JP4708175B2

JP4708175B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP4708175B2
Application number: JP2005353772A
Authority: JP
Inventors: 伸早坂
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: JP2007158184A

Description

本発明は、チップ状の固体撮像素子が封止パッケージによって気密封止されてなる固体撮像装置に関する。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等のチップ状の固体撮像素子を封止する封止方式として、気密封止方式がある。これは一般に、封止パッケージのベースとなるパッケージ本体に収納用の凹部を一体に形成し、この凹部の底面に、受光面が上向きとなるように固体撮像素子を固着したうえで、凹部の開口を塞ぐように、パッケージ本体に透明な蓋体（リッド）を接着剤を用いて接合することにより、封止を行うものである。

ところで、このような気密封止方式の固体撮像装置では、固体撮像素子の受光面に結露が生じることが問題である。この結露の防止に関して、特許文献１において、リッドと受光面との間に透明樹脂を充填する技術が開示されているが、これでは、光の透過率が小さくなり、感度が低下するといった問題がある。

そこで、その他の方法として、外部から封止空間内への水分の進入を防ぐ技術（特許文献２，３参照）や、発熱する固体撮像素子の温度を下げる技術（特許文献４参照）が提案されている。特許文献２では、パッケージ本体のリッドの接合部に凹凸を形成することで、接合面積を拡大し、耐湿性（外部からの水分の浸入を防止する性能）を向上させている。特許文献３では、パッケージ本体のリッドの接合部に、吸湿性接着剤と低透湿性接着剤を用いて接着を行うことで、耐湿性を向上させるとともに、封止空間内に残存する水分を減少させている。特許文献４では、パッケージ本体の外側面に、金属製放熱フィンを設けることで、固体撮像素子の温度を下げている。
特開平６−１５１６４３号公報特開平１０−２４７６９５号公報特開平１１−１４５３３７号公報特開２００４−１４６５３０号公報

本発明は、上記従来文献に記載の技術に比して、より効果的に結露を防止することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、矩形チップ状の固体撮像素子と、この固体撮像素子を気密封止する封止パッケージとを備えた固体撮像装置において、前記封止パッケージは、前記固体撮像素子の受光面を含む上面、およびその各側面を囲うように凹状に形成されたパッケージ本体と、このパッケージ本体に固着され、前記固体撮像素子の電極パッドに電気的に接続されるリードと、このパッケージ本体に固着され、前記受光面を除く前記固体撮像素子の上面の一部に当接する放熱板とを有し、少なくとも前記受光面を除いた前記固体撮像素子と前記パッケージ本体との間に樹脂を充填することにより前記固体撮像素子を気密封止していることを特徴とする。これにより、固体撮像素子と封止パッケージとの温度差が減少する。

なお、前記放熱板は、金属製であることが好ましい。また、前記放熱板は、前記受光部の周囲に当接するように形成された枠状部を備えることが好ましい。また、前記リードが実装基板に接合された際に、前記放熱板は、この実装基板に接触して熱を放出することが好ましい。これらにより、放熱性が高まる。

また、前記樹脂と接触する前記放熱板あるいは前記パッケージ本体の表面に、凹部が設けられていることが好ましい。これにより、樹脂とパッケージ本体との密着性が高まる。

また、前記樹脂は、前記固体撮像素子の裏面を覆っていることが好ましい。また、前記固体撮像素子の裏面を覆う前記樹脂の表面に、所定の情報が印字された印字板が貼り付けられていることが好ましい。

また、前記固体撮像素子はＣＣＤイメージセンサであって、前記放熱板は、出力アンプ上に当接していることが好ましい。出力アンプは発熱量が大きく、これにより、放熱性が高まる。

本発明の固体撮像装置によれば、固体撮像素子と封止パッケージとの温度差を減少させ、結露を防止することができる。また、受光面から外部までのパスが固体撮像素子の側部を介するため長く、その側部には樹脂が充填されるので、結露の起因となる湿気の進入を低減することができる。さらに、放熱板は、固体撮像素子の上面に当接し、固体撮像素子の上下方向の取り付け位置基準板として機能するので、固体撮像素子の封止パッケージに対する取り付け精度を向上させることができる。

図１において、矩形チップ状の固体撮像素子２０を気密封止するための封止パッケージ１０は、透明プラスティック製のパッケージ本体１１と、パッケージ本体１１に固着された複数のリード１２および放熱板１３とからなる。パッケージ本体１１は、矩形平板状の上部と、これを取り囲む矩形平板状の４つの側部とからなる凹状の蓋部材であり、固体撮像素子２０の受光面２１を含む上面、およびその各側面を囲う。なお、パッケージ本体１１の材質は、プラスティックに限られず、ガラスとしてもよい。また、パッケージ本体１１は、光を受光面２１に入射させるために、少なくとも受光面２１に対向する部分が透明であれば、その他の部分は不透明であってもよい。

リード１２は、金属製（銅合金系、ニッケル合金系など）であり、短冊状の基部１２ｃと、基部１２ｃに対してほぼ垂直に曲げ加工されたインナーリード部１２ａおよびアウターリード部１２ｂとからなる。インナーリード部１２ａは、パッケージ本体１１上部の内壁面に、基部１２ｃは、パッケージ本体１１側部の内壁面に、アウターリード部１２ｂは、その下端面にそれぞれ固着されている。

放熱板１３は、金属製（銅合金系、ニッケル合金系など）であり、矩形開口１３ａが形成された矩形状の枠状部１３ｂと、枠状部１３ｂに対してほぼ直角に曲げ加工された２つの側部１３ｃと、各側部１３ｃの端部に対してほぼ直角に曲げ加工された端部１３ｄとからなる。枠状部１３ｂは、パッケージ本体１１上部の内壁面に、側部１３ｃは、リード１２が形成されていないパッケージ本体１１側部の内壁面に、端部１３ｄは、その下端面にそれぞれ固着されている。

各リード１２は、固体撮像素子２０の上面に形成された各電極パッド２２に対応するように配置されている。放熱板１３は、固体撮像素子２０の上面に形成された受光面２１と電極パッド２２とを除く部分に対応するように配置されており、矩形開口１３ａから受光面２１を露呈させる。なお、固体撮像素子２０は、シリコン製の半導体チップであり、撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどが構成されている。

図２は、固体撮像素子２０を封止パッケージ１０によって気密封止してなるパッケージユニット（固体撮像装置）２の断面を示す。図２（Ａ）は、図１のＸ方向に沿う縦断面図であり、図２（Ｂ）は、図１のＹ方向に沿う縦断面図である。

固体撮像素子２０は、電極パッド２２が導電性接着剤３０を介してインナーリード部１２ａにボンディングされることによって封止パッケージ１０内に固着されるとともに、固体撮像素子２０の上面は、放熱板１３の枠状部１３ｂに当接している。固体撮像素子２０と封止パッケージ１０との間（少なくとも受光面２１を除く）には、樹脂３１が充填されており、この樹脂３１は、固体撮像素子２０の裏面も覆っている。この固体撮像素子２０の裏面側には、樹脂３１を介して、所定の情報（製品名、ロット番号、ウエハ番号など）が印字（マーキング）されたプラスティック製または金属製の印字板３２が貼り付けられている。なお、樹脂３１は、湿気の進入を防止するために、低透湿性樹脂であることが好ましい。

アウターリード部１２ｂは、外部に露呈しており、パッケージユニット２の外部端子として機能する。アウターリード部１２ｂは、パッケージユニット２を所定の実装基板（不図示）に実装する際に半田付け等で接続される。また、放熱板１３の端部１３ｄも外部に露呈しており、パッケージユニット２が実装基板に実装された際に、端部１３ｄは実装基板に接触する。

パッケージユニット２は、撮像動作によって固体撮像素子２０に生じた熱を放熱板１３を介してパッケージ本体１１に伝えるとともに、この熱は放熱板１３を介して実装基板に放出されるので、固体撮像素子２０と封止パッケージ１０との温度差を減少させ、結露を防止することができる。また、受光面２１から外部までのパスが固体撮像素子２０の側部を介するため長く、そのパスには樹脂３１が充填されているので、受光面２１上へ湿気が進入しにくい。この構造も結露の防止に寄与する。

また、放熱板１３の枠状部１３ｂは、図２（Ａ）のように、リード１２のインナーリード部１２ａより厚く形成されており、固体撮像素子２０を取り付ける際にその上面に当接するので、放熱板１３は、固体撮像素子２０の上下方向の取り付け位置基準板として機能する。これにより、上下方向の取り付け精度が向上し、固体撮像素子２０の封止パッケージ１０に対する平坦性（チップ平坦度）が向上する。

なお、放熱板１３は、光の反射を防止し、不要光が受光面２１に入射することのないように、黒色または表面が黒色にコーティングされたものであることが好ましい。また、固体撮像素子２０がＣＣＤイメージセンサとして構成されている場合、撮像動作時の発熱量は、信号電荷を電圧信号に変換する出力アンプ（不図示）が最も大きいため、放熱板１３は、少なくともこの出力アンプ上に当接するように配置されていることが好ましい。

また、図３は、樹脂３１に接触する放熱板１３の表面に、凹部３３を設けた例を示す。この凹部３３により、放熱板１３と樹脂３１との密着性が向上する。凹部３３の外形は、円形、矩形、溝状などの適宜形状であってよい。また、凹部３３は、樹脂３１に接触する部分であれば、パッケージ本体１１の表面に設けてもよい。

次に、図４を用いてパッケージユニット２の製造方法（固体撮像素子２０の封止方法）を説明する。図４（Ａ）に示すように、まず、封止パッケージ１０を、開口部を上向きにした状態で、リード１２のインナーリード部１２ａに導電性接着剤３０を塗布する。次いで、図４（Ｂ）に示すように、固体撮像素子２０の受光面２１を下向きにして、電極パッド２２をインナーリード部１２ａに対応させるようにアライメントしながら、封止パッケージ１０内に積載する。このとき、固体撮像素子２０の表面は、放熱板１３の枠状部１３ｂに当接する。

次いで、導電性接着剤３０を硬化させ、固体撮像素子２０を封止パッケージ１０に固着させた後、図４（Ｃ）に示すように、固体撮像素子２０と封止パッケージ１０との間（少なくとも受光面２１を除く）を埋めるとともに、固体撮像素子２０の裏面を覆うように、樹脂３１を充填し、さらに、充填された樹脂３１の表面に、印字板３２を貼り付ける。そして、樹脂３１を硬化させた後、レーザやインクなどで印字板３２に印字を行う。

この方法では、工程の早い段階で、固体撮像素子２０の受光面２１が気密封止されるので、受光面２１上への塵埃の混入が低減し、工程起因のキズなどが防止される。

なお、上記実施形態では、インナーリード部１２ａと電極パッド２２とを導電性接着剤３０を用いて接合しているが、これに限定されず、半田などを用いて接合を行ってもよい。

また、この接合に、異方性導電接着剤を用いることも効果的である。図４（Ａ）での導電性接着剤３０の塗布に代えて、図５に示す領域４０に、複数のインナーリード部１２ａをまたぐように異方性導電接着剤し、図４（Ｂ）と同様にして、インナーリード部１２ａ上に、異方性導電接着剤を介して電極パッド２２を押し付ける。この押圧によって、異方性導電接着剤は上下方向に導電性が発生し、対応するインナーリード部１２ａと電極パッド２２とを導通させる。異方性導電接着剤は横方向には導電性を有さないので、インナーリード部１２ａ間、または電極パッド２２間をショートさせることはない。異方性導電接着剤を用いることにより、上記の接着剤の塗布工程が簡単化される。

また、上記異方性導電接着剤に代えて、厚さ方向にのみ導電性を有する異方性導電性テープを用いることも効果的である。この異方性導電性テープを図５に示す領域４０に、複数のインナーリード部１２ａをまたぐように貼り付け、電極パッド２２上に半田などでバンプを形成した固体撮像素子２０を押圧すればよい。

さらに、放熱板１３と固体撮像素子２０との接触性および放熱性を確実にするために、固体撮像素子２０の上面に当接する枠状部１３ｂの表面に異方性導電性テープを貼り付けてもよい。また、枠状部１３ｂの表面に、熱伝導性および低透湿性を有する絶縁性接着剤を塗布することも効果的である。

また、上記実施形態では、固体撮像素子２０の裏面側に印字板３２を設けているが、印字板３２は必ずしも設ける必要はない。印字板３２を設けない場合には、充填された樹脂３１の表面にレーザなどで直接印字を行えばよい。

また、上記実施形態では、リード１２および放熱板１３を、封止パッケージ１０の内壁に沿って配置し、封止パッケージ１０の下端部を基板との実装面としているが、リード１２および放熱板１３の形状、およびパッケージ本体１１への配置方式は適宜変更してよい。

図６は、リード１２および放熱板１３の変形例であり、リード１２の基部１２ｃと、放熱板１３の側部１３ｃとを封止パッケージ１０の外面に露呈させたものである。以上は、表面実装型パッケージを例示しているが、さらに、図７は、リード１２のアウターリード部１２ｂを下向きに真っ直ぐ伸ばした、挿入実装型パッケージの一種であるＤＩＰ（Dual Inline Package）を例示している。

固体撮像素子およびその封止パッケージの外観斜視図である。パッケージユニットの縦断面図であり、（Ａ）は図１のＸ方向に沿う断面、（Ｂ）は図１のＹ方向に沿う断面を示す。放熱板の表面に凹部を設けた例を示す断面図である。パッケージユニットの製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は接着剤の塗布工程、（Ｂ）は固体撮像素子のアライメント工程、（Ｃ）は樹脂の充填工程を示す。異方性導電接着剤の塗布領域、および異方性導電テープの貼着領域を示す斜視図である。リードおよび放熱板を封止パッケージの外側面に露呈させた例を示す縦断面図であり、（Ａ）は図１のＸ方向に沿う断面、（Ｂ）は図１のＹ方向に沿う断面を示す。リードのアウターリード部を下向きに伸ばした例を示す縦断面図であり、（Ａ）は図１のＸ方向に沿う断面、（Ｂ）は図１のＹ方向に沿う断面を示す。

符号の説明

２パッケージユニット（固体撮像装置）
１０封止パッケージ
１１パッケージ本体
１２リード
１２ａインナーリード部
１２ｂアウターリード部
１２ｃ基部
１３放熱板
１３ａ矩形開口
１３ｂ枠状部
１３ｃ側部
１３ｄ端部
２０固体撮像素子
２１受光面
２２電極パッド
３０導電性接着剤
３１樹脂
３２印字板
３３凹部

Claims

矩形チップ状の固体撮像素子と、この固体撮像素子を気密封止する封止パッケージとを備えた固体撮像装置において、
前記封止パッケージは、前記固体撮像素子の受光面を含む上面、およびその各側面を囲うように凹状に形成されたパッケージ本体と、このパッケージ本体に固着され、前記固体撮像素子の電極パッドに電気的に接続されるリードと、このパッケージ本体に固着され、前記受光面を除く前記固体撮像素子の上面の一部に当接する放熱板とを有し、少なくとも前記受光面を除いた前記固体撮像素子と前記パッケージ本体との間に樹脂を充填することにより前記固体撮像素子を気密封止していることを特徴とする固体撮像装置。
前記放熱板は、金属製であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記放熱板は、前記受光部の周囲に当接するように形成された枠状部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
前記リードが実装基板に接合された際に、前記放熱板は、この実装基板に接触して熱を放出することを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の固体撮像装置。
前記樹脂と接触する前記放熱板あるいは前記パッケージ本体の表面に、凹部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の固体撮像装置。
前記樹脂は、前記固体撮像素子の裏面を覆っていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子の裏面を覆う前記樹脂の表面に、所定の情報が印字された印字板が貼り付けられていることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子はＣＣＤイメージセンサであって、前記放熱板は、出力アンプ上に当接していることを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の固体撮像装置。