JP2015073017A - Semiconductor device and electronic camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びこれを用いた電子カメラに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and an electronic camera using the same.
半導体装置の一例である固体撮像装置の一例として、下記特許文献1の図4には、光通過孔の形成された配線基板と、この配線基板の一方の面に前記光通過孔を閉塞するように接着剤で接着されたカバーガラスと、前記配線基板の他方の面に前記光通過孔を閉塞するようにバンプ接合された固体撮像素子(ベアチップ撮像素子)とから構成された撮像部が、開示されている。
As an example of a solid-state imaging device which is an example of a semiconductor device, FIG. 4 of the following
この固体撮像装置では、前記バンプ接合は、前記配線基板の電極に異方性導電ペースト接着剤を塗布し、固体撮像素子に設置された金ボールバンプを熱圧着することにより行われ、配線基板の電極と固体撮像素子の金ボールバンプとの間が、固着されている。 In this solid-state imaging device, the bump bonding is performed by applying an anisotropic conductive paste adhesive to the electrodes of the wiring board and thermocompressing gold ball bumps installed on the solid-state imaging element. The electrode and the gold ball bump of the solid-state image sensor are fixed.
しかしながら、前記従来の固体撮像装置では、ベアチップ撮像素子の線膨張係数と配線基板の線膨張係数との差に起因するバイメタル効果により生ずる応力によって、電気的な接続の不良による信頼性の低下や、ベアチップ撮像素子の撮像面の反りによる撮像性能の低下を、招いてしまう。 However, in the conventional solid-state imaging device, due to the stress caused by the bimetal effect due to the difference between the linear expansion coefficient of the bare chip imaging element and the linear expansion coefficient of the wiring board, the reliability decreases due to poor electrical connection, Degradation of imaging performance due to warping of the imaging surface of the bare chip imaging device will be caused.
このような事情は、撮像性能の低下の点を除いて、固体撮像装置以外の半導体装置についても同様である。 Such a situation is the same for semiconductor devices other than the solid-state imaging device, except that the imaging performance is lowered.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電気的な接続の信頼性を高めることができる半導体装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of improving the reliability of electrical connection and an electronic camera using the same.
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の態様による半導体装置は、第1の電極部を有する半導体チップと、前記第1の電極部に固着されることなく前記第1の電極部に圧接された第2の電極部を有する基板と、を備え、前記第1及び第2の電極部の一方又は両方は、半球状の凸部をなすものである。 The following aspects are presented as means for solving the problems. A semiconductor device according to a first aspect includes a semiconductor chip having a first electrode portion, and a substrate having a second electrode portion that is in pressure contact with the first electrode portion without being fixed to the first electrode portion And one or both of the first and second electrode portions form hemispherical convex portions.
第2の態様による半導体装置は、前記第1の態様において、前記半導体チップと前記基板とを接着し前記第1の電極部と第2の電極部との間に硬化収縮力が生じる接着剤を、備えたものである。 A semiconductor device according to a second aspect is the semiconductor device according to the first aspect, wherein an adhesive that bonds the semiconductor chip and the substrate and generates a curing shrinkage force between the first electrode part and the second electrode part is provided. , Which is provided.
第3の態様による半導体装置は、前記第1又は第2の態様において、前記第1及び第2の電極部の前記一方は、半球状の凸部をなし、前記第1及び第2の電極部の他方は、前記凸部が当接される平面を有するものである。 The semiconductor device according to a third aspect is the semiconductor device according to the first or second aspect, wherein the one of the first and second electrode portions has a hemispherical convex portion, and the first and second electrode portions The other has a flat surface against which the convex portion abuts.
第4の態様による半導体装置は、前記第1又は第2の態様において、前記第1及び第2の電極部の前記一方は、半球状の凸部をなし、前記第1及び第2の電極部の他方は、前記凸部の一部を受け入れる凹部を有するものである。 In the semiconductor device according to a fourth aspect, in the first or second aspect, the one of the first and second electrode portions forms a hemispherical convex portion, and the first and second electrode portions The other of these has a recessed part which receives a part of said convex part.
第5の態様による半導体装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記半導体チップは撮像領域を有し、前記基板は、少なくとも前記撮像領域と対応する領域に開口部を有し前記半導体チップに対して前記撮像領域の側に配置された配線基板であり、前記開口部を覆うように配置され前記基板の前記半導体チップとは反対側の面に対して固定された透光性部材を、備え、当該半導体装置は固体撮像装置であるものである。 The semiconductor device according to a fifth aspect is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the semiconductor chip has an imaging region, and the substrate has an opening at least in a region corresponding to the imaging region. A wiring substrate disposed on the imaging region side with respect to the semiconductor chip, and is disposed so as to cover the opening and is fixed to a surface of the substrate opposite to the semiconductor chip. The semiconductor device is a solid-state imaging device.
第6の態様による半導体装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記半導体チップは撮像領域を有し、前記基板は透光性を有し、前記基板は前記撮像領域を覆うように配置され、当該半導体装置は固体撮像装置であるものである。 A semiconductor device according to a sixth aspect is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the semiconductor chip has an imaging region, the substrate has translucency, and the substrate covers the imaging region. The semiconductor device is a solid-state imaging device.
第7の態様による電子カメラは、前記第1乃至第6のいずれかの態様による半導体装置を備えたものである。 An electronic camera according to a seventh aspect includes the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects.
本発明によれば、電気的な接続の信頼性を高めることができる半導体装置、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which can improve the reliability of an electrical connection, and an electronic camera using the same can be provided.
以下、本発明による半導体装置及び電子カメラについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and an electronic camera according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[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半導体装置としての固体撮像装置1を模式的に示す概略断面図である。図2は、図1中の一部を拡大した一部拡大概略断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a solid-
本実施の形態による固体撮像装置1は、撮像領域2aを有する半導体チップ2と、配線基板3と、透光性部材としての透光性板4とを備えている。
The solid-
本実施の形態では、半導体チップ2は、チップとして構成されたCMOS、CCD等のイメージセンサであり、撮像領域2aには複数の画素(図示せず)が2次元状に配置されている。半導体チップ2は、透光性板4を介して撮像領域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。半導体チップ2には、例えば、前記画素を駆動して画像信号を読み出す読み出し回路(図示せず)や、出力信号を処理する処理回路(例えば、AD変換回路等)を搭載してもよい。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、半導体チップ2の基板材料はシリコンとされ、半導体チップ2はいわゆるシリコンチップとなっている。もっとも、本発明では、半導体チップ2の基板材料は必ずしもシリコンに限定されるものではない。
In the present embodiment, the substrate material of the
本実施の形態では、配線基板3として、フレキシブル配線基板が用いられている。配線基板3には、所定の回路を搭載するように回路部品を搭載してもよいし、回路部品を搭載せずに中継用配線のみを搭載してもよい。配線基板3は、少なくとも半導体チップ2の撮像領域2aと対向する領域に形成された開口部3aを有している。
In the present embodiment, a flexible wiring board is used as the
半導体チップ2の外周付近の上面(撮像領域2a側の面)に電極部2bが形成され、配線基板3における開口部3aの周囲の下面に電極部3bが形成されている。半導体チップ2の電極部2bは、半導体チップ2に形成された配線(図示せず)と電気的に接続され、配線基板3の電極部3bは、配線基板3に形成された配線(図示せず)と電気的に接続されている。
The
半導体チップ2の電極部2bと配線基板3の電極部3bとが、互いに固着されることなく圧接され、これにより両電極部2b,3b間が電気的に接続されている。本実施の形態では、配線基板3の電極部3bは半球状の凸部をなし、半導体チップ2の電極部2bは電極部3bが当接される平面(図2中の上面)を有している。半球状の凸部をなす電極部3bは、例えば、半田等で構成したり、半球状の樹脂をコアとしその表層側に金属膜等の導電膜を形成したいわゆる樹脂バンプで構成することができる。平面を有する電極部3bは、例えば、金やアルミニウムなどの金属で構成することができる。なお、電極部2b,3bの表面の摩擦係数は小さくすることが好ましい。
The
本実施の形態では、半導体チップ2の外周付近と配線基板3における開口部3aの周囲との間(電極部2b,3bの付近を含む)には、半導体チップ2と配線基板3とを接着する接着剤6が形成され、これにより、撮像領域2aと透光性板4との間の空間の気密性が保たれるようになっている。接着剤6は、半導体チップ2の電極部2bと配線基板3の電極部3bとの間に硬化収縮力が働くように、公知の方法で形成されている。接着剤6としては、弾性変形率の高い樹脂を用いることが好ましく、具体的には、例えば、ヘンケル(Henkel)社製の型番FP5120のアンダーフィル材(その弾性係数は4.8GPa)などを用いることができる。
In the present embodiment, the
透光性板4は、配線基板3の上面(配線基板3の側と反対側の面)側において配線基板3の開口部3aを覆うように配置され、配線基板3の上面に対して固定されている。本実施の形態では、配線基板3における開口部3aの周囲の上面と透光性板4との間に接着剤7が形成されている。これにより、透光性板4が配線基板3の上面に対して固定されている。必要に応じて、透光性板4と配線基板3との間にスペーサ部材等を介在させてもよい。本実施の形態では、接着剤7は、配線基板3における開口部3aの全周に渡って設けられ、撮像領域2aと透光性板4との間の空間の気密性が保たれるように、透光性板4と配線基板3との間が封止されている。
The
透光性板4の材料としては、例えば、α線対策のガラス(α線の放出量を十分に低減したガラス)や、光学ローパスフィルタである水晶などを使用することができる。
As a material of the
図3は、図1に示す固体撮像装置1の、半導体チップ2の一方側付近において半導体チップ2と配線基板3との角度が変化した状態を、模式的に示す一部拡大概略断面図であり、図2に対応している。
FIG. 3 is a partially enlarged schematic cross-sectional view schematically showing a state in which the angle between the
本実施の形態では、半導体チップ2の電極部2bと配線基板3の電極部3bとが互いに固着されることなく圧接され、配線基板3の電極部3bは半球状の凸部をなし、半導体チップ2の電極部2bは電極部3bが当接される平面を有している。したがって、本実施の形態では、接着剤6が弾性変形することで、電極部2b,3b間が圧接状態を保ったまま、電極部2b,3bの付近で、図2に示す状態から図3に示すような状態へ半導体チップ2と配線基板3との角度がある程度変化する自由度を持つとともに、半導体チップ2と配線基板3とが図2中の横方向へある程度移動する自由度を持つ。このため、本実施の形態によれば、電極部2b,3b間が半田等で固着されている場合に比べて、半導体チップ2と配線基板3との間に線熱膨張係数差があっても、環境温度変化によるバイメタル効果に起因する応力により電極部2bと電極部3bとの間が離れる可能性が低減されるとともに、環境温度変化によるバイメタル効果に起因する応力による半導体チップ2の撮像面(撮像領域2a)の反りが低減される。よって、本実施の形態によれば、電極部2b,3b間の電気的な接続の信頼性を高めることができるとともに、半導体チップ2の撮像面の反りによる撮像性能の低下を低減することができる。
In the present embodiment, the
なお、本発明では、本実施の形態とは逆に、半導体チップ2の電極部2bが半球状の凸部をなし、配線基板3の電極部3bが、電極部2bが当接される平面を有していてもよい。
In the present invention, contrary to the present embodiment, the
[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電子カメラ100を模式的に示す概略断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing an
本実施の形態による電子カメラ100のボディ101内には、前記第1の実施の形態による固体撮像装置1が組み込まれている。本実施の形態による電子カメラ100は、一眼レフレックス型の電子スチルカメラとして構成されているが、前記第1の実施の形態による固体撮像装置1は、他の電子スチルカメラやビデオカメラや携帯電話機に搭載されたカメラ等の種々の電子カメラに組み込んでもよい。
The solid-
本実施の形態による電子カメラ100では、ボディ101には交換式の撮影レンズ102が装着されている。撮影レンズ102を通過した被写体光はクイックリターンミラー103で上方に反射されてスクリーン104上に結像する。スクリーン104に結像した被写体像はペンタダハプリズム105から接眼レンズ106を通してファインダ観察窓107から観察される。クイックリターンミラー103は図示しないレリーズ釦が全押しされると上方に跳ね上がり、撮影レンズ102からの被写体像が前述した固体撮像装置1に入射する。
In
固体撮像装置1が、ブラケット(図示せず)及び位置調整機構(図示せず)等を介してボディ101に取り付けられることで、固体撮像装置1がボディ101内に位置決めして固定されている。
The solid-
本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態による固体撮像装置1が用いられているので、電気的な接続の信頼性を高めることができるとともに、撮像性能の低下を低減させることができる。
According to the present embodiment, since the solid-
[第3の実施の形態]
図5は、本発明の第3の実施の形態による固体撮像装置11を模式的に示す一部拡大概略断面図であり、図2に対応している。図5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。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a partially enlarged schematic cross-sectional view schematically showing a solid-
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、配線基板3の電極部3bのみならず、半導体チップ2の電極部2bも、半球状の凸部をなしている点である。
The solid-
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
本実施の形態による固体撮像装置11は、前記第2の実施の形態による電子カメラ100において、固体撮像装置1の代わりに用いることができる。この点は、後述する各固体撮像装置についても同様である。
The solid-
[第4の実施の形態]
図6は、本発明の第4の実施の形態による固体撮像装置21を模式的に示す一部拡大概略断面図であり、図2に対応している。図6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。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a partially enlarged schematic cross-sectional view schematically showing a solid-
本実施の形態による固体撮像装置21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、半導体チップ2の電極部2bが、配線基板3の半球状の凸部をなす電極部3bの一部を受け入れる凹部を有している点である。例えば、半導体チップ2に図6中の上面を平面とした金等からなる電極部2bを形成した後に、配線基板3の半球状の凸部をなす電極部3bを半導体チップ2の電極部2bの上面に押圧してその上面を凹ませることで電極部2bに凹部を形成し、一旦電極部3bを電極部2bから引き離した後に、電極部3bを電極部2bに接触させればよい。
The solid-
本実施の形態によれば、配線基板3の半球状の凸部をなす電極部3bの一部が、半導体チップ2の電極部2bの凹部に受け入れられているため、半導体チップ2と配線基板3とは図2中の横方向へ移動する自由度は持たないものの、電極部2b,3b間が圧接状態を保ったまま、電極部2b,3bの付近で、半導体チップ2と配線基板3との角度がある程度変化する自由度を持つ。したがって、本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。
According to the present embodiment, since a part of the
また、本実施の形態によれば、配線基板3の半球状の凸部をなす電極部3bの一部が、半導体チップ2の電極部2bの凹部に受け入れられているため、電極部2b,3b間の接触面積が大きくなることから、電極部2b,3b間の接触抵抗が小さくなる。
In addition, according to the present embodiment, since a part of the
なお、本発明では、本実施の形態とは逆に、半導体チップ2の電極部2bが半球状の凸部をなし、配線基板3の電極部3bが半導体チップ2の電極部2bの一部を受け入れる凹部を有していてもよい。
In the present invention, contrary to the present embodiment, the
[第5の実施の形態]
図7は、本発明の第5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1に対応している。図7において、図1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。
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view schematically showing a solid-
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、配線基板3、透光性板4及び接着剤7に代えて、透光性を有する配線基板32が用いられ、配線基板32にフレキシブル配線基板33がバンプ34を介して接合されている点である。
The solid-
配線基板32としては、例えば、α線対策のガラス(α線の放出量を十分に低減したガラス)からなるガラス板が用いることができる。
As the
半導体チップ2の外周付近の上面(撮像領域2a側の面)に電極部2bが形成され、この電極部2bに対応する位置において配線基板32における下面に電極部32bが形成されている。
An
半導体チップ2の電極部2bと配線基板32の電極部32bとが、互いに固着されることなく圧接され、これにより両電極部2b,32b間が電気的に接続されている。本実施の形態では、配線基板32の電極部32bは半球状の凸部をなし、半導体チップ2の電極部2bは電極部32bが当接される平面を有している。逆に、半導体チップ2の電極部2bが半球状の凸部をなし、配線基板32の電極部32bが、電極部2bが当接される平面を有していてもよい。あるいは、電極部2b,32bの両方とも半球状の凸部をなしてもよいし、電極部2b,32bのいずれか一方が半球状の凸部をなし、電極部2b,32bの他方が前記凸部の一部を受け入れる凹部を有していてもよい。
The
半導体チップ2の外周付近と配線基板32との間(電極部2b,32bの付近を含む)には、前述した接着剤6が形成され、これにより、電極部2bと電極32bとが圧接されるとともに、撮像領域2aと配線基板32との間の空間の気密性が保たれるようになっている。
The adhesive 6 described above is formed between the vicinity of the outer periphery of the
図面には示していないが、配線基板32の下面には、バンプ34が接合される電極パッド、及び、その電極パッドと電極部32bとの間を接続する配線も、形成されている。半導体チップ2は、電極部2b,32b、配線基板32の下面の配線及び電極パッド、バンプ34、並びに、フレキシブル配線基板33を介して、外部に接続されるようになっている。バンプ34としては、Auスタッドバンプ等の金属製バンプが用いられている。
Although not shown in the drawing, on the lower surface of the
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様に、電極部2b,32b間の電気的な接続の信頼性を高めることができるとともに、半導体チップ2の撮像面の反りによる撮像性能の低下を低減することができる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the reliability of the electrical connection between the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、前記第1乃至第4の実施の形態では、配線基板3としてフレキシブル配線基板が用いられているが、本発明では、配線基板3としてリジッド配線基板を用いてもよい。
For example, in the first to fourth embodiments, a flexible wiring board is used as the
また、前記各実施の形態及びそれらの変形例は、本発明を固体撮像装置に適用した例であるが、本発明は固体撮像装置以外の種々の半導体装置にも適用することができる。本発明は、特に、温度変化の大きい環境で使用される半導体装置に好適である。 Moreover, although each said embodiment and those modifications are examples which applied this invention to the solid-state imaging device, this invention is applicable also to various semiconductor devices other than a solid-state imaging device. The present invention is particularly suitable for a semiconductor device used in an environment with a large temperature change.
1,11,21,31 固体撮像装置
2 半導体チップ
2a 撮像領域
2b 電極部
3 配線基板
3a 開口部
3b 電極部
4 透光性板(透光性部材)
6,7 接着剤
DESCRIPTION OF
6,7 Adhesive
Claims (7)
前記第1の電極部に固着されることなく前記第1の電極部に圧接された第2の電極部を有する基板と、
を備え、
前記第1及び第2の電極部の一方又は両方は、半球状の凸部をなすことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor chip having a first electrode portion;
A substrate having a second electrode portion pressed against the first electrode portion without being fixed to the first electrode portion;
With
One or both of the first electrode portion and the second electrode portion are hemispherical convex portions.
前記第1及び第2の電極部の他方は、前記凸部が当接される平面を有することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。 The one of the first and second electrode portions has a hemispherical convex portion,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the other of the first and second electrode portions has a flat surface with which the convex portion comes into contact.
前記第1及び第2の電極部の他方は、前記凸部の一部を受け入れる凹部を有することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。 The one of the first and second electrode portions has a hemispherical convex portion,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the other of the first and second electrode portions has a concave portion that receives a part of the convex portion.
前記基板は、少なくとも前記撮像領域と対応する領域に開口部を有し前記半導体チップに対して前記撮像領域の側に配置された配線基板であり、
前記開口部を覆うように配置され前記基板の前記半導体チップとは反対側の面に対して固定された透光性部材を、備え、
当該半導体装置は固体撮像装置である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor chip has an imaging region;
The substrate is a wiring substrate having an opening in at least a region corresponding to the imaging region and disposed on the imaging region side with respect to the semiconductor chip,
A translucent member disposed so as to cover the opening and fixed to a surface of the substrate opposite to the semiconductor chip;
The semiconductor device is a solid-state imaging device.
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記基板は透光性を有し、
前記基板は前記撮像領域を覆うように配置され、
当該半導体装置は固体撮像装置である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor chip has an imaging region;
The substrate has translucency;
The substrate is arranged to cover the imaging region;
The semiconductor device is a solid-state imaging device.
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
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