JP2009135401A - 光学デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板の受光部または発光部に透光性板材を直接に貼着した直貼り構造を有しながら、透光性接着剤の電極部側へのはみ出しや半導体基板・透光性板材間のボイドを抑えることができる光学デバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】受光部12（または発光部）と電極部13とが形成された半導体基板11と、前記受光部12上に透光性接着剤5により貼着された透光性板材2とを有する光学デバイスにおいて、半導体基板11に、複数の凸部31を、受光部12と電極部13との間を仕切るように且つ互いの間に適当間隙32を設けて形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学デバイス及びその製造方法に関する。

一般的な光学デバイスの中で、たとえば固体撮像素子で構成される固体撮像装置には、不必要な高周波成分を遮断する光学的水晶板による光学的ローパスフィルタが用いられている。装置の小型軽量化のためには、回折格子を用いた光学的ローパスフィルタが用いられている（例えば、特許文献１）。

しかし、かかる光学的ローパスフィルタは固体撮像素子の撮像面に対して正確に位置決めすることが必要であるのに、μmのオーダで正確に位置決めすることは決して容易でないため、回折格子像が画面上に発生するのを十分に防止することができず、生産性も向上し難い。その対策として、図１０に示すように、固体撮像素子１と光学的ローパスフィルタ２とをギャップ規制体３を介して固定することにより、互いの間のギャップを規制して、μmのオーダで正確に位置決めすることが提案されている（例えば、特許文献２）。

一方、固体撮像装置のパッケージ構造については、従来の中空構造（図１０参照）に代えて、直貼り構造が提案されている（例えば、特許文献３）。直貼り構造とは、半導体基板の受光部（または発光部）に透光性板材を透光性接着剤で直接に貼り付ける構造をいう。直貼り構造のメリットは、透光性板材と透光性接着剤と半導体基板の平坦膜との屈折率を揃えることによって、固体撮像装置の高感度化を図ることができる点である。直貼りであるため、パッケージの小型化、薄型化は容易であり、受光部への工程ダストや移動ダストの混入を防ぐこともできる。
特開昭５３−１１９０６３号公報 特開平６−３３４１５９号公報 特開平３−１５１６６６号公報

ここで、固体撮像装置（受光デバイス）やLED装置（発光デバイス）等の光学デバイスを構成する際に、受光部または発光部に透光性板材を透光性接着剤で直接貼り付ける特許文献３の直貼り構造を採用し、かつ特許文献２のギャップ規制体を、受光部または発光部と透光性板材とを正確に位置決めするために、また透光性接着剤を流れ止めするために採用することが考えられる。

しかし、たとえば図１１に示すように固体撮像装置を構成する場合、半導体基板１１の受光部１２ａ上に透光性接着剤５を一点塗布方式で塗布すると、光学的ローパスフィルタなどの透光性板材２を搭載する際に、図１２（ａ）に示すように、透光性接着剤５が直線状の凸部３の外側、特に凸部３の中央部の外側に大きくはみ出し、半導体基板１１の周縁部に配置された電極部１３に付着する。図１２（ｂ）に示すように透光性接着剤６を受光部１２ａ上に二点塗布すると、凸部３の外側へのはみ出しは抑えられるが、二点の透光性接着剤５間の空気を巻き込んで内部にボイドが発生する。かかるボイドの対策としては、アンダーフィル方式、つまり透光性板材２を凸部３上にセットした状態で毛細管現象を利用して透光性接着剤５を流入させることが有効であるが、図１３に示すように、透光性板材２（および凸部３）の外周側へ透光性接着剤５が回り込むはみ出しが起こる。

本発明は上記問題を解決するもので、半導体基板の受光部または発光部に透光性板材を直接に貼着した直貼り構造を有しながら、透光性接着剤の電極部側へのはみ出しや半導体基板・透光性板材間のボイドを抑えることができる光学デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光学デバイスは、受光部または発光部と電極部とが形成された半導体基板と、前記受光部または発光部上に透光性接着剤により貼着された透光性板材とを有しており、前記半導体基板に複数の凸部が、前記受光部または発光部と前記電極部との間を仕切るように且つ互いの間に適当間隙を設けて形成されていることを特徴とする。

また本発明の光学デバイスの製造方法は、受光部または発光部と電極部とが形成される半導体基板に、複数の凸部を、前記受光部または発光部と前記電極部との間を仕切るように且つ互いの間に適当間隙を設けて形成する工程と、前記複数の凸部を有する半導体基板の受光部または発光部上に液状の透光性接着剤を供給する工程と、前記複数の凸部を有する半導体基板の受光部または発光部上に透光性板材を配置する工程と、前記半導体基板と透光性板材との間の透光性接着剤を硬化させて前記受光部または発光部上に透光性板材を貼着する工程と、を有することを特徴とする。

上記構成により、半導体基板の受光部または発光部に透光性板材を直接に貼着する直貼り構造によって、高感度化、パッケージの小型化、薄型化、受光部または発光部へのダスト混入の防止などが可能となる。また凸部によって、透光性接着剤の電極部側への流れを堰き止めることなどが可能となる。凸部どうしの間にも間隙を有することにより、二点塗布方式、毛細管現象を利用するアンダーフィル方式のいずれを採用する場合も、透光性接着剤に巻き込まれる空気を間隙を通じて逃して内部ボイドを抑えることができ、前記間隙を適当幅にしておけば透光性接着剤が入り込んでも表面張力が働くため流れ出ることはない。

複数の凸部は、電極部が半導体基板のどの位置に配置されているのかに応じて、電極部と受光部または発光部との間を仕切る方向に配列すればよい。たとえば、複数の凸部は受光部または発光部の外周に沿う方向に配列することができる。複数の凸部を、受光部または発光部の少なくとも２辺に沿って配列し且つ均一な高さとし、透光性板材を前記複数の凸部を介して前記受光部または発光部上に配置するのが都合よい。凸部によって、受光部または発光部と透光性板材との間の間隙を規制して正確に位置決めできるからである。

凸部の配列の両端は当該凸部の配列方向と交わる方向の透光性板材の端辺よりも内側に位置するのが好ましい。このようにすると、アンダーフィル方式を採用する場合に、透光性接着剤の表面張力によって、透光性板材を支持している凸部の列の外周に回り込むことなく受光部または発光部上に流れ込むため、凸部外側へのはみ出しを防止できる。

凸部は、平面視して、受光部または発光部に対向する側が背反する側よりも短いのが好ましい。凸部どうしの間の間隙は、内端が外端よりも広がったテーパ状となるので、透光性接着剤に巻き込まれる空気を確実に逃がすことができるからである。二点塗布方式の場合に特に好ましい形状である。凸部の上面の形状は、丸みを帯びるのが好ましい。

本発明の光学デバイスは、透光性板材を透光性接着剤によって直接貼着する半導体基板に予め複数の凸部を間隙を設けて形成するので、二点塗布方式、アンダーフィル方式のいずれで透光性接着剤を供給する場合も、透光性接着剤に巻き込まれる空気を逃して内部ボイドを抑えることができる。前記間隙を適当幅にしておけば透光性接着剤が入り込んでも表面張力が働くため流れ出ることはない。

凸部の配列の両端を当該凸部の配列方向と交わる方向の透光性板材の端辺よりも内側に位置させることで、アンダーフィル方式を採用する場合に透光性接着剤が凸部外側へ回り込んではみ出すことを防止できる。凸部によって、受光部または発光部と透光性板材との間の間隙を規制することも可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。光学デバイスとして固体撮像装置とＬＥＤ装置を挙げるがこれに限定されるものではない。
図１から図３に示す固体撮像装置は、固体撮像素子１aと、透光性板材２と、凹状の基板４とを有している。固体撮像素子１aは、半導体基板１１の中央に受光部１２aが形成され、基板周縁部に複数の電極部１３が形成されている。透光性板材２は、受光部１２a上に透光性接着剤５により貼着されている。固体撮像素子１aの電極部１３と基板４に設けられたリード４１とはワイヤ４２により接続されている。透光性板材２の上面を除く基板４内は遮光樹脂４３で埋められている。なお図２、図３においては理解を容易にするために一部部材の図示を省略している。

半導体基板１１上における電極部１３の形成領域よりも内側には、複数の凸部３１が受光部１２aの外周に沿って適当な間隙３２を設けて配列されている。凸部３１は平面視して長方形であり、受光部１２aの１組の対辺の各々に沿って配列されている。凸部３１の配列長さは、受光部１２aの対応する辺よりも長く、かつ透光性板材２の対応する辺よりも短くて、配列の両端は凸部３１の配列方向と交わる方向の透光性板材２の辺よりも内側に位置している。

凸部３１の高さは、受光部１２a上に液状で供給される透光性接着剤５を堰き止めるために必要な高さで且つ均一な高さである。凸部３１間の間隙３２は透光性接着剤５が実質上流れ出さない寸法である。凸部３１の高さ、間隙とも、予想されるボイドの径より大きい。たとえば透光性板材２が長さ５mm〜１２mm、幅４mm〜１１mm、厚み０．３mm〜１mmであって、透光性接着剤５としてＵＶ硬化型アクリル系接着剤を０．３mg〜２mg塗布する場合、凸部３１の高さ８μm〜１mm、間隙３２の幅１μm〜１０mmとされる。

上記固体撮像装置の製造方法を図４をも参照して説明する。
図４（ａ）に示すように、固体撮像素子１aと透光性板材２とを一体に形成する。そのためには、ウェーハ状態で、固体撮像素子１aを複数個形成する。また固体撮像素子１aごとの半導体基板１１上に上述の複数の凸部３１を形成する。凸部３１の形成は、たとえば、アクリレイトなどの感光性材料を塗布し、アクリレイトマスクを形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、凸部３１となる部分のみを硬化させ、それ以外の部分を有機剤で除去することによる。その後に、固体撮像素子１aごとの受光部１２a上に液状の透光性接着剤５を塗布し、凸部３１に載るように透光性板材２を配置し、透光性接着剤５を硬化させて透光性板材２を受光部１２a上に接着する。最後に固体撮像素子１ａごとにダイシングする。

透光性板材２が貼着された固体撮像素子１aを、図４（ｂ）から図４（ｄ）に示すように、基板４にダイボンディングし、基板４のリード４１にワイヤ４２によりボンディングし、透光性板材２の上面を除く基板４内を遮光樹脂４３を塗布して埋める。

以上の固体撮像装置では、半導体基板１１の受光部１２aに透光性板材２を直接に貼着する直貼り構造であることから、高感度化、パッケージの小型化、薄型化、受光部１２aへのダスト混入の防止などが可能である。また凸部３１によって、受光部１２aと透光性板材２との間の間隙を規制して正確に位置決めし、透光性接着剤５の電極部１３側への流れを堰き止めることができる。凸部３１間の間隙３２は適当幅にしているため、透光性接着剤５が流れ出ることはなく、その一方で、透光性接着剤５に巻き込まれる空気を逃して内部ボイドを抑えることができる。

透光性接着剤５を供給する方式について詳述する。上述の固体撮像装置では、透光性板材２を半導体基板１１の凸部３１上に載せるに先立って、受光部１２a上に液状の透光性接着剤５を塗布する、という塗布方式をとっている。このときに、図５に仮想線で示したような二点に透光性接着剤５を塗布する二点塗布方式をとると、各点の透光性接着剤５が透光性板材２によって押されて濡れ広がる領域は一点塗布方式に比べて小さいため、透光性接着剤５は凸部３１の列の内側に保持される。二点の透光性接着剤５間の空気は凸部３１間の間隙３２から逃がされる。図示したように、透光性接着剤５に巻き込まれてボイド６が生じた場合も、透光性接着剤５自体が間隙３２に入り込むに伴って逃がされることになり、受光部１２a上に残ることがない。間隙３２に入り込んだ透光性接着剤５は、間隙３２が上述のように設定されているため表面張力がはたらき、凸部３１の外側に流れ出ることはない。よって凸部３１外側への透光性接着剤５のはみ出しを防止できる。

図６は、アンダーフィル方式で透光性接着剤５を供給した状態を示す。透光性板材２を半導体基板１１の凸部３１上に載せた後に、半導体基板１１と透光性板材２との間に毛細管現象を利用して透光性接着剤５を流入させた状態である。上述のように、凸部３１の配列長さは透光性板材２の対応する辺よりも短く、その配列の両端は凸部３１の配列方向と交わる方向の透光性板材２の辺よりも内側に位置している。そのため、透光性接着剤５は、その表面張力によって、透光性板材２の外周に回り込むことなく受光部１２a上に流れ込む。ボイドが生じた場合に間隙３２から逃がされ受光部１２a上に残らないこと、透光性接着剤５が間隙３２を通じて凸部３１の外側に流れ出ないことは、二点塗布方式と同様である。

図７に示す固体撮像装置では、凸部３３は、平面視して、受光部１２aに対向する側が背反する側よりも短い台形である。凸部３３間の間隙３２がテーパ状になることから、透光性接着剤５を二点塗布方式で供給する場合も、アンダーフィル方式で供給する場合も、半導体基板１１と透光性板材２との間の空気を隙間３２に多く集めて、凸部３３の外側へ逃がすことができる。このため受光部１２a上のボイドをより確実に防止することができる。その他は図１の固体撮像装置と同じ構成であり、同様の効果が得られる。

図８に示す固体撮像装置では、凸部３４は、図１の凸部３１よりも小さく、かつ、多く形成されている。凸部３４の上面の形状は丸みを帯びている。このため凸部３４間の間隙３２でのボイドの移動スピードが速くなり、凸部３４の外側へ逃がしやすい。その他は図１の固体撮像装置と同じ構成であり、同様の効果が得られる。

図９に示すLED装置は、LED素子１bと透光性板材２と基板４とを有している。LED素子１bにおいては、半導体基板１１の一端寄りに発光部１２bが形成され、他端寄りに電極部１３が形成されている。発光部１２bと電極部１３との間には、平面視して長方形の凸部３１が、発光部１２bの１辺に沿って配列されている。透光性板材２は、凸部３１に載ることなく、発光部１２b上に透光性接着剤５により貼着されている。

凸部３１の配列長さは、発光部１２bの対応する辺よりも長く、かつ透光性板材２の対応する辺よりも短い。凸部３１の配列の両端はその配列方向と交わる方向の透光性板材２の辺よりも内側に位置している。凸部３１の高さは、発光部１２b上に液状で供給される透光性接着剤５を堰き止めるために必要な高さで且つ均一な高さである。凸部３１間の間隙３２は透光性接着剤５が実質上流れ出さない寸法である。凸部３１の高さ、間隙とも、予想されるボイドの径より大きい。４４ａ，４４ｂは基板４に設けられた外部端子である。

このLED装置でも、図１の固体撮像装置と同様に、発光部１２bへの透光性板材２の直貼り構造による効果が得られる。凸部３１が存在することで、ボイドが生じた場合に間隙３２から逃がされ発光部１２b上に残らないこと、透光性接着剤５が間隙３２を通じて凸部３１の外側に流れ出ないことも、図１の固体撮像装置と同様である。

上述の直貼り構造および凸部３１の配列を適用して同様の効果が得られる光学デバイスは、固体撮像素子（ＣＣＤなど）、発光素子（ＬＥＤ、半導体レーザー）、受光素子（フォトダイオード、フォトトランジスタ）などである。

固体撮像素子は、デジタルカメラ、携帯電話、車載用カメラに搭載するカメラモジュールなどに利用される。ＬＥＤは、携帯電話の発光表示、照明モジュールなどに利用される。半導体レーザーは、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどに利用される。

本発明は、デジタルカメラ、携帯電話、車載用カメラに搭載するカメラモジュール、携帯電話の発光表示、照明モジュール、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどを構成するのに有用である。

本発明の固体撮像装置の構成を示す断面図 図１の固体撮像装置の概略構成を示す分解斜視図 図１の固体撮像装置の一部の平面図および断面図 図１の固体撮像装置の製造方法を説明する工程断面図 図１の固体撮像装置を製造する際に透光性接着剤を二点塗布方式で供給した場合の広がりを示す模式図 図１の固体撮像装置を製造する際に透光性接着剤をアンダーフィル方式で供給した場合の広がりを示す模式図 本発明の他の固体撮像装置の概略構成を示す平面図 本発明の他の固体撮像装置の概略構成を示す平面図 本発明のLED装置の構成を示す平面図および断面図 従来の固体撮像装置の断面図 従来の他の固体撮像装置の概略構成を示す分解斜視図 図１１の固体撮像装置を製造する際に透光性接着剤を塗布方式で供給した場合の広がりを示す模式図 図１１の固体撮像装置を製造する際に透光性接着剤をアンダーフィル方式で供給した場合の広がりを示す模式図

符号の説明

1a 固体撮像素子
1b LED素子
２ 透光性板材
４ 基板
５ 透光性接着剤
６ ボイド
11 半導体基板
12ａ 受光部
12ｂ 発光部
13 電極部
31 凸部
32 間隙
33 凸部
34 凸部

Claims (11)

1. 受光部または発光部と電極部とが形成された半導体基板と、前記受光部または発光部上に透光性接着剤により貼着された透光性板材とを有する光学デバイスであって、前記半導体基板に複数の凸部が、前記受光部または発光部と前記電極部との間を仕切るように且つ互いの間に適当間隙を設けて形成されていることを特徴とする光学デバイス。
2. 凸部の配列の両端は当該凸部の配列方向と交わる方向の透光性板材の端辺よりも内側に位置することを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
3. 凸部は、平面視して、受光部または発光部に対向する側が背反する側よりも短いことを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
4. 凸部の上面は丸みを帯びていることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
5. 複数の凸部は受光部または発光部の外周に沿う方向に配列されていることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
6. 複数の凸部は受光部または発光部の少なくとも２辺に沿って配列され且つ均一な高さで形成されており、透光性板材は前記複数の凸部を介して前記受光部または発光部上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学デバイス。
7. 受光部または発光部と電極部とが形成される半導体基板に、複数の凸部を、前記受光部または発光部と前記電極部との間を仕切るように且つ互いの間に適当間隙を設けて形成する工程と、前記複数の凸部を有する半導体基板の受光部または発光部上に液状の透光性接着剤を供給する工程と、前記複数の凸部を有する半導体基板の受光部または発光部上に透光性板材を配置する工程と、前記半導体基板と透光性板材との間の透光性接着剤を硬化させて前記受光部または発光部上に透光性板材を貼着する工程と、を有することを特徴とする光学デバイスの製造方法。
8. 凸部の配列の両端は当該凸部の配列方向と交わる方向の透光性板材の端辺よりも内側に位置することを特徴とする請求項７記載の光学デバイスの製造方法。
9. 凸部は、平面視して、受光部または発光部に対向する側が背反する側よりも短いことを特徴とする請求項７記載の光学デバイスの製造方法。
10. 凸部の上面は丸みを帯びていることを特徴とする請求項７記載の光学デバイスの製造方法。
11. 複数の凸部は受光部または発光部の少なくとも２辺に沿って配列するとともに均一な高さで形成し、透光性板材は前記複数の凸部を介して前記受光部または発光部上に配置することを特徴とする請求項７記載の光学デバイスの製造方法。

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