JP6111284B2 - 中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を実装する中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子に関する。

半導体素子（例えばイメージセンサー等の撮像素子）は、中空パッケージと称されるパッケージの凹部に実装され、当該凹部が透明封止板（例えばガラス板）で封止される。撮像素子が実装された中空パッケージは、デジタルカメラ等の固体撮像装置に搭載される。

そのような中空パッケージは、例えばリードフレームと、それを枠状に封止する樹脂成形体とを有する。リードフレームは、インナーリードとアウターリードを有するリードと、放熱板または防湿板として機能するアイランドとが一体化されたものである。樹脂成形体は、底部と枠部とを有し、アイランドは、樹脂成形体の底部に埋設されているか、あるいは樹脂成形体の底部の上面または下面に露出している。

このような中空パッケージは、例えば特許文献１に開示されるように、成型金型内にリードとアイランドが一体化されたリードフレームを挿入した後、成型金型内に熱硬化性樹脂を充填して、硬化させる工程を経て得られる。

特開平４−３１２９６３号公報

近年、固体撮像素子等の半導体素子は高密度化が進んでおり、それに伴い半導体素子の動作時に発生する熱が増加している。半導体素子の動作時に発生する熱が増加すると、半導体素子そのものの機能を低下させるおそれがあることから、中空パッケージの放熱性を高めることが望まれている。

中空パッケージの放熱性を向上させるために、放熱のための伝熱性の高い放熱板の周囲にフレキシブルプリント基板を貼り付けたり、巻き付けたりすることでリードフレームを構成する技術がある。

しかし、放熱板の形状によっては、放熱板の周囲にフレキシブルプリント基板を好適に接着することが難しく、製造にコストや時間がかかってしまう、という課題があった。

本発明は、高い放熱性を有する中空パッケージをコストを抑えて容易に製造できる中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子を提供することができる。

本発明の中空パッケージの製造方法は、表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に、前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間を設けて固定する固定工程と、前記隙間に嵌合する突条を有する枠部を、前記ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置する配置工程と、を有する。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に、前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けて固定する固定工程と、前記隙間に嵌合する突条を有する枠部を、前記ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置する配置工程と、前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部にイメージセンサーを配置し、当該イメージセンサーを前記配線と電気的に接続するイメージセンサー配置工程と、前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように、透明封止板により当該凹部を封止する封止工程と、を有する。

本発明の中空パッケージは、表面に配線を有するベースプレートと、当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、前記ベースプレート枠に前記ベースプレートを嵌入したとき、当該ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置される枠部と、を有し、前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けられ、前記枠部は、前記隙間に嵌合する突条を有する。

本発明の固体撮像素子は、表面に配線を有するベースプレートと、当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置される枠部と、前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部に配置され、前記配線と電気的に接続されるイメージセンサーと、前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように当該凹部を覆う透明封止板と、を有し、前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けられ、前記枠部は、前記隙間に嵌合する突条を有する。

本発明によれば、高い放熱性を有する中空パッケージをコストを抑えて容易に製造できる。

固体撮像素子の構成を説明するための分解図 ベースプレート枠とベースプレートについて説明するための図 配線の好適な配置例を示した図 固体撮像素子の断面の一部を拡大して示す図 固体撮像素子の製造方法について説明するための図 固体撮像素子の製造方法について説明するための図 実装基板上に実装された固体撮像素子を示す断面図

以下、本発明の各実施の形態について詳細に説明する。

以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子１０について説明する。図１は、固体撮像素子１０の構成を説明するための分解図である。固体撮像素子１０は、図１に示されるように、ベースプレート枠１１、フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits：以下ＦＰＣと称する）（フレキシブル配線板に対応）１２、ベースプレート１３、枠（枠部に対応）１４、イメージセンサー１５および透明封止板１６で構成されている。

ベースプレート枠１１は、後述するベースプレート１３と組み合わされ、固体撮像素子１０の土台となる部位を構成する。ベースプレート枠１１は、イメージセンサー１５の使用時に発生する熱を固体撮像素子１０の外部に放熱するために、十分な伝熱性を有する材料で構成されていることが好ましく、後述するベースプレート１３とともに放熱板を構成する。ベースプレート枠１１の材料には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金およびステンレス鋼、４２アロイ等の金属の他、伝熱性の高いセラミック等が含まれる。ベースプレート枠１１の厚さは、特に限定されないが、例えば０．４〜２．０ｍｍである。

図２は、ベースプレート枠１１とベースプレート１３について説明するための図であり、図２（ａ）はベースプレート枠１１の平面図である。ベースプレート枠１１は、図２（ａ）に示すように、枠状、すなわち中央部が中抜きされるように形成されている。ベースプレート枠１１の中抜き部１１１には、後述するベースプレート１３が嵌入される。従って、中抜き部１１１はベースプレート１３が嵌入できるだけの大きさに形成されており、結果としてベースプレート枠１１はベースプレート１３よりも大きい。

また、ベースプレート枠１１の長手方向の両端縁部には、穴１１２が複数形成されている。この穴１１２は、固体撮像素子１０をリフロー工程等によって実装基板上に固定する際の位置決めのため、位置決めピンやねじを通す穴である。穴１１２については、図６に関連して後に説明する。

ＦＰＣ１２は、絶縁性のシート１２１およびその表面に配列された複数の配線１２２を有する。絶縁性のシート１２１は、矩形状のフレキシブルシートであり、矩形の四隅が切り欠かれている（図１参照）。絶縁性のシート１２１の周縁部には、複数の配線１２２の端子が露出しており、端子が露出した部分が折り曲げられて折り曲げ部１２３が構成される。絶縁性のシート１２１の折り曲げ部１２３は、後述するベースプレート１３の縁に沿ってベースプレート１３の表面から裏面、あるいは裏面から表面に亘って覆うことができるように構成される。絶縁性のシート１２１は、ベースプレート１３の表面あるいは裏面に接着されることでベースプレート１３に固定される。

絶縁性のシート１２１の厚さは、例えば１０〜５０μｍである。絶縁性のシート１２１の材料の例には、ポリイミド等の耐熱性樹脂およびフォトソルダーレジスト膜が含まれる。絶縁性のシート１２１の材料は、ポリイミドであることが、絶縁性に加えて耐熱性に優れる観点から好ましい。

配線１２２は、導電性を有するパターン層である。配線１２２は、例えば、パターニングされた金属箔で構成されている。配線１２２のそれぞれの形状は、例えば、直線状である。並列する配線１２２のそれぞれは、折り曲げ部１２３の表面に、互いに平行に並列されている。

配線１２２の幅は、例えば１０〜２００μｍであり、配線１２２のピッチ（中心軸間の距離）は、例えば２０〜８００μｍであり、配線１２２の厚さは、例えば１０〜５０μｍである。配線１２２は、例えば、絶縁性のシート１２１の全面に接着した銅箔の不要な部分を取り除くサブトラクティブ法や、絶縁性のシート１２１に所期の形状の配線１２２を付加するアディティブ法等の公知の方法によって作製される。

なお、ＦＰＣ１２の配線１２２の好ましい配置例は、以下の通りである。図３は、配線１２２の好適な配置例を示した図である。配線１２２は、図３に示されるように、第一の配線と第二の配線とを含む。第一の配線と第二の配線とは交互に並列される。第一の配線は、より短い線状の導線部１２２１とその端に配置されている幅広のパッド１２２３とを有する。第二の配線は、より長い線状の導線部１２２２とその端に配置されている幅広のパッド１２２３とを有する。第一の配線および第二の配線は、いずれも、ベースプレート１３の表面側からベースプレート１３の縁で折れ曲がってベースプレート１３の裏面側のパッド１２２３に至る導電路を形成している。

図３に示されるように、ベースプレート１３の裏面側において、第一の配線のパッド１２２３は、ベースプレート１３の縁に沿って一列に配列している。同様に、第二の配線のパッド１２２３も、ベースプレート１３の縁に沿って一列に配列しているが、第一の配線のパッド１２２３よりも、ベースプレート１３のより中央側に配列している。

導線部１２２１および１２２２の幅は、いずれも、例えば１０〜２００μｍであり、パッド１２２３の幅は、例えば２００〜２０００μｍである。また、導線部１２２１および導線部１２２２の間のピッチ（中心軸間の距離）は、例えば４００〜２５００μｍである。

ベースプレート１３は、上述したＦＰＣ１２と組み合わされてイメージセンサー１５と電気的に接続される配線であるリード線を有する電子基板となる。そして、ベースプレート１３は、ベースプレート枠１１に嵌入されることで、放熱板を構成するとともに、固体撮像素子１０の土台となる。ベースプレート１３は、効率よい放熱のために、ベースプレート枠１１と同様に、伝熱性の高い材料で構成されていることが好ましい。従って、ベースプレート１３の材料には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金およびステンレス鋼、４２アロイ等の金属の他、伝熱性の高いセラミック等が含まれる。

図２（ｂ）はベースプレート１３の平面図であり、図２（ｃ）は、ベースプレート枠１１とベースプレート１３とが組み合わされた状態を示す平面図である。図２（ｃ）に示すように、ベースプレート枠１１にベースプレート１３が嵌入されると、ベースプレート枠１１とベースプレート１３との間に隙間１１３が生じる。この隙間１１３は、後述する枠１４を構成する樹脂を入り込ませてベースプレート枠１１とベースプレート１３との接続強度を向上させるための空隙である。隙間１１３の大きさは特に限定しないが、後述する枠１４の突条１４１が十分に嵌まり込み、かつ突条１４１の四方が隙間１１３の各辺に十分に接触することができる大きさであればよい。

なお、本実施の形態では、図２（ｃ）に示すようにベースプレート枠１１にベースプレート１３を嵌入して固定する例について説明したが、本発明はこれには限定されない。例えばベースプレート１３は、ベースプレート枠１１の一部に接着剤やテープ等により固定されるようにしてもよい。

図４は、固体撮像素子１０の断面の一部を拡大して示す図である。図４は特に固体撮像素子１０の周縁部における断面を示している。図４に示すように、配線１２２のそれぞれの一端部は、ＦＰＣ１２が巻き付けられたベースプレート１３がベースプレート枠１１に嵌入されたとき、ベースプレート枠１１の中抜き部１１１内に露出してインナーリードを構成している。複数の配線１２２のそれぞれの他端部は、ベースプレート１３の裏面上に露出してアウターリードを構成している。また、図４に示すように、配線１２２のそれぞれは、折り曲げ部１２３で折れ曲がる絶縁性のシート１２１に沿って、ベースプレート１３の表面から裏面に至る導電路を形成している。

枠１４は、ベースプレート枠１１およびベースプレート１３の表面上に配置される絶縁性の矩形の枠であり、例えば樹脂製である。枠１４がベースプレート枠１１およびベースプレート１３上に形成されることにより、イメージセンサー１５が配置されるべき凹部状の中空部がベースプレート１３上に構成される。また、図４に示すように、枠１４は、ベースプレート枠１１とベースプレート１３との間に設けられた隙間１１３に嵌まり込むように構成された突条１４１を有する。当該突条１４１により、ベースプレート枠１１とベースプレート１３、および枠１４が互いに強固に固定される。

枠１４を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい。枠１４の樹脂の例には、エポキシ樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂および不飽和ポリエステル樹脂が含まれる。枠１４は、樹脂以外の絶縁性の材料、例えばセラミックス、で構成されていてもよい。

イメージセンサー１５は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子である。透明封止板１６は、ガラス板または透明樹脂（例えば、シクロポリオレフィンポリマー）等である。

次に、以上説明した固体撮像素子１０の製造方法について説明する。図５Ａ，Ｂは、固体撮像素子１０の製造方法について説明するための図である。図５Ａ，Ｂでは、矢印に示される順番で固体撮像素子１０が製造される。

まず、ベースプレート１３にＦＰＣ１２を接着剤等で接着する。ＦＰＣ１２は、折り曲げ部１２３のそれぞれがベースプレート１３の四つの縁のそれぞれをベースプレート１３の裏面側から表面側に巻き込んだ状態で、ベースプレート１３に接着される（図５Ａ（ａ）〜（ｃ）参照）。

次いで、ＦＰＣ１２が接着されたベースプレート１３は、ベースプレート枠１１の中抜き部１１１に嵌入される（図５Ａ（ｄ），（ｅ）参照）。あるいは、ベースプレート１３がベースプレート枠１１の一部に接着あるいはテープ等により固定される。ここで、上述したようにベースプレート枠１１とベースプレート１３との間に隙間１１３が設けられることが望ましい（図２（ｃ）参照）。

さらに、枠１４が、ベースプレート１３と一体化したベースプレート枠１１の表面側から、ベースプレート１３の縁を囲むように配置される（図５Ｂ（ｆ）参照）。枠１４は、予め樹脂で成形されている枠１４をＦＰＣ１２に接着することによって配置される。枠１４の配置によって、枠１４と、ベースプレート１３の表面を覆うＦＰＣ１２とで区画された凹状の中空部が構成される。

あるいは、枠１４は、ＦＰＣ１２が接着されたベースプレート１３をインサートとする樹脂モールド成形によって配置されてもよい。樹脂モールド成形で枠１４を配置する場合には、ＦＰＣ１２で覆われたベースプレート１３をインサートとし、樹脂モールド成形の熱を利用して、ＦＰＣ１２をベースプレート１３に接着することも可能である。このように、枠１４の装着と、ベースプレート１３へのＦＰＣ１２の接着とを同時に行ってもよい。

こうして配置された、ベースプレート枠１１、ＦＰＣ１２および枠１４は、固体撮像素子１０用の中空パッケージを構成する。配線１２２の一端部は、上記凹部内のベースプレート１３の表面上に露出し、インナーリードを構成する。配線１２２の他端部は、ベースプレート１３の裏面上に露出し、インナーリードに一対一で対応するアウターリードを構成する。

次いで、凹部状の中空部にイメージセンサー１５が配置される（図５Ｂ（ｇ），（ｈ）参照）。イメージセンサー１５は、ＦＰＣ１２の表面の、複数の配線１２２で囲まれた矩形の実装領域に配置される。そして、イメージセンサー１５の図示しない複数の端子のそれぞれが、ワイヤボンディングにより、インナーリードを構成する複数の配線１２２のそれぞれにワイヤ１７で電気的に接続される（後述する図６参照）。または、イメージセンサー１５の図示しない複数のバンプ（突起状の端子）のそれぞれが、フリップチップにより、インナーリードを構成する複数の配線１２２のそれぞれに電気的に接続される。

次いで、透明封止板１６が枠１４の天面に接着剤で接着される（図５Ｂ（ｉ），（ｊ）参照）。透明封止板１６の接着により、イメージセンサー１５が密封される。こうして、固体撮像素子１０が作製される。

このようにして製造された固体撮像素子１０は、実装基板上に固定され、例えば、固体撮像素子１０のアウターリードのそれぞれに対応する位置にハンダペーストが塗布された実装基板に、リフロー工程によって実装される。図６は、実装基板３０上に実装された固体撮像素子１０を示す断面図である。図６に示すように、ベースプレート枠１１に設けられた穴１１２にねじ２０が挿通されることで、固体撮像素子１０の実装基板３０に対する位置決めが行われる。なお、ベースプレート枠１１上に穴１１２に加えて位置決めピンを挿通する位置決め穴をさらに設けてもよい。その後、固体撮像素子１０はリフロー工程等によって当該実装基板上に実装される。このような工程により、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置が製造される。

以上説明したように、本発明の固体撮像素子１０は、表面に配線１２２を有するベースプレート１３を、当該ベースプレート１３より大きいベースプレート枠１１内に固定する固定工程と、ベースプレート１３の周囲を囲うように配置される枠１４をベースプレート枠１１に固定されたベースプレート１３の周囲に配置する配置工程と、を有する中空パッケージの製造方法により製造される。

本発明では、このように、固体撮像素子１０の土台となるベースプレート枠１１およびベースプレート１３を別体に構成したことにより、ベースプレート１３に配線１２２を有するＦＰＣ１２を巻き付けることが容易になる。具体的には、ＦＰＣ１２の四方の折り曲げ部１２３をベースプレート１３の縁に沿って折り曲げて接着するだけでよいので、ＦＰＣ１２をスリットに通したり、複雑な形状のベースプレートに沿わせて曲げたり、等の複雑な工程が存在しないため、製造が容易である。これにより、製造工数を減らし、製造コストを抑えることができるようになる。

また、このようにベースプレート枠１１およびベースプレート１３を別体に構成したことにより、ベースプレート枠１１とベースプレート１３それぞれの材料を変更することができるようになる。具体的には、ベースプレート枠１１とベースプレート１３とは、上述したように、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金およびステンレス鋼、４２アロイ等の金属により形成されてもよいし、目的に応じて他の材料、例えば、セラミックス等により形成されてもよい。また、ベースプレート枠１１とベースプレート１３とをそれぞれ放熱性の高い材料で形成することにより、より固体撮像素子１０の放熱性を高めることができるようになる。

さらに、本発明の固体撮像素子１０は、ベースプレート枠１１にベースプレート１３を嵌入したとき、当該ベースプレート枠１１と当該ベースプレート１３との間に所定の大きさの隙間１１３が設けられ、枠１４は、当該隙間１１３に嵌合する突条１４１を有する。

本発明では、このような構成により、枠１４とベースプレート枠１１およびベースプレート１３との接触面積が大きくなり、結果として固体撮像素子１０の強度が向上する。また、隙間１１３に枠１４の突条１４１が嵌め込まれることにより、ＦＰＣ１２をベースプレート１３により強固に固定することができる。

なお、上述した実施の形態は本発明の一例であり、本発明はこれには限定されない。上述した実施の形態では、ベースプレート１３に配線１２２を有するＦＰＣ１２を巻き付けることで配線を有するベースプレートを構成していたが、本発明では他の形態を採ることも可能である。例えば、ベースプレート枠に嵌入するベースプレートを、ガラスエポキシ基板やセラミック基板等に適宜配線を行ったものとしてもよい。

本発明は、半導体素子を実装する中空パッケージの製造方法に好適である。

１０ 固体撮像素子
１１ ベースプレート枠
１２ ＦＰＣ
１３ ベースプレート
１４ 枠
１５ イメージセンサー
１６ 透明封止板
１７ ワイヤ
２０ ねじ
３０ 実装基板
１１１ 中抜き部
１１２ 穴
１１３ 隙間
１２１ シート
１２２ 配線
１２３ 折り曲げ部
１４１ 突条
１２２１，１２２２ 導線部
１２２３ パッド

Claims (8)

1. 表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に、前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間を設けて固定する固定工程と、
   前記隙間に嵌合する突条を有する枠部を、前記ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置する配置工程と、
   を有する中空パッケージの製造方法。
2. 前記ベースプレートおよび前記ベースプレート枠は、放熱部材により形成される、
   請求項１に記載の中空パッケージの製造方法。
3. 前記枠部は、樹脂モールド成型によって形成される、
   請求項１に記載の中空パッケージの製造方法。
4. 前記固定工程より前に、絶縁性のシートの表面に配線がパターニングされたフレキシブル配線板を、前記ベースプレートの縁で折り曲げて当該ベースプレートに貼り付ける貼付工程をさらに有する、
   請求項１に記載の中空パッケージの製造方法。
5. 表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に、前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けて固定する固定工程と、
   前記隙間に嵌合する突条を有する枠部を、前記ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置する配置工程と、
   前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部にイメージセンサーを配置し、当該イメージセンサーを前記配線と電気的に接続するイメージセンサー配置工程と、
   前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように、透明封止板により当該凹部を封止する封止工程と、
   を有する固体撮像素子の製造方法。
6. 表面に配線を有するベースプレートと、
   当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、
   前記ベースプレート枠に前記ベースプレートを嵌入したとき、当該ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置される枠部と、
   を有し、
   前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けられ、
   前記枠部は、前記隙間に嵌合する突条を有する、
   中空パッケージ。
7. 前記ベースプレートは、絶縁性のシートの表面に配線がパターニングされたフレキシブル配線板を備えており、
   前記フレキシブル配線板は、前記ベースプレートの縁で折り曲げられて当該ベースプレートに貼り付けられ、前記枠部により囲まれた前記ベースプレートの表面上に露出するインナーリードと、前記ベースプレートの裏面上に露出するアウターリードとを構成する、
   請求項６に記載の中空パッケージ。
8. 表面に配線を有するベースプレートと、
   当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、
   ベースプレートの表面側から、前記ベースプレートの縁を囲むように配置される枠部と、
   前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部に配置され、前記配線と電気的に接続されるイメージセンサーと、
   前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように当該凹部を覆う透明封止板と、
   を有し、
   前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けられ、
   前記枠部は、前記隙間に嵌合する突条を有する、
   固体撮像素子。

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