JP2010050518A - 固体撮像装置及び電子撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子撮像装置に組み込む場合の作業時間のかかる６軸調整を不要にでき、組立を簡単に行うことが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】透光性部材１０３を固体撮像素子１０１の受光面と一定間隔をおいて平行に固定する。保持部材１０２は固体撮像素子１０１を収納可能な空間と、固体撮像素子１０１を位置決めする為の位置決め部１０２ａとを有する構造である。そして、保持部材１０２の位置決め部１０２ａに固体撮像素子１０１の側面を突き当て、透光性部材１０３の延出部を保持部材１０２に密着して固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像装置及びそれを搭載した電子撮像装置に関するものである。

図７は従来例の固体撮像装置の断面図を示す。従来の固体撮像装置にはセラミックや樹脂材料等からなるＤＩＰ（Dual Inline Package）やＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Outline Package）が広く用いられている。

図７に示すように固体撮像素子６０１の電極と、パッケージに形成されたリードフレーム６２０とは、Ａｕ線等のボンディングワイヤ６１９で接続されている。また、透光性部材６０３は固体撮像素子６０１の受光面側のパッケージ表面に接着されている。このような固体撮像装置を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等の電子撮像装置は、その組立てを行う際、固体撮像素子と光学ファインダの相対的位置関係の調整及び固体撮像素子と撮像ピント方向の位置調整が必要である。

この調整においては、
（１）ピント方向の位置調整、
（２）（３）片ボケ防止の為の上下及び左右チルト調整、
（４）（５）画角合わせの為の水平及び垂直方向の調整、
（６）傾き回転調整が必要であり、少なくとも６軸調整が必要とされる。このような固体撮像装置は、特開平１１−２６１９０４号公報（特許文献１）や特開２０００−３３３０５０号公報（特許文献２）に記載されている。
特開平１１−２６１９０４号公報 特開２０００−３３３０５０号公報

上記従来の固体撮像装置では、電子撮像装置に組み込む際の６軸調整が固体撮像装置１個毎に必要であり、非常に作業時間のかかる工程となっている。その為に電子撮像装置自体のコストを押し上げている。

そもそも６軸調整が必要となる要因は、固体撮像素子をパッケージに接着固定するダイボンディング工程にある。即ち、ダイボンディング装置ヘッドの水平分解能、垂直分解能、回転分解能に限界があり、固体撮像装置の位置の水平垂直方向及び回転方向にバラツキが生じることにある。

別の要因として、パッケージ自体の寸法の個体差やパッケージに固体撮像素子が載るダイアタッチ面の反り等の要因に起因して、搭載した固体撮像素子が深さ方向のピントバラツキや上下左右チルトのバラツキが生じることにあった。

本発明の目的は、電子撮像装置に組み込む場合の作業時間のかかる６軸調整を不要にでき、組立を簡単且つ短時間で行うことが可能な固体撮像装置及び電子撮像装置を提供することにある。

本発明は、固体撮像素子と、少なくとも一部の領域が前記固体撮像素子より延出した透光性部材と、前記透光性部材を保持する保持部材とを有し、前記透光性部材は前記固体撮像素子の受光面と一定間隔をおいて平行に固定され、前記保持部材は前記固体撮像素子を収納可能な空間と、前記固体撮像素子を位置決めする為の位置決め部とを有しており、前記保持部材の前記位置決め部に前記固体撮像素子の側面が突き当てられ、前記透光性部材の前記延出部が前記保持部材に密着して固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、固体撮像装置を電子撮像装置に組み込む際に必要であった６軸調整作業を不要にすることが可能となる。そのため、組立作業を著しく簡単にでき、電子撮像装置を安価に作製することが可能となる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る固体撮像装置の一実施形態を示す平面図、図２は固体撮像装置を構成する各部を分解して示す分解斜視図である。また、図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線方向から見た断面図、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線方向から見た断面図である。図３（ａ）は固体撮像素子と配線基板との接続部を詳細に示すものである。

図中１０１はＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子であり、その一主面上に受光領域１０１ａが形成されている。固体撮像素子１０１の受光領域１０１ａの周辺部であって対向する２辺にわたる領域には固体撮像素子１０１の入出力信号に寄与する電極１０１ｂが形成されている。固体撮像素子１０１の上面には透光性部材１０３が配置されている。固体撮像素子１０１に接続する透光性部材１０３としては、主にガラスや水晶が用いられ、固体撮像素子１０１の受光面と一定間隔になるように配置されている。

固体撮像素子１０１の受光面と、透光性部材１０３とを一定間隔をおいて平行に配置する方法としては、特に限定は無いが、例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように球状のスペーサ部材１０６を使用する方法がある。また、柱状のスペーサ部材（不図示）を使用することでも容易に実現可能である。

更に、スペーサ部材１０６の周囲に接着剤１０７を介在させることで、一定間隔を保ったまま容易に接着することが可能である。スペーサ部材１０６と接着剤１０７は、固体撮像素子１０１の４辺にわたり一様に形成され、固体撮像素子１０１の受光領域１０１ａに侵入することがないように配置されている。

上記構成により、固体撮像素子１０１と透光性部材１０３とが一定間隔をおいて平行に配置される為、固体撮像素子１０１の受光面と透光性部材１０３との平行度及び固体撮像素子１０１の受光面と透光性部材１０３との距離を一定のものとして担保しうる。透光性部材１０３の大きさとしては、少なくとも一部の領域を固体撮像素子１０１から延出させた構造となっている。即ち、固体撮像素子１０１のサイズよりも少なくとも一部の領域を大きくしておくことが重要である。このように透光性部材１０３の少なくとも一部の領域を延出させておき、その領域を後述の保持部材１０２との接続に使用することで、位置精度を容易に確保することが可能である。

また、透光性部材１０３は固体撮像素子１０１よりも全体が大きくても構わない。その際、図１に示すように電極１０１ｂが固体撮像素子１０１の対向する２辺に形成されている場合、電極１０１ｂが形成されていない対向する２辺側を固体撮像素子１０１のサイズよりも大きくするのが好ましい。また、電極１０１ｂが形成された対向する２辺側では固体撮像素子１０１の電極１０１ｂと受光領域１０１ａとの間に透光性部材１０３の端面が位置するように小さくしておく形状がより好ましい。

このような形状とすることで、固体撮像素子１０１に透光性部材１０３を配置した後でも電極１０１ｂが露出している為、透光性部材１０３の接着後に配線基板１０４を取り付けることが可能となる。配線基板１０４は透光性部材１０３を配置する前に取り付けることも勿論可能であるが、透光性部材１０３を先に配置することで固体撮像素子１０１が組立て環境にさらされる時間を短くすることが出来る。そのため、固体撮像素子１０１の受光領域１０１ａ上に付着するパーティクル等を防止することが出来る。

透光性部材１０３の厚みとしては、特に限定は無いが、０．１ｍｍから２．０ｍｍものが好適に使用される。配線基板１０４は図３（ａ）に示すようにポリイミド等のベースフィルム１０４ｅにＣｕ等の導体箔１０４ｃをラミネートし、端子部やはんだ付け部以外にはソルダーレジスト等の絶縁体１０４ｄを被覆して保護した構成のフレキシブルプリント基板等からなる。

固体撮像素子１０１の電極１０１ｂと電気的な接続をとる導体箔１０４ｃには、図２に示すように固体撮像素子１０１に形成された電極１０１ｂと同ピッチで配線されたインナリード１０４ａが形成されている。不図示の電子撮像装置本体の基板と電気的な接続をとるアウタ側にはアウタリード１０４ｂが形成されている。

固体撮像素子１０１に形成された電極１０１ｂには、図３（ａ）に示すように配線基板１０４のインナリード１０４ａとの接続の為にＡｕ等のスタッドバンプ１０８が形成されている。スタッドバンプ１０８にはインナリード１０４ａとの接続を容易に行う為に上面に平坦化処理を施すことが好ましい。スタッドバンプ１０８とインナリード１０４ａとの相対位置を合わせた後、ギャングボンディングやシングルポイントボンディング等により電気的な接続がとられる。

固体撮像素子１０１に透光性部材１０３と配線基板１０４を取り付けた後に保持部材１０２を取り付ける。保持部材１０２は透光性部材１０３を保持すると同時に図２に示すように固体撮像素子１０１を収納可能な空間１０２ｄを有する。また、固体撮像素子１０１を位置決めする為の位置決め部１０２ａを有する部品である。以下、保持部材１０２について詳述する。

保持部材１０２は、図２に示すようにその中央に固体撮像素子１０１が収納可能なように空間１０２ｄが形成された板状の部材である。保持部材１０２には位置決め部１０２ａが設けられている。位置決め部１０２ａは保持部材１０２と一体であって、空間１０２ｄに突き出すように突起状に３点設けられている。

保持部材１０２を構成する材料としては、剛性を有する材料であって、例えば、±５０μｍ以下の寸法精度が得られる材料が好適である。平面性に関しても±３０μｍ以内の加工精度が得られる材料が好適である。より好適には、平面度に関しては±１０μｍ以下である。これらの特性を達成可能な材料としては、プラスチック、金属等適宜選択可能である。

プラスチックの場合には、剛性のある材料が好適であり、例えば、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＯＷ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＰＥＥ等が好適であるが、特に限定されるものではない。また、導電性が付与されていることが静電破壊の観点で好ましい。

金属の場合には、材質は例えば４２アロイ、５０アロイ、パーマロイ、コバール、アンバー、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４等の鉄・ニッケル合金やステンレス鋼等が好適であるが、特に限定されるものではない。プレス加工にて所望の形状を得た後、研磨、ラップ加工等を行うことで、面粗さ、平面度を所望以下に抑える事も可能である。金属材料の場合には、導電率が高いので、固体撮像素子との接触時に静電破壊の影響をより防止することが可能な為、より好適である。

このような保持部材１０２に対して上述のように平行配置された固体撮像素子１０１と透光性部材１０３を取り付ける。取り付け方法としては、固体撮像素子１０１の側面を位置決め部１０２ａ（本実施形態では図２に示す３箇所の位置決め部１０２ａ）に突き当てる。同時に、透光性部材１０３の延出部の固体撮像素子の接着面側を保持部材１０２に密着させて接続を行う（図３（ｂ）参照）。その場合、図３に示すように封止樹脂１０５によって透光性部材１０３を保持部材１０２に接着しても良いし、別途、接着剤を用いて接着しても良い。

このような構成とすることで、保持部材１０２に対して平行に透光性部材１０３を取り付けることが出来る。透光性部材１０３と固体撮像素子１０１とは既に平行に接続されている為、保持部材１０２に対する固体撮像素子１０１の位置（ピント方向の位置）を一定にできる。また、片ボケ防止の為の上下左右チルトの位置を常に一定にすることができる。

即ち、保持部材１０２を基準に透光性部材１０３と固体撮像素子１０１を平行に保って接続することにより、保持部材１０２に対する固体撮像素子１０１のピント方向位置（Z方向）…（１）の調整を完了する。同時に上下及び左右チルト…（２）（３）の３軸の調整を完了する。

更に、透光性部材１０３に接続された固体撮像素子１０１の側面を、保持部材１０２に形成された位置決め部１０２ａに接触（突き当て）させて接続する為、保持部材１０２に対する固体撮像素子１０１の水平垂直方向の位置及び傾き回転方向の位置を常に一定にできる。即ち、水平垂直方向（ＸＹ方向）…（４）（５）、及び回転方向（θ）…（６）の３軸の調整を完了することができる。これら（１）〜（６）は背景技術で説明した（１）〜（６）と同様である。

本発明の構造では、この時点で保持部材１０２に対する固体撮像素子１０１の６軸調整が全て完了している状態となる。また、保持部材１０２には少なくとも取り付け穴からなる固定手段を形成することが望ましい。また、取り付け穴に加えて位置決め穴を設けても構わない。

本実施形態では、図１、図２に示すように保持部材１０２に位置決め穴１０２ｃと取り付け穴１０２ｂが設けられており、位置決め穴１０２ｃが２個、取り付け穴１０２ｂが３個の例を示す。これらの穴は、公知のドリル加工や打ち抜き加工により、保持部材１０２に対して精度よく形成することが可能である。

従って、保持部材１０２の取り付け穴位置に対して固体撮像素子１０１の位置を一義的に決定することが可能であり、常に一定状態の位置関係を保った固体撮像装置を提供することが可能である。

また、固体撮像装置側に固定手段（取り付け穴１０２ｂ）を形成し、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の電子撮像装置側に固定手段に対応する接続部（取り付け穴等）を精度よく形成しておく。そうすることで、本発明の固体撮像装置を固定手段を使って電子撮像装置に接続するだけで、容易に電子撮像装置に対する固体撮像装置の所望の精度を得ることが可能である。

その際、上述のように保持部材１０２に対して固体撮像素子１０１の６軸調整は完了している。そのため、本発明の固体撮像装置を保持部材１０２に形成された固定手段（取り付け穴１０２ｂ）を用いて電子撮像装置に組み込むことにより、６軸調整を行うことなく、簡単に組み込むことが可能となる。

ここで、図３に示す封止樹脂１０５はスペーサ部材１０６及び接着剤１０７の外周を覆うように形成されている。また、図示していないが、固体撮像素子１０１の裏面（非受光面側）を完全に覆うように形成してもよい。封止樹脂１０５は、例えば、耐湿性に優れたエポキシ系の封止樹脂であって、特に限定は無いが、熱あるいは紫外線またはその併用で硬化するタイプの封止樹脂が好適である。

このように封止樹脂１０５を形成することで、固体撮像素子の耐湿性と、接続部材である導体箔１０４ｃの機械的・電気的な接続信頼性を向上させることができる。固体撮像素子１０１の裏面を覆う手段としては、封止樹脂１０５を使用する方法の他に、保護部材１１２を接着しても良い。

図４は固体撮像素子１０１の裏面（非受光面側）を保護部材１１２で覆った実施形態を示す断面図である。図４では図１、図２等と同一部分には同一符号を付している。保護部材１１２の材料には、特に限定は無いが、例えば、熱伝導率の高い４２アロイ、５０アロイ、パーマロイ、コバール、アンバー、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４等の鉄・ニッケル合金やステンレス鋼の金属が好適に用いられる。そうすることで、放熱板の役割を担うこともできる。

また、保護部材１１２は保持部材１０２と接着させているが、固体撮像素子１０１の保護と放熱を目的とする場合には固体撮像素子１０１の裏面と保護部材３１２を熱電度率の高い接着剤を用いて接着することが好ましい。

本発明の固体撮像装置は、直接、電子撮像装置に取り付けて固定する場合もあるが、一旦、別のユニット部品に取り付けた後、ユニット部品を介して電子撮像装置に固定しても同様の効果を得ることができる。ユニット部品については、特に限定は無いが、例えば、本発明の固体撮像装置に光学ローパスフィルタ等の光学部品を搭載したユニット部品が挙げられる。

図５は固体撮像装置に光学ローパスフィルタ等の光学部品を載置したユニット（以下、固体撮像装置ユニットと呼ぶ）の一例を示す。図５では図１乃至図４と同一部分には同一符号を付している。図中４０９は光学ローパスフィルタ、４１０は本発明の固体撮像装置に光学ローパスフィルタ４０９を搭載した固体撮像装置ユニットである。フィルタ４０９は赤外吸収ガラスとダイクロイックミラーから成る赤外カットフィルタと被写体像を水平方向、垂直方向に分離する分離板と位相板から成るローパスフィルタにより構成されている。

光学ローパスフィルタ４０９は、光学ローパスフィルタ保持部材４１１に固定されており、光学ローパスフィルタ保持部材４１１には固体撮像装置に設けられた取り付け穴１０２ｂに対応する箇所に取り付け穴４１１ａが形成されている。

光学ローパスフィルタ４０９を備えた光学ローパスフィルタ保持部材４１１は固体撮像装置の保持部材１０２を基準として、取り付け穴１０２ｂ及び４１１ａの相対位置合わせにより接続されている。光学ローパスフィルタ保持部材４１１を精度よく形成しておくことにより、固体撮像装置ユニット４１０においては固体撮像装置と光学ローパスフィルタ４０９も一定状態の位置関係を保つことが可能となる。

図６は図５に示す固体撮像素子ユニット４１０をカメラ（電子撮像装置）に組み込んだ例を示す図である。図６では図５と同一部分には同一符号を付している。図中５１３はカメラ本体、５１４はシャッターユニットである。５１５はミラーであり、観察状態と撮像状態に応じて撮像経路へ斜設或いは退去される。

観察状態ではミラー５１５は撮像光路に斜設された状態にあり、ミラー５１５で反射した光束をカメラ本体上方へ向けて反射し、ペンタプリズム５１６、ファインダ光学系５１７を介して観察画像をファインダより観察できるように構成されている。

また、撮像状態ではミラー５１５は撮像光路から退去された状態にあり、光束はシャッターユニット５１４が開いている間に固体撮像装置ユニット４１０の構成部品である光学ローパスフィルタ４０９を介して固体撮像装置ユニット４１０に入射する。

固体撮像装置ユニット４１０はカメラ本体の一部を成すシャッターユニット５１４に接続されている。シャッターユニット５１４には固体撮像装置の取り付け穴１０２ｂに対応する箇所に固体撮像装置ユニット接続用の取り付け穴５１４ａが設けられている。取り付け穴５１４ａは光学ローパスフィルタ保持部材４１１に設けられた取り付け穴４１１ａと相対位置関係が同一でなくても良いが、同一としても良い。その場合には一度に光学ローパスフィルタ保持部材４０９とシャッターユニット５１４を固体撮像装置に固定することが出来る。

カメラに本体に組み込む場合においても、固体撮像装置ユニット４１０の被接続側を精度よく作製しておけば、固体撮像装置ユニット４１０を固定するだけで精度よく光学系を構成することができ、特に調整をする必要は無い。即ち、保持部材１０２に対する固体撮像素子の６軸調整は完了しており、固体撮像装置ユニット４１０をカメラ本体に組み込む場合にも固体撮像素子と光学ファインダとの相対位置関係や撮像ピント方向の調整は不要である。そのため、調整工程を大幅に削減でき、安価な電子撮像装置を提供することが可能となる。

本発明に係る固体撮像装置の一実施形態を示す平面図である。 図１の固体撮像装置の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線方向及びＢ−Ｂ線方向から見た断面図である。 本発明の固体撮像装置の裏面を保護部材で覆った実施形態を示す断面図である。 本発明に係る固体撮像装置ユニットを示す断面図である。 本発明に係る固体撮像装置ユニットを搭載した電子撮像装置の一実施形態を示す概略図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。

符号の説明

１０１ 固体撮像素子
１０１ａ 受光領域
１０１ｂ 電極
１０２ 保持部材
１０２ａ 位置決め部
１０２ｂ、４１１ａ 取り付け穴
１０２ｃ 位置決め穴
１０２ｄ 空間
１０３ 透光性部材
１０４ 配線基板
１０４ａ インナリード
１０４ｂ アウタリード
１０４ｃ 導体箔
１０４ｄ 絶縁体
１０４ｅ ベースフィルム
１０５ 封止樹脂
１０６ スペーサ部材
１０７ 接着剤
１０８ スタッドバンプ
１１２ 保護部材
４０９ 光学ローパスフィルタ
４１０ 固体撮像装置ユニット
４１１ 光学ローパスフィルタ保持部材
５１３ カメラ本体
５１４ シャッターユニット
５１５ ミラー
５１６ ペンタプリズム
５１７ ファインダ光学系

Claims (6)

1. 固体撮像素子と、少なくとも一部の領域が前記固体撮像素子より延出した透光性部材と、前記透光性部材を保持する保持部材とを有し、
   前記透光性部材は前記固体撮像素子の受光面と一定間隔をおいて平行に固定され、
   前記保持部材は前記固体撮像素子を収納可能な空間と、前記固体撮像素子を位置決めする為の位置決め部とを有しており、前記保持部材の前記位置決め部に前記固体撮像素子の側面が突き当てられ、前記透光性部材の前記延出部が前記保持部材に密着して固定されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記透光性部材と、前記固体撮像素子とがスペーサ部材を含む接着剤により一定間隔で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記固体撮像素子の対向する２辺に電極が形成され、前記透光性部材は少なくとも前記電極が形成されていない辺において前記延出部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記固体撮像素子の裏面が保護部材で覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記保持部材に取り付け穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置を有する電子撮像装置であって、前記固体撮像装置が前記保持部材の取り付け穴によって直接に固定され、もしくは前記保持部材の取り付け穴によって前記固体撮像装置を含む固体撮像装置ユニットが固定されていることを特徴とする電子撮像装置。

Images