JP2007165462A - 固体撮像素子パッケージ及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 個体撮像素子パッケージの回路基板への半田接続時の熱からパッケージの内部を保護するとともに、パッケージ前面に貼り付けられた光学ローパスフィルター等の光学部材の熱による剥がれや割れを防止する構造を備えた個体撮像素子パッケージを実現する。
【解決手段】 光学部材が接着固定された固体撮像素子パッケージの側面部に配置された外部接続端子の配置部と光学部材の貼り付け部との間の領域に、個体撮像素子パッケージの前面から背面に貫通する複数の通気孔を設けた構造とした。更に、複数の通気孔は、パッケージ内部配線パターン上に設けられたスルーホールと同軸上に設ける構造とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられる固体撮像素子パッケージ及び固体撮像装置に関するものである。

一般的にＣＣＤやＣＭＯＳ等のセンサーチップを搭載する個体撮像素子は寸法精度が要求されるため、温度による熱膨張・収縮の変化が小さく、機密性等に優れているセラミックがパッケージの材料として利用されている。パッケージ用のセラミック材料として代表的なものとして、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などが知られている。また、個体撮像素子はセンサーチップの受光面に被写体像を投影するため、パッケージの前面には耐湿性に優れた接着剤により、カバーガラスが貼り付けられている。パッケージ内部は外気や湿度の侵入を防ぎ気密性を確保する必要があるため、カバーガラスの貼り付けには、耐湿性に優れた接着剤が用いられている。

また、デジタルスチルカメラ等に用いる固体撮像装置では、固体撮像素子パッケージの前面に光学ローパスフィルタを配置することにより固体撮像素子特有の偽色や色モアレの現象を回避しているが、個体撮像素子パッケージと光学ローパスフィルターとを別体の構成とせずに、個体撮像素子パッケージに直接光学ローパスフィルターを貼った固体撮像素子パッケージの提案もされている（特開２０００−１１４５０２号公報）。これにより固体撮像素子前面の光学部材の厚みを薄くできるため非点収差を低減することができ、光学性能の向上と固体撮像装置全体の薄型化が図られることになる。

例として、図８を用いて撮像素子の前面に配置された光学部材（カバーガラスや光学ローパスフィルターユニット）により生ずる非点収差について簡単に説明する。同図において、Ｐは焦点面である。Ｘは撮影光軸である。Ｆは光学部材であり、カバーガラス、若しくは光学ローパスフィルター等に相当する並行平板である。ｒ１、ｒ２、ｒ３はそれぞれ角度の異なる光線であり、不図示の撮影レンズから入射する点像の結像状態を示している。光学部材Ｆがない場合、図中二点鎖線で示すように、ｒ１、ｒ２、ｒ３は焦点面Ｐ上の一点ｐ１に結像する。しかし、光学部材Ｆが介在すると、光線ｒ１、ｒ２、ｒ３は図中実線のように一点を通過しなくなる。即ち、像高により入射角が変わるため像高の高いところでは結像点のズレ量が大きくなる。また、光学部材の厚みが厚くなると、やはりずれる量が大きくなり、点が点として結像されず、ある広がりをもって結像されることになるため光学性能は低下する。従って、光学部材の厚みは薄ければ薄いほど非点収差の影響は無くなり光学性能は向上する。本実施例のように従来のカバーガラスに代えて、光学ローパスフィルター直接貼り付けることにより、非点収差の影響を少なくできる。

一方、固体撮像素子パッケージを回路基板に実装する場合の確実な接続方法として半田接続が一般的に用いられている。その理由としては、固体撮像素子パッケージと回路基板との接続にコネクター等による接触による接続方法も知られているが、半田接続に比べて接触抵抗が高く、固体撮像素子から高速で画像信号を読み出すため、僅かな接触抵抗が画像信号の劣化や遅延の原因となってしまうからである。半田接続によればこのような接触抵抗の増加はほとんどないため、画像信号の劣化や遅延のない信頼性の高い実装を行うことができる。

又、従来例としては、例えば特許文献２と特許文献３をあげることが出来る。
特開２０００−１１４５０２号公報 特開昭６１−１６８９２６号公報 特開平１１−６９２４０号公報

しかしながら、固体撮像素子パッケージ内部のセンサーチップ上には、それぞれの画素に対して確実に撮影光を導くために、透明樹脂からなるマイクロレンズ等が形成されおり、半田接続時の熱により損傷を与える危険性が高い。更に近年は有害物質廃絶の観点から、今までの主流とされてきた錫−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系の半田ペーストに代わって、鉛含有のない錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系の半田ペーストが用いられるようになってきている。従来の錫−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系の半田の溶融温度が１８３℃であるのに対し、錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系の半田は約２２０℃と高く、半田接続時の危険性はより高くなる。

更に、損傷の危険性はカバーガラスの接着部においても同様であり、カバーガラスが剥がれてしまうという不具合も生じていた。カバーガラスをパッケージに接着する場合に用いられる接着剤は非透湿性に優れてはいるが、硬貨後のガラス遷移温度が１２０℃から１５０℃の接着剤が多く、半田付けの温度によって溶融してしまい接着強度が急激に低下する。また、セラミックパッケージの線膨張係数とカバーガラスの線膨張係数が異なるため、温度上昇時にパッケージとカバーガラス間に歪が生じ剥がれが発生したり、割れが発生したりする。固体撮像装置の小型化のために、カバーガラスの代わりに光学ローパスフィルターが貼り付けられている固体撮像素子も提案されているが、セラミックパッケージとの線膨張係数の乖離は更に大きいため、歪は更に大きくなり、より剥がれや割れの危険性が高くなる。

本発明は、カバーガラスや光学ローパスフィルター等の光学部材が一体的に接着された個体撮像素子パッケージの半田接続時における急激な温度上昇の影響による前記光学部材の接着剥がれや割れの心配がなく、信頼性の高いパッケージ構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、固体撮像素子パッケージは、撮像素子チップが搭載固定された底面部と、前記撮像素子チップへ撮影光束を入射する開口部と、前記撮像素子チップからの信号を接続する内部信号接続部と、該内部信号接続部から収納容器外部へと信号を接続する外部接続端子が配置された側面部からなる収納容器に、該収納容器開口部の前面に載置され前記撮像素子チップの前面を覆う光学部材が接着固定された固体撮像素子パッケージであって、前記側面部に配置された外部接続端子の配置部位と前記光学部材の貼り付け部との間の領域に、前記個体撮像素子パッケージの前面から背面に貫通する複数の通気孔が設けられていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の固体撮像素子パッケージは、前記内部信号接続部には配線層が施され、前記撮像素子チップからの信号がワイヤーボンディングにより前記配線層に設けられたそれぞれの配線パターンに接続され、該配線パターンを前記外部接続端子に引き回す配線経路内において他の配線層に接続するための中空部を有するスルーホールが設けられており、当該それぞれのスルーホールは、前記複数の通気孔と同軸上に設けられ、該通気孔の一部を構成していることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項１または請求項２記載の固体撮像素子パッケージは、前記光学部材は位相板、複屈折板、赤外吸収フィルターの何れか１枚、若しくは何れかの複合体であることを特徴とする。

上記目的を達成するため、前記個体撮像素子パッケージは前記外部接続端子を介し所望の回路基板と半田接続により電気的かつ機械的に接続されるとともに、前記回路基板は、前記個体撮像素子パッケージが半田接続された状態で、前記個体撮像素子パッケージに設けられた貫通孔に対峙する位置上に前記貫通孔よりも大きな径を有する貫通穴を設けていることを特徴とする。

請求項１の記載によれば、半田付け時に外部接続端子の温度が上昇しても、固体撮像素子パッケージの内部と光学部材の接着部に対する熱伝達を抑えることができる。従って、光学部材の接着部は、接着剤のガラス遷移温度以下に抑えることができ、剥がれを防止することができる。また、センサーチップ上に形成されたマイクロレンズの熱による損傷を防止することができる。

請求項２の記載によれば、パッケージ容器内部に設けられた配線パターンのスペースを阻害することなく通気孔を設けることができるため、パッケージが小型化できる。

請求項３の記載によれば、従来用いていたカバーガラスが不要となるため撮像素子パッケージ全体として小型化できるとともに、光学部材全体が薄くなることにより、非点収差等が軽減でき、光学性能を向上させることができる。

請求項４の記載によれば、固体撮像素子の回路基板への実装時に固体撮像装置を空冷することができるようになるため、よりパッケージの温度上昇を抑えることができる。

図１乃至図７は本発明における個体撮像素子の実施例を示している。図１から図５は本発明における固体撮像素子パッケージの構造を示している。図６及び図７は本発明における固体撮像装置の実施例である。

最初に図１から図５を用いて、固体撮像素子パッケージの構造を説明する。図１は本発明の実施形態における固体撮像素子パッケージの正面（前面）図である。図２は固体撮像素子パッケージの背面（裏面）図である。また、図３は斜視図、図４は拡大断面図、図５は、内部詳細部分断面図である。図１から図５において、１はＬＣＣ（リードレス・チップ・キャリア）構造の収納容器であり、固体撮像素子パッケージの主要部分を構成している。収納容器１はセラミック材料（アルミナ：（Ａｌ₂Ｏ₃）により構成されている。また、収納容器１は、第一セラミック層１ａ、第二セラミック層１ｂ、第三セラミック層１ｃの３つのセラミック層により構成されている。２は収納容器１の前面部である。３は収納容器１の背面部（裏面）である。４は収納容器１の側面部である。５は外部接続端子であり、側面部４の短辺側に配列されている。外部接続端子５はメタライズが施されている。メタライズとは電気的な導通を図るためのメッキであり、下地にＮｉ（ニッケル）メッキが施され、その上にＡｕ（金）メッキが施されている。６は収納容器１の開口部であり、第三セラミック層１ｃにより形成されている。７は通気孔であり、収納容器１の前面２から背面３へと貫通している。８は収納容器１の背面部３に設けられ、外部接続端子５から連続する接続端子であり、メタライズが施されている。９は接着部であり、後述の光学部剤を貼り付けるための接着部であり、収納容器１の開口部６の全周に渡って設けられている平面精度を高精度に処理された面である。１０は収納容器１の底部であり、第一セラミック層１ａにより形成されている。１１は内部信号接続部であり、第二セラミック層１ｂにより形成されている。１２は内部配線パターンであり、第二セラミック層１ｂ上に形成されている。１２ａはワイヤーボンディングランドであり、内部配線パターン１２の一部となっている。１２ｂは第一セラミック層１ａ上に施された配線パターンであり外部接続端子５と導通がとられている。１３はスルーホールであり、接着部９と外部接続端子５との略中間位置に配置され、配線パターン１２を配線パターン１２ｂに接続している。従って、ワイヤーボンディングランド１２ａから外部接続端子５まで電気的な導通がとられている。尚、スルーホール１３は中空部を有する貫通スルーホールであり、前述の通気孔７と当該スルーホール１３とは同軸上に配置されている。１４は撮像素子チップであり、収納容器１の底部１０に接着等の方法により固着されている。１４ａは撮像素子チップの受光領域である。１４ｂは撮像素子チップ上のワイヤーボンディングランドである。１５は金線からなるワイヤーボンディングであり、ワイヤーボンディングランド１４ｂと内部信号接続部１１上のワイヤーボンディングランド１２ａを電気的に接続している。１６は光学ローパスフィルターである。光学ローパスフィルター１６は、撮像素子の感度特性を補正する赤外吸収フィルター１６ａ、被写体像を水平方向に分離させる機能を有する水晶の単結晶からなる複屈折板１６ｂ、直線偏光を円偏光へと変換する位相板１６ｃ、被写体像を垂直方向に分離させる水晶の単結晶板１６ｄが積層されて一個の光学ユニットとして構成されている。光学ローパスフィルター１６は収納容器１と接着部９において、接着固定されることにより固体撮像素子パッケージが構成されている。

次に、図６、図７を用いて本発明の固体撮像装置の説明をする。図６は固体撮像装置の斜視図、図７は固体撮像装置要部拡大断面図である。前二図において、２１は固体撮像素子パッケージを実装する回路基板であり、固体撮像素子からの画像信号を受け取るための信号処理回路（不図示）が搭載されている。２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは回路基板２１の取り付け部である。２１ｅは接続ランドであり、外部接続端子５と半田２１ｓにより半田接続されている。２１ｆは回路基板２１の配線パターンである。２１ｇはレジストであり必要な領域を絶縁している。２１ｈは開口であり、固体撮像素子パッケージが回路基板２１に搭載された状態で、通気孔７と対峙する位置に通気孔７よりも大きな径の孔として設けられている。２２は回路基板２１の信号処理回路を他の回路基板へと接続するための信号接続フレキ（フレキシブル回路基板）であり、回路基板２１と不図示のコネクター等により電気的に接続されている。２３は回路基板２１をカメラ等の機器本体（不図示）に取り付け固定するための保持プレートである。２３ａ、２３ｂ、２３ｃはそれぞれ機器本体への取り付け穴である。２３ｄは保持プレートに設けられた開口であり、収納容器１に設けられた通気孔７及び回路基板２１に設けられた開口２１ｈと対峙する位置に設けられている。従って、通気孔７、開口２１ｈ、開口２３ｄは同軸上に配置されており、空気の通り道を構成している。２４は冷却装置である（第７図、２点差線）。冷却装置２４により、固体撮像素子パッケージの半田付け時に、収納容器１の通気孔７へと冷却空気２５（同図矢印）が送られて固体撮像素子パッケージは冷却され、収納容器内部のマイクロレンズ等の熱に弱い部分が保護される。同時に、収納容器の接着部９の温度上昇も抑えることができるため、光学ローパスフィルターの剥がれを防止することができる。通気孔７に送られた空気は、保持プレートに設けられた開口２３ｄから排出される。尚、本実施例のような冷却装置を用いなくても外部端子接続５と接着部９の間に通気孔７が配置されていることにより、それ自体で外部接続端子５に加わる熱の周囲への伝達を抑えることができる。

本発明の実施形態における固体撮像素子パッケージの正面（前面）図。 本発明の実施形態における固体撮像素子パッケージの背面（裏面）図。 本発明の実施形態における固体撮像素子パッケージの斜視図。 本発明の実施形態における固体撮像素子パッケージの要部拡大断面図。 本発明の実施形態における固体撮像素子パッケージの詳細部分断面図。 本発明の実施形態における固体撮像装置の斜視図。 本発明の実施形態における固体撮像装置の要部拡大断面と冷却装置を示す図。 収差を説明する図。

符号の説明

１ 収納容器
２ 収納容器前面部
３ 収納容器背面部（裏面）
４ 収納容器側面部
５ 外部接続端子
６ 収納容器開口部
７ 通気孔
８ 接続端子
９ 接着部
１０ 収納容器底部
１１ 内部信号接続部
１２ ワイヤーボンディングランド
１３ スルーホール
１４ 撮像素子チップ
１５ ワイヤーボンディング
１６ 光学ローパスフィルター
２１ 回路基板
２２ 信号接続フレキ
２３ 保持プレート
２４ 冷却装置
２５ 冷却空気
Ｌ 撮影レンズ
Ｘ 撮影光軸
Ｆ 光学部材
ｒ１、ｒ２、ｒ３ 撮影光束
Ｐ 焦点面

Claims (4)

1. 撮像素子チップが搭載固定された底面部と、前記撮像素子チップへ撮影光束を入射する開口部と、前記撮像素子チップからの信号を接続する内部信号接続部と、該内部信号接続部から収納容器外部へと信号を接続する外部接続端子が配置された側面部からなる収納容器に、該収納容器開口部の前面に載置され前記撮像素子チップの前面を覆う光学部材が接着固定された固体撮像素子パッケージであって、前記側面部に配置された外部接続端子の配置部位と前記光学部材の貼り付け部との間の領域に、前記個体撮像素子パッケージの前面から背面に貫通する複数の通気孔が設けられていることを特徴とする固体撮像素子パッケージ。
2. 請求項１において、
   前記内部信号接続部には配線層が施され、前記撮像素子チップからの信号がワイヤーボンディングにより前記配線層に設けられたそれぞれの配線パターンに接続され、該配線パターンを前記外部接続端子に引き回す配線経路内において他の配線層に接続するための中空部を有するスルーホールが設けられており、前記それぞれのスルーホールは、前記複数の通気孔と同軸上に設けられ、該通気孔の一部を構成していることを特徴とする固体撮像素子パッケージ。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記光学部材は位相板、複屈折板、赤外吸収フィルターの何れか１枚、若しくは何れかの複合体であることを特徴とする固体撮像素子パッケージ。
4. 請求項１、請求項２、請求項３のいずれかにおいて、
   前記個体撮像素子パッケージは前記外部接続端子を介し、回路基板と半田接続により電気的かつ機械的に接続されるとともに、前記回路基板は、前記個体撮像素子パッケージが半田接続される状態で、前記個体撮像素子パッケージに設けられた貫通孔に対峙する位置上に前記貫通孔よりも大きな径を有する貫通穴を設けていることを特徴とする固体撮像装置。

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