JP2016100738A - カバー部材及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜入射光に起因するフレアやゴーストが抑制可能なカバー部材及び固体撮像装置を提供する。
【解決手段】カバー部材５は、波長４００〜７００ｎｍの光を透過させることが可能な透明基板と、透明基板５ａの少なくとも一方の面に設けられた反射防止膜５ｂと、を備え、少なくとも一方の面において入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率を６％以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージに収納された固体撮像素子を保護するためのカバー部材及び該カバー部材を有する固体撮像装置に関する。

固体撮像装置は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子と、固体撮像素子を収納する樹脂、セラミック、金属等により構成されたパッケージと、固体撮像素子を保護し、撮像する光を透過するガラス等の透明基板により構成されたカバー部材とを備える。
従来、カバー部材としては、より多くの光を固体撮像素子に取り込むために、反射防止膜が形成された透明基板が使用されている。

特許文献１には、被写体と撮像素子の間に配置された、光透過性を有する光学フィルタ本体に、枠状遮光膜が備えられた光学フィルタが開示されている。そして、この光学フィルタ本体上には、反射防止膜が設けられている。
特許文献２には、レンズから入射した光が、ボンディングパッドに接続されているワイヤ表面に反射し、その反射光がイメージセンサ上の受光面に入り込むことにより発生するフレアやゴーストを抑制するために、固体撮像素子と、レンズから固体撮像素子に入射する光の一部を遮光する遮光部材とを備え、遮光部材の縁面の、レンズの光軸方向に対してなす角度は、遮光部材の縁部に入射する光の入射角より大きい固体撮像装置が開示されている。

ＷＯ２０１４／０２１２４５ 特開２０１２−１８６４３４号公報

近年は、フレアやゴーストの発生がより一層少ない高性能の固体撮像装置が求められている。

フレアやゴーストが発生する原因を、従来の固体撮像装置１０１を示す図４を用いて説明する。固体撮像装置１０１は、固体撮像素子１０２と、パッケージ１０３と、ボンディングワイヤ１０４と、カバー部材１０５とを主要な構成要素としている。カバー部材１０５に対して斜め方向から入射した入射光Ｌがカバー部材１０５を透過して、固体撮像素子１０２の受光部（マイクロレンズ）１０２ａの表面に照射される。そして、照射された入射光Ｌの一部がマイクロレンズ１０２ａの表面で反射し、その反射光ＬＲ１がカバー部材１０５の表面で反射し、カバー部材１０５の反射光ＬＲ２がマイクロレンズ１０２ａに照射される。これによりフレアやゴーストが発生する。

また、特許文献１に記載の光学フィルタには、多くの光を取り込むために反射防止膜が設けられているが、斜入射光に起因するフレアやゴーストの発生については考慮していない。
また、特許文献２に記載の固体撮像装置は、遮光部材により光がボンディングパッドに接続されているワイヤの表面で反射したことに起因するフレアやゴーストの発生は抑制できるが、斜入射光に起因するフレアやゴーストの発生については考慮されていない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、斜入射光に起因するフレアやゴーストの発生を抑制できるカバー部材及びフレアやゴーストが抑制された固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明のカバー部材は、波長４００〜７００ｎｍの光を透過させることが可能な透明基板と、前記透明基板の少なくとも一方の面に設けられた反射防止膜と、を備え、少なくとも一方の面において入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が６％以下であることを特徴とする。

この構成であれば、固体撮像素子の受光部（マイクロレンズ）表面で反射した反射光は、カバー部材で反射せずに透過しやすくなる。そのため、受光部に照射される斜入射光の光量が抑制され、斜入射光によるフレアやゴーストの発生が抑制される。

なお、本明細書における、平均反射率は、以下のようにして求めた。カバー部材の反射率の測定面とは反対側の面（裏面）をサンドブラストによりブラスト処理した後、ブラスト処理した面を黒塗り加工して裏面の反射を無くした状態とした。加工したカバー部材の波長４００〜７００ｎｍにおける分光反射率を、分光光度計（例えば、Ｕ４１００（株式会社日立製作所製））により測定し、各波長の反射率の平均値を計算することにより平均反射率を求めた。

また、本発明のカバー部材は、少なくとも一方の面において入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の最大反射率が８．５％以下であることが好ましい。

入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が低い場合でも、入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の最大反射率が大きいと、フレアやゴーストが発生する場合がある。
従って、この構成であれば、フレアやゴーストの発生を更に抑制することができる。

なお、本明細書における、反射防止膜の最大反射率は、上記の方法により測定した各波長の反射率のうち、最も大きな値を言う。

また、本発明のカバー部材は、前記反射防止膜が、高屈折率膜と、屈折率が前記高屈折率膜よりも低い低屈折率膜とを交互に積層させた多層膜を含み、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜の総層数が４層以上であることが好ましい。

この構成であれば、カバー部材の平均反射率及び最大反射率を効率的に低くすることができる。

また、本発明のカバー部材は、前記透明基板の周縁部に設けられ、波長４００〜７００ｎｍの光を遮蔽可能な遮光膜を備えることが好ましい。

この構成であれば、ボンディングワイヤに照射される光の量を減らせるため、フレアやゴーストの発生を抑制できる。

また、本発明のカバー部材は、前記遮光膜は、波長４００〜７００ｎｍの光の平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。

この構成であれば、ボンディングワイヤに光が照射されることが確実に抑制されるため、フレアやゴーストの発生をより一層抑制できる。

本発明の固体撮像装置は、受光部を有し、該受光部で受光した光の光電変換を行う固体撮像素子と、前記固体撮像素子を収納するパッケージと、前記固体撮像素子の受光部と対向する位置に配置された請求項１〜５のいずれか一項に記載のカバー部材と、を備え、前記カバー部材における、入射角６０°において波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が６％以下である面が、前記固体撮像素子側に面することを特徴とする。

この構成であれば、固体撮像素子の受光部（マイクロレンズ）表面に照射された入射光が斜め方向に反射した斜入射光は、カバー部材では殆ど反射せずに透過する。そのため、斜入射光に起因するフレアやゴーストの発生を抑制できる。

斜入射光に起因するフレアやゴーストの発生を抑制できるカバー部材及びそのカバー部材を有する固体撮像装置を提供することができる。

第一の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。 第二の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。 第二の実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。 従来の固体撮像装置の概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

本実施形態のカバー部材及びカバー部材を有する固体撮像装置について説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態の固体撮像装置１の概略断面図である。本実施形態の固体撮像装置１は、光電変換を行うＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子２と、固体撮像素子２を収納する、無蓋の箱型形状のパッケージ３と、固体撮像素子２とパッケージ３とを電気的に接続するボンディングワイヤ４を備える。固体撮像素子２は、行列状（マトリックス状）に２次元配置されてなるマイクロレンズ２ａを有する。また、固体撮像素子２は、それぞれのマイクロレンズ２ａ（受光部）に入射された光の光量に応じた電荷量を発生させる光電変換素子２ｂを有する。パッケージ３は、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等の樹脂組成物、セラミック、金属等の無機組成物のいずれかにより構成されている。パッケージ３は、底部から外部に向けて伸びる金線３ａを有している。そして、金線３ａの一端は、図示せぬ制御手段と電気的に接続されている。また、金線３ａは、ボンディングワイヤ４と接続されており、固体撮像素子２で発生した電荷量の電気信号は、ボンディングワイヤ４及び金線３ａの他端を通じて、図示せぬ制御手段に入力され、画像・映像データに変換される。

また、パッケージ３の上面には、固体撮像素子２を保護する為のカバー部材５が接着されている。すなわち、カバー部材５は、固体撮像素子２と離間し、かつ固体撮像素子２のマイクロレンズ２ａと対向するように配置される。そのため、固体撮像素子２は、パッケージ３及びカバー部材５により覆われる。

カバー部材５は、透明基板５ａと、透明基板５ａの両面に形成された反射防止膜５ｂ・５ｂを有する。

透明基板５ａは、波長４００〜７００ｎｍの光が透過可能な材質により構成される。透明基板５ａは、波長４００〜７００ｎｍの光の透過率が５０％以上であることが好ましい。透明基板５ａの材質としては、任意の材質を適宜使用することができる。例えば、ガラス、石英、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等の高分子材料等を使用することができる。これらの中でも、耐候性や耐衝撃性に優れ、かつ、加工・成形が容易であるガラスであることが好ましい。

ガラスがホウケイ酸ガラスからなると、加工が容易で、光学面における傷や異物等の発生を抑制できるため好ましく、無アルカリホウケイ酸ガラスであると、パッケージ３との接着性、耐候性等が良好なためより好ましい。また、透明基板５ａから放出されるα線やβ線等の放射線が少ないことが求められており、α線放出量が０．０１ｃ／ｃｍ^２・ｈｒ以下であるガラスであることが好ましい。

また、ガラスがＣｕＯを添加したフツリン酸塩系ガラスもしくはリン酸塩系ガラスからなると、可視波長領域の光に対し高い透過率を有するとともに、ＣｕＯが近赤外波長領域の光を十分に吸収するため、良好な近赤外線カット機能を付与できるため好ましい。

透明基板５ａの厚みは、特に限定されないが、小型化、軽量化を図る点及び耐衝撃性を保つ点からは、０．１〜３ｍｍの範囲が好ましく、０．１〜１ｍｍの範囲がより好ましい。

透明基板５ａの両面に形成される反射防止膜５ｂは、カバー部材５に入射する光の反射を抑制することにより透過率を向上させ、効率良く入射光を利用する機能を有し、従来より知られている材料及び方法により形成できる。具体的には、反射防止膜５ｂは、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等により形成したシリカ、チタニア、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、ジルコニア、アルミナ、酸化ニオブ等を積層した膜や、ゾルゲル法、塗布法等により形成したシリケート系、シリコーン系、フッ化メタクリレート系等から構成することができる。反射防止膜５ｂの厚みは、特に限定されないが、反射率に応じて決定すればよく、例えば、１００〜６００ｎｍであることが好ましい。

本実施形態において、カバー部材５は、少なくとも一方の面において入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が６％以下であるため、上述の通り、マイクロレンズ２ａに照射される斜入射光が抑制される結果、フレアやゴーストが抑制される。

なお、カバー部材５は、少なくとも一方の面において入射角４５〜６５°の全範囲における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が６％以下であることが好ましい。これにより、フレアやゴーストの発生を更に抑制することができる。

反射防止膜５ｂは、スパッタリング法により高屈折率膜と屈折率が高屈折率膜よりも低い低屈折率膜とを交互に積層した多層膜であることが好ましい。高屈折率膜としては、波長５００ｎｍの光の屈折率が１．７以上の膜であることが好ましく、低屈折率膜は、波長５００ｎｍの光の屈折率が１．７未満の膜であることが好ましい。例えば、高屈折率膜は、波長５００ｎｍの光の屈折率が２．３３である酸化ニオブからなることが好ましく、低屈折率膜は、波長５００ｎｍの光の屈折率が１．４６ｎｍであるシリカであることが好ましい。

積層させる高屈折率膜と低屈折率膜の総層数は、４層（高屈折率膜２層、低屈折率膜２層）以上が好ましく、６層（高屈折率膜３層、低屈折率膜３層）以上がより好ましい。総層数を増加させることにより、波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が低下する。

また、積層させる高屈折率膜と低屈折率膜の総層数が４層以上であれば、入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の最大反射率が８．５％以下となりやすい。そのため、フレアやゴーストの発生を更に抑制することができる。また、４５〜６５°の全ての入射角において波長４００〜７００ｎｍの光の最大反射率が８．５％以下であることが好ましい。これにより、フレアやゴーストの発生を更に抑制することができる。

なお、高屈折率膜と低屈折率膜との間、透明基板５ａと、高屈折率膜または低屈折率膜の間には、漸移層が形成されていてもよい。漸移層とは、高屈折率膜から低屈折率膜へ、または高屈折率膜もしくは低屈折率膜から透明基板へと屈折率が漸減または漸増する層である。
また、高屈折率膜と低屈折率膜以外にも、屈折率が高屈折率膜よりも小さく、かつ、低屈折率膜より大きい中屈折率膜を設けてもよい。
なお、透明基板５ａの両面に形成される一方の反射防止膜５ｂと他方の反射防止膜５ｂは、同種の膜であっても異なる膜であってもよい。

図２は、本発明の第二の実施形態の固体撮像装置１１の概略断面図である。なお、第一の実施形態に係る固体撮像装置１と共通する点については説明を省略する。

固体撮像装置１１は、カバー部材１５が透明基板１５ａと、透明基板１５ａの両面に形成された反射防止膜１５ｂ・１５ｂと、透明基板１５ａの周縁部に形成された遮光膜１５ｃとを有する。

遮光膜１５ｃは、波長４００〜７００ｎｍの光を遮蔽する。遮光膜１５ｃは、例えば、ガラスペーストと顔料とを混合して着色ペーストを作製し、着色ペーストを透明基板１５ａの周縁部にスクリーン印刷法等により塗布し、焼成することにより形成できる。また、熱硬化性樹脂と顔料とを混合した着色樹脂を作製し、着色樹脂を透明基板１５ａの周縁部にスクリーン印刷法等により塗布し、着色樹脂を硬化させることにより形成できる。波長４００〜７００ｎｍの光の透過率は、顔料とガラスペースト及び熱硬化性樹脂との割合を調整することにより調整できる。

なお、遮光膜１５ｃは、波長４００〜７００ｎｍの光の平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。

遮光層１５ｃは、図２及び図３に示すように、カバー部材１５の周縁部に設けられ、かつ、少なくともボンディングワイヤ４の直上に位置する部位に設けられており、ボンディングワイヤ４よりも固体撮像素子２側に亘って設けられていることが好ましい。これにより、ボンディングワイヤ４に照射される光の量を減らすことができる。

このように、ボンディングワイヤ４に照射される光の量を減らすことで、フレアやゴーストの発生を抑制できる。

（実施例１）
透明基板として、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの低α線ホウケイ酸ガラス ＢＤＡ（日本電気硝子株式会社製）を準備した。
高屈折率膜の材質として酸化ニオブ（波長５００ｎｍの光の屈折率２．３３）、低屈折率膜の材質としてシリカ（波長５００ｎｍの光の屈折率１．４６）を準備し、スパッタリング法により、透明基板の両面に４層の多層膜を形成し、カバー部材を作製した。
なお、透明基板と酸化ニオブ膜の間及び酸化ニオブ膜とシリカ膜の間には漸移層を形成した。膜の厚みは表１に示す通りである。そして、カバー部材の周縁部に、遮光膜を設けた。遮光膜としては、エポキシ／フェノール硬化系の熱硬化性樹脂膜を用いている。遮光膜の色は黒色である。カーボンブラックを含有した熱硬化性樹脂を透明基板の周縁部に塗布し、１５０℃で２０分間加熱することにより遮光膜を形成した。遮光膜の膜厚は２５μｍであった。なお、遮光膜の波長４００〜７００ｎｍの光の平均透過率は０．０１％であった。

そして、カバー部材の入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率は５．２％であり、最大反射率は８．２％あった。

（実施例２）
スパッタリング法により、透明基板の両面に６層の多層膜を形成し、カバー部材を作製したこと以外は、実施例１と同様の方法でカバー部材を作製した。
なお、膜の厚み及び入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率は４．３％、最大反射率は４．９％であった。

（比較例１）
真空蒸着法により、透明基板の片面に１層のフッ化マグネシウム層を形成し、カバー部材を作成した。なお、膜の厚みは５７ｎｍであり、入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率は７．５％、最大反射率は８．１％であった。

実施例１及び２、比較例１で得られたカバー部材を用いた固体撮像装置について、フレア及びゴーストの有無について確認を行った。その結果、実施例１及び２において、フレアやゴーストは見られなかった。一方、比較例１において、フレアやゴーストが発生した。

Claims (6)

1. 波長４００〜７００ｎｍの光を透過させることが可能な透明基板と、
   前記透明基板の少なくとも一方の面に設けられた反射防止膜と、
   を備え、
   少なくとも一方の面において入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が６％以下である、
   ことを特徴とするカバー部材。
2. 少なくとも一方の面において入射角６０°における波長４００〜７００ｎｍの光の最大反射率が８．５％以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のカバー部材。
3. 前記反射防止膜は、高屈折率膜と、屈折率が前記高屈折率膜よりも低い低屈折率膜とを交互に積層させた多層膜を含み、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜の総層数が４層以上である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のカバー部材。
4. 前記透明基板の周縁部に設けられ、波長４００〜７００ｎｍの光を遮蔽可能な遮光膜を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカバー部材。
5. 前記遮光膜は、波長４００〜７００ｎｍの光の平均透過率が０．１％以下である、ことを特徴とする請求項４に記載のカバー部材。
6. 受光部を有し、該受光部で受光した光の光電変換を行う固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子を収納するパッケージと、
   前記固体撮像素子の受光部と対向する位置に配置された請求項１〜５のいずれか一項に記載のカバー部材と、
   を備え、
   前記カバー部材における、入射角６０°において波長４００〜７００ｎｍの光の平均反射率が６％以下である面が、前記固体撮像素子側に面することを特徴とする固体撮像装置。