JP4264620B2 - 固体撮像装置及び固体撮像装置を基板上に実装する実装方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置、並びにかかる固体撮像装置を基板上に実装する実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などの固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置は、例えばディジタル・スチル・カメラや、ディジタル・ムービー・カメラなどの製品に組込まれて用いられている。また、これらの製品においては、通常、そのような固体撮像装置を基板上に実装し、その基板を、結像レンズ系を組付けたカメラのハウジングに取付けるようにしている。
【０００３】
かかる構成のディジタル・カメラにおいて、良好な画質を得るためには、パッケージ内に収容した固体撮像素子（以下「チップ」という）の光軸と、結像レンズ系の光軸とを、高精度で一致させねばならない。しかしながら実際には、様々な要因によって、それら光軸の不一致が発生し、その要因には、カメラのハウジングに対する結像レンズ系の組付誤差、カメラのハウジングに対する基板の取付誤差、基板に対する固体撮像装置のパッケージの実装誤差、それに、固体撮像装置のパッケージに対するチップの組付誤差がある。
【０００４】
これらのうち、カメラのハウジングに対する結像レンズ系の組付誤差と、カメラのハウジングに対する基板の取付誤差とは、小さく抑えることが容易である。その理由は、カメラのハウジング、結像レンズ系、それに固体撮像素子を実装する基板は、加工精度を出し易い適度の大きさを有する部品だからであり、通常の精密加工機械ないし精密加工法を用いてそれら部品を製造するだけで、これらの誤差は非常に小さなものにすることができる。
【０００５】
一方、基板に対する固体撮像装置のパッケージの実装誤差と、固体撮像装置のパッケージに対するチップの組付誤差とは、小さく抑えることが困難であり、これら誤差の許容値を厳しくすると、固体撮像装置の製品検査における不良率が大幅に上昇し、製造コストがはね上がるという問題があった。これらの誤差を縮小することが困難であるのは、パッケージ及びチップが極めて小さいことに原因している。
【０００６】
即ち、固体撮像装置を基板上に実装する際には、固体撮像装置のパッケージを高精度でその基板に対して位置合せするが、その位置合せは、パッケージの側面や底面、それらの面の縁部、ないしは、パッケージの外面に形成した基準穴や切欠き部などの、パッケージの外面の所定部分を基板に対して位置合せすることによって実施される。ところが、プラスチックやセラミックを素材とするパッケージでは、加工時のバリや成形時の変形などで寸法的なばらつきが発生し、位置決めの基準となるパッケージの外面の所定部分が、その寸法的なばらつきの影響を受けることになる。
【０００７】
より具体的には、加工時のバリや成形時の変形は微小なものであるが、パッケージそのものが非常に小さいことから、それらバリや変形のために、基板に実装したパッケージの姿勢が傾き、それによって、チップの光軸が傾いてしまうのである。また、チップはパッケージより更に小さいため、チップをパッケージにダイボンドするために塗布した接着剤の層が一様な厚さにならず、僅かに楔形になるだけで、チップがパッケージに対して傾き、それによっても、チップの光軸は傾いてしまう。
【０００８】
従って、完成したカメラにおいて、基板上に実装されている固体撮像装置のチップの光軸と、結像レンズ系の光軸とは、それらの延在方向が同一ではなく、誤差を有する。そして、両者の光軸の延在方向に誤差があるということは、チップの表面（光入射面）が、結像レンズ系の光軸の延在方向に対して直交する方向からずれて傾斜していることを意味しており、この傾斜角は、チップのアオリ角と呼ばれている。
【０００９】
固体撮像装置を基板上に実装したとき、その固体撮像装置のチップは基板上の正しい位置に、正しい姿勢で位置付けられていなければならないが、実際には、その位置及び姿勢に必ず誤差が付随しており、そのような誤差は、チップのアライメント誤差と呼ばれる。チップのアライメント誤差には、上述のアオリ角の他に、チップの光軸が基板上の目標位置からどれだけずれているかを表す２次元位置誤差や、チップの画素アレイの配列方向が基板に対して規定された目標配列方向からどれほどずれて回転しているかを表す回転誤差などがあるが、それらアライメント誤差のうちでも、アオリ角は、画像の歪を発生させるものであるため、特に有害なアライメント誤差であるといえる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、固体撮像素子（チップ）をパッケージに収容して成る固体撮像装置を使用したディジタル・スチル・カメラやディジタル・ムービー・カメラなどにおいて、良好な画質を得るために、チップの光軸と結像レンズ系の光軸とを高精度で一致させようとするとき、基板に対するパッケージの実装誤差と、パッケージに対するチップの組付誤差とによって発生する、基板に対するチップのアライメント誤差がボトルネックとなって、それら光軸を高精度で一致させることが困難であるという問題が生じていた。
【００１１】
この問題は、高い寸法精度を有するパッケージを製作し、そのパッケージにチップをダイボンドする際の取付精度を上げることによって、解決されるものであるが、しかしながら、固体撮像装置のパッケージが、プラスチックやセラミックなどの素材で形成されること、本質的に３次元的な形状を有すること、それに、非常に小さな部品であることから、低コストで高精度のパッケージを製作することは極めて困難であり、また、チップはパッケージより更に小さいことから、ダイポンドの際にチップの姿勢が僅かに傾いてしまうのを、完全に防止することは更に困難である。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装したときの、その基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができ、しかもそれを低コストで実現し得る、固体撮像装置を提供することにある。
本発明の更なる目的は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装したときの、その基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができ、しかもそれを低コストで実現し得る、固体撮像装置を基板上に実装する実装方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる固体撮像装置は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る固体撮像装置の実装方法は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装する実装方法において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を計測し、計測したアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設け、個々の前記固体撮像装置を基板上に実装する際に、当該固体撮像装置の前記パッケージに設けられた前記マークを読取り、そのマークが表しているアライメント誤差を補償するように当該固体撮像装置の位置ないし姿勢を補正した状態で当該固体撮像装置を基板上に実装することを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる固体撮像装置ないしは固体撮像装置の実装方法によれば、個々の固体撮像装置を基板上に実装する段階で、基板に対するその固体撮像装置の固体撮像素子のアライメント誤差を補償することができることから、基板に対するパッケージの実装誤差を小さく抑える必要も、また、パッケージに対する固体撮像素子の組付誤差を小さく抑える必要もない。従って、高い寸法精度を有するパッケージを製作するなどの、それらの誤差を低減するためのコストが不要となるため、低コストで、基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明して行く。
図１は本発明の実施の形態に係る固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を示した図であって（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。図２はシールガラスに設けるアライメントマークの第１の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。図３はシールガラスに設けるアライメントマークの第２の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。図４は固体撮像装置を基板上に実装する実装マシンが実行する実装作業の概要を示したフローチャートである。
【００１６】
図１に、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１０を示した。この固体撮像装置１０は、固体撮像素子（以下「チップ」という）１２を、パッケージ１４に収容して成るものであり、チップ１２は、例えばＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などの固体撮像素子である。
パッケージ１４は、上方が開放した素子収容部１６ａを有するパッケージボディ１６と、このパッケージボディ１６の上方を覆うことで素子収容部１６ａを封止する平板状のシールガラス１８とを備えている。
【００１７】
パッケージボディ１６は、様々な材料を用いて様々な製作方法により製作することができるが、典型的な一例は、プラスチックやセラミックなどを素材として成形加工により製作するというものである。パッケージボディ１６の全体形状は略々長方形であり、従って、その平面視形状は略々矩形である。また、このパッケージボディ１６は非常に小さな部品であり、その平面視形状における縦横寸法は、例えば３〜５ｍｍ程度のものである。
【００１８】
シールガラス１８は、図示の実施の形態では、矩形の平板状であり、その厚さは０．５ｍｍ程度である。また、シールガラス１８の縦横寸法は、パッケージボディ１６の平面視形状における縦横寸法より２〜３ｍｍ大きくしてあり、これによって、シールガラス１８の周縁部がパッケージボディ１６の側面より外側へ張出すようにしてある。
【００１９】
固体撮像装置１０を組立てるには、先ず、従来の組立方式により、パッケージボディ１６にチップ１２をダイボンドする。このとき、チップ１２の表面（光入射面）を上方へ向けて、後にパッケージボディ１６に貼着するシールガラス１８を透してチップ１２の表面へ光が入射するようにし、チップ１２の底面に塗布した接着剤によって、チップ１２を素子収容部１６ａの中に配設して固定する。続いて、パッケージボディ１６に装備したリード（不図示）と、チップ１２のコンタクトパッド（不図示）とを、金線２０でワイヤボンドする。
【００２０】
続いて、パッケージボディ１６の上縁部に接着剤２２を塗布し、そこにシールガラス１８を貼着することによって、シールガラス１８で素子収容部１６ａを封止する。このとき、矩形のシールガラス１８の中心と、同じく矩形のパッケージボディ１６の平面視中心とが±０．５ｍｍ以内の精度で揃うようにすると共に、貼着に使用する接着剤２２の、パッケージボディ１６の外側へのはみ出し幅が、０．５ｍｍ以内に収まるようにする。既述の如く、シールガラス１８の縦横寸法は、パッケージボディ１６の平面視形状の縦横寸法より２〜３ｍｍ大きくしてあるため、これらのようにすることで、シールガラス１８の周縁部に、少なくとも０．５ｍｍ幅の、接着剤２２が付着していないマージン部分２４が確保される。シールガラス１８の周辺部にこのようなマージン部分２４を確保するのは、図示の実施の形態では、シールガラス１８の裏面（下面）１８ａの、このマージン部分２４に、後述するアライメントマークをプリントするようにしているからであり、もしアライメントマークをこの位置にプリントしないのであれば、これらの配慮は不要である。
【００２１】
次に、パッケージ１４の外面の所定部分を基板に対して位置合せして固体撮像装置１０を基板上に実装したときに生じることになる、その基板に対するチップ１２のアライメント誤差（即ち、パッケージ１４の外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じるチップ１２のアライメント誤差）を計測し、そして、そのアライメント誤差を表したアライメントマーク２６をパッケージ１４に設ける。
【００２２】
この「パッケージ１４の外面の所定部分」について説明すると、一般的に、固体撮像装置を基板上に実装する際には、固体撮像装置のパッケージを高精度でその基板に対して位置合せし、その位置合せは、パッケージの側面や底面、それらの面の縁部、ないしは、パッケージの外面に形成した基準穴や切欠き部などの、パッケージの外面の所定部分を基板に対して位置合せすることによって実施される。このように、位置合せの際に基準として用いられる部分が、上で述べた「パッケージ１４の外面の所定部分」である。そして、図示の実施の形態では、パッケージボディ１６の側面及び底面を、この位置決めのための所定部分として使用している。
【００２３】
また、アライメントマーク２６をパッケージ１４に設ける方法としては、印字（プリント）方式を採用している。
【００２４】
これらの、チップ１２のアライメント誤差の計測と、アライメントマーク２６のプリントとは、それらを実施するために特別に構成した計測／プリント装置によって実施される。この計測／プリント装置は、（１）固体撮像装置１０を基板表面に実装したときの状態を出現させるための、水平な載置面を備えたテーブルと、（２）固体撮像装置１０を把持し、そのパッケージボディ１６の側面及び底面をテーブルの載置面上の所定位置に位置合せすることで、固体撮像装置１０を計測位置に位置付ける位置決め機構と、（３）計測位置に位置決めされた固体撮像装置１０のシールガラス１８越しに、チップ１２の表面（光入射面）に形成されている特徴部分２８の高さを計測する光学測長器と、（４）光学測長器の計測結果を計算処理してチップ１２のアオリ角情報を抽出する処理機構と、（５）アオリ角情報を表すアライメントマーク２６を、シールガラス１８にプリントするプリント機構とを備えている。尚、処理機構はマイクロコンピュータで構成するのが好ましく、光学測長器としてはレーザ測長器などを使用するのがよい。
【００２５】
光学測長器によって高さを計測する、チップ１２の表面の特徴部分２８としては、このチップ１２の表面に元々形成されているパターンのうちから、独特の形状のパターンを選択して利用してもよく、或いは、光学測長器で計測するためのパターンを特別に形成するようにしてもよい。図示例では、チップ１２の表面の四隅に夫々形成されている合計４箇所の特徴部分２８の高さを計測するようにしているが、必ずしも４箇所の特徴部分の計測を行う必要はなく、同一直線状にない少なくとも３箇所の特徴部分の計測を行うようにしてもよい。尚、特徴部分どうしの間隔は広い方が、計測精度が良好となるため、チップの隅に形成されている特徴部分を選択することが好ましい。
【００２６】
もし、計測したチップ１２の表面の複数の特徴部分２８の高さが全て等しかったならば、それは、チップ１２の表面が完全に水平であることを意味しており、従って、計測／プリント装置のテーブルの載置面に対して完全に平行であることを意味している。この場合には、その固体撮像装置１０を基板上に実装したときに、チップ１２の光軸が基板の表面に対して正確に垂直になる。
【００２７】
しかしながら、一般的には、チップ１２の表面は水平に対して多少なりとも傾斜しており、計測対象の複数の特徴部分２８の高さは互いに等しくない。チップ１２の表面が傾斜しているのは、プラスチックやセラミックを素材とするパッケージでは、加工時のバリや成形時の変形などで寸法的なばらつきが発生し、位置決めの基準となるパッケージの外面の所定部分が、その寸法的なばらつきの影響を受けるからであり、例えば、パッケージ１６の底面にバリが突出していれば、パッケージ１６が傾くことによって、チップ１２の表面が傾斜する。加工時のバリや成形時の変形は微小なものであるが、パッケージそのものが非常に小さいことから、それらバリや変形のために、基板に実装したパッケージの姿勢が傾き、それによって、チップ１２の表面が傾いてしまうのである。また、チップ１２はパッケージ１６より更に小さいため、チップ１２をパッケージ１６にダイボンドするために底面に塗布した接着剤の層が一様な厚さとならず、僅かに楔形になるだけでも、チップ１２がパッケージ１６に対して傾いてしまい、それによってチップ１２の表面が傾斜することもある。固体撮像装置を搭載した基板の表面に対するチップの傾斜角は、アオリ角と呼ばれている。
【００２８】
固体撮像装置１０を基板上に実装したならば、固体撮像装置１０のチップ１２が基板上の正しい位置に、正しい姿勢で位置付けられるようにしなければならないが、実際には、チップ１２の位置及び姿勢には必ず誤差が付随し、そのような誤差は、チップのアライメント誤差と呼ばれている。チップのアライメント誤差には、上述のアオリ角の他に、パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときにチップの光軸が基板上の当該チップを位置付けるべき目標位置からどれだけずれているかを表す２次元位置誤差や、パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときにチップの画素アレイの配列方向が基板に対して規定された目標配列方向からどれほどずれて回転しているかを表す回転誤差などがあるが、それらアライメント誤差のうちでも、アオリ角は、画像の歪を発生させるものであるため、特に有害なアライメント誤差であるといえる。
【００２９】
マイクロコンピュータで構成する処理機構は、チップ１２の表面の複数の特徴部分２８の高さの計測値から、チップ１２のアオリ角を表すアオリ角情報（これは、換言するならば、アライメント誤差情報である）を抽出して保存する。このアオリ角情報は、例えば、最も高さの低い特徴部分２８と、その他の各々の特徴部分２８との間の、高さの差などで表される。
【００３０】
アライメントマーク２６をプリントするためのプリント機構としては、印字跡形状再現性及び印字位置精度の高い、レーザ刻印機やインクジェット式印字機などを使用するのがよい。アライメントマーク２６をプリントする位置は、図示の実施の形態では、シールガラス１８の裏面（下面）１８ａのマージン部分２４であるが、パッケージ１４のその他の箇所にアライメントマークを設けるようにしてもよい。ただし、パッケージ１４に設けたアライメントマーク２６は、後述する実装マシンが、固体撮像装置１０を基板上に実装する際に、それを読取るものであるため、固体撮像装置１０を上方から眺めたときに視認できる位置に設けることが好ましい。図示の実施の形態のように、シールガラス１８の裏面１８ａに設けたアライメントマーク２６は、このシールガラス１８を透して上方から視認することが可能である。また、シールガラス１８の表面（上面）１８ｂにアライメントマークをプリントするようにしてもよいが、シールガラス１８の裏面（下面）１８ａのマージン部分２４にプリントする方が、固体撮像装置１０を基板上に実装する前に、取り扱い中に擦れて損傷するおそれが小さいという点で好ましい。また、インクジェット印字機を使用してシールガラス１８にアライメントマーク２６をプリントする場合には、シールガラス１８のプリント箇所に予め有機膜等を形成しておけば、プリントしたアライメントマークの鮮鋭度を増すことができるため好都合である。
【００３１】
図２及び図３に、アライメントマークの２つの具体例を示した。図２のアライメントマークは、アオリ角情報を長さで表す３つのバー形状のマークエレメント２８ａ、２８ｂ、２８ｃの集合から成り、それらマークエレメント２８ａ〜２８ｃは、シールガラス１８の四隅のうちの３つの隅のマージン部分にプリントされている。アオリ角は、傾斜の向きと大きさとを有するベクトル量であるため、２方向の成分に分解して表すことができる。図２のアライメントマークは、アオリ角を、図の上下方向の傾斜成分と左右方向の傾斜成分とに分解して表すものであり、マークエレメント２８ａ〜２８ｃの長さによってそれら成分を表すようにしている。アオリ角がゼロのとき（チップ１２の表面が水平のとき）には、図２の（ａ）に示したように、３つのマークエレメント２８ａ〜２８ｃの長さは等しい。図２の（ｂ）は、図の右下が高く、左上が低く、矢印Ａ２で示した方向にチップ１２が傾斜している場合のマークエレメント２８ａ〜２８ｃを図示したものである。
【００３２】
図２の（ｂ）では、図２の（ａ）と比べて、左上のマークエレメント２８ａが短く、左下のマークエレメント２８ｂが長くなっており、これによって、図の上下方向の傾斜成分が表されている。即ち、これら２つのマークエレメント２８ａと２８ｂとの長さの差が大きいほど、上下方向の傾斜が大きく、長いマークエレメントから短いメークエレメントの方へ傾斜していることを表している。右下のマークエレメント２８ｃは、これ１つだけで、チップ１２の図の左右方向の傾斜成分を表しており、その長さが図２の（ａ）に示した水平時の長さより長ければチップ１２の右側の方が高く、それより短ければチップ１２の左側の方が高く、水平時の長さとの差が大きいほど傾斜が大きい。
【００３３】
図３のアライメントマークは、アオリ角情報を長さで表す４つのバー形状のマークエレメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの集合から成り、それらマークエレメント３０ａ〜３０ｄは、夫々、シールガラス１８の四隅のマージン部分にプリントされている。図３のアライメントマークは、アオリ角を、図の左上から右下への対角方向の傾斜成分と、右上から左下への対角方向の傾斜成分とに分解して表している。アオリ角がゼロのときには、図３の（ａ）に示したように、それらマークエレメント３０ａ〜３０ｄの長さは等しい。図３の（ｂ）は、図中の矢印Ａ３で示したように、図の上側の部分が高く、下側の部分が低くなるようにチップ１２が傾斜している場合のマークエレメント３０ａ〜３０ｄを図示したものである。各傾斜成分の傾斜の大きさは、対角上に位置する一対のマークエレメントの長さの差によって表され、その傾斜の向きは、長い方のマークエレメントから短い方のマークエレメントへ向かう方向として表される。
【００３４】
以上に示したアライメントマークの具体例以外にも、様々な形態のアライメントマークを採用することができる。例えば、アライメント誤差情報をドットの個数で表すドット形状のマークエレメントの集合から成るアライメントマークを用いることも可能である。このようなドット形状のマークエレメントを、上で説明したバー形状のマークエレメントと同様の位置にプリントし、上の例ではバーの長さで表していたものを、ドットの個数で表すようにすればよい。このようなアライメントマークでは、ドットの最大個数によってアライメント誤差情報の解像度が決まるため、必要とあらば、シールガラス１８のマージン部分２４の幅を広げたり、ドットの寸法を小さくするなどして、十分な解像度を確保するようにすればよい。
【００３５】
既述のごとく、アライメントマークは、実装マシンが、固体撮像装置１０を基板上に実装する際に、それを読取るものであるため、機械による読取りが容易な形態のものとすることが好ましく、その観点から、図２及び図３に示したようなバー形状のマークエレメントや、上で説明したようなドット形状のマークエレメントを、３つないし４つ組合せた形態のアライメントマークは、望ましい形態のアライメントマークであるといえる。
【００３６】
また、固体撮像素子１０を実装した基板に対するチップ１２のアライメント誤差には、以上に説明したアオリ角の他に、先に言及した２次元位置誤差や回転誤差等がある。２次元位置誤差は、基板に対して規定されているチップ１２の光軸の目標位置からの、実際の光軸位置のずれに対応したアライメント誤差であり、回転誤差は、基板に対して規定されているチップ１２の画素アレイの目標配列方向からの、実際の配列方向のずれに対応したアライメント誤差である。これらのアライメント誤差も、チップ１２の表面の複数の特徴部分２８の位置を計測することで測定可能であり、そのようなアライメント誤差を表すアライメントマークをパッケージ１４に設けるようにしてもよい。
【００３７】
以上のようにしてパッケージ１４にアライメントマークを設けたならば、固体撮像装置１０は製品として完成する。固体撮像装置の製造会社は、完成した製品をユーザへ出荷し、或いは、自社の電子機器製造部へ移出する。固体撮像装置を購入したユーザや、収受した電子機器製造部は、固体撮像装置を使用して、例えばディジタル・スチル・カメラや、ディジタル・ムービー・カメラを製造する。そして、それらを製造する際に、個々の固体撮像装置のパッケージに設けられているアライメントマークを利用することで、固体撮像装置を基板上に高精度で実装することができる。
【００３８】
これより、固体撮像装置１０のパッケージ１４に設けられているアライメントマーク２６を利用して、固体撮像装置１０を基板上に高精度で実装する実装作業の具体例について説明する。この実装作業は、例えば、それを実施するために特別に構成した実装マシンなどによって実施されるものであり、そのような実装マシンは、（１）基板上の固体撮像装置を実装しようとする実装目標位置の近傍領域を観察して、その領域へ移動された実装しようとする固体撮像装置の位置を計測すると共に、その固体撮像装置のアライメントマークを読取るビジョンカメラと、（２）ビジョンカメラが読取ったアライメントマークに画像処理を施して、そのアライメントマークが表しているアオリ角情報を抽出する画像処理機構と、（３）固体撮像装置を把持して所望の位置へ所望の姿勢で位置付けるマニピュレータと、（４）予め格納されている固体撮像装置の実装目標位置情報と画像処理機構が抽出したアオリ角情報とに基づいて、マニピュレータを制御することで、固体撮像装置を基板上に実装させる制御機構とを備えた構成のものとすることができる。ただし、本発明にかかる固体撮像装置並びに本発明に係る実装方法は、これ以外の構成の実装マシンにおいて利用することも可能であり、また、実装マシンを使用しない場合にも、効果的に利用し得るものである。
【００３９】
図４は、以上のような構成の実装マシンが実行する実装作業の概要を示したフローチャートである。実装マシンは、先ず、実装しようとする固体撮像装置を、基板上の、実装目標位置の近傍領域へ移動させ（Ｓ４０２）、その固体撮像装置のパッケージの外面の所定部分（例えば、側面及び底面）を基板に対して位置合せすることで、その固体撮像装置を基板上に暫定的に位置決めする（Ｓ４０４）と共に、その固体撮像装置のパッケージに設けられたアライメントマークを読取る（Ｓ４０６）。
【００４０】
続いて、読取ったアライメントマークに画像処理を施して、そのアライメントマークが表しているアオリ角情報を抽出する（Ｓ４０８）。次に、そのアオリ角情報によって表されている、その固体撮像装置のチップのアオリ角を補償するために、その固体撮像装置のパッケージの位置及び姿勢に対してどれほどの補正を加えればよいかを算出する（Ｓ４１０）。次に、基板上に暫定的に位置決めされている固体撮像装置を把持して、一旦基板の表面から持ち上げ、その固体撮像装置のパッケージの底面に瞬間接着剤を塗布する（Ｓ４１２）。
【００４１】
続いて、先に算出したその固体撮像装置のパッケージの位置及び姿勢の補正量に従って、暫定的に位置決めしたパッケージの当所の目標位置に、必要なシフト及び回転を加えた新たな目標位置へ、そのパッケージを位置付け（Ｓ４１４）、そして、この状態で瞬間接着剤が硬化するのを待ち（Ｓ４１６）、それが硬化したならば、その固体撮像装置は、アライメントマークが表しているアオリ角を補償するようにその位置及び姿勢が補正された状態で、基板上に実装されている。この後、はんだペーストなどを使用して、実装した固体撮像装置の電気的接続を行えばよい。尚、チップの２次元位置誤差や回転誤差も、上で説明したアオリ角の補償と同様の手順に従って、固体撮像装置を基板上に実装する際に補償することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設ける構成とした。また、本発明に係る固体撮像装置の実装方法は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装する実装方法において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を計測し、計測したアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設け、個々の前記固体撮像装置を基板上に実装する際に、当該固体撮像装置の前記パッケージに設けられた前記マークを読取り、そのマークが表しているアライメント誤差を補償するように当該固体撮像装置の位置ないし姿勢を補正した状態で当該固体撮像装置を基板上に実装するようにした。
【００４３】
そのため、個々の固体撮像装置を基板上に実装する段階で、基板に対するその固体撮像装置の固体撮像素子のアライメント誤差を補償することができることから、基板に対するパッケージの実装誤差を小さく抑える必要も、また、パッケージに対する固体撮像素子の組付誤差を小さく抑える必要もない。従って、高い寸法精度を有するパッケージを製作するなどの、それらの誤差を低減するためのコストが不要となるため、低コストで、基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を示した図であって（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。
【図２】 シールガラスに設けるアライメントマークの第１の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。
【図３】 シールガラスに設けるアライメントマークの第２の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。
【図４】 固体撮像装置を基板上に実装する実装マシンが実行する実装作業の概要を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０……固体撮像装置、１２……固体撮像素子（チップ）、１４……パッケージ、１６……パッケージボディ、１８……シールガラス、２２……接着剤、２４……マージン部分、２６……アライメントマーク、２２ａ〜２２ｃ……マークエレメント、２８ａ〜２８ｄ……マークエレメント。
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置、並びにかかる固体撮像装置を基板上に実装する実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などの固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置は、例えばディジタル・スチル・カメラや、ディジタル・ムービー・カメラなどの製品に組込まれて用いられている。また、これらの製品においては、通常、そのような固体撮像装置を基板上に実装し、その基板を、結像レンズ系を組付けたカメラのハウジングに取付けるようにしている。
【０００３】
かかる構成のディジタル・カメラにおいて、良好な画質を得るためには、パッケージ内に収容した固体撮像素子（以下「チップ」という）の光軸と、結像レンズ系の光軸とを、高精度で一致させねばならない。しかしながら実際には、様々な要因によって、それら光軸の不一致が発生し、その要因には、カメラのハウジングに対する結像レンズ系の組付誤差、カメラのハウジングに対する基板の取付誤差、基板に対する固体撮像装置のパッケージの実装誤差、それに、固体撮像装置のパッケージに対するチップの組付誤差がある。
【０００４】
これらのうち、カメラのハウジングに対する結像レンズ系の組付誤差と、カメラのハウジングに対する基板の取付誤差とは、小さく抑えることが容易である。その理由は、カメラのハウジング、結像レンズ系、それに固体撮像素子を実装する基板は、加工精度を出し易い適度の大きさを有する部品だからであり、通常の精密加工機械ないし精密加工法を用いてそれら部品を製造するだけで、これらの誤差は非常に小さなものにすることができる。
【０００５】
一方、基板に対する固体撮像装置のパッケージの実装誤差と、固体撮像装置のパッケージに対するチップの組付誤差とは、小さく抑えることが困難であり、これら誤差の許容値を厳しくすると、固体撮像装置の製品検査における不良率が大幅に上昇し、製造コストがはね上がるという問題があった。これらの誤差を縮小することが困難であるのは、パッケージ及びチップが極めて小さいことに原因している。
【０００６】
即ち、固体撮像装置を基板上に実装する際には、固体撮像装置のパッケージを高精度でその基板に対して位置合せするが、その位置合せは、パッケージの側面や底面、それらの面の縁部、ないしは、パッケージの外面に形成した基準穴や切欠き部などの、パッケージの外面の所定部分を基板に対して位置合せすることによって実施される。ところが、プラスチックやセラミックを素材とするパッケージでは、加工時のバリや成形時の変形などで寸法的なばらつきが発生し、位置決めの基準となるパッケージの外面の所定部分が、その寸法的なばらつきの影響を受けることになる。
【０００７】
より具体的には、加工時のバリや成形時の変形は微小なものであるが、パッケージそのものが非常に小さいことから、それらバリや変形のために、基板に実装したパッケージの姿勢が傾き、それによって、チップの光軸が傾いてしまうのである。また、チップはパッケージより更に小さいため、チップをパッケージにダイボンドするために塗布した接着剤の層が一様な厚さにならず、僅かに楔形になるだけで、チップがパッケージに対して傾き、それによっても、チップの光軸は傾いてしまう。
【０００８】
従って、完成したカメラにおいて、基板上に実装されている固体撮像装置のチップの光軸と、結像レンズ系の光軸とは、それらの延在方向が同一ではなく、誤差を有する。そして、両者の光軸の延在方向に誤差があるということは、チップの表面（光入射面）が、結像レンズ系の光軸の延在方向に対して直交する方向からずれて傾斜していることを意味しており、この傾斜角は、チップのアオリ角と呼ばれている。
【０００９】
固体撮像装置を基板上に実装したとき、その固体撮像装置のチップは基板上の正しい位置に、正しい姿勢で位置付けられていなければならないが、実際には、その位置及び姿勢に必ず誤差が付随しており、そのような誤差は、チップのアライメント誤差と呼ばれる。チップのアライメント誤差には、上述のアオリ角の他に、チップの光軸が基板上の目標位置からどれだけずれているかを表す２次元位置誤差や、チップの画素アレイの配列方向が基板に対して規定された目標配列方向からどれほどずれて回転しているかを表す回転誤差などがあるが、それらアライメント誤差のうちでも、アオリ角は、画像の歪を発生させるものであるため、特に有害なアライメント誤差であるといえる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、固体撮像素子（チップ）をパッケージに収容して成る固体撮像装置を使用したディジタル・スチル・カメラやディジタル・ムービー・カメラなどにおいて、良好な画質を得るために、チップの光軸と結像レンズ系の光軸とを高精度で一致させようとするとき、基板に対するパッケージの実装誤差と、パッケージに対するチップの組付誤差とによって発生する、基板に対するチップのアライメント誤差がボトルネックとなって、それら光軸を高精度で一致させることが困難であるという問題が生じていた。
【００１１】
この問題は、高い寸法精度を有するパッケージを製作し、そのパッケージにチップをダイボンドする際の取付精度を上げることによって、解決されるものであるが、しかしながら、固体撮像装置のパッケージが、プラスチックやセラミックなどの素材で形成されること、本質的に３次元的な形状を有すること、それに、非常に小さな部品であることから、低コストで高精度のパッケージを製作することは極めて困難であり、また、チップはパッケージより更に小さいことから、ダイポンドの際にチップの姿勢が僅かに傾いてしまうのを、完全に防止することは更に困難である。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装したときの、その基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができ、しかもそれを低コストで実現し得る、固体撮像装置を提供することにある。
本発明の更なる目的は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装したときの、その基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができ、しかもそれを低コストで実現し得る、固体撮像装置を基板上に実装する実装方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる固体撮像装置は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る固体撮像装置の実装方法は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装する実装方法において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を計測し、計測したアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設け、個々の前記固体撮像装置を基板上に実装する際に、当該固体撮像装置の前記パッケージに設けられた前記マークを読取り、そのマークが表しているアライメント誤差を補償するように当該固体撮像装置の位置ないし姿勢を補正した状態で当該固体撮像装置を基板上に実装することを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる固体撮像装置ないしは固体撮像装置の実装方法によれば、個々の固体撮像装置を基板上に実装する段階で、基板に対するその固体撮像装置の固体撮像素子のアライメント誤差を補償することができることから、基板に対するパッケージの実装誤差を小さく抑える必要も、また、パッケージに対する固体撮像素子の組付誤差を小さく抑える必要もない。従って、高い寸法精度を有するパッケージを製作するなどの、それらの誤差を低減するためのコストが不要となるため、低コストで、基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明して行く。
図１は本発明の実施の形態に係る固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を示した図であって（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。図２はシールガラスに設けるアライメントマークの第１の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。図３はシールガラスに設けるアライメントマークの第２の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。図４は固体撮像装置を基板上に実装する実装マシンが実行する実装作業の概要を示したフローチャートである。
【００１６】
図１に、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１０を示した。この固体撮像装置１０は、固体撮像素子（以下「チップ」という）１２を、パッケージ１４に収容して成るものであり、チップ１２は、例えばＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などの固体撮像素子である。
パッケージ１４は、上方が開放した素子収容部１６ａを有するパッケージボディ１６と、このパッケージボディ１６の上方を覆うことで素子収容部１６ａを封止する平板状のシールガラス１８とを備えている。
【００１７】
パッケージボディ１６は、様々な材料を用いて様々な製作方法により製作することができるが、典型的な一例は、プラスチックやセラミックなどを素材として成形加工により製作するというものである。パッケージボディ１６の全体形状は略々長方形であり、従って、その平面視形状は略々矩形である。また、このパッケージボディ１６は非常に小さな部品であり、その平面視形状における縦横寸法は、例えば３〜５ｍｍ程度のものである。
【００１８】
シールガラス１８は、図示の実施の形態では、矩形の平板状であり、その厚さは０．５ｍｍ程度である。また、シールガラス１８の縦横寸法は、パッケージボディ１６の平面視形状における縦横寸法より２〜３ｍｍ大きくしてあり、これによって、シールガラス１８の周縁部がパッケージボディ１６の側面より外側へ張出すようにしてある。
【００１９】
固体撮像装置１０を組立てるには、先ず、従来の組立方式により、パッケージボディ１６にチップ１２をダイボンドする。このとき、チップ１２の表面（光入射面）を上方へ向けて、後にパッケージボディ１６に貼着するシールガラス１８を透してチップ１２の表面へ光が入射するようにし、チップ１２の底面に塗布した接着剤によって、チップ１２を素子収容部１６ａの中に配設して固定する。続いて、パッケージボディ１６に装備したリード（不図示）と、チップ１２のコンタクトパッド（不図示）とを、金線２０でワイヤボンドする。
【００２０】
続いて、パッケージボディ１６の上縁部に接着剤２２を塗布し、そこにシールガラス１８を貼着することによって、シールガラス１８で素子収容部１６ａを封止する。このとき、矩形のシールガラス１８の中心と、同じく矩形のパッケージボディ１６の平面視中心とが±０．５ｍｍ以内の精度で揃うようにすると共に、貼着に使用する接着剤２２の、パッケージボディ１６の外側へのはみ出し幅が、０．５ｍｍ以内に収まるようにする。既述の如く、シールガラス１８の縦横寸法は、パッケージボディ１６の平面視形状の縦横寸法より２〜３ｍｍ大きくしてあるため、これらのようにすることで、シールガラス１８の周縁部に、少なくとも０．５ｍｍ幅の、接着剤２２が付着していないマージン部分２４が確保される。シールガラス１８の周辺部にこのようなマージン部分２４を確保するのは、図示の実施の形態では、シールガラス１８の裏面（下面）１８ａの、このマージン部分２４に、後述するアライメントマークをプリントするようにしているからであり、もしアライメントマークをこの位置にプリントしないのであれば、これらの配慮は不要である。
【００２１】
次に、パッケージ１４の外面の所定部分を基板に対して位置合せして固体撮像装置１０を基板上に実装したときに生じることになる、その基板に対するチップ１２のアライメント誤差（即ち、パッケージ１４の外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じるチップ１２のアライメント誤差）を計測し、そして、そのアライメント誤差を表したアライメントマーク２６をパッケージ１４に設ける。
【００２２】
この「パッケージ１４の外面の所定部分」について説明すると、一般的に、固体撮像装置を基板上に実装する際には、固体撮像装置のパッケージを高精度でその基板に対して位置合せし、その位置合せは、パッケージの側面や底面、それらの面の縁部、ないしは、パッケージの外面に形成した基準穴や切欠き部などの、パッケージの外面の所定部分を基板に対して位置合せすることによって実施される。このように、位置合せの際に基準として用いられる部分が、上で述べた「パッケージ１４の外面の所定部分」である。そして、図示の実施の形態では、パッケージボディ１６の側面及び底面を、この位置決めのための所定部分として使用している。
【００２３】
また、アライメントマーク２６をパッケージ１４に設ける方法としては、印字（プリント）方式を採用している。
【００２４】
これらの、チップ１２のアライメント誤差の計測と、アライメントマーク２６のプリントとは、それらを実施するために特別に構成した計測／プリント装置によって実施される。この計測／プリント装置は、（１）固体撮像装置１０を基板表面に実装したときの状態を出現させるための、水平な載置面を備えたテーブルと、（２）固体撮像装置１０を把持し、そのパッケージボディ１６の側面及び底面をテーブルの載置面上の所定位置に位置合せすることで、固体撮像装置１０を計測位置に位置付ける位置決め機構と、（３）計測位置に位置決めされた固体撮像装置１０のシールガラス１８越しに、チップ１２の表面（光入射面）に形成されている特徴部分２８の高さを計測する光学測長器と、（４）光学測長器の計測結果を計算処理してチップ１２のアオリ角情報を抽出する処理機構と、（５）アオリ角情報を表すアライメントマーク２６を、シールガラス１８にプリントするプリント機構とを備えている。尚、処理機構はマイクロコンピュータで構成するのが好ましく、光学測長器としてはレーザ測長器などを使用するのがよい。
【００２５】
光学測長器によって高さを計測する、チップ１２の表面の特徴部分２８としては、このチップ１２の表面に元々形成されているパターンのうちから、独特の形状のパターンを選択して利用してもよく、或いは、光学測長器で計測するためのパターンを特別に形成するようにしてもよい。図示例では、チップ１２の表面の四隅に夫々形成されている合計４箇所の特徴部分２８の高さを計測するようにしているが、必ずしも４箇所の特徴部分の計測を行う必要はなく、同一直線状にない少なくとも３箇所の特徴部分の計測を行うようにしてもよい。尚、特徴部分どうしの間隔は広い方が、計測精度が良好となるため、チップの隅に形成されている特徴部分を選択することが好ましい。
【００２６】
もし、計測したチップ１２の表面の複数の特徴部分２８の高さが全て等しかったならば、それは、チップ１２の表面が完全に水平であることを意味しており、従って、計測／プリント装置のテーブルの載置面に対して完全に平行であることを意味している。この場合には、その固体撮像装置１０を基板上に実装したときに、チップ１２の光軸が基板の表面に対して正確に垂直になる。
【００２７】
しかしながら、一般的には、チップ１２の表面は水平に対して多少なりとも傾斜しており、計測対象の複数の特徴部分２８の高さは互いに等しくない。チップ１２の表面が傾斜しているのは、プラスチックやセラミックを素材とするパッケージでは、加工時のバリや成形時の変形などで寸法的なばらつきが発生し、位置決めの基準となるパッケージの外面の所定部分が、その寸法的なばらつきの影響を受けるからであり、例えば、パッケージ１６の底面にバリが突出していれば、パッケージ１６が傾くことによって、チップ１２の表面が傾斜する。加工時のバリや成形時の変形は微小なものであるが、パッケージそのものが非常に小さいことから、それらバリや変形のために、基板に実装したパッケージの姿勢が傾き、それによって、チップ１２の表面が傾いてしまうのである。また、チップ１２はパッケージ１６より更に小さいため、チップ１２をパッケージ１６にダイボンドするために底面に塗布した接着剤の層が一様な厚さとならず、僅かに楔形になるだけでも、チップ１２がパッケージ１６に対して傾いてしまい、それによってチップ１２の表面が傾斜することもある。固体撮像装置を搭載した基板の表面に対するチップの傾斜角は、アオリ角と呼ばれている。
【００２８】
固体撮像装置１０を基板上に実装したならば、固体撮像装置１０のチップ１２が基板上の正しい位置に、正しい姿勢で位置付けられるようにしなければならないが、実際には、チップ１２の位置及び姿勢には必ず誤差が付随し、そのような誤差は、チップのアライメント誤差と呼ばれている。チップのアライメント誤差には、上述のアオリ角の他に、パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときにチップの光軸が基板上の当該チップを位置付けるべき目標位置からどれだけずれているかを表す２次元位置誤差や、パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときにチップの画素アレイの配列方向が基板に対して規定された目標配列方向からどれほどずれて回転しているかを表す回転誤差などがあるが、それらアライメント誤差のうちでも、アオリ角は、画像の歪を発生させるものであるため、特に有害なアライメント誤差であるといえる。
【００２９】
マイクロコンピュータで構成する処理機構は、チップ１２の表面の複数の特徴部分２８の高さの計測値から、チップ１２のアオリ角を表すアオリ角情報（これは、換言するならば、アライメント誤差情報である）を抽出して保存する。このアオリ角情報は、例えば、最も高さの低い特徴部分２８と、その他の各々の特徴部分２８との間の、高さの差などで表される。
【００３０】
アライメントマーク２６をプリントするためのプリント機構としては、印字跡形状再現性及び印字位置精度の高い、レーザ刻印機やインクジェット式印字機などを使用するのがよい。アライメントマーク２６をプリントする位置は、図示の実施の形態では、シールガラス１８の裏面（下面）１８ａのマージン部分２４であるが、パッケージ１４のその他の箇所にアライメントマークを設けるようにしてもよい。ただし、パッケージ１４に設けたアライメントマーク２６は、後述する実装マシンが、固体撮像装置１０を基板上に実装する際に、それを読取るものであるため、固体撮像装置１０を上方から眺めたときに視認できる位置に設けることが好ましい。図示の実施の形態のように、シールガラス１８の裏面１８ａに設けたアライメントマーク２６は、このシールガラス１８を透して上方から視認することが可能である。また、シールガラス１８の表面（上面）１８ｂにアライメントマークをプリントするようにしてもよいが、シールガラス１８の裏面（下面）１８ａのマージン部分２４にプリントする方が、固体撮像装置１０を基板上に実装する前に、取り扱い中に擦れて損傷するおそれが小さいという点で好ましい。また、インクジェット印字機を使用してシールガラス１８にアライメントマーク２６をプリントする場合には、シールガラス１８のプリント箇所に予め有機膜等を形成しておけば、プリントしたアライメントマークの鮮鋭度を増すことができるため好都合である。
【００３１】
図２及び図３に、アライメントマークの２つの具体例を示した。図２のアライメントマークは、アオリ角情報を長さで表す３つのバー形状のマークエレメント２８ａ、２８ｂ、２８ｃの集合から成り、それらマークエレメント２８ａ〜２８ｃは、シールガラス１８の四隅のうちの３つの隅のマージン部分にプリントされている。アオリ角は、傾斜の向きと大きさとを有するベクトル量であるため、２方向の成分に分解して表すことができる。図２のアライメントマークは、アオリ角を、図の上下方向の傾斜成分と左右方向の傾斜成分とに分解して表すものであり、マークエレメント２８ａ〜２８ｃの長さによってそれら成分を表すようにしている。アオリ角がゼロのとき（チップ１２の表面が水平のとき）には、図２の（ａ）に示したように、３つのマークエレメント２８ａ〜２８ｃの長さは等しい。図２の（ｂ）は、図の右下が高く、左上が低く、矢印Ａ２で示した方向にチップ１２が傾斜している場合のマークエレメント２８ａ〜２８ｃを図示したものである。
【００３２】
図２の（ｂ）では、図２の（ａ）と比べて、左上のマークエレメント２８ａが短く、左下のマークエレメント２８ｂが長くなっており、これによって、図の上下方向の傾斜成分が表されている。即ち、これら２つのマークエレメント２８ａと２８ｂとの長さの差が大きいほど、上下方向の傾斜が大きく、長いマークエレメントから短いメークエレメントの方へ傾斜していることを表している。右下のマークエレメント２８ｃは、これ１つだけで、チップ１２の図の左右方向の傾斜成分を表しており、その長さが図２の（ａ）に示した水平時の長さより長ければチップ１２の右側の方が高く、それより短ければチップ１２の左側の方が高く、水平時の長さとの差が大きいほど傾斜が大きい。
【００３３】
図３のアライメントマークは、アオリ角情報を長さで表す４つのバー形状のマークエレメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの集合から成り、それらマークエレメント３０ａ〜３０ｄは、夫々、シールガラス１８の四隅のマージン部分にプリントされている。図３のアライメントマークは、アオリ角を、図の左上から右下への対角方向の傾斜成分と、右上から左下への対角方向の傾斜成分とに分解して表している。アオリ角がゼロのときには、図３の（ａ）に示したように、それらマークエレメント３０ａ〜３０ｄの長さは等しい。図３の（ｂ）は、図中の矢印Ａ３で示したように、図の上側の部分が高く、下側の部分が低くなるようにチップ１２が傾斜している場合のマークエレメント３０ａ〜３０ｄを図示したものである。各傾斜成分の傾斜の大きさは、対角上に位置する一対のマークエレメントの長さの差によって表され、その傾斜の向きは、長い方のマークエレメントから短い方のマークエレメントへ向かう方向として表される。
【００３４】
以上に示したアライメントマークの具体例以外にも、様々な形態のアライメントマークを採用することができる。例えば、アライメント誤差情報をドットの個数で表すドット形状のマークエレメントの集合から成るアライメントマークを用いることも可能である。このようなドット形状のマークエレメントを、上で説明したバー形状のマークエレメントと同様の位置にプリントし、上の例ではバーの長さで表していたものを、ドットの個数で表すようにすればよい。このようなアライメントマークでは、ドットの最大個数によってアライメント誤差情報の解像度が決まるため、必要とあらば、シールガラス１８のマージン部分２４の幅を広げたり、ドットの寸法を小さくするなどして、十分な解像度を確保するようにすればよい。
【００３５】
既述のごとく、アライメントマークは、実装マシンが、固体撮像装置１０を基板上に実装する際に、それを読取るものであるため、機械による読取りが容易な形態のものとすることが好ましく、その観点から、図２及び図３に示したようなバー形状のマークエレメントや、上で説明したようなドット形状のマークエレメントを、３つないし４つ組合せた形態のアライメントマークは、望ましい形態のアライメントマークであるといえる。
【００３６】
また、固体撮像素子１０を実装した基板に対するチップ１２のアライメント誤差には、以上に説明したアオリ角の他に、先に言及した２次元位置誤差や回転誤差等がある。２次元位置誤差は、基板に対して規定されているチップ１２の光軸の目標位置からの、実際の光軸位置のずれに対応したアライメント誤差であり、回転誤差は、基板に対して規定されているチップ１２の画素アレイの目標配列方向からの、実際の配列方向のずれに対応したアライメント誤差である。これらのアライメント誤差も、チップ１２の表面の複数の特徴部分２８の位置を計測することで測定可能であり、そのようなアライメント誤差を表すアライメントマークをパッケージ１４に設けるようにしてもよい。
【００３７】
以上のようにしてパッケージ１４にアライメントマークを設けたならば、固体撮像装置１０は製品として完成する。固体撮像装置の製造会社は、完成した製品をユーザへ出荷し、或いは、自社の電子機器製造部へ移出する。固体撮像装置を購入したユーザや、収受した電子機器製造部は、固体撮像装置を使用して、例えばディジタル・スチル・カメラや、ディジタル・ムービー・カメラを製造する。そして、それらを製造する際に、個々の固体撮像装置のパッケージに設けられているアライメントマークを利用することで、固体撮像装置を基板上に高精度で実装することができる。
【００３８】
これより、固体撮像装置１０のパッケージ１４に設けられているアライメントマーク２６を利用して、固体撮像装置１０を基板上に高精度で実装する実装作業の具体例について説明する。この実装作業は、例えば、それを実施するために特別に構成した実装マシンなどによって実施されるものであり、そのような実装マシンは、（１）基板上の固体撮像装置を実装しようとする実装目標位置の近傍領域を観察して、その領域へ移動された実装しようとする固体撮像装置の位置を計測すると共に、その固体撮像装置のアライメントマークを読取るビジョンカメラと、（２）ビジョンカメラが読取ったアライメントマークに画像処理を施して、そのアライメントマークが表しているアオリ角情報を抽出する画像処理機構と、（３）固体撮像装置を把持して所望の位置へ所望の姿勢で位置付けるマニピュレータと、（４）予め格納されている固体撮像装置の実装目標位置情報と画像処理機構が抽出したアオリ角情報とに基づいて、マニピュレータを制御することで、固体撮像装置を基板上に実装させる制御機構とを備えた構成のものとすることができる。ただし、本発明にかかる固体撮像装置並びに本発明に係る実装方法は、これ以外の構成の実装マシンにおいて利用することも可能であり、また、実装マシンを使用しない場合にも、効果的に利用し得るものである。
【００３９】
図４は、以上のような構成の実装マシンが実行する実装作業の概要を示したフローチャートである。実装マシンは、先ず、実装しようとする固体撮像装置を、基板上の、実装目標位置の近傍領域へ移動させ（Ｓ４０２）、その固体撮像装置のパッケージの外面の所定部分（例えば、側面及び底面）を基板に対して位置合せすることで、その固体撮像装置を基板上に暫定的に位置決めする（Ｓ４０４）と共に、その固体撮像装置のパッケージに設けられたアライメントマークを読取る（Ｓ４０６）。
【００４０】
続いて、読取ったアライメントマークに画像処理を施して、そのアライメントマークが表しているアオリ角情報を抽出する（Ｓ４０８）。次に、そのアオリ角情報によって表されている、その固体撮像装置のチップのアオリ角を補償するために、その固体撮像装置のパッケージの位置及び姿勢に対してどれほどの補正を加えればよいかを算出する（Ｓ４１０）。次に、基板上に暫定的に位置決めされている固体撮像装置を把持して、一旦基板の表面から持ち上げ、その固体撮像装置のパッケージの底面に瞬間接着剤を塗布する（Ｓ４１２）。
【００４１】
続いて、先に算出したその固体撮像装置のパッケージの位置及び姿勢の補正量に従って、暫定的に位置決めしたパッケージの当所の目標位置に、必要なシフト及び回転を加えた新たな目標位置へ、そのパッケージを位置付け（Ｓ４１４）、そして、この状態で瞬間接着剤が硬化するのを待ち（Ｓ４１６）、それが硬化したならば、その固体撮像装置は、アライメントマークが表しているアオリ角を補償するようにその位置及び姿勢が補正された状態で、基板上に実装されている。この後、はんだペーストなどを使用して、実装した固体撮像装置の電気的接続を行えばよい。尚、チップの２次元位置誤差や回転誤差も、上で説明したアオリ角の補償と同様の手順に従って、固体撮像装置を基板上に実装する際に補償することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設ける構成とした。また、本発明に係る固体撮像装置の実装方法は、固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装する実装方法において、前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を計測し、計測したアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設け、個々の前記固体撮像装置を基板上に実装する際に、当該固体撮像装置の前記パッケージに設けられた前記マークを読取り、そのマークが表しているアライメント誤差を補償するように当該固体撮像装置の位置ないし姿勢を補正した状態で当該固体撮像装置を基板上に実装するようにした。
【００４３】
そのため、個々の固体撮像装置を基板上に実装する段階で、基板に対するその固体撮像装置の固体撮像素子のアライメント誤差を補償することができることから、基板に対するパッケージの実装誤差を小さく抑える必要も、また、パッケージに対する固体撮像素子の組付誤差を小さく抑える必要もない。従って、高い寸法精度を有するパッケージを製作するなどの、それらの誤差を低減するためのコストが不要となるため、低コストで、基板に対する固体撮像素子のアライメント誤差を大幅に縮小することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を示した図であって（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。
【図２】 シールガラスに設けるアライメントマークの第１の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。
【図３】 シールガラスに設けるアライメントマークの第２の具体例を示した図であって（ａ）はアオリ角がゼロの場合を示した図、（ｂ）はアオリ角がゼロでない場合を示した図である。
【図４】 固体撮像装置を基板上に実装する実装マシンが実行する実装作業の概要を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０……固体撮像装置、１２……固体撮像素子（チップ）、１４……パッケージ、１６……パッケージボディ、１８……シールガラス、２２……接着剤、２４……マージン部分、２６……アライメントマーク、２２ａ〜２２ｃ……マークエレメント、２８ａ〜２８ｄ……マークエレメント。
Claims (16)
- 固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置において、
前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設けたことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記パッケージが、上方が開放した素子収容部を有するパッケージボディと、該パッケージボディの上方を覆うことで前記素子収容部を封止する平板状のシールガラスとを備えており、前記マークを前記シールガラスの面に設けたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記シールガラスの周縁部を前記パッケージボディの側面より外側へ張出させ、前記マークを前記シールガラスの下面の周縁部に設けたことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
- 前記マークが表すアライメント誤差が、前記パッケージの外面の所定部分を前記基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子の光軸の延在方向の誤差に対応した、前記固体撮像素子のアオリ角であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記マークが表すアライメント誤差が、前記パッケージの外面の所定部分を前記基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子の光軸の位置の誤差に対応した、前記固体撮像素子の２次元位置誤差であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記マークが表すアライメント誤差が、前記パッケージの外面の所定部分を前記基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子の画素アレイの配列方向の誤差に対応した、前記固体撮像素子の回転誤差であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記マークが、アライメント誤差情報を長さで表すバー形状のマークエレメントの集合から成ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記マークが、アライメント誤差情報をドットの個数で表すドット形状のマークエレメントの集合から成ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 固体撮像素子をパッケージに収容して成る固体撮像装置を基板上に実装する実装方法において、
前記パッケージの外面の所定部分を水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子のアライメント誤差を計測し、
計測したアライメント誤差を表したマークを前記パッケージに設け、
個々の前記固体撮像装置を基板上に実装する際に、当該固体撮像装置の前記パッケージに設けられた前記マークを読取り、そのマークが表しているアライメント誤差を補償するように当該固体撮像装置の位置ないし姿勢を補正した状態で当該固体撮像装置を基板上に実装する、
ことを特徴とする実装方法。 - 前記パッケージが、上方が開放した素子収容部を有するパッケージボディと、該パッケージボディの上方を覆うことで前記素子収容部を封止する平板状のシールガラスとを備えており、前記マークを前記シールガラスの面に設けたことを特徴とする請求項９記載の実装方法。
- 前記シールガラスの周縁部を前記パッケージボディの側面より外側へ張出させ、前記マークを前記シールガラスの下面の周縁部に設けたことを特徴とする請求項１０記載の実装方法。
- 前記マークが表すアライメント誤差が、前記パッケージの外面の所定部分を前記水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子の光軸の延在方向の誤差に対応した、前記固体撮像素子のアオリ角であることを特徴とする請求項９記載の実装方法。
- 前記マークが表すアライメント誤差が、前記パッケージの外面の所定部分を前記水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子の光軸の位置の誤差に対応した、前記固体撮像素子の２次元位置誤差であることを特徴とする請求項９記載の実装方法。
- 前記マークが表すアライメント誤差が、前記パッケージの外面の所定部分を前記水平な載置面を備えた基板に実装したときに生じる前記固体撮像素子の画素アレイの配列方向の誤差に対応した、前記固体撮像素子の回転誤差であることを特徴とする請求項９記載の実装方法。
- 前記マークが、アライメント誤差情報を長さで表すバー形状のマークエレメントの集合から成ることを特徴とする請求項９記載の実装方法。
- 前記マークが、アライメント誤差情報をドットの個数で表すドット形状のマークエレメントの集合から成ることを特徴とする請求項９記載の実装方法。
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