(57)【要約】  撮像素子は、撮像チップと回路基板と光学層とを備える。回路基板は、撮像チップとフリップ・チップ接合されている。光学層は、回路基板に接着されており、第二部分と光の屈折が異なるように構成された第一部分を備える。第一部分および第二部分は、光学層と一体で形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像チップと、
前記撮像チップとフリップ・チップ接合された回路基板と、
前記回路基板に接着した光学層であって、第二部分と光の屈折が異なるように構成された第一部分を有する光学層と、を備え、
前記第一部分および前記第二部分は、前記光学層と一体で形成されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記第一部分は、前記撮像チップと光学的に一直線に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記光学層上に配置されたレンズをさらに備え、
前記レンズは、前記第一部分と光学的に一直線に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記レンズが、紫外線硬化結合材を介して前記光学層上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光学層と前記回路基板との間に配置された接着層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記撮像チップ上に配置された放熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記回路基板が可撓性の回路基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記回路基板の厚さが約０．５ミルから２ミルであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記回路基板は、厚さが約０．２ミルから２ミルである配線を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１０】
撮像チップと、
前記撮像チップとフリップ・チップ接合された回路基板と、
前記回路基板に接着した防撓材と、
前記防撓材に接着した光学層であって、第二部分と光の屈折が異なるように構成された第一部分を有する光学層と、を備え、
前記第一部分および前記第二部分は、前記光学層と一体で形成されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１１】
前記防撓材は、前記光学層の前記第一部分から前記撮像チップへ光を通過させることができるように構成された開口部を画定することを特徴とする請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記光学層上に配置されたレンズをさらに備え、
前記レンズは、前記第一部分と光学的に一直線に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記回路基板が可撓性の回路基板を含むことを特徴とする請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記防撓材の少なくとも一部は、金属、あるいは、ＦＲ−４グレードのガラス繊維強化エポキシ樹脂の積層板で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１５】
ボンディング・パッドを有する撮像チップと、
前記撮像チップとフリップ・チップ接合された可撓性の回路基板であって、前記撮像チップの前記ボンディング・パッドに接合された複数の凸部を含む回路基板と、
前記可撓性の回路基板に接着した光学層であって、第二部分と光の屈折が異なるように構成された第一部分を有する光学層と、を備え、
前記第一部分および前記第二部分は、前記光学層と一体で形成されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１６】
前記ボンディング・パッドが、アルミニウム、金、はんだ、銀、エポキシ樹脂、あるいは異方性導電膜を含むことを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記複数の凸部が、アルミニウム、金、はんだ、銀、エポキシ樹脂、あるいは異方性導電膜を含むことを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記光学層上に配置されたレンズをさらに備え、
前記レンズは、前記第一部分と光学的に一直線に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１９】
前記撮像チップ上に配置された放熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項２０】
前記光学層が、ガラス、透明なセラミック、あるいはプラスチックを含むことを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の引用〕
本出願は、米国特許仮出願第６１／５２５，３７２号（２０１１年８月１９日出願）に基づいて優先権を主張する。この援用記載により、前記仮出願の全ての内容を本出願に盛り込む。
【０００２】
〔背景〕
撮像素子とは、光学像をデジタル信号に変換する電子デバイスである。撮像素子はデジタルカメラによく使われている。光センサの配列を備えるタイプの撮像素子もある。光センサの配列は、光を捕捉し、その光を表現するような信号を出力する。撮像素子の種類として、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサや、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサなどが挙げられる。
【０００３】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明に係る撮像素子の断面図である。
【０００４】
図２は、図１の撮像素子に使用され得る、本発明に係る撮像チップを示している。
【０００５】
図３は、図１の撮像素子に使用され得る、本発明に係る回路基板を示している。
【０００６】
図４は、本発明に係る別の撮像素子の断面図である。
【０００７】
図５は、撮像素子の様々な構成要素の寸法を例示している。
【０００８】
〔詳細な説明〕
本発明に係る撮像素子は、撮像チップ、回路基板および光学層を備える。回路基板は、撮像チップにフリップ・チップ接合されている。光学層は回路基板に接着されている。この光学層は、第一部分を備え、第一部分は第二部分と光の屈折の仕方が異なる。第一部分も第二部分も、光学層と一体になって形成されている。撮像素子が防撓材をさらに備えるという構成も可能である。この防撓材は、回路基板と光学層との間に配置される。幾つかの例では、回路基板は、可撓性の材質で形成されていてもよい。そして、回路基板は複数の凸部を備えてもよい。これらの凸部は、フリップ・チップ接合が行われる際に、撮像チップ上のボンディング・パッドに接合する。
【０００９】
図１は、撮像素子１００の一例を示している。撮像素子１００の構成は多種多様に変更できる。撮像素子１００は、複数の構成要素および設備、並びに／または、代替の構成要素および設備を含んでいてよい。本発明に係る撮像素子１００が図１に示されているが、図面に示す本発明に係る構成要素に限定することを意図するものではない。実際に、追加的なまたは代替的な部材および／もしくは構成が使用されてもよい。図には、様々な例が描かれているが、必ずしも同じ縮尺で描かれているわけではない。一例の革新的な側面をより良く図示および説明するために、特定の特徴点が誇張されている場合もある。
【００１０】
図１に描かれているように、撮像素子１００は、撮像チップ１０５と、回路基板１１０と、光学層１１５と、少なくとも一つの接着剤層１２０と、光学レンズ１２５と、放熱部１３０とを備える。
【００１１】
撮像チップ１０５は、集積回路チップを備える構成であってもよい。この集積回路チップは半導体物質で形成されており、既製の回路を備えている。撮像チップ１０５は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アクティブピクセルセンサとして構成されてもよい。次に、図２を参照して、撮像チップ１０５の例について説明する。
【００１２】
回路基板１１０は、撮像チップ１０５とフリップ・チップ接合されていてもよい。この回路基板１１０はプリント回路基板１１０を備えていてもよい。このプリント回路基板１１０には、チップや抵抗器やコンデンサーなどを用いた様々な面実装技術を施せる。回路基板１１０は、さらに、様々な部材を接続する導電性の通路を備えていてもよい。この「導電性の通路」は「配線」とも呼ばれる。回路基板１１０は、光が撮像チップ１０５まで届くようにするための開口部を画定する。回路基板１１０は、可撓性の材質で形成されていてもよい。また、回路基板１１０の厚さが約０．５ミルから２ミルであるという構成も可能である。次に、図３を参照して、回路基板１１０の例について、より詳しく説明する。
【００１３】
光学層１１５は回路基板１１０に接着されていてもよい。光学層１１５には、ガラス、透明なセラミックもしくはプラスチック、または、基本的に可視光を透過するその他の物質が含まれていてもよい。光学層１１５は、第一部分１３５と第二部分１４０とを備える構成であってもよい。第一部分１３５と第二部分１４０とでは、光の屈折の仕方が異なる。これらの第一部分１３５および第二部分１４０は、光学層１１５と一体になるように形成されてもよい。図示されているように、第一部分１３５は、撮像チップと光学的に一直線に並ぶように配置されている。第一部分１３５は、この第一部分１３５と一体化したレンズ１４５を画定してもよい。レンズ１４５は、光を撮像チップ１０５に向ける。さらに、第一部分１３５がフィルターを備えてもよいし、または規定してもよい。このフィルターによって、特定の性質（例えば波長など）を持つ光だけが透過される。前記フィルターは、第一部分１３５と撮像チップ１０５との間の光路上に位置するように、第一部分１３５上に配置されてもよい。あるいは、代替として、特定の波長の光をフィルターできるような材質で第一部分１３５を形成する事も可能である。
【００１４】
接着層１２０を使って、撮像素子１００の様々な部材を互いに接着させる事ができる。図示されているように、第一の接着層１２０を使って、回路基板１１０と光学層１１５を接着してもよい。特に、回路基板１１０を少なくとも光学層１１５の第二部分１４０と接着させるために、第一の接着層１２０を使ってもよい。さらに、撮像チップ１０５を回路基板１１０に接着させるために、別の接着層１２０を使ってもよい。
【００１５】
一体形成されたレンズ１４５と異なる光学レンズ１２５が、光学層１１５上に配置されてもよい。図示されているように、光学レンズ１２５は、一体形成されたレンズ１４５と光学的に一直線に並ぶように配列されている。そして、光学レンズ１２５は、可視光を、光学層１１５の第一部分１３５を通して撮像チップ１０５へ向ける。本発明の一態様では、光学レンズ１２５は、例えば、６軸配列工程あるいは精密配列工程を用いて、紫外線硬化結合材を介して、光学層１１５上に配置される。
【００１６】
放熱部１３０は撮像チップ１０５上に配置されていてもよい。この放熱部１３０は、撮像素子１００の作動中に発生した熱を放散する任意の装置を備える。本発明の一態様によれば、放熱部１３０は、撮像チップ１０５から発生した熱を奪う複数のフィンを備える構成になっていてもよい。複数のフィンを通り抜ける空気の流れによって、撮像素子１００から熱が除去される。代わりに、放熱部１３０は、図示されているように、糸巻のような構造になっていてもよい。具体的に、放熱部１３０は、互いに積み重なった複数の略円形の部材を有していてもよい。略円形の各部材の半径は、隣接する部材の半径と異なる。或る実施例では、放熱部１３０は、熱伝導性の液体またはゲルを備えていてもよい。これにより、撮像チップ１０５、または、撮像素子１００と一緒に使われているその他の部材から発生する熱の放散が助長される。例として、熱伝導性の液体は、クロロフルオロカーボンを含んでいてよい。
【００１７】
図２は、本発明に係る撮像チップ１０５の特徴点や構成要素を示している。図示されているように、撮像チップ１０５は、支持基板２０５と、光センサの配列２１０と、複数のボンディング・パッド２２０を備える。光センサの配列２１０は、複数の光センサ２１５を備える。撮像チップ１０５は、図２に描かれていない他の部材を備えてもよい。
【００１８】
光センサの配列２１０は、支持基板２０５上に配置されている。光センサの配列２１０は、複数の行と複数の列を成して配列された複数の光センサ２１５を備える。各光センサ２１５は、受光した光に適合した電気信号を生成する。図示していないが、増幅器や抵抗器など、他の電子部品を光センサの配列２１０と併用してもよい。
【００１９】
ボンディング・パッド２２０は、例えば、アルミニウム、金、はんだ、銀、エポキシ樹脂、あるいは異方性導電膜から形成できる。ボンディング・パッド２２０によって、撮像チップ１０５を回路基板１１０と接合させるためのフリップ・チップ実装が施しやすくなる。ボンディング・パッド２２０は、超音波熱圧着またははんだ付け等の工程を使って、回路基板１１０上の、対応する複数の箇所と接合するように構成されていてもよい。
【００２０】
図３は、本発明に係る回路基板１１０の特徴点や構成要素を示している。この回路基板１１０は可撓性の材質で形成されていてもよい。また、この回路基板１１０は、撮像チップ１０５よりも大きな寸法の部分を少なくとも一つを備える構成になっていてもよい。例えば、回路基板１１０および撮像チップ１０５の幅がほぼ同じであり、回路基板１１０の長さが撮像チップ１０５の長さよりも大きいという構成が可能である。図３に描かれている回路基板１１０は、複数の凸部３０５と、開口部３１０と、表面に搭載された技術要素３１５を備える。
【００２１】
凸部３０５は、撮像チップ１０５を回路基板１１０と接合させるためのフリップ・チップ実装を施しやすくするような材質で形成されていてもよい。例えば、凸部３０５を、金、銀、はんだ、エポキシ樹脂、あるいは異方性導電膜などの様々な材料から形成する事が可能である。凸部３０５は、フリップ・チップ実装が施される際に撮像チップ１０５のボンディング・パッド２２０と一直線に並ぶように構成されていてもよい。凸部３０５は、超音波熱圧着またははんだ付け等の工程を経て、ボンディング・パッド２２０と接合できる。この接合が完了すれば、凸部３０５によって、撮像チップ１０５と回路基板１１０とが電気的に接続される。（図示されていない）配線によって、電気信号が、撮像チップ１０５から、回路基板１１０の表面に搭載された技術要素に伝達される。
【００２２】
回路基板１１０に開口部３１０が形成されているので、光は撮像チップ１０５まで到達できる。具体的に、光は、光センサの配列２１０に到達する。開口部３１０は、光学層１１５の第一部分１３５と光学的に一直線に並ぶように配列されていてもよい。前述したように、光学層１１５の第一部分１３５には、レンズ１４５が第一部分１３５と一体になって形成されている。
【００２３】
図４は、本発明に係る別の撮像素子１００の断面図である。図４に描かれている撮像素子１００では、防撓材４０５が回路基板１１０および光学層１１５に接着されている。この防撓材４０５によって、撮像素子１００の構造が頑丈になる。防撓材４０５は、金属、ＦＲ−４グレードのガラス繊維強化エポキシ樹脂の積層板、または、回路基板１１０の少なくとも一部を構造的に支えられるような他の材質で形成できる。図４には描かれていないが、接着層１２０（図１参照）を防撓材４０５と回路基板１１０との間に配置してもよい。防撓材４０５には開口部４１０が形成されている。この開口部４１０は、光学層１１５から撮像チップ１０５への光路上に位置している。このようにすれば、防撓材４０５は、一体形成されたレンズ１４５を有する、光学層１１５の第一部分１３５から、撮像回路の光センサの配列２１０へ光を通すことができる。
【００２４】
図５は、撮像素子１００のいくつかの構成要素の厚さの例を示す断面図である。図５に描かれている寸法は一つの例に過ぎない。図示されているように、光学層１１５の厚さが約１６ミルで、撮像チップ１０５の厚さが約８ミルであってもよい。二つの接着層１２０の厚さは、それぞれ、約０．５ミルから２ミルの範囲であってもよい。同様に、回路基板１１０の厚さは、約０．５ミルから２ミルであってもよい。接合層の厚さは、約０．２ミルから２ミルであってもよい。各凸部３０５の厚さは、フリップ・チップ実装が行われる前の状態で、約０．５ミルから２ミルであってもよい。また、この凸部３０５の幅は約１．５ミルから６ミルであってもよい。
【００２５】
たいていの場合、前記の撮像素子は、コンピューター・システム、および／または、コンピューターで実行可能な命令が組み込まれた装置に組み込まれてもよい。この命令は、前述したような一つあるいは複数のコンピューター機器によって実行される。コンピューターが実行可能な命令は、コンピューター・プログラムからコンパイルまたは読み取りをする事によって得られる。コンピューター・プログラムは、様々なプログラミング言語および／または技術を使用して作られる。これらのプログラミング言語や技術の例として、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ言語、Ｃ＋＋、ヴィジュアル・ベーシック、Ｊａｖａ（登録商標）スクリプト、パール等が挙げられる。これ以外のプログラミング言語や技術を使う事も可能である。また、ここで挙げた例を単独で用いてもよいし、複数の例を組み合わせて用いてもよい。通常、プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）が、記憶装置やコンピューター読み取り可能な媒体などから命令を受け、その命令を実行する。この結果、プロセッサは、一つあるいは複数の処理を行う。当該処理には、本願明細書で説明した一つあるいは複数の処理が含まれる。様々なコンピューター読み取り可能な媒体を使い、前述したような命令およびその他のデータを保存したり送信したりする事ができる。
【００２６】
「コンピューター読み取り可能な媒体」（別称「プロセッサ読み取り可能な媒体」）とは、コンピューター（例えば、コンピューターのプロセッサ）が読み取れるデータ（例えば命令）の提供の一端を担う非一時的な媒体（例えば、有形の）を含む。このような媒体は、これに限定されないが、不揮発性媒体および揮発性媒体を含む、様々な形態を取り得る。不揮発性媒体の例として、光ディスク、磁気ディスク、他の永続メモリが挙げられる。揮発性媒体の例として、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）が挙げられる。通常、このＤＲＡＭは、メインメモリを構成する。前述した命令は、一つあるいは複数の伝送媒体によって送信されてもよい。伝送媒体の例として、同軸ケーブル、銅線、光ファイバー、コンピューターのプロセッサに連結されたシステム・バスを構成する電線が挙げられる。コンピューター読み取り可能な媒体の形態の典型的な例として、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、その他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、その他の光媒体、穿孔カード、紙テープ、穴のパターンを有する他の物理的な媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、その他のメモリチップ、カートリッジ、コンピューターが読み取りを行う事ができる他の媒体が挙げられる。
【００２７】
本願明細書では、処理、システム、方法、経験則について説明した。そして、処理を行う際に特定の工程を特定の順番で実行する、と説明した。しかし、処理を行う際、説明した順番とは異なる順番で工程を実行してもかまわない。同時に実行してよい工程もある。追加してよい工程もある。省略してよい工程もある。本願明細書に登場する処理は、いくつかの実施形態を具体的に説明するために紹介した例にすぎない。本願明細書でどのような処理を紹介したかに基づいて、本願の請求項の範囲を狭く解釈すべきではない。
【００２８】
したがって、本願明細書中の説明は、本発明を例示するためのものであり、本発明に限定を加えるためのものではない。本願明細書を読めば、本願明細書で紹介されていない実施形態や応用例が沢山ある事が分かるだろう。本発明の範囲は、本願明細書の内容に基づいて決定すべきではない。本発明の範囲は、添付する請求項に基づいて決定すべきであり、さらに、それらの請求項に則した均等物の範囲に基づいて決定すべきである。本願明細書で取り上げた技術は、将来さらに発展するだろうし、出願人も、これらの技術が実際にそのように発展する事を望んでいる。本願明細書で紹介したシステムや方法は、そのような将来の実施形態に盛り込まれるだろうし、出願人も、前記システムや方法が実際にそのように将来の実施形態に盛り込まれる事を望んでいる。端的に言えば、本願明細書に登場する例は、改良可能なのである。
【００２９】
本願明細書に明確な但し書きがない限り、請求項に登場する全ての用語は、当業者の常識に基づいて、できるだけ広義に解釈されるべきである。「ａ（ある）」「ｔｈｅ（前記）」「ｓａｉｄ（前述の）」といった単数形の冠詞や定冠詞は、提示された一つあるいは複数の構成要素を指すように解釈されるべきである。そのように解釈すべきでないという事を示す内容が請求項に明記されている場合は、その請求項の記載内容に基づいて解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る撮像素子の断面図である。
【図２】図１の撮像素子に使用される、本発明に係る撮像チップを示している。
【図３】図１の撮像素子に使用される、本発明に係る回路基板を示している。
【図４】本発明に係る別の撮像素子の断面図である。
【図５】撮像素子の様々な構成要素の寸法を例示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2014527722.tif 000009
2014527722.tif 000010
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