JP2006287396A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の固体撮像装置を得る。
【解決手段】 レンズ１とレンズ１を固定する略円筒状のレンズホルダ２とガラス３と円盤状の基板４と基板４に固定される固体撮像素子５と略円筒状の筐体８から構成され、基板４にはリード端子６が基板平面と平行で一方向側に延設される。基板４の内部にはスルーホールが設けられ基板上下に設けられた電極を介して固体撮像素子５とリード端子６が電気的に接続される。筐体８にガラス３と基板４を固定し、筐体８に設けられたネジ部とレンズホルダ２に設けられたネジ部を螺合して小型の固体撮像装置を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。

近年、固体撮像装置は、携帯電話等の小型電子機器への採用が拡大しており、更なる小型化が求められている。例えば特許第３２０１０６３号公報に小型化を目的とした固体撮像装置の発明が開示されている（特許文献１参照）。

図８は従来の固体撮像装置の一例で断面図である。
リードフレーム１０１をモールドして基台１０２が形成される。基台１０２は略円柱状をしている。
モールド成形された基台１０２の上部にリードフレーム１０１のインナーリード部１０３の上面が配され、リードフレーム１０１の中間部が基台１０２中に埋め込まれ、アウターリード部１０４が基台１０２から外側に突き出るような形状になっている。

また、基台１０２の上面には、半導体チップ１０５が載せられる凹部がダイパッド部１０６として形成されている。さらに、基台１０２のうち、アウターリード部１０４の引き出し口から下の部分の径は、その上の部分の径に比較してリードフレームの厚さの２倍以上小さくなっている。
さらにまた、基台１０２の上面の周縁部には、リング状の溝部１０７が形成されている。

前記従来技術による固体撮像装置は、概略以下の製造方法により構成される。
まず、ＣＣＤエリアセンサ素子等の半導体チップ１０５を基台１０２のダイパッド部１０６に接着剤でダイボンドする。続いて、半導体チップ１０５を接着剤で固着後に、半導体チップ１０５の表面のＡｌパッド部（不図示）とリードフレーム１０１のインナーリード部１０３とを金線でワイヤーボンディングする。

次に熱可塑性樹脂で形成された凹部を有する透明のプラスチックリッド１０８を準備する。このプラスチックリッド１０８は、有底筒状の形状を有し、側壁の下端周縁部には、側壁の上・中部よりも薄肉にされた、リング状の突起部１０９が形成されている。リング状の突起部１０９の厚みは、上記した基台１０２の上面部に設けられているリング状の溝部１０７の幅と同寸法である。また、側壁の一部は、機械的強度を上げるために厚肉にされている。

このように構成されるプラスチックリッド１０８の突起部１０９を基台１０２の溝部１０７に合わせて填め込み圧入した後、リードフレーム１０１のうちアウターリード部１０４を基台１０２の側面に沿わせて曲げ、所定長さで切断することで、固体撮像装置（半導体装置）が完成する。

特許第３２０１０６３号公報

前述の従来例では、固体撮像装置を円筒形に形成することで、径方向に小型化が図れるが、リードフレームに直接ワイヤーボンディングされるため固体撮像素子とリードフレームとの位置関係がある程度決められてしまい、お互いの部品配置の自由度が少なくなる。

また、リードフレームは、基台に沿って折り曲げて形成されるため、円筒状に配置されることになる。従って、リードフレームが固定される外部の回路基板にもそれに対応したパターンが必要となる。例えばリードフレームを曲げて平面的に配置する場合は、円周方向に延びる電極配置となり、回路基板に占める面積が大きくなる。

本発明は前記課題を解決しようとするものであって、小型であり、構成部材の配置のしやすい固体撮像装置を提供することを目的とするものである。

少なくとも、固体撮像素子と、一端面側に該固体撮像素子を固着し、他端面側にリード端子が設けられ、該固体撮像素子と該リード端子が電気的に接続されている略円盤状の基板と、該固体撮像素子の有効画素領域に所定の波長の光を選択的に透過させる光透過手段と、該基板と該光透過手段が固定される略円筒状で外周部にネジ部が形成されている筐体と、レンズと、該レンズを保持し、内周部にネジ部が形成され前記筐体と螺合する略円筒状のレンズホルダとから構成される固体撮像装置において、
前記基板の端面の中心を通る直線近傍にスルーホールを設け、該スルーホールと電気的に接続される電極が両端面に設けられ、当該基板の一端面側に絶縁部材を介して前記固体撮像素子を固着し、前記電極と前記固体撮像素子とが電気的に接続され、他端面側に設けられた電極とリード端子が電気的に接続され、該一端面側電極と該他端面側電極は前記スルーホールを介して電気的に接続される固体撮像装置とする。

前記リード端子は前記基板端面と平行に延設されている固体撮像装置とする。

前記リード端子は前記基板の端面の中心を通る直線近傍に一端側が固定される固体撮像装置とする。

前記基板はセラミックスで形成された固体撮像装置とする。

少なくとも、電極及びスルーホールが形成された円盤状の基板の一端面側にタイバーが一体形成された複数本のリード端子を接続する工程と、当該リード端子接続後、前記タイバーを切断する工程と、前記基板に設けられた切り欠き部とキャリアに設けたガイドピンで位置決めしながら前記基板を前記キャリア上に固定する工程と、前記基板の前記リード端子が接続されない他端面側に絶縁部材を介して固体撮像素子を固着し、該固体撮像素子の電極と前記基板の電極とをワイヤーボンディングする工程と、円筒状の筐体に光透過手段を固定する工程と、
前記筐体の端部に設けた凸状部を前記基板の切り欠き部に挿入し、位置決めしながら前記筺体を前記基板上方に固定する工程と、レンズを円筒状のレンズホルダ内に挿入固定する工程と、前記レンズホルダの内ネジ部と、前記筐体の外ネジ部を螺合する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法とする。

基板端面に設けられる電極位置は、従来例のリードフレームを用いた場合では固体撮像素子との位置関係により配置が束縛される。しかしながら本発明では一端面側に配置された電極と他端面側に配置された電極とが基板内部に設けられたスルーホールにより電気的に接続できる。そのため、固体撮像素子の位置によりリード端子の位置が束縛されることなく任意の位置にリード端子を配置することができる。これによりさらに、省スペースで自由度の高い配置が可能となり、装置全体としての小型化を図ることができる。

さらにリード端子が端面と平行に延設されることで外部回路基板に穴開けする必要がなくなり、電極パターンを比較的自由に配置することができ、電極パターンの面積も小さく形成することができるので総合的に小型化できる。

また、リード端子を基板の端面中心を通る直線近傍に一端部を固定することにより、延設されているリード端子を曲げて基板径の内側に収めることができる。これにより径方向にさらに小型化が可能となる。

また、セラミック基板を用いることで、小型でありながらも十分な強度を得ることができ、基板のゆがみも小さく、固体撮像素子を精度良く強固に固定できる。それにより画像のゆがみも少なくなる。

基板の両端面に電極を設け、一端面側に設けられた電極と固体撮像素子とが電気的に接続され、他端面に設けられた電極とリード端子が電気的に接続され、該一端側電極と該他端側電極はスルーホールにより電気的に接続される構成とし、構成部材の配置の自由度を確保し、小型化した固体撮像装置を実現する。
以下、図を参照し、本発明の一実施例について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例で固体撮像装置の分解斜視図、図２は本発明の一実施例で固体撮像装置の斜視図、図３は本発明の一実施例でＡ方向から見た断面図である。
レンズ１は略円筒状をしており、両端面部に略球面状の凸部が設けられている。材質はプラスチックを用いた。レンズホルダ２は片側が閉じた円筒状をしており、円筒外周部にはローレットが形成され、内周部にはネジ部２ａ（図３に示す。）が設けられている。内周部のさらに内側には円筒２ｂ（図３に示す。）が設けられている。円筒２ｂの閉じている平板部分には小径の開口部２ｃが設けられている。円筒２ｂにレンズ１の外周部が挿入され、接着剤等により固定されている。なお、レンズホルダ２は樹脂を用いて形成した。

ガラス３は表面に赤外線カット用のコーティングが施されている。これにより赤外光領域の波長の光をカットし波長を選択的に透過させることができる光透過手段として機能している。すべての光を透過させたいときにはコーティングを施さない状態で使用すればよい。

図４は本発明の一実施例で基板を上方から見た分解斜視図、図５は本発明の一実施例で基板を下方から見た分解斜視図である。
基板４は大きさのほぼ等しい２枚のセラミック板４ａ、４ｂとから構成される。セラミック板４ａ上面には複数の電極４ｃが配置されている。電極４ｃの位置にスルーホール４ｄが設けられている。セラミック板４ｂ下面には電極４ｅが配置されている。電極４ｅの位置にスルーホール４ｆが設けられている。該スルーホール４ｄと４ｆは、基板強度を確保するためにセラミック板４ａ、４ｂ端面の中心を通る直線近傍に形成され、電気的に接続されている。これにより電極４ｃと電極４ｅは電気的に接続されていることになる。電極４ｃはワイヤーボンディングできるように金メッキが施されている。
また、組立をする上で、位置を決めるために円周部に２箇所の略半円状の切り欠き部４ｇが設けられている。

基板４の上面には、ＣＣＤ等の固体撮像素子５がダイボンドされ固定される。ここで、基板４と固体撮像素子５との絶縁性を高めるため、基板４上面に絶縁コーティング４ｈが施されている。固体撮像素子５と電極４ｃはワイヤーボンディングで電気的導通が取られている。ワイヤーボンディングは、後述するリード端子６の平面部をキャリアに固定して行われる。

基板４の下面に形成されている電極４ｅにはリード端子６がろう付けされて固定されている。リード端子６に対応する固体撮像素子５の電極とはスルーホールを通じて電気的導通が取れることになる。 基板４の電極４ｅは基板４の下面中心を通る直線４ｉの近傍に軸対称に配置されている。リード端子６は基板４の下面に平行で直線４ｉと垂直方向に延設され、その一端側が電極４ｅにろう付けされている。
リード端子６は回路基板にハンダ付けにて固定される。リード端子６は回路基板に合わせて形状を変形させることができる。

図６は本発明の一実施例でリード端子を曲げた例を示す図である。例えば、図６に示すようにリード端子６を基板４の面積の範囲内に折り曲げ、縦置きにした回路基板７をリード端子６で挟むようにして取り付けると、径方向に広がらず小型化できる。
リード端子６の材質は４２アロイを用い、表面には金メッキを施した。

図１及び図３に示した筐体８は略円筒状をしており、外周部にはネジ部８ａ、内周部にはガラス板３を固定する平板部８ｂと基板４を固定するための平面部８ｄと固体撮像素子５を収納する空間部８ｅが設けられている。さらに平板部８ｂにはマド部８ｃが設けられている。端面部には２つのダボ８ｆが設けられ、基板４との位置決めに用いられる。また、回路基板との位置決めピンとして用いることも可能である。材質は樹脂を用いた。レンズホルダ２と螺合するため、レンズホルダと硬度差のある樹脂が好ましい。

前出の図４及び図５と、図７、図９を参照して本発明の固体撮像装置の製造方法について説明する。図７は本発明の一実施例でリード端子をタイバーで一体形成した例を示す斜視図である。図９は、キャリア上に基板を搭載した例を示す斜視図である。

電極４ｃ、４ｅとスルーホール４ｄ、４ｆが形成された基板４にリード端子６をろう付けする。リード端子１本ずつ位置決めしてろう付けしても良いが、リード端子１本ずつだと変形しやすく作業もやりにくい。このためタイバー６ａを設けリード端子６と一体に形成したものをろう付けする。組立完了後タイバー６ａを切断することで個別のリード端子６が得られる。

図９に示すように、キャリア９のガイドピン９ａに基板４の切り欠き部４ｇ合わせ、位置決めしながら基板４をキャリア９上に固定する。その後、基板４に固体撮像素子５をダイボンドし、固体撮像素子５の電極と基板４の電極を金線にてワイヤボンディングする。

筐体８にガラス３を接着固定する。ワイヤボンディングの終了した基板４をダボ８ｆと基板の切り欠き部４ｇを係合させ筐体８に接着固定する。ここで、固体撮像素子５は筐体８と基板４とガラス３とで密閉されるため、外部からゴミが入らなくなる。

レンズ１の外周部をレンズホルダ２の円筒部２ｂに挿入して固定する。その後、レンズホルダ２のネジ部２ａと筐体８のネジ部８ａとを螺合させ固体撮像装置が完成する。

続いて、結像過程および合焦方法について説明する。
開口部２ｃより入射した光はレンズ１にて屈折されマド部８ｃを通過する。そしてガラス３を透過し、固体撮像素子５の画像エリア内に集光し結像する。前述したように、ガラス３に施されているコーティングの種類で透過する光の波長が選択される。合焦は固体撮像装置からモニタ画面に出力される画像を見ながら行う。焦点が合っていないときはレンズホルダ２を時計方向または反時計方向に回転させ、画像を見ながら合焦する。

本発明の一実施例で固体撮像装置の分解斜視図 本発明の一実施例で固体撮像装置の斜視図 本発明の一実施例でＡ方向から見た断面図、 本発明の一実施例で基板を上方から見た分解斜視図、 本発明の一実施例で基板を下方から見た分解斜視図 本発明の一実施例でリード端子を曲げた例を示す図 本発明の一実施例でリード端子をタイバーで一体形成した例を示す図 従来の固体撮像装置を示す断面図 キャリア上に基板を搭載した例を示す斜視図

符号の説明

１ レンズ
２ レンズホルダ
２ａ ネジ部
２ｂ 円筒
２ｃ 開口部
３ ガラス
４ 基板
４ａ セラミック板
４ｂ セラミック板
４ｃ 電極
４ｄ スルーホール
４ｅ 電極
４ｆ スルーホール
４ｇ 切り欠き部
４ｈ 絶縁コーティング
４ｉ 直線
５ 固体撮像素子
６ リード端子
６ａ タイバー
７ 回路基板
８ 筐体
８ａ ネジ部
８ｂ 平板部
８ｃ マド部
８ｄ 平面部
８ｅ 空間部
８ｆ ダボ
９ キャリア
９ａ ガイドピン
１０１ リードフレーム
１０２ 基台
１０３ インナーリード部
１０４ アウターリード部
１０５ 半導体チップ
１０６ ダイパッド部
１０７ リング状の溝部
１０８ プラスチックリッド
１０９ リング状の突起部

Claims (5)

1. 少なくとも、
   固体撮像素子と、
   一端面側に該固体撮像素子を固着し、他端面側にリード端子が設けられ、該固体撮像素子と該リード端子が電気的に接続されている略円盤状の基板と、
   該固体撮像素子の有効画素領域に所定の波長の光を選択的に透過させる光透過手段と、
   該基板と該光透過手段が固定される略円筒状で外周部にネジ部が形成されている筐体と、
   レンズと、
   該レンズを保持し、内周部にネジ部が形成され前記筐体と螺合する略円筒状のレンズホルダとから構成される固体撮像装置において、
   前記基板の端面の中心を通る直線近傍にスルーホールを設け、該スルーホールと電気的に接続される電極が両端面に設けられ、当該基板の一端面側に絶縁部材を介して前記固体撮像素子を固着し、前記電極と前記固体撮像素子とが電気的に接続され、他端面側に設けられた電極とリード端子が電気的に接続され、該一端面側電極と該他端面側電極は前記スルーホールを介して電気的に接続されることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記リード端子は前記基板端面と平行に延設されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記リード端子は前記基板の端面の中心を通る直線近傍に一端側が固定されることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記基板はセラミックスで形成されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の固体撮像装置。
5. 少なくとも、
   電極及びスルーホールが形成された円盤状の基板の一端面側にタイバーが一体形成された複数本のリード端子を接続する工程と、
   当該リード端子接続後、前記タイバーを切断する工程と、
   前記基板に設けられた切り欠き部とキャリアに設けたガイドピンで位置決めしながら前記基板を前記キャリア上に固定する工程と、
   前記基板の前記リード端子が接続されない他端面側に絶縁部材を介して固体撮像素子を固着し、該固体撮像素子の電極と前記基板の電極とをワイヤーボンディングする工程と、
   円筒状の筐体に光透過手段を固定する工程と、
   前記筐体の端部に設けた凸状部を前記基板の切り欠き部に挿入し、位置決めしながら前記筺体を前記基板上方に固定する工程と、
   レンズを円筒状のレンズホルダ内に挿入固定する工程と、
   前記レンズホルダの内ネジ部と、前記筐体の外ネジ部を螺合する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
   

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