JP2017084861A - 固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンダ工程が複数の工程にわたる場合であっても、残留歪みの影響や衝撃力の影響等を受難い固体撮像素子を搭載した撮像装置を提供する。【解決手段】 少なくとも１以上の周辺部品が搭載された回路基板と固体撮像素子とを備える撮像装置は、回路基板に設けられた回路側配線パターンに接続して形成された回路側パッドと、固体撮像素子が搭載される中継基板と、固体撮像素子の端子が接続される中継側配線パターンと接続され、かつ、回路側パッドと同一方向の面に形成された中継側パッドと、中継側パッドと回路側パッドとを接続する接続部材と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその製造方法に関する。

人工衛星には、固体撮像素子をパッケージ化した撮像装置が用いられることがある。このような撮像装置として、特許第３５１１４６３号公報には、図４に示すような構成が開示されている。なお、図４（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

この撮像装置１００は、固体撮像素子１０１、パッケージ１０２、ボンディングフィンガー１０３、リード１０４、ボンディングパッド１０５、ボンディングワイヤ１０６、取付ネジ１０７等を備えている。

なお、パッケージ１０２は、固体撮像素子１０１が接着される第１のパッケージ層１０２ａ、この第１のパッケージ層１０２ａを支持する第２のパッケージ層１０２ｂ、リード１０４を収納する第３のパッケージ層１０２ｃからなる。

そして、第１パッケージ層１０２ａには、ボンディングフィンガー１０３が設けられ、第２パッケージ層１０２ｂには、ボンディングパッド１０５が設けられて、これらをボンディングワイヤ１０６が接続している。

図５は、このような撮像装置１００を冷凍機により冷却しながら使用するときの様子を示す断面図である。撮像装置１００は、絶縁基板１１０を介して取付ネジ１０７により、図示しない冷凍機により冷却されたコールドフィンガ１１１に固定されている。このとき、リード１０４は、絶縁基板１１０を挿通して、配線基板１１２にハンダ付けされている。なお、図５において符号１１３は光学系（レンズ）を示している。

特許第３５１１４６３号公報

しかしながら、リード１０４を配線基板１１２にハンダ付けする際の熱が、既にハンダ付けされた箇所に伝わり、当該ハンダ付け箇所の接合不良を起こす原因となる問題がある。また、この熱で、固体撮像素子が特性劣化することがある。さらに、外力がリード１０４をロードパスとして撮像装置１００に伝わることにより、光学系に対する撮像装置１００の位置ずれが発生する問題があった。

即ち、撮像装置１００は、固体撮像素子１０１の他に、集積回路やチップ部品等（以下、周辺部品と記載する）がパッケージ１０２にハンダ付けして搭載されていることがある。従って、このような周辺部品をハンダ付けするためのハンダ付工程と、リード１０４を配線基板１１２にハンダ付けするハンダ付工程との複数回のハンダ工程が行われることになる。このような場合、先のハンダ付工程におけるハンダ付箇所が、後のハンダ付工程における熱で、接合不良を起こすことがある。

ハンダには、低温ハンダ（融点は約１５０℃）、共晶ハンダ（融点は約１８３℃）、高温ハンダ（融点は約２５０℃）等が存在する。そこで、後工程のハンダ付けにより、先工程で行ったハンダ付け箇所が接合不良を起こさないように、後工程で用いるハンダを溶融温度の低いハンダにしたり、スポット加熱により先工程でハンダ付けした箇所に多くの熱が加わらないようにしたりする方法が考えられる。

しかし、溶融温度の異なるハンダを用いた場合やスポット加熱した場合でも、先にハンダ付けしたハンダに熱が全く加わらないようにすることは出来ないので、後工程のハンダ付けの熱で、先に行ったハンダの組成が金属間化合物化する（金属間化合物の量が増大する）。一般に、金属間合物は脆弱であるため、衝撃力に対してハンダ付け部分に剥離や接合不要を起こすことがある。

加えて、スポット加熱の方法では、局部的に大きな温度差が発生するので、ハンダ付け箇所に残留歪が発生してしまうことがある。このような残留歪みは、光学系の光軸に対して固体撮像素子の位置がずれる要因となる。さらに、当該残留歪により回路基板等にクラックが発生する要因となる。

特に、リード１０４は体積的にも熱容量が大きくなるため、当該リード１０４を配線基板１１２にハンダ付けすることに依る上述した種々の影響は大きい問題がある。

一方、利用形態から、当該撮像装置を人工衛星（飛翔体）に搭載した場合、人工衛星の打ち上げ時の衝撃力等の外力に対して、ハンダの接合箇所は良好な接合状態を維持しなければならない。しかし、接続ピン等の剛性の高い部品は、衝撃を吸収することができないので、外力のロードパスとして機能して、ハンダの接合箇所に直接加わってしまう。この結果、ハンダの接合箇所が剥離、破損したり、接続不良を起こしたり、固体撮像素子に加わったりすることがある。

そこで、本発明の主目的は、ハンダ工程が複数の工程にわたる場合であっても、残留歪みの影響や衝撃力の影響等を受難い固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、少なくとも１以上の周辺部品が搭載された回路基板と固体撮像素子とを備える撮像装置にかかる発明は、回路基板に設けられた回路側配線パターンに接続して形成された回路側パッドと、固体撮像素子が搭載される中継基板と、固体撮像素子の端子が接続される中継側配線パターンと接続され、かつ、回路側パッドと同一方向の面に形成された中継側パッドと、中継側パッドと回路側パッドとを接続する接続部材と、を備えることを特徴とする。

また、少なくとも１以上の周辺部品が搭載された回路基板と固体撮像素子とを備える撮像装置の製造方法にかかる発明は、回路基板に設けられた回路側配線パターンに接続して回路側パッドを形成し、固体撮像素子の端子が接続される中継側配線パターン、及び、該中継側配線パターンと接続され、かつ、回路側パッドと同一方向の面に中継側パッドを形成し、固体撮像素子を中継基板に搭載し、中継側パッドと回路側パッドとを接続部材により接続する、ことを特徴とする。

本発明に依れば、ハンダ工程が複数の工程にわたる場合であっても、残留歪みの影響や衝撃力の影響等を受難い固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその製造方法が提供できる。

撮像装置の説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 撮像装置の製造手順を示す工程図である。 複数の固体撮像素子を搭載した撮像装置の上面図である。 関連技術の説明に適用される撮像装置の説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視である。 関連技術の説明に適用される撮像装置を取り付けて利用する際の様子を示す図である。断面図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる撮像装置の説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

撮像装置２は、固体撮像素子１０、中継基板１２、固体撮像素子１０の駆動信号処理や読出信号処理等を行う集積回路１３、抵抗やコンデンサ等のチップ部品１４等を含んでいる。そして、このような撮像装置２をシリコーン系接着材等の固定部材２０により回路基板１１の表面に固着して利用される。

即ち、少なくとも１以上の周辺部品が搭載された回路基板１１と固体撮像素子１０とを備える撮像装置２は、回路基板１１に設けられた回路側配線パターンに接続して形成された回路側パッド２２、固体撮像素子１０の端子が接続される中継側配線パターン、及び、該中継側配線パターンと接続され、かつ、回路側パッド２２と同一方向の面に形成された中継側パッド２１を具備して、固体撮像素子１０が搭載される中継基板と、中継側パッド２１と回路側パッド２２とを接続する接続部材２３と、を備える。

これにより、ハンダ工程が複数の工程にわたる場合であっても、残留歪みの影響や衝撃力の影響等を受難い固体撮像素子１０を搭載した撮像装置２となる。

以下、詳細に説明する。固体撮像素子１０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等により形成されて、外光を受光して電気信号に変換する。そして、固体撮像素子１０は、中継基板１２にワイヤーボンディングや異方性導電ペースト接続等の接合部材により電気的に接続されている。以下、固体撮像素子１０が搭載されている側の中継基板１２や回路基板１１の面を表面と記載し、反対側の面を裏面と記載する。図１（ａ）で示す面は、表面を示している。

また、集積回路１３は、回路基板１１の表面にハンダ付けされている。さらに、抵抗やコンデンサ等のチップ部品１４は、回路基板１１の表面及び裏面にハンダ付けして搭載されている。集積回路１３は、固体撮像素子１０の駆動及び読出を行うための信号処理を行う回路である。

中継基板１２の縁端部には、複数の中継側パッド２１が形成されている。また、回路基板１１には、中継側パッド２１に対向して中継基板１２を囲むように、複数の回路側パッド２２が形成されている。

中継側パッド２１は中継側配線パターン（図示せず）を介して固体撮像素子１０と接続され、また回路側パッド２２は回路側配線パターン（図示せず）を介して周辺部品と接続されている。そして、中継側パッド２１と回路側パッド２２とは、ボンディングワイヤ等の接続部材２３で接続されている。

次に、このような撮像装置２の製造手順及び取付け手順（中継基板を回路基板に取り付ける手順）を、図２に示す工程図に従い説明する。

工程Ｓ１： 先ず、固体撮像素子１０を中継基板１２に搭載する。このとき、搭載する固体撮像素子１０は、複数であっても良い。固体撮像素子１０の信号端子（図示せず）は、中継基板１２に形成された中継側配線パターンとワイヤーボンディングや異方性導電ペースト接続等の接合部材により電気的に接続する。

工程Ｓ２： 集積回路１３やチップ部品１４等の周辺部品も、ハンダや異方性導電ペースト接続等の接合部材を用いて回路基板１１に形成された回路側配線パターンと接続されている。即ち、回路基板１１は、中継基板１２と別部品である。従って、回路基板１１の表裏面に周辺部品を搭載するために複数のハンダ付工程等が行われても、その際の熱は固体撮像素子１０に加わることが無い。なお、回路基板１１は工程Ｓ１より先に準備してもよい。

これにより、固体撮像素子１０が搭載された中継基板１２と、集積回路１３等が搭載された回路基板１１とが準備されることになる。

工程Ｓ３： 次に、固体撮像素子１０が搭載された中継基板１２を、回路基板１１の所定位置に位置決めし、シリコーン系接着材等の固定部材２０で接着固定する。

工程Ｓ４： そして、中継基板１２に形成された中継側パッド２１と回路基板１１に形成された回路側パッド２２とを、金線等の接続部材２３を用いて接続する。

中継側パッド２１と回路側パッド２２とを接続する技術としてワイヤーボンディング技術が利用できる。このワイヤボンディング技術では、φ２５μｍ〜φ３０μｍの金線やアルミニューム線のワイヤを、中継側パッド２１や回路側パッド２２に圧着する。このとき、圧着が容易、かつ、確実に行えるように、中継側パッド２１や回路側パッド２２を約１００度に加熱し、かつ、超音波を加えながら圧着することがある。なお、ワイヤとして金線を用いた場合には、圧着部はＡｕ−Ａｕ拡散接合となる。

このように、融点が約１５０の低温ハンダより低い温度（約１００℃）で中継側パッド２１や回路側パッド２２を加熱してワイヤーボンディングを行うため、固体撮像素子１０、周辺部品、これらの接合箇所（ハンダ付け等の部分）に対する熱的影響が軽減できるようになり、接合の信頼性が向上する。

また、ワイヤは、中継側パッド２１と回路側パッド２２とを空中配線し、かつ、φ２５μｍ〜φ３０μｍの細線である。このため、例えば人工衛星（飛翔体）の打ち上げ時の衝撃力が当該ワイヤに加わっても、ワイヤが弾性変形することで衝撃力がワイヤを介して固体撮像素子１０に働くことが防止される。従って、回路基板１１に対する固体撮像素子１０の位置ずれが防止できるようになる。

加えて、ワイヤーボンディングする際の温度は、低温ハンダの融点より十分に低いため、回路基板１１等に発生する温度分布も小さい。従って、当該温度分布による残留歪みによって回路基板１１にクラック等が入る等の不都合が防止できる。

なお、上記説明では、固体撮像素子１０は１つの場合を説明したが、当該固体撮像素子１０の個数に限定するものではなく、１つ以上であればよい。図３においては、２つの固体撮像素子１０を搭載した撮像装置２を例示している。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されものではない。

２ 撮像装置
１０ 固体撮像素子
１１ 回路基板
１２ 中継基板
１３ 集積回路
１４ チップ部品
２０ 固定部材
２１ 中継側パッド
２２ 回路側パッド
２３ 接続部材

Claims (8)

1. 少なくとも１以上の周辺部品が搭載された回路基板と固体撮像素子とを備える撮像装置であって、
   前記回路基板に設けられた回路側配線パターンに接続して形成された回路側パッドと、
   前記固体撮像素子が搭載される中継基板と、
   前記固体撮像素子の端子が接続される中継側配線パターンと接続され、かつ、前記回路側パッドと同一方向の面に形成された中継側パッドと、
   前記中継側パッドと前記回路側パッドとを接続する接続部材と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記中継基板は、固定部材によって前記回路基板に接着固定されることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１又は２に記載の撮像装置であって、
   前記中継基板には、少なくとも１つ以上の前記固体撮像素子が搭載されていることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
   前記接続部材は、ワイヤを前記中継側パッドと前記回路側パッドとに圧着して接続するボンディングワイヤであることを特徴とする撮像装置。
5. 少なくとも１以上の周辺部品が搭載された回路基板と固体撮像素子とを備える撮像装置の製造方法であって、
   前記回路基板に設けられた回路側配線パターンに接続して回路側パッドを形成し、
   前記固体撮像素子の端子が接続される中継側配線パターン、及び、該中継側配線パターンと接続され、かつ、前記回路側パッドと同一方向の面に中継側パッドを形成し、
   前記固体撮像素子を中継基板に搭載し、
   前記中継側パッドと前記回路側パッドとを接続部材により接続する、
   ことを特徴とする撮像装置の製造方法。
6. 請求項５に記載の撮像装置の製造方法であって、
   前記中継基板は、固定部材よって、前記回路基板に接着固定されることを特徴とする撮像装置の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の撮像装置の製造方法であって、
   前記回路基板には、少なくとも１つ以上の前記固体撮像素子が搭載されていることを特徴とする撮像装置の製造方法。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法であって、
   前記接続部材は、ワイヤを前記中継側パッドと前記回路側パッドとに圧着して接続するボンディングワイヤであることを特徴とする撮像装置の製造方法。

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