JP5397037B2

JP5397037B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP5397037B2
Application number: JP2009150651A
Authority: JP
Inventors: 一彦末延
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: JP2011009403A

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。

従来、固体撮像素子の撮像面をガラス基板等の透明基板に対向して配置し、固体撮像素子をバンプを介してガラス基板の導体パターンに電気的に接続した、いわゆるチップオンガラス(Chip on Glass)構造の固体撮像装置が知られている。このような固体撮像装置では、固体撮像素子とガラス基板との間にエポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、機械的強度を確保するとともに、固体撮像素子を覆う膜を設けることで外部からの塵の進入を防止している(例えば、特許文献１)。

特開２００７−２７３８２２号公報

しかしながら、上記固体撮像装置においては、外部からの塵等の進入を防止するために、固体撮像素子を含む密閉空間内のエアの膨張・収縮を許容するための特殊な弾性膜が使用されるため、製造コストの増大を招来するという問題があった。また、当該固体撮像装置においては、固体撮像素子とガラス基板との間に形成される封止樹脂層に貫通穴を設ける必要があるが、貫通穴の位置やサイズの調整が困難である。

本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、固体撮像装置の製造時や使用時における内圧上昇に起因する歪みや破損を防止するとともに、受光エリア内への塵等の混入を防止することが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

第１の発明の固体撮像装置は、導体パターンが形成された透光性基板と、受光領域が前記透光性基板に対向して配置され、前記導体パターンに電気的に接続される固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記受光領域を囲んで前記固体撮像素子と前記透光性基板との間をシールする第１のシール部と、前記第１のシール部を囲んで前記固体撮像素子と前記透光性基板との間をシールする第２のシール部と、前記透光性基板において前記第１のシール部と前記第２のシール部との間に形成される貫通穴と、を備えることを特徴とする。

第２の発明の固体撮像装置は、第１の発明の固体撮像装置において、前記第１のシール部は、前記第２のシール部より弾性係数の小さい材料により形成されていることを特徴とする。

第３の発明の固体撮像装置は、第１または第２の発明の固体撮像装置において、前記貫通穴は、前記固体撮像素子と前記導体パターンとの電気的な接続位置と、前記第１のシール部との間に形成されていることを特徴とする。

本発明では、透明基板に形成された貫通穴により、固体撮像装置の製造時や使用時の温度変化による内圧の変化を抑制するので、固体撮像装置の歪み、破損等の形状破壊を防止することができる。また、受光領域は、透明基板、固体撮像素子及びシール部材からなる防塵構造の内部に配置されるので、受光領域への塵等の混入を防止することができる。

本発明の固体撮像装置の第１の実施形態を模式的に示す平面図である。図１の固体撮像装置のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１の固体撮像装置の製造工程を示す説明図である。従来の固体撮像装置の製造時における問題点を示す説明図である。図１の固体撮像装置にプリント基板をリフローハンダ付けしている状態を示す説明図である。従来の固体撮像装置にプリント基板をリフローハンダ付けしている状態を示す説明図である。本発明の固体撮像装置の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１および図２は、本発明の固体撮像装置の第１の実施形態を示している。

この固体撮像装置は、ガラス基板１１、固体撮像素子１３を有している。

ガラス基板１１は、透明ガラスからなる。固体撮像素子１３は、チップとして構成されたＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の素子からなる。ガラス基板１１と固体撮像素子１３とは、所定間隔を置いて対向配置されている。固体撮像素子１３のガラス基板１１側には、ガラス基板１１を通過した光を受光する受光エリア１３ａが形成されている。受光エリア１３ａは、本実施形態では固体撮像素子１３の中央部に形成されている。受光エリア１３ａには、多数の画素、マイクロレンズ、色フィルタ等が２次元に配置されている。固体撮像素子１３は、各画素に入射した光を電気信号に変換する。

ガラス基板１１の固体撮像素子１３に対向する側には、固体撮像素子１３と電気的に接続するための導体パターン１５が形成されている。導体パターン１５は、固体撮像素子１３の受光エリア１３ａへの入射光を遮らないように、受光エリア１３ａに対応する領域を外れた領域に形成されている。図１では、導体パターン１５が片側に１０個形成されているが、実際には、信号の授受等に必要な数とされる。

固体撮像素子１３には、導体パターン１５に対応する位置にバンプ１７が設けられている。本実施形態では、バンプ１７の設置箇所は、受光エリア１３ａの外側、すなわち、固体撮像素子１３の周辺部とされる。固体撮像素子１３は、バンプ１７によりガラス基板１１の導体パターン１５にフリップチップ接続されている。フリップチップ接続は、例えばＮＣＰ(Non-Conductive Paste)工法により行われる。そして、固体撮像素子１３の周辺部とガラス基板１１との間が、エポキシ系の樹脂等の封止材１９で封止され封止部２１が形成されている。

また、図１および図２に示されるように、固体撮像素子１３の受光エリア１３ａを囲むようにシール部２３が形成されている。シール部２３は、固体撮像素子１３とガラス基板１１との間の空間を受光エリア１３ａの外側でシールする。シール部２３は、固体撮像素子１３とガラス基板１１との間にシール材２５を配置して形成されている。シール部２３のシール材２５は、封止部２１の封止材１９より弾性係数の小さい材料により形成されている。従って、シール部２３は、封止部２１より大きく弾性変形可能である。シール材２５には、例えばシリコン等の材料が使用される。

上記したように、本実施形態においては、受光エリア１３ａとガラス基板１１とのなす空間が気密構造となるように、第１のシール部材としてのシール部２３が、ガラス基板１１と固体撮像素子１３との間において、受光エリア１３ａの周囲に形成される。また、受光エリア１３ａを含む気密空間が内部に含まれるように、第２のシール部材としての封止部２１が、ガラス基板１１と固体撮像素子１３との間において、シール部２３の周囲に形成される。

ガラス基板１１の封止部２１とシール部２３との間には、貫通穴２７が形成されている。貫通穴２７は、ガラス基板１１の外側と、封止部２１とシール部２３との間の空間２９を連通する。貫通穴２７は、バンプ１７が存在する封止部２１とシール部２３との間にそれぞれ１個ずつ形成されている。

上述した固体撮像装置は、例えば図３に示すようにして製造される。

先ず、図３(ａ)に示すように、例えば０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の厚さのガラス基板１１を用意し、ガラス基板１１に貫通穴２７を形成する。貫通穴２７は、例えばレーザ加工等により形成される。

次に、図３(ｂ)に示すように、ガラス基板１１に導体パターン１５を形成する。導体パターン１５は、フォトリソ工法、印刷工法等により形成される。

次に、図３(ｃ)に示すように、ガラス基板１１にシール部２３を形成する。シール部２３は、シリコン等の弾性材料からなるシール材２５をガラス基板１１に固着することにより行われる。固着は、例えば接着剤による接着により行われる。

次に、図３(ｄ)に示すように、ガラス基板１１に封止材１９を塗布する。塗布する位置は、ガラス基板１１の導体パターン１５側の面で、かつ、固体撮像素子１３の周辺部に対応する位置である。封止材１９には、例えばエポキシ樹脂、シリコン樹脂等の接着剤が用いられる。

次に、図３(ｅ)に示すように、バンプ１７を設けた固体撮像素子１３を用意し、固体撮像素子１３を、バンプ１７を介してガラス基板１１の導体パターン１５にフリップチップ接続する。固体撮像素子１３をガラス基板１１に押圧した状態で、封止材１９を加熱すると封止材１９が熱硬化する。これにより固体撮像素子１３の周辺部がガラス基板１１に強固に固定される。また、固体撮像素子１３のバンプ１７がガラス基板１１の導体パターン１５に強固に接続される。そして、固体撮像素子１３とガラス基板１１との間の空間３１が、受光エリア１３ａの外側でシール材２５によりシールされる。

上述した固体撮像装置では、ガラス基板１１の封止部２１とシール部２３との間に貫通穴２７を形成したので、図３(ｅ)に示すように、固体撮像素子１３をガラス基板１１に押圧した状態で、封止材１９を加熱して熱硬化する時に、封止材１９が変形することを防止することができる。

すなわち、ガラス基板１１に貫通穴２７が形成されていない場合には、図４(ａ)に示すように、固体撮像素子１３をガラス基板１１に押圧した状態での加熱圧着時に、固体撮像素子１３とガラス基板１１との間の空気が矢符のように膨張し高圧になる。そして、これにより図４(ｂ)に示すように封止材１９が変形する。このように封止材１９が変形すると封止部２１に例えば連通穴２１ａが形成され固体撮像素子１３の受光エリア１３ａにゴミ等の異物が侵入するおそれがある。また、本来、図４(ｃ)に示すようにバンプ１７を覆っている封止材１９が、図４(ｄ)に示すようにバンプ１７の部分から押し出されバンプ１７の接続強度が低下するおそれがある。

一方、上述した固体撮像装置では、ガラス基板１１の封止部２１とシール部２３との間に貫通穴２７を形成したので、図３(ｅ)に示す固体撮像素子１３をガラス基板１１に押圧した状態での加熱圧着時に、固体撮像素子１３とガラス基板１１との間の空気が貫通穴２７から矢符のように外部に放出される。従って、固体撮像素子１３とガラス基板１１との間の空気が膨張して高圧になることがなくなり、封止材１９の変形あるいはバンプ１７の部分からの押し出されを効果的に防止することができる。また、加熱後の冷却時等にガラス基板１１の貫通穴２７からゴミ等の異物が侵入した場合には、受光エリア１３ａはガラス基板１１とシール部材２３とにより気密構造とされるため、受光エリア１３ａへの異物の侵入が防止される。

上述した固体撮像装置では、ガラス基板１１の封止部２１とシール部２３との間に貫通穴２７を形成したので、固体撮像装置を加熱した時にその構成部材に作用する熱応力を低減することができ、また、固体撮像素子１３の受光エリア１３ａへのゴミの侵入を防止することができる。

すなわち、上述した固体撮像装置は、例えば図５に示すように、ガラス基板１１に形成される導体パターン１５を、プリント基板３３に形成される導体パターン３５に電気的に接続して使用される。そして、例えばリフローハンダ付けにより接続しようとする場合には、例えばプリント基板３３の導体パターン１５に予めハンダがメッキあるいは塗布される。そして、リフロー炉内で固体撮像素子１３とプリント基板３３を加熱してハンダを溶融することにより導体パターン１５、３５が相互にハンダ付けされる。

上述した固体撮像装置では、このようなリフローハンダ付け時に、固体撮像装置の構成部材に作用する熱応力を効果的に低減することができる。

すなわち、図６に示すように、ガラス基板１１に貫通穴２７が形成されていない場合には、ガラス基板１１と固体撮像素子１３との間の密閉空間３７内の空気が膨張し、その圧力により封止部２１の封止材１９が破壊されるおそれがある。

しかしながら、上述した固体撮像装置では、図５に示すようにガラス基板１１と固体撮像素子１３との間の密閉空間２９内の空気が膨張すると矢符で示すように貫通穴２７から放出される。従って、空間２９内の空気の圧力が高圧になることがなくなり、封止部２１の封止材１９が破壊されるおそれがなくなる。また、シール部２３により固体撮像素子１３の受光エリア１３ａへのゴミの侵入を防止することができる。

上述した固体撮像装置では、シール部２３を、封止部２１より弾性係数の小さい材料、すなわち弾性変形し易い材料により形成したので、ガラス基板１１と固体撮像素子１３との間を確実にシールすることができる。

すなわち、図３(ｅ)に示すように、固体撮像素子１３をガラス基板１１に押圧すると、ガラス基板１１に形成されるシール材２５が比較的容易に弾性変形し固体撮像素子１３に確実に密着する。そして、この状態で、封止材１９を加熱し熱硬化すると固体撮像素子１３がガラス基板１１に固定される。従って、ガラス基板１１と固体撮像素子１３との間を確実にシールすることができる。

上述した固体撮像装置では、ガラス基板１１の貫通穴２７を、バンプ１７が存在する位置とシール部２３との間に形成したので、バンプ１７の近傍の封止材１９の変形あるいは押し出されを効果的に防止しバンプ１７を強固に補強することができる。

すなわち、図３(ｅ)に示すように固体撮像素子１３をガラス基板１１に押圧した状態での加熱圧着時に、バンプ１７の近傍の空気が貫通穴２７から効果的に外部に放出される。従って、バンプ１７の近傍の空気が膨張して高圧になることがなくなり、バンプ１７の近傍の封止材１９の変形あるいはバンプ１７の部分からの押し出されを効果的に防止することができる。
(第２の実施形態)
図７は、本発明の固体撮像装置の第２の実施形態を示している。なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

この実施形態では、ガラス基板１１の両側には、その両面に導体パターン１５、３７が形成されている。そして、両面の導体パターン１５、３７が、貫通ビア３９により導通されている。貫通ビア３９は、ガラス基板１１に形成された貫通孔４１に導電材料を充填して構成されている。

このようにガラス基板１１の両面に導体パターン１５を形成し、貫通ビア３９により導通することにより、ガラス基板１１の上面にプリント基板３３を接続することができる。

そして、この実施形態では、ガラス基板１１には、貫通ビア３９用の貫通穴４１と圧力低減用の貫通穴２７とが同一の穴開け工程で形成される。従って、圧力低減用の貫通穴２７を形成する工程を別途設ける必要がなくなる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、透光性基板にガラス基板１１を用いた例について説明したが、例えば、透光性基板に透明樹脂等の基板を用いても良い。

(２)上述した実施形態では、固体撮像素子１３の対向する２辺にバンプ１７を設けた例について説明したが、例えば固体撮像素子の４辺にバンプを設けても良い。そして、固体撮像素子の４辺にバンプを設ける場合には、各辺のバンプに対応して合計４箇所の貫通穴を形成するのが望ましい。

(３)上述した実施形態では、固体撮像素子１３側にバンプ１７を設けた例について説明したが、例えば、ガラス基板側にバンプを設けても良い。

１１…ガラス基板、１３…固体撮像素子、１３ａ…受光エリア、１５…導体パターン、１７…バンプ、１９…封止材、２１…封止部、２３…シール部、２５…シール材、２７…貫通穴。

Claims

導体パターンが形成された透光性基板と、
受光領域が前記透光性基板に対向して配置され、前記導体パターンに電気的に接続される固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記受光領域を囲んで前記固体撮像素子と前記透光性基板との間をシールする第１のシール部と、
前記第１のシール部を囲んで前記固体撮像素子と前記透光性基板との間をシールする第２のシール部と、
前記透光性基板において前記第１のシール部と前記第２のシール部との間に形成される貫通穴と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
請求項１記載の固体撮像装置において、
前記第１のシール部は、前記第２のシール部より弾性係数の小さい材料により形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
請求項１または請求項２記載の固体撮像装置において、
前記貫通穴は、前記固体撮像素子と前記導体パターンとの電気的な接続位置と、前記第１のシール部との間に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。