CN1422071A - 固态成像装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的固态成像装置包括：由绝缘树脂形成并具有通孔的构件；形成于所述构件表面上的导线图案；与导线图案相连并配装到所述构件上以覆盖所述通孔的固态图像拾取元件；以及配装到所述构件上以与所述固态图像拾取元件相对并覆盖所述通孔的光传输元件；其进一步包括：在所述光传输元件于此配装到所述构件上的光传输元件配装区域内的、与所述通孔相连通的贯通槽。

Description

固态成像装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置及其制造方法，特别涉及一种用于，例如，监视摄像机(monitoring camera)、医疗用摄像机和机载摄像机的具有半导体图像拾取元件的小型固态成像装置及其制造方法。
背景技术
近来，这种类型的成像装置非常流行。图像通过如镜头等的光学系统输入到成像装置中，成像装置将图像作为电信号输出。随着近来朝着小型化和高质量成像装置的发展趋势，摄像机也被小型化了并被大量用于各种领域，并且这种类型的用于图像输入设备的成像装置的市场份额不断增加。
在传统的具有固态图像拾取元件的成像装置中，镜头、固态图像拾取元件和其上配装有驱动电路和信号处理电路的大规模集成电路(LSI)等零部件分别形成于各自的外壳或包装构件中，随后将它们组合起来。组合好的组件通常通过将这些组成元件配装在一个平的印刷电路板上来完成。
为了进一步减小尺寸，提出了一种如图5和图6以及日本专利公开No.2001-245186中所示的三维印刷电路板101。正如所说明的，该印刷电路板101包括长方体支脚(legs)101A和竖立于其上的本体101B，并在支脚101A和本体101B之间的边界上具有一孔101C。印刷导线图案122形成于电路板101的每个支脚101A的背面。镜头102被配装进本体101B的内部空间。围绕着镜头102的光轴中心117，一滤光器103被设置于孔101C之上，并且作为一种固态图像拾取元件的一个半导体图像拾取元件104及一芯片部件108设置于孔101C之下。利用焊膏114将半导体图像拾取元件104和芯片部件108连接到围绕每个支脚101A形成的端子图案(terminalpattern)上。这样构造以后，通过钎焊膏114，印刷电路板101连接到各种设备如移动电话、个人电脑等等的主板113上。图7是显示出印刷电路板101的主要部分的解释性视图。如图所示，通过形成于其表面上的突出部106，半导体图像拾取元件104被连接到形成于每个支脚101A的表面上的端子图案105上，并且用密封树脂107密封，从而与三维印刷电路板101成为一整体。在这些图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图8A至8C示出将各部件装配成成像装置的方法。如图所示，制备三维印刷电路板101(图8A)；接着将固态图像拾取元件104配装到印刷电路板101上(图8B)；然后，将滤光器103配装到印刷电路板101上(图8C)。
因此，在该方法中，在将固态图像拾取元件配装到印刷电路板上的加热步骤中，该三维印刷电路板发生了很大的变形，因此在固态图像拾取元件被粘接到印刷电路板的接合区域受到很大的应力，并且经常断裂从而造成粘接失败。
如上所述的类型的三维印刷电路板可通过注模(injection molding)法获得，然而该方法的问题在于：从模制准确性以及用于这种注入模制的模具的耐用性角度考虑，仅能在将要模制成型的树脂材料中加入预定小量的用于减小模制树脂材料的膨胀系数的普通填充性颜料(填充物)。
注模法的另一个问题是适于注模的普通热塑性树脂具有线性的分子键合结构，并因此是各向异性的，或者说其线性膨胀系数在分子键合方向较小但在与分子键合方向垂直的方向上却较大。
正如上面所提及的，在将固态图像拾取元件配装到三维印刷电路板上的加热步骤中，印刷电路板的问题在于：被加热的印刷电路板通常变形很大，因而对固态图像拾取元件于此粘接到板上的接合区域施加了极大的应力，结果，该接合区域经常断裂从而导致粘接失败。通常，接合区域由连接到固态图像拾取元件上的焊点(pad)和三维印刷电路板的端子电极构成。在接合区域，图像拾取元件和印刷电路板利用导电粘结剂，如银膏，或者以超声波焊接或者热压粘合的方式彼此粘接在一起。
然而，在任何这些粘接方法中，三维印刷电路板会热变形并且固态图像拾取元件经常从变形的电路板上剥离。这是已知工艺生产率低下的一个原因。
正如在上文中提及的，三维结构的印刷电路板可使固态成像装置小型化，但另一方面，其热变形比普通平面板大。三维印刷电路板的一个严重的问题在于其组成部件之间的膨胀系数的差异引起的热变形很大，并因此在已知工艺中不可避免对提高生产率构成障碍。
滤光器103通常由玻璃材料，例如晶体反射器或红外线切刻涂层玻璃板(infrared-cutting coated glass plate)，形成，并且其热膨胀系数比树脂材料的小，并因此其热变形也比树脂材料的小。
考虑到这种情况，通过在将固态图像拾取元件配装到印刷电路板101之前，首先将滤光器103配装到印刷电路板101上，这也许可以解决在将图像拾取元件配装到电路板上的步骤中出现的电路板的热变形问题。然而，实际上，固态图像拾取元件必须通过其突出部直接粘接到电路板上，并且随后接合区域及其附近必须用密封树脂密封。因此，该方法存在其他一些问题，例如，密封步骤中产生的气体会在驻留在通孔101C中，并在受热条件下与固态图像拾取元件的表面发生反应，或者该气体会使所构成的装置的内压增大并会使固态图像拾取元件退化，或者会使三维印刷电路板变形。
由于这些原因，在具有传统结构的成像装置的生产中，必须在固态图像拾取元件配装到印刷电路板之后才将滤光器配装到印刷电路板上。
发明内容
本发明是在考虑了上述当前情况而作出的，并且是为了防止诸如固态成像装置的三维印刷电路板这样的部件的热变形，从而可确保固态图像拾取元件粘结到电路板上并提高所构造的成像装置中的固态图像拾取元件的粘接质量。
考虑到那种情况，本发明的固态成像装置如此设计以至于光传输元件配装到该装置的构件上的光传输元件配装区域被形成为具有与形成于该构件中的通孔相连通的贯通槽，从而该通孔内的气体可以通过该贯通槽排出孔外。在成像装置的制造过程中，首先将滤光器配装到其构件上，然后将固态图像拾取元件配装于其上。由此，由于配装到该构件上的滤光器的存在，本发明形成为可以防止装置构件热变形。
具体地说，本发明的固态成像装置包括：由绝缘树脂形成并具有通孔的构件；形成于所述构件表面上的导线图案；与导线图案相连并配装到所述构件上以覆盖所述通孔的固态图像拾取元件；以及配装到所述构件上以与所述固态图像拾取元件相对并覆盖所述通孔的光传输元件；并进一步包括在光传输元件于此配装到构件上的光传输元件配装区域内的、与所述通孔相连通的贯通槽。
如此构成之后，成像装置内的构件的光传输元件配装区域具有与形成于该构件内的通孔相连通的贯通槽。因此，即使当固态图像拾取元件在光传输元件，如滤光器配装到构件上之后配装到其上时，在将固态图像拾取元件配装到该构件上的步骤中所产生的内部气体会通过贯通槽排出，因此本发明不存在如下问题，即：在密封步骤中产生的气体驻留在通孔1C中并在受热条件下与固态图像拾取元件的表面发生反应或者所产生的气体使所制成的装置的内压增大从而使固态图像拾取元件退化或使该装置的构件变形。另外，在本发明中，由于首先将经历很小热变形的光传输元件配装到正在制造的装置的构件上，然后固态图像拾取元件配装于其上，因此基本上防止了该构件的热变形，并且在光传输元件和固态图像拾取元件配装步骤中，基本上不会出现粘接失败。
优选地，该装置的构件包括其上形成导线图案的支脚以及竖立于所述支脚之上的圆筒体，并且所述通孔位于所述圆筒体和所述支脚之间。
如此构成以后，该成像装置的整体结构可以是尺寸更小的微型结构，然而，由于其接合区域的热变形，其可能引起粘接失败的问题。但是，在本发明中，由于在构件中形成一贯通槽，固态图像拾取元件可以在诸如滤光器这样的热膨胀系数比形成构件的绝缘树脂小的并且经历很小热变形的光传输元件配装到构件上之后再配装于其上。因此，在本发明中，防止了由绝缘树脂形成的构件的热变形，并且固态图像拾取元件可靠地配装于其上，以增加粘接的可靠性。
另外，优选地，本发明装置的光传输元件是滤光器。
滤光器和固态图像拾取元件之间距离是重要的事项，防止了如此构造的本发明的装置的构件在其光传输元件配装区域内及其附近变形，并因此防止了构件在固态图像拾取元件配装其上的区域内及其附近处热变形。因此，在本发明的装置中，固态图像拾取元件和滤光器之间的距离可靠性提高，这因此使该装置能接收极好的图像。
另外，优选地，滤光器由热膨胀系数比形成该构件的绝缘树脂的小的材料形成。
在实施例中，由于滤光器由热膨胀系数比形成构件的绝缘树脂的小的材料形成，因此更有效地防止构件热变形并且固态图像拾取元件与形成于构件上的导线图案之间的粘接可靠性进一步得以提高。
本发明的制造这种固态成像装置的方法包括：将绝缘树脂成形为构件的构件形成步骤，该构件包括通孔、固态图像拾取元件于此配装到所述通孔上的固态图像拾取元件接合区域、将光传输元件配装于此以覆盖所述通孔、同时与所述固态图像拾取元件接合区域间隔预定距离的光传输元件配装区域，并进一步包括在所述光传输元件配装区域内的、与所述通孔相连通的贯通槽；在所述构件上形成导线图案的布线步骤；将光传输元件配装到所述光传输元件配装区域的光传输元件配装步骤；将固态图像拾取元件配装到所述光传输元件已配装其上的所述构件的所述固态图像拾取元件接合区域上的固态图像拾取元件粘接步骤。
在如上构成的本发明的方法中，该构件的光传输元件配装区域如此设计以至于具有与该构件的通孔相连通的贯通槽，并且在诸如滤光器这样的光传输元件已经配装到该区域以后，固态图像拾取元件被配装到该构件的固态图像拾取元件接合区域。因此，在该方法中，在固态图像拾取元件的粘接步骤中产生的内部气体通过贯通槽排出，而不会在密封步骤中驻留在通孔1C中。因此，该方法不存在如下问题，即：所产生的气体在受热条件下与固态图像拾取元件的表面反应或使内压增大从而使固态图像拾取元件退化或使构件变形；并且该方法能够提高粘接的可靠性。另外，在该方法中，在经历很小热变形的光传输元件配装到构件上之后固态图像拾取元件配装其上。因此，在该方法中，当将光传输元件和固态图像拾取元件二者配装到构件上时，防止了构件热变形，并且不会出现粘接失败的问题。
优选地，在该方法中，构件形成步骤是将热塑性绝缘树脂注模成所述构件的注模步骤。
在通过热塑性树脂的注模而形成构件的情况下，在其固化时经常发生变形，并且所构成的装置在高温下使用时，也会发生变形，因此经常引起如下问题，即固态图像拾取元件不能牢固地粘接到该装置的构件(三维印刷电路板)上。然而在包含上述步骤的本发明方法中，如滤光器的光传输元件首先配装到构件上，并然后将固态图像拾取元件配装于其上。因此，在该方法中，热膨胀系数小于形成构件的绝缘树脂并因此经历很小热变形的玻璃片等的光传输元件防止了绝缘树脂构件热变形，并提高了固态图像拾取元件向构件的粘接可靠性。
另外，优选地，在本发明的方法中，贯通槽在与热塑性树脂注模方向相垂直的方向上、并在与其相邻的通孔的相对端部处形成。
在该实施例中，要注模成构件的热塑性树脂具有线性分子键合结构，并因此是各向异性的或者说其热膨胀系数在分子键合方向上较小但在垂直于分子键合方向的方向上较大。另外，模制材料中的填充物取向于树脂流动方向，并因此模制成的树脂结构的各向异性在垂直于树脂流动方向的方向上很大。因此，在本发明的实施例中，贯通槽形成于与树脂流动方向垂直的方向上，并形成于与其邻接的通孔的相对端部处，因此这样构成的构件防止了其在垂直于树脂分子键合方向的方向上被拉长。
附图说明
图1是表示本发明固态成像装置的一个实施例的横断面视图；
图2A至2C示出本发明一个实施例中的滤光器配装区域；
图3A至3C示出对本发明一个实施例的滤光器配装区域的改进；
图4A至4C示出用于制造本发明固态成像装置的方法的一个实施例；
图5示出传统固态成像装置的透视图；
图6示出传统固态成像装置的横断面视图；
图7示出传统固态成像装置的主要部分的解释性视图；以及
图8示出制造传统固态成像装置的过程的主要部分的解释性视图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。
图1是示出本发明固态成像装置的一个实施例的基本特征的解释视图。
如图所示，固态成像装置包括一固态图像拾取元件配装于其上的构件1，并且构件1设计成其上要配装滤光器3的区域具有一个与该构件的通孔1C相连通的贯通槽2，从而于正在制造的装置内部产生的气体可以通过该贯通槽2排出。在滤光器3已经配装到构件1上以后，将固态图像拾取元件4配装于其上。滤光器3由晶体反射器形成。
具体地，包括构件1、固态图像拾取元件4和滤光器4的固态成像装置被设计如下：构件1由绝缘的聚酞酰胺(polyphthalamide)树脂形成，并包括长方体支脚1A和竖立于其上的本体1B。在支脚1A和本体1B之间的边界上具有一通孔1C，并在滤光器3配装于其上的配装区域8上有一与通孔1C相连通的贯通槽2。正在制造的装置内产生的气体可通过该贯通槽2排放到装置之外。在构件1的一部分表面上形成包含端子图案5的导线图案。固态图像拾取元件4配装到通孔1C上并与端子图案5电连接。滤光器3配装到构件1的滤光器配装区域8上以盖住通孔1C，同时与固态图像拾取元件4间隔开一预定的距离。
在该实施例中，贯通槽2在与热塑性树脂注模以形成构件1的方向垂直的方向上、在与其相邻的通孔1C的两相对的端部形成，如图2A至2C所示，图2A-2C分别示出构件1的滤光器配装区域的平面图、其侧视图以及沿A-A剖开的横断面视图。
正如上文所提及的，要注模成构件1的热塑性树脂具有线性分子键合构件，并因此是各向异性的，或者说其热膨胀系数在分子键合方向上较小但在与分子键合方向垂直的方向上较大。因此，贯通槽在与热塑性树脂注入模制以形成构件1的方向相垂直的方向上、在与其相邻的通孔的相对端部形成，因此这样构造的构件1防止了其在与树脂的分子键合方向相垂直的方向上被拉长。
下面描述该固态成像装置的制造方法。
如图4A所示，聚酞酰胺树脂注模成构件1，其由长方体支脚1A和竖立于其上的本体1B组成。构件1在支脚1A和本体1B之间的边界上具有一通孔1C，并有一与通孔1C相连通的贯通槽2。接着，包含端子图案5的导线图案形成于构件1的预定区域上，或者说，通过例如镀或溅射的薄膜成型工艺，形成于每个支脚1A的背面的一部分上。
紧接着，如图4B所示，滤光器3以覆盖通孔1C的一侧但不封闭贯通槽2的方式配装到构件1的滤光器配装区域上。
接着，如图4C所示，固态图像拾取元件(芯片)4被配装到构件1通孔1C的另一侧。突出部6形成于固态图像拾取元件4的连接电极上，并且通过突出部6，该连接电极在热压力下连接到形成于构件1支脚1A上的端子图案的一端上。接着，这样构成的装置用树脂密封起来。对此，具体地说，固态图像拾取元件的表面用树脂密封剂7覆盖。
滤光器3为介质干涉滤光片，其以汽相沉积的方式在晶体片的表面上淀积多层具有所需折射率的介电薄膜而形成。
在制造固态成像装置的方法中，经历了较小的热变形且其热膨胀系数比装置的构件的热膨胀系数小的滤光器首先配装到构件上，接着固态图像拾取元件配装于其上。因此，在该方法中，滤光器作用为固定元件，并防止构件热变形，并因此提高了固态图像拾取元件相对构件的粘接可靠性。
在所述的方法中，该构件通过聚酞酰胺树脂注模而形成，并且该树脂具有线性的分子键合结构，并因此是各向异性的，或者说其热膨胀系数在分子键合方向上较小但在垂直于分子键合方向的方向上较大。因此在该实施例中，贯通槽在与热塑性树脂注入模制以形成该构件的方向相垂直的方向上、在与其邻接的通孔的相对端部形成，因此这样构造的构件防止了其在与树脂的分子键合方向相垂直的方向上被拉长。
在图2所示的实施例中，两个贯通槽形成在与其相邻的通孔相对端部。然而，除该实施例以外，可以仅在该通孔的一端设置贯通槽，如图3所示。
在如上所述的实施例中，滤光器用于光传输元件，但并不限于此。除了滤光器以外，光传送密封剂元件、透镜等等也适于被用作该元件。
对于形成该构件的树脂，不仅可使用诸如聚酞酰胺树脂或PPS树脂的热塑性树脂而且可使用诸如环氧树脂这样的热固性树脂。
本发明的固态成像装置不限于光通信领域的摄像机，而且可用于任何其他各种光学用具，如CD、DVD等的读取装置、复印机以及医疗器械或门内外通话器等的读取装置。
如上所述，本发明的固态成像装置如此设计以至于其构件的光传输元件配装区域被形成为具有与形成于该构件内的通孔相连通的贯通槽。因此，在该装置的制造过程中，即使当光传输元件，如滤光器，首先配装到该构件上并且随后固态图像拾取元件配装于其上时，固态图像拾取元件粘接步骤中产生的内部气体可以通过该贯通槽排出，而不会在密封步骤中驻留在通孔中。因此，本发明的装置不存在由所产生的气体使内压增大从而使固态图像拾取元件退化并使该构件变形的问题。在本发明的装置中，避免了粘接失败并提高了粘接的可靠性。
另外，本发明的固态成像装置的制造方法不存在如下问题，即在密封步骤中产生的气体驻留在通孔1C中并在受热条件下与该装置的固态图像拾取元件的表面发生反应，从而增大内压，并因此使固态图像拾取元件退化并使该构件变形，因此本方法能够提高粘接可靠性。另外，在本方法中，在组成元件配装到该构件上时，防止构件热变形，并且本方法不存在粘接失败的问题。

Claims (7)

1.一种固态成像装置，包括：
由绝缘树脂形成并具有通孔的构件；
形成于所述构件表面上的导线图案；
与导线图案相连并配装到所述构件上以覆盖所述通孔的固态图像拾取元件；以及
配装到所述构件上以与所述固态图像拾取元件相对并覆盖所述通孔的光传输元件；
其中，所述构件包括一贯通槽，该贯通槽与构件的光传输元件配装区域内设置的通孔相连通，而在该区域处光传输元件配装到该构件上。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述构件包括其上形成有导线图案的支脚以及竖立于所述支脚之上的圆筒体，并且所述通孔位于所述圆筒体和所述支脚之间。
3.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，光传输元件是滤光器。
4.如权利要求3所述的固态成像装置，其中，所述滤光器由热膨胀系数比绝缘树脂的小的材料形成。
5.一种制造固态成像装置的方法，包括：
将绝缘树脂成形为构件的构件形成步骤，该构件包括通孔、固态图像拾取元件于此配装到通孔上的固态图像拾取元件接合区域、将光传输元件配装于此以覆盖所述通孔、同时与所述固态图像拾取元件接合区域间隔预定距离的光传输元件配装区域、以及与设置在所述光传输元件配装区域内的通孔相连通的贯通槽；
在构件上形成导线图案的布线步骤；
将光传输元件配装到光传输元件配装区域上的光传输元件配装步骤；
将固态图像拾取元件配装到所述光传输元件已配装其上的构件的所述固态图像拾取元件接合区域上的固态图像拾取元件粘接步骤。
6.如权利要求5所述的制造固态成像装置方法，其中，所述构件形成步骤是将热塑性绝缘树脂注模成构件的注模步骤。
7.如权利要求6所述的制造固态成像装置方法，其中，贯通槽沿垂直于热塑性树脂注模方向的方向且在与其相邻的通孔的相对端部处形成。
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