JPH11317837A - 完全密着型イメ―ジセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の完全密着型イメージセンサは長期信頼
性に欠けるという問題点があった。 【解決手段】 受光素子アレイ１２を持つ半導体イメー
ジセンサ素子１１は、複数の光ファイバを整列して形成
した光ファイバアレイ１５を２枚のガラス基板の間に挟
んで融着した構造の光ガイドである光ファイバアレイプ
レート１４の一面側に応力緩和層１６を介して、受光素
子アレイ１２が光ファイバアレイ１５に対向するように
配置されている。応力緩和層１６はエラストマー、ゲ
ル、ゾル等の粘弾性体であり、シリコーン化合物を主成
分とする透過性のシリコーン系接着剤を硬化させたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、コ
ピー、スキャナ等の原稿読み取り装置として使用される
完全密着型イメージセンサおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の完全密着型イメージセンサは、例
えば特開平７−１１１５５７号公報に開示されており、
図６にその概略構造図を示す。光ガイドとしては、複数
の光ファイバを整列して形成した光ファイバアレイ６５
をガラス基板の間に融着した構造の光ファイバアレイプ
レート６４を用いている。半導体イメージセンサ素子６
１は光ファイバアレイプレート６４の一端の上に、受光
素子アレイ６２が光ファイバアレイ６５に対向するよう
に、光硬化樹脂６６で接着されている。光ファイバアレ
イプレート６４の他端側には原稿６８が密着して置かれ
ている。光源６７から出た照明光は斜めに入射され、光
ファイバアレイプレート６４を通過して原稿６８を照明
する。原稿６８で反射された光は光ファイバアレイ６５
を進行して受光素子アレイ６２に導かれ、画像信号へ変
換される。

【０００３】さらに、特開平５−７７２２８号公報に開
示されているように、半導体イメージセンサ素子の直上
に光源を配置し、受光素子は少なくとも一つ以上の導光
口を有し、光源が放射する照明光を受光素子の導光口を
通して光ガイドの一方の面に入射させ、光ガイドの他方
の面に密着して配置されている原稿に導き、原稿で反射
した光を光ガイドの他方の面から一方の面に導いて受光
素子に入射させるように構成した、高解像度で低コスト
の完全密着型イメージセンサも提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、長期信頼性に欠けるという問題点
がある。半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ面
と光ガイドは光硬化樹脂により強固に接着されるが、光
硬化樹脂は硬化時に収縮する。例えば紫外光（ＵＶ）硬
化樹脂の場合、体積収縮率は８〜１６％にも達する。こ
のとき、受光素子アレイ面では光硬化樹脂の収縮により
歪みが生じ、応力が発生する。さらに原稿読み取り時に
は、光ガイドを原稿に密着させるための圧縮力および走
査時の光ガイドの摩擦抵抗に伴う応力が、光硬化樹脂を
介して半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ面に
伝わる。従って、半導体イメージセンサ素子の受光素子
および配線等には繰り返し、多大な応力が加えられるこ
とになる。このときの応力は、受光素子や配線材料の破
壊応力値を越えるときはもちろんのこと、また破壊応力
値を越えることが無くとも、繰り返し加わることにより
受光素子や配線に疲労現象が起こり、受光素子や配線の
破壊をもたらす。その結果、完全密着型イメージセンサ
の寿命は読み取り時間にして５０００時間程度の低い値
に留まっていた。以上説明したように、従来の完全密着
型イメージセンサには、長期信頼性に欠けるという問題
点があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、上述の従来技術の
問題点に鑑み、長期信頼性を有する完全密着型イメージ
センサの構造およびその製造方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数個の受光素子アレイを有する半導体イ
メージセンサ素子と、該受光素子アレイと読み取るべき
原稿との間に設けられ一方の面から入射した光を他方の
面に導く光ガイドとを備え、該光ガイドの一方の面に密
着して置かれた該原稿の光学的な画像情報を、前記光ガ
イドの他方の面に導いて前記受光素子アレイの受光面に
入射する完全密着型イメージセンサにおいて、前記半導
体イメージセンサ素子と前記光ガイドとの間に応力緩和
層が配されていることを特徴とする。

【０００７】前記応力緩和層はエラストマー、ゲルもし
くはゾルの粘弾性体であり、また、シリコーン化合物を
主な成分としていることが好ましい。

【０００８】前記光ガイドは、中心部のコア、該コアの
外表面に設けたクラッドおよび該クラッドの外表面に設
けた光吸収層により構成された光ファイバを整列させて
形成した光ファイバアレイをガラス基板の間に挟んで融
着した光ファイバアレイプレートであることが好まし
い。

【０００９】前記半導体イメージセンサ素子は、透明絶
縁基板と該透明絶縁基板上に形成された薄膜半導体受光
素子のアレイとから構成されており、前記透明絶縁基板
上に前記薄膜半導体受光素子を駆動する薄膜半導体回路
が併せて形成されていることが好ましい。

【００１０】この場合、完全密着型イメージセンサは、
前記半導体イメージセンサ素子の直上に光源を配置し、
前記薄膜半導体受光素子は少なくとも一つ以上の導光口
を有し、前記光源が放射する照明光を前記薄膜半導体受
光素子の導光口を通して前記光ガイドの他方の面に入射
させ、前記光ガイドの一方の面内に送られてくる原稿の
面に導き、該原稿の面で反射した光を前記光ガイドの一
方の面から前記光ガイドの他方の面に導いて前記薄膜半
導体受光素子に入射させるように構成したことを特徴と
する。

【００１１】また本発明は、複数個の受光素子アレイを
有する半導体イメージセンサ素子と、該受光素子アレイ
と読み取るべき原稿との間に設けられて、一方の面に密
着して置かれた原稿の光学的な画像情報を他方の面に導
いて前記受光素子アレイの受光面に入射させる光ガイド
とを、応力緩和層として働く接着剤を用いて接着する完
全密着型イメージセンサの製造方法も含む。

【００１２】（作用）上記のとおりの発明では、半導体
イメージセンサ素子と光ガイドであるファイバアレイプ
レートとの間に粘弾性体からなる応力緩和層を設けるこ
とにより、硬化時の樹脂収縮に伴う応力、原稿読み取り
時の、光ファイバアレイプレートを原稿に密着させた時
の圧縮力および走査時の光ファイバアレイプレートの摩
擦抵抗に伴う応力は半導体イメージセンサ素子の受光素
子アレイ面に伝わることなく、応力緩和層内部で散逸さ
れる。これにより、半導体イメージセンサ素子の受光素
子と配線の破壊を抑制することができ、その結果、装置
寿命が１００００時間以上となり、完全密着型イメージ
センサの長期信頼性が今まで以上に向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】（第１の実施形態）図１は本発明の完全密
着型イメージセンサの第１の実施の形態を模式的に示す
構造図である。

【００１５】本形態の完全密着型イメージセンサは図１
に示すように、プリント基板１３に実装された、受光素
子アレイ１２を持つ半導体イメージセンサ素子１１を備
えている。この半導体イメージセンサ素子１１は、複数
の光ファイバを整列して形成した光ファイバアレイ１５
を２枚のガラス基板の間に挟んで融着した構造の光ガイ
ドである光ファイバアレイプレート１４の一面側に応力
緩和層１６を介して、受光素子アレイ１２が光ファイバ
アレイ１５に対向するように配置されている。

【００１６】応力緩和層１６はエラストマー、ゲル、ゾ
ル等の粘弾性体であり、シリコーン化合物を主成分とす
る透過性のシリコーン系接着剤を硬化させたものであ
る。

【００１７】各光ファイバは、中心部のコアと、このコ
アの外表面に設けたクラッドと、このクラッドの外表面
に設けた光吸収層とからなる。

【００１８】その他の構成については従来技術と同様
で、光ファイバアレイプレート１４の他面側には原稿１
８が密着して置かれている。そして光ファイバアレイプ
レート１４に向けて照明光を斜めに入射して原稿１８を
照明する光源１７が配置されていて、原稿１８で反射さ
れた光は光ファイバアレイ１５を介して受光素子アレイ
１２に導かれる。

【００１９】上記のように本形態では半導体イメージセ
ンサ素子１１と光ファイバアレイプレート１４がシリコ
ーン系接着剤で接着されることにより、シリコーン系接
着剤は硬化時に収縮が見られるものの、粘弾性体である
ため、半導体イメージセンサ素子１１の受光素子アレイ
面に応力は発生しない。

【００２０】また、原稿読み取り時の、光ファイバアレ
イプレート１４を原稿１８に密着させた時の圧縮力およ
び走査時の光ファイバアレイプレート１４の摩擦抵抗に
伴う応力は応力緩和層１６内で散逸するため、半導体イ
メージセンサ素子１１の受光素子アレイ面に応力は伝達
されない。

【００２１】（第２の実施形態）図２は本発明の完全密
着型イメージセンサの第２の実施の形態を模式的に示す
構造図である。ここでは第１の実施形態と同一の構成部
品には同一符号を用い、その説明は省略する。

【００２２】本形態では第１の実施形態に代えて図２に
示すように、半導体イメージセンサ素子１１の受光素子
アレイ１２は、応力緩和層２９となる透光性を有するゴ
ム薄帯と密着している。そして、応力緩和層２９ごと半
導体イメージセンサ素子１１は光ガイドである光ファイ
バアレイプレート１４と、光硬化樹脂（例えば紫外光硬
化樹脂）２６により接着されている。

【００２３】このように形態においても、光硬化樹脂２
６の収縮による応力、および完全密着型イメージセンサ
の走査時に光ファイバアレイプレート２４に発生する応
力は応力緩和層２９内で散逸するので、半導体イメージ
センサ素子１１の受光素子アレイ面に応力は伝達されな
い。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施の形態に基づく実施例に
ついて説明する。

【００２５】（第１実施例）図３は本発明の完全密着型
イメージセンサの第１の実施の形態に基づく第１実施例
を模式的に示す構造図である。

【００２６】ここでは、第１の実施形態における完全密
着型イメージセンサに基づく第１実施例について構成部
品を具体的に記すと共に、その製造方法を述べる。

【００２７】まず図３に示すように、透明絶縁基板であ
る無アルカリガラス基板３１上に、通常の薄膜プロセス
を用いて、アモルファスシリコン薄膜ダイオードによる
薄膜受光素子３３と、これを駆動するポリシリコン薄膜
トランジスタによる薄膜駆動回路３２とを一次元アレイ
状に形成して、図１中符号１１で示した半導体イメージ
センサ素子を作製した。

【００２８】次に、上記のような半導体イメージセンサ
素子をプリント基板３４に実装した後、受光素子アレイ
面と光ファイバアレイプレート３５の一面を、硬化後に
応力緩和層３７となる接着剤により接着した。

【００２９】光ファイバアレイプレート３５は、複数本
の、開口数が０．９で焦点深度が７０μｍの光ファイバ
を一次元アレイ状に配列してなる光ファイバアレイ３６
を用いている。

【００３０】硬化後に応力緩和層３７となる接着剤はエ
ラストマータイプのシリコーン系接着剤であり、硬化条
件は、２５℃で７２時間放置である。応力緩和層３７の
厚さは光ファイバアレイ３６の焦点深度内となるよう
に、１０μｍとした。

【００３１】最後にＬＥＤアレイによる光源３８を設け
て、完全密着型イメージセンサを作製した。

【００３２】このように作製された完全密着型イメージ
センサは、半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ
面と光ファイバアレイプレート３５の一面との間に応力
緩和層３７を有するため、受光素子や配線の疲労破壊が
抑制され、長期信頼性が向上した。

【００３３】（第２実施例）図４は本発明の完全密着型
イメージセンサの第１の実施の形態に基づく第２実施例
を模式的に示す構造図である。

【００３４】ここでは、第１の実施形態における完全密
着型イメージセンサに基づく第２実施例について構成部
品を具体的に記すと共に、その製造方法を述べる。

【００３５】まず図４に示すように、無アルカリガラス
基板４１上に、通常の薄膜プロセスを用いて、アモルフ
ァスシリコン薄膜ダイオードによる、少なくとも１つ以
上のスリット状の導光口（不図示）を有する薄膜受光素
子４３と、これを駆動するポリシリコン薄膜トランジス
タによる薄膜駆動回路４２とを一次元アレイ状に形成
し、半導体イメージセンサ素子を作製した。

【００３６】次に、上記のような半導体イメージセンサ
素子をプリント基板４４に実装した後、開口数０．９の
光ファイバアレイ４６を用いた光ファイバアレイプレー
ト４５の一面と半導体イメージセンサ素子の受光素子ア
レイ面とを、硬化後に応力緩和層４７となる接着剤によ
り接着した。

【００３７】硬化後に応力緩和層４７となる接着剤はゲ
ルタイプの２液混合型シリコーン系接着剤であり、応力
緩和層４７の厚さは１０μｍである。

【００３８】最後にＬＥＤアレイによる光源４８を、ス
リット状の導光口（不図示）を有する薄膜受光素子４３
の直上に位置するように配置して、完全密着型イメージ
センサを作製した。

【００３９】このように作製された完全密着型イメージ
センサは、半導体イメージセンサ素子の直上に配置され
た光源４８からの照明光を、半導体イメージセンサ素子
の受光素子の少なくとも一つ以上の導光口（不図示）を
通して光ファイバアレイ４６に入射させて原稿４９の面
に導き、原稿４９の面で反射された光を光ファイバアレ
イ４６によって半導体イメージセンサ素子の受光素子に
導くものである。

【００４０】そして、この完全密着型イメージセンサは
半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ面と光ファ
イバアレイプレート４５の一面との間に応力緩和層４７
を有するため、受光素子や配線の疲労破壊が抑制され、
長期信頼性が向上した。

【００４１】（第３実施例）図５は本発明の完全密着型
イメージセンサの第２の実施の形態に基づく第３実施例
を説明するための断面図である。

【００４２】ここでは、第２の実施形態における完全密
着型イメージセンサに基づく第３実施例について構成部
品を具体的に記すと共に、その製造方法を述べる。

【００４３】まず図５において、第１実施例と同様に無
アルカリガラス基板５１上に薄膜受光素子５３とこれを
駆動する薄膜駆動回路５２とを一次元アレイ状に形成
し、半導体イメージセンサ素子を作製した。

【００４４】次に、このような半導体イメージセンサ素
子を一対のモールド型５５、５６内に配置し、半導体イ
メージセンサ素子の受光素子アレイ面上に、液体シリコ
ーンゴム５４を射出成形して、応力緩和層を厚さ１０μ
ｍとなるように形成した。

【００４５】射出成形温度および硬化時間は１５０℃お
よび５分であり、半導体イメージセンサ素子には何ら影
響を与えない温度および時間範囲内で射出成形は完了す
る。また、半導体イメージセンサ素子の受光素子面は液
体シリコーンゴム５４で覆われているので、半導体イメ
ージセンサ素子の受光素子面には圧縮応力はかからな
い。

【００４６】次に、上記のような応力緩和層付き半導体
イメージセンサ素子をプリント基板に実装した後、光フ
ァイバアレイプレートと半導体イメージセンサ素子の受
光素子アレイ面とを、応力緩和層を挟み込むようにして
光硬化樹脂（例えば紫外線硬化樹脂）で接着した。紫外
線硬化樹脂の厚さは６μｍであった。

【００４７】最後に第１実施例と同様に光源を設けて、
完全密着型イメージセンサを作製した。

【００４８】このように作製された完全密着型イメージ
センサは半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ面
に応力緩和層を有するため、受光素子や配線の疲労破壊
が抑制され、長期信頼性が向上した。

【００４９】（第４実施例）ここでは、第２の実施形態
における完全密着型イメージセンサに基づく第４実施例
について構成部品を具体的に記すと共に、その製造方法
を述べる。

【００５０】第１実施例と同様に無アルカリガラス基板
上に薄膜受光素子アレイとこれを駆動する薄膜駆動回路
とを形成して、半導体イメージセンサを作製した。そし
て、この半導体イメージセンサ素子をプリント基板に実
装した後、半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ
面上に、厚さ１０μｍのシリコーンゴムを密着させて、
応力緩和層を形成した。このとき半導体イメージセンサ
素子とシリコーンゴムとの間に空気が入らないように、
シリコーンゴムにわずかな張力を与えながら、シリコー
ンゴムを半導体イメージセンサ素子に押し付けると良
い。シリコーンゴム表面の粘性と加えられた張力とが原
因で、新たに特別な力を加えることなしに、半導体イメ
ージセンサ素子からシリコーンゴムが剥がれることはな
い。

【００５１】次に、光ファイバアレイプレートと半導体
イメージセンサ素子の受光素子アレイ面とを、応力緩和
層を挟み込むようにして光硬化樹脂（例えば紫外線硬化
樹脂）で接着した。

【００５２】最後に第１実施例と同様に光源を設けて、
完全密着型イメージセンサを作製した。

【００５３】このように作製された完全密着型イメージ
センサは半導体イメージセンサ素子の受光素子アレイ面
に応力緩和層を有するため、受光素子や配線の疲労破壊
が抑制され、長期信頼性が向上した。

【００５４】以上の実施例では、無アルカリガラス基板
上に薄膜駆動回路と薄膜受光素子アレイを有してなる半
導体イメージセンサ素子を用いているが、石英基板やプ
ラスチック基板などの他の透明絶縁基板上に薄膜駆動回
路と薄膜受光素子アレイを有してなる半導体イメージセ
ンサ素子や、シリコン基板上に電荷結合素子（ＣＣＤ）
アレイを有してなる半導体イメージセンサ素子など、他
の半導体イメージセンサ素子を用いても同様の効果があ
った。また、光ガイドとして光ファイバアレイプレート
を用いているが、とりわけアレイ状に配列していない光
ファイバや薄板ガラスなど、他の光ガイドを用いても同
様の効果があった。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数個の
受光素子アレイを有する半導体イメージセンサ素子と、
該受光素子アレイと読み取るべき原稿との間に設けられ
一方の面から入射した光を他方の面に導く光ガイドとを
備え、該光ガイドの一方の面に密着して置かれた該原稿
の光学的な画像情報を、光ガイドの他方の面に導いて受
光素子アレイの受光面に入射する完全密着型イメージセ
ンサにおいて、半導体イメージセンサ素子は光ガイドと
の間にある応力緩和層のみをかいして光ガイドと接続さ
れているので生じた応力は応力緩和層に吸収されこの結
果、半導体イメージセンサ素子の受光素子や配線の破壊
が抑制され、その結果、装置寿命は従来の５０００時間
程度から１００００時間以上となり、長期信頼性が向上
した。

【００５６】また、半導体イメージセンサー素子と光フ
ァイバーアレイとの間隔は、光ファイバーアレイの焦点
深度内に半導体イメージセンサ素子が位置しないと像が
ぼやけてしまうが、本発明の応力緩和層を用いた場合、
応力緩和層の厚さが１０μｍ以上あれば光硬化樹脂で接
着されていても応力は応力緩和層に吸収される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の完全密着型イメージセンサの第１の実
施の形態を模式的に示す構造図である。

【図２】本発明の完全密着型イメージセンサの第２の実
施の形態を模式的に示す構造図である。

【図３】本発明の完全密着型イメージセンサの第１の実
施の形態に基づく第１実施例を模式的に示す構造図であ
る。

【図４】本発明の完全密着型イメージセンサの第１の実
施の形態に基づく第２実施例を模式的に示す構造図であ
る。

【図５】本発明の完全密着型イメージセンサの第２の実
施の形態に基づく第３実施例を説明するための示す断面
図である。

【図６】従来技術の完全密着型イメージセンサを模式的
に示す構造図である。

【符号の説明】

１１ 半導体イメージセンサ素子 １２ 受光素子アレイ １３、３４、４４ プリント基板 １４、３５、４５ 光ファイバアレイプレート １５、３６、４６ 光ファイバアレイ １６、２９、３７ 応力緩和層 １７、３８、４８ 光源 １８、３９、４９ 原稿 ２６ 光硬化樹脂 ３１、４１、５１ 無アルカリガラス基板 ３２、４２、５２ 薄膜駆動回路 ３３、４３、５３ 薄膜受光素子 ５４ 液体シリコーンゴム ５５、５６ モールド型

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の受光素子アレイを有する半導体イ
   メージセンサ素子と、該受光素子アレイと読み取るべき
   原稿との間に設けられ一方の面から入射した光を他方の
   面に導く光ガイドが形成されたプレートとを備え、該光
   ガイドの一方の面に密着して置かれた該原稿の光学的な
   画像情報を、前記光ガイドの他方の面に導いて前記受光
   素子アレイの受光面に入射する完全密着型イメージセン
   サにおいて、 前記半導体イメージセンサ素子は前記半導体イメージセ
   ンサ素子の側面または受光面が形成された面と対向する
   面でプリント基板に実装され、前記半導体イメージセン
   サ素子の前記受光面が形成された面と対向する前記光ガ
   イドの形成されれたパネルとの間にのみ応力緩和層が配
   されていることを特徴とする完全密着型イメージセン
   サ。
2. 【請求項２】前記応力緩和層はエラストマー、ゲルもし
   くはゾルの粘弾性体である請求項１に記載の完全密着型
   イメージセンサ。
3. 【請求項３】前記応力緩和層はシリコーン化合物を主な
   成分としている請求項１に記載の完全密着型イメージセ
   ンサ。
4. 【請求項４】前記光ガイドは、中心部のコア、該コアの
   外表面に設けたクラッドおよび該クラッドの外表面に設
   けた光吸収層により構成された光ファイバを整列させて
   形成した光ファイバアレイをガラス基板の間に挟んで融
   着した光ファイバアレイプレートである請求項１に記載
   の完全密着型イメージセンサ。
5. 【請求項５】前記半導体イメージセンサ素子は、透明絶
   縁基板と該透明絶縁基板上に形成された薄膜半導体受光
   素子のアレイとから構成されており、 前記透明絶縁基板上に前記薄膜半導体受光素子を駆動す
   る薄膜半導体回路が併せて形成されている請求項１に記
   載の完全密着型イメージセンサ。
6. 【請求項６】請求項５に記載の完全密着型イメージセン
   サにおいて、前記半導体イメージセンサ素子の直上に光
   源を配置し、前記薄膜半導体受光素子は少なくとも一つ
   以上の導光口を有し、前記光源が放射する照明光を前記
   薄膜半導体受光素子の導光口を通して前記光ガイドの他
   方の面に入射させ、前記光ガイドの一方の面内に送られ
   てくる原稿の面に導き、該原稿の面で反射した光を前記
   光ガイドの一方の面から前記光ガイドの他方の面に導い
   て前記薄膜半導体受光素子に入射させるように構成した
   ことを特徴とする完全密着型イメージセンサ。
7. 【請求項７】複数個の受光素子アレイを有する半導体イ
   メージセンサ素子と、該受光素子アレイと読み取るべき
   原稿との間に設けられて、一方の面に密着して置かれた
   原稿の光学的な画像情報を他方の面に導いて前記受光素
   子アレイの受光面に入射させる光ガイドとを、応力緩和
   層として働く接着剤を用いて接着する完全密着型イメー
   ジセンサの製造方法。