JP2016012695A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト高を招くことなく、パッケージ工程中あるいはパッケージ後に応力や変形が発生しても接着剤が破断・剥離しない高品質な固体撮像装置を提供すること。【解決手段】入射光を電気信号に変換するイメージセンサ１１０を有するイメージセンサ基板１０２と、前記イメージセンサ基板１０２に接着され、前記イメージセンサ１１０を外気から保護するカバーガラス１０１と、前記イメージセンサ基板１０２と前記カバーガラス１０１とを接着する接着部と、を備え、前記接着部は、枠状に形成された接着剤の硬化物からなるスペーサ部材１０３を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラやデジタルビデオカメラの薄型化・小型化が進み、これらに使用されているＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）から構成される固体撮像装置にも薄型化・小型化が求められている。
この要求に応えるため、固体撮像装置のパッケージ方法は、イメージセンサをセラミック等のパッケージによって気密封止する従来のタイプから、より小型化が可能なチップサイズパッケージタイプに移行しつつある。最近では、携帯電話や携帯情報端末機、車載カメラ等の多岐にわたる用途で固体撮像装置が用いられ、薄型化・小型化・高性能化の要求が高まっている。

チップサイズパッケージでは、一般的にイメージセンサとカバーガラスとを、カバーガラス外周に形成された接着剤によって接着している。ここで、チップサイズパッケージはガラス、イメージセンサチップ、樹脂材料といった線膨張係数の異なる複数の材料から構成されるため、異種材料の界面には残留応力や反りが発生する。これは、イメージセンサおよびカバーガラス間の接着剤破断や、イメージセンサおよび接着剤間の剥離、カバーガラスおよび接着剤間の剥離といった不良につながる。これらを防ぐためには、接着剤を厚くし、不良の原因となる応力を緩和する必要がある。

ところが、接着剤を厚くするためには用いる接着剤の量を多くしなければならず、結果としてイメージセンサ受光領域への接着剤のはみ出しなどの不良が発生してしまう。
これに対して接着剤の幅を規定するために、土手部を形成する、表面処理をするなどの処理をあらかじめ行ってから接着剤を充填する方法と、その装置が既に考えられている。
しかしながら、接着剤の幅を規定するために土手部を形成する、表面処理をするなどの処理を行うには、特別な装置、プロセス、材料が必要となり、コスト高になるという問題があった。

特許文献１（特開２０１３−１５７６０号公報）には、接着剤の厚さを厚くしても、接着剤の幅の広がりを接着剤の幅を規定するために、土手部を形成する、表面処理をするという大きく分けて２つの手法が開示されている。また、この手法を行うための装置が特許文献１に開示されている。
しかしながら、土手部を形成する手法では土手部の幅に加えて接着剤幅を要するため、イメージセンサのような接着代（せっちゃくしろ）の狭いワークでは実施が困難である。
また、表面処理をするという手法の一つである、接着剤と親和性の高い液体を塗布するという方法は、一度の塗布で実現可能な接着剤厚さに限りがある。さらに、複数回塗布と硬化を繰り返す場合、１段目の接着剤表面に倣って、２段目以降の接着剤が濡れるため、その表面形状が徐々に尖ってしまい、接着面積が十分に取れなくなる。このため、複数回の塗布と硬化を繰り返す方法でも接着剤厚さに限界がある。

特許文献２（特開２００７−１８８９０９号公報）では、カバーガラス上にシリコンウェハを接着剤で接着し、シリコンウェハをパターニング後、それをスペーサとしてイメージセンサに接着剤で接着した固体撮像装置が開示されている。
しかしながら、高弾性率のシリコンでは厚くしても応力緩和効果は期待されず、接着剤の破断・剥離を解消することはできない。

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、コスト高を招くことなく、パッケージ工程中あるいはパッケージ後に応力や変形が発生しても接着剤が破断・剥離しない高品質な固体撮像装置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固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換するイメージセンサを有するイメージセンサ基板と、前記イメージセンサ基板に接着され、前記イメージセンサを外気から保護するカバーガラスと、前記イメージセンサ基板と前記カバーガラスとを接着する接着部と、を備え、前記接着部は、枠状に形成された接着剤の硬化物からなるスペーサ部材を含むことを特徴とする。

本発明によれば、コスト高を招くことなく、パッケージ工程中あるいはパッケージ後に応力や変形が発生しても接着剤が破断・剥離しない高品質な固体撮像装置を提供することができる。

本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態における構成を示す概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第２の実施形態における構成を示す概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第３の実施形態における構成を示す概略断面図である。

本発明に係る固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換するイメージセンサ１１０を有するイメージセンサ基板１０２と、前記イメージセンサ基板１０２に接着され、前記イメージセンサ１１０を外気から保護するカバーガラス１０１と、前記イメージセンサ基板１０２と前記カバーガラス１０１とを接着する接着部と、を備え、前記接着部は、枠状に形成された接着剤の硬化物からなるスペーサ部材１０３を含むことを特徴とする。
本発明では、従来において一般的に用いられる接着剤塗布装置を用いたプロセスで、接着剤のみで接着剤の幅を狭く規定したまま、接着剤高さを高くすることができる。
すなわち本発明では、接着剤から作製されたスペーサ１０３を作製し、それを接着剤１０４により、イメージセンサ基板１０２とカバーガラス１０１との間に挟みこむことで、接着剤１０４の幅を抑制したまま、接着剤厚さを厚くすることができる。本発明では接着剤の硬化物であるスペーサ１０３を作製する際に用いる簡易的な治具の設計次第で、スペーサ１０３の厚さをコントロールすることができ、厚さに制限がない。

本発明に係る固体撮像装置では、スペーサ１０３の厚みのコントロールが可能、かつカバーガラス１０１やイメージセンサ基板１０２よりも低弾性率な接着剤の硬化物であるスペーサ１０３を用いるため、従来とは異なり所期の効果を奏するものである。すなわち本発明によれば、イメージセンサ基板１０２とカバーガラス１０１を接着している接着剤の厚さ（スペーサ１０３および接着剤１０４の厚さ）を厚くすることで、イメージセンサパッケージ工程中、あるいはパッケージ後に応力や変形が発生しても、それらを緩和し、接着剤が破断・剥離しないイメージセンサパッケージが作製できる。また、従来から用いられてきた接着剤の塗布装置、簡易的な治具により接着剤を厚くすることができ、製品コストを安価にできる。

次に、本発明に係る固体撮像装置について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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態における構成を示す概略断面図である。
この固体撮像装置においては、カバーガラス１０１と、イメージセンサ１１０を上面に備えるイメージセンサ基板１０２と、枠状に形成された接着剤の硬化物から作製されるスペーサ１０３と、カバーガラス１０１とイメージセンサ基板１０２を、スペーサ１０３を介して接着する接着剤１０４と、イメージセンサ基板１０２が搭載されるインターポーザ基板１０５と、イメージセンサ基板１０２とインターポーザ基板１０５を接着するためのダイボンド材１０６と、イメージセンサ基板１０２の出力をインターポーザ基板１０５に伝える金属ワイヤー１０７と、金属ワイヤー１０７を封止する封止樹脂１０８と、から構成される。
イメージセンサ基板１０２とカバーガラス１０１とを接着する接着部は、枠状（図１の紙面垂直方向に長さを有した枠形状）に形成された接着剤（接着剤１０４と同一材料のもの）の硬化物からなるスペーサ部材１０３と、このスペーサ部材１０３をイメージセンサ基板１０２及びカバーガラス１０１に接着する接着剤１０４と、からなる。

ここでの接着剤１０４としては、一般的に用いられる接着剤であって、弾性率が６．７ＧＰａ以下（２５℃時）のものが用いられる。

接着剤１０４と親和性の高い同一材料にてスペーサ１０３を形成することで、接着剤１０４の幅を制限でき（広がりが抑制される）、スペーサ１０３と接着剤１０４からなる接着部材の厚みを厚くすることが可能である。
また、スペーサ１０３と接着剤１０４は同一材料であるので、カバーガラス１０１やイメージセンサ基板１０２よりも低弾性率である。
以上のことから、低弾性率の材料で接着部の厚みを厚くすることが可能となり、接着剤が破断あるいは剥離してしまう問題を解決できる。

なお、カバーガラス１０１の少なくとも一面（表面）には光学フィルタが形成されていてもよい。
光学フィルタの種類としては、透過する光の波長を制御する機能（波長選択機能）を有するフィルタであっても、偏光を制御する機能（偏光選択機能）を有するフィルタであっても、輝度を制御する機能（輝度制御機能、反射防止機能）を有するフィルタであってもよく、これらから選ばれる２以上の機能を有していてもよい。

イメージセンサパッケージ構造は、前述した樹脂パッケージに限らず、セラミックパッケージやウェハレベルパッケージなどパッケージ形状に制限なく実施できる。

また、上記構成にした場合、固体撮像装置の断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）で観察すると、スペーサ１０３と接着剤１０４との界面を確認することができる。このように、本発明にかかる構造と、スペーサを用いずに接着剤の厚さを厚くするのみとした従来の構造とでは、明確に区別されるものである。

（第２の実施形態）
図２は、本発明に係る固体撮像装置の第２の実施形態における構成を示す概略断面図である。
この固体撮像装置においては、カバーガラス１０１と、カバーガラス１０１の表面に形成された波長選択機能と偏光選択機能を併せ持つ光学素子１０９と、イメージセンサ１１０を上面に備えるイメージセンサ基板１０２と、枠状に形成された接着剤の硬化物から作製されるスペーサ１０３と、カバーガラス１０１とイメージセンサ基板１０２を、スペーサ１０３を介して接着する接着剤１０４と、イメージセンサ基板１０２が搭載されるインターポーザ基板１０５と、イメージセンサ基板１０２とインターポーザ基板１０５を接着するためのダイボンド材１０６と、イメージセンサ基板１０２の出力をインターポーザ基板１０５に伝える金属ワイヤー１０７と、金属ワイヤー１０７を封止する封止樹脂１０８から構成される。

本実施形態は、光学素子１０９が設けられている点で第１の実施形態と相違する。光学素子１０９を備えることで、波長情報と偏光情報を取得できる。
また、図２では光学素子１０９が、イメージセンサ基板１０２側の面に形成されているが、これはもう一方の面に形成してもよいし、両面に形成してもよい。
イメージセンサパッケージ構造は、前述した樹脂パッケージに限らず、セラミックパッケージやウェハレベルパッケージなどパッケージ形状に制限なく実施できる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明に係る固体撮像装置の第３の実施形態における構成を示す概略断面図である。
この固体撮像装置においては、カバーガラス１０１と、カバーガラスの表面に形成され、カバーガラスの全面ではなく一部の領域にのみ形成された光学素子１０９と、イメージセンサ１１０を上面に備えるイメージセンサ基板１０２と、枠状に形成された接着剤の硬化物から作製されるスペーサ１０３と、カバーガラス１０１とイメージセンサ基板１０２を、スペーサ１０３を介して接着する接着剤１０４と、イメージセンサ基板１０２が搭載されるインターポーザ基板１０５と、イメージセンサ基板１０２とインターポーザ基板１０５を接着するためのダイボンド材１０６と、イメージセンサ基板１０２の出力をインターポーザ基板１０５に伝える金属ワイヤー１０７と、金属ワイヤー１０７を封止する封止樹脂１０８から構成される。

本実施形態は、光学素子１０９が設けられている点で第１の実施形態と相違する。光学素子１０９を備えることで、輝度情報のみと偏光情報や波長情報などの輝度情報以外の光学情報が一つの固体撮像装置にて取得できる。
また、図３では光学素子１０９が、イメージセンサ基板１０２側の面に形成されているが、これはもう一方の面に形成してもよいし、両面に形成してもよい。
イメージセンサパッケージ構造は、前述した樹脂パッケージに限らず、セラミックパッケージやウェハレベルパッケージなどパッケージ形状に制限なく実施できる。

以上の第１〜第３の実施形態にかかる固体撮像装置によれば、枠形状に接着剤の硬化物を作製し、その硬化物をスペーサにしてカバーガラスとイメージセンサを接着している。カバーガラスやイメージセンサと比較して低弾性率の接着層を厚く作製することで、イメージセンサパッケージ工程中、あるいはパッケージ後の応力や変形を緩和することができる。また、これらの実施形態にかかる固体撮像装置を作製するにあたり特別な装置が必要なく、従来の装置、簡易的な治具だけで実施可能である。

１０１ カバーガラス
１０２ イメージセンサ基板
１０３ スペーサ（スペーサ部材）
１０４ 接着剤
１０５ インターポーザ基板
１０６ ダイボンド材
１０７ 金属ワイヤー
１０８ 封止樹脂
１０９ 光学素子
１１０ イメージセンサ

特開２０１３−１５７６０号公報 特開２００７−１８８９０９号公報

Claims (7)

1. 入射光を電気信号に変換するイメージセンサを有するイメージセンサ基板と、
   前記イメージセンサ基板に接着され、前記イメージセンサを外気から保護するカバーガラスと、
   前記イメージセンサ基板と前記カバーガラスとを接着する接着部と、を備え、
   前記接着部は、枠状に形成された接着剤の硬化物からなるスペーサ部材を含むことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記カバーガラスの少なくとも一面に光学フィルタを備えること特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記光学フィルタが偏光選択機能を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記光学フィルタが波長選択機能を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記光学フィルタが反射防止機能を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
6. 前記光学フィルタが偏光選択機能、波長選択機能および反射防止機能から選ばれる２つ以上を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
7. 前記光学フィルタが前記カバーガラス表面の一部の領域のみに形成されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。