JP2007294793A

JP2007294793A - イメージセンサチップの固定方法

Info

Publication number: JP2007294793A
Application number: JP2006123027A
Authority: JP
Inventors: Eiji Watanabe; 英治渡辺
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】製品精度が低いパッケージベースを使用した場合であっても、撮像によって得られる画像の歪みを抑制する。
【解決手段】位置決め基準面１５がストッパ３３の下面３３ａに当接されたパッケージベース６の上方から、イメージセンサチップ３が保持されたコレット３４を下方に移動させる。コレット３４の下方への移動を停止した後、コレット３４に設けられた光ファイバー４０から紫外光を接着剤２０に向けて照射し、接着剤２０を硬化させる。このとき、パッケージベース６の位置決め基準面１５はストッパ３３の下面３３ａに当接され、また、イメージセンサチップ３の撮像面３ａはコレット３４の先端面３４ａに当接されているので、パッケージベース６の位置決め基準面１５と、イメージセンサチップ３の撮像面３ａとの平行度が高精度に保持された状態で、イメージセンサチップ３がパッケージベース６に接合される。
【選択図】図５

Description

本発明は、イメージセンサチップをイメージセンサチップ用のパッケージベースに固定する方法に関するものである。

ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置は、イメージセンサチップと、イメージセンサチップを気密収納するパッケージとから構成されている。パッケージは、イメージセンサチップが固着されるパッケージベースと、このパッケージベースの上部に固定され、収納されるイメージセンサチップの撮像面を覆って保護する透明板とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このような固体撮像装置はレンズ鏡筒に取り付けられるが、この取付時にはパッケージに形成した位置決め基準面をレンズ鏡筒の一部に突き当てて固体撮像装置を位置決めする。したがって、被写体を良好に撮像するためには、イメージセンサチップの撮像面とパッケージの位置決め基準面との平行度が高くなるようにして固体撮像装置を製造することが要求される。

イメージセンサチップをパッケージベースに接合する工程について図８を用いて説明する。パッケージベース３００は、ステージ吸着孔３０１ａを通して真空吸着するパッケージ用ステージ３０１に吸着保持されている。パッケージ用ステージ３０１は上下方向に移動自在であり、パッケージベース３００の位置決め基準面３００ａがストッパ３０２の下面３０２ａに当接した状態で接合が行われる。パッケージベース３００の接合面３００ｂには接合前に接着剤３０４が塗られている。イメージセンサチップ３０５は、吸着孔３０６ａを通して真空吸着するコレット３０６により保持されている。コレット３０６の先端面３０６ｂとストッパ３０２の下面３０２ａとは平行度が非常に高くされている。コレット３０６と共にイメージセンサチップ３０５を下方に移動させ、イメージセンサチップ３０５を接着剤３０４を介して押圧することにより、イメージセンサチップ３０５がパッケージベース３００の接合面３００ｂに接合される。
特開２００１−２４４２８０号公報

このようなイメージセンサチップとパッケージベースとを接合する接着剤には、熱硬化性を有する接着剤が用いられており、イメージセンサチップとパッケージベースとの接合の後、熱処理が行われ、イメージセンサチップとパッケージベースとを接合する接着剤を硬化させることになる。しかしながら、熱処理を行う際には、コレットによるイメージセンサチップの保持、及び、パッケージ用ステージによるパッケージベースの保持は行われないため、接着剤を硬化させるまでの間に、イメージセンサチップとパッケージベースとの相対位置がずれてしまい、パッケージベースに対するイメージセンサチップの位置精度が低くなるという問題がある。このようにイメージセンサチップとパッケージベースとの相対位置がずれた固体撮像装置がデジタルカメラ等に組み込まれた場合、撮像を行うことで得られる画像は、あおりの影響が大きい画像、つまり歪みが大きい画像となるという問題がある。このため、熱硬化させるまでの間、イメージセンサチップを上述したコレットにて保持することも考えられるが、接着剤を熱硬化するまでの間に時間がかかるため、結果的に固体撮像装置の生産性が悪くなるという問題がある。

また、近年、小型化及びスリム化されたデジタルカメラや、撮像機能付きの携帯型電話機が提供されていることから、固体撮像装置においては、小型や薄型のイメージセンサチップや、高画素のイメージセンサチップが用いられるだけでなく、パッケージ自体も薄型化されたものが使用される傾向にある。例えばパッケージを薄型化した場合、パッケージベースにおいて、イメージセンサチップを接合する接合面の反りが発生しやすくなり、このような接合面の反りが生じているパッケージベースを使用して製造された固体撮像装置をデジタルカメラに組み込んだ場合には、撮像時に得られる画像があおりの影響が大きい画像、つまり歪みが大きい画像となるという問題がある。このため、接合面の反りが生じないパッケージベースを製造しようとすると、パッケージベースを製造する際のコストが高くなるので、安価な固体撮像装置を提供することができなくなる。

本発明は、製品精度が低いパッケージベースを使用した場合であっても、撮像によって得られる画像の歪みを抑制することができるようにしたイメージセンサチップの固定方法を提供することを目的とする。

本発明のイメージセンサチップの固定方法は、底板と該底板から立ち上がる側壁とを有するパッケージベースに、イメージセンサチップを固定する方法において、前記パッケージベースの上面、又は前記パッケージベースに設けられる底板の下面が当接される基準面を備えた第１の治具と、前記イメージセンサチップの上面が当接される当接面と、前記当接面よりも外側に配置され、光硬化性の接着剤を硬化させる光を照射する光照射部とを備え、前記当接面が前記基準面に対して高精度に平行度を合わせた状態で前記イメージセンサチップを保持する第２の治具と、を備え、前記第２の治具に保持されイメージセンサチップが前記第１の治具に位置決めされたパッケージベースの底板に塗布された前記光硬化性の接着剤を押圧し、且つ前記イメージセンサチップの下面と前記底板の上面とが当接しない状態で前記第２の治具を保持した後、前記第２の治具に設けられた光照射部から前記光硬化性の接着剤に光を照射することで、前記光硬化性の接着剤を硬化させることを特徴とする。なお、パッケージの上面とは、パッケージに設けられる側壁の上面の他に、パッケージを構成する底板の上面の外周縁部を挙げることができる。

また、前記光硬化性の接着剤は、熱硬化性を有しており、前記第２の治具に設けられた光照射部から前記光硬化性の接着剤に光を照射することで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに対して仮固定した後、前記パッケージに熱を与えることで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに本固定することを特徴とする。

また、前記パッケージベースは、前記光硬化性の接着剤が該パッケージベースの底板上であって、前記イメージセンサチップの少なくとも４隅に対応する領域に塗布される他に、熱硬化性の接着剤が該パッケージベースの底板上で、且つ前記光硬化性の接着剤が塗布される領域とは異なり、前記光照射部からの光が届かない領域に塗布されており、前記光硬化性の接着剤を硬化させた後に、前記熱硬化性の接着剤を硬化させることで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに固定させることを特徴とする。

本発明のイメージセンサチップの固定方法によれば、底板と該底板から立ち上がる側壁とを有するパッケージベースに、イメージセンサチップを固定する方法において、前記パッケージベースの上面、又は前記パッケージベースに設けられる底板の下面が当接される基準面を備えた第１の治具と、前記イメージセンサチップの上面が当接される当接面と、前記当接面よりも外側に配置され、光硬化性の接着剤を硬化させる光を照射する光照射部とを備え、前記当接面が前記基準面に対して高精度に平行度を合わせた状態で前記イメージセンサチップを保持する第２の治具と、を備え、前記第２の治具に保持されイメージセンサチップが前記第１の治具に位置決めされたパッケージベースの底板に塗布された前記光硬化性の接着剤を押圧し、且つ前記イメージセンサチップの下面と前記底板の上面とが当接しない状態で前記第２の治具を保持した後、前記第２の治具に設けられた光照射部から前記光硬化性の接着剤に光を照射することで、前記光硬化性の接着剤を硬化させるから、パッケージの側壁の上面、又は前記底板の下面の製品精度を高精度にすれば済むので、パッケージの製造コストを上昇させずに済む。また、パッケージの側壁の上面、又は前記底板の下面は、他の部品と当接される箇所であるから、固体撮像素子の上面と、パッケージの側壁の上面、又は前記底板の下面との平行度を高めることで、あおりの影響が低減された、所謂歪みが低減された画像を得ることができる。

また、前記光硬化性の接着剤は、熱硬化性を有しており、前記第２の治具に設けられた光照射部から前記光硬化性の接着剤に光を照射することで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに対して仮固定した後、前記パッケージに熱を与えることで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに本固定するから、例えば光を照射しただけでは硬化が不十分な接着剤を完全に硬化させることができる。

また、前記パッケージベースは、前記光硬化性の接着剤が該パッケージベースの底板上であって、前記イメージセンサチップの少なくとも４隅に対応する領域に塗布される他に、熱硬化性の接着剤が該パッケージベースの底板上で、且つ前記光硬化性の接着剤が塗布される領域とは異なり、前記光照射部からの光が届かない領域に塗布されており、前記光硬化性の接着剤を硬化させた後に、前記熱硬化性の接着剤を硬化させることで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに固定させるから、例えば固体撮像素子とパッケージとをワイヤボンディングする際に、超音波の伝達を確実にすることができる。

図１に示すように、固体撮像装置２は、矩形板状のイメージセンサチップ３と、このイメージセンサチップ３を気密保持するパッケージ４とから構成される。パッケージ４は、イメージセンサチップ３の撮像面３ａを覆うガラス板５と、このガラス板５を保持するとともにイメージセンサチップ３が固着されるパッケージベース６とを有している。

イメージセンサチップ３の撮像面３ａは上面の中央部に形成され、マトリクス状に配置された多数個の受光素子によって構成されており、これらの受光素子に蓄積された電荷は電荷結合素子（ＣＣＤ）によって搬送される。各受光素子の上には、ＲＧＢのカラーフィルタやマイクロレンズが積層されている。なお、ＣＣＤイメージセンサに替えて、ＣＭＯＳイメージセンサ等を用いることもできる。イメージセンサチップ３の上面の周部には図示しない外部端子が形成されている。

パッケージベース６は、底板１０と、この底板１０の上面から立ち上がる側壁部１１とから構成され、上面が開口となった箱体の形状をしている。パッケージベース６の材料にはセラミックを用いているが、材料はこれに限定されず例えばプラスチックを用いてもよい。図２はパッケージベース６を上方から見た図である。底板１０と側壁部１１とに囲まれた空間がイメージセンサチップ３を収容する収容部となる。側壁部１１は階段状に形成され、この側壁部の１段目の平面部１１ａには内部電極が配されている。この内部電極はパッケージベース６に設けられた導電配線に接続されている。導電配線の他端側はパッケージベース６の外部に露呈した図示しないリード部となっている。この内部電極は、イメージセンサチップ３の外部端子と金属線１２を介して接続される。

パッケージベース６の底板１０の上面であって、側壁部１１に囲まれる領域は、イメージセンサチップ３が接合される接合面１３となっている。また、パッケージベース６の底板１０の上面であって、側壁部１１の外側の領域、つまり、底板１１の図２中左右端縁部は位置決め基準面１５となっており、この位置決め基準面１５は固体撮像装置２をレンズ鏡筒２６に位置決めする際に用いられる。

イメージセンサチップ３は接着剤２０を介してパッケージベース６の底板１０の接合面１３に接合される。この接着剤２０としては、例えば紫外光を照射することにより硬化する、つまり光硬化性を有する接着剤が用いられている。なお、この接着剤２０は、接合されるイメージセンサチップ３が接合される接合領域１６の四隅、つまり、接合面１３の四隅（図２中二点鎖線で示す領域２１）に塗布される。なお、接着剤２０が塗布される領域は、接合領域１６の四隅（図２中二点鎖線で示す領域２１）に限定する必要はなく、例えば接合領域１６の外周縁部のうち、対向する二辺に沿って塗布する、或いは接合領域１６の外周縁部の全周に亘って塗布することも可能である。

パッケージベース６の側壁部１１の２段目の平面部にはガラス板５が接着されている。このガラス板５はイメージセンサチップ３の撮像面３ａを覆って保護している。

上記した固体撮像装置２は、図３に示すように、撮影レンズ２５が組み込まれたレンズ鏡筒２６に取り付けて使用される。固体撮像装置２の取付時には、固体撮像装置２のパッケージベース６の位置決め基準面１５を、レンズ鏡筒２６側の位置決め基準面である端面２６ａに突き当てて位置決めを行う。次いで、位置決め基準面１５を端面２６ａに突き当てた状態で、固体撮像装置２とレンズ鏡筒２６とを接合する。したがって、撮影レンズ２５を透過した被写体光を良好に撮像するためには、イメージセンサチップ３の撮像面３ａとパッケージベース６の位置決め基準面１５との平行度が高くなるようにして固体撮像装置２を製造することが要求される。

イメージセンサチップ３の接合工程について図４を用いて説明する。パッケージベース６はキャリア３０に載せられて水平方向で搬送される。ここでは図示していないが、キャリア３０には複数のパッケージベース６が載せられている。キャリア３０のパッケージベース６が載せられる箇所には開口３０ａが形成されている。キャリア３０は、パッケージベース６がパッケージ用ステージ３１の上方に位置するところで移動を一旦停止する。

図４に示すように、パッケージ用ステージ３１が開口部３０ａを通って上昇し、パッケージベース６を上方に移動させる。パッケージ用ステージ３１にはステージ吸着孔３１ａが形成されており、パッケージ用ステージ３１は真空吸着によってパッケージベース６を固定することができる。パッケージベース６を上方に移動させてゆくと、パッケージベース６の位置決め基準面１５がストッパ（第１の治具）３３の下面（基準面）３３ａに当接し、パッケージベース６が位置決めされる。なお、パッケージベース６の底板１０の接合面１３の四隅には接着剤２０が塗布されている。

コレット（第２の治具）３４には吸着孔３４ａが形成されている。コレット３４は先端面（当接面）３４ｂをイメージセンサチップ３の撮像面３ａに当接させて、吸着孔３４ａによる真空吸着によってイメージセンサチップ３を保持する。なお、コレット３４の先端面３４ｂとストッパ３３の下面３３ａとの平行度は非常に高くなっている。この平行度は、例えばパッケージの代わりに非常に平面との高い（表面と裏面との平行度が高い）キャリブレーション用の板を用意しておき、キャリブレーション用の板とコレットとの間に感圧紙（登録商標）を挟んでコレットを下方に移動させ、感圧紙が感知する圧力が面内でほぼ均一になるように、ストッパの下面とコレットの先端面との位置関係を調整する他に、オートコリメータを用いて平行度を調整するようにしてもよい。

図５に示すように、コレット３４に保持されたイメージセンサチップ３を下方に移動させ接着剤２０に接触させる。このとき、イメージセンサチップ３の中心と接合面１３の中心とが一致するように位置が合わせられている。イメージセンサチップ３をさらに下方向に移動させると、イメージセンサチップ３を接着剤２０を介して接合面１３に押し付けることができる。コレット３４の下方への押圧力はある設定値より大きくならない機構になっており、イメージセンサチップ３の裏面３ｂが接合面１３に接触する前にイメージセンサチップ３の下方への移動が停止される。このとき、イメージセンサチップ３の裏面３ｂによって押圧される接着剤２０は、その一部が接合領域１６の外部に移動する。

このコレット３４の下方への移動が停止された後、接着剤２０の硬化処理が行われる。コレット３４には紫外光を照射するための光ファイバー（光照射部）４０が、先端面３４ｂの外側に設けられており、接合領域１６の四隅を照射するように設けられている。例えばコレット３４の下方への移動が停止されると、光ファイバー４０から紫外光が接着剤２０に向けて照射される。この紫外線を受けて接着剤２０が硬化する。このとき、パッケージベース６の位置決め基準面１５はストッパ３３の下面３３ａに当接され、また、イメージセンサチップ３の撮像面３ａはコレット３４の先端面３４ａに当接されているので、パッケージベース６の位置決め基準面１５と、イメージセンサチップ３の撮像面３ａとの平行度が高精度に保持された状態で、パッケージベース６とイメージセンサチップ３とが接合されることになる。

以上により、イメージセンサチップ３の接合工程が完了し、コレット３４によるイメージセンサチップ３の吸引保持が解除される。イメージセンサチップ３の接合工程の後、ワイヤボンディング工程を行い、さらにガラス板５を装着して固体撮像装置２が完成する。なお、このようにして製造された固体撮像装置２は、デジタルカメラやカメラ機能付きの携帯型電話機に組み付けられる。この際、パッケージ４の位置決め基準面１５に、レンズ鏡筒２６の端面２６ａを当接した状態で組み付けられることになるから、レンズ鏡筒２６に保持されるレンズ２５の光軸とイメージセンサチップ３の撮像面とが垂直に保持されることになる。これにより、撮像により得られる画像は、あおりの影響が低減された、つまり歪みの影響が低減された画像となる。

本実施形態では、パッケージベースの位置決め基準面をストッパの下面に当接させているが、これに限定する必要はなく、例えばパッケージベースの側壁部の２段目の平面部（ガラス板が接着される面）をストッパの下面に当接させることも可能である。また、この他に、例えばパッケージベースの底板の下面の左右端部をパッケージベースの下方に設けられたストッパの上面に当接させることで、パッケージベースの位置決めを行うようにしても良い。

本実施形態では、紫外光が照射されることで硬化する、所謂光硬化性を有する接着剤を用いているが、これに限定する必要はなく、例えば光硬化性、及び熱硬化性の両方を備えた接着剤を用いることも可能である。この場合、コレットの下方への移動が停止されたときに紫外光の照射を行って接着剤の光硬化処理を行った後、例えば電気炉を用いた熱硬化処理を行うようにする。このように光硬化処理と熱効果処理とを行うことにより、例えば光硬化処理だけでは接着剤の硬化が不十分な場合であっても熱硬化処理を行うことで、接着剤の硬化を確実に行うことができる。

本実施形態では、光硬化性の接着剤を塗布する領域は接合領域の四隅としたが、パッケージベースの接合面とを接着剤を用いて接合した場合、イメージセンサチップの下面において、接着剤によってパッケージベースの接合面に接合されている領域が少ないため、ワイヤボンディング処理を行った際に、超音波がうまく伝わらずに、ワイヤボンディング処理が適度に行えない場合がある。このような場合には、光硬化性の接着剤の他に、熱硬化性の接着剤を用いることも可能である。この場合、図６に示すように、熱硬化性の接着剤を塗布する領域を、紫外線が当たらない領域、つまりパッケージベース６の接合面１３の略中央の領域（図６中二点差線で示す領域４０）とする。この場合、紫外光で光硬化性の接着剤２０を硬化させた後に、例えば電気炉を用いた熱硬化処理を行って熱硬化性の接着剤４１を硬化させる。これによれば、図７に示すように、パッケージベース６とイメージセンサチップ３とが接合される接合面積が広くなるため、ワイヤボンディング処理における不具合を解消することができる。

固体撮像装置の断面図である。パッケージベースの平面図である。固体撮像装置の断面図である。パッケージベースがストッパにより位置決めされた状態を示す断面図である。パッケージベースとイメージセンサチップとが位置決めされた状態で接着剤を硬化させる状態を示す断面図である。光硬化性を有する接着剤と熱硬化性を有する接着剤とを併用する場合に、それぞれの接着剤をパッケージベースに塗布する領域を示す平面図である。光硬化性を有する接着剤と熱硬化性を有する接着剤とを併用した場合の固体撮像装置の断面図である。従来のイメージセンサチップの接合工程を説明する説明図である。

符号の説明

２固体撮像装置
３イメージセンサチップ
４パッケージ
５ガラス板
６パッケージベース
１０底板
１１側壁部
１３接合面
１５位置決め当接面
２０光硬化性の接着剤
３３ストッパ
３３ａ下面
３４コレット
３４ａ先端面
４０熱硬化性の接着剤

Claims

底板と該底板から立ち上がる側壁とを有するパッケージベースに、イメージセンサチップを固定する方法において、
前記パッケージベースの上面、又は前記パッケージベースに設けられる底板の下面が当接される基準面を備えた第１の治具と、
前記イメージセンサチップの上面が当接される当接面と、前記当接面よりも外側に配置され、光硬化性の接着剤を硬化させる光を照射する光照射部とを備え、前記当接面が前記基準面に対して高精度に平行度を合わせた状態で前記イメージセンサチップを保持する第２の治具と、を備え、
前記第２の治具に保持されイメージセンサチップが前記第１の治具に位置決めされたパッケージベースの底板に塗布された前記光硬化性の接着剤を押圧し、且つ前記イメージセンサチップの下面と前記底板の上面とが当接しない状態で前記第２の治具を保持した後、前記第２の治具に設けられた光照射部から前記光硬化性の接着剤に光を照射することで、前記光硬化性の接着剤を硬化させることを特徴とするイメージセンサチップの固定方法。
前記光硬化性の接着剤は、熱硬化性を有しており、
前記第２の治具に設けられた光照射部から前記光硬化性の接着剤に光を照射することで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに対して仮固定した後、前記パッケージに熱を与えることで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに本固定することを特徴とする請求項１記載のイメージセンサチップの固定方法。
前記パッケージベースは、前記光硬化性の接着剤が該パッケージベースの底板上であって、前記イメージセンサチップの少なくとも４隅に対応する領域に塗布される他に、熱硬化性の接着剤が該パッケージベースの底板上で、且つ前記光硬化性の接着剤が塗布される領域とは異なり、前記光照射部からの光が届かない領域に塗布されており、
前記光硬化性の接着剤を硬化させた後に、前記熱硬化性の接着剤を硬化させることで、前記イメージセンサチップを前記パッケージベースに固定させることを特徴とする請求項１又は２記載のイメージセンサチップの固定方法。