JP4414608B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、イメージスキャナー、ファクシミリ等の画像形成装置に備える、固体撮像素子を用いて光学像を読み取る画像読取装置の固体撮像装置、その製造方法、画像読取ユニット及び画像形成装置に関し、デジタルカメラ、ビデオカメラ、胃カメラ等の画像形成機器や半導体の実装技術として応用が可能なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体素子のフリップチップ実装方法では実装構造体全体の剛性を向上させる為や熱膨張による変形を防ぐ為に、図7のように液状の接着剤172を基板171と半導体素子175との間に注入することにより基板171と半導体素子175とを接続していた。この様な接着剤172を注入する場合には空気が混入しやすく直径が数μm〜数mmのものまで塗布方法によりさまざまな大きさの気泡bが発生する場合がある。なお、図7中、符号174は半導体素子175と基板171上の回路パターン173とを電気的に接続するバンプである。
【0003】
半導体素子175としてCCDベアチップ(固体撮像素子)を用い、基板171として透明基板を用いて、にフリップチップ実装を実施する場合には、接着剤175中に気泡bが発生すると、数μm角の画素近傍に数μm程度の気泡が存在しても接着剤175中を透過し気泡に光線が入射することにより光が屈折したり、散乱をおこし読み取り性能を著しく損なうこととなる。そこで、接着剤175中の気泡bを取り除く手段としては『樹脂封止方法』(特開平8−306717号)に見られるように、接着剤を加熱したり、超音波振動を加えて接着剤中の泡を取り除く方法がある。
【0004】
この方法では、先ず、熱源を内蔵し回動自在の台座を略水平にし、半導体チップを基板にフリップチップ接合した部品を載置する。次に半導体チップの1ないし3辺に封止樹脂を滴下し、部品を覆うように台座上に囲いを設置し、内部を真空にすると共に熱源により部品を加熱して封止樹脂を溶融する。次に、台座3を傾斜させて半導体チップと基板との間隙部に封止樹脂を充填する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法では、接着剤が充填される途中において、半導体チップ,基板,接合電極等の表面状態により微小な気泡を巻き込んだり、あるいはガスが発生し、加熱硬化を行う過程においてそれらが膨張して、接合電極を引き剥がす力を発生させ、半導体チップと基板間の接合を破損させるという問題を有していた。
【0006】
そこで、本発明は、固体撮像素子にフリップチップ実装構造を実施した場合に、アンダーフィルなどで接着剤をCCD画素チップとガラスとの間に注入した場合に、仮に接着剤に泡が混入していても光学的結像品質の劣化が生じない固体撮像素装置の製造方法を提供することをその目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との間に透明接着剤を充填した後に、前記固体撮像素子と前記透明部材との実装構造体の互いに対向する1対の側面と光透過領域の外側部分との間に位置する透明接着剤を硬化させ、次いで他側面側からエアブローにより、硬化していない前記光透過領域の透明接着剤を除去して、他側面間に貫通する空間部を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項2の発明は前記透明接着剤が光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項3の発明は、前記透明接着剤の硬化を前記光透過領域を硬化光照射側に射影したマスクを用いて行うことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項4の発明は、前記エアブローは固体撮像素子の画素ライン方向に行うことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項5の発明は、固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との相対位置合わせを行う工程と、
前記固体撮像素子と前記透明部材の配線パターンとをバンプの溶融により接合する工程と、
前記透明接着剤として光硬化型接着剤を用い、該光硬化型接着剤を前記固体撮像素子と前記透明部材との間に充填する工程と、
前記固体撮像素子長手面の両方から硬化光を照射する工程と、
前記固体撮像素子短手面方向からエアブローし、硬化していない光透過領域の前記光硬化型接着剤を除去して、短手面間に貫通する空間部を形成する工程とを備えている固体撮像装置の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る第1実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の充填工程を示す図である。
【0009】
図1(A)に示すように、この固体撮像装置7は、ラインCCD、エリアCCD等の光情報を電気信号に変換する集積回路を備え、固体撮像素子であるCCDベアチップ75と、CCDベアチップ75の回路形成面に電気接続用の配線パターン73が対向して配置され、CCDベアチップ75と透明部材であるガラス基板71の配線パターン73との間がバンプ74により導通している。このCCDベアチップ75とガラス基板71とのフリップチップ実装構造体の短辺側から透明な接着剤S1、例えば本実施形態では紫外線硬化型接着剤を充填する。この充填を行う方法は、注入器78を用いてCCDベアチップ75の一短辺側に滴下すると、接着剤S1の表面張力により、ガラス基板71とCCDベアチップ75との間に接着剤S1が流れ込んで図1(B)の如く充填される。この充填は両方の短辺側から同時に行っても良く、また、長辺側から行っても良い。
【0010】
図1(B)に示すように、透明な接着剤S1の中には気泡bが混入している虞がある。この気泡bは特に接着剤S1の画素有効領域75aへの入射光通過範囲H内にあると画質に悪影響がある。
【0011】
図2は本発明に係る第1実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の除去工程を示す図であり、(A)は平面図、(B)は側面図である。
図1の充填工程のように、紫外線硬化型接着剤である接着剤S1をCCDベアチップ75とガラス基板71に充填した後、図2(B)に示す方向A,Bの2方向から紫外線を照射し、CCDベアチップ75の画素表面の領域に硬化層が進む前に紫外線照射を停止する。
【0012】
次に、図2(A)に示すように、CCDベアチップ75の短手面方向(方向C)からエアーブローし未硬化の接着剤S1を押し出し、画素表面から接着剤S1を除去する。その後再度紫外線を照射し残った接着剤S1を硬化させる。
【0013】
以上のようにして製造された固体撮像装置7は、ラインCCD、エリアCCD等の光情報を電気信号に変換する集積回路を備え、固体撮像素子であるCCDベアチップ75と、CCDベアチップ75の回路形成面に電気接続用の配線パターン73が対向して配置される、即ちフェースダウン状態で配置される透明部材であるガラス基板71と、CCDベアチップ75とガラス基板71との間にCCDベアチップ75の画素有効領域75aを含んで長手方向に貫通する空間Sと、CCDベアチップ75とガラス基板71の配線パターン73との間を導通するバンプ74とを備えている。
【0014】
前記CCDベアチップ75は、シリコンウエハに回路を形成し、必要な大きさに切り取ったものであり、実装されたときに画素部分の平面度が要求されるので、要求される平面度に形成されている。
【0015】
前記ガラス基板71は、光透過率の高い部材からなり、画素有効領域75aに入射する光が通過する部分は必要な平面度に形成されている。
さらに、前記ガラス基板71はCCDベアチップ75を実装する側の面に電気回路としての配線パターン73が形成されている。
【0016】
前記接着剤S1はCCDベアチップ75を固定するとともに、画素有効領域75aを封止している。
前記接着剤S1の充填量は、CCDベアチップ75の画素有効領域75aと接着剤S1層の厚みとの積より多くすることによって、画素有効領域75a全体が透明接着剤S1で均一に被覆される。
前記画素有効領域75aとは、フォトセルアレイ(撮像素子の画像を読み取る回路の部分)が設けられた撮像素子上の領域である。
【0017】
以上の固体撮像装置によれば、充填された接着剤S1に気泡bが混入していても接着剤S1がCCDベアチップ75の受光面である画素有効領域75aに入射する光線通過範囲Hには気泡bが存在しないため、気泡bによる弊害は生じない。しかし接着剤S1がCCDベアチップ75の長手方向全域にわたって塗布され硬化しているため、固体撮像装置の剛性は高い状態で保たれ、CCDベアチップ75が弓形に変形することを防ぐことが可能となる。
【0018】
図3は本発明の第2実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
図3(C)に示すように、この固体撮像装置7は、CCDベアチップ75と、CCDベアチップ75の回路形成面に電気接続用の配線パターン73が対向して配置される、即ちフェースダウン状態で配置されるガラス基板71と、CCDベアチップ75とガラス基板71との間にCCDベアチップ75の画素有効領域75aを含む空間Sと、CCDベアチップ75とガラス基板71の配線パターン73との間を導通するバンプ74とを備えている。前記CCDベアチップ75は透明部材から構成されている。
【0019】
以上のような固体撮像装置を製造するには、先ず、図3(A)に示すように、CCDベアチップ75をフェースダウンの状態でガラス基板71に設けられた配線パターン側の面と対向させ、ガラス基板71の突起部71a上に所定量の接着剤S1を塗布する。この接着剤S1の塗布量は、CCDベアチップ75の画素有効領域75aを被覆してバンプ74の外側まで覆うことができる量である。
【0020】
次に、図3(B)に示すように、CCDベアチップ75とガラス基板71の配線パターンとがバンプ74により導通するように、CCDベアチップ75とガラス基板71とを所定間隔まで接近させ、接着剤を薄層化して画素領域を被覆する。CCDベアチップ75とガラス基板71とを接近させる際に、接着剤S1が画素有効領域に均一に分散するよう圧力をかける。
次に、画素有効領域75aを覆うようにマスクMを配置して紫外線Vを照射する。
【0021】
次いで、図3(C)に示すように、短手側(図3(C)では紙面直交方向)からバンプ74間をエアブローして未硬化の接着剤S1を除去する。
その後、マスクMを外して再度紫外線を照射し残った接着剤S1を硬化させる。
【0022】
図4は図2,3の固体撮像装置の斜視図であり、以上のようにして、図4に示すような固体撮像装置が作製される。なお、図4中、符号77は配線パターン73に接続するFPC(フレキシブル配線板)であり、符号Lは結像レンズからの入射光である。図4において、図2の固体撮像装置の場合には突起71aが省略される。
【0023】
図5は本発明に係る固体撮像装置を用いた画像読取ユニットの斜視図である。
図5に示すように、画像読取ユニット1は、原稿面からの画像光としての光線が透過する透過面の周囲に側面であるコバ面3aを有する、光学エレメントであるレンズ3と、コバ面3aに対向する第1の取付面5aと第1の取付面5aとは異なる角度、本実施形態では第1の取付面5aに対して90度に形成されている第2の取付面5bとを有し、レンズ3と筐体2とを接合する中間保持部材5と、第2の取付面5bに対向する取付面2cを有するベース部材である筐体2とを備えている。
この画像読取ユニット1では、筐体2と筐体2に対して位置調整されたレンズ3とが中間保持部材5を介して接着固定されている。
【0024】
前記レンズ3は、そのコバ面3aに同一直径上に配置される平坦面3bを備えている。この平坦面3bは切削、研削等により形成され、必要に応じて研磨されている。このように平坦面3bを形成することにより、中間保持部材5の第1取付面5aとの接着面積を拡大することができ、固定強度を高めることができる。
【0025】
前記筐体2は、レンズ3と固体撮像装置7とを調整後に調整された配置関係で固定する。この筐体2は、円弧状溝部2bと、円弧状溝部2bに隣接する平面状の取付面2cと、固体撮像装置7を取り付ける取付面2dと、レンズ3,6等から構成される結像レンズ系と固体撮像装置7との間を遮光する遮光用カバー2aとを備えている。この遮光用カバー2aを設けることによって、外乱光等の影響を防ぐことができ良好な画像を得られる。この筐体2は後述する複写機等の画像走査装置の所定位置にねじ締め、カシメ、接着、溶着等の固定手段により固定される。
【0026】
前記中間保持部材5に用いる材質は、光(紫外線)透過率の高い部材、例えば、アートン、ゼオネックス、ポリカーボネイト等が用いられる。
前記中間保持部材5は接着剤の表面張力により、レンズ調整によるレンズ位置の移動に対して、両接着面がすべるようにして動き、レンズ3の移動に追従することができる。
【0027】
前記中間保持部材5の第1取付面5a及び第2取付面5b、即ち両接着面を直交させることによって、レンズ3の位置調整が6軸可能となり各軸が独立して調整することができる。
【0028】
図5に示すように、2個の中間保持部材5を用いて光学エレメント側接着面であるレンズ3のコバ3aの平坦面3bが対向するように配置することによって、接着剤が硬化するときの硬化収縮による影響を少なくすることができる。
【0029】
図5に示すように、中間保持部材5の両接着面間に透光性のリブ5cを設けることによって、光硬化型接着剤を硬化させるときの光のロスを増加することなく、中間保持部材5の強度を高めることができる。
【0030】
前記中間保持部材5のレンズ側固定面である第1取付面5aと保持部材側固定面である第2取付面5bとは互いに垂直であるので、レンズのX、Y、Z、α、β、γ各位置調整方向への移動に対して互いに独立して調整することができる。
【0031】
中間保持部材5が紫外線硬化型の接着剤によって調整レンズ3と筐体2とに接続されている場合について考えてみると、まずX、Z方向の調整の場合、レンズ3と中間保持部材5とが筐体2の保持部材側固定面である筐体取付面2cを介して筐体上をすべる動きをして調整される。
また、Y方向の調整の場合、移動レンズ3が中間保持部材5のレンズ側固定面である第1取付面5aをすべる動きをして調整される。
【0032】
以下α、β、γも同様にして調整される。さらに、光学エレメントがレンズの場合光軸を中心とした球面形状をしているため、光軸(γ軸)周りに回転させてもレンズの加工誤差等で発生した光軸倒れを補正することはできない(光軸が回転するのみ)。したがってγ軸周りの調整は不要となる。
【0033】
図6は本発明の固体撮像装置を用いた画像読取ユニットを備えた画像走査装置の一例として多機能型デジタル画像形成装置の概略構成図である。
図6に示すように、この画像形成装置は、自動原稿送り装置101、読み取りユニット150、書込ユニット157、給紙ユニット130及び後処理ユニット140とを備えて構成されている。自動原稿送り装置101は、原稿を読取ユニット150のコンタクトガラス106上に自動的に給送し、読み取りが終了した原稿を自動的に排出する。読み取りユニット150はコンタクトガラス106上にセットされた原稿を照明して光電変換装置である固体撮像装置7によって読み取り、書込ユニット157は読み取られた原稿の画像信号に応じて感光体115上に画像を形成し、給紙ユニット130から給紙された転写紙上に画像を転写して定着する。定着が完了した転写紙は後処理ユニット140に排紙され、ソートやステープルなどの所望の後処理が行われる。
【0034】
まず、読み取りユニット150は、原稿を載置するコンタクトガラス106と光学走査系で構成され、光学走査系は露光ランプ151、第1ミラー152、レンズ3、固体撮像装置7、第2ミラー155および第3ミラー156などからなっている。露光ランプ151および第1ミラー152は図示しない第1キャリッジ上に固定され、第2ミラー155および第3ミラー156は図示しない第2キャリッジ上に固定されている。原稿を読み取る際には、光路長が変化しないように第1キャリッジと第2キャリッジとは2対1の相対速度で機械的に走査される。この光学走査系は図示しないスキャナ駆動モータによって駆動される。
【0035】
原稿画像は固体撮像装置7によって読み取られ、光信号から電気信号に変換されて処理される。レンズ3および固体撮像装置7を図6において左右方向に移動させると画像倍率を変化させることができる。すなわち、指定された倍率に対応してレンズ3および固体撮像装置7の図において左右方向の位置が設定される。
【0036】
書き込みユニット157はレーザ出力ユニット158、結像レンズ159およびミラー160によって構成され、レーザ出力ユニット158の内部には、レーザ光源であるレーザダイオードおよびモータによって高速で定速回転するポリゴンミラーが設けられている。
【0037】
レーザ出力ユニット158から照射されるレーザ光は、前記定速回転するポリゴンミラーによって偏向され、結像レンズ159を通ってミラー160で折り返され、感光体面上に集光されて結像する。偏向されたレーザ光は感光体115が回転する方向と直交する所謂主走査方向に露光走査され、後述する画像処理部のMSU606によって出力された画像信号のライン単位の記録を行う。そして、感光体115の回転速度と記録密度に対応した所定の周期で主走査を繰り返すことによって感光体面上に画像、すなわち静電潜像が形成される。
【0038】
このように書き込みユニット157から出力されるレーザ光が、画像作像系の感光体115に照射されるが、感光体115の一端近傍のレーザ光の照射位置に主走査同期信号を発生する図示しないビームセンサが配されている。このビームセンサから出力される主走査同期信号に基づいて主走査方向の画像記録タイミングの制御、および後述する画像信号の入出力用の制御信号の生成が行われる。
【0039】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、バンプ74を、CCDベアチップ75側に設けたが、ガラス基板71側に設けても良いのはもちろんである。また、上記実施形態では、透明部材としてガラス基板71を用いたが、ガラス基板71以外にもレンズ用プラスチック等の光透過率の高い部材から構成してもよい。また、上記実施形態では、接着剤S1として、紫外線硬化型接着剤を用いているが、他の光硬化型接着剤でも良く、この場合には紫外線の代わりに硬化光を用いることができる。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項1,5の発明によれば、光通過領域は空間となっているので、気泡による悪影響を防止することができるという効果を有する。
また、請求項4の発明によれば、画素ラインの両側、即ち長手方向全域を接着剤により接着できるので、剛性は高い状態で保たれ、固体撮像素子が弓形に変形することを防ぐことが可能となる。
また、請求項2の発明によれば、さらに、部分硬化が容易となり、製造が容易となるという利点がある。
また、請求項3の発明によれば、さらに、部分硬化が容易となり、製造が容易となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の充填工程を示す図である。
【図2】本発明に係る第1実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の除去工程を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図4】図2,3の固体撮像装置の斜視図である。
【図5】本発明に係る固体撮像装置を用いた画像読取ユニットの斜視図である。
【図6】本発明の固体撮像装置を用いた画像読取ユニットを備えた画像走査装置の一例として多機能型デジタル画像形成装置の概略構成図である。
【図7】従来の半導体素子のフリップチップ実装方法を示す図である。
【符号の説明】
1 画像読取ユニット
71 ガラス基板(透明部材)
71a 突起部
73 配線パターン
74 バンプ
75 CCDベアチップ(固体撮像素子)
75a 画素有効領域
75b 突起部
b 気泡
H 光入射範囲
S1 透明な接着剤
Claims (5)
- 固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との間に透明接着剤を充填した後に、前記固体撮像素子と前記透明部材との実装構造体の互いに対向する1対の側面と光透過領域の外側部分との間に位置する透明接着剤を硬化させ、次いで他側面側からエアブローにより、硬化していない前記光透過領域の透明接着剤を除去して、他側面間に貫通する空間部を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記透明接着剤が光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明接着剤の硬化を前記光透過領域を硬化光照射側に射影したマスクを用いて行うことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記エアブローは固体撮像素子の画素ライン方向に行うことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との相対位置合わせを行う工程と、
前記固体撮像素子と前記透明部材の配線パターンとをバンプの溶融により接合する工程と、
前記透明接着剤として光硬化型接着剤を用い、該光硬化型接着剤を前記固体撮像素子と前記透明部材との間に充填する工程と、
前記固体撮像素子長手面の両方から硬化光を照射する工程と、
前記固体撮像素子短手面方向からエアブローし、硬化していない光透過領域の前記光硬化型接着剤を除去して、短手面間に貫通する空間部を形成する工程とを備えている固体撮像装置の製造方法。
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