JP4270455B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＣＤ等のベアチップ（固体撮像素子）が、実装用基板に実装された固体撮像装置に関するものである。
ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の複数の受光素子が形成されたベアチップ（固体撮像素子）からなる固体撮像装置と半導体メモリとが組み込まれているデジタルカメラやビデオカメラが普及している。また、パーソナルコンピュータや携帯電話、電子手帳等の電子機器に、この固体撮像装置と半導体メモリとを組み込み、撮影機能を付加することも行なわれている。
この固体撮像装置としては、固体撮像素子をセラミック基板やＢＧＡ（Ball Grid Array ）基板等のパッケージにマウントし、固体撮像素子の接続端子とパッケージの接続端子とをワイヤーボンディング接続させた後に、固体撮像素子を保護するためのカバーガラスをパッケージに取り付けて、固体撮像素子を封止している構造のものが一般である（特許文献１参照）。
ところで、一般に固体撮像素子は、高クロック周波数で駆動されるため、この固体撮像素子とパッケージとを接続しているボンディングワイヤから放射される電磁波（電磁放射ノイズ）によって、固体撮像素子を駆動するドライバ用チップ等の他のチップが誤動作するおそれがある。また、逆に他のチップから放射される電磁放射ノイズによって、固体撮像素子が誤動作するおそれがある。そのため、固体撮像装置を電磁波吸収部材料からなる電磁波吸収用パッケージに収納することで、固体撮像装置の内部または外部から放射される電磁放射ノイズを吸収して遮断（電磁シールド）できるようにした固体撮像装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開平８−２３６７３９号公報（第３頁） 特開２００３−２２４２１８号公報（第４頁）
近年、カメラや電子機器等の回路基板に直接実装可能なウェハレベルチップサイズパッケージ構造（以下、単にＷＬＣＳＰ構造と略称する）の固体撮像装置の需要が急速に増えている。このＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置は、半導体ウェハプロセス中に固体撮像素子の封止や接続端子の形成を同時に行うことによって得られる。そして、このＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置は、前記特許文献１記載のものとは異なり、パッケージを介さずに直接回路基板上にマウントして、ワイヤーボンディング接続することができるため、カメラや電子器機器を小型化させることができる。この際にも、電磁波ノイズによる固体撮像装置や他のチップの誤動作を防ぐために電磁シールドを行う必要があるが、前記特許文献２に記載されているように、ＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置を電磁波吸収用パッケージに格納させると、固体撮像装置がその分だけ大型化してしまう。その結果、このＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置を搭載するデジタルカメラや電子機器の小型化が難しくなってしまう。
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、固体撮像装置を大型化することなく、電磁シールドできるようにした固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明は、複数の受光素子が配列されているとともに、前記受光素子に電気的に接続されている第１の電極が１つ以上形成されているベアチップと、前記第１の電極と電気的に接続される第２の電極が形成され、前記ベアチップが実装される実装用基板と、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続するボンディングワイヤとを備えた固体撮像装置において、金属材料で形成されており、前記ベアチップの前記第１電極と、前記実装用基板の前記第２の電極と、前記ボンディングワイヤとを前記受光素子に入射する光を遮らないように覆うとともに、電磁波を吸収する電磁波吸収部材と、前記ベアチップ及び前記実装用基板の少なくともどちらか一方に形成され、電磁波吸収部材が接続する接地部とを備えることを特徴とする。
また、前記受光素子の受光面と対面する位置に、前記受光素子を保護する透過性の保護部材を設けるとともに、前記保護部材を露呈させる開口を前記電磁波吸収部材に形成することが好ましい。さらに、前記保護部材の前記電磁波吸収部材に接する部分に、段差を形成するとともに、前記開口は、前記段差により形成された前記保護部材の凸部に嵌合可能な形状に形成されていることが好ましい。
本発明の固体撮像装置は、複数の受光素子が配列されているとともに、前記受光素子に電気的に接続されている第１の電極が１つ以上形成されているベアチップと、前記第１の電極と電気的に接続される第２の電極が形成され、前記ベアチップが実装される実装用基板と、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続するボンディングワイヤとを備えるとともに、前記ベアチップの前記第１電極と、前記実装用基板の前記第２の電極と、及び前記ボンディングワイヤとを、前記受光素子に入射する光を遮らないように電磁波を吸収する電磁波吸収部材で覆うようにしたので、固体撮像装置を電磁波吸収パッケージに収納させることなく、前記接続部分から放射される電磁波ノイズの大部分を前記電磁波吸収部材に吸収させることができる。その結果、他のチップが誤動作するのを防止できる。また、逆に他のチップから放射される電磁波ノイズによって固体撮像装置が誤動作してしまうことを防止できる。さらに、固体撮像装置が大型化しなくとも電磁シールドができるため、この装置を搭載するカメラや電子機器の小型化を妨げないという利点がある。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の固体撮像装置を備えたデジタルカメラ１０の正面斜視図、及び背面斜視図を示したものである。デジタルカメラ１０は、各種撮影機構が組み込まれたカメラ本体（図示せず）と、このカメラ本体を覆う本体カバー１２とから構成されている。この本体カバー１２の前面には、撮影レンズ１４が組み込まれたレンズ鏡筒１５、ファインダを構成する対物側ファインダ窓１７、被写体に向けてストロボ光を照射するストロボ発光部１８等が設けられている。また、本体カバー１２の上面にはレリーズボタン１９が設けられている。
本体カバー１２の背面には、ファインダを構成する接眼ファインダ窓２０、撮影時に電子ビューファインダ（ＥＶＦ）としても機能する液晶モニタ（ＬＣＤ）２１、モード選択ボタン２２、操作ボタン２３等を備えている。モード選択ボタン２２によって選択される動作モードとしては、例えば、静止画の撮影を行う撮影モード、撮影画像の再生を行う再生モード、動画の撮影を行う動画モード等がある。
図２に示すように、レンズ鏡筒１５の背面側には、本発明を実施したものであり、撮影レンズ１４を介して結像された被写体像を撮像するＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置２５が設けられている。この固体撮像装置２５は、大別して、固体撮像素子チップ２７、及び固体撮像素子チップ２７が実装されるカメラ本体（図示せず）の回路基板２８の他に、詳しくは後述する電磁波吸収部材２９から構成される。以下、固体撮像装置２５の各部について、図２〜図５を用いて説明する。ここで、図３は図２の固体撮像装置２５の分解斜視図であり、図４は固体撮像素子チップ２７を回路基板２８に実装した状態を示した分解斜視図であり、図５（ａ），（ｂ）は図２中の固体撮像装置２５の断面図である。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の図中点線部分の拡大図を示したものである。
固体撮像素子チップ２７は、照射された光を電気信号に変換する受光素子３１が複数配列された矩形状のベアチップ３２と、前記受光素子３１を取り囲むようにベアチップ３２上に取り付けられた枠形状のスペーサ３３と、このスペーサ３３上に取り付けられ、受光素子３１を封止して保護する透明なカバーガラス３４とから構成される。
ベアチップ３２は、シリコン半導体からなるＣＣＤ等の固体撮像素子である。このベアチップ３２には、上述の受光素子３１の他に、回路基板２８との電気的な接続に用いられる第１接続端子（ボンディングパッド）３６が、ベアチップ３２の端辺近傍に複数個形成されている。このベアチップ３２は、チップ用ウェハ（図示せず）上に多数の受光素子３１及び第１接続端子３６をマトリックス状に形成して、このチップ用ウェハ（図示せず）を各ベアチップ３２ごとにダイシングすることによって得られる。なお、ダイシングは、カバーガラス３４用のガラス基板（図示せず）にスペーサ３３を多数形成して、このガラス基板（図示せず）をチップ用ウェハ（図示せず）に貼り合わせた後に行われる。また、スペーサ３３は、無機材料、例えばシリコンから形成されている。
カバーガラス３４は、熱膨張率がスペーサ３３の材料であるシリコンに近い透明ガラスであれば任意のものを使用することができる。また、カバーガラス３４には、詳しくは後述するが、電磁波吸収部材２９の位置決めを行うために、光が照射される面（撮影レンズ１４と対面する側の面）の外周部を階段状に切り欠いた段差３４ａが形成されている。
回路基板２８としては、周知のプリント配線板が用いられる。この回路基板２８の表面には、実装された固体撮像素子チップ２７上の各第１接続端子３６がそれぞれワイヤーボンディング（以下、単にＷＢと略称する）接続される複数の第２接続端子（ボンディングパッド）３８と、アースに接続されているグランド（ＧＮＤ）線３９とが複数形成されている。本実施例では、ＧＮＤ線３９は第２接続端子３８を囲うように形成されている。従って、各第２接続端子３８と、回路基板２８上に実装されている画像信号処理用チップ（図示せず）や固体撮像装置駆動用チップ（図示せず）などとは、各第２接続端子３８の裏面側に形成された貫通配線（図示せず）等を介して接続すればよい。なお、回路基板２８に実装されるチップは、固体撮像素子チップ２７や画像信号処理用チップ（図示せず）等に限定されるものではなく、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどが実装されるとともに、回路基板２８には、これらを接続する配線や貫通配線が多数形成されている。
固体撮像素子チップ２７を実装するときは、最初に、固体撮像素子チップ２７を回路基板２８上の図３中点線で示した位置に接着・固定する。次いで、図示しないＷＢ装置を用いて、各第１接続端子３６と、それぞれの端子に対応する第２接続端子３８とをボンディングワイヤ４３でＷＢ接続し、必要に応じてＷＢ接続部分を絶縁性の樹脂（図示せず）でモールドすることで実装作業が完了する（図４参照）。この際に、撮像素子チップ２７は、高クロック周波数で駆動されるため、ＷＢ接続部分から電磁波ノイズが放射されて、画像信号処理用チップ（図示せず）や固体撮像装置駆動用チップ（図示せず）が誤動作してしまうおそれがある。そのため、前記特許文献２に記載されているように、この固体撮像装置２５を電磁波吸収パッケージ内に収納する方法もあるが、この場合には、上述したように、固体撮像装置２５が大型化してしまう。
そこで、本実施例では、ＷＢ接続部分（各接続端子３６，３８を含む）を固体撮像素子チップ２７の受光面に照射される光を遮らないように、電磁波吸収部材２９で覆うことで、固体撮像装置２５を大型化させずに、前記特許文献２に記載されている方法と同様の効果が得られるようにしている。
電磁波吸収部材２９は、本実施例では、例えば導電性の金属材料である銅材から形成されるものを用いる。この電磁波吸収部材２９は、ＷＢ接続部分を覆いつつ、上述のＧＮＤ線３９に接地させるため、ベアチップ３２の端辺側の端部の断面形状が略Ｌの字型になるように形成されている（図５参照）。具体的には、この電磁波吸収部材２９でＷＢ接続部分を覆ったときに、略Ｌの字型に折り曲げられた電磁波吸収部材２９の端部２９ａ（図５参照）が、ＧＮＤ線３９上に位置するような形状に、電磁波吸収部材２９は形成されている。
また、電磁波吸収部材２９には、撮像素子チップ２７の受光面と対面する位置に、カバーガラス３４を露呈させる開口４７が形成されている。さらに、上述したように、カバーガラス３４が電磁波吸収部材２９と接する部分、ここでは、撮影レンズ１４と対面する側の面の外周部に、段差３４ａが形成されている。そのため、この開口４７を、段差３４ａが形成されたカバーガラス３４の凸部に嵌合するような形状に形成しておくことが好ましい。これにより、電磁波吸収部材２９を取り付ける際の位置決め作業が簡単になる。なお、電磁波吸収部材２９を取り付けるときは、開口４７を形成する電磁波吸収部材２９の端部と、カバーガラス３４の段差４５ａ部分とを接着剤（図示せず）で接着するとともに、電磁波吸収部材２９の端部２９ａと、ＧＮＤ線３９とを導電性の接着剤、例えば、銀ペースト（図示せず）等で接着すればよい（図２及び図５参照）。
さらに、電磁波吸収部材２９のボンディングワイヤ４３と対面する位置には、任意の絶縁性材料から形成された絶縁フイルム（シート）４９が貼り付けられている（図５参照）。これにより、ボンディングワイヤ４３が導電性（銅材）の電磁波吸収部材２９と接触してショートするのを防止できる。
以上のように構成された固体撮像装置２５では、固体撮像素子チップ２７の第１接続端子３６と回路基板２８の第２接続端子３８とを電気的に接続しているＷＢ接続部分を、接地されている導電性の電波吸収材２９で覆っているので、写真撮影時などに各ボンディングワイヤ４３から放射される電磁波ノイズの大部分を、電磁波吸収部材２９により吸収させることができる。また、電磁波吸収部材２９には、撮像素子チップ２７の受光面に光が照射されるように開口４７が形成されているため、撮像には一切支障をきたさない。なお、若干の電磁波ノイズは開口４７から漏れるが、この開口４７は回路基板２８とは反対側に形成されているため、他のチップを誤動作させるおそれはほとんどない。
次に、本実施形態の作用について説明する。デジタルカメラ１０の電源がＯＮされて、撮影者が、モード選択ボタン２２を操作してカメラの動作モードを撮影モードに切り替えると、固体撮像装置２５の撮像素子チップ２７は、撮像レンズ１４、開口４７及びカバーガラス３４を介して、その受光面に照射された被写体光を画像信号に光電変換する。そして、光電変換された画像信号を、ＷＢ接続された各接続端子３６，３８、及び各第２接続端子３８の裏側に形成された貫通配線４１を介して、画像信号処理用チップ（図示せず）に出力する。この際に、各接続端子３６，３８をＷＢ接続しているボンディングワイヤ４３から放射される電磁波ノイズの大部分は、接地された電磁波吸収部材２９に吸収されてしまうので、回路基板２８上に実装されている他のチップ（図示せず）が誤動作するのを防止できる。
また、逆に他のチップ（図示せず）から放射される電磁波ノイズをボンディングワイヤ４３から拾って、撮像素子チップ２７が誤動作してしまうことを防止できる。さらに、本実施例では、前記特許文献２に記載されているように、固体撮像装置２５を電磁波吸収パッケージに収納させる代わりに、ＷＢ接続部分を電磁波吸収部材２９で覆うことで、固体撮像装置２５を大型化させることなく、電磁シールドを行うことができる。
なお、本実施例では、撮像素子チップ２７（ベアチップ３２）の第１接続端子３６と、回路基板２８の第２接続端子３８とを全てＷＢ接続しているが、本発明はこれに限定されるものではない。特に、上述の固体撮像装置駆動用チップ（図示せず）から撮像素子チップ２７に出力される水平転送パルスなどの駆動信号や、この水平転送パルスに同期して撮像素子チップ２７から画像信号処理用チップ（図示せず）に出力される出力信号（１画面分の画像信号）は、その周波数が１４〜２８ＭＨｚと高いため、これらの信号に対応する接続端子３６，３８間のボンディングワイヤ４３からは、多量の電磁波ノイズが放射される。
そこで、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すように、ベアチップ３２を貫通するように貫通配線を形成し、この貫通配線を介して、水平転送パルスや出力信号などの高周波信号の入出力を行うようにしてもよい。以下、ベアチップ３２に貫通配線を形成した本発明の第２の実施例である固体撮像装置５１について、図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。なお、固体撮像装置５１は、上述の固体撮像装置２５とほぼ同じ構造であり、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の図中点線部分の拡大図を示したものである。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、固体撮像装置５１のベアチップ３２には、水平転送パルスが入力される、または出力信号が出力される高周波用貫通配線５４がベアチップ３２を貫通するように形成されている。そして、この高周波用貫通配線５４は、ベアチップ３２の裏面側に形成された第３接続端子５５に接続されている。また、回路基板２８には、半田５７層を介して第３接続端子５５に接続される第４接続端子５９が、第３接続端子５５に対応する位置に形成されているとともに、この第４接続端子５９の裏面側には、上述の第２接続端子３８と同様に、図示しない画像信号処理用チップや固体撮像装置駆動用チップに接続されている貫通配線（図示せず）が形成されている。なお、高周波用貫通配線５４を形成する代わりに、貫通孔を形成してその内部を金属めっきしてもよい。
このように、ベアチップ３２に高周波用貫通配線５４を形成し、この高周波用貫通配線５４を介して、水平転送パルスや出力信号などの高周波信号の入出力を行うことで、放射される電磁波ノイズの量を減らすことができるため、第１の実施例の固体撮像装置２５と比較して、より確実に他のチップ（図示せず）が誤動作するのを防止できる。また、高周波信号に限定されずに、全ての信号が貫通配線を介して入出力されるようにしてもよい。この場合は、ベアチップ３２と回路基板２８との間を電磁波吸収部材２９で囲むだけでよいので、使用する電磁波吸収部材２９の量を減らすことができる。
なお、本発明の第１の実施例の固体撮像装置２５では、上述したように、開口４７から若干電磁波ノイズが漏れるおそれがある。従って、電磁波ノイズの漏れを防止するため、例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ＷＢ接続部分を電磁波吸収部材２９で完全に覆ってもよい。ここで、図７（ａ）は、本発明の第３の実施例である固体撮像装置６１の断面図を示したものであり、（ｂ）は（ａ）の図中点線部分の拡大図である。この固体撮像装置６１は、電磁波吸収部材２９及びカバーガラス３４の形状が異なる以外は、第１の実施例である固体撮像装置２５と同一の構造であり、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
図７（ａ），（ｂ）に示すように、電磁波吸収部材２９は、図５（ａ），（ｂ）中の段差３４ａに接着されている部分がベアチップ３２側に折り曲げられ、ボンディングワイヤ４３（ＷＢ接続部分）を完全に覆うような形状に形成されている。この場合には、カバーガラス３４に段差３４ａを形成する必要はない。なお、ボンディングワイヤ４３を完全に覆うには、ベアチップ３２側に折り曲げられた電磁波吸収部材２９の端部２９ｂを、ベアチップ３２上に固定（接着）する必要があるが、この際に、ベアチップ３２にもＧＮＤ線３９と同じ形状の第２のＧＮＤ線６３を形成しておき、この第２のＧＮＤ線６３上に電磁波吸収部材２９の端部２９ｂを導電性の接着剤（図示せず）を用いて接着するようにしてもよい。これにより、ボンディングワイヤ４３から放射される電磁波ノイズを確実に吸収することができる。
なお、本実施例のＧＮＤ線３９は、第２接続端子３８を囲うように形成されているが、必ずしも第２接続端子３８を囲うような形状に形成する必要はなく、電磁波吸収部材２９の少なくとも１箇所に接続できる形状であれば、任意の形状に形成してよい。また、本実施例では、電磁波吸収部材２９として銅材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の導電性の金属材料や、カーボンブラック、グラファイト、フェライト、またはこれらを粉体或いは短繊維状したものを含んだポリマーや誘電体材料等を用いてもよい。
また、本実施例では、矩形状のベアチップ３２の全ての端辺の近傍に、第１接続端子３６が形成されているため、電磁波吸収部材２９は、撮像素子チップ２７全体を覆うような形状に形成されているが、例えば、全ての端辺の近傍に第１接続端子３６が形成されていない場合には、電磁波吸収部材２９は、ＷＢ接続部分のみを覆うような形状に形成されていればよい。
なお、本実施例では、回路基板２８の撮影レンズ１４側の面に、固体撮像素子チップ２７を実装しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、固体撮像素子チップ２７を、撮影レンズ１４側の面と反対側の面（図２〜図５中の裏面側）に実装するようにしてもよい。この場合は、回路基板２８に、撮像素子チップ２７を露呈させる開口を形成する。そして、例えば、第１接続端子３６上にバンプを形成するとともに、回路基板２８の裏面側で、且つ第１接続端子３６に対応する位置に接続端子（図示せず）を形成することで、両者の接続端子間を電気的に接続して、その接続部分を電磁波吸収部材で覆えばよい。
また、本実施例では、ＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置を例に説明をしたが、本発明は、ＷＬＣＳＰ構造の固体撮像装置に限定されるものではなく、撮像素子チップ２７がセラミック基板やＢＧＡ基板等のパッケージ（半導体パッケージ基板）に実装される通常の固体撮像装置にも適用することができる。この場合は、パッケージに形成された接続端子と固体撮像素子チップ２７に形成された接続端子との接続部分を電磁波吸収部材で覆えばよい。
なお、本発明は、デジタルカメラに使用される固体撮像装置に限定されるものではなく、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、スキャナ等の各種撮像装置及び画像読取装置に使用される固体撮像装置に本発明を適用することができる。
本発明の固体撮像装置を備えたデジタルカメラの（ａ）正面斜視図、（ｂ）背面斜視図である。 固体撮像装置の斜視図である。 図２の固体撮像装置の分解斜視図である。 固体撮像装置の固体撮像素子チップを回路基板に実装した状態を示した分解斜視図である。 （ａ）は図２の固体撮像装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の図中点線部分の拡大図である。 （ａ）は固体撮像素子チップを構成するベアチップに貫通配線を形成した本発明の第２の実施例の固体撮像装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の図中点線部分の拡大図である。 （ａ）はＷＢ接続部分を電磁波吸収部材で完全に覆うようにした本発明の第３の実施例の固体撮像装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の図中点線部分の拡大図である。
符号の説明
１０ デジタルカメラ
２５ 固体撮像装置
２７ 撮像素子チップ
２８ 回路基板
２９ 電磁波吸収部材
３２ ベアチップ
３４ カバーガラス
３４ａ 段差
３６ 第１接続端子
３８ 第２接続端子
３９ ＧＮＤ線
４３ ボンディングワイヤ
４７ 開口

Claims (3)

  1. 複数の受光素子が配列されているとともに、前記受光素子に電気的に接続されている第１の電極が１つ以上形成されているベアチップと、前記第１の電極と電気的に接続される第２の電極が形成され、前記ベアチップが実装される実装用基板と、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続するボンディングワイヤとを備えた固体撮像装置において、
    金属材料で形成されており、前記ベアチップの前記第１電極と、前記実装用基板の前記第２の電極と、前記ボンディングワイヤとを前記受光素子に入射する光を遮らないように覆うとともに、電磁波を吸収する電磁波吸収部材と、
    前記ベアチップ及び前記実装用基板の少なくともどちらか一方に形成され、電磁波吸収部材が接続する接地部とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記受光素子の受光面と対面する位置に、前記受光素子を保護する透過性の保護部材を設けるとともに、前記保護部材を露呈させる開口を前記電磁波吸収部材に形成したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記保護部材の前記電磁波吸収部材に接する部分に、段差を形成するとともに、前記開口は、前記段差により形成された前記保護部材の凸部に嵌合可能な形状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
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