JP2010263004A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体撮像素子からの発熱を外部に放出するためにパッケージに放熱板を形成した固体撮像装置において、使用環境の急激な温度変化が起こると受光エリアが結露して受光不良等が起こる。
【解決手段】 基体と放熱板とから成り、内部空間に固体撮像素子を収納した固体撮像装置において、放熱板が内部空間に対して露出しておらず、且つ、固体撮像素子の非受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗が、受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗より小さくなるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明はラインセンサー、デジタルカメラ等に適用して好適な、内部に気密封止された内部空間を有しており、この内部空間内の内部底面上に固体撮像素子を搭載する固体撮像装置に関する。

従来、デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を搭載した固体撮像装置としては、気密封止された内部空間内の内部底面上に固体撮像素子を搭載する構造がよく用いられる。この構造は、パッケージに固体撮像素子を搭載し、ワイヤーボンディング等の接続をした後に、透光性部材を封止樹脂でパッケージに接着することによって得られる。上記固体撮像装置は、その動作時に発生する熱が気密封止された内部空間内にこもってしまうと、固体撮像素子自体の温度が上昇してしまい、所謂白点キズ等の画像不良が発生してしまう。特に近年においては、固体撮像素子自体の多画素化、高速化が急速に進歩途上であることによってますます発熱量が増大しており、素子自体の温度上昇は顕著になっている。その為、発熱を抑えるための放熱手段の必要性が生じている。固体撮像素子の放熱は、固体撮像素子表面に形成された電極パッドに接続されたワイヤやリード等の接続電極からも幾分放熱するが、接続電極は電極パッドサイズ律速で細く形成する必要がある為、熱抵抗が高く、ほとんど放熱には寄与しない。

また、電極パッド以外の部分で固体撮像素子表面側から放熱させようと表面側に放熱板を載置すると、載置スペースが大きくなって素子自体が大きくなってしまう。また、固体撮像素子表面に形成された回路との接触防止の為に絶縁処理が必要となるので、実用を伴わない。

従って、放熱としては、固体撮像素子の裏面側から放熱する必要がある。固体撮像素子の裏面側から放熱する手段として、固体撮像素子の裏面側に金属から成る放熱板を設けることによって放熱性を向上する構成が、特開２００４−１４６５３０や特開平５−１９０５８５に開示されている。

特開２００４−１４６５３０ 特開平５−１９０５８５

しかしながら、固体撮像素子の裏面側に放熱板を形成した構成においては、以下のような課題があった。

特許文献１のようにパッケージ内部の放熱板が、固体撮像素子の搭載領域の直下に一様に配置される場合には、固体撮像素子全体が一様に冷却される為、使用環境の急激な変化により固体撮像素子の受光エリアに結露が生じてしまう。

固体撮像装置内部の気密封止された内部空間には、作製時の雰囲気中の空気に存在する水分を必然的に含んでおり、かつ、経時変化で封止樹脂自体を通過してくる水分や、各種部材の界面から侵入してくる水分も存在している。このような水分を内部空間が含有する場合、固体撮像装置の使用環境の温度が急激に低下すると、内部空間の空気が冷やされ、内部空間の水蒸気量が飽和水蒸気量を超えた時点で、内部空間内に結露が発生してしまう。

特に固体撮像装置において固体撮像素子の冷却を目的として放熱板を用いた場合、放熱板の熱抵抗値がパッケージや透光性部材の熱抵抗値よりも低くなる場合が多く、放熱板が一番先に冷却されてしまう。その結果、放熱板が固体撮像素子の下部に一様に配置されている場合には、放熱板の上面に配置された固体撮像素子も一様に冷却されて、固体撮像素子の受光エリアに結露が発生してしまう。固体撮像素子の受光エリアに結露が発生すると、受光エリアに進入する光線を遮蔽してしまったり、あるいは受光エリアに進入する光線の光量低下を引き起こし、受光不良、像ボケが発生したりする課題があった。

また、特許文献２の場合には、特許文献１と同様に固体撮像素子の受光エリアに相当する領域の直下に放熱板が配置されていることに加えて、パッケージの内部底面上で固体撮像素子の非搭載領域に露出するように放熱板が形成されている。

この場合には、受光エリアよりも放熱板の露出部分が早く冷却される為、受光エリアに結露することを防止することは可能である。しかしながら、放熱板の露出部分がパッケージ内に存在すると、透光性部材から侵入した光線が、パッケージの内部底面上に露出した放熱板の表面で反射して、固体撮像素子の受光エリアに侵入し、フレア等の問題を起こすという別の課題を生じる構成であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子の放熱性を維持すると同時に、フレアの問題を起こすことなく受光エリアへの結露を低減する構造を提供するものである。

本発明の上記課題は、基体と放熱板とから成り、内部に底面を有する凹部を備えたパッケージと、前記凹部の内部底面上に搭載され、受光エリアと非受光エリアとを表面に有する固体撮像素子と、前記凹部と共に、前記凹部の内部に気密封止された内部空間を構成する透光性部材とからなる固体撮像装置において、前記放熱板は、前記内部空間に対して露出しておらず、且つ、前記非受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗が、前記受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗より小さくなるように構成されていることを特徴とする固体撮像装置によって解決される。

本発明により、放熱性を維持できると同時に、受光エリアよりも非受光エリアを早く冷やすことができる為、受光エリアへの結露を低減することが可能となった。また、放熱板は、固体撮像装置の気密封止された内部空間に対して露出しない放熱板であるので、光線からみた放熱板の露出部は無く、フレアの問題も発生することは無い。

本発明の第一の実施の形態の固体撮像装置の断面図及び上面図である。 パッケージの名称を説明する図である。 本発明の第一の実施の形態の一部拡大図である。 本発明の第ニの実施の形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第三の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第四の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第五の実施の形態の固体撮像装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第一の実施の形態）
図面を用いて、本発明の第一の実施形態について説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第一の実施形態を示す固体撮像装置の断面図、及び放熱板の露出部の位置を示す為のパッケージの上面図であり、図２は、パッケージの内部底面、外部底面、外部側面の定義を示す図である。

図中１０１は基体、１０２は固体撮像素子、１０３は固体撮像素子に形成された受光エリア、１０４は非受光エリア、１０５は透光性部材、１０６は放熱板である。１１２は基体１０１と放熱板１０６とからなる、内部に底面を有する凹部を有するパッケージを示す。

また、１０７は固体撮像素子１０２とパッケージ１１２を接着する接着剤である。１０８は固体撮像素子１０２とインナーリード１１１とを接続するワイヤ、１０９はパッケージ１１２と透光性部材１０５を接着する封止樹脂を示している。固体撮像素子１０２は、パッケージ１１２と透光性部材１０５と封止樹脂１０９によって気密封止された内部空間内の内部底面上に搭載されている。

ここで、受光エリア１０３とは、画像に寄与するフォトダイオードが形成されている固体撮像素子表面の領域である。一方で、非受光エリア１０４とは受光エリア以外の固体撮像素子表面の領域であり、増幅回路（アンプ）やシフトレジスタ、タイミングジェネレータ等のいわゆる周辺回路が形成される領域である。本発明の固体撮像装置においては、パッケージ１１２の内部底面に放熱板１０６が固体撮像素子に基体を介することなく接触する部分（以下、本発明においては、このような部分を接触部と呼ぶ）１１０を形成している。そして、その放熱板１０６は、接触部が固体撮像素子１０３の搭載領域のうち、固体撮像素子の非受光エリア１０４の直下の領域内にのみ存在するように形成される。すなわち放熱板は、当該内部空間に対して露出しておらず、且つ、非受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗が、受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗より小さくなることが特徴である。図３を用いて説明する。

図３に図１中Ａ部の拡大図を示している。図３において、図１と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図３において、パッケージ１１２の内部底面の放熱板１０６は、接触部１１０が固体撮像素子１０２の搭載領域のうち、非受光エリア１０４の直下の領域のみに存在するように形成されている。また、受光エリアの直下の領域には、接触部が無い構造となっている。

まず、放熱板は、接触部１１０がパッケージの内部底面に設けられた構造を有する。このことにより、固体撮像素子の熱を接触部から効率的に放熱することが可能である。また、単に内部底面に設けただけでなく、本発明においては、非受光エリアの直下の領域に、接触部を形成した。すなわち、非受光エリア直下の領域のパッケージの内部底面に、接触部を形成することにより、固体撮像素子の主な発熱源である周辺回路部を効率的に冷却することが可能である。

一方、非受光エリアの直下の領域内のみに接触部が形成されることで、固体撮像装置の使用環境の温度が低下した場合に、固体撮像素子の受光エリアよりも非受光エリアを先に冷却することができる。その結果、温度低下によって発生する結露が、固体撮像素子の受光エリアに発生することを低減・防止することが可能である。

さらに、非受光エリアの直下の領域内にのみに、接触部が形成されていることで、放熱板は固体撮像素子によって完全に隠される状態となる。よって、入射光線から見た場合に放熱板の露出部が存在せず、フレアの問題を発生することが無い。

本実施形態においては、接触部１１０は、固体撮像素子の非受光エリアの直下の領域の全てに存在するように、上面から見るとロノ字形状である。しかし、ロノ字形状に限定されるわけではなく、非受光エリアの直下の領域の一部に設けても何等構わない。

特に、非受光エリアの一部の領域に増幅回路（アンプ）を有する場合には、増幅回路の直下の領域を含むように、接触部を形成することが好適である。すなわち、増幅回路の直下の領域を含むように接触部を形成することで、固体撮像素子における主な発熱源である部分を効率的に放熱することが可能である。

放熱板の材質としては、例えば銅、アルミ、鉄、ＳＵＳ等の熱伝導率が高い金属材料であることが望ましい。放熱板は、必要に応じて全面ないし部分的に表面処理を施すことができ、例えば、金、銀、ニッケル、半田のメッキを施しても良い。

基体１０１の材質としては、セラミック、樹脂等公知の材質を用いることができ、また、透光性部材１０５についても、公知のガラス、水晶、透明樹脂等を用いることができる。また、透光性部材については、必要に応じて適透光性部材の表面や裏面に、反射防止コートやＩＲコート等の各種コートを形成してもよい。

また、接着剤１０７は、本発明における放熱経路の一部となっており、放熱性を左右する重要な部材であるが、１〜１００μｍ程度の公知の厚みで形成する限りにおいては、何等本発明の効果を阻害するものでは無い。もちろん、接着剤１０７を設けない場合は、最も好適である。

（第二の実施の形態）
図面を用いて、本発明の第ニの実施形態について説明する。尚、第一の実施の形態と重複する部分については、第一の実施の形態と同様なので説明を割愛する。

図４は本発明の第二の実施の形態を示す固体撮像装置の断面図を示している。図中４０１は基体、４０２は固体撮像素子、４０３は固体撮像素子に形成された受光エリア、４０４は非受光エリア、４０５は透光性部材、４０６は放熱板である。４１２は基体４０１と放熱板４０６とからなるパッケージを示す。４０７は、固体撮像素子４０２とパッケージ４１２を接着する接着剤である。４０８は固体撮像素子４０２と不図示のインナーリードとを接続するワイヤ、４０９はパッケージ４１２と透光性部材４０５を接着する封止樹脂を示す。固体撮像素子４０２は、パッケージ４１２と透光性部材４０５と封止樹脂４０９によって気密封止された内部空間内の内部底面上に搭載されている。第一の実施の形態と異なる部分としては、パッケージの放熱板４０６が、外部側面にも露出するように形成されている点である。外部側面の定義については、図２に示している通りである。

上記構成では、放熱板が、固体撮像装置の気密封止された内部空間と固体撮像装置の外部の両方に露出するように形成されている。

外部側面に放熱板が露出していることで、フィン等の外部冷却手段と直接的に接続することができ、放熱効率をより向上することができる。また、結露に対しても、非受光エリアをより効率的に冷却できる為、好適な構成である。

（第三の実施の形態）
図５を用いて、本発明の第三の実施の形態について説明する。尚、第一の実施の形態と重複する部分については、第一の実施の形態と同様なので説明を割愛する。

図５は本発明の第三の実施の形態を示す固体撮像装置の断面図を示している。図中の５０１は基体、５０２は固体撮像素子、５０３は固体撮像素子に形成された受光エリア、５０４は非受光エリア、５０５は透光性部材、５０６は放熱板である。５１２は基体５０１と放熱板５０６とからなるパッケージを示す。５０７は、固体撮像素子５０２とパッケージ５１２を接着する接着剤である。５０８は固体撮像素子５０２と不図示のインナーリードとを接続するワイヤ、５０９はパッケージ５１２と透光性部材５０５を接着する封止樹脂を示す。固体撮像素子５０２は、パッケージ５１２と透光性部材５０５と封止樹脂５０９によって気密封止された内部空間内の内部底面上に搭載されている。

第一の実施の形態と異なる部分としては、放熱板５０６が、パッケージの外部底面において外部の空間に露出するように形成されている点である。

放熱板が外部底面において外部の空間に露出していることで、フィン等の外部冷却手段と直接的に接続することができ、放熱効率をより向上することができる。また、結露に対しても、非受光エリアをより効率的に冷却できる為、好適な構成である。

（第四の実施の形態）
図６を用いて、本発明の第四の実施の形態について説明する。尚、第一の実施の形態と重複する部分については、第一の実施の形態と同様なので説明を割愛する。

図６は本発明の第四の実施の形態を示す固体撮像装置の断面図を示している。図中６０１は基体、６０２は固体撮像素子、６０３は固体撮像素子に形成された受光エリア、６０４は非受光エリア、６０５は透光性部材、６０６は放熱板である。６１２は基体６０１と放熱板６０６とからなるパッケージを示す。６０７は、固体撮像素子６０２とパッケージ６１２を接着する接着剤である。６０８は固体撮像素子６０２と不図示のインナーリードとを接続するワイヤ、６０９はパッケージ６１２と透光性部材６０５を接着する封止樹脂を示している。固体撮像素子６０２は、パッケージ６１２と透光性部材６０５と封止樹脂６０９によって気密封止された内部空間内の内部底面上に搭載されている。

第一の実施の形態と異なる部分としては、パッケージの外部底面と外部側面の両面において放熱板６０６が外部の空間に露出するように形成されている点である。

外部底面かつ外部側面において放熱板が露出していることで、フィン等の外部冷却手段と直接的に接続することができ、放熱効率をより向上することができる。また、結露に対しても、非受光エリアをより効率的に冷却できる為、好適な構成である。

（第五の実施の形態）
図７を用いて、本発明の第五の実施の形態について説明する。尚、前述の実施形態と重複する部分については、説明を割愛する。

図７は本発明の第五の実施の形態を示す固体撮像装置の断面図を示している。図中７０１は基体、７０２は固体撮像素子、７０３は固体撮像素子に形成された受光エリア、７０４は非受光エリア、７０５は透光性部材、７０６は放熱板である。７１２は基体７０１と放熱板７０６とからなるパッケージを示す。７０７は、固体撮像素子７０２とパッケージ７１２を接着する接着剤である。７０８は固体撮像素子７０２と不図示のインナーリードとを接続するワイヤ、７０９はパッケージ７１２と透光性部材７０５を接着する封止樹脂を示している。固体撮像素子７０２は、パッケージ７１２と透光性部材７０５と封止樹脂７０９によって気密封止された内部空間内の内部底面上に搭載されている。

図７においては、パッケージに基体と一体形成された放熱板が、固体撮像素子の受光エリア直下の領域には全く配置されないようにしている。パッケージの受光エリアの直下領域は、基体のみで構成される。

このように、パッケージの受光エリアの直下の領域は基体のみで構成することで、非受光エリアの直下の領域のパッケージの熱抵抗値と、受光エリアの直下の領域のパッケージの熱抵抗値を比較した時に、大きな熱抵抗値の差を形成することが可能である。

すなわち、非受光エリアの直下の領域のパッケージの熱抵抗値を、受光エリアの直下の領域のパッケージの熱抵抗値よりも、極端に小さくすることが可能である。

その結果、固体撮像装置に急激な温度低下が生じた場合に、受光エリアよりも非受光エリアをより効率的に冷却できる為、非受光エリアにより結露しやすくなることによって、受光エリアの結露を防止することが可能である。

以上説明した第一の実施形態から第五の実施形態においては、非受光エリアの直下の領域において、固体撮像素子に放熱板が基体を介することなく接する例を示したが、本発明はこのような実施形態に限られない。例えば、いずれの領域でも、基体を介して放熱板が固体撮像素子に接するが、非受光エリアの直下の領域における素子と放熱板との間の基体の厚さが、受光エリアの直下の領域におけるそれよりも薄くなるように構成しても良い。本発明は、非受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗が、前記受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗より小さくなるように構成されていれば、このような変形例も全て包含するものである。

１０１ 基体
１０２ 固体撮像素子
１０３ 受光エリア
１０４ 非受光エリア
１０５ 透光性部材
１０６ 放熱板
１０７ 接着剤
１０８ ワイヤ
１０９ 封止樹脂
１１０ 放熱板が固体撮像素子と基体を介することなく接触する部分（接触部）
１１１ インナーリード
１１２ パッケージ

Claims (4)

1. 基体と放熱板とから成り、内部に底面を有する凹部を備えたパッケージと、
   前記凹部の内部底面上に搭載され、受光エリアと非受光エリアとを表面に有する固体撮像素子と、
   前記凹部と共に、前記凹部の内部に気密封止された内部空間を構成する透光性部材とからなる固体撮像装置において、
   前記放熱板は、前記内部空間に対して露出しておらず、且つ、
   前記非受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗が、前記受光エリアの直下の領域の内部底面の熱抵抗より小さくなるように構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記放熱板は、前記非受光エリアの直下の領域の内部底面においてのみ、前記固体撮像素子と前記基体を介することなく接触し、前記受光エリアの直下の領域の内部底面において、前記基体を介して前記固体撮像素子に接することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記放熱板は、前記非受光エリアの直下の領域にのみ設けられており、前記受光エリアの直下の領域は基体のみで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記放熱板は、前記パッケージの外部底面もしくは外部側面において外部の空間に露出するように構成されている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固体撮像装置。