JPH0777411B2

JPH0777411B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0777411B2
Application number: JP62003843A
Authority: JP
Inventors: 善作渡辺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-10
Filing date: 1987-01-10
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPS63172564A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は固体撮像装置、特に、表面に形成された回路が
配線パターンおよび入出力端子のみである絶縁基板（す
なわち、駆動回路等が一体に形成されていない絶縁基
板）に固体撮像素子を設けた固体撮像装置に関する。

（従来の技術）従来、固体撮像素子として、駆動回路等が一体に形成さ
れていない絶縁基板を用いたもの、すなわち、透明絶縁
基板の表面に形成された回路が配線パターンおよび入出
力端子のみであるものが、知られている。

このような固体撮像装置は、一般に、まず、複数の光電
変換素子を写真蝕刻工程で半導体基板上に形成すること
によって固体撮像素子を作製し、この固体撮像素子をセ
ラミック等の基板に実装した後で所定の配線を施すこと
によって得られる。

第４図は、この種の固体撮像装置10の断面構造図の一従
来例を示す図であり、一次元密着型の装置の場合を示し
ている。

同図において、セラミック基板11の上には、マウント剤
12を介して、固体撮像素子13が固着されている。この固
体撮像素子13は、一次元的（紙面に垂直な方向）に配設
した複数の光変換素子を有する。

セラミック基板11の上面には、導体膜からなる所定の配
線パターンが印刷されている。そして、この印刷パター
ンの所定部分と固体撮像素子13の外部配線端子とが、金
またはアルミニウムの細線よりなるボンディングワイヤ
14によって接続されている。また、セラミック基板11の
端部の配線パターン上には、入出力コネクタピン15が接
続されている。これにより、固体撮像素子13内の半導体
集積回路（光電変換素子）は、ボンディングワイヤ14、
セラミック基板11上の配線パターン、そして入出力コネ
クタピン15を介して、外部の駆動回路と電気的に接続さ
れることになる。

また、この固体撮像素子13を保護するために、セラミッ
ク基板11上には、有機系のシール剤16によって、ガラス
カバー17が固着されている。

この固体撮像装置10によって、原稿１上の書画パターン
を読取るには、光源２によって原稿１を照射し、この反
射光をセルフォックレンズアレイ３を通して、固体撮像
素子13上の光電変換部13aに結像させる。図中、この光
路は一点鎖線で表す。なお、カラー画像を得るために
は、光電変換部13a上に色相に応じたフィルタが設けら
れる。このようにして、結像させた書画パターンの濃淡
に応じた光量が電気信号に変換される。

このように、固体撮像素子の絶縁基板（第４図ではセラ
ミック基板11）として、駆動回路を一体に形成していな
いものを用いた場合には、この絶縁基板として、面積の
小さいものを使用することができる。このため、駆動回
路を一体に形成した絶縁基板を用いた場合と比べて、表
面の平坦度や平滑度の良好な絶縁基板を使用できるとい
う利点がある。

すなわち、駆動回路を一体に形成した絶縁基板を使用す
る場合には、この絶縁基板の面積を大きくしなければな
らなくなる。ここで、一定水準の平坦度や平滑度を有す
る絶縁基板を製造する場合には、その面積が大きい場合
ほど歩留まりが悪くなり、したがってコストが高くな
る。このため、面積の大きい絶縁基板を使用する場合、
表面の平坦度や平滑度をあまり高くすることはできな
い。

これに対して、駆動回路を絶縁基板上に形成しない場合
には、この絶縁基板の面積を小さくすることができるの
で、表面の平坦度や平滑度の良好なものを使用できる。
したがって、駆動回路を一体に形成した絶縁基板を使用
する場合と比較して位置決めが行い易く、マウント位置
精度を良好なものとすることができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような固体撮像装置には、次のよう
な問題点がある。

（１）絶縁基板に固体撮像素子を固着する際に、被視
界深度が深い光学的パターン認識装置を使用しなければ
ならない。

上述の固体撮像素子13は、コスト低減化を図るため、通
常、直径４〜５インチの大型ウエハを用いて製造する。
ここで、このような大型ウエハは、機械的強度を確保す
るために、0.6mm以上の厚みを必要とする。したがっ
て、各固体撮像素子13の厚みも、0.6mm以上となる。

ここで、この固体撮像素子13をセラミック基板上に固着
する際には、配線パターンに対する固体撮像素子13の位
置合わせを行うために、光学的パターン認識装置を使用
する。このとき、この光学的パターン認識装置を用い
て、固体撮像素子13の位置と配線パターンの位置とを同
時に認識する必要がある。

ところが、上述のように固体撮像素子13の厚みが厚いの
で、光学的パターン認識装置の被視界深度が浅いと、配
線パターンの表面と固体撮像素子の上面とに同時に焦点
を合わせることができない。このため、従来は、高精度
の位置合わせを行うことができず、したがって、上述の
ように、表面の平坦度や平滑度の良好な絶縁基板を使用
できるにも拘らず、充分なマウント位置精度を得ること
ができなかった。換言すれば、従来の装置では、駆動回
路を絶縁基板上に形成した装置の場合よりは優れている
ものの、「表面の平坦度や平滑度の良好な絶縁基板を使
用できることにより良好なマウント位置精度を得ること
ができる」というこの種の固体撮像装置の利点を充分に
生かすことができなかったのである。

特に、図示していない二次元型の装置、すなわち光電変
換素子を二次元的に配設した装置では、ガラスカバー代
わりにセラミックパッケージを用いるため、セラミック
の積層焼結時に生じる焼き縮み現象があり、セラミック
基板上の配線パターンの精度も悪くなり、マウント位置
精度はさらい低下することになる。

（２）装置の小型化が図れない。

第４図に示すように、固体撮像素子13と配線パターンと
はボンディングワイヤ14によって接続されるため、ガラ
スカバー17はボンディングワイヤ14に触れないように、
充分な内部容積を必要とする。また、ワイヤボンディン
グ時の治具の逃げ部を考慮する必要があるため、ガラス
カバー17の内部容積はより多く必要になる。図示してい
ない二次元型の装置でも同様に、セラミックパッケージ
の内容積が多く必要になる。このため、従来装置には小
型化が図れないという問題点がある。

（３）気密性が悪い。

前述のように、従来の固体撮像装置では、ガラスカバー
17が大きな内容積を必要とするため、このガラスカバー
17をシール剤16を用いてシールする工程で、ガラスカバ
ー17内部の空気が膨脹し、シール剤16中に気道が発生す
る。このため、装置の気密性を悪くするという問題も生
じる。

そこで本発明は、固体撮像素子のマウント精度がよく、
しかも小型で気密性に優れた固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明に係わる固体撮像装置は、表面に形成された回路が配線パターンおよび入出力端子
のみである透明絶縁基板と、外部配線端子と光電変換部とが同一面に設けられ、前記
透明絶縁基板の裏面側から光学的パターン認識装置によ
って位置合わせされて、前記外部配線端子が前記透明絶
縁基板の前記配線パターンとバンプ接続された固体撮像
素子と、この固体撮像素子を覆う保護手段と、を有することを特徴とする。

（作用）本発明では、絶縁基板として透明のものを使用し、さら
に、この透明絶縁基板上に固体撮像素子を固着する際に
光学的パターン認識装置による固体撮像素子の位置およ
び配線パターンの位置の認識を透明絶縁基板を介して行
うこととした。これにより、本発明では、配線パターン
の表面と固体撮像素子の上面とに同時に焦点を合わせる
のではなく、配線パターンの表面と固体撮像素子の下面
とに同時に焦点を合わせることによって、位置合わせを
行うことができる。このため、固体撮像素子の厚さ分の
被視界深度を必要としなくなるので、光学的パターン認
識装置の被視界深度が浅くても、優れたマウント精度を
得ることができる。

また、本発明では透明絶縁基板の配線パターンと固体撮
像素子の外部配線端子とを直接バンプ接続することとし
たので、従来のようにボンディングワイヤによって接続
される装置に比べて、ボンディングワイヤの占めるスペ
ースを確保する必要がなくなる。したがって、装置の小
型化を図ることができ、さらには装置の気密化を図るこ
ともできる。

（実施例）以下、本発明を図示する一実施例に基づいて説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る固体撮像装置の断面
構造および読取り機構を示す図である。

本実施例では、透明絶縁基板21としてコーニング社製の
低アルカリ性ガラス（＃7059）を用い、この透明絶縁基
板21の表面（第１図では下側の面）に、導体膜からなる
配線パターンを形成した。この配線パターンとしては、
透明絶縁基板21側から、クロム膜、パラジウム膜、金膜
の順に被着した３層からなる薄膜を用いた。

この透明絶縁基板21には、固体撮像素子23が、直接バン
プ接合される。すなわち、固体撮像素子23の外部配線端
子と、透明絶縁基板21上の配線パターンとが、バンプ電
極部24によって直接接続されることになる。本実施例で
は、バンプ電極部24として金、または金と錫との合金を
用いている。このバンプ接合は、透明絶縁基板21側また
は固体撮像素子23側、あるいはその両方の側にバンプを
形成し、熱圧着法などにより、接合すればよい。

このときの位置合せは、まず、透明絶縁基板21上の所定
位置まで固体撮像素子23を機械的に接近させ、第１図の
上方から透明絶縁基板21を通して、顕微鏡またはITVカ
メラなどでバンプパターンと配線パターンとを認識し、
両者を一致させればよい。このとき、実際のバンプパタ
ーンではなく、バンプ位置と相対的な位置に設けられた
疑似パターンを用いるようにしてもよい。

このように、透明絶縁基板21を通して位置合せを行うこ
とができ、バンプパターンと配線パターンとの奥行き方
向（図の上下方向）の隔たりも少ないため、顕微鏡また
はITVカメラの被視界深度が浅くても、従来のボンディ
ングワイヤによる接続より精度よい接続を行うことがで
きる。

なお、本発明に係る装置では、上述のように固体撮像素
子23が透明絶縁基板21上にバンプ電極部24を介して直接
接続されるため、透明絶縁基板21は、固体撮像素子23と
熱膨脹率がほぼ等しい材料を用いるのが好ましい。熱膨
脹率が異なると、熱応力によってクラックの発生という
問題が生じるためである。本実施例で用いた低アルカリ
性ガラスは、固体撮像素子23を構成するシリコンと熱膨
脹率がほぼ等しい好ましい材料の１つである。

この後、有機系のシール剤26によって、透明絶縁カバー
27を透明絶縁基板21に接着する。この接着は、透明絶縁
カバー27にシール剤26を塗布し、透明絶縁基板21に加圧
しながら熱硬化させることによって行うことができる。

本実施例では、固体撮像素子23の外部接続端子と配線パ
ターンとを直接バンプ接続しているため、従来のボンデ
ィングワイヤによる接続を行う場合よりも、透明絶縁カ
バー27の内部容積を小さくすることができる。また、こ
のように内部容積を小さくすることができるので、シー
ル剤26を用いてシールを行う工程での空気の膨脹量が少
なく、シール剤26中に気道が発生しにくいので、気密性
を向上させることもできる。

なお、透明絶縁カバー27としては、透明絶縁基板21と同
じ材質のものを用いるのが好ましい。これは、シール後
における応力歪みが少なくなり、気密性がさらに向上す
るからである。

続いて、入出力コネクタピン25を透明絶縁基板21の配線
パターンの端部に接続し、外部の駆動回路との電気的接
続を行う。ここで、機械的強度を確保するためには、入
出力コネクタピン25を透明絶縁基板21の配線パターンに
半田付けし、モールド樹脂で封止すればよい。

さて、このような構造を有する固体撮像装置によるパタ
ーン読取りは、次のようにして行われる。原稿１に光源
２から光を照射し、この反射光をセルフォックレンズア
レイ３を通して、固体撮像素子23の光電変換部23aに導
く。透明絶縁基板21は、透明の材質でできているため、
原稿１上の書画パターンの像が、光電変換部23aに結像
する。この像の明度に応じて発生した電荷により画像信
号が形成され、この信号は固体撮像素子23からバンプ電
極部24を経て、透明絶縁基板21上の配線パターンを伝わ
り、入出力コネクタピン25を介して外部の回路へと導か
れる。

第２図は、本発明の別な一実施例に係る固体撮像装置20
を原稿１に密着させて読取りを行わせている状態を示す
図である。原稿１はプラテンローラ４によって、固体撮
像装置20の透明絶縁基板21の表面に密着させられる。光
電変換部23aには、原稿１の透過光による像が結ぶ。

本実施例は、特に、透明なフィルムなどに記された書画
パターンの読取りに適している。ただし、レンズ系を用
いないで結像を行っているため、読取るべきパターン以
外の光が光電変換部23aに入射すると、ノイズ成分とな
って現れるという問題点がある。そこで、第２図に示す
装置では、光電変換部23a以外に入射する光を遮蔽する
ための遮光膜28が設けられている。なお、この遮光膜28
は、透明絶縁基板21上に配線パターンを形成する工程と
同時に形成することができる。

第３図は、本発明の更に別な一実施例に係る固体撮像装
置の断面構造図である。この装置では、透明絶縁カバー
27の代わりに樹脂を用いて、固体撮像素子23の保護を行
っている。すなわち、固体撮像素子23の周囲には透明樹
脂体29が充填され、その外装として、不透明樹脂体30が
形成されている。内側に透明樹脂体29を充填することに
より、透明絶縁基板21を通ってきた光を光電変換部23a
に支障なく導くことができ、かつ、外側に不透明樹脂体
30を形成することにより、不要な外光を遮蔽することが
できる。

なお、上述の実施例では、固体撮像素子が、一次元的に
配設した複数の光変換素子を有する一次元ラインセンサ
についての説明したが、本発明は、このような固体撮像
素子をさらに一次元的に配設したラインセンサや、二次
元的に配設した複数の光変換素子を有する固体撮像素子
を用いたエリアセンサについても同様に適用可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば、絶縁基板として透明の
ものを使用し、この透明絶縁基板上に固体撮像素子を固
着する際に光学的パターン認識装置による固体撮像素子
の位置および配線パターンの位置の認識を透明絶縁基板
を介して行うこととしたので、光学的パターン認識装置
の被視界深度が浅くても優れたマウント精度を得ること
ができる。

また、本発明によれば、透明絶縁基板の配線パターンと
固体撮像素子の外部配線端子とを直接バンプ接続するこ
ととしたので、保護手段の内部容積を小さくすることが
でき、したがって、装置の小型化および気密化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る固体撮像装置の断面
構造および読取り機構を示す図、第２図は、本発明の別
な一実施例に係る固体撮像装置の断面構造および読取り
機構を示す図、第３図は、本発明の更に別な一実施例に
係る固体撮像装置の断面構造図、第４図は、従来の固体
撮像装置の断面構造および読取り機構を示す図である。１……原稿、２……光源、３……セルフォックレンズア
レイ、４……プラテンローラ、10……固体撮像装置、11
……セラミック基板、12……マウント剤、13……固体撮
像素子、13a……光電変換部、14……ボンディングワイ
ヤ、15……入出力コネクタピン、16……シール剤、17…
…ガラスカバー、20……固体撮像装置、21……透明絶縁
基板、23……固体撮像素子、23a……光電変換部、24…
…バンプ電極部、25……入出力コネクタピン、26……シ
ール剤、27……透明絶縁カバー、28……遮光膜、29……
透明樹脂体、30……不透明樹脂体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線パターンおよび入出力端子のみからな
る回路が一面に形成された透明絶縁基板と、この透明絶縁基板の他面側から入射光を受ける光電変換
部と、光学的パターン認識装置によって位置合わせされ
て前記配線パターンとバンプ接続された外部接続端子と
を、同一面に備えた固体撮像素子と、この固体撮像素子を覆う保護手段と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記透明絶縁基板上に、光電変換部以外に
入射する光を遮蔽するための遮蔽膜が形成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装
置。
【請求項３】前記保護手段を樹脂によって構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
固体撮像装置。
【請求項４】前記保護手段が、透明な樹脂体と、その外
装として形成された不透明な樹脂体とを有することを特
徴とする特許請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記固体撮像素子が、一次元的に配設され
た複数の光変換素子を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の固体撮像装
置。
【請求項６】複数の前記固体撮像素子が、一次元的に配
設された状態で、前記配線パターンにバンプ接続された
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のいず
れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記固体撮像素子が、二次元的に配設した
複数の光変換素子を有することを特徴とする特許請求の
範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の固体撮像素子。