JP2009152481A

JP2009152481A - 撮像用半導体装置および撮像用半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2009152481A
Application number: JP2007330727A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shiraishi; 哲白石
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】安価で信頼性が高く高品質な撮像用半導体装置と、これを効率的に生産することが可能な撮像用半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板２０と、配線基板２０に搭載されると共に配線基板２０に形成された接続パッド２４とワイヤボンディング接続された撮像用半導体素子３０と、撮像用半導体素子３０の撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で設けられた封止材４０と、封止材４０の内側空間が密閉空間３８となるように封止材４０に接着された透光板５０と、封止材４０の外周囲と配線基板２０と透光板５０の間を充てんする樹脂６０と、を有していることを特徴とする撮像用半導体装置１０。
【選択図】図６

Description

本発明は撮像用半導体装置および撮像用半導体装置の製造方法に関する。

デジタルビデオカメラや携帯電話等の電子機器に組み込まれている撮像用半導体素子とレンズユニットからなる光学モジュールは、小型化、薄型化はもちろんのこと、安価で信頼性の高い光学モジュールの提供が強く望まれている。
以上のような要望に応えるべく、光学モジュールの小型化に貢献し、信頼性の向上を図った撮像用の半導体装置（例えば特許文献１）の提案がなされている。
特開２００６−３３２５４２号公報

特許文献１に開示されている撮像用の半導体装置の製造方法においては、図１１に示すように、基材１２０に複数個の撮像用半導体素子１３０を所要間隔に搭載（ａ）し、製造工程中における撮像用半導体素子１３０の撮像領域の汚染を防ぐために、撮像領域を保護する保護膜１８０を配設（ｂ）し、基材１２０と撮像用半導体素子１３０との間をボンディングワイヤ１３４で接続（ｃ）した後、樹脂モールド成形処理を行い保護膜１８０の配設部分以外の部分を、保護膜１８０の高さ位置に合わせて樹脂１６０により封止（ｄ）する。そして、保護膜１８０を取り除き（ｅ）、撮像領域を封止するための透光板１５０を樹脂１６０に載置して接着（ｆ）させた後、隣接する撮像用半導体素子１３０の間に沿ってダイシングして個片の撮像用半導体装置１１０を得ている。

このような製造方法を採用することにより、撮像用半導体素子１３０の撮像領域（撮像面）を傷めることなく撮像用半導体装置１１０を製造することが可能になるが、撮像用半導体素子１１０の撮像領域に対する保護膜１３６の着脱処理工程が欠かせず、生産性の効率向上の妨げになっているという課題がある。
また、透光板１５０を載置する樹脂１６０は高さ寸法を揃えた状態で形成しているが、樹脂１６０の上面に塗布した接着剤の厚さのばらつき程度によっては、撮像用半導体素子１３０の撮像面に対する透光板１５０のチルト量が大きくなり、不良品となってしまうおそれがあるといった課題がある。

そこで本願発明は、安価で信頼性が高く高品質な撮像用半導体装置と、これを効率的に生産することが可能な撮像用半導体装置の製造方法の提供を目的としている。

本発明は、配線基板と、前記配線基板に搭載されると共に前記配線基板に形成された接続パッドとワイヤボンディング接続された撮像用半導体素子と、前記撮像用半導体素子の撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で設けられた封止材と、前記封止材の内側空間が密閉空間となるように前記封止材に接着された透光板と、前記封止材の外周囲と前記配線基板と前記透光板の間を充てんする樹脂と、を有していることを特徴とする撮像用半導体装置である。

また、前記封止材は、紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする。これにより、封止材と透光板との接着処理に熱を加える必要がなくなり、密閉空間内における空気の膨張による透明板の破損を防ぐことができ、歩留りを向上させることができる。

また、前記封止材の上面高さ位置は、前記ワイヤボンディング接続におけるワイヤループ頂上部の高さ位置以上に設けられていることを特徴とする。これにより、撮像用半導体装置の高さ寸法を可及的に小さくすることができ、製品の小型化に貢献する。

また、他の発明として、配線基板に撮像用半導体素子を搭載し、配線基板の接続用パッドと撮像用半導体素子の電極とをワイヤボンディングする工程と、前記撮像用半導体素子の撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で封止材を供給する工程と、前記封止材の上面に透光板を搭載し、前記封止材の内側空間が密閉空間となるように前記封止材と前記透光板とを接着する工程と、前記封止材の外周囲と前記配線基板と前記透光板との間に樹脂を充てんする工程と、を有することを特徴とする撮像用半導体装置の製造方法がある。

また、配線基板に複数個の撮像用半導体素子を搭載し、配線基板の接続用パッドと撮像用半導体素子の電極とをワイヤボンディングする工程と、前記撮像用半導体素子のそれぞれの撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で封止材を供給する工程と、前記封止材の上面に透光板を搭載し、前記封止材の内側空間が密閉空間となるように前記封止材と前記透光板とを接着する工程と、前記封止材の外周囲と前記配線基板と前記透光板との間に樹脂を充てんする工程と、前記撮像用半導体素子ごとに個片化する工程と、を有することを特徴とする撮像用半導体装置の製造方法とすることもできる。

また、前記封止材を供給する工程の後に、前記配線基板の前記撮像用半導体素子搭載面に、上端面高さ位置が前記封止材の上端面高さ位置と一致するスペーサを配設する工程をさらに有していることを特徴とする。これにより、透光板の支持箇所を増やすことができ、透光板のチルト量をさらに減らすことができ、高品質な撮像用半導体装置の製造が可能になる。

また、前記樹脂を充てんする工程は、樹脂モールド成形法が用いられることを特徴とする。これにより、樹脂の充てんを確実に行うことができる。

また、前記封止材には紫外線硬化型接着剤が用いられ、前記封止材と前記透光板とを接着する工程が、紫外線照射工程であることを特徴とする。これにより、封止材と透光板とを接着させる際における加熱処理が不要となり、密閉空間内の空気の膨張による透光板の破損がなくなり、製品の歩留まりを大幅に向上させることができ、低コストでの製造が可能になる。

また、前記封止材を供給する工程には、印刷法が用いられることを特徴とする。これにより、封止材の塗布高さを容易にそろえることができ、透光板を接着させる際における撮像面とのチルト量を抑えることができ、高品質な撮像用半導体装置の製造が可能になる。

また、前記スペーサは、前記配線基板の外周縁部分に配設することを特徴とする。これにより、スペーサの配設数が削減でき、製造コストの低減に貢献する。

本発明にかかる撮像用半導体装置と撮像用半導体装置の製造方法によれば、安価で信頼性が高く高品質な撮像用半導体装置を効率的に製造することが可能になる。

以下、本発明にかかる撮像用半導体装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態における撮像用半導体装置の製造ユニットの平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線における断面図である。

本実施形態における撮像用半導体装置１０の製造ユニット１００は、図１、図２に示すように、大判の配線基板２０に複数個の撮像用半導体素子３０が撮像面を露出させた状態でマトリクス状に配設された、いわゆる多数個取りが可能な形態をなしている。配線基板２０の上面側のコーナ部分のそれぞれには、撮像用半導体素子３０を保護するための透光板５０を保持し、撮像用半導体素子３０の撮像面からの離反距離を規定するスペーサ７０が配設されている。

また、図２に示すように、撮像用半導体装置１０は、配線基板２０に撮像用半導体素子３０を撮像面が露出する状態で搭載し、撮像面の撮像領域の外側領域に封止材である接着剤４０を供給し、接着剤４０と透光板５０とを接着して撮像面を保護する密閉空間３８を形成した後、配線基板２０と透光板５０との間の空間にモールド樹脂６０を充てんし、製造ユニット１００を撮像用半導体素子３０ごとに個片化することにより得られる。

配線基板２０において撮像用半導体素子３０を搭載する面（以下、配線基板２０の上面ということがある）には図示しない配線パターンがサブトラクト法やセミアディティブ法等の公知の方法により形成されている。ソルダーレジスト等からなる絶縁膜２２は、接続パッド２４部分のみを露出させるようにして配線パターンを被覆している。接続パッド２４は、配線基板２０に搭載されている撮像用半導体素子３０における電極３２の配列状態に対応した配列に形成されている。接続パッド２４の表面には金めっき処理が施されていると好適である。

配線基板２０に搭載される撮像用半導体素子３０は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等により構成されていて、配線基板２０の上面にマトリクス状に配設される。撮像用半導体素子３０は、撮像面（受光面）の外周縁に沿って形成された電極３２と配線基板２０の上面に設けられた接続パッド２４との間を金ワイヤ等からなるボンディングワイヤ３４によりワイヤボンディング接続されている。また、撮像面には撮像領域よりも外方で、電極３２の配設位置より内方である領域において、撮像領域を一周する配置に接着剤４０が塗布されている。

本実施形態における撮像用半導体素子３０に塗布された接着剤４０の高さ位置は、ボンディングワイヤ３４のワイヤループ頂上部の高さ位置と等しい高さ位置となるようにした。このように撮像用半導体素子３０に塗布すべき接着剤４０のそれぞれにおける高さ寸法を一定の高さ寸法にする際には、接着剤４０の塗布高さと等しい板厚を有し、接着剤塗布位置に対応する位置にスリットが形成された接着剤塗布用マスク（図示せず）を用いた印刷法や、予め接着剤４０を塗布すべき部分の形状に接着剤シートを打ち抜いて形成したプリフォームを貼り付けする方法が好適である。

本実施形態における接着剤４０には紫外線硬化型の接着剤４０を用いた。紫外線硬化型の接着剤４０を用いることで、いわゆるＢステージ状（常温下では硬化状態であり、加熱すると粘着性を有する状態のもの）接着剤４０に透光板５０を載置した後、最終的に接着剤４０と透光板５０とを接着する際において加熱処理が不要になり、接着剤４０と透光板５０とにより閉塞された空間（密閉空間３８の前段階）内の空気が膨張せず、透光板５０の破損を防ぐことができ好都合である。

配線基板２０の上面のコーナ部にはスペーサ７０が配設されている。スペーサ７０の高さ寸法は、配線基板２０の上面にスペーサ７０を配設した際における上端面高さ位置が、接着剤４０の上端面高さ位置と同じ高さ位置となるように形成されている。スペーサ７０の材質はモールド樹脂６０と同じ材料であることが好ましいが、最終的には廃棄される部位に含まれるため、少なくとも配線基板２０とモールド樹脂６０との付着性が良好な材質であれば特に限定されるものではない。

透光板５０は、撮像用半導体素子３０の撮像面を保護するためのものであり、接着剤４０およびスペーサ７０により支持されている。本実施形態においては光学用板ガラスからなる透光板５０を用いているが、異物や気泡の混入量が少ない透明な材料であれば他の材料により形成されていてもよい。光学用板ガラスに替えて透明アクリル板を透光板５０として用いれば、撮像用半導体装置１０の製造コストを低減することができる。
透光板５０は配線基板２０の平面形状と同様に大判に形成されているので、接着剤４０およびスペーサ７０からなる複数の支点で支持することで、平坦を維持した状態で配設することができる。このように透光板５０を配設することで撮像用半導体素子３０の撮像面に対する透光板５０のチルト量を可及的に少なくすることができ、高品質な撮像用半導体装置１０にすることができる。

接着剤４０とスペーサ７０に載置された透光板５０は、接着剤４０に紫外線を照射して接着剤４０を硬化させることにより接着剤４０と接着する。透光板５０は接着剤４０とスペーサ７０により撮像用半導体素子３０の撮像面と平行を維持した状態で支持されているので、チルト量を少なくすることができると共に接着剤４０と透光板５０とを気密状態で接着することができる。これにより、撮像用半導体素子３０の撮像面と接着剤４０の内側面と透光板５０の下面により形成される空間は確実にシールされた密閉空間３８になる。

配線基板２０と透光板５０との間で密閉空間３８を除く部分には、モールド樹脂６０が充てんされている。モールド樹脂６０は、図示しない樹脂モールド装置に製造ユニット１００をセットし、樹脂モールド処理をすることで充てんできる。撮像用半導体素子３０の撮像面上部の密閉空間３８は、接着剤４０と透光板５０とが気密にシールされているので、圧力がかけられた状態で供給されるモールド樹脂６０が密閉空間３８に侵入することがない。これにより、樹脂モールド成形時における成形品の不良（フラッシュ）の発生をなくすことができ、歩留りを向上させることができる。

次に、本実施形態にかかる撮像用半導体装置１０の製造方法について説明する。図３〜図６は、撮像用半導体装置の各製造工程における状態を示す正面側断面図である。
まず、図３（Ａ）に示すように、配線基板２０の上面に撮像面を露出させた状態で撮像用半導体素子３０を複数個搭載して製造ユニット１００とする。次に、図３（Ｂ）に示すように、撮像用半導体素子３０の撮像面に形成されている電極３２と、配線基板２０の上面に形成されている接続パッド２４との間を金ワイヤ等からなるボンディングワイヤ３４によりワイヤボンディング接続する。次に、図４（Ａ）に示すように、撮像用半導体素子３０の撮像面における撮像領域の外方側領域であって、電極３２の配設位置よりも内方側領域に接着剤４０を印刷法やプリフォームを貼り付けすることにより塗布する。接着剤４０は、撮像領域の外周を周回する配置で、ボンディングワイヤ３４のワイヤループの頂上部高さと等しい高さ寸法となるように塗布される。次に、図４（Ｂ）に示すように、配線基板２０の上面のコーナ部のそれぞれにスペーサ７０を配設する。スペーサ７０もまた、ボンディングワイヤ３４のワイヤループの頂上部高さと等しい高さ寸法に形成されている。

次に、図５（Ａ）に示すように、光学用板ガラスからなる透光板５０を接着剤４０とスペーサ７０の上に載置する。接着剤４０の上面高さ位置とスペーサ７０の上面高さ位置はそれぞれ等しい高さに形成されているので、透光板５０は撮像用半導体素子３０の撮像面に対して平行な状態で支持される。つづいて図示しない紫外線照射装置により紫外線を接着剤４０に照射して接着剤４０を硬化させる。接着剤４０と透光板５０とを接着することにより、接着剤４０と透光板５０とが気密にシールされ、撮像面と接着剤４０の内側面と透光板５０の下面とにより密閉空間３８が形成される。

次に製造ユニット１００を図示しない樹脂モールド装置にセットし、配線基板２０と透光板５０との間にモールド樹脂６０を充てんする。モールド樹脂６０は圧力をかけた状態で充てんされるが、撮像面上方の密閉空間３８にモールド樹脂６０が侵入してしまうことはない。製造ユニット１００を樹脂モールド装置から取り出した状態を図５（Ｂ）に示す。最後に、図６（Ａ）に示すようにダイシングソーＤＳで撮像用半導体素子３０ごとにダイシングする。このようにして図６（Ｂ）に示すような個片化した撮像用半導体装置１０を得ることができる。なお、配線基板２０のコーナ部に配設されていたスペーサ７０は配線基板２０の外縁部と共に切り捨てられることになる。

このようにして得られた撮像用半導体装置１０は、撮像用半導体素子３０の撮像面を保護する透光板５０が撮像面と平行状態で配設されているので、撮像面に対する透光板５０のチルト量を可及的に少なくすることができる。これにより、撮像性能に優れた撮像用半導体装置１０を提供することができる。また、接着剤４０と透光板５０とがシールされた状態に形成されているので、樹脂モールド成形を行う際に、密閉空間３８にモールド樹脂６０が侵入することはない。すなわち樹脂モールド成形による製品の歩留まり低下を抑え、効率的な撮像用半導体装置１０の製造が可能になり、低コストで高品質な撮像用半導体装置１０を提供することができる。

以上に、実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態であっても本願発明の技術的範囲に属することがあるのはもちろんである。
例えば、以上に説明した実施形態においては、配線基板２０には上面のみに配線パターンが形成されている形態について説明しているが、図７に示すように配線基板２０の下面にも配線パターンおよび接続パッド２５を配設し、スルーホールＴＨにより配線基板２０の上下両面の配線パターン間の導通をとった撮像用半導体装置１０（撮像用半導体パッケージ）とすることもできる。このような場合には、配線基板２０の下面には、はんだボールなどからなる外部接続端子２８が設けられる。

また、以上に説明した実施形態においては、多数個取りの製造ユニット１００について説明を行ったが、撮像領域が広い撮像用半導体装置１０を製造する際においても、本願発明を適用することができるのはもちろんである。この場合、必ずしも多数個取りの製造ユニット１００にする必要はなく、図８に示すような単数個取りの製造ユニット１００とすることもちろん可能である。一個取りの製造ユニットにおいては、撮像用半導体素子３０ごとのダイシング工程はないが、配線基板２０のコーナ部２０に配設されているスペーサ７０を切除する工程が必要になる場合がある。

また、接着剤４０の上面高さ位置とスペーサ７０の上面高さ位置とはそれぞれ、ボンディングワイヤ３４のワイヤループの頂上部の高さ位置と等しくしているが、図９に示すように、ワイヤループの頂上高さ位置と透光板５０との間に隙間Ｓを有する高さ位置にすることももちろん可能である。
また、上記実施形態においては、透光板５０とスペーサ７０とは接着されていないが、スペーサ７０の高さ寸法を接着剤４０の高さ寸法より若干低くなるように形成し、スペーサ７０の上面にも接着剤４０を塗布し、すべての接着剤４０の上面の高さ位置を揃えれば、透光板５０を撮像面に対して平行な状態で支持することができると共に、透光板５０をスペーサ７０の位置においても接着させることができるため、より高精度な撮像用半導体装置１０の製造が可能になり好都合である。

さらに、上記実施形態においては、接着剤４０を印刷法やプリフォーム貼り付け法による供給形態について説明しているが、接着剤４０を供給した後における高さ寸法を精度よく管理することができれば、ディスペンサにより接着剤４０を供給する方法も採用することができる。
また、上記実施形態においては、紫外線硬化型の接着剤４０を用いているが、Ｂステージ状の接着剤４０と透光板５０とを接着する際の加熱温度が問題にならない場合には、熱硬化型の接着剤４０を用いることもできる。熱硬化型の接着剤４０を用いた場合であっても、上記実施形態と同様の供給方法や、ディスペンサによる供給方法を採用することができるのはもちろんである。

さらにまた、以上の実施形態においては、スペーサ７０を配線基板２０のコーナ部にのみ配設する形態について説明したが、製造ユニット１００が大判になった場合には、配線基板２０のコーナ部に配設したスペーサ７０の間に、配線基板２０の外周縁に沿って所要間隔をあけてスペーサ７０を追加して配設しても良いし、図１０に示すように、配線基板２０の外周縁を周回させるように枠状をなすスペーサ７０を配設することももちろん可能である。このように配設したスペーサ７０によれば、透光板５０の支持面積が増加するため、透光板５０をより平坦に支持することができ、撮像用半導体素子３０の撮像面に対するチルト量を更に少なくすることができるため好都合である。

また、接着剤４０は、撮像用半導体素子３０の電極３２とボンディングワイヤ３４の一部を被覆する配置に塗布することももちろん可能である。これにより、電極３２とボンディングワイヤ３４との接合部を保護することができるため好都合である。
そして、以上に説明した実施形態においては、透光板５０は、封止材である接着剤４０とスペーサ７０とにより保持されているが、接着剤４０による保持箇所が十分確保され、接着剤４０が十分な支持力を有している場合においては、スペーサ７０を配設しなくても、透光板５０を十分な精度で保持することもできる。このような構成は、本実施形態で説明したような複数個取りの製造ユニット１００において、配線基板２０に配設される撮像用半導体素子３０の数が多ければ適用することができる。

本実施形態における撮像用半導体装置の製造ユニットの平面図である。図１中のＡ−Ａ線における断面図である。撮像用半導体装置の製造工程中のそれぞれにおける状態を示す正面側断面図である。撮像用半導体装置の製造工程中のそれぞれにおける状態を示す正面側断面図である。撮像用半導体装置の製造工程中のそれぞれにおける状態を示す正面側断面図である。撮像用半導体装置の製造工程中のそれぞれにおける状態を示す正面側断面図である。他の実施形態の一例を示す正面側断面図である。一個取りの製造ユニットを示す正面側断面図である。接着剤とスペーサの高さ寸法を変更した状態を示す正面側断面図である。スペーサの他の実施形態の一例を示す平面図である。従来技術の撮像用半導体装置の製造方法における各工程の状態を示す正面側断面図である。

符号の説明

１０撮像用半導体装置
２０配線基板
２２絶縁膜
２４，２５接続パッド
２８外部接続端子
３０撮像用半導体素子
３２電極
３４ボンディングワイヤ
３８密閉空間
４０接着剤
５０透光板
６０モールド樹脂
７０スペーサ
１００製造ユニット
ＤＳダイシングソー
Ｓ隙間
ＴＨスルーホール

Claims

配線基板と、
前記配線基板に搭載されると共に前記配線基板に形成された接続パッドとワイヤボンディング接続された撮像用半導体素子と、
前記撮像用半導体素子の撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で設けられた封止材と、
前記封止材の内側空間が密閉空間となるように前記封止材に接着された透光板と、
前記封止材の外周囲と前記配線基板と前記透光板の間を充てんする樹脂と、を有していることを特徴とする撮像用半導体装置。
前記封止材は、紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１記載の撮像用半導体装置。
前記封止材の上面高さ位置は、前記ワイヤボンディング接続におけるワイヤループ頂上部の高さ位置以上に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の撮像用半導体装置。
配線基板に撮像用半導体素子を搭載し、配線基板の接続用パッドと撮像用半導体素子の電極とをワイヤボンディングする工程と、
前記撮像用半導体素子の撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で封止材を供給する工程と、
前記封止材の上面に透光板を搭載し、前記封止材の内側空間が密閉空間となるように前記封止材と前記透光板とを接着する工程と、
前記封止材の外周囲と前記配線基板と前記透光板との間に樹脂を充てんする工程と、を有することを特徴とする撮像用半導体装置の製造方法。
配線基板に複数個の撮像用半導体素子を搭載し、配線基板の接続用パッドと撮像用半導体素子の電極とをワイヤボンディングする工程と、
前記撮像用半導体素子のそれぞれの撮像面に、撮像領域の周囲を一周する配置で封止材を供給する工程と、
前記封止材の上面に透光板を搭載し、前記封止材の内側空間が密閉空間となるように前記封止材と前記透光板とを接着する工程と、
前記封止材の外周囲と前記配線基板と前記透光板との間に樹脂を充てんする工程と、
前記撮像用半導体素子ごとに個片化する工程と、を有することを特徴とする撮像用半導体装置の製造方法。
前記封止材を供給する工程の後に、前記配線基板の前記撮像用半導体素子搭載面に、上端面高さ位置が前記封止材の上端面高さ位置と一致するスペーサを配設する工程をさらに有していることを特徴とする請求項４または５記載の撮像用半導体装置の製造方法。
前記樹脂を充てんする工程は、樹脂モールド成形法が用いられることを特徴とする請求項４〜６のうちのいずれか一項に記載の撮像用半導体装置の製造方法。
前記封止材には紫外線硬化型接着剤が用いられ、前記封止材と前記透光板とを接着する工程が、紫外線照射工程であることを特徴とする請求項４〜７のうちのいずれか一項に記載の撮像用半導体装置の製造方法。
前記封止材を供給する工程には、印刷法が用いられることを特徴とする請求項４〜８のうちのいずれか一項に記載の撮像用半導体装置の製造方法。
前記スペーサは、前記配線基板の外周縁部分に配設することを特徴とする請求項４〜９のうちのいずれか一項に記載の撮像用半導体装置の製造方法。