(57)【要約】【課題】  固体撮像素子の発熱部分の冷却を行い、十分な放熱効果を得る。【解決手段】  固体撮像装置１０は、撮像素子としてのＣＣＤイメージセンサ１１が形成された半導体基板１２と、放熱部１３とを備えている。放熱部１３は、ＣＣＤイメージセンサ１１を構成する水平転送路２４及びアンプ２６の位置に合わせて形成されている。放熱部１３は、水平転送路２４及びアンプ２６を覆うように形成された遮光膜４２と、この遮光膜４２の上面に等間隔で配列された多数の放熱フィン４１とを一体に形成しており、水平転送路２４及びアンプ２６からの発熱を放熱フィン４１によって放熱することができる。【選択図】        図１
2006339214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元マトリクス状に配された複数の受光素子を有する固体撮像素子が形成された半導体基板と、前記固体撮像素子の一部を覆って遮光する遮光部材とを備えた固体撮像装置において、
前記遮光部材は、放熱フィンが一体に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子は、前記受光素子と、この受光素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段と、この垂直転送手段と垂直に接続され、前記垂直転送手段から転送された信号電荷を水平方向に出力する水平転送手段と、前記水平転送手段から転送された転送された信号電荷を増幅して出力する出力増幅手段とを備えたＣＣＤイメージセンサであり、前記遮光部材は、前記出力増幅手段と前記水平転送手段とを覆っており、前記放熱フィンは、少なくとも前記出力増幅手段の位置に合わせて配されてい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】
前記放熱フィンは、前記出力増幅手段及び前記水平転送手段の位置に合わせて配されてい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】
前記固体撮像素子は、前記受光素子と、前記受光素子に蓄積された信号電荷を画素毎に増幅して撮像信号として出力する画素単位増幅手段と、前記撮像信号を画素単位毎に順次選択して読み出す画素選択手段と、この画素選択手段によって出力された撮像信号を増幅する出力増幅手段とを備えたＣＭＯＳイメージセンサであり、前記遮光部材は、少なくとも前記出力増幅手段を覆っており、前記放熱フィンは、前記出力増幅手段の位置に合わせて配されてい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５】
前記固体撮像素子は、前記受光素子と、前記受光素子に蓄積された信号電荷を画素毎に増幅して撮像信号として出力する画素単位増幅手段と、前記撮像信号を画素単位毎に順次選択して読み出す画素選択手段と、この画素選択手段によって出力された撮像信号を増幅する出力増幅手段と、前記撮像信号をデジタルデータに変換する変換手段とを備えたＣＭＯＳイメージセンサであり、前記遮光部材は、前記出力増幅手段と前記変換手段とを覆っており、前記放熱フィンは、前記出力増幅手段及び前記変換手段の位置に合わせて配されてい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６】
前記固体撮像素子は、前記受光素子と、前記受光素子に蓄積された信号電荷を画素毎に増幅して撮像信号として出力する画素単位増幅手段と、前記撮像信号を画素単位毎に順次選択して読み出す画素選択手段と、この画素選択手段によって出力された撮像信号を増幅する出力増幅手段と、前記撮像信号のノイズリダクション処理を行うノイズリダクション処理手段と、前記ノイズリダクション処理が行われた撮像信号をデジタルデータに変換する変換手段とを備えたＣＭＯＳイメージセンサであり、前記遮光部材は、前記出力増幅手段と前記ノイズリダクション処理手段と前記変換手段とを覆っており、前記放熱フィンは、前記出力増幅手段、前記変換手段及び前記ノイズリダクション処理手段の位置に合わせて配されていることを特徴とする請求項１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、固体撮像素子を使用した固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤなどの撮像素子を用いて撮像した撮影画像をデジタルの画像データに変換し、内蔵メモリやメモリカードなどの記録媒体に記録するデジタルカメラが普及している。通常、撮像素子は、シリコンウェハなどの半導体基板上に形成されている。ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は、受光素子が２次元マトリクス状に配置された受光部、この受光部から出力された信号電荷を転送する転送ライン、及びこの転送ラインから出力された信号電荷を増幅するアンプ部などを有する構成が一般的である。
【０００３】
最近では、撮像素子の高画素化及び小型化が進んできており、これに伴なって撮像素子の発熱量が大きくなってきているため、撮像素子を冷却し、発熱を抑制する構造が例えば特許文献１及び２に記載されている。特許文献１記載の固体撮像装置では、ＣＣＤ素子チップ（半導体基板）と、ＣＣＤ素子チップを搭載する金属製の搭載ランドと、ＣＣＤ素子チップ及び搭載ランドを封止するパッケージとを有し、このパッケージに形成された開口から搭載ランドを露呈させており、搭載ランドを介してＣＣＤ素子チップの熱を外部へ放熱させて冷却しようとしている。また、特許文献２記載のＣＣＤモールドパッケージでも、ＣＣＤ素子（半導体基板）に接触させる金属性の放熱部材を設けており、ＣＣＤ素子から発生した熱を放熱部材に伝導させて外部に放熱させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２３６０３号公報
【特許文献２】特開２００１−６８５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び２記載の固体撮像装置では、ともに撮像素子全体を冷却するための構成を設けたものであり、撮像素子の中でも特に発熱量の多いアンプ部（出力増幅手段）などの放熱については考慮されていなため、実際の放熱効果としては不十分であった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、出力増幅手段など固体撮像素子の中で特に発熱量の大きい部分の冷却を行い、十分な放熱効果を得ることが可能な固体撮像装置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】
【０００７】
本発明の固体撮像装置は、２次元マトリクス状に配された複数の受光素子を有する固体撮像素子が形成された半導体基板と、前記固体撮像素子の一部を覆って遮光する遮光部材とを備えた固体撮像装置において、前記遮光部材は、放熱フィンが一体に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
なお、前記固体撮像素子は、前記受光素子と、この受光素子に蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段と、この垂直転送手段と垂直に接続され、前記垂直転送手段から転送された信号電荷を水平方向に出力する水平転送手段と、前記水平転送手段から転送された転送された信号電荷を増幅して出力する出力増幅手段とを備えたＣＣＤイメージセンサであり、前記遮光部材は、前記出力増幅手段と前記水平転送手段とを覆っており、前記放熱フィンは、少なくとも前記出力増幅手段の位置に合わせており、さらに前記水平転送手段の位置にまで配されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記固体撮像素子は、前記受光素子と、前記受光素子に蓄積された信号電荷を画素毎に増幅して撮像信号として出力する画素単位増幅手段と、前記撮像信号を画素単位毎に順次選択して読み出す画素選択手段と、この画素選択手段によって出力された撮像信号を増幅する出力増幅手段と、前記撮像信号をデジタルデータに変換する変換手段とを備えたＣＭＯＳイメージセンサであり、前記遮光部材は、少なくとも前記出力増幅手段を覆い、あるいは前記出力増幅手段とともに前記変換手段までを覆っており、前記放熱フィンは、前記出力増幅手段の位置に合わせて配されていることが好ましい。また、ＣＭＯＳイメージセンサに、相関二重サンプリング回路などのノイズリダクション処理手段を備える場合、このノイズリダクション処理手段を前記遮光部材で覆うとともに、この部分にも前記放熱フィンを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子の一部を覆って遮光する遮光部材に放熱フィンを一体に形成しているので、固体撮像素子で発生する熱を放熱フィンから外部に放熱することが可能であり、十分な放熱効果を得ることができる。
【００１１】
さらに、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを備えている場合、遮光部材は、出力増幅手段と水平転送手段とを覆っており、放熱フィンは、少なくとも出力増幅手段の位置に合わせて、さらに可能であるならば出力増幅手段とともに水平転送手段の位置にまで配されているので、発熱量の大きい出力増幅手段及び水平転送手段などからの発熱を放熱フィンから放熱することができ、温度上昇を抑制することができる。
【００１２】
また、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサが設けられている場合、遮光部材は、出力増幅手段、変換手段、及びノイズリダクション処理手段を覆っており、放熱フィンは、少なくとも出力増幅手段の位置に合わせて、さらに可能であるならば変換手段及びノイズリダクション処理手段の位置にまで配されているので、発熱量の大きい出力増幅手段、変換手段、及びノイズリダクション処理手段などからの発熱を放熱フィンから放熱することができ、温度上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を適用した固体撮像装置について説明する。図１の平面図に示すように、固体撮像装置１０は、撮像素子としてのＣＣＤイメージセンサ１１が形成された半導体基板１２と、このＣＣＤイメージセンサ１１の一部を覆うように設けられた放熱部１３とを備えている。放熱部１３は、後述する水平転送路２４及びアンプ（出力増幅手段）２６の位置に合わせて形成されている。
【００１４】
図２には、ＣＣＤイメージセンサ１１の電気的構成の概略を示す。ＣＣＤイメージセンサ１１は、複数の受光素子２１、フィールドシフトゲート２２、垂直転送路２３、水平転送路２４、及び出力増幅アンプ２６を有する。
【００１５】
受光素子２１は、２次元マトリクス状に配列された感光部で、入射光を信号電荷に変換する。受光素子２１は、例えばフォトダイオードが使用される。受光素子２１は、入射光の強さに応じて信号電荷を生成し、この信号電荷を時間とともに蓄積させていく。なお、図１及び図２においては、ＣＣＤイメージセンサ１１は、３×４＝１２個の受光素子２１が図示されているが、受光素子２１の個数及び配列はこれに限るものではなく、それぞれの固体撮像装置で設定される撮影画素数に応じて適宜変更すればよい。
【００１６】
フィールドシフトゲート２２は、受光素子２１の蓄積された信号電荷が垂直転送路２３に漏れないように閉じ状態に遮蔽し、信号電荷を転送する際に開き状態にして信号電荷を垂直転送路２３に移動させる機能を有するゲート手段である。このフィールドシフトゲート２２は、ＣＣＤ駆動回路（図示せず）からフィールドシフトパルスが印加された際に開き状態となり、これ以外のときには遮蔽している。
【００１７】
垂直転送路２３は、１つの受光素子２１に対してそれぞれ１つずつ形成されている垂直転送電極３１からなり、垂直方向に信号電荷を転送する。垂直転送電極３１は上述したフィールドシフトゲート２２に接続されており、ＣＣＤ駆動回路から垂直駆動信号が供給されたときそれぞれ駆動し、フィールドシフトゲート２２から転送された信号電荷を水平転送路２４へ垂直転送する。
【００１８】
水平転送路２４は、垂直転送路２３に接続される水平転送電極３２から形成されており、垂直転送路２３の転送方向と直交する水平方向に信号電荷を転送する。水平転送電極３２はＣＣＤ駆動回路から水平駆動信号が供給されたときそれぞれ駆動し、垂直転送路２３から転送された信号電荷を水平転送し、出力増幅アンプ２６へ出力する。増幅手段としての出力増幅アンプ２６は、水平転送路２４から転送されてきた信号を増幅して出力する。
【００１９】
水平転送路２４及び出力増幅アンプ２６は、ＣＣＤイメージセンサ１１を構成する中で発熱量の大きい部分であるが、本実施形態においては、上述したように放熱部１３を設けており、温度上昇を抑制している。この放熱部１３は、詳しくは図３に示すように、多数の放熱フィン４１が配列して形成されている。
【００２０】
この放熱フィン４１は、図４の断面図に示すように、水平転送路２４及び出力増幅アンプ２６の上面を覆う遮光膜（遮光部材）４２と一体に形成されたものである。遮光膜４２は、スパッタリング法及びエッジング成形などによってアルミニウムなどの金属で形成され、水平転送路２４及びアンプ２６を遮光する。なお、この遮光膜４２を形成する際には、放熱フィン４１を形成する分の厚みを余分に持たせて置く。そして、放熱フィン４１は、この遮光膜４２の上面に形成され、エッジング成形により金属で一体に形成される。なお、本実施形態においては、放熱フィン４１は、矩形柱状に形成され、所定の間隔を置いて互いに平行に位置するように配列されている。
【００２１】
上記構成の作用について説明する。デジタルカメラなどに組み込まれた固体撮像装置１０によって撮影が行われるときには、レリーズボタンの押圧に伴なって撮影露光（受光素子２１に蓄積された信号電荷の取り込み）を行う。受光素子２１での露光が完了すると、フィールドシフトゲート２２が開き状態となり、垂直転送路２３へ信号電荷が転送され、続いて水平転送路２４へと転送される。そして水平転送路２４へ転送された信号電荷は、アンプ２６で増幅されて出力される。増幅された信号電荷は、その後Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号に変換され、さらにアナログ信号からデジタル信号に変換された画像データとなる。
【００２２】
上述したように、高速で信号電荷を転送、出力する固体撮像装置１０では、水平転送路２４及び出力増幅アンプ２６などが発熱し、特に消費電力の大きい出力増幅アンプ２６が発熱量も大きくなるが、上述したように、この水平転送路２４及び出力増幅アンプ２６を覆う遮光膜（遮光部材）４２に放熱フィン４１を一体に形成したので、水平転送路２４及び出力増幅アンプ２６での発熱は、遮光膜４２に伝熱されて放熱フィン４１によって効率良く外部に放熱することができる。
【００２３】
なお、互いに隣り合う放熱フィン４１のピッチＰ（ｍｍ）は、放熱フィン４１（ｍｍ）の高さをＨ、放熱部１３を構成する金属の平均温度上昇をΔＴ（°Ｃ）とすると、以下の式（１）に示す関係が成り立つように形成すると放熱部１３の放熱効果が高まる。
【００２４】
【数１】
2006339214.tif 000003
【００２５】
上記第１の実施形態においては、出力増幅アンプ２６及び水平転送路２４の位置に放熱フィン４１を形成しているが、これに限るものではなく、少なくとも出力増幅アンプ２６の位置に放熱フィン４１を形成していれば従来の構成よりも効果的な放熱を行うことが可能である。
【００２６】
なお、上記第１の実施形態においては、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサが形成された固体撮像装置に適用しているが本発明はこれに限るものではなく、ＣＭＯＳイメージセンサが形成された固体撮像装置にも適用することができる。以下では、本発明の第２実施形態であり、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサが形成された固体撮像装置について説明する。この固体撮像装置７０は、図５に示すように、撮像素子としてのＣＭＯＳイメージセンサ７１（図６参照）が形成された半導体基板７２と、この半導体基板７２の一部を覆うように設けられた放熱部７３とを備えている。放熱部７３は、後述する出力増幅アンプ（出力増幅手段）９１、ノイズリダクション処理回路（ノイズリダクション処理手段）９２、Ａ／Ｄ変換器（変換手段）９３などの位置に合わせて形成されている。
【００２７】
図６には、ＣＭＯＳイメージセンサ７１の電気的構成の概略を示す。ＣＭＯＳイメージセンサ７１は、２次元マトリクス状に配列された複数の画素８０があり、この画素８０毎に受光素子８１、画素単位増幅アンプ（画素単位増幅手段）８２、画素選択ゲート（画素選択手段）８３などが設けられており、さらに垂直走査回路８６、水平走査回路８７、アンプ／ノイズリダクション処理回路８８、画素列選択ゲート８９、出力増幅アンプ（出力増幅手段）９１、ノイズリダクション処理回路（ノイズリダクション処理手段）９２、Ａ／Ｄ変換器（変換手段）９３などが設けられている。なお、図６においては、ＣＭＯＳイメージセンサ７１は、４×４＝１６個の受光素子８１が図示されているが、受光素子８１の個数及び配列はこれに限るものではなく、それぞれの固体撮像装置で設定される撮影画素数に応じて適宜変更すればよい。
【００２８】
受光素子８１は、それぞれ画素単位増幅アンプ８２に接続されており、この画素単位増幅アンプ８２は、受光素子８１に蓄積された信号電荷を増幅して出力する。画素単位増幅アンプ８２の出力側には、画素選択ゲート８３が接続されている。各画素８０の画素選択ゲート８３は、信号線９６を介して垂直走査回路８６に接続されており、垂直走査回路８６から送られる駆動信号によって開き状態となり画素８０の垂直方向の走査選択を行う。
【００２９】
画素選択ゲート８３は、画素列毎に配された信号線９７を介して各画素列の外に配置されたアンプ／ノイズリダクション処理回路８８に接続されている。このアンプ／ノイズリダクション処理回路８８は、画素８０毎に設けられたアンプ８２の利得とオフセットのばらつきを補償し、リセット雑音、１／ｆ雑音などのノイズを除去する。アンプ／ノイズリダクション処理回路８８の出力側には、画素列選択ゲート８９を介して水平走査回路８７に接続されており、画素列の走査選択を行う。
【００３０】
制御回路によって読み出す画素が選択されると、画素単位増幅アンプ８２によって受光素子８１に蓄積された信号電荷が撮像信号として出力される。画素単位増幅アンプ８２によって増幅されて出力された撮像信号は、信号線９６，９７を介して読み出され、アンプ／ノイズリダクション処理回路８８を経て、出力増幅アンプ９１で増幅され、さらにノイズリダクション処理回路９２でノイズリダクション処理、すなわちＣＤＳ（相関二重サンプリング）などのノイズ除去を施した撮像信号に補正する。そしてこのノイズリダクション処理が行われた撮像信号はさらにＡ／Ｄ変換器９３でデジタル信号に変換されて撮像データとして出力される。
【００３１】
なお、ＣＭＯＳイメージセンサとしては、上記の構成に限定されるものではなく、カラムアンプ（列毎に増幅を行うもの）やカラムＡＤ変換器（列毎にデジタル信号への変換を行うもの）が設けられた構成のものがあるが、上記の構成と同じ機能を持つものが回路構成的に位置を変えただけであり、実質的な構成・機能的には同一のものである。
【００３２】
本実施形態では、発熱量の大きい出力増幅アンプ９１、ノイズリダクション処理回路８８，９２、及びＡ／Ｄ変換器９３の位置に合わせて放熱部７３を設けており、温度上昇を抑制している。この放熱部７３は、多数の放熱フィン９８が配列して形成されている。この放熱フィン９８は、出力増幅アンプ９１、ノイズリダクション処理回路８８，９２、及びＡ／Ｄ変換器９３を覆う遮光膜９９と一体に形成されている。放熱フィン９８及び遮光膜９９は、上記第１実施形態と同様に、スパッタリング法及びエッジング成形などによってアルミニウムやタングステンなどの金属で形成され、放熱フィン９８は、矩形柱状に形成され、所定の間隔を置いて互いに平行に位置するように配列されている。このように発熱量の大きい出力増幅アンプ９１、ノイズリダクション処理回路９２、及びＡ／Ｄ変換器９３を覆う遮光膜９９と一体に放熱フィン９８を設けたので、固体撮像装置７０で発生した熱を効率良く外部に放熱することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態において、放熱フィン４１は、矩形柱状に形成され、所定の間隔を置いて互いに平行に位置するように配列されているが、本発明はこれに限るものではなく、図７に示す固体撮像装置１００のように放熱フィンを形成してもよい。この固体撮像装置１００に設けた放熱部１０１では、断面形状は、上記実施形態と同様で、その軸方向の長さＬが短い矩形柱状の放熱フィン１０２を互いに平行に配列し、さらにこれを複数列設けた形状となるように形成している。なお、この放熱フィン１０２は、上記実施形態と同様に遮光部材４２と一体に形成したものである。また、放熱フィンの配列としては、互いに平行に配列したようなものではなく、図８に示す放熱フィン１０３のように渦巻き状に配列するようにしてもよい。あるいは、放熱フィンの形状も矩形柱状ではなく、図９に示す放熱フィン１０４のように、遮光膜４２に対して垂直な円柱状とし、この円柱状の放熱フィン１０４を多数配列して設けるようにしてもよい。なお、このような円柱状放熱フィン１０４は、周知のＳｉ−Ｗ−Ｏウィスカー成長方法や、タングステン上のカーボンウィスカー成長方法などによって形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、デジタルカメラに適用される他に、携帯電話やパーソナルコンピュータなどに内蔵される撮像装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態を適用した固体撮像装置の正面図である。
【図２】ＣＣＤイメージセンサの電気的構成の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態を適用した固体撮像装置の斜視図である。
【図４】放熱フィンの寸法関係を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を適用した固体撮像装置の斜視図である。
【図６】ＣＭＯＳイメージセンサの電気的構成の概略を示すブロック図である。
【図７】複数列の放熱フィンを形成した例を示す斜視図である。
【図８】渦巻き状の放熱フィンを形成した例を示す斜視図である。
【図９】円柱状の放熱フィンを形成した例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，７０，１００  固体撮像装置
１１  ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像素子）
１２  半導体基板
２１，８１  受光素子
２３  垂直転送路（垂直転送手段）
２４  水平転送路（水平転送手段）
２６，９１  アンプ（出力増幅手段）
４１，９８，１０２，１０３，１０４  放熱フィン
４２，９９  遮光膜
９２  ノイズリダクション処理回路（ノイズリダクション処理手段）
９３  Ａ／Ｄ変換器（変換手段）
【図１】
2006339214.tif 000004
【図２】
2006339214.tif 000005
【図３】
2006339214.tif 000006
【図４】
2006339214.tif 000007
【図５】
2006339214.tif 000008
【図６】
2006339214.tif 000009
【図７】
2006339214.tif 000010
【図８】
2006339214.tif 000011
【図９】
2006339214.tif 000012