JP2003501840A - 表面実装製品用マイクロレンズ - Google Patents

表面実装製品用マイクロレンズ

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JP2003501840A JP2001502176A JP2001502176A JP2003501840A JP 2003501840 A JP2003501840 A JP 2003501840A JP 2001502176 A JP2001502176 A JP 2001502176A JP 2001502176 A JP2001502176 A JP 2001502176A JP 2003501840 A JP2003501840 A JP 2003501840A
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Abstract

(57)【要約】 マイクロレンズアレイ（１０）が付いた感光性ディバイス（４６）は、マイクロレンズの光学的性能をほとんど劣化させずに、表面実装パッケージング（４８）にパッケージされ、続いてマスリフロー処理を受ける。マイクロレンズ（１２）は、時間及び温度が増加する一連の熱処理のステップを用いて形成することができる。さらに、マイクロレンズは、通常の表面実装温度に関連する温度でのその光学的透過率の劣化を防ぐために、ブリーチされる（３４）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景 本発明は、一般に、感光性ディバイスに関し、特に、そのような感光性ディバ
イスの充填比を向上させるマイクロレンズアレイの使用に関する。
【０００２】 現在、表面実装パッケージングは、主に、回路基板に対して安価な方式で大量
接続を行うことができるという事実により、かなりの商業的な好評を享受してい
る。クワッドフラットパッケージ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）（Ｑ
ＦＰ）として周知の、そのような１つの表面実装集積回路パッケージング技術で
は、基板上にパッケージを置いて熱を加えるだけで、パッケージをプリント配線
板（ＰＣＢ）などの回路基板に接続することができる。熱によって、パッケージ
の１つの表面上の、パッケージをボードに接続している多数の接点が融解される
。この技術により、高速で安価な自動化方式で、集積回路を回路基板に接続する
ことができる。
【０００３】 集積回路のイメージセンサも、ますます受け入れられている。相補形金属酸化
膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージングディバイスは、従来の論理半導体製造プロセ
スを用いて形成することができる。これらのディバイスは高速にかつ比較的安価
に作ることができるため、イメージング機能に加えて高度の電子機能を備えたデ
ィバイスを製造することができる。
【０００４】 各種の感光性ディバイスは、マイクロレンズのアレイを用いてそれらの充填比
を増加させている。充填比は、イメージ感知アレイ上に実際にその進路を作る入
射光の量の尺度である。マイクロレンズは、イメージ感知アレイを構成する各ピ
クセル上に光を集束させる、小型レンズとして動作する。
【０００５】 マイクロレンズは、正のフォトレジスト又はゾルゲルから作ることができる。
これらのマイクロレンズアレイは、例えば、イメージ感知アレイ上に置かれたカ
ラーフィルタのアレイ（ＣＦＡ）の上にマイクロレンズアレイを配置することに
よって、イメージセンサの上に直接形成することができる。あるいはまた、マイ
クロレンズは、イメージ感知アレイ上に間隔をおいて配置することができる。い
ずれの場合でも、マイクロレンズは一般に熱に敏感であるため、本発明者が気付
く限り、表面実装パッケージングと一緒に使用されることはなかった。従来の表
面実装パッケージングは、せいぜい数分間２２５℃のオーダの温度を必要とする
が、従来のマイクロレンズアレイに悪影響を与えると信じられている。
【０００６】 このため、安価なパッケージング技術を、マイクロレンズアレイを使用して実
現される許容可能な充填比を持つ感光性ディバイスに適用できる技術に対する継
続的な要求がある。
【０００７】 要約 １つの態様によれば、マイクロレンズを形成する方法には、感光性ディバイス
を形成するステップが含まれる。マイクロレンズはディバイス上に配列され、こ
のディバイスはパッケージ化される。このパッケージ化されたディバイスは、次
に、表面実装マスリフロー（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ ｍａｓｓ ｒｅｆｌ
ｏｗ）処理を受ける。
【０００８】 詳細な説明 図１を参照する。マイクロレンズアレイ１０には、本発明の１つの実施形態に
基づいて、チャネル１４によって区分された複数のマイクロレンズ１２が含まれ
る。図示されたマイクロレンズ１２にあっては、形状が長方形又は正方形である
ため、チャネル１４によって無駄に使われる間隔の量が少なくされ、これにより
、充填比が改善される。マイクロレンズ１２の詳細なドーム形状は、図示したも
のと比べて曲率を増加又は減少することにより調整することができる。長方形の
マイクロレンズに加えて、円形や半球形のマイクロレンズを含む、他の従来の形
状も同様に使用することができる。
【０００９】 マイクロレンズアレイ１０は、ノバラク（ｎｏｖａｌａｃ）のような十分に光
を透過する正のフォトレジストから形成することができる。アレイ１０は、表面
実装パッケージを回路基板に結合するときに必要なマスリフロー温度のステップ
に耐えることができる。従来のマイクロレンズでは、マイクロレンズの光学特性
は、レンズの透過率及びその形状に悪影響を与えるような高い表面実装温度を受
けると劣化されてしまう。マイクロレンズアレイ１０を用いる改良された感光性
ディバイスは、一般的で安価な表面実装パッケージングプロセスを利用する。
【００１０】 図２を参照する。最初に、２６で示すように、マイクロレンズを形成するため
に使用される材料が、ＣＦＡ層又はガラス基板のような適当な表面上に、又は場
合によっては感光性ディバイス上に直接スピンコートされる。図２ではマイクロ
レンズを形成する材料を蒸着するためにスピンコーティングを使用しているが、
他の周知の技術も同様に利用することができる。次に、２８で示すように、この
コートされた材料は、ソフトベイクするステップを受ける。本発明の１つの実施
形態では、マイクロレンズを形成する材料は、約３ミクロンの厚さにコーティン
グされ、約１００℃の温度を使用して、例えば、１１０℃で５４０ミリセカンド
のソフトベイクのステップを受ける。ソフトベイクのステップに利用する時間及
び温度は変えることができ、またコーティング材料の厚さの関数である。この後
、図２の３０で示すように、ベイクされたコーティングはフォトリソグラフィを
受ける。
【００１１】 フォトリソグラフィの後、ブロック１６（これがマイクロレンズになる）は、
本発明の１つの実施形態では、図３に示す形状になる。この場合、ブロックは、
幅が約３．５ミクロンの溝１８によって互いに分離される。壁は約３ミクロンの
スロープで形成される。図示した実施形態では、各ブロック１６の長さは、約９
ミクロンである。ブロックは、ブロック３２で示すように、フォトレジスト処理
技術のような従来の技術を用いてパターン化される。
【００１２】 マイクロレンズのブロック１６は、次に、ブロック３４で示すように、ブリー
チされる。このブリーチ処理は、マイクロレンズが高温にさらされる場合の劣化
を防止するために、また透過率を向上させるために有用である。
【００１３】 ブリーチ処理は５から１０秒のオーダの迅速ブリーチステップとすることがで
き、１つの実施形態では、継続時間は６から７秒である。ブリーチ処理は、例え
ば、３５０から４３０ｎｍの波長を発生する深紫外（ＤＵＶ）の波長の放射を用
いて行われる。ＵＶフィルタは、約４００ｎｍ以上の波長を通過させる。これに
より、３０秒程度の時間がかかる広帯域の放射を用いる従来のブリーチ処理に比
べて、ブリーチ処理時間を短縮することができる。４００ｎｍ以上の波長を用い
るＤＵＶブリーチ処理は、フォトレジストの材料から光活性化材料を除くことに
極めて効果的である。この光活性化材料は、黄変、透過率の損失、及び熱の不安
定性の原因であると考えられている。
【００１４】 ブリーチ処理されたブロック１６は、次に、リフローステップ３６を受ける。
本発明の１つの実施形態では、このリフローステップは、約１５０℃の温度、例
えば、１６０℃の温度を約１２０秒間必要とする。その結果、図３で示したブロ
ックは融解して、図４に示す形状を形成する。マイクロレンズ１２は、チャネル
１４で分離される。マイクロレンズ１２の高さＴは、本発明の１つの実施形態で
は、約２．８ミクロンであり、レンズ１２の長さは約１１．５ミクロンである。
【００１５】 レンズはここで約２００℃の温度で、例えば、２２５℃の温度で約２〜３分間
のハードベイクのステップ（ブロック３８）を受ける。一般に、従来の処理は、
特にオーバラップを避けるために、個々のマイクロレンズ間の間隔を最適化して
いる。その代わりに、熱安定性に関して最適化することによって、熱に安定した
マイクロレンズを作ることができる。
【００１６】 その後、マイクロレンズ１２を有するイメージャがパッケージされる（ブロッ
ク４０）。この後マイクロレンズは、レンズの光学特性に悪影響を受けることな
く、マスリフロー表面実装パッケージで利用される従来の温度に当てられる。い
くつかの実施形態では、マイクロレンズは少なくとも２２５℃の温度に少なくと
も１分間、場合によっては少なくとも２分間耐えるように適合される。いくつか
の実施形態では、透過率がほとんど変化を受けないだけでなく、レンズの形状も
同様にほとんど影響されない。
【００１７】 ここで図５を参照する。完成されたマイクロレンズアレイ４４が、表面実装パ
ッケージ４８の中に含まれた感光性ディバイス４６の上に配置されている。外部
の屈折レンズ４２が、光をマイクロレンズアレイ４４を通って感光性ディバイス
４６上に集束させる。本発明の１つの実施形態では、ウィンドウ付きクワッドフ
ラットパッケージ４８が、従来の表面実装パッケージング技術に基づいて、リー
ド５０を用いて回路基板５２に固定される。熱を加えると、リード５０はパッケ
ージ４８を回路基板５２に接着する。これは、マイクロレンズアレイ４４の光学
的性能に悪影響を及ぼすことなく行うことができる。
【００１８】 本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、当業者はこれからの
多くの修正及び変更を理解されよう。添付した特許請求の範囲が、本発明の真の
精神及び範囲の中に入る全てのそのような修正や変更をカバーするものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１つの実施形態による、マイクロレンズアレイの１つの実施形態の斜
視図である。
【図２】 マスリフロー技術を用いてマイクロレンズを形成する、本発明の１つの実施形
態の中で使用されるステップを示すフローチャートである。
【図３】 熱処理ステップの後の、図２で示したアレイの断面図である。
【図４】 製造プロセス内のマイクロレンズアレイの断面図である。
【図５】 本発明の１つの実施形態に基づいて使用されるディバイスを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 セングプタ，カブール アメリカ合衆国アリゾナ州85284，テンペ， ウェスト・リサ・レイン 1170 Ｆターム(参考） 4F213 AA44 AC06 AH75 WA02 WA13 WA32 WA43 WA52 WA58 WA72 WA73 WA86 WB01 WB11 WE16 WE25 WF01 WF25 WK05 WW06 WW21 WW26 WW33 WW37 4M118 AA10 AB01 BA14 GC07 GD04 GD06 GD07

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロレンズを形成する方法であって、 感光性ディバイスを形成するステップと、 前記ディバイス上にマイクロレンズを配列するステップと、 前記ディバイスをパッケージするステップと、 前記パッケージされたディバイスを表面実装マスリフローのステップにさらす
    ステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 深紫外放射を用いて、前記マイクロレンズを形成する材料を
    ブリーチするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 約４００ナノメータ以下の波長をフィルタ処理で除くステッ
    プを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 約１０秒間ブリーチ処理するステップを含むことを特徴とす
    る請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記マイクロレンズを形成する材料を、温度を上昇させる一
    連の処理ステップにさらすステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 前記マイクロレンズを形成する材料を、それぞれが時間の経
    過に従って温度が高くなる３つの熱処理ステップにさらすステップを含むことを
    特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記マイクロレンズを形成する材料として正のフォトレジス
    トを使用するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記マイクロレンズを形成する材料を第１の形状にパターン
    ニングし、かつ前記材料を熱に当てて前記材料の形状を変化させるステップを含
    むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記材料を約１００℃の第１の熱処理し、前記材料を約１５
    ０℃の第２の熱処理し、かつ前記材料を約２００℃の第３の熱処理するステップ
    をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記マイクロレンズを形成する材料を少なくとも２００℃
    の温度で少なくとも約２分間ハードベイクするステップを含むことを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ２００℃以上の温度で少なくとも２分間に渡り前記マイク
    ロレンズ用材料が熱に安定であるようにするのに十分な温度及び時間で、前記マ
    イクロレンズ用材料をハードベイクするステップを含むことを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 パッケージされた感光性ディバイスであって、 感光性アレイと、 前記感光性アレイ上に形成されたマイクロレンズと、 回路基板に表面実装技術を用いて固定されるように適合された、前記感光性ア
    レイを含むパッケージと、 を含むことを特徴とするディバイス。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のディバイスであって、前記マイクロレ
    ンズが長方形であることを特徴とするディバイス。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載のディバイスであって、前記マイクロレ
    ンズが正のフォトレジストから形成されることを特徴とするディバイス。
  15. 【請求項１５】 請求項１２に記載のディバイスであって、前記マイクロレ
    ンズが深紫外放射でブリーチされていることを特徴とするディバイス。
  16. 【請求項１６】 請求項１２に記載のディバイスであって、前記マイクロレ
    ンズが少なくとも２００℃の温度に２分間耐えるように適合されていることを特
    徴とするディバイス。
  17. 【請求項１７】 請求項１２に記載のディバイスであって、前記パッケージ
    がウィンドウ付きクワッドフラットパッケージであることを特徴とするディバイ
    ス。
  18. 【請求項１８】 熱に安定なマイクロレンズを形成する方法であって、 約４００ナノメータ以上の波長を有する深紫外放射を用いてマイクロレンズ形
    成材料をブリーチするステップと、 前記材料を２００℃のオーダの温度で少なくとも２分間に渡り熱に安定である
    ようにするのに十分な温度及び時間で、前記材料をハードベイクするステップと
    、 を含むことを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 前記材料を少なくとも２００℃の温度で少なくとも２分間
    ハードベイクするステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記材料を約１０分間ブリーチ処理するステップを含むこ
    とを特徴とする請求項１８に記載の方法。
JP2001502176A 1999-06-03 2000-05-11 表面実装製品用マイクロレンズ Pending JP2003501840A (ja)

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US09/324,880 US6297540B1 (en) 1999-06-03 1999-06-03 Microlens for surface mount products
US09/324,880 1999-06-03
PCT/US2000/013086 WO2000076002A1 (en) 1999-06-03 2000-05-11 Microlens for surface mount products

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