(57)【要約】  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。
2014207786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置が収容された半導体パッケージと、
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。
【請求項２】
前記半導体装置は、固体撮像素子である請求項１に記載の半導体パッケージの実装構造。
【請求項３】
前記配線基板は、
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。
【請求項４】
前記ビアは、フィルドビア及び／又はコンフォーマルビアである請求項３に記載の半導体パッケージの実装構造。
【請求項５】
半導体装置が収容された半導体パッケージと、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を備えた内視鏡装置のカメラヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５８４９５号公報
【特許文献２】特表２００３−５０１８４１号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る撮像装置の構成図である。
【図２】実施形態に係るカメラヘッドの構成図である。
【図３】配線基板の一部拡大断面図である。
【図４】サイドフィル材に孔が空いた例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【符号の説明】
【００３９】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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