JP2007027452A - 固体撮像素子モジュール及び固体撮像素子モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤ撮像素子をパッケージに固定するときに用いる封止剤が、ＣＣＤ撮像素子の受光部に流れ出すため、受光部と封止剤との間に一定の間隔を設ける必要があり、受光部を大きくする妨げとなっていた。
【解決手段】パッケージ２の開口部周辺に支持部１２を設けることで、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の間に封止剤９を注入しても、封止剤９の注入部位と受光部３が物理的に隔離されているため、封止剤９がＣＣＤ撮像素子１の受光部３に流れ出すことを防ぎ、受光部３の受光面積を十分に確保できるＣＣＤ撮像素子モジュールを実現。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話等の携帯機器に搭載されるカメラの固体撮像素子モジュール及び固体撮像素子モジュールの製造方法に関するものである。

固体撮像素子はビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられる半導体素子であり、撮影対象物から発した光を撮像レンズなどの光学系によって撮像素子の受光面に結像させ、その像の光による明暗を電荷の量に光電変換するセンサ部と、センサ部から出力される電気信号を処理する回路部とを１つの基板に設けたＩＣである。代表的な固体撮像素子として、電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いたＣＣＤ撮像素子、相補型金属酸化膜（ＣＭＯＳ）を用いたＣＭＯＳ撮像素子がある。

ここでは固体撮像素子の中でもＣＣＤ撮像素子に関して説明する。図９はＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付ける様子を示すＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の斜視図であり、図１０はＣＣＤ撮像素子１を取り付ける方法を示すＣＣＤ撮像素子モジュールの斜視図であり、図１１は図１０のＩ_b-Ｉ_b断面図である。

ＣＣＤ撮像素子１の一般的形状は４角形の平板状であり、一方の面（主面）の中央部に光を感知する受光部３を有し、外周部には外部の回路に接続するための端子である複数のバンプ４が金のボールなどで形成されている。パッケージ２は一方の面にＣＣＤ撮像素子１の外形より大きい凹部５を有するとともに、中央部にはＣＣＤ撮像素子１の外形より小さく受光部３より大きい開口部６が設けられている。ＣＣＤ撮像素子１は受光部３を開口部６に向けてパッケージ２の凹部５に入り込むようにして取り付けられる。

凹部５にはＣＣＤ撮像素子１の複数のバンプ４のそれぞれに対応する位置に銅箔等による回路パターン７が形成されている。回路パターン７はパッケージ２の外周部に設けた外部端子８につながっている。

ＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付けるときは、回路パターン７の接続部である電極部１３に導電性接着剤１４を塗布し、電極部１３とＣＣＤ撮像素子１のバンプ４とを接着する。これにより、電極部１３とバンプ４との間の導通を確実にすることが可能となる。

しかしながら導電性接着剤１４の接着強度はあまり大きくないので、振動等によりＣＣＤ撮像素子１がパッケージ２から脱落する恐れがある。

また、ＣＣＤ撮像素子モジュールの組み立て工程において、開口部内に埃等が侵入すると、受光部３の感度が悪くなり、ＣＣＤ撮像素子１の本来期待されるスペックが実現できないので、パッケージ２の開口部６は、密封される必要がある。そこで、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の間に紫外線熱硬化性樹脂の封止剤９を注入することで、両者を強固に接着するとともに、開口部６を完全に外部から密封している。

封止剤９は液状であり、当技術分野でよく知られた、液状物を一定量供給するためのディスペンサノズル１０を用いてＣＣＤ撮像素子１の外周とパッケージ２の凹部５との隙間１１に封止剤９を注入する。ディスペンサノズル１０から封止剤９を吐出しつつ、図示を省略した移動装置により、ディスペンサノズル１０をＣＣＤ撮像素子１の周囲を１周させ、ＣＣＤ撮像素子１の全周とパッケージ２との隙間１１を埋めるように封止剤９を注入し、注入した封止剤９に紫外線を照射し、硬化させることにより、ＣＣＤ撮像素子１はパッケージ２に強固に固定されている。
特開２００２−１８４９６３号公報

上記従来の技術では、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２を固定する際に粘度の高い封止剤９を用いると、ＣＣＤ撮像素子１の外周とパッケージ２の凹部５との隙間１１に浸透するのが遅くなり、封止剤注入工程においてタクトがかかってしまい好ましくない。したがって、ある程度の流動性を持った粘度（３．５Ｐａ・ｓ）を有する封止剤９を利用していた。しかしながら、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の間に封止剤９を注入する際、封止剤９が受光部３に流れ出すことがあった。受光部３に封止剤９が付着すると、受光部３に入射する光がさえぎられるためＣＣＤ撮像素子１は正常に動作しなくなってしまう。このため、受光部３に封止剤９が流れ出さないように、受光部３と封止剤９との間には一定の間隔を設ける必要があった。このことから、受光部３の大きさが制限されるため、受光部３の受光面積を十分に確保することができなかった。

そこで本発明は、封止剤のはみ出しを防止する支持部を設け、固体撮像素子の受光部を大きくすることで、従来にくらべ、高輝度な固体撮像素子モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、受光部が設けられた固体撮像素子と、第一の孔と前記第一の孔の一部の底面にさらに形成された第二の孔と前記第一の孔の他の底面に設けられた支持部とを有するパッケージと、前記受光部より前記固体撮像素子の側面側で前記固体撮像素子と前記パッケージとを固定するシール部とを備え、前記支持部が、前記シール部より前記固体撮像素子の中央部側で前記受光部より前記固体撮像素子の側面側に配置され、前記受光部の受光面積が、前記第二の孔の開口部の面積の７８％〜１００％であることを特徴とする固体撮像素子モジュールである。

また、請求項２記載の発明は、支持部が、光を透過する部材であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子モジュールである。

また、請求項３記載の発明は、支持部が、パッケージと一体形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子モジュールである。

また、請求項４記載の発明は、支持部のシール部が設けられている側の一方の面に撥水膜を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の固体撮像素子モジュールである。

また、請求項５記載の発明は、第一の孔と前記第一の孔の一部の底面にさらに形成された第二の孔とを有するパッケージの前記第一の孔の他の底面に支持部を設け、受光部が設けられた固体撮像素子と前記パッケージとを固定するとともに前記受光部を前記支持部より前記パッケージの中央部側に配置し、前記固体撮像素子と前記支持部と前記支持部より前記パッケージの側面側の前記第一の孔の他の底面との間に樹脂を塗布し、前記樹脂を硬化させることを特徴とする固体撮像素子モジュールの製造方法である。

以上のように、本発明は、固体撮像素子とパッケージを接着するに際し、パッケージに支持部を設けることで、受光部を大きくできるため、従来にくらべ、高輝度な固体撮像素子モジュールを提供することができる。

以下に本発明を図１から図８を参照して最も好適な実施例について説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のＣＣＤ撮像素子１を取り付けたパッケージ２の斜視図、図２は図１のＩ_b-Ｉ_b断面図、図３は、本発明の実施の形態１のＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付ける様子を示す（ａ）ＣＣＤ撮像素子１と（ｂ）パッケージ２の斜視図、図４は、本発明の実施の形態１のパッケージ２の平面図である。

まず、本願の実施の形態１に係る固体撮像素子モジュールの製造方法を以下に説明する。図１〜図４において、従来技術の説明に用いた図９、図１０、図１１に示す要素と同じ要素には同じ符号を付している。さらに図２、図３、図４のように支持部１２が、受光部３とバンプ４の間に位置するようパッケージ２に設けている。なお、後述のように、支持部１２は、ＣＣＤ撮像素子１に設けてもよい。ＣＣＤ撮像素子１は受光部３を開口部６に向けてパッケージ２の凹部５に入り込むようにして取り付けられる。凹部５には、ＣＣＤ撮像素子１の複数のバンプ４のそれぞれに対応する位置に、銅箔等により作った回路パターン７が設けられている。

ＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付けるときは、回路パターン７の端部の電極部（電気接続をする部分）２２に導電性接着剤１４を塗布し、ＣＣＤ撮像素子１の各バンプ４がそれぞれ対応する回路パターン７の電極部１３に接するように位置決めして取り付けする。導電性接着剤の例としては、タムラ化研株式会社製の導電性接着剤ＳＵＰＥＲ ＡＲＺＥＲＩＴＥ ＴＣＡＰ−３０００等がある。これによりＣＣＤ撮像素子１はパッケージ２に仮付けされる。

次に、ＣＣＤ撮像素子１が取り付けられたパッケージ２の凹部５とＣＣＤ撮像素子１とからなる隙間１１に、ディスペンサノズル１０を用いて封止剤９を注入する。ディスペンサノズル１０は、図示を省略したＸ‐Ｙ移動装置によってＣＣＤ撮像素子１の外周部に沿って移動するようになされている。封止剤９はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂やＵＶ熱硬化性樹脂等の光硬化樹脂がある。本実施の形態１では、後者のＵＶ熱硬化性樹脂の封止剤９を用いて説明する。ＵＶ熱硬化性樹脂の例としては、ナミックス株式会社製のＵＶ熱硬化型アンダーフィル剤、製品番号ＸＶ６８４１−１０７のものがある。この樹脂の２５℃での粘度は３．５Ｐａ・ｓである。なお、封止剤９は上記のものに限定されるわけではなく、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の接着強度を高めるものであればよい。

このＵＶ熱硬化性樹脂は、波長が約３６５ｎｍ、照度が１００ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を照射すると十数秒で表面が硬化する。図２において、パッケージ２下方には波長が約２５０から４３０ｎｍの範囲の紫外線を放射する光源（以下、ＵＶ光源１５という）が設けられている。なおＵＶ光源１５はパッケージ２上方に設け、紫外線を照射してもよい。このようなＵＶ光源１５の具体例としては高圧水銀ランプがある。

ＵＶ光源１５からの紫外線は、開口部６を通ってＣＣＤ撮像素子１の受光部３を有する主面に照射される。主面における紫外線の照度は１００ｍＷ／ｃｍ²程度であり、照射時間は約１５秒である。ディスペンサノズル１０により封止剤９を隙間１１に注入すると、余剰の封止剤９がＣＣＤ撮像素子１の各バンプの隙間１１を通って受光部３の周囲に流れ出す。流れ出た封止剤９は支持部１２により塞き止められ、ＵＶ光源１５の紫外線を受けて表面が急速に硬化し流動性を失う。従って封止剤９が受光部３にまで流入するのを防止することができる。これにより受光部３に封止剤９が付着することがなく、受光部３に入射する光をさえぎらないため信頼性の高いＣＣＤ撮像素子モジュールを実現できる。

ここで、支持部１２は封止剤９の受光部３への流出を防止可能な大きさであれば十分で、本実施例で用いる封止剤９の場合（ＵＶ熱硬化型アンダーフィル剤、製品番号ＸＶ６８４１−１０７、２５℃での粘度は３．５Ｐａ・ｓ）、ＣＣＤ撮像素子１の主面とパッケージ２の凹部底面の大きさの２分の１程度でよい。なお、支持部１２の大きさは、樹脂の粘度に依存するため、支持部１２の大きさは、前記の大きさに限定されることはない。封止剤９と接する支持部１２の電極部１３が存在する面側に撥水膜１６を形成することでも、ある程度は封止剤９の流出を防止できる。また、封止剤９は隙間１１を完全に封止する必要はなく、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の接続強度が高まる程度に注入すれば十分である。さらに、完全に封止剤９が受光部３に流れ出すことを防止できるため、従来の受光部３と封止剤９との間に一定の間隔を設ける必要がなくなる。したがって図２の受光部３の大きさＬ₂は、図１１の受光部の大きさＬ₁と比べて受光部３を大きくすることが可能となる。

図３に示すように受光部３のｘ軸方向の長さをｘ₁、ｙ軸方向の長さをｙ₁、開口部６のｘ軸方向の長さをｘ₂、ｙ軸方向の長さをｙ₂とする。従来のＣＣＤ撮像素子モジュールのサイズは、各ＣＣＤ撮像素子モジュールの種類によって異なるが、例えばｘ₁＝３．６２６ｍｍ、ｙ₁＝２．７３３ｍｍ、ｘ₂＝４．０２６ｍｍ、ｙ₂＝３．１３３ｍｍとする。受光部３、開口部６の面積は、それぞれ９．９１０ｍｍ²、１２．６１３ｍｍ²になり、開口部６に対する受光部３の受光面積は、約７８％となる。しかしながら支持部１２を設けることで、受光部３の大きさをｘ₁＝ｘ₂、ｙ₁＝ｙ₂とすることが可能となる。このようにして受光部３の受光面積を十分に確保することができる。この結果、写真の色合や感度幅が向上する。なお、受光部３の一画素あたりの面積を保ったまま、画素数を増やすことで、解像度を上げることも可能となる。

近年の技術トレンドとして、携帯機器に等に使用されるカメラモジュールは、より一層の小型化が要求されている。ここでパッケージ２のサイズはＣＣＤ撮像素子１が求められるスペックによって決定される。したがって同一の感度を保ちつつも、パッケージ２の小型化を実現することも可能である。

図５はＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付けるための装置の具体例を示す平面図である。トレイ１７に置かれたパッケージ２に対して、各々のＣＣＤ撮像素子１がフェイスダウンで実装される。次にＣＣＤ撮像素子１とパッケージ２の間に封止剤９を、ＵＶ光源１５から紫外線を照射しながら塗布する。

この生産工程において、従来は、トレイ１７の列毎の最終のＣＣＤ撮像素子１に対して、照射時間を確保するために、次のトレイ１７には移動できず生産性が上がらなかった。これは、封止剤９を塗布後、トレイ１７を移動させる際に、十分に硬化していない封止剤９が、その振動によりＣＣＤ撮像素子１の受光部３への流れ込むことを防ぐのに起因していた。しかし、本実施の形態１では、封止剤９の流れ込みを防止する支持部１２をパッケージ２に設けたため、十分な照射時間を確保しなくても、次のトレイ１７への移動が可能となり、高い生産性を実現できる。

支持部１２の材質は光透過性の部材にするとさらによい。例えば光透過性樹脂がある。生産工程において、ＵＶ照射時に紫外線が支持部１２を透過し、光硬化樹脂に直接照射され、光硬化が促進される。これにより、生産性が向上する。さらに受光する際にも、レンズ内部で発生する散乱光を支持部１２が透過するので、入射光を効率よく受光し、一層の感度の向上が図れる。

（実施の形態２）
次に本願の実施の形態２に係る固体撮像素子モジュールを以下に説明する。図６は本発明の実施の形態２のパッケージ２の開口部６の外周に窪みを設け、その上に支持部１２を設けた図１のＩ_b-Ｉ_b断面図である。図６において、図１〜図４と同じ構成要素については、同じ符号を使い、説明を省略する。図６は、パッケージ２の開口部外周に予め窪みを設けておき、その上に支持部１２を設け、パッケージ２と支持部１２を一体化させる。これにより、支持部１２の取り付けが容易となり、パッケージ２の生産性、安定性が増してよい。

（実施の形態３）
本願の実施の形態３に係る固体撮像素子モジュールを以下に説明する。図７は本発明の実施の形態３のＣＣＤ撮像素子モジュールにおけるパッケージ２と支持部１８を一体形成した図１のＩ_b-Ｉ_b断面図、図８は本発明の実施の形態３のＣＣＤ撮像素子モジュールにおけるＣＣＤ撮像素子１と支持部１９を一体形成した図１のＩ_b-Ｉ_b断面図である。図７は、支持部１８とパッケージ２を一体形成している。このように支持部１８をパッケージ２またはＣＣＤ撮像素子１と一体形成することで、支持部１８を別途取り付ける必要がなく、パッケージ２の生産性、安定性が一層向上する。なお、支持部１８の形状、取り付け状態は上記実施例に限定されず、受光部３へ封止剤９が流れ込むのを防ぐものであればよい。また図８に示すようにＣＣＤ撮像素子１に支持部１９を設けてもよい。

以上のように受光部の受光面積を十分に確保できるＣＣＤ撮像素子モジュールを提供することが可能となる。

本発明にかかる固体撮像素子モジュールは、パッケージの開口部周辺に支持部を設けることにより、受光部に封止剤が流れ込むのを防止する。このことから、受光部を広げることができるため、受光部の受光面積を十分に確保することが可能となり、携帯機器に搭載されるカメラ等の用途に利用可能となる。

本発明の実施の形態１のＣＣＤ撮像素子１を取り付けたパッケージ２の斜視図 図１のＩ_b-Ｉ_b断面図 （ａ）本発明の実施の形態１のＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付ける様子を示すＣＣＤ撮像素子１の斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１のＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付ける様子を示すパッケージ２の斜視図 本発明の実施の形態１のパッケージ２の平面図 ＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付けるための装置の具体例を示す平面図 本発明の実施の形態２のパッケージ２の開口部６の外周に窪みを設け、その上に支持部１２を設けた図１のＩ_b-Ｉ_b断面図 本発明の実施の形態３のＣＣＤ撮像素子モジュールにおけるパッケージ２と支持部１８を一体形成した図１のＩ_b-Ｉ_b断面図 本発明の実施の形態３のＣＣＤ撮像素子モジュールにおけるＣＣＤ撮像素子１と支持部１９を一体形成した図１のＩ_b-Ｉ_b断面図 （ａ）従来のＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付ける様子を示すＣＣＤ撮像素子１の斜視図（ｂ）従来のＣＣＤ撮像素子１をパッケージ２に取り付ける様子を示すパッケージ２の斜視図 従来のＣＣＤ撮像素子１を取り付ける方法を示すＣＣＤ撮像素子モジュールの斜視図 図１０のＩ_b-Ｉ_b断面図

符号の説明

１ ＣＣＤ撮像素子
２ パッケージ
３ 受光部
４ バンプ
５ 凹部
６ 開口部
８ 外部端子
９ 封止剤
１０ ディスペンサノズル
１１ 隙間
１２ 支持部
１３ 電極部
１４ 導電性接着剤
１５ ＵＶ光源

Claims (5)

1. 受光部が設けられた固体撮像素子と、
   第一の孔と前記第一の孔の一部の底面にさらに形成された第二の孔と前記第一の孔の他の底面に設けられた支持部とを有するパッケージと、
   前記受光部より前記固体撮像素子の側面側で前記固体撮像素子と前記パッケージとを固定するシール部とを備え、
   前記支持部が、前記シール部より前記固体撮像素子の中央部側で前記受光部より前記固体撮像素子の側面側に配置され、
   前記受光部の受光面積が、前記第二の孔の開口部の面積の７８％〜１００％であることを特徴とする固体撮像素子モジュール。
2. 支持部が、光を透過する部材であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子モジュール。
3. 支持部が、パッケージと一体形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子モジュール。
4. 支持部のシール部が形成されている側の一方の面に撥水膜を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の固体撮像素子モジュール。
5. 第一の孔と前記第一の孔の一部の底面にさらに形成された第二の孔とを有するパッケージの前記第一の孔の他の底面に支持部を設け、
   受光部が設けられた固体撮像素子と前記パッケージとを固定するとともに前記受光部を前記支持部より前記パッケージの中央部側に配置し、
   前記固体撮像素子と前記支持部と前記支持部より前記パッケージの側面側の前記第一の孔の他の底面との間に樹脂を塗布し、
   前記樹脂を硬化させることを特徴とする固体撮像素子モジュールの製造方法。

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