CN1230782A - 耐热性优异的固态传感器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的固态传感器件包括基部(1a)和具有底表面、接收光的接收面和侧面的固态传感芯片(3)。用第一粘结剂(7)将固态传感芯片粘到基部上。固态传感器件还包括形成在基部和固态传感芯片周围的透明固体封装(6)。这里第一粘接剂是柔性的。固态传感器件还包括形成在固态传感芯片的接收面和侧面周围的透明柔性盖板(5)。

Description

耐热性优异的固态传感器件及其制造方法
本发明涉及固态传感器件及其制造方法，更具体地涉及其中模制了整个器件的实心模制型固态传感器件及其制造方法。
尽管已公知了各种固态传感器件，电荷耦合器件(以后称为CCD)是最近用得较多的。因而在下文中将CCD作为各种固态传感器件的代表。但本发明适用于所有的固态传感器件。
作为模制型CCD的代表，已知有下面两个例子。一个是中空模制CCD，整个器件中空地模制，其中留有空腔。另一个是实心模制CCD，整个器件基本实心地模制，其中没有空腔。实心模型CCD的方法可参见日本专利出版物(A)No.271153/1992。
上述常规CCD器件有如下问题。
首先，将电器件或器件自动安装在印刷电路板上常用的回流焊接工艺不适用于将中空或实心模制CCD安装在印刷电路板上。因此，必须用烙铁或喷焊手工将CCD安装在印刷电路板上。
其原因在于：中空模制CCD的顶板是用粘结剂粘到上端的。粘结剂用紫外线通过照相排版(光固化)设置或固化。顶板在约80℃至160℃会变形。粘结剂在约100℃和120℃之间会分解。另一方面，当使用回流焊接工艺时CCD器件必须至少被加热至约260至300℃。即当对CCD器件使用回流焊接工艺时，顶板和粘结剂会变形和分解。另一方面，实心模制CCD器件包括封在实心封装内的固体封装和CCD芯片。固体封装具有较好的耐热性。因而，如果工艺的时间较短，实心模制CCD能忍受回流焊接工艺。然而，固体封装和CCD芯片的热膨胀系数有很大的不同。这使得在对实心模制CCD使用回流焊接工艺时，固体封装和CCD芯片彼此存在应力。因此，固体封装或CCD芯片会龟裂且CCD芯片会变形。另外固体封装表面的平整度也会变差。因此使CCD器件的光学和电学性能变差。
其次，很难缩小中空模制CCD的尺寸。因为中空模制CCD器件需要在中空封装中在CCD芯片周围有足够的空间，以便使连接线彼此不会接触。
因此本发明的目的是提供耐热性优异的固态传感器件，其足以承受回流焊接工艺。
本发明的另一目的是提供光学和电学性能优异的固态传感器件。
本发明的再一目的是提供尺寸小的固态传感器件。
本发明的又一目的是提供制作上述固态传感器件的方法。
本发明的其它目的、特征和优点从后面的详述中可以得出。
本发明针对接收光信号并将接收到的光信号转换成电信号的固态传感器件。该固态传感器件包括具有一主表面的基部(1a)和具有一底表面的固态传感芯片(3)，芯片(3)还具有在底表面对面用于接收光信号的接收面和在底表面和接收面之间延伸的侧面。固态传感芯片(3)用第一粘结剂(7)粘到基部(1a)的主表面上，其底表面朝向主表面。固态传感器件还包括形成在基部(1a)和固态传感芯片(3)周围的透明固体封装(6)。这里第一粘结剂是柔性的。固态传感器件还包括形成在固态传感芯片(3)的接收面和侧面周围的柔性的透明盖板(5)。固态传感芯片(3)由于其底表面、侧面和接收面都未暴露于基部(1a)和固体封装(6)而通过第一粘结剂(7)和盖板(5)与基部(1a)和固体封装(6)绝缘。
本发明还针对制作用于接收光信号并将接收的光信号转化为电信号的固态传感器件的方法。该固态传感器件包括具有主表面的基部(1a)和具有底表面、在底表面对面用于接收光信号的接收面和在底表面和接收面之间延伸的侧面的固态传感芯片(3)。该方法包括以下步骤：通过第一粘结剂(7)在基部(1a)的主表面上粘固态传感芯片(3)，使其底表面朝向主表面；在基部(1a)和固态传感芯片(3)周围形成透明的固体封装(6)，粘结剂(7)是柔性的。该方法还包括在固态传感芯片(3)的接收面和侧面周围形成盖板(5)的步骤。盖板(5)是透明和柔性的。固态传感芯片由于其底表面、侧面和接收面未暴露于基部(1a)和固体封装(6)而与基部(1a)和固体封装(6)绝缘。
图1是作为常规固态传感器件的中空模制CCD的剖视图；
图2是作为另一常规固态传感器件的实心模制CCD的剖视图；
图3是作为根据本发明第一实施例的固态传感器件的实心模制CCD的剖视图；
图4是用于制作图3的实心模制CCD的引线框的平面图；
图5是作为根据本发明第二实施例的固态传感器件的又一实心模制CCD器件的剖视图。
为便于理解本发明，首先参照附图描述在本说明书开始提到的常规固态传感器件。
参照图1，该常规固态传感器件是CCD，包括一对分别带有沿垂直于图的纸面的方向彼此平行的多个引线端子的引线端或引线端组1b和1c，不透明环氧树脂做的基部2a，通过硅化合物做的粘结剂7粘贴(模片键合)到基部2a的CCD芯片3，分别在引线端1b和1c与CCD芯片3之间键合的多个键合线，由不透明环氧树脂形成并通过引线端1b和1c一体形成在基部2a上的圆筒形壁部分2b，和由透明树脂形成并通过可由紫外线固化设置或固化的透明粘结剂8粘到圆筒形壁部分2b的上端的顶板10。另外，基部2a和圆筒形壁部分2b可以分别形成。基部2a、圆筒形壁部分2b和顶板10一起用作CCD器件的封装。由于在封装中留有空间，这种封装型的CCD称作中空模制CCD。
参照图2，该另一常规固态传感电路也是CCD。该CCD包括分别具有在垂直于图2纸面的方向上彼此平行排列的多个引线端子的一对引线端或引线端组1b和1c，在器件完成前通过未示出的外部构件连接到引线端1b和1c的岛形件1a，通过由硅化合物制作的粘结剂7粘结(模片键合)到岛形件1a上的CCD芯片3，分别在引线端1b和1c与CCD芯片3之间键合的多个键合线4，由可通过热固化或光固化设置的透明树脂形成并覆盖其中的引线端1b和1c、岛形件1a、CCD芯片3和键合线4的固体封装11。上述封装类型的CCD器件称为实心模制CCD，因为全部被实心封装使得全部部件都被模制。
该CCD的制作如下。制造包括被外部构件的边框彼此连接引线端1b和1c以及岛形件1a的引线框(未示出)。CCD芯片3通过粘结剂7模片键合到岛形件1a上。键合线4分别键合在引线端1b和1c与CCD芯片3之间。引线框放在未示出的铸模上。可用热固化或光固化的融熔的树脂倒入铸模。熔化的树脂用加热固化，形成为固体封装11。从铸模中取出固体封装11。从引线框上去除边框。这样完成了实心模制CCD器件。
该常规CCD具有开始部分所述的问题。
现在参照附图3至5描述本发明优选实施例。
第一实施例
参照图3，根据本发明第一实施例的固态传感器件也是实心模制CCD。该实施例的实心模制CCD与图2所示类似的部件用相同的标号表示。
该实心模制CCD包括一对分别具有在垂直于图3纸面的方向上相互平行的多个引线端的引线端线或引线端组1b和1c，在器件完成前通过外部构件(未示出)与引线端1b和1c相连的岛状件1a，通过由硅化合物制作的柔性的粘结剂7粘结(模片键合)到岛状件1a上的CCD芯片3，分别在引线端1b和1c与形成在作为CCD芯片3的接收面的顶面上的连接图形(未示出)之间键合的多个键合线4，由柔性的透明树脂形成在CCD芯片3的顶面和侧面周围的盖板5，和由可用热固化或光固化设置的透明树脂形成以覆盖其中的引线端1b和1c、岛状件1a、被盖板5盖着的CCD芯片3和键合线4的固体封装6。在热固型透明树脂的地方，可以使用热固型树脂。固体封装6是刚性的以用作CCD器件的外壳。
CCD芯片3由于其底表面3、侧面和顶面没有暴露于岛形件1a和固体封装6而通过粘结剂7和盖板5与岛形件1a和固体封装6绝缘。
图4表示用于制作实心模制CCD器件的引线框1。在器件完成时，框1也用作岛形件1a和引线端线1b和1c。引线框由铁合金或铜合金冲击出金属板并镀上金属而制成。在引线框1中，岛形件1a用于在其上安装CCD芯片3。
现在参照附图3和4描述上述实心模制CCD器件的制作方法。
粘结剂7从粘结剂分配器分配，涂布在岛形件1a上。优选的粘结剂7是弹性的柔性的或粘性的材料，类似树胶或凝胶，其短时间耐热性不低于300℃。例如，粘结剂7由硅树脂、聚氨基甲酸(乙)酯树脂、橡胶等制成。
CCD芯片3通过粘结剂7安装在岛形件1a上。上面装有CCD芯片3的引线框1放入恒温箱中。恒温箱的内部温度控制在80℃和180℃之间。因此粘结剂7被固化，但仍是柔性的。
键合线4分别键合在引线端1b和1c与形成在CCD芯片3的接收面(顶面)上的连接图形之间。
透明树脂从树脂分配器分配在CCD芯片3的顶面和侧面以及岛形件1a的除用于安装CCD芯片3的区域以外的顶面上。由此，透明树脂的盖板5形成在CCD芯片3的顶面和侧面以及岛形件1a的区域周围。盖板5是柔性的。
制备和使用热固化或光固化的树脂作为透明树脂。在设定或固化前，树脂是液态的，在固化或设定后它很少反冲(reaction)。即，在固化前树脂以固定的伸展厚度平坦地铺开，在固化在后其厚度不小于20μm。此外，树脂优选为类似树胶或凝胶的弹性、柔性或粘性的，在设定或固化后其短时间耐热性不低于300℃。例如，添加了一点二氧化硅粉并具有一点反冲性(reaction)的硅树脂或聚氨基甲酸(乙)酯树脂是优选的热固性或光固化树脂。为了设置或固化透明树脂，引线框1被放入内部温度控制在80和180℃之间的恒温箱中或放入对树脂施加紫外线的紫外固化炉中。
之后，通过传递模制形成(模制)固体封装6以覆盖岛状件1a、盖有盖板5的CCD芯片3和键合线4。固体封装6是透明的，由传递模制形成。透明树脂通过传递模制形成固化或设置后Shore-D硬度不小于80的固体封装6。至于透明树脂，使用可由热固化或光固化而设置或固化的树脂。
引线端1b和1c的从固体封装6伸出的部分可分别被弯成预定的形状。此外，引线框1的边框可以去掉。由此完成实心模制CCD器件。
实心模制CCD器件的全部元件构件或元件片的短时间耐热性都不低于至少300℃。
覆盖CCD芯片的盖板是透明的，其硬度在0和30之间(JIS-A橡胶硬度标准)，其与CCD芯片之间没有空腔或孔。
当对以上述方法形成的实心模制CCD器件施加回流焊接工艺时，实心模制CCD器件在被加热到260℃至300℃之后冷却。当在加热后冷却该CCD器件时，由于热膨胀系数不一致，图2的器件的各元件构件，如基部1a、引线端1b和1c、CCD芯片3和固体封装6，的膨胀不一致并皱缩。因而各元件构件彼此之间有应力。尤其是，在冷却后固体封装6显著地且不可挽回地皱缩，因而显著地并不可挽回地对自身和其它元件构件产生应力。有应变的固体封装6可能变形和龟裂。固体封装6的平整度也可能变差，由此对传输到CCD芯片3的光信号产生干扰。
然而，由于盖板5和粘结剂7是柔性的，它们会因元件构件的应力而皱缩，因而吸收了应力并阻止应力传递到CCD芯片3。因此，CCD芯片3不会有应力，不会变形和龟裂。此外尽管有显著且不可逆的皱缩，固体封装6不会有应力，不会变形和龟裂，其平整度也不会变差。因此，固体封装6不会干扰传输到CCD芯片3的光信号。
接下来，参照图3和4更具体地描述该实心模制CCD器件的制作方法。
制备图4的引线框1。即制备厚度在0.15mm和0.25mm之间的铜合金片。该金属片压制成图4所示的形状。在压制后的金属片上镀以0.004μm至0.500μm厚的贵重金属如全、银、钯或铑。由此完成引线框1。
制备用作粘结剂7的硅化合物。在设定或固化前硅化合物的粘性约为100P(这里器件为泊)，在通过加热至150至200℃之间而设定或固化后硬度在0和30之间(JIS-A的橡胶硬度标准)。
硅化合物从分配器分配，分布在岛形件1a上。CCD芯片3通过硅化合物安装在岛形件1a上。将装有CCD芯片3的引线框1放入恒温箱中。恒温箱的内部温度维持在80℃和180℃之间。由此设定或固化粘结剂7，但其为柔性的且Shore-D硬度在20和30之间。
键合线4分别在引线端1b和1c与形成在CCD芯片3的接收面(顶面)上的连接图形键合。
制备用于形成盖板5的热固型硅化合物。该硅化合物的粘性在20和40P之间，在设定或固化前其搅溶系数在1.0和1.2之间，在通过加热至150和200℃之间而设定或固化后其Shore-A硬度为0且透明率不小于90％。
硅化合物从分配器分配在CCD芯片3上，使CCD芯片的顶面和侧面以及岛形件1a上除安装CCD芯片3之外的顶面被该化合物覆盖。
将装有CCD芯片3并被上述化合物覆盖的引线框1放入恒温箱。恒温箱的内部温度维持在150和200℃之间。在引线框1放入箱中1或2小时后，固化形成透明度为90％的柔性盖板5，其Shore-A硬度为0。盖板5形成在CCD芯片3的顶面和侧面以及岛1a的区域周围。
制备形成固体封装6的热固型树脂。该树脂主要包括作为主试剂的诸如双酚表氯醇环氧树脂的epi-bis-或bis-epi-型环氧树脂、用作硬化剂或副试剂的六氢化邻苯二酸酐、痕量加速剂、脱模剂、表面处理剂和其它平衡试剂。在加热至80和180℃之间使树脂设定或固化后，树脂的Shore-D硬度为约85，透明度为约92％。
通过传递模制，形成或模制覆盖岛形件1a、被盖板5覆盖的CCD芯片3和键合线4的树脂。该树脂用作固体封装6。固体封装6是刚性的并具有约92％的透明度。
从固体封装6伸出的引线端1b和1c的部分分别被弯成预定形成。此外，引线框的边框被去掉。由此完成实心模制CCD器件。
第二实施例
在上述根据第一实施例的实心模制CCD器件中，形成固体封装6的树脂的顶面在传递模制之后通常是不平的。因为引线框1不平且在其中的许多部分有缝隙或孔。另一个原因是树脂在很多地方以不一致的速率皱缩和固化。
本发明的第二实施例用于改善上述问题。
参照图5，根据本发明第二实施例的固态传感器件也是实心模制CCD器件。该实施例的实心模制CCD器件中与图3的第一实施例中类似的部件用相同的标号表示。
即，该实心模制CCD器件还包括通过粘结剂18形成或粘附在固体封装6的顶面6a的顶板10。顶板20是透明、刚性的张拉玻璃(temsional like glass)。透明、柔性的粘结剂18可以用紫外光固化来设定或固化。
具体地说，顶板20按如下方式粘附到固体封装6的顶面6a。
制备用作粘结剂18的透明的尿胺丙烯酸盐粘结剂。在固化后粘结剂18的Shore-D硬度在40和50之间。
另一方面，制备项板20。顶板20由选自丙烯酸树脂、聚碳酸酯和正菠烷系聚醚砜酸的塑料制成或由硼硅酸玻璃制成，等等。
此外，制备根据第一实施例的方法形成的实心模制CCD器件。
现在在固体封装6的顶面6a上涂布粘结剂18。顶板20通过粘结剂18安装在顶面6a上。
用从高压汞灯或金属卤化物灯输出的不小于3000mJ/cm2的紫外光通过顶板20照射粘结剂18，使其固化，粘结剂18是柔性的且其Shore-D硬度在40和50之间。由此完成其上带有顶板20的实心模制CCD器件。
在具有上述结构的实心模制CCD器件中，作为器件顶面的顶板20的顶面是平的，即使在传递模制之后固体封装6的顶面6a不平整。因此，由于器件接收光信号时没有光信号的折射和杂散反射，该实心模制CCD器件的光学和电学性能优异。此外，如果顶板20和固体封装6的膨胀或收缩系数彼此不同，由于应力被粘结剂18吸收，这些部件之间不会有应力。
虽然已结合几个实施例已描述了本发明，本领域技术人员可以容易地以其它方式实施本发明。例如，本发明可以应用于使用CMOS芯片而不是CCD芯片的其它固态传感电路。此外，除树胶状或凝胶状材料外，本发明可采用各种材料制成的柔性构件作为盖板。

Claims (16)

1．一种用于接收光信号并将接收的光信号转换为电信号的固态传感器件，包括具有主表面的基部(1a)和具有底表面、与底表面相对用于接收光信号的接收面和在底表面和接收面之间延伸的侧面的固态传感芯片(3)，所述固态传感芯片(3)通过第一粘结剂(7)粘到所述基部(1a)的主表面上，其底表面朝着所述主表面，所述固态传感器件还包括形成在所述基部(1a)和所述固态传感芯片(3)周围的透明的固体封装(6)，其中所述粘结剂(7)是柔性的；
所述固态传感器件还包括形成在所述固态传感芯片(3)的接收面和侧面周围的透明的柔性盖板(5)；
所述固态传感芯片(3)由于其底表面、侧面和接收面未暴露于所述基部(1a)和所述固体封装(6)而通过所述第一粘结剂(7)和所述盖板(5)与所述基部(1a)和所述固体封装(6)绝缘。
2．如权利要求1的固态传感器件，特征在于所述固态传感器件是实心模制的电荷耦合器件(下文称为CCD)，它包括用作固态传感芯片(3)的CCD芯片。
3．如权利要求1的固态传感器件，其特征在于所述第一粘结剂主要由橡胶制成。
4．如权利要求1的固态传感器件，其特征在于所述盖板(5)主要由透明的橡胶制成。
5．如权利要求1的固态传感器件，特征在于所述第一粘结剂主要由凝胶树脂制成。
6．如权利要求1的固态传感器件，特征在于所述盖板(5)主要由透明的凝胶树脂制成。
7．如权利要求1的固态传感器件，特征在于所述盖板(5)主要由透明的凝胶硅化合物制成；
所述固体封装(6)主要由透明的环氧化合物制成。
8．如权利要求1的固态传感器件，特征在于所述固态传感器件还包括主要由透明塑料或玻璃制成的顶板(20)，所述顶板(20)通过第二粘接剂(18)粘到所述固体封装(6)上；
所述第二粘结剂(18)是透明和柔性的。
9．一种制作用于接收光并将接收的光信号转换为电信号的固态传感器件的方法，所述固态传感器件包括具有主表面的基部(1a)和具有底表面、与所述底表面相对用于接收光的接收面和在所述底表面和接收面之间延伸的侧面的固态传感芯片(3)，所述方法包括以下步骤：用第一粘接剂(7)将所述固态传感芯片(3)粘到所述基部(1a)的主表面上，使其底表面朝向所述主表面；在所述基部(1a)和固态传感芯片(3)之间形成透明的固体封装(6)，其中所述第一粘结剂(7)是柔性的；
所述方法还包括步骤：在所述固态传感芯片(3)的接收面和侧面周围形成透明的柔性的盖板(5)；
由此所述固态传感芯片(3)由于其底表面、侧面和接收面未暴露于所述基部(1a)和固体封装(6)而通过所述第一粘结剂(7)与所述基部(1a)和固体封装(6)绝缘。
10．如权利要求9的方法，特征在于所述固态传感器件是实心模制CCD器件，其包括用作所述固态传感芯片(3)的CCD芯片。
11．如权利要求9的方法，特征在于所述固态传感芯片粘结步骤包括使用主要由橡胶制成的粘结剂作为所述第一粘结剂(7)的步骤。
12．如权利要求9的方法，特征在于所述盖板形成步骤包括使用主要由橡胶制成的透明的盖板(5)的步骤。
13．如权利要求9的方法，特征在于所述固态传感芯片粘接步骤包括使用主要由凝胶树脂制成的所述第一粘接剂(7)的步骤。
14．如权利要求9的方法，特征在于所述盖板形成步骤包括使用主要由凝胶树脂制成的透明的盖板(5)的步骤。
15．如权利要求9的方法，特征在于盖板形成步骤包括使用主要由凝胶状硅化合物制成的透明的盖板(5)的步骤；
所述固体封装形成步骤包括使用主要由环氧化合物制成的透明的固体封装(6)的步骤。
16．如权利要求9的方法，特征在于所述方法还包括使用第二粘结剂(18)将主要由透明的塑料或玻璃制成的顶板(20)粘到所述固体封装(6)上；
所述第二粘结剂(18)是透明和柔性的。
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