JP2013201568A - Imaging module - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、撮像用の複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力可能である撮像モジュールに関する。 The present invention relates to an imaging module capable of outputting, for example, an electrical signal after photoelectric conversion from a plurality of pixels for imaging as image information.
近年、ビデオカメラ等の撮像モジュールにおける動画像の撮影において、高精細化、高フレームレート化が進んでいる。また、撮像モジュール内の撮像素子(イメージチップ)が、より高速に読み出すための並列的なA/D変換器やデジタル信号処理部も備えるようになり、高集積化が進むことによって撮像素子の発熱量が増えている。この発熱による熱雑音によってノイズが増大して取得する画像の画質が低下するため、このノイズを抑制するという観点からより高い放熱性能が求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, high-definition and high frame rates have been advanced in moving image shooting in an imaging module such as a video camera. In addition, the image pickup device (image chip) in the image pickup module also includes a parallel A / D converter and a digital signal processing unit for reading out at higher speed, and the heat generation of the image pickup device due to the progress of higher integration. The amount is increasing. Since the noise increases due to the heat noise caused by the heat generation and the image quality of the acquired image decreases, higher heat dissipation performance is required from the viewpoint of suppressing the noise.
図14は、撮像素子の一例として示す、従来の基本的なCMOSイメージセンサーの構成図である。CMOSイメージセンサーでは、前段で受光した光を光電変換し、光電変換された信号の処理部を後段のデジタル回路によって同一チップ上に混載している。実際には、混載に際してデジタル系のノイズや発熱が光電変換部やアナログ回路に悪影響を及ぼすなどの問題から、実用化されたのは近年になってからである。 FIG. 14 is a configuration diagram of a conventional basic CMOS image sensor shown as an example of an image sensor. In the CMOS image sensor, the light received in the previous stage is photoelectrically converted, and the processing unit of the photoelectrically converted signal is mounted on the same chip by the subsequent digital circuit. Actually, it has only been put into practical use in recent years due to problems such as digital noise and heat generation adversely affecting the photoelectric conversion unit and analog circuit during mixed mounting.
図14に示すCMOSイメージセンサーは、光学系からの光を光電変換して電気信号を画像情報として出力し、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードおよびフォトダイオードが蓄積した電荷を電圧に変換して出力する回路をそれぞれ有する複数の画素P100が2次元マトリックス状に配設された受光部と、受光部の複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画像情報として読み出す読み出し部(垂直走査回路VC100(行選択回路)および水平走査回路HC100(列選択回路))と、を有する。垂直走査回路VC100および水平走査回路HC100は、各画素P100とそれぞれ接続され、読み出し対象の画素を制御するための回路である。 The CMOS image sensor shown in FIG. 14 photoelectrically converts light from an optical system and outputs an electrical signal as image information, and stores a charge corresponding to the amount of light and a charge stored in the photodiode into a voltage. A plurality of pixels P100 each having a circuit for output in a two-dimensional matrix, and an electrical signal generated by a pixel arbitrarily set as a reading target among the plurality of pixels of the light receiving unit. As a readout section (vertical scanning circuit VC100 (row selection circuit) and horizontal scanning circuit HC100 (column selection circuit)). The vertical scanning circuit VC100 and the horizontal scanning circuit HC100 are connected to each pixel P100, and are circuits for controlling the pixel to be read.
CMOSイメージセンサーでは、垂直走査回路VC100(行選択回路)からの行選択パルスによって、行(m)が選択されることで、選択された行の画素の電荷が電圧に変換された信号が出力され、水平走査回路HC100(列選択回路)からの列選択パルスによって、列(n)の番号に従って選択された列の読出しゲートが開いて画素信号を順次出力する。例えば、行としてm=1が選択され、列(n)の番号順に画素信号を各列の画素に出力させる。その後、選択された行(m=2,・・・,m)について、各列の画素から画素信号を出力させる。 In the CMOS image sensor, by selecting a row (m) by a row selection pulse from the vertical scanning circuit VC100 (row selection circuit), a signal in which the charges of the pixels in the selected row are converted into a voltage is output. In response to a column selection pulse from the horizontal scanning circuit HC100 (column selection circuit), the readout gates of the columns selected in accordance with the column (n) number are opened to sequentially output pixel signals. For example, m = 1 is selected as the row, and the pixel signals are output to the pixels in each column in the order of the column (n). Thereafter, pixel signals are output from the pixels in each column for the selected row (m = 2,..., M).
図15は、従来のCMOSイメージセンサーの具体的な構成の一例を示す図である。従来のCMOSイメージセンサーは、上述した画素P100からなる受光部および垂直走査回路VC100を有する光電変換部110と、光電変換部110から出力された信号をアナログ/デジタル変換(A/D変換)して、所定の信号処理を行うデジタル信号処理部111と、からなる。画素P100は、例えば、入射光をその光量に応じた信号電荷量に光電変換して蓄電するフォトダイオードPDと、この単位画素が含まれる水平ラインが読み出し対象のライン(行)として選択される場合に、オン制御され、フォトダイオードPDに蓄積された信号電荷による電圧レベルの変化を所定の信号線に出力する選択トランジスタS−TRと、を備える。
FIG. 15 is a diagram showing an example of a specific configuration of a conventional CMOS image sensor. A conventional CMOS image sensor includes a
列並列A/D変換回路HC100aは、読出し行の各画素(列)の信号レベルを変換クロックに同期して逐次D/A変換されるランプパルスの電圧と比較して、一致するまでの変換クロック数をカウントして画像信号のデジタル画像信号の階調レベルとして変換する。撮像素子の水平画素数よりも黒から白までの画像信号レベルに必要とされる階調数が多い場合は、列並列で構成することでアナログ−デジタル変換のクロック周波数を、読み出し部のクロックの駆動周波数以上の駆動周波数で高速化して、1チップで高速デジタル読出し可能な固体撮像素子が実現されている。また、デジタル信号処理部111は、上述した水平走査回路HC100および列並列A/D変換回路HC100aからなるデジタル読出部111aと、デジタル読出部111aから出力される信号に対して所定の処理を施す信号処理部111bと、で構成される。信号処理部111bとしては、有効画素領域の周囲に設けられ、例えばノイズ補正用の画素であって、遮光された画素の領域であるオプティカルブラック(OB)領域のOB値のレベルを用いて画像信号の黒レベルを補正するOBレベル補正部(OBC101)、ホワイトバランスの補正を行うホワイトバランス補正部(WB102)、画素欠陥補正を行う画素欠陥補正部(DPC103)、画像のスケーリングを行うスケーリング部(SCL104)、信号を外部に出力する信号出力部(OIF105)、これらの動作タイミングを制御するタイミング制御回路C100等が挙げられる。
The column parallel A / D conversion circuit HC100a compares the signal level of each pixel (column) in the readout row with the voltage of the ramp pulse that is sequentially D / A converted in synchronization with the conversion clock, and the conversion clock until the signals match. The number is counted and converted as the gradation level of the digital image signal of the image signal. When the number of gradations required for the image signal level from black to white is larger than the number of horizontal pixels of the image sensor, the analog-to-digital conversion clock frequency is set to the clock of the readout unit by configuring in parallel. A solid-state imaging device capable of high-speed digital readout with one chip has been realized by increasing the speed at a driving frequency equal to or higher than the driving frequency. Further, the digital
しかしながら、これらのデジタル信号処理機能(デジタル信号処理部111)を内蔵している固体撮像素子では、動画取得などの連続画像取得においては発熱の問題が未だ十分に解決されていない。ここで、撮像素子内の消費電力の分布としては、上述した光電変換部110は消費電力が小さく、高速信号処理部分を含むデジタル信号処理部111は消費電力が大きい。つまり、光電変換部110の発熱量は小さく、高速信号処理部分を含むデジタル信号処理部111の発熱量は大きい。
However, in a solid-state imaging device incorporating these digital signal processing functions (digital signal processing unit 111), the problem of heat generation has not been sufficiently solved in continuous image acquisition such as moving image acquisition. Here, regarding the distribution of power consumption in the image sensor, the
ここで、撮像素子の高集積化については、高速にデジタル信号で読み出すための複数のA/D変換部を並列に設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1,2参照)。特許文献1,2では、高速処理可能なA/D変換部によって変換を行い、変換後のデジタル信号を一時的に記憶し、読み出す旨が開示されている。また、従来では、例えば熱抵抗の小さな部材で装置外部に熱伝達し、伝達した先で空間放熱の熱抵抗を下げるために放熱フィン等を設けることで放熱を行っている。
Here, for high integration of the image sensor, a technique is disclosed in which a plurality of A / D conversion units for reading out digital signals at high speed are provided in parallel (see, for example,
熱抵抗の小さな部材で装置外部に熱伝達する技術においては、例えば撮像素子の発熱をパッケージ外部に効率よく伝達する放熱技術の一つとして、撮像素子の半導体チップ背面から直接金属体で熱伝導する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3の技術を用いれば、並列動作を行なうA/D変換回路や、その後段のデジタル信号処理回路が同一チップに搭載される構成においても、撮像素子の発熱をパッケージ外部に伝達可能なことが想像容易である。 In the technology of transferring heat to the outside of the apparatus with a member having a small thermal resistance, for example, as one of the heat dissipation techniques for efficiently transferring the heat generated by the imaging device to the outside of the package, heat conduction is performed directly from the back surface of the semiconductor chip of the imaging device with a metal body A technique is disclosed (for example, see Patent Document 3). If the technology of Patent Document 3 is used, the heat generated by the image sensor can be transmitted to the outside of the package even in a configuration in which an A / D conversion circuit that performs parallel operation and a subsequent digital signal processing circuit are mounted on the same chip. Is easy to imagine.
また、撮像素子を駆動する駆動系や、読み出した後の信号処理系の高い発熱部との断熱に関する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。特許文献4では、信号処理系で発生した熱が受光部側に伝わらないように空間を空けたり、断熱処理したりすることで、光電変換部で発生する暗電流を低減している。特許文献4に示す技術のように、信号処理系と撮像素子とが分離されている場合は、距離を隔てて配置するか、断熱性部材で熱的な絶縁を行なうことで、撮像素子への熱の伝導を回避していた。 In addition, a technique related to heat insulation with a drive system that drives an image sensor and a high heat generating portion of a signal processing system after reading is disclosed (for example, see Patent Document 4). In patent document 4, the dark current which generate | occur | produces in a photoelectric conversion part is reduced by vacating space or heat-insulating so that the heat which generate | occur | produced in the signal processing system may not be transmitted to the light-receiving part side. When the signal processing system and the image sensor are separated as in the technique shown in Patent Document 4, the image sensor is arranged by being separated from each other or by performing thermal insulation with a heat insulating member. Heat conduction was avoided.
ところで、撮像素子に内蔵されている回路については近年の高集積化に伴い、特に動画用途での連続的なフレーム読出しにおいては発熱量が大きくなり、冷却、放熱の効率化が求められている。 By the way, with the recent high integration of the circuits built in the image sensor, the amount of heat generation increases especially in continuous frame reading for moving image applications, and the efficiency of cooling and heat dissipation is required.
ここで、特許文献1,2が開示する技術のほか、近年のイメージセンサーでは、A/D変換以外に、タイミングジェネレータ等の駆動回路や、ホワイトバランス調整回路、画素欠陥補正回路、読出し画素数変換回路等をデジタル信号処理回路として備えるものもあり、データのレベル変化によるFET(電界効果トランジスタ)部のスイッチング時の貫通電流が極めて大きくなってきている。
Here, in addition to the techniques disclosed in
また、例えばデジタル信号処理部111では、多ビットの画像データを高速な画素クロックレートで連続的に処理するので発熱面積も大きくなり、単位時間当たりの発熱量が極めて大きくなる。特許文献3では、撮像素子からの放熱経路が一つであり、撮像素子を一つの冷却対象としてしまうと、同一チップ内では、デジタル信号処理部111で発生した熱が光電変換部110の画素に設けられたフォトダイオードやアナログアンプなどの回路の直近で伝達され、大きな熱雑音を発生させるという悪影響を及ぼす。また、デジタル信号処理部111では、上述した画素クロック程度の高い駆動周波数でのカウント処理や演算処理が実行される。このため、デジタル信号処理部111は発熱量が大きく、光電変換部110のフォトダイオードやアナログ基準電圧発生部分などと熱的にショートすると暗電流が増大し、ノイズによる画質劣化が発生してしまう。
In addition, for example, the digital
また、近年の高集積化では、タイミングジェネレータ等の駆動回路や特許文献1の技術等で開示されている並列型のA/D変換器が同一チップ上に配置されているため、特許文献4が開示する技術のように、距離を開けたり、空間を空けたりする自在性がない。このため、特許文献4が開示する技術では、熱的な絶縁を行なうことが困難な場合が生じる。
In recent high integration, a driving circuit such as a timing generator and a parallel A / D converter disclosed in the technique of
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる撮像モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an imaging module capable of obtaining a high-quality image with less noise.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像モジュールは、2次元マトリックス状に配設され、受光した光を光電変換する複数の画素を有する光電変換部を含む第一部分、および前記光電変換部の一方向の走査する水平走査回路を含む第二部分を有するイメージチップと、前記第一部分の熱を伝導する第一の熱伝導部材と、前記第二部分の熱を伝導する第二の熱伝導部材と、を備え、前記第一の熱伝導部材と前記第二の熱伝導部材の間には空間が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an imaging module according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that is arranged in a two-dimensional matrix and includes a plurality of pixels that photoelectrically convert received light. And an image chip having a second part including a horizontal scanning circuit that scans in one direction of the photoelectric conversion unit, a first heat conducting member that conducts heat of the first part, and conducts heat of the second part And a second heat conducting member. A space is provided between the first heat conducting member and the second heat conducting member.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第一部分に対応するイメージチップの領域に設けられ、前記イメージチップと前記第一の熱伝導部材とを接着する第一熱伝導性接着剤と、前記第二部分に対応するイメージチップの領域に設けられ、前記イメージチップと前記第二の熱伝導部材とを接着する第二熱伝導性接着剤と、をさらに備え、前記第一および第二熱伝導性接着剤の間隔が、前記第一の熱伝導部材と前記第二の熱伝導部材との間隔より広いことを特徴とする。 The imaging module according to the present invention is the first thermal conductive bonding provided in the image chip region corresponding to the first part and bonding the image chip and the first thermal conductive member in the above invention. And a second thermally conductive adhesive provided in a region of the image chip corresponding to the second part and bonding the image chip and the second thermally conductive member, the first and The distance between the second heat conductive adhesives is wider than the distance between the first heat conductive member and the second heat conductive member.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第一の熱伝導部材と前記第二の熱伝導部材との間の領域であって、前記第一および第二の熱伝導部材より熱抵抗の高い熱絶縁領域の幅が、前記第一部分と前記第二部分との間の間隔よりも広く、前記第一および第二熱伝導性接着剤の間隔が、前記第一部分と前記第二部分との間隔よりも広いことを特徴とする。 The imaging module according to the present invention is an area between the first heat conductive member and the second heat conductive member in the above invention, the first and second heat conductive members. The width of the heat insulation region having a high thermal resistance is wider than the distance between the first part and the second part, and the distance between the first and second heat conductive adhesives is the first part and the second part. It is characterized by being wider than the interval between the portions.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第一および第二熱伝導性接着剤の間であって、前記前記第一部分と前記第二部分との境界を含む領域に、断熱性接着剤を配置したことを特徴とする。 Further, the imaging module according to the present invention, in the above invention, is insulated between the first and second thermally conductive adhesives in a region including a boundary between the first part and the second part. It is characterized by disposing an adhesive.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第一の熱伝導部材と前記第二の熱伝導部材との間の前記空間に断熱部材が設けられていることを特徴とする。 The imaging module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a heat insulating member is provided in the space between the first heat conducting member and the second heat conducting member.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第二部分は、少なくとも画素読出しクロックの駆動周波数の1/8以上の駆動周波数の高速駆動回路を含むことを特徴とする。 In the imaging module according to the present invention as set forth in the invention described above, the second portion includes at least a high-speed driving circuit having a driving frequency equal to or higher than 1/8 of the driving frequency of the pixel readout clock.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記イメージチップは、前記第一部分が主にアナログ処理を行う部分であって、前記第二部分が主にデジタル処理を行なう部分であることを特徴とする。 In the imaging module according to the present invention, in the above invention, the image chip is a portion where the first portion mainly performs analog processing, and the second portion is a portion which mainly performs digital processing. It is characterized by.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記イメージチップは、前記第一および第二の熱伝導部材の少なくとも一方と異方熱伝導性部材で接続されることを特徴とする。 The imaging module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the image chip is connected to at least one of the first and second heat conducting members by an anisotropic heat conducting member.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第一部分と前記第二部分は、積層されて配置されることを特徴とする。 The imaging module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the first portion and the second portion are stacked.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第1部分と前記第一の熱伝導部材とは、弾性部材によって連結されていることを特徴とする。 The imaging module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the first portion and the first heat conducting member are connected by an elastic member.
また、本発明にかかる撮像モジュールは、上記の発明において、前記第一の熱伝導部材は、前記第一部分と配線基板との間に配置されることを特徴とする。 In the imaging module according to the present invention as set forth in the invention described above, the first heat conducting member is disposed between the first portion and the wiring board.
本発明によれば、高集積化されて多機能になり発熱量が増大したイメージセンサーに対して光電変換部やアナログ信号処理部での温度を、発熱量がより大きな部分からの熱の回り込みを抑えることで下げて、結果的に暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, the temperature in the photoelectric conversion unit and the analog signal processing unit is reduced with respect to the image sensor which is highly integrated and has multiple functions and the amount of heat generation is increased, and the heat from the portion where the heat generation amount is larger is circulated. By reducing the dark current as a result, it is possible to obtain a high-quality image with less noise.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)として、撮像用の複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力可能である撮像モジュールについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, as an embodiment for implementing the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”), an imaging module capable of outputting an electrical signal after photoelectric conversion from a plurality of imaging pixels as image information will be described. Moreover, this invention is not limited by this embodiment. Furthermore, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in description of drawing. Furthermore, the drawings are schematic, and it should be noted that the relationship between the thickness and width of each member, the ratio of each member, and the like are different from the actual ones. Moreover, the part from which a mutual dimension and ratio differ also in between drawings.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1にかかる撮像モジュール1の概略構成を示す模式図であって、図1(a)は、側面の部分断面図を示し、図1(b)は、上面からみた撮像モジュール1(配線基板30)の模式的な透視図を示している。図2は、本実施の形態1にかかる撮像モジュール1の要部の構成を示す模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the
図1に示すように、撮像モジュール1は、レンズ10aが保持された鏡枠10と、上述した光電変換部110を含む第一部分Rh1、および上述したデジタル信号処理部111を含む第二部分Rh2を有するイメージチップ20と、第一部分Rh1の熱を伝導する第1熱伝導部材21a(第一の熱伝導部材)と、第二部分Rh2の熱を伝導する第2熱伝導部材21b(第二の熱伝導部材)と、デジタル信号処理部111によって信号処理された処理信号が出力される配線基板30と、を備える。なお、デジタル信号処理部111は、光電変換部110の読み出しクロックの駆動周波数の1/8以上の駆動周波数で高速化して処理可能な高速駆動回路を含む。
As shown in FIG. 1, the
ここで、撮像モジュール1は、鏡枠10と配線基板30とによって形成される内部空間にイメージチップ20が入れ込まれて接合された構造をなす。なお、イメージチップ20は、主面がレンズ10aの中心軸と略垂直になるように設けられている。
Here, the
イメージチップ20は、略板状をなし、上述した図15,16のような光電変換部110およびデジタル信号処理部111を有する。また、第一部分Rh1および第二部分Rh2は、この板面に対して、光電変換部110およびデジタル信号処理部111をそれぞれ含むように分割された領域である。また、イメージチップ20の表面(受光面)側には、信号の入出力を行なう入出力パッドIPが設けられている。
The
配線基板30は、略板状をなし、表面には、イメージチップ20との間で信号の入出力を行なうためのフットパターンFPが設けられている。また、配線基板30は、配線基板30の各部を接続する配線パターンを形成する配線パターン部31と、撮像モジュール1の外部との通信を行うインターフェイスであるI/Fコネクタ部32とを有する。配線パターン部31は、イメージチップ20の表面に設けられる一方、I/Fコネクタ部32は、裏面に設けられる。配線パターン部31とI/Fコネクタ部32は、配線基板30の板厚方向に貫通するスルーホールTH1を介して電気的に接続している。
The
また、配線基板30には、配線基板30の板厚方向に貫通し、内部壁面に金属膜が配設された複数のスルーホールTH2〜TH4が形成されている。スルーホールTH2は、配線基板30に鏡枠10を取り付けた際に、鏡枠10の外部側に位置するように形成されている。スルーホールTH3は、配線基板30に鏡枠10を取り付けた際に、鏡枠10の内部側に位置し、かつ配線基板30にイメージチップ20を積層した際に第一部分Rh1側に位置するように形成されている。スルーホールTH4は、配線基板30に鏡枠10を取り付けた際に、鏡枠10の内部側に位置し、かつ配線基板30にイメージチップ20を積層した際に第二部分Rh2側に位置するように形成されている。
The
第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bは、イメージチップ20のレンズ10a(受光面)と異なる側の面(裏面)に設けられ(図2参照)、互いに異なる放熱先に向けて延びている。第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bは、イメージチップ20の裏面から、鏡枠10の外部側へ熱を伝達することが可能である。ここで、図1(b)に示すように、第1熱伝導部材21aが熱を伝達して放熱する領域を放熱対象領域Rr1とし、第2熱伝導部材21bが熱を伝達して放熱する領域を放熱対象領域Rr2とする。また、本実施の形態1では、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bが形成する放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2の間に、空気層からなる断熱領域Ri1が設けられる。なお、この断熱領域Ri1は、第一部分Rh1および第二部分Rh2の間の領域Rg1(間隔)より大きい。
The first
具体的には、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bは、イメージチップ20と配線基板30との間に設けられる。また、配線基板30の第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bが設けられる面と反対側の面(裏面)には、第3熱伝導部材22aおよび第4熱伝導部材22bが設けられる。第1熱伝導部材21a、第2熱伝導部材21b、第3熱伝導部材22aおよび第4熱伝導部材22bは、それぞれ金属またはカーボングラファイト(黒鉛)等の材料からなる板状部材である。なお、それらの材料は、イメージチップ20を構成する材料と比して、熱伝導率の大きいものであれば適用可能である。
Specifically, the first
また、イメージチップ20と第1熱伝導部材21aとは、熱伝導ペースト23a(第一熱伝導性接着剤)によって固着される。同様に、イメージチップ20と第2熱伝導部材21bとは、熱伝導ペースト23b(第二熱伝導性接着剤)によって固着される。これにより、イメージチップ20と第1熱伝導部材21aとの接触側の各表面のミクロンレベルの凹凸があり粗い場合であっても、互いの表面の密着性を上げることができる。熱伝導ペースト23a,23bは、イメージチップ20を構成する材料と比して熱伝導率の大きい金属または樹脂、若しくは、熱伝導率の大きい金属粉、または黒鉛粉を含む樹脂等であれば適用可能である。
Further, the
上述した第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bが、イメージチップ20にそれぞれ固着されることによって、イメージチップ20で発生した熱を外部に放出する。このとき、第1熱伝導部材21aおよび熱伝導ペースト23aは、端部が断熱領域Ri1の一端部と揃うように第一部分Rh1側に配設され、第2熱伝導部材21bおよび熱伝導ペースト23bは、端部が断熱領域Ri1の他端部と揃うように第二部分Rh2側に配設される。これにより、第1熱伝導部材21aおよび熱伝導ペースト23aと、第2熱伝導部材21bおよび熱伝導ペースト23bとの間においても断熱領域Ri1が維持される。
The first
また、第3熱伝導部材22aは、第一部分Rh1側に配設され、第4熱伝導部材22bは、第二部分Rh2側に配設される。このとき、第1熱伝導部材21aおよび第3熱伝導部材22aは、スルーホールTH3によって熱伝導可能に接続されている。また、第2熱伝導部材21bおよび第4熱伝導部材22bは、スルーホールTH2,TH4によって熱伝導可能に接続されている。
The third
イメージチップ20からの熱の伝達構造としては、イメージチップ20側の配線基板30の表面上に設けられた第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bだけでなく、配線基板30の裏面(イメージチップ20とは逆側の面)側に設けられた第3熱伝導部材22aおよび第4熱伝導部材22bも用いて放熱することが可能である。このとき、配線基板30の裏面への熱伝導はスルーホールTH3,TH4の金属膜などが用いられる。なお、放熱対象領域Rr2の発熱量は、放熱対象領域Rr1と比して大きいため第2熱伝導部材21b、スルーホールTH4および第4熱伝導部材22bの合計の放熱量(熱伝導率)が十分大きいことが望ましい。本実施の形態1にかかる撮像モジュール1では、第2熱伝導部材21bのイメージチップ20側と異なる側の端部にヒートシンク40をさらに装備することで大きな放熱量を確保している。動画撮影など、イメージチップ20を連続的に駆動することで発熱量が大きくなる場合は、第1熱伝導部材21a及び第2熱伝導部材21bを延長することによって、他の装置の筐体に当接させるなどの処理を施すことでより大きな放熱容量を確保することが好ましい。
The heat transfer structure from the
ここで、撮像モジュール1は、イメージチップ20の入出力パッドIPと配線基板30のフットパターンFPとがワイヤーW1,W2によってそれぞれワイヤーボンドされて電気的に接続される。
Here, in the
つづいて、基本的な放熱経路の分離態様を説明する。以下の説明は2系統の放熱経路について説明するが、3系統以上あってもかまわない。図15に示したように、固体撮像素子では、光電変換部110と駆動周波数が低い垂直走査回路VC100を同一の放熱系とし、その他の機能部(デジタル信号処理部111)を別の放熱系とする。それらの2つの放熱系(本実施の形態1では、第一部分Rh1および第二部分Rh2)の境界を撮像素子機能変化位置として、この間に断熱領域Ri1を設けている(図1参照)。本実施の形態1では、発熱量の小さい光電変換部110を含む領域を放熱対象領域Rr1とし、発熱量の大きいデジタル信号処理部111を含む領域を放熱対象領域Rr2として説明する。光電変換部110は、各画素に蓄積された電荷を電荷−電圧変換するだけの電流が読み出し順に発生しているだけであり、消費電力は低く、また、光電変換領域内で分散されており、局部的な発熱量は極めて小さい。同様に、垂直走査回路VC100は、駆動周波数が低いので消費電力が低く、発熱量が小さい。これら2つの回路ブロックを同一の放熱系(放熱対象領域Rr1)としても光電変換部110の画像ノイズの元となる暗電流に悪影響を及ぼす量は極めて小さい。一方、高速信号処理部などを含むデジタル信号処理部111は消費電力が高く、発熱量が大きい。
Subsequently, a basic separation mode of the heat radiation path will be described. In the following description, two heat dissipation paths will be described, but there may be three or more systems. As shown in FIG. 15, in the solid-state imaging device, the
本実施の形態1において、図2に示すように、放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2の間に設けられた断熱領域Ri1は、空気層である。このとき、放熱対象領域Rr1で発生した熱と、放熱対象領域Rr2で発生した熱とは、熱的にショートせず、互いに独立するため、発熱量の大きい放熱対象領域Rh2の熱によって放熱対象領域Rr1の温度が上がることはない。 In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the heat insulation region Ri1 provided between the heat radiation target region Rr1 and the heat radiation target region Rr2 is an air layer. At this time, the heat generated in the heat dissipation target region Rr1 and the heat generated in the heat dissipation target region Rr2 are not thermally short-circuited and are independent from each other. The temperature of Rr1 does not increase.
図3は、本実施の形態1にかかる撮像モジュールおよび従来の撮像モジュールにおける温度分布プロファイル(a)および暗電流分布(b)を示す説明図である。従来の撮像モジュールとは、放熱対象領域によって熱伝達が分けられていない単一の熱伝導部材を有するものである。図3(a)において、実線で示す曲線L1は、本実施の形態1にかかる撮像モジュール1におけるイメージチップ20の温度分布プロファイルを示している。また、破線で示す曲線L10は、従来の撮像モジュールにおけるイメージチップの温度分布プロファイルを示している。なお、図3(a)に示す温度プロファイルは、イメージチップ20において、熱平衡状態が維持されているときの温度分布を示している。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a temperature distribution profile (a) and a dark current distribution (b) in the imaging module according to the first embodiment and the conventional imaging module. The conventional imaging module has a single heat conducting member in which heat transfer is not divided by the heat radiation target area. In FIG. 3A, a curved line L1 indicated by a solid line indicates a temperature distribution profile of the
図3において、図中左側が光電変換部110を主とする発熱量の小さな放熱対象領域Rr1であり、右側がデジタル処理部111を主とする発熱量の大きな放熱対象領域Rr2である。ここで、従来の撮像モジュールでは、イメージチップからの放熱経路を放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2に分離しないため、発熱量の大きな放熱対象領域Rr2側から発熱量の小さな放熱対象領域Rr1側に熱の伝達が大きいために、放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rh2の境界近傍では、温度分布の勾配が小さく、曲線L10で示す温度分布となっている。ここで、図3(a)において、温度Tr1は、暗電流によって発生する熱雑音が画像として確認できる検知上限レベルの温度である。従来の温度プロファイル(曲線L10)では、この温度Tr1を下回る位置が、P1であり、暗電流の小さな画像領域は図3(b)中、放熱対象領域Rr1の左側の領域RP1となる。すなわち、従来のイメージチップでは、高画質な画像として利用できる範囲が放熱対象領域Rr1に対して小さくなる。なお、放熱対象領域Rr1において、温度Tr1を上回る領域RPOでは、暗電流が大きく、この領域RPOの画素から出力される画像信号に応じた画像は、ノイズの大きなものとなる。
In FIG. 3, the left side in the drawing is a heat radiation target region Rr <b> 1 with a small amount of heat generated mainly from the
一方で、本実施の形態1にかかるイメージチップ20では、放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2に応じて第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bが設けられているため、熱伝導性部材間の熱伝達がなく、それぞれが独立して放熱するため、発熱量の大きな放熱対象領域Rr2から放熱対象領域Rr1側に伝達される熱の量が激減する。現実的には、イメージチップ20がシリコン半導体で形成されている場合、断熱領域Ri1の領域として土台となっているシリコン基板を介して熱のリークが発生するが、金属の熱伝導部材と比較すると熱伝達率が10の2乗程度低いので影響は少ない。このため、放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2の境界において、温度分布の勾配が大きく、温度が急激に変化するような温度分布となる。また、発熱量の大きな放熱対象領域Rr2側から発熱量の小さな放熱対象領域Rr1側に熱の伝達が小さいために、放熱対象領域Rr1における温度上昇が抑えられるため、温度Tr1を下回る位置がP2となり、暗電流の小さな画像領域は図3(b)中、領域RP2となる。すなわち、暗電流の小さな画像領域が領域RP2となり、高画質な画像として利用できる範囲が従来と比して相対的に(例えば、領域R1)大きくなる。
On the other hand, in the
図4は、本実施の形態1にかかる撮像モジュール1の要部の構成を示す模式図である。本実施の形態1にかかる撮像モジュール1では、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bにそれぞれ設けられる熱伝導性ペースト23a,23bの間の領域Rs1(ギャップ)が、放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2の間に対応する領域(断熱領域Ri1)よりも大きいことが好ましい。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the
近年、撮像モジュールの小型化に対する市場要求と半導体の微細化の進化によってイメージチップ20上の回路間隔も狭められ、光電変換部110とデジタル信号処理部111との境界領域の距離もとても小さくなってきている。このため、撮像モジュールの組立て加工処理の精度もこれに合わせて高めていくことが一段と困難となる一方で、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bによって放熱経路を確実に分離し熱的なショートを回避することも必要である。
In recent years, due to the market demand for the downsizing of the imaging module and the advancement of semiconductor miniaturization, the circuit interval on the
例えば、熱伝導性ペースト23a,23bを第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bの間隔を維持してイメージチップ20上に塗り分けておいたとしても、熱伝導率の低い断熱性樹脂を注入する前または途中で、ペースト剤の粘性による液垂れによって熱伝導性ペースト23aおよび23bが接触して熱的にショートしてしまうおそれがある。このショートによって放熱対象領域Rr2から放熱対象領域Rr1に熱が伝達されるのでイメージチップ20の放熱対象領域Rr1側に配置された光電変換部110の温度が上がり、上述したように、熱雑音により高画質で利用できる画面領域が小さくなってしまう。
For example, even if the heat
ここで、図4にも示したように、熱伝導性ペースト23a,23bの間の領域Rs1(ギャップ)を、放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2の間に対応する領域(断熱領域Ri1)よりも大きくすることによって、熱伝導性ペースト23aおよび23bの接触を確実に防止して、放熱経路を分離し熱的なショートを回避することが可能となる。
Here, as also shown in FIG. 4, the region Rs1 (gap) between the heat
以上説明した本実施の形態1によれば、高集積化されて多機能になり発熱量が増大したイメージチップ20に対して光電変換部やアナログ信号処理部での温度を、発熱量がより大きな部分から分離して熱の回り込みを抑えて暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。
According to the first embodiment described above, the temperature in the photoelectric conversion unit and the analog signal processing unit is set to be larger than that of the
また、本実施の形態1によれば、第1熱伝導部材21aによって、光電変換部110で発生した熱を放熱することができるため、ノイズの小さな高画質な画像を確実に得ることができるとともに、その高画質な画像を得ることができる画素領域を従来と比して拡大することが可能となる。
Further, according to the first embodiment, the heat generated in the
図5は、本実施の形態1の変形例1−1にかかる撮像モジュールの熱伝導部材24の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、第1および第2熱伝導部材として複数の熱伝導部材を用いるものとして説明したが、熱伝導部材は、複数の完全に分離された構造をしている必要は無く、イメージチップ20の機能ブロックが配置される位置から離れた位置で熱的に結合されていてもよい。図5に示す熱伝導部材24は、この熱伝導部材24の主面を、上述した放熱対象領域Rr1および放熱対象領域Rr2に応じて切り欠かれて分離させる切欠部24aが設けられる。このとき、切欠部24aの長手方向の長さは、イメージチップ20における第1部分Rh1および第2部分Rh2の境界線方向の長さ(イメージチップ20の幅)よりも大きい長さで延びる。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
上述した変形例1−1にかかる熱伝導部材24によっても、高集積化されて多機能になり発熱量が増大したイメージチップ20に対して光電変換部やアナログ信号処理部での温度を、発熱量がより大きな部分から分離して熱の回り込みを抑えて暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。なお、切欠部24aの開口幅D1は、上述した断熱領域Ri1の幅と同等、またはそれ以上であることが好ましい。
Also by the
図6は、本実施の形態1の変形例1−2にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す模式図である。単一の熱伝導部材は、上述した熱伝導部材24のほか、異方熱伝導性部材24bであってもよい。この異方熱伝導性部材24bは、略シート状をなして、イメージチップ20と、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bとを固着させる。ここで、異方熱伝導性部材24bは、このシート状の厚さ方向(シートの面に直交する方向:矢印Ya)の熱伝達率が、シートの面に平行な方向の熱伝達率に比べて極めて高く、シートの面に平行な方向の断熱性が確保できる。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of an imaging module according to Modification 1-2 of the first embodiment. The single heat conducting member may be the anisotropic
異方熱伝導性部材24bは、断熱領域も含めて連続的に配置することで、イメージチップ20と第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bとの間の熱接合性を高める機能と、接合方向と直行する方向には断熱性を有する機能との両方の機能とを両立する。異方熱伝導性部材24bとしては、カーボンナノチューブを用いた構造体や、カーボングラファイトを積層したフィルムや、ACFと呼ばれる金属粒子を混ぜた樹脂をフィルムに挟んで厚み方向に潰して異方性を持たせたものなどが知られている。
The anisotropic heat
上述した変形例1−2にかかる異方熱伝導性部材24bによっても、高集積化されて多機能になり発熱量が増大したイメージチップに対して光電変換部やアナログ信号処理部での温度を、発熱量がより大きな部分から分離して熱の回り込みを抑えて暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。
Also with the anisotropic heat
なお、異方熱伝導性部材24bは、少なくとも第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bの一方と接続されていればよく、他方の熱伝導部材は、上述した熱伝導ペーストと接続されるものであってもよい。
The anisotropic heat
図7は、本実施の形態1の変形例1−3にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す模式図である。図8は、本実施の形態1の変形例1−3にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す模式図である。図9は、本実施の形態1の変形例1−4にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bの熱伝導性ペースト23a,23b間(断熱領域Ri1)が空気層であるものとして説明したが、この間に断熱部材25を配するものであってもよい。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of an imaging module according to Modification 1-3 of
図7〜9に示すように、熱伝導性ペースト23a,23bの間には、断熱部材25が設けられている。断熱部材25は、例えば、熱抵抗の高い断熱性の樹脂からなる。これにより、熱伝導性ペースト23aおよび熱伝導性ペースト23bの間の断熱を一段と確実なものとすることができる。
As shown in FIGS. 7-9, the
また、上述した変形例1−2のように断熱部材25を設ける場合の、熱伝導性ペースト23a,23bおよび断熱部材25との配設順序について説明する。まず、イメージチップ20と、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bとの固着において、熱伝導性ペースト23a,23bおよび断熱部材25をイメージチップ20側に設けた後、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bを固着させる場合、イメージチップ20上に断熱部材25を配設した後、熱伝導性ペースト23a,23bをそれぞれ塗布して、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bを固着させる。なお、熱伝導性ペースト23a,23bおよび断熱部材25の塗布の作業に際しては、メタルマスクなどを用いて非塗布部との分離を行なうことが好ましい。
Moreover, the arrangement | positioning order with the heat
また、イメージチップ20と、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bとの固着において、熱伝導性ペースト23a,23bおよび断熱部材25を第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21b側に設けた後、イメージチップ20を固着させる場合(図8参照)、所定の位置関係に配置された第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21b上に断熱部材25を配設した後、熱伝導性ペースト23a,23bをそれぞれ塗布して、イメージチップ20を固着させる。このように、断熱部材25が、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bの間に、熱伝導性ペースト23a,23bより先に配置されることによって、放熱対象領域Rr1,Rr2間の断熱を一段と確実なものとすることができる。
Further, in fixing the
上述した順序で熱伝導性ペースト23a,23bおよび断熱部材25を配設することによって、熱伝導性ペースト23a,23b間の確実な断熱を実現することが可能となる。また、イメージチップ20上の第1部分Rh1および第2部分Rh2の間(領域Rg1)に断熱部材25を配設した後、熱伝導ペースト23a,23bを配設して第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bを固着させるようにしてもよい(図9参照)。なお、上述したような熱伝導性ペースト23a,23bおよび断熱部材25の配設順であれば、これに限ることはなく、例えば、断熱部材25を配設後に一方の熱伝導ペーストを配設した後、一方の熱伝導部材を固着して、その後、他方の熱伝導ペーストを配設した後、他方の熱伝導部材を固着するものであってもよい。また、断熱部材25は、液状の接着剤を固着させてなるもののほか、断熱性を有する材料であれば適用可能である。
By disposing the heat
図10は、本実施の形態1の変形例1−5にかかる撮像モジュールの要部の構成を示す模式図である。変形例1−5のように、上述した断熱部材25に加え、例えば発熱量の大きい放熱対象領域Rr2の第2熱伝導部材21bに対して、その外周の第1熱伝導部材21a側を覆う断熱部材26を設けるものであってもよい。これにより、第1熱伝導部材21aと第2熱伝導部材21bとの間の熱伝達を防止し、一層確実な断熱構造を構成することができる。また、複数の熱伝導性部材同士が位置決めの精度不足や接着剤の効果過程での変形、移動による接触を防ぐために、隣接する熱伝導性部材の少なくとも片方を断熱性接着剤などでコートしたり、熱伝導性部材間の断熱領域Ri1に断熱部材を充填したりすることで熱絶縁性を一段と確実に確保することが可能となる。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of an imaging module according to Modification 1-5 of the first embodiment. As in Modification 1-5, in addition to the above-described
(実施の形態2)
図11は、本実施の形態2にかかる撮像モジュール2の概略構成を示す模式図であって、図11(a)は、側面の部分断面図を示し、図11(b)は、上面からみた撮像モジュール2(配線基板30a)の模式的な透視図を示している。なお、図1等で説明した構成と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。図11に示す撮像モジュール2では、配線基板30aにおいて、レンズ10aからの入射光に応じた開口301が形成されているものとして説明する。このとき、配線基板30aのレンズ10aと異なる側の面には、配線パターン部31aが設けられている。イメージチップ20と配線基板30aとは、この配線パターン部31aおよび半田バンプB1によって電気的に接続された形態をなしている。なお、信号は、スルーホールTH5を介して配線パターン部31aから配線パターン部31bに伝達され、I/Fコネクタ部32aから外部に送信される。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the
このとき、撮像モジュール2は、イメージチップ20の側面と配線基板30aの裏面(配線パターン部31a側の面)とを連結する熱伝導性モールド27が配設されている。熱伝導性モールド27は、上述した熱伝導性ペーストと同等の熱特性を有する樹脂や金属等からなり、イメージチップ20の側面に巻回されるとともに、配線基板30aと連結している。これにより、イメージチップ20で発生した熱は、上述した第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bによって放熱されるとともに、熱伝導性モールド27を介して配線基板30aや配線パターン部31a、31bにも伝達されて、放熱される。
At this time, the
また、図11(a)に示すように、撮像モジュール2は、上述した実施の形態1と異なり、イメージチップ20の裏面が配線基板30aで覆われていないので、裏面に直接的に放熱経路を設けることができる。
Further, as shown in FIG. 11A, the
以上説明した本実施の形態2によれば、高集積化されて多機能になり発熱量が増大したイメージチップ20に対して光電変換部やアナログ信号処理部での温度を、発熱量がより大きな部分から分離して熱の回り込みを抑えて暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。
According to the second embodiment described above, the temperature in the photoelectric conversion unit and the analog signal processing unit is set to be larger than that of the
また、本実施の形態2によれば、第1熱伝導部材21aおよび第2熱伝導部材21bが配線基板30aなどの他の部材を介してイメージチップ20と接触していないため、上述した実施の形態1と比して放熱効率を大きくすることが可能となる。
In addition, according to the second embodiment, the first
(実施の形態3)
図12は、本実施の形態3にかかる撮像モジュール3の概略構成を示す模式図である。なお、図1等で説明した構成と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。上述した実施の形態1では、同一のイメージチップ上に光電変換部110およびデジタル信号処理部111が設けられているものとして説明したが、光電変換部110とデジタル信号処理部111とを別なチップとして分離し、積層実装を行なうチップオンチップなどと呼ばれるユニット形態のイメージチップであるものとして説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the imaging module 3 according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the structure demonstrated in FIG. In the first embodiment described above, the
図12に示す撮像モジュール3は、鏡枠10と配線基板30bとによって形成される内部空間にイメージチップ20aが入れ込まれて接合された構造をなす。イメージチップ20aは、略板状をなし、上述した図15,16のような光電変換部110を含む上段チップ20b、および上述したようなデジタル信号処理部111を含む下段チップ20cからなる。上段チップ20bおよび下段チップ20cは、例えば断熱性樹脂からなる断熱部材28によって、位置関係が固定されるとともに、半田バンプB2によって電気的に接続されている。なお、断熱部材28に限らず、上段チップ20bおよび下段チップ20c間の空間が空気層であってもよい。ここで、本実施の形態3では、上段チップ20bが上述した放熱対象領域Rr1(第一部分Rh1)に対応し、下段チップ20cが放熱対象領域Rr2(第二部分Rh2)に対応するものとして説明する。イメージチップ20aは、異なるチップにおいて光電変換部110およびデジタル信号処理部111をそれぞれ含むように分割されたものである。また、下段チップ20cの表面(上段チップ20b側)には、信号の入出力を行なう入出力パッド(図示せず)が設けられている。
The imaging module 3 shown in FIG. 12 has a structure in which the
配線基板30bは、略板状をなしている。また、配線基板30bは、配線基板30bの各部を電気的に接続する配線パターンを形成する配線パターン部31と、撮像モジュール3の外部との通信を行うインターフェイスであるI/Fコネクタ部32とを有する。配線パターン部31は、配線基板30bのイメージチップ20a側の表面に設けられる一方、I/Fコネクタ部32は、裏面に設けられる。配線パターン部31とI/Fコネクタ部32は、配線基板30bの板厚方向に貫通するスルーホールTH1を介して電気的に接続している。ここで、配線基板30bは、下段チップ20cの入出力パッドとフットパターン(図示せず)とがワイヤーW1,W2によってそれぞれワイヤーボンドされて電気的に接続される。
The
また、配線基板30bには、配線基板30bの板厚方向に貫通し、内部壁面に金属膜が配設された複数のスルーホールTH2,TH3a,TH4およびスルーホールTH4aが形成されている。スルーホールTH2,TH4は、上述した配線基板30と対応する位置に配置されるように形成されている。また、スルーホールTH4aは、配線基板30bの第2熱伝導部材21dの配設位置に応じた位置に形成されている。スルーホールTH3aは、配線基板30bに鏡枠10を取り付けた際に、鏡枠10の内部側に位置し、かつ配線基板30bにイメージチップ20aを積層した際に下段チップ20cの配設領域と異なる領域に配設されるように形成されている。
The
第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dは、配線基板30bのイメージチップ20a側の面(表面)に設けられ、互いに異なる放熱先に向けて延びている。第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dは、イメージチップ20aで発生した熱を、鏡枠10の外部側へ伝達することが可能である。また、本実施の形態3では、第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dの間が空気層からなる断熱領域であるものとして説明する。
The first
具体的には、第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dは、イメージチップ20aと配線基板30bとの間に設けられる。また、配線基板30bの第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dが設けられる面と反対側の面(裏面)には、第3熱伝導部材22cおよび第4熱伝導部材22dが設けられる。第1熱伝導部材21c、第2熱伝導部材21d、第3熱伝導部材22cおよび第4熱伝導部材22dは、それぞれ金属材料からなる板状部材である。なお、金属材料は、イメージチップ20aを構成する材料と比して、熱伝導率の大きいものであれば適用可能である。
Specifically, the first
上段チップ20bと第1熱伝導部材21cとは、金属ばね50(弾性部材)によって連結されている。金属ばね50は、一方の端部が上段チップ20bに当接されるとともに、他方の端部がスルーホールTH3aを介して第3熱伝導部材22cに半田付けされることで外部に露出し、熱が伝達されている。また、下段チップ20cと第2熱伝導部材21dとは、熱伝導ペースト23cによって固着される。これにより、上段チップ20bで発生した熱は、金属ばね50を介して第1熱伝導部材21cに伝達される。また、下段チップ20cと第2熱伝導部材21dとの接触側の各表面のミクロンレベルの凹凸があり粗い場合であっても、互いの表面の密着性を上げることができる。熱伝導ペースト23cは、下段チップ20cを構成する材料と比して熱伝導率の大きい金属または樹脂、若しくは、熱伝導率の大きい金属粉、または黒鉛粉を含む樹脂等であれば適用可能である。
The
上述した第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dが、それぞれ配線基板30bにそれぞれ固着されており、第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dを介してイメージチップ20aで発生した熱を外部に放出する。このとき、第1熱伝導部材21cは、金属ばね50を介して伝達される上段チップ20bの熱を放熱し、第2熱伝導部材21dは、熱伝導ペースト23cを介して伝達される上段チップ20bの熱を放熱する。また、第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dの間は、空間層であり、第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dとの間において、断熱領域が維持される。また、この空間層において、ワイヤーW1が延びており、下段チップ20cと配線基板30bとが接続される。
The first
また、第3熱伝導部材22cは、スルーホールTH3aの配設領域に設けられている。なお、第3熱伝導部材22cの配設領域には、スルーホールTH2,TH4およびTH4aを含まない。また、第4熱伝導部材22dは、スルーホールTH2,TH4およびTH4aを含む領域に設けられ、第2熱伝達部材21dの熱を伝導可能に接続されている。なお、スルーホールは、第1および第2熱伝導部材から第3および第4熱伝導部材にそれぞれ熱伝達できる位置に配設されてあればよく、本実施の形態における配設位置に限られるものではない。
The third
イメージチップ20aからの熱の伝達構造としては、イメージチップ20a側の配線基板30bの表面上に設けられた第1熱伝導部材21cおよび第2熱伝導部材21dだけでなく、配線基板30bの裏面(イメージチップ20aとは逆側の面)側に設けられた第3熱伝導部材22cおよび第4熱伝導部材22dも用いて放熱することが可能である。なお、放熱対象領域Rr2の発熱量は、放熱対象領域Rr1と比して大きいため第2熱伝導部材21dの放熱量(熱伝導率)が十分大きいことが望ましい。本実施の形態3にかかる撮像モジュール3においても、第2熱伝導部材21dのイメージチップ20a側と異なる側の端部にヒートシンク40をさらに装備することで大きな放熱量を確保している。動画撮影など、イメージチップ20aを連続的に駆動することで発熱量が大きくなる場合は、第1熱伝導部材21c及び第2熱伝導部材21dを延長することによって、装置の筐体に当接させるなどの処理を施すことでより大きな放熱容量を確保することが好ましい。
As a heat transfer structure from the
以上説明した本実施の形態3によれば、高集積化されて多機能になり発熱量が増大したイメージチップに対して光電変換部やアナログ信号処理部での温度を、発熱量がより大きな部分から分離して熱の回り込みを抑えて暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。 According to the third embodiment described above, the temperature in the photoelectric conversion unit and the analog signal processing unit is set to a portion where the heat generation amount is larger with respect to the image chip which is highly integrated and has multiple functions and the heat generation amount is increased. Therefore, it is possible to obtain a high-quality image with less noise by reducing the dark current by suppressing the heat wraparound.
図13は、本実施の形態3の変形例3−1にかかる撮像モジュール3aの構成を示す模式図であって、図13(a)は、側面の部分断面図を示し、図13(b)は、上面からみた撮像モジュール3a(配線基板30a)の模式的な透視図を示している。なお、図13(a)は、図中左側において、図13(b)のα線(一点鎖線)断面に応じた部分断面図となっており、図中右側において、図13(b)のβ線(一点鎖線)断面に応じた部分断面図となっている。上述した実施の形態2において、イメージチップ20aを用いる場合であっても、熱伝導の経路を分離することが可能である。この場合、上段チップ20bは、上段チップ20bの側面が樹脂接着剤27aで配線基板30aに固着される。また、上段チップ20bと配線基板30aとの間には、熱伝導ペースト23dを介して第一熱伝導部材21eが配設される。ここで、熱伝導ペースト23dが、第5熱伝導部材21fを介して上段チップ20bと第1熱伝導部材21eとを接続するものであってもよい。また、下段チップ20cには、下段チップ20cの底面(上段チップ20b側と反対側の面)に熱伝導ペースト23eを介して第2熱伝導部材21gが設けられる。なお、イメージチップ20aおよび配線基板30a(配線パターン31a)は、半田バンプB3によって電気的に接続されている。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
変形例3−1では、上段チップ20bで発生した熱を、熱伝導ペースト23aを介して第一熱伝導部材21eから放熱するとともに、下段チップ20cで発生した熱を、第2熱伝導部材21gを介して外部に放熱することで、発熱量がより大きな部分から分離して熱の回り込みを抑えて暗電流を低減することにより、ノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。
In the modified example 3-1, the heat generated in the
なお、樹脂接着剤27aが、熱伝導性を有する樹脂からなるものであってもよい。また、上述した変形例3−1では、イメージチップ20aの下段チップ20c、第二熱伝導用部材21gの間が表面粗さにより熱伝導性が阻害されないように、それらの間に熱伝導性ペースト23eを塗布するものとして説明したが、熱伝導ペーストを用いない構成であっても適用可能である。
The
1,2,3,3a 撮像モジュール
10 鏡枠
10a レンズ
20,20a イメージチップ
20b 上段チップ
20c 下段チップ
21a,21c,21e 第1熱伝導部材
21b,21d,21g 第2熱伝導部材
21f 第5熱伝導部材
22a,22c 第3熱伝導部材
22b,22d 第4熱伝導部材
23a,23b,23c,23d,23e 熱伝導ペースト
24 熱伝導部材
24a 切欠部
24b 異方熱伝導性部材
25,26,28 断熱部材
27 熱伝導性モールド
27a 樹脂接着剤
30,30a,30b,30c 配線基板
31,31a,31b 配線パターン
32,32a I/Fコネクタ部
40 ヒートシンク
50 金属ばね
1, 2, 3,
Claims (11)
前記第一部分の熱を伝導する第一の熱伝導部材と、
前記第二部分の熱を伝導する第二の熱伝導部材と、
を備え、
前記第一の熱伝導部材と前記第二の熱伝導部材の間には空間が設けられていることを特徴とする撮像モジュール。 A first part including a photoelectric conversion unit having a plurality of pixels that are arranged in a two-dimensional matrix and photoelectrically converts received light, and a second part including a column scanning circuit that scans the photoelectric conversion unit in one direction. Image chip,
A first heat conducting member that conducts heat of the first part;
A second heat conducting member for conducting heat of the second part;
With
An imaging module, wherein a space is provided between the first heat conducting member and the second heat conducting member.
前記第二部分に対応するイメージチップの領域に設けられ、前記イメージチップと前記第二の熱伝導部材とを接着する第二熱伝導性接着剤と、
をさらに備え、
前記第一および第二熱伝導性接着剤の間隔が、前記第一の熱伝導部材と前記第二の熱伝導部材との間隔より広いことを特徴とする請求項1に記載の撮像モジュール。 A first thermally conductive adhesive that is provided in a region of the image chip corresponding to the first part and bonds the image chip and the first heat conductive member;
A second thermally conductive adhesive provided in an area of the image chip corresponding to the second part, and for bonding the image chip and the second thermal conductive member;
Further comprising
The imaging module according to claim 1, wherein a distance between the first and second heat conductive adhesives is wider than a distance between the first heat conductive member and the second heat conductive member.
前記第一および第二熱伝導性接着剤の間隔が、前記第一部分と前記第二部分との間隔よりも広いことを特徴とする請求項2に記載の撮像モジュール。 The width of the heat insulation region between the first heat conducting member and the second heat conducting member, which is higher in thermal resistance than the first and second heat conducting members, Wider than the distance between the second part,
The imaging module according to claim 2, wherein an interval between the first and second thermally conductive adhesives is wider than an interval between the first portion and the second portion.
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