JP2011198863A

JP2011198863A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2011198863A
Application number: JP2010061715A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kamekawa; 貴行亀川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】固体撮像素子で発生した熱の放熱性を高める。
【解決手段】固体撮像装置１は、入射光を受光する受光領域２ａを有する固体撮像素子２と、固体撮像素子２の受光領域２ａと対向するように配置され、受光領域２ａと対向する面に固体撮像素子２と電気的に接続される配線パターン４が形成された基板３と、固体撮像素子２と基板３との間の、固体撮像素子２の受光領域２ａを含む空間を封止する封止部６と、封止部６により封止された空間の内部から外部にわたり設けられ、基板３よりも熱伝導率の高い材料からなる熱伝導部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものである。

下記特許文献１の図２等には、チップとして構成された固体撮像素子と、その受光領域側に配置されたガラス板とを有する固体撮像装置が、開示されている。この従来の固体撮像装置では、前記ガラス板に配線パターン及びこれに接続された電極が形成され、前記ガラス板の前記電極と固体撮像素子の電極とが電気的に接続されている。

そして、この従来の固体撮像装置では、前記ガラス板には、配線パターン及びこれに接続された電極以外は、何ら形成されていない。

特開平１１−１２１６５３号公報

固体撮像素子から熱が発生するが、その熱に起因してノイズ（例えば、暗電流や熱雑音等）が生じ、得られる画像の画質が低下する。このため、固体撮像装置では、固体撮像素子で発生した熱の放熱性を高めることが要請される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、前記従来の固体撮像装置に比べて、固体撮像素子で発生した熱の放熱性を高め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。

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像装置は、入射光を受光する受光領域を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光領域と対向するように配置され、前記受光領域と対向する面に前記固体撮像素子と電気的に接続される配線パターンが形成された基板と、前記固体撮像素子と前記基板との間の、前記固体撮像素子の受光領域を含む空間を封止する封止部と、前記封止部により封止された空間の内部から外部にわたり設けられ、前記基板よりも熱伝導率の高い材料からなる熱伝導部と、を備えるものである。

第２の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記熱伝導部は、前記基板の前記受光領域と対向する面に形成された熱伝導膜であるものである。

第３の態様による固体撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記配線パターンの材料と前記熱伝導部の材料とは、同一であるものである。

第４の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、（i）前記基板は長方形状をなし、（ii）前記基板には、前記配線パターンに電気的に接続された外部接続用電極パッドが、前記基板の相対する２辺にそれぞれ沿って並ぶように複数形成され、（iii）前記熱伝導部は、少なくとも前記基板の残りの２辺うちの１辺の側において、前記固体撮像素子と重なる領域から前記固体撮像素子と重ならない領域にかけて、前記基板の前記固体撮像素子側の面に形成されたものである。

第５の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記熱伝導部は、前記固体撮像素子と電気的に接続されていないものである。

第６の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記固体撮像素子と前記熱伝導部との間を熱的に接続する熱接続部が設けられたものである。

第７の態様による固体撮像装置は、前記第６の態様において、前記熱接続部は、１箇所以上にスポット的に設けられたものである。

第８の態様による固体撮像装置は、前記第６又は７の態様において、前記熱接続部は、前記固体撮像素子と前記熱伝導部との間に形成された熱伝導材料層であるものである。

第９の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第８のいずれかの態様において、前記熱伝導部は、前記配線パターンに電気的に接続された外部接続用電極パッドの付近に延在したものである。

第１０の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第９のいずれかの態様において、前記固体撮像素子における前記基板とは反対側の面に、前記固体撮像素子と接触する放熱部材が設けられたものである。

本発明によれば、固体撮像素子で発生した熱の放熱性を高めることができる固体撮像装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図１中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略平面図である。図４中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。図４中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置を模式的に示す概略断面図である。

以下、本発明による固体撮像装置について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置１を模式的に示す概略平面図である。図１は、ガラス板３の側から見た平面図であるが、ガラス板３の図１中の紙面奥側（後述する図２中の下側）の面に形成されている配線パターン４、内部接続用電極４ａ、外部接続用電極４ｂ及び熱伝導膜７を、実線で示している。また、図１において、固体撮像素子２及びその受光領域２ａは、破線で示している。

図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。

本実施の形態による固体撮像装置１は、固体撮像素子２と、透光性板としてのガラス板３（基板）とを備え、いわゆるＣＯＧ（チップオングラス）構造を有している。もっとも、本発明は、固体撮像素子２の受光領域２ａに対向するようにガラス板３が配置された固体撮像装置であれば、必ずしもＣＯＧ構造の固体撮像装置に限られない。

固体撮像素子２は、チップとして構成されたＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサである。固体撮像素子２は、平面視で長方形状を有している。固体撮像素子２の受光領域２ａは、固体撮像素子２の図２中の上面側の、平面視で中央の長方形状の領域である。固体撮像素子２は、ガラス板３を介して受光領域２ａに入射した入射光を光電変換して、画像信号を出力する。固体撮像素子２における図１中の左辺及び右辺にそれぞれ沿った帯状の領域は、後述する内部接続用電極４ａにそれぞれ対応してその図２中下側に１対１に設けられたバンプによる電極５が配置された電極領域である。この電極領域と受光領域２ａとを除いた固体撮像素子２における受光領域２ａの周囲の領域（四周の領域）は、周辺回路領域である。周辺回路領域に搭載された周辺回路は、受光領域２ａに２次元配置された画素を駆動する走査回路であったり、画素からの信号を処理するＣＤＳ回路やＡＤ変換回路であったりする。なお、図面には示していないが、周辺回路領域の最上層は絶縁層になっている。

ガラス板３は、平面視において長方形状を有している。ガラス板３は、固体撮像素子２の受光領域２ａに対向するように配置され、固体撮像素子２とガラス板３と間の空間は気密構造とされている。本実施の形態では、ガラス板３は、平面視で、固体撮像素子２の図１中の４辺からそれぞれはみ出すようになっているが、必ずしも４辺すべてからはみ出すようにする必要はない。ガラス板１３に代えて、透明樹脂板等の他の透光性板を用いてもよい。

ガラス板３の下面（ガラス板３の固体撮像素子２側の面、すなわち、ガラス板３の図１中の紙面奥側（図２中の下側）の面）には、図１に示すように、配線パターン４、内部接続用電極４ａ及び外部接続用電極４ｂが、形成されている。外部接続用電極４ｂは、ガラス板３の相対する２辺（図１中の左辺及び右辺）にそれぞれ沿って並ぶように複数形成されている。外部接続用電極４ｂは、固体撮像素子２の電極領域に対応する領域において、固体撮像素子２の電極５と１対１に対応して形成されている。内部接続用電極４ａ及び外部接続用電極４ｂも互いに１対１に対応しており、対応する電極４ａ，４ｂは図１中の横方向に並んでいる。それらの間は、横方向に延びた配線パターン４により電気的に接続されている。本実施の形態では、内部接続用電極４ａ、外部接続用電極４ｂ及び配線パターン４は一体の金等の金属膜として構成され、配線パターン４の一部が内部接続用電極４ａ及び外部接続用電極４ｂとなっている。もっとも、電極４ａ，４ｂは、例えば、配線パターン４に形成した導電部材で構成してもよい。図２に示すように、固体撮像素子２の電極５とガラス板３の内部接続用電極４ａとの間が、接合されて電気的に接続されている。

そして、ガラス板３の下面には、平面視で固体撮像素子２と重なる領域から固体撮像素子２と重ならない領域にかけて、ガラス板３よりも熱伝導率の高い材料からなる熱伝導部としての熱伝導膜７が形成されている。すなわち、熱伝導部７は、固体撮像素子２とガラス板３との間に形成された気密空間の内部から外部にわたって延在するようにガラス板３上に形成されている。本実施の形態では、熱伝導膜７として、金等の金属膜が用いられているが、必ずしも金属膜に限定されるものではない。また、本実施の形態では、熱伝導膜７の材料は配線パターン４の材料と同じである。したがって、配線パターン４等を形成する際に、熱伝導膜７も同時に一括して形成することができるので、好ましい。もっとも、熱伝導膜７の材料は配線パターン４の材料と異なっていてもよい。

本実施の形態では、熱伝導膜７は、平面視において、図１に示すように、固体撮像素子２の受光領域２ａ及び電極領域と対応する領域を除いて、受光領域２ａを周回している。そして、熱伝導膜７は、ガラス板３の図１中の上辺の側において固体撮像素子２と重なる領域から固体撮像素子２と重ならない領域にかけて形成されるとともに、ガラス板３の図１中の下辺の側において固体撮像素子２と重なる領域から固体撮像素子２と重ならない領域にかけて形成されている。すなわち、熱伝導膜７は、ガラス板３の図１中の上辺の側において固体撮像素子２とガラス板３との成す気密空間の内部から外部にわたって、また、ガラス板３の図１中の下辺の側において固体撮像素子２とガラス板３との成す気密空間の内部から外部にわたって形成されている。もっとも、熱伝導膜７は、例えば、ガラス板３の図１中の上辺及び下辺のいずれか一方の側においてのみ、固体撮像素子２と重なる領域から固体撮像素子２と重ならない領域にかけて形成してもよい。さらに、本実施の形態では、熱伝導膜７は、外部接続用電極４ｂの付近において外部接続用電極４ｂと並ぶように配置された部分７ａを有しており、外部接続用電極４ｂの付近まで延在している。本実施の形態では、外部接続用電極４ｂと並んだ部分は、ガラス板３の四隅部にそれぞれ配置されているが、そのうちの１箇所のみに配置してもよい。もっとも、本発明では、熱伝導膜７は必ずしも外部接続用電極４ｂ付近まで延在している必要はない。

図１及び図２からわかるように、熱伝導膜７は、固体撮像装置１内において、固体撮像素子２と電気的に接続されていない。もっとも、本発明では、熱伝導膜７は、例えば、１つの配線パターン４と一体に連続するように形成してもよい。

本実施の形態では、固体撮像素子２とガラス板３との間には、固体撮像素子２の電極５の付近を含んで、平面視で受光領域２ａを周回するように、封止部としての封止材６が設けられている。封止材６として、絶縁性接着剤等が好適に利用できる。この封止部により、ガラス板３と固体撮像素子２の受光領域２ａとの間の空間が、気密に封止されている。図２及び図３に示されるように、熱伝導膜７の一部は、固体撮像素子２とガラス板３と封止材６とによって形成された、受光領域２ａを含む気密空間の内部に位置し、また、その他の部分はこの気密空間の外部に位置する。このようにして、熱伝道膜７は、気密空間の内部から外部にわたって設けらる。

本実施の形態によれば、ガラス板３の下面に前述した熱伝導膜７が形成されているので、固体撮像素子２で発生した熱は、熱伝導膜７と対向する固体撮像素子２の領域から、固体撮像素子２と重なる領域の熱伝導膜７の部分、及び、固体撮像素子２と重ならない領域の熱伝導膜７の部分を順次経て、空中に放熱される。したがって、本実施の形態によれば、固体撮像素子２とガラス板３との気密空間内の熱は、熱伝導膜７を介して気密空間内部から気密空間外部へ放熱されることとなり、熱伝導膜７が形成されていない場合に比べて、固体撮像素子２の温度上昇を低減することができるため、固体撮像素子２の熱に起因するノイズ、例えば、暗電流や熱雑音を低減することができ、ひいてはより高画質な画像を得ることができる。

熱伝導膜７は、例えば、カメラのボディ側の筐体等に熱的に接触させてもよく、この場合はより放熱性を高めることができる。また、本実施の形態では、熱伝導膜７の部分７ａが外部接続用電極４ｂの付近に配置されているので、熱伝導膜７に到達した熱の、空中以外への放熱経路を形成し易い。すなわち、固体撮像素子２を実装するプリント配線板の導体パターンに、熱伝導膜７の部分７ａを容易に接続することが可能となり、この接続により、熱伝導膜７に到達した熱の放熱経路を簡単に形成することができる。熱伝導膜７の部分７ａを接続する相手のプリント配線板の導体パターンとしては、放熱性を高めるため、アースパターンなどの面積の大きいパターンを用いることが好ましい。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置１１を模式的に示す概略平面図であり、図１に対応している。図４中の熱伝導膜７の形成領域等は、図１に示す熱伝導膜７と同一である。図５は、図４中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図であり、図２に対応している。図６は、図４中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図であり、図３に対応している。図４乃至図６において、図１乃至図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像装置１１が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、固体撮像素子２とガラス板３の熱伝導膜７との間を熱的に接触させる熱接続部８が設けられている点のみである。なお、図４において、固体撮像素子２とガラス板３との気密空間内に形成された熱接続部８は、本来、熱伝導膜７に隠れて現れないはずであるが、熱接続部８の形成領域を明示するために、熱接続部８があたかも熱伝導膜７に対して図１中の紙面手前側に存するかのようにして示している。

本実施の形態では、熱接続部８として、固体撮像素子２との熱伝導膜７との間に形成された熱伝導材料層が用いられている。この熱伝導材料は、気密空間内に充填された媒体、例えば、空気や窒素等の気体よりも熱伝導率がより高い材料を用いることが好ましい。そのような熱伝導材料層の例として、銀ペーストの層や、異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste）の層などを挙げることができる。

本実施の形態では、熱接続部８は、固体撮像素子２の電極領域を除いた受光領域２ａを周回する領域に形成されている。この領域は、固体撮像素子２の周辺回路領域の大部分の領域に対応しており、一般的に周辺回路領域からの発熱量は比較的大きいので、より放熱性を高めるために好ましい。もっとも、熱接続部８の形成領域は、このような領域に限らない。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と比べて、放熱性を高めることができる。

［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置２１を模式的に示す概略断面図であり、図５に対応している。図７において、図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像装置２１が前記第２の実施の形態による固体撮像装置１１と異なる所は、前記第２の実施の形態では熱接続部８が比較的広い面積に渡って連続的に形成されているのに対し、本実施の形態では、熱接続部８が、気密空間内にスポット的に複数箇所（１箇所でもよい。）に形成されている点のみである。熱接続部８を設ける箇所は、特に発熱量の大きい箇所に設けることが好ましい。

本実施の形態においても、熱接続部８は、前記第２の実施の形態と同様の熱伝導材料層としてもよい。あるいは、本実施の形態では、熱接続部８としてバンプを用いてもよい。この場合、バンプの接触性を高めるため、弾性変形性（クッション性）を有するバンプを用いることが好ましい。

［第４の実施の形態］
図８は、本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置３１を模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。図８において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像装置３１が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、固体撮像素子２の下面（ガラス板３と反対側の面）に、放熱部材９が設けられている点のみである。

放熱部材９としては、金属薄板等の放熱板や、放熱シート（例えば、カーボンシート、ダイヤモンドシート等）を用いることができる。放熱部材９から空中に放熱するだけでもよいが、カメラのボディ側の筐体等に熱的に接触させることが好ましい。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、前記第１乃至第３の実施の形態による固体撮像装置１１，２１，３１において、前記第４の実施の形態による固体撮像装置３１と同様に、固体撮像素子２の下面に放熱部材９を設けてもよい。

また、上記実施の形態において、熱伝導部としての熱伝導膜７は、ガラス板３に形成される一例を説明したが、熱伝導部は、必ずしもガラス板３上に形成されていなくともよい。ガラス基板３や、受光領域２ａが形成された半導体基板よりも熱伝導率の高い材料からなる熱伝導部が、受光領域２ａを含む気密空間の内部から外部にわたって設けられ、その結果、気密空間の内部の熱を外部へ放熱するように構成されればよい。

また、上記実施の形態において、固体撮像素子２が、ガラス板３に電気的に接続される構成を例示した。この構成に代えて、固体撮像素子２とガラス板３との間に基板としてのインターポーザを設けてもよい。この場合、配線パターン４はインターポーザに形成される。また、インターポーザの材料としては、絶縁性の材料が好ましく、例えば、シリコン、プラスチック、ガラスなどが挙げられる。なお、インターポーザが受光領域２ａを覆わないように成形される場合には、インターポーザは、必ずしも透明である必要はない。例えば、周辺回路領域に対向する部分のインターポーザの色を、例えば、黒色にすれば、インターポーザは、周辺回路に対する遮光部としての機能も有する。また、この場合には、熱伝導膜７は、インターポーザ上に形成されるのが好適である。

１，１１，２１，３１固体撮像装置
２固体撮像素子
３ガラス板（透光性板）
４配線パターン
７熱伝導膜
８熱接続部

Claims

入射光を受光する受光領域を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光領域と対向するように配置され、前記受光領域と対向する面に前記固体撮像素子と電気的に接続される配線パターンが形成された基板と、
前記固体撮像素子と前記基板との間の、前記固体撮像素子の受光領域を含む空間を封止する封止部と、
前記封止部により封止された空間の内部から外部にわたり設けられ、前記基板よりも熱伝導率の高い材料からなる熱伝導部と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記熱伝導部は、前記基板の前記受光領域と対向する面に形成された熱伝導膜であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記配線パターンの材料と前記熱伝導部の材料とは同一であることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
前記基板は長方形状をなし、
前記基板には、前記配線パターンに電気的に接続された外部接続用電極パッドが、前記基板の相対する２辺にそれぞれ沿って並ぶように複数形成され、
前記熱伝導部は、少なくとも前記基板の残りの２辺うちの１辺の側において、前記固体撮像素子と重なる領域から前記固体撮像素子と重ならない領域にかけて、前記基板の前記固体撮像素子側の面に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
前記熱伝導部は、前記固体撮像素子と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子と前記熱伝導部との間を熱的に接続する熱接続部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
前記熱接続部は、１箇所以上にスポット的に設けられたことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
前記熱接続部は、前記固体撮像素子と前記熱伝導部との間に形成された熱伝導材料層であることを特徴とする請求項６又は７記載の固体撮像装置。
前記熱伝導部は、前記配線パターンに電気的に接続された外部接続用電極パッドの付近に延在したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子における前記基板とは反対側の面に、前記固体撮像素子と接触する放熱部材が設けられたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像装置。