JP5930263B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本技術は、固体撮像装置に関し、特に、フレアやゴーストの発生を抑制することができるようにする固体撮像装置に関する。
近年、固体撮像装置におけるイメージセンサについても、他の半導体チップと同様、先端プロセスが導入されることで、チップシュリンクが進む傾向にある。これに伴い、例えば、イメージセンサと基板とがワイヤボンディングによって接続される固体撮像装置を設計する際には、イメージセンサにおいて、ボンディングパッドをレンズ有効径内に配置するように設計することも考えられる。
しかしながら、このような場合、レンズから入射した光が、ボンディングパッドに接続されているワイヤ（金線）表面に反射し、イメージセンサ上の受光面に入り込むことにより、フレアやゴーストが発生する恐れがあった。
これに対して、レンズからの光のうちの、イメージセンサ上に配置されているボンディングパッド近辺に入射される光を遮光する遮光部材を設けるようにした固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
これによって、レンズから入射した光が、ボンディングパッドに接続されている金線表面に反射し、イメージセンサ上の受光面に入り込むことにより発生するフレアやゴーストを抑制することができるようになった。
特開２００６−２２２２４９号公報
ところで、固体撮像装置の製造工程において、イメージセンサに対する遮光部材の位置は、設計上の位置に対して所定のばらつきを含んでいる。
例えば、図１の左側に示されるように、イメージセンサ１の受光面１ａの端部と、IRCF（Infrared Ray Cut Filter）４のイメージセンサ１側の面に貼りつけられている遮光部材３の開口部の縁部との距離がd1である場合、図中、太矢印で表わされる入射光は、遮光部材３によって遮光され、金線２に到達することはない。また、入射光が遮光部材３の開口部の縁面で反射した場合であっても、その反射光は、イメージセンサ１上の受光面１ａに到達することはない。なお、図中、太矢印で表わされる入射光は、図示せぬレンズからの入射光のうち、イメージセンサ１への入射角が最も大きい入射光であるものとする。また、遮光部材３の開口部の縁面は、レンズの光軸方向（図中、上から下へ向かう方向）に対して平行であるものとする。
一方、図１の右側に示されるように、イメージセンサ１の受光面１ａの端部と、遮光部材３の開口部の縁部との距離がd2である場合、図中、太矢印で表わされる入射光は、遮光部材３によって遮光され、金線２に到達することはない。しかしながら、入射光が遮光部材３の開口部の縁面で反射した場合、その反射光は、イメージセンサ１上の受光面１ａに入り込んでしまう。
この場合、ボンディングパッドに接続されている金線２表面からの反射光によって発生するフレアやゴーストを抑制することはできるが、遮光部材３の開口部の縁面からの反射光によって、フレアやゴーストが発生してしまう。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、フレアやゴーストの発生を抑制することができるようにするものである。
本技術の第１の側面の固体撮像装置は、レンズにより取り込まれた光を光電変換する固体撮像素子と、前記レンズから固体撮像素子に入射する光の一部を遮光する遮光部材と、前記レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に配置される光学フィルタと、前記固体撮像素子の受光面を除く周縁部に配置されるボンディングパッドとを備え、前記遮光部材の縁面の、レンズの光軸方向に対してなす角度θＭ、上光線の入射角θＵ、受光面の端部と前記ボンディングパッドとの距離Ｄ、前記遮光部材の設計上の位置からの最大誤差σ、および前記光学フィルタと前記固体撮像装置とのギャップ長Ｇは、θＭ＞arctan［tanθＵ＋｛（Ｄ−２σ）／Ｇ｝］を満たす。
前記固体撮像素子の受光面は、開口部を有する基板の前記開口部から入射される光を受光し、前記開口部の縁面は、前記遮光部材の縁面の仮想延長面と交わらないようにすることができる。
前記固体撮像装置には、前記固体撮像素子の受光面上の空隙を封止する封止部材をさらに設け、前記遮光部材は、前記封止部材の前記レンズ側の面または前記固体撮像素子側の面に設けられるようにすることができる。
前記封止部材の側面は、前記遮光部材の縁面の仮想延長面と交わらないようにすることができる。
前記遮光部材は、光路上に配置される光学フィルタに１回または複数回、印刷材料が印刷されてなる部材であるようにすることができる。
前記遮光部材の縁面の、前記レンズの光軸方向に対してなす角度は、45°以上とされるようにすることができる。
前記レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に配置される光学フィルタをさらに設け、前記遮光部材は、前記光学フィルタの前記固体撮像素子側の面に貼りつけられるようにすることができる。
本技術の第１の側面においては、遮光部材が、光学フィルタの固体撮像素子側の面に貼りつけられ、遮光部材の縁面の、レンズの光軸方向に対してなす角度θＭ、上光線の入射角θＵ、受光面の端部とボンディングパッドとの距離Ｄ、遮光部材の設計上の位置からの最大誤差σ、および光学フィルタと固体撮像装置とのギャップ長Ｇが、θＭ＞arctan［tanθＵ＋｛（Ｄ−２σ）／Ｇ｝］を満たす。
本技術の第２の側面の固体撮像装置は、レンズにより取り込まれた光を光電変換する固体撮像素子と、前記レンズから固体撮像素子に入射する光の一部を遮光する遮光部材とを備え、前記遮光部材は、開口部を有し、前記遮光部材は、前記開口部の縁部から所定の範囲が、前記固体撮像素子側に所定の角度で折り曲げられており、前記レンズの有効径Ｒ、前記遮光部材の開口径Ｌ、前記レンズと前記遮光部材との距離Ｈ、前記遮光部材に対する曲げ部の角度γ、および、前記遮光部材の縁面の、前記レンズの光軸方向に対してなす角度θＭは、γ≦［90°−arctan｛（Ｒ−Ｌ）／２Ｈ｝］／２、およびarctan｛（Ｒ＋Ｌ）／２Ｈ｝≦θＭを満たす。
本技術の第２の側面においては、遮光部材の開口部の縁部から所定の範囲が、固体撮像素子側に所定の角度で折り曲げられており、レンズの有効径Ｒ、遮光部材の開口径Ｌ、レンズと遮光部材との距離Ｈ、遮光部材に対する曲げ部の角度γ、および、遮光部材の縁面の、レンズの光軸方向に対してなす角度θＭは、γ≦［90°−arctan｛（Ｒ−Ｌ）／２Ｈ｝］／２、およびarctan｛（Ｒ＋Ｌ）／２Ｈ｝≦θＭを満たす。
本技術の第１乃至第３の側面によれば、フレアやゴーストの発生を抑制することが可能となる。
従来の遮光部材の開口部の縁面における反射について説明する図である。 本技術を適用した固体撮像装置の外観構成例を示す図である。 遮光部材の位置とその縁面につけられる角度について説明する図である。 遮光部材の位置とその縁面につけられる角度について説明する図である。 遮光部材の位置とその縁面につけられる角度について説明する図である。 遮光部材形成処理について説明するフローチャートである。 遮光部材としての印刷材料の印刷について説明する図である。 フリップチップ構造の基板の開口部の縁面での反射について説明する図である。 本技術を適用したフリップチップ構造の固体撮像装置の構成例を示す図である。 フリップチップ構造の固体撮像装置の他の構成例を示す図である。 キャビティレス化を図った固体撮像装置の構成例を示す図である。 キャビティレス化を図った固体撮像装置の構成例を示す図である。 キャビティレス化を図った固体撮像装置の構成例を示す図である。 キャビティレス化を図った固体撮像装置の構成例を示す図である。 遮光部材の開口部の縁部周辺が折り曲げられた固体撮像装置の断面図である。 遮光部材の曲げ部上面での入射光の反射の条件について説明する図である。 遮光部材の開口部の縁面での入射光の通過の条件について説明する図である。 遮光部材の開口部の縁面につけられるカット角度の値について説明する図である。 金型による遮光部材形成処理について説明するフローチャートである。 金型による遮光部材の形成について説明する図である。 金型による遮光部材の形成について説明する図である。 金型による遮光部材の形成について説明する図である。 金型による遮光部材の形成について説明する図である。 金型による遮光部材の形成について説明する図である。
以下、本技術の実施の形態について図を参照して説明する。なお、説明は以下に示す順序で行うこととする。
１．ワイヤボンディング構造の固体撮像装置
２．フリップチップ構造の固体撮像装置
３．キャビティレス化を図った固体撮像装置の例
４．金型による遮光部材の形成の例
＜１．ワイヤボンディング構造の固体撮像装置＞
［固体撮像装置の外観構成］
図２は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成を示す図である。
図２の固体撮像装置は、光学センサとしてのCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ１０（以下、単に、イメージセンサ１０という）、イメージセンサ１０と図示せぬ基板とを電気的に接続する金線１１、図示せぬ基板に実装される受動部品１２、および図示せぬレンズからイメージセンサ１０に入射する光の一部を遮光する遮光部材１３から構成される。
イメージセンサ１０は、光電変換素子を含む単位画素（以下、単に、画素ともいう）が行列状（マトリックス状）に２次元配置されてなる受光面１０ａを有しており、受光面１０ａに入射した光量に応じた電荷量を物理量として画素単位で検知する。
イメージセンサ１０の受光面１０ａを除く周縁部には、金線１１を接続するための端子であるボンディングパッドが配置されており、ワイヤボンディングによって、ボンディングパッドに接続された金線１１と図示せぬ基板とが接続される。
なお、イメージセンサ１０においては、ボンディングパッドの少なくとも一部が、図示せぬレンズの有効径内に配置されているものとする。
遮光部材１３は、所定の厚さをもち、黒色に着色されたフィルムからなり、図示せぬレンズからイメージセンサ１０の受光面１０ａに入射する入射光を通過させる開口部を有する。遮光部材１３は、レンズとイメージセンサ１０との間の光路上に配置され、例えば、図３乃至５に示されるように、赤外線吸収材料を有する光学フィルタであるIRCF（Infrared Ray Cut Filter）３１のイメージセンサ１０側の面に貼りつけられる。これは、遮光部材１３を、IRCF３１のレンズ側（図中上側）の面に貼りつけた場合、レンズからの入射光がIRCF３１の下面（イメージセンサ１０側の面）で反射して迷光となり、フレアやゴーストの発生を引き起こす恐れがあることによる。
レンズからの入射光の大半は、遮光部材１３の開口部からイメージセンサ１０の受光面１０ａに入射されるが、レンズからの入射光のうちの、イメージセンサ１０の周縁部に配置されているボンディングパッド近辺に入射される入射光は、遮光部材１３によって遮光されるようになされている。
これによって、レンズからの入射光が、ボンディングパッド近辺の金線１１表面で反射し、イメージセンサ１０上の受光面１０ａに入り込むことにより発生するフレアやゴーストを抑制することができるようになる。
さらに、遮光部材１３の開口部の縁面には、レンズの光軸方向に対して所定の角度がつけられており、遮光部材１３の開口部の縁部に入射される入射光を、その縁面で反射させずに通過させるようになされている。遮光部材１３の開口部の縁面につけられる角度は、遮光部材１３としてのフィルムを金型により成形することで得られる。
［遮光部材の位置と縁面につけられる角度について］
ここで、図３乃至５を参照して、イメージセンサ１０に対する遮光部材１３の位置と、遮光部材１３の開口部の縁面につけられる角度について説明する。なお、以下においては、遮光部材１３の開口部の縁面を、適宜、単に、遮光部材１３の縁面ということとする。
イメージセンサ１０に対する遮光部材１３の位置は、所定のばらつきを含んでいるが、そのばらつきは、ある一定の範囲に抑えられるように製造される。図３乃至５において示される曲線は、遮光部材１３の縁部（縁面）の位置のばらつきを示した分布曲線である。すなわち、図４に示される遮光部材１３の位置は、設計上の位置を示し、図３および図５で示される遮光部材１３の位置は、設計上の位置から最大誤差σ分ずれた位置を示している。
イメージセンサ１０の受光面１０ａに対して、レンズからの主光線がある入射角（CRA：Chief Ray Angle）で入射される場合、その主光線に対応する上光線および下光線もまた、それぞれの入射角で入射される。
図３においては、受光面１０ａの端部に入射される主光線に対応する上光線が、遮光部材１３に遮光されないようになされており、受光面１０ａには、主光線と、その主光線に対応する上光線および下光線がもれなく入射される。
また、図５においては、遮光部材１３に遮光されずに通過した下光線が、金線１１で反射されないようになされている。
すなわち、イメージセンサ１０に対する遮光部材１３の位置は、遮光部材１３の開口部の縁部において、受光面１０ａに主光線とその主光線に対応する上光線および下光線がもれなく入射され、かつ、下光線がボンディングパッド（金線１１）に入射されない位置となる。
また、主光線、上光線、および下光線のうち、最も入射角の大きい下光線が遮光部材１３の開口部の縁部を通過するように、遮光部材１３の縁面にレンズの光軸方向に対して角度をつければ、遮光部材１３の縁面で入射光が反射することはない。すなわち、遮光部材１３の縁面の、レンズの光軸方向に対してなす角度（以下、縁面角度という）は、遮光部材１３の開口部の縁部に入射する下光線の入射角より大きい角度となればよい。
すなわち、図５に示されるように、縁面角度をθＭとし、下光線の入射角をθＬとすると、θＭ＞θＬを満たせばよい。また、下光線の入射角θＬは、上光線の入射角θＵ、受光面１０ａの端部とボンディングパッドとの距離Ｄ、IRCF３１とイメージセンサ１０表面との距離（ギャップ長）Ｇを用いれば、以下の式（１）のように表される。
θＬ＝arctan［tanθＵ＋｛（Ｄ−２σ）／Ｇ｝］ ・・・（１）
したがって、縁面角度θＭは、以下の式（２）を満たすように与えられる。
θＭ＞arctan［tanθＵ＋｛（Ｄ−２σ）／Ｇ｝］ ・・・（２）
具体的には、例えば、主光線のCRAが30°である場合、その主光線に対応する上光線および下光線の入射角は、CRAの±10°程度とされるので、マージンをとって、縁面角度を50°とすれば、遮光部材１３の縁面で下光線が反射することはない。
さらに、上述したように、遮光部材１３の開口部の縁部を通過した下光線は、ボンディングパッドに接続されている金線１１表面には入射されない。言い換えれば、金線１１を接続するためのボンディングパッドは、イメージセンサ１０上の、遮光部材１３の縁面の仮想延長面と交わる領域より受光面１０ａ側には配置されないように設計されている。
以上の構成によれば、遮光部材１３の縁面で入射光が反射することはなくなるので、遮光部材１３の縁面からの反射光によるフレアやゴーストの発生を抑制することが可能となる。
また、遮光部材１３の開口部の縁部を通過した下光線が、ボンディングパッドに接続されている金線１１表面に反射することはないので、金線１１表面からの反射光によるフレアやゴーストの発生を抑制することもできる。
特に、裏面受光型のイメージセンサにおいては、主光線のCRAが大きくなるとともに、下光線の入射角も大きくなるが、下光線の入射角に応じて遮光部材１３の縁面を形成することで、フレアやゴーストの発生を抑制することが可能となる。
このように、イメージセンサ１０において、ボンディングパッドの少なくとも一部をレンズの有効径内に配置しても、フレアやゴーストの発生を抑制することが可能となるので、イメージセンサ１０のチップサイズを小さくすることができる。これにより、理収を高めることができ、チップ１個当たりのコストを低減することができるようになる。
また、イメージセンサ１０において、ボンディングパッドを受光面１０ａの近傍に配置することができるので、イメージセンサ１０の周辺回路の規模をも小さくすることが可能になり、半導体チップのプロセス世代を進めることが可能となる。その結果、消費電力の低減や、動作速度の向上に対応したイメージセンサを提供することが可能となる。
さらに、イメージセンサ１０のチップサイズを小さくすることができるので、イメージセンサ１０を備えるカメラモジュールのサイズも小さくすることができ、特に小型化の要求があるカメラ付き携帯電話機等に適用することが可能となる。
［遮光部材の材料］
なお、以上においては、遮光部材１３は、黒色に着色されたフィルムから形成されるものとしたが、他の材料から形成することもできる。
具体的には、例えば、遮光部材１３は、IRCF３１に印刷材料を印刷することで形成されるようにしてもよい。印刷材料は、例えば、カーボンフィラーや染料等で黒色化したエポキシ樹脂やアクリル樹脂、エポキシ−アクリル混合型の樹脂等であり、UV硬化性や熱硬化性を有するものとされる。また、印刷材料は、常温硬化性を有する樹脂であってもよい。このような印刷材料の印刷方式としては、スクリーン印刷方式やインクジェット印刷方式が適用される。
［印刷による遮光部材の形成処理］
ここで、図６のフローチャートを参照して、印刷による遮光部材１３の形成処理について説明する。
ステップＳ１１において、IRCF３１に印刷材料が印刷される。ステップＳ１２においては、膜厚が十分であるか否かが判定される。ステップＳ１２において、膜厚が十分でないと判定された場合、印刷された印刷材料が硬化された後、ステップＳ１１に戻り、再度、印刷材料が印刷される。
一方、ステップＳ１２において、膜厚が十分であると判定された場合、印刷された印刷材料が硬化された後、処理が終了する。
印刷材料がUV硬化性を有する印刷材料の場合、１回の印刷で10μm程度の膜厚となるので、３，４回の印刷で50μm程度の膜厚の遮光部材１３を得ることが可能となる。
また、遮光部材１３が液体状の印刷材料である場合、遮光部材１３の縁面角度は、IRCF３１の濡れ性によって決まる印刷材料の接触角として得られ、その断面は、図７に示されるようになる。なお、縁面角度を、複数回の印刷における印刷材料の重ね方によって得るようにしてもよい。
さらに、例えば、遮光部材１３は、IRCF３１に薄膜を蒸着することで形成されるようにしてもよい。この場合、蒸着された薄膜に対して開口部をパターニングする際、サイドエッチが入るようにエッチングすることで、遮光部材１３が形成される。
以上においては、イメージセンサがワイヤボンディングにより基板に接続（搭載）される固体撮像装置について説明したが、以下においては、フリップチップ構造の固体撮像装置について説明する。
＜２．フリップチップ構造の固体撮像装置＞
［従来のフリップチップ構造の固体撮像装置］
図８は、従来のフリップチップ構造の固体撮像装置の構成を示す図である。
図８の固体撮像装置においては、CMOSイメージセンサ１１０（以下、単に、イメージセンサ１１０という）が、開口部を有する基板１１１に、バンプ１１２を介して電気的に接続されている。バンプ１１２によるイメージセンサ１１０と基板１１１との接続部分は、エポキシ樹脂等からなるアンダーフィル（UF）１１３により封止されている。また、基板１１１の開口部には、イメージセンサ１１０の受光面１１０ａの上部を保護するためのシール材としてのシールガラス１１４が、UV硬化型の接着部材１１５（図９）によって接着されている。なお、接着部材１１５は、熱硬化型であってもよい。シールガラス１１４は、光を透過する透明な材料で形成されており、図中、太矢印で表わされる、図示せぬレンズからの入射光は、シールガラス１１４を介して、イメージセンサ１１０の受光面１１０ａに入射される。なお、シールガラス１１４は、IRCFであってもよい。また、図８に示されるフリップチップ構造の固体撮像装置においては、シールガラス１１４の受光面１１０ａに対向する面と、受光面１１０ａとの間には空隙が形成されている。
このフリップチップ構造においては、受光面１１０ａと、基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面と、は、比較的近い位置となる。したがって、シールガラス１１４を介して入射される入射光のうち、基板１１１の開口部またはUF１１３の縁面で反射した反射光が、受光面１１０ａに入り込んでしまい、フレアやゴーストの発生を引き起こす恐れがある。
そこで、図９に示されるように、シールガラス１１４に遮光部材１３１を貼りつけることによって、図示せぬレンズからの光のうちの、基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面に入射される光が、遮光部材１３１によって遮光されるようにする。
［フリップチップ構造への遮光部材の適用］
図９は、本技術を適用したフリップチップ構造の固体撮像装置の一実施の形態の構成を示す図である。なお、図９は、図８の固体撮像装置において点線の四角枠で囲まれた部分に対応する部分の構成のみを示しており、図９の固体撮像装置において、図８の固体撮像装置と対応する部分については、同一の符号を付している。
図９において、遮光部材１３１は、所定の厚さをもち、黒色に着色されたフィルムからなり、図２の遮光部材１３と同様に、図示せぬレンズからイメージセンサ１１０の受光面１１０ａに入射する光を通過させる開口部を有する。遮光部材１３１は、シールガラス１１４のイメージセンサ１１０側の面に貼りつけられる。なお、遮光部材１３１は、黒色に着色されたフィルムから形成されるものとしたが、上述した遮光部材１３と同様に、シールガラス１１４に印刷される印刷材料で形成されてもよいし、シールガラス１１４に蒸着される薄膜で形成されてもよい。
イメージセンサ１１０の受光面１１０ａに対して、レンズからの主光線があるCRAで入射される場合、その主光線に対応する上光線および下光線もまた、それぞれの入射角で入射される。
その主光線、上光線、および下光線のうち、最も入射角の大きい下光線が遮光部材１３１の開口部の縁部を通過するように、遮光部材１３１の縁面にレンズの光軸方向に対して角度をつければ、遮光部材１３１の縁面において入射光が反射することはない。すなわち、遮光部材１３１の縁面角度は、遮光部材１３１の開口部の縁部に入射する下光線の入射角より大きい角度となる。
また、遮光部材１３１の幅Ｌは、基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面と、遮光部材１３１の縁面の仮想延長面とが交わらないように設計されている。すなわち、遮光部材１３１の開口部の縁部を通過した下光線が、基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面に反射することはない。
以上の構成によれば、遮光部材１３１の縁面で入射光が反射することはなくなるとともに、基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面で入射光が反射することはなくなるので、遮光部材１３１の縁面、基板１１１の開口部の縁面、またはUF１１３の縁面からの反射光によるフレアやゴーストの発生を抑制することが可能となる。
なお、図９においては、シールガラス１１４と基板１１１の開口部とは、接着部材１１５により接着されるものとしたが、遮光部材１３１として接着機能を有する材料を用いることで、遮光部材１３１がシールガラス１１４と基板１１１の開口部とを接着するようにすることもできる。
また、以上においては、遮光部材１３１は、シールガラス１１４のイメージセンサ１１０側の面に貼りつけられるようにしたが、図１０に示されるように、シールガラス１１４のイメージセンサ１１０側の面とは反対の面（レンズ側の面）に貼りつけられるようにしてもよい。
ところで、上述した固体撮像装置の構造においては、イメージセンサの受光面が、空隙（以下、キャビティという）にさらされているため、ダストの影響を受けやすい。これに対して、イメージセンサの受光面におけるダストの影響を小さくするために、キャビティを持たない構造（以下、キャビティレス構造という）の固体撮像装置が提案されている。
ここで、以下においては、本技術を適用したキャビティレス構造の固体撮像装置の例について説明する。
＜３．キャビティレス構造の固体撮像装置の例＞
［キャビティレス化されたワイヤボンディング構造の固体撮像装置］
図１１は、キャビティレス化を図ったワイヤボンディング構造の固体撮像装置の構成を示す図である。なお、図１１の固体撮像装置において、図３等の固体撮像装置と対応する部分においては、同一の符号を付している。
すなわち、図１１の固体撮像装置は、図３等の固体撮像装置において、遮光部材１３を除いて、ガラス層２１１、遮光部材２１２、および樹脂層２１３を新たに設けた構成となる。
ガラス層２１１および樹脂層２１３は、光を透過する透明な材料により形成され、これらの屈折率は空気より高い。図１１の固体撮像装置においては、ガラス層２１１および樹脂層２１３によってキャビティが封止され、キャビティレス構造が実現される。
また、ガラス層２１１の下面（イメージセンサ１０側の面）には、遮光部材２１２が貼りつけられている。遮光部材２１２は、上述した遮光部材１３と同等の材料および形状で形成される。
さらに、遮光部材２１２の幅（図中、横方向の長さ）は、樹脂層２１３の側面と、遮光部材２１２の縁面の仮想延長面とが交わらないように設計されている。すなわち、遮光部材２１２の開口部の縁部を通過した下光線が、樹脂層２１３の側面に反射することはない。
なお、製造工程においては、ガラス層２１１の下面に遮光部材２１２が貼り付けられた後、ウエハレベルでイメージセンサ１０に対して遮光部材２１２の位置決めを行い、ガラス層２１１を、樹脂層２１３とともにイメージセンサ１０に貼り合わせる。次に、ダイシングを行い個片にした後、ボンディングパッド部分を露出させるために、ガラス層２１１および樹脂層２１３をカットする。そして、露出したボンディングパッド部分を洗浄することで、端子としてのボンディングパッドが形成される。なお、イメージセンサ１０をチップ化した後に、ガラス層２１１を樹脂層２１３とともにイメージセンサ１０に貼り合わせるようにしてもよい。この場合、露出したボンディングパッド部分を洗浄する工程を省略することができる。
このようにしてキャビティレス化を図ったワイヤボンディング構造の固体撮像装置においても、遮光部材２１２の縁面で入射光が反射することはなくなるので、遮光部材２１２の縁面からの反射光によるフレアやゴーストの発生を抑制することが可能となる。
また、遮光部材２１２の縁面部分を通過した下光線が、樹脂層２１３の側面に反射することはないので、樹脂層２１３の側面からの反射光によるフレアやゴーストの発生を抑制することもできる。
なお、以上においては、遮光部材２１２がガラス層２１１の下面に貼りつけられる構成について説明したが、図１２に示されるように、遮光部材２１２がガラス層２１１の上面に貼りつけられる構成としてもよい。この場合、ガラス層２１１、樹脂層２１３、およびイメージセンサ１０の貼り合わせを行ってから、遮光部材２１２をガラス層２１１の上面に貼りつけるようにすることができるので、イメージセンサ１０に対する遮光部材２１２の位置の精度を高めることが可能となる。なお、図１２においては、ガラス層２１１に対する濡れ性を利用して、遮光部材２１２の縁面に角度をつけることはできないので、遮光部材２１２は、黒色に着色されたフィルムから形成されるものが適用されるようになる。
また、図１２の固体撮像装置においては、遮光部材２１２の幅（図中、横方向の長さ）は、ガラス層２１１および樹脂層２１３の側面と、遮光部材２１２の縁面の仮想延長面とが交わらないように設計されている。すなわち、遮光部材２１２の開口部の縁部を通過した下光線が、ガラス層２１１および樹脂層２１３の側面に反射することはない。
［キャビティレス化されたフリップチップ構造の固体撮像装置］
図１３は、キャビティレス化を図ったフリップチップ構造の固体撮像装置の構成を示す図である。なお、図１３の固体撮像装置において、図８または図９の固体撮像装置と対応する部分においては、同一の符号を付している。
すなわち、図１３の固体撮像装置は、図８または図９の固体撮像装置において、シールガラス１１４および遮光部材１３１を除いて、ガラス層３１１、遮光部材３１２、および樹脂層３１３を新たに設けた構成となる。
ガラス層３１１および樹脂層３１３は、光を透過する透明な材料により形成され、これらの屈折率は空気より高い。図１３の固体撮像装置においては、ガラス層３１１および樹脂層３１３によってキャビティが封止され、キャビティレス構造が実現される。
また、ガラス層３１１の下面（イメージセンサ１１０側の面）には、遮光部材３１２が貼りつけられている。遮光部材３１２は、上述した遮光部材１３１と同等の材料および形状で形成される。
さらに、遮光部材３１２の幅（図中、横方向の長さ）は、樹脂層３１３の側面と、遮光部材３１２の縁面の仮想延長面とが交わらないように設計されている。すなわち、遮光部材３１２の開口部の縁部を通過した下光線が、樹脂層３１３の側面に反射することはない。
なお、製造工程においては、ガラス層３１１の下面に遮光部材３１２が貼り付けられた後、ウエハレベルでイメージセンサ１１０に対して遮光部材３１２の位置決めを行い、ガラス層３１１を、樹脂層３１３とともにイメージセンサ１１０に貼り合わせる。そして、イメージセンサ１１０において、チップの前面と裏面との間を貫通させるTSV（Through Silicon Via）加工を行い、CSP（Chip Scale Package）化を行う。
このようにしてキャビティレス化を図ったフリップチップ構造の固体撮像装置においても、遮光部材３１２の縁面や基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面で入射光が反射することはなくなるので、遮光部材３１２の縁面や基板１１１の開口部およびUF１１３の縁面からの反射光によるフレアやゴーストの発生を抑制することが可能となる。
なお、以上においては、遮光部材３１２がガラス層３１１の下面に貼りつけられる構成について説明したが、図１４に示されるように、遮光部材３１２がガラス層３１１の上面に貼りつけられる構成としてもよい。この場合、ガラス層３１１、樹脂層３１３、およびイメージセンサ１１０の貼り合わせを行ってから、遮光部材３１２をガラス層３１１の上面に貼りつけるようにすることができるので、イメージセンサ１１０に対する遮光部材３１２の位置の精度を高めることが可能となる。なお、図１４においては、ガラス層３１１に対する濡れ性を利用して、遮光部材３１２の縁面に角度をつけることはできないので、遮光部材３１２は、黒色に着色されたフィルムから形成されるものが適用されるようになる。
また、図１４の固体撮像装置においては、遮光部材３１２の幅（図中、横方向の長さ）は、ガラス層３１１および樹脂層３１３の側面と、遮光部材３１２の縁面の仮想延長面とが交わらないように設計されている。すなわち、遮光部材３１２の開口部の縁部を通過した下光線が、ガラス層３１１および樹脂層３１３の側面に反射することはない。
なお、以上においては、遮光部材は、レンズからイメージセンサの受光面に入射する光を通過させる開口部を有するものとして説明したが、ワイヤボンディング構造における金線の配置やフリップチップ構造における基板の開口部の形状に応じた構成・形状であればよい。例えば、図２のイメージセンサ１０において金線１１が接続されるボンディングパッドが、図中右側のみに配置されているような場合、遮光部材１３は、そのボンディングパッド近辺を遮光する形状であればよい。
ところで、近年のカメラモジュールにおいては、その小型化に伴い、焦点距離をより短くしたり、レンズの集光率の向上を目的として、イメージセンサのサイズと比較してレンズの有効径をより大きくしたりすることがなされている。この場合、レンズからの入射光の入射角はより大きくなるので、これに合わせて、上述した遮光部材の縁面角度もより大きくする必要がある。例えば、レンズからの入射光の入射角が45°の場合、遮光部材の縁面角度は45°より大きくする必要がある。
以上においては、図６を参照して、このような縁面角度を有する遮光部材を形成する方法の１つとして、IRCFに印刷材料を印刷する方法について説明した。しかしながら、金型により遮光部材を成形する場合、例えば45°等の大きな縁面角度を有する遮光部材を形成するのは困難とされ、その縁面角度は、最大でも30°程度となってしまう。
そこで、以下においては、金型により大きな縁面角度を有する遮光部材を形成する例について説明する。
＜４．金型による遮光部材の形成の例＞
上述したように、金型により大きな縁面角度を有する遮光部材を形成するのは困難であるので、遮光部材の開口部の縁部から所定の範囲を、イメージセンサ側に所定の角度で折り曲げることで、縁面角度を大きくする。
［フレアやゴーストの発生を抑制するための条件］
図１５は、遮光部材の開口部の縁部から所定の範囲を、イメージセンサ側に所定の角度で折り曲げるようにした固体撮像装置の断面図である。
図１５に示される構成において、フレアやゴーストの発生を抑制するためには、以下の２つの条件を満たせばよい。
（１）レンズ５０１からの上光線Ａが遮光部材５０２の開口部の縁部においてイメージセンサ５０３側に折り曲げられた部分（以下、曲げ部という）の上面（レンズ側の面）に反射した反射光Ａ’が、イメージセンサ５０３に入り込まない。
（２）レンズ５０１からの下光線Ｂが、遮光部材５０２の開口部の縁面に反射せず、遮光部材５０２の開口部を通過する。なお、金線５０４を接続するためのボンディングパッドは、遮光部材５０２の開口部を通過した下光線Ｂが入射しないように配置される。
ここで、以下においては、レンズ５０１の有効径をＲ、遮光部材５０２の開口径をＬ、レンズ５０１と遮光部材５０２との距離（焦点距離）をＨ、遮光部材５０２に対する曲げ部の角度（以下、曲げ角度という）をγ、金型加工により遮光部材５０２の縁面につけられた角度（以下、カット角度という）をφとする。また、図５に合わせて、上光線Ａの入射角を−θＵ、下光線Ｂの入射角をθＬ、縁面角度（すなわち、遮光部材５０２の縁面の、レンズ５０１の光軸方向に対してなす角度）をθＭとする。なお、上光線Ａの入射角−θＵは、光軸方向に対して、図５を参照して説明した上光線の入射角とは反対側の角度を示しているので、“−”（マイナス）の符号が付されている。
まず、上述の条件（１）を満たすためには、上光線Ａと反射光Ａ’のなす角度を、90°−θＵ以下とする必要がある。
すなわち、図１６に示されるように、遮光部材５０２の曲げ部上面の鉛直方向に線分OPを与えた場合、上光線Ａと線分OPのなす角度∠AOPは、以下の式（３）を満たす必要がある。
∠AOP≦（90°−θＵ）／２ ・・・（３）
また、遮光部材５０２の曲げ部上面のレンズ５０１の光軸方向に線分OQを与えた場合、線分OQと線分OPのなす角度∠QOPは、以下の式（４）を満たす必要がある。
∠QOP≦（90°−θＵ）／２＋θＵ＝（90°＋θＵ）／２・・・（４）
なお、角度∠QOPは曲げ角度γに等しく、上光線Ａの入射角−θＵはarctan｛（Ｒ−Ｌ）／２Ｈ｝で表わされるので、条件（１）を満たすには、以下の式（５）を満たせばよい。
γ≦［90°−arctan｛（Ｒ−Ｌ）／２Ｈ｝］／２ ・・・（５）
次に、上述の条件（２）を満たすためには、図１７に示されるように、θＬ≦θＭを満たせばよい。ここで、下光線Ｂの入射角θＬは、arctan｛（Ｒ＋Ｌ）／２Ｈ｝で表わされるので、条件（２）を満たすには、以下の式（６）を満たせばよい。
arctan｛（Ｒ＋Ｌ）／２Ｈ｝≦θＭ ・・・（６）
以上のように、条件（１）および条件（２）を満たすためには、式（５）および式（６）を満たせばよい。
ところで、縁面角度θＭと曲げ角度γとがθＭ＞γの関係を満たす必要がある場合、θＭ−γ≦φを満たすように、遮光部材５０２の縁面にカット角度φをつける必要がある。
すなわち、上述の式（５）および式（６）より、レンズの有効径Ｒ、遮光部材５０２の開口径Ｌ、および焦点距離Ｈが決まれば、条件（１）および条件（２）を満たす縁面角度θＭおよび曲げ角度γが決まるので、遮光部材５０２の縁面につけるカット角度φの最小値を決めることができる。
図１８Ａ乃至Ｃは、レンズの有効径（レンズ径）Ｒ、遮光部材５０２の開口径（遮光板開口）Ｌ、および焦点距離Ｈを決めたときの、カット角度φの値の範囲について説明する図である。
図１８Ａは、焦点距離Ｈを８mmとした場合のカット角度φの値の範囲を示しており、図１８Ｂは、焦点距離Ｈを６mmとした場合のカット角度φの値の範囲を示している。また、図１８Ｃは、焦点距離Ｈを４mmとした場合のカット角度φの値の範囲を示している。
焦点距離Ｈを短くし、レンズ径Ｒを大きくした場合であっても、特に、図１８Ｃに示されるように、カット角度φの値は20°乃至30°の範囲となり、金型加工によって形成することが可能な値となる。すなわち、遮光部材の縁部に曲げ部を設けることで、金型により大きな縁面角度を有する遮光部材を形成することが可能となり、フレアやゴーストの発生を抑制することができるようになる。
［金型による遮光部材の形成処理］
次に、図１９乃至図２４を参照して、金型加工による、上述した遮光部材５０２の形成処理について説明する。図１９は、金型加工による遮光部材形成処理について説明するフローチャートであり、図２０乃至図２４は、遮光部材形成処理において加工される遮光部材５０２等の断面図である。
まず、ステップＳ１１１において、遮光部材５０２となる板材に、開口部および位置決めのためのガイド穴が形成される。
図２０Ａに示される遮光部材５０２は、例えば、ポリエステル等の樹脂に、粉末状のカーボンを混ぜて生成された、板状の部材である。この板状の遮光部材５０２は、図２０Ｂに示されるように、金型５５１，５５２によって、片面側（イメージセンサ側）が大きく開口するようにカットされることで、開口部５０２ａが形成される。このとき、ガイド穴５０２ｂも同時に形成される。ここでは、金型５５２において、開口部５０２ａカットする刃を片刃にして、しなりを利用することで、開口部５０２ａのカット角度φを30°程度にすることができる。
ステップＳ１１２において、遮光部材５０２の開口部５０２ａに曲げ部が形成されるように、開口部５０２ａがプレスされる。
すなわち、図２１に示されるように、遮光部材５０２が、金型５６１，５６２によって開口部５０２ａがプレスされることで、開口部５０２ａに曲げ部が形成される。このとき、遮光部材５０２は、ガイド穴５０２ｂによって金型５６１，５６２に対して位置決めされる。
ステップＳ１１３において、遮光部材５０２をイメージセンサ上で支持するための粘着テープを形成する。
図２２Ａに示されるように、粘着テープ５８１は、保護テープ５８１ａ、粘着層５８１ｂ、および保護テープ５８１ｃが積層されて構成される。
まず、図２２Ｂに示されるように、粘着テープ５８１には、金型５９１，５９２によって、開口部５８１ｄ、ガイド穴５８１ｅ、および切り込み５８１ｆが形成される。
次に、図２３Ａに示されるように、粘着テープ５８１において形成された切り込み５８１ｆによって、粘着層５８１ｂおよび保護テープ５８１ｃの不要な部分が剥離される。
そして、図２３Ｂに示されるように、不要な部分が剥離された粘着テープ５８１の保護テープ５８１ｃに、他の保護テープ６０１が貼り付けられることで、保護テープ５８１ｃが剥離される。
このようにして、図２３Ｃに示されるような粘着テープ５８１が形成される。
図１９のフローチャートに戻り、ステップＳ１１４において、遮光部材５０２と粘着テープ５８１とが貼り合わせられる。すなわち、図２４Ａに示されるように、遮光部材５０２の上面（レンズ側の面）と粘着テープ５８１とは、粘着層５８１ｂによって貼り合わせられる。
そして、ステップＳ１１５において、遮光部材５０２の不要部分がカットされる。すなわち、図２４Ｂに示されるように、粘着テープ５８１に貼り合わせられた遮光部材５０２は、金型６１１，６１２によって、ガイド穴５０２ｂを含む不要部分がカットされ、その外形が形成される。
以上の処理によれば、開口部に曲げ部を有するとともに、縁面にカット角度がつけられた形状の遮光部材を形成することが可能となる。
同様の形状の遮光部材は、金属をエッチングする等して形成することが可能ではあるが、コストが非常に高くなってしまう。一方、以上の処理によれば、プラスチック等の樹脂性の材料を金型によってカットおよびプレスすることで、遮光部材を形成することができるので、安価に、かつ、大量に生産することができ、ひいては、カメラモジュールの低コスト化を図ることが可能となる。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
１０ CMOSイメージセンサ， １０ａ 受光面， １１ 金線， １３ 遮光部材， ３１ IRCF， １１０ CMOSイメージセンサ， １１０ａ 受光面， １１１ 基板， １１３ UF， １１４ シールガラス， １３１ 遮光部材

Claims (22)

  1. レンズにより取り込まれた光を光電変換する固体撮像素子と、
    前記レンズから固体撮像素子に入射する光の一部を遮光する遮光部材と、
    前記レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に配置される光学フィルタと、
    前記固体撮像素子の受光面を除く周縁部に配置されるボンディングパッドと
    を備え、
    前記遮光部材の縁面の、レンズの光軸方向に対してなす角度θＭ、上光線の入射角θＵ、受光面の端部と前記ボンディングパッドとの距離Ｄ、前記遮光部材の設計上の位置からの最大誤差σ、および前記光学フィルタと前記固体撮像装置とのギャップ長Ｇは、
    θＭ＞arctan［tanθＵ＋｛（Ｄ−２σ）／Ｇ｝］
    を満たす
    固体撮像装置。
  2. 前記固体撮像素子の受光面は、開口部を有する基板の前記開口部から入射される光を受光し、
    前記開口部の縁面は、前記遮光部材の縁面の仮想延長面と交わらない
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記固体撮像素子の受光面上の空隙を封止する封止部材をさらに備え、
    前記遮光部材は、前記封止部材の前記レンズ側の面または前記固体撮像素子側の面に設けられる
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記封止部材の側面は、前記遮光部材の縁面の仮想延長面と交わらない
    請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 前記遮光部材は、光路上に配置される光学フィルタに１回または複数回、印刷材料が印刷されてなる部材である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記遮光部材の縁面の、前記レンズの光軸方向に対してなす角度は、45°以上とされる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記遮光部材は、反射防止膜により形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記遮光部材は、黒色に着色されてなる
    請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 前記遮光部材は、UV硬化性または熱硬化性を有する
    請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 前記遮光部材は、カーボンフィラー、染料で黒色化したエポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ−アクリル混合型の樹脂により形成される
    請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 前記遮光部材は、前記光学フィルタの前記固体撮像素子側の面に貼りつけられる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 前記光学フィルタは、IRCF（Infrared Ray Cut Filter）である
    請求項１１に記載の固体撮像装置。
  13. 前記封止部材は、光を透過する透明な材料により形成される
    請求項３に記載の固体撮像装置。
  14. 前記封止部材は、ガラスおよび樹脂の少なくともいずれかにより形成される
    請求項１３に記載の固体撮像装置。
  15. レンズにより取り込まれた光を光電変換する固体撮像素子と、
    前記レンズから固体撮像素子に入射する光の一部を遮光する遮光部材と
    を備え、
    前記遮光部材は、開口部を有し、
    前記遮光部材の前記開口部の縁部から所定の範囲が、前記固体撮像素子側に所定の角度で折り曲げられており、
    前記レンズの有効径Ｒ、前記遮光部材の開口径Ｌ、前記レンズと前記遮光部材との距離Ｈ、前記遮光部材に対する曲げ部の角度γ、前記遮光部材の縁面の、前記レンズの光軸方向に対してなす角度θＭは、
    γ≦［90°−arctan｛（Ｒ−Ｌ）／２Ｈ｝］／２、および
    arctan｛（Ｒ＋Ｌ）／２Ｈ｝≦θＭ
    を満たす
    固体撮像装置。
  16. 前記固体撮像素子の受光面は、開口部を有する基板の前記開口部から入射される光を受光し、
    前記開口部の縁面は、前記遮光部材の縁面の仮想延長面と交わらない
    請求項１５に記載の固体撮像装置。
  17. 前記固体撮像素子の受光面上の空隙を封止する封止部材をさらに備え、
    前記遮光部材は、前記封止部材の前記レンズ側の面または前記固体撮像素子側の面に設けられる
    請求項１６に記載の固体撮像装置。
  18. 前記封止部材の側面は、前記遮光部材の縁面の仮想延長面と交わらない
    請求項１７に記載の固体撮像装置。
  19. 前記遮光部材の縁面の、前記レンズの光軸方向に対してなす角度は、45°以上とされる
    請求項１５に記載の固体撮像装置。
  20. 前記遮光部材は、反射防止膜により形成される
    請求項１５に記載の固体撮像装置。
  21. 前記封止部材は、光を透過する透明な材料により形成される
    請求項１７に記載の固体撮像装置。
  22. 前記封止部材は、少なくともガラスおよび樹脂のいずれかにより形成される
    請求項１７に記載の固体撮像装置。
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