(57)【要約】【課題】製造が容易で、パッケージサイズも小さくできる。【解決手段】固体撮像装置は、基板と、複数の光電変換素子が列設された感光部と、この感光部を取り囲むように配置される周辺回路部と、が表面に設けられ、裏面側に基板が接着される固体撮像基板と、基板上のパッドと、固体撮像基板上のパッドとを接続する接続導体と、感光部の表面が露出されるように固体撮像基板に接着されるスペーサと、感光部の表面を含む所定領域を覆うように、スペーサ上に接着される透明基材と、を備え、スペーサの内側端面は固体撮像基板の表面における周辺回路上に接着され、スペーサの外側端面は基板上のパッド位置よりも外側に配置される。【選択図】図１
2016063003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
複数の光電変換素子が列設された感光部と、この感光部を取り囲むように配置される周辺回路部と、が表面に設けられ、裏面側に前記基板が接着される固体撮像基板と、
前記基板上のパッドと、前記固体撮像基板上のパッドとを接続する接続導体と、
前記感光部の表面が露出されるように前記固体撮像基板に接着されるスペーサと、
前記感光部の表面を含む所定領域を覆うように、前記スペーサ上に接着される透明基材と、を備え、
前記スペーサの内側端面は前記固体撮像基板の表面における前記周辺回路上に接着され、前記スペーサの外側端面は前記基板上のパッド位置よりも外側に配置される固体撮像装置。
【請求項２】
前記スペーサの外側端面は、前記基板上の前記パッド位置よりも外側で前記基板の表面に接着される請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記スペーサの内側端面と前記固体撮像基板との接着面積は、前記スペーサの外側端面と前記基板との接着面積よりも広い請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記スペーサは、前記感光部を露出させる開口部を有する枠体であり、
前記枠体の内側端面は前記固体撮像基板の表面における前記周辺回路上に接着され、前記枠体の外側端面は前記基板上のパッド位置よりも外側で前記基板の表面に接着され、前記接続導体は前記枠体にて覆われる請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記スペーサの外側端面は、前記基板の表面よりも上方に配置される請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の集積回路技術の進歩発展に伴って、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Silicon）センサやＣＣＤ（Charged Coupled Device）などの固体撮像装置の画素数は増える傾向にある。また、固体撮像装置の価格低下に伴って、感度の向上などを目的として、フルサイズやＡＰＳ−Ｃサイズ等の大面積の固体撮像装置に対する需要も高まっている。固体撮像装置では、複数の光電変換素子が列設された感光部にゴミ等が付着しないように、感光部の表面を封止する構造のパッケージが必要となる。
【０００３】
感光部の面積が大きいほど、パッケージのサイズも大きくなるため、軽薄短小化が進む各種電子機器への実装が困難になる。
【０００４】
このため、パッケージのサイズを小さくする提案もされているが、一般にパッケージのサイズを小さくすると、熱が内部にこもりやすくなり、感光部が形成された固体撮像基板が反るなどの不具合が生じるおそれがある。
また、パッケージのサイズを小さくしたとしても、製造が容易でないと、歩留まりも上がらず、固体撮像装置のコストを削減できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−４５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、製造が容易で、パッケージサイズも小さくできる固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態によれば、基板と、
複数の光電変換素子が列設された感光部と、この感光部を取り囲むように配置される周辺回路部と、が表面に設けられ、裏面側に前記基板が接着される固体撮像基板と、
前記基板上のパッドと、前記固体撮像基板上のパッドとを接続する接続導体と、
前記感光部の表面が露出されるように前記固体撮像基板に接着されるスペーサと、
前記感光部の表面を含む所定領域を覆うように、前記スペーサ上に接着される透明基材と、を備え、
前記スペーサの内側端面は前記固体撮像基板の表面における前記周辺回路上に接着され、前記スペーサの外側端面は前記基板上のパッド位置よりも外側に配置される固体撮像装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態による固体撮像装置１の斜視図。
【図２】図１の長手方向（ＸＸ方向）断面図。
【図３】一変形例によるスペーサ５を用いた固体撮像装置１の断面図。
【図４】人間の指がスペーサ５に触れた図。
【図５】（ａ）は固体撮像装置１の製造工程を示す斜視図、（ｂ）は断面図。
【図６】（ａ）と（ｂ）は図５に続く斜視図と断面図。
【図７】（ａ）と（ｂ）は図６に続く斜視図と断面図。
【図８】（ａ）と（ｂ）は図７に続く斜視図と断面図。
【図９】（ａ）と（ｂ）は図８に続く斜視図と断面図。
【図１０】（ａ）と（ｂ）は図９に続く斜視図と断面図。
【図１１】（ａ）と（ｂ）は図１０に続く斜視図と断面図。
【図１２】固体撮像基板３上に隙間を持たせて接着剤１２を付着させた平面図。
【図１３】（ａ）は固体撮像装置１の寸法を示す図、（ｂ）は種々の光学サイズの寸法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における上下方向は、固体撮像装置が設けられる面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に応じた上下方向とは異なる場合もありうる。
【００１０】
図１は本実施形態による固体撮像装置１の斜視図、図２は図１の長手方向（ＸＸ方向）断面図である。本実施形態による固体撮像装置１は、例えば、パッケージで覆われたＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤである。
【００１１】
図１の固体撮像装置１は、誘電体基板２と、固体撮像基板３と、接続導体４と、スペーサ５と、透明基材６とを備えている。このうち、パッケージの構成部材は、誘電体基板２と、スペーサ５と、透明基材６とを有する。
【００１２】
誘電体基板２は、例えば放熱性に優れたセラミック基板である。誘電体基板２の表面には、接続導体４であるボンディングワイヤ４を接続するためのパッド１１と、このパッド１１に接続される不図示の配線パターンとが配置されている。パッド１１は、誘電体基板２の表面の縁部に列設されている。また、誘電体基板２の裏面には、不図示のプリント配線板等に実装するための不図示のパッドや端子が配置されている。表面側のパッド１１や配線パターンと、裏面側のパッドとは、例えば不図示のコンタクトを介して電気的に接続されている。
【００１３】
固体撮像基板３の表面には、複数の光電変換素子が列設された感光部８と、この感光部８を取り囲むように配置される周辺回路部９とが配置されている。また、固体撮像基板３の表面の縁部には、ボンディングワイヤ４を接続するためのパッド７が列設されている。さらに、固体撮像基板３の裏面は、接着剤２１を介して誘電体基板２に接着されている。
【００１４】
感光部８における各光電変換素子は、例えばフォトダイオード１３である。この他、感光部８は、各フォトダイオード１３に対応づけて、カラーフィルタ１４とマイクロレンズ１５とを有する。半導体層にフォトダイオード１３が配置され、その上方にカラーフィルタ１４が配置され、さらにその上方にマイクロレンズ１５が配置されている。このように、感光部８には、各画素ごとに、フォトダイオード１３、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５が設けられており、感光部８の表面には、縦横に複数画素が設けられている。
【００１５】
周辺回路部９は、フォトダイオード１３で光電変換した電気信号を転送するシフトレジスタ、転送後の電気信号を増幅する増幅器、および増幅した電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを含んでいる。
【００１６】
接続導体４であるボンディングワイヤ４は、誘電体基板２上のパッド１１と固体撮像基板３上のパッド７とを接続する。これらパッド７，１１とボンディングワイヤ４は、導電性に優れた材料（例えば、金）で形成されている。
【００１７】
スペーサ５は、感光部８の表面が露出されるように固体撮像基板３に接着されている。スペーサ５には、樹脂やセラミック等の絶縁物が用いられる。図２の断面図に示すように、スペーサ５の内側端面５ａは周辺回路部９の配置領域内に配置され、スペーサ５の外側端面５ｂは誘電体基板２のパッド１１位置よりも外側に配置されている。なお、本明細書では、誘電体基板２と固体撮像基板３の各基板面の中央側を内側と呼び、各基板面の端部側を外側と呼ぶ。内側端面５ａとは、スペーサ５の最も内側に位置して固体撮像基板３に接着される面である。また、図２における外側端面５ｂとは、スペーサ５の最も外側に位置して誘電体基板２に接着される面である。
【００１８】
図２の例では、スペーサ５の内側端面５ａは周辺回路部９の表面に接着され、かつスペーサ５の外側端面５ｂは誘電体基板２上のパッド１１位置よりも外側の誘電体基板２の表面に接着されている。ただし、後述するように、スペーサ５の外側端面５ｂを誘電体基板２と接着させることは必ずしも必須要件ではなく、スペーサ５の外側端面５ｂは誘電体基板２のパッド１１位置よりも外側に配置されていればよい。ただし、スペーサ５の内側端面５ａを周辺回路部９の配置領域内で固体撮像基板３に接着することは、本実施形態の必須要件である。
【００１９】
図２の例では、スペーサ５は、感光部８の面積よりも広い開口部を有する枠体５であり、開口部から感光部８の表面全体が露出するように位置決めされている。枠体５の内側端面５ａは、周辺回路部９上で固体撮像基板３に接着されている。枠体５の外側端面５ｂは、誘電体基板２上のパッド１１位置よりも外側に配置されて、誘電体基板２に接着されている。枠体５の内側端面５ａを周辺回路部９上で固体撮像基板３に接着するのは、周辺回路部９の表面に枠体５が接着されていても、撮像の妨げにならないためである。また、周辺回路部９の外側で枠体５の内側端面５ａを接着すると、スペーサ５の外形寸法が大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、スペーサ５の内側端面５ａを周辺回路部９上で固体撮像基板３に接着している。
【００２０】
枠体５は、ボンディングワイヤ４をまたぐようにして、固体撮像基板３と誘電体基板２とに接着されている。よって、枠体５にてボンディングワイヤ４を覆うことができ、ボンディングワイヤ４が外部衝撃を受けて断線したり、水分等がボンディングワイヤ４に付着するのを防止できる。ボンディングワイヤ４が露出されている場合、ボンディングワイヤ４を樹脂で固める等の製造工程が必要となり、作業性も悪い上に、最適な樹脂を見つける作業も必要となり、製造コストの上昇と製造スループットの低下を招くおそれがある。これに対して、図２のように枠体５でボンディングワイヤ４を覆ってしまえば、ボンディングワイヤ４を樹脂で固める作業が不要となり、作業性がよくなる。
【００２１】
上述したように、枠体形状のスペーサ５は、その内側端面５ａにより固体撮像基板３に支持されており、これでスペーサ５は安定に支持されるため、支持強度を高めるという目的のためにスペーサ５の外側端面５ｂを誘電体基板２に接着する必要はない。スペーサ５の外側端面５ｂを誘電体基板２に接着する利点は、ボンディングワイヤ４の周囲をスペーサ５で覆って、ボンディングワイヤ４の露出を防止できることである。これにより、上述したように、ボンディングワイヤ４を保護でき、ボンディングワイヤ４を樹脂等で固める作業も不要となる。
【００２２】
このように、スペーサ５の支持は基本的にスペーサ５の内側端面５ａで行うため、スペーサ５の内側端面５ａにおける固体撮像基板３との接触面積は、スペーサ５の外側端面５ｂにおける誘電体基板２との接触面積よりも大きくするのが望ましい。すなわち、スペーサ５の外側端面５ｂと誘電体基板２との接着は、支持強度を向上させる必要性はないことから、できるだけ接触面積を小さくして、スペーサ５の外形サイズを抑制するのが望ましい。
【００２３】
スペーサ５の外形形状は、必ずしも図１および図２に示したものに限定されない。例えば、図３は一変形例によるスペーサ５を用いた固体撮像装置１の断面図である。図３のスペーサ５では、その内側端面５ａは図２と同様に固体撮像基板３に接着されているが、スペーサ５の外側端面５ｂは誘電体基板２には接着されておらず、誘電体基板２の上方に浮いて配置されている。ただし、図３のスペーサ５の外側端面５ｂは、誘電体基板２上のパッド１１位置よりも外側に配置されている。これはすなわち、スペーサ５の外側端面５ｂは、ボンディングワイヤ４よりも外側に位置することを意味する。よって、図４に示すように、人間の指２０がスペーサ５の上面に触れたとしても、指がボンディングワイヤ４に触れることを防止できる。これにより、ボンディングワイヤ４の変形や断線を防止できる。
【００２４】
また、図３のスペーサ５は、図１のスペーサ５と同様に、断面形状がコの字型になっており、ボンディングワイヤ４の一部をスペーサ５で覆っている。これにより、スペーサ５の外側端面５ｂと誘電体基板２との間の隙間が小さくなり、ボンディングワイヤ４にゴミ等の異物が付着するおそれが軽減される。
【００２５】
このように、本実施形態によるスペーサ５の外側端面５ｂは、誘電体基板２上のパッド１１位置よりも外側に配置されていればよく、スペーサ５の外側端面５ｂでスペーサ５を支持する必要もないため、スペーサ５を誘電体基板２上のパッド１１位置よりも外側で誘電体基板２に支持する構造と比べて外側端面５ｂの面積を小さくでき、結果としてスペーサ５の外形形状を縮小でき、パッケージサイズの小型化を図れる。
【００２６】
図５〜図１１は本実施形態による固体撮像装置１の製造工程を示す図である。図５〜図１１の各図の（ａ）は斜視図、（ｂ）は長手方向断面図である。以下、これらの図に基づいて製造工程を説明する。
【００２７】
まず、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、誘電体基板２の上面に、熱硬化性接着剤２１を塗布する。この接着剤２１は、例えば誘電体基板２の短手方向に略平行に、間隔を隔てて帯状に塗布される。接着剤２１の帯の幅や数は特に制限はない。
【００２８】
次に、図６（ａ）に示すように、固体撮像基板３の裏面側を、塗布した接着剤２１に接触させて、誘電体基板２に固体撮像基板３を位置決めした状態で接着し、所定の温度に加熱して接着剤２１を硬化させる。これにより、固体撮像基板３は、誘電体基板２に接着剤２１を介して固定され、固体撮像基板３と誘電体基板２とは、図６（ｂ）に示すように、接着剤２１の厚さ分だけ離隔して配置されることになる。これにより、固体撮像基板３と誘電体基板２との間に通気孔を設けることができ、固体撮像基板３の放熱性が向上する。
【００２９】
次に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、固体撮像基板３上のパッド７と誘電体基板２上のパッド１１とをボンディングワイヤ４で接続する。図７の例では、両基板２，３上の長手方向の両端部のみでボンディングワイヤ４の接続を行っているが、両基板２，３上の短手方向の両端側でもボンディングワイヤ４の接続を行ってもよい。
【００３０】
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、固体撮像基板３上の周辺回路部９の領域内に、スペーサ５を接着するための熱硬化性接着剤１２を塗布する。図８（ａ）の例では、固体撮像基板３だけでなく、誘電体基板２上のパッド１１よりも外側にも接着剤１２を塗布しているが、この塗布作業は省略してもよい。以下では、両基板２，３上に、スペーサ５接着用の接着剤１２を塗布する例を説明する。
【００３１】
この接着剤１２は、一定の幅で矩形状に隙間なく塗布されてもよいし、あるいは、図１２の平面図に示すように、所々に接着剤１２が塗布されない隙間を設けてもよい。隙間を設ければ、この接着剤１２を介してスペーサ５を固体撮像基板３に接着した際に、枠体５と固体撮像基板３との間の空気を隙間を通して外側に押し出すことができ、空気圧を下げられる。よって、接着剤１２の硬化のために熱をかけても、枠体５と固体撮像基板３との間に溜まった空気の空気圧が急激に上昇して接着部分が剥離する等の不具合が生じなくなる。
【００３２】
次に、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、スペーサ５を位置決めして、スペーサ５の内側端面５ａを接着剤１２に接触させて、スペーサ５の内側端面５ａを固体撮像基板３上に接着するとともに、スペーサ５の外側端面５ｂを接着剤１２に接触させて、スペーサ５の外側端面５ｂを誘電体基板２上に接着し、熱をかけて接着剤１２を硬化させる。
【００３３】
次に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、スペーサ５の上面に、リッドとなる透明基材６を接着するための熱硬化性接着剤２２を塗布する。この接着剤１２も、図１０（ａ）に示すように、隙間を持たせて塗布してもよいし、あるいは連続的に隙間なく矩形状に塗布してもよい。
【００３４】
次に、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、透明基材６を位置決めして、接着剤２２を介してスペーサ５の上面に接着し、熱をかけて接着剤２２を硬化させる。以上により、図１に示した固体撮像装置１が完成する。
【００３５】
本実施形態による固体撮像装置１は、種々の光学サイズの感光部８に適用可能である。感光部８の光学サイズは、図１３（ａ）に示すように、感光部８の水平方向長さＨと垂直方向長さＶとの比でほぼ標準化されている。図１３（ｂ）は標準化された光学サイズの一例を示している。図１３（ｂ）には、３５ｍｍフィルムと同サイズのフルサイズ、ＡＰＳカメラのフィルムと同サイズのＡＰＳ−Ｃ、フォーサーズ、１／１インチ、２／３インチ、１／１．７インチ、１／２インチ、１／２．３３インチ、１／２．３インチの水平方向長さＨと垂直方向長さＶとが記載されている。
【００３６】
図１３に示すように、本実施形態による固体撮像装置１は、サイズの異なるいずれの感光部８にも適用可能である。また、図１３に示された以外の光学サイズを有する感光部８にも適用可能である。
【００３７】
このように、本実施形態では、スペーサ５の内側端面５ａを固体撮像基板３表面の周辺回路部９に接着し、スペーサ５の外側端面５ｂを誘電体基板２上のパッド１１位置よりも外側に配置するため、スペーサ５の外形寸法を小型化しつつ、ボンディングワイヤ４をスペーサ５で保護することができる。特に、本実施形態では、スペーサ５の内側端面５ａを固体撮像基板３表面の周辺回路部９上の任意の位置に接着できるため、感光部８の光学サイズが異なっていても、周辺回路部９のサイズに合わせてスペーサ５の内側端面５ａのサイズを決めればよく、また、周辺回路部９にはある程度の幅があるため、スペーサ５の寸法設計が容易になる。
【００３８】
また、スペーサ５の外側端面５ｂを誘電体基板２に接着するようにすれば、ボンディングワイヤ４をスペーサ５で覆うことができ、ボンディングワイヤ４を樹脂等で固める作業が不要となり、ボンディングワイヤ４を保護できるとともに、作業性もよくなる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１  固体撮像装置、２  誘電体基板、３  固体撮像基板、４  接続導体、５  スペーサ、６  透明基材、７  パッド、１０  ボンディングワイヤ、１１  パッド、１２  接着剤、１３  フォトダイオード、１４  カラーフィルタ、１５  マイクロレンズ、２０  指、２１，２２  接着剤
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016063003.tif 000012
【図１１】
2016063003.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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