(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子とレンズとが一体的に形成されたレンズ一体型固体撮像装置を製造する方法であって、
透明板または光学フィルタの一方の面に配線が設けられた透明基板における前記透明板または前記光学フィルタの他方の面を基準面として、固体撮像素子を、前記配線に対してバンプを用いてフェースダウン実装するようになっており、その実装に際して、該バンプの押圧加重によって、前記基準面に対する該固体撮像素子の位置を高精度で確保する実装工程と、
該実装工程にて前記固体撮像素子が実装された前記透明基板を金型内に配置して、前記透明板または前記光学フィルタの他方の面を基準面として該金型に固定し、その後に該金型内に樹脂を流し込んで、レンズを支持するための凹部を有するレンズホルダを前記透明板または前記光学フィルタの他方の面に対して一体成形する成形工程と、
該成形工程によって成形された前記レンズホルダーの凹部にレンズを固定するレンズ固定工程と、
を含むレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記実装工程において、超音波接続工法により前記固体撮像素子を前記バンプによってフェースダウン実装する請求項１に記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記成形工程において、前記レンズホルダと、前記個体撮像素子を収容するパッケージとが一体成形される請求項１に記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記成形工程において、前記透明板または前記光学フィルタの前記基準面となる他方の面を、真空吸着方法により吸着して前記金型内に固定する請求項１に記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記金型に樹脂を流し込む前に、前記金型内における樹脂充填空間と前記透明板または前記光学フィルタの他方の面との間にＯリングを挿入する工程を含む請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記実装工程の後であって前記成形工程の前に、前記透明基板に実装された前記固体撮像素子を樹脂で覆う工程を含む請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記実装工程の後であって前記成形工程の前に、外部に電気信号の入出力を行うためのリードを、前記透明基板に設けられた配線に取り付ける工程を含む請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記リードを取り付ける工程が、前記固体撮像素子を樹脂で覆う工程の後であって前記成形工程の前に行われる請求項７に記載のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズと固体撮像素子とが一体的に形成されたレンズ一体型撮像装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）に、従来のレンズ一体型固体撮像装置の概略構成を示す。この固体撮像装置の製造においては、まず、第１工程として、一般にパッケージと称される支持台１０１にダイボンド材を塗布した後、固体撮像素子１０２をダイボンド実装する。次に、第２工程として、パッケージ１０１に設置されたリード線１０３と固体撮像素子１０２の電気信号入出力端子とをワイヤーボンドにより接続する。その後、第３工程として、パッケージ１０１の円筒部１０４内に設けられた凹部１０５とレンズ１０６を支持する支持具１０７に設けられた突起部１０８とを係合させて、支持具１０７をパッケージ１０１に対して軸線方向に移動させ、次に軸線周りに回転させることにより、レンズ１０６がパッケージ１０１に装着される。さらに、レンズ１０６を支持する支持具１０７とパッケージ１０１との間にＯリング１０９を設けて気密性を高めてもよい。このようなレンズ一体型固体撮像装置は、例えば特開平１０−３０１００９号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レンズ一体型固体撮像装置は、光学レンズを通った光を固体撮像素子の受光面で受けて得られた画像を電気信号として出力する装置である。従って、良好な画像を得るためには、固体撮像素子の受光面に入射される光の光軸中心に角度的な傾きがあってはならない。
【０００４】
上述した従来技術では、図１８（ａ）に示すように、パッケージ１０１に固体撮像素子１０２をダイボンディングする際に、パッケージ１０１と固体撮像素子１０２をボンディングする必要がある。この平行度は、ダイボンドステージ（図示せず）に接する面、すなわちパッケージ１０１の底面（図１８（ｂ）中、Ｃ面）とボンディングツール（図示せず）の平行度、およびパッケージ１０１のボンディング面（図１８（ｂ）中、Ｂ面）に塗布されるダイボンド材１１０の塗布量や塗布位置に依存している。従って、実際の固体撮像素子１０２の受光面１１１（図１８（ｂ）中、Ａ面）と、パッケージ１０１のボンディング面（図１８（ｂ）中、Ｂ面）およびパッケージ１０１の底面（図１８（ｂ）中、Ｃ面）とを高精度で平行に配置することは非常に困難であった。さらに、レンズが取り付けられるパッケージの円筒部１０４の内壁面（図１８（ｃ）中、Ｄ面）と固体撮像素子１０２のボンディング面（図１８（ｃ）中、Ｂ面）との角度、およびレンズ支持具１０７の側面（図１８（ｄ）中、Ｅ面）とレンズ中心（高さ方向）１１２との角度は、各々少しずつではあるが、公差による傾きを含んでいる。これらが全て組合わさった場合、レンズ１０６を通った光の光軸中心１１３と固体撮像素子１０２の受光面１１１との角度（図１８（ｅ）中、Ｆ）に必ず傾きが発生してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、組み立てが容易で、光学レンズを通って固体撮像素子の受光面に入射される光の光軸中心の角度的な傾きを防いで良好な画像を得ることができるレンズ一体型固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子とレンズとが一体的に形成されたレンズ一体型固体撮像装置を製造する方法であって、透明板または光学フィルタの一方の面に配線が設けられた透明基板における前記透明板または前記光学フィルタの他方の面を基準面として、固体撮像素子を、前記配線に対してバンプを用いてフェースダウン実装するようになっており、その実装に際して、該バンプの押圧加重によって、前記基準面に対する該固体撮像素子の位置を高精度で確保する実装工程と、該実装工程にて前記固体撮像素子が実装された前記透明基板を金型内に配置して、前記透明板または前記光学フィルタの他方の面を基準面として該金型に固定し、その後に該金型内に樹脂を流し込んで、レンズを支持するための凹部を有するレンズホルダを前記透明板または前記光学フィルタの他方の面に対して一体成形する成形工程と、該成形工程によって成形された前記レンズホルダーの凹部にレンズを固定するレンズ固定工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【０００７】
上記方法によれば、透明基板または光学フィルタの一方の面（受光面）を基準面として他方の面に固体撮像素子の受光面を設置し、その透明基板または光学フィルタの一方の面（受光面）を基準面として形成したレンズホルダの凹部にレンズを落とし込んで固定することにより、容易に光軸中心の角度的な傾きを防ぐことが可能である。
【０００８】
前記実装工程において、超音波接続工法により前記固体撮像素子を前記バンプによってフェースダウン実装してもよい。
【０００９】
上記方法によれば、低温接続により高スループットを得ることが可能である。
【００１２】
前記成形工程において、前記レンズホルダと、前記個体撮像素子を収容するパッケージとが一体成形されてもよい。
【００１３】
上記方法によれば、レンズホルダとパッケージとを一括して成形することができるので、部品点数を少なくして、レンズ一体型固体撮像装置を低コストで作製することができる。
【００１４】
前記成形工程において、前記透明板または前記光学フィルタの前記基準面となる他方の面を、真空吸着方法により吸着して前記金型内に固定してもよい。
【００１５】
上記方法によれば、透明基板または光学フィルタを固定することができる。また、樹脂を流し込む前に真空度を測定することにより、真空度によって透明基板または光学フィルタの受光面の傾きを判断して成形不良を防ぐことができる。さらに、このときに設ける真空穴により、レンズホルダ内の光が通る中空部分を形成することができる。
【００１６】
前記金型に樹脂を流し込む前に、前記金型内における樹脂充填空間と前記透明板または前記光学フィルタの他方の面との間にＯリングを挿入する工程を含んでいてもよい。
【００１７】
上記方法によれば、真空穴を設けた場合に金型と透明基板または光学フィルタとの接触面が充分に取れなくても、金型と透明基板または光学フィルタとの間に樹脂が進入するのを防ぐことができる。
【００１８】
前記実装工程の後であって前記成形工程の前に、前記透明基板に実装された前記固体撮像素子を樹脂で覆う工程を含んでいてもよい。
【００１９】
上記方法によれば、後の工程で樹脂モールドする際に気密性を確保することができる。
【００２０】
前記実装工程の後であって前記成形工程の前に、外部に電気信号の入出力を行うためのリードを、前記透明基板に設けられた配線に取り付ける工程を含んでいてもよい。また、前記リードを取り付ける工程が、前記固体撮像素子を樹脂で覆う工程の後であって前記成形工程の前に行われてもよい。
【００２１】
上記方法によれば、希望する形状のリードを取り付けることにより、本発明のレンズ一体型固体撮像装置を他機器へ組み込む際に容易に実装することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００２３】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の一実施形態によって作製されるレンズ一体型固体撮像装置の概略構成を説明するための図である。このレンズ一体型固体撮像装置は、配線付き透明基板（または光学フィルタ）１の一方の面に固体撮像素子２がフェースダウン実装され、その周囲が熱硬化性樹脂３で覆われている。透明基板１の他方の面には樹脂モールドパッケージ兼レンズホルダ４が形成され、レンズホルダ４の凹部にレンズ５が取り付けられている。さらに、透明基板１の一方の面の端部には突起電極６が設けられ、外部に電気信号の入出力を行うためのリード７に接続されている。
【００２４】
このレンズ一体型固体撮像装置は、例えば以下のようにして作製することができる。
【００２５】
まず、図２に示すように、厚み０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度のガラス等からなる透明板または光学フィルタ１ａ上に、固体撮像素子の受光領域を除く部分にＣＶＤ法やスパッタリング法等によりＳｉＯ2等からなる絶縁膜１ｂを形成し、その上にＡｌ等の金属材料をスパッタリング法により成膜および加工して配線１ｃを形成する。この透明板または光学フィルタ１ａ上には、後述するリードフレームへの接続のために突起電極１ｄを設ける。この突起電極１ｄとしては、メッキにより形成したＡｕメッキバンプおよびＡｕワイヤによるＡｕバンプのいずれを用いてもよい。
【００２６】
次に、図３に示すように、固体撮像素子２の外周に電気信号の入出力を行うために設けた外部入出力端子２ａに、Ａｕワイヤバンプをボンディングして突起電極２ｂを形成する。このときに形成されるＡｕワイヤバンプは、固体撮像素子２を配線付き透明基板に接合する際に塑性変形させるため、固体撮像素子２の受光面８に設けられているマイクロレンズ（図示せず）よりも高い高さ（２０μｍ〜３０μｍ）で形成する。
【００２７】
次に、図４（ａ）に示すように、透明基板１に形成された配線に固体撮像素子２を実装する。この実装は、固体撮像素子２の受光面８が透明基板１の配線形成面に対して向かい合わせになるように配置（フェースダウン）し、固体撮像素子２の突起電極と透明基板１の配線とを合金接合する。このとき、超音波接続工法を用いることにより、低温接続で高スループットを得ることができる。例えば、透明基板１側の配線を拡散係数の高いアルミニウムで形成することにより、最大でも１２０℃程度の低温で容易に接合が可能であり、さらに、超音波を印加するだけで合金が形成されて接合が完了することから、高スループットを得ることができる。また、透明基板の平行度（図４（ｂ）中、Ｈ面およびＧ面）が出ていなくても、ボンディングステージとボンディングツール（図示せず）に平行度が出ていれば、超音波印加の際にかけられる１バンプあたり５０ｇ〜１００ｇの押圧加重によって、前工程で形成されたバンプ（突起電極２）が変形し（図４（ｂ）中、ＪとＪ’およびＫとＫ’）し、その結果、ボンディングステージに接触している面、すなわち透明基板１の受光面９（図４（ｂ）中、Ｈ面）と固体撮像素子２の受光面８（図４（ｂ）中、Ｉ面）の平行度が高精度で確保されることになる。
【００２８】
次に、図５に示すように、固体撮像素子の側面および裏面に熱硬化性樹脂３を塗布し、加熱して樹脂を硬化する。固体撮像素子の外周に熱硬化性樹脂３を塗布する理由は、後工程で樹脂モールドする際の気密性を確保するためである。熱硬化性樹脂として、２００Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ・ｓ程度の高粘度でチキソ性を有するものを用いることにより、固体撮像素子と透明基板との隙間に回り込む樹脂量を制御することができる。
【００２９】
次に、外部に電気信号を入出力するためのリードの接続を行う。図６に示すように、マトリクス状に配置されたインナーリードがタイバで接続されたリードフレーム１０を用意する。このリードフレーム１０は、厚さ８０μｍ〜１３０μｍ程度であり、Ｃｕを主材料として、上記突起電極１ｄが触れる部分にのみＰｄを下地としたＡｕメッキやＮｉを下地としたＡｇメッキを行っておく。本実施形態では、リードフレーム１０と固体撮像素子実装済みの透明基板１との接続を超音波接続工法により行うため、ＡｕやＡｇメッキの厚みをボンディングメッキとして使用できる程度の厚み（１μｍ程度）にしておく。実際の接続は、図７に示すように、透明基板１を固体撮像素子２の受光面８が上向きになるように（フェースアップ）すると、突起電極１ｄが下向きになるので、この突起電極１ｄとリードフレーム１０のＡｕまたはＡｇメッキされた部分とを接触させて押圧加重をかけながら超音波を印加して接合する。ここで超音波接続工法を用いることにより、接合プロセスを統一することができるので、生産設備の投資を抑えることができる。
【００３０】
次に、前の工程で固体撮像素子実装済みの透明基板１を実装したリードフレームを上金型と下金型で挟み込み、その中に熱硬化性樹脂を流し込むことにより、レンズホルダとパッケージを一体成形する。図８に示すようにリードフレーム１０に設けた位置決め穴１０ａと、図９に示すように下金型１１に設けた位置決めピン１１ａとをはめ合わせることにより、金型内のリードフレームの位置を決めることができる。さらに、図９に示すように下金型１１に真空穴１１ｂを設けて、リードフレーム１０を設置した後、１つ当たり２０ｋＰｓ程度の真空引きを行って透明基板１の受光面９（図９中、Ｈ面）を吸着することにより透明基板１を固定すると共に、レンズホルダ内の光が通る中空部分を形成する。さらに、樹脂を流し込む前に真空度を測定することにより、真空度によってリードフレームに実装された固体撮像素子実装済みの透明基板の状態を判断することができる。例えば真空度が上がらない場合には、リードフレームに実装された固体撮像素子実装済みの透明基板の受光面（図９中、Ｈ面）が傾いていると判断することができるので、成形不良を防止することも可能となる。なお、透明基板１と金型との接触面が充分に取れない場合には、図１０に示すように、樹脂充填空間１３に樹脂を流し込んだときに樹脂が透明基板１と金型との間に流れ込むおそれがある。このような場合には、図１１に示すように、樹脂充填空間１３の周囲にＯリング１４を挿入することにより、樹脂が進入を防ぐことができる。このＯリング１４は成形品内に残るため、リードフレームを下金型に設置する前に、樹脂モールド部分毎に挿入させる。
【００３１】
次に、図１２（ａ）に示すように、レンズホルダとパッケージとが一括成形されたリードフレームからフレームカットして個々のパッケージに切り分けた後、図１２（ｂ）に示すように、パッケージ外周にはみ出たリード部分（フレームカット部分１０ｂ）をベンドして曲げる。
【００３２】
その後、図１３に示すように、レンズホルダ４の中空部に設けた凹部４ａにレンズ５を落とし込んで取り付ける。レンズの固定方法としては、例えば図１４（ａ）に示すようにレンズホルダ４の凹部内にＵ溝４ｂを設け、このＵ溝４ｂに接着剤１５を流してレンズ５を固定する方法や、図１４（ｂ）に示すようにテーパ１６ａを有する蓋１６を被せてレンズ５を押圧し、接着剤１５により固定する方法、図１４（ｃ）に示すようにレンズホルダ４にオネジ４ｃを形成し、メネジ１７ａを形成したキャップ１７をねじ込むことにより固定する方法等が上げられる。これらの方法は全て、レンズ５とレンズホルダ４が接する面（図１５中、Ｏ面）を基準面としてレンズが取り付けられているものであり、この基準を確保できるレンズ固定方法であれば、どのような方法でもよい。
【００３３】
以上が本発明のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法の基本的な例であるが、本製造方法によれば、透明基板１または光学フィルタの受光面（図１５中、Ｈ面）を全ての基準として、固体撮像素子２の受光面（図１５中、Ｉ面）を設置し、さらに、レンズホルダ４の凹部（図１５中、Ｏ面およびＬ面）を形成することから、レンズ５をレンズホルダ４の凹部に落とし込み、接触面（図１５中、Ｎ面およびＭ面）を固定することにより、簡単に光軸中心の角度（図１５中、Ｐ角）にズレが無い構造を得ることができる。さらに、リードフレームの形状を変えることにより、図１６（ａ）のようなＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｇｕｌｌ−ＷｉｎｇＬｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの形状から、図１６（ｂ）のようなＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）タイプの形状や図１６（ｃ）のようなＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ−Ｌｅａｄｅｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの形状等、様々な形状に対応することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、使用部品点数が少なく、簡単で生産性の高い製造プロセスにより、光軸中心の角度的な傾きを防ぐことができる。よって、今後益々小型化および薄型化する傾向にある固体撮像装置を組み込んだ製品に対して、高品位でより安価なレンズ一体型固体撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態によって作製されるレンズ一体型固体撮像装置の概略構成を説明するための斜視図であり、（ｃ）はその断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図であり、（ｂ）は透明基板の受光面と固体撮像素子の受光面の平行度が確保されることを説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態において用いられるリードフレームの形状を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施形態においてリードフレームに設けられる位置決め穴を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態において想定される樹脂の進入を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための斜視図である。
【図１３】本発明の一実施形態であるレンズ一体型固体撮像装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は本発明におけるレンズ固定方法の例を説明するための断面図である。
【図１５】本発明のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法により、光軸中心の角度の傾きを防げることについて説明するための断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は本発明により作製されるレンズ一体型固体撮像装置の形状の例を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は従来のレンズ一体型固体撮像装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｅ）は、従来のレンズ一体型固体撮像装置の製造方法における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１  透明基板
１ａ  ガラス等からなる透明板または光学フィルタ
１ｂ  絶縁膜
１ｃ  配線
１ｄ、２ｂ  突起電極
２  固体撮像素子
２ａ  外部入出力端子
３  熱硬化性樹脂
４  樹脂モールドパッケージ兼レンズホルダ
４ａ  レンズホルダの凹部
４ｂ  Ｕ溝
４ｃ  オネジ
５  レンズ
６  突起電極
７  リード
８  固体撮像素子の受光面
９  透明基板の受光面
１０  リードフレーム
１０ａ  位置決め穴
１０ｂ  フレームカット部分
１１  下金型
１１ａ  位置決めピン
１１ｂ  真空穴
１２  上金型
１３  樹脂充填空間
１４  Ｏリング
１５  接着剤
１６  蓋
１６ａ  テーパ
１７  キャップ
１７ａ  メネジ
１０１  支持台（パッケージ）
１０２  固体撮像素子
１０３  リード線
１０４  の円筒部
１０５  凹部
１０６  レンズ
１０７  支持具
１０８  突起部
１０９  Ｏリング
１１０  ダイボンド材
１１１  固体撮像素子の受光面
１１２  レンズ中心（高さ方向）
１１３  光軸中心
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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