JP2004228607A

JP2004228607A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2004228607A
Application number: JP2002367242A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Nagai; 直行長井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】固体撮像装置内部で外光の入射による乱反射光が発生するのを抑制して固体撮像素子の受光部に乱反射光が入り込むのを防いで固体撮像装置の受光特性を良好なものとするとともに、固体撮像装置の小型化およびコストダウンを達成すること。
【解決手段】固体撮像装置は、上側主面の中央部に固体撮像素子５の載置部を有する絶縁基体１と、絶縁基体１の上側主面の外周部に載置部を囲繞するように接合された枠体３と、載置部に載置された上面の中央部に受光部を有する固体撮像素子５と、枠体３の上面に接合された蓋体４とを具備し、枠体３の内面の上側に受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部３ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオード（ＰＤ），ラインセンサ，イメージセンサ等の固体撮像素子またはこれらの画像撮像部を有する半導体素子を具備した固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＰＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の固体撮像素子またはこれらの画像撮像部を有する半導体素子を具備した固体撮像装置を図２に示す。図２において、１０１は絶縁基体、１０４は蓋体、１０５は固体撮像素子であり、絶縁基体１０１と蓋体１０４と固体撮像素子１０５とから固体撮像装置が基本的に構成される。
【０００３】
この絶縁基体１０１はセラミックス等からなり、絶縁基体１０１の底板部の上面の外周部に、別体の枠状の側壁部が設けられている。絶縁基体１０１の底板部と側壁部とは一体的に形成されていてもよい。また、絶縁基体１０１の上側主面に形成された凹部の底面の外周部には電極パッド１０６が設けられている。
【０００４】
固体撮像素子１０５は、絶縁基体１０１の凹部の底面に載置され接着固定されており、固体撮像素子１０５の上面の中央部には受光部が、外周部には電極１０７が設けられている。電極１０７と電極パッド１０６とは、Ａｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ１０８により電気的に接続される。また、蓋体１０４が樹脂層１０２を介して絶縁基体１０１の側壁部の上面に接着固定される。そして絶縁基体１０１の凹部の底面の最外周部に固体撮像素子１０５を囲むように、Ｆｅを主成分とするＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる遮光板１０９が設けられており、遮光板１０９は固体撮像素子１０５の上面よりも高い位置に設置されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−１７８１６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置においては、固体撮像装置内の固体撮像素子１０５に外部より入射する光の一部が、遮光板１０９と固体撮像素子１０５との隙間を通過し、固体撮像素子１０５の側面や固体撮像素子１０５の下面を固定するための接着剤等で反射し、さらにその反射光が固体撮像装置内部で乱反射し、その結果、固体撮像素子１０５の受光部に入り込んで固体撮像素子１０５が正常に作動しない場合があるという問題があった。
【０００７】
このような問題があることから、例えば固体撮像装置をカメラ等に組み込んだ場合、固体撮像装置内部で乱反射光が発生し、画像の取り込みに不具合が生じるといった問題点が発生していた。
【０００８】
また、固体撮像装置内に表面を黒色に加工したアルミ板等を挿入し遮光板としているが、遮光板が基体と別体のものであることから、固体撮像装置内で位置ずれを起こし易く、そのため固体撮像装置内での光の乱反射が生じ易いものとなっていた。またこの場合、固体撮像装置の構造が複雑になり、製造工程が増加するとともに製造の作業性が悪くなり、小型化やコストダウンが行なえないという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上記従来の問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、固体撮像装置内部で外光の入射による乱反射光が発生するのを抑制して固体撮像素子の受光部に乱反射光が入り込むのを防いで固体撮像装置の受光特性を良好なものとするとともに、固体撮像装置の小型化やコストダウンを達成することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、上側主面の中央部に固体撮像素子の載置部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合された枠体と、前記載置部に載置された上面の中央部に受光部を有する固体撮像素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備した固体撮像装置において、前記枠体の内面の上側に前記受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、枠体の内面の上側に受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部が設けられていることから、遮光部としての延出部が固体撮像装置内で位置ずれすることはなく、高い位置精度および寸法精度で遮光部を形成することができ、固体撮像装置内での光の乱反射を効果的に抑えることができる。また、別体の遮光板を設ける必要もないので、製造工程が簡略化されて、固体撮像装置を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００１２】
さらに、枠体に一体に形成された延出部の上面に蓋体を接合できるので、小型の固体撮像装置の場合にも蓋体と枠体との接合面積を大きく取ることができ、蓋体と枠体とを強固に接合できる。従って、接合および気密の信頼性に優れた小型の固体撮像装置とすることができる。
【００１３】
本発明の固体撮像装置において、好ましくは、前記固体撮像素子の上面の外周部に電極が設けられているとともに前記絶縁基体の前記上側主面の前記固体撮像素子の周囲に電極パッドが設けられ、前記電極および前記電極パッドがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、前記延出部は、その下面が前記開口側が薄くなるように傾斜していることを特徴とする。
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子の上面の外周部に電極が設けられているとともに絶縁基体の上側主面の固体撮像素子の周囲に電極パッドが設けられ、電極および電極パッドがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、延出部は、その下面が開口側が薄くなるように傾斜していることから、延出部の下面がボンディングワイヤに接触しないようにして固体撮像装置を薄型化することができる。また、枠体が電気的に絶縁性のものであれば、延出部にボンディングワイヤが接していてもよく、その場合さらなる薄型化が可能になる。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置において、より好ましくは、電極パッドは、それに接続された前記ボンディングワイヤの一部とともに前記絶縁基体と前記枠体とを接合する樹脂接合材で覆われていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の固体撮像装置は、電極パッドはそれに接続されたボンディングワイヤの一部とともに絶縁基体と枠体とを接合する樹脂接合材で覆われていることから、ボンディングワイヤの接続信頼性を向上させることができるとともに、電極パッドを枠体の下面近傍に配置することができ、固体撮像装置のより一層の小型化を達成することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の固体撮像装置の断面図である。図１において、１は絶縁基体、２ａは絶縁基体１と枠体３とを接合する紫外線硬化性樹脂、２ｂは枠体３と蓋体４とを接合する紫外線硬化性樹脂、２ｃは絶縁基体１と固体撮像素子５とを接合する紫外線硬化性樹脂、３は枠体、４は蓋体、５は固体撮像素子である。
【００１８】
本発明の固体撮像装置は、上側主面の中央部に固体撮像素子５の載置部を有する絶縁基体１と、絶縁基体１の上側主面の外周部に載置部を囲繞するように接合された枠体３と、載置部に載置された上面の中央部に受光部を有する固体撮像素子５と、枠体３の上面に接合された蓋体４とを具備し、枠体３の内面の上側に受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部３ａが設けられている。
【００１９】
本発明の絶縁基体１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体，ガラスセラミックス等の焼結体（セラミックス）からなり、その上側主面の固体撮像素子５の周囲には固体撮像素子５と電気的に接続される電極パッド６が形成されている。
【００２０】
枠体３は、アルミナセラミックス、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）セラミックス等のセラミック材料、ガラスセラミック材料等の無機材料、または四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン：ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂：ＥＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂：ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ビスマレイドトリアジン樹脂、ポリイミド等の樹脂系材料によって形成される。
【００２１】
この枠体３は、固体撮像素子５に横方向から光が入って受光画像のノイズ等の原因とならないようにするために、顔料や染料を混入させることによって、黒色、黒灰色、茶色、褐色、黒褐色、濃緑色、濃青色、青緑色、濃紫色、暗赤色等の暗色系に着色されているのがよく、黒色などの極暗色系が好ましい。
【００２２】
蓋体４は、高い光透過率、製造のし易さ、化学的安定性、強度等の点で、ソーダガラス等のガラス、プラスチック、サファイア（アルミナの単結晶）、石英等から成るのが好ましい。
【００２３】
固体撮像素子５は、ＰＤ，ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ），ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）等の固体撮像素子、またはこれらの撮像部を有する光半導体素子から成るものである。
【００２４】
ボンディングワイヤ８は、ボンディング装置によって固体撮像素子５の電極７と絶縁基体１の電極パッド６とを電気的に接続する細線で、Ａｕ，Ａｌ等からなる。
【００２５】
本発明において、枠体３の内面の上側に受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部３ａが設けられている。この延出部３ａは、固体撮像装置を上方からみた際に固体撮像素子５の受光部のみを露出させるものであり、蓋体４を通って固体撮像装置内部に入射しようとする光のうち、固体撮像素子５の受光部に受光されない余分な光が固体撮像装置内部に入り込むのを防止する機能を有する。例えば、枠体３をアルミナセラミックスや樹脂等で形成するときに、その内面の上側が固体撮像装置の内側に張り出すように一体に形成することによって、延出部３ａが形成される。
【００２６】
枠体３の内面に延出部３ａを設けることにより、蓋体４の直上方から固体撮像装置の正面に入射する光は、延出部３ａにより形成された開口を経て受光部にほとんど入射し、受光部の周辺には入射しないこととなる。その結果、固体撮像装置内部で反射した乱反射光が受光部にほとんど入射しないので、受光画像の歪みを大幅に抑えることができる。
【００２７】
また、延出部３ａは枠体３に一体に形成されていることから、延出部３ａが固体撮像装置内で位置ずれすることがなく、延出部３ａの位置精度および寸法精度を良好とすることができる。その結果、固体撮像装置内での光の乱反射を効果的に防止することができる。また、従来のように別体の遮光板等を枠体に接着する必要もないので、製造工程が簡略化されて固体撮像装置を高い歩留まりで容易かつ低コストで製造することができる。
【００２８】
また、枠体３の上面は延出部３ａの上面を含む広いものとなるため、枠体３の上面に蓋体４を強固に接合することができる。その結果、固体撮像装置が小型化された場合でも、蓋体４と枠体３との接合面積を大きく取ることができ、蓋体４と枠体３とが強固に接合された、接合および気密の信頼性に優れた小型の固体撮像装置となる。したがって、このように枠体３の上面と延出部３ａの上面とが略面一になっていることが好ましい。
【００２９】
このような延出部３ａは、枠体３がアルミナセラミックス等のセラミックスから成る場合、複数のアルミナセラミックスのグリーンシートを積層し焼成することにより枠体を形成する際に、複数の枠状のグリーンのうち一部のグリーンシートにおいて延出部３ａが形成されるように中央部の貫通孔の開口を小さくすることによって形成される。また、金型を用いてアルミナ粉末等のセラミック材料粉末をプレス成型し焼成することにより、枠体３に延出部３ａを形成することもできる。また、枠体３が樹脂から成る場合、枠体３に延出部３ａが形成されるような金型を用いて樹脂を成型する方法を用いることができる。
【００３０】
延出部３ａは、固体撮像素子５の上面の受光部と略同じ形状の開口を形成するような大きさであり、また光を吸収し遮断するために色は黒色、褐色、濃紺色等の暗色が好ましい。また、枠体３および延出部３ａが白色である場合、延出部３ａの下面および枠体３の内面に黒色等の暗色系の樹脂等から成るコーティングを施してもよい。
【００３１】
本発明において、固体撮像素子５の上面の外周部に電極７が設けられているとともに絶縁基体１の上側主面の固体撮像素子５の周囲に電極パッド６が設けられ、電極７および電極パッド６がボンディングワイヤ８を介して電気的に接続されており、延出部３ａは、その下面が開口側が薄くなるように傾斜していることが好ましい。これにより、延出部３ａの下面がボンディングワイヤ８に接触しないようにして固体撮像装置を薄型化することができる。また、枠体３が電気的に絶縁性のものであれば、延出部３ａにボンディングワイヤ８が接していてもよく、その場合さらなる薄型化が可能になる。
【００３２】
また上記構成において、延出部３ａの開口側の端が曲面状に面取りされているか、上下方向の幅を有するように若干の厚みがあることがよい。これにより、延出部３ａの開口側の端が欠けたり破損するのを防ぐことができる。
【００３３】
また、延出部３ａの下面の上面に対する傾斜角度は１５〜４５度がよい。１５度未満では、延出部３ａの強度が低下して延出部３ａが破損し易くなる。４５℃を超えると、延出部３ａの下面がボンディングワイヤ８に接触し易くなるとともに、延出部３ａの下面で反射された光が受光部へ入りこみ易くなる。
【００３４】
さらに、延出部３ａの下面は全体が傾斜していなくともよく、延出部３ａの下面の枠体３内面側が上面に平行になっていてもよい。この場合、延出部３ａの強度が高くなるとともに、延出部３ａの下面で反射された光のうち受光部へ向かう成分が小さくなる。
【００３５】
また、本発明の固体撮像装置において、絶縁基体１と枠体３とは、樹脂接合材としてのエポキシ樹脂等の紫外線硬化性樹脂２ａを介して接合される。この場合、樹脂接合材は熱硬化性樹脂であってもよい。このような固体撮像装置において、図３に示すように、電極パッド６は、それに接続されたボンディングワイヤ８の一部とともに絶縁基体１と枠体３とを接合する樹脂接合材で覆われていることが好ましい。
【００３６】
本発明の固体撮像装置は、上記の構成により、電極パッド６とそれに接続されたボンディングワイヤ８の一部を樹脂接合材で覆うことにより、ボンディングワイヤ８の接続信頼性を向上させることができるとともに、電極パッド６を枠体３の下面近傍に配置することにより、固体撮像装置のより一層の小型化を達成することが可能となる。
【００３７】
また、図３の構成において、枠体３の延出部３ａはその下面の全体が傾斜していることが好ましい。即ち、延出部３ａの下面の下端が絶縁基体１の上面に達しているのがよい。この場合、延出部３ａの下面に段差等がないため、枠体３の作製が容易になり、また枠体３の体積が増大して強度が向上する。さらに、枠体３が白色のセラミックスから成る場合、枠体３は光が透過し易いものとなるが、枠体３の体積が増大することから、枠体３は光が透過しにくいものとなる。その結果、外部から余計な外光が侵入するのを抑えることができる。
【００３８】
また、本発明の固体撮像装置は、母基板に絶縁基体１となる基板領域を多数を形成しておき、各基板領域に枠体３および固体撮像素子５を載置固定し、ボンディングワイヤ８により電気的な接続を行ない蓋体４で封止した後、最後にダイシング法等により個々の固体撮像装置に切断し分割することにより作製してもよい。その際、蓋体４として大型の母蓋体を用い、母基板と母蓋体とを同時に切断し分割するようにしてもよい。
【００３９】
また、絶縁基体１と枠体３、枠体３と蓋体４、および絶縁基体１と固体撮像素子５とが、常温下で紫外線硬化性樹脂２ａ〜２ｃによって接着されるようにすると、接着のための加熱工程が省かれるため、絶縁基体１と固体撮像素子５との熱膨張係数の差に起因する反りが発生せず、受光画像に歪みなどが発生しないため、より一層高い信頼性の固体撮像装置を作製することができ、好ましい。
【００４０】
さらに、枠体３と蓋体４との接合も紫外線硬化性樹脂２ｂによって行われるため、固体撮像素子５を載置してから蓋体４を取り付けて封止するまで、オーブン等の中に長時間放置する必要がなくなる。その結果、固体撮像装置の内部にダスト、異物等の混入がなくなり、製造歩留まりを飛躍的に向上させ得る。
【００４１】
またエポキシ樹脂等の紫外線硬化性樹脂２ｂは、余計な外光の入射を遮断するために、上記したような樹脂に、黒色，茶褐色，暗緑色，濃青色等の暗色系の顔料や染料を混入させてもよい。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置は、枠体の内面の上側に受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部が設けられていることから、遮光部としての延出部が固体撮像装置内で位置ずれすることはなく、高い位置精度および寸法精度で遮光部を形成することができ、固体撮像装置内での光の乱反射を効果的に抑えることができる。また、別体の遮光板を設ける必要もないので、製造工程が簡略化されて、固体撮像装置を歩留まり良く低コストで製造できる。
【００４４】
さらに、枠体に一体に形成された延出部の上面に蓋体を接合できるので、小型の固体撮像装置の場合にも蓋体と枠体との接合面積を大きく取ることができ、蓋体と枠体とを強固に接合できる。従って、接合および気密の信頼性に優れた小型の固体撮像装置とすることができる。
【００４５】
本発明の固体撮像装置は、好ましくは固体撮像素子の上面の外周部に電極が設けられているとともに絶縁基体の上側主面の固体撮像素子の周囲に電極パッドが設けられ、電極および電極パッドがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、延出部は、その下面が開口側が薄くなるように傾斜していることから、延出部の下面がボンディングワイヤに接触しないようにして固体撮像装置を薄型化することができる。また、枠体が電気的に絶縁性のものであれば、延出部にボンディングワイヤが接していてもよく、その場合さらなる薄型化が可能になる。
【００４６】
本発明の固体撮像装置は、より好ましくは電極パッドはそれに接続されたボンディングワイヤの一部とともに絶縁基体と枠体とを接合する樹脂接合材で覆われていることから、ボンディングワイヤの接続信頼性を向上させることができるとともに、電極パッドを枠体の下面近傍に配置することができ、固体撮像装置のより一層の小型化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の固体撮像装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の固体撮像装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２ａ，２ｂ，２ｃ：紫外線硬化性樹脂
３：枠体
３ａ：延出部
４：蓋体
５：固体撮像素子
６：電極パッド
７：電極
８：ボンディングワイヤ

Claims

上側主面の中央部に固体撮像素子の載置部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合された枠体と、前記載置部に載置された上面の中央部に受光部を有する固体撮像素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備した固体撮像装置において、前記枠体の内面の上側に前記受光部に対向する開口を形成するように内側に張り出した延出部が設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
前記固体撮像素子の上面の外周部に電極が設けられているとともに前記絶縁基体の前記上側主面の前記固体撮像素子の周囲に電極パッドが設けられ、前記電極および前記電極パッドがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、前記延出部は、その下面が前記開口側が薄くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記電極パッドは、それに接続された前記ボンディングワイヤの一部とともに前記絶縁基体と前記枠体とを接合する樹脂接合材で覆われていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。