JP6666027B2 - Semiconductor device and imaging device - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置および撮像装置に関する。特には、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどに用いられる固体撮像素子を有する半導体装置と、この半導体装置を有する撮像装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and an imaging device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a solid-state imaging device used for a digital camera, a digital video camera, and the like, and an imaging device having the semiconductor device.

デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置は、固体撮像素子を有する。撮像装置の小型化のための構成として、同一シリコン基板上に固体撮像素子と周辺処理回路とが形成された半導体装置が用いられている。そして、撮像装置のさらなる小型化のために、固体撮像素子と周辺処理回路を別々のシリコン基板上に形成し、それぞれのシリコン基板を積層実装させた半導体装置である積層型イメージセンサが開発されている。このような構成として、特許文献1には、固体撮像素子と周辺処理回路とが多層基板の上下に積層して設けられる構成が開示されている。   An imaging device such as a digital camera or a digital video camera has a solid-state imaging device. As a configuration for reducing the size of an imaging device, a semiconductor device in which a solid-state imaging device and a peripheral processing circuit are formed on the same silicon substrate is used. In order to further reduce the size of the imaging device, a solid-state image sensor and a peripheral processing circuit are formed on separate silicon substrates, and a stacked image sensor, which is a semiconductor device in which each silicon substrate is stacked and mounted, has been developed. I have. As such a configuration, Patent Literature 1 discloses a configuration in which a solid-state imaging device and a peripheral processing circuit are provided by being stacked on and under a multilayer substrate.

特許第3417225号公報Japanese Patent No. 3417225

しかしながら、固体撮像素子と周辺処理回路を積層実装する構成では、周辺処理回路において発生する熱が固体撮像素子へ伝達し、伝達した熱によって固体撮像素子における暗電流の発生が増加する場合がある。そうすると、固体撮像素子が撮像する画像にノイズが生じ、画質が低下する場合がある。   However, in a configuration in which the solid-state imaging device and the peripheral processing circuit are stacked and mounted, heat generated in the peripheral processing circuit is transmitted to the solid-state imaging device, and the generated heat may increase the generation of dark current in the solid-state imaging device. Then, noise is generated in the image captured by the solid-state imaging device, and the image quality may be degraded.

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、撮像装置の小型化と撮像される画像の画質の向上の両立を図ることである。   In view of the above circumstances, an object to be solved by the present invention is to achieve both a reduction in the size of an imaging device and an improvement in the quality of a captured image.

上記課題を解決するため、本発明は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子に積層された信号処理チップと、前記固体撮像素子と前記信号処理チップとの間に配置され互いに積層された第1の層および前記第1の層よりも熱伝導率が高い第2の層と、を有し前記第1の層は前記固体撮像素子に近い側に配置されるとともに前記第2の層は前記信号処理チップに近い側に配置され、前記固体撮像素子と前記信号処理チップとは無線通信により信号の伝送を行い、前記第2の層には他の部分よりも電波の透過率が高い部分が設けられていることを特徴とする。 To solve the above problems, the present invention includes a solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device signal processing chips stacked on, is arranged between the solid-state imaging device and the signal processing chip, a stacked together anda high second layer thermal conductivity than the first layer and the first layer, the first layer is disposed closer to the solid-Rutotomoni the second layer A portion disposed closer to the signal processing chip, the solid-state imaging device and the signal processing chip perform signal transmission by wireless communication, and the second layer has a portion where radio wave transmittance is higher than other portions. Is provided .

本発明によれば、イメージセンサチップにおいてノイズの発生を抑制または防止しつつ、半導体装置の小型化を図ることができる。このため、この半導体装置が適用される撮像装置の小型化と撮像される画像の画質の向上を両立させることが可能になる。   According to the present invention, it is possible to reduce the size of a semiconductor device while suppressing or preventing generation of noise in an image sensor chip. For this reason, it is possible to achieve both a reduction in the size of an imaging device to which the semiconductor device is applied and an improvement in the image quality of a captured image.

撮像装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device. 第1の実施形態の半導体装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device according to the first embodiment. 第2の実施形態の半導体装置の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device according to a second embodiment;

以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(撮像装置の構成例)
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る撮像装置1の構成例について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置1の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、撮像装置1は、固体撮像素子の例であるイメージセンサチップ101と、操作部208と、制御部207と、A/D変換部203と、信号処理部204と、光学系制御部205と、撮像素子制御部206とを有する。なお、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とは、後述する半導体装置100a,100bに含まれる。そして、信号処理チップ103が、制御部207と、A/D変換部203と、信号処理部204と、光学系制御部205と、撮像素子制御部206として機能する。
(Configuration example of imaging device)
First, a configuration example of an imaging device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 1 includes an image sensor chip 101, which is an example of a solid-state imaging device, an operation unit 208, a control unit 207, an A / D conversion unit 203, a signal processing unit 204, A system control unit 205 and an image sensor control unit 206 are provided. Note that the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are included in semiconductor devices 100a and 100b described later. Then, the signal processing chip 103 functions as a control unit 207, an A / D conversion unit 203, a signal processing unit 204, an optical system control unit 205, and an image sensor control unit 206.

光学系201は、フォーカスレンズを含むレンズ群と、絞りと、レンズ群と絞りのそれぞれを駆動する駆動系とを含む。駆動系は、光学系制御部205による制御に従ってレンズ群や絞りを駆動する。これにより、光学系201を透過した光は、光量とピントが調整され、被写体の光学像としてイメージセンサチップ101に結像する。   The optical system 201 includes a lens group including a focus lens, an aperture, and a drive system that drives each of the lens group and the aperture. The drive system drives the lens group and the aperture according to the control of the optical system control unit 205. As a result, the amount of light and the focus of the light transmitted through the optical system 201 are adjusted, and the light is focused on the image sensor chip 101 as an optical image of the subject.

イメージセンサチップ101は、光学系201によって結像した被写体の光学像を、光電変換によってアナログ形式の電気信号である画像信号に変換して出力する。イメージセンサチップ101には、例えば、CMOS固体撮像素子が適用される。イメージセンサチップ101には、複数の画素が二次元マトリックス状に配列される。それぞれの画素は、フォトダイオードと、転送スイッチと、フローティングデフュージョン(FD)と、増幅MOSアンプと、選択スイッチと、リセットスイッチとを有する。さらに、イメージセンサチップ101には、垂直出力線(列信号線)と、列アンプと、増幅MOSアンプの負荷となる定電流源と、通信線と、出力アンプとを有する。この場合、フォトダイオードと、増幅MOSアンプと、定電流源とにより、フローティングディフュージョンアンプが構成される。そして、各画素の電荷は、フローティングディフュージョンアンプから垂直出力線(列信号線)を介して読み出され、列アンプで増幅され、順次水平信号線と出力アンプを通じて出力端子から出力される。なお、イメージセンサチップ101の構成は、前記構成に限定されるものではない。イメージセンサチップ101には、公知のCMOS固体撮像素子が適用される。   The image sensor chip 101 converts an optical image of a subject formed by the optical system 201 into an image signal that is an analog electric signal by photoelectric conversion and outputs the image signal. For example, a CMOS solid-state imaging device is applied to the image sensor chip 101. In the image sensor chip 101, a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix. Each pixel has a photodiode, a transfer switch, a floating diffusion (FD), an amplification MOS amplifier, a selection switch, and a reset switch. Further, the image sensor chip 101 has a vertical output line (column signal line), a column amplifier, a constant current source serving as a load of the amplification MOS amplifier, a communication line, and an output amplifier. In this case, the photodiode, the amplification MOS amplifier, and the constant current source constitute a floating diffusion amplifier. Then, the electric charge of each pixel is read from the floating diffusion amplifier via a vertical output line (column signal line), amplified by the column amplifier, and sequentially output from the output terminal through the horizontal signal line and the output amplifier. Note that the configuration of the image sensor chip 101 is not limited to the above configuration. A known CMOS solid-state imaging device is applied to the image sensor chip 101.

A/D変換部203は、イメージセンサチップ101が出力した画像信号を、アナログ形式の電気信号からデジタル形式の電気信号に変換する。信号処理部204は、デジタル形式の電気信号に変換された画像信号に対して、各種の画像処理を施す。例えば、信号処理部204は、画像信号に対して、センサキズ補正やレンズ収差補正などの各種補正や、輝度色差生成処理などの画像処理や、解像度変換処理などを施す。   The A / D converter 203 converts an image signal output from the image sensor chip 101 from an analog electric signal to a digital electric signal. The signal processing unit 204 performs various types of image processing on the image signal converted into a digital electric signal. For example, the signal processing unit 204 performs various corrections such as sensor flaw correction and lens aberration correction, image processing such as luminance and color difference generation processing, and resolution conversion processing on the image signal.

操作部208は、使用者が撮像装置1を操作するために用いられる部分である。操作部208は、電源釦やシャッター釦や操作ダイヤルなどといった、撮像装置1の操作のための各種操作部材を含む。なお、操作部208の構成、例えば、操作部208に含まれる操作部材の種類や数は、特に限定されるものではなく、撮像装置1の構成などに応じて適宜設定される。制御部207は、使用者による操作部208への操作に応じて、撮像装置1の各部を制御する。光学系制御部205は、制御部207による制御に従い、光学系201のレンズ群と絞りのそれぞれを駆動する駆動系を制御する。撮像素子制御部206は、制御部207による制御に従い、イメージセンサチップ101を制御する。   The operation unit 208 is a part used by a user to operate the imaging device 1. The operation unit 208 includes various operation members for operating the imaging apparatus 1, such as a power button, a shutter button, and an operation dial. Note that the configuration of the operation unit 208, for example, the type and number of operation members included in the operation unit 208 are not particularly limited, and are appropriately set according to the configuration of the imaging apparatus 1. The control unit 207 controls each unit of the imaging device 1 according to an operation on the operation unit 208 by a user. The optical system control unit 205 controls a drive system that drives each of the lens group and the aperture of the optical system 201 according to the control of the control unit 207. The image sensor control unit 206 controls the image sensor chip 101 according to the control of the control unit 207.

なお、前述のとおり、半導体装置100a,100bの信号処理チップ103が、制御部207と、A/D変換部203と、信号処理部204と、光学系制御部205と、撮像素子制御部206として機能する。例えば、信号処理チップ103には、CPUとROMとRAMとが1つのICチップ上に設けられたワンチップマイコンなどが適用される。この場合、信号処理チップ103のROMには、撮像装置1を制御するためのコンピュータプログラムや各種設定が、あらかじめ格納されている。そして、CPUは、ROMからこのコンピュータプログラムを読み出し、RAMをワークエリアとして用いて実行する。この際、CPUは、ROMに格納される各種設定を適宜参照する。これにより、信号処理チップ103は、制御部207と、A/D変換部203と、信号処理部204と、光学系制御部205と、撮像素子制御部206として機能し、撮像装置1の制御が実現する。   As described above, the signal processing chips 103 of the semiconductor devices 100a and 100b serve as the control unit 207, the A / D conversion unit 203, the signal processing unit 204, the optical system control unit 205, and the image sensor control unit 206. Function. For example, as the signal processing chip 103, a one-chip microcomputer in which a CPU, a ROM, and a RAM are provided on one IC chip is applied. In this case, a computer program and various settings for controlling the imaging device 1 are stored in the ROM of the signal processing chip 103 in advance. Then, the CPU reads the computer program from the ROM and executes the computer program using the RAM as a work area. At this time, the CPU appropriately refers to various settings stored in the ROM. Accordingly, the signal processing chip 103 functions as the control unit 207, the A / D conversion unit 203, the signal processing unit 204, the optical system control unit 205, and the imaging device control unit 206, and controls the imaging device 1. Realize.

(半導体装置(第1の実施形態))
次に、図2を参照して、第1の実施形態に係る半導体装置100aの構成例について説明する。図2は、第1の実施形態に係る半導体装置100aの構成例を示す模式図である。なお、図2(a)は正面図であり、図2(b)は断面図であり、図2(c)は背面図である。図2に示すように、半導体装置100aは、固体撮像素子の例であるイメージセンサチップ101と、信号処理チップ103と、支持部材の例であるパッケージ102と、低熱伝導層104と、高熱伝導層105と、ワイヤ群106とを有している。イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の構成は、前述のとおりである。
(Semiconductor device (first embodiment))
Next, a configuration example of the semiconductor device 100a according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the semiconductor device 100a according to the first embodiment. 2 (a) is a front view, FIG. 2 (b) is a cross-sectional view, and FIG. 2 (c) is a rear view. As shown in FIG. 2, the semiconductor device 100a includes an image sensor chip 101 as an example of a solid-state imaging device, a signal processing chip 103, a package 102 as an example of a support member, a low heat conductive layer 104, and a high heat conductive layer. 105 and a wire group 106. The configurations of the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are as described above.

支持部材の例であるパッケージ102には、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とが実装される。パッケージ102には、例えば、多層配線セラミックパッケージが適用される。本実施形態では、図2に示すように、板状のパッケージ102の一方の表面(光学系201を通過した光が入射する側の表面)にイメージセンサチップ101が実装され、その反対側の表面に信号処理チップ103が実装される。そして、平面視において(イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の積層方向視において)、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とは、重畳しているか、または、重畳する部分を有する。このように、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とは、パッケージ102を挟んで積層している。   An image sensor chip 101 and a signal processing chip 103 are mounted on a package 102 which is an example of a support member. As the package 102, for example, a multilayer wiring ceramic package is applied. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the image sensor chip 101 is mounted on one surface of the plate-shaped package 102 (the surface on the side on which light passing through the optical system 201 is incident), and the surface on the opposite side. Is mounted with the signal processing chip 103. Then, in a plan view (in a stacking direction of the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103), the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are overlapped or have a portion to be overlapped. As described above, the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are stacked with the package 102 interposed therebetween.

イメージセンサチップ101と信号処理チップ103との間には、第1の層の例である低熱伝導層104と、第2の層の例である高熱伝導層105とが設けられる。   Between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103, a low thermal conductive layer 104 as an example of a first layer and a high thermal conductive layer 105 as an example of a second layer are provided.

低熱伝導層104は、パッケージ102、イメージセンサチップ101、信号処理チップ103、後述する高熱伝導層105のいずれよりも熱伝導率が低い層である。低熱伝導層104には、例えば空気などの気体で構成された層が適用できる。   The low thermal conductive layer 104 has a lower thermal conductivity than any of the package 102, the image sensor chip 101, the signal processing chip 103, and a high thermal conductive layer 105 described later. For example, a layer made of a gas such as air can be applied to the low heat conductive layer 104.

低熱伝導層104は、図2に示すように、パッケージ102の一方の表面、ここでは、イメージセンサチップ101が実装される側の表面に設けられる。例えば、パッケージ102の一方の表面には凹部が設けられ、この凹部を覆うようにイメージセンサチップ101が実装される。そして、平面視において、低熱伝導層104とイメージセンサチップ101とは重畳する(または重畳する部分を有する)。このような構成であると、この凹部の内部に存在する空気(気体)が、低熱伝導層104を構成する。なお、パッケージ102に設けられる凹部に、パッケージ102、イメージセンサチップ101、信号処理チップ103、高熱伝導層105のいずれよりも熱伝導率が低い気体以外の材料が充填される構成であってもよい。例えば、断熱材などが充填される構成であってもよい。この場合には、パッケージ102の前記一方の表面の凹部に充填された材料(断熱材など)が、低熱伝導層104を構成する。   As shown in FIG. 2, the low heat conductive layer 104 is provided on one surface of the package 102, here, on the surface on which the image sensor chip 101 is mounted. For example, a concave portion is provided on one surface of the package 102, and the image sensor chip 101 is mounted so as to cover the concave portion. Then, in plan view, the low thermal conductive layer 104 and the image sensor chip 101 overlap (or have an overlapping portion). With such a configuration, the air (gas) present inside the concave portion forms the low thermal conductive layer 104. Note that a configuration may be employed in which a concave portion provided in the package 102 is filled with a material other than gas having a lower thermal conductivity than any of the package 102, the image sensor chip 101, the signal processing chip 103, and the high thermal conductive layer 105. . For example, a configuration in which a heat insulating material or the like is filled may be used. In this case, a material (such as a heat insulating material) filled in the concave portion on the one surface of the package 102 forms the low thermal conductive layer 104.

高熱伝導層105は、パッケージ102、イメージセンサチップ101、信号処理チップ103、低熱伝導層104のいずれよりも熱伝導率が高い層である。高熱伝導層105には、例えば、銅やアルミニウムなどの金属材料で構成された層が適用される。例えば、金属材料からなる板状の部材が、パッケージ102のイメージセンサチップ101が実装される側とは反対側の表面に配置され、信号処理チップ103はこの金属材料からなる板状の部材に積層するようにパッケージ102に実装される。この場合には、金属材料からなる板状の部材が、高熱伝導層105を構成する。   The high thermal conductive layer 105 has a higher thermal conductivity than any of the package 102, the image sensor chip 101, the signal processing chip 103, and the low thermal conductive layer 104. As the high thermal conductive layer 105, for example, a layer made of a metal material such as copper or aluminum is applied. For example, a plate-shaped member made of a metal material is disposed on the surface of the package 102 opposite to the side on which the image sensor chip 101 is mounted, and the signal processing chip 103 is stacked on the plate-shaped member made of the metal material. To be mounted on the package 102. In this case, a plate-like member made of a metal material constitutes the high thermal conductive layer 105.

以上のとおり、イメージセンサチップ101はパッケージ102の一方の表面に実装され、信号処理チップ103はパッケージ102の前記一方の表面とは反対側の表面に実装される。このため、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とは、パッケージ102を介して積層する。そして、低熱伝導層104と高熱伝導層105とは、互いに積層するとともに、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103との間に、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103に積層して配置される。特に、低熱伝導層104は、パッケージ102のイメージセンサチップ101に近い側の表面に配置され、高熱伝導層105は、パッケージ102の信号処理チップ103に近い側の表面に配置される。すなわち、信号処理チップ103の側から、高熱伝導層105、低熱伝導層104、イメージセンサチップ101の順に積層する。   As described above, the image sensor chip 101 is mounted on one surface of the package 102, and the signal processing chip 103 is mounted on the surface of the package 102 opposite to the one surface. Therefore, the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are stacked via the package 102. The low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105 are stacked on each other, and between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103, are stacked on the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103. In particular, the low thermal conductive layer 104 is disposed on the surface of the package 102 near the image sensor chip 101, and the high thermal conductive layer 105 is disposed on the surface of the package 102 near the signal processing chip 103. That is, the high heat conductive layer 105, the low heat conductive layer 104, and the image sensor chip 101 are stacked in this order from the signal processing chip 103 side.

なお、パッケージ102は、多層配線セラミックパッケージに限定されない。例えば、パッケージ102として、シリコンインターポーザが適用される構成であってもよい。要は、支持部材の例であるパッケージ102は、一方の表面にイメージセンサチップ101を実装でき、その反対側の表面に信号処理チップ103を実装できる構成であればよい。   The package 102 is not limited to a multilayer wiring ceramic package. For example, the package 102 may have a configuration to which a silicon interposer is applied. In short, the package 102, which is an example of the support member, may have any configuration as long as the image sensor chip 101 can be mounted on one surface and the signal processing chip 103 can be mounted on the opposite surface.

パッケージ102には、図略の配線パターンが設けられる。そして、パッケージ102に実装されたイメージセンサチップ101の端子は、パッケージ102に設けられる配線パターンに電気的に接続される。また、パッケージ102に実装された信号処理チップ103の端子は、例えば、ワイヤ群106によって、パッケージ102に設けられる配線パターンと電気的に接続される。そして、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103は、パッケージ102に設けられる配線パターンとワイヤ群106とを介して、電気的に(電気信号を送受信可能に)接続される。   The package 102 is provided with an unillustrated wiring pattern. The terminals of the image sensor chip 101 mounted on the package 102 are electrically connected to a wiring pattern provided on the package 102. The terminals of the signal processing chip 103 mounted on the package 102 are electrically connected to a wiring pattern provided on the package 102 by, for example, a wire group 106. Then, the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are electrically connected (to transmit and receive electric signals) via a wiring pattern provided on the package 102 and a wire group 106.

ワイヤ群106は、例えば、金などの金属材料で構成された配線である。なお、ここでは、信号処理チップ103とパッケージ102に設けられる配線とがワイヤ群106によって電気的に接続される構成を示したが、このような構成に限定されない。例えば、電気的な導体からなるテープによって電気的に接続される構成であってもよい。   The wire group 106 is, for example, a wiring made of a metal material such as gold. Note that here, the configuration in which the signal processing chip 103 and the wiring provided in the package 102 are electrically connected by the wire group 106 is described; however, the present invention is not limited to such a configuration. For example, a configuration in which the tapes are electrically connected by a tape made of an electrical conductor may be used.

つぎに、このような構成による作用について説明する。信号処理チップ103は、各種処理を実行する際に発熱し、イメージセンサチップ101と比較して高温になることがある。この場合、信号処理チップ103の熱がイメージセンサチップ101に伝達してイメージセンサチップ101が高温になると、イメージセンサチップ101において暗電流が発生することがある。この暗電流はノイズの原因となることから、暗電流が発生すると、イメージセンサチップ101が生成する画像信号にノイズが含まれることになり、画質が低下する。   Next, the operation of such a configuration will be described. The signal processing chip 103 generates heat when performing various processes, and may be higher in temperature than the image sensor chip 101. In this case, when the heat of the signal processing chip 103 is transmitted to the image sensor chip 101 and the temperature of the image sensor chip 101 becomes high, a dark current may be generated in the image sensor chip 101. Since the dark current causes noise, when the dark current is generated, the image signal generated by the image sensor chip 101 includes noise and the image quality is reduced.

そこで本実施形態では、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の間に、低熱伝導層104と高熱伝導層105とを、互いに積層するとともに、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とに積層するように配置する。すなわち、本発明の実施形態では、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103との間に、互いに熱伝導率が異なる複数の層を介在させる。特に、低熱伝導層104をパッケージ102のイメージセンサチップ101に近い側に配置し、高熱伝導層105をパッケージ102の信号処理チップ103に近い側に配置する。   Therefore, in the present embodiment, the low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105 are laminated between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103, and are laminated on the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103. To place. That is, in the embodiment of the present invention, a plurality of layers having different thermal conductivities are interposed between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103. In particular, the low thermal conductive layer 104 is disposed on the side of the package 102 close to the image sensor chip 101, and the high thermal conductive layer 105 is disposed on the side of the package 102 close to the signal processing chip 103.

このような構成であると、信号処理チップ103が発する熱は、高熱伝導層105によって放熱されるとともに、低熱伝導層104によってイメージセンサチップ101への伝達が防止または抑制される。このため、イメージセンサチップ101の温度上昇が防止または抑制されて暗電流の発生が防止または抑制され、暗電流に起因するノイズの発生を防止または抑制できる。したがって、イメージセンサチップ101が生成する画像信号の画質の向上を図ることができる。また、このような構成によれば、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とを積層方向に接近させても、暗電流の発生を防止または抑制できる。逆に言うと、イメージセンサチップ101における暗電流の発生の増加を抑制または防止しつつ、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とを接近させることができる。したがって、半導体装置100aの小型化を図ることができ、それに伴い撮像装置1の小型化を図ることができるから、撮像装置1の小型化と画像の品質の向上の両立を図ることができる。   With such a configuration, the heat generated by the signal processing chip 103 is dissipated by the high thermal conductive layer 105, and transmission to the image sensor chip 101 is prevented or suppressed by the low thermal conductive layer 104. For this reason, the temperature rise of the image sensor chip 101 is prevented or suppressed, and the generation of dark current is prevented or suppressed, and the generation of noise due to the dark current can be prevented or suppressed. Therefore, the image quality of the image signal generated by the image sensor chip 101 can be improved. Further, according to such a configuration, even when the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are brought close to each other in the stacking direction, generation of dark current can be prevented or suppressed. In other words, the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 can be brought close to each other while suppressing or preventing an increase in the generation of dark current in the image sensor chip 101. Therefore, the size of the semiconductor device 100a can be reduced, and the size of the imaging device 1 can be reduced accordingly. Therefore, both the size reduction of the imaging device 1 and the improvement of image quality can be achieved.

(半導体装置(第2の実施形態))
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置100bの構成例について説明する。図3は、第2の実施形態に係る半導体装置100bの構成例を示す模式図である。なお、図3(a)は正面図であり、図3(b)は断面図であり、図3(c)は背面図である。図3に示すように、第2の実施形態に係る半導体装置100bは、イメージセンサチップ101と、パッケージ102と、信号処理チップ103と、低熱伝導層104と、高熱伝導層105と、ワイヤ群106を有している。第2の実施形態では、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の間の信号伝送は、有線通信ではなく、誘電結合等を用いた無線通信により行われる。なお、第1の実施形態と共通の構成については、説明を省略する。
(Semiconductor device (second embodiment))
Next, a configuration example of a semiconductor device 100b according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device 100b according to the second embodiment. 3A is a front view, FIG. 3B is a cross-sectional view, and FIG. 3C is a rear view. As shown in FIG. 3, a semiconductor device 100b according to the second embodiment includes an image sensor chip 101, a package 102, a signal processing chip 103, a low heat conductive layer 104, a high heat conductive layer 105, and a wire group 106. have. In the second embodiment, signal transmission between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 is performed not by wire communication but by wireless communication using dielectric coupling or the like. The description of the configuration common to the first embodiment will be omitted.

本実施形態では、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とが無線通信により信号伝送を行う構成であることから、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103は、それぞれ、無線通信のためのアンテナモジュール部111を有する。なお、アンテナモジュール部111の構成は特に限定されるものではなく、無線通信の方式に応じた公知の各種構成が適用できる。また、アンテナモジュール部111を有する構成を除いては、第1の実施形態と共通の構成が適用できる。   In the present embodiment, since the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are configured to perform signal transmission by wireless communication, the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 each include an antenna module unit for wireless communication. 111. The configuration of the antenna module unit 111 is not particularly limited, and various known configurations according to the wireless communication system can be applied. Except for the configuration having the antenna module unit 111, the configuration common to the first embodiment can be applied.

イメージセンサチップ101と信号処理チップ103との間には、低熱伝導層104と高熱伝導層105とが介在するように配置される。このため、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の間の信号伝送を無線通信で行う構成においては、低熱伝導層104と高熱伝導層105の材質によっては、無線通信を阻害しないようにしなければならない。そこで、本実施形態では、無線通信による信号伝送を阻害しないように、低熱伝導層104と高熱伝導層105に無線通信領域107が設けられる。無線通信領域107は、無線通信で用いる電波の透過率が、低熱伝導層104と高熱伝導層105のそれぞれの他の部分と比較して高い領域である。このような無線通信領域107としては、例えば、低熱伝導層104と高熱伝導層105のそれぞれの厚さ方向(積層方向)に貫通する貫通孔(開口部)が適用できる。   A low thermal conductive layer 104 and a high thermal conductive layer 105 are arranged between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103. For this reason, in a configuration in which signal transmission between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 is performed by wireless communication, depending on the materials of the low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105, it is necessary to prevent wireless communication from being hindered. . Therefore, in the present embodiment, the wireless communication area 107 is provided in the low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105 so as not to hinder signal transmission by wireless communication. The wireless communication area 107 is an area in which the transmittance of radio waves used in wireless communication is higher than the other parts of the low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105. As such a wireless communication region 107, for example, a through hole (opening) penetrating in the thickness direction (stacking direction) of each of the low heat conductive layer 104 and the high heat conductive layer 105 can be applied.

なお、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103とは、平面視(イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の積層方向視)において、アンテナモジュール部111どうしが重畳するように配置される。そして、無線通信領域107は、低熱伝導層104と高熱伝導層105のうち、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103のアンテナモジュール部111どうしの間に設けられる。すなわち、無線通信領域107は、平面視において、イメージセンサチップ101と信号処理チップ103のアンテナモジュール部111とに重畳する位置に設けられる。   Note that the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103 are arranged such that the antenna module portions 111 overlap each other in a plan view (in the stacking direction of the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103). The wireless communication area 107 is provided between the image sensor chip 101 and the antenna module 111 of the signal processing chip 103 among the low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105. That is, the wireless communication area 107 is provided at a position overlapping the image sensor chip 101 and the antenna module unit 111 of the signal processing chip 103 in a plan view.

無線通信領域107の熱伝導率は、低熱伝導層104と高熱伝導層105の他の部分と相違しても構わない。すなわち、低熱伝導層104に設けられる無線通信領域107は、断熱の効果が他の部分よりも低くてよい。同様に、高熱伝導層105に設けられる無線通信領域107は、放熱の効果が他の部分より低くてよい。また、図3においては、無線通信領域107が平面視において矩形である構成を示すが、無線通信領域107の形状は特に限定されない。無線通信領域107の形状は、無線通信による信号伝送を阻害しない形状であればよく、非矩形や円形などの形状であってもよい。無線通信領域107は、アンテナモジュール部111の形状や寸法に応じて最適な形状や寸法にすればよい。なお、信号処理チップ103と図示しない他の部品とは、ワイヤ群106およびパッケージ102を介して接続されており、有線通信により信号伝送される。   The thermal conductivity of the wireless communication region 107 may be different from the other portions of the low thermal conductive layer 104 and the high thermal conductive layer 105. In other words, the wireless communication area 107 provided in the low heat conduction layer 104 may have a lower heat insulating effect than other parts. Similarly, the wireless communication region 107 provided in the high thermal conductive layer 105 may have a lower heat radiation effect than other portions. FIG. 3 shows a configuration in which the wireless communication area 107 is rectangular in plan view, but the shape of the wireless communication area 107 is not particularly limited. The shape of the wireless communication area 107 may be a shape that does not hinder signal transmission by wireless communication, and may be a shape such as a non-rectangular shape or a circular shape. The wireless communication area 107 may have an optimal shape and dimensions according to the shape and dimensions of the antenna module unit 111. Note that the signal processing chip 103 and other components (not shown) are connected via the wire group 106 and the package 102, and signals are transmitted by wired communication.

また、前述のとおり、低熱伝導層104が気体からなる層であれば、低熱伝導層104が開口部となることから、無線通信領域107が設けられない(換言すると、低熱伝導層104の全体が無線通信領域107となる)。ただし、低熱伝導層104が気体以外の材料からなる場合には、低熱伝導層104を構成する材料に、無線通信領域107が設けられる。この場合、低熱伝導層104に設けられる無線通信領域107は、低熱伝導層104を厚さ方向(イメージセンサチップ101と信号処理チップ103の積層方向)に貫通する貫通孔(開口部)が適用される。   Further, as described above, if the low thermal conductive layer 104 is a layer made of a gas, the low thermal conductive layer 104 becomes an opening, so that the wireless communication region 107 is not provided (in other words, the entire low thermal conductive layer 104 is formed). The wireless communication area 107). However, when the low thermal conductive layer 104 is made of a material other than a gas, the wireless communication region 107 is provided in the material forming the low thermal conductive layer 104. In this case, as the wireless communication area 107 provided in the low thermal conductive layer 104, a through hole (opening) penetrating the low thermal conductive layer 104 in the thickness direction (the lamination direction of the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103) is applied. You.

イメージセンサチップ101と信号処理チップ103との信号伝送に無線通信を用いる構成によれば、信号処理チップ103とパッケージ102とを接続するワイヤ群106を減らすことができる。このため、高熱伝導層105を、ワイヤ群106と物理的に干渉することなく、サイズを大きく(表面積を広く)できる。したがって、高熱伝導層105による放熱の効果(能力)を高めることが可能となる。   According to the configuration using wireless communication for signal transmission between the image sensor chip 101 and the signal processing chip 103, the number of wires 106 connecting the signal processing chip 103 and the package 102 can be reduced. Therefore, the size of the high thermal conductive layer 105 (the surface area can be increased) without physically interfering with the wire group 106. Therefore, it is possible to enhance the heat radiation effect (capability) of the high thermal conductive layer 105.

また、図3では信号処理チップ103の一辺にワイヤ群106が設けられる構成を示すが、二辺ないしは三辺にワイヤ群106が設けられる構成であってもよい。また、信号処理チップ103と図示しない他の部品との信号伝送にも無線通信を適用し、ワイヤ群106を用いない構成としてもよい。この場合には、高熱伝導層105の表面積をさらに大きくでき、信号処理チップ103の放熱効果をさらに高めることができる。   Although FIG. 3 shows a configuration in which the wire group 106 is provided on one side of the signal processing chip 103, a configuration in which the wire group 106 is provided on two or three sides may be employed. Alternatively, wireless communication may be applied to signal transmission between the signal processing chip 103 and other components (not shown), and the configuration may be such that the wire group 106 is not used. In this case, the surface area of the high thermal conductive layer 105 can be further increased, and the heat radiation effect of the signal processing chip 103 can be further enhanced.

本実施形態においては、信号処理チップ103の温度上昇によるイメージセンサチップ101の温度上昇をさらに抑制することができる。したがって、イメージセンサチップ101における暗電流の発生を低減させ、撮像装置1の小型化と映像品質の向上を両立させることが可能になる。   In the present embodiment, the temperature rise of the image sensor chip 101 due to the temperature rise of the signal processing chip 103 can be further suppressed. Therefore, it is possible to reduce the generation of dark current in the image sensor chip 101, and achieve both miniaturization of the imaging device 1 and improvement of image quality.

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明したが、前記実施形態は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the embodiments are merely specific examples for implementing the present invention. The technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described above. The present invention can be variously modified without departing from the spirit thereof, and these are also included in the technical scope of the present invention.

例えば、前記実施形態では、低熱伝導層を構成する気体として空気を例に示したが、空気以外の窒素やアルゴンのような気体でもよい。また、低熱伝導層として真空状態にした領域としてもよい。更に、低熱伝導層は気体からなる層に限定されるものではなく、熱伝導率の低い液体や固体を適用してもよい。また、各種断熱材などの個体を適用してもよい。高熱伝導層も、金属材料からなる層に限定されない。高熱伝導層は、金属材料以外の固体を適用してもよく、熱伝導率の高い液体や気体を適用してもよい。   For example, in the above-described embodiment, air is described as an example of the gas constituting the low thermal conductive layer, but a gas such as nitrogen or argon other than air may be used. Alternatively, the low heat conductive layer may be a region in a vacuum state. Further, the low heat conductive layer is not limited to a layer made of gas, and a liquid or a solid having low heat conductivity may be applied. Further, solid materials such as various heat insulating materials may be applied. The high thermal conductive layer is not limited to a layer made of a metal material. For the high thermal conductive layer, a solid other than a metal material may be applied, or a liquid or gas having high thermal conductivity may be applied.

Claims (4)

固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に積層された信号処理チップと、
前記固体撮像素子と前記信号処理チップとの間に配置され
互いに積層された第1の層および前記第1の層よりも熱伝導率が高い第2の層と、
を有し
前記第1の層は前記固体撮像素子に近い側に配置されるとともに前記第2の層は前記信号処理チップに近い側に配置され
前記固体撮像素子と前記信号処理チップとは無線通信により信号の伝送を行い、前記第2の層には他の部分よりも電波の透過率が高い部分が設けられていることを特徴とする半導体装置。
A solid-state imaging device;
A signal processing chip stacked on the solid-state imaging device;
Disposed between the solid-state imaging device and the signal processing chip ,
A first layer and a second layer having a higher thermal conductivity than the first layer stacked on each other;
Has ,
The first layer is the disposed side close to the solid-state imaging device Rutotomoni the second layer is disposed closer to the signal processing chip,
The solid-state imaging device and the signal processing chip perform signal transmission by wireless communication, and the second layer is provided with a portion having higher radio wave transmittance than other portions. apparatus.
前記固体撮像素子と前記信号処理チップとが実装される支持部材をさらに有し、
前記固体撮像素子は、前記支持部材の一方の表面に実装され、
前記信号処理チップは、前記支持部材の前記一方の表面とは反対側の表面に実装され、
前記第1の層は、前記支持部材の前記一方の表面の側に設けられ、
前記第2の層は、前記支持部材の前記反対側の表面の側に設けられることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Further comprising a support member on which the solid-state imaging device and the signal processing chip are mounted,
The solid-state imaging device is mounted on one surface of the support member,
The signal processing chip is mounted on a surface of the support member opposite to the one surface,
The first layer is provided on the one surface side of the support member,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second layer is provided on the opposite surface of the support member. 3.
前記電波の透過率が高い部分は、貫通孔であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 High transmittance portion of the radio wave, the semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that a through-hole. 固体撮像素子と、前記固体撮像素子に積層された信号処理チップと、前記固体撮像素子と前記信号処理チップとの間に配置され互いに積層された第1の層および前記第1の層よりも熱伝導率が高い第2の層と、を有する半導体装置と、
前記固体撮像素子に被写体の光学像を結像させる光学系と、
を有し
前記第1の層は前記固体撮像素子に近い側に配置されるとともに前記第2の層は前記信号処理チップに近い側に配置され
前記固体撮像素子と前記信号処理チップとは無線通信により信号の伝送を行い、前記第2の層には他の部分よりも電波の透過率が高い部分が設けられていることを特徴とする撮像装置。
And the solid-state image sensor, and the solid-signal processing chip laminated on, is arranged between the solid-state imaging device and the signal processing chip, than the first layer and the first layer are laminated to each other A semiconductor device having a second layer having a high thermal conductivity ;
An optical system that forms an optical image of a subject on the solid-state imaging device,
Has ,
The first layer is the disposed side close to the solid-state imaging device Rutotomoni the second layer is disposed closer to the signal processing chip,
The solid-state imaging device and the signal processing chip transmit signals by wireless communication, and the second layer is provided with a portion having a higher radio wave transmittance than other portions. apparatus.
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