JP4175651B2 - Optical device - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置や、光ピックアップシステムに用いられる受光デバイスや、ホログラムユニットなどの光学デバイスおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a light receiving device used in an optical pickup system, an optical device such as a hologram unit, and a manufacturing method thereof.
近年、ビデオカメラ,デジタルカメラ,デジタルスチルカメラ等に内蔵されている固体撮像装置は、CCD等の撮像素子を絶縁性材料からなる筐体や基台に搭載した状態で、受光領域を透光板で覆ってパッケージされ、パッケージ体として提供される。 2. Description of the Related Art In recent years, solid-state imaging devices built in video cameras, digital cameras, digital still cameras, and the like have a light-receiving region that is a translucent plate with an imaging element such as a CCD mounted on a casing or base made of an insulating material. It is packaged by covering with and provided as a package body.
図8は、特許文献1に記載されている従来の固体撮像装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、従来の固体撮像装置は、箱状の筐体141と、シールガラス147とによって囲まれる内部空間142に撮像素子チップ145を配置して構成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional solid-state imaging device described in
筺体141には、基板部141aの中央部に位置するダイパッド143と、リブ141bの下部に位置するリード144とが埋め込まれている。内部空間142の中央部に配置された撮像素子チップ145は、ダイパッド143の上面に接合されている。
The
リード144は、リブ141bの内側における基板部141aの上面において内部空間142に露出している内部端子部144aと、リブ141bの下方において基板部141aの底面から露出した外部端子部144bを有している。
The
内部端子部144aと撮像素子チップ145のボンディングパッドとが、金属線からなるボンディングワイヤ146によって接続されている。また、リブ141bの上端面に、透明なシールガラス板147が接合されて、撮像素子チップ145を保護するためのパッケージが形成されている。この固体撮像装置は、図8に示されているように、シールガラス板147の側を上方にむけた状態で回路基板上に搭載され、外部端子部144bが回路基板上の電極と接続するために用いられる。
And the bonding pads of the
図示しないが、シールガラス板147の上部には、撮像光学系が組み込まれた鏡筒が、撮像素子チップ145に形成された受光領域との相互位置関係を、所定精度に調整して装着される。撮像動作の際は、鏡筒に組み込まれた撮像光学系を通して、被撮像対象からの光が受光領域に集光され光電変換される。
Is not shown, above the
このような構造の固体撮像装置は、筐体底面に露出した外部端子部144bにより回路基板上の電極と接続されるので、筺体の側面から下方に折れ曲がったアウターリードによる接続を用いた構造に比べて、パッケージの高さや占有面積が小さく、高密度実装に適している。
The solid-state imaging device having such a structure, since it is connected to the electrode on the circuit board by the
また、DVD,CD,MD等の記録媒体との間で情報の書き込み,読み出し,書き換えなどを行なう光ピックアップシステムに用いられる受光デバイスや、光ピックアップ中の複数の要素を一体化したホログラムユニットなどの光学デバイスにおいても、基本的には同様の構成が採用されている。
しかしながら、図8に示される従来の光学デバイスの構造では、固体撮像装置や光ピックアップなどのシステム全体としての集約度が十分でなく、まだ改善の余地がある。 However, in the structure of the conventional optical device shown in FIG. 8, the degree of aggregation of the entire system such as a solid-state imaging device and an optical pickup is not sufficient, and there is still room for improvement.
本発明の目的は、筐体内のスペースを利用して、集約度の高い光学デバイス及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a highly integrated optical device and a method for manufacturing the same by utilizing a space in a housing.
本発明の光学デバイスは、光学素子チップを配置するための筐体の内部空間に、半導体チップと光学素子チップとを順に重ね合わせて配置し、上面の少なくとも一部を露出させた状態でモールドされた複数の配線と、光学素子チップ,半導体チップとをそれぞれ第1,第2の接続部材によって電気的に接続したものである。 The optical device of the present invention is molded in such a manner that a semiconductor chip and an optical element chip are sequentially stacked in an internal space of a housing for arranging the optical element chip, and at least a part of the upper surface is exposed. The plurality of wirings are electrically connected to the optical element chip and the semiconductor chip by the first and second connecting members, respectively.
これにより、光学素子チップとプロセッサ等の大型の半導体チップとを1パッケージ化することができ、集約度の高い光学デバイスを利用してシステム全体の小型化とコストの低減とを図ることができる。 As a result, the optical element chip and a large-sized semiconductor chip such as a processor can be packaged, and the entire system can be miniaturized and the cost can be reduced by using a highly integrated optical device.
光学素子チップの同じ部分(外部接続端子)と複数の配線を接続する複数の第1の接続部材を設けることにより、光学素子チップの外部接続端子の数を低減することができる。 By providing a plurality of first connection members that connect the same portion (external connection terminal) of the optical element chip and a plurality of wirings, the number of external connection terminals of the optical element chip can be reduced.
光学素子チップの一部と半導体チップの一部とを電気的に接続する第3の接続部材をさらに設けることにより、光学素子チップの一部(外部接続端子)に加わる負荷容量が低減され、温度上昇が抑制されるので、消費電流の低減を図ることができる。 By further providing a third connecting member that electrically connects a part of the optical element chip and a part of the semiconductor chip, the load capacity applied to a part of the optical element chip (external connection terminal) is reduced, and the temperature Since the increase is suppressed, the current consumption can be reduced.
光学素子チップが固体撮像素子チップである場合には、半導体チップに少なくともソースフォロワーの少なくとも電流源トランジスタを含む電荷転送回路の後段部を設けることにより、光学素子チップ内での熱の発生源となる後段部が下側の半導体チップに配置されるので、光学素子チップの温度上昇を抑制することができ、よって、光学デバイスの画像特性の向上を図ることができる。 When the optical element chip is a solid-state imaging element chip, it becomes a heat generation source in the optical element chip by providing the semiconductor chip with a subsequent stage of a charge transfer circuit including at least a current source transistor of the source follower. Since the rear stage portion is arranged on the lower semiconductor chip, the temperature rise of the optical element chip can be suppressed, and thus the image characteristics of the optical device can be improved.
半導体チップの電荷転送回路の後段部は、ソースフォロワの駆動トランジスタと電流源トランジスタとを含むことにより、光学素子チップの温度上昇をより効果的に抑制することができ、また、後段部は、複数のソースフォロワを含んでいてもよい。 The rear stage part of the charge transfer circuit of the semiconductor chip includes a drive transistor and a current source transistor of the source follower, so that the temperature rise of the optical element chip can be more effectively suppressed. Source followers.
さらに、半導体チップの電荷転送回路の後段部が光学素子チップの下方に位置しない領域に設けられていることが好ましい。 Further, it is preferable that the rear stage portion of the charge transfer circuit of the semiconductor chip is provided in a region not located below the optical element chip.
基板部は、筒状部と一体的にモールドされていることが好ましい。 The substrate part is preferably molded integrally with the cylindrical part.
本発明の光学デバイスの製造方法は、複数の光学デバイス形成領域を有する共通の基板部と共通の筒状部とを形成し、共通の基板部の上に半導体チップと光学素子チップとを順に重ね合わせて設置した後、共通の筒状部の上に窓部材を取り付け、成形体を切断することにより、分離体を形成する方法である。 The optical device manufacturing method of the present invention forms a common substrate portion having a plurality of optical device formation regions and a common cylindrical portion, and sequentially stacks a semiconductor chip and an optical element chip on the common substrate portion. This is a method of forming a separated body by installing a window member on a common cylindrical portion and cutting the molded body after being installed together.
この方法により、光学素子チップとプロセッサ等の大型の半導体チップとを1パッケージ化してなる,集約度の高い光学デバイスが得られる。 By this method, an optical device having a high degree of integration can be obtained in which an optical element chip and a large-sized semiconductor chip such as a processor are packaged.
成形体を形成する工程では、配線となるリードフレームを封止テープの上に載置した状態で両者のモールド金型に取り付けて、樹脂モールドを行なうことにより、樹脂ばりの発生を抑制することができる。 In the process of forming the molded body, it is possible to suppress the occurrence of resin flash by performing resin molding by attaching the lead frame to be a wiring to both mold dies while being placed on the sealing tape. it can.
共通の基板部と共通の筒状部とは一体的に成形することが好ましい。 The common substrate portion and the common cylindrical portion are preferably formed integrally.
本発明の光学デバイス及びその製造方法によれば、プロセッサ等の大型の半導体チップと光学素子チップとを1パッケージ化した,集約度の高い光学デバイスが得られる。 According to the optical device and the manufacturing method thereof of the present invention, a highly integrated optical device in which a large semiconductor chip such as a processor and an optical element chip are packaged is obtained.
(第1の実施形態)
−光学デバイスの構造−
図1(a),(b)は、順に、第1の実施形態に係る光学デバイスのIA−IA線における断面図及び裏面図である。ただし、図1(a)と図1(b)とは、互いに異なる縮尺で描かれている。同図に示すように、本実施形態の光学デバイスは、一体成形によって形成されたエポキシ樹脂等の熱硬化性または可塑性樹脂からなる筐体10と、透光性部材である窓部材17とによって囲まれる内部空間14に、DSP(Digital Signal Processor)や集積回路等が形成された大型の半導体チップ30と光学素子チップ15とを配置して構成されている。本実施形態においては、光学素子チップ15は、CCD等の固体撮像素子を搭載しており、光学デバイスは、ビデオカメラ,デジタルカメラ,デジタルスチルカメラ等に用いられる固体撮像装置である。
(First embodiment)
-Structure of optical device-
FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a back view, respectively, taken along line IA-IA of the optical device according to the first embodiment. However, FIG. 1A and FIG. 1B are drawn at different scales. As shown in the figure, the optical device of the present embodiment is surrounded by a
ただし、光学素子チップが、固体撮像素子に代えて複数の受光素子を離散的に配置したものや、発光素子だけを搭載したものでもよく、その場合には、光学デバイスは、DVD,CD,MDなどを備えたシステムに用いられる光ピックアップに配置される受光デバイス又は発光デバイスである。 However, the optical element chip may be one in which a plurality of light receiving elements are discretely arranged in place of the solid-state imaging element or one in which only the light emitting element is mounted. In this case, the optical device is a DVD, CD, MD. A light receiving device or a light emitting device disposed in an optical pickup used in a system including the above.
筐体10は、平板状の基板部12と、基板部12の上に存在する矩形枠状のリブ13(筒状部)とからなる。本実施形態においては、両者は一体成形により同じ材料によって形成されるので、図1(a)に破線で示されている境界は実際には存在していないが、両者が分離していてもよい。その場合には、基板部と配線(リードフレーム)とをモールドしてから、リブを取り付けることができる。半導体チップ30は、内部空間14内で、筐体10の基板部12の上に接合部材31によって固着されており、光学素子チップ15は、半導体チップ30の上に接合部材16によって固着されている。
The
窓部材17は、例えばガラスなどの透光性材料からなり、その外周部において接合部材18によって筐体10のリブ13の上端部に固着されている。そして、接合部材により窓部材17とリブ13との間隙が埋められて内部空間14が密封されて、パッケージ体が構成されている。リブ13の高さは、例えば0.2〜1.0mmの範囲であり、リブ13の幅は例えば0.1〜1.0mmの範囲である。パッケージ体全体の厚みは、例えば2mm以下に設定されている。
The
そして、半導体チップ30の大きさは、縦1〜10mm,横1〜10mm,厚さ0.1〜0.4mmの範囲であり、光学素子チップ15の大きさは、縦0.5〜8mm,横0.5〜8mm,厚さ0.1〜0.4mmの範囲である。
The size of the
また、後述する図2(f)に示されるように、基板部12には、外部端子部19aを基板部12から露出させた状態で配線19が埋め込まれており、図1(a)に示す断面には外部端子部19aのみが表れている。本実施形態においては、封止テープを用いたモールド工程を採用しているので、樹脂ばりの発生が抑制されるとともに、外部端子部19aの最下部は基板部12の下面から下方に突出している。ただし、必ずしも封止テープを用いた製造工程を行なう必要はない。配線19の下部には、凹部が設けられているので、凹部の上方は薄肉部(側面端子部)となり配線19の薄肉部(側面端子部)の下方にはモールド樹脂が回り込んでいる。
Further, as shown in FIG. 2F to be described later, wiring 19 is embedded in the
筐体10の各外側面すなわちリブ13の外周面は、基板部12の下面に対して実質的に直交する平面を形成している。筺体10の各外側面すなわちリブ13の内周面は、樹脂成形後の金型の抜けを容易にするため、基板部12の面から窓部材17に向かって開く向きのテーパが形成されている(図示省略)。
Each outer surface of the
図3は、半導体チップ30の上に光学素子チップ15が搭載された状態で、内部空間内に配置されている構造の例を一部を破断して示す斜視図である。図1(a)及び図3に示すように、光学素子チップ15のパッド電極15b(外部接続端子)と各配線19の上面の一部とは、第1の接続部材である第1の金属細線22aによって接続され、半導体チップ30のパッド電極30a(外部接続端子)と配線19の上面の一部とは、第2の接続部材である第2の金属細線22bによって接続され、半導体チップ30のパッド電極30aと光学素子チップ15のパッド電極15bとは、第3の接続部材である第3の金属細線22cによって互いに接続されている。
FIG. 3 is a perspective view showing a part of an example of the structure disposed in the internal space in a state where the
本実施形態によると、内部空間14内に、光学素子チップ15だけでなく、DSP等の大型の半導体チップ30を配置し、半導体チップ30の上に光学素子チップ15をその主面15aを上方に向けた状態で重ねて設置したので、筐体10の内部空間14のスペースを有効に活用して、光学素子チップとプロセッサ等の大型の半導体チップ30とを1パッケージ化することができ、集約度の高い光学デバイスが得られる。また、光学デバイスが組み込まれるカメラや光ピックアップ等のシステム全体の小型化と製造コストの低減とを図ることできる。
According to the present embodiment, not only the
また、図1(a)及び図3に示すように、光学素子チップ15上の1つのパッド電極15bと2つの配線19とを、2つの第1の金属細線22aによって接続しているので、小型化を図りつつ、光学素子チップ15の外部接続端子数の低減を図ることができる。
Further, as shown in FIGS. 1A and 3, one
ただし、光学デバイスにおいて、光学素子チップ15上の1つのパッド電極15bと2つの配線19とを2つの第1の金属細線22aによって接続している部分がなくても、本発明の基本的な効果は得られる。
However, in the optical device, even if there is no portion where one
さらに、光学素子チップ15のパッド電極15bと半導体チップ30のパッド電極30aとを接続する第3の金属細線22cを設けたので、第1の金属細線22aに比べて短い第3の金属細線22cに接続されるパッド電極30aに加わる負荷容量が低減される。したがって、光学素子チップ15において特に大電流が流れるパッド電極30aにこの構造を適用することにより、光学素子チップ15における発熱量を低減することができ、消費電力の低減や画像特性の向上を図ることができる。
Furthermore, since the third metal
ただし、第3の金属細線22cは必ずしも設けなくても、本発明の基本的な効果は得られる。
However, even if the third
−光学デバイスの製造工程−
図2(a)〜(f)は、第1の実施形態に係る光学デバイスの製造工程を示す図1のII−II線における断面図である。ただし、図2(a)〜(e)に示す工程において、2個の光学デバイス形成領域のみが表示されているが、一般には、図2(a)〜(d)に示す工程においては、多数の光学デバイス形成領域を碁盤目状に有するリードフレームを用いて製造工程が進められる。
-Optical device manufacturing process-
2A to 2F are cross-sectional views taken along the line II-II in FIG. 1 illustrating the manufacturing steps of the optical device according to the first embodiment. However, in the steps shown in FIGS. 2A to 2E, only two optical device formation regions are displayed. Generally, in the steps shown in FIGS. The manufacturing process proceeds using a lead frame having the optical device forming region in a grid pattern.
まず、図2(a)に示す工程で、配線パターンが形成されたリードフレーム19xを封止テープ20の上に載置する。リードフレーム19xは、大部分がハーフエッチ又はプレスによって下部に凹部が設けられ、外部端子部19aとなる部分だけが、凹部の底面から下方に突出した構造となっている。
First, the
次に、図2(b)に示す工程で、モールド工程を行なう。すなわち、リードフレーム19xに封止テープ20を取り付けたものを、モールド金型に装着し、ガラスエポキシ樹脂などのモールド樹脂をモールド金型のダイキャビティに充填して、リードフレーム19xの外部端子部19a以外の部分をモールド樹脂内に埋め込んで、多数の光学デバイスに共通の基板部12xと、相隣接する2つの光学デバイスのリブ13の幅と切断幅を見込んだ厚さの共通のリブ13xとを有する共通の筐体である成形体10xを形成する。図示を省略するが、モールド金型の各ダイキャビティは、共通の基板部12xと共通のリブ13xを形成するための空間形状を有している。
Next, a molding process is performed in the process shown in FIG. That is, the
次に、図2(c)に示す工程で、封止テープ20を成形体10xから剥がした後、成形体10xの内部空間14内において、基板部12の上に、半導体チップ30を搭載し、さらに半導体チップ30の上に光学素子チップ15をその受光領域15aを上方に向けて搭載する。そのとき、基板部12の上面と半導体チップ30の下面との間に接合部材31を、半導体チップ30の上面と光学素子チップ15の下面との間に接合部材16をそれぞれ介在させる。その後、半導体チップ30の各パッド電極(図示せず)と各配線19の上面の一部とを第1の金属細線22aにより接続し、光学素子チップ15の各パッド電極(図示せず)と各配線19の上面の一部とを第2の金属細線22bにより接続し、半導体チップ30及び光学素子チップ15のパッド電極同士を第3の金属細線22cによって接続する(ワイヤボンディング工程)。
Next, in the step shown in FIG. 2 (c), after peeling off the sealing
次に、図2(d)に示す工程で、成形体10xのリブ13の上面に内部空間14を覆うガラスからなる窓部材17を載置して、シール樹脂18によって窓部材17とリブ13との間隙を埋め、内部空間14を密封する。
Next, in the step shown in FIG. 2D, a
次に、図2(e)に示す工程で、ブレードにより、成形体10xの相隣接する光学デバイス形成領域の境界となるリブ13の中央部を切断して、成形体10xから個々の光学デバイス(分離体)を形成する。このとき、各光学デバイスの内部空間14内には、半導体チップ30と光学素子チップ15とが重ね合わされた状態で配置されている。以上の工程により、図2(f)に示すような,DSP等の半導体チップと光学素子とが1パッケージ化された光学デバイスが得られる。
Next, in the step shown in FIG. 2E, the central portion of the
本実施形態の製造方法によると、図2(c)に示す工程で、内部空間14内に、DSP等の半導体チップ30と光学素子チップ15とを重ね合わせて配置したので、DSP等の半導体チップと光学素子チップとを1パッケージ化することができ、光学デバイスの集約度の向上により、システム全体の小型化とコストの低減とを図ることができる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, since the
以上の説明では、隣接する筐体を形成するリブを一本に合体させて形成する例を示したが、隣接する各リブを分離して形成する方法を採用する場合であっても、本実施形態の製造方法を適用して、同様の効果を得ることが可能である。 In the above description, an example has been shown in which the ribs forming the adjacent housings are combined into one, but this embodiment is implemented even when a method of forming the adjacent ribs separately is employed. It is possible to obtain the same effect by applying the manufacturing method of the form.
なお、第1の実施形態における製造工程においては、リードフレームを封止テープの上に載置した状態でモールド工程を行なったが、必ずしも封止テープを用いる必要はない。ただし、封止テープを用いた場合には、リードフレームの上下面を、上金型および下金型でクランプすることにより、金型面とリードフレームの上下面が密着した状態を安定して得ることができる。その結果、成形による樹脂ばりの発生が効果的に抑制されるとともに、外部端子部が封止樹脂から突出した構造が得られるので、光学デバイスをマザーボードに取り付ける際の半田接合が容易になるなど、実装の容易化,迅速化を図ることができる。 In the manufacturing process according to the first embodiment, the molding process is performed in a state where the lead frame is placed on the sealing tape, but the sealing tape is not necessarily used. However, when the sealing tape is used, the upper and lower surfaces of the lead frame are clamped with the upper mold and the lower mold, so that the mold surface and the upper and lower surfaces of the lead frame are stably obtained. be able to. As a result, the occurrence of resin burrs due to molding is effectively suppressed, and a structure in which the external terminal portion protrudes from the sealing resin is obtained, so that soldering when mounting the optical device to the motherboard becomes easy. Implementation can be facilitated and speeded up.
(第2の実施形態)
図4(a),(b)は、順に、第2の実施形態に係る光学デバイスのIVA−IVA線における断面図及び裏面図である。ただし、図4(a)と図4(b)とは、互いに異なる縮尺で描かれている。
(Second Embodiment)
4A and 4B are a cross-sectional view and a back view, respectively, taken along line IVA-IVA of the optical device according to the second embodiment. However, FIG. 4A and FIG. 4B are drawn at different scales.
同図に示すように、本実施形態の光学デバイスは、一体成形によって形成されたエポキシ樹脂等の熱硬化性または可塑性樹脂からなる筐体10と、透光性部材であるホログラム35とによって囲まれる内部空間14に、DSP(Digital Signal Processor)等の大型の半導体チップ30と光学素子チップ15とを配置して構成されている。本実施形態においては、光学素子チップ15は、発光ダイオードなどの発光素子15cと受光素子15dとを搭載して構成されており、光学デバイスは、DVD,CD,MDなどを備えたシステムに用いられる光ピックアップ中の複数の要素を組み込んだホログラムユニットである。
As shown in the figure, the optical device of the present embodiment is surrounded by a
筐体10は、平板状の基板部12と、基板部12の上に存在する矩形枠状のリブ13(筒状部)とからなる。本実施形態においては、両者は一体成形により同じ材料によって形成されるので、図4(a)に破線で示されている境界は実際には存在していないが、両者が分離していてもよい。その場合には、基板部と配線(リードフレーム)とをモールドしてから、リブを取り付けることができる。半導体チップ30は、内部空間14内で、筐体10の基板部12の上に接合部材31によって固着されており、光学素子チップ15は、半導体チップ30の上に接合部材16によって固着されている。また、半導体チップ30のパッド電極,ならびに光学素子チップ15の発光素子15c及び受光素子15dの各電極パッド(図示せず)と、各配線19の上面の一部とは、各々金属細線22によって互いに接続されている。また、図示されていないが、金属細線22の中には、半導体チップ30のパッド電極と、光学素子チップ15の発光素子15c又は受光素子15dの各電極パッドとを互いに接続するものがあってもよい。
The
ホログラム35は、例えば光学用樹脂などの透光性材料からなる本体部35aと、本体部35aの上面に設けられたホログラム領域35bとを有している。ホログラム35の本体部35aの外周部において接合部材18によって筐体10のリブ13の上端部に固着されている。そして、接合部材によりホログラム35とリブ13との間隙が埋められて内部空間14が密封されて、パッケージ体が構成されている。リブ13の高さは、例えば0.1〜2mmの範囲であり、リブ13の幅は例えば0.1〜0.5mmの範囲である。ホログラム35の高さは例えば1〜10mmの範囲である。
そして、半導体チップ30の大きさは、縦1〜20mm,横1〜20mm,厚さ0.05〜0.5mmの範囲であり、光学素子チップ15の大きさは、縦0.5〜10mm,横0.5mm〜10mm,厚さ0.05mm〜0.5mmの範囲である。
The size of the
また、第1の実施形態における図2(f)に示されるように、基板部12には、外部端子部19aを基板部12から露出させた状態で配線19が埋め込まれており、図4(a)に示す断面には外部端子部19aのみが表れている。本実施形態においては、封止テープを用いたモールド工程を採用しているので、樹脂ばりの発生が抑制されるとともに、外部端子部19aの最下部は基板部12の下面から下方に突出している。ただし、必ずしも封止テープを用いた製造工程を行なう必要はない。配線19の下部には、凹部が設けられているので、凹部の上方は薄肉部(側面端子部)となり配線19の薄肉部(側面端子部)の下方にはモールド樹脂が回り込んでいる。
Further, as shown in FIG. 2F in the first embodiment, wiring 19 is embedded in the
筐体10の各外側面すなわちリブ13の外周面は、基板部12の下面に対して実質的に直交する平面を形成している。筺体10の各外側面すなわちリブ13の内周面は、樹脂成形後の金型の抜けを容易にするため、基板部12の面からホログラム35に向かって開く向きのテーパが形成されている(図示省略)。
Each outer surface of the
本実施形態においても、半導体チップ30の上に光学素子チップ15が搭載されたときの金属細線の形成状態は、第1の実施形態における図3に示す通りである。また、本実施形態の半導体装置の構造は、図2(a)〜(f)に示される製造工程と基本的に同じ工程によって形成される。
Also in this embodiment, the formation state of the thin metal wire when the
本実施形態によると、内部空間14内に、光学素子チップ15だけでなく、DSP等の大型の半導体チップ30を配置し、半導体チップ30の上に光学素子チップ15をその主面15aを上方に向けた状態で重ねて設置したので、筐体10の内部空間14のスペースを有効に活用して、光学素子チップとプロセッサ等の大型の半導体チップ30とを1パッケージ化することができ、集約度の高い光学デバイスが得られる。また、光学デバイスが組み込まれるカメラ等のシステム全体の小型化と製造コストの低減とを図ることできる。
According to the present embodiment, not only the
なお、上記第1,第2の実施形態においては、半導体チップ30,光学素子チップ15の各パッド電極の信号接続を金属細線を介して行なったが、本発明は斯かる第1の実施形態に限定されるものではなく、バンプを介した接続、スルーホールを介した接続などを用いることも可能である。
In the first and second embodiments, the signal connection of each pad electrode of the
(第3の実施形態)
本実施形態に係る光学デバイスの外観的構造は、第1の実施形態における図1〜図3に示すとおりであり、説明を省略する。
(Third embodiment)
The external structure of the optical device according to the present embodiment is as shown in FIGS. 1 to 3 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図5は、第3の実施形態における光学素子チップ及び半導体チップに跨る固体撮像装置の構成を概略的に示す図である。同図に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、行列状(垂直方向及び水平方向)に配列された複数の光電変換素子(図示せず)及びカラーフィルタR,Gr,Bを有する固体撮像素子51を備えている。また、固体撮像装置は、光電変換により各固体撮像素子51に蓄積された電荷を垂直方向に転送する,多数の電荷転送ゲートV1〜V6を配置した垂直転送段52と、各垂直転送段52から転送された各固体撮像素子の電荷を水平方向に転送する,転送ゲートH1,H2を交互に配置した水平転送段53と、水平転送段53から転送された電荷を画像処理回路に出力する出力アンプ54とからなる電荷転送回路を備えている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a solid-state imaging device straddling an optical element chip and a semiconductor chip in the third embodiment. As shown in the figure, the solid-state imaging device of this embodiment includes a plurality of photoelectric conversion elements (not shown) and color filters R, Gr, and B arranged in a matrix (vertical direction and horizontal direction). An
図6は、出力アンプ54の一部を示す電気回路図である。同図に示すように、出力アンプ54は、ドレインに電源電圧VDDを受け、ゲートに入力信号を受ける駆動トランジスタ54Aと、ソースに接地電位VSSを受け、ゲートに定電圧を受ける電流源トランジスタ54Bとを備えている。そして、駆動トランジスタ54Aのソースと電流源トランジスタ54Bのドレインとは、共通の出力ノードNOUTに接続されていて、出力ノードNOUTは、半導体チップ30内に配置されている画像処理回路に接続されている。図6には、1段(1対)の駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bしか示されていないが、複数段(複数対)の駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが設けられていてもよい。
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a part of the
そして、出力アンプ54,特に電流源トランジスタ54Bには大電流が流れるために発熱が大きく、従来の光学素子チップにおいては、出力アンプに近い固体撮像素子の温度が高くなって、画像にシェーディングなどの現象を引き起こすおそれがあった。
Since a large current flows through the
それに対し、本実施形態においては、後に詳しく説明するように、固体撮像装置において特に大きい熱発生源となる電流源トランジスタの少なくとも1つを含む電荷転送回路の後段部が主要部から分かれて半導体チップ30に配置され、電流源トランジスタで発生した熱が基台(本実施形態では、基板部12)側に速やかに逃されるので、光学素子チップ15における温度上昇を抑制することができる。
On the other hand, in the present embodiment, as will be described in detail later, the rear stage portion of the charge transfer circuit including at least one current source transistor that is a particularly large heat generation source in the solid-state imaging device is separated from the main portion to form a semiconductor chip. Since the heat generated by the current source transistor is quickly released to the base (
図7(a)〜(c)は、光学素子チップ15及び半導体チップ30の出力アンプ54中のソースフォロワ回路の配置形態を変化させた例を示す図である。
7A to 7C are diagrams showing examples in which the arrangement of the source follower circuits in the
図7(a)に示す例では、ソースフォロワ回路のうち電流源トランジスタ54Bのみ(電荷転送回路の後段部)が半導体チップ30に配置され、駆動トランジスタ54A及びその他の要素(電荷転送回路の主要部)は光学素子チップ15に配置されている。すなわち、この例では、電流源トランジスタ54Bが電荷転送回路の後段部に相当する。そして、光学素子チップ15の駆動トランジスタ54Aにつながるパッド電極15bと、半導体チップ30の電流源トランジスタ54Bにつながるパッド電極30aとが第3の金属細線22cにより接続されている。ソースフォロワ回路に複数段の駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが設けられている場合には、最終段の電流源トランジスタ54Bのみが半導体チップ30に配置されていればよい。
In the example shown in FIG. 7A, only the
また、その場合に、複数段の駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bのうち全ての電流源トランジスタ54Bが半導体チップ30に配置され、全ての駆動トランジスタ54Aが光学素子チップ15に配置されていてもよい。例えば、半導体チップ30の各電流源トランジスタ54Bにそれぞれ接続されているすべてのパッド電極30aが半導体チップ30上で配線によって直列に接続され、光学素子チップ15の各駆動トランジスタ54Aにそれぞれ接続されているパッド電極15bと、半導体チップ30の各電流源トランジスタ54Bにそれぞれ接続されているパッド電極30aとが、それぞれ第3の金属細線22cによって接続されていればよい。この場合には、全ての電流源トランジスタ54Bが電荷転送回路の後段部であり、電荷転送回路のうち全ての電流源トランジスタ54Bを除く部分が電荷転送回路の主要部である。
In this case, all the
図7(b)に示す例では、ソースフォロワ回路のうち駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが半導体チップ30に配置され、他の要素は光学素子チップ30に配置されている。ソースフォロワ回路に複数段の駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが設けられている場合には、最終段の駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bのみが半導体チップ30に配置されていてもよいし、すべての駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが半導体チップ30に配置されていてもよいし、何段かの駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが半導体チップ30に配置されていてもよい。この場合には、半導体チップ30上に配置された駆動トランジスタ54A及び電流源トランジスタ54Bが電荷転送回路の後段部であり、電荷転送回路のうちこれらを除く部分が電荷転送回路の主要部である。
In the example shown in FIG. 7B, the
図7(c)に示す例では、出力アンプが2箇所に設けられていて、各出力アンプのソースフォロワ回路の少なくとも1つの電流源トランジスタ54Bがそれぞれ半導体チップ30に配置されている。この配置の形態は、図7(a)及びその説明に示す形態であってもよいし、図7(b)及びその説明に示す形態であってもよい。このように、出力アンプが複数箇所に設けられている場合には、半導体チップ30において、出力アンプの数(ソースフォロワ回路の数)と同数の箇所に少なくとも1つの電流源トランジスタ54Bが配置されていればよい。
In the example shown in FIG. 7C, output amplifiers are provided at two locations, and at least one
また、図7(a)〜(c)に示す構成において、少なくとも電流源トランジスタ54Bは、半導体チップ30のうち光学素子チップ15の直下方に位置する領域を除く領域に配置されていることにより、光学素子チップ15への熱の影響をより確実に回避することができる。
In the configuration shown in FIGS. 7A to 7C, at least the
ただし、電流源トランジスタ54Bが半導体チップ30上で光学素子チップ15の下方に位置する領域に配置されていても、光学素子チップ15内の固体撮像素子に悪影響を及ぼさなければよい。その場合、光学素子チップ15における温度分布を均一化できる位置(例えばセンター位置)や、光学素子チップ15の固体撮像素子にほとんど影響を与えない位置(例えば周辺位置)に配置されていることが好ましい。特に、光学素子チップ15と半導体素子チップ30とがほぼ同じ大きさで、金属細線ではなくスルーホールを介して光学素子チップ15と半導体素子チップ30との各パッド電極が接続されている場合には、この構成を採用することができる。
However, even if the
また、第3の実施形態における光学デバイスの構造は、図1に示す構造には限られない。例えば、筐体が開口部を有する基台だけで構成されていて、半導体チップ及び光学素子チップにより開口部の下方を塞ぎ、ガラス窓などの透光性部材によって開口部の上方を塞ぐ構成を有していたり、半導体チップが金属板上に搭載され、その上に光学素子チップが搭載された構造を有していてもよい。すなわち、第3の実施形態は、半導体チップの上に固体撮像素子チップが搭載されている構造を有する光学デバイス全般に適用することができる。 Further, the structure of the optical device in the third embodiment is not limited to the structure shown in FIG. For example, the housing is composed only of a base having an opening, and the lower part of the opening is closed by a semiconductor chip and an optical element chip, and the upper part of the opening is closed by a translucent member such as a glass window. It may have a structure in which a semiconductor chip is mounted on a metal plate and an optical element chip is mounted thereon. That is, the third embodiment can be applied to all optical devices having a structure in which a solid-state imaging device chip is mounted on a semiconductor chip.
本発明に係る光学デバイスは、ビデオカメラ,デジタルカメラ,デジタルスチルカメラ等の部品、あるいは、DVD,CD,MDなどを利用するシステムの光ピックアップに利用することができる。 The optical device according to the present invention can be used for components such as a video camera, a digital camera, a digital still camera, or an optical pickup of a system using a DVD, CD, MD, or the like.
10 筐体
12 基板部
12x (共通の)基板部
13 リブ
13x (共通の)リブ
14 内部空間
15 光学素子チップ
15a 主面
15b パッド電極
16 接合部材
17 窓部材
18 シール樹脂
19 配線
19a 外部端子部
20 封止テープ
22 金属細線
22a 第1の金属細線
22b 第2の金属細線
22c 第3の金属細線
30 半導体チップ
31 接合部材
35 ホログラム
35a 本体部
35b ホログラム領域
51 固体撮像素子
52 垂直転送段
53 水平転送段
54 出力アンプ
54A 駆動トランジスタ
54B 電流源トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
上記筐体の上記筒状部の入光方向に対峙する主面に取り付けられた透光性部材と、
上記筐体の上記基板部に設置された半導体チップと、
主面を上記透光性部材に向けて上記半導体チップの上に重ねて設置された光学素子チップと、
上記筐体の上記基板部によって、上面の一部、下面の一部、及び側面の一部を露出させた状態でモールドされた複数の配線と、
上記複数の配線のうちの1つと上記光学素子チップの一部とを電気的に接続する第1の接続部材と、
上記複数の配線のうちの他の1つと上記半導体チップの一部とを電気的に接続する第2の接続部材とを備え、
上記複数の配線は、
その上面が上記空間に露出して成る複数の内部端子部と、
上記複数の内部端子部と対応して配置され、その下面が上記筐体の上記基板部の底面に露出して成る複数の外部端子部と、
その側面が上記筐体の上記基板部の側面に露出し、その下面が上記筐体の上記基板部の樹脂により覆われて成る複数の側面端子部とを有している光学デバイス。 A housing that surrounds the space and includes a substrate portion and a cylindrical portion;
A translucent member attached to a main surface facing the light incident direction of the cylindrical portion of the housing;
A semiconductor chip installed on the substrate portion of the housing;
An optical element chip placed on the semiconductor chip with the main surface facing the translucent member;
A plurality of wirings molded in a state in which a part of the upper surface, a part of the lower surface, and a part of the side surface are exposed by the substrate portion of the housing;
A first connecting member for electrically connecting one of the plurality of wirings and a part of the optical element chip;
A second connecting member for electrically connecting another one of the plurality of wirings and a part of the semiconductor chip;
The plurality of wirings are
A plurality of internal terminal portions whose upper surfaces are exposed in the space;
A plurality of external terminal portions that are arranged corresponding to the plurality of internal terminal portions and whose lower surfaces are exposed on the bottom surface of the substrate portion of the housing;
An optical device having a plurality of side surface terminal portions, the side surfaces of which are exposed on the side surfaces of the substrate portion of the housing, and the lower surfaces of which are covered with the resin of the substrate portion of the housing.
上記光学素子チップの上記一部ともう1つの配線とを電気的に接続するもう1つの第1の接続部材をさらに備えている,光学デバイス。 The optical device according to claim 1.
An optical device, further comprising: another first connection member that electrically connects the part of the optical element chip and another wiring.
上記光学素子チップの一部と上記半導体チップの一部とを電気的に接続する第3の接続部材をさらに備えている,光学デバイス。 The optical device according to claim 1 or 2,
An optical device further comprising a third connecting member for electrically connecting a part of the optical element chip and a part of the semiconductor chip.
上記光学素子チップは、複数の画素及び電荷転送回路の主要部とを有する固体撮像素子チップであり、
上記半導体チップには、ソースフォロワー回路の電流源トランジスタを含む上記電荷転送回路の後段部が設けられており、
上記第3の接続部材は、上記光学素子チップ上の電荷転送回路の主要部と、上記半導体チップ上の電荷転送回路の後段部とを接続する,光学デバイス。 The optical device according to claim 3.
The optical element chip is a solid-state imaging element chip having a plurality of pixels and a main part of a charge transfer circuit,
In the semiconductor chip, second part is provided in the charge transfer circuit comprising a current source transistor of the source over the scan follower circuit,
The third connection member is an optical device that connects a main part of the charge transfer circuit on the optical element chip and a rear stage part of the charge transfer circuit on the semiconductor chip.
上記基板部は、上記筒状部と一体的にモールドされている,光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 4,
The optical device, wherein the substrate portion is molded integrally with the cylindrical portion.
上記透光性部材は、ホログラムであり、
上記光学素子チップは、受光素子と発光素子とを搭載している,光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 3,
The translucent member is a hologram,
The optical element chip is an optical device on which a light receiving element and a light emitting element are mounted.
上記基台のうち半導体チップ搭載領域の周縁領域に、上面の一部、下面の一部、及び側面の一部を露出させた状態でモールドされた複数の配線と、
主面を上方に向けて上記半導体チップの上に重ねて設置され、複数の画素及び電荷転送回路の主要部とを有する固体撮像素子チップと、
上記半導体チップに設けられ、ソースフォロワー回路の電流源トランジスタを含む上記電荷転送回路の後段部と、
上記光学素子チップの電荷転送回路上の主要部と上記半導体チップの電荷転送回路の後段部とを接続する接続部材とを備え、
上記複数の配線は、
その上面が上記基台の半導体チップ搭載側に露出して成る複数の内部端子部と、
上記複数の内部端子部と対応して配置され、その下面が上記基台の底面に露出して成る複数の外部端子部と、
その側面が上記基台の側面に露出し、その下面が上記基台の樹脂により覆われて成る複数の側面端子部とを有している光学デバイス。 A semiconductor chip fixed to the base;
A plurality of wirings molded in a state in which a part of the upper surface, a part of the lower surface, and a part of the side surface are exposed in the peripheral region of the semiconductor chip mounting region of the base;
A solid-state imaging device chip that is disposed on the semiconductor chip with the main surface facing upward and has a plurality of pixels and a main part of a charge transfer circuit;
Provided in the semiconductor chip, and the second part of the charge transfer circuit comprising a current source transistor of the source over the scan follower circuit,
A connecting member for connecting a main part on the charge transfer circuit of the optical element chip and a rear stage part of the charge transfer circuit of the semiconductor chip;
The plurality of wirings are
A plurality of internal terminal portions whose upper surfaces are exposed on the semiconductor chip mounting side of the base,
A plurality of external terminal portions that are arranged corresponding to the plurality of internal terminal portions, and whose lower surfaces are exposed on the bottom surface of the base;
An optical device having a plurality of side surface terminal portions whose side surfaces are exposed on the side surfaces of the base and whose lower surfaces are covered with the resin of the base.
上記半導体チップの電荷転送回路の後段部は、ソースフォロワの駆動トランジスタと電流源トランジスタとを含む,光学デバイス。 The optical device according to claim 7.
An optical device, wherein a rear stage portion of the charge transfer circuit of the semiconductor chip includes a source follower driving transistor and a current source transistor.
上記半導体チップの電荷転送回路の後段部は、複数のソースフォロワを含む,光学デバイス。 The optical device according to claim 7 or 8,
An optical device, wherein a rear stage portion of the charge transfer circuit of the semiconductor chip includes a plurality of source followers.
上記半導体チップは、上記光学素子チップよりも大きい面積を有しており、
上記半導体チップの電荷転送回路の後段部は、上記半導体チップのうち上記光学素子チップの下方に位置しない領域に設けられている,光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 7 to 9,
The semiconductor chip has a larger area than the optical element chip,
An optical device, wherein a rear stage portion of the charge transfer circuit of the semiconductor chip is provided in a region of the semiconductor chip that is not located below the optical element chip.
上記配線はリードフレームである,光学デバイス。 In the optical device according to any one of claims 1 to 10,
The above wiring is a lead frame, an optical device.
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