JP6700715B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same.
従来、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置には、固体撮像素子としてCMOSイメージセンサが搭載されているものがある。これらの固体撮像素子は、光電変換素子を含む画素部で構成される撮像面を有している。この撮像面上に被写体を結像させる目的でレンズを使用する。一般的にレンズで被写体を結像させた場合、像面湾曲により撮像面の中心部と周辺部で焦点位置のずれが発生する。この問題を解決するために、固体撮像素子自体を湾曲させる技術が提案されている(特許文献1を参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, some image pickup apparatuses such as digital still cameras and digital video cameras are equipped with a CMOS image sensor as a solid-state image pickup element. These solid-state image pickup devices have an image pickup surface composed of pixel portions including photoelectric conversion elements. A lens is used for the purpose of forming an image of a subject on this imaging surface. Generally, when an image of a subject is formed by a lens, a focus position shift occurs between the central portion and the peripheral portion of the image pickup surface due to field curvature. In order to solve this problem, a technique of bending the solid-state imaging device itself has been proposed (see Patent Document 1).
また、この湾曲した固体撮像素子を、画素部から出力された撮像信号を処理する信号処理基板に取り付けるための技術が提案されている(特許文献2を参照)。この特許文献2では、固体撮像素子と信号処理基板とを電気的に接続する際に、厚み方向のサイズが異なる複数のバンプを用いている。この方法により、湾曲形状の固体撮像素子と信号処理基板とを積層させている。
In addition, a technique has been proposed for mounting the curved solid-state imaging device on a signal processing substrate that processes an imaging signal output from a pixel unit (see Patent Document 2). In
しかしながら、特許文献2に記載された手法では、固体撮像素子と信号処理基板とを接続するために、厚み方向のサイズが異なる複数のバンプを用いていることで、各バンプのインピーダンスが異なることが懸念される。これにより、固体撮像素子からの撮像信号の電圧が変化する可能性があり、本来の電圧レベルとは異なる信号が基板に入力されることで、画質の劣化を惹起する虞がある。
However, in the method described in
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたものである。本発明は、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止することができる信頼性の高い固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention suppresses the occurrence of a shift in the focal position due to field curvature, suppresses the voltage change of the image pickup signal that occurs due to the difference in impedance of each bump, and prevents the deterioration of image quality. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device having high efficiency and a manufacturing method thereof.
本発明の固体撮像装置は、非平面形状の第1の表面を有する固体撮像素子である第1の基板と、前記第1の表面と異なる形状の第2の表面を有する第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板とを電気的に接続する複数のバンプとを備えており、前記複数のバンプは、対向する前記第1の表面と前記第2の表面との間で、前記第1の表面及び前記第2の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に配置され、前記第1の基板と前記第2の基板とは、前記第1の表面及び前記第2の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記複数のバンプにより電気的に接続されている。 The solid-state imaging device of the present invention includes a first substrate which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface, and a second substrate having a second surface having a shape different from the first surface, A plurality of bumps electrically connecting the first substrate and the second substrate are provided, and the plurality of bumps are provided between the first surface and the second surface facing each other. , The first surface and the second surface are arranged at positions where respective perpendiculars of the first surface and the second surface overlap , and the first substrate and the second substrate are respectively arranged on the first surface and the second surface. The existing virtual lines having the same curvature are electrically connected by the plurality of bumps .
本発明の固体撮像装置の製造方法は、非平面形状の第1の表面を有する固体撮像素子である第1の基板と、前記第1の表面と異なる形状の第2の表面を有する第2の基板とを、複数のバンプを用いて電気的に接続するに際して、前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させるとともに前記第1の表面及び前記第2の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に前記複数のバンプを配置し、前記第1の表面及び前記第2の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記第1の基板と前記第2の基板とを前記複数のバンプにより電気的に接続する。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a first substrate which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface, and a second substrate having a second surface having a shape different from the first surface. a substrate, in electrical connection with a plurality of bumps, each of the perpendicular of the first surface and the second surface and a pair countercurrent Toe Rutotomoni the first surface and the second surface The plurality of bumps are arranged at a position where they overlap each other, and the first substrate and the second substrate are formed between virtual lines existing on the first surface and the second surface and having the same curvature. Are electrically connected by the plurality of bumps .
本発明によれば、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止することができる、信頼性の高い固体撮像装置が実現する。 According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of the shift of the focal position due to the curvature of field and the like, and to suppress the voltage change of the image pickup signal caused by the different impedance of each bump, thereby preventing the deterioration of the image quality. A highly reliable solid-state imaging device is realized.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における固体撮像装置の外観を示す模式図であり、(a)が斜視図、(b)が破線(曲線113)に沿った断面図である。
この固体撮像装置は、非平面形状の第1の表面101aを有する第1の基板101と、第1の表面101aと異なる非平面形状の第2の表面102aを有する第2の基板102とを備えて構成されている。第1の基板101と第2の基板102とが、第1及び第2の表面101a,102a同士を対向させ接合されて積層されている。
(First embodiment)
1A and 1B are schematic diagrams showing the appearance of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line (curve 113).
This solid-state imaging device includes a
第1の基板101は、固体撮像素子であり、第1の表面101aが凸球面状となるように湾曲しており、光電変換素子を含む複数の画素部が行方向及び列方向に2次元配置されている。なお、第1の基板101の湾曲形状は、固体撮像装置の不図示の光学系に対して光学的に適切となるような形状である。
第2の基板102は、第2の表面102aが凹円筒面状となるように湾曲しており、第1の基板101の画素部から出力された撮像信号を読み出す回路構成を有している。
The
The
第1の基板101と第2の基板102とは、第1の表面101aと第2の表面102aとを接合するハンダ等のバンプ103により、電気的に接続されている。第1の表面101aと第2の表面102aとには、曲率が同一となる仮想の線(曲線111,112)がそれぞれ存在する。曲線111,112上では、第1の表面101a及び第2の表面102aのそれぞれの垂線が重なる。曲線111,112間の距離は、第1の表面101と第2の基板102との間の最短距離である。曲線111,112間で、第1の表面101a及び第2の表面102aのそれぞれの垂線が重なる位置に、複数のバンプ103が等間隔に配置され、第1の表面101aと第2の表面102aとが接合されている。複数のバンプ103の中心を通り、曲線111,112と平行な曲線を、曲線113として破線で図示する。第1の基板101と第2の基板102とを積層した固体撮像装置を上面又は下面から見た場合、複数のバンプ103は直線上に配置されるように観察される。曲線111,112は平行曲線であり、両者間の距離は等しい。そのため、複数のバンプ103は、全て同一の大きさのものを用いることができる。
The
以下、本実施形態の固体撮像装置を製造する際における、第1の基板101と第2の基板102との接続方法について説明する。
第1の基板101と第2の基板102とを、第1の表面101aと第2の表面102aとを、第1の表面101a及び第2の表面102aのそれぞれの垂線が重なる位置(曲線111,112が互いに平行に対向する位置)で、バンプ103を挟んで対向させる。第1の基板101と第2の基板102との間には、曲線113に沿って大きさの等しい複数のバンプ103を配置している。第1の基板101と第2の基板102とを圧着させる。このとき、第1の基板101の曲線111と第2の基板102の曲線112とは平行であり、圧着により両者間の距離が短縮されても曲線111,112に沿って当該距離は一定に保たれる。従って、大きさの等しいバンプ103を用いるも、各バンプ103の一端部が曲線111上に配された後述するバンプパッド204と接続され、バンプ103の他端部が曲線112上に配されたバンプパッド204と接続される。各バンプ103は、第1の基板101及び第2の基板102と曲線113に沿って均一状態で接続されることになる。
Hereinafter, a method of connecting the
The
図2は、第1の実施形態における固体撮像装置の第1の基板の構成を示す概略図である。
第1の基板101は、画素部200、垂直走査回路201、垂直出力線202、負荷電流源203、及びバンプパッド204を有して構成されている。複数の画素部200は、行方向及び列方向に2次元配置されている。画素部200の詳細な構成については後述する。垂直走査回路201は、画素部200に対して、信号φTXn、φRESn、及び信号φSELnを供給し、信号の読み出しを制御する。負荷電流源203は、図3で後述する選択された行のソースフォロワ304を、垂直出力線202を介して駆動する。垂直出力線202は、画素部200からの撮像信号を列ごとに出力する信号線である。バンプパッド204は、第1の基板101と図1のバンプ103とを電気的に接合するためのパッドであり、垂直出力線202からの撮像信号をバンプ103に出力する。なお、バンプ103は、垂直出力線202と直交する線上に配置されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the first substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
The
図3は、第1の実施形態における固体撮像装置の第1の基板及び第2の基板の構成を示す等価回路図である。
第1の基板101の構成要素である画素部200は、フォトダイオード300、転送ゲート301、リセットスイッチ302、蓄積容量303、ソースフォロワ304、及び行選択スイッチ305を有して構成されている。光電変換素子として機能するフォトダイオード300は、照射された光に応じた信号電荷を発生して蓄積する。転送ゲート301は、信号φTXnによりON/OFFが制御され、フォトダイオード300で発生及び蓄積した信号電荷を蓄積容量303へ転送する。蓄積容量303は、転送ゲート301により転送された信号電荷を蓄積する。リセットスイッチ302は、信号φRESnによりON/OFFが制御され、フォトダイオード300又は蓄積容量303に蓄積されている不要な信号電荷をリセットする。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the configurations of the first substrate and the second substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
The
ソースフォロワ304は、蓄積容量303に蓄積された信号電荷を増幅し電圧に変換する。リセットスイッチ302と蓄積容量303とソースフォロワ304とにより、フローディングディフュージョンアンプを構成している。行選択スイッチ305は、信号φSELnによりオン/オフが制御され、ソースフォロワ304の出力と垂直出力線202の接続とを制御する。画素部200から出力された撮像信号は前述したように、バンプパッド204を介してバンプ103へ出力される。
The source follower 304 amplifies the signal charge stored in the
第2の基板102は、読み出し回路(AFE)306及びデジタル信号処理回路(DSP)307とバンプパッド204を有して構成されている。AFE306は、第1の基板101から出力された信号に対してノイズ低減処理やアナログ−デジタル変換等を行う。DSP307は、AFE306から出力されたデジタル信号に対して画像処理や画像圧縮等の信号処理を行う。第1の基板101からバンプ103を介して出力された撮像信号は、第2の基板102に配置されたバンプパッド204より第2の基板102へ入力される。第2の基板102の詳細な説明は後述する。
The
図4は、第1の実施形態における固体撮像装置の第2の基板の構成、及び第1の基板の画素部と第2の基板との関係を示すブロック図である。図4では、便宜上、第1の基板101のうち、1つの画素部200のみを示す。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment and the relationship between the pixel portion of the first substrate and the second substrate. In FIG. 4, for convenience, only one
本実施形態の固体撮像装置400は、第1の基板101及び第2の基板102を備えて構成されている。先述したように、第1の基板101では、画素部200により光を撮像信号に変換してバンプ103へ出力する。第1の基板101から出力された撮像信号は、バンプ103を介して第2の基板102内のAFE306に入力される。AFE306は、相関二重サンプリング回路(CDS)401及びAD変換回路402等を有して構成される。CDS401により、入力された撮像信号のノイズを低減し、AD変換回路402にてAD変換処理を行うことにより、デジタル信号を生成する。DSP307は、AD変換回路402から出力されたデジタル信号に対して各種の画像処理や圧縮処理を行い、画像データを生成する。生成された画像データは固体撮像素子400の外部へ出力される。
The solid-state imaging device 400 of this embodiment is configured to include a
本実施形態による固体撮像装置では、湾曲した形状の第1及び第2の基板101,102を用いるも、両者の電気的接続に、大きさが同一である複数のバンプ103を使用することができる。各バンプ103は、第1及び第2の基板101,102間において均一状態で両者を接続する。この構成により、湾曲した第1及び第2の基板101,102を用いて像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止するも、各バンプ103のインピーダンスを均一に揃えることができる。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, although the curved first and
以上説明したように、本実施形態によれば、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止する、信頼性の高い固体撮像装置が実現する。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of the shift of the focal position due to the field curvature, and to suppress the voltage change of the image pickup signal generated due to the different impedance of each bump, thereby improving the image quality. A highly reliable solid-state imaging device that prevents deterioration is realized.
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態における固体撮像装置の外観を示す模式図であり、(a)が斜視図、(b)が破線(直線513)に沿った断面図である。
この固体撮像装置は、非平面形状の第1の表面501aを有する第1の基板501と、平面形状の第2の表面502aを有する第2の基板502とが、第1及び第2の表面501a,502a同士を対向させ接合されて構成されている。
(Second embodiment)
5A and 5B are schematic diagrams illustrating the appearance of the solid-state imaging device according to the second embodiment, where FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along a broken line (straight line 513).
In this solid-state imaging device, a
第1の基板501は、固体撮像素子であり、第1の表面501aが凸円筒面状となるように湾曲しており、第1の実施形態の図2及び図3と同様に光電変換素子を含む複数の画素部等が形成されている。なお、第1の基板501の湾曲形状は、固体撮像装置の不図示の光学系に対して光学的に適切となるような形状である。
第2の基板502は、第2の表面502aが平面状となるように、ここでは平板状であり、第1の実施形態の図3及び図4と同様に第1の基板501の画素部から出力された撮像信号を読み出す回路構成を有している。
The
The
第1の基板501と第2の基板502とは、第1の表面501aと第2の表面502aとを接合するハンダ等のバンプ503により、電気的に接続されている。第1の表面501aと第2の表面502aとには、仮想の直線511,512がそれぞれ存在する。直線511,512上では、第1の表面501a及び第2の表面502aのそれぞれの垂線が重なる。直線511,512間の距離は、第1の表面501と第2の基板502との間の最短距離である。直線511,512間で、第1の表面501a及び第2の表面502aのそれぞれの垂線が重なる位置に、複数のバンプ503が等間隔に配置され、第1の表面501aと第2の表面502aとが接合されている。複数のバンプ503の中心を通り、直線511,512と平行な直線を、直線513として破線で図示する。直線511,512は平行であり、両者間の距離は等しい。そのため、複数のバンプ503は、全て同一の大きさのものを用いることができる。
The
以下、本実施形態の固体撮像装置を製造する際における、第1の基板501と第2の基板502との接続方法について説明する。
第1の表面501aと第2の表面502aとを、第1の表面501a及び第2の表面502aのそれぞれの垂線が重なる位置(直線511,512が互いに平行に対向する位置)で、バンプ503を挟んで対向させる。第1の基板501と第2の基板502との間には、直線513に沿って大きさの等しい複数のバンプ503を配置している。第1の基板501と第2の基板502とを圧着させる。このとき、第1の基板501の直線511と第2の基板502の直線512とは平行であり、圧着により両者間の距離が短縮されても直線511,512に沿って当該距離は一定に保たれる。従って、大きさの等しいバンプ503を用いるも、各バンプ503の一端部が直線511上に配されたバンプパッド204と接続され、バンプ503の他端部が直線512上に配されたバンプパッド204と接続される。各バンプ503は、第1の基板501及び第2の基板502と直線513に沿って均一状態で接続されることになる。
Hereinafter, a method of connecting the
The bumps 503 are formed on the first surface 501a and the
本実施形態による固体撮像装置では、湾曲した形状の第1及び第2の基板501,502を用いるも、両者の電気的接続に、大きさが同一である複数のバンプ503を使用することができる。各バンプ503は、第1及び第2の基板501,502間において均一状態で両者を接続する。この構成により、湾曲した第1及び第2の基板501,502を用いて像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止するも、各バンプ503のインピーダンスを均一に揃えることができる。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, although the curved first and
以上説明したように、本実施形態によれば、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止する、信頼性の高い固体撮像装置が実現する。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of the shift of the focus position due to the curvature of field, suppress the voltage change of the image pickup signal caused by the different impedance of each bump, and improve the image quality. A highly reliable solid-state imaging device that prevents deterioration is realized.
以上、本発明の好ましい諸実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、固体撮像素子である第1の基板として、第1の表面が凸球面状となるように湾曲したものを用い、第2の基板として、第2の表面が凹球面状となるように湾曲したものを用いても良い。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
For example, as the first substrate which is a solid-state image sensor, a substrate whose first surface is curved so as to have a convex spherical surface is used, and as a second substrate, where the second surface is curved so as to have a concave spherical surface. You may use what was done.
また、図2及び図3では、第1の基板101内に負荷電流源203を配置した構成を説明したが、第2の基板102内に負荷電流源203を配置するような構成としても良い。更に、図3及び図4では、第2の基板102内にDSP307を配置した構成を説明したが、固体撮像装置の外部にDSP307を配置することも可能である。
Although the configuration in which the load
101,501 第1の基板
101a,501a 第1の表面
102,502 第2の基板
102a,502a 第2の表面
103 バンプ
111,112,113 曲線
200 画素部
201 垂直走査回路
202 垂直出力線
203 負荷電流源
204 バンプパッド
300 フォトダイオード
301 転送ゲート
302 リセットスイッチ
303 蓄積容量
304 ソースフォロワ
305 行選択スイッチ
306 読み出し回路(AFE)
307 デジタル信号処理回路(DSP)
400 固体撮像素子
401 相関二重サンプリング回路(CDS)
402 AD変換回路
511,512,513 直線
101,501 1st substrate 101a, 501a 1st surface 102,502
307 Digital Signal Processing Circuit (DSP)
400 Solid-
402 AD conversion circuits 511, 512, 513 Straight line
Claims (13)
前記第1の表面と異なる形状の第2の表面を有する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板とを電気的に接続する複数のバンプと
を備えており、
前記複数のバンプは、対向する前記第1の表面と前記第2の表面との間で、前記第1の表面及び前記第2の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に配置され、
前記第1の基板と前記第2の基板とは、前記第1の表面及び前記第2の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記複数のバンプにより電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。 A first substrate which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface;
A second substrate having a second surface having a shape different from the first surface;
A plurality of bumps electrically connecting the first substrate and the second substrate,
The plurality of bumps are arranged at positions where the perpendicular lines of the first surface and the second surface overlap each other, between the first surface and the second surface facing each other ,
The first substrate and the second substrate are electrically connected to each other by the plurality of bumps between virtual lines existing on the first surface and the second surface and having the same curvature. The solid-state imaging device is characterized by being.
前記第2の基板は、前記第2の表面が凹円筒面状に湾曲した形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 The first substrate has a shape in which the first surface is curved in a convex spherical shape,
The second substrate, the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the second surface, characterized in that a curved shape to concave cylindrical surface.
前記第2の基板は、前記第2の表面が平面形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 The first substrate has a shape in which the first surface is curved into a convex cylindrical surface shape,
The second substrate, the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the second surface, characterized in that a planar shape.
前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させるとともに前記第1の表面及び前記第2の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に前記複数のバンプを配置し、
前記第1の表面及び前記第2の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記第1の基板と前記第2の基板とを前記複数のバンプにより電気的に接続することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A first substrate, which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface, and a second substrate having a second surface having a shape different from the first surface are electrically connected to each other using a plurality of bumps. in the connected,
It said plurality of bumps arranged in each vertical line overlaps the position of the first surface and the second and surface-to-countercurrent Toe Rutotomoni said first surface and said second surface,
Electrically connecting the first substrate and the second substrate between the virtual lines existing on the first surface and the second surface and having the same curvature by the plurality of bumps. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
前記第2の基板は、前記第2の表面が凹円筒面状に湾曲した形状であることを特徴とする請求項9又は10に記載の固体撮像装置の製造方法。 The first substrate has a shape in which the first surface is curved in a convex spherical shape,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9 , wherein the second substrate has a shape in which the second surface is curved in a concave cylindrical surface shape.
前記第2の基板は、前記第2の表面が平面形状であることを特徴とする請求項9又は10に記載の固体撮像装置の製造方法。 The first substrate has a shape in which the first surface is curved into a convex cylindrical surface shape,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9 , wherein the second substrate has a planar shape on the second surface.
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