JP2008167426A - イメージセンサ・モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コネクターなしでメインボードに接続し得る、イメージセンサ・モジュールのパッケージを提供する。
【解決手段】基材に形成された金型、前記金型はマイクロレンズ範囲を有し、前記基材に、および前記金型の上に形成されたレンズホルダー、前記レンズホルダーの中に形成されたレンズから構成される、イメージセンサ・モジュールを提供する。フィルターは前記レンズホルダー内に、および前記レンズと前記金型の間に形成され、および、少なくとも一つの受動素子が前記基材上に形成され、および前記レンズホルダー内に覆われる。導電バンプまたはＬＧＡが前記基材の底面に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明はイメージセンサ、より詳細には、イメージセンサ・モジュールおよびその形成方法に関するものである。

デジタルカメラの普及により、近年、ソリッド画像装置に対する需要が高まってきた。近年の注目は、補助型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術によって製造されたＣＭＯＳイメージセンサに集中しており、また、その製品単価は安価である。ＣＭＯＳイメージセンサのピクセル部分は、マトリックス形成で配置された、複数の単位ピクセルを含む。単位ピクセルはそれぞれ、フォトダイオード、およびフォトダイオードに集積された信号チャージを読み取るよう構成された、リードアウト・トランジスタを含む。ゲート電源装置は、リードアウト・トランジスタのゲート電極に接続される。選択スイッチは、リードアウト・トランジスタの電源を切り替えるため、ゲート電極に適用された電圧を切り替える。

前述のように、デジタルイメージ技術は、デジタルカメラ、イメージスキャナ、などの画像撮影機器に盛んに適用されている。従来のＣＭＯＳセンサは回路基板に配置される。ＣＭＯＳセンサは、その中に固定された、金型を有する。レンズシートはＣＭＯＳセンサの金型上の画像のピントを合わせる、フォーカスレンズを有する。レンズを通して、イメージ信号は金型によって、アナログ信号からデジタル信号に変換するデジタルプロセッサに送られる。ＣＭＯＳセンサの金型は、赤外線および塵粒に対して弱い。不要な粒子がセンサから取り除かれない場合、デバイスの品質が下がる。この目的を達成するために、手動によって除去すると、デリケートなチップを損傷しかねない。通常、イメージセンサ・モジュールはＣＯＢまたはＬＣＣ（Ｌｅａｄｌｅｓｓ Ｃｈｉｐ Ｃａｒｒｉｅｒ／リードの無いチップキャリヤ）の方法を使用して形成される。ＣＯＢの欠点の一つは、感知領域の粒子汚染のため、パッケージ工程の生産高が低いことである。加えて、ＬＣＣの欠点は、感知領域の粒子汚染のため、パッケージ費用が高く、および生産高が低くなることである。

さらに、半導体の光学部品はソリッドステートの画像装置として利用される。マイクロレンズの設計および製造において最も重要な考慮すべき事柄は、感光性である。マイクロレンズの感光性が減退され得る理由の一つは、それぞれのマイクロレンズの範囲が、最適値を下回ることである。エポキシ樹脂の磨耗によって透明度が悪化し、また信頼性も低くなり得る。１９９６年５月７日Ｙｏｓｈｉｋａｚｕ Ｓａｎｏ他交付の米国特許番号5,514,888、「ＯＮ−ＣＨＩＰ ＳＣＲＥＥＮ ＴＹＰＥ ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＩＭＡＧＥ ＳＥＮＳＯＲ ＡＮＤ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＨＥＲＥＯＦ（オンチップ・スクリーン型ソリッドステート・イメージセンサおよびその製造法）」は、シリコン基材の電荷結合素子（ＣＣＤＳ）を形成する方法を提示している。マイクロレンズアレイは、従来のリソグラフィーおよびリフロー技術を使用するＣＣＤアレイの上に形成される。

前述を考慮して、本発明は欠点を克服する、改善されたパッケージ構造を提供する。

したがって、本発明の主な目的は、コネクターなしでメインボードに接続し得る、イメージセンサ・モジュールのパッケージを提供することである。

本発明の他の目的は、より小さいフットプリント（フォームファクタ）のイメージセンサを提供することである。

本発明のまた他の目的は、マザーボード（ＭＢ）上で再加工が可能なイメージセンサ・モジュールを提供することである。

本発明は、基材に形成された金型、前記金型はマイクロレンズ範囲を有しており、前記基材に、および前記金型の上に形成されたレンズホルダー、前記レンズホルダーの中に形成されたレンズ、から成る、イメージセンサ・モジュールを提供する。フィルターは前記レンズホルダー内、および前記レンズと前記金型の間に形成され、および、少なくとも一つ以上の受動素子が前記基材に形成され、そして前記レンズホルダーの中に覆われる。導電バンプまたはLGAが前記基材の底面に形成される。金型は前記金型に形成されたワイヤを経由して、前記導電バンプに接続される。イメージセンサはＣＭＯＳまたはＣＣＤイメージセンサである。基材はセラミック、ガラス、樹脂材料、石英、金属、合金、プラスチック材料（ＰＣＢ）を含む。ＩＲフィルタリングレイヤーはＴｉＯ_２または光触媒から成る。

本方式は、ＣＯＢやＣＳＰ型パッケージと互換性があり、および、モジュールはコネクターなしでマザーボード（ＭＢ）に連結ができることである。さらに、本方式は、より小さいフットプリントを提案することであり、これはデバイスサイズを小さくし得る。はんだ接合端子はＬＧＡ、ＢＧＡであることが可能である。さらに、イメージセンサのスキームはＭＢ上で再加工が可能になり得る。この方式は、モジュール・アセンブリ中の粒子汚染を回避する保護レイヤーがマイクロレンズに形成されることにより、モジュール／システム・アセンブリ製造中における最高の生産高を獲得し得る。

本発明のいくつかのサンプル実施例がここでより詳細に説明される。にもかかわらず、本発明は明確に記述された実施例に加え、広範囲にわたる他の実施例が実施されることが可能であり、および本発明の範囲は、付随する特定の特許請求の範囲を除いて、特に限定されるものではないことが認識されなければならない。そして、異なる要素の構成材は縮図で表されていない。関連する構成材のいくつかの寸法は誇張されており、本発明の記述および理解を明白に提供するために、無意味な部分は図示されない。構造はＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、ＦＢＧＡ（ファインピッチ・ボール・グリッド・アレイ）、およびＣＯＢ（チップオンボード）型パッケージに適合できる。本発明は、従来の金型パッケージよりも、コストが低く工程が容易であることが利点である。本方式は従来のパッケージで生じるコストの問題を解決し得る。さらに、ＦＢＧＡパッケージのデータ処理スピードは、従来のインターコネクション・ワイヤ設計用のＴＳＯＰ（薄型パッケージ）よりずっと速い。

処理されたウエハー１００は、中に形成されたデバイスを有する複数の金型を所持する。一実施形態では、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またはＣＭＯＳセンサを含む。図１を参照すると、イメージセンサ・モジュール３００は、接着フィルム（図示せず）を経由して基材３０１に形成された、イメージ金型３０２を含む。接着フィルムの材料はいかなる適合する接着材料でも可能である。一実施形態では、弾性材料は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ＳＩＮＲ（シロキサンポリマー）、エポキシ樹脂、ポリイミド、または樹脂から構成される。加えて弾性フィルムは、焼付け、コーティング、タッピングの方法によって形成され得る。基材３０１はガラス、セラミック、プラスチック、樹脂、金属、合金、シリコン、ＰＣＢ（プリントサーキットボード）材料または石英から成る。一実施形態では、基材３０１はＰＣＢ、ＢＴ、ＦＲ４、ＦＲ５であることが可能である。基材３０１の厚さは、約３００μｍから６００μｍである。ワイヤ３０３は金型３０２と基材３０１の下に形成されたコンタクトパッド３０９の間に接続し、パッド３０９は銅、アルミナ、または合金によって形成される。したがって、信号はパッド３０９からの入力または出力になり得、コンタクトパッドは例として、ＬＧＡ端末ピンになることが可能である。レンズホルダー３０６はレンズ３０８を保持するため、基材３０１に固定される。ＩＲフィルターなどのフィルター３０７は、レンズホルダー１３８に、およびレンズ３０８と金型３０２の間に固定される。また、本発明はガラスの上に形成され、ＩＲフィルタリングレイヤーとして機能するフィルタリングレイヤーから構成されてもよく、レイヤーはフィルターとして機能するため、ガラスの上面または下面に塗布され得る。一実施形態では、ＩＲフィルタリングレイヤーはＴｉＯ_２または光触媒から成る。フィルター３０７は好ましくない赤外線をフィルタリングし、かつ／またマイクロレンズを粒子汚染から守る。使用者はマイクロレンズを傷つけずにガラスの粒子を除去するため、液体またはエアーフラッシュを使用しても良い。

マイクロレンズ範囲は通常、イメージセンサ３０２の頂面に形成される。保護レイヤー３１０はマイクロレンズ範囲の上に形成される。他のレイヤーは通常、カラーフィルターレイヤーの上に形成される。マイクロレンズ形成の進行には、同業者に既知のいくつかの方法がある。マイクロレンズに適するとわかった材料の一つは、メラミン樹脂と一般のノボラック樹脂の混合物である。

図１を参照して、少なくともひとつの受動素子３０４は基材の上に、金型３０２に近接して、およびレンズホルダー３０６内に形成される。パッケージ・モジュール構造３００から、マイクロレンズは金型３０２の頂面に形成される。コンタクトパッド３０９は基材３０１の底面に設置される。金型３０２とフィルター３０７の間に、空域がつくられる。レンズホルダー３０６のガイドピン３０５は基材３０１の中に、レンズホルダー３０６を固定させるために形成される。基材の形状は、正方形、長方形、または他の適合する形が可能である。好ましくは、受動素子３０４はレンズホルダー３０６内に形成され、受動素子３０４はレンズホルダー３０６で遮蔽される。受動素子は、コンデンサ、レジスタ、インダクタなどを含むが、これに限定されるものではない。図１から、コンタクトパッド３０９はＬＧＡ方式では、基材の周辺あたりに配置される。あるいは図２に示されるようなＢＧＡ型の場合は、コンタクトはマトリックス形成で形成される。

図２を参照すると、本発明の他の実施例が示されている。方式および配置のほとんどは、前述の実施例と同様であり、したがって、類似の説明は冗長を避けるため省かれる。図に示されるように、ワイヤ３０３は、金型３０２と基材３０１の表面の下に形成されたコンタクトパッド３０９の間に連結されており、コンタクトパッド３０９は銅、アルミナ、または合金で形成され得る。したがって、信号はパッド３０９から入力または出力されてもよく、コンタクトパッドは、例として、ＬＧＡ端末ピンになることが可能である。レンズホルダー３０６は、レンズ３０８および、レンズ３０８と金型３０２の間に位置するフィルター３０７を、保持および受容するよう基材３０１に付着される。図からわかるように、コンタクトパッド３０９は、この図では、導電バンプ４０９に代替される。方式はＬＧＡ型を参照する。また図３に示されるように、ＬＧＡ（リードの無いグリッド・アレイ）はんだ付け部５０３はＬＧＡ法用金型５０１の下に形成される。この場合は図１で図示された実施例のワイヤはない。ＬＧＡ（リードの無いグリッド・アレイ）はんだ付け部５０３はマトリックス形状であり、および基材５０１の上にコンタクトパッドと接続されている。この方式では、金型の大きさはパッケージの大きさと同様、つまり、いわゆるチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）である。この方法ではワイヤを接着させる必要はなく、また金型は、ＬＧＡはんだ付け部５０３を通って外部に、金型５０１の下からＬＧＡはんだ付け部５０９に連結されている。型は、金型５０１の上のＰＬ（保護レイヤー）を有するＣＳＰ型を参照する。ＰＬはマイクロレンズの粒子汚染を回避し、また使用者は、マイクロレンズを傷つけずにガラスの粒子を除去するため、液体またはエアーフラッシュを使用しても良い。

本方法はＣＯＢ、ＣＳＰ型パッケージに適用される。モジュールはコネクターなしでマザーボード（ＭＢ）に接続し得る。ＭＢにＣＩＳを取り付けるのには、ＳＭＴ工程が導入される。この方法によって提供される更なる利点は、モジュールがより小さいフットプリントを提示することである。はんだ接続端末はＬＧＡ、ＢＧＡであり得る。さらに、イメージセンサ方式はＭＢ上で再加工が可能になり得る。本方式は、保護レイヤーが、粒子汚染を回避するマイクロレンズに形成されるので、モジュール／システム・アセンブリ製造において最高の生産高を獲得し得る。

一実施形態では、保護レイヤーの材料は透明素材から構成され、および保護材はコーティングまたは接着方法によって形成され得る。基材３０１は外部デバイスとの接続に、ＬＧＡパッドまたははんだくずを含む。モジュールでは、マイクロレンズがマイクロレンズ範囲に形成され、および金型３０１とフィルター３０７の間に空域がつくられる。方式はマイクロレンズが粒子に汚染されるのを回避する。使用者は、マイクロレンズを傷つけずにガラスの粒子を除去するため、液体またはエアーフラッシュを使用しても良い。

特定の実施例が図示および説明されたが、付随する特許請求によって制限される意図を逸脱しない範囲で、同業者によって種々の変更がなされることは明白である。

上記の目的、および本発明の他の特徴および利点は、追随する詳細な説明を図とともに読むことでより明白になるであろう。
本発明によるイメージセンサ・モジュールの概略図である。 本発明によるイメージセンサ・モジュールの概略図である。 本発明によるイメージセンサ・モジュールの概略図である。

符号の説明

３００ イメージセンサ・モジュール
３０１ 基材
３０２ 金型
３０３ ワイヤ
３０４ 受動素子
３０５ ガイドピン
３０６ レンズホルダー
３０７ フィルター
３０８ レンズ
３０９ コンタクトパッド
３１０ 保護レイヤー
４０９ 導電バンプ
５０３ ＬＧＡはんだ付け部
５０９ ＬＧＡはんだ付け部

Claims (5)

1. 基材上に形成された、マイクロレンズ範囲を有する金型、
   前記基材上に、および前記金型の上に形成されたレンズホルダー、
   前記レンズホルダー中に形成されたレンズ、
   前記レンズホルダー内に、および前記レンズと前記金型の間に形成されたフィルター、
   前記基材上に形成され、および前記レンズホルダーに覆われた一つ以上の受動素子、および、
   前記基材の底面に形成された導電バンプ、
   から構成される、イメージセンサ・モジュール。
2. 前記金型は前記金型に形成されたワイヤを経由して、前記導電バンプに接続し、およびフィルターはＩＲフィルタリングレイヤーであり、前記ＩＲフィルタリングレイヤーはＴｉＯ_２または光触媒から構成される、請求項１に記載のモジュール。
3. 基材上に形成された、マイクロレンズ範囲を有する金型、
   前記基材上に、および前記金型の上に形成されたレンズホルダー、
   前記レンズホルダー中に形成されたレンズ、
   前記レンズホルダー内に、および前記レンズと前記金型の間に形成されたフィルター、
   前記基材上に形成され、および前記レンズホルダーに覆われた一つ以上の受動素子、および、
   前記基材の底面に形成されたＬＧＡ（リードの無いグリッド・アレイ）、
   から構成される、イメージセンサ・モジュール。
4. さらに、前記金型の下に形成されたＬＧＡはんだ付け部であって、前記ＬＧＡはんだ付け部は前記基材の底面の周辺範囲に形成されたコンタクトパッドから構成されるＬＧＡはんだ付け部、および、前記金型のマイクロレンズ上に形成された保護レイヤーであって、前記保護レイヤーは透明材から構成され保護レイヤー、から構成される、請求項３に記載のモジュール。
5. 基材上に形成された、マイクロレンズ範囲を有するＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、
   前記基材上に、および前記金型の上に形成されたレンズホルダー、
   前記レンズホルダー中に形成されたレンズ、
   前記レンズホルダー内に、および前記レンズと前記金型の間に形成されたフィルター、
   前記基材上に形成され、および前記レンズホルダーに覆われた一つ以上の受動素子、および、
   前記金型の底面に形成された第一ＬＧＡ（リードの無いグリッド・アレイ）、および前記基材の底面に形成された第二ＬＧＡ、
   から構成される、イメージセンサ・モジュール。