JP6270336B2

JP6270336B2 - 撮像装置

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Publication number: JP6270336B2
Application number: JP2013094285A
Authority: JP
Inventors: 紀幸藤森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014216930A

Description

本発明は、撮像素子チップがシールドケースに収納されている撮像装置に関する。

ＣＭＯＳ撮像素子等からなる撮像部が主面に形成された撮像素子チップを具備するチップサイズパッケージ型の撮像装置は、小径であることから内視鏡等に用いられている。半導体技術により作製された微細パターンからなる撮像部と、信号ケーブル等が接続される大きな接合電極との整合性を取るために、撮像素子チップには導体層と絶縁層とからなる再配線回路が不可欠である。近年、撮像装置の高性能化のために、再配線回路の絶縁層として酸化シリコンよりも低誘電率の材料、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料を用いることが検討されている。

しかし、Ｌｏｗ−ｋ材料は、耐湿性、すなわち水蒸気の浸透性が従来の絶縁層材料よりも劣っている。Ｌｏｗ−ｋ材料を絶縁層とするチップサイズパッケージ型の撮像装置は、Ｌｏｗ−ｋ材料が外周部に露出しているため、信頼性が十分ではないおそれがあった。すなわち、Ｌｏｗ−ｋ材料からなる絶縁層に水が浸透すると、比誘電率が上昇し寄生容量が増加し信号遅延が生じるため動作不良が生じたり、金属配線の腐食が生じたりするおそれがあった。

特開２００８−７８３８２号公報には、半導体素子チップの低誘電率絶縁層を含む再配線回路の側面を、低誘電率絶縁材料よりも耐湿性に優れたアンダーフィル材で覆って封止した半導体装置が開示されている。

しかし、上記公報記載の半導体装置の平面視寸法は、アンダーフィル材のフレット長の分だけ半導体素子チップよりも大きくなっていた。

特開２０１１−１６６０８０公報には、撮像素子チップをシールドケースに収納した撮像装置が開示されている。撮像素子チップとシールドケースとの隙間には封止樹脂が充填されている。

しかし、上記公報には、封止樹脂を介して浸透した水による影響については何の開示も示唆もない。これは撮像素子チップの絶縁層としてＬｏｗ−ｋ材料を用いていないためであると推察される。

特開２００８−７８３８２号公報特開２０１１−１６６０８０公報

本発明の実施形態は、小径で信頼性の高い撮像装置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は、撮像部と、前記撮像部と信号を送受信する、比誘電率が酸化シリコンより低い低誘電率材料からなる絶縁層を含む複数の層を有する回路部とが第１の主面に形成され、貫通配線を介して前記回路部と接続された接合端子が第２の主面に形成されている撮像素子チップと、前記撮像素子チップの前記第１の主面に接着された、前記撮像素子チップと平面視寸法が同じカバーガラスと、前記撮像素子チップが収納された、内壁の角部の断面形状が曲線からなるシールドケースと、前記撮像素子チップの側面と前記シールドケースとの隙間を充填している、前記シールドケースの前記内壁の前記角部以外の厚さが１００μｍ以下の封止樹脂と、を具備し、前記シールドケースの前記内壁の前記角部と対向する前記撮像素子チップの前記側面の角部が、面取り加工されており、前記封止樹脂の厚さは、前記シールドケースの前記内壁の前記角部以外に充填される厚さが、前記シールドケースの前記内壁の前記角部に充填される厚さよりも小さい。

本発明によれば、小径で信頼性の高い撮像装置を提供することができる。

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図１のＩＩ―ＩＩ線に沿った断面図である。第１実施形態の撮像装置を説明するための斜視図である。図２に示した第１実施形態の撮像装置の部分拡大断面図である。従来の撮像装置の部分拡大断面図である。第２実施形態の撮像装置の部分拡大断面図である。第３実施形態の撮像装置の断面図である。

＜第１実施形態＞
図１〜図３に示すように、第１実施形態の撮像装置１は、撮像素子チップ３０と、カバーガラス１０と、撮像素子チップ３０が収納されたシールドケース４０と、撮像素子チップ３０の側面とシールドケース４０の内壁との隙間を充填している封止樹脂５０と、を具備する。

撮像素子チップ３０の第１の主面３０ＳＡには、撮像部３４と、複数の層３２、３３からなる回路部３１とが形成されている。なお、図１では第１の主面３０ＳＡの全面に回路部３１が形成されているかのように図示されているが、撮像部３４の直上等には、回路部３１の機能部は形成されていない。例えば、撮像部３４の直上等には、受光の妨げとならない、回路部３１を構成している透明材料からなる絶縁層３３等が形成されている。そして、撮像素子チップ３０の第２の主面３０ＳＢには、それぞれが貫通配線３５を介して回路部３１と接続された複数の接合端子３６が形成されている。

そして、撮像素子チップ３０の第１の主面３０ＳＡには、接着層２０を介して透明部材であるカバーガラス１０が接着されている。接着層２０は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透明樹脂からなる。また、撮像素子チップ３０の第２の主面３０ＳＢの接合端子３６には配線板６１が接合されている。撮像素子チップ３０の第２の主面側のシールドケース４０の内部には封止樹脂６２が充填されている。封止樹脂６２は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の耐湿性に優れた樹脂から選択される。

撮像部３４は、シリコン基板に半導体製造技術を用いて作製されＣＭＯＳ撮像素子等である。回路部３１は、撮像部３４の信号等を送受信するための再配線機能を有し、複数の導体層３２と複数の絶縁層３３とが積層された多層構造を有する。なお、回路部３１は撮像部３４と同様にシリコン基板に半導体製造技術を用いて作製された信号処理回路を含んでいても良い。そして、回路部３１の絶縁層３３には低誘電率材料からなる絶縁層３３Ｌが含まれている。

すなわち、複数の絶縁層３３の絶縁材料は、それぞれが異なる材料で構成されていてもよい。そして、少なくとも１つの絶縁層３３Ｌは、低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる。ここで、低誘電率材料とは、酸化シリコン（ｋ＝４．０）よりも比誘電率ｋが低い材料であり、好ましくは比誘電率ｋが３．０以下、さらに好ましくは２．７以下の材料である。低誘電率材料の比誘電率ｋの下限値は、技術的限界により、１．５以上、好ましくは２．０以上である。

撮像装置１では、絶縁層３３Ｌの低誘電率材料は、炭素ドープシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）である。ＳｉＯＣは、主にＳｉ−ＣＨ_３基を多く含むメチル含有ポリシロキサンであり、ＣＨ_３の存在により分子構造内に間隙を生じるために多孔質（ポーラス状）とすることができ、比誘電率ｋを２．７以下にすることが可能である。

絶縁層３３Ｌの材料としては、ＳｉＯＣの他に、フッ素ドープシリコン酸化膜（ＳｉＯＦ／ＦＳＧ）、水素含有ポリシロキサン（ＨＳＱ）系、メチル含有ポリシロキサン（ＭＳＱ）系、有機系（ポリイミド系、パリレン系、テフロン（登録商標）系）ポリマー等が使用可能であり、それらを多孔質体やエアギャップ（空隙）を有する形態等とすることで、より低い比誘電率の絶縁層を構成することができる。

シールドケース４０はステンレス等の金属からなり、遮光機能及び電磁ノイズ耐性改善機能を有するとともに、水の浸透を防止する高い耐湿性を有する。シールドケース４０の内壁および外壁の断面形状は略矩形である。なお、断面形状とは長手方向（撮像部の光軸方向）と直交する方向の形状である。しかし、厳密には図４に示すように、内壁の角部４９の断面形状は曲率半径Ｒの曲線となっている。

撮像素子チップ３０は、多数の撮像部３４等が形成されたシリコンウエハとガラスウエハとを接着した後に、切断し個片化することで作製されるウエハレベルチップサイズパッケージ型である。

ウエハレベルチップサイズパッケージ型の撮像素子チップ３０は平面視寸法が小さいが、外周部に低誘電率材料からなる絶縁層３３Ｌの側面が露出している。また、カバーガラス１０と接着層２０と撮像素子チップ３０の平面視形状及び寸法、すなわち断面形状及び寸法は同じで、角部は直角となる。

図５に示すように従来の撮像装置１０１でも、撮像装置１と同様に、撮像素子チップ１３０の外周部はシールドケース４０が巻回されている。しかし、角部の断面形状が直角の撮像素子チップ１３０と角部の断面形状が曲線のシールドケース４０との間には大きな隙間が形成されていた。このため、撮像素子チップ１３０とシールドケース４０との隙間に充填された封止樹脂５０の厚さＴが厚かった。

例えば、角部４９の断面形状の曲率半径Ｒが５００μｍでは、封止樹脂５０の厚さＴは１５０μｍであった。封止樹脂５０の耐湿性は、低誘電率材料より高い。しかし、水が封止樹脂５０を介して僅かでも浸透すると、撮像素子チップ１３０の側面に露出している低誘電率材料からなる絶縁層３３Ｌに浸透し信頼性が低下するおそれがあった。

これに対して図４に示すように、撮像装置１では、撮像素子チップ３０等の断面の平面視形状は略矩形であるが、シールドケース４０の内壁の角部４９と対向する角部３９が、面取り加工されている。このため、角部４９の曲率半径Ｒが大きくても、封止樹脂５０の厚さＴは、角部以外では１００μｍ以下とすることができる。厚さＴは、５０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２５μｍ以下である。

前記範囲以下であれば、封止樹脂５０を介した水の浸透により撮像装置１の信頼性が低下するおそれがない。

撮像装置１は、例えば、８５℃、湿度８５％の高温多湿環境に１０００時間放置しても特性が劣化することがなかった。

なお、撮像素子チップ１３０とシールドケース４０との間に封止樹脂５０が充填されない空間が生じると撮像装置の信頼性が低下する。このため、封止樹脂５０の厚さＴは１μｍ以上が好ましく、より好ましくは５μｍ以上である。

図４に示したように、直線状の面取り加工（いわゆる、Ｃ面取り加工）を行う場合には、シールドケース４０の角部４９は曲率半径Ｒと同じ、又は、例えば（Ｒ＋０．０５Ｒ）と少し大きく加工される。

もちろん、曲線状の面取り加工（いわゆる、Ｒ面取り加工）を行ってもよく、その場合にはシールドケース４０の角部４９は曲率半径Ｒと同じ、又は、例えば（Ｒ−０．０５Ｒ）と少し小さく加工される。

すなわち、面取り加工量は、封止樹脂５０の厚さＴを薄くするため、Ｒ±１０％以内が好ましい。

本実施形態の撮像装置１は、チップサイズパッケージ型の撮像素子チップ３０を有するため小径であり、かつ、撮像素子チップ３０が耐湿性が十分ではない低誘電率材料からなる絶縁層３３Ｌを含むが、シールドケース４０と所定の厚さの封止樹脂５０とに保護されているため信頼性が高い。

なお、図１に示した撮像装置１では、カバーガラス１０の側面も、シールドケース４０及び封止樹脂５０で覆われている。言い換えれば、カバーガラス１０が接着された撮像素子チップ３０がシールドケース４０に収納されている。しかし、シールドケース４０には、少なくとも撮像素子チップ３０が収納されていればよく、例えばカバーガラス１０の一部はシールドケース４０の外部にあってもよい。

また、撮像装置１の信頼性を更に向上するために、撮像素子チップ３０の第１の主面の撮像部３４等を取り囲むように、低誘電率材料よりも耐湿性に優れた材料から選択された１以上の材料からなる、いわゆるガードリングを形成してもよい。たとえ撮像素子チップ３０の側面から水が浸透してもガードリングの内部への浸透を防止することができる。

＜第２実施形態＞

次に、第２実施形態の撮像装置１Ａについて説明する。撮像装置１Ａ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。

すでに説明したように、低誘電率材料からなる絶縁層３３Ｌを含む撮像装置の信頼性を担保するためには、封止樹脂５０の厚さを１００μｍ以下とする必要がある。

図６に示すように、撮像装置１Ａでは、シールドケース４０Ａの内壁の角部４９の断面形状の曲率半径Ｒを、３４０μｍ以下とすることにより封止樹脂５０の厚さを１００μｍ以下としている。

すなわち、撮像装置１Ａは、撮像素子チップ３０（カバーガラス１０）の角部を面取り加工する替わりに、シールドケース４０Ａを精密加工することにより信頼性を担保している。

なお、角部４９の曲率半径Ｒは、封止樹脂の厚さＴが５０μｍ以下となる１７０μｍ以下が好ましく、より好ましくは封止樹脂の厚さＴが２５μｍ以下となる８５μｍ以下がより好ましい。

撮像装置１Ａは、撮像装置１と同様に小径で信頼性が高く、更に封止樹脂の最大厚さが１００μｍ以下であるため、撮像装置１よりも信頼性が高い。

もちろん、より信頼性を高くするために、撮像装置１のように撮像素子チップ３０（カバーガラス１０）の角部を面取り加工し、更に、シールドケース４０Ａの内壁の角部４９の曲率半径Ｒを３４０μｍ以下に精密加工してもよいことはいうまでもない。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の撮像装置１Ｂについて説明する。撮像装置１Ｂは撮像装置１、１Ａ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７に示すように、撮像装置１Ｂは、カバーガラス１０の前方に配設された、対物レンズ光学系４１を具備する。そして、シールドケース４０Ｂが、対物レンズ光学系４１のレンズ枠と一体である。すなわち、シールドケース４０Ｂは、前方に延設しており、延設部の内周部は対物レンズ光学系４１のレンズ群の側面と密着している。

なお、図７には、図１では省略した撮像装置の後部も図示している。すなわち、配線板６１の端部には信号ケーブル６３が接合されている。信号ケーブル６３は撮像装置の制御等を行うと同時に撮像信号を処理するプロセッサ（不図示）に接続される。

撮像装置１Ｂは、撮像装置１、２と同様に、封止樹脂５０の厚さが１００μｍ以下であるため、同様の効果を有する。更にシールドケース４０Ｂは延設部も水の浸透を防止する機能があるため、撮像装置１、２よりも信頼性が高い。

以上のように本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ、１Ｂ…撮像装置、１０…カバーガラス、２０…接着層、３０…撮像素子チップ、３１…回路部、３２…導体層、３３、３３Ｌ…絶縁層、３４…撮像部、３５…貫通配線、３６…接合端子、３９…角部、４０、４０Ａ、４０Ｂ…シールドケース、４１…対物レンズ光学系、４９…角部、５０…封止樹脂、６１…配線板、６２…封止樹脂、６３…信号ケーブル

Claims

撮像部と、前記撮像部と信号を送受信する、比誘電率が酸化シリコンより低い低誘電率材料からなる絶縁層を含む複数の層を有する回路部とが第１の主面に形成され、貫通配線を介して前記回路部と接続された接合端子が第２の主面に形成されている撮像素子チップと、
前記撮像素子チップの前記第１の主面に接着された、前記撮像素子チップと平面視寸法が同じカバーガラスと、
前記撮像素子チップが収納された、内壁の角部の断面形状が曲線からなるシールドケースと、
前記撮像素子チップの側面と前記シールドケースとの隙間を充填している、前記シールドケースの前記内壁の前記角部以外の厚さが１００μｍ以下の封止樹脂と、を具備し、
前記シールドケースの前記内壁の前記角部と対向する前記撮像素子チップの前記側面の角部が、面取り加工されており、
前記封止樹脂の厚さは、前記シールドケースの前記内壁の前記角部以外に充填される厚さが、前記シールドケースの前記内壁の前記角部に充填される厚さよりも小さいことを特徴とする撮像装置。
前記撮像素子チップは、面取り加工部の断面形状が曲線または直線の略矩形であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像素子チップの面取り加工部の断面形状が曲線の略矩形であり、
前記シールドケースの前記内壁の前記角部の断面形状の前記曲線の曲率半径が、３４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記カバーガラスの前方に配設された対物レンズ光学系を具備し、
前記シールドケースが、前記対物レンズ光学系のレンズ枠と一体であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の撮像装置。