JP5095114B2 - Method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、更に詳しくは、イメージングチップのイメージセンサをカバー部材で封止したセンサーパッケージを樹脂で封止する固体撮像装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device, and more particularly to a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a sensor package in which an image sensor of an imaging chip is sealed with a cover member is sealed with a resin.
CCDやCMOSタイプ等の固体撮像装置を使用したデジタルカメラやビデオカメラが普及している。また、パーソナルコンピュータや携帯電話、電子手帳等の電子機器に固体撮像装置とメモリとを組み込み、撮影機能を付加することも行なわれている。固体撮像装置は、これが組み込まれる電子機器等の外形サイズに対する影響が大きいため、その小型化が望まれている。 Digital cameras and video cameras that use a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS type have become widespread. In addition, a solid-state imaging device and a memory are incorporated in an electronic device such as a personal computer, a mobile phone, and an electronic notebook, and a photographing function is added. Since the solid-state imaging device has a large influence on the external size of an electronic device or the like in which the solid-state imaging device is incorporated, it is desired to reduce the size thereof.
固体撮像装置を小型化するため、ベアチップと同程度のサイズでパッケージングを行なうことのできるチップサイズパッケージ(以下、CSPと略称する)を利用した固体撮像装置が発明されている。このCSPタイプの固体撮像装置は、例えば、上面にCCD等のイメージセンサと入出力パッドとが形成されたイメージングチップと、このイメージングチップの上面にスペーサーを介して接合されてイメージセンサを封止するカバーガラス(カバー部材)と、固体撮像装置を外部に接続する外部電極とから構成されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to reduce the size of the solid-state imaging device, a solid-state imaging device using a chip-size package (hereinafter abbreviated as CSP) that can be packaged with the same size as a bare chip has been invented. In this CSP type solid-state imaging device, for example, an imaging chip in which an image sensor such as a CCD and an input / output pad are formed on an upper surface and an upper surface of the imaging chip are bonded via a spacer to seal the image sensor. It is comprised from the cover glass (cover member) and the external electrode which connects a solid-state imaging device to the exterior (for example, refer patent document 1).
CSPタイプの固体撮像装置は、例えば次のような手法で作成される。
1.シリコンウエハの上面に多数のイメージセンサと、これらに対応した入出力パッドとを形成する。
2.シリコンウエハ上に、各イメージセンサの外周を取り囲むスペーサーを形成する。
3.シリコンウエハの上面に、スペーサーを介してカバーガラスの基材であるガラス基板を接合し、各イメージセンサを封止する。
4.各イメージセンサに対応する外部電極をシリコンウエハに形成する。
5.シリコンウエハとガラス基板とをダイシング等により個片化する。
The CSP type solid-state imaging device is created by the following method, for example.
1. A large number of image sensors and input / output pads corresponding to these are formed on the upper surface of the silicon wafer.
2. A spacer surrounding the outer periphery of each image sensor is formed on the silicon wafer.
3. A glass substrate which is a base material of a cover glass is bonded to the upper surface of the silicon wafer via a spacer, and each image sensor is sealed.
4). External electrodes corresponding to the image sensors are formed on the silicon wafer.
5. The silicon wafer and the glass substrate are separated into pieces by dicing or the like.
CSPタイプの固体撮像装置は、ベアチップと同程度の非常に小さな外形サイズとなるため、多数の外部電極はチップ基板の下面に設けられる。そのため、従来のCSPタイプの固体撮像装置では、外部電極の形成工程において、イメージングチップの上面に設けられた入出力パッドから下面の外部電極までの配線も行なわれている。この配線には、イメージングチップを貫通して形成される貫通配線や、イメージングチップの側面に形成される側面配線が用いられている。 Since the CSP type solid-state imaging device has a very small outer size comparable to that of a bare chip, a large number of external electrodes are provided on the lower surface of the chip substrate. Therefore, in the conventional CSP type solid-state imaging device, wiring from the input / output pad provided on the upper surface of the imaging chip to the external electrode on the lower surface is also performed in the external electrode forming step. As this wiring, a through wiring formed through the imaging chip or a side wiring formed on the side surface of the imaging chip is used.
貫通配線を用いた外部電極形成工程は、例えば、次のような手法で形成される(非特許文献1参照)。
1.シリコンウエハに下面から入出力パッドまで達する貫通穴を形成する。
2.貫通穴の内壁面に絶縁膜を形成する。
3.貫通穴内に銅メッキで貫通配線を形成する。
4.シリコンウエハの下面に貫通配線と導通する二次配線を形成する。
5.二次配線上にハンダボールを形成する。
The external electrode forming step using the through wiring is formed by the following method, for example (see Non-Patent Document 1).
1. A through hole is formed in the silicon wafer from the lower surface to the input / output pad.
2. An insulating film is formed on the inner wall surface of the through hole.
3. A through wiring is formed by copper plating in the through hole.
4). A secondary wiring that is electrically connected to the through wiring is formed on the lower surface of the silicon wafer.
5. A solder ball is formed on the secondary wiring.
また、側面配線を用いた外部電極形成工程は、例えば、次のような手法で形成される(例えば、特許文献2参照)。
1.シリコンウエハの下面に補強板を接合する。
2.補強板の下面に二次配線を形成する。
3.ダイシング後に固体撮像装置の側面となる部分に、補強板の下面から入出力パッドまで達する切欠を形成する。
4.切欠内に入出力パッドと二次配線とを接続する導電膜を形成する。
5.二次配線上にハンダボールを形成する。
切欠内に設けられた導電膜は、シリコンウエハがダイシングされることにより、固体撮像装置の側面に配置され、側面配線となる。
1. A reinforcing plate is bonded to the lower surface of the silicon wafer.
2. Secondary wiring is formed on the lower surface of the reinforcing plate.
3. A notch that extends from the lower surface of the reinforcing plate to the input / output pad is formed in a portion that becomes the side surface of the solid-state imaging device after dicing.
4). A conductive film connecting the input / output pad and the secondary wiring is formed in the notch.
5. A solder ball is formed on the secondary wiring.
The conductive film provided in the cutout is disposed on the side surface of the solid-state imaging device by dicing the silicon wafer, and serves as side wiring.
上記貫通配線の作成には、多数回のエッチングや洗浄、成膜、メッキなどの作業が必要となり、工数が非常に多い。更に、専用装置(例えば、エッチャー,CVD装置,メッキ装置等)が多数必要となるため、高コストであるという問題がある。また、電気特性や信頼性等の品質をクリアするために、貫通穴形状や絶縁膜厚さ、導電ペーストの厚さ等の条件出しや、評価に時間がかかるという問題もある。 The creation of the through wiring requires many operations such as etching, cleaning, film formation, and plating, and the number of man-hours is very large. Furthermore, since a large number of dedicated devices (for example, an etcher, a CVD device, a plating device, etc.) are required, there is a problem that the cost is high. In addition, in order to clear quality such as electrical characteristics and reliability, there is a problem that it takes time to determine the conditions such as the shape of the through hole, the insulating film thickness, the thickness of the conductive paste, and the evaluation.
側面配線は、上記貫通配線と同じ理由により高コストである。更に、イメージングチップの側面から下面まで配線を引き回すため、入出力パッドのピッチが350μm以上必要となり、固体撮像装置のサイズも大きくなる。固体撮像装置のサイズが大きくなると、シリコンウエハへのイメージセンサの面付け数が減るため、コストがアップする。 Side wiring is expensive because of the same reason as the through wiring. Further, since the wiring is routed from the side surface to the lower surface of the imaging chip, the pitch of the input / output pads is required to be 350 μm or more, and the size of the solid-state imaging device is increased. As the size of the solid-state imaging device increases, the number of impositions of the image sensor on the silicon wafer decreases, and the cost increases.
特許文献1には、外部電極の設けられていないCSPタイプの固体撮像装置(以下、センサーパッケージと称する)を配線板上に固着し、入出力パッドと配線板の導体パッドとの間をボンディングワイヤで結線し、その後にセンサーパッケージの外周を封止用樹脂で封止する固体撮像装置のパッケージ形態が開示されている。
In
上記樹脂封止パッケージによれば、パッケージ完了後の固体撮像装置のサイズは若干大きくなるものの、従来の半導体装置の後工程の技術と設備とが利用できるため、ローコストに製造することができ、上記貫通配線及び側面配線の問題点を解消することができる。また、イメージングチップ、スペーサー、カバーガラスで囲まれる空間を封止用樹脂で封止することができるので、この空間内に水分が浸入することにより生じるカバーガラスの曇りや、イメージセンサの電気動作不良等を防止することもできる。 According to the resin-encapsulated package, although the size of the solid-state imaging device after completion of the package is slightly increased, it is possible to manufacture at a low cost because the technology and equipment for the post-process of the conventional semiconductor device can be used. Problems with through wiring and side wiring can be solved. In addition, since the space surrounded by the imaging chip, spacer, and cover glass can be sealed with sealing resin, fogging of the cover glass caused by moisture entering the space and poor image sensor electrical operation. Etc. can also be prevented.
しかし、上記特許文献1には、カバーガラスの上面を保護しながらその外周を樹脂封止する方法が記載されていない。カバーガラスの上面が樹脂により塞がれたり、汚損されると歩留りが悪化し、コストがアップしてしまうため、適切な樹脂封止方法の確立が望まれている。
However,
また、従来は配線板上に個別に実装されていた複数のICチップを1つのパッケージ内に実装し、システム化を行なうシステムインパッケージ(以下、SIPと略称する)の要求が高まっている。上記センサーパッケージを用いてSIPを作成する場合、ガラスカバーを外部に露呈させなければならないため、CPUやメモリ等のSIPのように外部にチップの一部を露呈させる必要の無いものに比べ、センサーパッケージの配置等に工夫が必要となる。 In addition, there is an increasing demand for a system-in-package (hereinafter abbreviated as SIP) in which a plurality of IC chips that have been individually mounted on a wiring board in the past are mounted in a single package and systemized. When creating a SIP using the sensor package, the glass cover must be exposed to the outside. Compared to a SIP that does not require a part of the chip to be exposed to the outside, such as a SIP such as a CPU or memory. It is necessary to devise the arrangement of the package.
また、樹脂封止パッケージは、従来から様々な半導体素子に用いられているが、封止用樹脂と配線板との吸湿による問題が知られている。その問題とは、樹脂封止パッケージされた半導体装置をリフロー装置等でハンダ付けする際に、封止用樹脂に吸い込まれた水分が加熱されて水蒸気爆発を起こし、封止用樹脂、または封止用樹脂とセンサーパッケージとの界面にクラックが生じ、封止用樹脂がセンサーパッケージや配線板から剥がれるというものである。 Resin-sealed packages are conventionally used for various semiconductor elements, but problems due to moisture absorption between the sealing resin and the wiring board are known. The problem is that when a semiconductor device packaged with resin is soldered with a reflow device or the like, the moisture sucked into the sealing resin is heated to cause a steam explosion, and the sealing resin or sealing Cracks occur at the interface between the resin for the sensor and the sensor package, and the sealing resin is peeled off from the sensor package or the wiring board.
上記問題が特許文献1記載の固体撮像装置に発生した場合、封止用樹脂のクラックや剥がれにより、入出力パッドや導体パッドに接続されたボンディングワイヤが外れ、固体撮像装置が動作不能となる。また、取り込まれた水分によって封止用樹脂からイオン性不純物が溶出し、これがAlで形成された入出力パッドの電気化学的な分解反応を促進させて腐食させることもある。更には、封止用樹脂がセンサーパッケージや配線板から剥がれるときに、スペーサーやカバーガラスが封止用樹脂と一緒に動いてイメージングチップから剥がれてしまい、カバーガラスの曇りやイメージセンサの電気動作不良等が発生する。
When the above-described problem occurs in the solid-state imaging device described in
以上のように、固体撮像装置では、封止用樹脂の吸湿により様々な問題が発生するが、特許文献1には、湿度による問題を解決する手法は何ら開示されておらず、固体撮像装置の適切な耐湿手法の確立が望まれている。
As described above, in the solid-state imaging device, various problems occur due to moisture absorption of the sealing resin. However,
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、カバーガラスを適切に保護しながら樹脂封止を行ない、かつ湿度による悪影響を防止することができる固体撮像装置の製造方法を提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for manufacturing a solid-state imaging device that can perform resin sealing while appropriately protecting a cover glass and prevent adverse effects due to humidity.
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置の製造方法は、イメージセンサをカバー部材で封止したセンサーパッケージを集合配線板上に固着するダイボンド工程と、各センサーパッケージの入出力パッドと、各センサーパッケージに対応して集合配線板に設けられた内部電極とをボンディングワイヤで接続するワイヤボンド工程と、各カバー部材の上面をマスクで覆う保護工程と、集合配線板上に封止用樹脂を真空スクリーン印刷して各センサーパッケージの外周を封止する封止工程と、集合配線板及び封止用樹脂をセンサーパッケージごとに裁断する個片化工程とから構成している。 In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a die bonding step of fixing a sensor package in which an image sensor is sealed with a cover member on an assembly wiring board, and an input / output pad of each sensor package. A wire bonding process for connecting internal electrodes provided on the assembly wiring board corresponding to each sensor package with a bonding wire, a protection process for covering the upper surface of each cover member with a mask, and sealing on the assembly wiring board It comprises a sealing step of sealing the outer periphery of each sensor package by vacuum screen printing of the resin, and an individualization step of cutting the assembly wiring board and the sealing resin for each sensor package.
上記製造方法によれば、保護工程でカバー部材の上面がマスクで保護され、かつセンサーパッケージの高さ寸法のバラツキがマスクで吸収されるため、封止用樹脂がカバー部材の上面に付着するのを防止することができる。これにより、封止用樹脂がカバー部材を汚損することによる歩留りの悪化を防止することができ、かつカバー部材の上面以外の部分を適切に封止することができる。また、多数の固体撮像装置を一括して製造できるため、コストを低減することができる。 According to the above manufacturing method, the upper surface of the cover member is protected by the mask in the protection step, and the variation in the height dimension of the sensor package is absorbed by the mask, so that the sealing resin adheres to the upper surface of the cover member. Can be prevented. Thereby, deterioration of the yield due to the sealing resin fouling the cover member can be prevented, and portions other than the upper surface of the cover member can be appropriately sealed. In addition, since a large number of solid-state imaging devices can be manufactured together, the cost can be reduced.
また、センサーパッケージと、これと協働する少なくとも一つの協働チップとを同じ集合配線板上に固着してSIPを形成する場合には、カバー部材の上面が協働チップによって隠れないようにセンサーパッケージと協働チップとを配線板上に固着するとともに、カバー部材の上面が封止用樹脂で汚損されないように、マスクで保護してから真空スクリーン印刷を行なう。これにより、SIPを用いた固体撮像装置においても、歩留りの悪化を防止することができ、かつカバー部材の上面以外の部分を適切に封止することができる。また、SIPを用いた固体撮像装置も多数個を一括して製造できるため、コストを低減することができる。 In addition, when the SIP is formed by fixing the sensor package and at least one cooperating chip cooperating with the sensor package on the same assembly wiring board, the sensor is arranged so that the upper surface of the cover member is not hidden by the cooperating chip. The package and the cooperating chip are fixed on the wiring board, and the upper surface of the cover member is protected with a mask so that the upper surface of the cover member is not contaminated with the sealing resin, and then vacuum screen printing is performed. Thereby, also in the solid-state imaging device using SIP, it is possible to prevent the yield from being deteriorated and to appropriately seal the portions other than the upper surface of the cover member. In addition, since a large number of solid-state imaging devices using SIP can be manufactured at a time, the cost can be reduced.
マスクは、各カバー部材の上面を覆うマスク部とともに、集合配線板の外周を取り囲んで封止用樹脂の印刷範囲を規制する外壁部を設けることもできる。これにより、真空スクリーン印刷の範囲を確定することができるので、封止用樹脂の無駄な使用を防止することができる。 The mask can be provided with an outer wall portion that surrounds the outer periphery of the assembly wiring board and restricts the printing range of the sealing resin, together with a mask portion that covers the upper surface of each cover member. Thereby, since the range of vacuum screen printing can be decided, useless use of sealing resin can be prevented.
また、マスクとしては、イメージセンサの受光面よりも大きな面積を有する相似形で、かつカバー部材の上面よりも小さい面積を有する保護シートを用い、この保護シートの端縁が、イメージセンサの受光面の端縁とカバー部材の上面の端縁との間に納まるようにカバー部材の上面に貼付するとよい。 Further, as the mask, a protective sheet having a similar shape having a larger area than the light receiving surface of the image sensor and having an area smaller than the upper surface of the cover member is used, and the edge of the protective sheet is the light receiving surface of the image sensor. It is good to affix on the upper surface of a cover member so that it may fit between the edge of this, and the edge of the upper surface of a cover member.
保護シートの端縁がカバー部材の外側にはみ出ると、封止工程での封止用樹脂の真空スクリーン印刷時に、保護シートの端部が捲れて封止用樹脂の中に入り込むことがある。このような状態となった保護シートをカバー部材から剥がすと、封止用樹脂には保護シートが入り込んでいた部分に窪みができてしまい、封止性能及び外観品質が低下する。本発明では、保護シートの端部がカバー部材の上面からはみ出ないようにしているため、上記問題は発生しない。また、保護シートの面積をイメージセンサの受光面の面積よりも大きくしているため、イメージセンサの性能にも影響しない。また、保護シートを使用する場合には、別途外壁部を設けるとよい。 When the edge of the protective sheet protrudes outside the cover member, the edge of the protective sheet may bend and enter the sealing resin during vacuum screen printing of the sealing resin in the sealing step. When the protective sheet in such a state is peeled off from the cover member, a recess is formed in a portion where the protective sheet has entered the sealing resin, and sealing performance and appearance quality are deteriorated. In this invention, since the edge part of a protection sheet is made not to protrude from the upper surface of a cover member, the said problem does not generate | occur | produce. Further, since the area of the protective sheet is larger than the area of the light receiving surface of the image sensor, the performance of the image sensor is not affected. Moreover, when using a protection sheet, it is good to provide an outer wall part separately.
また、真空スクリーン印刷としては、大気圧よりも低い第1の気圧で各センサーパッケージの外周に封止用樹脂をスクリーン印刷する工程と、気圧を第1の気圧よりも高く大気圧よりも低い第2の気圧に変更し、各センサーパッケージの外周に封止用樹脂を再度スクリーン印刷する工程とを設けている。これによれば、封止用樹脂中に気泡等を生じさせることなく、センサーパッケージの外周を適切に封止することができる。なお、第1の気圧としては、例えば100Pas、第2の気圧としては、例えば20000〜90000Pas程度が好ましい。 Further, as vacuum screen printing, a step of screen-printing a sealing resin on the outer periphery of each sensor package at a first air pressure lower than atmospheric pressure, and a step in which the air pressure is higher than the first air pressure and lower than atmospheric pressure. And a step of screen-printing the sealing resin again on the outer periphery of each sensor package. According to this, the outer periphery of the sensor package can be appropriately sealed without causing bubbles or the like in the sealing resin. The first atmospheric pressure is preferably, for example, 100 Pas, and the second atmospheric pressure is preferably, for example, about 20000 to 90000 Pas.
また、封止用樹脂によりセンサーパッケージを封止する際に、ポッティングを用いてもよい。なお、ポッティングを用いる場合には、この工程の前に、集合配線板の外周に封止用樹脂の流れ止めとなる擁壁の形成工程を行うのが好ましい。また、このポッティングによる封止工程及び擁壁形成工程を用いるセンサーパッケージの封止は、SIPを用いた固体撮像装置の製造にも用いることもできる。 Further, potting may be used when the sensor package is sealed with a sealing resin. In addition, when using potting, it is preferable to perform the formation process of the retaining wall used as the flow stop of sealing resin on the outer periphery of an assembly wiring board before this process. The sealing of the sensor package using the potting sealing step and the retaining wall forming step can also be used for manufacturing a solid-state imaging device using SIP.
擁壁は、集合配線の外周縁の全周にわたってダム材を盛り上げることにより、形成してもよい。このダム材としては、封止用樹脂との間でクラックが生じないように、封止用樹脂と同じ材質を用いることが好ましい。また、センサーパッケージや集合配線板との熱膨張率の差によりクラック等が生じないように、熱膨張係数は13ppm/°C以下がこのましい。更に、擁壁形成時の作業性を考慮して、擁壁形成時のダム材の粘度は400〜550Pas程度が好ましい。更に、ダム材によって形成された擁壁は、モールドキュア工程において封止用樹脂と一緒に硬化すれば、擁壁を設けることによる工程数の増加を防止することができる。 You may form a retaining wall by raising a dam material over the perimeter of the outer periphery of aggregate wiring. As this dam material, it is preferable to use the same material as the sealing resin so as not to cause a crack with the sealing resin. Further, the thermal expansion coefficient is preferably 13 ppm / ° C. or less so that cracks and the like do not occur due to the difference in thermal expansion coefficient between the sensor package and the assembly wiring board. Furthermore, considering the workability at the time of forming the retaining wall, the viscosity of the dam material at the time of forming the retaining wall is preferably about 400 to 550 Pas. Furthermore, if the retaining wall formed of the dam material is cured together with the sealing resin in the mold curing process, it is possible to prevent an increase in the number of processes due to the provision of the retaining wall.
また、上記センサーパッケージを集合配線板の固着部に固着する際に、フイルム状のダイアタッチ材を使用するとよい。ペースト状または液体状のダイアタッチ材を使用する場合、塗布厚を厳密に管理しないと集合配線板上の各カバー部材の高さ寸法が不均一となり、マスクとカバーガラスとの間に隙間が生じて、封止用樹脂により汚損される。しかし、厚さ均一性を有するフイルム状のダイアタッチ材を使用することによって、集合配線板上の各カバー部材の高さ寸法にばらつきがなくなるため、各カバー部材の上面をより確実に保護することができ、封止用樹脂のカバー部材への汚損によって歩留りが悪化するのを防止することができる。 Further, when the sensor package is fixed to the fixing portion of the assembly wiring board, a film-like die attach material may be used. When using a paste or liquid die attach material, the height of each cover member on the assembly wiring board will be uneven if the coating thickness is not strictly controlled, creating a gap between the mask and the cover glass. And is soiled by the sealing resin. However, the use of a film-like die attach material with uniform thickness eliminates variations in the height of each cover member on the assembly wiring board, so that the upper surface of each cover member can be more reliably protected. It is possible to prevent the yield from deteriorating due to contamination of the sealing resin to the cover member.
また、ダイアタッチ材のガラス転位温度は、封止用樹脂を加熱硬化するモールドキュア工程の加熱硬化温度よりも低いことが好ましい。これにより、モールドキュア開始直後のまだ温度が低い状態で、ダイアタッチ材がガラス転位温度に達するため、イメージングチップと集合配線板との熱膨張係数の差を吸収して、封止用樹脂のクラックや剥がれを防止することができる。なお、ダイアタッチ材のガラス転位温度としては、例えば50〜80°C、熱膨張係数は80〜100ppm/°C程度が好ましい。 Moreover, it is preferable that the glass transition temperature of the die attach material is lower than the heat curing temperature of the mold curing process for heat curing the sealing resin. As a result, since the die attach material reaches the glass transition temperature in a state where the temperature is still low immediately after the start of mold curing, the difference in thermal expansion coefficient between the imaging chip and the assembly wiring board is absorbed, and the sealing resin cracks. It can prevent peeling. The glass transition temperature of the die attach material is preferably about 50 to 80 ° C. and the thermal expansion coefficient is about 80 to 100 ppm / ° C., for example.
また、モールドキュア時に、イメージングチップとカバー部材との取り付けに使用される接着剤がガラス転位温度に達して接着力が低下しないように、この接着剤のガラス転位温度がモールドキュア工程の加熱硬化温度以上であることが好ましい。なお、封止用樹脂の熱膨張係数が低く、高温時の熱応力による接着剤へのストレスが小さい場合は、ガラス転位温度以下でもよい。 Also, during mold curing, the glass transition temperature of this adhesive is the heat curing temperature in the mold curing process so that the adhesive used to attach the imaging chip and the cover member does not reach the glass transition temperature and the adhesive force is not reduced. The above is preferable. When the thermal expansion coefficient of the sealing resin is low and the stress on the adhesive due to thermal stress at high temperature is small, the glass transition temperature or lower may be used.
集合配線板としては、従来から半導体装置に多用されているサブストレート基板を用いることができ、外部電極としてはハンダボール若しくはハンダペーストを用いることができる。サブストレート基板及び外部電極は、信頼性が高く低コストであるため、固体撮像装置の歩留り向上及び低価格化に資することができる。 As the collective wiring board, a substrate substrate that has been widely used in semiconductor devices in the past can be used. As the external electrode, a solder ball or a solder paste can be used. Since the substrate substrate and the external electrode have high reliability and low cost, they can contribute to improvement in yield and cost reduction of the solid-state imaging device.
また、別の集合配線板としてリードフレームを使用することもできる。リードフレームを使用する場合には、外部電極形成工程において、リードフレームのアウターリードをメッキすることになる。このリードフレームも信頼性が高く低コストであるため、やはり、固体撮像装置の歩留り向上及び低価格化に資することができる。なお、メッキ済みのリードフレームであるPPF(Pre Plated Frame)を使用する場合には、このメッキ工程は省略することができる。 A lead frame can also be used as another collective wiring board. When a lead frame is used, the outer lead of the lead frame is plated in the external electrode forming step. Since this lead frame also has high reliability and low cost, it can contribute to improvement in yield and cost reduction of the solid-state imaging device. In addition, when using PPF (Pre Plated Frame) which is a plated lead frame, this plating step can be omitted.
また、別の集合配線板としては、テープ基板を使用することもできる。特に、テープ基板として超耐熱ポリイミドフイルムを使用する場合、封止用樹脂が吸湿した水分を排出する役割を果たすので、封止用樹脂内での水蒸気爆発による影響を小さくすることができる。 Moreover, a tape board | substrate can also be used as another assembly wiring board. In particular, when a super heat-resistant polyimide film is used as the tape substrate, the sealing resin plays a role in discharging moisture absorbed by the sealing resin, so that the influence of water vapor explosion in the sealing resin can be reduced.
また、ダイボンド工程とワイヤボンド工程との間に、センサーパッケージと集合配線板とを洗浄する洗浄工程を設けてもよい。この洗浄工程により、センサーパッケージと封止用樹脂との密着性が向上し、固体撮像装置の信頼性を向上させることができる。なお、洗浄方法としては、UV洗浄やプラズマ洗浄が適している。 Between the die bonding and the wire bonding step may be provided a washing step for cleaning the sensor package and the current focus wiring board. By this cleaning process, the adhesion between the sensor package and the sealing resin is improved, and the reliability of the solid-state imaging device can be improved. As a cleaning method, UV cleaning or plasma cleaning is suitable.
また、封止用樹脂のクラックや、センサーパッケージ及び配線板からの剥がれ等を防止するために、センサーパッケージと集合配線板とに対して密着性を有する高密着性樹脂を封止用樹脂として用いるのが好ましい。この高密着性樹脂としては、例えば、ビスフェノール系のエポキシ樹脂を用いることができる。また、この樹脂に使用する硬化剤としては、アミン系、ポリアミン系のものが適している。 Furthermore, cracks and the sealing resin, sensor package and to prevent peeling from the wiring board, sealing resin with high adhesion resin having a tight adhesion with respect to the sensor package and the current focus circuit board It is preferable to use as. As this highly adhesive resin, for example, a bisphenol-based epoxy resin can be used. As the curing agent used for this resin, amine-based or polyamine-based ones are suitable.
封止用樹脂の粘度としては、作業性の向上、及びボイドの発生を防止するため、例えば100Pas以下であることが好ましい。なお、封止用樹脂として、常温では粘度が高く、加温によって粘度が低下する樹脂を用いる場合には、封止用樹脂の充填時に加温して充填するのが好ましい。 The viscosity of the sealing resin is preferably 100 Pas or less, for example, in order to improve workability and prevent the generation of voids. In addition, as a sealing resin, when using a resin that has a high viscosity at normal temperature and a viscosity that decreases by heating, it is preferable to heat and fill the resin for sealing.
また、封止用樹脂と、センサーパッケージ及び配線板との間の熱応力を低下させるため、封止用樹脂の熱膨張係数は12ppm/°C以下であることが好ましい。同様の理由から、封止用樹脂の曲げ弾性率は28GPa以下、成形収縮率は0.12%以下であることが好ましい。 Moreover, in order to reduce the thermal stress between the sealing resin and the sensor package and the wiring board, the thermal expansion coefficient of the sealing resin is preferably 12 ppm / ° C. or less. For the same reason, it is preferable that the sealing resin has a flexural modulus of 28 GPa or less and a molding shrinkage of 0.12% or less.
更に、封止用樹脂に水分が多く吸収されると、クラックや剥がれの原因となるので、封止用樹脂の吸水率は、0.3重量%以下であることが望ましい。 Furthermore, the moisture sealing resin is often absorbed, so causing cracks and peeling, the water absorption of the sealing resin is desirably a hereinafter 0.3 wt%.
また、封止用樹脂の吸水率を更に低下させるために、フィラーの充填率が80%以上の封止用樹脂を使用してもよい。また、このフィラーの充填率を満たすために、封止用樹脂に充填されるフィラーを第1のフィラーと、この第1のフィラーよりもサイズの小さい第2フィラーとから構成して充填効率を高めるのが好ましい。 In order to further reduce the water absorption rate of the sealing resin, a sealing resin having a filler filling rate of 80% or more may be used. Further, in order to satisfy the filling rate of the filler, the filler filled in the sealing resin is composed of the first filler and the second filler having a smaller size than the first filler to increase the filling efficiency. Is preferred.
また、温度サイクル適性を向上させるために、封止用樹脂のガラス転位温度は150°C以上であることが好ましい。 In order to improve temperature cycle suitability, the glass transition temperature of the sealing resin is preferably 150 ° C. or higher.
更に、固体撮像装置の強度を適性に保って変形を防止するために、封止用樹時の硬度はショアDで90以上であることが好ましい。 Further, in order to keep the strength of the solid-state imaging device appropriate and prevent deformation, the hardness at the time of sealing tree is preferably 90 or more on Shore D.
また、封止用樹脂からの不純物の溶出により入出力パッドが腐食するのを防止するため、ハロゲン及びアルカリ金属の含有量がそれぞれ10ppm以下の封止用樹脂を使用するのが好ましい。 In order to prevent the input / output pad from corroding due to the elution of impurities from the sealing resin, it is preferable to use a sealing resin having halogen and alkali metal contents of 10 ppm or less.
本発明によれば、CSPタイプの固体撮像装置が有する小型という特徴を生かしながら、貫通配線や側面配線が有する高コスト,低信頼性,チップサイズの大型化という問題を解決することができる。また、樹脂封止時にセンサーパッケージのカバー部材の上面が汚損されることはないため、歩留りの悪化により固体撮像装置のコストが高くなることもない。更に、CSPタイプの固体撮像装置を使用したシステムインパッケージも、信頼性の高い製品をローコストに製造することができる。 According to the present invention, while taking advantage of the small size of the CSP type solid-state imaging device, it is possible to solve the problems such as high cost, low reliability, and increased chip size that the through wiring and the side wiring have. Further, since the upper surface of the cover member of the sensor package is not soiled during resin sealing, the cost of the solid-state imaging device does not increase due to the deterioration of the yield. Furthermore, a system-in-package using a CSP type solid-state imaging device can also produce a highly reliable product at low cost.
更に、封止用樹脂の吸湿によりクラックや剥がれ、動作不能等の様々な問題が発生するが、本発明の種々の改良手法を選択的に、または適宜組み合わせて用いることにより、解決することができる。 Furthermore, although various problems such as cracks, peeling, and inoperability occur due to moisture absorption of the sealing resin, it can be solved by using various improved techniques of the present invention selectively or in combination as appropriate. .
図1及び図2は、本発明の第1実施形態を用いた固体撮像装置2の構成を示す外観斜視図及び断面図である。固体撮像装置2は、矩形の配線板3と、この配線板3上に固着されたセンサーパッケージ4と、配線板3とセンサーパッケージ4との間を接続する複数本のボンディングワイヤ5と、センサーパッケージ4のカバーガラス6の外周を封止する封止用樹脂7と、配線板3の下面に形成された外部導体パッド8とからなる。この固体撮像装置2は、いわゆるFine pitch Land Grid Array(FLGA)と呼ばれるパッケージ形態を備えている。このFLGAパッケージは、従来から用いられているパッケージング手法であるため、安価に、かつ信頼性の高い固体撮像装置2を製造することができる。
1 and 2 are an external perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the solid-
配線板3は、ガラスエポキシ等を基材11として用いたサブストレート基板(プリント基板)であり、基材11の上下面には、ボンディングワイヤ5によるセンサーパッケージ4との接続に用いられる複数の内部電極である内部導体パッド12と、外部電極である外部導体パッド8とがそれぞれ形成されている。これらの内部導体パッド12と外部導体パッド8は、例えば、Cuを用いて形成されており、基材11を貫通するスルーホール13内に形成された導電膜14によって電気的に接続されている。配線板3の上下面は、内部導体パッド12及び外部導体パッド8を除いて、ソルダーレジスト15,16により覆われている。
The wiring board 3 is a substrate board (printed board) using glass epoxy or the like as a
センサーパッケージ4は、矩形状のイメージングチップ19と、このイメージングチップ19の上面に設けられたCCDやCMOS等のイメージセンサ20と、ボンディングワイヤ5による配線板3との接続に用いられる複数の入出力パッド21と、イメージセンサ20の上方を封止する透明なカバーガラス6と、イメージングチップ19とカバーガラス6との間に挟み込まれるスペーサー22とから構成されている。
The
イメージングチップ19は、多数のイメージセンサ20と入出力パッド21とが形成されたシリコンウエハを矩形状に分割することにより、形成されている。イメージセンサ20は、マトリクス状に配列された多数個の受光素子を有しており、各受光素子の上には、RGBのカラーフイルタや、多数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ20aが積層されている。入出力パッド21は、イメージセンサ20を挟む2辺に複数個ずつが並んで形成されている。これらの入出力パッド21は、例えば、AuやAl等を用いて印刷等により形成されており、同じ材質,方法で形成された配線によりイメージセンサ20に接続されている。
The imaging chip 19 is formed by dividing a silicon wafer on which a large number of
スペーサー22は、例えば、シリコン等の無機材料を用いて、中央に開口22aを設けたロ字形状に形成されている。スペーサー22は、イメージセンサ20の外周を囲むようにイメージングチップ19の上面に接合され、イメージセンサ20とカバーガラス6との間に空隙を形成する。これにより、マイクロレンズアレイ20aがカバーガラス6と干渉するのを防いでいる。
The
カバーガラス6は、開口22aを塞ぐようにスペーサー22の上面に接合された低α線ガラスからなる。低α線ガラスは、α線の放出が少ないガラスであり、イメージセンサ20の受光素子がα線によって破壊されるのを防止する。なお、カバーガラス6の上面に赤外線カットフィルタや、光学ローパスフィルタを接合してもよい。
The
上記センサーパッケージ4は、配線板3の上にダイボンドされている。入出力パッド21と内部導体パッド12とを接続するボンディングワイヤ5には、AuやAlが用いられる。カバーガラス6の外周を封止する封止用樹脂7には、例えば、従来からICの封止に用いられている熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が用いられている。この封止用樹脂7により、空気中の湿気や酸素による入出力パッド21及び内部導体パッド12,ボンディングワイヤ5の酸化や腐食が防止され、かつ固体撮像装置2の機械的強度が向上する。
The
次に、固体撮像装置2の製造工程について、図3及び図4のフローチャートを参照しながら説明する。なお、フローチャートの両側方には、各工程において使用される材料及び装置を記載する。固体撮像装置2の最初の製造工程は、センサーパッケージ4の製造である。
Next, the manufacturing process of the solid-
センサーパッケージの製造工程では、最初にカバーガラス6の基材となるガラス基板と、スペーサー22の基材となるスペーサー用ウエハとの接合が行なわれる。図5(A)に示すように、ガラス基板28の下面には、バーコータやブレードコータ、スピンコータ等のコーターを用いて接着剤が塗布される。次いで、ガラス基板28とスペーサー用ウエハ30とを平行に保持して移動させることのできる接合装置により、ガラス基板28の下面にスペーサー用ウエハ30が接合される。接着剤29には、常温硬化型接着剤が用いられるが、UV硬化型接着剤や可視光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤等を使用してもよい。また、接合時にガラス基板28とスペーサー用ウエハ30との間に空気が入らないように、真空環境下で接合を行なってもよい。
In the manufacturing process of the sensor package, first, a glass substrate that is a base material of the
次の工程では、図5(B)に示すように、ガラス基板28とスペーサー用ウエハ30との厚みを薄くする薄片化工程が実施される。ガラス基板28及びスペーサー用ウエハ30は、接合時のハンドリング適正を向上させるため、また、標準ウエハの使用によるコスト低減のために厚めのものが使用されるが、この薄片化工程において薄くされることにより、固体撮像装置2の小型化、エッチング時間の短縮が図られる。この薄片化工程では、例えば、研削・研磨装置が使用される。
In the next step, as shown in FIG. 5B, a thinning step for reducing the thickness of the
次の工程では、スペーサー22の加工工程が実施される。最初に、図5(C)に示すように、スペーサー用ウエハ30の下面にレジスト33が塗布される。次いで、同図(D)に示すように、所定のマスクを使用してレジスト33が露光され、同図(E)に示すように現像されることにより、スペーサー22の形態を表すレジストマスク34が完成する。このレジストマスク34の作成には、コータデベロッパ、露光装置、現像装置等が使用される。
In the next step, the
レジストマスク34が形成されたスペーサー用ウエハ30は、ドライエッチャーによってエッチングされ、図5(F)に示すように、レジストマスク34によって覆われていない部分が除去される。これにより、ガラス基板28の下面には多数のスペーサー22が形成される。エッチング後のレジストマスク34と接着剤29は、同図(G)に示すように、洗浄装置によって除去される。
The
次の工程では、図7に示すように、多数のスペーサー22が形成されたガラス基板28と、多数のイメージセンサ20と入出力パッド21とが面付け形成されたシリコンウエハ37とが接合される。最初の工程では、図6(A)に示すように、各スペーサー22の上に接着剤40が塗布される。接着剤40としては、常温硬化型接着剤が用いられるが、UV硬化型接着剤や可視光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤等を使用してもよい。
In the next step, as shown in FIG. 7, a
次いで、図6(B)に示すように、ガラス基板28上の各スペーサー22とシリコンウエハ37とが接合される。この接合には、各イメージセンサ20とスペーサー22との位置調整を厳密に行なう必用があるため、両者の平行度や水平方向での位置調整を行なうアライメント機能を備えた接合装置が使用される。シリコンウエハ37上の各イメージセンサ20は、スペーサー22とガラス基板28とによって封止されるため、以後の工程で生じた塵芥により汚損されることはない。
Next, as shown in FIG. 6B, the
次の工程では、ガラス基板28とシリコンウエハ37とが各イメージセンサ20ごとにダイシングされ、個片化される。まず、図6(C)に示すように、シリコンウエハ37は上面に粘着層43aを備えたダイシングテープ43の上に固着され、ガラス基板28の上には同様に粘着層44aを備えた保護テープ44が貼着される。
In the next step, the
次いで、図6(D)に示すように、スライサーを用いて、各スペーサー22の端面に合せてガラス基板28がダイシングされる。また、同図(E)に示すように、ダイサーを用いてシリコンウエハ37が各イメージセンサ20ごとにダイシングされ、多数のセンサーパッケージ4が一括して形成される。保護テープ44は、出荷時にカバーガラス6を保護するために貼付されたされたままとなる。また、ダイシング時に保護テープを使用しない場合には、ダイシング後に各カバーガラス6に個別に保護テープを貼付する。
Next, as shown in FIG. 6D, the
次の検査工程では、例えば、プローブ検査装置を用いて各センサーパッケージ4の機能検査が行なわれる。この機能検査にパスしたセンサーパッケージ4は、次の収納工程においてダイシングテープ43から剥離され、トレイに収納され、またはキャリアテープに貼着されて出荷可能な状態となる。なお、多数のセンサーパッケージ4をダイシングテープ43上に固着した状態で出荷してもよい。
In the next inspection process, for example, functional inspection of each
図3に示すように、完成したセンサーパッケージは、次のダイボンド工程において、集合配線板上にダイボンドされる。図8(A)及び図9に示すように、集合配線板47は、例えばガラスエポキシ基材によって矩形状に形成されており、上面には、センサーパッケージ4がマトリクス状にダイボンドされる固着部として、20個のダイボンド領域48が設けられている。各ダイボンド領域48には、予め内部導体パッド12及び外部導体パッド8等が形成されている。なお、ダイボンド領域48の数は20個に限定されず、これより多くても少なくてもよい。
As shown in FIG. 3, the completed sensor package is die-bonded on the assembly wiring board in the next die-bonding step. As shown in FIGS. 8A and 9, the
ダイボンド工程で使用されるダイボンダは、集合配線板47の各ダイボンド領域48にダイアタッチフイルム51を貼付する。次いで、ダイボンダは、図8(B)に示すように、各ダイアタッチフイルム51の上にセンサーパッケージ4を載置する。センサーパッケージ4が載置された集合配線板47は、オーブン等の加熱装置を用いて加熱され、ダイアタッチフイルム51が硬化される。これにより、各センサーパッケージ4は集合配線板47上に固着される。
A die bonder used in the die bonding process attaches a die attach
ペースト状または液体状のダイアタッチ材を使用する場合、塗布厚を厳密に管理しないと集合配線板47上の各カバーガラス6の高さ寸法が不均一となるため、後述する封止工程である印刷工程で各カバーガラス6の上面が適切に保護されなくなり、封止用樹脂7によって汚損される。しかし、ダイアタッチ材として厚さ均一性を有するダイアタッチフイルム51を使用することで、集合配線板47上の各カバーガラス6の高さ寸法のばらつきがなくなるので、印刷工程でカバーガラス6の上面をより確実に保護することができ、封止用樹脂7のカバーガラスへの汚損によって歩留りが悪化するのを防止することができる。なお、ダイアタッチフイルム51は、事前に各センサーパッケージ4に貼り合わせておいてもよい。また、カバーガラス6の高さ寸法のばらつきによる問題が生じない場合には、ペースト状のダイアタッチ材を使用することもできる。
In the case of using a paste-like or liquid-like die attach material, the height of each
次の洗浄工程では、例えば、O2アッシャーを用いて、各センサーパッケージ4と集合配線板47の洗浄が行なわれる。この洗浄は、後述するワイヤボンド工程でのワイヤボンド性の向上と、印刷工程における樹脂密着性の向上とを図るために行なわれる。
In the next cleaning step, for example, each
図8(C)に示すように、次のワイヤボンド工程では、ワイヤボンダを用いて、各センサーパッケージ4の入出力パッド21と各ダイボンド領域48の内部導体パッド12との間が、ボンディングワイヤ5によって接続される。このワイヤボンド工程では、ボンディングワイヤ5がカバーガラス6の上面から上方に飛び出さないように、低ループで行なうとよい。
As shown in FIG. 8C, in the next wire bonding step, a wire bonder is used to bond between the input /
次の工程では、図8(D)に示すように、集合配線板47の上面、及び各センサーパッケージ4の外周が封止用樹脂7によって封止される。この樹脂封止には、実際に封止を行なう印刷工程とともに、各カバーガラス6の上面を保護する保護工程が設けられている。
In the next step, as shown in FIG. 8D, the upper surface of the
図10に示すように、印刷工程では、真空スクリーン印刷装置54が使用される。真空スクリーン印刷装置54は、気密性及び耐圧性を有するチャンバー55と、このチャンバー55内に設置された水平移動ステージ部56と、樹脂供給部57と、印刷部58と、チャンバー55内を減圧及び加圧する真空ポンプ59とからなる。
As shown in FIG. 10, a vacuum screen printing device 54 is used in the printing process. The vacuum screen printing apparatus 54 includes a
水平移動ステージ部56は、集合配線板47が載置されるステージ61と、このステージ61を図中左右方向で水平移動させるステージ移動機構62とからなる。樹脂供給部57は、ペースト状の封止用樹脂7を収納して供給する供給タンク63と、集合配線板47の近傍でペースト状の封止用樹脂7を吐出するノズル64とからなる。印刷部58は、集合配線板47の上面に当接するスキージ65と、このスキージ65を上下方向で移動させて集合配線板47との面合わせや隙間調整に用いられるスキージ移動機構66とからなる。
The horizontal
図11は、ステージ61の平面図であり、3枚の集合配線板47がセットされる。保護工程では、ステージ61上にセットされた3枚の集合配線板47の上に、封止用樹脂7の印刷範囲を規制する外壁部68aと、各センサーパッケージ4のカバーガラス6の上面を保護するマスク部68bとを備えたマスク68が被せられる。集合配線板47上の各カバーガラス6の高さ寸法には、ダイアタッチフイルム51の厚さ均一性によってばらつきが生じないため、各カバーガラス6の上面は各マスク部68bによって適切に覆われる。よって、封止用樹脂7がカバーガラス6の上面に付着することはない。
FIG. 11 is a plan view of the
図12に示すように、各マスク部68bは、非常に細く形成された連結部68cにより、隣り合うマスク部68bと外壁部68aとに連結されている。なお、連結部68cがある部分には封止用樹脂7が印刷されないが、連結部68cは非常に細く形成されているため、封止性能に影響はない。
As shown in FIG. 12, each
封止用樹脂7の印刷は、図13のフローチャートに示す手順に従って行なわれる。まず、3枚の集合配線板47がステージ61上にセットされ、ずれ動かないように吸着固定される。スキージ65は、スキージ移動機構66によって上下方向で移動され、集合配線板47の上面に対する面合わせや隙間調整が実施される。樹脂供給部57は、ノズル64から適量の封止用樹脂7を吐出して、集合配線板47上に供給する。
Printing of the sealing
真空ポンプ59は、パイプ59aを通してチャンバー55内の空気を排出し、第1の気圧まで減圧する。ステージ移動機構62は、ステージ61を図中左方のA方向に向けて移動させる。これにより、図14(A)に示すように、スキージ65によって封止用樹脂7がセンサーパッケージ4の周囲に充填される。
The
ステージ61が図10中に2点鎖線で示す位置まで移動すると、1回目の真空スクリーン印刷が完了する。真空ポンプ59は、給気バルブを僅かに開放し、チャンバー55内の気圧を第2の気圧まで加圧する。この第2の気圧は、大気圧より低い気圧である。図14(B)に示すように、1回目の真空スクリーン印刷により充填された封止用樹脂7の中に隙間や気泡が生じていた場合には、第1の気圧と第2の気圧との気圧差により、封止用樹脂7が隙間や気泡の中に吸引される。
When the
上記第2の気圧への加圧により、封止用樹脂7の表面が凹んでしまうため、これを修正するための2回目の真空スクリーン印刷が行なわれる。1回目の真空スクリーン印刷と同様に、樹脂供給部57は、ノズル64ら適量の封止用樹脂7を吐出して、集合配線板47上に供給する。ステージ移動機構62は、ステージ61をA方向からB方向に向けて移動させる。これにより、図14(C)に示すように、スキージ65によって封止用樹脂7がセンサーパッケージ4の周囲に充填される。
Due to the pressurization to the second atmospheric pressure, the surface of the sealing
2回目の真空スクリーン印刷後、真空ポンプ59を停止させ、給気バルブを開放してチャンバー55内を大気圧まで上昇させる。また、スキージ移動機構66は、スキージ65を上昇させ、先端を集合配線板47から退避させる。これにより、図14(D)に示すように、各センサーパッケージ4の外周が封止用樹脂7で封止され、この封止用樹脂7の表面も平滑となる。
After the second vacuum screen printing, the
真空スクリーン印刷の完了した集合配線板47は、真空スクリーン印刷装置54から取り出され、マスク68が取り外される。なお、モールド直後の封止用樹脂7は、重合が十分でなく特性が安定していない。そのため、次のポストモールドキュア(PMC)工程では、集合配線板47をオーブンに収容し、高温で加熱して封止用樹脂7を硬化させる。
After the vacuum screen printing is completed, the assembled
上記封止用樹脂としては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が適しており、例えば、粘度が常温で450Pas、ヤング率が25000Mpas、熱膨張係数が12ppm/°C程度の特性を有するものが真空スクリーン印刷の施工に適している。また、第1の気圧としては、例えば、100Pas以下、第2の気圧は20000〜90000Pas程度が好ましい。 As the sealing resin, an epoxy resin that is a thermosetting resin is suitable. For example, a resin having a viscosity of 450 Pas at room temperature, a Young's modulus of 25000 Mpas, and a coefficient of thermal expansion of about 12 ppm / ° C is a vacuum. Suitable for screen printing construction. In addition, as the first atmospheric pressure, for example, 100 Pas or less and the second atmospheric pressure are preferably about 20000 to 90000 Pas.
印刷工程後、マーキング工程において、封止用樹脂7の上にレーザマーカーでメーカー名や製品名、製造番号、ロット番号等が印字される。
After the printing process, in the marking process, a manufacturer name, a product name, a manufacturing number, a lot number, and the like are printed on the sealing
次の工程は、集合配線板47と封止用樹脂7とがセンサーパッケージ4ごとに個片化される個片化工程である、シンギュレーション工程が実施される。まず、図8(E)に示すように、ダイシングテープ71の上に、集合配線板47の上面(カバーガラス6が露呈されている面)を貼着する。次いで、図8(F)に示すように、ダイサーを使用して、裏面側から封止用樹脂7と集合配線板47とをセンサーパッケージ4ごとにダイシングする。これにより、多数の固体撮像装置2が一括して形成される。
In the next process, a singulation process is performed, which is an individualization process in which the
次の収納工程では、収納装置により各固体撮像装置2がダイシングテープ71から剥離されてトレイに収納され、またはキャリアテープに貼着されて出荷可能な状態となる。なお、多数の固体撮像装置2をダイシングテープ71上に固着した状態で出荷してもよい。
In the next storage step, each solid-
なお、上記実施形態では、マスク68のマスク部68bによって各センサーパッケージ4のカバーガラス6を保護したが、各カバーガラス6の上面に保護シートを貼付してもよい。この場合には、例えば、図15に示すように、イメージセンサ20の受光面よりも大きな面積を有する相似形で、かつカバーガラス6の上面よりも小さい面積を有する保護シート75を使用し、この保護シート75の端縁が、イメージセンサ20の受光面の端縁とカバーガラス6の上面の端縁との間に納まるように、該カバーガラス6の上面に貼付するとよい。この保護シート75の貼付は、各カバーガラス6に個々に貼付してもよいし、治具等を使用して一括で貼付してもよい。
In the above embodiment, the
なお、保護シート75のサイズをカバーガラス6の上面よりも小さくしているのは、保護シート75の端縁がカバーガラス6の外側にはみ出ると、封止用樹脂7の充填により保護シート75の端部が捲れ、封止用樹脂7の中に入り込むためである。このような状態となった保護シート75をカバーガラス6から剥がすと、封止用樹脂7には保護シート75が入り込んでいた部分に窪みができてしまい、封止性能及び外観品質が低下する。本実施形態では、保護シート75の端部がカバーガラス6の上面からはみ出ないようにしているため、上記問題は発生しない。また、保護シート75の面積をイメージセンサ20の受光面の面積よりも大きくしているため、イメージセンサ20の性能にも影響しない。
Note that the size of the protective sheet 75 is made smaller than the upper surface of the
保護シート75を使用してカバーガラス6の上面を保護する場合、集合配線板47の外周を取り囲んで封止用樹脂7の充填範囲を規制する外壁部が別途必要となる。この外壁部は、前述のマスク68の外壁部68aだけを使用してもよいし、集合配線板47の外周に樹脂で擁壁を形成してもよい。
When the upper surface of the
また、上記実施形態は、FLGAパッケージを用いた固体撮像装置の製造方法について説明したが、本発明は、外部電極としてハンダボールを使用するFine pitch Ball Glid Array(FBGA)パッケージを用いた固体撮像装置にも適用することができる。図16及び17に示すように、本発明の第2の実施形態を用いた固体撮像装置78は、センサーパッケージ79が固着された配線板80の外部導体パッド81上に、ハンダボール82が設けられている。このFBGAパッケージも、従来から用いられているパッケージング手法であるため、安価に、かつ信頼性の高い固体撮像装置78を製造することができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the manufacturing method of the solid-state imaging device using a FLGA package, this invention is a solid-state imaging device using the Fine pitch Ball Glid Array (FBGA) package which uses a solder ball as an external electrode. It can also be applied to. As shown in FIGS. 16 and 17, in the solid-
FBGAパッケージの固体撮像装置78を製造する場合は、図18のフローチャートに示すように、マーキング工程とシンギュレーション工程との間に、ハンダボール82を形成する工程を設ける。ハンダボール82の形成方法としては、例えば、ボールマウント方式を用いることができる。このボールマウント方式では、ボールマウント工程において、集合配線板の外部導体パッド81上にフラックスの塗布と予備ハンダとを行い、マウンターを使用してハンダボール82を各外部導体パッド81上に載置する。次のリフロー工程では、リフロー装置により予備ハンダを加熱溶融し、ハンダボール82を外部導体パッド81上に固着する。最後に、洗浄装置でフラックスの除去を行なう。
When manufacturing the FBGA package solid-
また、上記各実施形態は、集合配線板としてプリント基板を用いたが、テープ基板やリードフレームを用いてもよい。リードフレームは、周知のように、チップが固着されるダイパッドや、チップの入出力パッドとワイヤボンドされるインナーリード、外部電極となるアウターリード等を備えた金属製の枠であり、複数個のダイパッドのそれぞれにセンサーパッケージをダイボンドしてワイヤボンドを行い、樹脂封止後に個片化することで、固体撮像装置を得ることができる。 In each of the above embodiments, a printed circuit board is used as the assembly wiring board, but a tape substrate or a lead frame may be used. As is well known, the lead frame is a metal frame including a die pad to which a chip is fixed, an inner lead to be wire-bonded to an input / output pad of the chip, an outer lead to be an external electrode, and the like. A solid state imaging device can be obtained by die-bonding a sensor package to each of the die pads, performing wire bonding, and separating the resin package after resin sealing.
図19及び20は、本発明の第3実施形態を用いた固体撮像装置85の外観斜視図及び断面図であり、リードフレームを用いて形成された、いわゆるQuad Flat Non−leaded(QFN)と呼ばれるパッケージ形態を備えている。固体撮像装置85は、センサーパッケージ86が固着されるダイパッド87と、ボンディングワイヤ88によってセンサーパッケージ86の入出力パッド89と接続される内部電極であるインナーリード90と、封止用樹脂91の下面から外部に露呈されて外部電極となるアウターリード92とから構成されている。このQFNパッケージも、従来から用いられているパッケージング手法であるため、安価に、かつ信頼性の高い固体撮像装置を製造することができる。なお、ダイパッド87は、下面まで封止用樹脂91で封止されているが、センサーパッケージ86の放熱性を向上させるために、ダイパッド87の下面を封止用樹脂から露出させてもよい。 19 and 20 are an external perspective view and a cross-sectional view of a solid-state imaging device 85 using the third embodiment of the present invention, and are called so-called quad flat non-leaded (QFN) formed using a lead frame. It has a package form. The solid-state imaging device 85 includes a die pad 87 to which the sensor package 86 is fixed, an inner lead 90 that is an internal electrode connected to the input / output pad 89 of the sensor package 86 by a bonding wire 88, and a lower surface of the sealing resin 91. The outer lead 92 is exposed to the outside and becomes an external electrode. Since this QFN package is also a conventional packaging method, a solid-state imaging device with high reliability can be manufactured at low cost. The die pad 87 is sealed to the lower surface with the sealing resin 91. However, in order to improve the heat dissipation of the sensor package 86, the lower surface of the die pad 87 may be exposed from the sealing resin.
このQFNパッケージの固体撮像装置85を製造する場合には、図21のフローチャートに示すように、印刷工程とマーキング工程との間に、アウターリード92を封止用樹脂91から露呈させるバリ除去工程と、露呈されたアウターリード92をメッキするメッキ工程とを設ける。バリ除去工程をマーキング工程の前に行なうのは、デフラッシャーにより砥粒を吹き付けてバリを除去する際に、マーキングが損傷を受けるのを防止するためである。なお、リードフレームとして、予めパラジウムメッキが施されたPD−PPF(Palladium Pre Plated Frame)を使用する場合には、上記メッキ工程は省略することができる。 When manufacturing the solid-state imaging device 85 of this QFN package, as shown in the flowchart of FIG. 21, a burr removing process for exposing the outer lead 92 from the sealing resin 91 between the printing process and the marking process; And a plating step of plating the exposed outer lead 92. The reason why the burr removing process is performed before the marking process is to prevent the marking from being damaged when the abrasive grains are sprayed by the deflasher to remove the burr. In addition, when using PD-PPF (Palladium Pre Plated Frame) by which palladium plating was performed beforehand as a lead frame, the said plating process can be skipped.
また、上記各実施形態では、センサーパッケージを用いたシングルパッケージの固体撮像装置を例に説明したが、図22の外観斜視図に示すように、センサーパッケージ95と、このセンサーパッケージ95と協働する複数個の協働チップとを同じ配線板96上に固着して封止用樹脂97で樹脂封止し、システムインパッケージ(SIP)の固体撮像装置98(第4の実施形態)を形成することもできる。このSIPを用いた固体撮像装置98によれば、カバーガラス99の上に撮影光学系を取り付けるだけで、カメラユニットを構成することができ、各種電子機器への組込適正を向上させることができる。
In each of the above embodiments, a single package solid-state imaging device using a sensor package has been described as an example. However, as shown in an external perspective view of FIG. 22, the sensor package 95 and the sensor package 95 cooperate with each other. A plurality of cooperating chips are fixed on the same wiring board 96 and sealed with a sealing resin 97 to form a system-in-package (SIP) solid-state imaging device 98 (fourth embodiment). You can also. According to the solid-state imaging device 98 using SIP, a camera unit can be configured only by attaching a photographing optical system on the
協働チップとしては、例えば、センサーパッケージ95から入力されたアナログの撮像信号をデジタル化するAnalog front end(AFE)チップ102や、デジタルの画像データを画像処理するDigital signal processor(DSP)チップ103、電源用チップ104等を用いることができる。
As the cooperation chip, for example, an analog front end (AFE)
また、上記固体撮像装置98のように、配線板96に各チップを並べて固着してもよいし、図23に示す固体撮像装置110(第5の実施形態)のように、配線板111上に、電源用チップ112、スペーサー113、DSPチップ114、AFEチップ115、センサーパッケージ116を順に積み重ね、スタックドシステムインパッケージを形成してもよい。いずれの形態をとる場合も、センサーパッケージ116のカバーガラス117の上面が、封止用樹脂118から露呈されるように封止する。
Moreover, each chip may be fixedly arranged on the wiring board 96 like the solid-state imaging device 98, or on the wiring board 111 like the solid-state imaging device 110 (fifth embodiment) shown in FIG. The power supply chip 112, the
上記SIPを用いた固体撮像装置98,110を製造する際には、ダイボンド工程及びワイヤボンド工程において、センサーパッケージ95,116とともに他の協働チップにも作業を行なう。印刷工程では、センサーパッケージ95,116のカバーガラス99,117の上面以外は封止用樹脂97,118により封止し、シンギュレーション工程では、システムを構成するチップが一つの配線板96,111上に載置されるように、個片化を行なう。
When manufacturing the solid-state imaging devices 98 and 110 using the SIP, work is performed on other cooperative chips together with the sensor packages 95 and 116 in the die bonding process and the wire bonding process. In the printing process, the surfaces other than the upper surfaces of the
上記実施形態では、真空スクリーン印刷により封止用樹脂の充填を行った。しかし、スクリーン印刷では、専用のマスクが必要となるため、少量の生産ロットではコストが高くなるという問題がある。そこで、スクリーン印刷に代えてポッティングを用いてもよい。ポッティングを用いた固体撮像装置の製造は、図3に示すスクリーン印刷を用いた固体撮像装置の製造とほぼ同じ手順で行われるが、印刷工程に代えて、図24に示すように、封止工程であるポッティング工程が実施される。なお、上記実施形態で説明した構成と同じものについては、詳しい説明は省略する。 In the above embodiment, the sealing resin is filled by vacuum screen printing. However, since screen printing requires a dedicated mask, there is a problem that the cost is increased in a small production lot. Therefore, potting may be used instead of screen printing. The manufacturing of the solid-state imaging device using the potting is performed in substantially the same procedure as the manufacturing of the solid-state imaging device using the screen printing shown in FIG. 3, but instead of the printing process, as shown in FIG. A potting process is performed. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the same thing as the structure demonstrated in the said embodiment.
図25(A)に示すように、まず、複数個のセンサーパッケージ130が固着され、ワイヤボンディングが完了した集合配線板131をポッティング装置の作業台上に固定する。次いで、同図(B)に示すように、ダム材133が収納されたダム材用シリンジ134を集合配線板131の外周縁上に配置し、このシリンジ134からダム材133を吐出させながら集合配線板131の外周縁に沿って移動させ、ダム材133を盛り上げて全周に擁壁135を形成する。この擁壁135は、封止用樹脂の充填範囲を規制する。擁壁135の形成時に、ダム材133が流れて擁壁135の形状が崩れないように、粘度が高く、かつポッティング可能な樹脂、例えば粘度が500Pas程度の樹脂の使用が好適である。
As shown in FIG. 25A, first, the
図25(C)に示すように、液状の封止用樹脂138が収納された封止用シリンジ139を集合配線板131の上に配置し、封止用樹脂138を吐出させながら各センサーパッケージ130の間を移動させる。これにより、各センサーパッケージ130の周囲は、カバーガラス140の上面を除いて封止用樹脂138で封止される。
As shown in FIG. 25C, a sealing syringe 139 containing a
その後、スクリーン印刷と同様に、ポストモールドキュア工程によって封止用樹脂138と擁壁135が加熱硬化される。なお、封止用樹脂138と擁壁135とが一緒に加熱硬化されるのは、擁壁135だけを先に硬化させることにより、集合配線板131に反りが生じたり、工程数が増えるのを避けるためである。
Thereafter, like the screen printing, the sealing
そして、図25(D)に示すように、集合配線板131の下面にダイシングテープ143を貼着し、センサーパッケージ130ごとに封止用樹脂138と集合配線板131とがダイシングされる。これにより、図26に示す固体撮像装置142が形成される。ポッティングによる樹脂の充填では、封止用樹脂138の上面が平滑にならない場合があるが、固体撮像装置142の機能に影響はない。
Then, as shown in FIG. 25D, a dicing
なお、ダム材の材質として、封止用樹脂と同じものを用いたが、熱膨張係数など、封止用樹脂と相性のよい材質であれば、ダム材として使用することができる。また、ダム材の熱膨張係数を集合配線板と合せることができ、かつ工程数が増加しても問題がない場合には、封止用樹脂の供給前に擁壁を硬化させてもよい。また、以上で説明したポッティングによる樹脂封止は、上述した第2〜第5の各固体撮像装置の製造にも用いることができる。 Although the same material as the sealing resin is used as the material of the dam material, any material that is compatible with the sealing resin such as a thermal expansion coefficient can be used as the dam material. Further, when the thermal expansion coefficient of the dam material can be matched with that of the assembly wiring board and there is no problem even if the number of steps is increased, the retaining wall may be cured before supplying the sealing resin. The resin sealing by potting described above can also be used for manufacturing the above-described second to fifth solid-state imaging devices.
固体撮像装置等の半導体装置は、この半導体装置が組み込まれた機器が、最終ユーザーにおいて所望の期間、所定の機能、性能を発揮できるように、高い信頼性を有している必要がある。そのため、半導体装置には、標準化された信頼性試験が実施される。半導体装置の標準規格として、例えば、JEDEC規格(Joint Electron Device Engineering Council(米電子部品標準化業界団体))が知られているが、このJEDEC規格においても、半導体装置の信頼性試験が規定されている。 A semiconductor device such as a solid-state imaging device needs to have high reliability so that a device in which the semiconductor device is incorporated can exhibit a predetermined function and performance for a desired period of time for an end user. Therefore, a standardized reliability test is performed on the semiconductor device. As a standard for semiconductor devices, for example, the JEDEC standard (Joint Electron Device Engineering Council (American Electronic Components Standardization Industry Association)) is known. The JEDEC standard also defines a reliability test for semiconductor devices. .
上記JEDEC規格の信頼性試験は、半導体装置に対し、各種機器に組み込まれる前、及び組み込み時にかかるストレスを付与する「前処理」と、半導体装置の実使用において長期間に渡ってかかるストレスを短期間で加速的に付与する「本試験」とから構成されている。また、「前処理」は、そのストレスの大きさに応じてレベル1〜3が規定されている。以下に、上記信頼性試験の「前処理」及び「本試験」の実施条件を記載する。
The reliability test of the JEDEC standard includes a “pre-treatment” that applies stress to a semiconductor device before it is incorporated into various devices, and stress that is applied over a long period of time in actual use of the semiconductor device. It consists of a “main test” given at an accelerated rate. Further, “pre-processing” is defined as
JEDEC規格、信頼性試験条件
1.前処理条件
(1)高温高湿保存条件
レベル1:温度85°C、湿度85%、168時間
レベル2:温度85°C、湿度60%、168時間
レベル3:温度30°C、湿度60%、192時間
(2)リフロー条件
予備加熱:温度160°C、60秒
本加熱:温度260°C、20秒
2.本試験
(1)高温高湿保存試験:温度85°C、湿度85%、1000時間
(2)温度サイクル試験:85°C⇔−40°C、1000サイクル
JEDEC standards, reliability test conditions Pretreatment conditions (1) High temperature and high humidity storage conditions Level 1: Temperature 85 ° C, Humidity 85%, 168 hours Level 2: Temperature 85 ° C, Humidity 60%, 168 hours Level 3:
本発明の第1実施形態の固体撮像装置2を製造し、上記JEDEC規格の信頼性試験を行った結果、様々な問題が発生して信頼性試験をパスすることができなかった。その問題とは、封止用樹脂7に取り込まれた水分の水蒸気爆発により、封止用樹脂7や、封止用樹脂7とセンサーパッケージ4との界面にクラックが生じ、封止用樹脂7がセンサーパッケージ4や配線板3から剥がれ、ボンディングワイヤ5が内部導体パッド12や入出力パッド21から外れて動作不良となる、というものである。
As a result of manufacturing the solid-
また、取り込まれた水分によって封止用樹脂7からイオン性不純物が溶出し、これがAlで形成された入出力パッド21の電気化学的な分解反応を促進させて腐食させる問題もあった。
In addition, ionic impurities are eluted from the encapsulating
更に、封止用樹脂7が剥がれるときに、スペーサー22やカバーガラス6が封止用樹脂と一緒に動いてイメージングチップ19から剥がれてしまうという問題もある。これによれば、イメージングチップ19とスペーサー22とカバーガラス22とで囲まれる空間が適性に封止されなくなり、この空間内に浸入した水分によりカバーガラス6に曇りが生じ、イメージセンサ20の電気動作不良等が発生する。
Furthermore, when the sealing
本発明は、信頼性試験をパスすることができる固体撮像装置を得るために、以下で説明する構造変更、各種条件変更、封止用樹脂の変更などを行った。なお、上記各実施形態で説明した構成と同じものについては、詳しい説明は省略する。 In the present invention, in order to obtain a solid-state imaging device capable of passing the reliability test, a structure change, various condition changes, and a sealing resin change described below were performed. Detailed descriptions of the same configurations as those described in the above embodiments are omitted.
本出願人は、封止用樹脂がセンサーパッケージから剥がれる原因の一つが、センサーパッケージに対する封止用樹脂の固着力の弱さにあると考え、この固着力を向上させることができる新規な構造を発明した。 The present applicant considers that one of the causes for the sealing resin to peel off from the sensor package is the weakness of the fixing force of the sealing resin to the sensor package, and a novel structure capable of improving this fixing force. Invented.
図27に示す固体撮像装置150は、センサーパッケージ151のカバーガラス152の外周縁に面取り部153を設けたものである。この面取り部153により、封止用樹脂154とセンサーパッケージ151との接触面積が増加して封止用樹脂154の固着力が向上するため、封止用樹脂154がセンサーパッケージ151から剥がれにくくなるアンカー効果を得ることができる。また、イメージングチップ155と、スペーサー156と、カバーガラス152とで囲まれる空間の圧力が熱で高くなっても、対抗する反力がカバーガラス152に働くので、この空間内の封止性を高めることができる。
In the solid-state imaging device 150 shown in FIG. 27, a chamfered portion 153 is provided on the outer peripheral edge of the cover glass 152 of the sensor package 151. The chamfered portion 153 increases the contact area between the sealing resin 154 and the sensor package 151 and improves the fixing force of the sealing resin 154. Therefore, the anchor that prevents the sealing resin 154 from being peeled off from the sensor package 151 is obtained. An effect can be obtained. Further, even if the pressure in the space surrounded by the imaging chip 155, the
また、同様の目的を達成するために、図28に示す固体撮像装置160では、センサーパッケージ161のカバーガラス162の外周縁に段差部163を形成し、封止用樹脂164との接触面積を増やしている。これらの面取り部153及び段差部163は、スペーサーの幅寸法内に収まる大きさで形成すれば、イメージセンサに対する悪影響はない。 In order to achieve the same purpose, in the solid-state imaging device 160 shown in FIG. 28, a stepped portion 163 is formed on the outer peripheral edge of the cover glass 162 of the sensor package 161 to increase the contact area with the sealing resin 164. ing. If the chamfered portion 153 and the stepped portion 163 are formed in a size that can be accommodated within the width dimension of the spacer, there is no adverse effect on the image sensor.
上記面取り部及153及び段差部163は、図6(D),(E)に示すガラス基板28とシリコンウエハ37とのダイシング時に、スライサーやダイサーを使用して形成することができる。そのため、工程数の大幅な増加はなく、ローコストに採用することができる。
The chamfered portion 153 and the stepped portion 163 can be formed using a slicer or a dicer when the
また、上記実施形態では、カバーガラスの外周端縁だけでアンカー効果を得るようにしたが、図29に示す固体撮像装置170のように、センサーパッケージ171のカバーガラス172、スペーサー173、イメージングチップ174の側面全周に粗面175,176を形成し、これらの粗面175,176で封止用樹脂177に対するアンカー効果を得てもよい。この粗面175,176は、図6(E)に示すように、ガラス基板28とシリコンウエハ37とをダイシングした後、エッチング加工等で容易に形成することができる。
In the above embodiment, the anchor effect is obtained only by the outer peripheral edge of the cover glass. However, like the solid-state imaging device 170 shown in FIG. 29, the cover glass 172, the
また、封止用樹脂を剥がれにくくする別の手法として、センサーパッケージの外周面に高密着性膜を形成し、封止用樹脂との密着性を高めることも考えられる。例えば、図30に示す固体撮像装置180のように、センサーパッケージ181のイメージングチップ182の上面に、低欠陥密度という特徴を持つポリイミド膜183を形成する。これによれば、封止用樹脂184とイメージングチップ182との密着性が向上するので、封止用樹脂184の固着力が向上して剥がれにくくなる。また、イメージングチップ182とスペーサー185との密着性も高くなるので、イメージングチップ182とスペーサー185との接着力が向上し、剥がれにくくなる。
Further, as another method for making it difficult to peel off the sealing resin, it is conceivable to form a highly adhesive film on the outer peripheral surface of the sensor package to enhance the adhesiveness with the sealing resin. For example, a polyimide film 183 having a feature of low defect density is formed on the upper surface of the imaging chip 182 of the sensor package 181 as in the solid-state imaging device 180 shown in FIG. According to this, since the adhesiveness between the sealing resin 184 and the imaging chip 182 is improved, the fixing force of the sealing resin 184 is improved and it is difficult to peel off. In addition, since the adhesion between the imaging chip 182 and the
なお、ポリイミド膜183の形成は、例えば、シリコンウエハにイメージセンサ187及び入出力パッド188を形成する工程において、形成することができる。なお、ポリイミド膜183は、プラズマエッチング時のパッシベーション膜としても使用される。そのため、前述の粗面175とともに採用すれば、プラズマエッチングでカバーガラス186、スペーサー185、イメージングチップ182の側面に粗面を形成する際に、イメージングチップ182の上面を保護することができる。
The polyimide film 183 can be formed, for example, in the process of forming the
また、イメージセンサが収納される空間の封止性を高める手法として、透湿防止膜を用いることもできる。例えば、図31に示す固体撮像装置190のように、センサーパッケージ191のカバーガラス192と、スペーサー193の外周面と、イメージングチップ194との外周面及び上面に窒化膜195を蒸着すれば、これらで囲まれる空間内の透湿防止性が高まるので封止性を高めることができ、封止用樹脂197との間で剥がれが生じるのを防止することができる。この窒化膜195の蒸着は、図8(C)に示すように、集合配線板47にセンサーパッケージ4をダイボンドし、入出力パッド21と集合配線板の内部導体パッド12とをワイヤボンディングした後に行うとよい。なお、イメージングチップ194の上面には、シリコンウエハ37の成膜工程において既に窒化膜が形成されているが、その上からさらに蒸着を行ってもよい。
Further, a moisture permeation preventive film can be used as a method for improving the sealing performance of the space in which the image sensor is accommodated. For example, if a nitride film 195 is deposited on the outer peripheral surface and upper surface of the cover glass 192 of the sensor package 191, the outer peripheral surface of the
上述した窒化膜による透湿防止性の向上、及びポリイミド膜による密着性の向上により、封止用樹脂と、センサーパッケージ及び配線板との間に生じた隙間から水分が浸透するのも防止することができるので、水蒸気爆発による封止用樹脂のクラックや剥がれの防止にも効果がある。 By preventing moisture permeation from the gap formed between the sealing resin, the sensor package and the wiring board, the moisture permeation preventing property by the nitride film and the adhesion property by the polyimide film can be prevented. Therefore, it is also effective in preventing cracking and peeling of the sealing resin due to steam explosion.
また、封止用樹脂の剥がれにより、スペーサーがイメージングチップから剥がれる原因の一つとして、イメージングチップとスペーサーとカバーガラスとで封止された空間内の空気が熱膨張し、接着部分に負荷がかかることが関係していると考えられる。この原因を解消するには、イメージセンサが封止されている空間内を真空にするとよい。また、図32に示す固体撮像装置200のように、センサーパッケージ201のカバーガラス202、スペーサー203、イメージングチップ204で囲まれる空間内に、N2ガス等の不活性ガス205を充填するとよい。この空間内を真空にする、または不活性ガス205を充填するには、図6(B)に示すシリコンウエハ37とガラス基板28との接合時に、真空、または不活性ガスが充満されているチャンバー内で接合を行えばよい。
Also, as one of the causes of the spacer peeling off from the imaging chip due to the peeling of the sealing resin, the air in the space sealed by the imaging chip, the spacer, and the cover glass is thermally expanded, and a load is applied to the bonded portion. Is considered to be related. In order to eliminate this cause, the space in which the image sensor is sealed may be evacuated. 32, an inert gas 205 such as
また、上記各実施形態では、センサーパッケージに新たな構造等を付加して封止用樹脂を剥がれにくくしたが、イメージングチップの上面に予め設けられている窒化膜の密着性を改善して、封止用樹脂の剥がれを防止してもよい。この密着性の改善には、例えば、UV洗浄やプラズマ洗浄が用いられる。UV洗浄では、窒化膜に付着していた有機系不純物を除去し、かつ濡れ性を改善して封止用樹脂の密着性を向上することができる。また、プラズマ洗浄では、入出力パッドに対するワイヤボンド性を向上させることができ、入出力パッドとボンディングワイヤとの結合力を高めることができる。図33に示すように、これらのUV洗浄またはプラズマ洗浄は、上記第1実施形態の洗浄工程で実施されるO2アッシャーに代えて実施するとよい。 In each of the above embodiments, a new structure or the like is added to the sensor package to make it difficult to peel off the sealing resin. However, the adhesion of the nitride film provided in advance on the upper surface of the imaging chip is improved, and sealing is performed. The peeling of the stopping resin may be prevented. For example, UV cleaning or plasma cleaning is used to improve the adhesion. In the UV cleaning, the organic impurities attached to the nitride film can be removed and the wettability can be improved to improve the adhesion of the sealing resin. Further, in the plasma cleaning, the wire bondability with respect to the input / output pad can be improved, and the bonding force between the input / output pad and the bonding wire can be increased. As shown in FIG. 33, these UV cleaning or plasma cleaning may be performed in place of the O 2 asher performed in the cleaning process of the first embodiment.
また、封止用樹脂に対する水分の浸透は、封止用樹脂の表面から直接浸透する以外に、配線板を通って浸透することも考えられる。配線板の表面積は比較的大きいため、その水分の浸透を少なくすることによる封止用樹脂への水分浸透防止効果は大きい。そこで、本実施形態では、図34に示す固体撮像装置210のように、センサーパッケージ211が取り付けられる配線板として、テープ基板212を使用し、このテープ基板212のベース213を超耐熱ポリイミドフイルムで形成している。この超耐熱ポリイミドフイルムは、封止用樹脂214が吸湿した水分を排出させることができるので、封止用樹脂214内の水分を減少させて水蒸気爆発の発生を抑えることができる。また、ガラスエポキシ基板に比べて薄いため、固体撮像装置210の薄型化にも寄与することができる。 In addition, the penetration of moisture into the sealing resin may be permeated through the wiring board in addition to directly penetrating from the surface of the sealing resin. Since the surface area of the wiring board is relatively large, the effect of preventing the penetration of moisture into the sealing resin by reducing the penetration of moisture is great. Therefore, in the present embodiment, a tape substrate 212 is used as a wiring board to which the sensor package 211 is attached as in the solid-state imaging device 210 shown in FIG. 34, and the base 213 of the tape substrate 212 is formed of a super heat resistant polyimide film. is doing. This super heat-resistant polyimide film can discharge the moisture absorbed by the sealing resin 214, so that the moisture in the sealing resin 214 can be reduced to suppress the occurrence of water vapor explosion. Moreover, since it is thinner than the glass epoxy substrate, it can contribute to the thinning of the solid-state imaging device 210.
なお、超耐熱ポリイミドフイルムとしては、例えば、カプトン(登録商標)フイルム(商品名:米国デュポン社)が知られており、容易に採用することができる。 In addition, as a super heat-resistant polyimide film, for example, Kapton (registered trademark) film (trade name: US DuPont) is known and can be easily adopted.
また、上記各実施形態では、封止用樹脂としてエポキシ樹脂を用いたが、センサーパッケージ及び配線板からの封止用樹脂の剥がれを防止するために、より密着性の高い材質を使用してもよい。この密着性の高い樹脂としては、例えば、ビスフェノール系のエポキシ樹脂等の高密着性樹脂を用いることができる。また、この高密着性樹脂を用いる場合、硬化剤としてはアミン系、ポリアミン件の使用が好ましい。 In each of the above embodiments, an epoxy resin is used as the sealing resin. However, in order to prevent the sealing resin from peeling off from the sensor package and the wiring board, a material having higher adhesion may be used. Good. As this highly adhesive resin, for example, a highly adhesive resin such as a bisphenol-based epoxy resin can be used. Moreover, when using this highly adhesive resin, it is preferable to use an amine or polyamine as the curing agent.
また、封止用樹脂の充填時の粘度は、スクリーン印刷適性、ポッティング適性、ボイドの発生防止等を考慮して、100Pas以下が好ましい。例えば、常温下での粘度が450Pas程度の封止用樹脂を使用する場合には、充填時に40°C程度まで温めれば50Pas程度の粘度を得ることができる。また、常温で50Pas程度の低粘度の封止用樹脂を使用してもよい。この場合、低粘度の原材料を最適化したものに溶剤を混ぜて粘度調整するとよい。 The viscosity at the time of filling the sealing resin is preferably 100 Pas or less in consideration of screen printing suitability, potting suitability, void generation prevention, and the like. For example, when a sealing resin having a viscosity of about 450 Pas at room temperature is used, a viscosity of about 50 Pas can be obtained by heating to about 40 ° C. during filling. Also, a sealing resin having a low viscosity of about 50 Pas at room temperature may be used. In this case, it is advisable to adjust the viscosity by mixing a solvent with an optimized low-viscosity raw material.
また、温度サイクル性を向上させるために、ガラス転位温度(Tg)が150°C以上の封止用樹脂を用いることが好ましい。 Moreover, in order to improve temperature cycling property, it is preferable to use sealing resin whose glass transition temperature (Tg) is 150 ° C. or more.
また、封止用樹脂のクラックや剥がれの原因として、封止用樹脂と、センサーパッケージ及び配線板との間で生じる熱応力の影響が考えられる。例えば、第1実施形態の封止用樹脂(エポキシ樹脂)7の熱膨張係数(α)は、50ppm/°C程度である。しかし、シリコンで形成されたイメージングチップ19及びスペーサー22の熱膨張係数は、3ppm/°C、カバーガラス6の熱膨張係数は6ppm/°C、ガラスエポキシで形成された配線板3の熱膨張係数は13〜17ppm/°Cと、封止用樹脂7の熱膨張係数よりもかなり小さいため、モールド時、リフロー時、PMC時、実使用時等の温度サイクル時に、各構成の熱膨張係数の違いによって熱応力が発生し、封止用樹脂7に反りや歪み、剥がれ等が生じることがあった。これを防止するため、封止用樹脂7の熱膨張係数(α)は13ppm/°C以下が好ましい。
In addition, as a cause of cracking or peeling of the sealing resin, the influence of thermal stress generated between the sealing resin, the sensor package, and the wiring board can be considered. For example, the thermal expansion coefficient (α) of the sealing resin (epoxy resin) 7 of the first embodiment is about 50 ppm / ° C. However, the thermal expansion coefficient of the imaging chip 19 and the
同様に、熱応力を減少させるために、封止用樹脂の曲げ弾性率は28GPa以下、成形収縮率は0.12%以下が好ましい。なお、固体撮像装置の強度を適性に保って変形を防止するために、封止用樹脂の硬度としては、例えばショアDが90以上の硬度を有することが好ましい。 Similarly, in order to reduce thermal stress, the sealing resin preferably has a flexural modulus of 28 GPa or less and a molding shrinkage of 0.12% or less. In order to keep the strength of the solid-state imaging device appropriate and prevent deformation, it is preferable that the hardness of the sealing resin is, for example, that Shore D has a hardness of 90 or more.
また、PMC時に、スペーサー2の接着に使用される接着剤がガラス転位温度に達すると、スペーサーやカバーガラスがイメージングチップから剥がれてしまう可能性がある。そのため、接着剤のTgをPMC温度以上とするのが好ましい。なお、封止用樹脂の熱膨張係数が低く、高温時の熱応力による接着剤へのストレスが小さい場合は、接着剤のガラス転位温度はPMC温度以下でもよい。
Further, when the adhesive used for bonding the
また、熱膨張係数の差による熱応力は、センサーパッケージと配線板との間でも発生し、やはり封止用樹脂のクラックや剥がれの原因となる。例えば、ガラスエポキシ製の配線板3の熱膨張係数は13〜17ppm/°Cであり、超耐熱ポリイミドフイルム製の配線板の熱膨張係数は16〜60ppm/°Cであって、イメージングチップの熱膨張係数3ppm/°Cと比較すると、その差はかなり大きい。 In addition, thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient is also generated between the sensor package and the wiring board, which also causes cracking or peeling of the sealing resin. For example, the thermal expansion coefficient of the wiring board 3 made of glass epoxy is 13 to 17 ppm / ° C, the thermal expansion coefficient of the wiring board made of super heat-resistant polyimide film is 16 to 60 ppm / ° C, and the heat of the imaging chip Compared with an expansion coefficient of 3 ppm / ° C, the difference is quite large.
上記問題を解決するために、PMC温度よりも低いガラス転位温度を有するダイアタッチフイルムを用いるのが好ましい。これにより、ダイアタッチフイルムがPMC時のイメージングチップと配線板との間の歪みを吸収するので、封止用樹脂のクラック及び剥がれの発生を防止することができる。なお、ダイアタッチフイルムのガラス転位温度としては、PMCの開始後すぐにガラス転位温度に達するように、例えば、Tg=50〜80°C,α=80〜100ppm/°C程度のものが好ましい。 In order to solve the above problem, it is preferable to use a die attach film having a glass transition temperature lower than the PMC temperature. Thereby, since the die attach film absorbs the distortion between the imaging chip and the wiring board during PMC, it is possible to prevent the sealing resin from being cracked and peeled off. The glass transition temperature of the die attach film is preferably, for example, about Tg = 50 to 80 ° C. and α = 80 to 100 ppm / ° C. so as to reach the glass transition temperature immediately after the start of PMC.
また、封止用樹脂の吸湿による水蒸気爆発の発生を少なくするために、吸水率が0.3重量%(飽和蒸気加圧試験:20時間)以下の封止用樹脂を用いることが好ましい。また、センサーパッケージの入出力パッドの腐食を防止する場合には、封止用樹脂の吸水率は0.15重量%以下であることがより好ましい。 In order to reduce the occurrence of water vapor explosion due to moisture absorption of the sealing resin, it is preferable to use a sealing resin having a water absorption rate of 0.3% by weight (saturated steam pressure test: 20 hours) or less. In order to prevent corrosion of the input / output pads of the sensor package, the water absorption rate of the sealing resin is more preferably 0.15% by weight or less.
また、封止用樹脂7の吸水率をより低減させる方法としては、吸水率の少ない樹脂を使用する以外に、フィラーの充填率を高めることも効果的である。例えば、第1の実施形態の封止用樹脂7では、シリカ等のフィラーの充填率が73%であったが、吸水率の改善には至らなかった。そこで、本出願人は、フィラーの充填率を80%以上とした封止用樹脂を使用して固体撮像装置を製造し、JEDEC規格の信頼性試験を行った結果、封止用樹脂のクラックや剥がれの減少を確認することができた。よって、フィラーの充填率が80%以上の封止用樹脂を使用することが好ましい。
Further, as a method for further reducing the water absorption rate of the sealing
また、フィラーの充填率を高くするために、サイズの大きな粗粒(例えば、直径55μm)と、サイズの小さな細粒(例えば、直径20μm)の2種類のサイズのフィラーを混合して封止用樹脂に充填してもよい。これによれば、図35に示すように、粗粒220同士が接触して生じる小さな空間内に細粒222が収まるので、封止用樹脂223内のフィラーの充填率を80%以上にすることができる。
Also, in order to increase the filling rate of the filler, sealing is performed by mixing two types of fillers, large coarse particles (for example, 55 μm in diameter) and small particles (for example, 20 μm in diameter). The resin may be filled. According to this, as shown in FIG. 35, since the
なお、フィラーの充填率が高くなると、封止用樹脂の粘度が高くなるが、低粘度の原材料を最適化したものを使用すれば、スクリーン印刷適性、ポッティング適性のよい低粘度の封止用樹脂を得ることができる。 As the filling rate of the filler increases, the viscosity of the sealing resin increases, but if a low-viscosity raw material is optimized, a low-viscosity sealing resin with good screen printing and potting suitability Can be obtained.
また、封止用樹脂としては、低ハロゲン、低アルカリ金属(例えば、10ppm以下)の封止用樹脂を用いるのが好ましい。これにより、封止用樹脂から溶出するイオン性不純物の量が少なくなるので、入出力パッドの腐食を防止することができる。 Further, as the sealing resin, it is preferable to use a low halogen, low alkali metal (for example, 10 ppm or less) sealing resin. Thereby, since the amount of ionic impurities eluted from the sealing resin is reduced, corrosion of the input / output pad can be prevented.
また、ポッティング工程において擁壁の形成に使用されるダム材としては、PMC工程時に熱膨張係数の差によってクラックが生じないように、上述した封止用樹脂と同じ樹脂系のものを用いることが好ましく、例えば熱膨張係数が13ppm°/以下、擁壁形成時の粘度が500Pas程度であることが望ましい。 Further, as the dam material used for forming the retaining wall in the potting process, the same resin system as the sealing resin described above is used so that cracks do not occur due to the difference in thermal expansion coefficient during the PMC process. Preferably, for example, it is desirable that the thermal expansion coefficient is 13 ppm ° / less or less, and the viscosity when forming the retaining wall is about 500 Pas.
以上で説明した種々の改良により、封止用樹脂のクラックや剥がれが減少し、イメージセンサが収納される空間内の封止性も向上する。また、同時に、ボンディングワイヤのパッドからの外れも防止することができるので、固体撮像装置の動作不良を減少させることができる。例えば、封止用樹脂のフィラー充填率を80%以上、熱膨張係数を12ppm/°C以下にした封止用樹脂を使用して第1の実施形態の固体撮像装置を製造し、高温高湿保存試験及び温度サイクル試験を行った結果、500時間/1000サイクルを達成することができた。また、配線板として、超耐熱ポリイミドフイルムのテープ基板を使用した固体撮像装置では、レベル1の前処理で信頼性試験をクリアすることができた。
With the various improvements described above, cracking and peeling of the sealing resin are reduced, and the sealing performance in the space in which the image sensor is stored is also improved. At the same time, it is possible to prevent the bonding wire from coming off the pad, so that the malfunction of the solid-state imaging device can be reduced. For example, the solid-state imaging device according to the first embodiment is manufactured using a sealing resin in which the filler filling rate of the sealing resin is 80% or more and the thermal expansion coefficient is 12 ppm / ° C. or less. As a result of conducting a storage test and a temperature cycle test, 500 hours / 1000 cycles could be achieved. Further, in the solid-state imaging device using a super heat resistant polyimide film tape substrate as the wiring board, the reliability test could be cleared by the
なお、上記実施形態の各改良策は、個別に、または適宜組み合わせて用いることができる。また、第1の実施形態の固体撮像装置への適用を例に説明したが、第2〜第5の実施形態の固体撮像装置にも適用することができる。 In addition, each improvement measure of the said embodiment can be used individually or in combination as appropriate. Moreover, although application to the solid-state imaging device of 1st Embodiment was demonstrated to the example, it is applicable also to the solid-state imaging device of 2nd-5th embodiment.
なお、上記各実施形態は、CCDタイプの固体撮像装置を例に説明したが、CMOSタイプ等の他の固体撮像装置の製造にも利用することができる。また、FLGA,FBGA,QFN,SIP等の各種パッケージ形態を用いたが、その他のパッケージ形態の固体撮像装置の製造にも利用することができる。 In addition, although each said embodiment demonstrated the CCD type solid-state imaging device to the example, it can utilize also for manufacture of other solid-state imaging devices, such as a CMOS type. Moreover, although various package forms such as FLGA, FBGA, QFN, and SIP are used, the present invention can also be used to manufacture solid-state imaging devices in other package forms.
2,78,85,98,110,142,150,160,170,180,190,200,210 固体撮像装置
3,80,96,111 配線板
4,79,86,95,116,130,151,161,171,181,191,201,211 センサーパッケージ
5,88 ボンディングワイヤ
6,99,117,140,152,162,172,186,192,202 カバーガラス
7,91,97,118,138,154,164,177,184,197,214 封止用樹脂
8,81 外部導体パッド
12 内部導体パッド
19,155,174,182,194,204 イメージングチップ
20 イメージセンサ
21,89 入出力パッド
22,156,173,185,193,203 スペーサー
47,131 集合配線板
51 ダイアタッチフイルム
54 真空スクリーン印刷装置
68 マスク
75 保護シート
82 ハンダボール
92 アウターリード
102,115 AFEチップ
103,114 DSPチップ
104,112 電源用チップ
133 ダム材
134 ダム材用シリンジ
135 擁壁
139 封止用シリンジ
2, 78, 85, 98, 110, 142, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210 Solid-
Claims (33)
各入出力パッドと、各センサーパッケージに対応して集合配線板に設けられた内部電極とをボンディングワイヤで接続するワイヤボンド工程と、
各カバー部材の上面をマスクで覆う保護工程と、
集合配線板上に封止用樹脂を真空スクリーン印刷して、各センサーパッケージの外周を封止する封止工程と、
集合配線板及び封止用樹脂をセンサーパッケージごとに裁断する個片化工程を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 An assembly wiring board is provided with a sensor package including an imaging chip provided with an image sensor and an input / output pad and a cover member that is translucent and is attached to the imaging chip and seals the image sensor. A die bonding step for fixing to each of the plurality of fixing portions;
A wire bonding step of connecting each input / output pad and an internal electrode provided on the assembly wiring board corresponding to each sensor package with a bonding wire;
A protection step of covering the upper surface of each cover member with a mask;
A sealing step of sealing the outer periphery of each sensor package by vacuum screen printing a sealing resin on the assembly wiring board;
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a separation process for cutting the assembly wiring board and the sealing resin for each sensor package.
各センサーパッケージ及び協働チップの入出力パッドと、各センサーパッケージ及び協働チップに対応して集合基板に設けられた内部電極とをボンディングワイヤで接続するワイヤボンド工程と、
各カバー部材の上面をマスクで覆う保護工程と、
集合配線板上に封止用樹脂を真空スクリーン印刷して、各センサーパッケージの外周を封止する封止工程と、
集合配線板及び封止用樹脂を各センサーパッケージとこれに対応する協働チップごとに裁断する個片化工程とを備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A sensor package including an imaging chip provided with an image sensor and an input / output pad, a light-transmitting cover member that is attached to the imaging chip and seals the image sensor, and cooperates with the sensor package A die bonding step of fixing at least one cooperating chip to each of a plurality of fixing portions provided on the assembly wiring board so that the upper surface of the cover member is not hidden by the cooperating chip;
A wire bonding step of connecting the input / output pads of each sensor package and cooperating chip and the internal electrodes provided on the collective substrate corresponding to each sensor package and cooperating chip with bonding wires;
A protection step of covering the upper surface of each cover member with a mask;
A sealing step of sealing the outer periphery of each sensor package by vacuum screen printing a sealing resin on the assembly wiring board;
A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a separate wiring step of cutting an assembly wiring board and a sealing resin into each sensor package and a corresponding cooperating chip corresponding thereto.
前記ダイアタッチ材のガラス転位温度は、前記モールドキュア工程の加熱硬化温度よりも低いことを特徴とする請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。 After the sealing step, a method for manufacturing a solid-state imaging device having a mold curing step of heating and curing the sealing resin,
9. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8 , wherein a glass transition temperature of the die attach material is lower than a heat curing temperature of the mold curing process.
前記センサーパッケージにおいて、イメージングチップとカバー部材との取り付けに使用される接着剤のガラス転位温度は、前記モールドキュア工程の加熱硬化温度以上であることを特徴とする請求項1ないし10いずれか記載の固体撮像装置の製造方法。 After the sealing step, a method for manufacturing a solid-state imaging device having a mold curing step of heating and curing the sealing resin,
In the sensor package, a glass transition temperature of the adhesive used in attaching the imaging chip and the cover member, according to any one of claims 1 to 10, wherein the at heat curing temperature or higher of the mold curing step Manufacturing method of solid-state imaging device.
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