JP4668408B2 - 固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【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固定する方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電荷結合素子(CCD)を用いた固体撮像素子(以下、CCD撮像素子という)はビデオカメラに用いられる半導体素子であり、撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換するセンサ部と、センサ部から出力される電気信号を処理する回路部とを1つの基板に設けたICである。図5の(a)はCCD撮像素子1と、CCD撮像素子1を取り付ける樹脂又はセラミックのパッケージ6の斜視図であり、同(b)は(a)のVb−Vb断面図である。CCD撮像素子1の一般的形状は4角形の平板状であり、一方の面(主面)の中央部に受光部12を有し、外周部には外部の回路に接続するための端子である複数のバンプ2が金のボールなどで形成されている。パッケージ6は一方の面にCCD撮像素子1の外形より大きい凹部6Aを有するとともに、中央部には撮像素子1の外形より小さく受光部12より大きい窓3が設けられている。CCD撮像素子1は受光部12を窓3に向けてパッケージ6の凹部6Aに入り込むようにして取り付けられる。凹部6AにはCCD撮像素子1の複数のバンプ2のそれぞれに対応する位置に銅箔等による回路パターン4が形成されている。回路パターン4はパッケージ6の外周部に設けた外部端子5につながっている。
【0003】
CCD撮像素子1をパッケージ6に取り付けるときは、回路パターン4の接続部であるパット部に導電性接着剤を塗布し、CCD撮像素子1のバンプ2を接着する。導電性接着剤によりバンプ2は回路パターン4に電気的に接続される。しかし導電性接着剤の接着強度はあまり大きくないので、振動等によりCCD撮像素子1がパッケージ6から脱落するおそれがある。そこで、CCD撮像素子1とパッケージ6の間にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の封止剤8を充填して両者を強固に接着していた。封止剤8は液状であり、当技術分野でよく知られた、液状物を一定量供給するためのデイスペンサノズル9を用いて充填すべき場所に注入される。デイスペンサノズル9から封止剤8を吐出しつつ、図示を省略した移動装置により、デイスペンサノズル9をCCD撮像素子1の周囲を1周させ、CCD撮像素子1の全周とパッケージ6との隙間に封止剤8を注入する。注入した封止剤8を加熱して硬化させることにより、CCD撮像素子1はパッケージ6に強固に固定されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
デイスペンサノズル9を用いて封止剤8を注入するとき、封止剤8の吐出量を最適な値に制御する必要がある。封止剤8の吐出量が少なすぎると、撮像素子1とパッケージ6とが完全に接着されず信頼性が低下する。吐出量が多すぎると、加熱したとき粘度が低下した余剰の封止剤8が撮像素子1の受光部12に流れ出し、図5の(b)に示す封止剤8Aのように付着することがある。受光部12に封止剤8Aが付着すると、受光部12に入射する光がさえぎられるためCCD撮像素子は正常に動作しない。熱硬化性樹脂は温度により粘度が変化するので、周囲温度の変化にかかわらずデイスペンサノズル9から常に最適な量の封止剤8を吐出させるのは容易ではなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法は、主面の中央部に受光部を有し、外周部に外部回路への接続のためのバンプを有する固体撮像素子を用意する工程、
中央部に前記受光部より大きく主面より小さい窓を有し、前記窓の外周部に前記固体撮像素子のバンプが接続される導電体の回路パターンを有する絶縁物のパッケージを用意する工程、
前記パッケージに、前記固体撮像素子を、前記受光部を前記窓に向け、かつ前記バンプと対応する回路パターンとが電気的に接続されるように取り付ける工程、
前記パッケージの窓の内周部と前記固体撮像素子の外周部との間に紫外線の照射により硬化する液状の封止剤を注入する工程、及び
前記注入された封止剤に前記窓を通して紫外線を照射して硬化させる工程を有する。
【0006】
パッケージの窓の外周部と固体撮像素子の外周部との間に注入された封止剤のうち、CCD撮像素子の受光部の近傍に流出する余分の封止剤は前記窓を通って入射する紫外線の照射をうける。その結果封止剤は、その表面が短時間で硬化して流動性を失う。これにより、封止剤が受光部にまで流れ込むのを防ぐことができる。
【0007】
本発明の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置は、固体撮像素子を取り付けたパッケージが収納される凹部を有し、前記凹部に前記固体撮像素子の受光部より大きく前記パッケージの外形より小さい窓を有する治具、
前記治具の窓に向けて紫外線を照射する紫外線の光源、及び
前記固体撮像素子の外周とパッケージの間に紫外線の照射により硬化する液状の封止剤を注入する液剤注入装置を備える。
注入された封止剤のうち固体撮像素子の受光部に流入しようとする余分の封止剤は、紫外線の照射によりその表面が急速に硬化し流動性を失うので、封止剤が受光部に流入することはない。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図1から図4を参照して最も好適な実施例について説明する。
《第1実施例》
図1の(a)は本発明の第1実施例の、CCDを用いた固体撮像素子であるCCD撮像素子1をパッケージ6に取付ける方法を示す斜視図であり、同(b)は(a)のIb−Ib断面図である。図1において、従来技術の説明に用いた図5に示す要素と同じ要素には同じ符号を付している。図1において、CCD撮像素子1の受光部12を有する面(以下、主面1Aという)には、CCD撮像素子1を外部回路に接続するための端子である複数のバンプ2が金のボール等で形成されている。パッケージ6は一方の面にCCD撮像素子1の外形より大きい凹部7を有するとともに、中央部にはCCD撮像素子1の外形より小さく受光部12より大きい四角形の窓3を有する。CCD撮像素子1は受光部12を窓3に向けてパッケージ6の凹部7に入り込むようにして取り付けられる。凹部7には、CCD撮像素子1の複数のバンプ2のそれぞれに対応する位置に、銅箔等により作った回路パターン4が設けられている。CCD撮像素子1をパッケージ6に取り付けるときは、回路パターン4の端部のパッド部(電気接続をする部分)に導電性接着剤を塗布し、CCD撮像素子1の各バンプ2がそれぞれ対応する回路パターン4のパッド部に接するように位置決めして取り付けする。これによりCCD撮像素子1はパッケージ6に仮付けされる。
【0009】
次に、CCD撮像素子1の外周とパッケージ6の凹部7との隙間7Aに封止剤18をデイスペンサノズル9を用いて注入する。デイスペンサノズル9は、図示を省略したX−Y移動装置によってCCD撮像素子1の外周部に沿って移動するようになされている。封止剤18は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性の樹脂である。紫外線熱硬化性樹脂の例としては、例えばナミックス株式会社(本社新潟市)製のUV熱硬化型アンダーフィル剤、製品番号XV6841−107のものがある。この樹脂の25℃での粘度は3.5Pa・sである。
【0010】
このUV熱硬化性樹脂に波長が約365nm、照度が100mW/cm2の紫外線を照射すると10数秒で表面が硬化する。図1の(b)において、パッケージ6の下方には波長が約250から430nmの範囲の紫外線を放射する光源(以下、UV光源10という)が設けられている。このようなUV光源10の具体例としては高圧水銀ランプがある。UV光源10からの紫外線は、窓3を通ってCCD撮像素子1の主面1Aに照射される。主面1Aにおける紫外線の照度は100mW/cm2程度であり、照射時間は約15秒である。デイスペンサノズル9により封止剤18を隙間7Aに注入したとき、余剰の封止剤がCCD撮像素子1の各バンプ2の隙間を通って受光部12の周囲に18Aで示すように流れ出す。流れ出た封止剤18AはUV光源10の紫外線を受けて表面が急速に硬化し流動性を失う。従って封止剤18Aが受光部12にまで流入するのを防止することができる。
【0011】
図2は、CCD撮像素子1をパッケージ6に取り付けるための装置の具体例を示す斜視図である。図1、図2において、被加工物のパッケージ6を保持するトレイ21は例えば4つの凹部22A、22B、22C、22Dを備えている。各凹部22A〜22Dの縦横の寸法はパッケージ6の縦横のそれぞれの寸法より若干大きくなされている。凹部22A〜22Dの中央部には、パッケージ6の外形より小さく、パッケージ6の窓3よりやや大きい開口23が設けられている。各凹部22A〜22Dには、バンプ2と回路パターン4が導電性接着剤で仮接着された状態のパッケージ6とCCD撮像素子1の組立体が収納されている。トレイ21は2個の支持板24により支持され、図示を省略した移動装置により矢印X、Y方向に移動するようになされている。
【0012】
トレイ21の下部には、CCD撮像素子1の主面1Aに出射端28Aが対向する光ファイバ28が配置されている。光ファイバ28は、例えば合成石英で作られており直径は約10mmである。光ファイバ28の入射端28Bは、例えば高安定型の水銀キセノンランプのUV光源25を有する紫外線発生器30に接続されている。紫外線発生器30は、前記のUV光源25の放射光を前記光ファイバ28の入射端28Bに向けて集光する反射鏡26を備えている。反射鏡26は波長400nm以下の紫外光27を反射し、それより波長の長い可視光等は透過するコールドミラーである。フィルタ29は、波長254nm以下の紫外光を遮断する。波長254nm以下の紫外線はCCD撮像素子1に損傷を与えるおそれがあるのでフィルタ29で遮断する。
【0013】
図2の構成の装置の動作を以下に説明する。トレイ21の上方には、デイスペンサノズル9が図示を省略した既知の移動機構により支持されている。移動機構により、デイスペンサノズル9をCCD撮像素子1の周囲に沿って移動させつつ凹部22Aに収納されているパッケージ6とCCD撮像素子1との間に封止剤18を注入する。封止剤18の注入開始と同時にUV光源25を点灯する。UV光源25からの紫外線は光ファイバ28を経て出射端28Aから出射し、トレイ24の開口23を経てCCD撮像素子1とパッケージ6の境界部に照射される。CCD撮像素子1の受光部12に流入しようとする余剰の封止剤18は紫外線を受けて5秒から15秒で表面が硬化し流動性を失う。トレイ21を矢印X、Y方向に移動させて各凹部22B〜22Dを順次光ファイバ28の出射端28の上に位置決めし、前記の動作を繰り返すことにより、4つの撮像素子1とそれぞれのパッケージ6との間に封止剤18が注入される。上記の工程の終了後、トレイ21を図示を省略した加熱室に入れ、100から120℃で約1時間加熱する。これにより封止剤18は表面のみならず内部も硬化し、撮像素子1はパッケージ6に強固に接着される。
【0014】
《第2実施例》
本発明の第2実施例のCCD撮像素子をパッケージに取り付ける装置を図3及び図4を参照して説明する。図3は第2実施例に用いる装置の要部の斜視図であり、図4の(a)は装置全体を示す平面図、同(b)は正面図である。第2実施例は大量生産に用いる装置に関するものであり、トレイ41は、例えば7行、7列の合計49の凹部42を有する。図3では、デイスペンサノズル9による封止剤18の注入位置に第1行、第1例の凹部42Aが位置決めされている。7行7列の49の凹部42のすべてに、導電性接着剤でCCD撮像素子1を仮付けしたパッケージ6が収納されている。デイスペンサノズル9は、図示を省略した移動機構によりY方向に移動し、第1行の凹部42Aから42Gに順次封止剤18を注入するように構成されている。
トレイ41の下方には棒状のUV光源43が配置されている。UV光源43は例えばUV高圧水銀ランプである。UV光源43の下方には、波長400mm以上の可視光を含む長い波長の光を透過し、それより短い波長の光を反射するコールドミラー44が配置されている。UV光源43とトレイ41との間には、複数のフィルタが設けられている。UV光源43のすぐ上には可視光及び可視光より長い波長の光を遮断するコールドフィルタ45が配置されている。
【0015】
コールドフィルタ45の上方に、ステンレススチールやセラミック等耐熱性を有する材料で作られたマクス板46が配置されている。マスク板46はUV光源43の光がトレイ41の凹部42A〜42Gの部分にのみ入射するように凹部42A〜42Gに対応する位置に窓を有する。マクス板46の上にフィルタ48及び49が設けられている。フィルタ48は、CCD撮像素子1のCMOS素子に損傷を与える波長254nm以下の短波長の紫外線を遮断するフィルタである。フィルタ49は波長400nm以上の光を最終的に遮断し、赤外線等の長い波長の光を完全に防ぐためのフィルタである。デイスペンサノズル9は凹部42Aの位置で図示を省略した移動機構により、矢印Z方向に移動して降下するとともに、封止剤18を吐出しつつX、Y方向に移動して第1実施例の動作と同様にCCD撮像素子1の周囲を回り、CCD撮像素子1とパッケージ6との間に封止剤18を注入する。注入した封止剤18のうち、CCD撮像素子1の受光部12近傍に流れるものはUV光源43からの紫外線の照射を受けて表面が急速に硬化する。次にデイスペンサノズル9をY方向に移動させて凹部42Bの上方に位置決めし、上記と同様の動作で封止剤18を注入する。凹部42Cから42Gについても上記と同様の動作で封止剤18を注入すると、トレイ41を矢印Tの方向に移動させ、2列目の凹部42Hから42Nを注入位置に位置決めする。上記の動作を繰り返してすべての凹部42のCCD撮像素子1とパッケージ6との間に封止剤18を注入する。シャッタ50は、トレイ41を取りはずして図3に示す位置にないとき矢印S方向に移動してUV光源43からの光を遮断し作業者に障害を与えないようにする。
【0016】
図4の(a)は、図3の装置を含む工場設備の具体的な構成例を示す平面図であり、同(b)は正面図である。図4の(a)において、図8に示すトレイ41は2本のレール60に乗って矢印61の方向に搬送され、図4の(b)に示すように、ディスペンサノズル9を備えた封止剤供給装置63の下に位置決めされる。トレイ41の下方には、図3に示す紫外線の照射装置が設けられている。シャッタ50は矢印Sに示す方向に動いて、トレイ41が図4に示す位置にないときUV光源43の紫外線を遮断する。図4の装置によれば、CCD撮像素子1とパッケージ6との接着工程を高能率で行うことができる。
【0017】
【発明の効果】
以上の各実施例で詳細に説明したように本発明によれば、CCD撮像素子とパッケージの間に注入する封止剤に紫外線熱硬化性樹脂を用い、注入後にCCD撮像素子の受光部に流入しようとする余剰の封止剤に紫外線を照射する。紫外線の照射をうけた封止剤はその表面が短時間で硬化し、流動性を失うので、受光部への流入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1実施例の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法を示す、固体撮像素子を取り付けたパッケージの斜視図
(b)は、(a)のIb−Ib断面図
【図2】(a)は本発明の第1実施例の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法を実施する装置の斜視図
(b)は、(a)のIIb−IIb断面図
【図3】本発明の第2実施例の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置の要部の斜視図
【図4】(a)は第2実施例の装置の平面図
(b)は第2実施例の装置の正面図
【図5】(a)は従来の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法を示す、固体撮像素子を取り付けたパッケージの斜視図
(b)は(a)のVb−Vb断面図
【符号の説明】
1 CCD撮像素子
2 バンプ
3 窓
4 回路パターン
5 外部端子
6 パッケージ
6A 凹部
7 凹部
7A 隙間
8、18 封止剤
9 デイスペンサノズル
10 UV光源
11
12 受光部
21 トレイ
22A、22B、22C、22D 凹部
23 開口
24 支持板
25 UV光源
26 反射鏡
27 紫外光
28 光ファイバ
28A 出射端
28B 入射端
29 フィルタ
41 トレイ
42 凹部
42A〜42G 凹部
43 UV光源
44 コールドミラー
45 コールドフィルタ
46 マスク板
48、49 フィルタ
50 シャッタ
Claims (6)
- 主面の中央部に受光部を有し、前記主面の外周部に外部回路への接続のためのバンプを有する固体撮像素子を用意する工程と、
前記主面と対向する面の中央部に前記受光部より大きく主面より小さい窓を有し、前記対向面において前記窓の外周部でかつ前記固体撮像素子のバンプに対応する位置に導電体の回路パターンを有する絶縁物のパッケージを用意する工程と、
前記パッケージに前記固体撮像素子を、前記受光部を前記窓に向け、かつ前記バンプと前記回路パターンとが電気的に接続されるように取り付ける工程と、
前記パッケージの前記窓の外周部と前記固体撮像素子の外周部との間に紫外線の照射により硬化する液状の封止剤を注入すると同時に、前記注入された封止剤に前記窓を通して波長が250〜430nmの範囲の紫外線のみを照射して硬化させる工程と、
を有する固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法であって、
前記固体撮像素子を取り付けた前記パッケージを収納する凹部を有しかつ前記凹部に前記パッケージの窓より大きく前記パッケージの外形より小さい開口を設けた治具を用意する工程と、
前記固体撮像素子の受光部が前記開口に向くように、前記用意した治具の凹部に前記固体撮像素子を取り付けた前記パッケージを収納する工程と、
を更に有し、
前記収納する工程後に、前記硬化させる工程を行う、固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法。 - UV光源の放射光を前記治具の窓に向けて集光するように反射鏡にて反射した反射光が前記紫外線として前記封止剤に照射されることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法。
- 前記治具は前記窓を設けた凹部を複数有し、当該各凹部に、前記固体撮像素子を取り付けた前記パッケージが収納され、
前記各凹部に収納された前記パッケージと前記固体撮像素子との間に注入された前記封止剤に、前記各凹部に対応する位置に窓を有するマスク板を介して前記紫外線が照射されることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法。 - 固体撮像素子の外部接続用バンプとパッケージの回路パターンとが電気的に接続されるように、前記固体撮像素子を取り付けたパッケージが収納される複数の凹部を有し、前記各凹部に前記固体撮像素子の受光部より大きく前記パッケージの外形より小さい窓を設けた治具と、
前記固体撮像素子の外周部と前記パッケージとの間に紫外線の照射により硬化する液状封止剤を注入する液剤注入装置と、
前記封止剤の注入と同時に、前記治具の窓に向けて波長が250から430nmの範囲の紫外線のみを照射する紫外線の光源と、
を備える固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置。 - 前記受光部が設けられた前記固体撮像素子の主面に出射端が対向するように配置された光ファイバと、
前記光源が照射した紫外線のうち波長が400nm以下の紫外線を前記光ファイバの入射端に向けて集光し、波長が400nmより長い紫外線を透過する反射鏡と、
前記反射鏡により前記光ファイバの入射端に向けて集光される紫外線のうち、波長が254nm以下の紫外線を遮断するフィルターと、
を更に備える請求項4記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置。 - 前記フィルターとは別のフィルターであって、波長が400nm以上の光を遮断するフィルターをさらに備える請求項5記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置。
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