JP5694670B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関する。

近年、デジタルカメラや携帯電話の小型化に伴い、それに搭載される固体撮像装置には、更なる小型化が要求されている。特許文献１には、固体撮像素子（ベアチップ）とカバーとを備える固体撮像装置が開示されている。固体撮像素子は、入射光を電荷に変換する能動領域が形成された中央部およびその周囲に設けられた周縁部とを有する。カバーは、能動領域に対向する基部と、該固体撮像素子の該周縁部に対して接着剤によって接着される側部とを有する。

特許文献２には、固体撮像素子チップとそれに対向する平板部との間に配置された枠部が、受光部の外側に配置された枠基本部と、その外側に配置された接着剤層とによって構成された固体撮像装置が開示されている。

特開２００４−２２１２４７号公報 特開２００２−２３１９１９号公報

特許文献１に開示された固体撮像装置では、固体撮像素子の周縁部にカバーの側部を接着するための接着剤が周縁部と側部との間から押し出されて能動領域側にまで広がる可能性がある。周縁部と側部との間から接着剤が押し出されることを許容するためには、周縁部と能動領域との間に相応の距離を確保することが必要である。これにより、固体撮像素子、更にはそれを含む固体撮像装置が大型化することになる。また、周縁部と側部との間から接着剤が能動領域側に押し出されると、その接着剤に光が入射した光がその接着剤によって反射されて能動領域に入射し画質が低下する可能性がある。

特許文献２に開示された固体撮像装置では、特許文献１における上記問題はないものの、枠基本部と固体撮像素子チップとが接着剤層を介して連結されていないので、固体撮像素子チップと平板部との間の空間の気密性や耐湿性の点で問題があると考えられる。この問題を解決するために枠基本部と固体撮像素子チップとの間に接着剤層を配置すると、上述のような受光部側への接着剤のはみ出しの問題が生じる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、画素領域への接着剤のはみ出しを防止するとともに気密性や耐湿性に優れた固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、固体撮像装置の製造方法に係り、前記製造方法は、マイクロレンズが設けられた画素領域と、前記画素領域の外側に配置された支持領域とを有する固体撮像素子、および、平板部とその周辺部に配置された枠部とを有するカバー部材を準備する工程と、前記支持領域と前記枠部の底面における外側領域との少なくとも一方が凹凸部を有しており、前記支持領域と前記外側領域との間に、前記凹凸部の存在によって隙間が形成されるように前記固体撮像素子に前記カバー部材を載置する工程と、前記固体撮像素子に載置された前記カバー部材の前記枠部の外側端に沿って接着剤を塗布する工程と、前記接着剤が前記隙間に流入した状態で前記接着剤を硬化させて前記カバー部材を前記固体撮像素子に固定する工程とを含み、前記固体撮像素子の前記支持領域には、前記マイクロレンズと同じ材料からなり、かつ、前記載置する工程において前記底面における内側領域に密着する密着面を有する部分が設けられており、前記載置する工程では、前記隙間が前記カバー部材の外側空間から前記カバー部材の内側空間に連通することが、前記内側領域が前記密着面に密着することによって妨げられるように前記固体撮像素子に前記カバー部材を載置する。

本発明によれば、画素領域への接着剤のはみ出しを防止するとともに気密性や耐湿性に優れた固体撮像装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す図である。 本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す図である。 本発明の第１実施形態の固体撮像装置を示す図である。 本発明の第２実施形態の固体撮像装置を示す図である。 本発明の第３実施形態の固体撮像装置を示す図である。 本発明の第４実施形態としての固体撮像装置の製造方法を示す図である。

図１を参照しながら本発明の第１実施形態の固体撮像装置について説明する。図１（ａ）に示す第１工程では、固体撮像素子２およびカバー部材３を準備する。固体撮像素子２は、複数の受光素子（光電変換素子）が２次元状に配列された画素領域２１と、画素領域２１の外側に配置された支持領域２９とを有する。画素領域２１は、有効画素領域を含みうる。画素領域２１の光入射側の面は、受光面２２である。画素領域２１は、受光素子の光入射側に配置されたカラーフィルタを有しうる（不図示）。画素領域２１は、更に、カラーフィルタ上に配置された平坦化膜を有しうる（不図示）。固体撮像素子２はまた、画素領域２１に配置されたマイクロレンズ２３を有しうる。固体撮像素子２は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどでありうる。

カバー部材３は、固体撮像素子２の第１面の側である画素領域２１に対向しかつ画素領域２１から離隔して配置される平板部３１と、平板部３１の周辺部に配置された枠部３２とを含む。カバー部材３は、平板部３１と枠部３２とを有することにより、固体撮像素子２に対向する面の側に凹部を持つ構造を有する。凹部は、画素領域２１よりも大きい寸法を有する。カバー部材３は、透光性を有する部材、例えば、ガラス、樹脂、水晶等で構成されうる。カバー部材３は、透光性を有する材料を研磨、エッチング、金型による成形などの方法によって平板部３１と枠部３２との一体構造として構成されうる。或いは、カバー部材３は、透光性を有する平板部３１に枠部３２を結合することによって構成されうる。平板部３１に枠部３２を結合する場合には、枠部３２は金属などの遮光性を有する材料で構成されてもよい。固体撮像素子２の支持領域２９は、カバー部材３の枠部３２の底面を支持する。

固体撮像素子２の支持領域２９およびカバー部材３の枠部３２の底面の少なくとも一方には凹凸部が設けられていて、該凹凸部の存在によって支持領域２９と枠部３２の底面との間に隙間２４が形成されている。ここでは、固体撮像素子２のマイクロレンズ２３が支持領域２９にも配置されていて、凹凸部がマイクロレンズ２３である例を説明する。

図１（ｂ）に示す第２工程では、固体撮像素子２の第１面（画素領域２１を有する面）にカバー部材３を載置する。固体撮像素子２の支持領域２９および枠部３２の底面の少なくとも一方が凹凸部を有するので、支持領域２９と枠部３２の底面との間には隙間２４が形成される。図２（ａ）は、図１（ｂ）における領域Ａの拡大図である。

第１実施形態で主に説明する例では、固体撮像素子２は、画素領域２１の他、その外側にもマイクロレンズ２３を有し、凹凸部は、固体撮像素子２の画素領域２１の外側に設けられたマイクロレンズ２３である。つまり、マイクロレンズ２３によって隙間２４が形成される。固体撮像素子２とカバー部材３との間には空間部３３が構成されている。マイクロレンズ２３はレンズ形状を有しているので、隙間２４は空間部３３からカバー部材３の外側空間に通じた経路となっている。

図１（ｃ）に示す第３工程では、カバー部材３の外周端に沿って接着剤４を塗布する。ここで、固体撮像素子２に載置されたカバー部材３に対して上方から荷重を加えた状態で、カバー部材３の外周端に沿って未硬化の接着剤４を塗布する。これにより、接着剤４がカバー部材３の外側端およびその外側における固体撮像素子２の表面の両方に接するように配置される。

図１（ｄ）に示す第４工程では、接着剤４が隙間２４に流入するように接着剤４を流動（移動）させる。図２（ｂ）は、図１（ｄ）における領域Ｂの拡大図である。カバー部材３の外周端に沿って塗布された接着剤４は、未硬化であるため流動性を有している。そして、カバー部材３の外側端に露出した隙間２４の開口部を通して接着剤４が隙間２４に進入し、画素領域２１側（内側）に向かって隙間２４の中を流動（移動）する。

隙間２４の寸法は、例えば、毛細管現象により隙間２４を未硬化の接着剤４が流動することができるように設定されうる。隙間２４の高さは、０．１ミクロン以上１００ミクロン以下の範囲内であるが好ましく、０．１ミクロン以上５０ミクロン以下の範囲内であることが更に好ましい。毛細管現象に加えて又は毛細管現象に代えて、エアー等の流体により接着剤４を加圧したり、カバー部材３の外側の空間の圧力を大気圧よりも高くして、カバー部材３の内側の空間（即ち、空間部３３）と外側の空間との間に圧力差を設けてもよい。この場合においても、未硬化の接着剤４を移動させることができる。

図１（ｅ）に示す第５工程では、接着剤４が隙間２４に流入した状態で接着剤４を硬化させて固体撮像素子２に対してカバー部材３を固定する。ここで、接着剤４が隙間２４への進入を開始した後、支持領域２９と枠部３２の底面との間から枠部３２の内側方向にはみ出す前（即ち、隙間２４から空間部３３にはみ出す前）に接着剤４を硬化させる。これにより、接着剤４を画素領域２１側にはみ出させことなく、カバー部材３を固体撮像素子２に固定することができる。ここで。はみ出しとは、カバー部材３の内側端よりも画素領域２１側に接着剤４が移動することを意味する。以上のように、第１実施形態によれば、画素領域２１の周囲に接着剤４のはみ出しを許容するため領域を設ける必要がない。よって、固体撮像素子２、更には、それが組み込まれた固体撮像装置を小型化することができる。さらには、第１実施形態によれば、固体撮像素子２とカバー部材３との接触面の一部または全体に接着剤４を設けることができている。したがって、接着強度を増すことができるとともに、気密性や耐湿性を向上させることができる。

隙間２４を移動している接着剤４を硬化させる方法としては、接着剤４の仕様あるいは硬化特性に応じて、加熱、加湿、紫外線照射等の方法を用いることができる。特に、接着剤４として、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化型接着剤を用いた場合には、その速硬化性から接着剤４の流動を即時に止めることができ、確実にはみ出しを防止することができる。紫外線は、紫外線照射装置４３によって枠部３２を通して接着剤４に照射されうる。なお、一度の硬化工程の実施によって隙間２４において流動している接着剤４を完全に硬化させる必要はなく、接着剤４のはみ出しを抑制するために十分な程度に接着剤４を硬化させればよい。接着剤４は、その後の追加の硬化工程の実施によって更に硬化されうる。以上の工程により、固体撮像素子２にカバー部材３が固定された固体撮像装置１１が得られる。

固体撮像素子２の支持領域２９およびカバー部材３の枠部３２の底面の少なくとも一方に設けられる凹凸部について説明する。固体撮像素子２の支持領域２９とカバー部材３の枠部３２の底面との間に隙間２４を形成するために、固体撮像素子２の支持領域２９および枠部３２の底面の少なくとも一方が凹凸部が形成される。

固体撮像素子２側に設けられる凹凸部としては、特にどのような形状の凹凸部でもよく、毛細管現象が発現するような凹凸部であることが好適である。マイクロレンズ２３によって凹凸部を構成する場合は、画素領域２１上に設けられたマイクロレンズ２３を画素領域２１の外側にも設けるだけでよく、マイクロレンズ２３の形成工程において凹凸部を形成することができる。

カバー部材３の枠部３２の底面に設けられる凹凸部としては、同様に毛細管現象が発現するような凹凸部が好適である。その形状としては、例えば、ランダムに配置された凹凸部や、空間部３３とカバー部材３の外側空間とを連通させる溝を連続的に形成した凹凸部が好適であるが、他の構造を有してもよい。

カバー部材３の枠部３２の凹凸部は、例えば、機械加工、研磨加工およびブラスト加工の少なくとも１つの方法によって形成することが可能である。研磨加工やブラスト加工は、枠部３２の底面の全面に簡単に凹凸部（即ち、隙間２４）を設けることができる。その場合、接着剤４を枠部３２の底面に広く浸透させることができるので、気密性や耐湿性が向上する。

図３は、図１（ｅ）に示す固体撮像装置１１をパッケージングした固体撮像装置１を例示する図である。固体撮像素子２は、カバー部材３が配置された第１面側とは反対側の第２面側が接着剤７を介して実装部材８に固定されている。固体撮像素子２は、カバー部材３が搭載される領域よりも外側に電極パッド２５を有し、実装部材８は、固体撮像素子２が搭載される領域よりも外側に端子８２を有する。固体撮像素子２の電極パッド２５と実装部材８の端子８２とは、金属ワイヤなどの導電部材５によって接続されている。更に、固体撮像装置１は、実装部材８、固体撮像素子２、カバー部材３の周囲が封止部材６によって封止されている。

実装部材８としては、例えば、リードフレーム、プリント配線板、フレキシブル配線板、キャビティ構造の中空パッケージなどが採用されうる。図３に示す例では、実装部材８は、プリント配線板であり、セラミックやガラスエポキシなどの材料で形成された基板８１と、基板８１の表面に配置された端子８２とを有する。更に、実装部材８としてのプリント配線板は、基板８１の表面または内部に配置された配線パターンを有している。また、導電部材５としての金属ワイヤは、固体撮像素子２と実装部材８との間で信号を伝達したり、固体撮像素子２に電力を供給したりする。このような構成により、固体撮像装置１は、空間部３３の気密性や耐湿性が更に高められている。

図４を参照しながら本発明の第２実施形態の固体撮像装置について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２実施形態の固体撮像装置の拡大断面図、平面図である。図４（ａ）は、図１（ｂ）における領域Ａおよび図２（ａ）に示される部分に対応していて、図４（ａ）に示す部分以外は、第１実施形態の構成と同様である。

図１に示す第１実施形態の固体撮像装置ではカバー部材３と固体撮像素子２との間に隙間２４が形成されているが、図４に示す第２実施形態の固体撮像装置では隙間２４を遮断する点で両者は異なる。第２実施形態では、固体撮像素子２は、カバー部材３の枠部３２の底面に密着する密着面４１１を有する遮断部４１を有する。遮断部４１は、隙間２４がカバー部材３の外側空間から内側空間（空間部３３）に連通することを妨げる。遮断部４１は、典型的には、枠部３２の全周に沿うように構成され、これによって隙間２４が遮断部４１によって完全に遮断されている。遮断部４１の密着面４１１は、枠部３２の底面のうち内側領域３２１と密着するように配置されている。遮断部４１は、カバー部材３の枠部３２に設けられてもよい。あるいは、遮断部４１は、固体撮像素子２および枠部３２の双方に設けられてもよい。即ち、遮断部４１は、固体撮像素子２および枠部３２の少なくとも一方に設けられうる。

固体撮像素子２および枠部３２の底面の外側領域３２２の少なくとも一方には、固体撮像素子２と枠部３２との接触面に凹凸部が設けられている。凹凸部は、例えば、固体撮像素子２に設けられたマイクロレンズ２３でありうる。該凹凸部によって枠部３２の底面の外側領域３２２と固体撮像素子２との間に隙間２４が形成される。枠部３２の内側領域３２１および外側領域３２２の各幅は、枠部３２と固体撮像素子２との接着強度、気密性、耐湿性等を考慮して定められうる。外側領域３２２の幅を大きくすると、接着強度、気密性、耐湿性が高くなる。

上記構造により、枠部３２の外側端に沿って塗布されて隙間２４を進入してきた接着剤４を確実に堰き止めることができる。これにより、画素領域２１（あるいは、空間部３３）の方向への接着剤４のはみ出しをより確実に防止することができる。また、接着剤４の流動速度を考慮することなく接着剤４を硬化させることができる。

遮断部４１は、例えば、マイクロレンズ２３と同じ材料を用いて形成することができ、この場合は、遮断部４１を形成するための付加的な工程が不要である。しかしながら、遮断部４１は、マイクロレンズ２３あるいは凹凸部を形成する工程とは別個の工程で形成されてもよい。

図５を参照しながら本発明の第３実施形態の固体撮像装置について説明する。図５は図１（ｂ）における領域Ａおよび図２（ａ）に示される部分に対応していて、図５に示す部分以外は、第１実施形態の構成と同様である。第３実施形態は、カバー部材３の枠部３２の底面に凹凸部３４が形成され、これにより隙間２４が構成されている。凹凸部３４は、例えば、ブラスト加工、研磨加工、エッチング加工などの方法によって形成することができる。あるいは、凹凸部３４は、ドリル加工等の機械加工によって形成されてもよい。ブラスト加工、研磨加工、エッチング加工によれば、枠部３２の底面の全域に簡単に凹凸部３４を設けることができる。隙間２４を枠部３２の底面の全域に形成することにより、接着剤４を広く流動させることができる。これは、気密性や耐湿性が向上に有利である。

図５に示す例では、固体撮像素子２の表面には凹凸部が形成されていないが、例えば、第１実施形態で示されるような凹凸部を固体撮像素子２の表面に形成してもよい。第２実施形態のように、隙間２４がカバー部材３の外側空間から内側空間（空間部３３）に連通することを妨げる遮断部４１が設けられてもよい。遮断部４１は、カバー部材３の枠部３２に設けられてもよいし、固体撮像素子２に設けられてもよいし、固体撮像素子２および枠部３２の双方に設けられてもよい。つまり、遮断４１は、固体撮像素子２およびカバー部材３の少なくとも一方に設けられうる。

図６を参照しながら本発明の第４実施形態としての固体撮像装置の製造方法について説明する。図６は、図１（ｄ）に示す工程（接着剤を隙間に流入させる工程）に対応し、他の工程は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）に示す工程と同様である。固体撮像素子の構成については、第１〜第３実施形態に従いうる。

第４実施形態では、接着剤４を隙間２４に流入させる工程において、カバー部材３の内側空間である空間部３３とカバー部材３の外側空間との間に圧力差を形成する。空間部３３の圧力をＶ１、カバー部材３の外側空間の圧力をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖ２とすることにより、接着剤４の隙間２４への流入を促進し、様々な形状の隙間２４への接着剤４の流入を容易化することができる。また、隙間２４に対する接着剤４の流入の促進は、工程時間を短くするために有効である。

Ｖ１＜Ｖ２で示される圧力差は、例えば、空間部３３の圧力を大気圧より低い圧力とし、カバー部材３の外側空間の圧力を大気圧とすることにより形成することができる。これは、例えば、カバー部材３の枠部３２の外側端に沿って接着剤４を塗布する工程までを真空または減圧環境下で行い、その後、大気圧に開放することで実現可能である。

あるいは、Ｖ１＜Ｖ２で示される圧力差は、例えば、空間部３３の圧力を大気圧とし、カバー部材３の外側空間の圧力を大気圧より高い圧力とすることにより形成することができる。これは、例えば、カバー部材３の枠部３２の外側端に沿って接着剤４を塗布する工程まで大気圧下で行い、その後、処理環境の圧力を高めることで実現可能である。

Claims (9)

1. マイクロレンズが設けられた画素領域と、前記画素領域の外側に配置された支持領域とを有する固体撮像素子、および、平板部とその周辺部に配置された枠部とを有するカバー部材を準備する工程と、
   前記支持領域と前記枠部の底面における外側領域との少なくとも一方が凹凸部を有しており、前記支持領域と前記外側領域との間に、前記凹凸部の存在によって隙間が形成されるように前記固体撮像素子に前記カバー部材を載置する工程と、
   前記固体撮像素子に載置された前記カバー部材の前記枠部の外側端に沿って接着剤を塗布する工程と、
   前記接着剤が前記隙間に流入した状態で前記接着剤を硬化させて前記カバー部材を前記固体撮像素子に固定する工程とを含み、
   前記固体撮像素子の前記支持領域には、前記マイクロレンズと同じ材料からなり、かつ、前記載置する工程において前記底面における内側領域に密着する密着面を有する部分が設けられており、
   前記載置する工程では、前記隙間が前記カバー部材の外側空間から前記カバー部材の内側空間に連通することが、前記内側領域が前記密着面に密着することによって妨げられるように前記固体撮像素子に前記カバー部材を載置することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記隙間は、前記凹凸部の存在によって前記支持領域と前記枠部の前記底面における前記外側領域との間に０．１ミクロン以上１００ミクロン以下の範囲内の寸法を有するように形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記密着面と前記内側領域とは前記枠部の全周において密着する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記凹凸部は、前記支持領域に設けられたマイクロレンズで構成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記接着剤は紫外線硬化型接着剤であり、前記接着剤に前記枠部を介して紫外線を照射することにより前記接着剤を硬化させることで前記接着剤の流動を止める、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 毛細管現象によって前記隙間に前記接着剤を流入させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記外側空間の圧力を大気圧よりも高くすることによって前記外側空間の圧力を前記内側空間の圧力よりも高くすることで前記隙間に前記接着剤を流入させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 画素領域およびその外側に配置された支持領域を有する固体撮像素子と、平板部およびその周辺部に配置された枠部を有するカバー部材とを備え、前記枠部が前記支持領域によって支持された固体撮像装置であって、
   前記固体撮像素子の前記画素領域および前記支持領域にマイクロレンズが設けられていて、
   前記支持領域には、前記マイクロレンズと同じ材料からなり、かつ、前記枠部の全周にわたって前記枠部の底面における内側領域に密着する密着面を有する部分が設けられていて、
   前記支持領域に設けられた前記マイクロレンズに前記枠部の前記底面における外側領域が接することによって前記支持領域と前記外側領域との間に隙間が形成され、前記隙間に配置された接着剤によって前記カバー部材が前記固体撮像素子に固定されている、ことを特徴とする固体撮像装置。
9. 前記固体撮像素子は、前記固体撮像素子に対して前記カバー部材が配置された側とは反対側に配された実装部材に固定されており、
   前記固体撮像素子の電極パッドと前記実装部材の端子とが導電部材によって接続されており、
   前記実装部材、前記固体撮像素子および前記カバー部材を封止する封止部材が、前記接着剤および前記導電部材に接して設けられている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。

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