(57)【要約】【課題】一枚レンズでも、像面湾曲にかかわらず、優れた画質を得る。【解決手段】固体撮像素子２１が配線基板２２の開口部２８から後退する方向に凹状に湾曲して形成され、その受光部２５の受光面も凹状に湾曲した状態で形成されている。この湾曲形状によって光学系による像面湾曲を吸収し、受光面全体で適正なピント調整を行えるようにする。このような固体撮像素子２１の湾曲は、固体撮像素子２１の材質よりも熱膨張率が大きい材質によって配線基板２２を形成し、固体撮像素子２１と配線基板２２とを上述した突起電極２７を介して接合する際に、加熱接合後の冷却作用によって配線基板２２の方が収縮率が大きくなり、受光部２５の外側の接合部の間隔が短縮されることで、固体撮像素子２１に圧縮力がかかって湾曲するような工法を用いて形成する。【選択図】　　　　図１
2004146633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部より入射した光を撮像信号に変換して出力する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部を有するとともに、前記固体撮像素子の受光部と前記開口部とを対向させた状態で前記固体撮像素子をフリップチップ接合によって実装する配線基板と、
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部に充填され、両者の間隙を封止する封止材と、
前記配線基板の前記固体撮像素子の接合面と反対側の面に装着され、前記開口部を封止する透明板とを有し、
前記固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記配線基板が前記固体撮像素子に対して大きい熱膨張率を有し、前記配線基板と前記固体撮像素子との加熱接合時に、前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部の間隔が収縮することにより、前記固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部が方形状に形成された受光部の相対向する２つの辺に沿って配置され、前記固体撮像素子の少なくとも受光部が２次元円弧面状に湾曲していることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部が方形状に形成された受光部の４つの辺に沿って配置され、前記固体撮像素子の少なくとも受光部が３次元円弧面状に湾曲していることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部は、電極パッド及び突起電極の加熱接合によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
受光部より入射した光を撮像信号に変換して出力する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部を有するとともに、前記固体撮像素子の受光部と前記開口部とを対向させた状態で前記固体撮像素子をフリップチップ接合によって実装する配線基板と、
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部に充填され、両者の間隙を封止する封止材と、
前記配線基板の前記固体撮像素子の接合面と反対側の面に装着され、前記開口部を封止する透明板とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記配線基板に前記固体撮像素子に対して大きい熱膨張率を有する材料を用いるとともに、前記配線基板と前記固体撮像素子との加熱接合時に、前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部の間隔を収縮させることにより、前記固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合する、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部を方形状に形成された受光部の相対向する２つの辺に沿って配置し、前記固体撮像素子の少なくとも受光部を２次元円弧面状に湾曲させることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部を方形状に形成された受光部の４つの辺に沿って配置し、前記固体撮像素子の少なくとも受光部を３次元円弧面状に湾曲させることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部を、電極パッド及び突起電極の加熱接合によって形成することを特徴とする請求項６記載の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、例えばＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサと呼ばれる各種の固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に撮像素子のフリップチップと配線基板とを接合してシール材で封止したパッケージ構造を有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種パッケージ構造を有する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図３は、この種の固体撮像装置における従来のパッケージ構造の一例を示す断面図である。
同図において、撮像素子１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサを搭載した半導体チップ（フリップチップ）である。
また、配線基板２は、例えばセラミックまたは樹脂などの基板上に配線パターンを形成したものであり、撮像素子１の受光部５に対する光路確保のための開口部１３を設けてある。
撮像素子１には、例えばアルミ等による電極パッド（図示せず）上に、金等の突起電極７（バンプ）を形成してあり、この突起電極７を配線基板２の金等でメッキ処理された配線（図示せず）にフリップチップ接合している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２３２３号公報
【０００４】
また、撮像素子１の突起電極７の周囲には、電極パッドと配線との接合を補強するために、封止樹脂としてのダム剤６が塗布されている。
なお、ここでダム剤とは、エポキシ系の封止樹脂の一種で、ダレや流れを抑制するため、粘度が高く調整されており、通常７０００ｃｐｓ以上を有している。また、チキソ比も大きく、１，７以上を有する。ただし、チキソ比とは、樹脂の形状維持の強さの指標で、例えば、同じ位の粘度であるヨーグルトとマヨネーズを比べた場合、ヨーグルトは流れて形状を維持できないのに対し、マヨネーズはその形状を維持することができる。この場合、ヨーグルトはチキソ比が低く、マヨネーズはチキソ比が大きい。
【０００５】
また、配線基板２の撮像素子１と反対側の面は、接着剤（図示せず）を用いてガラス板等の透明板３で開口部１３を密閉封止した構造になっている。
また、配線基板２の外周部には、外部と電気的に接続するための端子４が設けられている。
以上のようにしてパッケージ化された固体撮像装置３１が形成されている。
【０００６】
また、図４は、図３に示す固体撮像装置３１を用いたカメラモジュールの一例を示す断面図である。
図示のように、モジュール基板９の上面には固体撮像装置３１が半田１１を介して接続され、その上に、レンズ８を内蔵したレンズ鏡筒１２が装着されている。また、モジュール基板９には、周辺チップ部品１０等が実装されている。
このようにして、カメラモジュール４１が形成される。
【０００７】
次に、このような半導体チップのパッケージ工程に用いられるフリップチップ工程について説明する。
図８は、ＡＣＦ、ＡＣＰを用いた場合の例を示している。
まず、図８（Ａ）において、半導体素子１００のパッド上に突起電極（バンプ）１１０を形成する。一方、図８（Ｂ）において、配線基板１２０上のフリップチップする箇所に異方性導電フィルムまたは異方性導電ペースト１３０を供給する。
そして、図８（Ｃ）では、半導体素子１００を配線基板１２０上に位置決めして搭載し、加圧と加熱を行う。なお、加圧と加熱時間は例えば約２０秒、加熱温度は例えば２００°Ｃ〜３００°Ｃである。
【０００８】
図９は、導電ペーストを用いた場合の例を示している。
まず、図９（Ａ）において、半導体素子２００のパッド上に突起電極（バンプ）２１０を形成する。次に、図９（Ｂ）では、半導体素子２００のバンプまたは、配線基板２２０のバンプ接点位置に導電ペースト２３０を供給する。
そして、図９（Ｃ）において、半導体素子２００を配線基板２２０上に位置決めして搭載し、図９（Ｄ）において加熱を行う。なお、この加熱温度は、例えばオーブンで１５０°Ｃ前後、リフローで２５０°Ｃ前後とする。
次に、図９（Ｅ）において、樹脂２４０による封止と硬化を行う。
これには例えば、アンダーフィル剤を用いる。通常、アンダーフィル剤は、粘度が低く、チキソ比も低いため、一辺または一点塗布で、素子下面に毛細管現象により浸透し、充填される。また、硬化は、例えば１５０°Ｃ前後で１〜２時間程度で行う。
【０００９】
図１０は、超音波発振法を用いた場合の例を示している。
まず、図１０（Ａ）において、半導体素子３００のパッド上に突起電極（バンプ）３１０を形成する。次に、図１０（Ｂ）において、半導体素子３００を配線基板３２０上に位置決めして搭載し、加圧と超音波発振を行う。発振時間は、０，５秒前後、温度は室温から３００°Ｃの範囲で任意に選択可能である。
次に、図１０（Ｃ）において、樹脂３３０による封止と硬化を行う。これには例えば図９の例と同様のアンダーフィル剤を用いる。この場合の硬化も、例えば１５０°Ｃ前後で１〜２時間程度で行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の特に携帯性を重視した電子機器等では、市場において小型化、軽量化、および低コスト化が求められており、図４に示したカメラモジュール４１では、プラスティック製の一枚レンズが用いられる。
しかし、一枚レンズによって結像される結像面は、レンズの材質によらず、例えば図５に示すように湾曲面を描いている。なお、このような現象を像面湾曲という。
一方、上述した固体撮像素子１の受光面５Ａは平面状であることから、受光面５Ａ（平面）とレンズ８による結像面８Ａ（湾曲面）とを一致させてレンズ８を固定（ピント調整）することはできない。
このため、例えば図６に示すように、受光面５Ａの中心部を重視してピント調整した場合、結果として周辺がボケた画質が得られるようになり、また、例えば図７に示すように、受光面５Ａの周辺部を重視してピント調整した場合、結果として、中心部がボケた画質となって、一枚レンズでは優れた画質を得ることができなかった。
【００１１】
そこで、このような像面湾曲を対策する方法として、複数枚、たとえば、二枚レンズを用いる方法も考えられる。
しかしながら、この場合には、二枚レンズを設けることによる大幅なコストアップ、および、光路長が長くなってカメラモジュールが大型になってしまい、適用される用途が限定されてしまうことになる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、一枚レンズとの組合せでも、像面湾曲にかかわらず、優れた画質を得ることができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、受光部より入射した光を撮像信号に変換して出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部を有するとともに、前記固体撮像素子の受光部と前記開口部とを対向させた状態で前記固体撮像素子をフリップチップ接合によって実装する配線基板と、前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部に充填され、両者の間隙を封止する封止材と、前記配線基板の前記固体撮像素子の接合面と反対側の面に装着され、前記開口部を封止する透明板とを有し、前記固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合されていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、受光部より入射した光を撮像信号に変換して出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に対応する開口部を有するとともに、前記固体撮像素子の受光部と前記開口部とを対向させた状態で前記固体撮像素子をフリップチップ接合によって実装する配線基板と、前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部に充填され、両者の間隙を封止する封止材と、前記配線基板の前記固体撮像素子の接合面と反対側の面に装着され、前記開口部を封止する透明板とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記配線基板に前記固体撮像素子に対して大きい熱膨張率を有する材料を用いるとともに、前記配線基板と前記固体撮像素子との加熱接合時に、前記配線基板と前記固体撮像素子との接合部の間隔を収縮させることにより、前記固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合することを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像装置では、固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合されていることから、例えば一枚レンズによる像面湾曲が生じる場合でも、それに対応して固体撮像素子の受光部が湾曲しているため、受光面全体に適合するピント調整を容易に行うことができ、優れた画質を得ることができる。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法では、配線基板に固体撮像素子よりも大きい熱膨張率を有する材料を用いることにより、配線基板と固体撮像素子との加熱接合時に、配線基板と固体撮像素子との接合部の間隔を収縮させることにより、固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合することから、例えば一枚レンズによる像面湾曲が生じる場合でも、それに対応して固体撮像素子の受光部が湾曲しているため、受光面全体に適合するピント調整を容易に行うことができ、優れた画質を得ることができる固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による固体撮像装置及びその製造方法の実施の形態例について説明する。
図１は本発明の実施の形態例による固体撮像装置のパッケージ構造の具体例を示す断面図である。
同図において、撮像素子２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサを搭載した半導体チップ（フリップチップ）であり、全体として方形状の薄板状に形成され、その上面中央に方形状の受光部２５が形成されている。
この受光部２５には、フォトダイオード等による画素が２次元マトリクス状に設けられており、各画素によって受光量に応じた画素信号が生成され、所定の方式で読み出されることにより、撮像信号が出力される。また、撮像素子２１の受光部２５の外側には、周辺回路部（図示せず）が形成され、その外側に例えばアルミ等による電極パッド（図示せず）が形成され、この電極パッド上に、金等の突起電極２７（バンプ）が形成されている。
【００１７】
また、配線基板２２は、例えばセラミックまたは樹脂などの基板上に配線パターンを形成したものであり、撮像素子２１の受光部２５に対する光路確保のための開口部２８を設けてある。
そして、この配線基板２２には、金等でメッキ処理された配線（図示せず）が形成され、この配線に撮像素子２１の突起電極２７をフリップチップ工法によって接合することにより、撮像素子２１と配線基板２２とを一体化している。なお、フリップチップ接合の方法については後述する。
また、このような撮像素子２１の突起電極２７の周囲には、電極パッドと配線との接合部を補強するために、封止樹脂としてのダム剤（封止材）２６が充填状態で塗布され、撮像素子２１と配線基板２２との間隙を密閉封止している。
【００１８】
また、配線基板２２の撮像素子２１と反対側の面は、接着剤（図示せず）を用いてガラス板等の透明板２３で開口部２８を密閉封止した構造になっている。
また、配線基板２２の外周部には、外部と電気的に接続するための端子２４が設けられている。
以上のようにしてパッケージ化された固体撮像装置５１が形成されている。なお、このような固体撮像装置５１を設けるカメラモジュールとしては、例えば図４に示した従来例のものに適用することが可能である。
【００１９】
そして、本例の固体撮像装置５１では、固体撮像素子２１が図１に示すように、配線基板２２の開口部２８から後退する方向に凹状に湾曲して形成されている。したがって、固体撮像素子２１の受光部２５の受光面も凹状に湾曲した状態で形成され、この湾曲形状によって光学系（図１では図示せず）による像面湾曲を吸収し、受光面全体で適正なピント調整を行えるようになっている。
図２は、本例の固体撮像素子２１の湾曲した受光部２５で光学系（レンズ８）からの光を受光している状態を示す説明図である。なお、太線Ａが受光面、細線Ｂが結像面を示している。
図示のように、湾曲した受光部２５により像面湾曲を吸収でき、受光面全体で適正なピント調整を行うことが可能である。
【００２０】
そして、このような固体撮像素子２１の湾曲は、固体撮像素子２１の材質よりも熱膨張率が大きい材質によって配線基板２２を形成し、固体撮像素子２１と配線基板２２とを上述した突起電極２７を介して接合する際に、加熱接合後の冷却作用によって配線基板２２の方が収縮率が大きくなり、受光部２５の外側の接合部の間隔が短縮されることで、固体撮像素子２１に圧縮力がかかって湾曲するような工法を採用する。
【００２１】
次に、このような本例の工法による製造工程について説明する。
上述のように本例では、配線基板２２と固体撮像素子２１の接合に突起電極２７によるフリップチップ工法を用いている。一般に、フリップチップの工法には、熱圧着、ＡＣＦ接続、超音波接続などの方法があるが、この接続プロセスでは、安定した接続状態を得るために、固体撮像素子２１と配線基板２２を加熱して行う。また、配線基板２２は、例えばガラスエポキシ基材やセラミックなどのように、シリコンよりも熱膨張係数の大きい材質のものを選択する。
なお、本例においては、固体撮像素子２１と配線基板２２がフリップチップ工法で接続されていることと、フリップチップ接合時の加熱、および固体撮像素子２１と配線基板２２との熱膨張係数の差が重要な条件となる。すなわち、フリップチップ接続後の室温へ戻る冷却の過程において、固体撮像素子（＝シリコン）２１よりも熱膨張係数の大きい配線基板２２は、固体撮像素子２１よりも余分に収縮し、固体撮像素子２１の受光面が凹状となる方法に、固体撮像素子２１が湾曲する。
【００２２】
以下、超音波接続フリップチップ工法を例にして本例による製造方法の具体例を説明する。
まず、本例では、固体撮像素子２１の受光部２５の相対向する２つの辺に沿ってアルミパッドを配置し、このパッド上に金スタッドバンプ２７を形成する。
ガラスエポキシ配線基板２２の金メッキパターンと、固体撮像素子２１上の金スタッドバンプ２７とを位置合わせし、例えば加熱温度１８０°Ｃで、金−金間の超音波接続を行う。
そして、この接合部を補強するため、固体撮像素子２１の周囲に封止材２６を塗布硬化し、その後、開口部２８の反対面にガラス透明板２３を位置決め配置し、例えばＵＶ硬化樹脂で固着した。
【００２３】
このような方法で組立てられた固体撮像装置における固体撮像素子２１の裏面形状をトレースした結果、受光面が２次元円弧面状に１５０μｍ程度の深さで湾曲したことが検出された。
そして、上述のように固体撮像素子２１と配線基板２２の接合部を受光部２５の２つの辺に沿って配置した場合には、特別な湾曲工程を用いることなく、受光面を２次元円弧面状に湾曲させることが可能である。
また、固体撮像素子２１と配線基板２２の接合部を受光部２５の４つの辺に沿って配置した場合には、受光部２５を３次元円弧面状に湾曲させることが可能となり、より有効な像面湾曲対策を得ることができる。
【００２４】
なお、本例では固体撮像素子２１全体を湾曲させた場合を示したが、例えば接合部の位置や強度によっては、受光部２５だけを湾曲するような形状とすることも可能であり、このような固体撮像装置及び製造方法についても本発明の範囲に含まれるものとする。
また、本発明の固体撮像装置を適用できるカメラモジュールとしては、図４に示すような構成に限らず、種々の構造を有するものに広く適用可能であり、またカメラモジュールの用途についても、各種のデジタルカメラや携帯電話機等に広く適用できるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像装置によれば、固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合されていることから、例えば一枚レンズによる像面湾曲が生じる場合でも、それに対応して固体撮像素子の受光部が湾曲しているため、受光面全体に適合するピント調整を容易に行うことができ、優れた画質を得ることができる。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、配線基板に固体撮像素子よりも大きい熱膨張率を有する材料を用いることにより、配線基板と固体撮像素子との加熱接合時に、配線基板と固体撮像素子との接合部の間隔を収縮させることにより、固体撮像素子の少なくとも受光部が前記開口部に対して凹状に湾曲して接合することから、例えば一枚レンズによる像面湾曲が生じる場合でも、それに対応して固体撮像素子の受光部が湾曲しているため、受光面全体に適合するピント調整を容易に行うことができ、優れた画質を得ることができる固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例による固体撮像装置のパッケージ構造の具体例を示す断面図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の受光時の状態を示す説明図である。
【図３】従来の固体撮像装置のパッケージ構造の具体例を示す断面図である。
【図４】図３に示す固体撮像素子を搭載したカメラモジュールの構成例を示す断面図である。
【図５】図３に示す固体撮像素子の受光時の状態を示す説明図である。
【図６】図３に示す固体撮像素子で生じるピントボケの一例を示す説明図である。
【図７】図３に示す固体撮像素子で生じるピントボケの他の例を示す説明図である。
【図８】ＡＣＦ、ＡＣＰを用いたフリップチップの例を示す説明図である。
【図９】導電ペーストを用いたフリップチップの例を示す説明図である。
【図１０】超音波発振を用いたフリップチップの例を示す説明図である。
【符号の説明】
２１……固体撮像素子、２２……配線基板、２３……透明板、２４……端子、２５……受光部、２６……ダム剤、２７……突起電極、２８……開口部、５１……固体撮像装置。
【図１】
2004146633.tif 000003
【図２】
2004146633.tif 000004
【図３】
2004146633.tif 000005
【図４】
2004146633.tif 000006
【図５】
2004146633.tif 000007
【図６】
2004146633.tif 000008
【図７】
2004146633.tif 000009
【図８】
2004146633.tif 000010
【図９】
2004146633.tif 000011
【図１０】
2004146633.tif 000012