JP2016063003A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a solid-state imaging device.
半導体の集積回路技術の進歩発展に伴って、CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon)センサやCCD(Charged Coupled Device)などの固体撮像装置の画素数は増える傾向にある。また、固体撮像装置の価格低下に伴って、感度の向上などを目的として、フルサイズやAPS−Cサイズ等の大面積の固体撮像装置に対する需要も高まっている。固体撮像装置では、複数の光電変換素子が列設された感光部にゴミ等が付着しないように、感光部の表面を封止する構造のパッケージが必要となる。 Along with the advancement and development of semiconductor integrated circuit technology, the number of pixels of solid-state imaging devices such as CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon) sensors and CCDs (Charged Coupled Devices) tends to increase. In addition, along with a decrease in the price of solid-state imaging devices, there is an increasing demand for solid-state imaging devices having a large area such as a full size or an APS-C size for the purpose of improving sensitivity. In the solid-state imaging device, a package having a structure for sealing the surface of the photosensitive part is necessary so that dust or the like does not adhere to the photosensitive part in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged.
感光部の面積が大きいほど、パッケージのサイズも大きくなるため、軽薄短小化が進む各種電子機器への実装が困難になる。 The larger the photosensitive area, the larger the package size, making it difficult to mount on various electronic devices that are becoming lighter and thinner.
このため、パッケージのサイズを小さくする提案もされているが、一般にパッケージのサイズを小さくすると、熱が内部にこもりやすくなり、感光部が形成された固体撮像基板が反るなどの不具合が生じるおそれがある。
また、パッケージのサイズを小さくしたとしても、製造が容易でないと、歩留まりも上がらず、固体撮像装置のコストを削減できない。
For this reason, proposals have been made to reduce the size of the package, but in general, if the size of the package is reduced, heat tends to be trapped inside, and problems such as the solid-state imaging substrate on which the photosensitive portion is formed may be warped. There is.
Even if the package size is reduced, if the manufacturing is not easy, the yield does not increase and the cost of the solid-state imaging device cannot be reduced.
本発明が解決しようとする課題は、製造が容易で、パッケージサイズも小さくできる固体撮像装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a solid-state imaging device that is easy to manufacture and can be reduced in package size.
本実施形態によれば、基板と、
複数の光電変換素子が列設された感光部と、この感光部を取り囲むように配置される周辺回路部と、が表面に設けられ、裏面側に前記基板が接着される固体撮像基板と、
前記基板上のパッドと、前記固体撮像基板上のパッドとを接続する接続導体と、
前記感光部の表面が露出されるように前記固体撮像基板に接着されるスペーサと、
前記感光部の表面を含む所定領域を覆うように、前記スペーサ上に接着される透明基材と、を備え、
前記スペーサの内側端面は前記固体撮像基板の表面における前記周辺回路上に接着され、前記スペーサの外側端面は前記基板上のパッド位置よりも外側に配置される固体撮像装置が提供される。
According to this embodiment, a substrate;
A solid-state imaging substrate in which a photosensitive portion in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged and a peripheral circuit portion disposed so as to surround the photosensitive portion are provided on the front surface, and the substrate is bonded to the back surface side;
A connection conductor connecting the pad on the substrate and the pad on the solid-state imaging substrate;
A spacer bonded to the solid-state imaging substrate so that the surface of the photosensitive portion is exposed;
A transparent base material adhered on the spacer so as to cover a predetermined region including the surface of the photosensitive part,
An inner end face of the spacer is bonded onto the peripheral circuit on the surface of the solid-state imaging substrate, and a solid-state imaging device is provided in which an outer end face of the spacer is disposed outside a pad position on the substrate.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における上下方向は、固体撮像装置が設けられる面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に応じた上下方向とは異なる場合もありうる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The vertical direction in the following embodiments indicates a relative direction when the surface on which the solid-state imaging device is provided is upward, and may be different from the vertical direction according to the gravitational acceleration.
図1は本実施形態による固体撮像装置1の斜視図、図2は図1の長手方向(XX方向)断面図である。本実施形態による固体撮像装置1は、例えば、パッケージで覆われたCMOSセンサまたはCCDである。
1 is a perspective view of a solid-
図1の固体撮像装置1は、誘電体基板2と、固体撮像基板3と、接続導体4と、スペーサ5と、透明基材6とを備えている。このうち、パッケージの構成部材は、誘電体基板2と、スペーサ5と、透明基材6とを有する。
A solid-
誘電体基板2は、例えば放熱性に優れたセラミック基板である。誘電体基板2の表面には、接続導体4であるボンディングワイヤ4を接続するためのパッド11と、このパッド11に接続される不図示の配線パターンとが配置されている。パッド11は、誘電体基板2の表面の縁部に列設されている。また、誘電体基板2の裏面には、不図示のプリント配線板等に実装するための不図示のパッドや端子が配置されている。表面側のパッド11や配線パターンと、裏面側のパッドとは、例えば不図示のコンタクトを介して電気的に接続されている。
The
固体撮像基板3の表面には、複数の光電変換素子が列設された感光部8と、この感光部8を取り囲むように配置される周辺回路部9とが配置されている。また、固体撮像基板3の表面の縁部には、ボンディングワイヤ4を接続するためのパッド7が列設されている。さらに、固体撮像基板3の裏面は、接着剤21を介して誘電体基板2に接着されている。
On the surface of the solid-
感光部8における各光電変換素子は、例えばフォトダイオード13である。この他、感光部8は、各フォトダイオード13に対応づけて、カラーフィルタ14とマイクロレンズ15とを有する。半導体層にフォトダイオード13が配置され、その上方にカラーフィルタ14が配置され、さらにその上方にマイクロレンズ15が配置されている。このように、感光部8には、各画素ごとに、フォトダイオード13、カラーフィルタ14およびマイクロレンズ15が設けられており、感光部8の表面には、縦横に複数画素が設けられている。
Each photoelectric conversion element in the
周辺回路部9は、フォトダイオード13で光電変換した電気信号を転送するシフトレジスタ、転送後の電気信号を増幅する増幅器、および増幅した電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換器などを含んでいる。
The
接続導体4であるボンディングワイヤ4は、誘電体基板2上のパッド11と固体撮像基板3上のパッド7とを接続する。これらパッド7,11とボンディングワイヤ4は、導電性に優れた材料(例えば、金)で形成されている。
The
スペーサ5は、感光部8の表面が露出されるように固体撮像基板3に接着されている。スペーサ5には、樹脂やセラミック等の絶縁物が用いられる。図2の断面図に示すように、スペーサ5の内側端面5aは周辺回路部9の配置領域内に配置され、スペーサ5の外側端面5bは誘電体基板2のパッド11位置よりも外側に配置されている。なお、本明細書では、誘電体基板2と固体撮像基板3の各基板面の中央側を内側と呼び、各基板面の端部側を外側と呼ぶ。内側端面5aとは、スペーサ5の最も内側に位置して固体撮像基板3に接着される面である。また、図2における外側端面5bとは、スペーサ5の最も外側に位置して誘電体基板2に接着される面である。
The
図2の例では、スペーサ5の内側端面5aは周辺回路部9の表面に接着され、かつスペーサ5の外側端面5bは誘電体基板2上のパッド11位置よりも外側の誘電体基板2の表面に接着されている。ただし、後述するように、スペーサ5の外側端面5bを誘電体基板2と接着させることは必ずしも必須要件ではなく、スペーサ5の外側端面5bは誘電体基板2のパッド11位置よりも外側に配置されていればよい。ただし、スペーサ5の内側端面5aを周辺回路部9の配置領域内で固体撮像基板3に接着することは、本実施形態の必須要件である。
In the example of FIG. 2, the
図2の例では、スペーサ5は、感光部8の面積よりも広い開口部を有する枠体5であり、開口部から感光部8の表面全体が露出するように位置決めされている。枠体5の内側端面5aは、周辺回路部9上で固体撮像基板3に接着されている。枠体5の外側端面5bは、誘電体基板2上のパッド11位置よりも外側に配置されて、誘電体基板2に接着されている。枠体5の内側端面5aを周辺回路部9上で固体撮像基板3に接着するのは、周辺回路部9の表面に枠体5が接着されていても、撮像の妨げにならないためである。また、周辺回路部9の外側で枠体5の内側端面5aを接着すると、スペーサ5の外形寸法が大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、スペーサ5の内側端面5aを周辺回路部9上で固体撮像基板3に接着している。
In the example of FIG. 2, the
枠体5は、ボンディングワイヤ4をまたぐようにして、固体撮像基板3と誘電体基板2とに接着されている。よって、枠体5にてボンディングワイヤ4を覆うことができ、ボンディングワイヤ4が外部衝撃を受けて断線したり、水分等がボンディングワイヤ4に付着するのを防止できる。ボンディングワイヤ4が露出されている場合、ボンディングワイヤ4を樹脂で固める等の製造工程が必要となり、作業性も悪い上に、最適な樹脂を見つける作業も必要となり、製造コストの上昇と製造スループットの低下を招くおそれがある。これに対して、図2のように枠体5でボンディングワイヤ4を覆ってしまえば、ボンディングワイヤ4を樹脂で固める作業が不要となり、作業性がよくなる。
The
上述したように、枠体形状のスペーサ5は、その内側端面5aにより固体撮像基板3に支持されており、これでスペーサ5は安定に支持されるため、支持強度を高めるという目的のためにスペーサ5の外側端面5bを誘電体基板2に接着する必要はない。スペーサ5の外側端面5bを誘電体基板2に接着する利点は、ボンディングワイヤ4の周囲をスペーサ5で覆って、ボンディングワイヤ4の露出を防止できることである。これにより、上述したように、ボンディングワイヤ4を保護でき、ボンディングワイヤ4を樹脂等で固める作業も不要となる。
As described above, the frame-shaped
このように、スペーサ5の支持は基本的にスペーサ5の内側端面5aで行うため、スペーサ5の内側端面5aにおける固体撮像基板3との接触面積は、スペーサ5の外側端面5bにおける誘電体基板2との接触面積よりも大きくするのが望ましい。すなわち、スペーサ5の外側端面5bと誘電体基板2との接着は、支持強度を向上させる必要性はないことから、できるだけ接触面積を小さくして、スペーサ5の外形サイズを抑制するのが望ましい。
Thus, since the support of the
スペーサ5の外形形状は、必ずしも図1および図2に示したものに限定されない。例えば、図3は一変形例によるスペーサ5を用いた固体撮像装置1の断面図である。図3のスペーサ5では、その内側端面5aは図2と同様に固体撮像基板3に接着されているが、スペーサ5の外側端面5bは誘電体基板2には接着されておらず、誘電体基板2の上方に浮いて配置されている。ただし、図3のスペーサ5の外側端面5bは、誘電体基板2上のパッド11位置よりも外側に配置されている。これはすなわち、スペーサ5の外側端面5bは、ボンディングワイヤ4よりも外側に位置することを意味する。よって、図4に示すように、人間の指20がスペーサ5の上面に触れたとしても、指がボンディングワイヤ4に触れることを防止できる。これにより、ボンディングワイヤ4の変形や断線を防止できる。
The outer shape of the
また、図3のスペーサ5は、図1のスペーサ5と同様に、断面形状がコの字型になっており、ボンディングワイヤ4の一部をスペーサ5で覆っている。これにより、スペーサ5の外側端面5bと誘電体基板2との間の隙間が小さくなり、ボンディングワイヤ4にゴミ等の異物が付着するおそれが軽減される。
Further, the
このように、本実施形態によるスペーサ5の外側端面5bは、誘電体基板2上のパッド11位置よりも外側に配置されていればよく、スペーサ5の外側端面5bでスペーサ5を支持する必要もないため、スペーサ5を誘電体基板2上のパッド11位置よりも外側で誘電体基板2に支持する構造と比べて外側端面5bの面積を小さくでき、結果としてスペーサ5の外形形状を縮小でき、パッケージサイズの小型化を図れる。
Thus, the
図5〜図11は本実施形態による固体撮像装置1の製造工程を示す図である。図5〜図11の各図の(a)は斜視図、(b)は長手方向断面図である。以下、これらの図に基づいて製造工程を説明する。
5-11 is a figure which shows the manufacturing process of the solid-
まず、図5(a)および図5(b)に示すように、誘電体基板2の上面に、熱硬化性接着剤21を塗布する。この接着剤21は、例えば誘電体基板2の短手方向に略平行に、間隔を隔てて帯状に塗布される。接着剤21の帯の幅や数は特に制限はない。
First, as shown in FIGS. 5A and 5B, a
次に、図6(a)に示すように、固体撮像基板3の裏面側を、塗布した接着剤21に接触させて、誘電体基板2に固体撮像基板3を位置決めした状態で接着し、所定の温度に加熱して接着剤21を硬化させる。これにより、固体撮像基板3は、誘電体基板2に接着剤21を介して固定され、固体撮像基板3と誘電体基板2とは、図6(b)に示すように、接着剤21の厚さ分だけ離隔して配置されることになる。これにより、固体撮像基板3と誘電体基板2との間に通気孔を設けることができ、固体撮像基板3の放熱性が向上する。
Next, as shown in FIG. 6A, the back surface side of the solid-
次に、図7(a)および図7(b)に示すように、固体撮像基板3上のパッド7と誘電体基板2上のパッド11とをボンディングワイヤ4で接続する。図7の例では、両基板2,3上の長手方向の両端部のみでボンディングワイヤ4の接続を行っているが、両基板2,3上の短手方向の両端側でもボンディングワイヤ4の接続を行ってもよい。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
次に、図8(a)および図8(b)に示すように、固体撮像基板3上の周辺回路部9の領域内に、スペーサ5を接着するための熱硬化性接着剤12を塗布する。図8(a)の例では、固体撮像基板3だけでなく、誘電体基板2上のパッド11よりも外側にも接着剤12を塗布しているが、この塗布作業は省略してもよい。以下では、両基板2,3上に、スペーサ5接着用の接着剤12を塗布する例を説明する。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, a
この接着剤12は、一定の幅で矩形状に隙間なく塗布されてもよいし、あるいは、図12の平面図に示すように、所々に接着剤12が塗布されない隙間を設けてもよい。隙間を設ければ、この接着剤12を介してスペーサ5を固体撮像基板3に接着した際に、枠体5と固体撮像基板3との間の空気を隙間を通して外側に押し出すことができ、空気圧を下げられる。よって、接着剤12の硬化のために熱をかけても、枠体5と固体撮像基板3との間に溜まった空気の空気圧が急激に上昇して接着部分が剥離する等の不具合が生じなくなる。
The adhesive 12 may be applied in a rectangular shape with a certain width without a gap, or may be provided with a gap where the adhesive 12 is not applied in places as shown in the plan view of FIG. If the gap is provided, when the
次に、図9(a)および図9(b)に示すように、スペーサ5を位置決めして、スペーサ5の内側端面5aを接着剤12に接触させて、スペーサ5の内側端面5aを固体撮像基板3上に接着するとともに、スペーサ5の外側端面5bを接着剤12に接触させて、スペーサ5の外側端面5bを誘電体基板2上に接着し、熱をかけて接着剤12を硬化させる。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, the
次に、図10(a)および図10(b)に示すように、スペーサ5の上面に、リッドとなる透明基材6を接着するための熱硬化性接着剤22を塗布する。この接着剤12も、図10(a)に示すように、隙間を持たせて塗布してもよいし、あるいは連続的に隙間なく矩形状に塗布してもよい。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, a
次に、図11(a)および図11(b)に示すように、透明基材6を位置決めして、接着剤22を介してスペーサ5の上面に接着し、熱をかけて接着剤22を硬化させる。以上により、図1に示した固体撮像装置1が完成する。
Next, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the
本実施形態による固体撮像装置1は、種々の光学サイズの感光部8に適用可能である。感光部8の光学サイズは、図13(a)に示すように、感光部8の水平方向長さHと垂直方向長さVとの比でほぼ標準化されている。図13(b)は標準化された光学サイズの一例を示している。図13(b)には、35mmフィルムと同サイズのフルサイズ、APSカメラのフィルムと同サイズのAPS−C、フォーサーズ、1/1インチ、2/3インチ、1/1.7インチ、1/2インチ、1/2.33インチ、1/2.3インチの水平方向長さHと垂直方向長さVとが記載されている。
The solid-
図13に示すように、本実施形態による固体撮像装置1は、サイズの異なるいずれの感光部8にも適用可能である。また、図13に示された以外の光学サイズを有する感光部8にも適用可能である。
As shown in FIG. 13, the solid-
このように、本実施形態では、スペーサ5の内側端面5aを固体撮像基板3表面の周辺回路部9に接着し、スペーサ5の外側端面5bを誘電体基板2上のパッド11位置よりも外側に配置するため、スペーサ5の外形寸法を小型化しつつ、ボンディングワイヤ4をスペーサ5で保護することができる。特に、本実施形態では、スペーサ5の内側端面5aを固体撮像基板3表面の周辺回路部9上の任意の位置に接着できるため、感光部8の光学サイズが異なっていても、周辺回路部9のサイズに合わせてスペーサ5の内側端面5aのサイズを決めればよく、また、周辺回路部9にはある程度の幅があるため、スペーサ5の寸法設計が容易になる。
As described above, in this embodiment, the
また、スペーサ5の外側端面5bを誘電体基板2に接着するようにすれば、ボンディングワイヤ4をスペーサ5で覆うことができ、ボンディングワイヤ4を樹脂等で固める作業が不要となり、ボンディングワイヤ4を保護できるとともに、作業性もよくなる。
Further, if the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 固体撮像装置、2 誘電体基板、3 固体撮像基板、4 接続導体、5 スペーサ、6 透明基材、7 パッド、10 ボンディングワイヤ、11 パッド、12 接着剤、13 フォトダイオード、14 カラーフィルタ、15 マイクロレンズ、20 指、21,22 接着剤
DESCRIPTION OF
Claims (5)
複数の光電変換素子が列設された感光部と、この感光部を取り囲むように配置される周辺回路部と、が表面に設けられ、裏面側に前記基板が接着される固体撮像基板と、
前記基板上のパッドと、前記固体撮像基板上のパッドとを接続する接続導体と、
前記感光部の表面が露出されるように前記固体撮像基板に接着されるスペーサと、
前記感光部の表面を含む所定領域を覆うように、前記スペーサ上に接着される透明基材と、を備え、
前記スペーサの内側端面は前記固体撮像基板の表面における前記周辺回路上に接着され、前記スペーサの外側端面は前記基板上のパッド位置よりも外側に配置される固体撮像装置。 A substrate,
A solid-state imaging substrate in which a photosensitive portion in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged and a peripheral circuit portion disposed so as to surround the photosensitive portion are provided on the front surface, and the substrate is bonded to the back surface side;
A connection conductor connecting the pad on the substrate and the pad on the solid-state imaging substrate;
A spacer bonded to the solid-state imaging substrate so that the surface of the photosensitive portion is exposed;
A transparent base material adhered on the spacer so as to cover a predetermined region including the surface of the photosensitive part,
A solid-state imaging device in which an inner end surface of the spacer is bonded onto the peripheral circuit on the surface of the solid-state imaging substrate, and an outer end surface of the spacer is disposed outside a pad position on the substrate.
前記枠体の内側端面は前記固体撮像基板の表面における前記周辺回路上に接着され、前記枠体の外側端面は前記基板上のパッド位置よりも外側で前記基板の表面に接着され、前記接続導体は前記枠体にて覆われる請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像装置。 The spacer is a frame having an opening that exposes the photosensitive portion,
The inner end surface of the frame is bonded onto the peripheral circuit on the surface of the solid-state imaging substrate, the outer end surface of the frame is bonded to the surface of the substrate outside the pad position on the substrate, and the connection conductor The solid-state imaging device according to claim 1, which is covered with the frame.
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