(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された平坦度を持つシムに接着剤を塗布することと、
前記シムを回転させて前記接着剤を均一な厚さを持つ接着剤層へと広げることと、
チャンバを排気して真空を作り出すことと、
前記チャンバ内でダイの下面を前記接着剤層に付着させることと、
前記真空のレベルを低下させることで、前記ダイの上面との接触なしで前記ダイを前記接着剤層上に押し付け、前記ダイの形状が前記シムに従うにつれて前記ダイにおける反りが低減されるようにすることと、
を有する方法。
【請求項２】
前記均一な厚さを達成するために前記接着剤をスピンコーティングすることを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シムの回転前及び／又は回転中に前記接着剤を加熱することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
回転可能なチャック上に前記シムを配置することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記チャックを加熱することを更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ダイが前記接着剤に接合されるときに前記接着剤中のボイドを除去するように前記チャンバ内の圧力を制御することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記接着剤を硬化させることを更に含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法によって製造されたセンサＩＣパッケージ。
【請求項９】
センサＩＣパッケージを製造する方法であって、
オーブン真空チャンバ内で、選択された平坦度を持つシムに接着剤を塗布することと、
前記シムを回転させて前記接着剤を均一な厚さを持つ接着剤層へと広げることと、
前記真空チャンバを排気して真空を作り出すことと、
前記真空チャンバ内でダイの下面を前記接着剤層に付着させることと、
前記真空チャンバ内の前記真空のレベルを低下させることで、前記ダイの上面との接触なしで前記ダイを前記接着剤層上に押し付け、前記ダイの形状が前記シムに従うにつれて前記ダイにおける反りが低減されるようにすることと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記均一な厚さを達成するために前記接着剤をスピンコーティングすることを更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記シムの回転前及び／又は回転中に前記接着剤を加熱することを更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
回転可能なチャック上に前記シムを配置することを更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記チャックを加熱することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ダイが前記接着剤に接合されるときに前記接着剤中のボイドを除去するように前記真空チャンバ内の圧力を制御することを更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の方法によって製造されたセンサＩＣパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
一部のデバイスでは、平坦なダイを有することが望ましい。例えば、フォーカルプレーン（焦点面）アレイなどのセンシングデバイスは、センサ及び／又は回路を有することができるダイを含み得る。例えばダイにおける反りを除去するために、平坦なダイを達成しようとする従来技術は、厚さを制御するための、エポキシボンドライン内でのガラスビーズの使用を含み得る。エポキシ塗布後にデバイスを平坦にするために加重が使用され得る。しかしながら、ダイにおける反りを除去するための一部の既知の技術は、例えば光学表面との加重接触などに起因して、例えばフォーカルプレーンなどのアセンブリを危険にさらしてしまい得る。
【発明の概要】
【０００２】
本発明は、フォーカルプレーンアレイを含み得るシステムに関する方法及び装置を提供し、ダイの反りの量を減少させるために、実質的に平坦なシムにダイが固定される。実施形態において、所与の平坦度を持つシムに、例えばエポキシなどの接着剤が、例えばスピンコーティングによって、均一な厚さに塗布され得る。シム上のこの接着剤層に、真空下で、例えばフォーカルプレーンアレイダイなどのダイが付着され得る。真空の除去後、‘エアクランプ’が、接着剤で覆われたシム上にダイを押し付け、それにより、ダイの形状が、平坦なシムに従う。真空とその後の真空除去とが組み合わさって、ダイから反りを除去し、ダイとエポキシ／シムとの間のボイドを防止又は抑制する。
【０００３】
理解されることには、光学表面の平坦度を増すことは、センシングデバイスの性能、分解能、及びこれらに類するものを高めるために望ましい。さらに、ダイを固定する接着剤中のボイドの抑制／除去は、光学面を平坦にするよう、ダイにおける反りを減少させる。
【０００４】
本発明の一態様において、方法は、選択された平坦度を持つシムに接着剤を塗布することと、シムを回転させて接着剤を均一な厚さを持つ接着剤層へと広げることと、チャンバを排気して真空を作り出すことと、チャンバ内で接着剤層上へとダイを操作することと、真空のレベルを低下させることでダイを接着剤層上に押し付けて、ダイの形状がシムに従うにつれてダイにおける反りが低減されるようにすることと、を有する。
【０００５】
方法は更に、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる：均一な厚さを達成するために接着剤をスピンコーティングすること、シムの回転前及び／又は回転中に接着剤を加熱すること、回転可能なチャック上にシムを配置すること、チャックを加熱すること、ダイが接着剤に接合されるときに接着剤中のボイドを除去するようにチャンバ内の圧力を制御すること、及び／又は接着剤を硬化させること。
【０００６】
本発明の他の一態様において、センサＩＣパッケージを製造する方法は、オーブン真空チャンバ内で、選択された平坦度を持つシムに接着剤を塗布することと、シムを回転させて接着剤を均一な厚さを持つ接着剤層へと広げることと、真空チャンバを排気して真空を作り出すことと、真空チャンバ内で接着剤層上へとダイを操作することと、真空チャンバ内の真空のレベルを低下させることでダイを接着剤層上に押し付けて、ダイの形状がシムに従うにつれてダイにおける反りが低減されるようにすることと、を有する方法。
【０００７】
方法は更に、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる：均一な厚さを達成するために接着剤をスピンコーティングすること；シムの回転前及び／又は回転中に接着剤を加熱すること；回転可能なチャック上にシムを配置すること；チャックを加熱すること；及び／又はダイが接着剤に接合されるときに接着剤中のボイドを除去するように真空チャンバ内の圧力を制御すること。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の前述の特徴及び本発明それ自体は、以下の図を含む図面の以下の説明から、より十分に理解され得る。
【図１Ａ】比較的平坦なダイを有するセンシングデバイスを提供するためのシステムの概略図である。
【図１Ｂ】接着剤をスピンコーティングした後の、比較的平坦なダイを有するセンシングデバイスを提供するためのシステムの概略図である。
【図１Ｃ】図１Ａ及び１Ｂのシステムによって製造された接着剤／シムアセンブリの側面図である。
【図２Ａ】図１Ｃの接着剤／シムアセンブリ上にダイを付着させるための真空システムの概略図である。
【図２Ｂ】接着剤アセンブリ上にダイを接合するための真空除去の後の図２Ａの真空システムの概略図である。
【図３】図１Ｃの接着剤／シムアセンブリ上でダイを中心に置くために使用され得る心出しリングの概略図である。
【図４Ａ】接合前のダイの平坦度を表すグラフである。
【図４Ｂ】従来のプロセスを用いての、接合前のダイの平坦度を表すグラフである。
【図４Ｃ】本発明の実施形態例に従ったプロセスを用いての、接合後の図４Ａのダイの平坦度を表すグラフである。
【図４Ｄ】従来のプロセスを用いての、接合後の図４Ｂのダイの平坦度を表すグラフである。
【図５Ａ】従来のようにして接合されたダイアセンブリにおけるボイドの像である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態例に従った処理後のボイドレスのダイアセンブリの像である。
【図６】本発明の実施形態例に従って反りを低減させるようにダイを接合するためのステップのシーケンス例を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施形態例に従って反りを低減させるようにダイを接合するためのシステムの概略図である。
【図８】ここに記載される処理の少なくとも一部を実行することができるコンピュータ例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａは、従来の処理技術と比較して低減された反りを持つダイを有するアセンブリを提供するための、本発明の実施形態例に従ったシステム１００の一例を示している。システム１００は、その中でアセンブリを所望の温度で処理することが可能なチャンバ１０４を有する真空システム１０２を含むことができる。システム１００は、その上にシム１０８を固定することができる回転可能なチャック１０６を含んでいる。実施形態において、シム１０８を加熱するために、チャック１０６が所与の温度まで加熱され得る。例えばエポキシなどの接着材料１１０がシム１０８に塗布され得る。実施形態において、真空チャンバ１０４内の温度が、接着剤の粘度を高めるために所望の温度まで上昇され得る。
【００１０】
図１Ｂに示すように、温度が達せられると、一貫性あるボンドラインを提供するために、チャック１０６が回転して、シム１０８上の接着剤１１０を均一な厚さへと広げることができる。そのシム／接着剤アセンブリが図１Ｃに示されている。
【００１１】
スピナーチャック１０６は、スピニングプロセス中の比較的高い回転速度に耐えることができるとともに、熱質量を維持してシム／エポキシアセンブリに熱を供給することができる。所望のボンドライン厚さ及び均一性を達成するために、チャックが加熱され、それがシム１０８及びエポキシ１１０を加熱する。
【００１２】
実施形態において、接着材料１１０の塗布に先立って、シム１０８の（１つ以上の）表面が、例えばプラズマ洗浄などによって洗浄され得る。スピナーチャック１０６から熱が供給されながら、シム１０８の接合表面に、例えばエポキシなどの接着剤１１０がスピンオンされ得る。
【００１３】
図２Ａは、所与の反りを持つダイ２００が、例えば図１Ｃの接着剤／シムアセンブリなどの接着剤／シムアセンブリ２０２に付着されることを示している。アセンブリは、平坦なシム２０６上に均一厚さのエポキシ２０４の層を含んでいる。実施形態において、例えばＦＰＡダイなどのダイ２００は、真空システム１０２によって制御されるチャンバ１０４内の真空下で接着剤／シムアセンブリ２０２に付着される。
【００１４】
図２Ｂに示すように、ダイ２００が接着剤／シムアセンブリ上に位置付けられると、チャンバ１０４内の真空を望ましい速さで取り除くことで、空気圧の上昇によって生み出される‘エアクランプ’がダイ２００を接着剤２０４上に接合させるとともに接着剤２０４中のボイドを減少又は除去するようにさせることができる。背圧によって生成されるこのエアクランプは、ダイ２００をエポキシ／シムアセンブリ２０２の平坦度に従わせて、ダイにおける反りの量を減少させる。
【００１５】
実施形態において、ダイ２００に予め存在していた反りが大幅に減少又は除去されて、極めて平坦な光学表面をもたらす。さらに、ダイ／接着剤／シムユニットを真空チャンバ内で組み立てることで、エポキシ内の空気が除去されてボイドが取り除かれる。真空度を下げることによって背圧が生成されるとき、気圧が、ダイ２００をエポキシ２０４のボンドライン形状に従わせる空気圧クランプを形成する。この例示的接合プロセスは、厳しいボンドライン厚さ／均一性要求を満たし得るボイドフリーの接合をもたらす。
【００１６】
一実施形態において、ダイ処理中の温度は約６５℃であり、チャンバ内の圧力は約１Ｔｏｒｒのオーダーである。
【００１７】
ダイとシムは、例えば心出し（センタリング）リングを用いて合わされる。実施形態において、ダイとシムの接合を処理するために真空オーブンが使用される。エポキシの加熱は、シムへのスピンコーティング塗布を容易にし、ボンドライン内のボイドを抑制又は排除し得る。エポキシを硬化させるために、得られたダイ／接着剤／シムのスタックが、上昇された温度にさらされ得る。
【００１８】
図３は、エポキシ／シムアセンブリ上でダイを中心に置くために使用され得る心出しリング３００の一例を示している。心出しリングは、特定の用途のニーズを満たす任意の好適な幾何学形状を有し得る。実施形態において、心出しリングは、ダイと共に使用するために長方形や正方形などとし得る。図示した実施形態において、心出しリング３００は、ダイの操作を容易にするためのギャップ３０２を含んでいる。例えば、心出しリング３００は、例えば中心を合わせた位置といった所望の位置でアセンブリ上にダイを配置するのに有用であり得る。
【００１９】
理解されることには、本発明の実施形態は、例えばＳＣＡ及びＦＰＡなどの、平坦であることが望ましいダイを有する広範囲のデバイスに適用可能である。センサチップアセンブリ（ＳＣＡ）又はフォーカルプレーンアレイ（ＦＰＡ）は、レンズのフォーカルプレーンに光センシングピクセルのアレイを有する画像センシングデバイスを指す。ＦＰＡは、例えば写真又はビデオを撮影するなどの撮像用途だけでなく、非撮像用途にも有用であり得る。用途の例は、分光分析、ＬＩＤＡＲ、誘導システム、検査、波面センシング、赤外線天文学、製造検査、銃撃戦の熱イメージング、医用撮像、及び赤外線現象学を含む。一部のＦＰＡは、特定の波長の光子を検出し、各ピクセルで検出された光子の数に関係する電荷、電圧、又は抵抗を生成することによって動作する。次いで、この電荷、電圧、又は抵抗が測定され、デジタル化され、そして、光子を放射した物体、シーン、又は現象の画像を構築するために使用される。
【００２０】
図４Ａは、組み立て前のダイの平坦度を表すグラフの一例を示している。見て取れるように、このダイは、反りとして参照する凸形の湾曲を有している。図４Ｃは、本発明の実施形態例に従った、組み立て後の、すなわち、ダイがエポキシ／シムアセンブリに接合された後の、ダイの平坦度を表すグラフの一例を示している。見て取れるように、組み立て前に存在していたダイの反りが大幅に減少されている。
【００２１】
図４Ｂは、組み立て前の、図４Ａのダイと同様のダイの平坦度を表すグラフの一例を示している。図４Ｄは、従来のプロセスを用いた組み立て後のダイの平坦度を表すグラフの一例を示している。図４Ｄにて見て取れるように、図４Ｂに示したものからダイの反りに幾分の減少はあるものの、かなりの反りが残っている。
【００２２】
図５Ａは、従来のプロセスを用いて製造されたダイ／シムアセンブリを示している。見て取れるように、ダイを接合する接着剤中に、暗めの領域によって示されるものであるボイドが存在している。この画像例では、音波イメージングプロセスを使用して、技術的によく知られた技術及び装置を用いて画像を生成した。
【００２３】
図５Ｂは、本発明の実施形態例に従って製造されたダイ／接着剤／シムアセンブリを示している。見て取れるように、接着剤中にボイドは存在していない。理解されることには、
ボイドの除去はフォーカルプレーンの平坦度を高める。
【００２４】
理解されることには、より低い動作温度での応力に耐えるのに十分な強度を提供する任意の好適な接着材料を使用することができる。一実施形態において、接着材料は、１ミル（０．０２５ｍｍ）未満の厚さを有する。理解されることには、シムは、好適な剛性と、接着剤及びダイとの適合性と、を有する任意の実用的な材料を有することができる。材料の例は、シリコン、ＣＥ（controlled  expansion）材料、ステンレス鋼、チタン、及びこれらに類するものを含む。シムは、特定の用途のニーズを満たす任意の実用的なサイズとし得る。シムサイズの例は、２ｍｍ程度の厚さで２．５”（インチ）×５”及び２”×２”である。
【００２５】
例示的な実施形態において、ダイは、処理の前に一例として＋／−５０ミクロンの反りを持ち得るとともに、処理の後に一例として約２ミクロンの反りを持ち得る。例示的な一実施形態において、処理前に約５０ミクロンの反り及び処理後に約２ミクロンの反りを持つダイは、９６％の反り低減を提供する。シムの一例は、約２ミクロンよりも小さい反りを持つことになる。
【００２６】
図６は、従来の製造技術と比較して高められた平坦度を有するダイ／接着剤／シムアセンブリを提供するための一連のステップの一例を示している。ステップ６００にて、加熱可能なチャック上にシムが配置される。ステップ６０２にて、シム上に接着材料が塗布される。ステップ６０４にて、接着剤の粘度を高めるために、チャックが加熱され、それによりシム及び接着剤が加熱され、そして、ステップ６０６にて、接着剤が実質的に均一な厚さを持つまで、チャックがシム及び接着剤を回転させる。
【００２７】
ステップ６０８にて、接着剤／シムアセンブリが、真空チャンバを有する真空システム内に配置される。あるいは、スピンチャックを収容した真空チャンバ内で接着剤が塗布される。ステップ６１０にて、接着剤／シムアセンブリ上に、ダイが、例えば中心に合わせて、操作される。ステップ６１２にて、真空が除去されることで、背圧がダイをアセンブリに押し付けて、接着剤中のボイドを低減／除去する。ダイが接着剤に押し付けられるとき、ダイにおける反りを除去するよう、ダイが接着剤／シムアセンブリの平坦度に従う。真空度を下げた後、チャンバは大気圧まで充たし戻され得る。ステップ６１４にて、接着剤を硬化させるためにアセンブリを加熱され得る。
【００２８】
ここでは接着剤及びエポキシという用語が相互に交換可能に使用されることがあるが、理解されることには、エポキシは接着剤の１つの種類であり、実施形態の例でエポキシが使用されている。すなわち、一実施形態例としてのエポキシの使用は、使用され得る接着剤の種類を限定することを意図するものではない。他の実施形態では、本発明の範囲から逸脱することなく、他の種類の接着剤が使用され得る。
【００２９】
図７は、真空チャンバ７０４を有する真空システム７０２に結合されたコントローラ７００を有するシステムの一例を示している。コントローラ７００は、本発明の実施形態例に従ってセンサデバイスを製造することに関連するパラメータを制御するための様々なモジュールを含んでいる。チャックモジュール７０６は、チャックの温度及び／又はチャックの回転速度を制御する。一実施形態において、チャックは真空チャンバ７０４内に置かれる。温度モジュール７０８は、チャックモジュールと組み合わさってチャックの温度を制御するとともに、真空チャンバ７０４内の温度を制御する。温度モジュール７０８は、例えば接着剤温度、シム温度、及び周囲温度などのセンサ情報を受け取ることができる。真空モジュール７１０は、例えば真空チャンバ７０４内の圧力、温度、及び流体などの、真空チャンバ７０４内の状態を制御することができる。例えば、真空チャンバ内に不活性ガスを流入させることが望ましいことがある。コントローラ７００は、組み立てプロセスの様々なパラメータ及びタイミングを制御するアセンブリモジュール７１２を含み得る。例えば、アセンブリモジュール７１２は、接着剤にダイが接合されるべき時点を決定し、真空チャンバ内の圧力を制御し、及びこれらに類することを行い得る。
【００３０】
図８は、ここに記載される処理の少なくとも一部を実行することができるコンピュータ８００の一例を示している。コンピュータ８００は、プロセッサ８０２、揮発性メモリ８０４、不揮発性メモリ８０６（例えば、ハードディスク）、出力装置８０７、及びグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）８０８（例えば、マウス、キーボード、ディスプレイ）を含んでいる。不揮発性メモリ８０６は、コンピュータ命令８１２、オペレーティングシステム８１６、及びデータ８１８を格納している。一例では、コンピュータ命令８１２は、揮発性メモリ８０４からプロセッサ８０２によって実行される。一実施形態において、品目８２０は、非一時的なコンピュータ読み取り可能命令を有する。
【００３１】
処理は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれら２つの組み合わせで実装され得る。処理は、プロセッサ、記憶媒体、又は（揮発性及び不揮発性メモリ及び／又は記憶素子を含め）プロセッサによって読み取り可能な他の製造物、少なくとも１つの入力装置、及び１つ以上の出力装置を、各々が含む複数のプログラマブルコンピュータ／マシン上で実行されるコンピュータプログラムで実装されてもよい。入力装置を用いて入力されたデータにプログラムコートが適用されることで、処理が実行され、出力情報が生成され得る。
【００３２】
システムは、データ処理装置（例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のコンピュータ）による実行のために、又はその動作を制御するために、少なくとも部分的にコンピュータプログラムプロダクト（例えば、機械読み取り可能記憶装置内）を介して処理を実行することができる。このようなプログラムは各々、コンピュータシステムと通信するために、高水準の手続き型又はオブジェクト指向型のプログラミング言語で実装され得る。しかしながら、プログラムはアセンブリ言語又は機械語で実装されてもよい。言語は、コンパイル型又はインタープリタ型の言語であってもよく、それは、スタンドアロンプログラムとして、又はコンピューティング環境での使用に好適なモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくは他のユニットとして、を含めて、任意の形態で展開され得る。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行されるように配備されてもよいし、あるいは、１つのサイトにあるか、若しくは複数のサイトにまたがって分散されて通信ネットワークによって相互接続されるかである複数のコンピュータ上で実行されるように配備されてもよい。コンピュータプログラムは、汎用又は特殊目的のプログラマブルコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体又は記憶装置（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、又は磁気ディスケット）に格納されることができ、記憶媒体又は記憶装置がコンピュータによって読み取られるときに、コンピュータを設定して動作させる。処理はまた、コンピュータプログラムで構成された機械読み取り可能記憶媒体として実装されることができ、実行時に、コンピュータプログラム内の命令がコンピュータに動作を行わせる。
【００３３】
処理は、１つ以上のプログラマブルプロセッサが１つ以上のコンピュータプログラムを実行してシステムの機能を果たすことによって実行され得る。システムの全て又は一部が、特殊目的の論理回路（例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）及び／又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路））として実装されてもよい。
【００３４】
本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、もはや当業者に明らかになることは、それらの概念を組み込んだ他の実施形態も使用され得る。ここに含まれる実施形態は、開示された実施形態に限定されるべきでなく、むしろ、添付の請求項の精神及び範囲によってのみ限定されるべきである。ここで引用された全ての刊行物及び参考文献を、それらの全体において、ここに援用する。
【００３５】
ここに記載された複数の異なる実施形態の要素を組み合わせて、具体的には上述されていない他の実施形態を形成し得る。単一の実施形態の文脈で説明された様々な要素が、別個に設けられてもよいし、好適なサブコンビネーションで設けられてもよい。ここでは具体的に記載されていない他の実施形態も、以下の請求項の範囲内にある。
【図１Ａ】
0006974597.tif 000002
【図１Ｂ】
0006974597.tif 000003
【図１Ｃ】
0006974597.tif 000004
【図２Ａ】
0006974597.tif 000005
【図２Ｂ】
0006974597.tif 000006
【図３】
0006974597.tif 000007
【図４Ａ】
0006974597.tif 000008
【図４Ｂ】
0006974597.tif 000009
【図４Ｃ】
0006974597.tif 000010
【図４Ｄ】
0006974597.tif 000011
【図５Ａ】
0006974597.tif 000012
【図５Ｂ】
0006974597.tif 000013
【図６】
0006974597.tif 000014
【図７】
0006974597.tif 000015
【図８】
0006974597.tif 000016