(57)【要約】【課題】透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填する構造の光学デバイスにおいて、熱応力による凹型パッケージと遮光樹脂の界面の剥離を防止する。【解決手段】光学デバイス１は、上面に受光部１０を有する光学素子９と、受光部１０を覆うように光学素子９の上面に積層される透明部材１４と、底壁３、底壁３の外縁部から突出する側壁４、及び底壁３を貫通する貫通孔８を有し、底壁３と側壁４とで区画される領域に光学素子９及び透明部材１４を収納する函体２と、函体２の底壁３と側壁４とで区画される領域、及び貫通孔８の内部に充填される封止部材１６とを備える。函体２の底壁３は、光学素子９を保持する中央領域と、中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、貫通孔８は、周辺領域に形成される。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に受光部を有する光学素子と、
前記受光部を覆うように前記光学素子の上面に積層される透明部材と、
底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記光学素子及び前記透明部材を収納する函体と、
前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記光学素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備え、
前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されており、
前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される
光学デバイス。
【請求項２】
前記封止部材は、遮光性を有する材料で形成されている
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記貫通孔は、さらに前記底壁の中央領域にも形成される
請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記側壁の下方にまで延在する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
上面に受光部を有する固体撮像素子と、
前記受光部を覆うように前記固体撮像素子の上面に積層される透明部材と、
底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記固体撮像素子及び前記透明部材を収納する函体と、
前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記固体撮像素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備え、
前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されており、
前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される
固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学デバイスの製造方法であって、
前記函体の底壁に前記透明部材が積層された前記光学素子の下面を固着するステップと、
前記底壁の下面から前記貫通孔を封止するステップと、
前記函体の底壁と側壁とで区画される領域に前記封止部材を充填するステップとを含む
光学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関し、特に耐湿性等の信頼性を確保するため、及び不要な入射光および反射光の受光部への進入を防止するための封止部材の剥離防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化はますます加速しており、電子機器に使用される光学デバイスも例外ではなく、ますますの小型化が必要とされている。このため、従来の光学デバイスでは、凹形状のパッケージ（容器）に光学素子を収納し、保護ガラス等（以下、透明部材という）によって開口を封じる構造であった。これに対し、光学素子の上に透明部材を直接固着する構造の光学デバイスが開発され、更なる小型化、薄型化が図られている。
【０００３】
しかし、光学素子の上に透明部材を直接固着する構造では、透明部材の端面（外周面）と光学素子の受光部との距離が短くなる。このため、透明部材の端面から不要な入射光が受光部に進入しやすくなり、その影響によるフレアーやゴースト等の画像不良が発生していた。
【０００４】
そこで、透明部材の端面の外側からの入射光の進入を防止するべく、透明部材の端面に遮光層を形成する構造や、光学素子の受光部に対して透明部材のサイズを大きくする構造が提案されている。また、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージの内側面にダイアタッチ部より高い段差部を設ける。そして、その部分に形成した金メッキ等からなるワイヤボンドパッドと光学素子のパッドをＡｕ線等で電気的に接続する構造も知られている。そして、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填し、その遮光樹脂で透明部材の端面を全面覆うことで、端面からの不要な入射光の進入を防止する技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージ内に収納し、凹型パッケージ内に充填する遮光樹脂で透明部材の端面の全面を覆う方法では、凹型パッケージに対して遮光樹脂の線膨張係数が大きいため、実装基板へのリフロー実装等の高温時に、凹型パッケージの開口の方向に遮光樹脂の応力が集中する。即ち、下から上方向の応力が集中するため、凹型パッケージと遮光樹脂の密着力が弱い部分、具体的には、凹型パッケージのワイヤボンドパッドである金メッキ部分と遮光樹脂との界面で剥離が発生していた。また、その部分で剥離が発生すると、ワイヤボンドのワイヤが遮光樹脂に引っ張られることになり、ワイヤが断線し電気的不良となる課題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填する構造の光学デバイスにおいて、熱応力による凹型パッケージと遮光樹脂の界面の剥離を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光学デバイスは、上面に受光部を有する光学素子と、前記受光部を覆うように前記光学素子の上面に積層される透明部材と、底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記光学素子及び前記透明部材を収納する函体と、前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記光学素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備える。前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される。
【０００９】
上記構成のように、函体の底壁に設けた貫通孔にも封止部材を充填したことにより、函体と封止部材との線膨張係数の違いに起因する応力が上下方向に分散される。その結果、封止部材の界面（特に電極部との界面）における剥離を有効に防止することができる。なお、函体の底壁に形成する貫通孔は、形状を限定することなく、面積が広ければ広い程、封止部材の応力分散の効果がある。そこで、強度、パッケージの寸法等から、最適な形状、大きさ、個数などを決定すれば良い。また、貫通孔を底壁の周辺領域に形成することにより、函体に光学素子を固着した後に封止部材を充填することができる。
【００１０】
また、前記封止部材は、遮光性を有する材料で形成されていてもよい。これにより、透明部材の端面への入射光を遮断することができる。一方、耐湿性や耐食性の向上を目的として封止部材を充填する場合には、透明樹脂を使用してもよい。
【００１１】
また、前記貫通孔は、さらに前記底壁の中央領域にも形成されていてもよい。さらに、前記貫通孔は、前記側壁の下方にまで延在していてもよい。これにより、貫通孔の総面積が大幅に増加するので、封止部材の応力をさらに分散させることができる。
【００１２】
本発明に係る固体撮像素子は、上面に受光部を有する固体撮像素子と、前記受光部を覆うように前記固体撮像素子の上面に積層される透明部材と、底壁、前記底壁の外縁部から突出する側壁、及び前記底壁を貫通する貫通孔を有し、前記底壁と前記側壁とで区画される領域に前記固体撮像素子及び前記透明部材を収納する函体と、前記函体の前記底壁と前記側壁とで区画される領域に充填され、前記固体撮像素子、前記透明部材、及び前記函体の間の空間を封止すると共に、前記貫通孔の内部に充填される封止部材とを備える。前記函体の底壁は、前記光学素子を保持する中央領域と、前記中央領域の外側に形成される周辺領域とに区分されている。そして、前記貫通孔は、前記周辺領域に形成される。
【００１３】
本発明に係る光学デバイスの製造方法は、上記に記載の光学デバイスを製造する方法である。具体的には、前記函体の底壁に前記透明部材が積層された前記光学素子の下面を固着するステップと、前記底壁の下面から前記貫通孔を封止するステップと、前記函体の底壁と側壁とで区画される領域に前記封止部材を充填するステップとを含む。これにより、封止部材を充填する際に、貫通孔から封止部材が漏れ出すのを有効に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、透明部材を直接固着した光学素子を凹型パッケージの底部に固着して収納し、凹型パッケージ内に遮光樹脂を充填する構造の光学デバイスにおいて、筐体の底壁に設けた貫通孔の内部にも封止部材を充填した。これにより、リフロー実装等で熱が加わり、パッケージと遮光樹脂の線膨張係数の違いが大きい場合においても、パッケージと遮光樹脂との界面の剥離を防止することができ、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る光学デバイスの平面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る光学デバイスの断面図である。
【図２】貫通孔の形状の一例を示す図である。
【図３】貫通孔の形状の他の例を示す図である。
【図４】貫通孔の面積の拡大させる例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の製造方法を示す図であって、貫通孔を封止した状態を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の製造方法を示す図であって、函体内に封止部材を充填した状態を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の製造方法を示す図であって、貫通孔の封止を解除した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１Ａは本発明の第１実施形態の光学デバイスの平面図であり、図１Ｂは同光学デバイスの図１ＡにおけるＩＢ―ＩＢ線に沿う断面図である。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、光学デバイス１は、函体（光学素子支持体）２と、光学素子９と、透明部材１４と、封止部材１６とを主に備える。この光学デバイス１は、典型的には固体撮像装置である。
【００１９】
函体２は、矩形形状（長方形状）の底壁３と、底壁３の外縁部から上方に突出する側壁４とで構成される凹形状の部材である。この函体２は、底壁３と側壁４とで区画される領域に光学素子９及び透明部材１４を収納する。また、函体２は、側壁４の内側に露出する内部電極５と、底壁３の外側（下側）に露出する外部電極６とで構成されるリード部７を有する。このリード部７の表面は、金（Ａｕ）等でメッキが施されている。
【００２０】
さらに、函体２の底壁３には、底壁３を厚み方向（図１Ｂの上下方向）に貫通する複数の貫通孔８が形成されている。なお、函体２の底壁３は、中央領域３ａと周辺領域３ｂとに区分されている。中央領域３ａは、底壁３の光学素子９が配置されている領域を指す。周辺領域は、光学素子９が配置されている領域の外側（周囲）を指す。そして、第１実施形態における貫通孔８は、底壁３の周辺領域３ｂ、より具体的には、長方形状の底壁３の短辺に沿って形成された矩形形状の長孔である。
【００２１】
光学素子９は、上面の中央部に形成されている受光部１０と、上面の外縁部に形成されている複数の電極部１１とを備える。電極部１１は、受光部１０と電気的に接続されていると共に、ワイヤ１２を介して函体２の内部電極５に電気的に接続されている。この光学素子９は、例えば、イメージセンサ（固体撮像素子）である。つまり、受光部１０には、各画素に対応する複数のフォトダイオードがマトリックス状に配置されている。
【００２２】
また、光学素子９は、ＤＢ材１３によって函体２の底壁３に固着されている。より具体的には、光学素子９は、底壁３の中央領域３ａに固着されている。すなわち、第１実施形態における貫通孔８は、光学素子９が配置されている領域から外れた領域に形成されていることになる。言い換えれば、貫通孔８と光学素子９とは、底壁３に垂直な方向（図１Ｂの上方向）から光学デバイス１を見た場合に、互いに重なり合わない位置関係で配置されている。
【００２３】
透明部材１４は、光学素子９より小さく、且つ受光部１０より大きい概ね矩形平板形状の部材であって、受光部１０を覆うように光学素子９の上面に積層される。透明部材１４の材料としては、ガラスやＩＲカットフィルター、光学ローパスフィルターなどがあるが、一般的にはガラスが用いられる。この透明部材１４は、上面が露出しており、下面が樹脂接着剤１５によって光学素子９の上面に固着されている。樹脂接着剤１５としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の透明樹脂材料が用いられる。
【００２４】
封止部材１６は、函体２の内部に充填されて、光学素子９、透明部材１４、及び函体２の間の空間を封止すると共に、貫通孔８の内部にも充填されている。つまり、封止部材１６は、函体２の内壁面、内部電極５の表面、貫通孔８の内壁面、光学素子９及び透明部材１４の表面と接している（界面が形成される）。
【００２５】
この封止部材１６は、透明部材１４の端面から光が入射するのを阻止する目的で充填する場合には、遮光性を有する材料で形成するのが望ましい。一方、内部電極５の耐湿性や耐食性の向上等、光学デバイス１の信頼性を向上させる目的で充填する場合には、透明樹脂材料であってもよい。透明樹脂材料の具体例としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。
【００２６】
ここで、一般的に樹脂等で形成される封止部材１６は、セラミック等で形成される函体２と比較して線膨張係数が大きい。しかしながら、凹形状の函体２の底壁３に形成された貫通孔８に封止部材１６を充填したことにより、実装基板へのリフロー実装等の高温時においても、封止部材１６の応力が開口がある上方向のみに集中することなく、貫通孔８がある下方向にもかかる。その結果、上方向にかかる応力が分散・緩和されることになり、
封止部材１６と凹形状の函体２との剥離を防止することができる。
【００２７】
特に、内部電極５の金メッキ部分と封止部材１６との密着力は、他の部分と比較して弱い。また、内部電極５と封止部材１６との界面で剥離が発生すると、ワイヤ１２がはずれて接続不良を生じる恐れがある。光学素子９の電極部１１についても同様である。そこで、上記の構成を採用して界面での剥離を防止することにより、接続不良の発生を有効に防止することができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、貫通孔８が内部電極５と電極部１１との間の領域、つまり、ワイヤ１２の下方の領域に設けられている。これにより、内部電極５と封止部材１６との界面、及び電極部１１と封止部材１６との界面における剥離をさらに有効に防止することができる。
【００２９】
なお、貫通孔８の位置及び形状は、例えば、丸形状、四角形状、溝形状等、形、面積、個数、を限定することなく、個別のデザインに最適な形状とすればよい。ただし、面積が広いほうが、封止部材１６の応力を分散することができる。
【００３０】
図２〜図４を参照して、函体２の底壁３に設けられた貫通孔の他の例を説明する。なお、図１と共通する構成要素には同一の参照番号を付し、説明は省略する。
【００３１】
まず、図２に示される光学デバイス１においては、円形状の貫通孔２１、２２が函体２の底壁３の複数個所に形成されている。なお、本実施形態においては、底壁３の短辺側の周辺領域３ｂの幅が長辺側よりも広いので、短辺に沿って設けられる貫通孔２１の直径が、長辺に沿って設けられる貫通孔２２よりも大きくなっている。また、短辺側の複数の貫通孔２１は、等間隔に配置されている。長辺側の複数の貫通孔２２についても同様である。
【００３２】
次に、図３に示される光学デバイス１においては、底壁３の周辺領域３ｂに沿って連続する溝形状の貫通孔２３が形成されている。なお、本実施形態では、貫通孔２３によって底壁３の中央領域３ａと周辺領域３ｂとが分離されているので、両者を封止部材１６で連結している。又は、貫通孔２３の一部に、底壁３の中央領域３ａと周辺領域３ｂとを連結する連結部（図示省略）を設けてもよい。
【００３３】
次に、図４に示される光学デバイス１においては、貫通孔２４が、底壁３の周辺領域３ｂだけでなく、中央領域３ａ及び側壁４の下方にまで延在している。このように、光学素子９の下方（つまり、中央領域３ａ）及び側壁４の下方にまで貫通孔２４を設けることにより、貫通孔２４の総面積（全ての貫通孔２４の面積の合計）が増大する。その結果、封止部材１６の応力をより効果的に分散させることができる。
【００３４】
なお、中央領域３ａ及び側壁４の下方に貫通孔２４を設ける場合でも、その上面側開口部の一部が周辺領域３ｂに位置するようにするのが望ましい。これにより、後述するように、光学素子９を函体２の底壁３に固着した後に、貫通孔２４の内部に封止部材１６を充填することができる。
【００３５】
本発明の光学デバイス１の製造方法を図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。
【００３６】
まず、図５Ａに示されるように、凹形状の函体２の底壁３に光学素子９を固着する。具体的には、予め透明部材１４を受光部１０を覆うように光学素子９の上面に固着しておく。そして、この光学素子９の下面をＤＢ材１３で底壁３の中央領域３ａに固着する。また、リード部７の内部電極５と光学素子９の電極部１１とをワイヤ１２で接続する。
【００３７】
さらに、この段階で、函体２の底壁３に形成された貫通孔８を底壁３の下面から封止しておく。具体的には、予め樹脂止めテープ１７を函体２の裏面に貫通孔８を塞ぐように貼り付けておく。この工程は、光学素子９を函体２に固着する前であってもよいし、後であってもよい。
【００３８】
次に、図５Ｂに示されるように、図５Ａの状態の光学デバイス１において、凹形状の函体２に樹脂充填ノズル１８を用いて封止部材１６を充填する。封止部材１６の充填が完了したら、熱を加えて封止部材１６を硬化させる。
【００３９】
この時、函体２の裏面に樹脂止めテープ１７が貼り付けてあるため、貫通孔８から封止部材１６がはみ出すことはない。また、貫通孔８を周辺領域３ｂに設けたことにより、貫通孔８の上面側開口部が光学素子９で封鎖されない（開放されている）ので、１回の充填工程で貫通孔８にも封止部材１６を充填することができる。
【００４０】
次に、図５Ｃに示されるように、封止部材１６を熱硬化にて硬化させた後、樹脂止めテープ１７を剥がし取る。これにより、本発明の光学デバイス１を得ることができる。なお、図５Ａの工程で貫通孔８を底壁３の下面から封止する方法は、樹脂止めテープ１７に限定されないが、図５Ｃの工程で簡単に取り外せる（封止を解除できる）ものが望ましい。
【００４１】
以上の工程により、凹形状の函体２内に封止部材１６を充填する際、貫通孔８を通じて封止部材１６がはみ出すのを防止することができる。
【００４２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の光学デバイスは、小型化したパッケージにおいても、光学的に高品質及び、高信頼性を確保することができるので、特に小型の電子機器に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１                            光学デバイス
２                            函体
３                            底壁
３ａ                          中央領域
３ｂ                          周辺領域
４                            側壁
５                            内部電極
６                            外部電極
７                            リード部
８，２１，２２，２３，２４    貫通孔
９                            光学素子
１０                          受光部
１１                          電極部
１２                          ワイヤ
１３                          ＤＢ材
１４                          透明部材
１５                          樹脂接着剤
１６                          封止部材
１７                          樹脂止めテープ
１８                          樹脂充填ノズル
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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