(57)【要約】  【課題】  遮光率が小さく、光電変換効率が良好な光電変換装置を提供すること。  【解決手段】  光信号を電気信号に変換する光電変換素子１の受光面側を、主面に配線導体５が形成された透明基板６と、透明基板６の主面に、受光面２を有する一主面が樹脂接着剤４を介して接合されるとともに、電極が配線導体５に電気的に接続された光電変換素子１とを具備している光電変換装置において、透明基板６は、主面の受光面に対向する部位に凹部７が形成されている。【選択図】  図１
2005136143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に配線導体が形成された透明基板と、該透明基板の前記主面に、受光面を有する一主面が樹脂接着剤を介して接合されるとともに、電極が前記配線導体に電気的に接続された光電変換素子とを具備している光電変換装置において、前記透明基板は、前記主面の前記受光面に対向する部位に凹部が形成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記受光面と前記凹部の底面との間の距離が２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子が透明基板に接続された光電変換装置に関し、光電変換効率が向上した光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電変換素子を透明基板にフリップチップボンディングにより電気的に接続する、いわゆるＣＯＧ（Chip On Glass）実装を行なった光電変換装置が知られている。
【０００３】
従来の光電変換装置の断面図を図３に示す。図３において、11は光電変換素子、12は受光面、13は突起電極、14は樹脂接着剤、15は配線導体、16は透明基板であり、基本的にこれらで従来の光電変換装置は構成されている。
【０００４】
このような光電変換装置はイメージセンサや電子カメラ等に用いられ、フォトダイオード等の光電変換素子11の受光面12に入射した光を電気信号に変換して読み出す装置に用いられる。
【０００５】
従来の光電変換装置において、光電変換素子11の受光面12と受光面12に対向する透明基板16の表面（主面）との間の間隔ｔ２は、フリップチップボンディングに用いられる金属ボール等の突起電極13の寸法で決まり、一般にｔ２は20〜30μｍとなっている。すなわち、光電変換素子11のボンディングパッドの寸法は100μｍ×100μｍ前後であることから、これをフリップチップボンディングする場合、突起電極13を構成する金属ボールにはボンディングパッドの寸法より少し小さい直径80μｍ程度のものが用いられ、さらに光電変換素子11がフリップチップボンディングされるときに加圧されることによりこの金属ボールが変形することによって、間隔ｔ２は20〜30μｍ程度となる。
【０００６】
また、特許文献１においては、大きな直径の金属ボールを使用することにより、間隔ｔ２を40μｍ程度にまで大きくした光電変換装置が提案されている。
【特許文献１】特開平10−22515号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の光電変換装置においては、透明基板16の透明性および表面の精度を得るための研磨工程や、配線導体15を形成するための工程において、透明基板16の表面に、１〜20μｍ程度のキズや異物付着などの表面欠陥が潜在的に発生するという問題点があった。そして、光電変換素子11の受光面12と対向する透明基板16の表面にこれらの表面欠陥があった場合、それらが光の透過の障害となり、光を遮光することによって、光電変換装置の光電変換効率が損なわれるという問題点があった。
【０００８】
この遮光の度合は、表面欠陥の寸法、光電変換装置の前方に設けられて光を集光するレンズのＦナンバー、受光面12と透明基板16との間の間隔ｔ２により、Ｔ＝（Ｄ2×Ｆ2／Ｇ2）×100のように表される。ただし、Ｔは遮光率（％）、Ｄは表面欠陥の寸法（ｍｍ）、ＦはレンズのＦナンバーであり焦点距離とレンズ口径との比で表されるレンズの明るさを表す数、Ｇは間隔ｔ２（ｍｍ）を示す。
【０００９】
すなわち、遮光率は、表面欠陥の寸法の二乗とレンズのＦナンバーの二乗とに比例し、受光面12と透明基板16との間の間隔の二乗に反比例する。
【００１０】
一般的に携帯端末に使用されるような小型電子カメラのレンズには、光量や画角の関係などからＦナンバーがＦ2.8のレンズが使用されている。従って、遮光率が小さく、光電変換効率が良好な光電変換装置を得るためには、表面欠陥の寸法を小さくするか、間隔ｔ２を大きくすることが必要である。
【００１１】
このうち、表面欠陥の寸法は、加工時の洗浄その他取り扱いに注意することにより20μｍ以下に抑えることは可能である。しかしながら、間隔ｔ２に関しては、特許文献１に提案されている突起電極を使うような方法では、ボンディングパッドの寸法の制約から、間隔ｔ２は60μｍ程度、大きくても100μｍが限界となる。従って、従来の方法では、20μｍの表面欠陥の寸法が生じ、Ｆ2.8のレンズを使用した場合であれば、遮光率は、最低でも30％以上となり、光電変換効率が著しく損なわれるという問題点が生じていた。
【００１２】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、遮光率が小さく、光電変換効率が良好な光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光電変換装置は、主面に配線導体が形成された透明基板と、該透明基板の前記主面に、受光面を有する一主面が樹脂接着材を介して接合されるとともに、電極が前記配線導体に電気的に接続された光電変換素子とを具備している光電変換装置において、前記透明基板は、前記主面の前記受光面部に対向する部位に凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の光電変換装置は、上記構成において好ましくは、前記受光面と前記凹部の底面との間の距離が200μｍ以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光電変換装置によれば、透明基板は、主面の受光面に対向する部位に凹部が形成されていることにより、光電変換素子の受光面と透明基板との間の間隔を大きくできるため、光電変換効率が損なわれない良好な光電変換装置を提供することができる。
【００１６】
また、受光面と凹部の底面との間の距離が200μｍ以上であるときには、光電変換効率を90％以上にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の光電変換装置の実施の形態について説明する。図１は本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図、図２は本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。これらの図において、１は光電変換素子、２は光電変換素子の受光面、３は突起電極、４は樹脂接着剤、５は配線導体、６は透明基板、７は凹部、８は枠状透明基板である。
【００１８】
光電変換素子１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device），ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor），ＶＭＩＳ（Threshold Voltage Modulation Image Sensor）等であり、その大きさは1ｍｍ〜50ｍｍ程度である。
【００１９】
光電変換素子１の一主面には受光面２が形成されている。受光面２は、光を電気信号に変換するフォトダイオードが形成された面であり、受光面２の表面にカラーフィルタ、マイクロレンズが設けられてもよい。
【００２０】
突起電極３は、ハンダ，金（Ａｕ），インジウム（Ｉｎ），銅（Ｃｕ）等から成る金属ボールである。また、これら金属ボールのかわりに異方導電性樹脂、異方導電性フィルム等を用いてもよい。この突起電極３は、受光面２で生じた電気信号を外部へ読み出すために、光電変換素子１の電極と配線導体５とを電気的に接続するためのものである。
【００２１】
樹脂接着剤４は、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，アクリル樹脂，シリコン樹脂等から成り、例えば熱あるいは紫外線またはそれらを併用することにより硬化する接着剤である。この樹脂接着剤４は、透明基板６の主面と光電変換素子１の一主面とを接合し、金属ボールの接合を補強するとともに、透明基板６と光電変換素子１との間の突起電極３の間を通って受光面２に付着する異物を遮って保護するためのものである。
【００２２】
硬化後の樹脂接着剤４が透明なものである場合、受光面２を含む光電変換素子１の一主面全面を覆うように接合されてもよい。透明な樹脂接着剤４は屈折率が空気よりも大きいことから透明基板６の主面と受光面２との間の距離を、見かけ上、より大きくする効果を得ることができる。
【００２３】
配線導体５は、アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ）等を真空蒸着法やスパッタリング法などの薄膜形成技術により薄膜金属層として透明基板６の主面に被着し、この薄膜金属層をフォトリソグラフィ法，エッチング法によりパターン加工することにより形成された配線層である。また、マスク蒸着法により、直接パターン形成してもよい。この配線導体５は、電気信号を光電変換装置の外部へ送出するためのものである。
【００２４】
透明基板６は、ガラス，石英，水晶，サファイア等の透光性の材料から成る平板状の基板である。この透明基板６は、光を透過させつつ、受光面２に付着する異物を保護するためのものである。また、この透明基板６の他方の主面には、酸化チタンや五酸化タンタル，酸化アルミニウム，二酸化ジルコニウム，酸化マグネシウム，フッ化マグネシウム等の、単層の光学薄膜またはこれらを組み合わせた多層の光学薄膜を被着させることで、反射防止や近赤外線カットなどの光学フィルタ機能をあわせてもたせてもよい。
【００２５】
凹部７は、ケミカルエッチング法や研削法やブラスト法等により形成され、底面は、透光性を有している。凹部７の底面と透明基板６の他方の主面との間の厚みは透光性を良くするために薄い方が良いが、一方で強度を保つために0.1ｍｍ以上とするのが好ましく、凹部７の開口寸法は、配線導体５と光電変換素子１を接合するために光電変換素子１よりも200μｍ以上小さく、受光面２に光を受光させるために光電変換素子１の受光面２の周囲よりも1μｍ以上大きいのがよい。
【００２６】
また、凹部７の底面から受光面２までの距離は、200μｍ以上で、光電変換装置の小型化を損なわない２ｍｍ以下程度の範囲の距離とすることが好ましい。距離が200μｍより小さくなると、光電変換効率が90％未満に損なわれる傾向にある。
【００２７】
枠状透明基板８は、ガラス，石英，水晶，サファイア等の透光性の材料から成り、ケミカルエッチング法や研削法やブラスト法等を用いて貫通孔が形成された枠状の基板とされる。また、枠状透明基板８の一方の主面には、透明基板６と同様に配線導体５が形成される。
【００２８】
光電変換素子１の電極は、ガラス，石英等から成る透明基板６の主面に形成されたＡｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｕ等から成る配線導体５に、ハンダ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｃｕ等の金属ボールからなる突起電極３を介して、フリップチップボンディングにより電気的に接続されており、そして光電変換素子１の受光面２を有する一主面の周囲は、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，シリコン樹脂などの樹脂接着剤４で接合されている。
【００２９】
この実施の形態の一例においては、透明基板６の表面にケミカルエッチング法や研削法やブラスト法等を用いて形成された凹部７により、受光面２と透明基板６の主面（凹部７の底面）との間の間隔ｔ１を200μｍ以上確保することができる。200μｍより小さくなると、光電変換効率が90%未満となり、著しく損なわれる傾向にある。間隔ｔ１を200μｍ以上確保することができるため、透明基板６の主面に20μｍの表面欠陥があったとしても遮光率は10％未満となり、光電変換効率を高いものとすることができる。
【００３０】
図２に示す本発明の実施の形態の他の例においては、透明基板６にケミカルエッチング法や研削法やブラスト法等を用いて貫通孔を形成した枠状透明基板８を張り合わせることにより凹部７を形成している。このように透明基板６と枠状透明基板８を張り合わせた場合も、図１に示す実施の形態の一例と同様な作用効果を奏するとともに、透明基板６の表面欠陥発生要因の一つである配線導体５を形成する工程を別工程にできることから、薄膜金属層やレジストで一時的に透明基板表面を覆う必要がなく、それらの残留物が発生する可能性がなくなることにより透明基板６の表面欠陥を小さく押さえることが可能となる。
【００３１】
かくして、本発明の光電変換装置は、主面に配線導体５が形成された透明基板６と、透明基板６の主面に受光面２を有する一主面が樹脂接着剤４を介して接合されるとともに電極が配線導体５に、例えば突起電極３を介してフリップチップボンディングにより、電気的に接続された光電変換素子１とを具備している光電変換装置において、透明基板１は、主面の受光面２に対向する部位に凹部７が形成されていることにより、光電変換効率が良好な光電変換装置と成る。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、凹部７の平面視における形状を矩形や円形等の任意形状としたり、凹部７の側面を傾斜面にしたり、凹部７の底面を曲面にしてレンズ機能を持たせる等の各種形状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の光電変換装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：光電変換素子
２：受光面
３：突起電極
４：樹脂接着剤
５：配線導体
６：透明基板
７：凹部
８：枠状透明基板
【図１】
2005136143.tif 000003
【図２】
2005136143.tif 000004
【図３】
2005136143.tif 000005