(57)【要約】【課題】撮像領域を有する半導体チップの線膨張係数と前記半導体チップにバンプを介して接合された配線基板の線膨張係数との差に起因するバイメタル効果により生ずる応力による信頼性の低下及び撮像性能の低下を低減する。【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、半導体チップ２に、弾性を有するバンプ５を介して接合された配線基板３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域を有する半導体チップと、
前記半導体チップに、弾性を有するバンプを介して接合された配線基板と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体チップと前記配線基板との間が、前記接着剤を囲むように配置され弾性を有する接着剤によっても、接合されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記接着剤のヤング率は、１．０Ｇｐａ以下であることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記配線基板は、前記撮像領域と対向する領域を含む領域に開口部を有し、
前記配線基板は、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、
前記配線基板の前記半導体チップとは反対側の面に、前記開口部を塞ぐように接着された透光性部材を備えた、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記配線基板は透光性を有し、
前記配線基板は、前記撮像領域を覆うように前記半導体チップに接合された、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記配線基板に搭載され前記半導体チップと電気的に接続される別の半導体チップを、備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記別の半導体チップは、弾性を有するバンプを介して前記配線基板と接合されたことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記弾性を有するバンプは、フッ素系共重合ポリマーとカーボンナノチューブとの複合材料で構成されるか、あるいは、導電性ゴム材料で構成されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来のパッケージレスの固体撮像装置は、例えば、撮像領域を有するシリコンチップと、前記シリコンチップにバンプを介して接合された配線基板とを備えている。前記バンプとして、半田、Ａｕ又はＣｕなどの金属からなる金属製バンプが用いられている。このような従来の固体撮像装置の一例として、下記特許文献１の図４（Ｅ）には、前記バンプとして金ボールが用いられたいわゆるＣＯＧ（Chip on glass）構造を有する固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２１６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の固体撮像装置では、シリコンチップの線膨張係数と配線基板の線膨張係数との差に起因するバイメタル効果により生ずる応力によって、接続不良による信頼性の低下や、シリコンチップの撮像面の反りによる撮像性能の低下を、招いてしまう。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、信頼性及び撮像性能が向上された固体撮像装置、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記半導体チップに、弾性を有するバンプを介して接合された配線基板と、を備えたものである。
【０００７】
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、前記半導体チップと前記配線基板との間が、前記接着剤を囲むように配置され弾性を有する接着剤によっても、接合されたものである。
【０００８】
第３の態様による固体撮像装置は、前記第２の態様において、前記接着剤のヤング率は、１．０Ｇｐａ以下であるものである。このヤング率は、０．１Ｇｐａ以下であることが好ましく、０．０５Ｇｐａ以下であることがより好ましい。
【０００９】
第４の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記配線基板は、前記撮像領域と対向する領域を含む領域に開口部を有し、前記配線基板は、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、前記配線基板の前記半導体チップとは反対側の面に、前記開口部を塞ぐように接着された透光性部材を備えたものである。
【００１０】
第５の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記配線基板は透光性を有し、前記配線基板は、前記撮像領域を覆うように前記半導体チップに接合されたものである。
【００１１】
第６の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記配線基板に搭載され前記半導体チップと電気的に接続される別の半導体チップを、備えたものである。
【００１２】
第７の態様による固体撮像装置は、前記第６において、前記別の半導体チップは、弾性を有するバンプを介して前記配線基板と接合されたものである。
【００１３】
第８の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記弾性を有するバンプは、フッ素系共重合ポリマーとカーボンナノチューブとの複合材料で構成されるか、あるいは、導電性ゴム材料で構成されたものである。
【００１４】
第９の態様による電子カメラは、前記第１乃至第８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。
【発明の効果】
【００１５】
信頼性及び撮像性能が向上された固体撮像装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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断面図である。
【図２】弾性バンプの一例を模式的に示す概略斜視図である。
【図３】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。
【図４】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断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
［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断面図である。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
本実施の形態では、配線基板３として、リジッドの基板が用いられている。配線基板３には、所定の回路を搭載するように回路部品を搭載してもよいし、回路部品を搭載せずに中継用配線のみを搭載してもよい。配線基板３は、半導体チップ２の撮像領域２ａと対向する領域を含む領域に形成された開口部３ａを有している。
【００２３】
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（図示せず）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、それらの間がバンプ５によって接合されている。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５の付近を含む）には、接着剤６が形成され、これにより、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６によって、バンプ５による接合が補強されている。
【００２４】
配線基板３の基板材料としては、例えば、ガラスやセラミックやなどを挙げることができる。また、本実施の形態では、後述するように、配線基板３の基板材料の線膨張係数と半導体チップ２の基板材料の線膨張係数との差が比較的大きくても、その差に起因するバイメタル効果により生ずる応力による信頼性の低下及び撮像性能の低下を低減することができるので、配線基板３として、例えば、ガラスエポキシ基板を用いることができる。ガラスエポキシ基板は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板や液晶用の無アルカリガラス基板などに比べて、半導体チップ２の基板材料（一般的に、シリコン）の線膨張係数との差が大きい線膨張係数を有しているが、安価であるとともに、多層配線や微細な配線も可能であるという利点が得られる。もっとも、本発明では、配線基板３としてＬＴＣＣ基板や液晶用の無アルカリガラス基板などを用いてもよく、その場合には、バイメタル効果により生ずる応力による信頼性の低下及び撮像性能の低下をより一層低減することができる。
【００２５】
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）に、配線基板３の開口部３ａを塞ぐように接着剤７で接着されている。接着剤７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。
【００２６】
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。
【００２７】
そして、本実施の形態では、バンプ５として、弾性を有するバンプ（以下、「弾性バンプ」と呼ぶ。）が用いられている。図２は、弾性バンプの一例を模式的に示す概略斜視図である。本例の弾性バンプは、弾性を有する基材１１中にカーボンナノチューブ１２が混入した複合材料で構成されている。前記基材１１は、例えば、エラストマー材などのゴム材、具体的にはフッ素系共重合ポリマーなどである。カーボンナノチューブ１２は、基材１１中で、針状又は糸状等に延びて、互いに絡まり合い電気的に導通するように配合されている。図２に示す例では、弾性バンプは四角柱状に構成されているが、その形状はこれに限らず、例えば、円柱状に構成してもよい。このような図２に示す弾性バンプは、具体的には、例えば、国際公開第２００９／１０２０７７号パンフレットに開示されている製造方法によって得られたカーボンナノチューブゴムペーストを、半導体チップ２や配線基板３にスクリーン印刷や型抜き印刷、又は、インクジェット印刷やディスペンスによりパターニングすることによって、製造することができる。このような製造方法を採用すれば、高温の熱処理が不要になるとともに、固体撮像装置１の製造時や製造後に、カーボンナノチューブが発塵して半導体チップ２の撮像領域２ａ等に付着してしまって撮像画像の画質劣化を招くような事態を、回避することができる。
【００２８】
なお、本発明で用いられる弾性バンプは、カーボンナノチューブを混入したエラストマー材に限定されるものではなく、弾性及び導電性を有していればよい。本発明で用いられる弾性バンプは、例えば、弾性を有する導電性樹脂や導電性ゴムやペーストでもよい。また、本発明で用いられる弾性バンプは、弾性を有する基材１１中にカーボンナノチューブ以外の導電体（例えば、半田や銀ペースト等）を混入させたものでもよい。この場合、弾性バンプの導電性は比較的剛性の高い導電体が担い、弾性バンプの弾性は基材１１で担うことになる。
【００２９】
前記接着剤６のヤング率（室温２５℃でのヤング率）は、１．０Ｇｐａ以下であることが好ましく、０．１Ｇｐａ以下であることがより好ましく、０．０５Ｇｐａ以下であることがより一層好ましい。０．０５Ｇｐａ以下のヤング率を有する接着剤としては、アクリル系樹脂やシリコン系樹脂が一般的だが、樹脂製のフィラー入りのエポキシ樹脂なども挙げられる。シリコン系樹脂ではシロキサンの発生が多く、アクリル系樹脂でも特に１００℃以上の高温にさらされると、一般的にアウトガスが多い為、封入した半導体チップ面内に樹脂から発生した、シロキサンやその他アウトガスにより、通電不良や、ガスの結露などが発生し、電気特性不良や、特に、撮像素子の場合には、封止したガラス面内に結露し、それが撮像画像に写り込んで画質を劣化させる可能性がある。また、アクリル系やシリコン系の樹脂は樹脂の吸湿性や透湿性が高く、樹脂に吸湿した水分や、又は、封止された撮像面内へ、樹脂を透過してきた水分が、封止面内の撮像面や、ガラス面に結露して画質を劣化したり、結露した水分により素子のＡｌパッドや結線部の金属を腐食し、断線などの電気特性不良を発生する可能性がある。その為、接着剤６として、吸湿性や透湿性が低く、アウトガスが少ないエポキシ系の樹脂による接着剤を用いることが、シリコン系樹脂やアクリル系樹脂による接着剤を用いる場合に比べて、望ましい。
【００３０】
本実施の形態によれば、撮像領域２ａを有する半導体チップ２の線膨張係数と半導体チップ２にバンプ５を介して接合された配線基板３の線膨張係数との差が比較的大きくても、バンプ５として弾性バンプが用いられているので、前記線膨張係数の差に起因するバイメタル効果によって生ずる応力が、バンプ５の弾性によって緩和される。したがって、本実施の形態によれば、バンプ５が半導体チップ２又は配線基板３から引き剥がされて電気的な接続の接続不良が発生してしまうおそれが少なくなり、信頼性の低下を低減することができるとともに、温度変化に伴う半導体チップ２の撮像面の反りを少なくすることができ、撮像性能の低下を低減させることができる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
図３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、信頼性の低下及び撮像性能の低下を低減させることができる。
【００３６】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置１１を模式的に示す概略断面図であり、図１に対応している。図４において、図１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。
【００３７】
本実施の形態による固体撮像装置１１が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、配線基板３、透光性板４及び接着剤７に代えて、透光性を有する配線基板１２が用いられ、配線基板１２にフレキシブル配線基板１３がバンプ１４を介して接合され、ＣＯＧ構造を有している点である。
【００３８】
配線基板１２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）からなるガラス板が用いることができる。一般的なガラスにはウランやトリウムなどの放射性元素が微量混入し、放射性元素が崩壊する際にα線を発生する。一般的なガラスからなるガラス板を配線基板１２として用いると、発生するα線が半導体チップ２の撮像領域２ａに入射し、突発性の白点となるノイズを発生する。したがって、配線基板１２として、α線対策のガラスからなるガラス板を用いることが好ましい。一般的に、α線対策のガラスの線膨張係数は、半導体チップ２の基板材料（一般的には、シリコン）の線膨張係数の例えば２倍程度であり、両者の差は大きい。
【００３９】
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（図示せず）が形成され、この電極パッドに対応する位置において配線基板１２における下面に電極パッド（図示せず）が形成され、それらの間が、弾性バンプからなるバンプ５によって接合されている。半導体チップ２の外周付近と配線基板１２との間（バンプ５の付近を含む）には、前述した接着剤６が形成され、これにより、撮像領域２ａと配線基板１２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６によって、バンプ５による接合が補強されている。
【００４０】
図面には示していないが、配線基板１２の下面には、バンプ５よって接合される前記電極パッドの他に、バンプ１４が接合される電極パッド、及び、それらの電極パッド間を接続する配線が、形成されている。半導体チップ２は、バンプ５、配線基板１２の下面の各電極パッド及び配線、バンプ１４、並びに、フレキシブル配線基板１３を介して、外部に接続されるようになっている。バンプ１４としては、Ａｕスタッドバンプ等の金属製バンプを用いてもよいが、弾性バンプを用いることが好ましい。なお、バンプ１４による接合に代えてあるいはバンプ１４による接合と共に、配線基板１２の下面の電極パッドとフレキシブル配線基板１３の電極パッド（図示せず）との間をＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）で接合してもよい。
【００４１】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、撮像領域２ａを有する半導体チップ２の線膨張係数と半導体チップ２にバンプ５を介して接合された配線基板の線膨張係数との差が比較的大きくても、バンプ５として弾性バンプが用いられているので、信頼性の低下及び撮像性能の低下を低減させることができる。特に、配線基板１２としてα線対策のガラスからなるガラス板を用いると、前記差が大きくなるので、本実施の形態の効果は著しい。
【００４２】
また、本実施の形態では、ＣＯＧ構造が採用され、図１中の配線基板３及び透光性板４が一体化されたような配線基板１２が用いられているので、前記第１の実施の形態に比べて、部品点数の削減による低コストを実現することができる。
【００４３】
本実施の形態による固体撮像装置１１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。この点は、後述する固体撮像装置２１についても同様である。
【００４４】
［第４の実施の形態］
図５は、本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置２１を模式的に示す概略断面図であり、図１に対応している。図５において、図４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３の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。
【００４５】
本実施の形態では、配線基板１２の下面に、撮像領域２ａを有する半導体チップ２の他に、半導体チップ２と電気的に接続される２つの半導体チップ２２が搭載されている。本実施の形態では、例えば、半導体チップ２には、複数の画素とこれらを駆動して画像信号を読み出す読み出し回路とが搭載され、一方の半導体チップ２２には、半導体チップ２から出力される一部の画像信号に対してＡＤ変換等の処理を行う処理回路が搭載され、他方の半導体チップ２２には、半導体チップ２から出力される残りの画像信号に対してＡＤ変換等の処理を行う処理回路が搭載される。各半導体チップ２２から出力される出力信号は、各フレキシブル配線基板１３を介して、外部へ出力されるようになっている。
【００４６】
なお、前記第１及び第３の実施の形態では、本実施の形態において２つの半導体チップ２２に搭載されている回路も半導体チップ２に搭載してもよいし、２つの半導体チップ２２に搭載されている回路を、固体撮像装置２１の外部に設けられた回路基板等に搭載してもよい。
【００４７】
本実施の形態では、配線基板１２の下面の電極パッド（図示せず）と半導体チップ２２の上面の電極パッド（図示せず）との間が、バンプ２３，２４によって接合されている。図面には示していないが、配線基板１２の下面には、バンプ５よって接合される電極パッドとバンプ２３と接合される電極パッドとの間を接続する配線、及び、バンプ２４よって接合される電極パッドとバンプ１４と接合される電極パッドとの間を接続する配線が、形成されている。バンプ２３，２４，１４としては、Ａｕスタッドバンプ等の金属製バンプを用いてもよいが、弾性バンプを用いることが好ましい。なお、バンプ２３，２４，１４による接合に代えてあるいはバンプ２３，２４，１４による接合と共に、配線基板１２の下面の電極パッドとフレキシブル配線基板１３の電極パッド（図示せず）との間をＡＣＦで接合してもよい。
【００４８】
バンプ２３，２４の付近を含む箇所において、配線基板１２と半導体チップ２２との間が接着剤２５，２６によって接着され、バンプ２３，２４による接合が補強されている。接着剤２５，２６としては、前述した接着剤６と同様の接着剤を用いることが好ましい。
【００４９】
本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１，１１，２１  固体撮像装置
２  半導体チップ
２ａ  撮像領域
３  配線基板
５  バンプ（弾性バンプ）
６  接着剤
【図１】
2014230010.tif 000003
【図２】
2014230010.tif 000004
【図３】
2014230010.tif 000005
【図４】
2014230010.tif 000006
【図５】
2014230010.tif 000007