CN100352056C - 光学器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学器件及其制造方法。光学器件包括：基台10、安装在基台10上的光学元件芯片5及透光性部件6。布线12被埋在基台10内，布线12的一端成为内部端子部分12a，布线12的另一端成为外部端子部分12b。内装有周边电路等的半导体芯片51、和用以将半导体芯片51的垫电极和布线12连接起来的金属细线52被埋在基台10内。与布线12一起，铸塑内装有周边电路等的半导体芯片51、金属细线52，从而使光学器件和内装有周边电路等的半导体芯片51成为一个封装体。

Description

光学器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种固体摄像元件、用在光拾取系统的受光器件、全息底片单元等光学器件及其制造方法。
背景技术
近年来，内藏在摄像机、数码相机、数码静画相机等中的光学器件，在CCD等摄像元件安装在由绝缘性材料构成的基台等适配部件的状态下，由透光板覆盖着受光区域，这样包装好，以封装体的形式出现。
为实现光学器件的小型化，摄像元件被赤裸裸地安装在基台等适配部件上(参考例如专利文献1)。
图6为显示现有光学器件的结构的剖面图。如该图所示，光学器件备有如下主要部件，即由陶瓷或者可塑性树脂构成、在中央部位有开口部分132的框状基台131、装在基台131的下面一侧的CCD等摄像元件135、以及由玻璃制成的透光板136，它装在基台131的上面一侧夹着开口部分132与摄像元件135对峙。
在沿着基台131下面的开口部分132的周围的区域形成有凹部133，设了覆盖从基台131下面的开口部分132附近到基台131的外周侧面的区域且由镀金层构成的布线134。摄像元件135装在基台131下面凹部133的周缘部，受光区域135a从开口部分132露出。
在摄像元件135上面的外周附近，设置了用以在摄像元件135和外部机器之间发送、接收信号的电极垫(来图示)。在布线134与开口部分132相邻的端部形成有内部端子部分，布线134的内部端子部分和电极垫夹着突起(突起电极)138电气连接。最后，摄像元件135、布线134及突起138由设在基台131下面上摄像元件135周围的密封树脂137密封。
如上所述，摄像元件135的受光区域135a被布置在形成在开口部分132的闭锁空间内。如该图所示，在让透光板136朝向上方的状态下将该光学器件放在电路基板上。布线134的位于伸到凹部133以外的区域中基台131下面上的部分形成为外部端子部分，该外部端子部分用来与电路基板上的电极连接。
另外，虽然该图未示，透光板136上方安装了已装有摄像光学系的镜筒。为使该镜筒和受光区域135a的相互位置关系保持在规定的误差范围内，对其精度有一定的要求。
通过装在镜筒中的摄像光学系，来自被摄像物体的光便聚集到摄像元件135的受光区域135a，由摄像元件135作了光电变换。
需提一下，还知有一种与图6所示的现有基台131的构造不同的光学器件。在该光学器件中，在安装了摄像元件135的面上未形成凹部133，使用的是整体为一个平坦的平板形状的基台(参考专利文献2)。在这一情况下，设置在从基台的开口部分周缘突出的外周部的外部端子部分与电路基板上的电极借助大直径焊接球等连接着。而且，由焊接球调节摄像元件下面和电路基板上面的间隙。
这样的结构的光学器件，其封装体的高度、占有面积小，适合于高密度安装。
用于在DVD、CD、MD等记录媒体之间进行信息的写入、读出以及改写等的光拾取系统的受光器件、将光拾取器中的多个元件一体化后而得到的全息底片单元等光学器件，也基本上采用同样的构造。
[专利文献1]
特开2000-58805号公报
[专利文献2]
特开2002-43554号公报
然而，在图6所示的现有光学器件的结构下，固体摄像元件、光拾取器等作为一个系统的汇集度不够大，还有可改进的地方。
发明内容
本发明的目的，在于：利用铸塑布线时的空间，提供汇集度高的光学器件及其制造方法。
本发明的光学器件，借助构成用以安装光学元件芯片和透光性部件的基台的铸塑树脂，与布线一起，铸塑半导体芯片和金属细线端部的连接部件而形成。
具体来说，本发明的光学器件，其特征在于：包括：中央部具有开口部分，借助铸塑树脂铸塑布线而形成的基台；装在与所述基台的光射入方向对峙的第一面上的透光性部件；使其主面朝向所述透光性部件地将其安装在面对所述基台的所述第一面的第二面上的光学元件芯片；被埋在构成所述基台的铸塑树脂内的半导体芯片；以及被埋在构成所述基台的铸塑树脂内，将所述半导体芯片和所述布线连接起来的连接部件。
这样一来，就能将光学元件芯片和包括周边电路等的半导体芯片制成一个封装体，而得到汇集度高的光学器件。而且，能谋求组装有光学器件的整个系统的小型化、低成本化。
基台的厚度实质上一定。换句话说，因为它为平板状，所以能够将安装了光学元件芯片的面的平坦度维持得很高。从而能够谋求光学部件安装的稳定化及安装精度的提高。
最好是，半导体芯片搭载在布线上。
本发明的光学器件的制造方法，为一铸塑带有布线图案的导线架、半导体芯片以及半导体芯片导线架连接起来的连接部件，形成具有多个各自包围开口部分的光学器件形成区域的成形体的方法。
具体来说，本发明的光学器件的制造方法，其特征在于：包括：铸塑带有布线图案的导线架、半导体芯片以及将半导体芯片导线架连接起来的连接部件，形成具有多个各自包围开口部分的光学器件形成区域的成形体的工序(a)；在所述工序(a)之后，切断所述成形体而形成从所述成形体分离开来的分离体的工序(b)；在所述工序(a)之后，夹着所述开口部分将光学元件芯片及透光性部件分别安装到所述成形体上或者成形体的分离体上的工序(c)。
在这一方法下，能够利用铸塑树脂内的空间，与布线一起铸塑半导体芯片。
-发明的效果-
根据本发明的光学器件及其制造方法，利用构成用以将光学元件芯片、透光性部件、布线等连接起来的基台的铸塑树脂，与布线一起铸塑半导体芯片、连接部件，就能将光学元件芯片、周边电路用半导体芯片制成一个封装体。
附图说明
图1(a)、图1(b)分别为第一个实施例所涉及的光学器件的沿IA-IA线剖开的剖面图、背面图。
图2为一立体图，示出了第一个实施例中的半导体芯片被埋在构成基台的铸塑树脂内的一个构造例。
图3(a)到图3(f)为剖面图，示出了第一个实施例所涉及的光学器件的制造工序。
图4(a)、图4(b)为剖面图，示出了第一个实施例所涉及的光学器件的制造工序中的铸塑工序。
图5(a)、图5(b)分别为第二个实施例所涉及的光学器件的沿VA-VA线剖开的剖面图和背面图。
图6为显示现有光学器件的构造的剖面图。
符号说明
2-开口部分；5-光学元件芯片；5a-主面；5b-垫电极；6-窗部件；7-密封树脂；8-突起；10-基台；10x-成形体；12-布线；12a-内部端子部分；12b-外部端子部分；13-焊接球；15-密封树脂；20-封装带；30-铸塑模具；30a-阴模；30b-隔离部；40-全息底片；40a-主体部；40b-全息底片区域；51-半导体芯片；52-金属细线。
具体实施方式
(第一个实施例)
-光学器件的构造-
图1(a)及图1(b)分别为第一个实施例所涉及的光学器件沿IA-IA线剖开的剖面图及背面图。图1(a)及图1(b)不同的是所用的缩小比例不同。
如该图所示，该实施例的光学器件，包括：由环氧树脂等可塑性树脂构成、在中央部分有开口部分2的框状基台10；装在基台10下面一侧的光学元件芯片5；由玻璃等制成的窗部件6即透光性部件，该窗部件6装在基台10的上面一侧夹着开口部分2与光学元件芯片5对峙；以及焊接球13。基台10为连接光学器件的光学元件芯片5和窗部件6的适配部件，该结构，是按进行完铸塑工序以后，再将光学元件芯片5安装到基台10上这样的顺序形成的，故被称为所谓的预铸塑结构。
在该实施例中，光学元件芯片5上装了CCD等固体光学元件，光学器件为用在摄像机、数码相机以及数码静画相机中的固体摄像元件。
补充一下，光学元件芯片5可以是这样的，即离散着布置多个受光元件来代替固体摄像元件。在这一情况下，光学器件为布置在拥有DVD、CD、MD等的系统中所用的光拾取器中的受光器件。
基台10内埋入了布线12，布线12的一端在基台10下面的开口部分2附近的区域从构成基台10的铸塑树脂中露出而成为内部端子部分12a，布线12的另一端在基台10下面的外缘部从构成基台10的铸塑树脂中露出而成为外部端子部分12b。
内装有光学元件芯片5的周边电路等的半导体芯片51、和用以将半导体芯片的垫电极和布线12连接起来的金属细线52被埋在基台10内。这里，半导体芯片51内所内装的集成电路器件，为：光学元件芯片5的驱动电路、各种逻辑电路、前置电路、时刻产生器等周边电路、存储器等。
图2为一立体图，示出了半导体芯片51由构成基台10的铸塑树脂铸塑的构造。在该图中，铸塑树脂由虚线表示，视其为透明体。如该图所示，半导体芯片51通过粘接剂(未示)固定到例如一条布线12上，半导体芯片51的垫电极(未示)和布线12通过金属细线52电连接。只不过是，半导体芯片并非一定要搭载到布线12上，搭载到与光学元件芯片5相连的支承部件上也是可以的，在后述的制造工序中，可将半导体芯片固定到设置了粘接剂的密封带上。
安装光学元件芯片5时，做到：设置有受光区域的主面5a在位于基台10下面中开口部分2周围的区域从开口部分2露出。在光学元件芯片5上面的外周附近设置了用以在光学元件芯片5和外部机器之间传送信号的电极垫5b。而且，布线12的内部端子部分12a和电极垫5b夹着突起(突起电极)8而电连接。换句话说，通过突起8与光学元件芯片5的电极垫5b相连。光学元件芯片5、布线12及突起8，在基台10的下面上由设在光学元件芯片5周围的密封树脂7密封起来。另一方面，在基台10的上面上基台10和窗部件6之间的间隙由设在窗部件6周围的密封树脂15密封。
在该实施例中，封装体整体的厚度例如被设定在1.5mm以下。半导体芯片51的大小在：长0.5～5mm、宽0.05～0.5mm高0.5～5mm这一范围；光学元件芯片5的大小在：长1～10mm、宽0.1mm～0.5mm、高1～10mm这一范围。
根据该实施例中的光学器件，借助构成基台10的铸塑树脂，和布线12一起铸塑半导体芯片51、金属细线52等连接部件以后，便能将光学元件芯片5和包括周边电路等的半导体芯片制成一个封装体，从而能够得到汇集度高的光学器件。而且，还可谋求安装有光学器件的相机等系统的整体小型化及制造成本的降低。
需提一下，用图6所示的拥有凹部的基台131代替该实施例中的基台10，在其内埋入半导体芯片、金属细线等，采用这样的结构，也能发挥出将光学元件芯片5和包括周边电路等的半导体芯片制成一个封装体这样的效果。
-光学器件的制造工序-
图3(a)～图3(f)为显示本发明的实施例所涉及的光学器件的制造工序的剖面图。但在图3(a)～图3(c)所示的工序中，仅示出了两个光学器件形成区域，一般而言，在图3(a)～图3(c)所示的工序中，工序是利用多个光学器件形成区域棋盘状地排列着的导线架来进行的。
另外，图4(a)、图4(b)为显示本发明的各个实施例所涉及的光学器件的制造工序中的铸塑工序的剖面图。
首先，在图3(a)所示的工序中，将形成有布线图案的导线架12x放到密封带20上。此时，半导体芯片51、金属细线52等被安装到导线架12x的成为布线的部分，如图2所示。导线架12x的大部分在下部形成有通过部分蚀刻或者冲压而形成的凹部，仅有成为外部端子部分12b或者内部端子部分12a的部分成为从凹部的底面朝下方突出的构造。
接着，在图3(b)所示的工序中，进行铸塑工序。换句话说，如图4(a)、图4(b)所示，将已经装上了密封带20的导线架12x装到铸塑模具30中，将环氧树脂等可塑性树脂(铸塑树脂)充填到铸塑模具30的阴模30a中，将导线架12x的内部端子部分12a及外部端子部分12b以外的部分埋到铸塑树脂内，形成成形体10x。此时，半导体芯片51及金属细线52也被埋在铸塑树脂内。因为在隔离铸塑模具30的各个阴模30a的隔离部30b未充填铸塑树脂，所以在成形体10x的各个光学器件形成区域的中央部位形成了用以安装光学元件芯片的开口部分2。
接着，在图3(c)所示的工序中，把密封带20从成形体10x剥离下来之后，这样来放置成形体10x，让内部端子部分12a和外部端子部分12b露出的面朝上，再在外部端子部分12b上形成焊接球13。
接着，在图3(d)所示的工序中，用刀片从成形体10x的相邻光学器件形成区域间的边界部分的中央部分切断，而由成形体10x形成一个一个的光学器件的基台10(分离体)。此时，各基台10内分别埋入了多个拥有内部端子部分12a和外部端子部分12b的布线12，半导体芯片51及金属细线52也被埋入进去。
接着，在图3(e)所示的工序中，在基台10上将光学元件芯片5的主面5a朝下放好。此时，每一个基台10的内部端子部分12a上设了突起8，让光学元件芯片5的电极垫5b连接到突起8上，由密封树脂7将连接部分的间隙埋起来。
接着，在图3(f)所示的工序中，让基台10的装有光学元件芯片5的那一侧(下面)朝下，在基台10的上面安装覆盖开口部分2的、由玻璃制成的窗部件6，再由密封树脂15将窗部件6和基台10之间的间隙填好，而将开口部分2密封起来。
根据该实施例的制造方法，因为在图3(a)所示的工序中，在导线架12x上搭载了半导体芯片51及金属细线52，在图3(b)所示的工序中，利用铸塑树脂与导线架12x(布线)一起，还铸塑了半导体芯片51、金属细线52。故能够很容易地利用铸塑树脂内的空间制造汇集度高的光学器件。
需提一下，图3(d)所示的切断工序，可以在图3(e)所示的光学元件芯片5的安装工序之后进行，或者是，在图3(f)所示的窗部件6的安装工序之后进行。
需提一下，在实施例的制造工序中，在将导线架放置到密封带上的状态下进行铸塑工序，但并非一定要用密封带。然而，当使用密封带时，便能通过用上下模将导线架的上下面紧固起来，而确实得到一个模具面和导线架的上下面紧贴在一起的状态。结果是，有效地抑制了由于成形而带来的树脂毛刺；同时因为得到了外部端子部分从密封树脂突出的构造，所以将光学器件装到母基板时的焊接接合变得很容易等，从而能实现安装的容易化、迅速化。
(第二个实施例)
-光学器件的构造-
图5(a)、图5(b)分别为显示第二个实施例所涉及的光学器件在VA-VA线剖开的剖面图和背面图。图5(a)及图5(b)不同的是所用的缩小比例不同。
如该图所示，该实施例的光学器件，包括：由环氧树脂等可塑性树脂构成、在中央部位有开口部分2的框状基台10；装在基台10的下面一侧的光学元件芯片5；由装在基台10的上面一侧夹着开口部分2与光学元件芯片5对峙的光学用树脂制成的全息底片40；以及焊接球13。基台10为连接光学器件的光学元件芯片5和全息底片40的适配部件。该结构是按照进行完铸塑工序以后，再将光学元件芯片安装到基台上这样的顺序形成的，故被称为所谓的预铸塑结构。在该实施例中，装了发光二极管等发光元件5c和受光元件5d来构成光学元件芯片5，光学器件为由包括DVD、CD、MD等的系统所用的光拾取器中的多个要素构成的全息底片单元。
布线12被埋在基台10内，布线12的一端在基台10下面的开口部分2附近的区域从构成基台10的铸塑树脂露出而成为内部端子部分12a，布线12的另一端在基台10下面的外缘部位从构成基台10的铸塑树脂露出而成为外部端子部分12b。
另外，内装有光学元件芯片5的周边电路等的半导体芯片51、和用以将半导体芯片的垫电极和布线12连接起来的金属细线52被埋在基台10内。这里，半导体芯片51内所内装的集成电路器件，为：光学元件芯片5的驱动电路、各种逻辑电路、前置电路、时刻产生器等周边电路、存储器等。
在该实施例中，半导体芯片51由构成基台10的铸塑树脂铸塑这样的构造，基本上与第一个实施例中的图2所示的构造一样。换句话说，半导体芯片51通过粘接剂固定到例如一布线12上，半导体芯片51的垫电极和布线12通过金属细线52电连接。只不过是，半导体芯片51并非一定要搭载到布线12上，搭载到与光学元件芯片5相连的支承部件上也是可以的，在后述的制造工序中，可将半导体芯片51固定到设置了粘接剂的密封带上。
安装光学元件芯片5时，做到：设置有受光区域的主面5a在位于基台10下面中开口部分2周围的区域从开口部分2露出。在光学元件芯片5上面的外周附近设置了用以在光学元件芯片5和外部机器之间传送信号的电极垫5b。而且，布线12的内部端子部分12a和电极垫5b夹着突起(突起电极)8而电连接。换句话说，通过突起8与光学元件芯片5的电极垫5b相连。光学元件芯片5、布线12及突起8，在基台10的下面上由设在光学元件芯片5周围的密封树脂7密封起来。
全息底片40拥有：由例如光学用树脂等透光性树脂构成的主体部40a及设在主体部40a上面的全息底片区域40b。在全息照相40的主体部40a的外周部分及下面通过粘接剂15固定到基台10的上端部分。而且，由粘接剂15将全息底片40和基台10之间的间隙埋好，内部空间2被密封，而构成封装体。
全息照相40的高度在例如0.5～10mm这一范围，封装体整体的厚度例如被设定在1.5mm以下。需提一下，半导体芯片51的大小和第一个实施例中的一样大，光学元件芯片5的大小在：长1～10m、宽0.1mm～1.0mm、高1～10mm这一范围。
根据该实施例中的光学器件，借助构成基台10的铸塑树脂，和布线12一起铸塑半导体芯片51、金属细线52等连接部件以后，便能将全息照相40、光学元件芯片5以及包括周边电路等的半导体芯片制成一个封装体，从而能够得到汇集度高的全息照相。而且，还可谋求安装了全息照相单元的光拾取器的整个系统的小型化及制造成本的下降。
需提一下，用图6所示的拥有凹部的基台131来代替本实施例中的基台10，其其内埋入半导体芯片、金属细线等，采用这样的结构，也能发挥出光学元件芯片和包括周边电路等的半导体芯片制成一个封装体这样的效果。
-实用性-
本发明所涉及的光学器件，可用到摄像机、数码相机、数码静画相机等的部件中，或者是用作利用了DVD、CD、MD等系统的光拾取器中。

Claims (10)

1.一种光学器件，其特征在于：
包括：
中央部具有开口部分，借助铸塑树脂铸塑布线而形成的基台；
装在与所述基台的光射入方向对峙的第一面上的透光性部件；
使其主面朝向所述透光性部件地将其安装在面对所述基台的所述第一面的第二面上的光学元件芯片；
被埋在构成所述基台的铸塑树脂内的半导体芯片；以及
被埋在构成所述基台的铸塑树脂内，将所述半导体芯片和所述布线连接起来的连接部件。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
在位于所述基台的所述第二面一侧的所述开口部分的周边的区域，形成有为所述布线的一部分的内部端子部分，所述内部端子部分和所述光学元件芯片的一部分电气接合；
在位于所述基台的所述第二面一侧的外周周围的区域，形成有为所述布线的另一部分的外部端子部分。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在于：
所述基台为平板状。
4.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
所述半导体芯片搭载在所述布线上。
5.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
所述光学元件芯片为搭载有摄像元件的固体摄像元件。
6.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
所述光学元件芯片上搭载有受光元件，被组装在光拾取器中。
7.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于：
所述透光性部件为全息底片，
所述光学元件芯片为搭载有受光元件、发光元件的全息底片单元。
8.一种光学器件的制造方法，其特征在于：
包括：
铸塑带有布线图案的导线架、半导体芯片以及将半导体芯片导线架连接起来的连接部件，形成具有多个各自包围开口部分的光学器件形成区域的成形体的工序(a)；
在所述工序(a)之后，切断所述成形体而形成从所述成形体分离开来的分离体的工序(b)；
在所述工序(a)之后，夹着所述开口部分将光学元件芯片及透光性部件分别安装到所述成形体上或者成形体的分离体上的工序(c)。
9.根据权利要求8所述的光学器件的制造方法，其特征在于：
在所述工序(a)中，在将所述导线架放到密封带上的状态下将二者装到铸塑模具上，进行树脂铸塑。
10.根据权利要求8所述的光学器件的制造方法，其特征在于：
在所述工序(a)中，在将所述半导体芯片搭载到所述导线架上的状态下进行树脂铸塑。
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