JP2010098376A - Solid-state imaging device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device picking up an excellent image by preventing a hot state of a solid-state imaging element caused by heat generation of a signal reading circuit of the solid-state imaging element. <P>SOLUTION: This solid-state imaging device is provided with: a semiconductor substrate 20 having signal reading circuits 7-11 for reading signals of a plurality of light reception pixels; a wiring board 50 having a wiring pattern 59 in a position facing the signal reading circuits 7-11; and intermediate wiring layers 22, 23, intermediate wiring contacts 29, a surface wiring layer 3, metal bumps 40, a spreader 59, and wiring board contacts 52, which are used as connection members for thermally connecting the signal reading circuits 7-11 to the wiring board 50 at least in the above position. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

従来より、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子はビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置に広く用いられる。固体撮像素子は、同一半導体基板上に、撮像レンズを介して結像した被写体の光学像を受光画素毎に電気信号に光電変換する複数の受光画素を配列した受光画素部と、受光画素毎の電気信号に対し所定の信号処理を行った後に半導体基板外部に出力する信号読出し回路部とを有している。   Conventionally, solid-state imaging devices represented by CCD image sensors and CMOS image sensors have been widely used in imaging devices such as video cameras and digital cameras. The solid-state image sensor includes a light-receiving pixel section in which a plurality of light-receiving pixels that photoelectrically convert an optical image of a subject formed through an imaging lens into an electric signal for each light-receiving pixel on the same semiconductor substrate, and each light-receiving pixel And a signal readout circuit portion that outputs the electrical signal to the outside of the semiconductor substrate after performing predetermined signal processing.

このような固体撮像素子を用いた固体撮像装置の例として、特許文献1には、固体撮像装置及びその製造方法が記載されている。この特許文献1に記載の固体撮像装置は、受光画素部である撮像領域の周縁部に接続部を設けた固体撮像素子と、この個体撮像素子を保護するための透明なキャップとを有し、上記接続部の一部に、第1のフレキシブル基板の表面に形成されたリードを接続し、上記接続部の他の一部に、第2のフレキシブル基板の表面に形成されたリードを接続し、上記撮像領域の近くに気密的な空間が形成されるように上記撮像領域の周縁部と上記キャップとの間を封止してなる。
この特許文献1に記載の固体撮像装置によれば、固体撮像素子の撮像領域の近くに気密的な空間が形成されるように撮像領域の周縁部とキャップとの間を封止したことにより、撮像領域上における結露や撮像特性の劣化を防止して信頼性を確保することができる。
特許第3355881号公報
As an example of a solid-state imaging device using such a solid-state imaging device, Patent Document 1 describes a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof. The solid-state imaging device described in Patent Document 1 includes a solid-state imaging device provided with a connection portion at a peripheral portion of an imaging region that is a light-receiving pixel unit, and a transparent cap for protecting the individual imaging device, A lead formed on the surface of the first flexible substrate is connected to a part of the connection part, and a lead formed on the surface of the second flexible substrate is connected to another part of the connection part, The gap between the periphery of the imaging region and the cap is sealed so that an airtight space is formed near the imaging region.
According to the solid-state imaging device described in Patent Document 1, by sealing the periphery of the imaging region and the cap so that an airtight space is formed near the imaging region of the solid-state imaging element, Reliability can be ensured by preventing condensation on the imaging area and deterioration of imaging characteristics.
Japanese Patent No. 3355881

近年、固体撮像装置の小型化のため、固体撮像素子の受光画素部と同一半導体基板上に配置される信号読出し回路の高機能化が求められている。また、撮像画像の高精細化のため、固体撮像素子の受光画素の多画素化が求められている。このような固体撮像素子の信号読出し回路の高機能化にともなう回路の大規模化、多画素化にともなう信号読出し回路の駆動周波数の高速化によって、信号読出し回路が発する熱量が増加することが知られている。
しかしながら、特許文献1に記載の固体撮像装置及びその製造方法では、固体撮像素子の信号読出し回路が発した熱は、固体撮像素子内部で拡散し、固体撮像素子に設けた接続部を介して第1、2フレキシブル基板へ放熱されていた。このような熱伝達経路による放熱では、放熱効率が低いため固体撮像素子内部で多くの熱が拡散してしまい固体撮像素子が高温状態になっていた。また、熱伝達効率の低いキャップによって気密に封止する構成であったため、固体撮像素子表面から放熱された熱がこの気密的な空間にこもり、固体撮像素子の高温状態を保持させてしまっていた。以上のような固体撮像素子の高温状態は、受光画素の予期しない熱雑音や暗電流を増加させてしまい固体撮像素子の性能を低下させ、撮像画像劣化の原因となっていたという問題があった。
In recent years, in order to reduce the size of a solid-state imaging device, there has been a demand for higher functionality of a signal readout circuit disposed on the same semiconductor substrate as the light receiving pixel portion of the solid-state imaging device. In addition, in order to increase the definition of the captured image, it is required to increase the number of light receiving pixels of the solid-state image sensor. It is known that the amount of heat generated by the signal readout circuit increases due to the increase in the scale of the circuit accompanying the increase in the functionality of the signal readout circuit of the solid-state imaging device and the increase in the driving frequency of the signal readout circuit accompanying the increase in the number of pixels. It has been.
However, in the solid-state imaging device described in Patent Document 1 and the manufacturing method thereof, the heat generated by the signal readout circuit of the solid-state imaging device is diffused inside the solid-state imaging device, and is transmitted through the connection portion provided in the solid-state imaging device. 1, 2 The heat was radiated to the flexible substrate. In the heat radiation by such a heat transfer path, since the heat radiation efficiency is low, a large amount of heat diffuses inside the solid-state image sensor, and the solid-state image sensor is in a high temperature state. In addition, since the structure is hermetically sealed with a cap having low heat transfer efficiency, the heat radiated from the surface of the solid-state image sensor is trapped in this air-tight space, and the high-temperature state of the solid-state image sensor is maintained. . The high-temperature state of the solid-state imaging device as described above has a problem in that the unexpected thermal noise and dark current of the light-receiving pixels are increased, which deteriorates the performance of the solid-state imaging device and causes deterioration of the captured image. .

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は固体撮像素子の信号読出し回路の発熱に起因する固体撮像素子の高温状態を防止して良好な画像を撮像できる固体撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is solid-state imaging capable of capturing a good image by preventing a high-temperature state of the solid-state imaging element due to heat generation of a signal readout circuit of the solid-state imaging element. To provide an apparatus.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の固体撮像装置は、複数の受光画素の信号を読み出すための信号読出し回路を有する半導体基板と、前記信号読出し回路に対向する位置に配線パターンを有する配線基板と、少なくとも前記位置において前記信号読出し回路と前記配線基板とに熱的に接続された接続部材とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The solid-state imaging device of the present invention includes a semiconductor substrate having a signal readout circuit for reading out signals from a plurality of light receiving pixels, a wiring substrate having a wiring pattern at a position facing the signal readout circuit, and at least the signal at the position. And a connecting member thermally connected to the reading circuit and the wiring board.

この発明によれば、信号読出し回路と配線基板とは熱的に接続された接続部材によって接続され、信号読出し回路が発した熱はこの接続部材を介して配線基板へと伝達される。
さらに、配線基板が信号読出し回路に対向する位置に配置されたことで接続部材は信号読出し回路と配線基板との熱伝達経路を最短距離で接続することができる。その結果、信号読出し回路が発した熱が迅速に配線基板へと伝達されて受光画素への熱の拡散を防止して予期しない熱雑音や暗電流の発生を効果的に抑えられる。
According to the present invention, the signal readout circuit and the wiring board are connected by the thermally connected connecting member, and the heat generated by the signal readout circuit is transmitted to the wiring board through the connecting member.
Further, since the wiring board is disposed at a position facing the signal readout circuit, the connecting member can connect the heat transfer path between the signal readout circuit and the wiring board at the shortest distance. As a result, the heat generated by the signal readout circuit is quickly transmitted to the wiring board, preventing diffusion of heat to the light receiving pixels, and effectively preventing unexpected thermal noise and dark current.

また、本発明の固体撮像装置は、前記接続部材が電気的な接続機能をさらに有することが望ましい。
この場合、半導体基板の信号読読出し回路と配線基板の電位を共通化することで、固体撮像装置の動作を安定させることができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, it is desirable that the connection member further has an electrical connection function.
In this case, the operation of the solid-state imaging device can be stabilized by sharing the potentials of the signal read / read circuit on the semiconductor substrate and the wiring substrate.

また、本発明の固体撮像装置は、前記接続部材が複数配置されていることが望ましい。
この場合、信号読出し回路が発した熱を配線基板まで伝達させるための熱伝達経路が増えるため、放熱効率を向上できるためである。
In the solid-state imaging device of the present invention, it is desirable that a plurality of the connecting members are arranged.
In this case, since the heat transfer path for transferring the heat generated by the signal readout circuit to the wiring board increases, the heat dissipation efficiency can be improved.

また、本発明の固体撮像装置は、前記信号読出し回路に対して所定間隔おきに複数配置されていることが望ましい。
この場合、複数の接続部材が信号読出し回路に対して所定間隔おきに配置されることで信号読出し回路のそれぞれに対して個別に熱伝達経路を設けることができる。
また、信号読出し回路が発した熱は所定間隔おきに配置された接続部材のいずれかに拡散し、複数の接続部材のそれぞれによって分散されて前記配線基板へと伝達される。その結果、信号読出し回路が発した熱を均等に伝達されることで信号読出し回路における熱の偏りを低減して、回路の配置位置による温度起因の性能バラツキを抑えることができる。
In addition, it is desirable that a plurality of solid-state imaging devices of the present invention are arranged at predetermined intervals with respect to the signal readout circuit.
In this case, a plurality of connecting members are arranged at predetermined intervals with respect to the signal readout circuit, so that a heat transfer path can be individually provided for each of the signal readout circuits.
Further, the heat generated by the signal readout circuit is diffused to any one of the connection members arranged at predetermined intervals, is dispersed by each of the plurality of connection members, and is transmitted to the wiring board. As a result, the heat generated by the signal readout circuit is evenly transmitted, thereby reducing the heat bias in the signal readout circuit and suppressing the performance variation due to the temperature due to the arrangement position of the circuit.

また、本発明の固体撮像装置は、前記接続部材が、前記半導体基板の面上に配置された表面配線層を有し、該表面配線層と前記配線基板の面上に配置された配線パターンとに熱的に接続された金属バンプを有することが望ましい。
この場合、電気的な接続と熱的な接続を同時に行うことができる接続部材を一般的な製造工程で形成できる。よって、放熱のために追加の工程を設ける必要がなく、固体撮像装置の製造にかかる時間、コストを抑えることができる。
Further, in the solid-state imaging device of the present invention, the connection member has a surface wiring layer disposed on the surface of the semiconductor substrate, and the wiring pattern disposed on the surface wiring layer and the surface of the wiring substrate; It is desirable to have metal bumps that are thermally connected to.
In this case, a connection member capable of simultaneously performing electrical connection and thermal connection can be formed by a general manufacturing process. Therefore, it is not necessary to provide an additional process for heat dissipation, and the time and cost for manufacturing the solid-state imaging device can be suppressed.

また、本発明の固体撮像装置は、前記接続部材が、前記半導体基板の内部で前記読出し回路と前記表面配線層との間に介在された中間配線層及び中間配線コンタクトをさらに有し、該中間配線コンタクトを介して前記信号読出し回路と中間配線層と前記表面配線層とが接続されていることが望ましい。
この場合、電気的な接続と熱的な接続を同時に行うことができる接続部材を一般的な製造工程で形成できる。よって、放熱のために追加の工程を設ける必要がなく、固体撮像装置の製造にかかる時間、コストを抑えることができる。
また、中間配線層間を電気的に絶縁するための絶縁層に比べ、中間配線層と中間配線コンタクトと表面配線層の方が熱伝達効率が高いため、受光画素への熱の拡散を防止して予期しない熱雑音や暗電流の発生を効果的に抑えられる。
In the solid-state imaging device of the present invention, the connection member further includes an intermediate wiring layer and an intermediate wiring contact interposed between the readout circuit and the surface wiring layer inside the semiconductor substrate, It is desirable that the signal readout circuit, the intermediate wiring layer, and the surface wiring layer are connected through a wiring contact.
In this case, a connection member capable of simultaneously performing electrical connection and thermal connection can be formed by a general manufacturing process. Therefore, it is not necessary to provide an additional process for heat dissipation, and the time and cost for manufacturing the solid-state imaging device can be suppressed.
In addition, the intermediate wiring layer, the intermediate wiring contact, and the surface wiring layer have higher heat transfer efficiency than the insulating layer for electrically insulating the intermediate wiring layers, thereby preventing heat diffusion to the light receiving pixels. Unexpected thermal noise and dark current can be effectively suppressed.

また、本発明の固体撮像装置は、前記表面配線層が、前記信号読出し回路を被覆するように配置されて遮光機能を有することが望ましい。
この場合、表面配線層が信号読出し回路への光の入射をさえぎることで、不要な光の混入が抑制され、これに起因する各回路の誤動作を防止することができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, it is desirable that the surface wiring layer is disposed so as to cover the signal readout circuit and has a light shielding function.
In this case, the surface wiring layer blocks light from entering the signal readout circuit, so that unnecessary light can be prevented from being mixed, and malfunction of each circuit due to this can be prevented.

また、本発明の固体撮像装置は、前記接続部材が、前記配線基板を貫通するようにその表面と裏面との配線パターンに接続された配線基板コンタクトをさらに有することが望ましい。
この場合、配線基板の裏面まで伝達された熱が配線基板コンタクトによって配線基板の表面に伝達される。その結果、信号読出し回路が発した熱を配線基板の両面に拡散されるので外部への放熱面積が増すことができる。このため配線基板へ伝達された熱を効率よく放熱することができ、受光画素への熱の拡散を防止して予期しない熱雑音や暗電流の発生を効果的に抑えられる。
In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the connection member further includes a wiring board contact connected to a wiring pattern of a front surface and a back surface so as to penetrate the wiring board.
In this case, the heat transferred to the back surface of the wiring board is transferred to the front surface of the wiring board by the wiring board contact. As a result, the heat generated by the signal readout circuit is diffused on both sides of the wiring board, so that the heat radiation area to the outside can be increased. For this reason, the heat transmitted to the wiring board can be efficiently radiated, and the diffusion of heat to the light receiving pixels can be prevented, and the occurrence of unexpected thermal noise and dark current can be effectively suppressed.

また、本発明の固体撮像装置は、前記配線基板が前記受光画素の周縁部を囲繞するように形成された貫通孔を有すると共に、前記配線基板の表面において一面が前記受光画素に対向するように配置されて前記貫通孔を封止する平板状のキャップをさらに備えることが好ましい。
この場合、配線基板の貫通孔が受光画素を囲繞するように形成していることで気密空間が信号読出し回路の対向する位置に含まれないため、気密空間にこもる熱量を大幅に減少することを可能とする。したがって、受光画素の高温状態を防止して予期しない熱雑音や暗電流の発生を効果的に抑えられる。
In the solid-state imaging device of the present invention, the wiring board has a through hole formed so as to surround a peripheral portion of the light receiving pixel, and one surface of the wiring board faces the light receiving pixel. It is preferable to further include a flat cap that is disposed and seals the through hole.
In this case, since the airtight space is not included in the opposing position of the signal readout circuit because the through hole of the wiring board is formed so as to surround the light receiving pixels, the amount of heat trapped in the airtight space can be greatly reduced. Make it possible. Therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of unexpected thermal noise and dark current by preventing the light receiving pixel from being in a high temperature state.

本発明の固体撮像装置によれば、信号読出し回路と配線パターンとを対向して配置し、少なくとも前記位置で信号読出し回路と配線基板とを熱的に接続する接続部材を備える。これにより、信号読出し回路が発した熱を配線基板に放熱させることで、信号読出し回路の発熱に起因する固体撮像素子の高温状態を防止して良好な画像を撮像できる固体撮像装置を提供することができる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the signal readout circuit and the wiring pattern are arranged to face each other, and the connection member that thermally connects the signal readout circuit and the wiring board at least at the position is provided. Thus, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of capturing a good image by preventing the high-temperature state of the solid-state imaging device due to heat generation of the signal readout circuit by dissipating heat generated by the signal readout circuit to the wiring board. Can do.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態の固体撮像装置について図1から図9を参照して説明する。
(First embodiment)
The solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1に示すように、固体撮像装置100は、画像を撮像するための受光画素部2を有する固体撮像素子1と、固体撮像素子1に熱的かつ電気的に接続された配線基板50と、配線基板50を挟んで受光画素部2に対向する位置に配置されたキャップ71とを備える。固体撮像素子1と配線基板50とは金属バンプ40によって熱的かつ電気的に接続され接着剤41によって固定されている。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 100 includes a solid-state imaging device 1 having a light-receiving pixel unit 2 for capturing an image, a wiring board 50 that is thermally and electrically connected to the solid-state imaging device 1, And a cap 71 disposed at a position facing the light receiving pixel unit 2 with the wiring board 50 interposed therebetween. The solid-state imaging device 1 and the wiring board 50 are thermally and electrically connected by metal bumps 40 and fixed by an adhesive 41.

また、配線基板50には受光画素部2とキャップ71との間に貫通孔51が形成され、キャップ71は貫通孔51の周辺部を囲む接着剤70によって配線基板50に固定されている。キャップ71は透明なガラス、樹脂等からなり、光を透過して受光画素部2へ入射するようになっている。本実施形態の金属バンプ40は金からなるが、その他の金属、合金あるいは半田等を使用することもできる。   In addition, a through hole 51 is formed between the light receiving pixel portion 2 and the cap 71 in the wiring substrate 50, and the cap 71 is fixed to the wiring substrate 50 with an adhesive 70 surrounding the periphery of the through hole 51. The cap 71 is made of transparent glass, resin, or the like, and transmits light and enters the light receiving pixel portion 2. The metal bump 40 of this embodiment is made of gold, but other metals, alloys, solders, or the like can be used.

また、配線基板50には、図示しない銅等の配線パターンが配線基板50の両面に形成されており、配線基板コンタクト52で熱的かつ電気的に接続されている。ここで、配線基板コンタクト52は、一般的な基板配線層接続に用いられるスルーホール、スタックビア等でよいがこの限りではない。また、スルーホールで構成した場合、その内部空間を金属ソルダなどで充填することも可能である。   Further, a wiring pattern such as copper (not shown) is formed on both surfaces of the wiring board 50 on the wiring board 50, and is thermally and electrically connected by wiring board contacts 52. Here, the wiring board contact 52 may be a through hole, a stack via, or the like used for general board wiring layer connection, but is not limited thereto. Moreover, when it comprises with a through hole, it is also possible to fill the interior space with a metal solder.

図2に示すように、固体撮像素子1は、受光画素2aがマトリクス状に複数配置された受光画素部2と、受光画素部2に電気的に接続された信号読出し回路5〜11と、外部と熱的かつ電気的に接続するための複数の電極パッド4を有する。信号読出し回路5〜11は受光画素部2と同一の半導体基板上に配置されている。このうち、信号読出し回路6〜11は、例えば、固体撮像素子1の各信号読出し回路5〜11を駆動するための制御信号を生成するTG(タイミングジェネレータ)回路6、受光画素2aのアナログ出力信号に混入しているノイズ成分を除去するCDS(相関2重サンプリング)回路7、CDSしたアナログ出力信号を選択的に読み出すSR(シフトレジスタ)回路8、SR回路8の出力信号を増幅するPGA(プログラムゲインアンプ)回路9、PGA回路9の出力する増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するADC(アナログデジタルコンバータ)回路10、ADC10の出力するデジタル信号を固体撮像素子1の外部に出力する出力回路11からなる。ここで、CDS回路7とSR回路8は、各々CDS単位回路7aとSR単位回路8aとから構成され、受光画素2aに対応した数を配置している。信号読出し回路5は、受光素子2aに対して蓄積した不要な電荷をリセットするリセット動作と光信号を電気信号に光電変換して蓄積する蓄積動作と蓄積電荷を電圧に増幅変換して読み出す読出し動作をそれぞれ選択的に行う垂直走査回路である。信号読出し回路6〜11は、垂直走査回路に比べ高速な駆動周波数で動作しているため、固体撮像素子1の主な発熱源となる。   As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 1 includes a light receiving pixel unit 2 in which a plurality of light receiving pixels 2a are arranged in a matrix, signal readout circuits 5 to 11 electrically connected to the light receiving pixel unit 2, and an external And a plurality of electrode pads 4 for thermal and electrical connection. The signal readout circuits 5 to 11 are arranged on the same semiconductor substrate as the light receiving pixel unit 2. Among these, the signal readout circuits 6 to 11 are, for example, a TG (timing generator) circuit 6 that generates a control signal for driving the signal readout circuits 5 to 11 of the solid-state imaging device 1, and an analog output signal of the light receiving pixel 2 a. A CDS (correlated double sampling) circuit 7 that removes noise components mixed in the signal, an SR (shift register) circuit 8 that selectively reads the analog output signal obtained by CDS, and a PGA (program that amplifies the output signal of the SR circuit 8) (Gain amplifier) circuit 9, ADC (analog / digital converter) circuit 10 that converts an amplified analog signal output from the PGA circuit 9 into a digital signal, and an output circuit that outputs the digital signal output from the ADC 10 to the outside of the solid-state imaging device 1 11 consists of. Here, the CDS circuit 7 and the SR circuit 8 are each composed of a CDS unit circuit 7a and an SR unit circuit 8a, and the numbers corresponding to the light receiving pixels 2a are arranged. The signal readout circuit 5 performs a reset operation for resetting unnecessary charges accumulated in the light receiving element 2a, an accumulation operation for photoelectrically converting an optical signal into an electrical signal, and a readout operation for amplifying and converting the accumulated charge into a voltage for reading. Is a vertical scanning circuit that selectively performs the above. Since the signal readout circuits 6 to 11 operate at a drive frequency that is higher than that of the vertical scanning circuit, the signal readout circuits 6 to 11 are main heat sources of the solid-state imaging device 1.

図2にさらに示すように、固体撮像素子1の表層には発熱源である信号読出し回路6〜11を被覆する表面配線層3が設けられている。表面配線層3上には金属バンプ40を配置するためのバンプ位置42が定められており、この位置を白丸印で模式的に示している。バンプ位置42は表面配線層3の表面上で離間するように複数配置されている。バンプ位置42の配置は適宜の位置とすることができるが、バンプ位置42数は多いことが望ましい。これは、配線基板50への熱伝達経路を多く確保し、放熱効率を向上できるためである。
ここで、表面配線層3はアルミニウム、銅等の金属、あるいは合金で構成され一般的な半導体製造工程で形成可能である。
As further shown in FIG. 2, a surface wiring layer 3 is provided on the surface layer of the solid-state imaging device 1 so as to cover the signal readout circuits 6 to 11 as heat generation sources. Bump positions 42 for arranging metal bumps 40 are defined on the surface wiring layer 3, and these positions are schematically indicated by white circles. A plurality of bump positions 42 are arranged so as to be separated on the surface of the surface wiring layer 3. Although the arrangement of the bump positions 42 can be set to an appropriate position, it is desirable that the number of bump positions 42 is large. This is because a large number of heat transfer paths to the wiring substrate 50 can be secured and the heat dissipation efficiency can be improved.
Here, the surface wiring layer 3 is made of a metal such as aluminum or copper, or an alloy, and can be formed by a general semiconductor manufacturing process.

信号読出し回路6〜11と表面配線層3とは信号読出し回路6〜11のそれぞれにおいて所定間隔おきに配置された複数の中間配線コンタクト29によって熱的かつ電気的に接続されている。例えば本実施形態では、中間配線コンタクト29はCDS回路7、SR回路8においてCDS単位回路7a、SR単位回路8aのそれぞれに対して一つ与えられる構成となっているが、複数個を配置してもよい。中間配線コンタクト29は、一般的な半導体の配線層間接続に用いられるタングステン等のコンタクトプラグでよいがこの限りではない。また、中間配線コンタクト29の配置は適宜の位置とすることができるが、配置数が多いことが望ましい。これは、表面配線層3への熱伝達経路を多く確保し、放熱効率を向上できるためである。   The signal readout circuits 6-11 and the surface wiring layer 3 are thermally and electrically connected by a plurality of intermediate wiring contacts 29 arranged at predetermined intervals in each of the signal readout circuits 6-11. For example, in the present embodiment, one intermediate wiring contact 29 is provided to each of the CDS unit circuit 7a and SR unit circuit 8a in the CDS circuit 7 and SR circuit 8, but a plurality of intermediate wiring contacts 29 are arranged. Also good. The intermediate wiring contact 29 may be a contact plug such as tungsten used for general semiconductor wiring interlayer connection, but is not limited thereto. Further, the arrangement of the intermediate wiring contacts 29 can be set to an appropriate position, but it is desirable that the number of arrangement is large. This is because a large number of heat transfer paths to the surface wiring layer 3 can be secured and the heat radiation efficiency can be improved.

図3は配線基板50の表面を示す図である。配線基板50は2層フレキシブル基板である。また、配線基板50は、表面において例えば銅箔で被覆されたグランド(GND)電位となるグランド(GND)パターン53が設けられている。GNDパターン53の縁部58は、貫通孔51の周辺を囲繞するように形成され、貫通孔51を封止するキャップ71(図1参照)を配置するための所定の接着領域を有している。さらに配線基板50には、一端がGNDパターン53の表面に露出してGNDパターン53と熱的かつ電気的に接続された配線基板コンタクト52が配置されている。   FIG. 3 is a view showing the surface of the wiring board 50. The wiring board 50 is a two-layer flexible board. In addition, the wiring substrate 50 is provided with a ground (GND) pattern 53 having a ground (GND) potential covered with, for example, copper foil on the surface. The edge portion 58 of the GND pattern 53 is formed so as to surround the periphery of the through hole 51, and has a predetermined adhesion region for placing a cap 71 (see FIG. 1) that seals the through hole 51. . Further, the wiring board 50 is provided with a wiring board contact 52 having one end exposed on the surface of the GND pattern 53 and thermally and electrically connected to the GND pattern 53.

図4は、図3に示す配線基板50の裏面を示す図である。図3に示した配線基板コンタクト52の他端は配線基板50の裏面まで貫通されている。配線基板コンタクト52の他端は基板配線パターンとして例えば銅箔からなるスプレッダ59に熱的かつ電気的に接続されている。配線基板コンタクト52の配置は適宜の位置とすることができるが、配置数が多いことが望ましい。これは、スプレッダ52からGNDパターン53への熱伝達経路を多く確保し、放熱効率を向上できるためである。   FIG. 4 is a view showing the back surface of the wiring board 50 shown in FIG. The other end of the wiring board contact 52 shown in FIG. The other end of the wiring board contact 52 is thermally and electrically connected to a spreader 59 made of, for example, copper foil as a board wiring pattern. The wiring substrate contacts 52 can be arranged at an appropriate position, but it is desirable that the number of the wiring board contacts 52 be large. This is because a large number of heat transfer paths from the spreader 52 to the GND pattern 53 can be secured and the heat dissipation efficiency can be improved.

また、スプレッダ59と貫通孔51とを取り囲んで固体撮像素子1の電極パッド4(図2参照)に対向する位置に例えば銅箔からなる基板配線パターン54が形成されている。基板配線パターン54は配線基板50の中央側から配線基板50の端部へ延びるように配置されて例えば図示しないコネクタ等へ接続可能な構成になっている。   Further, a substrate wiring pattern 54 made of, for example, copper foil is formed at a position that surrounds the spreader 59 and the through-hole 51 and faces the electrode pad 4 (see FIG. 2) of the solid-state imaging device 1. The board wiring pattern 54 is arranged so as to extend from the center side of the wiring board 50 to the end of the wiring board 50 and can be connected to, for example, a connector (not shown).

図5、図6はおのおの図3のA−A’断面図、図3のB−B’断面図である。図5及び図6に示すように、配線基板50は配線パターン(GNDパターン53、基板配線パターン54またはスプレッダ59)と絶縁層55、56とによる積層構造となっている。   5 and 6 are cross-sectional views taken along line A-A 'of FIG. 3 and cross-sectional views taken along line B-B' of FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the wiring substrate 50 has a laminated structure including a wiring pattern (GND pattern 53, substrate wiring pattern 54 or spreader 59) and insulating layers 55 and 56.

図7は図4において二点鎖線で示す部分の拡大図である。接点位置57はバンプ40を配置する位置を白丸印で模式的に示している。スプレッダ59上の接点位置57は図2に示したバンプ位置42に対応する位置に配置されている。また、配線パターン54上の接点位置57は、固体撮像素子1の電極パッド4に対応する位置に配置されている。   FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by a two-dot chain line in FIG. The contact position 57 schematically shows a position where the bump 40 is arranged by a white circle. The contact position 57 on the spreader 59 is disposed at a position corresponding to the bump position 42 shown in FIG. Further, the contact position 57 on the wiring pattern 54 is arranged at a position corresponding to the electrode pad 4 of the solid-state imaging device 1.

図8及び図9は、図1に示す固体撮像装置100が組み立てられた際の構成を示す断面図である。図8は、図1に示す固体撮像装置100の図3に示すA−A’に対応する位置での断面図である。図8に示すように、固体撮像装置1に設けられた表面配線層3と電極パッド4には金属バンプ40が配置されている。金属バンプ40は基板配線パターン54あるいはスプレッダ59に、熱的かつ電気的に接続された状態で接着剤41で固定されている。   8 and 9 are cross-sectional views illustrating a configuration when the solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. 1 is assembled. 8 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 1 at a position corresponding to A-A ′ shown in FIG. 3. As shown in FIG. 8, metal bumps 40 are arranged on the surface wiring layer 3 and the electrode pads 4 provided in the solid-state imaging device 1. The metal bumps 40 are fixed to the substrate wiring pattern 54 or the spreader 59 with an adhesive 41 while being thermally and electrically connected.

図9は図8において二点鎖線で示す部分の拡大図である。固体撮像素子1は半導体基板20と絶縁層21と中間配線層22、23とからなる多層配線構造になっている。受光画素部2及び信号読出し回路7〜11(TG回路6は図示なし)は半導体基板20の面上に形成されている。中間配線コンタクト29は信号読出し回路7〜11から中間配線層22、23を介して表面配線層3まで延びて設けられている。ここで、絶縁層21は例えば二酸化珪素で構成し、中間配線層22,23は例えばアルミニウム、銅等の金属、あるいは合金で構成されて一般的な半導体製造工程で形成可能である。   FIG. 9 is an enlarged view of a portion indicated by a two-dot chain line in FIG. The solid-state imaging device 1 has a multilayer wiring structure including a semiconductor substrate 20, an insulating layer 21, and intermediate wiring layers 22 and 23. The light receiving pixel portion 2 and the signal readout circuits 7 to 11 (the TG circuit 6 is not shown) are formed on the surface of the semiconductor substrate 20. The intermediate wiring contact 29 is provided so as to extend from the signal readout circuits 7 to 11 to the surface wiring layer 3 through the intermediate wiring layers 22 and 23. Here, the insulating layer 21 is made of, for example, silicon dioxide, and the intermediate wiring layers 22 and 23 are made of, for example, a metal such as aluminum or copper, or an alloy, and can be formed by a general semiconductor manufacturing process.

以下、信号読出し回路7〜11の熱伝達経路の詳細構成について説明する。中間配線層22、23は、中間配線コンタクト29に対して熱的かつ電気的に接続されており、本実施形態では信号読出し回路7〜11のGND電位に接続されている。なお、GND電位に変えて、信号読出し回路6〜11等に供給される共通電位とすることも可能である。また、中間配線層22、23として複数の中間配線コンタクト29を相互に接続する配線あるいはベタGND等の適宜の構成を採用することもできる。   Hereinafter, the detailed configuration of the heat transfer path of the signal readout circuits 7 to 11 will be described. The intermediate wiring layers 22 and 23 are thermally and electrically connected to the intermediate wiring contact 29, and are connected to the GND potential of the signal readout circuits 7 to 11 in this embodiment. Note that, instead of the GND potential, a common potential supplied to the signal reading circuits 6 to 11 and the like can be used. Further, as the intermediate wiring layers 22 and 23, an appropriate configuration such as a wiring for connecting a plurality of intermediate wiring contacts 29 to each other or a solid GND can be adopted.

中間配線コンタクト29は、半導体基板20から中間配線層22まで延びる中間配線コンタクト24と、中間配線層22から中間配線層23まで延びる中間配線コンタクト25と、中間配線層23から表面配線層3まで延びる中間配線コンタクト26とからなる。中間配線コンタクト24〜26のそれぞれは、一般的な半導体製造工程で形成可能である。
また、ここでは、中間配線コンタクト24〜26を直線上に配置し、信号読出し回路7〜11と表面配線層3を接続したが、中間配線層22、23上で離間するように配置することもできる。
The intermediate wiring contact 29 extends from the semiconductor substrate 20 to the intermediate wiring layer 22, the intermediate wiring contact 25 extends from the intermediate wiring layer 22 to the intermediate wiring layer 23, and extends from the intermediate wiring layer 23 to the surface wiring layer 3. An intermediate wiring contact 26 is formed. Each of the intermediate wiring contacts 24 to 26 can be formed by a general semiconductor manufacturing process.
Further, here, the intermediate wiring contacts 24 to 26 are arranged on a straight line, and the signal readout circuits 7 to 11 and the surface wiring layer 3 are connected. However, they may be arranged so as to be separated on the intermediate wiring layers 22 and 23. it can.

このように、この固体撮像装置100では、中間配線コンタクト29と、金属バンプ40と、配線基板コンタクト52とを有する接続構成によって半導体基板20上の信号読出し回路6〜11と配線基板50とが熱的かつ電気的に接続された構成になっている。
なお、画素部2とキャップ71との間には、オンチップマイクロレンズ30とカラーフィルタ28とが撮像素子2a(図2参照)の配置に対応して設けられている。また、気密空間72が固体撮像素子1の受光画素部2と対向する位置でキャップ71との間で形成されている。
As described above, in the solid-state imaging device 100, the signal readout circuits 6 to 11 and the wiring board 50 on the semiconductor substrate 20 are heated by the connection configuration including the intermediate wiring contact 29, the metal bump 40, and the wiring board contact 52. It is the structure which was connected electrically and electrically.
An on-chip microlens 30 and a color filter 28 are provided between the pixel unit 2 and the cap 71 corresponding to the arrangement of the image sensor 2a (see FIG. 2). An airtight space 72 is formed between the cap 71 and a position facing the light receiving pixel portion 2 of the solid-state imaging device 1.

以上に説明する構成の、本実施形態の固体撮像装置100の信号読出し回路7〜11からの放熱の作用について、図9を参照しながら説明を行う。図9に示す矢印は固体撮像素子1の周辺回路6〜11の発した熱の熱伝達経路を模式的に示している。
本実施形態の固体撮像装置100では、この固体撮像装置100の外部からキャップ71を介して光が入射し、オンチップマイクロレンズ30及びカラーフィルタ28を介して受光画素部2の受光画素2aに到達する。
The action of heat radiation from the signal readout circuits 7 to 11 of the solid-state imaging device 100 of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. The arrows shown in FIG. 9 schematically show the heat transfer path of the heat generated by the peripheral circuits 6 to 11 of the solid-state imaging device 1.
In the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, light enters from the outside of the solid-state imaging device 100 through the cap 71 and reaches the light-receiving pixel 2a of the light-receiving pixel unit 2 through the on-chip microlens 30 and the color filter 28. To do.

受光画素2aに蓄積された電荷は、信号読出し回路6〜11の各回路によって所定の信号処理が行われた後に外部に出力される。信号読出し回路6〜11は高速な駆動周波数で動作しているため発熱する。   The charge accumulated in the light receiving pixel 2a is output to the outside after predetermined signal processing is performed by each circuit of the signal readout circuits 6-11. Since the signal readout circuits 6 to 11 operate at a high drive frequency, they generate heat.

二酸化珪素からなる絶縁層21よりもタングステンからなる中間配線コンタクト29、およびAl、銅等からなる中間配線層22,23の方が熱伝達効率が高いため、例えばCDS回路7の発した熱は、中間配線コンタクト29を介して中間配線層22、23を伝達して表面配線層3に達して、表面配線層3全体へ拡散される。さらに、表面配線層3に拡散された熱は、金属バンプ40を介してスプレッダ59に達して、スプレッダ59全体へ拡散される。   Since the intermediate wiring contact 29 made of tungsten and the intermediate wiring layers 22 and 23 made of Al, copper, etc. have higher heat transfer efficiency than the insulating layer 21 made of silicon dioxide, the heat generated by the CDS circuit 7 is, for example, The intermediate wiring layers 22 and 23 are transmitted through the intermediate wiring contact 29 to reach the surface wiring layer 3 and diffused throughout the surface wiring layer 3. Further, the heat diffused in the surface wiring layer 3 reaches the spreader 59 via the metal bumps 40 and is diffused throughout the spreader 59.

スプレッダ59に拡散された熱は続いて配線基板コンタクト52のそれぞれに分散されて、配線基板50の表面のGNDパターン53に達して、GNDパターン53全体へ拡散される。さらにGNDパターン53の表面53aから外部へ放熱される。   The heat diffused in the spreader 59 is subsequently distributed to each of the wiring board contacts 52, reaches the GND pattern 53 on the surface of the wiring board 50, and is diffused throughout the GND pattern 53. Further, heat is radiated from the surface 53a of the GND pattern 53 to the outside.

以上説明したように、本実施形態の固体撮像装置100によれば、固体撮像素子1の信号読出し回路6〜11に対向する位置にスプレッダ59が配置されている。また、固体撮像素子1の信号読出し回路6〜11に対向する範囲の位置で、信号読読出し回路6〜11と配線基板50とを熱的かつ電気的に接続するための中間配線コンタクト29、金属バンプ40、配線基板コンタクト52が複数配置されている。これらの構成により、信号読出し回路6〜11の発した熱は熱伝達効率の高い接続部材を介して配線基板50のGNDパターン53まで伝達されてGNDパターン53から外部へ放熱されるため、放熱効率を向上することが出来る。すなわち、配線基板50までの熱伝達経路が最短となる構成であることで固体撮像素子1内部での熱の拡散を防止できる。また、配線基板50の貫通孔51が受光画素部2を囲繞するように形成されていることで気密空間72が信号読出し回路6〜11の対向する位置に含まれないため、気密空間72にこもる熱量を大幅に減少することができる。したがって、固体撮像素子の信号読出し回路の発熱に起因する固体撮像素子の高温状態を防止して良好な画像を撮像できる固体撮像装置を提供することができる。   As described above, according to the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, the spreader 59 is disposed at a position facing the signal readout circuits 6 to 11 of the solid-state imaging device 1. Further, an intermediate wiring contact 29 for thermally and electrically connecting the signal reading / reading circuits 6 to 11 and the wiring board 50 at a position in a range facing the signal reading circuits 6 to 11 of the solid-state imaging device 1, metal A plurality of bumps 40 and wiring board contacts 52 are arranged. With these configurations, the heat generated by the signal readout circuits 6 to 11 is transmitted to the GND pattern 53 of the wiring board 50 through the connection member having a high heat transfer efficiency, and is radiated from the GND pattern 53 to the outside. Can be improved. In other words, the heat transfer path to the wiring board 50 is the shortest so that heat diffusion inside the solid-state imaging device 1 can be prevented. Further, since the through hole 51 of the wiring board 50 is formed so as to surround the light receiving pixel portion 2, the airtight space 72 is not included in the position where the signal readout circuits 6 to 11 are opposed to each other. The amount of heat can be greatly reduced. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device that can capture a good image by preventing a high-temperature state of the solid-state imaging element due to heat generation of the signal readout circuit of the solid-state imaging element.

また、中間配線層22、23を熱伝達経路としているため、中間配線層22、23の配線パターンを変更することができ、熱伝達経路設定の自由度を高めることができる。   Moreover, since the intermediate wiring layers 22 and 23 are used as heat transfer paths, the wiring pattern of the intermediate wiring layers 22 and 23 can be changed, and the degree of freedom in setting the heat transfer paths can be increased.

また、中間配線コンタクト29及び配線基板コンタクト52は一般的な製造工程で固体撮像素子1や配線基板50に形成される。また、他の接続部材、中間配線層22,23、表面配線層3、金属バンプ40、スプレッダ59、GNDパターン53は一般的な製造工程で形成できるため、放熱のために追加の工程を設ける必要がなく、固体撮像装置100の製造にかかる時間、コストを抑えることができる。   Further, the intermediate wiring contact 29 and the wiring board contact 52 are formed on the solid-state imaging device 1 and the wiring board 50 by a general manufacturing process. Further, since the other connecting members, the intermediate wiring layers 22 and 23, the surface wiring layer 3, the metal bump 40, the spreader 59, and the GND pattern 53 can be formed by a general manufacturing process, it is necessary to provide an additional process for heat dissipation. The time and cost required for manufacturing the solid-state imaging device 100 can be reduced.

また、中間配線コンタクト29と配線基板コンタクト52と金属バンプ40とはGNDパターン53に接続されているため、固体撮像素子1と配線基板50をGND電位の共通化をすることで、固体撮像装置100の動作を安定させることができる。   Further, since the intermediate wiring contact 29, the wiring board contact 52, and the metal bump 40 are connected to the GND pattern 53, the solid-state imaging device 100 can be obtained by sharing the GND potential between the solid-state imaging device 1 and the wiring board 50. Can be stabilized.

ここでは、配線基板50を2層フレキシブル基板を用いて説明をしたが、1層あるいは多層フレキシブル基板、FR4等に代表される硬質基板を用いることも出来る。また、配線基板に他の電気部品を搭載することもできる。   Here, the wiring substrate 50 has been described using a two-layer flexible substrate, but a single-layer or multilayer flexible substrate, a hard substrate typified by FR4, or the like can also be used. Also, other electrical components can be mounted on the wiring board.

また、金属バンプ40、接着材41を用いて説明をしたが、異方性導電膜等の固体撮像素子1と配線基板50を熱的かつ電気的に接続して固定する機構を有するものであればよい。   Further, the metal bump 40 and the adhesive 41 have been described. However, the solid-state imaging device 1 such as an anisotropic conductive film and the wiring board 50 may be thermally and electrically connected and fixed. That's fine.

また、中間層配線コンタクト29、金属バンプ40、配線基板コンタクト52は信号読出し回路6〜11に対して所定間隔おきに複数配置されているので、信号読出し回路の単位回路それぞれに対して個別に熱伝達経路を設けることができ、信号読出し回路6〜11が発した熱は所定間隔おきに配置された接続部材のいずれかに拡散し、複数の接続部材のそれぞれによって分散されて配線基板50へと伝達される。その結果、信号読出し回路6〜11が発した熱が均等に伝達されることで、信号読出し回路6〜11における熱の偏りを低減して、回路の形成位置による温度起因の性能バラツキを抑えることができる。   Further, since a plurality of intermediate layer wiring contacts 29, metal bumps 40, and wiring board contacts 52 are arranged at predetermined intervals with respect to the signal readout circuits 6 to 11, heat is individually applied to each unit circuit of the signal readout circuit. A transmission path can be provided, and the heat generated by the signal readout circuits 6 to 11 is diffused to any one of the connection members arranged at predetermined intervals, and is dispersed by each of the plurality of connection members to the wiring substrate 50. Communicated. As a result, the heat generated by the signal readout circuits 6 to 11 is evenly transmitted, thereby reducing the heat bias in the signal readout circuits 6 to 11 and suppressing the temperature-related performance variation due to the circuit formation position. Can do.

また、表面配線層3が信号読出し回路6〜11への光の入射をさえぎる遮光層とされていることで、信号読出し回路6〜11への不要な光の混入が抑制され、これに起因する各回路の誤動作を防止することができる。
なお、信号読出し回路6〜11のうち発熱量の多い回路に集中的に配置される構成としてもよい。これにより、信号読出し回路全体の熱の偏りをさらに低減することができる。
また、熱的かつ電気的な接続をするための接続部材で構成した場合について説明したが、熱的な接続のみを行う接続部材を用いて構成することも可能である。
Further, since the surface wiring layer 3 is a light-shielding layer that blocks the incidence of light on the signal readout circuits 6 to 11, unnecessary light is prevented from being mixed into the signal readout circuits 6 to 11. It is possible to prevent malfunction of each circuit.
Note that the signal readout circuits 6 to 11 may be arranged intensively in a circuit that generates a large amount of heat. Thereby, it is possible to further reduce the heat bias of the entire signal readout circuit.
Moreover, although the case where it comprised with the connection member for making a thermal and electrical connection was demonstrated, it is also possible to comprise using the connection member which performs only thermal connection.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の固体撮像装置について図10から図16を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態で示した、固体撮像素子の信号読出し回路に対向する位置で信号読出し回路と配線基板とを熱的かつ電気的に接続する構成に加えて、信号読出し回路と対向していない位置でも配線基板と熱的かつ電気的に接続する構成としている。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態の固体撮像装置100と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
(Second Embodiment)
Next, a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, in addition to the configuration shown in the first embodiment in which the signal readout circuit and the wiring board are thermally and electrically connected at a position facing the signal readout circuit of the solid-state imaging device, the signal readout circuit The circuit board is configured to be thermally and electrically connected to the wiring board even at a position that is not opposed to the wiring board. In each embodiment described below, portions having the same configuration as those of the solid-state imaging device 100 of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図10に示すように、固体撮像素子200は、固体撮像素子1の表面配線層3に代えて表面配線層203を備え、表面配線層203には固体撮像素子200の周縁部側へ突出したバンプ位置242が定められており、この位置を白丸印で模式的に示している。
図11、図12は、おのおの固体撮像素子200に対応した配線基板250の表面および裏面を示す図である。図13、図14は、それぞれ図11に示すC−C’、D−D’断面図である。
As shown in FIG. 10, the solid-state imaging device 200 includes a surface wiring layer 203 instead of the surface wiring layer 3 of the solid-state imaging device 1, and the surface wiring layer 203 has bumps protruding toward the peripheral edge side of the solid-state imaging device 200. A position 242 is defined, and this position is schematically indicated by a white circle.
11 and 12 are diagrams showing the front and back surfaces of the wiring board 250 corresponding to each solid-state imaging device 200. FIG. 13 and 14 are CC ′ and DD ′ cross-sectional views shown in FIG. 11, respectively.

また、図11から図14に示すように、配線基板250には配線基板コンタクト52に加えて配線基板コンタクト252をさらに備え、スプレッダ59に代えて配線基板コンタクト252にも接続されたスプレッダ259を備える。配線基板250の配線基板コンタクト252は配線基板コンタクト52と同様に配線基板250の表面のGNDパターン53と配線基板50の裏面のスプレッダ259に接続されている。   Further, as shown in FIGS. 11 to 14, the wiring board 250 further includes a wiring board contact 252 in addition to the wiring board contact 52, and a spreader 259 connected to the wiring board contact 252 instead of the spreader 59. . Similar to the wiring board contact 52, the wiring board contact 252 of the wiring board 250 is connected to the GND pattern 53 on the front surface of the wiring board 250 and the spreader 259 on the back surface of the wiring board 50.

また、接点位置257はバンプ40を配置する位置を白丸で模式的に示している。スプレッダ259上の接点位置257は図10に示したバンプ位置242に対応する位置に配置され、スプレッダ259の面上では接点位置257と配線基板コンタクト252とは互いに離間する位置関係で配置されている。   Further, the contact position 257 schematically shows a position where the bump 40 is arranged by a white circle. The contact position 257 on the spreader 259 is disposed at a position corresponding to the bump position 242 shown in FIG. 10, and the contact position 257 and the wiring board contact 252 are disposed on the surface of the spreader 259 so as to be separated from each other. .

図15は、固体撮像装置の図10に示すE−E’に対応する位置での断面図である。図15に示すように本実施形態の固体撮像素子200では、図9の中間配線層22に代えて中間配線層222を備える。中間配線層222、23は中間配線コンタクト29に熱的かつ電気的に接続されており、信号読出し回路7〜11(TG回路6は図示せず)のGND電位に接続されている。なお、GND電位に変えて、信号読出し回路6〜11等に供給される共通電位とすることも可能である。   FIG. 15 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device at a position corresponding to E-E ′ illustrated in FIG. 10. As shown in FIG. 15, the solid-state imaging device 200 of this embodiment includes an intermediate wiring layer 222 instead of the intermediate wiring layer 22 of FIG. 9. The intermediate wiring layers 222 and 23 are thermally and electrically connected to the intermediate wiring contact 29, and are connected to the GND potential of the signal readout circuits 7 to 11 (the TG circuit 6 is not shown). Note that, instead of the GND potential, a common potential supplied to the signal reading circuits 6 to 11 and the like can be used.

信号読出し回路7〜11からの放熱の作用について、図15を参照しながら説明を行う。図15に示す矢印は固体撮像素子200の周辺回路7〜11の発した熱の熱伝達経路を模式的に示している。信号読出し回路7〜11の発した熱は、中間配線コンタクト29を介して中間配線層222、23を伝達して表面配線層203に達して、表面配線層203全体へ拡散される。さらに、表面配線層203に拡散された熱は、金属バンプ40を介してスプレッダ259に達して、スプレッダ259全体へ拡散される。スプレッダ259に拡散された熱は続いて配線基板コンタクト252、52のそれぞれに分散されて、配線基板50の表面のGNDパターン53に達して、GNDパターン53全体へ拡散される。さらにGNDパターン53の表面から外部へ放熱される。   The action of heat radiation from the signal readout circuits 7 to 11 will be described with reference to FIG. An arrow shown in FIG. 15 schematically shows a heat transfer path of heat generated by the peripheral circuits 7 to 11 of the solid-state imaging device 200. Heat generated by the signal readout circuits 7 to 11 is transmitted to the intermediate wiring layers 222 and 23 through the intermediate wiring contact 29, reaches the surface wiring layer 203, and is diffused throughout the surface wiring layer 203. Further, the heat diffused in the surface wiring layer 203 reaches the spreader 259 via the metal bumps 40 and is diffused throughout the spreader 259. The heat diffused in the spreader 259 is then distributed to each of the wiring board contacts 252 and 52, reaches the GND pattern 53 on the surface of the wiring board 50, and is diffused throughout the GND pattern 53. Further, heat is radiated from the surface of the GND pattern 53 to the outside.

このような構成でも第一実施形態と同様に、固体撮像素子の信号読出し回路の発熱に起因する固体撮像素子の高温状態を防止して良好な画像を撮像できる固体撮像装置を提供することができる。   Even in such a configuration, similarly to the first embodiment, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of capturing a good image by preventing a high-temperature state of the solid-state imaging device due to heat generation of the signal readout circuit of the solid-state imaging device. .

また、スプレッダ59よりも面積が広いスプレッダ259を設け、さらに配線基板コンタクト252が設けられたことで熱伝達経路が第一実施形態に比べ増えているので、放熱効率をさらに高めることができる。   Further, since the spreader 259 having a larger area than the spreader 59 and the wiring board contact 252 are further provided, the heat transfer path is increased as compared with the first embodiment, so that the heat radiation efficiency can be further improved.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図16に示すように、GNDパターン53に熱伝導性接着剤111が塗布され、さらにアルミニウム製等の放熱板112を接着した構造とすることができる。放熱板112は固体撮像装置110が搭載される図示しない筐体等に熱的に接続されて熱を放熱させる構成とすることもできる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, as shown in FIG. 16, a heat conductive adhesive 111 is applied to the GND pattern 53, and a heat dissipation plate 112 made of aluminum or the like is further bonded. The heat radiating plate 112 may be configured to be thermally connected to a housing (not shown) on which the solid-state imaging device 110 is mounted to dissipate heat.

また、図17に示すように、GNDパターン上に熱伝導性接着剤121を介してアルミニウム等の放熱フィン122を接着して放熱面積をさらに増やす構成とすることもできる。   In addition, as shown in FIG. 17, a heat dissipation area can be further increased by adhering heat dissipation fins 122 such as aluminum on a GND pattern via a heat conductive adhesive 121.

また、本発明の実施形態では半導体基板20と配線基板50との間に中間配線層22、23、222を設けた構成を例に詳述したが、これに限らず、更に多層配線の構成であってもよいし、中間配線層を備えない構成であっても本発明と同様な効果を奏することができる。   In the embodiment of the present invention, the configuration in which the intermediate wiring layers 22, 23, and 222 are provided between the semiconductor substrate 20 and the wiring substrate 50 has been described in detail as an example. Even if the configuration does not include the intermediate wiring layer, the same effects as those of the present invention can be obtained.

ここでは、説明を簡単にするため、表面配線層が高速な駆動周波数で動作する回路(信号読出し回路6〜11)を被覆する位置に設けた場合を示したが、低速な駆動周波数で動作する回路(垂直走査回路5)をも含む領域で被覆して構成できることは勿論である。また、表面配線層は、信号読出し回路それぞれの回路位置に対応して分割して被覆することも出来る。さらに、スプレッダを同一配線基板内で分割することできるし、スプレッダを設けた配線基板を複数個用いて構成することもできる。すなわち、少なくとも固体撮像素子の信号読出し回路に対向する位置で信号読出し回路と配線基板とを熱的かつ電気的に接続することができれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変形や応用が可能である。   Here, for the sake of simplicity, the case where the surface wiring layer is provided at a position covering the circuit (signal readout circuits 6 to 11) that operates at a high driving frequency is shown, but the circuit operates at a low driving frequency. Of course, it is possible to cover and cover the region including the circuit (vertical scanning circuit 5). Further, the surface wiring layer can be divided and covered in accordance with the circuit position of each signal readout circuit. Furthermore, the spreader can be divided in the same wiring board, or a plurality of wiring boards provided with the spreader can be used. That is, as long as the signal readout circuit and the wiring board can be thermally and electrically connected at least at a position facing the signal readout circuit of the solid-state imaging device, various modifications and applications within the scope of the present invention are possible. Is possible.

本発明の第一実施形態の固体撮像装置の構成を示す分解図である。1 is an exploded view showing a configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態の固体撮像素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid-state image sensor of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態の配線基板の表面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface of the wiring board of 1st embodiment of this invention. 同配線基板の裏面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the back surface of the same wiring board. 図3のA−A’線における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 3. 図3のB−B’線における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 3. 図4に示す配線基板の一部拡大図である。FIG. 5 is a partially enlarged view of the wiring board shown in FIG. 4. 図3のA−A’線に対応した同固体撮像装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device corresponding to the A-A 'line of FIG. 同固体撮像装置の構成を示す一部拡大図である。It is a partially expanded view which shows the structure of the solid-state imaging device. 本発明の第二実施形態の固体撮像素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid-state image sensor of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の配線基板の表面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface of the wiring board of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の配線基板の裏面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the back surface of the wiring board of 2nd embodiment of this invention. 図11のC−C’線における断面図である。It is sectional drawing in the C-C 'line of FIG. 図11のD−D’線における断面図である。It is sectional drawing in the D-D 'line | wire of FIG. 図10のE−E’線に対応した同固体撮像装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device corresponding to the E-E 'line of FIG. 本発明の実施形態の固体撮像装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the solid-state imaging device of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の固体撮像装置の他の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other modification of the solid-state imaging device of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100、110、120、 固体撮像装置
1、200 固体撮像素子
2 受光画素部
2a 受光画素
3、203 表面配線層
5、6、7、8、9、10、11 信号読出し回路
20 半導体基板
22、23、222 中間配線層
29 中間配線コンタクト
40、240 金属バンプ
50、250 配線基板
51 貫通孔
52、252 配線基板コンタクト
59、259 スプレッダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,110,120 Solid-state imaging device 1,200 Solid-state image sensor 2 Light receiving pixel part 2a Light receiving pixel 3,203 Surface wiring layer 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 Signal read-out circuit 20 Semiconductor substrate 22, 23 , 222 Intermediate wiring layer 29 Intermediate wiring contact 40, 240 Metal bump 50, 250 Wiring board 51 Through hole 52, 252 Wiring board contact 59, 259 Spreader

Claims (9)

複数の受光画素の信号を読み出すための信号読出し回路を有する半導体基板と、
前記信号読出し回路に対向する位置に配線パターンを有する配線基板と、
少なくとも前記位置において前記信号読出し回路と前記配線基板とに熱的に接続された接続部材とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
A semiconductor substrate having a signal readout circuit for reading out signals of a plurality of light receiving pixels;
A wiring board having a wiring pattern at a position facing the signal readout circuit;
A solid-state imaging device comprising: a connection member thermally connected to the signal readout circuit and the wiring board at least at the position.
前記接続部材が、
電気的な接続機能をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The connecting member is
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising an electrical connection function.
前記接続部材が
複数配置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。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of the connection members are arranged.
前記接続部材が
前記信号読出し回路に対して所定間隔おきに複数配置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。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of the connection members are arranged at predetermined intervals with respect to the signal readout circuit.
前記接続部材が、
前記半導体基板の面上に配置された表面配線層を有し、該表面配線層と前記配線基板の面上に配置された配線パターンとに熱的に接続された金属バンプを有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The connecting member is
It has a surface wiring layer disposed on the surface of the semiconductor substrate, and has metal bumps thermally connected to the surface wiring layer and a wiring pattern disposed on the surface of the wiring substrate. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記接続部材が、
前記半導体基板の内部で前記読出し回路と前記表面配線層との間に介在された中間配線層及び中間配線コンタクトをさらに有し、該中間配線コンタクトを介して前記信号読出し回路と中間配線層と前記表面配線層とが接続されていることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
The connecting member is
The semiconductor substrate further includes an intermediate wiring layer and an intermediate wiring contact interposed between the readout circuit and the surface wiring layer inside the semiconductor substrate, and the signal readout circuit, the intermediate wiring layer, and the The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the surface wiring layer is connected.
前記表面配線層が、
前記信号読出し回路を被覆するように配置されて遮光機能を有することを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
The surface wiring layer is
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the solid-state imaging device is disposed so as to cover the signal readout circuit and has a light shielding function.
前記接続部材が、
前記配線基板を貫通するようにその表面と裏面との配線パターンに接続された配線基板コンタクトをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The connecting member is
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a wiring board contact connected to a wiring pattern of a front surface and a back surface so as to penetrate the wiring board.
前記配線基板が
前記受光画素の周縁部を囲繞するように形成された貫通孔を有すると共に、
前記配線基板の表面において一面が前記受光画素に対向するように配置されて前記貫通孔を封止する平板状のキャップをさらに備える請求項1に記載の固体撮像装置。
The wiring board has a through hole formed so as to surround a peripheral portion of the light receiving pixel, and
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a flat-plate cap that is disposed so that one surface of the wiring substrate faces the light receiving pixel and seals the through hole.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018163236A1 (en) * 2017-03-06 2018-09-13 オリンパス株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

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