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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand in Zusammenhang
mit der japanischen Patentanmeldung
JP 2004-311062 beim Japanischen Patentamts
vom 26. Oktober 2004.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitersensormodul, bei welchem
ein Halbleiterbildsensorchip und ein Videosignalverarbeitungschip
vorgesehen sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensormoduls,
eine Kamera und darüber
hinaus ein Verfahren zum Herstellen der Kamera.
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Beschreibung zum Stand der Technik:
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Bei
einer Abbildungseinrichtung, z. B. einer digitalen Fotokamera oder
einer digitalen Videokamera, wird ein Halbleiterbildsensorchip,
z. B. in Form eines CCD-Bildsensors oder eines CMOS-Bildsensors
verwendet. Eine Mehrzahl von Komponenten oder Bauteilen, z. B. Bildsignalverarbeitungschips zum
Verarbeiten von Bildsignalen, die von einem Bildaufnahmeelement
der Abbildungseinrichtung aufgenommen wurde, und eine Bildaufnahmelinse sind
auf einem Schaltungssubstrat vorgesehen.
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Zum
Stand der Technik wird in 1 eine Technologie
gezeigt zum Ausbilden einer Wärmesenke
zwischen einem Bildaufnahmeelement und einem Signalverarbeitungschip
(nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet).
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Eine
auf einem Chip vorgesehene oder angebrachte Anordnung (chip-mounted structure),
wie sie in 1 dargestellt ist, weist auf
einen CCD- Bildsensor 110,
der einen Halbleiterbildsensorchip aufweist, eine dünne plättchenartige
oder plattenartige Wärmesenke 112 als
Wärmedissipationseinrichtung
und einen Signalverarbeitungschip 116, der einen integrierten
Halbleiterschaltkreis-IC darstellt, zum Verarbeiten von Bildsignalen
des CCD-Bildsensors. Des Weiteren ist bei der oben beschriebenen
auf einem Chip vorgesehenen oder angebrachten Anordnung die Wärmesenke 112 aus
einem Material wie z. B. Aluminium gefertigt, welches eine hohe
Wärmeleitfähigkeit
besitzt, wobei die Wärmesenke
zwischen dem CCD-Bildsensor 110 und dem Bildsignalverarbeitungschip 116 angeordnet
ist.
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Des
Weiteren ist ein Bildverarbeitungschip bekannt geworden, bei welchem
mittels einer Flip-Chip-Verbindungstechnik eine Lichtempfangseinheit 3,
nämlich
in Form eines Halbleiterbildsensorchips, und ein A/D-Wandlerpfad
oder -durchgang 7 verbunden sind mittels einer Flip-Chip-Verbindungskugelelektrode
oder Flip-Chip-Verbindungsbumpelektrode (flip-chip bonding bump
electrode), um ein Modul zu bilden (nachfolgend als Patentdokument
2 bezeichnet 2).
- [Patentdokument 1] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-33254
- [Patentdokument 2] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr.
2003-23573
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Da
der CCD-Bildsensor 110 des Halbleiterbildsensorchips und
der Signalverarbeitungschip 116, welcher einen IC darstellt
zum Verarbeiten von Bildsignalen, elektrisch verbunden sind, wobei
der Halbleiterbildsensorchip mit dem Bildsignalverarbeitungs-IC über einen
Kontaktanschluss 111 des CCD-Bildsensors, z. B. im Sinne eines Lead
Frames oder Leiterrahmens, verbunden ist, ist es bei der auf einem
Chip vorgesehenen oder angebrachten Anordnung des Patentdokuments
1 nötig,
den Widerstand und die Kapazität
des Kontaktanschlusses zu berücksichtigen,
wodurch sich eine Beeinflussung oder auch Beeinträchtigung
hinsichtlich der Bildverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit ergibt.
Ferner werden dadurch, dass der Halbleiterbildsensorchip und der
Bildsignalverarbeitungs-IC jeweils in Gehäusen eingebracht sind, diese
im Hinblick auf ihre Ausdehnung groß, wie das Halbleitersensormodul.
Dadurch ist die Technik zum direkten Verbinden der Halbleiterchips
unter Verwendung von Kugelelektroden oder Bumpelektroden (bump electrode)
mittels der so genannten SIP-Technik (SIP: System in Package: System
im Gehäuse)
bemerkenswert.
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Jedoch
war es bisher schwierig, den Halbleiterbildsensorchip und den Bildsignalverarbeitungschip
miteinander zu kombinieren, insbesondere dann, wenn eine Lichtempfangsfläche oder
Lichtempfangsoberfläche
und ein Elektrodenpad auf derselben Fläche oder Oberfläche vorzusehen
sind, und insbesondere dann, wenn die oben beschriebene SIP-Technologie
und das Flip-Chip-Bondingverfahren ohne Abwandlungen verwendet werden
sollen. Da der Bildsignalverarbeitungschip Wärme dissipiert, welche zum
Halbleiterbildsensorchip übertragen
wird und dort Dunkelströme
(dark current) und weißes Rauschen
(white noise) verursacht, ist es zusätzlich schwierig, beide Chips
nahe beieinander in einem gemischten Zustand (mixed state) anzuordnen.
Falls keine Gehäuse
vorgesehen sind, muss der Bildsignalverarbeitungschip zusätzlich gegenüber Licht
abgeschirmt werden. Da jedoch das Elektrodenpad, welches aus der
Anschlussschicht oder Verdrahtungsschicht (wiring layer) des Halbleiterbildsensors vom
Typ mit Vorderseiten- oder
Vorderflächenbelichtung
herausgenommen ist, und die Empfangsfläche oder empfangende Fläche auf
derselben Fläche
oder Oberfläche
ausgebildet sind, ist es bisher schwierig gewesen, den Bildsignalverarbeitungschip
gegenüber
Licht abzuschirmen, wenn der Halbleiterbildsensor und der Bildsignalverarbeitungschip
laminiert wurden, um miteinander verbunden zu werden.
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Zusätzlich offenbaren
das Dokument
WO 03/077318 ,
welches in Japan vorveröffentlicht
ist, und das dazu korrespondierende nachveröffentlichte Dokument
EP 1 492 168 einen Sensor,
bei welchem ein Halbleiterchip mit einer Mehrzahl Fotodioden ausgebildet
ist und eine Mehrzahl Ausgangs- oder Ausgabeanschlüsse der
Fotodetektorelemente aufweist, die auf dessen Fläche oder Oberfläche vorgesehen
sind. Eine isolierende Verbindungseinrichtung verbindet jeweilige
Ausgangsanschlüsse
oder Ausgabeanschlüsse
des Substrats elektrisch, und zwar unter Verwendung von Erhebungen,
Bumps (bumps) oder Kugeln auf beiden Seiten der Verbindungseinrichtung.
Ferner kann eine Wärmesenke
vorgesehen sein.
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Ferner
offenbart das Dokument
US-A-5
359 208 ein Chipgehäuse
mit einer Mikrolinsenanordnung auf einem IC-Chip.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Aspekte liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbildsensormodul sowie ein Verfahren
zum Herstellen des Halbleiterbildsensormoduls, eine Kamera sowie
in Verfahren zum Herstellen der Kamera zu schaffen, bei welchen
ein Halbleiterbildsensorchip und ein Bildsignalverarbeitungschip
bei einem Minimum an parasitären
Widerständen
und Kapazitäten verbunden
sind und eine wirkungsvolle Wärmedissipation
und darüber
hinaus eine Abschirmung gegenüber
Licht im gleichen Maße
realisiert sind.
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Erfindungsgemäß werden
diese Aufgaben alternativ bei Halbleiterbildsensormodulen gemäß den Ansprüchen 1 und
2, alternativ durch Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbildsensormoduls
gemäß den Ansprüchen 4 und
5, durch eine Kamera gemäß Anspruch
6 sowie durch ein Herstellungsverfahren für eine Kamera gemäß Anspruch
8 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Halbleiterbildsensormodul
kann mit der oben beschriebenen Struktur eine Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung
mit einem Modul von minimaler Größe durchgeführt werden.
Durch den Bildsignalverarbeitungschip erzeugte Wärme kann über entsprechende Wärmedissipationsmittel
oder -einrichtungen (heat dissipating means) dissipiert werden.
Ferner kann die Wärmeleitung
zum Halbleiterbildsensorchip reduziert werden.
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Mit
dem entsprechenden kennzeichnenden Aufbau des Moduls kann eine Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung
mit einem Modul mit minimaler Größe durchgeführt werden.
Durch den Bildsignalverarbeitungschip erzeugte Wärme kann über entsprechende Wärmedissipationsmittel
oder -einrichtungen dissipiert werden. Ferner kann die Wärmeleitung
zum Halbleiterbildsensorchip reduziert werden.
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Bei
einem alternativen Aufbau des Moduls kann bei der oben beschriebenen
Struktur oder mit dem oben beschriebenen Aufbau eine Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung
mit einem Modul minimaler Größe durchgeführt werden.
Durch den Bildsignalverarbeitungschip erzeugte Wärme kann über entsprechende Wärmedissipationsmittel
oder -einrichtungen dissipiert wer den. Ferner kann die Wärmeleitung
zum Halbleiterbildsensorchip hin reduziert werden.
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Da
der Halbleiterbildsensorchip und der Bildsignalverarbeitungschip
auf beiden Seiten der Wärmedissipationseinrichtung
angeordnet sind, kann bei diesen Strukturen selbst dann, wenn der
Halbleiterbildsensorchip Licht empfängt, der Bildverarbeitungschip
selbst vom Licht abgeschirmt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiterbildsensormoduls
kann verhindert werden, dass ein Dunkelstrom (dark current) und
weiches Rauschen (white noise) beim Halbleiterbildsensorchip auftreten,
da eine Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung mit einem Modul minimaler
Größe durchgeführt und
mit der oben beschriebenen Struktur durch den Bildsignalverarbeitungschip
erzeugte Wärme über vorgesehene
Wärmedissipationsmittel
oder -einrichtungen dissipiert werden können. Da der Halbleiterbildsensorchip
und der Bildsignalverarbeitungschip direkt über Kugelelektroden oder Bumpelektroden
verbunden oder angeschlossen sind, können parasitäre Widerstände und
parasitäre
Kapazitäten
beim Verbinden oder Anschließen
beider Chips minimiert werden. Des Weiteren ist der Bildsignalverarbeitungschip
so angeordnet, dass die Lichtempfangsseite oder Licht empfangende
Seite des Halbleiterbildsensorchips vom Rückseitenbelichtungstyp und
die Wärmedissipationseinrichtungen
oder -mittel dazwischen vorgesehen sind, so dass das Licht abgeschirmt
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau einer zusammengesetzten Struktur nach
dem Stand der Technik.
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2 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm, welches ein Beispiel eines Halbleiterbildsensorchips
vom Rückseitenbelichtungstyp
zeigt.
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3A–3C sind
Diagramme, die ein Halbleiterbildsensormodul vom Rückseitenbelichtungstyp
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 3A eine
perspektivische Explosionsdarstellung, 3B eine
perspektivische Ansicht der Ansicht aus 3A nach dem
Zusammenbau und 3C eine Seitenansicht der Ansicht
aus 3B darstellen.
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4 ist
eine schematische Strukturansicht, welche das Halbleiterbildsensormodul
vom Rückseitenbelichtungstyp
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer (ersten) Wärmesenke
zeigt.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer (zweiten) Wärmesenke
zeigt.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer (dritten) Wärmesenke
zeigt.
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8A–8C sind
Diagramme, die ein Halbleiterbildsensormodul vom Rückseitenbelichtungstyp
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 8A eine
perspektivische Explosionsdarstellung, 8B eine
perspektivische Ansicht der Ansicht aus 8A nach dem
Zusammenbau und 8C eine Seitenansicht der Ansicht
aus 8B darstellen.
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9 ist
eine schematische Konstruktionsansicht einer Kamera gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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Zunächst wird
ein Halbleiterbildsensor vom Rückseitenbelichtungstyp
für ein
Halbleiterbildsensormodul gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 2 ist eine schematische Konstruktionsansicht,
welche eine Ausführungsform
des Halbleiterbildsensors vom Rückseitenbelichtungstyp zeigt,
welcher bei einem Halbleiterbildsensormodul gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann. Dabei werden insbesondere die relevanten Bestandteile
in der Nähe
oder Nachbarschaft des Lichtempfangsbereichs, nämlich eines Fotosensors gezeigt.
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Wie
in 2 dargestellt ist, weist eine festkörperartige
CMOS-Abbildungseinrichtung 51 vom Rückseitenbelichtungstyp (back-illuminated
type CMOS solid-state imaging device, welche nachfolgend als Halbleiterbildsensor
bezeichnet wird) auf: eine Fotodiode 53 als Lichtempfangsbereich
oder Licht empfangender Bereich, welcher z. B. ausgebildet ist in
einem Siliziumsubstrat 61 vom n-Typ, einen Übertragungstransistor 54 oder
Transfertransistor 54, welcher auf der Substratvorderseite
einer Wannenregion 63 vom p-Typ ausgebildet ist, und zwar
in direkter Nachbarschaft oder angrenzend an einen Pixeltrennungs-
oder -separationsbereich 62 vom p-Typ, und eine Mehrzahl
MOS-Transistoren, z. B. anderen Transistoren 55 (Rücksetztransistoren, Adresstransistoren,
Verstärkungstransistoren)
und dergleichen, sowie des Weiteren eine mehrschichtige Anschlussschicht
oder Verdrahtungsschicht 73, die auf der Mehrzahl MOS-Transistoren
mittels einer Zwischenisolationsschicht 72 ausgebildet
ist. Die Fotodiode 53 wird von einem Halbleitersubstrat 61 (Substrat)
vom n-Typ, einem Ladungsakkumulationsbereich 61B vom n-Typ
mit hoher Fremdstoffdichte, p+-Halbleiterbereichen 64, 68,
welche die Akkumulationsschichten bilden, gebildet. Neben dem Gate
des Transfertransistors oder Übertragungstransistors 54 ist
ein Kanalbereich 65 ausgebildet. Obwohl dies in der Figur
nicht dargestellt ist, sind des Weiteren ein Farbfilter, eine auf
dem Chip vorgesehene Linse und dergleichen auf der Rückseite
des Substrats vorgesehen. Der Halbleiterbildsensor 51 vom
Rückseitenbelichtungstyp
besitzt einen großen
Lichtempfangsbereich, wobei das Licht L von der Rückseite 70,
auf welcher keine Anschlussschicht oder Verdrahtungsschicht 73 vorgesehen
ist, zugeführt
wird. Da die Anschlussschicht oder Verdrahtungsschicht 73 auf
der typischen Vorderseite vorgesehen ist, kann zusätzlich eine
Vignettierung des Lichts (vignetting of light) verhindert werden,
welche auftritt, wenn das Licht von der typischen Vorderseite empfangen
wird. Ferner sind Kugelelektroden oder Bumpelektroden (nicht dargestellt),
an denen empfangene Signale erhalten werden, auf derselben Fläche oder
Seite vorgesehen wie die Anschlussschicht oder Verdrahtungsschicht 73.
Dabei bilden jeweilige n+-Bereiche 57, 58, 59 Source-Drainbereiche und
jeweilige Elektroden 66, 67 Gatebereiche der jeweiligen MOS-Transistoren 54, 55.
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
des Halbleiterbildsensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert,
wobei der oben beschriebene Halbleiterbildsensor vom Rückseitenbelichtungstyp verwendet
wird.
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Die 3A bis 3C sind
schematische Diagramme im Hinblick auf den Aufbau, welche eine Ausführungsform
des Halbleiterbildsensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung
vom Rückseitenbelichtungstyp
zeigen. 3A ist eine perspektivische
Explosionsansicht. 3B ist eine perspektivische
Ansicht, und zwar nach dem Zusammenbau. 3C ist
eine Seitenansicht nach dem Zusammenbau.
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Das
Halbleiterbildsensormodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
vom Rückseitenbelichtungstyp
weist auf: einen Halbleiterbildsensorchip 2 mit einem Halbleiterbildsensor
vom Rückseitenbelichtungstyp
mit einem Halbleiterbildsensor 51 vom Rückseitenbelichtungstyp mit
einer Mehrzahl Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a,
die auf der Seite der Verdrahtungsschicht oder Verbindungsschicht angeordnet
sind, und einen Bildsignalverarbeitungschip 3, welcher
mit einer Bildsignalverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist zum
Verarbeiten von Bildsignalen des Halbleiterbildsensorchips 2 und
mit einer Mehrzahl Bumpelektroden 15b, die auf dessen Oberfläche ausgebildet
sind, wobei der Halbleiterbildsensorchip 2 und der Bildsignalverarbeitungschip 3 mit einer
Wärmesenke 4 dazwischen
schichtartig übereinander
laminiert sind. Die Wärmesenke 4 besitzt Durchgangslöcher 12 an
Stellen oder Positionen, welche mit beiden Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a, 15b korrespondieren
und die mit leitfähigen
Elektroden 13 in den Durchgangslöchern 12 ausgebildet
sind. Die Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a, 15b auf
beiden Chips 2 und 3 sind elektrisch miteinander über die
leitfähigen
elektrischen 13 der Wärmesenke 4 verbunden.
Des Weiteren sind die Flächen
oder Oberflächen,
auf welchen der laminierte Halbleiterbildsensorchip, die Wärmesenke 4 und
der Signalverarbeitungschip 3 verbunden oder aufgebracht
sind, d. h. die verbundenen Flächen
oder Oberflächen
außer
den Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a, 15b,
sind mechanisch mit einem Klebemittel 60 verbunden (siehe 4).
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Da
das Halbleiterbildsensormodul 1 vom Rückseitenbelichtungstyp gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Aufbau besitzt, bei welchem der
Halbleiterbildsensorchip 2 und der Bildsignalverarbeitungschip 3 elektrisch über eine
Wärmesenke 4 miteinander
verbunden sind, kann die vom Bildsignalverarbeitungschip 3 erzeugte Wärme durch
die Wärmesenke 4 dissipiert
und damit reduziert werden. Auch kann dadurch die Wärmeleitung
zum Halbleiterbildsensorchip 2 hin verhindert werden. Im
Ergebnis davon können
ein Dunkelstrom (dark current) und weißes Rauschen (white noise)
in Bezug auf das Halbleiterbildsensormodul reduziert werden. Da
die Wärmesenke 4 zwischen
dem Halbleiterbildsensorchip 2 und dem Bildsignalverarbeitungschip 3 angeordnet
ist, kann selbst dann, wenn der Halbleiterbildsensorchip 2 Licht
empfängt,
die Wärmesenke 4 den
Bildbildverarbeitungschip 3 vom Licht abschirmen.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, welche das Halbleiterbildsensormodul gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das bedeutet, 4 ist
eine schematische Querschnittsansicht des wesentlichen oder relevanten Teils,
bei welchem ein Speicherchip zusammen mit den Chips 2 und 3 und
der Wärmesenke 4 aus 3 verbunden ist. Ein Halbleiterbildsensormodul 11 gemäß dieser
Ausführungsform
weist auf: einen Halbleiterbildsensorchip 2 vom Rückseitenbelichtungstyp ist
auf einer Fläche,
Seite oder Oberfläche
der Wärmesenke 4 über Bumpelektroden
oder Kugelelektroden 15a vorgesehen. Des Weiteren sind
der Bildsignalverarbeitungschip 3 und der Speicherchip 7 auf der
anderen Seite, Fläche
oder Oberfläche
der Wärmesenke 4 über jeweilige
Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15b und 15c angeordnet.
Die Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a, 15b, 15c der
jeweiligen Chips 2, 3 und 7 sind mit
den elektrisch leitfähigen
Elektroden 13, die in den Durchgangslöchern 12 der Wärmesenke 4 ausgebildet
sind, elektrisch verbunden und darüber hinaus mittels eines Klebemittels 16 mechanisch
in stabiler Art und Weise befestigt.
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Der
Bildsignalverarbeitungschip 3 besitzt einen Signalverarbeitungsbereich 18,
eine Verbindungsschicht oder Verdrahtungsschicht 19 sowie Bumpelektroden
oder Kugelelektroden 15b, die damit verbunden sind. Der
Signalverarbeitungsbereich 18 führt die Verarbeitungsvorgänge im Hinblick
auf Signale aus, die von dem Halbleiterbildsensorchip 2 ausgegeben
wurden. Der Speicherchip 7 besitzt einen Speicherbereich 28,
eine Verbindungsschicht oder Verdrahtungsschicht 29 sowie
Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15c, die damit verbunden
sind. Zum Beispiel werden nichtflüchtige Speicher, DRAM und dergleichen
als Speicherchip 7 verwendet. Der Speicherchip wird typischerweise
z. B. für
das Komprimieren/Dekomprimieren von Bildsignalen und von Abfolgen
davon verwendet. Es liegt daher folgende Abfolge vor: vom Bildsensor → Bildsignalverarbeitungschip → Speicher → Bildsignalverarbeitungschip zur
Ausgabe. Wenn eine Dekompression durchgeführt wird, besteht in dem Fall,
dass eine Vektordetektion (Detektion einer Bewegung) animierter
Bilder durchgeführt
wird, eine Bildverarbeitungsabfolge wie folgt: vom Bildsensor → Bildsignalverarbeitungschip → Speicher → Bildsignalverarbeitungschip
zur Entscheidung darüber,
welche Informationen übersprungen
werden (nur animierte Informationen werden in Signale umgewandelt,
in Bezug auf Bildinformationen werden Bilder, die früher ausgegeben
wurden, verwendet). In einem Fall, bei welchem der Speicher dazu
verwendet wird, eine Störsignalkorrektur
durchzuführen,
wird des Weiteren eine Sammlung entsprechender Störsignale
für Interpolationen
und Auslöschungen
gespeichert. Die Verarbeitungsabfolge dafür ist: vom Bildsensor → Bildsignalverarbeitungschip → Speicher → Bildsignalverarbeitungschip
(Interpolation/Auslöschen
von Bildsignalen im Bildsensor) zur Ausgabe.
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Der
Halbleiterbildsensorchip 2 kann z. B. bestehen aus: einem
Halbleiterbildsensor 51 vom Rückseitenbelichtungstyp mit
einer Mehrzahl Pixel, die darin in Matrixform angeordnet sind, wobei
jedes Pixel aus einer Fotodiode 53 und einer Mehrzahl MOS-Transistoren
auf dem Halbleitersubstrat besteht, wie das in 2 dargestellt
ist. Ferner sind mehrschichtige Verbindungsschichten oder Verdrahtungsschichten 73 auf
der Seite der Oberfläche
des Substrats, vermittelt durch eine Zwischenisolationsschicht 72 und
ein Verstärken
des Trägersubstrats 74,
z. B. ein Siliziumsubstrat oder dergleichen, vorgesehen, die über die
Verbindungsschichten oder Verdrahtungsschichten 73 verbunden
sind. In diesem Fall sind die Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a mit
der leitfähigen
Schicht verbunden, die das Trägersubstrat 74 durchdringen.
Sie sind auf dem Trägersubstrat 74 ausgebildet.
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Beim
Halbleiterbildsensor 51 vom Rückseitenbelichtungstyp empfängt eine
Fotodiode 53 Licht, welches von der Seite der Rückseite
eintritt. Elektrische Ladungen, die aufgrund eines fotoelektrischen Wandlungsprozesses
verarbeitet werden, werden als Signale an die Bumpelektroden oder
Kugelelektroden 15a über
die Verdrahtungsschichten oder Verbindungsschichten in Richtung
auf die Vorderseite ausgegeben. Vom Halbleiterbildsensorchip 2 ausgegebene
Signale werden als Signale in den Bildsignalverarbeitungschip 3 eingegeben
und zwar über
die leitenden Elektroden 13, die in der Wärmesenke 3 ausgebildet
und mit den Bumpelektroden oder Kugelelektroden 15a verbunden
sind.
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In
Bezug auf den Speicherchip 7 werden Signale über die
Bumpelektroden 15c oder Kugelelektroden 15c des
Speicherchips 7 und die leitenden Elektroden 13 eingegeben
und ausgegeben.
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Da
das Halbleiterbildsensormodul 11 gemäß dieser Ausführungsform
einen Aufbau aufweist, bei welchem der Halbleiterbildsensorchip 2,
der Bildsignalverarbeitungschip 3 und der Speicherchip 7 über die
Wärmesenke 4 elektrisch
miteinander verbunden sind, kann Wärme, die erzeugt wird vom Bildsignalverarbeitungschip,
durch die Wärmesenke 4 dissipiert
und reduziert werden, eine Wärmeleitung
zum Halbleiterbildsensorchip 2 hin kann verhindert werden.
Im Ergebnis davon können
ein Dunkelstrom (dark current) sowie weißes Rauschen (white noise) bei
dem Halbleiterbildsensormodul reduziert werden. Da die Wärmesenke 4 zwischen
dem Halbleiterbildsensorchip 2 und dem Bildsignalverarbeitungschip 3 vorgesehen
ist, können
der Bildverarbeitungschip 3 und der Speicherchip 7 vom
Licht abgeschirmt werden, und zwar selbst dann, wenn der Halbleiterbildsensorchip 2 Licht
empfängt.
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Die 5 bis 7 sind
Querschnittsansichten, welche jeweilige Beispiele der oben erläuterten
Wärmedissipationseinrichtung
oder Wärmedissipationsmittel
zeigen.
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Die
in 5 gezeigte Wärmesenke 4,
welche eine Wärmedissipationseinrichtung
oder ein Wärmedissipationsmittel
darstellt, ist ein Beispiel unter Verwendung eines metallischen
leitenden Materials 4a, z. B. in Form einer Aluminiumplatte
oder einer Kupferplatte als Materialien. In diesem Fall werden die
Durchgangslöcher 12 in
dem leitenden Material 4a ausgebildet und die leitenden
Elektroden 13 mit einem isolierenden Material 14,
z. B. mit Glas oder dergleichen, umgeben und in den Durchgangslöchern 12 ausgebildet.
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Die
in 6 dargestellte Wärmesenke, welche eine Wärmedissipationseinrichtung
oder ein Wärmedissipationsmittel
bildet, ist ein Beispiel. bei welchem als Materialien isolierende
Materialien 4b verwendet werden, z. B. keramische Substrate
oder dergleichen. In diesem Fall werden die Durchgangslöcher 12 in
dem isolierenden Material 4b ausgebildet und die leitenden
Elektroden 13 werden in den Durchgangslöchern ausgebildet.
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Ferner
wird die Wärmesenke 4 aus 7, welche
eine Wärmedissipationseinrichtung
oder ein Wärmedissipationsmittel
darstellt, von einer laminierten Platte 6 oder einem laminierten
Plättchen 6 gebildet,
welche gebildet wird von der eigentlichen Wärmesenke 4 und einer
Wärmeisolationsplatte 5 oder einem
Wärmeisolationsplättchen 5.
Bei der laminierten Platte oder dem laminierten Plättchen 6 wird
die eigentliche Wärmesenke 4 in
Kontakt gebracht mit der Seite des Bildsignalverarbeitungschips 3.
Die Seite der Wärmeisolationsplatte 5 wird
so angeordnet, dass sie in Kontakt steht mit der Seite des Halbleiterbildsensorchips 2.
In Bezug auf das Material der laminierten Platte 6 oder
des laminierten Plättchens 6 werden
für das
Material für
die eigentliche Wärmesenke 4 isolierende
Materialien, z. B. Keramiken oder dergleichen, verwendet. In dem
Fall isolierender Materialien werden die leitenden Elektroden 13 in
den Durchgangslöchern 12 ausgebildet.
Als Materialien für
die eigentliche Wärmesenke 4 kommen,
falls leitfähige
Materialien verwendet werden sollen, z. B. Al und Kupfer in Frage.
Dann werden die Durchgangslöcher 12 ausgebildet
und die inneren Wände
der Durchgangslöcher
mit einem isolierenden Material, z. B. Glas oder dergleichen, ausgekleidet
und umgeben, um dadurch leitende Elektroden in den Durchgangslöchern 12 zu
formen. Als Materialien für
die Wärmeisolationsplatte
oder für
das Wärmeisolationsplättchen 5 kommen
beispielsweise Harze oder dergleichen in Frage.
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Bei
der Verwendung der laminierten Platte 6 kann die Übertragung
von Wärme
an den Halbleiterbildsensorchip 2 aufgrund des Vorsehens
der Wärmeisolationsplatte
oder des Wärmeisolationsplättchens 5 verhindert
werden, wogegen Wärme,
die vom Bildsignalverarbeitungssensorchip 3 erzeugt wird,
in höchst
effektiver Weise durch die Wärmeisolationsplatte 4 dissipiert
wird.
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Die 8A bis 8C sind
schematische Aufbaudiagramme, welche ein anderes Beispiel eines
Halbleiterbildsensormoduls zeigen. Die 8A ist
eine perspektivische Explosionsansicht. Die 8B liefert
eine perspektivische Ansicht nach dem Zusammenbau. Die 8C bietet
eine Seitenansicht nach dem Zusammenbau.
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Ein
Halbleiterbildsensormodul 21 gemäß diesem Beispiel weist auf:
den Halbleiterbildsensorchip 2, den Bildsignalverarbeitungschip 3 und
zwischen den Chips die Wärmesenke 4 und
ein Zwischenverbindungselement 8, welches die Wärmesenke 4 umgibt
und zur elektrischen Verbindung der beiden Chips 2 und 3 dient.
Insbesondere die Wärmesenke 4 hat
keinen elektrischen Kontakt mit den jeweiligen Bumpelektroden oder
Kugelelektroden 15a, 15b des Halbleiterbildsensorchips 2 bzw.
des Bildsignalverarbeitungschips 3. Die jeweiligen Bumpelektroden
oder Kugelelektroden 15a, 15b sind mit den leitenden
Elektroden 23 des Verbindungszwischenelements 8 verbunden.
Das Verbindungszwischenelement 8 ist in U-Form ausgebildet
und hat die Funktionalität
des elektrischen Verbindens der Bumpelektroden 15a des
Halbleiterbildsensorchips 2 vom Rückseitenbelichtungstyp mit
den Bumpelektroden 15b des Bildsignalverarbeitungschips 3.
Die Wärmesenke 4 ist
in das U-förmige
Verbindungszwischenelement 8 eingeführt. Die Wärmesenke 4 ist so
verbunden, dass sie den Halbleiterbildsensorchip 2 vom Bildsignalverarbeitungschip 3 elektrisch
isoliert.
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Um
die Bumpelektroden 15a, 15b der beiden Chips 2, 3 elektrisch
zu verbinden, kann das U-förmige
Verbindungszwischenelement 8 so ausgebildet sein, dass
Durchgangslöcher 22 in
der Isolationsplatte und die leitenden Elektroden 23 in
den Durchgangslöchern 22 ausgebildet
sind. Andererseits kann stattdessen ein Siliziumzwischenstück als Verbindungszwischenelement 8 verwendet
werden.
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Im
Zusammenhang mit der Wärmesenke 4 können z.
B. Aluminium und Kupfer, wie zuvor erläutert, oder aber keramische
Materialien, welche isolierende Materialien sind, oder dergleichen,
verwendet werden. Zusätzlich
können
laminierte Platten oder Plättchen 6 verwendet
werden, bei welchen die zuvor beschriebene Wärmesenke und die Wärmeisolierplatte
laminiert miteinander angeordnet sind. Die Wärmesenke 4 kann Wärme dissipieren,
die insbesondere durch den Bildsignalverarbeitungschip 3 erzeugt
wurde. Dieses Beispiel zeigt, dass die Durchgangslöcher im
Zusammenhang mit der Wärmesenke 6 nicht
benutzt werden müssen.
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9 zeigt
eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Kamera gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Kamera gemäß dieser Ausführungsform
ist eine Videokamera, die in der Lage ist, bewegte Bilder aufzunehmen.
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Die
Kamera gemäß dieser
Ausführungsform weist
auf: ein Halbleiterbildsensormodul 11, ein optisches System 210,
eine Verschlusseinrichtung 211, einen Treiberschaltkreis 212 und
einen Signalverarbeitungsschaltkreis 213.
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Beim
Empfangen von Licht von dem aufzunehmenden Objekt fokussiert das
optische System 210 ein Bild auf einer Abbildungsfläche des
Halbleiterbildsensormoduls 11. Dadurch werden relevante Signalladungen
im Halbleiterbildsensormodul akkumuliert, und zwar für eine bestimmte
Zeitspanne.
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Die
Verschlusseinrichtung 211 steuert die Zeitspanne des Belichtens
und des Abschirmens des Licht in Bezug auf das Halbleiterbildsensormodul 11.
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Der
Treiberschaltkreis 212 stellt Treibersignale zum Steuern
einer Übertragungsoperation
oder eines Übertragungsvorgangs
des Halbleiterbildsensormoduls 11 und eines Verschlussvorgangs
der Verschlusseinrichtung 211 zur Verfügung. Die elektrische Ladungsübertragung
des Halbleiterbildsensormoduls 11 wird durchgeführt aufgrund
von Treibersignalen (timing signals; Zeitablaufsignale), die durch den
Treiberschaltkreis 212 bereitgestellt werden. Der Signalverarbeitungsschaltkreis 213 führt verschiedene
Arten der Signalverarbeitung aus. Die Bildsignale, auf welche eine
Signalverarbeitung angewandt wird, werden in einem Speichermedium
gespeichert, z. B. einem Speicher, oder aber sie werden an einen
Monitor ausgegeben.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird z. B. ein Halbleiterbildsensormodul
vorgesehen, welches einen Analog/Digital-Wandlerschaltkreis (ADC)
aufweist, welcher auf dem Halbleiterbildsensorchip 2 vorgesehen
ist, sowie einen Bildsignalverarbeitungschip 3 und einen
Speicherchip 7, die über
die Wärmesenke 4 angeordnet und
elektrisch verbunden sind.
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Gemäß dem Halbleiterbildsensormodul
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können,
da vom Bildsignalverarbeitungschip erzeugte Wärme mittels der Wärmesenke
vermindert wird, das Auftreten von Dunkelströmen (dark current) sowie das
Auftreten weißen
Rauschens (white noise) beim Halbleiterbildsensorchip reduziert
oder umgangen werden. Da der Halbleitersensorchip und der Bildsignalverarbeitungschip
mit der Wärmesenke
dazwischen laminiert sind, können
zusätzlich
der Auslegungsbereich oder die Auslegungsfläche geringer gestaltet werden
als in dem Fall, bei welchem diese in einer Ebene angeordnet werden,
wodurch es möglich
wird, dass das Halbleiterbildsensormodul in Einrichtungen vorgesehen
wird, welche einer Miniaturisierung bedürfen, z. B. bei Mobiltelefonen
oder dergleichen. Da ferner die Chips elektrisch über Bumpelektroden
oder Kugelelektroden miteinander direkt verbunden sind, kann im
Bildsignalverarbeitungschip eine Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung
stattfinden. Dadurch wird im Hinblick auf das Modul als Ganzes eine
hohe Qualität
erreicht. Da der Halbleiterbildsensorchip und der Bildsignalverarbeitungschip
direkt miteinander über
die Bumpelektroden verbunden sind, können beide Chips mit einem
Minimum an parasitären
Widerständen
und einem Minimum an parasitären
Kapazitäten
miteinander verbunden werden. Bei Bildsensoren mit Gehäuse und bei
Wärmesenken
aus dem Stand der Technik ist das gesamte Gehäuse der Wärme ausgesetzt. Es wird dafür gesorgt,
dass die Wärme über die
Wärmesenke entweichen
kann. Andererseits entsteht bei der vorliegenden Erfindung die Wärme lokal
im Bildsignalverarbeitungschip oder dergleichen, der seinerseits die
Hochgeschwindigkeitsverarbeitung durchführt. Folglich kann diese in
wirkungsvoller Art und Weise durch die Wärmesenke abgeführt werden.
Da bei einem Aufbau, bei welchem eine typische SIP-Technologie verwendet
wird und bei welchem der Halbleiterbildsensorchip mit dem Bildsignalverarbeitungschip verbunden
ist, ohne dass eine Wärmesenke
vorgesehen wird, hat darüber
hinaus der teilweise stark aufgeheizte Bildsignalverarbeitungschip
einen nachteiligen Einfluss auf den Halbleiterbildsensorchip, der direkt
und teilweise laminiert vorliegt. Jedoch kann aufgrund des oben
beschriebenen Aufbaus der vorliegenden Erfindung ein derartiger
nachteiliger Einfluss vermieden oder vermindert werden. Folglich kann
in Bezug auf jedes Pixel oder jede Spalte eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung
durchgeführt werden
(in Bezug auf jede Signalleitung), es ist jedoch auch eine Parallelverarbeitung
durch eine parallele Ausgabe einer Mehrzahl Pixel, z. B. jeweils
in Form von vier Pixel, möglich.
Wie beim Stand der Technik beschrieben, kann im Zusammenhang mit der
Hochgeschwindigkeitsverarbeitung eine Verminderung oder Beseitigung
parasitärer
Kapazitäten
und parasitärer
Widerstände
im Hinblick auf die Verdrahtung oder die Anschlüsse erreicht werden.
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Im
Zusammenhang mit dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass verschiedene
Abwandlungen, Kombinationen, Unterkombinationen und Abweichungen
im Hinblick auf die Designanforderungen und andere Faktoren durchgeführt werden
können, ohne
dass von der Erfindung gemäß den Patentansprüchen abgewichen
wird.