WO2014013742A1 - 撮像ユニット、撮像装置、および撮像ユニットの製造方法 - Google Patents

撮像ユニット、撮像装置、および撮像ユニットの製造方法 Download PDF

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WO2014013742A1
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imaging
chip
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mounting substrate
imaging unit
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PCT/JP2013/004420
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石田 知久
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株式会社ニコン
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    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636Interconnect structures
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector

Definitions

  • the present invention relates to an imaging unit, an imaging apparatus, and a manufacturing method of the imaging unit.
  • An imaging unit having a COG (Chip on Glass) structure is known.
  • the imaging unit having the COG structure the light-transmitting substrate and the imaging chip are directly connected by a flip chip mounting technique.
  • the imaging chip When the transparent substrate and the imaging chip are heated or cooled in the flip chip mounting process, the imaging chip is warped. As a result, the bump is stressed due to the warp of the imaging chip, and the bump may be damaged.
  • the imaging unit includes a first surface having pixels and a surface opposite to the first surface, the output unit outputting a pixel signal read from the pixels.
  • An imaging chip having two surfaces, a translucent substrate disposed opposite to the first surface and having a wiring pattern, a mounting substrate disposed opposite to the second surface and supporting the imaging chip, and a mounting substrate And a relay unit that relays the pixel signal output from the output unit to the wiring pattern.
  • An imaging unit includes an imaging chip having a light receiving surface and a mounting surface opposite to the light receiving surface, and a wiring arranged to face the mounting surface of the imaging chip and connected to the imaging chip.
  • a mounting substrate having a pattern, a translucent substrate disposed to face the light receiving surface of the imaging chip, and a connection portion for connecting the wiring pattern of the mounting substrate and the translucent substrate.
  • the imaging device includes the imaging unit described above.
  • an imaging unit manufacturing method including: an output unit that outputs a pixel signal that is an output of a pixel that is electrically connected to a pixel formed on a wafer; Forming an output portion to be formed, a mounting substrate disposing step for disposing a mounting substrate so as to face the second surface, and grinding a surface opposite to the second surface of the wafer so that incident light is incident on the pixels.
  • a wiring pattern is provided in a grinding step for forming the first surface to be incident, a singulation step for separating the wafer and the mounting substrate into chips, and a peripheral region outside the region corresponding to the pixels.
  • the translucent substrate is disposed so as to face the first surface so as to cover the pixels, and includes a translucent substrate disposing step of connecting the wiring pattern and the output unit by the relay unit.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the imaging unit of this embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the imaging device of this embodiment. It is a figure explaining the manufacturing method of an imaging unit. It is a figure explaining the manufacturing method of an imaging unit. It is a figure which shows the other structure of an imaging unit.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging unit 10 according to the present embodiment.
  • the imaging unit 10 is an imaging unit having a COG (Chip on Glass) structure.
  • the imaging unit 10 includes an imaging chip 100, a translucent substrate 200, a mounting substrate 300, a signal processing chip 400, and a heat dissipation member 500.
  • the imaging chip 100 is a back-illuminated MOS image sensor.
  • the imaging chip 100 includes a pixel region 101 on the first surface 111 side that is a light receiving surface.
  • the pixel region 101 includes a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light.
  • output terminals 102 On the second surface 112 that is the mounting surface opposite to the first surface 111, output terminals 102 that are output units that output pixel signals read from the pixels are arranged.
  • the output terminals 102 are arranged in a form extending outward at both ends of the second surface 112.
  • the imaging chip 100 has a column circuit including a first-stage amplifier in a region outside the pixel region 101.
  • the translucent substrate 200 is a cover glass formed of borosilicate glass, quartz glass, non-alkali glass, heat-resistant glass, or the like.
  • the translucent substrate 200 is disposed to face the first surface 111 of the imaging chip 100 and covers the pixel region 101.
  • the translucent substrate 200 has a first wiring pattern 201 that relays a pixel signal to the signal processing chip 400 on the surface facing the imaging chip 100.
  • the electrode pad 202 provided on the first wiring pattern 201 is electrically connected to the output terminal 102 of the imaging chip 100 via the first bump 601.
  • the first bump 601 functions as at least a part of a relay unit that relays the pixel signal output from the output terminal 102 to the first wiring pattern 201.
  • a connection portion between the electrode pad 202 and the output terminal 102 is bonded by an adhesive 701 formed so as to surround the connection portion.
  • the adhesive 701 is further formed so as to surround the imaging chip 100. Thereby, the space between the pixel region 101 and the translucent substrate 200 is sealed. That is, the adhesive 701 also functions as a sealing member.
  • the translucent substrate 200 has a second wiring pattern 204 that relays the pixel signal to the outside.
  • the mounting substrate 300 is disposed to face the second surface 112 of the imaging chip 100 and supports the imaging chip 100. Therefore, the mounting substrate 300 serves as a support substrate.
  • the linear expansion coefficient of the mounting substrate 300 is smaller than the linear expansion coefficient of the translucent substrate 200. Further, the difference between the linear expansion coefficient of the mounting substrate 300 and the linear expansion coefficient of the translucent substrate 200 may be smaller than the difference between the linear expansion coefficient of the imaging chip 100 and the linear expansion coefficient of the translucent substrate 200.
  • a wiring pattern may be formed on the mounting substrate 300. If a wiring pattern is formed on the mounting substrate 300, the pixel signal output from the output terminal 102 is transmitted to the first wiring pattern 201 of the translucent substrate 200 via the wiring pattern of the mounting substrate 300.
  • the first bump 601 can also be regarded as a connection portion that connects the wiring pattern of the mounting substrate 300 and the translucent substrate 200.
  • the imaging chip 100 and the translucent substrate 200 are not directly bump-bonded, but via the mounting substrate 300 having a linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200.
  • the mounting substrate 300 By interposing the mounting substrate 300 between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200, the difference in linear expansion coefficient between the translucent substrate 200 and the mounting substrate 300 is changed to the difference in linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200. It can be made smaller. Therefore, the stress applied to the first bump 601 can be relaxed.
  • the imaging chip 100 is a back-illuminated MOS image sensor
  • the back side of the imaging chip is ground in the manufacturing stage.
  • the signal processing chip 400 may not be ground in the manufacturing stage. Therefore, the imaging chip 100 and the signal processing chip 400 have different thicknesses. For this reason, in order to arrange the heat radiating member so as to be in contact with both the imaging chip 100 and the signal processing chip 400, a step process corresponding to the difference in thickness between the imaging chip 100 and the signal processing chip 400 is required for the heat radiating member. Can be.
  • the mounting substrate 300 is disposed so as to face the second surface 112 of the imaging chip 100.
  • the thickness of the mounting substrate 300 is adjusted according to the difference in thickness between the signal processing chip 400 and the imaging chip 100. Therefore, by disposing the mounting substrate 300 on the second surface 112 side of the imaging chip 100, the mounting substrate 300 and the signal processing chip 400 can be disposed on the same plane of the heat dissipation member 500.
  • a heat transfer agent may be applied between the imaging chip 100 and the mounting substrate 300.
  • the heat transfer material a resin having higher thermal conductivity than air can be used. Thereby, the heat generated in the column circuit of the imaging chip 100 can be efficiently dissipated to the mounting substrate 300 side.
  • the heat transfer agent may be filled in the entire region between the imaging chip 100 and the mounting substrate 300. In this case, since the contact area between the heat transfer agent and the mounting substrate 300 increases, the thermal resistance can be reduced. Therefore, the heat dissipation effect can be further enhanced.
  • the signal processing chip 400 includes a processing circuit that processes a pixel signal input via the first wiring pattern 201.
  • the number of signal processing chips is appropriately determined according to the pixel signal readout method. In the present embodiment, two-channel reading is adopted as a pixel signal reading method. Therefore, in this embodiment, the number of signal processing chips is two.
  • the signal processing chip 400 is arranged in parallel with the imaging chip 100. More specifically, the light-transmitting substrate 200 is placed in a peripheral region that is outside the region covering the pixel region 101.
  • the signal processing chip 400 is disposed at a position away from the imaging chip 100 via the second bump 602, the translucent substrate 200, and the first bump 601. Therefore, the heat generated in the signal processing chip 400 is transmitted from the second bump 602 to the light transmitting substrate 200, and further transmitted from the light transmitting substrate 200 to the first bump 601, and then reaches the imaging chip 100.
  • the heat transmission path from the signal processing chip 400 to the imaging chip 100 becomes longer, so that the heat transmitted from the signal processing chip 400 to the imaging chip 100 is reduced. it can. Therefore, since the temperature rise of the pixel region due to the heat of the signal processing chip 400 can be suppressed, dark current can be reduced. As a result, deterioration in image quality can be prevented.
  • the signal processing chip 400 has an electrode pad 401 and an electrode pad 402.
  • the electrode pad 401 is electrically connected to the electrode pad 203 of the first wiring pattern 201 via the second bump 602.
  • a connection portion between the electrode pad 401 and the electrode pad 203 is bonded by an adhesive 702 formed so as to surround the connection portion.
  • the electrode pad 402 is electrically connected to the electrode pad 205 of the second wiring pattern 204 via the third bump 603.
  • a connection portion between the electrode pad 402 and the electrode pad 205 is bonded by an adhesive 703 formed so as to surround the connection portion.
  • the second wiring pattern 204 is electrically connected to a flexible board (not shown) and transmitted to the outside through the flexible board.
  • the pixel signal in the pixel region is extracted from the non-incident surface side of the imaging chip 100 to the output terminal 102 and then transmitted to the incident surface side by the first bump 601, and further, the translucent substrate 200 and the signal processing. It is transmitted to the outside via the chip 400.
  • the heat radiating member 500 is formed of a material having high thermal conductivity, such as metal. As the metal, copper, nickel alloy, iron, aluminum or the like can be used.
  • the heat dissipating member 500 is disposed in contact with the surface of the mounting substrate 300 opposite to the surface facing the imaging chip 100.
  • the heat dissipation member 500 is also in contact with the surface of the signal processing chip 400 opposite to the surface connected to the first wiring pattern 201. Since the heat dissipating member 500 is in contact with the imaging chip 100 and the signal processing chip 400, heat generated in both the imaging chip 100 and the signal processing chip 400 can be dissipated.
  • the heat dissipation member 500 may be formed in a fin shape. Thereby, since the thermal radiation area of the thermal radiation member 500 becomes large, a thermal radiation characteristic can be improved more.
  • the height of the first bump 601 is higher than the second bump 602 and the third bump 603 by the thickness of the imaging chip 100.
  • the thickness of the mounting substrate 300 is adjusted according to the difference in thickness between the signal processing chip 400 and the imaging chip 100
  • the thickness of the mounting substrate 300 is related to the first bump 601 and the second bump. Can be said to be adjusted according to the difference between the total thickness of the signal processing chip 400 and the second bump 602 and the thickness of the first bump 601. That is, the thickness of the mounting substrate 300 is adjusted so that the sum of the thicknesses of the signal processing chip 400 and the second bump 602 is equal to the sum of the thicknesses of the mounting substrate 300 and the first bump 601.
  • the imaging chip 100 and the signal processing chip 400 can be arranged on the same plane of the heat dissipation member 500. Therefore, the heat radiating member 500 need not be stepped.
  • the heat radiating member 500 is attached to the body of an imaging device described later, for example.
  • a TSV silicon for transmitting pixel signals to the signal processing chip
  • Through electrode is formed on the imaging chip. In this case, the width of the imaging chip is increased by the amount of TSV formation.
  • the output terminal 102 is formed to extend outward, and the output terminal 102 of the imaging chip 100 and the first wiring pattern of the signal processing chip 400 are electrically connected via the translucent substrate 200. Connected. Since TSV is not formed in the imaging chip 100, the imaging chip 100 can be reduced in size.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment.
  • the imaging apparatus 800 includes a photographic lens 820 as a photographic optical system, and the photographic lens 820 guides a subject light beam incident along the optical axis OA to the imaging unit 10.
  • the photographing lens 820 may be an interchangeable lens that can be attached to and detached from the imaging apparatus 800.
  • the imaging apparatus 800 mainly includes an imaging unit 10, a system control unit 801, a drive unit 802, a work memory 804, a recording unit 805, and a display unit 806.
  • the photographing lens 820 is composed of a plurality of optical lens groups, and forms an image of a subject light flux from the scene in the vicinity of its focal plane. In FIG. 2, a representative single lens disposed in the vicinity of the pupil is shown as a representative.
  • the drive unit 802 is a control circuit that executes charge accumulation control such as timing control and area control of the imaging unit 10 in accordance with an instruction from the system control unit 801.
  • the imaging unit 10 delivers the pixel signal to the image processing unit 811 of the system control unit 801.
  • the image processing unit 811 performs various image processing using the work memory 804 as a work space, and generates image data. For example, when generating image data in JPEG file format, compression processing is executed after white balance processing, gamma processing, and the like are performed.
  • the generated image data is recorded in the recording unit 805, converted into a display signal, and displayed on the display unit 806.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing the imaging unit 10. Specifically, FIG. 3 shows the process steps at the wafer level.
  • a wafer 110 on which a plurality of pixel regions 101 including a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light is formed is prepared, and the pixel regions 101 that are electrically connected to the pixel region 101 are prepared.
  • An output terminal 102 for outputting a pixel signal as an output is formed on the second surface 112 of the wafer 110 (terminal formation stage).
  • the mounting substrate 310 is disposed to face the second surface 112 (mounting substrate disposing step). As a result, the output terminal 102 is sandwiched between the wafer 110 and the mounting substrate 310.
  • the surface opposite to the second surface 112 of the wafer is ground to form a first surface 111 that allows incident light to enter the pixels (grinding stage).
  • the thickness of the wafer 120 after grinding becomes thinner than the wafer 110 before grinding.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • BG Back Grinding
  • the wafer and the mounting substrate are cut out for each unit circuit area including the pixel area 101.
  • the chips are separated and separated into chips (divided into individual pieces).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing the imaging unit 10. Specifically, the steps after separation are shown. Since the processes after the singulation are common to the respective imaging chips, the description will be given focusing on one imaging chip.
  • a transparent substrate 200 provided with a first wiring pattern 201 in a peripheral region outside the region corresponding to the pixel is opposed to the first surface 111 of the imaging chip 100, and the pixel is formed.
  • the first wiring pattern 201 and the output terminal 102 are connected while being disposed so as to cover (translucent substrate placement step).
  • the adhesive 701 is formed on the output terminal 102 of the imaging chip 100 by a dispenser.
  • a thermosetting resin can be used as the adhesive 701.
  • the imaging chip 100 on which the adhesive 701 is formed and the translucent substrate 200 on which the first bumps 601 are formed in advance on the electrode pads 202 of the first wiring pattern 201 are aligned, and then the translucent substrate is placed on the imaging chip 100. 200 is pasted together.
  • the imaging chip 100 and the translucent substrate 200 are bonded together in a heated state.
  • a signal processing chip 400 having a processing circuit for processing pixel signals is connected to the first wiring pattern 201 and the second wiring pattern 204 and disposed on the light-transmitting substrate 200.
  • the adhesive 702 is formed on the electrode pad 401 of the signal processing chip 400 by a dispenser.
  • an adhesive 703 is formed on the electrode pad 402 of the signal processing chip 400 by a dispenser.
  • the signal processing chip 400 on which the adhesive 702 and the adhesive 703 are formed is aligned with the translucent substrate 200 on which the second bump 602 is previously formed on the electrode pad 203 and the third bump 603 is formed on the electrode pad 205.
  • the translucent substrate 200 is bonded onto the signal processing chip 400.
  • the signal processing chip 400 and the translucent substrate 200 are bonded together in a heated state.
  • the heat radiating member 500 is disposed in contact therewith.
  • the output terminal 102 is exposed by etching the wafer, the output terminal 102 and the electrode pad 202 are bump-bonded. Since a TSV having a complicated process is not formed on the imaging chip 100, the process can be simplified.
  • the mounting substrate 300 has a linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200, so that the stress is relaxed. Even if the mounting substrate 300 itself does not have a linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200, a film having a linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200 is formed on the mounting substrate 300. May be.
  • a film having a characteristic of pulling in the direction opposite to the pulling direction of the imaging chip 100 deformation of the imaging unit due to heating or cooling can be suppressed.
  • the film can be realized by a SiON-based film.
  • the SiON-based film can be formed by CVD (Chemical Vapor Deposition). The characteristics of the film can be changed by changing the ratio of nitrogen and oxygen in the SiON-based film or changing the formation conditions of the film.
  • one heat radiating member 500 is in contact with both the imaging chip 100 and the signal processing chip 400, but an independent heat radiating member 500 may be provided for each chip.
  • the size of the heat dissipation member 500 can be optimized according to the amount of heat generated by each chip. Since the heat generation amount of the signal processing chip 400 is larger than the heat generation amount of the imaging chip 100, it is preferable that the area of the heat dissipating member disposed on the signal processing chip 400 is larger than the area of the heat dissipating member disposed on the imaging chip 100.
  • the heat dissipating member disposed on the signal processing chip 400 may be formed in a fin shape.
  • a third wiring pattern that relays the pixel signal output from the output terminal 102 to the first wiring pattern 201 may be formed on the surface of the mounting substrate 300.
  • the output terminal 102 does not have to be extended outside the imaging chip 100. That is, the output terminal 102 is disposed on the non-incident surface of the imaging chip 100, and the output terminal 102 and the third wiring pattern are bump-bonded. Then, the first wiring pattern 201 and the third wiring pattern are connected by the first bump 601. The output terminal 102 and the first wiring pattern 201 are connected via the first bump 601 and the third wiring pattern. That is, the first bump 601 and the third wiring pattern function as a relay unit that relays the pixel signal output from the output terminal 102 to the first wiring pattern 201. Further, the output terminal 102 and the first wiring pattern can be electrically connected by wire bonding.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration of the imaging unit 10.
  • the imaging unit 10 illustrated in FIG. 5 includes an imaging chip 100, a light transmitting substrate 200, a mounting substrate 300, a heat dissipation member 500, and a flexible substrate 710.
  • the imaging chip 100 illustrated in FIG. 5 includes a pixel region 101 on the first surface 111 side.
  • On the second surface 112, which is the surface opposite to the first surface 111 output terminals 102 that are output units that output pixel signals read from the pixels are arranged.
  • the output terminals 102 are arranged in a form extending outward at both ends of the second surface 112.
  • the imaging chip 100 has a column circuit including a first-stage amplifier in a region outside the pixel region 101.
  • the imaging chip 100 includes a processing circuit that processes pixel signals.
  • the imaging chip 100 and the translucent substrate 200 are not directly bump-bonded, but via the mounting substrate 300 having a linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200. .
  • the mounting substrate 300 By interposing the mounting substrate 300 between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200, the difference in linear expansion coefficient between the translucent substrate 200 and the mounting substrate 300 is different from the difference in linear expansion coefficient between the imaging chip 100 and the translucent substrate 200. Smaller than that. Therefore, the stress applied to the first bump 601 can be relaxed.
  • the flexible substrate 710 includes an electrode pad 401 and an electrode pad 402.
  • the electrode pad 401 is electrically connected to the electrode pad 203 of the first wiring pattern 201 via the second bump 602.
  • a connection portion between the electrode pad 401 and the electrode pad 203 is bonded by an adhesive 702 formed so as to surround the connection portion.
  • the electrode pad 402 is electrically connected to the electrode pad 205 of the second wiring pattern 204 via the third bump 603.
  • a connection portion between the electrode pad 402 and the electrode pad 205 is bonded by an adhesive 703 formed so as to surround the connection portion.
  • the pixel signal in the pixel region is extracted from the non-incident surface side of the imaging chip 100 to the output terminal 102 and then processed by the processing circuit in the imaging chip 100. Thereafter, the light is transmitted to the incident surface side by the first bump 601 and further transmitted to the outside through the light transmitting substrate 200 and the flexible substrate 710.
  • the output terminal 102 is formed on the second surface 112 side of the imaging chip 100, but may be formed on the first surface 111 side.
  • 10 imaging unit 100 imaging chip, 101 pixel area, 102 output terminal, 110 wafer, 111 first surface, 112 second surface, 120 wafer, 200 translucent substrate, 201 first wiring pattern, 202 electrode pad, 203 electrode pad 204, second wiring pattern, 205, electrode pad, 300 mounting substrate, 310 mounting substrate, 400 signal processing chip, 401 electrode pad, 402 electrode pad, 500 heat dissipation member, 601 first bump, 602 second bump, 603 third bump , 701 adhesive, 702 adhesive, 703 adhesive, 710 flexible substrate, 800 imaging device, 801 system control unit, 802 drive unit, 804 work memory, 805 recording unit, 806 display unit, 811 image processing unit, 820 Lens

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Abstract

 本発明の第1の態様における撮像ユニットは、画素を有する第1面と、第1面とは反対の面であって、画素から読み出された画素信号を出力する出力部が設けられた第2面とを有する撮像チップと、第1面に対向して配置され、配線パターンを有する透光基板と、第2面に対向して配置され、撮像チップを支持する実装基板と、実装基板に配置され、出力部から出力された画素信号を配線パターンへ中継する中継部とを備える撮像ユニット。本発明の第2の態様における撮像装置は、上記の撮像ユニットを備える。第2の態様における撮像ユニットは、受光面と受光面とは反対側の実装面とを有する撮像チップと、撮像チップの実装面に対向して配置され、撮像チップと接続される配線パターンを有する実装基板と、撮像チップの受光面に対向して配置される透光基板と、実装基板の配線パターンと透光基板とを接続する接続部とを備える。

Description

撮像ユニット、撮像装置、および撮像ユニットの製造方法
 本発明は、撮像ユニット、撮像装置、および撮像ユニットの製造方法に関する。
 COG(Chip on Glass)構造の撮像ユニットが知られている。COG構造の撮像ユニットは、フリップチップ実装技術により透光基板と撮像チップとが直接接続される。
[先行技術文献]
[特許文献]
  [特許文献1] 特開2009-246152号公報
 フリップチップ実装工程において透光基板及び撮像チップを加熱あるいは冷却すると、撮像チップに反りが発生する。これにより撮像チップの反りに起因してバンプに応力がかかり、バンプが破損するおそれがある。
 本発明の第1の態様における撮像ユニットは、画素を有する第1面と、第1面とは反対の面であって、画素から読み出された画素信号を出力する出力部が設けられた第2面とを有する撮像チップと、第1面に対向して配置され、配線パターンを有する透光基板と、第2面に対向して配置され、撮像チップを支持する実装基板と、実装基板に配置され、出力部から出力された画素信号を配線パターンへ中継する中継部とを備える。
 本発明の第2の態様における撮像ユニットは、受光面と受光面とは反対側の実装面とを有する撮像チップと、撮像チップの実装面に対向して配置され、撮像チップと接続される配線パターンを有する実装基板と、撮像チップの受光面に対向して配置される透光基板と、実装基板の配線パターンと透光基板とを接続する接続部とを備える。
 本発明の第3の態様における撮像装置は、上記の撮像ユニットを備える。
 本発明の第4の態様における撮像ユニットの製造方法は、ウェハに形成された画素と電気的に接続された、画素の出力である画素信号を出力するための出力部を、ウェハの第2面に形成する出力部形成段階と、第2面に対向させて実装基板を配設する実装基板配設段階と、ウェハの第2面とは反対側の面を研削して、画素に入射光を入射させる第1面を形成する研削段階と、ウェハおよび実装基板をチップ単位で分離して個片化する個片化段階と、画素に対応する領域の外側である周辺領域に配線パターンが設けられた透光基板を、第1面に対向して画素を覆うように配設すると共に、配線パターンと出力部とを中継部によって接続する透光基板配設段階とを有する。
 なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本実施形態の撮像ユニットの構成を示す図である。 本実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。 撮像ユニットの製造方法を説明する図である。 撮像ユニットの製造方法を説明する図である。 撮像ユニットの他の構成を示す図である。
 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
 図1は、本実施形態の撮像ユニット10の構成を示す図である。撮像ユニット10は、COG(Chip on Glass)構造の撮像ユニットである。撮像ユニット10は、撮像チップ100、透光基板200、実装基板300、信号処理チップ400、および放熱部材500を含んで構成される。
 撮像チップ100は、裏面照射型のMOSイメージセンサである。撮像チップ100は、受光面である第1面111側に画素領域101を有する。画素領域101は、入射光を光電変換する画素を複数含む。第1面111とは反対側の実装面である第2面112には、画素から読み出された画素信号を出力する出力部である出力端子102が配列されている。出力端子102は、第2面112の両端部に外側に延伸する形態で配列されている。撮像チップ100は、画素領域101の外側の領域に初段アンプを含むカラム回路を有する。
 透光基板200は、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、無アルカリガラス、耐熱ガラス等により形成されたカバーガラスである。透光基板200は、撮像チップ100の第1面111に対向して配置され、画素領域101を覆っている。透光基板200は、撮像チップ100に対向する側の面に、信号処理チップ400へ画素信号を中継する第1配線パターン201を有する。
 第1配線パターン201に設けられた電極パッド202は、第1バンプ601を介して、撮像チップ100の出力端子102に電気的に接続されている。本実施形態では、第1バンプ601は、出力端子102から出力された画素信号を第1配線パターン201へ中継する中継部の少なくとも一部として機能する。電極パッド202と出力端子102の接続部分は、当該接続部分を取り囲むように形成された接着剤701により接着されている。接着剤701はさらに、撮像チップ100の周囲を取り囲むように形成されている。これにより、画素領域101と透光基板200の間の空間は、密封されている。つまり、接着剤701は、封止部材としても機能する。また、透光基板200は、外部へ画素信号を中継する第2配線パターン204を有する。
 実装基板300は、撮像チップ100の第2面112に対向して配置されて撮像チップ100を支持する。したがって、実装基板300は、支持基板としての役割を担う。実装基板300の線膨張係数は、透光基板200の線膨張係数より小さい。また、実装基板300の線膨張係数と透光基板200の線膨張係数との差は、撮像チップ100の線膨張係数と透光基板200の線膨張係数の差よりも小さくてもよい。
 実装基板300には、配線パターンが形成されていてもよい。実装基板300に配線パターンが形成されていれば、出力端子102から出力された画素信号は、実装基板300の配線パターンを経由して、透光基板200の第1配線パターン201へ送信される。この場合には、第1バンプ601は、実装基板300の配線パターンと透光基板200とを接続する接続部とみなすこともできる。
 本実施形態の撮像ユニット10では、撮像チップ100と透光基板200を直接バンプ接合するのではなく、撮像チップ100と透光基板200の間の線膨張係数を持つ実装基板300を介している。撮像チップ100と透光基板200の間に実装基板300を介することにより、透光基板200と実装基板300の線膨張係数の差を、撮像チップ100と透光基板200の線膨張係数の差に比べて小さくすることができる。したがって、第1バンプ601にかかる応力を緩和することができる。
 ここで、撮像チップ100は裏面照射型のMOSイメージセンサであるので、製造段階において撮像チップの裏面側が研削される。一方、信号処理チップ400は製造段階において研削されない場合もある。したがって、撮像チップ100と信号処理チップ400の厚みは異なる。このため、撮像チップ100および信号処理チップ400の両方に接するよう放熱部材を配置するためには、撮像チップ100と信号処理チップ400の厚みの差に応じた段差加工が放熱部材に対して必要になり得る。
 本実施形態の撮像ユニット10では、撮像チップ100の第2面112に対向して実装基板300が配置されている。この実装基板300の厚さは、信号処理チップ400と撮像チップ100の厚みの差に応じて調整される。したがって、撮像チップ100の第2面112側に実装基板300を配置することにより、放熱部材500における同一平面状に実装基板300と信号処理チップ400を配置できる。
 なお、撮像チップ100と実装基板300の間に伝熱剤が塗布されていてもよい。伝熱材として、空気よりも熱伝導性の高い樹脂を用いることができる。これにより、撮像チップ100のカラム回路で発生した熱を実装基板300側に効率よく放熱できる。伝熱剤は、撮像チップ100と実装基板300の間の領域全体に充填されてもよい。この場合には、伝熱剤と実装基板300の接触面積が増えるので、熱抵抗を低下させることができる。したがって、より放熱効果を高めることができる。
 信号処理チップ400は、第1配線パターン201を介して入力された画素信号を処理する処理回路を有する。信号処理チップ数は、画素信号の読み出し方式に応じて適宜決定される。本実施形態では、画素信号の読み出し方式として2チャンネル読み出しを採用する。したがって、本実施形態では、信号処理チップ数は2つである。
 信号処理チップ400は、撮像チップ100と並列して配置される。より詳細には、透光基板200における、画素領域101を覆う領域の外側である周辺領域に載置される。信号処理チップ400は、撮像チップ100から離れた位置に第2バンプ602、透光基板200、および第1バンプ601を介して配置されている。したがって、信号処理チップ400で発生した熱は、第2バンプ602から透光基板200に伝達され、さらに透光基板200から第1バンプ601に伝達された後、撮像チップ100に達する。撮像チップと信号処理チップが積層されている場合に比べて、信号処理チップ400から撮像チップ100までの熱の伝達経路が長くなるので、信号処理チップ400から撮像チップ100へ伝達される熱を低減できる。したがって、信号処理チップ400の熱に起因する画素領域の温度上昇を抑えることができるので、暗電流を低減することができる。その結果、画質の低下を防止できる。
 信号処理チップ400は、電極パッド401および電極パッド402を有する。電極パッド401は、第2バンプ602を介して、第1配線パターン201の電極パッド203に電気的に接続されている。電極パッド401と電極パッド203の接続部分は、当該接続部分を取り囲むように形成された接着剤702により接着されている。電極パッド402は、第3バンプ603を介して、第2配線パターン204の電極パッド205に電気的に接続されている。電極パッド402と電極パッド205の接続部分は、当該接続部分を取り囲むように形成された接着剤703により接着されている。
 さらに、第2配線パターン204は、図示しないフレキシブル基板に電気的に接続され、フレキシブル基板を介して外部に送信される。以上の構成により、画素領域の画素信号は、撮像チップ100の非入射面側から出力端子102に取り出された後、第1バンプ601によって入射面側へ伝送され、さらに透光基板200および信号処理チップ400を介して、外部に伝送される。
 放熱部材500は、熱伝導性の高い材料、例えば金属等により形成される。金属として、銅、ニッケル合金、鉄、アルミニウム等を用いることができる。放熱部材500は、実装基板300のうち撮像チップ100に対向する面とは反対側の面に接して配設されている。放熱部材500は、信号処理チップ400のうち第1配線パターン201と接続される面とは反対側の面にも接している。放熱部材500が撮像チップ100と信号処理チップ400に接しているので、撮像チップ100と信号処理チップ400の両方で発生した熱を放熱できる。なお、放熱部材500は、フィン状に形成されてもよい。これにより、放熱部材500の放熱面積が大きくなるので、より放熱特性を高めることができる。
 ここで、第1バンプ601の高さは、撮像チップ100の厚み分だけ第2バンプ602および第3バンプ603よりも高くなっている。実装基板300の厚さは信号処理チップ400と撮像チップ100の厚みの差に応じて調整されると説明したが、第1バンプ601および第2バンプとの関係で言うと、実装基板300の厚みは、信号処理チップ400および第2バンプ602の合計厚みと第1バンプ601の厚みの差に応じて調整されるとも言える。つまり、信号処理チップ400と第2バンプ602の厚みの和と、実装基板300と第1バンプ601の厚みの和が等しくなるように、実装基板300の厚みは調整される。実装基板300の厚みを適宜調整することによって、放熱部材500における同一平面状に撮像チップ100と信号処理チップ400を配置することができる。したがって、放熱部材500に段差加工を施さなくてもよい。放熱部材500は、例えば後述する撮像装置のボディに取り付けられる。
 撮像チップとして裏面照射型のMOSイメージセンサを用いる場合に、撮像チップの第2面側に信号処理チップを積層する構成が採用されれば、画素信号を信号処理チップに伝送するためのTSV(シリコン貫通電極)が撮像チップに形成される。この場合には、TSVを形成する分だけ撮像チップの幅の増大を招いていた。
 本実施形態の撮像ユニット10では、出力端子102を外側に延伸して形成するとともに、透光基板200を介して撮像チップ100の出力端子102と信号処理チップ400の第1配線パターンが電気的に接続している。撮像チップ100にTSVを形成しないので、撮像チップ100を小型化できる。
 図2は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置800は、撮影光学系としての撮影レンズ820を備え、撮影レンズ820は、光軸OAに沿って入射する被写体光束を撮像ユニット10へ導く。撮影レンズ820は、撮像装置800に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。撮像装置800は、撮像ユニット10、システム制御部801、駆動部802、ワークメモリ804、記録部805、および表示部806を主に備える。
 撮影レンズ820は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図2では瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで代表して表している。駆動部802は、システム制御部801からの指示に従って撮像ユニット10のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路である。
 撮像ユニット10は、画素信号をシステム制御部801の画像処理部811へ引き渡す。画像処理部811は、ワークメモリ804をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。例えば、JPEGファイル形式の画像データを生成する場合は、ホワイトバランス処理、ガンマ処理等を施した後に圧縮処理を実行する。生成された画像データは、記録部805に記録されるとともに、表示信号に変換されて表示部806に表示される。
 図3は、撮像ユニット10の製造方法を説明する図である。具体的には、図3は、ウェハレベルでの処理工程を示す。まず、図3(a)に示すように、入射光を光電変換する画素を複数含む画素領域101が複数形成されたウェハ110を準備し、当該画素領域101と電気的に接続された、画素の出力である画素信号を出力するための出力端子102をウェハ110の第2面112に形成する(端子形成段階)。
 次に、図3(b)に示すように、実装基板310を第2面112に対向させて配設する(実装基板配設段階)。これにより、出力端子102は、ウェハ110と実装基板310に挟まれた状態となる。
 次に、図3(c)に示すように、ウェハの第2面112とは反対側の面を研削して、画素に入射光を入射させる第1面111を形成する(研削段階)。研削されることにより、研削後のウェハ120の厚みは、研削前のウェハ110に比べて薄くなる。研削方法として、CMP(Chemical Mechanical Polishing)、BG(Back Grinding)を利用することができる。
 次に、図3(d)に示すように、実装基板310側を紙面下側に配置した状態で、ウェハにおける隣接する画素領域101間の領域を一部エッチングする。これにより、第2面112に形成された出力端子102を露出させる。
 次に、ウェハおよび実装基板を、画素領域101を含む単位回路領域ごとに切り出す。これにより、図3(e)に示すように、チップ単位で分離して個片化する(個片化段階)。
 図4は、撮像ユニット10の製造方法を説明する図である。具体的には、個片化以降の工程を示す。個片化以降の工程については、各撮像チップに対する処理は共通しているので、一つの撮像チップに着目して説明する。
 図4(a)に示すように、画素に対応する領域の外側である周辺領域に第1配線パターン201が設けられた透光基板200を撮像チップ100の第1面111に対向して画素を覆うように配設するとともに、第1配線パターン201と出力端子102とを接続する(透光基板配設段階)。具体的には、撮像チップ100の出力端子102に、接着剤701をディスペンサにより形成する。接着剤701として、熱硬化性樹脂を用いることができる。接着剤701が形成された撮像チップ100と、予め第1配線パターン201の電極パッド202に第1バンプ601が形成された透光基板200とを位置あわせした後、撮像チップ100上に透光基板200を貼り合わせる。撮像チップ100と透光基板200の貼り合わせは、加熱状態で行われる。
 次に、図4(b)に示すように、画素信号を処理する処理回路を有する信号処理チップ400を、第1配線パターン201、第2配線パターン204に接続して透光基板200に配設する(信号処理チップ配設段階)。具体的には、信号処理チップ400の電極パッド401に、接着剤702をディスペンサにより形成する。同様に、信号処理チップ400の電極パッド402に、接着剤703をディスペンサにより形成する。そして、接着剤702、接着剤703が形成された信号処理チップ400と、予め電極パッド203に第2バンプ602が、電極パッド205に第3バンプ603が形成された透光基板200とを位置合わせした後、信号処理チップ400上に透光基板200を貼り合わせる。信号処理チップ400と透光基板200の貼り合わせも、加熱状態で行われる。
 次に、図4(c)に示すように、実装基板300の撮像チップ100側の面とは反対側の面、および信号処理チップ400の透光基板200側の面とは反対側の面に接して、放熱部材500を配設する。
 本実施形態の撮像ユニット10の製造方法では、ウェハをエッチングして出力端子102を露出した後、出力端子102と電極パッド202をバンプ接合している。プロセスが複雑なTSVを撮像チップ100に形成しないので、プロセスを簡略化できる。
 以上の説明では、実装基板300が撮像チップ100と透光基板200の間の線膨張係数を有することにより応力を緩和した。実装基板300それ自体が撮像チップ100と透光基板200の間の線膨張係数を持たなくても、撮像チップ100と透光基板200の間の線膨張係数を持つ膜を実装基板300に形成してもよい。撮像チップ100の引っ張り方向とは逆方向に引っ張る特性を持つ膜を形成することにより、加熱あるいは冷却による撮像ユニットの変形を抑制できる。当該膜は、SiON系の膜によって実現できる。SiON系の膜は、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成できる。SiON系の膜における窒素および酸素の比率を変えたり、当該膜の形成条件を変えたりすることによって、膜の特性を変えることができる。
 以上の説明では、一つの放熱部材500が撮像チップ100と信号処理チップ400の両方に接していたが、チップ毎に独立した放熱部材500を設けてもよい。これにより、各チップの発熱量に応じて放熱部材500のサイズを最適化できる。信号処理チップ400の発熱量は、撮像チップ100の発熱量より多いので、信号処理チップ400に配置する放熱部材の面積を、撮像チップ100に配置する放熱部材の面積より大きくするのが好ましい。例えば、信号処理チップ400に配置する放熱部材をフィン状に形成するとよい。
 また、実装基板300の表面に出力端子102から出力された画素信号を第1配線パターン201へ中継する第3配線パターンが形成されていてもよい。この場合には、出力端子102を撮像チップ100の外側に延伸させなくてもよい。すなわち、撮像チップ100の非入射面に出力端子102を配置し、当該出力端子102と第3配線パターンをバンプ接合する。そして、第1配線パターン201と第3配線パターンを第1バンプ601により接続する。出力端子102と第1配線パターン201は、第1バンプ601および第3配線パターンを介して接続されることになる。つまり、第1バンプ601および第3配線パターンが、出力端子102から出力された画素信号を第1配線パターン201へ中継する中継部として機能する。また、出力端子102と第1配線パターンをワイヤボンディングによって電気的に接続することもできる。
 以上の説明では、画素領域101と、画素信号を処理する処理回路とが別々のチップに形成されていたが、同一のチップに形成されていてもよい。図5は、撮像ユニット10の他の構成を示す図である。図5に示す撮像ユニット10は、撮像チップ100、透光基板200、実装基板300、放熱部材500、およびフレキシブル基板710を含んで構成される。図5に示す撮像チップ100は、第1面111側に画素領域101を有する。第1面111とは反対の面である第2面112には、画素から読み出された画素信号を出力する出力部である出力端子102が配列されている。出力端子102は、第2面112の両端部に外側に延伸する形態で配列されている。撮像チップ100は、画素領域101の外側の領域に初段アンプを含むカラム回路を有する。また、撮像チップ100は、画素信号を処理する処理回路を有する。
 図5に示す撮像ユニット10においても、撮像チップ100と透光基板200を直接バンプ接合するのではなく、撮像チップ100と透光基板200の間の線膨張係数を持つ実装基板300を介している。撮像チップ100と透光基板200の間に実装基板300を介することにより、透光基板200と実装基板300の線膨張係数の差は、撮像チップ100と透光基板200の線膨張係数の差に比べて小さくなる。したがって、第1バンプ601にかかる応力を緩和することができる。
 図5に示す撮像ユニット10においては、フレキシブル基板710は、電極パッド401および電極パッド402を有する。電極パッド401は、第2バンプ602を介して、第1配線パターン201の電極パッド203に電気的に接続されている。電極パッド401と電極パッド203の接続部分は、当該接続部分を取り囲むように形成された接着剤702により接着されている。電極パッド402は、第3バンプ603を介して、第2配線パターン204の電極パッド205に電気的に接続されている。電極パッド402と電極パッド205の接続部分は、当該接続部分を取り囲むように形成された接着剤703により接着されている。図5に示す撮像ユニット10によれば、画素領域の画素信号は、撮像チップ100の非入射面側から出力端子102に取り出された後、撮像チップ100内の処理回路によって処理される。その後、第1バンプ601によって入射面側へ伝送され、さらに透光基板200およびフレキシブル基板710を介して、外部に伝送される。
 以上の説明では、出力端子102は、撮像チップ100の第2面112側に形成されていたが、第1面111側に形成されてもよい。
 以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
 請求の範囲、明細書、および図面中の製造工程の手順に関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明しているが、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10 撮像ユニット、100 撮像チップ、101 画素領域、102 出力端子、110 ウェハ、111 第1面、112 第2面、120 ウェハ、200 透光基板、201 第1配線パターン、202 電極パッド、203 電極パッド、204 第2配線パターン、205 電極パッド、300 実装基板、310 実装基板、400 信号処理チップ、401 電極パッド、402 電極パッド、500 放熱部材、601 第1バンプ、602 第2バンプ、603 第3バンプ、701 接着剤、702 接着剤、703 接着剤、710 フレキシブル基板、800 撮像装置、801 システム制御部、802 駆動部、804 ワークメモリ、805 記録部、806 表示部、811 画像処理部、820 撮影レンズ

Claims (16)

  1.  画素を有する第1面と、前記第1面とは反対の面であって、前記画素から読み出された画素信号を出力する出力部が設けられた第2面とを有する撮像チップと、
     前記第1面に対向して配置され、配線パターンを有する透光基板と、
     前記第2面に対向して配置され、前記撮像チップを支持する実装基板と、
     前記実装基板に配置され、前記出力部から出力された前記画素信号を前記配線パターンへ中継する中継部と
     
    を備える撮像ユニット。
  2.  前記中継部は、前記配線パターンと前記出力部とを接続するバンプを含む請求項1に記載の撮像ユニット。
  3.  前記撮像チップと並列して配置され、前記配線パターンを介して入力された前記画素信号を処理する信号処理チップを備える請求項1または2に記載の撮像ユニット。
  4.  受光面と前記受光面とは反対側の実装面とを有する撮像チップと、
     前記撮像チップの前記実装面に対向して配置され、前記撮像チップと接続される配線パターンを有する実装基板と、
     前記撮像チップの前記受光面に対向して配置される透光基板と、
     前記実装基板の前記配線パターンと前記透光基板とを接続する接続部と
    を備える撮像ユニット。
  5.  前記透光基板は、配線パターンを有し、前記接続部は、前記実装基板の前記配線パターンと前記透光基板の前記配線パターンとを接続する請求項4に記載の撮像ユニット。
  6.  前記撮像チップと並列して配置され、前記撮像チップから出力された画素信号を処理する信号処理チップを備える請求項4または5に記載の撮像ユニット。
  7.  前記実装基板の線膨張係数と前記透光基板の線膨張係数との差は、前記撮像チップの線膨張係数と前記透光基板の線膨張係数の差よりも小さい請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像ユニット。
  8.  前記撮像チップと前記実装基板の間に、伝熱剤が塗布された請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像ユニット。
  9.  前記実装基板の前記撮像チップに対向する面とは反対の面に配接された放熱部材を備える請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像ユニット。
  10.  前記実装基板の前記撮像チップに対向する面とは反対の面に配接された放熱部材を備え、前記放熱部材は、前記信号処理チップにも接する請求項3または6に記載の撮像ユニット。
  11.  前記放熱部材は、前記実装基板および前記信号処理チップと、同一平面で接する請求項10に記載の撮像ユニット。
  12.  前記撮像チップと前記透光基板の間の空間を密封空間とする、封止部材を備える請求項1から11のいずれか1項に記載の撮像ユニット。
  13.  請求項1から12のいずれか1項に記載の撮像ユニットを備えた撮像装置。
  14.  ウェハに形成された画素と電気的に接続された、前記画素の出力である画素信号を出力するための出力部を、前記ウェハの第2面に形成する出力部形成段階と、
     前記第2面に対向させて実装基板を配設する実装基板配設段階と、
     前記ウェハの前記第2面とは反対側の面を研削して、前記画素に入射光を入射させる第1面を形成する研削段階と、
     前記ウェハおよび前記実装基板をチップ単位で分離して個片化する個片化段階と、
     前記画素に対応する領域の外側である周辺領域に配線パターンが設けられた透光基板を、前記第1面に対向して前記画素を覆うように配設すると共に、前記配線パターンと前記出力部とを中継部によって接続する透光基板配設段階と
    を有する撮像ユニットの製造方法。
  15.  前記画素信号を処理する処理回路を有する信号処理チップを、前記配線パターンに接続して前記透光基板に配設する信号処理チップ配設段階と
    を有する請求項14に記載の撮像ユニットの製造方法。
  16.  前記実装基板における前記ウェハに対向する面とは反対側の面に接して、放熱部材を配設する放熱部材配設段階と
    を有する請求項14または15に記載の撮像ユニットの製造方法。
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