JP2008079321A - イメージ・センサ用ｃｏｂパッケージ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 イメージセンサ用ＣＯＢパッケージ構造を提供する。
【解決手段】プリント基板上に置かれたダイを含むパッケージの構造。ガラス基板とチップとの間に空隙領域を形成するために、ガラス基板が接着膜パターン上に接着されている。マイクロレンズがチップ上に配置されている。レンズ・ホルダーが、プリント基板上に固定されている。ガラス基板は、マイクロレンズを粒子汚染から防止する。
【選択図】図５

Description

本発明は、パッケージ構造に関する。より詳細には、マイクロレンズを粒子汚染から防止可能なイメージ・センサ・パッケージ構造に関する。

パッケージは、ガラスエポキシ等の一般的な材料で作られたコアを有していてもよく、コアの上に積層された(laminated)追加の層を有していてもよい。これらの追加の層は、「ビルトアップ(built-up)」層としても知られている。これらのビルトアップ層は、一般に、絶縁材料と導電材料との交互の層で形成されている。パターンは、本技術分野において既知であり本明細書中ではさらに説明しない、ウェット・エッチング等の種々のエッチング・プロセスを通じて、金属又は導電層内に構築されてもよい。バイア(vias)と呼ばれる、めっきされたスルーホールが、種々の金属層間を相互接続させるために、使用されている。これらの層及びバイアを使用して、いくつかの相互接続の層が組み立てられてもよい。

入力／出力関数は、これらの層間の金属微量元素(metal traces)を使用することによって、一般に実現される。各微量元素は、その寸法及びパッケージ上の位置によって生成されたインピーダンスを有する。製造技術及び材料の要求事項により、ビルトアップ層を有するパッケージは、金属層に多数の脱ガスホールを含むことが多い。パッケージ内に気泡が形成しないように、脱ガスホールによって、パッケージの製造中にガスが蒸発できるようにする。微量元素は、脱ガスホールの上若しくは下、又は脱ガスホールの周囲、又はこれらの組み合わせを通って(routed)もよい。微量元素は、パッケージ上の同じ位置にはなく、金属層内の脱ガスホールによって生じた種々の量の非金属領域の上にあるから、微量元素はインピーダンス変化又は不整合(mismatch)を有する。

デジタル画像技術は、デジタルカメラ、イメージ・スキャナ等の画像撮影器具(image shooting instrument)に広く応用されている。従来のＣＭＯＳセンサは、回路基板上に配置されている。ＣＭＯＳセンサは、その内部に固定されたダイを有する。画像の焦点をＣＭＯＳセンサのダイの上に合わせるようにするために、レンズ座は、集束レンズ(focusing lens)を有する。アナログ信号をデジタル信号に変換するために、このレンズを通じて、画像信号は、ダイによって、デジタル・プロセッサに送られる。ＣＭＯＳセンサのダイは、赤外線及び塵埃粒子に対して比較的敏感である。望ましくない粒子がセンサから除去されない場合には、装置の品質の劣化につながる。本目的を達成するために、手動による除去は、敏感なチップを傷付けることがある。一般に、画像センサモジュールは、ＣＯＢ又はＬＣＣの方法を使用することによって、形成される。ＣＯＢの欠点は、感知領域上の粒子汚染に起因するパッケージング・プロセスの間の低い歩留まり率である。さらに、ＬＣＣの欠点は、高いパッケージング・コスト及び感知領域上の粒子汚染に起因するより低い歩留まり率である。

さらに、マイクロレンズは、固体撮像素子として用いられる、半導体上の光学部品である。マイクロレンズの設計及び製造における最も重要な検討材料は、光電感度（photosentivity）である。マイクロレンズ光電感度を減らしてもよい１つの理由は、各マイクロレンズの領域が、最適値未満に減少したことである。さらに、シェル・ケース社(SHELL CASE company)は、ウェハレベル・パッケージ技術も開発し、シェル・ケース社によってパッケージされたイメージ・センサ・ダイス(dice)のコストは、必要な２つのガラスめっき及び複雑なプロセスが原因で、より高い。さらに、摩滅するエポキシが原因で、透明度は悪く、潜在的な信頼性が減る可能性がある。１９９６年５月７日付のＹｏｓｈｉｋａｚｕＳａｎｏらの、「ダイ上のスクリーンタイプ固体イメージ・センサ及びその製造方法(ON-DIE SCREEN TYPE SOLID STATE IMAGE SENSOR AND MANUFATURING METHOD THEREOF)」という名称の特許文献１米国特許第５，５１４，８８８号は、シリコン基板上の電荷結合素子（ＣＣＤＳ）を形成するための方法を教示する。従来のリソグラフィ及びリフロー技術を使用して、マイクロレンズ・アレイがＣＣＤアレイ上に形成される。
米国特許第５，５１４，８８８号

上述の問題を鑑みて、本発明は、上記欠点を克服する、改善されたパッケージ構造を提供する。

したがって、本発明の主目的は、マイクロレンズ上に粒子汚染がない、ＣＯＢ（チップ・オン・ボード(Chip On board)）又はＦＢＧＡ（ファイン・ピッチ・ボール・グリッド・アレイ(Fine-pitch Ball Grid Array)、微細ピッチボールグリッドアレイ）パッケージ構造等のイメージ・センサ用のパッケージ及びその製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、マイクロレンズを粒子汚染から防止するために、ガラス基板を使用することである。

本発明の更なる目的は、粒子汚染を除去するために、パッケージを直接清掃可能なＣＭＯＳイメージ・センサ・パッケージ・モジュール構造を提供することである。

本発明は、パッケージ構造を提供する。該パッケージ構造は、マイクロレンズ領域を有するダイと、チップ上に形成された接着膜と、チップ上のマイクロレンズ領域を覆う接着膜パターン上に接着された基板とを備え、これにより、それらの間に空隙を生成する。

本発明は、他のパッケージの構造を提供する。パッケージの構造は、複数の接続パッドを有するプリント基板を含む。ダイがプリント基板上に置かれ、ダイは、複数のボンディング・ワイヤを介して、それぞれ、接続パッドに接続された、複数のボンディング・パッドを有する。接着膜パターンがチップ上に形成されている。複数のはんだボールがプリント基板上に形成されている。チップ上のマイクロレンズ領域を覆うために、ガラス基板が接着膜パターンの上に接着されており、それにより、それらの間に空隙を生成する。

パッケージの構造は、さらに、複数のボンディング・ワイヤを略覆うための、保護材料を含む。ダイは、その内部に形成されたマイクロレンズを含む。

本発明は、パッケージ・モジュールの構造を提供する。パッケージ・モジュールの構造は、複数の接続パッドを有する、プリント基板を含む。ダイがプリント基板の上に置かれており、ダイは、複数のボンディング・ワイヤを介して、それぞれ、接続パッドに接続された複数のボンディング・パッドを有する。チップ上に接着膜パターンが形成されている。チップ上のマイクロレンズ領域を覆うために、ガラス基板が接着膜パターンの上に接着されており、それにより、その間に空隙を形成する。レンズ・ホルダーがプリント基板の上に固定されており、レンズ・ホルダーは、その内部に置かれた少なくとも１つのレンズを有する。

パッケージ・モジュールの構造は、さらに、複数のボンディング・ワイヤを略覆うための、保護材料を含む。

パッケージ・モジュールの構造は、更に、レンズ・ホルダー内に固定されているか又はガラス基板上に形成された、ＩＲ ＣＡＲＴ／ＩＲフィルタ層を含む。

上記の目的並びに本発明の他の特徴及び利点は、図と共に次の詳細な説明を読むと、より明らかになるであろう。

本発明のいくつかの例示的な実施の形態をより詳細に記述する。しかし、本発明は明示的に記載された実施の形態のほかに広い範囲の他の実施の形態で実行できること、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲で定義されたことを除き明示的に限定されないことを認識されたい。次に、異なる要素の部品は実際の比率で示されているのではない。本発明のより明確な記述及び理解を提供するために、関連した装置のいくつかの寸法が強調されており、意味のない部分は図示されていない。本構造は、ＦＢＧＡ（Fine-pitch Ball Grid Array）及びＣＯＢ（Chip On Board）タイプ・パッケージに適用可能である。本発明は、ダイ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）と比較してより低いコスト及びより単純な構造という利点を有する。ＣＳＰタイプ・パッケージは、より高いコストの問題に苦しんでいる。さらに、ＦＢＧＡパッケージのデータ処理速度は、内部接続ワイヤ設計について、従来のＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）よりも速い。

最初に図１Ａを参照すると、加工されたウェハ１００が提供されている。加工されたウェハ１００は、その内部に形成されたデバイスを有する複数のさいの目(dice)を有する。１つの例において、デバイスは、その上に形成されたイメージ・センサを含む。イメージ・センサは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサを含む。図１Ｂとして示される接着膜パターン１０２が、基板１０１上に形成されている。接着膜パターン１０２の材料は、ＵＶタイプ又はサーマル・タイプの材料等の弾性材料である。１つの実施の形態において、弾性材料は、ＢＣＢ、ＳＩＮＲ（シロキサン重合体）、エポキシ、ポリイミド、又はレジンを含む。さらに、弾性膜パターン１０２は、印刷、コーティング、又はタッピング法によって形成されてもよい。基板１０１は、ガラス又は石英を含む。基板１０１の厚さは、約１００〜２００マイクロメートルである。次に、ウェハ１００のチップ側（又はデバイス側）は、図２に示すＡｌパッド等のボンディング・パッド１０５を露出するために、ガラス１０１の弾性膜パターン１０２に取り付けられる。したがって、ウエハ１００内のイメージ・センサ（図示せず）のマイクロレンズ領域１０４は、ガラス１０１によって覆われている。マイクロレンズは、一般に、画像センサの最上面に形成されている。ダイの端部には、弾性膜パターン１０２が接触していてもよい。Ａｌパッド１０５は、弾性膜パターン１０２と接触しない。加工されたウェハ１００は、感知領域に、イメージ・センサ装置を有する。本技術分野において知られているように、イメージ・センサは、ウェハ１００の上に形成された分離層を含む。次に、サブピクセル領域がウェハ１００内の能動素子と適切に整列された分離層の上に、カラー・フィルタ層が形成される。他の層は、一般に、カラー・フィルタ層の上に形成される。マイクロレンズの形成を進行させる、本技術分野における通常の知識を有する者には周知の、いくつかの方法がある。マイクロレンズについて適切と考えられる材料は、メラミン樹脂と一般のノバラック塩基樹脂との混合物である。次に、ホトレジスト（ＰＲ）が、ガラス１０１の上に付着される。次に、露光及び現像ステップを使用することによって、ＰＲ内にパターン１０３を形成するために、従来のリソグラフィ技術が用いられる。これらのステップは、パッケージではなく、ダイ形成手順で実行される。

イメージ・センサ領域又はマイクロレンズ領域１０４と整合されない領域を露光するために、ホトレジスト（ＰＲ）がガラス１０１の上にパターン形成される。次に、領域１０６の下にＰＲによって露出された部分的なガラスを除去するために、ガラス１０１がウェット・エッチング・プロセスによってエッチングされ、それにより、Ａｌパッド１０５及び部分的なシリコン・ダイを露出する。たとえば、ウェット・エッチング液は、ＨＦ又はＢＯＥ等である。次に、ＰＲが剥離される。マイクロレンズ領域１０４は、ガラス１０４によって、粒子汚染から保護されている。

図３を参照すると、複数の個別のＣＭＯＳ又はＣＣＤイメージ・センサ・ダイ１１０を得るために、ウェハが分割される。個別のパッケージ構造から、マイクロレンズがダイ１１０の最上面に形成され、分割されたガラス１１１の端部は、弾性膜パターン１１２と接触する。導体パッド１１３は、弾性膜パターン１１２と接触せずに、ダイ１１０の端部に位置する。ガラス１０１が、弾性膜パターン１１２を介して、ダイ１１０の最上面に取り付けられる。空隙１１５が、ダイ１１０とガラス１１１との間及びマイクロレンズ領域１１４の上に生成される。

図４を参照すると、個別のＦＢＧＡ（Fine-pitch Ball Grid Array）パッケージがある。ＦＢＧＡパッケージのデータ処理速度は、相互接続ワイヤ設計用の従来のＴＳＯＰ(Thin Small Outline Package)と比べてはるかに速い。上記と同様に、ガラス１２３は、弾性膜パターンを介して、ダイ１２１の最上面に取り付けられている。ワイヤ・ボンディング用に、導体パッド１２９がダイ１２１の最上端部に形成されている。ダイ１２１は、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤを含む。Ａｌパッド１２９が、複数のボンディング・ワイヤ１２５を介して、それぞれ、基板１２０の接続パッド１２８と接続されている。次に、光が通過できるように、保護材料すなわちモールディング１２６が、ガラス１２３の最上部を除く、複数のボンディング・ワイヤ１２５、Ａｌパッド１２９、及び接続パッド１２８のほぼ全体を覆っている。１つの実施の形態において、保護材料１２６は、混合物又は液体混合物を含み、保護材料１２６は、モールディング又は接着（ｇｌｕｉｎｇ）法によって形成されていてもよい。たとえば、基板１２０は、外部のデバイスと接続する、複数のはんだボール１２２を含む。同様に、マイクロレンズがマイクロレンズ領域１２７の上に形成されていてもよく、空隙が、ダイ１２１とガラス１２３との間に形成されている。ガラス１２３は、マイクロレンズを粒子汚染から防止できる。マイクロレンズを傷付けずにガラス１２３上の粒子を除去するために、ユーザは、液体又は気流を使用してもよい。

図５を参照すると、個別のＣＯＢ(Chip On Board)パッケージ・モジュールがある。上記と同様に、ワイヤ・ボンディング用にＡｌパッド１３４を露出するために、ガラス１３２が、弾性膜パターン１３３を介して、ダイ１３１の最上面に取り付けられている。ダイ１３１は、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤを含む。Ａｌパッド１３４が、複数のボンディング・ワイヤ１３６を介して、それぞれ、プリント基板１３０の接続パッド１３５と接続されている。次に、光が通過できるように、保護材料１３７が、ガラス１３２の最上部を除く複数のボンディング・ワイヤ１３６、Ａｌパッド１３４、及び接続パッド１３５のほぼ全体を覆う。１つの実施の形態において、保護材料１３７は、混合物又は液体混合物を含み、保護材料１３７は、モールディング又は接着法によって形成されていてもよい。同様に、マイクロレンズがマイクロレンズ領域１４１の上に形成されていてもよく、空隙が、ダイ１３１とガラス１３２との間に形成されている。レンズ１４０を保持するために、レンズ・ホルダー１３８が、プリント基板１３０に固定されている。ＩＲ ＣＡＲＴ等のフィルタ１３９が、レンズ・ホルダー１３８に固定されている。あるいは、フィルタとして動作するように、フィルタ１３９は、ガラス１３２の上面又は下面に形成された、たとえばＩＲフィルタ層等のフィルタ層を含んでいてもよい。１つの実施の形態において、ＩＲフィルタ層は、ＴｉＯ₂光触媒を含む。ガラス１３２は、マイクロレンズを粒子汚染から防止できる。マイクロレンズを傷付けずにガラス１３２上の粒子を除去するために、ユーザは、液体又は気流を使用してもよい。

したがって、本発明によると、上述のパッケージ構造は、次に掲げる利点を有する。本発明のＦＢＧＡ又はＣＯＢパッケージ構造は、マイクロレンズを粒子汚染から防止できる。さらに、ＣＭＯＳ／ＣＣＤイメージ・センサ・パッケージ・モジュール構造は、粒子汚染を除去するために、直接清掃可能である。本発明のＦＢＧＡ又はＣＯＢパッケージ構造の製造プロセスは、非常に単純である。

特定の実施の形態を説明して述べて来たが、もっぱら添付の特許請求の範囲によって限定されたように意図された範囲を逸脱せずに、本技術分野における通常の知識を有する者には種々の変更ができることは明らかだろう。

本発明による弾性膜パターンを備えるガラス基板の概略図である。 本発明による加工されたウェハの概略図である。 本発明によるガラスと結合するウェハの概略図である。 本発明による個別のＣＭＯＳ／ＣＣＤイメージ・センサ・ダイ構造の概略図である。 本発明による個別のＦＢＧＡパッケージ構造の概略図である。 本発明による個別のＣＯＢパッケージ・モジュール構造の概略図である。

符号の説明

１０１：基板
１１０、１２１、１３１：ダイ
１１１、１２３、１３２：ガラス（透明材料）
１１２、１２４、１３３：ガラス膜（接着膜）パターン、弾性膜パターン
１１４、１４１：マイクロレンズ領域
１１５：空隙
１２５、１３６：ボンディング・ワイヤ（ワイヤ）
１１３、１２８、１３５：導体パッド、接続パッド（第１のパッド）
１２９、１３４：導体パッド、Ａｌパッド（第２のパッド）
１２６、１３７：保護材料

Claims (4)

1. パッケージ・モジュールのＣＯＢ構造であって、
   基板と、
   複数のボンディング・ワイヤを介して、それぞれ、複数の接続パッドに接続された複数のボンディング・パッドを有する、前記基板上に置かれたダイと、
   前記ダイの上に形成された接着膜パターンと、
   前記ダイの上のマイクロレンズ領域を覆うために、前記接着膜パターン上に接着された透明材料であって、それにより、それらの間に空隙を生成する、透明材料と、
   その中に少なくとも１つのレンズが置かれた、前記基板上に固定されたレンズ・ホルダーと、
   前記基板上に形成された第１のパッド及び前記ダイ上に形成された第２のパッドと、
   前記第１のパッドと第２のパッドとの間に接続されたワイヤと、
   前記ワイヤを略覆うモールディング材料と、を含む、
   構造。
2. 前記ダイがイメージ・センサであり、前記接着膜が弾性材料であり、前記弾性材料がＵＶタイプ又はサーマル・タイプの材料を有する、請求項１に記載の構造。
3. 前記透明材料がガラス又は石英を含み、前記基板がプリント基板を含み、前記モールディング材料が混合物又は液体混合物を含む、請求項１に記載の構造。
4. 前記レンズ・ホルダー内に形成されたフィルタを更に含み、前記フィルタが前記基板の表面上に形成されたＩＲフィルタ層であり、前記ＩＲフィルタ層の材料がＴｉＯ₂光触媒を含み、前記フィルタが前記レンズ・ホルダー内に固定されたＩＲフィルタである、請求項１に記載の構造。

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