(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に接着剤により固定された第一素子と、該第一素子上に接着剤によって固定された第二素子と、該第一素子及び第二素子の周辺部における基板上に配置された周辺回路部と、該第一素子及び第二素子と該周辺回路部とを密閉状態にスタックド実装により収納する中空の収納部材とを備え、該第一素子及び第二素子のそれぞれの周縁部に、各素子に内蔵された回路素子に導通する複数の端子部が形成されたボンディング領域が形成されており、該周辺回路部と、該第一素子及び第二素子のボンディング領域に設けられた端子部とがワイヤによって接続された固体撮像装置であって、
基板上に配置された該第一素子と該第二素子との間には、該第一素子のボンディング領域に形成された端子部にワイヤを接続するために要する空間を形成する中間スペーサが配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第二素子は、前記中間スペーサよりも大きく、前記ボンディング領域上に重なりが生じる程度の大きさに形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記中間スペーサは、シリコン、石英基板、ソーダガラス、樹脂のいずれかによって形成されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第一素子は信号処理素子であり、前記第二素子は撮像素子である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサーまたはＣＣＤである、請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記基板と前記第一素子とがダイボンドペーストによって接着され、前記第一素子と前記中間スペーサがダイボンドペーストまたはダイボンドシートによって接着され、前記中間スペーサと前記第二素子とが、無銀ペーストまたはダイボンドシートによって接着されている、請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子と信号処理素子とを順次積層状態に配置した構造を有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来の固体撮像装置を示す断面図である。
【０００３】
この固体撮像装置１は、セラミックまたは樹脂により形成されたフレキシブル基板等の平板状の基板２を有している。この基板２の略中央部には、パッケージングにより平板状に形成された信号処理素子３が載置され、信号処理素子３の基板２に接する裏面に接着剤が塗布されて基板２の表面に固定されている。信号処理素子３の上面には、ガラス封止により平板状に形成された撮像素子４が載置され、撮像素子４の信号処理素子３に接する裏面に接着剤が塗布されて信号処理素子３の表面上に固定されている。
【０００４】
信号処理素子３及び撮像素子４が配置された基板２上には、下面が開放された中空のケース本体５が載置されて、信号処理素子３及び撮像素子４の側面及び上面を覆っている。このケース本体５は、その下端面が接着剤によって基板２の周縁部に固定されている。ケース本体５の上面には、信号処理素子３及び撮像素子４が設けられた基板２の略中央部分に対向して、開口５ａが形成されており、この開口５ａの周縁には、上部に所定の高さに突出するフランジ５ｂが設けられている。また、ケース本体５の上面に形成された開口５ａには、この開口５ａを閉塞する平板状のフィルター６によって閉塞されており、信号処理素子３及び撮像素子４が配置されたケース本体２の内部を密閉状態にしている。上部に突出するフランジ５ｂの上端部には、このフランジ５ｂの上端部を覆うレンズ保持具７が設けられており、このレンズ保持具７の略中央部に、ケース本体５内に配置された撮像素子４に光を集光するレンズ８が保持されている。また、ケース本体５内の信号処理素子４等が配置された中央部分に隣接する周辺部分には、制御装置等の周辺回路９が配置されている。
【０００５】
この固体撮像装置１は、基板２上に順番に設けられた信号処理素子３及び撮像素子４に内蔵されるそれぞれの内蔵回路素子と、ケース本体５内の周辺部に設けられた周辺回路９とをワイヤーＷで接続するワイヤー方式のスタックド構造を有しており、信号処理素子３及び撮像素子４のそれぞれの側周部は、周辺回路９に接続されたワイヤＷを接続するためのワイヤボンド領域３ａ及び４ａとなっている。このワイヤボンド領域３ａ及び４ａには、図示しない複数のパッドが設けられており、各パッドにワイヤＷが接着されて、周辺回路９と導通するようになっている。
【０００６】
また、図３には、米国特許５２９１０６１号において開示されたデバイス構造１０を説明する断面図が示されている。
【０００７】
このデバイス１０は、複数の素子１１が基板１２上に多層に積層して配置された構造を有しており、各素子１１間には、それぞれの素子１１を両面接着して固定する接着層１３がそれぞれ介在されている。
【０００８】
基板１２上に多層に積層された各素子１１の周縁部分は、ワイヤボンド領域１１ａとされ、このワイヤボンド領域１１ａには、各素子１１に内蔵された回路素子に接続された複数のボンディングパッド（図示せず）が周縁に沿って所定間隔毎に配列されている。
【０００９】
各素子１１が多層に積層された基板１２に隣接して、図示しない外部に設けられた回路部に接続された外部接続端子１４が設けられており、この外部接続端子１４と、基板１２上に多層に形成された各素子１１とは、一端が外部接続端子１４に接続されたワイヤＷの他端を各素子１１のワイヤボンド領域１１ａに形成されたボンディングパッドに接続することにより電気的に接続されている。
【００１０】
基板１２上に多層に積層された各素子１１の間には、各素子１１を接着する接着層１３が設けられており、各素子１１間の周辺部には、接着層１３の厚みによって所定の空間が形成されている。各素子１１のボンディング領域１１ａに形成された各ボンディングパッドとワイヤＷの他端との電気的接続は、各素子１１間に形成された空間を利用して、極めて小さなループを形成するワイヤを使用したワイヤボンドによって行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示す従来の固体撮像装置１では、信号処理素子３及び撮像素子４のそれぞれの周縁部に、ワイヤＷを接続するためのボンディング領域３ａ及び４ａを形成しており、下層に設けられた信号処理素子３は、ボンディング領域３ａを形成するための面積を確保するために、上層の撮像素子４より大きな面積に形成する必要がある。
【００１２】
このため、下層に設けられた信号処理素子３の面積は、上層の撮像素子４の面積によって規定され、下層の信号処理素子３の面積が不必要に大きく構成され、信号処理素子３が大型化するおそれがある。信号処理素子３が大型化すると、信号処理素子３に対するコストが上昇し、また、固体撮像装置１自体が大型化するという問題がある。
【００１３】
特に、上層の撮像素子４がＣＭＯＳイメージセンサーもしくはＣＣＤ等である場合には、撮像素子４が通常のメモリー、マイコン素子等である場合とは異なり、積層順序を変更して、撮像素子４の上に信号処理素子３を積層する構成とすることができない。このため、撮像素子４の大型化に伴って信号処理素子３が大型化するという問題を積層順序を変更することによって解消することができない。
【００１４】
これに対して、図３に示すように、各素子１１を多層に積層した構造を有するデバイス１０では、各素子１１間に介在される接着層１３によって形成される空間を利用して、各素子１１の周縁部に形成されたダイボンド領域１１ａにワイヤＷを接続しているため、このデバイス１０の構造を図２に示す固体撮像装置１に適用すれば、下層の信号処理素子３の面積を上層の撮像素子４の面積よりも大きくとる必要がなく、デバイスが大型化することを解消できる。
【００１５】
しかし、このデバイス構造１０では、各素子１１間に介在される接着層１３が、押圧により変形して、延伸するおそれがあり、このため、各素子１１にワイヤＷを接着する際に、各素子１１に傾きが発生するおそれがある。この場合には、図２に示すケース本体５のフランジ５ｂの上端に設けられたレンズ保持具７によって保持されたレンズ８と、撮像素子４との間の距離にバラツキが生じるおそれがある。
【００１６】
このように撮像素子に傾きが生じ、また、レンズ８と撮像素子４との間の距離にバラツキが生じた場合、撮像素子４に受光される光の感度が低下するおそれがある。
【００１７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、大型化を防止することができ、且つ、ワイヤボンディングにより素子の傾き、距離バラツキが生じない固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、基板上に接着剤により固定された第一素子と、該第一素子上に接着剤によって固定された第二素子と、該第一素子及び第二素子の周辺部における基板上に配置された周辺回路部と、該第一素子及び第二素子と該周辺回路部とを密閉状態にスタックド実装により収納する中空の収納部材とを備え、該第一素子及び第二素子のそれぞれの周縁部に、各素子に内蔵された回路素子に導通する複数の端子部が形成されたボンディング領域が形成されており、該周辺回路部と、該第一素子及び第二素子のボンディング領域に設けられた端子部とがワイヤによって接続された固体撮像装置であって、基板上に配置された該第一素子と該第二素子との間には、該第一素子のボンディング領域に形成された端子部にワイヤを接続するために要する空間を形成する中間スペーサが配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
上記本発明の固体撮像装置は、前記第二素子は、前記中間スペーサよりも大きく、前記ボンディング領域上に重なりが生じる程度の大きさに形成されていてもよい。
【００２０】
前記中間スペーサは、シリコン、石英基板、ソーダガラス、樹脂のいずれかによって形成されていることが好ましい。
【００２１】
前記基板と前記第一素子とがダイボンドペーストによって接着され、前記第一素子と前記中間スペーサがダイボンドペーストまたはダイボンドシートによって接着され、前記中間スペーサと前記第二素子とが、無銀ペーストまたはダイボンドシートによって接着されていることが好ましい。
【００２２】
上記本発明の固体撮像装置において、前記撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサーまたはＣＣＤであることが好ましい。
【００２３】
上記本発明の固体撮像装置において、前記基板と前記第一素子、該第一素子と前記中間スペーサ、及び該中間スペーサと該第二素子は、ダイボンドシートまたは無銀ペーストによってそれぞれ接着されていることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の固体撮像装置を示す断面図である。
【００２５】
この固体撮像装置２０は、セラミックまたは樹脂により形成されたフレキシブル基板等の平板状の基板２を有している。この基板２の略中央部には、パッケージングにより平板状に形成された信号処理素子（第一素子）３が載置され、ダイボンドペーストを用いた接着により基板２の表面に固定されている。
【００２６】
この信号処理素子３の上には、平板状の中間スペーサ２１が配置されている。この中間スペーサ２１は、信号処理素子３よりも若干小さく構成された平板状に形成され、例えば、シリコン板、透明または不透明の石英基板、ソーダガラス基板、樹脂加工板等を用いて構成されている。この中間スペーサ２１は、信号処理素子３に対向する裏面側が信号処理素子３上にダイボンドシートを用いた接着により固定されている。
【００２７】
中間スペーサ２１の上面には、ガラス封止により平板状に形成された撮像素子（第二素子）４が載置される。この撮像素子４は、中間スペーサよりも大きい平板状に形成されており、中間スペーサ２１に対向する裏面側が中間スペーサ２１の表面上に固定されている。本発明の固体撮像装置には、撮像素子４として、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤ等の所要のサイズに形成される素子が備えられる。
【００２８】
このように、基板２上に固定された信号処理素子３と撮像素子４との間には、中間スペーサ２１が介在して設けられており、信号処理素子３と撮像素子４との間には、中間スペーサ２１が有する厚みによって所定の空間が形成されている。
【００２９】
この中間スペーサ２１は、中間スペーサ２１と信号処理素子３及び撮像素子４のそれぞれの間に銀ペーストを介在させて１００〜１５０℃に加熱するか、または、中間スペーサ２１と各素子それぞれの間にポリイミド樹脂を介在させて１３０〜１９０℃に加熱することにより、信号処理素子３及び撮像素子４にそれぞれ接着される。
【００３０】
中間スペーサ２１としては、０．０３ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度の厚さに形成されたものが用いられ、信号処理素子３と撮像素子４との間の空間は、中間スペーサ２１の厚み及び銀ペースト等の接着層の厚みを合わせて０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度となっている。
【００３１】
信号処理素子３及び撮像素子４が配置された基板２上には、下面が開放された中空のケース本体５が載置され、信号処理素子３及び撮像素子４の側面及び上面を覆っている。このケース本体５は、その下端面が接着剤によって基板２の周縁部に固定されている。ケース本体５の上面には、信号処理素子３及び撮像素子４が設けられた基板２の略中央部分に対向して開口５ａが形成されており、この開口５ａの周縁には、上部に所定高さに突出するフランジ５ｂが設けられている。
【００３２】
また、ケース本体２の上面に形成された開口５ａには、この開口５ａを閉塞する平板状のフィルター６によって閉塞されており、信号処理素子３及び撮像素子４が配置されたケース本体５の内部を密閉状態に封止している。ケース本体５の開口５ａから上部に突出するフランジ５ｂの上端部には、このフランジ５ｂの上端部を覆うレンズ保持具７が設けられており、このレンズ保持具７の略中央部に、ケース本体５内に配置された撮像素子４に光を集光するレンズ８が保持されている。また、ケース本体５内の信号処理素子３等が配置された中央部分に隣接する周辺部分には、制御装置等の周辺回路６が配置されている。
【００３３】
この固体撮像装置２０は、基板２上に順番に設けられた信号処理素子３及び撮像素子４に内蔵されるそれぞれの内蔵回路素子と、ケース本体５内の周辺部に設けられた周辺回路９とをワイヤーＷで接続するワイヤー方式のスタックド構造を有しており、信号処理素子３及び撮像素子４のそれぞれの周縁部は、周辺回路９に接続されたワイヤＷを接続するためのワイヤボンド領域（ボンディング領域）３ａ及び４ａとなっている。信号処理素子３及び撮像素子４の各素子に形成されたワイヤボンド領域３ａ及び４ａには、図示しない複数のパッド（端子部）が設けられており、各パッドにワイヤＷが接続されて、周辺回路９と導通するようになっている。
【００３４】
上記構成を有する本発明の固体撮像装置２０は、次の工程を順次行うことによって製造される。まず、ダイボンドペーストによって基板２上に信号処理素子３を固定する工程を行う。続いて、この信号処理素子３上に、前述の銀ペースト等のダイボンドペーストを用いて中間スペーサ２１を固定し、その後、信号処理素子３のワイヤボンド領域３ａに形成された各パッドに周辺回路９に接続されたワイヤＷをワイヤボンドにより接続する工程を行う。次に、中間スペーサ２１上に、無銀低温ダイボンドペーストを塗布して熱硬化することにより、撮像素子４を固定し、その後、撮像素子４のワイヤボンド領域４ａに形成された各パッドに周辺回路９に接続されたワイヤＷをワイヤボンドにより接続する工程を行う。次に、フィルタ６及びレンズ８が保持されたレンズ保持具７を装着したケース本体５の下端部を基板２上に搭載し、ケース本体５内を封止して密閉状態にする工程を行う。
【００３５】
本発明の固体撮像装置２０では、信号処理素子３と撮像素子４との間に形成された空間が、前述したように、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとなっており、このような間隔に形成された空間を利用して、ループの高さが１００μｍ以下となる超低ループのワイヤを用いてワイヤボンディングすることによって、信号処理素子３及び撮像素子４の各ワイヤボンド領域３ａ及び４ａのパッドに、ワイヤＷが接続されて、撮像素子４及び信号処理素子３と周辺回路部９とが電気的に接続される。
【００３６】
しかも、信号処理素子３及び撮像素子４の間に中間スペーサ２１を介在させた構造を有しているので、ワイヤボンドを行う際に押圧力が加わっても撮像素子４及び信号処理素子３に傾きが生じることを抑制することができ、特に、撮像素子４に傾きが生じることを抑制することにより、撮像素子４の受光部面のレンズ８に対する傾きが生じることを抑制することができ、したがって、レンズ８と撮像素子４との間の距離のバラツキが生じることを抑制することができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置は、上下に順次積層された設けられる各素子の組合せに柔軟性をもたせることができ、しかも、各素子を組合わせて配置する際に生じる素子の高さのばらつき、素子の傾きを抑制することができるので、小型化且つ高精度化を共に図ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置は、第一素子（固体撮像素子）と第二素子（撮像素子）との間に、中間スペーサを配置しており、この中間スペーサが有する厚みによって、第一素子のボンディング領域に形成された端子部上にワイヤを接続するための空間を形成することができる。また、この場合、ワイヤの接続を行う際に押圧力が加わっても第一素子及び第二素子に傾きが生じることを抑制することができるので、上下に順次積層させて設けられる各素子の組合せに柔軟性をもたせることができ、しかも、各素子を組合わせて配置する際に生じる素子の高さのばらつき、素子の傾きを抑制することができるので、小型化且つ高精度化を共に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を示す断面図である。
【図２】従来の固体撮像装置を示す断面図である。
【図３】従来のデバイス構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２  基板
３  信号処理素子
４  撮像素子
５  ケース本体
６  フィルター
７  レンズ保持具
８  レンズ
９  周辺回路
２０  固体撮像装置
２１  中間スペーサ
【図１】
0003674777.tif 000002
【図２】
0003674777.tif 000003
【図３】
0003674777.tif 000004