JPWO2016181433A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

固体撮像装置は、基板に実装される、直方体形状で一面に受光面を有する固体撮像素子と、固体撮像素子の受光面の前面に設けられる透明部材と、透明部材と固体撮像素子の受光面との間に設けられ、透明部材を固体撮像素子に一体に固定する厚み寸法が不均一な透明樹脂で形成された固定層と、を具備している。

Description

本発明は、透明樹脂によって固体撮像素子の受光面の前面にカバーガラスを固設した固体撮像装置に関する。
近年、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、電子内視鏡(以下、内視鏡と略記する)には固体撮像装置(以下、撮像装置と略記する)が使用されている。
CCD等撮像素子の受光面の前面にカバーレンズを一体に設ける構成において、撮像素子とカバーレンズとは透明樹脂を介して固定される。
撮像素子にカバーレンズを固定する際、流動性を有する透明樹脂をカバーレンズと撮像素子との間に塗布し、該透明樹脂が硬化することによって撮像素子とカバーレンズとが一体な固定状態になる。
流動性を有する透明樹脂を撮像素子の受光面上に塗布し、カバーガラスを透明樹脂上に配置して組み立てる工程においては、透明樹脂中に空気が巻き込まれ、該透明樹脂が硬化されたとき、固定層内に気泡が残存する。
カバーレンズから出射されて固定層に進入して受光面に向かう光路中に気泡が残存していた場合、気泡によって光が屈折、あるいは、散乱されて、所望する光学特性を得られなくなるおそれがある。
日本国特開2002−270804号公報(以下、文献1と記載する)には、気泡による屈折、散乱等の悪影響を極めて小さくすることができ、高品質な画像を得ることができる固体撮像装置が開示されている。
文献1においては、透明樹脂を高圧力雰囲気下で加圧し、その加圧状態を保持したまま硬化させて、光が透過する接着剤の透過領域内に混入した気泡の大きさをCCDベアチップの画素の大きさより小さくしている。
しかしながら、文献1の固体撮像装置において、気泡を小さくすることは可能であるが気泡を無くすことはできない。このため、固体撮像装置の光学特性が小さくした気泡によって低下されるおそれがある。また、高圧力雰囲気下で加圧し、その加圧状態を保持するための加圧容器等、新たな装置、設備が必要になる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、組立工程の変更を行うこと無く、固体撮像素子の受光面と透明部材との間に混入した気泡による光学特性の低下を解消する固体撮像装置を提供することを目的にしている。
本発明の一態様の固体撮像装置は、基板に実装される、直方体形状で一面に受光面を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光面の前面に設けられる透明部材と、前記透明部材と前記固体撮像素子の受光面との間に設けられ、該透明部材を該固体撮像素子に一体に固定する厚み寸法が不均一な透明樹脂で形成される固定層と、を具備している。
固体撮像装置の一構成例を説明する図 カバーガラスの外観形状を説明する正面図 図2Aの矢印Y2B方向からカバーガラスを見た側面図 作業手順であって固体撮像素子の一面上に透明樹脂を塗布した状態を示す図 作業手順であってカバーガラスを固体撮像素子の一面上に塗布された流動性を有する透明樹脂に近づけている状態を示す図 作業手順であって移動中のカバーガラスの中央稜線および稜線近傍の傾斜面が透明樹脂に接触した状態を示す図 作業手順であってカバーガラスが更に移動されて透明樹脂を押し潰しつつ端部側に押し拡げている状態を示す図 作業手順であってカバーガラスが受光面前面の所定位置に到達した状態、および、透明樹脂層を説明する図 透明樹脂が硬化して撮像素子の受光面前面にカバーガラスが配置された状態を示す図 固定層側面の凸面形状に特徴を有するカバーガラスの他の構成を説明する正面図 図4Aの矢印Y4B方向からカバーガラスを見た側面図 固定層側面の凸面形状に特徴を有するカバーガラスの別の構成を説明する正面図 図5Aの矢印Y5B方向からカバーガラスを見た側面図 固体撮像装置の他の構成例を説明する図 固体撮像装置の別の構成例を説明する図 固定層側面を凹面で形成したカバーガラスを説明する図 図7Bの7C−7C線断面図 作業手順であって固体撮像素子の一面上に透明樹脂を塗布した状態を示す説明する図 図8Aの矢印Y8B方向から見た側面図 作業手順であってカバーガラスを固体撮像素子の一面上に塗布された流動性を有する透明樹脂に近づけている状態を説明する正面図 図8Cに示すようにカバーガラスを透明樹脂に近づけている状態を説明する側面図 作業手順であって移動中のカバーガラスの斜面交差線および斜面交差線近傍の傾斜面が透明樹脂に接触した状態を説明する正面図 図8Eに示すようにカバーガラスを透明樹脂に接触した状態を説明する側面図 作業手順であってカバーガラスを更に固体撮像素子側に移動させた状態における変形された透明樹脂を説明する図 図GEに示すように透明樹脂の変形状態を説明する側面図
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の説明に用いる各図において、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものもある。即ち、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
図1に示すように固体撮像装置(以下、撮像装置と略記する)1は、基板2と、固体撮像素子(以下、撮像素子と略記する)3と、透明部材である例えばカバーガラス4と、固定層5と、複数のボンディングワイヤ6と、封止部7と、を備えている。
基板2の一面2aには予め、図示されていない回路パターン、および、複数の基板側接点が設けられている。
撮像素子3は、例えば、直方体形状であって、基板2の一面2a上に実装される。
撮像素子3の一面3aには、例えば矩形形状に形作られた受光面3bが設けられている。受光面3bの例えば周囲には、予め、複数の基板側接点に対応する複数の素子側接点(不図示)が設けられている。
撮像素子3の一面3aに設けられた複数の素子側接点と、基板2の一面2aに設けられた複数の基板側接点とはボンディングワイヤ6によってそれぞれ電気的に接続されている。
カバーガラス4は、撮像素子3の一面3aに設けられた受光面3bの前面に配置される。カバーガラス4は、該カバーガラス4と撮像素子3との間に塗布された透明樹脂が硬化することによって構成される固定層5によって予め定めた位置に一体に固設される。
カバーガラス4の屈折率と、固定層5の屈折率とは、ほぼ同じである。
受光面3bには、カバーガラス4を通過して透明な固定層5の一面側から入射して他面側から出射された光学像が結像するようになっている。
なお、カバーガラス4が該カバーガラス4を固定層5と同じ透明部材である透明樹脂を成形して形成された透明樹脂製のカバー部材であってもカバーガラスと記載する。
本実施形態において、固定層5の厚みは、均一では無く、不均一である。具体的に、固定層5の厚みは、例えば、中央部分の厚みが端部の厚みに比べて小さく設定してある。これは、撮像素子3の一面3aが平面であるのに対し、カバーガラス4の固定層側面4aを凸面で形成しているためである。
カバーガラス4の固定層側面4aは、透明樹脂との界面である。図1、図2A、図2Bに示すように凸面である固定層側面4aは、峰となる中央稜線4bと、一対の傾斜面4cと、によってV字形状に構成されている。一対の傾斜面4cは、中央稜線4bを含んだ平面である。
図1に示すように傾斜面4cの傾斜角度は、後述する気泡8aを移動させることを考慮して基板2の一面2aに対して予め定めた角度θである。また、中央稜線4bは、撮像素子3の一面3aに対して平行である。
加えて、図1、図2A、図2Bに示すようにカバーガラス4の固定層側面4aとは反対面である入射側面4dも撮像素子3の一面3aに対して平行な平面である。
図1に示すように撮像素子3の一面3a上に形作られる固定層5の外形線5aは、受光面3bの4つの辺より外方に位置している。
符号5bは非透過領域部であって、受光面3bより外方に位置して固定層5の端部を形作る。非透過領域部5bは、気泡8aが集められる気泡溜まり部である。
封止部7は、例えばエポキシ樹脂等の封止材で形成される。封止部7は、撮像素子3と基板2との間、基板2に設けられた配線同士の間、および配線と基板接点との間、ボンディングワイヤ6の周囲に充填されて、電気的な絶縁を図る。
ここで、図3A−図3Fを参照して撮像素子3の一面3a上の予め定めた位置にカバーガラス4を固設する作業手順を説明する。
撮像素子3の一面3a上の予め定めた位置にカバーガラス4を固定するに当たって、作業者は、例えば紫外線硬化樹脂であって予め定めた流動性を有する透明樹脂8を用意する。透明樹脂8は、空気を巻き込み難い粘性と、樹脂中に発生した気泡8aを移動させ易い粘性と、を兼ね備えていると好適であり、例えばエポキシ系樹脂、あるいは、アクリル系樹脂によって実現できる。
作業者は、図3Aに示すように透明樹脂8を撮像素子3の一面3a上である受光面3bの中央部に所定の量、空気を巻き込まないように塗布する。しかし、透明樹脂8中には空気が巻き込まれる。
塗布された透明樹脂8は、表面張力によって受光面3b上に略半球形状に盛り上がって設けられる。該透明樹脂8中には気泡8aが存在した状態になる。
次に、作業者は、図3Bに示すようにカバーガラス4の中央稜線4bを半球形状の透明樹脂8に近づけていく。符号9は、吸引チャックであり、吸引チャック9は、予め定めた移動速度で矢印Y3に示すように撮像素子3に近づけられていく。
すると、図3Cに示すようにカバーガラス4の中央稜線4bが半球形状の透明樹脂8の頂上付近に接触する。そして、吸引チャック9の移動に伴って透明樹脂8は、傾斜面4cによって変形されていく。
吸引チャック9が移動し続けることによって、カバーガラス4は、徐々に撮像素子3の受光面3bに近づけられ、所定位置に到達したとき、該チャック9の移動が停止する。
図3Dに示すようにカバーガラス4が矢印Y3に示すように移動している間、該カバーガラス4は、透明樹脂8を中央付近から徐々に押し潰しつつ傾斜面4cに沿わせて外方に位置する端部4eに向けて押し拡げるように変形させていく。この結果、透明樹脂8の一部が端部4eから外方にはみ出されていく。
図3Eに示すようにカバーガラス4が受光面3bの前面の所定位置に到達したとき、透明樹脂8の一部は端部4eから外方にはみ出された状態である。また、カバーガラス4と撮像素子3との間には、中央部分の厚みが端部の厚みに比べて小さい、透明樹脂8による樹脂層が形成される。
カバーガラス4の移動中において、透明樹脂8中に残存していた気泡8aは、固定層側面4aが一面3aに近づくにつれて、受光面3bの前面から徐々にカバーガラス4の端部4eに向けて移動されて、非透過領域8b内に集められる。
チャック移動停止後、吸引チャック9は、予め定められた時間その停止位置に保持される。
この保持状態において、紫外線を照射する。すると、透明樹脂8は、硬化されて固定層5に変化する。固定層5は、カバーガラス4と撮像素子3とを一体に固定する。気泡8aは、受光面3bの外方である非透過領域8bに位置する固定層外方部5b内に収容された状態になる。
その後、吸引チャック9が取り外される。
このように、カバーガラス4の固定層側面4aを中央稜線4bと角度θで形成した傾斜面4cとを有する凸面形状に形成し、撮像素子3の受光面3b上に予め定めた流動性を有する透明樹脂8を塗布し、吸引チャック9に取り付けたカバーガラス4を予め定めた移動速度で撮像素子3に近づけ、所定位置で停止させている。
この結果、透明樹脂8に先ずカバーガラス4の中央稜線4bが接触し、その後、傾斜面4cに透明樹脂8が表面張力とによって密着し、密着後には該透明樹脂8がカバーガラス4からの押圧力と当該透明樹脂8の表面張力とによって押し潰されつつ押し拡げられるように変形していく。
このため、透明樹脂8中に残存していいた気泡8aは、カバーガラス4の端部4eに向かって移動されて非透過領域8b内に集められ、透明樹脂8が硬化することによって、カバーガラス4が撮像素子3の受光面3b上に一体固定され、気泡8aは受光面3b前面から排除されて固体層5の固定層外方部5b内に収容される。
この結果、カバーガラス4を撮像素子3に固設する作業手順を変更することなく、撮像素子3の受光面3bとカバーガラス4との間に位置する固定層5から気泡8aを排除した良好な光学特性を有する固体撮像装置1を得ることができる。
なお、上述した実施形態において、カバーガラス4の固定層側面4aの凸面形状を中央稜線4bと一対の傾斜面4cとを設けてV字形状の凸面を構成している。しかし、カバーガラス4の固定層側面4aの凸面形状は、図2A、図2Bに示した構成に限定されるものでは無く、例えば、図4A、4Bに示す凸曲面形状、および、図5A、5Bに示す四角錐凸面形状等であってもよい。
図4A、図4Bに示すようにカバーガラス4Aは、半径rの凸曲面4fを有している。符号4gは頂点部であって、頂点部4gは図4Bに示すように撮像素子3の一面3aに対して平行線である。頂点部4gは固定層側面4aの最先端位置になっている。
この構成によれば、カバーガラス4Aの凸曲面4fの頂点部4gが透明樹脂8に接触後、該透明樹脂8がカバーガラス4Aからの押圧力と当該透明樹脂8の表面張力とによって凸曲面4fに沿って密着しながら押し拡げられて上述と同様の作用及び効果を得られる。
この結果、カバーガラス4Aを撮像素子3に固設する作業手順を変更することなく、撮像素子3の受光面3bとカバーガラス4Aとの間に位置する固定層5から気泡8aを排除して良好な光学特性を有する固体撮像装置を得ることができる。
図5A、図5Bに示すようにカバーガラス4Bは、先端側の形状が四角錐形状であってもよく、4つの傾斜面4hと、頂点4iと、を有している。
この構成によれば、カバーガラス4Bの四角錐の頂点4iが透明樹脂8に接触後、該透明樹脂8がカバーガラス4の押圧力と当該透明樹脂8の表面張力とによって4つの傾斜面4hに沿って密着しながら押し拡げられて上述と同様の作用及び効果を得られる。
この結果、カバーガラス4Bを撮像素子3に固設する作業手順を変更することなく、撮像素子3の受光面3bとカバーガラス4Bとの間に位置する固定層5から気泡8aを排除して良好な光学特性を有する固体撮像装置を得ることができる。
なお、上述した実施形態において、カバーガラスの先端側の形状を四角錐形状としている。しかし、先端側の形状は、四角錐に限定されるものでは無く、三角錐形状、あるいは、四角錐より多い面を有する多角錐形状、あるいは、半球形状等であってもよい。また、角錐形状の先端を半球状に丸める、あるいは、先端に斜面を設ける、あるいは、平面を設けるようにしてもよい。
上述した実施形態においては、カバーガラス4の中央稜線4b、頂点部4g、頂点4iを受光面3bの中央に配置する構成としている。しかし、図6に示すようにカバーガラス4Jの稜線4kを受光面3bの外側に位置ずれした予め定めた位置に設定して固体撮像装置1Aを構成するようにしてもよい。固体撮像装置1Aは、例えば、内視鏡の挿入部先端部に内蔵されるものであり、複数の接点を片側に設けて小型化を図ってある。
カバーガラス4Jは、稜線4kを挟んで一方側に設ける第1傾斜面4mの傾斜角を予め定めた角度θとし、他方側に設ける第2傾斜面4nの傾斜角を予め定めた角度θ1としている。第1傾斜面4mは、受光面3b上に位置している。その他の構成は上述した実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
この構成によれば、カバーガラス4Jを撮像素子3に固設する作業手順を変更することなく、撮像素子3の受光面3bとカバーガラス4Jとの間に位置する固定層5から気泡8aを排除して良好な光学特性を有する固体撮像装置1Aを得ることができる。
上述した実施形態においてカバーガラス4、4A、4B、4Jの固定層側面4aを凸面としている。しかし、カバーガラスの固定層側面は、凸面に限定されるものでは無く、図7A−図7Cに示すように固定層側面4aを凹面で構成するようにしてもよい。
図7A、図7Bに示すように本実施形態の固体撮像装置1Bのカバーガラス4Pの固定層側面4qは、中間部に凹面であるV字状窪みを有する。固定層側面4qは、斜面交差線(交差線と略記する)4rと、交差線4rを挟んで設けられた該交差線4rを一辺とした傾斜面4sと、によって構成されている。
本実施形態における交差線4rは、図7Cに示すように撮像素子3の一面3aに対して角度θ2で傾斜している。角度θ2は、気泡8aを移動させることを考慮して設定してある。
交差線4rが傾斜していることによって、傾斜面4sの傾斜角度は、一端4t側と、中間部と、他端4u側と、でそれぞれ異なっている。図7Aに示すように一端側4tの傾斜面4sを構成する傾斜角θ3が、他端側4uの傾斜面4sを構成する傾斜角θ4より小さくなっている。
傾斜角θ3、θ4は、傾斜面4sが塗布した透明樹脂に接触したとき、交差線4r付近に空気溜まりができることを防止する予め定めた角度に設定してある。
なお、カバーガラス4Pの固定層側面4qとは反対面である入射側面4dは、上述した実施形態と同様に撮像素子3の一面3aに対して平行な平面である。
したがって、本実施形態において、固定層5の厚みは、図7Aで示すように中央部分の厚みが端部の厚みに比べて大きい。また、図7Cで示すように左側端部の厚みが右側端部の厚みに比べて大きい。
そして、本実施形態においては、カバーカラス4Pを半球形状に盛り上がった透明樹脂8の頂上付近に接触させた際、交差線4rが透明樹脂8に接触すること無く、両傾斜面4sが透明樹脂8に接触することを防止するように傾斜面4sの前記右端部4r1側の角度をθ4に設定してある。
その他の構成は上述した実施形態と同様で有り、同部材には同符号を付して説明を省略している。
ここで、図8A−図8Hを参照して凹面を有するカバーガラス4Pを撮像素子3の一面3a上に固定する作業手順を簡単に説明する。
撮像素子3の一面3a上の予め定めた位置にカバーガラス4Pを固定するに当たって、作業者は、所定の量の透明樹脂8を塗布する。このとき、本実施形態において、透明樹脂8は、図8Aに示すように正面から見て受光面3bの中央部であって、図8Bに示すように側方から見て受光面3bの中央部より正面の反対面である背面側に塗布する。
次に、作業者は、図8C、図8Dに示すようにカバーガラス4Pの交差線4r及び傾斜面4sを半球形状の透明樹脂8に近づけていく。
すると、図8Eに示すように正面から見たとき、透明樹脂8は、カバーガラス4Pの交差線4rを挟んで両側の傾斜面4sの一部に略均等に接触する。一方、図8Fに示すように側方から見たとき、透明樹脂8は、カバーガラス4Pの背面側の交差線4r及び傾斜面4sに接触する。
その後、透明樹脂8は、吸引チャック9の移動に伴って、変形されていく。つまり、図8Gに示すように正面から見たとき、透明樹脂8は、カバーガラス4Pの両側の傾斜面4sに沿ってそれぞれの端部4e側に向かって押し拡げられていく。一方、図8Gに示すように側方から見たとき、透明樹脂8は、カバーガラス4Pの交差線4rに沿って、背面側の端部4e及び正面側の端部4eに向かって押し拡げられていく。透明樹脂8の一部は、背面側の端部4eからはみ出されていく。
そして、カバーガラス4Pが所定位置、すなわち、一対の傾斜面4sの端部4eが撮像素子3の一面3aに当接配置されたとき、透明樹脂8は、各端部4eからはみ出された状態になる。このとき、透明樹脂8中に残存する気泡(不図示)の一部は、透明樹脂8の移動に伴って、傾斜面4sの端部4eに向かって移動され、気泡(不図示)の残りの一部は交差線4rにそって背面側の端部4eに向かって移動され、気泡(不図示)の残りは交差線4rにそって正面側の端部4eに向かって移動されて、非透過領域(不図示)内に集められる。
上述したように透明樹脂8が硬化されて固定層5に変化することによって、カバーガラス4Pと撮像素子3とが一体に固定される。気泡8aは、図7A、図7Cに示されているように受光面3bの外方である非透過領域に位置する固定層外方部5b内に収容された状態になる。
このように、カバーガラス4Pの固定層側面4qに角度θ2で傾斜した交差線4rと、交差線4rを挟んで設けられる傾斜面4sとを有する扁平なV字形状の凹面を設けることによっても作業手順を変更することなく、撮像素子3の受光面3bとカバーガラス4Pとの間に位置する固定層5から気泡8aを排除して良好な光学特性を有する固体撮像装置1Bを得ることができる。
また、本実施形態においては、一対の傾斜面4sの端部4eを撮像素子3の一面3aに当接配置した状態で流動性を有する透明樹脂8を硬化させることができるので、作業性の向上、および、安定した品質を実現できる。
なお、上述した実施形態において、カバーガラス4Pの固定層側面4qの凹面を扁平なV字状窪みとしている。しかし、カバーガラス4Pの固定層側面4qに形成される凹面は、V字状窪みに限定されるものでは無く、該凹面を曲面を有する略U字形状なU字状窪みで構成するようにしてもよい。この構成においては、正面側のU字状窪みの底と背面側のU字状窪みの底とを結ぶ窪み底線が予め定めた角度で傾斜している。
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
本発明の一態様の個体撮像装置は、基板に実装される、直方体形状で一面に受光面を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記受光面の前面に設けられる透明部材と、前記透明部材と前記固体撮像素子の前記受光面との間に設けられ、該透明部材を該固体撮像素子に一体に固定する透明樹脂で形成される固定層と、を具備し、前記固定層は、中心部から外周側に向かって厚み寸法が漸次変化する。

Claims (9)

  1. 基板に実装される、直方体形状で一面に受光面を有する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子の受光面の前面に設けられる透明部材と、
    前記透明部材と前記固体撮像素子の受光面との間に設けられ、該透明部材を該固体撮像素子に一体に固定する厚み寸法が不均一な透明樹脂で形成される固定層と、
    を具備することを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記固定層との界面になる前記透明部材の固定層側面は、中途部が突出した凸面であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記固定層との界面になる前記透明部材の固定層側面は、中途部が窪んだ凹面であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記凸面は、峰となる稜線と、該稜線を一辺とする2つの傾斜面と、を有することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
  5. 前記凸面は、複数の傾斜面を有する角錐形状部であることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
  6. 前記凸面は、半球形状部を有することを特徴とする請求項2または請求項5に記載の固体撮像装置。
  7. 前記角錐形状部の先端に斜面、あるいは、平面を有することを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
  8. 前記凹面は、2つの傾斜面を有するV字状窪みであって、2つの傾斜面が交差する交差線は予め定めた角度で傾斜していることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
  9. 前記凹面は、曲面を有するU字形窪みであって、窪み底線は予め定めた角度で傾斜していることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
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