(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との間に透明接着剤を充填した後に、前記固体撮像素子と前記透明部材との実装構造体の互いに対向する１対の側面と光透過領域の外側部分との間に位置する透明接着剤を硬化させ、次いで他側面側からエアブローにより、硬化していない前記光透過領域の透明接着剤を除去して、他側面間に貫通する空間部を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記透明接着剤が光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記透明接着剤の硬化を前記光透過領域を硬化光照射側に射影したマスクを用いて行うことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記エアブローは固体撮像素子の画素ライン方向に行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との相対位置合わせを行う工程と、
前記固体撮像素子と前記透明部材の配線パターンとをバンプの溶融により接合する工程と、
前記透明接着剤として光硬化型接着剤を用い、該光硬化型接着剤を前記固体撮像素子と前記透明部材との間に充填する工程と、
前記固体撮像素子長手面の両方から硬化光を照射する工程と、
前記固体撮像素子短手面方向からエアブローし、硬化していない光透過領域の前記光硬化型接着剤を除去して、短手面間に貫通する空間部を形成する工程とを備えている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、複写機、イメージスキャナー、ファクシミリ等の画像形成装置に備える、固体撮像素子を用いて光学像を読み取る画像読取装置の固体撮像装置、その製造方法、画像読取ユニット及び画像形成装置に関し、デジタルカメラ、ビデオカメラ、胃カメラ等の画像形成機器や半導体の実装技術として応用が可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子のフリップチップ実装方法では実装構造体全体の剛性を向上させる為や熱膨張による変形を防ぐ為に、図７のように液状の接着剤１７２を基板１７１と半導体素子１７５との間に注入することにより基板１７１と半導体素子１７５とを接続していた。この様な接着剤１７２を注入する場合には空気が混入しやすく直径が数μｍ〜数ｍｍのものまで塗布方法によりさまざまな大きさの気泡ｂが発生する場合がある。なお、図７中、符号１７４は半導体素子１７５と基板１７１上の回路パターン１７３とを電気的に接続するバンプである。
【０００３】
半導体素子１７５としてＣＣＤベアチップ（固体撮像素子）を用い、基板１７１として透明基板を用いて、にフリップチップ実装を実施する場合には、接着剤１７５中に気泡ｂが発生すると、数μｍ角の画素近傍に数μｍ程度の気泡が存在しても接着剤１７５中を透過し気泡に光線が入射することにより光が屈折したり、散乱をおこし読み取り性能を著しく損なうこととなる。そこで、接着剤１７５中の気泡ｂを取り除く手段としては『樹脂封止方法』（特開平８−３０６７１７号）に見られるように、接着剤を加熱したり、超音波振動を加えて接着剤中の泡を取り除く方法がある。
【０００４】
この方法では、先ず、熱源を内蔵し回動自在の台座を略水平にし、半導体チップを基板にフリップチップ接合した部品を載置する。次に半導体チップの１ないし３辺に封止樹脂を滴下し、部品を覆うように台座上に囲いを設置し、内部を真空にすると共に熱源により部品を加熱して封止樹脂を溶融する。次に、台座３を傾斜させて半導体チップと基板との間隙部に封止樹脂を充填する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法では、接着剤が充填される途中において、半導体チップ，基板，接合電極等の表面状態により微小な気泡を巻き込んだり、あるいはガスが発生し、加熱硬化を行う過程においてそれらが膨張して、接合電極を引き剥がす力を発生させ、半導体チップと基板間の接合を破損させるという問題を有していた。
【０００６】
そこで、本発明は、固体撮像素子にフリップチップ実装構造を実施した場合に、アンダーフィルなどで接着剤をＣＣＤ画素チップとガラスとの間に注入した場合に、仮に接着剤に泡が混入していても光学的結像品質の劣化が生じない固体撮像素装置の製造方法を提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との間に透明接着剤を充填した後に、前記固体撮像素子と前記透明部材との実装構造体の互いに対向する１対の側面と光透過領域の外側部分との間に位置する透明接着剤を硬化させ、次いで他側面側からエアブローにより、硬化していない前記光透過領域の透明接着剤を除去して、他側面間に貫通する空間部を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項２の発明は前記透明接着剤が光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項３の発明は、前記透明接着剤の硬化を前記光透過領域を硬化光照射側に射影したマスクを用いて行うことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項４の発明は、前記エアブローは固体撮像素子の画素ライン方向に行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法である。
また、請求項５の発明は、固体撮像素子の画素有効領域が透明部材に対向し、固体撮像素子と透明部材との間に透明接着剤が介在して、固体撮像素子が該透明部材に実装されている固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像素子と前記透明部材との相対位置合わせを行う工程と、
前記固体撮像素子と前記透明部材の配線パターンとをバンプの溶融により接合する工程と、
前記透明接着剤として光硬化型接着剤を用い、該光硬化型接着剤を前記固体撮像素子と前記透明部材との間に充填する工程と、
前記固体撮像素子長手面の両方から硬化光を照射する工程と、
前記固体撮像素子短手面方向からエアブローし、硬化していない光透過領域の前記光硬化型接着剤を除去して、短手面間に貫通する空間部を形成する工程とを備えている固体撮像装置の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る第１実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の充填工程を示す図である。
【０００９】
図１（Ａ）に示すように、この固体撮像装置７は、ラインＣＣＤ、エリアＣＣＤ等の光情報を電気信号に変換する集積回路を備え、固体撮像素子であるＣＣＤベアチップ７５と、ＣＣＤベアチップ７５の回路形成面に電気接続用の配線パターン７３が対向して配置され、ＣＣＤベアチップ７５と透明部材であるガラス基板７１の配線パターン７３との間がバンプ７４により導通している。このＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１とのフリップチップ実装構造体の短辺側から透明な接着剤Ｓ１、例えば本実施形態では紫外線硬化型接着剤を充填する。この充填を行う方法は、注入器７８を用いてＣＣＤベアチップ７５の一短辺側に滴下すると、接着剤Ｓ１の表面張力により、ガラス基板７１とＣＣＤベアチップ７５との間に接着剤Ｓ１が流れ込んで図１（Ｂ）の如く充填される。この充填は両方の短辺側から同時に行っても良く、また、長辺側から行っても良い。
【００１０】
図１（Ｂ）に示すように、透明な接着剤Ｓ１の中には気泡ｂが混入している虞がある。この気泡ｂは特に接着剤Ｓ１の画素有効領域７５ａへの入射光通過範囲Ｈ内にあると画質に悪影響がある。
【００１１】
図２は本発明に係る第１実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の除去工程を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図１の充填工程のように、紫外線硬化型接着剤である接着剤Ｓ１をＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１に充填した後、図２（Ｂ）に示す方向Ａ，Ｂの２方向から紫外線を照射し、ＣＣＤベアチップ７５の画素表面の領域に硬化層が進む前に紫外線照射を停止する。
【００１２】
次に、図２（Ａ）に示すように、ＣＣＤベアチップ７５の短手面方向（方向Ｃ）からエアーブローし未硬化の接着剤Ｓ１を押し出し、画素表面から接着剤Ｓ１を除去する。その後再度紫外線を照射し残った接着剤Ｓ１を硬化させる。
【００１３】
以上のようにして製造された固体撮像装置７は、ラインＣＣＤ、エリアＣＣＤ等の光情報を電気信号に変換する集積回路を備え、固体撮像素子であるＣＣＤベアチップ７５と、ＣＣＤベアチップ７５の回路形成面に電気接続用の配線パターン７３が対向して配置される、即ちフェースダウン状態で配置される透明部材であるガラス基板７１と、ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１との間にＣＣＤベアチップ７５の画素有効領域７５ａを含んで長手方向に貫通する空間Ｓと、ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１の配線パターン７３との間を導通するバンプ７４とを備えている。
【００１４】
前記ＣＣＤベアチップ７５は、シリコンウエハに回路を形成し、必要な大きさに切り取ったものであり、実装されたときに画素部分の平面度が要求されるので、要求される平面度に形成されている。
【００１５】
前記ガラス基板７１は、光透過率の高い部材からなり、画素有効領域７５ａに入射する光が通過する部分は必要な平面度に形成されている。
さらに、前記ガラス基板７１はＣＣＤベアチップ７５を実装する側の面に電気回路としての配線パターン７３が形成されている。
【００１６】
前記接着剤Ｓ１はＣＣＤベアチップ７５を固定するとともに、画素有効領域７５ａを封止している。
前記接着剤Ｓ１の充填量は、ＣＣＤベアチップ７５の画素有効領域７５ａと接着剤Ｓ１層の厚みとの積より多くすることによって、画素有効領域７５ａ全体が透明接着剤Ｓ１で均一に被覆される。
前記画素有効領域７５ａとは、フォトセルアレイ（撮像素子の画像を読み取る回路の部分）が設けられた撮像素子上の領域である。
【００１７】
以上の固体撮像装置によれば、充填された接着剤Ｓ１に気泡ｂが混入していても接着剤Ｓ１がＣＣＤベアチップ７５の受光面である画素有効領域７５ａに入射する光線通過範囲Ｈには気泡ｂが存在しないため、気泡ｂによる弊害は生じない。しかし接着剤Ｓ１がＣＣＤベアチップ７５の長手方向全域にわたって塗布され硬化しているため、固体撮像装置の剛性は高い状態で保たれ、ＣＣＤベアチップ７５が弓形に変形することを防ぐことが可能となる。
【００１８】
図３は本発明の第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
図３（Ｃ）に示すように、この固体撮像装置７は、ＣＣＤベアチップ７５と、ＣＣＤベアチップ７５の回路形成面に電気接続用の配線パターン７３が対向して配置される、即ちフェースダウン状態で配置されるガラス基板７１と、ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１との間にＣＣＤベアチップ７５の画素有効領域７５ａを含む空間Ｓと、ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１の配線パターン７３との間を導通するバンプ７４とを備えている。前記ＣＣＤベアチップ７５は透明部材から構成されている。
【００１９】
以上のような固体撮像装置を製造するには、先ず、図３（Ａ）に示すように、ＣＣＤベアチップ７５をフェースダウンの状態でガラス基板７１に設けられた配線パターン側の面と対向させ、ガラス基板７１の突起部７１ａ上に所定量の接着剤Ｓ１を塗布する。この接着剤Ｓ１の塗布量は、ＣＣＤベアチップ７５の画素有効領域７５ａを被覆してバンプ７４の外側まで覆うことができる量である。
【００２０】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１の配線パターンとがバンプ７４により導通するように、ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１とを所定間隔まで接近させ、接着剤を薄層化して画素領域を被覆する。ＣＣＤベアチップ７５とガラス基板７１とを接近させる際に、接着剤Ｓ１が画素有効領域に均一に分散するよう圧力をかける。
次に、画素有効領域７５ａを覆うようにマスクＭを配置して紫外線Ｖを照射する。
【００２１】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、短手側（図３（Ｃ）では紙面直交方向）からバンプ７４間をエアブローして未硬化の接着剤Ｓ１を除去する。
その後、マスクＭを外して再度紫外線を照射し残った接着剤Ｓ１を硬化させる。
【００２２】
図４は図２，３の固体撮像装置の斜視図であり、以上のようにして、図４に示すような固体撮像装置が作製される。なお、図４中、符号７７は配線パターン７３に接続するＦＰＣ（フレキシブル配線板）であり、符号Ｌは結像レンズからの入射光である。図４において、図２の固体撮像装置の場合には突起７１ａが省略される。
【００２３】
図５は本発明に係る固体撮像装置を用いた画像読取ユニットの斜視図である。
図５に示すように、画像読取ユニット１は、原稿面からの画像光としての光線が透過する透過面の周囲に側面であるコバ面３ａを有する、光学エレメントであるレンズ３と、コバ面３ａに対向する第１の取付面５ａと第１の取付面５ａとは異なる角度、本実施形態では第１の取付面５ａに対して９０度に形成されている第２の取付面５ｂとを有し、レンズ３と筐体２とを接合する中間保持部材５と、第２の取付面５ｂに対向する取付面２ｃを有するベース部材である筐体２とを備えている。
この画像読取ユニット１では、筐体２と筐体２に対して位置調整されたレンズ３とが中間保持部材５を介して接着固定されている。
【００２４】
前記レンズ３は、そのコバ面３ａに同一直径上に配置される平坦面３ｂを備えている。この平坦面３ｂは切削、研削等により形成され、必要に応じて研磨されている。このように平坦面３ｂを形成することにより、中間保持部材５の第１取付面５ａとの接着面積を拡大することができ、固定強度を高めることができる。
【００２５】
前記筐体２は、レンズ３と固体撮像装置７とを調整後に調整された配置関係で固定する。この筐体２は、円弧状溝部２ｂと、円弧状溝部２ｂに隣接する平面状の取付面２ｃと、固体撮像装置７を取り付ける取付面２ｄと、レンズ３，６等から構成される結像レンズ系と固体撮像装置７との間を遮光する遮光用カバー２ａとを備えている。この遮光用カバー２ａを設けることによって、外乱光等の影響を防ぐことができ良好な画像を得られる。この筐体２は後述する複写機等の画像走査装置の所定位置にねじ締め、カシメ、接着、溶着等の固定手段により固定される。
【００２６】
前記中間保持部材５に用いる材質は、光（紫外線）透過率の高い部材、例えば、アートン、ゼオネックス、ポリカーボネイト等が用いられる。
前記中間保持部材５は接着剤の表面張力により、レンズ調整によるレンズ位置の移動に対して、両接着面がすべるようにして動き、レンズ３の移動に追従することができる。
【００２７】
前記中間保持部材５の第１取付面５ａ及び第２取付面５ｂ、即ち両接着面を直交させることによって、レンズ３の位置調整が６軸可能となり各軸が独立して調整することができる。
【００２８】
図５に示すように、２個の中間保持部材５を用いて光学エレメント側接着面であるレンズ３のコバ３ａの平坦面３ｂが対向するように配置することによって、接着剤が硬化するときの硬化収縮による影響を少なくすることができる。
【００２９】
図５に示すように、中間保持部材５の両接着面間に透光性のリブ５ｃを設けることによって、光硬化型接着剤を硬化させるときの光のロスを増加することなく、中間保持部材５の強度を高めることができる。
【００３０】
前記中間保持部材５のレンズ側固定面である第１取付面５ａと保持部材側固定面である第２取付面５ｂとは互いに垂直であるので、レンズのＸ、Ｙ、Ｚ、α、β、γ各位置調整方向への移動に対して互いに独立して調整することができる。
【００３１】
中間保持部材５が紫外線硬化型の接着剤によって調整レンズ３と筐体２とに接続されている場合について考えてみると、まずＸ、Ｚ方向の調整の場合、レンズ３と中間保持部材５とが筐体２の保持部材側固定面である筐体取付面２ｃを介して筐体上をすべる動きをして調整される。
また、Ｙ方向の調整の場合、移動レンズ３が中間保持部材５のレンズ側固定面である第１取付面５ａをすべる動きをして調整される。
【００３２】
以下α、β、γも同様にして調整される。さらに、光学エレメントがレンズの場合光軸を中心とした球面形状をしているため、光軸（γ軸）周りに回転させてもレンズの加工誤差等で発生した光軸倒れを補正することはできない（光軸が回転するのみ）。したがってγ軸周りの調整は不要となる。
【００３３】
図６は本発明の固体撮像装置を用いた画像読取ユニットを備えた画像走査装置の一例として多機能型デジタル画像形成装置の概略構成図である。
図６に示すように、この画像形成装置は、自動原稿送り装置１０１、読み取りユニット１５０、書込ユニット１５７、給紙ユニット１３０及び後処理ユニット１４０とを備えて構成されている。自動原稿送り装置１０１は、原稿を読取ユニット１５０のコンタクトガラス１０６上に自動的に給送し、読み取りが終了した原稿を自動的に排出する。読み取りユニット１５０はコンタクトガラス１０６上にセットされた原稿を照明して光電変換装置である固体撮像装置７によって読み取り、書込ユニット１５７は読み取られた原稿の画像信号に応じて感光体１１５上に画像を形成し、給紙ユニット１３０から給紙された転写紙上に画像を転写して定着する。定着が完了した転写紙は後処理ユニット１４０に排紙され、ソートやステープルなどの所望の後処理が行われる。
【００３４】
まず、読み取りユニット１５０は、原稿を載置するコンタクトガラス１０６と光学走査系で構成され、光学走査系は露光ランプ１５１、第１ミラー１５２、レンズ３、固体撮像装置７、第２ミラー１５５および第３ミラー１５６などからなっている。露光ランプ１５１および第１ミラー１５２は図示しない第１キャリッジ上に固定され、第２ミラー１５５および第３ミラー１５６は図示しない第２キャリッジ上に固定されている。原稿を読み取る際には、光路長が変化しないように第１キャリッジと第２キャリッジとは２対１の相対速度で機械的に走査される。この光学走査系は図示しないスキャナ駆動モータによって駆動される。
【００３５】
原稿画像は固体撮像装置７によって読み取られ、光信号から電気信号に変換されて処理される。レンズ３および固体撮像装置７を図６において左右方向に移動させると画像倍率を変化させることができる。すなわち、指定された倍率に対応してレンズ３および固体撮像装置７の図において左右方向の位置が設定される。
【００３６】
書き込みユニット１５７はレーザ出力ユニット１５８、結像レンズ１５９およびミラー１６０によって構成され、レーザ出力ユニット１５８の内部には、レーザ光源であるレーザダイオードおよびモータによって高速で定速回転するポリゴンミラーが設けられている。
【００３７】
レーザ出力ユニット１５８から照射されるレーザ光は、前記定速回転するポリゴンミラーによって偏向され、結像レンズ１５９を通ってミラー１６０で折り返され、感光体面上に集光されて結像する。偏向されたレーザ光は感光体１１５が回転する方向と直交する所謂主走査方向に露光走査され、後述する画像処理部のＭＳＵ６０６によって出力された画像信号のライン単位の記録を行う。そして、感光体１１５の回転速度と記録密度に対応した所定の周期で主走査を繰り返すことによって感光体面上に画像、すなわち静電潜像が形成される。
【００３８】
このように書き込みユニット１５７から出力されるレーザ光が、画像作像系の感光体１１５に照射されるが、感光体１１５の一端近傍のレーザ光の照射位置に主走査同期信号を発生する図示しないビームセンサが配されている。このビームセンサから出力される主走査同期信号に基づいて主走査方向の画像記録タイミングの制御、および後述する画像信号の入出力用の制御信号の生成が行われる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、バンプ７４を、ＣＣＤベアチップ７５側に設けたが、ガラス基板７１側に設けても良いのはもちろんである。また、上記実施形態では、透明部材としてガラス基板７１を用いたが、ガラス基板７１以外にもレンズ用プラスチック等の光透過率の高い部材から構成してもよい。また、上記実施形態では、接着剤Ｓ１として、紫外線硬化型接着剤を用いているが、他の光硬化型接着剤でも良く、この場合には紫外線の代わりに硬化光を用いることができる。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１，５の発明によれば、光通過領域は空間となっているので、気泡による悪影響を防止することができるという効果を有する。
また、請求項４の発明によれば、画素ラインの両側、即ち長手方向全域を接着剤により接着できるので、剛性は高い状態で保たれ、固体撮像素子が弓形に変形することを防ぐことが可能となる。
また、請求項２の発明によれば、さらに、部分硬化が容易となり、製造が容易となるという利点がある。
また、請求項３の発明によれば、さらに、部分硬化が容易となり、製造が容易となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の充填工程を示す図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の固体撮像装置の製造方法における接着剤の除去工程を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図４】図２，３の固体撮像装置の斜視図である。
【図５】本発明に係る固体撮像装置を用いた画像読取ユニットの斜視図である。
【図６】本発明の固体撮像装置を用いた画像読取ユニットを備えた画像走査装置の一例として多機能型デジタル画像形成装置の概略構成図である。
【図７】従来の半導体素子のフリップチップ実装方法を示す図である。
【符号の説明】
１  画像読取ユニット
７１  ガラス基板（透明部材）
７１ａ  突起部
７３  配線パターン
７４  バンプ
７５  ＣＣＤベアチップ（固体撮像素子）
７５ａ  画素有効領域
７５ｂ  突起部
ｂ  気泡
Ｈ  光入射範囲
Ｓ１  透明な接着剤
【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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