変形例3の撮像モジュールの配線板の製造方法を説明するための上面図である。 第2実施形態の変形例3の撮像モジュールの配線板の斜視図である。
<第1実施形態>
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態の撮像モジュール1を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率、電極パッドの数、配列ピットなどは現実のものとは異なる。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。さらに、一部の構成、例えば、シリコン基板の表面の酸化シリコン層および配線等は図示を省略している。
図2および図3に示すように、撮像モジュール1は、シリコン基板からなる撮像素子10と、透明部材であるカバーガラス30と、配線板40と、信号ケーブル50と、を具備する。
撮像素子10は、すでに説明した従来の撮像モジュール101の撮像素子110と略同じ構成である。撮像素子10の受光面10SAの全面は接着層20を介してカバーガラス30に覆われている。
撮像素子10の対向面10SB側には、受光面10SAに対して第1の角度θ1に傾斜している傾斜面10SSを壁面とする切り欠き10Tがある。第1の角度θ1は鋭角である。後述するように、接合ウエハの対向面10SB側からのエッチング処理により形成された貫通トレンチが、接合ウエハの切断により、切り欠き10Tとなる。
切り欠き10Tの底面には撮像素子10の外部電極12の裏面が露出している。そして、傾斜面10SSには、それぞれが外部電極12と電気的に接続された複数の電極パッド13が列設されている。このため、電極パッド13は、受光部11と電気的に接続されている。なお、配線13Lの延設部が電極パッド13であってもよい。
一方、平板状の可撓性の配線板40の主面40SAの端部には複数の接合電極41が列設されており、もう1方の端部に接合電極42が列設されている。接合電極41は半田バンプ44を介して電極パッド13と接合されている。一方、接合電極42は信号ケーブル50の導線51と接合されている。接合電極41と接合電極42とは、主面40SAに実装された電子部品69または配線(不図示)を介して電気的に接続されている。
なお、接合信頼性を高めるため、第1の接合電極42と電極パッド13との接合箇所は封止樹脂で封止されていてもよい。ただし、接合箇所だけを固定している封止樹脂では機械的強度は十分に担保することは易ではないことがある。
これに対して、撮像モジュール1は、配線板40が、中央の配線部40Lの長辺の側面から、それぞれ延設された保持部40W1、40W2と、保持部40W1、40W2と撮像素子10と配線部40Lとで囲まれた空間に配設されている樹脂部材65と、を具備する。
なお、配線板40は、2つの保持部40W1、40W2を含んでいるが、どちらか1方だけを含んでいてもよい。また、以下、2つの保持部40W1、40W2の、それぞれを保持部40Wという。
保持部40Wは、第1の辺L1と第2の辺L2とがなす角度が第1の角度θ1の三角形の角度規定部である。保持部40Wの第2の辺L2は撮像素子10の対向面10SBの先端部に当接し接着層60により固定されている。なお、ここで保持部40Wは三角形の角度規定部として説明したが、形状は三角形に限定されず、2つの辺がなす角度が第1の角度θ1であれば、4つ以上の頂点を持った形状等、例えば、四角形であってもよいし、扇形等でもよい。
保持部40Wは、第2の辺L2の長さが、撮像素子10の長さの20%以上であれば、撮像素子10と配線板40との相対角度を安定して規定できる。また、第2の辺L2の長さが、撮像素子10の長さの80%以下であれば、配線板40に接続されたケーブル50を撮像素子10の投影面内に配置できる。
撮像素子10の対向面10SBと配線板40の主面40SAの先端部とは保持部40Wにより相対角度が第1の角度θ1に規定されている。撮像素子10と配線板40とは接着層60に加えて、樹脂部材65により相対位置が固定されている。
撮像モジュール1は、撮像素子10と配線板40とが保持部40Wにより相対角度が第1の角度θ1に規定され、樹脂部材65により固定されている。このため、撮像モジュール1は撮像素子10と配線板40との間の機械的強度が高く、取り扱いにより破損するおそれが小さく、最終歩留まりも十分に高い。
<製造方法>
次に、図4に示すフローチャートにそって、撮像モジュール1の製造方法を説明する。なお、カバーガラス30が接着された撮像素子10は、接合ウエハの切断により作製されるが、以下は個々の撮像素子として説明する。
<ステップS11>撮像素子作製
シリコン基板(撮像素子)10の受光面10SAに公知の半導体製造技術を用いて受光部11と、受光部11と配線(不図示)で接続された複数の外部電極12と、が形成される。外部電極12は、銅またはアルミニウム等の金属導体からなる。受光面10SAに接着層20を介してカバーガラス30(ガラスウエハ)が接着される。接着層20は例えば透明の紫外線硬化型樹脂からなる。そして、シリコン基板の受光面10SAと対抗する対向面10SBに、例えば、フォトレジストからなるエッチングマスクが配設される。エッチングマスクには、エッチング領域、すなわち、外部電極12の直上に略矩形の開口がある。
シリコン基板が対向面10SB側から、例えば、KOHまたはTMAH等のアルカリ溶液を用いたウエットエッチング処理され、シリコン基板を貫通する溝(トレンチ)が形成される。溝はシリコン基板を貫通している幅広のビアである。溝の底面を長手方向に沿って切断されると、溝は切り欠き10Tとなる。
異方性エッチングにより形成された切り欠き10Tの壁面は、受光面10SAに対して鋭角の所定角度θ1の傾斜面10SSとなる。そして、切り欠き10Tの底面には複数の外部電極12の対向面が露出している。なお、溝の製造方法等については、出願人が特開2009−016623号公報に詳細に開示している。
傾斜面10SSに電極パッド13が配設される。電極パッド13は、切り欠き10Tの底面から傾斜面10SSまで延設された配線13Lにより、外部電極12と電気的に接続されている。
なお、切り欠き10Tは、ドライエッチング、物理的エッチングまたは機械的な研削等によって形成してもよい。
<ステップS12>配線板作製
図5Aに示すように、平板状の配線板40の中央の配線部40Lの両長辺の側面からは、それぞれ保持部40W1、40W2が延設されている。保持部40Wは、第1の辺L1と第2の辺L2とがなす角度が第1の角度θ1の三角形の角度規定部である。
配線板40は、例えばポリイミドを基体とするフレキシブル配線板である。配線板40と保持部40Wとは同じ基体から構成されている。配線部40L、保持部40Wの基体としては、ガラスエポキシ樹脂等からなる非可撓性基板であってもよいが、後述する折り曲げのために、折り曲げられる部分、すなわち、配線部40Lと保持部40Wとの境界領域だけは可撓性でなければならない。
なお、配線板40は、撮像素子10の投影面内に収容するためには、可撓性基板であることが好ましい。配線部40Lの主面40SAにはチップコンデンサ、チップインダクタ等の電子部品69が実装される。なお、主面40SAと対向する主面40SBにも電子部品が実装されていてもよい。
<ステップS13>保持部折り曲げ
図5Bおよび図5Cに示すように、保持部40W1、40W2が配線板40の主面40SAに対して直立するように折り曲げられる。平板状の配線板40は折り曲げ工程において3次元の立体構成体となる。保持部40W1、40W2を含めた配線板40の幅は、折り曲げた状態で、撮像素子10の幅以下であればよい。
<ステップS14>保持部固定
図5Cに示すように、保持部40W1、40W2が硬化性樹脂45により直立状態で固定される。硬化性樹脂45としては紫外線硬化型樹脂が好ましい。
<ステップS15>接合
配線板40の保持部40Wの第2の辺L2が、撮像素子10の対向面10SBの先端部に接着層60を介して接着される。このとき、配線板40に列設されている複数の接合電極41(半田バンプ44)のそれぞれが、撮像素子10に列設されている複数の電極パッド13のそれぞれと当接する。
半田バンプ44が加熱処理されると、電極パッド13が接合電極41と、半田バンプ44を介して、接合される。
なお、電極パッド13と接合電極41とを半田接合した後に、配線板40を撮像素子10に接着してもよい。
<ステップS16>樹脂注入
保持部40W1、40W2と撮像素子10と配線部40Lとで囲まれた空間に樹脂部材65が注入され、硬化処理される。樹脂部材65は、例えば、未硬化状態では液体の熱硬化型のエポキシ樹脂である。
なお、配線板40には電子部品69が実装されている。このため、電子部品69の表面は、保持部40Wの内側の樹脂部材65に覆われ、保護される。
上記製造方法で製造される撮像素子10は、撮像モジュール1は撮像素子10と配線板40との間の機械的強度が高く、取り扱いにより破損するおそれが小さく、最終歩留まりも十分に高い。
なお、撮像モジュール1は、撮像素子10よりも後方側(カバーガラスと反対側)に位置する配線板40は、撮像素子10を厚み方向から平面視すると、撮像素子10に重なる領域、すなわち撮像素子10の投影面内に全体が位置している。特に、配線板40の配線部40Lが可撓性の場合には、配線板40の長さが長くても湾曲変形することにより撮像素子10の投影面内に全体を配置することができる。撮像モジュール1は、配線板40が撮像素子10の外形よりも外側にはみ出していないため、細径である。
なお、撮像モジュール1では、配線板40の中央の配線部40Lの両長辺の側面から、それぞれ保持部40W1、40W2が延設されていたが、一方の側面からだけ保持部が延設されていてもよい。すなわち、保持部は1つでもよい。
<第2実施形態>
次に第2実施形態の撮像モジュール1Aおよび第2実施形態の変形例の撮像モジュール1B〜1Dについて説明する。なお、撮像モジュール1A〜1Dは、撮像モジュール1と類似し、同じ効果を有するため、同じ機能の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、撮像モジュール1Aの撮像素子10Aには、すでに説明した従来の撮像モジュール101の撮像素子110と同じように、両壁面10SS、10STが傾斜面の貫通トレンチ10TAが形成されている。すなわち、撮像素子10とは接合ウエハの切断位置が異なる。しかし、撮像素子10Aの基本的構成は撮像素子10と同じである。
また、撮像モジュール1Aの配線板40Aは、端面に列設されている接合電極がフライングリード41Aである。フライングリード41A(リードフレームではアウターリードとよばれている)は、配線板40Aの絶縁性基体が選択的に除去された導体配線からなる。
フライングリード41Aは、容易に折り曲げることができるとともに、半田バンプ44を配線板40Aの基体を介さないで直接加熱することができる。
このため、撮像モジュール1Aは、撮像モジュール1よりも製造が容易である。
なお、配線板40Aの主面40SAには電子部品69Aが実装され、主面40SBにも電子部品69B、69Cが実装されている。電子部品69Aは大きいため、保持部40W1、40W2で囲まれた領域から突出しており、その表面の一部が樹脂部材65に覆われている。保持部が配線部の側部で配線板と撮像素子との相対角度を規定している撮像モジュールは、大きな電子部品を配線板に実装することができる。
<第2実施形態の変形例>
図7Aから図9Bは、第2実施形態の変形例の撮像モジュールの配線板を示す。なお、図7Aから図9Bは、配線板を極めて簡略に表示している。
変形例1〜3の配線板40B〜40Dは、平面状態の配線板を、折り紙のように何回も折り曲げることで、より高機能の立体を作製する。
<変形例1>
図7Aに示す変形例1の撮像モジュール1Bの配線板40Bは、保持部40W1の一辺から延設された対向面接着部40Xを有する。
図7Bに示すように、対向面接着部40Xは、保持部40W1から更に折り曲げられて、保持部40W2と保持部40W1とをつないでいる。なお、対向面接着部40Xから更に延設部を設けて延設部を折り曲げて保持部40W2と接着してもよい。
図示しないが、配線板40Bは、対向面接着部40Xが、撮像素子10の対向面10SBに接着され固定される。このため、撮像素子10と配線板40Bとの相対角度はより安定に規定される。
<変形例2>
図8Aおよび図8Bに示す変形例2の撮像モジュール1Cの配線板40Cは、保持部40W1から延設された対向面接着部40Y1および保持部40W2から延設された対向面接着部40Y2を有する。
図示しないが、配線板40Cは、対向面接着部40Y1、40Y2が、撮像素子10の対向面10SBに接着され固定される。このため、撮像素子10と配線板40Cとの相対角度は、より安定に規定される。
<変形例3>
図9Aおよび図9Bに示す変形例3の撮像モジュール1Dの配線板40Dは、保持部40W1から延設された孔40ZHのある蓋部40Z1と、蓋部40Z1から延設された主面接着部40Z2を有する。孔40ZHは、樹脂部材65を注入するための注入口である。注入口は、保持部40W1または保持部40W2に形成してもよい。
図9Bに示すように、配線板40Dは、主面接着部40Z2が、配線部40Lの主面40SBに接着され固定される。このため、配線板40Cの保持部40Wはより安定に直立状態に維持される。
なお、例えば、変形例1の配線板40Bに変形例3の蓋部40Z1および主面接着部40Z2を配設してもよい。
すなわち、変形例の配線板は、対向面10SBと接着されている、保持部40Wから延設された対向面接着部40X、または、主面40SAと接着されている、保持部40Wから延設された主面接着部40Z2の少なくともいずれかを有する。
なお、変形例の配線板は、第1実施形態の撮像素子10と組み合わせて用いても同様の効果を有する。
本発明は上述した実施形態、または変形例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、組み合わせ等ができる。
1、1A〜1D…撮像モジュール
10…撮像素子
10SA…受光面
10SB…対向面
10SS…傾斜面
11…受光部
13…電極パッド
20…接着層
30…カバーガラス
40L…配線部
40W…保持部
40X、40Y1、40Y2…対向面接着部
40Z1…蓋部
40Z2…対向面接着部
41…接合電極
41A…フライングリード
42…接合電極
44…半田バンプ
45…硬化性樹脂
50…信号ケーブル
60…接着層
65…樹脂部材
69…電子部品

Claims (8)

  1. 受光部が形成されている受光面と、前記受光面と対向している対向面と、前記受光面に対して鋭角の第1の角度で傾斜している傾斜面と、を有し、前記傾斜面に複数の電極パッドが列設されている撮像素子と、
    前記撮像素子の前記受光面を覆うように接着層を介して接着されている透明部材と
    前記撮像素子の前記対向面側に配置されている、前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと、それぞれが接合されている複数の接合電極が端辺に平行に列設されている可撓性の配線板と、を具備する撮像モジュールであって、
    前記配線板の側面から延設された、第1の辺と第2の辺とがなす角度が前記第1の角度の三角形の角度規定部である保持部と、前記保持部により相対角度が前記第1の角度に規定された、前記撮像素子の対向面と前記配線板の主面の先端部とを固定している樹脂部材と、をさらに具備することを特徴とする撮像モジュール。
  2. 前記保持部と前記配線板とは、同じ基体から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。
  3. 前記保持部が、前記配線板の両側面から、それぞれ延設されている前記角度規定部を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像モジュール。
  4. 前記配線板が、前記対向面と接着されている、前記保持部から延設された対向面接着部、または、前記主面と接着されている、前記保持部から延設された主面接着部の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の撮像モジュール。
  5. 前記配線板の前記主面に電子部品が実装されており、
    前記電子部品の表面の少なくとも一部が前記保持部の内側の前記樹脂部材に覆われていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の撮像モジュール。
  6. 前記保持部が、前記樹脂部材とは別の樹脂により前記主面に対して直立した状態で固定されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の撮像モジュール。
  7. 前記配線板の前記複数の接合電極が、フライングリードであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の撮像モジュール。
  8. 受光部が形成されている受光面と前記受光面と対向する対向面と前記受光面に対して鋭角の第1の角度で傾斜している傾斜面とを有し、前記傾斜面に前記受光部と接続されている複数の電極パッドが列設されている、撮像素子と、
    前記撮像素子の前記受光面を覆うように接着層を介して接着されている透明部材と
    前記撮像素子の前記複数の電極パッドのそれぞれと接合されている接合電極が端辺に平行に列設されている可撓性の配線板と、を具備する撮像モジュールの製造方法であって、
    前記配線板が、側面から延設された第1の辺と第2の辺とがなす角度が前記第1の角度の三角形の保持部と、を含み、
    前記保持部が前記配線板の主面に対して直立するように折り曲げられる工程と、
    前記保持部が硬化性樹脂により直立状態で固定される工程と、
    前記複数の電極パッドのそれぞれが、前記接合電極と接合される工程と、
    前記保持部の前記第2の辺が前記対向面と当接した状態で、前記撮像素子に前記配線板が樹脂部材により固定される工程と、を具備することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
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