JP4435461B2

JP4435461B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP4435461B2
Application number: JP2002059333A
Authority: JP
Inventors: 直基久保
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP2003258222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラおよび画像入力装置等の固体撮像装置に関するものであり、特に、固体撮像装置の撮像部における回路部品の配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子スチルカメラやビデオカメラ等の固体撮像装置には被写界の撮像用に固体撮像素子が搭載されている。固体撮像素子には、電荷結合素子(Charge Coupled Device ：以下、CCDという)が多く用いられており、またMOS(Metal Oxide Semiconductor)型撮像素子も用いられている。従来、固体撮像装置の小型化、もしくは低コスト化のために、特開平6-29503号公報や特開平10−32323号公報に示す技術がある。
【０００３】
特開平6-29503号公報には、CCDチップを搭載したセラミック板の、CCDが搭載されている面と反対の面に回路部品を設けることが記載されている。この結果、回路部品専用の搭載用基板を不要として、ビデオカメラの小型化を図っている。
【０００４】
また特開平10−32323号公報には、固体撮像素子の裏面に直接、または裏面側に基板を介して撮像素子の周辺回路を設けることが記載されている。また、固体撮像素子が搭載されている基板上で、固体撮像素子のわきに回路部品を配置することも記載している。これにより、固体撮像装置の小型化と低コスト化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術に係わる方法では、基板の片面に撮像素子を配置し、基板の別の片面に回路部品を配置する場合、撮像部のパッケージ全体が厚くなるという問題がある。また、固体撮像素子のわきに回路部品を配置する場合、撮像部のパッケージ全体の面積が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、厚みと面積の増大を抑えた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、固体撮像装置が、固体撮像素子と、該固体撮像素子の表側の面上に少なくとも一部が配置された回路部品とを含むことを特徴とする。本発明は、固体撮像素子の表側の面上、たとえば遮光部上に回路部品を配置するため、従来、部品配置用に使われていなかった固体撮像素子の表側の面を用いることによる部品配置用面積の低減が可能となり、固体撮像装置の小型化を実現できる。
【０００８】
上記の固体撮像装置において、回路部品は、遮光部の遮光用部材を兼ねることができる。これにより、従来のように撮像素子の遮光部を、アルミニウム(Al)やタングステン(W)を用いて遮光する工程を省くことができる。
【０００９】
上記回路部品は、ベアチップであることが好ましい。そしてベアチップをフリップチップボンディングにより撮像素子に接続することが好ましい。ベアチップは小型で薄く、金バンプまたははんだバンプを用いたフリップチップボンディングが可能であり、固体撮像素子の小型化、薄型化に効果的である。なおベアチップは、フリップチップボンディングによらずに、ワイヤ配線を用いて撮像素子に接続してもよい。
【００１０】
上記回路部品は、撮像素子の垂直転送路に印加される垂直転送パルスを出力するＶドライバでもよい。このときに、Ｖドライバを、撮像素子を収容するパッケージと撮像素子との間の結線部材として用いると、従来技術に係わるパッケージと撮像素子との間の結線部材のために必要であった結線用領域を削減でき、またパッケージと撮像素子との間の結線部材を取り付ける工程（ワイヤボンディング工程）を削除できるという効果もある。
【００１１】
上記回路部品は、上記撮像素子の信号電荷を電圧信号に変換する回路を構成するソースホロワ回路とすることができる。信号電荷を電圧信号に変換する回路として、フローティングディフュージョン型アンプ(FDA)があり、FDAの出力段にはソースホロワ回路が使われている。ソースホロワ回路は電流が多く流れ、そのため発熱量が多い。ソースホロワ回路を撮像素子の表側の面上に配置すると、撮像素子とソースホロワ回路との間の接続用配線の長さが短くなるため、電流を少なくすることが可能となり、発熱量が低下するという効果がある。
【００１２】
なお、上記撮像素子が、上記受光部で光電変換された信号電荷を蓄積する蓄積部を有するFT(Frame Transfer：フレームトランスファー)型CCDまたはFIT(Frame Interline Transfer：フレームインターライントランスファー)型CCD等である場合、蓄積部の面積が大きいため、上記回路部品を設置するための面積を多く用意することができる。
【００１３】
また、本発明は上述の課題を解決するために、固体撮像素子と、固体撮像素子の表側の面上に配置された回路部品とを含み、回路部品は上記表側の面外にある部分を含み、回路部品は固体撮像素子の結線部材を兼ねることを特徴とする。
【００１４】
上記回路部品は、ベアチップとすることができる。また、上記回路部品は、固体撮像素子の遮光部の遮光用部材を兼ねてもよい。さらに上記回路部品は、撮像素子の垂直転送路に印加される垂直転送パルスを出力するＶドライバとすることができる。このＶドライバは、撮像素子と、Ｖドライバにタイミング信号を供給するタイミング信号発生器とを結線する結線部材を兼ねることが好ましい。なお、上記Ｖドライバは、撮像素子と、この撮像素子を収納するパッケージとを結線する結線部材を兼ねることとしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００１６】
本実施例は、本発明の固体撮像装置を、CCD型撮像素子を用いたデジタルスチルカメラに適用した場合である。ただし本発明は、MOS型撮像素子にも適用できる。なお、本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。ここで、信号の参照符号はその現れる接続線の参照番号で表す。
【００１７】
図１に本発明の最初の実施例を示す。本実施例では、固体撮像素子の表側の面上に回路部品が配置される。図１は、デジタルスチルカメラの撮像部10を側面から見た断面図である。図１に示すように、CCDチップ12の裏面をセラミックパッケージ14に接着剤等により固定し、CCDチップ12の電極とセラミックパッケージ14の電極とを、ボンディングワイヤ16を用いてワイヤボンディング法により接続する。CCDチップ12の受光部側には、CCDチップ12を保護するためのカバーガラス18をセラミックパッケージ14に取り付ける。
【００１８】
CCDチップ12の遮光部上に、ベアチップである回路部品20を取り付ける。取付方法は、フリップチップボンディングによる。すなわち、CCDチップ12の電極と回路部品20の電極とを、金バンプ22を用いて接続することにより取り付ける。なお、金バンプ22の代わりにはんだバンプを用いてもよい。ベアチップの厚みは0.4mm程度であり、カバーガラス18とCCDチップ12との間には、通常この程度の隙間は充分にあり、ベアチップをフリップチップボンディングにより取り付けても撮像部10の厚みが変化することは無い。
【００１９】
図１のCCDチップ12を上から見た状態を図２に示す。図２に示すように、CCDチップ12は、フォトダイオードからなる受光部24と遮光部26とを有し、遮光部26上に回路部品20が配置されている。電極28は、CCDチップ12とセラミックパッケージ14とをボンディングワイヤ16により接続するためのものである。回路部品20とCCDチップ12とを接続するための電極は回路部品20の下にある。
【００２０】
CCDチップ12と回路部品20とを金バンプ等で接続する場合、CCDチップ12の電極位置と回路部品20の電極位置とが一致しないことがありうる。この場合に、電極位置を調整する１つの方法を図３に示す。図3(a)は、CCDチップ12の遮光部26におけるCCDチップ12の電極と、回路部品20の電極と、金バンプ22との位置関係を示す断面図である。図３に示す方法は、CCDチップ12の電極位置を変更することにより、CCDチップ12の電極位置と回路部品20の電極位置とを一致させるものである。
【００２１】
CCDチップ12には、Si基板30上に配線用のAl層32があり、その上に絶縁膜(SiO₂)34がある。表面には、タングステン(W)からなる遮光膜36を設ける。CCDチップ12の当初の電極38の位置が、回路部品20の電極位置（図３の金バンプ22の位置）とずれている場合、遮光膜36にAlの導体路42を設け、新たに電極40を設ける。電極40の位置でフリップチップボンディングを行う。図3(b)は電極38, 40、導体路42をCCDチップの上から見た平面図である。
【００２２】
本実施例によれば、撮像素子の遮光部に回路部品を配置しているため、部品の配置用面積が低減できる。また回路部品を、基板を介さずに撮像素子と接続できるため、撮像部が薄くなる。この結果、撮像部の小型化、ひいては撮像装置の小型化が可能である。
【００２３】
本発明の別の実施例を図４に示す。図４は、Ｖドライバ46を取り付けたときのFIT型CCD 44の平面図を示す。本実施例は、FIT型CCD 44の蓄積部48にＶドライバ46をフリップチップボンディングにより配置したものである。蓄積部48は、受光部50で光電変換された信号電荷が一時的に蓄積される領域であり、遮光が必要である。本実施例では、Ｖドライバ46を遮光膜として用いている。Ｖドライバ46の周辺部からFIT型CCD 44の遮光部に光が入射することを防ぐために、Ｖドライバ46の周辺部は非透明の樹脂、たとえば黒色樹脂で封止する。本実施例ではＶドライバ46により遮光がなされている。そのため、従来のようなタングステン(W)の遮光膜は必要としない。
【００２４】
Ｖドライバ46をタングステンの遮光膜の代わりに用いると、Ｖドライバ46はシリコンからなり、FIT型CCD 44もシリコンからなるため、熱膨張率が同じであるという利点がある。従来のようにタングステンの遮光膜を用いると、タングステンとシリコンの熱膨張率の違いに起因する熱膨張の差が生じる。
【００２５】
なお、Ｖドライバ46は、図５のデジタルスチルカメラ52のブロック図に示すように、タイミングジェネレータ54からのタイミング信号54aを受けて、垂直転送パルス46aを生成するものである。垂直転送パルス46aは、撮像素子44の垂直転送路（図示しない）に設けられた転送電極（図示しない）に印加されて、信号電荷を垂直方向に転送する。
【００２６】
撮像素子44から出力された信号は、ソースホロワ回路である出力回路56を経て、アナログフロントエンド(AFE)58に送られる。AFE 58は、相関二重サンプリング回路、増幅器、A/D変換器がこの順に接続されたものである。AFE 58は、入力された信号56aを相関二重サンプリング回路により、ノイズを除去しながらサンプリングし、サンプリングされた信号を増幅器により、所定のレベルまで増幅した後、A/D変換器によりデジタル信号に変換する。AFE 58の出力であるデジタル信号58aは信号処理部60に送られる。信号処理部60ではガンマ補正や色信号の生成等が行われる。
【００２７】
本発明の他の実施例を図６に示す。本実施例は、FIT型CCD 62にＶドライバ66と出力トランジスタ68とを配置したものである。出力トランジスタ68は、図５に示すソースホロワ回路である出力回路である。Ｖドライバ66は蓄積部64に配置されている。図６は、Ｖドライバ66を取り付けたときのFIT型CCD 62の平面図を示す。蓄積部64は、受光部70で光電変換された信号電荷を一時的に蓄積し、その後、当該信号電荷を出力する。
【００２８】
出力トランジスタ68が配置されている場所は、蓄積部64の出力部の近傍、たとえば遮光されているFDAの上である。蓄積部64の出力部には、信号電荷を電圧信号に変換する回路であるFDAがあり、FDAの出力段にはソースホロワ回路（出力トランジスタ）68が使われている。ソースホロワ回路68は電流が多く流れ、そのため発熱量が多い。ソースホロワ回路68を撮像素子の表面上に配置すると、撮像素子の出力部にあるFDAとソースホロワ回路68との間の接続用配線の長さが短くなるため、ソースホロワ回路68に多くの電流を流す必要がなく、発熱量が低下するという効果がある。そのため出力トランジスタ68を、蓄積部64の出力部の近傍に配置することにより、撮像素子(FDA)とソースホロワ回路68との間の接続用配線の長さが短くなる。なお本実施例でも図４と同様にＶドライバ66を遮光膜として用いており、蓄積部64の遮光がＶドライバ66により行われている。さらに、FDAは、遮光膜として用いられている出力トランジスタ68により遮光がなされている。
【００２９】
次に本発明の別の実施例を図７に示す。本実施例では、固体撮像素子の表面上に回路部品が配置され、回路部品は固体撮像素子の表面外にある部分を含み、回路部品は固体撮像素子の結線部材を兼ねる。
【００３０】
図７は、デジタルスチルカメラの撮像部72を側面から見た断面図である。図７に示すように、CCDチップ74の裏面をセラミックパッケージ76に接着剤等により固定する。CCDチップ74の一部の電極とセラミックパッケージ76の電極とを、ボンディングワイヤ78を用いてワイヤボンディング法により接続する。CCDチップ74の受光部側には、CCDチップ74を保護するためのカバーガラス80をセラミックパッケージ76に取り付ける。
【００３１】
CCDチップ74の一部の電極とセラミックパッケージ76の電極とを接続するように、CCDチップ74上に、ベアチップである回路部品82を取り付ける。取付方法は、フリップチップボンディングによる。すなわち、CCDチップ74およびセラミックパッケージ76の電極と回路部品82の電極とを金バンプ84を用いて接続することにより取り付ける。ベアチップの厚みは0.4mm程度であり、ベアチップをフリップチップボンディングにより取り付けても撮像部10の厚みが変化することはない。
【００３２】
本実施例によれば、回路部品を結線部材として用いているため、ワイヤボンディング工程が削減でき、コストダウンとなる。また、従来、結線部材を取り付けるために必要であった部分の面積をカットすることができ、固体撮像素子の小型化ができる。
【００３３】
図８に他の実施例を示す。本実施例は、回路部品が結線部材と遮光部材を兼ねているものである。図８は、デジタルスチルカメラの撮像部86を側面から見た断面図である。図８に示すように、CCDチップ88の裏面をセラミックパッケージ90に接着剤等により固定する。CCDチップ88の一部の電極とセラミックパッケージ90の電極とを、ボンディングワイヤ92を用いてワイヤボンディング法により接続する。CCDチップ88の受光部側には、CCDチップ88を保護するためのカバーガラス94をセラミックパッケージ90に取り付ける。
【００３４】
CCDチップ88の一部の電極とセラミックパッケージ90の電極とを接続するように、CCDチップ88上に、ベアチップである回路部品96を取り付ける。取付方法は、フリップチップボンディングによる。すなわち、CCDチップ88およびセラミックパッケージ90の電極と回路部品96の電極とを、金バンプ98を用いて接続することにより取り付ける。回路部品96は、CCDチップ88の遮光部100を覆うように配置される。そして、回路部品96は遮光部材と結線部材の機能を有する。遮光部の周辺は、光の入射を防ぐために非透明の樹脂により封止を行う。
【００３５】
本実施例によれば、回路部品を結線部材として用いているため、ワイヤボンディング工程が削減でき、コストダウンとなる。また、結線部材のために必要であった領域の面積をカットすることができ、固体撮像素子の小型化ができる。さらに遮光部に回路部品を配置するため、従来、回路部品を配置していた面積が不要となる。また、回路部品が遮光部材を兼ねるために、従来の遮光膜生成工程を省くことができる。
【００３６】
本発明の別の実施例を図９に示す。本実施例は、CCDチップ104上に配置したＶドライバ102をCCDチップ104とタイミングジェネレータ106の結線部材として用いるものである。図９は、デジタルスチルカメラの撮像部108を側面から見た断面図である。図９に示すように、CCDチップ104の裏面をセラミックパッケージ110に接着剤等により固定する。CCDチップ104の一部の電極とセラミックパッケージ110の電極とを、ボンディングワイヤ112を用いて接続し、タイミングジェネレータ106の一部の電極とセラミックパッケージ110の電極とを、ボンディングワイヤ116を用いて接続する。CCDチップ104の受光部側には、CCDチップ104を保護するためのカバーガラス114をセラミックパッケージ110に取り付ける。
【００３７】
CCDチップ104の一部の電極とタイミングジェネレータ106の一部の電極とを接続するように、CCDチップ104上およびタイミングジェネレータ106上に、ベアチップであるＶドライバ102を取り付ける。取付方法は、フリップチップボンディングによる。すなわち、CCDチップ104およびタイミングジェネレータ106の電極とＶドライバ102の電極とを金バンプ118を用いて接続することにより取り付ける。
【００３８】
本実施例によれば、回路部品を結線部材として用いているため、ワイヤボンディング工程が削減でき、コストダウンとなる。また、結線部分の面積をカットすることができ、固体撮像素子の小型化ができる。
【００３９】
本発明の別の実施例を図10に示す。本実施例では、回路部品が結線部材と遮光部材を兼ねており、具体的にはCCDチップ120上に配置したＶドライバ122をCCDチップ120とタイミングジェネレータ124の結線部材として用いるとともに、Ｖドライバ122がCCDチップ120の遮光部138上に配置されているものである。
【００４０】
図10は、デジタルスチルカメラの撮像部126を側面から見た断面図である。図10に示すように、CCDチップ120の裏面をセラミックパッケージ128に接着剤等により固定する。CCDチップ120の一部の電極とセラミックパッケージ128の電極とを、ボンディングワイヤ130を用いて接続し、タイミングジェネレータ124の一部の電極とセラミックパッケージ128の電極とを、ボンディングワイヤ132を用いて接続する。カバーガラス134をセラミックパッケージ128に取り付ける。
【００４１】
CCDチップ120の一部の電極とタイミングジェネレータ124の一部の電極とを接続するように、CCDチップ120上およびタイミングジェネレータ124上に、ベアチップであるＶドライバ122を取り付ける。取付方法は、フリップチップボンディングによる。すなわち、CCDチップ120およびタイミングジェネレータ124の電極とＶドライバ122の電極とを、金バンプ136を用いて接続することにより取り付ける。
【００４２】
本実施例によれば、回路部品を結線部材として用いているため、ワイヤボンディング工程が削減でき、コストダウンとなる。また、従来、結線部材のために必要であった面積をカットすることができ、固体撮像素子の小型化ができる。さらにＶドライバを遮光部に配置するために、従来Ｖドライバを設置するために必要であった面積が削減される。また、Ｖドライバが遮光部材を兼ねるために、従来の遮光膜生成工程を省くことができる。
【００４３】
図11に本発明の別の実施例を示す。本実施例では、これまでの実施例とは異なり、固体撮像素子の表面上の遮光部に配置された回路部品を、スタック方式を用いてセラミックパッケージに電気的に接続する。すなわち、固体撮像素子の電極と回路部品の電極とを向かい合わせることなく、固体撮像素子の電極と回路部品の電極とを同じ向きにして、たとえば上向きに揃えて、固体撮像素子と回路部品とを積み上げる。
【００４４】
図11は、デジタルスチルカメラの撮像部140を側面から見た断面図である。図11に示すように、CCDチップ142の裏面をセラミックパッケージ144に接着剤等により固定し、CCDチップ142の電極とセラミックパッケージ144の電極とを、ボンディングワイヤ146を用いてワイヤボンディング法により接続する。CCDチップ142の受光部側には、CCDチップ142を保護するためのカバーガラス148をセラミックパッケージ144に取り付ける。
【００４５】
CCDチップ142の遮光部150上に、ベアチップである回路部品152を接着剤等により取り付ける。回路部品152の電極とセラミックパッケージ144の電極とをワイヤ154を用いて接続する。本実施例によれば、CCDチップ142の遮光部150上に回路部品を配置しているため、撮像部140の小型化が達成できる。さらに、回路部品が遮光部材を兼ねるために、従来の遮光膜生成工程を省くことができる。
【００４６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、撮像素子の表面に回路部品を配置するため、厚みと面積の増大を抑えた固体撮像装置を提供することができる。また、当該回路部品を撮像素子の結線部材として用いることによっても、厚みと面積の増大を抑えた固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、デジタルスチルカメラの撮像部を側面から見た断面図である。
【図２】図２は、図１のCCDチップを上から見た平面図である。
【図３】図３は、撮像素子と、回路部品と、金バンプとの位置関係を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施例に係わるFIT型CCDの平面図を示す。
【図５】図５は、デジタルスチルカメラのブロック図である。
【図６】図６は、出力トランジスタを表面上に配置した撮像素子の平面図である。
【図７】図７は、撮像素子の表面に配置した回路部品を結線部材として用いた撮像部の断面図である。
【図８】図８は、撮像素子の表面に配置した回路部品を結線部材および遮光部材として用いた撮像部の断面図である。
【図９】図９は、撮像素子の表面に配置したＶドライバを、タイミングジェネレータとの結線部材として用いた撮像部の断面図である。
【図１０】図10は、撮像素子の表面に配置したＶドライバを、タイミングジェネレータとの結線部材として用いると同時に、撮像素子の遮光部材として用いた撮像部の断面図である。
【図１１】図11は、撮像素子の表面にスタック方式で回路部品を配置した撮像部の断面図である。
【符号の説明】
10 撮像部
12 CCDチップ
20 回路部品
22 金バンプ
26 遮光部
46 Ｖドライバ
54 タイミングジェネレータ

Claims

固体撮像素子と、該固体撮像素子の表側の面上に少なくとも一部が配置された回路部品とを含み、該固体撮像素子は受光部と遮光部とを含み、該回路部品は該遮光部上に少なくとも一部が配置され、該遮光部の遮光用部材を兼ねることを特徴とする固体撮像装置。
固体撮像素子と、該固体撮像素子の表側の面上に配置された回路部品とを含み、該回路部品は該表側の面外にある部分を含み、該回路部品は前記固体撮像素子の結線部材を兼ね、該固体撮像素子は受光部と遮光部とを含み、該回路部品は該遮光部上に少なくとも一部が配置され、該遮光部の遮光用部材を兼ねることを特徴とする固体撮像装置。