(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面の中央部に受光部を有し、前記主面の外周部に外部回路への接続のためのバンプを有する固体撮像素子を用意する工程と、
前記主面と対向する面の中央部に前記受光部より大きく主面より小さい窓を有し、前記対向面において前記窓の外周部でかつ前記固体撮像素子のバンプに対応する位置に導電体の回路パターンを有する絶縁物のパッケージを用意する工程と、
前記パッケージに前記固体撮像素子を、前記受光部を前記窓に向け、かつ前記バンプと前記回路パターンとが電気的に接続されるように取り付ける工程と、
前記パッケージの前記窓の外周部と前記固体撮像素子の外周部との間に紫外線の照射により硬化する液状の封止剤を注入すると同時に、前記注入された封止剤に前記窓を通して波長が２５０〜４３０ｎｍの範囲の紫外線のみを照射して硬化させる工程と、
を有する固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法であって、
前記固体撮像素子を取り付けた前記パッケージを収納する凹部を有しかつ前記凹部に前記パッケージの窓より大きく前記パッケージの外形より小さい開口を設けた治具を用意する工程と、
前記固体撮像素子の受光部が前記開口に向くように、前記用意した治具の凹部に前記固体撮像素子を取り付けた前記パッケージを収納する工程と、
を更に有し、
前記収納する工程後に、前記硬化させる工程を行う、固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法。
【請求項２】
ＵＶ光源の放射光を前記治具の窓に向けて集光するように反射鏡にて反射した反射光が前記紫外線として前記封止剤に照射されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法。
【請求項３】
前記治具は前記窓を設けた凹部を複数有し、当該各凹部に、前記固体撮像素子を取り付けた前記パッケージが収納され、
前記各凹部に収納された前記パッケージと前記固体撮像素子との間に注入された前記封止剤に、前記各凹部に対応する位置に窓を有するマスク板を介して前記紫外線が照射されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法。
【請求項４】
固体撮像素子の外部接続用バンプとパッケージの回路パターンとが電気的に接続されるように、前記固体撮像素子を取り付けたパッケージが収納される複数の凹部を有し、前記各凹部に前記固体撮像素子の受光部より大きく前記パッケージの外形より小さい窓を設けた治具と、
前記固体撮像素子の外周部と前記パッケージとの間に紫外線の照射により硬化する液状封止剤を注入する液剤注入装置と、
前記封止剤の注入と同時に、前記治具の窓に向けて波長が２５０から４３０ｎｍの範囲の紫外線のみを照射する紫外線の光源と、
を備える固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置。
【請求項５】
前記受光部が設けられた前記固体撮像素子の主面に出射端が対向するように配置された光ファイバと、
前記光源が照射した紫外線のうち波長が４００ｎｍ以下の紫外線を前記光ファイバの入射端に向けて集光し、波長が４００ｎｍより長い紫外線を透過する反射鏡と、
前記反射鏡により前記光ファイバの入射端に向けて集光される紫外線のうち、波長が２５４ｎｍ以下の紫外線を遮断するフィルターと、
を更に備える請求項４記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置。
【請求項６】
前記フィルターとは別のフィルターであって、波長が４００ｎｍ以上の光を遮断するフィルターをさらに備える請求項５記載の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子をパッケージに固定する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いた固体撮像素子（以下、ＣＣＤ撮像素子という）はビデオカメラに用いられる半導体素子であり、撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換するセンサ部と、センサ部から出力される電気信号を処理する回路部とを１つの基板に設けたＩＣである。図５の（ａ）はＣＣＤ撮像素子１と、ＣＣＤ撮像素子１を取り付ける樹脂又はセラミックのパッケージ６の斜視図であり、同（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図である。ＣＣＤ撮像素子１の一般的形状は４角形の平板状であり、一方の面（主面）の中央部に受光部１２を有し、外周部には外部の回路に接続するための端子である複数のバンプ２が金のボールなどで形成されている。パッケージ６は一方の面にＣＣＤ撮像素子１の外形より大きい凹部６Ａを有するとともに、中央部には撮像素子１の外形より小さく受光部１２より大きい窓３が設けられている。ＣＣＤ撮像素子１は受光部１２を窓３に向けてパッケージ６の凹部６Ａに入り込むようにして取り付けられる。凹部６ＡにはＣＣＤ撮像素子１の複数のバンプ２のそれぞれに対応する位置に銅箔等による回路パターン４が形成されている。回路パターン４はパッケージ６の外周部に設けた外部端子５につながっている。
【０００３】
ＣＣＤ撮像素子１をパッケージ６に取り付けるときは、回路パターン４の接続部であるパット部に導電性接着剤を塗布し、ＣＣＤ撮像素子１のバンプ２を接着する。導電性接着剤によりバンプ２は回路パターン４に電気的に接続される。しかし導電性接着剤の接着強度はあまり大きくないので、振動等によりＣＣＤ撮像素子１がパッケージ６から脱落するおそれがある。そこで、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ６の間にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の封止剤８を充填して両者を強固に接着していた。封止剤８は液状であり、当技術分野でよく知られた、液状物を一定量供給するためのデイスペンサノズル９を用いて充填すべき場所に注入される。デイスペンサノズル９から封止剤８を吐出しつつ、図示を省略した移動装置により、デイスペンサノズル９をＣＣＤ撮像素子１の周囲を１周させ、ＣＣＤ撮像素子１の全周とパッケージ６との隙間に封止剤８を注入する。注入した封止剤８を加熱して硬化させることにより、ＣＣＤ撮像素子１はパッケージ６に強固に固定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
デイスペンサノズル９を用いて封止剤８を注入するとき、封止剤８の吐出量を最適な値に制御する必要がある。封止剤８の吐出量が少なすぎると、撮像素子１とパッケージ６とが完全に接着されず信頼性が低下する。吐出量が多すぎると、加熱したとき粘度が低下した余剰の封止剤８が撮像素子１の受光部１２に流れ出し、図５の（ｂ）に示す封止剤８Ａのように付着することがある。受光部１２に封止剤８Ａが付着すると、受光部１２に入射する光がさえぎられるためＣＣＤ撮像素子は正常に動作しない。熱硬化性樹脂は温度により粘度が変化するので、周囲温度の変化にかかわらずデイスペンサノズル９から常に最適な量の封止剤８を吐出させるのは容易ではなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法は、主面の中央部に受光部を有し、外周部に外部回路への接続のためのバンプを有する固体撮像素子を用意する工程、
中央部に前記受光部より大きく主面より小さい窓を有し、前記窓の外周部に前記固体撮像素子のバンプが接続される導電体の回路パターンを有する絶縁物のパッケージを用意する工程、
前記パッケージに、前記固体撮像素子を、前記受光部を前記窓に向け、かつ前記バンプと対応する回路パターンとが電気的に接続されるように取り付ける工程、
前記パッケージの窓の内周部と前記固体撮像素子の外周部との間に紫外線の照射により硬化する液状の封止剤を注入する工程、及び
前記注入された封止剤に前記窓を通して紫外線を照射して硬化させる工程を有する。
【０００６】
パッケージの窓の外周部と固体撮像素子の外周部との間に注入された封止剤のうち、ＣＣＤ撮像素子の受光部の近傍に流出する余分の封止剤は前記窓を通って入射する紫外線の照射をうける。その結果封止剤は、その表面が短時間で硬化して流動性を失う。これにより、封止剤が受光部にまで流れ込むのを防ぐことができる。
【０００７】
本発明の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置は、固体撮像素子を取り付けたパッケージが収納される凹部を有し、前記凹部に前記固体撮像素子の受光部より大きく前記パッケージの外形より小さい窓を有する治具、
前記治具の窓に向けて紫外線を照射する紫外線の光源、及び
前記固体撮像素子の外周とパッケージの間に紫外線の照射により硬化する液状の封止剤を注入する液剤注入装置を備える。
注入された封止剤のうち固体撮像素子の受光部に流入しようとする余分の封止剤は、紫外線の照射によりその表面が急速に硬化し流動性を失うので、封止剤が受光部に流入することはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図１から図４を参照して最も好適な実施例について説明する。
《第１実施例》
図１の（ａ）は本発明の第１実施例の、ＣＣＤを用いた固体撮像素子であるＣＣＤ撮像素子１をパッケージ６に取付ける方法を示す斜視図であり、同（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面図である。図１において、従来技術の説明に用いた図５に示す要素と同じ要素には同じ符号を付している。図１において、ＣＣＤ撮像素子１の受光部１２を有する面（以下、主面１Ａという）には、ＣＣＤ撮像素子１を外部回路に接続するための端子である複数のバンプ２が金のボール等で形成されている。パッケージ６は一方の面にＣＣＤ撮像素子１の外形より大きい凹部７を有するとともに、中央部にはＣＣＤ撮像素子１の外形より小さく受光部１２より大きい四角形の窓３を有する。ＣＣＤ撮像素子１は受光部１２を窓３に向けてパッケージ６の凹部７に入り込むようにして取り付けられる。凹部７には、ＣＣＤ撮像素子１の複数のバンプ２のそれぞれに対応する位置に、銅箔等により作った回路パターン４が設けられている。ＣＣＤ撮像素子１をパッケージ６に取り付けるときは、回路パターン４の端部のパッド部（電気接続をする部分）に導電性接着剤を塗布し、ＣＣＤ撮像素子１の各バンプ２がそれぞれ対応する回路パターン４のパッド部に接するように位置決めして取り付けする。これによりＣＣＤ撮像素子１はパッケージ６に仮付けされる。
【０００９】
次に、ＣＣＤ撮像素子１の外周とパッケージ６の凹部７との隙間７Ａに封止剤１８をデイスペンサノズル９を用いて注入する。デイスペンサノズル９は、図示を省略したＸ−Ｙ移動装置によってＣＣＤ撮像素子１の外周部に沿って移動するようになされている。封止剤１８は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性の樹脂である。紫外線熱硬化性樹脂の例としては、例えばナミックス株式会社（本社新潟市）製のＵＶ熱硬化型アンダーフィル剤、製品番号ＸＶ６８４１−１０７のものがある。この樹脂の２５℃での粘度は３．５Ｐａ・ｓである。
【００１０】
このＵＶ熱硬化性樹脂に波長が約３６５ｎｍ、照度が１００ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を照射すると１０数秒で表面が硬化する。図１の（ｂ）において、パッケージ６の下方には波長が約２５０から４３０ｎｍの範囲の紫外線を放射する光源（以下、ＵＶ光源１０という）が設けられている。このようなＵＶ光源１０の具体例としては高圧水銀ランプがある。ＵＶ光源１０からの紫外線は、窓３を通ってＣＣＤ撮像素子１の主面１Ａに照射される。主面１Ａにおける紫外線の照度は１００ｍＷ／ｃｍ２程度であり、照射時間は約１５秒である。デイスペンサノズル９により封止剤１８を隙間７Ａに注入したとき、余剰の封止剤がＣＣＤ撮像素子１の各バンプ２の隙間を通って受光部１２の周囲に１８Ａで示すように流れ出す。流れ出た封止剤１８ＡはＵＶ光源１０の紫外線を受けて表面が急速に硬化し流動性を失う。従って封止剤１８Ａが受光部１２にまで流入するのを防止することができる。
【００１１】
図２は、ＣＣＤ撮像素子１をパッケージ６に取り付けるための装置の具体例を示す斜視図である。図１、図２において、被加工物のパッケージ６を保持するトレイ２１は例えば４つの凹部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを備えている。各凹部２２Ａ〜２２Ｄの縦横の寸法はパッケージ６の縦横のそれぞれの寸法より若干大きくなされている。凹部２２Ａ〜２２Ｄの中央部には、パッケージ６の外形より小さく、パッケージ６の窓３よりやや大きい開口２３が設けられている。各凹部２２Ａ〜２２Ｄには、バンプ２と回路パターン４が導電性接着剤で仮接着された状態のパッケージ６とＣＣＤ撮像素子１の組立体が収納されている。トレイ２１は２個の支持板２４により支持され、図示を省略した移動装置により矢印Ｘ、Ｙ方向に移動するようになされている。
【００１２】
トレイ２１の下部には、ＣＣＤ撮像素子１の主面１Ａに出射端２８Ａが対向する光ファイバ２８が配置されている。光ファイバ２８は、例えば合成石英で作られており直径は約１０ｍｍである。光ファイバ２８の入射端２８Ｂは、例えば高安定型の水銀キセノンランプのＵＶ光源２５を有する紫外線発生器３０に接続されている。紫外線発生器３０は、前記のＵＶ光源２５の放射光を前記光ファイバ２８の入射端２８Ｂに向けて集光する反射鏡２６を備えている。反射鏡２６は波長４００ｎｍ以下の紫外光２７を反射し、それより波長の長い可視光等は透過するコールドミラーである。フィルタ２９は、波長２５４ｎｍ以下の紫外光を遮断する。波長２５４ｎｍ以下の紫外線はＣＣＤ撮像素子１に損傷を与えるおそれがあるのでフィルタ２９で遮断する。
【００１３】
図２の構成の装置の動作を以下に説明する。トレイ２１の上方には、デイスペンサノズル９が図示を省略した既知の移動機構により支持されている。移動機構により、デイスペンサノズル９をＣＣＤ撮像素子１の周囲に沿って移動させつつ凹部２２Ａに収納されているパッケージ６とＣＣＤ撮像素子１との間に封止剤１８を注入する。封止剤１８の注入開始と同時にＵＶ光源２５を点灯する。ＵＶ光源２５からの紫外線は光ファイバ２８を経て出射端２８Ａから出射し、トレイ２４の開口２３を経てＣＣＤ撮像素子１とパッケージ６の境界部に照射される。ＣＣＤ撮像素子１の受光部１２に流入しようとする余剰の封止剤１８は紫外線を受けて５秒から１５秒で表面が硬化し流動性を失う。トレイ２１を矢印Ｘ、Ｙ方向に移動させて各凹部２２Ｂ〜２２Ｄを順次光ファイバ２８の出射端２８の上に位置決めし、前記の動作を繰り返すことにより、４つの撮像素子１とそれぞれのパッケージ６との間に封止剤１８が注入される。上記の工程の終了後、トレイ２１を図示を省略した加熱室に入れ、１００から１２０℃で約１時間加熱する。これにより封止剤１８は表面のみならず内部も硬化し、撮像素子１はパッケージ６に強固に接着される。
【００１４】
《第２実施例》
本発明の第２実施例のＣＣＤ撮像素子をパッケージに取り付ける装置を図３及び図４を参照して説明する。図３は第２実施例に用いる装置の要部の斜視図であり、図４の（ａ）は装置全体を示す平面図、同（ｂ）は正面図である。第２実施例は大量生産に用いる装置に関するものであり、トレイ４１は、例えば７行、７列の合計４９の凹部４２を有する。図３では、デイスペンサノズル９による封止剤１８の注入位置に第１行、第１例の凹部４２Ａが位置決めされている。７行７列の４９の凹部４２のすべてに、導電性接着剤でＣＣＤ撮像素子１を仮付けしたパッケージ６が収納されている。デイスペンサノズル９は、図示を省略した移動機構によりＹ方向に移動し、第１行の凹部４２Ａから４２Ｇに順次封止剤１８を注入するように構成されている。
トレイ４１の下方には棒状のＵＶ光源４３が配置されている。ＵＶ光源４３は例えばＵＶ高圧水銀ランプである。ＵＶ光源４３の下方には、波長４００ｍｍ以上の可視光を含む長い波長の光を透過し、それより短い波長の光を反射するコールドミラー４４が配置されている。ＵＶ光源４３とトレイ４１との間には、複数のフィルタが設けられている。ＵＶ光源４３のすぐ上には可視光及び可視光より長い波長の光を遮断するコールドフィルタ４５が配置されている。
【００１５】
コールドフィルタ４５の上方に、ステンレススチールやセラミック等耐熱性を有する材料で作られたマクス板４６が配置されている。マスク板４６はＵＶ光源４３の光がトレイ４１の凹部４２Ａ〜４２Ｇの部分にのみ入射するように凹部４２Ａ〜４２Ｇに対応する位置に窓を有する。マクス板４６の上にフィルタ４８及び４９が設けられている。フィルタ４８は、ＣＣＤ撮像素子１のＣＭＯＳ素子に損傷を与える波長２５４ｎｍ以下の短波長の紫外線を遮断するフィルタである。フィルタ４９は波長４００ｎｍ以上の光を最終的に遮断し、赤外線等の長い波長の光を完全に防ぐためのフィルタである。デイスペンサノズル９は凹部４２Ａの位置で図示を省略した移動機構により、矢印Ｚ方向に移動して降下するとともに、封止剤１８を吐出しつつＸ、Ｙ方向に移動して第１実施例の動作と同様にＣＣＤ撮像素子１の周囲を回り、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ６との間に封止剤１８を注入する。注入した封止剤１８のうち、ＣＣＤ撮像素子１の受光部１２近傍に流れるものはＵＶ光源４３からの紫外線の照射を受けて表面が急速に硬化する。次にデイスペンサノズル９をＹ方向に移動させて凹部４２Ｂの上方に位置決めし、上記と同様の動作で封止剤１８を注入する。凹部４２Ｃから４２Ｇについても上記と同様の動作で封止剤１８を注入すると、トレイ４１を矢印Ｔの方向に移動させ、２列目の凹部４２Ｈから４２Ｎを注入位置に位置決めする。上記の動作を繰り返してすべての凹部４２のＣＣＤ撮像素子１とパッケージ６との間に封止剤１８を注入する。シャッタ５０は、トレイ４１を取りはずして図３に示す位置にないとき矢印Ｓ方向に移動してＵＶ光源４３からの光を遮断し作業者に障害を与えないようにする。
【００１６】
図４の（ａ）は、図３の装置を含む工場設備の具体的な構成例を示す平面図であり、同（ｂ）は正面図である。図４の（ａ）において、図８に示すトレイ４１は２本のレール６０に乗って矢印６１の方向に搬送され、図４の（ｂ）に示すように、ディスペンサノズル９を備えた封止剤供給装置６３の下に位置決めされる。トレイ４１の下方には、図３に示す紫外線の照射装置が設けられている。シャッタ５０は矢印Ｓに示す方向に動いて、トレイ４１が図４に示す位置にないときＵＶ光源４３の紫外線を遮断する。図４の装置によれば、ＣＣＤ撮像素子１とパッケージ６との接着工程を高能率で行うことができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の各実施例で詳細に説明したように本発明によれば、ＣＣＤ撮像素子とパッケージの間に注入する封止剤に紫外線熱硬化性樹脂を用い、注入後にＣＣＤ撮像素子の受光部に流入しようとする余剰の封止剤に紫外線を照射する。紫外線の照射をうけた封止剤はその表面が短時間で硬化し、流動性を失うので、受光部への流入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施例の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法を示す、固体撮像素子を取り付けたパッケージの斜視図
（ｂ）は、（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面図
【図２】（ａ）は本発明の第１実施例の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法を実施する装置の斜視図
（ｂ）は、（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ断面図
【図３】本発明の第２実施例の固体撮像素子をパッケージに取り付ける装置の要部の斜視図
【図４】（ａ）は第２実施例の装置の平面図
（ｂ）は第２実施例の装置の正面図
【図５】（ａ）は従来の固体撮像素子をパッケージに取り付ける方法を示す、固体撮像素子を取り付けたパッケージの斜視図
（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図
【符号の説明】
１      ＣＣＤ撮像素子
２      バンプ
３      窓
４      回路パターン
５      外部端子
６      パッケージ
６Ａ    凹部
７      凹部
７Ａ    隙間
８、１８    封止剤
９      デイスペンサノズル
１０    ＵＶ光源
１１
１２    受光部
２１    トレイ
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ    凹部
２３    開口
２４    支持板
２５    ＵＶ光源
２６    反射鏡
２７    紫外光
２８    光ファイバ
２８Ａ    出射端
２８Ｂ    入射端
２９    フィルタ
４１    トレイ
４２    凹部
４２Ａ〜４２Ｇ    凹部
４３    ＵＶ光源
４４    コールドミラー
４５    コールドフィルタ
４６    マスク板
４８、４９    フィルタ
５０    シャッタ
【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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