(57)【要約】【課題】フリップチップ接合の過程で発生するせん断力によるずれを軽減した固体撮像装置を提供する。【解決手段】主面に複数の電極１３が配置された固体撮像素子１１と、固体撮像素子１１の主面と対向する面の複数の電極１３と対向する複数の電極１４が配置された信号処理素子１２と、を備え、電極１３は、電極１４とそれぞれ接続され、一の電極Ｎ１１の中心とこれに隣り合う他の電極１３の中心との間隔である電極間隔Ｐ１と、一の電極Ｎ１２の中心とこれに隣り合う他の電極１４の中心との間隔である電極間隔Ｐ２は、異なる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に複数の第１の電極が配置された固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の主面と対向する面に、前記複数の第１の電極と対応する複数の第２の電極が配置された信号処理素子と、を備え、
前記複数の第１の電極は、前記複数の第２の電極とそれぞれ接続され、
一の前記第１の電極の中心とこれに隣り合う他の前記第１の電極の中心との間隔である第１の電極間隔と、一の前記第２の電極の中心とこれに隣り合う他の前記第２の電極の中心との間隔である第２の電極間隔とは、異なる
固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子の電極面は、複数の領域に分割され、
前記信号処理素子の電極面は、前記複数の領域に対応する領域に分割され、
前記複数の領域のうちの一の領域における前記第１の電極間隔と前記第２の電極間隔との大小関係は、前記複数の領域のうち前記一の領域に隣り合う他の領域における、前記第１の電極間隔と前記第２の電極間隔との大小関係と逆になる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記信号処理素子に設けられたチップコーナー部に配置される前記第２の電極の中心位置は、対向する前記第１の電極の中心位置と一致している
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の電極は、電気的に使用される複数の第３の電極と、電気的に使用されない複数の第４の電極とで構成され、
前記第２の電極は、電気的に使用される複数の第５の電極と、電気的に使用されない複数の第６の電極とで構成され、
前記第３の電極の電極間隔と前記第５の電極の電極間隔とは等しく、
前記第４の電極の電極間隔と前記第６の電極の電極間隔とは異なる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置において、小型化・軽量化等を目的に固体撮像素子と信号処理素子を一つのパッケージに実装することが行われ、固体撮像素子と信号処理素子間にバンプを形成したフリップチップ接合（バンプ接続）が用いられることがある。
【０００３】
図１７は、特許文献１に開示されたバンプ接続の従来技術であり、基板の接続構造は、複数の第１電極１０１５が配置された第１電極面１０１２を有する第１基板１０１１と、複数の第２電極１０１６が配置された第２電極面１０１４を有し、第２電極面１０１４が第１電極面１０１２と対向する第２基板１０１３と、を備え、複数の第２電極１０１６それぞれは、第２電極面１０１４の中心Ｃ２を除いて、第１電極１０１５と対向する第２電極面１０１４上の位置に対して、第２電極面の中心Ｃ２とは反対の方向にずれて配置されており、複数の第２電極１０１６それぞれは、対向する第１電極１０１５とバンプ１０１７を介して電気的に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５６３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、固体撮像装置に対しては高フレームレートが要求されている。高フレームレートの実現の技術手段としては、固体撮像素子の出力と信号処理素子の回路入力とを並列に設けることが必要になる。この場合、２つの素子間の接続電極数が増えることになる。
【０００６】
また、信号処理素子においてデジタル化された信号はＬＶＤＳ（Ｌｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を初めとする高速シリアル信号が採用されることが多くなっている。このことは素子間電極が増える要因となることに加えて、電極の配置に制約を与えることになる。たとえば、固体撮像素子からの画像信号が入力される電極と外部へデジタル出力される電極とが対向した辺に配置されることが考えられる。これ以外にも、画像信号の処理に加えて各種制御信号の生成も必要になることがある。これにより、電極数の増加、電極配置の制約はさらに増すことになる。
【０００７】
したがって、信号処理素子上に電極を、チップ全体に周期的に配置することは困難であり、チップ上には電極数の多い領域と電極数の少ない領域が混在することが避けられない。
【０００８】
このため、特許文献１で開示された従来技術を用いて、固体撮像素子と信号処理素子とを接合しようとすると、信号処理素子のチップ全体として対称中心を持つが、上記の様に領域によって電極数が異なる配置の場合は、チップ全体としての対称中心を設定することはできない。したがって、固体撮像装置は、精度良くフリップチップ接合（バンプ接続）ができないという課題を有している。
【０００９】
上記課題に鑑み、本発明は、フリップチップ接合の過程で発生するせん断力によるずれを軽減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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、主面に複数の第１の電極が配置された固体撮像素子と、前記固体撮像素子の主面と対向する面に、前記複数の第１の電極と対応する複数の第２の電極が配置された信号処理素子と、を備え、前記複数の第１の電極は、前記複数の第２の電極とそれぞれ接続され、一の前記第１の電極の中心とこれに隣り合う他の前記第１の電極の中心との間隔である第１の電極間隔と、一の前記第２の電極の中心とこれに隣り合う他の前記第２の電極の中心との間隔である第２の電極間隔とは、異なる。
【００１１】
この構成によれば、固体撮像素子と信号処理素子において、第１の電極間隔および第２の電極間隔が異なるように、第１の電極および第２の電極がそれぞれ配置されているので、対称中心に配置されている第１の電極と第２の電極の中心位置が一致するように固体撮像素子と信号処理素子とを配置すると、対向する第１の電極および第２の電極のずれの方向は、対称中心の左右において逆となる。また、対向する第１の電極および第２の電極のずれの大きさは、対称中心から等しい距離に配置された電極においては、等しくなる。したがって、対称中心の左右において、せん断力の方向は逆になり、かつ、せん断力の大きさは等しくなる。結果として、固体撮像素子全体、信号処理素子全体が受けるせん断力によるずれを発生させる力は、大きく軽減される。これにより、固体撮像素子と信号処理素子の電極数が増加したり、電極が不均一に配置される場合であっても、接合過程で発生するせん断力によるずれを軽減することができる。
【００１２】
また、前記固体撮像素子の電極面は、複数の領域に分割され、前記信号処理素子の電極面は、前記複数の領域に対応する領域に分割され、前記複数の領域のうちの一の領域における前記第１の電極間隔と前記第２の電極間隔との大小関係は、前記複数の領域のうち前記一の領域に隣り合う他の領域における、前記第１の電極間隔と前記第２の電極間隔との大小関係と逆になってもよい。
【００１３】
この構成によれば、信号処理素子全体に周期的に電極が配置されておらず、信号処理素子上に電極数の多い領域と電極数の少ない領域が混在する場合においても、一度に発生するせん断力を小さくした状態で接合することができる。
【００１４】
また、前記信号処理素子に設けられたチップコーナー部に配置される前記第２の電極の中心位置は、対向する前記第１の電極の中心位置と一致していてもよい。
【００１５】
この構成によれば、フリップチップ接合の過程における電極ずれの原因となるせん断力を軽減することに加えて、信号処理素子のサイズが増大してバンプの応力が増大する場合においても、バンプの接触面積を最大に設定して、バンプの応力の影響を軽減することができる。
【００１６】
また、前記第１の電極は、電気的に使用される複数の第３の電極と、電気的に使用されない複数の第４の電極とで構成され、前記第２の電極は、電気的に使用される複数の第５の電極と、電気的に使用されない複数の第６の電極とで構成され、前記第３の電極の電極間隔と前記第５の電極の電極間隔とは等しく、前記第４の電極の電極間隔と前記第６の電極の電極間隔とは異なってもよい。
【００１７】
この構成によれば、フリップチップ接合の過程における電極ずれの原因となるせん断力を軽減することができる。また、電気的に使用する電極の上に形成されたバンプの接触面積を最大にすることにより、接合状態の安定化と接合部のインピーダンスの低減が可能である。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明は、フリップチップ接合の過程で発生するせん断力によるずれを軽減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】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像装置の全体ブロック構成
【図２】実施の形態１に係る固体撮像装置の構成図
【図３】実施の形態１に係る固体撮像装置の断面図
【図４】実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図
【図５Ａ】実施の形態１に係る固体撮像装置の接合過程の断面図
【図５Ｂ】実施の形態１に係る固体撮像装置の接合過程の断面図
【図５Ｃ】実施の形態１に係る固体撮像装置の接合過程の断面図
【図６】実施の形態２に係る固体撮像装置の断面図
【図７】実施の形態２に係る固体撮像装置の平面図
【図８】実施の形態２に係る固体撮像装置の応用例の平面図
【図９】実施の形態３に係る固体撮像装置の断面図
【図１０】実施の形態３に係る固体撮像装置の平面図
【図１１】実施の形態４に係る固体撮像装置の平面図
【図１２Ａ】実施の形態４に係る固体撮像装置の断面図
【図１２Ｂ】実施の形態４に係る固体撮像装置の断面図
【図１３】一般的な固体撮像装置の断面図
【図１４】一般的な固体撮像装置の接合過程の断面図
【図１５】一般的な固体撮像装置の断面図
【図１６Ａ】一般的な固体撮像装置の接合過程の断面図
【図１６Ｂ】一般的な固体撮像装置の接合過程の断面図
【図１６Ｃ】一般的な固体撮像装置の接合過程の断面図
【図１６Ｄ】一般的な固体撮像装置の接合過程の断面図
【図１７】従来技術を示した固体撮像装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本開示の実施の形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものであり、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定するものではない。
【００２１】
（全体構成）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、実施の形態に共通する固体撮像装置１００の全体構成の一例を示すブロック図である。
【００２３】
固体撮像装置１００は、固体撮像素子１と、信号処理素子４とを備えている。
【００２４】
固体撮像素子１は、画素アレイ２、出力回路３から構成される。
【００２５】
画素アレイ２は、ｍ×ｎの画素をマトリクス上に配置され、画素が受光量に応じて生成した電気信号は出力回路３を通じ、画像信号線７から画素信号として出力される。
【００２６】
固体撮像素子１からの画像信号は、信号処理素子４の内部に構成されているＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路５に入力されてデジタル化され、最終的にはＬＶＤＳ回路６より高速シリアル信号線８を介して高速シリアル信号として外部へ出力される。また、信号処理素子４は、内部信号処理やセンサ駆動に関係する制御信号線９の外部との入出力が必要となる。
【００２７】
図２は、実施の形態１〜４に共通する固体撮像装置１００の構成図である。
【００２８】
信号処理素子４は、固体撮像素子１の上にフリップチップ接合されている。信号処理素子４から画素信号、高速シリアル信号、制御信号が入出力される画像信号線７、高速シリアル信号線８、制御信号線９は、バンプ１０により対応する固体撮像素子１の電極に接続されている。
【００２９】
本構成により、固体撮像素子１で生成された画素信号は、画像信号線７を介して出力回路３から並列に出力されることから、固体撮像装置１００における出力レートを高めることが可能になり、固体撮像装置１００の高フレームレートを実現することができる。
【００３０】
次に、固体撮像装置１００の実施の形態について具体的に説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図３は、実施の形態１に係る固体撮像装置の断面図、図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図である。図２に示す固体撮像装置の構成図において、電極が高密度かつ均一に配置されている一部領域を示している。
【００３２】
図３において、固体撮像素子１１の主面には電極１３が配置され、信号処理素子１２の固体撮像素子１１の主面と対向する面には、電極１３と対応する電極１４が配置されている。電極１３上にはバンプ１５が、電極１４上にはバンプ１６が形成され、固体撮像素子１１と信号処理素子１２とが圧着されて接合される。水平方向の電極配置は、図４に示されるように、固体撮像素子１１には電極１３が複数列配置され、信号処理素子１２には電極１４が複数列配置されている。
【００３３】
なお、電極１３は、本発明における第１の電極に相当する。電極１４は、本発明における第２の電極に相当する。
【００３４】
電極１３は、図４における左右方向に電極間隔Ｐ１で配置され、電極１４は、図４における左右方向に電極１３とは異なる電極間隔Ｐ２で配置されている。ここで、電極間隔とは、一の電極の中心とこれに隣り合う他の電極の中心との間の距離をいう。より詳細には、電極間隔とは、固体撮像素子に配置された電極と信号処理素子に配置された電極とのずれの方向と同一の方向における、一の電極の中心とこれに隣り合う他の電極の中心との間の距離をいう。
【００３５】
なお、電極間隔Ｐ１および電極間隔Ｐ２は、それぞれ本発明における第１の電極間隔および第２の電極間隔に相当する。
【００３６】
電極が周期的に配置されて対称中心を設定することができる場合は、複数の電極１３および複数の電極１４のうち対称中心に配置されている電極Ｎ１１と電極Ｎ１２の中心位置が一致するように固体撮像素子１１と信号処理素子１２とを配置すると、対向する電極１３および電極１４のずれの方向は、対称中心の左右において逆となる。対向する電極１３および電極１４のずれの大きさは、対称中心から等しい距離に配置された電極においては、等しくなる。
【００３７】
固体撮像素子１１と信号処理素子１２とが接合される過程では、対向する電極１３および電極１４のバンプ１５およびバンプ１６が接触する時に、せん断力が発生する。ここで、バンプ１５およびバンプ１６の接触は、対向する電極１３および電極１４のずれの小さいバンプ１５およびバンプ１６から順に始まる。また、せん断力は対向するバンプ１５およびバンプ１６のずれの方向と大きさとで決まる。したがって、対称中心の左右において、せん断力の方向は逆になり、かつ、対称中心の左右において、せん断力の大きさは等しくなる。結果として、固体撮像素子１１全体、信号処理素子１２全体が受ける横方向のずれを発生させる力は、大きく軽減される。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｃは、本実施の形態に係る固体撮像装置１００において、対向するチップ（固体撮像素子１１および信号処理素子１４）のアライメントずれが発生した場合の接合過程の断面図である。
【００３９】
図５Ａにおいて、アライメントずれは、電極Ｎ１１と電極Ｎ１２とのずれの大きさｄとして示されている。対向する各組の電極のずれの大きさは、電極１３と電極１４の電極間隔Ｐ１およびＰ２の差ΔＰとアライメントずれｄを用いて示される。対称中心の左に配置されている２組の電極１３および電極１４のずれは、対称中心に近いものから順に、ΔＰ−ｄ、２×ΔＰ−ｄであり、異なる大きさである。同様に、対称中心の右に配置されている２組の電極のずれも異なっている。対称中心の右に配置されている２組の電極１３および電極１４のずれは、対称中心に近いものから順にΔＰ＋ｄ、２×ΔＰ＋ｄである。電極間隔Ｐ１およびＰ２がそれぞれ固体撮像素子１１および信号処理素子１２において一定に設定されているため、対称中心からの電極１３および電極１４のずれは、対称中心から離れるにつれて大きくなっている。
【００４０】
アライメントずれが発生している場合の上下チップが接合される過程においては、上下のバンプ１５およびバンプ１６が各バンプのセンターで接触することは無く、対向する電極１３および電極１４のずれの小さいバンプから順に接触し始める。図５Ａ〜図５Ｃでは、対向する電極１３および電極１４のずれの大きさはｄ＜ΔＰ−ｄの関係にあるため、図５Ｂにおいて、対向する電極１３および電極１４のずれが最も小さい電極Ｎ１１と電極Ｎ１２に形成されているバンプが接触している。図５Ｃにおいて、次に電極のずれの小さい電極Ｎ１１−Ｌと電極Ｎ１２−Ｌに形成されているバンプが接触している。また、図５Ｂと図５Ｃの時点で発生するずれを発生させる力は逆の向きに働く。この後、対向する電極１３および電極１４のずれの小さいバンプ１５およびバンプ１６から順次に接触が続くことになる。
【００４１】
これにより、一度に発生するせん断力が従来の固体撮像装置に比べて小さくなり、接合過程でのチップ制御が安定となることで、せん断力によるずれを軽減することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、電極間隔Ｐ１が電極間隔Ｐ２よりも大きい場合について説明したが、これに限らず、電極間隔Ｐ２が電極間隔Ｐ１よりも大きくてもよい。
【００４３】
以上、本実施の形態に係る固体撮像装置によると、固体撮像素子１１と信号処理素子１２において、電極間隔Ｐ１および電極間隔Ｐ２が異なるように、電極１３および電極１４がそれぞれ配置されているので、対称中心に配置されている電極Ｎ１１と電極Ｎ１２の中心位置が一致するように固体撮像素子１１と信号処理素子１２とを配置すると、対向する電極１３および電極１４のずれの方向は、対称中心の左右において逆となる。また、対向する電極１３および電極１４のずれの大きさは、対称中心から等しい距離に配置された電極においては、等しくなる。したがって、対称中心の左右において、せん断力の方向は逆になり、かつ、せん断力の大きさは等しくなる。結果として、固体撮像素子１１全体、信号処理素子１２全体が受けるせん断力によるずれを発生させる力は、大きく軽減される。
【００４４】
よって、本実施の形態にかかる固体撮像装置１００によると、固体撮像素子１１と信号処理素子１２の電極数が増加したり、電極が不均一に配置される場合であっても、接合過程で発生するせん断力によるずれを軽減することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。
【００４６】
本実施の形態に係る固体撮像装置が、実施の形態１に示した固体撮像装置と異なる点は、固体撮像素子および信号処理素子が複数の領域に分割され、領域ごとに電極の配置位置が設定されている点である。
【００４７】
図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置の断面図、図７は本実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【００４８】
図６において、固体撮像素子２１は、固体撮像素子２１に配置された電極と信号処理素子２２に配置された電極とのずれの方向と同一の方向、つまり、図６における左右方向に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃに分割されている。各領域には、複数の電極２３Ａ、電極２３Ｂ、電極２３Ｃが配置されている。
【００４９】
信号処理素子２２は、固体撮像素子２１の領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃに対応する領域に分割されている。すなわち、信号処理素子２２も固体撮像素子２１と同様に、固体撮像素子２１に配置された電極と信号処理素子２２に配置された電極とのずれの方向と同一の方向、つまり、図６における左右方向に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃに分割されている。各領域には、複数の電極２４Ａ、電極２４Ｂ、電極２４Ｃが配置されている。
【００５０】
ここで、電極２３Ａ、電極２３Ｂ、電極２３Ｃは、本発明における第１の電極に相当する。電極２４Ａ、電極２４Ｂ、電極２４Ｃは、本発明における第２の電極に相当する。
【００５１】
電極２３Ａ、電極２３Ｂ、電極２３Ｃ上には、バンプ２５がそれぞれ形成されている。電極２４Ａ、電極２４Ｂ、電極２４Ｃ上には、バンプ２６がそれぞれ形成されている。
【００５２】
また、固体撮像素子２１と信号処理素子２２は圧着されて接合される。水平方向の電極配置は図７に示され、固体撮像素子２１には電極２３が複数列配置され、信号処理素子２２には電極２４が複数列配置されている。
【００５３】
領域Ａにおいて、電極２３Ａは電極間隔Ｐ１で配置され、電極２４Ａは電極２３Ａとは異なる電極間隔Ｐ２で配置されている。隣接する領域Ｂにおいて、電極２３Ｂは電極間隔Ｐ２で配置され、電極２４Ｂは電極２３Ｂとは異なる電極間隔Ｐ１で配置されている。つまり、領域Ｂでは、対向する電極２３Ｂと電極２４Ｂのそれぞれの電極間隔の大小関係は、領域Ａと反転している。さらに、領域Ｃにおいて、電極２３Ｃと電極２４Ｃの電極間隔は領域Ａと同様に、電極２３Ｃは電極間隔Ｐ１で配置され、電極２４Ｃは電極間隔をＰ２で配置されている。つまり、対向する電極２３Ｃと電極２４Ｃのそれぞれの電極間隔の大小関係は、隣接する領域Ｂと反転し、領域Ａと同一になっている。
【００５４】
なお、電極間隔Ｐ１および電極間隔Ｐ２は、それぞれ本発明における第１の電極間隔および第２の電極間隔に相当する。
【００５５】
上述した実施の形態１では、電極間隔Ｐ１および電極間隔Ｐ２が異なるために、対称中心からの距離が大きくなると、対向する電極のずれも大きくなる。対向する電極のずれの限界値は電極の径に関係し、接合を可能にする電極数に制限が存在する。
【００５６】
例えば、図５Ａにおいて、対向する電極のずれの最大値がバンプ径の１／２を超えると安定な接合は不可能と考えられるため、対称中心の片側に配置する電極は、Ｒ／２≧ｎ×ΔＰ＋ｄの関係を満たす必要があり、結果として配置可能な電極の数ｎは、ｎ≦（Ｒ／２−ｄ）／ΔＰの制限を受ける。
【００５７】
表１に、バンプ径とアライメントずれ、電極のずれおよび最大電極数の数値例を示す。
【００５８】
【表１】
2016004939.tif 000003
【００５９】
本実施の形態では、一つの領域に配置する電極数を制約内に限定する場合も、隣接する領域で上下の電極間隔を逆にして配置することができ、さらに同じ関係で隣接する領域に電極の配置をつづけることができる。
【００６０】
これにより、一度に発生する力を従来の固体撮像装置に比べて小さくした状態で、接合可能な電極数の制限を無くすことが可能になる。
【００６１】
図８は、本実施の形態に係る固体撮像装置の応用例の平面図である。
【００６２】
図８において、固体撮像素子２１は領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃに加えて、領域Ｄ、領域Ｅに分割されており、それぞれの領域には電極２３Ｄ、電極２３Ｅが配置されている。同様に、信号処理素子２２も領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃに加えて、領域Ｄ、領域Ｅに分割されており、領域Ｄおよび領域Ｅのそれぞれには複数の電極２４Ｄ、電極２４Ｅが配置されている。
【００６３】
領域Ｄにおいて、電極２３Ｄは電極間隔Ｐ１で配置され、電極２４Ｄは電極間隔Ｐ２で配置されている。隣接する領域Ｅにおいて、電極２３Ｅは電極間隔Ｐ２で配置され、電極２４Ｅは電極間隔Ｐ１で配置されている。したがって、領域Ｅでは、対向する電極２３Ｅおよび電極２４Ｅの電極間隔の大小関係は、領域Ｄと反転している。
【００６４】
これにより、信号処理素子２２のチップ全体に周期的に電極が配置されておらず、チップ上に電極数の多い領域と電極数の少ない領域が混在する場合においても、一度に発生するせん断力を小さくした状態で接合することが可能になる。
【００６５】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。
【００６６】
本実施の形態に係る固体撮像装置が、上述した実施の形態に示した固体撮像装置と異なる点は、信号処理素子のチップコーナー部に配置された電極と、固体撮像素子に配置された電極との中心位置が一致している点である。ここで、チップコーナー部とは、信号処理素子において、信号処理素子に配置された電極と固体撮像素子に配置された電極とのずれの方向と同一の方向の端に配置される電極の位置をいう。
【００６７】
図９は、本実施の形態に係る固体撮像装置の断面図、図１０は、本実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【００６８】
図９において、固体撮像素子３１は領域Ｆ、領域Ｇ、領域Ｈに分割されており、各領域には電極３３Ｆ、電極３３Ｇ、電極３３Ｈが配置されている。信号処理素子３２も固体撮像素子３１に対向する領域Ｆ、領域Ｇ、領域Ｈに分割され、各領域には電極３４Ｆ、電極３４Ｇ、電極３４Ｈが配置されている。
【００６９】
ここで、電極３３Ｆ、電極３３Ｇ、電極３３Ｈは、本発明における第１の電極に相当する。電極３４Ｆ、電極３４Ｇ、電極３４Ｈは、本発明における第２の電極に相当する。
【００７０】
電極３３Ｆ、電極３３Ｇ、電極３３Ｈ上にはバンプ３５が形成されている。電極３４Ｆ、電極３４Ｇ、電極３４Ｈ上にはバンプ３６が形成されている。
【００７１】
また、固体撮像素子３１と信号処理素子３２とは圧着されて接合される。水平方向の電極配置は図１０に示され、固体撮像素子３１には電極３３Ｆ、電極３３Ｇ、電極３３Ｈが複数列配置され、信号処理素子３２には電極３４Ｆ、電極３４Ｇ、電極３４Ｈが複数列配置されている。
【００７２】
領域Ｆにおいて、電極３３Ｆは電極間隔Ｐ２で配置され、電極３４Ｆは電極３３Ｆとは異なる電極間隔Ｐ１で配置されている。隣接する領域Ｇにおいて、電極３３Ｇは電極間隔Ｐ１で配置され、電極３４Ｇは電極３３Ｇとは異なる電極間隔Ｐ２で配置されている。つまり、電極３３Ｇと電極３４Ｇのそれぞれの電極間隔の大小関係は、領域Ｆと反転している。
【００７３】
さらに、領域Ｈにおいて、電極３３Ｈと電極３４Ｈの電極間隔は領域Ｆと同様に、電極３３Ｈは電極間隔Ｐ２で配置され、電極３４Ｈは電極間隔Ｐ１で配置され、電極３３Ｈと電極３４Ｈのそれぞれの電極間隔の大小関係は、隣接する領域Ｇと反転し、領域Ｆと同一になっている。
【００７４】
なお、電極間隔Ｐ１および電極間隔Ｐ２は、それぞれ本発明における第１の電極間隔および第２の電極間隔に相当する。
【００７５】
領域Ｆは、信号処理素子３２のチップ上の左端の領域である。領域Ｆ内で最も左側に配置されている電極Ｎ３２−Ｌは、信号処理素子３２のチップコーナー部、すなわち、チップ全体において信号処理素子３２に配置された電極３３Ｆ、電極３３Ｇ、電極３３Ｈと固体撮像素子３１に配置された電極３４Ｆ、電極３４Ｇ、電極３４Ｈとのずれの方向と同一の方向の左端に配置されている。
【００７６】
同様に、領域Ｈは、信号処理素子３２のチップ上の右端の領域である。領域Ｈ内で最も右側に配置されている電極Ｎ３２−Ｒは、信号処理素子３２のチップコーナー部、すなわち、チップ全体において信号処理素子３２に配置された電極３３Ｆ、電極３３Ｇ、電極３３Ｈと固体撮像素子３１に配置された電極３４Ｆ、電極３４Ｇ、電極３４Ｈとのずれの方向と同一の方向の右端に配置されている。
【００７７】
図３に示す実施の形態１では、対向する電極（電極１３および電極１４）それぞれの電極間隔が異なるために、対称中心からの距離が大きくなると対向する電極のずれも大きくなり、電極のずれの大きさに伴ってバンプ１５およびバンプ１６の接触面積は小さくなる。このことから、チップコーナー部に配置される電極は、ずれが最大であるために、対向するバンプ１５およびバンプ１６の接触面積が最小となる。さらに、信号処理素子の処理回路の増加、電極数の増加によるチップサイズの増大のために、接合後の応力は、チップコーナー部に配置される電極において最大となる。
【００７８】
これに対して、図９、図１０において、信号処理素子３２の左端のチップコーナー部に配置されている電極Ｎ３２−Ｌおよび右端のチップコーナー部に配置されている電極Ｎ３２−Ｒは、中心位置がそれぞれ対向する電極Ｎ３１−ＬおよびＮ３１−Ｒの中心位置に一致するように配置される。したがって、対向するチップ（固体撮像素子３１および信号処理素子３２）のアライメントずれの平均値が０の場合、バンプ３５およびバンプ３６の接触面積の平均値は最大となる。
【００７９】
これにより、フリップチップ接合の過程における電極ずれの原因となるせん断力を軽減することに加えて、信号処理素子３２のチップサイズが増大してチップコーナー部に配置されているバンプ３５およびバンプ３６の応力が増大する場合においても、バンプ３５およびバンプ３６の接触面積を最大に設定して、バンプ３５およびバンプ３６の応力の影響を軽減することが可能になる。
【００８０】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。
【００８１】
本実施の形態に係る固体撮像装置が実施の形態２に示した固体撮像装置と異なる点は、固体撮像素子および信号処理素子が、それぞれ電気的に使用する電極と電気的に使用しない電極とを備えている点である。
【００８２】
ここで、電気的に使用するとは、固体撮像素子と信号処理素子との間で、当該電極を介して電気信号の伝達を行うことをいう。また、電気的に使用しないとは、固体撮像素子と信号処理素子との間で、電極を介して電気信号の伝達を行うのではなく、例えば、固体撮像素子と信号処理素子とを接合するために使用することをいう。
【００８３】
図１１は、本実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【００８４】
図１１において、固体撮像素子４１には、電気的に使用する電極４３と電気的に使用しない電極４５とが配置されている。信号処理素子４２には、電気的に使用する電極４４と電気的に使用しない電極４６とが配置されている。電極４３の電極間隔と電極４４の電極間隔は等しく、電極４５の電極間隔と電極４６の電極間隔は異なっている。
【００８５】
なお、電極４３、電極４５、電極４４、電極４６は、それぞれ本発明における第３の電極、第４の電極、第５の電極、第６の電極に相当する。
【００８６】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本実施の形態に係る固体撮像装置の断面図である。図１２Ａは、図１１のＸ−Ｘ断面を、図１２Ｂは、図１１のＹ−Ｙ断面を示している。以下、図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて詳細に説明する。
【００８７】
図１２Ａにおいて、固体撮像素子４１には電気的に使用する電極４３と電気的に使用しない電極４５が配置され、信号処理素子４２には電気的に使用する電極４４と電気的に使用しない電極４６とが配置されている。電極４３および電極４５の上には、それぞれバンプ４７が形成されている。電極４４および電極４６の上には、それぞれバンプ４８が形成されている。固体撮像素子４１と信号処理素子４２とは、圧着されて接合される。
【００８８】
電気的に使用する電極４３および電極４４は、電極間隔を２×Ｐ１として対向して配置されている。電極４５および電極４６は、中心位置が一致するように配置されている。このため、接合後のバンプ４７とバンプ４８との接触面積は、最大にすることができる。
【００８９】
また、固体撮像素子４１において電気的に使用しない電極４５は、電極間隔をＰ１として配置されている。信号処理素子４２において電気的に使用しない電極４６は、電極間隔をＰ２または２×Ｐ１−Ｐ２として配置されている。なお、このとき、電極４６と、対向する電極４５とのずれはＰ１−Ｐ２である。電極ずれを形成することにより、対向する電極のずれの小さいバンプから順次に接触が続くことになり、せん断力の発生するタイミングをずらすことができる。したがって、一度に発生する力の大きさを軽減させることが可能である。
【００９０】
図１２Ｂにおいて、固体撮像素子４１には電気的に使用しない電極４５が配置され、信号処理素子４２には電気的に使用しない電極４６が配置されている。電極４５の上にはバンプ４７が、電極４６の上にはバンプ４８が形成されている。電極４５および電極４７は、図１２Ａの電極４５および電極４６と同様に、電極ずれを形成することにより、バンプ４７およびバンプ４８の接合時にせん断力の発生するタイミングをずらして、一度に発生する力の大きさを軽減させることができる。
【００９１】
これにより、フリップチップ接合の過程における電極ずれの原因となるせん断力を軽減することができる。また、電気的に使用する電極４３および電極４４の上に形成されたバンプ４７およびバンプ４８の接触面積を最大にすることにより、接合状態の安定化と接合部のインピーダンスの低減が可能になる。
【００９２】
（比較例）
以下、一般的な固体撮像装置と比較して、上述した実施の形態にかかる固体撮像装置の効果について説明する。
【００９３】
図１３は、一般的な固体撮像装置の一例を示す断面図である。図１４は、図１３に示した固体撮像装置の接合過程を示す断面図である。
【００９４】
図１３において、固体撮像素子１０１には電極１０４が配置され、信号処理素子１０２には電極１０５が配置されている。電極１０４および電極１０５には、それぞれバンプ１０７およびバンプ１０８が形成されている。電極１０４と電極１０５とは対向した位置に配置され、それぞれ電極間隔Ｐ１０１で配置されている。
【００９５】
接合時のアライメントずれは、図１４に示すように、電極１０４と電極１０５とのずれｄ１０２として示される。アライメントずれが発生している場合、バンプ１０７とバンプ１０８とはバンプの傾斜部で接触する。この時、接触面においてせん断力が発生するため、固体撮像素子１０１は図１４において右向きに、信号処理素子１０２は図１４において左向きにずれることになる。また、対称中心が存在しないので、打ち消す方向のせん断力は発生しない。
【００９６】
これに対し、上述した実施の形態にかかる固体撮像装置では、対称中心が存在するため、対称中心を挟んで打ち消す方向のせん断力が発生するので、電極のずれを低減することができる。
【００９７】
図１５は、一般的な固体撮像装置の断面図である。図１６Ａ〜図１６Ｄは、図１５に示した固体撮像装置の接合過程を示す断面図である。
【００９８】
図１５に示すように、固体撮像素子１０１の電極は、間隔Ｐ１０１で均等に配置されている。これに対し、信号処理素子１０３では、対称中心である電極Ｎ１０３に対して、電極Ｎ１０３の両側に隣接して配置されている電極は、電極間隔Ｐ１０３で配置されている。また、それ以外の電極は、電極間隔Ｐ１０１で配置されている。また、電極Ｎ１０１と電極Ｎ１０３とは、ｄ１０３だけずれている。
【００９９】
信号処理素子１０３の対称中心の左の領域Ｎ−Ｌに配置されている電極１０６と対向する電極１０４とのずれはΔＰ１００−ｄ１０３であり、対称中心の右の領域Ｎ−Ｒに配置されている電極１０６と対向する電極１０４のずれはΔＰ１００＋ｄ１０３である。対向するバンプ１０７およびバンプ１０９は、ずれの少ない順に接触が始まる。
【０１００】
この固体撮像装置では、図１６Ａに示すように、ｄ１０３＜ΔＰ１００−ｄ１０３＜ΔＰ１００＋ｄ１０３の関係にあるので、固体撮像素子１０１のバンプ１０７とバンプ１０９とは、電極Ｎ１０３（図１６Ｂ参照）、領域Ｎ−Ｌに配置されている電極１０６（図１６Ｃ参照）、領域Ｎ−Ｒに配置されている電極１０６（図１６Ｄ参照）の順に接合される。図１６Ｃおよび図１６Ｄでは、対称中心の片側において複数のバンプが同時に接合されるため、１組のバンプを接合する場合に比べて大きなせん断力が発生する。また、対称中心の片側ずつ、複数のバンプの接合が行われるため、打ち消す方向のせん断力は発生しない。したがって、この構成では、電極数の増加により一度に発生するせん断力の大きさを低減することは難しい。
【０１０１】
一方、上述した実施の形態にかかる固体撮像装置では、バンプの接合時にせん断力の発生するタイミングを徐々にずらして、一度に発生する力の大きさを軽減させることができる。
【０１０２】
以上、本開示の実施の形態に係る固体撮像装置について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１０３】
例えば、上記実施の形態に係る固体撮像装置は、固体撮像素子における電極間隔が信号処理素子における電極間隔よりも大きいとしたが、信号処理素子における電極間隔が固体撮像素子における電極間隔よりも大きい構成であってもよい。
【０１０４】
また、上記断面図及び平面図は、上記実施の形態に係る構成を模式的に示すものである。例えば、上記断面図及び平面図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、角部及び辺が丸みをおびたものも本開示に含まれる。
【０１０５】
また、上記の電極の配置位置は一例であり、本開示は上記電極の配置位置に限定されない。つまり、上記電極の配置位置と同様に、本開示の特徴的な機能を実現できる電極の配置位置も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、高フレームレートが要求される固体撮像装置に適用できる。また、本開示は、固体撮像装置を備える、デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置を初め、産業用途の装置にも適用できる。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１０１  固体撮像素子
２  画素アレイ
３  出力回路
４、１０２、１０３  信号処理素子
５  ＡＤ変換回路
６  ＬＶＤＳ回路
７  画像信号線
８  高速シリアル信号線
９  制御信号線
１０、１５、１６、２５、２６、３５、３６、４７、４８、１０７、１０８、１０９  バンプ
１１、２１、３１、４１  固体撮像素子
１２、２２、３２、４２  信号処理素子
１３、１４、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ、３３Ｆ、３３Ｇ、３３Ｈ、３４Ｆ、３４Ｇ、３４Ｈ、４３、４４、４５、４６、１０４、１０５、１０６、Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１１−Ｌ、Ｎ３１−Ｌ、Ｎ３２−Ｌ、Ｎ３１−Ｒ、Ｎ３２−Ｒ、Ｎ１２−Ｌ、Ｎ１０１、Ｎ１０３  電極
１００  固体撮像装置
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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