JP2006049371A

JP2006049371A - 固体撮像装置の梱包構造

Info

Publication number: JP2006049371A
Application number: JP2004224436A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nishida; 和弘西田; Hiroshi Maeda; 弘前田; Kiyobumi Yamamoto; 清文山本
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】多数個の固体撮像装置の出荷時の梱包を効率よく行ない、かつ固体撮像装置に傷や汚れが生じるのを防止する。
【解決手段】多数個の固体撮像装置２を収納する梱包構造体６７は、多数の固体撮像素子が形成された半導体ウエハの上面に透明基板を接合した接合基板を各固体撮像素子ごとにダイシングする際に、半導体ウエハを粘着保持するダイシングテープ６５と、外周から保護するダイシングフレーム６４と、ダイシングフレーム６４の上面に接合されて各固体撮像装置２の上面に貼着されるカバーシート６８とからなる。多数個の固体撮像装置２は、ダイシングテープ６５とカバーシート６８とで挟み込まれ、ダイシングフレーム６４で保護されるため、異物の付着や、梱包構造体６７内での移動による破損を発生させることなく出荷することができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ウエハレベルチップサイズパッケージを用いた固体撮像装置に関し、更に詳しくは、固体撮像装置を出荷する際の梱包構造に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像装置を使用したデジタルカメラやビデオカメラ、撮影機能を付加された携帯電話機等が普及している。従来の固体撮像装置は、シリコン製の半導体基板上に固体撮像素子が設けられた固体撮像素子チップ（ベアチップ）と、この固体撮像素子チップを収納するセラミック製のパッケージと、このパッケージを封止する透明なカバーガラスとから構成されている。

デジタルカメラや携帯電話機等の小型電子機器では、固体撮像装置のサイズがその外形サイズに与える影響が大きいため、固体撮像装置の小型化が望まれている。固体撮像装置を小型化するために、半導体ウエハプロセス中でパッケージングまで行なうウエハレベルチップサイズパッケージ（以下、ＷＬＣＳＰと略称する）を利用した固体撮像装置が発明されている（例えば、特許文献１参照）。

ＷＬＣＳＰを使用して製造された固体撮像装置は、一方の面に固体撮像素子が設けられた半導体基板と、この半導体基板に取り付けられて固体撮像素子を取り囲むスペーサーと、このスペーサーの上に接合されて固体撮像素子を封止するカバーガラスとからなり、そのサイズはベアチップ程度となるため、従来のセラミックパッケージ等を利用した固体撮像装置と比べ、大幅な小型化が可能となる。

上記ＷＬＣＳＰを利用した固体撮像装置は、例えば、次のような手順で製造される。まず、カバーガラスの基材となる透明基板の上に多数のスペーサーを形成する。次に、多数の固体撮像素子が形成された半導体ウエハと透明基板のスペーサーが形成された面とを接合し、各固体撮像素子をスペーサーと透明基板とで封止する。各固体撮像素子ごとに透明基板と半導体ウエハとをダイシングすることにより、多数の固体撮像装置が一括して製造される。

従来のセラミックパッケージタイプの固体撮像装置は、製造後にトレイ等に収納されて出荷されていた。また、ウエハをダイシングして形成された多数の半導体チップの場合には、ダイシング時にウエハを粘着保持していたダイシングテープと、このダイシングテープに粘着保持されてウエハを外側から保護するダイシングフレームとをカセット内に重ねて収納し出荷していた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２５７３３４号公報特開２００２−１４５３８０号公報

ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置を出荷する際に、従来のセラミックパッケージタイプの固体撮像装置と同様にトレイ等に収納することが考えられる。しかし、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置は、８インチサイズのウエハをダイシングすることによって、約２０００個程度が一括して形成されるため、トレイ等に移載するのは作業効率が悪いという問題がった。また、半導体チップの出荷時のように、ダイシングテープとダイシングフレームとでダイシングされた多数個の固体撮像装置を保持して出荷することも考えられるが、特許文献２記載の梱包構造ではカバーガラスの保護が不十分であり、出荷中に汚れや傷がついて不良品となる可能性がある。

本発明は、上記各問題点を解決するためのもので、多数個の固体撮像装置の出荷時の梱包を効率よく行ない、かつ固体撮像装置に傷や汚れが生じるのを効果的に防止することを目的とする。

本発明の請求項１記載の固体撮像装置の梱包構造は、多数の固体撮像素子が形成された半導体ウエハと透明基板とを接合して各固体撮像素子を封止し、接合された半導体ウエハと透明基板とを各固体撮像素子ごとに裁断することにより一括して多数個が形成される固体撮像装置の梱包構造であって、多数個の固体撮像装置の下面に粘着する粘着層を有し、裁断時の配置を維持して各固体撮像装置を保持するベースシートと、このベースシートの上に接合され、貫通して形成された開口内に多数個の固体撮像装置を収納するフレームと、開口を塞ぐようにフレームの上に被せられ、少なくとも端縁に設けられた粘着層がフレームの上面に貼着されるカバーシートとから構成した。

また、請求項２記載の固体撮像装置の梱包構造は、フレームの厚み寸法を固体撮像装置の高さ寸法以下にした。更に、請求項３記載の梱包構造は、カバーシートのフレームに貼着される面の全域に粘着層を設け、多数の固体撮像装置にも粘着するようにした。また、請求項４記載の梱包構造は、カバーシートの粘着層の粘着力をベースシートの粘着層の粘着力よりも弱くした。

請求項５記載の固体撮像装置の梱包構造は、ベースシート及びフレームとして、ダイシング時に使用される透明基板及び半導体ウエハとの保持に使用されるダイシングテープとダイシングフレームとを使用した。

本発明の固体撮像装置の梱包構造によれば、ベースシートに粘着された多数個の固体撮像装置の周囲をフレームで保護し、このフレームの開口の上をカバーシートで塞いだので、出荷中に多数個の固体撮像装置に汚れや塵芥が付着するのを防止することができる。また、多数個の固体撮像装置のハンドリングは、フレームを保持して行なうことができるので取り扱い性が大幅に向上する。

更に、フレームの厚み寸法を、固体撮像装置の高さ寸法以下にしたので、カバーシートを固体撮像装置の上面に密着させることができる。これにより、多数個の固体撮像装置は、ベースシートとカバーシートとで挟み込まれるようにして保持されるため、出荷中の振動や衝撃等によって、梱包構造内で固体撮像装置が移動するようなことはない。また、カバーシートに、固体撮像装置に粘着する粘着層を設けたので、梱包構造内での各固体撮像装置の保持をより確実にすることができる。更に、カバーシートの粘着層の粘着力をベースシートの粘着層の粘着力よりも弱くしたので、梱包構造からカバーシートを剥がすときにカバーシートに固体撮像装置が付着してくることはない。

また、ベースシート及びフレームとして、ダイシングテープとダイシングフレームとを使用したので、ダイシング後に多数の固体撮像装置をダイシングテープ上から移載する必要がなく、梱包作業の効率向上に資することができる。

図１は、折り畳み式の携帯電話機の開いた状態を示す外観斜視図である。携帯電話機２は、受話器ユニット３と送話器ユニット４とからなり、これらの間はヒンジ部５によって折り畳み自在に連結されている。携帯電話機２の受話器ユニット３には、受話音声が拡声出力される受話音声出力部６と、各種情報が表示される表示部７と、撮影を行なう撮像部８と、伸縮式のアンテナ９とが設けられている。送話器ユニット４には、携帯電話機２を操作する第１〜第ｎ操作ボタン１０と、送話音声を入力する送話音声入力部１１とが設けられている。

図２は、携帯電話機２の撮像部８の構成を示す要部断面図である。携帯電話機２の外装カバー１４には、撮像用の開口１５が形成されている。この開口１５は透明なプラスチック等で形成された保護プレート１６によって塞がれている。開口１５に対面する位置には、携帯電話機２のフレーム１７に複数本のネジ１８で固定されたカメラモジュール１９が配置されている。図３に示すように、このカメラモジュール１９は、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置２０と、光学ユニット２１と、実装基板２２とから構成されている。

図４及び図５は、本発明を実施した固体撮像装置２０の構成を示す外観斜視図及び断面図である。固体撮像装置２０は、上面に固体撮像素子２５が形成された矩形状の半導体基板２６と、固体撮像素子２５を取り囲むように半導体基板２６上に取り付けられた枠形状のスペーサー２７と、このスペーサー２７の上に取り付けられて固体撮像素子２５を封止するカバーガラス２８とからなる。

半導体基板２６は、シリコン製の半導体ウエハが矩形状に分割されたもので、上面中心部には固体撮像素子２５が形成されている。固体撮像素子２５は、例えば、マトリクス状に配列された多数個の受光素子と、これらの受光素子に蓄積された電荷を搬送する電荷結合素子（ＣＣＤ）とからなる。各受光素子の上には、ＲＧＢのカラーフイルタやマイクロレンズが積層されている。なお、ＣＣＤイメージセンサに代えて、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ等を用いてもよい。

スペーサー２７は、中央に開口３１が形成されたロ字形状であり、固体撮像素子２５の外周を囲むように半導体基板２６の上面に接合されている。スペーサー２７は、例えば、シリコン等の無機材料で形成されている。このスペーサー２７によって、固体撮像素子２５とカバーガラス２８との間に空隙が形成され、固体撮像素子２５のマイクロレンズがカバーガラス２８と干渉するのを防いでいる。

カバーガラス２８は、スペーサー２７の開口３１を塞ぐように該スペーサー２７の上面に接合されている。カバーガラス２８には、固体撮像素子２５の受光素子がα線によって破壊されるのを防止するために、α線の放出が少ない低α線ガラスが用いられている。

半導体基板２６の上面でスペーサー２７の外側には、複数個の外部接続端子３４が設けられている。これらの外部接続端子３４は、半導体基板２６の表面に形成された配線によって固体撮像素子２５と接続されており、実装基板との間でワイヤーボンディングによる配線を行なう際にも使用される。

光学ユニット２１は、レンズホルダ３７と、このレンズホルダ３７に組み込まれた撮像レンズ３８とからなる。レンズホルダ３７は例えばプラスチックからなり、撮像レンズ３８が組み込まれる円筒形状の鏡筒部３７ａと、この鏡筒部３７ａの下端に連なる矩形形状の凹部３７ｂとが一体に形成されている。凹部３７ｂは、固体撮像装置２０のカバーガラス２８に嵌合され、接着剤によってカバーガラス２８上に固着される。

実装基板２２は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板等を用いたリジッド基板である。実装基板２２の上面には固体撮像装置２０が接着剤によって取り付けられる取付スペース４１が設けられている。実装基板２２に取り付けられた固体撮像装置２０は、ボンディングワイヤー４３によって実装基板２２の接続端子４２と電気的に接続される。実装基板２２の裏面には、固体撮像装置２０を駆動制御するＩＣ４４と、撮像して得た画像データを記憶するメモリ４５とが実装されている。ＩＣ４４は、例えば、Ｈドライバ（Ｖドライバ），ＣＤＳ，ＡＧＣ，ＡＤＣ等が１チップ内に組み込まれたアナログ・フロント・エンド回路として機能する。

次に、固体撮像装置２０の製造工程について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。第１の工程では、図７（Ｃ）に示すように、カバーガラス２８の基材であるガラス基板４８の下面に多数のスペーサー２７が形成される。このスペーサー２７の形成は、例えば次のような手順によって行なわれる。

まず、図７（Ａ）に示すように、ガラス基板４８の下面にシリコン製のスペーサー用ウエハ４９が接着剤５０によって接合される。この接合は、間に空気が入らないように真空環境下で行なわれる。次に、同図（Ｂ）に示すように、スペーサー用ウエハ４９の上に、フォトリソグラフィーによってスペーサー２７の形状のレジストマスク５１が形成される。そして、このレジストマスク５１で覆われていない部分がプラズマエッチングによって除去されることにより、同図（Ｃ）に示すように、ガラス基板４８上に多数のスペーサー２７が形成される。エッチング後のレジストマスク５１は、アッシングやウエット処理等によって除去される。

第２工程では、図７（Ｄ）及び図８に示すように、ガラス基板４８と、多数の固体撮像素子２５が形成された半導体ウエハ５５との接合が行なわれる。この接合は、固体撮像素子２５とスペーサー２７との位置調整を厳密に行なう必用があるため、アライメント貼付け装置が使用される。アライメント貼付け装置は、ガラス基板４８と半導体ウエハ５５の各オリフラ４８ａ，５５ａを基準にして、両者のＸＹ方向及び回転方向の位置調整を行なう。そして、スペーサー２７上に接着剤５６が塗布されたガラス基板４８と半導体ウエハ５５とを重ね合わせ、加圧することにより接合する。このガラス基板４８と半導体ウエハ５５との接合により、半導体ウエハ５５上の各固体撮像素子２５は、スペーサー２７とガラス基板４８とによって封止されるため、以後の工程で生じた塵芥により固体撮像素子２５が汚損されることはない。

第３工程では、ガラス基板４８と半導体ウエハ５５とが接合されてなる接合基板６０が、各固体撮像素子２５ごとにダイシングされる。図９（Ａ）に示すように、このダイシングの前には、ガラス基板４８の上面に保護テープ６１が貼付される。保護テープ６１は、ガラス基板４８を研削屑や研削液から保護し、傷や汚損が生じるのを防止する。

図９（Ｂ）、図１０（Ａ）及び図１１に示すように、保護テープ６１が貼付された接合基板６０は、この接合基板６０よりも大径で略リング形状とされたダイシングフレーム６４の開口６４ａ内に収納される。ダイシングフレーム６４の下面には、ダイシングフレーム６４と同サイズのダイシングテープ６５が接合されており、接合基板６０は、ダイシングフレーム６４の開口６４ａから露呈されたダイシングテープ６５の粘着層６５ａに粘着保持される。ダイシングフレーム６４には、例えば、金属製やプラスチック製等のものが使用され、その厚み寸法Ｔは、固体撮像装置２０の高さ寸法Ｈ以下とされている。そのため、ダイシング時にダイシングフレーム６４が邪魔になることはない。

接合基板６０を保持したダイシングフレーム６４は、ダイシング装置にセットされる。ダイシング装置は、接合基板６０に研削液をかけながらダイシングカッターでガラス基板４８を各固体撮像素子２５ごとに分割する。次に、図９（Ｃ）に示すように、研削液をかけながら半導体ウエハ５５を各固体撮像素子２５ごとに分割し、多数の固体撮像装置２０を一括して形成する。なお、このダイシング時には、ダイシングテープ６５がダイシングカッターによって切断されないように、切断深さが調整される。

多数の固体撮像装置２０は、ダイシング装置、または別途設けられた洗浄装置によって洗浄され、研削屑や研削液が洗い流される。また、保護テープ６１は、各固体撮像装置２０から剥離される。洗浄後の多数の固体撮像装置２０を保持したダイシングフレーム６４は、ダイシング装置または洗浄装置から取り出される。

第４工程では、多数の固体撮像装置２０をダイシングフレーム６４に保持した状態で、各固体撮像装置２０の機能検査や感度検査、ＣＣＤの傷検査などが施される。この検査で不良が発見された固体撮像装置２０は、ダイシングフレーム６４上から取り除かれる。

第５工程では、多数個の固体撮像装置２０を出荷するための梱包が行なわれる。この梱包に使用される梱包構造である梱包構造体６７は、図９（Ｄ）、図１０（Ｂ）、及び図１２に示すように、ダイシング処理時から固体撮像装置２０を保持しているダイシングフレーム６４及びダイシングテープ６５と、ダイシングフレーム６４の上面に開口６４ａを塞ぐように接合されるカバーシート６８とからなる。カバーシート６８は、ダイシングフレーム６４に接合される面の全域に粘着層６８ａが設けられているため、ダイシングフレーム６４だけでなく多数の固体撮像装置２０の上面にも貼り付けられる。

梱包構造体６７を構成する三部品のうち、二つの部品はダイシング時から使用されているため、この第５工程での梱包作業はカバーシート６８を接合するだけあり、短時間で完了する。なお、カバーシート６８の粘着層６８ａの粘着力Ｆ１と、ダイシングテープ６５の粘着層６５ａの粘着力Ｆ２との関係は、Ｆ１＜Ｆ２とされている。

梱包構造体６７では、ダイシングフレーム６４を保持することにより多数の固体撮像装置２０をハンドリングすることができるので、ハンドリング適正が向上する。また、多数個の固体撮像装置２０をダイシングテープ６５とカバーシート６８とで挟み込んでいるため、梱包構造体６７を傾けたり裏返しにしても、固体撮像装置２０が梱包構造体６７内で動いて破損するようなことはない。更に、多数個の固体撮像装置２０は梱包構造体６７によって封止されるため、異物の付着等も発生しない。

上記梱包構造体６７は、例えば、複数段の収納部を備えたカセットに複数個が収納されて出荷される。カセット内では、ダイシングフレーム６４が保持され、多数の固体撮像装置２０はカセットに接触しない。出荷中には、カセットに振動や衝撃等が与えられるが、多少の振動や衝撃はダイシングテープ６５とカバーシート６８との柔軟性によって吸収されるため、固体撮像装置２０が破損することはない。

出荷された梱包構造体６７は、例えばカメラモジュール１９の製造ラインに供給され、カセットから取り出されてピックアップ装置にセットされる。梱包構造体６７のカバーシート６８は、製造ラインのオペレーターが剥がしてもよいし、自動機を使用して剥がしてもよい。カバーシート６８の粘着層６８ａの粘着力Ｆ１は、ダイシングテープ６５の粘着層６５ａの粘着力Ｆ２よりも弱くされているため、カバーシート６８の剥離によって固体撮像装置２０がダイシングテープ６５から剥がれ、カバーシート６８に付着してくるようなことはない。

図１３に示すように、ピックアップ装置は、例えば、ダイシングテープ６５越しに固体撮像装置２０を上方に突き上げ、ダイシングテープ６５の屈曲によりダイシングテープ６５と固体撮像装置２０との粘着を部分的に剥がす突き上げニードル７１と、ダイシングテープ６５から部分的に剥がされた固体撮像装置２０をエアー吸引等によりピックアップする吸着コレット７２とを備えている。吸着コレット７２の吸着力は、ダイシングテープ６５の粘着層６５ａの粘着力Ｆ２よりも強く設定されているため、吸着した固体撮像装置２０を確実にピックアップすることができる。

突き上げニードル７１と吸着コレット７２とは、ともに垂直方向Ｚ及び水平方向ＸＹで移動自在とされており、ダイシングフレーム６４内の多数の固体撮像装置２０を選択的にピックアップできるように構成されている。固体撮像装置２０を吸着保持した吸着コレット７２は、垂直方向Ｚ及び水平方向ＸＹで移動して、実装基板２２上に固体撮像装置２０を供給する。

実装基板２２と、この上にダイボンドされた固体撮像装置２０の間は、ボンディングワイヤー４３によって配線される。次いで、固体撮像装置２０の上に光学ユニット２１が取り付けられてカメラモジュール１９が完成する。このカメラモジュール１９は、携帯電話機２等の製造ラインに供給されて、携帯電話機２に組み込まれる。

なお、上記実施形態では、梱包構造のフレーム及びベースシートとして、ダイシングフレーム６４とダイシングテープ６５とを用いたが、こららダイシングフレーム６４及びダイシングテープ６５とは別に、梱包専用のフレーム及びシートを使用してもよい。

撮影機能を備えた携帯電話機の構成を示す外観形状を示す斜視図である。形態電話機の撮像部近傍の構成を示す要部断面図である。カメラモジュールの構成を示す分解斜視図である。固体撮像装置の構成を示す外観斜視図である。固体撮像装置の構成を示す断面図である。固体撮像装置の製造工程を示すフローチャートである。スペーサー形成工程及びガラス基板と半導体ウエハとの接合工程を示す断面図である。ガラス基板と半導体ウエハとの外観形状を示す斜視図である。ダイシング工程及び梱包工程を示す断面図である。ダイシング時及び梱包時のダイシングフレームの状態を示す断面図である。ダイシングフレームに接合基板を収納する際の状態を示す外観斜視図である。ダイシングフレームにカバーシートを接合する際の状態を示す外観斜視図である。梱包構造体から固体撮像装置をピックアップする状態を示す要部断面図である。

符号の説明

２０固体撮像装置
２５固体撮像素子
２７スペーサー
４８ガラス基板
５５半導体ウエハ
６０接合基板
６４ダイシングテープ
６５ダイシングフレーム
６７梱包構造体
６８カバーシート

Claims

多数の固体撮像素子が形成された半導体ウエハと透明基板とを接合して各前記固体撮像素子を封止し、接合された前記半導体ウエハと前記透明基板とを各前記固体撮像素子ごとに裁断することにより一括して多数個が形成される固体撮像装置の梱包構造であって、
前記多数個の固体撮像装置の下面に粘着する粘着層を有し、裁断時の配置を維持して各前記固体撮像装置を保持するベースシートと、
前記ベースシートの上に接合され、貫通して形成された開口内に多数個の前記固体撮像装置を収納するフレームと、
前記開口を塞ぐように前記フレームの上に被せられ、少なくとも端縁に設けられた粘着層が前記フレームの上面に貼着されるカバーシートとからなることを特徴とする固体撮像装置の梱包構造。
前記フレームの厚み寸法を、前記固体撮像装置の高さ寸法以下にしたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の梱包構造。
前記カバーシートの前記粘着層は、前記フレームに貼着される面の全域に設けられており、多数個の前記固体撮像装置の上面にも粘着することを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置の梱包構造。
前記カバーシートの前記粘着層の粘着力を、前記ベースシートの前記粘着層の粘着力よりも弱くしたことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置の梱包構造。
前記ベースシート及び前記フレームは、接合された前記透明基板と前記半導体ウエハとを各前記固体撮像装置ごとに裁断する際に、前記透明基板または前記半導体ウエハを粘着保持するダイシングテープと、このダイシングテープ上に接合され、前記透明基板及び前記半導体ウエハを外周から保護するダイシングフレームであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の固体撮像装置の梱包構造。