JP2008130738A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像素子の封止性及び放熱性を向上させること。
【解決手段】ケース１３に収納された撮像素子本体１２は、受光部１５が設けられたイメージセンサチップ１６と、受光部１５を取り囲むようにイメージセンサチップ１６上に取り付けられたスペーサ１７と、その上に取り付けられて受光部１５を封止するカバーガラス１８とからなる。イメージセンサチップ１６とスペーサ１７との間にはボンディングパッド２１が設けられ、その下にはイメージセンサチップ１６を貫通して下面まで達する貫通配線２２が設けられている。イメージセンサチップ１６の下面には、貫通配線２２に対応する位置に半田バンプ２４が設けられている。半田バンプ２４は、ケース１３を貫通して下面外側に繋がる貫通配線２９と電気的に接続されている。凹部に生じる隙間には填塞樹脂３１が注入され、隙間は塞がれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ；wafer level chip size package）タイプの固体撮像素子に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を使用したデジタルカメラやビデオカメラが普及している。従来の固体撮像素子は、シリコン製のチップ上に受光部が設けられたイメージセンサチップと、このイメージセンサチップを収納するセラミックス製やプラスチック製のケースと、このケースを封止する透明なカバーガラスとからなる。ケースに収納されたイメージセンサチップは、チップ上に設けられた電極パッドとケースの接続端子との間でワイヤボンディングによって電気的に接続され、ケースの外部接続端子が実装基板に実装されることによって回路に接続される。

固体撮像素子は、携帯電話機や内視鏡用カメラなどの小型電子機器にも用いられているが、固体撮像素子のサイズがその外形製図に与える影響が大きいため、固体撮像素子の小型化が望まれていた。固体撮像素子を小型化するために、ＷＬＣＳＰを利用した固体撮像素子が発明されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ＷＬＣＳＰは、半導体ウエハプロセス中でパッケージングまで行うパッケージング手法である。ＷＬＣＳＰを使用して製造された固体撮像素子は、例えば、外部接続端子が設けられたイメージセンサチップと、このイメージセンサチップに取り付けられて受光部を封止するカバーガラスとからなり、そのサイズはベアチップと同程度となるため、ケースを利用したものと比べ、大幅な小型化が可能となる。
特開２００４−０３１４９８号公報 特開２００４−３６３３８０号公報

従来の固体撮像素子において、チップを収納するケースは、受光部の封止性を保つ役割を有していた。しかしながら、特許文献１に記載のＷＬＣＳＰタイプの固体撮像素子はケースを備えていないので、封止性が若干損なわれており、耐湿面に問題がある。

特許文献２に記載のＷＬＣＳＰタイプの固体撮像素子は、側面を樹脂で覆うことで、ある程度の封止性を保っている。しかしながら、ケースを備えておらず、封止性が十分であるともいえない。また、ウエハレベルでの封止工程の前に別途ダイシング工程が組み込まれるなど、製造工程が複雑化している。

また、メモリの大記憶容量化やロジックの多機能・高集積化に伴い消費電力が増加し、チップの発熱による温度上昇が問題となっている。チップを一定の温度以下に保たなければ、固体撮像素子は正常に動作しないからである。従来の固体撮像素子の場合、ケースに熱を移動させてチップ自体の温度上昇を軽減していた。しかしながら、特許文献１，２に記載のＷＬＣＳＰタイプの固体撮像素子の場合、ケースを備えていないので、放熱が十分に行えず高温になるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像素子の封止性及び放熱性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、表面に受光部が設けられたチップと、受光部を取り囲むようにチップ上に設けられたスペーサと、スペーサ上に設けられ受光部を覆う透明なカバーと、チップの裏面に凸設された第１電気接続部と、からなる撮像素子本体と、撮像素子本体を収納する凹部が形成され、凹部には、収納した撮像素子の第１電気接続部と電気的に接続する第２電気接続部が設けられた、絶縁性のケースと、から構成され、撮像素子本体を収納した凹部に生じる隙間が樹脂によって塞がれていることを特徴とする。

なお、ケースは、セラミックス等の熱伝導率の高い物質からなることが好ましい。

本発明の固体撮像素子によれば、受光部を有した撮像素子本体がケースの凹部に収納され、凹部に生じる隙間が樹脂によって塞がれていることより、封止性及び放熱性を向上させることができる。

以下、本発明の固体撮像素子１１について、図面を参照しながら説明する。固体撮像素子１１は、図１に示すように、撮像素子本体１２と、ケース１３とから構成される。

撮像素子本体１２は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、ウエハレベルで製造された撮像素子基板１４を矩形状に分割したものであり、上面中心に受光部１５が設けられたイメージセンサチップ１６と、受光部１５を取り囲むようにイメージセンサチップ１６上に取り付けられた矩形枠のスペーサ１７と、このスペーサ１７上に取り付けられて受光部１５を封止するカバーガラス１８とからなる。但し、撮像素子本体は、ＷＬＣＳＰタイプであれば良く、ここに挙げる実施形態（撮像素子本体１２）に限定されるものではない。

受光部１５は、例えば、マトリクス状に配列された多数のフォトダイオードであり、フォトダイオードに蓄積された電荷を搬送する電荷結合素子（ＣＣＤ）などと併せて、周知の半導体プロセスによってイメージセンサチップ１６の上面に設けられている。各フォトダイオードの上には、ＲＧＢのカラーフィルタやマイクロレンズアレイ１５ａが積層されている。

イメージセンサチップ１６は、積層構造であるが、大きく二つに分けることができる。上層は受光部１５が設けられたシリコン層１９であり、下層は絶縁材料からなる絶縁層２０である。絶縁層２０は、シリコン層１９の強度を補う効果もある。

イメージセンサチップ１６とスペーサ１７との間には、例えば、アルミニウムによって形成され、受光部１５に電気的に接続された複数個のボンディングパッド２１が設けられている。各ボンディングパッド２１の下には、ボンディングパッド２１と電気的に接続され、且つイメージセンサチップ１６を貫通して下面まで達する貫通配線２２が設けられている。イメージセンサチップ１６と貫通配線２２との間には、両者の間を絶縁する絶縁膜２３が設けられている。イメージセンサチップ１６の下面には、貫通配線２２に対応する位置に、半球形状の半田バンプ（第１電気接続部）２４が複数個設けられている。

スペーサ１７は、中央に矩形の開口２５が形成された矩形枠であり、受光部１５の外周を取り囲むようにイメージセンサチップ１６の上面に接着剤２６によって接合されている。スペーサ１７は、例えば、シリコンなどの無機材料で形成されている。このスペーサ１７によって、受光部１５とカバーガラス１８との間には空隙が形成され、マイクロレンズアレイ１５ａがカバーガラス１８と干渉するのを防いでいる。

カバーガラス１８は、開口２５を塞ぐようにスペーサ１７の上面に接着剤２７によって接合されている。

ケース１３は、樹脂でできており、図３に示すように、撮像素子本体１２と略同じサイズ或いは一回り大きなサイズであって矩形状の凹部２８が形成されている。凹部２８には、撮像素子本体１２がイメージセンサチップ１６の下面側から収納される。ケース１３の底には、収納する撮像素子本体１２の半田バンプ２４と対応する位置に、ケース１３を貫通して下面外側に繋がる金属製の貫通配線（第２電気接続部）２９が設けられている。貫通配線２９は、凹部２８に収納した撮像素子本体１２の半田バンプ２４と電気的に接続される。ケース１３の下面には、貫通配線２９に対応する位置に、金属製の接続端子３０が複数個設けられている。

図１に示すように、撮像素子本体１２を収納した凹部２８に生じる隙間には填塞樹脂３１が注入され、隙間は塞がれている。填塞樹脂３１は接着剤としても機能し、撮像素子本体１２を凹部２８に固定する。なお、填塞樹脂３１は、常温硬化型でも熱硬化型でも構わない。填塞樹脂３１により、撮像素子本体１２は側面が覆われることとなり、封止性が向上する。また、撮像素子本体１２がケース１３に収納されており、イメージセンサチップ１６（撮像素子本体１２）が発する熱はケース１３に移動できるので、イメージセンサチップ１６自体の温度上昇を低減することができる。

なお、上記実施形態において、イメージセンサチップ１６の下面に設けられた外部接続端子として、半球形状の半田バンプ２４の場合を例に説明したが、これに限定されるのではなく、例えば、異方性導電膜、異方性導電ペーストなどであっても良い。但し、イメージセンサチップ１６の下面から突出していることが条件となる。

また、上記実施形態において、ケース１３の材質は、樹脂である場合を例に説明したが、これに限定されるのではなく、セラミックス、その他の電気絶縁性物質であっても良い。ケース１３の材質がセラミックスの場合、貫通配線２９及び接続端子３０は、例えば、タングステン（Ｗ）をニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）でメッキしたものであることが望ましい。なお、ケース１３の材質が熱伝導率の高い物質であっても良い。ケース１３の材質が熱伝導率の高い物質であれば、固体撮像素子１１は更に放熱性に優れる。

また、上記実施形態において、ケース１３の底に、凹部２８の内側から下面外側に繋がる貫通配線２９が設けられている場合を例に説明したが、貫通配線２９は、下面外側に繋がっていることに限定されるのではない。例えば、図４に示す固体撮像素子３２を構成するケース３３の場合が考えられる。ケース３３の底には、収納する撮像素子本体１２の半田バンプ２４と対応する位置に、ケース３３を貫通して側面外側に繋がる金属製の貫通配線（第２電気接続部）３４が設けられている。貫通配線３４は、凹部２８に収納した撮像素子本体１２の半田バンプ２４と電気的に接続される。ケース３３の側面には、貫通配線３４に対応する位置に、接続端子３５が複数個設けられている。

固体撮像素子の横断面図である。 （Ａ）撮像素子基板の横断面図である。（Ｂ）撮像素子本体の横断面図である。 撮像素子本体とケースとの横断面図である。 別の形態の固体撮像素子の横断面図である。

符号の説明

１１，３２ 固体撮像素子
１２ 撮像素子本体
１３，３３ ケース
１４ 撮像素子基板
１５ 受光部
１５ａ マイクロレンズアレイ
１６ イメージセンサチップ
１７ スペーサ
１８ カバーガラス
１９ シリコン層
２０ 絶縁層
２１ ボンディングパッド
２２ 貫通配線
２３ 絶縁膜
２４ 半田バンプ（第１電気接続部）
２５ 開口
２６，２７ 接着剤
２８ 凹部
２９，３４ 貫通配線（第２電気接続部）
３０，３５ 接続端子
３１ 填塞樹脂

Claims (2)

1. 表面に受光部が設けられたチップと、前記受光部を取り囲むように前記チップ上に設けられたスペーサと、前記スペーサ上に設けられ前記受光部を覆う透明なカバーと、前記チップの裏面に凸設された第１電気接続部と、からなる撮像素子本体と、
   前記撮像素子本体を収納する凹部が形成され、前記凹部には、収納した前記撮像素子の前記第１電気接続部と電気的に接続する第２電気接続部が設けられた、絶縁性のケースと、から構成され、
   前記撮像素子本体を収納した前記凹部に生じる隙間が樹脂によって塞がれていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記ケースは、セラミックスであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。

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