JP4855168B2

JP4855168B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP4855168B2
Application number: JP2006204284A
Authority: JP
Inventors: 高志中山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: JP2008034505A; US20080023784A1; US7592681B2

Description

この発明は、固体撮像素子チップと電気信号出力用部材とを接続してなる固体撮像装置に関し、特に電気信号出力用部材としてフレキシブル基板を用いた固体撮像装置の構造に関する。

一般に、固体撮像素子の実装にあたっては小型化が求められ、特に医療分野などにおいては、この実装形態が如何に小型化できるかによって、固体撮像素子を利用した撮像ユニットの小型化も大きく左右される。また、小型化に伴い、フレキシブル基板を用いた実装形態においては、フレキシブル基板内の配線パターンの狭ピッチ化が図られ、実装形態も複雑となってきている。

このような中で、例えば医療用に利用される固体撮像素子をフレキシブル基板に実装した固体撮像装置の一例が、特開２００３−１３３６５４号公報に開示されている。図４の（Ａ），（Ｂ）に該公報開示の従来の固体撮像装置を示す。この従来例は、図４の（Ａ）に示すように、固体撮像素子21上に設けられた電極22に形成されたバンプ23とフレキシブル基板24のインナーリード29が接続されたのち、図４の（Ｂ）に示すように、フレキシブル基板24が固体撮像素子21の端部側面21ａに沿って屈曲されて構成されている。そてし、フレキシブル基板24は、そのベースフィルム25において固体撮像素子21の角部から側面に対応する部分に、肉薄部28が形成されている。肉薄部28は、固体撮像素子21上の電極22に形成されたバンプ23の厚さよりも薄く形成されており、これによりフレキシブル基板24の固体撮像素子21への接続を阻害することなく、インナーリード29を曲げてもエッジショートを防止することができるとしている。なお、図４の（Ａ），（Ｂ）において、26はフレキシブル基板24内の配線パターンである。
特開２００３−１３３６５４号公報

しかし、上記従来のフレキシブル基板に実装させる技術は、フレキシブル基板24のインナーリード29にベースフィルム25の肉薄部28が形成されているため、靱性を持っており、フレキシブル基板24を固体撮像素子21の側面21ａに沿って屈曲させた場合、屈曲性が阻害され、図５に示すように、曲げＲが大きくなってしまう恐れがある。そのため、エッジショートに対しては有効であるが、屈曲部がフレキシブル基板21の厚みｄと湾曲分αの大きさとなり、撮像ユニットとしての先端部の小型化には貢献できない可能性がある。また、フレキシブル基板24のベースフィルム25に肉薄部28を形成するための特別な工程が必要である。更に、インナーリード29を屈曲させるという構成は作業が複雑であり、歩留まりの低下の原因になると共に、屈曲部分には常時圧力がかかっている状態であるため、信頼性の低下をまねく恐れがある。

本発明は、従来の固体撮像素子をフレキシブル基板に実装してなる固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、先端部の小型化を図ると共に、製法を簡略化し、歩留まりの向上及びコストダウンを達成でき、且つ信頼性の向上につなげることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、固体撮像素子チップの表面上に設けた電極パッドと、フレキシブル基板の端面に形成された接続用電極とが略同一平面上に配設されるように、前記固体撮像素子チップ側面に前記フレキシブル基板の端部を接着し、前記固体撮像素子チップの電極パッドと前記フレキシブル基板の接続用電極とを電気的に接続したことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記電気的接続は、ワイヤーボンド接続であることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記電気的接続は、配線基板を用いたフリップチップ接続であることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る固体撮像装置において、前記接続用電極は、フレキシブル基板の端部近傍で厚く形成された配線パターンの端面で構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項２又は３に係る固体撮像装置において、前記接続用電極は、フレキシブル基板の配線パターン端面上に形成されたポスト電極であることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、上記構成により小型化が可能で信頼性を向上させた固体撮像装置を実現できる。また、製法の簡略化が図れるため、歩留まりの向上及びコストダウンが期待できる。また請求項２に係る発明によれば、上記構成により小型化を維持したまま、簡単に確実な信頼性のある電気的接続が可能となる。また請求項３に係る発明によれば、上記構成により小型化を維持したまま、確実な信頼性のある電気的接続が簡単に一括で行える。また請求項４及び５に係る発明によれば、上記構成により、狭ピッチ基板にも拘らず、小型で確実且つ信頼性のある電気的接続を簡単に行うことが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（実施例１）
まず、実施例１について説明する。図１は、本発明に係る固体撮像装置の実施例１の構成を示す断面図である。本実施例は、フレキシブル基板の接続用電極として、露出した内部配線パターンの端面を用い、固体撮像素子チップ表面に配設した電極パッドと接続用電極たる内部配線パターンの端面とを、ワイヤボンディングにて電気的に接続をとるように構成したものである。

すなわち、図１に示すように、固体撮像素子チップ１の側面１ａに、切断され内部の配線パターン５が露出した断面形状を有するフレキシブル基板３の端部が、その切断面と固体撮像素子チップ表面とが略同一平面上となるように位置合わせされて、接着剤（図示せず）により接着されている。フレキシブル基板３の内部配線パターン５は、切断部近傍を厚くして肉厚部６が形成されており、その切断面は接続用の端面電極７として用いられ、固体撮像素子チップ上の電極パッド２とは、Ａu あるいはＡl などのワイヤ９を用いたワイヤボンディングにより、電気的に接続されている。更に、電極を含めたワイヤボンディング部分は、機械的な保護も兼ねて封止樹脂10にて封止されている。

ここで、固体撮像素子チップ１としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど、その種類は問わない。また固体撮像素子チップ表面の電極パッド部分を除いた領域に、フィルタ、ガラス、レンズ等の光学部品が備え付けられていてもよい。

固体撮像素子チップ１とフレキシブル基板３とを接着する接着剤としては、例えば熱硬化型あるいはＵＶ硬化型などの樹脂が好ましいが、この限りではない。ワイヤ９を用いたワイヤボンディングとしては、ボールボンドあるいはウェッジボンドのいずれでも構わない。封止樹脂10としては、熱硬化型のエポキシ系あるいはフェノール系樹脂が一般的であるが、これに限られるものではない。

次に、本実施例に係るフレキシブル基板３の構成について、詳細に説明する。フレキシブル基板３は、ベースフィルム４上に銅箔を設けた銅張り積層板をエッチングし、配線パターン５を形成した後、任意の範囲のみに部分メッキを施して肉厚部６を形成する。ここでは、固体撮像素子チップ１の厚み分に相当する配線パターン部分を部分メッキによる肉厚部６とする。また部分メッキとしては、銅箔と同一金属であるＣu メッキが好ましい。その後、カバーレイ８を被せ、垂直方向に切断することにより、内部配線パターン５の肉厚部６を露出させる。露出させた内部配線パターン５の肉厚部６は、必要に応じて、その断面に研磨、清浄化などを施した後、例えば下地層に２〜５μｍ程度のＮi メッキ、表面層に 0.3μｍ程度のＡu メッキの表面処理を施して接続用電極としての端面電極７を形成する。なお、端面電極７の材料、厚み及び表面処理に関しては、上記の限りではない。そして、この端面電極７と固体撮像素子チップ１上に設けた電極パッド２とをワイヤ９を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続する。

次に、部分メッキによる肉厚部６の形成の必要性について説明する。ワイヤボンディング接続する電極部としては、ワイヤボンディング可能な大きさが必要になる。しかし、狭いピッチ化が図られたフレキシブル基板においては、接続用電極として十分な大きさを確保することが困難となる。例えば、一般的に用いられている厚みが18μｍの銅箔を有する銅張り積層板をフレキシブル基板として使用した場合、配線ピッチを80μｍ（配線幅及び間隔は各々40μｍ）とすると、端面電極は18μｍ×40μｍの大きさとなり、接続用電極としては面積が狭く、信頼性のあるワイヤボンディングが不可能となる。そのため、接続用電極として十分な大きさを確保するために、フレキシブル基板の切断部近傍を部分メッキにより配線パターンの厚みを厚くし肉厚部を形成するものである。例えば、20μｍの肉厚部を形成すれば、端面電極は、40μｍ×38μｍ（18μｍ＋20μｍ）となり、ワイヤボンディングに十分な大きさとなる。

以上のように、固体撮像素子チップ側面にフレキシブル基板を接着し、固体撮像素子チップの電極パッドとフレキシブル基板の切断面に形成される端面電極とをワイヤを用いてワイヤボンディングすることにより、固体撮像素子チップとフレキシブル基板との電気的接続が確実に行われると共に、従来のように屈曲部を設ける必要がないため、実装部分の大きさがフレキシブル基板の厚さｄだけとなり、固体撮像装置の小型化も可能となる。また、製造方法が簡単となり作業の簡略化が図られ、歩留まりの向上、コストダウン及び信頼性の向上が実現できる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図２に、実施例２に係る固体撮像装置の構成を示す。この実施例２は、フレキシブル基板の接続用電極として、露出した内部配線パターン上に新たに形成したポスト電極を用い、固体撮像素子チップ表面に設けた電極パッドとポスト電極とをワイヤボンディングにて電気的に接続をとるように構成したものである。

すなわち、図２に示すように、固体撮像素子チップ１の側面１ａに、切断され内部の配線パターンが露出した断面形状を有するフレキシブル基板３の端部が、その切断面と固体撮像素子チップ表面とが略同一平面上となるように位置合わせされて、接着剤（図示せず）により接着されている。フレキシブル基板３の内部配線パターン５には、その切断面に新たなポスト電極11が形成され、固体撮像素子チップ上の電極パッド２と、Ａu あるいはＡl などのワイヤ９を用いたワイヤボンディングにより、電気的に接続されている。更に、電極を含めたワイヤボンディング部分は、機械的な保護も兼ねて封止樹脂10にて封止されている。

ここで、固体撮像素子チップ１としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど、その種類は問わない。また固体撮像素子チップ表面の電極パッド部分を除いた領域にフィルタ、ガラス、レンズ等の光学部品が備え付けられていてもよい。

固体撮像素子チップ１とフレキシブル基板３とを接着する接着剤としては、例えば熱硬化型あるいはＵＶ硬化型などの樹脂が好ましいが、これに限られるものではない。ワイヤ９を用いたワイヤボンディングとしては、ボールボンドあるいはウェッジボンドのいずれでも構わない。封止樹脂10としては、熱硬化型のエポキシ系あるいはフェノール系樹脂が一般的であるが、これに限られるものではない。

次に、本実施例２に係るフレキシブル基板３について、詳細に説明する。フレキシブル基板３の内部配線パターン５は、実施例１とは異なり、部分メッキによる肉厚部は有していない。その代わり、フレキシブル基板３の切断により露出した内部配線パターン５に、必要に応じて研磨、清浄化などの処理を施した後、等方メッキにより大きさが40μｍ平方程度、厚みが10〜20μｍ程度のポスト電極11を形成する。ここで、等方メッキとしては、銅箔と同一金属であるＣu メッキが望ましい。更に、ポスト電極11上に下地に２〜５μｍ程度のＮi メッキ、表面層に 0.3μｍ程度のＡu メッキの表面処理を施して最終的なポスト電極11が完成する。なお、ポスト電極11の材料、厚み及び表面処理に関しては、この限りではない。

そして、このポスト電極11と固体撮像素子チップ１上の電極パッド２とをワイヤ９を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続する。

以上のような構成により、本実施例２に係る固体撮像装置は、実施例１にて得られる効果の他に、フレキシブル基板が配線パターンの肉厚部を形成しない分だけ更に薄く形成でき、更なる小型化が可能になるという効果が得られる。なお、本実施例においては等方メッキにてポスト電極を形成したが、40μｍ平方程度の平坦性が確保された電極が形成できるのであれば、その方法は等方メッキに限られるものではない。

（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図３に、実施例３に係る固体撮像装置の構成を示す。この実施例は、フレキシブル基板の接続用電極として、露出した内部配線パターン上に新たに形成したポスト電極を用い、固体撮像素子チップ表面に設けた電極パッドとポスト電極とを配線基板によるフリップチップ接続により電気的に接続をとるものである。

すなわち、図３に示すように、固体撮像素子チップ１の側面１ａに、切断され内部の配線パターンが露出した断面形状を有するフレキシブル基板３の端部が、その切断面と固体撮像素子チップ表面とが略同一平面上となるように位置合わせされて、接着剤（図示せず）により接着されている。フレキシブル基板３の内部配線パターン５には、その切断面に新たなポスト電極11が形成され、固体撮像素子チップ上の電極パッド２とは、それぞれバンプ14，13により配線基板12を介してのフリップチップ接続により、電気的に接続されている。なお、ポスト電極11を設ける手法については、実施例２と同様である。

固体撮像素子チップ１とフレキシブル基板３とを接着する接着剤としては、例えば熱硬化型あるいはＵＶ硬化型などの樹脂が好ましいが、これに限られるものではない。

次に、本実施例３に係る配線基板12を用いたフリップチップ接続について、詳細に説明する。配線基板12は、有機又は無機基板からなり、固体撮像素子チップ１の電極パッド２上に設けたバンプ13と、フレキシブル基板３のポスト電極11上に設けたバンプ14に対応した位置に、接続用パッド（図示せず）が設けられ、接続用パッド間を金属配線（図示せず）にて電気的に接続された中継基板である。そして、配線基板12は、超音波、熱圧着あるいはそれらの複合プロセスにより、固体撮像素子チップ１及びフレキシブル基板３とフリップチップ接続されている。

ここで、固体撮像素子チップ１及びフレキシブル基板３上に設けるバンプは、配線基板12の接続用パッド上に形成してもよい。この際のバンプ形成は、スタッドバンプ、メッキバンプなどその種類は問わない。また配線基板12のフリップチップ接続には、異方導電性接着剤である異方導電性ペースト（ＡＣＰ）や異方導電性フィルム（ＡＣＦ）、あるいは絶縁性ペースト（ＮＣＰ）を用いてもよい。また、フレキシブル基板３にはポスト電極を形成したものを用いているが、実施例１と同様に内部配線パターンに端面電極を形成したものでもよいことは言うまでもない。

以上のような構成により、実施例３に係る固体撮像装置は、実施例１及び実施例２による効果の他に、多数の電気的接続が一括で行えるという効果がある。また、ワイヤを用いたワイヤボンディング接続と違い、その後のハンドリングの負荷が軽減されるという利点もある。

なお、上記各実施例では、フレキシブル基板として片面の銅張り積層板を用いたものを示したが、両面の銅張り積層板を用いた場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、配線パターンピッチが大きい場合は、初めから厚い銅箔を用いればよい。この場合は、フレキシブル基板の切断面に露出した配線パターンが接続用電極として、既にボンディングに必要なサイズが確保されているため、本発明のような配線パターンの肉厚部もしくはポスト電極を設ける必要はない。

本発明に係る固体撮像装置の実施例１の構成を示す模式的断面図である。実施例２に係る固体撮像装置の構成を示す模式的断面図である。実施例３に係る固体撮像装置の構成を示す模式的断面図である。従来の固体撮像装置の構成例を示す模式的断面図である。従来例における課題の概念を説明するための模式的断面図である。

符号の説明

１固体撮像素子チップ
２電極パッド
３フレキシブル基板
４ベースフィルム
５内部配線パターン
６肉厚部
７端面電極
８カバーレイ
９ワイヤ
10 封止樹脂
11 ポスト電極
12 配線基板
13，14 バンプ

Claims

固体撮像素子チップの表面上に設けた電極パッドと、フレキシブル基板の端面に形成された接続用電極とが略同一平面上に配設されるように、前記固体撮像素子チップ側面に前記フレキシブル基板の端部を接着し、前記固体撮像素子チップの電極パッドと前記フレキシブル基板の接続用電極とを電気的に接続したことを特徴とする固体撮像装置。
前記電気的接続は、ワイヤーボンド接続であることを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
前記電気的接続は、配線基板を用いたフリップチップ接続であることを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
前記接続用電極は、フレキシブル基板の端部近傍で厚く形成された配線パターンの端面で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に係る固体撮像装置。
前記接続用電極は、フレキシブル基板の配線パターン端面上に形成されたポスト電極であることを特徴とする請求項２又は３に係る固体撮像装置。