JP2007088052A - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機光電変換膜を用いた画素を集積した撮像装置の耐湿性（耐水性）を高めて、有機光電変換膜の特性劣化を抑制し、撮像装置の長寿命化を実現し、また、その撮像装置の製造方法を提供する。
【解決手段】有機光電変換膜を用いて構成される画素を備えた撮像素子チップ２０１と、撮像素子チップ２０１を収容する凹部を有する筐体部２０３及び該筐体部２０３に備えられ撮像素子チップ２０１と電気的に結線される複数の電極端子２０４を備えた外囲器２０２と、凹部を塞ぐとともに撮像素子チップ２０１に光を導入させる透明板２０５と、を具備し、透明板２０５と筐体部２０３との接合を、凹部内への水分の通過を防止する気密封止とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置およびその製造方法に関し、特に、高解像度かつ高画質の画像を撮影できる撮像装置、ならびに、その撮像装置を高信頼度で製造することを可能とする製造方法に関する。

ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサに代表される単板カラー撮像素子は、光電変換する画素（フォトダイオード）配列上に３種または４種のモザイク状色フィルタを設けることにより、各色フィルタに対応した色信号が出力される。そして出力された色信号を信号処理してカラー画像を生成する。しかし、モザイク状色フィルタを設けた撮像素子は、原色の色フィルタの場合、およそ入射光の２／３が色フィルタで吸収されるため、光利用効率が悪く、感度が低いという欠点がある。また、各画素で１色の色信号しか得られないため、解像度も悪い。特に、偽色が目立つ。

そこで、このような欠点を克服するために、例えば、特許文献１に記載されるような撮像素子（三重ウエル構造利用のアクティブピクセルセル結像アレイ）が提案されている。この撮像素子では、シリコン基板内に光信号検出の３重のウエル（フォトダイオード）を設けることにより、シリコン基板の深さの違いにより、分光感度が異なる信号（表面から青、緑、赤の波長にピークを持つ）が得られる。この構造をもつ撮像素子は、解像度が良く、光の利用効率も高い。但し、ＲＧＢ出力信号の分光感度特性の分離が必ずしも十分とはいえず、色再現性が所望のレベルに達しない場合があり得る。また、特許文献１の撮像素子では、真のＲＧＢ信号を得るために出力信号の加減算を行う必要があり、この加減算がＳ／Ｎ劣化の一因となる場合もある。
このため、特許文献２，特許文献３に記載されるように、さらにＲＧＢ出力信号の分光感度特性の分離を良くする撮像素子（有機半導体画像センサ）が研究・開発されている。

特許文献２，特許文献３に記載される撮像素子は、３層光電変換膜構造の撮像素子であり、例えば、光入射面から順次Ｂ，Ｇ，Ｒの光に対して信号電荷（電子、正孔）を発生する光電変換膜を積層して画素を構成し、かつ、画素毎に、各光電変換膜で光発生した信号電荷を独立に読み出すことができる読出し部が一体化されて設けられている。したがって、この撮像素子の場合、入射光が殆ど光電変換されて読み出されるため、可視光の利用効率は１００％に近く、しかも各画素でＲ，Ｇ，Ｂの３色の色信号が得られる。さらに、３層の光電変換膜の分光感度特性は独立に選択出来るため、ＲＧＢ出力信号の分光感度特性の分離が良好である。このため、高感度で、高解像度（偽色が目立たない）で、かつ、色再現性が良く、Ｓ／Ｎも良い画像が得られる。

また、特許文献４の図５に示されるような構造の撮像素子も提案されている。すなわち、この撮像素子は、特許文献１に示される技術と、特許文献２，３に示される技術を併用した、いわゆるハイブッリド型の素子である。その構造は、上層のみ、G光に感度を持つ光電変換膜の画素で、B光とR光を検知する画素はシリコン基板内の二層のｐｎ接合フォトダイオードとしたものである。

特許文献２，特許文献３に示される撮像素子と比較すると、特許文献４の撮像素子は、光電変換膜が１層となったため、製造工程が簡単になり、低コストで高歩留を実現できる。さらに、光電変換膜でG光が吸収されるため、シリコン基板内のB光用とR光用のｐｎ接合フォトダイオードの分光感度特性の分離は良好であり、色再現性に優れており、かつ、良好なＳ／Ｎの画像が得られる。
特表２００２−５１３１４５号公報 特表２００２−５０２１２０号公報 特開２００２−８３９４６号公報 特開２００３−３３２５５１号公報

しかしながら、特許文献２，特許文献３に記載される３層光電変換膜構造の撮像素子や特許文献４に記載されるハイブリッド型の撮像素子は、その封止構造上、耐湿性に限界があり、長期間（例えば１年以上）に渡って高温多湿の環境に置かれた場合には、撮像素子の性能が所望の基準を下回り、製品寿命が尽きてしまう場合があり得る。

この点について、以下、図面を参照して説明する。
図６は、特許文献４に記載される撮像素子チップが外囲器に収納されている撮像装置の断面図である。
図６において、シリコン基板上にG光を検知する有機光電変換膜の画素配列を設けられ、シリコン基板内にはB光とR光を検知する２層のｐｎ接合フォトダイオードと光発生した信号電荷の読み出し部が設けられている撮像素子チップ１０１が外囲器１０２に収納され、封止されている。

外囲器１０２は、電極端子１０４を含む筐体部１０３と光信号を撮像素子チップ１０１に導入するための透明板（ガラス）１０５で構成されている。筐体部１０３と透明板１０５は有機接着剤１０６（紫外線硬化樹脂や熱硬化性樹脂等）で固着されている。また、外囲器１０２の内部は乾燥した空気または窒素ガスで満たされている。前述のとおり、図６の撮像装置は優れた性能を持つ撮像装置である。しかし、有機光電変換膜に水が浸入すると、光電変換性能が急激に劣化し、この点が唯一の不安材料といえる。

すなわち、短期間で比較的良い環境（空調されているオフィス等）の場合には、水が外囲器１０２の内部に浸入することはないが、長期間（例えば１年以上）に渡って、高温多湿の環境に置かれる場合には、水分が有機接着剤を経由して外囲器１０２の内部に侵入することが起こり得る。

外囲器１０２の内部に侵入した水分は、さらに撮像素子チップ１０１の保護膜を透過して光電変換膜まで到達し、光電変換性能を劣化させることになる。さらに時間経過が進むと、撮像素子チップ１０１の性能が所望の性能を下回って、製品寿命が尽きることになる。

本発明は、このような考察に基づいてなされたものであり、その目的は、製品寿命が長く、信頼性が高い有機光電変換膜の画素を有する撮像装置を提供し、また、その撮像素子の量産化を可能とする、信頼性の高い撮像装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 有機光電変換膜を用いて構成される画素を備えた撮像素子チップと、前記撮像素子チップを収容する凹部を有する筐体部及び該筐体部に備えられ前記撮像素子チップと電気的に結線される複数の電極端子を備えた外囲器と、前記凹部を塞ぐとともに前記撮像素子チップに光を導入させる透明板と、を具備し、前記透明板と前記筐体部との接合が、前記凹部内への水分の通過を防止する気密封止にされたことを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、気密封止（ハーメチックシール）パッケージ構造を採用することによって、耐湿性（耐水性）が向上し、筐体部内への水分の進入が防止される。したがって、水分によって有機光電変換膜の特性が劣化する心配がなくなり、製品寿命が長く、信頼性が高い有機光電変換膜の画素を用いた撮像装置が実現される。

（２） （１）記載の撮像装置であって、前記透明板はガラスからなり、前記筐体部はセラミックスからなることを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、有機光電変換膜を用いて構成される画素が集積された撮像素子チップの封止構造として、セラミック筐体にガラス窓を設けた、信頼性の高い、セラミック気密封止パッケージ構造を採用することにより、セラミックとして、例えば、熱伝導率の高いものを使用すれば、気密封止時に発生する熱を（ヒートシンク等を介して）効率的に吸収することが可能となる。

（３） （１）記載の撮像装置であって、前記外囲器の凹部内は、水分量３０００ｐｐｍ以下の乾燥空気または乾燥窒素のいずれかにより満たされていることを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、筐体部の内部の有機光電変換膜は、湿度が極めて低い雰囲気中に、常時置かれることになり、水分による特性劣化を抑制することができる。

（４） （１）〜（３）のいずれか記載の撮像装置であって、前記透明板と前記筐体部とがガラス材料により気密封止されていることを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、透明板と筐体部とをガラス材料により気密封止することにより、熱硬化や紫外線硬化させる有機接着材を用いる場合と比較して、外囲器の内部に水分が侵入することを確実に防止できる。

（５） （４）記載の撮像装置であって、前記ガラス材料は、低融点ガラスであることを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、ガラス材料として低融点ガラスを用いることによって、気密封止の際の加熱温度を低く抑えることができ、熱による撮像素子チップの特性劣化（特に、有機光電変換膜の特性劣化）を防止することができる。

（６） （１）〜（３）のいずれか１項記載の撮像装置であって、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと、前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとが半田付けされて、前記透明板と前記筐体部が気密封止されていることを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、第１金属フレームと第２金属フレームとを半田付けにより接合されることで、透明板と筐体部とを強固に接合でき、気密性が高く、かつ衝撃等にも強い、信頼性の高い気密封止構造を得ることができる。

（７） （１）〜（３）のいずれか１項記載の撮像装置であって、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと、前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとが互いに溶接されて、前記透明板と前記筐体部が気密封止されていることを特徴とする撮像装置。

この撮像装置によれば、溶接による強固な接続が可能であり、気密性が高く、かつ衝撃等にも強い、信頼性の高い気密封止構造を得ることができる。

（８） 有機光電変換膜を用いて構成される画素を備えた撮像素子チップを、複数の電極端子を備える筐体部における所定位置に収納して固着する第１の工程と、前記撮像素子チップと前記筐体部の複数の電極端子とを電気的に結線する第２工程と、光を導入するための透明板を前記筐体部に接合して気密封止し、このとき、前記筐体部の一部および前記透明板の一部をヒートシンクに接触させることにより、前記撮像素子チップの温度を特性劣化温度以下に維持する第３の工程と、を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。

この撮像装置の製造方法によれば、撮像素子チップを筐体部の所定位置に収納して固着し、撮像素子チップと筐体部における複数の電極端子とを電気的に結線し、透明板を筐体部に接合して気密封止する際、第３工程において筐体部の一部および透明板の一部をヒートシンクに接触させることにより、ヒートシンクが気密封止の際に発生する熱を吸熱して、撮像素子チップへの熱伝導を低減することができる。したがって、有機光電変換膜を用いた撮像素子チップを熱から保護しつつ、良好な気密封止を実現することができる。

（９） （８）記載の撮像装置の製造方法であって、前記ヒートシンクは、前記気密封止の際、その気密封止部分の近辺で発生する熱を吸熱すると共に、前記筐体部と前記透明板を挟み込んで加圧することを特徴とする撮像装置の製造方法。

この撮像装置の製造方法によれば、吸熱手段としてのヒートシンクを、加圧手段としても使用することができる。この加圧によって、筐体部と透明板は密接して固定され、良好な気密封止が実現する。また、ヒートシンクが２つの機能を兼用するため、独立した加圧手段を設ける必要がなく、気密封止のための装置構成の簡素化も併せて実現される。

（１０） （８）または（９）記載の撮像装置の製造方法であって、前記気密封止を、水分量３０００ｐｐｍ以下の乾燥空気または乾燥窒素雰囲気中で行なうことを特徴とする撮像装置の製造方法。

この撮像装置の製造方法によれば、筐体部の内部の撮像素子チップを、湿度が極めて低い雰囲気中で封止することで、水分による撮像素子チップの特性劣化を防止することが可能となる。

（１１） （８）〜（１０）のいずれか１項記載の撮像装置の製造方法であって、前記第３の工程では、前記透明板と前記筐体部とをガラス材料を用いて気密封止することを特徴とする撮像装置の製造方法。

この撮像装置の製造方法によれば、透明板と筐体部とをガラス材料を用いて気密封止することにより、熱硬化や紫外線硬化させる有機接着材を用いる場合と比較して、外囲器の内部に水分が侵入することを確実に防止できる。
また、本発明の撮像装置の製造方法の他の態様では、このガラス材料は低融点ガラスであり、かつ、その低融点ガラスの加熱は、光源からの光照射を利用して行われる。低融点ガラスを用いたガラス封止を行う際に、低融点ガラスを、光源（例えば、レーザ光源）からの光照射によって加熱することにより、局所的かつ瞬時的な加熱を行うことができ、熱による撮像素子チップの特性劣化を確実に防止することができる。

（１２） （８）〜（１０）のいずれか１項記載の撮像装置の製造方法であって、前記第３の工程では、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとの間に半田を介在させ、この半田を加熱溶解させて気密封止することを特徴とする撮像装置の製造方法。

この撮像装置の製造方法によれば、ヒータ等による加熱で半田を溶融して半田付けを行うことにより、半田付けを用いた強固な気密封止構造を実現することができる。

（１３） （８）〜（１０）のいずれか１項記載の撮像装置の製造方法であって、前記第３工程では、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと、前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとの間に電流を流し、これらフレーム間を溶接して気密封止することを特徴とする撮像装置の製造方法。

この撮像装置の製造方法によれば、金属フレーム間に電流を流して双方のフレームを溶接することにより、強固な気密封止構造を実現することができる。

本発明の撮像装置によれば、有機光電変換膜の画素を有する撮像素子チップを外囲器に収納して気密封止することにより、外部からの水の浸入を効果的に防ぐことができる。したがって、有機光電変換膜の劣化は殆んど無くなり、信頼性が高く、かつ長寿命の撮像装置を実現することができる。
また、本発明の撮像装置の製造方法によれば、気密封止工程において、撮像素子チップ付近の外囲器をヒートシンクに接触させることにより、撮像素子チップの温度上昇が抑制され、封止工程における有機光電変換膜の性能劣化を回避することができる。
このように、本発明によって、製品寿命が長く、信頼性が高い有機光電変換膜の画素を有する撮像装置が実現され、さらに、封止工程で起きる性能劣化（特に温度上昇に弱い有機光電変換膜の性能劣化）を避けることが可能な、信頼性の高い撮像装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係る撮像装置及び撮像装置の製造方法に対する好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明においては、有機光電変換膜の画素を有する撮像素子チップが水分に弱い点に着目し、耐湿性（耐水性）を向上させるために、封止構造として、気密封止（ハーメチックシール）構造等を採用している。すなわち、従来は、透明板（ガラス）と筐体部とを、有機接着剤（熱硬化性樹脂または紫外線硬化樹脂）により封止していたが、樹脂封止は、長時間に渡って湿度の高い雰囲気に置かれたときに、水分の進入を許すことがある。
そこで、本発明の撮像装置では、従来の常識的な封止構造である樹脂を用いた封止構造を廃止し、これに代えて、ガラス封止、金属フレーム同士の半田付け、あるいは溶接を利用した気密封止構造を採用することを特徴としている。

また、従来の撮像装置の製造方法では、加圧状態で紫外線照射による有機接着剤の硬化、または、外囲器全体を加熱して有機接着剤を硬化させて、封止構造を形成していた。これに対し、本発明の撮像装置の製造方法では、ガラス封止、溶接封止、半田封止の何れの場合も、接着部のみを部分加熱し、撮像素子チップに近い外囲器部分はヒートシンク（吸熱効果が大きいもの）に接触させて、撮像素子チップの温度上昇を抑える工夫がされていることに特徴を有する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る有機光電変換膜の画素を集積した撮像装置の封止構造（パッケージ構造）の一例（低融点ガラスにより気密封止する例）を説明するための断面図である。
図１において、参照符号２０１は撮像素子チップを示し、２０２は外囲器を示し、２０３は筐体部（セラミックス）を示し、２０４は電極端子を示し、２０５は透明板（ガラス）を示し、２０６は、低融点ガラスを示す。

図１に示す撮像装置においては、透明板（ガラス）２０５と筐体部（セラミックス）２０３は、低融点ガラス２０６により封止されている。ここで、低融点ガラス２０６の融点は、透明板２０５の融点より低く、かつ、少なくとも、撮像素子チップ２０１の有機光電変換膜に大きな悪影響を与える懸念が生じない程度の温度である。

有機光電変換膜を用いた画素を集積した撮像素子チップ２０１は、セラミックス材料からなる外囲器２０２の筐体部２０３の中央の凹部に載置され、例えば、導電性接着剤等を用いて筐体部２０３に固着される。

電極端子２０４と撮像素子チップ２０１は電気的に結線されている。すなわち、筐体内部には、金メッキされた金属等の配線パッド部Ａが設けられている。配線パッド部Ａと撮像素子チップ間は、ボンディングワイヤＢＷにより接続されている。

なお、撮像素子チップ１０１は、特許文献２，３に記載されるように、全部の画素が有機光電変換膜の画素であってもよく、また、特許文献４に記載されるように、一部の画素が有機光電変換膜の画素であってもよい。

また、低融点ガラス２０６は、透明板の融点より低いことが必要である。撮像素子チップの温度上昇を小さくするためこの融点はできる限り低いことが望ましい。また、低融点ガラス２０６は、光吸収が良好なガラス材料であることが望ましい。光吸収を良好にするために、光吸収が良い材料と低融点ガラスを混合してもよい。

そして、外囲器２０２の中空部には乾燥した空気、または、乾燥した窒素が満たされている。空気または窒素の乾燥度合いは、望ましくは、水分量３０００ｐｐｍ以下がよい。これにより、撮像素子チップ２０１は、常時、乾燥した雰囲気中に置かれることになる。

図１の封止構造は気密封止（ハーメチックシール）であるため、従来の樹脂を接着剤として用いた封止構造に比べて、格段に耐湿性が向上している。よって、水分に起因する有機光電変換膜の特性劣化が確実に防止される。

また、撮像素子チップ２０１が固着された部分の筐体部（セラミックス）２０３の熱抵抗が大きいと、筐体部に接触したヒートシンク２１０（封止工程において、吸熱のために接触させる。この点は後述する）の撮像素子チップ２０１に対する吸熱効果が十分でなくなり、撮像素子チップ２０１の温度が上昇し易すくなる。そのため、撮像素子チップ２０１とヒートシンク２１０間の熱抵抗を小さくすることが望ましい。すなわち、筐体部２０３（外囲器２０２）の材料として、熱伝導率が高いセラミック材料を選択することや、撮像素子チップ２０１の下の部分のセラミックスの厚みを薄くすることが有効であり、このような工夫をしたパッケージ構造を採用するのが望ましい。

次に、図１に示される撮像装置の製造方法について説明する。
図２は、図１の撮像装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は封止前の透明板の断面図、（ｂ）は封止工程を説明するための断面図である。
図２において、参照符号２１０，２１１はヒートシンクを示し、２１２は加熱用の光線（レーザ光等）を示す。

図示されるように、まず、撮像素子チップ２０１を公知の方法で製造した後、筐体部２０３の所定の位置（中央の凹部）に接着剤で固着する（第１の工程）。
次に、撮像素子チップ２０１と電極端子２０４間の電気的接続を行う（第２の工程）。具体的には、配線パッド部ＡとボンディングワイヤＢＷとの接続を行う。
次に、図２（ａ）に示すような透明板２０５を準備する。この透明板２０５の周辺の下面には、低融点ガラス２０６がフレーム状に形成されている。低融点ガラス２０６の使用により、気密封止工程における加熱温度を低くすることができる。

そして、乾燥した空気、または、乾燥した窒素の雰囲気中において、透明板２０５を筐体部２０３の所定の接合位置に載置した後、ヒートシンク２１０とヒートシンク２１１を接触させて加圧し、これによって、透明板２０５と筐体部２０３を密接させる。これにより、外囲器２０２の凹部が透明板２０５によって塞がれる。

ここで、ヒートシンク２１０，２１１は、低融点ガラス２０６の周辺で発生した熱が撮像素子チップ２０１に伝導することを避けるための吸熱効果を持つものである。熱容量が大きく、熱伝導率が高い材料（例えば銅）で作ることが望ましい。さらに、吸熱効果を高めるために、ヒートシンクに冷却機能があることがより望ましい。ただし、透明板２０５に接触するヒートシンク２１１に関しては、透明板２０５の温度差が大きすぎると、透明板２０５が割れるおそれがあるため、ヒートシンク２１１の温度は、ヒートシンク２１０より高めの温度に制御することが望ましい。

さらに、上下にある２個のヒートシンク２１０，２１１は、透明板２０５と筐体部２０３を挟んで加圧する機能を備えている。この加圧機構は、ヒートシンク２１１を透明板２０５に載せるだけであり、ヒートシンク２１０，２１１が所定の体積と自重をもつことを有効に利用して構成している。また、この機構としては、高圧空気または油圧を利用した加圧機構とすることが望ましい。
このように、ヒートシンクが２つの機能を有することによって、封止のための装置構成を簡素化することができる。この加圧によって、透明板２０５と筐体部２０３が押圧されて密着する。

そして、この状態で、低融点ガラス２０６部分に対して加熱用光線２１２（図２（ｂ）に矢印で示す）を光源（不図示）から照射して低融点ガラス２０６を加熱し、これによって、透明板２０５と筐体部２０３を気密封止する（第３の工程）。

加熱用光線２１２は、低融点ガラス２０６を加熱するものであり、可視光でも赤外光でもよい。また、光源は、レーザ、ＬＥＤ、ランプ等を用いることができる。ただし、撮像素子チップ２０１の温度上昇を避けるため、低融点ガラス２０６に効率よく、局所的に照射することが望ましい。したがって、指向性が高いレーザ等を用いることが望ましい。

加熱用光線２１２の照射による加熱により、低融点ガラス２０６の周辺部において発生した熱が伝導し、透明板２０５と筐体部２０３の温度が上昇し、外囲器２０２の中空部の気体の温度も上昇する。そして、さらに熱が伝導して撮像素子チップ２０１の温度が上昇する傾向を有する。しかし、ヒートシンク２１０と２１１により熱が吸収されるため、撮像素子チップ２０１の温度上昇は低く抑えられる。したがって、高温に晒されることに起因する有機光電変換膜の性能劣化は生じない。

上記のとおり、第３の工程は、乾燥した空気、または、乾燥した窒素の雰囲気中で行われることが望ましい。また、撮像素子チップ２０１が固着された部分の筐体部（セラミックス）２０３の熱抵抗が大きいと、筐体部に接触したヒートシンク２１０の撮像素子チップ２０１に対する吸熱効果が十分でなく、撮像素子チップ２０１の温度が上昇し易すくなる。したがって、撮像素子チップ２０１とヒートシンク２１０間の熱抵抗を小さくすることが望ましい。
すなわち、熱伝導率が高いセラミックを選択することや撮像素子チップの下の部分のセラミックスの厚みを薄くすることが効果的であり、そのようなパッケージ構造を採用するのが望ましい。

本実施形態については、種々の変形例が考えられる。例えば、上記の説明では、フレーム状の低融点ガラス２０６を透明板２０５の下面に予め形成したが、筐体部２０３側にフレーム状の低融点ガラス２０６を予め形成してもよい。

（第２の実施形態）
次に、上記実施形態のガラス封止に代えて、半田による気密封止構造とした第２実施形態について説明する。
図３は、本実施形態における撮像装置の封止構造の例（半田付けにより気密封止する例）を示す断面図である。
図３において、参照符号３０１は撮像素子チップを示し、３０２は外囲器を示し、３０３は筐体部（セラミックス）を示し、３０４は電極端子を示し、３０５は金属フレーム（第２金属フレーム）を示し、３０６は透明板（ガラス）を示し、３０７は金属フレーム（第１金属フレーム）を示し、３０８は半田（鉛錫、金錫等の半田）を示す。

図３の撮像装置は、透明板（ガラス）３０６と筐体部（セラミックス）３０３とは、半田３０８により気密封止されている。金属フレーム３０５，３０７は、単層金属、多層金属、合金等で作られている。これらの材料としては、熱伝導率が高く、熱容量が小さいことが望ましい。
金属フレーム同士を半田付けにより接続することによって、強固で、耐衝撃性のある堅牢性を有した気密封止構造を得ることができる。

以下、図３の撮像装置の製造方法について説明する。
図４は、図３の撮像装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は封止前の透明板の断面図であり、（ｂ）は撮像素子チップを固着する前の筐体部の断面図であり、（ｃ）は封止工程を説明する断面図である。図４において、参照符号３１０，３１１はヒートシンクを示し、参照符号３１２は加熱用ヒータを示す。

まず、図４（ａ）に示すような透明板３０６と図４（ｂ）に示す筐体部３０３を準備する。透明板３０６には金属フレーム３０７が固着されている。さらに、金属フレーム３０７表面の一部にフレーム状の半田３０８が形成されている。また、同様に、筐体部３０３には金属フレーム３０５が固着されている。

次に、撮像素子チップ３０１を公知の方法で製造した後、筐体部３０３の所定の位置に接着剤で固着する（第１の工程）。次に、撮像素子チップと電極端子間の電気的結線を行う（第２工程）。次に、透明板３０６を筐体部３０３の所定の接合位置に載置した後、ヒートシンク３１０とヒートシンク３１１で接触させ、加圧して、透明板３０６と筐体部３０３を密着させて固定する。そして、金属フレーム３０７の上面に加熱用ヒータ３１２を接触させて、半田３０８を加熱し、透明板３０６と筐体部３０３を封止する（第３の工程）。この状態を図４（ｃ）に示す。

加熱用ヒータは、半田を加熱するものであり、半田の融点以上の一定温度に保持されていることが望ましい。加熱を短時間で行うために、ヒータの熱容量は大きく、熱伝導率が高い材料で作ることが望ましい。

本実施形態においても、前掲の実施形態と同様に、ヒートシンク３１０と３１１が筐体部３０３と透明板３０６に接触しているため、撮像素子チップの温度上昇は小さく、高温に晒されることに起因する性能劣化が起きることがない。

（第３の実施形態）
次に、上記実施形態に代えて、溶接封止構造とした第３実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る撮像装置の封止構造の例（溶接により気密封止する例）を示す断面図である。
図５において、参照符号４０１は撮像素子チップを示し、４０２は外囲器を示し、４０３は筐体部（セラミックス）を示し、４０４は電極端子を示し、４０５は金属フレーム（第１金属フレーム）を示し、４０６は透明板（ガラス）を示し、４０７は金属フレーム（第２金属フレーム）を示し、４０８は溶接部を示す。

図５の撮像装置は、透明板（ガラス）４０６と筐体部（セラミックス）４０３とは、溶接により封止される。また、透明板４０６には金属フレーム４０７が固着され、筐体部４０３には金属フレーム４０５が固着されている。金属フレーム（４０５，４０７）は溶接に適した材料で作られている。
上記のように、金属フレーム同士を溶接により接続することによって、強固で、衝撃等にも耐性をもつ気密封止構造を得ることができる。

図５の撮像装置の製造方法は、第２の実施形態とほぼ同じである。但し、第２の実施形態では加熱用ヒータで加熱して半田付けを実施したが、本実施形態では、金属フレーム４０５と金属フレーム４０７の間に電流を流すことにより溶接を行う点が異なる。

以上説明したように、本発明に係る撮像装置によれば、有機光電変換膜を用いた画素を有する撮像素子チップを外囲器に収納し、気密封止することにより、外部からの水の浸入を効果的に防ぐことができる。したがって、有機光電変換膜の劣化は殆んど無くなり、信頼性が高く、かつ長寿命の撮像装置を実現することができる。

また、本発明の撮像装置の製造方法によれば、気密封止工程において、撮像素子チップ付近の外囲器をヒートシンクに接触させることにより、撮像素子チップの温度上昇が抑制され、封止工程における有機光電変換膜の性能劣化を回避することができる。

このように、本発明によって、製品寿命が長く、信頼性が高い有機光電変換膜の画素を有する撮像装置が実現され、さらに、封止工程で起きる性能劣化（特に温度上昇に弱い有機光電変換膜の性能劣化）を避けることが可能な、信頼性の高い撮像装置の製造方法を提供することができる。

本発明は、有機光電変換膜を用いた画素を集積した撮像装置の耐湿性（耐水性）を高めて、有機光電変換膜の特性劣化を抑制し、撮像装置の長寿命化を実現し、また、その撮像装置を量産可能な製造方法を確立できるという効果を奏し、したがって、有機光電変換膜を用いた撮像装置、およびその製造方法として有用である。

本発明に係る有機光電変換膜の画素を集積した撮像装置の封止構造（パッケージ構造）の一例（低融点ガラスにより気密封止する例）を説明するための断面図である。 図１の撮像装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は封止前の透明板の断面図、（ｂ）は封止工程を説明するための断面図である。 本発明に係る撮像装置の封止構造の他の例（半田付けにより気密封止する例）を示す断面図である。 図３の撮像装置の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は封止前の透明板の断面図、（ｂ）は撮像素子チップを固着する前の筐体部の断面図、（ｃ）は封止工程を説明する断面図である。 本発明に係る撮像装置の封止構造の他の例（溶接により気密封止する例）を示す断面図である。 特許文献４に記載される撮像素子チップが外囲器に収納されている従来の撮像装置の断面図である。

符号の説明

２０１ 撮像素子チップ
２０２ 外囲器
２０３ 筐体部
２０４ 電極端子
２０５ 透明板
２０６ 低融点ガラス（その融点は、透明板の融点より低く、かつ、少なくとも、撮像素子チップの有機光電変換膜に大きな悪影響を与える懸念が生じない程度の温度）
２１０ ヒートシンク
２１１ ヒートシンク
２１２ 加熱用光線
３０１ 撮像素子チップ
３０２ 外囲器
３０３ 筐体部
３０４ 極端子
３０５ 金属フレーム
３０６ 透明板
３０７ 金属フレーム
３０８ 半田（鉛錫、金錫等の半田）
４０１ 撮像素子チップ
４０２ 外囲器
４０３ 筐体部
４０４ 電極端子
４０５ 金属フレーム
４０６ 透明板
４０７ 金属フレーム
４０８ 溶接部

Claims (13)

1. 有機光電変換膜を用いて構成される画素を備えた撮像素子チップと、
   前記撮像素子チップを収容する凹部を有する筐体部及び該筐体部に備えられ前記撮像素子チップと電気的に結線される複数の電極端子を備えた外囲器と、
   前記凹部を塞ぐとともに前記撮像素子チップに光を導入させる透明板と、を具備し、
   前記透明板と前記筐体部との接合が、前記凹部内への水分の通過を防止する気密封止にされたことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置であって、前記透明板はガラスからなり、前記筐体部はセラミックスからなることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１記載の撮像装置であって、前記外囲器の凹部内は、水分量３０００ｐｐｍ以下の乾燥空気または乾燥窒素のいずれかにより満たされていることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか記載の撮像装置であって、前記透明板と前記筐体部とがガラス材料により気密封止されていることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４記載の撮像装置であって、前記ガラス材料は、低融点ガラスであることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項1〜請求項３のいずれか１項記載の撮像装置であって、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと、前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとが半田付けされて、前記透明板と前記筐体部が気密封止されていることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の撮像装置であって、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと、前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとが互いに溶接されて、前記透明板と前記筐体部が気密封止されていることを特徴とする撮像装置。
8. 有機光電変換膜を用いて構成される画素を備えた撮像素子チップを、複数の電極端子を備える筐体部における所定位置に収納して固着する第１の工程と、
   前記撮像素子チップと前記筐体部の複数の電極端子とを電気的に結線する第２工程と、
   光を導入するための透明板を前記筐体部に接合して気密封止し、このとき、前記筐体部の一部および前記透明板の一部をヒートシンクに接触させることにより、前記撮像素子チップの温度を特性劣化温度以下に維持する第３の工程と、
   を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
9. 請求項８記載の撮像装置の製造方法であって、前記ヒートシンクは、前記気密封止の際、その気密封止部分の近辺で発生する熱を吸熱すると共に、前記筐体部と前記透明板を挟み込んで加圧することを特徴とする撮像装置の製造方法。
10. 請求項８または請求項９記載の撮像装置の製造方法であって、前記気密封止を、水分量３０００ｐｐｍ以下の乾燥空気または乾燥窒素雰囲気中で行なうことを特徴とする撮像装置の製造方法。
11. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項記載の撮像装置の製造方法であって、前記第３の工程では、前記透明板と前記筐体部とをガラス材料を用いて気密封止することを特徴とする撮像装置の製造方法。
12. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項記載の撮像装置の製造方法であって、前記第３の工程では、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとの間に半田を介在させ、この半田を加熱溶解させて気密封止することを特徴とする撮像装置の製造方法。
13. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項記載の撮像装置の製造方法であって、前記第３工程では、前記透明板に予め形成された第１金属フレームと、前記筐体部に予め形成された第２金属フレームとの間に電流を流し、これらフレーム間を溶接して気密封止することを特徴とする撮像装置の製造方法。

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