JP2012069851A - 固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子が封止される中空部の圧上昇を抑制し、固体撮像素子とレンズの位置関係を正確に保持できる固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】固体撮像装置の製造方法は、基板１０に形成された貫通孔３０の内部に通気性樹脂３２を充填する工程と、基板に固体撮像素子４０を搭載する工程と、レンズを保持するレンズ保持体４８と基板によって形成された中空部５０の内部に固体撮像素子が封止されるように、光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２により、レンズ保持体を基板に固定し搭載する工程を含む。通気性樹脂は、通気度が３０ｇ／（ｍ²・２４ｈ）以上であるシリコーン樹脂からなる。シリコーン樹脂は、フェニルシリコーン系樹脂又はメチルシリコーン系樹脂である。貫通孔は、固体撮像素子が搭載された搭載領域の内側、外側の何れに形成されてもよく、中空ビアであってもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置に関し、特に、固体撮像素子が内部に封止される中空部の圧上昇を抑制し、固体撮像素子とレンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置に関する。

ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の固体撮像素子とその受光面に被写体像を形成する光学レンズ系とから構成される固体撮像装置は、携帯電話、ＰＤＡ、ノート型コンピュータ等のモバイル機器に広く使用されるようになっている。光学レンズ系は、単一又は複数のレンズ、光学絞り、赤外線遮断フィルタ等を含んでいる。

固体撮像装置は、多くの場合、光学レンズ系を保持する光学レンズ系保持体及び固体撮像素子が基板に搭載され、この基板と光学レンズ系保持体によって形成される中空部の内部に固体撮像素子が封止される。この場合、基板に光学レンズ系保持体が接着固定され、固体撮像素子は中空部の内部に封止される。この接着固定は、一般に、光硬化、加熱硬化によってなされるため、中空部の内部の圧上昇が生じる。

この圧上昇を考慮した固体撮像装置の製造方法に関しては、いくつかの報告がなされている。

例えば、「固体撮像装置の製造方法」と題する後記の特許文献１には、次の記載がある。

特許文献１の発明の目的とするところは、パッケージにシールガラスを接合するにあたって、樹脂の塗布条件を厳密に調整しなくても、パッケージの内圧上昇を確実に回避し、且つパッケージ内を気密状態とすることができる固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

特許文献１の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、パッケージの凹部内に固体撮像素子を収納固定したのち、凹部の開口を塞ぐ状態でパッケージにシールガラスを接合し、凹部内に固体撮像素子を封止する固体撮像装置の製造方法において、シールガラスを接合する前に、凹部に連通する状態でパッケージに貫通穴を形成しておき、その後、パッケージにシールガラスを接合したのち、貫通穴を塞ぐ。

パッケージの底面側から、例えば、熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化型樹脂からなる液状の樹脂を貫通穴に注入（または充填）してこれを硬化させることにより、貫通穴を樹脂によって塞ぐ。これにより、貫通穴でのエアーの通り（パス）が樹脂によって阻止されるため、パッケージの凹部内を気密状態に保持することができる。

この固体撮像装置の製造方法においては、固体撮像素子の収納空間となる凹部に連通する状態で予めパッケージに貫通穴を形成するようにしたので、パッケージにシールガラスを接合する際には、凹部内のエアーが貫通穴を通して外部に逃げるようになる。また、シールガラスを接合した後は、貫通穴を塞ぐことによって凹部内が気密状態に保持されるようになる。

また、「半導体装置」と題する後記の特許文献２には、次の記載がある。

特許文献２の発明の半導体装置では、半導体素子を内装したパッケージの中空部の開口部を封止体にて閉塞するようにした半導体装置において、前記パッケージに、前記中空部を外部と連通する通気孔を設けた。これにより、ガラスキャップの着設後に中空部内が気密封止されることはなく、加熱にともなう空気を通気孔から排出することができるので中空部の内圧が高まることはなく、また、環境温度の変化にともなって中空部内の温度も追随して変化し、ガラスくもりが発生することを防止することができるとしている。

図５は、従来技術における課題を説明する図であり、接着剤樹脂によるレンズ保持体の接着固定時における中空部内の圧上昇によるレンズと固体撮像素子の位置関係のずれの発生を説明する図である。

固体撮像素子は、半田リフローやワイヤーボンディングによって基板（以下の説明では、この基板、即ち、固体撮像素子が実装される基板を、単にモジュール基板と言うことがある。）に実装され、図５に示す固体撮像装置の例では、固体撮像素子４０（マイクロアレイレンズ４２は形成されていてもいなくてもよい。）は、素子固定用樹脂６２によって基板１０に接着固定された後に、ワイヤ６０によって、基板１０に接続されている。基板１０の絶縁層１２には、導電層１６、フィルビア１８、中空ビア２０等によって配線が形成され、基板１０の面にはこれを保護するソルダーレジスト層が形成されている。

基板１０には、固体撮像素子４０を覆うように、レンズ４６を保持するレンズ保持体４８が接着剤樹脂５２ａによって接着、固定され、固体撮像素子４０が中空部５０の内部に封止されている。レンズ保持体４８に保持されるレンズ４６が複数のレンズであってもよく、レンズ保持体４８には、レンズの他に、光学絞り、ＩＲカットフィルタ等が保持されていてもよい。また、レンズ保持体４８がレンズ保持体支持用フレームに保持され、レンズ保持体支持用フレームが、接着剤樹脂５２ａによって基板１０に接着、固定される構成であってもよい。

レンズ保持体４８或いはレンズ保持体支持用フレームの基板１０への接着、固定には、通常、光硬化、加熱硬化する光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２ａが用いられる。先ず、接着剤樹脂５２ａのＵＶ照射による光硬化によって、レンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係（光軸、焦点）が保持され、レンズ４６と固体撮像素子４０の距離Ｌが所定の値に保持され、次に、加熱硬化される。

接着剤樹脂５２ａの熱硬化時に中空部５０内の空気も加熱されるため、膨張した空気によって、中空部５０の内部に圧上昇を生じ、加熱により粘度が低下した接着剤樹脂５２ａが、剥離したり、外側に押し出されたり、レンズ保持体４８が上方に持ち上げられたりして、接着剤樹脂５２ａの光硬化によって決められていた、レンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係（Ｌ）がずれてしまったり、基板１０の厚さが薄い場合には、基板１０が変形してしまうという問題が生じる。

また、レンズ保持体４８或いはレンズ保持体支持用フレームの基板１０への接着、固定を十分なものとすることができず、信頼性が低下するとう言う問題が生じる。

上記の問題は、固体撮像装置が使用されるモバイル機器等の装置のマザーボードへ、半田リフローによって、固体撮像素子が実装されたモジュール基板を、実装する場合にも生じる。

特許文献１、特許文献２に記載の技術では、外部と中空部が連通する貫通穴によって、中空部の内部の内圧の上昇を回避している。

特許文献１に記載の技術では、シールガラスを接合する前に、パッケージに貫通穴を形成しておき、パッケージにシールガラスを接合したのち、貫通穴を樹脂で塞ぎこれによってエアーのパスを阻止し、パッケージ内部を気密状態に保持するようにしている。

しかし、このようにして作製されたパッケージを半田リフローによってマザーボードに実装する場合、半田リフローにおける高温によってパッケージ内部のエアーが膨張して内部圧が上昇するが、貫通穴を塞ぐ樹脂によってエアーのパスが阻止されているため、エアーが外部に散逸しにくいものとなっている。

特許文献１に記載の技術では、半田リフローにおける高温によって生じるパッケージ内部の圧上昇については、配慮がなされていない。また、固体撮像素子とレンズとの位置関係の保持についても、配慮がなされていない。

また、特許文献２に記載の技術では、パッケージに、中空部と外部が連通する通気孔を設け、ガラスキャップを着設しているが、中空部は気密に保持される構成ではなく、また、固体撮像素子とレンズとの位置関係の保持についても、配慮がなされていない。

固体撮像装置では、その性能を保持するために、光学レンズ系が、固体撮像素子と光軸、焦点を合わせた状態で、モジュール基板に取り付けられ、固体撮像素子は、ゴミの侵入を防止するためにシールされた中空部に保持される必要がある。

しかし、特許文献１、特許文献２では、固体撮像装置の製造工程において、光学レンズと固体撮像素子との位置関係（光軸、焦点）を正確に保持すること、固体撮像素子が搭載されたモジュール基板を半田リフローによって、マザーボードに実装する際に生じる中空部の内部圧が上昇することについては、配慮がなされていない。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、固体撮像素子が封止される中空部内の圧上昇を抑制し、固体撮像素子とレンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供することにある。

即ち、本発明は、基板に形成された貫通孔の内部に通気性樹脂を充填する第１工程と、前記基板に固体撮像素子を搭載する第２工程と、レンズを保持するレンズ保持体を前記基板に搭載する第３工程とを有し、前記基板と前記レンズ保持体によって形成された中空部の内部に前記固体撮像素子が封止される、固体撮像装置の製造方法に係るものである。

また、本発明は、基板に搭載された固体撮像素子と、レンズを保持し前記基板に搭載されたレンズ保持体と、前記基板に形成された貫通孔の内部に充填された通気性樹脂とを有し、前記基板と前記レンズ保持体によって形成された中空部の内部に前記固体撮像素子が封止された、固体撮像装置に係るものである。

本発明によれば、基板に形成された貫通孔の内部に通気性樹脂を充填する第１工程と、前記基板に固体撮像素子を搭載する第２工程と、レンズを保持するレンズ保持体を前記基板に搭載する第３工程とを有し、前記基板と前記レンズ保持体によって形成された中空部の内部に前記固体撮像素子が封止されるので、前記レンズ保持体を前記基板に搭載する際に使用される接着剤樹脂の加熱硬化時に前記中空部の空気が加熱され、膨張した空気圧によって、前記中空部の内部に圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記中空部の圧上昇を抑制し、前記固体撮像素子と前記レンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、本発明によれば、基板に搭載された固体撮像素子と、レンズを保持し前記基板に搭載されたレンズ保持体と、前記基板に形成された貫通孔の内部に充填された通気性樹脂とを有し、前記基板と前記レンズ保持体によって形成された中空部の内部に前記固体撮像素子が封止されているので、固体撮像装置が置かれる環境温度が上昇して、前記中空部の空気が加熱され、膨張した空気圧によって、前記中空部の内部に圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記固体撮像素子が封止される中空部の圧上昇を抑制し、固体撮像素子とレンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置を提供することができる。

本発明の実施の形態における、固体撮像装置の構成を説明する図である。 同上、貫通孔内に充填された通気性樹脂の厚さの調製を説明する図である。 本発明の実施例における、固体撮像装置の作製工程を説明する平面図である。 同上、固体撮像装置の作製工程を説明する断面図である。 従来技術における課題を説明する図である。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、前記第３工程において、前記レンズ保持体が光熱硬化性樹脂によって前記基板に固定される構成とするのがよい。このような構成によれば、前記レンズと前記固体撮像素子の位置関係を保持した状態で、前記接着剤樹脂を光硬化させた後、加熱硬化させるので、この加熱硬化における温度上昇によって、前記中空部の内部に圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記中空部の圧上昇を抑制し、前記固体撮像素子と前記レンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。また、固体撮像装置が置かれる環境湿度が変化しても、前記通気性樹脂を通過して湿気（水蒸気）の出入りが生じるので、前記中空部の内部に結露を生じることがない。

また、前記中空部の内部に封止され前記固体撮像素子が搭載された前記基板を、マザーボードにリフローによって実装する工程を有する構成とするのがよい。このような構成によれば、前記中空部の内部に封止され前記固体撮像素子が搭載された前記基板を、前記固体撮像装置が使用されるモバイル機器等の装置の前記マザーボードへ半田リフローによって実装する際に、半田リフローにおける高温によって生じた前記中空部の内部の空気の膨張による圧上昇は、膨張した空気が前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、圧上昇による前記基板や前記レンズ保持体の変形を抑制し、前記レンズと前記固体撮像素子との位置関係を正確に保持することができ、信頼性を向上させることができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記第１工程において、通気度が３０ｇ／（ｍ²・２４ｈ）以上であるシリコーン樹脂が前記通気性樹脂として前記貫通孔に充填される構成とするのがよい。このような構成によれば、接着剤樹脂の加熱硬化によって、前記レンズ保持体を前記基板に搭載する際に、温度上昇によって、前記中空部の内部に圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記中空部の圧上昇を抑制し、前記固体撮像素子と前記レンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。また、固体撮像装置が置かれる環境湿度が変化しても、前記通気性樹脂を通過して湿気（水蒸気）の出入りが生じるので、前記中空部の内部に結露を生じることがない。

また、前記シリコーン樹脂が、フェニルシリコーン系樹脂又はメチルシリコーン系樹脂である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記シリコーン樹脂の通気度が大きいので、前記中空部の内部に大きな圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記中空部の大きな圧上昇を抑制することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記貫通孔が前記基板に形成された中空ビアである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記基板に配線用に形成されている中空ビアを前記貫通孔として使用するので、前記通気性樹脂を充填するためのみに前記貫通孔を前記基板に形成する必要がなく、面積を大きくすることがない固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記第１工程において、前記固体撮像素子が搭載される前記基板の実装面の側から、前記通気性樹脂が前記貫通孔に充填される構成とするのがよい。このような構成によれば、前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される前に、前記通気性樹脂が前記貫通孔に注入される状態を観察しながら、前記通気性樹脂を充填することができ、前記固体撮像素子を前記通気性樹脂で汚染させることがない固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記実装面から突出しないように、前記通気性樹脂が前記貫通孔の内部に充填される構成とするのがよい。このような構成によれば、前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される前に、前記通気性樹脂が前記貫通孔に注入される状態を観察しながら、前記通気性樹脂を充填することができ、前記通気性樹脂が前記実装面から突出しないようにされるので、前記貫通孔が形成されている前記基板の場所が、前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の内側である場合、前記基板に対して正確な位置関係を保持した状態で、前記固体撮像素子を前記基板に搭載することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の内側で前記基板に前記貫通孔が形成されている構成とするのがよい。このような構成によれば、前記搭載領域の内側に前記貫通孔が形成されているので、前記貫通孔の形成によって固体撮像装置を大きくすることのない固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の外側で前記基板に前記貫通孔が形成されている構成とするのがよい。このような構成によれば、前記搭載領域の面積によらず、任意の径を有する前記貫通孔を、任意の数の前記基板に形成して、前記中空部の圧上昇を抑制することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記第１工程又は前記第２工程の後で、前記貫通孔の内部に充填された前記通気性樹脂を、前記固体撮像素子が搭載される前記基板の実装面の反対側から切除して、前記通気性樹脂の厚さを調整する工程を有する構成とするのがよい。このような構成によれば、前記中空部と外部との間における通気量を調整することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

また、前記基板の一部と共に前記通気性樹脂を前記反対側から切除する構成とするのがよい。このような構成によれば、容易な作業によって前記中空部と外部との間における通気量を調整することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

本発明の固体撮像装置では、通気度が３０ｇ／（ｍ²・２４ｈ）以上であるシリコーン樹脂が前記通気性樹脂として前記貫通孔に充填された構成とするのがよい。このような構成によれば、固体撮像装置が置かれる環境の温度上昇によって、前記中空部の内部に圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記中空部の圧上昇を抑制し、変形を防止することができ、信頼性の低下を抑制することができる固体撮像装置を提供することができる。また、固体撮像装置が置かれる環境湿度が変化しても、前記通気性樹脂を通過して湿気（水蒸気）の出入りが生じるので、前記中空部の内部に結露を生じることがない。

また、前記シリコーン樹脂が、フェニルシリコーン系樹脂又はメチルシリコーン系樹脂である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記シリコーン樹脂の通気度が大きいので、前記中空部の内部に大きな圧上昇を生じても、膨張した空気は、前記通気性樹脂を通過して外部に散逸していくので、前記中空部の大きな圧上昇を抑制することができる固体撮像装置を提供することができる。

また、前記貫通孔が中空ビアである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記基板に形成されている配線用の中空ビアを前記貫通孔として使用するので、大きな面積を必要としない固体撮像装置を提供することができる。

また、前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の内側に前記貫通孔が形成された構成とするのがよい。このような構成によれば、前記搭載領域の内側に前記貫通孔が形成されているので、大きな面積を必要としない固体撮像装置を提供することができる。

また、前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の外側に前記貫通孔が形成された構成とするのがよい。このような構成によれば、前記搭載領域の面積によらず、任意の径を有する前記貫通孔を任意の数だけ有し、前記中空部の圧上昇を抑制することができる固体撮像装置を提供することができる。

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が、本発明は上述した作用、効果を満たす構成であればよく、これらの実施形態に限定されるものではない。なお、以下に示す図面は構成が明瞭に分かり易くなるように描いているので、縮尺は厳密に正確なものではない。

以下では、図５に示すものと同様の構成を有する固体撮像装置を例にとって、本発明の固体撮像装置を説明する。以下の説明では、図５に関して、上述と重複する説明は省略するが、レンズ保持体４８に保持されるレンズ４６が複数のレンズであってもよく、レンズ保持体４８に、レンズ４６の他に、光学絞り、ＩＲカットフィルタ等が保持されていてもよい。

また、レンズ保持体４８がレンズ保持体支持用フレームに保持され、レンズ保持体支持用フレームが、接着剤樹脂５２ａによって基板１０に接着、固定される構成であってもよいことは言うまでもない。更に、固体撮像素子４０は、半田リフローによって基板１０に実装されていてもよいことは言うまでもない。

なお、以下の説明において、「固体撮像素子の実装面」は、基板において固体撮像素子が搭載され、実装される面であり、単に、実装面とも言う。「固体撮像素子の搭載領域」は、基板において固体撮像素子が搭載される領域であり、単に、搭載領域とも言う。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態における、固体撮像装置の構成例を説明する図である。図１（Ａ）は、固体撮像素子が半田リフローによって基板に搭載された例を示し、図１（Ｂ）は、固体撮像素子がワイヤーボンディングによって基板に搭載された例を示している。

図１に示す固体撮像素子は、基板１０に形成された貫通孔３０の内部に、固体撮像素子４０実装面の側から、通気性樹脂３２を充填する工程と、基板１０と固体撮像素子４０の間にギャプ（間隙）を保持した状態で、基板１０に固体撮像素子４０を搭載し、固定する工程と、レンズ４６を保持するレンズ保持体４８を基板１０に搭載し、光硬化、加熱硬化する光熱硬化性樹脂を使用して、接着固定する工程を有する製造方法によって製造される。

貫通孔３０は、中空部５０の内圧が上昇した時に、空気を外部に逃がす働きをする場所であればよく、基板１０の信号配線を切断しない位置であれば、基板１０において固体撮像素子４０が搭載される領域（固体撮像素子４０の搭載領域）の内側、外側の何れであってもよい。

また、貫通孔３０として、搭載領域の内側又は外側に形成されている配線用のビア（ＶＩＡ；ＰＴＨ（Plated Through Hole）、ＮＰＴＨ）を使用することもでき、貫通孔３０は、固体撮像素子４０の実装の妨げにならない位置に形成されているビアとは別に形成されていてもよい。

中空部５０の内圧が上昇した時に、中空部５０内の空気は、搭載領域の外側に形成されている貫通孔３０に充填された通気性樹脂３２を通して、或いは、基板１０と固体撮像素子４０の間にギャプ（間隙）及び搭載領域の内側に形成されている貫通孔３０に充填された通気性樹脂３２を通して、外部に散逸していく。

基板１０に対して正確な位置関係を保持した状態で、固体撮像素子４０を基板１０に搭載することができるように、通気性樹脂３２は、固体撮像素子４０の実装面（基板１０において固体撮像素子４０が搭載され、実装される面である。）から突出しないように、固体撮像素子４０の実装面の側から、貫通孔３０に充填される。

貫通孔３０に充填される通気性樹脂３２の厚さは調整することができ、基板１０とレンズ保持体４８によって形成される中空部５０と外部との間における通気量を調整することができる。固体撮像素子４０の実装面の反対側から、貫通孔３０の内部に充填された通気性樹脂３２を切除して、通気性樹脂３２の厚さを調整する。通気性樹脂３２を切除する際に、基板１０の配線層を切断しない限り、基板１０の一部と共に通気性樹脂３２を上記反対側から切除するようにしてもよい。

通気性樹脂３２の通気度は、空気、窒素、酸素、水蒸気等の気体の通過量を示すが、本発明では、気体を水蒸気として、約１ｍｍ厚さの樹脂シート、４０℃、９０％ＲＨの条件下で、リッシー（Lyssy）法によって測定された、単位面積、単位時間あたりの水蒸気透過度を、通気度とした。

通気性樹脂３２として、通気度（透湿率（水蒸気透過度とも言う。）が３０ｇ／ｍ²／ｄａｙ以上を有する樹脂、例えば、シリコーン系樹脂を好適に使用することができる。通気性シリコーン樹脂の好適な例として、フェニルシリコーン系樹脂、メチルシリコーン系樹脂を挙げることができる。

約１ｍｍ厚さのシリコーン系樹脂シートの通気度（透湿率）（約１ｍｍ厚さの樹脂シート、４０℃、９０％ＲＨの条件下で、リッシー（Lyssy）法により測定）は、メチルシリコーン系樹脂の例では、９０ｇ／ｍ²／ｄａｙ、５０ｇ／ｍ²／ｄａｙであり、フェニルシリコーン系樹脂の例では、３０ｇ／ｍ²／ｄａｙである。これに対して、エポキシ樹脂の例では、通気度（透湿率）（約１ｍｍ厚さの樹脂シート、４０℃、９０％ＲＨの条件下で、リッシー（Lyssy）法により測定）は、０．５ｇ／ｍ²／ｄａｙであり、シリコーン系樹脂シートの通気度（透湿率）よりも小さく、通気性に乏しい。

図１において、基板１０は、セラミクス、プラスチック等からなり、レンズ保持体４８が搭載され、固体撮像素子４０が実装される基板（モジュール基板）であり、基板１０には、フィルビア１８、中空ビア２０が形成されている。

図１（Ａ）に示す例では、基板１０には貫通孔３０が、基板１０において固体撮像素子４０が実装されていない領域に形成されており、先ず、固体撮像素子４０の実装面の側から、通気性樹脂３２が充填される。次に、基板１０に固体撮像素子４０を、基板１０の導体層１６に半田ボール４４の半田リフローによって実装される。

基板１０に形成されている貫通孔３０の数は任意であり、基板１０とレンズ保持体４８によって形成される中空部５０と外部との間で調製しようとする通気量、使用する通気性樹脂３２の通気特性に応じて、必要な数の貫通孔３０が形成されている。

基板１０において固体撮像素子４０の領域（以下、固体撮像素子４０の実装領域、又は、実装領域と言う。）に、信号配線を切断することなしに貫通孔３０を形成できる場合には、固体撮像素子４０の実装領域に貫通孔３０を形成してもよい。また、基板１０を貫通し開口を有する配線用のビア（ＶＩＡ；ＰＴＨ（Plated Through Hole）、ＮＰＴＨ）が、固体撮像素子４０の実装領域に存在する場合には、このビアを貫通孔３０として利用して、これに通気性樹脂３２を充填してもよい。

基板１０に対して正確な位置関係を保持した状態で、固体撮像素子４０を基板１０に搭載することができるように、通気性樹脂３２は、固体撮像素子４０の実装面（基板１０のソルダーレジスト層１４の面）より突出しないように、貫通孔３０の一部分に充填されており、貫通孔３０は通気性樹脂３２によって封止される。

基板１０に固体撮像素子４０が実装された後に、基板１０に、固体撮像素子４０を覆うように、レンズ４６を保持するレンズ保持体４８が接着剤樹脂５２によって接着、固定され、撮像素子４２が中空部５０の内部に封止される。

接着剤樹脂５２の加熱硬化において、中空部５０の内圧が上昇した時に、中空部５０内の空気は、搭載領域の外側に形成されている貫通孔３０に充填された通気性樹脂３２を通して、外部に散逸していくので、固体撮像素子４０とレンズ４６の光学的な位置関係は正確に保持される。

図１（Ｂ）に示す例では、基板１０において固体撮像素子４０の搭載領域の内側に形成されたビア（ＰＴＨ）６４が貫通孔３０として利用されており、基板１０において固体撮像素子４０の搭載領域の外側では、貫通孔３０が形成されている。 固体撮像素子４０を基板１０に素子固定用樹脂６２を用いて搭載し、基板１０の導体層１６にワイヤ６０によって接続し実装した後に、貫通孔３０に、固体撮像素子４０の実装面の側から、通気性樹脂３２が充填される。

図１（Ａ）に示す例の場合と同様に、貫通孔３０の数は任意であり、基板１０とレンズ保持体４８によって形成される中空部５０と外部との間で調製しようとする通気量、使用する通気性樹脂３２の通気特性に応じて、必要な数の貫通孔３０が形成されている。

図１（Ａ）に示す例の場合と同様に、通気性樹脂３２は、固体撮像素子４０の実装面（基板１０のソルダーレジスト層１４の面）より突出しないように、貫通孔３０の一部分に充填されており、貫通孔３０は通気性樹脂３２によって封止されている。基板１０に固体撮像素子４０が実装された後に、基板１０に、固体撮像素子４０を覆うように、レンズ４６を保持するレンズ保持体４８が接着剤樹脂５２によって接着、固定され、撮像素子４２が中空部５０の内部に封止される。

接着剤樹脂５２の加熱硬化において、中空部５０の内圧が上昇した時に、中空部５０内の空気は、基板１０と固体撮像素子４０の間にギャプ（間隙）及び搭載領域の内側に形成されている貫通孔３０に充填された通気性樹脂３２を通して、外部に散逸していくので、固体撮像素子４０とレンズ４６の光学的な位置関係は正確に保持される。

固体撮像素子が実装されたモジュール基板（基板１０）は、固体撮像装置が使用されるモバイル機器等の装置のマザーボードへワイヤーボンディング又は半田リフローによって実装される。通気性樹脂３２は、固体撮像素子４０の実装面より突出しないように、貫通孔３０に充填されているので、基板１０に対して正確な位置関係を保持した状態で、固体撮像素子４０を基板１０に搭載することができる。

以上で説明した固体撮像素子の製造方法によれば、基板１０に形成された貫通孔３０に通気性樹脂３２が充填された後に、基板１０に固体撮像素子４０が実装され、次に、基板１０に、固体撮像素子４０を覆うように、レンズ４６を保持するレンズ保持体４８が接着剤樹脂５２によって接着、固定される。

このレンズ保持体４８の接着、固定の際に、レンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係をジグ（図示せず。）によって保持し、光硬化、加熱硬化する光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２を用い、先ず、接着剤樹脂５２のＵＶ照射による光硬化によって、レンズ４６と固体撮像素子４０の距離Ｌを所定の値に保持し、次に、加熱硬化させる。

接着剤樹脂５２の熱硬化時に中空部５０の空気が加熱され、膨張した空気圧によって、中空部５０の内部に圧上昇を生じるが、ジグによってレンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係が保持されており、膨張した空気は、通気性樹脂３２を通過して外部に散逸していくので、加熱により粘度が低下した接着剤樹脂５２ａが、レンズ４６と固体撮像素子４０との間で剥離したり、レンズ４６と固体撮像素子４０との間から外側に押し出されたりすることが抑制される。

従って、レンズ保持体４８が基板１０から上方に持ち上げられたり、レンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係がずれてしまったり、基板１０の厚さが薄い場合でも、基板１０が変形してしまうことが抑制され、レンズ保持体４８の基板１０への接着、固定を十分なものとすることができ、信頼性の低下を抑制することができる。

このように、中空部５０の内部に生じる圧上昇の影響を、基板１０に形成された貫通孔３０に充填された通気性樹脂３２によって、緩和させ圧上昇による変形を抑制し、レンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係を正確に保持することができ、信頼性を向上させることができる。

また、固体撮像素子４０が実装されたモジュール基板（基板１０）を、固体撮像装置が使用されるモバイル機器等の装置のマザーボードへ半田リフローによって実装する際にも、半田リフローにおける高温によって生じた空気圧による中空部５０の内部の圧上昇によって生じる影響を、緩和させ圧上昇による変形を抑制し、レンズ４６と固体撮像素子４０との位置関係を正確に保持することができ、信頼性を向上させることができる。

なお、貫通孔３０に通気性樹脂３２を充填しない場合に、中空部５０の内部の圧上昇によって生じた膨張した空気を、より効率よく外部に散逸させることができ、中空部５０の内圧上昇の影響を抑制することができるが、外部からのゴミや水の侵入によって固体撮像装置の信頼性を大きく劣化させるので、望ましくない。

通常、固体撮像装置が使用されるモバイル機器等の装置のマザーボードへ半田リフローによって実装する際に生じる高温の影響を避けるために、固体撮像素子が実装されたモジュール基板の側縁部に固体撮像装置と電気的に接続される接続端子を設け、この接続端子をモバイル機器等の装置のマザーボードに設けられたソケットに挿入して、固体撮像素子による撮像情報をマザーボードに伝達する構成がとられる。

本発明によれば、信頼性を保ちマザーボードへ半田リフローによって、固体撮像素子４０が実装されたモジュール基板（基板１０）を実装することができるので、上記のようなソケットを介した接続を採用する必要がなく、固体撮像素子４０が実装されたモジュール基板（基板１０）を、他の電子部品と同時に、マザーボードに実装可能となるので組立コズトの削減も可能となる。

図２は、本発明の実施の形態における、貫通孔内に充填された通気性樹脂の厚さの調製を説明する図である。

貫通孔３０に充填される通気性樹脂３２の厚さを調整することによって、中空部５０と外部との間における通気量を調整することができる。通気性樹脂３２の厚さの調整は、固体撮像素子４０実装面の反対側から、貫通孔３０の内部に充填された通気性樹脂３２を切除することによって、行うことができる。通気性樹脂３２を切除する際に、基板１０の配線層を切断しないように、基板１０の一部と一緒に通気性樹脂３２を切除してもよい。

図２（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ｂ）の一部に対応し、基板１０に形成されているビア（ＰＴＨ）６４を貫通孔３０として、これに通気性樹脂３２を充填した場合における、通気性樹脂３２の厚さの調製を説明する図である。

図２（Ｂ）に示すように、ビア（ＰＴＨ）６４の内部に通気性樹脂３２が充填された場合、図２（Ａ）に示すように、固体撮像素子４０の実装面の反対側（図中の下方）から、ビア（ＰＴＨ）６４の内部に充填された通気性樹脂３２の一部を切除して、ビア（ＰＴＨ）６４の内部における通気性樹脂３２の厚さを任意に調整することができる。

図２（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、図１（Ａ）の一部に対応し、基板１０に形成されている貫通孔３０に通気性樹脂３２を充填した場合における、通気性樹脂３２の厚さの調製を説明する図である。

図２（Ｄ）に示すように、貫通孔３０の内部に通気性樹脂３２が充填された場合、図２（Ｃ）、（Ｅ）に示すように、図２（Ａ）に示す例と同様に、固体撮像素子４０の実装面の反対側（図中の下方）から、貫通孔３０の内部に充填された通気性樹脂３２を切除して、貫通孔３０の内部における通気性樹脂３２の厚さを任意に調整することができる。

図２（Ｃ）に示すような通気性樹脂３２の厚さに調整する場合、図２（Ｅ）に示すように、基板１０を部分的に切除して、基板１０に座ぐり部６６を形成するようにして、通気性樹脂３２の厚さを調整することもできる。この場合、基板１０に形成された配線層に実質的に影響を与えないように留意する。

次に、固体撮像装置の作製に関する実施例について説明する。

［実施例］
図３は、本発明の実施例における、固体撮像装置の作製工程の例を説明する平面図である。この固体撮像装置は図１（Ａ）に対応したものである。

図３（Ａ）に示すように、固体撮像素子４０の搭載領域の外側であり、固体撮像素子４０に実装に影響を与えない２か所に、貫通孔３０（穴径φ０．４ｍｍ）が形成されたプラスチック基板（８．５ｍｍ□、厚さ２８０μｍ）を準備した。

固体撮像素子４０の実装面の側から、通気性シリコーン樹脂（通気度（透湿率）４０ｇ／ｍ²ｇ／ｄａｙ）を貫通孔３０の内部に、１４０μｍ〜１４０μｍの厚さで、ソルダーレジスト層の面から高くならないようにして、充填した。

次に、図３（Ｂ）に示すように、ＷＬＰタイプの固体撮像素子４０（６．５ｍｍ□）を半田ボール４４の半田リフローで基板１０に実装した。

次に、図３（Ｃ）に示すように、基板１０にレンズ保持体４８を固定するための接着剤樹脂５２を、ディスペンサーを使用して、基板１０の周辺部に、高さ約２００μｍ、幅約１００μｍで塗布した。

次に、図３（Ｄ）に示すように、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０を、光軸、焦点を合わせて、位置関係をジグによって保持した状態で、光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２をＵＶ（２００ｍＪ／ｃｍ² ）で照射して硬化させて固定した。この固定後の接着層の厚は約１６０μｍであった。更に、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０の位置関係をジグによって保持した状態で、加熱硬化炉中で加熱硬化（８０℃×３０ｍｉｎ）し、接着剤樹脂５２を完全に硬化した。

この加熱硬化後における、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０の位置関係のずれは、約５μｍであり、接着剤樹脂５２のレンズ保持体４８と固体撮像素子４０の間から押し出されることがなく、また、接着剤樹脂５２の剥離も生じなかった。

以上のようにして、固体撮像素子４０、レンズ保持体４８が実装されたモジュール基板（基板１０）を、半田リフローによってモバイル機器等の装置のマザーボードに実装しても問題が生じることがなかった。

比較例として、基板１０に貫通孔３０を設けないで、固体撮像素子４０、レンズ保持体４８を基板１０に、基板１０に貫通孔３０を設けた場合と同様にして、実装した。光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２をＵＶで照射して硬化させて固定した後、加熱硬化炉中で加熱硬化したが、この加熱硬化後では、レンズ保持体４８の位置が２０μｍずれて焦点が合わない状態となり、また、接着剤樹脂５２が部分的に剥離し、固定力が低下した。

図４は、本発明の実施例における、固体撮像装置の作製工程の例を説明する断面図である。この固体撮像装置は、図１（Ｂ）においてビア（ＴＰＨ）６４を貫通孔３０に置き換えたものに対応したものである。

図４（Ａ）に示すように、固体撮像素子４０の搭載領域の内側であり、基板１０の信号配線に実質的に影響を与えない場所に、貫通孔３０（穴径φ０．４ｍｍ）が形成されたプラスチック基板（８．５ｍｍ□、厚さ２８０μｍ）を準備した。

固体撮像素子４０の実装面の側から、通気性シリコーン樹脂（通気度（透湿率）４０ｇ／ｍ²ｇ／ｄａｙ）を貫通孔３０の内部に、基板１０の厚さの約２／３まで、ソルダーレジスト層の面から高くならないようにして、充填した。次に、固体撮像素子４０（６．５ｍｍ□）を基板に搭載するために、ディスペンサーを使用して、ソルダーレジスト層１４に、高さ約３５μｍで複数個所に、素子固定用樹脂６２を点塗布した。

次に、図４（Ｂ）に示すように、ジグ（図示せず。）によって、固体撮像素子４０と基板１０が平行な位置関係を保持した状態とした後、光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２をＵＶで照射して硬化させて固定し、更に、加熱硬化し、接着剤樹脂５２を完全に硬化させ、固体撮像素子４０を基板１０に接着、固定した。素子固定用樹脂６２を硬化させて、固体撮像素子４０を基板１０に固定した。硬化後の素子固定用樹脂６２の厚さは約２０μｍであった。従って、固体撮像素子４０と基板１０の間には、約２０μｍのギャップが存在することになる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、ワイヤ６０によって、基板１０の導体層１６と固体撮像素子４０を電気的に接続した後、基板１０にレンズ保持体４８を固定するための接着剤樹脂５２を、基板１０の周辺部に、高さ約２００μｍ、幅約１２０μｍで塗布した。

次に、図４（Ｄ）に示すように、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０を、光軸、焦点を合わせて、位置関係をジグ（図示せず。）によって保持した状態で、光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２をＵＶ（２００ｍＪ／ｃｍ² ）で照射して硬化させて固定した。更に、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０の位置関係をジグによって保持した状態で、加熱硬化炉中で加熱硬化（８０℃×３０ｍｉｎ）し、接着剤樹脂５２を完全に硬化した。

この加熱硬化時の温度上昇で中空部５０の空気が膨張して内圧上昇が生じるが、中空部５０の空気は、固体撮像素子４０と基板１０の間に存在する約２０μｍのギャップを通して、外部に散逸していくので、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０の位置関係のずれは抑制される。

この加熱硬化後における、レンズ保持体４８と固体撮像素子４０の位置関係のずれは、約５μｍであり、接着剤樹脂５２のレンズ保持体４８と固体撮像素子４０の間から押し出されることがなく、また、接着剤樹脂５２の剥離も生じなかった。

以上のようにして、固体撮像素子４０、レンズ保持体４８が実装されたモジュール基板（基板１０）を、半田リフローによって、モバイル機器等の装置のマザーボードに実装しても問題が生じることがなかった。

比較例として、基板１０に貫通孔３０を設けないで、固体撮像素子４０、レンズ保持体４８を基板１０に、基板１０に貫通孔３０を設けた場合と同様にして、実装した。光熱硬化性樹脂からなる接着剤樹脂５２をＵＶで照射して硬化させて固定した後、加熱硬化炉中で加熱硬化したが、この加熱硬化後では、レンズ保持体４８の位置がずれて焦点が合わない状態となり、また、接着剤樹脂５２が部分的に剥離し、固定力が低下した。

以上、本発明を実施の形態、実施例について説明したが、本発明は上述の実施の形態、実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形が可能である。

例えば、貫通孔を充填するための通気性樹脂として、フェニルシリコーン系樹脂、メチルシリコーン系樹脂等のシリコーン系樹脂の他に、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリトリメチルシリルプロピン等を使用することができる。また、ＰＴＦＥ、ＰＥＴ等の多孔質樹脂を通気性樹脂として使用することもできる。

また、貫通孔は、レンズ保持体又はこれを保持するレンズ保持体支持用フレームに形成して、貫通孔に通気性樹脂を充填する構成とすることもできる。

本発明によれば、固体撮像素子が封止される中空部の圧上昇を抑制し、固体撮像素子とレンズの位置関係を正確に保持することができる固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供することができる。

１０…基板、１２…絶縁層、１４…ソルダーレジスト層、１６…導電層、
１８…フィルビア、２０…中空ビア、３０…貫通孔、３２…通気性樹脂、
４０…固体撮像素子、４２…マイクロアレイレンズ、４４…半田ボール、４６…レンズ、
４８…レンズ保持体、５０…中空部、５２、５２ａ…接着剤樹脂、６０…ワイヤ、
６２…素子固定用樹脂、６４…ビア（ＰＴＨ）、６６…基板の座ぐり部

特開２０００−１５０８４４号公報（段落０００９〜００２３、図１〜図４） 特開２００３−１５２１２３号公報（段落００１１〜００１４、図１）

Claims (18)

1. 基板に形成された貫通孔の内部に通気性樹脂を充填する第１工程と、
   前記基板に固体撮像素子を搭載する第２工程と、
   レンズを保持するレンズ保持体を前記基板に搭載する第３工程と
   を有し、前記基板と前記レンズ保持体によって形成された中空部の内部に前記固体撮像素子が封止される、固体撮像装置の製造方法。
2. 前記第３工程において、前記レンズ保持体が光熱硬化性樹脂によって前記基板に固定される、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記中空部の内部に封止され前記固体撮像素子が搭載された前記基板を、マザーボードにリフローによって実装する工程を有する、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記第１工程において、通気度が３０ｇ／（ｍ²・２４ｈ）以上であるシリコーン樹脂が前記通気性樹脂として前記貫通孔に充填される、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記シリコーン樹脂が、フェニルシリコーン系樹脂又はメチルシリコーン系樹脂である、請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記貫通孔が前記基板に形成された中空ビアである、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記第１工程において、前記固体撮像素子が搭載される前記基板の実装面の側から、前記通気性樹脂が前記貫通孔に充填される、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記実装面から突出しないように、前記通気性樹脂が前記貫通孔の内部に充填される、請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の内側で前記基板に前記貫通孔が形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
10. 前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の外側で前記基板に前記貫通孔が形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
11. 前記第１工程又は前記第２工程の後で、前記貫通孔の内部に充填された前記通気性樹脂を、前記固体撮像素子が搭載される前記基板の実装面の反対側から切除して、前記通気性樹脂の厚さを調整する工程を有する、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 前記基板の一部と共に前記通気性樹脂を前記反対側から切除する、請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 基板に搭載された固体撮像素子と、
    レンズを保持し前記基板に搭載されたレンズ保持体と、
    前記基板に形成された貫通孔の内部に充填された通気性樹脂と
    を有し、前記基板と前記レンズ保持体によって形成された中空部の内部に前記固体撮像素子が封止された、固体撮像装置。
14. 通気度が３０ｇ／（ｍ²・２４ｈ）以上であるシリコーン樹脂が前記通気性樹脂として前記貫通孔に充填された、請求項１３に記載の固体撮像装置。
15. 前記シリコーン樹脂が、フェニルシリコーン系樹脂又はメチルシリコーン系樹脂である、請求項１４に記載の固体撮像装置。
16. 前記貫通孔が中空ビアである、請求項１３に記載の固体撮像装置。
17. 前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の内側に前記貫通孔が形成された、請求項１３に記載の固体撮像装置。
18. 前記基板へ前記固体撮像素子が搭載される搭載領域の外側に前記貫通孔が形成された、請求項１３に記載の固体撮像装置。

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