JP2004127977A

JP2004127977A - 半導体装置及びそのパッケージ

Info

Publication number: JP2004127977A
Application number: JP2002285827A
Authority: JP
Inventors: Tsunenori Kondo; 近藤　常紀
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】光学素子の受光面に生じる湾曲変形を矯正して適正曲率面または適正平面を維持し、良好な受光特性を確保する。
【解決手段】リニアセンサを内蔵したパッケージ本体１０の裏面に複数のバイメタル２０と抵抗体ヒータ４０を一体に設ける。また、検査工程等において、想定される温度内でリニアセンサの受光面に発生する反りを検出し、この反りをバイメタル２０によって矯正するために必要な抵抗体ヒータ４０への供給電力レベルを測定し、その測定結果を制御回路に設定しておく。そして、リニアセンサの実使用時には、制御回路によって抵抗体ヒータ４０を加熱し、バイメタル２０を湾曲させて、パッケージ本体１０を湾曲し、受光面を適正な曲率面または適正な平面に矯正する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば固体撮像素子等のような光の受光面を有する半導体装置及びそのパッケージに関し、特に受光面に生じた熱変形等による反り等に対し、受光面の曲率または平面度を維持することができる半導体装置及びそのパッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばフォトダイオード等の光電変換素子を用いて被写体の撮影を行う固体撮像素子が提供されている。
この固体撮像素子は、半導体チップの表面に光電変換素子を用いた複数の単位画素を規則的に配置し、各単位画素によって受光量に応じた画素信号を生成し、所望の撮像信号を得るようにしたものであり、各単位画素を１次元方向に配置して構成されるリニアセンサや、各単位画素を２次元方向に配置して構成されるエリアセンサ等、各種形態のものが実用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２７１２２２号公報
【特許文献２】
特許第３３１８８１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような固体撮像素子において、受光面に温度変化等による反りが生じた場合、結像光学系による結像面と撮像素子の受光面とがずれてしまい、適正な画質（解像度）が得られなくなるという問題が生じる。
例えば光学素子とパッケージに用いる材料の材質が線膨張係数の大きく異なるものである場合には、例えば製造加工段階での高温から通常使用時の常温に周囲の温度が変化することに応じて、光学素子とパッケージとの間で異なる膨張率となり、内部応力により全体として反りが生じることになる。
このため、使用する材質は線膨張係数をそろえることが必要となり、使用できる材料が限定されることから、例えば光学的に優れている材料であっても使用できないといった不具合が生じる。
【０００５】
そこで本発明の目的は、光学素子の受光面に生じる湾曲変形を矯正し、受光面の曲率または平面度を維持することができ、良好な受光特性の確保が可能となり、例えば使用材料の自由度の改善等を図ることが可能な半導体装置及びそのパッケージを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、半導体基板の表面に光の受光面を設けた光学素子と、前記光学素子に矯正力を付与し、前記光学素子の湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段とを有することを特徴とする。
また、本発明は、半導体基板の表面に光の受光面を設けた光学素子を内蔵したパッケージ本体と、前記パッケージ本体に矯正力を付与し、前記光学素子の湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体装置では、半導体基板よりなる光学素子に矯正力を付与し、その湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段を設けたことにより、温度変化等に対し、光学素子の受光面に生じる湾曲変形を矯正して受光面を適正曲率面または適正平面に維持することができ、良好な受光特性を確保することが可能となる。
また本発明の半導体装置のパッケージにおいても同様に、光学素子を内蔵したパッケージ本体に矯正力を付与し、光学素子の湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段を設けたことにより、温度変化等に対し、光学素子の受光面に生じる湾曲変形を矯正して受光面を適正曲率面または適正平面に維持することができ、良好な受光特性を確保することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による半導体装置及びそのパッケージの実施の形態例について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態例は、一例として本発明をリニアセンサのパッケージに適用したものである。
図１は本発明の実施の形態例によるパッケージの構成を概念的に示す側面図である。
本例のパッケージは、図示しないリニアセンサを内蔵したパッケージ本体１０と、このパッケージ本体１０の裏面（すなわち、リニアセンサの受光面と反対側の面）に配置された複数のバイメタル（熱変形部材）２０や図１では省略する抵抗体ヒータ（発熱部材）等を含む矯正手段とを有するものである。
【０００９】
リニアセンサは、１次元方向（図１の左右方向）にフォトダイオード等による複数の単位画素を配置し、各単位画素によって受光量に応じた画素信号を生成し、各画素信号を転送レジスタ等によって読み出すようにしたものである。
そして、図１においては、リニアセンサは受光面を上に向けた状態でパッケージ本体１０内に配置されているものとする。
【００１０】
また、パッケージ本体１０は、例えば合成樹脂製のものであり、上述のようなリニアセンサの収納する収納部を有する平板容器状に形成されている。
なお、図では省略しているが、リニアセンサは、このパッケージ本体１０に設けられた配線部にダイボンディングやワイヤボンディング等によって接続されている。また、パッケージ本体１０の上面には、リニアセンサの受光面に対応した開口部が形成されており、この開口部にはカバーガラス等が配置されている。
また、一般にパッケージ本体１０及びリニアセンサは、図１に示すように、リニアセンサの受光面方向に凸状に湾曲した状態で形成され、リニアセンサは湾曲した受光面で光を受光するようになっている。
【００１１】
また、矯正手段のバイメタル２０は、所定サイズの方形平板状に形成され、パッケージ本体１０の裏面側（リニアセンサ収納部のベース部分）に複数（図示の例では５つ）配列されている。このバイメタル２０は、２枚の線膨張係数の異なる金属板を重ね合わせて貼り付けたものであり、熱変動によって２枚の金属板が異なる膨張率で伸縮することにより、湾曲変形し、この湾曲変形によってパッケージ本体１０に矯正力を付与するものである。
なお、パッケージ本体１０にバランスよく矯正力を付与するため、図示のように左右対称に配列されている。
【００１２】
このバイメタル２０をパッケージ本体１０に一体に取り付ける方法としては、例えばパッケージ本体１０内に埋め込む方法や接着等によって貼り付ける方法があるが、いずれにしてもバイメタル２０の変形によってパッケージ本体１０に十分な変形状態を得るために、バイメタル２０とパッケージ本体１０とが強力に接合されることが必要である。
なお、図１では、構成要素を明瞭に示すために、バイメタル２０とパッケージ本体１０とが分離した状態で示しているが、実際には、例えば図２に部分的な拡大図で示すように、耐熱性の接着剤３０等によって互いに一体化された状態で接合されているものとする。
【００１３】
また、バイメタル２０の外側（裏面側）には、シート状の抵抗体ヒータ４０が貼り付けられており、この抵抗体ヒータ４０によってバイメタル２０が所定の温度に加熱される。
なお、抵抗体ヒータ４０への通電は、例えばパッケージ本体１０内に設けられた制御回路（図示せず）によって実行される。この制御回路には、予め抵抗体ヒータに供給する電力レベルが設定されており、この設定に基づいて電力供給を行うものとする。
また、本例では、発熱部材として抵抗体ヒータ４０を用いたが、同様に例えばペルチェ素子等の温度調整素子を用いることも可能である。また、発熱部材の形状についても、図２に示すように、各バイメタル２０毎に貼り付ける以外に、パッケージ本体１０全体を包囲するようなものを用いることが可能である。
【００１４】
このような構成のパッケージでは、例えば予め出荷時（パッケージ組み立て後）の検査工程等において、想定される温度内でリニアセンサの受光面に発生する反りを検出し、この反りを矯正できるようにバイメタルを変形駆動させることにより、その矯正に必要な抵抗体ヒータへの供給電力レベルを測定し、その測定結果を制御回路に設定しておく。
なお、供給電力レベルを設定する方法としては、制御回路の構成に応じて種々採用できるが、例えば可変抵抗を調整するような方法やレジスタにデータを記憶させるような方法を用いることができる。
また、受光面の反りを検出する方法としては、例えば実際にテスト画像の撮像試験を行い、その出力画像の解像度等から受光面の曲率を判定するような方法、あるいは、専用のレーザ等による平面度測定器等を用いて受光面の曲率を直接測定するような方法を用いることが可能である。
【００１５】
そして、リニアセンサの実使用時には、制御回路の作動によって抵抗体ヒータ４０に所定の電力レベルの通電が行われることにより、抵抗体ヒータ４０が発熱し、その熱がバイメタル２０に伝わる。この結果、バイメタル２０は、図２に矢印Ａで示すように裏面方向に凸状となる方向に湾曲し、この湾曲変形がパッケージ本体１９に矯正力として作用する。
これにより、パッケージ本体１０は、図２に矢印Ｂで示すように裏面方向に凸状となる方向に湾曲し、予め表面方向に凸状となる方向に湾曲して形成されていた曲率がやや緩和される方向に変形する。
この結果、受光素子（リニアセンサ）の受光面は、適正な曲率面または適正な平面に矯正され、結像光学系に対して適正なフォーカス状態を得ることができ、良好な解像度や画質を得ることが可能となる。
【００１６】
なお、以上説明した実施の形態例は、本発明をリニアセンサのパッケージに適用したものであるが、本発明は、これに限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
まず、本発明を適用できる半導体装置としては、上述した１次元方向に撮像画素を配置したリニアセンサに限らず、２次元方向に撮像画素を配置したＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等のエリアセンサを含む各種の固体撮像素子に適用可能である。また、固体撮像素子に限らず、同様のフォトダイオード等を用いた各種の光学センサ等の光学素子にも適用が可能である。
また、パッケージの形態としては、上述したバイメタル等によって変形可能な形状であればよく、光学素子の形状に合わせた例えば平板状のものや棒状のもの等、特に限定されないものとする。
【００１７】
また、上述した例では、パッケージ本体の湾曲を矯正することにより光学素子の受光面の曲率や平面度を矯正する構成について説明したが、光学素子を直接矯正するような構成とすることも可能である。
この場合には、光学素子の裏面側（受光面と反対側の面）にバイメタルやヒータ等を一体に取り付け、上述した例と同様にヒータ等への通電を行い、バイメタルを変形させることにより、光学素子に矯正力を付与する。
【００１８】
また、上述した例では、予め出荷時の検査工程等において、想定される温度内で受光面に発生する反りを矯正し、その矯正に必要な抵抗体ヒータへの供給電力レベルを測定して制御回路に設定するようにしたが、光学素子を搭載する機器内に温度検出器を設け、この温度検出器によって検出した温度によって電力レベルをフィードバック制御するような構成としてもよい。
【００１９】
また、上述した例では、矯正手段として、熱変形部材としてのバイメタルと発熱部材としての抵抗体ヒータまたはペルチェ素子とその制御回路との組み合わせを用いたが、例えばピエゾ素子等の圧電素子と制御回路との組み合わせにより、光学素子やパッケージに矯正力を付与するような構成としてもよい。
なお、制御回路は、パッケージ内に設けることも可能であるが、外部基板から接続端子を介して給電を行うような構成としてもよい。
また、光学素子をパッケージに組み込む構造についても、種々の方式が実用されており、本発明に係る矯正手段を配置可能なものであればよく、特に限定されないものとする。
【００２０】
また、上述した例では、バイメタルを複数配置したが、例えば光学素子やパッケージ全体を１つのバイメタルで湾曲させるような構成としてもよく、熱変形部材の具体的な形状、大きさ、配置、個数等は適宜選択し得るものであり、特に限定されないものとする。
また、熱変形部材を光学素子やパッケージに取り付ける方法としては、パッケージ本体が合成樹脂製の場合には例えば成型時にその内部に埋め込むようにすればよいし、それが困難な場合には、各種溶着等によって光学素子やパッケージの裏面（すなわち、受光面の反対側の面）に一体に取り付けるようにすることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置によれば、半導体基板よりなる光学素子に矯正力を付与し、その湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段を設けたことにより、温度変化等に対し、光学素子の受光面に生じる湾曲変形を矯正して受光面を適正曲率面または適正平面に維持することができ、良好な受光特性を確保できる効果がある。
さらに、半導体装置の設計時に使用する材料の線膨張係数を合わせる必要性も小さくなり、材料選択の自由度が増し、光学特性に優れた装置を設計し易くなるという効果がある。
【００２２】
また本発明の半導体装置のパッケージによれば、光学素子を内蔵したパッケージ本体に矯正力を付与し、光学素子の湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段を設けたことにより、温度変化等に対し、光学素子の受光面に生じる湾曲変形を矯正して受光面を適正曲率面または適正平面に維持することができ、良好な受光特性を確保できる効果がある。
さらに、半導体装置の設計時に使用する材料の線膨張係数を合わせる必要性も小さくなり、材料選択の自由度が増し、光学特性に優れた装置を設計し易くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例によるパッケージの構成を示す概略側面図である。
【図２】図１に示すパッケージの部分拡大側面図である。
【符号の説明】
１０……パッケージ本体、２０……バイメタル、３０……接着剤、４０……抵抗体ヒータ。

Claims

半導体基板の表面に光の受光面を設けた光学素子と、
前記光学素子に矯正力を付与し、前記光学素子の湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段と、
を有することを特徴とする半導体装置。
前記矯正手段は、前記光学素子に一体に取り付けられ、温度変化によって変形する熱変形部材を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記矯正手段は、前記熱変形部材に熱を付与する発熱部材を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
前記矯正手段は、前記発熱部材の発熱を制御する制御回路を含むことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
前記熱変形部材はバイメタルであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
前記熱変形部材は、前記光学素子の受光面と反対側の面に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
前記発熱部材は抵抗体ヒータであることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
前記発熱部材はペルチェ素子であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
半導体基板の表面に光の受光面を設けた光学素子を内蔵したパッケージ本体と、
前記パッケージ本体に矯正力を付与し、前記光学素子の湾曲状態を矯正して受光面の曲率または平面度を維持する矯正手段と、
を有することを特徴とする半導体装置のパッケージ。
前記矯正手段は、前記パッケージ本体に一体に取り付けられ、温度変化によって変形する熱変形部材を含むことを特徴とする請求項９記載の半導体装置のパッケージ。
前記パッケージ本体は、前記光学素子を収納する収納部を有する平板容器状に形成されていることを特徴とする請求項９記載の半導体装置のパッケージ。
前記パッケージ本体は、前記光学素子を収納する収納部を有する平板容器状に形成され、前記熱変形部材は、前記パッケージ本体の収納部の裏面に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置のパッケージ。
前記熱変形部材は、前記パッケージ本体の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置のパッケージ。