JP2015033101A - 固体撮像装置及び電子カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮像領域を覆う透光性部材上の異物やキズ等の撮像性能に対する影響を低減しつつ、省スペース化を図る。
【解決手段】固体撮像装置１は、撮像領域２ａを有する半導体チップ２と、少なくとも撮像領域２ａと対応する領域に開口部３ａを有し、半導体チップ２における撮像領域２ａ側の面に接合された配線基板３と、開口部３ａを覆うように配置され、配線基板３の半導体チップ２とは反対側の面に対して固定された透光性部材４と、配線基板３と透光性部材４との間に配置され、配線基板３に電気的に接続された電子部品５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置及びこれを用いた電子カメラに関するものである。

固体撮像装置の一例として、下記特許文献１の図４には、光通過孔の形成された配線基板と、この配線基板の一方の面に前記光通過孔を閉塞するように接着剤で接着されたカバーガラスと、前記配線基板の他方の面に前記光通過孔を閉塞するようにバンプ接合された固体撮像素子（ベアチップ撮像素子）とから構成された撮像部が、開示されている。

特開２０００−１４７３４６号公報

しかし、前記従来の固体撮像装置では、ベアチップ撮像素子の撮像領域とカバーガラスとの間の間隔が、バンプ接合の高さ、配線基板の厚さ及び前記接着剤の厚さによって定まるため、その間隔を大きくすることは困難であった。したがって、前記従来の固体撮像装置では、カバーガラス上の異物やキズ等の撮像性能に対する影響が大きかった。

また、固体撮像装置において省スペース化が要請されることは、言うまでもない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、撮像領域を覆う透光性部材上の異物やキズ等の撮像性能に対する影響を低減しつつ、省スペース化を図ることができる固体撮像装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像装置は、撮像領域を有する半導体チップと、少なくとも前記撮像領域と対応する領域に開口部を有し、前記半導体チップにおける前記撮像領域側の面に接合された配線基板と、前記開口部を覆うように配置され、前記配線基板の前記半導体チップとは反対側の面に対して固定された透光性部材と、前記配線基板と前記透光性部材との間に配置され、前記配線基板に電気的に接続された電子部品と、を備えたものである。

第２の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記電子部品が表面実装部品であるものである。

第３の態様による固体撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記透光性部材に、前記電子部品と電気的に接続された導電層が形成されたものである。

第４の態様による固体撮像装置は、前記第３の態様において、前記導電層は、前記透光性部材における前記撮像領域と対応する領域の周囲に枠状に、遮光材料で形成されたものである。

第５の態様による電子カメラは、前記第１乃至第４のいずれかの態様による固体撮像装置を備えたものである。

本発明によれば、撮像領域を覆う透光性部材上の異物やキズ等の撮像性能に対する影響を低減しつつ、省スペース化を図ることができる固体撮像装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。 図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 表面実装部品の一例を示す概略斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラを模式的に示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。 図５中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。

以下、本発明による固体撮像装置及び電子カメラについて、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。

本実施の形態による固体撮像装置１は、撮像領域２ａを有する半導体チップ２と、配線基板３と、透光性部材としての透光性板４とを備えている。

本実施の形態では、半導体チップ２は、チップとして構成されたＣＭＯＳ、ＣＣＤ等のイメージセンサであり、撮像領域２ａには複数の画素（図示せず）が２次元状に配置されている。半導体チップ２は、透光性板４を介して撮像領域２ａに入射した入射光を光電変換して、画像信号を出力する。半導体チップ２には、例えば、前記画素を駆動して画像信号を読み出す読み出し回路（図示せず）や、出力信号を処理する処理回路（例えば、ＡＤ変換回路等）を搭載してもよい。

本実施の形態では、半導体チップ２の基板材料はシリコンとされ、半導体チップ２はいわゆるシリコンチップとなっている。もっとも、本発明では、半導体チップ２の基板材料は必ずしもシリコンに限定されるものではない。

本実施の形態では、配線基板３として、フレキシブル配線基板が用いられている。配線基板３は、少なくとも半導体チップ２の撮像領域２ａと対向する領域に形成された開口部３ａを有している。配線基板３は、外周部に外部接続端子３ｂを有している。また、配線基板３には、配線（図示せず）や、後述する電子部品としての表面実装部品（ＳＭＤ（Surface Mount Device））５が搭載されている。配線基板３には、表面実装部品５以外に、他の表面実装部品やその他の電子部品を搭載してもよい。

半導体チップ２の外周付近の上面（撮像領域２ａ側の面）に電極パッド２ｂが形成され、配線基板３における開口部３ａの周囲の下面に電極パッド（図示せず）が形成され、それらの間がＡｕスタッドバンプ、半田バンプ又はＡｕメッキバンプ等のバンプ６によって電気的に接続されている。半導体チップ２の外周付近と配線基板３における開口部３ａの周囲との間（バンプ６の付近を含む）には、開口部３ａの全周に渡って接着剤７が形成され、これにより、それらの間が接着されて、撮像領域２ａと透光性板４との間の空間の気密性が保たれるようになっている。また、接着剤７によって、バンプ６による接合が補強されている。

なお、前記電極パッド間の接合は、バンプ６による接合に限らず、例えば、バンプ６による接合に代えてあるいはバンプ６による接合と共に、前記電極パッド間をＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）で接合してもよい。

透光性板４は、配線基板３の上面（配線基板３の側と反対側の面）側において配線基板３の開口部３ａを覆うように配置され、配線基板３の上面に対して固定されている。配線基板３における開口部３ａの周囲の上面と透光性板４との間には、表面実装部品５が配置され、表面実装部品５がスペーサとしての役割を担っている。本実施の形態では、配線基板３における開口部３ａの周囲の上面と透光性板４との間（表面実装部品５の付近を含む）には、接着剤８が形成されている。これにより、透光性板４が配線基板３の上面に対して固定されている。接着剤８は、配線基板３における開口部３ａの全周に渡って設けられ、撮像領域２ａと透光性板４との間の空間の気密性が保たれるように、透光性板４と配線基板３との間が封止されている。

透光性板４の材料としては、例えば、α線対策のガラス（α線の放出量を十分に低減したガラス）や、光学ローパスフィルタである水晶などを使用することができる。

図３は、表面実装部品５の一例を示す概略斜視図である。本例では、表面実装部品５は、直方体状に構成され、一方側において５面に渡って形成された電極５ａと、他方側において５面に渡って形成された電極５ｂとを有している。表面実装部品５の具体例として、例えば、チップ型コンデンサ、チップ型インダクタ、チップ型抵抗などを挙げることができる。なお、表面実装部品５としては、２つの電極を両側に有する部品のみならず、例えば、３つの電極を有する３端子貫通型コンデンサなどでもよい。

図面には示していないが、表面実装部品５の各電極は、半田等により配線基板３の配線等に電気的に接続されている。

例えば、表面実装部品５としてコンデンサを用い、配線のノイズ低減のために、このコンデンサをバイパスコンデンサとして用いてもよい。この場合、表面実装部品５としてのコンデンサを、ノイズ発生源となる半導体チップ２の端子（電極パッド２ｂ）近傍の電源ラインと接地ラインをバイパスするように配置する。これにより、ノイズ発生源となる電流を端子近傍に閉じ込めることによって、周辺の端子へのノイズの拡大を抑制することができる。この場合、表面実装部品５としてのバイパスコンデンサは、半導体チップ２に近接した位置へ配置することが好ましく、具体的には、配線基板３の外部引き出し配線上において、半導体チップ２の出力端子から５ｍｍ以内の位置に配置することが好ましく、半導体チップ２の出力端子から１ｍｍ以内の位置に配置することがより好ましい。

以上の理由より、バイパスコンデンサは、表面実装部品５の好適な利用例である。勿論、ノイズ低減のためにコンデンサ以外にインダクタや抵抗を組み合わせてもよく、表面実装部品５として、インダクタや抵抗を用いてもよい。また、表面実装部品５として、３端子貫通型のバイパスコンデンサを使用して、高周波でも低損失で低ノイズとなるようにしてもよい。

ところで、撮像領域２ａの表面と透光性板４との間の距離が狭いと、透光性板４の異物やキズが撮像領域２ａの表面に高コントラストで投影されて、撮像画像に写ってしまい、透光性板４上の異物やキズの影響が大きくなってしまう。このため、許容される異物やキズの規格がシビアのものとなってしまう結果、当該固体撮像装置の歩留りが低下して、コストアップを免れない。

これに対し、本実施の形態によれば、配線基板３と透光性板４との間に表面実装部品５が配置され、表面実装部品５がスペーサとして機能するため、透光性板４と半導体チップ２の撮像領域２ａとの間の距離を大きくすることができる。したがって、透光性板４上の異物やキズ等の撮像性能に対する影響を低減することができ、許容される透光性板４上のゴミ等の異物やキズの規格が緩和され、透光性板４や固体撮像装置１の歩留りが向上して、コスト低減を図ることができる。 また、本実施の形態によれば、表面実装部品５がスペーサとして機能するため、配線基板３と透光性板４との間に特別なスペーサ部材を配置させる必要がないため、部品点数を減らすことができ、この点からもコスト低減を図ることができる。

さらに、本実施の形態によれば、配線基板３に電気的に接続された表面実装部品５が、配線基板３と透光性板４との間に配置されているので、配線基板３と透光性板４との間のスペースが表面実装部品５の配置スペースとして有効に活用される。したがって、本実施の形態によれば、表面実装部品５を配線基板３上の他所に配置する場合に比べて、配線基板３の面積を狭めることができ、省スペース化を図ることができる。

本実施の形態では、配線基板３としてフレキシブル配線基板が用いられている。したがって、配線基板３が柔軟性を有しているので、半導体チップ２と配線基板３との間に熱膨張係数（線熱膨張係数）差があっても、環境温度変化によるバイメタル効果に起因する応力による半導体チップ２の撮像面（撮像領域２ａ）の反りが緩和される。また、本実施の形態では、同様に、配線基板３と透光性板４との間についても熱膨張係数差によって環境温度変化による応力が発生するが、表面実装部品５により配線基板３と透光性板４との間の間隔が広げられた状態で、表面実装部品５の存在しない箇所において配線基板３と透光性板４との間に設けられる接着剤８の厚さが、厚くなる。したがって、本実施の形態によれば、接着剤８による応力の緩和効果が高まるので、配線基板３の反りひいては半導体チップ２の撮像面（撮像領域２ａ）の反りが、緩和される。

もっとも、本発明は、配線基板３は、ガラスエポキシ基板やビルドアップ基板などのリジッド配線基板でもよい。その場合、リジッド配線基板の材料は、特に限定されず、ガラスエポキシ、アルミナなどのセラミック、ガラス等でもよい。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラ１００を模式的に示す概略断面図である。

本実施の形態による電子カメラ１００のボディ１０１内には、前記第１の実施の形態による固体撮像装置１が組み込まれている。本実施の形態による電子カメラ１００は、一眼レフレックス型の電子スチルカメラとして構成されているが、前記第１の実施の形態による固体撮像装置１は、他の電子スチルカメラやビデオカメラや携帯電話機に搭載されたカメラ等の種々の電子カメラに組み込んでもよい。

本実施の形態による電子カメラ１００では、ボディ１０１には交換式の撮影レンズ１０２が装着されている。撮影レンズ１０２を通過した被写体光はクイックリターンミラー１０３で上方に反射されてスクリーン１０４上に結像する。スクリーン１０４に結像した被写体像はペンタダハプリズム１０５から接眼レンズ１０６を通してファインダ観察窓１０７から観察される。クイックリターンミラー１０３は図示しないレリーズ釦が全押しされると上方に跳ね上がり、撮影レンズ１０２からの被写体像が前述した固体撮像装置１に入射する。

固体撮像装置１が、ブラケット（図示せず）及び位置調整機構（図示せず）等を介してボディ１０１に取り付けられることで、固体撮像装置１がボディ１０１内に位置決めして固定されている。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態による固体撮像装置１が用いられているので、コスト低減、高画質化及び小型化を図ることができる。

［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置２１を模式的に示す一部概略平面図であり、図１に対応している。図６は、図５中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であり、図２に対応している。図５及び図６では、一部の配線等３ｃ〜３ｋも記載している。図５及び図６において、図１及び図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と基本的に異なる所は、透光性板４の図６中の下面に導電層４ａが形成され、透光性板４が配線基板となっている点である。

具体的には、本実施の形態においても、表面実装部品５は、図３に示すようなコンデンサであって、バイパスコンデンサとして用いられている。しかし、本実施の形態では、一部の表面実装部品５の一方側電極は、透光性板４の下面の導電層４ａを経由することなく、配線基板３のＧＮＤ配線（接地配線）と電気的に接続されているが、残りの表面実装部品５の一方側電極は、透光性板４の下面の導電層４ａを経由して、配線基板３のＧＮＤ配線と電気的に接続されている。透光性板４の下面の導電層４ａは、前記一部の表面実装部品５の前記一方側電極が配線基板３のＧＮＤ配線と電気的に接続されることにより、ＧＮＤ配線となっている。

すなわち、本実施の形態では、各表面実装部品５の一方側電極は、その上面が透光性板４の下面の導電層４ａに半田付けされることによって、導電層４ａに電気的に接続されている。配線基板３の上面のＧＮＤ配線（接地配線）３ｃが、配線基板３の貫通ビア３ｄ、下面のＧＮＤ配線３ｅ、貫通ビア３ｆ及び上面のＧＮＤ配線３ｇを介して、１つの表面実装部品５の一方側電極に電気的に接続されている。配線基板３の上面のＧＮＤ配線３ｇは、前記１つの表面実装部品５の前記一方側電極の下面に半田付けされている。同様に、配線基板３のＧＮＤ配線（図示せず）がいくつかの表面実装部品５の一方側電極に、電気的に接続されている。なお、配線基板３の下面のＧＮＤ配線３ｅは、バンプ６を介して、半導体チップ２の１つの電極パッド２ｂに電気的に接続されている。

各表面実装部品５の他方電極は、配線基板３の電源配線に電気的に接続されている。例えば、１つの表面実装部品５の他方電極は、配線基板３の上面の電源配線３ｈに半田付けされることによって、電源配線３ｈに電気的に接続されている。また、他の１つの表面実装部品５の他方電極は、配線基板３の上面の電源配線３ｉに半田付けされることによって、電源配線３ｉに電気的に接続されている。なお、配線基板３の上面の電源配線３ｉは、貫通ビア３ｊ、下面の電源配線３ｋ及びバンプ６を介して、半導体チップ２の他の１つの電極パッド２ｂに電気的に接続されている。

本実施の形態では、このような電気的接続によって、各表面実装部品５がバイパスコンデンサとして機能するようになっている。

なお、透光性板４上の導電層４ａは、表面実装部品５との半田付け領域のみ開口された保護膜でコートすることが好ましい。この場合、導電層４ａの耐熱性や耐湿性が向上し、信頼性が向上する。

そして、本実施の形態では、導電層４ａは、透光性板４における撮像領域２ａと対応する領域の周囲に枠状に、遮光材料で形成されている。導電層４ａの材料としては、例えば、銅メッキ配線や、Ａｇペーストのスクリーン印刷や、インクジェットプリントによる導電層などが挙げられる。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。本実施の形態による固体撮像装置２１は、前記第２の実施の形態による電子カメラ１００において、固体撮像装置１の代わりに用いることができる。

また、本実施の形態によれば、透光性板４に、表面実装部品５と電気的に接続された導電層４ａが形成されているので、配線引き回しの自由度が向上し、電気特性が向上する。例えば、本実施例ではＧＮＤ配線が強化され、電気的ノイズが低減して信号品質が向上し、画質が向上する。本発明では、例えば、透光性板４に貫通ビアを形成して透光性板４の両面に導電層を形成してもよく、この場合には、更に配線引き回しの自由度が向上する。

さらに、本実施の形態によれば、導電層４ａは、透光性板４における撮像領域２ａと対応する領域の周囲に枠状に遮光材料で形成され、遮光マスクとしても機能するので、半導体チップ２の撮像領域２ａ以外への迷光が遮光され、前記迷光に起因する電気的及び光学的ノイズが低減し、画質が向上する。もっとも、本発明では、導電層４ａは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの遮光性を有していない導電層でもよい。

本実施の形態では、前述したように、透光性板４に形成された導電層４ａがＧＮＤ配線となっているが、本発明では、導電層４ａの用途はＧＮＤ配線に限らないし、透光性板４に異なる機能を有する複数の配線を形成してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、本発明では、配線基板３と半導体チップ２との間に、表面実装部品５に代えて、他の電子部品を配置させてもよい。

１，２１ 固体撮像装置
２ 半導体チップ
２ａ 撮像領域
３ 配線基板
３ａ 開口部
４ 透光性板（透光性部材）
５ 表面実装部品（電子部品）

Claims (5)

1. 撮像領域を有する半導体チップと、
   少なくとも前記撮像領域と対応する領域に開口部を有し、前記半導体チップにおける前記撮像領域側の面に接合された配線基板と、
   前記開口部を覆うように配置され、前記配線基板の前記半導体チップとは反対側の面に対して固定された透光性部材と、
   前記配線基板と前記透光性部材との間に配置され、前記配線基板に電気的に接続された電子部品と、
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記電子部品が表面実装部品であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記透光性部材に、前記電子部品と電気的に接続された導電層が形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記導電層は、前記透光性部材における前記撮像領域と対応する領域の周囲に枠状に、遮光材料で形成されたことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置を備えたことを特徴とする電子カメラ。

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