JP4156154B2

JP4156154B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP4156154B2
Application number: JP33554799A
Authority: JP
Inventors: 隆二近藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: JP2001156278A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device ）等の固体撮像素子をプラスチック又はセラミックス等の容器（パッケージ）内に収納して形成された固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の固体撮像装置を示す上面図、図１１（ａ）は図１０のＤ−Ｄ線による断面図、図１１（ｂ）は図１０のＥ−Ｅ線による断面図である。
固体撮像素子３１はシリコン半導体により形成されており、その一方の面には複数の受光部がマトリクス状に配置されている。以下、固体撮像素子３１の受光部が配置されている部分を受光エリアという。
【０００３】
固体撮像素子３１の厚さは、一般的に約２５０μｍ程度である。この固体撮像素子３１は、プラスチック又はセラミックス等により形成されたパッケージ３２の凹部３３内に収納されている。パッケージ３２の上部には透明カバーガラス３４が取り付けられており、パッケージ３２の内部空間の気密性が確保されるようになっている。但し、光は、カバーガラス３４を通して固体撮像素子３１の受光エリアに到達することができる。
【０００４】
パッケージ３２の下側には複数本の金属製リード３５が突き出しており、パッケージ３２の内側にはこれらのリード３５とそれぞれ電気的に接続された電極３６が形成されている。固体撮像素子３１は、これらの電極３６とボンディングワイヤ３７により電気的に接続されている。
図１２は、上記の固体撮像装置を使用したデジタルカメラの模式図である。映像は、撮像レンズ４１及び絞り４５を介して固体撮像素子３１の受光エリアに投影されて電気信号に変換される。この場合、受光エリアの中央部と縁部とでは撮像レンズ４１までの距離が異なるため、映像の歪みが生じる。これを収差という。従来、デジタルカメラに使用される固体撮像素子では、収差の影響を小さくするために、マイクロレンズの位置をずらす、いわゆるレンズずらしといわれる手法が採られる。
【０００５】
図１３はレンズずらしを説明する模式図である。この図１３に示すように、固体撮像素子の受光エリアには、各受光部４３に対応してそれぞれマイクロレンズ４２といわれる微小なレンズが形成されている。固体撮像素子の中央部では受光部４３のすぐ上にマイクロレンズ４２を配置するが、縁部ではマイクロレンズ４２の中心を受光部４３の中心からずらすことにより、収差の影響を少なくしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレンズずらしによる収差低減方法は、以下に示す問題点がある。
（１）撮像レンズに応じてマイクロレンズのずれ量を調整する必要がある。このため、マイクロレンズ形成用フォトマスクの種類が多くなり、製造コスト上昇の原因となる。
【０００７】
（２）撮像レンズを変更するたびに固体撮像素子を作り直す必要がある。
（３）レンズずらしによる撮像レンズ収差の補正は不完全である。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、レンズずらしによらず簡単に収差を補正することができ、製造コストを低減することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、円筒状又は球面状の曲面を有する凹部が設けられたパッケージと、湾曲した状態で前記パッケージ内に収納された固体撮像素子とを有し、前記パッケージには、前記凹部の部分に前記固体撮像素子を吸着するための孔が設けられていることを特徴とする固体撮像装置により解決する。
本発明においては、固体撮像素子が円筒状又は球面状に湾曲した状態でパッケージ内に収納されている。このため、固体撮像素子の各受光部から撮像レンズまでの距離が均一化され、収差を低減することができる。また、各受光部の中心軸が撮像レンズの方向に傾くため、レンズずらしの手法を採る必要がない。このため、マイクロレンズ形成用フォトマスクの設計が容易であり、製造コストを低減することができる。
【０００９】
固体撮像素子を円筒状又は球面状に湾曲させるためには、例えばパッケージに円筒状又は球面状の底面を有する凹部を設け、その凹部の底面に沿って固体撮像素子を湾曲させればよい。また、パッケージの凹部の縁部に段差部（小さな突起）を設けその段差部に固体撮像素子の縁部を接合して、固体撮像素子を湾曲させるようにしてもよい。固体撮像素子を湾曲させるためには、固体撮像素子を例えば３０μｍ以下の厚さとし、可撓性を付与することが必要である。固体撮像素子を３０μｍ以下の厚さにする方法としては、例えば化学的機械研磨がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の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の実施の形態の固体撮像装置を示す上面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面図である。
【００１１】
固体撮像素子１１は複数の受光部がマトリクス状に配列されてなる受光エリアを有している。この固体撮像素子１１は、従来の固体撮像素子の厚さが２５０μｍ程度であるのに対し約３０μｍと薄いことを除けば、基本的に従来の固体撮像素子と同様の構造を有している。固体撮像素子の構造の一例としては、例えば本願出願人による特開平１０−１３６３９１号公報等に記載されている。但し、本発明においては、上記公報に記載の固体撮像素子の構造に限定されるものではない。
【００１２】
パッケージ１２はプラスチックにより形成されており、図２（ａ），（ｂ）に示すように、固体撮像素子１１を収納するための凹部１３が設けられている。凹部１３の底面は、この図２（ａ），（ｂ）に示すように円筒状に湾曲している。固体撮像素子１１は、この円筒状の底面に沿って湾曲した状態でパッケージ１２内に収納されている。固体撮像素子１１の受光エリアが長方形の場合、受光エリアの長辺側が湾曲するように配置される。
【００１３】
パッケージ１２の上には透明カバーガラス１４が取り付けられており、パッケージ１２の内部空間の気密性が確保されるようになっている。また、パッケージ１２の下側には複数本の金属製リード１５が突き出しており、パッケージ１２の内側にはこれらのリード１５と電気的に接続された電極１６が設けられている。固体撮像素子１１は、ボンディングワイヤ１７によりパッケージ１２内の電極１６と電気的に接続されている。また、パッケージ１２の底部中央には、直径が１ｍｍ程度の吸引孔１６が設けられている。
【００１４】
以下、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。
まず、公知技術を使用し、従来と同様の方法により、半導体ウエハに複数の固体撮像素子を形成する。
その後、ウエハの裏面側を化学的機械研磨し、ウエハの厚さを約３０μｍとしてウエハに可撓性を付与する。化学的機械研磨装置としては、例えば東京精密社製の「ケミカルメカニカルグラインダー」を使用することができる。このような装置を使用することにより、細かい傷に起因するウエハ（又はチップ）の破損を防止しつつ、ウエハを約３０μｍの厚さにまで研磨することができる。なお、ウエハの研磨方法は特に限定されるものではないが、ウエハを破損することなく可撓性を有する厚さまで研磨できることが必要である。
【００１５】
次いで、裏面研磨後のウエハを切断し、各チップ（固体撮像素子１１）を相互に分離する。
一方、パッケージ１２を用意する。パッケージ１２は、例えばプラスチックの金型成形により形成する。この場合、図２に示すように、パッケージ１２には凹部１３と孔１８とを設けておく。凹部１３の底面の曲率は固体半導体素子１１の受光エリアの大きさや撮像レンズまでの距離に応じて設定する。例えば、固体撮像素子１１の受光エリアの大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍであり、固体撮像素子１１と撮像レンズとの距離が５ｃｍであるとすると、受光エリアの中央部と端部との高さの差ａが約１００μｍとなるように曲率を設定する。また、この例では孔１８の直径を１ｍｍとしているが、これに限定するものではなく、後述するように孔１８を介して固体撮像素子１１を吸引できる大きさであればよい。
【００１６】
次に、固体撮像素子１１の裏面側又は凹部１３の底面に接着剤を塗布し、孔１８を吸引装置（排気装置）に接続して、固体半導体素子１１を凹部１３の底面に吸引し、固体半導体素子１１をパッケージ１２に接合する。その後、ワイヤボンディング装置を使用し、固体半導体素子１１の電極とパッケージ１２内の電極１６とをワイヤ１７で電気的に接続する。次いで、パッケージ１２の上部にカバーガラス１４を取り付け、固体半導体素子１１を密封する。これにより、固体撮像素子の製造が完了する。
【００１７】
なお、固体半導体素子１１をパッケージ１２に接合した後、孔１８を樹脂等で塞いでもよい。
本実施の形態においては、固体撮像素子１１を化学的機械研磨により極めて薄く研磨し、それによって固体撮像素子１１に可撓性を付与する。そして、この可撓性を付与した固体撮像素子１１を円筒状の曲面に沿って配置するので、図３に示すように、撮像レンズ２１から固体撮像素子の各受光部２３までの距離が均一化される。これにより、収差の影響を低減することができ、歪の少ない画像を得ることができる。
【００１８】
なお、図３において、２２はマイクロレンズを示す。本実施の形態においては、固体撮像素子１１を湾曲させて配置するので、マイクロレンズ２２はその中心軸を各受光部２３の中心軸にあわせて形成すればよい。すなわち、本実施の形態では、上記の方法により収差を低減することができるので、レンズずらしの手法を採用する必要がない。このため、マイクロレンズを形成するためのフォトマスクの設計が容易であり、製造コストを低減することができる。
【００１９】
また、本実施の形態においては、パッケージ１２の凹部底面の曲率を変更するだけで、撮像レンズの変更に対応することができる。
（第１の実施の形態の変形例）
図４は第１の実施の形態の変形例を示す図である。なお、図４（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面図、図４（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面図である。図４において、図１，２と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００２０】
この例では、パッケージ１２の凹部１３の底面を球面状に湾曲させている。従って、固体撮像素子１１は、球面に沿って湾曲して配置される。
このように固体撮像素子１１を球面に沿って湾曲させて配置することにより、映像の水平方向の収差だけでなく、垂直方向の収差を低減することができる。
（第２の実施の形態）
図５（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。本実施の形態の固体撮像装置の上面図は図１に示す第１の実施の形態の上面図と同様であるので、ここでは図１も参照して説明する。また、図５（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面を示し、図５（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面を示している。図５（ａ），（ｂ）において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００２１】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様にパッケージ１２の凹部１３の底面が円筒状又は球面状に湾曲しているが、パッケージ１２には孔が設けられていない。固体撮像素子１１は約３０μｍの厚さに形成されており、凹部１３の曲面に沿って湾曲した状態でパッケージ１２に固定されている。なお、図５（ｂ）では凹部１３の底面が球面状の場合を示しているが、凹部１３の底面が円筒状の場合は、孔１８がないことを除けば、図２（ｂ）に示す断面と同様の断面となる。
【００２２】
本実施の形態の固体撮像装置は、第１の実施の形態で説明した方法により固体撮像素子１１を形成した後、図６に示すように固体撮像素子１１の上側から圧縮空気を吹き付けて、固体撮像素子１１を凹部１３の曲面に沿った形状に湾曲させてパッケージ１２と接合する。そして、固体撮像素子１１の電極とパッケージ１２の電極とをボンディングワイヤ１７で電気的に接続した後、パッケージ１２にカバーガラス１４を取り付けて、パッケージ１２内の空間を封止する。
【００２３】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
（第３の実施の形態）
図７（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。本実施の形態の固体撮像装置の上面図は図１に示す第１の実施の形態の上面図と同様であるので、ここでは図１も参照して説明する。また、図７（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面を示し、図７（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面を示している。図７（ａ），（ｂ）において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００２４】
本実施の形態においては、パッケージ１２の凹部１３の縁部に段差部（突起）１３ａが形成されている。この段差部１３ａには傾斜面が設けられており、この傾斜面に固体撮像素子１１の縁部が接合され、固体撮像素子１１が円筒状又は球面状に湾曲して、パッケージ１２に接合されている。
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、パッケージ１２に設けられた孔１８から固体撮像素子１１を吸引して、固体撮像素子１１を円筒状又は球面に沿った形状に湾曲させて、パッケージ１２に接合する。
【００２５】
本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、パッケージ１２内に曲面を形成する必要がないので、パッケージ１２の製造が容易であるという利点がある。
（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態の固体撮像装置の上面図、図９は図８のＣ−Ｃ線による断面図である。なお、図８，図９において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００２６】
本実施の形態においては、パッケージ１２内の四隅に段差部１３ｂが設けられており、固体撮像素子１１はその四隅の部分が段差部１３ｂに接合されて、パッケージ１２内に球面状（又は，円筒状）に湾曲した状態で固定されている。１８は吸引孔であり、第１の実施の形態と同様に、固体撮像素子１１をパッケージ１２内に固定するときに、孔１８から固体撮像素子１１を吸引することにより、球面状に湾曲させる。
【００２７】
本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、パッケージ１２内に曲面を形成する必要がないので、パッケージ１２の製造が容易であるという利点がある。
なお、上記の実施の形態ではいずれもパッケージ１２がプラスチックにより形成されている場合について説明したが、これによりパッケージ１２の材質が限定されるものではなく、パッケージ１２は例えばセラミックスにより形成されていてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子を円筒状又は球面状に湾曲した状態でパッケージ内に収納しているので、撮像レンズから各受光部までの距離が均一化される。これにより、収差の影響が少ない高品質の映像を得ることができる。また、レンズずらしの手法を使用しなくても収差を低減できるので、マイクロレンズを形成するためのフォトマスクの設計が容易であり、製造コストを低減できるという効果もある。更に、固体半導体素子の曲率を変更するだけで、撮像レンズの変更に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置を示す上面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図３】図３は第１の実施の形態の効果を示す模式図である。
【図４】図４は第１の実施の形態の変形例を示す断面図であり、図４（ａ）は図１のＡ−Ａ線による断面、図４（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線による断面を示す。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。
【図６】図６は第２の実施の形態における固体撮像素子とパッケージとの密着方法を示す模式図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。
【図８】図８は本発明の第４の実施の形態の固体撮像装置の上面図である。
【図９】図９は図８のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図１０】図１０は従来の固体撮像装置を示す上面図である。
【図１１】図１１（ａ）は図１０のＤ−Ｄ線による断面図、図１１（ｂ）は図１０のＥ−Ｅ線による断面図である。
【図１２】図１２は、従来の固体撮像装置を使用したデジタルカメラの模式図である。
【図１３】図１３はレンズずらしを説明する模式図である。
【符号の説明】
１１，３１固体撮像素子、
１２，３２パッケージ、
１３，３３凹部、
１３ａ，１３ｂ段差部、
１４，３４カバーガラス、
１５，３５リード、
１６，３６電極、
１７，３７ボンディングワイヤ、
１８孔、
２１，４１撮像レンズ、
２２，４２マイクロレンズ、
２３，４３受光部。

Claims

円筒状又は球面状の曲面を有する凹部が設けられたパッケージと、
湾曲した状態で前記パッケージ内に収納された固体撮像素子とを有し、
前記パッケージには、前記凹部の部分に前記固体撮像素子を吸着するための孔が設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
前記パッケージは、前記固体撮像素子を収納する前記凹部と、前記凹部の縁部に設けられた段差部とを有し、前記固体撮像素子の縁部又は四隅の部分は前記段差部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。