JP6157211B2 - 撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学部材が受光部の上に接着された撮像チップを具備する撮像装置の製造方法に関する。

撮像チップを具備する撮像装置は、例えば電子内視鏡の先端部に配設されて使用される。内視鏡の先端部の細径化は重要な課題であり、撮像装置の小型化が求められている。

最初に、比較のため、ウエハレベルパッケージング型の撮像装置について簡単に説明する。ウエハレベルパッケージング型の撮像装置は、複数の撮像チップを含む撮像ウエハとガラスウエハとを接着した接合ウエハを切断し個片化することで作製される。このため、撮像チップの受光部が形成された第１の主面の全面がカバーガラスで覆われている。受光部と信号を送受信するための電極パッドは貫通配線を介して第２の主面（裏面）に形成する必要がある。しかし、貫通配線形成工程は、貫通孔形成、絶縁層形成、導体層形成等を含む複雑な工程である。

特開２００８−１１８５６８号公報には、第１の主面に受光部と電極パッドとが配設された撮像装置が開示されている。この撮像装置は、ウエハレベルパッケージング型の撮像装置と異なり貫通配線を形成する必要がないため、生産が容易である。しかし、撮像チップの受光部を保護するためのカバーガラスは、電極パッドを覆わないように位置決めし接着する必要がある、しかし、撮像チップの一辺が数ｍｍ以下と小型の場合、カバーガラスを受光部を覆い電極パッドを覆わないように正確に位置決めして接着することは容易ではない。位置決め精度を考慮して、撮像チップよりも平面視寸法が大きいカバーガラスを接着すると、撮像装置の外寸が大きくなってしまう。

このため、主面に受光部と電極パッドとが配設され、受光部がカバーガラスで覆われた撮像装置を容易に製造できる撮像装置の製造方法が求められていた。

特開２００８−１１８５６８号公報

本発明は、撮像装置を容易に製造できる小型の撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の撮像装置の製造方法は、平面視が短辺と長辺とからなる長方形で、短辺方向中央部に前記長辺に平行に２列に複数の受光部が形成されており、それぞれの受光部の外周側に、前記それぞれの受光部と接続された複数の電極パッドからなる複数の電極群が前記長辺にそって列設されている撮像基板を作製する工程と、２列の前記受光部を覆い２列の前記電極群を覆わない幅の平面視長方形の光学基板を作製する工程と、前記光学基板を、前記撮像基板に前記電極群を覆わないように透明な接着層を介して接着し、接合基板を作製する工程と、前記接合基板を切断し、複数の撮像装置に個片化する工程と、を具備する。

本発明によれば、撮像装置を容易に製造できる小型の撮像装置の製造方法を提供できる。

第１実施形態の撮像装置の斜視図である。 第１実施形態の撮像装置の上面図である。 第１実施形態の撮像装置の断面図である。 第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための撮像チップウエハの平面図である。 第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための図である。（Ａ）は撮像基板の平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための図である。（Ａ）は撮像基板の平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための分解斜視図である。 第１実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための図である。（Ａ）は撮像基板の平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 第１実施形態の変形例の撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の変形例の撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の変形例の撮像装置の上面図である。 第１実施形態の変形例の撮像装置の断面図である。 第２実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための分解斜視図である。 第２実施形態の変形例の撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 第２実施形態の変形例の撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための分解斜視図である。 第３実施形態の撮像装置の断面図である。

＜第１実施形態＞
＜撮像装置の構造＞
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態の撮像装置１は、撮像チップ１０と、接着層２０を介して撮像チップ１０と接着されている光学部材であるカバーガラス３０と、撮像チップ１０の電極パッド１２と接合された信号ケーブル４０と、を具備する。

直方体の撮像チップ１０は第１の主面１０ＳＡと第２の主面１０ＳＢと第１の側面１０Ｓ１と、第２の側面１０Ｓ２と、第３の側面１０Ｓ３と、第４の側面１０Ｓ４と、を有する。撮像チップ１０の第１の主面１０ＳＡには、ＣＭＯＳイメージセンサ等からなる受光部１１と、それぞれが受光部１１と配線（不図示）で接続された複数の電極パッド１２からなる電極群１２Ｓとが形成されている。複数の電極パッド１２は、第１の側面１０Ｓ１に平行に列設されている。

透明なカバーガラス３０も直方体で、第１の側面３０Ｓ１と、第２の側面３０Ｓ２と、第３の側面３０Ｓ３と、第４の側面３０Ｓ４と、を有する。カバーガラス３０は受光部１１を覆い電極群１２Ｓを覆わないように、透明な接着層２０を介して撮像チップ１０と接着されている。

そして、撮像装置１では、カバーガラス３０の３つの側面（３０Ｓ２、３０Ｓ３、３０Ｓ４）と、撮像チップ１０の３つの側面（１０Ｓ２、１０Ｓ３、１０Ｓ４）とは、端面が揃っており、同じ平面視位置にある。

言い換えれば、カバーガラス３０の第２の側面３０Ｓ２と撮像チップ１０の第２の側面との間隔Ｄ２と、カバーガラス３０の第３の側面３０Ｓ３と撮像チップ１０の第３の側面との間隔Ｄ３と、カバーガラス３０の第４の側面３０Ｓ４と撮像チップ１０の第４の側面との間隔Ｄ４と、は、いずれもゼロである。

撮像装置１は、平面視寸法が数ｍｍ以下、例えば１ｍｍの撮像チップ１０と同じ平面視寸法であり小型である。すなわち、平面視寸法が撮像チップ１０よりも更に小さいカバーガラス３０が、受光部１１を覆い、かつ、受光部１１と信号を送受信する電極パッド１２を覆わないように接着されている。

撮像装置１は、カバーガラス３０は撮像チップ１０と、非常に正確に位置合わされた状態で接着されていると見なすことができ、小型である。これは、撮像装置１が、後述する製造方法により製造されているためである。

＜撮像装置の製造方法＞
次に、撮像装置１の製造方法を図３のフローチャートに沿って説明する。

＜ステップＳ１１＞撮像基板作製
シリコン等の半導体からなるウエハの主面に公知の半導体製造技術を用いて、図４に示す、複数の撮像チップ１０を含む撮像ウエハ１０Ｗが作製される。撮像ウエハ１０Ｗは、ウエハ上の複数の撮像チップ１０の配置に大きな特徴がある。

すなわち、平行に２列にＣＭＯＳイメージセンサ等からなる複数の受光部１１が形成されており、それぞれの受光部１１の外周側に、それぞれの受光部１１と接続された複数の電極パッド１２が列設された複数の電極群１２Ｓが形成されている。

そして、撮像ウエハ１０Ｗを切断することで、撮像基板１０Ｓ（図５、図６参照）が作製される。撮像基板１０Ｓの平面視形状は、幅がＷ１０Ｓの短辺と長さがＬＳの長辺とからなる長方形である。撮像基板１０Ｓは、短辺方向中央部に辺に平行に２列に複数の受光部１１が形成されており、それぞれの受光部１１の外周側に、それぞれの受光部１１と接続された複数の電極パッド１２からなる複数の電極群１２Ｓが長辺にそって列設されている。

図５〜図８に示した撮像基板１０Ｓは、１６個の撮像チップ１０を含む。撮像基板１０Ｓは４個以上１４０個以下の撮像チップ１０を含むことが好ましい。撮像チップ１０が前記以上であれば、生産性が優れており、前記以下であれば、一般的な半導体実装装置を用いて撮像基板１０Ｓの位置決めをして接着や追加工等を行うことが容易である。

＜ステップＳ１２＞光学基板作製
ガラスからなるガラスウエハが撮像基板１０Ｓの平面視寸法を基準に切断され、直方体の光学基板であるガラス基板３０Ｓが作製される（図７参照）。なお撮像ウエハ１０Ｗとガラスウエハとは形状及び大きさが異なっていてもよい。

ガラス基板３０Ｓは、撮像基板１０Ｓの２列の受光部１１を覆い２列の電極群１２Ｓを覆わない幅Ｗ３０Ｓであり、長さＬ３０Ｓは撮像基板１０Ｓの長さＬ１０Ｓと同じか、又は少し長い。
なお、ステップＳ１１（撮像基板作製）とステップＳ１２（光学基板作製）とは逆でもよい。

＜ステップＳ１３＞接着
図６及び図７に示すように、ガラス基板３０Ｓが、撮像基板１０Ｓに電極群１２Ｓを覆わないように透明な接着層２０Ｓを介して接着され、接合基板１Ｓが作製される。ガラス基板３０Ｓと撮像基板１０Ｓとは、一般的な電子部品実装装置を用いて位置決めして接着できる。

接着層２０は、例えば、エポキシ系、アクリル系又はシリコーン系の、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。また、硬化前の状態は、液体又はフィルム状のいずれでもよい。

＜ステップＳ１４＞切断
図８に示すように、接合基板１Ｓが切断され、複数の撮像装置１に個片化される。そして、複数の電極パッド１２のそれぞれに信号ケーブル４０が接合される。
なお、接合基板１Ｓに信号ケーブル４０が接合されていてもよい。

撮像装置１は、すでに説明したように、カバーガラス３０の３つの側面（３０Ｓ２、３０Ｓ３、３０Ｓ４）と、撮像チップ１０の第２〜第４の側面（１０Ｓ２、１０Ｓ３、１０Ｓ４）とは、端面が揃っており、同じ平面視位置にある。

すなわち、カバーガラス３０の３つの側面（３０Ｓ２、３０Ｓ３、３０Ｓ４）と、撮像チップ１０の３つの側面（１０Ｓ２、１０Ｓ３、１０Ｓ４）とは、接合基板１Ｓの切断により同時に形成されるために、非常に正確に位置合わされたのと同じ状態である。

実施形態の製造方法によれば、カバーガラス３０と撮像チップ１０とが、正確に位置合わされた状態の小型の撮像装置１を容易に製造できる。

＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態の変形例の撮像装置１Ａ、及び撮像装置１Ａの製造方法について説明する。撮像装置１Ａ等は、撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

撮像装置１Ａは、切断工程が撮像装置１と少し異なり、いわゆるステップカット法が用いられる。すなわち、切断工程が、ガラス基板３０Ｓを第１の切りしろ（cutting margin）Ｗ１で切断する第１の切断工程（図９Ａ）と、第１の切りしろＷ１よりも狭い第２の切りしろＷ２で、撮像基板１０Ｓを切断する第２の切断工程（図９Ｂ）と、からなる。

ガラス基板３０Ｓの最適切断条件と、撮像基板１０Ｓの最適切断条件とは、異なる。すなわち、ガラスとシリコンとは硬度等が異なる材料であるため、同じ条件で同時に切断するとチッピング等が発生するおそれがある。またチッピング等を防止するためには低速で加工する必要がある。

これに対して撮像装置１Ａはステップカット法により切断を行うため、チッピング等が発生するおそれがなく、かつ第１の切断工程及び第２の切断工程を高速で行うことができる。なお、接着層２０Ｓは第１の切断工程又は第２の切断工程で切断される。

撮像装置１Ａの製造方法は撮像装置１Ａの製造方法と同じ効果を有し、更に生産性に優れている。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、ステップカット法により切断された撮像装置１Ａを示している。

撮像装置１Ａでは、カバーガラス３０Ａが、電極群１２Ｓを覆わないように接着層２０Ａを介して接着されており、その３つの側面３０Ｓ２〜３０Ｓ４が、それぞれ撮像チップ１０の第２〜第４の側面１０Ｓ２〜１０Ｓ４の内周側に位置している。

そして、カバーガラス３０の第２の側面３０Ｓ２と撮像チップ１０の第２の側面との間隔Ｄ２と、カバーガラス３０の第３の側面３０Ｓ３と撮像チップ１０の第３の側面との間隔Ｄ３と、カバーガラス３０の第４の側面３０Ｓ４と撮像チップ１０の第４の側面との間隔Ｄ４とは、略同じである。すなわち、側面間隔は、Ｄ２≒Ｄ３≒Ｄ４≒（（Ｗ１−Ｗ２）／２）である。

撮像装置１Ａは撮像装置１Ａと同じ効果を有している。

なお、図９Ａ〜図１０Ｂに示すように、撮像装置１Ａでは、接着層２０Ａ（２０ＳＡ）は受光部１１を覆っていない。すなわち、受光部１１の上には空間２０Ｖが形成されている。空間２０Ｖには空気等の気体が存在してもよいし、真空状態でもよい。

受光部１１には図示しないマイクロレンズが配設されている。マイクロレンズの外面が接着層で覆われているとレンズ効果が小さくなる。しかし、撮像装置１Ａでは空間２０Ｖが形成されているため、レンズ効果が損なわれることがない。

なお、他の実施形態の撮像装置においても、受光部１１にマイクロレンズが配設されている場合等には、接着層が受光部１１を覆わないようにすることが好ましい。また、受光部１１にカラーフィルタが配設されていてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の撮像装置１Ｂ、及び撮像装置１Ｂの製造方法について説明する。撮像装置１Ｂ等は、撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図１１及び１２Ａに示すように、撮像装置１Ｂの製造方法において作製される光学基板３０ＳＢは、ガラスからなり、断面が略直角２等辺三角形の棒状である。

このため、図１２Ｂに示すように、接合基板１ＳＢを切断して作製される撮像装置１Ｂは、撮像チップ１０に光学部材であるプリズム３０Ｂが接着されている。

受光部１１と平行方向からの光が直角プリズム３０Ｂで反射され光路が９０度変化して、受光部１１に入射する、撮像装置１Ｂは斜視型、又は横置き型の撮像装置である。

撮像装置１Ｂは、撮像装置１の効果を有し、更に光学部材としてプリズム３０Ｂが接着されているため、機能性が高い。

また、カバーガラスに更にプリズムを接着した撮像装置と比較すると、撮像装置１Ｂは高さが低く小型である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の撮像装置１Ｃ、及び撮像装置１Ｃの製造方法について説明する。撮像装置１Ｃ等は、撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図１３に示すように、撮像装置１Ｃの製造方法において作製される光学基板３０ＳＣは、受光部１１の撮像光学系である複数のレンズ３０Ｃを含んでいる。

そして、図１４に示すように、接合基板１ＳＣの切断により作製される撮像装置１Ｃは、撮像チップ１０に光学部材としての撮像光学系であるレンズ３０Ｃが接着されている。レンズ３０Ｃの機能部は略円形であるが、切断により作製されるレンズ３０Ｃは平面視矩形である。

撮像装置１Ｃは、撮像装置１の効果を有し、更に撮像チップ１０に接着されている光学部材が、高機能のレンズ３０Ｃであるため付加価値が高い。なお、使用する光学部材としては、本実施形態におけるレンズ３０Ｃとともに第１実施形態におけるカバーガラス３０を併せて用いてもよく、また第１〜３実施形態における光学部材に加えて、ＩＲカットフィルタ及びローパスフィルタ等のフィルタを用いてもよい。

上記実施形態の撮像装置等は、小型であることから特に電子内視鏡の先端部に配設される撮像装置に好ましく用いることができる。

本発明は上述した実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ〜１Ｃ…撮像装置、１Ｓ、１ＳＢ、１ＳＣ…接合基板、１０…撮像チップ、１０Ｓ…撮像基板、１０Ｓ１〜１０Ｓ４…側面、１０ＳＡ、１０ＳＢ…主面、１０Ｗ…撮像ウエハ、１１…受光部、１２…電極パッド、１２Ｓ…電極群、２０、２０Ａ、２０Ｓ…接着層、２０Ｖ…空間、３０、３０Ａ…カバーガラス、３０Ｂ…プリズム、３０Ｃ…レンズ、３０Ｓ…ガラス基板、３０ＳＢ、３０ＳＣ…光学基板、３０Ｓ１〜３０Ｓ４…側面、４０…信号ケーブル

Claims (6)

1. 平面視が短辺と長辺とからなる長方形で、短辺方向中央部に前記長辺に平行に２列に複数の受光部が形成されており、それぞれの受光部の外周側に、前記それぞれの受光部と接続された複数の電極パッドからなる複数の電極群が前記長辺にそって列設されている撮像基板を作製する工程と、
   ２列の前記受光部を覆い２列の前記電極群を覆わない幅の平面視長方形の光学基板を作製する工程と、
   前記光学基板を、前記撮像基板に前記電極群を覆わないように透明な接着層を介して接着し、接合基板を作製する工程と、
   前記接合基板を切断し、複数の撮像装置に個片化する工程と、を具備することを特徴とする撮像装置の製造方法。
2. 前記接合基板の切断工程が、前記光学基板を第１の切りしろで切断する第１の切断工程と、前記第１の切りしろよりも狭い第２の切りしろで、前記撮像基板を切断する第２の切断工程と、からなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の製造方法。
3. 前記光学基板が、ガラスからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置の製造方法。
4. 前記接着層が、前記受光部を覆っていないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法。
5. 前記光学基板が、前記接合基板の切断により、プリズムになることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法。
6. 前記光学基板が、それぞれの前記受光部の撮像光学系を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法。

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