JPH10242443A - 機能集積半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造技術を有効に活用し、製造コストの
低減、ユニットの超小型化を得ることができ、また利用
分野の拡大を得ることができる。 【解決手段】シリコン基板１０１上には、イメージセン
サ１０２、音響トランスジューサ１１５が形成され、さ
らにこれらの信号を処理するための信号処理回路及び制
御回路などが一体に集積化されて形成されている。また
さらにこの回路の外周には太陽電池１１０が形成され電
力供給が可能となっている。また基板の裏側にはアンテ
ナ１１７が形成され、外部からの命令信号を受けたり、
また映像信号や音声信号を伝送出来るようになってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体技術の進
歩に伴い集積化規模が拡大したことに伴い、その半導体
製造技術を有効に活用し、製造コストの低減、ユニット
の超小型化を得ることができ、また利用分野の拡大を得
ることができるようにした機能集積半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の説明】従来、例えば小型カメラやマイクロホン
などにおいて、トランスジューサとその信号を処理する
信号処理回路は、別々のユニットとして製造され、両者
を回路基板上に組み立て配置している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の製品に
よると、各機能ブロックが別々のユニットとして製造さ
れ、後でこれらのユニットを組み立てる作業が必要であ
る。このために超小型を図るのに無理があり、また製造
コストも高くなると言う問題がある。さらに組み立て技
術にも高度な技術が要求されるようになる。

【０００４】そこでこの発明は、半導体製造技術を有効
に活用し、製造コストの低減、ユニットの超小型化を得
ることができ、また利用分野の拡大を得ることができる
ようにした機能集積半導体装置を提供することを目的と
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、少なくとも１個のトランスジューサ
と、このトランスジューサの出力信号処理回路と、少な
くとも前記信号処理回路を制御する周辺制御回路とから
なる信号処理経路と、前記信号処理経路の動作に要する
エネルギーの少なくとも一部を供給するエネルギー源と
を、所定の配置で同一半導体基板上に形成している。こ
の手段により、半導体製造技術を有効に活用し、製造コ
ストの低減、ユニットの超小型化を得ることができ、ま
た利用分野の拡大を得ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施の形態
であり、無線伝送カメラへ本発明を適用した例を示して
いる。図１（Ａ）は、ＩＣチップの表側を示し、図１
（Ｂ）は、裏側を示している。図２（Ａ）は図１（Ａ）
のチップを側面から見た図、図２（Ｂ）は、ＩＣウエハ
に多数のカメラが形成された様子を示している。また図
３は、この発明の一実施の形態における回路ブロックの
接続形態を示している。

【０００７】以下、図１、図２及び図３を参照しながら
説明する。シリコン基板１０１のチップの表の中央に
は、２次元イメージセンサ１０２が形成されている。こ
の２次元イメージセンサ１０２は、フィールド蓄積・色
差順次方式の配列のオンチップ色フィルタを、画素上に
有するように形成されている。２次元イメージセンサ１
０２の前方には、撮像レンズ１１３が実装される。

【０００８】この２次元イメージセンサ１０２の周囲に
はタイミング発生回路１０３が形成されている。このタ
イミング発生回路１０３は、このＩＣチップ上に形成さ
れた回路の各種タイミングパルス、駆動パルスなどを生
成している。２次元イメージセンサ１０２の出力は、増
幅器１０４に入力されて増幅され、次にアナログデジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換回路１０５に入力されてデジタル化さ
れる。

【０００９】Ａ／Ｄ変換回路１０５の出力は、信号処理
回路１０６に入力されて、所定の信号処理が行われる。
例えば、利得制御、ガンマ補正、色信号処理及び輝度信
号処理、画質調整、必要に応じて所定のフォーマットへ
の変換などである。信号処理回路１０６内には、メモリ
も含まれる。

【００１０】さらに、2 次元イメージセンサの周囲には
周辺制御回路１０７も形成されている。この周辺制御回
路１０７は、この半導体チップ上に形成されている各回
路の動作タイミングを制御したり、条件に応じた制御を
行う回路である。所定の条件が整うと、周辺制御回路１
０７は、通信制御回路１０８を介して、信号処理回路１
０６のメモリの画像信号を平面アンテナ１１７に供給
し、ホストシステムへの伝送を可能とする。平面アンテ
ナ１１７は、図１（Ｂ）に示されるようにシリコン基板
１０１の裏面に形成されている。

【００１１】また２次元イメージセンサ１０２の周辺に
は、電源制御回路１０９も形成されている。電源制御回
路１０９は、太陽電池１１０の出力を導入して、シリコ
ン基板に一体的に実装接続されている２次電池１１２を
充電し、カメラシステムが、命令を完遂するに必要なエ
ネルギーを蓄える。２次電池１１２は、図３に示される
ように、端子１１１Ａ、１１１Ｂを介して接続され、バ
イパスコンデンサ１２０と並列回路となっている。太陽
電池１１０の形成エリアは、チップの外周に沿って確保
されている。

【００１２】さらにまた、２次元イメージセンサ１０２
の周辺には、音響トランスジューサ１１５が形成されて
いる。この音響トランスジューサ１１５の出力は、増幅
器１１６で増幅され、映像信号と同様に、周辺制御回路
１０７を介して、通信制御回路１０８からホストシステ
ムへ伝送される。

【００１３】通信制御回路１０８は、アンテナ送受信切
り換え回路を持ち、自動的に送受信動作を切り換えるこ
とができる。送信されて来た命令信号は、この通信制御
回路１０８で複合され、周辺制御回路１０７に送られ
る。すると、周辺制御回路１０７は、命令にしたがって
各回路の動作を制御する。制御内容の代表的なものとし
ては、撮像の指示、露光状態の設定、撮像信号の送信方
法、映像信号の伝送などがある。このような制御に基づ
いて、ホストシステムからの命令に従い、必要な映像信
号を通信制御回路１０８に伝送し、アンテナ１１７から
ホストシステムに向けて送信することができる。通信制
御回路１０８には、回路にクロック信号を与えるための
水晶振動子１１９も接続されている。この水晶振動子１
１９は、シリコン基板１０１上に実装されている。

【００１４】通信制御回路１０８と電源制御回路１０９
の関係は、次のようになっている。すなわち、電源制御
回路１０９は、時折、通信制御回路１０８を介してエネ
ルギー状態をホスト側に報告するための機能を有する。
この報告により、ホスト側は、カメラシステムの適性な
動作状態が可能であるかどうかを確認することができ
る。また、ホストシステムは、カメラシステムの動作状
況を把握するので、ホストシステムは、カメラシステム
の適性な動作が確保されるように、カメラシステムを制
御することが可能である。

【００１５】システム全体が常に通電されていると、太
陽電池１１０からのエネルギー供給量を、システム動作
のエネルギー消費量が上回り、電池が消耗してしま危険
性がある。このために必要最小限なブロックを残し、他
のブロックは待機（静止）状態にして待機させるように
する。受信ブロック、電源制御ブロックなどは低消費伝
量モードで動作を続けるように制御される。一旦ホスト
システムからの指令を受けると、その指令を遂行するに
必要なブロックの回路が正常動作状態に立上がるように
なっている。

【００１６】次に、シリコン基板１０１の裏側に形成さ
れているアンテナ１１７に付いてさらに説明する。この
アンテナは、利用する周波数帯にもよるが、マイクロス
トリップライン技術などを用いて設計されている。この
例は、電子通信学会編の「昭和４２年版、電子通信ハン
ドブック」７２２頁に示される平面回路によるアンテナ
で実現される。用いる電波形式は、電力消費や周囲雑音
などの条件により選択すればよい。秘話性を保ちたい場
合や、周囲に雑音が多い場所などではスペクトラム拡散
方式の通信方式を選択した方が好ましい。

【００１７】アンテナ１１７が、シリコン基板１０１の
裏側に形成されているので、アンテナ１１７と通信制御
回路１０８との電気的接続を得るために、シリコン基板
１０１の所定の位置には接続端子部がもけられている。
この電気的接続には、基板の表裏を挟むことができる接
続金具１１８が用いられる。この電気的接続の他の例と
しては、シリコン基板１０１に貫通穴を形成し、ウエハ
プロセスで導通を得るようにしてもよい。導電ペースト
で電気的接続を得てもよい。

【００１８】このように、カメラシステムとして必要な
すべての機能がエネルギー源と共に一体形成された結
果、チップは、無停電、無線カメラとして機能する。な
お、この発明では上記した音響トランスジューサ１１
５、太陽電池１１０、イメージセンサ１０２などは、ト
ランスジューサの概念に含まれるものとする。

【００１９】図４及び図５にはこの発明の他の実施の形
態を示している。すなわち、図１乃至図３で説明した第
１の実施の形態の機能と対応する部分には、同一符号を
付している。この実施の形態では、太陽電池１１０は、
シリコン基板１０１の裏面に形成されている。

【００２０】基板の表裏の所定の位置には、接続端子部
としての電極が設けられ、この部分が接続金具１１８で
接続される。接続金具１１８は、基板の裏表を挟むこと
ができるようになっている。

【００２１】この実施の形態であると、基板１０１の裏
面に太陽電池１１０が形成されるので、先の実施の形態
のようにアンテナを形成することができない。しかし、
太陽電池１１０の配線２０１の一部２０２がマイクロス
トリップラインとして形成されている。このマイクロス
トリップラインは、通信系のアンテナとして利用するこ
とができる。従って、この太陽電池１１０の配線２０１
の一部２０２に、基板の表側から、通信制御回路１０８
の入力出力端子が、接続金具１１８Ａを用いて接続され
ている。エネルギー源の電流は直流であり、高周波の通
信電波に対する配線のインピーダンスの違いから両者は
効率的に十分に分離することができ、太陽電池の配線兼
アンテナとして利用できる。

【００２２】上記した太陽電池１１０と、カメラデバイ
スは、製造プロセス上の相違点がある。そこで、カメラ
デバイスと太陽電池とは別々のウエハに形成し、後でＩ
Ｃチップを接合するようにしてもよい。

【００２３】図６には、ウエハＡにカメラ回路を形成
し、ウエハＢに太陽電池を形成した状態を示している。
次にチップ切り出しの後、カメラ回路を有するＩＣチッ
プＡ１に２次電池１１２、レンズ１１３などを接合し、
双方の基板を合わせて一体化する。そして必要な箇所の
端子を、例えば先の実施の形態のように接続金具３１０
により接続する。シリコン基板の接合は、常温接合によ
る低温処理技術で行われる。

【００２４】図７にはさらに他の実施の形態を示してい
る。この実施の形態は、１つのウエハ４０１の中心位置
にカメラ回路部４１１を形成し、その周囲全体に渡って
太陽電池兼アンテナ４１２を形成した例である。このよ
うな構成にすると、太陽電池領域を広くすることがで
き、光の集光率を高くすることができる。これにより、
暗い環境での撮影や、明るくなる時間が短いような場所
であっても２次電池の充電が得られ、所望の動作を確実
に得ることができる。太陽電池は、裏面にさらに形成し
てもよく、先に説明したようにアンテナは太陽電池の配
線と共用してもよい。

【００２５】図８（Ａ）はさらに他の実施の形態を示し
ている。この実施の形態では、先の実施の形態に比べて
ＩＣチップの平面形状が異なる。すなわちこの実施の形
態のＩＣチップの形状は、長方形状であり、その長手方
向の中央に２次元イメージセンサ１０２が形成されてい
る。さらにこの２次元イメージセンサ１０２の上側のチ
ップ領域には、太陽電池５１１が形成されている。さら
に２次元イメージセンサ１０２の下側のチップ領域に
は、イメージセンサの出力を増幅する映像増幅器５１
２、この増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換回路５１３、このＡ／Ｄ変換器５１３の出力が供給
され、色信号処理、輝度信号処理などを行う信号処理回
路５１４が形成されている。また、各回路を制御するた
めの周辺制御回路５１５も設けられている。さらにアン
テナを介して映像信号を伝送する、外部からの命令信号
を受けて回路を制御するための通信制御回路５１６も形
成されている。さらにまた音響トランスジューサ５１
７、音声増幅器５１８も構築されている。アンテナは、
例えばこのＩＣチップの裏面に形成されている。

【００２６】このＩＣチップの形状は、例えば図８
（Ｂ）に示す出力な縦長のボックスである筐体５２０に
収納される。この筐体５２０の前面には、光取り入れ窓
５２１、撮影窓５２２、集音窓５２３が形成され、それ
ぞれは太陽電池エリア、イメージセンサエリア、音響ト
ランスジューサエリアに対応している。

【００２７】図９には、撮像カメラが構築されたＩＣチ
ップを筐体内に封入する場合の一例を原理的に示してい
る。筐体６１０は、前面側の半ケース６１１と、背面側
の半ケース６１２とに分割された形で用意される（図９
（Ａ））。

【００２８】半ケース６１１と６１２のエッジは、一体
化されたとき互いに対向して、ＩＣチップの基板エッジ
を挟み付ける（図９（Ｂ））。この時、半ケースのエッ
ジに、電気的接続端子６１３、６１４を設けておき、対
向するＩＣチップの基板にも端子６２１、６２２を設け
ておき、対応する端子同士が接触すると、自動的に所望
の回路同士の接続及び別システムの接続が得られるよう
になっている。

【００２９】なおこの発明では、以上のべた他にも抵
抗、コイル、スイッチなどの個別部品をチップ或いはウ
エハ上に搭載してもい。また通信手段として、電波を上
げたが、発光ダイオードを用いた可視光或いは赤外光通
信を用いてもよい。この際、発光素子をチップ或いは基
板にウエハプロセスデで形成してもよい。また太陽電池
を受光素子として利用し、映像信号と比べて遅い、ホス
トシステムからの命令を受信してもよい。また、マイク
ロマシン技術で形成した加速度トランスジューサやマイ
クロ機構などを搭載してもよい。さらに必要に応じて、
基板或いはチップの表裏の機能配分をシステム要求を最
適化するように配分してもよい。またアンテナは別途実
装してもよい。

【００３０】図１０は、外部から命令信号を送る場合
に、光媒体により送られてくるときのピックアップ例を
示している。すなわち、太陽電池１１０の出力は電源制
御回路１０９を通して二次電池１１２に直流を蓄積する
ようになっている。ここで、太陽電池１１０の出力線に
はピックアップコイル７１１が集積化により隣接してい
る。光通信を行う場合には光の変化の周波数を予め決め
ておくことにより、ピックアップコイル７１１と交流検
出回路７１２により、信号成分を検出することができ
る。この信号成分を通信制御回路１０８に入力して内容
を解析することで、命令信号を得ることができる。

【００３１】上記のカメラは、多数のカメラがホストシ
ステムへ映像信号や音声信号を伝送することがあるの
で、ＩＤコードを伝送信号に多重して伝送するようにな
っている。また、命令信号を受け取り、その命令信号に
基づいて動作を開始する場合、事前に自己のＩＤと伝送
されて来た命令信号に含まれるＩＤとが一致するかどう
かを比較し、一致する場合のみ命令信号を受け付けるよ
うに構成されている。これらの機能は、通信制御回路１
０８内部に存在する。

【００３２】さらにまた、この機能集積半導体装置は、
動作期限を限定できるようにされてもよい。すなわち、
通信制御回路１０８の内部に日時をカウントする時計回
路が組み込まれており、一方、外部から到来する命令信
号が日時を指定して、命令解除信号を同時に送って来た
場合には、指定された日時になると、命令を受け付けな
くなる機能を設けてもよい。このような機能は、通信制
御回路１０８にソフトウエアを構築することにより容易
に実現できるものである。逆に所定の動作を終えた後は
自動的に回路動作が破滅或いは別の機能動作に切り替わ
るようにプログラムされていてもよい。

【００３３】また太陽電池の上面には、集光能力を高め
るために、透明レジストによりレンズアレイを形成して
もよい。上記したようにこの装置は、システムが電源と
共に機能集積化されているので、小型に構成することが
できる。また基板に一体に構築されるために敷設のコス
トが小さくて済む。さらに量産性が高く低コストにシス
テムが実現出来る。同一の生産設備で非常に多岐にわた
るシステムを生産性高く実現出来る。資源を浪費しない
ので環境に優しい。少ない資源で構成されるので、廃棄
物が少なく環境汚染がない。消費電力が少なく出来るな
どの多くの利点を備えるものである。

【００３４】上記したようにこの装置は、少なくとも１
個のトランスジューサ、このトランスジューサの出力を
処理する信号処理回路及び少なくとも前記信号処理回路
を制御する周辺制御回路とからなる信号処理回路群と、
前記信号処理回路群の動作に要するエネルギーの少なく
とも一部を供給するエネルギー源とを、所定の配置で同
一半導体基板上に形成していることを特徴とする。

【００３５】上記のエネルギー供給源は、太陽電池であ
る。また、この太陽電池は、上記半導体基板上で前記ト
ランスジューサ及び回路群を囲むように形成されてい
る。さらに上記の回路群には、通信制御回路が含まれて
おり、前記トランスジューサのピックアップ情報を外部
に伝送することが出来る。また通信制御手段は、外部〜
の命令信号を受け付けて周辺制御回路を通じてシステム
の状態を制御することが出来る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、半導体
製造技術を有効に活用し、製造コストの低減、ユニット
の超小型化を得ることができ、また利用分野の拡大を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す図。

【図２】図１に示したＩＣチップの側面図とＩＣウエハ
の様子を示す図。

【図３】図１のＩＣチップ上に形成されている回路ブロ
ックの説明図。

【図４】この発明の他の実施の形態を示す図。

【図５】図４に示したＩＣチップの側面図とＩＣウエハ
の様子を示す図。

【図６】この発明のさらに他の実施の形態を示す図。

【図７】この発明のさらにまた他の実施の形態を示す
図。

【図８】この発明の他の実施の形態を示す図。

【図９】この発明のデバイスが筐体に収納される場合の
例を示す図。

【図１０】この発明の応用例を示す図。

【符号の説明】

１０１…シリコン基板 １０２…２次元イメージセンサ １０３…タイミング発生回路 １０４…映像増幅器 １０５…Ａ／Ｄ変換回路 １０６…信号処理回路 １０７…周辺制御回路 １０８…通信制御回路 １０９…電源制御回路 １１０…太陽電池 １１２…二次電池 １１３…レンズ １１５…音響トランスジューサ １１６…音声増幅器 １１７…平面アンテナ １１８…接続金具。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１個のトランスジューサ、この
   トランスジューサの出力を処理する信号処理回路及び少
   なくとも前記信号処理回路を制御する周辺制御回路とか
   らなる信号処理回路群と、前記信号処理回路群の動作に
   要するエネルギーの少なくとも一部を供給するエネルギ
   ー源とを、所定の配置で同一半導体基板上に形成してい
   ることを特徴とする機能集積半導体装置。
2. 【請求項２】前記トランスジューサと各回路群は、前記
   半導体基板の表、裏に渡って形成されていることを特徴
   とする請求項１記載の機能集積半導体装置。
3. 【請求項３】前記半導体基板の表と裏に配分される回路
   群は、所定の条件に基づいて配分されていることを特徴
   とする請求項２記載の機能集積半導体装置。
4. 【請求項４】上記半導体基板は、１枚のウエハであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の機能集積半導体装置。
5. 【請求項５】前記半導体基板は、表と裏の電気的接続
   が、この半導体基板が収容される筐体の一部に設けられ
   た接続端子を通じて実現されていることを特徴とする請
   求項１記載の機能集積半導体装置。
6. 【請求項６】上記半導体基板は、所定の形状に切り出し
   加工されていることを特徴とする請求項１記載の機能集
   積半導体装置。
7. 【請求項７】前記半導体基板には、所定の幾何学的位置
   に配置されることにより、外部のシステムと電気的接続
   を実現する接続端子が設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の機能集積半導体装置。