JP2012227270A

JP2012227270A - 撮像素子搭載用部材および撮像装置

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Publication number: JP2012227270A
Application number: JP2011092239A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 浩山田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: JP5791344B2

Abstract

【課題】撮像素子の画素領域における熱による画素むらを低減させること。
【解決手段】撮像素子搭載用部材１は、上面11ａおよび下面11ｂを有している基体11を含んでいる。基体11の上面11ａは、画素領域２ａおよび出力回路領域２ｂを有する撮像素子２の実装領域11ｃを有している。実装領域11ｃは、画素領域２ａに対応する第１の領域11ｃ_１と出力回路領域２ｂに対応する第２の領域11ｃ_２を有している。基体11の下面11ｂは、第２の領域11ｃ_２に対応するように設けられた穴11ｄを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像素子搭載用部材および撮像装置に関するものである。

撮像装置に用いられる撮像素子は、画素領域および出力回路領域を有している。画素領域は、光電変換素子を有する画素を含んでいる領域であり、出力回路領域は、例えば画素の信号を出力する出力アンプまたは画素領域から得られた信号におけるノイズ除去等を行うロジック回路等を有する領域である。

特開2006−148512号公報

例えば出力アンプまたはロジック回路等を有する撮像素子の出力回路領域は発熱しやすく、この出力回路領域において発生された熱が撮像素子の画素領域に伝導された場合には、画素むらが生じる可能性があった。

本発明の一つの態様によれば、撮像素子搭載用部材は、上面および下面を有している基体を含んでいる。基体の上面は、画素領域および出力回路領域を有する撮像素子の実装領域を有している。実装領域は、画素領域に対応する第１の領域と出力回路領域に対応する第２の領域を有している。基体の下面は、第２の領域に対応するように設けられた穴を有している。

本発明の他の態様によれば、撮像装置は、上記の撮像素子搭載用部材と、撮像素子搭載用部材の基体に搭載された撮像素子とを含んでいる。

本発明の一つの態様によれば、撮像素子搭載用部材は、上面および下面を有している基体を含んでおり、基体の上面が撮像素子の出力回路領域に対応する第２の領域を有しており、基体の下面が第２の領域に対応するように設けられた穴を有していることによって、例えば穴に熱伝導部材が設けられる場合、撮像素子の出力回路領域において発生された熱を効率よく基体の下面へ伝導させて、撮像素子の画素領域における熱による画素むらが低減された撮像装置を実現することができる。

本発明の他の態様によれば、撮像装置は、上記の撮像素子搭載用部材を含んでいることによって、例えば穴に熱伝導部材が設けられている場合、撮像素子の出力回路領域において発生された熱を効率よく基体の下面へ伝導させることができ、撮像素子の画素領域における熱による画素むらに関して低減されている。

（ａ）は本発明の第１の実施形態における撮像装置の上面斜視図を示しており、（ｂ）は（ａ）に示された撮像装置の下面斜視図を示している。（ａ）は図１（ａ）に示された撮像装置の平面図を示しており、（ｂ）は（ａ）に示された撮像装置のＡ−Ａにおける縦断面図を示しており、（ｃ）は（ａ）に示された撮像装置の下面図を示している。図１（ａ）に示された撮像素子の実装領域を示す図である。図２（ｂ）に示された撮像装置の符合Ｂによって示された部分の拡大図を示している。本発明の第２の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。本発明の第３の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。本発明の第４の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。本発明の第５の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。（ａ）は本発明の第６の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された撮像装置の一部分における平面透視図である。本発明の第７の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。本発明の第８の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。本発明の第９の実施形態における撮像装置の一部分を示す縦断面図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）〜（ｃ）に示されているように、本発明の第１の実施形態における撮像装置は、撮像素子搭載用部材１（以下、搭載用部材１という）と、搭載用部材１に搭載された撮像素子２とを含んでいる。図１（ａ）において、撮像装置は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１（ａ）において、上方向とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。

搭載用部材１は、基体11と、基体11に設けられた熱伝送部材12とを含んでいる。熱伝導部材12は、基体11に嵌め込まれている。“嵌め込まれた”とは、熱伝導部材12が部分的に基体11から露出されている構造と、熱伝導部材12が基体11に完全に埋設されている構造とを含むものである。放熱の観点においては、熱伝導部材12が部分的に基体11から露出されている構造が好ましい。基体11の強度の観点においては、熱伝導部材12が基体11に完全に埋設されている構造が好ましい。

基体11は、上面11ａおよび下面11ｂを有しており、上面11ａは、画素領域２ａおよび出力回路領域２ｂを有する撮像素子２の実装領域11ｃを有している。図３に示されているように、実装領域11ｃは、撮像素子２の画素領域２ａに対応する第１の領域11ｃ_１と、撮像素子２の出力回路領域２ｂに対応する第２の領域11ｃ_２とを有している。再び図１（ｂ）、図２（ｂ）および（ｃ）を参照して、基体11の下面11ｂは、穴11ｄを有しており、穴11ｄは、下面11ｂから基体11の厚み方向（すなわち仮想のｚ軸方向）において上面11ａまでの途中まで設けられている。基体11の厚み方向において基体11の一部分を残すように穴11ｄが設けられていることによって基体11の強度が向上されている。図４に示されているように、穴11ｄは、第２の領域11ｃ２に対応するように設けられている。穴11ｄは、実装領域11の第２の領域11ｃ_２の直下に設けられている。すなわち、撮像装置において、穴11ｄは、撮像素子２の出力回路領域２ｂの直下に設けられている。基体11は、例えばセラミック等の絶縁材料から成る。

熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄ内に設けられており、基体11に接合されている。熱伝導部材12は、例えば銅等の金属材料から成る。熱伝導部材12は、例えば予め成形された金属構造体である。熱伝導部材12は、例えばヒートパイプである。

撮像素子２は、基体11の上面11ａに実装されている。撮像素子２は、画素領域２ａおよび出力回路領域２ｂを有しており、画素領域２ａは、光電変換素子を有する画素を含む領域であり、出力回路領域２ｂは、例えば画素の信号を出力する出力アンプまたは画素領域から得られた信号におけるノイズ除去等を行うロジック回路等を有する領域である。

本実施形態の搭載用部材１において、基体11の下面11ｂが、撮像素子２の出力回路領域２ｂに対応する第２の領域11ｃ_２の直下に設けられた穴11ｄを有していることによって、例えば穴11ｄに熱伝導部材12が設けられる場合、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらが低減された撮像装置を実現することができる。図４において、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱の伝導経路が破線矢印によって模式的に示されている。

本実施形態の撮像装置は、上述の搭載用部材１を含んでいることによって、例えば穴11ｄに熱伝導部材12が設けられている場合、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらに関して低減されている。

（第２の実施形態）
図５を参照して、本発明の第２の実施形態における撮像装置について説明する。第２の実施形態の撮像装置において第１の実施形態における撮像装置と異なる構成は、放熱部材12に関する構造である。その他の構成については第１の実施形態における撮像装置と同様である。

熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄの内側面のうち第１の領域11ａに最も近い部分11ｄ_１において穴11ｄの内側面から離間されており、基体11および熱伝導部材12の間に間隙12ａが設けられている。

本実施形態の搭載用部材１において、熱伝導部材12が、基体11の穴11ｄの内側面のうち第１の領域11ａに最も近い部分11_１において穴11ｄの内側面から離間されていることによって、基体11および熱伝導部材12の間に設けられた間隙12ａが断熱構造となって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱が撮像素子２の画素領域２ａに伝導され難くなり、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の撮像装置は、上述の搭載用部材１を含んでいることによって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱をさらに効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらに関してさらに低減されている。

（第３の実施形態）
図６を参照して、本発明の第３の実施形態における撮像装置について説明する。第３の実施形態の撮像装置において第２の実施形態における撮像装置と異なる構成は、基体11に関する構造である。その他の構成については第２の実施形態における撮像装置と同様である。

基体11は、第１の領域11ａおよび第２の領域11ｂの間に設けられた間隙11ｅを有している。

本実施形態の搭載用部材１において、基体11が、第１の領域11ａおよび第２の領域11ｂの間に設けられた間隙11ｅを有していることによって、間隙11ｅが断熱構造となって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱が撮像素子２の画素領域２ａに伝導され難くなり、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

（第４の実施形態）
図７を参照して、本発明の第４の実施形態における撮像装置について説明する。第４の実施形態の撮像装置において第１の実施形態における撮像装置と異なる構成は、基体11の穴11ｄの形状、熱伝導部材12の形状、および、複数のサーマルビア13を有していることである。その他の構成については第１の実施形態における撮像装置と同様である。

基体11の穴11ｄは、下方へ向かうに伴って広がる形状を有しており、熱伝導部材12を位置決めしつつ穴11ｄに嵌め込みやすい形状となっている。

熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄの内側面のうち第１の領域11ａに最も近い部分11ｄ_１において穴11ｄの内側面から離間されており、基体11および熱伝導部材12の間に間隙12ｂが設けられている。熱伝導部材12は、第１の領域11ａから最も遠い部分12ｃにおいて下方に向かうに伴って広がる形状を有している。

複数のサーマルビア13は、基体11の上面11ａから穴11ｄの底面にかけて設けられており、撮像素子２および熱伝導部材12に接している。複数のサーマルビア13は、実装領域11ｃの第２の領域11ｃ_２の直下に設けられている。

本実施形態の搭載用部材１において、熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄの内側面のうち第１の領域11ａに最も近い部分11ｄ_１において穴11ｄの内側面から離間されていることによって、基体11および熱伝導部材12の間に設けられた間隙12ｂが断熱構造となって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱が撮像素子２の画素領域２ａに伝導され難くなり、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の搭載用部材１において、熱伝導部材12が、第１の領域11ａから最も遠い部分12ｃにおいて下方に向かうに伴って広がる形状を有していることによって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱が撮像素子２の画素領域２ａから遠い方向へ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。図７において、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱の伝導経路が破線矢印によって模式的に示されている。

本実施形態の搭載用部材１は、複数のサーマルビア13をさらに含んでいることによって、撮像素子２から熱伝導部材12への熱伝導に関して向上されており、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の撮像装置は、上述の搭載用部材１を含んでいることによって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱をさらに効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらに関してさらに低減
されている。

（第５の実施形態）
図８を参照して、本発明の第５の実施形態における撮像装置について説明する。第５の実施形態の撮像装置において第２の実施形態における撮像装置と異なる構成は、基体11の穴11ｄの構造、および、熱伝導部材12の形状である。その他の構成については第２の実施形態における撮像装置と同様である。

基体11の穴11ｄは、基体11の上面11ａから下面11ｂにかけて設けられている。

熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄに設けられており、撮像素子２に接している。熱伝導部材12は、上面および下面を有しており下面が上面よりも広く形成されているとともに、第１の領域11ａから最も遠い部分12ｃにおいて第１の領域11ａから遠ざかる方向へ突出した形状を有している。

本実施形態の搭載用部材１において、基体11の穴11ｄが、基体11の上面11ａから下面11ｂにかけて設けられていることによって、例えば穴11ｄに熱伝導部材12が設けられる場合、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を直接的に基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらが低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の搭載用部材１において、熱伝導部材12が、第１の領域11ａから最も遠い部分12ｃにおいて第１の領域11ａから遠ざかる方向へ突出した形状を有していることによって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を撮像素子２の画素領域２ａから遠い方向へ伝導されることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

（第６の実施形態）
図９（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第６の実施形態における撮像装置について説明する。第６の実施形態の撮像装置において第２の実施形態における撮像装置と異なる構成は、基体11の穴11ｄの構造、および、熱伝導部材12の形状である。その他の構成については第２の実施形態における撮像装置と同様である。

熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄに設けられており、撮像素子２に接している。熱伝導部材12は、上面および下面を有しており、上面から下面にかけて広がる形状を有しているとともに、第１の領域11ａから最も遠い部分12ｃにおいて第１の領域11ａから遠ざかる方向へ広がる形状を有している。

熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄの内側面のうち第１の領域11ｃ_１に最も近い部分11ｄ_１において基体11から離間されており、基体11および熱伝導部材12の間に間隙12ｄが設けられている。図９（ｂ）に示されているように、間隙12ｄが、平面視において実装領域11ｃからはみ出さないように実装領域11ｃ内に設けられていることによって、撮像装置は、基体11における撮像素子２の気密封止性に関して向上されている。

本実施形態の搭載用部材１において、熱伝導部材12が、第１の領域11ａから最も遠い部分12ｃにおいて第１の領域11ａから遠ざかる方向へ広がる形状を有していることによって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱が撮像素子２の画素領域２ａから遠い方向へ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

（第７の実施形態）
図10を参照して、本発明の第７の実施形態における撮像装置について説明する。第７の実施形態の撮像装置において第１の実施形態における撮像装置と異なる構成は、熱伝導部材12および金属層14である。その他の構成については第１の実施形態における撮像装置と同様である。

熱伝導部材12は、例えば半田等の金属製接合材である。熱伝導部材12は、基体11の穴11ｄの内面に設けられた金属層14に付着しているとともに、撮像装置が実装される基板にも付着されている。

金属層14は、基体11の穴11ｄの内面のうち底面および第１の領域11ｃ_１から最も遠い部分に設けられている。

本実施形態の搭載用部材１において、金属層14が、基体11の穴11ｄの内面のうち底面および第１の領域11ｃ_１から最も遠い部分に設けられていることによって、例えば穴11ｄに熱伝導部材12が設けられる場合、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらが低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の撮像装置において、熱伝導部材12が金属製接合材であることによって、撮像装置は、実装信頼性に関して向上されている。

（第８の実施形態）
図11を参照して、本発明の第８の実施形態における撮像装置について説明する。第８の実施形態の撮像装置において第７の実施形態における撮像装置と異なる構成は、複数のサーマルビア13をさらに含んでいることである。その他の構成については第７の実施形態における撮像装置と同様である。

複数のサーマルビア13は、基体11の上面11ａから穴11ｄの底面にかけて設けられており、撮像素子２および穴11ｄの底面に設けられた金属層14に接している。複数のサーマルビア13は、第２の領域11ｃ_２の直下に設けられている。

本実施形態の搭載用部材１は、複数のサーマルビア13をさらに含んでいることによって、例えば金属層14に接するように穴11ｄに熱伝導部材12が設けられる場合、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらが低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の撮像装置は、上述の搭載用部材１を含んでいることによって、例えば金属層14に接するように穴11ｄに熱伝導部材12が設けられる場合、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させることができ、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらに関して低減されている。

（第９の実施形態）
図12を参照して、本発明の第９の実施形態における撮像装置について説明する。第９の実施形態の撮像装置において第１の実施形態における撮像装置と異なる構成は、複数のサーマルビア13と、複数のサーマルビア13に熱的に結合された内部金属層15とをさらに含んでおり、穴11ｄが第２の領域11ｃ_２を基準に第１の領域11ｃ_１から遠ざかる方向において設けられていることである。その他の構成については第１の実施形態における撮像装置と同様である。

複数のサーマルビア13は、第２の領域11ｃ_２の直下に設けられている。内部金属層15は、第２の領域11ｃ_２の直下から第１の領域11ｃ_１から遠ざかる方向へ向けて設けられている。

本実施形態の搭載用部材１は、複数のサーマルビア13および内部金属層15をさらに含んでおり、本実施形態の搭載用部材１において、穴11ｄが第２の領域11ｃ_２を基準に第１の領域11ｃ_１から遠ざかる方向において設けられていることによって、本実施形態の搭載用部材１は、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱を撮像素子２の画素領域２ａから遠ざかる方向へ伝導させせて、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱が撮像素子２の画素領域２ａに伝導され難くなり、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらがさらに低減された撮像装置を実現することができる。

本実施形態の撮像装置は、上述の搭載用部材１を含んでいることによって、撮像素子２の出力回路領域２ｂにおいて発生された熱をさらに効率よく基体11の下面11ｂへ伝導させて、撮像素子２の画素領域２ａにおける熱による画素むらに関してさらに低減されている。

１撮像素子搭載用部材
11 基体
11ａ上面
11ｂ下面
11ｃ実装領域
11ｄ穴
12 熱伝導部材
２撮像素子
２ａ画素領域
２ｂ出力回路領域

Claims

上面および下面を有しており、前記上面が画素領域および出力回路領域を有する撮像素子の実装領域を有している基体を備えており、
前記実装領域が、前記画素領域に対応する第１の領域と前記出力回路領域に対応する第２の領域を有しており、
前記下面が、前記第２の領域に対応するように設けられた穴を有していることを特徴とする撮像素子搭載用部材。
前記穴が、前記下面から前記基体の厚み方向の途中まで設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像素子搭載用部材。
前記穴が、前記下面から前記上面まで前記基体を貫通するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像素子搭載用部材。
前記穴に設けられた熱伝導部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の撮像素子搭載用部材。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された撮像素子搭載用部材と、
該撮像素子搭載用部材の前記基体に搭載された撮像素子とを備えていることを特徴とする撮像装置。