固体摄像装置用半导体元件和采用 该元件的固体摄像装置 【技术领域】
本发明涉及固体摄像装置用半导体元件和采用该元件的固体摄像装置。
背景技术
固体摄像装置被以传真机、扫描仪、条形码读出器、照相机和VTR等为代表的各种机器所利用。作为构成固体摄像装置的半导体元件，已知CCD摄像元件和CMOS型摄像元件等。这些半导体元件(固体摄像元件)的封装一般适用具有引线框架的DIP封装或无引线结构的LCC封装等。图7显示了适用了DIP封装的固体摄像装置。图8显示了适用了LCC封装的固体摄像装置。
在图7和图8中，1为固体摄像元件。图7中所示的固体摄像元件1接合在具有引线框架2的封装基体3上。图8中所示的固体摄像元件1接合在外围面上形成有连接端子4的封装基体5上。封装基体3、5的上面外围部处连接有框体6。框体6上接合有玻璃板等的光学密封板7，以密封固体摄像元件1。在这种现有的固体摄像装置中，需要形成固体摄像元件1地密封空间用的封装基体3、5以及框体6。因此，在增加制造成本和部件成本的同时，难以实现固体摄像装置的小型和薄型化。
针对这些方面，专利文献1记载了一种这样的封装结构，其中形成包围着固体摄像元件的框状密封树脂层，并且在该框状密封树脂层上连接着透明基板。在专利文献2中，记载了一种这样的封装结构，其中通过将形成在固体摄像元件上的突起电极和形成在透明基板上的电极端子接合，在固体摄像元件和透明基板之间形成空间。在透明基板的外围部处接合着具有连接端子的框状印刷电路板，由该印刷电路板支持透明基板。即使在这些固体摄像装置中，也需要固体摄像元件的密封空间。因此，上述DIP封装或LCC封装一样难以实现封装的薄型化或小型化。
另一方面，在专利文献3中记载着这样的封装结构，其中在与固体摄像元件等接合着的封装基体的上面外围部处形成框状树脂层，在由该框状树脂层形成的模穴内填充着透明的粘结材料。这种封装结构，由于是通过使模穴内填充的液状透明粘结材料硬化来密封固体摄像元件的，因此存在着容易在作为密封材料的透明粘结材料中产生气泡的问题。在固体摄像元件的密封材料中产生的气泡是造成光学特性变差的原因。此外，由于固体摄像元件的密封是在将其安装于封装基体上后实施的，因此存在着这样的问题，即容易在固体摄像元件的安装工序或封装的组装工序中，在固体摄像元件的受光部处附着异物等而产生不良情况。固体摄像装置的大小还受封装基体形状左右。
另外，已提出了在具备安装于具有引线框架等的封装基体上的固体摄像元件的固体摄像装置中，在固体摄像元件的受光面上隔着液状透明粘结剂或凝胶状透明树脂贴合有透明基板的方案(例如参照专利文献4，5)。即使在这种封装结构中，基于液状透明粘结剂的涂布工序或凝胶状透明树脂的填充工序，容易在粘结层或填充层中产生气泡。此外，由于任何一种方法都是将固体摄像元件安装于封装基体上后进行密封的，因此在固体摄像元件的受光部处容易附着异物等。由于专利文献4，5适于具有引线框架等的封装基体，因此也难以实现固体摄像装置的小型化。
在专利文献6中记载着这样的结构，其中直接将固体摄像元件安装在电路基板上，采用透明粘结剂在这种固体摄像元件的受光面上粘结玻璃基板。在该情况下，可防止由于封装基体造成的装置大型化，但其不利情况是，在将固体摄像元件安装在电路基板上时，存在着在固体摄像元件的受光部处容易附着异物等的问题。成为在受光部附着异物的不良原因。另外，关于基于透明粘结剂的涂布工序而产生气泡和由气泡造成的光学特性变差的情况，与上述的在封装基体上安装有固体摄像元件的装置一样。
专利文献1特开2003-332542号公报
专利文献2美国专利第6472761号公报
专利文献3特表2001-516967号公报
专利文献4特开平5-183138号公报
专利文献5美国专利第6121675号公报
专利文献6特开平4-114456号公报
【发明内容】
由于现有的固体摄像装置利用封装结构密封固体摄像元件，因此难以实现装置的小型、薄型化，此外，在固体摄像元件的安装工序或封装的组装工序中，还存在着所谓在受光部处附着异物等发生不良情况的问题。另外，在现有的由透明树脂密封固体摄像元件的结构或在固体摄像元件的受光面上采用透明粘结剂或凝胶状透明树脂粘结透明基板的结构中，存在着基于透明树脂的填充工序或透明粘结剂的涂布工序容易发生在粘结层或填充层中产生气泡的问题。在粘结层或填充层中产生的气泡成为光学特性变差的原因。
本发明是针对这种问题而作出的，其目的在于提供一种这样的固体摄像装置用半导体元件和采用了这种半导体元件的固体摄像装置，其可实现固体摄像装置的小型化、薄型化以及低成本化，同时可抑制由于受光部上异物附着造成的不良情况的发生等。
本发明的一种形式的固体摄像装置用半导体元件，其特征为具备半导体元件本体，其中该半导体元件本体具备具有摄像元件部的摄像区域和具有电极的连接区域；覆盖所述摄像区域并接合在所述半导体元件本体上的透明树脂层，以及接合在所述透明树脂层上的光学密封板。
此外，本发明的一种形式的固体摄像装置，其特征为具备半导体元件和安装基板，其中半导体元件具备具有摄像区域和连接区域的元件本体，覆盖所述摄像区域并接合在所述元件本体上的透明树脂层，以及接合在所述透明树脂层上的光学密封板，其中安装基板具有与所述半导体元件电连接的外部连接端子，并且与所述半导体元件接合。
本发明的一种形式的固体摄像装置用半导体元件，由于半导体元件本身具有对摄像元件部的密封功能，因此可抑制由于摄像元件部上异物附着造成的不良情况的产生等。此外，由于安装半导体元件用的基板无需密封结构，因此可根据半导体元件的形状实现小型化。而且还可实现半导体元件安装结构的薄型化。由此，可提供小型、薄型并且低成本化的固体摄像装置用半导体元件和固体摄像装置。
【附图说明】
图1为一平面图，模式地示出了根据本发明一实施形式的固体摄像装置用半导体元件的结构。
图2为沿着图1X-X线的剖面图。
图3为沿着图1Y-Y线的剖面图。
图4为一平面图，模式地示出了根据本发明一实施形式的固体摄像装置的结构。
图5为沿着图4X-X线的剖面图。
图6为沿着图4Y-Y线的剖面图。
图7为显示适用了现有DIP封装的固体摄像装置的一构成例的剖面图。
图8为显示适用了现有LCC封装的固体摄像装置的一构成例的剖面图。
符号说明
10...固体摄像装置用半导体元件 11...摄像元件部 12...半导体元件本体(半导体芯片) 13...电极 14...摄像区域 15...连接区域 16...光学密封板 17...透明树脂层 20...固体摄像装置 21...安装基板 23...引线端子24...焊线 25...密封树脂
【具体实施方式】
以下参照附图对实施本发明用的形式进行说明。图1、图2和图3为根据本发明一实施形式的固体摄像装置用半导体元件的构成模式图。图1为根据一实施形式的固体摄像装置用半导体元件的平面图，图2为沿着图1X-X线的剖面图、图3为沿着图1Y-Y线的剖面图。
这些图中所示的固体摄像装置用半导体元件10具有半导体元件本体(半导体芯片)12，并且在该本体一个主面侧上设置有摄像元件部(受光部)11。在半导体元件本体12的两个端部侧上分别设置有电极13、13。摄像元件部11和电极13形成在半导体元件本体12的同一表面12a上。具有摄像元件部11的区域构成摄像区域14。此外，具有电极13、13的两个端部侧的区域分别构成连接区域15、15。
作为半导体元件本体12，采用例如CCD摄像元件或CMOS型摄像元件等。但是，半导体元件本体12并不限于这些固体摄像元件，还可适用半导体受光部和扫描部一体化形成在半导体芯片内部中的各种固体摄像元件。图1～图3示出了线性传感器用的半导体元件10，并且沿着半导体元件本体12的纵向形成有摄像元件部11。电极13、13配置在摄像元件部11的两端部外侧。半导体元件本体12为线性传感器用固体摄像元件。
在半导体元件本体12的具有摄像元件部11的表面12a上配置有光学密封板16，以覆盖摄像区域14。光学密封板16通过透明树脂层17接合在半导体元件本体12上。即，在半导体元件本体12上接合有覆盖摄像区域14的透明树脂层17，在透明树脂层17上接合着光学密封板16。摄像区域14由透明树脂层17和光学密封板16进行密封。半导体元件本体12的连接区域15不被光学密封板16覆盖，而是露出到外部，从而可容易地实施电连接。
固体摄像装置用半导体元件10其自身具有密封并且保护摄像元件部11的功能。换言之，半导体元件10具有封装功能，无需如现有技术中的固体摄像装置那样采用DIP封装或LCC封装等的封装结构体进行密封。透明树脂层17具有密封摄像元件部11的功能，并且具有将光学密封板16粘接在半导体元件本体12的摄像区域14上的功能。此外，光学密封板16具有密封摄像元件部11的功能、保护透明树脂层17的功能以及维持最终元件表面平坦性的功能。
光学密封板16只要是由具有光透过性的材料形成的板材，则可适用各种透光性基板。作为光学密封板16的具体实例，可举出玻璃基板、丙烯酸树脂等透明树脂形成的树脂基板等。对光学密封板16的厚度没有特别限定，但是从光透过性或作为密封板的功能等观点出发，优选使其在0.1～1.2mm的范围。作为光学密封板16，也可以使用在其表面上涂布有IR(红外线)截止(cut)膜、AR涂层(防反射膜)等的光学薄膜的基板；具有中间膜并且在该中间膜中含有IR截止材料或防反射材料等的基板等。
为防止入射至摄像元件部11中的光散射或折射等，优选透明树脂层17为实质上不含气泡的树脂层。如果透明树脂层17具有气泡，则作为固体摄像元件的半导体元件本体12的集光特性或摄像特性等将下降。这种实质上不含气泡的透明树脂层17可通过采用例如粘结性透明树脂片将半导体元件本体12和光学密封板16粘结获得。粘结性透明树脂片由粘结性透明树脂组合物成形为片状，在室温下或加热下进行硬化反应而作为粘结层发挥功能。粘结性透明树脂组合物成形时的状态只要是使其固化为可维持片状形状的程度即可。
半导体元件本体12和光学密封板16的粘结首先是在二者之间配置粘结性透明树脂片。根据需要对该层叠物施加适度的压力，同时实施在室温下的放置处理或加热处理。加热温度根据透明树脂组合物选择，例如在适用硅氧烷组合物的情况下，优选在50-200℃的温度下进行加热处理。通过基于这种处理使粘结性透明树脂片进行硬化反应，由粘结性透明树脂片的硬化物粘结半导体元件本体12和光学密封板16。
粘结性透明树脂片在硬化了的状态下显示出良好的粘结力。在该情况下，透明树脂层17由粘结性透明树脂片的硬化物构成。此外，即使在未硬化的状态下也可获得足够的粘结力的情况下，也可由粘结性透明树脂片自身构成透明树脂层17。这样，通过将粘结性透明树脂组合物预先成形为片状，并且使用这样制得的粘结性透明树脂片形成透明树脂层17，由于不会发生在采用液状透明粘结剂或凝胶状透明树脂的情况下的卷入空气的情形，因此可再现性良好地获得实质上不含气泡的透明树脂层17。
此外，由于粘结性透明树脂片不发生如液状粘结剂那样的涂布不均现象或不需要的扩散等，因此可稳定地保持透明树脂层17的形状。例如可保持透明树脂层17的外形一定。这有助于半导体元件10的小型化。此外，可使得透明树脂层17的厚度均一化。这不仅有助于半导体元件10的薄形化，而且还可提高光学密封板16的平行度等。当光学密封板16的平行度或平面度降低时，作为固体摄像元件的半导体元件本体12的集光特性或摄像特性等变差。
在构成粘结性透明树脂片的树脂组合物中，可适用具有透明性和粘结性的各种树脂组合物。作为粘结性透明树脂组合物，可采用例如硅氧烷树脂组合物、环氧树脂组合物、酚树脂组合物等。在这些组合物中，特别是从光透过性或折射率等观点出发，优选使用硅氧烷树脂组合物。硅氧烷树脂组合物含有作为必须成分的例如聚有机硅氧烷和交联剂，此外还可根据需要含有交联促进剂或粘结促进剂等。
硅氧烷组合物基于硬化(交联)机理，大致可分为缩合反应硬化型硅氧烷组合物、过氧化物硬化型硅氧烷组合物、羟基甲硅烷基化反应硬化型硅氧烷组合物。在粘结性透明树脂片中还可适用任何一种硅氧烷组合物，但特别是从不发生副产物、均一并且快速硬化的观点出发，优选适用羟基甲硅烷基化反应硬化型硅氧烷组合物。粘结性透明树脂片例如在羟基甲硅烷基化反应硬化型硅氧烷组合物成形为片状后，可通过在室温下的放置处理、加热处理、电子线的照射处理等使其适度交联获得。
由上述粘结性透明树脂片的硬化物等形成的透明树脂层17的厚度根据其光透过率或折射率等不同而不同，但优选例如具有50-200微米的厚度。透明树脂层17的厚度超过200微米时，透光性等降低，作为固体摄像元件的半导体元件本体12的集光特性或摄像特性等降低。另一方面，透明树脂层17的厚度不足50微米时，恐怕不能将在半导体元件本体12的摄像区域14中存在的凹凸充分地填埋。由此，在粘结界面上容易产生气泡。透明树脂层17的厚度由粘结性透明树脂片厚度带来的变化较小，因此通过采用具有几乎同等厚度的粘结性透明树脂片，可获得具有所需厚度的透明树脂层17。
从可提高半导体元件本体12和光学密封板16之间的粘结可靠性看，透明树脂层17优选具有比光学密封板16更大的外形。在图1-图3所示的半导体元件10中，相对摄像元件部11的形成方向(纵向)，透明树脂层17的外形具有比光学密封板16更大一些的形状。在半导体元件10的宽度方向，如图3所示，透明树脂层17和光学密封板16的外形大致相同。通过适用这种结构，可不降低摄像元件部11的密封状态，并且可提高半导体元件本体12和光学密封板16之间的粘结可靠性。此外，在半导体元件本体12的外形存在余量的情况下，还可以使得透明树脂层17的全部外围部形状比光学密封板16更大。
该实施形式的固体摄像装置用半导体元件10赋予具有摄像元件部11的半导体元件本体(固体摄像元件)12自身对摄像元件部11的密封和保护功能(封装功能)。因此，在半导体元件10的安装时或操作时，可抑制在摄像元件部11上异物附着等造成的不良情况的发生。例如，在固体摄像装置用半导体元件10以芯片状态提供给机器制造商时，在输送中存在着在受光部表面上附着异物等的可能性。与此相对的是，通过由光学密封板16保护摄像元件部11，可以几乎以近似于芯片的状态将其提供给机器制造商。此外，赋予半导体元件10自身的封装功能可由一种简易结构实现，即隔着透明树脂层17将光学密封板16粘结在半导体元件本体12上。因此，具有封装功能的固体摄像装置用半导体元件10可实现小型、薄型化，同时可抑制部件成本和制造成本增加。
此外，构成封装结构的透明树脂层17通过采用例如粘结性透明树脂片，可形成实质上不含气泡的状态。粘结性透明树脂片可稳定地保持粘结后(硬化后)的形状。具体地，可将由粘结性透明树脂片或由其硬化物形成的透明树脂层17的外形或厚度保持一定。通过使透明树脂层17的厚度均一化，可提高光学密封板16的光学平行度和平面度。由此，可抑制作为固体摄像元件的半导体元件本体12的集光特性或摄像特性等变差。由此，可不降低半导体元件本体12的特性，并且使得具有封装功能的固体摄像装置用半导体元件10实现小型、薄型化，并降低部件成本和制造成本等。
此外，在上述实施形式中是对将本发明固体摄像装置用半导体元件适用于线性传感器用半导体元件10的情况进行说明的，但是本发明不受此限制。本发明的固体摄像装置用半导体元件还可适用区域传感器周半导体元件。但是，区域传感器用半导体元件在彩色滤光器上形成微距透镜，在其上形成透明树脂层17时需要调整透明树脂的折射率。另一方面，线性传感器用半导体元件一般不在彩色滤光器上形成微距透镜，因此可比较容易地用廉价的透明树脂接合光学密封板16。从该方面看，本发明合适适用在线性传感器用半导体元件10中。
上述实施形式的固体摄像装置用半导体元件10通过以下详细所述的方式搭载在安装基板上，作为固体摄像装置使用。但是，由于半导体元件10自身具有封装功能，因此也可以直接将半导体元件10安装在光学机器的电路基板上。在适用这种板上芯片(chip on board)结构的情况下，在将半导体元件10安装在电路基板上后，由焊线将半导体元件10的电极13和电路基板的布线连接。半导体元件10的电极也可以由焊剂凸块等的金属凸块构成。通过使用这种突起状电极，可提高在半导体元件10在电路基板上的安装性能。金属凸块不限于板上芯片(chip on board)结构，即使在搭载在通常的安装基板上的情况下也可适用。
以下参照图4、图5和图6对本发明的固体摄像装置的实施形式进行说明。图4～图6是根据本发明一实施形式的固体摄像装置的结构模式图。图4为根据一实施形式的固体摄像装置的平面图。图5为沿着图4X-X线的剖面图。图6为沿着图4Y-Y线的剖面图。这些图中所示的固体摄像装置20具有上述实施形式的固体摄像装置用半导体元件10以及与该半导体元件10接合的安装基板21。固体摄像装置用半导体元件10的结构与上述实施形式中所示的相同。
安装基板21可由例如陶瓷基板或树脂基板等的绝缘性基板构成。这种安装基板21具有芯片键合了半导体元件10的接合面(上面)22，以及由外部连接端子形成的非销钉型引线端子23。引线端子23与半导体元件10的电极13、13对应，配置在安装基板21的两个端部侧上。具有非销钉型引线端子23的安装基板21具有所谓LCC结构。即，非销钉型引线端子23具有这样的结构，由侧面部的导体层23c连接安装基板21的上面侧的电极部23a和下面侧的连接端子部23b，使得基板21自身的表面安装成为可能。
安装半导体元件10的基板不限于如上述的LCC结构的安装基板。半导体元件10还可以安装在一般的印刷电路板等上。此外，例如在电极数目较多的情况下，半导体元件10还可以安装在具有金属凸块等的BGA结构的电路基板上。这样，对安装基板的结构、形状、构成材料等没有特别限定。但是，优选将半导体元件10接合在可对该元件自身进行表面安装的基板上。
固体摄像装置用半导体元件10通过例如芯片键合用薄膜接合在安装基板21的接合面22上。此外，半导体元件10的电极13通过焊线24与安装基板21的引线端子23(具体为电极部23a)电连接。焊线24可由例如环氧树脂或酚树脂等形成的密封树脂25覆盖。密封树脂25防止焊线24和其连接部发生电和机械劣化情况，优选使用放热性高的密封树脂。此外，半导体元件10的连接结构不限于引线键合，还可以适用例如倒装芯片焊接。
由于该实施形式的固体摄像装置20的半导体元件10自身具有封装功能，因此无需在安装半导体元件10的基板21上赋予封装结构。由此，可大幅度降低安装基板21的部件成本。另外，还可根据半导体元件10的形状使得安装基板21小型化。固体摄像装置20通过在这种安装基板21上安装其自身小型、薄型化的半导体元件10构成。因此，可使得固体摄像装置20小型、薄型化，并且可进一步降低制造成本和部件成本。根据该实施形式，可提供小型、薄型化并且成本降低的固体摄像装置20。
此外，本发明不受上述实施形式的限定，可适用于各种固体摄像元件和采用了该元件的固体摄像装置。即使对这种固体摄像元件和采用了该元件的固体摄像装置也包含在本发明中。此外，可在本发明技术思想的范围内对本发明的实施形式进行扩展或变更，而这些扩展或变更的实施形式也包含在本发明的技术范围内。