JP2007142312A - 半導体ユニット及び半導体ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子である撮像素子を支持体に接着固定するに際し、基準となる支持体の面に精度良く平行に接着され、支持体に対し傾きや反りのない正確に位置決めされた半導体ユニットを得る。
【解決手段】半導体素子と該半導体素子が接着により固定された支持体とで形成される半導体ユニットにおいて、支持体は、半導体素子が固定される位置に凹部が形成され、凹部の少なくとも１つの端部は、半導体素子外縁より突出して形成され、凹部に接着剤を塗布して、半導体素子を固定した半導体ユニットとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子等の半導体素子を基板等の支持体に固定した半導体ユニット及び半導体ユニットの製造方法に関するものである。

近年、撮像光学系によって結像された被写体像を光電変換する固体撮像素子を用いた撮像装置は、ビデオカメラ、スチルカメラだけでなく、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の小型、薄型の電子機器である携帯端末にも搭載されるようになっている。

これらの固体撮像装置には撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等が用いられている。これら固体撮像装置は、パッケージに接着して収納されているものと、支持体がプリント基板であり、撮像素子がベアチップの状態で接着固定されているものがある。いずれにおいても、撮像素子のチップを支持体に対し接着する際には、撮像光学系による画像を正確に再現するために、支持体に対し所定の取り付け精度で接着固定する必要がある。

この撮像素子の接着に際し、支持体に対し所定の取り付け精度を確保するために、素子搭載部に突起部を形成し、突起部の内側の空間と素子外部との空間とが連通するよう形成し、該突起部上に接着剤を塗布して、素子を接着固定した半導体パッケージが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２９８０３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の半導体パッケージでは、突起部上に接着剤を塗布するため、同特許文献１の図６にあるように、実質的には撮像素子が接着剤層を介してパッケージに固定されることになり、接着剤層の厚みのバラツキによる撮像素子面の傾きの発生や、厚み方向の位置が不安定となる問題が発生する。

本発明は上記問題に鑑み、半導体素子である撮像素子を支持体に接着固定するに際し、基準となる支持体の面に精度良く平行に接着され、支持体に対し傾きや反りのない正確に位置決めされた半導体ユニットを得ることを目的とするものである。

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。

１．半導体素子と該半導体素子が接着により固定された支持体とで形成される半導体ユニットにおいて、前記支持体は、前記半導体素子が固定される位置に凹部が形成され、前記凹部の少なくとも１つの端部は、前記半導体素子の外縁より突出して形成され、前記凹部に接着剤を塗布して、前記半導体素子を固定したことを特徴とする半導体ユニット。

２．前記半導体素子は、固体撮像素子であることを特徴とする１に記載の半導体ユニット。

３．前記半導体素子の外縁より突出する前記凹部の端部は、前記半導体素子のワイヤボンディングのためのパッドを避けた位置に形成されていることを特徴とする１又は２に記載の半導体ユニット。

４．前記凹部の深さは、１００μｍ以上、３００μｍ以下であることを特徴とする１〜３のいずれかに記載の半導体ユニット。

５．固体撮像素子と該固体撮像素子が接着により固定された支持体とで形成される半導体ユニットの製造方法において、前記支持体の前記固体撮像素子が接着される側の面に、凹部を形成する工程と、前記凹部の一部に接着剤を塗布する工程と、前記固体撮像素子を前記支持体上に載置する工程と、を有することを特徴とする半導体ユニットの製造方法。

本発明によれば、半導体素子である固体撮像素子を支持体に接着固定するに際し、基準となる支持体に精度良く平行に接着され、支持体に対し傾きや反りが無く、正確に位置決めされた半導体ユニットを得ることが可能となる。

以下に、固体撮像素子が支持体に接着固定された半導体ユニットに、本発明を適用した場合の実施の形態について、図面を参照し説明する。

図１は、本実施の形態に係る半導体ユニット５０の構造を示す図である。同図（ａ）はＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）実装の半導体ユニット５０を示しており、同図（ｂ）は箱形のパッケージに固体撮像素子を搭載した場合の半導体ユニット５０を示している。

同図（ａ）に示すＣＯＢ実装の半導体ユニット５０は、支持体であるプリント基板１０上に、半導体素子である固体撮像素子２０が撮像面を表側にして接着固定され、固体撮像素子２０とプリント基板１０の間で不図示のワイヤボンディングにより、電気的接続がなされるものである。

同図（ｂ）に示す半導体ユニット５０は、箱形のパッケージ１１内の空間に半導体素子である固体撮像素子２０が撮像面を表側にして接着固定され、固体撮像素子２０と段部１２の間で、不図示のワイヤボンディングにより電気的接続がなされるものである。

本発明は、上記のいずれの場合にも適用可能なものであるが、以下、ＣＯＢ実装の半導体ユニット５０を例に取り、詳細に説明する。

図２は、本実施の形態に係る支持体であるプリント基板１０に形成される凹部の形状例を示す斜視図である。

同図（ａ）に示す形状は、プリント基板１０に凹部１３を十文字状に形成したものである。破線で示す領域１５は、固体撮像素子が搭載される位置であり、ハッチングで示した領域１６は、固体撮像素子とワイヤボンディングにより電気的接続がなされる電極パッドの形成された領域である。凹部１３の２つの端部は、固体撮像素子が搭載される領域１５より外側へ突出して形成され、ワイヤボンディングのための電極パッドが形成された領域１６は避けて形成される。

同図（ｂ）に示す形状は、プリント基板１０に凹部１３をＸ字状に形成したものである。破線で示す領域１５は、固体撮像素子が搭載される位置であり、ハッチングで示した領域１６は、固体撮像素子とワイヤボンディングにより電気的接続がなされる電極パッドの形成された領域である。この場合にも、上記と同様に、凹部１３の端部は、固体撮像素子が搭載される領域１５より外側へ突出して形成され、ワイヤボンディングのための電極パッドが形成された領域１６は避けて形成される。

プリント基板１０は、ガラス入りエポキシ系樹脂で形成されており、エポキシ系樹脂の場合には、凹部１３は座ぐり加工等で形成することが可能である。

図３は、支持体であるプリント基板１０に接着剤を塗布する工程と、固体撮像素子２０をプリント基板１０に載置する工程と、を示す図である。なお、同図は図２（ａ）に示す形状の凹部が形成されたプリント基板１０に固体撮像素子をＣＯＢ実装する場合を示している。

まず、同図（ａ）に示すように、支持体であるプリント基板１０上に形成された凹部１３に接着剤１４を塗布する。この接着剤１４には銀ペースト等が用いられる。なお、塗布方式としては、メタルマスクやスタンピング法等でもよい。接着剤１４は、その高さが凹部の深さより高くなるように塗布される。

次いで、同図（ｂ）に示すように、固体撮像素子２０がプリント基板１０に載置され、押圧後、加熱により接着剤１４は凹部１３とプリント基板１０との間で固化し固体撮像素子２０がプリント基板１０に固定される。この後、領域１６の各電極パッドと固体撮像素子２０の電極とがワイヤボンディングにより電気的接続がなされる。

以上のようにして、本実施の形態に係る半導体ユニットは製作される。

このように、支持体であるプリント基板の固体撮像素子が固定される位置に凹部を形成すると共に、凹部の少なくとも１つの端部を、固体撮像素子外縁より突出して形成し、この凹部に接着剤を塗布して、固体撮像素子を固定することにより、プリント基板と固体撮像素子の間にある空気や接着剤の余剰部分を凹部を介して外部の空間に逃がすことができ、固体撮像素子の凸部とプリント基板の間に接着剤が挟まれないようにすることで、接着剤層の厚みのバラツキによる撮像素子面の傾きや反りの発生や、厚み方向の位置が不安定となる問題を解消することができる。

固体撮像素子は、撮像光学系の結像面に配置され、被写体像を光電変換した後、公知の所定の処理が施され、画像データとして記録される。このような用途の場合、固体撮像素子の撮像面の反りや傾きを許容範囲内に収めないと、撮像光学系による像の再現に支障をきたすことになる。このため、本発明者は、プリント基板１０に形成する凹部１３の深さの最適値を求めるため以下のような実験をおこなった。

図４は、実験に用いたプリント基板及び測定ポイントを示す図である。同図（ａ）は実験に用いたプリント基板を示し、同図（ｂ）は測定ポイントを示している。同図を用いて実験条件を説明する。

実験に用いたプリント基板１０は、同図（ａ）に示すように凹部１３の幅が６ｍｍで、長手方向を２６ｍｍ、短手方向を１４ｍｍとして、凹部１３の深さは、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍの４種のものを製作し、上記実施の形態で説明したように外形が１８ｍｍ×２４ｍｍの固体撮像素子を接着固定した。なお、プリント基板１０の厚さは８００μｍのものを用いた。

測定ポイントは、同図（ｂ）に示すように固体撮像素子２０の表面側外縁部近傍の８点と中央部１点とし、プリント基板１０の面からの高さを測定した。９個の測定値のうち、最大値と最小値の差を反り量とした。

図５は、図４に示す条件での実験結果の反り量をグラフにしたものである。同図に示すように、凹部２１の深さが深いほど反り量が小さい結果が得られた。

外形が１８ｍｍ×２４ｍｍ程度の撮像素子の場合、主として一眼レフカメラの撮像素子として用いられることが多く、この場合、交換レンズとして開放Ｆｎｏ．が１．２の明るいレンズを用いた場合にも、片ぼけ等が発生しない条件を勘案すると、反り量の許容最大値は２０μｍ程度となる。また、主としてレンズ固定のカメラ等に使用される小型の撮像素子においても撮像光学系の焦点距離が短いため、焦点深度が浅くなり同様の許容最大値となる。

一方、プリント基板の厚みに対し凹部の深さが深くなりすぎると折れやすくなり、強度の点で問題が発生する。本例のような、厚みが８００μｍ程度の場合、凹部の深さは３００μｍ以下に形成されることが望ましい。また、プリント基板の厚みがより厚い場合でも、これ以上の深さの凹部にすると、接着剤を凹部の深さより高くなるように塗布することがより難しくなる。

以上のことより、凹部の深さは、固体撮像素子の反り量が２０μｍ以下となる、１００μｍ以上、３００μｍ以下に形成するのが最適となる。

なお、凹部の深さを、１２５μｍ以上、１７５μｍ以下とすれば、反り量、強度の双方を満足させる条件として、より好ましいものとなる。

なお、上記の説明では、ＣＯＢ実装する場合を例にして説明したが、箱形のパッケージに固体撮像素子を搭載する場合にも適用可能である。この箱形のパッケージが成形により形成される場合には、上記の凹部を金型で形成することも可能である。

本実施の形態に係る半導体ユニットの構造を示す図である。 本実施の形態に係る支持体であるプリント基板に形成される凹部の形状例を示す斜視図である。 支持体であるプリント基板に接着剤を塗布する工程と、固体撮像素子をプリント基板に載置する工程と、を示す図である。 実験に用いたプリント基板及び測定ポイントを示す図である。 図４に示す条件での実験結果の反り量をグラフにしたものである。

符号の説明

１０ プリント基板
１１ パッケージ
１２ 段部
１３ 凹部
１４ 接着剤
２０ 固体撮像素子
５０ 半導体ユニット

Claims (5)

1. 半導体素子と該半導体素子が接着により固定された支持体とで形成される半導体ユニットにおいて、
   前記支持体は、前記半導体素子が固定される位置に凹部が形成され、前記凹部の少なくとも１つの端部は、前記半導体素子の外縁より突出して形成され、
   前記凹部に接着剤を塗布して、前記半導体素子を固定したことを特徴とする半導体ユニット。
2. 前記半導体素子は、固体撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ユニット。
3. 前記半導体素子の外縁より突出する前記凹部の端部は、前記半導体素子のワイヤボンディングのためのパッドを避けた位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ユニット。
4. 前記凹部の深さは、１００μｍ以上、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ユニット。
5. 固体撮像素子と該固体撮像素子が接着により固定された支持体とで形成される半導体ユニットの製造方法において、
   前記支持体の前記固体撮像素子が接着される側の面に、凹部を形成する工程と、
   前記凹部の一部に接着剤を塗布する工程と、
   前記固体撮像素子を前記支持体上に載置する工程と、を有することを特徴とする半導体ユニットの製造方法。

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