JP2002062462A - レンズ一体型固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

レンズ一体型固体撮像装置の製造方法

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JP2002062462A JP2000247884A JP2000247884A JP2002062462A JP 2002062462 A JP2002062462 A JP 2002062462A JP 2000247884 A JP2000247884 A JP 2000247884A JP 2000247884 A JP2000247884 A JP 2000247884A JP 2002062462 A JP2002062462 A JP 2002062462A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立てが容易で、光学レンズを通って固体
撮像素子の受光面に入射される光の光軸中心の角度的な
傾きを防いで良好な画像を得ることができるレンズ一体
型固体撮像装置を提供する。 【解決手段】 透明基板または光学フィルタ１の一方の
面（受光面）を基準面として、他方の面に固体撮像素子
２をフェースダウン実装し、さらに、その受光面を基準
面として、レンズ５を支持するための凹部を有するレン
ズホルダ４を形成する。このレンズホルダ４の凹部にレ
ンズ５を落とし込んで固定することにより、容易に光軸
中心の角度的な傾きを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズと固体
撮像素子とが一体的に形成されたレンズ一体型札像装置
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１７（ａ）および図１７（ｂ）に、従
来のレンズ一体型固体撮像装置の概略構成を示す。この
固体撮像装置の製造においては、まず、第１工程とし
て、一般にパッケージと称される支持台１０１にダイボ
ンド材を塗布した後、固体撮像素子１０２をダイボンド
実装する。次に、第２工程として、パッケージ１０１に
設置されたリード線１０３と固体撮像素子１０２の電気
信号入出力端子とをワイヤーボンドにより接続する。そ
の後、第３工程として、パッケージ１０１の円筒部１０
４内に設けられた凹部１０５とレンズ１０６を支持する
支持具１０７に設けられた突起部１０８とを係合させ
て、支持具１０７をパッケージ１０１に対して軸線方向
に移動させ、次に軸線周りに回転させることにより、レ
ンズ１０６がパッケージ１０１に装着される。さらに、
レンズ１０６を支持する支持具１０７とパッケージ１０
１との間にＯリング１０９を設けて気密性を高めてもよ
い。このようなレンズ一体型固体撮像装置は、例えば特
開平１０−３０１００９号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】レンズ一体型固体撮像
装置は、光学レンズを通った光を固体撮像素子の受光面
で受けて得られた画像を電気信号として出力する装置で
ある。従って、良好な画像を得るためには、固体撮像素
子の受光面に入射される光の光軸中心に角度的な傾きが
あってはならない。
【０００４】上述した従来技術では、図１８（ａ）に示
すように、パッケージ１０１に固体撮像素子１０２をダ
イボンディングする際に、パッケージ１０１と固体撮像
素子１０２をボンディングする必要がある。この平行度
は、ダイボンドステージ（図示せず）に接する面、すな
わちパッケージ１０１の底面（図１８（ｂ）中、Ｃ面）
とボンディングツール（図示せず）の平行度、およびパ
ッケージ１０１のボンディング面（図１８（ｂ）中、Ｂ
面）に塗布されるダイボンド材１１０の塗布量や塗布位
置に依存している。従って、実際の固体撮像素子１０２
の受光面１１１（図１８（ｂ）中、Ａ面）と、パッケー
ジ１０１のボンディング面（図１８（ｂ）中、Ｂ面）お
よびパッケージ１０１の底面（図１８（ｂ）中、Ｃ面）
とを高精度で平行に配置することは非常に困難であっ
た。さらに、レンズが取り付けられるパッケージの円筒
部１０４の内壁面（図１８（ｃ）中、Ｄ面）と固体撮像
素子１０２のボンディング面（図１８（ｃ）中、Ｂ面）
との角度、およびレンズ支持具１０７の側面（図１８
（ｄ）中、Ｅ面）とレンズ中心（高さ方向）１１２との
角度は、各々少しずつではあるが、公差による傾きを含
んでいる。これらが全て組合わさった場合、レンズ１０
６を通った光の光軸中心１１３と固体撮像素子１０２の
受光面１１１との角度（図１８（ｅ）中、Ｆ）に必ず傾
きが発生してしまうという問題があった。
【０００５】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、組み立てが容易で、
光学レンズを通って固体撮像素子の受光面に入射される
光の光軸中心の角度的な傾きを防いで良好な画像を得る
ことができるレンズ一体型固体撮像装置の製造方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のレンズ一体型固
体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子とレンズとが一
体的に形成されたレンズ一体型固体撮像装置を製造する
方法であって、透明基板または光学フィルタの一方の面
を基準面として、該透明基板または該光学フィルタの他
方の面に、固体撮像素子をフェースダウン実装する第１
工程と、該透明基板または光学フィルタの一方の面を基
準面として、該透明基板または該光学フィルタの一方の
面に、レンズを支持するための凹部を有するレンズホル
ダを形成する第２工程とを含み、そのことにより上記目
的が達成される。
【０００７】上記方法によれば、透明基板または光学フ
ィルタの一方の面（受光面）を基準面として他方の面に
固体撮像素子の受光面を設置し、その透明基板または光
学フィルタの一方の面（受光面）を基準面として形成し
たレンズホルダの凹部にレンズを落とし込んで固定する
ことにより、容易に光軸中心の角度的な傾きを防ぐこと
が可能である。
【０００８】前記第１工程において、超音波接続工法に
より前記固体撮像素子をフェースダウン実装してもよ
い。
【０００９】上記方法によれば、低温接続により高スル
ープットを得ることが可能である。
【００１０】前記第２工程において、金型に樹脂を流す
ことにより前記レンズホルダを形成してもよい。
【００１１】上記方法によれば、透明基板または光学フ
ィルタ上に直接レンズホルダが形成されるため、より小
型化を図ることが可能となる。
【００１２】前記第２工程において、前記レンズホルダ
とパッケージとを一体成形してもよい。
【００１３】上記方法によれば、レンズホルダとパッケ
ージとを一括して成形することができるので、部品点数
を少なくして、レンズ一体型固体撮像装置を低コストで
作製することができる。
【００１４】前記第２工程において、前記金型と前記透
明基板または前記光学フィルタの一方の面を、真空吸着
方法により吸着してもよい。
【００１５】上記方法によれば、透明基板または光学フ
ィルタを固定することができる。また、樹脂を流し込む
前に真空度を測定することにより、真空度によって透明
基板または光学フィルタの受光面の傾きを判断して成形
不良を防ぐことができる。さらに、このときに設ける真
空穴により、レンズホルダ内の光が通る中空部分を形成
することができる。
【００１６】前記金型に樹脂を流す前に、樹脂充填空間
の周囲にＯリングを挿入する工程を含んでいてもよい。
【００１７】上記方法によれば、真空穴を設けた場合に
金型と透明基板または光学フィルタとの接触面が充分に
取れなくても、金型と透明基板または光学フィルタとの
間に樹脂が進入するのを防ぐことができる。
【００１８】前記第１工程の後で、前記固体撮像素子を
樹脂で覆う工程を含んでいてもよい。
【００１９】上記方法によれば、後の工程で樹脂モール
ドする際に気密性を確保することができる。
【００２０】前記第１工程の後または前記固体撮像素子
を樹脂で覆う工程の後で、前記第２工程の前に、外部に
電気信号の入出力を行うためのリードを取り付ける工程
を含んでいてもよい。
【００２１】上記方法によれば、希望する形状のリード
を取り付けることにより、本発明のレンズ一体型固体撮
像装置を他機器へ組み込む際に容易に実装することがで
きる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
【００２３】図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の一実施
形態によって作製されるレンズ一体型固体撮像装置の概
略構成を説明するための図である。このレンズ一体型固
体撮像装置は、配線付き透明基板（または光学フィル
タ）１の一方の面に固体撮像素子２がフェースダウン実
装され、その周囲が熱硬化性樹脂３で覆われている。透
明基板１の他方の面には樹脂モールドパッケージ兼レン
ズホルダ４が形成され、レンズホルダ４の凹部にレンズ
５が取り付けられている。さらに、透明基板１の一方の
面の端部には突起電極６が設けられ、外部に電気信号の
入出力を行うためのリード７に接続されている。
【００２４】このレンズ一体型固体撮像装置は、例えば
以下のようにして作製することができる。
【００２５】まず、図２に示すように、厚み０．５ｍｍ
〜０．７ｍｍ程度のガラス等からなる透明板または光学
フィルタ１ａ上に、固体撮像素子の受光領域を除く部分
にＣＶＤ法やスパッタリング法等によりＳｉＯ2等から
なる絶縁膜１ｂを形成し、その上にＡｌ等の金属材料を
スパッタリング法により成膜および加工して配線１ｃを
形成するこの透明板または光学フィルタ１ａ上には、後
述するリードフレームへの接続のために突起電極１ｄを
設ける。この突起電極１ｄとしては、メッキにより形成
したＡｕメッキバンプおよびＡｕワイヤによるＡｕバン
プのいずれを用いてもよい。
【００２６】次に、図３に示すように、固体撮像素子２
の外周に電気信号の入出力を行うために設けた外部入出
力端子２ａに、Ａｕワイヤバンプをボンディングして突
起電極２ｂを形成する。このときに形成されるＡｕワイ
ヤバンプは、固体撮像素子２を配線付き透明基板に接合
する際に塑性変形させるため、固体撮像素子２の受光面
８に設けられているマイクロレンズ（図示せず）よりも
高い高さ（２０μｍ〜３０μｍ）で形成する。
【００２７】次に、図４（ａ）に示すように、透明基板
１に形成された配線に固体撮像素子２を実装する。この
実装は、固体撮像素子２の受光面８が透明基板１の配線
形成面に対して向かい合わせになるように配置（フェー
スダウン）し、固体撮像素子２の突起電極と透明基板１
の配線とを合金接合する。このとき、超音波接続工法を
用いることにより、低温接続で高スループットを得るこ
とができる。例えば、透明基板１側の配線を拡散係数の
高いアルミニウムで形成することにより、最大でも１２
０℃程度の低温で容易に接合が可能であり、さらに、超
音波を印加するだけで合金が形成されて接合が完了する
ことから、高スループットを得ることができる。また、
透明基板の平行度（図４（ｂ）中、Ｈ面およびＧ面）が
出ていなくても、ボンディングステージとボンディング
ツール（図示せず）に平行度が出ていれば、超音波印加
の際にかけられる１バンプあたり５０ｇ〜１００ｇの押
圧加重によって、前工程で形成されたバンプ（突起電極
２）が変形し（図４（ｂ）中、ＪとＪ’およびＫと
Ｋ’）し、その結果、ボンディングステージに接触して
いる面、すなわち透明基板１の受光面９（図４（ｂ）
中、Ｈ面）と固体撮像素子２の受光面８（図４（ｂ）
中、Ｉ面）の平行度が高精度で確保されることになる。
【００２８】次に、図５に示すように、固体撮像素子の
側面および裏面に熱硬化性樹脂３を塗布し、加熱して樹
脂を硬化する。固体撮像素子の外周に熱硬化性樹脂３を
塗布する理由は、後工程で樹脂モールドする際の気密性
を確保するためである。熱硬化性樹脂として、２００Ｐ
ａ・ｓ〜３００Ｐａ・ｓ程度の高粘度でチキソ性を有す
るものを用いることにより、固体撮像素子と透明基板と
の隙間に回り込む樹脂量を制御することができる。
【００２９】次に、外部に電気信号を入出力するための
リードの接続を行う。図６に示すように、マトリクス状
に配置されたインナーリードがタイバで接続されたリー
ドフレーム１０を用意する。このリードフレーム１０
は、厚さ８０μｍ〜１３０μｍ程度であり、Ｃｕを主材
料として、上記突起電極１ｄが触れる部分にのみＰｄを
下地としたＡｕメッキやＮｉを下地としたＡｇメッキを
行っておく。本実施形態では、リードフレーム１０と固
体撮像素子実装済みの透明基板１との接続を超音波接続
工法により行うため、ＡｕやＡｇメッキの厚みをボンデ
ィングメッキとして使用できる程度の厚み（１μｍ程
度）にしておく。実際の接続は、図７に示すように、透
明基板１を固体撮像素子２の受光面８が上向きになるよ
うに（フェースアップ）すると、突起電極１ｄが下向き
になるので、この突起電極１ｄとリードフレーム１０の
ＡｕまたはＡｇメッキされた部分とを接触させて押圧加
重をかけながら超音波を印加して接合する。ここで超音
波接続工法を用いることにより、接合プロセスを統一す
ることができるので、生産設備の投資を抑えることがで
きる。
【００３０】次に、前の工程で固体撮像素子実装済みの
透明基板１を実装したリードフレームを上金型と下金型
で挟み込み、その中に熱硬化性樹脂を流し込むことによ
り、レンズホルダとパッケージを一体成形する。図８に
示すようにリードフレーム１０に設けた位置決め穴１０
ａと、図９に示すように下金型１１に設けた位置決めピ
ン１１ａとをはめ合わせることにより、金型内のリード
フレームの位置を決めることができる。さらに、図９に
示すように下金型１１に真空穴１１ｂを設けて、リード
フレーム１０を設置した後、１つ当たり２０ｋＰｓ程度
の真空引きを行って透明基板１の受光面９（図９中、Ｈ
面）を吸着することにより透明基板１を固定すると共
に、レンズホルダ内の光が通る中空部分を形成する。さ
らに、樹脂を流し込む前に真空度を測定することによ
り、真空度によってリードフレームに実装された固体撮
像素子実装済みの透明基板の状態を判断することができ
る。例えば真空度が上がらない場合には、リードフレー
ムに実装された固体撮像素子実装済みの透明基板の受光
面（図９中、Ｈ面）が傾いていると判断することができ
るので、成形不良を防止することも可能となる。なお、
透明基板１と金型との接触面が充分に取れない場合に
は、図１０に示すように、樹脂充填空間１３に樹脂を流
し込んだときに樹脂が透明基板１と金型との間に流れ込
むおそれがある。このような場合には、図１１に示すよ
うに、樹脂充填空間１３の周囲にＯリング１４を挿入す
ることにより、樹脂が進入を防ぐことができる。このＯ
リング１４は成形品内に残るため、リードフレームを下
金型に設置する前に、樹脂モールド部分毎に挿入させ
る。
【００３１】次に、図１２（ａ）に示すように、レンズ
ホルダとパッケージとが一括成形されたリードフレーム
からフレームカットして個々のパッケージに切り分けた
後、図１２（ｂ）に示すように、パッケージ外周にはみ
出たリード部分（フレームカット部分１０ｂ）をベンド
して曲げる。
【００３２】その後、図１３に示すように、レンズホル
ダ４の中空部に設けた凹部４ａにレンズ５を落とし込ん
で取り付ける。レンズの固定方法としては、例えば図１
４（ａ）に示すようにレンズホルダ４の凹部内にＵ溝４
ｂを設け、このＵ溝４ｂに接着剤１５を流してレンズ５
を固定する方法や、図１４（ｂ）に示すようにテーパ１
６ａを有する蓋１６を被せてレンズ５を押圧し、接着剤
１５により固定する方法、図１４（ｃ）に示すようにレ
ンズホルダ４にオネジ４ｃを形成し、メネジ１７ａを形
成したキャップ１７をねじ込むことにより固定する方法
等が上げられる。これらの方法は全て、レンズ５とレン
ズホルダ４が接する面（図１５中、Ｏ面）を基準面とし
てレンズが取り付けられているものであり、この基準を
確保できるレンズ固定方法であれば、どのような方法で
もよい。
【００３３】以上が本発明のレンズ一体型固体撮像装置
の製造方法の基本的な例であるが、本製造方法によれ
ば、透明基板１または光学フィルタの受光面（図１５
中、Ｈ面）を全ての基準として、固体撮像素子２の受光
面（図１５中、Ｉ面）を設置し、さらに、レンズホルダ
４の凹部（図１５中、Ｏ面およびＬ面）を形成すること
から、レンズ５をレンズホルダ４の凹部に落とし込み、
接触面（図１５中、Ｎ面およびＭ面）を固定することに
より、簡単に光軸中心の角度（図１５中、Ｐ角）にズレ
が無い構造を得ることができる。さらに、リードフレー
ムの形状を変えることにより、図１６（ａ）のようなＱ
ＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｇｕｌｌ−ＷｉｎｇＬｅａ
ｄ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの形状から、図１６（ｂ）
のようなＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）タイプの形状や図１６（ｃ）のよう
なＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−Ｌｅａｄｅｄ
Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの形状等、様々な形状に対応
することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
使用部品点数が少なく、簡単で生産性の高い製造プロセ
スにより、光軸中心の角度的な傾きを防ぐことができ
る。よって、今後益々小型化および薄型化する傾向にあ
る固体撮像装置を組み込んだ製品に対して、高品位でよ
り安価なレンズ一体型固体撮像装置を提供することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態によ
って作製されるレンズ一体型固体撮像装置の概略構成を
説明するための斜視図であり、（ｃ）はその断面図であ
る。
【図２】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮
像装置の製造工程を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮
像装置の製造工程を説明するための斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態であるレンズ一体
型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図であ
り、（ｂ）は透明基板の受光面と固体撮像素子の受光面
の平行度が確保されることを説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮
像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態において用いられるリード
フレームの形状を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮
像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施形態においてリードフレームに
設けられる位置決め穴を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮
像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態において想定される樹脂
の進入を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態であるレンズ一体型固
体撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態で
あるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するた
めの斜視図である。
【図１３】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体
撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は本発明におけるレンズ固定
方法の例を説明するための断面図である。
【図１５】本発明のレンズ一体型固体撮像装置の製造方
法により、光軸中心の角度の傾きを防げることについて
説明するための断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は本発明により作製されるレ
ンズ一体型固体撮像装置の形状の例を示す斜視図であ
る。
【図１７】（ａ）は従来のレンズ一体型固体撮像装置の
概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図であ
る。
【図１８】（ａ）〜（ｅ）は、従来のレンズ一体型固体
撮像装置の製造方法における問題点を説明するための図
である。
【符号の説明】
１ 透明基板 １ａ ガラス等からなる透明板または光学フィルタ １ｂ 絶縁膜 １ｃ 配線 １ｄ、２ｂ 突起電極 ２ 固体撮像素子 ２ａ 外部入出力端子 ３ 熱硬化性樹脂 ４ 樹脂モールドパッケージ兼レンズホルダ ４ａ レンズホルダの凹部 ４ｂ Ｕ溝 ４ｃ オネジ ５ レンズ ６ 突起電極 ７ リード ８ 固体撮像素子の受光面 ９ 透明基板の受光面 １０ リードフレーム １０ａ 位置決め穴 １０ｂ フレームカット部分 １１ 下金型 １１ａ 位置決めピン １１ｂ 真空穴 １２ 上金型 １３ 樹脂充填空間 １４ Ｏリング １５ 接着剤 １６ 蓋 １６ａ テーパ １７ キャップ １７ａ メネジ １０１ 支持台（パッケージ） １０２ 固体撮像素子 １０３ リード線 １０４ の円筒部 １０５ 凹部 １０６ レンズ １０７ 支持具 １０８ 突起部 １０９ Ｏリング １１０ ダイボンド材 １１１ 固体撮像素子の受光面 １１２ レンズ中心（高さ方向） １１３ 光軸中心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ Ｆターム(参考） 2H044 AA02 AA05 AA09 AJ04 4M118 AA10 AB01 GD02 HA12 HA20 HA23 HA24 HA26 HA31 5C024 CY47 CY49 EX42 5F088 BA01 BA15 BA16 BA18 BB03 JA01 JA02 JA03 JA05 JA12 JA20

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体撮像素子とレンズとが一体的に形成
    されたレンズ一体型固体撮像装置を製造する方法であっ
    て、 透明基板または光学フィルタの一方の面を基準面とし
    て、該透明基板または該光学フィルタの他方の面に、固
    体撮像素子をフェースダウン実装する第１工程と、 該透明基板または光学フィルタの一方の面を基準面とし
    て、該透明基板または該光学フィルタの一方の面に、レ
    ンズを支持するための凹部を有するレンズホルダを形成
    する第２工程とを含むレンズ一体型固体撮像装置の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 前記第１工程において、超音波接続工法
    により前記固体撮像素子をフェースダウン実装する請求
    項１に記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第２工程において、金型に樹脂を流
    すことにより前記レンズホルダを形成する請求項１また
    は請求項２に記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 前記第２工程において、前記レンズホル
    ダとパッケージとを一体成形する請求項３に記載のレン
    ズ一体型固体撮像装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記第２工程において、前記金型と前記
    透明基板または前記光学フィルタの一方の面を、真空吸
    着方法により吸着する請求項３または請求項４に記載の
    レンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記金型に樹脂を流す前に、樹脂充填空
    間の周囲にＯリングを挿入する工程を含む請求項３乃至
    請求項５のいずれかに記載のレンズ一体型固体撮像装置
    の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第１工程の後で、前記固体撮像素子
    を樹脂で覆う工程を含む請求項１乃至請求項６のいずれ
    かに記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第１工程の後で、前記第２工程の前
    に、外部に電気信号の入出力を行うためのリードを取り
    付ける工程を含む請求項１乃至請求項７のいずれかに記
    載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記固体撮像素子を樹脂で覆う工程の後
    で、前記第２工程の前に、外部に電気信号の入出力を行
    うためのリードを取り付ける請求項７に記載のレンズ一
    体型固体撮像装置の製造方法。
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