JP2003243634A

JP2003243634A - 固体撮像装置及びその製造方法

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Publication number: JP2003243634A
Application number: JP2002042954A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hoshino; 和弘星野; Shinichi Kato; 伸一加藤; Ikuo Yoshihara; 郁夫吉原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP3959711B2

Abstract

(57)【要約】【課題】結像光学系の像面湾曲による影響を除去で
き、高解像度で周辺ボケのない画像を得る。【解決手段】チップ実装基板１０は、本例の固体撮像
装置のパッケージの一部を構成する基板本体１１と、こ
の基板本体１１に対して一方向（矢印ａ方向）にスライ
ド可能に設けられたスライド基板部１３とを有する。ま
た、基板本体１１の中央部には、固体撮像素子１５の撮
像領域にほぼ対応した形状を有する受光用窓部１４が形
成されている。固体撮像素子１５は、一方の端部が基板
本体１１に接合され、他方の端部がスライド基板部１３
に接合されることにより、チップ実装基板１０に実装さ
れる。そして、スライドガイド部１２に沿ってスライド
基板部１３をスライドさせることにより、固体撮像素子
１５に矢印ａ方向の応力を付与し、固体撮像素子１５を
任意の曲率で湾曲させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ型撮像素子
やＣＭＯＳ型撮像素子を高密度に実装するカメラモジュ
ール等の固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に薄
型で周辺ボケの少ない固体撮像装置及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラや電子カメラが広く
普及しており、これらのカメラモジュールには、ＣＣＤ
型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。これ
らの固体撮像素子は、薄型半導体チップ上にそれぞれ光
電変換手段（フォトダイオード；ＰＤ）を設けた複数の
単位画素を２次元配列のアレイ状に配置して撮像領域を
構成したものである。そして、ＣＣＤ型固体撮像素子で
は、各単位画素に入射した光をフォトダイオードによっ
て光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を垂直
ＣＣＤ転送レジスタおよび水平ＣＣＤ転送レジスタを介
して出力部に設けたフローティングデフュージョン（Ｆ
Ｄ）部に転送する。そして、このＦＤ部の電位変動をＭ
ＯＳトランジスタによって検出し、これを電気信号に変
換、増幅することにより、撮像信号として出力する。

【０００３】一方、ＣＭＯＳ型固体撮像素子では、各単
位画素内にＦＤ部や転送、増幅等の各種ＭＯＳトランジ
スタを有し、各単位画素に入射した光をフォトダイオー
ドによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電
荷を転送トランジスタによってＦＤ部に転送し、このＦ
Ｄ部の電位変動を増幅トランジスタによって検出し、こ
れを電気信号に変換、増幅することにより、各画素毎の
信号を信号線より出力する。

【０００４】また、図４は、このような固体撮像装置に
おける結像光学系の配置例を示す構成図である。被写体
（図示せず）からの反射光は、レンズ１を透して固体撮
像素子２の撮像領域に結像される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な固体撮像装置に設けられる結像光学系に関しては、一
般的に像面湾曲と呼ばれるレンズの収差が発生する。こ
のため、例えば図４に示すように、固体撮像素子２にお
ける撮像領域の中心部で合焦点位置を受光面Ａに合わせ
ても、撮像領域の周辺部では上記の像面湾曲の影響によ
り、焦点位置が受光面より離れた位置Ｂとなるため、焦
点ずれが発生してしまう。その結果、画像の中心部と周
辺部で画質が不均一になるなど、撮像特性の劣化が発生
していた。

【０００６】さらに具体的には、撮像領域の中心部にお
ける受光面Ａがジャストフォーカスになるようにレンズ
マウントを行うと、撮像領域の周辺部で点Ｂにフォーカ
スされた画像はピンボケした画像になる。このため、レ
ンズマウントの手法として、中心のフォーカスを若干デ
フォーカスさせて、周辺の解像度を高めるようなレンズ
マウントを行うことが必要となる。このため、画像の全
体的な解像度は比較的改善できるが、撮像領域の中心部
から周辺部までをジャストフォーカスにすることは、レ
ンズの持つ収差の影響により不可能であった。この他に
も、モジュールの厚みを薄くしたいという要求に対し
て、薄くなるほどレンズ設計が困難になるという問題も
あった。

【０００７】そこで本発明の目的は、結像光学系の像面
湾曲による影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない
画像を得ることができ、さらにカメラモジュール等の薄
型化や小型化を図ることが可能な固体撮像装置及びその
製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、薄型半導体チップ状の固体撮像素子と、前記
固体撮像素子に応力を加えることにより、前記固体撮像
素子を湾曲させて湾曲率の調整を行う調整機構と、前記
調整機構によって調整された前記固体撮像素子の湾曲状
態を固定する固定手段とを有することを特徴とする。ま
た本発明は、薄型半導体チップ状の固体撮像素子をチッ
プ実装基板に実装する際に、前記固体撮像素子に応力を
加えることにより、前記固体撮像素子を湾曲させて湾曲
率の調整を行い、その調整された前記固体撮像素子の湾
曲状態を固定することを特徴とする。

【０００９】本発明の固体撮像装置では、薄型半導体チ
ップ状の固体撮像素子が調整機構によって所定の湾曲率
に湾曲されて固定されていることから、固体撮像素子の
撮像面全体を結像光学系の焦点及び像面湾曲収差に対し
て最適な位置に配置することができる。したがって、結
像光学系の像面湾曲による影響を除去でき、高解像度で
周辺ボケのない画像を得ることができ、さらにカメラモ
ジュール等の薄型化や小型化を図ることが可能となる。

【００１０】また本発明の製造方法は、薄型半導体チッ
プ状の固体撮像素子をチップ実装基板に実装する際に固
体撮像素子に応力を加えて最適な湾曲率の調整して固定
することから、固体撮像素子の撮像面全体を結像光学系
の焦点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配置する
ことができる。したがって、結像光学系の像面湾曲によ
る影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得
ることができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小
型化を図ることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による固体撮像装置
及びその製造方法の実施の形態例について説明する。な
お、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体
例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている
が、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明
を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定さ
れないものとする。本実施の形態は、薄型化した固体撮
像素子（半導体チップ）に応力を加えることによって湾
曲させ、焦点及び像面湾曲収差の調整機能を有する固体
撮像装置を提供するものである。

【００１２】以下、本発明の具体的実施例について図面
を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例による
固体撮像装置のチップ実装基板を示す平面図であり、図
２は図１に示すチップ実装基板を有する固体撮像装置の
組み立て製造工程を示す断面図である。図１において、
チップ実装基板１０は、本例の固体撮像装置（カメラモ
ジュール）のパッケージの一部を構成する基板本体１１
と、この基板本体１１に対して一方向（矢印ａ方向）に
スライド可能に設けられたスライド基板部１３とを有す
る。すなわち、スライド基板部１３は、基板本体１１の
両側縁部に設けられたスライドガイド部１２にスライド
可能に嵌合されている。また、基板本体１１の中央部に
は、固体撮像素子（半導体チップ）１５の撮像領域にほ
ぼ対応した形状を有する受光用窓部１４が形成されてい
る。

【００１３】固体撮像素子１５は、一方の端部が基板本
体１１に接合され、他方の端部がスライド基板部１３に
接合されることにより、チップ実装基板１０に実装され
る。そして、スライドガイド部１２に沿ってスライド基
板部１３をスライドさせることにより、固体撮像素子１
５に矢印ａ方向の応力を付与し、固体撮像素子１５を任
意の曲率で湾曲させることができる。なお、基板本体１
１およびスライド基板部１３には、固体撮像素子１５の
電極パッドを接続するための配線パターンやその他の周
辺回路等が搭載されており、固体撮像素子１５が電気的
に接続されている。また、基板本体１１とスライド基板
部１３との間もスライド構造の電極パッド等によって電
気的に接続されているものとする。

【００１４】次に、本実施例の固体撮像装置の具体的な
組み立て作業および構造について図２に沿って説明す
る。まず、図２（Ａ）は、固体撮像素子１５を基板本体
１１およびスライド基板部１３に接合した状態を概略的
に示してる。この状態では、固体撮像素子１５は平坦な
状態で基板本体１１とスライド基板部１３の間に配置さ
れている。なお、固体撮像素子１５の撮像面は図２の上
方に向いている。固体撮像素子１５は、複数の固体撮像
素子を形成したシリコンウェーハに裏面研削を行い、所
定の厚さに薄型化した後、このウェーハをダイシングし
て、それぞれ固体撮像素子を構成する複数の半導体チッ
プに分離して形成されるものであり、容易に湾曲させる
ために極薄型のフリップチップとして形成されており、
例えば厚さ５０μｍまで薄くしたものである。なお、固
体撮像素子１５の厚みの範囲としては、２０μｍ〜７０
μｍが望ましい。

【００１５】また、固体撮像素子１５の両端部は、バン
プ２４およびアンダーフィル材２３を介してチップ実装
基板１０に電気的および機械的に接合されている。具体
的には、チップ実装基板１０の基板本体１１およびスラ
イド基板部１３にＡｕバンプ２４を形成し、超音波接合
によりチップ実装基板１０と固体撮像素子１５を接合す
る。なお、この場合の実装方法としては、この他にも、
Ａｇペーストによる接合方法、異方性導電膜による接合
方法などの方法を用いてもよい。続いて、バンプ接合箇
所にアンダーフィル材２３を充填し、接合強度を補強す
る。

【００１６】次に、図２（Ｂ）に示すように、チップ実
装基板１０のスライド基板部１３を一方（図２（Ｂ）で
は左側）から力を加えてスライドし、固体撮像素子１５
を下方に凸状となる形で湾曲させる。この際、チップ実
装基板１０を電気的に画像出力用の外部装置に接続し、
この外部装置のモニター上で画像を見ながらスライド操
作を行うことにより、撮像面の中心部及び４つの各コー
ナー部の解像度が最大となるような位置にスライド基板
部１３をスライドし、この位置でスライド基板部１３を
瞬間接着材等で固定する。なお、スライド操作は手動に
限らず、所定の治具を用いることも可能である。例えば
ネジ状の押圧部材を回転操作して締め込み、スライド基
板部１３を押圧してスライド変位させるような機構を設
け、高精度の調整を行えるようにすることが可能であ
る。また、上述のように解像度を確認する代わりに、例
えば所定のピッチで白黒の縦線を描いたパターンを撮像
し、そのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を確
認しながらフォーカス調整を行ってもよい。

【００１７】次に、図２（Ｃ）に示すように、固体撮像
素子１５の補強として接着性樹脂２５を塗布形成する。
すなわち、接着性樹脂２５は、溶融した状態で固体撮像
素子１５の裏面全体およびチップ実装基板１０の主要部
分を包囲するように塗布され、例えば加熱硬化すること
により、固体撮像素子１５の湾曲形状およびスライド基
板部１３の位置を固定するものである。この後、固体撮
像素子１５の画面（撮像領域）に付着した浮遊ゴミなど
を除去するため洗浄を行い、シールガラス２６をチップ
実装基板１０の上面に接合して固体撮像素子を封止す
る。なお、シールガラス２６は赤外線カットフィルター
機能をもたせることもできる。また、例えば回折格子に
よる色偽防止機構をもたせることも可能である。

【００１８】次に、図２（Ｄ）に示すように、レンズア
センブリをチップ実装基板１０に固定する。この際、レ
ンズアセンブリは、鏡筒部２８とレンズ２７、及び固定
絞り部２９からなる。鏡筒部２８は、一体物であって
も、ネジ式でレンズ部が可動する機構をもたせてもよ
い。なお、固体撮像素子１５は、信号処理回路を含むワ
ンチップでデジタル出力が可能な機能を有するものを使
ってもよく、また、信号処理部は独立させて、センサ出
力のみの素子を使ってもよい。以上の工程により、湾曲
した固体撮像素子１５を有する固体撮像装置が完成す
る。本実施例においては、スライド機構を有するチップ
実装基板１０の位置調整により、固体撮像素子１５を任
意の曲率に調整して容易に固定することが可能であり、
各種の結像光学系に適用することが可能である。

【００１９】図３は本発明の第２実施例による固体撮像
装置のチップ実装基板を示す平面図である。なお、図１
に示す第１実施例と共通の構成要素については同一符号
を付して説明する。上述した第１実施例では、固体撮像
素子１５の片側にスライド基板部１３を設け、これを一
方向にスライドさせることにより、固体撮像素子１５を
湾曲変位させるようにしたが、この第２実施例は、固体
撮像素子１５の両側にスライド基板部１３Ａ、１３Ｂを
設け、これらを両側から中心方向にスライドさせること
により、固体撮像素子１５を湾曲変位させるようにした
ものである。

【００２０】すなわち本実施例において、チップ実装基
板１０の基板本体１１には、両側縁部にスライドガイド
部１２が設けられ、このスライドガイド部１２には左右
両側にスライド基板部１３Ａ、１３Ｂが設けられてい
る。そして、固体撮像素子１５の両端部は、各スライド
基板部１３Ａ、１３Ｂに電気的、機械的に接合されてい
る。なお、接合構造は図２に示す例と同様である。した
がって、一方のスライド基板部１３Ａを一方向（矢印ａ
方向）、他方のスライド基板部１３Ｂを他方向（矢印ｂ
方向）にスライド操作することにより、固体撮像素子１
５を任意の湾曲率に湾曲させることができる。なお、本
実施例においても、基板本体１１の中央部には、固体撮
像素子１５の撮像領域にほぼ対応した形状を有する受光
用窓部１４が形成されている。また、本実施例による固
体撮像装置の組み立て製造工程は、上述した第１実施例
の工程とほぼ同様であるが、固体撮像素子を湾曲する工
程において、左右のスライド基板部１３Ａ、１３Ｂを両
側からスライドさせて固体撮像素子の湾曲率を調整する
ように行う。なお、その他は、第１実施例と同様である
ので説明は省略する。

【００２１】以上のように本実施の形態による固体撮像
装置では、固体撮像素子の撮像面をレンズの像面湾曲収
差を吸収するように湾曲させることができ、薄型で画面
の全領域に渡ってフォーカスが合った固体撮像装置を得
ることができる。また、湾曲率をモニターしながら調整
することにより、個体差の少ない精度の高い固体撮像装
置を製造することができる。また、設計の異なるレンズ
に最適な湾曲位置で固体撮像素子を実装することも可能
であり、レンズ設計に依存しない精密な固体撮像装置を
製造することが可能となる。なお、本発明は、ＣＣＤ型
固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子のいずれにも適
用することが可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置によれば、薄型半導体チップ状の固体撮像素子が調整
機構によって所定の湾曲率に湾曲されて固定されている
ことから、固体撮像素子の撮像面全体を結像光学系の焦
点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配置すること
ができるので、結像光学系の像面湾曲による影響を除去
でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得ることがで
き、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型化を図る
ことが可能となる。

【００２３】また本発明の製造方法によれば、薄型半導
体チップ状の固体撮像素子をチップ実装基板に実装する
際に固体撮像素子に応力を加えて最適な湾曲率の調整し
て固定することから、固体撮像素子の撮像面全体を結像
光学系の焦点及び像面湾曲収差に対して最適な位置に配
置することができるので、結像光学系の像面湾曲による
影響を除去でき、高解像度で周辺ボケのない画像を得る
ことができ、さらにカメラモジュール等の薄型化や小型
化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による固体撮像装置のチッ
プ実装基板を示す平面図である。

【図２】図１に示すチップ実装基板を有する固体撮像装
置の組み立て製造工程を示す断面図である。

【図３】本発明の第２実施例による固体撮像装置のチッ
プ実装基板を示す平面図である。

【図４】従来の固体撮像装置における結像光学系の配置
例を示す構成図である。

【符号の説明】

１０……チップ実装基板、１１……基板本体、１２……
スライドガイド部、１３……スライド基板部、１４……
受光用窓部、１５……固体撮像素子、２３……アンダー
フィル材、２４……バンプ、２５……接着性樹脂、２６
……シールガラス、２７……レンズ、２８……鏡筒部、
２９……固定絞り部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉原郁夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA10 BA14 DD03 EA20 FA06 FA33 FA42 GC11 GD03 GD07 HA05 HA25 HA31 HA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄型半導体チップ状の固体撮像素子と、前記固体撮像素子に応力を加えることにより、前記固体
撮像素子を湾曲させて湾曲率の調整を行う調整機構と、前記調整機構によって調整された前記固体撮像素子の湾
曲状態を固定する固定手段と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記調整機構による調整中に前記固体撮
像素子から出力される画像を画像モニター用の外部装置
に出力する画像出力手段を有することを特徴とする請求
項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記固体撮像素子は円弧状に湾曲される
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記調整機構は、固体撮像素子を実装す
るためのチップ実装基板にスライド可能なスライド基板
部を設け、前記固体撮像素子の端部をスライド基板部に
接合した状態で、前記スライド基板部をスライドさせる
ことにより、前記固体撮像素子に応力を付与して湾曲さ
せる機構であることを特徴とする請求項１記載の固体撮
像装置。
【請求項５】前記スライド基板部が固体撮像素子の片
側に設けられていることを特徴とする請求項４記載の固
体撮像装置。
【請求項６】前記スライド基板部が固体撮像素子の両
側に設けられていることを特徴とする請求項４記載の固
体撮像装置。
【請求項７】前記固定手段は、接着によって固体撮像
素子を固定する手段であることを特徴とする請求項１記
載の固体撮像装置。
【請求項８】前記固定手段には、前記調整機構によっ
て固体撮像素子を湾曲させた直後に固体撮像素子の湾曲
状態を固定する瞬間接着剤を含むことを特徴とする請求
項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】前記固定手段には、前記瞬間接着剤によ
って固体撮像素子の状態を固定した後、その固定状態を
補強する接着性樹脂を含むことを特徴とする請求項８記
載の固体撮像装置。
【請求項１０】前記固体撮像素子がＣＣＤ型固体撮像
素子であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。
【請求項１１】前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型固体撮
像素子であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
装置。
【請求項１２】薄型半導体チップ状の固体撮像素子を
チップ実装基板に実装する際に、前記固体撮像素子に応
力を加えることにより、前記固体撮像素子を湾曲させて
湾曲率の調整を行い、その調整された前記固体撮像素子
の湾曲状態を固定する、ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】前記固体撮像素子の湾曲率の調整中に
前記固体撮像素子から出力される画像を外部装置でモニ
ターすることにより、最適画像に対応する湾曲率に調整
することを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置の
製造方法。
【請求項１４】前記固体撮像素子の湾曲状態を固定す
る場合、前記固体撮像素子を湾曲させた直後に固体撮像
素子の湾曲状態を瞬間接着剤で固定した後、その固定状
態を接着性樹脂で補強することを特徴とする請求項１２
記載の固体撮像装置の製造方法。