特許 6169370 撮像素子及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6169370

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】撮像素子及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20170713BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20170713BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/146 D

   H04N5/225

   H01L23/12 F

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-36318(P2013-36318)

(22)【出願日】2013年2月26日

(65)【公開番号】特開2014-165397(P2014-165397A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2015年12月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】312011154

【氏名又は名称】マイクロモジュールテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100153017

【弁理士】

【氏名又は名称】大倉 昭人

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(72)【発明者】

【氏名】中田 圭俊

(72)【発明者】

【氏名】鈴村 瑞己

(72)【発明者】

【氏名】原園 文一

【審査官】 梶尾 誠哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−６７１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−５９５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１０９７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３５４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０１７５７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２０６４９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イメージセンサと、
前記イメージセンサが配設される基板と、
前記基板上に設けられる所定の高さの配線部材であって、前記イメージセンサの高さ方向の位置決めをする配線部材と、
を備え、
前記イメージセンサが前記配線部材に当接した状態で接着され、
前記配線部材は、前記基板上に形成された回路パターンの一部を含んで構成され、前記回路パターンの一部は、他の回路パターンとは導通せず、フローティング状態にあることを特徴とする撮像素子。

【請求項2】

前記配線部材は、複数の部材を有することを特徴とする、請求項１に記載の撮像素子。

【請求項3】

前記複数の部材は、３つ以上の突起状の配線部材であることを特徴とする、請求項２に記載の撮像素子。

【請求項4】

前記基板は、ソルダーレジスト層を有し、
前記所定の高さは、前記ソルダーレジスト層よりも高いことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像素子。

【請求項5】

前記配線部材は、前記回路パターンの一部上に設けられたメッキを含んで構成されることを特徴とする、請求項１乃至４に記載の撮像素子。

【請求項6】

前記メッキは銅であることを特徴とする、請求項５に記載の撮像素子。

【請求項7】

前記配線部材は、前記回路パターンの一部上に設けられたスタッドバンプを含んで構成することを特徴とする、請求項１乃至４に記載の撮像素子。

【請求項8】

イメージセンサと、
前記イメージセンサが配設される基板と、
前記イメージセンサと対向するレンズと、
前記レンズが取り付けられる筐体と、
前記基板上に設けられる所定の高さの配線部材であって、前記イメージセンサの高さ方向の位置決めをする配線部材と、
を備え、
前記筐体内で、前記イメージセンサが前記配線部材に当接した状態で接着され、
前記配線部材は、前記基板上に形成された回路パターンの一部を含んで構成され、前記回路パターンの一部は、他の回路パターンとは導通せず、フローティング状態にあることを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載カメラ等に適用可能な撮像素子及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサは、ダイボンド樹脂により接着してインターポーザ基板上に配設することにより撮像素子として構成し、当該撮像素子をカメラ等の撮像装置に実装していた（例えば特許文献１等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−０６２７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１５に従来の撮像素子１００の断面図を示す。図１５に示すように従来の撮像素子１００において、イメージセンサ１１０は、ダイボンド樹脂１５０により接着されてインターポーザ基板１２０上に配設される。インターポーザ基板１２０は、基材１２１、回路パターン１２２、及びソルダーレジスト層１２３により構成される。イメージセンサ１１０は、インターポーザ基板１２０上の回路パターン１２２のうちソルダーレジスト層１２３で覆われていない部分（ボンディング電極）とワイヤ１４０を介して接続（ワイヤボンディング）され、インターポーザ基板１２０と電気的に接続される。

【0005】

ここで従来のイメージセンサ１１０は、ダイボンド樹脂１５０と当接してインターポーザ基板１２０上に配置されている。ダイボンド樹脂１５０は、接着時の熱処理加工に応じて厚さにばらつきが生じる。さらにインターポーザ基板１２０のソルダーレジスト層１２３の厚さは均一でない。そのため従来の撮像素子１００において、イメージセンサ１１０の光軸方向の位置、すなわち高さ方向にばらつきが生じていた。

【0006】

またダイボンド樹脂１５０の厚さ、ソルダーレジスト層１２３の厚さが不均一であることに起因して、イメージセンサ１１０とインターポーザ基板１２０とが平行にならず、高さ方向の煽りが生じていた。このような高さ方向の位置のばらつき及び煽りがある場合、イメージセンサ１１０上で撮影画像のピントが合わなくなり、また撮影画像の一部分が不鮮明になってしまう等、イメージセンサ１１０がレンズからの光を適切に受光できなくなる。そこで従来は、高さ方向に関して、レンズの高さ方向の位置を撮影時等におけるバックフォーカスにより調整、すなわちレンズを駆動することにより調整していた。また煽りに対しては、撮像素子毎に適宜煽りに応じてレンズの実装角度を調整する対応をしていた。

【0007】

しかしながらバックフォーカスによる方法はレンズを可動させる必要があるため、例えば車載カメラ等、可動部分を設けることが好ましくない撮像装置においては適切な方法とはいえない。また煽りに対する従来の実装方法は、撮像素子毎に適宜調整が必要となるため、極めて煩雑であった。

【0008】

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、イメージセンサの高さ方向の調整（コントロール）を適切に行うことができる撮像素子及び撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明に係る撮像素子は、
イメージセンサと、
前記イメージセンサが配設される基板と、
前記基板上に設けられる所定の高さの配線部材であって、前記イメージセンサの高さ方向の位置決めをする配線部材と、
を備え、
前記イメージセンサが前記配線部材に当接した状態で接着され、
前記配線部材は、前記基板上に形成された回路パターンの一部を含んで構成され、前記回路パターンの一部は、他の回路パターンとは導通せず、フローティング状態にあることを特徴とする。

【0010】

また本発明に係る撮像素子は、
前記配線部材は、複数の部材を有することを特徴とする。

【0011】

また本発明に係る撮像素子は、
前記複数の部材は、３つ以上の突起状の配線部材であることを特徴とする。

【0012】

また本発明に係る撮像素子は、
前記基板は、ソルダーレジスト層を有し、
前記所定の高さは、前記ソルダーレジスト層よりも高いことを特徴とする。

【0014】

また本発明に係る撮像素子は、
前記配線部材は、前記回路パターンの一部上に設けられたメッキを含んで構成されることを特徴とする。

【0015】

また本発明に係る撮像素子は、
前記メッキは銅であることを特徴とする。

【0016】

また本発明に係る撮像素子は、
前記配線部材は、前記回路パターンの一部上に設けられたスタッドバンプを含んで構成することを特徴とする。

【0019】

また、本発明に係る撮像装置は、
イメージセンサと、
前記イメージセンサが配設される基板と、
前記イメージセンサと対向するレンズと、
前記レンズが取り付けられる筐体と、
前記基板上に設けられる所定の高さの配線部材であって、前記イメージセンサの高さ方向の位置決めをする配線部材と、
を備え、
前記筐体内で、前記イメージセンサが前記配線部材に当接した状態で接着され、
前記配線部材は、前記基板上に形成された回路パターンの一部を含んで構成され、前記回路パターンの一部は、他の回路パターンとは導通せず、フローティング状態にあることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明における撮像素子及び撮像装置によれば、イメージセンサの高さ方向の調整を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施の形態１の撮像素子の上面図である。

【図2】実施の形態１の撮像素子の断面図である。

【図3】イメージセンサ配設前のインターポーザ基板の上面図である。

【図4】イメージセンサ配設前のインターポーザ基板の断面図である。

【図5】インターポーザ基板にマスクをした断面図である。

【図6】インターポーザ基板にメッキをした断面図である。

【図7】インターポーザ基板にダイボンド樹脂を塗布した断面図である。

【図8】実施の形態１の撮像素子を実装した撮像装置の実装例である。

【図9】実施の形態２の撮像素子の断面図である。

【図10】インターポーザ基板にスタッドバンプを形成した図である。

【図11】スタッドバンプをフラッタリングした図である。

【図12】インターポーザ基板にダイボンド樹脂を塗布した断面図である。

【図13】変形例１に係る撮像素子の断面図である。

【図14】変形例２に係る撮像素子の上面図である。

【図15】従来の撮像素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について説明する。

【0023】

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る撮像素子１の上面図を示す図である。説明の便宜上、図１の左右方向をｘ軸とし、上下方向をｙ軸とする。また、ｘｙ平面と直交する方向をｚ軸とする。図１に示すように、本発明に係る撮像素子１は、イメージセンサ１０と、インターポーザ基板２０（基板２０）と、支持用配線部材３０（配線部材３０）と、ワイヤ４０とを備える。支持用配線部材３０は、イメージセンサ１０と、インターポーザ基板２０との間に備えられるため、破線にて示している。

【0024】

イメージセンサ１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の受光センサであり、撮影対象からの光を、平面状のダイ上に並べられたフォトダイオードで受光して電気信号に変換する。ここでイメージセンサ１０はＣＭＯＳイメージセンサに限らず、ＣＣＤイメージセンサ、その他の如何なる受光センサであってもよい。

【0025】

インターポーザ基板２０は、イメージセンサ１０が配設される基板である。インターポーザ基板２０は、イメージセンサ１０を支持する支持用配線部材３０を備える。図１では、支持用配線部材３０は突起状で、４つ設けられている例を示す。この場合、４つの支持用配線部材３０により４点でイメージセンサ１０を支持する。ここで支持用配線部材３０が突起状である場合、支持用配線部材３０は少なくとも３つ設け、３点以上でイメージセンサ１０を支持する。３点あれば平面が規定されるため、平面状のイメージセンサ１０を安定して支持することができる。

【0026】

イメージセンサ１０とインターポーザ基板２０上の回路パターンとは、ワイヤ４０によりワイヤボンディングされ、電気的に接続される。図１に示すように、ワイヤ４０はイメージセンサ１０の各端部の複数の端子と、インターポーザ基板上の複数端子とを接続し、複数本設けられている。好適にはワイヤ４０は金（Ａｕ）により構成されるワイヤであるが、これに限定されるものではない。

【0027】

図２は、図１の撮像素子１のＡ−Ａ断面図を示す図である。説明の便宜上、図２の上下方向をｚ軸とする。図２に示すように、インターポーザ基板２０は、基材２１と、回路パターン２２と、ソルダーレジスト層２３と、支持用配線部材３０とを備える。

【0028】

基材２１は、インターポーザ基板２０を構成する平面状の絶縁体である。基材２１上には回路パターン２２が設けられる。回路パターン２２は好適には銅（Ｃｕ）により構成されるパターンであり、イメージセンサ１０の信号線として機能する。ソルダーレジスト層２３は、基材２１及び回路パターン２２を覆うように設けられる絶縁体層であり、インターポーザ基板２０上の回路パターン２２及び各種素子間のショートの防止、防塵等の目的で設けられる。回路パターン２２のうち、ワイヤ４０の接点であるボンディング電極２２１はソルダーレジスト層２３が設けられず、ワイヤ４０が回路パターン２２に接続可能なように構成される。

【0029】

支持用配線部材３０は、回路パターン３１と、メッキ３２とから構成される。回路パターン３１は、回路パターン２２と同様にインターポーザ基板２０の基材２１上に設けられた回路パターンであり、好適には銅（Ｃｕ）により構成されるパターンである。回路パターン３１は回路パターン２２とは異なり、イメージセンサ１０との電気信号用のパターン、すなわち信号線としては機能しない。すなわち、回路パターン３１はインターポーザ基板２０の表層の回路パターン２２のみならず、スルーホールなど含む内層の回路パターンとも導通せず、フローティング状態とされる。

【0030】

メッキ３２は回路パターン３１上に設けられる。図２に示すように支持用配線部材３０のｚ軸方向の高さは、回路パターン２２及びソルダーレジスト層２３のｚ軸方向の高さの合計よりも高く、すなわちソルダーレジスト層２３よりもｚ軸方向において高い所定の高さを有する。ソルダーレジスト層２３の高さ（回路パターン２２とソルダーレジスト層２３とのｚ軸方向の高さの合計）は約４０μｍであるため、好適には当該所定の高さは約４２μｍである。好適にはメッキ３２は主に銅（Ｃｕ）より構成される。銅であれば、比較的短時間でメッキ３２を所定の高さ（膜厚）に析出できるためである。

【0031】

図２に示すように、イメージセンサ１０は、ダイボンド樹脂５０によりインターポーザ基板２０に接着されて配設される。ここでイメージセンサ１０は支持用配線部材３０に当接し、支持用配線部材３０がイメージセンサ１０の高さ方向の位置決めをする。支持用配線部材３０を構成する回路パターン３１及びメッキ３２は、それぞれミクロン単位でｚ軸方向の長さを規定して構成することができるため、イメージセンサ１０の高さ方向（ｚ軸方向）の位置決めをミクロン単位で行うことができる。

【0032】

図３から図７により、本発明の実施形態１に係る撮像素子１の製造工程を示す。図３は、イメージセンサ１０を配設する前のインターポーザ基板２０の上面図である。図３に示すように、インターポーザ基板２０上には、ボンディング電極２２１及び回路パターン３１以外の部分がソルダーレジスト層２３により覆われている。ここでボンディング電極２２１はワイヤ４０によりワイヤボンディングするためにソルダーレジスト層２３により覆われていない。また回路パターン３１は、メッキ３２を施すためにソルダーレジスト層２３により覆われていない。

【0033】

図４は、図３のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。イメージセンサ１０配設前のインターポーザ基板２０は、基材２１上に、回路パターン２２と、当該回路パターンと同一の高さの回路パターン３１とを備える。図３にて説明したように、ソルダーレジスト層２３は、ボンディング電極２２１及び回路パターン３１以外の部分を覆う。

【0034】

図５及び図６は、図３のインターポーザ基板２０にメッキ３２を施す工程を示す。図５に示すように、まずボンディング電極２２１をマスク６０によりマスキングする。当該マスキングは、ボンディング電極２２１が極めて微細なパターンであるため、当該微細なパターンにメッキ３２を付着させないために行う。続いて図６に示すように、メッキ３２を施す。メッキ３２を施すことにより、支持用配線部材３０を所定の高さにする。具体的には、回路パターン３１の高さ（ｚ軸方向の長さ）が約２０μｍである場合、メッキ３２を２２μｍの高さ（膜厚）で形成する。このようにすることで、支持用配線部材３０の高さは所定の高さ（例えば４２μｍ）に調整できる。

【0035】

メッキ３２を施した後、図７に示すようにダイボンド樹脂５０をインターポーザ基板２０上に塗布する。続いてイメージセンサ１０を図７のダイボンド樹脂５０上から配線部材３０に当接するまで押圧した後、熱処理によりダイボンド樹脂５０を硬化させ、イメージセンサ１０をインターポーザ基板２０上に接着して配設し、図１に示す撮像素子１が完成する。

【0036】

このように実施の形態１の撮像素子１によれば、インターポーザ基板２０上に設けられた支持用配線部材３０により高さ方向の位置決めをするため、ダイボンド樹脂５０、又はソルダーレジスト層２３の不均一性による高さ方向のばらつきを抑えることができ、イメージセンサ１０の高さ方向の調整を適切に行うことができる。

【0037】

図８に実施の形態１の撮像素子１を実装した撮像装置７０の実装例を示す。撮像装置７０は、第１レンズ７１と、第２レンズ７２と、第３レンズ７３と、レンズ支持部材７４と、撮像素子１と、基板７５と、基板支持部材７６と筐体７７とを備える。

【0038】

第１レンズ７１から第３レンズ７３は、被写体からの光を撮像素子１上に導くためのレンズである。ここで図８ではレンズを３枚備える例を示しているがレンズの枚数はこれに限らず、１枚であってもよく、複数枚であってもよい。レンズ支持部材７４は第１レンズ７１から第３レンズ７３を支持する。基板７５には、撮像素子１を含む各種撮像装置７０のデバイスが実装される。すなわち撮像素子１は、レンズ（第１レンズ７１から第３レンズ７３）と基板７５との間に設けられ、レンズはイメージセンサ１０と対向する。基板７５は、基板支持部材７６により支持される。第１レンズ７１から第３レンズ７３、レンズ支持部材７４、撮像素子１、基板７５、及び基板支持部材７６は、筐体７７内に設けられる。ここで撮像素子１のイメージセンサ１０の高さ方向の位置決めが支持用配線部材３０により行われるため、撮像装置７０毎のバックフォーカスによる調整、煽りの調整が不要、又は簡素化することが可能となる。

【0039】

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２について説明をする。図９は本発明の実施の形態２の撮像素子１ｂの構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。実施の形態２に係る撮像素子１は、実施の形態１にかかる構成と比較して、支持用配線部材３０が回路パターン３１と、スタッドバンプ３２ｂにより構成される点が相違する。

【0040】

スタッドバンプ３２ｂは、好適には金（Ａｕ）により構成される。図１０から１２により、本発明の実施形態２に係る撮像素子１ｂの製造工程を示す。

【0041】

図１０及び図１１は、図３のインターポーザ基板２０上に、スタッドバンプ３２ｂを施す工程を示す。図１０に示すように、まずスタッドバンプ装置により回路パターン３１上にスタッドバンプ３２ｂを形成する。続いて図１１に示すように各スタッドバンプの天面を、スタッドバンプ装置により押圧しバンプフラッタリングをする。スタッドバンプ３２ｂを設けることにより、支持用配線部材３０を所定の高さに調整する。具体的には、回路パターン３１の高さ（ｚ軸方向の長さ）が約２０μｍである場合、スタッドバンプ３２ｂを２２μｍ程度の高さ（ｚ軸方向の長さ）に調整する。

【0042】

スタッドバンプ３２ｂを設けた後、図１２に示すようにダイボンド樹脂５０をインターポーザ基板２０上に塗布する。続いてイメージセンサ１０を図７のダイボンド樹脂５０上から配線部材３０に当接するまで押圧した後、熱処理によりダイボンド樹脂５０を硬化させ、イメージセンサ１０をインターポーザ基板２０上に接着して配設し図９に示す撮像素子１ｂが完成する。

【0043】

このように実施の形態２の撮像素子１ｂによれば、インターポーザ基板２０上に設けられた支持用配線部材３０により高さ方向の位置決めをするため、ダイボンド樹脂５０、又はソルダーレジスト層２３の不均一性による高さ方向のばらつきを抑えることができ、イメージセンサ１０の高さ方向の調整を適切に行うことができる。

【0044】

特に支持用配線部材３０の高さの調整を、スタッドバンプ３２ｂを設けることにより行うため、実施の形態１に示すメッキ処理を施すための比較的大規模な設備が不要となり、少数ロットの生産をする場合等において有用である。

【0045】

（変形例１）
図１３に本発明の変形例１の撮像素子１ｃの例を示す。実施の形態１及び２においては、支持用配線部材３０がいずれも回路パターン３１と、メッキ３２又はスタッドバンプ３２ｂにより構成していたが、変形例においては支持用配線部材３０が回路パターン３１のみにより構成される。ここで当該構成は、インターポーザ基板２０の、イメージセンサ１０に対向する面に回路パターン２２及びソルダーレジスト層２３が存在しない場合において採用することができる。

【0046】

（変形例２）
図１４に本発明の変形例２の撮像素子１ｄから撮像素子１ｆついて説明する。上記の実施の形態においては、支持用配線部材３０がいずれも突起状であったが、変形例２においては支持用配線部材３０が線状である。具体的には撮像素子１ｄから撮像素子１ｆの支持用配線部材３０は、それぞれコの字状、十字状、Ｖ字状である。このように構成することで、単一の支持用配線部材３０であってもイメージセンサ１０を支持することができる。

【0047】

以上、実施形態では配線部材３０をフローティングとするケースを例に説明を行ったが、イメージセンサ１０の裏面を設置させることが望ましいような使用の場合には、配線部材３０を回路パターン３１のグランドラインに接続させるよう構成してもよい。

【0048】

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各素子及び各部材は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、各素子及び各部材を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0049】

１、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆ 撮像素子
１０ イメージセンサ
２０ インターポーザ基板（基板）
２１ 基材
２２ 回路パターン
２２１ ボンディング電極
２３ ソルダーレジスト層
３０ 支持用配線部材（配線部材）
３１ 回路パターン
３２ メッキ
３２ｂ スタッドバンプ
４０ ワイヤ
５０ ダイボンド樹脂
６０ マスク
７０ 撮像装置
７１ 第１レンズ
７２ 第２レンズ
７３ 第３レンズ
７４ レンズ支持部材
７５ 基板
７６ 基板支持部材
７７ 筐体
１００ 撮像素子
１１０ イメージセンサ
１２０ インターポーザ基板
１２１ 基材
１２２ 回路パターン
１２３ ソルダーレジスト層
１４０ ワイヤ
１５０ ダイボンド樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】