(57)【要約】【課題】隣接するバンプ同士の接触が生じないように、２つの基板を電気的に接続する方法を提供する。【解決手段】方法は、複数の第１電極が直線状に間隔をあけて配置された第１電極面を有し、第１バンプが第１電極上に１つおきに配置される第１基板と、複数の第２電極が直線状に間隔をあけて配置された第２電極面を有し、第１バンプとは異なる体積を有する第２バンプが第２電極上に１つおきに配置される第２基板とを、第１バンプと、第２バンプが配置されていない第２電極とが対向し、第２バンプと、第１バンプが配置されていない第１電極とが対向するように、第１電極面と第２電極面とを対向させ、第１電極面上の複数の第１バンプと第２電極面上の複数の第２電極とを接触させ、且つ、第２電極面上の複数の第２バンプと第１電極面上の複数の第１電極とを接触させて、第１基板と第２基板とを接続する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１電極が直線状に間隔をあけて配置された第１電極面を有し、第１バンプが前記第１電極上に１つおきに配置される第１基板と、複数の第２電極が直線状に間隔をあけて配置された第２電極面を有し、前記第１バンプとは異なる体積を有する第２バンプが前記第２電極上に１つおきに配置される第２基板とを、前記第１バンプと、前記第２バンプが配置されていない前記第２電極とが対向し、前記第２バンプと、前記第１バンプが配置されていない前記第１電極とが対向するように、前記第１電極面と前記第２電極面とを対向させ、
前記第１電極面上の複数の前記第１バンプと前記第２電極面上の複数の前記第２電極とを接触させ、且つ、前記第２電極面上の複数の前記第２バンプと前記第１電極面上の複数の前記第１電極とを接触させて、前記第１基板と前記第２基板とを接続する方法。
【請求項２】
前記第１電極の面積と、前記第２電極の面積とは異なる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１バンプの体積は、前記第２バンプの体積よりも大きく、
前記第１電極の面積は、前記第２電極の面積よりも大きい請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１バンプの体積は、前記第２バンプの体積よりも大きく、
前記第１電極面上には、第１面積を有し、前記第１バンプが配置される前記第１電極と、前記第１面積よりも小さい第２面積を有する前記第１電極とが交互に並んで配置され、
前記第１バンプと、前記第２バンプが配置さていない前記第２電極とが対向し、前記第２バンプと、前記第１バンプが配置さていない前記第２面積を有する前記第１電極とが対向するように、前記第１電極面と前記第２電極面とを対向させる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１バンプの高さと、前記第２バンプの高さは同じである請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１バンプの高さと、前記第２バンプの高さとは異なる請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１バンプ及び前記第２バンプは、インジウムを含み、
前記第１バンプと対向する前記第２電極は、金を含み、
前記第２バンプと対向する前記第１電極は、金を含む請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を接続する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フリップチップボンディングを用いて基板と基板とを電気的に接続することが行われている。
【０００３】
例えば、画像を撮像する光センサアレイ装置は、２次元状に複数の光センサが配置された光センサアレイ基板と、各光センサに駆動電力を供給して受光信号を読み取る駆動回路基板とを備える。そして、光センサアレイ装置では、光センサアレイ基板と駆動回路基板とが、フリップチップボンディングを用いて接続され得る。フリップチップボンディングは、例えば、ワイヤボンディングを用いる場合と比べて、光センサアレイ装置を小型することができる。
【０００４】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、従来のフリップチップボンディングにより２つの基板を接続する方法の各工程を示す図である。
【０００５】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、光センサアレイ基板１２０と、駆動回路基板１１０とを電気的に接続する工程を示す。電気的に接続された光センサアレイ基板１２０及び駆動回路基板１１０は、光センサアレイ装置として機能する。
【０００６】
光センサアレイ基板１２０は、各光センサに駆動電力を供給するためのセンサ電極１２１を有する。センサ電極１２１は、光センサアレイ基板１２０のセンサ電極面１２０ａ上にアレイ状に配置される。また、センサ電極１２１上には、センサバンプ１２２が配置される。
【０００７】
駆動回路基板１１０は、センサ電極１２１に駆動電力を供給するための駆動電極１１１を有する。駆動電極１１１は、対応するセンサ電極１２１と対向するように、駆動電極面１１０ａ上にアレイ状に配置される。また、駆動電極１１１上には、駆動バンプ１１２が配置される。
【０００８】
光センサアレイ基板１２０及び駆動回路基板１１０それぞれは、フリップチップボンディングにより接続する前に、センサバンプ１２２及び駆動バンプ１１２の表面酸化膜が除去される。バンプの表面に酸化膜が存在すると、センサバンプ１２２と駆動バンプ１１２との間の接続不良が生じるおそれがある。
【０００９】
バンプがインジウム又はインジウム合金を用いて形成される場合には、バンプの表面には、酸化膜が強固に形成されるので、酸化膜の除去を行うことは大切である。
【００１０】
バンプの表面酸化膜の除去には、酸性水溶液を用いるエッチング方法を用いることもあるが、エッチング処理によりバンプが消失してしまう場合があるので、通常、いわゆるウエットバック法が用いられる。
【００１１】
ウエットバック法では、バンプが形成されたセンサ電極面１２０ａ及び駆動電極面１１０ａそれぞれに還元性を有するフラックスを塗布し、不活性ガス中で加熱して、溶融したバンプの表面酸化膜を還元して除去する。冷却したバンプは、図１（Ａ）に示すように、表面張力により球状の丸い形状になる。
【００１２】
そして、以下に説明するように、フリップチップボンディングでは、センサ電極面１２０ａと駆動電極面１１０ａとを対向させて、光センサアレイ基板１２０と駆動回路基板１１０とが突き合わせ接続する。
【００１３】
まず、図１（Ａ）に示すように、センサ電極面１２０ａと駆動電極面１１０ａとを対向させて、光センサアレイ基板１２０と駆動回路基板１１０とが配置される。丸い形状を有するセンサバンプ１２２と、同様に丸い形状を有する駆動バンプ１１２とが対向している。駆動回路基板１１０に対する光センサアレイ基板１２０の平面方向の相対的な位置は、例えば、両基板に設けられた位置合わせのためのマーカ（図示せず）をそろえることにより調整される。
【００１４】
次に、図１（Ｂ）に示すように、固定された駆動回路基板１１０に対して、光センサアレイ基板１２０を近づけて、対向するセンサバンプ１２２と駆動バンプ１１２とを接触させる。
【００１５】
次に、図１（Ｃ）に示すように、対向するセンサバンプ１２２と駆動バンプ１１２とが接触した状態で、光センサアレイ基板１２０が、固定された駆動回路基板１１０に対して、所定の荷重プロファイルで押し付けられる。荷重を受けたセンサバンプ１２２及び駆動バンプ１１２が変形して電気的に接続することにより、光センサアレイ基板と駆動回路基板とが、フリップチップボンディングにより電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１４−７２４４号公報
【特許文献２】特開２０１１−９１０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ここで、固定された駆動回路基板１１０に対する光センサアレイ基板１２０の平面方向の位置にはアライメント時に誤差が生じる場合があり、対向するセンサバンプ１２２と駆動バンプ１１２とは、両バンプの中心が一致して接触しない場合がある。
【００１８】
対向するセンサバンプ１２２の中心と駆動バンプ１１２の中心とがずれている場合には、図２に示すように、丸いバンプの形状に起因して、光センサアレイ基板１２０が受ける縦方向の荷重によって、光センサアレイ基板１２０が駆動回路基板１１０に対して横方向にすべる。その結果、光センサアレイ基板１２０が、駆動回路基板１１０に対して横方向に相対的にずれて、隣接するバンプ同士が電気的に接触する場合がある。
【００１９】
このような隣接するバンプ同士の接触が生じると、画素結合という欠陥になる。光センサアレイでは、画素数の増加と共に一画素の寸法が低減しているので、バンプ間の距離が短いため、このような欠陥が生じる可能性が増加している。
【００２０】
本明細書では、基板と基板との突き合わせ接続時に、隣接するバンプ同士の接触が生じないように、２つの基板を電気的に接続する方法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】
【００２１】
本明細書に開示する方法の一形態によれば、複数の第１電極が直線状に間隔をあけて配置された第１電極面を有し、第１バンプが上記第１電極上に１つおきに配置される第１基板と、複数の第２電極が直線状に間隔をあけて配置された第２電極面を有し、上記第１バンプとは異なる体積を有する第２バンプが上記第２電極上に１つおきに配置される第２基板とを、上記第１バンプと、上記第２バンプが配置されていない上記第２電極とが対向し、上記第２バンプと、上記第１バンプが配置されていない上記第１電極とが対向するように、上記第１電極面と上記第２電極面とを対向させ、上記第１電極面上の複数の上記第１バンプと上記第２電極面上の複数の上記第２電極とを接触させ、且つ、上記第２電極面上の複数の上記第２バンプと上記第１電極面上の複数の上記第１電極とを接触させて、上記第１基板と上記第２基板とを接続する。
【発明の効果】
【００２２】
上述した本明細書に開示する方法の一形態によれば、基板と基板との突き合わせ接続時に、隣接するバンプ同士の接触が生じないように、２つの基板を電気的に接続できる。
【００２３】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２４】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、従来のフリップチップボンディングにより２つの基板を接続する方法の各工程を示す図である。
【図２】接続された２つの基板を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、他の基板を接続する方法を説明する図である。
【図４】バンプに働くせん断歪みを説明する図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本明細書に開示する第１実施形態の基板を接続する方法を説明する図である。
【図６】（Ａ）は、光センサアレイ基板の平面図であり、（Ｂ）は、駆動回路基板の平面図である。
【図７】図５に示す光センサアレイ装置の部分断面図である。
【図８】（Ａ）は、光センサアレイ基板のセンサバンプを説明する図であり、（Ｂ）は、駆動回路基板の駆動バンプを説明する図である。
【図９】（Ａ）は、光センサアレイ基板のセンサバンプを形成するのに使用するレジストパターンの平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図１０】駆動回路基板の駆動バンプを形成するのに使用するレジストパターンを説明する図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、本明細書に開示する第２実施形態の基板を接続する方法を説明する図である。
【図１２】（Ａ）は、光センサアレイ基板のセンサバンプを説明する図であり、（Ｂ）は、駆動回路基板の駆動バンプを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
基板と基板との突き合わせ接続時に、隣接するバンプ同士の接触が生じることを防止するために、２つの基板を電気的に接続する方法として、例えば、以下の方法がある。
【００２７】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、他の基板を接続する方法を説明する図である。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、光センサアレイ基板１２０のセンサ電極面１２０ａ上にはセンサバンプ１２２が配置されるが、駆動回路基板１１０では、駆動電極１１１上にはバンプが配置されない。センサ電極面１２０ａと駆動電極面１１０ａとを対向させて、光センサアレイ基板１２０と駆動回路基板１１０とが配置される。具体的には、センサ電極面１２０ａ上の丸い形状を有するセンサバンプ１２２と、駆動電極面１１０ａ上の平坦な表面を有する駆動電極１１１とが対向する。その他の構成は、上述した図１（Ａ）と同様である。
【００２９】
次に、図３（Ｂ）に示すように、固定された駆動回路基板１１０に対して、光センサアレイ基板１２０を近づけて、対向するセンサバンプ１２２と駆動電極１１１とを接触させる。
【００３０】
ここで、対向するセンサバンプ１２２の中心と駆動電極１１１の中心とがずれていたとしても、丸い形状を有するセンサバンプ１２２は、駆動電極１１１の平坦な面に接触するので、光センサアレイ基板１２０が駆動回路基板１１０に対して横方向にずれる力は生じない。センサバンプ１２２と駆動電極１１１とは、アライメント時のずれ量をほぼ有した状態で電気的に接続する。
【００３１】
次に、図３（Ｃ）に示すように、フリップチップボンディング後に、加熱してセンサバンプ１２２を溶融する（いわゆるホットウェルディング）ことにより、冷却後のセンサバンプ１２２は、センサ電極１２１と駆動電極１１１との間でセルフアライメントされて形状が矯正される。
【００３２】
図３に示す方法によれば、対向するセンサバンプ１２２の中心と駆動電極１１１の中心とがずれていたとしても、隣接するバンプ同士が接続するような大きなずれが生じることが抑制される。
【００３３】
ただし、図３に示す方法では、バンプの大きさが半分になるので、２つの基板の間隔が狭くなる。
【００３４】
例えば、光センサアレイ装置が赤外線センサ装置である場合、光センサアレイ基板１２０がＧａＡｓ系の化合物半導体を主体として形成され、駆動回路基板１１０がシリコンを主体として形成される。
【００３５】
赤外線センサ装置は、光検知時における光センサの暗電流を低減するために、液体窒素で冷却して使用される。一方、赤外線センサ装置は、使用されていない時には常温となる。このように、赤外線センサ装置は、熱サイクルの温度変化を受けて使用される。
【００３６】
図４は、バンプに働くせん断歪みを説明する図である。
【００３７】
ＧａＡｓ系の化合物半導体の熱膨張係数は、シリコンよりも大きいので、図４に示すように、両基板の熱膨張の差Δｘに起因して、センサバンプ１２２にはせん断歪みが生じる。センサバンプ１２２は、このような熱サイクル時に受けるせん断応力に追従して変形することが好ましい。赤外線センサでは、センサバンプ１２２の形成材料として、例えば、大きな塑性を有するインジウムを用いる。
【００３８】
せん断歪みγは、両基板の熱膨張の差Δｘと、２つの基板の間隔Ｈとを用いて、
γ＝Δｘ／Ｈ
と表される。
【００３９】
従って、２つの基板の間隔Ｈが小さくなると、せん断歪みγが大きくなる。
【００４０】
図３に示す方法では、２つの基板の間隔が狭いので、センサバンプ１２２に生じるせん断歪みが大きくなるため、熱サイクルを受けることによりセンサバンプ１２２が損傷するおそれがある。
【００４１】
センサバンプ１２２の体積を増加して、２つの基板の間隔を広げることもあるが、センサバンプ１２２が大きくなると、隣接するバンプ同士の間隔が狭くなるので、アライメント時のずれに対する許容性が厳しくなる問題が生じる。
【００４２】
そこで、本明細書では、基板と基板との突き合わせ接続時に、隣接するバンプ同士の接触が生じないように、２つの基板が電気的に接続される基板を接続する方法を提供することを目的とする。また、本明細書では、バンプに大きなせん断歪みが加わらないような、２つの基板の間隔を所定の距離にして、２つの基板を電気的に接続する方法を提供することを目的とする。
【００４３】
以下、本明細書で開示する基板を接続する方法の好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００４４】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本明細書に開示する第１実施形態の基板を接続する方法を説明する図である。図６（Ａ）は、光センサアレイ基板の平面図であり、図６（Ｂ）は、駆動回路基板の平面図である。図７は、図５に示す光センサアレイ装置の部分断面図である。
【００４５】
本実施形態の基板を接続する方法は、光センサアレイ基板２０と駆動回路基板１０とを、フリップチップボンディングにより電気的に接続して、図５（Ｃ）に示す光センサアレイ装置１を形成する。
【００４６】
まず、図５（Ｃ）及び図７を参照しながら、光センサアレイ装置１について説明した後に、基板を接続する方法について詳述する。
【００４７】
光センサアレイ装置１は、画像を撮像する装置であり、光の入射量に応じて光電流を発生する光センサ２が２次元に配列している。光センサアレイ装置１が撮像する光の波長は、光センサ２が有する光吸収層３２の感度により決定され得る。光吸収層３２の感度は、例えば、可視光又は赤外線領域の波長に設定することができる。
【００４８】
光センサアレイ装置１は、光センサアレイ基板２０及び駆動回路基板１０を備える。光センサアレイ基板２０は、光吸収層３２及び光吸収層３２に接続するセンサ電極２１ａ、２１ｂを有する複数の光センサ２を有する。各光センサ２は、光センサアレイの一画素を形成する。複数のセンサ電極２１ａ、２１ｂは、光センサアレイ基板２０のセンサ電極面２０ａに配置される。
【００４９】
駆動回路基板１０は、センサ電極面２０ａと対向する駆動電極面１０ａを有する。駆動回路基板１０は、駆動電極面１０ａ上に配置された複数の駆動電極１１ａ、１１ｂと、駆動電極１１ａ、１１ｂを介してセンサ電極２１ａ、２１ｂに電力を供給して光センサ２を駆動する駆動回路（図示せず）を有する。
【００５０】
複数の駆動電極１１ａ、１１ｂそれぞれは、対向するセンサ電極２１ｂ、２１ａと駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２を介して電気的に接続する。
【００５１】
次に、光センサアレイ基板２０の構造を、図７を参照して以下に説明する。図７には、光センサアレイ装置１の光センサ２を含む一部分の断面図が示されている。
【００５２】
図７に示すように、光センサ２は、第１電極層３１と、光吸収層３２と、第２電極層３３と、反射層３４と、絶縁層３５と、分離溝２４と、センサ電極２１ｂ（又はセンサ電極２１ａ）を有する。
【００５３】
第１電極層３１は、光吸収層３２等の他の構成要素を支持する。光センサ２には、外部から第１電極層３１を透過して光が内部に入射する。第１電極層３１は、各光センサ２に跨って配置される共通の電極層である。
【００５４】
第１電極層３１上には、光吸収層３２が配置される。光吸収層３２上には、導電性の第２電極層３３が配置される。
【００５５】
第２電極層３３上には、導電性の反射層３４が配置される。反射層３４は、第１電極層３１側から入射して層方向と交差する方向に進んだ光を第１電極層３１側に乱反射する。反射層３４は、主に層方向と平行でない方向に光を反射する。
【００５６】
そして、反射層３４上に、センサ電極２１ｂ（又はセンサ電極２１ａ）が配置される。センサ電極２１ｂ（又はセンサ電極２１ａ）は、反射層３４を介して、光吸収層３２の一方の面と電気的に接続する。
【００５７】
第１電極層３１は、各光センサ２の光吸収層３２の他方の面と電気的に接続する。
【００５８】
センサ電極２１ｂ（又はセンサ電極２１ａ）を囲むように、分離溝２４が形成される。分離溝２４は、絶縁層３５から光吸収層３２までの層を隣の光センサから分離する。分離溝２４に囲まれまた光センサ２は、光センサアレイの一画素を形成する。
【００５９】
光センサ２は、駆動電極１１ａ、１１ｂ及び駆動バンプ１２又はセンサバンプ２２を介して、駆動回路（図示せず）から各センサ電極２１ｂ、２１ａに駆動信号が供給されることにより駆動される。
【００６０】
光吸収層３２は、例えば、バンドギャップの異なる２つの化合物半導体層を交互に積層して形成された多重量子井戸層又は多重量子ドット層を用いて形成され得る。光吸収層３２は、例えば、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いて形成され得る。
【００６１】
第１電極層３１及び第２電極層３３は、光吸収層３２と格子整合性の良い導電性材料を用いて形成されることが好ましい。例えば、光吸収層３２がＧａＡｓを用いて形成される場合には、第１電極層３１及び第２電極層３３は、不純物が添加されたＧａＡｓを用いて形成され得る。このように、光センサアレイ基板２０は、ＧａＡｓを主体として形成され得る。一方、駆動回路基板１０は、一般にシリコン基板を用いて形成され得る。
【００６２】
以上が、光センサアレイ装置１についての説明である。
【００６３】
次に、駆動回路基板１０及び光センサアレイ基板２０について、以下に詳述する。
【００６４】
図５（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、駆動回路基板１０の駆動電極面１０ａ上には、駆動電極１１ａ、１１ｂが直線上に間隔をあけて配置される。駆動バンプ１２は、直線上に並んだ駆動電極１１ａ、１１ｂ上に１つおきに配置される。具体的には、駆動バンプ１２は、駆動電極１１ａ上に配置され、駆動電極１１ｂ上には駆動バンプは配置されない。駆動電極１１ａと駆動電極１１ｂとは、同じ大きさであり、同じ面積を有する。駆動電極１１ａ、１１ｂは、平坦な表面を有する。
【００６５】
駆動電極１１ａ、１１ｂ及び駆動バンプ１２により、駆動電極列１３が形成される。複数の駆動電極列１３が、駆動電極面１０ａ上に並んで配置される。隣接する駆動電極列１３では、駆動バンプ１２は隣り合わないように配置される。駆動バンプ１２は、全体として、駆動電極面１０ａ上に千鳥格子状に配置される。
【００６６】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すように、光センサアレイ基板２０のセンサ電極面２０ａ上には、センサ電極２１ａ、２１ｂが直線上に間隔をあけて配置される。センサバンプ２２は、直線上に並んだセンサ電極２１ａ、２１ｂ上に１つおきに配置される。具体的には、センサバンプ２２は、センサ電極２１ａ上に配置され、センサ電極２１ｂ上には駆動バンプは配置されない。センサ電極２１ａとセンサ電極２１ｂとは、同じ大きさであり、同じ面積を有する。センサ電極２１ａ、２１ｂは、平坦な表面を有する。
【００６７】
センサ電極２１ａ、２１ｂ及びセンサバンプ２２により、センサ電極列２３が形成される。複数のセンサ電極列２３が、センサ電極面２０ａ上に並んで配置される。隣接するセンサ電極列２３では、センサバンプ２２は隣り合わないように配置される。センサバンプ２２は、全体として、センサ電極面２０ａに千鳥格子状に配置される。センサ電極列２３と、駆動電極列１３とは、駆動バンプ１２がセンサ電極２０ｂと対向し、且つセンサバンプ２２が駆動電極１１ｂと対向するように、向き合わされて配置される。
【００６８】
上述したように、センサ電極面２０ａ上の各センサ電極２１ａ、２１ｂは、光センサ２により形成される画素２５ごとに分離溝２４に囲まれている。センサ電極面２０ａ上には、分離溝２４が格子状に形成される。
【００６９】
駆動電極面１０ａ上には、画素２５に対応する画素対応領域１５が鎖線で示されている。上述した駆動電極１１ａ、１１ｂは、各画素対応領域１５に配置される。
【００７０】
センサバンプ２２は、駆動バンプ１２とは異なる体積を有する。具体的には、駆動バンプ１２の体積は、センサバンプ２２の体積よりも大きい。
【００７１】
駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２は、後述するリソグラフィー法を用いて形成され得る。駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２は、ウエットバック法を用いて表面酸化膜が除去されており、丸い形状を有する。
【００７２】
駆動電極１１ａ、１１ｂの面積と、センサ電極２１ａ、２１ｂの面積とは異なる。具体的には、駆動電極１１ａ、１１ｂの面積は、センサ電極２１ａ、２１ｂの面積よりも大きい。センサ電極２１ａ、２１ｂは分離溝２４に囲まれるように形成されるので、駆動電極１１ａ、１１ｂ又はセンサ電極２１ａ、２１ｂの内の何れか一方を小さくする場合には、センサ電極２１ａ、２１ｂを小さくすることが、製造の観点から好ましい。
【００７３】
駆動バンプ１２は、センサバンプ２２が配置されていないセンサ電極２１ｂと対向するようになされる。センサバンプ２２は、駆動バンプ１２が配置されていない駆動電極１１ｂと対向するようになされる。
【００７４】
駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２の体積、駆動電極１１ａ、１１ｂ及びセンサ電極２１ａ、２１ｂの寸法は、例えば、以下のように決定される。
【００７５】
まず、光センサアレイ装置１における駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２に対して許容されるせん断歪みの大きさが決定される。せん断歪みの大きさは、例えば、駆動回路基板１０の線熱膨張係数、光センサアレイ基板２０の線熱膨張係数及び光センサアレイ装置１が使用される温度範囲等に基づいて決定され得る。
【００７６】
次に、駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２に対するせん断歪みが許容される範囲に収まるための駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０との間隔が決定される。この間隔に基づいて、図５（Ａ）に示す駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２の高さが決定される。即ち、両基板が接続される前の各バンプの高さが決定される。
【００７７】
次に、駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２の高さに基づいて、駆動バンプ１２の体積及び駆動電極１１ａ及びセンサ電極２１ｂの寸法、センサバンプ２２の体積及び駆動電極１１ｂ及びセンサ電極２１ａの寸法が決定される。バンプの高さは、電極の面積によって調整される。バンプの体積が同じであれば、電極の面積が大きい程バンプの高さが低くなり、電極の面積が小さい程バンプの高さを高くすることができる。
【００７８】
本実施形態では、図５（Ａ）に示す駆動バンプ１２の高さと、センサバンプ２２の高さとは同じにした。なお、後述する第２実施形態のように、駆動バンプ１２の高さと、センサバンプ２２の高さとは異なっていてもよい。
【００７９】
駆動バンプ１２の体積及び駆動電極１１ａ及びセンサ電極２１ｂの寸法は、上述したように、駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０との間の所望の間隔が得られるように決定される。駆動電極面１０ａ上において、駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａの隣の駆動電極１１ｂ上にバンプを配置しない理由は、リソグラフィー法を用いて、大きな体積を有するバンプを形成するためである。駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａの隣の駆動電極１１ｂにバンプが配置されると、駆動バンプ１２が隣の駆動電極１１ｂ上のバンプと接触しないように、駆動バンプ１２の大きさに制限を受けることになる。そこで、駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａの隣の駆動電極１１ｂ上にバンプを配置しないこととした。その結果、より大きな駆動バンプ１２を駆動電極１１ａ上に配置して、駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０との間の所望の間隔が得られるようになった。
【００８０】
そこで、バンプが配置されない駆動電極１１ｂと対向するセンサ電極２０ａ上に、センサバンプ２２を配置することとした。センサバンプ２２の体積及び駆動電極１１ｂ及びセンサ電極２１ａの寸法は、センサバンプ２２に許容されるせん断歪み及び駆動バンプ１２との間隔等に基づいて決定され得る。
【００８１】
駆動バンプ１２と、センサ電極２１ｂとは、相互拡散係数の大きい材料で形成されることが、駆動バンプ１２とセンサ電極２１ｂとの間の良好な電気的接続を得る観点から好ましい。例えば、駆動バンプ１２の形成材料がインジウムを含む場合には、センサ電極２１ｂの表面が金を含む材料を用いて形成されることが好ましい。インジウムと金との間の相互拡散係数は高いので、室温で接触させるだけでも、接触表面における相互拡散が生じる。
【００８２】
同様の観点から、センサバンプ２２と、駆動電極１１ｂとは、相互拡散係数の大きい材料で形成されることが、センサバンプ２２と駆動電極１１ｂとの間の良好な電気的接続を得る観点から好ましい。例えば、センサバンプ２２の形成材料がインジウムを含む場合には、駆動電極１１ｂの表面が金を含む材料を用いて形成することが好ましい。インジウムと金との間の相互拡散係数は高いので、室温で接触させるだけでも、接触表面における相互拡散が生じる。
【００８３】
本実施形態では、駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２は同じ材料を用いて形成された。また、駆動電極１１ｂ及びセンサ電極２１ｂは同じ材料を用いて形成された。
【００８４】
次に、駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０とを、フリップチップボンディングにより、電気的に接続する方法について、以下に説明する。
【００８５】
まず、図５（Ａ）に示すように、駆動電極面１０ａとセンサ電極面２０ａとを対向させる。駆動バンプ１２と、センサバンプ２２が配置されていないセンサ電極２１ｂとが対向し、センサバンプ２２と、駆動バンプ１２が配置されていない駆動電極１１ｂとが対向する。駆動回路基板１０に対する光センサアレイ基板２０の平面方向の相対的な位置は、例えば、両基板に設けられた位置合わせのためのマーカ（図示せず）をそろえることにより調整される。
【００８６】
次に、図５（Ｂ）に示すように、固定された駆動回路基板１０に対して、光センサアレイ基板２０を近づけて、駆動電極面１０ａ上の複数の駆動バンプ１２とセンサ電極面２０ａ上の複数のセンサ電極２１ｂとを接触させる。同時に、センサ電極面２０ａ上の複数のセンサバンプ２２と駆動電極面１０ａ上の複数の駆動電極１１ｂとを接触させる。
【００８７】
そして、各バンプと電極とが接触した状態で、光センサアレイ基板２０に所定の荷重プロファイルに従った荷重を与え、駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２を変形させて、バンプと電極とを確実に電気的に接続させる。駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０との間隔は、所望の値になるように調節される。
【００８８】
ここで、対向する駆動バンプ１２の中心とセンサ電極２１ｂの中心とがずれていたとしても、丸い形状を有する駆動バンプ１２は、センサ電極２１ｂの平坦な表面に接触するので、光センサアレイ基板２０が駆動回路基板１０に対して横方向にずれる力は生じない。同様に、対向するセンサバンプ２２の中心と駆動電極１１ｂの中心とがずれていたとしても、丸い形状を有するセンサバンプ２２は、駆動電極１１ｂの平坦な表面に接触するので、光センサアレイ基板２０が駆動回路基板１０に対して横方向にずれる力は生じない。従って、各バンプと電極とは、アライメント時のずれ量が増大することなく、電気的に接続する。
【００８９】
上述したように、駆動バンプ１２の高さと、センサバンプ２２の高さとが同じであることは、本明細書では、以下のことを意味する。即ち、光センサアレイ基板２０に所定の荷重プロファイルに従った荷重を与え、駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２を変形させた状態では、全ての駆動バンプ１２がセンサ電極２１ｂと接続し、且つ、全てのセンサバンプ２２が駆動電極１１ｂと接続した状態が得られることをいう。
【００９０】
次に、図５（Ｃ）に示すように、両基板１０、２０が還元雰囲気で加熱されて、駆動バンプ１２を溶融させて、センサ電極２１ｂとの電気的接続をより強固にし、且つセンサバンプ２２を溶融させて、駆動電極１１ｂとの電気的接続をより強固する。このようにして、光センサアレイ装置１が得られる。
【００９１】
体積の大きい駆動バンプは、溶融後に冷却された時も、球状の丸い形状を有する。
【００９２】
一方、溶融状態のセンサバンプ２２は、面積の大きい駆動電極１１ｂと面積の小さいセンサ電極２１ａとの間で引き延ばされ、表面張力により、内側に凸に湾曲した形状となる。バンプの太さが同じであれば、内側に凸に湾曲した形状のバンプは、外側に凸に湾曲した形状よりもせん断歪みに対する耐久性が向上することが知られている。
【００９３】
次に、リソグラフィー法を用いて、体積の小さいセンサバンプ２２及び体積の大きい駆動バンプ１２を形成することについて、以下に説明する。
【００９４】
図８（Ａ）は、光センサアレイ基板のセンサバンプを説明する図であり、図８（Ｂ）は、駆動回路基板の駆動バンプを説明する図である。
【００９５】
図８（Ａ）には、センサバンプ２２及びセンサ電極２１ａの寸法の一例が示されており、図８（Ｂ）には、駆動バンプ１２及び駆動電極１１ａの一例が示されている。画素２５は、分離溝２４に囲まれた一辺が２０μｍの正方形であり、同様に、画素対応領域１５も同じ寸法を有する。
【００９６】
体積の小さいセンサバンプ２２の体積は５５０μｍ3であり、体積の大きい駆動バンプ１２の体積は７８０μｍ3である。
【００９７】
最初に駆動バンプ１２よりも体積の小さいセンサバンプ２２を、リソグラフィー法を用いて形成する方法を、図９を参照しながら以下に説明する。
【００９８】
図９（Ａ）は、光センサアレイ基板のセンサバンプを形成するのに使用するレジスト層の平面図であり、図９（Ｂ）は断面図である。
【００９９】
まず、センサ電極面２０ａ上に、第１レジスト層４０が形成される。第１レジスト層４０は、平面視が正方形の第１開口部４０ａを有する。第１開口部４０ａは、中央にセンサ電極２１ａが位置するように形成される。第１レジスト層４０上には、第２レジスト層４１が形成される。第２レジスト層４１は、平面視が正方形の第２開口部４１ｂを有する。第２開口部４１ｂは、第１開口部４０ａの位置と一致させて形成される。第１開口部４０ａと第２開口部４１ｂは、連続した空間を形成する。
【０１００】
第１開口部４０ａ及び第２開口部４１ｂは、光センサアレイ基板２０の画素２５に対応する単位センサレジストパターン４３ごとに配置される。単位センサレジストパターン４３は、一辺が２０μｍの正方形である。
【０１０１】
次に、第１開口部４０ａ及び第２開口部４１ｂ内にインジウムを蒸着して、センサバンプ２２が形成される。図９（Ｂ）には、センサバンプ２２を鎖線で示している。
【０１０２】
次に、第２レジスト層４１及び第１レジスト層４０を除去して、センサ電極２１ａ上にセンサバンプ２２が形成されたセンサ電極面２０ａが得られる。
【０１０３】
次に、センサ電極面２０ａに還元性を有するフラックスを塗布し、光センサアレイ基板２０を不活性ガス中で加熱して、溶融したセンサバンプ２２の表面酸化膜を還元して除去する。冷却したセンサバンプ２２は、図８（Ａ）に示すように、表面張力により球状の丸い形状になる。
【０１０４】
次に、センサバンプ２２よりも体積の大きい駆動バンプ１２を、リソグラフィー法を用いて形成する方法を、図１０を参照しながら以下に説明する。
【０１０５】
図１０は、駆動回路基板の駆動バンプを形成するのに使用する駆動レジストパターンを説明する図である。
【０１０６】
駆動レジストパターン５０は、駆動回路基板１０の駆動電極面１０ａ上に駆動バンプを形成するために使用されるレジストのパターンである。駆動レジストパターン５０は、図９を参照しながら説明した第１レジスト層４０及び第２レジスト層４１と同様の構造を有するレジスト層の平面図である。
【０１０７】
駆動レジストパターン５０は、駆動電極面１０ａ上に一の駆動バンプを形成する正方形の単位駆動レジストパターン５３が並んで形成される。単位駆動レジストパターン５３内には、第１レジスト層４０の第１開口部４０ａに対応する第１開口部５１と、第２レジスト層４１の第２開口部４１ａに対応する第２開口部５２が配置される。
【０１０８】
図１０には、光センサアレイ基板２０のセンサバンプを形成するために使用されるセンサレジストパターン６０が、駆動レジストパターン５０と重ねて示されている。センサレジストパターン６０は、光センサアレイ基板２０の画素２５に対応する正方形の単位センサレジストパターン４３が並んで形成されたものである。図１０では、センサレジストパターン６０は、鎖線で示されている。
【０１０９】
駆動レジストパターン５０は、センサレジストパターン６０に対して４５度回転するように、駆動電極面１０ａ上に配置される。即ち、単位駆動レジストパターン５３は、単位センサレジストパターン４３に対して４５度回転している。
【０１１０】
また、単位駆動レジストパターン５３の一辺の寸法Ｌ１は、単位センサレジストパターン４３の一辺の寸法Ｌ２よりも大きい。第１開口部５１及び第２開口部５２の寸法は、第１開口部４０ａ及び第２開口部４１ａよりも大きい。本実施形態では、寸法Ｌ１は、寸法Ｌ２の√２倍である。
【０１１１】
駆動電極面１０ａ上には、駆動レジストパターン５０を用いて、各駆動電極１１ａ上に駆動バンプ１２が形成される。上述したように、駆動レジストパターン５０は、センサレジストパターン６０よりも大きな開口部を有するので、センサバンプ２２よりも体積の大きい駆動バンプ１２を形成することができる。
【０１１２】
寸法Ｌ１が、寸法Ｌ２の√２倍であれば、駆動バンプ１２の体積を、センサバンプ２２に対して、最大で２√２倍にすることができる。駆動バンプ１２の体積は、インジウムの蒸着量により調整され得る。
【０１１３】
駆動バンプ１２が駆動電極面１０ａに形成された後、駆動電極面１０ａに還元性を有するフラックスを塗布し、駆動回路基板１０を不活性ガス中で加熱して、溶融した駆動バンプ１２の表面酸化膜を還元して除去する。冷却した駆動バンプ１２は、図８（Ｂ）に示すように、表面張力により球状の丸い形状になる。
【０１１４】
図１０には、駆動電極列１３が、駆動レジストパターン５０と重ねて示されている。駆動電極列１３内には、直線上に並べた単位センサレジストパターン４３が重ねて示されている。駆動電極面１０ａ上の駆動電極１１ａ、１１ｂは、単位センサレジストパターン４３と対向するように配置される。
【０１１５】
一方、駆動電極列１３内において、単位駆動レジストパターン５３は、単位センサレジストパターン４３に対して１つおきに重なるように配置される。即ち、駆動レジストパターン５０を用いて形成される駆動バンプ１２は、直線上に並ぶ駆動電極１１ａ、１１ｂ上に１つおきに配置される。
【０１１６】
このように、駆動レジストパターン５０を用いて、駆動電極面１０ａ上に駆動バンプ１２を形成すれば、センサバンプ２２よりも体積の大きい駆動バンプ１２を、リソグラフィー法を用いて容易に形成できる。
【０１１７】
上述した本実施形態の方法によれば、基板と基板との突き合わせ接続時に、隣接するバンプ同士の接触が生じないように、２つの基板を電気的に接続できる。また、バンプと平坦な電極面とを対向させて、２つの基板を接続するので、基板が水平方向に大きくずれることが抑制される。更に、本実施形態の方法によれば、バンプに大きなせん断歪みが加わらないような、２つの基板の間隔を所定の距離にして、２つの基板を電気的に接続できる。
【０１１８】
次に、上述した基板を接続する方法の第２実施形態を、図１１〜図１２を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【０１１９】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、本明細書に開示する第２実施形態の基板を接続する方法を説明する図である。図１２（Ａ）は、光センサアレイ基板のセンサバンプを説明する図であり、図１２（Ｂ）は、駆動回路基板の駆動バンプを説明する図である。
【０１２０】
まず、本実施形態の駆動回路基板１０及び光センサアレイ基板２０について、以下に説明する。
【０１２１】
本実施形態では、上述した第１実施形態と同様に、駆動バンプ１２の体積は、センサバンプ２２の体積よりも大きいが、駆動バンプ１２の高さと、センサバンプ２２の高さとは異なっている点が第１実施形態とは異なる。具体的には、センサバンプ２２の高さは、駆動バンプ１２よりも低い。
【０１２２】
駆動電極面１０ａ上には、第１面積を有し、駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａと、第１面積よりも小さい第２面積を有する駆動電極１１ｂとが交互に並んで駆動電極列１３が形成される。
【０１２３】
上述した第１実施形態では、駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａの面積と、センサバンプ２２が対向する駆動電極１１ｂの面積とは同じであった。一方、本実施形態では、体積の小さいセンサバンプ２２が対向する駆動電極１１ｂの面積は、上述した第１実施形態よりも小さい。
【０１２４】
また、センサ電極２１ａ、２１ｂの面積は、駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａの第１面積よりも小さい。センサ電極２１ａ、２１ｂは、センサバンプ２２が対向する駆動電極１１ｂと同じ第２面積を有する。
【０１２５】
体積の小さいセンサバンプ２２の体積は２７０μｍ3であり、上述した第１実施形態よりも小さい。体積の大きい駆動バンプ１２の体積は、上述した第１実施形態と同様の７８０μｍ3である。センサバンプ２２及び駆動バンプ１２それぞれは、上述した第１実施形態と同様に、リソグラフィー法を用いて形成され得る。
【０１２６】
２つの基板のその他の構成については、上述した第１実施形態と同様である。
【０１２７】
次に、駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０とを、フリップチップボンディングにより、電気的に接続する方法について、以下に説明する。
【０１２８】
まず、図１１（Ａ）に示すように、駆動電極面１０ａとセンサ電極面２０ａとを対向させる。駆動バンプ１２と、センサバンプ２２が配置されていないセンサ電極２１ｂとが対向し、センサバンプ２２と、駆動バンプ１２が配置されていない駆動電極１１ｂとが対向する。駆動回路基板１０に対する光センサアレイ基板２０の平面方向の相対的な位置は、例えば、両基板に設けられた位置合わせのためのマーカ（図示せず）をそろえることにより調整される。
【０１２９】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、固定された駆動回路基板１０に対して、光センサアレイ基板２０を近づけて、駆動電極面１０ａ上の複数の駆動バンプ１２とセンサ電極面２０ａ上の複数のセンサ電極２１ｂとを接触させる。高さの低いセンサバンプ２２は、まだ、対向する駆動電極１１ｂと接触しない。
【０１３０】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、固定された駆動回路基板１０に対して、光センサアレイ基板２０を更に近づけて、センサ電極面２０ａ上の複数のセンサバンプ２２と駆動電極面１０ａ上の複数の駆動電極１１ｂとを接触させる。すでにセンサ電極２１ｂと接触している駆動バンプ１２は、荷重を加えられて変形する。
【０１３１】
ここで、対向する駆動バンプ１２の中心とセンサ電極２１ｂの中心とがずれていたとしても、丸い形状を有する駆動バンプ１２は、センサ電極２１ｂの平坦な表面に接触するので、光センサアレイ基板２０が駆動回路基板１０に対して横方向にずれる力は生じない。
【０１３２】
更に、センサバンプ２２が駆動電極１１ｂと接触した状態で、光センサアレイ基板２０に所定の荷重プロファイルに従った荷重を与え、駆動バンプ１２及びセンサバンプ２２を変形させて、各バンプと電極とを確実に電気的に接続させる。駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０との間隔は、所望の値になるように調節される。
【０１３３】
ここで、対向するセンサバンプ２２の中心と駆動電極１１ｂの中心とがずれていたとしても、丸い形状を有するセンサバンプ２２は、駆動電極１１ｂの平坦な表面に接触するので、光センサアレイ基板２０が駆動回路基板１０に対して横方向にずれる力は生じない。
【０１３４】
次に、図１１（Ｄ）に示すように、両基板１０、２０が還元雰囲気で加熱されて、駆動バンプ１２を溶融させて、センサ電極２１ｂとの電気的接続をより強固にし、且つセンサバンプ２２を溶融させて、駆動電極１１ｂとの電気的接続をより強固する。このようにして、光センサアレイ装置１が得られる。
【０１３５】
本実施形態では、駆動電極面１０ａ上の駆動電極１１ｂの面積を、駆動バンプ１２が配置される駆動電極１１ａよりも小さくして、センサバンプ２２が配置されるセンサ電極２１ａの面積と同じにした。そのため、体積の小さいセンサバンプ２２も、駆動バンプ１２と同様に、溶融後には外側に凸に湾曲した形状となり、全体として、第１実施形態よりも太くなっている。バンプは、太い方が、せん断歪みに対する耐久性が向上する。
【０１３６】
また、本実施形態では、体積の小さいセンサバンプ２２が、第１実施形態よりも太い形状を有するので、駆動回路基板１０と光センサアレイ基板２０との間隔を、第１実施形態の間隔よりも広げることができる。そのため、本実施形態は、バンプに生じるせん断歪みを低減して、熱サイクルを受けることによりバンプが損傷する可能性を低減できる。
【０１３７】
また、センサバンプ２２の体積が、上述した第１実施形態よりも小さいので、センサバンプ２２と、隣接する駆動バンプ１２との間隔は、第１実施形態における両バンプの間隔よりも広くなっている。隣接するバンプ間の距離が長いことは、バンプ間の電気的接触する危険性を低減し、工程能力に余裕をもたらす観点から好ましい。
【０１３８】
また、上述した本実施形態の方法によれば、上述した第１実施形態と同様の効果が奏される。
【０１３９】
本発明では、上述した実施形態の基板を接続する方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１４０】
例えば、上述した各実施形態では、バンプは、インジウムを含んでいたが、バンプは、インジウムを含んでいなくてもよい。例えば、バンプは、はんだであってもよい。
【０１４１】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１４２】
１    光センサアレイ装置
２    光センサ
１０    駆動回路基板  （第１基板）
１０ａ    駆動電極面  （第１電極面）
１１ａ    駆動電極  （第１電極）
１１ｂ    駆動電極  （第１電極）
１２    駆動バンプ  （第１バンプ）
１３    駆動電極列
１５    画素対応領域
２０    光センサアレイ基板  （第２基板）
２０ａ    センサ電極面  （第２電極面）
２１ａ    センサ電極  （第２電極）
２１ｂ    センサ電極  （第２電極）
２２    センサバンプ  （第２バンプ）
２３    センサ電極列
２４    分離溝
２５    画素
３１    第１電極層
３２    光吸収層
３３    第２電極層
３４    反射層
３５    絶縁層
４０    第１レジスト層
４０ａ    第１開口部
４１    第２レジスト層
４１ａ    第２開口部
４３    単位センサレジストパターン
５０    駆動レジストパターン
５１    第１開口部
５２    第２開口部
５３    単位駆動レジストパターン
６０    センサレジストパターン
【図１】
2016157748.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016157748.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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