JP3582634B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳその他の固体撮像素子チップを用いた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばビデオカメラを小型軽量化するために、固体撮像素子チップを、パッケージを用いずに、直接プリント配線板に実装するものが知られている。
【０００３】
図１３は、プリント配線板１に固体撮像素子チップ２を装着し、その電極パッドとプリント配線板１の電極バッドとを金ワイヤ３のワイヤボンディングにより電気的に接続したものである。しかし、このような実装方式では、ワイヤボンディングに必要なスペースが要求されることと、プリント配線板１のＡ面に固体撮像素子チップ２を装着するため、その上に撮像光学系を装着すると実装基板の厚さが厚くなるという問題がある。
【０００４】
なお、以降の説明で、プリント配線板１における固体撮像素子チップ２に光が入射する側の面をＡ面、その反対側の面をＢ面と呼ぶことにする。
【０００５】
これらの問題点を解決し、さらに小型化を図るために、図１６に示したような構成のものが提案されている。すなわち、一部に貫通する開口部４ａを有するプリント配線板４のＢ面に、電極パッドにはんだバンプを形成した固体撮像素子チップ６をフリップチップボンディングにより装着し、Ａ面に、レンズ９，鏡筒１０及び透光部材８からなる撮像光学系を装着するものである。このように、プリント配線板４の両面に、固体撮像素子チップ６と撮像光学系を分けて配置するので、実装基板の厚さが薄くなり、小型化を図ることができる。
【０００６】
プリント配線板４に固体撮像素子チップ６を装着する場合は、図１４（ａ）に示したように、プリント配線板４の電極パッドに予備はんだを施したり、はんだ付けを円滑にするためのフラックスを塗布したりして固体撮像素子チップ６にはんだバンプ５を載せ、加熱してはんだを溶融させて接合する。この後、Ｃ部を拡大した図１４（ｂ）に示したように、固体撮像素子チップ６の周縁部に封止樹脂７を注入し、硬化させるものである。
【０００７】
この方式のものは、プリント配線板４に開口部４ａがあるため、供給される封止樹脂７の量は制限され、したがって固体撮像素子チップ６の接合力を封止樹脂７のみで持たせることが困難であるので、はんだバンプ５を用いてはんだの接合強度（１バンプ当たり８０ｇ程度）を加えた形で接続の信頼性を保っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式のものでは、はんだ付け時にフラックスが固体撮像素子チップ６の受光面に飛散し、それがモニタ画面上にキズとして表示されたり、フラックスが溶融したときに発生するガスの粒子が受光面を汚染し、信頼性を損なうという問題を有していた。
【０００９】
また、フリップチップボンディング方式の場合、バンプ数が多くなるに従って加える圧力も増加させなければならないが、多電極、例えば２０電極程度以上になるとその圧力でチップが破壊されることがあるという問題もあった。
【００１０】
また、プリント配線板４に開口部４ａを形成する手段として、金型で打抜加工したり、ドリルで孔あけ加工したりするので、この際に発生する基材のクズが開口部の壁面（図１５の４ｂ）に付着し、製品として市場に出荷された後、振動等により移動ゴミとして受光面６ａの色フィルタ上に落下することがあり、この場合も落下物（主として３〜５μｍ以上のゴミ）がモニタ画面上にキズとなって映し出される。
【００１１】
また、プリント配線板４の内部を通して、図１５に示す開口部４ａの空間に水分が浸透した場合、プリント配線板４のＡ面に接着された撮像光学系の光学フィルタ等からなる透光部材８に結露が生じたり、カラーの固体撮像素子チップ６の受光面６ａに設けられた色フィルタが吸湿し、モニタ画面上の像に色ムラが発生するという問題もあった。
【００１２】
また、図１６に示したように、プリント配線板４のＡ面に、レンズ９，鏡筒１０及び透光部材８からなる撮像光学系を、Ｂ面に固体撮像素子チップ６をそれぞれ装着する場合、プリント配線板４のＡ，Ｂ両面にそれぞれ対角に２箇所ずつ銅箔等のパターンで形成された認識マーカー１１，１２と、光学系の認識マーカー（図示せず）及び固体撮像素子チップ６の認識マーカー１３を合わせて装着するが、次のような精度上の問題がある。
【００１３】
具体的に説明すれば、図１７〜図１９に示したように、Ｂ面の対角に２箇所、銅箔パターンからなる認識マーカー１２を配置したプリント配線板４をステージに固定する。認識マーカー１２としては、丸、四角、三角、十字等の任意のパターンが用いられる。また認識マーカー１３を有する固体撮像素子チップ６をマウントノズル１４に吸着する。そして、パターン認識装置１５、カメラ１６及びモニタ１７を備えた装置により、被測定物１８を測定する。
【００１４】
（１）まず、プリント配線板４の認識マーカー１２を認識する場合は、予めパターン認識装置１５にインプットされている座標データを読み取り、プリント配線板４の認識マーカー１２が含まれる位置にカメラ１６を移動させる。次に、カメラ１６を移動させて２箇所の認識マーカー１２を撮像し、アライメントマーカーパターンをはっきり認識できるようにするため、画像を２値化処理した後、アライメントマーカーの位置を算出する。通常、アライメントマーカーを２箇所撮り、ＩＣマウント機のメカ原点よりのそれぞれのＸＹ座標を算出する。算出したアライメントマーカー座標と予めインプットされている設計上のアライメントマーカー位置を比較補正した後、固体撮像素子チップ６の中心が実装されるプリント配線板４の位置を決定する。
【００１５】
（２）次に、固体撮像素子チップ６の認識マーカー１３を認識する。固体撮像素子チップ６の四隅に近いアルミ配線４箇所をカメラ１６で撮像し、２値化処理した後、４点の認識ポイントから固体撮像素子チップ６の中心位置を算出する。
【００１６】
（３）そして、（１）で算出したプリント配線板４上の位置に、（２）で算出した固体撮像素子チップ６の中心位置が一致するようにマウントする。
【００１７】
しかしながら、プリント配線板の孔と銅箔パターン及びＡ，Ｂ面の異なる銅箔パターン同士の位置精度は、それぞれ０．１ｍｍ程度あり、これらが累積されると、０．２ｍｍ程度の誤差が生ずると考えられる。つまり、図１６において、開口部４ａと認識マーカー１１，１２の位置関係及びＡ面とＢ面の認識マーカー同士の位置関係は、それぞれ０．１ｍｍ程度のばらつきを有しているため、０．２ｍｍの累積誤差が生じる可能性があり、プリント配線板４の認識マーカーを基準にして装着する方式では、レンズ９の光軸と固体撮像素子チップ６の光学中心とを一致させるように精度よく組み立てることは大変困難であるという問題があった。
【００１８】
さらには、図２０（ａ）に示したように、一般的に市販されている固体撮像素子チップ６の受光面６ａとボンディングパッド１９の中心との間隔Ｔ１は通常０．３〜０．４ｍｍ程度のものが多く、開口部４ａの寸法は、間隔Ｔ１を基に間隔Ｔ２の範囲内になるように設計するため、必然的に、開口部４ａの端部と受光面６ａの端部との距離は非常に小さいものとなる。
【００１９】
図２０（ｂ）は、プリント配線板４の認識マーカーを基準にして固体撮像素子チップ６を装着した場合を示したもので、前記のように固体撮像素子チップ６の受光面６ａの端部と開口部４ａの端部とは０．１ｍｍ程度のずれが発生する可能性があるので、これにレンズ位置のずれが合わされると、レンズを透過した光が開口部４ａの端部に掛かる可能性がある。このような状態では、モニタ上に映し出された画像が欠けるという問題が生ずる。また、この問題は、レンズが広角になるに従って厳しいものとなる。
【００２０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決しようとするものであり、固体撮像素子チップや撮像光学系をプリント配線板へ実装する際に、フラックスの影響がなく、開口部の切りくずの発生や水分の浸透を防止して固体撮像装置の信頼性を高め、さらに、プリント配線板の開口部に対する固体撮像素子チップ及び撮像光学系の位置精度を高め、光軸を正確に一致させるようにした固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、一主面に受光面を有しパッド部に金バンプが形成された固体撮像素子チップと、一部に貫通する開口部と該開口部の近傍に金メッキが施された複数のパッドを有し、前記開口部に前記固体撮像素子チップの受光面が位置合わせされ前記金メッキが施されたパッドと金バンプが接合されて前記固体撮像素子チップが一方の面に装着されたプリント配線板と、前記プリント配線板の他方の面に装着され、前記固体撮像素子チップに入射する入射光を結像するための撮像レンズ及び光学フィルタを含む撮像光学系とを備え、前記開口部の壁面にメッキを施したり、前記開口部の壁面に感光性の有機被膜を塗布することを特徴とするものである。
【００２２】
上記構成によれば、接合部分に金メッキが施されたパッドと金バンプが用いられているので、はんだバンプを用いる場合のようなフラックスの影響はなく、さらに、開口部の壁面に、メッキや感光性の有機被膜を設けると、開口部の切りくずの発生はなく、また水分の浸透を防ぐことができ、固体撮像装置の信頼性を高めることができる。
【００２３】
なお、プリント配線板の代りに、樹脂配線パッケージを用いてもよい。その樹脂配線パッケージの一方の側の段差部分内に固体撮像素子チップを装着したり、樹脂配線パッケージの外周に段差を設け、撮像光学系のレンズホルダがその段差に嵌合するようにすれば、光軸を容易に合わせることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１及び図１のＤ部を拡大して示した図２は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置を示したものである。図１，図２において、２１は、電子部品２２が実装され、一部に貫通する開口部２１ａとこの開口部２１ａの近傍に金メッキが施された複数のパッド２３を有するプリント配線板、２４はプリント配線板２１のＢ面に、開口部２１ａに受光面２４ａが位置合わせされて装着された、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる固体撮像素子チップであり、パッド部に形成された金バンプ２５がプリント配線板２１の金メッキされたパッド２３に接合されている。２６はプリント配線板２１のＡ面に開口部２１ａに位置合わせされて装着（樹脂接着剤により接着）された撮像光学系であり、固体撮像素子チップ２４に入射する入射光を結像するためのレンズ２７を有する鏡筒２８及び光学フィルタ等からなる透光部材２９で構成されている。
【００２８】
なお、３０は、装着された固体撮像素子チップ２４の周縁部とプリント配線板２１間をシールする封止樹脂であり、固体撮像素子チップ２４の金バンプ２５による機械的接合力を支援するとともに、受光面２４ａを外気から保護する役目を果たす。
【００２９】
図３及び図４は、固体撮像素子チップ２４の金バンプ２５をプリント配線板２１の金メッキされたパッド２３に接合する方法を示したものである。図３の方法は、ヒートステージ３１上にプリント配線板２１を載置して加熱し、マウントツール３２に吸着した固体撮像素子チップ２４の受光面２４ａをプリント配線板２１の開口部２１ａに位置合わせし、固体撮像素子チップ２４に超音波と圧力を加えて金バンプ２５と金メッキされたパッド２３とを金属接合する。
【００３０】
また、図４の方法は、プリント配線板２１を加熱する代りに固体撮像素子チップ２４を加熱するもので、プリント配線板２１の開口部２１ａに受光面２４ａを位置合わせした固体撮像素子チップ２４に、マウントツール３２を介して超音波と圧力と熱を加え、金バンプ２５と金メッキされたパッド２３とを金属接合するものである。
【００３１】
固体撮像素子チップ２４をプリント配線板２１に装着した後、図１に示したように、固体撮像素子チップ２４の周縁部とプリント配線板２１との間に封止樹脂を充填し、硬化させて、固体撮像素子チップ２４の機械的接合強度を高めるとともに、受光面２４ａを外気から保護する。
【００３２】
図３，図４における金バンプ２５と金メッキされたパッド２３との接合方法は、熱と圧力と超音波を併用したものであるが、接合する電極数が多くなると、それだけ圧力も大きくする必要がある。そのため、その圧力によって固体撮像素子チップ２４が破壊される可能性が生じる。このような場合は、次のような接合方法が有効である。
【００３３】
ここでは図示していないが、固体撮像素子チップ２４の金バンプ２５に導電接着剤を塗着した後、プリント配線板２１の開口部２１ａに受光面２４ａを位置合わせして金メッキが施されたパッド２３と金バンプ２５とを接続させる。さらに、固体撮像素子チップ２４の周縁部に封止樹脂を充填して硬化する。このようにすると、マウントツール３２を介して固体撮像素子チップ２４に加える圧力は比較的小さくて済むので、固体撮像素子チップ２４を破壊することはない。なお、導電接着剤の硬化は、封止樹脂の硬化と同時でもよいし、別々でもよい。
【００３４】
プリント配線板２１のＢ面に固体撮像素子チップ２４を装着し、その周縁部に封止樹脂３０を充填して硬化した後、プリント配線板２１のＡ面に撮像光学系２６を位置合わせして接着剤３３により接着することにより、図１の固体撮像装置が完成する。
【００３５】
このように構成された本実施の形態１によれば、プリント配線板２１と固体撮像素子チップ２４の接続部分が、金メッキが施されたパッドと金バンプによる超音波溶接や導電接着剤による接着であるから、従来のはんだバンプを用いた場合のように固体撮像素子チップ２４の受光面２４ａをフラックスの飛散や蒸気により汚染するという問題を完全になくすことができる。
【００３６】
図１の固体撮像装置では、プリント配線板２１の開口部２１ａにおける空間は外気から遮断された構成となっている。しかしながら、プリント配線板２１の開口部２１ａは、金型による打抜加工やドリルによる孔あけ加工で形成され、その際発生する基材のクズが開口部の壁面に付着し、製品として市場に出荷された後、振動等により落下したり、さらには、プリント配線板２１の内部を通して、開口部２１ａの空間に水分が浸透するなどの不具合が発生する可能性のあることは、従来技術の説明で述べた。
【００３７】
そこで、図５に示したように、開口部２１ａの壁面に、銅や金、その他の金属メッキを施す。このようにすれば、壁面に付着した基材のくずはメッキ３５により固定されてしまい、後で振動等により落下することはなくなる。また、プリント配線板２１の内部を通って浸透しようとする水分も、メッキ３５により遮断されるので、開口部２１ａの空間はより高い密閉性を保持することになる。
【００３８】
開口部２１ａの壁面に形成するメッキ３５のパターンは、図６（ａ）のようにしてもよい。また、金属被膜のメッキの代りに、図６（ｂ）のように感光性の有機被膜（例えばプリント配線板によく使用される感光性レジストなど）３６を形成しても同様の効果が得られる。
【００３９】
（実施の形態２）
図７及び図７のＥ部を拡大して示した図８は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置を示したものである。ここでは、プリント配線板の代りに樹脂配線パッケージ４１が使用されている。樹脂配線パッケージ４１は金型を用いて樹脂成形されているので、形状寸法公差は数１０μｍと高精度に作製される。４２は樹脂配線パッケージ４１の成形時に同時に形成された配線導体である。なお、図１，図２と同一のものには同一符号を付してある。
【００４０】
樹脂配線パッケージ４１も一部に貫通する開口部４１ａとこの開口部４１ａの近傍に金メッキが施された複数のパッド４２ａを有している。固体撮像装置の組立方法としては、まず、樹脂配線パッケージ４１のＢ面に、固体撮像素子チップ２４を、その受光面２４ａを開口部４１ａに位置合わせし、金メッキが施されたパッド４２ａと金バンプ２５とを例えば超音波溶接により接合して装着した後、固体撮像素子チップ２４の周縁部と樹脂配線パッケージ４１との隙間に封止樹脂３０を充填、硬化して、封止する。次に、樹脂配線パッケージ４１のＡ面に、レンズ２７，鏡筒２８及び透光部材２９からなる撮像光学系２６を接着剤３３により接着する。なお、樹脂配線パッケージにおける金メッキが施されたパッドと金バンプの接続方法として、プリント配線板の場合と同様の超音波溶接や導電性接着剤による方法が適用できることは言うまでもない。
【００４１】
このように構成された本実施の形態２でも、従来のはんだバンプを用いた場合に固体撮像素子チップ２４の受光面２４ａをフラックスの飛散や蒸気により汚染するという問題を完全になくすことができ、しかも、樹脂配線パッケージ４１は樹脂成形によるものであるから、開口部４１ａの壁面はメッキや樹脂被膜を形成しなくても、くずの発生や水分の浸透は生じない。
【００４２】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置を示したものである。固体撮像素子チップ２４が装着された樹脂配線パッケージ４５には、その外周に段差４６が設けられており、これに対し、レンズ４７を保持するレンズホルダ４８側に、段差４６に嵌合する嵌合部４９を形設したものである。５０はレンズ押さえである。このような構成において、段差４６と嵌合部４９とを精密ハメアイにすることにより、樹脂配線パッケージ４５の開口部４５ａの中心位置とレンズ４７の光軸との位置精度を高く設定することができる。
【００４３】
（実施の形態４）
プリント配線板のＡ面に撮像光学系を、Ｂ面に固体撮像素子チップをそれぞれ装着する場合、従来は、プリント配線板のＡ，Ｂ両面にそれぞれ対角に２箇所ずつ形成した銅箔等のパターンからなる認識マーカーを画像認識して位置合わせしたが、本実施の形態４では、プリント配線板に設けた開口部を直接画像認識して位置合わせの精度を高めるようにしている。
【００４４】
図１０は、撮像光学系２６，プリント配線板２１及び固体撮像素子チップ２４の関係を示しており、符号は図１のそれに合わせている。本発明では、プリント配線板２１の開口部２１ａを直接画像認識することを特徴としている。
【００４５】
開口部２１ａを画像認識する場合、図１１（ａ）に示したように、プリント配線板２１とその開口部２１ａの明暗差をカメラ５５で撮像し、その信号を２値化することにより認識する。図１１（ｂ）は開口部２１ａの壁面に金属メッキ３５を施したもので、これにより、開口部２１ａの縁を鮮明に認識することができる。さらに、図１１（ｃ）に示したように、プリント配線板２１の裏面に照明５６や赤外線を当てて、通常のカメラ５５や赤外線カメラで撮像すると、より鮮明に認識することができる。
【００４６】
外に、図１２に示したように、開口部２１ａの近傍に設けた銅箔その他のパターンや特殊な切欠き等を認識するようにしてもよい。図１２（ａ）〜（ｃ）は、開口部２１ａの縁部に形成した銅箔パターン、図１２（ｄ），（ｅ）は、四隅に切欠きを有する開口部やその切欠部に形成した認識パターン、図１２（ｆ），（ｇ）は、開口部の対角上の近傍に形成した小孔や認識パターン等の例を示したものである。これらの銅箔パターンや切欠き、あるいは認識パターンを画像認識することは、実質的に開口部２１ａを認識することに等しい。
【００４７】
以上のように、プリント配線板２１の開口部２１ａを直接画像認識するとともに、固体撮像素子チップ２４や撮像光学系２６の装着面を認識して位置合わせすることにより、開口部２１ａ及び固体撮像素子チップ２４の各中心位置と撮像光学系２６の光軸とを高精度に一致させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１，２に係る発明によれば、接合部分に金メッキが施されたパッドと金バンプが接合される構成となっているので、はんだバンプを用いる場合のようなフラックスの影響はなく、しかも、開口部の壁面に、メッキや感光性の有機被膜を設けると、開口部の切りクズの発生はなく、また水分の浸透を防ぐことができ、固体撮像装置の信頼性を著しく高めることができる。
【００４９】
また、請求項３，４に係る発明によれば、プリント配線板の代りに、樹脂配線パッケージを用いるので、開口部の壁面にメッキや感光性の被膜を設けなくても切りくずの発生や水分の浸透を防ぐことができるとともに、撮像光学系の光軸を開口部や固体撮像素子チップ中心位置に高精度に合わせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図
【図２】図１のＤ部の拡大断面図
【図３】プリント配線板の金メッキされたパッドと固体撮像素子チップの金バンプとの接合方法を示す図
【図４】プリント配線板の金メッキされたパッドと固体撮像素子チップの金バンプとの他の接合方法を示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の開口部壁面にメッキを施した変形例の断面図
【図６】プリント配線板の開口部壁面に形成した他のメッキパターン及び有機被膜の例を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図
【図８】図７のＥ部の拡大断面図
【図９】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図
【図１０】本発明の実施の形態４における製造方法を示す斜視図
【図１１】プリント配線板の開口部の画像認識方法を示す図
【図１２】画像認識する開口部の種々の例を示す図
【図１３】従来例におけるプリント配線板への固体撮像素子チップの実装方法を示す図
【図１４】他の従来例におけるプリント配線板への固体撮像素子チップの実装方法を示す図
【図１５】他の従来例における問題点を説明する図
【図１６】従来例における撮像光学系，プリント配線板，固体撮像素子チップの位置合わせを示す斜視図
【図１７】従来例における位置合わせのための認識パターンを説明する図
【図１８】従来例における画像認識を説明する図
【図１９】画像認識装置の説明図
【図２０】従来例における光軸のずれを説明する図
【符号の説明】
２１ プリント配線板
２１ａ 開口部
２３ 金メッキされたパッド
２４ 固体撮像素子チップ
２４ａ 受光面
２５ 金バンプ
２６ 撮像光学系
２７ レンズ
２８ 鏡筒
２９ 透光部材
３０ 封止樹脂
３１ ヒートステージ
３２ マウントツール
３３ 接着剤
３５ メッキ
３６ 有機被膜
４１，４５ 樹脂配線パッケージ
４１ａ，４５ａ 開口部
４６ 段差
４８ レンズホルダ
４９ 嵌合部
５５ カメラ
５６ 照明
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳその他の固体撮像素子チップを用いた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばビデオカメラを小型軽量化するために、固体撮像素子チップを、パッケージを用いずに、直接プリント配線板に実装するものが知られている。
【０００３】
図１３は、プリント配線板１に固体撮像素子チップ２を装着し、その電極パッドとプリント配線板１の電極バッドとを金ワイヤ３のワイヤボンディングにより電気的に接続したものである。しかし、このような実装方式では、ワイヤボンディングに必要なスペースが要求されることと、プリント配線板１のＡ面に固体撮像素子チップ２を装着するため、その上に撮像光学系を装着すると実装基板の厚さが厚くなるという問題がある。
【０００４】
なお、以降の説明で、プリント配線板１における固体撮像素子チップ２に光が入射する側の面をＡ面、その反対側の面をＢ面と呼ぶことにする。
【０００５】
これらの問題点を解決し、さらに小型化を図るために、図１６に示したような構成のものが提案されている。すなわち、一部に貫通する開口部４ａを有するプリント配線板４のＢ面に、電極パッドにはんだバンプを形成した固体撮像素子チップ６をフリップチップボンディングにより装着し、Ａ面に、レンズ９，鏡筒１０及び透光部材８からなる撮像光学系を装着するものである。このように、プリント配線板４の両面に、固体撮像素子チップ６と撮像光学系を分けて配置するので、実装基板の厚さが薄くなり、小型化を図ることができる。
【０００６】
プリント配線板４に固体撮像素子チップ６を装着する場合は、図１４（ａ）に示したように、プリント配線板４の電極パッドに予備はんだを施したり、はんだ付けを円滑にするためのフラックスを塗布したりして固体撮像素子チップ６にはんだバンプ５を載せ、加熱してはんだを溶融させて接合する。この後、Ｃ部を拡大した図１４（ｂ）に示したように、固体撮像素子チップ６の周縁部に封止樹脂７を注入し、硬化させるものである。
【０００７】
この方式のものは、プリント配線板４に開口部４ａがあるため、供給される封止樹脂７の量は制限され、したがって固体撮像素子チップ６の接合力を封止樹脂７のみで持たせることが困難であるので、はんだバンプ５を用いてはんだの接合強度（１バンプ当たり８０ｇ程度）を加えた形で接続の信頼性を保っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式のものでは、はんだ付け時にフラックスが固体撮像素子チップ６の受光面に飛散し、それがモニタ画面上にキズとして表示されたり、フラックスが溶融したときに発生するガスの粒子が受光面を汚染し、信頼性を損なうという問題を有していた。
【０００９】
また、フリップチップボンディング方式の場合、バンプ数が多くなるに従って加える圧力も増加させなければならないが、多電極、例えば２０電極程度以上になるとその圧力でチップが破壊されることがあるという問題もあった。
【００１０】
また、プリント配線板４に開口部４ａを形成する手段として、金型で打抜加工したり、ドリルで孔あけ加工したりするので、この際に発生する基材のクズが開口部の壁面（図１５の４ｂ）に付着し、製品として市場に出荷された後、振動等により移動ゴミとして受光面６ａの色フィルタ上に落下することがあり、この場合も落下物（主として３〜５μｍ以上のゴミ）がモニタ画面上にキズとなって映し出される。
【００１１】
また、プリント配線板４の内部を通して、図１５に示す開口部４ａの空間に水分が浸透した場合、プリント配線板４のＡ面に接着された撮像光学系の光学フィルタ等からなる透光部材８に結露が生じたり、カラーの固体撮像素子チップ６の受光面６ａに設けられた色フィルタが吸湿し、モニタ画面上の像に色ムラが発生するという問題もあった。
【００１２】
また、図１６に示したように、プリント配線板４のＡ面に、レンズ９，鏡筒１０及び透光部材８からなる撮像光学系を、Ｂ面に固体撮像素子チップ６をそれぞれ装着する場合、プリント配線板４のＡ，Ｂ両面にそれぞれ対角に２箇所ずつ銅箔等のパターンで形成された認識マーカー１１，１２と、光学系の認識マーカー（図示せず）及び固体撮像素子チップ６の認識マーカー１３を合わせて装着するが、次のような精度上の問題がある。
【００１３】
具体的に説明すれば、図１７〜図１９に示したように、Ｂ面の対角に２箇所、銅箔パターンからなる認識マーカー１２を配置したプリント配線板４をステージに固定する。認識マーカー１２としては、丸、四角、三角、十字等の任意のパターンが用いられる。また認識マーカー１３を有する固体撮像素子チップ６をマウントノズル１４に吸着する。そして、パターン認識装置１５、カメラ１６及びモニタ１７を備えた装置により、被測定物１８を測定する。
【００１４】
（１）まず、プリント配線板４の認識マーカー１２を認識する場合は、予めパターン認識装置１５にインプットされている座標データを読み取り、プリント配線板４の認識マーカー１２が含まれる位置にカメラ１６を移動させる。次に、カメラ１６を移動させて２箇所の認識マーカー１２を撮像し、アライメントマーカーパターンをはっきり認識できるようにするため、画像を２値化処理した後、アライメントマーカーの位置を算出する。通常、アライメントマーカーを２箇所撮り、ＩＣマウント機のメカ原点よりのそれぞれのＸＹ座標を算出する。算出したアライメントマーカー座標と予めインプットされている設計上のアライメントマーカー位置を比較補正した後、固体撮像素子チップ６の中心が実装されるプリント配線板４の位置を決定する。
【００１５】
（２）次に、固体撮像素子チップ６の認識マーカー１３を認識する。固体撮像素子チップ６の四隅に近いアルミ配線４箇所をカメラ１６で撮像し、２値化処理した後、４点の認識ポイントから固体撮像素子チップ６の中心位置を算出する。
【００１６】
（３）そして、（１）で算出したプリント配線板４上の位置に、（２）で算出した固体撮像素子チップ６の中心位置が一致するようにマウントする。
【００１７】
しかしながら、プリント配線板の孔と銅箔パターン及びＡ，Ｂ面の異なる銅箔パターン同士の位置精度は、それぞれ０．１ｍｍ程度あり、これらが累積されると、０．２ｍｍ程度の誤差が生ずると考えられる。つまり、図１６において、開口部４ａと認識マーカー１１，１２の位置関係及びＡ面とＢ面の認識マーカー同士の位置関係は、それぞれ０．１ｍｍ程度のばらつきを有しているため、０．２ｍｍの累積誤差が生じる可能性があり、プリント配線板４の認識マーカーを基準にして装着する方式では、レンズ９の光軸と固体撮像素子チップ６の光学中心とを一致させるように精度よく組み立てることは大変困難であるという問題があった。
【００１８】
さらには、図２０（ａ）に示したように、一般的に市販されている固体撮像素子チップ６の受光面６ａとボンディングパッド１９の中心との間隔Ｔ１は通常０．３〜０．４ｍｍ程度のものが多く、開口部４ａの寸法は、間隔Ｔ１を基に間隔Ｔ２の範囲内になるように設計するため、必然的に、開口部４ａの端部と受光面６ａの端部との距離は非常に小さいものとなる。
【００１９】
図２０（ｂ）は、プリント配線板４の認識マーカーを基準にして固体撮像素子チップ６を装着した場合を示したもので、前記のように固体撮像素子チップ６の受光面６ａの端部と開口部４ａの端部とは０．１ｍｍ程度のずれが発生する可能性があるので、これにレンズ位置のずれが合わされると、レンズを透過した光が開口部４ａの端部に掛かる可能性がある。このような状態では、モニタ上に映し出された画像が欠けるという問題が生ずる。また、この問題は、レンズが広角になるに従って厳しいものとなる。
【００２０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決しようとするものであり、固体撮像素子チップや撮像光学系をプリント配線板へ実装する際に、フラックスの影響がなく、開口部の切りくずの発生や水分の浸透を防止して固体撮像装置の信頼性を高め、さらに、プリント配線板の開口部に対する固体撮像素子チップ及び撮像光学系の位置精度を高め、光軸を正確に一致させるようにした固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、一主面に受光面を有しパッド部に金バンプが形成された固体撮像素子チップと、一部に貫通する開口部と該開口部の近傍に金メッキが施された複数のパッドを有し、前記開口部に前記固体撮像素子チップの受光面が位置合わせされ前記金メッキが施されたパッドと金バンプが接合されて前記固体撮像素子チップが一方の面に装着されたプリント配線板と、前記プリント配線板の他方の面に装着され、前記固体撮像素子チップに入射する入射光を結像するための撮像レンズ及び光学フィルタを含む撮像光学系とを備え、前記開口部の壁面にメッキを施したり、前記開口部の壁面に感光性の有機被膜を塗布することを特徴とするものである。
【００２２】
上記構成によれば、接合部分に金メッキが施されたパッドと金バンプが用いられているので、はんだバンプを用いる場合のようなフラックスの影響はなく、さらに、開口部の壁面に、メッキや感光性の有機被膜を設けると、開口部の切りくずの発生はなく、また水分の浸透を防ぐことができ、固体撮像装置の信頼性を高めることができる。
【００２３】
なお、プリント配線板の代りに、樹脂配線パッケージを用いてもよい。その樹脂配線パッケージの一方の側の段差部分内に固体撮像素子チップを装着したり、樹脂配線パッケージの外周に段差を設け、撮像光学系のレンズホルダがその段差に嵌合するようにすれば、光軸を容易に合わせることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１及び図１のＤ部を拡大して示した図２は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置を示したものである。図１，図２において、２１は、電子部品２２が実装され、一部に貫通する開口部２１ａとこの開口部２１ａの近傍に金メッキが施された複数のパッド２３を有するプリント配線板、２４はプリント配線板２１のＢ面に、開口部２１ａに受光面２４ａが位置合わせされて装着された、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる固体撮像素子チップであり、パッド部に形成された金バンプ２５がプリント配線板２１の金メッキされたパッド２３に接合されている。２６はプリント配線板２１のＡ面に開口部２１ａに位置合わせされて装着（樹脂接着剤により接着）された撮像光学系であり、固体撮像素子チップ２４に入射する入射光を結像するためのレンズ２７を有する鏡筒２８及び光学フィルタ等からなる透光部材２９で構成されている。
【００２８】
なお、３０は、装着された固体撮像素子チップ２４の周縁部とプリント配線板２１間をシールする封止樹脂であり、固体撮像素子チップ２４の金バンプ２５による機械的接合力を支援するとともに、受光面２４ａを外気から保護する役目を果たす。
【００２９】
図３及び図４は、固体撮像素子チップ２４の金バンプ２５をプリント配線板２１の金メッキされたパッド２３に接合する方法を示したものである。図３の方法は、ヒートステージ３１上にプリント配線板２１を載置して加熱し、マウントツール３２に吸着した固体撮像素子チップ２４の受光面２４ａをプリント配線板２１の開口部２１ａに位置合わせし、固体撮像素子チップ２４に超音波と圧力を加えて金バンプ２５と金メッキされたパッド２３とを金属接合する。
【００３０】
また、図４の方法は、プリント配線板２１を加熱する代りに固体撮像素子チップ２４を加熱するもので、プリント配線板２１の開口部２１ａに受光面２４ａを位置合わせした固体撮像素子チップ２４に、マウントツール３２を介して超音波と圧力と熱を加え、金バンプ２５と金メッキされたパッド２３とを金属接合するものである。
【００３１】
固体撮像素子チップ２４をプリント配線板２１に装着した後、図１に示したように、固体撮像素子チップ２４の周縁部とプリント配線板２１との間に封止樹脂を充填し、硬化させて、固体撮像素子チップ２４の機械的接合強度を高めるとともに、受光面２４ａを外気から保護する。
【００３２】
図３，図４における金バンプ２５と金メッキされたパッド２３との接合方法は、熱と圧力と超音波を併用したものであるが、接合する電極数が多くなると、それだけ圧力も大きくする必要がある。そのため、その圧力によって固体撮像素子チップ２４が破壊される可能性が生じる。このような場合は、次のような接合方法が有効である。
【００３３】
ここでは図示していないが、固体撮像素子チップ２４の金バンプ２５に導電接着剤を塗着した後、プリント配線板２１の開口部２１ａに受光面２４ａを位置合わせして金メッキが施されたパッド２３と金バンプ２５とを接続させる。さらに、固体撮像素子チップ２４の周縁部に封止樹脂を充填して硬化する。このようにすると、マウントツール３２を介して固体撮像素子チップ２４に加える圧力は比較的小さくて済むので、固体撮像素子チップ２４を破壊することはない。なお、導電接着剤の硬化は、封止樹脂の硬化と同時でもよいし、別々でもよい。
【００３４】
プリント配線板２１のＢ面に固体撮像素子チップ２４を装着し、その周縁部に封止樹脂３０を充填して硬化した後、プリント配線板２１のＡ面に撮像光学系２６を位置合わせして接着剤３３により接着することにより、図１の固体撮像装置が完成する。
【００３５】
このように構成された本実施の形態１によれば、プリント配線板２１と固体撮像素子チップ２４の接続部分が、金メッキが施されたパッドと金バンプによる超音波溶接や導電接着剤による接着であるから、従来のはんだバンプを用いた場合のように固体撮像素子チップ２４の受光面２４ａをフラックスの飛散や蒸気により汚染するという問題を完全になくすことができる。
【００３６】
図１の固体撮像装置では、プリント配線板２１の開口部２１ａにおける空間は外気から遮断された構成となっている。しかしながら、プリント配線板２１の開口部２１ａは、金型による打抜加工やドリルによる孔あけ加工で形成され、その際発生する基材のクズが開口部の壁面に付着し、製品として市場に出荷された後、振動等により落下したり、さらには、プリント配線板２１の内部を通して、開口部２１ａの空間に水分が浸透するなどの不具合が発生する可能性のあることは、従来技術の説明で述べた。
【００３７】
そこで、図５に示したように、開口部２１ａの壁面に、銅や金、その他の金属メッキを施す。このようにすれば、壁面に付着した基材のくずはメッキ３５により固定されてしまい、後で振動等により落下することはなくなる。また、プリント配線板２１の内部を通って浸透しようとする水分も、メッキ３５により遮断されるので、開口部２１ａの空間はより高い密閉性を保持することになる。
【００３８】
開口部２１ａの壁面に形成するメッキ３５のパターンは、図６（ａ）のようにしてもよい。また、金属被膜のメッキの代りに、図６（ｂ）のように感光性の有機被膜（例えばプリント配線板によく使用される感光性レジストなど）３６を形成しても同様の効果が得られる。
【００３９】
（実施の形態２）
図７及び図７のＥ部を拡大して示した図８は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置を示したものである。ここでは、プリント配線板の代りに樹脂配線パッケージ４１が使用されている。樹脂配線パッケージ４１は金型を用いて樹脂成形されているので、形状寸法公差は数１０μｍと高精度に作製される。４２は樹脂配線パッケージ４１の成形時に同時に形成された配線導体である。なお、図１，図２と同一のものには同一符号を付してある。
【００４０】
樹脂配線パッケージ４１も一部に貫通する開口部４１ａとこの開口部４１ａの近傍に金メッキが施された複数のパッド４２ａを有している。固体撮像装置の組立方法としては、まず、樹脂配線パッケージ４１のＢ面に、固体撮像素子チップ２４を、その受光面２４ａを開口部４１ａに位置合わせし、金メッキが施されたパッド４２ａと金バンプ２５とを例えば超音波溶接により接合して装着した後、固体撮像素子チップ２４の周縁部と樹脂配線パッケージ４１との隙間に封止樹脂３０を充填、硬化して、封止する。次に、樹脂配線パッケージ４１のＡ面に、レンズ２７，鏡筒２８及び透光部材２９からなる撮像光学系２６を接着剤３３により接着する。なお、樹脂配線パッケージにおける金メッキが施されたパッドと金バンプの接続方法として、プリント配線板の場合と同様の超音波溶接や導電性接着剤による方法が適用できることは言うまでもない。
【００４１】
このように構成された本実施の形態２でも、従来のはんだバンプを用いた場合に固体撮像素子チップ２４の受光面２４ａをフラックスの飛散や蒸気により汚染するという問題を完全になくすことができ、しかも、樹脂配線パッケージ４１は樹脂成形によるものであるから、開口部４１ａの壁面はメッキや樹脂被膜を形成しなくても、くずの発生や水分の浸透は生じない。
【００４２】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置を示したものである。固体撮像素子チップ２４が装着された樹脂配線パッケージ４５には、その外周に段差４６が設けられており、これに対し、レンズ４７を保持するレンズホルダ４８側に、段差４６に嵌合する嵌合部４９を形設したものである。５０はレンズ押さえである。このような構成において、段差４６と嵌合部４９とを精密ハメアイにすることにより、樹脂配線パッケージ４５の開口部４５ａの中心位置とレンズ４７の光軸との位置精度を高く設定することができる。
【００４３】
（実施の形態４）
プリント配線板のＡ面に撮像光学系を、Ｂ面に固体撮像素子チップをそれぞれ装着する場合、従来は、プリント配線板のＡ，Ｂ両面にそれぞれ対角に２箇所ずつ形成した銅箔等のパターンからなる認識マーカーを画像認識して位置合わせしたが、本実施の形態４では、プリント配線板に設けた開口部を直接画像認識して位置合わせの精度を高めるようにしている。
【００４４】
図１０は、撮像光学系２６，プリント配線板２１及び固体撮像素子チップ２４の関係を示しており、符号は図１のそれに合わせている。本発明では、プリント配線板２１の開口部２１ａを直接画像認識することを特徴としている。
【００４５】
開口部２１ａを画像認識する場合、図１１（ａ）に示したように、プリント配線板２１とその開口部２１ａの明暗差をカメラ５５で撮像し、その信号を２値化することにより認識する。図１１（ｂ）は開口部２１ａの壁面に金属メッキ３５を施したもので、これにより、開口部２１ａの縁を鮮明に認識することができる。さらに、図１１（ｃ）に示したように、プリント配線板２１の裏面に照明５６や赤外線を当てて、通常のカメラ５５や赤外線カメラで撮像すると、より鮮明に認識することができる。
【００４６】
外に、図１２に示したように、開口部２１ａの近傍に設けた銅箔その他のパターンや特殊な切欠き等を認識するようにしてもよい。図１２（ａ）〜（ｃ）は、開口部２１ａの縁部に形成した銅箔パターン、図１２（ｄ），（ｅ）は、四隅に切欠きを有する開口部やその切欠部に形成した認識パターン、図１２（ｆ），（ｇ）は、開口部の対角上の近傍に形成した小孔や認識パターン等の例を示したものである。これらの銅箔パターンや切欠き、あるいは認識パターンを画像認識することは、実質的に開口部２１ａを認識することに等しい。
【００４７】
以上のように、プリント配線板２１の開口部２１ａを直接画像認識するとともに、固体撮像素子チップ２４や撮像光学系２６の装着面を認識して位置合わせすることにより、開口部２１ａ及び固体撮像素子チップ２４の各中心位置と撮像光学系２６の光軸とを高精度に一致させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１，２に係る発明によれば、接合部分に金メッキが施されたパッドと金バンプが接合される構成となっているので、はんだバンプを用いる場合のようなフラックスの影響はなく、しかも、開口部の壁面に、メッキや感光性の有機被膜を設けると、開口部の切りクズの発生はなく、また水分の浸透を防ぐことができ、固体撮像装置の信頼性を著しく高めることができる。
【００４９】
また、請求項３，４に係る発明によれば、プリント配線板の代りに、樹脂配線パッケージを用いるので、開口部の壁面にメッキや感光性の被膜を設けなくても切りくずの発生や水分の浸透を防ぐことができるとともに、撮像光学系の光軸を開口部や固体撮像素子チップ中心位置に高精度に合わせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図
【図２】図１のＤ部の拡大断面図
【図３】プリント配線板の金メッキされたパッドと固体撮像素子チップの金バンプとの接合方法を示す図
【図４】プリント配線板の金メッキされたパッドと固体撮像素子チップの金バンプとの他の接合方法を示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の開口部壁面にメッキを施した変形例の断面図
【図６】プリント配線板の開口部壁面に形成した他のメッキパターン及び有機被膜の例を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図
【図８】図７のＥ部の拡大断面図
【図９】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図
【図１０】本発明の実施の形態４における製造方法を示す斜視図
【図１１】プリント配線板の開口部の画像認識方法を示す図
【図１２】画像認識する開口部の種々の例を示す図
【図１３】従来例におけるプリント配線板への固体撮像素子チップの実装方法を示す図
【図１４】他の従来例におけるプリント配線板への固体撮像素子チップの実装方法を示す図
【図１５】他の従来例における問題点を説明する図
【図１６】従来例における撮像光学系，プリント配線板，固体撮像素子チップの位置合わせを示す斜視図
【図１７】従来例における位置合わせのための認識パターンを説明する図
【図１８】従来例における画像認識を説明する図
【図１９】画像認識装置の説明図
【図２０】従来例における光軸のずれを説明する図
【符号の説明】
２１ プリント配線板
２１ａ 開口部
２３ 金メッキされたパッド
２４ 固体撮像素子チップ
２４ａ 受光面
２５ 金バンプ
２６ 撮像光学系
２７ レンズ
２８ 鏡筒
２９ 透光部材
３０ 封止樹脂
３１ ヒートステージ
３２ マウントツール
３３ 接着剤
３５ メッキ
３６ 有機被膜
４１，４５ 樹脂配線パッケージ
４１ａ，４５ａ 開口部
４６ 段差
４８ レンズホルダ
４９ 嵌合部
５５ カメラ
５６ 照明
Claims (4)
- 一主面に受光面を有しパッド部に金バンプが形成された固体撮像素子チップと、一部に貫通する開口部と該開口部の近傍に金メッキが施された複数のパッドを有し、前記開口部に前記固体撮像素子チップの受光面が位置合わせされ前記金メッキが施されたパッドと金バンプが接合されて前記固体撮像素子チップが一方の面に装着されたプリント配線板と、前記プリント配線板の他方の面に装着され、前記固体撮像素子チップに入射する入射光を結像するための撮像レンズ及び光学フィルタを含む撮像光学系とを備え、前記開口部の壁面にメッキを施したことを特徴とする固体撮像装置。
- 一主面に受光面を有しパッド部に金バンプが形成された固体撮像素子チップと、一部に貫通する開口部と該開口部の近傍に金メッキが施された複数のパッドを有し、前記開口部に前記固体撮像素子チップの受光面が位置合わせされ前記金メッキが施されたパッドと金バンプが接合されて前記固体撮像素子チップが一方の面に装着されたプリント配線板と、前記プリント配線板の他方の面に装着され、前記固体撮像素子チップに入射する入射光を結像するための撮像レンズ及び光学フィルタを含む撮像光学系とを備え、前記開口部の壁面に感光性の有機被膜を塗布したことを特徴とする固体撮像装置。
- 一主面に受光面を有しパッド部に金バンプが形成された固体撮像素子チップと、一部に貫通する開口部と該開口部の近傍に金メッキが施された複数のパッドを有し、前記開口部に前記固体撮像素子チップの受光面が位置合わせされ前記金メッキが施されたパッドと金バンプが接合されて前記固体撮像素子チップが一方の側の段差部分内に装着された樹脂配線パッケージと、前記樹脂配線パッケージの他方の側に装着され、前記固体撮像素子チップに入射する入射光を結像するための撮像レンズ及び光学フィルタを含む撮像光学系とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
- 前記樹脂配線パッケージの外周に段差を設け、撮像光学系のレンズホルダを前記段差に嵌合する形状にしたことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
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