JP5487842B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、パーティクルの影響を抑制することができるようにした固体撮像装置に関する。
従来、半導体デバイスであるCCD（Charge Coupled Device）やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどの固体撮像装置が、様々な分野で実用化されている。
また、固体撮像装置の受光面は、例えば、それぞれの画素ごとに設けられたマイクロレンズによって凹凸形状となっている。一般的に、固体撮像装置は、受光面に異物が付着することを防止するために、ガラスなどの透過性のある蓋により受光面を保護するように構成されている。
図１には、従来の固体撮像装置が示されている。図１Ａは、固体撮像装置の平面図であり、図１Ｂは、固体撮像装置の側面図である。
図１に示すように、固体撮像装置１１は、光を受光する複数の画素が配置された撮像素子１２の受光面を保護するため、撮像素子１２の基板上に、露光プロセス、または定量吐出塗布、印刷等によりリブ１３が形成され、リブ１３にシールガラス１４が搭載されて構成されている。撮像素子１２の受光面とシールガラス１４との間は、中空構造となっている。
ここで、例えば、特許文献１には、光硬化性接着剤（感光性接着剤）と熱硬化性接着剤との特性を利用して、半導体ウェハに蓋部を接着する技術が開示されている。また、特許文献２には、撮影レンズの光軸に垂直な面と、固体撮像装置の撮像面との平行度を高精度にする技術が開示されている。
しかしながら、従来の固体撮像装置では、シールガラスを支持するリブが光硬化性接着剤を使用した露光プロセス等により形成されるため、例えば、数十μｍ程度しかリブ高さを確保することができず、撮像素子の受光面とシールガラスとの間隔を広く確保することは困難であった。このため、従来の固体撮像装置では、シールガラスが撮像素子の受光面に近接することになり、シールガラスのパーティクル（粉塵やキズなど）の影響を過大に受けることがあり、例えば、画像に影が発生することがあった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、パーティクルの影響を抑制することができるようにするものである。
本発明の一側面の固体撮像装置は、受光面において光を受光する撮像素子と、前記撮像素子の受光面を覆う透光体および前記透光体の外周を固定する枠体を有し、前記撮像素子の受光面の周縁領域に装着される保護部品とを備え、少なくとも前記枠体が、モールド成形により成形されたものであり、前記保護部品の上端部が、その下端部となる前記枠体よりも外周方向に延長するように所定の幅を有して幅広に形成され、他の部品を装着可能な装着部とされる。
本発明の一側面においては、受光面において光を受光する撮像素子の受光面の周縁領域に装着される保護部品が、撮像素子の受光面を覆う透光体と、その透光体の外周を固定する枠体とを有し、少なくとも枠体が、モールド成形により成形されている。そして、保護部品の上端部が、その下端部となる枠体よりも外周方向に延長するように所定の幅を有して幅広に形成され、他の部品を装着可能な装着部とされる。
本発明の一側面によれば、パーティクルの影響を抑制することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２には、本発明を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例が示されている。図２Ａは、固体撮像装置の平面図であり、図２Ｂは、固体撮像装置の側面図である。
図２において、固体撮像装置２１は、撮像素子２２および保護部品２３を備え、シールガラス２４とモールド樹脂２５とが一体成形された保護部品２３が、撮像素子２２上に直接的にマウントされて構成されている。
CCDやCMOSセンサなどの撮像素子２２の表面（図２Ｂの上側の面）の中央領域には、光を受光する複数の画素が配列され、光を受光する受光面が形成されており、その受光面には、それぞれの画素ごとにマイクロレンズ３１が配設されている。また、撮像素子２２の表面の周辺部には、画素から出力される電気信号を外部に出力するための複数の端子３２が形成されている。
保護部品２３は、撮像素子２２の受光部を保護するための部品であって、個片化された透光体であるシールガラス２４と、シールガラス２４の外周を固定する枠体でありモールド成形された樹脂からなるモールド樹脂２５とが一体成形されて構成されている。また、モールド樹脂２５としては、例えば、黒色の樹脂が使用され、モールド樹脂２５は遮光性を備えている。
また、保護部品２３は、接着剤３３により撮像素子２２の表面に接着される。
例えば、図３に示すように、接着剤３３は、モールド樹脂２５の底面の幅と同一の幅で、撮像素子２２の受光面（マイクロレンズ３１が配置されている領域）よりも外側の領域であって、複数の端子３２よりも内側の領域である周縁領域に塗布される。接着剤３３としては、例えば、エポキシ樹脂を含有する熱硬化型のものが使用され、接着剤３３は、撮像素子２２の表面の凹凸が隠れる程度の厚みで塗布される。なお、接着剤３３としては、光硬化型の接着剤を使用してもよい。
そして、接着剤３３の塗布面にモールド樹脂２５を載置して、その後、接着剤３３を硬化させる硬化処理（Cure）を行うことで、保護部品２３が撮像素子２２の表面に接着される。また、撮像素子２２の表面の周辺部に形成されている複数の端子３２には、撮像素子２２の各画素から出力される電気信号を外部の装置に供給するためのワイヤ３４が、それぞれワイヤボンディングされる。
次に、図４のフローチャートを参照して、固体撮像装置２１の製造プロセスを説明する。
ステップＳ１１において、ガラス基板をダイシングしてシールガラス２４を個片化するガラス加工工程が行われる。
例えば、図５Ａに示すように、ガラス基板４１の裏面に接着されたダイシングテープにより、ガラス基板４１がフレーム４２にテープマウントされる。そして、ダイヤモンド製の円形回転刃などからなるガラスダイサ４３を高速回転させ、超純水で冷却しながらガラス基板４１を切断する。その後、UV（紫外線）照射機により、紫外線を照射することによってダイシングテープを剥離し、シールガラス２４が個片化される。
また、ダイシング時のシールガラス２４の側面は、ガラスの強度、モールド樹脂２５の硬化による応力、撮像素子２２に接着した後の応力、またはプロセス数などを考慮して、垂直に切削（フルカット）したり、片側または両側について面取り（べベルカット）をするなどの各種のカット方法が適宜選択される。また、面取りには、４５度で切削するＣ面取りや、所定の曲率で切削するＲ面取りなどがある。
ステップＳ１２において、シールガラス２４を樹脂でモールド（射出成型）して保護部品２３を成形するモールド成形工程が行われる。
例えば、図５Ｂに示すように、フレーム４２上にあるダイシング済みのシールガラス２４が、モールド樹脂２５を成形するための金型４４にセット（ガラスソート）される。その後、所定の温度に加温されて軟化した樹脂を金型４４に射出して充填させ、シールガラス２４の周囲を樹脂でモールドする。そして、金型４４に流し込まれた樹脂が固化してモールド樹脂２５となることで保護部品２３が成形される。
ステップＳ１３において、撮像素子２２の表面に接着剤３３を塗布する接着剤塗布工程が行われる。
例えば、図５Ｃに示すように、撮像素子２２の表面に接着剤３３が塗布される。また、接着剤３３を塗布する塗布方法には、液体の接着剤を精度良く定量供給するディスペンスや、凸版などを利用して接着剤を転写する印刷などの方法がある。また、ウェハの状態のままの撮像素子２２に対して接着剤３３を塗布したり、ウェハをダイシングして個片化された撮像素子２２に接着剤３３を塗布してもよい。
ステップＳ１４において、保護部品２３を撮像素子２２の表面に搭載するボンディング工程が行われる。
例えば、図５Ｄに示すように、金型４４から取り出された保護部品２３を、チップトレーガラスボンダ４５により、撮像素子２２の表面に保護部品２３が正確に搭載される。また、撮像素子２２に保護部品２３を搭載する処理は、例えば、撮像素子２２が載置されるステージ４６の温度、または、保護部品２３を運搬するチップトレーガラスボンダ４５の温度を常温より高い温度とした環境で行うことができる。このように、ステージ４６またはチップトレーガラスボンダ４５の温度を常温より高くすることにより、保護部品２３を撮像素子２２の表面に載置することで、保護部品２３を撮像素子２２に仮固定することができる。なお、撮像素子２２に保護部品２３を搭載する処理を、常温の環境で行ってもよい。
ステップＳ１５において、接着剤３３を硬化させる硬化処理（Cure）が行われる。
例えば、図５Ｅに示すように、複数の固体撮像装置２１が、例えば、Cureオーブン内で加温されることで、接着剤３３が硬化し、保護部品２３が撮像素子２２の表面に固定される。
ここで、硬化処理では、固体撮像装置２１が高温の環境下に置かれることにより、撮像素子２２の表面と保護部品２３との間の空間内の圧力（キャビティ内の内圧）が上昇するため、撮像素子２２から保護部品２３が剥がれることが懸念される。このような内圧の上昇による悪影響を回避するため、加圧オーブンにより固体撮像装置２１を加温することや、保護部品２３を固定する固定ジグを使用すること、段階的に温度を上昇させるステップCureを行うことなどの対処を施すことができる。
以上のように、シールガラス２４の外周を固定するモールド樹脂２５をモールド成形することにより、モールド樹脂２５を任意の高さに設計することができ、撮像素子２２の受光面とシールガラス２４との間隔を、従来よりも広く確保することができる。これにより、シールガラス２４のパーティクルの影響を抑制することができ、例えば、撮像素子２２により撮像される画像に影が発生することなどが防止される。
即ち、従来の固体撮像装置では、シールガラスが撮像素子の受光面に近接していたためにパーティクルの影響を過大に受けることがあったが、一般的に、撮像素子の受光面とシールガラスとの間隔を広くすることで、パーティクルの影響を回避することができる。従って、固体撮像装置２１では、パーティクルの影響を回避することができる程度に、モールド樹脂２５がシールガラス２４を支持する高さを設計し、シールガラス２４のパーティクルの影響を抑制することができる。
また、モールド樹脂２５に黒色の樹脂を使用することで、モールド樹脂２５に遮光性を備えることができ、これにより、撮像素子２２の受光面に対して反射光または散乱光が側方から入射することを防止することができる。このように反射光または散乱光が側方から入射することを防止することで、撮像素子２２により撮像された画像にフレアやゴーストなどが発生することを防止することができる。
即ち、従来の固体撮像装置では、例えば、光硬化性接着剤を利用してシールガラスを撮像素子に固定しており、光硬化性接着剤は透光性が必要になるために遮光性を備えることは困難であり、硬化後の光硬化性接着剤を透過して側方から撮像素子に反射光または散乱光が入射することがあった。これに対し、固体撮像装置２１では、シールガラス２４を固定するモールド樹脂２５をモールド成形により成形するので、黒色の樹脂を採用することで容易に遮光性を備えることができる。
また、固体撮像装置２１では、シールガラス２４の周囲の上面および下面が、モールド樹脂２５により挟み込むようにモールドされるので、シールガラス２４がモールド樹脂２５により補強されることになる。これにより、シールガラス２４に歪を発生し難くすることができる。
ここで、モールド樹脂２５としては、エポキシ系の樹脂を材料とすることで、耐熱性などの硬化物物性に対する要求、および、不純物に対する耐腐食性などの信頼性に対する要求を満たすことができる。また、露光プロセスにより成形されるリブを使用した場合には、結露の問題や、フィラーなどの添加剤が受光面に悪影響を与える問題などがあるが、モールド成形されるモールド樹脂２５を使用することにより、それらの問題が発生することを回避することができる。
また、シールガラス２４としては、樹脂またはガラスで構成されるレンズなどの光学部品や、各種の光学フィルタ（IRCF（Infrared Cut Filter）、OLPF（Optical Low Pass Filer））などを使用することができ、これにより、それらの光学特性を有する固体撮像装置２１を小型化することができる。
また、固体撮像装置２１は、例えば、他の部品を装着可能な装着部を有する保護部品を使用することができる。
即ち、図６は、固体撮像装置２１に装着される保護部品の他の構成例を示す図である。
図６に示すように、保護部品５１のモールド樹脂５２は、図３のモールド樹脂２５と同様の幅で形成された枠体５３と、枠体５３よりも幅広に形成された装着部５４とを有する。このように、装着部５４が、枠体５３よりも外周方向に延長するように所定の幅を有して形成されているので、モールド樹脂５２は、シールガラス２４の外周を固定するとともに、装着部５４に他の部品を装着させることができる。
例えば、モールド樹脂５２は、図６に示すような断面形状の金型により成形してもよいし、装着部５４を含む幅の枠体を形成した後に、その幅広の枠体の下方部分を外周側から枠体５３の幅となるまで切削することにより成形してもよい。また、装着部５４より幅の狭い枠体５３を有することにより、図６の下側に示すように、撮像素子２２の表面の周辺部に形成されている端子３２にワイヤ３４をボンディングするための空間を確保することができる。
図７には、レンズ鏡筒６２が装着された固体撮像装置２１の側面図が示されている。
レンズ鏡筒６２は、複数のレンズ６１を収納しており、固体撮像装置２１の表面に固定された保護部品５１の装着部５４の上面に、接着剤６３により接着されて固定される。
このように、保護部品５１が幅広の装着部５４を備えることで、レンズ鏡筒６２などの他の部品を、保護部品５１を介して撮像素子２２にマウントすることができる。
また、モールド樹脂５２は、モールド樹脂２５と同様にモールド成形により成形されるので、例えば、露光プロセスで形成される樹脂リブよりも加工精度を向上させることができる。これにより、レンズ鏡筒６２が装着される装着部５４の上面の平行度を高精度に仕上げることができ、撮像素子２２の受光面に対するレンズ鏡筒６２の光軸の精度（アオリ精度）を高精度にすることができる。即ち、撮像素子２２に対して正確にレンズ鏡筒６２を位置決めすることができ、軸調整無でのレンズ鏡筒６２の搭載を可能とする。
また、保護部品５１に直接的にレンズ鏡筒６２をマウントすることで、固体撮像装置２１を小型化することができる。これにより、例えば、レンズ設計の外形規格の自由度が高くなり、バックフォーカスの距離設計の自由度を高くすることができる。
なお、保護部品５１を撮像素子２２に接着する接着剤３３は、撮像素子２２の表面の凹凸が隠れる程度の厚みよりも厚く塗布されていてもよく、例えば、レンズ鏡筒６２と撮像素子２２の受光面との平行度を確保することができるような厚みであればよい。
また、固体撮像装置２１は、例えば、透明樹脂を使用して、いわゆる二色成形により一体化された保護部品を使用することができる。即ち、図３の保護部品２３は、シールガラス２４を固定するようにモールド樹脂２５がモールド成型され、シールガラス２４とモールド樹脂２５とは独立した部品であるが、シールガラス２４に替えて透明樹脂を使用することで、保護部品を一つの部品とすることができる。
即ち、図８は、固体撮像装置２１に装着される保護部品のさらに他の構成例を示す図である。
図８の保護部品７１は、透明樹脂により成型された透光体７２と、透光体７２の外周側に形成された枠部７３とが、モールドプロセス時に一括で成形されて構成されている。例えば、保護部品７１の金型に樹脂を流し込んでモールド成形する工程において、保護部品７１の透光体７２に該当する部分に透明樹脂を注入するとともに、枠部７３に該当する部分に黒色樹脂を注入する。このとき、それぞれの樹脂の注入速度を適切にコントロールすることで、それぞれに該当する部分に透明樹脂と黒色樹脂が注入されて二色成形が行われる。
このように、透光体７２と枠部７３とを一括で成形することで、保護部品７１の製造工程を、例えば、図３の保護部品２３の製造工程よりも短縮することができ、これにより、コストダウンを図ることができる。
なお、図３、図６、および図８に示した固体撮像装置２１は、ワイヤボンディングにより外部の装置との接続が行われているが、例えば、貫通孔を利用して、裏面配線により外部の装置との接続が行われるような固体撮像装置に保護部品を装着してもよい。
即ち、図９は、固体撮像装置の他の構成例を示す図である。
図９の固体撮像装置８１は、撮像素子２２の各画素から出力される電気信号を外部の装置に供給するための配線８２が、撮像素子２２の表面（受光面が形成されている面）の反対側となる裏面に形成されている。そして、画素から出力される電気信号を外部に出力するための複数の端子３２と、裏面の配線８２とが貫通孔８３を介して電気的に接続されている。
このように、裏面の配線８２を有する固体撮像装置８１に、図９Ａに示すように、シールガラス２４の外周がモールド樹脂２５により固定された保護部品２３（図３の保護部品２３と同一）を装着することができる。また、図９Ｂに示すように、固体撮像装置８１に、装着部５４を有する保護部品５１（図６の保護部品５１と同一）を装着することができる。また、図９Ｃに示すように、固体撮像装置８１に、透光体７２と枠部７３とがモールドプロセス時に一括で成形された保護部品７１（図８の保護部品７１と同一）を装着することができる。
このように、裏面の配線８２を有する固体撮像装置８１に保護部品２３，５１、または７１を装着する際、固体撮像装置８１の上面においてワイヤをボンディングするための空間を確保する必要がなく、固体撮像装置８１の受光面以外の上面の全てに保護部品２３，５１、または７１が接触可能となり、それらの設計の自由度が向上する。また、図９Ｂに示すように、撮像素子２２より広い装着部５４を有する保護部品５１を用いることで、固体撮像装置８１より大きな部品を装着することができる。
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
２１ 固体撮像装置， ２２ 撮像素子， ２３ 保護部品， ２４ シールガラス， ２５ モールド樹脂， ３１ マイクロレンズ， ３２ 端子， ３３ 接着剤， ３４ ワイヤ， ４１ ガラス基板， ４２ フレーム， ４３ ガラスダイサ， ４４ 金型， ４５ チップトレーガラスボンダ， ４６ ステージ， ５１ 保護部品， ５２ モールド樹脂， ５３ 枠体， ５４ 装着部， ６１ レンズ， ６２ レンズ鏡筒， ６３ 接着剤， ７１ 保護部品， ７２ 透光体， ７３ 枠部， ８１ 固体撮像装置， ８２ 配線， ８３ 貫通孔
Claims (6)
- 受光面において光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子の受光面を覆う透光体および前記透光体の外周を固定する枠体を有し、前記撮像素子の受光面の周縁領域に装着される保護部品と
を備え、
少なくとも前記枠体が、モールド成形により成形されたものであり、
前記保護部品の上端部が、その下端部となる前記枠体よりも外周方向に延長するように所定の幅を有して幅広に形成され、他の部品を装着可能な装着部とされる
固体撮像装置。 - 前記保護部品の装着部に、レンズを収納する鏡筒が装着されている
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記保護部品の枠体は遮光性を有している
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記保護部品は、前記透光体であるシールガラスの外周に、前記枠体であるモールド樹脂がモールド成形されることで一体に成形されたものである
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記保護部品は、前記透光体として透明樹脂が採用され、前記透明樹脂と前記枠体とが二色成形により一体に成形されたものである
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記撮像素子の各画素から出力される電気信号を外部の装置に供給するための配線が、前記撮像素子の受光面が形成されている面に対して反対側となる裏面に形成されており、前記画素から出力される電気信号を外部に出力するための複数の端子と、前記裏面の配線とが貫通孔を介して電気的に接続されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
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