JP2002009264A

JP2002009264A - 固体撮像素子および撮像装置

Info

Publication number: JP2002009264A
Application number: JP2000182860A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamaguchi; 和夫山口; Seiji Ariga; 誠治有賀
Original assignee: Kodak Digital Product Center Japan Ltd
Current assignee: Kodak Digital Product Center Japan Ltd
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP4185236B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体チップ15の位置精度を確保できる固体
撮像素子11および撮像装置を提供する。【解決手段】取付板12を、モールドパッケージ13と別
体に構成し、モールドパッケージ13と一体化する。半導
体チップ15をモールドパッケージ13内で取付板12に直接
搭載する。取付板12を介して半導体チップ15の位置精度
を確保できるとともに、モールドパッケージ13と別体の
取付板12には強度や精度に優れた材質を選択できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像に用いられる
固体撮像素子および撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled
Devices）やＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）な
どの固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラな
どのカメラに用いられている。

【０００３】従来の固体撮像素子は、例えば、実開昭５
９−１７１４６２号公報または特開平１０−２３３４０
号公報に記載されている構造が知られている。例えば、
図４に示すように、このような固体撮像素子１は、リー
ドフレーム２を一体にインサート成形したモールドパッ
ケージ３内のチップ搭載面3aに開口部3bを通じて半導体
チップ４を搭載し、モールドパッケージ３の開口部3bを
カバーガラス５で閉塞している。

【０００４】この固体撮像素子１をカメラのレンズ鏡筒
側に取り付けるには、図５に示すように、固体撮像素子
１の中心と取付板６の中心とを位置決めしてそれら固体
撮像素子１と取付板６とを接着固定し、この取付板６を
レンズ鏡筒側のレンズマスタ枠７に位置決めしてねじ８
で取付板６をレンズマスタ枠７に締め付け固定してい
る。

【０００５】また、図６に示すように、モールドパッケ
ージ３の両側に金属製の一対の取付板９を一体にインサ
ート成形した固体撮像素子１や、図７に示すように、セ
ラミックス製のモールドパッケージ３の両側に一対の取
付部3cを一体成形した固体撮像素子１があり、これら固
体撮像素子１は、取付板９や取付部3cによってレンズマ
スタ枠７に直接取り付けることができる。なお、図６に
示す固体撮像素子１では、モールドパッケージ３側のチ
ップ搭載面3cに半導体チップ４を搭載している。

【０００６】また、例えば、特開平１−２８３９７３号
公報に記載されているように、モールドパッケージに１
枚の金属製の取付板を一体にインサート成形した固体撮
像素子もあるが、図６に示す固体撮像素子１と同様に、
モールドパッケージ側に半導体チップを搭載している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像素
子１の半導体チップ４の表面のチップ面4aは、本来、撮
像光軸に垂直に位置していることが必要であり、もしチ
ップ面4aが傾いていたりすると（以降、この現象をあお
りと称する）、レンズの焦点位置がチップ面4a内で一律
に維持できず、撮像したときに片ぼけ現象が生じる。ま
た、チップ面4aのあおりに付随してチップ面4aの高さ
（光軸方向の位置）については、固体撮像素子１をレン
ズマスタ枠７に組み込んだとき、チップ面4aの高さをレ
ンズ焦点距離位置に合わせる必要があり、これについて
は固体撮像素子１自体でのチップ面4aの高さがばらつく
という事情と、図５に示すように、取付板６を介するた
めに、そこでまた誤差が生じるということなどから、こ
の誤差を吸収すべき調整をしているのが実態である。

【０００８】近年、固体撮像素子１を搭載したデジタル
カメラなどでは、２００〜３００万画素といった高画素
化、高密度化が進み、さらに光学系もズームレンズが主
流になってきており、これらに伴ってあおりの許容され
る誤差も非常に厳しくなり、数値的には固体撮像素子１
自体で１０μｍ以下というレベルの精度が要求される。
加えて、小形化という動きの中でチップ面4aの高さにつ
いて従来用いられていた構造が複雑で、時間がかかる調
整方法では通用しなくなり、その簡略化が要求されてき
ており、固体撮像素子１自体でのチップ面4aの高さ精度
は、あおり同様１０μｍ相当といったレベルの精度が要
求される。

【０００９】従来の図４に示す固体撮像素子１を、図５
に示す方法でレンズマスタ枠７に取り付けてセットする
場合のチップ面4aのあおりについて考えてみると、モー
ルドパッケージ３のチップ搭載面3aとそのモールドパッ
ケージ３の裏面との平行誤差、およびモールドパッケー
ジ３の裏面と取付板６との平面性誤差があり、マスタ枠
７にセットするまでのところで既に積み重ね誤差は４０
μｍ以上となってしまう。さらに、チップ面4aの高さに
ついて考えてみると、モールドパッケージ３のチップ搭
載面3aとそのモールドパッケージ３の裏面との高さ誤差
で、あおりと同様に誤差は４０μｍ以上となってしま
う。

【００１０】また、従来の図６に示す固体撮像素子１の
場合には、一対の取付板９はチップ搭載面3aを形成した
モールドパッケージ３とは別物であるため、これら取付
板９とモールドパッケージ３のチップ搭載面3aとの平行
精度、高さ精度を出すのは難しく、従来の図４に示す固
体撮像素子１の場合と同様にチップ面4aのあおり、高さ
ともに４０μｍ以上の誤差が生じてしまう。さらに、特
開平１−２８３９７３号公報に記載の固体撮像素子も、
取付板とチップ搭載面を形成したモールドパッケージと
は別物であるため、同様の誤差が生じてしまう。

【００１１】また、従来の図７に示す固体撮像素子１の
場合には、材質をセラミックスとして取付部3cを有する
モールドパッケージ３を一体成形した構造であって、大
型の固体撮像素子に多く用いられ、レンズマスタ枠７に
取り付けるまでのチップ面4aのあおり、高さ誤差も従来
の図３や図４に示す固体撮像素子１と比べればはるかに
小さくすることが可能であるが、近年、固体撮像素子１
が小形化されてきているなかで、ねじ８の締め付けに必
要な締付トルクに耐えられるような取付部3cの強度の確
保が難しくなってきた。

【００１２】チップ面4aのあおり、高さとは別に、固体
撮像素子１をレンズマスタ枠７に組み込んだとき、固体
撮像素子１のチップ面4aの中心は、レンズ光軸と一致さ
せる必要があるが、固体撮像素子１自体でチップ面4aの
中心位置がばらつくため、この誤差を吸収すべき調整を
している。図４に示す取付構造のない固体撮像素子１を
調整する場合、取付板６との位置合わせ後、取付板６に
接着固定する必要があり、工数がかかるうえ、信頼性に
も不安が残るということから無調整化ということが本来
望ましい。無調整化を実現するには固体撮像素子１をレ
ンズマスタ枠７に組み込んだ時点でチップ面4aの中心精
度は１０μｍ程度を必要とするが、図７に示す材質がセ
ラミックスのモールドパッケージ３に取付部3cを一体成
形した場合は、取付部3cに形成するレンズマスタ枠７と
の位置決め用孔、もしくはレンズマスタ枠７への取付孔
とチップ面4aの中心との精度は、型成形事情から５０μ
ｍ程度が限界であることから、調整しないで必要精度内
に収めることは困難である。

【００１３】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、半導体チップの位置精度を確保できる固体撮像素
子および撮像装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体撮像
素子は、モールドパッケージと、このモールドパッケー
ジと別体で、パッケージと一体化された取付板と、前記
モールドパッケージ内で前記取付板に直接搭載された半
導体チップとを具備しているものである。

【００１５】そして、取付板をモールドパッケージと別
体に構成し、この取付板をモールドパッケージと一体化
するとともに、モールドパッケージ内で取付板に半導体
チップを直接搭載したことにより、取付板を介して半導
体チップの位置精度を確保するとともに、モールドパッ
ケージと別体の取付板には強度や精度に優れた材質を選
択可能とする。

【００１６】請求項２記載の固体撮像素子は、請求項１
記載の固体撮像素子において、取付板は、取付板本体、
およびこの取付板本体からモールドパッケージ内に突出
して半導体チップを直接搭載するスタッドを有するもの
である。

【００１７】そして、取付板の取付板本体からスタッド
をモールドパッケージ内に突出させ、このスタッドに半
導体チップを直接搭載することにより、半導体チップを
モールドパッケージ内の任意の位置に配置可能とする。

【００１８】請求項３記載の固体撮像素子は、請求項１
または２記載の固体撮像素子において、取付板の材質
は、金属であるものである。

【００１９】そして、取付板の材質が金属であることに
より、強度や精度に優れるとともに、半導体チップの放
熱性が向上する。

【００２０】請求項４記載の固体撮像素子は、請求項１
ないし３いずれか記載の固体撮像素子において、モール
ドパッケージは、取付板に一体成形されているものであ
る。

【００２１】そして、モールドパッケージを取付板に一
体成形したことにより、部品点数を削減し、組立工数を
低減可能とする。

【００２２】請求項５記載の撮像装置は、請求項１ない
し４いずれか記載の固体撮像素子と、この固体撮像素子
を取り付ける撮像装置本体とを具備しているものであ
る。

【００２３】そして、請求項１ないし４いずれか記載の
固体撮像素子を用いることにより、撮像装置本体への固
体撮像素子の組付時の調整が安定して容易になり、品質
の高い撮像が可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２５】図１および図２に一実施の形態を示し、図
１(a)は固体撮像素子の側面図、図１(b)は固体撮像素子
の背面図、図２は固体撮像素子を用いた撮像装置の斜視
図である。

【００２６】固体撮像素子11は、取付板12、この取付板
12に一体成形されるモールドパッケージ13、このモール
ドパッケージ13で一体成形されたリードフレーム14、モ
ールドパッケージ13内で取付板12に直接搭載される半導
体チップ15、この半導体チップ15を覆ってモールドパッ
ケージ13に取り付けられるカバーガラス16を備えてい
る。

【００２７】取付板12は、材質が金属で、平板状に形成
され、モールドパッケージ13内に配置される基板部21、
およびこの基板部21の両端でモールドパッケージ13の両
端から突出する取付部22を有している。取付板12の半導
体チップ15が搭載される一面全体は、所定の平面精度に
加工された基準面23とされ、基板部21の基準面23の中央
域が半導体チップ15が搭載されるチップ搭載面24とされ
ている。各取付部22には、基準孔25，26および取付孔2
7，28がそれぞれ１つずつ形成されている。一方の取付
部22の基準孔25および両方の取付部22の取付孔27，28は
円形孔に形成され、他方の取付部22の基準孔26は一方の
基準孔26に向けて長い（取付板12の両端方向に長い）長
孔に形成されている。

【００２８】モールドパッケージ13は、例えば絶縁性を
有する合成樹脂製で、取付板12の基板部21に対してリー
ドフレーム14とともにインサート成形によって一体成形
されている。モールドパッケージ13は、四角形枠状に形
成された枠部31を有し、この枠部31には取付板12のチッ
プ搭載面24が露出する開口部32が形成されている。枠部
31の両端から取付板12の取付部22が突出され、枠部31の
両側からリードフレーム14が突出されている。

【００２９】リードフレーム14は、複数のピン35を有
し、これら各ピン35の基端がモールドパッケージ13の一
体成形によってそのモールドパッケージ13に固定され、
モールドパッケージ13から突出する各ピン35の先端が取
付板12の基準面23とは反対側の方向へ導出されている。
各ピン35の基端は、モールドパッケージ13の開口部32内
に突出し、半導体チップ15とワイヤボンディングなどで
電気的に接続される。

【００３０】半導体チップ15は、ＣＣＤ（Charge Coupl
ed Devices）やＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）
などの四角形状の半導体チップで、素子を有する表面が
チップ面15aとされ、このチップ面15aと反対側の面がダ
イボンディングによって取付板12のチップ搭載面24に搭
載固定されている。半導体チップ15の周囲には図示しな
い複数の端子部が形成され、例えば、これら各端子部と
リードフレーム14の各ピン35とがワイヤボンディングな
どで電気的に接続されている。

【００３１】カバーガラス16は、透明なガラス製で、モ
ールドパッケージ13の開口部32の周縁部に接着剤などに
よって固定され、開口部32を閉塞している。

【００３２】また、図２に示すように、固体撮像素子11
を用いる撮影装置は、撮像装置本体として、レンズ鏡筒
側のレンズマスタ枠41を有し、このレンズマスタ枠41
は、金属製の円板状で、固体撮像素子11が取り付けられ
る一面に、所定の平面精度に加工された基準面42が形成
されている。

【００３３】レンズマスタ枠41の内側には固体撮像素子
11のモールドパッケージ13が進入される四角形状の窓孔
43が形成され、この窓孔43の両端側の基準面42には、固
体撮像素子11の取付板12の基準孔25，26がそれぞれ係合
する円柱状のボス44が突出形成されているとともに、取
付板12の取付孔27，28を通じてねじ45が螺着される取付
孔46がそれぞれ形成されている。

【００３４】なお、固体撮像素子11の取付板12の基準孔
25，26とレンズマスタ枠41のボス44および取付孔46とは
所定の寸法精度内で形成され、特に、基準孔25の孔径と
ボス44の直径との公差は略±０に仕上げ形成されてい
る。これら取付板12の基準孔25，26は、取付板12の材質
に金属を使用することで、誤差を１０μｍ以下に仕上げ
ることができる。

【００３５】そして、固体撮像素子11を組み立てるに
は、まず、取付板12およびリードフレーム14にインサー
ト成形によってモールドパッケージ13を一体成形する。
続いて、半導体チップ15を、モールドパッケージ13の開
口部32を通じて取付板12のチップ搭載面24に直接搭載
し、取付板12の基準孔25，26を基準として光学的位置を
調整し、ダイボンディングによって固定する。続いて、
例えば、半導体チップ15の各端子部とリードフレーム14
の各ピン35とをワイヤボンディングなどで電気的に接続
する。続いて、モールドパッケージ13の開口部32にカバ
ーガラス16を接着固定する。

【００３６】このように組み立てられた固体撮像素子11
は、取付板12をモールドパッケージ13と別体に構成し、
この取付板12をモールドパッケージ13と一体化するとと
もに、モールドパッケージ13内で取付板12のチップ載置
面24（基準面23）に半導体チップ15を直接搭載したの
で、取付板12の基準面23に対するチップ面15aのあおり
精度、および高さ精度を従来に比べて向上でき、半導体
チップ15の位置精度を確保できる。

【００３７】また、固体撮像素子11をレンズマスタ枠41
に組み付けるには、モールドパッケージ13をレンズマス
タ枠41の窓孔43に進入させながら、取付板12の各取付部
22の基準孔25，26をレンズマスタ枠41の各ボス44に嵌合
し、各ねじ45を取付板12の各取付孔27，28を通じてレン
ズマスタ枠41の各取付孔46に螺着し、取付板12をレンズ
マスタ枠41に締め付け固定する。

【００３８】このように固体撮像素子11をレンズマスタ
枠41に組み付けた状態では、取付板12の基準面23がレン
ズマスタ枠41の基準面42に接合するため、レンズマスタ
枠41に対する半導体チップ15のチップ面15aのあおり精
度、および高さ精度を従来に比べて向上でき、つまりチ
ップ面15aを撮像光軸に垂直に合わせることができると
ともにチップ面15aをレンズ焦点距離位置に合わせるこ
とができる。さらに、取付板12の材質に強度および精度
に優れた金属を使用することで、取付板12の各取付部22
の基準孔25，26をレンズマスタ枠41の各ボス44に嵌合
し、各ねじ45を取付板12の各取付孔27，28を通じてレン
ズマスタ枠41の各取付孔46に螺着するだけで、チップ面
15aの中心を撮像光軸に合わせることができ、無調整化
を図れる。

【００３９】以上のように、取付板12をモールドパッケ
ージ13と別体に構成し、この取付板12をモールドパッケ
ージ13と一体化するとともに、モールドパッケージ13内
で取付板12に半導体チップ15を直接搭載したことによ
り、取付板12を介して半導体チップ15の位置精度を確保
できるとともに、モールドパッケージ13と別体の取付板
12には強度や精度に優れた材質を選択可能にできる。

【００４０】取付板12の材質は金属であることにより、
強度や精度に優れることに加えて、半導体チップ15の放
熱性を向上でき、半導体チップ15の温度上昇を抑制し、
熱暗電流を抑え、撮像画像を得ることができる。

【００４１】モールドパッケージ13を取付板12およびリ
ードフレーム14に一体成形したことにより、部品点数を
削減し、組立工数を低減できる。

【００４２】固体撮像素子11を撮像装置に用いることに
より、レンズマスタ枠41への固体撮像素子11の組付時の
調整を安定して容易にでき、品質の高い撮像ができる。

【００４３】次に、図３に他の実施の形態を示し、図３
(a)は固体撮像素子の断面図、図３(b)は固体撮像素子の
背面図である。

【００４４】取付板12は、取付板本体51およびスタッド
52を有している。取付板本体51は、金属製で、基板部21
の中心部に嵌合孔53が形成され、取付板本体51の基準面
（第１の基準面）23側から嵌合孔53にスタッド52が圧入
固定（圧入接着固定）される。スタッド52は、金属製
で、基部54を有し、この基部54から嵌合孔53に圧入され
る固定部55が突出形成されている。基部54の固定部55が
突出する面は所定の平面精度に加工された基準面56とさ
れ、この基準面56と反対側の面は半導体チップ15を直接
搭載するチップ搭載面（第２の基準面）57として形成さ
れている。チップ搭載面57の内側には、チップ搭載面57
に直接搭載された半導体チップ15をスタッド52に接着固
定する接着剤58が入れられる凹部59が形成されている。
そして、取付板12は、第１の基準面である取付板本体51
の基準面23と、第２の基準面であるスタッド52のチップ
搭載面57との平行度、平面度および高さなどの光学的関
連精度が所定の許容誤差内に収まるように加工処理が施
されている。

【００４５】モールドパッケージ13は、取付板12と別体
または一体成形で形成される。モールドパッケージ13が
別体の場合、枠部31の開口部32の底部には取付板本体51
の基準面23に接合される取付面部60が形成され、この取
付面部60にスタッド52の基部54の貫通する通孔61が形成
されており、取付板12に組み合せた状態で枠部31の外面
と取付板本体51との間が接着剤62によって接着固定され
る。取付面部60の厚みはスタッド52の基部54の高さより
低く、チップ搭載面57に搭載された半導体チップ15が取
付面部60に接触しないように構成されている。一方、モ
ールドパッケージ13が一体成形の場合には、取付板12お
よびリードフレーム14に一体成形され、別体の場合と同
様に枠部31などが形成される。

【００４６】なお、その他の構成、および組立などは、
図１および図２に示した実施の形態と同様である。

【００４７】そして、この実施の形態の場合にも、取付
板12をモールドパッケージ13と別体に構成し、この取付
板12をモールドパッケージ13と一体化するとともに、モ
ールドパッケージ13内で取付板12に半導体チップ15を直
接搭載したことにより、取付板12を介して半導体チップ
15の位置精度を確保できるとともに、モールドパッケー
ジ13と別体の取付板12には強度や精度に優れた材質を選
択可能にできるなど、図１および図２に示した実施の形
態と同様の作用効果が得られる。

【００４８】さらに、取付板12の取付板本体51からスタ
ッド52をモールドパッケージ13内に突出させ、このスタ
ッド52に半導体チップ15を直接搭載することにより、半
導体チップ15をモールドパッケージ13内の任意の位置に
配置できる。

【００４９】なお、取付板12の取付部22に計４個の孔
（基準孔25，26および取付孔27，28）を設けたが、必要
とされる精度に応じて、例えば位置決め用の孔と取付用
の孔とを兼ねるなど、孔数を限定するものではない。

【００５０】また、取付板12の材質は、強度および精度
が確保できれば、金属以外でもよい。

【００５１】

【発明の効果】請求項１記載の固体撮像素子によれば、
取付板をモールドパッケージと別体に構成し、この取付
板をモールドパッケージと一体化するとともに、モール
ドパッケージ内で取付板に半導体チップを直接搭載した
ので、取付板を介して半導体チップの位置精度を確保で
きるとともに、モールドパッケージと別体の取付板には
強度や精度に優れた材質を選択可能にできる。

【００５２】請求項２記載の固体撮像素子によれば、請
求項１記載の固体撮像素子の効果に加えて、取付板の取
付板本体からスタッドをモールドパッケージ内に突出さ
せ、このスタッドに半導体チップを直接搭載するので、
半導体チップをモールドパッケージ内の任意の位置に配
置できる。

【００５３】請求項３記載の固体撮像素子によれば、請
求項１または２記載の固体撮像素子の効果に加えて、取
付板の材質は金属であるので、強度や精度に優れるとと
もに、半導体チップの放熱性を向上できる。

【００５４】請求項４記載の固体撮像素子によれば、請
求項１ないし３いずれか記載の固体撮像素子の効果に加
えて、モールドパッケージは取付板に一体成形したの
で、部品点数を削減し、組立工数を低減できる。

【００５５】請求項５記載の撮像装置によれば、請求項
１ないし４いずれか記載の固体撮像素子を用いるので、
撮像装置本体への固体撮像素子の組付時の調整を安定し
て容易にでき、品質の高い撮像ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子の一実施の形態を示し、
(a)は側面図、(b)は背面図である。

【図２】同上固体撮像素子を用いた撮像装置の斜視図で
ある。

【図３】本発明の固体撮像素子の他の実施の形態を示
し、(a)は断面図、(b)は背面図である。

【図４】従来の固体撮像素子を示し、(a)は側面図、(b)
は背面図である。

【図５】従来の固体撮像素子を用いた撮像装置の斜視図
である。

【図６】他の従来の固体撮像素子を示し、(a)は側面
図、(b)は背面図である。

【図７】さらに他の従来の固体撮像素子を示し、(a)は
側面図、(b)は背面図である。

【符号の説明】

11 固体撮像素子 12 取付板 13 モールドパッケージ 15 半導体チップ 41 撮像装置本体としてのレンズマスタ枠 51 取付板本体 52 スタッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モールドパッケージと、このモールドパッケージと別体で、パッケージと一体化
された取付板と、前記モールドパッケージ内で前記取付板に直接搭載され
た半導体チップとを具備していることを特徴とする固体
撮像素子。
【請求項２】取付板は、取付板本体、およびこの取付
板本体からモールドパッケージ内に突出して半導体チッ
プを直接搭載するスタッドを有することを特徴とする請
求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】取付板の材質は、金属であることを特徴
とする請求項１または２記載の固体撮像素子。
【請求項４】モールドパッケージは、取付板に一体成
形されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれ
か記載の固体撮像素子。
【請求項５】請求項１ないし４いずれか記載の固体撮
像素子と、この固体撮像素子を取り付ける撮像装置本体とを具備し
ていることを特徴とする撮像装置。