JP4483016B2

JP4483016B2 - 固体撮像装置とその製造方法

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Publication number: JP4483016B2
Application number: JP2000117325A
Authority: JP
Inventors: 信一中田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001308301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に係り、特に、固体撮像装置の小型化を実現するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤカメラ等に用いられる固体撮像装置には、その主要部品としてチップ状の固体撮像素子が組み込まれている。この固体撮像素子は、平面視四角形に形成され、かつその主面上に撮像用の有効画素エリアを備えている。一般に、固体撮像装置の構成としては、中空パッケージ内にシールガラスを用いて固体撮像素子を気密封止する構成が採用されてきたが、このような構成では素子サイズよりも十分に大きなパッケージを必要とするため、小型化に限界があった。そこで従来においては、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）技術を用いた小型の固体撮像装置が開発されている。
【０００３】
図４はＴＡＢ技術を用いた従来の固体撮像装置の構成を説明するもので、図中の（Ａ）はその要部平面図、（Ｂ）はその要部側断面図である。図４において、固体撮像素子１とシールガラス２とは、平面的に見てほぼ同じサイズで四角形状に形成されている。これら固体撮像素子１とシールガラス２とは、それぞれの外周部に沿って枠状に形成されたシール剤３により接合されている。このシール剤３に囲まれた領域では、固体撮像素子１とシールガラス２間が空中構造になっている。
【０００４】
固体撮像素子１の主面上には、その略中央部に位置して有効画素エリア４が設けられている。また、固体撮像素子１の主面上には、相対向する２つの辺部（図例では長辺部）に沿って複数の電極部５が形成されている。
【０００５】
さらに、固体撮像素子１の主面上には、複数のリード６が延出して配置されている。これらのリード６は、ポリイミド樹脂等からなる樹脂フィルム（不図示）に一体に形成されたもので、その樹脂フィルムに穿孔されたデバイスホールに突き出すように配置されている。各々のリード６の先端部にはバンプ７が形成されている。そして、このバンプ７を介して各々のリード６が固体撮像素子１の電極部５に接続されている。
【０００６】
上記構成の固体撮像装置を製造するにあたっては、先ず、図示せぬ樹脂フィルムのデバイスホール内に固体撮像素子１を配置した状態で、各々の電極部５にバンプ７を介してリード６を接続（インナーリードボンディング）する。一方、シールガラス２に対しては、ガラス外周部（全周）に熱硬化型樹脂を枠状に塗布した後、これを加熱乾燥処理によって半硬化させることにより、Ｂ−ステージ（Ｂ−状態）のシール剤３を形成する。
【０００７】
その後、固体撮像素子１とシールガラス２とを位置合わせしつつ、電極部４とリード６との接続部位にシール剤３を接触させて加圧し、さらに加熱によってシール剤３を硬化させることにより、固体撮像素子１とシールガラス２とをシール剤３によって接合する。これにより、シール剤３に囲まれた領域で、固体撮像素子１とシールガラス２との間が空中構造となる。
【０００８】
このような構成の固体撮像装置においては、そのパッケージサイズ（特に、平面サイズ）を固体撮像素子１の外形サイズと同等レベルまで縮小化できるため、超小型のパッケージが得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の固体撮像装置においては、固体撮像素子１とシールガラス２とを枠状のシール剤３で接合することにより、両者の間を中空構造にして固体撮像素子１の有効画素エリア４を外部環境から保護している。そのため、固体撮像素子１の外周部（有効画素エリア４の周辺部）には、その全周にわたってシールガラス２との接着しろを確保する必要がある。この接着しろは、固体撮像素子１とシールガラス２とを接合したときに、シール剤３が有効画素エリア４にはみ出さないように確保される。
【００１０】
これに対して、固体撮像装置のサイズ（パッケージサイズ）を縮小するには、固体撮像素子１のサイズ（チップサイズ）を縮小する必要がある。そして、固体撮像素子１のサイズを縮小するには、有効画素エリア４周辺の配線パターン部分を縮小することが有効な手段となる。
【００１１】
しかしながら上記従来の固体撮像装置においては、有効画素エリア４周辺の配線パターン部分を縮小すると、固体撮像素子１の全周にわたって所望の接着しろを確保することができなくなる。
【００１２】
特に、現状の技術では、シールガラス２の各辺部におけるシール剤（熱硬化型樹脂）３の塗布幅を縮小するにも限界があるうえ、固体撮像素子１とシールガラス２とを接合した後ではシール剤３の幅が上記塗布幅よりも広くなる。そのため、その分の接着しろを確保することが、固体撮像素子１のサイズを縮小するうえで大きなネックになっている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置においては、平面視四角形の素子形状をなすとともに、その主面上で相対向する２つの辺部に沿って形成された複数の電極部を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の複数の電極部に接続された複数のリードと、固体撮像素子とほぼ同じ平面サイズで形成され、固体撮像素子の主面上に対向状態で配置された透光性基板と、これら固体撮像素子と透光性基板との対向領域に充填されて当該固体撮像素子と透光性基板とを接合するとともに、少なくとも固体撮像素子の有効画素エリア上で透光性を有するシール剤とを備えた構成を採用している。そして、そのシール剤は、電極部と前記リードとの接続部位を被覆するように帯状に形成され、当該接続部位において前記固体撮像素子と透光性基板とを接合する第１のシール剤と、この第１のシール剤による接合部位を除いて固体撮像素子と透光性基板との間に充填された透光性を有する第２のシール剤とから構成されている。
【００１４】
上記構成の固体撮像装置においては、固体撮像素子と透光性基板との対向領域にシール剤を充填し、このシール剤によって両者を接合する構成となっているため、従来のように固体撮像素子の全周にわたって接着しろを確保する必要がなくなる。また、固体撮像素子の有効画素エリア上でシール剤が透光性を有するものとなっているため、その有効画素エリアへの光の入射を許容しつつ、有効画素エリアを外部環境から保護することが可能となる。
【００１５】
【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つつ詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明するもので、図中の（Ａ）はその要部平面図、（Ｂ）はその要部側断面図である。図１において、固体撮像素子１１は平面視四角形状（長方形、正方形等）に形成されたもので、その主面上の略中央部には撮像用の有効画素エリア１２が設けられている。この有効画素エリア１２には、多数の読取画素が二次元状に配置形成されている。また、固体撮像素子１１の主面上には、相対向する２つの辺部に沿って複数の電極部１３が形成されている。これらの電極部１３は、例えばアルミニウム製の電極パッドによって構成されるもので、上記２つの辺部に沿って所定のピッチで配列されている。
【００１７】
さらに、固体撮像素子１１の主面上には、上記電極部１３の形成位置に向けて複数のリード１４が延出して配置されている。これらのリード１４は、例えばポリイミド樹脂等からなる樹脂フィルム（不図示）に銅等の金属箔をラミネートし、これをエッチングによりパターニングすることで上記樹脂フィルムと一体に形成されるものである。各々のリード１４は、上記樹脂フィルムに穿孔されたデバイスホールに突き出すように配置されている。また、各々のリード１４の先端部（延出端）は、バンプ１５を介して固体撮像素子１１の電極部１３に接続されている。
【００１８】
さらに、固体撮像素子１１の主面上には、これに対向する状態で透光性基板１６が近接して配置されている。この透光性基板１６は、例えばホウケイ酸ガラス等の透明（半透明を含む）なガラス材料、或いは透明（半透明を含む）な樹脂材料等からなるもので、上記固体撮像素子１１とほぼ同じ平面サイズをもって四角形状に形成されている。
【００１９】
また、固体撮像素子１１と透光性基板１６とは、電極部１３とリード１４との接続部位において第１のシール剤１７により接合されている。第１のシール材１７は、例えばエポキシ系の熱硬化型樹脂からなるもので、上記電極部１３とリード１４との接続部位を被覆するかたちで帯状に形成されている。
【００２０】
また、固体撮像素子１１と透光性基板１６との間には、上記第１のシール剤１７による接合部位を除いて第２のシール剤１８が充填されている。第２のシール剤１８は、固体撮像素子１１の主面上で有効画素エリア１２とその周辺部を被覆するように充填され、これによって有効画素エリア１２が外部環境（ゴミ、湿気等）から保護されている。この第２のシール剤１８は、透光性基板１６を透過した光を固体撮像素子１１の有効画素エリア１２に入射させるにあたって十分な透光性（光を透過させる性質）を有するものである。
【００２１】
第２のシール剤１８としては、例えば、透明（半透明を含む）な熱硬化型樹脂、又は紫外線硬化型樹脂、或いは熱硬化型でかつ紫外線硬化型の樹脂（熱硬化型ＵＶ樹脂）を用いることができる。ただし、後述する製造時の作業性を考慮すると、紫外線硬化型樹脂を用いることが望ましい。また、固体撮像素子１１の有効画素エリア１２上にオンチップレンズが形成されている場合は、そのレンズ効果を高めるために低屈折率タイプの樹脂を用いることが望ましい。さらに、固体撮像素子１１と透光性基板１６との界面で剥がれ等が生じないよう、適度な面接着性を有することが望ましい。
【００２２】
続いて、上記構成からなる固体撮像装置の製造方法について図２（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明する。
【００２３】
先ず、上記リード１４を一体に形成してなる樹脂フィルム（不図示）のデバイスホール内に固体撮像素子１１を配置する。このとき、予め各々のリード１４の表面に金メッキを施し、かつそのリード１４先端部に転写バンプ方式により金製のバンプ１６を形成しておく。
【００２４】
このような配置状態のもとで、図２（Ａ）に示すように、固体撮像素子１１の電極部１３とこれに対応するリード１４の先端部（バンプ１６）とを位置合わせしつつ、例えばリード１４上にボンディングツールを押し当てて超音波と圧力を印加する一方、固体撮像素子１１を所定の温度（例えば、１４０から１６０℃）に加熱することにより、各々の電極部１３にバンプ１５を介してリード１４を接続（インナーリードボンディング）する。
【００２５】
ここで、バンプ１５については、ウエハ状態の固体撮像素子１１、或いはウエハから分割された固体撮像素子１１に対して、その電極部１３上に電気メッキ法やボールボンディング法等を用いて形成しておくことも可能である。また、バンプ１４の材料としては、上述した金の他にも、例えば、銅やはんだなど、他の金属材料を用いることも可能である。さらに、電極部１３とリード１４との接続手法としては、超音波を併用せずに熱圧着する手法を採用することも可能である。
【００２６】
一方、透光性基板１６に対しては、図２（Ｂ）に示すように、その基板面上で相対向する２つの辺部、即ち固体撮像素子１１の電極形成部に対応する２つの辺部に沿ってそれぞれプレポリマー段階（Ａ−ステージ）の熱硬化型樹脂１７を帯状に塗布する。熱硬化型樹脂１７としては、例えば、エポキシ系の樹脂を用いることができる。また、熱硬化型樹脂１７の塗布方式としては、ディスペンス法やスクリーン印刷法等を用いることができる。
【００２７】
続いて、上述のように塗布した熱硬化型樹脂１７を、例えば加熱温度８０℃、加熱時間：１０ｈの条件で加熱乾燥処理して半硬化させることにより、透光性基板１６上にＢ−ステージ（Ｂ−状態）の第１のシール剤１７を形成する。このとき、第１のシール剤１７の厚み寸法としては、先述のように電極部１３に接続されたリード１４の高さ寸法（固体撮像素子１１の主面からリード１４の上端面までの寸法）以上とするのが望ましい。
【００２８】
次いで、図２（Ｃ）に示すように固体撮像素子１１と透光性基板１６とを位置合わせしつつ固体撮像素子１１の主面上に透光性基板１６を対向状態に配置するとともに、電極部１３とリード１４との接続部位に第１のシール剤（Ｂ−ステージシーラー）１７を接触させて加圧し、さらに加熱によって第１のシール剤１７を硬化（キュア）させることにより、固体撮像素子１１と透光性基板１６とを第１のシール剤１７によって接合する。第１のシール剤１７の硬化（キュア）条件としては、例えば、加圧力：０．５〜３．０ｋｇ、加熱温度：１４０〜１５０℃、実効時間：１分以上といった条件を挙げることができる。この時点で、固体撮像素子１１と透光性基板１６との間には、リード１４の厚み寸法やバンプ１７の高さ寸法に応じた空隙が形成された状態となる。
【００２９】
続いて、図２（Ｄ）に示すように上記固体撮像素子１１と透光性基板１６間の空隙部分に第２のシール剤１８を充填する。第２のシール剤１８としては、例えば、エポキシ系、アクリル系などの紫外線硬化型樹脂を用いることができる。また、充填方法としては、例えば上記空隙部分を形成する固体撮像素子１１と透光性基板１６の一側端部に適量の樹脂を塗布し、この樹脂を真空圧を利用した吸引方式、或いは毛細管現象を利用して空隙部分に注入する手法を用いることができる。充填後は、第２のシール剤１８を紫外線照射によって硬化させる。その際の硬化条件としては、例えば、紫外線の出力：１００ｍＷ、紫外線の照射時間：３０秒といった条件を挙げることができる。
【００３０】
ここで、第２のシール剤１８の充填を真空チャンバー内で行う場合にあっては、その前工程で予め固体撮像素子１１と透光性基板１６とを位置合わせして第１のシール剤１７により接合してあるため、真空チャンバー内に位置合わせ、加圧用などの複雑な機構部を設ける必要がない。また、第１のシール剤１７による接合（貼り合わせ）工程と第２のシール剤１８の充填工程とを並行的（同時進行的）に行うことができる。そのため、製造装置の複雑化を回避したうえで、高い生産効率を実現することが可能となる。
【００３１】
以上の製造方法によって得られる本実施形態の固体撮像装置においては、固体撮像素子１１の電極形成領域（電極部１３が形成された領域）のみを利用して、固体撮像素子１１と透光性基板１６とを第１のシール剤１７により接合するとともに、これによって形成される固体撮像素子１１と透光性基板１６間の空隙部分に第２のシール剤１８を充填することにより、固体撮像素子１１の有効画素エリア１２を外部から保護するようにしているため、固体撮像素子１１の全周にわたって接着しろを確保する必要がなくなる。
【００３２】
つまり、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、固体撮像素子１１の主面上で電極部１３が形成されない２つの辺部側（固体撮像素子１１の左右）に接着しろを確保する必要がなくなる。これにより、固体撮像素子１１のサイズ（チップサイズ）を縮小することができるため、従来よりも小型化された固体撮像装置（パッケージ）を提供することが可能となる。
【００３３】
また、固体撮像素子１１と透光性基板１６との間に第２のシール剤１８を充填したことにより、この第２のシール剤１８による接着作用と第１のシール剤１７による接着作用との相乗効果によって固体撮像素子１１と透光性基板１６との接合強度（貼り合わせ強度）を格段に高めることができる。そのため、信頼性に優れた固体撮像装置を提供することが可能となる。
【００３４】
さらに、固体撮像素子１１のサイズが縮小されることで、一枚のウエハから取り出し得る素子数を増加させることができ、これによってコストダウンを図ることができる。さらに、固体撮像素子１１のサイズに合わせて透光性基板１６のサイズを縮小できるため、材料費の低減によって更なるコストダウンを図ることも可能となる。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、固体撮像素子１１と透光性基板１６との間（対向領域）に第１のシール剤１７と第２のシール剤１８を充填してなる固体撮像装置とその製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように固体撮像素子１１と透光性基板１６との対向領域（全域）に透光性を有するシール剤１９を充填し、このシール剤１９で固体撮像素子１１と透光性基板１６とを接合した構成であってもよい。
【００３６】
上記図３に示す固体撮像装置の製造方法としては、先の実施形態と同様に固体撮像素子１１の電極部１３にリード１４を接続した後、固体撮像素子１１の主面上に透光性基板１６を対向状態に配置（位置決め）し、この状態で固体撮像素子１１と透光性基板１６との対向領域（全域）に上記シール剤１９を充填して硬化（熱硬化、紫外線硬化等）させることにより、固体撮像素子１１と透光性基板１６とを接合する手法を採用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固体撮像素子の全周にわたって接着しろを確保する必要がなくなり、これによって固体撮像素子のサイズを縮小することが可能となる。その結果、より小型化された固体撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図である。
【図４】従来の固体撮像装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１１…固体撮像素子、１２…有効画素エリア、１３…電極部、１４…リード、１５…バンプ、１６…透光性基板、１７…第１のシール剤、１８…第２のシール剤、１９…シール剤

Claims

平面視四角形の素子形状をなすとともに、その主面上で相対向する２つの辺部に沿って形成された複数の電極部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の複数の電極部に接続された複数のリードと、前記固体撮像素子とほぼ同じ平面サイズで形成され、前記固体撮像素子の主面上に対向状態で配置された透光性基板と、前記固体撮像素子と前記透光性基板との対向領域に充填されて当該固体撮像素子と透光性基板とを接合するとともに、少なくとも前記固体撮像素子の有効画素エリア上で透光性を有するシール剤とを備え、
前記シール剤は、前記電極部と前記リードとの接続部位を被覆するように帯状に形成され、当該接続部位において前記固体撮像素子と前記透光性基板とを接合する第１のシール剤と、この第１のシール剤による接合部位を除いて前記固体撮像素子と前記透光性基板との間に充填された透光性を有する第２のシール剤とからなる
ことを特徴とする固体撮像装置。
平面視四角形の素子形状をなすとともに、その主面上で相対向する２つの辺部に沿って形成された複数の電極部を有する固体撮像素子に対し、前記複数の電極部にそれぞれリードを接続する工程と、前記固体撮像素子とほぼ同じ平面サイズで形成された透光性基板に対し、その基板面上で相対向する２つの辺部に沿って熱硬化型樹脂を塗布した後、前記熱硬化型樹脂を半硬化させて第１のシール剤を形成する工程と、前記固体撮像素子の主面上に前記透光性基板を対向状態に配置するとともに、前記電極部と前記リードとの接続部位に前記第１のシール剤を接触させて、当該第１のシール剤により前記固体撮像素子と前記透光性基板とを接合する工程と、前記第１のシール剤による接合部位を除いて前記固体撮像素子と前記透光性基板との間に透光性を有する第２のシール剤を充填する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。