(57)【要約】【課題】透光性部材とイメージセンサとを、接着剤で充填することなく密着した固体撮像装置を提供すること。【解決手段】入射した光に応じて所定の信号を出力する受光素子を保持する受光素子保持部材と、受光素子保持部材の光が入射する側に、受光素子との間隔が一定となるよう接続され受光素子に入射する光を通すカバー部材と、所定の光学機能を有する光学素子領域が受光素子に対向する面に形成されるとともに透光性を有する透光性部材と、カバー部材と透光性部材との間に配置され、弾性を有するとともに受光素子に入射する光を通す緩衝部材と、を有し、光学素子領域は、カバー部材に支持された緩衝部材の弾性により受光素子に押圧されるよう、固体撮像装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光に応じて所定の信号を出力する受光素子を保持する受光素子保持部材と、
前記受光素子保持部材の光が入射する側に、前記受光素子との間隔が一定となるよう接続され前記受光素子に入射する光を通すカバー部材と、
所定の光学機能を有する光学素子領域が前記受光素子に対向する面に形成されるとともに透光性を有する透光性部材と、
前記カバー部材と前記透光性部材との間に配置され、弾性を有するとともに前記受光素子に入射する光を通す緩衝部材と、を有し、
前記光学素子領域は、前記カバー部材に支持された前記緩衝部材の弾性により前記受光素子に押圧されている固体撮像装置。
【請求項２】
前記緩衝部材は、透光性を有する材料で構成され、少なくとも前記受光素子に入射する光が通過する位置に設けられる請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記透光性を有する材料は、屈折率が前記透光性部材と略同一である請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記透光性を有する材料は、耐熱性を有する請求項２または３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記透光性を有する材料は、アクリレート樹脂である請求項２から４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記緩衝部材は、前記受光素子に入射する光が通過する位置に第１の開口を有し、
前記カバー部材は、前記受光素子に入射する光が通過する位置に第２の開口を有する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記カバー部材のいずれか１辺の長さは、前記受光素子保持部材のいずれか１辺の長さと略同一である請求項１ないし６のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記受光素子保持部材と前記カバー部材とが金属溶接により接続される請求項１ないし７のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記緩衝部材の弾性率は、１ＭＰａ以下である請求項１ないし８のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の固体撮像装置と、
前記受光素子に入射する光を屈折させる撮像レンズと、
前記受光素子の出力する信号を処理する信号処理手段と、を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像入力のためにデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに使用される固体撮像装置は、搭載装置の薄型化・小型化・高機能化に伴い、固体撮像装置自身についての薄型化・小型化・高機能化も求められるようになってきている。
【０００３】
固定撮像装置は、一般に図５（ａ）に記載の構成を有する。すなわち、所定の光学機能を有する光学素子領域１１１、１１２が形成された透光性部材１１０を、イメージセンサ１２１上に形成された受光部１２０に対して接着剤で接着することにより構成される。
【０００４】
特許文献１に、接着剤を塗布することによって生ずる光透過窓に形成した反射防止膜及び接着剤の光透過窓からの剥離を防ぎ、可動ダストの発生や気密低下による画像特性の劣化が減少した固体撮像装置が開示されている。
【０００５】
これは、ガラスなどの光透過窓と光透過窓表面に形成された反射防止膜とを接着するとき、反射防止膜と接着剤との密着性が低いために、熱ストレスが加わると剥離が発生するという課題を解決するためになされたものである。
【０００６】
また、特許文献２に、透明基板の下面に部分的に光学機能構造を形成したときの透明基板と表面にマイクロレンズが形成されたイメージセンサとを水平方向の高さが均一になるように構成した撮像素子パッケージが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
透光性部材１１０と受光部１２０との接着は、図５（ｂ）に示すように透光性部材１１０と受光部１２０との間を接着剤１５０で充填、または、図５（ｃ）に示すように透光性部材１１０の周縁と受光部１２０とを接着剤１５０で接着して透光性部材１１０と受光部１２０との間を空気で充填することによって行われる。
【０００８】
図５（ｄ）に示すように、受光部１２０の表面には集光用マイクロレンズ１６０が形成される。その下には配線層が形成され、イメージセンサ内の電気信号を伝える配線１７０が配置される。さらにその下に、受光領域１８０が形成される。
【０００９】
図５（ｂ）に示す接着構造では、接着剤１３０の屈折率とマイクロレンズ１６０の屈折率が近い値になると、マイクロレンズ１６０の集光効率が低下し、固体撮像装置の出力画像が暗いものとなってしまう。
【００１０】
一方、図５（ｃ）に示す接着構造では、透光性部材１１０とイメージセンサ１２０との間隔が大きくなる。透光性部材１１０とイメージセンサ１２０との間隔が大きくなると、透光性部材１１０の異なる経路を通過した光がイメージセンサ１２０の同じ画素に入射するクロストークが発生する。クロストークは、透光性部材１１０の異なる領域に異なる光学機能を有する光学素子領域を複数設けたときに特に問題となる。クロストーク回避のために透光性部材１１０とイメージセンサ１２０との間隔を小さくするのは、接着剤を微量にする必要があり、十分な接着力を確保するのは困難である。
【００１１】
そこで、本発明は、透光性部材とイメージセンサとを、接着剤で充填することなく密着した固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、入射した光に応じて所定の信号を出力する受光素子を保持する受光素子保持部材と、受光素子保持部材の光が入射する側に、受光素子との間隔が一定となるよう接続され受光素子に入射する光を通すカバー部材と、所定の光学機能を有する光学素子領域が受光素子に対向する面に形成されるとともに透光性を有する透光性部材と、カバー部材と透光性部材との間に配置され、弾性を有するとともに受光素子に入射する光を通す緩衝部材と、を有し、光学素子領域は、カバー部材に支持された緩衝部材の弾性により受光素子に押圧されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、透光性部材とイメージセンサとを、接着剤を充填することなく密着した固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の概要構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態の概要構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態の概要構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態の概要構成を示す図である。
【図５】図５は、従来技術の固体撮像装置の概要構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置は、透光性部材とイメージセンサとを、光を通す緩衝部材の弾性により押圧する。以下、図面を参照して本発明に係る固体撮像装置の実施形態を説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の概要構成を示す図である。図１を参照すると、本発明の第１の実施形態である固体撮像装置１は、透光性部材１０と、受光素子２０を保持する受光素子保持部材２１と、カバー部材３０と、緩衝部材４０とを有する。
【００１７】
透光性部材１０は、所定の帯域の光を透過する部材であり、受光素子２０と対向する面に所定の光学機能を有する光学素子領域１１、１２が形成されている。所定の光学機能とは、例えば赤外線カットフィルタ、偏光フィルタ、分光フィルタ、減光フィルタなどであるが、これに限らない。また、本実施例においては異なる光学機能を有する２つの光学素子領域を形成しているが、光学素子領域は単一でもよく、３つ以上でもよい。
【００１８】
光学素子領域の形成は、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマアシスト法、イオンアシスト法などにより可能である。また、所定の領域への成膜は、全体に成膜した上にレジストパターンを塗布してエッチングを行う方法や、成膜を施したい箇所を遮断（マスク）して成膜を行うマスク成膜法などにより可能である。
【００１９】
また、透光性部材１０の光学素子領域１１、１２が形成される面の反対側の面に、反射防止膜（図示しない）を設けるようにしてもよい。反射防止膜によって無反射構造にすることで、透過率特性を向上させることができる。
【００２０】
受光素子２０は入射した光に応じた信号を出力する素子であり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳで構成されるイメージセンサである。また、受光素子保持部材２１は例えばプリント配線板である。本実施形態において、受光素子保持部材２１は、ダイボンド材２２による接着によって受光素子２０を保持しているが、これに限らず、例えば受光素子保持部材２１上に受光素子２０を形成し、一体で構成するようにしてもよい。また、受光素子２０はワイヤー２３により電気的に接続されているが、これに限らない。
【００２１】
カバー部材３０は、受光素子保持部材２１の光が入射する側に、受光素子２０との間隔が一定となるよう配置される。本実施形態においてはカバー部材３０と受光素子保持部材２１とは接着剤３１により接続されるが、受光素子２０とカバー部材３０の距離が一定であればよく、これに限らない。例えば、異なる部材を介して、受光素子保持部材２１とカバー部材３０とが接続されていてもよい。また、カバー部材３０は受光素子２０に入射する光が通過する位置に配置され、かつ、入射する光を通すようになっており、本実施形態では透光性を有する素材で構成される。
【００２２】
緩衝部材４０は、透光性部材１０とカバー部材３０との間に配置される弾性を有する部材である。緩衝部材４０は、さらに、受光素子２０に入射する光が通過する位置に配置され、かつ、入射する光を通すようになっており、本実施形態では透光性を有する材料で構成される。また、固定撮像装置ははんだリフロー工程にさらされるため、２５０℃に３０秒程度耐える程度の耐熱性が要求される。これらの条件を満たす緩衝部材４０の材料は、例えば耐熱性アクリレート樹脂である。
【００２３】
本実施形態において、固体撮像装置１に入射した光は、受光素子２０に到達するまでに、カバー部材３０、緩衝部材４０、透光性部材１０を通過する。この経路における減衰は１０％未満に留めるのが好ましく、従って各部材の屈折率は略同一、具体的には差が０．１未満になるようにするとよい。また、同様に入射光量を確保する観点から、各部材の透過率は９８％以上とするのが好ましい。
【００２４】
このように受光素子２０を保持する受光素子保持部材２１とカバー部材３０とが接続されているため、受光素子２０とカバー部材３０との間隔は、一定に保たれている。これにより、緩衝部材４０はカバー部材３０に支持されて透光性部材１０に向けて押圧され、その結果、間隔を接着剤により充填することなく透光性部材１０の表面に形成された光学素子領域１１、１２と受光素子２０とが密着する。より具体的には、受光素子に構成される集光用マイクロレンズの頂点と光学素子領域１１、１２との距離を２μｍ以下とすることができるのである。
【００２５】
一般的な受光素子保持部材２１の作製精度が±０．１ｍｍ、透光性部材１０および受光素子２０の作製精度が±０．０２ｍｍであることを考慮すると、緩衝部材４０の厚みは０．１４ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２６】
緩衝部材４０の押圧前の厚みをｌ、押圧後の厚みをｌ'、弾性率をＥ、透光性部材の面積をＡとすると、受光素子２０に加わる荷重Ｐは、数１のように表わされる。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
Ａ＝１００ｍｍ2、ｌ−ｌ'＝０．１４ｍｍの場合、Ｅ＝１ＭＰａ以下、ｌ＝１．４ｍｍ以上とすると、受光素子２０に加える荷重が一般的な１ｋｇ以下となるため好ましい。ただし、受光素子２０との接触面と緩衝部材４０との接触面との面積が相違するように透光性部材１０の形状を変更すれば、Ｅおよびｌの条件は変動する。
【００２９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の概要構成を示す図である。図２を参照すると、本発明の第２の実施形態である固体撮像装置２は、光学素子領域１１、１２が形成された透光性部材１０と、受光素子２０を保持する受光素子保持部材２１と、カバー部材３０と、緩衝部材４０とを有する。透光性部材１０、受光素子２０と受光素子保持部材２１は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３０】
本実施形態において、カバー部材３０は、受光素子２０の上の領域を開口構造とすることにより、受光素子２０に入射する光を通すようになっている。
【００３１】
また、本実施形態において、緩衝部材４０は、受光素子２０の上の領域を開口構造とすることにより、受光素子２０に入射する光を通すようになっている。
【００３２】
このように構成することで、カバー部材３０や緩衝部材４０の部材が透光性を持つ必要がなくなるため、部材の自由度が大きくなる。また、開口を有するカバー部材３０を適切に配置することで、迷光を遮断することも可能である。
【００３３】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態の概要構成を示す図である。図３を参照すると、本発明の第３の実施形態である固体撮像装置３は、光学素子領域１１、１２が形成された透光性部材１０と、受光素子を保持する受光素子保持部材２１と、カバー部材３０と、緩衝部材４０とを有する。透光性部材１０は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
本実施形態において、受光素子は受光素子保持部材２１の表面に形成され（図示しない）、一体で構成されている。受光素子保持部材２１は、受光素子の形成された面に突出した部材であるスペーサ２４を有する。また、本実施形態において、カバー部材３０と緩衝部材４０とは、透光性を有する素材で構成される。また、本実施形態において、受光素子保持部材２１における受光素子の形成された面に対向する面に配置されたはんだボール２５により、受光素子と外部回路とが電気的接続される。
【００３５】
まず、図３（ａ）のように、透光性部材１０に形成された光学素子領域１１、１２と受光素子保持部材２１に形成された受光素子とが対向するように配置する。続いて図３（ｂ）のように、カバー部材３０と受光素子保持部材２１とを近接させると、カバー部材３０とスペーサ２４とが接着剤３１により接続される。これにより、受光素子に加わる荷重を緩衝部材４０によって緩和しつつ、受光素子と光学素子領域１１、１２とを密着させることができる。固体撮像装置３は、接着後、図３（ｃ）のようにダイシングなどの手法により個片化される。これにより、カバー部材３０と受光素子保持部材２１との１辺の長さが略同一となる。あわせて、外部にはんだボール２５が電極として露出するため、装置の小型化に寄与することができる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態の概要構成を示す図である。図４を参照すると、本発明の第４の実施形態である固体撮像装置４は、光学素子領域１１、１２が形成された透光性部材１０と、受光素子を保持する受光素子保持部材２１と、カバー部材３０と、緩衝部材４０とを有する。透光性部材１０は第１の実施形態と同様であり、緩衝部材４０は第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
本実施形態において、受光素子および受光素子保持部材２１は第３の実施形態と同様に一体で構成されているが、スペーサを有しない点、および、外部回路と電気接続を行う金属バンプ２６が受光素子の形成された面に配置されている点が相違する。また、本実施形態において、カバー部材３０は、ＭＩＤ(Mold Interconnect Device)部材、すなわち表面に電極３２などの電気回路パターンが形成された射出成形品により構成される。
【００３８】
まず、図４（ａ）のように、透光性部材１０に形成された光学素子領域１１、１２と受光素子保持部材２１に形成された受光素子とが対向するように配置する。続いて図４（ｂ）のようにカバー部材３０と受光素子保持部材２１とを近接させ、光学素子領域１１、１２と受光素子とが接触した後、カバー部材３０に形成された電極３２と受光素子保持部材２１上に配置された金属バンプ２６とを金属溶接などにより接続する。これにより、受光素子に加わる荷重を緩衝部材４０によって緩和しつつ、受光素子と光学素子領域１１、１２とを密着させることができる。かかる構造により、装置の小型化に寄与することができる。
【００３９】
さらに、電極３２と金属バンプ２６との接続箇所を封止樹脂３３により封止すると、受光素子周辺が密封され、例えば湿気による受光素子表面の劣化を抑制することができる。
【００４０】
本発明に係る固定撮像装置に、入射する光を屈折させる撮像レンズと受光素子の出力する信号を処理するプロセッサなどの信号処理手段とを組み合わせることにより、撮像装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１、２、３、４    固体撮像装置
１０    透光性部材
２０    受光素子
２１    受光素子保持部材
３０    カバー部材
４０    緩衝部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特許第３３００４７６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５４４４号公報
【図１】
2016213398.tif 000004
【図２】
2016213398.tif 000005
【図３】
2016213398.tif 000006
【図４】
2016213398.tif 000007
【図５】
2016213398.tif 000008