CN101236983A - 固态成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有改善的热释放能力的固态成像装置，其能释放固态图像传感元件的放大单元产生的热。本发明的固态成像装置10包含细长的衬底(模制外壳18)，金属层16，其暴露于模制外壳18的表面，并沿着模制外壳18细长的方向延伸，以及细长的固态图像传感元件20，其被安装在金属层16上，其中位于固态图像传感元件20放大单元正下方的区域中的金属层16的厚度大于金属层16的其它区域的厚度。
Description
本申请基于日本专利申请No.2007-012,638，该申请的全文通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置，其包含固态图像传感元件，其中该元件具有以线性排列形成的多个光敏晶体管。
背景技术
日本特开专利公开No.H6-163,950(1994)描述了常规的固态成像装置的典型例子。图7示出了日本特开专利公开No.H6-163,950描述的固态成像装置沿宽度方向的剖视图。
在模制外壳118基本中央的位置，固态成像装置110包含细长的固态图像传感元件120，其中该模制外壳包含被称为“岛”的金属层112。固态图像传感元件120被安装在金属层112上。固态图像传感元件120的表面配置有接合焊盘，其在此未示出。内引线134的表面被暴露在模制外壳118内。接合焊盘通过接合线140与内引线134导电连接。此外，内引线134延伸穿过并到达模制外壳118之外，与模制外壳118外部的外引线130相连接。模制外壳118的上开口被透明板122封装。
该类型的结构还在日本特开专利公开No.H7-86,542(1995)、日本特开专利公开No.H7-161,954(1995)、日本特开专利公开No.H11-330,285(1997)和日本特开专利公开No.2001-68,578中被描述。
另外，如图8所示，日本特开专利公开No.2000-228,475描述了一种固态成像装置，其使用具有金属层112的引线框，其中该金属层具有较大尺寸，并且位于固态图像传感元件的放大单元正下方的区域中。依据这种构造，来自固态图像传感元件的放大单元的热能够快速地被释放。
然而，在释放由固态图像传感元件的放大单元产生的热的过程中，如上所述的常规技术面临着待解决的问题。
近年来，需要减小固态成像装置的尺寸，并为获得更密集的像素排列进行了开发，以及进行了固态图像传感元件的小型化。这样的开发导致固态图像传感元件的放大单元产生的热量增加，造成固态图像传感元件温度的升高和像素温度分布的不均匀。这对固态成像装置读取的图像质量产生了不利的影响，导致固态成像装置可靠性的大幅度恶化。因此，在工业中需要通过以提高的效率对来自固态图像传感元件的放大单元的热进行释放，从而降低固态图像传感元件在操作中的温度，以提供像素的均衡的温度分布，从而获得固态图像传感元件的稳定的成像功能。
更具体地说，本发明旨在为由于减小固态成像装置尺寸而产生的新问题提供解决方案，并且通过在释放固态图像传感元件的放大单元产生的热时获得提高的效率来解决该问题。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种固态成像装置，包含：细长的衬底；暴露于衬底的表面并沿衬底细长的方向延伸的金属层；以及安装在金属层上的细长的固态图像传感元件，其中位于固态图像传感元件放大单元正下方的金属层的区域的厚度大于金属层的其它区域的厚度。
由于根据本发明，形成在放大单元正下方的固态图像传感元件的区域内的金属层较厚，因此放大单元产生的热能够以改善的效率被释放。这使得能提供像素的均衡的温度分布，从而获得固态成像装置稳定的成像功能。
依据本发明，提供了一种改善的热释放能力，其能释放固态图像传感元件的放大单元产生的热，从而能提供具有改善的成像功能的固态成像装置。
附图说明
通过下述结合附图对特定优选实施例的描述，本发明的上述以及其它发明目的、优点和特性将更加明显易懂，其中：
图1示出了依据本发明实施例的固态成像装置的示意性平面图；
图2示出了沿线a-a的图1所示的固态成像装置的剖视图；
图3示出了第一实施例中的图2所示的固态成像装置的放大剖视图；
图4示出了依据本实施例用于制造固态成像装置的引线框的示意性平面图；
图5示出了包含实验结果的表格，其示出了固态成像装置的热阻和第二金属层的厚度之间的关系；
图6示出了图2所示的第二实施例中的固态成像装置10的放大剖视图；
图7示出了常规的固态成像装置沿宽度方向的剖视图；以及
图8示出了用于制造现有技术文献公开的固态成像装置的引线框的示意性平面图。
具体实施方式
下面参考说明性实施例对本发明进行描述。所属领域的技术人员将认识到，根据本发明的教导，能实现多种可选实施例，并且本发明并不局限于为说明性目的而示例的实施例。
下面参考附图，对根据本发明的例示性实现进行说明。其中在说明附图时，相同的附图标记表示功能相同的元件，因此将不再重复多余的描述。
第一实施例
图1示出了第一实施例的固态成像装置10的示意性平面图，图2示出了图1所示的固态成像装置10沿线a-a的剖视图，以及图3示出了局部放大的剖视图，对图2所示的固态成像装置10进行说明。
固态成像装置10包含细长的衬底(模制外壳18)，金属层16，其暴露在模制外壳18的表面中，并沿着模制外壳18细长的方向延伸，以及细长的固态图像传感元件20，其被安装在金属层16上。固态成像装置10具有长而窄的几何形状，例如其具有，长度约55mm，宽度约10mm，以及厚度约8mm。
模制外壳18具有盒子的形状，其在上端打开以形成上部开口，且该上部开口被如玻璃片等的透明板22封闭，从而形成了中空的封装形式。细长的金属层16的表面暴露在模制外壳18内部上表面基本中央的部分，且固态图像传感元件20被安装在金属层16的表面上。
如图2所示，金属层16包含第一金属层12和第二金属层14，且其被设计为，第一金属层12在模制外壳18内被暴露。如图2和3所示，第二金属层14粘附在位于固态图像传感元件20的放大单元正下方的区域中的第一金属层12的背面，且位于放大单元正下方区域的金属层16的厚度大于金属层16的其它区域的厚度。
第一金属层12包含铜作为主要组成成分，其还包含含有铁、磷、锡等的合金，其层厚约为0.25mm。
第二金属层14包含一种或多种金属，其中该金属选自由包含铜、铝及其合金构成的一组金属。在本实施例中，无氧铜可作为铜使用。无氧铜具有更好的导热率，因而更适合被采用。第二金属层14的厚度“a”约为1.5mm。
这里使用的典型固态图像传感元件20是一维电荷耦合器件(CCD)，其在一端包含输入电极，在另一端包含一放大单元和输出电极，以及包含在两端之间数千个排列形成直线图案的像素。固态图像传感元件20产生的热集中在放大单元上。本实施例中使用的固态图像传感元件20可以采用功耗为0.4W至2W的固态图像传感元件。典型的固态图像传感元件20可以是细长形的装置，其具有如下尺寸，例如，长几十mm，宽0.3至1.2mm，厚0.3至0.7mm。
在固态图像传感元件20的细长方向上，在两端的表面上包含多个接合焊盘(未示出)，并且该接合焊盘通过多个在模制外壳18内暴露的内引线(未示出)和接合线与其导电连接。
此外，内引线延伸穿过模制外壳18并与模制外壳18外部的外引线相连接。引线部分包含内引线和外引线30。
本实施例的固态成像装置10可以如下制造。首先，如铜合金等的金属条通过冲压工艺形成具有特定几何形状的引线框。引线框包含被称为“岛”的第一金属层12，内引线34，外引线30以及框。随后，如图4所示，金属板被粘附，从而形成固态图像传感元件20的放大单元正下方的区域，从而配置第二金属层14。可以通过冲压工艺对如无氧铜等金属条进行成型来获得金属板。
可以使用粘附剂将包含无氧铜等的金属板粘附到第一金属层12的背面，或者通过加热和压缩，将经过镀锡处理的金属板和镀有金的第一金属层12的背面粘附到待粘附的表面。
然后，引线框被存储在特定的金属模具中，该引线框具有形成在其中的第二金属层14，然后使用绝缘的热硬化树脂等进行模制工艺，从而形成模制外壳18。模制外壳18具有盒子的形状，其上端具有开口，且第一金属层12的表面在其内表面内暴露，以及内引线34的表面在第一金属层12端部的附近暴露。
随后，固态图像传感元件20通过如环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等热硬化树脂(管芯接合材料)被粘附在第一金属层12表面中基本中央的部分，其中该第一金属层暴露在模制外壳18的内表面上。
然后，通过各自的接合线，暴露在模制外壳18中的内引线34被连接到形成在固态图像传感元件20表面上的接合焊盘。
如上所述，在内引线34通过上述接合线连接到接合焊盘后，透明板22被粘贴到模制外壳18上开口端的开口，从而封闭模制外壳18的上开口。然后，去除引线框的不希望的部分，之后对外引线30中的部分进行弯曲处理，从而制造出本实施例的固态成像装置10。
如上所述制造的本实施例的固态成像装置10可以被用作线传感器，用于具有成像能力的电子设备，例如影印机、扫描仪等。
下面对采用上述构造的本实施例的固态成像装置10可获得的优点进行说明。依据本实施例的固态成像装置10，由于在固态图像传感元件20的放大单元正下方的区域内形成的金属层较厚，因此放大单元产生的热能够以改善的效率被释放。因此，抑制了固态图像传感元件20温度的升高，提供像素均衡的温度分布，从而获得稳定的成像功能。
另外，与在其中整个固态图像传感元件正下方的区域中的延伸到其整个长度的金属层被形成为较厚的构造相比，本构造具有以下好处，例如能抑制固态成像装置的热变形，降低制造成本，降低产品重量，简化制造工序等。
如果在整个固态图像传感元件正下方沿其整个长度延伸的区域内都形成较厚的金属层，则会造成金属层和铸模树脂间产生相当大的热膨胀差异，导致在制造和操作中可能造成固态成像装置的热变形。相反地，具有局部较厚的金属层的构造能使得热膨胀差异的影响最小化，因而能防止固态成像装置的热变形，从而提供更高的产量和提高分辨率的成像产品。
另外，金属层16可以包含第一金属层12和第二金属层14，在固态图像传感元件20的放大单元正下方区域中可以形成第一金属层12和第二金属层14的多层结构，以及也可以在其它区域中使用包括第一金属层12的单层结构。
即使使用了这样一种金属，其表现出较低的强度和较低的弹性模数，但具有较高的热传导率，虽然其不适合作为引线框的材料，但上述构造仍允许使用这种金属作为第二金属层14，这样可以实现显示出进一步改善的热释放能力的固态成像装置。
另外，在本实施例中，将第二金属层14粘附到第一金属层12背面的工序提供了多层结构的金属层16，与通过采用金属层的单片模制工艺生产多层结构的情况相比，可以获得更简单的生产该装置的工序。此外，由于第二金属层14的金属成分可以被选择为不同于第一金属层12，因而能在装置设计中获得的更大程度的灵活性。
除此之外，固态成像装置10的热阻可以被选择为等于或低于35摄氏度/W，且第二金属层14的厚度可以被选择为等于或大于1mm。
这确保能获得上述的有益效果，更进一步地，即使配置了第二金属层14，由于固态图像传感元件产生的热而导致固态成像装置10的温度升高也能被降低到可允许的范围，从而更有效地抑制固态成像装置的成像功能的恶化。
例如，由于采用固态成像装置10的电子设备中的温度通常升高到65摄氏度左右，因而对功耗为1W的固态成像装置10，该固态成像装置10需要具有等于或低于35摄氏度/W的热阻，从而在使用固态成像装置10时温度上限等于或低于100摄氏度。为了获得固态成像装置10的热阻和第二金属层14的厚度在下述情况下的关系，进行了实验。该实验的结果在图5的表格中示出。
*固态成像装置10的长度：70mm，宽度：9mm；
*第一金属层12的材料：铜合金(KFC：可以从Kobe Steel，Ltd.商业获得)，厚度：0.25mm；
*第二金属层14的材料：无氧铜，热传导率：391W/mk
*固态图像传感元件20的长度：49mm，宽度：0.8mm，功耗：1W；以及
*安装材料(用于提供第一金属层12到固态图像传感元件20的粘附)：使用三种材料，其具有热传导率4W/mk，2W/mk和1.2W/mk。
实验结果显示，通过选择第二金属层14的厚度等于或大于1mm，与安装材料的热传导率无关地，可以将固态成像装置10的热阻被设计为等于或低于35摄氏度/W。这证实了，通过采用上述构造，能抑制由于固态图像传感元件20产生的热而造成的温度升高，从而更有效地抑制成像功能的恶化。除此之外，第二金属层14的厚度上限足以处于装置设计的可允许范围之内，举例来说，不超过2mm。此外，即使固态成像装置10被设计成在使用中具有更高的温度上限，用于容纳采用固态成像装置10的电子设备中的更高的温度，仍然可以获得上述的效果。
第二实施例
参考附图，只对第二实施例的固态成像装置10与第一实施例的固态成像装置10的不同特性进行描述，而不再重复其相似的特性。
第二实施例的固态成像装置10在其它区域中的第一金属层12中包含两个凸出部分24，其中其它区域是指除了位于固态图像传感元件20的放大单元正下方的区域以外的区域。固态图像传感元件20部分地安装在位于放大单元正下方的区域的第一金属层14上，且其也部分地安装在其它区域中的凸出部分24上。这使得能大体上保持固态图像传感元件20水平，从而提供固态成像装置10的稳定的成像功能。
凸出部分24可以由模制树脂制成。考虑到所使用的模制树脂的固化收缩而确定凸出部分24从第一金属层12的表面的高度。
除了凸出部分24的模制过程外，本实施例的固态成像装置10也可以按第一实施例相似的方法制造。为了形成凸出部分24，可以采用具有空穴的金属模具，其中该空穴对应于凸出部分24。
下面对采用上述构造的第二实施例的固态成像装置10可获得的优点进行说明。当如第一实施例中在固态图像传感元件20的放大单元正下方区域中配置了第二金属层14时，在模制过程中所导致的树脂的热收缩和固化收缩程度在具有第二金属层14的位置和没有附加金属层的位置中是不同的。更具体地说，具有第二金属层14(薄的树脂)的位置由于树脂量较少而显示出较小的收缩，而在没有第二金属层14的位置(树脂较厚)由于树脂量较大而显示出较大的收缩。因此，第一金属层12表面的高度可能局部地变化。然而，这种高度的变化很小，因此通常不会造成问题。
尽管如此，当固态成像装置10的成像功能需要进一步提高的精度时，最好能减小第一金属层12表面高度的变化。
本实施例中的固态成像装置10还在第一金属层12的表面上额外配置了凸出部分24，其能补偿树脂热收缩和固化收缩的不同的量。因此，即使固态图像传感元件20被安装在第一金属层12的表面上，固态图像传感元件20也能保持基本水平，因而不会产生由于第一金属层12表面高度不同而造成的热变形和/或波状。因此，能获得固态成像装置10更稳定的成像功能，从而能获得更高精度的成像。
虽然参考附图通过上述实施例对本发明的示例性实施方式进行了说明，但仍可能有不同于上述公开的其它各种修改。
虽然参考示例性实施方式描述的本实施例仅在固态图像传感元件20的一端配置有放大单元，但当其两端都具有放大单元时，在两端的放大单元的正下方区域中的金属层16的厚度可以都大于其它区域中金属层16的厚度。
虽然参考说明性实现所描述的金属层16具有包含第一金属层12和第二金属层14的多层结构，可选地，金属层16也可以是通过对这些金属层进行单片模制工艺而形成的单一部件。
第二金属层14可以包含具有不同金属成分的多个层。虽然第二实施例的固态成像装置10在第一金属层12的表面上包含两个凸出部分，假如固态图像传感元件20能被保持基本水平，则包含至少一个或多个凸出部分也就足够了。
另外，本实施例可以被配置为，金属层16的底表面可以位于与模制外壳18的底表面相同的平面中。当固态成像装置10被安装时，这允许金属层16的底表面能与基板相接触，从而提供更好的热释放能力。
从模制外壳18上表面的金属层16的厚度可以被设计成高于常规的固态成像装置。例如，可以采用2mm左右的高度。这样，即使有杂物附着在透明板22的表面上，也能防止如像素故障等的缺陷特性。
另外，在模制外壳18的细长方向的基本中央的部分中，在模制外壳18的内壁和固态图像传感元件20之间可以配置树脂层，其中该树脂层的上表面高于固态图像传感元件20的表面(传感器表面)。这能减少由于环境光的干扰而造成的成像失败。
很明显，本发明并不局限于上述实施例，可以在不背离本发明的保护范围和精神的情况下对其进行修改和改变。
Claims (5)
1.一种固态成像装置，包含：细长的衬底；
金属层，其暴露于所述衬底的表面，并在衬底细长的方向上延伸；以及
细长的固态图像传感元件，其安装在所述金属层上，
其中位于所述固态图像传感元件的放大单元正下方的所述金属层的区域的厚度大于所述金属层的其他区域的厚度。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，其中所述金属层包含第一金属层和第二金属层，
其中位于所述固态图像传感元件的放大单元正下方的所述金属层的区域包含所述第一金属层和所述第二金属层，其中第二金属层设置在第一金属层的下表面上，以及
其中所述金属层的其它区域由所述第一金属层构成。
3.如权利要求2所述的固态成像装置，其中所述第二金属层包含一种或多种金属，其中所述金属选自包含铜、铝及其合金所构成的组。
4.如权利要求2所述的固态成像装置，其中所述固态成像装置的热阻等于或低于35摄氏度/W，以及所述第二金属层的厚度等于或大于1mm。
5.如权利要求1所述的固态成像装置，其进一步包括在其它区域中的所述金属层的表面上的至少一个凸出部分，其中其它区域是指除了位于放大单元正下方的所述区域以外的区域，
其中所述固态图像传感元件部分地安装在位于所述放大单元正下方的所述区域中的所述金属层上，且所述固态图像传感元件也部分地安装在其它区域中的所述凸出部分上，因此所述固态图像传感元件能保持基本水平。
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