JP2008219704A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子での発熱を効率よく放熱させるようにした半導体装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体が積層され載置されるためのインターポーザ１６６と、撮像素子を有する撮像用半導体チップ１１１と、この撮像用半導体チップ１１１とインターポーザ１６６との間に配置され、撮像用半導体チップ１１１からの信号を処理する第１回路基板１６２と、撮像用半導体チップ１１１から発生する熱を外部に伝導するため、撮像用半導体チップ１１１の撮像面の裏面に配置され、この裏面より連続的に外部に露出される放熱板１８０を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、詳しくは撮像素子を有する半導体装置に関する。

最近のデジタルカメラやビデオカメラでは、撮像素子とその周辺回路の実装技術が改良され、小型化が進んできている。撮像素子と周辺回路の実装密度を上げると、これらの回路が発生する熱を効率良く放熱する必要がある。

そこで、放熱効率の向上を図ったマルチチップ半導体装置は種々提案されており、例えば、チップを積層させ、チップ間に放熱性接着剤と放熱用プレートを設けたマルチチップ半導体装置が知られている（特許文献１参照）。また、チップ間に熱伝導率の高い金属プレートを配置したマルチチップ半導体装置も知られている（特許文献２参照）。
特開２０００−２９４７２３号公報 特開平１１−１６８１５７号公報

上述の特許文献では、半導体チップの発熱を効率よく放熱しているが、撮像素子が存在する場合に、撮像素子で発生する熱を効率良く放熱することについては、考慮されていない。すなわち、撮像素子で発生した熱を効率良く放熱しないと、画像信号にノイズが重畳し、見苦しい画像となってしまう。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、撮像素子での発熱を効率よく放熱させるようにした半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係わる半導体装置は、撮像素子を有する半導体装置において、複数の半導体が積層され載置されるための基材と、上記撮像素子である撮像用半導体チップと、上記撮像用半導体チップと上記基材との間に配置され、上記撮像用半導体チップからの信号を処理する信号処理用半導体チップと、上記撮像用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記撮像用半導体チップの撮像面の裏面に配置され、この裏面より連続的に外部に露出される放熱板を有する。

第２の発明に係わる半導体装置は、上記第１の発明において、上記放熱板と上記信号処理用半導体チップとの間には、熱隔離のため、上記放熱板の熱伝導率より低い材料の板が配置されている。
また、第３の発明に係わる半導体装置は、上記第１の発明において、上記放熱板は、外部電気基板の放熱用接続端子に接続するための放熱用端子を有する。
さらに、第４の発明に係わる半導体装置は、上記信号処理用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記信号処理用半導体チップの裏面に配置され、この裏面より連続的に外部に露出される第２放熱板を有する。

上記目的を達成するため第５の発明に係わる半導体装置は、撮像素子を有する半導体装置において、複数の半導体が積層され載置されるための基材と、上記撮像素子を含む撮像用半導体チップと、この撮像用半導体チップと上記基材との間に配置され、上記撮像用半導体チップからの信号を処理する信号処理用半導体チップと、上記撮像用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記撮像用半導体チップの撮像面の裏面に固着され、この裏面より連続的に外部に露出される撮像用放熱板と、上記信号処理用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記信号処理用半導体チップの一面に固着され、この半導体チップの裏面より連続的に外部に露出される信号処理用放熱板を有する。
第６の発明に係わる半導体装置は、上記第５の発明において、上記撮像用放熱板と上記信号処理用放熱板は外部電気基板の放熱用接続端子に接続するための放熱用端子をそれぞれに有する。

上記目的を達成するため第７の発明に係わる半導体装置は、光学像を光電変換し、画像信号を出力する撮像素子を含む撮像用半導体チップと、この撮像用半導体チップから出力される画像信号を処理するための信号処理半導体チップと、上記撮像用半導体チップと上記信号処理半導体チップの間に配置され、上記撮像用半導体チップで発生した熱を外部に放熱するための放熱部材と、この放熱部材と上記信号処理半導体チップの間に配置され、上記信号処理半導体チップで発生した熱を上記撮像用半導体チップ側に伝わることを阻止する熱隔離部材を具備する。
第８の発明に係わる半導体装置は、上記第７の発明において、上記信号処理半導体チップで発生した熱を外部に放熱するための放熱するための第２の放熱部材を有する。
また、第９の発明に係わる半導体装置は、上記第７の発明において、上記信号処理半導体チップにおいて処理された画像信号を処理するための第２信号処理半導体チップを有しており、上記信号処理半導体チップで発生した熱を、上記第２信号処理半導体チップを通じて放熱する。

上記目的を達成するため第１０の発明に係わる半導体装置は、光学像を光電変換し、画像信号を出力する撮像素子を含む撮像用半導体チップと、この撮像用半導体チップから出力される画像信号を処理するための信号処理半導体チップと、上記撮像用半導体チップと上記信号処理半導体チップを積層し、これらの撮像用半導体チップと信号処理半導体チップを収納する収納体と、上記撮像用半導体チップと上記信号処理半導体チップの間に配置され、上記撮像用半導体チップで発生した熱を上記収納体の外部に放熱するための放熱部材とを具備する。
第１１の発明に係わる半導体装置は、上記第１０の発明において、上記放熱部材と上記信号処理半導体チップの間に配置された、熱隔離用の低熱伝導率のスペーサーを有する。
また、第１２の発明に係わる半導体装置は、上記第１０の発明において、上記放熱部材が、上記半導体撮像チップおよび上記信号処理半導体チップを載置する基板と、上記収納体の接合部から外部に延出する。
さらに、第１３の発明に係わる半導体装置は、上記第１０の発明において、上記放熱部材が、上記収納体の外壁の一部を構成する。

本発明によれば、撮像用半導体チップの撮像面の裏面に放熱板を設けているので、撮像素子での発熱を効率よく放熱させるようにした半導体装置を提供することができる。

以下、図面に従って本発明を適用した撮像素子ユニットを用いて好ましい実施形態について説明する。この撮像素子ユニットは、撮像素子と、撮像素子駆動回路やＡＤ変換回路等の周辺回路を有しており、この撮像素子ユニットは、デジタルカメラやビデオカメラ等の電子撮像装置に組み込まれる。

まず、第１実施形態に係わる撮像素子ユニット１１０の構成について、図１を用いて説明する。図１（Ｃ）は、撮像素子ユニット１１０のインターポーザ１６６と放熱板１８０の位置関係を底面側から見た底面図であり、図１（Ａ）はＡＡ断面図であり、図１（Ｂ）はＢＢ断面図である。撮像素子ユニット１１０は、公知のシステム・イン・パッケージ（Ｓｉｐ）技術を利用して、基板・チップを積層している。

光学系によって結像された被写体像を光電変換する撮像素子１１１の裏面側には、シリコンシート１７６、放熱板１８０、第１スペーサー１６４ａが積層されている。撮像素子１１１は、撮像素子を含む撮像用半導体チップである。シリコンシート１７６は熱伝導率が高いが絶縁性があり、撮像素子１１１の裏面側がプラス電位となっていることがあり、放熱板１８０に対して絶縁している。

また、放熱板１８０は銀、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い材料で構成されている。この放熱板１８０は、図１（Ｂ）および図３に示すように、パッケージ１６９の切欠き１６９ｃから撮像素子ユニット１１０の外部に延出している。放熱板１８０で外部に延出している脚部の端部側は放熱用端子１８０ａであり、後述するように外部に放熱する経路となる。第１スペーサー１６４ａの熱伝導率は、後述するように低い値の材料が用いられており、熱隔離部材として働く。これらの放熱板１８０や第１スペーサー１６４ａを挟んで、撮像素子１１１の反対側には種々の回路を含む第１回路基板（半導体チップ）１６２が配置されている。

第１回路基板１６２は、撮像素子１１１を駆動するための撮像素子駆動回路が設けられており、この撮像素子駆動回路としては、タイミングジェネレータ（ＴＧ）や、撮像素子１１１の読み出し用の駆動ドライバ等の回路が含まれる。また、第１回路基板１６２には、撮像素子１１１から出力される撮像信号の処理を行なうためのアナログ信号処理回路、アナログ・フロント・エンド（ＡＦＥ）回路、Ａ／Ｄ変換回路、また種々の調整値や補正値を記憶するためのＥ^２ＰＲＯＭ等の電気的書き換え可能な不揮発性メモリ等が設けられている。

第１回路基板１６２の裏面側には第２スペーサー１６４ｂが配置されており、この第２スペーサー１６４ｂの熱伝導率は、上述の第１スペーサー１６４ａよりは高い材料が用いられている。この第２スペーサー１６４ｂの裏側には、第２回路基板(半導体チップ)１６３が配置されている。

第２回路基板１６３は、インターフェース回路を有しており、撮像素子ユニット１１０と接続されるデジタルカメラやビデオカメラ等の電子撮像装置とのインターフェース機能を果たす。また、第２回路基板１６３はインターポーザ１６６に直接、載置されているので、インターポーザ１６６に貫通電極（不図示）を設け、第２回路基板１６３と外部の接続をとる。この貫通電極と放熱用電極１６７をそれぞれ接続する。なお、この場合には、電極を通じて放熱できるので、インターポーザ１６６の熱伝導率は低いものでも構わない。

これらの撮像素子１１１、シリコンシート１７６、放熱板１８０、第１スペーサー１６４ａ、第１回路基板１６２、第２スペーサー１６４ｂおよび第２回路基板１６３の順に積層され、第２回路基板１６３は、薄い基板で構成されたインターポーザ１６６上に配置されている。インターポーザ１６６は、熱伝導率の高い材料で構成され、またインターポーザ１６６の裏面側には、電極１６７が設けられている。

なお、低熱伝導率（λ）の第１スペーサー１６４ａの材料としては、λ＜１．０ｗ／ｍＫ程度であることが望ましく、例えば、ガラス（０．５５〜１．０ｗ／ｍＫ）ヒュームドシリカや高純度ジルコニア（１ｗ／ｍＫ）、発泡セラミック（０．１８〜０．２６Ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ）を使用することができる。また、高熱伝導率（λ）の第２スペーサー１６４ｂの材料としては、例えば、銀（４２８ｗ／ｍＫ）、銅（４０３ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（２３６ｗ／ｍＫ）、セラミック等を使用することができる。但し、銀、銅、アルミニウム等の導電性のスペーサーを用いることで、電気的ショートが発生する場合には、高熱伝導率で絶縁性のシリコンシートを、間に挟むようにしても良い。

撮像素子１１１および第１回路基板１６２内の各回路素子は、それぞれボンディングワイヤ１６５および電極１６７を介して外部の回路と接続している。図１及び図２においては、ボンディングワイヤ１６５は、各基板の両端から１箇所ずつ配線しているが、実際には各基板の電極毎にボンディングワイヤが配線されており、図面上ではこれらを省略している。また、第２回路基板１６３の全ての電極を貫通電極で構成すれば、第２回路基板１６３については、ワイヤボンディングを不要とすることができる。

また、各部材の周囲は、図３に示すように、第１パッケージ部１６９ａと第２パッケージ部１６９ｂの２部材から構成されるパッケージ１６９で囲まれ、収納されている。そして、撮像素子１１１の受光面側には封止用のカバーガラス１６８が設けられており、また放熱板１８０の延出用の切欠き１６９ｃは接着剤や封止剤等により充填されているので、内部は気密状態に保持され、ゴミ等の侵入を防止することができる。

なお、撮像素子１１１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の二次元撮像素子を用いる。撮像素子１１１は、第１回路基板１６２内の撮像素子駆動回路等に接続されており、撮像素子１１１は、撮像素子駆動回路等の駆動制御の下で、被写体像を光電変換して撮像画像信号をＡ／Ｄ変換回路によってデジタルデータに変換して、デジタル画像データとして出力する。

撮像素子ユニット１１０の組み立てにあたっては、まず、インターポーザ１６６の上に第２回路基板１６３、第２スペーサー１６４ｂ、第１回路基板１６２、第１スペーサー１６４ａ、放熱板１８０、シリコンシート１７６および撮像素子１１１を順に積層する。この後、各電極にワイヤボンディング１６５を配線し、放熱板１８０を第１パッケージ部１６９ａの切欠き１６９ｃに嵌め込み、第２パッケージ部１６９ｂと一体化する。

次に、撮像ユニット１１０を両面フレキシブル基板１７０に取り付けた状態について、図２（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。この図２は、図１の撮像素子ユニット１１０を両面フレキシブル基板１７０に取り付けた状態の図であり、図２（Ａ）は、図１（Ｃ）のＡＡ断面図に対応し、図２（Ｂ）は、ＢＢ断面図に相当する図である。

撮像素子ユニット１１０の放熱板１８０の放熱用端子１８０ａ、電極１６７および放熱用電極１６７ａは、両面フレキシブル基板１７０の対応する銅箔パターン１７２に半田付けにより接続されている。両面フレキシブル基板１７０は、ポリイミド等からなるベース材１７３の表面および裏面に、回路配線のための銅箔パターン１７２が設けられ、電極１６７および放熱用電極１６７ａと接続部分を除いて、絶縁のためにカバーレイ１７１を被覆している。両面フレキシブル基板１７０は、放熱用金属板１７５に保持されている。

また、放熱板１８０、電極１６７および放熱用電極１６７ａの反対側の銅箔パターン１７２は、放熱用金属板１７５の接触面１７５ａにて、直接、接している。撮像素子ユニット１１０と接続した両面フレキシブル基板１７０は、撮像素子ユニット１１０を保持する枠体等、熱容量の大きい放熱用金属板１７５に接続されている。

このように構成されているので、撮像素子ユニット１１０の放熱板１８０および放熱用電極１６７ａから伝わってくる熱は、銅箔パターン１７２を介して放熱用金属板１７５に伝わり、この放熱用金属板１７５から空気中に放熱される。すなわち、撮像素子１１１で発生した熱は、シリコンシート１７６、放熱板１８０、放熱用端子１８０ａ、接続用の半田付け、銅箔パターン１７２、接触面１７５ａの経路を通じて放熱用金属板１７５に伝わり、放熱する。また、第１回路基板１６２で発生した熱は、第２スペーサー１６４ｂ、第２回路基板１６３、インターポーザ１６６、放熱電極１６７ａ、接続用の半田付け、銅箔パターン１７２、接触面１７５ａの経路を通じて放熱用金属板１７５に伝わり、放熱する。同様に、第２回路基板１６３で発生した熱は、インターポーザ１６６、放熱電極１６７ａ、接続用の半田付け、銅箔パターン１７２、接触面１７５ａの経路を通じて放熱用金属板１７５に伝わり、放熱する。

このように、本発明の第１実施形態においては、撮像素子１１１の裏面側に放熱板１８０を配置しているので、撮像素子１１１で発生した熱を、放熱板１８０を介して外部に放熱することができる。このため、撮像素子での発熱を効率よく放熱させることができ、撮像素子１１１の環境温度が上昇し、暗電流が増加したり、ノイズが増加するおそれが低い。また、画素の出力レベルが環境温度により異常値を示す虞も低くなる。

また、本実施形態においては、放熱板１８０と第１回路基板１６２との間には、熱伝導率の低い第１スペーサー１６４ａを配置したので、第１回路基板１６２で発生した熱が、撮像素子１１１に伝わるおそれは殆どない。第１回路基板１６２で発生した熱は、熱伝導率の高い第２スペーサー１６４ｂを介して外部に放熱している。このため、第１回路基板１６２の撮像素子駆動回路等によって発生した熱は、主として、第１スペーサー１６４ａ、インターポーザ１６６、放熱電極１６７ａの順に伝わって、放熱する。第１回路基板１６２は、発熱量が極めて大きい回路基板であり、この熱が撮像素子１１１に伝わると、画像信号に暗電流やノイズ等の影響により、画像信号が劣化する。本実施形態においては、第１スペーサー１６４ａの熱伝導率を第２スペーサー１６４ｂの熱伝導率より低くすることにより、第１回路基板１６２の発熱を熱隔離している。第１スペーサー１６４ａから熱が伝わったとしても、放熱板１８０が設けてあるので、撮像素子１１１側には第１回路基板１６２の発熱が伝わることはない。

また、第１回路基板１６２における発熱は、一様ではなく、場所によって局所的に発熱が大きい。一様ではない温度分布で熱が撮像素子１１１に伝わると、撮像素子１１１の場所によって、暗電流が増加し、またノイズが増加してしまうが、本実施形態では、放熱板１８０を設けてあり、またスペーサーの熱伝導率を異ならせているので、このようなおそれが殆どない。

さらに、本実施形態においては、撮像素子１１１と放熱板１８０の間に、シリコンシート１７６等の絶縁性高熱伝導材料を介挿させているので、放熱板１８０に効率よく熱伝導ささせると共に、撮像素子１１１に設けられた電極間において、ショートするおそれもない。

次に、本発明の第２実施形態について、図４および図５を用いて説明する。本発明の第１実施形態において、放熱板１８０は、撮像素子１１１の放熱のために設けられていたが、第２実施形態においては、撮像素子１１１の放熱用の放熱板１８０に加えて、第１回路基板１６２の放熱用の第２放熱板１７８を配置している。第１実施形態との相違点を中心に説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。

シリコンシート１７６と第１スペーサー１６４ａの間に配置された第１放熱板１８１は、第１実施形態における放熱板１８０とは異なり、脚部は１箇所のみとし、この脚部側はパッケージ１６９の隙間を通して外部に延出している。この脚部の端部側は放熱用端子１８１ａであり、外部に放熱する経路となる。第１回路基板１６２と第２スペーサー１６４ｂの間に、第２シリコンシート１７７と第２放熱板１８２を配置している。第２シリコンシート１７７の材質は、第１シリコンシート１７６と同様に、絶縁性のある高熱伝導率のシリコンシートである。また、第１放熱板１８１の脚部と反対側に、第２放熱板１８２の脚部が設けられ、この脚部側は、パッケージ１６９の隙間を通して外部に延出している。この脚部の端部側は放熱用端子１８２ａであり、外部に放熱する経路となる。

第１実施形態においては、第２スペーサー１６４ｂは熱伝導率の高い材質で構成したが、第２実施形態においては、第２スペーサー１６４ｂは熱伝導率の低い材質で構成する。これは、第１回路基板１６２において発生した熱を第２回路基板１６３に伝導させないためである。また、第１実施形態においては、インターポーザ１６６の裏面側に、放熱電極１６７ａを設けていたが、第２放熱板１８２を設け、これによって第１回路基板１８２で発生する熱を十分放熱させることができのるで、放熱電極１６７ａを省略している。

図４に示す撮像素子ユニット１１０を両面フレキシブル基板１７０に装着した状態を図５（Ａ）（Ｂ）に示す。第１放熱板１８１の放熱用端子１８１ａ、第２放熱板１８２の放熱用端子１８２ａおよび電極１６７は、銅箔パターン１７２に半田付けで接続され、銅箔パターン１７２は接触面１７５ａで放熱用金属板１７５に接している。このため、第１実施形態と同様に、各素子・基板で発生した熱は、放熱用端子１８１ａ、１８２ｂ等を通り、銅箔パターン１７２を介して放熱用金属板１７５に伝導され、放熱される。

このように第２実施形態における撮像素子ユニット１１０は構成されているので、撮像素子１１１で発生した熱は、第１放熱電極１８１を通じて放熱される。また、第１回路基板１６２で発生した熱は、第２シリコンシート１７７および第２放熱板１８２を通じて放熱される。第２スペーサー１６４ｂは低熱伝導率の材料で構成されているので、第１回路基板１６２で発生した熱が、第２回路基板１６３に伝導されることはない。第２回路基板１６３で発生した熱は、インターポーザ１６６および電極１６７を通じて、外部に放熱される。

第２実施形態における撮像素子ユニット１１０は、第１回路基板１６２についても放熱板を配置し、第２回路基板１６３を経由せずに直接、放熱用金属板１７５に放熱することができる。このため、より効率良く放熱することができると共に、第２回路基板１６３が熱の影響を受けることを防止することができる。なお、第２実施形態においては、前述したように、放熱電極１６７ａを省略したが、これに限らず、第１実施形態と同様に放熱電極を設けても良く、この場合には、さらに放熱効率が向上する。

次に、本発明の第３実施形態について、図６乃至図８を用いて説明する。本発明の第１実施形態においては、パッケージ１６９の略中央部に切欠き１６９ｃを設け、この切欠き１６９ｃから放熱板１８０を外部に延出させていた。このため、第１実施形態においては、撮像素子ユニット１１０の組み立て性を考慮して、パッケージ１６９を第１パッケージ部１６９ａと第２パッケージ部１６９ｂの２部材で構成していた。これに対して、第３実施形態においては、パッケージ１６９の底辺の一部に沿って切欠き１６９ｄを設け、この切欠き１６９ｄから、放熱板１８０の脚部を外部に延出させている。第１実施形態との相違点を中心に説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。

図６（Ｂ）および図７（Ｂ）に示すように、パッケージ１６９の底部の一部であって、放熱板１８０が延出する部分に対応する位置に、切欠き１６９ｄを設ける。同様に、インターポーザ１６６の縁の一部であって、放熱板１８０が延出する部分に対応する位置に、切欠き１６６ａを設ける。

また、放熱板１８０は、図７（Ｂ）に示すように、その外壁側は、パッケージ１６９の面と同平面となっている。そして、切欠き１６９ｄと切欠き１６６ａで形成される空間に嵌合している放熱板１８０との間にできる隙間については、第１実施形態と同様に、接着剤等の充填剤を充填し、ホコリが侵入しないように気密構造としている。

撮像素子ユニット１１０の組み立てにあたっては、まず、インターポーザ１６６の上に第２回路基板１６３、第２スペーサー１６４ｂ、第１回路基板１６２、第１スペーサー１６４ａ、放熱板１８０、シリコンシート１７６および撮像素子１１１を順に積層する。この後、各電極にワイヤボンディング１６５を配線し、放熱板１８０をパッケージ１６９の切欠き１６９ｄに嵌め込み、インターポーザ１６６の切欠き１６６ａに嵌合させ、一体化する。

以上のように本発明の第３実施形態は構成されているので、放熱板１８０を介して、撮像素子１１１において、発生した熱を効率よく、外部に伝えることができると共に、第１回路基板１６２側に熱を伝えることも、また第１回路基板１６２側から熱が伝わることもない。また、撮像素子ユニット１１０の組み立てにあたって、放熱板１８０が邪魔にならず、パッケージを上から載置するだけでよく、組み立てが簡単となる。さらに、放熱板１８０の外壁側は、パッケージ１６９の面と同平面となっている。このため、撮像素子ユニット１１０を小型化することができる。

次に、本発明の第４実施形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。この第４実施形態においても、放熱板１８０の延出部が、第１実施形態と異なり、放熱板１８０がパッケージ１６９の外壁の一部を構成している。第１実施形態との相違点を中心に説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。

図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）に示すように、パッケージ１６９の底部の一部であって、放熱板１８０が延出する部分に対応する位置に、切欠き１６９ｅを設ける。同様に、インターポーザ１６６の縁の一部であって、放熱板１８０が延出する部分に対応する位置に、切欠き１６６ｂを設ける。第３実施形態においては、放熱板１８０は外部に延出するにあたって、パッケージ１６９の切欠き１６９ｄは、放熱板１８０の厚さ程度の切欠き長であった。しかし、第４実施形態においては、放熱板１８０の脚部を積極的にパッケージ１６９の外壁部と協働して、撮像素子ユニット１１０の枠体を構成している点において、異なる。

また、放熱板１８０は、図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）に示すように、その外壁側は、パッケージ１６９の面と同平面となっている。そして、切欠き１６９ｅと切欠き１６６ｂで形成される空間に嵌合している放熱板１８０との間にできる隙間については、第１実施形態と同様に、接着剤等の充填剤を充填し、ホコリが侵入しないように気密構造としている。

撮像素子ユニット１１０の組み立てにあたっては、第３実施形態と同様であり、まず、インターポーザ１６６の上に第２回路基板１６３、第２スペーサー１６４ｂ、第１回路基板１６２、第１スペーサー１６４ａ、放熱板１８０、シリコンシート１７６および撮像素子１１１を順に積層する。この後、各電極にワイヤボンディング１６５を配線し、放熱板１８０をパッケージ１６９の切欠き１６９ｅに嵌め込み、インターポーザ１６６の切欠き１６６ｂに嵌合させ、一体化する。

以上のように本発明の第４実施形態は構成されているので、第１実施形態と同様に、放熱板１８０を介して、撮像素子１１１において、発生した熱を効率よく、外部に伝えることができると共に、第１回路基板１６２側に熱を伝えることも、また第１回路基板１６２側から熱が伝わることもない。また、放熱板１８０の外壁側は、パッケージ１６９の外壁面の一部を形成している。このため、撮像素子ユニット１１０を安価にすることができ、また小型化することもできる。

次に、本発明の第１実施形態ないし第４実施形態に係わる撮像素子ユニット１１０をレンズ鏡筒等からなる撮像モジュール１００に組み込んだ状態を、図１２を用いて説明する。図１２（Ａ）は、撮像モジュール１００の断面図であり、撮像モジュールはレンズ鏡筒ユニットと撮像回路ユニットから構成されている。撮影光学系３は、レンズ鏡筒ユニットの移動枠１１に固定されている。移動枠１１は固定枠１２に保持されており、レンズ駆動用アクチュエータ７によって、撮影光学系３の光軸方向に沿って進退自在に制御される。なお、レンズ駆動用アクチュエータ７は、レンズ駆動機構の一部であり、撮影光学系のピント合わせ用モータや、焦点距離調節用のモータ等によって構成される。

また、撮影光学系３の光軸上には、赤外カットフィルタおよびローパスフィルタ１０９と、撮像素子ユニット１１０が配置されている。撮像素子ユニット１１０の撮影光学系３側には、赤外カットフィルタおよびローパスフィルタ１０９が配置されている。赤外カットフィルタおよびローパスフィルタ１０９の内、ローパスフィルタは、被写体像の高周波成分をカットし、低周波のみを通過させるための光学的フィルタであり、また赤外カットフィルタは、赤外光成分をカットする光学的フィルタである。

撮像素子ユニット１１０は撮像素子フレキシブル基板１７０を介して放熱金属板１７５を兼ねる固定部材によって保持されており、この撮像素子フレキシブル基板１７０は、図１２（Ｂ）に示すように、リベット１５によって放熱用端子１８０ａと共に固定部材としての放熱用金属板１７５に固定されている。また、固定枠１２は、ネジ１６によって放熱用金属板１７５を兼ねる固定部材に固定されている。なお、前述した第１実施形態から第４実施形態においては、放熱板１８０の放熱用端子１８０ａ等は、半田付けで銅箔パターン１７２に接続・固定していたが、この図１２に示す例では、リベット１５で固定している。リベット１５の材質としては、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム、真鍮等の高熱伝導材料が望ましい。なお、リベット１５の代わりにビス、ネジ等でも良い。

次に、本発明の第１実施形態ないし第４実施形態における放熱板(第１及び第２放熱板含む)１８０、１８１、１８２の変形例について、図１３を用いて説明する。前述した放熱板１８０、１８１、１８２は、いずれも放熱板に放熱フィンを備えていなかったが、本変形例においては、図１３に示すように、放熱板１８３の側面に複数の放熱フィン１８３ａを有している。このため、さらに高効率で放熱を行なうことができる。

次に、この放熱板１８０、１８１、１８２の放熱フィンの変形例について、図１４を用いて説明する。放熱フィン１８３ａは、撮像素子ユニット１１０を両面フレキシブル基板１７０および放熱用金属板１７５に取り付けた際に、フィンの向きが基板面に対して垂直であったが、この変形例においては、ほぼ並行となっている。すなわち、パッケージ１６９の切欠き等から延出する放熱板１８４の脚部分には、放熱フィン１８４ａが複数、設けられており、放熱用端子１８４ｂにおいて、両面フレキシブル基板１７０に固定されている。

一般にカメラ等の撮像機器においては、これを構えたときには、撮像素子ユニット１１０の位置関係は、面１６９ｆが下になる。撮像素子ユニット１１０の周囲の空気の対流を考えると、下から上へなれるように放熱フィン１８４ａを設けることで、熱の拡散効率を向上させることができる。

以上のように、本発明の各実施形態における撮像素子ユニット１１０は、撮像素子１１１の裏面側に放熱板１８０、１８１、１８３を配置しているので、撮像素子１１１で発生した熱を、放熱板１８０、１８１、１８３を介して外部に放熱することができる。このため、撮像素子での発熱を効率よく放熱させることができ、撮像素子１１１の環境温度が上昇し、暗電流が増加したり、ノイズが増加するおそれが低い。また、隣接する基板における発熱が撮像素子１１１側に伝わってきたとしても、撮像素子１１１に伝わる前に、放熱板１８０、１８１、１８３から外部に放熱され、撮像素子１１１に伝わることを防止することができる。

また、各実施形態においては、撮像素子１１１、放熱板１８０、１８１、１８２、１８３等、第１スペーサー１６４ａ、第１回路基板１６２および第２スペーサー１６４ｂの順に積層し、この積層体を収納するパッケージ１６９を有している。このように、撮像素子ユニット１１０がパッケージ１６９に収納されていることから、取扱が簡単になる。また、カバーガラス１６８等によって、気密に封入しておくことにより、外部から塵埃等が侵入することがなくなる。

さらに、各実施形態においては、第１スペーサー１６４ａや第２スペーサー１６４ｂの熱伝導率を異ならせているので、所望の熱経路で各基板・素子で発生した熱を外部に逃がすことができる。なお、スペーサーの熱伝導率を同じ、または無くして、放熱板を設けるだけでも勿論構わない。

なお、本発明の実施形態においては、撮像素子ユニット１１０内の回路基板は、第１回路基板１６２および第２回路基板１６３を設けていたが、必ずしも２つは必要でなく、例えば、第１回路基板１６２のみ、または３以上の回路基板を備えるようにしても勿論構わない。その場合には、放熱板は、回路基板の発熱量や影響の度合いを考慮して、適宜配置すれば良い。また、放熱用金属板を用いていたが、金属に限らず、放熱効果のある材料であれば、金属に限らない。

また、本発明の実施形態においては、パッケージ１６９の内部の空間に、撮像素子１１１、第１回路基板１６２、放熱板１８０等を収納し、パッケージ１６９の内部はこれらの素子・基板以外は空気で満たされているが、パッケージ１６９を用いずに、樹脂等で充填するようにしても勿論構わない。

本発明の実施形態の説明にあたっては、カメラ等に使用する撮像素子ユニットを例に挙げたが、カメラとしては、一眼レフタイプやコンパクトタイプのデジタルカメラ等の静止画撮影用のカメラでよく、またビデオカメラ等のように動画撮影用のカメラでも良い。また、これらのカメラ以外の専用機に組み込まれるような撮像装置にも本発明を適用できることは勿論である。

本発明の第１実施形態における撮像素子ユニットを示す図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図であり、（Ｃ）は撮像素子ユニットのインターポーザと放熱板の位置関係を示す底面からみた図である。 本発明の第１実施形態に係わる撮像素子ユニットをフレキシブルプリント基板に装着した際の断面図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図である。 本発明の第１実施形態における撮像モユニットの外観斜視図である。 本発明の第２実施形態における撮像素子ユニットを示す図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図であり、（Ｃ）は撮像素子ユニットのインターポーザと放熱板の位置関係を示す底面からみた図である。 本発明の第２実施形態に係わる撮像素子ユニットをフレキシブルプリント基板に装着した際の断面図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図である。 本発明の第３実施形態における撮像素子ユニットを示す図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図であり、（Ｃ）は撮像素子ユニットのインターポーザと放熱板の位置関係を示す底面からみた図である。 本発明の第３実施形態に係わる撮像素子ユニットをフレキシブルプリント基板に装着した際の断面図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図である。 本発明の第３実施形態における撮像モユニットの外観斜視図である。 本発明の第４実施形態における撮像素子ユニットを示す図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図であり、（Ｃ）は撮像素子ユニットのインターポーザと放熱板の位置関係を示す底面からみた図である。 本発明の第４実施形態に係わる撮像素子ユニットをフレキシブルプリント基板に装着した際の断面図であり、（Ａ）はＡＡ断面図であり、（Ｂ）はＢＢ断面図である。 本発明の第４実施形態における撮像モユニットの外観斜視図である。 本発明の第１実施形態ないし第４実施形態に係わる撮像素子ユニットをレンズ鏡筒等からなる撮像モジュールに組み込んだ状態を示す図であり、（Ａ）は撮影レンズの光軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は一部拡大断面図である。 本発明の各実施形態において使用される放熱板の変形例を示す外観斜視図である。 本発明の各実施形態において使用される放熱板の他の変形例を示す外観図である。

符号の説明

３・・・撮影光学系、７・・・アクチュエータ、１１・・・移動枠、１２・・・固定枠、１５・・・リベット、１６・・・ネジ、１００・・・撮像モジュール、１０９・・・赤外カットフィルタ及びローパスフィルタ、１１０・・・撮像素子ユニット、１１１・・・撮像素子、１６２・・・第１回路基板(半導体チップ)、１６３・・・第２回路基板(半導体チップ)、１６４ａ・・・第１スペーサー、１６４ｂ・・・第２スペーサー、１６５・・・ボンディングワイヤ、１６６・・・インターポーザ、１６６ａ・・・切欠き、１６６ｂ・・・切欠き、１６７・・・電極、１６７ａ・・・放熱用電極、１６８・・・カバーガラス、１６９・・・パッケージ、１６９ａ・・・第１パッケージ部、１６９ｂ・・・第２パッケージ部、１６９ｃ・・・切欠き、１６９ｄ・・・切欠き、１６９ｅ・・・切欠き、１６９ｆ・・・面、１７０・・・両面フレキシブル基板、１７１・・・カバーレイ、１７２・・・銅箔パターン、１７３・・・ベース材、１７５・・・放熱用金属板、１７５ａ・・・接触面、１７６・・・シリコンシート、１７７・・・第２シリコンシート、１８０・・・放熱板、１８０ａ・・・放熱用端子、１８１・・・第１放熱板、１８１ａ・・・放熱用端子、１８２・・・第２放熱板、１８２ａ・・・放熱用端子、１８３・・・放熱板、１８３ａ・・・放熱フィン、１８４・・・放熱板、１８４ａ・・・放熱フィン、１８４ｂ・・・放熱用端子

Claims (13)

1. 撮像素子を有する半導体装置において、
   複数の半導体が積層され載置されるための基材と、
   上記撮像素子である撮像用半導体チップと、
   上記撮像用半導体チップと上記基材との間に配置され、上記撮像用半導体チップからの信号を処理する信号処理用半導体チップと、
   上記撮像用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記撮像用半導体チップの撮像面の裏面に配置され、この裏面より連続的に外部に露出される放熱板と、
   を有することを特徴とする半導体装置。
2. 上記放熱板と上記信号処理用半導体チップとの間には、熱隔離のため、上記放熱板の熱伝導率より低い材料の板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 上記放熱板は、外部電気基板の放熱用接続端子に接続するための放熱用端子を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 上記信号処理用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記信号処理用半導体チップの裏面に配置され、この裏面より連続的に外部に露出される第２放熱板を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 撮像素子を有する半導体装置において、
   複数の半導体が積層され載置されるための基材と、
   上記撮像素子を含む撮像用半導体チップと、
   この撮像用半導体チップと上記基材との間に配置され、上記撮像用半導体チップからの信号を処理する信号処理用半導体チップと、
   上記撮像用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記撮像用半導体チップの撮像面の裏面に固着され、この裏面より連続的に外部に露出される撮像用放熱板と、
   上記信号処理用半導体チップから発生する熱を外部に伝導するため、上記信号処理用半導体チップの一面に固着され、この半導体チップの裏面より連続的に外部に露出される信号処理用放熱板と、
   を有することを特徴とする撮像素子を有する半導体装置。
6. 上記撮像用放熱板と上記信号処理用放熱板は外部電気基板の放熱用接続端子に接続するための放熱用端子をそれぞれに有することを特徴とする請求項５に記載の撮像素子を有する半導体装置。
7. 光学像を光電変換し、画像信号を出力する撮像素子を含む撮像用半導体チップと、
   この撮像用半導体チップから出力される画像信号を処理するための信号処理半導体チップと、
   上記撮像用半導体チップと上記信号処理半導体チップの間に配置され、上記撮像用半導体チップで発生した熱を外部に放熱するための放熱部材と、
   この放熱部材と上記信号処理半導体チップの間に配置され、上記信号処理半導体チップで発生した熱を上記撮像用半導体チップ側に伝わることを阻止する熱隔離部材と、
   を具備することを特徴とする半導体装置。
8. 上記信号処理半導体チップで発生した熱を外部に放熱するための放熱するための第２の放熱部材を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 上記信号処理半導体チップにおいて処理された画像信号を処理するための第２信号処理半導体チップを有しており、上記信号処理半導体チップで発生した熱を、上記第２信号処理半導体チップを通じて放熱することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
10. 光学像を光電変換し、画像信号を出力する撮像素子を含む撮像用半導体チップと、
    この撮像用半導体チップから出力される画像信号を処理するための信号処理半導体チップと、
    上記撮像用半導体チップと上記信号処理半導体チップを積層し、これらの撮像用半導体チップと信号処理半導体チップを収納する収納体と、
    上記撮像用半導体チップと上記信号処理半導体チップの間に配置され、上記撮像用半導体チップで発生した熱を上記収納体の外部に放熱するための放熱部材と、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
11. 上記放熱部材と上記信号処理半導体チップの間に配置された、熱隔離用の低熱伝導率のスペーサーを有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
12. 上記放熱部材が、上記半導体撮像チップおよび上記信号処理半導体チップを載置する基板と、上記収納体の接合部から外部に延出することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
13. 上記放熱部材が、上記収納体の外壁の一部を構成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。