JPH03155671A

JPH03155671A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH03155671A
Application number: JP2081353A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kondo; 雄近藤; Masayuki Saito; 雅之斉藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-07-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いら
れる固体撮像装置に係わり、特に固体撮像素子のパッケ
ージング技術の改良をはかった固体撮像装置に関する。

（従来の技術）従来、ＣＣＤ等を用いた固体撮像素子は、セラミックの
パッケージ内に収容されている。第９図は、セラミック
パッケージ内に固体撮像素子を収容した固体撮像装置の
概略構成を示す断面図である。

セラミックのパッケージ１上に固体撮像素子チップ２が
ダイボンド用接着剤３によって固定され、パッケージ１
上に形成された印刷電極４と固体撮像素子チップ２の電
極パッド（図示せず）とがボンディングワイヤ５によっ
て電気的に接続されている。また、印刷電極４はパッケ
ージ１の側面に回り込んでおり、ここで金属製のリード
電極６とロウ付は等の方法によって接続されている。さ
らに、素子の信頼性を確保するためパッケージ１上に封
止用樹脂７によって保護用光学ガラス８が取り付けられ
ており、内部空間は窒素雰囲気で満たされている。

なお、このようなパッケージはカメラ本体に取り付けら
れた駆動回路等を搭載したプリント基板９に直接半田付
けされるか、又は基板上に固定されたソケットに差し込
まれて固定されるのが一般的である。

しかしながら、この種の固体撮像装置にあっては、次の
■〜■のような問題があった。

■　部品点数が多く、工程が複雑であること。

特に、部品のうちセラミックのパッケージはセラミック
とバインダを混ぜ合わせたグリーンシートを幾層にも重
ねて焼成することによって作られるため、その間に電極
となる金属材料を印刷する等、特殊な技術を必要とする
。従って、専業メーカーの経験に頼るところが大きく、
特定のメーカーのみによって製造されコストが高い。

■　固体撮像素子チップをパッケージに固定するダイボ
ンドや、チップとパッケージを電気的に接続するワイヤ
ボンディング、そして窒素雰囲気中での樹脂とガラスに
よる封止等の工程の複雑化は、それ自体製造コストの上
昇につながる。さらに、工程数が増えることによって固
体撮像素子チップの受光エリアへのゴミの混入確率が増
大し、不良の発生率の増加を招き、歩留りを下げてしま
う。

■　固体撮像素子チップにおいては、レンズに対する位
置精度、特にアオリの問題が重要である。現在は、固体
撮像素子チップのパッケージに対する位置合わせ精度は
セラミックの加工精度に頼っているが、セラミックは焼
成することによって縮むためその寸法精度を高めるのは
非常に困難である。さらに、電極も印刷によって形成す
るため、その精度には限界がある。

■　固体撮像素子チップは導電性の接着剤によってパッ
ケージに固定されるが、接着剤の硬化時には体積変化を
伴うため、十分な位置精度を得るのは困難である。

■　パッケージのレンズに対する位置精度を高めるため
には、リードの加工や取り付けにも工夫が必要である。

■　最近、家庭用のビデオムービーにおいては小型軽量
化が要求されているが、セラミックや金属製のリードを
用いたパッケージでは限界がある。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、セラミックパッケージを用いた固体撮
像装置においては、部品点数、工程数の多さ、そして歩
留りの低下からくるコスト高、さらに位置精度の出し難
さは避けられない聞届であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、構造が簡単で部品点数及び工程数が
少なく、歩留り向上及び製造コストの低減をはかり得、
且つ位置精度の向上をはかり得る固体撮像装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、パッケージとして光透過性基板を用い
、この基板に固体撮像素子チ・ノブを直接固定すること
にある。

即ち本発明（請求項１）は、一主面に導体ノくターンが
設けられた光透過性基板と、この基板の導体パターンが
形成された面に受光面側を取り付けられ、且つ受光面側
の電極パッドが導体パターンに接続される固体撮像素子
チップとを具備した固体撮像装置であって、光透過性基
板の外形を固体撮像素子チップよりも大きく、また光透
過性基板の導体パターンを固体撮像素子チップが取り付
けられた後もその一部が露出するように形成したもので
ある。

ここで、導体パターンは、固体撮像素子チップの電極パ
ッドと電気的な接続を取るためのインナーリードと、固
体撮像素子チップと外部の回路基板を接続するためのア
ウターリードとの双方を兼ねており、これによりインナ
ーリード及びアウターリードが光透過性基板の同一面上
に形成されるものとなっている。

また本発明（請求項５）は、一主面に導体パターンが設
けられた先透過性基板と、この基板の導体パターンが形
成された面に受光面が取り付けられ、且つ受光面側の電
極パッドが導体パターンに接続される固体撮像素子チッ
プと、光透過性基板と固体撮像素子チップとの間に、固
体撮像素子チップの画素エリアを囲むように設けられた
ダム材と、このダム材の外側に設けられた封止用部材と
を具備した固体撮像装置であって、ダム材で囲まれた固
体撮像素子チップの画素エリアを、不活性ガス若しくは
空気で充填するようにしたものである。

（作用）本発明（請求項１）によれば、固体撮像素子チップが光
透過性基板（例えばガラス基板）に直接取り付けられて
いるため、従来のセラミックパッケージを用いたものと
比較すると、部品点数や工程数を減らすことができ、製
造コストの低減につながるだけでなく、歩留りの向上も
期待できる。また、セラミック基板とは異なりガラス基
板は焼成等の工程が不要であり、その寸法精度を高める
ことも容易であり、これにより固体撮像素子チップのパ
ッケージに対する位置合わせ精度を向上させることが可
能となる。

また本発明（請求項５）によれば、画素エリアの周囲に
ダム材が形成されているため、光透過性基板に固体撮像
素子チップが取り付けられた後に、固体撮像素子チップ
を封止用部材（−般には樹脂）でモールドする際に、封
止用樹脂が画素エリア内に流入するのを防止することが
できる。また、ダム材の外側、即ち固体撮像素子チップ
と光透過性基板の電気的接続部分は樹脂で封ｌヒされる
ため、信頓性も同時に確保できる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

ｆｆ５１図は本発明の第１の実施例に係わる固体撮像装
置の概略構成を示す平面図、第２図は第１図の矢ＮＡ−
Ａ断面図である。図中１０はチップキャリアとしての基
板であり、この基板ｌＯは光学的に透明で半導体に影響
を及ぼさない無アルカリガラスから形成されている。ガ
ラス基板１０の下面には、固体撮像素子チップ２０と外
部回路とを電気的に接続するための電極パターン（導体
パターン）１１が形成されている。

この電極パターン１１は、Ｃｒ、　Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ａ
ｕの順にガラス基板表面に蒸着して薄膜を形成し、リソ
グラフィ技術でバターニングしたものである。

電極パターン１１のインナーリード、即ち固体撮像素子
チップ２０の電極パッドに接触する部分には、電界メツ
キを用いて低温半田バンプ１２が形成されている。また
、今回は磨耗等による破損を防ぐため、電極パターン１
１上のアウターリードにあたる部分にも同時に半田メツ
キ１３を施した。そして、ガラス基板１０の電極パター
ン１１を形成した面と固体撮像素子チップ２０の受光面
とを対向させ、半田バンブ１２と固体撮像素子チップ２
０の電極パッドとを位置合わせし、加熱圧着することに
よって、固体撮像素子チップ２０と電極パターン１１の
インナーリードとの電気的な接続を行っている。このと
き、固体撮像素子チップ２０のイメージセンターとガラ
ス基板１０のメカニカルセンターが一致するようにした
。

また、固体撮像素子チップ２０とガラス基板１０との間
には光学的に透明で耐湿性に優れたシリコーン樹脂１４
が充填されている。このシリコーン樹脂１４は柔らかい
ので熱膨脹の影響も最小限にＩＦ、めることができる。

さらに、固体撮像素子チップ２０の背面はエポキシ系の
樹脂１５で覆われ、これにより固体撮像素子チップ２０
が気密封止されるものとなっている。また、この樹脂１
５からなるパッケージの代わりに、ＣＡＮタイプと称さ
れる金属のパッケージで固体撮像素子チップ２０を覆う
ようにしてもよい。

なお、ガラス基板１０の大きさは固体撮像素子チップ２
０の外形よりも大きく形成され、ガラス基板１０の電極
パターン１１は固体撮像素子チップ２０が取り付けられ
た後も周辺部が露出している。そして、この電極パター
ン１１の露出部が、駆動回路等を搭載した外部回路基板
上の電極パターンに接続されるものとなっている。

かくして形成された固体撮像装置は、次のようにして外
部回路基板等に実装することができる。第３図（ａ）〜
（Ｃ）に、本実施例装置の実装方法の例を示す。

第３図（ａ＞では、駆動回路等が搭載されたプリント基
板３０の一部分に、チップ２０より大きく基板１０より
小さな穴を開け、パッケージを搭載する面に電極（配線
パターン）３１を形成しておき、その上にチップ部品を
乗せるのと同様に固体撮像装置を載せて半田３２により
接続している。なお、本実施例ではプリント基板３０に
設ける穴を、固体撮像素子チップ２０とエポキシ系の樹
脂１５によってガラス基板１０上に形成される凸部より
も僅かに大きくしているが、この穴は上記凸部よりも大
きく、且つガラス基板１０よりも少くとも１軸方向にお
いて小さいものであればよい。また、半田３２は、基板
１０．３０のいずれかに予め半田メツキ電極として形成
したものである。

第３図（ｂ）は、薄いプリント基板３０（例えばフレキ
シブルプリント基板）のチップ搭載面とは逆の面に電極
３１を形成したものである。

この場合、半田３３を基板３０の裏面側まで回し込むこ
とにより、接続を行っている。また、第３図（ｃ）は、
固体撮像装置と略同じ厚みを持った基板３０に開けられ
た穴に固体撮像装置を挟み込み、半田３３により接続し
た例である。

この場合、基板３０の上面を平坦化できる利点がある。

また、本装置の製造方法として、予め単一のチップキャ
リアに加工されたガラス基板に固体撮像素子チップを固
定するのではなく、第４図に示す如く、大きめのガラス
基板１０に複数の固体撮像素子チップ２０を固定し、エ
ポキシ樹脂１５の被覆工程までを終了した後に、ガラス
基板１０を個々のチップに切り出すようにしてもよい。

このように本実施例によれば、固体撮像素子チップ２０
がガラス基板１０に直接取り付けられているため、従来
のセラミックパッケージを用いたものと比較すると、部
品点数や工程数を減らすことができる。このため、製造
コストの削減につながるだけでなく、歩留りの向上も期
゛待できる。さらに、第２図から明らかなように、全体
構成の小型化及び薄膜化をはかることができる。また、
セラミック基板とは異なりガラス基板１０は焼成等の工
程が不要であり、その寸法精度を＾めることも容易であ
り、これにより固体撮像素子チップのチップキャリアに
対する位置合わせ精度を向上させることが可能となる。

これは、固体撮像素子チップ２０とレンズとの位置合わ
せ精度の向上につながる。

また、本実施例では固体撮像素子チップ２０をガラス基
板１０に固定し、これらの間にシリコーン樹脂６を充填
しているので、これ以降の工程により固体撮像素子チッ
プ２０の画素エリア２１にゴミが侵入することはない。

従って、画素エリア２１へのゴミの混入確率を減らし、
不良発生率を低下させることができる。また、第４図に
示す如く、最終工程でガラス基板１０のチップへの切り
出しを行うようにすれば、ガラスの切削に起因するゴミ
の侵入の問題を未然に防止することが可能である。

なお、上述した実施例では、光透過性基板としてガラス
を用いたが、この代わりに先透過性の樹脂等を用いるこ
ともできる。また、導体パターンは蒸着に限らずスパッ
タによる薄膜は勿論のこと、印刷による厚膜でもよい。

さらに、固体撮像素子チップとガラス基板との間に充填
する光透過性樹脂と裏面を封止する樹脂は同一のもので
もよい。また、実施例ではアウターリードに当たる部分
に半田メツキを施したが、これも必ずしも必要なもので
はない。また、実施例では実装方法として半田付けの例
を示したが、ネジ＋ｈめにより電極と電極を接触させて
接続を得る方法や、ソケットを用いる方法も考えられ、
いずれも同様の効果が得られる。

第５図は本発明の第２の実施例に係わる固体撮像装置の
概略構成を示す平面図、第６図は第５図の矢視Ｂ−Ｂ断
面図である。なお、第１図及び第２図と同一部分は同一
符号を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、固体撮
像素子チップの画素エリアの外側に、画素エリア内への
樹脂の侵入を防止するためのストッパを設けたことにあ
る。即ち、固体撮像素子チップ２０は先の実施例と同様
に、その受光面側をガラス基板１０の導体パターン１１
が形成された面に対向して配置され、バンブ１２によっ
て電気的な接続を取って設置されている。

固体撮像素子チップ２０の画素エリア２１の周囲には、
熱可塑性の樹脂による枠状のダム材５１が形成され、そ
の外側に熱硬化性の封ＩＬ用部材（例えばエポキシ系樹
脂）５２が形成されている。つまり、バンブ１２の周囲
や固体撮像素子チップ２０の裏面及び側面は、樹脂５２
により覆われて保護されている。

第７図に上記実施例装置の製造工程を示す。

まず、第７図（ａ）に示すように、導体パターン１１と
バンブ１２を形成したガラス基板１０上に、固体撮像素
子チップ２０の画素エリア２１の周囲に相当する部分に
、スクリーン印刷法によって熱ｎＪ塑性の樹脂を印刷し
て、枠状のダム材５１を形成する。

次いで、第７図（ｂ）に示すように、固体撮像素子チッ
プ２０とガラス基板１０とを接合する。

このとき、ダム材５１の窩さはバンブ１２よりも若干低
くしておくことが望ましい。接合後はダム材５１は完全
に固体撮像素子チップ２０の表面に達するか、若しくは
多少の隙間を残していてもよい。

最後に、第７図（ｃ）に示すように、熱硬化性の封止用
樹脂５２、それも比較的粘度の低いものを用いて、固体
撮像素子チップ２０とガラス基板１０の隙間に浸透させ
硬化させる。このとき、ダム材５１があるため、封止用
樹脂５２は画素エリア２１の上までは達せず、バンブ１
２の周囲部分と固体撮像素子チップ２０の表面のみを覆
うようになる。また、他の方法として、ダム材５１に熱
硬化性の樹脂を用い、封止用樹脂５２を浸透させる前に
ダム材５１となる樹脂を硬化させるようにしてもよい。

かくして本実施例によれば、固体撮像素子２０の画素エ
リア２１の周囲にダム材５１を設けているので、封止用
樹脂５２が画素エリア２１内に侵入するのを未然に防止
することができる。

従って、先の実施例と同様の効果が得られるのは勿論の
こと、次のような利点がある。

ＣＣＤ等の固体撮像素子チップにあっては、感度を増加
させるために第８図に示すように、個々画素上に透明有
機層からなるレンズを形成し、集光効率を高める方法が
採用されている。

なお、第８図は固体撮像素子チップ２０の１画素構成を
示し、図中８１はｐ基板、８２はｎ層（フォトダイオー
ド）、８３はｎ層（ＣＣＤチャネル）、８４はｐ層（チ
ャネルストッパ）、８５はゲート電極、８６は透明絶縁
層、８７はレンズを示している。このような固体撮像素
子チップでは、画素エリア内に封止用樹脂が侵入すると
、レンズ効果そのものが減少してしまう。

即ち、レンズ効果は透明有機層と不活性ガス若しくは空
気との屈折率の差から現われるが、封止樹脂の屈折率は
透明有機層のそれと極めて近いため、樹脂が侵入すると
レンズの効果は殆ど期待できない。

これに対して本実施例のように、ダム材５１を設は画素
エリア２１への封止用樹脂５２の侵入を防暑トすること
により、レンズ効果がなくなり感度低下を引き起こす等
の不都合を避けることができ、高感度で低コストの小型
の固体撮像装置を実現することが可能となるのである。

なお、上述した第２の実施例においては、ダム材は完全
な枠状になって周囲が全て１本の線でつながっているが
、封止用樹脂が流れ込まない程度なら１品切れて隙間が
あってもよい。この隙間の数や大きさは封止用樹脂の粘
度によって適宜変えることができる。また、実施例の工
程においてはガラス基板上に電極パターンやバンブを形
成した後、ダム材を形成しているが、この順序はどちら
が先でもよいし、またダム材を固体撮像素子チップ上に
形成することも可能である。また、実施例では画素エリ
アは空気に接することになるが、これが望ましくない場
合は、画素エリア領域を封止用樹脂により気密封止し、
封止された空間に不活性ガスを充填するようにしてもよ
い。さらに、不活性ガスを充填する代わりに、画素エリ
ア領域を真空に保持することも可能である。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、パッケージとして
光透過性基板を用い、この基板に固体撮像素子チップを
直接固定するようにしているので、構造が簡単で部品点
数及び工程数が少なく、歩留り向上及び製造コストの低
減をはかることができる。また、セラミックのチップキ
ャリアを用いる従来装置と比較し、光透過性基板に対す
る固体撮像素子チップの位置精度の向上をはかることが
でき、これにより固体撮像素子チップのレンズに対する
位置合わせ精度の向上をはかることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる固体撮像装置の
概略構成を示す平面図、第２図は第１図の矢ｍＡ−Ａ断
面図、第３図は上記実施例装置の回路基板への実装方法
を説明するための断面図、第４図は上記実施例装置の製
造方法の一例を示す平面図、第５図は本発明の第２の実
施例に係わる固体撮像装置の概略構成を示す平面図、第
６図は第５図の矢視Ｂ−Ｂ断面図、第７図は第２の実施
例装置の製造工程を示す断面図、第８図は第２の実施例
の効果を説明するための断面図、第９図はセラミックパ
ッケージを用いた従来装置の概略構成を示す断面図であ
る。１０・・・ガラス基板（光透過性基板）、１１・・・電
極パターン（導体パターン）、１２・・・半田バンブ、１３・・・半田メツキ、１４・・・シリコーン樹脂、１５・・・エポキシ樹脂、２０・・・固体撮像素子チップ、２１・・・画素エリア、１・・・ダム材、２・・・封止用樹脂、５３・・・レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一主面に導体パターンが設けられた光透過性基板
と、この基板の導体パターンが形成された面に受光面側
が取り付けられ、且つ受光面側の電極パッドが導体パタ
ーンに接続される固体撮像素子チップとを具備し、前記光透過性基板は前記固体撮像素子チップよりも外形
が大きく、且つ光透過性基板の導体パターンは固体撮像
素子チップが取り付けられた後もその一部が露出するよ
うに形成されてなるものであることを特徴とする固体撮
像装置。
（２）前記固体撮像素子チップは、該チップ表面が露出
しないように、且つ前記導体パターンの一部が露出する
ように、樹脂によりモールドされたものであることを特
徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
（３）前記光透過性基板は、前記固体撮像素子チップ又
は該チップをモールドする樹脂により形成される凸部よ
り大きく、光透過性基板より少くとも一軸方向において
小さな貫通口を有する外部回路基板に対し、固体撮像素
子チップを貫通口に挿入して取り付けられるものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
（４）前記固体撮像素子チップと光透過性基板との間に
、光透過性樹脂を充填してなることを特徴とする請求項
１記載の固体撮像装置。
（５）一主面に導体パターンが設けられた光透過性基板
と、この基板の導体パターンが形成された面に受光面が
取り付けられ、且つ受光面側の電極パッドが導体パター
ンに接続される固体撮像素子チップと、前記光透過性基
板と固体撮像素子チップとの間に、固体撮像素子チップ
の画素エリアを囲むように設けられたダム材と、このダ
ム材の外側に設けられた封止用部材とを具備してなるこ
とを特徴とする固体撮像装置。
（６）一主面に導体パターンが設けられた光透過性基板
と、この基板の導体パターンが形成された面に受光面が
取り付けられ、且つ受光面側の電極パッドが導体パター
ンに接続される固体撮像素子チップと、前記光透過性基
板と固体撮像素子チップとの間に、固体撮像素子チップ
の画素エリアを囲むように設けられたダム材と、このダ
ム材の外側に設けられた封止用部材とを具備してなり、前記光透過性基板は前記固体撮像素子チップよりも外形
が大きく、且つ光透過性基板の導体パターンは固体撮像
素子チップが取り付けられた後もその一部が露出するよ
うに形成されていることを特徴とする固体撮像装置。