JP2014090118A - イメージセンサ用パッケージおよびイメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 イメージセンサ素子の感度を高めつつ小型化が可能なイメージセンサを提供する。
【解決手段】 イメージセンサ用パッケージ１は、配線基板10と、平面視においてイメージセンサ素子２の受光部２ａと重なる透光部121を有しており、配線基板10に搭載され
るイメージセンサ素子２を封止するように配線基板10上に接合された蓋12と、蓋12の透光部121の周囲または配線基板10に設けられており、配線基板10と蓋12とで囲まれた封止空
間につながっている凹部1005と、凹部1005の内面に被着されたゲッター材７とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イメージセンサ素子を配線基板内に真空封止したイメージセンサに関するものである。

イメージセンサ素子が配線基板の内部に封止されたイメージセンサにおいては、イメージセンサ素子の感度を高めるため、封止空間内に存在する気体分子の量を少なくすることが求められている。これは、イメージセンサ素子が、例えば赤外線センサ素子である場合には、測定対象物から発せられる赤外線の熱エネルギーを受光部でとらえ、温度変化を電気信号に変換して出力するため、高い分解能を得るためには、受光部へ入射した赤外線エネルギーの拡散による損失を抑制するため、素子構造を断熱構造としたり、素子を収納する配線基板中の雰囲気を真空としたりすることで熱伝導率を抑制しているためである。一般的に熱伝導率の抑制は、封止空間の内部の圧力を低くし、真空度を１Ｐａ程度以下にすることが知られている。また、従来から、封止空間内の気体分子の量を少なくするために、特許文献１に開示されている電子部品のように、封止空間内にゲッター材を配置することが知られている。ゲッター材を配置することによって、封止空間内に存在する気体分子がゲッター材によって吸着されるので、封止空間内に存在する気体分子の量を少なくすることができる。

特開2007−251239号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている電子部品では、気体分子を吸着するためのゲッター材が、電子部品の低背化（小型化）のために蓋体の内面に配置されているが、蓋体の内面はゲッター材を配置できる面積が限られており、充分な量のゲッターを配置することができなかった。また、特許文献１に開示されている電子部品に代わってイメージセンサ素子を配置する場合には、イメージセンサ素子の受光部の上側に位置する蓋体の内面にはゲッター材を配置することができないので、ゲッターを配置する領域がさらに少なくなってしまい、配置するゲッター材の量も少なくなってしまう。また、充分な量のゲッター材を配置しようとする場合には、従来から、イメージセンサ素子が封止された空間内にゲッター材を取り付ける金具を配置し、バルク型ゲッター材を溶接によって取りつける方法が採用されていたが、この方法では封止空間を広く形成しなくてはならないので、装置の小型化が困難であった。

本発明の一つの態様によるイメージセンサ用パッケージは、イメージセンサ素子の搭載領域を有する配線基板と、平面視において搭載領域に重なる透光部を有している蓋と、蓋の透光部の周囲または配線基板に設けられている凹部と、凹部の内面に被着されたゲッター材とを有している。蓋は、配線基板との間に封止空間を形成するように配線基板上に接合されて設けられている。凹部は、配線基板と蓋とで囲まれた封止空間につながっている。

本発明の他の態様によるイメージセンサは、上記構成のイメージセンサ用パッケージと、イメージセンサ用パッケージの配線基板に搭載されたイメージセンサ素子とを有してい
る。

本発明の一つの態様によるイメージセンサ用パッケージは、蓋の透光部の周囲または配線基板に設けられている凹部と、凹部の内面に被着されたゲッター材とを有しており、凹部が配線基板と蓋とで囲まれた封止空間につながっていることから、イメージセンサ用パッケージを大型化することなく、封止空間内のゲッターの露出する面積を増やして、封止空間内の真空度を向上できる。

本発明の他の態様によるイメージセンサは、イメージセンサ用パッケージと、イメージセンサ用パッケージに搭載されたイメージセンサ素子とを有していることから、蓋と配線基板とで囲まれた封止空間内の真空度を向上して、イメージセンサ素子の感度を向上できる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサを示す平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサを示す断面図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について添付の図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサは、イメージセンサ用パッケージ１と、イメージセンサ用パッケージ１の配線基板10上に搭載されたイメージセンサ素子２とを有している。

本実施形態におけるイメージセンサ用パッケージ１は、配線基板10と、配線基板10に接合部材11によって接合された蓋12とを有している。配線基板10および蓋12には凹部1005が設けられている。

本実施形態における配線基板10は、図１に示された例のように、絶縁基体100と、絶縁
基体100の上面および内部に設けられた配線導体101と、絶縁基体100の下面に設けられた
端子電極102とを有している。なお、図１において、電子装置は、仮想のｘｙｚ空間内に
設けられており、以下便宜的に「上方向」とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。

絶縁基体100は、中央部にイメージセンサ素子２の搭載領域1006を含むキャビティ1001
を有しており、キャビティ1001は側壁部1002によって囲まれている。キャビティ1001の底面1003には、イメージセンサ素子２を接合するとともに、イメージセンサ素子２と電気的に接続されている配線導体101が設けられている。側壁部1002または底面1003は凹部1005
を有している。また、絶縁基体100は平面視において矩形の形状を有している。絶縁基体100は、イメージセンサ素子２を支持するための支持体として機能し、キャビティ1001の底面1003の搭載領域1006上にイメージセンサ素子２が低融点ろう材または導電性樹脂等の接合剤を介して接着され固定される。

絶縁基体100の材料は、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），
窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体もしくはガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスである。

絶縁基体100が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、アルミナ（Ａ
ｌ_２Ｏ_３），シリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒等を添加混合して泥漿状とする。このような泥漿状の原料をドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートを得る。その後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工またはプレス加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層して積層体とし、積層体を高温（約1500〜1800℃）で焼成することによって製作される。

絶縁基体100が複数のセラミックグリーンシートを積層して作製されている場合には、
キャビティ1001は、例えば開口部となる貫通孔を設けたセラミックグリーンシートとキャビティ1001の底部となるセラミックグリーンシートとを積層し、焼成することによって形成する。また、キャビティ1001が単層または多層のセラミックグリーンシートにプレス加工によって形成されていてもよい。

このような絶縁基体100は、例えば、縦が５〜50ｍｍ，横が５〜50ｍｍ，厚さが0.5〜５ｍｍであって、キャビティ1001の寸法は縦が3.5〜48ｍｍ，横が3.5〜48ｍｍ，深さが0.2
〜4.5ｍｍの場合であれば、凹部1005は、幅が0.2〜2.0ｍｍ，深さが0.05〜0.5ｍｍに形成されていることが好ましい。例えば、絶縁基体100の寸法は、縦が15ｍｍ，横が15ｍｍ，
厚さが２ｍｍであって、キャビティ1001の寸法が縦が10ｍｍ，横が10ｍｍ，深さが１ｍｍの場合であれば、凹部1005の幅は１ｍｍである。

端子電極102および配線導体101は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。このような端子電極102および配線導体101は、上記の金属粉末メタライズを含んだ導体ペーストを、絶縁基体100用のセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等によって所定形状に
印刷して、絶縁基体100用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、
絶縁基体100の所定位置に形成される。配線導体101のうち、セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通する貫通導体は、導体ペーストを印刷することによってセラミックグリーンシートに形成した貫通孔を充填しておけばよい。なお、図１に示された例では、配線基板100のキャビティ1001内に段部1004を形成して、段部1004の上側の面に露出するように
配線導体101を形成している。

このような導体ペーストは、上記金属粉末に適当な有機溶剤および有機バインダーを加え、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミル，プラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することで適度な粘度に調整して作製する。また、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼成後の配線基板100との接合強度
を高めたりするためにガラスまたはセラミックスの粉末を添加してもよい。貫通導体用の導体ペーストは、有機バインダーまたは有機溶剤の種類または添加量によって、配線導体層用の導体ペーストよりも充填に適した高い粘度に調整される。

端子電極102および配線導体101の露出する表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法によって、めっき層が被着されている。めっき層は、ニッケルおよび金等の耐蝕性または接続部材等との接続性に優れる金属からなるものであり、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着され
ている。これによって、端子電極102および配線導体101が腐食することを効果的に抑制できる。また、接続部材４との接合および端子電極102と外部電気回路基板の配線との接続
を強固にできる。

本実施形態においてイメージセンサ素子２は赤外線センサであり、上面に赤外線を受光するための受光部を有しており、配線基板10のキャビティ1001の底面に、ろう材またはは
んだ等の接合材３を介して接合されて配置されている。また、イメージセンサ素子２はボンディングワイヤからなる接続部材４によって配線導体101に電気的に接続されている。

蓋12は、イメージセンサ素子２を蓋12と配線基板10とで囲まれた空間内に封止するためのものである。蓋12は、キャビティ1001を封止するように配線基板10上に配置されている。また、蓋12は平面視においてイメージセンサ素子２の受光部２ａと重なる領域に透光部121を有している。蓋12の材料は、金属またはセラミックス等が用いられており、透光部121に所望の光を透過する部材が用いられる。例えば、イメージセンサ素子２が赤外線センサ素子であれば、蓋12は透光部121において、例えばゲルマニウム（Ｇｅ），シリコン（
Ｓｉ），硫化亜鉛（ＺｎＳ）またはこれらを含む合金からなり、蓋12の寸法が例えば、縦が５〜50ｍｍ，横が５〜50ｍｍ，厚さが0.3〜2.0ｍｍとなるように形成して作製される。

また、このような蓋12は、ろう材またははんだ等の接合材３を介して配線基板100と接
合されている。接合材３を介して配線基板100と蓋12とを接合することによって、配線基
板100と蓋12との間を封止することができる。接合材３としては、金（Ａｕ），銀（Ａｇ
），亜鉛（Ｚｎ），すず（Ｓｎ），銅（Ｃｕ）およびこれらの合金を主成分とする金属を用いることができる。

凹部1005は、絶縁基体100および蓋12に設けられている。蓋12に設けられている凹部1005は、図１（ａ）に示された例のように、平面透視でイメージセンサ素子２の受光部２ａ
の周囲に設けられている。蓋12に設けられている凹部1005は、例えば平面透視において受光部２ａの周囲を取り囲むように設けられている。また、側壁部1002に設けられている凹部1005は、例えばイメージセンサ素子２を取り囲むように設けられている。

ゲッター材７は、凹部1005の表面に沿って、被着されるように設けられている。

ゲッター材７の材料としては、化学的に活性な材料を用いる。具体的には、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），鉄（Ｆｅ）およびバナジウム（Ｖ）を主成分とする金属を用いることができる。そして、上記の金属の粉末をニトロセルロース樹脂およびエチルセルロース樹脂等の有機溶剤と混合して導体ペーストを作製し、この導体ペーストをスクリーン印刷法等の印刷法によって、凹部1005の表面に所望の位置および厚さに印刷した後、不活性ガス雰囲気中（例えばアルゴン（Ａｒ）雰囲気中）または真空雰囲気中で250〜500℃で加熱して、有機溶剤を蒸発させて除去することによって、ゲッター材料を配置できる。ゲッター材料を凹部1005の表面に配置する方法としては、一般的な印刷、蒸着法またはスパッタリング法を用いてもよい。また、ゲッター材７は厚さが0.5〜200μｍであることが好ましい。ゲッター材料の厚みが0.5μｍ以上である場合には、安定してガス吸着の効
果を得ることができる。また、ゲッター材料の厚みが１μｍ以下である場合には、ゲッター材７の熱容量が過度に大きくなることを抑制することができるので、ゲッター材７の加熱時におけるゲッター材７の活性の均一性を高めることができる。

これは、ゲッター材７の表面に吸着したガスとの化合物による酸化膜のような皮膜が
形成されている場合にはゲッター材７による気体分子を吸着する効果が小さくなるが、ゲッター材７を加熱することによって、ゲッター材７の表面に存在するガスとの化合物をゲッター材７の内部に拡散させることができることによる。これによって、ゲッター材７の表面に新しい活性面を形成できるので、ゲッター材７による気体分子を吸着する効果を再び向上できる。なお、ゲッター材７の表面に新しい活性面を効率良く形成するためには、ゲッター材７は250〜500℃で加熱することが好ましい。

次に、本実施形態のイメージセンサの製造方法について詳細に説明する。

まず、上面にキャビティ1001および段部1004ならびに凹部1005を有する絶縁基体100に
配線導体101を形成した配線基板10を準備する。具体的には、アルミナセラミックスまた
はムライトセラミックス等のセラミックス材料を主成分とするセラミックグリーンシートを準備し、セラミックグリーンシートにＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，ＡｇまたはＣｕ等の金属粉末メタライズから成る端子電極102および配線導体101用の導体ペーストをスクリーン印刷法等によって所定形状に印刷する。その後、導体ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを積層して、キャビティ1001および段部1004ならびに凹部1005を有するように積層体を作製する。この積層体を焼成することによって、配線基板10を作製できる。

次に、キャビティ1001の底面に、Ａｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｕおよびこれらの合金を主成分とする金属からなる、ろう材またははんだ等の接合材３を介して、イメージセンサ素子２を接合して配置する。また、イメージセンサ素子２は、段部1004上に形成された配線導体101にワイヤボンディングによって電気的に接続される。

このとき、接合材３を用いて配線基板100と蓋12とを接合すればよい。接合材３として
は、例えば、蓋12にクラッドされたもの、プリフォームされたものまたはペースト状のものを用いることができる。また、このような接合材３は、メタライズによって配線基板100と蓋12との接合面に配置してもよいし、ペースト状の接合材３を用いて印刷法によって
配線基板100と蓋12との接合面に配置してもよい。また、配線基板100と蓋12との接合面に配置された接合材３を、赤外線のランプヒータ，ヒータブロックまたはヒータープレート等を用いて加熱して溶融させることによって、配線基板100と蓋12とを接合材３を介して
接合できる。

また、蓋12によってキャビティ1001を封止する工程は、常圧よりも低い圧力の下で行なう。この理由は、イメージセンサの封止空間13の内圧を常圧よりも低くすることができるからである。具体的には、真空チャンバーのような減圧装置を用いることにより、常圧よりも低い圧力の下でキャビティ1001を封止する。このときの真空度は、減圧装置を用いることによって、要求されるイメージセンサの封止空間13の内圧に応じて適宜設定すればよい。

なお、このようにしてイメージセンサを製造する過程において、ゲッター材７を加熱する工程を備えていることが好ましい。ゲッター材７を加熱することによって、ゲッター材７の表面に新しい活性面を形成できるので、ゲッター材７による気体分子を吸着する効果を向上できる。

特に、蓋12と配線基板100とを接合する工程において上記ゲッター材７を加熱すること
によって、ゲッター材７を活性化することが好ましい。蓋12と配線基板100とを接合する
工程においては、配線基板100および蓋12を加熱することによって配線基板100と蓋12とを接合するので、配線基板100および蓋12ならびに接合材３からガスが発生しやすい。その
ため、蓋12と配線基板100とを接合する工程においてゲッター材７を活性化させることに
よって、ゲッター材７による気体分子を吸着する効果を高めることができるので、イメージセンサの封止空間13の内圧をより小さくすることができるからである。

以上のような製造方法によって、本発明のイメージセンサを製造できる。

本実施形態におけるイメージセンサ用パッケージ１は、イメージセンサ素子２の搭載領域1006を有する配線基板10と、平面視において配線基板10に搭載されるイメージセンサ素子２の搭載領域1006に重なる透光部121を有しており、配線基板10との間に封止空間13を
形成するように配線基板10上に接合された蓋12と、蓋12の透光部121の周囲または配線基
板10に設けられており、配線基板10と蓋12とで囲まれた封止空間13につながっている凹部
1005と、凹部1005の内面に被着されたゲッター材７とを有していることから、イメージセンサ用パッケージ１を大型化することなく、封止空間13内のゲッター材７の露出する面積を増やして、封止空間13内の真空度を向上できる。

本実施形態におけるイメージセンサは、イメージセンサ用パッケージ１と、イメージセンサ用パッケージ１に搭載されたイメージセンサ素子２とを有していることから、蓋12と配線基板10とで囲まれた封止空間13内の真空度を向上して、イメージセンサ素子２の感度を向上できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態によるイメージセンサについて、図２を参照しつつ説明する。

本実施形態におけるイメージセンサ用パッケージ１において、上記した第１の実施形態のイメージセンサ用パッケージ１と異なる点は、図２に示された例のように、凹部1005の内面が曲面状である点である。

このように、凹部1005の内面が曲面状であると、凹部1005に第１の実施形態の場合と同量のゲッター材７を設けた場合であっても、凹部1005に角部が無く、ゲッター材７の溜まりやすい場所が無いので、ゲッター材７の露出する面積を大きくして、封止空間13内の真空度を向上するのに有効である。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、凹部1005は絶縁基体100または蓋12のいずれかに設けられていてもよい。

１・・・イメージセンサ用パッケージ
10・・・配線基板
100・・・絶縁基体
1001・・・キャビティ
1002・・・側壁部
1003・・・底面
1004・・・段部
1005・・・凹部
1006・・・搭載領域
101・・・配線導体
102・・・端子電極
11・・・接合部材
12・・・蓋
121・・透光部
13・・・封止空間
２・・・イメージセンサ素子
２ａ・・・受光部
３・・・接合材
４・・・接続部材
７・・・ゲッター材

Claims (3)

1. イメージセンサ素子の搭載領域を有する配線基板と、
   平面視において、前記搭載領域に重なる透光部を有しており、前記配線基板との間に封止空間を形成するように前記配線基板上に接合される蓋と、
   前記蓋の前記透光部の周囲または前記配線基板に設けられており、前記配線基板と前記蓋とで囲まれた前記封止空間につながっている凹部と、
   前記凹部の内面に被着されたゲッター材とを備えていることを特徴とするイメージセンサ用パッケージ。
2. 前記凹部の内面が曲面状であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ用パッケージ。
3. 請求項１に記載のイメージセンサ用パッケージと、
   前記配線基板上に搭載されたイメージセンサ素子とを備えていることを特徴とするイメージセンサ。

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