(57)【要約】  半導体素子パッケージおよびその製造方法が提供される。半導体素子パッケージは大体少なくとも一つの半導体ダイおよび半導体ダイに結合された基板を含む。半導体ダイには密閉領域を定義する前面側および該前面側上に形成された第１ソルダ密閉リングパッドが提供される。基板には第２ソルダ密閉リングパッドが形成された半導体ダイの前面側に対向する前面表面が提供される。ソルダ密閉リング構造は密閉領域の実質的な部分の周囲から周辺に延長され、半導体ダイと基板との間でそこの空洞を実質的に囲むように基板および半導体ダイの第１および第２ソルダ密閉パッドの間に介在される。ソルダ密閉リング構造は基板と半導体ダイのうち少なくとも一つに対して空洞と開放通風される空気通路を定義する少なくとも一つの通路部分を含む。【選択図】図６ｂ
2008519463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）密閉領域を定義する前面側を有し、該前面側に第１ソルダ密閉リングパッドを形成した少なくとも一つの半導体ダイ;
（ｂ）該半導体ダイに結合される基板であり、前記半導体ダイの前記前面側に対向する前面表面を有し、該前面表面上に第２ソルダ密閉リングパッドを形成した基板;および
（ｃ）該基板および前記半導体ダイの前記第１および第２ソルダ密閉パッドの間に介在されたソルダ密閉リング構造であり、前記密閉領域の実質的な部分の周囲から周辺に延長され、前記半導体ダイと前記基板との間で実質的にそこの空洞を囲んで、前記基板および半導体ダイのうち少なくとも一つに対して前記空洞と開放疎通される空気通路を定義する少なくとも一つの通路部分を含むソルダ密閉リング構造を含むことを特徴とする半導体素子パッケージ。
【請求項２】
前記空気通路を実質的に遮断するように配置されたポリマー密閉構造をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項３】
前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち少なくとも一つは実質的に前記空洞の周囲から延長されて前記空気通路で終結される開ループ外形（open loop contour）を定義することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項４】
前記第１および第２ソルダ密閉パッドの夫々は少なくとも互いに離隔された主および副ライン要素を含んで、前記主ライン要素は実質的に前記空洞の周囲から延長されて前記空気通路で終結される開ループ外形を定義し、前記副ライン要素は前記空気通路に隣接し、それを横切って投射（project）するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項５】
前記副ライン要素は前記空洞の外側に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項６】
前記副ライン要素は前記空洞の内側に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項７】
前記開ループ外形は前記空洞と前記空気通路との間に延長される長い（elongate）チャンネルを定義するように互いに離隔されて配置された重複する(overlapping)一対の端子端部を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項８】
前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち他の一つは実質的に前記空洞の周囲から延長されて前記空気通路を横切る閉ループ外形を定義することを特徴とする請求項３に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項９】
前記第１および第２ソルダ密閉パッドの夫々は少なくとも互いに離隔された主および副ライン要素を含んで、前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち一つの前記主ライン要素は前記開ループ外形を定義し、前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち一つの前記副ライン要素は前記空気通路に隣接し、それを横切って投射するように配置されたことを特徴とする請求項８に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項１０】
前記半導体ダイはイメージセンサーを含んで、前記密閉領域はイメージ感知領域を形成し、前記基板は所定波長範囲内の光に対して実質的に透明な材質から形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項１１】
前記基板は前記所定波長範囲内の光の透過率を変化させるために少なくとも一表面に形成された薄膜コーティングを含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項１２】
（ａ）複数の電気端子、およびこれら電気端子に電気的に接続された複数のフリップチップソルダバンプパッドを有する半導体ダイであり、密閉領域を定義する前面側を有し、該前面側の前記密閉領域の周囲に所定の外形を有する第１ソルダ密閉リングパッドを形成した半導体ダイ;
（ｂ）該半導体ダイに結合された基板であり、前面表面を有し、少なくとも一つのパターニングされた金属層、該パターニングされた金属層上に形成された少なくとも一つのパッシベーション層、前記半導体ダイの前記フリップチップバンプパッドに結合するために前記パターニングされた金属およびパッシベーション層によって定義された複数のフリップチップソルダバンプパッド、および前記第１ソルダ密閉リングパッドと実質的に整列されて前記前面表面上に形成された第２ソルダ密閉リングパッドを有する基板;
（ｃ）前記半導体ダイおよび基板の前記フリップチップソルダバンプパッドを接続する複数のフリップチップソルダ接合;および
（ｄ）前記基板および半導体ダイの前記第１および第２ソルダ密閉リングパッドの間に介在されたソルダ密閉リング構造であり、前記密閉領域の実質的な部分の周囲から周辺に延長され、前記半導体ダイと前記基板との間で実質的にそこの空洞を囲んで、該空洞と開放疎通される空気通路を定義する少なくとも一つの不連続部分を含むソルダ密閉リング構造を含むことを特徴とする半導体素子パッケージ。
【請求項１３】
前記空気通路を実質的に遮断するように配置されたポリマー密閉構造をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項１４】
前記第１および第２ソルダ密閉パッドの夫々は少なくとも互いに離隔された主および副ライン要素を含んで、前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち少なくとも一つの前記主ライン要素は実質的に前記空洞の周囲から延長されて前記空気通路で終結される開ループ外形を定義し、前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち前記一つの前記副ライン要素は前記空気通路に隣接し、それを横切って投射するように配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項１５】
前記第１および第２ソルダ密閉パッドのうち少なくとも一つは実質的に前記空洞の周囲から延長されて前記空気通路で終結される開ループ外形で形成され、該開ループ外形は前記空洞と前記空気通路との間に延長される長いチャンネルを定義するように互いに離隔されて配置された重複する一対の端子端部を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子パッケージ。
【請求項１６】
（ａ）その前面側に定義された密閉領域を有する半導体ダイを樹立する段階;
（ｂ）前面表面を有する基板を樹立する段階;
（ｃ）第１および第２ソルダ密閉リングパッドは実質的に互いに対して整列され、前記第１および第２ソルダ密閉リングパッドのうち少なくとも一つは開ループ外形を定義するように、前記それぞれの半導体ダイおよび基板上に前記第１および第２ソルダ密閉リングパッドを形成する段階;および
（ｄ）ソルダ密閉リング構造は前記密閉領域の実質的な部分の周囲から周辺に延長され、前記半導体ダイと前記基板との間で実質的にそこの空洞を囲んで、前記基板および半導体ダイのうち少なくとも一つに対して前記空洞と開放疎通される空気通路を定義する少なくとも一つの通路部分を含むように、前記基板および半導体ダイの前記第１および第２ソルダ密閉パッドの間に介在されたソルダ密閉リング構造を形成するように前記基板上に前記半導体ダイをフリップチップ装着する段階を含むことを特徴とする半導体素子のパッケージ製造方法。
【請求項１７】
前記段階（ｄ）の前に、
（１）前記半導体ダイ上に形成された各電気端子および前記各ソルダ密閉リングパッドを接続する複数のフリップチップソルダバンプパッドを形成する段階;
（２）前記フリップチップソルダバンプパッドおよび前記半導体ダイ上の前記第１および第２ソルダ密閉リングパッドのうち一つ上に複数のソルダバンプを形成する段階;
（３）前記基板上に少なくとも一つのパターニングされた金属層を形成する段階;および
（４）前記基板の前記パターニングされた金属層上に少なくとも一つのパターニングされたパッシベーション層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子のパッケージ製造方法。
【請求項１８】
前記段階（ｄ）は、
前記半導体ダイ上の前記フリップチップソルダバンプパッドを前記パターニングされた金属層およびパッシベーション層によって前記基板上に定義されたそれぞれのフリップチップバンプパッドに接続させるために複数のフリップチップソルダ接合を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子のパッケージ製造方法。
【請求項１９】
前記半導体ダイと前記空気通路に隣接した前記基板の間に前記空気通路を実質的に遮断するポリマー密閉構造を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子のパッケージ製造方法。
【請求項２０】
前記段階（ｄ）の前に、前記基板上に複数のソルダボールを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子のパッケージ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広範囲には半導体集積回路の電子パッケージングに関する。具体的に、本発明は、イメージ感知半導体素子の電子パッケージングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサー（またはイメージ感知半導体素子）は多様なデジタル写真アプリケーションで広範囲な用途を有する。これらはデジタルカメラおよびビデオカメラに使われて、１９９９年ごろ各製造社がセルラー電話装置に統合した以来、その市場は急激に成長している。
【０００３】
図１に示すように、イメージセンサーダイ２はその中央のイメージ感知領域（４;いわゆる「ピクセル領域」）、および電気的な入力および出力のためのその周辺領域の周囲の電気端子（６;いわゆる「接続パッド」を含む。通常、イメージ感知領域４は光を電気信号に変換する機能を行い、下部に配置された複数の光ダイオードを含む。入射光の色を区別するために光ダイオード上に赤色、緑色および青色の色相フィルターが配置される。また、色相フィルター上には、光ダイオードを通過する光強度を改善するためにマイクロレンズが配置される。図１に概略的に図示されたイメージセンサーダイの構成においては、簡明のためにイメージ感知領域４および端子６のみが図示されている。
【０００４】
一般に、半導体素子は保護のために素子を完全にかばうエポキシモルディン混合物を有する、いわゆる「プラスチックパッケージ」の内部にパッケージングされてきた。しかし、イメージセンサーの場合には、光がイメージ感知領域を通過しなければならない。したがって、そのようなプラスチックパッケージは、一般に、イメージセンサー用電子パッケージとしては適切ではない。
【０００５】
ガラス上部カバー（glass lid top）を有するセラミックパッケージがイメージセンサーパッケージングに利用されてきた。そのようなパッケージに対しては図２に概略断面図として図示されている。図面に示すように、このセラミックパッケージ１０は多層セラミック基板１４およびエポキシなどを利用し、前記基板の中央部に付着されたイメージセンサーチップ１２を含む。金配線（gold wire）がイメージセンサーチップと基板とを接続する。ガラスカバー１６はパッケージの上部に付着され、光がイメージセンサーチップのイメージ感知領域を通過し得るようにする。
【０００６】
このセラミックパッケージは優秀な耐久性を有する。しかし、これは普通、非常に高価である。また、このパッケージは大部分の場合、携帯電話のような携帯（hand-held）アプリケーション用としてはあまり小さくない。これら要因のために、このようなセラミックパッケージの利用は、デジタルカメラまたはビデオカメラアプリケーションのように、小さいサイズおよび低い価格より高い信頼性が重要な関心事であるアプリケーションで主に見られる。このようなパッケージの利用は信頼性より低い価格および小さいサイズがさらに重要な関心事であるカメラ付き携帯電話などのアプリケーションではあまり見ることができない。
【０００７】
別途に図示されてはいないが、通常のレッド（lead）フレームおよびモルディン混合物の特性を有するが、ＰＬＣＣ（Plastic Leadless Chip Carrier）構成を採用し、イメージセンサーパッケージとして機能するガラス上部カバーを含むプラスチックパッケージも本技術分野に知られている。このようなパッケージ構造はイメージセンサーパッケージング技術分野の当業者によく知られている。留意すべき長所は、これがセラミックパッケージより費用が低い傾向があるということである。しかし、これはセラミックパッケージほど耐久性が高くなくて、同等なセラミックパッケージよりもっと小さくない。このような理由で、このようなプラスチックパッケージは信頼性またはサイズのような、他に比べて低い価格が最も重要な要求事項である一部のＰＣカメラアプリケーションに主に使われてきた。
【０００８】
イメージセンサー用として本技術分野で提案された他のパッケージング方式はセラミックの代わりに積層基板を有するが、セラミックパッケージとほとんど同じ構成を有する方式である。この方式は費用面では若干安いが、やはり携帯用アプリケーションで普通要求される小型化を提供することができない。このようなパッケージ構造はイメージセンサーパッケージング分野の当業者によく知られているから、このパッケージを図示する概略図は簡明のために省略する。
【０００９】
前記各パッケージは携帯電話のような携帯用アプリケーションのための十分な小型化を提供することができない。最近の急激な市場成長下で、携帯用アプリケーションに対し、低い価格および小さいサイズを有するイメージセンサー用チップスケール（またはサイズ）パッケージング（ＣＳＰ）技術が大きい関心を受けている。
【００１０】
イメージセンサーに適合したＣＳＰ技術はShellcase Inc．により提案された。この技術に対する具体的な技術は、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示されている。図３はこの技術により形成されたパッケージの概略断面図を図示する。このパッケージの長所と短所をさらによく理解するためには、この構造を形成する方法を説明することが役に立つ。まず、イメージセンサーウエハーに隣接する各ダイの間に狭い幅を有するそのダイシング領域に延長される接続パッドが提供される。ダイシング幅は半導体分野で通常使われる約１００マイクロメーターより十分に広くなければならない。この特別な要求事項は実際においてパッケージの適用を制限する。
【００１１】
この技術により図３に図示されたパッケージ２０を形成するために、イメージセンサーウエハー２２の前面がエポキシ２１等を利用してガラスウエハー２４に付着される。その後、イメージセンサーウエハーの後面が練磨（grinding）により薄化される。一般に、薄化以前のウエハーの厚さは約７２５マイクロメーターで、薄化後には約１００マイクロメーターである。簡明化のために、このような薄化の必要性に関する説明は省略する。
【００１２】
その後、他のガラスウエハーをエポキシなどを利用し、イメージセンサーウエハーの後面に付着する。ウエハーはダイシングラインに延長される各端子が露出されるように十分な厚さまで部分的にダイシングされる。溝（ditch）の内側表面に各端子が露出される溝形状の構造を形成するようにこの工程のために所定のチップ角度を有する特殊ダイシングブレードが使われる。その後、金属層を蒸着またはパターニングして表面上に配線金属ラインが形成される。簡明のためにこのパッケージを完成するために必要な追加的な工程段階の説明は省略する。
【００１３】
この技術の最も重要な長所は最終パッケージの大きさがイメージセンサーダイの大きさとほとんど同一であるということである。しかし、この技術にはいくつの重要な短所がある。最も重要な短所は構造がとても複雑で工程技術がとても難しいということである。やはり簡明のために詳細な説明は省略するが、このような短所はウエハー水準パッケージング技術分野の当業者によく知られている。これら短所のために、要求される製造費用が非常に高い傾向があって、十分に高い収率は達成しにくい傾向があって、これはまた全体の製造費用を増加させる。
【００１４】
この技術と関連し、他の短所も知られている。短所のうち一つはイメージセンサーウエハーが、端子がダイシング領域まで延長されなければならなくて、結果的に適切な幅が通常の場合より顕著に大きくなければならないということなどの所定の特別な要求事項を満足させなければならないということである。これは、さらに広いダイシングラインを必要とし、与えられたウエハー上で実現可能なダイの総数を減少させる傾向がある。実際にこの技術を採用したイメージセンサー製造社は多数のウエハー類型、すなわちこのパッケージング技術に適合したもの、および他の一般的なパッケージングテクニックのための従来構成のものを製造しなければならない。これは追加的な費用を発生させる。
【００１５】
この技術のまた他の短所は、この技術ではウエハー上のすべてのダイがすべての製造工程を経なければならないということである。このような状況で製造費用はそれぞれのイメージセンサーウエハーの収率に大きく依存する。８０％イメージセンサーウエハー収率を有する一つの素子と４０％収率を有する他の素子の例で、後者の場合の単位パッケージ製造費用（または価格）は前者の場合の二倍となる。現実的に、製造において、成熟したイメージセンサー素子も通常約７０％の収率を有し、イメージセンサー製造社は通常約３０％収率で量産を始める。ウエハーの収率は解像度に反比例するから、高解像度イメージセンサーにおいて、製造時のウエハー収率は３０％よりも低いこともある。このような状況下で、この技術をイメージセンサーウエハーのパッケージングに適用することは容易ではない。優秀な小型パッケージという長所を提供するが、このような理由でこの技術はあまり使われていない。
【００１６】
イメージセンサーパッケージングにおいて、失敗の主原因はイメージ感知領域の表面に付着される各粒子である。これは最終デジタルイメージに反復される点（repeatable spotting）を誘発する。各粒子が実際にイメージ感知領域の表面に付くことなく、パッケージの内部に移動しても、最終デジタルイメージに現れる反復されないで固定された点（persistent spotting）もやはり許されない。他の方式のイメージ感知領域の汚染も同じ種類の不良を誘発することができる。したがって、イメージセンサーパッケージングにおいて、如何なる粒子の浸透または他の汚染を最小化するか、または防止することがとても重要で、特に、イメージ感知領域でそうである。これがイメージセンサーパッケージングにおいて、他の類型のパッケージングに比べて高い清潔度が重要である理由である。
【００１７】
イメージセンサーパッケージは、通常、粒子がイメージ感知領域に浸透するか、または到達し得ないようにするための密閉構造を含む。例えば、イメージセンサー用セラミックパッケージは、ガラスカバーがパッケージ上に配置されて付着されると、粒子の浸透が遮断されるように内側に空洞を形成してパッケージの上部にガラスカバーを含む。
【００１８】
イメージ感知領域内側の湿気吸収も色相フィルターおよびその上に配置されたマイクロレンズを劣化させると知られている。これは、多くのデジタルカメラにおいては重要な問題として見られないが、例えば、高級、専門家水準のデジタルカメラにおいては湿気吸収を防止または最小化するためにヘルメティック（hermetic）またはその他の保護手段が試みられた。
【００１９】
ヘルメティック金属密閉構造を有するパッケージはＩＭＥＣ、ＶＺＷ．により提案された。このような構造と関連した細部事項は特許文献４に開示されている。図４ａおよび図４ｂはこのパッケージ構造を図示する。図面に示すように、このパッケージ３０はイメージセンサーダイ３２とガラス基板３１との間の電気的な相互接続のためにフリップチップソルダ接合３３を含む。また、このパッケージはパッケージの外部端子として機能するソルダボール３４だけではなく、ソルダボールとフリップチップソルダ接合を接続するために基板上に形成された金属ライン３７も含む。このパッケージは閉曲線構造を有するソルダ密閉リング３５をさらに含む。また、パッケージはソルダ密閉リングの周囲に配置されるエポキシ密閉３６を含む。簡明のために他の構成要素は図示しない。
【００２０】
金属密閉構造は粒子または湿気吸収を防止するためのヘルメティック密閉を提供する一方、エポキシ密閉構造はノンヘルメティック（non-hermetic）密閉を提供するため、一部の湿気が拡散によって浸透されることがある。
【００２１】
このＩＭＥＣ、ＶＺＷパッケージはイメージセンサーのための最も理想的な密閉構造を追求するが、実際に構造を形成することにおいては顕著な難点が克服されなければならない。まず、このパッケージは、従来の対流リフロー（convection reflow）工程のような工程の代りに真空ソルダリフロー工程を必要とする。通常、フリップチップダイはソルダリフロー工程の間ソルダバンプが溶融し、基板のパッドに浸湿される時に崩壊される。すなわち、ソルダリフロー工程によって形成されたフリップチップソルダ接合の高さは本来のフリップチップソルダバンプの高さより顕著に低い。例えば、高さ５０マイクロメーターのソルダバンプは通常約３０マイクロメーターの高さに過ぎないソルダ接合を形成する。崩壊の量は主に基板上のパッドの大きさに依存する。例えば、パッドの大きさが無限なら、崩壊は１００％になり、逆にソルダ接合の高さは０になる。一方、パッドの大きさが０に近づくと、崩壊量も０に近づき、ソルダ接合の大きさはソルダバンプの高さと同一に維持されるだろう。追加的な説明は省略するが、これはソルダリング技術分野の当業者によく知られている。
【００２２】
ＩＭＥＣ、ＶＺＷパッケージは閉ループ構成を有するソルダ密閉リング構造を含む。ソルダ物質が溶融されて基板上のパッドに浸湿されることによって、ソルダ密閉リングは必然的に若干崩壊される傾向がある。真空状態で遂行されない場合には、リングが囲む空洞内に捕獲された空気はソルダ密閉リングだけではなくフリップチップバンプのこのような崩壊を妨害する。これはソルダ接合形成において不良率を増加させて、また損失を増加させる。したがって、この構造を適切に形成することにおいて真空ソルダリフローなどが核心的である。
【００２３】
この構造を適切に形成することにおいて、フラックスレス（fluxless）ソルダリング技術も核心的である。普通、ソルダリングによって接合される物体の接合領域にフラックスが印加される。フラックスは接合物体の表面で酸化物を除去してソルダリフロー工程の間に酸化を防止する。これは与えられたフラックス物質特性により約６０〜１００℃で、リフロー工程の初期に増発するソルベントを含む。これを「アウトガシング（out-gassing）」という。ＩＭＥＣ、ＶＺＷパッケージ構造において、閉空洞が維持されるため、ソルベントが排出される経路が存在しない。空洞内の残余ソルベントは長期的な信頼性に悪影響を与えるようになり、イメージ感知領域の汚染を誘発する。したがって、ＩＭＥＣ、ＶＺＷパッケージ構造は、その密閉構造を適切に形成し得るフラックスレスソルダリング技術を必要とする。
【００２４】
いわゆる表面実装技術（ＳＭＴ）等の従来のソルダリフロー技術は非常に安くて信頼性がある。この技術は接合領域上のフラックス印加を含んで、ベルト（コンベヤー）オーブンを通じて接合される物体が移送されるようにする。一方、真空リフロー技術は研究目的で試みられてきたが、産業では普遍的ではない。したがって、現在の市場で商業的に利用可能な量産用真空リフロー装備はない。
【００２５】
真空リフローオーブンが必ずしも作りにくいものではない。装備の可能な構成は真空チャンバーおよびウエハー引入および引出を管理するロボットシステムを含むことができる。また、装備は真空チャンバーのガラスウインドウを通じてウエハーを加熱する赤外線（ＩＲ）ランプを含むことができる。温度の調整は従来のベルトオーブンのように容易ではないだろう。しかし、装備の価格は従来のベルトオーブン用に比べて顕著に高いだろう。従来のベルトオーブンを通した工程においては、ウエハーが連続的に移送される一方、真空チャンバーではウエハーを完全に処理した後、次のウエハーを処理しなければならないということを考慮すれば処理量ははるかに少ないだろう。
【００２６】
このパッケージ構造を形成するために必要なフラックスレスソルダリングは費用および複雑度を増加させるだろう。しかし、簡明のためにこれに対する詳細な説明は省略する。
【特許文献１】米国特許第５、７１６、７５９号明細書
【特許文献２】米国特許第６、０４０、２３５号明細書
【特許文献３】米国特許第６、１１７、７０７号明細書
【特許文献４】米国特許第６、５６６、７４５号明細書
【特許文献５】米国特許第３、２９２、２４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
したがって、本発明の目的は、簡単で、かつ容易に採用され、非常に費用効率的なイメージセンサーパッケージング用密閉技術を提供することである。
【００２８】
また、本発明の目的は、ソルダリングインフラを容易に使用することができて、成熟した側面を利用する密閉技術を提供することである。
【００２９】
本発明のまた他の目的は、従来のエポキシ密閉技術に比べて、不浸透性が優秀でヘルメティック密閉技術に近い密閉技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の多様な実施形態により形成された半導体素子パッケージによって、これらおよびその他の目的が達成される。一実施形態において、半導体素子パッケージは一般に少なくとも一つの半導体ダイおよび半導体ダイに結合された基板を含む。半導体ダイは密閉領域を定義する前面側および該前面側に形成された第１ソルダ密閉リングパッドを含む。基板は半導体ダイの前面側に対向する前面表面およびその前面表面に形成された第２ソルダ密閉リングパッドを含む。また、素子パッケージは基板および半導体ダイの第１および第２ソルダ密閉パッドの間に介在されたソルダ密閉リング構造を含んで、これは、半導体ダイと基板との間の空洞を実質的に捕獲するように密閉領域の実質的な部分の周囲から周辺に延長される。ソルダ密閉リング構造は基板および半導体ダイの空気通路（vent）のうち少なくとも一つに対して定義された少なくとも一つの通路部を含む。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一態様により形成されたソルダ密閉リング構造によって提供される空気通路は、パッケージの汚染敏感領域への粒子浸透に対して最小限に露出される電子パッケージの製造の間に必要な空気疎通を可能にする。しかし、空気通路を遮断してイメージ感知領域への粒子流入および水分吸収を軽減させるために追加的な密閉手段が要望されることがある。このために、電子パッケージの好ましい実施形態においては、少なくとも空気通路領域を遮断するポリマー密閉手段が採用されることもできる。本発明により形成された電子パッケージの留意すべき長所はソルダ密閉リングがこのような追加的なポリマー密閉を簡単に、かつ容易に収容し得るということである。
【００３２】
本発明により形成された電子パッケージの他の長所は、本発明の密閉構造がセラミックパッケージのように広く使われる他の電子パッケージに比べて顕著に優秀な密閉性能を有するということである。通常のセラミックパッケージ、エポキシ密閉構造はパッケージの全体周辺部に沿ってセラミック基板とガラスカバーとの間に配置される。一方、本発明により形成された電子パッケージは、特定の空気通路領域にのみ配置されれば足りるポリマーシール（seal）を含む。両構造のすべてで湿気吸収は主にポリマー密閉部分を通じて行われるから、構造で許される湿気吸収の程度は採用されたポリマー密閉部分の実際面積に大きく依存する。もちろん、このポリマー密閉部分は本発明の電子パッケージでは顕著に小さい。したがって、その全体的な密閉性能がセラミックパッケージに比べて優秀であると期待される。
【００３３】
湿気吸収と関連し、ＩＭＥＣ、ＶＺＷパッケージで採用された完全ヘルメティック密閉（full hermetic sealing）方法が理想的には最適の結果をもたらすだろうが、そのような結果は、例えば、以前の各段落で論議されたような製造上の核心的な各難点を克服するための適切な手段を通じてのみ得られる。たった今説明された本発明の実施形態により形成された電子パッケージは小さい領域（空気通路）のみでノンヘルメティックポリマー密閉を採用して他の周辺領域ではヘルメティック密閉を採用し、密閉性能においてヘルメティック密閉パッケージに非常に近い。
【００３４】
本発明の前記した、そしてその他の目的および長所は添付された図面を参照し、その好ましい実施形態を詳細に説明することによってより明確になるだろう。
【実施形態】
【００３５】
本発明の例示的な実施形態により形成された電子パッケージ４０が図５ａおよび５ｂに概略的に図示される。パッケージ４０はイメージセンサーダイ４２を含んで、これは少なくとも一つのイメージ感知領域４４を有するように形成される（図８）。イメージセンサーダイ４２は、好ましくは、その周辺領域の周囲にいわゆる「接合パッド」という形態で形成された電気端子を含む。イメージセンサーダイ４２は接合パッドに電気的に接続されたソルダバンプパッド４８をさらに含む。また、イメージセンサー４２は実質的にイメージ感知領域の周囲に形成された各ソルダ密閉リングパッド５０も含む。
【００３６】
本発明の電子パッケージ４０は、図５ａおよび５ｂに示すように、基板６０をさらに含む。該基板６０はイメージセンサーが感知する光の波長範囲で実質的に透明な物質から形成される。基板には少なくとも一つのパターニングされた金属層（patterned metal layer;６２）および少なくとも一つのパターニングされたパッシベーション層（patterned passivation layer;６４）が提供される。パターニングされた金属およびパッシベーション層はイメージセンサーダイのソルダバンプパッド４８に対応するソルダバンプパッド６６を定義する。パターニングされた金属およびパッシベーション層は電子パッケージに対する外部電気端子６８も定義する。また、パターニングされた金属およびパッシベーション層はイメージセンサーダイの各ソルダ密閉リングパッド５０に対応する各ソルダ密閉リングパッド７０を定義する。
【００３７】
図５ａおよび５ｂに示すように、本発明により形成された電子パッケージ４０はイメージセンサーダイ４２のソルダバンプと基板６０とを接続するフリップチップソルダ接合４６も含む。電子パッケージ４０はイメージセンサーダイ４２のソルダ密閉パッド５０、７０と基板６０とを接続するためにその間に延長されるソルダ密閉リング構造５２をさらに含む。ソルダ密閉リング構造５２は空気通路５４を有するように形成されて、好ましくは、ダイのイメージ感知領域の外部にその周囲に延長されるように配置される。
【００３８】
一部の実施形態における電子パッケージ４０は収容された光の一部の波長成分を増加または減少（フィルタリング）させるために基板の少なくとも一側に各光コーティング層をさらに含むことができる。図６ａおよび６ｂに示すように、一部の実施形態における電子パッケージ４０は空気通路５４に、またはその周囲に形成されたポリマー密閉構造５６も含むことができる。また、一部の実施形態における電子パッケージ４０は、図７および図８に示すように、その外部端子に接続されたソルダボール５８を含むことができる。
【００３９】
図９ａおよび図９ｂは、本発明の他の例示的な実施形態による電子パッケージの構成を図示する。このパッケージはデカプリングキャパシタンス素子のような他の半導体チップ素子を含む。
【００４０】
図１０ａおよび図１０ｂは、図５ａおよび図５ｂの例示的な実施形態に図示されたイメージセンサーダイ４２および基板６０の夫々に対する対応するソルダ密閉リングパッド構造５０、７０を図示する。パッド構造はパッケージ４０が組み立てされる時に互いに対向するようになるから、二つの対応するパッド構造５０、７０のパターンは互いの実質的な鏡像(Mirror image)を形成する。図示されたように、ソルダ密閉リングパッドは開ループ構造から形成されて、組立時に空気通路がループの開口に定義される。好ましくは、ソルダ密閉リングパッドは全体的に均一な幅を有するバンドを形成するようにゆるやかな輪郭を有するから、ソルダバンピングおよびソルダ接合工程の間にソルダが均一に拡散されることができる。
【００４１】
図１０ａおよび図１０ｂに図示された構成は電子パッケージの一エッジ部分に沿って実質的に中心に形成された空気通路を有するソルダ密閉リング構造となる。図１１ａおよび図１１ｂは、類似したソルダ密閉リング構造に対応するそれぞれの密閉リングパッド構造を相異に図示し、空気通路が実質的に電子パッケージのコーナーの部分に形成される。空気通路は意図されたアプリケーションの具体的な要求事項によりソルダ密閉リング構造によって如何なる適当な地点に位置されることができる。
【００４２】
必須ではないが、好ましくは、イメージセンサーおよび基板上のソルダ密閉リングパッドの幅は夫々約６０-２００マイクロメーター範囲内である。空気通路の長さはソルダ密閉リング構造（図１０ａと１０ｂ、または図１１ａと１１ｂに図示された）のソルダ密閉リングパッドに対する前記の幅を考慮して適当に決まることができる。それにより空気通路の断面積は、ソルダ密閉リングパッドの開口部の長さおよびソルダ組立によるソルダ密閉リングの高さによって決まることができる。必須ではないが、好ましくは、ソルダ密閉リングパッドの開口部は長さが約２０-５００マイクロメーター範囲で、ソルダ組立後のソルダ密閉リングは高さが約２０-１００マイクロメーター範囲である。
【００４３】
図１２ａおよび図１２ｂは他の例示的な実施形態を図示し、ここでイメージセンサーおよび基板の各ソルダ密閉リングパッド５０ａ、７０ａは部分的に螺旋形の開ループ構造を定義する。イメージセンサーダイと基板に対向する表面上の各ソルダ密閉リングパッドパターンは前述したように互いの鏡像（mirror image）で形成される。これらソルダ密閉リングパッド５０ａ、７０ａにより定義された空気通路５４は、ソルダ密閉パッドの離隔されて重畳された端部（７２ａ、７２ｂおよび７３ａ、７３ｂ）の間に現れる長いコリドー（elongated  corridor;５４ａ）を通じて延長される。このような延長された空気通路の長さは最終ソルダ密閉リング構造によって捕獲された空洞に実際に粒子が浸透する可能性をさらに低める機能をする。空気通路の断面積は重畳されたソルダ密閉リングパッド部の間の間隙（コリドー幅）および組立時のソルダ密閉リング構造の高さによって決まる。
【００４４】
必須ではないが、好ましくは、間隙は約２０−８０マイクロメーター範囲で、高さは約２０−１００マイクロメーター範囲である。図１２ａおよび図１２ｂは、内側端部７２ａ、７３ａが与えられた電子パッケージのコーナー領域に隣接するように配置され、外側端部７２ｂ、７３ｂが電子パッケージの周辺のエッジ領域に沿ってもう少し中央に配置された例示的な構成を図示するが、これら端部（７２ａ、７２ｂ及び７３ａ、７３ｂ）それぞれの位置は意図されたアプリケーションの具体的な要求事項により適当に変更されることができる。
【００４５】
図１３ａおよび図１３ｂは本発明の他の実施形態による、イメージセンサーダイおよび基板のソルダ密閉リングパッド構造の夫々に対する他の構成を図示する。図示されたように、本実施形態のソルダ密閉リングパッド構造は多数のライン要素を含む。ソルダ密閉リングパッド５０、７０の主要素は図１０ａおよび図１０ｂの実施形態のそれぞれのソルダ密閉リングパッドと類似している。しかし、副ライン要素７４ａ、７４ｂが、夫々が主要素のループプロファイル内に配置されて、その主要素の開口領域（空気通路;５４）を遮断するように位置される。したがって、最終ソルダ密閉リング構造によって定義された空気通路は離隔された主および副ライン要素（５０、７０および７４ａ、７４ｂ）の重複部分の間に形成されたコリドー５４ｂを通過する２つの経路を含むようになる。
【００４６】
本実施形態により形成された空気通路５４に対する設計上の考慮事項は前述したような以前の実施形態と類似している。したがって、空気通路５４の断面積は図１２ａおよび１２ｂの実施形態とほとんど同じ方式で、ソルダ密閉リングパッド要素の重複部の間の間隙（コリドー幅）および組立時のソルダ密閉リングの高さを適当に設定して決まることができる。
【００４７】
図示されたように、外部からの空気通路５４への入口は図１０ａおよび図１０ｂに図示されたソルダ密閉リング構造の実施形態が形成されるのと同一に形成されることができる。経路延長５４ｂにより提供された延長された空気通路の長さは以前の実施形態のように最終ソルダ密閉リング構造によって捕獲された孔隙に窮極的に粒子が浸透する確率を低める機能をする。
【００４８】
図１４ａおよび図１４ｂは夫々イメージセンサーおよび基板上に形成されたソルダ密閉リングパッド構造の他の実施形態を図示する。本実施形態の構成は、それぞれの追加的なライン要素７５ａ、７５ｂがその主要素５０、７０の内側ではなく外側に位置することを除いては図１３ａおよび図１３ｂに図示された実施形態と類似している。
【００４９】
図１５ａおよび図１５ｂは本発明のまた他の実施形態によりイメージセンサーと基板上に形成されたソルダ密閉リングパッド構造の構成を図示する。本実施形態においては、ソルダ密閉リングパッドのうち一つ、すなわち、（図１５ｂに図示された例において）基板上に形成されたソルダ密閉リングパッド７０ｂは閉ループ構成である一方、（図１５ａに図示された例において、イメージセンサー上に形成された）他のソルダ密閉リングパッド５０は以前の実施形態のように開ループ構成である。このソルダ密閉リングパッド構成において、イメージセンサーのソルダ密閉リングパッド５０の開口領域には直ちにソルダ浸湿されるパッドサポートなしに溶融されたソルダのみがあり得て、これが通路構造（５４ｂ;図１５ｃ）を形成する。
【００５０】
最終電子パッケージの断面図は図１５ｃに図示される。逆に構成された電子パッケージの実施形態は図１６ａ、１６ｂおよび１６ｃに図示される。この構成において、（図１６ａに図示された例において、イメージセンサー上に形成された）ソルダ密閉リングパッド５０ｂは閉ループ構成である一方、（図１６ｂに図示された例において）基板上に形成されたソルダ密閉リングパッド７０は開ループ構成であるから、ソルダ密閉リングパッドの断絶を通じて空気通路５４ｅが基板に対して定義される。
【００５１】
図１５ａまたは図１６ｃに図示された空気通路構造５４ｄ、５４ｅは以前段落で開示された他の実施形態より小さいこともある。図１７ａおよび図１７ｂは本発明のまた他の例示的な実施形態によりイメージセンサーと基板上に夫々形成されたソルダ密閉構造の他の構成を図示する。この実施形態は図１３ａおよび図１３ｂ、そして図１５ａ、図１５ｂおよび図１５ｃの各実施形態の空気通路構造を形成するために利用された構成的な特徴を結合する。
【００５２】
本発明によれば、意図するアプリケーションに適合した場合には、ここに開示された多様なソルダ密閉構造の構成が適切に結合されることができる。以前の実施形態で説明されたような構成的な特徴を適切に結合した他の例示的な実施形態は図１８ａおよび１８ｂに図示される。ソルダ密閉リングパッド構成（５０および７０ｂ）のうち一つはイメージセンサーダイに形成されることができて、他の一つは対応する基板に形成されることができる。簡明のために詳しい説明は省略する。
【００５３】
本発明の一態様により形成されたソルダ密閉リング構造によって提供される空気通路は、パッケージの各汚染敏感領域への粒子浸透に最小限に露出させながら電子パッケージの製造の間必要な空気排出を可能とする。しかし、空気通路を遮断してイメージ感知領域への粒子浸透および湿気吸収の可能性をさらに低めるために追加的な密閉手段が要望されることがある。このために、電子パッケージの好ましい実施形態において、少なくとも空気通路領域を遮断するポリマー密閉手段がさらに採用されることができる。本発明により形成された電子パッケージの留意すべき長所は、ソルダ密閉リング構造が簡単で、かつ容易にそのような追加的なポリマー密閉を収容するということである。
【００５４】
本発明のソルダ密閉リング構造のような特徴のないポリマー構造を形成することにおいて、実際的な難点を考慮することが理解に役に立つだろう。一般に、エポキシなどはディスペンシング（dispensing）により密閉領域の周囲に塗布される。通常の低粘度アンダーフィル（low viscosity underfill）物質が使われる場合、この物質は表面張力によって簡単に内側に流れる傾向がある。この種類の物質は非常に容易に、そして非常に速く数ミリメートル以上流れるため、適切な動作のためには当然きれいに維持されなければならないイメージ感知領域の一部を覆うはずである。このような理由で、一般に、イメージ感知アプリケーションには高粘度ポリマー物質がもっと適当である。イメージ感知領域は通常イメージセンサーダイのエッジに近く維持されるように形成されるから、高粘度ポリマー物質も相変らず留意すべきイメージ感知領域汚染の可能性を有する。また、そのような高粘度ポリマー物質の適切なディスペンシングは、通常の低粘度アンダーフィル物質に対しては発生しない現実的な問題を発生させて、ある場合には使用不可能なほど工程費用を高める。
【００５５】
ここに開示された空気通路を有するソルダ密封リング構造を含むことは、色々なうちでも通常の低粘度ポリマー物質が追加的な密閉として安全に使われるようにする。塗布されたポリマー物質は通常のように表面張力によって流れる傾向があり得る。しかし、物質がソルダ密閉構造の周囲に流れて構造の空気通路を満たして遮断することによって、ソルダ密閉リング構造によって捕獲された空洞へのそれ以上の実質的な物質の流入はその中に捕獲された空気の圧力によって自然に中断される。
【００５６】
実用的な観点において重要な点は、密閉リング構造空洞へのポリマー物質の移動の流れに対するこのような自然的な抵抗の程度が密封リング構造で採用された構成的な特徴の実際選択により変わることができるということである。例えば、図１０ａおよび図１０ｂに図示されたソルダ密閉リングパッド構成を利用して形成されたソルダ密閉リング構造は空気通路とイメージ感知領域との間に遮断膜を提供しない。巨視的には捕獲された空気の圧力がポリマー物質の流れの流入に抵抗するだろうが、微視的には表面張力によって空洞へ一定量の涙液浸透が発生することができる。このような観点で、図１２ａおよび図１２ｂに図示されたのと同等なソルダ密閉リングパッド構成を利用して形成されたソルダ密閉リング構造が好ましいこともある。このようなソルダ密閉リング構造は流入の流れが実際的に空洞内に配置されたイメージ感知領域に到達するのにさらに長い移動経路を提供するようになる。
【００５７】
また、他の実用的な観点における重要な点は、本発明の密閉構造が図２に図示されたセラミックパッケージのような広く使われる他の電子パッケージに比べて顕著に優秀な密閉性能を有するということである。通常のセラミックパッケージにおいて、エポキシ密閉構造はパッケージの全体周辺部に沿ってセラミック基板とガラスカバーとの間に配置される。一方、本発明により形成された電子パッケージは特定の空気通路領域にのみ配置されれば足りるポリマーシール（seal）を含む。両構造のすべてで湿気吸収は主にポリマー密閉部分を通じて発生することができるから、構造で許される湿気吸収の程度は採用されたポリマー密閉部分の実際面積に大きく依存する。もちろん、このポリマー密閉部分は本発明の電子パッケージで顕著に小さい。したがって、その全体的な密閉性能はセラミックパッケージに比べて優秀であると期待される。
【００５８】
湿気吸収と関連し、ＩＭＥＣ、ＶＺＷパッケージで採用された完全ヘルメティック密閉（full hermetic sealing）方法が理想的には最適の結果をもたらすだろうが、そのような結果は例えば以前の段落で議論されたような製造上の核心的な各難点を克服するための適切な手段を通じてのみ得られる。たった今説明された本発明の実施形態により形成された電子パッケージは小さい領域（空気通路）のみでノンヘルメティックポリマー密閉を採用して他の周辺領域ではヘルメティック密閉を採用し、密閉性能においてヘルメティック密閉パッケージに非常に近い。
【００５９】
図１９ａ-図１９ｃおよび図２０ａ-図２０ｆは本発明の例示的な実施形態による電子パッケージのイメージセンサーおよび基板ウエハーの相異な製造段階における一連の概略断面図を図示する。本発明の電子パッケージ形成のための工程段階は、だいたい図１９ａ-図１９ｃに示すように、一つ以上のイメージセンサーダイ４２を形成するためのイメージセンサーウエハーのソルダバンピング;図２０ａ-図２０ｄに図示されたような基板製造;および図２０ｅ-図２０ｆに図示されたような各イメージセンサーダイ４２と単位基板６０の組立を含む。これら図面は、図５ａおよび図５ｂで言及された素子の切断線Ｃと同一な切断線に沿って取られたものである。
【００６０】
本発明による例示的な電子パッケージを形成することにおいて、イメージ感知半導体ウエハー４１には通常複数のダイが提供されて、それぞれのダイ４２はウエハーの前面表面に形成された集積回路と複数の接合パッドを有する。ウエハーは下部の集積回路を保護するために前面表面にパターニングされたパッシベーション層が形成される。それにより接続パッドではパターニングされたパッシベーション層に開口が提供される。最終イメージ感知ダイの夫々はその前面、または光収容の表面に少なくとも一つのイメージ感知領域を定義する。
【００６１】
ウエハーバンピングは、ＩＢＭに譲渡された特許文献５「超小型機能素子の製造方法（Method of Fabricating Microminiature Functional Components）」の最初の紹介以来多年間使われてきたよく知られた技術である。技術分野で多くのバンプ物質が知られている。これらは金、ニッケル、銅およびソルダ合金を含む。これらのうち一部は本発明の電子パッケージの形成に適用されることができるが、以下で説明する実施形態でソルダバンプが採用されることが好ましい。
【００６２】
通常のウエハーソルダバンピング工程はウエハー上の接合パッドへのフリップチップバンプパッド接続を形成するために少なくとも一つのパターニングされた金属層を形成する段階を含む。フリップチップソルダバンプパッド用として使われる冶金（metallurgy）はいわゆるアンダーバンプ冶金（ＵＢＭ）であり得て、接合パッドに対する優秀な接合、ソルダバンプ物質に対する優秀な拡散防止機能、与えられたソルダ物質に対する優秀な浸湿性（wettability）および優秀な酸化防止などの多くの特性を提供するために多層構造を利用する。
【００６３】
フリップチップソルダバンプパッド４８を形成するためには、技術分野で多年間使われてきたいくつかのＵＭＢシステムがある。これらをＴｉＷ/Ｃｕ、Ａｌ/ＮｉＶ/Ｃｕおよび無電解（Electroless）Ｎｉ/イマージョン（Immersion）Ａｕを含む。通常のＵＢＭシステムの使用可能性、金属層の配置、および該当層の厚さはフリップチップソルダバンピング技術分野の当業者によく知られているから、詳細な説明は簡明のために省略する。
【００６４】
本発明が従来のフリップチップソルダバンピングと異なる点は密閉リングパッド５０、７０を追加的に形成することである。これらは最終電子パッケージで形成されるフリップチップソルダバンプパッドに追加して形成される。
【００６５】
一般に、円形または長方形を有するフリップチップソルダバンプ４８は接合パッド上に直接形成される。長方形で、各コーナーは緩やかに構成される。大きさは各パッドが隣接パッドと十分な距離を維持するように決まる。距離が充分ではない場合、フリップチップソルダバンプパッドは「再分布（re-distribution）」工程を通じて本来の接合パッドから最終ソルダバンプパッドが間に十分な空間を有する位置に再配置される。ソルダバンプパッドの大きさ（円形の場合は直径で、長方形の場合は長端の長さ）は好ましい実施形態で８０-１５０マイクロメーターであり得るが、これに制限されない。フリップチップソルダバンプパッドを形成するのに使われる通常の設計規則はフリップチップバンピング技術分野の当業者によく知られているから、詳しく説明しない。
【００６６】
ソルダ密閉リングパッド５０は前述したから、ここで説明しない。好ましくは、採用されるソルダの物質構成を見れば、ソルダは電子パッケージング技術分野で使われる通常的な相互接続材質である。一般に、ソルダの主成分はスズ（Ｓｎ）または鉛（Ｐｂ）である。７０％以上のＰｂ（そして残りは主にＳｎ）を有するソルダを普通ハイレッドソルダ（high lead solder）という。この類型のソルダは相対的に高い溶融点を示し、高温信頼性（安全性）を要求するアプリケーションで見ることができる。
【００６７】
最も一般的なソルダ物質は約６３％Ｓｎを含んで、残りは主にＰｂである。この混合がＳｎ-Ｐｂの二元合金システムの共融（eutectic）混合と同一であるから、これは通常共融ソルダという。この物質は最も低い溶融点、約１８３℃を示す傾向がある。
【００６８】
環境的な観点で産業が無鉛（lead-free）ソルダに移動するにつれて、選択物質として無鉛ソルダはじきに共融ソルダに代替される可能性が高い。この物質は普通Ｓｎ基盤で、何パーセント以下のＣｕおよび/またはＡｇ化合物を有する。その溶融温度は約２０５℃-２１０℃間の範囲で、共融ソルダより若干高い。本発明によれば、意図されたアプリケーションにおける要求事項および選好により公知された如何なる適正ソルダ物質が使われることができる。
【００６９】
スパッタリング、電気メッキ（electroplating）、無電解メッキ（electro-free plating）等、フリップチップソルダバンプパッドおよびソルダ密閉リングパッドの形成のために使用可能な公知された多様な技術が存在する。ソルダバンプおよびソルダ密閉リングパッド上にソルダバンプを形成するための多様な技術も知られている。これらは電気メッキ、印刷などを含む。
【００７０】
本発明はソルダバンプパッドおよびソルダバンプを形成するための如何なる特定技術に制限されない。しかし、以下、電気メッキの例をあげる。
【００７１】
本発明の一態様によれば、フリップチップバンプパッドおよびパッド上のソルダバンプに追加してソルダ密閉リングパッドおよびパッド上のソルダバンピングが形成される。必須ではないが、好ましくは、ＵＭＢパッドおよびパッド上のソルダバンプは電気メッキ技術を利用して形成することができる。図１９ａ-１９ｃに示すように、この技術でいわゆる「シード（seed）層」４９ａのような一つ以上の金属層がスパッタリングによってイメージセンサーウエハー４１上に蒸着される。必須ではないが、好ましくは、本技術で使われる通常の金属層は厚さ約１、０００-３、０００ÅのＴｉＷ層、およびＴｉＷ層上の厚さ約２、０００-１０、０００Åの銅層を含む。
【００７２】
スピンコーティングなどによってウエハー上に適切なフォトレジスト（ＰＲ）物質がコーティングされる。該ＰＲ物質の厚さは必須ではないが、好ましくは、約２０-８０マイクロメーターであり得る。パターニングされたＰＲ層４９ｂは図１９ｂに示すようにフォトリソグラフィック技術によって形成される。無鉛ソルダバンプが形成されなければならない場合には、露出領域に銅（Ｃｕ）およびＳｎ（またはＳｎ-Ａｇ合金）層が成層されることができる。このようなアプリケーションでＣｕ層の厚さは約２-２０マイクロメーターで、Ｓｎ（またはＳｎ-Ａｇ合金）層の厚さは約２０-８０マイクロメーターであり得る。その後、パターニングされたＰＲ層４９ｂは「ＰＲストライピング（striping）」のような標準半導体工程によって除去されて、シード層４９ａは金属エッチングによって除去される。その後、ウエハーはソルダリフロー工程を経る。フリップチップソルダバンプパッド４８、ソルダ密閉リングパッド５０、フリップチップソルダバンプ４６ａおよびソルダ密閉リング５２を有する最終イメージセンサーウエハーが図１９ｃに図示される。フリップチップバンプおよびソルダ密閉リングのためのソルダバンプの高さは必須ではないが、好ましくは、約４０-１２０マイクロメーターであり得る。
【００７３】
本発明の電子パッケージの例示的な実施形態においては、イメージセンサーおよび基板におけるソルダ接合の両側はソルダ密閉リングパッドだけではなく、フリップチップソルダバンプパッドを有するように形成されることが好ましい。しかし、ソルダバンプは両側のうち片方または両側に形成されることができる。前述した例示的な実施形態はソルダバンプがイメージセンサー側に形成された場合を説明する。
【００７４】
基板６１は別途に製造されることができる。好ましくは、最初に該基板が半導体ウエハーがその上に製造された複数のダイを有するように形成する方式とほとんど同じ方式でバッチ（batch）工程で複数の単位基板６０を形成するように広い面積を有するようにウエハーまたはパネル上に配置される。一般に、基板材質は意図したアプリケーションで要求される十分な程度の透明度、機械的な強度、および化学的な安全性を有することが好ましい。
【００７５】
基板材質は必要な工程段階の間に加えられる温度および処理極端に耐えられるように十分な化学的な抵抗性および機械的な安全性を有さなければならなく、最終素子の期待寿命を維持するように予想される環境要因に対する十分な抵抗性も有さなければならない。
【００７６】
可視波長範囲で動作するイメージセンサー用として好ましい基板材質は光アプリケーションに採用されるもので、技術分野に知られた如何なる適正ガラス材質であり得る。このようなガラス材質は適当な程度の化学および温度安全性を有して多様なソースから適当な価格で容易に入手し得る傾向がある。
【００７７】
意図したアプリケーションの要求事項により、基板はそれを通した光伝達を改善させるために一つ以上の表面に少なくとも一つの薄膜層がコーティングされることができる。このようなコーティングは、関心スペクトラムの全体にかけて光の反射損失を最小化する機能をし、光学技術分野の当業者によく知られたいわゆる無反射コーティング（ＡＲＣ;anti-reflection coating）類型であり得る。類似に、基板は特定波長の光の伝達を改善するか、または減少させるようにする一つ以上の表面に少なくとも一つの薄膜層でコーティングされることができる。このようなコーティングはやはり光学分野で知られた「光学的フィルタリング」類型であり得る。一例は携帯電話カメラモジュールで赤外線（ＩＲ）遮断フィルターガラスが使われるのとほとんど同じ方式で使われるＩＲ遮断フィルターコーティングである。
【００７８】
電気相互接続ラインを作るために少なくとも一つのパターニングされた金属層６２が基板６１の前面表面に形成される。その後、それによって定義された相互接続ラインを保護するためにパターニングされた金属層上に少なくとも一つのパターニングされたパッシベーション層６４が形成される。基板側に接合パッドを作るためにこのパターニングされたパッシベーション層は開口を有するように形成される。この接合パッドは、基板の相互接続ラインとイメージセンサー、外部システム、ソルダ密閉リングおよびその他に存在する素子の間で相互接続が行われるようにする。
【００７９】
このパターニングされた金属層は技術分野で知られた如何なる適当な半導体製造工程によって形成されることができる。例えば、これはスパッタリングによる金属層を蒸着する段階、スピンコーティングによってＰＲをコーティングする段階、露出および現像段階でフォトリソグラフィック工程を利用してＰＲ層をパターニングする段階、結果として得られた金属層の一部を金属エッチングによって除去する段階、およびストライピングによりＰＲを除去する段階のような一連の工程によって形成されることができる。パターニングされたパッシベーション層は類似に公知された如何なる適当な製造工程によって形成されることができる。
【００８０】
製造費用および信頼性向上の側面において、シリコンオキサイドまたはシリコンオキサイド/窒化物（nitride）のような無機パッシベーション物質を使う代わりに、ポリマーパッシベーション物質が本発明の電子パッケージにもっと適当であることもある。日本の住友ベークライト（Sumitomo Bakelite）により供給されるポジティブ感光物質であるＣＲＣ８６００のように、このアプリケーション用として商業的に入手可能な多様な物質が存在する。このような物質を利用するパターニングされたパッシベーション層は、例えば、スピンコーティングによってポリマーパッシベーション物質をコーティングする段階、露出および現像段階でフォトリソグラフィック工程を利用して層をパターニングする段階、および硬化する段階を含む一連の工程によって形成されることができる。最終ポリマーパッシベーション層の通常の厚さは約５マイクロメーター範囲であることが好ましいが、必要な場合、約３-２０マイクロメーター範囲内であり得る。
【００８１】
本発明によれば、必須ではないが、好ましくは、接合パッド自体がソルダ接合を形成するのに十分に適合していない場合には、基板が接合パッド上に形成されたＵＢＭパッドをさらに含むことができる。また、本発明によれば、必須ではないが、好ましくは、基板がＵＢＭパッド上に形成されたフリップチップソルダバンプおよびソルダ密閉リングをさらに含むことができる。
【００８２】
本発明においては、フリップチップソルダバンプパッド６６開口の大きさおよびソルダ密閉リングパッド７０の開口は便宜によって適当に決まることができる。フリップチップソルダバンプパッド開口はイメージセンサーダイ上の開口に対応する円形または長方形で形成されることができる。円形の場合には直径、長方形の場合には長短エッジの長さは約８０-１５０マイクロメーターであり得る。ソルダ密閉リングパッド７０の開口幅はイメージセンサーダイと同一に約６０-２００マイクロメーターであり得る。
【００８３】
本発明によれば、外部パッド６８の開口模様は円形、長方形または必要な場合には他の適当な形状であり得る。図７または図８に図示された電子パッケージの実施形態は円形のパッド開口で図示されるが、図９ａおよび図９ｂに図示されたのは長方形のパッド開口で図示される。ソルダ接合信頼性を高めるためにはより大きい大きさおよび空間が好ましいだろう。必須ではないが、好ましくは、パッドの大きさは３００マイクロメーターより大きいこともあり、各隣接パッドの間の空間は２００マイクロメーターより大きいこともある。
【００８４】
図７に図示された電子パッケージは外部端子６８に付着されたソルダボール５８を含む。この構造はいわゆるウエハー水準のボールマウンティング（ball mounting）工程によって形成されることができる。この工程はスクリーン印刷などを利用した外部端子上のフラックス印加およびその上にフラックスを有する、これら外部端子上のソルダボール配置を含む。その後、基板はソルダリフローオーブンでソルダリフローされてそれによってソルダボールは溶融し、外部端子に浸湿される。これが適切に発生するように、外部端子はフリップチップソルダバンプパッドまたはソルダ密閉リングパッドと同一なＵＢＭを必要とする。必要な場合、フラックス残存物を除去するためにリフローの後に適当な洗浄が後続されることができる。これら工程は半導体パッケージング技術分野の当業者によく知られている。
【００８５】
その後、イメージセンサーダイおよび基板の組立が後続する。まず、イメージセンサーウエハー４１は技術分野で知られた適当な半導体ウエハーソーイング（sawing）工程を利用し、ダイシングライン４３を通じてそれぞれのイメージセンサーダイ４２を分離するようにダイシングされることができる。その後、イメージセンサーダイはフリップチップ組立技術分野の当業者によく知られた標準フリップチップマウンティング工程を利用し、基板上に組み立てされることができる。この工程は通常、連続的なピック（pick）、フリップ（flip）および配置（place）動作を含む。通常、必要なフリップチップ接合領域におけるフラックス印加が含まれる。通常的な技術のうち一つは「ティピング（dipping）」と呼ばれるものである。この技術においては、イメージセンサーダイは基板上に配置される前に薄いフラックス層を維持するフラックステーブル上に配置される。イメージセンサーダイおよび基板組立体は与えられたソルダ物質の溶融温度以上に加熱されてソルダバンプおよびソルダ密閉リングが溶融されてパッドに浸湿されるようにする。このソルダリフロー工程は、通常、ベルトオーブンを利用して行われる。
【００８６】
フリップチップソルダ接合４６はイメージセンサーと基板上のそれぞれのフリップチップソルダバンプ（４８および６６）の間でこの工程の結果として形成される。同時に、ソルダ密閉リング５２がイメージセンサーと基板上のそれぞれのソルダ密閉リングパッド（５０および７０）の間で形成される。本発明によれば、ソルダ密閉リング５２上に空気通路構造５４が残る。前述したように、ソルダ密閉リングが崩壊によって形成される時に空気通路構造５４が空気が排出される通路を提供する。好ましくは、ソルダ密閉リングパッド構造によって空気通路構造が決定される。多様な構成が前述したように図１０-図１８に図示される。
【００８７】
図６ａ-図６ｂに図示された電子パッケージの実施形態は、空気通路５４を遮断するポリマー密封構造５６を含む。該ポリマー密封構造は公知された如何なる適切な方法で形成されることができる。例えば、エポキシ物質などのディスペンシングによって形成されることができる。２種類のディスペンシング技術が一般に採用される。一つはニードル（needle）ディスペンシングで、他の一つはジェット（jet）ディスペンシングである。ジェットディスペンシングが生産性の側面では好ましいこともあるが、各ディスペンシング工程は電子パッケージング技術分野の当業者によく知られている技術であるから、簡明のためにさらに詳細な説明は省略する。
【００８８】
基板は位置正確度および生産性を高めるためにディスペンシング装備がディスペンシング位置を決めるのに利用するためのキーマーク（key mark）を含むことができる。ポリマー構造を強化するためにディスペンシングの後に硬化が後続する。
【００８９】
その後、基板はそれぞれの単位基板にダイシンググされて本発明の電子パッケージの実施形態４０が完成される。
【００９０】
図２１は、デジタルカメラのＰＣＢ８０のような外部システム上に例示的に組み立てされる本発明の例示的な実施形態で実現された電子パッケージを図示する。
【発明の実施形態】
【００９１】
本発明を具体的な形態および実施形態と関連して説明したが、本発明の思想および範囲を抜け出すことなく、上で議論されたもの以外の多様な変形が行われる可能性があることを認識し得るだろう。例えば、具体的に図示されたか、または説明された構成要素は均等な構成要素に代替されることができて、ある特性は他の特性と独立的に使われることができて、ある場合には製造または組立段階の具体的な組合が逆転されるか、または他の段階が挿入されることができるが、これらのすべては添付された請求範囲で定義された本発明の思想または範囲を抜け出さない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
このようなアプリケーションにおいては、本発明の電子パッケージは例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサー用として利用することができる。本発明の電子パッケージはイメージセンサーの他にラインセンサーまたはポイントセンサーのような他の光センサーと共に利用することができる。同じ方式で、本発明の電子パッケージは可視光線以外の波長範囲で感度を有するＸ線センサーまたはＩＲセンサーのような多様な適切な類型のイメージセンサーと共に使うことができる。また、本発明の電子パッケージは実質的な空洞閉鎖（enclosure）を必要とする多様な他の半導体用として利用することができる。代表的な例はＭＥＭＳ素子である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】従来技術のイメージセンサーダイレイアウトの概略図である。
【図２】従来技術のイメージセンサー用電子パッケージの概略断面図である。
【図３】他の従来技術のイメージセンサー用電子パッケージの概略断面図である。
【図４ａ】他の従来技術のイメージセンサー用電子パッケージの概略断面図である。
【図４ｂ】図４ａに図示された電子パッケージのエッジ部分の部分切開概略平面図である。
【図５ａ】本発明が電子パッケージの例示的な実施形態の概略断面図である。
【図５ｂ】図５ａに図示された電子パッケージ実施形態で採用されたソルダ密閉リング構造の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図６ａ】本発明の電子パッケージの他の例示的な実施形態の概略断面図である。
【図６ｂ】図６ａに図示された電子パッケージ実施形態で採用されたソルダ密閉リング構造の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図７】本発明の電子パッケージのまた他の例示的な実施形態の概略断面図である。
【図８】図６ａに図示された電子パッケージ実施形態の長手方向から見た概略断面図である。
【図９ａ】図６ａ−図８に図示されたパッケージとは異なる全体的なパッケージ類型に適用される、本発明のパッケージの他の例示的な実施形態の概略断面図である。
【図９ｂ】図９ａに図示されたパッケージ実施形態の概略平面図である。
【図１０ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドの例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１０ｂ】図１０ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドの例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１１ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１１ｂ】図１１ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１２ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドのまた他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１２ｂ】図１２ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドのまた他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１３ａ】複数のライン要素を有する、本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドの例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１３ｂ】複数のライン要素を有する、図１３ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１４ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的なマルチライン要素実施形態の概略平面図である。
【図１４ｂ】図１４ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的なマルチライン要素実施形態の概略平面図である。
【図１５ａ】図１０ａに図示された実施形態と類似した、本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドの例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１５ｂ】図１５ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドの例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１５ｃ】図１５ａおよび図１５ｂに図示されたソルダ密閉リングパッドの各実施形態を例示的に統合する本発明の電子パッケージ実施形態の概略断面図である。
【図１６ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１６ｂ】図１６ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドの他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１６ｃ】図１６ａおよび図１６ｂに図示されたソルダ密閉リングパッドの各実施形態を例示的に統合する本発明の他の電子パッケージ実施形態の概略断面図である。
【図１７ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドのまた他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１７ｂ】図１７ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドのまた他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１８ａ】本発明のイメージセンサーダイ上に形成されたソルダ密閉リングパッドのまた他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１８ｂ】図１８ａに図示されたイメージセンサーのソルダ密閉リングパッド実施形態に対応するように基板上に形成されたソルダ密閉リングパッドのまた他の例示的な実施形態の概略平面図である。
【図１９ａ】本発明の一実施形態によるイメージセンサーウェハー上におけるフリップチップバンピングを順次的に図示する一連の概略断面図である。
【図１９ｂ】本発明の一実施形態によるイメージセンサーウェハー上におけるフリップチップバンピングを順次的に図示する一連の概略断面図である。
【図１９ｃ】本発明の一実施形態によるイメージセンサーウェハー上におけるフリップチップバンピングを順次的に図示する一連の概略断面図である。
【図２０ａ】本発明の例示的な実施形態によって、図１９ａ-図１９ｃに図示されたように形成された各イメージセンサーダイの基板およびその上のフリップチップ組立体製造を順次的に図示する概略断面図である。
【図２０ｂ】本発明の例示的な実施形態によって、図１９ａ-図１９ｃに図示されたように形成された各イメージセンサーダイの基板およびその上のフリップチップ組立体製造を順次的に図示する概略断面図である。
【図２０ｃ】本発明の例示的な実施形態によって、図１９ａ-図１９ｃに図示されたように形成された各イメージセンサーダイの基板およびその上のフリップチップ組立体製造を順次的に図示する概略断面図である。
【図２０ｄ】本発明の例示的な実施形態によって、図１９ａ-図１９ｃに図示されたように形成された各イメージセンサーダイの基板およびその上のフリップチップ組立体製造を順次的に図示する概略断面図である。
【図２０ｅ】本発明の例示的な実施形態によって、図１９ａ-図１９ｃに図示されたように形成された各イメージセンサーダイの基板およびその上のフリップチップ組立体製造を順次的に図示する概略断面図である。
【図２０ｆ】本発明の例示的な実施形態によって、図１９ａ-図１９ｃに図示されたように形成された各イメージセンサーダイの基板およびその上のフリップチップ組立体製造を順次的に図示する概略断面図である。
【図２１】印刷回路基板（ＰＣＢ）上に組み立てされるものとして、図２０ａ-図２０ｆに図示された本発明の実施形態により形成された電子パッケージの例示的な実施形態の概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２０ｄ】
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【図２０ｅ】
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【図２０ｆ】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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