JP4667480B2 - カメラモジュール - Google Patents

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Description

本発明はカメラモジュールに関するものである。特に、半導体素子の素子形成面上に保護部材を有する半導体装置を備えるカメラモジュールに関する。
CCDセンサ等の固体撮像素子(半導体素子)は、素子上に形成された配線がガラス板等で保護されたパッケージであり、レンズが組み込まれたホルダーに挿入されてカメラモジュールとして使用される。カメラモジュールは、レンズと配線との間で入射光線の透過路上での位置ズレが生じると、入射光の受光位置がズレて正確な信号が得られなくなる。
そこで、半導体素子上に形成された保護ガラス板の表面にホルダーを接触させて、レンズと半導体素子の素子形成面との水平面を合わせる構造が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開2003−332545公報 特開2005−533452公報
しかしながら、このようなカメラモジュールでは、図17のように、半導体素子803上の接着部802と保護ガラス板(保護部材)801を介して、ホルダー807の平行だしを行っている。つまり、ホルダー807と保護ガラス板801との接触面808にてホルダー807の平行だしを行っている。このため、接着部802の膜厚のばらつきと保護ガラス板801の板厚のばらつきにより、レンズ806と素子形成面805との距離zがばらつき、正確な信号が得られず、微調整を必要とするという問題があった。通常、保護ガラス板801は10%の公差があり、保護ガラス板801の板厚は0.3〜0.5mm程度のため±30〜50μm程度のばらつきを持つ。また、同様に接着部802の膜厚も同程度のばらつきを持つ。また、ばらつきを小さくするために高精度に研磨した保護ガラス板を使用することによりレンズ806と素子形成面805との距離zのばらつきは多少抑制されるものの、コストアップになるという問題があった。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、レンズと素子形成面との距離を低減することができる半導体装置を備えるカメラモジュールを提供することにある。
本発明者は鋭意検討した結果、下記の半導体装置を用いることにより、上記問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。
即ち、本発明のカメラモジュールは、
レンズと、当該レンズを内挿保持するホルダーと、半導体素子のセンサが形成された素子形成面上に接着部を介して保護部材が積層されている半導体装置と、を備え、
前記半導体装置は、センサ素子が形成された素子形成面と、前記素子形成面と反対側の裏面とを有する半導体素子と、前記素子形成面上に接着部を介して積層された光透過性の保護部材と、前記素子形成面側から前記裏面側へと貫通する貫通孔と、前記裏面側に設けられた外部端子と、一部が前記貫通孔内部に形成され、前記センサ素子と前記外部端子とを電気的に接続する配線パターンと、を備えた半導体装置であって、
積層方向の前記保護部材側から見たときに、前記半導体素子の外周端部に前記保護部材から露出する領域を有し、且つ前記外部端子は前記保護部材で覆われた領域に対応するように設けられており、
前記露出する領域は、前記半導体素子の外周端部における少なくとも一対の対向する辺に沿って設けられており、
前記ホルダーが前記半導体装置の露出する領域に係合するように固定されていることを特徴とする。
本発明によれば、レンズと素子形成面との距離を一定に保つことができる半導体装置を備えるカメラモジュールを提供することができる。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成部位の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているにすぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。以下の説明において、特定の材料、条件及び数値条件等を用いることがあるが、これは好適例の一つにすぎず、従って、何らこれらに限定されない。
<半導体装置>
図1は、本発明の半導体装置100の断面図である。本発明の半導体装置100は、センサ素子105が形成された素子形成面と当該素子形成面と反対側の裏面とを有する半導体素子103と、前記素子形成面上に、接着部102を介して積層された光透過性の保護部材101が積層されている半導体装置100であり、積層方向の保護部材101側から見たときに、半導体素子103の外周端部に露出する領域108を有することが特徴である。
この露出する領域(以下、適宜、「位置だし面」と称する)108は、後述するカメラモジュールのホルダーの平行だしのために設けられているものであり、露出する領域108にホルダーが搭載されることにより、レンズと素子形成面との距離の精度を向上させることができる。
図2(A)は、本発明の半導体装置100の概略断面図であり、図2(B)は、図2(A)中の位置だし面108近傍領域130の拡大図である。図2(B)より、位置だし面108の幅xは、後述するホルダーが安定して搭載することができれば特に限定されることはないが、ホルダーの加工精度の観点から、20μm以上100μm以下であることが好ましい。20μm以下であると、ホルダーが搭載する領域が狭すぎホルダーと位置だし面108とが係合することができない。また、100μm以上であると、半導体装置100の外形寸法が大きくなってしまい、小型化という要求に反するものとなる。
本発明では、位置だし面108が半導体素子の外周端部における少なくとも一対の対向する辺に沿って設けられていることが好ましい。
この位置だし面108を設ける方法としては、位置だし面108となる部品をあらかじめ準備しておき、位置だし面108を半導体素子103の外周端部に別途設けてもよく、また、半導体素子103の面積を保護部材101の面積より大きくすることにより半導体素子103の外周端部を露出するようにしてもよい。これらの態様において、位置だし面108を別途設ける態様では、位置だし面108を形成する工程を半導体素子103の外周端部に別途設ける工程が必要になり、半導体装置の寸法精度、大型化、工程数の増加等が必要になる。従って、半導体装置の小型化、工程数の抑制等の観点から、半導体素子103の面積を保護部材101の面積より大きくすることにより半導体素子103の外周端部を露出することが好ましい。
図3(A)は、位置だし面108を有する半導体装置100における積層方向の保護部材101側から見た平面透視図である。図3(A)のように、位置だし面108は積層方向の保護部材101を囲うように配置されているため、安定してホルダーと係合することができる。
一方、位置だし面108とホルダーとの接触面積を抑制してホルダーの加工を容易にする観点から、図3(B)のように、半導体素子103の外周端部の少なくとも一対の対向する辺が露出している態様であることが好ましい。位置だし面108に搭載されるホルダーとの接触面積を抑えることになるため、ホルダーの平行だしが行いやすい。また、対向する2辺のみをダイシングするだけで位置だし面を形成することができる点で好ましい。
ホルダーとの接触面積を抑える観点から、より好ましい態様としては、位置だし面208を半導体素子の外周端部に部分的に(辺の一部)設けた態様も好ましく、図4(A)のように、半導体素子の外周端部における少なくとも一対の対抗する辺の中央部に設けられていることがより好ましい。ここで、中央部とは、図4(C)のように、位置だし面208が、外周端部の対向する辺を2等分する辺と交わるか又は接する位置を表す。また、位置だし面208の形状は、位置だし面208が設けられた位置により適宜選択すればよく、例えば、図4(A)のように半円形状であってもよく、図4(D)のように半導体素子の角部に位置する場合には扇形状や三角形状であってもよい。
更に好ましい態様としては、図4(B)のように、半導体素子の一対の対向する辺にそれぞれ少なくとも一つ設けられており、半導体素子103の外周端部に少なくとも3つ設けられている態様が好ましい。このような箇所に位置だし面を設けることにより、保護部材201のダイシングを最小限に抑えることができる。また、合計で3箇所以上に位置だし面208を有するため、ホルダーが安定して支えられ、レンズと素子形成面との距離を一定に保つことができる。具体的には、例えば図4(B)のように、位置だし面208が3つの場合、半導体素子の中央部を基準として対向する位置に設けられ、尚且つ少なくとも一つが前記対向する辺と直行する辺に位置する態様が挙げられる。
特に好ましい態様としては、図4(C)のように、一辺には前記対向する辺を2等分する線から対称な位置に2つ設けられ、もう一辺には前記2等分する線上に一つ設けられていることも挙げられる。この態様の場合、一辺に二つ設けられた位置だし面208の間隔Wは、少なくとも位置だし面208の幅y(図4(A)中のy)以上である必要がある。前記Wが幅yより小さいと、2つの位置だし面でホルダーを支えることと同じような状態となり、安定してホルダーと係合することができない。
最も好ましい態様としては、半導体素子の角部に設けられていることが好ましい。例えば、図4(D)のように、3隅に位置だし面208を設ける態様が挙げられる。この態様では、ホルダーとの接触面積を抑えることに加え、保護部材201の隅を加工するため、加工性の観点で容易に位置だし面208を形成することができる。なお、「角部」とは、位置だし面208が設けられるための部分であり、接着部と接しないような領域を表す。
なお、本発明の半導体装置は、カメラモジュール、指紋センサ、照度センサ、紫外線センサに用いることができるが、特にカメラモジュールとして用いることが有用である。
以下に、カメラモジュールに関する実施形態について詳述する。
<カメラモジュール>
図5は、本発明のカメラモジュール300の断面図である。本発明のカメラモジュール300は、レンズ306と、レンズ306を内挿保持するホルダー307と、半導体素子303のセンサ素子305が形成された素子形成面上に接着部302を介して保護部材301が積層されている半導体装置と、を備え、当該半導体装置は、前述した構造を有し、ホルダー307が前記半導体装置の位置だし面308と係合するように固定されていることが特徴である。
図6(A)は、本発明のカメラモジュール300の概略断面図であり、図6(B)は、図6(A)中の位置だし面308近傍領域330の拡大図である。図6(B)より、ホルダー307は、位置だし面308と係合するように固定されている。従って、ホルダー307の位置決めを半導体装置303の位置だし面308にて行うことができるため、図5のレンズ306と素子形成面305との距離を一定に保つことができる。
図7は、本発明のカメラモジュール300の積層方向の保護部材301側から見た平面透視図である。具体的には、図7は、前述の図3で示した半導体装置100にホルダー307を搭載した図であり、図8は、前述の図4(A)で示した半導体装置200において、位置だし面を半円形状から台形形状に変更し、位置だし面408と対向する面が三角形状であるホルダー407を搭載した図である。このように、ホルダー内周部を、前述した半導体装置の位置だし面に載置可能な面を有する形状に形成する必要がある。
〔半導体装置とホルダーとの係合手段〕
本発明における半導体装置とホルダーとの係合手段は、ホルダーを半導体装置に搭載した後に、樹脂で接触部を固定する手段や、ホルダー307にネジやバネ等の冶具が設けられており、その冶具で半導体装置を押圧して固定する手段であってもよい。冶具で固定する場合には、半導体装置とホルダーとの取り付けを何回でも行うことができるため、レンズと素子形成面との距離の精度を向上させることができ、尚且つカメラモジュールの不良数を低減することができる点で好ましい。
〔ホルダー〕
本発明におけるホルダーは、レンズを内挿保持し、半導体装置上の素子形成面と当該レンズとの距離を一定に保つための部材である。
ホルダーの形状は、例えば、ホルダー内面の加工を容易に行う観点から、図9のように、ホルダー507が半導体素子の位置だし面508に搭載された場合に、位置だし面508と面一になるような形状であることが好ましい。より好ましくは、図10のように、カメラモジュールの小型化の観点から、ホルダー607の幅を半導体素子の幅に合わせた形状であることが挙げられる。
一方、図5のように、半導体素子上の側部からの入射を確実に遮蔽する観点から、半導体素子303の側部を完全に覆うような形状であることが好ましい。具体的には、図6(A)のように、ホルダー307の外部端子304側の面と外部端子304との距離Aが、半導体ウエハ320の外部端子304側の面から外部端子304までの距離Bより短いことが好ましい。CMOSセンサ又はCCDセンサなどの場合、側面からの光の入射により画像が悪化してしまう。なお、ホルダー307の外部端子304側の面と外部端子304との距離Aが0より大きいこと、すなわち図6(A)において、ホルダー307の外部端子304側の面が外部端子304より高い位置にあることが必要である。外部端子304を外部の回路と接続する際の接続不良を防止し、尚且つ前記外部の回路が形成されている基板とホルダーが接触することによるカメラモジュールの傾きを防止することができる。
<半導体装置の製造方法>
以下に、図3(A)に示す本発明の半導体装置100の製造工程を図11、及び図12に沿って説明する。
まず、図11(A)のように、半導体ウエハ120を準備する。この半導体ウエハ120は、センサ素子105及びセンサ素子を制御しセンサ素子から出力される電気信号を処理する回路素子(不図示)が形成された表面(素子形成面とも称される)と、この表面の反対側に位置する裏面とを有する。半導体ウエハ120の表面には、センサ素子105(例えばイメージセンサ素子)が形成されたセンサ素子形成領域と回路素子が形成された回路素子形成領域とを含む半導体素子領域が、平面視において行列状に配置されている。センサ素子は、外部からの光を受光する受光面を有している。次に、図11(B)のように、センサ素子105の位置する領域を避けて接着部102を形成する。そして、半導体ウエハ102上に接着部102を介して、保護部材としての保護部材101を接着する。接着部102は接着剤からなり、印刷、ディスペンス、又はホトリソなどの方法でパターニングする。なお、接着部102は、後述する保護部材101をダイシングした後に半導体ウエハ120が露出する領域に位置しないようにパターニングする。当該露出する領域に接着部102が残存すると、前述のホルダー307を搭載する際にホルダー307の位置決め精度が劣化する懸念がある。従って、保護部材101をダイシングした後に、接着剤の残部を除去する工程を設ける必要が生じてしまう。保護部材101は、半導体素子領域を外部から保護するという機能に加えて、外部から受ける光をセンサ素子に伝える機能を必要とする。例えば、センサ素子に要求される光が可視光である場合には、保護部材101は、可視光を透過させる機能を有することが必要である。保護部材101には、可視光のみを選択的に透過させるために、その表面に紫外光や赤外光をカットするコーティングが施されていても良い。すなわち、保護部材101は、センサ素子が要求する特定の波長の光を透過させるフィルター機能を有していても良い。以上のように、保護部材101の材料は、ガラスに限定されるものではなく、上述の機能を備えていれば、例えばプラスティック等の材料でも良い。
次いで、図11(C)のように、半導体ウエハ120の裏面を所定の厚さに削り、半導体ウエハ120を薄型化する。次に、図11(D)のように、半導体ウエハ120の表面側に形成された図示しない電極パッドの裏面部分が露出するように、ドライエッチング、ウエットエッチング、又はレーザーなどの加工方法により半導体ウエハ120を加工し、スルーホール111(以下、適宜、「貫通孔」と称する)を形成する。その後、貫通孔111の側壁及び半導体ウエハ120の裏面上に図示しない絶縁膜を形成する。続いて、図11(E)のように、電極パッドの裏面からスルーホール111の側壁上及び半導体ウエハ120の裏面上に延在する配線110をスパッタ、又はメッキなどで形成する。電極パッドは、半導体ウエハの表面側に形成された図示しない配線によって、回路素子もしくはセンサ素子に電気的に接続されているので、この時点で、配線110は、回路素子もしくはセンサ素子に電気的に接続される。次に、図12(F)のように、半導体ウエハ120の配線110形成面側にソルダーレジスト等の保護膜112を形成する。その後、配線110の所定領域上に位置する保護膜112に図示しない開口部を形成する。次に、図12(G)のように、保護膜112に形成された図示しない開口部に配線110と電気的に接続するように外部端子104を設ける。
続いて、図12(H)のように保護部材101をダイシング装置で所定の幅で切断し、露出孔113を形成することにより、半導体ウエハ120の表面の一部(半導体素子領域の一部)を保護部材101から露出させる。この時に切断される保護部材101の所定の幅は、第1の幅であり、切断の方向は、図面の手前から奥に向かう方向に沿った方向である。この方向は、半導体ウエハ120を平面視で見た場合の、第1の方向であると定義される。次に、図示しないが、図12(H)とは異なる断面において、保護部材101を所定の幅で切断し、半導体ウエハ120の表面の一部(半導体素子領域の一部)を保護部材101から露出させる。この時に切断される保護部材101の所定の幅は、第3の幅であり、切断の方向は、図面の左から右へ向かう方向に沿った方向である。この方向は、半導体ウエハ120を平面視で見た場合に、第1の方向に垂直な第2の方向であると定義される。第1の幅は、後述する第2の幅よりも広い幅であれば、第3の幅と同一の幅であっても良いし、異なる幅であっても良い。次に、図12(I)のように、先の工程において露出した半導体ウエハ120の表面を所定の幅でダイシングする。この時に切断される半導体ウエハ120の所定の幅は、第1の幅よりも狭い第2の幅であり、切断の方向は第1の方向である。これによって、図12(J)のように、半導体素子及び保護部材101が個片化され、本発明の半導体装置100が得られる。保護部材101の切断幅(第1の幅及び第3の幅)は、ダイシングの精度の観点から40μm以上200μm以下であることが好ましい。例えば、図2(B)中における半導体装置の位置だし面108を50μmとするためには、第1の幅を110μmとし、第2の幅を10μmとする。すると、個片した後の位置だし面108が50μmとなる。
前述した図12(H)〜(J)工程の平面工程図を図13(H)〜(J)に示す。図13(H)のように、第1の方向に第1の幅で保護部材をダイシングし、第2の方向に第3の幅で保護部材をダイシングする。その後、図13(I)のように、第1の方向に第1の幅より狭い第2の幅で半導体素子をダイシングし、第2の方向に第3の幅より狭い第4の幅で半導体素子をダイシングする。すると、図13(J)のように、半導体素子及び保護部材101が個片化され、図3(A)に示す本発明の半導体装置100が得られる。前述のダイシング工程は、この順番に限られるものではなく、例えば、第1の方向に第1の幅で保護部材をダイシングした後に、第1の方向に第1の幅より狭い第2の幅で半導体素子をダイシングする。そして、第2の方向に第3の幅で保護部材をダイシングし、第2の方向に第3の幅より狭い第4の幅で半導体素子をダイシングしてもよい。
以下に、図3(B)に示す本発明の半導体装置の製造工程を図14、及び図15に沿って説明する。
図3(B)に示す半導体装置の製造方法としては、図14のように、第1の方向に第1の幅で保護部材をダイシングし、第2の方向に第3の幅で半導体素子及び保護部材を一度にダイシングし、最後に第1の方向に第1の幅より狭い第2の幅で半導体素子をダイシングする。すると、半導体素子及び保護部材が個片化され、図3(B)に示す半導体装置が得られる。また、このダイシングの順序はこれに限られるものではなく、例えば、第1の方向に第1の幅で保護部材をダイシングし、第1の方向に第2の幅で半導体素子をダイシングし、最後に第2の方向に第3の幅で半導体素子及び保護部材を一度にダイシングしてもよい。
また、図3(B)に示す半導体装置の製造方法の変形例としては、図15のように、図14における第2の方向のダイシングを第1の幅より狭い第2の幅でダイシングしても、図14の製造方法と同様に図3(B)に示す半導体素子が得られる。図15の製造方法は、図14の製造方法と比べてダイシングする幅が狭く、半導体ウエハ1枚から得られる半導体装置の数が多いため、製造効率に優れる点で好ましい。
以下に、図4(A)に示す本発明の半導体装置200の製造工程を説明する。この説明では、前述の図12(H)〜(J)を変形した平面工程図を図16(H)〜(J)に示し、これらの図に沿って説明する。
まず、図16(H)のように、半導体ウエハ上に半導体ウエハと同様な形状の保護部材を、樹脂部を介して設ける。その後、位置だし部を設ける所定の位置の半導体素子が露出するように、保護部材に例えば円柱形状の露出孔211を設ける。そして、図16(I)のように第1の方向及び第2の方向にダイシングを行い、図16(J)のように、位置だし面208を備えた半導体装置200が得られる。
ここで、ダイシングする幅としては、保護部材をダイシングする前述の第1の幅であってもよく、半導体素子を切断する前述の第2の幅であってもよいが、一枚の半導体ウエハからより多くの半導体装置が得られるという製造効率の観点から、できるだけ狭い幅でダイシングする方が好ましい。
<カメラモジュールの製造方法>
本発明のカメラモジュールの製造方法としては、前述した半導体装置の製造方法にて製造した半導体装置を準備し、位置だし面と係合するような箇所を設けたレンズ内挿ホルダーに挿入して、前述した係合手段のいずれかにより固定することにより製造することができる。
なお、本実施形態は、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
本発明の実施形態における半導体装置の断面図である。 (A)は本発明の実施形態における半導体装置の概略断面図であり、(B)は(A)中の位置だし面近傍領域の拡大図である。 (A)、及び(B)は、本発明の実施形態における半導体装置の、積層方向の保護部材側から見た平面透視図である。 (A)〜(D)は、本発明の実施形態における半導体装置の、積層方向の保護部材側から見た平面透視図である。 本発明の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 (A)は、本発明の実施形態におけるカメラモジュールの概略断面図であり、(B)は(A)中の位置だし面近傍領域の拡大図である。 本発明の実施形態におけるカメラモジュールの、積層方向の保護部材側から見た平面透視図である。 本発明の実施形態におけるカメラモジュールの、積層方向の保護部材側から見た平面透視図である。 本発明の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 本発明の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の工程断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の工程断面図である。 本発明の実施形態における、図12(H)〜(J)の平面工程図である。 本発明の実施形態における、図3(B)に記載の半導体装置を製造するための平面工程図である。 本発明の実施形態における、図3(B)に記載の半導体装置を製造するための平面工程図である。 本発明の実施形態における、図4(A)に記載の半導体装置を製造するための平面工程図である。 従来のカメラモジュールの断面図である。
符号の説明
100、200、220、240、260 半導体装置
101、201、301、401、501、601 保護部材
102、302 接着部
103、303 半導体素子
104、204、304 外部端子
105、305、405、505、605 センサ素子
108、208、308、408、508、608 露出する領域(位置だし面)
110 配線
111、211 スルーホール(貫通孔)
112 保護膜
113 露出孔
114 切断部
120、320 半導体ウエハ
130、330 露出する領域(位置だし面)の近傍領域
300、400、500、600 カメラモジュール
306、506、606 レンズ
307、507、607 ホルダー

Claims (2)

  1. レンズと、当該レンズを内挿保持するホルダーと、半導体素子のセンサが形成された素子形成面上に接着部を介して保護部材が積層されている半導体装置と、を備え、
    前記半導体装置は、センサ素子が形成された素子形成面と、前記素子形成面と反対側の裏面とを有する半導体素子と、前記素子形成面上に接着部を介して積層された光透過性の保護部材と、前記素子形成面側から前記裏面側へと貫通する貫通孔と、前記裏面側に設けられた外部端子と、一部が前記貫通孔内部に形成され、前記センサ素子と前記外部端子とを電気的に接続する配線パターンと、を備えた半導体装置であって、
    積層方向の前記保護部材側から見たときに、前記半導体素子の外周端部に前記保護部材から露出する領域を有し、且つ前記外部端子は前記保護部材で覆われた領域に対応するように設けられており、
    前記露出する領域は、前記半導体素子の外周端部における少なくとも一対の対向する辺に沿って設けられており、
    前記ホルダーが前記半導体装置の露出する領域に係合するように固定されていることを特徴とするカメラモジュール。
  2. 前記ホルダーが前記半導体素子の側面を覆うように前記半導体装置の露出する領域に係合するように固定されていることを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。
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