(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性樹脂で構成され、貫通開口部を有する構造体と、
前記構造体の表面に形成された配線部と、
前記配線部に接続されると共に、前記貫通開口部を塞ぐように前記構造体に装着された固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて前記貫通開口部を塞ぐように前記構造体に装着された透光性部材とを具備し、
前記透光性部材が、前記絶縁性樹脂よりも線膨張係数の小さい材料からなる板状体で構成され、前記構造体内に周縁部が埋め込まれるように前記構造体と一体成型されてなることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記構造体は、前記固体撮像素子が装着される前記固体撮像素子搭載部と、前記透光性部材埋め込み部との間に位置する領域に、前記貫通開口部に通じる貫通孔を具備してなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記構造体は、前記配線部が形成せしめられる脚部と、前記脚部上に設けられた筒状の胴部とを有し、前記胴部と前記脚部との間に前記貫通開口部を有してなることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記透光性部材は、水晶板表面に多層構造の誘電体薄膜を形成してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記構造体を構成する樹脂は、熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記透光性部材は、光学フィルタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
構造体を構成する絶縁性樹脂よりも線膨張係数の小さい材料を、板状体に成型し透光性部材を形成する透光性部材形成工程と、
成型用金型内に前記透光性部材を装着したのち、絶縁性樹脂を材料として成型することにより、貫通開口部と、前記貫通開口部を塞ぐように固体撮像素子を装着可能な固体撮像素子装着部とを具備し、前記固体撮像素子装着部から所定の間隔を隔てて前記貫通開口部を塞ぐとともに前記透光性部材の周縁部を埋め込むように、前記透光性部材と前記構造体とを一体成型する構造体成型工程と、
前記構造体に配線部を形成する配線部形成工程と、
前記固体撮像素子装着部に固体撮像素子を装着する固体撮像素子装着工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記構造体成型工程は、熱可塑性の絶縁性樹脂からなる構造体を、射出成型によって形成する射出成型工程であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記構造体に、前記貫通開口部を臨むように貫通孔を配設する工程を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記貫通孔は、熱可塑性樹脂の射出方向に垂直な方向に、前記貫通開口部を臨んで相対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の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、固体撮像装置およびその製造方法に係り、特に、監視カメラ、医療用カメラ、車載用カメラなどの半導体撮像素子を用いて形成される小型の固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
近年、この種の撮像装置は、レンズなどの光学系を介して入力される画像を電気信号として出力するものである。そしてこの撮像装置の小型化、高性能化に伴い、カメラも小型化され、各方面で使用されてきており、映像の入力装置としての市場を広げている。
【０００４】
従来の半導体撮像素子を用いた撮像装置は、レンズ、半導体撮像素子、その駆動回路および信号処理回路などを搭載したＬＳＩ等の部品を夫々筐体あるいは構造体に形成してこれらを組み合わせている。このような組み合わせによる実装構造は、従来、平板上のプリント基板上に各素子を搭載することによって形成されていた。
【０００５】
そこで、装置の更なる小型化をはかるために、本出願人は、図７および図８に示すように、実装部材として、矩形台状の脚部１０１Ａとその上に形成された胴部１０１Ｂとからなり、この脚部１０１Ａと胴部１０１Ｂとの境界部に開口部１０１Ｃを形成した、樹脂製の立体プリント基板１０１を提案している（特開2001−245186号）。そしてこの立体プリント基板１０１の、脚部１０１Ａの裏面側にプリント配線パターン１２２を形成するとともに、胴部１０１Ｂの内周には、レンズ１０２が嵌めこまれて、その光軸１１７を中心にして、開口部１０１Ｃの上側には光学フィルタ１０３、下側には半導体撮像素子１０４およびチップ部品１０８が配置されている。そしてソルダペースト１１４でこの脚部１０１Ａに配設された端子パターン１２２に接続することにより、携帯電話、パソコン等の各種機器のメイン基板１１３にソルダペースト１１４を用いて接続されている。図９はその要部説明図であるが、半導体撮像素子１０４は表面に形成されたバンプ１０６を介して脚部１０１Ａに形成された端子パターン１０５に接続され、封止樹脂１０７で封止されることによって立体プリント基板１０１との接続がなされている。同一部位には同一符号を付した。
【０００６】
そして実装に際しては、図１０（ａ）乃至（ｃ）に示すように、立体プリント基板１０１を成型した後（図１０（ａ））、固体撮像素子１０４を装着（図１０（ｂ））し、この後、光学フィルタ１０３を装着する（図１０（ｃ））という方法がとられている。
【０００７】
このため、固体撮像素子を立体プリント基板に実装する際の加熱工程で、立体プリント基板が大きく変形し、固体撮像素子と、立体プリント基板との接続部に極めて大きな応力がかかり、クラックなどによる接続不良が発生することがあった。
【０００８】
このような立体プリント基板は、射出成型によって得られるが、成型精度の面からも、成型用金型の耐久性の面からも、樹脂材料の膨張係数を小さくするために通常用いられる体質顔料（フィラー）を一定量以上添加することができないという問題があった。
【０００９】
さらに、一般的に射出成型で用いられる熱可塑性樹脂は直鎖状の分子結合構造をもつため、線膨張係数が、分子結合方向で小さく、その垂直方向では大きいという異方性を有している。また、成形流動方向にフィラーが配向しその垂直方向では大きいという異方性を有している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、固体撮像素子を立体プリント基板に実装する際の加熱工程で、立体プリント基板が大きく変形し、固体撮像素子と、立体プリント基板との接続部に極めて大きな応力がかかり、クラックなどによる接続不良が発生することがあった。通常、この接続部は、固体撮像素子に設けられたパッドと、立体プリント基板の端子電極とで構成され、これらの間の接続には、銀ペーストなどの導電性接着剤を用いた接続、超音波接合、熱圧着接合などが用いられる。
【００１１】
いずれの方法によっても、立体プリント基板の熱変形により、固体撮像素子の接着剥離が生じ易く、これが歩留まり低下の原因となっている。
【００１２】
このように、プリント基板を立体構造とすることにより、小型化が可能となる反面、熱による歪みは通常の平面構造の場合に比べて大きくなり、この膨張率の差による変形が歩留まり向上を阻む大きな問題となっていた。
【００１３】
また、光学フィルタ１０３は、通常は水晶屈折板、ＩＲ（赤外）カットコーティングガラスなどのガラス材料で形成され、樹脂材料に比べて熱膨張率も小さくまた熱変形も小さい。
【００１４】
そこで、光学フィルタ１０３を先に装着することにより、固体撮像素子装着時の熱変形は大きく改善されると考えられる。しかしながら実際は、固体撮像素子装着時には、バンプを介してダイレクトボンディングを行った後、接続部近傍を封止樹脂で封止しなければならない。このため、封止工程における発生ガスが、この貫通開口部１Ｃに封入され、熱により固体撮像素子表面と反応したり、この発生ガスによる内部圧の上昇により、固体撮像素子の劣化を生じたり、立体プリント基板の変形を生じたりするという問題もあった。
【００１５】
このような理由から、従来の構造では、光学フィルタは固体撮像素子の装着後に装着するという方法がとられている。
製造工数が多く、また、装着工程における位置決めも生産性向上を阻む要因の一つとなっている。
【００１６】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、立体プリント基板などの構造体の熱変形を抑制し、固体撮像素子の接続を確実にするとともに、固体撮像素子の接着品質の向上をはかることを目的とする。
また、装置全体としての小型化および製造工程の簡略化をはかることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、透光性部材をあらかじめ形成しておき、構造体の成型時に一体成型することにより、装着工程を低減するとともに、装着部の構造の簡略化をはかり、装置の小型化を実現するものである。
【００１８】
すなわち本発明の固体撮像装置では、絶縁性樹脂で構成され、貫通開口部を有する構造体と、前記構造体の表面に形成された配線部と、前記配線部に接続されると共に、前記貫通開口部を塞ぐように前記構造体に装着された固体撮像素子と、前記固体撮像素子から所定の間隔を隔てて前記貫通開口部を塞ぐように前記構造体に装着された透光性部材とを具備し、前記透光性部材が、前記絶縁性樹脂よりも線膨張係数の小さい材料からなる板状体で構成され、前記構造体内に周縁部が埋め込まれるように前記構造体と一体成型されてなることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、熱変形の小さい透光性部材が構造体と一体成型されているため、固体撮像素子の装着時における構造体の熱変形は大幅に低減され、接続不良は大幅に低減される。
【００２０】
また、透光性部材の装着工程が不要となり、生産性の向上をはかることができるとともに、装着に要するマージンも不要となり、装置の小型化をはかることが可能となる。
【００２１】
望ましくは、前記構造体は、前記固体撮像素子搭載部と、前記透光性部材埋め込み部との間に位置する領域に、前記貫通開口部に通じる貫通孔を具備してなることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、上記効果に加えて、構造体の透光性部材の近傍に、前記貫通開口部に通じる貫通孔を具備しているため、固体撮像素子装着時に発生する内部ガスは貫通孔を介して排出されるため、封止工程における発生ガスが、この貫通開口部１Ｃに封入され、熱により固体撮像素子表面と反応したり、この発生ガスによる内部圧の上昇により、固体撮像素子の劣化を生じたり、構造体の変形を生じたりするという問題がなくなる。
【００２３】
望ましくは、前記構造体は、配線部が形成せしめられる脚部と、前記脚部上に設けられた筒状の胴部とを有し、前記胴部と前記脚部との間に前記貫通開口部を有してなることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、特に、装置全体の構造を微細化することができるが、熱変形による接続部分の変形により、接続不良を生じ易いという問題がある。しかしながら本発明によれば、絶縁性樹脂よりも熱膨張係数が小さくかつ、熱変形の小さい光学フィルタなどの透光性部材を一体成型で装着した後に、固体撮像素子を装着することができ、絶縁性樹脂からなる構造体の熱変形を抑制し、固体撮像素子の接続の確実性を高めることができる。
【００２５】
望ましくは、前記透光性部材は、石英ガラス表面に多層構造の誘電体薄膜を形成してなることを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、石英ガラスは、構造体を構成する樹脂よりも一桁程度熱膨張率が小さいため、固体撮像素子実装時の熱による変形を低減し、信頼性を向上することが可能となる。
【００２７】
望ましくは、前記透光性部材は、熱硬化性樹脂からなることを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、透光性部材として熱硬化性樹脂を用いることにより、固体撮像素子実装時の熱による変形を低減することができ、信頼性を向上することが可能となる。
【００２９】
望ましくは、前記透光性部材は、光学フィルタであることを特徴とする。
【００３０】
光学フィルタの装着位置は、固体撮像素子とさらに外側に装着されるレンズおよびの距離を決定することにもなり、装着位置は重要であるが、かかる構成によれば、透光性部材が一体成型により固定されている上、熱膨張係数の小さい部材で構成されているため、その近傍で構造体の変形が抑制されるため、固体撮像素子近傍での構造体の熱変形を抑制し、固体撮像素子と光学フィルタの距離の確実性を高め、より優れた画像の取り込みが可能となる。
【００３１】
また本発明の方法では、構造体を構成する絶縁性樹脂よりも線膨張係数の小さい材料を、板状体に成型し透光性部材を形成する透光性部材形成工程と、成型用金型内に前記透光性部材を装着したのち、絶縁性樹脂を材料として成型することにより、貫通開口部と、前記貫通開口部に固体撮像素子を装着可能な固体撮像素子装着部とを具備し、前記固体撮像素子装着部から所定の間隔を隔てて前記貫通開口部を塞ぐとともに前記透光性部材の周縁部を埋め込むように、前記透光性部材と前記構造体とを一体成型する構造体成型工程と、前記構造体に配線部を形成する配線部形成工程と、前記固体撮像素子装着部に固体撮像素子を装着する固体撮像素子装着工程とを含むことを特徴とする。
【００３２】
かかる構成によれば、熱変形の小さい透光性部材を構造体と一体成型しているため、固体撮像素子の装着時における構造体の熱変形は大幅に低減され、接続不良は大幅に低減される。
また、透光性部材の装着工程が不要となり、生産性の向上をはかることができるとともに、装着に要するマージンも不要となり、装置の小型化をはかることが可能となる。
【００３３】
望ましくは、前記構造体成型工程は、熱可塑性の絶縁性樹脂からなる構造体を、射出成型によって形成する射出成型工程であることを特徴とする
【００３４】
構造体が、射出成型によって形成された熱可塑性樹脂で構成された場合、特に硬化時に変形が生じ易く、また、使用時にも高温環境になると、変形が生じ、固体撮像素子と、構造体（立体プリント基板）との接続部に接続不良が生じ易いという問題がある。しかしながら、かかる構成によれば、光学フィルタなどの透光性部材が構造体と一体成型されるため、絶縁性樹脂よりも熱膨張係数が小さく熱変形の少ないガラス板などからなる透光性部材により、絶縁性樹脂からなる構造体の熱変形を抑制し、固体撮像素子の接続の確実性を高めることができる。
【００３５】
望ましくは、前記構造体に、前記貫通開口部を臨むように貫通孔を配設する工程を含むことを特徴とする。
【００３６】
かかる構成によれば、構造体に、前記貫通開口部に通じる貫通孔を具備し、光学フィルタなどの透光性部材装着後に、固体撮像素子を装着するようにしているため、固体撮像素子装着時に発生する内部ガスは貫通孔を介して排出されるため、封止工程における発生ガスが、この貫通開口部１Ｃに封入され、熱により固体撮像素子表面と反応したり、この発生ガスによる内部圧の上昇により、固体撮像素子の劣化を生じたり、構造体の変形を生じたりするという問題がなく、確実な接続が可能となる。また、熱変形の小さい透光性部材の存在により、固体撮像素子装着時における構造体の熱変形は大幅に低減され、接続不良は大幅に低減される。
【００３７】
望ましくは、前記貫通孔は、熱可塑性樹脂の射出方向に垂直な方向に、前記貫通開口部を臨んで相対向する位置に形成されていることを特徴とする。
【００３８】
かかる構成によれば、射出成型で用いられる熱可塑性樹脂は直鎖状の分子結合構造を持つため、熱膨張係数が、分子結合方向で小さく、その垂直方向では大きいという異方性を有している。そこで、熱可塑性樹脂の射出方向に垂直な方向に、前記貫通開口部を臨んで相対向する位置に、貫通孔を形成することにより、分子結合方向に垂直な方向の伸びを抑制することが可能となる。
【００３９】
なお、透光性部材の貫通開口部に臨む領域となる部分に貫通孔を形成しておき、これをガス抜き用の孔として用いるようにしてもよい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４１】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図１に示す。
この固体撮像装置は、固体撮像素子４を搭載するための構造体１の成型に際し光学フィルタ３を構成する板状体を一体成型したことを特徴とするもので、さらに構造体1の固体撮像素子装着部９への固体撮像素子実装時に発生する、内部ガスを抜くことができるように、貫通開口部１Ｃに通じる貫通孔２を形成したことを特徴とするものである。ここで光学フィルタ３は水晶屈折板で構成され、周縁部が構造体１に埋め込まれた状態で固定されている。
【００４２】
すなわち、この固体撮像装置は、絶縁性のポリフタルアミド樹脂で構成され、矩形台状の脚部１Ａとその上に形成された胴部１Ｂとからなり、この脚部１Ａと胴部１Ｂとの境界部に貫通開口部１Ｃを有すると共に、貫通開口部１Ｃを塞ぐように配設された光学フィルタ３埋め込み部近傍に、内部ガスを抜くことができるように、貫通開口部１Ｃに通じる貫通孔２を有し、表面の一部に端子パターン５を含む配線部を具備してなる構造体１と、この配線部に接続されると共に、この貫通開口部１Ｃに装着され、この端子パターン５に電気的に接続された固体撮像素子４とを具備してなるものである。
【００４３】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）に図１のＡ−Ａ断面、側面図を示すように、貫通孔２は、熱可塑性樹脂の射出方向に垂直な方向に、貫通開口部１Ｃを臨んで相対向する位置に形成されていることを特徴とする。
【００４４】
前述したように、射出成型で用いられる熱可塑性樹脂は直鎖状の分子結合構造を持つため、熱膨張係数が、分子結合方向で小さく、その垂直方向では大きいという異方性を有している。そこで、熱可塑性樹脂の射出方向に垂直な方向に、貫通開口部１Ｃを臨んで相対向する位置に、貫通孔２を形成することにより、分子結合方向に垂直な方向の伸びを抑制することが可能となる。
【００４５】
次に、この固体撮像装置の製造方法について説明する。
まず、水晶板の表面に所望の屈折率を有する多層構造の誘電体薄膜を蒸着し誘電体干渉フィルタからなる光学フィルタ３を形成する。そしてこの光学フィルタ３を成型金型内に装着し、この成型金型内に形成されたキャビティ内にポリフタルアミド樹脂を射出したのち冷却し、硬化させることにより、矩形台状の脚部１Ａとその上に形成された胴部１Ｂとからなり、この脚部１Ａと胴部１Ｂとの境界部に貫通開口部１Ｃを有するとともにこの貫通開口部１Ｃに貫通する貫通孔２を有してなるポリフタルアミド樹脂製の構造体１を形成する。ここで光学フィルタ３は、貫通開口部１Ｃの一方の面を、貫通孔２を残して塞ぐように、一体的に形成される。
【００４６】
そして図５（ｂ）に示すように、この構造体の所定の領域に、メッキプロセスあるいはスパッタリング法などの薄膜プロセスにより脚部１Ａの裏面側に形成された端子パターン５を含む配線部を形成する。
【００４７】
続いて図５（ｃ）に示すように、構造体１の貫通開口部１Ｃの一方の面に固体撮像素子（チップ）４を搭載する。ここで固体撮像素子４の接続電極にはバンプ６が形成されており、構造体１の脚部１Ａに形成された端子パターンの一端に熱圧着によって接続される。そして樹脂封止を行い、固体撮像素子４の表面を樹脂封止体7で被覆する。
【００４８】
このようにして形成された固体撮像装置では、熱変形が少なく、構造体に比べて熱膨張率も小さい、光学フィルタ３が一体成型された構造体に、固体撮像素子４を装着するようにしているため、この光学フィルタ３が固定部材として作用し、構造体の熱変形を抑制するため、固体撮像素子４の接続の確実性を高めることができる。
【００４９】
なお、この構造体は、射出成型によって得られるが、このポリフタルアミド樹脂は直鎖状の分子結合構造をもつため、熱膨張係数が、分子結合方向で小さく、その垂直方向では大きいという異方性を有している。そこでこの第１の実施の形態では、熱可塑性樹脂の射出方向に垂直な方向に、貫通開口部１Ｃを臨んで相対向する位置に、貫通孔２を形成しているため、分子結合方向に垂直な方向の伸びを抑制することが可能となる。
【００５０】
そこで上記第１の実施の形態では、図２に示したように貫通孔２は貫通開口部１Ｃを臨んで相対向する位置に、２つ形成したが、図３に示すように1方の側にのみ形成するようにしてもよい。
【００５１】
なお上記第１の実施の形態では光学フィルタ埋め込み部の近傍に貫通孔２を形成したが、貫通開口部１Ｃに開口するように形成した孔であれば、適宜変形可能であり、どのような形態で設けてもよい。
【００５２】
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の要部説明図を図５に示す。
この固体撮像装置は、固体撮像素子４を搭載するための構造体１の成型に際し多数個の光学フィルタ３を一体形成してなる板状体を形成しこの板状体とともに多数個の構造体１を一体成型し、後に個々の固体撮像装置にダイシングすることにより形成し得るようにしたことを特徴とするものである。
【００５３】
さらに固体撮像素子実装時に発生する、内部ガスを抜くことができるように、貫通開口部１Ｃに通じる貫通孔２Ｓを光学フィルタ３に形成したことを特徴とするものである。ここでは水晶屈折板で構成され、周縁部が構造体１に埋め込まれた状態で固定されている。他部については、上記第１の実施の形態と同様に形成されている。
【００５４】
製造に際しても上記第１の実施の形態と同様に形成されるが、この例では、光学フィルタのみならず、構造体も一体成型し、最後に図６に示すように、ダイシングラインｄ１、ｄ２、ｄ３…ｃ１、ｃ２、ｃ３…にしたがってダイシングし、図５に示したような固体撮像装置を得る。
【００５５】
また上記第１および第２の実施の形態では透光性部材として光学フィルタ３を用いたが光学フィルタ３に限定されることなく、透光性の封止部材、レンズなど適宜変形可能である。
【００５６】
また、構造体を形成する樹脂についてはポリフタルアミド樹脂、ＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂の他、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂も適用可能である。
【００５７】
また、本発明の固体撮像装置は、カメラとして、光通信分野に限定されることなく、ＣＤ、ＤＶＤなどの読み取り素子、複写機の読み取り素子、医療機器あるいはドアホンなど、種々の光学機器への適用が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱変形の小さい透光性部材が構造体と一体成型されているため、固体撮像素子の装着時における構造体の熱変形は大幅に低減され、接続不良の低減された固体撮像装置を提供できるものである。
【００５９】
また、本発明によれば、透光性部材の装着工程が不要となり、生産性の向上をはかることができるとともに、装着に要するマージンも不要となり、装置の小型化をはかることが可能な固体撮像装置の製造方法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光学フィルタ装着部を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における光学フィルタ装着部の変形例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の実装工程を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の実装工程を示す説明図である。
【図７】従来例の固体撮像装置を示す斜視図である。
【図８】従来例の固体撮像装置を示す断面図である。
【図９】従来例の固体撮像装置を示す要部説明図である。
【図１０】従来例の固体撮像装置の実装工程を示す要部説明図である。
【符号の説明】
１  構造体
１Ａ  脚部
１Ｂ  胴部
１Ｃ  貫通開口部
２  貫通孔
２Ｓ  貫通孔
３  光学フィルタ
４  固体撮像素子
５  端子パターン
６  バンプ
７  封止樹脂
【図１】
0003773177.tif 000002
【図２】
0003773177.tif 000003
【図３】
0003773177.tif 000004
【図４】
0003773177.tif 000005
【図５】
0003773177.tif 000006
【図６】
0003773177.tif 000007
【図７】
0003773177.tif 000008
【図８】
0003773177.tif 000009
【図９】
0003773177.tif 000010
【図１０】
0003773177.tif 000011