JP5975040B2 - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
他の金属として、Snとの合金化物の融点が第1接続体の融点よりも高くなるものを選択する。例えば、Au、Ag,Cu、Zn、Ni、Alなどが挙げられる。これらはSnと同様、フォトリソと蒸着リフトオフ法などにより、それほど製造コストを上げずに容易に形成することができる。
これにより第1接続体の融点以上の融点を有し、第1接続体よりも硬度が硬い第2接続体を容易に形成することができる。
また比較的低温で行うので、受光素子ユニットや電流を処理する処理部への熱的ダメージが小さくすみ性能の劣化を避けることができる。例えば受光素子ユニットが、近赤外帯に感度を持つ、InGaAs受光素子やInGaAs/GaAsSb量子井戸型受光素子からなる場合、表面層のInPやInGaAs層とのオーミック接触が得られる電極材料として、AuZn系電極やAuGeNi系電極が一般であるが、電極の合金化温度は340〜450℃である。受光素子ユニットにダメージを与えないためには、接続時に340℃以上にあげないことが望ましく、融点が232℃のSnを用いるのが好適である。
また純度100%のSnでなくてもSnを含めばよく、例えばAg3.5%-Sn96.5%の共晶半田(融点221℃)やAu80%-Sn20%の共晶半田(融点280℃)、Au10%-Sn90%の共晶半田(融点217℃)、Cu0.7%−Sn99.3%の共晶半田(融点227℃)、Ni0.15%−Sn99.85%の共晶半田(融点221℃)、Zn9%−Sn91%の共晶半田(融点199℃)、Al0.5%-Sn99.5%の共晶半田(融点228.3℃)としても同様の効果を得られる。なおここで%は質量%を意味する。
Snの融点近傍で第2接続体を構成する他の金属との合金化を促進し、かつ第一接続体および第二接続対の接続を行う場合、接続条件によっては合金層を形成する前に、Snが溶融したりやわらかくなることでストッパの機能を果たさず、受光素子ユニットと処理部との間の間隔が過度に狭ってしまう場合がある。
そのような場合でも、Snを含む部分の厚みを第2接続体全厚みの1%以上30%未満とすれば、受光素子ユニットと処理部との間の間隔が狭くなったとしても最大でも、第2接続体全厚みの1%から30%で済むので、過度に狭くなることはない。
したがって、接続条件のばらつきなどによって、隣り合う半田部同士が接合してショートすることがない安定した接続を行うことができる。
また純度100%のSnの代わりに、Ag3.5%-Sn96.5%の共晶半田(融点221℃)やAu80%-Sn20%の共晶半田(融点280℃)、Au10%-Sn90%の共晶半田(融点217℃)、Cu0.7%−Sn99.3%の共晶半田(融点227℃)、Ni0.15%−Sn99.85%の共晶半田(融点221℃)、Zn9%−Sn91%の共晶半田(融点199℃)、Al0.5%-Sn99.5%の共晶半田(融点228.3℃)とした場合でも効果は同様である。
ことを特徴とする。
また比較的低温で行うので、受光素子ユニットや電流を処理する処理部への熱的ダメージが小さくすみ性能の劣化を避けることができる。例えば受光素子ユニットが、近赤外帯に感度を持つ、InGaAs受光素子やInGaAs/GaAsSb量子井戸型受光素子からなる場合、表面層のInPやInGaAs層とのオーミック接触が得られる電極材料として、AuZn系電極やAuGeNi系電極が一般であるが、電極の合金化温度は340〜450℃である。受光素子ユニットにダメージを与えないためには、接続時に340℃以上にあげないことが望ましく、融点が232℃のSnを用いるのが好適である。
また純度100%のSnでなくてもSnを含めばよく、例えばAg3.5%-Sn96.5%の共晶半田(融点221℃)やAu80%-Sn20%の共晶半田(融点280℃)、Au10%-Sn90%の共晶半田(融点217℃)、Cu0.7%−Sn99.3%の共晶半田(融点227℃)、Ni0.15%−Sn99.85%の共晶半田(融点221℃)、Zn9%−Sn91%の共晶半田(融点199℃)、Al0.5%-Sn99.5%の共晶半田(融点228.3℃)としても同様の効果を得られる。
また、第2接続体の合金部は、第1金属層および第2金属層の少なくとも一方と、インジウムを含む半田バンプとが合金化することで形成されており、半田部と比べて硬い。このため、第2接続体は、受光素子ユニットと処理部との間のスペーサとして機能する。このため、受光素子ユニットと処理部とを接続する接続工程において、受光素子ユニットと処理部との間の間隔が過度に狭くなることを、スペーサとしての第2接続体によって抑制することができる。
したがって、接続工程において、第1電極体の半田部を形成するための、溶融した半田バンプは、受光素子ユニットと処理部との間で潰れることが抑制されている。その結果、隣り合う半田部同士が接合してショートすることを抑制できる。このため、各受光素子から処理部への導通不良が生じることを抑制できる。また、第2接続体の形成にかかる手間は少なくて済むので、撮像装置の製造が容易であり、製造コストを低減することができる。
具体的には、たとえば、受光素子ユニット本体の一側面に第1電極を形成する際に、受光素子とは絶縁された第1金属層を一括して形成する。そして、第1電極および第1金属層のうちの第1電極にのみ、バリア層を形成する。また、処理部本体の一側面に第2電極を形成する際に、第2金属層を一括して形成する。そして、第2電極および第2金属層のうちの第2電極にのみ、バリア層を形成する。そして、接続工程において、溶融した半田バンプを用いて、第1電極のバリア層と第2電極のバリア層とを接続することで、第1接続体を形成する。これと同時に、溶融した半田バンプを用いて、第1金属層と第2金属層とを接続する。これにより、半田バンプは、第1金属層および第2金属層の少なくとも一方と合金化し、合金部を含む第2接続体が形成される。すなわち、第2接続体の構成は、第1接続体のバリア層を無くした構成に相当する。したがって、第1接続体を形成したい箇所にはバリア層を形成し、第2接続体を形成したい箇所にはバリア層を形成しないという僅かな作業の違いで、第1接続体と第2接続体とを容易に作り分けることができる。
さらには、第1接続体を形成するための半田バンプと、第2接続体を形成するための半田バンプとを同時に溶融させることで、第1接続体と第2接続体とを一括して形成することができる。このため、撮像装置の製造が容易である。しかも、第2接続体が受光素子ユニットと処理部との間のスペーサとして機能するので、スペーサを別途設けずに済み、製造コストを少なくできる。
2 受光素子ユニット
3 処理部
4 第1接続体
5 第2接続体
10 受光素子ユニット本体
10a 一側面
11 第1電極
18 受光素子
19 撮像領域
20 処理部本体
20a 一側面
21 第2電極
29 半田部
30 バリア層
31 第1バリア層
32 第2バリア層
33 合金部
34 第1金属層
35 第2金属層
41〜44 半田バンプ
D1 対向方向
P1 第1接続体間(第1電極)の横方向の配置のピッチ
P2 第1接続体間(第1電極)の縦方向の配置のピッチ
P3 第1接続体と第2接続体との間の配置のピッチ
[撮像装置の構成]
第2接続体5は、平面視において、撮像領域19の外側に配置されている。第2接続体5は、1または複数設けられている。本実施の形態では、第2接続体5は、受光素子ユニット2の四隅のそれぞれに配置されている。なお、各第2接続体5の構成は同様であるので、以下では、主に1つの第2接続体5について説明する。
[受光素子ユニットの製造工程]
図4は、受光素子ユニット2の製造工程を説明するための模式図であり、図4のA〜図4のDは、受光素子ユニット2の製造工程を順番に示している。また、図5Aおよび図5Bは、それぞれ、図4のCに示す状態を斜視図として示したものである。また、図6は、受光素子ユニット2の製造工程を説明するための模式図であり、図6のA〜図6のDは、図4のDに示す製造工程以降の製造工程を示している。
図7は、処理部3の製造工程を説明するための模式図であり、図7のA〜図7のDは、処理部3の製造工程を順番に示している。また、図8は、処理部3の製造工程を説明するための模式図であり、図8のA〜図8のDは、図7のDに示す製造工程以降の製造工程を示している。
図9は、受光素子ユニット2と処理部3とを接続する接続工程を説明するための模式的な一部断面側面図である。図10は、接続工程を説明するための模式的な一部断面側面図であり、図10のAおよび図10のBは、図9に示す工程以降の工程を示している。
このため、作成される画像データに関して、画素抜けなどの画像不良が生じることを抑制できる。また、第2接続体5の合金部33は、半田部29と比べて硬い。このため、第2接続体5は、受光素子ユニット2と処理部3との間のスペーサとして機能する。これにより、受光素子ユニット2と処理部3とを、溶融した半田バンプ41〜44で接続する接続工程において、受光素子ユニット2と処理部3との間の間隔が過度に狭くなることを、スペーサとしての第2接続体5によって抑制することができる。
したがって、接続工程において、第1接続体4の半田部29を形成するための、溶融した半田バンプ43,44は、受光素子ユニット2と処理部3との間で潰れることが抑制されている。その結果、隣り合う半田部29同士が接合してショートすることを抑制できる。
また、第2接続体5の合金部33は、第1電極11および第2電極21と同じ金属(第1金属層34および第2金属層35)と、インジウムを含む半田バンプ41,42とが合金化することで形成されており、半田部29と比べて硬い。このため、第2接続体5は、受光素子ユニット2と処理部3との間のスペーサとして機能する。これにより、受光素子ユニット2と処理部3とを、溶融した半田バンプ41〜44で接続する接続工程において、受光素子ユニット2と処理部3との間の間隔が過度に狭くなることを、スペーサとしての第2接続体5によって抑制することができる。
したがって、接続工程において、第1接続体4の半田部29を形成するための、溶融した半田バンプ43,44は、受光素子ユニット2と処理部3との間で潰れることが抑制されている。その結果、隣り合う半田部29同士が接合してショートすることを抑制できる。このため、受光素子ユニット2から処理部3への導通不良が生じることを抑制できる。また、第2接続体5の形成にかかる手間は少なくて済むので、撮像装置1の製造が容易であり、製造コストを低減することができる。
具体的には、受光素子ユニット本体10の一側面10aに第1電極11を形成する際に、受光素子18とは絶縁された第1金属層34を一括して形成する(図4のC参照)。そして、第1電極11および第1金属層34のうちの第1電極11にのみ、第1バリア層31を形成する(図6のA参照)。また、処理部本体20の一側面20aに第2電極21を形成する際に、第2金属層35を一括して形成する(図7のC参照)。そして、第2電極21および第2金属層35のうちの第2電極21にのみ、第2バリア層32を形成する(図8のA参照)。そして、受光素子ユニット2と処理部3とを接続する接続工程において、溶融した半田バンプ43,44を用いて、第1バリア層31と第2バリア層32とを接続することで、第1接続体4が形成される。これと同時に、溶融した半田バンプ41,42を用いて、第1金属層34と第2金属層35とを接続する。これにより、半田バンプ41,42は、第1金属層34および第2金属層35と合金化し、合金部33を含む第2接続体5が形成される。すなわち、第2接続体5の構成は、第1接続体4のバリア層30を無くした構成に相当する。したがって、第1接続体4を形成したい箇所にはバリア層30を形成し、第2接続体5を形成したい箇所にはバリア層30を形成しないという僅かな作業の違いで、第1接続体4と第2接続体5とを容易に作り分けることができる。
さらには、第1接続体4を形成するための半田バンプ43,44と、第2接続体5を形成するための半田バンプ41,42とを同時に溶融させることで、第1接続体4と第2接続体5とを一括して形成することができる。このため、撮像装置1の製造が容易である。しかも、第2接続体5が受光素子ユニット2と処理部3との間のスペーサとして機能するので、専用のスペーサを別途設けずに済み、製造コストを少なくできる。
Claims (12)
- 受けた光に基づく電流を出力する複数の受光素子が形成された受光素子ユニット本体と、複数の前記受光素子にそれぞれ対応して前記受光素子ユニット本体の一側面に形成された複数の第1電極と、を含む受光素子ユニットと、
複数の前記第1電極と対向する複数の第2電極と、複数の前記第2電極が形成された一側面を含み前記電流を処理する処理部本体と、を含む処理部と、
複数の前記第1電極および対応する前記第2電極を接続する複数の第1接続体と、
前記受光素子ユニットと前記処理部との間を接続し、前記第1接続体と異なる領域に設けられた第2接続体と、を含み、
各前記第1接続体は、前記第1電極および前記第2電極間に配置され、インジウムを含む半田部と、前記半田部および前記第1電極間、ならびに前記半田部および前記第2電極間のそれぞれに配置され、前記第1電極および前記第2電極と前記半田部とが合金化することを抑制するためのバリア層と、を含み、
前記第2接続体は、前記第1接続体の融点以上の融点を有し、前記第1接続体よりも硬度が硬い材料からなる合金部を含む、撮像装置。 - 前記第2接続体は、その一部または全域にAu、Ag、Cu、Zn、NiおよびAlからなるグループから選ばれた1つとSnを含むことを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第2接続体は、その一部にSnを含み、Snを含む部分の厚みが、第2接続体全厚みの1%以上30%未満であることを特徴とする、請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第2接続体は、前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方と同じ材料の金属と、インジウムを含む半田とが合金化することで形成された合金部を含む、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1接続体と前記第2接続体との間の配置のピッチは、互いに隣接する前記第1接続体間の配置のピッチよりも大きい、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の撮像装置。
- 複数の前記受光素子は、前記受光素子ユニットに区画された所定の撮像領域内に配置されており、前記第2接続体は、前記撮像領域の外側に配置されている、請求項1から請求項5の何れか1項に記載の撮像装置。
- 前記受光素子ユニットと前記処理部とが対向する対向方向と直交する切断面において、前記第2接続体の断面積は、前記第1接続体の断面積と異なっている、請求項1から請求項6の何れか1項に記載の撮像装置。
- 受光素子ユニットと処理部とを備える撮像装置の製造方法であって、
受けた光に基づく電流を出力する複数の受光素子が形成された受光素子ユニット本体と、複数の前記受光素子にそれぞれ対応して前記受光素子ユニット本体の一側面に形成された複数の第1電極と、各前記第1電極に形成された第1バリア層と、インジウムを含み、かつ前記第1バリア層に形成された半田バンプと、前記一側面に形成されると共に前記複数の第1電極とは異なる領域に設けられた第1金属層と、を含む受光素子ユニットを準備する工程と、
複数の前記第1電極に対応する複数の第2電極と、複数の前記第2電極が形成された一側面を含み前記電流を処理するための処理部本体と、各前記第2電極に形成された第2バリア層と、インジウムを含み、かつ前記第2バリア層に形成された半田バンプと、前記処理部本体の前記一側面に形成されると共に前記複数の第2電極とは異なる領域に設けられた第2金属層と、を含む処理部を準備する工程と、
前記受光素子ユニットと前記処理部とを接続する工程と、を含み、
前記接続する工程では、溶融した各前記半田バンプによって、前記第1バリア層と前記第2バリア層とを接続することで、前記第1バリア層、前記第2バリア層および半田部を含む第1接続体を形成し、かつ、前記第1金属層と前記第2金属層とを接続することで、前記第1接続体の融点以上の融点を有し、前記第1接続体よりも硬度が硬い材料を半田として第2接続体を形成する、撮像装置の製造方法。 - 前記第2接続体は、その一部または全域にAu、Ag、Cu、Zn、NiおよびAlからなるグループから選ばれた1つとSnを含むことを特徴とする、請求項8に記載の撮像装置の製造方法。
- 前記第2接続体は、前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方と同じ材料の金属と、インジウムを含む半田とが合金化することで形成された合金部を含む、請求項8に記載の撮像装置の製造方法。
- 前記接続する工程では、対向する第1バリア層および第2バリア層間に配置される半田バンプの厚みと、対向する第1金属層および第2金属層間に配置される半田バンプの厚みとを異なるようにする、請求項10に記載の撮像装置の製造方法。
- 前記接続する工程では、前記第1金属層および前記第2金属層を、前記受光素子ユニットと前記処理部との相対位置を識別するための識別部として設ける、請求項10または11に記載の撮像装置の製造方法。
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