JP4720120B2 - Semiconductor image sensor module - Google Patents
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Description
本発明は、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラあるいはカメラ付携帯電話などの撮像機能を備えた電子機器を小型軽量化するのに使用される半導体イメージセンサ・モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor image sensor module used for reducing the size and weight of an electronic apparatus having an imaging function such as a digital still camera, a video camera, or a camera-equipped mobile phone.
従来、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラあるいはカメラ付携帯電話などの撮像機能を備えた電子機器を小型軽量化するために、半導体イメージセンサ・モジュールが使用されている。この半導体イメージセンサ・モジュールは、固体撮像素子、例えばCCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサに代表される半導体イメージセンサを使用して構成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor image sensor module has been used to reduce the size and weight of an electronic device having an imaging function such as a digital still camera, a video camera, or a camera-equipped mobile phone. This semiconductor image sensor module is configured using a solid-state imaging device, for example, a semiconductor image sensor represented by a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
図6及び図7は、従来の半導体イメージセンサ・モジュールの例を示す。この技術は特許文献1に記載されている。
図7に示す半導体イメージセンサ・モジュール10は、CCD型の半導体イメージセンサ1をセラミックパッケージ2内に固定すると共に、電気的接続をワイヤボンディング法によりボッディングワイヤ3を使用して行い、半導体イメージセンサ1の受光部1a側をカバーガラス4で蓋をして半導体イメージセンサ1を保護するように構成される。セラミックパッケージ2からは金属製のリード5を介して出力信号が取り出されるようになされている。このリード5はプリント基板等の所定の端子に接続される。また、セラミックパッケージ2を囲むように、樹脂からなる空間フィルタ固定モールド体6が設けられる。この空間フィルタ固定モールド体6とフィルタガラス7aとにより、カバーガラス4の前方に空間フィルタ7が構成される。
6 and 7 show an example of a conventional semiconductor image sensor module. This technique is described in
A semiconductor
図6に示す半導体イメージセンサ・モジュール20は、CCD型の半導体イメージセンサ1を金バンプ12と紫外線硬化樹脂14を用いて受光部1a側がガラス基板13に対向するように搭載し、半導体イメージセンサ1を保護するようにセラミックパッケージ15をガラス基板13に固定して構成される。ガラス基板13の内面には厚膜配線が形成され、この厚膜配線と半導体イメージセンサ1との電気的接続が金バンプ12を介して行われる。セラミックパッケージ15からは金属製のリード5が導出される。さらに、空間フィルタリング16及びフィルタガラス17が配置され、空間フィルタリング16とフィルタガラス7aとガラス基板13とで空間フィルタ7が構成される。
しかし乍ら、図7に示す半導体イメージセンサ・モジュール10においては、半導体イメージセンサ1の受光部1aに対してワイヤボンディングにより電気的接続を行っているので、小型化に限界があった。また、空間フィルタ7は空間フィルタ固定モールド体6をAl等の放熱板8にビス止めして固定しているので、更に大型化する不都合があった。
However, in the semiconductor
一方、図6に示す半導体イメージセンサ・モジュール20は、図7のものに比べて小型化が飛躍的に向上する。しかし、この半導体イメージセンサ・モジュール20では、半導体イメージセンサ1と金バンプ12の接合圧力と位置関係のみで、半導体イメージセンサ1とガラス基板13の光学的位置関係が決定され、半導体イメージセンサ・モジュール20の良品歩留りが金バンプ接合技術に大きく依存せざるを得ない。
On the other hand, the semiconductor
本発明は、上述の点に鑑み、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラあるいはカメラ付携帯電話などの撮像機能を備えた電子機器を更に小型軽量化することができる、超小型の半導体イメージセンサ・モジュールを提供するものである。 In view of the foregoing, the present invention provides an ultra-small semiconductor image sensor module that can further reduce the size and weight of an electronic device having an imaging function such as a digital still camera, a video camera, or a camera-equipped mobile phone. To do.
本発明に係る半導体イメージセンサ・モジュールは、半導体基板の第1の主面側に信号電荷を読み出す手段の形成領域を有し、半導体基板の第1の主面と反対側の第2の主面を光入射面として当該第1の主面から第2の主面に至るように形成された光電変換領域を有する半導体イメージセンサを少なくとも具備する半導体イメージセンサ・モジュールであって、半導体イメージセンサが透明基板上に、半導体イメージセンサの第2の主面と透明基板とが対向するように固定されると共に、半導体イメージセンサと透明基板との間に窓枠スペーサが挟持される。そして、半導体イメージセンサの第1の主面側の面上に支持基板が貼り合わせられ、前記支持基板を貫通する導電プラグに接続するように当該支持基板の表面上に電極パッドが形成されたことを特徴とする。 The semiconductor image sensor module according to the present invention has a formation region for reading signal charges on the first main surface side of the semiconductor substrate, and the second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate. Is a semiconductor image sensor module including at least a semiconductor image sensor having a photoelectric conversion region formed from the first main surface to the second main surface with the light incident surface as a light incident surface, wherein the semiconductor image sensor is transparent on a substrate, and a second major surface and the transparent substrate of the semiconductor image sensor Rutotomoni fixed so as to face, the window frame spacer between the semiconductor image sensor and the transparent substrate are held. Then, a support substrate is bonded onto the first main surface side surface of the semiconductor image sensor, and an electrode pad is formed on the surface of the support substrate so as to be connected to a conductive plug that penetrates the support substrate. It is characterized by.
本発明の半導体イメージセンサ・モジュールでは、半導体イメージセンサの光入射面の第2の主面と透明基板とが対向するように、半導体イメージセンサを透明基板に対して固定し、半導体イメージセンサの第1の主面側の面上に形成した電極パッドと透明基板に形成された導電パターンとを接続手段を介して電気的に接続した構成であるので、従来のバンプによる電気的接続に比べて、バンプの電気的接続と半導体イメージセンサの位置関係の両方を満たす必要がない。 In the semiconductor image sensor module of the present invention, the semiconductor image sensor is fixed to the transparent substrate so that the second main surface of the light incident surface of the semiconductor image sensor faces the transparent substrate, Since the electrode pad formed on the surface on the main surface side of 1 and the conductive pattern formed on the transparent substrate are electrically connected through the connecting means, compared with the electrical connection by the conventional bump, It is not necessary to satisfy both the electrical connection of the bump and the positional relationship of the semiconductor image sensor.
また、本発明に係る半導体イメージセンサ・モジュールは、上記半導体イメージセンサ・モジュールにおいて、透明基板上に更に半導体イメージセンサから出力された画像信号を処理する信号処理チップが搭載され、かつ半導体イメージセンサの電極パッドに接続された接続手段と透明基板に形成された導電パターンとを介して、半導体イメージセンサと信号処理チップとが電気的に接続されていることを特徴とする。 A semiconductor image sensor module according to the present invention includes a signal processing chip for processing an image signal output from the semiconductor image sensor on the transparent substrate in the semiconductor image sensor module, and the semiconductor image sensor module. The semiconductor image sensor and the signal processing chip are electrically connected through connection means connected to the electrode pad and a conductive pattern formed on the transparent substrate.
本発明の半導体イメージセンサ・モジュールでは、透明基板上に半導体イメージセンサと共にさらに信号処理チップを搭載し、上記接続手段を介して半導体イメージセンサと信号処理チップとを電気的に接続した構成であるので、画像処理機能を付加しても半導体イメージセンサ・モジュールの超小型化が可能になる。 In the semiconductor image sensor module of the present invention, the signal processing chip is further mounted on the transparent substrate together with the semiconductor image sensor, and the semiconductor image sensor and the signal processing chip are electrically connected via the connecting means. Even if an image processing function is added, the semiconductor image sensor module can be miniaturized.
上述の半導体イメージセンサとしては、裏面照射型のCMOS固体撮像素子を用いることが好ましい。 As the above-described semiconductor image sensor, it is preferable to use a back-illuminated CMOS solid-state imaging device.
本発明に係る半導体イメージセンサ・モジュールによれば、透明基板と半導体イメージセンサの光入射面が対向するように、透明基板上に半導体イメージセンサを直接固定し、しかも従来のバンプによる電気的接続と半導体イメージセンサの位置関係の両方を満たす必要がないので、半導体イメージセンサ・モジュールの超小型化と、安定した良品歩留りを実現することができる。 According to the semiconductor image sensor module according to the present invention, the semiconductor image sensor is directly fixed on the transparent substrate so that the light incident surfaces of the transparent substrate and the semiconductor image sensor face each other, and the electrical connection by the conventional bump is performed. Since it is not necessary to satisfy both of the positional relations of the semiconductor image sensor, it is possible to realize an ultra-small semiconductor image sensor module and a stable yield.
また、本発明に係る半導体イメージセンサ・モジュールによれば、透明基板上にさらに信号処理チップを搭載し、接続手段を介して半導体イメージセンサと信号処理チップを電気的に接続することにより、画像処理機能を付加した半導体イメージセンサ・モジュールの更なる超小型化を実現することができる。 In addition, according to the semiconductor image sensor module according to the present invention, the signal processing chip is further mounted on the transparent substrate, and the semiconductor image sensor and the signal processing chip are electrically connected through the connecting means, thereby performing image processing. It is possible to achieve further miniaturization of the semiconductor image sensor module with added functions.
本発明の半導体イメージセンサ・モジュールにおいて、半導体イメージセンサとして裏面照射型のCMOS固体撮像素子を用いるときは、裏面照射型でカラー撮像に適した超小型の半導体イメージセンサ・モジュールを提供することができる。 In the semiconductor image sensor module of the present invention, when a back-illuminated CMOS solid-state image sensor is used as the semiconductor image sensor, an ultra-small semiconductor image sensor module suitable for color imaging can be provided. .
以下、図面を参照して本発明による半導体イメージセンサ・モジュールの実施の形態を説明する。 Embodiments of a semiconductor image sensor module according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図4に、本発明に係る半導体イメージセンサ・モジュールの一実施の形態を示す。本実施の形態に係る半導体イメージセンサ・モジュール31は、図1に示すように、上面に所要の配線パターン32を形成した透明基板33と、半導体イメージセンサ34と、半導体イメージセンサ34から出力された画像信号を信号処理するための信号処理チップ、例えばDPS(デジタル信号処理回路)35やメモリIC36と、半導体イメージセンサ34を透明基板33に対して所要の空間を置いて配置するための窓枠スペーサ37と、フレキシブル配線基板38とから成る。
1 to 4 show an embodiment of a semiconductor image sensor module according to the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor image sensor module 31 according to the present embodiment is output from the
透明基板33は、本例では透明ガラス基板で形成される。この透明基板33上には、金属ペースト、例えば金ペーストを印刷し、焼成して所要の導電パターン、すなわち厚膜配線パターン32が形成されると共に、この配線パターン32にパッド部41〔411、412、413〕が形成される。配線パターン32のパッド部41は、半導体イメージセンサ34と電気的に接続されるパッド部411と、DSP35と電気的に接続されるパッド部412と、メモリIC36と接続されるパッド部413とを有している。透明基板33の端辺には配線パターン32に接続されフレキシブル配線基板38が接続される端子32aが形成される。
In this example, the
半導体イメージセンサ34は、裏面照射型の固体撮像素子を用いる。この裏面照射型の固体撮像素子としては、例えばCMOS固体撮像素子、CCD固体撮像素子などで形成することができる。また、これらの半導体イメージセンサ34としては、本例では後述するように受光面側の最上層に各画素に対応して集光機能をもつオンチップマイクロレンズが形成される(図4参照)。
The
ぞして、図2及び図4に示すように、半導体イメージセンサ(いわゆる固体撮像チップ)34は、その受光面34aが透明基板33側に向くように窓枠スペーサ37を介して透明基板3の配線パターン32が形成された面上の所定位置、すなわちパッド部411が形成された領域に配置し、例えば紫外線硬化樹脂などの接着剤により透明基板33に接着固定される。透明基板33に接着固定された状態で半導体イメージセンサ34は、その受光面(光照射面)34aと反対側のチップ裏面が表側に現れる。このとき、半導体イメージセンサ34のオンチップマイクロレンズ43は、窓枠スペーサ37により、直接透明基板33に接触することがない。
As shown in FIGS. 2 and 4, the semiconductor image sensor (so-called solid-state imaging chip) 34 is formed on the transparent substrate 3 via the
また、例えばDSP35やメモリIC36等の信号処理チップが、そのチップ裏面を透明基板33側に向くように配線パターン32が形成された面上の所定位置、すなわちパッド部412及び413が形成された領域にそれぞれ配置され固定される。DSP35及びメモリIC36と配線パターン32との電気的接続は、金属細線44によるワイヤボンディングを介して行う。各DSP35及びメモリIC36は、透明基板33上に固定された状態でそのチップ表面が表側を向いている。
Further, for example, a signal processing chip such as a
半導体イメージセンサ34と配線パターン32との電気的接続は、例えば図4に示すように、半導体イメージセンサ34の受光面34aと反対側のチップ面上に形成した電極パッド45にと透明基板33側の配線パターン32のパッド部411間を金属細線44によるワイヤボンディングを介して行う。
For example, as shown in FIG. 4, the
あるいは図示せざるも、半導体イメージセンサ34の受光面34aと反対側に形成した電極パッド45上にバンプを形成し、フレキシブル配線基板を介して電気的に接続してもよい。このときの構造は、受光面側にバンプを形成していないので、バンプの電気的接続と半導体イメージセンサの位置関係の両方を満たす必要はなく安定した良品歩留りが得られる。
Alternatively, although not shown, bumps may be formed on the
透明基板33に搭載された半導体イメージセンサ34、DSP35及びメモリIC36の各チップ間は、透明基板33上に形成した配線パターン32により相互に電気的に接続される。一方、透明基板33の端辺の端子部32aにはフレキシブル配線基板38が接続される。そして、フレキシブル配線基板38の接続端子部32a、半導体イメージセンサ34、DSP35及びメモリIC36を被覆するように透明基板33上に、例えば黒樹脂コーティング層46が形成されて図3及び図4に示す本実施の形態の半導体イメージセンサ・モジュール31が構成される。
The chips of the
図5に、半導体イメージセンサ34となる例えば、裏面照射型のCMOS固体撮像チップの概略構成を示す。この裏面照射型CMOS固体撮像チップ341は、半導体基板の第1の主面側に後述の光電変換領域からの信号電荷を読み出す手段の形成領域を有し、半導体基板の第1の主面と反対側の第2の主面に光入射面を有する光電変換領域を有してなる。すなわち、裏面照射型CMOS固体撮像チップ341は、薄膜化された半導体基板51、例えばシリコン半導体基板の撮像領域に1つの光電変換領域となるフォトダイオードPDとこのフォトダイオードPDの信号電荷を読み出す手段となる複数のMOSトランジスタTrとで構成された単位画素がマトリックス状に複数配列され、周辺領域にCMOSトランジスタからなる周辺回路部(図示せず)が形成されて成る。
FIG. 5 shows a schematic configuration of, for example, a back-illuminated CMOS solid-state imaging chip that becomes the
フォトダイオードPDは、薄膜化された半導体基板51の裏面(第2の主面)に光入射面を有するように、表面(第1の主面)51a側から裏面(第2の主面)51b側に至るように形成される。単位画素のMOSトランジスタTr及び周辺回路を構成するCMOSトランジスタは、半導体基板51の表面51a側に形成される。半導体基板51の表面51a上には層間絶縁膜52を介して多層配線53を形成した多層配線層54が形成され、さらにこの多層配線層54上に固体撮像チップの機械的強度を保持するための、例えばシリコン基板等による支持基板55が貼り合わされる。多層配線53に接続される電極パッド45は、支持基板55を貫通する導電プラグ56に接続するようにして支持基板55の表面55a上に形成される。
The photodiode PD has a light incident surface on the back surface (second main surface) of the thinned semiconductor substrate 51 from the front surface (first main surface) 51a side to the back surface (second main surface) 51b. It is formed to reach the side. The MOS transistor Tr of the unit pixel and the CMOS transistor constituting the peripheral circuit are formed on the
一方、半導体基板51の裏面51b側には、パシベーション膜57を介してカラーフィルタ58及びその上に各画素に対応したオンチップマイクロレンズ43が形成される。このCMOS固体撮像チップ341においては、基板裏面51b側からオンチップマイクロレンズ43を通してフォトダイオードPDに対して光が照射されるようになされる。
On the other hand, on the
固体撮像チップ341の周辺回路には、例えば、アナログフロントエンド(AFE)、タイミング発生回路、電源回路、メモリ回路などが含まれている。 The peripheral circuit of the solid-state imaging chip 341 includes, for example, an analog front end (AFE), a timing generation circuit, a power supply circuit, a memory circuit, and the like.
上述した本実施の形態に係る半導体イメージセンサ・モジュール31によれば、透明基板33上、本例ではガラス基板上に半導体イメージセンサ34を直接接着するように配置し、半導体イメージセンサ34を黒樹脂コーティング層46で被覆して構成することにより、半導体イメージセンサ・モジュール31を超小型化することができる。このとき、受光面34a側にバンプを形成していないので、バンプの電気的接続と半導体イメージセンサの位置関係との両方を満たす必要がなく、安定した良品歩留りが得られる。黒樹脂コーティング層46により半導体イメージセンサ34の受光面34a以外が遮光されるので、半導体イメージセンサ・モジュール31の品質が向上する。
According to the semiconductor image sensor module 31 according to the present embodiment described above, the
また、本実施の形態の半導体イメージセンサ・モジュール34においては、透明基板であるガラス基板33上に半導体イメージセンサ34から出力された画像信号を処理する信号処理チップであるDSP35やメモリIC36が搭載され、かつ半導体イメージセンサ34の表面から取り出された電極パッド45に接続された金属細線(ボンディングワイヤ)44とガラス基板33に形成された配線パターン32を介して半導体イメージセンサ34とDSP35、メモリIC36とが電気的に接続される。このような構成により、画像処理機能を付加しても半導体イメージセンサ・モジュール31のサイズを超小型化することができる。
In the semiconductor
上記実施の形態では、半導体イメージセンサ34として、受光面側に集光機能をもつオンチップマイクロレンズを形成した半導体イメージセンサを適用し、直接オンチップマイクロレンズとガラス基板33が接触しないように、窓枠スペーサ37を介して半導体イメージセンサ34とガラス基板33とを固定して構成した。しかし、オンチップマイクロレンズを形成しない半導体イメージセンサを適用することも可能である。このときには、窓枠スペーサ37を省略して直接半導体イメージセンサ34とガラス基板33とを接着剤により固定するように構成することができる。なお、オンチップマイクロレンズを省略した半導体イメージセンサを、窓枠スペーサ37を介して配置することもできる。
In the above embodiment, as the
半導体イメージセンサ34として裏面照射型のCMOS固体撮像素子を用いるときは、カラー撮像に適した裏面照射型の半導体イメージセンサ・モジュールを提供することができる。
When a back-illuminated CMOS solid-state imaging device is used as the
上例の半導体イメージセンサ・モジュール31では、半導体イメージセンサ34として裏面照射型のCMOS固体撮像素子を用いたが、その他、裏面照射型のCCD固体撮像素子を用いて構成することもできる。
In the semiconductor image sensor module 31 in the above example, a back-illuminated CMOS solid-state image sensor is used as the
裏面照射型のCCD固体撮像素子の場合も、薄膜化された半導体基板の表面(第1の主面)側に電荷転送レジススタを形成し、半導体基板の裏面(第2の主面)側を受光面とした光電変換部を形成するフォトダイオードを形成して構成さる。また、半導体基板の表面側に層間絶縁膜を介して貼り合せた例えばシリコン基板による支持基板の表面上に転送電極に接続された電極パッドが形成され、この電極パッドとCCD固体撮像素子がマウントされた透明基板上の配線パターンのパッド部とがワイヤボンディングで接続される。 Also in the case of a back-illuminated CCD solid-state imaging device, a charge transfer register is formed on the surface (first main surface) side of the thinned semiconductor substrate, and the back surface (second main surface) side of the semiconductor substrate is received. A photodiode is formed to form a photoelectric conversion portion as a surface. In addition, an electrode pad connected to the transfer electrode is formed on the surface of the support substrate made of, for example, a silicon substrate, which is bonded to the surface side of the semiconductor substrate via an interlayer insulating film, and this electrode pad and the CCD solid-state imaging device are mounted. The pad portion of the wiring pattern on the transparent substrate is connected by wire bonding.
31・・半導体イメージセンサ・モジュール、32・・配線パターン、32a・・端子部、33・・透明基板、34・・半導体イメージセンサ、34a・・受光面、35・・デジタル信号処理回路、36・・メモリIC、37・・窓枠スペーサ、41〔411、412、413〕、43・・オンチップマイクロレンズ、51・・薄膜化された半導体基板、51a・・表面、51b・・裏面、52・・層間絶縁膜、53・・多層配線、54・・多層配線層、PD・・フォトダイオード、Tr・・MOSトランジスタ、55・・支持基板、56・・導電プラグ、57・・パシベーション膜、58・・カラーフィルタ
31..Semiconductor image sensor module, 32..Wiring pattern, 32a..Terminal part, 33..Transparent substrate, 34..Semiconductor image sensor, 34a..Light receiving surface, 35..Digital signal processing circuit, 36. · Memory IC, 37 ·· Window frame spacer, 41 [411, 412, 413], 43 · · On-chip micro lens, 51 · · Thinned semiconductor substrate, 51a · · Front, 51b · · Back, 52 · ·
Claims (6)
前記半導体イメージセンサが透明基板上に、該半導体イメージセンサの第2の主面と該透明基板とが対向するように固定されると共に、
前記半導体イメージセンサと前記透明基板との間に窓枠スペーサが挟持され、
前記半導体イメージセンサの第1の主面側の面上に支持基板が貼り合わせられ、
前記支持基板を貫通する導電プラグに接続するように当該支持基板の表面上に電極パッドが形成された
半導体イメージセンサ・モジュール。 The first main surface side of the semiconductor substrate has a formation region for reading signal charges, and the second main surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate is used as the light incident surface. At least a semiconductor image sensor having a photoelectric conversion region formed so as to extend from the surface to the second main surface ;
Wherein the semiconductor image sensor is a transparent substrate, and a second major surface and the transparent substrate of the semiconductor image sensor is fixed so as to face Rutotomoni,
A window frame spacer is sandwiched between the semiconductor image sensor and the transparent substrate,
A support substrate is bonded to the first main surface side surface of the semiconductor image sensor,
A semiconductor image sensor module, wherein an electrode pad is formed on a surface of the support substrate so as to be connected to a conductive plug penetrating the support substrate.
請求項1記載の半導体イメージセンサ・モジュール。 An on-chip microlens is provided on the second main surface side of the semiconductor image sensor.
The semiconductor image sensor module according to claim 1 .
請求項1または2に記載の半導体イメージセンサ・モジュール。 The electrode pad and the conductive pattern formed on the transparent substrate are electrically connected.
The semiconductor image sensor module according to claim 1 .
請求項1または2に記載の半導体イメージセンサ・モジュール。 Bumps were provided on the electrode pads
The semiconductor image sensor module according to claim 1 .
かつ前記半導体イメージセンサの前記電極パッドに接続された接続手段と前記透明基板に形成された導電パターンとを介して、前記半導体イメージセンサと前記信号処理チップとが電気的に接続されている
請求項1または2に記載の半導体イメージセンサ・モジュール。 A signal processing chip for processing an image signal output from the semiconductor image sensor is mounted on the transparent substrate,
In addition, the semiconductor image sensor and the signal processing chip are electrically connected via connection means connected to the electrode pads of the semiconductor image sensor and a conductive pattern formed on the transparent substrate.
The semiconductor image sensor module according to claim 1 .
請求項1または2に記載の半導体イメージセンサ・モジュール。 The semiconductor image sensor is a back-illuminated CMOS solid-state image sensor.
The semiconductor image sensor module according to claim 1 .
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