JP2011035360A - 撮像素子パッケージの製造方法および構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】撮像素子パッケージの製造コストを低減する。
【解決手段】透明蓋体13をチップの感光領域を囲む接着層14により接着したチップ12を搭載した基板11にボンディングワイヤ15による回路接続を行った撮像素子の半製品10の透明蓋体の感光領域周囲に樹脂層によるダム20を設け、該基板を上金型32、下金型31間に挟持し、該ダム20によりモールド樹脂40を注入するキャビティに対して透明蓋体の光入射領域を封止し、モールド樹脂によるパッケージングを行う。
ダム20およびモールド樹脂40により、封止面積全体が増大し、水分の浸入経路が延長されるため、撮像素子パッケージの信頼性が向上する。
【選択図】図6

Description

本発明は、撮像素子パッケージの製造方法および構造に関し、特に、金型成形に応用される撮像素子パッケージの製造方法および構造に関する。
従来の撮像素子パッケージ(Image sensor package)の構造は、撮像素子チップ(Sensor chip)が基板上に配置され、ボンディングワイヤにより、撮像素子チップと基板上の回路とが接続される。その後、透明蓋体(例えば、ガラス)が撮像素子チップの上方に配置される。これにより、透明蓋体を光線が透過し、撮像素子チップにより、撮像が行われる。封止が完了した後の撮像素子は、システムメーカーに供給され、プリント基板などの外部装置に配置される。その後、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視装置、携帯電話、車用撮像素子モジュールなどの各種電子製品に搭載される。
従来の撮像素子を製造する方法は、外部環境の汚染粒子により撮像素子チップが汚れるのを防止する透明蓋体を予め撮像素子チップ上に接着するステップと、透明蓋体を接着した後、ボンディングワイヤを配置することにより、撮像素子チップと基板または搭載部とを電気的に接続するステップと、高分子の液状化合物(Liquid compound)により、ボンディングワイヤを封止するステップと、を含む。しかし、液状化合物のコストは極めて高い上、ディスペンサを利用する必要があるため、撮像素子を製造するのに時間がかかるという欠点を有する。
この問題を解決するため、特許文献1においてセンサ面を有するチップを封止する方法(method for encapsulating a chip having a sensitive surface)が開示されている。この方法は、センサ面を有するチップを基板上に配置し、チップと基板上の半田接続部分とを電気的に接続するステップと、センサ面の周囲に沿ってダム(dam)を塗布することにより、ダム中に開口を画定するステップと、透明蓋体を配置することにより、ダムの開口を封止するステップと、チップおよび基板を金型中に配置し、封止材料を金型のキャビティ中に注入してトランスファー成形するステップと、トランスファー成形が完了したチップおよび基板をキュアーするステップと、を含む。
上述の従来技術において使用される金型は、上金型および下金型からなる。上金型は、挿入部を具え、チップのセンサ面に相対して配置されることにより、封止材料が透明蓋体の辺縁を完全に封止するが、透明蓋体の中央部の表面は被覆されない。これにより、透明蓋体の周辺が保護される。しかし、挿入部を含む上金型の製作コストは、高いため、撮像素子の製造コストを低減させることは難しい。また、本技術では、挿入部を含まない上金型により、撮像素子を製造する方法も開示されているが、この方法では、上金型が透明蓋体上を直接押圧するため、上金型と透明蓋体との間に弾性材料を配置して透明蓋体が破損するのを防止する必要がある。しかし、本技術により、撮像素子を製造する場合、撮像素子を破損する可能性があり、撮像素子製造の良品率が低下する問題がある。
米国特許第7,312,106号 特開2003−218333号公報 特開2006−339654号公報
本発明の第1の目的は、透明蓋体上にダムが配置されることにより、金型が透明蓋体上を直接押圧することがないため、撮像素子製造の良品率を高めることができる撮像素子パッケージの製造方法および構造を提供することにある。
本発明の第2の目的は、透明蓋体上にダムが配置されることにより、モールド樹脂がチップ、透明蓋体およびダムの周囲を被覆し、これにより、水分の浸入経路が延長される撮像素子パッケージの製造方法および構造を提供することにある。
本発明の第3の目的は、ダムが配置されることにより、水分の浸入経路が延長され、これにより、撮像素子パッケージの信頼性を高めることができる撮像素子パッケージの製造方法および構造を提供することにある。
本発明の第4の目的は、金型を用いて撮像素子パッケージを製造することにより、製造工程のサイクルタイム(Cycle time)を大幅に短縮し、単位時間当たりの生産数(throughput)を増加させることができる撮像素子パッケージの製造方法および構造を提供することにある。
本発明の第5の目的は、金型を用いたバッチ方式(batch−type)による生産を行うことにより、製造コストを低減することができる撮像素子パッケージの製造方法および構造を提供することにある。
本発明の第6の目的は、従来技術における、液状化合物を使用することにより、材料コストが高くなる問題と、ディスペンサを用いて製造することにより、製造に時間がかかる問題と、を回避することができる撮像素子パッケージの製造方法および構造を提供することにある。
上述の課題を解決するために、本発明の撮像素子パッケージの製造方法は、封止を行う撮像素子の半製品を準備するステップと、透明蓋体の上面辺縁に沿ってダムを配置するステップと、金型内に撮像素子の半製品を配置するステップと、モールド樹脂をキャビティ中に注入するステップと、撮像素子パッケージを成形した後、金型から取り出し、加熱固化するステップと、からなる。撮像素子の半製品は、搭載面を具え、搭載面上に、複数の第1の導電接点が形成される基板と、第1の表面、第2の表面および複数の第2の導電接点を有し、第1の表面は、搭載面上に接合され、第2の表面上は、感光領域を具え、第2の導電接点は、感光領域の周囲に配置され、第2の導電接点は、第1の導電接点に電気的に接続される少なくとも1つのチップと、第2の表面上に配置され、感光領域の上方を被覆して気室を形成する少なくとも1つの透明蓋体と、を有する。金型は、上金型および下金型を具え、上金型がダムの上面に接触し、下金型が基板の底面に接触することにより、キャビティが形成される。
上述の課題を解決するために、本発明の撮像素子パッケージは、搭載面を具え、搭載面上に複数の第1の導電接点が形成される基板と、第1の表面、第2の表面および複数の第2の導電接点を有し、第1の表面は、搭載面上に接合され、第2の表面上は、感光領域を有し、第2の導電接点は、感光領域の周囲に配置され、第2の導電接点は、第1の導電接点に電気的に接続される少なくとも1つのチップと、第2の表面上に配置され、感光領域の上方を被覆して気室を形成する透明蓋体と、透明蓋体の上面辺縁に沿って配置されるダムと、チップ、透明蓋体およびダムの周囲を被覆するモールド樹脂と、を具える。
本発明の構成により、少なくとも下記の効果が達成される。
1.透明蓋体上にダムが配置されることにより、金型が透明蓋体上を直接押圧し、透明蓋体が圧力を受けて破損するのを防止することができるため、撮像素子製造の良品率を高めることができる。
2.透明蓋体上にダムが配置されることにより、透明蓋体の大きさに対応させて挿入部を含む上金型を製造する必要がないため、金型を製造するコストを大幅に低減することができる。
3.透明蓋体上に配置されるダムにより、モールド樹脂がチップ、透明蓋体およびダムの周囲を被覆するため、水分の浸入経路が延長される。
4.ダムが配置されることにより、水分の浸入経路が延長され、これにより、撮像素子パッケージの信頼性を高めることができる。
5.金型を利用して撮像素子パッケージを製造することにより、製造工程のサイクルタイムを大幅に短縮し、単位時間当たりの生産数を増加させることができる。
6.金型を利用してバッチ方式による生産を行うことにより、製造コストを低減することができる。
7.従来技術における、液状化合物を使用することにより、材料コストが高くなる問題と、ディスペンサを利用して製造することにより、製造に時間がかかる問題と、を回避することができる。
本発明の第1実施形態による撮像素子パッケージの製造方法を示すフロー図である 本発明の第1実施形態による撮像素子の半製品の構造を示す断面図である。 本発明の第1実施形態によるダムが配置された撮像素子の半製品を示す断面図である。 図3の平面図である。 本発明の第1実施形態によるダムが配置された撮像素子の半製品を金型内に配置した状態を示す断面図である。 本発明の第1実施形態による金型のキャビティにモールド樹脂が注入された状態を示す断面図である。 本発明の第1実施形態による撮像素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第2実施形態によるダムが配置された撮像素子の半製品を示す断面図である。 本発明の第2実施形態によるダムが配置された撮像素子の半製品が金型内に配置された状態を示す断面図である。 本発明の第2実施形態による金型のキャビティにモールド樹脂が注入された状態を示す断面図である。 図10の金型を取り外した後の状態を示す断面図である。 図10の撮像素子パッケージを切断して分割した状態を示す断面図であ る。 本発明の基板の底面に配置される半田パッドの第1実施形態を示す底面 図である。 本発明の基板の底面に配置される半田パッドの第2実施形態を示す底面 図である。
本発明の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態による撮像素子パッケージの製造方法S100を示すフロー図である。図2は、本発明の第1実施形態による撮像素子の半製品10の構造を示す断面図である。図3は、本発明の第1実施形態によるダム20が配置された撮像素子の半製品10を示す断面図である。図4は、図3の平面図である。図5は、本発明の第1実施形態によるダム20が配置された撮像素子の半製品10が金型内に配置された状態を示す断面図である。図6は、本発明の第1実施形態による金型のキャビティ33にモールド樹脂40が注入された状態を示す断面図である。図7は、本発明の第1実施形態による撮像素子パッケージを示す断面図である。図8は、本発明の第2実施形態によるダム20が配置された撮像素子の半製品を示す断面図である。図9は、本発明の第2実施形態によるダム20が配置された撮像素子の半製品10が金型内に配置された状態を示す断面図である。図10は、本発明の第2実施形態による金型のキャビティ33にモールド樹脂40が注入された状態を示す断面図である。図11は、図10の金型を取り外した後の状態を示す断面図である。図12は、図10の撮像素子パッケージを切断して分割した状態を示す断面図である。図13は、本発明の基板10の底面114に配置される半田パッド60の第1実施形態を示す底面図である。図14は、本発明の基板10の底面114に配置される半田パッド60の第2実施形態を示す底面図である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による撮像素子パッケージの製造方法S100は、封止を行う撮像素子の半製品を準備するステップS10と、透明蓋体の上面辺縁に沿ってダムを配置するステップS20と、金型内に撮像素子の半製品を配置するステップS30と、モールド樹脂をキャビティ中に注入するステップS40と、撮像素子パッケージを成形した後、金型から取り出し、加熱固化するステップS50と、からなる。
封止を行う撮像素子の半製品を準備するステップS10を説明する。図2を参照する。図2に示すように、封止を行う撮像素子の半製品10を準備する。封止を行う撮像素子の半製品10は、基板11、チップ12および透明蓋体13(Transparent Lid)を具える。或いは、図8に示す本発明の第2実施形態のように、複数のチップ12が一基板11上に配置されることにより、複数の撮像素子パッケージを同時に製造することができる。
基板11は、一般の撮像素子に使用される基板11であり、回路基板とすることができる。基板11は、搭載面111を有し、チップ12が搭載される。また、搭載面111上には、複数の第1の導電接点112が形成される(図4を参照)。
チップ12は、第1の表面121が基板11の搭載面111に接合されることにより、基板11上に配置される。チップ12と基板11との間に、接着層113が設けられることにより、チップ12は、基板11上に接着される。チップ12は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはCCD(Charged Couple Device)であって、光線を感知する。また、チップ12は、複数の感光素子および複数の第2の導電接点124を有する(図4を参照)。感光素子は、チップ12の第2の表面122上に配置され、感光領域123を形成する。感光領域123の周囲には、第2の導電接点124が配置される。第2の導電接点124は、感光素子に電気的に接続する。また、ボンディングワイヤ15により、チップ12上の第2の導電接点124と、基板11上の第1の導電接点112と、が電気的に接続される。上述のチップ12の第1の表面121は、チップ12の下面であり、チップ12の第2の表面122は、チップ12の上面である。
透明蓋体13は、チップ12を保護し、チップ12上の感光領域123の汚染を防止する。光線は、透明蓋体13を透過し、チップ12の感光領域123上に入射する。透明蓋体13は、接着層14により、チップ12の第2の表面122上に接着され、感光領域123の上方を被覆する。これにより、透明蓋体13とチップ12との間には、気室が形成される。接着層14は、エポキシ樹脂とすることができる。接着層14は、感光領域123と第2の導電接点124との間に配置され、感光領域123を被覆しないため、チップ12が光線を感知する機能は、影響を受けない。
透明蓋体上にダムを配置するステップS20を説明する。図3および図8を参照する。図3および図8に示すように、透明蓋体13上には、ダム20が配置される。ダム20は、透明蓋体13の周囲に沿って配置され、チップ12の感光領域123の上方を被覆しない(図4を参照)。このため、光線は、透明蓋体13を直接透過し、チップ12の感光領域123に入射する。ダム20は、エポキシ樹脂(Epoxy)またはフィルム(Film)により形成する。先ず、エポキシ樹脂またはフィルムが所定の位置に塗布又は配置される。次に、紫外線照射または加熱により、半固化される。これにより、適度な弾性が保持される。その後、後続の製造工程において再度加熱されることにより、完全に固化される。
金型内に撮像素子の半製品を配置するステップS30を説明する。図5および図9を参照する。図5および図9に示すように、金型は、下金型31および上金型32からなる。下金型31に、基板11の底面114を配置し、基板11の底面114に接触する。上金型32の側壁321は、基板11の上面上に配置される。上金型32および下金型31により、基板11の搭載面111と、底面114とが挟持される。また、上金型32の内部の平面である上面と、ダム20の上面と、が接触することにより、上金型32と下金型31との間には、キャビティ33が形成される。
モールド樹脂をキャビティ中に注入するステップS40を説明する。図6および図10を参照する。図6および図10に示すように、モールド樹脂40を上金型32および下金型31によって形成されるキャビティ33中に注入する。これにより、モールド樹脂40は、ボンディングワイヤ15を封止すると共に、チップ12、透明蓋体13およびダム20の周囲を被覆する。透明蓋体13と上金型32との間において、ダム20がストッパとなるため、モールド樹脂40は、透明蓋体13の上面の中央領域に流れ込まない。また、上金型32がダム20上を直接押圧するため、上金型32が透明蓋体13に直接接触することがない。これにより、透明蓋体13が破損したり、透明蓋体13の表面が汚れたりする問題がない。
撮像素子パッケージを金型から取り出し、加熱固化するステップS50を説明する。上金型32および下金型31により、モールド樹脂40をトランスファー成形(Transfer Molding)し、金型から取り出した後、加熱固化(Post Mold Cure)を行う。これにより、撮像素子パッケージは、図7に示す構造となる。加熱固化を行うと同時に、ダム20も加熱されるため、ダム20は完全に固化する。
本発明の第1実施形態による撮像素子パッケージの製造方法は、最後に半田ボールを配置するステップとすることができる。図7および図11を参照する。図7および図11に示すように、基板11の底面114上に複数の半田ボール50(Solder Ball)を配置し、基板11中の回路構造を介し、半田ボール50を搭載面111上の第1の導電接点112に電気的に接続する。半田ボール50により、撮像素子パッケージは、他の回路装置に電気的に接続する。
モールド樹脂40の材料コストは、液状化合物(Liquid Compound)の材料コストよりも低いため、モールド樹脂40を使用することにより、材料コストを大幅に低減することができる。また、液状化合物は、ディスペンサを用いて塗布する必要があるため、製造に時間がかかるが、本発明では、トランスファー成形によりモールド樹脂40を成形するため、製造工程のサイクルタイムを大幅に短縮し、単位時間当たりの生産数を増加させることができる。これにより、間接的にコストを低減することができる。また、透明蓋体13上の周囲に、ダム20が配置されるため、水分がチップ12に浸入する経路を延長することができる。これにより、撮像素子パッケージの信頼性を効果的に向上することができる。
(第2実施形態)
図8〜図12を参照する。図8〜図12に示すように、上述の撮像素子パッケージの製造方法S100は、同時に複数の撮像素子パッケージを製造する方法に応用することができる。この方法は、複数のチップ12が配置された基板11を金型中に配置するステップ(図9を参照)と、金型に形成されたキャビティ33中にモールド樹脂40を注入するステップ(図10を参照)と、モールド樹脂40をトランスファー成形した後、金型から取り出し、加熱固化するステップと、加熱固化した後、半田ボール50を配置するステップと、からなる。基板11中の回路構造を介し、半田ボール50を搭載面111上の第1の導電接点112に電気的に接続する。半田ボール50により、撮像素子パッケージは、他の回路装置に電気的に接続する。図11および図12に示すように、撮像素子パッケージを加熱固化し、半田ボールを配置した後、切断作業を行う。切断作業を行うことにより、複数の封止が完了した撮像素子パッケージに分割される。これにより、生産効率を有効に高めることができる。
図13および図14を参照する。図13および図14に示すように、基板11の底面114には、半田ボール50の代わりに、半田パッド60を配置することができる。半田パッド60は、基板11の内部の回路構造に電気的に接続されることにより、基板11上の第1の導電接点112に電気的に接続する。半田パッド60により、撮像素子パッケージを他の回路装置に電気的に接続することができる。半田パッド60は、底面114の周縁(図13を参照)に配置されるか、或いは、底面114にマトリクス状(図14を参照)に配列されるのが好ましい。
また、本発明の撮像素子パッケージを車用撮像素子に応用することができる。撮像素子パッケージは、水分が浸入するのを有効に阻止することができる。
上述の各実施形態は、本発明の特徴を示すものであり、その目的は、当該技術に熟知するものが本発明の内容を理解し、実施することであり、本発明の範囲を限定することではない。従って、本発明の主旨を逸脱しない範囲における修飾または変更は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれる。
10 撮像素子の半製品
11 基板
111 搭載面
112 第1の導電接点
113 接着層
114 底面
12 チップ
121 第1の表面
122 第2の表面
123 感光領域
124 第2の導電接点
13 透明蓋体
14 接着層
15 ボンディングワイヤ
20 ダム
31 下金型
32 上金型
321 側壁
33 キャビティ
40 モールド樹脂
50 半田ボール
60 半田パッド

Claims (25)

  1. 封止を行う撮像素子の半製品を準備するステップと、該撮像素子の透明蓋体の光入射領域を囲んでその上面辺縁に沿ってダムを配置するステップと、金型内に該撮像素子の半製品を配置するステップと、モールド樹脂をキャビティ中に注入するステップと、モールディングにより撮像素子パッケージを成形した後、金型から取り出し、加熱固化するステップと、からなり、
    前記撮像素子の半製品は、
    チップ搭載面を具え、該搭載面上に複数の第1の導電接点が形成される基板と、
    前記搭載面上に接合される第1の表面、及び感光領域が形成されると共にその周囲に配置された複数の第2の導電接点を設けた第2の表面を具え、該第2の導電接点は、前記第1の導電接点に電気的に接続される少なくとも1つのチップと、
    前記チップの第2の表面上に配置され、前記感光領域の上方を被覆して該感光領域上に密封された気室を形成する少なくとも1つの透明蓋体と、から構成され、
    前記金型は、
    上金型および下金型からなり、該上金型が前記ダムの上面に接し、該下金型が前記基板の底面に接することにより、
    該ダムを囲む樹脂モールド用キャビティが形成されることを特徴とする撮像素子パッケージの製造方法。
  2. 前記基板は、回路基板であることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  3. 前記チップは、CMOSまたはCCDであることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  4. 前記第2の導電接点と前記第1の導電接点とは、ボンディングワイヤにより、電気的に接続されることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  5. 前記感光領域は、複数の感光素子からなることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  6. 前記透明蓋体は、接着層により、前記第2の表面上に接着されることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  7. 前記接着層は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項6記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  8. 前記ダムは、エポキシ樹脂層またはフィルムであることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  9. 前記上金型の内部の上面は、平面であり、前記ダムの上面に接して封止することを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  10. 前記モールド樹脂が前記キャビティに注入された後、前記モールド樹脂は、前記チップ、前記透明蓋体および前記ダムの周囲を充填して被覆することを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  11. 複数の半田ボールを前記基板の底面に配置するステップをさらに有し、前記半田ボールは、前記基板中の回路構造を介し、前記第1の導電接点に電気的に接続されることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  12. 複数の半田パッドを前記基板の底面に配置するステップをさらに有し、前記半田パッドは、前記基板中の回路構造を介し、前記第1の導電接点に電気的に接続されることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  13. 前記半田パッドは、前記基板の底面の周縁に配置されるか、或いは、前記基板の底面にマトリクス状に配列されることを特徴とする請求項12記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  14. 前記撮像素子の半製品が少なくとも2つのチップであり、前記撮像素子パッケージを加熱固化した後、さらに切断ステップが行われ、前記撮像素子パッケージは、複数の撮像素子パッケージに分割されることを特徴とする請求項1記載の撮像素子パッケージの製造方法。
  15. チップ搭載面を有し、該搭載面上に複数の第1の導電接点が形成される基板と、
    前記搭載面上に接合される第1の表面、及び感光領域が形成されると共に、その周囲に複数の第2の導電接点を配置した第2の表面を具え、前記第2の導電接点は、前記第1の導電接点に電気的に接続される少なくとも1つのチップと、
    前記第2の表面上に配置され、前記感光領域の上方を被覆して該感光領域上に密封された気室を形成する透明蓋体と、
    前記透明蓋体の前記感光領域を囲む上面辺縁に沿って配置されるダムと、
    前記チップ、前記透明蓋体および前記ダムの周囲を被覆するモールド樹脂と、からなることを特徴とする撮像素子パッケージ。
  16. 前記基板は、回路基板であることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  17. 前記チップは、CMOSまたはCCDであることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  18. 前記第2の導電接点と前記第1の導電接点とは、ボンディングワイヤにより、電気的に接続されることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  19. 前記感光領域は、複数の感光素子からなることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  20. 前記透明蓋体は、接着層により、前記第2の表面上に接着されることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  21. 前記接着層は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項20記載の撮像素子パッケージ。
  22. 前記ダムは、エポキシ樹脂層またはフィルムであることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  23. 前記前記基板の底面に配置された複数の半田ボールにより、前記基板中の回路構造を介し、前記第1の導電接点に電気的に接続されることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  24. 前記基板の底面に配置された半田パッドにより、前記基板中の回路構造を介し、前記第1の導電接点に電気的に接続されることを特徴とする請求項15記載の撮像素子パッケージ。
  25. 前記半田パッドは、前記基板の底面の周縁に配置されるか、或いは、前記基板の底面にマトリクス状に配列されることを特徴とする請求項24記載の撮像素子パッケージ。
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