JP2014053512A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージレスの固体撮像装置でありながらも、チップの撮像領域とこれを覆う透光性部材との間の間隔を、比較的容易に、所望の値に制御して設定し得るようにする。
【解決手段】固体撮像装置１は、撮像領域２ａを有する半導体チップ２と、撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔をあけるように設置された透光性部材３と、透光性部材３を被固定部に固定する２層以上の接着剤４，５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。

下記特許文献１には、従来のパッケージレスの固体撮像装置として、固体撮像素子チップを回路基板上に直接実装するいわゆるＣＯＢ（Chip on board、チップオンボード）構造を有する固体撮像装置が、開示されている。

この従来の固体撮像装置では、ガラス板等の透光性部材が、固体撮像素子チップの撮像領域（受光領域）を覆うように、固体撮像素子チップに１層の接着剤で接着されている。この１層の接着剤は、固体撮像素子チップにおける撮像領域の周囲に塗布され、その上に透光性部材が接着されている。この１層の接着剤として、紫外線硬化樹脂が用いられている。

特開２００２−１６１９４号公報

しかし、前記従来の固体撮像装置では、固体撮像素子チップの撮像領域と透光性部材との間の間隔が、前記１層の接着剤の高さによって定まるため、その間隔を所望の値に制御して設定することは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パッケージレスの固体撮像装置でありながらも、チップの撮像領域とこれを覆う透光性部材との間の間隔を、比較的容易に、所望の値に制御して設定することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像装置は、撮像領域を有する半導体チップと、前記撮像領域を覆うとともに前記撮像領域から間隔をあけるように設置された透光性部材と、前記透光性部材を被固定部に固定する２層以上の接着剤と、を備えたものである。

第２の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記半導体チップにおける前記撮像領域とは反対側の面が、リジッドプリント基板上に設置され、前記被固定部は、前記半導体チップであり、前記２層以上の接着剤は、前記半導体チップにおける前記撮像領域外の領域と前記透光性部材との間に積層されたものである。

第３の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記半導体チップにおける前記撮像領域とは反対側の面が、支持基板上に設置され、前記撮像領域と対向する領域を含む領域に開口部を有するフレキシブルプリント基板が、前記半導体チップにおける前記撮像領域側の面にバンプ接合され、前記被固定部は、前記フレキシブルプリント基板であり、前記２層以上の接着剤は、前記フレキシブルプリント基板における前記開口部の周囲と前記透光性部材との間に積層されたものである。

第４の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記撮像領域と対向する領域を含む領域に開口部を有するリジッドプリント基板が、前記半導体チップにおける前記撮像領域側の面にバンプ接合され、前記被固定部は、前記リジッドプリント基板であり、前記２層以上の接着剤は、前記リジッドプリント基板における前記開口部の周囲と前記透光性部材との間に積層されたものである。

第５の態様による固体撮像装置の製造方法は、前記第１乃至第４のいずれかの態様による固体撮像装置を製造する方法であって、前記被固定部上に１層目の接着剤を塗布した後に当該１層目の接着剤を硬化させる第１の段階と、前記硬化された前記１層目の接着剤上に２層目の接着剤を塗布した後に当該２層目の接着剤を硬化させる第２の段階と、を備えたものである。

本発明によれば、パッケージレスの固体撮像装置でありながらも、チップの撮像領域とこれを覆う透光性部材との間の間隔を、比較的容易に、所望の値に制御して設定することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。

以下、本発明による固体撮像装置及びその製造方法について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置１を模式的に示す概略断面図である。

本実施の形態による固体撮像装置１は、パッケージレスのベアチップ実装タイプの固体撮像装置であり、撮像領域（受光領域）２ａを有する半導体チップ２と、撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔ｄをあけるように設置された透光性部材３と、透光性部材３を被固定部としての半導体チップ２に固定する２層の接着剤４，５（すなわち、１層目の接着剤４及び２層目の接着剤５）とを備え、ＣＯＢ（Chip on board）構造を有している。

本実施の形態では、半導体チップ２は、チップとして構成されたＣＭＯＳ、ＣＣＤ等のイメージセンサであり、撮像領域２ａには複数の画素（図示せず）が２次元状に配置されている。半導体チップ２は、透光性部材３を介して撮像領域２ａに入射した入射光を光電変換して、画像信号を出力する。本実施の形態では、半導体チップ２には、前記画素を駆動して画像信号を読み出す読み出し回路（図示せず）も搭載されている。もっとも、前記読み出し回路の一部等を、後述するリジッドプリント基板６などに搭載してもよい。これらの点は、後述する実施の形態についても同様である。

透光性部材３は、ガラス板でもよいし、水晶板や透明樹脂板などでもよい。また、透光性部材３は、単なる透明板に限らず、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタなどでもよい。これらの点は、後述する実施の形態についても同様である。

本実施の形態では、２層の接着剤４，５は、半導体チップ２における撮像領域２ａ外の領域と透光性部材３との間に、積層されている。これにより、透光性部材３が２層の接着剤４，５により半導体チップ２に固定されることによって、透光性部材３が、半導体チップ２の撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔ｄをあけるように設置されている。２層の接着剤４，５は、半導体チップ２における撮像領域２ａの全周に渡って設けられ、撮像領域２ａと透光性部材３との間の空間を封止している。

接着剤４，５の材料は、特に限定されるものではなく、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などでもよい。具体的には、接着剤４，５の材料は、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シリコン系接着剤などでもよい。また、各層の接着剤４，５の材料は、同じでもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、接着剤４，５の層数は、２層とされているが、本発明では３層以上にしてもよい。なお、環境温度の変化に伴う半導体チップ２の反りを低減するために、１層目の接着剤４の材料として被固定部の熱膨張係数と同じかそれに近い熱膨張係数を有する材料を用いるとともに、２層目の接着剤５の材料として透光性部材３の熱膨張係数と同じかそれに近い熱膨張係数を有する材料を用いることが、好ましい。これらの点は、後述する実施の形態についても同様である。

半導体チップ２における撮像領域２ａとは反対側の面（図１中の下面）は、回路基板をなすリジッドプリント基板６上に設置されている。本実施の形態では、半導体チップ２の下面は、接着剤（図示せず）やダイアタッチフィルム（図示せず）などによって、リジッドプリント基板６の上面に接着されている。

半導体チップ２の上面における接着剤４，５よりも更に周辺側には、電極パッド（図示せず）が形成されている。また、リジッドプリント基板６の上面には、半導体チップ２と電気的に接続するための電極パッド（図示せず）が形成されている。そして、半導体チップ２の前記電極パッドとリジッドプリント基板６上の前記電極パッドとの間が、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続されている。

本実施の形態による固体撮像装置１を製造するには、まず、リジッドプリント基板６上に半導体チップ２を設置する。次に、半導体チップ２の電極パッドとリジッドプリント基板６の電極パッドとの間を、ボンディングワイヤ７によって接続する。その後、半導体チップ２上に１層目の接着剤４を塗布して硬化させた後に、１層目の接着剤４上に２層目の接着剤５を塗布してその上に透光性部材３を載せてから接着剤５を硬化させる。

１層目の接着剤４及び２層目の接着剤５の粘度、塗布量、塗布幅を調整することにより、硬化後の接着剤４，５の高さ（したがって、間隔ｄ）を、比較的容易に制御して所望の値に設定することができる。

ところで、撮像領域２ａの表面と透光性部材３との間隔ｄが狭いと、透光性部材３上の異物やキズが撮像領域２ａの表面に高コントラストで投影されて、撮像画像に写ってしまう。しかし、その間隔ｄを広げることにより、異物やキズの像がぼけてコントラストが下がり、撮像画像に写りにくくなる。したがって、撮像領域２ａの表面と透光性部材３との間隔を広げることが好ましい。

一方、半導体チップ２と撮影レンズ（図示せず）間の距離はレンズ設計で決まっており、その間に例えばシャッターやミラー、赤外カットガラス等のカメラ部材を配置する必要があるため、撮像領域２ａ表面と透光性部材との間の間隔ｄを広げるにしても制限（最大許容間隔）がある。

このため、半導体チップ２の撮像領域２ａと透光性部材３との間隔ｄは、前記最大許容間隔以下の範囲内で、可能な限り広くすることが望ましい。

ところが、本実施の形態と異なり、２層の接着剤４，５に代えて１層の接着剤のみで透光性部材３を半導体チップ２に固定するとすれば、撮像領域２ａと透光性部材３との間隔ｄが当該１層の接着剤の高さによって定まるため、その間隔ｄを所望の値に制御して設定することは困難である。したがって、１層の接着剤のみで透光性部材３を半導体チップ２に固定するとすれば、間隔ｄを前記最大許容間隔に近い値に設定することができず、前記最大許容間隔よりもかなり狭くせざるを得ない。このため、１層の接着剤のみで透光性部材３を半導体チップ２に固定するとすれば、透光性部材３上の異物やキズの影響が大きくなってしまい、許容される異物やキズの規格がシビアのものとなってしまう結果、当該固体撮像装置の歩留りが低下して、コストアップを免れない。

これに対し、本実施の形態によれば、前述したように、接着剤４，５の高さ（したがって、間隔ｄ）を比較的容易に制御して所望の値に設定することができるので、撮像領域２ａと透光性部材３との間隔ｄを前記最大許容間隔に近い値に設定することができる。このため、本実施の形態によれば、透光性部材３上の異物やキズの影響が低減され、許容される異物やキズの規格が緩和される結果、当該固体撮像装置１の歩留りが向上して、コストダウンを図ることができる。

［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置１１を模式的に示す概略断面図である。図２において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。

本実施の形態による固体撮像装置１１は、パッケージレスのベアチップ実装タイプの固体撮像装置であり、撮像領域２ａを有する半導体チップ２と、撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔ｄをあけるように設置された透光性部材３と、透光性部材３を被固定部としてのフレキシブルプリント基板１２に固定する２層の接着剤４，５（すなわち、１層目の接着剤４及び２層目の接着剤５）とを備え、ＣＯＦ（Chip on flexible printed circuit board）構造を有している。

本実施の形態では、半導体チップ２における撮像領域２ａとは反対側の面（図１中の下面）は、支持基板１３上に設置されている。支持基板１２は、金属板やセラミック板等の任意の材料の板でもよいし、回路基板をなすリジッドプリント基板等でもよい。本実施の形態では、半導体チップ２の下面は、接着剤（図示せず）やダイアタッチフィルム（図示せず）などによって、支持基板１３の上面に接着されている。

本実施の形態では、フレキシブルプリント基板１２は、所定の回路基板（図示せず）と半導体チップ２との間の電気的な接続を中継する配線部材として用いられている。フレキシブルプリント基板１２は、半導体チップ２の撮像領域２ａと対向する領域を含む領域に形成された開口部１２ａを有している。

半導体チップ２の外周付近の上面に電極パッド（図示せず）が形成され、フレキシブルプリント基板１２における開口部１２ａの周囲の下面に電極パッド（図示せず）が形成され、それらの間がバンプ１４によって接合されている。図面には示していないが、半導体チップ２の外周付近とフレキシブルプリント基板１２における開口部１２ａの周囲との間（バンプ１４の付近を含む）には、接着剤（図示せず）が形成され、これにより、撮像領域２ａと透光性部材３との間の空間の気密性が保たれるようになっている。

本実施の形態では、２層の接着剤４，５は、フレキシブルプリント基板１２における開口部１２ａの周囲の上面と透光性部材３との間に、積層されている。これにより、透光性部材３が２層の接着剤４，５によりフレキシブルプリント基板１２に固定されることによって、透光性部材３が、半導体チップ２の撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔ｄをあけるように設置されている。２層の接着剤４，５は、フレキシブルプリント基板１２における開口部１２ａの全周に渡って設けられ、撮像領域２ａと透光性部材３との間の空間の気密性が保たれている。

本実施の形態による固体撮像装置１１を製造するには、まず、支持基板１３上に半導体チップ２を設置する。次に、フレキシブルプリント基板１２を、半導体チップ２上に、バンプ１４及び接着剤（図示せず）により接合する。その後、フレキシブルプリント基板１２上に１層目の接着剤４を塗布して硬化させた後に、１層目の接着剤４上に２層目の接着剤５を塗布してその上に透光性部材３を載せてから接着剤５を硬化させる。

１層目の接着剤４及び２層目の接着剤５の粘度、塗布量、塗布幅を調整することにより、硬化後の接着剤４，５の高さ（したがって、間隔ｄ）を、比較的容易に制御して所望の値に設定することができる。

したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置２１を模式的に示す概略断面図である。図３において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。

本実施の形態による固体撮像装置２１は、パッケージレスのベアチップ実装タイプの固体撮像装置であり、撮像領域２ａを有する半導体チップ２と、撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔ｄをあけるように設置された透光性部材３と、透光性部材３を被固定部としてのリジッドプリント基板２２に固定する２層の接着剤４，５（すなわち、１層目の接着剤４及び２層目の接着剤５）とを備えている。

本実施の形態では、リジッドプリント基板２２は、所定の回路が搭載された回路基板を構成しており、半導体チップ２の撮像領域２ａと対向する領域を含む領域に形成された開口部２２ａを有している。リジッドプリント基板の材質は、樹脂、セラミック、ガラス等、自己で形状を保持できれば良く、これらに限定されるものではない。

半導体チップ２の外周付近の上面に電極パッド（図示せず）が形成され、リジッドプリント基板２２における開口部２２ａの周囲の下面に電極パッド（図示せず）が形成され、それらの間がバンプ２３によって接合されている。図面には示していないが、半導体チップ２の外周付近とリジッドプリント基板２２における開口部２２ａの周囲との間（バンプ２３の付近を含む）には、接着剤（図示せず）が形成され、これにより、撮像領域２ａと透光性部材３との間の空間の気密性が保たれるようになっている。

本実施の形態では、２層の接着剤４，５は、リジッドプリント基板２２における開口部１２ａの周囲の上面と透光性部材３との間に、積層されている。これにより、透光性部材３が２層の接着剤４，５によりリジッドプリント基板２２に固定されることによって、透光性部材３が、半導体チップ２の撮像領域２ａを覆うとともに撮像領域２ａから間隔ｄをあけるように設置されている。２層の接着剤４，５は、リジッドプリント基板２２における開口部２２ａの全周に渡って設けられ、撮像領域２ａと透光性部材３との間の空間の気密性が保たれている。

本実施の形態による固体撮像装置２１を製造するには、まず、リジッドプリント基板２２を、半導体チップ２上に、バンプ２３及び接着剤（図示せず）により接合する。その後、リジッドプリント基板２２上に１層目の接着剤４を塗布して硬化させた後に、１層目の接着剤４上に２層目の接着剤５を塗布してその上に透光性部材３を載せてから接着剤５を硬化させる。

１層目の接着剤４及び２層目の接着剤５の粘度、塗布量、塗布幅を調整することにより、硬化後の接着剤４，５の高さ（したがって、間隔ｄ）を、比較的容易に制御して所望の値に設定することができる。

したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

１，１１，２１ 固体撮像装置
２ 半導体チップ
２ａ 撮像領域
３ 透光性部材
４，５ 接着剤
６，２２ リジッドプリント基板
１２ フレキシブルプリント基板
１３ 支持基板

Claims (5)

1. 撮像領域を有する半導体チップと、
   前記撮像領域を覆うとともに前記撮像領域から間隔をあけるように設置された透光性部材と、
   前記透光性部材を被固定部に固定する２層以上の接着剤と、
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記半導体チップにおける前記撮像領域とは反対側の面が、リジッドプリント基板上に設置され、
   前記被固定部は、前記半導体チップであり、
   前記２層以上の接着剤は、前記半導体チップにおける前記撮像領域外の領域と前記透光性部材との間に積層された、
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記半導体チップにおける前記撮像領域とは反対側の面が、支持基板上に設置され、
   前記撮像領域と対向する領域を含む領域に開口部を有するフレキシブルプリント基板が、前記半導体チップにおける前記撮像領域側の面にバンプ接合され、
   前記被固定部は、前記フレキシブルプリント基板であり、
   前記２層以上の接着剤は、前記フレキシブルプリント基板における前記開口部の周囲と前記透光性部材との間に積層された、
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. 前記撮像領域と対向する領域を含む領域に開口部を有するリジッドプリント基板が、前記半導体チップにおける前記撮像領域側の面にバンプ接合され、
   前記被固定部は、前記リジッドプリント基板であり、
   前記２層以上の接着剤は、前記リジッドプリント基板における前記開口部の周囲と前記透光性部材との間に積層された、
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置を製造する方法であって、
   前記被固定部上に１層目の接着剤を塗布した後に当該１層目の接着剤を硬化させる第１の段階と、
   前記硬化された前記１層目の接着剤上に２層目の接着剤を塗布した後に当該２層目の接着剤を硬化させる第２の段階と、
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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