JP2011142270A - 撮像デバイス及び撮像モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子の駆動用の配線レイアウトの制約が小さく、不要輻射によるＥＭＩを低減した撮像デバイス及びこれを用いた撮像モジュールを提供する。
【解決手段】被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子が形成され、該光電変換素子の画素部１１が一方の面に設けられた撮像デバイスチップ１０と、透明材料で形成され画素部１１を保護するために撮像デバイスチップ１０の一方の面に貼り付けられたサポート材２０と、を有する撮像デバイスであって、サポート材２０の撮像デバイスチップ１０との接合面に、画素部１１を囲うように設けられたシールド電極２２と、光電変換素子の駆動用の配線パターン１３とは独立して撮像デバイスチップ１０に形成され、サポート材２０が撮像デバイスチップ１０に貼り付けられることによりシールド電極２２と当接したＧＮＤパッド１６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、不要輻射による電磁波障害を低減した撮像デバイス及びこれを用いた撮像モジュールに関する。

従来、撮像モジュールは、撮像デバイスチップの表面（受光面）に形成される光電変換素子（ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等）の上部に、画素上に結像するように距離を調整してレンズを配置する構造が基本である。

電子装置や半導体電子デバイスからの妨害電磁波によって周辺機器に誤動作が引き起こされる不要輻射による電磁波障害（ＥＭＩ：Electro-Magnetic Interference）に関しては、撮像モジュールも例外ではなく、各種の対策が施されている。

具体的には、シリコンウェハを貫通するＳｉ貫通ビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）技術を適用し、撮像デバイスチップの周囲にボンディングワイヤを引き出す必要が無い撮像モジュールの場合には、撮像デバイスチップの周囲を金属材料等で覆い、電子機器等への搭載又は実装時に金属材料等を電子機器全体のＧＮＤ（グラウンド）と接続することにより、撮像モジュール側面方向からの漏洩電磁波をシールドしている。

しかし、このような対策法に限らず、撮像デバイスの上方にレンズを配置するという撮像モジュールの構造上、光路を確保する点からデバイス上面方向のシールドは困難である。また、撮像デバイスチップの周囲を金属材料等で覆うため、撮像モジュール全体の外形寸法を小さくすることが困難である。

特許文献１には、半導体基板上に受光領域を取り囲むように導電材料で形成され、半導体基板と電気的に接続されたシールド層を備えた固体撮像装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示される従来技術は、半導体基板側にシールド層を設けているため、ＣＣＤを駆動するための配線を半導体基板の表面に設ける上での妨げとなり、配線レイアウト上の制約が生じるという問題がある。

特開２００７−２７３１８号公報

本発明は、光電変換素子の駆動用の配線レイアウトの制約が小さく、不要輻射によるＥＭＩを低減した撮像デバイス及びこれを用いた撮像モジュールを提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子が形成され、該光電変換素子の画素部が一方の面に設けられた撮像デバイスチップと、透明材料で形成され画素部を保護するために撮像デバイスチップの一方の面に貼り付けられたカバー部材と、を有する撮像デバイスであって、カバー部材の撮像デバイスチップとの接合面に、画素部を囲うか又は覆うように設けられたシールド電極と、光電変換素子の駆動用の配線とは独立して撮像デバイスチップに形成され、カバー部材が撮像デバイスチップに貼り付けられることによりシールド電極と当接した接地配線と、を有することを特徴とする撮像デバイスが提供される。

本発明によれば、光電変換素子の駆動用の配線のレイアウトの制約が小さく、不要輻射によるＥＭＩを低減できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図。 図２は、第１の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの断面図。 図３は、第１の実施の形態にかかる撮像モジュールの断面図。 図４は、本発明の第２の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図。 図５は、撮像デバイスチップとサポート材とを貼り合わせた際に画素部の周縁とシールド電極との間に形成される隙間の一例を示す図。 図６は、本発明の第３の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図。 図７は、本発明の第４の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる撮像モジュールを詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図である。撮像デバイスは、撮像デバイスチップ１０とサポート材２０とを有する。なお、構成の理解を容易とするために、図１においてサポート材２０は、撮像デバイスチップ１０との接合面を上向きにして図示している。

撮像デバイスチップ１０は、シリコン基板を基にして形成されており、受光した光を電気信号に変換する画素部１１を備えた光電変換素子を有している。画素部１１は撮像デバイスチップ１０の上面（受光面）に設けられており、マトリクス状に配列した画素を備えている。光電変換素子の駆動用の配線パターン１３は、撮像デバイスチップ１０の上面を引き回され、撮像デバイスチップ１０を貫通して形成されたＴＳＶ１４を介して、撮像デバイスチップ１０の裏面に設けられたバンプ１７（図１では不図示）と接続されている。また、撮像デバイスチップ１０の上面には、撮像デバイスチップ１０の下面（裏面）に設けられた接地用のバンプ１５とＴＳＶ１４ａを介して接続されたＧＮＤパッド１６も設けられている。すなわち、ＴＳＶ１４ａは、撮像デバイスチップ１０の上面に設けられたＧＮＤパッド１６を下面に設けられた接地用のバンプ１５と接続する、電磁シールド専用のビアである。

サポート材２０は、撮像デバイスチップ１０に形成された光電変換素子を保護するためのカバー部材であり、透明なガラスを材料としたガラス板２１を有しており、撮像デバイスチップ１０の受光面側に配置される。サポート材２０は、撮像デバイスチップ１０と対向する面（接合面）にシールド電極２２を備えている。シールド電極２２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎＯなどの透明導体によって細長い帯状に形成されており、画素部１１を囲繞可能な大きさ・形状（矩形・円形など）で略環状に配置されている。シールド電極２２の両端には、バンプ２３が設けられている。なお、シールド電極２２の材料として用いる透明導体は、ガラス板２１とほぼ同じ屈折率を備えている。

図２は、第１の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの断面図である。撮像デバイスチップ１０とサポート材２０とは微小な隙間が空くようにして接着剤５０によって貼り合わされており、シールド電極２２の両端部に設けられたバンプ２３は、撮像デバイスチップ１０のＧＮＤパッド１６に当接している。これにより、シールド電極２２は撮像デバイスチップ１０のＧＮＤと同電位となっている。なお、撮像デバイスチップ１０とサポート材２０との間には微小な隙間が形成されており、シールド電極２２はバンプ２３以外の部分では撮像デバイスチップ１０とは接触しないため、撮像デバイスチップ１０にサポート材２０を貼り付けても、撮像デバイスチップ１０の表面に形成された配線パターン１３が短絡することはない。

シールド電極２２は透明導体を用いて形成されているため、サポート材２０を撮像デバイスチップ１０に貼り合せた際に画素部１１と近接しても、画素部１１に対して斜めに入射する光を遮ることが無く、画素部１１が生成する電気信号に影響を及ぼさない（画質の劣化を招くことがない）。

図３は、第１の実施の形態にかかる撮像モジュールの断面図である。図２に示した撮像デバイスは、近赤外光を遮光して画素部１１へ入射しないようにするＩＲ（Infrared）カットフィルタ３０とレンズ４１を備えたレンズホルダ４０とがサポート材２０の上に設置されることによってモジュール化される。なお、レンズ４１の表面に赤外光の遮光性を有する薄膜を蒸着することによって、画素部１１に近赤外光が入射しないようにすることも可能である。

撮像モジュールが電子機器に搭載又は実装される際には、撮像デバイスチップ１０の下面のバンプ１５、１７が、電子機器の回路基板のパッドに接合されることによって物理的な固定及び電気的な接続がなされる。撮像デバイスチップ１０の下面に設けられたバンプ１５、１７のうち、ＧＮＤパッド１６と電気的に導通しているバンプ１５が電子機器のＧＮＤパッドに接続されることによって、シールド電極２２は電子機器全体のＧＮＤと同電位となる。

撮像デバイスの駆動時に光電変換素子から発せられる不要電磁波は、接地されたシールド電極２２によってシールドされ、漏洩が防止される。シールド電極２２は撮像デバイスチップ１０と近接して配置されているため、撮像デバイスの上面方向のみならず、側面方向への電磁波の漏洩が防止される。

このように、本実施の形態にかかる撮像モジュールは、撮像デバイスの上面方向及び側面方向への電磁波の漏洩を防止できる。しかも、シールド電極２２は、サポート材２０のガラス板２１の上に形成されているため、撮像モジュールの外形寸法が大きくなることはない。また、シールド電極２２がサポート材２０のガラス板２１上に設けられているため、撮像デバイスチップ１０の上面に配線をレイアウトする上での妨げとはならない。すなわち、電磁シールド用に画素部１１を囲う配線パターンを撮像デバイスチップ１０の上面に設けるとなると、光電変換素子の駆動用の配線パターン１３のレイアウトが制約されてしまうが、本実施の形態の撮像モジュールではシールド電極２２がサポート材２０のガラス板２１上に設けられているため、撮像デバイスチップ１０上面の配線レイアウトに制約を及ぼさない。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図である。なお、構成の理解を容易とするために、図４においてサポート材２０は、撮像デバイスチップ１０との接合面を上向きにして図示している。

本実施の形態においては、サポート材２０に設置されるシールド電極２４は不透明な導体で形成されており、画素部１１の外形と比して大きな環状に配置されている。これにより、図５に示すように、撮像デバイスチップ１０とサポート材２０とを貼り合わせた際の画素部１１の周縁とシールド電極２４との間隔は、第１の実施の形態の撮像モジュールの場合（画素部１１の周縁とシールド電極２２との間隔）よりも広くなるようになっている。ここで、画素部１１とシールド電極２４との間隔は、画素部１１に対して斜めに入射する光がシールド電極２４によって遮られることが無い間隔に調整されている。これにより、画素部１１に対して斜めに入射する光がシールド電極２４によって遮られて画質が劣化することを防止している。

シールド電極２４の電気的な接続及び電磁シールドの効果については、第１の実施の形態での透明なシールド電極２２と同様であるため、重複する説明は割愛する。

本実施の形態に係る撮像モジュールは、安価な不透明導体をシールド電極として適用できるため、透明導体をシールド電極に適用する第１の実施の形態の撮像モジュールと比較して製造コストを低減できる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図である。なお、構成の理解を容易とするために、図６においてサポート材２０は、撮像デバイスチップ１０との接合面を上向きにして図示している。

本実施の形態においては、サポート材２０に設置されたシールド電極２５は第１の実施の形態と同様に透明導体を用いて形成されている。ただし、本実施の形態においては、シールド電極２５は、サポート材２０を撮像デバイスチップ１０と貼り合せた際に、画素部１１を囲うのではなく、画素部１１を覆うように略矩形状に形成されている。

シールド電極２５は、サポート材２０と貼り合わせた際に画素部１１を挟んで対向する２箇所（矩形部分の対角近傍）にバンプ２３が形成されている。また、撮像デバイスチップ１０のＧＮＤパッド１６も画素部１１の対角近傍に形成されている。ＧＮＤパッド１６が撮像デバイスチップ１０を貫通して設けられたＴＳＶ１４を介して、撮像デバイスチップ１０の下面に設けられた接地用のバンプ１５と接続される点については第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態にかかる撮像モジュールは、シールド電極２５が画素部１１を覆うため、デバイス上面方向への電磁波の漏洩をより確実に防止できる。ただし、透明であるにしてもシールド電極２５を介して画素部１１に光が入射することは、撮像によって生成される画像の画質が劣化する原因となりうる。このため、第１の実施の形態のように画素部１１を囲うようにシールド電極２２を設けるか、本実施の形態のように画素部１１を覆うようにシールド電極２５を設けるかを、画質とシールド効果のいずれを優先するかに応じて選択すれば良い。

（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスの構成を示す分解斜視図である。なお、構成の理解を容易とするために、図７においてサポート材２０は、撮像デバイスチップ１０との接合面を上向きにして図示している。

サポート材２０の構成は第１の実施の形態と同様であり、ガラス板２１の上にシールド電極２２が配置されており、シールド電極２２の両端部にはバンプ２３が形成されている。一方、撮像デバイスチップ１０は、本実施形態ではサポート材２０のガラス板２１よりも大きくなっており、撮像デバイスチップ１０の上面が露出した領域にワイヤボンディング用のパッド１８が形成されている。撮像デバイスは、撮像デバイスチップ１０の下面に接着剤などを塗布することによって回路基板などに対する物理的な固定がなされ、パッド１８がボンディングワイヤによって回路基板のパッドにボンディングされることによって電気的な接続がなされる。

本実施の形態にかかる撮像モジュールに適用される撮像デバイスは、ＴＳＶ技術が適用されておらず、撮像デバイスチップ１０の画素部１１を駆動するための配線パターン１３やシールド電極２２をＧＮＤに接続する（ＧＮＤパッド１６を接地する）ための配線１９が撮像デバイスチップ１０の表面に形成され、これらはパッド１８に繋がっている。撮像デバイスチップ１０の上面に設けられたパッド１８のうち、ＧＮＤパッド１６と電気的に導通しているものを電子機器のＧＮＤパッドと接続することによって、シールド電極２２は電子機器全体のＧＮＤと同電位となる。

図７に示すようなＴＳＶ技術を適用していない撮像デバイスであっても、画素部１１を囲うようにシールド電極２２を設けることで、デバイス上方向への電磁波の漏洩を防止することが可能となる。ＴＳＶ技術を適用していない撮像モジュールでは、撮像デバイスチップ１０の表面に配線パターン１３を密にレイアウトする必要があるため、撮像デバイスチップ１０側にシールド電極を設けることは困難である。本実施の形態に係る撮像モジュールは、サポート材２０側にシールド電極を配置しているため、画素部１１を駆動するための配線１３のレイアウトを妨げることがない。

なお、ここでは第１の実施の形態と同様のシールド電極を設けた構成を例としたが、第２、第３の実施の形態と同様のシールド電極を設けることも可能であることは言うまでもない。

なお、上記の実施の形態は実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることなく様々な変形が可能である。

１０ 撮像デバイスチップ、１１ 画素部、１３ 配線パターン、１４、１４ａ ＴＳＶ、１５、１７ バンプ、１６ ＧＮＤパッド、１８ パッド、２０ サポート材、２２、２４、２５ シールド電極、４１ レンズ。

Claims (5)

1. 被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子が形成され、該光電変換素子の画素部が一方の面に設けられた撮像デバイスチップと、透明材料で形成され前記画素部を保護するために前記撮像デバイスチップの前記一方の面に貼り付けられたカバー部材と、を有する撮像デバイスであって、
   前記カバー部材の前記撮像デバイスチップとの接合面に、前記画素部を囲うか又は覆うように設けられたシールド電極と、
   前記光電変換素子の駆動用の配線とは独立して前記撮像デバイスチップに形成され、前記カバー部材が前記撮像デバイスチップに貼り付けられることにより前記シールド電極と当接した接地配線と、
   を有することを特徴とする撮像デバイス。
2. 前記シールド電極が、透明導体を材料として形成されたことを特徴とする請求項１記載の撮像デバイス。
3. 回路基板への実装用のバンプを前記撮像デバイスチップの他方の面に備え、
   前記接地配線が、前記撮像デバイスチップを貫通するビアを介して、前記バンプに接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像デバイス。
4. 前記撮像デバイスチップは、前記カバー部材に覆われずに前記一方の面が露出した領域に形成されたワイヤボンディング用のパッドを有し、
   前記接地配線が前記パッドに接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像デバイス。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の撮像デバイスを用いた撮像モジュールであって、
   前記カバー部材の前記接合面と反対側の面に配置され、前記被写体からの光を前記画素部上に集光するレンズを有することを特徴とする撮像モジュール。

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