KR20060049316A - 반도체 이미지 센서 모듈, 반도체 이미지 센서 모듈의 제조방법, 카메라 및 카메라의 제조 방법 - Google Patents

반도체 이미지 센서 모듈, 반도체 이미지 센서 모듈의 제조방법, 카메라 및 카메라의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 기생 저항과 용량을 최소한으로 하여 접속하고, 또한 화상 신호 처리 칩의 효율적인 방열과 차광을 동시에 실현하는 반도체 이미지 센서 모듈을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 반도체 이미지 센서 모듈(1)은 반도체 기판의 제1 주면에 트랜지스터 형성 영역을 갖고, 상기 제1 주면의 반대측인 제2 주면에 광입사면을 갖는 광전 변환 영역이 형성된 반도체 이미지 센서 칩(2)과, 반도체 이미지 센서 칩(2)으로 형성된 화상 신호를 신호 처리하는 화상 신호 처리 칩(3)을 적어도 구비하고, 상기 반도체 이미지 센서 칩(2)의 제1 주면에 복수의 범프 전극(15a)이 형성되고, 상기 화상 신호 처리 칩(3) 상에 복수의 범프 전극(15b)이 형성되고, 상기 반도체 이미지 센서 칩(2)과 상기 화상 신호 처리 칩(3)이 방열 수단(4)을 거쳐서 적층되어 형성되고, 상기 반도체 이미지 센서 칩(2)의 복수의 범프 전극(15a)과 상기 화상 신호 처리 칩(3) 상의 복수의 범프 전극(15b)이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
반도체 이미지 센서 칩, 범프 전극, 방열 수단, 화상 신호 처리 칩

Description

반도체 이미지 센서 모듈, 반도체 이미지 센서 모듈의 제조 방법, 카메라 및 카메라의 제조 방법 {SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR MODULE, MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR MODULE, CAMERA AND MANUFACTURING METHOD OF CAMERA}
도1의 (a)는 본 발명에 관한 이면 조사형 반도체 이미지 센서 모듈의 일실시 형태를 나타내는 분해 사시도이고, (b)는 도1의 (a)의 조립 후의 사시도이고, (c)는 도1의 (b)의 측면도.
도2는 본 발명에 관한 이면 조사형 반도체 이미지 센서 모듈의 다른 실시 형태를 나타내는 개략 구성도.
도3은 방열판의 일예를 나타내는 단면도(첫 번째).
도4는 방열판의 일예를 나타내는 단면도(두 번째).
도5는 방열판의 일예를 나타내는 단면도(세 번째).
도6의 (a)는 본 발명에 관한 이면 조사형 반도체 이미지 센서 모듈의 다른 실시 형태를 나타내는 분해 사시도, (b)는 도6의 (a)의 조립 후의 사시도, (c)는 도6의 (b)의 측면도.
도7은 이면 조사형 반도체 이미지 센서의 일예를 나타내는 구성도.
도8은 종래예에 관한 실장 구조의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도9는 본 발명의 실시 형태에 관한 카메라의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11, 21 : 반도체 이미지 센서 모듈
2 : 이면 조사형 반도체 이미지 센서 칩
3 : 화상 신호 처리 칩
4[4a, 4b] : 방열판
5 : 단열판
6 : 적층판
7 : 메모리 칩
8 : 접속용 중간 부재
12, 22 : 관통 구멍
13, 23 : 도전성 전극
14 : 절연성 재료
15[15a, 15b] : 범프 전극
16 : 접착제
18 : 신호 처리부
19, 29 : 배선층
28 : 메모리부
51 : 이면 조사형 반도체 이미지 센서
53 : 포토 다이오드
54 : 전송 트랜지스터
55 : MOS 트랜지스터
57, 58, 59 : n＋ 영역
61 : 실리콘 기판
62 : 화소 분리 영역
64, 68 : p＋ 반도체 영역
65 : 채널 영역
66, 67 : 전극
70 : 이면
71 : 표면
72 : 절연층
73 : 배선층
110 : CCD 이미지 센서
111 : 접속 단자
112 : 방열판
116 : 화상 신호 처리 칩
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-332549호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-23573호 공보
본 발명은, 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 실장하는 반도체 이미지 센서 모듈, 반도체 이미지 센서 모듈의 제조 방법, 카메라 및 카메라의 제조 방법 기술에 관한 것이다.
디지털 스틸 카메라, 혹은 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 장치에서는 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서 등의 반도체 이미지 센서 칩이 사용된다. 이 촬상 소자로부터 출력되는 촬상 신호를 처리하는 화상 신호 처리 칩, 및 촬영 렌즈 등의 복수의 부품이 배선 기판 상에 실장되어 있다.
선행 기술로서, 도8에 촬상 소자와 신호 처리 칩 사이에 방열판을 형성하는 기술을 나타낸다(특허문헌 1 참조).
도8에 도시하는 설치 구조에서는, 반도체 이미지 센서 칩인 CCD 이미지 센서(110)와, 방열 수단인 박판 형상의 방열판(112)과, CCD 이미지 센서(110)로부터의 촬상 신호를 처리하는 반도체 집적 회로 IC인 신호 처리 칩(116)을 구비한다. 그리고, 상기 설치 구조는 CCD 이미지 센서(110)와 화상 신호 처리 칩(116) 사이에 열전도성이 높은 알루미늄 등의 재료로 성형된 방열판(112)을 개재시키고 있다.
또한, 플립 칩 본딩법에 의해 반도체 이미지 센서 칩인 수광 소자(3)와 A/D 변환기 어레이(7)를 플립 칩 본딩의 범프 전극으로 접속하여 모듈 형성하는 비전 칩이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-332549호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-23573호 공보
그런데, 특허문헌 1의 실장 구조에서는 반도체 이미지 센서 칩의 CCD 이미지 센서(110)와, 촬상 신호를 처리하는 IC인 신호 처리 칩(116)은 리드 프레임 등의 CCD 이미지 센서의 접속 단자(111)를 거쳐서 반도체 이미지 센서 칩과, 촬상 신호를 처리하는 IC를 전기적으로 접속하기 위해 접속 단자의 저항이나 용량이 붙어 고속인 화상 처리에 방해가 된다. 또한, 반도체 이미지 센서 칩과, 촬상 신호를 처리하는 IC는 각각이 패키지에 들어가 있으므로 반도체 이미지 센서 모듈로서는 대형화되게 된다. 그래서 SIP(System in Package) 기술을 이용하여 반도체 칩을 직접 범프 전극으로 접속하는 기술이 주목받고 있다.
그러나, 상술한 SIP 기술 및 플립 칩 본딩법을 그대로 이용해도 수광면과 전극 패드가 동일면에 있는 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 조합하는 것은 곤란했다. 또한, 이 화상 신호 처리 칩은 열을 발하기 위해 그 방열이 반도체 이미지 센서 칩으로 전달하여, 암(暗)전류나 화이트 노이즈의 원인이 되므로 근접시켜 양 칩끼리를 혼재하는 것이 곤란했다. 또한, 화상 신호 처리 칩은 패키징화되어 있지 않으므로, 화상 신호 처리 칩을 차광할 필요가 있지만, 그러나 표면 조사형의 반도체 이미지 센서의 배선층으로부터 취출하는 전극 패드와 수광면은 동일면 상에 형성되어 있으므로, 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 적층하여 접속했을 때, 화상 신호 처리 칩 자체를 차광하는 것이 곤란했다.
본 발명은 상술한 점에 비추어, 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 기생 저항과 용량을 최소한으로 하여 접속하고, 또한 화상 신호 처리 칩의 효율적인 방열과 차광을 동시에 실현하는 반도체 이미지 센서 모듈, 반도체 이미지 센서 모듈의 제조 방법, 카메라 및 카메라의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 이미지 센서 모듈은 반도체 기판의 제1 주면(主面)에 트랜지스터 형성 영역을 갖고, 상기 제1 주면의 반대측인 제2 주면에 광입사면을 갖는 광전 변환 영역이 형성된 반도체 이미지 센서 칩과, 반도체 이미지 센서 칩에서 형성된 화상 신호를 신호 처리하는 화상 신호 처리 칩을 적어도 구비하고, 상기 반도체 이미지 센서 칩의 제1 주면에 복수의 범프 전극이 형성되고, 상기 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 형성되고, 상기 반도체 이미지 센서 칩과 상기 화상 신호 처리 칩이 방열 수단을 거쳐서 적층되어 형성되고, 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 이미지 센서 모듈에서는 이 구조에 의해 최소의 모듈 사이즈로, 또한 고속 신호 처리가 동시에 가능해지고, 화상 신호 처리 칩에서 발열된 열도 방열 수단으로 방열할 수 있어 반도체 이미지 센서 칩으로의 열전도를 감소시킬 수 있다.
상기 방열 수단은 도전 재료로 형성되고, 상기 방열 수단에는 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에는 절연 재료로 둘러싸인 도전성 전극이 형성되고, 상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
상기 구조에서는, 최소의 모듈 사이즈로 또한 고속 신호 처리가 동시에 가능해지고, 화상 신호 처리 칩에서 발열된 열도 방열 수단으로 방열할 수 있어 반도체 이미지 센서 칩으로의 열전도를 감소시킬 수 있다.
상기 방열 수단은 절연 재료로 형성되고, 상기 방열 수단에는 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에는 도전성 전극이 형성되고, 상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
상기 구조에서는 최소의 모듈 사이즈로 또한 고속 신호 처리가 동시에 가능해져, 화상 신호 처리 칩에서 발열된 열도 방열 수단으로 방열할 수 있어, 반도체 이미지 센서 칩으로의 열전도를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 방열 수단은 단열재와 열도전 재료의 2층 구조로 형성되고, 상기 방열 수단에 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에 도전성 전극이 형성되고, 상기 방열 수단의 단열재측을 상기 반도체 이미지 센서 칩에 접촉하고, 또한 상기 열도전 재료측을 상기 화상 신호 처리 칩에 접촉하여 상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
상기 구조에서는 최소의 모듈 사이즈로 또한 고속 신호 처리가 동시에 가능해진다. 화상 신호 처리 칩에서 발열된 열을 방열하고, 또 반도체 이미지 센서 칩으로의 열의 전도를 억제할 수 있다.
상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 양면에 범프 전극을 형성한 접속용 중간 부재에 의해 전기적으로 접속되고, 상기 접속용 중간 부재로 둘러싸여 상기 방열 수단이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 구조에서는 접속용 중간 부재의 도전성 전극을 거쳐서 양 칩끼리 접속할 수 있고, 또한 방열 수단을 이용하여 화상 신호 처리 칩으로부터 발생하는 열을 방열할 수 있으므로, 반도체 이미지 센서 칩으로의 열전도를 감소시킬 수 있다.
상기 방열 수단이 상기 화상 신호 처리 칩에 대한 차광판을 겸하는 것이 바람직하다.
상기 구조에서는 방열 수단을 사이에 두고 양측에 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 배치하기 때문에, 반도체 이미지 센서 칩의 수광 중이라도 화상 처리 칩 자체를 차광하는 것이 가능해진다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
우선, 본 발명에 관한 반도체 이미지 센서 모듈에 이용하는 이면 조사형의 반도체 이미지 센서를 설명한다. 도7은 본 발명에 관한 반도체 이미지 센서 모듈에 이용하는 이면 조사형 반도체 이미지 센서의 일실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 특히, 포토 센서인 수광부 주변의 주요부를 나타낸다.
이 이면 조사형의 CMOS 고체 촬상 장치(소위 반도체 이미지 센서)(51)는 도7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 n형의 실리콘 기판(61)에 수광부가 되는 포토 다이오드(53)가 형성되는 동시에, p형의 화소 분리 영역(62)에 연속되는 p형 웰 영역(63)의 기판 표면측에 전송 트랜지스터(54), 그 이외의 트랜지스터(리셋 트랜지스터, 어드레스 트랜지스터, 증폭 트랜지스터)(55) 등의 복수의 MOS 트랜지스터가 형성되고, 또한 그 복수의 MOS 트랜지스터 상에 층간 절연막(72)을 거쳐서 다층의 배선층(73)이 형성된다. 포토 다이오드(53)는 n형 반도체 영역(기판)(61), 고불순물 농도의 n형 전하 축적 영역(61B), 어큐뮬레이션 층이 되는 p＋ 반도체 영역(64, 68)으로 형성된다. 전송 트랜지스터(54)의 게이트 하부에는 채널 영역(65)이 형성된다. 또한, 도시하지 않았지만, 기판 이면측에 컬러 필터 및 온 칩 렌즈 등이 형성된다. 이 이면 조사형 반도체 이미지 센서(51)는 배선층(73)이 없는 이면(70)측으로부터 빛(L)을 수광함으로써 수광 면적을 크게 취할 수 있다. 또한, 배선층(73)은 종래의 표면측에 배치하기 때문에 종래의 표면측으로부터 수광하는 것에 의한 배선층에서의 빛의 차단이 없어지고, 또한 배선층(73)과 같은 면에 수광 신호의 취출 전극인 범프 전극(도시하지 않음)이 배치된다. 여기서 각 n＋ 영역(57, 58, 59)은 소스 드레인 영역이 되고, 각 전극(66, 67)은 각 MOS 트랜지스터(54, 55)의 게이트 전극이 된다.
다음에, 상술한 바와 같은 이면 조사형 반도체 이미지 센서를 이용하여 이루어지는 본 발명에 관한 반도체 이미지 센서 모듈의 실시 형태에 대해 설명한다.
도1은 본 발명에 관한 이면 조사형의 반도체 이미지 센서 모듈의 일실시 형 태를 나타내는 개략 구성도이다. 또, 도1의 (a)는 분해 사시도, 도1의 (b)는 조립 후의 사시도, 도1의 (c)는 조립 후의 측면도이다.
본 실시 형태에 관한 이면 조사형의 반도체 이미지 센서 모듈(1)은 상술한 배선층측에 복수의 범프 전극(15a)을 배치한 이면 조사형 반도체 이미지 센서(51)를 구비하는 반도체 이미지 센서 칩(2)과, 반도체 이미지 센서 칩(2)으로부터의 화상 신호 처리하는 화상 신호 처리 수단이 형성되고, 표면에 복수의 범프 전극(15b)을 배치한 화상 신호 처리 칩(3)을 갖고, 반도체 이미지 센서 칩(2)과 화상 신호 처리 칩(3)이 그 사이에 방열 수단인 방열판(4)을 거쳐서 적층되어 이루어진다. 이 방열판(4)에는 양 범프 전극(15a, 15b)에 대응하는 위치에 관통하는 관통 구멍(12)이 형성되고, 그 관통 구멍(12)에 도전성 전극(13)이 형성되고, 이 방열판(4)의 도전성 전극(13)을 거쳐서 양 칩(2 및 3)의 범프 전극(15a 및 15b)이 전기적으로 접속된다. 또한, 적층된 반도체 이미지 센서 칩(2), 방열판(4) 및 화상 신호 처리 칩의 상호의 접합면, 즉 범프 전극(15a, 15b) 이외의 접합면은 접착제(16)(도2 참조)를 거쳐서 기계적으로 접속된다.
본 발명에 관한 이면 조사형의 반도체 이미지 센서 모듈(1)에 따르면, 반도체 이미지 센서 칩(2)과 화상 신호 처리 칩(3)을 방열판(4)을 거쳐서 전기적으로 접속한 구성이므로, 화상 신호 처리 칩(3)에서 발생하는 열을 방열판(4)으로 방열하여 저감시킬 수 있어, 반도체 이미지 센서 칩(2)으로의 열의 전달을 차단할 수 있다. 따라서, 반도체 이미지 센서 모듈의 암전류나 화이트 노이즈를 저감시킬 수 있다. 반도체 이미지 센서 칩(2)과 화상 신호 처리 칩(3) 사이에 방열판(4)을 사 이에 두는 구조이므로, 반도체 이미지 센서 칩(2)의 수광 중이라도 방열판(4)에 의해 화상 신호 처리 칩(3)은 차광된다.
도2는 본 발명에 관한 반도체 이미지 센서 모듈의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다. 즉, 도2는 도1의 양 칩(2, 3)과 방열판(4)에 메모리 칩을 혼재한 주요부의 모식적 단면도이다.
본 실시 형태에 관한 반도체 이미지 센서 모듈(11)은 방열판(4)의 한쪽 면에 이면 조사형의 반도체 이미지 센서 칩(2)이 범프 전극(15a)을 거쳐서 배치되고, 또한 방열판(4)의 다른 쪽 면에 화상 신호 처리 칩(3)과 메모리 칩(7)이 각각의 범프 전극(15b 및 15c)을 거쳐서 배치된다. 각 칩(2, 3 및 7)의 범프 전극(15a , 15b 및 15c)은 방열판(4)의 관통 구멍(12)에 형성되는 도전성 전극(13)과 전기적으로 접속되고, 또한 접착제(16)를 이용하여 기계적으로도 견고하게 접착된다.
화상 신호 처리 칩(3)은 신호 처리부(18)와 그에 접속하는 배선층(19) 및 범프 전극(15b)이 형성된다. 이 신호 처리부(18)는 반도체 이미지 센서 칩(2)으로부터 출력 신호를 연산 처리한다. 또한, 메모리 칩(7)에는 메모리부(28)와 그에 접속하는 배선층(29) 및 범프 전극(15c)이 형성된다. 메모리 칩(7)에는, 예를 들어 불휘발성 메모리, DRAM 등의 메모리가 이용된다. 예를 들어, 메모리 칩의 용도로서, 일반적으로는 화상 신호의 압축/해동에 사용되고, 그 시퀀스는 이미지 센서 → 화상 신호 처리 칩 → 메모리 → 화상 신호 처리 칩 → 출력이 됩니다. 또한, 해동에 있어서, 동화(動畵)의 경우인 벡터 검출(움직임 검출)의 경우에는, 이미지 센서 → 화상 신호 처리 칩 → 메모리 → 화상 신호 처리 칩 → 선별하는 정보의 결 정(움직이고 있는 화상 정보만 신호화 배경은 이전에 출력한 화상을 사용함)과 같은 화상 처리 시퀀스가 됩니다. 또한 메모리는 노이즈의 보정에 사용하는 케이스도 있습니다. 노이즈를 기억하여 노이즈를 보간하거나 캔슬하는 처리입니다. 이미지 센서 → 화상 신호 처리 칩 → 메모리 → 화상 신호 처리 칩(이미지 센서의 화상 신호를 보간/노이즈 캔슬) → 출력이라는 시퀀스가 됩니다.
반도체 이미지 센서 칩(2)으로서는, 예를 들어 도7에 도시한 반도체 기판에 포토 다이오드(53) 및 복수의 MOS 트랜지스터로 이루어지는 복수의 화소를 매트릭스 형상으로 형성하고, 기판 표면측에 층간 절연막(72)을 거쳐서 다층의 배선층(73)을 형성하여 이루어지는 이면 조사형 반도체 이미지 센서(51)와, 또한 배선층(73)측에 접합한 보강용의 예를 들어 실리콘 기판 등에 의한 지지 기판(74)으로 구성할 수 있다. 이 경우, 범프 전극(15a)은 지지 기판(74)을 관통하는 도전층에 접속하여 지지 기판(74)의 면 상에 형성된다.
이면 조사형 반도체 이미지 센서(51)는 이면(70)으로부터 포토 다이오드(53)에 수광되어 광전 변환된 전하를 표면의 배선층(73)을 통해 범프 전극(15a)에 신호 출력된다. 반도체 이미지 센서 칩(2)으로부터의 출력 신호는 범프 전극(15a)과 접속하는 방열판(4)에 형성된 도전성 전극(13)을 거쳐서 화상 신호 처리 칩(3)에 신호 입력된다.
또한, 메모리 칩(7)은 메모리 칩(7)의 범프 전극(15c)과 방열판(4)의 도전성 전극(13)을 거쳐서 신호의 입출력이 행해진다.
본 실시 형태에 관한 반도체 이미지 센서 모듈(11)에 따르면, 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩(3) 및 메모리 칩(7)을 방열판(4)을 거쳐서 전기적으로 접속한 구성이므로, 화상 신호 처리 칩(3)에서 발생하는 열을 방열판(4)으로 방열하여 저감시킬 수 있고, 반도체 이미지 센서 칩(2)으로의 열의 전달을 차단할 수 있다. 따라서, 반도체 이미지 센서 모듈의 암전류나 화이트 노이즈를 저감시킬 수 있다. 반도체 이미지 센서 칩(2)과 화상 신호 처리 칩(3) 및 메모리 칩(7) 사이에 방열판(4)을 사이에 끼우는 구조이므로, 반도체 이미지 센서 칩(2)의 수광 중이라도 화상 신호 처리 칩(3) 및 메모리 칩(7)은 차광된다.
도3 내지 도5는 앞서 설명한 방열 수단의 각 예를 나타내는 단면도이다.
도3에 도시하는 방열 수단인 방열판(4)은 재료로서 알루미늄판이나 동판 등의 금속으로 된 도전 재료(4a)를 사용한 예이다. 이 경우, 도전 재료(4a)에 관통 구멍(12)이 형성되고, 이 관통 구멍(12) 사이에 예를 들어 글래스 등의 절연성 재료(14)로 둘러싼 도전성 전극(13)이 형성된다.
도4에 도시하는 방열 수단인 방열판(4)은 재료에 절연 재료(4b) 예를 들어 세라믹 기판 등을 사용하는 예이다. 이 경우에는 절연 재료(4b)에 관통 구멍(12)을 형성하고, 이 관통 구멍 내에 도전성 전극(13)이 형성된다.
또한 도5에 도시하는 방열 수단은 방열판(4)과 단열판(5)을 적층한 적층판(6)에 의해 구성한다. 이 적층판(6) 중 방열판(4)을 화상 신호 처리 칩(3)측에 접촉시키고, 또한 단열판(5)측을 반도체 이미지 센서 칩(2)측에 접촉하도록 배치한다. 여기서 적층판(6)의 재료 중에는, 우선 방열판(4)의 재료로서 예를 들어 세라믹 등의 절연 재료가 사용되고, 절연 재료의 경우, 관통 구멍(13) 내에 도전성 전 극(13)이 형성된다. 또한, 방열판(4)의 재료로서, 예를 들어 Al이나 구리 등의 도전 재료를 사용하는 경우에는 관통 구멍(12)을 형성하고, 그 관통 구멍(12)의 내벽을 예를 들어 글래스 등의 절연성 재료로 둘러싸 관통 구멍(12) 내에 도전성 전극(13)이 형성된다. 단열판(5)의 재료로서는 예를 들어 수지 등을 사용할 수 있다.
이 적층판(6)을 이용하는 경우, 가장 효율적으로 화상 신호 처리 칩(3)에서 발생한 열을 방열판(4)으로 방열하면서, 반도체 이미지 센서 칩(2)에 전해지는 열을 단열판(5)으로 저지할 수 있다.
도6은 본 발명에 관한 반도체 이미지 센서 모듈의 다른 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 또, 도6의 (a)는 분해 사시도, 도6의 (b)는 조립 후의 사시도, 도6의 (c)는 조립 후의 측면도이다.
본 실시 형태에 관한 반도체 이미지 센서 모듈(21)은 반도체 이미지 센서 칩(3)과 화상 신호 처리 칩(3) 사이에 방열판(4)과 이 방열판(4)을 둘러싸고 양 칩(2 및 3) 사이를 전기적으로 접속하는 접속용 중간 부재(8)를 개재 삽입하여 구성된다. 즉, 방열판(4)은 반도체 이미지 센서 칩(2) 및 화상 신호 처리 칩(3)의 각 범프 전극(15a, 15b)과는 전기적으로 접촉하지 않고, 각 범프 전극(15a, 15b)은 접속용 중간 부재(8)의 도전성 전극(23)에 의해 전기적인 접속이 행해진다. 이 접속용 중간 부재(8)에는 예를 들어 역ㄷ자 형상으로 형성되고, 이면 조사형의 반도체 이미지 센서 칩(2)의 범프 전극(15a)과 화상 신호 처리 칩(3)의 범프 전극(15b)을 전기적으로 접속하기 위한 기능을 구비하고 있다. 역ㄷ자 형상의 접속용 중간 부재(8)에 방열판(4)이 삽입되는 구성이 되고, 이 방열판(4)은 반도체 이미지 센서 칩 (2)과 화상 신호 처리 칩(3)을 전기적으로 절연되도록 접착된다.
역ㄷ자 형상의 접속용 중간 부재(8)는 양 칩(2, 3)의 범프 전극(15a, 15b)을 전기적으로 접속하기 위해, 예를 들어 절연판에 관통 구멍(22)을 형성하고, 이 관통 구멍(22) 내에 도전성 전극(23)을 형성하여 구성할 수 있다. 그 밖에, 접속용 중간 부재(8)로서는, 예를 들어 실리콘 인터포저라 불리는 것을 사용할 수 있다.
방열판(4)에는 앞서 설명한 예를 들어 도전 재료인 Al이나 구리 등, 또한 절연 재료인 세라믹 등을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 방열판과 단열판을 적층한 적층판(6)을 이용해도 좋다. 방열판(4)은 특히 화상 신호 처리 칩(3)에 의한 방열을 발산시킬 수 있다. 방열판(4)에 관통 구멍을 사용하지 않아도 되는 일예이다.
도9에 본 발명에 관한 실시 형태의 카메라의 단면도를 도시한다. 본 실시 형태에 관한 카메라는 동화 촬영 가능한 비디오 카메라의 예이다.
본 실시 형태에 관한 카메라는 반도체 이미지 센서 모듈(11)과, 광학계(210)와, 셔터 장치(211)과, 구동 회로(212)와, 신호 처리 회로(213)를 갖는다.
광학계(210)는 피사체로부터의 상광(像光)(입사광)을 반도체 이미지 센서 모듈(11)의 촬상면 상에 결상시킨다. 이에 의해 반도체 이미지 센서 모듈(11) 내에 일정 기간 상기 신호 전하가 축적된다.
셔터 장치(211)는 반도체 이미지 센서 모듈(11)로의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다.
구동 회로(212)는 반도체 이미지 센서 모듈(11)의 전송 동작 및 셔터 장치(211)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(212)로부터 공급 되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해 반도체 이미지 센서 모듈(11)의 전하 전송을 행한다. 신호 처리 회로(213)는 각종 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행해진 영상 신호는 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나 혹은 모니터에 출력된다.
본 발명의 다른 실시 형태로서는, 예를 들어 반도체 이미지 센서 칩(2)에 아날로그/디지털 변환 회로(ADC)를 탑재하고, 방열판(4)을 거쳐서 화상 신호 처리 칩(3)이나 메모리 칩(7)을 배치하여 전기적으로 접속하여 반도체 이미지 센서 모듈로 하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에 관한 반도체 이미지 센서 모듈에 따르면, 화상 신호 처리 칩이 발하는 열을 방열판으로 경감시킬 수 있으므로, 반도체 이미지 센서 칩에의 암전류나 화이트 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 방열판을 사이에 끼우도록 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 적층하므로 평면에 배치하는 것보다 레이아웃 면적을 작게 할 수 있고, 휴대 전화 등의 소형화가 요구되는 기기에 반도체 이미지 센서 모듈로서 탑재할 수 있다. 또한, 칩끼리 범프 전극을 통해 전기적으로 접속하므로 화상 신호 처리 칩에서의 고속 신호 처리가 가능하므로, 모듈로서 우수한 성능을 얻을 수 있다. 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩이 범프 전극을 거쳐서 직접 접속되므로 기생 저항과 기생 용량을 최소한으로 하여 양 칩 사이를 접속할 수 있다. 종래의 패키지화된 CCD 이미지 센서와 방열판에서는 패키지 전체가 열에 의해 뜨거워져 방열판에서 발열을 차단 못하였지만, 본 발명은 고속 신호 처리를 행하는 화상 신호 처리 칩 등의 부분적인 발열 부분을 방열판에 의해 효율적으로 차단할 수 있다. 또한, 종래의 SIP 기술을 이용하여 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩을 접속한 구성에 있어서, 방열판을 필요로 하지 않은 구조에서는 부분적으로 고온이 된 화상 신호 처리 칩이 직접 부분적으로 적층된 반도체 이미지 센서 칩에 악영향을 미치고 있었다. 그러나, 상술한 본 발명의 구성이면 이와 같은 악영향을 억제할 수 있다. 즉, 고속 신호 처리로서, 화소마다 또는 컬럼마다(신호선마다) 또는 4 화소 등의 복수 화소의 병렬 출력에 의한 병렬 처리에 의한 고속화가 가능해지고, 혹은 종래 기술에 기재되어 있는 바와 같이 와이어 본딩에 대해 기생 용량, 기생 저항을 저감시킨 것에 의한 고속화를 가능하게 한다.
본 발명의 반도체 이미지 센서 모듈에 따르면, 상술한 구성에 의해 최소의 모듈 사이즈로, 또한 고속 신호 처리가 동시에 가능해지고, 화상 신호 처리 칩에서 발열된 열도 방열 수단에 의해 방열할 수 있으므로, 반도체 이미지 센서 칩에의 암전류, 화이트 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 반도체 이미지 센서 칩과 화상 신호 처리 칩이 범프 전극을 거쳐서 직접 접속되므로 기생 저항과 기생 용량을 최소한으로 하여 양 칩 사이를 접속할 수 있다. 또한, 화상 신호 처리 칩은 이면 조사형의 반도체 이미지 센서 칩의 수광면측과 방열 수단을 사이에 두고 배치되므로 차광할 수 있다.

Claims (14)

  1. 반도체 기판의 제1 주면(主面)에 트랜지스터 형성 영역을 갖고, 상기 제1 주면의 반대측 제2 주면에 광입사면을 갖는 광전 변환 영역이 형성된 반도체 이미지 센서 칩과, 상기 반도체 이미지 센서 칩에서 형성된 화상 신호를 신호 처리하는 화상 신호 처리 칩을 적어도 구비하고,
    상기 반도체 이미지 센서 칩의 제1 주면에 복수의 범프 전극이 형성되고,
    상기 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 형성되고,
    상기 반도체 이미지 센서 칩과 상기 화상 신호 처리 칩이 방열 수단을 거쳐서 적층되어 형성되고,
    상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열 수단은 도전 재료로 형성되고,
    상기 방열 수단에는 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에는 절연 재료로 둘러싸인 도전성 전극이 형성되고,
    상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열 수단은 절연 재료로 형성되고,
    상기 방열 수단에는 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에는 도전성 전극이 형성되고,
    상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방열 수단은 단열재와 열도전 재료의 2층 구조로 형성되고,
    상기 방열 수단에 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에 도전성 전극이 형성되고,
    상기 방열 수단의 단열재측을 상기 반도체 이미지 센서 칩에 접촉하고, 또한 상기 열도전 재료측을 상기 화상 신호 처리 칩에 접촉하여 상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 양면에 범프 전극을 형성한 접속용 중간 부재에 의해 전기적으로 접속되고,
    상기 접속용 중간 부재로 둘러싸이도록 상기 방열 수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방열 수단이 상기 화상 신호 처리 칩에 대한 차광판을 겸하는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈.
  7. 반도체 기판의 제1 주면에 트랜지스터 형성 영역을 갖고, 상기 제1 주면의 반대측인 제2 주면에 광입사면을 갖는 광전 변환 영역이 형성된 반도체 이미지 센서 칩의 제1 주면에 복수의 범프 전극이 형성되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 칩에서 형성된 화상 신호를 신호 처리하는 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 형성되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 칩과 상기 화상 신호 처리 칩이 방열 수단을 거쳐서 적층되어 형성되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  8. 반도체 기판의 제1 주면에 트랜지스터 형성 영역을 갖고, 상기 제1 주면의 반대측인 제2 주면에 광입사면을 갖는 광전 변환 영역이 형성된 반도체 이미지 센 서 칩과, 상기 반도체 이미지 센서 칩에서 형성된 화상 신호를 신호 처리하는 화상 신호 처리 칩를 적어도 구비하고,
    상기 반도체 이미지 센서 칩의 제1 주면에 복수의 범프 전극이 형성되고,
    상기 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 형성되고,
    상기 반도체 이미지 센서 칩과 상기 화상 신호 처리 칩이 방열 수단을 거쳐서 적층되어 형성되고,
    상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 반도체 이미지 센서 모듈과,
    상기 반도체 이미지 센서 모듈의 상기 제2 주면측에 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  9. 제8항에 있어서, 상기 방열 수단은 도전 재료로 형성되고,
    상기 방열 수단에는 상기 복수의 펌프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에는 절연 재료로 둘러싸인 도전성 전극이 형성되고,
    상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 카메라.
  10. 제8항에 있어서, 상기 방열 수단은 절연 재료로 형성되고,
    상기 방열 수단에는 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형 성되고, 상기 개구부 내에는 도전성 전극이 형성되고,
    상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 카메라.
  11. 제8항에 있어서, 상기 방열 수단은 단열재와 열도전 재료의 2층 구조로 형성되고,
    상기 방열 수단에 상기 복수의 범프 전극에 대응하는 부분에 개구부가 형성되고, 상기 개구부 내에 도전성 전극이 형성되고,
    상기 방열 수단의 단열재측을 상기 반도체 이미지 센서 칩에 접촉하고, 또한 상기 열도전 재료측을 상기 화상 신호 처리 칩에 접촉하여 상기 도전성 전극을 거쳐서 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 카메라.
  12. 제8항에 있어서, 상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 양면에 범프 전극을 형성한 접속용 중간 부재에 의해 전기적으로 접속되고,
    상기 접속용 중간 부재로 둘러싸이도록 상기 방열 수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라.
  13. 제8항에 있어서, 상기 방열 수단이 상기 화상 신호 처리 칩에 대한 차광판을 겸하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  14. 반도체 기판의 제1 주면에 트랜지스터 형성 영역을 갖고, 상기 제1 주면의 반대측인 제2 주면에 광입사면을 갖는 광전 변환 영역이 형성된 반도체 이미지 센서 칩의 제1 주면에 복수의 범프 전극이 형성되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 칩에서 형성된 화상 신호를 신호 처리하는 화상 신호 처리 칩 상에 복수의 범프 전극이 형성되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 칩과 상기 화상 신호 처리 칩이 방열 수단을 거쳐서 적층되어 형성되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 칩의 복수의 범프 전극과 상기 화상 신호 처리 칩 상의 복수의 범프 전극이 전기적으로 접속되는 공정과,
    상기 반도체 이미지 센서 모듈의 상기 제2 주면측에 렌즈를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라의 제조 방법.
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