JP4185236B2

JP4185236B2 - 固体撮像素子および撮像装置

Info

Publication number: JP4185236B2
Application number: JP2000182860A
Authority: JP
Inventors: 和夫山口; 誠治有賀
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP2002009264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像に用いられる固体撮像素子および撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）などの固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラなどのカメラに用いられている。
【０００３】
従来の固体撮像素子は、例えば、実開昭５９−１７１４６２号公報または特開平１０−２３３４０号公報に記載されている構造が知られている。例えば、図４に示すように、このような固体撮像素子１は、リードフレーム２を一体にインサート成形したモールドパッケージ３内のチップ搭載面3aに開口部3bを通じて半導体チップ４を搭載し、モールドパッケージ３の開口部3bをカバーガラス５で閉塞している。
【０００４】
この固体撮像素子１をカメラのレンズ鏡筒側に取り付けるには、図５に示すように、固体撮像素子１の中心と取付板６の中心とを位置決めしてそれら固体撮像素子１と取付板６とを接着固定し、この取付板６をレンズ鏡筒側のレンズマスタ枠７に位置決めしてねじ８で取付板６をレンズマスタ枠７に締め付け固定している。
【０００５】
また、図６に示すように、モールドパッケージ３の両側に金属製の一対の取付板９を一体にインサート成形した固体撮像素子１や、図７に示すように、セラミックス製のモールドパッケージ３の両側に一対の取付部3cを一体成形した固体撮像素子１があり、これら固体撮像素子１は、取付板９や取付部3cによってレンズマスタ枠７に直接取り付けることができる。なお、図６に示す固体撮像素子１では、モールドパッケージ３側のチップ搭載面3cに半導体チップ４を搭載している。
【０００６】
また、例えば、特開平１−２８３９７３号公報に記載されているように、モールドパッケージに１枚の金属製の取付板を一体にインサート成形した固体撮像素子もあるが、図６に示す固体撮像素子１と同様に、モールドパッケージ側に半導体チップを搭載している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固体撮像素子１の半導体チップ４の表面のチップ面4aは、本来、撮像光軸に垂直に位置していることが必要であり、もしチップ面4aが傾いていたりすると（以降、この現象をあおりと称する）、レンズの焦点位置がチップ面4a内で一律に維持できず、撮像したときに片ぼけ現象が生じる。また、チップ面4aのあおりに付随してチップ面4aの高さ（光軸方向の位置）については、固体撮像素子１をレンズマスタ枠７に組み込んだとき、チップ面4aの高さをレンズ焦点距離位置に合わせる必要があり、これについては固体撮像素子１自体でのチップ面4aの高さがばらつくという事情と、図５に示すように、取付板６を介するために、そこでまた誤差が生じるということなどから、この誤差を吸収すべき調整をしているのが実態である。
【０００８】
近年、固体撮像素子１を搭載したデジタルカメラなどでは、２００〜３００万画素といった高画素化、高密度化が進み、さらに光学系もズームレンズが主流になってきており、これらに伴ってあおりの許容される誤差も非常に厳しくなり、数値的には固体撮像素子１自体で１０μｍ以下というレベルの精度が要求される。加えて、小形化という動きの中でチップ面4aの高さについて従来用いられていた構造が複雑で、時間がかかる調整方法では通用しなくなり、その簡略化が要求されてきており、固体撮像素子１自体でのチップ面4aの高さ精度は、あおり同様１０μｍ相当といったレベルの精度が要求される。
【０００９】
従来の図４に示す固体撮像素子１を、図５に示す方法でレンズマスタ枠７に取り付けてセットする場合のチップ面4aのあおりについて考えてみると、モールドパッケージ３のチップ搭載面3aとそのモールドパッケージ３の裏面との平行誤差、およびモールドパッケージ３の裏面と取付板６との平面性誤差があり、マスタ枠７にセットするまでのところで既に積み重ね誤差は４０μｍ以上となってしまう。さらに、チップ面4aの高さについて考えてみると、モールドパッケージ３のチップ搭載面3aとそのモールドパッケージ３の裏面との高さ誤差で、あおりと同様に誤差は４０μｍ以上となってしまう。
【００１０】
また、従来の図６に示す固体撮像素子１の場合には、一対の取付板９はチップ搭載面3aを形成したモールドパッケージ３とは別物であるため、これら取付板９とモールドパッケージ３のチップ搭載面3aとの平行精度、高さ精度を出すのは難しく、従来の図４に示す固体撮像素子１の場合と同様にチップ面4aのあおり、高さともに４０μｍ以上の誤差が生じてしまう。さらに、特開平１−２８３９７３号公報に記載の固体撮像素子も、取付板とチップ搭載面を形成したモールドパッケージとは別物であるため、同様の誤差が生じてしまう。
【００１１】
また、従来の図７に示す固体撮像素子１の場合には、材質をセラミックスとして取付部3cを有するモールドパッケージ３を一体成形した構造であって、大型の固体撮像素子に多く用いられ、レンズマスタ枠７に取り付けるまでのチップ面4aのあおり、高さ誤差も従来の図３や図４に示す固体撮像素子１と比べればはるかに小さくすることが可能であるが、近年、固体撮像素子１が小形化されてきているなかで、ねじ８の締め付けに必要な締付トルクに耐えられるような取付部3cの強度の確保が難しくなってきた。
【００１２】
チップ面4aのあおり、高さとは別に、固体撮像素子１をレンズマスタ枠７に組み込んだとき、固体撮像素子１のチップ面4aの中心は、レンズ光軸と一致させる必要があるが、固体撮像素子１自体でチップ面4aの中心位置がばらつくため、この誤差を吸収すべき調整をしている。図４に示す取付構造のない固体撮像素子１を調整する場合、取付板６との位置合わせ後、取付板６に接着固定する必要があり、工数がかかるうえ、信頼性にも不安が残るということから無調整化ということが本来望ましい。無調整化を実現するには固体撮像素子１をレンズマスタ枠７に組み込んだ時点でチップ面4aの中心精度は１０μｍ程度を必要とするが、図７に示す材質がセラミックスのモールドパッケージ３に取付部3cを一体成形した場合は、取付部3cに形成するレンズマスタ枠７との位置決め用孔、もしくはレンズマスタ枠７への取付孔とチップ面4aの中心との精度は、型成形事情から５０μｍ程度が限界であることから、調整しないで必要精度内に収めることは困難である。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、半導体チップの位置精度を確保できる固体撮像素子および撮像装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、撮像装置の撮像部品固定部に取り付けられる固体撮像素子において、モールドパッケージと、前記モールドパッケージと一体化され、当該モールドパッケージから突出する突出部分を有する取付板と、前記モールドパッケージ内に配置される半導体チップと、前記取付板に固定され前記モールドパッケージ内に突出し、突出先に前記半導体チップを搭載するチップ搭載部と、を具備し、前記取付板の突出部分の板面が前記撮像部品固定部に接するよう、前記撮像部品固定部に取り付けられることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る固体撮像素子においては、前記チップ搭載部は、前記半導体チップの側に凹面を向けて前記半導体チップを搭載する凹形状部分を突出先に有し、前記半導体チップは、前記凹形状部分の凹面に固定されることが好適である。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像素子においては、前記取付板は、前記チップ搭載部を取り付けるためのチップ搭載部取付用嵌合孔を有し、前記チップ搭載部は、前記チップ搭載部取付用嵌合孔に挿入され固定されることが好適である。
【００１７】
また、本発明に係る固体撮像素子においては、前記取付板は、前記モールドパッケージと一体化される部分を挟み、前記モールドパッケージから突出した一対の突出部分を有することが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る固体撮像素子と、前記撮像部品固定部と、を備える撮像装置においては、前記撮像部品固定部は、カメラレンズ鏡筒に備えられる枠構造部材であり、前記固体撮像素子は、前記取付板の一対の突出部分が前記枠構造部材の枠に接するよう、前記枠構造部材に取り付けられることが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１および図２に一実施の形態を示し、図１(a)は固体撮像素子の側面図、図１(b)は固体撮像素子の背面図、図２は固体撮像素子を用いた撮像装置の斜視図である。
【００２６】
固体撮像素子11は、取付板12、この取付板12に一体成形されるモールドパッケージ13、このモールドパッケージ13で一体成形されたリードフレーム14、モールドパッケージ13内で取付板12に直接搭載される半導体チップ15、この半導体チップ15を覆ってモールドパッケージ13に取り付けられるカバーガラス16を備えている。
【００２７】
取付板12は、材質が金属で、平板状に形成され、モールドパッケージ13内に配置される基板部21、およびこの基板部21の両端でモールドパッケージ13の両端から突出する取付部22を有している。取付板12の半導体チップ15が搭載される一面全体は、所定の平面精度に加工された基準面23とされ、基板部21の基準面23の中央域が半導体チップ15が搭載されるチップ搭載面24とされている。各取付部22には、基準孔25，26および取付孔27，28がそれぞれ１つずつ形成されている。一方の取付部22の基準孔25および両方の取付部22の取付孔27，28は円形孔に形成され、他方の取付部22の基準孔26は一方の基準孔26に向けて長い（取付板12の両端方向に長い）長孔に形成されている。
【００２８】
モールドパッケージ13は、例えば絶縁性を有する合成樹脂製で、取付板12の基板部21に対してリードフレーム14とともにインサート成形によって一体成形されている。モールドパッケージ13は、四角形枠状に形成された枠部31を有し、この枠部31には取付板12のチップ搭載面24が露出する開口部32が形成されている。枠部31の両端から取付板12の取付部22が突出され、枠部31の両側からリードフレーム14が突出されている。
【００２９】
リードフレーム14は、複数のピン35を有し、これら各ピン35の基端がモールドパッケージ13の一体成形によってそのモールドパッケージ13に固定され、モールドパッケージ13から突出する各ピン35の先端が取付板12の基準面23とは反対側の方向へ導出されている。各ピン35の基端は、モールドパッケージ13の開口部32内に突出し、半導体チップ15とワイヤボンディングなどで電気的に接続される。
【００３０】
半導体チップ15は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）などの四角形状の半導体チップで、素子を有する表面がチップ面15aとされ、このチップ面15aと反対側の面がダイボンディングによって取付板12のチップ搭載面24に搭載固定されている。半導体チップ15の周囲には図示しない複数の端子部が形成され、例えば、これら各端子部とリードフレーム14の各ピン35とがワイヤボンディングなどで電気的に接続されている。
【００３１】
カバーガラス16は、透明なガラス製で、モールドパッケージ13の開口部32の周縁部に接着剤などによって固定され、開口部32を閉塞している。
【００３２】
また、図２に示すように、固体撮像素子11を用いる撮影装置は、撮像装置本体として、レンズ鏡筒側のレンズマスタ枠41を有し、このレンズマスタ枠41は、金属製の円板状で、固体撮像素子11が取り付けられる一面に、所定の平面精度に加工された基準面42が形成されている。
【００３３】
レンズマスタ枠41の内側には固体撮像素子11のモールドパッケージ13が進入される四角形状の窓孔43が形成され、この窓孔43の両端側の基準面42には、固体撮像素子11の取付板12の基準孔25，26がそれぞれ係合する円柱状のボス44が突出形成されているとともに、取付板12の取付孔27，28を通じてねじ45が螺着される取付孔46がそれぞれ形成されている。
【００３４】
なお、固体撮像素子11の取付板12の基準孔25，26とレンズマスタ枠41のボス44および取付孔46とは所定の寸法精度内で形成され、特に、基準孔25の孔径とボス44の直径との公差は略±０に仕上げ形成されている。これら取付板12の基準孔25，26は、取付板12の材質に金属を使用することで、誤差を１０μｍ以下に仕上げることができる。
【００３５】
そして、固体撮像素子11を組み立てるには、まず、取付板12およびリードフレーム14にインサート成形によってモールドパッケージ13を一体成形する。続いて、半導体チップ15を、モールドパッケージ13の開口部32を通じて取付板12のチップ搭載面24に直接搭載し、取付板12の基準孔25，26を基準として光学的位置を調整し、ダイボンディングによって固定する。続いて、例えば、半導体チップ15の各端子部とリードフレーム14の各ピン35とをワイヤボンディングなどで電気的に接続する。続いて、モールドパッケージ13の開口部32にカバーガラス16を接着固定する。
【００３６】
このように組み立てられた固体撮像素子11は、取付板12をモールドパッケージ13と別体に構成し、この取付板12をモールドパッケージ13と一体化するとともに、モールドパッケージ13内で取付板12のチップ載置面24（基準面23）に半導体チップ15を直接搭載したので、取付板12の基準面23に対するチップ面15aのあおり精度、および高さ精度を従来に比べて向上でき、半導体チップ15の位置精度を確保できる。
【００３７】
また、固体撮像素子11をレンズマスタ枠41に組み付けるには、モールドパッケージ13をレンズマスタ枠41の窓孔43に進入させながら、取付板12の各取付部22の基準孔25，26をレンズマスタ枠41の各ボス44に嵌合し、各ねじ45を取付板12の各取付孔27，28を通じてレンズマスタ枠41の各取付孔46に螺着し、取付板12をレンズマスタ枠41に締め付け固定する。
【００３８】
このように固体撮像素子11をレンズマスタ枠41に組み付けた状態では、取付板12の基準面23がレンズマスタ枠41の基準面42に接合するため、レンズマスタ枠41に対する半導体チップ15のチップ面15aのあおり精度、および高さ精度を従来に比べて向上でき、つまりチップ面15aを撮像光軸に垂直に合わせることができるとともにチップ面15aをレンズ焦点距離位置に合わせることができる。さらに、取付板12の材質に強度および精度に優れた金属を使用することで、取付板12の各取付部22の基準孔25，26をレンズマスタ枠41の各ボス44に嵌合し、各ねじ45を取付板12の各取付孔27，28を通じてレンズマスタ枠41の各取付孔46に螺着するだけで、チップ面15aの中心を撮像光軸に合わせることができ、無調整化を図れる。
【００３９】
以上のように、取付板12をモールドパッケージ13と別体に構成し、この取付板12をモールドパッケージ13と一体化するとともに、モールドパッケージ13内で取付板12に半導体チップ15を直接搭載したことにより、取付板12を介して半導体チップ15の位置精度を確保できるとともに、モールドパッケージ13と別体の取付板12には強度や精度に優れた材質を選択可能にできる。
【００４０】
取付板12の材質は金属であることにより、強度や精度に優れることに加えて、半導体チップ15の放熱性を向上でき、半導体チップ15の温度上昇を抑制し、熱暗電流を抑え、撮像画像を得ることができる。
【００４１】
モールドパッケージ13を取付板12およびリードフレーム14に一体成形したことにより、部品点数を削減し、組立工数を低減できる。
【００４２】
固体撮像素子11を撮像装置に用いることにより、レンズマスタ枠41への固体撮像素子11の組付時の調整を安定して容易にでき、品質の高い撮像ができる。
【００４３】
次に、図３に他の実施の形態を示し、図３(a)は固体撮像素子の断面図、図３(b)は固体撮像素子の背面図である。
【００４４】
取付板12は、取付板本体51およびスタッド52を有している。取付板本体51は、金属製で、基板部21の中心部に嵌合孔53が形成され、取付板本体51の基準面（第１の基準面）23側から嵌合孔53にスタッド52が圧入固定（圧入接着固定）される。スタッド52は、金属製で、基部54を有し、この基部54から嵌合孔53に圧入される固定部55が突出形成されている。基部54の固定部55が突出する面は所定の平面精度に加工された基準面56とされ、この基準面56と反対側の面は半導体チップ15を直接搭載するチップ搭載面（第２の基準面）57として形成されている。チップ搭載面57の内側には、チップ搭載面57に直接搭載された半導体チップ15をスタッド52に接着固定する接着剤58が入れられる凹部59が形成されている。そして、取付板12は、第１の基準面である取付板本体51の基準面23と、第２の基準面であるスタッド52のチップ搭載面57との平行度、平面度および高さなどの光学的関連精度が所定の許容誤差内に収まるように加工処理が施されている。
【００４５】
モールドパッケージ13は、取付板12と別体または一体成形で形成される。モールドパッケージ13が別体の場合、枠部31の開口部32の底部には取付板本体51の基準面23に接合される取付面部60が形成され、この取付面部60にスタッド52の基部54の貫通する通孔61が形成されており、取付板12に組み合せた状態で枠部31の外面と取付板本体51との間が接着剤62によって接着固定される。取付面部60の厚みはスタッド52の基部54の高さより低く、チップ搭載面57に搭載された半導体チップ15が取付面部60に接触しないように構成されている。一方、モールドパッケージ13が一体成形の場合には、取付板12およびリードフレーム14に一体成形され、別体の場合と同様に枠部31などが形成される。
【００４６】
なお、その他の構成、および組立などは、図１および図２に示した実施の形態と同様である。
【００４７】
そして、この実施の形態の場合にも、取付板12をモールドパッケージ13と別体に構成し、この取付板12をモールドパッケージ13と一体化するとともに、モールドパッケージ13内で取付板12に半導体チップ15を直接搭載したことにより、取付板12を介して半導体チップ15の位置精度を確保できるとともに、モールドパッケージ13と別体の取付板12には強度や精度に優れた材質を選択可能にできるなど、図１および図２に示した実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００４８】
さらに、取付板12の取付板本体51からスタッド52をモールドパッケージ13内に突出させ、このスタッド52に半導体チップ15を直接搭載することにより、半導体チップ15をモールドパッケージ13内の任意の位置に配置できる。
【００４９】
なお、取付板12の取付部22に計４個の孔（基準孔25，26および取付孔27，28）を設けたが、必要とされる精度に応じて、例えば位置決め用の孔と取付用の孔とを兼ねるなど、孔数を限定するものではない。
【００５０】
また、取付板12の材質は、強度および精度が確保できれば、金属以外でもよい。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１〜４のいずれかに係る固体撮像素子によれば、取付板を介して半導体チップの位置精度を確保できるとともに、モールドパッケージと一体化された取付板には強度や精度に優れた材質を選択可能にできる。
【００５２】
請求項１〜４のいずれかに係る固体撮像素子によれば、さらに、半導体チップをモールドパッケージ内の任意の位置に配置できる。
【００５４】
請求項１〜４のいずれかに係る固体撮像素子においては、モールドパッケージは取付板に一体化したので、部品点数を削減し、組立工数を低減できる。
【００５５】
請求項５記載の撮像装置によれば、撮像装置本体への固体撮像素子の組付時の調整を安定して容易にでき、品質の高い撮像ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子の一実施の形態を示し、(a)は側面図、(b)は背面図である。
【図２】同上固体撮像素子を用いた撮像装置の斜視図である。
【図３】本発明の固体撮像素子の他の実施の形態を示し、(a)は断面図、(b)は背面図である。
【図４】従来の固体撮像素子を示し、(a)は側面図、(b)は背面図である。
【図５】従来の固体撮像素子を用いた撮像装置の斜視図である。
【図６】他の従来の固体撮像素子を示し、(a)は側面図、(b)は背面図である。
【図７】さらに他の従来の固体撮像素子を示し、(a)は側面図、(b)は背面図である。
【符号の説明】
11 固体撮像素子
12 取付板
13 モールドパッケージ
15 半導体チップ
41 撮像装置本体としてのレンズマスタ枠
51 取付板本体
52 スタッド

Claims

撮像装置の撮像部品固定部に取り付けられる固体撮像素子において、
モールドパッケージと、
前記モールドパッケージと一体化され、当該モールドパッケージから突出する突出部分を有する取付板と、
前記モールドパッケージ内に配置される半導体チップと、
前記取付板に固定され前記モールドパッケージ内に突出し、突出先に前記半導体チップを搭載するチップ搭載部と、
を具備し、
前記取付板の突出部分の板面が前記撮像部品固定部に接するよう、前記撮像部品固定部に取り付けられることを特徴とする固体撮像素子。
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記チップ搭載部は、
前記半導体チップの側に凹面を向けて前記半導体チップを搭載する凹形状部分を突出先に有し、
前記半導体チップは、
前記凹形状部分の凹面に固定されることを特徴とする固体撮像素子。
請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子において、
前記取付板は、
前記チップ搭載部を取り付けるためのチップ搭載部取付用嵌合孔を有し、
前記チップ搭載部は、
前記チップ搭載部取付用嵌合孔に挿入され固定されることを特徴とする固体撮像素子。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記取付板は、
前記モールドパッケージと一体化される部分を挟み、前記モールドパッケージから突出した一対の突出部分を有することを特徴とする固体撮像素子。
請求項４に記載の固体撮像素子と、前記撮像部品固定部と、を備える撮像装置であって、
前記撮像部品固定部は、
カメラレンズ鏡筒に備えられる枠構造部材であり、
前記固体撮像素子は、
前記取付板の一対の突出部分が前記枠構造部材の枠に接するよう、前記枠構造部材に取り付けられることを特徴とする撮像装置。