JP2015216226A - Housing member, electronic component, imaging device and method for removing condensation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、収納部材、電子部品、撮像装置及び結露を除去する方法に関する。 The present invention relates to a storage member, an electronic component, an imaging device, and a method for removing condensation.
固体撮像素子などの電子デバイスを収納部材に収容して電子部品として形成し、カメラなどの電子機器に組み込んで使用することが行われている。電子部品を収容する容器は、電子デバイスを配置するための収納部を有する収納部材と、電子デバイスを配置して、電子デバイスの電極を配線した後で、収納部材を封止するための封止部材とを備える。収納部材は、収容された電子デバイスの電極と接続される、収納部材の内部の内部電極と、収納部材の外部に設けられ、内部電極に接続された外部電極とを有する。内部電極と外部電極とは収納部材の内部に設けられた配線により接続される。収納部材の内部に電子デバイスを配置し、電子デバイスの電極と収納部材の内部電極とがボンディングワイヤにより接続された後、収納部材を封止部材により封止することにより電子部品が形成される。封止により電子デバイスを収容した容器は気密性が保たれる。しかし、封止が不十分だと、例えば、電子部品が組み込まれたカメラを高温多湿な環境下で使用した場合、外部から水分が電子部品の内部に侵入する可能性があった。 An electronic device such as a solid-state image sensor is housed in a housing member, formed as an electronic component, and used by being incorporated in an electronic device such as a camera. The container for storing the electronic component is a sealing member for sealing the storage member after the storage member having a storage portion for arranging the electronic device and the electronic device is arranged and the electrodes of the electronic device are wired. A member. The storage member includes an internal electrode inside the storage member connected to the electrode of the stored electronic device, and an external electrode provided outside the storage member and connected to the internal electrode. The internal electrode and the external electrode are connected by wiring provided inside the storage member. An electronic device is disposed inside the storage member, and after the electrode of the electronic device and the internal electrode of the storage member are connected by a bonding wire, the storage member is sealed with a sealing member to form an electronic component. The container containing the electronic device by sealing is kept airtight. However, if the sealing is insufficient, for example, when a camera in which an electronic component is incorporated is used in a hot and humid environment, moisture may enter the electronic component from the outside.
容器内に気密に保たれるように封止された電子デバイスが壊れる原因の一つが、電子部品の内部に侵入した水分により収納部材の内部電極の周辺に生じる結露であることが分かった。結露によって内部電極にショートが発生し、その結果、内部電極に電気的に接続されている電子デバイスが壊れる。電子部品の内部に水分が含まれた状態で、カメラが温度の高い環境から温度の低い環境へ急に運ばれると、電子部品に環境の温度が伝わり、電子部品に急激な温度変化が生じる。このとき、外部電極と電気的に接続されている内部電極の周辺部分には、収納部材の内部の金属材料などで形成された配線を介して外部からの熱が伝わりやすく、水分が凝結して結露しやすいことが分かった。 It has been found that one of the causes of breakage of the electronic device sealed so as to be kept airtight in the container is dew condensation that occurs around the internal electrode of the housing member due to moisture that has entered the interior of the electronic component. Due to condensation, a short circuit occurs in the internal electrode, and as a result, the electronic device electrically connected to the internal electrode is broken. If the camera is suddenly transported from a high temperature environment to a low temperature environment with moisture inside the electronic component, the temperature of the environment is transmitted to the electronic component, causing a sudden temperature change in the electronic component. At this time, heat from the outside is easily transmitted to the peripheral portion of the internal electrode electrically connected to the external electrode through a wiring formed of a metal material or the like inside the storage member, and moisture is condensed. It turned out to be easy to condense.
特許文献1は実装領域の温度を均一化するために、電子部品を実装する領域の周囲に外部の熱が伝わりにくい低熱伝導部を設けることが開示されている。さらに、低熱伝導部同士の間の幅の小さい橋部を加熱して、電子部品の熱が橋部を介して外部に伝わらないようにすることが記載されている。しかし、電極に生じた結露を除去することは考慮されていなかった。本発明は、電子デバイスを収容する収納部材の内部の電極に発生する結露を除去するのに有利な構造の収納部材を提供することを目的とする。
本発明の電子デバイスを収容する収納部材は、凹部を有し、前記凹部内に電子デバイスが配置される収納部材であって、前記収納部材は、前記凹部内に設けられて前記電子デバイスの電極が電気的に接続される内部電極と、前記内部電極を加熱する加熱部と、前記収納部材の凹部に対する外側に設けられた外部端子とを有し、前記加熱部は、平面視において、前記内部電極の少なくとも一部と重複する部分を含む領域と、前記内部電極と前記内部電極と隣接する内部電極との間の少なくとも一部と重複する部分を含む領域とに配置されていることを特徴とする。 The storage member for storing the electronic device of the present invention is a storage member having a recess, and the electronic device is disposed in the recess, wherein the storage member is provided in the recess and is an electrode of the electronic device. An internal electrode to which the internal electrode is electrically connected, a heating part that heats the internal electrode, and an external terminal that is provided outside the concave portion of the housing member. It is arranged in a region including a portion overlapping with at least a part of an electrode and a region including a portion overlapping with at least a part between the internal electrode and the internal electrode adjacent to the internal electrode, To do.
また、本発明の電子部品は、収納部材と、電子デバイスと、前記収納部材を封止する封止部材とを有し、前記収納部材の凹部に前記電子デバイスが配置され、前記封止部材により封止されたことを特徴とする。 In addition, the electronic component of the present invention includes a storage member, an electronic device, and a sealing member that seals the storage member. The electronic device is disposed in a recess of the storage member, and the sealing member It is sealed.
また、本発明の撮像装置は、電子デバイスが固体撮像素子であることを特徴とする。 In the imaging apparatus of the present invention, the electronic device is a solid-state imaging element.
さらに本発明の結露を除去する方法は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の電極が接続される内部電極と、前記内部電極を加熱する加熱部とを備える撮像装置の前記内部電極の結露を除去する方法であって、前記撮像装置へ電力を供給するときに、前記固体撮像素子へ電力の供給を開始するより前に前記加熱部へ電力の供給を開始することを特徴とする。 Furthermore, the method for removing dew condensation according to the present invention provides for dew condensation on the internal electrode of the image pickup apparatus including a solid-state image sensor, an internal electrode to which the electrode of the solid-state image sensor is connected, and a heating unit that heats the internal electrode. The method of removing, characterized in that when supplying power to the imaging device, the supply of power to the heating unit is started before the supply of power to the solid-state imaging device is started.
本発明によれば、電子デバイスを収容する収納部材の内部の電極に発生する結露を除去するのに有利な構造の収納部材を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the storage member of a structure advantageous in removing the dew condensation which generate | occur | produces in the electrode inside the storage member which accommodates an electronic device can be provided.
[実施形態1]
実施形態1について図1及び図2を用いて説明する。本実施形態では、電子デバイス1として光電変換素子を備える固体撮像素子を例に電子部品100の説明をする。最初に、本実施形態の電子デバイス1について説明する。電子デバイス1は半導体基板10を有する。半導体基板の光が入射する面には、配線12、保護層14、カラーフィルタ層15、マイクロレンズ層16が、光が入射する方向に向けてこの順で積層されている。この例では、電子デバイス1の表面110にはマイクロレンズ層16が形成されている。マイクロレンズ層の形成されている面と反対側の半導体基板10の裏面120は接合部材5によって収納部材3に接合されている。配線12は、一般には、アルミニウムや銅を主たる材料とする複数の配線層(不図示)と、酸化シリコンや窒化シリコンを主たる材料とする複数の層間絶縁層(不図示)で形成されている。
[Embodiment 1]
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the present embodiment, the
半導体基板10には複数の光電変換素子が配置された光電変換部11が形成されている。本実施形態の光電変換素子が固体撮像素子である場合には、光電変換部11は、光電変換素子としてのフォトダイオードを含む画素を含んでいる。光電変換部11が形成された領域は光電変換領域である。光電変換領域には、フォトダイオードで生じた信号電荷から電気信号を生成して読み出すための周辺回路を含むことができる。本実施形態では、光電変換領域には、受光領域101と遮光領域102が含まれている。受光領域101ではマイクロレンズ層16、カラーフィルタ層15、保護層14、層間絶縁層を介して光電変換部11へ光が入射する。受光領域101のフォトダイオードは有効画素として機能する。遮光領域102では不図示の遮光層によってフォトダイオードが遮光されているため、遮光領域102のフォトダイオードは、オプティカルブラック(OB)として機能する。オプティカルブラックから得られる信号は、有効画素から得られた信号に対する補正などに使用される。
The
光電変換領域に含まれる周辺回路(不図示)には、光電変換部11を駆動するための駆動回路や、光電変換部11で得られた電気信号を処理する信号処理回路等が設けられる。これら駆動回路へ入力されるタイミング信号や、信号処理回路から出力される撮像信号を、電子デバイスの外部と入出力するための端子として、電極13が電子デバイス1の周辺に設けられている。本実施形態では、配線12を半導体基板10の光が入射する側に配置した例を示している。しかし、配線12を半導体基板10の裏面120側に配置した構造を採用してもよい。この場合、電子デバイス1の表面110側にマイクロレンズ層16を形成し、裏面120側には配線12に接合された、半導体基板10とは別の支持基板を設けた構成にすることができる。また、表面110の略全面を光電変換領域で構成し、周辺回路領域を半導体基板10の裏面120側に配置した別の半導体基板に配置した構造にしてもよい。
A peripheral circuit (not shown) included in the photoelectric conversion region is provided with a drive circuit for driving the
次に本実施形態の電子部品100について説明する。電子部品100は、電子デバイス1と、封止部材2と、凹部を有する収納部材3とを備えている。収納部材3は、複数のセラミック層8と、前記セラミック層の間に設けられた複数の配線層9と、複数の内部電極31を含む、セラミック層8と配線層9とにより複数層に積層された積層セラミック基板が形成されている。図1及び図2に示す例では、セラミック層8は6層、配線層9は5層で構成されているが、各々の層の数は何層あっても良い。また、本実施形態で示す収納部材3は内側に段差を設けた凹部を有する構造を有しており、内部電極31は収納部材3の凹部内の中段130に配置されている。内部電極31は収納部材3の凹部内の下段131に配置されていても良い。セラミック層8の材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミック焼結体を用いることができる。
Next, the
収納部材3は、その外側に複数の外部端子33を有しており、各々の外部端子33は内部配線32を介して内部電極31等と電気的に接続されている。内部配線32は、配線層9の一部として形成されている。電子デバイス1は電気信号の入力または出力のための複数の電極13を有しており、電極13と内部電極31とは、接続部材6を介して電気的に接続されている。本例では接続部材6はボンディングワイヤである。電極13と内部電極31との接続方法がワイヤボンディングである例を挙げているが、電極13と内部電極31との接続はフリップチップボンディングであってもよい。電子デバイス1は、外部端子33に接続された外部電源(不図示)からの電源供給によって駆動させることができる。内部配線32の材料は、タングステン、モリブデン、マンガン、銅等の金属配線材料を用いることができる。
The
本実施形態においては、配線層9の一部9bに、内部電極31を加熱するための加熱部7が形成されている。加熱部7は内部電極31の下を通過するように配置されている。内部電極31を短時間に効率的に加熱する為に、加熱部7は内部電極31の下の近い位置に配置される。加熱部7は、内部配線32aを介して、収納部材3の、電子デバイス1が配置されている面と反対側の底面に配置されている外部端子33aと電気的に接続されている。内部配線32aと外部端子33aは加熱部7のために設けられている。加熱部7が形成された内部配線は、外部端子33aに接続された外部電源(不図示)から内部配線32aを介して電力が供給される。そして、加熱部7に電流が流れることにより、発生した熱によって内部電極31及び内部電極31の周囲が温められ、内部電極31の周囲に発生した結露を加熱、除去することが可能となる。また、加熱部7と電気的に接続された外部端子33aは、電子デバイス1と電気的に接続されている外部端子33の一つとして収納部材3に設けてある。このため、電子部品1と外部基板(不図示)が半田等を介して電気的に接続される際に、電子デバイス1と加熱部7とが外部基板(不図示)に同時に接続されるというメリットがある。
In the present embodiment, a
加熱部7自身は内部電極31へは配線しないようにして、加熱部7への外部端子33aからの配線は内部電極31への配線の系統と別にされているのがよい。加熱部7を外部端子33aと直接に電気的に接続することにより、内部電極31に生じる結露の影響を避けることができる。また、外部電源(不図示)から加熱部7及び電子デバイス1に電源を供給する際に、加熱部7だけに先に電力を供給するように設定し、所定の時間が経過したのち、続いて電子デバイス1に電力の供給を開始するように加熱シーケンスを構成することができる。優先順位を有する加熱シーケンスを組むことで、内部電極31の周辺に結露が発生した場合においても、あらかじめ加熱部7へ電力を供給して、発熱させておく。電子デバイス1を駆動させる前に内部電極31周辺の結露を加熱、除去することができるので、内部電極31での結露に起因するショートを未然に防ぐことができる。また、所定時間後に加熱部7の電力供給のみを停止することができる。通常の使用時や結露が除去された後は、加熱部7での電力消費を停止することにより低電力化を図ることができる。加熱により蒸発した水分が収納部材3の内部にとどまっても、通常に撮像しているときに問題がない程度の水分であれば、固体撮像素子の動作には影響しない。封止部材2は通常、光を透過させるためにガラス等で形成されている。ガラス等は金属よりも熱伝導率が低いので、温度変化の影響を受けにくく、したがって内部電極31に比べて結露が生じにくい。
The
本実施形態の外部端子33、33aはそれぞれ平面状であり、いわゆるLGA(Land Grid Array)構造を有している。外部端子33、33aがピン形状のPGA(Pin Grid Array)構造でもよい。また、セラミック層8の外周側面に外部端子33、33aが配置されたLCC(Leadless Chip Carrier)構造としてもよい。
The
加熱部7は、内部電極31が形成された層と同じ配線層でも、電子デバイスが配置された凹部に対して、上の配線層、でも、下の配線層でも、どこの層に配置されてもよい。加熱部7は、内部電極31が配置された配線層9aの下層であって、封止部材2の方から内部電極31を平面視で見たときの内部電極31の正射影領域Wの一部と重複する部分を通過するように配置されると効率がよい。加熱部7は、平面視において、内部電極31と隣接する内部電極31との間の少なくとも一部と重複する部分にも配置される。各々の加熱部7が配線層9aの下層の、平面視において、内部電極の少なくとも一部と重複する部分を含む領域を通過するように配置されることにより、加熱部7により内部電極31全体を効率よく加熱することができる。
The
また、加熱部7と内部電極31は、可能な限り接近するように配置させた方が効率が良い。加熱部7を内部電極31の下層に設ける場合には、内部電極31が配置された配線層9aと加熱部7が配置された配線層9bとに挟まれたセラミック層8aの層厚Tを0.05mm以上、1.0mm以下とするとよい。層厚Tが0.05mm未満の場合、セラミック層8aの原材料であるグリーンシートの取り扱いが難しくなり、機械的な強度が十分に確保できず、安定的に収納部材を形成できないことがある。また、層厚Tが1.0mmを越えてしまうと、加熱部7と内部電極31の間の距離が離れてしまい、セラミック層8aの熱抵抗が大きくなって内部電極31が温まりにくくなる。セラミック層8aを介して加熱部7からの熱を内部電極31に効率良く伝えるためには、セラミック層8aの層厚Tは0.05mm以上、1.0mm以下とすることが望ましい。
In addition, it is more efficient to arrange the
加熱部7の材料には、例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、チタン-白金合金等の金属配線材料を用いることができる。また、加熱部7の材料を内部配線32と同じ材料を用いて幅や長さを調整して発熱するように構成することもでき、その場合は、内部配線32と同時に加熱部7を配線層の所望の位置に形成することが可能で、生産性を向上できる。
As the material of the
加熱部7の抵抗値は1Ω以上、100Ω以下とするとよい。加熱部7の抵抗値が1Ω未満の場合、内部電極31を十分に加熱させるための発熱量が確保することができず、結露に起因する内部電極のショートを防止することが困難になる。また、加熱部7は細い線材料で形成されているため、材料の抵抗値が100Ωを超えるほどに高いと、加熱部7を形成している線材料自体が焼き切れてしまう恐れがある。このため、加熱部7の抵抗値を1Ω以上、100Ω以下とすることで、内部電極31への加熱を十分かつ安定に行うことができる。
The resistance value of the
封止部材2は、接着材4を介して電子デバイス1に対向するように配置される。封止部材2が十分な固さと剛性を有することにより、電子デバイス1は封止部材2によって、異物の付着や損傷から保護されている。電子デバイス1と封止部材2との間は、空気あるいは不活性ガス等の気体で満たされた空間21が位置する。電子デバイス1と封止部材2とは、空間21に接している。
The sealing
電子デバイス1が本実施形態のような固体撮像素子である場合には、封止部材2は光を透過する必要がある。したがって、封止部材は、利用する光の波長に対して十分に高い光透過性を有する透明部材で形成される。封止部材2は、例えばガラスや石英等の無機材料や透明な樹脂等の有機材料で形成することができる。透明部材としての封止部材2の厚みは、典型的には0.1mm以上1mm以下である。本例の電子デバイス1は固体撮像素子であるため、封止部材2には、固体撮像素子で信号電荷を生成可能な光(信号光)の波長に対しても十分に高い光透過性を有する材料を採用する。典型的な固体撮像素子で利用する光は、0.4μm以上0.8μm以下の波長を有する。電子デバイス1は接合部材5によって収納部材3に接合されている。本例では、接合部材5は電子デバイス1と収納部材3との間に配置されているが、電子デバイス1の縁を覆うように配置することもできる。接合部材5にはボンディングペーストやボンディングテープなどを用いることができる。
When the
[実施形態2]
加熱部7の形状について、実施形態1では、加熱部7は封止部材から見た内部電極の正射影領域Wを直線で横切るように配置されているが、それ以外の配置であっていても良い。本実施形態では、図3に示すように、加熱部7をジグザグ形状に配置している。加熱部7による加熱を効果的に行うことができるように、加熱部7のパターンレイアウトには自由度を与えることができる。図3で示す配置の例では、内部電極各々の、封止部材2から見た正射影領域Wに対する加熱部7の占有率を増やすように配置することで発熱能力を高め、各内部電極31をより効果的に加熱させることが可能になる。また、抵抗値は長さに比例するため、電子部品100の外形サイズが小さい場合には、加熱部7をジグザグ形状とすることで、限られたスペースに加熱部7をより長い配線長で形成配置することができる。配線長を長くすることにより所定の抵抗値を確保して内部電極7に必要な加熱をすることができる。本実施形態の電子デバイス1は、CMOSセンサやCCDセンサ等の固体撮像素子を例に説明したが、その他の集積回路にも適用できる。
[Embodiment 2]
Regarding the shape of the
1.電子デバイス、2.封止部材、3.収納部材、4.接着材、6.接続部材、7.加熱部、8.セラミック層、9.配線層、31.内部電極、32.内部配線、33.外部端子、100.電子部品 1. Electronic devices, 2. 2. sealing member; 3. storage member; Adhesive, 6. 6. connection member; Heating section, 8. Ceramic layer, 9. Wiring layer, 31. Internal electrodes, 32. Internal wiring, 33. External terminal, 100. Electronic components
Claims (14)
前記収納部材は、前記凹部内に設けられて前記電子デバイスの電極が電気的に接続される内部電極と、前記内部電極を加熱する加熱部と、前記収納部材の凹部に対する外側に設けられた外部端子と、を有し、
前記加熱部は、平面視において、前記内部電極の少なくとも一部と重複する部分を含む領域と、前記内部電極と前記内部電極と隣接する内部電極との間の少なくとも一部と重複する部分を含む領域と、に配置されていることを特徴とする、
収納部材。 A storage member having a recess and in which an electronic device is disposed in the recess,
The housing member is provided in the recess and is electrically connected to an electrode of the electronic device; a heating unit that heats the internal electrode; and an exterior provided outside the recess of the storage member And a terminal,
The heating unit includes a region including a portion overlapping with at least a portion of the internal electrode and a portion overlapping with at least a portion between the internal electrode and the internal electrode adjacent to the internal electrode in plan view. And is arranged in an area,
Storage member.
前記収納部材の凹部に前記電子デバイスが配置され、前記封止部材により封止されたことを特徴とする電子部品。 A storage member according to any one of claims 1 to 9, an electronic device, and a sealing member for sealing the storage member,
An electronic component, wherein the electronic device is disposed in a recess of the housing member and is sealed by the sealing member.
前記撮像装置へ電力を供給するときに、前記固体撮像素子へ電力の供給を開始するより前に前記加熱部へ電力の供給を開始することを特徴とする、
方法。 A method of removing dew condensation on the internal electrode of an imaging device comprising: a solid-state imaging device; an internal electrode to which an electrode of the solid-state imaging device is connected; and a heating unit that heats the internal electrode.
When supplying power to the imaging device, the supply of power to the heating unit is started before starting the supply of power to the solid-state imaging device,
Method.
請求項12または13に記載の方法。 14. The method according to claim 12, wherein the heating unit is stopped after a predetermined time has elapsed after the power supply is started.
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