(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光する受光部と、前記受光部の上方に形成されたマイクロレンズとを備える固体撮像素子と、
前記マイクロレンズの上方に形成された透明部材と、
前記透明部材の端面上に形成された黒色樹脂と、
を備え、
前記透明部材の端面と前記黒色樹脂との間には、前記透明部材の屈折率と前記黒色樹脂の屈折率との間の屈折率を有する反射防止膜が介在している、固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置であって、
凹部を有するパッケージをさらに備え、
前記固体撮像素子および前記透明部材は前記パッケージの前記凹部内に搭載され、
前記黒色樹脂は、前記パッケージと前記固体撮像素子および前記透明部材との間に充填されている、固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像装置であって、
前記黒色樹脂は、樹脂と、可視光を遮断する粒子とを含んでいる、固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置であって、
前記可視光を遮断する粒子は、黒色顔料、黒色染料またはカーボン粒子である、固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
前記黒色樹脂は、前記透明部材の上面のうちの縁部も覆っている、固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
平面的に見て、前記透明部材は前記マイクロレンズが配置する領域の外周部よりも大きく形成され、
前記透明部材の端面から前記マイクロレンズが配置する領域の外周部までの水平距離をＬ、前記透明部材への光の最大入射角度をθ度、前記透明部材の厚さをｔ0、前記受光部の上面から前記透明部材の下面までの鉛直距離をｔ1とした場合に、
Ｌ≧（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθが成立する、固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
前記透明部材の少なくとも一部が、上に向かって幅の狭くなるテーパー形状を有している、固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の固体撮像装置であって、
前記透明部材の上面上には、前記透明部材の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する膜が形成され、前記膜と前記反射防止膜との屈折率は異なる、固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置であって、
前記透明部材の端面は凹凸を有している、固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子とそれを保護する透明部材とからなる固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）等を用いた固体撮像装置として、セラミックパッケージに固体撮像素子を収容したものが知られている。このような固体撮像装置では、セラミックパッケージの上は透明部材によって覆われる。近年、この透明部材を個々の固体撮像素子の上に載置して、固体撮像装置および透明基板を樹脂で封止する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来の固体撮像装置を示す断面図である。図７に示すように、従来の固体撮像装置では、複数のセラミック板が積層された積層セラミックパッケージ１１１の凹部１１１ａ内に、固体撮像素子１１３が配置されている。
【０００４】
固体撮像素子１１３には、受光部１１３ａが形成され、受光部１１３ａの外側となる周辺領域１１３Ａの一部に入出力部１１３ｂが形成されている。
【０００５】
入出力部１１３ｂの表面には、電極パッド１１３ｃが形成されている。電極パッド１１３ｃは、ワイヤ１１７により積層セラミックパッケージ１１１の内部リード部１１１ｂに接続されている。そして、固体撮像素子１１３の上面には、外部に遮光層１２１が形成される保護ガラス１２３が配置されている。この遮光層１２１は、保護ガラス１２３の上面の外周部、端面（側面）および下面の外周部を覆っている。この遮光層１２１は、ワイヤ１１７からの反射光が受光部１１３ａに入射するのを防止するために形成されている。保護ガラス１２３と積層セラミックパッケージ１１１との間には、封止剤１２７が充填されている。
【特許文献１】特開2002-261260号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、保護ガラス１２３に入射した光が保護ガラス１２３の端面において反射して、受光部１１３ａに入射するという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、保護ガラスなどの透明部材の端面における反射光を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様の固体撮像装置は、光を受光する受光部と、前記受光部の上方に形成されたマイクロレンズとを備える固体撮像素子と、前記マイクロレンズの上方に形成された透明部材と、前記透明部材の端面上に形成された黒色樹脂とを備える。
【０００９】
本発明の第１態様の固体撮像装置によると、固体撮像素子の外部等から透明部材に入射した光が黒色樹脂に吸収されやすくなり、反射しにくくなる。従来では、透明部材の端面（側面）において光が反射して受光部内に入射するという問題が生じていたが、本構成によると、受光部内に入射する光の量を低減することができる。これにより、フレアを防止することができる。
【００１０】
本発明の第１態様の固体撮像装置は、凹部を有するパッケージをさらに備え、前記固体撮像素子および前記透明部材は前記パッケージの前記凹部内に搭載され、前記黒色樹脂は、前記パッケージと前記固体撮像素子および前記透明部材との間に充填されていてもよい。この場合には、パッケージの隙間を樹脂で封止する際に黒色樹脂を用いればよいため、工程数を増加することなく透明部材の端面上に黒色樹脂を形成することができる。
【００１１】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、前記黒色樹脂は、樹脂と、可視光を遮断する粒子とを含んでいてもよい。
【００１２】
前記可視光を遮断する粒子は、黒色顔料、黒色染料またはカーボン粒子であってもよい。
【００１３】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、前記黒色樹脂は、前記透明部材の上面のうちの縁部も覆っていてもよい。この場合には、透明部材の端面に入射する光自体を少なくすることができるため、透明部材の端面から反射する光の量をより低減することができる。
【００１４】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、平面的に見て、前記透明部材は前記マイクロレンズが配置する領域の外周部よりも大きく形成され、前記透明部材の端面から前記マイクロレンズが配置する領域の外周部までの水平距離をＬ、前記透明部材への光の最大入射角度をθ度、前記透明部材の厚さをｔ0、前記受光部の上面から前記透明部材の下面までの鉛直距離をｔ1とした場合に、Ｌ≧（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθが成立してもよい。ここで、（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθとは、透明部材の端面からの反射光が受光部の形成されている平面において進む水平距離の最大値のことをいう。理論上、Ｌがその値以上であれば、透明部材の端面のどの部分に光が入射しても、光は受光部まで到達しない。したがって、より確実に、受光部への光の入射を防止することができる。
【００１５】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、前記透明部材の少なくとも一部が、上に向かって幅の狭くなるテーパー形状を有していてもよい。この場合には、透明部材の幅が一定である場合と比較して、透明部材の端面における光の反射を起こりにくくすることができる。なお、このテーパー形状は、透明部材の角部を落とすことにより形成できる。
【００１６】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、前記透明部材の端面と前記黒色樹脂との間には、前記透明部材の屈折率と前記黒色樹脂の屈折率との間の屈折率を有する反射防止膜が介在していてもよい。この場合には、透明部材の端面に入射した光が反射して受光部に到達するのをより確実に防止することができる。
【００１７】
反射防止膜が形成されている場合には、前記透明部材の上面上に、前記透明部材の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する膜が形成され、前記膜と前記反射防止膜との屈折率は異なっていてもよい。
【００１８】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、前記透明部材の端面は凹凸を有していてもよい。この場合には、透明部材の端面に入射した光が凹凸によって錯乱されるため、受光部に到達するのをより確実に防止することができる。
【００１９】
本発明の第１態様の固体撮像装置において、前記透明部材の屈折率と前記黒色樹脂の屈折率とは実質的に等しくてもよい。この場合には、透明部材の端面に入射した光が黒色樹脂により吸収されやすくなる。なお、「実質的に等しい」範囲には、誤差分だけ屈折率が異なる場合も含まれる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の固体撮像装置では、透明部材の端面からの反射光を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。本実施形態の固体撮像装置では、固体撮像素子用基板１１の表面に画素毎に形成された凹部の底部に、入射光を電気信号に変換するための受光部（フォトダイオード）１２が形成されている。固体撮像素子用基板１１および受光部１２の上には、その表面の凹凸を平坦化するための第１の平坦膜１３が形成されている。第１の平坦膜１３は、例えばアクリル樹脂からなる。第１の平坦膜１３の上には、各受光部１２と平面的な位置が一致するようにカラーフィルタ１５が形成されている。各カラーフィルタ１５の上には、カラーフィルタ１５に起因する凹凸を平坦化するための第２の平坦膜１６が形成されている。第２の平坦膜１６は、例えばアクリル樹脂からなる。第２の平坦膜１６の上には、各カラーフィルタ１５と平面的な位置が一致するようにマイクロレンズ１７が形成されている。これらの部材により固体撮像素子１０が構成される。
【００２３】
固体撮像素子用基板１１は、受光部１２がマトリクス状に配置する受光領域と、受光領域の外側に位置する外周領域とを有している。この外周領域には、固体撮像素子内の配線と電気的に接続される電極パッド１８が形成されている。なお、図示は省略するが、固体撮像素子用基板１１の外周領域には、配線部や、受光部１２を保護するための保護回路などが形成されている。
【００２４】
第２の平坦膜１６および各マイクロレンズ１７の上には、フッ素系樹脂からなる低屈折率層１９が形成されている。低屈折率層１９の上には、接着剤層２０を介して、ガラスからなる透明部材２１が形成されている。
【００２５】
固体撮像素子用基板１１は、複数のセラミック基板が積層されたセラミックパッケージ２２の凹部２３の底面上に配置されている。セラミックパッケージ２２の凹部２３の底面と固体撮像素子用基板１１とは、固着部材により接着されている。セラミックパッケージ２２の外側には、外部リード（図示を省略する）が接続されている。また、セラミックパッケージ２２には、固体撮像素子に信号を入出力する入出力部２４が形成されている。
【００２６】
固体撮像素子１０用の電極パッド１８とセラミックパッケージ２２における入出力部２４とは、金などからなるワイヤ２５により電気的に接続されている。
【００２７】
セラミックパッケージ２２の凹部２３内において、固体撮像素子用基板１１、低屈折率層１９、接着剤層２０および透明部材２１の周囲には、黒色樹脂２６が充填されている。ワイヤ２５も黒色樹脂２６内に封止されることにより固定されている。ここで、黒色樹脂２６とは、黒色に着色された樹脂のことをいう。つまり、黒色樹脂２６内には、樹脂と、可視光を遮断（または吸収）する粒子とが混合されており、この粒子により黒色樹脂２６は黒色に着色されている。このとき、可視光を遮断する粒子とは、黒色顔料、黒色染料またはカーボン粒子であってもよい。また、赤、緑および青の顔料や染料を混合したものであってもよい。
【００２８】
樹脂に混合される上記粒子の量が多ければ、黒色樹脂２６内における黒色は濃くなり、光の吸収率は向上すると考えられる。しかしながら、本発明において、上記粒子が混入されることにより黒色に着色されている樹脂であれば、上記粒子の濃度の高低にかかわらず、「黒色樹脂」と呼ぶ。上記粒子が少しでも混入されていれば、混入されていない従来の樹脂と比較して、光の吸収率は増加するからである。なお、樹脂の例としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられるが、一般的な樹脂であれば何を用いてもよい。
【００２９】
なお、黒色樹脂２６は、ディスペンサー等の方法により、セラミックパッケージ２２内に充填される。また、固体撮像素子１０自体の製法としては一般的な技術を用いればよい。
【００３０】
以上のように、本実施形態では、透明部材２１の端面（側面）を黒色樹脂２６で覆うことにより、固体撮像素子の外部等から透明部材２１に入射した光が黒色樹脂２６に吸収されやすくなり、反射しにくくなる。従来では、透明部材２１の端面において光が反射して固体撮像素子内に入射するという問題が生じていたが、本実施形態の構造では、固体撮像素子内に入射する光の量を低減することができる。これにより、フレアを防止することができる。また、セラミックパッケージ２２内の隙間を埋める樹脂自体は従来から必要なものであるため、本実施形態では、さらなる工程を追加することなく、固体撮像素子内に入射する光の量を低減するという効果を得ることができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
本実施形態では、透明部材の適切な大きさについて考察する。なお、この考察は、透明部材の端面において、光の全てが黒色樹脂に吸収されずに一部が反射すると仮定した場合のものである。もちろん、本発明において、透明部材の端面に入射した光の全てが黒色樹脂に吸収されてもよい。図２は、固体撮像素子の上に配置する透明部材の適切な大きさを説明するための図である。
【００３２】
図２に示す構成において、透明部材２１の厚さをｔ0とし、受光部１２の上面から透明部材２１の下面までの距離をｔ1とする。また、透明部材２１への光の最大入射角度（光が入射する方向から鉛直方向までの角度）をθ度とする。この場合において、透明部材２１の上面と端面とが垂直に形成されている場合には、上方から入射した光が透明部材２１の端面において反射する角度もθ度となる。光が透明部材２１の端面に入射した場合に、その光が受光部１２の形成されている平面において進む距離ｌ（透明部材２１の端面からの水平距離）は、下記（１）式で示される。
【００３３】
ｌ＝ｘｔａｎθ      （ｘ：受光部の上面から光が入射した位置までの鉛直距離）
・・・（１）
ここで、ｌが最大となるのは、ｘ＝ｔ0＋ｔ1のとき、つまり、透明部材２１の端面のうちの最上部に光が入射したときである。これを（１）式に代入すると、下記（２）式が導き出される。
【００３４】
ｌmax＝（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθ      ・・・（２）
（２）式から、受光部１２が配置する有効画素領域の外周から透明部材２１の端面までの距離Ｌが、距離（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθ以上であれば、光が透明部材２１の端面のどの部分に入射しても受光部１２に入射しないことがわかる。よって、この条件を満たすように透明部材２１を配置すれば、受光部１２に光が入射するのをより確実に防止することができる。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）は、透明部材と有効画素領域との位置関係を示す平面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示す構造では、固体撮像素子用基板３１上に、有効画素領域３３が配置している。なお、図示は省略するが、有効画素領域３３内には図１に示すような固体撮像素子が複数配置している。また、有効画素領域３３の境界はマイクロレンズが配置する領域と配置しない領域との境界である。
【００３６】
固体撮像素子用基板３１上において、有効画素領域３３を囲む四方のうちの２つ（図における上部および下部）には、ボンディングパッド３４が配置している。有効画素領域３３を囲む四方のうち残りの２つにおいて、透明部材３２の大きさを調整することが可能となる。透明部材３２の大きさを調整することにより、有効画素領域３３から透明部材３２の端面までの距離を大きくすることができる。
【００３７】
図３（ａ）には、透明部材３２が、固体撮像素子用基板３１と同じ大きさで形成されている場合の配置を示している。この場合に、透明部材３２の端面が、有効画素領域３３から距離（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθ以上離れている場合には、受光部に光が入射するのをより確実に防止することができる。
【００３８】
図３（ｂ）には、透明部材３２が、固体撮像素子用基板３１よりも大きく形成されている場合の配置を示している。この場合にも、透明部材３２の端面が、有効画素領域３３から距離（ｔ0＋ｔ1）ｔａｎθ以上離れている場合には、受光部に光が入射するのをより確実に防止することができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。本実施形態の固体撮像装置では、透明部材２１の上縁部の角が落とされている。言い換えると、透明部材２１は、上に向かって幅の狭くなるテーパー形状を有している。透明部材２１の上縁部は黒色樹脂により覆われている。なお、透明部材２１の上縁部は、丸みを帯びていてもよいし、凹凸を有していてもよい。これら以外の構成は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の構成では、透明部材２１の端面における光の反射をより起こりにくくすることができる。
【００４１】
（第４の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置のうち透明部材部分の構造を拡大して示す断面図であり、図５（ｂ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置全体の構造を示す断面図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の透明部材２１の端面は、反射防止膜４１により覆われている。言い換えると、本実施形態の固体撮像装置において、透明部材２１の端面と黒色樹脂２６との間には、反射防止膜４１が介在している。なお、図５（ａ）、（ｂ）における構造では、反射防止膜４１以外の構成は図１と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
透明部材２１がガラスである場合には、反射防止膜４１は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等にフィラーを分散させた材料であってもよいし、ＳｉＯＮまたはＳｉＮであってもよい。反射防止膜４１がアクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる場合には、透明部材２１の端面上にディップ成形または塗布形成することができる。また、反射防止膜４１がＳｉＯＮまたはＳｉＮからなる場合には、透明部材２１の端面上に蒸着させることにより形成することができる。
【００４３】
なお、公知の技術として、透明部材２１の上面部分に、透明部材２１の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有するコーティング膜を設ける技術がある。これに対し、本実施形態の反射防止膜４１は透明部材２１の端面に設けるものであり、上記のコーティング膜とは異なるものである。ここで、本実施形態の反射防止膜４１は、透明部材２１の屈折率と黒色樹脂の屈折率との間の屈折率を有していればよい。特に、透明部材２１の屈折率がｎgであり、黒色樹脂２６の屈折率がｎbkである場合には、反射防止膜４１の屈性率を、（ｎg／ｎbk）1/2に近づけることが好ましい。
【００４４】
本実施形態では、反射防止膜４１を設けることにより、透明部材２１の端面に入射した光が反射して受光部１２に到達するのをより確実に防止することができる。
【００４５】
図５（ｃ）は、第４の実施形態に係る透明部材部分の変形例を示す断面図である。図５（ｃ）に示すように、本実施形態では、透明部材２１の端面上に保護防止膜を形成するかわりに、透明部材２１の端面に凹凸４２を形成してもよい。この場合には、透明部材２１の端面に入射した光が凹凸４２によって錯乱される。この変形例においても、透明部材２１の端面に入射した光が反射して受光部１２に到達するのを防止することができるという効果を得ることができる。
【００４６】
（第５の実施形態）
図６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る第１の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図６（ａ）では、黒色樹脂５１が透明部材２１の端面の表面を覆うのみであり、セラミックパッケージ２２と固体撮像素子との間の隙間は、封止樹脂５２が充填されている。ここで、封止樹脂５２は、顔料が混合されていない無着色の樹脂であってもよいし、黒色以外の顔料が混入されている樹脂であってもよい。図６（ａ）に示す構成においても、透明部材２１の端面に入射した光は黒色樹脂５１に吸収されるため、光が反射して受光部１２に到達するのを防止することができる。なお、図６（ａ）には、黒色樹脂５１が透明部材２１の端面のみを覆う形態を示している。これは、黒色樹脂５１が必要な最低限の領域を示しており、この領域以外の領域に黒色樹脂５１が充填されていてもよい。つまり、黒色樹脂５１が透明部材２１の端面さえ覆っていれば、セラミックパッケージ２２と固体撮像素子との間の隙間のうちのその他の部分には、黒色樹脂が充填されていてもよいし、黒色樹脂以外の樹脂が充填されていてもよい。
【００４７】
図６（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る第２の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図６（ｂ）では、黒色樹脂５３が、セラミックパッケージ２２と固体撮像素子との間に充填されているだけでなく、透明部材２１の上縁部を覆っている。このとき、黒色樹脂５３が透明部材２１の上縁部の全体を覆っていてもよいし、一部のみを覆っていてもよい。ただし、黒色樹脂５３は、平面的に見て、マイクロレンズ１７が形成されている領域（有効画素領域）を覆っていないことが好ましい。つまり、黒色樹脂５３は、平面的に見て、有効画素領域の外側の領域を覆っていることが好ましい。図６（ｂ）に示す構成においては、透明部材２１の端面に入射する光自体を少なくすることができるため、透明部材２１の端面から反射する光の量をより低減することができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、透明部材２１がガラスからなる場合について説明した。しかしながら、透明部材２１は樹脂等の他の材料であってもよい。
【００４９】
また、本発明では、上記実施形態で述べた固体撮像素子１０以外の固体撮像素子を用いてもよい。具体的には、本発明に用いる固体撮像素子は、受光部１２およびマイクロレンズ１７を有していればよいため、その他の構成要素を有していなくてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、複数のセラミック基板が積層されたセラミックパッケージ２２を用いる場合について説明した。しかしながら、それ以外のパッケージを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置は、透明部材の端面からの反射光を低減することができる点で、産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図２】固体撮像素子の上に配置する透明部材の適切な大きさを説明するための図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、透明部材と有効画素領域との位置関係を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置のうち透明部材部分の構造を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置全体の構造を示す断面図であり、（ｃ）は、第４の実施形態に係る透明部材部分の変形例を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る第１の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１      固体撮像素子用基板
１２      受光部
１３      第１の平坦膜
１５      カラーフィルタ
１６      第２の平坦膜
１７      マイクロレンズ
１８      電極パッド
１９      低屈折率層
２０      接着剤層
２１      透明部材
２２      セラミックパッケージ
２３      凹部
２４      入出力部
２５      ワイヤ
２６      黒色樹脂
３１      固体撮像素子用基板
３２      透明部材
３３      有効画素領域
３４      ボンディングパッド
４１      反射防止膜
４２      凹凸
５１      黒色樹脂
５２      封止樹脂
５３      黒色樹脂
【図１】
0004794283.tif 000002
【図２】
0004794283.tif 000003
【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】
0004794283.tif 000008