JPH0435373A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ファクシミリ、複写機、テレビカメラ等で、
画像読取りを行うのに用いられる固体撮像素子と、該固
体撮像素子を駆動する駆動回路とを基板上に設けた固体
撮像装置に関するものである。

〔発明の背景〕

固体撮像デバイスとしては、ＣＣＤ　（電荷結合デバイ
ス）を用いた撮像デバイスが多く用いられる。ＣＣＤは
シリコン基板上に薄い酸化膜を着け、その上に多数の電
極を配列した構造で、シリコン基板に入射する光の強度
に比例した電荷を画像信号として各ポテンシャル井戸に
蓄積し、この電荷を走査して読出し信号とするものであ
る。

かかるＣＣＤには、１次元アレイ（ラインタイプ）と２
次元アレイ（エリアタイプ）とがある。

■次元アレイの場合にはアレイの長手方向の主走査はＣ
ＣＤ内部の主走査で行い、之と直角方向の副走査はＣＣ
Ｄと入力対象画面とを相対的に移動させる機械走査で行
われる。１次元アレイはファクシミリや複写機等のスキ
ャナ部として用いられる。またカラー用のＣＯＤとして
は３原色に分解して受像する３ラインＣＣＤが用いられ
る。

之等の固体撮像デバイスは、従来の撮像管を用いた撮像
デバイスと比較して、低電圧、低消費電力、小型・集積
化可能という特長を有している。

しかし、固体撮像素子は集積化されている一面、作動中
には自己発熱して温度が上昇するという問題かある。

自己発熱により固体撮像素子が６０°Ｃ〜７０°Ｃ程度
の高温となると、暗電流が増加し、熱雑音ともいわれる
ノイズが大きくなり、固体撮像素子の性能が低下する。

〔発明の目的〕

固体撮像素子が自己発熱によって高温となるのを防止す
ることに関しては多くの提案がなされている。特開昭５
８−１４８５７２号公報明細書は、固体撮像素子と冷却
手段とを減圧した空洞内に設けてノイズが増大するのを
阻止する提案である。また特開昭６０−７２５２８号公
報明細書は、固体撮像素子と光源との近傍に電子冷却用
熱電素子を設けて冷却する提案である。また特開昭６１
−９０４５９号公報明細書は、固体撮像素子の外表面に
放熱用ファンを設けて、放熱効果をよくして固体撮像素
子の昇温を防止する提案である。このほか熱抵抗の小さ
な放熱部材を別に設けて、熱を外部に逃がして固体撮像
素子の昇温を防止する提案は、特開昭６１−２０２５９
０号、特開昭６１−２０２５９１号、特開昭６１−２４
４１７９号公報明細書等によってなされている。

之等の提案は、何れも新たな部材を必要とするもので、
装置か大型化し複雑化するものであった。

即ち従来は、固体撮像素子と駆動回路とは一般にガラス
エポキシ材料を用いた回路基板上に取付けられていた。

そして上記のような放熱部材あるいは冷却素子等を更に
設けることがなされていた。

ガラスエポキシ材料を用いた回路基板は、熱伝導性が悪
く、サーモグラフィによって作動中の固体撮像装置の温
度測定を行うと、熱が局部的に溜まっていることが認め
られｔ二。

本発明は、上記寅験等から回路基板に注目し、装置の大
型化や複雑化に伴うことなく、自己発熱する固体撮像素
子と同じく固体撮像素子を駆動して自己発熱する駆動用
ＩＣ等を含んだ駆動回路とに、ともに放熱効果をもたす
ようにした固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

上記目的は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ４以上の良熱伝導性
基板上に、画像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
該固体撮像素子を駆動する駆動回路とを設けたことを特
徴とする固体撮像装置によって達成される。ここで良熱
伝導性基板としては、１０Ｗ／ｍ−に以上の熱伝導率を
もったセラミック基板、或は絶縁層を有した金属基板が
好ましく用いられる。

〔実施例〕

第１図はアルミナ（Ａ（２２０３）セラミック基板を回
路基板として、固体撮像素子と駆動回路とを設けた本発
明の固体撮像装置を示す実施例で、第１図（ａ）は固体
撮像素子を設けた前面図、第１図（ｂ）はその背面図、
！Ｉ図（ｃ）は側断面図を示す。

この実施例の回路基板１１は、アルミナ粉を焼結させて
板状に形成した、絶縁性でかつ熱伝導率が３１の値を示
すセラミックから成るベース基板１１ａの表裏両面に、
厚膜印刷法により配線パターン１１ｄ（銀パラジウム系
または銅系組成）が形成される。また、表裏の配線パタ
ーンｌｉｄの必要部分については、ベース基板１１ａを
貫通したスルーホールｌｌｂが設けられる。

配線パターンｌｉｄの各ランドにはＣＣＤ　１２、駆動
用ＩＣｌ３やチップ状または表面実装用のコンデンサ等
の回路部品１４がハンダ付けされている。図示したＣ　
ＣＤ　１２はラインタイプのＣＣＤで、透明ガラスでカ
バーされた窓１２ａの内部には素子数が５ｏｏｏビツト
の１次元アレイ１２ｂが位置していて、１次元アレイ１
２ｂ上に結像するようにして撮影するゝこととなる。

また、駆動回路中の抵抗体１４ａには、抵抗体実装領域
に蒸着またはスパッタリングによって形成した金属また
は酸化金属等の薄膜抵抗体や、例えば酸化ルテニウム、
ガラ７．７リフト、少量の添加物からなる抵抗ペースト
等をスクリーン印刷したのち焼成した厚膜抵抗体が用い
られる。

このようにして構成された固体撮像装置には、ファクシ
ミＩＪや複写機本体の制御回路、電源等に接続するため
のコネクタ１５が実装されている。

以上説明したＣ　ＣＤ　１２と駆動回路とを設けたＡＱ
２０．を主成分とするセラミック材の回路基板１１はＡ
Ｑ２０３の含有比率によって熱伝導率は異なり、例えば
含有比率９２％で熱伝導率は１５．７（Ｗ／ｍ４）程度
で、含有比率が高くなるとともに熱伝導率も高くなる。

本発明者らは、熱伝導率１０以上のセラミック材の回路
基板１１を用いた固体撮像装置について、前記のサーモ
グラフィを用いて温度測定を行うと、ＣＣＤ　１２や駆
動用ＩＣｌ３での自己発熱した熱は回路基板１１を伝っ
て放熱し、長時間作動を続けても性能の低下は認められ
なかった。即ち、室温２０°Ｃの環境で、作動開始後３
０分経過した定常状態におイテ、ＣＣＤ１２については
、従来６０°（４ＡＫまで温度上昇していたものが４０
°Ｃ以下に保持された。また駆動用ＩＣｌ３についても
、従来７０°Ｃ程度まで温度上昇していたものが４５℃
程度に保持された。そして、この程度の温度に維持され
れば、固体撮像装置としての性能は殆ど異常が認められ
なかった。

第２図は、熱伝導率が１０以上の良熱伝導性材料の熱伝
導率を比較表示したグラフであって、アルミナ（ＡＱ２
０３）　、Ａ（ＩＮ、Ｂｅｄ、ＳｉＣを主成分とし、焼
結させて板状に形成したセラミック材が、本発明の固体
撮像装置の回路基板としては好ましく用いられる。

また、本発明の固体撮像装置に用いる良熱伝導性材料の
回路基板として、上記のセラミック材以外には、絶縁層
を有するＡＱ、Ｃｕ等の金属基板が好ましく用いられる
。

第３図および第４図は何れもアルミ板を基板とした実施
例を示す断面図で、第１図と同一および相当部分は同一
符号で表し、その詳細な説明は省略する。

第３図において、２１は全表面に例えば厚さ５０μ履程
度の酸化アルミニウム層（アルマイト処理により形成）
　２ｂ：を形成したアルミニウム板のベース基板２１ａ
からなる回路基板で、回路基板２１の表面には接着層を
介して銅箔が展着されていて、化学エツチング等により
配線パターン２１ｄが形成されている。配線パターン２
１ｄの各ランドにはＣＣＤ１２、駆動用ＩＣｌ３、コン
デンサ等の回路部品１４とコネクタ１５とをハンダ付は
等によって取付けたものである。

第４図に示す実施例の回路基板２１は、アルミニウム板
のベース基板２１ａと、その上に例えば厚さ２５〜１０
０μｍのエポキシ樹脂等の絶縁層２１ｆを介して展着し
だ銅箔を化学エツチングにより形成した配線パターン２
１ｄからなっているものである。他は総て第３図に示し
た実施例と同じであるので省略する。

なお、第３図および第４図に示す実施例において、回路
基板２１にスルーホールを形成する場合は、第５図に示
すようにスルーホール２１ｈより直径の大きい穴を先に
穿設しておき、この穴をエポキシ樹脂等の絶縁材２１ｊ
で一旦充填したのち、中心にスルーホール２１ｈ用の穴
を穿設して導電層２１ｈを形成してスルーホール２１ｈ
とすることができる。

また、前記の第１図に示したＣ　ＣＤ　１２を駆動する
駆動用ＩＣｌ３は自己発熱を行うが、之をペアチップと
し、良熱伝導性の回路基板ｌｌ上に直接取付けて封止す
ることで、前記の自己発熱による熱は回路基板１１を伝
って放熱され、温度上昇が防止される。第６図はペアチ
ップの駆動用ＩＣ３１３の断面図を示したもので、ペア
チップの駆動用ＩＣ３１３は、予め回路基板ｌｌ上に用
意された多数のプリント回路３１１の接続端部であるラ
ンドｌｉｅの中央に接着剤３１２で固着（ダイ接着）さ
れたのち、その接続端子３１３ａと前記ランドｌｉｅと
が金細線３２６によって接続される。この接続は金細線
３２６の一端が前記接続端子３１３ａ上に置かれて所定
の温度、圧力に加熱・加圧された状態で超音波によって
接着が行われ、次に金細線３２６の他端が前記ランドｌ
ｉｅの上に置かれ同じく超音波による接着が行われる。

接着が行われたのちエポキシ樹脂等の封止剤３２５によ
って駆動用ＩＣ３１３および接続箇所を覆うよう封止が
なされる。この封止によって腐食や酸化等が防止され、
外力から保護されるが、駆動用ＩＣ３１３からの自己発
熱は良熱伝導性の回路基板１１から放熱され、温度上昇
は僅かで安定状態となる。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置は、同等新たな放熱材や冷却素子
等を設けることなくとも、回路基板自体が良熱伝導性と
放熱性とをもっているので、長時間作動を継続しても全
く性能が低下することのない優れた特性を有することと
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の固体撮像装置を示す実施例で、第１
図（ａ）は正面図、第１図（ｂ）は背面図、第１図（ｃ
）は側面図。第２図は、良熱伝導性セラミック材の熱伝
導率を比較したグラフ。第３図および第４図は、何れも
金属基板を用いた実施例を示す断面図。第５図は、第３
図および第４図に示した実施例で、基板にスルーホール
を設ける場合を示す断面図。ｖｇ６図は、ペアチップ実
装した駆動ＩＣ近傍の拡大断面図。 １１．２１・・・回路基板　　Ｉ２・・・Ｃ０Ｄ１３・
・・駆動用ＩＣ１４・・・回路部品１５・・・コネクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の良熱伝導性基板
   上に、画像を電気信号に変換する固体撮像素子と、該固
   体撮像素子を駆動する駆動回路とを設けたことを特徴と
   する固体撮像装置。
2. （２）前記良熱伝導性基板はセラミック基板または絶縁
   層を有する金属基板であることを特徴とする請求項１記
   載の固体撮像装置。