(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を含み、受光部が配された第１領域、および、前記第１領域の周辺に位置し前記半導体基板を貫通する貫通電極が配された第２領域を備えた撮像素子チップと、
前記撮像素子チップに対向するカバー部材と、
前記撮像素子チップの前記第２領域と前記カバー部材との間に配置され、前記第１領域と前記カバー部材との間の空間を囲み、前記カバー部材と前記撮像素子チップとを固定する固定部材と、
前記撮像素子チップの前記カバー部材側とは反対側に配置され、前記撮像素子チップ側の第１主面に第１接続端子を有し、前記第１主面とは反対側の第２主面に前記第１接続端子と電気的に接続された第２接続端子を有する配線基板と、
前記撮像素子チップの前記第２領域と前記配線基板との間に配置され、前記貫通電極と前記第１接続端子とを電気的に接続する接続部材と、を備える撮像モジュールであって、
前記撮像モジュールを前記カバー部材側から見て、前記固定部材に対応する範囲に前記第１接続端子が位置しており、前記空間に対応する範囲に前記第２接続端子が位置していることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
前記第２主面には、前記第２接続端子を含み、各々が前記撮像素子チップへ電気的に接続された複数の接続端子が設けられており、
前記第２主面に設けられた前記複数の接続端子の一部の接続端子は、前記撮像モジュールを前記カバー部材側から見て、前記固定部材に対応する範囲に位置していることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
【請求項３】
前記第１主面には、前記第１接続端子を含み、各々が前記撮像素子チップへ電気的に接続された複数の接続端子が設けられており、
前記第１主面に設けられた前記複数の接続端子は、前記撮像モジュールを前記カバー部材側から見て、前記空間に対応する範囲ではなく、前記固定部材に対応する範囲に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像モジュール。
【請求項４】
前記半導体基板には、第１の部分と、前記第１の部分よりも厚みが薄い第２の部分と、が前記第２領域に設けられており、
前記接続部材が、前記撮像モジュールを前記カバー部材側から見て前記第１の部分に対応する範囲に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
【請求項５】
前記第１の部分は、前記第１領域における前記半導体基板の厚みと同じ厚みを有することを特徴とする請求項４に記載の撮像モジュール。
【請求項６】
前記配線基板は、セラミック積層基板または多層エポキシ基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
【請求項７】
前記接続部材が、異方性導電性部材または半田であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
【請求項８】
前記配線基板はシリコン基板を有し、
前記撮像素子チップの前記半導体基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像モジュール。
【請求項９】
前記配線基板は、前記第１主面上に配置されたバンプ電極を有し、前記バンプ電極と前記接続部材とを介して、前記撮像素子チップの前記貫通電極と前記配線基板の前記第１接続端子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の撮像モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の撮像モジュールと、
前記第２接続端子に半田を介して接続された実装基板と、
前記撮像モジュールによって得られた信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像モジュール及びカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置には、撮像素子と貫通電極とを有する半導体基板と、光透過性支持基板とを撮像素子上に開口を有する接着剤を介して固定したＷＬ−ＣＳＰ（ウエハレベルチップサイズパッケージ）がある。そして、半導体基板は、撮像素子が形成された半導体基板の第１主面とは反対側の第２主面の広い領域に形成されたハンダボールを介して実装基板に直接実装されて、撮像モジュールを構成している（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５８８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
貫通電極を有する撮像素子チップの半導体基板の厚みは、貫通電極の製造プロセスのスループット向上や信頼性向上のため、ワイヤーボンディングを用いる撮像素子チップの半導体基板の厚みに比べて薄いため、剛性が低い。そして、撮像素子チップと実装基板とを溶融した半田で接続する際には、半田の固化が融点を下回った時点で始まることによって、常温に冷却した後の撮像素子チップは、半田の付着部分と付着していない部分とで収縮量が異なってしまう。そのため、特許文献１の中空部の下に配置された半田ボールを介して撮像素子と実装基板が接続された撮像装置の場合、撮像素子チップは半田の位置に応じた凹凸が発生し、受光面の平坦性が低下することから画質低下の問題点があった。
【０００５】
上記問題点に対しては、撮像素子チップの半導体基板の厚みを単純に厚くすれば、剛性が高くなるため受光面の平坦性は改善されるが、貫通電極の形成が難しくなる。
【０００６】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、貫通電極を備えた撮像素子チップの受光面が良好な平坦性を有し、高画質な画像を得ることができる撮像モジュール及びカメラを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、上記目的を達成するために、本発明にかかる撮像モジュールは、半導体基板を含み、受光部が配された第１領域、および、前記第１領域の周辺に位置し前記半導体基板を貫通する貫通電極が配された第２領域を備えた撮像素子チップと、前記撮像素子チップに対向するカバー部材と、前記撮像素子チップの前記第２領域と前記カバー部材との間に配置され、前記第１領域と前記カバー部材との間の空間を囲み、前記カバー部材と前記撮像素子チップとを固定する固定部材と、前記撮像素子チップの前記カバー部材側とは反対側に配置され、前記撮像素子チップ側の第１主面に第１接続端子を有し、前記第１主面とは反対側の第２主面に前記第１接続端子と電気的に接続された第２接続端子を有する配線基板と、前記撮像素子チップの前記第２領域と前記配線基板との間に配置され、前記貫通電極と前記第１接続端子とを電気的に接続する接続部材と、を備える撮像モジュールであって、前記撮像モジュールを前記カバー部材側から見て、前記固定部材に対応する範囲に前記第１接続端子が位置しており、前記空間に対応する範囲に前記第２接続端子が位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
貫通電極を備えた撮像素子チップの受光面が良好な平坦性を有し、高画質な画像を得ることができる撮像モジュール及びカメラを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の撮像モジュールの透視平面図及び断面図である。
【図２】実施例１の撮像モジュールの再配線基板の断面図である。
【図３】実施例１の撮像モジュールの部分的な断面図である。
【図４】実施例１の撮像モジュールの部分的な断面図である。
【図５】実施例１の撮像モジュールの部分的な断面図である。
【図６】実施例２の撮像モジュールの断面図である。
【図７】撮像モジュールを、撮像システムの一例であるデジタルカメラへ適用した場合のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図１〜図７に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の撮像モジュールの第一の実施例を示す図で、透視平面図及びＸ−Ｘ´線に沿った断面図である。
【００１２】
撮像モジュールは、カバー部材１と、撮像素子チップ２と、カバー部材１と撮像素子チップ２の間に配置された固定部材３と、撮像素子チップ２と電気的に接続された再配線基板４を有する。撮像素子チップ２は複数のフォトダイオードを備える撮影領域５の周辺に貫通電極６を有する。
【００１３】
カバー部材１は、撮像素子チップ２の受光部であるフォトダイオードへの入射光が通過する部分で少なくとも光透過性を有する。光透過性を有するカバー部材１は、水晶、ガラス、樹脂などが用いられる。撮像素子チップ２に用いられる半導体基板１１がシリコンの場合、ガラスは、ＳＣＨＯＴＴ社のＴＥＭＰＡＸ  Ｆｌｏａｔ（登録商標）、ＣＯＲＮＩＮＧ社のＰＹＲＥＸ（登録商標）、ＡＧＣ旭硝子社のＳＷガラス基板などが好ましい。そして、カバー部材１が樹脂の場合は、ポリカーボネイト樹脂などで形成される光学用プラスチックも用いられる。これらのガラス、樹脂のカバー部材はシリコンと近い線膨張係数を持つ材料であるため好ましい材料である。撮像素子チップ２のフォトダイオードを形成するための半導体基板１１は、主にシリコン基板が用いられる。固定部材３は、カバー部材１と撮像素子チップ２とを固定するための接着剤が用いられ、カバー部材または撮像素子チップの少なくとも一方の表面に、たとえばパターニングによって形成される。
【００１４】
カバー部材１と撮像素子チップ２とは固定部材３によって固定されている。カバー部材１と撮像素子チップ２と固定部材３とで囲まれることによって空間７が構成されている。撮像素子チップ２の半導体基板上には配線構造１２、第１平坦化膜１４、カラーフィルタ１５、第２平坦化膜１６が配置され、マイクロレンズ１７が配置されている。半導体基板１１の下側（光入射側とは反対側）には、絶縁膜２０、導電膜２１、絶縁部材２３が配置されている。絶縁膜２０は、酸化膜や窒化膜などが用いられ、導電膜２１はＡｌ、Ｃｕなどが用いられ、絶縁部材２３はソルダーレジストなどが用いられる。撮像素子チップ２は、半導体基板１１の光入射側であるカバー部材側の第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面とを貫通する貫通電極６を有する。貫通電極６は導電膜２１の一部によって構成されている。貫通電極６は配線構造内の表面電極１３に電気的に接続されている。また、再配線基板４と電気的に接続するために撮像素子チップ２は、導電膜２１の一部によって構成されている裏面電極２２を有する。再配線基板４は、撮像素子チップ側の第１主面に配置された第１接続端子２５と、第１主面とは反対側の第２主面に配置された第２接続端子２６と、を有する。さらに、再配線基板４は、第１接続端子２５と第２接続端子２６とをここに電気的に接続するための不図示の導電部材を有する。撮像素子チップ２と再配線基板４とは、接続部材２４を介して撮像素子チップ２の裏面電極２２と再配線基板４の第１接続端子２５によって電気的に接続されている。接続部材２４は、本実施例においては異方性導電性部材を用いている。たとえば、ＡＣＰ、ＡＣＦ、ＮＣＰなどの異方性導電性部材が好適に用いることができる。また、接続部材２４として半田も用いることができる。
【００１５】
ここで、図２を用いて、再配線基板４を説明する。再配線基板４は、シリコン基板３１とシリコン基板内に形成された貫通電極３２と、シリコン基板上の配線構造３３と、第１主面上の表面電極２５と、第２主面上の裏面電極３４と、を有する。配線構造３３は、再配線のための導電パターンが形成されている。このような構造により、再配線基板４の表面電極である第１接続端子２５と、再配線基板の裏面電極である第２接続端子３４とが電気的に接続されて、再配線構造をとっている。再配線基板４の裏面電極には、半田ボール等が形成され、不図示の他の実装基板との接続に使用される。このような再配線基板を用いることにより、再配線基板４の第２主面側にマトリクス状に半田端子を形成できるため、多ピン化にも対応できる構造となる。再配線基板４の材料は特に限定無く、セラミック積層基板や多層エポキシ基板、シリコン基板などを用いることが可能である。しかし、半導体基板１１と再配線基板４とがシリコン基板であれば、線膨張係数が一致するため反りが発生を低減できるため、好適な組み合わせである。この場合、シリコン基板を用いた再配線基板４にフレキシブル基板やガラスエポキシ基板を接続したとしても、その熱収縮率の違いによる応力が撮像素子チップ２の受光面には伝わりにくいため、高い平坦性を得ることができる。
【００１６】
次に、図１を用いて撮像モジュールの平面レイアウトを説明する。撮像モジュールは、光入射側から見て、固定部材３が配置されている領域を固定領域とし、固定領域は固定部材３の内周２７から外側に対応し、固定部材３の内周２７より内側は撮影領域を含む領域を素子領域とする。固定領域には、撮像素子チップの表面電極１３、貫通電極６、接続部材２４などの電極部が配置されている。そして、撮像素子チップ２の半導体基板１１は、厚みが変化する境界が固定部材の下部、すなわち光入射側から見て固定領域の範囲内に配置されている。また、撮像素子チップ２と再配線基板４とを電気的に接続する接続部材２４は、固定領域の範囲内に配置されている。この構成については、図１のＡ部の拡大図である図３を用いて説明する。
【００１７】
図３に示すように、固定領域内には、半導体基板が第１厚みＴ１を有する領域と、第１厚みＴ２より薄い第２厚みＴ２を有する領域とを有する。半導体基板の厚みを薄くする方法としては、エッチング、グラインドの少なくとも一方を用いて行われる。貫通電極６と接続部材２４とは固定領域の範囲内に配置されている。そして、接続部材２４は第１厚みＴ１を有する領域に配置され、貫通電極６は第２厚みＴ２を有する領域に配置されている。第１厚みＴ１を有する領域は、固定領域内であることと、半導体基板の厚みが厚い部分ということから剛性が高い。そのため、半導体基板１１の厚みの厚い部分である第１厚みＴ１の部分に接続部材２４を配置することによって、接続部材２４の形成時に半導体基板１１へ加わる応力の影響を低減することができる。そして、剛性が高いことから、接続時に必要な圧力を加えることができることから、電気的そして機械的に安定した接続が可能となる。また、半導体基板１１の厚みの薄い部分である第２厚みＴ２の部分に貫通電極６を形成することによって、半導体基板１１に容易に貫通電極６を形成することができる。そして、接着剤下の厚みＴ１を有する部分に電気的接続手段を設けた場合には、固定部材の下であってシリコンの厚い部分であるという両方の点から剛性が高くなる。そのため、接続時に相応の圧力を加えることが可能となり、接続を安定的に形成することが可能であり、歩留りや信頼性を向上することができる。また、空間の下方、すなわち素子領域の範囲内に接続部材を配置していないため、半田の収縮による半導体基板に加わる応力の影響を低減できる。
【００１８】
従って、撮像モジュールは、撮影領域表面である受光面が良好な平坦性を有し、高画質な画像を得ることができる。
【００１９】
次に、図４を用いて、図１の撮像モジュールの変形例を説明する。
【００２０】
図４は、図３と同様に図１のＡ部に対応する部分的な断面図である。
【００２１】
図４の撮像モジュールが図１、図３と異なる構成は、貫通電極より外側の半導体基板１１の端部が第１の厚みＴ１を有する点である。このように第２厚みＴ２を有する領域を挟んで第１厚みＴ１を有する領域があっても同様な効果が得られる。
【００２２】
次に、図５を用いて、図３の撮像モジュールとは異なる図１の撮像モジュールの変形例を説明する。
【００２３】
図５は、図３と同様に図１のＡ部に対応する部分的な断面図である。
【００２４】
図５の撮像モジュールが図１、図３と異なる構成は、接続部材２４が第１厚みＴ１を有する領域から第２厚みＴ２を有する領域にわたって配置されている点である。このように、接続部材２４の接続面積を大きくすることで歩留りや信頼性をより向上することができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施例で説明した撮像モジュールによって、貫通電極を備えた撮像素子チップの受光面が良好な平坦性を有し、高画質な画像を得ることができる撮像モジュールを得ることができる。
【００２６】
また、半田を形成するコンベア型のリフロー炉では、炉から出る時の複数の半田ボールの固化タイミングが場所で異なってしまうが、剛性の高い領域での接続となるため、ばらつきが低減され、受光面は高い平坦性が維持される。
【実施例２】
【００２７】
図６は本発明の撮像モジュールの第二の実施例を示す断面図である。
【００２８】
図１の撮像モジュールと異なる点は、再配線基板の表面電極上にバンプ電極が配置されている点である。バンプ電極は、金バンプや半田バンプであり、再配線基板の表面電極である第１接続端子上に配置されている。
【００２９】
バンプ電極３０と、撮像素子チップ２の裏面電極２２とは、実施例１と同様に異方性導電性部材で接続されている。また、バンプ電極３０を用いる場合には、各バンプ毎に導電性接着剤を設けて接合してもよい。
【００３０】
バンプ電極３０を用いることで、撮像素子チップ２と再配線基板４との接続が複数の点接触となる為、接続時の荷重を大きく低減することができ、半導体基板１１の変形や割れなどをさらに防止することができる。
【００３１】
図６（ａ）と図６（ｂ）とは、固定部材３の厚み、すなわち空間４の広さの違いと、カバー部材１とマイクロレンズ１７とが接触しているか否かが異なる点である。図６（ｂ）の構成は、より剛性が高くなるため受光面の高い平坦性を有する。なお、これらの構成は実施例１の構成にも適用することができる。
【実施例３】
【００３２】
（デジタルカメラへの応用）
図７は、本発明の第１、第２の実施例にて説明した撮像モジュールを、撮像システムの一例であるデジタルカメラへ適用した場合のブロック図である。
【００３３】
撮像モジュールである固体撮像装置７０４へ光を取り込むための構成として、シャッター７０１、撮像レンズ７０２、絞り７０３がある。シャッター７０１は固体撮像装置７０４への露出を制御し、入射した光は、撮像レンズ７０２によって固体撮像装置７０４に結像される。このとき、絞り７０３によって光量が制御される。
【００３４】
取り込まれた光に応じて固体撮像装置７０４から出力された信号は、撮像信号処理回路７０５にて処理され、Ａ／Ｄ変換器７０６によってアナログ信号からデジタル信号へ変換される。出力されたデジタル信号は、更に信号処理部７０７にて演算処理され撮像画像データが生成される。撮像画像データは、ユーザーの動作モードの設定に応じ、デジタルカメラに搭載されたメモリ７１０への蓄積や、外部Ｉ／Ｆ部７１３を通してコンピュータやプリンタなどの外部の機器への送信ができる。また、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部７１１を通して、デジタルカメラに着脱可能な記録媒体７１２に撮像画像データを記録することも可能である。
【００３５】
固体撮像装置７０４、撮像信号処理回路７０５、Ａ／Ｄ変換器７０６、信号処理部７０７はタイミング発生部７０８により制御されるほか、システム全体は全体制御部・演算部７０９にて制御される。また、これらのシステムは、固体撮像装置７０４と同一の半導体基板上に、同一工程によって形成することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  カバー部材
２  撮像素子チップ
３  固定部材
４  再配線基板
５  撮影領域
６  貫通電極
７  空間
１１  半導体基板
１２  配線構造
１３  表面電極
１４  第１平坦化膜
１５  カラーフィルタ
１６  第２平坦化膜
１７  マイクロレンズ
２０  絶縁膜
２１  導電膜
２２  裏面電極
２３  絶縁部材
２４  接続部材
２５  第１接続端子
２６  第２接続端子
【図１】
0005709435.tif 000002
【図２】
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【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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