(57)【要約】【課題】基板と光感知半導体台との間の電気的接続を確実に維持し得る撮像素子パッケージ及び撮像装置の提供。【解決手段】第１の金属６を有した透光性基板２と、第２の金属を有し且つ第２の金属に接続した撮像素子１０を搭載した素子搭載基板３と、第１の金属６と第２の金属とを所定の間隔に保持し撮像素子１０の外側位置で第１の金属６と第２の金属とを電気的に接続する導電性接合部材４と、撮像素子１０の撮像領域１１を密封する密封層５とを備え、密封層５の撮像領域１１側端面である内側端面１６の少なくとも一部をフィレット形状に形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングした第１の金属が表面に形成された透光性基板と、パターニングした第２の金属が表面に形成され且つ第２の金属に電気的に接続した撮像素子が搭載された素子搭載基板と、前記第１の金属と前記第２の金属とが所定の間隔を保持し前記撮像素子の外側位置で前記第１の金属と前記第２の金属とを電気的に接続するよう設けられた複数個の導電性接合部材と、前記撮像素子の撮像領域を閉ループ形状で実質的に密封し樹脂材料を含む密封層とを備え、前記密封層は、前記撮像素子の外側位置で複数個の前記導電性接合部材を実質的に包囲し且つ前記第１の金属と前記第２の金属との間の間隔部分の空洞に充填され、前記密封層の断面は、前記撮像領域側端面である内側端面の少なくとも一部がフィレット形状に形成されていることを特徴とする撮像素子パッケージ。
【請求項２】
前記密封層のフィレット形状として、密封層の厚み方向中央部側に、外側へ向けて凹となる円弧状断面部が形成され、円弧状断面部に対する前記透光性基板側及び前記素子搭載基板側のそれぞれの端部は円弧状断面部に対して内側に延設され、該円弧状断面部の円弧の半径が３〜２０μｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１記載の撮像素子パッケージ。
【請求項３】
前記素子搭載基板の表面と前記第１の金属の表面との距離が１５μｍ〜８０μｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像素子パッケージ。
【請求項４】
前記密封層のフィレット形状部分における前記透光性基板側及び前記素子搭載基板側での接触角は３０〜１０°に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の撮像素子パッケージ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の撮像素子パッケージが用いられていることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ付き携帯電話機やデジタルカメラ等のカメラモジュールに用いられる撮像素子パッケージ及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラ付き携帯電話機やデジタルカメラ等のカメラモジュールに用いられる撮像素子パッケージ（光感知素子パッケージ、電子パッケージとも呼ばれる）として、下記特許文献１に示す技術が提案されている。
【０００３】
これは、ガラス基板と光感知半導体台（素子搭載基板相当品）とを隙間を介して対向させ、対向面どうしの周囲部に接着パッド、合成樹脂（エポキシ樹脂）製の密閉層を設けて、ガラス基板と光感知半導体台とを接着固定し、密閉層で囲まれる領域を光感知用領域としている。
【０００４】
このような密閉層を設けることにより、光感知用領域を湿気、塵芥から保護してその汚染を防止している。
【特許文献１】特表２００７−５３３１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年、カメラモジュールの低背化に伴い撮像素子パッケージもまた、いっそうの薄型化が要望されている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の撮像素子パッケージでは、合成樹脂からなる密閉層により、ガラス基板と光感知半導体台とを接着固定しているにすぎない。このため、撮像素子パッケージの使用に伴って環境が変化する、すなわち温度上昇すると、ガラス基板と光感知半導体台の熱膨張係数の差により接着パッドにせん断方向に応力が働き、ガラス基板と光感知半導体台との間で電気的な接続不良が発生することがあった。
【０００７】
そこで本発明は、環境が変化してもガラス基板と光感知半導体台（素子搭載基板）との間の電気的接続を確実に維持し得る撮像素子パッケージ及び撮像装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像素子パッケージは、パターニングした第１の金属が表面に形成された透光性基板と、パターニングした第２の金属が表面に形成され且つ前記第２の金属に電気的に接続した撮像素子が搭載された素子搭載基板と、前記第１の金属と前記第２の金属とが所定の間隔を保持し前記撮像素子の外側位置で前記第１の金属と前記第２の金属とを電気的に接続するよう設けられた複数個の導電性接合部材と、前記撮像素子の撮像領域を閉ループ形状で実質的に密封し樹脂材料を含む密封層とを備え、前記密封層は、前記撮像素子の外側位置で複数個の導電性接合部材を実質的に包囲し且つ前記第１の金属と前記第２の金属との間の間隔部分の空洞に充填され、前記密封層の断面は、撮像領域側端面である内側端面の少なくとも一部がフィレット形状に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
かかる構成によれば、密封層においてその撮像領域側端面である内側端面の少なくとも一部をフィレット形状とすることで、その分だけ密閉層により、透光性基板と素子搭載基板との接合部の補強力が高まる。つまり、導電性接合部材を介して第１の金属と第２の金属とが電気的に接続された接合部の破断を抑えられる。その結果、撮像素子パッケージの使用に伴う環境の変化、すなわち温度の上昇又は下降があっても第１の金属と第２の金属との電気的な接続が安定してしかも確実に維持され、したがって長期に亘って製品としての撮像素子パッケージの信頼性を向上させられる。
【００１０】
本発明の撮像素子パッケージでは、前記密封層のフィレット形状として、密封層の厚み方向中央部側に、外側へ向けて凹となる円弧状断面部が形成され、円弧状断面部に対する前記透光性基板側及び前記素子搭載基板側のそれぞれの端部は円弧状断面部に対して内側に延設され、該円弧状断面部の円弧の半径が３〜２０μｍの範囲に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
かかる構成によれば、いっそう接合部の補強性が高められる。すなわち、フィレット形状としない場合に比べて２割以上の強度の向上が確認された。
【００１２】
本発明の撮像素子パッケージでは、前記素子搭載基板の表面と前記第１の金属の表面との距離が１５μｍ〜８０μｍの範囲に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
かかる構成によれば、カメラモジュールとして低背化、及び導電性接合部材と第１の金属または第２の金属との接合部の信頼性を両立することが可能となる。素子搭載基板の表面と前記第１の金属の表面との距離が１５μｍ未満ではさらなる低背化を実現できる一方で、接合部の強度という点で信頼性が低くなることが考えられるから好ましくない。
【００１４】
本発明の撮像素子パッケージでは、前記密封層のフィレット形状部分における前記透光性基板側及び前記素子搭載基板側での接触角は３０〜１０°に設定されていることを特徴としている。
【００１５】
かかる構成において、密封層は、透光性基板側では透光性基板そのものに接触させるよう構成する場合と、透光性基板にレジスト層（パッシベーション層ともいう）を設けて、このレジスト層に接触させる場合等が考えられる。これらの構成によれば、密封層のフィレット形状部分における透光性基板側及び素子搭載基板側でのぬれ性を表す指標としての接触角を上記角度に設定することにより、密封層と基板側の接触部分の結合強度が高まり、導電性接合部材と第１の金属または第２の金属との接合部の補強性が高まる。
【００１６】
本発明の撮像装置は、上記した何れかの撮像素子パッケージが用いられていることを特徴としている。
【００１７】
かかる構成によれば、密封層においてその撮像領域側端面である内側端面の少なくとも一部をフィレット形状とすることで、その分だけ密閉層による透光性基板と素子搭載基板との接着力が高まり、第１の金属または第２の金属と複数個の導電性接合部材との接合部の破断を抑えられる。その結果、撮像素子パッケージの使用に伴う環境の変化、すなわち温度の上昇又は下降があっても第１の金属と第２の金属との電気的な接続が安定してしかも確実に維持され、したがって長期に亘って製品としての撮像装置の信頼性を向上させられる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明に係る撮像素子パッケージ及び撮像装置によれば、環境が変化しても透光性基板と素子搭載基板との間の電気的接続を確実に維持し得るという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は撮像素子パッケージを含む撮像装置の全体構成を示す断面図、図２は円弧状断面部及び接触角の説明のための模式図である。
【００２０】
図１及び図２に示す如く、本実施形態に係る撮像装置１は撮像素子パッケージ１Ａと、レンズユニット１Ｂとから構成される。
【００２１】
撮像素子パッケージ１Ａは撮像装置１においてレンズユニット（光学ユニット）１Ｂの一端側に装着される。撮像素子パッケージ１Ａは、透光性基板２と、素子搭載基板３と、導電性接合部材４と、密封層５とを備えている。
【００２２】
透光性基板２はガラス基板であり、パターニングした第１の金属（配線層）６が表面７に形成されている。この場合、第１の金属６は印刷により形成され、内外方向で略同一の厚みの層に形成されている。第１の金属６は導電性ペーストを透光性基板２に印刷して形成されている。導電性ペーストとして、シリカすなわち微粒の二酸化ケイ素がフィラーとして含有されており、フィラーの一部が透光性基板２に侵入して、第１の金属６が透光性基板２に確実にパターニングされている。なお、第１の金属６は、安価になる前記印刷で形成する方法に限らず、スパッタ法、蒸着法等により形成してもよい。
また透光性基板２の表面７に、第１の金属６の、少なくとも内側端面６ａを含む内側部分を覆うように、レジスト層８が形成されている。なお、レジスト層８はパッシベーション層とも呼ばれ、配線工程が完了した後に、その表面を外的な損傷から保護するために形成される層である。
【００２３】
素子搭載基板３には、パターニングした第２の金属（不図示の配線層）が表面９に形成され、且つ第２の金属と電気的に接続されている撮像素子（光感知部）１０が搭載されている。素子搭載基板３の表面９と第１の金属６の表面との所定の距離Ｌは、１５μｍ〜８０μｍの範囲に設定されている。
なお、この実施形態では、撮像素子１０は素子搭載基板３に別体で搭載されているが、撮像素子１０と素子搭載基板３とは一体形成されたものであってもよい。また、第１の金属６の厚みｔが３〜１０μｍであることから、透光性基板２の表面７と素子搭載基板３の表面９との距離は１８μｍ〜９０μｍであり、この距離の範囲に設定した場合と前記所定の距離Ｌの１５μｍ〜８０μｍの場合と実質的な効果は同じである。
【００２４】
導電性接合部材４は第１の金属６と第２の金属とが所定の距離Ｌを保持し撮像素子１０の外側位置で第１の金属６と第２の金属とを電気的に接続するよう、複数個設けられている。導電性接合部材４は、すなわち金バンプやハンダバンプをハンダや導電性接着剤で接合することにより形成される。
【００２５】
密封層５は、平面視したとき、撮像素子１０の撮像領域１１を閉ループ形状で実質的に密封するものであり、樹脂材料を含んで（この場合、エポキシ樹脂を含有している）構成されている。さらに密封層５は、透光性基板２と素子搭載基板３との関係を保持することで、第１の金属６と第２の金属とが所定の距離Ｌを確保するよう透光性基板２、素子搭載基板３のそれぞれに亙すようにして接着される。
【００２６】
レジスト層８は、導電性接合部材４を挟んで、導電性接合部材４から内側（撮像素子１０側）には第１のレジスト層１３を、導電性接合部材４から外側には第２のレジスト層１４をそれぞれ配置したものである。そして、第１のレジスト層１３及び第２のレジスト層１４は、第１の金属６の外周面を被覆し、かつ、第１のレジスト層１３及び第２のレジスト層１４の導電性接合部材４と対向する端面が導電性接合部材４と近接するよう配置されたたものである。
【００２７】
密封層５は、撮像素子１０の外側位置で複数個の導電性接合部材４を実質的に包囲し、且つ第１の金属６と第２の金属との間の間隔部分の空洞１５に充填されている。密封層５の断面は、撮像領域側端面である内側端面１６全体がフィレット形状に形成されている。また、密封層５の外側端面１７は、素子搭載基板３の側面１８から第２のレジスト層１４の表面に向かって外側に傾斜する傾斜面（テーパー面）に形成されている。
【００２８】
図２に示すように、密封層５の内側端面１６において、厚み方向中央部側は外側へ向けて凹となる円弧状断面部１９とされている。図では、円弧状断面部１９に接する仮想円１９ａを仮想線で示している。この仮想円１９ａの中心は、密封層５と基板２，３の接触部分での結合強度を向上させる観点から、密封層５の厚み方向の略中心にあることが好ましい。なお、円弧状断面部１９がフィレット形状であれば、仮想円１９ａの中心が密封層５の厚み方向に移動しても、フィレット形状でないものに比べ結合強度を向上することができる。
円弧状断面部１９に対する透光性基板２側端部１９ｂ及び素子搭載基板３側端部１９ｃは、円弧状断面部１９に対してそれぞれ内側に延設され、内側端面１６全体として湾曲形状に形成されている。なお、円弧状断面部１９は、本実施形態では透光性基板２と素子搭載基板３との間に位置させたが、これに限らず、図３に示すように、第１のレジスト層１３の領域内にあって、第１のレジスト層１３と素子搭載基板３との間の間隔部分に位置させてもよい。
【００２９】
密封層５において、円弧状断面部１９の円弧の半径は３〜２０μｍの範囲に設定されている。なお図２（又は図３）に示すように、密封層５のフィレット形状部分における透光性基板２（又は透光性基板２側）及び素子搭載基板３の接触部分におけるそれぞれの接触角θ１，θ２は、７５〜５°好ましくは３０〜１０°に設定されている。
【００３０】
図１に戻って、撮像素子パッケージ１Ａは、導電性ボール（この場合、ハンダボールが用いられている）２０を備えている。導電性ボール２０は、第１の金属６のうち、透光性基板２の表面７の外端部側へ向けて延在された延在部６ｂの表面に接続され、第１の金属６と配線基板７Ａ（例えばフレキシブル基板）の表面に設けられた不図示の配線（ランド）とを電気的に接続するものである。
延在部６ｂは、密封層５の外側端面１７（外端部に相当する）に対してさらにその外方へ向けて延在された部分であり、導電性ボール２０は、密封層５の外側端面１７とは常時的に非接触となる位置で延在部６ｂに電気的に接続して固定されている。この場合、常時的に非接触とは、撮像素子パッケージ１Ａが使用による環境変化、すなわち温度上昇があっても、導電性ボール２０に密封層５の外側端面１７が非接触の状態を維持できる意味合いである。
レンズユニット１Ｂは、撮像素子パッケージ１Ａに一体化された本体２１と、本体２１の内側に配置された鏡筒２２と、鏡筒２２のさらに内側にレンズホルダ２３を介して取付けられた、例えば複数個（３つ）のレンズ２４，２５，２６と、撮像素子１０の撮像面の前方に配置された赤外線カットフィルター２７とを備えている。
【００３１】
そして、レンズ２４，２５，２６を透過した光（像）が赤外線カットフィルター２７、素子搭載基板３の順で通過して撮像素子１０に導かれるようになっている。
【００３２】
上記構成の撮像素子パッケージ１Ａにおいて、密封層５の内側端面１６のフィレット形状は、透光性基板２（或いはレジスト層８）及び素子搭載基板３の材料または表面粗さ、透光性基板２（或いはレジスト層８）と素子搭載基板３との寸法（密封層５の厚みに相当する）、密封層５の粘度等を調節することで所要の形状に形成することができる。なお、密封層５に用いる樹脂として、上記したようなエポキシ樹脂、フェノール樹脂が好適に用いられる。これらの樹脂の線膨張係数を小さくするため、必要に応じてフィラーとしてシリカを添加しても良い。
【００３３】
密封層５のフィレット形状部分における透光性基板２側（或いはレジスト層８側）及び素子搭載基板３側でのぬれ性を表す指標としての接触角θ１，θ２を上記角度に設定することにより、密封層５と基板２，３の接触部分での結合強度を、フィレット形状としていない場合に比べて１．２倍以上に高めることができる。
【００３４】
したがって、撮像素子パッケージ１Ａを撮像装置１に用い、その使用によって撮像素子パッケージ１Ａが加熱されるといった環境変化があったとしても、第１の金属６と第２の金属との電気的な接続を安定させることができる。このため、長期に亘って、製品としての撮像素子パッケージ１Ａ、ひいては撮像装置１の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、素子搭載基板３の表面９と第１の金属６の表面との所定の距離Ｌを１５μｍ〜８０μｍの範囲に設定し、密封層５において、円弧状断面部１９の円弧の半径を３〜２０μｍの範囲に設定している。この構成によって、撮像素子パッケージ１Ａ、ひいては撮像装置１の低背化を実現したうえで、密封層５と基板２，３の接触部分での結合強度をいっそう向上させることができる。
【００３６】
さらに、導電性ボール２０は、密封層５の外側端面１７とは常時的に非接触となる位置で延在部６ｂに電気的に接続して固定されている。この構成により、撮像素子パッケージ１Ａが使用により温度上昇があっても、導電性ボール２０に密封層５の外側端面１７が非接触の状態が維持される。つまり、温度上昇があって密封層５が外方向に膨張したとしても、密封層５が導電性ボール２０を押すことがなく、導電性ボール２０は延在部６ｂ上の所定位置を動くことがない。つまり、導電性ボール２０が固定されている第１の金属６が導電性ペーストを透光性基板２に印刷して形成されていて、導電性ペーストのフィラーの一部が透光性基板２に侵入していたとしても、フィラーの侵入した部分が境界面となって、透光性基板２がえぐれることがなくなり、また、導電性ボール２０が固定されている第１の金属６が透光性基板２から剥がれるのを回避することができる。
その結果、透光性基板２がガラス基板であったとしても、これがえぐれてガラスの粉塵が発生することもなく、また、導電性ボール２０と第１の金属６との電気的接続状態を良好に確保することができ、信頼性の高い製品となる。
なお、密封層５の外側端面１７は、素子搭載基板３の側面１８から第２のレジスト層１４の表面に向かう傾斜面に形成されている。このため、温度上昇があって密封層５が外方向に膨張したとしても、球形の導電性ボール２０の外径面が密封層５の外側端面１７にはいっそう接触しにくい構成となっている。また、素子搭載基板３の側面１８から第２のレジスト層１４の表面に向かう前記傾斜面は、フィレット形状の傾斜面にしてもよい。
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。すなわち図４に示すように、内側端面１６は、透光性基板２側端部１９ｂと素子搭載基板３側端部１９ｃとが位置ずれしているフィレット形状であってもよい。図の例では、素子搭載基板３側端部１９ｃが透光性基板２側端部１９ｂに対してさらに内側に位置ずれしている。そして密封層５の内側端面１６において、厚み方向中央部側は外側へ向けて凹となる円弧状断面部１９とされている。図４では、円弧状断面部１９に接する仮想円１９ａを仮想線で示している。この仮想円１９ａの中心は密封層５の厚み方向の中心に対してわずかに透光性基板２側に位置ずれしている。
【００３７】
このような形状の内側端面１６であっても、接触角θ１，θ２は上記各実施形態と同様の角度範囲に設定されている。そしてこの構成においても、撮像素子パッケージ１Ａ、ひいては撮像装置の低背化を実現したうえで、密封層５と基板２，３の接触部分での結合強度を向上させることができる。他の構成及び作用効果は上記実施形態と同様である。
【００３８】
さらに、上記各実施形態では、密封層５の断面は、撮像領域側端面である内側端面１６全体をフィレット形状に形成した。しかしながら、内側端面１６全体をフィレット形状に形成せずとも、内側端面１６の一部をフィレット形状に形成しても、その分だけ密封層５と基板２，３の接触部分での結合強度を向上させることができる。
また、図５に示すように、第１の金属６を、その表面形状が素子搭載基板３側へ向けて凸となる円弧形状に形成してもよい。なおこの場合では、第１の金属６はそのほぼ全体（導電性接合部材４を除く部分）がレジスト層８で被覆され、保護されている。かかる構成のように、第１の金属６の表面形状を円弧形状として角部をなくすことにより、第１金属６の表面形状を保持し易く、角部の欠落もなくなるから、その分だけ塵芥の発生が抑えられ、信頼性の高い製品となる。
【００３９】
そして、第１の金属６は、円弧形状の頂点での厚みｔが３〜１０μｍ、好ましくは４〜８μｍに設定されていることが好適である。かかる構成によれば、第１の金属６を印刷によって形成しても第１の金属６の電気的接続性という点での信頼性を確保したうえで、しかも撮像素子パッケージ１Ａの薄型化の支障とならない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の撮像素子パッケージ及びこれを用いた撮像装置は、密封層の断面の撮像領域側端面である内側端面の少なくとも一部がフィレット形状に形成されていることで、低背化を実現したうえで、製品の信頼性を確保することができるという効果を有して、カメラ機能を備えた携帯電話機、デジタルカメラ、監視用カメラ、車載カメラ等のカメラモジュールの分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態を示す撮像素子パッケージの全体構成を示した断面図
【図２】同じく密封層のフィレット形状を示す拡大断面図
【図３】他の第２実施形態の密封層のフィレット形状を示す拡大断面図
【図４】他の第３実施形態の密封層のフィレット形状を示す拡大断面図
【図５】他の実施形態の第１の金属を示す拡大断面図
【符号の説明】
【００４２】
１  撮像装置
１Ａ  撮像素子パッケージ
２  透光性基板
３  素子搭載基板
４  導電性接合部材
５  密封層
６  第１の金属
１０  撮像素子
１１  撮像領域
１５  空洞
１６  内側端面
１９  円弧状断面部
１９ｂ  透光性基板側端部
１９ｃ  素子搭載基板側端部
θ１，θ２  接触角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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