JP2013143391A - イメージセンサパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化ないし薄型化が可能な構造を有し、しかもコスト性及びプロセス性に優れたイメージセンサパッケージの提供。
【解決手段】表面に配線層が形成された透明基板と、透明基板との間にキャビティを構成するようフリップチップ実装されたイメージセンサと、を備えるイメージセンサパッケージにおいて、前記配線層が、銀ナノ粒子を主成分とする導電性インクをスクリーン印刷、フレキソ印刷またはインクジェット印刷し、焼成することにより形成され、前記キャビティに位置する配線層の角部がアール状であることを特徴とするイメージセンサパッケージ。
【選択図】図1

Description

本発明は、小型化ないし薄型化が可能な構造を有する低ノイズのイメージセンサパッケージに関する。

従来、イメージセンサパッケージは、セラミックヘッダー内に撮像素子をダイマウントし、ワイヤボンディングでキャビティ内の電極と接続し、セラミックヘッダーにガラス製のふたを接着剤にて固着し封止する構造であった。しかしながら、セラミックヘッダーとガラス製のふたによりキャビティを設けるという構造上、パッケージ外形寸法（面積・高さ）の小型化が難しかった。

近年、ＴＳＶ（Through Silicon Via）工法によりＩＣチップ同士を直接垂直方向に接続することや受光素子で実装パッケージをより小さく薄くすることが提案されているが、同工法は工程が複雑でコストが高いという問題がある。そこで、ガラス基板上に直接半導体チップを実装する技術として、ＣＯＧ（チップ・オン・ガラス）工法を用いたパッケージが提案されている。

図８は、発明者が提案した特許文献１に開示の半導体チップパッケージを示す側面断面図である。この半導体チップパッケージは、表面に配線パターンを形成した第１の支持板上に半導体チップを装着し、第２の支持板により一体に連結されている配線付ポスト電極部品の配線パターンと接続されたポスト電極を、第１の支持板に形成した配線パターンの所定の位置に、一括して固定しかつ電気的に接続し、樹脂封止後、第１及び第２の支持板を剥離し、おもて面側においてはガラス基板を貼り付け、かつ、裏面側においては第２の配線パターンに接続される前記外部電極を形成することにより作製される。

図７は、特許文献２に開示のイメージセンサＩＣパッケージを示す側面断面図である。同図において、１はイメージセンサＩＣ、１ａはイメージセンサＩＣ１のイメージセンサ部、１ｂはイメージセンサＩＣ１の金バンプ、２はガラス基板、２ａはガラス基板２上のパターン、３は外部回路へ接続するためのフレキシブルプリント配線板、４はアンダーフィル樹脂を示す。パターン２ａは、例えば、ガラス基板２に、スパッタリング法により、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）透明電極膜を形成し、パターン２ａ部以外をめっきレジストで覆い、パターン２ａ部に電解または無電解金めっきを施し、めっきレジスト剥離後、ＩＴＯ透明電極膜をエッチングすることで形成される。

特開２００９−１８２２０８号公報 特開２００３−３２５５８号公報

近年、様々な電子機器にイメージセンサが搭載されるようになるのに伴い、イメージセンサパッケージの薄型化・小型化の要求が強くなっている。また、イメージセンサの付加による製品コストを防ぐべく、低コストのイメージセンサが求められている。

本発明は、小型化ないし薄型化が可能な構造を有し、しかもコスト性及びプロセス性に優れたイメージセンサパッケージを提供することを目的とする。

本発明は、以下の技術手段から構成される。
第１の発明は、表面に配線層が形成された透明基板と、透明基板との間にキャビティを構成するようフリップチップ実装されたイメージセンサと、を備えるイメージセンサパッケージにおいて、前記配線層が、銀ナノ粒子を主成分とする導電性インクをスクリーン印刷、フレキソ印刷またはインクジェット印刷し、焼成することにより形成され、前記キャビティに位置する配線層の角部がアール状であることを特徴とするイメージセンサパッケージである。
第２の発明は、第１の発明において、透明基板とイメージセンサとの間隙に、配線層の大部分または全部を覆うマイグレーション防止層が形成されていることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記マイグレーション防止層が遮光性を有し、受光エリアを囲むマスキングエリアを構成することを特徴とする。
第４の発明は、第２または３の発明において、前記マイグレーション防止層が、熱硬化型または紫外線硬化型のエポキシ樹脂またはアクリル樹脂を主成分とすることを特徴とする。
第５の発明は、第２、３または４の発明において、前記マイグレーション防止層が、前記キャビティの内側面を構成することを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、前記透明基板が、ガラス基板であることを特徴とする。

第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、前記配線層の厚さが、６μｍ以下であることを特徴とする。
第８の発明は、第１ないし７のいずれかの発明に係るイメージセンサパッケージと、配線基板とを、樹脂および／または金属コアを有する半田ボールを介して実装したことを特徴とするイメージセンサモジュールである。

本発明によれば、低ノイズ薄型イメージセンサパッケージを低コストで提供することが可能となる。

本発明を具体化するイメージセンサパッケージの第１の構成例を示す側面断面図である。 従来の等方性エッチングによる配線の製造工程を説明する側面断面図である。 スクリーン印刷による配線の製造工程を説明する側面断面図である。 （ａ）は図２に係る配線接続部分を中心とした要部断面図であり、（ｂ）は第１の構成例の配線接続部分を中心とした要部断面図である。 第１の構成例に係るイメージセンサパッケージの実装工程の概要を説明する側面断面図である。 本発明を具体化するイメージセンサパッケージの第２の構成例を示す平面図および側面断面図である。 特許文献２に開示のイメージセンサＩＣパッケージを示す側面断面図である。 特許文献１に開示の半導体チップパッケージを示す側面断面図である。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化するイメージセンサパッケージの第１の構成例を示す側面断面図である。図１のイメージセンサパッケージ１０は、所定パターンの配線１３を有する透明基板１１と、バンプ１４を有する受光素子１２と、封止のための樹脂１５と、受光素子１２の受光面が配置される空洞領域であるキャビティ１７を主要な構成要素とする。

図１（ａ）に示すように、透明基板１１には金属ナノ粒子を含む導電性金属インクにより配線１３が形成されている。本構成例では、透明基板１１はガラス基板であり、配線１３は銀ナノ粒子を主成分とする銀インクである。銀インクを用いたのは、ガラス基板への密着性がよく、薄層パターンを印刷で形成することができ、しかもフリップチップ実装時の半田との相性が良いからである。
図１（ｂ）に示すように、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光素子（イメージセンサ）１２が、その受光面を下に向けてフリップチップ実装される。配線１３とバンプ１４とは半田などの導電性接着剤１６で接着される。受光素子１２の周辺は熱硬化型あるいは紫外線硬化型の樹脂１５により封止され、キャビティ１７を形成している。

本構成例では、配線１３は、インクジェット法、ディスペンサー法、またはスクリーン印刷法により形成される。配線１３を印刷により形成することにより、数μｍ厚の配線層をスパッタリング法や蒸着法などの高コストの工法を用いずに形成することができる。このような薄い配線層は、材料削減によるコスト削減が望めるほか、ノイズの発生を抑えることにも寄与するものである。

さらに特筆すべきは、本構成例では、印刷法により配線１３を形成することで、キャビティに位置する配線の角部がアール状の配線が得られることである。また、印刷法により配線１３を形成することで、一定の厚みのある配線を形成した場合にも側面が平面状となる（サイドエッチがない）。これにより、従来のエッチング工法による配線と比べ、ノイズ特性を改善することが可能である従来の等方性エッチングによる配線および本構成例の配線の断面形状について、以下詳細に説明する。

図２は、従来の等方性エッチング（ウェットエッチング）による配線の製造工程を説明する側面断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、透明基板に蒸着あるいは貼り付けにより配線層を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト（感光性有機物質）を塗布し、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた配線パターンを焼き付ける。
次に、図２（ｃ）に示すように、エッチングによって配線層の不要な部分を除去する。ここで、等方性エッチングにおいては、側面にサイドエッチが入り、側面が掘られた形状となる（図４（ａ）参照）。
最後に、図２（ｄ）に示すように、レジストを除去することにより、透明基板上に配線のパターンを形成することができる。

図３は、スクリーン印刷による配線の製造工程を説明する側面断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、透明基板にスクリーンマスク（版）を配置し、透明基板の表面に導電性金属インクを転移し、所定のパターンの配線層を印刷する。
次に、図３（ｂ）に示すように、導電性金属インクを塗布する。ここで塗布は、スクリーン印刷の他、フレキソ印刷またはインクジェット印刷により行ってもよい。
次に、図３（ｃ）に示すように、透明基板からスクリーンマスクを除去する。
最後に、図３（ｄ）に示すように、透明基板を焼成して金属化することにより、透明基板上に所定のパターンの配線層を形成することができる。焼成後の配線層の側面断面形状は、透明基板からほぼ直角に立ち上がる面（側面）が平面状であり、かつ、角部がアール状となっている。

図４（ａ）は図２に係る配線接続部分を中心とした要部断面図であり、図４（ｂ）は第１の構成例の配線接続部分を中心とした要部断面図である。
図４（ａ）に示すように、図２に係る配線１３は、側面にサイドエッチが入るため、散乱光が受光素子１２の受光面に到達しノイズになるという問題がある。なお、異方性エッチング（ドライエッチング）によれば、サイドエッチの問題は改善されるが、断面の角部がアール状となっていないため、この角部の形状によって散乱光が生じるという問題がある。また、異方性エッチングは、コスト面や量産性において、ウェットエッチングに劣るという課題もある。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、第１の構成例では、配線１３の側面断面形状は、キャビティ１７を構成する透明基板からほぼ直角に立ち上がる面（側面）が平面状であり、かつ、角部がアール状となっている。そのため、受光素子１２の受光面に到達する散乱光が少なく、ノイズを削減することが可能である。角部のアール状はある程度以上の大きさであることが好ましく、例えば、アール状を構成する円弧の半径が、配線１３の厚さ（高さ）の１／２以上であることが好ましい。ここで、配線１３の厚さは、例えば銀インクの場合、好ましくは１〜６μｍ、より好ましくは２〜３μｍである（好ましい厚さの配線１３においては、側面が平面状であることは必ずしも必要とされない。）。

図５は、第１の構成例に係るイメージセンサパッケージの実装工程の概要を説明する側面断面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、透明基板１１上に、選択的に塗布された導電性接着剤１６である半田ペーストにより配線１３とバンプ１４と電気的に接続する。なお、配線１３とバンプ１４との接続は、超音波工法や圧接工法によってもよい。
次に、図５（ｂ）に示すように、熱硬化型あるいは紫外線硬化型の樹脂１５により受光素子１２の周辺を封止し、加熱または紫外線照射により樹脂１５を硬化し、受光面と隣接するキャビティ１７を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、配線１３の配線基板１９と接続する部分に半田ボール１８を配置する。例えば、図１（ａ）の場合、７個×２列の半田ボールを配置する。ここで、半田ボール１８は、金属（例えば、銅）および／または樹脂をコアとする半田ボールを用いることが好ましい。均一な大きさのコアを有する半田ボールを用いることにより、配線基板１９との距離を均一にすることが可能となるからである。本構成例では、銅膜に覆われた樹脂コアを有する半田ボールを用いた。
最後に、図５（ｄ）に示すように、配線基板１９とイメージセンサパッケージ１０とを半田ボール１８を介して接続し、リフロー工程により半田ボールを加熱溶融して結合する。

以上に説明した第１の構成例によれば、数μｍ以下の配線層が形成された透明基板上にフリップチップ実装するので、低コストでＴＳＶ型よりも薄いイメージセンサパッケージを提供することが可能となる。また、散乱光が受光面に到達しにくい配線形状となっているため、低ノイズのイメージセンサパッケージを提供することが可能となる。

図６は、本発明を具体化するイメージセンサパッケージの第２の構成例を示す平面図および側面断面図である。本構成例では、透明基板１１のマスキングエリア２４にマイグレーション防止層２０が形成されている。ここで、イオンマイグレーションとは、長期にわたる使用により、金属が絶縁物の上を移動することで電極間の絶縁抵抗値が低下する現象をいう。イオンマイグレーションは種々の金属で発生するが、中でも銀はイオンマイグレーションが最も発生しやすい金属であることが知られている。本構成例では銀インクを用いて配線１３を形成するが、銀配線の表面露出領域の全部または大部分がマイグレーション防止層により被覆されるため、配線１３のイオンマイグレーションを抑制することが可能である。

本構成例のイメージセンサパッケージは、次の手順で作製される。
まず、第１の構成例と同じ方法により配線１３のパターンが透明基板１１上に形成する。ここで、配線１３は、角部がアール状である。
続いて、透明基板１１上のマスキングエリア２４にマイグレーション防止層２０を形成する。マイグレーション防止層２０は、エポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂を主成分とし、炭素含有量により遮光性が調整される。本構成例では、透明基板１１の表面のマスキングエリア２４にスクリーン印刷、フレキソ印刷若しくはインクジェット印刷またはディスペンサー法によりマイグレーション防止層２０を形成する。マイグレーション防止層２０には、バンプエリア２５と対応する位置に開口が設けられている。この開口は、マスキングエリア２４の開口を除く部分に印刷する方法、透光エリア２２を除き全面塗布した後レーザーにより開口を設ける方法などにより形成される。

配線１３とバンプ１４とは、バンプエリア２５において第１の構成例と同じ方法により電気的に接続される。本構成例では、マスキングエリア２４によりキャビティ１７が形成されているため、樹脂による封止は無くても良い。
以上に説明した第２の構成例によれば、イオンマイグレーションを抑制された、ノイズが少ない薄型のイメージセンサパッケージを提供することが可能となる。

以上、本開示にて幾つかの実施の形態を単に例示として詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び有利な効果から実質的に逸脱せずに、その実施の形態には多くの改変例が可能である。

１０ イメージセンサパッケージ
１１ 透明基板
１２ 受光素子
１３ 配線
１４ バンプ
１５ 樹脂
１６ 半田
１８ はんだボール
１９ 配線基板
２０ マイグレーション防止層
２１ 受光エリア
２２ 透光エリア
２３ チップエリア
２４ マスキングエリア
２５ バンプエリア

Claims (8)

1. 表面に配線層が形成された透明基板と、透明基板との間にキャビティを構成するようフリップチップ実装されたイメージセンサと、を備えるイメージセンサパッケージにおいて、
   前記配線層が、銀ナノ粒子を主成分とする導電性インクをスクリーン印刷、フレキソ印刷またはインクジェット印刷し、焼成することにより形成され、
   前記キャビティに位置する配線層の角部がアール状であることを特徴とするイメージセンサパッケージ。
2. 透明基板とイメージセンサとの間隙に、配線層の大部分または全部を覆うマイグレーション防止層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサパッケージ。
3. 前記マイグレーション防止層が遮光性を有し、受光エリアを囲むマスキングエリアを構成することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサパッケージ。
4. 前記マイグレーション防止層が、熱硬化型または紫外線硬化型のエポキシ樹脂またはアクリル樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項２または３に記載のイメージセンサパッケージ。
5. 前記マイグレーション防止層が、前記キャビティの内側面を構成することを特徴とする請求項２、３または４に記載のイメージセンサパッケージ。
6. 前記透明基板が、ガラス基板であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のイメージセンサパッケージ。
7. 前記配線層の厚さが、６μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のイメージセンサパッケージ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のイメージセンサパッケージと、配線基板とを、樹脂および／または金属コアを有する半田ボールを介して実装したことを特徴とするイメージセンサモジュール。