JP2014036091A - パッケージ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールに使用可能で熱による影響が少ない高品質のパッケージ構造を提供すること。
【解決手段】第１電極パッドを有する撮像センサダイ２と、前記撮像センサダイ２が配置され第２電極パッドを有する回路基板１と、前記撮像センサダイ２の撮像領域を覆う透明部材３と、前記第１のパッドと第２のパッドとを接続する金属ワイヤ４と、前記金属ワイヤ４を覆う封止部材５と、を備えるパッケージ構造であって、前記封止部材５は、前記撮像センサダイ２の受光領域の外周であり、且つ、前記第１電極パッドの内周である領域の少なくとも一部において凹形状を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、精度誤差等の影響が少ない高品質なパッケージ構造に関するものである。

撮像センサの実装性向上や、撮像センサ受光面への異物混入を防ぐため、受光面上部にガラスを配置し、ワイヤボンド構造を樹脂封止した樹脂パッケージ構造が既に知られている。
また、撮像センサの受光面に相当する面積内に、ある領域において光学機能を分割した光学素子（領域分割光学素子と呼ぶ）を撮像センサの受光面上に配置し、撮像センサからの出力画像を画像処理することによって特徴形状を検出するセンシングカメラが既に知られている。

しかしながら、今までの領域分割光学素子の１領域の大きさが、撮像センサの１画素まで小さくなると、撮像センサと領域分割光学素子に対する要求位置精度が非常に高くなるため、高温時や低温時の熱膨張による影響が無視できなくなる。
そのため、今までの樹脂パッケージ構造を、領域分割光学素子を利用したセンシングカメラモジュールに適用するには、封止する樹脂の熱に起因する応力が無視できないという問題があった。

ここで特許文献１（特開２００６−１９０９５６号公報）には、撮像センサのマイクロレンズを粒子汚染から防止する目的で、撮像センサ受光面外周に接着面パターン（弾性材料）を形成し、その上に透明部材を配置し、センサパッドを結線する金属ワイヤと、ワイヤを封止する構造が開示されている。しかしながら、かかる構造では領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールに使用できないという問題が依然として解消できていない。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールに使用可能で熱による影響が少ない高品質のパッケージ構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係るパッケージ構造は、第１電極パッドを有する撮像センサダイと、前記撮像センサダイが配置され第２電極パッドを有する回路基板と、前記撮像センサダイの撮像領域を覆う透明部材と、前記第１のパッドと第２のパッドとを接続する金属ワイヤと、前記金属ワイヤを覆う封止部材と、を備えるパッケージ構造であって、前記封止部材は、前記撮像センサダイの受光領域の外周であり、且つ、前記第１電極パッドの内周である領域の少なくとも一部において凹形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールに使用可能で熱による影響が少ない高品質のパッケージ構造を提供することができる。

一般的な撮像センサの樹脂パッケージ構造を示した概略図である。 一般的な撮像センサモジュールのパッケージ構造の製造方法を示す概略フロー図である。 領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールにおける、光学フィルタが形成されたガラスと撮像センサの受光面との位置関係を示す概略図である。 本発明に係るパッケージ構造の構成を示す概略図である。

本発明に係るパッケージ構造は、第１電極パッドを有する撮像センサダイ２と、前記撮像センサダイ２が配置され第２電極パッドを有する回路基板１と、前記撮像センサダイ２の撮像領域を覆う透明部材３と、前記第１のパッドと第２のパッドとを接続する金属ワイヤ４と、前記金属ワイヤ４を覆う封止部材５と、を備えるパッケージ構造であって、前記封止部材５は、前記撮像センサダイ２の受光領域の外周であり、且つ、前記第１電極パッドの内周である領域の少なくとも一部において凹形状を有することを特徴とする。

即ち、本発明に係るパッケージ構造は、撮像センサ２受光面上に配置された透明部材（ガラス）３外周の側壁及びワイヤ４を封止する樹脂である封止部材５を、第１電極パッド（撮像センサ側の電極パッド）から透明部材（ガラス）３外周間において窪みを有するように形成することを特徴とする。透明部材（ガラス）３の側壁とワイヤ４を覆う部分以外の領域の樹脂量を減らすことで、直接透明部材（ガラス）３に影響する封止部材４の熱応力を抑制することができる。

［一般的な撮像センサの樹脂パッケージ構造］
次に、従来における一般的な撮像センサの樹脂パッケージ構造について説明する。
図１は一般的な撮像センサの樹脂パッケージ構造を示した概略図である。

撮像センサ２は受光面と電極パッド（第１電極パッド）とが同一面に配置されている。電極パッド（第１電極パッド）は受光面の外周(センサチップの最外周)に配置されている。受光面保護用のガラス（透明部材）３は受光面外側かつ電極パッド内側の領域に接着剤パターンで接着される。なお、撮像センサ２と保護ガラス（透明部材）３は減圧下で接着されることが多い。
撮像センサ２が有する第１電極パッドとパッケージ基板（回路基板）１が有する第２電極パッドとは金に代表される金属ワイヤ４でワイヤボンディングにより結線される。
また、図１では最下部の電極はハンダボールアレイのＢＧＡ(Ball Grid Array)構造となっているが、ボールのないパッケージ基板の状態のＬＧＡ(Land Grid Array)構造でもよい。

なお、特許文献１（特開２００６−１９０９５６号公報）ではガラス接着剤を弾性材料とすることでガラス部にかかる応力の緩和を図っている。

さらに、一般的な撮像センサモジュールのパッケージ構造の製造方法について図２を参照しながら工程に沿って順に説明する。
図２は一般的な撮像センサモジュールのパッケージ構造の製造方法を示す概略フロー図である。

［一般的なセンサパッケージの製造方法］
１．基板アレイ（図２（１）参照）
回路基板１が複数個（数１０個程度であることが一般的）分連なっている。各回路基板１は後述の工程後に分割される。回路基板１にはセンサ面（撮像センサ２が接着される面：受光面側）にセンサ電極に相当する第２電極パッドが、もう一方の面（裏面；図示略）には回路基板とリフロー接続されるための電極が形成され、内部で電極レイアウトを変換している。

２．チップ装着／ダイボンド（図２（２）参照）
次に、回路基板１のシート上に撮像センサ２を接着する。一般的には回路基板１上に熱硬化性のエポキシ樹脂を塗布し、撮像センサ２のマウント時に加圧して塗布形状を広げた後、加熱にて固定する。

３．金ワイヤ配線／ワイヤボンド（図２（３）参照）
撮像センサ２が有する第１電極パッドと回路基板１の第２電極パッドとを金ワイヤ４等で結線する。

４．ガラス封止（図２（４）参照）
さらに、回路基板１のシート上にアレイ状に接着された撮像センサ２の受光面外周に接着剤を塗布した後、受光面相当の大きさの保護ガラス（透明部材）３をマウントし硬化接着する。

５．ワイヤ封止（図２（５）参照）
封止部材５としての絶縁性の樹脂を保護ガラス（透明部材）３外周に塗布・硬化し、金ワイヤ４を保護する。

６．その他の工程
なお、図示は省略するが上記１〜５の工程後、回路基板１の裏面側に、回路基板上への実装用のハンダボールをマウント、硬化した後、個片化してセンサパッケージを得る。

なお、図２ではワイヤボンド後に透明部材３を接着しているが、工程順はこの図に限定されない。例えばセンサチップ段階（ウェハ状態でもよい）で透明部材３を接着したものをパッケージ基板（回路基板）１上にダイボンドさせてもよい。

［一般的なセンサパッケージの製造方法］
図３では、領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールにおける、光学フィルタ２ａが形成された透明部材３と撮像センサ２の受光面との位置関係を示している。
撮像センサ２の受光面の画素単位で光学フィルタ２ａパターンが形成されている場合、撮像センサ２の１画素（２ｂ）辺りのサイズ（５〜６μｍ）から、光学フィルタ２ａのガラスと撮像センサ２との位置精度は１μｍ未満が必要である。

図１に示した一般的な樹脂パッケージ構造の場合、ワイヤ４の封止部材（樹脂）５の硬化に伴う収縮や、温度変化に伴う樹脂の伸縮により、透明部材３側に応力がかかるため、透明部材３の接着構造が動く恐れがある。
従来の撮像センサ２では透明部材（保護ガラス）３平面は反射防止膜や赤外線カットフィルタ等、全面一様なパターンであるため、透明部材３の接着構造が移動しても大きな問題にはならない。しかしながら、図３に示すような領域分割光学素子を利用したセンシングモジュールでは、透明部材３／撮像センサ２構造の実装精度のズレがモジュールとしての要求精度から外れる恐れがある。

そのため、本発明では図４に示すように、一般的な撮像センサの樹脂パッケージにおいて、撮像センサ２の受光面外側から電極パッド内側の領域において、封止部材５の形状に凹形状５ａの構造を設けることを特徴としている。これによって封止部材５の保護ガラス（透明部材）３にかかる応力を減らしている。

次に、本発明に係る撮像センサモジュールについて図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

［本発明に係る撮像センサのパッケージ構造］
図４は、本発明に係るパッケージ構造の構成を示す概略図である。
図４に示すがごとく、回路基板１上に撮像センサ（撮像センサダイ）２が設けられ、この撮像センサ２の受光面上に透明部材３としての保護ガラスがさらに設けられてなる。また、撮像センサ２が有する第１電極パッドと回路基板１が有する第２電極パッドとはワイヤ４により結線されてなり、該ワイヤ４及び透明部材３の側面は封止部材（封止樹脂）５により周囲が被覆されてなる。なお、封止部材５の上面は透明部材３の上面と高さが一致する必要はなく、異なっていてもよい。

そして、封止部材５は、撮像センサダイ２の受光領域の外周であり、且つ、第１電極パッドの内周である領域の少なくとも一部において凹形状５ａを有する。
なお、図４に２つの態様を示したように、ワイヤ４の封止部材５の凹形状５ａ外の高さを透明部材３の上面と一致させてもよく、それよりも低くしても良い。
また、ワイヤ４の封止部材５の凹形状５ａの透明部材３側は表面張力に起因するフィレット構造が形成されていることが好ましい。

図４に示す例では断面形状を下に凸の放物線形状としているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、その他、三角形や台形、階段状の形状等でもよい。ただし、透明部材３の側面は全面が覆われていることが好ましい。
また、図４では透明部材３の両側に凹形状５ａが形成されている例を示しているが、受光面の４辺の内の少なくとも１つの辺に対して凹形状５ａが形成されていれば良い。また、４辺を囲うように凹形状が形成されていても良い。

凹形状５ａの寸法としては、透明部材（保護ガラス）３の外周全面にわたり、透明部材３の厚みの半分より下に達することが好ましい。ただし、ワイヤ４並びに撮像センサチップ２の表面が露出しないことが好ましい。

さらに、本発明に係る撮像センサモジュールの各部材を構成する材料について以下に詳述する。
・回路基板１
本発明に用いられる回路基板１としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・撮像センサ（撮像センサダイ）２
本発明に用いられる撮像センサ２としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・透明部材３
本発明に用いられる透明部材３としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・光学フィルタ構造２ａ
また、撮像センサダイ２の撮像領域面側に光学フィルタ構造２ａが特定領域毎に機能が異なるように配置されてあることが好ましい。
本発明に用いられる光学フィルタ構造２ａとしては、特定の偏光方向を透過する偏光フィルタ、特定の波長の光を透過する波長フィルタ（バンドパスフィルタ）等が挙げられる。また、光学フィルタ構造２ａはある領域毎にフィルタの機能をかえてもよいが、領域の大きさは撮像センサの受光面の単位画素以上であることが好ましい。また、光学フィルタ構造２ａの特定領域は、撮像センサダイ２の画素サイズ２ｂに相当することが好ましい。

・金属ワイヤ４
本発明に用いられる金属ワイヤ４としては、特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

・封止部材５
本発明に用いられる封止部材５としての封止樹脂は、絶縁性のものであれば特に制限なく周知慣用のものが用いられる。

［撮像センサのパッケージ構造の製造方法］
上述したパッケージ構造の製造方法は、領域分割光学フィルタ２ａを有する透明部材３と撮像センサチップ２を接着した構造を、シート状のパッケージ基板（回路基板）１に接着（ダイボンド）する。次いで、ワイヤボンド後に封止部材５としての封止樹脂をディスペンス法により塗布する。封止樹脂の硬化前に狙いの括れ構造（凹形状５ａ）の反転形状を有し、透明部材３を抑えるような形状転写型を上部からプレスした状態で加熱硬化させることによって得られる。

以上のように、撮像センサ２受光面上に配置された透明部材３外周の側壁及びワイヤ４を封止する封止部材５を、撮像センサ２側電極パッドから透明部材３外周間において窪み５ａを形成するので、熱による変形が緩和され高品質のパッケージ構造が得られる。
また、偏光フィルタを通して隣接画素との偏光強度のコントラスト情報を表示することで、可視光の画像では撮像が困難なシーンを撮影可能になり、認識処理が容易になる。
さらに、偏光フィルタの領域分割面積を撮像センサの画素単位にすることで、偏光イメージの解像度が向上し、認識が容易になる。

１ 回路基板
２ 撮像センサダイ
２ａ 光学フィルタ構造
２ｂ 撮像センサの１画素
３ 透明部材（保護ガラス）
４ ワイヤ
５ 封止部材

特開２００６−１９０９５６号公報

Claims (4)

1. 第１電極パッドを有する撮像センサダイと、前記撮像センサダイが配置され第２電極パッドを有する回路基板と、前記撮像センサダイの撮像領域を覆う透明部材と、前記第１のパッドと第２のパッドとを接続する金属ワイヤと、前記金属ワイヤを覆う封止部材と、を備えるパッケージ構造であって、
   前記封止部材は、前記撮像センサダイの受光領域の外周であり、且つ、前記第１電極パッドの内周である領域の少なくとも一部において凹形状を有することを特徴とするパッケージ構造。
2. 前記撮像センサダイの撮像領域面側に光学フィルタ構造が特定領域毎に機能が異なるように配置されてあることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ構造。
3. 前記光学フィルタ構造は、特定の偏光方向を透過する偏光フィルタであることを特徴とする請求項２に記載のパッケージ構造。
4. 前記光学フィルタ構造の特定領域は、前記撮像センサの画素サイズに相当することを特徴とする請求項２または３に記載のパッケージ構造。