(57)【要約】【課題】レンズ収差（像面湾曲）を補正するように撮像面を円筒面状に湾曲した固体撮像素子を有した固体撮像装置において、その電極パッドへの電気的接続の信頼性化を図る。【解決手段】少なくとも撮像面３が円筒面状に湾曲された固体撮像素子２と、この固体撮像素子２を収容したパッケージ４とを有し、固体撮像素子２の電極パッド５が湾曲されない方向に沿って配列され、電極パッド５とパッケージ４の電極パッド７とが電気的に接続されて成る。【選択図】　図２
2004104259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、
電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列されて成る
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
撮像面を有する撮像チップ全体が円筒面状に湾曲されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲された固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を収容したパッケージとを有し、
前記固体撮像素子の電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列され、該電極パットと前記パッケージ側の電極パッドとが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子を構成する撮像チップ全体が円筒面状に湾曲されて成る
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像素子側の電極パッドと前記パッケージ側の電極パッド間がワイヤーボンディングで接続されて成る
ことを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列された固体撮像素子を有し、
前記電極パッドがＴＡＢボンディングで外部接続されて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子は、撮像面を有する撮像チップ全体が円筒面状に湾曲されて成る
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列された固体撮像素子を有し、
前記電極パッドがバンプボンディングで外部接続されて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
前記固体撮像素子は、撮像面を有する撮像チップ全体が円筒面状に湾曲されて成る
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子及びこの固体撮像素子を備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に固体撮像装置に用いられる固体撮像素子は、幾つもの半導体製造工程を経た半導体ウェハからダイシング法などにより各チップ状即ち個片に切断して分離される。このようにして得られた固体撮像素子は、平板状に形成されると共に、厚さが３００μｍ程度あって、リジットな形状特性（堅くて変形しない特性）を有している。また、複数の固体撮像素子の主面に形成される撮像面は、この主面に沿って平面状態を有する形で配置されている。
【０００３】
一方、固体撮像素子上（撮像面）で被写体を結像させるには、結像光学系が必要となる。結像光学系には結像レンズが組み込まれ、この結像レンズによって、固体撮像素子上に被写体が結像される。
【０００４】
一般に、結像レンズで被写体を結像させた場、像面湾曲と呼ばれるレンズ収差現象によって、撮像面の中心部と周辺部において焦点位置のずれが発生する。
即ち、図１４に示すように、固体撮像素子３４上に、結像レンズ３２と絞り３１を備えた結像光学系３３を配置した構成において、撮像面の中心部に焦点を合わせると、周辺部では空中で焦点を結ぶという不具合が生じる。その結果、画像の中心部と周辺部とで画質が不均一になるなど、撮像特性の劣化を招くことになる。
【０００５】
このような不具合に対して結像レンズを複数枚組み合わせるなどの手段により、レンズ収差の補正を行っている。ただ、この結像レンズを複数枚組合せる方法では、結像レンズを含む結像光学系の設計に大きな負担が掛かることや、充分にレンズ収差を補正しきれないなどの理由によって、画質の劣化を招く恐れがあった。
【０００６】
そこで、固体撮像素子を湾曲させた形状で固定することによって、結像光学系で発生するレンズ収差を補正する方法が、特開２００１−１５６２７８，特開２００１−２８４５６４において、提案されている。
【０００７】
図８〜図１０は、特開２００１ー２８４５６４号に記載された固体撮像装置の例である。図８の固体撮像装置４１は、保持部材４２の上面に湾曲支持部（凸部）４３を一体に形成し、この保持部材４２に固体撮像素子４４を撮像面が上向きとなるように保持して構成される。固体撮像素子４４は、その形状的な可撓性により保持部材４２の上面と湾曲支持部４３にそれぞれ当接するようにして湾曲形状に保持される。
図９の固体撮像装置４５は、保持部材４２の上面に段状の凹部４６を一体に形成し、その凹部底面４６ａと湾曲支持部となる保持部材４２上面とに固体撮像素子４４を当接させるようにして固体撮像素子４４を湾曲形状に保持して構成される。
図１０の固体撮像装置４７は、保持部材４２の凹部底面（階段状の包絡線が湾曲面）４８に連通孔４９を設けて置き、固体撮像素子４４を保持部材４２上に配置した状態で連通孔４９からエアーを吸引することにより、固体撮像素子４４を湾曲形状に保持して構成される。
【０００８】
図１１〜図１２は、特開２００１ー１５６２７８号に記載された固体撮像装置の例である。この固体撮像装置２１は、所要の円筒面状の底面２２を有するパッケージ２３を設け、パッケージ２３の底面２２に沿うように撮像面２４が上向きとなる湾曲形状の固体撮像素子２５を配置し、パッケージ２３の上部に透明ガラスカバー２６を配置して構成される。固体撮像素子２５は、平面からみて長方形をなし、長辺側が湾曲され、その湾曲した長辺側に沿って例えばＡｌによる電極パッド２７が配列されている。この固体撮像素子２５の電極パッド２７に対応して、パッケージ２３側の電極パッド３１も長辺方向に配列され、互いに対応する電極パッド２７と３１間が例えばＡｕ細線３２によりワイヤーボンディングされて接続される。なお、図示せざるもパッケージ２３の外側に電極パッド３１と電気的に接続された外部リードが導出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、円筒面状または球面状に湾曲した固体撮像素子を固定した固体撮像装置においては、次のような問題点があった。
【００１０】
上記の固体撮像素子は、例えば、撮像素子を作成した半導体基板（Ｓｉ基板）の裏面を通常ＢＧＲ（Ｂａｃｋ　Ｇｒｉｎｄｅｒ）と呼ばれている機械的研磨並びに化学的研磨法により、例えば、（３０μｍ程度）の薄さに研磨することで可撓性を持たせて撮像面を湾曲させる。この湾曲した撮像面をパッケージ面に固定するとき、撮像面に歪み（うねり）が発生し、パッケージ面と固体撮像素子裏面との間にも、その歪み（うねり）による隙間が発生する。このため、超音波圧着法によるワイヤーボンディング時に超音波が拡散されてしまい、ボンディング不着が発生する。また、上記の隙間によって、ワイヤーボンディング時の超音波衝撃から電極パッドの剥れや割れなどを生じる。超音波の衝撃が大きい場合は、撮像素子の亀裂（割れ）に発展することも起こり得る。
【００１１】
一方、通常の平板状の固体撮像素子の電極パッドへのＡｕ細線のワイヤーボンディングは、各電極パッドの高さ位置が一定しているので、略均一な接合強度（シェア強度）を有している。しかし、湾曲した固体撮像素子の電極パッドへのワイヤーボンディングを通常のワイヤーボンディング装置を用いて行った場合、電極パッド２７の傾斜角θ（図１５参照）が徐々に変化するために、特に傾斜角θが大きくなる外側の電極パッド２７とＡｕ細線３２間のシェア強度は許容値より低くなり、接続が不十分になることが判明した。また、各電極パッドの高さ位置が変化するので、電極パッドの位置認識が困難になり、安定したワイヤーボンディングが行い難い。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、撮像面を円筒面状に湾曲した固体撮像素子の電極パッドへの電気的接続を安定して行えるようにし、品質の安定化、歩留りの向上を図った固体撮像素子及びこの撮像素子を備えた固体撮像装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列された構成とする。固体撮像素子としては、撮像面を有する撮像チップ全体を円筒面状に湾曲させることができる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子においては、湾曲されていない水平方向に固体撮像素子の電極パッドを配列することにより、各電極パッドの高さ位置、傾斜角度が同じになり、各電極パッドに対して安定した電気的接続が可能になる。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置は、少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列された固体撮像素子を備え、この電極パッドに電気的接続がなされた構成とする。
【００１６】
本発明の固体撮像装置においては、固体撮像素子の電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列されるので、各電極パッドの高さ位置、傾斜角度が同じになり、各電極パッドに対して安定した電気的接続が可能になる。従って、この種の固体撮像装置の高品質化、高歩留り化が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１〜図３は、本発明に係る固体撮像装置の一実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置１は、撮像面３を有し少なくとも撮像面３が円筒面状に湾曲した固体撮像素子２と、この固体撮像素子２を収容したパッケージ４とから構成される。本例の固体撮像素子２は、長方形をなす撮像チップの全体を長辺方向に沿って円筒面状に湾曲して構成される。この固体撮像素子２は、結像光学系で発生するレンズ収差（像面湾曲）を補正するように、所要の曲率の円筒面状に湾曲され、特に、複数の例えばＡｌによる電極パッド５が湾曲されない方向、即ち短辺方向に沿って配列されて成る。電極パッド５は撮像面３を挟んで両側に配置される。
【００１９】
湾曲した固体撮像素子２は、例えば、基板裏面を化学的機械的研磨法（ＢＧＲ法）等により可撓性を有する薄さ、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の厚みに形成し、撮像面３の端部と中央部との高さの差Δｈが約１００μｍ程度となるように円筒面状に湾曲して形成することができる。
【００２０】
固体撮像素子２としては、例えばＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子、その他等を適用することができる。
【００２１】
パッケージ４は、例えばセラミック材からなり、固体撮像素子２を配置する底面４ａの全体が固体撮像素子２と同じ曲率の円筒面状に形成さて成る。パッケージ４内の一方の相対向する両内側壁に段差部６〔６Ａ，６Ｂ〕が形成され、この段差部６Ａ，６Ｂの上面に夫々固体撮像素子２の電極パッド５と電気的に接続される例えばＡｌによる電極パッド７が形成される。なお、図示せざるもパッケージ４の外側には、電極パッド７と電気的に接続された外部リードが導出されている。
【００２２】
固体撮像素子２は、その裏面を底面４ａに当接するようにパッケージ４内の配置された状態で、金属細線、例えばＡｕ細線８によるワイヤーボンディングにより、撮像素子２の電極パッド５とパッケージ４の電極パッド７間が電気的に接続される。そして、パッケージ４の上部が透明カバー部材、例えば平板状のカバーガラス９で封止される。
【００２３】
本実施の形態によれば、円筒面状に湾曲された固体撮像素子２の電極パッド５のレイアウトを、湾曲されない方向、本例では短辺方向に配置することにより、各電極パッド５の高さ位置、傾斜角度が変化せず同一になり、各電極パッド５に対して同じ条件で容易に且つ安定したワイヤーボンディングを行うことができる。図２に示すように、電極パッド５も傾斜しているが、一定の条件で傾斜した電極パッド５に対して専用のボンディング条件を設定すれば、安定した規定以上のシェア強度が確保でき、良好なワイヤーボンディングができる。各電極パッド５の高さ位置が同じであるので、ボンディング時での電極パッドの位置認識も容易である。従って、従来の安価なワイヤーボンディング技術が使え、固体撮像装置としてコストダウンできると同時に安定した品質が確保できる。
【００２４】
なお、従来のワイヤーボンディング装置を用いる以外に、一定に傾いた電極パッドに対してボンディング条件を設定した専用ワイヤーボンディング装置を用いることもできる。例えば傾斜した電極パッドを水平に見立ててキャピラリーを電極パッドに垂直に当てるような専用ワイヤーボンディング装置を用いることもできる。
【００２５】
本実施の形態では、従来の湾曲方向に電極パッドをレイアウトした場合に比べて、ワイヤーボンディングによる接続時の衝撃によって発生する撮像チップ破壊等による歩留り低下を防止することができる。即ち、湾曲されない短辺に電極パッド５がレイアウトされ、そのパッケージ４の底面４ａにしっかり当接された短辺においてワイヤーボンディングされるので、ワイヤーボンディング時の衝撃で撮像チップが破壊することがない。従って、湾曲した固体撮像素子を有する、この種の固体撮像装置の歩留りを向上することができる。
【００２６】
図４及び図５は、本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態の係る固体撮像装置１１は、長方形の撮像チップに対して撮像面３を有する領域部分を長辺方向に沿って円筒面状に湾曲し、撮像面３から外れた両側領域１３〔１３Ａ，１３Ｂ〕を平板状に形成し、この領域１３Ａ，１３Ｂ上に湾曲されない方向に沿って電極パッド５を配列して構成した固体撮像素子１２を有して成る。パッケージ４は、その底面４ａが上記固体撮像素子１２の形状に対応するように、湾曲部１４とその両側の平坦部１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕とを有した形状に形成され、段差部６Ａ，６Ｂの上面に電極パッド７が配列されて成る。その他の構成は、前述の図１〜図３と同様であるので重複説明を省略する。
【００２７】
本実施の形態の固体撮像装置１１によれば、固体撮像素子１２の撮像面３が湾曲し、レンズ収差（像面湾曲）を補正可能にしているも、撮像面３を挟む長辺方向の両領域が平坦部１５〔１５Ａ，１５Ｂ〕として形成され、この平坦部１５に湾曲されない短辺方向に沿って電極パッド５が形成されるので、各電極パッド５の高さ位置、傾斜角度（＝０°）が同じになり、前述の実施の形態と同様に安定した良好なワイヤーボンディングが行える。電極パッド５へのワイヤーボンディングは、電極パッド５が平坦であるので、キャピラリーに案内されたＡｕ細線８の先端ボール部が垂直に均等に潰れる、撮像チップに与える衝撃が面積分の１で分散され、より確実に撮像チップの割れ等を防止できる。
従って、本実施の形態においても、従来の安価なワイヤーボンディング技術が使えると共に、安定した品質が確保でき、歩留りを向上することができる。
【００２８】
図７は、本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置１７は、図１〜図３と同様の撮像チップ全体が湾曲した固体撮像素子２を有し、パッケージ４の電極パッド７を固体撮像素子２の電極パッド５と同じ傾斜角度θで形成して構成される。その他の構成は、前述の図１〜図３と同様であるので重複説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態の固体撮像装置１７によれば、湾曲した固体撮像素子２の各電極パッド５の高さ位置、傾斜角度が同じであるので、図１〜図３で説明したと同様に、各電極パッド５に対して同じ条件で安定してワイヤーボンディングを行うことができる。一方、パッケージ４の電極パッド７も同じ角度θで傾斜しているので、例えば傾斜した電極パッドに垂直に当てる専用ワイヤーボンディング装置を用いたときには、固体撮像素子２の電極パッド５及びパッケージ４の電極パッド７に対して同じ条件でワイヤーボンディングすることができる。その他、前述の図１〜図３の固体撮像装置１と同様の作用効果を奏する。
【００３０】
本発明に係る固体撮像装置は、その固体撮像素子とパッケージ４間の接続をワイヤーボンディングで行ったが、ワイヤーボンディングに限らず、固体撮像素子の電極パッドに対する外部接続をＴＡＢ（テープ・オートメイテッド・ボンディング）接続、バンプ接続等の方法を用いることもできる。この場合、パッケージ４を省略して、固体撮像素子を外部接続を兼ねて、或いはＴＡＢ接続を介して直接所要の支持部材に取り付けるようにすることも可能である。このときの固体撮像素子の各電極パッドへの外部接続も均一に安定して行うことができる。
【００３１】
本発明は、上述の固体撮像装置と結像光学系を備えて撮像カメラを構成するとができる。この撮像カメラによれば、固体撮像素子の撮像面が湾曲しているので、結像光学系の設計に負担をかけることなくレンズ収差（像面湾曲）を補正することができる。しかも、固体撮像素子の各電極パッドへの電気的接続が容易に且つ安定して行えるので、安定した品質を確保することができ、また歩留りの向上が図れる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像素子によれば、円筒面状に湾曲した固体撮像素子の電極パッドレイアウトを湾曲しない方向に沿って配列することにより、各電極パッドへのワイヤーボンディング、ＴＡＢ接続、バンプ接続等の外部接続を安定して行うことができる。従って、チップ破壊等を防止でき、固体撮像素子の品質の安定化、歩留りの向上を図ることができる。
【００３３】
本発明に係る固体撮像装置によれば、湾曲しない方向に電極パッドをレイアウトした上記固体撮像素子を備えることにより、レンズ収差（像面湾曲）の補正を可能にしたこの種の固体撮像装置の品質の安定化、歩留りの向上を図ることができる。また、レンズ収差（像面湾曲）を補正することができ、撮像カメラの適用したときの結像光学系の設計を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図４】本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態を示す平面図である。
【図５】図４のＣーＣ線上の断面図である。
【図６】図４のＤーＤ線上の断面図である。
【図７】本発明に係る固体撮像装置のさらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図８】従来の固体撮像装置の一例を示す構成図である。
【図９】従来の固体撮像装置の他の例を示す構成図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の他の例を示す構成図である。
【図１１】従来の固体撮像装置のさらに他の例を示す平面図である。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ線上の断面図である。
【図１３】図１１のＦ−Ｆ線上の断面図である。
【図１４】レンズ収差（像面歪曲）の説明に供する説明図である。
【図１５】電極パッドの傾斜角度の説明に供する説明図である。
【符号の説明】
１，１１，１７，２１，４１，４５，４７・・固体撮像装置、２，１２，２５，３４，４４・・固体撮像素子、３，２４・・撮像面、４，２３・・パッケージ、８，３２・・Ａｕ細線、５，７，２７，３１・・電極パッド、２６・・透明ガラスカバー、３１・・絞り、３２・・結像レンズ、３３・・結像光学系、４２・・保持部材、４９・・連通孔
【図１】
2004104259.tif 000003
【図２】
2004104259.tif 000004
【図３】
2004104259.tif 000005
【図４】
2004104259.tif 000006
【図５】
2004104259.tif 000007
【図６】
2004104259.tif 000008
【図７】
2004104259.tif 000009
【図８】
2004104259.tif 000010
【図９】
2004104259.tif 000011
【図１０】
2004104259.tif 000012
【図１１】
2004104259.tif 000013
【図１２】
2004104259.tif 000014
【図１３】
2004104259.tif 000015
【図１４】
2004104259.tif 000016
【図１５】
2004104259.tif 000017