JP3838572B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子が筐体内に搭載された構成の固体撮像装置、およびその製造方法に関する。
固体撮像装置は、ビデオカメラやスチルカメラ等に広く用いられ、ＣＣＤ等の撮像素子を絶縁性材料からなる基台に搭載し、受光領域を透光板で覆ったパッケージの形態で提供される。装置の小型化のため、撮像素子は、ベアチップの状態で基台に搭載される。そのような固体撮像装置の従来例として、特許文献１に記載の固体撮像装置を図１０に示す。
図１０において、４１は筐体であり、樹脂モールドにより一体成形された基板部４１ａおよび枠状のリブ４１ｂからなり、その上面に内部空間４２が形成されている。筐体４１には、基板部４１ａの中央部に位置するダイパッド４３、およびリブ４１ｂの下部に位置するリード４４が埋め込まれている。内部空間４２の中央部に配置された撮像素子チップ４５は、ダイパッド４３の上面に固定されている。リード４４は、リブ４１ｂの内側の基板部４１ａ上面で内部空間４２に露出した内部端子部４４ａと、リブ４１ｂの下部において基板部４１ａ底面から露出した外部端子部４４ｂを有する。内部端子部４４ａと、撮像素子チップ４５のボンディングパッドとが、金属線からなるボンディングワイヤ４６によって接続されている。またリブ４１ｂの上端面に、透明なシールガラス板４７が接合されて、撮像素子チップ４５を保護するためのパッケージが形成されている。
この固体撮像装置は、図示されたようにシールガラス板４７の側を上方にむけた状態で回路基板上に搭載され、外部端子部４４ｂが、回路基板上の電極と接続するために用いられる。図示しないが、シールガラス板４７の上部には、撮像光学系が組み込まれた鏡筒が、撮像素子チップ４５に形成された受光領域との相互位置関係を、所定精度に調整して装着される。撮像動作の際は、鏡筒に組み込まれた撮像光学系を通して、被撮像対象からの光が受光領域に集光され光電変換される。
このような構造の固体撮像装置は、筐体底面に露出した外部端子部４４ｂにより回路基板上の電極と接続されるので、筐体の側面から下方に折れ曲がったアウターリードによる接続を用いた構造に比べて、パッケージの高さや占有面積が小さく、高密度実装に適している。
図１０の形状の筐体４１を樹脂モールドする際に、特許文献１では、図１１に示すような、上金型４８と下金型４９を用いる。下金型４９の上面は平坦である。上金型４８の下面には、リブ４１ｂに対応する凹部４８ａが形成されている。凹部４８ａの両側には、内部空間４２を形成する内側凸部４８ｂ、およびリブ４１ｂの外側面を形成する外側凸部４８ｃが設けられている。リード４４とダイパッド４３とは、リードフレーム５０として一体の状態で供給され、上金型４８と下金型４９の間に装着される。
上金型４８と下金型４９の間にリードフレーム５０が介在することにより、上金型４８の内側凸部４８ｂと下金型４９の間に、基板部４１ａをモールドするためのキャビティ５１が形成される。その状態で樹脂の充填を行い、金型を開いて成形体を取り出した状態で、筐体４１を形成する基板部４１ａおよびリブ４１ｂは完成された形状を有する。リードフレーム５０は、モールド後に、リブ４１ｂの外側に位置する部分が切断される。
特開２００１−７７２７７号公報
上記従来例の固体撮像装置においては、シールガラス板４７は、リブ４１ｂの上端面との間に介在する僅かな量の接着材のみにより接合されている。リブ４１ｂの上端面の面積は小さいので、接合強度は弱い。また、接着材の層は薄いので、熱変形等に起因してシールガラス板４７とリブ４１ｂとの間に応力が作用した際に、接着材層において歪みを緩和する作用は小さく、両者の接合の耐久性は低い。
従って本発明は、リブとその上端面に配置される透明板の接合が、熱変形等に起因して両者間に作用する応力に対して高い耐久性を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。
また、そのための構造を、製造工程を複雑化させることなく固体撮像装置に付与して、固体撮像装置を量産するのに好適な製造方法を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像装置は、基板部および矩形枠状のリブが樹脂により一体成形された筐体と、前記筐体に埋め込まれ、前記筐体の内部空間に面する内部端子部、前記筐体の底面に露出した外部端子部、および前記筐体の外側面に露出した側面電極部を各々有する複数本の金属リード片と、前記筐体の内部空間において前記基板部上に固定された撮像素子と、前記撮像素子の電極と前記金属リード片の内部端子部とを各々接続する金属細線と、前記リブの上端面に接合された透光板とを備える。上記課題を解決するために、前記リブの上端面に外周に沿って低くなった低段部が形成され、少なくとも前記低段部に充填された接着材により前記透光板が前記リブの上端面に接合されていることを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板部および矩形枠状のリブにより形成される筐体を複数個一括して、且つ前記筐体の各々に配置される複数本の金属リード片とともに一体的に樹脂成形して、前記各金属リード片により内部端子部および外部端子部を形成し、隣接する前記各筐体を形成する前記各リブを１本に合体させてリブ形成部材とするとともに、前記リブ形成部材の上端面にはその幅方向の中央部に配置され長さ方向に延在する溝部を設ける工程と、前記各筐体の内部空間内の前記基板部上にそれぞれ撮像素子を固定する工程と、前記撮像素子の電極と前記各金属リード片の前記内部端子部とを各々接続する工程と、前記リブの少なくとも前記溝を含む上端面に接着材を充填する工程と、前記リブ形成部材の上端面に前記透明板を載置して接合する工程と、前記各筐体毎に、前記基板部に直交し且つ前記各リブ形成部材の幅を２分する方向に前記溝内で切断して、固体撮像装置を各個片に分離する。
上記固体撮像装置の構成によれば、低段部に接着材が充填されることにより、接着材の体積を十分な大きさに確保できる。それにより、熱変形等に起因して透明板とリブとの間に応力が作用した際に、低段部の接着材が歪みを緩和して、応力に対する強度が向上する。
上記製造方法によれば、工程を複雑化させることなく、低段部に接着材が充填された構造を容易に作製することが可能である。
本発明の固体撮像装置の構成において、好ましくは、前記各金属リード片は、前記内部端子部の位置における厚みが前記基板部の厚みと実質的に同一であり、前記内部端子部の位置に対応する裏面に前記外部端子部が形成されている。また好ましくは、前記リブの外側面は、前記基板部の面に対して実質的に直交する平面を形成し、前記透光板の端面は、前記リブの外側面と実質的に同一平面を形成している。
本発明の固体撮像装置の製造方法において、好ましくは、前記複数本の金属リード片を形成するためのリード部を複数組含み、前記各リード部の前記内部端子部に相当する位置における厚みが前記基板部の厚みと実質的に同一であるように形成したリードフレームを用意し、前記リードフレームを、樹脂成形用金型の上金型における前記筐体の内部空間を形成する部分と下金型の間に、前記各リード部の内部端子部に相当する部分が挟み込まれてクランプされるように装着して前記筐体の樹脂成形を行う。
また、前記透明板を接合する際に、前記複数個の筐体に亘る大きさの前記透明板を前記リブ形成部材の上端面に載置し、前記各筐体毎に切断する際に、前記透明板も一括して切断するようにしてもよい。あるいは、前記透明板を接合する際に、前記各筐体に対して各々別個の前記透明板を、隣接する前記各透明板の端縁を前記リブ形成部材の溝上に互いの間に隙間を形成して載置し、前記隙間の領域において前記各固体撮像装置を各個片に分離するようにしてもよい。
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における固体撮像装置の断面図、図２は下面図、図３は側面図である。
１はエポキシ樹脂等の可塑性樹脂からなる筐体であり、平板状の基板部２上に矩形枠状のリブ３を配置した構造を、一体成形により作製したものである。筐体１の内部空間４に面した基板部２上に、撮像素子５が接合部材６により固定されている。リブ３の上端面には、例えばガラスからなる透光板７が接着剤８により接合され、それにより筐体１の内部空間４が封止されてパッケージが形成されている。リブ３の高さは、例えば０．３〜１．０ｍｍの範囲に設定される。リブ３の上端面には、外周に沿って低くなった低段部３ａが形成され、低段部３ａに充填された接着材８は厚い層を形成している。リブ３の最上端面と低段部３ａとの段差は、実用的には０．０５〜０．５ｍｍとすることが好ましい。
筐体１には、複数の金属リード片９が成形時に埋め込まれている。金属リード片９は、筐体１の内部空間４から外部に電気的な導出を行うための部材であり、基板部２の内部空間４側の面に露出した内部端子部９ａと、基板部２の裏面の内部端子部９ａと対応する位置に露出した外部端子部９ｂと、筐体１の外側面に露出した側面電極部９ｃとを有する。撮像素子５の電極（図示せず）と各金属リード片９の内部端子部９ａとは、各々金属細線１０により接続されている。パッケージ全体の厚みは、例えば２．０ｍｍ以下に設定される。図１の固体撮像装置から透光板７を取り去った状態の平面形状を、図４に示す。
この固体撮像装置においては、リブ３の上端面に低段部３ａが形成されていることにより、低段部３ａにおいて接着材８の体積を十分な大きさに確保できる。それにより、熱変形等に起因して、透明板７とリブ３との間に応力が作用した際に、低段部３ａの接着材８が歪みを緩和して、応力に対する強度が向上する。
また図１に示されるように、金属リード片９において、内部端子部９ａの位置に対応する裏面が、外部端子部９ｂとなる。また、それらの部分において金属リード片９は基板部２と実質的に同一の厚さを有する。従って、樹脂成形時に、内部端子部９ａと外部端子部９ｂを、上下の金型により挟持してクランプすることが可能である。それにより、内部端子部９ａの面が上金型の面に押圧されて密着し、樹脂ばりの発生が抑制される。金属リード片９におけるリブ３の下部に位置する部分は、ハーフエッチにより薄くされ、下面が樹脂に覆われている。
図１および３に示されるように、筐体１の各外側面すなわちリブ３の外周面は、基板部２の面に対して実質的に直交する平面を形成している。また、透光板７の端面および側面電極部９ｃの表面は、筐体１の外側面と実質的に同一平面を形成している。このような同一平面をなす形状は、例えば、製造工程においてリブ３および透明板７を一括して切断することにより、良好な平坦度をもって形成することが可能である。
（実施の形態２）
実施の形態２における固体撮像装置の製造方法について、図５〜７を参照して説明する。この製造方法は、実施の形態１に示した構造の固体撮像装置を製造する方法である。
先ず図５（ａ）に示すように、リードフレーム２１を用意する。リードフレーム２１は、図６の平面形状に示されるように、図１に示した金属リード片９を形成するためのリード部２２を複数個連結したものである。各リード部２２の内部端子部９ａに対応する位置における厚みは、基板部２の厚みと実質的に同一に設定される。リード部２２はその下面にハーフエッチにより形成された凹部２３を有し、後の工程においてこの部分で切断されることにより、図１に示した金属リード片９の形状になる。
次に、図５（ｂ）に示すように、リードフレーム２１を埋め込んで、基板部２４およびリブ形成部材２５からなる筐体２６を複数個含む樹脂成型体を一体成形する。成形後の平面形状を図７に示す。リード部２２の上下面は、各々基板部２４の上下面から露出するように埋め込まれて、各々内部端子部９ａおよび外部端子部９ｂを形成する。リブ形成部材２５は、隣接する筐体２６のリブを一本に合体して形成したものである。リブ形成部材２５の上端面には、その幅方向の中央部に配置され長さ方向に延在する溝部２５ａを設ける。
次に、図５（ｃ）に示すように、リブ形成部材２５により包囲された各筐体２６の内部空間内に、撮像素子５を接着材６により固定して、撮像素子５のパッド電極（図示せず）と各内部端子部９ａとを金属細線１０により接続する。更に、溝部２５ａを中心にしてリブ形成部材２５の上端面に接着材２８を塗布する。接着材２８の塗布量は、溝部２５ａ内を充填するのに必要な量よりも若干多く、後述のように透明板２７を載置したときに、溝部２５ａの両側に端面と透明板２７との間に接着材２８が適度の厚みで介在するように設定する。
次に図５（ｄ）に示すように、接着材２８が塗布されたリブ形成部材２５の上端面に透明板２７を載置して接合させる。
次に図５（ｅ）に示すように、透明板２７、リブ形成部材２５、リード部２２および基板部２４を、ダイシングブレード２９により切断して、図５（ｆ）に示すように、各固体撮像装置を形成する個片に分離する。切断は、図５（ｅ）に示したとおり、基板部２４に直交する方向であって、かつ平面形状において各リブ形成部材２５の幅を２分する方向に溝部２５ａ内で行う。その結果、分断された透明板２７、リブ形成部材２５、リード部２２および基板部２４により、１個の固体撮像装置を構成する透明板７と、基板部２およびリブ３からなる筐体１と、金属リード片９が形成される。リブ３の上端面には低段部３ａが残される。また、金属リード片９の側面電極部９ｃが露出する。
本実施の形態における製造方法によれば、工程を複雑化させることなく、低段部３ａに接着材２８が充填された構造を容易に作製することが可能である。また、溝部２５ａが形成されることによりリブ形成部材２５の樹脂の体積が減少し、熱による収縮・膨張を緩和する作用が得られる。
また、隣接する筐体２６の２本のリブを合体させて形成された１本のリブ形成部材２５は、１本のリブを個別に成形する場合の幅の２倍より小さい幅に設定可能である。したがって、これを図５（ｅ）に示すように半分に切断すれば、図５（ｆ）に示す各個片の固体撮像装置におけるリブ３の幅は、１本のリブを個別に成形した場合に比べると小さくなり、その分、固体撮像装置の面積が縮小される。
このようにしても、リブ形成部材２５の幅は、透明板２７を接合するための接着材の塗布には十分な範囲に確保可能である。極端な例では、個別に成形する場合の１本分の幅でリブ形成部材２５を成形し、それを２分割すれば、切断後のリブ３を幅を従来例の半分にすることができる。
また、リブ形成部材２５を幅方向に２分して切断することにより、切断面は基板部２４に垂直になる。これに対して、従来のようにリブを個別に成形する場合、リブの外側面には、成形後に金型から抜くためのテーパが形成される。従って、本実施の形態により作製されるリブは、テーパ部が存在しない分だけ、リブの幅が低減される。
さらに、透明板２７、リブ形成部材２５およびリード部２２が同一のダイシングブレード２９により一括して切断されるので、透明板２７の端面、筐体１の側面および金属リード片９の端面が形成するパッケージ側面は、実質的に同一平面となり、良好な平坦度を得ることができる。したがって、光学系を収容した鏡筒を装着する際、パッケージの側面を利用して、撮像素子５の受光部に対する光学系の位置決めを高精度で行うことができる。すなわち、パッケージの側面と鏡筒の内面の当接により水平位置を容易に位置決めすることができる。なお、垂直方向の位置決めは、回路基板面と鏡筒の下面との当接により行うことができる。
次に、上述の製造工程の図５（ｂ）に示した、樹脂による筐体の成形工程について、図８を参照して具体的に説明する。
まず図８（ａ）に示すように、上金型３０および下金型３１の間にリードフレームを配置して、リード部２２の上下面を、上金型３０および下金型３１でクランプする。下金型３１の上面は平面であるが、上金型３０の下面にはリブ形成部材２５を成形するための凹部３２が設けられている。凹部３２の底面には、溝部２５ａを成形するための凸部３０ａが形成されている。リード部２２を介材させることにより上金型３０および下金型３１の間に形成された空間部３３、上金型３０の凹部３２の空間部、およびリード部２２の凹部２３の空間部が、樹脂成形用のキャビティを形成する。
次に図８（ｂ）に示すように、キャビティに樹脂を充填して、基板部２４およびリブ形成部材２５を成形する。その後図８（ｃ）に示すように、金型を開いて、図５（ｂ）に示したような、筐体が連結された成型体を取り出す。
なお、凹部３２の底面に凸部３０ａを成形することに代えて、成形物排出用のイジェクトピンを、凸部３０ａと同一の形状、寸法とし、凸部３０ａと同一箇所に配置することにより溝部２５ａを成形するようにしてもよい。
また、上記の成形工程においては、リード部２２の上下面を、上金型３０および下金型３１でクランプすることにより、金型面とリード部２２の上下面が密着した状態を安定して得ることができる。また、上金型３０の凹部３２の境界部は、リード部２２の上面に配置される。以上の結果、成形による樹脂ばりの発生が効果的に抑制される。
また、筐体の樹脂成形に際して、金型とリードフレーム２１の間に、樹脂フラッシュバリの発生を抑制するための樹脂シートを介在させれば、ばりの発生をより効果的に抑制できる。
（実施の形態３）
実施の形態３における固体撮像装置の製造方法について、図９を参照して説明する。この製造方法は、実施の形態２に示した製造方法と概略同様であるが、透明板として、複数の固体撮像装置の領域に亘る大面積のものではなく、個別に装着される透明板を用いる点が相違する。初期の工程は図５（ａ）〜図５（ｃ）と同様であるので、説明を省略する。
まず図９（ａ）に示すように、リブ形成部材２５により包囲された各筐体２６の内部空間内に、撮像素子５を固定し、金属細線１０による接続を完了した後に、リブ形成部材２５の溝部２５ａを中心に上端面に接着材２８を塗布する。
次に図９（ｂ）に示すように、各筐体に個別に対応させた透明板３４を載置する。隣接する透明板３４の周端縁は、リブ形成部材２５の上端面の溝部２５ａ内で、互いに所定の間隙を形成する大きさに設定されている。従って、接着材２８の上に透明板３４を載置すると、透明板３４の間の間隙に接着材２８が入り込んで、フィレット３５を形成する。
次に、フィレット３５、リブ形成部材２５、リード部２２および基板部２４を、ダイシングブレード２９により切断して、図９（ｃ）に示すように、各固体撮像装置を形成する個片に分離する。切断は、実施の形態２の場合と同様に、基板部２４に直交する方向であって、かつ平面形状において各リブ形成部材２５の幅を２分する方向に溝部２５ａ内の位置で行う。その結果、分断されたリブ形成部材２５、リード部２２および基板部２４により、各々１個の固体撮像装置を構成する、基板部２およびリブ３からなる筐体１、金属リード片９が形成される。また、透明板３４の周端縁部にフィレット３６が残される。
この製造方法によれば、リブ形成部材２５の幅が十分に大きくなくとも、透明板３４の周端縁部にフィレット３６を形成して、透明板３４の接合を確実に行うことができる。
本発明の固体撮像装置は、熱変形等に起因して透明板とリブとの間に応力が作用した際に低段部の接着材が歪みを緩和し、応力に対する強度が向上するので、ビデオカメラやスチルカメラ等に用いるのに好適である。
本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す断面図 図１の固体撮像装置の下面図 図１の固体撮像装置の側面図 図１の固体撮像装置の透明板を取り去って示した平面図 本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図 同製造方法におけるリードフレームを示す平面図 同製造方法におけるリードフレームを埋め込んで成形された樹脂成型体を示す平面図 同製造方法における樹脂成形の工程を具体的に示す断面図 本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を示す断面図 従来例の固体撮像装置の断面図 同固体撮像装置の筐体の成形工程を示す断面図
符号の説明
１ 筐体
２ 基板部
３ リブ
３ａ 低段部
４ 内部空間
５ 撮像素子
６ 接合部材
７ 透光版
８ 接着材
９ 金属リード片
９ａ 内部端子部
９ｂ 外部端子部
９ｃ 側面電極部
１０ 金属細線
２１ リードフレーム
２２ リード部
２３ 凹部
２４ 基板部
２５ リブ形成部材
２５ａ 溝部
２６ 筐体
２７ 透明板
２８ 接着材
２９ ダイシングブレード
３０ 上金型
３０ａ 凸部
３１ 下金型
３２ 凹部
３３ 空間部
３４ 透明板
３５、３６ フィレット

Claims (7)

  1. 基板部および矩形枠状のリブが樹脂により一体成形された筐体と、前記筐体に埋め込まれ、前記筐体の内部空間に面する内部端子部および前記筐体の外部に露出した外部端子部を各々有する複数本の金属リード片と、前記筐体の内部空間において前記基板部上に固定された撮像素子と、前記撮像素子の電極と前記金属リード片の内部端子部とを各々接続する金属細線と、前記リブの上端面に接合された透光板とを備えた固体撮像装置において、
    前記リブの上端面に外周に沿って低くなった低段部が形成され、少なくとも前記低段部に充填された接着材により前記透光板が前記リブの上端面に接合されていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記各金属リード片は、前記内部端子部の位置における厚みが前記基板部の厚みと実質的に同一であり、前記内部端子部の位置に対応する裏面に前記外部端子部が形成された請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記リブの外側面は、前記基板部の面に対して実質的に直交する平面を形成し、前記透光板の端面は、前記リブの外側面と実質的に同一平面を形成している請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 基板部および矩形枠状のリブにより形成される筐体を複数個一括して、且つ前記筐体の各々に配置される複数本の金属リード片とともに一体的に樹脂成形して、前記各金属リード片により内部端子部および外部端子部を形成し、隣接する前記各筐体を形成する前記各リブを１本に合体させてリブ形成部材とするとともに、前記リブ形成部材の上端面にはその幅方向の中央部に配置され長さ方向に延在する溝部を設ける工程と、
    前記各筐体の内部空間内の前記基板部上にそれぞれ撮像素子を固定する工程と、
    前記撮像素子の電極と前記各金属リード片の前記内部端子部とを各々接続する工程と、
    前記リブ形成部材の少なくとも前記溝を含む上端面に接着材を充填する工程と、
    前記リブ形成部材の上端面に前記透明板を載置して接合する工程と、
    前記各筐体毎に、前記基板部に直交し且つ前記各リブ形成部材の幅を２分する方向に前記溝内で切断して、固体撮像装置を各個片に分離する工程と
    を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  5. 前記筐体を前記複数本の金属リード片とともに一体的に樹脂成形する工程においては、
    前記複数本の金属リード片を形成するためのリード部を複数組含み、前記各リード部の前記内部端子部に相当する位置における厚みが前記基板部の厚みと実質的に同一であるように形成したリードフレームを用意し、
    前記リードフレームを、樹脂成形用金型の上金型における前記筐体の内部空間を形成する部分と下金型の間に、前記各リード部の内部端子部に相当する部分が挟み込まれてクランプされるように装着して前記筐体の樹脂成形を行う請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
  6. 前記透明板を接合する際に、前記複数個の筐体に亘る大きさの前記透明板を前記リブ形成部材の上端面に載置し、前記各筐体毎に切断する際に、前記透明板も一括して切断する請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
  7. 前記透明板を接合する際に、前記各筐体に対して各々別個の前記透明板を、隣接する前記各透明板の端縁を前記リブ形成部材の溝上に互いの間に隙間を形成して載置し、前記隙間の領域において前記各固体撮像装置を各個片に分離する請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
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