JP2608048B2 - 一体化撮像器―プリズム構体 - Google Patents

一体化撮像器―プリズム構体

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光学構体中の固体撮像器チツプの取付方
式、好ましくは薄型半導体基板を有する固体撮像器チツ
プの取付方式に関する。
〔発明の背景〕
一般に電荷結合装置（CCD）のような複数個の個別固
体撮像器は、比較的厚い（例えば約305〜381μ）半導体
ウエハの通常ゲート側と呼ばれる面に選択ドーピングを
行つた後電極構体を被着することにより製造される。こ
のウエハは「ダイシング」と呼ぶ工程で切断されて各撮
像器を撮像器チツプに分離する。このような通常の技法
により各撮像器チツプ中に形成された電子装置は、その
上に被写体を光学的に結像させたとき、その各画素に入
射した可視光等の輻射エネルギを表わす電荷を、その電
極構体の下の半導体基板内の電位ウエルに生成する感光
性画素を発生する。この電荷はその画素から読取られて
その被写体を表わす電気信号を生成する。このような撮
像器チツプでは、輻射エネルギがそのゲート側から画素
に向けられるため、そのチツプの電極構体を通過するこ
とを要する（すなわち、エネルギのいくらかは電極間の
間隙を通過し、いくらかは実際に電極を通過する）。電
極は可視光をいくらか通す程充分薄いが、光が電極を通
るときは可視光の波長が短いほど、特に青色光に対して
撮像器の応答性が悪くなる上、電極構体が光のいくらか
を遮断して感度を低下させる。
撮像器の応答性と感度を向上するため、半導体基板の
ゲート側と反対の面を例えば化学エツチングにより約８
〜10μまで薄くした撮像器が作られて来た。第1a図は半
導体基板を薄くした撮像器チツプ10を示す。基板を薄く
した撮像器では輻射エネルギが薄い基板側から画素に投
射され、この輻射エネルギによって発生した電子が電極
構体の下に形成された基板の電子ウエルに収集される。
この輻射エネルギは電極構体の中および／または周りを
通る必要がないため、基板を薄くした撮像器は上述の基
板の厚い撮像器に比して可視光に対する応答性がよい。
この基板を薄くした撮像器に構造的完全性を与えるた
め、その薄い基板に比較的厚い（例えば254〜508μ）ガ
ラス板を光学的品質の接着剤を用いて均一に接着して積
層体を形成している。この薄型基板の撮像器チツプを製
造する方法の詳細は米国特許第4,266,334号に開示され
ている。
この様な薄型基板の撮像器の普通のパッケージ様式と
そのパッケージの例えばカラービデオカメラ（図示せ
ず）の光分割プリズム100への取付様式を第1b図と第1c
図のIC（集積回路）パッケージ110の断面と平面図に示
す。パッケージ110は開口部114とこの開口部に整合する
内側肩部116を持つ電気絶縁性のセラミツク製チツプ支
持具112を含み、その肩部116に薄型基板の撮像器チツプ
10がその薄型基板側が受光用開口部114の方を向く様に
支えられている。撮像器チツプ10のガラス積層板120は
そのチツプ10への光の入来に干渉しない様にその外周を
肩部116にエポキシ樹脂で接合されている。また撮像器
チツプ10への光の入来を妨げずに塵埃その他の汚染から
撮像器10を保護するため、肩部116の反対側にはガラス
窓122が外周をエポキシ樹脂で接着されている。この撮
像器チツプ10と外部の駆動および信号処理回路（図示せ
ず）の電気接続は、その撮像器チツプ10のゲート側から
支持具上に形成されて接続ピン126に接続された金属化
パタン（図示せず）への結線124によつて行われてい
る。またその駆動および信号処理回路は各接続ピン126
に通常の印刷回路板技法により接続されている。128はI
Cパッケージ110を完成する不透明の蓋で、外装品を気密
封止すると共に有害光が侵入しない様に支持具112の窓1
22と反対側にエポキシ樹脂で接着されている。
ICパッケージ110のプリズム100に対する位置決めと取
付けは、窓122と寸法形状のほぼ同じほぼ矩形の開口部
を持つ矩形のガスケツト130を用いることを教示した米
国特許第4,268,119号の教えに従えばよい。ガスケツト1
30は発泡ゴムのような弾力性発泡体材料で形成され、IC
パッケージ110の窓122と外周で接触すると共にプリズム
100の出口開口部132に接触する様に寸法を定められてい
る。次に機械的マイクロマニユプレータ（図示せず）が
ICパッケージ110をつかんでＸ、Ｙ、Ｚ面内で正確に配
置し、例えば出口132の光学的接触面に対して撮像器チ
ツプ10の結縁面が適正距離にあつてそれに平行で中心が
合う様にする。チツプの結像領域の平面と窓122の平面
との平行度は、そのチツプをパッケージ110内に取付け
るとき接着剤を不均一に付けると損われることに注意す
る必要がある。また撮像器10はプリズム100の他の出口
面（図示せず）に取付けられた他の検知器（図示せず）
に対して回転がなく、その撮像器チツプ10から供給され
る画像表示信号のラスタが、他の撮像器から供給された
画像表示信号とモニタ上で整合する必要がある。
ICパッケージ110が出口132に対して正しく位置決めさ
れると、その位置に保つたまま接着剤またはエポキシ樹
脂のような硬化セメントをガスケツト130の周りに塗布
または注入してガスケツトに含浸する。これを硬化させ
るとパッケージ110とプリズムの出口132の間に強力な結
合を与える剛体が形成される。
撮像器チツプ10はICパッケージ110内に支持されてい
るが、その位置は各ICパッケージにより異ることに注意
を要する。すなわち、支持具112の肩部116が撮像器チツ
プ10より大きいため、その肩部内におけるチツプ10の位
置が正確に定まらず、製造中に変ることがある。その
上、撮像器チツプ10の結像面と窓122の平行度が、窓122
とチツプ10の一方または双方の外周への接着剤の塗布の
不均一により製造中に変ることもある。従つて上述の位
置決め取付け作業はプリズム100の出口面のような光学
構体に取付けられるICパッケージごとに行う必要があ
る。
第２図は比較的厚い半導体基板202を有する撮像器チ
ツプ200のパッケージ210を示す。パッケージ210は第1b
図のパッケージ110と同様の支持具212、ピン226および
結線224を含むが、その撮像器チツプ200が（半導体基板
202が厚くて光を通さないため）そのゲート側から照射
されるため、支持具212の凹陥部216に開口を要しない。
従つて撮像器200の基板202は支持具212の凹陥部216内に
接着され、撮像器チツプ200のゲート側に形成される画
素に光が通るようにパッケージを密閉するためガラス窓
222がその外周で支持具212に接着されている。このパッ
ケージ210はICパッケージ110の取付について上述したの
とほぼ同様にして窓222がプリズム100の出口に面するよ
うに位置決めしてそのプリズム100に取付けられてい
る。
固体撮像器チツプについて上述したICパッケージは種
々の理由で不都合である。まず、前述のように、撮像器
チツプの製造中の位置決めが正確に行かないため、チツ
プ位置が各チツプで異るため、ICパッケージを取付ける
ときは、このチツプ位置の不正確なことを勘案して、例
えばプリズムの出口面に対して結像領域が平行精密に位
置決めされるように、弾力性の発泡体ガスケットを用い
る等の比較的面倒な取付技術を要する。第２に、ガラス
窓は撮像器チツプの感光面を外部からの塵埃から保護す
るが、接着剤の破片等の粒子が長年日中にパッケージ内
部に発生して撮像器の感光面上に落下し、撮像不良を生
ずることがある。第３に、撮像器を凹所内に置くと、特
にパッケージ110において、開口部114による画像のビネ
ツト（画像の端の方で次第にぼけて外周では線がはつき
りしない現象）を生ずることがある。第４に、撮像器と
パッケージのガラス窓との間隙に凝縮を生じて画像を劣
化する原因になる空間ができる上、撮像器10がその外周
の接着剤でしか支持されていないため、パッケージ110
には構造的完全性と熱的安定性の問題がある。最後に、
恐らく最も重要なことであるが、製造技術が改善されて
撮像器の歩留が上つて来ると、撮像器チツプの価格がそ
のパッケージの価格の相当部分を占めるまで下つて来る
ため、上述のような固体撮像器のパッケージの欠点をな
くすることが必要なことが判る。
〔発明の概要〕
この発明によれば、固体撮像器チツプの感光面が透光
素子の平面状表面に直接取付けられる。その透光素子は
撮像器チツプより面積が実質的に大きく、撮像器チツプ
を取付けようとするカメラのプリズムのような光学部品
であることが好ましい。この素子はその外周から撮像器
チツプが取付けられている領域に延びてそのチツプに電
気接続を与える金属化パタンを含み、この金属化パタン
には素子の外周付近でエツジコネクタのような結合手段
が結合されて、撮像器チツプを外部の駆動および信号処
理回路に電気的に接続するようになつている。このよう
にすると別のパッケージの使用とそれによる欠点のすべ
てが避けられる。
〔詳細な説明〕
第3a図、第3b図、第3c図はこの発明の第１の特徴によ
る完全な撮像器チツプとプリズムの構体を示す。第3a図
において、全体を310で示す色光分割プリズムは当業者
に公知のように２色性界面で分離された３個の透光性プ
リズム部分312、314、316から成り、入射面318に入射し
た光を出射面320、322、324において赤、緑、青の各成
分に分割する。この発明の特徴として、第1a図の形式の
薄型基板の固体撮像器10のガラス積層側がプリズム310
にその出射面320、322、324の各々に一定位置において
直接取付けられ、入射面318に入射した被写体からの光
を表わす赤、緑および青の色成分信号を生成するように
なつている。撮像器チツプ10を赤の出射面320に取付け
たところが第3b図と第3c図に詳示されている。撮像器チ
ツプの出射面322、324への取付けは図示されないが、こ
の撮像器チツプ10の出射面320への取付けと実質的に同
じである。この発明によるプリズムの出射面への撮像器
チツプの直接取付け方は、チツプの感光面の前面に塵埃
や接着剤の破片が落下したり凝縮を生じたりして撮像器
の性能を害する空気間隙がないため、従来法のICパッケ
ージの取付け方より有利である。その上、撮像器チツプ
自体がプリズムの出射面に直接取付けられているので、
チツプとプリズムの結像面の実質的な平行性が得られな
いことは殆んどない。また、撮像器チツプを（下述のよ
うに）プリズムにさらに強力に取付けて、例えば可搬式
ビデオカメラの撮像器の重要な条件である構造の完全性
と熱的安定性を向上することができる。最後に第1b図の
パッケージ110に見られるような窓がないため、画像の
ビネツト現象の可能性がない。
第3b図、第3c図に示すように、プリズムの出射面320
はその外周から撮像器チツプ10が接合される領域に向つ
て延びる導体326の金属化パタンを有する。撮像器チツ
プとプリズムの一体化構体の製造時には、撮像器10のガ
ラス積層板（第1a図に対して引用）に光学品質の接着剤
を均一に塗布した後、これを出射面320の表面に置いて
撮像器チツプの感光領域の中心を出射面320の光軸に一
致させる。従来法では、パッケージに封入したの撮像器
チツプの位置決めを、撮像器を付勢して読取り中にそれ
から供給される画像信号により形成されるラスタをモニ
タで見ることにより行うが、この発明の撮像器チツプ取
付装置を用いると、薄型基板撮像器チツプの位置決め
を、その撮像器のゲート側の電極構体上に被着された金
属化パツドの様な整合マークを用いて光学的に行うこと
ができる。第3b図には整合マークの位置をＸ印で示して
ある。この整合マークはこれを電極構体から電気的に絶
縁する酸化物を有するため撮像器の電気的動作に干渉せ
ず、またチツプの感光側にないため光学的に干渉するこ
ともない。しかし、撮像器チツプがゲート側から照射さ
れるときは（勿論そのゲート側の不透明被膜はすべて除
く必要はあるが）、光がチツプを通過するため、その整
合マークがプリズムの入射面318上に見える。組立て中
に光学的品質の紫外線硬化型接着剤327をプリズムのガ
ラスと撮像器チツプの積層ガラス板との間に（例えば圧
力を加えて）均一に拡げて、その撮像器チツプがプリズ
ムの出射面と実質的に平行になるようにし、またそれが
プリズムの光軸に一致するまで動かすことができる。次
に接着剤を紫外線に露出して硬化させると、撮像器の感
光領域とプリズムの出射面の相対位置が固定される。紫
外線硬化型で光学的品質の接着剤の１つはノーランド・
プロダクツ社（Norland Products Inc.）のNOA−60型で
ある。次に撮像器チツプのゲート側の導体パツド329と
導体326の間を結線328で連結し、チツプに電気接続を与
える。導体326にはプリズムの出射面の縁に接合された
コネクタ330の係合素子例えば雄型係合素子によつて通
常の外部撮像器駆動パルス兼映像信号処理回路（図示せ
ず）が結合される。すなわち、コネクタ330は一端を導
体326に半田付けされ、他端を外部回路に連結された電
線332に接続されたピン（図示せず）を含んでいる。破
線336で示す部分において出射面320にキヤツプ334をか
ぶせ、撮像器を気密に封止して外界からの汚染を防ぐこ
ともできる。
緑と青の出射面322、324に対する撮像器の取付け方も
上と実質的に同じであるが、接着剤を紫外線で硬化させ
る前にゲート側から明るく照明し、プリズムの入射面か
ら整合マークを見ながら、取付けの終つた撮像器を同時
に照明したときその入射面に見える整合マークと正確に
一致するように各撮像器を位置決めする点が異る。その
正確な位置決めが終つてから、接着剤を紫外線に露出し
て撮像器チツプの相対位置を固定する。
この発明による撮像器チツプの取付け法の他の利点は
撮像器上の感光装置を付勢せずに位置決めができること
である。従つて撮像器の整合は光学的に完全である。こ
れは各撮像器チツプからの画像表示信号の電子的整合
（光学的整合は不透明の蓋128のため実際的でない）に
よつて撮像器のICパッケージが整合される従来法のプリ
ズム構体では不可能のことがある。それは撮像器を電子
的に整合させるときその感光位置が印加される電極駆動
パルスの振幅に一部依存するからである。従つて、撮像
器チツプをプリズム上で電子的に整合させるときは、そ
の整合度が製造中に印加される撮像器の動作信号のレベ
ルに依存するが、このレベルは完成したビデオカメラに
おけるその信号レベルと異るため再調節を要する。その
上、この発明によつてプリズムに取付けられ、整合され
た撮像器チツプが製造後ビデオカメラ内で故障したとき
は、その撮像器チツプ・プリズム構体を同様に整合され
た他の撮像器チツプ・プリズム構体と交換することがで
きる。その上、電子的整合は比較的複雑で作業員の熟練
を要するが、光学的整合は自動機器により容易に行える
ため製造費が低減される。
例えば、プリズムの出射面上に金属化導体を設けるこ
とが（例えば出射面が小さくて撮像器チツプと導体326
の双方を支えきれないため）実際的でなければ、本発明
の参考としての第４図に示すような透光性支持具上に薄
型基板の固体撮像器を取付けることができる。第４図で
は第3b図、第3c図について説明した構体と同じ機能を示
す構体には同様の引用数字を付して説明する。第４図で
は第3b図、第3c図のプリズム出射面が撮像器チツプ10、
金属化導体326およびエツジコネクタ330を支持し得るよ
うにそのチツプ10より実質的に面積が広く、比較的厚い
が透光性の素子すなわち支持具412で置換されている。
支持具412は光学的品質のガラス板で形成することがで
き、この上に第４図に示すように紫外線硬化型で光学的
品質の接着剤を用いて撮像器チツプ10を取付けた後、そ
の支持体412を小さ過ぎて撮像器チツプと金属化導体と
エツジコネクタが乗らないプリズムの出射面に取付ける
ことができる。このときもその支持具412とプリズム出
射面の間に紫外線硬化型光学的品質の接着剤を均一に延
ばし、支持具412の位置決め直後に紫外線に露出して接
着剤を硬化させ、撮像器チツプを定位置に保つことがで
きる。さらに支持具412は撮像器が１つだけ使用される
単撮像器カメラのような場合にも用いられる。この場合
はチツプ10を含む支持具412を印刷回路板に取付け、波
打式半田付法により回路板と金属化導体との電気接続を
行うこともできる。
第５図は第４図の代替例を示し、第４図の透光性支持
具412が第２図の支持具の実質的に同じ形をとるように
成形されている。従つて、ICパッケージ510は凹陥部514
の底に光学的品質の接着剤を用いて撮像器10のガラス積
層板部分を直接取付けた透明性支持具512を含み、この
ため、撮像器10の結像面は構造的かつ熱的に安定で、パ
ッケージ510の入射面516に実質的に平行である。このパ
ッケージ510は第3a図について説明した撮像器チツプ10
をプリズム310に取付ける方法とほぼ同様にしてプリズ
ム出射面に取付けることができる。この型のパッケージ
の利点は手持ちの取扱い用および接合用の撮像器パッケ
ージの新設を最少にすることである。
第６図に示すように比較的厚い基板を持つ固体撮像器
チツプ610でも第４図に示す薄型基板撮像器チツプ10の
場合とほぼ同様にして透光性支持具612に取付けること
ができる。唯一の違いは、光がゲート側から撮像器チツ
プに入射するため、撮像器チツプ610の電極構体は支持
具612の方を向く必要がある。従つてチツプ電極の導体3
26への接続は、その導体326の突出部614に撮像器チツプ
610の接合パツドを物理的に接触させる（例えば圧しつ
ける）ことによつて行われる。また、撮像器チツプはそ
の感光面に光学的品質の接着剤を均一に塗布してプリズ
ムの出射面または透光性支持具に貼付けるのが好ましい
が、非光学的品質の接着剤も使用できる。しかしこの場
合は撮像器チツプの外周だけに塗布することを要する。
また接着剤を使用せずに撮像器チツプをプリズム出射面
に機械的に固定することもできる。同様に、透光性支持
具412、512、612またはプリズム出射面はすべてその上
にカラー撮像器を形成するための色フイルタパタンを設
けることができることも当業者には自明である。
【図面の簡単な説明】 第1a図、第1b図、第1c図は従来法による薄型基板固体撮
像器チツプとそのパッケージおよびプリズムへの取付け
を示す図、第２図は比較的厚い基板を持つ固体撮像器チ
ツプの従来法によるパッケージおよびプリズムへの取付
けを示す図、第3a図、第3b図、第3c図はこの発明の１特
徴による薄型基板固体撮像器チツプの色光分割プリズム
への取付けを示す図、第４図は薄型基板固体撮像器チッ
プの取付けを示す図、第５図は薄型基板固体撮像器チッ
プ用の透光性素子の例を示す図、第６図は厚型基板固体
撮像器の組立構体を示す図である。 10……固体撮像器チツプ、320……輻射エネルギ透過素
子、326……金属化パタン、328……電気接続手段、329
……電極構体。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光入射部と複数の光出射部とを有し、その
    各光出射部が、上記光入射部へ投射された光を伝達する
    ための中央領域を有する平坦表面を有すると共にこの光
    出射部上に被着されその周縁から上記中央領域に向かっ
    て伸延する金属化導体パタンを有する光分割プリズム
    と、 複数のパッケージされていない固体撮像器チップであっ
    て、その各チップが、選択ドーピングを行った基板とこ
    の基板の一方の面に在って感光素子を画定する電極構造
    とを有し、かつこれら撮像器チップの各１個が上記プリ
    ズムの各１個の光出射部の中央領域にそれぞれ接着固定
    されている固体撮像器チップと、 上記固体撮像器チップのそれぞれの電極構造を、上記プ
    リズムの光出射部の各１個のものの表面上に被着されて
    いる金属化導体パタンに電気的に接続する結合手段とを
    具え、 上記各撮像器チップは、ガラス板に固着された薄い基板
    を有し、上記ガラス板は、上記基板とほぼ同じ面積を有
    し、且つ上記基板との間に均一に分布した光学的に透明
    な接着剤によって上記基板に取付けられており、 上記各基板の上記ガラス板への取付面と反対側の面は整
    合マークを有し、 上記ガラス板の上記撮像器チップに対する取付け面と反
    対側の面は上記プリズムの各光出射部の中央領域に接着
    固定されている一体化撮像器−プリズム構体。
  2. 【請求項２】上記各固体撮像器チップのための上記結合
    手段が、上記基板の上記ガラス板への取付面と反対側の
    面上に複数の接合パッドを有し、上記接合パッドには上
    記固体撮像器チップの電極構造が接合されており、複数
    の結線が上記接合パッドを上記光出射部の各１個の上記
    金属化導体パタンに連結してなる、請求項（１）に記載
    の一体化撮像器−プリズム構体。
  3. 【請求項３】上記各光出射部を保護して上記各固体撮像
    器チップおよび結合手段によって占有される部分を閉じ
    るキャップを有してなる、請求項（２）に記載の一体化
    撮像器−プリズム構体。
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