(57)【要約】【課題】  熱膨張率が互いに異なる容器と蓋とを高い信頼性をもって気密接着することが可能な固体撮像素子の気密封止構造等を提供する。【解決手段】  固体撮像素子の気密封止構造は、固体撮像素子であるＩＣチップ４を収容する気密封止部１１が形成された容器１と、容器１の気密封止部１１を囲む周囲縁部の上面に接着剤３によって接着される透光性の蓋２とを有する。容器１の周囲縁部と蓋２との間には、第１の接着領域３ａと、第１の接着領域３ａよりも気密封止構造の外周側に位置する第２の接着領域３ｂとが構成されている。第２の接着領域３ｂにおける接着剤３の厚みは、第１の接着領域３ａにおける接着剤３の厚みよりも厚い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子を収容する気密封止部が形成された容器と、該容器の前記気密封止部を囲む周囲縁部の上面に接着剤によって接着される透光性の蓋と、を有する固体撮像素子の気密封止構造において、
前記容器の前記周囲縁部と前記蓋との間には、第１の接着領域と、該第１の接着領域よりも前記気密封止構造の外周側に位置する第２の接着領域とが構成されており、
前記第２の接着領域における前記接着剤の厚みが前記第１の接着領域における前記接着剤の厚みよりも厚いことを特徴とする固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項２】
前記第２の接着領域は、前記前記容器の前記周囲縁部および／または前記蓋に形成された段差部、溝部、または面取り部によって構成されている、請求項１に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項３】
前記第１の接着領域における前記接着剤の厚みが略０．０１ｍｍである、請求項１または２に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項４】
前記第２の接着領域における前記接着剤の厚みが０．１ｍｍ以上である、請求項３に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項５】
前記容器はセラミックからなる板を積層あるいは接合して形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項６】
前記容器はエポキシ、ポリカーボネート、またはポリフェニレンサルファイドからなる樹脂材料および／または該樹脂材料にガラス粉末またはシリカ粉末からなる充填材を混合した複合材料で形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項７】
前記容器は液晶ポリマーで形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項８】
前記蓋はガラス、水晶、またはニオブ酸リチウムからなる板材および／または該板材を透光性の接着剤で貼り合せた積層板で構成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の固体撮像素子の気密封止構造。
【請求項９】
撮像レンズで結像した被写体像を固体撮像素子で光電変換することによって画像信号を得るスチルビデオカメラであって、
前記固体撮像素子の気密封止構造として請求項１から８のいずれか１項に記載の固体撮像素子の気密封止構造を備えていることを特徴とするスチルビデオカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、その他の撮像装置に用いられるＣＣＤ(Charge-Coupled Devices)やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)などの固体撮像素子の気密封止構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の固体撮像素子の気密封止構造を示す図であり、図６（ａ）はその斜視図、図６（ｂ）はその断面図である。
【０００３】
ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子の気密封止構造は、図６に示すように、半導体素子を表面に形成した単結晶シリコンの薄板（ＩＣチップ）１０４を気密封止するための気密封止部１１１が形成され、かつＩＣチップ１０４を外部と電気的に接続するための金属の端子１０６を備えた容器１０１と、容器１０１の気密封止部１１１が形成されている面を覆う蓋１０２とを一般に有している。
【０００４】
図６（ｂ）に示すように、容器１０１の気密封止部１１１内には、ＩＣチップ１０４がワイヤ１０５で端子１０６に接続された状態で収容されている。容器１０１の気密封止部１１１を囲む周囲縁部の上面には接着剤１０３がその全周にわたって塗布されており、蓋１０２は容器１０１の周囲縁部の上面に接着剤１０３によって接着されている。固体撮像素子であるＩＣチップ１０４は、このようにして容器１０１と蓋１０２とによって気密封止されている。
【０００５】
蓋１０２の素材には、可視光域の透明性がよいこと、光学的に均質であること、化学的に安定であること、機械的な強度に優れること、加工時の熱に耐えられること等の理由から板ガラスが用いられている。また、容器１０１と蓋１０２とを気密接着するために、接着剤１０３には特に透湿性の低い接着剤が用いられている。容器１０１と蓋１０２とを接着固定している状態の接着剤１０３の厚み１０３ａは気密封止部１１１内に湿気が侵入することを防ぐ目的で極めて薄く設定されており、たとえば０．０１ｍｍ程度である。
【０００６】
図７は特許文献１に開示された従来の他の固体撮像素子の気密封止構造を示す図であり、図７（ａ）はその容器のみを示す断面図、図７（ｂ）はその組立図である。
【０００７】
図７に示す気密封止構造は、ＣＣＤチップの受光面と封止ガラス板の表面との平行度を高めることを目的として考案されたものである。この構造では、パッケージ２０１の上側に設けられた上部枠体２１２の上面に、封止ガラス板２１０の位置を調整するために封止ガラス板２１０が直接当接する位置調整基準面２１２ａと、接着剤２１１が塗布される接着剤塗布面２１２ｂとが形成されている。接着剤塗布面２１２ｂは位置調整基準面２１２ａよりも低い位置に形成されており、位置調整基準面２１２ａと接着剤塗布面２１２ｂは段差を成している。
【０００８】
この気密封止構造は、図７（ｂ）に示すように、パッケージ２０１内にＣＣＤチップ２０６を収容し、上部枠体２１２の上面に封止ガラス板２１０が接着されている。なお、この構造では、接着剤２１１は接着剤塗布面２１２ｂにのみ塗布され、位置調整基準面２１２ａには接着剤２１１が塗布されない。そのため、封止ガラス板２１０は位置調整基準面２１２ａに直接当接している。
【特許文献１】特開平１１−１１１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、撮像装置の性能、大きさ、価格などの要求が多様化するにつれ、固体撮像素子にも多様な性能が求められている。その一例として撮像素子の大型化と低コスト化がある。
【００１０】
通常の半導体装置では素子の微細化とともにＩＣチップも小型化し、低コスト化を図ることが一般的であるが、例えばデジタル一眼レフカメラ用の撮像素子では撮像部の寸法が規定されており、ＩＣチップの小型化には限界がある。その一方で低コスト化は厳しく要求されている。これらの背反する要求を両立させるため、板ガラスの代わりに光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）で蓋を構成して、これを容器に接着することも試みられている。
【００１１】
しかし、ＬＰＦは主として水晶やニオブ酸リチウムなどの単結晶から作られるため、熱膨張率に異方性があり、かつ厚さも光学設計上の要請から決まることになる。このため、セラミックや樹脂などで構成される容器とＬＰＦで構成される蓋とは、熱膨張を一致させることが極めて難しい。
【００１２】
例を挙げると、容器の素材に半導体用の支持部材として一般的なアルミナセラミックを用い、透光性の蓋の素材に例えば単結晶の水晶板を用いた場合、容器の熱膨張率は概ね７×１０-6／℃であり、蓋の熱膨張率は、その切り出し角度によっても異なるが、概ね１３×１０-6／℃程度である。また、接着剤の厚みは透湿を防止するために薄いことが望ましく、前述のように概ね０．０１ｍｍ前後にすることが一般的である。
【００１３】
蓋の最大寸法（対角方向の長さ）が５０ｍｍの場合、熱衝撃の温度差を最大９０℃（低温が−３０℃、高温が６０℃）とすれば、この熱衝撃時における蓋と容器との寸法差は、最大で５０ｍｍ×（１３−７）×１０-6×９０℃≒０．０３ｍｍに達する。この値は接着剤の厚みの数倍にもなるため、接着剤による接着状態を維持することは極めて困難である。
【００１４】
上記のような理由により、従来の固体撮像素子の気密封止構造では、蓋と容器との接着部が熱衝撃で容易に剥がれてしまうおそれがあることから、接着強度の信頼性を満足する気密封止構造を得ることができなかった。
【００１５】
一方、特許文献１に開示された気密封止構造では、位置調整基準面２１２ａと接着剤塗布面２１２ｂとの段差の分だけ接着剤２１１の厚みが得られることから、熱膨張に対しても高い接着強度を得ることは可能である。しかし、接着剤２１１の厚みが大きいと接着剤を通して湿気が気密封止構造の内部に侵入し易くなるため、今度は気密封止の信頼性を満足する気密封止構造を得ることができなくなってしまう。
【００１６】
そこで本発明は、熱膨張率が互いに異なる容器と蓋とを高い信頼性をもって気密接着することが可能な固体撮像素子の気密封止構造等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】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像素子の気密封止構造は、固体撮像素子を収容する気密封止部が形成された容器と、該容器の前記気密封止部を囲む周囲縁部の上面に接着剤によって接着される透光性の蓋と、を有する固体撮像素子の気密封止構造において、前記容器の前記周囲縁部と前記蓋との間には、第１の接着領域と、該第１の接着領域よりも前記気密封止構造の外周側に位置する第２の接着領域とが構成されており、前記第２の接着領域における前記接着剤の厚みが前記第１の接着領域における前記接着剤の厚みよりも厚いことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のスチルビデオカメラは、撮像レンズで結像した被写体像を固体撮像素子で光電変換することによって画像信号を得るスチルビデオカメラであって、前記固体撮像素子の気密封止構造として上記本発明の固体撮像素子の気密封止構造を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱膨張率が互いに異なる容器と蓋とを高い信頼性をもって気密接着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の固体撮像素子の気密封止構造の一実施形態を示す図である。図１（ａ）は、その気密封止構造を、容器と蓋とを接着する前の状態で示す斜視図であり、図１（ｂ）は、容器と蓋とが接着された状態の気密封止構造の隅部を示す部分断面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示す本実施形態の固体撮像素子の気密封止構造も、図６に示した従来の構造と同様に、半導体素子を表面に形成した単結晶シリコンの薄板（ＩＣチップ）４を気密封止するための気密封止部１１が形成され、かつＩＣチップ４を外部と電気的に接続するための金属の端子６を備えた容器１と、容器１の気密封止部１１が形成されている面を覆う蓋２とを有している。
【００２３】
容器１の気密封止部１１内には、ＩＣチップ４がワイヤ５で端子６に接続された状態で収容されている。容器１の気密封止部１１を囲む周囲縁部の上面には接着剤３がその全周にわたって塗布されており、蓋２は容器１の周囲縁部の上面に接着剤３によって接着されている。固体撮像素子であるＩＣチップ４は、このようにして容器１と蓋２とによって気密封止されている。
【００２４】
本実施形態では、容器１の周囲縁部の上面の少なくとも四隅に、その上面よりも低い段差部１ａが形成されている。図１（ｂ）を参照すると、容器１に蓋２を接着する接着剤３の厚みは、容器１の縁部の上面と蓋２との間の第１の接着領域３ａでは約０．０１ｍｍであり、容器１の段差部１ａと蓋２との間の第２の接着領域３ｂではその概ね１０倍、すなわち約０．１ｍｍである。この構成によれば、接着剤３の厚みが比較的薄い第１の接着領域３ａで湿気が気密封止構造の内部に侵入することを防いで、構造内部の気密封止を良好に保つことができると共に、接着剤３の厚みが比較的厚い第２の接着領域３ｂで容器１と蓋２との接着強度を高めて、両者の接着部が熱衝撃によるせん断応力で容易に剥がれてしまうことを防ぐことができる。
【００２５】
容器１と蓋２の熱膨張率の違いによる両者の変位差は、容器１の周辺部、特に容器１の四隅において大きくなることから、接着剤３に作用するせん断応力は容器１の四隅において特に大きくなる。そのため、容器１の少なくとも四隅に段差部１ａを形成して接着強度を高めることが、熱膨張率が互いに異なる蓋２と容器１とを高い信頼性をもって接着するうえで好ましい。段差部１ａを容器１の周囲縁部の上面の全周にわたって形成してもよいが、段差部１ａが少なくとも容器１の四隅に形成されていれば、蓋２と容器１との接着強度を十分に高めることができる。
【００２６】
容器１は、アルミナや窒化ケイ素などを主成分とするセラミック板を積層あるいは接合して形成することができる。あるいは、容器１は、エポキシ、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料および／またはそれらの樹脂材料にガラス粉末やシリカ粉末などの充填材を混合した複合材料で形成することができる。また、容器１は液晶ポリマーで形成することもできる。
【００２７】
また、透光性の蓋２は、ガラス、水晶、またはニオブ酸リチウムからなる板材および／またはそれらの板材を透光性の接着剤で貼り合せた積層板で構成することができる。
【００２８】
＜変形例１＞
図２は、図１に示した一実施形態に係る固体撮像素子の気密封止構造の変形例を示す図である。図２（ａ）はその変形例における容器の隅部を示す斜視図、図２（ｂ）は容器と蓋とが接着された状態の気密封止構造の隅部を示す部分断面図である。
【００２９】
図２に示す変形例では、容器１の四隅部に、図１に示した段差部１ａに代えて溝部１ｂが形成されている。各溝部１ｂは、容器１の四隅部において、容器１の互いに隣接する２つの辺を結ぶように延びている。
【００３０】
図２に示す変形例においても、接着剤３の厚みが比較的薄い第１の接着領域３ａで湿気が気密封止構造の内部に侵入することを防いで、構造内部の気密封止を良好に保つことができると共に、接着剤３の厚みが比較的厚い第２の接着領域３ｂで容器１と蓋２との接着強度を高めて、両者の接着部が熱衝撃によるせん断応力で容易に剥がれてしまうことを防ぐことができる。
【００３１】
＜変形例２＞
図３は、図１に示した一実施形態に係る固体撮像素子の気密封止構造の他の変形例を示す図である。図３（ａ）はその気密封止構造を、容器と蓋とを接着する前の状態で示す斜視図であり、図３（ｂ）は容器と蓋とが接着された状態の気密封止構造の隅部を示す部分断面図である。
【００３２】
図３に示す変形例では、容器１の四隅部に、図１に示した段差部１ａに代えて面取り部１ｃが形成されている。
【００３３】
図３に示す変形例においても、接着剤３の厚みが比較的薄い第１の接着領域３ａで湿気が気密封止構造の内部に侵入することを防いで、構造内部の気密封止を良好に保つことができると共に、接着剤３の厚みが比較的厚い第２の接着領域３ｂで容器１と蓋２との接着強度を高めて、両者の接着部が熱衝撃によるせん断応力で容易に剥がれてしまうことを防ぐことができる。
【００３４】
さらに、面取り部１ｃは、その形状上、段差部１ａ（図１）や溝部１ｂ（図２）とは異なり急激に形状が変化する部分がないため、それらに比べて面取り部１ｃの形成部に応力集中が生じ難い。
【００３５】
＜変形例３＞
図４は、図１に示した一実施形態に係る固体撮像素子の気密封止構造の他の変形例を示す図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、容器と蓋とが接着された状態の気密封止構造の隅部を示す部分断面図である。
【００３６】
図４に示す変形例のように、蓋２の四隅部に段差部２ａ（図４（ａ））または面取り部２ｃ（図４（ｂ））を形成してもよい。図４に示す例では容器１に段差部等が形成されていないが、蓋２の四隅部に段差部２ａや面取り部２ｃを形成する場合においても、容器１に段差部１ａ（図１）、溝部１ｂ（図２）、あるいは面取り部１ｃ（図３）を形成してもよい。
【００３７】
図４に示す変形例においても、接着剤３の厚みが比較的薄い第１の接着領域３ａで湿気が気密封止構造の内部に侵入することを防いで、構造内部の気密封止を良好に保つことができると共に、接着剤３の厚みが比較的厚い第２の接着領域３ｂで容器１と蓋２との接着強度を高めて、両者の接着部が熱衝撃によるせん断応力で容易に剥がれてしまうことを防ぐことができる。
【００３８】
（他の実施形態）
次に、図５に基づいて、本発明の固体撮像素子の気密封止構造をスチルビデオカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。図５は、本発明の固体撮像素子の気密封止構造を「スチルビデオカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。
【００３９】
図５において、符号５１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、符号５２は被写体の光学像を固体撮像素子５４に結像させるレンズ、符号５３はレンズ５２を通った光量を可変するための絞り、符号５４はレンズ５２で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、符号５６は固体撮像素子５４より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、符号５７はＡ／Ｄ変換器５６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、符号５８は固体撮像素子５４、撮像信号処理回路５５、Ａ／Ｄ変換器５６、および信号処理部５７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、符号５９は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、符号６０は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、符号６１は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、符号６２は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、符号６３は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部を示している。
【００４０】
次に、上記のように構成されたスチルビデオカメラの撮影時の動作について説明する。
【００４１】
バリア５１がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器５６などの撮像系回路の電源がオンされる。
【００４２】
それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部５９は絞り５３を開放にし、固体撮像素子５４から出力された信号がＡ／Ｄ変換器５６で変換された後、信号処理部５７に入力される。全体制御・演算部５９は、そのデータを基に露出の演算を行う。全体制御・演算部５９は、この測光を行った結果によって明るさを判断し、その結果に応じて絞り５３を制御する。
【００４３】
次に、全体制御・演算部５９は、固体撮像素子５４から出力された信号をもとに、撮像信号処理回路５５で高周波成分を取り出し、被写体までの距離の演算を行う。その後、全体制御・演算部５９は、レンズ５２を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ５２を駆動して測距を行う。そして、全体制御・演算部５９は、合焦を確認した後に本露光を始める。
【００４４】
露光が終了すると、固体撮像素子５４から出力された画像信号は撮像信号処理回路５５を経てＡ／Ｄ変換器５６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部５７を通り全体制御・演算部５９によってメモリ部６０に書き込まれる。
【００４５】
その後、メモリ部６０に蓄積されたデータは、全体制御・演算部５９の制御によって、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部６１を介して半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体６２に記録される。また、このデータを外部Ｉ／Ｆ部６３を介してコンピュータ等に直接入力すれば、そのコンピュータ等によって画像の加工を行うことができる。
【００４６】
このように、本実施形態のスチルビデオカメラは、レンズ５２で結像した被写体像を固体撮像素子５４で光電変換することによって画像信号を得るように構成されている。その固体撮像素子５４の気密封止構造としては、図１〜図４に示して説明した気密封止構造を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の固体撮像素子の気密封止構造の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示した一実施形態に係る固体撮像素子の気密封止構造の変形例を示す図である。
【図３】図１に示した一実施形態に係る固体撮像素子の気密封止構造の他の変形例を示す図である。
【図４】図１に示した一実施形態に係る固体撮像素子の気密封止構造の変形例を示す図である。
【図５】本発明の固体撮像素子の気密封止構造をスチルビデオカメラに適用した場合を示すブロック図である。
【図６】従来の固体撮像素子の気密封止構造を示す図である。
【図７】従来の他の固体撮像素子の気密封止構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    容器
１ａ，２ａ  段差部
１ｂ  溝部
１ｃ，２ｃ  面取り部
２    蓋
３    接着剤
３ａ  第１の接着領域
３ｂ  第２の接着領域
【図１】
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【図２】
2006066791.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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