JP2006269841A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子をパッケージと上蓋とで形成される中空部に密封する構造の固体撮像装置を小型化しながら、パッケージと上蓋との接着強度及び気密性を確保する。
【解決手段】 絶縁性の樹脂材料から成る凹型パッケージ２と、パッケージ２内からパッケージ２外に引き出された複数のリード３と、パッケージ２内の底面に固定され、パッケージ２内のリード３に電気的に接続された撮像素子１と、パッケージ２の開口端に接着された光透過性の上蓋５とを有した固体撮像装置において、パッケージ２の開口端および上蓋５の互いに接着される接着面を、パッケージ２の底面に対して傾斜した傾斜面１１，１２として形成する。同接着面をパッケージ２の底面に平行な面とする従来の一般的な構造と比較して、パッケージ２の外枠部６の厚みが同等であれば接着面積が拡大するので、装置を小型化しながら、接着強度及び気密性を確保することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明はＣＣＤ等の撮像素子を容器としてのパッケージに搭載して構成される固体撮像装置に関する。

ビデオカメラやスチルカメラ等に広く用いられている固体撮像装置は一般に、ＣＣＤ等の撮像素子を絶縁性材料からなるパッケージに搭載し、その受光領域を透光板で覆ってパッケージ収納体の形態として提供されている。装置の小型化のために、撮像素子はベアチップのままで使用されている。

図７に従来の固体撮像装置を示す。この固体撮像装置は、撮像素子１を、セラミックなどの絶縁性材料で形成された凹型のパッケージ２内の中央に搭載し、パッケージ２内からパッケージ２外に引き出されたリード３の内端部にＡｕ線などの金属細線４によりボンディングし、パッケージ２の開口端をガラス板などの光透過性の上蓋５で封止しており、撮像素子１をパッケージ２と上蓋５とで形成される中空部に密封して保護した構造である。

この固体撮像装置は、図示したように上蓋５を上向きにして回路基板上に搭載され、リード３により回路基板上の電極と接続される。図示しないが、上蓋５の上方には、撮像光学系が組み込まれた鏡筒が、撮像素子１の受光領域との相互の位置関係に所定の精度を持たせて装着される。撮像動作の際には、被撮像対象からの光が、鏡筒に組み込まれた撮像光学系を通して撮像素子１の受光領域に集光され、光電変換される。

このように撮像素子１がパッケージ２内にベアチップの状態で設置される固体撮像装置では、上蓋５で封止されるパッケージ２内を気密状態にすることが重要であり、パッケージ２と上蓋５との接着部分に高い接着強度及び気密性が求められる。そのために、パッケージ２の外枠部６の上端に上蓋５を受ける段差部７を設けることにより、上蓋５の下面のみならず外周面も段差部７に対向させて、接着面積を増大させ、接着強度及び気密性の向上を図っている（たとえば特許文献１）。
実開昭６２−９４６５０公報

近年、固体撮像装置はその用途が益々拡大してきており、あらゆる機器への組込みが行われつつある。固体撮像装置には、組込まれる機器に応じた外形サイズが要求されるが、機器の小型化が進む中、総じて一層の小型化が要求されている。その一方で撮像素子の有効画素数は一層の拡大が要求されており、その外形サイズは、プロセスルールの縮小によって内部配線が縮小されつつあるものの、画素数の増加と相殺されて、従来と同等もしくは拡大する傾向にある。

固体撮像装置の小型化と撮像素子の有効画素数の増大という相反する要求を満たすためには、パッケージ２において撮像素子１の収納スペースに関わる外枠部６の厚みを小さくすることが考えられ、それにより撮像素子１の外形サイズの影響を低減して装置の外形寸法を維持すること、あるいは外形寸法を小さくすることが可能となる。

しかし外枠部６の厚みを小さくすると、上蓋５との接着面積が小さくなり、接着強度が低下してしまう。このことが、固体撮像装置の使用環境で外枠部６と上蓋５との接着部分にクラックを生じ、パッケージ２内へ湿気等が入り込み、撮像素子１の特性が悪化し、動作不良を引き起こす、といった信頼性低下の原因となる。

外枠部６に段差部７を設ける従来構造では、接着面積を増大できるものの、外枠部６の厚みがある程度小さくなると、金型による成型精度の限界から所望の寸法精度が得られなくなり、さらには外枠部６自体の強度低下、クラック発生を来たすことになり、信頼性低下を招いてしまう。

本発明は上記問題を解決するもので、撮像素子をパッケージと上蓋とで形成される中空部に密封する構造の固体撮像装置を小型化しながら、パッケージと上蓋との接着強度及び気密性を確保することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、絶縁性の樹脂材料から成る凹型パッケージと、前記パッケージ内からパッケージ外に引き出された複数の配線と、前記パッケージ内の底面に固定されパッケージ内の前記配線に電気的に接続された撮像素子と、前記パッケージの開口端に接着された光透過性の上蓋とを有した固体撮像装置において、前記パッケージの開口端および上蓋の互いに接着される接着面を、前記パッケージの底面に対して傾斜した傾斜面として形成したもので、これにより、パッケージと上蓋の接着面をパッケージ底面に平行な面とする従来の一般的な構造と比較して、パッケージの厚みが同等であれば接着面積が拡大するので、装置を小型化しながら、接着強度及び気密性を確保することが可能になる。

パッケージの開口端の内周部のみに傾斜面を形成し、この傾斜面に対応する傾斜面を上蓋に形成してもよい。
パッケージおよび上蓋の傾斜面がパッケージの底面に対して傾斜した傾斜角が６０度以下であるのが好ましい。６０度を超えると接着剤の塗布時に粘度にもよるが接着剤の流れ（垂れ）が発生し、上蓋を設置するまでも塗布時の形状を保持できないからである。

パッケージの開口端に接着される際の上蓋の下面に当接して前記上蓋を所定の姿勢に規正する支持部をパッケージ内に形成するのが好ましい。これにより、パッケージの成型精度に起因する傾斜面の寸法変動や接着剤の塗布量の変動などがあっても、パッケージの底面に対する上蓋の姿勢、つまり上蓋の平面度を維持可能である。

支持部を、パッケージ内の配線間とコーナー部との少なくとも一方に配置するのが好ましい。これは、パッケージ内の空きスペースに支持部を配置するものであり、パッケージの外形寸法が拡大するのを回避できる。

本発明の固体撮像装置は、パッケージと上蓋の接着面をパッケージ底面に対して傾斜した傾斜面としたことにより、撮像素子の大型化と固体撮像装置の小型化を両立するうえでの課題であるパッケージと上蓋との接着強度及び接着信頼性、それによる気密性を、パッケージ底面に対する上蓋の平面精度を損なうことなく確保できる。また、接着面形状の他は従来構造と同様なので、製造工法・設備の変更を要さず、コスト上昇を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の断面図である。この固体撮像装置において、先に図７を用いて説明した従来のものと同様の作用を有する部材には図７と同じ符号を付す。

固体撮像装置は、絶縁性の樹脂材料から成る凹型パッケージ２と、パッケージ２内の周縁部からパッケージ２外に引き出された複数のリード３と、パッケージ２内の底面に固定され、パッケージ２内のリード３にＡｕ線などの金属細線４で電気的に接続された撮像素子１と、パッケージ２の開口端を封止したガラス板などの光透過性の上蓋５とを有していて、撮像素子１をパッケージ２と上蓋５とで形成される中空部に密封した構造である。

パッケージ２は、四角枠状の外枠部６が基台８の周縁部分に立ち上がった形状に成型されている。パッケージ２の内底面は外底面に対して高度な成型精度で形成されており、この内底面に撮像素子１が導電性エポキシ樹脂等の接着剤９で接着固定されている。
リード３は、撮像素子１と外部機器との電気信号の交換を行なうためのもので、金属性配線材からなり、内端部がパッケージ２の内底面と面一をなすようにパッケージ２に一体に組み込まれている。上蓋５はパッケージ２の外枠部６の上端に、紫外線硬化性（熱・紫外線硬化性、熱硬化性でもよい）の接着剤１０で接着固定されている。

この固体撮像装置が従来のものと相違するのは、パッケージ２の開口端および上蓋５の互いに接着される接着面がそれぞれ、パッケージの内外の底面（以下単に底面という）に対して傾斜した傾斜面１１，１２として形成されている点である。またパッケージ２内に、パッケージ２の開口端に接着される際の上蓋５の下面に当接して当該上蓋５を所定の姿勢に規正する支持部たるリブ１３が形成されている点である。

詳細には、パッケージ２の外枠部６の上端面が、内側へ下向きに傾斜した傾斜面１１として形成されている。上蓋５は、外周面の全面がパッケージ２の傾斜面１１に平行に対向するように、傾斜面１１と同一寸法かつ同一傾斜角で内側へ下向きに傾斜した傾斜面１２として形成されている。リブ１３は、パッケージ２の成型時に一体に形成されたもので、外枠部６の内面に沿って基台８から傾斜面７の下端まで配置されている。リブ１３の形状は、外枠部６の内面からパッケージ中央側へ向かうにしたがって次第に幅狭くなる凸形であり、その上端面はパッケージ２の底面に対して高度な成型精度で形成されている。

以上の固体撮像装置では、パッケージ２と上蓋５の接着面をパッケージ底面に対して傾斜した傾斜面１１，１２としたことにより、同接着面をパッケージ底面に平行な面とする従来の一般的な構造と比較して、パッケージ２の外枠部６の厚み寸法が同等であれば接着面積が拡大し、たとえば傾斜角αが４５度であれば接着面積は約１．４倍となり、外枠部６の厚み寸法を低減する場合も同等の接着面積を確保可能である。よって、装置を小型化しながら、高い接着強度、温度サイクルや経年変化に対しても高い気密信頼性が得ることが可能である。その結果、撮像素子の受光面の水分、ダスト等による特性の悪化を抑制できる。

上蓋５を取り付ける際には、樹脂パッケージ２の傾斜面１１に接着剤１０を精密に適量塗布した上で、上蓋５を設置する。このとき、傾斜面１１がパッケージ２の中央部に向かって内側へ下向きに傾斜していることにより、接着剤１０の広がりが外側へ向かうことは抑制され、パッケージ２の外形寸法及び精度への影響を皆無にできる。また上蓋５は傾斜面１１により案内されてパッケージ２の中央部に容易に位置決めされる。

なおこのとき、傾斜角αが６０度を超えると、接着剤１０の塗布時に粘度にもよるが接着剤１０の流れ（垂れ）が発生し、上蓋５を設置するまでも塗布時の形状を保持できないので、６０度以下とすることが望ましい。３０度程度を下回ると、従来技術（傾斜角０度）に比べて接着面積の増大効果が低くなり、形状による位置決め効果も作用しなくなってしまう。

また樹脂パッケージ２の傾斜面１１および上蓋５の傾斜面１２のそれぞれの加工精度の変動や、接着剤１０の塗布量のバラツキおよび塗布ムラの影響を受けて、図２に示すように樹脂パッケージ２の底面に対する上蓋５の平面精度が安定しないこと、つまり樹脂パッケージ２の底面に対して上蓋５の下面が平行にならないことが懸念されるが、本発明では図１に示し上述したように、パッケージ２の底面に対して高度な成型精度でリブ１３を形成し、その上端面に上蓋５を接着剤１０を介さずに接触して支持するので、上記事態を回避することができ、上蓋５も高い平面精度が容易に得られる。

このように上蓋５の支持部分と接着部分とを別構造としたことにより、上蓋５に高い平面精度を確保しながら、接着剤１０の厚みも確保することが可能であり、応力や熱膨張に対する接着信頼性も高く維持できる。

なお上蓋５の下面をパッケージ２内より支持するリブ１３は、パッケージ１の外形を拡大せず、かつ内部に搭載される撮像素子１の外形サイズへの干渉を避けることが好ましいので、図３（ａ）（ｂ）に示すように、リード３（インナーリード）を配置した余剰スペース、つまりリード３どうしの間に配置する。リブ１３の位置は、たとえば外枠部６の４つのコーナー部の近傍とする。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、撮像素子１の四辺全ての端子をリード３に接続させるべく、撮像素子１の各辺に対向するように四方にリード３を配列する場合は、その余剰スペース、つまり外枠部６の４つのコーナー部に、上蓋５の下面を支持する段部１４を設ける。

図５は本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の断面図である。
この固体撮像装置が第１の実施形態の固体撮像装置と相違するのは、パッケージ２の外枠部６の上端の内周部分にのみ傾斜面１１ａが形成され、この傾斜面１１ａに対応する傾斜面１２ａを外周部分に持った、外枠部６よりも一回り小さい上蓋５が接着剤１０で接着固定されている点である。

ここでは、上蓋５の傾斜面１２ａは板厚の半分程度のみとされ、残りの外周面は板厚方向に沿うものとされている。パッケージ２の傾斜面１１ａは上蓋５の傾斜面１２ａに対応する傾斜角および寸法とされ、残りの上端面は外枠部６の板厚方向に沿うものとされている。

この構成によれば、パッケージ２の傾斜面１１ａに接着剤１０を精密に適量塗布しておくと、上蓋５の接着・固定の際の加圧によって広がって、上蓋５の板厚方向に沿った外周面および外枠部６の板厚方向に沿った上端面にも付着し、これら外部露出面上の接着剤１０厚さが増すことになり、より高い接着強度と接着信頼性が得られる。

図６は図１に示した固体撮像装置の製造工程で複数の上蓋５を一括して取り付ける状態を示す。図６（ａ）（ｂ）に示すように、複数の樹脂パッケージ２を所定の位置に保持し、それぞれの傾斜面１１に接着剤１０を塗布しておき、複数の上蓋５を吸着搬送部１５により搬送して一括して接着する。その際に、上蓋５は、上述したようにパッケージ２の傾斜面１１およびリブ１３によりパッケージ２の中央部に容易に位置決めされ、平面精度も確保されるので、製造装置に通常は必要な高精度な位置決め機構は不要であり、樹脂パッケージ２を最小ピッチで配列しておいて上蓋５の取り付けを実施できることになり、生産性を大幅に向上できる。

なお、パッケージ２および上蓋５の傾斜面１１，１２については、従来の製造工程でも、上蓋５の取り扱い時にその周辺部に微小クラックが発生するのを防止するために形成されている。したがって、その寸法を適宜に変更するだけでよいので、新たな工程や工法の追加は不要であり、生産コストの上昇は発生しない。

本発明の固体撮像装置は、その外形の小型化と撮像素子の有効画素数の増大との両立を図ることができ、ビデオカメラやスチルカメラ等に広く利用可能である。

本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の断面図 図１の固体撮像装置の製造工程で懸念される上蓋の傾きを説明する断面図 図１の固体撮像装置の上蓋支持構造を示す上面図および一部拡大斜視図 図１の固体撮像装置の他の上蓋支持構造を示す上面図および一部拡大斜視図 本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の断面図 図１の固体撮像装置の製造工程を示す断面図 従来の固体撮像装置の断面図

符号の説明

１ 撮像素子
２ パッケージ
３ リード
５ 上蓋
10 接着剤
11 傾斜面
12 傾斜面
13 リブ
14 段部

Claims (5)

1. 絶縁性の樹脂材料から成る凹型パッケージと、前記パッケージ内からパッケージ外に引き出された複数の配線と、前記パッケージ内の底面に固定されパッケージ内の前記配線に電気的に接続された撮像素子と、前記パッケージの開口端に接着された光透過性の上蓋とを有した固体撮像装置において、
   前記パッケージの開口端および上蓋の互いに接着される接着面を、前記パッケージの底面に対して傾斜した傾斜面として形成した固体撮像装置。
2. パッケージの開口端の内周部のみに傾斜面を形成し、この傾斜面に対応する傾斜面を上蓋に形成した請求項１記載の固体撮像装置。
3. パッケージおよび上蓋の傾斜面がパッケージの底面に対して傾斜した傾斜角が６０度以下である請求項１記載の固体撮像装置。
4. パッケージの開口端に接着される際の上蓋の下面に当接して前記上蓋を所定の姿勢に規正する支持部をパッケージ内に形成した請求項１記載の固体撮像装置。
5. 支持部を、パッケージ内の配線間とコーナー部との少なくとも一方に配置した請求項４記載の固体撮像装置。

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