JP4846910B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体撮像素子チップをＣＳＰ（チップサイズパッケージ）実装してなる固体撮像装置に関し、特にその気密封止部の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば携帯機器を中心として小型化が進み、それに伴ってその筐体及び内部回路基板においても更なる小型化が求められている。この機器の小型化への要求により、回路基板への実装部品の一つである半導体素子も例外ではなく、小型化が要求されており、半導体素子の一つである固体撮像素子についても同様である。
【０００３】
固体撮像装置については、従来図12に示す実装方式が一般的である。すなわち、固体撮像素子チップ101 をセラミックなどからなるパッケージ102 にダイボンドし、ボンディングワイヤ103 を用いて固体撮像素子チップ101 とパッケージ102 との所定の電気的接続を行った後、パッケージ102 の縁部に設けた段部104 を用いて、素子チップ101 の表面との間に空間を設けてガラスリッド105 を接着して気密封止し、固体撮像装置を構成している。なお図12において、106 は外部リードを示している。
【０００４】
ところで、このようにパッケージ102 とガラスリッド105 を用いて固体撮像素子チップ全体の気密封止を行うと、実装形状が大きくなってしまい、小型実装を必要とする分野への適用が困難であった。
【０００５】
このような不具合を解消する実装方式として、特開平７−２０２１５２号公報に示すような構成の固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置の断面図を図13及び図14に示す。図13は、固体撮像素子チップ101 上の受光エリアのみに、透明部材からなる平板部107 とその下面縁部に一体的に形成された枠部108 とで構成された封止部材により、気密封止を行ったものであり、透明部材としてはガラス，石英，サファイヤ又は透明樹脂などが用いられている。一方、図14に示す固体撮像装置は、気密封止部を一体形成するのではなく、平板部109 と枠部110 を接着して気密封止部を構成するようにしたものである。ここで、枠部110 はセラミック，ガラス，シリコン等の無機物又はコバール，42アロイ等の金属を用いて構成してもよい。更に、固体撮像素子チップ101 表面に、エポキシ，フェノール，シリコン等の樹脂を印刷又はフォトリソ技術でパターン形成して、枠部を形成することも可能である。
【０００６】
このように固体撮像装置を構成することにより、小型化実装が可能になると共に、特にマイクロレンズ付固体撮像装置においては、気密封止部の表面にフィルタ，レンズ，プリズム等の光学部品を接着しても、マイクロレンズの集光能力の低下を伴わない固体撮像装置を実現することが可能になった。更に、気密封止部はウエーハ状態の固体撮像素子チップの全チップに対して一括して形成可能となり、製造方法においても簡単になった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来提案された固体撮像素子においても、次のような課題がある。まず、図13に示した一体構成の気密封止部の構造では、ガラスなどの透明部材で平板部と枠部とを備えた気密封止部を一体形成する必要があるが、加工面で精度が要求されると共に、製造においても工数がかかるなどの困難が予想される。更に、前記一体構成の気密封止部で固体撮像素子チップを気密封止するためには、気密封止部を接着剤により前記固体撮像素子チップに貼り付ける必要があるが、接着面全体への接着剤の塗布は、受光部など撮像特性に影響を与える部位へのはみ出しにつながるおそれがある。
【０００８】
また図14に示した平板部と枠部とを接着して気密封止部を構成する方式においては、気密封止部を構成するため、枠部110 と平板部109 との間、及び枠部110 と固体撮像素子チップ101 との間には、接着のために接着剤が塗布されるが、この部位でも先に述べたように、接着剤のはみ出しに伴う、撮像特性への影響が懸念される。また、硬化時にガスを発生する接着剤類もあるが、このような接着剤を用いる場合には、貼り合わせ時に発生するガスや気泡の逃げ場所を確保することも必要になる。これは、発生したガスが気密封止部内に侵入し、撮像素子チップに直接作用することで撮像特性の劣化を引き起こす、あるいは気泡の混入により接着時の枠部の信頼性が損なわれる等の不具合があり、これら不具合は気密封止部自体の信頼性を低下させる懸念があるからである。
【０００９】
更に、気密封止部の枠部を樹脂によりパターン形成する場合、樹脂のウエーハ上への塗布、印刷又はフォトリソ技術、現像及びエッチングという工程が必要になる。これらの工程を固体撮像素子チップ側で行うと、特にマイクロレンズ付固体撮像素子チップにおいては、マイクロレンズ自体が樹脂で成形されているため、気密封止部の枠部を形成するためのエッチング工程で、一緒にマイクロレンズもエッチングされてしまう可能性がある。
【００１０】
このように従来提案のものは、小型化実装が可能で、且つウエーハ状態での全チップに気密封止部の一括形成が可能であっても、気密封止部の構成及びその製造方法には難点があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型化実装が可能であると共に、ウエーハレベルで製造可能な精度のよい、信頼性のある気密封止部を備えた固体撮像装置を提供することを目的とし、更に詳細に述べると、小型化が可能であり接着剤のはみ出しを最低限に押さえ、且つ接合時に発生するガスや気泡などの逃げ道を確保することが可能な信頼性のある気密封止部を備えた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、固体撮像素子チップ上に透明部材からなる平板部と、該平板部の下面縁部に配設され、少なくとも前記固体撮像素子チップ表面と前記平板部下面に対して開口している間隙部が一部に形成される枠基体部と、前記間隙部に充填された接着剤で形成される接着剤層とにより構成される枠部とで構成された気密封止部を前記固体撮像素子チップ表面上に直接設けた固体撮像装置において、前記枠基体部は、上下方向に分離された溝部の形態で形成された間隙部を一部に有することを特徴とするものである。
【００１３】
このように構成することにより、小型化が可能であり接着剤のはみ出しを最低限に押さえ、且つ接合時に発生するガスや気泡などの逃げ道を確保することが可能であると共に、撮像特性に悪影響を与えない信頼性のある気密封止部を備えた固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施の形態について説明する。まず、本発明の実施の形態の説明に先立ち、本発明に関連する参照例について説明する。図１及び図２は、第１の参照例に係る固体撮像装置の平面図及び断面図を示している。両図において、１は固体撮像素子チップで、受光部２を除く封止領域４に気密封止部３の枠部５が配置形成されている。７は透明部材からなる平板部で、該平板部７の下面縁部に枠部５が配設されるようになっており、該枠部５は、固体撮像素子チップ１と平板部７との間の一部に間隙部が形成されるように構成した枠基体部８と、前記間隙部に充填された接着剤で形成される接着剤層６とにより構成される。この参照例では、前記間隙部は枠基体部８の外側領域に形成されており、枠基体部８及び該枠基体部８の外側領域に形成された間隙部の大きさには特に限定はなく、枠基体部８に関しては気密封止部３の枠部５としての強度があり、且つ固体撮像素子チップ１の特性に影響を与えない限りにおいては、大きさは問わない。一方、間隙部に関しては、間隙部に充填された接着剤層６のみで透明部材からなる平板部７と固体撮像素子チップ１との接着を行うことを考慮すれば、接着能力が十分あれば大きさは問わない。なお、図１において、９は走査回路等の受光部２の周辺回路である。
【００１５】
ここで、枠基体部８と固体撮像素子チップ１及び平板部７との接合は、間隙部に充填された接着剤層６により行われるが、間隙部に充填された接着剤層６のみではなく、枠基体部８の端面に薄く接着剤を塗布するなどして、間隙部に充填された接着剤層６と共に接着を行えば、より強度な接着が可能となる。
【００１６】
枠基体部８の材料としては、プラスチックやテフロン等を用いることができるが、これに限定されるものではなく、絶縁性があり、且つ所望の形状に加工できて十分な強度を持つものであれば何でも用いることができる。接着剤としては、エポキシ系あるいはシリコン系の樹脂などが適しているが、これに限定されるものではなく、枠基体部８に対して十分な接着力が得られて且つ接着面に薄く塗布又は印刷することが可能であり、接着時に受光部等の被気密封止領域３ａへの侵入が極力避けられる材料ならなんでもよい。平板部７としての透明部材には、ガラス，石英，サファイヤなどが望ましい。
【００１７】
次に、図１及び図２に示した第１の参照例に係る固体撮像装置の製造方法を簡単に説明する。まず図３及び図４に示すように、多数の固体撮像素子チップ１からなるウエーハ10と、該ウエーハ10に対応するガラスなどからなる個々の平板部７を形成する透明部材11との間に、ウエーハ10上の個々の固体撮像素子チップ１にそれぞれ対応するように配列された多数の枠基体部８からなる枠基体部集合体12を挟み込むように配置する。ここで、図３は各部材が分離している状態を示す斜視図で、図４はウエーハ10と透明部材11とが枠基体部集合体12を挟み込むように配置した状態における断面図を示している。
【００１８】
多数の枠基体部８からなる枠基体部集合体12の形成にあたっては、図３及び図４に示すように、透明部材11とは別個の枠基体部ベース材13上に多数の枠基体部８を印刷などによって形成し構成してもよいし、型枠などを用いたモールドにより一体的に形成してもよいが、任意の形状に枠基体部８が形成できるのであれば、どのような手法を用いて構成しても構わない。ここで、枠基体部ベース材13としては、プラスチックやテフロンなどを用いることができるが、枠基体部の加工形成のための耐薬品性や耐熱性があり、更には十分な強度があれば、硬さ及び材質は問わない。枠基体部８の大きさは問わないが、固体撮像素子チップ１の能動領域を囲むように形成されていれば、固体撮像素子チップ１のエッジあるいはスクライブ領域を除くように形成されていても十分である。
【００１９】
上記図３及び図４においては、多数の枠基体部８を枠基体部ベース材13上に形成して構成した枠基体部集合体12を示したが、多数の枠基体部からなる枠基体部集合体は、図５に示すように、枠基体部ベース材13を使用せず、ウエーハ上の各固体撮像素子チップ１に対応するように配列される多数の枠基体部８を一体的に形成した構成のものを用い、透明部材11とウエーハ10で挟み込むように配置してもよい。その際、ウエーハ10上に形成されている各固体撮像素子チップ１に対応するように形成された個々の枠基体部８がばらばらになってしまわぬよう、図５に示すように隣接する枠基体部同士が繋がるように一体成形することが肝要である。
【００２０】
その後、図６に示すように、枠基体部集合体12における個々の枠基体部８を、透明部材11に転写する。なお、図６においては、透明部材11側に枠基体部８を転写した例を示したが、勿論これに限定されるものではなく、多数の固体撮像素子チップ１が形成されているウエーハ10上に転写してもかまわない。
【００２１】
次いで、図７に示すように、各枠基体部８間の間隙部に接着剤６を充填し、固体撮像素子チップ１が多数形成されているウエーハ10に接着する。その際、間隙部が余剰接着剤や気泡、接着剤硬化時に発生するガスの逃げ道となる。この際、接着剤は予め枠基体部８間に充填しておいて接着してもよいし、透明部材11とウエーハ10とを枠基体部８を介して貼り合わせたあと枠基体部８の間隙部に接着剤を注入して、最終的に透明部材11とウエーハ10を接着してもよい。次いで、スクライブライン14に沿ってダイシングすることにより、図２に示すような気密封止部３を備えた固体撮像装置が得られる。
【００２２】
このような構成及び製造方法により、受光領域からなる被気密封止部へのガスあるいは気泡の混入、もしくは接着剤のはみ出しがなくなり、信頼性のある気密封止部が形成できると共に、撮像特性への悪影響も押さえられる。
【００２３】
次に、本発明に関連する第２の参照例及び本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について説明する。図８〜図９に第２の参照例及び本発明の実施の形態の断面図を示す。これらの参照例及び実施の形態は、基本的には第１の参照例とほぼ同様で、その製造方法もほぼ同様であり、異なる点は気密封止部の枠部の形状及び構造のみである。したがって、気密封止部の枠部の形状及び構造についてのみ説明する。
【００２４】
図８に示す第２の参照例に係る固体撮像装置は、気密封止部３の枠部５の間隙部が枠基体部８自体の上下方向に貫通して形成されているものである。すなわち、間隙部に充填形成される接着剤層６が枠基体部８により周囲を囲まれている状態の構成となっている。ここで、間隙部すなわち接着剤層６は、枠部５の四辺の全てにおいて枠基体部８により囲まれるように構成してもよいし、枠部５の二辺においてのみ枠基体部８により囲まれるように構成してもよい。
【００２５】
図９に示す本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、気密封止部３の枠部５の間隙部が枠基体部８において上下方向に分離した形態で形成されている構成のもので、その間隙部には接着剤層６が充填形成されている。図10には、本発明に関連する第３の参照例に係る固体撮像装置を示している。この参照例は、枠部５の間隙部が枠基体部８の平板部７側にのみ開口部を有するように枠基体部８内に形成され、該間隙部に接着剤層を充填形成して枠部５を構成しているものである。ここでは、枠基体部８が平板部７側に間隙部の開口部を有する構造のものを示したが、これに限定されることはなく、枠基体部８の固体撮像素子チップ側に間隙部の開口部を有する構造としてもよい。この図示の参照例に係る固体撮像装置では、枠部と固体撮像素子チップとの接着に問題がある。
【００２６】
上記第２の参照例及び本発明の実施の形態においては、枠基体部及び間隙部すなわち接着剤層の大きさには特に限定はなく、枠基体部８に関しては、気密封止部３の枠部５としての強度があり、且つ固体撮像素子チップ１の特性に影響を与えない限りにおいては大きさは問わない。一方、間隙部すなわち接着剤層６に関しては、間隙部に充填された接着剤層６のみで平板部７と固体撮像素子チップ１との接着を行うことを考慮すれば、それらの接着における接着能力が十分あれば大きさは問わない。
【００２７】
このような第２の参照例及び本発明の実施の形態の構成とすることにより、第１の参照例における効果と同様な効果を有すると共に、さらに枠部の強度を増すことができる。
【００２８】
更に、上記実施の形態及び各参照例において、黒色など光を遮蔽するように着色した枠基体部８を使用することにより、気密封止部３の枠部５が遮光部の役目を果たすことになり、固体撮像素子チップ１上への不要な光を遮ることができる。したがって、迷光や固体撮像素子チップ上での反射などによる悪影響を防ぐことができる。
【００２９】
また、図11に示すように、固体撮像素子チップ１上のパッド部からチップ側面、もしくはパッド部からチップ側面を通って裏面に亘って配線領域21を形成し、この配線領域21に新たな電極パッドを設けてバンプ等により基板などへ接続してもよい。この場合、気密封止部３の枠部５はパッド部分を除外して形成する必要はなく、受光部が気密封止されるように形成すればよい。又は、チップ側面の配線領域21に外部リードなどを接続して外部端子との電気的接続を図ってもよい。このような構造により、パッケージが不要となって各種基板、例えば信号処理回路などが形成された回路基板などへの固体撮像素子チップの直接の搭載が可能になる。更に、固体撮像素子チップ裏面に設けた配線領域あるいは電極パッドなどにより、信号発生回路や信号処理回路などが形成された他の半導体チップとの貼り合わせ、接着が容易に行われる。したがって、固体撮像素子チップ、信号処理回路などが一体に形成される積層構造の固体撮像装置も容易に製作可能となり、周辺回路含めた固体撮像装置のさらなる小型化が実現できる。
【００３０】
なお、本発明は固体撮像素子チップを気密封止して実装した固体撮像装置に関するものであるが、この固体撮像素子チップの気密封止実装手法は、他の半導体チップの気密封止実装にも十分適用できるものであり、同様な効果が期待できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、請求項１に係る発明によれば、小型化が可能で接着剤のはみ出しを最低限に押さえ、且つ接合時に発生するガスや気泡などの逃げ道を確保することが可能であると共に、接着剤のはみ出しによる撮像特性に悪影響を与えない信頼性のある気密封止部を備えた固体撮像装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる固体撮像装置に関連する第１の参照例を示す平面図である。
【図２】 図１に示した参照例１の断面図である。
【図３】 図１及び図２に示した第１の参照例に係る固体撮像装置の製造工程を示す斜視図である。
【図４】 図１及び図２に示した第１の参照例に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】 異なる形態の枠基体部集合体を用いた場合の第１の参照例の製造工程を示す断面図である。
【図６】 図５に示した製造工程に続く製造工程を示す図である。
【図７】 図６に示した製造工程に続く製造工程を示す図である。
【図８】 本発明に関連する第２の参照例に係る固体撮像装置を示す断面図である。
【図９】 本発明に係る固体撮像装置の実施の形態を示す断面図である。
【図10】 本発明に関連する第３の参照例に係る固体撮像装置を示す断面図である。
【図11】 本発明に係る固体撮像装置の実装形態の一例を示す断面図である。
【図12】 従来の固体撮像装置の実装形態を示す断面図である。
【図13】 従来の気密封止部を備えた固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図14】 従来の気密封止部を備えた固体撮像装置の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 固体撮像素子チップ
２ 受光部
３ 気密封止部
３ａ 気密封止領域
４ 封止領域
５ 枠部
６ 接着剤層
７ 平板部
８ 枠基体部
９ 周辺回路
10 ウエーハ
11 透明部材
12 枠基体部集合体
13 枠基体部ベース材
14 スクライブライン
21 配線領域

Claims (1)

1. 固体撮像素子チップ上に透明部材からなる平板部と、該平板部の下面縁部に配設され、少なくとも前記固体撮像素子チップ表面と前記平板部下面に対して開口している間隙部が一部に形成される枠基体部と、前記間隙部に充填された接着剤で形成される接着剤層とにより構成される枠部とで構成された気密封止部を前記固体撮像素子チップ表面上に直接設けた固体撮像装置において、
   前記枠基体部は、上下方向に分離された溝部の形態で形成された間隙部を一部に有することを特徴とする固体撮像装置。

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