(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄型半導体チップ状の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に応力を加えることにより、前記固体撮像素子を湾曲させて湾曲率の調整を行う調整機構と、
前記調整機構によって調整された前記固体撮像素子の湾曲状態を固定する固定手段とを有し、
前記調整機構は、固体撮像素子を実装するためのチップ実装基板にスライド可能なスライド基板部を設け、前記固体撮像素子の端部をスライド基板部に接合した状態で、前記スライド基板部をスライドさせることにより、前記固体撮像素子に応力を付与して湾曲させる機構であり、
前記固定手段は、前記調整機構によって固体撮像素子を湾曲させた状態で、前記チップ実装基板とスライド基板部との位置を接着剤によって固定する手段である、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記調整機構による調整中に前記固体撮像素子から出力される画像を画像モニター用の外部装置に出力する画像出力手段を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像素子は一次元方向に湾曲されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記スライド基板部が固体撮像素子の片側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記スライド基板部が固体撮像素子の両側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固定手段には、前記瞬間接着剤によって固体撮像素子の状態を固定した後、その固定状態を補強する接着性樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子がＣＣＤ型固体撮像素子であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型固体撮像素子であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
薄型半導体チップ状の固体撮像素子をチップ実装基板に実装する際に、前記固体撮像素子に応力を加えることにより、前記固体撮像素子を湾曲させて湾曲率の調整を行う調整工程と、その調整された前記固体撮像素子の湾曲状態を固定する固定工程とを有し、
前記調整工程は、固体撮像素子を実装するためのチップ実装基板にスライド可能なスライド基板部を設け、前記固体撮像素子の端部をスライド基板部に接合した状態で、前記スライド基板部をスライドさせることにより、前記固体撮像素子に応力を付与して湾曲させる工程であり、
前記固定工程は、前記調整工程によって固体撮像素子を湾曲させた状態で、前記チップ実装基板とスライド基板部との位置を接着剤によって固定する工程である、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記調整工程によって固体撮像素子の湾曲率の調整中に前記固体撮像素子から出力される画像を外部装置でモニターすることにより、最適画像に対応する湾曲率に調整することを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記固定工程は、前記固体撮像素子を湾曲させた状態で、前記チップ実装基板とスライド基板部との位置を接着剤によって固定した後、その固定状態を接着性樹脂で補強することを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ型撮像素子やＣＭＯＳ型撮像素子を高密度に実装するカメラモジュール等の固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に薄型で周辺ボケの少ない固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く普及しており、これらのカメラモジュールには、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。
これらの固体撮像素子は、薄型半導体チップ上にそれぞれ光電変換手段（フォトダイオード；ＰＤ）を設けた複数の単位画素を２次元配列のアレイ状に配置して撮像領域を構成したものである。
そして、ＣＣＤ型固体撮像素子では、各単位画素に入射した光をフォトダイオードによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を垂直ＣＣＤ転送レジスタおよび水平ＣＣＤ転送レジスタを介して出力部に設けたフローティングデフュージョン（ＦＤ）部に転送する。そして、このＦＤ部の電位変動をＭＯＳトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより、撮像信号として出力する。
【０００３】
一方、ＣＭＯＳ型固体撮像素子では、各単位画素内にＦＤ部や転送、増幅等の各種ＭＯＳトランジスタを有し、各単位画素に入射した光をフォトダイオードによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を転送トランジスタによってＦＤ部に転送し、このＦＤ部の電位変動を増幅トランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより、各画素毎の信号を信号線より出力する。
【０００４】
また、図４は、このような固体撮像装置における結像光学系の配置例を示す構成図である。
被写体（図示せず）からの反射光は、レンズ１を透して固体撮像素子２の撮像領域に結像される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような固体撮像装置に設けられる結像光学系に関しては、一般的に像面湾曲と呼ばれるレンズの収差が発生する。
このため、例えば図４に示すように、固体撮像素子２における撮像領域の中心部で合焦点位置を受光面Ａに合わせても、撮像領域の周辺部では上記の像面湾曲の影響により、焦点位置が受光面より離れた位置Ｂとなるため、焦点ずれが発生してしまう。
その結果、画像の中心部と周辺部で画質が不均一になるなど、撮像特性の劣化が発生していた。
【０００６】
さらに具体的には、撮像領域の中心部における受光面Ａがジャストフォーカスになるようにレンズマウントを行うと、撮像領域の周辺部で点Ｂにフォーカスされた画像はピンボケした画像になる。
このため、レンズマウントの手法として、中心のフォーカスを若干デフォーカスさせて、周辺の解像度を高めるようなレンズマウントを行うことが必要となる。このため、画像の全体的な解像度は比較的改善できるが、撮像領域の中心部から周辺部までをジャストフォーカスにすることは、レンズの持つ収差の影響により不可能であった。
この他にも、モジュールの厚みを薄くしたいという要求に対して、薄くなるほどレンズ設計が困難になるという問題もあった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、結像光学系の像面湾曲による影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得ることができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型化を図ることが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、薄型半導体チップ状の固体撮像素子と、前記固体撮像素子に応力を加えることにより、前記固体撮像素子を湾曲させて湾曲率の調整を行う調整機構と、前記調整機構によって調整された前記固体撮像素子の湾曲状態を固定する固定手段とを有し、前記調整機構は、固体撮像素子を実装するためのチップ実装基板にスライド可能なスライド基板部を設け、前記固体撮像素子の端部をスライド基板部に接合した状態で、前記スライド基板部をスライドさせることにより、前記固体撮像素子に応力を付与して湾曲させる機構であり、前記固定手段は、前記調整機構によって固体撮像素子を湾曲させた状態で、前記チップ実装基板とスライド基板部との位置を接着剤によって固定する手段であることを特徴とする。
また本発明は、薄型半導体チップ状の固体撮像素子をチップ実装基板に実装する際に、前記固体撮像素子に応力を加えることにより、前記固体撮像素子を湾曲させて湾曲率の調整を行う調整工程と、その調整された前記固体撮像素子の湾曲状態を固定する固定工程とを有し、前記調整工程は、固体撮像素子を実装するためのチップ実装基板にスライド可能なスライド基板部を設け、前記固体撮像素子の端部をスライド基板部に接合した状態で、前記スライド基板部をスライドさせることにより、前記固体撮像素子に応力を付与して湾曲させる工程であり、前記固定工程は、前記調整工程によって固体撮像素子を湾曲させた状態で、前記チップ実装基板とスライド基板部との位置を接着剤によって固定する工程であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の固体撮像装置では、薄型半導体チップ状の固体撮像素子が調整機構によって所定の湾曲率に湾曲されて固定されていることから、固体撮像素子の撮像面全体を結像光学系の焦点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配置することができる。
したがって、結像光学系の像面湾曲による影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得ることができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型化を図ることが可能となる。
【００１０】
また本発明の製造方法は、薄型半導体チップ状の固体撮像素子をチップ実装基板に実装する際に固体撮像素子に応力を加えて最適な湾曲率の調整して固定することから、固体撮像素子の撮像面全体を結像光学系の焦点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配置することができる。
したがって、結像光学系の像面湾曲による影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得ることができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型化を図ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による固体撮像装置及びその製造方法の実施の形態例について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
本実施の形態は、薄型化した固体撮像素子（半導体チップ）に応力を加えることによって湾曲させ、焦点及び像面湾曲収差の調整機能を有する固体撮像装置を提供するものである。
【００１２】
以下、本発明の具体的実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施例による固体撮像装置のチップ実装基板を示す平面図であり、図２は図１に示すチップ実装基板を有する固体撮像装置の組み立て製造工程を示す断面図である。
図１において、チップ実装基板１０は、本例の固体撮像装置（カメラモジュール）のパッケージの一部を構成する基板本体１１と、この基板本体１１に対して一方向（矢印ａ方向）にスライド可能に設けられたスライド基板部１３とを有する。
すなわち、スライド基板部１３は、基板本体１１の両側縁部に設けられたスライドガイド部１２にスライド可能に嵌合されている。
また、基板本体１１の中央部には、固体撮像素子（半導体チップ）１５の撮像領域にほぼ対応した形状を有する受光用窓部１４が形成されている。
【００１３】
固体撮像素子１５は、一方の端部が基板本体１１に接合され、他方の端部がスライド基板部１３に接合されることにより、チップ実装基板１０に実装される。そして、スライドガイド部１２に沿ってスライド基板部１３をスライドさせることにより、固体撮像素子１５に矢印ａ方向の応力を付与し、固体撮像素子１５を任意の曲率で湾曲させることができる。
なお、基板本体１１およびスライド基板部１３には、固体撮像素子１５の電極パッドを接続するための配線パターンやその他の周辺回路等が搭載されており、固体撮像素子１５が電気的に接続されている。また、基板本体１１とスライド基板部１３との間もスライド構造の電極パッド等によって電気的に接続されているものとする。
【００１４】
次に、本実施例の固体撮像装置の具体的な組み立て作業および構造について図２に沿って説明する。
まず、図２（Ａ）は、固体撮像素子１５を基板本体１１およびスライド基板部１３に接合した状態を概略的に示してる。この状態では、固体撮像素子１５は平坦な状態で基板本体１１とスライド基板部１３の間に配置されている。なお、固体撮像素子１５の撮像面は図２の上方に向いている。
固体撮像素子１５は、複数の固体撮像素子を形成したシリコンウェーハに裏面研削を行い、所定の厚さに薄型化した後、このウェーハをダイシングして、それぞれ固体撮像素子を構成する複数の半導体チップに分離して形成されるものであり、容易に湾曲させるために極薄型のフリップチップとして形成されており、例えば厚さ５０μｍまで薄くしたものである。なお、固体撮像素子１５の厚みの範囲としては、２０μｍ〜７０μｍが望ましい。
【００１５】
また、固体撮像素子１５の両端部は、バンプ２４およびアンダーフィル材２３を介してチップ実装基板１０に電気的および機械的に接合されている。具体的には、チップ実装基板１０の基板本体１１およびスライド基板部１３にＡｕバンプ２４を形成し、超音波接合によりチップ実装基板１０と固体撮像素子１５を接合する。なお、この場合の実装方法としては、この他にも、Ａｇペーストによる接合方法、異方性導電膜による接合方法などの方法を用いてもよい。
続いて、バンプ接合箇所にアンダーフィル材２３を充填し、接合強度を補強する。
【００１６】
次に、図２（Ｂ）に示すように、チップ実装基板１０のスライド基板部１３を一方（図２（Ｂ）では左側）から力を加えてスライドし、固体撮像素子１５を下方に凸状となる形で湾曲させる。
この際、チップ実装基板１０を電気的に画像出力用の外部装置に接続し、この外部装置のモニター上で画像を見ながらスライド操作を行うことにより、撮像面の中心部及び４つの各コーナー部の解像度が最大となるような位置にスライド基板部１３をスライドし、この位置でスライド基板部１３を瞬間接着材等で固定する。
なお、スライド操作は手動に限らず、所定の治具を用いることも可能である。例えばネジ状の押圧部材を回転操作して締め込み、スライド基板部１３を押圧してスライド変位させるような機構を設け、高精度の調整を行えるようにすることが可能である。
また、上述のように解像度を確認する代わりに、例えば所定のピッチで白黒の縦線を描いたパターンを撮像し、そのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を確認しながらフォーカス調整を行ってもよい。
【００１７】
次に、図２（Ｃ）に示すように、固体撮像素子１５の補強として接着性樹脂２５を塗布形成する。すなわち、接着性樹脂２５は、溶融した状態で固体撮像素子１５の裏面全体およびチップ実装基板１０の主要部分を包囲するように塗布され、例えば加熱硬化することにより、固体撮像素子１５の湾曲形状およびスライド基板部１３の位置を固定するものである。
この後、固体撮像素子１５の画面（撮像領域）に付着した浮遊ゴミなどを除去するため洗浄を行い、シールガラス２６をチップ実装基板１０の上面に接合して固体撮像素子を封止する。
なお、シールガラス２６は赤外線カットフィルター機能をもたせることもできる。また、例えば回折格子による色偽防止機構をもたせることも可能である。
【００１８】
次に、図２（Ｄ）に示すように、レンズアセンブリをチップ実装基板１０に固定する。この際、レンズアセンブリは、鏡筒部２８とレンズ２７、及び固定絞り部２９からなる。鏡筒部２８は、一体物であっても、ネジ式でレンズ部が可動する機構をもたせてもよい。なお、固体撮像素子１５は、信号処理回路を含むワンチップでデジタル出力が可能な機能を有するものを使ってもよく、また、信号処理部は独立させて、センサ出力のみの素子を使ってもよい。
以上の工程により、湾曲した固体撮像素子１５を有する固体撮像装置が完成する。
本実施例においては、スライド機構を有するチップ実装基板１０の位置調整により、固体撮像素子１５を任意の曲率に調整して容易に固定することが可能であり、各種の結像光学系に適用することが可能である。
【００１９】
図３は本発明の第２実施例による固体撮像装置のチップ実装基板を示す平面図である。なお、図１に示す第１実施例と共通の構成要素については同一符号を付して説明する。
上述した第１実施例では、固体撮像素子１５の片側にスライド基板部１３を設け、これを一方向にスライドさせることにより、固体撮像素子１５を湾曲変位させるようにしたが、この第２実施例は、固体撮像素子１５の両側にスライド基板部１３Ａ、１３Ｂを設け、これらを両側から中心方向にスライドさせることにより、固体撮像素子１５を湾曲変位させるようにしたものである。
【００２０】
すなわち本実施例において、チップ実装基板１０の基板本体１１には、両側縁部にスライドガイド部１２が設けられ、このスライドガイド部１２には左右両側にスライド基板部１３Ａ、１３Ｂが設けられている。そして、固体撮像素子１５の両端部は、各スライド基板部１３Ａ、１３Ｂに電気的、機械的に接合されている。なお、接合構造は図２に示す例と同様である。
したがって、一方のスライド基板部１３Ａを一方向（矢印ａ方向）、他方のスライド基板部１３Ｂを他方向（矢印ｂ方向）にスライド操作することにより、固体撮像素子１５を任意の湾曲率に湾曲させることができる。
なお、本実施例においても、基板本体１１の中央部には、固体撮像素子１５の撮像領域にほぼ対応した形状を有する受光用窓部１４が形成されている。
また、本実施例による固体撮像装置の組み立て製造工程は、上述した第１実施例の工程とほぼ同様であるが、固体撮像素子を湾曲する工程において、左右のスライド基板部１３Ａ、１３Ｂを両側からスライドさせて固体撮像素子の湾曲率を調整するように行う。
なお、その他は、第１実施例と同様であるので説明は省略する。
【００２１】
以上のように本実施の形態による固体撮像装置では、固体撮像素子の撮像面をレンズの像面湾曲収差を吸収するように湾曲させることができ、薄型で画面の全領域に渡ってフォーカスが合った固体撮像装置を得ることができる。
また、湾曲率をモニターしながら調整することにより、個体差の少ない精度の高い固体撮像装置を製造することができる。
また、設計の異なるレンズに最適な湾曲位置で固体撮像素子を実装することも可能であり、レンズ設計に依存しない精密な固体撮像装置を製造することが可能となる。
なお、本発明は、ＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子のいずれにも適用することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像装置によれば、薄型半導体チップ状の固体撮像素子が調整機構によって所定の湾曲率に湾曲されて固定されていることから、固体撮像素子の撮像面全体を結像光学系の焦点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配置することができるので、結像光学系の像面湾曲による影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得ることができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型化を図ることが可能となる。特に、スライド基板部のスライド位置調整により、固体撮像素子を任意の曲率に調整して容易に固定することが可能である。
【００２３】
また本発明の製造方法によれば、薄型半導体チップ状の固体撮像素子をチップ実装基板に実装する際に固体撮像素子に応力を加えて最適な湾曲率に調整して固定することから、固体撮像素子の撮像面全体を結像光学系の焦点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配置することができるので、結像光学系の像面湾曲による影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得ることができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型化を図ることが可能となる。特に、スライド基板部のスライド位置調整により、固体撮像素子を任意の曲率に調整して容易に固定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による固体撮像装置のチップ実装基板を示す平面図である。
【図２】図１に示すチップ実装基板を有する固体撮像装置の組み立て製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による固体撮像装置のチップ実装基板を示す平面図である。
【図４】従来の固体撮像装置における結像光学系の配置例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０……チップ実装基板、１１……基板本体、１２……スライドガイド部、１３……スライド基板部、１４……受光用窓部、１５……固体撮像素子、２３……アンダーフィル材、２４……バンプ、２５……接着性樹脂、２６……シールガラス、２７……レンズ、２８……鏡筒部、２９……固定絞り部。
【図１】
0003959711.tif 000002
【図２】
0003959711.tif 000003
【図３】
0003959711.tif 000004
【図４】
0003959711.tif 000005