(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有する絶縁材料からなる凹型絶縁容器の前記キャビティに固体撮像素子を載置して、前記凹型絶縁容器のキャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂を塗布し、前記凹型絶縁容器に透明キャップを載置して、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させて前記固体撮像素子を気密封止する光学中空半導体パッケージの封止法において、
前記凹型絶縁容器を過熱した状態で前記透明キャップを載置し、前記透明キャップを載置した凹型絶縁容器を冷却した後に紫外線を照射することを特徴とする光学中空半導体パッケージの封止法。
【請求項２】
キャビティを有する絶縁材料からなる凹型絶縁容器の前記キャビティに固体撮像素子を載置して、前記凹型絶縁容器のキャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂を塗布し、前記凹型絶縁容器に透明キャップを載置して、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させて前記固体撮像素子を気密封止する光学中空半導体パッケージの封止法において、
前記凹型絶縁容器を過熱した状態で前記透明キャップを載置すると共に、前記透明キャップの載置後、前記紫外線を照射する前に前記凹型絶縁容器を冷却して、前記紫外線照射により加熱しても前記凹型絶縁容器の温度が前記透明キャップの載置時よりも低くなるようにすることを特徴とする光学中空半導体パッケージの封止法。
【請求項３】
前記透明キャップの載置時の前記凹型絶縁容器の温度は８０〜１００℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学中空半導体パッケージの封止法。
【請求項４】
前記凹型絶縁容器の冷却後の温度は前記透明キャップの載置時の温度より約２０℃低いことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学中空半導体パッケージの封止法。
【請求項５】
前記紫外線照射による加熱時にも前記凹型絶縁容器の冷却を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学中空半導体パッケージの封止法。
【請求項６】
前記凹型絶縁容器の冷却は冷却ファンを用いた強制空冷であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学中空半導体パッケージの封止法。
【請求項７】
前記凹型絶縁容器の冷却は、放置による空冷であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学中空半導体パッケージの封止法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は固体撮像素子を用いた光学中空半導体パッケージの製造方法に関し、特に透明キャップの取付方法を改良した光学中空半導体パッケージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子を用いた半導体デバイス、例えば光学中空半導体パッケージ１を組み立てる際は、図３に示すように固体撮像素子２を凹型絶縁容器４に入れる一方、透明キャップ６に熱硬化型樹脂８を塗布し仮硬化させる。そして、この透明キャップ６を凹型絶縁容器４に搭載し、透明キャップ４と凹型絶縁容器４をクリップ10等で挟み込む。このクリップ10により熱硬化型樹脂８を加圧した状態で全体を加熱炉に投入し、仮硬化した熱硬化型樹脂８が再度軟化するまで加熱し封止を行うようにしている。
【０００３】
しかし、この熱硬化型樹脂８を利用する加熱封止法は、仮硬化させた熱硬化型樹脂８が再度軟化するまでに雰囲気を真空状態にするために、炉処理がバッチ処理となる製法が主であるので、生産性を上げることが困難となっている。
【０００４】
これを解決するために、熱硬化型樹脂８の代わりに図４及び図５に示すように紫外線硬化型樹脂14を利用する封止法が開発されている。これは、凹型絶縁容器４のキャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂14を塗布し、大気中で透明キャップ６を凹型絶縁容器４に載置し、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂14を硬化させて封止する。この方法によれば連続組立が可能であり生産性を上げることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した紫外線硬化型樹脂14により封止を行う場合、紫外線硬化型樹脂14が塗布されている範囲を一括照射する必要があるので、大型の固体撮像素子２を使用すべく大型の凹型絶縁容器４を使用するときに、紫外線の紫外線照射灯具の照射面積を広くしなければならない。このため、紫外線照射灯具による照射能力が大きくなってしまい紫外線照射による凹型絶縁容器２と透明キャップ６を含むデバイス全体の温度が上昇し、凹型絶縁容器２と透明キャップ６によって密閉された内部空気が膨張してしまう虞がある。このような空気の膨張が起きると、図４に示すように透明キャップ６を内側から押し上げてしまったり、図５に示すように紫外線硬化型樹脂14の未硬化部分に空気が入り込んで空気溜まり12を発生させてしまうことがある。
【０００６】
また、紫外線硬化型樹脂14を凹型絶縁容器２に塗布するときに空気抜き用の未塗布部分を設けたとしても、透明キャップ６を凹型絶縁容器２に載置して押さえ付けることにより未塗布部分にまで紫外線硬化型樹脂14が広がってしまい空気抜きを行うことができない。
【０００７】
しかも、透明キャップ６を搭載する雰囲気が一般雰囲気であるため、凹型絶縁容器２に水分を含んだ空気を封入してしまい、デバイスを組み込んだ装置の外気環境によっては固体撮像素子２に結露が発生する虞がある。
【０００８】
そこで、この発明は、紫外線硬化型樹脂を用いながらも内部空気の膨張に伴う透明キャップの浮きや空気溜りの発生を防ぐと共に、結露も防止できる光学中空半導体パッケージの封止法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法は、キャビティを有する絶縁材料からなる凹型絶縁容器の前記キャビティに固体撮像素子を載置して、前記凹型絶縁容器のキャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂を塗布し、前記凹型絶縁容器に透明キャップを載置して、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させて前記固体撮像素子を気密封止する光学中空半導体パッケージの封止法において、前記凹型絶縁容器を過熱した状態で前記透明キャップを載置し、前記透明キャップを載置した凹型絶縁容器を冷却した後に紫外線を照射することを特徴としている。
また、キャビティを有する絶縁材料からなる凹型絶縁容器の前記キャビティに固体撮像素子を載置して、前記凹型絶縁容器のキャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂を塗布し、前記凹型絶縁容器に透明キャップを載置して、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させて前記固体撮像素子を気密封止する光学中空半導体パッケージの封止法において、前記凹型絶縁容器を過熱した状態で前記透明キャップを載置すると共に、前記透明キャップの載置後、前記紫外線を照射する前に前記凹型絶縁容器を冷却して、前記紫外線照射により加熱しても前記凹型絶縁容器の温度が前記透明キャップの載置時よりも低くなるようにすることを特徴としている。
【００１０】
光学中空半導体パッケージの気密封止を行うときは、凹型絶縁容器のキャビティに固体撮像素子を載置して、凹型絶縁容器のキャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂を塗布する。そして、凹型絶縁容器を加熱する。あるいは、凹型絶縁容器を加熱してからキャビティに固体撮像素子を載置したり凹型絶縁容器に紫外線硬化型樹脂を塗布しても良い。
【００１１】
凹型絶縁容器を加熱した状態で透明キャップを載置して、その後は冷却する。冷却後に紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させて固体撮像素子を気密封止する。
【００１２】
ここで、凹型絶縁容器の冷却は、紫外線照射により加熱しても凹型絶縁容器の温度が透明キャップの載置時よりも低くなるようにする。
【００１３】
また、請求項２の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法は、請求項１に記載の光学中空半導体パッケージの封止法において、前記透明キャップの載置時の前記凹型絶縁容器の温度は８０〜１００℃であることを特徴としている。
【００１４】
これにより、固体撮像素子が熱的影響を受けることが防止される。
【００１５】
また、請求項３の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法は、請求項１または請求項２に記載の光学中空半導体パッケージの封止法において、前記凹型絶縁容器の冷却後の温度は前記透明キャップの載置時の温度より約２０℃低いことを特徴としている。
【００１６】
このため、過度の冷却によりキャビティ内の空気が収縮し過ぎて紫外線硬化型樹脂が引き込まれてしまうことが防止される。
【００１７】
また、請求項４の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光学中空半導体パッケージの封止法において、前記紫外線照射による加熱時にも前記凹型絶縁容器の冷却を行うことを特徴としている。
【００１８】
これにより、透明キャップの載置後に凹型絶縁容器を過度に冷却する必要が無くなり、紫外線硬化型樹脂が引き込まれてしまうことが防止される。
【００１９】
また、請求項５の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光学中空半導体パッケージの封止法において、前記凹型絶縁容器の冷却は冷却ファンを用いた強制冷却であることを特徴としている。
【００２０】
強制的に冷却することによって、気密封止の作業時間を短くすることができる。
【００２１】
また、請求項６の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光学中空半導体パッケージの封止法において、前記凹型絶縁容器の冷却は、放置による空冷であることを特徴としている。
【００２２】
放置することで冷却するため、冷却のための設備が不要になり、設備コストや組み立て費用が安価になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法を具体的に説明する。図２は、この本発明の光学中空半導体パッケージの封止法により気密封止を行って組み立てられた光学中空半導体パッケージ16の一実施形態を示している。
【００２４】
この光学中空半導体パッケージ16は、固体撮像素子18の搭載が可能な平坦部であるキャビティ20を有する凹型絶縁容器22と、キャビティ20上に搭載した固体撮像素子18、凹型絶縁容器22の外部に取り付けられた外部リード24（または端子）、固体撮像素子18および外部リード24を電気的に接続するワイヤ26、絶縁材料で紫外線を透過する透明キャップ28、凹型絶縁容器22および透明キャップ28を接着して気密封止する紫外線硬化型樹脂30とを備えている。凹型絶縁容器22は、セラミックやプラスチック等の絶縁物質によって構成されている。また、透明キャップ28は、ガラスまたはプラスチック製の板材で形成されている。
【００２５】
この光学中空半導体パッケージ16の気密封止を行う手順を図１の（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、凹型絶縁容器22を例えばヒータブロック32に載置して加熱する。そして、同図（ｂ）に示すように、凹型絶縁容器22の透明キャップ搭載エリアに紫外線硬化型樹脂30を塗布する。この塗布はディスペンスノズル34により行う。この塗布の間もヒータブロック32による加熱が続けられている。凹型絶縁容器22のキャビティ20には固体撮像素子18が載置されているが、この載置は加熱の前後のいずれに行っても良い。また、本実施形態では凹型絶縁容器22の加熱後に紫外線硬化型樹脂30を塗布しているが、これには限られず紫外線硬化型樹脂30を塗布した後に凹型絶縁容器22を加熱しても良い。
【００２７】
凹型絶縁容器22の加熱は、固体撮像素子18が熱的影響を受けない温度である８０〜１００℃程度であるが望ましい。この温度まで凹型絶縁容器22を加熱する事により、雰囲気の空気は一般雰囲気中の水分に比べ少ない状態になっている。
【００２８】
紫外線硬化型樹脂30の塗布が完了したら次に図１（ｃ）に示すように、凹型絶縁容器22への加熱を止め透明キャップ28を凹型絶縁容器22に搭載する。そして、凹型絶縁容器22の冷却を開始して、凹型絶縁容器22と透明キャップ28を未硬化の紫外線硬化型樹脂30によって仮組みする。
【００２９】
さらに、図１（ｄ）に示すように、紫外線硬化型樹脂30が硬化する指定波長と指定距離に設置されている紫外線照射灯具36を作動させて紫外線硬化型樹脂30の硬化を進行させる。この場合、紫外線硬化型樹脂30の硬化と同時に、紫外線照射灯具36から発せられる紫外線光により凹型絶縁容器22の全体も加熱される。このとき、凹型絶縁容器22の加熱により内部の空気が膨張するが、透明キャップ28の搭載前の加熱による空気膨張と透明キャップ28の搭載後の冷却による空気凝縮によって、紫外線照射熱による内部圧力を例えば大気圧より抑えた状態で紫外線硬化型樹脂30が硬化し、気密封止を完了することができる。
【００３０】
また、冷却温度は、加熱後の温度に比べて約２０℃低い温度にしている。これにより、冷却温度が低すぎて未硬化の紫外線硬化型樹脂30が凹型絶縁容器22の内側に吸引されてしまうことを防止できる。但し、透明キャップ28の搭載前の凹型絶縁容器22の加熱と同透明キャップ28の搭載後の冷却温度は、使用する設備の工程時間、例えば透明キャップ28の搭載時の位置決めや、紫外線硬化型樹脂30の特性、対応する凹型絶縁容器22の内部容量と紫外線照射灯具36の容量等の各条件に合わせて適宜設定する。
【００３１】
そして、紫外線硬化型樹脂30を塗布して透明キャップ28を搭載する工程と、紫外線照射を行う工程を分割することが好ましい。これによれば、生産能力を高く維持できると共に、別個の冷却装置を利用しなくても工程間移動の際に自然に空冷されることになる。このため、冷却を安価に行うことができる。一方、冷却は、冷却ファン等の利用により強制的に行うようにしても良い。
【００３２】
また、紫外線照射時の加熱温度は、透明キャップ28の搭載前の加熱温度よりも低く抑えることが望ましい。紫外線照射時に加熱されても内部圧力が大気圧より低く抑えられるので、仮組みされた凹型絶縁容器22と透明キャップ28の内部空圧の上昇により透明キャップ28が押し上げられたり、未硬化の紫外線硬化型樹脂30に空気溜りが生ずることを防止できるからである。但し、紫外線照射時に加熱された後の内部圧力は大気圧以下であることには限られず、大気圧より若干高くても、過度に高くなければ透明キャップ28の押し上げや紫外線硬化型樹脂30の空気溜りを防止できる。
【００３３】
なお、ここに説明した実施形態はこの発明の好ましい一形態であって、この発明はこれに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施できることは勿論である。例えば、上述した実施形態では冷却は紫外線照射までとしているが、これには限られず紫外線照射時に冷却ファン等により冷却を行うようにしても良い。これによれば、透明キャップ28の搭載前の加熱温度をある程度低く抑えても、紫外線照射時の温度がこれを超すことを防止できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法によれば、凹型絶縁容器を加熱した状態で透明キャップを載置すると共に、透明キャップの載置後、紫外線を照射する前に凹型絶縁容器を冷却して、紫外線照射により加熱しても凹型絶縁容器の温度が透明キャップの載置時よりも低くなるようにしているので、紫外線照射時に加熱されて仮組みされた凹型絶縁容器と透明キャップの内部空圧の上昇により透明キャップが押し上げられたり、未硬化の紫外線硬化型樹脂に空気溜りが生ずることを防止できる。また、加熱膨張による雰囲気で透明キャップを封止すると共に、キャビティ内部を低水分量で封止できるので、固体撮像素子への結露を防止することができる。
【００３５】
また、請求項２の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法によれば、透明キャップの載置時の凹型絶縁容器の温度は８０〜１００℃であるので、固体撮像素子が熱的影響を受けることを防止することができる。
【００３６】
また、請求項３の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法によれば、凹型絶縁容器の冷却後の温度は透明キャップの載置時の温度より約２０℃低いようにしているので、過度の冷却によりキャビティ内の空気が収縮し過ぎて紫外線硬化型樹脂が引き込まれてしまうことを防止できる。
【００３７】
また、請求項４の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法によれば、紫外線照射による加熱時にも凹型絶縁容器の冷却を行うようにしているので、透明キャップの載置後に凹型絶縁容器を過度に冷却する必要が無くなり、紫外線硬化型樹脂が引き込まれてしまうことを防止できる。
【００３８】
また、請求項５の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法によれば、凹型絶縁容器の冷却は冷却ファンを用いて強制的に冷却するようにしているので、気密封止の作業時間を短くすることができる。
【００３９】
また、請求項６の発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法によれば、凹型絶縁容器の冷却は、放置による空冷であるので、冷却のための設備が不要になり設備コストや組み立て費用を安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光学中空半導体パッケージの封止法の作業手順を示す図であり、（ａ）はヒータによる加熱、（ｂ）は紫外線硬化型樹脂の塗布、（ｃ）は冷却、（ｄ）は紫外線照射をそれぞれ示す。
【図２】光学中空半導体パッケージの封止法を利用して組み立てられた光学中空半導体パッケージを示す中央縦断面正面図である。
【図３】従来の光学中空半導体パッケージの封止法による作業状態を示す中央縦断面側面図である。
【図４】従来の光学中空半導体パッケージの封止法により透明キャップが浮く状態を示す図であり、（ａ）は中央縦断面側面図、（ｂ）は中央縦断面正面図である。
【図５】従来の光学中空半導体パッケージの封止法により空気溜りが生じた状態を示す図であり、（ａ）は中央縦断面正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
16  光学中空半導体パッケージ
18  固体撮像素子
20  キャビティ
22  凹型絶縁容器
28  透明キャップ
30  紫外線硬化型樹脂
【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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