JP4167577B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子を収容するための固体撮像装置に関するものである。
従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子を収容するための固体撮像装置は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、上面の中央部に形成された凹部の底面に固体撮像素子を搭載するための搭載部が設けられ、この搭載部の周辺から下面の外周部に導出される複数の配線導体を有する長方体状の絶縁基体と、ガラスやサファイア等の透光性材料から成る平板状の蓋体とから主に構成されている。
そして、絶縁基体の搭載部に、上面に撮像部が形成された固体撮像素子を接合部材を介して接合するとともに固体撮像素子の上面外周部の電極と配線導体とをボンディングワイヤを介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体の上面に蓋体を例えばエポキシ樹脂等の封止材を介して接合し、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に固体撮像素子を気密に収容することによって製品としての固体撮像装置となる。
そして、この固体撮像装置は、カメラ等の光学系を介して撮像部に結像させた被写体の映像を電気信号に変換することによって、被写体の電子的な画像を得ることができるようになっている。
なお、固体撮像素子は、近時、作動時に極めて多量の熱が発生するようになってきており、固体撮像素子の発した熱が絶縁基体を介して外部に良好に放出されず、固体撮像素子の内部に蓄積されてしまい、その結果、固体撮像素子が高温となり固体撮像素子の熱破壊や誤動作が発生して所定の性能を発揮できないという問題を有していた。そのため、固体撮像素子の熱を冷却して固体撮像素子の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させる方法として、一般的に固体撮像素子の下面にぺルチェ素子を接合した固体撮像装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−６７９９５号公報
しかしながら、上記従来の固体撮像装置によれば、絶縁基体の搭載部に、上面に撮像部が形成された固体撮像素子が接合部材を介して接合されているとともに固体撮像素子の上面外周部の電極と配線導体とがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、撮像部と電極とが極めて近接していることから、撮像部にボンディングワイヤの反射光や影が映り込んでしまい、被写体の映像が固体撮像素子の撮像部に正確に結像せず、得られる被写体の電子的画像に歪みやボケが発生するという問題点を有していた。
そこで、固体撮像素子の下面に電極を形成し、この電極を絶縁基体の搭載部に導出させた配線導体に半田バンプ等の導電性接合部材を介して電気的に接続して個体撮像素子を搭載部に固定すると、ボンディングワイヤの影や反射光が撮像部へ映り込みがなくなる。しかしながら、固体撮像素子の作動時に多量の熱が発生した場合に、固体撮像素子の発した熱は半田バンプ等の接合面積の小さい導電性接合部材を介して放出されることとなり、良好に熱が放出されず固体撮像素子の内部に蓄積されてしまい、その結果、固体撮像素子が高温となり固体撮像素子が熱破壊したり誤動作して所定の性能が発揮できないという問題点を有していた。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、内部に収容する固体撮像素子の撮像部に被写体の映像を正確に結像させ、それにより歪みやボケのない正確かつ鮮明な被写体の電子的画像を得るとともに、固体撮像素子の熱破壊や誤動作をなくして所定の性能を発揮させることを可能とした固体撮像装置を提供することにある。
本発明の固体撮像装置は、上面の中央部に凹部を有する絶縁基体と、前記凹部の内側から外側にかけて形成された配線導体と、前記凹部内に収容され搭載されるとともに前記配線導体に電気的に接続される固体撮像素子とを具備している固体撮像装置において、前記凹部の底面に設けられた凸部の上面に設置された、複数の貫通孔が形成されるとともに上下面の外周部に貫通導体を介して互いに電気的に導通する接続パッドがそれぞれ形成された絶縁基板と、該絶縁基板の上面の中央部に搭載されるとともに裏面の電極が前記絶縁基板の下面側の前記接続パッドに前記貫通孔を通したボンディングワイヤを介して電気的に接続された前記固体撮像素子と、前記絶縁基板の上面側の前記接続パッドと前記配線導体とを電気的に接続する他のボンディングワイヤとを具備していることを特徴とするものである。
本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記凹部の底面の前記凸部の周囲に前記絶縁基板を支持する台座が形成されていることを特徴とする。
本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記凸部が前記凹部の底面に載置されたペルチェ素子から成ることを特徴とするものである。
また、本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記凸部が前記凹部の底面に載置された銅−タングステン合金から成る基台であることを特徴とするものである。
また、本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記凸部が前記凹部の底面を貫通する銅−タングステン合金から成る支持部材の上端部であることを特徴とするものである。
本発明の固体撮像装置は、上面の中央部に凹部を有する絶縁基体と、凹部の内側から外側にかけて形成された配線導体と、凹部内に収容され搭載されるとともに配線導体に電気的に接続される固体撮像素子とを具備して成り、絶縁基体の凹部の底面に設けられた凸部の上面に設置された、複数の貫通孔が形成されるとともに上下面の外周部に貫通導体を介して互いに電気的に導通する接続パッドがそれぞれ形成された絶縁基板と、絶縁基板の上面の中央部に搭載されるとともに裏面の電極が絶縁基板の下面側の接続パッドに貫通孔を通したボンディングワイヤを介して電気的に接続された固体撮像素子と、絶縁基板の上面側の接続パッドと絶縁基体の配線導体とを電気的に接続する他のボンディングワイヤとを具備していることから、固体撮像素子の裏面の電極と絶縁基板の下面側の接続パッドとを電気的に接続したボンディングワイヤ、および絶縁基板の上面側の接続パッドと絶縁基体の配線導体とを接続した他のボンディングワイヤは、いずれも固体撮像素子の上面に形成されている撮像部から離間するとともに撮像部の高さ以下の位置に存在することとなり、ボンディングワイヤの影や反射光が撮像部に映り込むことはなく、その結果、固体撮像素子の撮像部に被写体の映像を正確に結像させ、それにより歪みやボケのない正確かつ鮮明な被写体の電子的画像を得ることを可能とすることができる。
本発明において好ましくは、凹部の底面の凸部の周囲に、絶縁基板を載置する台座が形成されていることから、絶縁基板を凸部および台座によって安定して固定することができるため、凸部に載置された絶縁基板の傾きを台座にて有効に抑制することができるとともに、絶縁基板と絶縁基体との接合部の接合強度を高くし、熱や外部から加わる力によって生じる応力に対して十分耐え得る接続信頼性の高いものとすることができる。従って、より正確かつ鮮明な被写体の電子的画像を得ることが可能とすることができる。
本発明において好ましくは、固体撮像装置の凸部が凹部の底面に載置されたペルチェ素子から成ることから、固体撮像素子の作動時の多量の熱を冷却させることができ、その結果、固体撮像素子の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させることができる。
また本発明において好ましくは、固体撮像装置の凸部が凹部の底面に載置された銅−タングステン合金から成ることから、凸部としての基台を接合部材を介して簡単に取着することができ、固体撮像素子の作動時の多量の熱を放出させることができ、その結果、固体撮像素子の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させることができる。
また本発明において好ましくは、固体撮像装置の凸部が凹部の底面を貫通する銅−タングステン合金から成る支持部材の上端部であることから、固体撮像素子の作動時の多量の熱を直接的に絶縁基体の外部へ熱を放出させることができ、その結果、固体撮像素子の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させることができる。
本発明の固体撮像装置について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の固体撮像装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１において１は絶縁基体、２は配線導体、３は固体撮像素子、４は絶縁基板、５は凸部、６は貫通孔、７は接続パッド、９はボンディングワイヤ、１０は蓋体であり、これらで本発明の固体撮像装置が基本的に構成されている。
本発明の固体撮像装置は、上面の中央部に凹部１ａを有する絶縁基体１と、凹部１ａの内側から外側にかけて形成された配線導体２と、凹部１ａ内に収容され搭載されるとともに配線導体２に電気的に接続される固体撮像素子３とを具備し、凹部１ａの底面に設けられた凸部５の上面に設置された、複数の貫通孔６が形成されるとともに上下面の外周部に貫通導体８を介して互いに電気的に導通する接続パッド７がそれぞれ形成された絶縁基板４と、この絶縁基板４の上面の中央部に搭載されるとともに裏面の電極３ａが絶縁基板４の下面側の接続パッド７に貫通孔６を通したボンディングワイヤ９を介して電気的に接続された固体撮像素子３と、絶縁基板４の上面側の接続パッド７と配線導体２とを電気的に接続する他のボンディングワイヤ９とを具備する構成である。
本発明における絶縁基板４は、図１に示すように、絶縁基板４の下面の中央部が凸部５の上面に取着されており、複数の貫通孔６は絶縁基板４の中央部の周囲に形成されている。また、固体撮像素子３は、裏面の電極３ａが複数の貫通孔６に対向するように設置されており、電極３ａから貫通孔６を通してボンディングワイヤ９が絶縁基板４の下方へ導出される。
本発明の絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、例えば酸化アルミニウ質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物を従来周知のドクタブレード法等のシート成形法を採用してシート状のセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）と成し、しかる後、このグリーンシートの中央部に凹部１ａとなる部位に打ち抜き加工を施すことで開口部を形成するとともに、配線層２となるタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ）等の金属ぺーストをスクリーン印刷法等の厚膜手法により所定パターンに印刷塗布または充填する。その後、複数枚を積層して絶縁基体１に対応した形状の生セラミック成形体を得、この生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
また、絶縁基体１には、凹部１ａの内側から絶縁基体１の下面外周部に導出される、ＷやＭｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属粉末メタライズから成る複数の配線導体２が設けられており、絶縁基板４の上面の中央部に搭載される固体撮像素子３の各電極３ａを外部電気回路に電気的に接続するための導電路の一部として機能する。
配線導体２は、例えばこれがタングステン粉末メタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１用のグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して所定パターンに印刷塗布し、これをそのグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体１の凹部１ａの内側から絶縁基体１の下面外周部に導出するように設けられる。
なお、配線導体２は、その露出する表面にニッケル（Ｎｉ），Ａｕ等の耐蝕性に優れ、外部電気回路と接続する際の半田等の接合部材やボンディングワイヤ９との接合性に優れる金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに設けておくのがよく、配線導体２が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、配線導体２と接合部材やボンディングワイヤ９との接合を強固に、かつ容易なものとすることができる。
本発明の絶縁基板４は、絶縁基体１と同じグリーンシートに、ボンディングワイヤ９を通すための貫通孔６となる部位に打ちぬき加工を施すとともに、上下面の接続パッド７、およびこの上下面の接続パッド７を接続する貫通導体８となるＷやＭｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属ペーストをスクリーン印刷法等の厚膜手法により所定パターンに印刷塗布または充填する。その後、絶縁基板４に対応した形状の生セラミック成形体を得、この生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
なお、絶縁基板４は、グリーンシートを複数枚積層して絶縁基板４に対応した形状の生セラミック成形体を得、この生セラミック成形体を焼成することによって製作されてもよい。
また、絶縁基板４は、絶縁基体１の凹部１ａの底面に設けられた凸部５の上面に半田或は高熱伝導性および高耐熱性を有する樹脂等からなる接合部材を介して設置され、絶縁基板４の上面の中央部に固体撮像素子３が搭載されるとともに、固体撮像素子３の裏面の電極３ａが絶縁基板４の下面側の接続パッド７に貫通孔６を通したボンディングワイヤ９を介して電気的に接続されている。また、下面側の接続パッド７は上面側の接続パッド７と貫通導体８を介して接続され、上面側の接続パッド７と絶縁基体１の配線導体２とが他のボンディングワイヤ９で電気的に接続されている。
この構成により、固体撮像素子３の裏面の電極３ａと絶縁基板４の下面側の接続パッド７とを電気的に接続したボンディングワイヤ９、および絶縁基板４の上面側の接続パッド７と絶縁基体１の配線導体２とを接続した他のボンディングワイヤ９は、いずれも固体撮像素子３上面に形成されている撮像部から離間しているとともに撮像部の高さ以下の位置に存在することとなり、ボンディングワイヤ９の影や反射光が撮像部に映り込むことはなく、その結果、固体撮像素子３の撮像部に被写体の映像を正確に結像させ、それにより歪みやボケのない正確かつ鮮明な被写体の電子的画像を得ることができる。
なお、接続パッド７および貫通導体８は、配線導体２と同様に、ＷやＭｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の金属粉末メタライズから成り、例えばこれがタングステン粉末メタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基板４用のグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して所定パターンに印刷塗布し、これをそのグリーンシートとともに焼成することによって設けられる。
また本発明において好ましくは、凹部１ａの凸部５の周囲に、絶縁基板４を載置する台座１１が形成されている。これにより、絶縁基板４を凸部５および台座１１によって安定して固定することができるため、凸部５に載置された絶縁基板４の傾きを台座１１にて有効に抑制することができるとともに、絶縁基板４と絶縁基体１との接合部の接合強度を高くし、熱や外部から加わる力によって生じる応力に対して十分耐え得る接続信頼性の高いものとすることができる。従って、より正確かつ鮮明な被写体の電子的画像を得ることが可能とすることができる。
台座１１は、絶縁基体１上に載置されるものであっても良いし、絶縁基体１と焼結一体化したものであっても構わない。例えば、絶縁基体１と焼結一体化されたものであれば、絶縁基体１の生セラミック成形体に台座１１となる部位を形成しておき、絶縁基体１の生セラミック成形体とともに焼成することで、所定の位置に形成されることとなる。
また、台座１１を先に絶縁基板４に形成しておき、これを凹部１ａの底面に接合するようにしても構わない。
また本発明において好ましくは、凸部５は、凹部１ａの底面に載置されたペルチェ素子である。このペルチェ素子は固体撮像素子３の作動時の多量の熱を冷却させることができ、その結果、固体撮像素子３の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させることができる。このペルチェ素子は、凹部１ａおよび固体撮像素子３と半田や高熱伝導性および高耐熱性の樹脂等の接合部材を介して接合され、ペルチェ素子から延出する接続リード（図示しない）は絶縁基体１の下面に電気的に導出している。
また本発明において、固体撮像装置の凸部５ａが、凹部１ａの底面に載置された銅−タングステン合金から成る基台であってもよい。銅−タングステン合金は、熱伝導率が良く、凹部１ａおよび固体撮像素子３に半田や高熱伝導性および高耐熱性の樹脂等の接合部材を介して簡単に接合できるため、固体撮像素子３の作動時の多量の熱を絶縁基体１を介して絶縁基体１の外部へ効率よくかつ容易に放出させることができる。その結果、固体撮像素子３の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させることができる。
また本発明において、図２（図１と共通の部分は同符号を適用）に示すように、固体撮像装置の凸部５ａが、凹部１ａの底面を貫通する銅−タングステン合金から成る支持部材１１の上端部であってもよい。この場合、固体撮像素子３の作動時の多量の熱を絶縁基体１の外部へ直接放出させることができ放出の効率が非常によい。その結果、固体撮像素子３の熱破壊や誤動作をなくし所定の性能を発揮させることができる。
なお、銅−タングステン合金から成る支持部材１１は、銅−タングステン合金のインゴット（塊）を圧延加工法や打抜き加工法等の従来周知の金属加工法により所定の形状と成すことによって形成され、絶縁基体１の下面に半田等の接合部材を介して接合される。また、その露出する表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れ、かつ半田等の接合部材との接合性に優れる金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに設けておくのがよく、銅−タングステン合金が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、銅−タングステン合金と接合部材との接合を強固に、かつ容易なものとすることができる。
また、絶縁基体１の上面外周部には、蓋体１０が接合される封止面１０ａが形成されており、この封止面１０ａには、ガラスやサファイア等の透光性材料から成る平板状の蓋体１０が、例えばエポキシ樹脂等の樹脂から成る封止材を介して接合され、それによって絶縁基体１と蓋体１０とから成る容器内部に固体撮像素子３が気密に封止される。
なお、絶縁基体１の封止面１０ａは、例えば機械的研削によりその平坦度が５０μｍ以下となるように平坦化しておくと、封止面１０ａに蓋体１０を封止材を介して接合する際に、両者を極めて気密信頼性高く接合することができる。したがって、封止面１０ａは、その平坦度を５０μｍ以下、望ましくは２０μｍ以下となるように平坦化しておくことが好ましい。
さらに、絶縁基体１の下面と封止面１０ａとの平行度を５０μｍ以下としておくのがよく、絶縁基体１に固体撮像素子３や蓋体１０を固定する際に絶縁基体１の下面を基準として絶縁基体１に固体撮像素子３や蓋体１０を固定することによりこれらを互いに傾きなく正確に配置させることができ、それにより蓋体１０による光の屈折の影響を極めて小さいものとして歪みが極めて少ない画像を得ることが可能になる。
かくして、本発明の固体撮像装置によれば、絶縁基体１の凹部１ａの底面に設けられた凸部５の上面に設置された絶縁基板４の上面の中央部に固体撮像素子３を搭載するとともに、固体撮像素子３の電極３ａを配線導体２にボンディングワイヤ９を介して電気的に接続し、次に絶縁基体１上面の封止面１０ａに透光性材料から成る蓋体１０を封止材を介して接合させることにより絶縁基体１と蓋体１０とから成る容器内部に固体撮像素子３を気密に封止して固体撮像装置となる。そして、固体撮像装置をカメラ等の光学系に対する基準面に当接させて実装することにより、内部に収容する固体撮像素子３の撮像部に被写体の映像を正確に結像させ、それにより正確かつ鮮明な被写体の電子的画像を得ることとなる。
なお、本発明は上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更が可能であることはいうまでもない。
１：絶縁基体
１ａ：凹部
２：配線導体
３：固体撮像素子
３ａ：電極
４：絶縁基板
５：凸部
６：貫通孔
７：接続パッド
８：貫通導体
９：ボンディングワイヤ
１０：蓋体
１１：台座
１ａ：凹部
２：配線導体
３：固体撮像素子
３ａ：電極
４：絶縁基板
５：凸部
６：貫通孔
７：接続パッド
８：貫通導体
９：ボンディングワイヤ
１０：蓋体
１１：台座
Claims (5)
- 上面の中央部に凹部を有する絶縁基体と、前記凹部の内側から外側にかけて形成された配線導体と、前記凹部内に収容され搭載されるとともに前記配線導体に電気的に接続される固体撮像素子とを具備している固体撮像装置において、前記凹部の底面に設けられた凸部の上面に設置された、複数の貫通孔が形成されるとともに上下面の外周部に貫通導体を介して互いに電気的に導通する接続パッドがそれぞれ形成された絶縁基板と、該絶縁基板の上面の中央部に搭載されるとともに裏面の電極が前記絶縁基板の下面側の前記接続パッドに前記貫通孔を通したボンディングワイヤを介して電気的に接続された前記固体撮像素子と、前記絶縁基板の上面側の前記接続パッドと前記配線導体とを電気的に接続する他のボンディングワイヤとを具備していることを特徴とする固体撮像装置。
- 前記凹部は、その底面の前記凸部の周囲に前記絶縁基板を支持する台座が形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記凸部は、前記凹部の底面に載置されたペルチェ素子から成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体撮像装置。
- 前記凸部は、前記凹部の底面に載置された銅−タングステン合金から成る基台であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体撮像装置。
- 前記凸部は、前記凹部の底面を貫通する銅−タングステン合金から成る支持部材の上端部であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体撮像装置。
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