JP5449003B2 - 半導体ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ユニット及び撮像装置に関する。

半導体素子として固体撮像素子を搭載した基板を樹脂のカバーで覆ようにした構成の半導体ユニットが知られている（特許文献１参照）。

また、このような半導体ユニットとして、カバーの外側に配置されたグラウンドシールドを有し、カバーの外側に延出する基板を折り曲げてカバーと固体撮像素子とを取り囲むようにしたものがある（特許文献２参照）。

特開２００５−３４７３３７号公報 特開２００８−８５９２７号公報

特許文献１では、樹脂のケースにより、固体撮像素子を搭載した基板を単純に覆っているために、外乱により固体撮像素子が影響を受ける虞がある。

一方、特許文献２は、外乱の防止のために、樹脂製のカバーの外周をグラウンドシールドで覆っている。このような構成において、グラウンドシールドの剥れを防止するために、グラウンドシールドを回路基板と樹脂製のカバーとの接触面にまで設けることが考えられる。

しかし、このようにした場合、当該接触面において、金属であるグラウンドシールドと非金属である回路基板とが接着されることになる。一般に、金属と他の構造物との接着強度は弱いため、この構成にした場合には、回路基板とカバーとの接着強度が低下してしまう。また、この場合、樹脂製のカバーが吸湿した状態でこれを回路基板に接着すると、この接着工程における加熱により、グラウンドシールドが膨れたり、剥れたりすることかあり、半導体ユニットの信頼性が低下する虞がある。

本発明は、信頼性の低下を防ぐことが可能な半導体ユニット及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体ユニットは、回路基板と、前記回路基板上に設けられた半導体素子と、前記回路基板上に設けられた、前記半導体素子を覆うカバーであって、前記半導体素子上方に透光性の窓が設けられた非金属性のカバーと、前記カバーの表面に設けられた、金属材料で構成されるシールドとを備え、前記シールドは、前記カバーの外側の面に形成されると共に、当該面から当該カバーの前記回路基板と接着される面にまで伸びて形成されており、前記カバーの前記回路基板と接着される面に設けられた部分の前記シールドには開口が形成され、前記シールドの開口が形成された箇所では、非金属性の前記カバーが前記回路基板に直接接着しているものである。

本発明の撮像装置は、前記半導体ユニットを備えるものである。

本発明によれば、信頼性の低下を防ぐことが可能な半導体ユニット及び撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子ユニットの断面模式図 図１に示した固体撮像素子ユニットを斜め上方から視た外観斜視図 図１に示した固体撮像素子ユニットにおけるカバーを斜め下方から視た外観斜視図 図１に示した固体撮像素子ユニットの第一の変形例の固体撮像素子ユニットの断面図 図１に示した固体撮像素子ユニットの第二の変形例の固体撮像素子ユニットの断面図 図５に示す固体撮像素子ユニットの外観斜視図 図５に示す固体撮像素子ユニットを回路基板の裏面側からみた図 図１に示した固体撮像素子ユニットの第三の変形例の固体撮像素子ユニットを回路基板の裏面側からみた図 図８に示したＡ−Ａ線の断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子ユニット１００の断面図である。この固体撮像素子ユニット１００は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュールとして用いられる。

図１に示す固体撮像素子ユニット１００は、回路基板１５と、回路基板１５にワイヤ１９でボンディングされた半導体素子としての固体撮像素子１７と、固体撮像素子１７を覆うカバー１１とを備える。

回路基板１５は、固体撮像素子１７の電源回路、駆動回路等が形成された非金属製（例えば樹脂製）の基板である。

カバー１１は、非金属材料（例えば樹脂）で形成され、四角形の天板２３と天板２３の４辺からそれぞれ立設された４個の側板２５（図１では断面のため２つだけ図示されている）とを有する箱状となっている。

カバー１１は、天板２３側を上にして回路基板１５に接着されており、４つの側板２５の各々のその立設方向の端面が回路基板１５に接着剤を介して接着されている。以下の説明では、カバー１１の表面のうち、図１に示す状態で外部に露出している面を外側の面といい、固体撮像素子１７が置かれている空間側の面を内側の面という。

カバー１１は、固体撮像素子１７の上方にカバー開口２７を有している。カバー開口２７には、透光性のガラス２９が嵌め込まれて窓が形成されており、この窓を通して、固体撮像素子１７に光が入射できるようになっている。

ガラス２９の上には、光学フィルタ２１が設けられている。

カバー１１の表面には、カバー１１の内側に配置される固体撮像素子１７を電気的にシールドするための、金属材料で構成されたグラウンドシールド１３が貼り付けられている。グラウンドシールド１３は、カバー１１の外側の面に形成されると共に、当該面からカバー１１の回路基板１５と接着される面（側板２５の端面）を超えて、カバー１１の内側の面まで伸びて形成されている。

つまり、グラウンドシールド１３は、天板２３の外面に形成されている部分である天板外面被着部３１と、側板２５の外面に形成されている部分である側板外面被着部３３と、側板２５の端面に形成されている部分である側板端面被着部３５と、側板２５の内面に形成されている部分である側板内面被着部３７とを有する。

回路基板１５には、この回路基板１５のグラウンド配線４３が、側板端面被着部３５と回路基板１５との間に形成されており、この間の部分で、グラウンド配線４３がグラウンドシールド１３と接続されている。

図２は、図１に示した固体撮像素子ユニット１００を斜め上方から視た外観斜視図である。

図２に示すように、グラウンドシールド１３は、天板２３の光学フィルタ２１が設けられた面以外の面に形成されている。また、カバー１１の外面に形成されたグラウンドシールド１３のうち、側板外面被着部３３の回路基板１５側の端部には開口３９と角部開口４１が形成されており、ここからはカバー１１が露出している。

図３は、図１に示した固体撮像素子ユニット１００におけるカバー１１を斜め下方から視た外観斜視図である。

図２に示した開口３９と角部開口４１は、図３に示すように、側板端面被着部３５を超えて、側板外面被着部３３及び側板内面被着部３７にまで形成されている。

開口３９は、４つの側板２５の端面のそれぞれにおいて例えば一定間隔で複数個配置されている。

角部開口４１は、側板２５の端面同士の交点に１つずつ設けられている。

固体撮像素子ユニット１００は次のようにして作製する。まず、樹脂のカバー１１の表面に、図３に示すような開口３９及び角部開口４１の部分を覆うマスクを介して金属材料を蒸着し、グラウンドシールド１３を表面に有するカバー１１を作製する。

次に、作製したカバー１１の側板２５の端面を、固体撮像素子１７をボンディングした回路基板１５に接着剤によって接着する。たとえば、各側板２５の端面に接着剤を塗布して、その端面を回路基板１５に押し付けることで、接着を行う。

側板２５の端面には、グラウンドシールド１３が形成されているが、その一部には開口３９及び角部開口４１が形成されており、ここからはカバー１１が露出している。この露出部分は非金属であるため、この露出部分では非金属材料同士の接着がなされる。このため、カバー１１と回路基板１５とが接着剤により大きな接着力で接着されることになる。また、開口３９と角部開口４１が、側板外面被着部３３及び側板内面被着部３７にまで形成されているため、各側板２５の端面に塗布された余分な接着剤がこの部分を通ってカバー１１の内側及び外側に移動することができ、カバー１１を安定して接着することが可能となる。

以上のように、この固体撮像素子ユニット１００によれば、カバー１１の側板２５の端面のグラウンドシールド１３に形成された開口３９及び角部開口４１により、カバー１１が露出するため、この露出部分において、回路基板１５との接着強度を高めることができる。この結果、固体撮像素子ユニット１００の信頼性を高めることができる。

また、固体撮像素子ユニット１００によれば、開口３９及び角部開口４１が設けられていることで、グラウンドシールド１３が熱膨張した場合でも、その応力を緩和することができ、グラウンドシールド１３が剥れるのを防止することができる。

また、固体撮像素子ユニット１００によれば、開口３９及び角部開口４１によりカバー１１の内部と外部との雰囲気が均等に保たれるために、カバー１１の内部が除湿されることによってグラウンドシールド１３の膨れや剥がれを防止することができる。

また、固体撮像素子ユニット１００によれば、カバー１１の側板２５の外面から側板２５の内面までグラウンドシールド１３が巻き込まれているために、従来のもののようにグラウンドシールドをカバー外側に単に配置したものと比較して、グラウンドシールド１３をカバー１１に対して強固に固定することができる。

なお、側板２５の端面のグラウンドシールド１３に形成する開口の数は、少なくとも１つとすればよい。少なくとも１つ開口があれば、この開口部分から露出するカバー１１と回路基板１５との接着が強固に行われる。このため、開口を設けないときよりも、カバー１１と回路基板１５との接着強度を高めることができる。図３に示すように、各側板２５の端面に等間隔で開口を設けることで、接着強度のバランスをカバー１１全体で均一化することができ、安定した接着が可能となる。

また、開口としては、少なくとも４つの角部開口４１を設けておくことが好ましい。側板２５の端面同士の交点部分にあるグラウンドシールド１３は、グラウンドシールド１３に応力が加わったときにその応力が最も集中する箇所である。このため、少なくともこの箇所に開口を設けておくことで、グラウンドシールド１３を剥れにくくすることができる。また、側板２５の端面同士の交点部分にグラウンドシールド１３を残しておくと、グラウンドシールド１３の熱膨張によるひずみがこの交点部分にもろに来てしまい、カバー１１が回路基板１５から剥がれてしまう懸念があるが、固体撮像素子ユニット１００によれば、このような懸念もない。

また、図２，３の例では、開口３９と角部開口４１が、側板外面被着部３３と側板内面被着部３７にも形成されているが、ここには形成してなくてもよい。つまり、開口は、少なくとも、側板端面被着部２５に設けてあればよい。

また、図１〜３の例では、グラウンドシールド１３が、側板２５の内面にまで伸びて形成されているが、これは必須ではない。このようにした場合には、グラウンドシールド１３がより剥れにくくなるという効果を得ることができる。

また、図１〜３の例では、グラウンドシールド１３が、４つの側板２５の各々の端面に形成されているが、この４つの端面全てにグラウンドシールド１３を形成しなくてもよい。４つの端面のうち少なくとも１つにグラウンドシールド１３が形成されていれば、グラウンドシールドをカバー外側に単に形成したものよりも、グラウンドシールド１３を剥れにくくすることができる。

以下、図１に示した固体撮像素子ユニット１００の変形例を説明する。

（第一の変形例）
図４は、図１に示した固体撮像素子ユニット１００の第一の変形例の固体撮像素子ユニット２００の断面図である。

固体撮像素子ユニット２００は、カバー１１に、レンズモジュール４７を収容したレンズ筺体４９を接着した点、固体撮像素子１７のパッドに接続されたワイヤ１９が回路基板１５のスルーホールに設けられた金属プラグＰを介して回路基板１５のソケット接続電極４５に電気的に接続されている点を除いては、図１に示した固体撮像素子ユニット１００と同じ構成である。

このように、レンズ一体型の固体撮像素子ユニット２００であっても、グラウンドシールド１３の剥れの防止、カバー１１と回路基板１５の接着強度の向上といった効果を得ることができる。

なお、この構成では、レンズ筐体４９として非金属材料を用いる場合、レンズ筐体４９とカバー１１とが接着する部分にあるグラウンドシールド１３にカバー１１を露出させる開口を少なくとも１つ形成しておくことが好ましい。このようにすることで、この部分での接着強度を高めることができ、レンズ一体型の固体撮像素子ユニット２００の信頼性を向上させることができる。

（第二の変形例）
図５は、図１に示した固体撮像素子ユニット１００の第二の変形例の固体撮像素子ユニット３００の断面図である。図６は、図５に示した固体撮像素子ユニット３００を斜め上から見た外観斜視図である。

固体撮像素子ユニット３００は、固体撮像素子１７のパッド６３に接続されるワイヤ１９が、カバー１１の内側において回路基板１５のパッド１９ａに接続されている点、回路基板１５のパッド１９ａとソケット接続電極４５を接続する回路基板１５の配線１９ｂが、パッド１９ａを起点にしてカバー１１の回路基板１５との接着面に形成されるグラウンドシールド１３の開口３９を通ってカバー１１外部に引き出され、回路基板１５の裏面のソケット接続電極４５にまで達して設けられている点を除いては、図４に示した固体撮像素子ユニット２００と同じ構成である。

図７は、図５に示す固体撮像素子ユニット３００を回路基板１５の裏面側からみた図である。

図７に示すように、グラウンドシールド１３には開口３９が形成されているため、この開口３９が形成された位置においてカバー１１と回路基板１５との間には隙間が生じる。

固体撮像素子ユニット３００では、固体撮像素子１７のパッド６３にワイヤ１９が接続されており、このワイヤ１９と電気的に接続される配線１９ｂが、開口３９が形成された位置において生じる隙間を通って、カバー１１の外部へと引き出されている。引き出された配線１９ｂは、図５、６に示したように、そのまま回路基板１５の裏側に引き回されて、ソケット接続電極４５に接続されている。

固体撮像素子ユニット３００は、カバー１１を回路基板１５に接着したときにカバー１１の開口３９が対向する位置に配線１９ｂが通るように、回路基板１５に配線１９ｂを形成しておくことで作製することができる。

このような構成によれば、回路基板１５に貫通孔をあけることなく、固体撮像素子１７とソケット接続電極４５とを電気的に接続することができる。図６に示した開口３９によって形成される隙間の周りには、グラウンドシールド１３とカバー１１と回路基板１５が存在するが、これらはいずれも非導電性材料であるため、配線１９ｂの絶縁性を問題なく確保することができる。また、この構成によれば、配線１９ｂの間に、スリットになっているグラウンドシールド１３が存在するため、配線１９ｂに信号電圧を印加することにより発生する輻射ノイズ（電磁波ノイズ）が隣の配線１９ｂに伝播するのを抑えることができる。

（第三の変形例）
図８は、図１に示した固体撮像素子ユニット１００の第三の変形例の固体撮像素子ユニット４００を回路基板の裏面側からみた図である。

固体撮像素子ユニット４００は、カバー１１の内側の面に電子部品を実装した回路パターンを形成した点、４つの側板２５のうちの対向する２つの側板２５の各々の端面にはグラウンドシールド１３を形成していない点、この回路パターンをグラウンドシールド１３を形成していない側板２５の端面において回路基板１５と電気的に接続するようにした点を除いては、図４に示した固体撮像素子ユニット２００と同じ構成である。

図８に示すように、固体撮像素子ユニット４００では、４つの側板２５の各々の端面のうち、対向する２つの側板２５の端面にグラウンドシールド１３が形成され、残る２つの側板２５の端面に回路パターン（プリント回路）６０が形成されている。

図９は、図８に示したＡ−Ａ線の断面図である。なお、図８に示したＡ−Ａ線に直交するＢ−Ｂ線の断面図が、図４に示したものとなる。

図９に示すように、固体撮像素子ユニット４００のカバー１１の内側の面には、電子部品５９と、この電子部品５９に接続される回路パターン（プリント回路）６０とが形成されている。回路パターン６０は、カバー１１の内側の面から、グラウンドシールド１３が形成されていない側版２５の端面と回路基板１５の間まで伸びており、この間の部分で、回路基板１５と電気的に接続されている。

以上のような構成により、カバー１１の内側に電子部品を実装することができるため、固体撮像素子ユニットの小型化が可能となる。

なお、ここでは、４つの側板２５のうちの２つの端面において、回路パターン６０を回路基板１５に接続しているが、これに限らない。例えば、１つの側板２５の端面にグラウンドシールド１３を形成し、残り３つの側板２５の端面において回路基板１５と回路パターン６０を接続してもよい。また、３つの側板２５の端面にグラウンドシールド１３を形成し、残り１つの側板２５の端面において回路基板１５と回路パターン６０を接続してもよい。

以上説明したように、本明細書には次の事項が開示されている。

開示された半導体ユニットは、回路基板と、前記回路基板上に設けられた半導体素子と、前記回路基板上に設けられた、前記半導体素子を覆うカバーであって、前記半導体素子上方に透光性の窓が設けられた非金属性のカバーと、前記カバーの表面に設けられた、金属材料で構成されるシールドとを備え、前記シールドは、前記カバーの外側の面に形成されると共に、当該面から当該カバーの前記回路基板と接着される面にまで伸びて形成されており、前記カバーの前記回路基板と接着される面に設けられた部分の前記シールドには開口が形成されているものである。

この構成により、シールドの開口からはカバーの一部が露出するため、この露出した部分と回路基板との接着強度を高めることができる。また、開口が設けられていることで、シールドが熱膨張した場合でも、その応力をこの開口で緩和することができ、シールドが剥れるのを防止することができる。

開示された半導体ユニットは、前記シールドの開口が、前記カバーの前記回路基板と接着される面同士の交点に少なくとも設けられているものである。

この構成により、シールドをより剥れにくくすることができる。

開示された半導体ユニットは、前記シールドが、前記カバーの外側の面から前記カバーの前記回路基板と接着される面を越えて、前記カバーの内側の面にまで伸びて形成されているものである。

この構成により、シールドをより剥れにくくすることができる。

開示された半導体ユニットは、前記開口が、前記カバーの前記回路基板と接着される面を越えて前記カバーの内側及び外側の面にまで形成されているものである。

開示された半導体ユニットは、前記回路基板のグラウンド配線が、前記カバーの前記回路基板と接着される面において前記シールドと電気的に接続されているものである。

この構成により、回路基板のグラウンド配線とシールドとの接続を強固なものにすることができる。

開示された半導体ユニットは、前記カバーの内側の面に電子部品を実装した回路が形成されており、前記回路と前記回路基板とが、前記カバーの前記回路基板と接着される面のうちの一部において電気的に接続されており、前記シールドは、前記カバーの前記回路基板と接着される面のうちの前記一部以外の面に前記外側の面から伸びて形成されているものである。

開示された半導体ユニットは、前記カバーに接着されるレンズ筐体を備え、前記レンズ筐体と前記カバーとの接着面にある前記シールドには開口が形成されているものである。

開示された半導体ユニットは、前記半導体素子のパッドに接続される前記回路基板の配線が、前記カバーの内側から前記開口を通って前記回路基板の前記半導体素子が設けられる面の反対面まで伸びて形成されているものである。

開示された半導体ユニットは、前記半導体素子が固体撮像素子であるものである。

開示された撮像装置は、前記半導体ユニットを備えるものである。

１１ カバー
１３ グラウンドシールド
１５ 回路基板
１７ 固体撮像素子
２７ カバー開口
３９，４１ グラウンドシールド開口
５９ 電子部品
６０ 回路パターン
１００ 固体撮像素子ユニット

Claims (10)

1. 回路基板と、
   前記回路基板上に設けられた半導体素子と、
   前記回路基板上に設けられた、前記半導体素子を覆うカバーであって、前記半導体素子上方に透光性の窓が設けられた非金属性のカバーと、
   前記カバーの表面に設けられた、金属材料で構成されるシールドとを備え、
   前記シールドは、前記カバーの外側の面に形成されると共に、当該面から当該カバーの前記回路基板と接着される面にまで伸びて形成されており、
   前記カバーの前記回路基板と接着される面に設けられた部分の前記シールドには開口が形成され、前記シールドの開口が形成された箇所では、非金属性の前記カバーが前記回路基板に直接接着している半導体ユニット。
2. 請求項１記載の半導体ユニットであって、
   前記シールドの開口が、前記カバーの前記回路基板と接着される面同士の交点に少なくとも設けられている半導体ユニット。
3. 請求項１又は２記載の半導体ユニットであって、
   前記シールドは、前記カバーの外側の面から前記カバーの前記回路基板と接着される面を越えて、前記カバーの内側の面にまで伸びて形成されている半導体ユニット。
4. 請求項３記載の半導体ユニットであって、
   前記開口が、前記カバーの前記回路基板と接着される面を越えて前記カバーの内側及び外側の面にまで形成されている半導体ユニット。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体ユニットであって、
   前記回路基板のグラウンド配線が、前記カバーの前記回路基板と接着される面において前記シールドと電気的に接続されている半導体ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の半導体ユニットであって、
   前記カバーの内側の面には電子部品が実装された回路が形成されており、
   前記回路と前記回路基板とが、前記カバーの前記回路基板と接着される面のうちの一部において電気的に接続されており、
   前記シールドは、前記カバーの前記回路基板と接着される面のうちの前記一部以外の面に前記外側の面から伸びて形成されている半導体ユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の半導体ユニットであって、
   前記カバーに接着されるレンズ筐体を備え、
   前記レンズ筐体と前記カバーとの接着面にある前記シールドに開口が形成されている半導体ユニット。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の半導体ユニットであって、
   前記半導体素子のパッドに接続される前記回路基板の配線が、前記カバーの内側から前記開口を通って前記回路基板の前記半導体素子が設けられる面の反対面まで伸びて形成されている半導体ユニット。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の半導体ユニットであって、
   前記半導体素子が固体撮像素子である半導体ユニット。
10. 請求項９記載の半導体ユニットを備える撮像装置。

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