JPWO2014207786A1 - Mounting structure of semiconductor package, camera head of endoscope device - Google Patents
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Abstract
本発明の半導体パッケージの実装構造は、半導体装置が収容された半導体パッケージと、半導体パッケージと接続され、厚み方向に貫通する少なくとも1の貫通孔を有する配線基板と、半導体パッケージの全周に塗布され、半導体パッケージの側面及び配線基板の表面に密着して半導体パッケージと配線基板との接続を補強するサイドフィル材と、を具備する。The mounting structure of the semiconductor package of the present invention is applied to the entire circumference of the semiconductor package in which the semiconductor device is accommodated, the wiring substrate connected to the semiconductor package and having at least one through hole penetrating in the thickness direction. And a side fill material that reinforces the connection between the semiconductor package and the wiring board in close contact with the side surface of the semiconductor package and the surface of the wiring board.
Description
本発明の実施形態は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の固体撮像素子が収容された半導体パッケージの実装構造及び該実装構造を備えた内視鏡装置のカメラヘッドに関する。 Embodiments described herein relate generally to a mounting structure of a semiconductor package in which a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor is accommodated, and a camera head of an endoscope apparatus including the mounting structure.
内視鏡装置の撮像素子としてCCD(charge-coupled device)イメージセンサやCMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられている。これら固体撮像素子は、セラミック等によりパッケージされた状態で配線基板に実装される。ところで、内視鏡装置は、検体内へ挿入されるため使用毎及び定期的な滅菌が必要である。硬性内視鏡装置の場合、高温(例えば、134℃)と常温(例えば、室温)とを繰り返す(以下、熱サイクルと記載する)オートクレープ滅菌が行われるのが一般的である。 Solid-state imaging devices such as CCD (charge-coupled device) image sensors and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensors are used as imaging devices for endoscope apparatuses. These solid-state imaging devices are mounted on a wiring board in a state packaged with ceramic or the like. By the way, since an endoscope apparatus is inserted into a specimen, it needs to be sterilized every time it is used. In the case of a rigid endoscope apparatus, it is common to perform autoclave sterilization that repeats high temperature (for example, 134 ° C.) and room temperature (for example, room temperature) (hereinafter referred to as a heat cycle).
しかしながら、熱サイクルを繰り返すと、半導体パッケージと配線基板との熱膨張率の違いから、半導体パッケージと配線基板とを接続する半田にクラックが生じ、半導体装置との導通がとれなくなる問題が発生する。そこで、半導体パッケージの周囲の配線基板との隙間をサイドフィル材で封止し、熱サイクルによる不具合を抑制するようにしている。 However, when the thermal cycle is repeated, a problem arises in that the solder that connects the semiconductor package and the wiring board is cracked due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor package and the wiring board, and the semiconductor device cannot be electrically connected. Therefore, a gap with the wiring substrate around the semiconductor package is sealed with a side fill material so as to suppress problems due to thermal cycling.
しかしながら、半導体パッケージの周囲の配線基板との隙間をサイドフィル材により封止した場合、半導体パッケージ下面と配線基板との間が密閉される。このためサイドフィル材を熱硬化させる際に、半導体パッケージと配線基板との間に存在する気体が膨張し、サイドフィル材に孔が発生するという問題がある。孔が発生する際には、サイドフィル材にボイド(気泡)(貫通孔を含む)による突起物等が発生する。そして、このボイドにより、検体内へ挿入される内視鏡装置のカメラヘッドの小型化が妨げられるという問題が発生する。 However, when the gap with the wiring substrate around the semiconductor package is sealed with the side fill material, the space between the lower surface of the semiconductor package and the wiring substrate is sealed. For this reason, when thermosetting the side fill material, there is a problem that the gas existing between the semiconductor package and the wiring board expands, and a hole is generated in the side fill material. When the holes are generated, protrusions or the like due to voids (bubbles) (including through holes) are generated in the side fill material. This void causes a problem that miniaturization of the camera head of the endoscope apparatus inserted into the specimen is hindered.
本発明の実施形態は、かかる従来の課題を解決するためになされたものであり、サイドフィル材に孔が発生しない半導体パッケージの実装構造及び該実装構造を備えた内視鏡装置のカメラヘッドを提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention is made to solve such a conventional problem, and includes a mounting structure of a semiconductor package in which no hole is generated in a side fill material, and a camera head of an endoscope apparatus including the mounting structure. The purpose is to provide.
本発明の半導体パッケージの実装構造は、半導体装置が収容された半導体パッケージと、半導体パッケージと接続され、厚み方向に貫通する少なくとも1の貫通孔を有する配線基板と、半導体パッケージの側面及び配線基板の表面に密着して半導体パッケージの全周囲を封止するサイドフィル材と、を具備する。 The semiconductor package mounting structure of the present invention includes a semiconductor package in which a semiconductor device is accommodated, a wiring board connected to the semiconductor package and having at least one through-hole penetrating in the thickness direction, side surfaces of the semiconductor package, and the wiring board And a side fill material that is in close contact with the surface and seals the entire periphery of the semiconductor package.
本発明の実施形態は、サイドフィル材に孔が発生しない半導体パッケージの実装構造及び該実装構造を備えた内視鏡装置のカメラヘッドを提供することができる。 The embodiment of the present invention can provide a mounting structure of a semiconductor package in which no hole is generated in the side fill material, and a camera head of an endoscope apparatus including the mounting structure.
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
(実施形態)
図1は、実施形態に係る撮像装置100(以下、撮像装置100と記載する)の構成図である。撮像装置100は、例えば、内視鏡装置であり、ヘッド部200と、CCU(Camera Control Unit)300(以下、本体部300と記載する)と、ヘッド部200と本体部300とを接続するカメラケーブル400(配線ケーブル)とを備える。Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of an imaging apparatus 100 (hereinafter referred to as an imaging apparatus 100) according to an embodiment. The
ヘッド部200は、イメージセンサ210が収容された半導体パッケージ220と、半導体パッケージ220を実装した配線基板230と、半導体パッケージ220及び配線基板230を収容する筐体240とを備える。なお、ヘッド部200の詳細な構成については、図2を参照して後述する。
The
本体部300は、IF回路301と、メモリ302と、プロセッサ303と、ドライバ304と、コントローラ305と、電源回路306とを備える。
The
IF回路301は、ヘッド部200との間で制御信号やデータの送受信を行うためのインタフェースである。
The
メモリ302は、不揮発性メモリであり、例えば、シリアルEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)である。メモリ302には、ヘッド部200の設定データ(動作モード)や補正データが記憶されている。
The
プロセッサ303は、画像処理用のプロセッサである。プロセッサ303は、ヘッド部200から送信される画像信号に種々の補正(例えば、ノイズ補正、ホワイトバランス、γ補正等)を行う。プロセッサ303は、補正後の画像信号を外部の表示装置500(例えば、CRT(Cathode Ray Tube)や液晶モニタ)へ出力する。
The
ドライバ304は、イメージセンサ210の駆動回路である。ドライバ304は、コントローラ305からの制御に基づいてイメージセンサ210の駆動方式やフレームレートを変更する。また、ドライバ304は、イメージセンサ210へパルス信号(例えば、垂直同期や水平同期(転送パルス信号、リセットゲートパルス信号)のためのパルス信号)を出力する。
The
コントローラ305は、メモリ302から補正データや設定データを読み出す。コントローラ305は、読み出した補正データや設定データに基づいて、プロセッサ303及びドライバ304を制御する。
The
電源回路306は、外部電源に接続される。電源回路306は、外部電源からの電力を所定の電圧に変換して本体部300の構成回路(IF回路301、メモリ302、プロセッサ303、ドライバ304、コントローラ305)へ供給する。また、電源回路306からの電力は、カメラケーブル400を介してヘッド部200にも供給される。
The power supply circuit 306 is connected to an external power supply. The power supply circuit 306 converts electric power from the external power supply into a predetermined voltage and supplies it to the constituent circuits (
(半導体パッケージの実装構造)
図2は、カメラヘッド200の構成図である。図2(a)は、カメラヘッド200の平面図、図2(b)は、図2(a)の線分I−Iでの断面図である。なお、図2では、筐体240の図示を省略している。以下、図2を参照して、半導体パッケージ220の配線基板230への実装構造について説明する。(Semiconductor package mounting structure)
FIG. 2 is a configuration diagram of the
図2に示すように、半導体パッケージ220は、イメージセンサ210を収容する筐体220Aと、無色透明な基板であるリッド220Bとを備える。イメージセンサ210は、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサなどの固体撮像素子である。
As shown in FIG. 2, the
筐体220Aは、イメージセンサ210との接続端子T1と、配線基板230との接続端子T2とを有する。接続端子T1と接続端子T2とは、筐体220A内において電気的に接続されている(不図示)。また、半導体パッケージ220の実装面積を小さくするために、接続端子T2は、平面電極パッドを格子状に並べたLGA(Land Grid Array)となっている。
The
なお、上述のように、この実施形態では、平面電極パッドを格子状に並べたLGAにより半導体パッケージ220と配線基板230とを接続している。このため、半導体パッケージ220と配線基板230との接続の補強には、アンダーフィルではなく、サイドフィルを用いている(サイドフィルについては後述する)。
As described above, in this embodiment, the
筐体220A内に収容されたイメージセンサ210は、ボンディングワイヤWにより筐体220Aの接続端子T1と電気的に接続されている。リッド220Bは、筐体220Aの開口K1を塞いで半導体パッケージ220を密閉する。
The
図3は、配線基板230の一部拡大断面図である。図3に示すように、配線基板230は、絶縁層230B及び配線パターンである導体層230Cが複数積層された積層体の表面H及び裏面Rに、各々接続端子T3及び接続端子T4とを有する。上記積層体の表面H及び裏面Rは、各々接続端子T3及び接続端子T4を露出する開口K2を有するソルダーレジスト層230Dにより被覆されている。
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the
接続端子T3は、半導体パッケージ220との接続端子である。また、接続端子T4は、外部接続端子である。接続端子T3及び接続端子T4は、配線パターンである導体層230C及びビア230Eにより電気的に接続されている。なお、この実施形態では、ビア230Eは、フィルドビアであるが、コンフォーマルビアとしてもよい。また、フィルドビアとコンフォーマルビアを組み合わせてもよい。
The connection terminal T3 is a connection terminal with the
なお、この実施形態では、配線基板230の内部を貫通するいわゆる貫通ビアにより接続端子T3と接続端子T4とを電気的に接続していない。これは、貫通ビアの直上もしくは直下に接続端子T3,T4を形成することができないためである。つまり、上面視にて、貫通ビアと異なる位置に接続端子T3,T4を形成する必要があり、接続端子T3,T4の配置間隔(ピッチ)を狭くすることができないためである。
In this embodiment, the connection terminal T3 and the connection terminal T4 are not electrically connected by a so-called through via penetrating the inside of the
また、配線基板230は、略中央に厚み方向に貫通する貫通孔230Aを有する。この貫通孔230Aは、ドリル加工により容易に形成することができる。貫通孔230Aを形成する際は、導体層230Cやビア230Eを傷つけないように留意が必要である。なお、貫通孔230Aの位置は、上面視にて半導体パッケージ220下であれば他の位置でもよい。
In addition, the
配線基板230には、半導体パッケージ220が実装されている。具体的には、配線基板230の接続端子T3と半導体パッケージ220の接続端子T2とを半田等により接続することで、配線基板230に半導体パッケージが実装される。
A
サイドフィル材250は、熱硬化性の樹脂であり、半導体パッケージ220の全周囲に塗布される。サイドフィル材250は、熱硬化により半導体パッケージ220の側面S及び配線基板230の表面Fに密着して、半導体パッケージ220の全周囲を封止する。サイドフィル材250は、熱硬化により半導体パッケージ220と配線基板230との接続を補強する。
The
サイドフィル材250により半導体パッケージ220と配線基板230との接続を補強することで、半導体パッケージ220と配線基板230との接続部分への応力の集中が緩和され、半導体パッケージ220と配線基板230との接続信頼性が向上する。
By reinforcing the connection between the
なお、半導体パッケージ220及び配線基板230との間にサイドフィル材250で囲まれた空間260が形成される。そして、この空間260は、配線基板230の貫通孔230Aを介して外部空間と連通している。このため、サイドフィル材250を熱硬化させる際に、加熱により膨張した空間260内の気体は、この貫通孔230Aを介して外部空間に排出される。
A
一方、図4に示すように、配線基板230に貫通孔230Aがない場合、空間260は、密閉空間となる。このため、サイドフィル材250を熱硬化させる際に、加熱により膨張した空間260内の気体の逃げ場がない。その結果、空間260の圧力が高くなり、最終的にサイドフィル材250を突き破ってサイドフィル材250に孔250aが発生する。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the
そして、孔250aが発生する際に、サイドフィル材250にボイド250b(貫通孔を含む)が発生する。近年では、カメラヘッド200を挿入するために検体に与える傷(開口)を最小限とするため、カメラヘッド200の小型化がすすめられている。このため、カメラヘッド200の筐体240も半導体パッケージ220及び配線基板230をぎりぎり収容できる程度の大きさとなっている。このためサイドフィル材250にボイド250bが発生すると、配線基板230を筐体240内に収容できない虞がある。また、このボイド250bの発生した配線基板220を収容できるよう筐体240を大きくしてしまうと、カメラヘッド200の小型化が妨げられるという問題が発生する。
When the
なお、発生したボイド250bを削り取ることも考えられるが、ボイド250bを削る際に発生するパーティクルが半導体パッケージ220に付着する虞がある。特に、パーティクルが半導体パッケージ220のリッド220Bに付着するとイメージセンサ210による撮像に悪影響を与えてしまう。また、リッド220Bに傷をつける虞があるため、パーティクルの除去は困難である。さらに、サイドフィル材250に孔が発生すると、半導体パッケージ220と配線基板230との接続を補強する力が弱くなるため、半導体パッケージ220と配線基板230との接続信頼性が低下してしまう。
Although it is conceivable to scrape off the generated void 250b, there is a possibility that particles generated when scraping the void 250b adhere to the
以上のように、実施形態に係る半導体パッケージの実装構造では、イメージセンサ210が収容された半導体パッケージ220と、半導体パッケージ220と接続され、厚み方向に貫通する少なくとも1の貫通孔230Aを有する配線基板230と、半導体パッケージ220の側面S及び配線基板230の表面Fに密着して半導体パッケージ220の全周囲を封止するサイドフィル材250とを具備している。
As described above, in the semiconductor package mounting structure according to the embodiment, the
このため、半導体パッケージ220、配線基板230及びサイドフィル材250により形成される空間260が配線基板230の貫通孔230Aを介して外部空間と連通する。この結果、サイドフィル材250を熱硬化させる際に、加熱により膨張した空間260内の気体が貫通孔230Aを介して外部空間に排出され、サイドフィル材250にボイドが発生することを防止することができる。
For this reason, the
なお、通常、貫通孔230Aは一つあれば十分であるが、貫通孔230Aの数は任意である。このため、貫通孔230Aは2以上であってもよい。また、貫通孔230Aの直径φは、好ましくは、0.8mm程度であるが、空間S内の気体が貫通孔230Aを介して外部空間に十分に排出される範囲であれば、貫通孔230Aの直径φを小さくすることも可能である。発明者による実験では、貫通孔230Aの直径φが0.17mmの場合でも、空間S内の気体が貫通孔230Aを介して外部空間に十分に排出された。なお、この実験は、貫通孔230Aの直径φの下限を0.17mmに限定するものではない。
Normally, one through
(その他の実施形態)
以上のように、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を変更しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。(Other embodiments)
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, the said embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. The above embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
100…撮像装置、200…ヘッド部、200…カメラヘッド、210…イメージセンサ、220…半導体パッケージ、220A…筐体、220B…リッド、230…配線基板、230A…貫通孔、230B…絶縁層、230C…導体層、230D…ソルダーレジスト層、230E…ビア、240…筐体、250…サイドフィル材、250a…孔、250b…ボイド、260…空間、300…本体部、301…IF回路、302…メモリ、303…プロセッサ、304…ドライバ、305…コントローラ、306…電源回路、400…カメラケーブル、500…表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体パッケージと接続され、厚み方向に貫通する少なくとも1の貫通孔を有する配線基板と、
前記半導体パッケージの側面及び前記配線基板の表面に密着して前記半導体パッケージの全周囲を封止するサイドフィル材と、
を具備する半導体パッケージの実装構造。A semiconductor package containing a semiconductor device; and
A wiring board connected to the semiconductor package and having at least one through hole penetrating in the thickness direction;
A side fill material that seals the entire periphery of the semiconductor package in close contact with the side surface of the semiconductor package and the surface of the wiring board;
A semiconductor package mounting structure comprising:
表面に形成された前記半導体パッケージとの第1の接続端子と、
裏面に形成された外部接続用の第2の接続端子と、
を有し、
前記第1,第2の接続端子が貫通ビア以外のビアで接続されている請求項1に記載の半導体パッケージの実装構造。The wiring board is
A first connection terminal with the semiconductor package formed on the surface;
A second connection terminal for external connection formed on the back surface;
Have
The semiconductor package mounting structure according to claim 1, wherein the first and second connection terminals are connected by vias other than through vias.
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