JP2005322851A

JP2005322851A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2005322851A
Application number: JP2004141399A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nishida; 和弘西田; Hiroshi Maeda; 弘前田; Kiyobumi Yamamoto; 清文山本
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】実装に関して汎用性の高い個体撮像装置を提供すること。
【解決手段】固体撮像装置１０の半導体基板１４には、固体撮像素子が形成された表面と、この裏面とに複数のボンディングパッド２０が形成されている。この表面と裏面とに設けられたボンディングパッド２０を、半導体基板１４を貫通する導電性部材２８によって接続したことにより、表面側から実装するワイヤボンディングと、裏面側から実装するフェイスボンディングとを、ボンディングパッド２０から入出力される信号の種類に応じて選択しながら実装することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウエハレベルチップサイズパッケージを用いた固体撮像装置に関し、更に詳しくは、受光面と、受光面の裏面とに電極を有する固体撮像装置に関するものである。

ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子を使用したデジタルビデオカメラが普及している。また、パーソナルコンピュータや携帯電話、電子手帳などの電子機器に、固体撮像装置とメモリとを組み込んで、撮影機能を付加することも行われている。

固体撮像装置は、デジタルビデオカメラや撮影機能を付加した電子機器などの外形サイズに対する影響が大きいため、小型化が重要な課題のひとつであった。この解決策として、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰと称す）という実装方式を用いた固体撮像装置が知られている。ＣＳＰ方式を用いた固体撮像装置では、半導体ウエハプロセスによって多数の固体撮像素子が形成されたウエハを分割（以下、ダイシングと称す）し、個片化されたベアチップを実装基板上に実装して樹脂封止することで、ベアチップと同等か、あるいはベアチップよりもわずかに大きい程度のサイズで、固体撮像装置を形成することができる。

また、ＣＳＰ方式よりも更に小型化が可能な実装方式として、半導体ウエハプロセス中に固体撮像素子の封止や電極の形成まで行い、ウエハをダイシングして個片化することにより、パッケージングの完成された固体撮像装置を得るウエハレベルチップサイズパッケージ（以下、ＷＬＣＳＰと称す）が知られている。

ＣＳＰ方式やＷＬＣＳＰ方式で形成された固体撮像装置を、プリント基板などに実装する際には、プリント基板に固体撮像装置を接着し、固体撮像装置の受光面に形成された電極（以下、ボンディングパッドと称す）とプリント基板とを金属細線（以下、ボンディングワイヤと称す）で結線する、いわゆるワイヤボンディングや、受光面の裏面に形成されたボンディングパッドとプリント基板とを直接面接続する、いわゆるフェイスボンディングなどが行われている。

また、固体撮像装置とともに、これを実装するプリント基板も、小型化の一途をたどっており、これを解決するために多層化や高密度化など種々の工夫がなされている。

しかしながら、固体撮像装置を実装する前述のボンディング方式は、固体撮像装置の種類によっていずれか一方の方式に限定されているのが従来であって、そのためにプリント基板の配線経路設計の自由度が損なわれるなどの問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、実装に関して汎用性の高い固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、表面に固体撮像素子が形成された半導体基板と、前記固体撮像素子を囲むように前記半導体基板の表面に取り付けられるスペーサと、このスペーサの他端に形成された開口を塞ぐ透光性を有するカバーと、前記半導体基板の上に形成され、前記固体撮像素子と外部装置とを接続するために複数設けられた電極からなる配線部とを備え、前記配線部に、前記半導体基板の表面に露出する電極からなる第１電極群と、前記半導体基板の表面以外に露出する電極からなる第２電極群とを設けた。

なお、前記第２電極群は、前記半導体基板の裏面に露出する電極からなることが好ましい。

また、前記半導体基板を挟んで対向する前記第１電極群の電極と前記第２電極群の電極は、前記半導体基板を貫通する導電性部材によって接続されていることが好ましい。

また、前記固体撮像素子は、マトリクス状に配列された複数の受光素子と、これらの受光素子に蓄積された電荷を水平及び垂直方向に搬送する電荷結合素子とからなるＣＣＤイメージセンサであって、前記第２電極群には、前記電荷結合素子に水平方向の電荷の搬送を開始させる水平駆動信号を入力する水平駆動信号用の電極と、前記電荷結合素子が出力するＣＣＤ出力信号用の電極とを含むことが好ましい。

さらに、前記導電性部材によって接続された前記第１電極群の電極と前記第２電極群の電極には、所定の電圧を印加する電源用の電極と、この電源に電位基準を与えるグランド用の電極とを含むことが好ましい。

なお、前記第１電極群と前記第２電極群の各電極を、全て対面するように設けて前記導電性部材で接続するようにしてもよい。

本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子が形成された表面と、この裏面とに電極を設け、半導体基板を貫通する導電性部材によって両者を接続したことにより、表面側から行うボンディング方式と裏面側から行うボンディング方式との双方を選択して実装することができる。これにともなって、例えば、この固体撮像装置を実装するプリント基板などの配線経路設計の自由度を高めることができる。

図１〜図３は、本発明が用いられた固体撮像装置の構成を概略的に示す外観斜視図、分解斜視図、及び要部断面図である。なお、図１（ａ）は表面側からみた斜視図であり、図１（ｂ）は裏面側からみた斜視図である。固体撮像装置１０は、ＷＬＣＳＰ方式を用いており、表面に固体撮像素子１２が形成された矩形状の半導体基板１４と、固体撮像素子１２を取り囲むように半導体基板１４の上に取り付けられる四角筒状のスペーサ１６と、このスペーサ１６の反対側の端部に取り付けられて、スペーサ１６とともに固体撮像素子１２を封止するカバーガラス１８とからなる。

半導体基板１４は、シリコンウエハをダイシングしたもので、上面中心部には固体撮像素子１２が形成されている。半導体基板１４の厚みは、３０〜３００μｍ程度であり、この厚みを薄型化することによって、固体撮像装置１０全体の薄型化や、配線経路の短縮による応答速度の高速化を図ることができる。

また、半導体基板１４の外縁付近には、例えば、半導体基板１４の内部に形成された配線層（図示は省略）を介して固体撮像素子１２と接続され、固体撮像素子１２と実装基板（外部装置）３０又は４０とを接続するために複数設けられたボンディングパッド（電極）２０からなる配線部２２が形成されている。この配線部２２は、固体撮像素子１２が形成された半導体基板１４の表面に露出するボンディングパッド２０からなる第１電極群２４と、半導体基板１４の裏面に露出するボンディングパッド２０からなる第２電極群２６とを有している。また、第１電極群２４と第２電極群２６の各ボンディングパッド２０は、半導体基板１４を挟んで対面して設けられており、例えば、プラズマエッチングによって半導体基板１４に空けられ、さらにその側壁にＣＶＤによって絶縁膜２７が形成されたスルーホールに導電性のペーストを充填することによって形成される導電性部材２８によって接続されている（図３参照）。

固体撮像素子１２は、例えば、マトリクス状に配列された複数の受光素子と、これらの受光素子に蓄積された電荷を水平及び垂直方向に搬送する電荷結合素子とからなるＣＣＤイメージセンサであり、各受光素子の上には、ＲＧＢのカラーフィルタやマイクロレンズなどが積層されている。

スペーサ１６は、中央に開口を有する四角筒形状をなしており、固体撮像素子１２の外周を取り囲むように半導体基板１４の表面に接着剤で接合される。なお、スペーサ１６には、例えば、シリコンやステンレスなどの無機材料が用いられる。

半導体基板１４に取り付けられたスペーサ１６の反対側の端部に接着されるカバーガラス１８は、スペーサ１６とともに固体撮像素子１２を封止して、これを塵芥などから保護するとともに、透光性を有する材料が用いられて固体撮像装置１０の上方から照射される光を透過させる。なお、カバーガラス１８に、特定波長域の赤外線をカットして赤外光によるゴーストやかぶりを防止するＩＲカットフィルタや、偽色や色モアレの発生を防ぐローパスフィルタなどを積層するようにしてもよい。また、スペーサ１６は、カバーガラス１８を半導体基板１４の表面から所定の距離浮かせ、カバーガラス１８が固体撮像素子１２に干渉して、例えば、固体撮像素子１２のマイクロレンズなどの機能が損なわれることを防止する。

以上のように構成した固体撮像装置１０は、例えば、図４に示すように実装基板３０又は４０へ実装される。実装基板３０又は４０は、例えば、デジタルビデオカメラや携帯電話などの撮影機能を有する電子機器の基板、もしくは、これらに組み込まれる基板であって、配線パターンと種々の電子部品とからなる電子回路（図示は省略）を有している。なお、実装基板３０又は４０の形状は、図示に限らず、固体撮像装置１０が実装可能であれば如何なる形状であってもよい。また、その材質も同様に、一般的なガラスエポキシなど実装に支障をきたさないものであれば周知の材料を用いればよい。

図４（ａ）は、半導体基板１４の表面側に設けられた第１電極群２４で実装する方法を概略的に説明する斜視図である。実装基板３０には、実装基板３０に半導体基板１４を接着した際に、この半導体基板１４よりも外側になる位置に形成され、第１電極群２４のボンディングパッド２０に対応する複数の電極３２が設けられている。半導体基板１４と実装基板３０とを接着した後、第１電極群２４のボンディングパッド２０と電極３２とをボンディングワイヤ３４で接続（いわゆる、ワイヤボンディング）することにより、固体撮像装置１０が実装基板３０に実装される。なお、ボンディングワイヤ３４は、実装が終了した後、破損や隣り合うボンディングワイヤ３４同士の短絡などを防止するため、例えば、エポキシ樹脂などで封止しておくことが好ましい。

図４（ｂ）は、半導体基板１４の裏面側に設けられた第２電極群２６で実装する方法を概略的に説明する斜視図である。実装基板４０には、半導体基板１４の裏面側に設けられた第２電極群２６のボンディングパッド２０と符合する位置に形成され、ボンディングパッド２０に対応する複数の電極４２が設けられている。また、実装基板４０の電極４２の上には、バンプ４４が形成されている。半導体基板１４と実装基板４０とを、例えば、リフローハンダ付けなどにより接着することで、このバンプ４４とボンディングパッド２０とが面接続（いわゆる、フェイスボンディング）し、固体撮像装置１０が実装基板４０に実装される。なお、バンプ４４は、第２電極群２６のボンディングパッド２０側に設けてもよい。

本実施形態の固体撮像装置１０においては、ボンディングパッド２０が半導体基板１４の表面と裏面とに形成されて、両者が導電性部材２８によって接続されていることにより、上述したフェイスボンディングとワイヤボンディングとをボンディングパッド２０毎に選択しながら実装することができるので、実装基板３０又は４０の配線経路設計に自由度を与えることができる。

なお、全てのボンディングパッド２０を、上記の如く半導体基板１４の両面に形成してもよいし、ボンディングパッド２０から入出力される信号にあわせて、両面に形成するものと、図５に示すように表面と裏面とのいずれか一方にのみ形成するものとを組み合わせてもよい。

例えば、固体撮像素子１２の電荷結合素子に水平方向の電荷の搬送を開始させる水平駆動信号や電荷結合素子が出力するＣＣＤ出力信号などの高周波信号用のボンディングパッド２０をワイヤボンディングすると、不要輻射ノイズの要因となってしまう。そのため、これらの高周波信号用のボンディングパッド２０は、第２電極群２６のみに形成し、フェイスボンディングで実装することが好ましい。なお、ボンディングパッド２０を裏面のみに形成する場合は、図１〜５に示すように半導体基板１４の外縁付近に形成する必要はなく、半導体基板１４の裏面の任意の位置に形成すればよい。

また、実装基板３０又は４０として用いられるプリント配線板は、近年、小型化などを目的として配線パターンが多層化された多層プリント配線板が主流であって、通常、電源用とグランド用の配線層を１層ずつ使用し、残りを各種の信号用の配線層として使用する構成としている。すなわち、４層構造のプリント配線板である場合、電源とグランドが各１層ずつ使用し、残りの２層を信号用として使用することになる。このような多層プリント配線板では、電源配線層やグランド配線層の回路パターンによって発生した輻射ノイズが、信号配線層に影響を与えることがある。そのため、電源配線層やグランド配線層の配線経路設計には自由度が高いことが望ましく、固体撮像装置１０の電源用のボンディングパッドとグランド用のボンディングパッドは、半導体基板１４の両面に形成されていることが好ましい。特にグランドは、例えば、固体撮像装置１０を金属ケースでシールドする際に、この金属ケースをグランド電位に容易に落とすことができるなど、他の設計面から見ても、汎用性が高いことが好ましい。

なお、第２電極群２６は、半導体基板１４の裏面に露出するボンディングパッド２０に限らず、例えば、半導体基板１４の側面に露出するボンディングパッド２０でもよい。また、裏面と側面との双方にボンディングパッド２０を露出させて、さらに汎用性を高めるようにしてもよい。

上記実施形態では、ＣＣＤイメージセンサを使用した固体撮像装置を例に説明したが、本発明は、ＣＭＯＳタイプの固体撮像装置に適用してもよい。また、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置を例に説明したが、ＣＳＰタイプや、ベアチップ実装タイプの固体撮像装置に適用してもよいし、さらには、固体撮像装置以外の半導体装置に本発明を適用してもよい。

固体撮像装置の構成を概略的に示す外観斜視図である。固体撮像装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。固体撮像装置の実装方法を概略的に示す斜視図である。ボンディングパッドを表面と裏面とのいずれか一方にのみ設けた場合の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０固体撮像装置
１２固体撮像素子
１４半導体基板
１６スペーサ
１８カバーガラス
２０ボンディングパッド（電極）
２２配線部
２４第１電極群
２６第２電極群
２８導電性部材

Claims

表面に固体撮像素子が形成された半導体基板と、前記固体撮像素子を囲むように前記半導体基板の表面に取り付けられるスペーサと、このスペーサの他端に形成された開口を塞ぐ透光性を有するカバーと、前記半導体基板の上に形成され、前記固体撮像素子と外部装置とを接続するために複数設けられた電極からなる配線部とを備えた固体撮像装置において、
前記配線部は、前記半導体基板の表面に露出する電極からなる第１電極群と、
前記半導体基板の表面以外に露出する電極からなる第２電極群とを有することを特徴とする固体撮像装置。
前記第２電極群は、前記半導体基板の裏面に露出する電極からなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記半導体基板を挟んで対面する前記第１電極群と前記第２電極群の各電極は、前記半導体基板を貫通する導電性部材によって接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子は、マトリクス状に配列された複数の受光素子と、これらの受光素子に蓄積された電荷を水平及び垂直方向に搬送する電荷結合素子とからなるＣＣＤイメージセンサであって、
前記第２電極群には、前記電荷結合素子に水平方向の電荷の搬送を開始させる水平駆動信号を入力する水平駆動信号用の電極と、前記電荷結合素子が出力するＣＣＤ出力信号用の電極とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記導電性部材によって接続された前記第１電極群と前記第２電極群の各電極には、所定の電圧を印加する電源用の電極と、この電源に電位基準を与えるグランド用の電極とを含むことを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置。
前記第１電極群と前記第２電極群の各電極は、全て対面して設けられており、前記導電性部材によって接続されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。