JP2010278501A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
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.
チップ構造の固体撮像素子が回路基板に実装された、所謂チップオンボード構造の従来の固体撮像装置の一例による概略構成を図3に示す。図3は、従来の固体撮像装置1の概略構成を示す断面模式図である。 FIG. 3 shows a schematic configuration of an example of a conventional solid-state imaging device having a so-called chip-on-board structure in which a solid-state imaging device having a chip structure is mounted on a circuit board. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional solid-state imaging device 1.
従来の固体撮像装置1は、図示しない光学系により結像された被写体光学像を画像信号に変換するCCDやCMOSセンサ等のチップ状の固体撮像素子103、固体撮像素子103を固定する台板102、固体撮像素子103を駆動する電気部品や固体撮像素子103から出力された画像信号に基づき画像データ等を生成する電気部品等が実装された回路基板101、固体撮像素子103の受光面103aに対向する領域に開口を有し、固体撮像素子103を囲む樹脂からなる枠部材104、及び枠部材104の開口を覆う透明部材105等から構成されている。回路基板101の表面の台板102と枠部材104との間にはボンディングパッド106が設けられ、固体撮像素子103と回路基板101とはボンディングワイヤ107で接続されている。
A conventional solid-state imaging device 1 includes a chip-like solid-
ところでこのような構成の固体撮像装置1においては、固体撮像装置1に入射した光が樹脂製の枠部材104の内壁面で反射し、迷光となり固体撮像素子103の受光面103aに入射する場合がある。その結果、画像にゴーストやフレア等の光学雑音が生じ画像の品位を損なうといった問題がある。
By the way, in the solid-state imaging device 1 having such a configuration, the light incident on the solid-state imaging device 1 may be reflected by the inner wall surface of the
そこで、このような問題に対応する為、特許文献1では、枠部材をカーボンブラック顔料等の遮光充填剤が配合されたエポキシ系樹脂やABS系樹脂で構成したり、枠部材の内壁面に反射防止皮膜を施す方法が提案されている。 Therefore, in order to cope with such a problem, in Patent Document 1, the frame member is made of an epoxy resin or ABS resin mixed with a light shielding filler such as a carbon black pigment, or is reflected on the inner wall surface of the frame member. A method for applying a protective film has been proposed.
さらに、特許文献1では、枠部材の内壁面に、透明部材から遠くなるにつれて、開口形状が大きくなる階段状の複数の段差を形成し、該段差により、所定の入射角以内の光線は全て外部に反射させ、固体撮像素子の受光面への迷光の進入を防止する構成が提案されている。 Furthermore, in Patent Document 1, a plurality of stepped steps whose opening shape increases as the distance from the transparent member increases on the inner wall surface of the frame member, and all light rays within a predetermined incident angle are externally formed by the steps. Has been proposed that prevents stray light from entering the light-receiving surface of the solid-state imaging device.
しかしながら、枠部材をカーボンブラック顔料等の遮光充填剤が配合されたエポキシ系樹脂やABS系樹脂で構成したり、枠部材の内面に反射防止皮膜等を施すのみでは、枠部材の内壁面での反射を抑え、迷光の固体撮像素子の受光面への進入を防止するのは充分ではなかった。 However, if the frame member is composed of an epoxy resin or ABS resin mixed with a light-shielding filler such as carbon black pigment, or only by applying an antireflection coating or the like on the inner surface of the frame member, It was not sufficient to suppress reflection and prevent stray light from entering the light-receiving surface of the solid-state imaging device.
また、樹脂製の枠部材の内壁面に階段状の複数の段差を形成する場合は、所望の強度、剛性、寸法精度等を確保することは困難であるといった問題があった。 Further, when a plurality of stepped steps are formed on the inner wall surface of the resin frame member, there is a problem that it is difficult to ensure desired strength, rigidity, dimensional accuracy, and the like.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、迷光を抑えゴーストやフレア等の光学雑音の発生を防止するとともに、発塵を抑え、高品位な画像を提供することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a solid-state imaging device capable of suppressing stray light and preventing the generation of optical noise such as ghosts and flares, suppressing dust generation, and providing high-quality images. The purpose is to provide.
上記目的は、下記の1から5の何れか1項に記載の発明によって達成される。 The above object is achieved by the invention described in any one of 1 to 5 below.
1.被写体光学像を画像信号に変換するチップ構造の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を固定する台板と、
前記固体撮像素子が固定された前記台板が搭載され、前記固体撮像素子の駆動および該固体撮像素子からの前記画像信号に所定の処理をする回路基板と、
前記固体撮像素子の受光面に対向する領域に開口を有し、該固体撮像素子を囲んで前記回路基板に固定される樹脂からなる枠部材と、
前記枠部材の開口を覆う透明部材と、を有する固体撮像装置であって、
前記枠部材の内壁面には、該内壁面を周回するように複数の凹凸状の遮光線が形成され、
前記枠部材を構成する樹脂材料には、ガラス繊維が配合され、該ガラス繊維の繊維径は2μm以上、10μm以下、且つ繊維長は200μm以上であることを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state imaging device having a chip structure for converting a subject optical image into an image signal;
A base plate for fixing the solid-state imaging device;
A circuit board on which the base plate to which the solid-state image sensor is fixed is mounted, and which drives the solid-state image sensor and performs predetermined processing on the image signal from the solid-state image sensor;
A frame member made of a resin having an opening in a region facing the light receiving surface of the solid-state image sensor and surrounding the solid-state image sensor and being fixed to the circuit board;
A solid-state imaging device having a transparent member covering the opening of the frame member,
On the inner wall surface of the frame member, a plurality of concavo-convex shading lines are formed so as to go around the inner wall surface,
A glass fiber is blended in the resin material constituting the frame member, the fiber diameter of the glass fiber is 2 μm to 10 μm, and the fiber length is 200 μm or more.
2.前記枠部材の前記内壁面は、反射防止膜で覆われていることを特徴とする前記1に記載の固体撮像装置。 2. 2. The solid-state imaging device according to 1 above, wherein the inner wall surface of the frame member is covered with an antireflection film.
3.前記台板の表面は、黒色化処理および梨地処理またはその何れかが施されていることを特徴とする前記1または2に記載の固体撮像装置。 3. 3. The solid-state imaging device according to 1 or 2, wherein the surface of the base plate is subjected to blackening treatment and / or satin treatment.
4.前記回路基板の前記枠部材で囲まれた領域の表面は、黒色化処理が施されていることを特徴とする前記1から3の何れか1項に記載の固体撮像装置。 4). 4. The solid-state imaging device according to any one of 1 to 3, wherein the surface of the area surrounded by the frame member of the circuit board is subjected to blackening processing.
5.前記枠部材を構成する樹脂材料は、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂の何れかであることを特徴とする前記1から4の何れか1項に記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to any one of 1 to 4, wherein the resin material constituting the frame member is any one of polycarbonate resin, polystyrene resin, acrylic resin, and polyester resin.
本発明によれば、固体撮像素子を囲む樹脂からなる枠部材の内壁面に、該内壁面を周回するように複数の凹凸状の遮光線を形成するようにした。これにより、固体撮像装置に入射した光が枠部材の内壁面で反射し、迷光となり固体撮像素子の受光面に入射するのを防止することができる。 According to the present invention, a plurality of concavo-convex shading lines are formed on the inner wall surface of the frame member made of resin surrounding the solid-state imaging device so as to go around the inner wall surface. Thereby, it is possible to prevent light incident on the solid-state imaging device from being reflected on the inner wall surface of the frame member and becoming stray light and entering the light-receiving surface of the solid-state imaging element.
また、枠部材を構成する樹脂材料には、ガラス繊維を配合するようにした。これにより、枠部材の強度、剛性、耐熱性、並びに寸法精度等を高めることができる。 Moreover, glass fiber was mix | blended with the resin material which comprises a frame member. Thereby, the intensity | strength of a frame member, rigidity, heat resistance, dimensional accuracy, etc. can be improved.
一方、ガラス繊維が配合された樹脂製の枠部材に遮光線を形成することにより、枠部材の構造が複雑化し、成型後の残留応力が大きくなり、ガラス繊維が脱落し易くなる。その結果、発塵により画像品質を損なう恐れがある。そこで、本発明によれば、ガラス繊維の繊維径を2μm以上、10μm以下、且つ繊維長を200μm以上とすることで、ガラス繊維の脱落を防止することができる。 On the other hand, by forming a light shielding line on a resin frame member containing glass fiber, the structure of the frame member becomes complicated, the residual stress after molding increases, and the glass fiber easily falls off. As a result, image quality may be impaired by dust generation. Therefore, according to the present invention, the glass fiber can be prevented from falling off by setting the fiber diameter of the glass fiber to 2 μm or more and 10 μm or less and the fiber length to 200 μm or more.
これらの結果、固体撮像素子の受光面に入射する迷光を抑えゴーストやフレア等の光学雑音の発生を防止するとともに、発塵を抑え、高品位な画像を提供することができる。 As a result, it is possible to suppress stray light incident on the light receiving surface of the solid-state imaging device and prevent optical noise such as ghosts and flares, and to suppress dust generation and provide a high-quality image.
以下図面に基づいて、本発明の実施形態に係る固体撮像装置を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although this invention is demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this embodiment.
本発明の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を図1を用いて説明する。図1は、固体撮像装置1の概略構成を示す断面模式図である。 A schematic configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device 1.
固体撮像装置1は、図1に示すように、固体撮像素子103、台板102、回路基板101、枠部材104、及び透明部材105等から構成される。
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 includes a solid-
固体撮像素子(以下、単に撮像素子とも記す)103としては、図示しない光学系により結像された被写体光学像を画像信号に変換するチップ構造のCCDやCMOSセンサ等を用いることができる。 As the solid-state image sensor (hereinafter, also simply referred to as an image sensor) 103, a chip structure CCD or CMOS sensor that converts a subject optical image formed by an optical system (not shown) into an image signal can be used.
台板102は、セラミックからなり、撮像素子103を固定する。台板102の表面は、光の反射率を低くする処理、例えば黒色化処理、梨地処理等が施されている。
The
回路基板101は、撮像素子103を駆動する電気部品や撮像素子103から出力された画像信号に基づき画像データ等を生成する電気部品等が実装された、例えばガラスエポキシ樹脂からなるプリント基板である。回路基板101には、チップ構造の撮像素子103が固定された台板102が搭載され、所謂チップオンボード構造をなしている。
The
回路基板101の枠部材104で囲まれた領域の表面は、台板102の場合と同様に、光の反射率を低くする処理、例えば黒色のレジストを塗布する等の黒色化処理が施されている。
As in the case of the
枠部材104は、樹脂からなり、撮像素子103の受光面103aに対向する領域に開口を有し、撮像素子103を囲んで回路基板101に固定されている。枠部材104の内壁面には、固体撮像装置1に入射した光が枠部材104の内壁面で反射し、迷光となり撮像素子103の受光面103aに入射するのを防止する為に複数の凹凸状(鋸歯状)の遮光線104aが内壁面を周回するように形成されている。さらに、枠部材104の内壁面は、反射防止膜で覆うようにしてもよい。
The
枠部材104の材料としては、例えば熱可塑性樹脂のポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等を用いることができる。また、これらの熱可塑性樹脂に対して強度、剛性、耐熱性、並びに寸法精度等を高める為に適宜ガラス繊維、カーボン繊維等の充填材が配合されている。尚ガラス繊維の詳細については後述する。
As a material of the
透明部材105は、枠部材104の開口を覆って該枠部材104に例えば紫外線硬化樹脂等で接着固定されている。図示しない光学系からの光は、透明部材105を通して撮像素子103の受光面103aに入射する。
The
透明部材105は、可視光域(400nm〜700nm)、及び近赤外域において、光の透過率が80%以上の部材が好適であり、さらには90%以上の部材がより適切である。透明部材105の材料としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、シクオロレフィン単位含有ポリマー等を用いることができる。
The
回路基板101の表面の台板102と枠部材104との間にはボンディングパッド106が設けられ、撮像素子103と回路基板101とはボンディングワイヤ107で接続されている。尚、ボンディングパッド106は、ボンディングワイヤ107の接続後、ボンディングの劣化や迷光の発生を抑える為に硬化樹脂で被覆してもよい。
A
ここで、枠部材104の材料である熱可塑性樹脂に配合するガラス繊維の詳細について説明する。
Here, the detail of the glass fiber mix | blended with the thermoplastic resin which is the material of the
材料としてガラス繊維が配合された熱可塑性樹脂を用い、斜光線の入っていない枠部材、換言すれば熱可塑性樹脂で成型された枠部材の内壁面が複雑な構造をしていない平坦な面の場合、枠部材の残留応力が小さい為、配合されているガラス繊維は樹脂から脱落、発塵することはない。しかしながら、ガラス繊維が配合された樹脂製の枠部材104に遮光線104aを形成することにより、枠部材104の構造が複雑化し、成型後の残留応力が大きくなり、ガラス繊維が脱落し易くなる。その結果、発塵により画像品質を損なう恐れがある。
A thermoplastic resin compounded with glass fiber is used as a material, and a frame member that does not contain oblique rays, in other words, a flat surface that does not have a complicated structure on the inner wall surface of the frame member molded with thermoplastic resin. In this case, since the residual stress of the frame member is small, the blended glass fiber does not drop from the resin and generate dust. However, by forming the
ガラス繊維は、前述のように、熱可塑性樹脂に対して強度、剛性等を高める為に配合するものである。 As described above, the glass fiber is blended in order to increase the strength, rigidity and the like with respect to the thermoplastic resin.
樹脂にガラス繊維が配合された複合材料の特性は、樹脂とガラス繊維の界面特性の影響を大きく受ける。しかし界面特性を制御する技術は現状未完である。 The characteristics of a composite material in which glass fibers are blended with resin are greatly affected by the interface characteristics between the resin and glass fibers. However, the technology for controlling the interface characteristics is not yet complete.
異なる物質を混合して成型した複合材料の場合、例えば樹脂とガラス繊維の結合力は一般的に低い。換言すればガラス繊維は、樹脂との密着性と摩擦力により保持されている。 In the case of a composite material formed by mixing different substances, for example, the bonding force between resin and glass fiber is generally low. In other words, the glass fiber is held by adhesion and frictional force with the resin.
そこで本願発明者等は、樹脂とガラス繊維との密着性と摩擦力を鋭意検討した結果、ガラス繊維の繊維長Lが、下記式(1)を満足することで樹脂とガラス繊維との密着性と摩擦力を概ね高められることを見出した。そして、式(1)より繊維長Lを200μm以上とすると概ね良好な結果得られることが分かった。 Therefore, the inventors of the present application have made extensive studies on the adhesion and frictional force between the resin and the glass fiber, and as a result, the fiber length L of the glass fiber satisfies the following formula (1), thereby allowing the adhesion between the resin and the glass fiber. And found that the frictional force can be generally increased. And, it was found from the formula (1) that generally good results can be obtained when the fiber length L is 200 μm or more.
繊維長L>k×ガラス繊維断裂応力/界面せん断応力 (1)
但し、
k:5(実験から求められた定数)
しかしながら、繊維長Lを200μm以上とするのみでは未だ充分ではなかった。これは、成型後の残留応力によりガラス繊維に内在する欠陥が発生し、ガラス繊維が断裂し、その結果として繊維長Lが200μmより短くなる場合があることによるものである。
Fiber length L> k × Glass fiber tear stress / interface shear stress (1)
However,
k: 5 (constant obtained from experiment)
However, it is still not sufficient to set the fiber length L to 200 μm or more. This is because a defect inherent in the glass fiber is generated due to the residual stress after molding, the glass fiber is torn, and as a result, the fiber length L may be shorter than 200 μm.
残留応力の影響を受けて発生するガラス繊維の欠陥数は繊維径Dを細くすることで減少する。すなわち、ガラス繊維の繊維径Dを細くすることにより成型後の残留応力によるガラス繊維の断裂を防止することができる。これにより、ガラス繊維の強度が向上し、繊維長Lの不明なガラス繊維が発生することを防止でき、樹脂内のガラス繊維の長さを所定の値以上に制御することが可能となる。 The number of glass fiber defects generated under the influence of the residual stress is reduced by reducing the fiber diameter D. That is, it is possible to prevent the glass fiber from being broken by the residual stress after molding by reducing the fiber diameter D of the glass fiber. Thereby, the strength of the glass fiber is improved, the occurrence of glass fiber with an unknown fiber length L can be prevented, and the length of the glass fiber in the resin can be controlled to a predetermined value or more.
図2にガラス繊維の繊維径Dと強度との関係を示す。図2に示すように、繊維径Dを10μm以下にすることで急激に繊維強度が高まることが分かる。そこで、本発明の実施形態においては、繊維径Dを2μm以上、10μm以下と設定するものである。尚下限値2μmは加工限界によるものである。 FIG. 2 shows the relationship between the fiber diameter D and the strength of the glass fiber. As shown in FIG. 2, it can be seen that the fiber strength is rapidly increased by setting the fiber diameter D to 10 μm or less. Therefore, in the embodiment of the present invention, the fiber diameter D is set to 2 μm or more and 10 μm or less. The lower limit of 2 μm is due to the processing limit.
以上より、本発明の実施形態においては、ガラス繊維の繊維径Dを2μm以上、10μm以下、且つ繊維長Lを200μm以上とするものである。 As described above, in the embodiment of the present invention, the fiber diameter D of the glass fiber is 2 μm or more and 10 μm or less, and the fiber length L is 200 μm or more.
このように本発明の実施形態に係る固体撮像装置1においては、撮像素子103を囲む樹脂からなる枠部材104の内壁面に、該内壁面を周回するように複数の凹凸状(鋸歯状)の遮光線104aを形成するようにした。これにより、固体撮像装置1に入射した光が枠部材104の内壁面で反射し、迷光となり撮像素子103の受光面103aに入射するのを防止することができる。
As described above, in the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present invention, the inner wall surface of the
また、枠部材104を構成する樹脂材料には、ガラス繊維を配合するようにした。これにより、枠部材104の強度、剛性、耐熱性、並びに寸法精度等を高めることができる。
Further, the resin material constituting the
一方、ガラス繊維が配合された樹脂製の枠部材104に遮光線104aを形成することにより、枠部材104の構造が複雑化し、成型後の残留応力が大きくなり、ガラス繊維が脱落し易くなる。その結果、発塵により画像品質を損なう恐れがある。そこで、ガラス繊維の繊維径Dを2μm以上、10μm以下、且つ繊維長Lを200μm以上とすることで、ガラス繊維の脱落を防止することができる。
On the other hand, by forming the
これらの結果、撮像素子103の受光面103aに入射する迷光を抑えゴーストやフレア等の光学雑音の発生を防止するとともに、発塵を抑え、高品位な画像を提供することができる。
As a result, stray light incident on the
1 固体撮像装置
101 回路基板
102 台板
103 固体撮像素子
104 枠部材
104a 遮光線
105 透明部材
106 ボンディングパッド
107 ボンディングワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-
Claims (5)
前記固体撮像素子を固定する台板と、
前記固体撮像素子が固定された前記台板が搭載され、前記固体撮像素子の駆動および該固体撮像素子からの前記画像信号に所定の処理をする回路基板と、
前記固体撮像素子の受光面に対向する領域に開口を有し、該固体撮像素子を囲んで前記回路基板に固定される樹脂からなる枠部材と、
前記枠部材の開口を覆う透明部材と、を有する固体撮像装置であって、
前記枠部材の内壁面には、該内壁面を周回するように複数の凹凸状の遮光線が形成され、
前記枠部材を構成する樹脂材料には、ガラス繊維が配合され、該ガラス繊維の繊維径は2μm以上、10μm以下、且つ繊維長は200μm以上であることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device having a chip structure for converting a subject optical image into an image signal;
A base plate for fixing the solid-state imaging device;
A circuit board on which the base plate to which the solid-state image sensor is fixed is mounted, and which drives the solid-state image sensor and performs predetermined processing on the image signal from the solid-state image sensor;
A frame member made of a resin having an opening in a region facing the light receiving surface of the solid-state image sensor and surrounding the solid-state image sensor and being fixed to the circuit board;
A solid-state imaging device having a transparent member covering the opening of the frame member,
On the inner wall surface of the frame member, a plurality of concavo-convex shading lines are formed so as to go around the inner wall surface,
A glass material is blended in the resin material constituting the frame member, the fiber diameter of the glass fiber is 2 μm or more and 10 μm or less, and the fiber length is 200 μm or more.
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