JP4767699B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に係り、特に、監視カメラ、医療用カメラ、車載用カメラなどの半導体撮像素子を用いて形成される小型の固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。

近年、携帯電話、車載部品等で小型カメラの需要が急速に進展している。この種の小型カメラは固体撮像素子によりレンズなどの光学系を介して入力される画像を電気信号として出力する固体撮像装置が使用されている。

そして、この固体撮像装置の小型化、高性能化に伴い、カメラがより小型化され、各方面で使用されてきており、映像の入力装置としての市場を広げている。従来の半導体撮像素子を用いた撮像装置は、レンズ、半導体撮像素子、その駆動回路および信号処理回路などを搭載したＬＳＩ等の部品を夫々筐体あるいは構造体に形成してこれらを組み合わせている。

このような組み合わせによる実装構造は、従来、平板上のプリント基板上に各素子を搭載することによって形成されていた。

そこで、装置の更なる小型化をはかるために、本出願人は、図１３および図１４に示すように、実装部材として、矩形台状の脚部１０１Ａとその上に形成された胴部１０１Ｂとからなり、この脚部１０１Ａと胴部１０１Ｂとの境界部に開口部１０１Ｃを形成した、樹脂製の立体プリント基板１０１を提案している（特許文献１参照）。

この立体プリント基板１０１を用いて製造される固体撮像装置は、立体プリント基板１０１の、脚部１０１Ａの裏面側にプリント配線パターン１０５を形成するとともに、胴部１０１Ｂの内周には、レンズ１０２が嵌めこまれて、その光軸１１７を中心にして、開口部１０１Ｃの上側には光学フィルタ１０３、下側には半導体撮像素子１０４およびチップ部品１０８が配置されている。

そして、ソルダペースト１１４でこの脚部１０１Ａに配設された端子パターン１０５に接続することにより、携帯電話、パソコン等の各種機器のメイン基板１１３に電気的に接続されている。図１５はその要部説明図であるが、半導体撮像素子１０４は表面に形成されたバンプ１０６を介して脚部１０１Ａに形成された端子パターン１０５に接続され、封止樹脂１０７で封止されることによって立体プリント基板１０１との接続がなされている。なお、同一部位には同一符号を付している。

実装に際しては、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、立体プリント基板１０１を成型した後（図１６（ａ））、固体撮像素子１０４を装着（図１６（ｂ））し、この後、光学フィルタ１０３を装着する（図１７（ｃ））という方法がとられている。
特開２００１−２４５１８６号公報

しかしながら、このような構造と製造方法では、開口部１０１Ｃの空隙にダストが侵入する可能性があり、ダストの進入により固体撮像素子１０４の光学認識に障害を起こし、得られる画像としても、不具合が生じてしまうことがあった。ダストの発生要因としては、固体撮像素子センサチップの角部からの剥がれ、構成部品からのフィラー等の脱落、組み立て雰囲気下でのゴミ等が挙げられるが、従来の固体撮像装置の構造は空隙が大きく残っており、固体撮像装置を組み立てた後に、空隙内部にダストが侵入する可能性が高いものであった。

また、ダストが光学フィルタの上面に存在するのであればブロアー等で吹き飛ばすことが出来るが、このように固体撮像素子１０４と光学フィルタ１０３との間の空隙部にダストが侵入すると、簡単には除去できず、リペアが困難であった。結果的に歩留まり向上を阻む大きな問題となっていた。

また、上記構造の場合、固体撮像素子装着時には、バンプを介してダイレクトボンディングを行った後、接続部近傍を封止樹脂で封止しなければならないが、不透明な封止樹脂が接続部だけで留まらず開口エリアまで漏れ出てきた場合、固体撮像素子のセンシングエリアを狭めてしまうことにより不具合が発生してしまうことがあった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ダスト進入による固体撮像素子の認識障害を抑制し、また、製造工程の簡略化を図ることにより、製品品質を向上して製造歩留まりの向上を図ることができる固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明の固体撮像装置は、絶縁性樹脂で構成され、貫通開口部を有する構造体と、配線部に接続され、前記貫通開口部を塞ぐように前記構造体に装着される固体撮像素子と、前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて前記貫通開口部を塞ぐように装着される、光学フィルタ機能を持つレンズ部と、を備え、前記構造体の貫通開口部と前記レンズ部と前記固体撮像素子とで形成される空間内に透明充填剤が充填されている。
この構成により、透光性部材を省略できるうえに、レンズと透光性部材間のダスト進入を防ぎ、なおかつレンズと固体撮像素子間のダスト侵入も防ぐことができる。そのため、ダスト進入による不具合を無くし、部材の低減、製造工程の簡素化といった品質の向上、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、絶縁性樹脂で構成され貫通開口部を有する構造体の表面に形成された配線部上に、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着する工程と、前記固体撮像素子と前記貫通開口部で形成される空間に透明充填剤を充填する工程と、前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて、前記構造体の貫通開口部を塞ぐように透光性部材を装着する工程と、を有する。

この製造工程により、固体撮像面の開口部領域での空隙が無くなり、ダストの進入が大幅に低減される。よって、本発明の製造方法により製造される固体撮像装置は、認識障害不良が大幅に低減され、画像品質の向上と歩留まりの向上を達成することが出来る。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、絶縁性樹脂で構成され貫通開口部を有する構造体の前記貫通開口部を塞ぐように透光性部材を装着する工程と、前記透光性部材と前記貫通開口部で形成される空間に透明充填剤を充填する工程と、前記構造体の表面に形成された配線部上に、前記透光性部材から所定の間隔を隔てて、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着する工程と、を有する。

この製造工程により、固体撮像素子の最表面を透明充填剤で覆わなくともダストの進入を大幅に低減することができる。そのため固体撮像素子表面を透明樹脂で覆うことにより光学的経路に課題が生じる場合には、それを避けてダストの進入を防ぐことができる。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、絶縁性樹脂で構成され貫通開口部を有する構造体の表面に形成された配線部上に、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着する工程と、前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて、前記構造体の貫通開口部を塞ぐように光学フィルタ機能を持つレンズを装着する工程と、前記構造体の貫通開口部と前記固体撮像素子と前記レンズとで形成される空間内に、前記構造体に設けられた注入口から透明充填剤を充填する工程と、を有する。

この製造工程により、固体撮像素子と光学フィルタ機能を持つレンズ間を略完全に透明樹脂等の透明充填剤で充填することが可能となり、更にダストの進入を低減することができる。また、部材の低減、製造工程の簡素化といった品質の向上、製造コストの低減を図ることが可能となる。

本発明によれば、ダスト進入による固体撮像素子の認識障害を抑制し、また、製造工程の簡略化することができ、よって、製品品質を向上して製造歩留まりの向上を図ることができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図１に示す。
構造体１には貫通開口部２が形成されており、固体撮像素子４が構造体１の表面に形成されている端子パターン５にバンプ６を介して電気的に接続し装着されている。

固体撮像素子４の端子（図示せず）に接続されているバンプ６の周辺は、封止樹脂７により固体撮像素子４と端子パターン５との電気的な接続を強固にしている。この固体撮像素子４は貫通開口部２を塞ぐように装着され、相対して光学フィルタ３が設置されている。さらに、透明充填剤８が固体撮像素子４と光学フィルタ３との貫通開口部２とで形成される空間内に充填されている。

この透明充填剤８は、図１に示すように、固体撮像素子４の表面を覆うと共に貫通開口部２の内部を充填している。

この固体撮像装置において、構造体１は絶縁性のポリフタルアミド樹脂で構成され、光学フィルタ３は水晶屈折板を用い、透明充填剤８は透明シリコーンゲルで構成されている。バンプ６は金バンプを用い、封止樹脂７は熱硬化性の不透明性樹脂により構成されている。

このように、固体撮像素子４の表面を覆うと共に貫通開口部２の内部を充填するように透明充填剤８を充填しているので、固体撮像素子４と光学フィルタ３との間にダストが侵入することなく、認識障害不良を大幅に低減し、品質向上と歩留まり向上に寄与することができる。

次に、この固体撮像装置の製造方法について、図２を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、表面に端子パターン５が形成され貫通開口部２が形成されている構造体１を準備する。この構造体１は、成型金型内に形成されたキャビティ内にポリフタルアミド樹脂を射出したのち冷却し、硬化させることにより形成する。さらに、この構造体１の所定の領域に、メッキプロセスあるいはスパッタリング法などの薄膜プロセスにより裏面側に形成された端子パターン５を含む配線部を形成する。

続けて、図２（ｂ）に示すように固体撮像素子４を構造体１に装着する。ここで固体撮像素子４の接続電極として金によりバンプ６が形成されており、構造体１の表面に形成された端子パターン５の一端に熱圧着によって接続し、電気的な接続を確保して装着される。そして樹脂封止を行い、バンプ６の周囲を封止樹脂７で被覆する。

続いて、図２（ｃ）に示すように透明充填剤８を充填する。本実施の形態では、この時の透明充填剤８として東レ・ダウコーニングのシリコーンゲルの２液タイプを用いる。２液タイプを用いることにより、低温短時間での硬化が可能となる。

具体的には、まず、２液のＡ液、Ｂ液を１：１の割合で混合し、均一に攪拌混合を行う。その後、液中に空気が混入しないように減圧脱泡を行う。減圧脱泡は、50ｍｍＨｇの減圧下に５分間行う。

続いて、ディスペンサーを用いて、固体撮像素子４の表面にシリコーンゲルを充填する。このときに固体撮像素子４表面に空気が残存しないように周囲から順に充填を行う。所定の量を充填した後に、加熱炉を用いて７０℃、３０分の加熱によりシリコーンゲルを硬化させることで、透明充填剤８が形成される。硬化することにより透明充填剤８がこぼれるようなことは無く、全体が柔らかいのでその他の部分に不必要な荷重を加えることは無い。

最後に、図２（ｄ）に示すように、光学フィルタ３を設置することにより固体撮像素子を製造する。この光学フィルタは、水晶板の表面に所望の屈折率を有する多層構造の誘電体薄膜を蒸着し誘電体干渉フィルタからなっている。その後、光学レンズ（図示せず）、基板（図示せず）と組み立てることにより、カメラとしての機能を持つ固体撮像装置が製造される。

このような製造方法をとることにより、固体撮像素子４と光学フィルタ３との間にダストが侵入することなく、認識障害不良を大幅に低減した固体撮像素子を製造することができ、品質向上と歩留まり向上に寄与することができる。

なお、光学フィルタ３を装着する時に、光学フィルタ３と透明充填剤８とが接触していても構わない。また、透明充填剤８と光学フィルタ３間の空気が抜ける空気穴を形成していても良い。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図３に示す。
なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態の特徴は、図３に示すように、封止樹脂７が無く、その代わりに透明充填剤８がバンプ６の周囲まで充填されている点にある。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を、図４に示す。
図４に示すように、第１の実施の形態での製造方法と比較して、図４（ｂ）の工程において、樹脂封止を行っておらず、続く図４（ｃ）の工程において透明充填剤８を充填するときに、バンプ６の周囲の充填も同時に行っている。

このような構成と製造方法をとることにより、固体撮像素子４の接合部への封止工程を別に行わずに撮像素子の撮像面を覆う工程と、接合部への封止工程を同時に行うことが出来る。そのため第１の実施の形態での効果に加えて、封止樹脂が固体撮像素子面へ流れ出すこともなく、製造工程を簡略化し、品質向上を得ることができる。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図５に示す。
なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態の特徴は、図５に示すように、透明充填剤８が光学フィルタ３側を覆うと共に、貫通開口部２の内部を充填する構成となっている点にある。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を、図６に示す。
図６に示すように、第１の実施の形態での製造方法と比較して、図６（ｂ）の工程おいて、固体撮像素子４を装着するのではなく、先に光学フィルタ３を設置する。続いて、図６（ｂ）の状態から構造体を上下逆さにして透明樹脂を流し込み、図６（ｃ）に示すように、光学フィルタ３の表面を覆うと共に、貫通開口部２の内部を充填する。最後に、図６（ｄ）のように、固体撮像素子４を装着する。

このような構成と製造方法をとることにより、固体撮像素子の最表面を透明樹脂で覆わなくともダストの進入を大幅に低減することができる。そのため固体撮像素子表面を透明樹脂で覆うことにより光学的経路に課題が生じる場合には、それを避けてダストの進入を防ぐことができる。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図７に示す。
なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態の特徴は、図７に示すように、透明充填剤８が固体撮像素子４と光学フィルタ３の間がほぼ完全に透明充填剤８で充填されている点と、透明充填剤８を充填するための注入口９と排出口１０が構造体１に設けられている点にある。
この場合の注入口９と排出口１０は、構造体１が分割（図示せず）された嵌め合いの所に溝を切って形成されている。分割でない場合は、図７のような屈曲ではなく、斜め直線形状に金型を差し込んでおいて構造体を形成した後に、その金型を抜くことにより注入口９と排出口１０を形成しても構わない。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を、図８に示す。
図８に示すように、第１の実施の形態での製造方法と比較して、図８（ｃ）の工程において、透明充填剤８を充填するのではなく、光学フィルタ３を装着する。そして、最後に、図８（ｄ）の工程において、注入口９から透明充填剤を注入し、排出口１０から内部の空気を追い出しながら、透明充填剤８が排出口１０から排出されるまで内部を充填する。

このような構成と製造方法をとることにより、固体撮像素子４と光学フィルタ３との間の空間を完全に透明樹脂で充填することになり、ダストの進入が全く無くなる。そのため、ダストの進入の不具合をほとんど無くすことができる。

（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図９に示す。
なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態の特徴は、図９に示すように、上記の実施の形態と異なり、光学フィルタが無く、レンズ１１が設置されている点にある。このレンズ１１の表面には薄膜光学フィルタ１２が既に形成されている。そのため、光学フィルタ部品が無くとも光学的特性を確保することができる。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を、図１０に示す。
図１０に示すように、図１０（ｃ）の工程において透明充填剤８を充填した後に、図１０（ｄ）の工程において、光学フィルタではなくレンズ１１を装着する。この場合の透明充填剤８は、レンズ１１の位置に応じてできるだけ残存空隙空間が少なくなるように量を調整して充填する。

このような構成と製造方法をとることにより、光学フィルタを省略し、かつダストの進入する空間を塞ぐことができる。そのため、レンズと透光性部材間のダスト進入を防ぎ、なおかつレンズと固体撮像素子間のダスト侵入も防ぐことができる。そのため、ダスト進入による不具合を無くし、部材の低減、製造工程の簡素化といった品質の向上、製造コストの低減を図ることが可能となる。

なお、この場合でも第２の実施の形態と同様に樹脂封止工程を無くし、透明充填剤によりバンプ部の樹脂封止による製造工程を省略しても良い。

（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図１１に示す。
なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態５と比較して本実施の形態の特徴は、図１１に示すように、透明充填剤８が固体撮像素子４とレンズ１１との間がほぼ完全に透明充填剤８で充填されている点と、透明充填剤８を充填するための注入口９と排出口１０が構造体１に設けられている点にある。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を、図１２に示す。
第５の実施の形態での製造方法と比較して、図１２（ｃ）の工程において、透明充填剤８を充填するのではなく、レンズ１１を装着する。そして、最後に、図１２（ｄ）の工程において、注入口９から透明充填剤を注入し、排出口１０から内部の空気を追い出しながら、透明充填剤８が排出口１０から排出されるまで内部を充填する。

このような構成と製造方法をとることにより、固体撮像素子４とレンズ１１との間の空間を完全に透明樹脂で充填することになり、ダストの進入が全く無くなる。そのため、ダストの進入の不具合をほとんど無くすことができる。さらに、部材の低減、製造工程の簡素化といった品質の向上、製造コストの低減を図ることが可能となる。

なお、この場合でも第２の実施の形態と同様に樹脂封止工程を省略し、透明充填剤によりバンプ部の樹脂封止による製造工程の簡素化を図っても良い。

また、上記の第１から第６の実施の形態では、構造体を形成する樹脂についてはポリフタルアミド樹脂を使用したが、ＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂の他、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂も適用可能である。

また、透明充填剤８として東レ・ダウコーニングのシリコーンゲルの２液タイプを用いて説明したがこれに限られず、例えば、１液タイプ、他メーカの１液、２液タイプのシリコンゲル、その他透明性で充填可能なゲルを用いて構わない。

本発明の固体撮像装置は、カメラとして、光通信分野に限定されることなく、ＣＤ、ＤＶＤなどの読み取り素子、複写機の読み取り素子、医療機器あるいはドアホンなど、種々の光学機器への適用が可能な固体撮像装置として有用である。

実施の形態１における固体撮像装置の断面図 実施の形態１における製造方法を説明する工程図 実施の形態２における固体撮像装置の断面図 実施の形態２における製造方法を説明する工程図 実施の形態３における固体撮像装置の断面図 実施の形態３における製造方法を説明する工程図 実施の形態４における固体撮像装置の断面図 実施の形態４における製造方法を説明する工程図 実施の形態５における固体撮像装置の断面図 実施の形態５における製造方法を説明する工程図 実施の形態６における固体撮像装置の断面図 実施の形態６における製造方法を説明する工程図 従来例の固体撮像装置の斜視図 従来例の固体撮像装置の断面図 従来例の固体撮像装置の要部説明図 従来例の固体撮像装置の製造方法を説明する工程図

符号の説明

１、１０１ 構造体
２、１０１Ｃ 貫通開口部
３、１０３ 光学フィルタ
４、１０４ 固体撮像素子
５、１０５ 端子パターン
６、１０６ バンプ
７、１０７ 封止樹脂
８ 透明充填剤
９ 注入口
１０ 排出口
１１、１０２ レンズ
１２ 薄膜光学フィルタ
１０１Ａ 脚部
１０１Ｂ 胴部
１０８ チップ部品
１１４ ソルダペースト
１１７ 光軸

Claims (4)

1. 絶縁性樹脂で構成され、貫通開口部を有する構造体と、
   配線部に接続され、前記貫通開口部を塞ぐように前記構造体に装着される固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて前記貫通開口部を塞ぐように装着される、光学フィルタ機能を持つレンズ部と、を備え、
   前記構造体の貫通開口部と前記レンズ部と前記固体撮像素子とで形成される空間内に透明充填剤が充填されている固体撮像装置。
2. 絶縁性樹脂で構成され貫通開口部を有する構造体の表面に形成された配線部上に、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着する工程と、
   前記固体撮像素子と前記貫通開口部で形成される空間に透明充填剤を充填する工程と、
   前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて、前記構造体の貫通開口部を塞ぐように透光性部材を装着する工程と、を有する固体撮像装置の製造方法。
3. 絶縁性樹脂で構成され貫通開口部を有する構造体の前記貫通開口部を塞ぐように透光性部材を装着する工程と、
   前記透光性部材と前記貫通開口部で形成される空間に透明充填剤を充填する工程と、
   前記構造体の表面に形成された配線部上に、前記透光性部材から所定の間隔を隔てて、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着する工程と、を有する固体撮像装置の製造方法。
4. 絶縁性樹脂で構成され貫通開口部を有する構造体の表面に形成された配線部上に、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着する工程と、
   前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて、前記構造体の貫通開口部を塞ぐように光学フィルタ機能を持つレンズを装着する工程と、
   前記構造体の貫通開口部と前記固体撮像素子と前記レンズとで形成される空間内に、前記構造体に設けられた注入口から透明充填剤を充填する工程と、を有する固体撮像装置の製造方法。

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