JP4178890B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子、この固体撮像素子を備えた固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に固体撮像装置に用いられる固体撮像素子は、幾つもの半導体製造工程を経た半導体ウェハからダイシング法などにより各チップ状即ち個片に切断して分離される。このようにして得られた固体撮像素子は、平板状に形成されると共に、厚さが300μm程度あって、リジットな形状特性(堅くて変形しない特性)を有している。また、複数の固体撮像素子の主面に形成される撮像面は、この主面に沿って平面状態を有する形で配置されている。
【0003】
一方、固体撮像素子上(撮像面)で被写体を結像させるには、結像光学系が必要となる。結像光学系には結像レンズが組み込まれ、この結像レンズによって、固体撮像素子上に被写体が結像される。
【0004】
一般に、結像レンズで被写体を結像させた場合、像面湾曲と呼ばれるレンズ収差現象によって、撮像面の中心部と周辺部において焦点位置のずれが発生する。即ち、図14に示すように、固体撮像素子134上に、結像レンズ132と絞り131を備えた結像光学系133を配置した構成において、撮像面の中心部に焦点を合わせると、周辺部では空中で焦点を結ぶという不具合が生じる。その結果、画像の中心部と周辺部とで画質が不均一になるなど、撮像特性の劣化を招くことになる。
【0005】
このような不具合に対して結像レンズを複数枚組み合わせるなどの手段により、レンズ収差の補正を行っている。ただ、この結像レンズを複数枚組合せる方法では、結像レンズを含む結像光学系の設計に大きな負担が掛かることや、充分にレンズ収差を補正しきれないなどの理由によって、画質の劣化を招く恐れがあった。
【0006】
そこで、固体撮像素子を湾曲させた形状で固定することによって、結像光学系で発生するレンズ収差を補正する方法が、特開2001−156278,特開2001−284564において、提案されている。
【0007】
図8〜図10は、特開2001ー284564号に記載された固体撮像装置の例である。図8の固体撮像装置41は、保持部材42の上面に湾曲支持部(凸部)43を一体に形成し、この保持部材42に固体撮像素子44を撮像面が上向きとなるように保持して構成される。固体撮像素子44は、その形状的な可撓性により保持部材42の上面と湾曲支持部43にそれぞれ当接するようにして湾曲形状に保持される。
図9の固体撮像装置45は、保持部材42の上面に段状の凹部46を一体に形成し、その凹部底面46aと湾曲支持部となる保持部材42上面とに固体撮像素子44を当接させるようにして固体撮像素子44を湾曲形状に保持して構成される。
図10の固体撮像装置47は、保持部材42の凹部底面(階段状の包絡線が湾曲面)48に連通孔49を設けて置き、固体撮像素子44を保持部材42上に配置した状態で連通孔49からエアーを吸引することにより、固体撮像素子44を湾曲形状に保持して構成される。
【0008】
図11〜図12は、特開2001ー156278号に記載された固体撮像装置の例である。この固体撮像装置21は、所要の円筒面状の底面22を有するパッケージ23を設け、パッケージ23の底面22に沿うように撮像面24が上向きとなる湾曲形状の固体撮像素子25を配置し、パッケージ23の上部に透明ガラスカバー26を配置して構成される。固体撮像素子25は、平面からみて長方形をなし、長辺側が湾曲され、その湾曲した長辺側に沿って例えばAlによる電極パッド27が配列されている。この固体撮像素子25の電極パッド27に対応して、パッケージ23側の電極パッド31も長辺方向に配列され、互いに対応する電極パッド27と31間が例えばAu細線32によりワイヤーボンディングされて接続される。なお、図示せざるもパッケージ23の外側に電極パッド31と電気的に接続された外部リードが導出される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、円筒面状または球面状に湾曲した固体撮像素子を固定した固体撮像装置においては、次のような問題点があった。
【0010】
上記の固体撮像素子は、例えば、撮像素子を作成した半導体基板(Si基板)の裏面を通常BGR(Back Grinder)と呼ばれている機械的研磨並びに化学的研磨法により、例えば、(30μm程度)の薄さに研磨することで可撓性を持たせて撮像面を湾曲させる。この湾曲した撮像面をパッケージ面に固定するとき、撮像面に歪み(うねり)が発生し、パッケージ面と固体撮像素子裏面との間にも、その歪み(うねり)による隙間が発生する。このため、超音波圧着法によるワイヤーボンディング時に超音波が拡散されてしまい、ボンディング不着が発生する。また、上記の隙間によって、ワイヤーボンディング時の超音波衝撃から電極パッドの剥れや割れなどを生じる。超音波の衝撃が大きい場合は、撮像素子の亀裂(割れ)に発展することも起こり得る。
【0011】
一方、通常の平板状の固体撮像素子の電極パッドへのAu細線のワイヤーボンディングは、各電極パッドの高さ位置が一定しているので、略均一な接合強度(シェア強度)を有している。しかし、湾曲した固体撮像素子の電極パッドへのワイヤーボンディングを通常のワイヤーボンディング装置を用いて行った場合、電極パッド27の傾斜角θ(図15参照)が徐々に変化するために、特に傾斜角θが大きくなる外側の電極パッド27とAu細線32間のシェア強度は許容値より低くなり、接続が不十分になることが判明した。また、各電極パッドの高さ位置が変化するので、電極パッドの位置認識が困難になり、安定したワイヤーボンディングが行い難い。
【0012】
本発明は、上述の点に鑑み、撮像面を円筒面状に湾曲した固体撮像素子の電極パッドへの電気的接続を安定して行えるようにし、品質の安定化、歩留りの向上を図った固体撮像素子、この固体撮像素子を備えた固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列された構成とする。固体撮像素子としては、撮像面を有する撮像チップ全体を円筒面状に湾曲させることができる。
【0014】
本発明の固体撮像素子においては、湾曲されていない水平方向に固体撮像素子の電極パッドを配列することにより、各電極パッドの高さ位置、傾斜角度が同じになり、各電極パッドに対して安定した電気的接続が可能になる。
【0015】
本発明に係る固体撮像装置は、少なくとも撮像面が円筒面状に湾曲され、電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列された固体撮像素子を備え、この電極パッドに電気的接続がなされた構成とする。
本発明の固体撮像装置においては、固体撮像素子の電極パッドが湾曲されない方向に沿って配列されるので、各電極パッドの高さ位置、傾斜角度が同じになり、各電極パッドに対して安定した電気的接続が可能になる。従って、この種の固体撮像装置の高品質化、高歩留り化が可能になる。
【0016】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子の少なくとも撮像面を円筒面状に湾曲し、電極パッドを湾曲されない方向に沿って配列する工程を有する。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子の少なくとも撮像面を円筒面状に湾曲し、電極パッドを湾曲されない方向に沿って配列する工程と、固体撮像素子をパッケ−ジに収容する工程と、固体撮像素子の電極パッドとパッケージ側の電極パッドとを電気的に接続する工程とを有する。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子の少なくとも撮像面を円筒面状に湾曲し、電極パッドを湾曲されない方向に沿って配列する工程と、この電極パッドをTABボンディングで外部接続する工程とを有する。
本発明の固体撮像装置の製造方法においては、固体撮像素子の電極パッドを湾曲されない方向に沿って配列する工程を有するので、各電極パッドの高さ位置、傾斜角度を同じにすることができる。従って、その後の、固体撮像素子をパッケ−ジに収容して固体撮像素子の電極パッドとパッケージ側の電極パッドとの電気的接続工程、あるいはTABボンディングで外部接続する工程において、固体撮像素子の電極パッドに対して安定した電気的接続ができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0018】
図1〜図3は、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法の一実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置1は、撮像面3を有し少なくとも撮像面3が円筒面状に湾曲した固体撮像素子2と、この固体撮像素子2を収容したパッケージ4とから構成される。本例の固体撮像素子2は、長方形をなす撮像チップの全体を長辺方向に沿って円筒面状に湾曲して構成される。この固体撮像素子2は、結像光学系で発生するレンズ収差(像面湾曲)を補正するように、所要の曲率の円筒面状に湾曲され、特に、複数の例えばAlによる電極パッド5が湾曲されない方向、即ち短辺方向に沿って配列されて成る。電極パッド5は撮像面3を挟んで両側に配置される。
【0019】
湾曲した固体撮像素子2は、例えば、基板裏面を化学的機械的研磨法(BGR法)等により可撓性を有する薄さ、例えば100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは20μm以下の厚みに形成し、撮像面3の端部と中央部との高さの差Δhが約100μm程度となるように円筒面状に湾曲して形成することができる。
【0020】
固体撮像素子2としては、例えばCCD撮像素子、CMOS撮像素子、その他等を適用することができる。
【0021】
パッケージ4は、例えばセラミック材からなり、固体撮像素子2を配置する底面4aの全体が固体撮像素子2と同じ曲率の円筒面状に形成さて成る。パッケージ4内の一方の相対向する両内側壁に段差部6〔6A,6B〕が形成され、この段差部6A,6Bの上面に夫々固体撮像素子2の電極パッド5と電気的に接続される例えばAlによる電極パッド7が形成される。なお、図示せざるもパッケージ4の外側には、電極パッド7と電気的に接続された外部リードが導出されている。
【0022】
固体撮像素子2は、その裏面を底面4aに当接するようにパッケージ4内の配置された状態で、金属細線、例えばAu細線8によるワイヤーボンディングにより、撮像素子2の電極パッド5とパッケージ4の電極パッド7間が電気的に接続される。そして、パッケージ4の上部が透明カバー部材、例えば平板状のカバーガラス9で封止される。
【0023】
本実施の形態によれば、円筒面状に湾曲された固体撮像素子2の電極パッド5のレイアウトを、湾曲されない方向、本例では短辺方向に配置することにより、各電極パッド5の高さ位置、傾斜角度が変化せず同一になり、各電極パッド5に対して同じ条件で容易に且つ安定したワイヤーボンディングを行うことができる。図2に示すように、電極パッド5も傾斜しているが、一定の条件で傾斜した電極パッド5に対して専用のボンディング条件を設定すれば、安定した規定以上のシェア強度が確保でき、良好なワイヤーボンディングができる。各電極パッド5の高さ位置が同じであるので、ボンディング時での電極パッドの位置認識も容易である。従って、従来の安価なワイヤーボンディング技術が使え、固体撮像装置としてコストダウンできると同時に安定した品質が確保できる。
【0024】
なお、従来のワイヤーボンディング装置を用いる以外に、一定に傾いた電極パッドに対してボンディング条件を設定した専用ワイヤーボンディング装置を用いることもできる。例えば傾斜した電極パッドを水平に見立ててキャピラリーを電極パッドに垂直に当てるような専用ワイヤーボンディング装置を用いることもできる。
【0025】
本実施の形態では、従来の湾曲方向に電極パッドをレイアウトした場合に比べて、ワイヤーボンディングによる接続時の衝撃によって発生する撮像チップ破壊等による歩留り低下を防止することができる。即ち、湾曲されない短辺に電極パッド5がレイアウトされ、そのパッケージ4の底面4aにしっかり当接された短辺においてワイヤーボンディングされるので、ワイヤーボンディング時の衝撃で撮像チップが破壊することがない。従って、湾曲した固体撮像素子を有する、この種の固体撮像装置の歩留りを向上することができる。
【0026】
図4及び図5は、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置11は、長方形の撮像チップに対して撮像面3を有する領域部分を長辺方向に沿って円筒面状に湾曲し、撮像面3から外れた両側領域13〔13A,13B〕を平面状に形成し、この領域13A,13B上に湾曲されない方向に沿って電極パッド5を配列して構成した固体撮像素子12を有して成る。パッケージ4は、その底面4aが上記固体撮像素子12の形状に対応するように、湾曲部14とその両側の平坦部15〔15A,15B〕とを有した形状に形成され、段差部6A,6Bの上面に電極パッド7が配列されて成る。その他の構成は、前述の図1〜図3と同様であるので重複説明を省略する。
【0027】
本実施の形態の固体撮像装置11によれば、固体撮像素子12の撮像面3が湾曲し、レンズ収差(像面湾曲)を補正可能にしているも、撮像面3を挟む長辺方向の両領域が平坦部15〔15A,15B〕として形成され、この平坦部15に湾曲されない短辺方向に沿って電極パッド5が形成されるので、各電極パッド5の高さ位置、傾斜角度(=0°)が同じになり、前述の実施の形態と同様に安定した良好なワイヤーボンディングが行える。電極パッド5へのワイヤーボンディングは、電極パッド5が平坦であるので、キャピラリーに案内されたAu細線8の先端ボール部が垂直に均等に潰れる、撮像チップに与える衝撃が面積分の1で分散され、より確実に撮像チップの割れ等を防止できる。
従って、本実施の形態においても、従来の安価なワイヤーボンディング技術が使えると共に、安定した品質が確保でき、歩留りを向上することができる。
【0028】
図7は、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置17は、図1〜図3と同様の撮像チップ全体が湾曲した固体撮像素子2を有し、パッケージ4の電極パッド7を固体撮像素子2の電極パッド5と同じ傾斜角度θで形成して構成される。その他の構成は、前述の図1〜図3と同様であるので重複説明を省略する。
【0029】
本実施の形態の固体撮像装置17によれば、湾曲した固体撮像素子2の各電極パッド5の高さ位置、傾斜角度が同じであるので、図1〜図3で説明したと同様に、各電極パッド5に対して同じ条件で安定してワイヤーボンディングを行うことができる。一方、パッケージ4の電極パッド7も同じ角度θで傾斜しているので、例えば傾斜した電極パッドに垂直に当てる専用ワイヤーボンディング装置を用いたときには、固体撮像素子2の電極パッド5及びパッケージ4の電極パッド7に対して同じ条件でワイヤーボンディングすることができる。その他、前述の図1〜図3の固体撮像装置1と同様の作用効果を奏する。
【0030】
本発明に係る固体撮像装置は、その固体撮像素子とパッケージ4間の接続をワイヤーボンディングで行ったが、ワイヤーボンディングに限らず、固体撮像素子の電極パッドに対する外部接続をTAB(テープ・オートメイテッド・ボンディング)接続、バンプ接続等の方法を用いることもできる。この場合、パッケージ4を省略して、固体撮像素子を外部接続を兼ねて、或いはTAB接続を介して直接所要の支持部材に取り付けるようにすることも可能である。このときの固体撮像素子の各電極パッドへの外部接続も均一に安定して行うことができる。
【0031】
本発明は、上述の固体撮像装置と結像光学系を備えて撮像カメラを構成するとができる。この撮像カメラによれば、固体撮像素子の撮像面が湾曲しているので、結像光学系の設計に負担をかけることなくレンズ収差(像面湾曲)を補正することができる。しかも、固体撮像素子の各電極パッドへの電気的接続が容易に且つ安定して行えるので、安定した品質を確保することができ、また歩留りの向上が図れる。
【0032】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像素子によれば、円筒面状に湾曲した固体撮像素子の電極パッドレイアウトを湾曲しない方向に沿って配列することにより、各電極パッドへのワイヤーボンディング、TAB接続、バンプ接続等の外部接続を安定して行うことができる。従って、チップ破壊等を防止でき、固体撮像素子の品質の安定化、歩留りの向上を図ることができる。
【0033】
本発明に係る固体撮像装置によれば、湾曲しない方向に電極パッドをレイアウトした上記固体撮像素子を備えることにより、レンズ収差(像面湾曲)の補正を可能にしたこの種の固体撮像装置の品質の安定化、歩留りの向上を図ることができる。また、レンズ収差(像面湾曲)を補正することができ、撮像カメラに適用したときの結像光学系の設計を容易にする。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、湾曲しない方向に電極パッドを配列するようにして固体撮像素子を形成するので、この電極パッドに対する電気的接続、いわゆるボンディング工程において、安定したボンディングを行うことができる。従って、レンズ収差(像面湾曲)の補正を可能にしたこの種の固体撮像装置を安定した高品質で、かつ歩留りのよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の一実施の形態を示す平面図である。
【図2】図1のA−A線上の断面図である。
【図3】図1のB−B線上の断面図である。
【図4】本発明に係る固体撮像装置の他の実施の形態を示す平面図である。
【図5】図4のCーC線上の断面図である。
【図6】図4のDーD線上の断面図である。
【図7】本発明に係る固体撮像装置のさらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図8】従来の固体撮像装置の一例を示す構成図である。
【図9】従来の固体撮像装置の他の例を示す構成図である。
【図10】従来の固体撮像装置の他の例を示す構成図である。
【図11】従来の固体撮像装置のさらに他の例を示す平面図である。
【図12】図11のE−E線上の断面図である。
【図13】図11のF−F線上の断面図である。
【図14】レンズ収差(像面歪曲)の説明に供する説明図である。
【図15】電極パッドの傾斜角度の説明に供する説明図である。
【符号の説明】
1,11,17,21,41,45,47・・固体撮像装置、2,12,25,44・・固体撮像素子、3,24・・撮像面、4,23・・パッケージ、8,32・・Au細線、5,7,27,31・・電極パッド、26・・透明ガラスカバー、42・・保持部材、49・・連通孔、131・・絞り、132・・結像レンズ、133・・結像光学系、134・・固体撮像素子
Claims (2)
- 少なくとも撮像面が円筒面状に所定の傾斜角度で湾曲された固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を収容したパッケージと、
前記固体撮像素子の湾曲されない方向に沿って配列された固体撮像素子の電極パットと、
前記パッケージに設けられたパッケージ側の電極パットと、を備え、
前記固体撮像素子の電極パットと前記パッケージ側の電極パッドと間がワイヤーボンディングで接続されて成る固体撮像装置であって、
前記パッケージの前記パッケージ電極を取り付ける部分に傾斜を設け、この傾斜角度を、前記固体撮像素子の傾斜角度と同じにしたこと
を特徴とする固体撮像装置。 - 前記固体撮像素子を構成する撮像チップ全体が円筒面状に湾曲されて成る
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
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