JP4537829B2 - センサーパッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサーパッケージに係り、特にセンサーのアクティブ面側に保護材を備えたセンサーパッケージと、このセンサーパッケージを簡便に製造する方法に関する。

従来から、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサー、加速度センサー等のセンサーが種々の用途に用いられている。例えば、イメージセンサーは、半導体チップの一方の面が、光電変換を行う受光素子が配設されたアクティブ面となっている。このようなセンサーは、配線基板等に実装され、センサーからの信号を信号処理系に出力するために、ワイヤボンディング等の接続手段を介して配線基板に接続され、さらに、アクティブ面に空隙部を設けるように保護材、例えば、赤外線カットフィルタが配設され封止されることにより、撮像素子等が構成されている（特許文献１）。
特開平８−８８３３９号公報

しかしながら、従来の撮像素子は、センサーを個々に実装し、ワイヤボンディングする工程、その後の封止工程等の一連の製造工程においてセンサーのアクティブ面に汚染が生じ易く、歩留まりの向上に支障を来たしていた。
また、個々のセンサーを配線基板に実装する際に、センサーの端子と配線基板の配線とのワイヤボンディングが行われるため、面方向の広がりが必要であり、小型化に限界があり、また、製造の効率化にも限界があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、小型で信頼性の高いセンサーパッケージと、このようなセンサーパッケージを簡便に製造するための製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のセンサーパッケージは、センサーと、該センサーの表面のアクティブ面に空隙部を介して対向するようにセンサー表面に固着された保護材と、該保護材およびセンサーの外側に位置する枠体と、を備え、前記センサーは、表面の前記アクティブ面の外側領域に複数の端子を有し、前記保護材は、前記センサーのアクティブ面の外側領域に対向する面に複数の引き出し配線を有し、各引き出し配線はバンプを介して前記センサーの端子に接続されており、前記枠体は内側から外側に貫通する複数のリード線を有し、各リード線は枠体の内側を内部端子とし、枠体の外側を外部端子とし、各内部端子はワイヤを介して前記保護材の引き出し配線に接続され、前記枠体の端面は前記保護材の前記引き出し配線を有する面の反対側の面と同一面をなしており、前記ワイヤを被覆し、かつ、前記センサーおよび前記保護材と前記枠体との隙間のみに位置する封止部材を備えているような構成とした。

本発明の他の態様として、前記保護材は、赤外線カットフィルターであるような構成とした。
本発明の他の態様として、空隙部を介して重ねられた状態の前記センサーと前記保護材の全厚みと、前記枠体の高さがほぼ等しいような構成とした。
本発明の他の態様として、前記保護材は前記アクティブ面の外側領域に位置する封止用リブを介して前記センサーに固着されているような構成とした。

本発明のセンサーパッケージの製造方法は、ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎にセンサーを作製する工程と、多面付けの前記ウエハをダイシングする工程と、多面付けに区画された保護材の各面付け毎に複数の引き出し配線を形成し、ダイシングされた各センサーを、センサーのアクティブ面が前記保護材と空隙を介して対向するように、各面付け毎に保護材に固着するとともに、前記引き出し配線にバンプを介して前記センサの端子を接続する工程と、多面付けの前記保護材をダイシングする工程と、方形状の内側開口を有し、内側から外側に貫通する複数のリード線を有する枠体を作製する工程と、前記枠体の内側に、前記保護材とセンサーとの積層体を、前記保護材の前記引き出し配線を有する面の反対側の面が前記枠体の端面と同一面をなすように配置して固定し、前記保護材の引き出し配線と前記リード線の内部端子とをワイヤで接続する工程と、前記ワイヤを被覆するように、前記保護材、センサーと前記枠体との隙間のみに封止部材を配設する工程と、を有するような構成とした。

本発明の他の態様として、前記センサー表面のアクティブ面の外側領域に封止用リブを設け、該封止用リブを介してセンサーを保護材に固着するような構成とした。
本発明の他の態様として、外枠部材と、該外枠部材から内側方向に突設された複数のリード線を備えたリードフレームを形成し、トランスファー成型により前記リードフレームのリード線を挟持するように回廊形状の下部枠体と上部枠体を一体的に形成し、その後、前記リード線を切断して前記外枠部材を除去することにより前記枠体を作製するような構成とした。

このような本発明のセンサーパッケージは、枠体から突出する外部端子を備えているので、配線基板上への実装が容易であるとともに、面方向の広がりが抑制され、装置の小型化が可能であり、また製造の高効率化も可能である。また、センサーのアクティブ面の汚染が保護材により防止され、実装工程中等においてセンサーパッケージが汚染された場合には、保護材面を清浄化するだけで良好な状態のセンサーパッケージが得られ、製造歩留まりが向上する。
本発明のセンサーパッケージの製造方法では、ウエハレベルでのセンサーの作製と、多面付けでの保護材とセンサーとの固着を行う一括アッセンブリーが工程中にあるため、全ての工程をセンサー個々のレベルで行うことに比べて、工程管理が容易で製造コストの低減が可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［センサーパッケージ］
図１は本発明のセンサーパッケージの一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１に示されるセンサーパッケージのＡ−Ａ線での概略断面図である。図１及び図２において、本発明のセンサーパッケージ１は、センサー１１と、このセンサー１１の表面１１ａに封止用リブ１７により固着された保護材２１と、このセンサー１１と保護材２１の積層体を囲むように外側に位置する枠体３１とを備えている。また、図３は、図１および図２に示されるセンサーパッケージ１を構成する枠体３１の斜視図である。

本発明のセンサーパッケージ１を構成するセンサー１１は、表面１１ａにアクティブ面１２を有していおり、このアクティブ面１２の外側の領域には複数の端子１３を備えている。センサー１１には特に制限はなく、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサーや、加速度センサー、圧力センサー、ジャイロセンサー等の各種ＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）センサー等であってよい。尚、上記のアクティブ面１２は、例えば、光電変換を行う受光素子が複数の画素をなすように配列された領域等、センサーの所望の検知機能を発現する領域を意味する。

本発明のセンサーパッケージ１を構成する保護材２１は、センサー１１と対向する面２１ａのうち、アクティブ面１２の外側領域と対向する領域に複数の引き出し配線２２を備え、各引き出し配線２２はバンプ１５を介してセンサー１１の端子１３に接続されている。また、各引き出し配線２２の外側の部位は、ワイヤ２５を介して枠体３１の各内部端子３２ａに接続されている。そして、センサー１１のアクティブ面１２は、空隙部５を介して保護材２１と対向するとともに、この空隙部５は、アクティブ面１２の周囲に配設された封止用リブ１７によって密封されている。

上述の保護材２１は、例えば、ガラス、ポリイミド、ポリカーボネート等の材質を使用することができ、また、赤外線吸収機能を有する材質を用いて赤外線カットフィルタを兼ねるものであってもよい。この保護材２１の厚みは、材質、光透過性等を考慮して、例えば、０．３〜１ｍｍの範囲で設定することができる。また、保護材２１と、センサー１１のアクティブ面１２との間に存在する空隙部５の厚みは、例えば、１〜２０μｍの範囲で設定することができる。

本発明のセンサーパッケージ１を構成する枠体３１は、図３に示されるように、方形状の内側開口３３を有する枠形状であり、枠体３１の内側開口３３から外側に貫通する複数のリード線３２を有している。これらの各リード線３２は、同一平面をなすように配列され、各リード線３２の下部には幅広の下部枠体３１Ａが存在し、各リード線３２の上部には幅狭の上部枠体３１Ｂが存在し、下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂに挟持されるように各リード線３２が配設されている。そして、各リード線３２は、枠体３１の内側部位を内部端子３２ａとし、枠体３１の外側部位を外部端子３２ｂとしている。このような枠体３１は、保護材２１の側壁部に封止部材７を介して固着されている。そして、センサー１１と保護材２１の積層体と、枠体３１との隙間を埋めるように封止部材９が配設され、この封止部材９によって上記のワイヤ２５が被覆されている。

枠体３１を構成する下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂは、例えば、ポリベンズオキサゾール樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、カルド樹脂、ポリイミド樹脂等の電気絶縁性の材料により形成されたものであってよい。この枠体３１の高さＨは、センサー１１と保護材２１の積層体の厚みＷとほぼ等しいことが望ましく、例えば、０．５〜１．６ｍｍの範囲で適宜設定することができる。また、幅広の下部枠体３１Ａの幅は、例えば、１〜２ｍｍ程度、幅狭の上部枠体３１Ｂの幅は、例えば、０．６〜１．５ｍｍ程度の範囲で適宜設定することができる。
上記のような保護材２１を、センサー１１の表面１１ａに所定の空隙部５を介して固着するための封止用リブ１７、および封止部材７，９は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。

上述の保護材２１が備える引き出し配線２２の材質は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ等の導電材料とすることができる。また、各引き出し配線２２とセンサー１１の端子１３を接続するバンプ１５の材質も、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ等の導電材料とすることができる。
枠体３１に設けられたリード線３２の材質は、銅、銅合金、鉄、鉄合金（ニッケル含有量：３６％のアンバー、４２％の４２合金や４２６合金、５０％の５０合金等）、ステンレス等とすることができる。このリード線３２の長さは、例えば、１．２〜３．８ｍｍの範囲で設定することができ、太さは８０〜２００μｍの範囲で設定することができる。尚、リード線３２の内部端子３２ａ、外部端子３２ｂは、例えば、Ｎｉめっき層、Ａｕめっき層の積層を備えるものであってもよい。

上述のような本発明のセンサーパッケージ１は、センサー１１のアクティブ面１２の汚染が保護材２１により防止され、実装工程中等においてセンサーパッケージ１が汚染された場合には、保護材２１を清浄化するだけで良好な状態のセンサーパッケージ１が得られ、製造歩留まりが向上する。また、枠体３１から外側に突出するように外部端子３２ｂを備えているので、配線基板上への実装が容易であるとともに、面方向の広がりが抑制され、装置の小型化が可能であり、また、製造の高効率化も可能である。
上述のセンサーパッケージは、例示であり、例えば、センサーの端子１３の数、リード線３２の数、これらの配設位置は、図示例では煩雑さを避けるために簡便に示しているが、これに限定されるものではない。また、枠体３１の形状等の上述の実施形態に限定されるものではない。

［センサーパッケージの製造方法］
次に、本発明のセンサーパッケージの製造方法について説明する。
図４及び図５は、本発明のセンサーパッケージの製造方法の一実施形態を、上述の図１〜図３に示すセンサーパッケージ１を例として示す工程図である。
まず、シリコンウエハ４１を多面付けに区画し、各面付け４１Ａ毎にセンサー１１を作製する（図４（Ａ））。センサー１１は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）手法等を用いて作製する。作製したセンサー１１は、表面にアクティブ面１２を有し、このアクティブ面１２の外側の領域に複数の端子１３を有するものである。

次いで、各面付け４１Ａ毎に、アクティブ面１２の外側を囲むように封止用リブ１７を設け、センサー１１の端子１３に接続用のバンプ１５を配設する（図４（Ｂ））。封止用リブ１７は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いてスクリーン印刷にて形成することができる。
次に、多面付けのシリコンウエハ４１をダイシングし、得られた各センサー１１を保護材５１上に位置決めして載置する（図４（Ｃ））。保護材５１は、多面付けに区画され、各面付け５１Ａ毎に引き出し配線２２を形成したものである。各センサー１１は、封止用リブ１７を介して保護材５１に固着され、同時に、バンプ１５が引き出し配線２２に接続される（図４（Ｄ））。

次に、多面付けの保護材５１をダイシングし、センサー１１と保護材２１との積層体を得る。また、方形状の内側開口３３を有し内側から外側に貫通する複数のリード線３２を有する枠体３１を作製する。そして、この枠体３１の内側開口３３にセンサー１１と保護材２１との積層体を配置する。その後、保護材２１の側壁部と枠体３１の隙間に高チクソ性の液状樹脂、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を流し込み、封止部材７を形成して固定する（図５（Ａ））。
次いで、保護材２１の引き出し配線２２と、リード線３２の内部端子３２ａとをワイヤ２５で電気的に接続する（図５（Ｂ））。

次いで、センサー１１と保護材２１との積層体と、枠体３１との隙間に高チクソ性の液状樹脂、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を流し込み等により充填して、ワイヤ２５を被覆する封止部材９を形成する。これにより、センサーパッケージ１が得られる（図５（Ｃ））。
尚、上述の枠体３１の作製は、例えば、以下のようにして行うことができる。まず、図６（Ａ）に示されるような、外枠部材６２と、この外枠部材６２から内側方向に同一平面をなすように突設された複数のリード線６３を備えたリードフレーム６１を作製する。このようなリードフレーム６１は、例えば、銅、銅合金、鉄、鉄合金（ニッケル含有量：３６％のアンバー、４２％の４２合金や４２６合金、５０％の５０合金等）、ステンレス等の材質からなる板材の両面に、所望のレジストパターンを形成し、両面からエッチング液を用いてエッチングすることにより形成することができる。

次に、上述のようなリードフレーム６１の複数のリード線６３を挟持するように、方形状の内側開口を有する下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂを一体的に形成する（図６（Ｂ））。下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂの形成は、例えば、ポリベンズオキサゾール樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、カルド樹脂、ポリイミド樹脂等の電気絶縁性の材料を用いてトランスファー成型により行うことができる。また、方形状の内側開口を有する下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂを別体として予め形成しておき、リードフレーム６１の複数のリード線６３を挟持するように下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂを接合してもよい。このような接合は、電気絶縁性の接着剤を使用したり、下部枠体３１Ａと上部枠体３１Ｂの対向面を溶融固着することより行うことができる。
その後、所望の長さの外部端子３２ｂを残すようにリード線６３を切断して外枠部材６２を除去することにより、複数のリード３２を備えた枠体３１を得ることができる。

上述のような本発明のセンサーパッケージの製造方法は、ウエハレベルでセンサーの作製と、多面付けでの保護材への固着を行う一括アッセンブリーが可能であり、全ての工程をセンサー個々のレベルで行うことに比べて工程管理が容易であり、製造コストの低減が可能である。
尚、上述の本発明のセンサーパッケージの製造方法は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

次に、具体的実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
まず、厚み６２５μｍのシリコンウエハを準備し、一辺５ｍｍである正方形で多面付けに区画した。上記のシリコンウエハのＸＹ方向（シリコンウエハの表面に平行な平面）の熱膨張係数は３ｐｐｍであった。
次いで、このシリコンウエハの各面付け毎に、従来の手法によりセンサー（アクティブ面寸法：４０００μｍ×４０００μｍ）を作製した。各センサーは、アクティブ面の周囲に２０個（１辺５個）の端子を備えるものであった。

次に、各面付け毎に、センサーの端子にＡｕ線を用いてスタッドバンプ法により接続用のＡｕバンプを形成した。また、センサーのアクティブ面と端子が配設されている領域との中間の領域に、樹脂組成物（協立化学産業（株）製 ワールドロック）をスクリーン印刷により塗布し、半硬化させて、封止用リブ（幅６０μｍ、高さ２０μｍ）を形成した。
次に、多面付けのシリコンウエハをダイシングして、５ｍｍ×５ｍｍのセンサーチップを得た。

また、厚み５５０μｍのガラス基板を保護材として準備し、多面付けに区画（１辺７ｍｍである正方形）した。次に、このガラス基板の全面にポジ型フォトレジスト（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、引き出し配線用フォトマスクを介して露光、現像することによりレジストパターンを形成した。次いで、レジストパターンをマスクとし、プラズマＣＶＤ法およびめっき法によりＴｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕの積層薄膜（Ａｕ層が最表面）を形成し、その後、レジストパターンを剥離した。これにより、各面付けの１辺毎に５個の引き出し配線を形成した。
次に、ガラス基板の各面付け毎に、センサーチップを、封止用リブがガラス基板面に当接し、バンプが引き出し配線に接続されるように位置合せして固着した。

一方、４２合金からなる板材（厚み１２５μｍ）を準備し、この板材に脱脂処理、洗浄処理を行った後、両面に感光性レジスト（ザ・インクテック（株）製 カゼインレジスト）を塗布して乾燥した。次いで、表面側および裏面側の感光性レジスト層を、それぞれ所望のフォトマスクを介して露光し、現像してレジストパターンを形成した。その後、基板の両面から塩化第二鉄水溶液を使用してスプレーエッチングを行い、洗浄後、アルカリ性溶液を用いてレジストパターンを剥離除去した。これにより図６（Ａ）に示されるようなリードフレームを得た。このリードフレームは、外枠部材の内側開口が１３．５ｍｍ×１３．５ｍｍの正方形であり、外側部材の一辺から５本のリード線が長さ３．０５ｍｍで突出したものであった。

次に、作製したリードフレームのリード線のうち、内部端子と外部端子をなす部位にＮｉめっき層、Ａｕめっき層をこの順に積層した。
次に、熱硬化性エポキシ樹脂（日東電工（株）製）を使用し、トランスファー成型により、リードフレームの複数のリード線を挟持するように、方形状の内側開口を有する下部枠体と上部枠体を一体的に形成した。その後、リードフレームの外枠部材近傍のリード線を切断して外枠部材を除去することにより、枠体を作製した。この枠体は、上部枠体から内側に長さ０．７ｍｍの内部端子が突出し、外側に長さ１．７５ｍｍの外部端子が突出するものであった。また、方形状の内側開口を有する下部枠体は、内側開口が７．４ｍｍ×７．４ｍｍの正方形であり、高さ０．７ｍｍ、幅１．３ｍｍであった。同じく方形状の内側開口を有する上部枠体は、内側開口が８．８ｍｍ×８．８ｍｍの正方形であり、高さ０．５ｍｍ、幅０．６ｍｍであった。

次に、上述の多面付けのガラス基板をダイシングして、センサーとガラス基板（保護材）との積層体を得た。この積層体の厚みは約１．２ｍｍであり、ガラス基板の寸法は、７ｍｍ×７ｍｍであった。
次いで、上記のセンサーとガラス基板（保護材）との積層体を定盤上に載置し、この積層体の外側を囲むように上述の枠体を定盤上に載置した。そして、封止材料として液状封止樹脂（住友ベークライト（株）製 ＣＲＰ）を枠体とガラス基板との隙間に流し込み硬化させて両者を固定した。その後、枠体の内部端子と、ガラス基板上の引き出し配線をＡｕ線により結線した。

次いで、上記の封止材料を、センサー、ガラス基板の積層体と枠体との隙間に流し込み、硬化させて、Ａｕ線が被覆されるように封止部材を形成した。これにより、本発明のセンサーパッケージを得た。このセンサーパッケージは、１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さが１．２ｍｍであった。

小型で高信頼性のセンサーが要求される種々の分野において適用できる。

本発明のセンサーパッケージの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示されるセンサーパッケージのＡ−Ａ線での概略断面図である。 図１および図２に示されるセンサーパッケージを構成する枠体の斜視図である。 本発明のセンサーパッケージの製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明のセンサーパッケージの製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明のセンサーパッケージの製造方法の一実施形態を示す工程図である。

符号の説明

１…センサーパッケージ
５…空隙部
７，９…封止部材
１１…センサー
１２…アクティブ面
１３…端子
１５…バンプ
１７…封止用リブ
２１…保護材
２２…引き出し配線
２５…ワイヤ
３１…枠体
３２…リード線
３２ａ…内部端子
３２ｂ…外部端子
４１…シリコンウエハ
５１…保護材

Claims (7)

1. センサーと、該センサーの表面のアクティブ面に空隙部を介して対向するようにセンサー表面に固着された保護材と、該保護材およびセンサーの外側に位置する枠体と、を備え、
   前記センサーは、表面の前記アクティブ面の外側領域に複数の端子を有し、
   前記保護材は、前記センサーのアクティブ面の外側領域に対向する面に複数の引き出し配線を有し、各引き出し配線はバンプを介して前記センサーの端子に接続されており、
   前記枠体は内側から外側に貫通する複数のリード線を有し、各リード線は枠体の内側を内部端子とし、枠体の外側を外部端子とし、各内部端子はワイヤを介して前記保護材の引き出し配線に接続され、前記枠体の端面は前記保護材の前記引き出し配線を有する面の反対側の面と同一面をなしており、
   前記ワイヤを被覆し、かつ、前記センサーおよび前記保護材と前記枠体との隙間のみに位置する封止部材を備えていることを特徴とするセンサーパッケージ。
2. 前記保護材は、赤外線カットフィルターであることを特徴とする請求項１に記載のセンサーパッケージ。
3. 空隙部を介して重ねられた状態の前記センサーと前記保護材の全厚みと、前記枠体の高さがほぼ等しいことを特徴する請求項１または請求項２に記載のセンサーパッケージ。
4. 前記保護材は前記アクティブ面の外側領域に位置する封止用リブを介して前記センサーに固着されていることを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセンサーパッケージ。
5. ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎にセンサーを作製する工程と、
   多面付けの前記ウエハをダイシングする工程と、
   多面付けに区画された保護材の各面付け毎に複数の引き出し配線を形成し、ダイシングされた各センサーを、センサーのアクティブ面が前記保護材と空隙を介して対向するように、各面付け毎に保護材に固着するとともに、前記引き出し配線にバンプを介して前記センサの端子を接続する工程と、
   多面付けの前記保護材をダイシングする工程と、
   方形状の内側開口を有し、内側から外側に貫通する複数のリード線を有する枠体を作製する工程と、
   前記枠体の内側に、前記保護材とセンサーとの積層体を、前記保護材の前記引き出し配線を有する面の反対側の面が前記枠体の端面と同一面をなすように配置して固定し、前記保護材の引き出し配線と前記リード線の内部端子とをワイヤで接続する工程と、
   前記ワイヤを被覆するように、前記保護材、センサーと前記枠体との隙間のみに封止部材を配設する工程と、を有することを特徴とするセンサーパッケージの製造方法。
6. 前記センサー表面のアクティブ面の外側領域に封止用リブを設け、該封止用リブを介してセンサーを保護材に固着することを特徴とする請求項５に記載のセンサーパッケージの製造方法。
7. 外枠部材と、該外枠部材から内側方向に突設された複数のリード線を備えたリードフレームを形成し、トランスファー成型により前記リードフレームのリード線を挟持するように方形状の内側開口を有する下部枠体と上部枠体を一体的に形成し、その後、前記リード線を切断して前記外枠部材を除去することにより前記枠体を作製することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のセンサーパッケージの製造方法。

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