JPS61236280A

JPS61236280A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS61236280A
Application number: JP60076811A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Saito; 喜久雄斎藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-21

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】［発明の技術分野］本発明は固体ｍｌ＆素子をパッケージに組込んで成る固
体撮像装置に関し、例えば内視鏡の特に挿入部先端への
内蔵に適するように小形化のための種々の改良を施した
ものである。

［発明の技術的背景］近年、ＣＯＤ、ＭＯ８型イメージセンサなどの半導体デ
バイスを固体撮像素子として利用して力メラへ応用する
ことが盛んに試みられている。これは、例えばＣＯＤエ
レメントを基板上に面状に配列したもので、エレメント
の数により画像の解像度が決定されるため、与えられた
基板の面積内に出来るだけ多くのエレメントを搭載出来
る事が要請される。現在の集積技術ではチップサイズが
垂直方向に６．４ミリメートル、水平方向に８ミリメー
トルの面積条件のとき、垂直画素５００、水平画素４０
０のＣＯＤエレメントを搭載可能である。

ところで、チップサイズを上記のようにミリ単位にする
理由は、カメラの小形化もさることながら工業用あるい
は医療用の内視鏡、特にその挿入先端部に固体撮像素子
を設けることで、機械の空洞内あるいはヒトの体腔内を
観察すると同時に、テレビジョン画面へ表示し、加えて
メモリ装置を設けることにより、その画像を固定し記録
するような従来のイメージガイドファイバスコープでは
困難であったことを容易に実現するからである。

固体撮像素子を上記のようなカメラ、内視鏡等の撮像装
置に適用する場合、通常素子本体は外部回路との接続作
業を容易とするための専用パック・−ジに搭載される。

この場合、従来第８図に示すような構造の固体撮像装置
が知られている。

第８図において、パッケージ１は中央部に凹溝２が形成
されており、この凹溝２内に固体撮像素子３を収納し、
図から明らかなように凹溝２は固体撮像素子３の四角形
の形状に対応した形で固体Ｉｌ像素子３の端面と溝内壁
との間が数ミリ程度の隙間を生じるような大きさにしで
ある。固体撮像素子３は撮像動作を行うために、駆動パ
ルス印加用リード端子、バイアス電圧印加用リード端子
、信号出力用リード端子等としてのパッド形電極４゜４
・・・が所定数形成され、この電極４の配列方向に並ぶ
パッケージ１の両側端部には同様の電極５゜５・・・が
形成されて、これらの対応する電極間はそれぞれボンデ
ィング法によりワイヤー６．６・・・で接続される。ま
た、パッケージ１はパッド形ｍｈ５．５・・・近傍にリ
ード電極７．７・・・を持ら、パッド形電極５，５・・
・とリード電極７．７・・・とはパッケージ内部で互い
に接続されている。尚、固体撮像素子１が上記のような
画素数を有する場合、パッケージ１はリード電極間のピ
ッチが１ミリ、外径寸法が１５Ｘ１２ミリのものが現在
最小の大きさである。

上記構造の装置はリード電極７．７・・・を形成する必
要があるとともに、内視鏡の先端部に設けるには適しな
いため、第９−に示すような固体ｆ！像装置も提供され
ている。

第９図はパッケージ１ａを平板状の簡略化した構造とし
たものでチップキャリヤ型パッケージと称されている。

したがってリード電極は形成されておらず、デュアルラ
イン状に形成されたパッド型電極５ａ、５ａ・・・の内
側に所定の間隙を置いてチップ状固体撮像素子３ａを取
付け、固体撮像素子３ａの電極４ａ、４ａ・・・とパッ
ド型電極５ａ。

５ａ・・・とをボンディングワイヤー６．６・・・で結
線して構成されている。

［背景技術の問題点］従来の装置は、特に医療用内視鏡に用いる場合、その先
端部の対角長が、患者に苦痛を与えない平均的な大きさ
とされている１２．５ミリより大形になるという欠点が
あった。即ち、内視鏡の挿入部に固体撮像装置を内蔵す
る構造には、固体撮像素子の受光面が挿入部先端面に対
面するように設ける場合と、側面に対面するように設け
る場合とがある。ところが、上述した如くパッケージの
寸法が１５Ｘ１２ミリを要するため、外装部品の占める
容積を勘案すれば、前者の場合も後者の場合も１２．５
ミリを越えてしまう。

そこで、従来の内視鏡においては、単板式カラーカメラ
に使われる約２０万画素の固体Ｉｒｉ像素子を使うのを
避け、面順次的に色情報を取出ず撮像方式を採用して、
画素数が少なく且つ、素子の駆動に必要な信号の数が少
いことで電極数を少なくできる特殊な固体撮像素子を使
用している。しかし、この様な色面順次方式の撮像装置
では、動ぎの早い被写体を観察するときや、内視鏡先端
部を移動させながら体腔内を観察するとぎに、色別れが
生じ、観察部位の色の識別が出来なくなることがあった
り、極端な場合には画像がぼけてしまうという欠点があ
った。また、特殊な固体撮像素子を用いるため、その絶
対数量も少なく高価となるという欠点もあった。

ここで、上記問題を生じる最大の原因はパッケージの外
径寸法にあるため、これを小さくすることについて検討
する。第８図において、パッケージを小さくするための
一つの手段は、凹溝２の大きさを固体撮像素子のチップ
大に略等しくすれば良いが（即ち凹溝２に固体撮像素子
３が嵌合する構造とする）、この場合固体撮像素子をパ
ッケージに固定する方法として接着剤を用いるため、そ
の余剰分が毛細管現象によって表面に突出し、固体撮像
素子の電極４．４・・・及び、パッケージの電極５，５
・・・側（ポンディングパッド部という）に流れ出し、
ワイヤーボンディングが出来なくなる虞れがある事と、
固体撮像素子３の挿着性が悪化し作業性が悪いという欠
点がある。このため、第８図の従来装置では固体撮像素
子３外周と凹溝２内壁との間に間隙が形成されるように
、固体撮像素子３のチップ１ナイズより大きなパッケー
ジを用い、接着剤の余剰分が上記間隙で堰止められるよ
うにしている。また、第９図においても、固体撮像素子
３ａの接着側面とパッケージの表面に形成された電極５
ａ、５ａ・・・の位置が同一平面上にあるため、第８図
と同様の問題を生じる。そのためにパッケージのボンデ
ィング電極５ａ部（ポンディングパッド部）間の距離が
固体撮像素子のチップサイズより大きなものを使用して
接着剤がポンディングパッド部に流れ出ないようにして
いる。

更に、上記接着剤が導電性を有する場合（この場合が一
般的である）、ポンディングパッド部に流れ出すと、各
々の電極間及び、パッケージとの間で電気的短絡状態を
引起こし、装置の信頼性を損ねる。尚、第９図に関して
固体撮像素子のパッド部とパッケージのパッド部との間
隙を狭めるとワイヤー６が固体撮像素子の端面に接触し
短絡事故を起こす事もある。

この様な理由から、従来の固体撮像装置においては、素
子本体よりポンディングパッド部が遠ざかるようにパッ
ケージを大きくしなければならなかった。したがって、
たとえ面順次方式に適した固体Ｒ画素子を用いても小形
化への対策としては不十分で、画面品位を犠牲にするだ
けであった。

［発明の目的］本発明は上記実情に鑑みて成されたもので、通常の単板
式カラーカメラに使用される固体撮像索子を用いても、
例えば内視鏡の挿入部の先端径を十分に細くすることが
でき、画像品位の良い超小形の固体撮像装置を提供する
事を目的とする。

［発明の概要］上記目的を達成するため、本発明は固体撮像素子を保持
するパッケージの外形を、固体Ｒ画素子の対角長と略同
一直径の円に内接するように形成し、そのパッケージ収
納用凹溝の一方の対向側端面は外部と連通ずるように、
上記円の対応する両側を削除した形状にしたもので、前
記凹溝のパッケージ側ポンディングパッド部に近接した
位置に、接着剤の余剰分を退避させる深溝を穿ったこと
を特徴とする。

［発明の実施例］以下、本発明を図示の実施例について説明する。

第１図は本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示で斜
視図であり、第２図乃至第４図は同上装置の平面図、側
面図、一部切欠正面図である。また、第５図乃至第７図
は本発明によるパッケージの一作製方法を説明するため
の斜視図である。

各図において、符号２１は本発明によるパッケージを示
し、上面から見た形状は点Ｐを中心に所定の半径で描か
れる円内に収まる八角形をしている。ただし、この角形
の各斜め方向に対向する辺の長さは他の上下左右方向の
辺より小さく正方形の頂部を面取りしたような形状をし
ている。尚、点Ｐはパッケージ２１のメカニカルセンタ
ーである。そして、このパッケージ２１は例えばセラミ
ック製で中央部に箱形の固体Ｒ画素子２２（一点鎖線に
て図示）が収納できる凹溝２３を有している。この凹溝
２３、は前記した斜め方向の対向辺以外の上下左右に対
向する辺のうち左右即ち、固体ｉ［１素子２２の例えば
水平画素列方向（矢視Ａ方向）に沿う辺同志を含んで外
部と連通ずるように開口され・上下方向即ち、固体撮像
素子２２の垂直画素列方向（矢視Ｂ方向）はポンディン
グパッド形成部２４　（２４１，２４２）の内壁で仕切
られている。また、凹溝２３の上記斜め方向に対向する
四隅にはパッケージ２１本体を厚み方向に更に穿って成
る深溝２５　（２５１，２５２。

２５３．２５４　＞が形成されている。この深溝２５は
本実施例の場合凹溝２３と同様に六方向の外側端部で外
部と連通しているが、他の実施例として六方向の対向辺
を含まないように内側に形成しても良い。

ところで、上記ポンディングパッド形成部２４には、凹
溝２３に隣接する縁部を除いてその上面及び外側の側面
に連設して所定数の電極群２６（２６１，２６ｔ　、・
・・、２６２　、２６２　、・・・）が形成されている
。また、本実施例ではパッケージ２１の底面部外層を切
欠いて面取り部２７が形成され、各電極群２６はこの面
取り部２７にも及んでいる。この他、ポンディングパッ
ド形成部２４の一方の内壁からは凹溝２３側に突設して
突起２８．２８を有している。この突起２８の高さは略
０．２ミリ程である。尚、第４図の断面部分は第２図の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。

以上のように構成された固体撮像装置によれば、前述し
た垂直画素数が５００、水平画素数が４００の単板式カ
ラーカメラに使われる通常仕様の固体撮像素子を凹溝２
３内に収納する事ができるものである。

即ち、本発明によるパッケージ２１は上記通常仕様の固
体撮像素子の外径寸法である６、４×７゜９ミリのサイ
ズに対し、六方向の寸法ＬＡを同素子の長さ方向の寸法
７．９ミリに略等しく形成する一方、Ｂ方向の寸法Ｌｅ
を残りの寸法６．４ミリよりポンディングパッド形成部
２４分だけ大きく形成する。このポンディングパッド形
成部２４は電極群２６が形成されるパッド部の所が最大
長必要になるが、この長さは高々１ミリ程度で構成可能
なため、本発明によるパッケージ２１の８方向寸法は例
えば六方向の寸法ＬＡと略等しくすることができる。し
たがって、パッケージ２１は適値が１２．５ミリとされ
る内視鏡挿入部の外径より、格段と小さな円内に収まり
、２０万画素といわれる通常仕様の固体撮像素子をその
中に収容し、極めて小形の固体撮像素子を構成する。

この様に小形に構成しても、従来からの問題点を生じな
いのは、２つの大きな理由を上げることができる。

その第１は、固体撮像素子２２の側面（以下ダイ・アタ
ッチ部という）とポンディングパッド形成部２４との間
隙２９．２９−を多くとらないことである。これらの間
隙は本発明の場合、一方のポンディングパッド形成部２
４の内壁に形成した突起２８により決定されるが、コン
マ２〜３ミリと狭いものである。そこで問題となるのが
余剰接着剤の問題である。本発明によれば、凹溝２３よ
り更に深く穿たれた深溝２５は接着剤の余剰分をその中
に退避させるので、接着剤が上記間隙２９゜２９′から
突出してポンディングパッド形成部２４に流れ出ること
を回避可能であり、凹溝２３を固体撮像素子２２のチッ
プサイズと略同じ大きさに形成して間隙２９．２９”を
極めて小さくしたことによる余剰接着剤の流れ出しの問
題を解決する。尚、突起２８は固体１ｆｆｉ（ｇ！素子
２２のイメージセンタとパッケージ２１のメカニカルセ
ンタＰとを位置合せする機能も果している。また、突起
２８は固体撮像素子２２のダイ・アタッチ部が極端にポ
ンディングパッド形成部２４の内壁に近付くのを防、止
し、ボンディング作業に支障を来たすことなくしている
。

第２の理由は従来のパッケージの左右の端部を削除した
構成、即ち、凹溝２３の両端部を外部と連通させるよう
にしたことである。この場合、接着剤は左右の端部から
突出することもあるが、この突出力は後処理により削除
することができる。

こうして本発明は通常サイズの固体Ｒ惟素子をこれと略
同大のパッケージに組込んでも、接着剤によるボンディ
ング不能あるいは、導電性の接着剤による短絡事故を防
止し、極めて信頼度の高いＣＯＤ固体撮像装置を提供す
るものである。

次に、本発明に使用されたパッケージ２１の作製方法に
ついてその一例を説明する。第１図に示すようなパッケ
ージ２１は、例えば第５図に示すような一対の第１のグ
リーンシート２１ａ−１゜２１　ａ−２と、深溝２５に
相当する切欠２５−１゜２５−２．２５−３．２５−４
を対角方向に有する第２のグリーンシート２１ｂと、面
取り部２７を有する第３のグリーンシート２１Ｃとを積
層し、積層された各グリーンシート２１ａ−１、２１ａ
−２。

２１ｂ　、２１ｃを焼成することで、一体成形される。

そして、これら各グリーンシート２１ａ−１゜２１ａ−
２，２１ｂ　、２１ｃは、セラミックを用い、第１のグ
リーンシート２１ａ−１，２１ａ−２と、この形状に対
応する他の第２及び第３のグリーンシート２１ｂ　、２
１ｃのＢ方向両端部は、パッケージ２１のポンディング
パッド形成部２４を構成し、電極群２６が形成される電
極形成用部は、それぞれ符号２６ａ　、２６ｂ　、２６
ｃにて示す。

尚、電極群２６は、タングステン等の導電性ベーストを
印刷しグリーンシートとともに焼成することにより形成
される。その後、例えばＮｉＣｕメッキを施してメタラ
イズされる。更に、固体撮像素子２２の電極群（図示し
ない）と上記電極群２６とは、ボンディングの後、ボン
ディングワイヤを保護するために、ポンディングパッド
形成部２４全体をシリコーン樹脂などで固められる。ま
た、更に、固体撮像素子２２は、その表面に透明なガラ
スや色補正用ガラスフィルタを光学接着剤で固定し、受
光面を保護する。

ここで、これら各グリーンシート２ｉａ−１゜２１ａ−
２，２１ｂ　、２１ｃの具体的外形寸法を説明すると、
パッケージ全体の寸法は、へ方向長が８ミリ、Ｂ方向長
が９ミリであり、第３のグリーンシート２１Ｃの厚みは
０．４ミリ、第２のグリーンシート２１ｂの厚みは０．
２ミリ、第１のグリーンシート２１ａ−１，２１ａ−２
の厚みは、固体撮像素子２２の厚みと同じかこれより小
さく選定される。

こうして、本実施例によれば、単板式カラーカメラに使
われる約２０万画素の規模をもつ、通常仕様の固体撮像
素子を、極めて小さなパッケージに収納でき、例えば内
視鏡用として利用できる超小形な固体１１ｆｆｌ像装置
を実現するものである。

尚、本実施例では、パッケージ２１の電極群２６の高さ
と、固体撮像素子２２の電極群との高さが略一致するた
め、ボンディングワイヤの長さを極めて短くすることが
でき、しかもワイヤがチップ端面に接触することがない
。これによって、ワイヤによる短絡事故を防止する。

また、本実施例では、ポンディングパッド形成部２４の
底面端部の面取り部２７にも電極群２６が形成されるた
め、この電極群２６を用いて配線用プリント板に半田付
けする際に、半田付けの面積が大きくなり、確実な半田
付【ノができる。

また、本実施例は、パッケージの素材として、セラミッ
クを用いて説明してきたが、コパール等の金属を用いて
も良い。この場合、コパール製のパッケージ２１．と電
極群２６とを絶縁する必要があるが、その構造は、例え
ば一般のハーメチックシール形のＩＣのように、パッド
形成部２４に電極数に対応した穴をあけ、これらの穴に
収納される電極群２６をガラスピースで囲繞すれば良い
。

また、固体撮像素子２２としては、ＣＯＤ以外にＭＯ３
型イメージセンサ、ＢＢＤ等を用いてもよい。

［発明の効果１以上説明したように本発明によれば、パッケージのダイ
・アタッチ部近傍に設けられた深溝に、固体＠機素子を
固定する際に用いる接着剤の余剰分を退避するようにし
て、パッケージと固体ＩＩｉ像素子との間隙を十分に狭
くできるため、通常仕様の撮像素子を用いる場合でも、
これと同寸のパッケージに同撮像素子を保持することが
できる。また、パッケージの外形は、Ｒ機素子の対角長
と略同一直径の円に内接する例えば六角形とすることが
できるため、特に挿入部の先端にＲ機素子を内蔵する内
視鏡への適用が極めて有効となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示ず斜
視図、第２図は同上装置の平面図、第３図は同側面図、
第４図は同一部切欠正面図、第５図乃至第７図は本発明
によるパッケージの形成手法の一例を説明する斜視図、
第８図は従来の固体撮像装置を示す斜視図、第９図は他
の従来装置を示す斜視図である。２１・・・パッケージ、２２・・・固体撮像素子、　２３・・・凹溝、２４・・
・ポンディングパッド形成部、２５・・・深溝、　　　
　　２６・・・電極群、２７・・・面取り部、　　　２
８・・・突起。代理人　　弁理士　　則近憲佑（ばか１名）第６図業７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固体撮像素子を収納するための凹溝を中央に設け
た箱形パッケージにより構成される固体撮像装置におい
て、前記パッケージは一方の対向側端部にワイヤーボン
ディング部が設けられ、他方の対向側端方向に沿う前記
凹溝の端面同志は外部に連通し、且つその端面間の長さ
は固体撮像素子の一方の画素列方向長に略一致する一方
、前記凹溝のワイヤーボンディング部に隣接した底部か
らパッケージの厚み方向にダイ・ボンディング用接着剤
の余剰分を退避させる溝を設けて成る固体撮像装置。
（２）前記パッケージは、各対向する頂部をそれぞれ切
欠して外形を八角形としたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の固体撮像装置。
（３）前記八角形に形成されたパッケージは、同パッケ
ージのメカニカル中心点にイメージ中心点が略一致され
た固体撮像素子の対角長と略同一直径の円に内接するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
の固体撮像装置。
（４）前記パッケージは、底面外周端部が面取りされる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
ずれか１項に記載の固体撮像装置。
（５）前記パッケージのボンディング部は、リードレス
構造の複数の電極が形成され、この電極は前記面取り部
にも形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第４項のいずれか１項に記載の固体撮像装置。