JP5493569B2

JP5493569B2 - 電子部品用パッケージおよび固体撮像装置

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Publication number: JP5493569B2
Application number: JP2009183446A
Authority: JP
Inventors: 直紀大河内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: JP2011040428A

Description

本発明は、電子部品用パッケージおよび固体撮像装置に関する。

従来、パッケージ内に固体撮像素子を収容した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、固体撮像素子とパッケージとの熱膨張係数の差異に起因して、ダイボンディング時や、使用時において固体撮像素子に変形が生じることがある。そこで、下記特許文献１では、シリコンからなるパッケージに固体撮像素子を収容する固体撮像装置が提案されている。

特開２００７−２８７９６７号公報

従来の固体撮像装置では、パッケージの材質として、シリコンからなる固体撮像素子と熱膨張係数が同一材料のシリコンを使用するため、熱応力等による固体撮像素子の変形を低減することができる。しかしながら、従来の固体撮像装置では、固体撮像素子がダイボンディングされるパッケージの全体をシリコンにより形成しているため、パッケージが比較的脆く、破壊するおそれがあるという問題があった。

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、パッケージの強度を低下することなく、固体撮像素子等の電子部品とパッケージとの熱膨張係数の相違に起因する電子部品の変形を低減することができる電子部品用パッケージおよび固体撮像装置を提供することを目的とする。

第１の発明の電子部品用パッケージは、電子部品を固定する載置面と、一部に熱膨張率の異なる材質からなる熱膨張係数調整部材とを備えるアタッチ部を有し、前記電子部品と前記熱膨張係数調整部材との間に前記アタッチ部の一部が介在していることを特徴とする。

第２の発明の電子部品用パッケージは、第１の発明の電子部品用パッケージにおいて、前記アタッチ部の熱膨張係数は、前記電子部品の熱膨張係数より大きく、前記熱膨張係数調整部材の熱膨張係数は、前記アタッチ部の熱膨張係数より小さいことを特徴とする。

第３の発明の電子部品用パッケージは、第２の発明の電子部品用パッケージにおいて、前記熱膨張係数調整部材は、前記電子部品の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有していることを特徴とする。

第４の発明の電子部品用パッケージは、第１ないし第３のいずれか１の発明の電子部品用パッケージにおいて、前記電子部品は、前記アタッチ部または前記熱膨張係数調整部材に熱硬化性樹脂により接合されていることを特徴とする。

第５の発明の電子部品用パッケージは、第１ないし第４のいずれか１の発明の電子部品用パッケージにおいて、前記アタッチ部は、樹脂からなることを特徴とする。

第６の発明の固体撮像素子は、第１ないし第５のいずれか１の発明の電子部品用パッケージを有することを特徴とする。

本発明では、電子部品用パッケージの信頼性を低下することなく、電子部品とパッケージとの熱膨張係数の相違に起因する電子部品の変形を低減することができる。

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断面図である。図１の固体撮像装置からガラス基板を取り除いた状態を示す上面図である。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ダイボンディング時における固体撮像素子の変形を示す説明図である。図１の固体撮像装置のダイボンディング時における固体撮像素子の変形を示す説明図である。図１の固体撮像装置の寸法関係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。本発明の固体撮像装置の変形例を示す説明図である。

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、パッケージ１５、熱膨張係数調整部材１７を有している。

ガラス基板１１は、透明ガラスからなる。ガラス基板１１に代えて樹脂等からなる透光性部材を用いても良い。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。固体撮像素子１３は、シリコン(例えば線膨張率３．５×１０−６)により形成されている。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画素領域１３ａが形成されている。画素領域１３ａは、固体撮像素子１３の外周を除いた部分に形成されている。画素領域１３ａには、多数の画素、マイクロレンズ、色フィルタ等が配置されている。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。固体撮像素子１３の導体パターン１９は、パッケージ１５（以下、パッケージ本体という）の収容部に形成される導体パターン２１にワイヤ２３によりワイヤボンディングされている。

パッケージ本体１５は、アタッチ部１５ａ、枠部１５ｂを有している。パッケージ本体１５は、エポキシ系樹脂(例えば線膨張率１２×１０−６)により形成されている。固体撮像素子１３ａ等の電子部品が載置されるアタッチ部１５ａ（以下、ダイアタッチ部という）の形状は、特に制限されないが、本実施形態においては固体撮像素子１３の外形に合せた矩形形状をしている。ダイアタッチ部１５ａの外周に沿って枠部１５ｂが一体形成されている。ダイアタッチ部１５ａには、熱膨張係数調整部材１７が埋設されている。熱膨張係数調整部材１７はシリコン(例えば線膨張率３．５×１０−６)からなる。

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、パッケージ本体１５を用意する。パッケージ本体１５には、予め熱膨張係数調整部材１７が埋設されている。熱膨張係数調整部材１７は、シリコンにより形成されている。熱膨張係数調整部材１７は、パッケージ本体１５の成形時にインサート成形される。

次に、図３(ｂ)に示すように、パッケージ本体１５の載置面１５ｃに固体撮像素子１３をダイボンディングして接合する。ダイボンディングは、固体撮像素子１３をパッケージ本体１５の所定の位置にダイボンド材で接着した後、ダイボンド材を熱硬化することにより行われる。ダイボンディングにより固体撮像素子１３とパッケージ本体１５との間にダイボンド部２５が形成される。ダイボンド材には、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等の接着剤が用いられる。熱硬化温度は、例えば１５０℃から２００℃である。

次に、図３(ｃ)に示すように、固体撮像素子１３の導体パターン１９をパッケージ本体１５の導体パターン２１にワイヤ２３でワイヤボンディングする。

次に、図３(ｄ)に示すように、パッケージ本体１５の枠部１５ｂの上面にガラス基板１１を固着する。固着は、ガラス基板１１を例えばガラスシール用樹脂により枠部１５ｂの上面に接着した後、ガラスシール用樹脂を熱硬化することにより行われる。熱硬化温度は、例えば１００℃である。ガラスシール用樹脂には、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。

上述した固体撮像装置では、パッケージ本体１５に熱膨張係数調整部材１７を埋設したので、固体撮像素子１３とダイアタッチ部１５ａとの熱膨張係数を整合させることができ、例えば図３(ｂ)に示すようにダイボンド材を熱硬化した後の温度降下過程で、固体撮像素子１３が変形するのを防止することができる。

すなわち、パッケージ本体１５に熱膨張係数調整部材１７が配置されていない場合には、図４(ａ)に示すように、ダイボンド材を熱硬化した後の温度降下過程で、固体撮像素子１３とパッケージ本体１５との接着面に矢符Ａで示す方向の応力が発生する。これは、樹脂からなるパッケージ本体１５の熱膨張係数が、シリコンからなる固体撮像素子１３の熱膨張係数より大きく、温度降下時におけるパッケージ本体１５の熱収縮量が固体撮像素子１３の熱収縮量より大きいためである。そして、矢符Ａで示す方向の応力により、固体撮像素子１３は、図４(ｂ)に示すように画素領域１３ａ側が凸になるように変形する。

一方、上述した固体撮像装置では、図５(ａ)に示すように、パッケージ本体１５に熱膨張係数調整部材１７を埋設し、パッケージ本体１５と熱膨張係数調整部材１７との間に樹脂部１５ｄを形成した。従って、ダイボンド材を熱硬化した後の温度降下過程で、固体撮像素子１３とパッケージ本体１５との接着面に矢符Ｂで示す方向の応力が発生する。また、熱膨張係数調整部材１７の固体撮像素子１３側の面にも矢符Ｃで示す方向の応力が発生する。熱膨張係数調整部材１７を固体撮像素子１３と同一の熱膨張係数でかつ同一の形状にすることで、矢符Ｂ，Ｃで示す方向の応力が同一の方向で同一の大きさになる。

この固体撮像素子１３および熱膨張係数調整部材１７に作用する応力Ｆは、図５(ｂ)に示すように、固体撮像素子１３または熱膨張係数調整部材１７に沿う方向の応力ａ１，ａ２と、この応力に垂直な方向の応力ｂ１，ｂ２に分解できる。固体撮像素子１３を反らせる応力であるＹ軸方向の応力(ｂ１のＹ軸方向の成分)は、熱膨張係数調整部材１７に作用するＹ軸方向の応力(ｂ２のＹ軸方向の成分)と同一の大きさで互いに反対方向の大きさであるため相殺される。これにより、図５(ｃ)に示すように、固体撮像素子１３の画素領域１３ａ側が凸になるような変形が低減される。

このパッケージ構造では、固体撮像素子１３を反らせようとする応力が、熱膨張係数調整部材１７に発生する応力と相殺され、これにより固体撮像素子１３の変形を効果的に防止することができる。そして、固体撮像素子１３の変形が防止されるため、固体撮像素子１３の撮像面がカメラのレンズの光軸に対して傾く所謂あおりを低減することができる。また、固体撮像素子１３の撮像面の反りが低減するため、撮像性能を向上することができる。

上述した固体撮像装置では、製造時における固体撮像素子１３の変形の防止に加えて、使用時における固体撮像素子１３の発熱により固体撮像素子１３が変形するのを防止することもできる。すなわち、固体撮像素子１３が発熱して固体撮像素子１３と熱膨張係数調整部材１７との間の樹脂部１５ｄが膨張して変形しようとすると、熱膨張係数調整部材１７により変形が抑制される。従って、固体撮像素子１３の変形を低減することができる。

上述した固体撮像装置では、パッケージ本体１５を樹脂により形成したので、シリコンにより形成する場合に比較して強度を向上し安価なものにすることができる。また、パッケージ本体１５をセラミックスで形成する場合に比較して、寸法精度を向上することができる。

上述した固体撮像装置では、熱膨張係数調整部材１７の固体撮像素子１３側をパッケージ本体１５の樹脂部１５ｄにより覆ったので、封止性能を向上することができる。

図６は、上述したパッケージ構造のより具体的な例を示している。

図６(ａ)に示すように、固体撮像素子１３の厚さをｄ１、熱膨張係数調整部材１７の厚さをｄ２、固体撮像素子１３と熱膨張係数調整部材１７との間の樹脂部１５ｄの厚さをｄ３とする。図５の説明より固体撮像素子１３を反らせる応力を効果的に相殺するには、ｄ１＝ｄ２とするのが最も好ましい。

また、パッケージ本体１５に対する固体撮像素子１３と熱膨張係数調整部材１７との配置の対称性を考慮すると、図６(ａ)の構造よりも図６(ｂ)の構造が望ましい。図６(ｂ)では、熱膨張係数調整部材１７の固体撮像素子１３と反対側の面が、樹脂により覆われることなくパッケージ本体１５の下面に露出している。このような構造では、ｄ１＝ｄ２とすることにより上下方向が対称な構造となるため固体撮像素子１３の反りをより確実に防止することができる。なお、ｄ１＝ｄ２でなくても固体撮像素子１３の応力を緩和し、反りを抑制する効果はある。
(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、熱膨張係数調整部材１７が、パッケージ本体１５Ａの載置面１５ｃに露出して埋設されている。そして、固体撮像素子１３が熱膨張係数調整部材１７の露出面に直接ダイボンディングされ接合されている。

固体撮像素子１３および熱膨張係数調整部材１７は、シリコンにより形成されている。パッケージ本体１５Ａは、エポキシ系の樹脂により形成されている。ダイボンディングは、熱膨張係数調整部材１７の所定の位置に固体撮像素子１３をダイボンド材で接着した後、ダイボンド材を熱硬化することにより行われる。ダイボンド材には、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等の接着剤が用いられる。熱硬化温度は、例えば１５０℃から２００℃である。

この実施形態では、熱膨張係数調整部材１７と固体撮像素子１３の熱膨張係数を同一の熱膨張係数にし、熱膨張係数調整部材１７に固体撮像素子１３を直接ダイボンディングしたので、熱膨張係数調整部材１７と固体撮像素子１３との熱膨張量が常に殆ど同一になる。従って、ダイボンド材を熱硬化した後の温度降下過程で、固体撮像素子１３が変形するのを防止することができる。また、使用時における固体撮像素子１３の発熱により固体撮像素子１３が変形するのを防止することができる。
(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、固体撮像素子１３の接着面のサイズと熱膨張係数調整部材１７のサイズとを同一の寸法にした例について説明したが、例えば図８(ａ)、(ｂ)に示すように固体撮像素子１３の接着面のサイズＳ１より熱膨張係数調整部材１７のサイズＳ２を大きくするようにしても良い。これにより固体撮像素子１３の反りをより低減することができる。

(２)上述した実施形態では、熱膨張係数調整部材１７を切り欠き等のない板状にした例について説明したが、例えば図８(ｃ)に示すように穴部１７ａを形成しても良い。この場合、熱膨張係数調整部材１７の外側のサイズＳ２が固体撮像素子１３の外側のサイズＳ１より大きいことが望ましい。

(３)上述した実施形態では、熱膨張係数調整部材１７を一体にした例について説明したが、例えば図８(ｄ)に示すように複数に分割しても良い。この場合、熱膨張係数調整部材１７の外側のサイズＳ２が固体撮像素子１３の外側のサイズＳ１より大きいことが望ましい。

(４)上述した実施形態では、熱膨張係数調整部材１７の少なくとも一側をパッケージ本体１５Ａの樹脂により覆った例について説明したが、例えば図８(ｅ)に示すように熱膨張係数調整部材１７の両面を露出するようにしても良い。このような構造では、熱膨張係数調整部材１７に放熱性の良好な金属を用いることで放熱性能を向上することができる。

(５)上述した実施形態では、本発明をパッケージ本体１５，１５Ａに固体撮像素子１３を固定した固体撮像装置に適用した例について説明したが、パッケージ本体に電子部品を固着する電子部品用パッケージに広く適用することができる。

(６)上述した実施形態では、固体撮像素子１３および熱膨張係数調整部材１７をシリコンにより形成した例について説明したが、熱膨張係数調整部材１７として、例えばシリコンより熱膨張係数が大きいアルカリ系ガラス、４２アロイ合金等を用いても良い。

(７)上述した実施形態では、パッケージ本体１５Ａを樹脂により形成した例について説明したが、パッケージ本体１５Ａとして、例えばセラミックス(例えば線膨張率６．７×１０−６)等を用いても良い。

１１…ガラス基板、１３…固体撮像素子、１５，１５Ａ…パッケージ本体、１５ｃ…載置面、１７…熱膨張係数調整部材。

Claims

電子部品を固定する載置面と、一部に熱膨張率の異なる材質からなる熱膨張係数調整部材とを備えるアタッチ部を有し、
前記電子部品と前記熱膨張係数調整部材との間に前記アタッチ部の一部が介在していることを特徴とする電子部品用パッケージ。
請求項１記載の電子部品用パッケージにおいて、
前記アタッチ部の熱膨張係数は、前記電子部品の熱膨張係数より大きく、
前記熱膨張係数調整部材の熱膨張係数は、前記アタッチ部の熱膨張係数より小さいことを特徴とする電子部品用パッケージ。
請求項２記載の電子部品用パッケージにおいて、
前記熱膨張係数調整部材は、前記電子部品の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有していることを特徴とする電子部品用パッケージ。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電子部品用パッケージにおいて、
前記電子部品は、前記アタッチ部または前記熱膨張係数調整部材に熱硬化性樹脂により接合されていることを特徴とする電子部品用パッケージ。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の電子部品用パッケージにおいて、
前記アタッチ部は、樹脂からなることを特徴とする電子部品用パッケージ。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の電子部品用パッケージを有することを特徴とする固体撮像素子。