JP2011054643A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像のムラを低減し、高画質な画像を得ることができるな固体撮像装置を実現することを目的とする。
【解決手段】 本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子と、固体撮像素子が固定され、固体撮像素子の周辺に配置された、強磁性を有するリードフレームを有する基体と、固体撮像素子を覆うカバー部材と、基体又はカバー部材に固定された、開口部を有する導電部材を有し、固体撮像素子の光入射側から見て、導電部材の開口部の内側に固体撮像素子の画素部及び信号読み出し部が配置され、導電部材の開口部の外側にリードフレームが配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどのセンサーを用いた固体撮像装置は、スチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ等の製品に搭載され、様々な環境下で使用されている。したがって、固体撮像装置は、高感度、高解像度を実現するためには、外来の電磁波や磁場の変動に対して、その影響を小さくする為の磁気ノイズ対策技術が求められている。

そこで、従来の固体撮像装置には、固体撮像素子が収納されたパッケージの周囲乃至それを囲繞するレンズ取付部材に固体撮像素子を囲繞する、導体からなる１又は複数ターンのループを形成したものがある（特許文献１参照。）。

特開平１１−２８４１６３号公報

特許文献１のような固体撮像装置は、リードフレームで固体撮像素子と外部回路と接続されている。このリードフレームは、樹脂との密着性が良いことや、熱膨張係数がシリコンに近いことから、４２アロイが一般的に利用されている。４２アロイの特徴の一つは、強磁性体ということである。ここで、特許文献１に示されたように、固体撮像装置の外周部を囲むように導体を設けると、強磁性体のインナーリード部を必ず含んでしまう構造になってしまい、ノイズが大きくなるという問題を生じていた。このノイズの増大は、ループ状の導体の中に強磁性体材料が配置されていた場合、逆に強磁性体の存在する位置の近傍では外部からの磁気による電磁誘導でノイズが大きくなってしまうという現象の影響であった。この現象が生じた場合、撮影した画像（静止画、動画）においては、その一部に強い斑点や縞模様状のムラが現れてしまい、画質が低下していた。したがって、従来の固体撮像装置では、外部からの磁界の影響の低減が充分ではなかったため、画像にムラが発生し、高画質な画像を得ることが困難であった。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、画像のムラを低減し、高画質な画像を得ることができるな固体撮像装置を実現することを目的とする。

そして、上記目的を達成するために、本発明の一形態の固体撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子が固定され、前記固体撮像素子の周辺に配置された、強磁性を有するリードフレームを有する基体と、前記固体撮像素子を覆うカバー部材と、前記基体又は前記カバー部材に固定された、開口部を有する導電部材を有し、前記固体撮像素子の光入射側から見て、前記導電部材の前記開口部の内側に前記固体撮像素子の画素部及び信号読み出し部が配置され、前記導電部材の前記開口部の外側に前記リードフレームが配置されている構成としたものである。

本発明の固体撮像装置は、外部からの磁界の影響を低減し、画像のムラを抑えることができ、高画質の画像を得ることができる。

本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示す平面図である。 本発明に係る固体撮像装置の固体撮像素子の一実施例を示す平面図である。 本発明に係る固体撮像装置の固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。 図１の固体撮像装置の断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示す平面図及び断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の導電部材の一実施例を示す平面図及び断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示す断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。

図１は、第１の実施例を示す固体撮像装置の平面図、図２は、図１の固体撮像素子を詳細に示す平面図、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図１の固体撮像素子のブロック図、図４は、図１のＸ−Ｘ´線に沿った断面図である。

まず、図１を用いて本実施例の固体撮像装置の概略を説明する。
図１に示すように、固体撮像装置は、固体撮像素子１と、開口部を有し、固体撮像素子１が固定された基体２と、基体２の枠部２１上に固定されたカバー部材４と、導電部材５とを備えている。そして、固体撮像素子１は基体２のリードフレームのインナーリード２２ａとボンディングワイヤ３を介して電気的に接続されている。アウターリード２２ｂは、不図示の回路基板と電気的に接続される。

次に、図２を用いて固体撮像素子を説明する。
図２に示すように、固体撮像素子１は、信号処理領域Ａと、信号処理領域Ａの周辺に配置された周辺回路領域Ｂとを有する。信号処理領域Ａは、光を電気信号に変換するフォトダイオードが行列状に配置された画素領域１１と、画素領域１１の周辺に配置された、増幅回路やメモリなどを有する信号読み出し部１２とを含む。周辺回路領域Ｂは、走査回路、タイミングジェネレータ、レジスタ、電極パッドなどを含む周辺回路部１３と同じである。固体撮像素子１の電極パッド１４は、ボンディングワイヤ３が接続されている。

次に、図３を用いて固体撮像素子を更に詳細に説明する。
図３（ａ）は、固体撮像素子１の構成例を示すブロック図である。固体撮像素子１は、信号処理領域Ａと、信号処理領域Ａの周辺に配置された周辺回路領域Ｂを有している。そして、光電変換素子を含む画素が２次元に配列された画素部１１を有し、画素部１１の隣に配置された、画素部１１からの信号を読み出すための読み出し回路部１０２ａ及び１０２ｂを有する。画素部１１からの信号は１０２ａ及び１０２ｂへ振り分けて出力される構成を有し、１０２ａ及び１０２ｂは同一の構成を有している。１０２ａ及び１０２ｂは、後述のように画素部からの信号を増幅する列増幅回路、列増幅回路にて増幅された信号を保持するメモリなどを有する。そして、読み出し回路部１０２ａ及び１０２ｂからの信号を転送するための共通信号配線部１０３ａ及び１０３ｂを有する。共通信号配線部１０３ａ及び１０３ｂから転送された信号によって、ノイズ除去や信号の増幅を行うための読み出し増幅部１０４ａ及び１０４ｂを有する。そして、読み出し増幅部を経た信号は、出力端子部１０５ａ及び１０５ｂからそれぞれ出力される。共通信号配線以降の構成は２系統の出力を行う構成である。信号読み出し部１２は、１０２から１０４を含む。１０６ａ及び１０６ｂは水平走査回路部、１０７は垂直走査回路部であり、これらは画素部の駆動と読み出し回路部から信号を読み出すための信号を出力する部分であり、周辺回路部の一部である。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の画素部１１から読み出し増幅部１０４までに対応する図面であり、簡単のため、１列分の信号が出力端子部１０５ａへ出力される経路のみを示したものである。

２次元状に配列された個々の画素１１１は、光電変換素子であるフォトダイオード（以下ＰＤと称する）ＰＤ、ＰＤからの電荷を転送する転送用ＭＯＳトランジスタＴｘが含まれる。更に、ＰＤからの電荷が転送されるフローティングディフュージョン領域（以下ＦＤと称する）ＦＤ、ＦＤとＰＤとをリセットするためのリセット用ＭＯＳトランジスタＲＥＳが含まれる。そして、ＦＤに転送された電荷に基づく信号を出力するための増幅用ＭＯＳトランジスタＳＦとが含まれる。このような構成の画素１１１からの信号が垂直出力線１１２に出力される。

垂直出力線１１２の信号は、読み出し回路部１０２ａへ出力される。読み出し回路部１０２ａは、列増幅回路１２１、スイッチ１２２、メモリ１２３、スイッチ１２４を有する。列増幅回路１２１は垂直出力線１１２からの信号を増幅する。列増幅回路１２１はクランプ回路を含む場合もある。メモリ１２３は、列増幅回路１２１にて増幅された信号を保持する。例えば、各垂直出力線１１２に対して２つのメモリＳとＮとが配されている。スイッチ１２２はメモリ１２３に信号を入力し保持させるためのスイッチ群であり、スイッチ１２４はメモリ１２３から信号を出力するためのスイッチ群である。そして、メモリ１２３からの信号はスイッチ群１２４のスイッチを経て共通信号配線１０３ａへ出力される。

そして、共通信号配線１０３ａ及び１０３ａからの信号は、読み出し増幅回路１４１によって差動出力される。各配線は、不図示のリセット手段で所定の電位に適宜設定される。

次に、図４を用いて導電部材を説明する。
図４に示すように、本実施例の固体撮像装置は、光入射側から見て、特に磁気ノイズの受けやすい画素部１１及び列増幅回路１２１を有する信号読み出し部を含む信号処理領域Ａを包囲するように導電部材５を配置している。画素部及び列増幅回路は、増幅回路のゲインが高いことから特に外部からの磁気による影響を受けやすいため、開口部の内側に画素部及び信号読み出し部としての列増幅回路を配置する構成はノイズの低減に効果がある。また、導電部材５の開口部の周囲の閉ループには、外部からの磁界により起電力が発生し渦電流が発生するが、この渦電流によって発生した外部からの磁界とは反対の向きの磁界は閉ループ部に近い方が強くなっている。したがって、信号処理領域Ａが画素部及び列増幅回路とした場合、列増幅回路が閉ループに近い、すなわち導電部材５の開口端部に近いことはノイズの低減により効果がある。固体撮像素子１の信号処理領域Ａの外側は、周辺回路領域Ｂである。導電部材５は開口を有しており、開口領域Ｃで示している。開口領域Ｃは固体撮像素子の画素部及び信号読み出し部を開口部の内側に含むように信号処理領域Ａより広く、導電部材５は信号処理領域Ａの周辺を囲っている。導電部材５は閉ループを形成していることで磁気ノイズをより低減できることから、閉ループの形状は所定の位置を包囲していればどのような形状でもよく、円形状、矩形形状等、適宜選択することが可能である。また、導電部材の幅、厚みに関しても、特に限定は無い。このような構成によって、画素部や列増幅回路を含む信号処理領域を外部からの磁気によるノイズの影響を低減することができる。

したがって、開口部の外側にリードフレームを配置する、すなわちリードフレームの配置領域Ｄの内側に導電部材の開口部を配置することで、強磁性体材料が導電部材５の内側には配置されないため、ノイズを低減することができる。

導電部材５を構成する材料として例えば、アルミ、ＳＵＳ、銅合金などの金属板材料や、ＩＴＯやＳｎＯ_２等の導電性を有する金属酸化物等の導電性を有するものであればよく、鋳造や鍛造による板、又は蒸着、メッキ等による膜であっても構わない。また、金属ペーストや金属酸化物ペーストであっても何等問題はない。

上記材料の中でも、導電部材に非磁性体材料を用いれば、導電部材５の近傍で磁気によるノイズを増大させることがないため、好適であり、アルミ、銅、ＳＵＳ３０４等が好適である。

基体の構成材料としてはセラミックまたは樹脂等の公知の材料を用いることができる。

上述のように、本実施例の固体撮像装置によって、外部からの磁気による信号への影響の低減が可能となった。また、強磁性体からなるリードフレームの配置領域Ｄの内側に導電部材の開口部を配置したことから強磁性体のリードフレームによる外部からの磁気による信号への影響の低減が可能となった。

図５は本発明の第２の実施例を示すものであり、図５（ａ）は固体撮像装置の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ´線に沿った断面図である。図５（ｃ）は、本実施例の固体撮像装置の他の構成を示す断面図である。図６は、本実施例で使用する導電部材を示すものであり、図６（ａ）は、導電部材の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＺ−Ｚ’線に沿った断面図である。

本実施例が実施例１の固体撮像装置と異なる点は、導電部材として閉ループ構造を有する金属板を基体内部に挿入されている構成である。本実施例の実施例１と同じ部分については説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、導電部材５は、基体２の外周の一部から延在した部分を有している。導電部材５の開口５１は、実施例１と同様に固体撮像素子１を囲むように配置されている。また、導電部材５は貫通穴５２を有しており、この貫通穴５２によって、固体撮像装置のカメラ等への取り付けが容易になる。

そして、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、導電部材５は、基体２の内部に挿入されている。図５（ｃ）の固体撮像装置の場合、導電部材５が信号処理領域Ａを囲むように固体撮像素子１と導電部材５を重ねて配置しているため、光入射側から見た固体撮像装置の面積が小さくなり、小型化が実現できる。

導電部材５は、アルミ、ＳＵＳ、銅合金等の非磁性体材料からなる金属板である。図６（ａ）と図６（ｂ）に示すような略中央に開口部５１、周囲に取り付け用の貫通穴５２を有する金属板を準備し、リードフレーム２２と一緒に一体モールド成形されて形成される。このような方法によって形成される基体は、製造工程が簡略化されるため低コスト化が実現できる。

以上、説明したように、本実施例では導電部材を基体と一体成形した構成を有するため、導電部材による外部からの磁気によるノイズの影響が低減できると共に、取り付けの容易性や、枠部２１が樹脂である場合の防湿性の向上が実現できる。

図７は本発明の第３の実施例を示すものであり、固体撮像装置の断面図を示している。

本実施例が前述の実施例の固体撮像装置と異なる点は、導電部材をカバー部材上に配置した点である。

図７に示すように、導電部材５はカバー部材４の表面（光入射側）に設けることができる。カバー部材４の内部や裏面（光出射側）であってもよい。すなわち、開口部を有する導電部材５に対して、画素部１１及び列増幅部を有する信号出し部１２を含む信号領域Ａが開口領域Ｃの内側に配置されることが外部からの磁気によるノイズの影響を低減するために重要な構成である。

カバー部材４は、ガラスや水晶が好適に用いられる。カバー部材の内部に導電部材を挿入するにはガラスが好適に用いられる。

なお、導電部材を５カバー部材４の表面又は裏面へ配置するため、入射光の反射や散乱による光電変換素子への迷光が画像に影響することを考慮する必要性があるため、適切な位置に配置することが必要である。このような迷光の対策としては、光吸収部を導電部材５の表面に有することで導電部材５の光反射を低減することができる。光吸収部は、鉄黒、カーボンブラック、チタンブラック等とバインダー樹脂を混合した塗料を導電部材の表面に塗布することなどで形成できる。また、画質への影響を防止する為に、導電部材５に光が入射しないように遮光手段を配置することも画質の向上に好適である。

図８は本発明の第４の実施例を示す固体撮像装置の断面図であり、実施例１と実施例３とを組み合わせた構成を有する固体撮像装置である。

２つの導電部材５は、いずれも信号処理領域Ａの外側を囲い、リードフレームの配置領域Ｄの内側に開口の端部が配置されている。

このように、導電部材による閉ループ構造を複数設けることで、外部からの磁気の影響によるノイズをより低減し、良好な画像を得ることができる。

なお、本実施例ではカバー部材４の表面と基体２の凹部の２箇所に導電部材５を配置したが、導電部材は３箇所以上配置しても良い。導電部材を複数配置することで、ノイズ低減の効果をより大きくすることが可能となる。また、導電部材の位置は、カバー部材の表裏および内部、基体の凹部、内部、裏面から適宜選択することができ、同一箇所で２重の閉ループを構成させても構わない。

１ 固体撮像素子
２ 基体
３ ボンディングワイヤ
４ カバー部材
５ 導電部材
１１ 画素部
１２ 信号読み出し部
１３ 周辺回路部
１４ 電極パッド
２１ 枠部
２２ リードフレーム

Claims (5)

1. 固体撮像素子と、前記固体撮像素子が固定され、前記固体撮像素子の周辺に配置された、強磁性を有するリードフレームを有する基体と、前記固体撮像素子を覆うカバー部材と、を有する固体撮像装置であって、
   前記基体又は前記カバー部材に固定された、開口部を有する導電部材を有し、
   前記固体撮像素子の光入射側から見て、前記導電部材の前記開口部の内側に前記固体撮像素子の画素部及び信号読み出し部が配置され、前記導電部材の前記開口部の外側に前記リードフレームが配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記導電部材は非磁性体材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記信号読み出し部は、列増幅回路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。
4. 前記導電部材は、前記基体の内部に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。
5. 前記導電部材は、前記カバー部材に固定され、前記導電部材の表面に光吸収部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。

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