JP2007234783A

JP2007234783A - 画像センサパッケージ

Info

Publication number: JP2007234783A
Application number: JP2006053240A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamamoto; 敦司山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP4730135B2

Abstract

【課題】樹脂封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの封止樹脂と被封止部材との界面における線膨張差による不具合を抑制することができるとともに封止用透明樹脂のレンズ機能を維持することができる画像センサパッケージを提供する。
【解決手段】画像センサチップ１０における少なくとも受光部１１が透明樹脂３０にて封止されるとともに当該封止用透明樹脂３０の一部が凸面レンズ形状にされ、光が凸面レンズ形状部３１を通して画像センサチップ１０の受光部１１に導かれる。封止用透明樹脂３０として、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものが用いられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像センサパッケージに関し、詳しくは、画像センサチップをレンズ一体型透明樹脂にて封止した画像センサパッケージに関するものである。

撮像素子の透明モールドに関する技術としては、特許文献１に記載されているように、センサチップがリードフレームに搭載され、センサチップとリードフレームとがワイヤボンディングされ、センサチップ等を透明樹脂で封止（モールド）して構成したり、特許文献２に記載されているように封止用透明樹脂をレンズ形状に成型してモールドするものなどがある。
実開平４−９４７５１号公報特開昭６１−２６８０５９号公報

いずれの構造においても封止用透明樹脂とセンサチップの線膨張の差、もしくは封止用透明樹脂とリードフレームの線膨張の差が大きいために、車載環境など温度差の大きい環境下では、封止用透明樹脂とセンサチップの界面の剥離やボンディングワイヤの切れ不良が発生する懸念があった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、樹脂封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの封止樹脂と被封止部材との界面における線膨張差による不具合を抑制することができるとともに封止用透明樹脂のレンズ機能を維持することができる画像センサパッケージを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、封止用透明樹脂として、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものを用いたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、封止用透明樹脂として、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さい無機系フィラーを添加することにより、封止用透明樹脂の熱膨張係数を小さくして画像センサチップの熱膨張係数に近づける又は等しくすることができ、画像センサチップにおける少なくとも受光部を透明樹脂にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときに封止用透明樹脂と画像センサチップの界面での剥離を発生させにくくすることができる。また、無機系フィラーは樹脂材料と屈折率が等しい又は近いので、封止用透明樹脂のレンズ機能を維持することができる。このようにして、樹脂封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの封止樹脂と被封止部材との界面における線膨張差による不具合を抑制することができるとともに封止用透明樹脂のレンズ機能を維持することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の画像センサパッケージにおいて、透明樹脂にて、画像センサチップの受光部のみを封止するとともに、当該封止用透明樹脂が回路基板に設けた光導入用透孔内に位置する状態で画像センサチップを回路基板にフリップチップ実装してなる構成とすることにより、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、リードフレームとボンディングワイヤを用いることなく、画像センサチップの表面から突出する封止用透明樹脂を回路基板の光導入用透孔内に配した状態で画像センサチップを回路基板にフリップチップ実装でき（電気的に接続でき）、透明樹脂にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの断線を防止できる（ワイヤ切れを防止できる）。

請求項３に記載のように、請求項１に記載の画像センサパッケージにおいて、透明樹脂にて、画像センサチップにおける受光部および画像センサチップでのその周辺の回路部のみを封止するとともに、当該封止用透明樹脂が回路基板に設けた光導入用透孔内に位置する状態で画像センサチップを回路基板にフリップチップ実装してなる構成とすることにより、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、リードフレームとボンディングワイヤを用いることなく、画像センサチップの表面から突出する封止用透明樹脂を回路基板の光導入用透孔内に配した状態で画像センサチップを回路基板にフリップチップ実装でき（電気的に接続でき）、透明樹脂にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの断線を防止できる（ワイヤ切れを防止できる）。

請求項４に記載のように、請求項１に記載の画像センサパッケージにおいて、画像センサチップに同チップを貫通する貫通電極を設けるとともに、画像センサチップにおける受光部を構成する面とは反対面にフリップチップ実装用電極を設け、透明樹脂にて、画像センサチップにおける受光部を構成する面とは反対面が露出するようにして画像センサチップを封止することにより、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、リードフレームとボンディングワイヤを用いることなく、貫通電極およびフリップチップ実装用電極を介して画像センサチップにおける樹脂封止されていない面からフリップチップ実装でき（電気的に接続でき）、透明樹脂にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの断線を防止できる（ワイヤ切れを防止できる）。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージにおいて、無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いると、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加えて、無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いることにより光学特性に優れたものとなる。

請求項６に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージにおいて、樹脂材料として透明エポキシ樹脂を用いるとともに、無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いると、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加えて、樹脂材料として透明エポキシ樹脂を用いるとともに無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いることにより、屈折率を等しくすることができ、光学特性に優れたものとなる。

請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージにおいて、請求項７に記載のように、無機系フィラーとしてアルミナ微粉末を用いたり、請求項８に記載のように、無機系フィラーとしてＳｉＯＮ微粉末を用いることができる。

また、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージにおいて、請求項９に記載のように、樹脂材料として透明シリコーン系樹脂を用いたり、請求項１０に記載のように、樹脂材料として透明アクリル系樹脂を用いることができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における画像センサパッケージ１を示す。この画像センサパッケージ１は、車両に搭載され、温度差の大きい搭載環境で使用される。具体的には、車室内のルームミラーの裏面に設置され、車両前方の進行方向を撮像する画像センサとして用いられる。

画像センサパッケージ１は、レンズ一体型モールド構造をなしている。画像センサパッケージ１は、画像センサチップ１０とリードフレーム２０とボンディングワイヤ２５と封止用透明樹脂３０からなっている。

センサチップ１０は上面の中央部に受光部１１が形成されている。この受光部には画素を構成する受光素子が縦横に多数配置されている。受光素子として、例えばフォトダイオードを用いることができる。このセンサチップ１０がリードフレーム２０のチップ載置部２１の上に受光部１１が上を向くように搭載されている。センサチップ１０とリードフレーム２０のリード部２２とがボンディングワイヤ２５によって電気的に接続されている。センサチップ１０と、ワイヤ２５と、リードフレーム２０のチップ載置部２１と、リードフレーム２０のリード部２２の一部が、封止用透明樹脂３０で封止（モールド）されている。封止用透明樹脂３０におけるセンサチップ１０の受光部１１の上方に位置する部位が球面状、即ち、凸面レンズ形状に形成され、凸面レンズ形状部３１を構成している。そして、光が凸面レンズ形状部３１を通して画像センサチップ１０の受光部１１に導かれる。受光部１１で光が電気信号に変換され、この信号（撮像データ）がワイヤ２５及びリードフレームのリード部２２を通して外部機器に送られる。

ここで、封止用透明樹脂３０として、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものを用いている。本実施形態では樹脂材料として透明エポキシ樹脂（線膨張係数：数１０ｐｐｍ／℃、屈折率：１．５）を、また、無機系フィラーとしてシリカ微粉末（線膨張係数：数ｐｐｍ／℃、屈折率：１．５）を用いている。このようにして、封止用透明樹脂における樹脂材料の線膨張係数を低減することを目的として無機系フィラーを添加し、かつ、封止用樹脂の透光性を維持すべく、無機系フィラーと樹脂材料の屈折率を合せ込んでいる（屈折率の整合がとられている）。

よって、熱的性能として、封止用透明樹脂３０とセンサチップ（シリコン：数ｐｐｍ／℃）１０の線膨張の差、および封止用透明樹脂３０とリードフレーム（例えば銅：１０数ｐｐｍ／℃）２０の線膨張の差が小さくなり、温度差の大きい車載環境下においても封止用透明樹脂３０とセンサチップ１０の界面の剥離を防止することができるとともにボンディングワイヤ２５の切れ不良の発生を防止することができる。また、光学的性能として、屈折率差に起因する光の散乱を抑制でき、レンズの結像機能を満たす。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）画像センサチップ１０における少なくとも受光部１１を透明樹脂３０にて封止するとともに封止用透明樹脂３０の一部を凸面レンズ形状にして、光を凸面レンズ形状部３１を通して画像センサチップ１０の受光部１１に導くようにした画像センサパッケージ１であって、封止用透明樹脂３０として、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものを用いた。よって、封止用透明樹脂３０として、樹脂材料に対し、樹脂材料よりも線膨張係数が小さい無機系フィラーを添加することにより、封止用透明樹脂３０の熱膨張係数を小さくして画像センサチップ１０の熱膨張係数に近づける又は等しくすることができ（封止用透明樹脂３０の線膨張を低減でき）、画像センサチップ１０における少なくとも受光部１１を透明樹脂３０にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときに封止用透明樹脂３０と画像センサチップ１０の界面での剥離を発生させにくくすることができる。また、無機系フィラーは樹脂材料と屈折率が等しい又は近いので、封止用透明樹脂３０のレンズ機能を維持することができる。

このようにして、樹脂封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの封止樹脂（３０）と被封止部材との界面における線膨張差による不具合を抑制することができるとともに封止用透明樹脂３０のレンズ機能を維持することができる。

（２）無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いたので、光学特性に優れたものとなる。
（３）特に、樹脂材料として透明エポキシ樹脂を用いるとともに、無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いたので、屈折率を等しくすることができ、光学特性に優れたものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図２には、本実施形態における画像センサパッケージを示す。図１に示す第１の実施形態では、センサチップ１０をリードフレーム２０のチップ載置部２１に搭載し、センサチップ１０とリードフレームのリード部２２とをワイヤボンディングし、センサチップ１０とワイヤ２５とリードフレーム２０を透明樹脂３０でモールドして構成したが、これに代わり、本実施の形態においては以下のようにして回路基板に実装される画像センサパッケージを構成している。

図２に示すように、画像センサチップ１０において上面中央部には受光部１１が形成され、この受光部１１のみが透明樹脂５０にて封止され、かつ、この透明樹脂５０が球面状、即ち、凸面レンズ形状に形成され、凸面レンズ形状部を構成している。即ち、封止用透明樹脂５０の全部を凸面レンズ形状にしている。封止用透明樹脂５０として、第１実施形態と同様に、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものを用いている。

また、画像センサチップ１０の上面での外周部にはフリップチップ実装用電極（バンプ）５１が多数形成されている。回路基板４０には光導入用透孔４１が形成されている。回路基板４０の下面において透明樹脂５０（凸面レンズ形状部）が回路基板４０の光導入用透孔４１に入る状態で画像センサチップ１０のフリップチップ実装用電極５１が回路基板４０と半田付けにて接合されている。そして、光は、回路基板４０の光導入用透孔４１から透明樹脂５０（凸面レンズ形状部）を通して画像センサチップ１０の受光部１１に集光する。受光部１１で光が電気信号に変換され、この信号（撮像データ）がフリップチップ実装用電極５１を通して回路基板４０に送られる。

本実施形態においても、透明樹脂５０と画像センサチップ１０の線膨張差が低減されるので、透明樹脂５０と画像センサチップ１０の界面は剥離が抑制される。
透明樹脂５０にて画像センサチップ１０の受光部１１のみを封止するのではなく、透明樹脂５０にて、画像センサチップ１０における受光部１１および画像センサチップ１０でのその周辺の回路部のみを封止してもよい。

このようにして本実施形態においては、透明樹脂５０にて画像センサチップ１０の受光部１１のみ（又は画像センサチップ１０における受光部および画像センサチップ１０でのその周辺の回路部のみ）を封止するとともに、封止用透明樹脂５０が回路基板４０に設けた光導入用透孔４１内に位置する状態で画像センサチップ１０を回路基板４０にフリップチップ実装した。よって、リードフレームとボンディングワイヤを用いることなく、画像センサチップ１０の表面から突出する封止用透明樹脂５０を回路基板４０の光導入用透孔４１内に配した状態で画像センサチップ１０を回路基板４０にフリップチップ実装でき（電気的に接続でき）、透明樹脂にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの断線を防止できる（ワイヤ切れを防止できる）。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図３には、本実施形態における画像センサパッケージを示す。
図３に示すように、画像センサチップ１０において上面中央部には受光部１１が形成されている。また、画像センサチップ１０の上面での外周部には同チップを貫通する貫通電極６２が多数設けられている。この貫通電極６２によりセンサチップ上面側と下面側とが電気的に接続されている。画像センサチップ１０の下面において貫通電極６２の端部にはフリップチップ実装用電極（バンプ）６３が設けられている。

画像センサチップ１０の上面と側面とが透明樹脂６０にて封止されている。透明樹脂６０における画像センサチップ１０の受光部１１の上方に位置する部位は球面状、即ち、凸面レンズ形状に形成され、凸面レンズ形状部６１を構成している。封止用透明樹脂６０として、第１実施形態と同様に、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものを用いている。

このチップ下面が樹脂封止されずにチップ下面からフリップチップ実装用電極６３が突出する画像センサパッケージが回路基板７０に実装される。光は、透明樹脂６０の凸面レンズ形状部６１を通して画像センサチップ１０の受光部１１に集光する。受光部１１で光が電気信号に変換され、この信号（撮像データ）が貫通電極６２およびチップ下面のフリップチップ実装用電極６３を通して回路基板７０に送られる。

本実施形態においても、透明樹脂６０と画像センサチップ１０の線膨張差が低減されるので、透明樹脂６０と画像センサチップ１０の界面は剥離が抑制される。
このようにして本実施形態においては、画像センサチップ１０に同チップを貫通する貫通電極６２を設けるとともに、画像センサチップ１０における受光部１１を構成する面とは反対面にフリップチップ実装用電極６３を設け、透明樹脂６０にて画像センサチップ１０における受光部１１を構成する面とは反対面が露出するようにして画像センサチップ１０を封止した。よって、リードフレームとボンディングワイヤを用いることなく、貫通電極６２およびフリップチップ実装用電極６３を介して画像センサチップ１０における樹脂封止されていない面からフリップチップ実装でき（電気的に接続でき）、透明樹脂にて封止した状態で冷熱サイクルが加わったときの断線を防止できる（ワイヤ切れを防止できる）。

これまでの説明においては、樹脂材料として透明エポキシ樹脂を用いるとともに無機系フィラーとしてシリカ微粉末（ＳｉＯ_２微粉末）を用いる場合を例示したが、これに限ることなく、樹脂材料として、透明シリコーン系樹脂、あるいは透明アクリル系樹脂を用いてもよく、また、無機系フィラーとして、アルミナの微粉末（Ａｌ_２Ｏ_３微粉末）、あるいはＳｉＯＮの微粉末を用いてもよい。

第１の実施形態における画像センサパッケージの縦断面図。第２の実施形態における画像センサパッケージの縦断面図。第３の実施形態における画像センサパッケージの縦断面図。

符号の説明

１…画像センサパッケージ、１０…画像センサチップ、１１…受光部、３０…封止用透明樹脂、３１…凸面レンズ形状部、４０…回路基板、４１…光導入用透孔、５０…封止用透明樹脂、６０…封止用透明樹脂、６１…凸面レンズ形状部、６２…貫通電極、６３…フリップチップ実装用電極。

Claims

画像センサチップ（１０）における少なくとも受光部（１１）を透明樹脂（３０，５０，６０）にて封止するとともに当該封止用透明樹脂（３０，５０，６０）の一部又は全部を凸面レンズ形状にして、光を凸面レンズ形状部（３１，５０，６１）を通して画像センサチップ（１０）の受光部（１１）に導くようにした画像センサパッケージであって、
前記封止用透明樹脂（３０，５０，６０）として、樹脂材料に対し、当該樹脂材料よりも線膨張係数が小さく、かつ当該樹脂材料と屈折率が等しい又は近い無機系フィラーを添加したものを用いたことを特徴とする画像センサパッケージ。
回路基板（４０）に実装される画像センサパッケージであって、前記透明樹脂（５０）にて、画像センサチップ（１０）の受光部（１１）のみを封止するとともに、当該封止用透明樹脂（５０）が回路基板（４０）に設けた光導入用透孔（４１）内に位置する状態で画像センサチップ（１０）を前記回路基板（４０）にフリップチップ実装してなることを特徴とする請求項１に記載の画像センサパッケージ。
回路基板（４０）に実装される画像センサパッケージであって、前記透明樹脂（５０）にて、画像センサチップ（１０）における受光部（１１）および画像センサチップ（１０）でのその周辺の回路部のみを封止するとともに、当該封止用透明樹脂（５０）が回路基板（４０）に設けた光導入用透孔（４１）内に位置する状態で画像センサチップ（１０）を前記回路基板（４０）にフリップチップ実装してなることを特徴とする請求項１に記載の画像センサパッケージ。
画像センサチップ（１０）に同チップを貫通する貫通電極（６２）を設けるとともに、画像センサチップ（１０）における受光部（１１）を構成する面とは反対面にフリップチップ実装用電極（６３）を設け、前記透明樹脂（６０）にて、画像センサチップ（１０）における受光部（１１）を構成する面とは反対面が露出するようにして画像センサチップ（１０）を封止したことを特徴とする請求項１に記載の画像センサパッケージ。
前記無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージ。
前記樹脂材料として透明エポキシ樹脂を用いるとともに、前記無機系フィラーとしてシリカ微粉末を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージ。
前記無機系フィラーとしてアルミナ微粉末を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージ。
前記無機系フィラーとしてＳｉＯＮ微粉末を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージ。
前記樹脂材料として透明シリコーン系樹脂を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージ。
前記樹脂材料として透明アクリル系樹脂を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像センサパッケージ。