(57)【要約】【課題】電子部品間の熱伝達を遮断して、温度上昇による電子部品の機能低下を防止可能な熱遮断構造を提供すること。【解決手段】本発明のある実施の形態において、熱遮断構造１００は、固体撮像素子１１を包囲する包囲剛体１５を備える。包囲剛体１５は、電磁波を吸収する剛体１５ａによる電磁波吸収層と、外気に比して減圧された減圧層１５ｂとを有する多層断面構造からなる。剛体１５ａは、熱放射による熱エネルギーを吸収して、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１と間における熱放射を遮断する。減圧層１５ｂは、熱対流を抑制して、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１と間における熱対流を遮断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を吸収する電磁波吸収層と外気に比して減圧された減圧層とを有する多層断面構造からなり、第１の回路基板上の第１の電子部品を包囲する包囲剛体を備え、
前記包囲剛体の外部に配置された第２の回路基板上の第２の電子部品と前記第１の電子部品との間における熱伝達を遮断することを特徴とする熱遮断構造。
【請求項２】
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを接続する接続基板に配置され、前記接続基板に伝導された熱を吸収する吸熱体をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱遮断構造。
【請求項３】
前記電磁波吸収層は、前記包囲剛体の外層をなし、
前記減圧層は、前記外層によって密閉されて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱遮断構造。
【請求項４】
前記包囲剛体は、前記電磁波吸収層をなすとともに前記減圧層を密閉する電磁波吸収部材によって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱遮断構造。
【請求項５】
前記減圧層は、真空層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の熱遮断構造。
【請求項６】
電磁波を吸収する電磁波吸収層と外気に比して減圧された減圧層とを有する多層断面構造からなり、前記第２の電子部品を包囲する他の包囲剛体をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の熱遮断構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の電子部品の間における熱伝達を遮断する熱遮断構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、デジタル一眼レフカメラを始めとするデジタルスチルカメラ、またはデジタルビデオカメラ、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機など、各種態様の電子撮像装置が登場している。電子撮像装置は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えた撮像ユニットとレンズ等の光学系とを内蔵する。電子撮像装置は、光学系によって固体撮像素子の受光部に被写体の光学像を結像し、この固体撮像素子の光電変換処理によって被写体の画像を撮像する。
【０００３】
また、近年、電子撮像装置においては、固体撮像素子の高画素化および高速処理化とともに、装置小型化の要望が高まっている。このため、電子撮像装置内に搭載する固体撮像素子およびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の電子部品の高性能化および高密度実装化が進行している。このような電子部品の高性能化および高密度実装化に伴い、電子部品の動作時の発熱量が増加するとともに、電子部品間における相互の熱伝達が生じ易くなり、熱伝達による電子部品の温度上昇によって、電子部品の機能低下が発生する。
【０００４】
特に、固体撮像素子は、アナログ素子であり、近傍に配置された電子部品間の相互熱干渉に起因する熱の影響を受け易い。例えば、電子撮像装置の全体的な動作制御を行うＤＳＰは、長時間動作しつつ発熱する半導体素子である。このような発熱源となり得るＤＳＰと固体撮像素子との間の熱伝達は、固体撮像素子の温度上昇を引き起こし、この固体撮像素子の温度上昇に伴って暗電流等のノイズが発生する。この熱によるノイズは、画質低下等の固体撮像素子の機能低下を招来し、固体撮像素子による高画質撮像を困難にする。
【０００５】
なお、上述したような電子部品間の相互の熱伝達を抑制する従来技術として、例えば、ＤＳＰと固体撮像素子との間にスペーサを介在させてＤＳＰと固体撮像素子との間に空隙を形成するもの（特許文献１参照）もあれば、固体撮像素子に熱伝導可能に接続された放熱板と、集積回路に熱伝導可能に接続された放熱板との間に断熱部材を配置しているもの（特許文献２参照）もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０３６６９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１７４５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、物体間の熱伝達には、原子または分子の振動あるいは自由電子の移動によって熱エネルギーが伝わる現象である熱伝導と、物体から熱エネルギーが電磁波として放出される現象である熱放射（熱輻射）と、気体等の流体の流れによって熱エネルギーが移動する現象である熱対流とがある。
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来技術では、電子部品間の熱伝導を抑制することは可能であるが、熱放射を抑制することが困難であるため、熱放射によって伝達された熱エネルギーは電子部品の温度上昇を招来し、この温度上昇によって電子部品の機能が低下するという問題がある。
【０００９】
また、上述した特許文献２に記載された従来技術では、電磁波として伝達される熱エネルギーを放熱板間の断熱部材によって吸収することは困難であるため、熱放射によって伝達された熱エネルギーによる電子部品の温度上昇を十分に軽減しきれず、この結果、温度上昇によって電子部品の機能が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電子部品間の熱伝達を遮断して、温度上昇による電子部品の機能低下を防止可能な熱遮断構造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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる熱遮断構造は、電磁波を吸収する電磁波吸収層と外気に比して減圧された減圧層とを有する多層断面構造からなり、第１の回路基板上の第１の電子部品を包囲する包囲剛体を備え、前記包囲剛体の外部に配置された第２の回路基板上の第２の電子部品と前記第１の電子部品との間における熱伝達を遮断することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる熱遮断構造は、上記の発明において、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを接続する接続基板に配置され、前記接続基板に伝導された熱を吸収する吸熱体をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる熱遮断構造は、上記の発明において、前記電磁波吸収層は、前記包囲剛体の外層をなし、前記減圧層は、前記外層によって密閉されて形成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる熱遮断構造は、上記の発明において、前記包囲剛体は、前記電磁波吸収層をなすとともに前記減圧層を密閉する電磁波吸収部材によって形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる熱遮断構造は、上記の発明において、前記減圧層は、真空層であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる熱遮断構造は、上記の発明において、電磁波を吸収する電磁波吸収層と外気に比して減圧された減圧層とを有する多層断面構造からなり、前記第２の電子部品を包囲する他の包囲剛体をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる熱遮断構造によれば、包囲剛体が、電磁波を吸収する電磁波吸収層と外気に比して減圧された減圧層とを有する多層断面構造からなり、第１の回路基板上の第１の電子部品を包囲し、この包囲剛体の外部に配置された第２の回路基板上の第２の電子部品と前記第１の電子部品との間における熱伝達を遮断するため、包囲剛体の電磁波吸収層によって熱放射による熱エネルギーを吸収でき、さらに、包囲剛体の減圧層によって熱対流を抑制できる。これによって、第１の電子部品および第２の電子部品間の熱伝達を遮断して、第１の電子部品および第２の電子部品の温度上昇を軽減でき、この結果、温度上昇による第１の電子部品および第２の電子部品の機能低下を防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる熱遮断構造を備えた半導体装置の一構成例を示す断面模式図である。
【図２】図２は、包囲剛体の外形および多層断面構造の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる熱遮断構造の作用を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態の変形例にかかる熱遮断構造を備えた半導体装置の一構成例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる熱遮断構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、複数の電子部品の一例として電子撮像装置に内蔵される固体撮像素子およびＤＳＰを例示し、固体撮像素子とＤＳＰとの間における熱伝達を遮断する熱遮断構造を説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる熱遮断構造を備えた半導体装置の一構成例を示す断面模式図である。図１に示すように、この実施の形態にかかる半導体装置１は、被写体の画像を撮像する撮像部１０と、撮像部１０の動作を制御する制御部２０と、撮像部１０と制御部２０とを電気的に接続する接続基板３０とを備える。また、この半導体装置１には、これら撮像部１０と制御部２０との間における熱伝達を遮断する熱遮断構造１００が構成されている。
【００２１】
撮像部１０は、被写体の画像を取得するためのユニットであり、図１に示すように、被写体の画像を撮像する固体撮像素子１１と、固体撮像素子１１等を実装する撮像基板１２と、固体撮像素子１１の機能面を保護するカバーガラス１３と、撮像基板１２上の固体撮像素子１１を包囲する包囲剛体１５とを備える。
【００２２】
固体撮像素子１１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等を用いて実現されるベアチップ状態の半導体素子（電子部品の一例）であり、被写体からの光を受光して、この被写体の画像を撮像する撮像機能を有する。具体的には、固体撮像素子１１は、シリコン基板等のサブストレートの表面に、被写体からの光を受光する受光面および撮像機能に必要な各種回路を有する受光機能部１１ａと、この受光機能部１１ａと電気的に接続された電極端子上に固定される複数の突起電極１１ｂとを備える。
【００２３】
受光機能部１１ａは、２次元的に配置される複数の画素およびカラーフィルタ等を用いて実現される。受光機能部１１ａは、まず、カバーガラス１３を含む光学系を介して被写体からの光を受光し、この受光した光を光電変換処理する。つぎに、受光機能部１１ａは、この光電変換処理によって得られた信号をもとに、被写体の画像信号を生成する。
【００２４】
複数の突起電極１１ｂは、受光機能部１１ａの外側周辺に形成された複数の電極パッドに固定される。なお、特に図示しないが、このように電極パッドに固定された複数の突起電極１１ｂの各々は、固体撮像素子１１のサブストレートに形成された回路配線等を介して、受光機能部１１ａと電気的に接続する。
【００２５】
なお、複数の突起電極１１ｂの各々は、ワイヤボンディング方式によって形成された金または銅等のスタッドバンプであってもよいし、めっき方式によって形成された金、銀、インジウムまたは半田等の金属バンプであってもよい。また、複数の突起電極１１ｂの各々は、金属ボールまたは表面に金属めっきを施した樹脂ボールであってもよい。
【００２６】
上述したような受光機能部１１ａおよび複数の突起電極１１ｂを有する固体撮像素子１１は、図１に示すように、接着剤１１ｃを用いて撮像基板１２にフリップチップ実装される。これによって、複数の突起電極１１ｂの各々は、撮像基板１２の電極端子（図示せず）に接続固定される。この結果、固体撮像素子１１は、複数の突起電極１１ｂを介して撮像基板１２の回路配線と電気的に接続される。なお、上述した受光機能部１１ａが生成した画像信号は、これら複数の突起電極１１ｂを介して、撮像基板１２側に出力される。
【００２７】
ここで、接着剤１１ｃは、上述した固体撮像素子１１と撮像基板１２との電気的な接続状態を確保するためのものであり、受光機能部１１ａ側に進入しないように固体撮像素子１１と撮像基板１２との間隙に充填される。なお、接着剤１１ｃは、エポキシ系、フェノール系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系等の絶縁性接着剤であってもよいし、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）または異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等の異方性導電接着剤であってもよい。
【００２８】
撮像基板１２は、固体撮像素子１１の撮像機能を実現するための回路と、受光機能部１１ａに対向する開口部１２ａとが形成された回路基板である。なお、撮像基板１２は、外力の印加によって容易に変形可能な可撓性のフレキシブル回路基板であってもよいし、フレキシブル回路基板に比して変形し難いリジッド回路基板であってもよい。
【００２９】
開口部１２ａは、固体撮像素子１１の受光機能部１１ａに対応して設計された開口寸法、つまり、受光機能部１１ａの大きさに対して所定以上に大きい開口寸法を有し、この受光機能部１１ａに対する被写体からの光の入射を可能にする。
【００３０】
このような撮像基板１２には、図１に示すように、受光機能部１１ａと開口部１２ａとを対向させた態様にして、固体撮像素子１１がフリップチップ実装される。この場合、撮像基板１２は、固体撮像素子１１によって開口部１２ａを閉塞するように、固体撮像素子１１を搭載する。さらに、撮像基板１２には、この搭載した固体撮像素子１１を包囲する包囲剛体１５が取り付けられる。
【００３１】
また、撮像基板１２には、特に図示しないが、固体撮像素子１１と電気的に接続する回路配線と、撮像基板１２の熱を放出するための放熱用の金属パターン（以下、放熱パターンという）とが形成されている。撮像基板１２は、このような回路配線の電極端子を介して接続基板３０と電気的に接続される。且つ、撮像基板１２は、このような放熱パターンを介して接続基板３０と熱伝導可能に接続される。
【００３２】
カバーガラス１３は、被写体からの光、すなわち固体撮像素子１１の受光機能部１１ａが受光すべき光に対して透明な光学部材である。カバーガラス１３は、図１に示すように、固体撮像素子１１の受光機能部１１ａと対向する撮像基板１２の開口部１２ａを閉じるように、接着剤１４によって撮像基板１２に固定される。このように撮像基板１２に取り付けられたカバーガラス１３は、固体撮像素子１１の受光機能部１１ａ側に被写体からの光を透過するとともに、受光機能部１１ａへの異物混入を防止し、且つ外力による破損等から受光機能部１１ａを保護する。
【００３３】
包囲剛体１５は、撮像基板１２上の固体撮像素子１１を包囲する多層断面構造の剛体である。図２は、包囲剛体の外形および多層断面構造の一例を示す模式図である。包囲剛体１５は、図１，２に示すように、電磁波吸収性を有する剛体１５ａによって形成される。
【００３４】
剛体１５ａは、フェライトまたはカーボン等の電磁波吸収部材であり、例えば図２に示すように、一端が開口した箱型の外形をなす中空な構造体に形成される。この剛体１５ａの開口端部、すなわち、包囲剛体１５の開口端部は、図１に示すように、撮像基板１２上の固体撮像素子１１の外周部近傍に固定される。なお、このような撮像基板１２と包囲剛体１５との固定は、エポキシ系接着剤または熱伝導性接着剤等を用いて行われる。このように撮像基板１２に固定された包囲剛体１５は、図１に示すように、撮像基板１２上の固体撮像素子１１を包囲し、これによって、固体撮像素子１１と包囲剛体１５の外部とを遮断する。
【００３５】
ここで、包囲剛体１５は、電磁波を吸収する剛体１５ａの層、すなわち電磁波吸収層と、外気（包囲剛体１５の外部雰囲気）に比して減圧された減圧層１５ｂとを有する多層断面構造からなる。具体的には、包囲剛体１５の多層断面構造は、図１，２に示すように、２つの電磁波吸収層によって減圧層１５ｂを挟んだ３層断面構造である。この３層断面構造において、剛体１５ａは、包囲剛体１５の外層をなし、包囲剛体１５の電磁波吸収層は、外層である剛体１５ａによって形成される。
【００３６】
一方、減圧層１５ｂは、上述した剛体１５ａによって密閉された中空層であり、外気に比して減圧することによって形成される。具体的には、剛体１５ａの一部分に外気に通じる通気穴（図示せず）を形成し、この通気穴を通して剛体１５ａ間の中空層を脱気（減圧処理）することによって、減圧層１５ｂが形成される。なお、この剛体１５ａの通気穴は、減圧層１５ｂを形成後、電磁波吸収部材等によって閉塞される。このようにして形成された減圧層１５ｂは、外気に比して減圧されていれば空気を含んでもよいが、真空であることが望ましい。
【００３７】
制御部２０は、撮像部１０を制御するためのユニットであり、図１に示すように、ＤＳＰ２１と、チップコンデンサ等の他の電子部品２２と、ＤＳＰ２１および電子部品２２を実装する制御基板２３とを備える。ＤＳＰ２１は、上述した固体撮像素子１１の動作を制御する半導体素子（電子部品の一例）であり、制御機能に必要な回路等が形成されたシリコン基板等のサブストレートの表面に、複数の突起電極２１ａを備える。
【００３８】
複数の突起電極２１ａは、サブストレートに形成された複数の電極パッドに固定される。なお、特に図示しないが、このように電極パッドに固定された複数の突起電極２１ａの各々は、サブストレートに形成された回路配線等を介してＤＳＰ２１の回路と電気的に接続する。
【００３９】
なお、複数の突起電極２１ａの各々は、ワイヤボンディング方式によって形成された金または銅等のスタッドバンプであってもよいし、めっき方式によって形成された金、銀、インジウムまたは半田等の金属バンプであってもよい。また、複数の突起電極２１ａの各々は、金属ボールまたは表面に金属めっきを施した樹脂ボールであってもよい。
【００４０】
このような構成を有するＤＳＰ２１は、図１に示すように、接着剤２１ｂを用いて制御基板２３にフリップチップ実装される。これによって、複数の突起電極２１ａの各々は、制御基板２３の電極端子（図示せず）に接続固定される。この結果、ＤＳＰ２１は、複数の突起電極２１ａを介して制御基板２３の回路配線と電気的に接続される。なお、ＤＳＰ２１が固体撮像素子１１を制御するための制御信号は、これら複数の突起電極２１ａを介して、制御基板２３側に出力される。
【００４１】
一方、電子部品２２は、例えばチップコンデンサ等の電子部品であり、ＤＳＰ２１が正常に動作するために必要に応じて制御基板２３の電極端子に実装される。なお、この電子部品２２と制御基板２３との固定は、接着剤２２ａを用いて行われる。
【００４２】
ここで、接着剤２１ｂは、ＤＳＰ２１と制御基板２３との電気的な接続状態を確保するためのものであり、接着剤２２ａは、電子部品２２と制御基板２３との電気的な接続状態を確保するためのものである。なお、接着剤２１ｂ，２２ａは、エポキシ系、フェノール系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系等の絶縁性接着剤であってもよいし、ＡＣＦまたはＡＣＰ等の異方性導電接着剤であってもよい。
【００４３】
制御基板２３は、ＤＳＰ２１の制御機能を実現するために必要な回路が形成された回路基板である。この制御基板２３には、図１に示すように、ＤＳＰ２１がフリップチップ実装され、さらに、電子部品２２が実装される。なお、制御基板２３は、外力の印加によって容易に変形可能な可撓性のフレキシブル回路基板であってもよいし、フレキシブル回路基板に比して変形し難いリジッド回路基板であってもよい。
【００４４】
また、制御基板２３には、特に図示しないが、ＤＳＰ２１と電気的に接続する回路配線と、制御基板２３の熱を放出するための放熱パターンとが形成されている。制御基板２３は、このような回路配線の電極端子を介して接続基板３０と電気的に接続される。且つ、制御基板２３は、このような放熱パターンを介して接続基板３０と熱伝導可能に接続される。
【００４５】
接続基板３０は、外力の印加によって容易に変形可能な可撓性のフレキシブル回路基板であり、上述した撮像基板１２と制御基板２３とを接続する。具体的には、接続基板３０は、撮像基板１２と電気的に接続する撮像基板側電極端子と、制御基板２３と電気的に接続する制御基板側電極端子とを有する。また、接続基板３０には、これら撮像基板側電極端子と制御基板側電極端子とを電気的に接続する回路が形成される。
【００４６】
また、接続基板３０は、撮像基板１２からの熱を伝導する放熱パターンと、制御基板２３からの熱を伝導する放熱パターンとを有する。接続基板３０は、このような放熱パターンを介して、撮像基板１２および制御基板２３と接続される。
【００４７】
このような構成を有する接続基板３０には、撮像基板１２および制御基板２３が電気的且つ熱的に接続される。すなわち、撮像基板１２および制御基板２３は、接続基板３０を介して電気的に接続されるとともに、接続基板３０に対して熱伝導可能に接続される。また、可撓性を有する接続基板３０を介して接続された撮像基板１２および制御基板２３は、図１に示すように、対向する態様で互いに近傍に位置する。
【００４８】
一方、接続基板３０には、図１に示すように、吸熱体３１が配置される。吸熱体３１は、接続基板３０に伝導された熱を吸収する。具体的には、吸熱体３１は、銅またはアルミニウム等の放熱性の高い金属または合金によって形成され、接続基板３０の所定の位置（例えば放熱パターン上）に固定される。接続基板３０上の吸熱体３１は、撮像基板１２側から接続基板３０に伝導した熱と、制御基板２３側から接続基板３０に伝導した熱とを吸収し、吸収した熱を外部に放出する。これによって、吸熱体３１は、接続基板３０を介した撮像基板１２と制御基板２３との間の熱伝導を遮断する。詳細には、吸熱体３１は、接続基板３０を介した固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間の熱伝導を遮断する。
【００４９】
ここで、上述した包囲剛体１５および吸熱体３１は、半導体装置１の熱遮断構造１００を構成する。具体的には、包囲剛体１５は、電磁波吸収部材である剛体１５ａの作用によって、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間の熱放射を遮断し、減圧層１５ｂの作用によって、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間の熱対流を遮断する。一方、吸熱体３１は、上述したように、接続基板３０を介した固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間の熱伝導を遮断する。このような包囲剛体１５および吸熱体３１を有する熱遮断構造１００は、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間における全ての熱伝達（熱放射、熱対流、熱伝導）を遮断する。
【００５０】
なお、以上のような構成を有する半導体装置１は、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラを始め、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機等、各種態様の電子撮像装置の撮像ユニットとして適用することができる。
【００５１】
つぎに、本発明の実施の形態にかかる熱遮断構造１００の作用について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる熱遮断構造の作用を説明するための模式図である。なお、図３において、波線矢印は、熱放射による熱エネルギーの流れを示し、一点鎖線矢印は、熱対流による熱エネルギーの流れを示し、破線矢印は、熱伝導による熱エネルギーの流れを示す。
【００５２】
まず、ＤＳＰ２１が発熱源である場合を例示して、熱遮断構造１００の作用を説明する。ＤＳＰ２１は、固体撮像素子１１を制御するために動作する度に発熱し、この発熱した熱エネルギーは、熱放射、熱対流および熱伝導によってＤＳＰ２１から伝達される。
【００５３】
このようなＤＳＰ２１によって放射された熱エネルギー、すなわち熱放射による熱エネルギーは、図３の波線矢印に示すように、ＤＳＰ２１から放射状に放出され、その後、熱遮断構造１００の一つである包囲剛体１５に到達する。
【００５４】
ここで、熱放射による熱エネルギーは、電磁波として放出される。したがって、図３に示すＤＳＰ２１からの熱放射による熱エネルギーは、包囲剛体１５の電磁波吸収層である剛体１５ａによって吸収される。このため、ＤＳＰ２１からの熱放射による熱エネルギーは、剛体１５ａによって囲まれた状態の固体撮像素子１１に伝わらず、この結果、ＤＳＰ２１から固体撮像素子１１への熱放射は、包囲剛体１５によって遮断される。なお、剛体１５ａによって吸収された熱エネルギーは、撮像基板１２の放熱パターンを介して接続基板３０に伝導する。
【００５５】
一方、ＤＳＰ２１に接触する空気の対流によって伝わる熱エネルギー、すなわち熱対流による熱エネルギーは、図３の一点鎖線矢印に示すように、ＤＳＰ２１近傍の空気の対流に伴ってＤＳＰ２１から伝達され、その後、熱遮断構造１００の一つである包囲剛体１５に到達する。
【００５６】
ここで、包囲剛体１５の減圧層１５ｂは、上述したように、外気に比して減圧された中空層であり、真空状態に近い。したがって、減圧層１５ｂにおいては、空気の対流が起こり難く、これによって、熱対流による熱エネルギーは、減圧層１５ｂ内部に伝わらない。なお、減圧層１５ｂ内部における空気の対流は、減圧層１５ｂの気圧が低いほど起こり難くなる。さらには、減圧層１５ｂが真空状態である場合、減圧層１５ｂ内部において、空気の対流は起こらない。
【００５７】
このため、ＤＳＰ２１からの熱対流による熱エネルギーは、減圧層１５ｂによって囲まれた状態の固体撮像素子１１に伝わらず、この結果、ＤＳＰ２１から固体撮像素子１１への熱対流は、包囲剛体１５によって遮断される。なお、減圧層１５ｂによって遮断された熱エネルギーは、剛体１５ａおよび撮像基板１２の放熱パターンを介して接続基板３０に伝導する。
【００５８】
他方、ＤＳＰ２１から制御基板２３に伝導する熱エネルギー、すなわち熱伝導による熱エネルギーは、図３の破線矢印に示すように、制御基板２３から接続基板３０に伝導し、その後、熱遮断構造１００の一つである吸熱体３１に到達する。
【００５９】
ここで、吸熱体３１は、図３に示すように、半導体装置１を内蔵する電子撮像装置の筐体４０に固定されている。この状態の吸熱体３１は、制御基板２３から接続基板３０に伝導した熱エネルギーを吸収し、その後、この吸収した熱エネルギーを筐体４０に伝導させる。したがって、熱伝導による熱エネルギーは、吸熱体３１から撮像基板１２側に伝導しない。
【００６０】
このため、ＤＳＰ２１からの熱伝導による熱エネルギーは、吸熱体３１を境界にして撮像基板１２側に位置する固体撮像素子１１に伝わらず、この結果、ＤＳＰ２１から固体撮像素子１１への熱伝導は、吸熱体３１によって遮断される。なお、吸熱体３１によって遮断された熱エネルギーは、筐体４０に伝達された後、電子撮像装置の外部に放出される。
【００６１】
上述したようにして、熱遮断構造１００は、ＤＳＰ２１から固体撮像素子１１への熱放射、熱対流および熱伝導を全て遮断する。このため、ＤＳＰ２１において発生した熱エネルギーは、固体撮像素子１１に伝わらず、この結果、ＤＳＰ２１の発熱による固体撮像素子１１の温度上昇を低減することができる。
【００６２】
つぎに、固体撮像素子１１が発熱源である場合を例示して、熱遮断構造１００の作用を説明する。固体撮像素子１１は、ＤＳＰ２１の制御に基づいて動作する度に発熱し、この発熱した熱エネルギーは、熱放射、熱対流および熱伝導によって固体撮像素子１１から伝達される。
【００６３】
このような固体撮像素子１１によって放射された熱エネルギー、すなわち熱放射による熱エネルギーは、図３の波線矢印に示すように、固体撮像素子１１から放射状に放出され、その後、包囲剛体１５に到達する。
【００６４】
ここで、固体撮像素子１１からの熱放射による熱エネルギーは、電磁波として放出された熱エネルギーであるため、包囲剛体１５の電磁波吸収層である剛体１５ａによって吸収される。このため、固体撮像素子１１からの熱放射による熱エネルギーは、剛体１５ａの外部に位置するＤＳＰ２１に伝わらず、この結果、固体撮像素子１１からＤＳＰ２１への熱放射は、包囲剛体１５によって遮断される。なお、剛体１５ａによって吸収された熱エネルギーは、ＤＳＰ２１が発熱源である場合と同様に、撮像基板１２の放熱パターンを介して接続基板３０に伝導する。
【００６５】
一方、固体撮像素子１１に接触する空気の対流によって伝わる熱エネルギー、すなわち熱対流による熱エネルギーは、図３の一点鎖線矢印に示すように、固体撮像素子１１近傍の空気の対流に伴って固体撮像素子１１から伝達され、その後、包囲剛体１５に到達する。
【００６６】
ここで、包囲剛体１５の減圧層１５ｂ内部における空気の対流は、上述したように、減圧層１５ｂの気圧が低いほど、起こり難く、さらには、減圧層１５ｂが真空状態である場合、減圧層１５ｂ内部において、空気の対流は起こらない。したがって、熱対流による熱エネルギーは、減圧層１５ｂ内部に伝わらない。
【００６７】
このため、固体撮像素子１１からの熱対流による熱エネルギーは、減圧層１５ｂの外部に位置するＤＳＰ２１に伝わらず、この結果、固体撮像素子１１からＤＳＰ２１への熱対流は、包囲剛体１５によって遮断される。なお、減圧層１５ｂによって遮断された熱エネルギーは、ＤＳＰ２１が発熱源である場合と同様に、剛体１５ａおよび撮像基板１２の放熱パターンを介して接続基板３０に伝導する。
【００６８】
他方、固体撮像素子１１から撮像基板１２に伝導する熱エネルギー、すなわち熱伝導による熱エネルギーは、図３の破線矢印に示すように、撮像基板１２から接続基板３０に伝導し、その後、吸熱体３１に到達する。
【００６９】
ここで、吸熱体３１は、上述したように、筐体４０に固定された状態である。この状態の吸熱体３１は、撮像基板１２から接続基板３０に伝導した熱エネルギーを吸収し、その後、この吸収した熱エネルギーを筐体４０に伝導させる。したがって、熱伝導による熱エネルギーは、吸熱体３１から制御基板２３側に伝導しない。
【００７０】
このため、固体撮像素子１１からの熱伝導による熱エネルギーは、吸熱体３１を境界にして制御基板２３側に位置するＤＳＰ２１に伝わらず、この結果、固体撮像素子１１からＤＳＰ２１への熱伝導は、吸熱体３１によって遮断される。なお、吸熱体３１によって遮断された熱エネルギーは、ＤＳＰ２１が発熱源である場合と同様に、筐体４０を介して電子撮像装置の外部に放出される。
【００７１】
上述したようにして、熱遮断構造１００は、固体撮像素子１１からＤＳＰ２１への熱放射、熱対流および熱伝導を全て遮断する。このため、固体撮像素子１１において発生した熱エネルギーは、ＤＳＰ２１に伝わらず、この結果、固体撮像素子１１の発熱によるＤＳＰ２１の温度上昇を低減することができる。
【００７２】
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、電磁波吸収層と中空の減圧層とを有する多層断面構造からなる包囲剛体によって、第１の回路基板上の第１の電子部品を包囲し、この包囲剛体の外部に位置する第２の回路基板上の第２の電子部品と第１の電子部品とを包囲剛体によって隔離するように構成した。このため、包囲剛体の電磁波吸収層によって熱放射による熱エネルギーを吸収でき、さらに、包囲剛体の減圧層によって熱対流を抑制でき、これによって、第１の電子部品および第２の電子部品間の熱放射および熱対流を遮断することができる。この結果、第１の電子部品および第２の電子部品間の相互熱干渉を抑制して、第１の電子部品および第２の電子部品の温度上昇を軽減でき、これによって、温度上昇による第１の電子部品および第２の電子部品の機能低下を防止することができる。
【００７３】
また、本発明の実施の形態では、第１の回路基板と第２の回路基板とを接続する接続基板に吸熱体を配置し、この吸熱体によって、接続基板に伝導する熱を吸収するように構成した。このため、第１の回路基板側から接続基板に伝導した熱と、第２の回路基板側から接続基板に伝導した熱とを共に吸収して、装置外部に放出することができ、これによって、第１の電子部品および第２の電子部品間の熱伝導を遮断することができる。この結果、回路基板を介して接続された状態の第１の電子部品および第２の電子部品間の相互熱干渉を抑制して、第１の電子部品および第２の電子部品の温度上昇を軽減でき、これによって、温度上昇による第１の電子部品および第２の電子部品の機能低下を防止することができる。
【００７４】
さらに、可撓性を有する接続基板を湾曲させて、第１の回路基板と第２の回路基板とを対向配置するように構成した。このため、装置筐体の内部に、第１の回路基板および第２の回路基板を高密度に配置することができ、これによって、装置筐体の小型化を阻害せずに第１の電子部品および第２の電子部品間の熱伝達を遮断することができる。
【００７５】
本発明の実施の形態にかかる熱遮断構造を電子撮像装置内の半導体装置に適用することによって、この半導体装置内の固体撮像素子とＤＳＰとの間における熱伝達を遮断することができる。このため、固体撮像素子およびＤＳＰ間の相互熱干渉を抑制して、固体撮像素子およびＤＳＰの温度上昇を軽減することができ、この結果、温度上昇による固体撮像素子の機能低下およびＤＳＰの機能低下を共に防止することができる。
【００７６】
（変形例）
つぎに、本発明の実施の形態の変形例について説明する。上述した実施の形態では、包囲剛体１５によって固体撮像素子１１を包囲していたが、この変形例では、包囲剛体１５と同様の多層構造からなる他の包囲剛体によって、制御基板２３上のＤＳＰ２１および電子部品２２をさらに包囲している。
【００７７】
図４は、本発明の実施の形態の変形例にかかる熱遮断構造を備えた半導体装置の一構成例を示す断面模式図である。図４に示すように、この変形例にかかる半導体装置２は、上述した実施の形態にかかる半導体装置１の熱遮断構造１００に代えて熱遮断構造２００を備える。この熱遮断構造２００は、上述した包囲剛体１５および吸熱体３１に加えて、制御基板２３上のＤＳＰ２１および電子部品２２を包囲する包囲剛体２５をさらに備えることによって構成される。その他の構成は上述した実施の形態と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７８】
包囲剛体２５は、制御基板２３上のＤＳＰ２１および電子部品２２を包囲する多層断面構造の剛体である。具体的には、包囲剛体２５は、上述した実施の形態における包囲剛体１５と同様の多層断面構造からなり、図４に示すように、電磁波吸収性を有する剛体２５ａによって形成される。
【００７９】
剛体２５ａは、フェライトまたはカーボン等の電磁波吸収部材であり、一端が開口した箱型の外形をなす中空な構造体に形成される。この剛体２５ａの開口端部、すなわち、包囲剛体２５の開口端部は、図４に示すように、制御基板２３上の部品実装領域（ＤＳＰ２１および電子部品２２の実装領域）の外側近傍に固定される。なお、このような制御基板２３と包囲剛体２５との固定は、エポキシ系接着剤または熱伝導性接着剤等を用いて行われる。
【００８０】
このように制御基板２３に固定された包囲剛体２５は、図４に示すように、制御基板２３上のＤＳＰ２１および電子部品２２を包囲し、これによって、ＤＳＰ２１および電子部品２２と包囲剛体２５の外部とを遮断する。
【００８１】
ここで、包囲剛体２５は、電磁波を吸収する剛体２５ａの層、すなわち電磁波吸収層と、外気（包囲剛体２５の外部雰囲気）に比して減圧された減圧層２５ｂとを有する多層断面構造からなる。具体的には、包囲剛体２５の多層断面構造は、図４に示すように、２つの電磁波吸収層によって減圧層２５ｂを挟んだ３層断面構造である。この３層断面構造において、剛体２５ａは、包囲剛体２５の外層をなし、包囲剛体２５の電磁波吸収層は、外層である剛体２５ａによって形成される。
【００８２】
一方、減圧層２５ｂは、上述した剛体２５ａによって密閉された中空層であり、外気に比して減圧することによって形成される。具体的には、剛体２５ａの一部分に外気に通じる通気穴（図示せず）を形成し、この通気穴を通して剛体２５ａ間の中空層を脱気（減圧処理）することによって、減圧層２５ｂが形成される。なお、この剛体２５ａの通気穴は、減圧層２５ｂを形成後、電磁波吸収部材等によって閉塞される。このようにして形成された減圧層２５ｂは、外気に比して減圧されていれば空気を含んでもよいが、真空であることが望ましい。
【００８３】
ここで、上述した包囲剛体１５，２５および吸熱体３１は、半導体装置２の熱遮断構造２００を構成する。なお、包囲剛体１５および吸熱体３１の熱遮断作用は、上述した実施の形態の場合と同様である。
【００８４】
包囲剛体２５は、電磁波吸収部材である剛体２５ａの作用によって、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間の熱放射を遮断し、減圧層２５ｂの作用によって、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間の熱対流を遮断する。具体的には、包囲剛体２５は、包囲剛体２５の外部からＤＳＰ２１に対する熱放射および熱対流を遮断するとともに、ＤＳＰ２１から包囲剛体２５の外部に対する熱放射および熱対流を遮断する。なお、このようなＤＳＰ２１に対する包囲剛体２５の熱遮断作用は、上述した固体撮像素子１１に対する包囲剛体１５の熱遮断作用と同様である。
【００８５】
上述したような包囲剛体１５，２５および吸熱体３１を有する熱遮断構造２００は、包囲剛体２５の熱遮断作用を追加することによって、上述した実施の形態の場合に比して、固体撮像素子１１とＤＳＰ２１との間における全ての熱伝達（熱放射、熱対流、熱伝導）を一層効率的に遮断する。
【００８６】
なお、以上のような構成を有する半導体装置２は、上述した実施の形態における半導体装置１と同様に、デジタルカメラおよびデジタルビデオカメラを始め、被検体の臓器内部を観察するための内視鏡、撮像機能を備えた携帯電話機等、各種態様の電子撮像装置の撮像ユニットとして適用することができる。
【００８７】
以上、説明したように、本発明の実施の形態の変形例では、電磁波吸収層と中空の減圧層とを有する多層断面構造からなる他の包囲剛体によって、第２の回路基板上の第２の電子部品をさらに包囲するようにし、その他を実施の形態と同様に構成した。このため、この追加した包囲剛体によって、第２の電子部品から第１の電子部品に対する熱放射および熱対流を遮断できるとともに、第１の電子部品から第２の電子部品に対する熱放射および熱対流を一層効率的に遮断できる。この結果、第１の電子部品および第２の電子部品間の相互熱干渉を一層抑制して、第１の電子部品および第２の電子部品の温度上昇を一層軽減でき、これによって、温度上昇による第１の電子部品および第２の電子部品の機能低下を効率的に防止することができる。
【００８８】
本発明の実施の形態の変形例にかかる熱遮断構造を電子撮像装置内の半導体装置に適用することによって、この半導体装置内の固体撮像素子とＤＳＰとの間における熱伝達を一層効率的に遮断することができる。このため、固体撮像素子およびＤＳＰ間の相互熱干渉を一層抑制して、固体撮像素子およびＤＳＰの温度上昇を効率的に軽減することができ、この結果、温度上昇による固体撮像素子の機能低下およびＤＳＰの機能低下を共に効率的に防止することができる。
【００８９】
なお、上述した実施の形態および変形例では、電磁波吸収層によって減圧層を挟んだ３層断面構造からなる包囲剛体を例示したが、これに限らず、本発明における熱遮断構造の一つである包囲剛体の多層断面構造は、少なくとも電磁波吸収層および減圧層（好ましくは真空層）を有するものであればよく、４層以上の断面構造からなる包囲剛体であってもよい。この場合、例えば断熱部材によって形成される断熱層を追加してもよい。
【００９０】
また、上述した実施の形態および変形例では、電磁波吸収部材からなる剛体によって包囲剛体を形成していたが、これに限らず、包囲剛体を形成する剛体は、電磁波吸収性の低い剛体（樹脂、金属等）または断熱部材の表面に、電磁波吸収粒子または電磁波吸収塗料等によって形成される電磁波吸収層を有するものであってもよい。
【００９１】
さらに、上述した実施の形態および変形例では、１つの包囲剛体によって１つまたは２つの電子部品（半導体素子を含む）を包囲していたが、これに限らず、１つの包囲剛体によって３つ以上の電子部品を包囲してもよい。特に、１つの包囲剛体によって３つ以上の半導体素子を包囲してもよい。
【００９２】
また、上述した実施の形態および変形例では、熱遮断構造の一つである吸熱体３１を接続基板３０に配置していたが、これに限らず、熱遮断対象の電子部品間が接続基板３０によって接続されていない場合、吸熱体３１を設けなくてもよい。
【００９３】
さらに、上述した実施の形態および変形例では、包囲剛体によって固体撮像素子またはＤＳＰを包囲していたが、これに限らず、包囲剛体によって包囲される半導体素子は、固体撮像素子以外の半導体素子であってもよいし、ＤＳＰ以外の半導体素子であってもよい。すなわち、本発明にかかる熱遮断構造を備えた半導体装置は、電子撮像装置に内蔵されるものに限定されない。
【００９４】
また、上述した実施の形態および変形例では、包囲剛体の断面形状がコの字形状または多角形状であったが、これに限らず、包囲剛体の断面形状は、矩形状であってもよいし、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。すなわち、包囲剛体によって包囲する電子部品に合わせて、所望の断面形状の包囲剛体を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明にかかる熱遮断構造は、電子部品間の熱遮断に有用であり、特に、電子部品間の熱伝達を遮断して、温度上昇による電子部品の機能低下を防止可能な熱遮断構造に適している。
【符号の説明】
【００９６】
１，２  半導体装置
１０  撮像部
１１  固体撮像素子
１１ａ  受光機能部
１１ｂ  突起電極
１１ｃ  接着剤
１２  撮像基板
１２ａ  開口部
１３  カバーガラス
１４  接着剤
１５，２５  包囲剛体
１５ａ，２５ａ  剛体
１５ｂ，２５ｂ  減圧層
２０  制御部
２１  ＤＳＰ
２１ａ  突起電極
２１ｂ  接着剤
２２  電子部品
２２ａ  接着剤
２３  制御基板
３０  接続基板
３１  吸熱体
１００，２００  熱遮断構造
【図１】
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【図２】
2011041196.tif 000004
【図３】
2011041196.tif 000005
【図４】
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