JP2009218918A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法 Download PDF

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文一 原園
Takashi Tasei
隆 田制
Takeshi Sugawara
健 菅原
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Abstract

【課題】透光性部材の位置あわせが容易であり、封止樹脂を確実に充填し、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入しないようにし、長寿命で信頼性の高い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、基板101と、基板101に搭載される固体撮像素子104と、固体撮像素子104の撮像領域に対して光学的空間を隔てて基板101に配設される光学フィルタ103とを備える。基板101は、撮像領域に相当する領域に貫通開口部101cを有し、貫通開口部101cの周縁に光学フィルタ103を載置する段差部101dを有する。段差部101dは、側面に光学フィルタ103が符合される凸部302を有し、固体撮像素子104と光学フィルタ103とが所定の間隔を隔てるように形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は固体撮像装置およびその製造方法に関する。
固体撮像装置においては、固体撮像素子チップを実装基板上に搭載すると共に、レンズを装着することによって、実装されるが、固体撮像素子と、レンズとの間の導光空間は、実装上極めて重要であり、この導光空間内に、空気が侵入することで、水滴が付着したり、あるいはゴミや塵が浸入したりすると、画質の低下を招くことになり、種々の対策が提案されている。
例えば、固体撮像素子を固定している空間に対して端面に粘着性を有するスペーサ部材を配置してそのスペーサの露呈する端面にゴミを付着させることによって、ゴミが固体撮像素子に付着することを防止し画質に影響を及ぼさないようにした固体撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−217546号公報
ところで、特許文献1に記載された固体撮像装置では、固体撮像素子と光学フィルタとによって仕切られた空間に対してのゴミを捕捉するのに有効であるとしているが、この空間におけるゴミは画素サイズ程度の大きさで撮像素子からの出力に影響が出るために、画素からの出力が低下してキズとなることが知られている。従って封止樹脂によって、隙間なく充填し、内部空間に空気やゴミが浸入しないようにする必要がある。
また、光学フィルタを光学フィルタ搭載部に載置する際には、光学フィルタ搭載部内の的確な位置に光学フィルタを載置することは難しい。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、透光性部材の位置あわせが容易であり、封止樹脂を確実に充填し、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入しないようにし、長寿命で信頼性の高い固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像装置は、基板と、前記基板に搭載される固体撮像素子と、前記固体撮像素子の撮像領域に対して光学的空間を隔てて前記基板に配設される透光性部材と、を備え、前記基板は、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、前記開口の周縁に前記透光性部材を載置する段差部を有し、前記段差部は、側面に前記透光性部材が符合される凸部を有し、前記固体撮像素子と前記透光性部材とが所定の間隔を隔てるように形成される。
また、本発明の固体撮像装置は、前記段差部が、側面とともに底面に前記透光性部材が符合される凸部を有する。
また、本発明の固体撮像装置は、前記段差部が、前記底面上の中心部に対して前記側面上の対向するそれぞれの位置に凸部を有し、前記側面上の凸部に接続されるように前記底面上に凸部を有する。
この構成により、凸部がガイドとして機能するため、透光性部材の位置あわせが容易でになる。また、透光性部材を片寄りなく配置できるため、封止樹脂を確実に過不足なく充填することができる。封止樹脂を満足に充填することができるため、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入せず、長寿命で信頼性の高くすることができる。また、透光性部材と、固体撮像素子とが基同一面側に実装されるため、実装が容易である。
また、本発明の固体撮像装置は、前記段差部が、樹脂を溜めるための段部を有する。
この構成により、固体撮像装置の製造過程において、透光性部材を段差部に載置して接着剤を硬化する際に、光学的撮像領域の一部である開口部へ接着剤が漏れ出すことを確実に防ぐことができる。
また、本発明の固体撮像装置は、前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、前記間隙を構成する、前記基板の前記固体撮像素子搭載面の少なくとも一部が、前記光学的有効領域に向かうテーパ面を構成した。
この構成により、テーパ面に沿って封止樹脂が良好に封止領域に流入するため、ボイドと呼ばれる空洞が生じることもなく、緻密で信頼性の高い封止構造を提供することが可能となる。なおこのテーパ面は前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側から、光学的有効領域に向かって低くなるテーパ面を構成するようにする。
また、本発明の固体撮像装置は、前記段差部が、当該段差部の側面の少なくとも一部が、前記固体撮像素子の撮像領域で撮像可能な光学的有効領域に向かうテーパ面を構成した。
この構成により、段差部のテーパ面に沿って封止樹脂が良好に封止領域に流入するため、緻密で信頼性の高い封止構造を提供することが可能となる。なおこのテーパ面は、前記基板の平坦部から段差部の側面に向かって低くなるテーパ面を構成するようにする。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記基板を形成する工程と、前記段差部に接着剤を塗布する工程と、前記段差部の前記凸部に符合されるように前記透光性部材を載置する工程と、前記透光性部材の載置の後に前記接着剤を硬化させる工程とを含む。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、前記基板を形成する工程と、前記段差部の前記凸部に符合されるように前記透光性部材を載置する工程と、前記基板に前記固体撮像素子を搭載する工程と、前記基板と、前記固体撮像素子との間に、前記開口から、光を照射しながら、光硬化性の封止樹脂を充填する工程とを含む。
この製造方法により、凸部がガイドとして機能するため、透光性部材の位置あわせが容易でになる。また、透光性部材を片寄りなく配置できるため、封止樹脂を確実に過不足なく充填することができる。封止樹脂を満足に充填することができるため、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入せず、長寿命で信頼性の高くすることができる。また、透光性部材と、固体撮像素子とが基同一面側に実装されるため、実装が容易である。
本発明は、透光性部材の位置あわせが容易であり、封止樹脂を確実に充填し、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入しないようにし、長寿命で信頼性の高い固体撮像装置を提供可能である。
(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1および図2は本発明の実施の形態1の立体配線基板を用いた固体撮像装置の要部説明図、図3は同固体撮像装置の外観斜視図、図4は、図3中のA−A線断面図、図5乃至図7は同固体撮像装置の製造工程図である。
図1に示すように、本実施の形態の固体撮像装置は、基板101と、基板101に搭載される固体撮像素子104と、固体撮像素子104の撮像領域に対して光学的空間を隔てて基板101に配設される透光性部材としての光学フィルタ103を備える。基板101は、固体撮像素子104の撮像領域に相当する領域に開口を有する。
また、固体撮像素子104と光学フィルタ103とは同一面側に形成されている。これにより、固体撮像素子および光学フィルタの装着時に立体配線基板を動かさなくてすむことから、塵や埃の発生を防ぎ、有効光学領域に塵や埃が入るのを防ぐことができる。
また、図2に示すように、基板101は、上記開口の周縁に光学フィルタ103を載置する段差部101dを有する。段差部101dは、側面に光学フィルタ103が当接される凸部を有する。本固体撮像装置では、固体撮像素子104と光学フィルタ103とが所定の間隔を隔てるように形成される。また、図2では図示していないが、光学フィルタ103とレンズ102とが所定の間隔を隔てるように位置決め可能に形成される。
なお、図2に示すように、段差部101dは、側面とともに底面に光学フィルタ103が当接される凸部を有するようにしてもよい。また、段差部101dは、上記底面上の中心部(図2では開口部)に対して側面上の対向するそれぞれの位置に凸部を有し、上記側面上の凸部に接続されるように底面上に凸部を有するようにしてもよい。ここでは、矩形開口において、各側面の中央部に凸部を有し、その凸部に接続されるように底面に凸部を有しているため、略十字型に凸部を有している。この形状に限られず、略X字型に凸部を有しても良いし、矩形において対向する2頂点において凸部を有してもよい。また、光学フィルタ103は凸部に当接しなくとも、符合するように載置されればよい。
この固体撮像装置では、図3に外観斜視図、図4に断面図を示すように、樹脂製の立体プリント基板101は、矩形台状の脚部101aとその上に形成された胴部101bとからなり、立体配線基板101の中央部には、脚部101aと胴部101bとを貫通する貫通開口部101cが形成されている。
また、立体配線基板101は、脚部101aの裏面側にプリント配線パターン110が形成されるとともに、胴部101bの内周には、レンズ102が嵌めこまれている。脚部101aと胴部101bの境界には、隔壁が形成され、隔壁の中央部には貫通開口部101cが形成されている。開口部101cのレンズ側と反対側の平面には、光学フィルタ103と固体撮像素子104が配置されている。貫通開口部101cは、固体撮像素子104の撮像エリアに対応して、長方形に形成されている。脚部101bの裏側には、固体撮像素子104をベア実装するための無電解メッキなどにより配線パターン110が形成されている。配線パターン110と端子部104aは電気的に接続されている。
固体撮像素子104は、画素サイズが2.25μmの正方形ピクセルでベイヤー配列を構成している。受光の有効範囲受光部分の周囲には、OB(Optical Black)ブロック、ADC、TG(Timing generator)などを含む周辺回路が設けられ約200万画素数の1/4インチUXGA形と呼ばれるCMOSでベアチップをSBB(Stud Bump Bond)やBGA(Ball Grid Array)などによりフリップチップ実装されている。
固体撮像素子104により得られた映像信号および外部からの制御信号、電源供給は配線パターン110 およびFPCの接続用ランドを経由して行われる。FPCの裏面には、固体撮像素子104への裏面からの可視光・赤外光の侵入を防止するため、金属箔(図示せず)が貼着されている。
透光性部材としての光学フィルタ103は、0.3mm厚のガラス基材にIR(InfraRed)カットコートが施されている。IRカットコートには、例えば二酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等の透明誘電体膜が蒸着により成膜され所要の分光特性を与えている。
また、立体配線基板101は、光軸109を中心にして、貫通開口部101cを介してレンズ102と対向する段差部101dに光学フィルタ103が配置され、この光学フィルタ103を覆うように固体撮像素子104が配置されている。また、レンズ102に入り込む光量を調節する絞り部材として作用するホルダ105が胴部101bの内周に嵌め込まれている。
固体撮像素子104は、表面に形成されたバンプ104aを介して脚部101aに形成されたプリント配線パターンで構成された端子110に接続し、立体配線基板に固定されている。なお、104bは光電変換素子である。
また、立体配線基板101の端子110は、ソルダペースト111等を用いて、携帯電話、パソコン等の各種機器のメイン基板に電気的に接続されている。
また、図4に示すように、本実施形態の固体撮像装置では、光軸に沿って被写体側よりレンズ102、基板101、光学フィルタ103、固体撮像素子104の順に配置されている。
次に、図5、図6、図7にこの固体撮像装置の組み立て工程図を示す。なお、図5〜図7において、貫通開口部101cや光学フィルタ103の形状や大きさは一例であり、例えば貫通開口部101cがこれらの図に示すよりも大きく、光学的撮像領域がより広いものであってもよい。また、光電変換素子104bの数もこれに限られない。
実装に際して、まず、プリント配線パターン110が形成した立体配線基板101を成形する(図5(a))。101fは平坦面である。また、図2に示した光学フィルタ103の搭載面となる段差部101dには4個の凸部302(図5では図示せず)が設けられ、光学フィルタ103を係止するように構成される。
そして、貫通開口部101cのうちレンズ設置側と反対側の開口端部周辺に設けられた段差部101d上に接着剤113を塗布する(図5(b))。その後、4個の凸部302をガイドとして接着剤113上に、貫通開口部101cを塞ぐように光学フィルタ103を載置して、接着剤を硬化させる(図5(c))。このとき、4個の凸部302を囲む周縁部で接着剤が良好に光学フィルタ103と固着する。なお、この接着剤には、粘度の高い樹脂が使用される。
次に、プリント配線パターン110上に、プリント配線パターン110とバンプ104aとが接触する位置であって固体撮像素子104が貫通開口部101cを覆う位置に固体撮像素子104を載置する(図6(a))。
この後、固体撮像素子104と立体配線基板101の隙間に、注入手段200を用いて、封止樹脂107を、光を照射しながら注入する(図6(b))。そして貫通開口部101cを介して照射された光が届く範囲で硬化する。図6(b)中の107aは、光照射により硬化した封止樹脂硬化部を示している。さらに、この後、封止樹脂107の残りの部分を熱硬化させて、固体撮像素子104の装着工程が終了する(図6(c))。107bは、封止樹脂の熱硬化部を示している。
なお、ここでは、固体撮像素子104、光学フィルタ103、立体配線基板101、プリント配線パターン110によって形成される間隙を埋めるように樹脂が注入されているが、なるべく光学フィルタ103の上面を樹脂が覆わないように、図6に示すよりも少量の樹脂を注入するようにしてもよい。これにより、段差部101dの底面と側面とガイドとしての凸部と光学フィルタ103とに囲まれた領域に良好に樹脂を注入可能である。そして、レンズを搭載する工程を行うために再び、立体配線基板101を反転させる(図6(d))。
次に、立体配線基板101の胴部101bの内周にレンズ102を嵌め込む(図7(a))。その後、レンズの上にドーナツ形状の絞り部材を構成するレンズホルダ105を更に嵌め込む(図7(b))。次に、レンズホルダ105を嵌め込んだ後、レンズホルダ105と胴部101bの境界部付近に接着剤105aを塗布する(図7(c))。最後に、接着剤105aを硬化させて、固体撮像装置100の組み立て工程が完了する。
なお、立体配線基板101はPPA(ポリフタルアミド樹脂)などが用いられ、外部からの光の透過を防ぐため黒色とされている。脚部101aの外側には、外部との接続のために端子部110が設けられ、フレキシブル配線基板(以下FPC)108に形成された接続用ランド(図示せず)と半田(図示せず)により接続されている。胴部101bの内部には、レンズホルダ105に嵌め込まれた樹脂製のレンズ102が配置されている。レンズホルダ105・レンズベースに組み込まれたレンズはレンズブロックと呼ばれる。このように、レンズ102は、2枚のそれぞれ光学的特性の異なる非球面レンズ(以下レンズと略す)とからなり、ホルダ105に組み込まれており、レンズブロックを構成しており、レンズブロック内で、光軸方向の位置が調整可能になっている。
次にこの固体撮像装置の動作を説明する。被写体からの光は、絞りを通リ、レンズ102によって集光され光学フィルタ103に入射され不要な赤外光及び紫外光が制限される。光学フィルタ103を透過した光は、固体撮像素子104に入射して公知の図示しないマイクロレンズあるいはオンチップレンズと呼ばれるレンズを通って、その下にある色素系の色フィルタを通過し、フォトダイオードによって所要の電気信号に変換される。そして、画面のアスペクト比が4:3で、毎秒15フレームのフレームレートの画像信号として出力され脚部101aの配線パターンを経由して脚部101aの外側の端子部110 からFPC118を通り外部のモニターなどへ出力される。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
実施の形態2と実施の形態1との違いは、立体配線基板101の段差部101dが貫通開口部101c側に接着剤溜りをさせる段101ddを構成していることである。固体撮像装置の他の構成部や製造方法や動作は実施の形態1と同様である。この場合、固体撮像素子搭載面の段差部101dの底面において貫通開口部101c側に段101ddを形成しておく。段101ddを設けることにより、上記説明した図5〜図7の製造過程で接着剤が貫通開口部101cへはみ出すことを確実に防止することができる。図8に段101ddを設けた固体撮像装置の一例を示す。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
実施の形態3と実施の形態1との違いは、立体配線基板1が、貫通開口部101cに臨む固体撮像素子104搭載面の周縁部がテーパ面101tを構成していることである。この一例を図9(b)に示している。つまり、本実施形態の固体撮像装置は、固体撮像素子104の撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、固体撮像素子104と光学フィルタ103と基板101により囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、この間隙を構成する、基板101の固体撮像装置搭載面の少なくとも一部が、上記光学的有効領域に向かうテーパ面を構成するようにしている。なお、図9(a)では、テーパ面を有する立体配線基板101を用いた固体撮像装置の一例を示している。なお、固体撮像装置の他の構成部や動作は実施の形態1と同様である。
また、固体撮像素子搭載面の貫通開口部101cを臨む周面全体にわたってテーパ面101tを構成するのではなく、図9に立体配線基板101の固体撮像素子搭載面を示すように、4隅にテーパ面101tで構成されたガイド部を構成し、このガイド部を介して封止樹脂が良好に充填されるようにしてもよい。この一例を図9(c)に示している。また、このガイド部は必ずしも4隅である必要はなく、相対向する2方向に配設してもよい。また相対向する2辺上にガイド部を形成してもよい。図9に示すテーパ面を構成することで、封止樹脂107をボイドなしに効率よく埋め込むことが可能となる。
このようなテーパ面101tを有する立体配線基板101を用いた固体撮像装置の製造方法として、2種類考えられる。まず第1の製造方法は、実施の形態1と同様の製造方法である。この場合、固体撮像素子搭載面の貫通開口部101cを囲む周縁部にテーパ面101tを形成しておく。
また、第2の製造方法では、図示はしないが第1の製造方法と以下の点が異なる。まず、光学フィルタ103を載置する際に、光学フィルタ103の載置位置に接着剤を塗布しない。また、光を照射しながら封止樹脂107を固体撮像素子104と立体配線基板101の隙間に注入する際、封止樹脂107は、テーパ面101rの存在により、効率よくテーパ面をすべり間隙内に注入される。
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
実施の形態4と実施の形態3との違いは、立体配線基板1が、段差部101dの側面が平坦面101fに向かってテーパ面101dtを構成していることである。固体撮像装置の他の構成部や製造方法や動作は実施の形態1と同様である。この場合、固体撮像素子搭載面の段差部101dの側面の少なくとも一部が平坦面101fに向かうテーパ面101dtを形成しておく。図10にテーパ面101dtの一例を示す。テーパ面101dtを設けることにより、光を照射しながら固体撮像素子104と立体配線基板101の隙間に注入された封止樹脂107が、テーパ面101dtの存在により、効率よくテーパ面101dtをすべりに、光学フィルタ103を搭載する段差部103dへ注入される。なお、テーパ面101tを有しない実施の形態1の固体撮像装置に本実施形態の段差部101dのテーパ面101dtを形成するようにしてもよい。
なお上記実施の形態1乃至4ではいずれも樹脂成形によって形成された立体配線基板について説明したが、積層基板などの平坦な基板に凹部を形成して用いた場合にも適用可能であることはいうまでもない。
本発明の固体撮像装置は、透光性部材の位置あわせが容易であり、封止樹脂を確実に充填し、撮像領域で撮像可能な光学的有効領域内に空気やゴミが浸入しないようにし、長寿命で信頼性の高い固体撮像装置等に有用である。また、撮像装置や携帯電話などの携帯端末機器などに搭載されるカメラ用途に有用である。
本発明の実施の形態1の撮像装置の概要説明図 本発明の実施の携帯1の撮像装置の光学フィルタ搭載部の説明図 本発明の実施の形態1の撮像装置の斜視図 本発明の実施の形態1の撮像装置のX−Xにおける断面図 本発明の実施の形態1の撮像装置の製造工程図 本発明の実施の形態1の撮像装置の製造工程図 本発明の実施の形態1の撮像装置の製造工程図 本発明の実施の形態2の撮像装置の接着剤溜りをさせる段の説明図 本発明の実施の形態3の撮像装置の立体配線基板のテーパ面の説明図 本発明の実施の形態4の撮像装置の段差部のテーパ面の説明図
符号の説明
101 立体配線基板
101a 脚部
101b 胴部
101c 貫通開口部
101d 段差部
101dd 段差部の段
101dt 段差部のテーパ部
101f 平坦部
101t テーパ部
102 レンズ
103 光学フィルタ
104 固体撮像素子
105 レンズホルダ
107 封止樹脂
109 光軸
110 端子
100 撮像装置
107 封止樹脂
101c 開口部
118 FPC
111 半田
200 注入手段

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板に搭載される固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子の撮像領域に対して光学的空間を隔てて前記基板に配設される透光性部材と、
    を備え、
    前記基板は、前記撮像領域に相当する領域に開口を有し、前記開口の周縁に前記透光性部材を載置する段差部を有し、
    前記段差部は、側面に前記透光性部材が符合される凸部を有し、前記固体撮像素子と前記透光性部材とが所定の間隔を隔てるように形成される
    固体撮像装置。
  2. 請求項1に記載の固体撮像装置であって、
    前記段差部は、側面とともに底面に前記透光性部材が符合される凸部を有する
    固体撮像装置。
  3. 請求項2に記載の固体撮像装置であって、
    前記段差部は、前記底面上の中心部に対して前記側面上の対向するそれぞれの位置に凸部を有し、前記側面上の凸部に接続されるように前記底面上に凸部を有する
    固体撮像装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の固体撮像装置であって、
    前記段差部は、樹脂を溜めるための段部を有する
    固体撮像装置。
  5. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の固体撮像装置であって、
    前記撮像領域で撮像可能な光学的有効領域の外側に樹脂封止領域を形成し得るように、前記固体撮像素子と前記透光性部材と前記基板とにより囲まれる空間の外側で封止樹脂が浸透される間隙を備え、
    前記間隙を構成する、前記基板の前記固体撮像素子搭載面の少なくとも一部が、前記光学的有効領域に向かうテーパ面を構成した
    固体撮像装置。
  6. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の固体撮像装置であって、
    前記段差部は、当該段差部の側面の少なくとも一部が、前記固体撮像素子の撮像領域で撮像可能な光学的有効領域に向かうテーパ面を構成した
    固体撮像装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の固体撮像装置を製造する方法であって、
    前記基板を形成する工程と、
    前記段差部に接着剤を塗布する工程と、
    前記段差部の前記凸部に符合されるように前記透光性部材を載置する工程と、
    前記透光性部材の載置の後に前記接着剤を硬化させる工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
  8. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の固体撮像装置を製造する方法であって、
    前記基板を形成する工程と、
    前記段差部の前記凸部に符合されるように前記透光性部材を載置する工程と、
    前記基板に前記固体撮像素子を搭載する工程と、
    前記基板と、前記固体撮像素子との間に、前記開口から、光を照射しながら、光硬化性の封止樹脂を充填する工程と
    を含む製造方法。
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