(57)【要約】【課題】  透明ガラス板にクラックが発生することを防止し、なおかつ固体撮像素子に異常光が入射することを防止することが可能な固体撮像装置を提供すること。【解決手段】  上面に凹部３を有するセラミック基体１と、凹部３の底面に固着された固体撮像素子１と、セラミック基体１の上面の凹部３の周囲にロウ付けされた金属枠体５と、金属枠体５の上面に外周部が溶接されるとともに中央部に窓７が設けられた金属板６と、窓７を塞ぐように金属板６の上面に低融点ガラス９ａを介して接合された透明ガラス板８とを具備している固体撮像装置において、金属板６は、外周部が中央部よりも薄く、下面には、中央部に開口を有するセラミック枠体１０が低融点ガラス９ｂを介して接合されている。【選択図】  図１
2006066740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凹部を有するセラミック基体と、前記凹部の底面に固着された固体撮像素子と、前記セラミック基体の上面の前記凹部の周囲にロウ付けされた金属枠体と、該金属枠体の上面に外周部が溶接されるとともに中央部に窓が設けられた金属板と、前記窓を塞ぐように前記金属板の上面に低融点ガラスを介して接合された透明ガラス板とを具備している固体撮像装置において、前記金属板は、外周部が前記中央部よりも薄く、前記金属板の下面には、中央部に開口を有するセラミック枠体が低融点ガラスを介して接合されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記セラミック枠体はその表面が黒色である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】
前記セラミック枠体は、前記開口が前記金属板の前記窓より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記開口は、前記セラミック枠体の下面側から上面側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視カメラなどに用いられるＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置は、監視カメラ等に利用され、利用範囲が広がっている。そして、製品の使用される環境の多様化に伴い、固体撮像装置の気密封止性や高信頼性が求められている。
【０００３】
従来の固体撮像装置を図２に示す。図２において、１０１は固体撮像素子、１０２はセラミック基体、１０３は凹部、１０４はワイヤ、１０５は金属枠体、１０６は金属板、１０７は窓、１０８は透明ガラス板、１０９は低融点ガラス、１１２は受光部である。
【０００４】
セラミック基体１０２は、アルミナセラミックス等からなり、上面に凹部１０３を有しており、凹部１０３の周囲にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなり、表面にＮｉ−Ａｕメッキが施された金属枠体１０５がロウ付けされている。
【０００５】
金属板１０６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなり、表面にＮｉメッキおよびＡｕメッキが施されている。また、中央部に開口部から成る窓１０７が設けられており、この窓１０７を塞ぐように低融点ガラス１０９を介して透明ガラス板１０８が接合されている。さらに、金属板１０６の外周縁部は、封止後の曲げ応力緩和のために下方に折り曲げられている。
【０００６】
従来の固体撮像装置は、受光部１１２を有するシリコン等からなる固体撮像素子１０１をセラミック基体１０２の凹部１０３の底面に固着し、固体撮像素子１０１の電極とセラミック基体１０２のパッドとを金やアルミニウムのワイヤ１０４で電気的に接続した後、金属枠体１０５上に金属板１０６を重ねた上で、ローラー電極で金属板１０６の外周縁部に荷重を加えながら電流を流すことにより、ローラー電極と金属板１０６との接触部で発熱させ、金属枠体１０５と金属板１０６の表面のＮｉメッキを溶かして、封止されている。
【０００７】
そして、従来の固体撮像装置は、外周部が下方に折り曲げられた金属板１０６により封止後の曲げ応力が緩和され、透明ガラス板１０８にクラックが発生することのない構造となっている。
【特許文献１】特開平１−１１０７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の固体撮像装置では、封止後の金属板１０６に生じる曲げ応力緩和に効果はあるものの、金属板１０６が変形しやすいことに変わりは無く、その後の温度サイクル等の信頼性試験を行なった際には、金属板１０６が変形し、透明ガラス板１０８にクラックが発生するという問題点があった。
【０００９】
この対策の一つとして、金属板１０６を厚くし、外周辺部のみを薄くすることにより、金属板１０６の変形を小さくする方法が考えられる。ところが、金属板１０６を厚くすると、金属板１０６の窓１０７の側面で入射光が反射し受光部に異常光として入射するという不具合があった。
【００１０】
したがって、本発明の固体撮像装置は上記問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、透明ガラス板にクラックが発生することを防止し、なおかつ固体撮像素子に異常光が入射することを防止することが可能な固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、上面に凹部を有するセラミック基体と、前記凹部の底面に固着された固体撮像素子と、前記セラミック基体の上面の前記凹部の周囲にロウ付けされた金属枠体と、該金属枠体の上面に外周部が溶接されるとともに中央部に窓が設けられた金属板と、前記窓を塞ぐように前記金属板の上面に低融点ガラスを介して接合された透明ガラス板とを具備している固体撮像装置において、前記金属板は、外周部が前記中央部よりも薄く、金属板の下面には、中央部に開口を有するセラミック枠体が低融点ガラスを介して接合されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置において、好ましくは、前記セラミック枠体はその表面が黒色であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の固体撮像装置において、好ましくは、前記セラミック枠体は、前記開口が前記金属板の前記窓より小さいことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の固体撮像装置において、好ましくは、前記セラミック枠体の下面側から上面側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の固体撮像装置は、上面に凹部を有するセラミック基体と、凹部の底面に固着された固体撮像素子と、セラミック基体の上面の凹部の周囲にロウ付けされた金属枠体と、金属枠体の上面に外周部が溶接されるとともに中央部に窓が設けられた金属板と、窓を塞ぐように金属板の上面に低融点ガラスを介して接合された透明ガラス板とを具備し、この金属板は、外周部が前記中央部よりも薄く、金属板の下面には、中央部に開口を有するセラミック枠体が低融点ガラスを介して接合されていることにより、セラミック枠体によって金属板を補強することができ、金属板が変形しにくくなって透明ガラス板にクラックが発生することを防止することができる。
【００１６】
また、熱膨張係数が比較的近い透明ガラス板とセラミック枠体とで熱膨張係数の大きい金属板の熱膨張を抑制することができ、金属板に応力が生じるのを有効に防止することができる。
【００１７】
また、本発明の固体撮像装置は、好ましくは、その表面が黒色であることから、透明ガラス板を透過した入射光が金属板の窓の側面で反射するのを有効に防止して固体撮像素子の受光部に異常光として入射する光を有効に遮光することができる。
【００１８】
また、本発明の固体撮像装置は、好ましくは、セラミック枠体の開口が金属板の窓より小さいことにより、窓の側面で反射した異常光をセラミック枠体で遮光することができ、固体撮像素子の受光部に異常光が入射することをより有効に防止することができる。
【００１９】
また、本発明の固体撮像装置は、好ましくは、セラミック枠体の開口は、セラミック枠体の下面側から上面側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなるように形成されていることにより、固体撮像素子の受光部へ向かって入射光が良好に進行することができるとともに、受光部とは異なる方向へ向かう光は有効に遮断され、光がワイヤに当たるのを有効に防止することができる。その結果、光がワイヤ等で反射して固体撮像素子の受光部に入射してノイズとなるのを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の固体撮像装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の固体撮像装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は固体撮像素子、２はセラミック基体、３は凹部、４はワイヤ、５は金属枠体、６は金属板、７は窓、８は透明ガラス板、９ａ，９ｂは低融点ガラス、１０はセラミック枠体、１１ａ〜１１ｃは入射光、12は受光部である。
【００２２】
セラミック基体２は、上面に固体撮像素子１を搭載するための凹部３を有しており、この凹部３の底面には固体撮像素子１がガラス，樹脂，ろう材等から成る接着剤を介して接着固定された後、金やアルミニウムから成るワイヤ４にて固体撮像素子１の電極とセラミック基体２のパッド（図示せず）とが電気的に接続されている。
【００２３】
セラミック基体２は、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形法を採用しシート状にしてセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、それらセラミックグリーンシートに適当な打抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２４】
凹部３の周囲には、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成る枠状のメタライズ層（図示せず）が被着形成されており、そして、このメタライズ層の上面に銀ろう等のろう材（図示せず）を介して、金属枠体５が被着形成されている。
【００２５】
このようなメタライズ層は、セラミック基体２となるセラミックグリーンシートの所定の位置にあらかじめタングステン，モリブデン，マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤，溶媒，可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを印刷，塗布しておき、これをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより凹部３の周囲に被着形成される。
【００２６】
金属枠体５は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、メタライズ層の形状に対応した枠状であり、金属板６をセラミック基体２に溶接するための下地金属部材として機能する。このような金属枠体５は、例えば金属枠体５がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合には、所定の厚みに圧延されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏからなる合金板材を従来周知の打ち抜き加工方法あるいは化学エッチング方法を採用することにより、枠状に形成される。
【００２７】
また、金属枠体５の上には金属板６が搭載され、これを例えばシームウエルド法を採用して溶接することにより金属枠体５上に金属板６が接合される。
【００２８】
金属板６は、固体撮像素子１が受光する光の透過領域となる開口部から成る窓７を有している。また、金属板６は、透明ガラス板８を所定の位置に固定する機能を有し、その窓７には透明ガラス板８が低融点ガラス９ａを介して接合される。
【００２９】
金属板６は、透明ガラス板８が接合される中央部が厚く、金属枠体５に接合される外周部が薄く形成されている。金属板６は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、中央部の厚みは０．５ｍｍから５ｍｍ、外周部の厚みは０．０５ｍｍから０．３ｍｍであるのがよい。これにより、中央部が厚く、外周部が薄いために透明ガラス板８が取着された金属板６の中央部の変形を小さくできるとともに、金属板６に加わる応力を薄い外周部を適度に変形させることにより有効に緩和することができ、金属枠体５との接合を良好にできる。
【００３０】
このような金属板６は、例えば金属板６がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合には、所定の厚みに圧延されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏからなる合金板材を従来周知の打ち抜き加工方法あるいは化学エッチング方法を採用することにより枠状に形成した後、プレス成形方法あるいは化学エッチング方法を採用することにより、外周部が薄く形成される。また、金属板６の表面には、金属枠体５との接合を良好とするためおよび防錆のためにニッケルめっき層が形成されている。なお、めっき層は、金属板６の腐食防止の観点からはニッケルめっき層のみで充分な効果が得られるが、金めっき層やクロムめっき層あるいはこれらを複数積層にした形態も可能である。
【００３１】
金属板６の窓７を塞ぐように接合される透明ガラス板８は、固体撮像素子１を気密に保護し、外部からの光を効率よく固体撮像素子１に伝達する機能を有し、受光波長領域に応じてホウケイ酸ガラス，サファイアガラス，石英ガラス等を用いて形成される。
【００３２】
透明ガラス板８は、例えばホウケイ酸ガラスを用いる場合、ホウケイ酸ガラスブロックを任意の厚みに切断した後表面を研磨し、所定の厚みにしたものをスライシング法，ダイシング法等を採用して、所定の寸法に切断することにより形成される。
【００３３】
なお、透明ガラス板８は、加工の容易さという観点からはホウケイ酸ガラスが好ましいが、使用目的によりサファイアガラス，石英ガラス等を用いてもよい。
【００３４】
透明ガラス板８を金属板６に接合する低融点ガラス９ａは、例えば酸化鉛５６〜６６質量％、酸化硼素４〜１４質量％、酸化珪素４〜１４質量％および酸化亜鉛０．５〜３質量％を含むガラス成分に、フィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で９〜19質量％、チタン酸錫系化合物を外添加で１０〜２０質量％添加した鉛−硼酸系のガラスであり、金属板６の上面に窓７を取り囲むように鉛−硼酸系ガラスと有機樹脂とからなるバインダを調整したペースト状のガラス材料をスクリーン印刷法やディスペンス法等により塗布し、さらに透明ガラス板８を金属板６の窓７を塞ぐように搭載するとともに加圧し、しかる後、酸化雰囲気の熱処理炉あるいはヒーターブロック上にて約４００℃の温度で１０分間程度加熱することにより、透明ガラス板８が金属板６に接合される。
【００３５】
金属板６の下面には、中央部に開口を有するセラミック枠体１０が低融点ガラス９ｂを介して接合されている。これにより、セラミック枠体１０が金属板６を補強する機能を有することから、金属板６が変形しにくくなり、透明ガラス板８に加わる応力が低減されることから、透明ガラス板８にクラックが発生することを有効に防止することができる。
【００３６】
セラミック枠体１０は、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体等から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダや水等を添加混合した後、乾燥させた粉末を作り、この粉末を従来周知のプレス成形法を採用して枠体形状に成形し、これを約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００３７】
また、セラミック枠体１０は、その膨張係数が透明ガラス板８と近似していることが好ましい。セラミック枠体１０の膨張係数が透明ガラス板８と近似していると、温度サイクル試験や熱衝撃試験などの高温と低温を交互に繰り返すような条件下にさらされたとしても、セラミック枠体１０と金属板６との熱膨張差が、金属板６と透明ガラス板８との熱膨張差と近似することから、金属板６に生じる変形を抑制し、透明ガラス板８にクラックが発生しにくくなる。
【００３８】
セラミック枠体１０を金属板６に接合する低融点ガラス９ｂは、透明ガラス板８を金属板６に接合する低融点ガラス９ａと近似するものが好ましく、例えば酸化鉛５６〜６６質量％、酸化硼素４〜１４質量％、酸化珪素４〜14質量％および酸化亜鉛０．５〜３質量％を含むガラス成分に、フィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で９〜１９質量％、チタン酸錫系化合物を外添加で１０〜２０質量％添加した鉛−硼酸系のガラスであり、セラミック枠体１０の上面に開口を取り囲むように鉛―硼酸系ガラスと有機樹脂とからなるバインダを調製したペースト状のガラス材料をスクリーン印刷法やディスペンス法等により塗布し、さらに透明ガラス板８を接合した金属板６の下面を接触させるとともに加圧し、しかる後、酸化雰囲気の熱処理炉あるいはヒーターブロック上にて約４００℃の温度で１０分間程度加熱することにより、金属板６に接合される。また、セラミック枠体１０と金属板６と透明ガラス板８との接合は、金属板６の上面とセラミック枠体１０の上面に低融点ガラス９ａおよび低融点ガラス９ｂをスクリーン印刷法やディスペンス法等により塗布し、セラミック枠体１０上に金属板６と透明ガラス板８とを順次搭載するとともに加圧し、しかる後、酸化雰囲気の熱処理炉あるいはヒーターブロック上にて約４００℃の温度で１０分間程度加熱することにより同時に接合してもよい。
【００３９】
また、本発明の固体撮像装置では、セラミック枠体１０は、その表面が黒色であることが好ましい。これにより、固体撮像素子の１の受光部１２に異常光として入射する光を有効に遮光することができる。
【００４０】
このような黒色のセラミック枠体１０は酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体等にコバルト、クロム、マンガン等の酸化物からなる黒色顔料を加えることにより製作される。
【００４１】
また、本発明の固体撮像装置は、セラミック枠体１０の開口が金属板６の窓７より小さくなっているのがよい。これにより、窓７の側面で反射した入射光１１ａをセラミック枠体１０が遮光することから、固体撮像素子１の受光部１２に異常な入射光１１ａが入射することを防止することができる。
【００４２】
このようなセラミック枠体１０の開口寸法は、金属板６の厚みと入射光１１ａの入射角度により決定され、窓７の側面部で反射した異常な入射光１１ａが固体撮像素子１の受光部12に入射しない程度に窓７よりも小さく形成されることが好ましい。好ましくは、セラミック枠体１０の開口寸法は窓７の寸法よりも、金属板６の厚み寸法の０．０５〜２倍分小さくなっているのがよい。
【００４３】
また、本発明の固体撮像装置は、開口が、セラミック枠体１０の下面側から上面側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなるように形成されているのがよい。これにより、入射光１１ｂがワイヤに当たることがないことから、ワイヤ４の反射光が受光部１２に入射することを防止することができる。
【００４４】
このようなセラミック枠体１０の開口の下面側と上面側との内寸法の比率は、セラミック枠体１０の厚みと入射光１１ｃの入射角により決定され、開口の側面が、入射光１１ｃと平行あるいは入射光１１ｃよりも角度が大きくなるように形成されることが好ましい。また、下面側の内寸法は、下面と接する入射光１１ｂがワイヤ４に当たることがないように形成されることが好ましい。好ましくは、セラミック枠体１０の開口の下面側の内寸法は上面側の内寸法よりも、セラミック枠体１０の厚み寸法の０．０５〜２倍分小さくなっているのがよい。
【００４５】
このようなセラミック枠体１０の開口は、例えばプレス成形法を使用した場合、プレス成形の金型をセラミック枠体１０の下面側から上面側に向かうに伴って内寸法が漸次大きくなるように成形することにより得られる。
【００４６】
かくして本発明の固体撮像装置によれば、受光部１２を有するシリコン等からなる固体撮像素子１をセラミック基体２の凹部３の底面に固着し、固体撮像素子１の電極とセラミック基体２のパッドとを金やアルミニウムのワイヤ４で電気的に接続した後、金属枠体５上に金属板６を重ねた上で、シームウエルド法によりローラー電極で金属板６の外周部に荷重を加えながら電流を流すことにより、ローラー電極と金属板６との接触部で発熱させ、金属枠体５と金属板６の表面のＮｉメッキを溶かして、封止されることによって最終製品としての固体撮像装置が完成する。
【００４７】
なお、本発明は上述の最良の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の固体撮像装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の固体撮像装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：固体撮像素子
２：セラミック基体
３：凹部
５：金属枠体
６：金属板
７：窓
８：透明ガラス板
９ａ，９ｂ：低融点ガラス
１０：セラミック枠体
【図１】
2006066740.tif 000003
【図２】
2006066740.tif 000004