JP2010272775A - 受光素子封止構造およびその製造方法、表示素子・電子素子モジュール、電子情報機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板と封止樹脂との界面や、封止樹脂と受光素子の側面との界面での剥離を防止して、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐ。
【解決手段】少なくとも素子側面1aおよび、この素子側面1aに連設した素子面1bの受光領域4を囲む周縁領域1cに封止樹脂51が配置されて受光領域4が透光性支持基板11および封止樹脂51により内部に封止するため、透光性支持基板11と封止樹脂51との界面や、封止樹脂51と受光素子1の側面1aとの界面での剥離を防止する。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも素子側面1aおよび、この素子側面1aに連設した素子面1bの受光領域4を囲む周縁領域1cに封止樹脂51が配置されて受光領域4が透光性支持基板11および封止樹脂51により内部に封止するため、透光性支持基板11と封止樹脂51との界面や、封止樹脂51と受光素子1の側面1aとの界面での剥離を防止する。
【選択図】図1
Description
本発明は、透光性支持基板に受光素子部品を搭載した受光素子封止構造およびその製造方法、表示素子が配置された透光性支持基板上に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された撮像素子を一体化させた受光素子一体型ディスプレイモジュールなどの表示素子・電子素子モジュール、この受光素子封止構造を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、テレビジョン電話装置、テレビジョン装置や情報を表示する表示ユニットまたは表示装置などに搭載するディスプレイモジュールなどの電子情報機器に関する。
図9は、特許文献1に開示されている従来の受光素子封止構造を示す要部縦断面図である。
図9に示すように、従来の受光素子封止構造を有する半導体装置100は、ガラス基板101に、ハンダバンプ102を介して受光素子103をフリップチップ接続し、この受光素子103は、ポッティング樹脂104により内部に封止されている。ポッティング樹脂104は、ガラス基板101上の流れ止め部材105により、ポッティング樹脂104の素子面への流れ込みを防ぎ、受光素子103の側面と裏面(図では上面)を覆うように封止されている。ポッティング樹脂104の硬化は、熱硬化タイプの樹脂であり、摂氏150度で2時間の温度条件で熱硬化させている。また、このハンダバンプ102は、ランド部106さらにスルーホールを介してガラス基板101の下面の配線部107に引き出されている。
上記従来の受光素子封止構造を有する半導体装置100では、封止樹脂としてのポッティング樹脂104は、受光素子103において、光を受ける受光領域をガラス基板101に向かい合わせに配置し、フェイスダウンでハンダバンプ102を介して搭載し、受光素子103の素子面には設けずに、側面と裏面(図では上面)に設け、摂氏150度に加熱して熱硬化させている。このため、以下のような問題が生じる。
従来の受光素子封止構造において、封止樹脂としてのポッティング樹脂104は、受光素子103とガラス基板101との間に異物や湿気が入り込むことを防ぐものである。ただし、受光素子103の側面には形成するが、素子面には形成していないため、気密性に劣るという問題が生じる。特に、熱硬化時に、中空部108の空気が膨張すると、ガラス基板101とポッティング樹脂104との界面や、受光素子103の側面とポッティング樹脂104との界面で剥離が発生し、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことができなくなってしまう。
従来の受光素子封止構造において、受光素子の接続部はハンダ接続されるため、受光素子とガラス基板の間がフラックスにより汚染される不具合が生じる虞がある。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、基板と封止樹脂との界面や、封止樹脂と受光素子の側面との界面での剥離を防止して、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことができる受光素子封止構造およびその製造方法、この受光素子封止構造を用いた表示素子・電子素子モジュール、この受光素子封止構造を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばテレビジョン電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
本発明の受光素子封止構造は、外部との電気信号の授受ができる一または複数の突起電極を有する受光素子と、該受光素子が該突起電極を介して電気的に接続されて搭載される透光性支持基板とを有し、少なくとも素子側面および、該素子側面に連設した素子面の受光領域を囲む周縁領域に封止樹脂が配置されて該受光領域を該透光性支持基板および該封止樹脂により内部に封止したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における突起電極を覆って前記透光性支持基板と前記受光素子とを固定する固定樹脂が前記封止樹脂の内部に設けられている。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における突起電極を介して前記透光性支持基板の配線と前記受光素子のパッドとを電気的に接続している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における固定樹脂は非導電粒子を含有している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における固定樹脂は導電粒子を含有している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における固定樹脂は非導電粒子および導電粒子を含有しており、該非導電粒子の平均径として該導電粒子径の30〜80パーセントのものを含む。この場合、固定樹脂の硬化前にチクソ性を向上させる場合などにおいて、微細フィラー(1μm以下)を添加する手法があり、この手法と併用する可能性がある。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における導電粒子の平均直径が2〜6μmである。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における導電粒子の平均直径が2〜4μmである。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における固定樹脂に対する前記導電粒子の含有比率は7〜15wtパーセントである。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における固定樹脂は、ACF(Anisotropic Conductive Film)、ACP(Anisotropic Conductive Paste)およびNCP(Non Conductive Paste)のうちのいずれかである。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における封止樹脂は電磁波硬化樹脂である。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における封止樹脂は、前記固定樹脂の熱硬化温度よりも低い低温硬化樹脂である。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における封止樹脂の封止領域は、前記受光素子の周縁領域の端辺から少なくとも50μmの領域を有しかつ前記受光領域に達していない。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における突起電極の頂部が尖った先端形状かまたは平坦形状である。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における複数の突起電極を前記受光素子の平面視4角形の対向する2辺にまとめて配置している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における複数の突起電極を前記受光素子の平面視4角形の1辺側にまとめて一または複数列に配置している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における平面視4角形の1辺に対向する1辺の両角部分に前記突起電極と同形状のダミー突起電極がそれぞれ配置されている。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における受光素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する固体撮像素子である。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造における受光素子の素子面の端辺付近に該端辺に沿った溝を設け、前記封止樹脂が該溝内に埋め込まれている。
本発明の表示素子・電子素子モジュールは、本発明の上記受光素子封止構造が配置された透光性支持基板に、ディスプレイが配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の表示素子・電子素子モジュールにおけるディスプレイは液晶表示パネルである。
本発明の受光素子封止構造の製造方法は、透光性支持基板を準備する透光性支持基板準備工程と、受光領域を有する素子面の受光領域を除く周辺領域に、外部との電気信号の授受ができる突起電極を設けた受光素子を準備する受光素子準備工程と、該受光素子を、該突起電極を介して透光性支持基板上に搭載する受光素子搭載工程と、該透光性支持基板上と該受光素子の素子側面および素子面の周縁領域とに封止樹脂を設けて該受光領域を封止する封止工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における透光性支持基板準備工程において、前記受光素子の突起電極が電気的に接続される前記透光性支持基板上の配線領域に固定樹脂を予め配置し、前記受光素子搭載工程において、該固定樹脂により該突起電極を覆って該透光性支持基板と該受光素子とを固定すると共に、該突起電極を介して該透光性支持基板の配線領域と該受光素子のパッドとを電気的に接続する。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における封止工程において、前記封止樹脂は前記固定樹脂よりも低温で熱硬化させる。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における封止工程において、前記封止樹脂は電磁波で硬化させる。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における封止工程において、前記封止樹脂は摂氏60度以上摂氏80度以下の温度で熱硬化させる。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における封止工程において、前記封止樹脂は、封止領域を前記受光素子の素子面周縁の端辺から50μm以上の領域で、かつ前記受光領域まで到達しない領域に配置されている。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における固定樹脂は非導電粒子を含有している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における固定樹脂は導電粒子を含有している。
さらに、好ましくは、本発明の受光素子封止構造の製造方法における受光素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する固体撮像素子である。
本発明の電子情報機器は、本発明の上記受光素子封止構造を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、受光素子封止構造として、外部との電気信号の授受ができる一または複数の突起電極を有する受光素子と、該受光素子が該突起電極を介して電気的に接続されて搭載される透光性支持基板とを有し、少なくとも素子側面および、該素子側面に連設した素子面の受光領域を囲む周縁領域に封止樹脂が配置されて該受光領域が該透光性支持基板および該封止樹脂により内部に封止されている。
これによって、少なくとも素子側面および、この素子側面に連設した素子面の受光領域を囲む周縁領域に封止樹脂が配置されて受光領域が透光性支持基板および封止樹脂により内部に封止されているので、基板と封止樹脂との界面や、封止樹脂と受光素子の側面との界面での剥離を防止して、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことが可能となる。
以上により、本発明によれば、少なくとも素子側面および、この素子側面に連設した素子面の受光領域を囲む周縁領域に封止樹脂が配置されて受光領域が透光性支持基板および封止樹脂により内部に封止されているため、基板と封止樹脂との界面や、封止樹脂と受光素子の側面との界面での剥離を防止して、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことができる。
以下に、本発明の受光素子封止構造の実施形態1、2および、この受光素子封止構造の実施形態1、2を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばテレビジョン電話装置などの電子情報機器の実施形態3について図面を参照しながら詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るディスプレイ一体型受光素子搭載モジュールにおける受光素子封止構造の要部構成例を示す平面図であり、図2は、図1のA−A線縦断面図である。
図1は、本発明の実施形態1に係るディスプレイ一体型受光素子搭載モジュールにおける受光素子封止構造の要部構成例を示す平面図であり、図2は、図1のA−A線縦断面図である。
図1および図2において、本実施形態1の受光素子封止構造10は、透光性支持基板11への受光素子封止構造に関し、封止樹脂51は、透光性支持基板11と、受光素子1(ここでは固体撮像素子)の側面1aと、素子面1bの受光領域4を囲む周辺領域1cとに密着して設けられている。これによって、封止樹脂51を熱硬化させる際の中空部61の気体膨脹時の圧力に耐える構造となって、受光領域4への異物や水分の侵入を確実に防ぐことができる。
ここでは、透光性支持基板11上に、本実施形態1の受光素子封止構造10の隣にディスプレイ20が搭載されてディスプレイ一体型受光素子搭載モジュールを構成している。これによって、例えばテレビジョン電話装置などを構成することができる。なお、導電粒子42を含有する固定樹脂41であるACPまたはACFを用いた例を示しているが、NCPは、ACPの導電粒子42を取り除いたものである。
ディスプレイ20は、2枚の透光性支持基板11、12を互いに対向させて重ね合わせた構成である。ディスプレイ20として、例えば液晶表示装置の液晶表示パネルを構成することができる。透光性支持基板11、12には、透明な種々のガラス樹脂材料を用いることができる。透光性支持基板11の一方面には基板配線21が設けられ、この基板配線21の配線部21bおよび少なくともその近傍が、酸化膜または窒化膜、またはそれらを組み合わせた複数層からなる無機の絶縁膜31により覆われている。この絶縁膜31は、外部環境から基板配線21を化学的、物理的ダメージから保護している。さらに、この絶縁膜31上を有機膜からなる絶縁膜32により覆い、さらに化学的、物理的ダメージからの保護を強化している。
基板配線21としては、アルミニュウム、タンタル、タンタルナイトライド、ニッケル、モリブデン、銅、金、白金、タングステン、チタンおよびITOなどが用いられる。これらの材料の中から単層または複数層で用いられる。基板配線21の材料は、必要に応じ、これらの中から選ばれ、使用箇所によって使い分けられる。
本実施形態1では、ディスプレイ20において、アルミニュウム、タンタルナイトライド、チタン、ITOを用い、受光素子チップ搭載領域に引き回す基板配線21もこの中の全てまたは一部を用いることで、ディスプレイ20と同様のプロセスで受光素子搭載領域の基板配線21も製造可能となり、製造工程を複雑化しない。
なお、一般的なディスプレイモジュールでは、受光素子1の搭載基板は、ディスプレイ20の一部を構成する透光性支持基板11とは別の基板を準備し、透光性支持基板11に接続して用いられている。これに対して、本実施形態1では、ディスプレイ20の一部を構成する透光性支持基板11に受光素子1が直接搭載されるため、専用の別の基板を準備する必要がなく、互いを接続する手間も省ける。
また、透光性支持基板11に受光素子1を直接搭載するため、ディスプレイモジュールを小型化することが可能となる。このようにして、受光素子1とディスプレイ20の距離を近づけることができ、これらの間を繋ぐ配線経路を短くすることができるため、信号処理速度を高めることができて、消費電力を抑えることができる。さらに、画像信号を双方向に通信するテレビ電話装置またはテレビ電話機能を有する電子機器などにおいて、通話者同士の視線を真近かに合わせることが可能となる。
受光素子1は、その中央部に受光領域4が形成されており、受光領域4には、集光能力を高める目的で、各受光部(画素)毎に、微小レンズ5(マイクロレンズ)が設けられている。これは、画素数の多いタイプの固体撮像素子では、一つの画素(受光部)が小さいため、1画素当たりの集光能力が低くなることを補っている。微小レンズ5(マイクロレンズ)はアクリル系樹脂、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜などの材料、またはこれらを複数層で設けている。複数の受光部が配設された中央部の受光領域4を除く周辺領域に複数の電極パッド2を配置する。
複数の電極パッド2は、例えば、4角形の受光素子1の4辺または4辺のうちの少なくとも1辺に沿って存在する。4角形の1辺に存在する場合は、対向する辺などに、受光素子1と外部との電気信号の授受を行わないダミーの導電突起などのスペーサを形成するとよい。ダミー導電突起以外のスペーサとしては、樹脂材料などの非導電突起でもよい。電極パッド2は、一般的には、アルミニュウム系または銅系の金属が用いられる。受光素子1の場合は、表面の汚染を避けるために、電極パッド2上に設けられる導電突起3として、金属細線から形成するワイヤバンプを用いるとよい。高さの必要に応じ、2段、3段・・・で設けるとよい。金属細線としては金が一般的に用いられるが、他にアルミニュウム、銅などもある。本実施形態1では、この中で酸化の影響を受けにくく、形状が安定化する金からなるワイヤバンプを用いた。電極パッド2が銅系の金属の場合は、最表面にアルミニュウム系の金属を設けることで対応できる。導電突起3は受光素子1が個片状態で設けてもよいし、個片化する前のウエハ状態で設けてもよい。製造上は、後者の方が量産性に優れる。
電極パッド2に導電突起3を設けた受光素子1は、基板配線21が設けられた透光性支持基板11のランド部21aに上記導電突起3が各々位置合わせされて搭載される。このランド部21aと導電突起3との電気的接続は、導電突起3とランド部21aを直接接続してもよいし、導電突起3とランド部21aの間に導電粒子42を介在させてもよい。このとき、上記接続方法によらず、受光素子1の接続部は、固定樹脂41で固定化することにより、受光素子1と透光性支持基板11の接続部を保護することができる。導電粒子42を介して電気的に接合する場合は、ワイヤバンプの頂部を予め平坦化しておくと導電粒子42の介在数を多くすることができるので導電性がよい。頂部のサイズは40以上とすると、導電粒子42の介在数を確保しやすくなる。導電粒子42を含有する固定樹脂41にはその一例としてACFやACPがある。
一方、導電粒子42を含まない固定樹脂には、その例としてNCPなどがある。これらのACF、ACP、NCPなどの材料は、非導電粒子を含有することができる。非導電粒子には、シリカ、アルミナ、樹脂粒子などがある。これらの非導電粒子は、導電突起3、透光性支持基板11や受光素子1などに熱膨張係数を近づけるのに有効である。NCPで受光素子1の接続部を固定する場合においては、導電突起3の頂部が尖った形状としておく方がよい。受光素子チップの接続の前に、予め樹脂を塗布するNCPを用いる方法では、接続面へのNCPの巻き込みを防止できる。また、導電突起3とランド部21aを金属接合により接続する場合でも、頂部が尖った先端形状としておくとよい。いずれの固定樹脂41を用いる場合においても、ハンダ接続しないので、受光素子1と透光性支持基板11の間におけるフラックスによる汚染の心配がない。また、導電粒子42を含まないNCPよりも、導電粒子42を含むACP、ACFの方が接続安定性に優れる。
ACPやACFにおける導電粒子42は、その平均直径は2〜6μmとするとよい。さらには2〜4μm程度と小さくした方が、含有率が同じでも、導電粒子42の数を増やすことができるので一端子当たりの導電粒子の介在数を増やすことができる。
一方、導電粒子42の平均直径が極端に小さいと、技術的、コスト的に困難になってくる。含有比率は7〜15wtパーセント程度がよい。このことで、一端子当たりの導電粒子42が介在しない確率を減らし、隣り合う端子間でのショートを減らすことができる。非導電粒子を含有させると、熱膨張係数を下げることができ、その結果として、熱膨張係数の比較的小さなガラスからなる透光性支持基板11や、シリコンからなる受光素子1に近づけることができるため、熱膨張係数の差が起因である透光性支持基板11と固定樹脂41の接合面、または受光素子1と固定樹脂41の接合面の剥離を抑制することができる。
しかしながら、非導電粒子は、導電粒子42よりも平均粒径が小さなものを含有させて、導電粒子42による電気的接続を阻害しないようにする必要がある。例えば、非導電粒子の平均径は導電粒子径の30〜80パーセント程度とするとよい。即ち、導電粒子42の径が5μmのとき、非導電粒子の平均径は1.5〜4μm程度、また、導電粒子42の径が3μmのとき、非導電粒子の平均径は1〜2.4μm程度とするとよい。非導電粒子の含有比率は作業性を考慮したうえで、できるだけ含有させた方が熱膨張係数を下げることができるため、熱膨張係数を合わせるのに都合がよい。
なお、平均粒径として2種類以上を含有させても良い。その場合、非導電粒子の平均粒径は導電粒子の平均粒径の30〜80%よりも小さなものを用いる。液状樹脂のチクソ性を向上させる場合に、例えば1μm以下の小さな粒子を含有させる手法があるが、その手法と併用が考えられるためである。
ACP、NCPにおいては、0.1〜70wtパーセント程度がよい。硬化温度は、一般的に摂氏150度以上である。一般的にツールボンディングするため、処理速度をできるだけ速くするためである。
封止樹脂51は、受光素子1の素子面と透光性支持基板11との間に異物や水分の浸入を防ぎ、受光素子1と透光性支持基板11との接続部を補強することができる。ここでは、受光素子1や、透光性支持基板11との界面に剥離などを起こさないために、素子側面に加えて、素子面の周縁領域にも封止樹脂51を設けている。さらに、素子裏面(図では上面)も覆ってもよい。このことにより、外部からの異物や水分の浸入を確実に防ぐことができる。
図3に、封止樹脂51(例えば液状樹脂)の素子面の周縁領域への浸入距離と剥離などの欠陥の有無との関係を示している。これにより、素子面の端面からの距離が最短で50μmを確保すれば、封止樹脂51と受光素子1、透光性支持基板11との界面の剥離などの欠陥は発生しないことが判る。粘度は、100から1500Pa・s、チクソ性は1.2〜2.5程度がよい。そのとき、浸入距離(d)は最も短いところでも50μm以上確保できる。最も浸入距離の短いところで、最小距離dとして50μm以上確保しかつ受光領域4に達しない場合では、電磁波の一種である紫外線を照射後においては、摂氏70度〜80度(または摂氏60度〜80度)で硬化を行っても受光素子1または透光性支持基板11との界面において、封止樹脂51の剥離などの異常はなかった。
封止樹脂51の硬化温度が高くなると、それだけ内部の気体の膨張の圧力が高まるため、できるだけ低温にすることが好ましい。また、ディスプレイ20と一体型とする場合、特に、液晶ディスプレイの場合は、摂氏80度を超えると、ディスプレイ部が劣化するため、摂氏80度以下で樹脂硬化させる必要がある(硬化反応を高めるために、低くても摂氏60度以上とすると良い)。浸入距離が0〜20μm程度と殆ど浸入していない場合は、内圧が原因で、受光素子1と封止樹脂51との界面で剥離が発生した。このときの粘度は2000Pa・s以上で、チクソ性は3以上であった。非導電粒子の含有量は0.1〜70wtパーセントがよい。電磁波と熱硬化併用タイプでなくても、電磁波硬化のみや熱硬化のみのタイプであってもよい。ただし、固定樹脂41よりも低い温度で硬化できることが必要である。硬化温度が高いと、固定樹脂41が緩むことが想定されるためである。ディスプレイ20として、液晶を用いる場合は、硬化温度は摂氏80度以下とする必要がある。したがって、電磁波のみで硬化する場合は、内圧の影響も少なく、ディスプレイへの影響もないため最も良いことになる。ただし、硬化物としての信頼性では、電磁波硬化と熱硬化の併用タイプかまたは熱硬化タイプが有利である。
(実施形態2)
上記実施形態1では、複数の電極パッド2(突起電極3)を受光素子1の対向する2辺側にまとめて配置した場合について説明したが、本実施形態2では、複数の電極パッド2(突起電極3)を2列に配置して受光素子1の1辺側にまとめて配置した場合について説明する。
上記実施形態1では、複数の電極パッド2(突起電極3)を受光素子1の対向する2辺側にまとめて配置した場合について説明したが、本実施形態2では、複数の電極パッド2(突起電極3)を2列に配置して受光素子1の1辺側にまとめて配置した場合について説明する。
図4は、本発明の実施形態2に係るディスプレイ一体型受光素子搭載モジュールにおける受光素子封止構造の要部構成例を示す平面図であり、図5は、図4のB−B線縦断面図である。なお、図4および図5において、図1および図2の場合と異なる点について説明する。
図4および図5において、本実施形態2の受光素子封止構造10Aでは、外部と信号の授受を行うことができる複数の電極パッド2(導電突起3)が受光素子1の1辺側にまとめられている。このことにより、ACF、ACP、NCPなどの固定樹脂41による接続領域を一箇所に集中させることができ、接続領域、または接続領域同士の間隔を狭くすることができるので、透光性支持基板11や受光素子1と、固定樹脂41との熱膨張係数の不一致からくる残留応力を低減することができ、これらの界面での剥離を抑制することができる。
また、電極パッド2を透光性支持基板11の空き領域側(紙面において図4の受光素子1の搭載部の下方位置)に配置できるため、透光性支持基板11上の基板配線21の引き回しが容易になる。このとき、対辺側にスペーサとしてのダミーの導電突起3Aを配置するためのダミー電極パッド2Aを配置し、その上にダミー導電突起3Aを設けている。このことにより、搭載時における受光素子1の傾きを軽減することができる。
さらに、基板配線21の保護機能を有する有機の絶縁膜32は、ここでは封止樹脂51の領域を規定する流れ止め部の役割を兼ねている。また、ディスプレイ用配線として用いられるITOを設けて、流れ止め部の役割を持たせてもよい。ITOはエポキシ系などの樹脂との濡れ性がよくない性質を持っているためである。さらには、絶縁膜32上において、封止樹脂51と接触する領域にITOをコーティングすると更に流れ止めの役割が強化される。さらに、他の方法も考えられ、例えば絶縁膜31と封止樹脂51の組み合わせで、濡れ性が良い場合は、封止樹脂51の必要な領域に絶縁膜31が存在するか、露出するとよいので、受光領域4に絶縁膜31の開口部を設けて、受光素子1の外周側は、絶縁膜32やITOなどによって流れ止め部を設けるとよい。
ここで、上記構成の図4および図5のディスプレイ一体型受光素子搭載モジュールにおける受光素子封止構造10Aの製造方法について説明する。
図6(a)〜図6(c)は、図4および図5のディスプレイ一体型受光素子搭載モジュールにおける受光素子封止構造10Aの製造方法の各工程を説明するための要部縦断面図である。
図6(a)に示すように、まず、透光性支持基板11を準備する透光性支持基板準備工程について説明する。
基板配線21と、その上に設けられ、単層または複数層の酸化膜または窒化膜からなる無機の絶縁膜31と、さらにその上に設けられた有機の絶縁膜32とを順次形成する。
基板配線21は、受光素子1の電気的接続領域に絶縁膜31の開口部31Aを有し、この開口部31Aの一部にランド部21aが設けられる。さらに、ランド部21aはこの部分の保護のためにITOを設ける(図示せず)。
絶縁膜31は、受光素子1の受光領域4が重なる領域は層数を減らして薄く形成するか全く設けないようにすることが好ましい。このことで、基板配線21の保護が必要な領域は厚く設け、受光領域4と重なる領域については、薄くするか層数を減らすことで、光の透過性を向上させることができるためである。
絶縁膜32は、受光領域4が重なる領域と、後で封止樹脂51が設けられる領域に封止樹脂51の形成領域に開口部を有するように配置する。この配置により、封止樹脂51の流れ止め部の役目を果たす。他に、流れ止め部としてはITOや、絶縁膜32とITOとの組み合わせ、絶縁膜31との組み合わせなどが考えられる。
ディスプレイ20側では、透光性支持基板11に対向して透光性支持基板12を配置するなどしてディスプレイ20を形成する。
受光素子1を金属接合によりランド部21aに搭載する場合には、ランド部21aのみ金属接合に適した厚さに金属膜を形成しておくとよい。ACFを用いる場合は、導電突起3の形成領域全てを覆うように、透光性支持基板11における導電突起3と重なる領域に仮付けする。透光性支持基板11に導電突起3を設ける場合は、受光素子1側に仮付けするとよい。図7(a)〜図7(c)の受光素子封止構造10Bに示すようにACFの代わりにACPを用いる場合は、同様の領域にディスペンサなどで描画して形成するとよい。導電粒子42を含有しないNCPの場合も同様である。
次に、受光領域4を有する素子面1bの受光領域4を除く周辺領域1cに、外部との電気信号の授受ができる導電突起3(突起電極)を設けた受光素子1を準備する受光素子1の準備工程について説明する。
受光素子1を、ウエハプロセスによりウエハ上に縦横に複数個並んだマトリクス状に形成する。各受光素子1は、平面視長方形かまたは正方形などの四辺形のチップであり、その中央付近に受光領域4を形成し、四辺形の1辺(図4の場合は1辺、図1の場合は対向する2辺)に集中して、外部と電気信号の授受ができる複数の電極パッド2を形成する。また、複数の電極パッド2を形成する1辺の対辺にはダミー導電突起3Aを形成する領域にダミーの電極パッド2Aを形成しておく。このダミー電極パッド2Aは、受光素子1との電気的接続はなく、最表面には電極パッド2と同様の金属を形成しておく。受光素子1の厚さはウエハ状態で素子裏面側を研磨して調整することができる。導電突起3としては、ワイヤボンディングに用いられる金属細線を用いたワイヤバンプがよい。メッキバンプでは、受光領域4を汚染する可能性があるためである。ワイヤバンプの材料としては、酸化の影響がなく形状が安定する金ワイヤがよく、電極パッド2およびダミー電極パッド2Aの両方にワイヤバンプを形成する。高さの必要に応じ、2段、3段・・・で設けるとよい。ワイヤバンプはウエハ状態で設けるのが製造上好ましいが、受光素子1の個片状態でも可能である。このようにして受光素子1は透光性支持基板11と並行して準備しておき、受光素子1搭載工程直前にACF、ACP、NCPなどの固定樹脂41を、図6(a)に示すように透光性支持基板11の導電突起3が電気的に接続されるランド部21a上に設けておく。
次に、受光素子1を、導電突起3(突起電極)を介して透光性支持基板11上に搭載する受光素子搭載工程について説明する。
即ち、図6(b)に示すように、ダミー突起3Aに対応する位置のランド21aには固定樹脂41を設けない方がよい。これは、固定樹脂41を一箇所に集中させ、残留応力を小さくするためである。残留応力が大きいと、固定樹脂41の剥離を誘発するためである。また、ここで、固定樹脂41は受光素子1の周縁を完全に囲むようには設けずに、少なくとも一部分に隙間を設ける方が良い。固定樹脂41は速硬化が求められるため、摂氏150度以上の高温でツールボンディングする必要がある。このため、固定樹脂41に囲まれた中空部61の気体による圧力により、固定樹脂41が常に応力を受ける状態となる。また、受光素子1の厚さが薄い場合、例えば0.2mm以下では受光素子1が空気圧(負圧か正圧かいずれでもよい)により撓んでしまい、受光素子1の電気的特性などに影響が懸念されるためである。
次に、透光性支持基板11上と受光素子1の素子側面1aおよび素子面1bの周縁領域1cとに封止樹脂51を設けて受光領域4を封止する封止工程について詳細に説明する。
即ち、図6(c)に示すように、封止樹脂51は液状樹脂を用いることができる。前述のように、液状樹脂は透光性支持基板11に搭載された受光素子1の素子面の固定樹脂を設けなかった外周領域において、端辺からの浸入距離が最も短いところでも、50μm以上浸入し、受光領域4までは浸入しないように調整されたものを用いるとよい。概ね、摂氏20度〜70度の範囲の何れかの温度において、1mm/h程度に抑えていれば使用可能である。ただし、素子面の端辺から受光領域4までの距離が短い受光素子1の場合は、さらに浸入距離を抑えるように、粘度、チクソ性を大きく調整するとよい。受光素子1と透光性支持基板11間のスペースが30から120μmのとき、粘度は100〜1500Pa・s、チクソ性は1.2〜2.5程度がよい。
一方、電磁波で硬化する封止樹脂51を用いると浸入距離を調節するのによい。電磁波としては紫外線硬化(光硬化)が一般的である。封止樹脂51の描画直後に紫外線照射をするとよいが、それでも、受光素子1と透光性支持基板11の間への封止樹脂51の侵入は進行するため、封止樹脂51の粘度、チクソ性の調整は必要である。紫外線照射のみでも硬化する樹脂はあるが、受光素子1の素子面が触れるように封止するため、信頼性の確保はむずかしいようである。
今回は、紫外線硬化と熱硬化の両方で硬化させるタイプの封止樹脂51を用いた。描画は受光素子1の素子面の外周領域とその素子側面、透光性支持基板11に触れるように描画した。さらに素子裏面に設けてもよい。受光領域4に到達しない粘度、チクソ性に調節されているため、素子側面のほぼ全域と、素子面の周縁も50μm以上濡れ、流れ止めが無い場合においても、受光領域4まで到達しない。通常、流れ止め部は無くても良いが、受光領域4が素子面の端面に近い場合などは流れ止め部を設けた方が良い。
次に、紫外線を透光性支持基板11側から照射し、紫外線照射後、液晶の耐熱温度である摂氏80度より低い摂氏70度程度で硬化できる封止樹脂を用い、摂氏70度で1時間の加熱を行って硬化させた。このとき、紫外線照射直前の浸入距離が保たれており、封止樹脂51と受光素子1、または封止樹脂51と透光性支持基板11との剥離などの欠陥などはない。ここでは、電磁波による硬化を行う例を示したが、熱硬化のみで硬化させても良い。この場合は、例えば、粘度とチクソ性を高めに調整すると良く、流れ止め部を設けるとさらによい。
受光素子1の受光領域4と透光性支持基板11との間への異物と水分の浸入を防ぐためには、封止樹脂51は、受光素子1の周縁における固定樹脂41の未形成部分のみに孔を埋めるように設けても良いが、固定樹脂41の補強と、固定樹脂41への水分の影響を考慮して、固定樹脂41の外周も含めて受光素子1の外周全体を囲むように設けるとさらによい。ここで、固定樹脂41への水分の影響とは、固定樹脂41と透光性支持基板11、または固定樹脂41と受光素子1との界面に水分が浸入することで、固定樹脂41の剥離を起こし易いことである。
従来の受光素子封止構造としては、受光領域4に樹脂を充填するものもあるが、この場合、透光性の高い樹脂を用いても、樹脂を充填するため、透過率の低下は避けられない。さらには、受光領域4に液状樹脂が気泡や異物を巻き込む可能性が高いので品質や良品率を低下させる。本発明は、受光素子1の受光領域4は中空部61を確実に設けており、透過率の低下や、異物、気泡による不良もない。さらには、受光素子1の受光領域4は中空部61を確実に設けるため、微小レンズにより確実に集光させることができる。
ここまでの説明において、受光素子封止構造は、ディスプレイ20を設けた透光性支持基板11を一例としている。携帯電話装置などにおいては、従来は、ディスプレイモジュールと、カメラモジュールはそれぞれ別の基板に設けられていた。本発明の構成では、カメラモジュールとしての受光素子搭載基板を削減でき、ディスプレイモジュールがコンパクトになる。その結果として、受光素子1とディスプレイ20の距離を近づけることができ、配線経路が短くすることができるため、処理速度を高めることができ、消費電力を抑えることができる。さらには、画像信号を双方向に通信するテレビジョン電話装置、またはテレビジョン電話機能を有する電子機器などにおいて、通話者同士の視線を合わせることを可能とする。
以上により、上記実施形態1,2によれば、受光素子封止構造10、10Aまたは10Bにおいて、少なくとも素子側面1aおよび、この素子側面1aに連設した素子面1bの受光領域4を囲む周縁領域1cに封止樹脂51が配置されて受光領域4が透光性支持基板11および封止樹脂51により内部に封止するため、透光性支持基板11と封止樹脂51との界面や、封止樹脂51と受光素子1の側面1aとの界面での剥離を防止して、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことができる。
このように、封止樹脂51は、受光素子1の素子側面1aと、素子面1bの周縁領域1cに設けるため、透光性支持基板11と受光素子1の受光領域4に異物や湿気が入り込むことを防ぐことができる。特に、封止樹脂51として、熱硬化タイプのもの(電磁波硬化併用タイプを含む)を使用する場合において、透光性支持基板11との界面や素子側面との界面での剥離を防ぐことができて、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことができる。
また、受光領域4に確実に中空部61を設けるため、透光性の低下や、樹脂による異物や気泡による不良もない。
さらに、受光素子封止構造10、10Aまたは10Bにおいて、受光素子1の接続部はハンダ接続を行わないため、受光素子1とガラス基板などの透光性支持基板11間のフラックスによる汚染がない。
(実施形態3)
図8は、本発明の実施形態3として、本発明の実施形態1、2の受光素子封止構造10、10Aまたは10Bを画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
図8は、本発明の実施形態3として、本発明の実施形態1、2の受光素子封止構造10、10Aまたは10Bを画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
図8において、本実施形態3の電子情報機器90は、上記実施形態1、2の受光素子封止構造10、10Aまたは10Bからの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面(ディスプレイ20)などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示手段93と、通信手段94と、プリンタなどの画像出力手段95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、携帯端末装置(PDA)、テレビジョン電話装置、テレビジョン装置や情報を表示する表示ユニットまたは表示装置などに搭載するディスプレイモジュールなどの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
したがって、本実施形態3によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
なお、本実施形態1、2では、受光素子1の素子側面1aおよび、この素子側面1aに連設した素子面1bの受光領域4を囲む周縁領域1cに封止樹脂51が配置されて受光領域4が透光性支持基板11および封止樹脂51により内部に封止する場合について説明したが、これに限らず、封止樹脂51は受光素子1の上面(素子面1bとは反対側の面)をも覆うように配置してもよい。
また、受光素子1の素子面1bの端辺付近に該端辺に沿った図示しない溝を設けて、封止樹脂51をその溝に埋め込んで、受光素子1の素子側面1aからの封止樹脂51の剥離を抑制させるように構成することもできる。要するに、封止樹脂51の溝への埋め込み部分によって、受光素子1の素子側面1aからの封止樹脂51の剥離方向への移動が阻止される。
さらに、上記実施形態2では、複数の導電突起3を受光素子1の平面視4角形の1辺側にまとめて2列に配置したが、これに限らず、複数の導電突起3を受光素子1の平面視4角形の1辺側にまとめて一または複数列に配置してもよい。
以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜3を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜3に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜3の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、透光性支持基板に受光素子部品を搭載した受光素子封止構造およびその製造方法、表示素子が配置された透光性支持基板上に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された撮像素子を一体化させた受光素子一体型ディスプレイモジュールなどの表示素子・電子素子モジュール、この表示素子・電子素子モジュールを表示部および受光部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置、テレビジョン電話装置、テレビジョン装置や情報を表示する表示ユニットまたは表示装置などに搭載するディスプレイモジュールなどの電子情報機器の分野において、少なくとも素子側面および、この素子側面に連設した素子面の受光領域を囲む周縁領域に封止樹脂が配置されて受光領域が透光性支持基板および封止樹脂により内部に封止されているため、基板と封止樹脂との界面や、封止樹脂と受光素子の側面との界面での剥離を防止して、外部からの異物や湿気の浸入を防ぐことができる。
1 受光素子
1a 素子側面
1b 素子面
1c 周縁領域
2 電極パッド
2A ダミー電極パッド
3 導電突起(突起電極)
3A ダミー導電突起
4 受光領域
5 微小レンズ
10、10A、10B 受光素子封止構造
11、12 透光性支持基板
20 ディスプレイ(液晶表示装置)
21 基板配線
21a ランド部
21b 配線部
31、32 絶縁膜
31A 開口部
41 固定樹脂
42 導電粒子
51 封止樹脂
1a 素子側面
1b 素子面
1c 周縁領域
2 電極パッド
2A ダミー電極パッド
3 導電突起(突起電極)
3A ダミー導電突起
4 受光領域
5 微小レンズ
10、10A、10B 受光素子封止構造
11、12 透光性支持基板
20 ディスプレイ(液晶表示装置)
21 基板配線
21a ランド部
21b 配線部
31、32 絶縁膜
31A 開口部
41 固定樹脂
42 導電粒子
51 封止樹脂
Claims (31)
- 外部との電気信号の授受ができる一または複数の突起電極を有する受光素子と、該受光素子が該突起電極を介して電気的に接続されて搭載される透光性支持基板とを有し、
少なくとも素子側面および、該素子側面に連設した素子面の受光領域を囲む周縁領域に封止樹脂が配置されて該受光領域を該透光性支持基板および該封止樹脂により内部に封止した受光素子封止構造。 - 前記突起電極を覆って前記透光性支持基板と前記受光素子とを固定する固定樹脂が前記封止樹脂の内部に設けられている請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記突起電極を介して前記透光性支持基板の配線と前記受光素子のパッドとを電気的に接続している請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記固定樹脂は非導電粒子を含有している請求項2に記載の受光素子封止構造。
- 前記固定樹脂は導電粒子を含有している請求項2に記載の受光素子封止構造。
- 前記固定樹脂は非導電粒子および導電粒子を含有しており、該非導電粒子の平均径として該導電粒子径の30〜80パーセントのものを含む請求項2に記載の受光素子封止構造。
- 前記導電粒子の平均直径が2〜6μmである請求項5または6に記載の受光素子封止構造。
- 前記導電粒子の平均直径が2〜4μmである請求項5または6に記載の受光素子封止構造。
- 前記固定樹脂に対する前記導電粒子の含有比率は7〜15wtパーセントである請求項5または6に記載の受光素子封止構造。
- 前記固定樹脂は、ACF(Anisotropic Conductive Film)、ACP(Anisotropic Conductive Paste)およびNCP(Non Conductive Paste)のうちのいずれかである請求項2に記載の受光素子封止構造。
- 前記封止樹脂は電磁波硬化樹脂である請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記封止樹脂は、前記固定樹脂の熱硬化温度よりも低い低温硬化樹脂である請求項2に記載の受光素子封止構造。
- 前記封止樹脂の封止領域は、前記受光素子の周縁領域の端辺から少なくとも50μmの領域を有しかつ前記受光領域に達していない請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記突起電極の頂部が尖った先端形状かまたは平坦形状である請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記複数の突起電極を前記受光素子の平面視4角形の対向する2辺にまとめて配置した請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記複数の突起電極を前記受光素子の平面視4角形の1辺側にまとめて一または複数列に配置した請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記平面視4角形の1辺に対向する1辺の両角部分に前記突起電極と同形状のダミー突起電極がそれぞれ配置されている請求項16に記載の受光素子封止構造。
- 前記受光素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する固体撮像素子である請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 前記受光素子の素子面の端辺付近に該端辺に沿った溝を設け、前記封止樹脂が該溝内に埋め込まれている請求項1に記載の受光素子封止構造。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の受光素子封止構造が配置された透光性支持基板に、ディスプレイが配置されている表示素子・電子素子モジュール。
- 前記ディスプレイは液晶表示パネルである請求項20に記載の表示素子・電子素子モジュール。
- 透光性支持基板を準備する透光性支持基板準備工程と、
受光領域を有する素子面の受光領域を除く周辺領域に、外部との電気信号の授受ができる突起電極を設けた受光素子を準備する受光素子準備工程と、
該受光素子を、該突起電極を介して透光性支持基板上に搭載する受光素子搭載工程と、
該透光性支持基板上と該受光素子の素子側面および素子面の周縁領域とに封止樹脂を設けて該受光領域を封止する封止工程とを有する受光素子封止構造の製造方法。 - 前記透光性支持基板準備工程において、前記受光素子の突起電極が電気的に接続される前記透光性支持基板上の配線領域に固定樹脂を予め配置し、
前記受光素子搭載工程において、該固定樹脂により該突起電極を覆って該透光性支持基板と該受光素子とを固定すると共に、該突起電極を介して該透光性支持基板の配線領域と該受光素子のパッドとを電気的に接続する請求項22に記載の受光素子封止構造の製造方法。 - 前記封止工程において、前記封止樹脂は前記固定樹脂よりも低温で熱硬化させる請求項23に記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 前記封止工程において、前記封止樹脂は電磁波で硬化させる請求項22または23に記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 前記封止工程において、前記封止樹脂は摂氏60度以上摂氏80度以下の温度で熱硬化させる請求項22、24および25のいずれかに記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 前記封止工程において、前記封止樹脂は、封止領域を前記受光素子の素子面周縁の端辺から50μm以上の領域で、かつ前記受光領域まで到達しない領域に配置されている請求項22に記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 前記固定樹脂は非導電粒子を含有している請求項23に記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 前記固定樹脂は導電粒子を含有している請求項23に記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 前記受光素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部を有する固体撮像素子である請求項22に記載の受光素子封止構造の製造方法。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の受光素子封止構造を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
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JP2009124734A JP2010272775A (ja) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | 受光素子封止構造およびその製造方法、表示素子・電子素子モジュール、電子情報機器 |
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