固体撮像装置及びその製造方法
【課題】固体撮像素子の受光面を像面湾曲に一致または近似させた面にする。
【解決手段】固体撮像装置は、第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する基板と、複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して接着される固体撮像素子と、前記基板の前記第１の面に形成され、一端が外部電極端子となる複数の配線と、前記固体撮像素子の前記各電極と前記配線を電気的に接続する接続手段とを有し、前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂からなる無端状の収縮枠が接着形成され、前記固体撮像素子の前記受光部の受光面は反っている。
【解決手段】固体撮像装置は、第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する基板と、複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して接着される固体撮像素子と、前記基板の前記第１の面に形成され、一端が外部電極端子となる複数の配線と、前記固体撮像素子の前記各電極と前記配線を電気的に接続する接続手段とを有し、前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂からなる無端状の収縮枠が接着形成され、前記固体撮像素子の前記受光部の受光面は反っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及びその製造方法に係わり、例えば、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）センサ、ＣＣＤ（電荷転送）センサ等のイメージセンサを使用する固体撮像装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の光学機器にはＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の固体撮像素子（イメージセンサ）が使用されている。光学レンズによって導かれた光（光束）は固体撮像素子（固体撮像チップ）の表面（受光面：撮像面）で結像し、その画像が固体撮像素子の各セル（画素）によって電気信号に変換されてイメージ情報として取り出される。
【０００３】
一方、レンズ（光学レンズ）の光軸に一致する固体撮像素子の画像中心と、画像中心から外れる周縁部分では、光学レンズとの距離が長くなり、いわゆる像面湾曲収差が発生し、焦点が合わなくなり、像がボケ、解像度が低下する。このような像面湾曲収差を解消する方法として、固体撮像素子（センサチップ）の受光面を像面湾曲に合うように凹状に湾曲させる方法が知られている（例えば、特許文献１、２、３）。
【０００４】
特許文献１には、フレキシブルな弾性板の片面に固体撮像チップの裏面を固着し、この弾性板の曲率を調整することによって固体撮像チップの受光面の曲率を調整する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、平板状の撮像素子（熱膨張係数が４ｐｐｍ／ＫのＳｉ）と、撮像素子とは熱膨張係数が異なる平板状の板状部材（熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋのインバー）とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、冷却による撮像素子と板状部材との収縮量差によって撮像素子の受光面を凹面状に湾曲させ、その後、撮像素子を湾曲させた状態で基板に実装する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、熱膨張係数が固体撮像素子の材質よりも大きい材質の配線基板に突起電極を介して固体撮像素子を接合する際、加熱接合後の冷却作用による配線基板と固体撮像素子の熱膨張係数の違いによって固体撮像素子の受光面を凹状に湾曲させる工法が開示されている。
【０００７】
一方、従来、固体撮像装置は、サーディップ（Ｃｅｒ−ＤＩＰ）と呼称されるパッケージ内に固体撮像素子を内蔵する構造が一般的である（例えば、特許文献４）。特許文献４に開示されている半導体装置（固体撮像装置）は、セラミックにより形成されたパッケージ本体の上部開口をガラス板により形成された蓋体で封止した構造になっている。パッケージ本体の内底である底部の素子配設領域は湾曲し、この湾曲した面に固体撮像素子が密着して接合されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１０８０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９５４５号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６６３３号公報
【特許文献４】特開２００３−２４３６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
デジタルカメラ等の光学機器においては、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の固体撮像素子（イメージセンサ）が使用されている。そして、これらイメージセンサを形成するセンサチップの受光面は像面湾曲収差を解消するためにセンサチップの形状は、凹状に湾曲することが好ましい。
【００１０】
センサチップの受光面を湾曲させる方法としては、前述のように、湾曲した面にセンサチップを強制的に接合させて湾曲させる方法、センサチップを接合した弾性板の湾曲する曲率を調整してセンサチップの受光面を湾曲調整する等の機械的調整方法が知られている。また、熱膨張係数が異なる支持板に高温度下でセンサチップを接着し、その後常温に戻る際の収縮量差によって撮像素子の受光面を凹面状に湾曲させる熱膨張係数差を利用した方法が知られている。
【００１１】
そこで、特許文献４（特開２００４−３４９５４５号公報) にある、インバーからなる板状部材（基板) に、Ｓｉからなる撮像素子（センサチップ) を高温状態で接着した後、常温まで冷却し、インバーとＳｉの熱膨張係数の違いによって撮像素子の受光面を凹面状に湾曲させる方法における反り現象をシミュレーション解析した。シミュレーションでは、基板は厚さ０．３ｍｍ、幅４０．０ｍｍ、長さ４８．０ｍｍとなりセンサチップは厚さ７２５μｍ、幅１６．０ｍｍ、長さ２４．０ｍｍとなっている。また、接着は厚さ50μｍのダイボンディング樹脂（熱膨張係数が2 ×１０−4 ／°Ｃであるシリコン樹脂）を用い、接着を１５０℃で行い、その後常温（２０℃）まで冷却した。
【００１２】
シミュレーションでは、チップの反りを等高線状に表記することができる。チップの中心からの反りを等高線状に表記した時、等高線は楕円系となり楕円の短辺をａ、長辺をｂとした時、ａ／ｂが１．０に近い値である事が、好ましい変形である。以降、ａ／ｂを反りの縦横比と呼ぶ。
【００１３】
図３６はシミュレーション解析によるセンサチップの受光面の反り状態を示す高低差表示例である。図３６の右端に示すように、−４μｍから２μｍまでを２０段階に色分けして表示したものである。この時表示される反り量は−４μｍから２μｍまでの絶対値の足しあわせ、すなわち６μｍ程度となる。( 正確な反り量は−４．６μｍとなる) 等高線は縦長の楕円形となり、楕円形の長軸がＹ方向に沿って延在し、楕円形の短軸がＸ軸方向に沿って延在した形状になっている。
【００１４】
中央の最も小さい楕円形領域は中心が−３．８５μｍと最も窪む部分を含む段階であり、右端の２０段階の下から１番目の段階に相当する。等高線は相似形に変化している。反りの縦横比ａ／ｂは０．７８となっている。鮮明な画像を得る為には、反りの縦横比ａ／ｂは１．０に近い値にすることが好ましい。
【００１５】
一方、従来の固体撮像装置は、一般的にＣｅｒ−ＤＩＰ構造となっている。図３７及び図３８は、市販されているＣｅｒ−ＤＩＰ構造の固体撮像装置を示すものである。図３７は固体撮像装置６０の一部を切り欠いて示す模式的平面図であり、図３８は図３７のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【００１６】
固体撮像装置６０は、長方形のアルミナ基板６１を有している。アルミナ基板６１の上面の短辺側には長辺に沿うように平行に複数のリード６２が固定されている。これらリード６２はアルミナ基板６１の外側で下方に折り曲げられてインライン形のリードを構成している。アルミナ基板６１の上面の周縁には四角形枠からなるアルミナ基板の枠体６３が絶縁性の接着剤６４を介して接着されている。この結果、リード６２はアルミナ基板６１と枠体６３に挟まれる構造となる。即ち、アルミナ基板６１及び枠体６３からなるパッケージ本体は窪み構造になっている。
【００１７】
一方、枠体６３の内側のアルミナ基板６１の上面には絶縁性の接着剤６５を介してＣＭＯＳセンサからなるセンサチップ６６が固定されている。センサチップ６６の上面にはマイクロレンズ６７が縦横に整列配置され、センサチップ６６の各セル（画素）に光を案内するようになっている。センサチップ６６の上面短辺側には電極６８が設けられている。これら電極６８とこれに対応する前記リード６２の内端部分は導電性のワイヤ６９で電気的に接続されている。
【００１８】
また、枠体６３の上面には表裏面に反射防止膜７０，７１をそれぞれ設けたガラス板７２（蓋体）が接着剤７３を介して気密的に固定（封止）されている。
【００１９】
市販されている固体撮像装置６０の寸法は、一例を挙げると以下のようになっている。リード部分を含めないパッケージの大きさは、幅２６．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍ、高さ（厚さ）約３．０ｍｍである( 但し基板〜ガラスの厚み) 。
【００２０】
このようなＣｅｒ−ＤＩＰ構造の固体撮像装置６０は、センサチップ６６の上方にガラス板７２を配置する構造となり、センサチップ６６とガラス板７２との間に０.５ｍｍ程度の隙間があることから、固体撮像装置６０が厚くなる。また、Ｃｅｒ−ＤＩＰ構造は基板の上面に枠体を設ける必要があり、重量も重くなる。
【００２１】
本発明の目的は、像面湾曲収差を解消できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、薄型化及び軽量化が図れる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２５】
（１）本発明の固体撮像装置は、
第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する基板と、
複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して接着される固体撮像素子と、
前記基板の前記第１の面に形成され、一端が外部電極端子となる複数の配線と、
前記固体撮像素子の前記各電極と前記配線を電気的に接続する接続手段とを有し、
前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂からなる収縮枠が接着形成され、前記固体撮像素子の前記受光部の受光面は反っていることを特徴とする。
【００２６】
前記基板の前記第１の面に前記収縮枠が形成され、前記固体撮像素子の前記受光面は凹面状に反っている。この凹面状の反りは、固体撮像装置に光学的に接続されるレンズの像面湾曲に近似した面となっている。また、前記固体撮像素子を構成する材質の熱膨張係数と前記基板を構成する材質の熱膨張係数は同じ数値である。即ち、前記固体撮像素子は熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のシリコンで形成され、前記基板は熱伝導率が９０W/m ・K であり、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃の窒化硅素で形成されている。また、前記収縮枠は熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂で形成されている。また、前記固体撮像素子の前記電極と前記配線は導電性のワイヤで接続され、かつ前記ワイヤは前記収縮枠内に埋まっている。前記基板の前記第１の面には、絶縁性のテープと、前記テープの一面に設けられた複数の配線からなるフレキシブル配線基板が接着されて前記配線が形成されている。
【００２７】
このような固体撮像装置は、
（ａ）第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有し、前記第１の面に固体撮像素子固定部を有し、前記第１の面に前記固体撮像素子の電極に電気的に接続される複数の配線を有する基板を準備する工程、
（ｂ）複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を有する固体撮像素子を準備する工程、
（ｃ）前記基板の前記固体撮像素子固定部に前記固体撮像素子の前記第２の面側を前記基板の前記第１の面側に固定するとともに、前記固体撮像素子の各前記電極を各前記配線に接続手段を介して電気的に接続する工程、
（ｄ）前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に、前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂によって収縮枠を常温よりも高い温度下で接着形成し、その後、常温まで冷却して前記収縮枠の収縮によって前記固体撮像素子の前記受光部の受光面を反らせる工程、とによって製造される。
【００２８】
前記工程（ａ）では、絶縁性のテープと前記テープの一面に設けられた複数の配線とからなるフレキシブル配線基板を、前記基板の前記第１の面に接着して前記配線を形成する。この際、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃の窒化硅素で形成される前記基板を準備する。
【００２９】
前記工程（ｂ）では、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のシリコンで形成される前記固体撮像素子を準備する。
【００３０】
前記工程（ｃ）では、前記固体撮像素子の前記第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して固定し、その後前記固体撮像素子の前記電極と前記配線を導電性のワイヤで接続する。
【００３１】
前記工程（ｄ）では、前記基板の前記第１の面に、百数十度の温度（例えば、１５０℃）下で熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂によって前記収縮枠を形成し、その後常温（２０℃）にまで冷却させることによって、前記固体撮像素子の前記受光面を凹面状に反らせる。この際、前記収縮枠は前記ワイヤを覆うように設ける。
【００３２】
（２）上記（１）の手段において、前記収縮枠は一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状になっている。
【００３３】
このような固体撮像装置は、上記（１）の製造方法において、前記工程（ｄ）では、前記収縮枠を一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状に形成する。
【００３４】
（３）上記（１）の手段において、前記固体撮像素子の前記受光面全域には透明な保護体が透明な接着剤を介して接着されている。
【００３５】
このような固体撮像装置は、上記（１）の製造方法において、前記工程（ｄ）の後に、（ｅ）前記固体撮像素子の前記受光面全域に透明な保護体を透明な接着剤を介して接着する工程を有する。
【発明の効果】
【００３６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００３７】
上記（１）の手段によれば、（ａ）熱膨張係数が約３．０ｐｐｍ／℃となる固体撮像素子を、熱膨張係数が約３．０ｐｐｍ／℃となる基板に接着するとともに、基板の第１の面に固体撮像素子を囲むように熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃となるエポキシ樹脂によって収縮枠を形成する。接着及び収縮枠のベーク処理（硬化処理）は１５０℃の温度下で行われる。その後、全体（基板、固体撮像素子及び収縮枠等）は常温（２０℃）にまで冷却される。収縮枠は基板及び固体撮像素子に比較して約４倍も熱膨張係数が大きいことから、常温では基板及び固体撮像素子は収縮枠によって絞り込むような応力が作用し、固体撮像素子の受光面は凹面状に反る。この反りを発生させる収縮枠は、収縮枠の断面積、即ち、幅及び高さ、形成形状等によって種々に変わることから、その寸法を選択することによって、固体撮像装置の受光面に光（光束）を案内するレンズを含む光学系の像面湾曲と同じ程度の反りとすることができる。
【００３８】
（ｂ）基板及び固体撮像素子は収縮枠の収縮によって凹面状に反ることから、収縮枠の幅及び高さ、形成形状等を選択することによって固体撮像素子の長辺及び短辺に沿う反りの曲率をそれぞれ調整することができ、固体撮像素子の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似させることができる。従来の熱膨張係数が異なる基板と固体撮像素子を高温下で接着硬化させ、その後常温まで冷却させて固体撮像素子の受光面を反らせる技術では、反りの程度は、貼り合わされる固体撮像素子及び基板の寸法で決まり一定となる。即ち、従来の貼り合わせ方法では反りの調整はできないが、本発明では収縮枠の形状及び収縮枠の寸法を選択することによって、固体撮像素子の受光面各方向の反りの程度を調整することができる。
【００３９】
（ｃ）上記（ｂ）に示すような方法で固体撮像素子の受光面の反りを形成することから、固体撮像装置をカメラ等に組み込んだ場合、カメラのレンズとの組み立てにおいて、レンズ光軸からの光が固体撮像素子の受光面に対して垂直とはならずに傾いてしまういわゆるあおり現象が発生し難くなる。従って、本発明の固体撮像装置をカメラ等の光学機器に使用した場合のあおりの補正作業、即ち、レンズ光軸からの光が固体撮像素子の受光面に対して、垂直になるように位置及び角度を補正するあおりの補正作業が容易になる。
【００４０】
（ｄ）上記（ｂ）に示すように、固体撮像素子の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズを含む光学系との間の画像結像性能の向上が図れる。
【００４１】
（ｅ）上記（ｂ）に示すように、固体撮像素子の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となる。この場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となることから、光学系を構成するレンズ枚数の低減も可能になる。
【００４２】
（ｆ）固体撮像素子は熱伝導性の良好な窒化硅素( 熱伝導率：９０W/m ・K)からなる基板に接着されていることから、固体撮像素子で発生した熱を基板を介して外部に速やかに放散することがてきる。従って、カメラに使用した場合、長時間露光が可能になる。例えば、長時間露光によって夜景をきれいに撮影することもできる。
【００４３】
（ｇ）上記（ｂ）に示すように、固体撮像素子の受光面の反りが像面湾曲に一致または近似した面になることから、画像周辺部の受光量も画像中心部と同じだけの光量を取り入れることができ、鮮明な画像を得ることができる。この結果、カラー映像においては、画像中心及び画像周辺部の色濃度の均一化が可能になる。
【００４４】
（ｈ）固体撮像装置は、基板の第１の面に固体撮像素子を接着し、かつ固体撮像素子を囲むように収縮枠を設けた構造となっている。従って、本発明の固体撮像装置は、従来のＣｅｒ−ＤＩＰ構造のようにパッケージ本体を窪み構造とする必要がなく、かつ蓋体（リッド）も不要となることから、薄型でかつ軽量な製品になる効果がある。また、部品点数の軽減により固体撮像装置の製造コストの低減も達成できる。
【００４５】
上記（２）の手段によれば、上記（１）の手段による効果に加えて以下の効果を有する。即ち、収縮枠において、一部の領域において収縮枠を外側に張り出した形状になっていることから、この張り出した部分の冷却時の収縮力によって、張り出し方向に沿って基板及び固体撮像素子に収縮力が増加することになり、反りの程度を調整することが可能になる。
【００４６】
上記（３）の手段によれば、上記（１）の手段による効果に加えて以下の効果を有する。即ち、固体撮像素子の受光面全域には透明な保護体が透明な接着剤を介して接着されていることから、固体撮像素子の受光面を保護体で保護できるようになり、固体撮像装置の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００４８】
図１乃至図１３は本発明の実施例１である固体撮像装置及びその製造方法に係わる図である。図１乃至図３は固体撮像装置の構造に係わる図であり、図４乃至図１３は固体撮像装置の製造方法に係わる図である。
【００４９】
実施例１の固体撮像装置１は、図１及び図２に示すように、長方形の基板２を有している。この基板２は、配線基板付き基板２であり、基板２の第１の面２ａの短辺側にフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）３を接着剤４を介して接着した構造（図３参照）になっている。フレキシブル配線基板３の幅員の中間が基板２の幅員の中間に一致するようにフレキシブル配線基板３は基板２に固定されている。また、図３は図２の右端部分を拡大し、さらに構造を詳細に示す図である。図３に示すように、フレキシブル配線基板３は、絶縁性のテープ６と、テープ６の一面（第１の面）に設けられた複数の配線７と、配線７を選択的に覆う絶縁膜８とからなっている。テープ６の第１の面の反対面となる第２の面が絶縁性の接着剤４によって基板２に接着されている。また、フレキシブル配線基板３は、図３に示すように、第１の面に配線７の端部分を露出させる構造になっている（図５参照）。図５に示すように、フレキシブル配線基板３はその一端が基板２の端から所定長さ突出するように接着されている。フレキシブル配線基板３の基板２に重なる内側の端に並ぶ配線部分は接続手段としてのワイヤを接続する電極パッド９を構成している。また、フレキシブル配線基板３の基板２から突出する外側の端に並ぶ配線部分は固体撮像装置１の外部電極端子１０を構成している。
【００５０】
一方、一対のフレキシブル配線基板３の間の基板２の第１の面２ａには、絶縁性の接着剤１２を介して長方形の固体撮像素子１３が固定されている。固体撮像素子１３は、例えば、ＣＭＯＳセンサからなり、第１の面である受光面（撮像面）にはマイクロレンズ１４が縦横に整列配置されている（図１、２参照）。そして、図示はしないが、マイクロレンズ１４の真下にセンサ部（ＣＭＯＳセンサセル）が設けられている。また、固体撮像素子１３の第１の面の反対面となる第２の面が接着剤１２によって基板２の第１の面２ａに接着されている。固体撮像素子１３の第１の面には、図８に示すように、その両端に複数の電極１５が設けられている。これら電極１５は短辺に沿って１列となり、電極パッド９に平行に並んでいる。そして、各電極１５と、これに対応する電極パッド９は導電性のワイヤ１６によって電気的に接続されている（図１０参照）。また、ワイヤ１６は絶縁性樹脂で形成される収縮枠１７で覆われている。収縮枠１７は、図１及び図２に示すように、固体撮像素子１３を囲むように設けられている。即ち、収縮枠１７は固体撮像素子１３の長辺及び短辺に沿って設けられている。
【００５１】
このような固体撮像装置１は、収縮枠１７の形成時の収縮によって基板２及び固体撮像素子１３のそれぞれの第１の面が凹面状に反り返る構造（反り返り寸法ａ）になっている。例えば、基板２は、幅３７．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍの窒化硅素板（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。フレキシブル配線基板３は、幅２６．０ｍｍ、長さ１２．２８ｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリイミド樹脂系の配線基板からなっている。固体撮像素子１３は、幅１７．４４ｍｍ、長さ２４．６４ｍｍ、厚さ０．７２５ｍｍのシリコン（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。即ち、実施例では基板２と固体撮像素子１３は共に熱膨張係数が同程度となるものを使用している。固体撮像素子１３を基板２に固定する接着剤１２は熱膨張係数が同程度である基板２と固体撮像素子１３との間に位置する構造から反りは殆ど発生しない。また、フレキシブル配線基板３を基板２に固定する接着剤４はエポキシ樹脂系の接着剤であるが、その厚さがおよそ５０μｍ程度と薄いことから、基板２及び固体撮像素子１３を反らせる程の強度部材としては作用しない。
【００５２】
収縮枠１７は、図１等において四角形枠の角部では細く括れたように描いてあるが、実際は辺の部分と同様な幅となっている。そして、例えば、収縮枠１７の幅は５．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍ程度の緩やかな山状断面となっている。収縮枠１７は熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂を使用する。収縮枠１７の形成は樹脂の塗布、ベーク処理による硬化によって形成する。この形成は、例えば、１５０℃の高温下で行い。硬化後、常温（２０℃）まで冷却する。この冷却により、基板２及び固体撮像素子１３の熱膨張係数約３ｐｐｍ／℃に比較して、収縮枠１７の熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃とおよそ４倍強と大きいことから、四角形状の収縮枠１７の収縮力によって、基板２の第１の面２ａ及び固体撮像素子１３の第１の面は凹面状に反り返る。この反り返りは像面湾曲に近似した寸法になる。
【００５３】
つぎに、図４乃至図１３を参照しながら固体撮像装置１の製造方法について説明する。図４は固体撮像装置１の製造方法を示すフローチャートである。固体撮像装置１は、基板・固体撮像素子準備（Ｓ０１）、チップボンディング（Ｓ０２）、ワイヤボンディング（Ｓ０３）、収縮枠形成（Ｓ０４）を経て製造される。収縮枠形成（Ｓ０４）においては、枠形成、ベーク処理（樹脂硬化処理）、冷却処理の各処理が順次行われる。
【００５４】
固体撮像装置１の製造においては、最初に、フレキシブル配線基板３を取り付けた基板２及び固体撮像素子１３を準備する（Ｓ０１）。図５は実施例１の固体撮像装置の製造方法で使用する基板付き配線基板の模式的平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。例えば、基板２は、幅３７．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍの窒化硅素板（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。この基板２の第１の面２ａの両端側にフレキシブル配線基板３が接着されている。フレキシブル配線基板３は、幅２６．０ｍｍ、長さ１２．２８ｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリイミド樹脂系の配線基板からなっている。基板２の第１の面２ａの一対のフレキシブル配線基板３間の領域が固体撮像素子固定部１８となる。この固体撮像素子固定部１８は基板２の露出する第１の面２ａとなる。フレキシブル配線基板３の構造等については既に説明したので省略する。
【００５５】
つぎに、図７に示すように、基板２の第１の面２ａの固体撮像素子固定部１８に接着剤１２を薄く塗布する。
【００５６】
つぎに、図８及び図９に示すように、基板２の第１の面２ａの固体撮像素子固定部１８に接着剤１２を介して固体撮像素子１３を位置決め固定する。この際、固体撮像素子１３の第２の面を接着剤１２によって基板２に固定する。これにより、基板２の上面に固定された固体撮像素子１３の表面にはマイクロレンズ１４が整列配置された状態となって表れる。固体撮像素子１３の左右の端に沿って１列に並ぶ電極１５は、それぞれ電極パッド９に平行に並ぶことになる。固体撮像素子１３は、幅１７．４４ｍｍ、長さ２４．６４ｍｍ、厚さ０．７２５ｍｍのシリコン（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。固体撮像素子１３を基板２に固定する接着剤１２のベーク処理（硬化処理）は、１５０℃の温度下で３０分行われる。この熱処理による熱によって基板２及び固体撮像素子１３の反りは、殆ど発生しない。
【００５７】
つぎに、常用のワイヤボンディング装置を用いて、図１０及び図１１に示すように、固体撮像素子１３の電極１５と、これに対応するフレキシブル配線基板３の電極パッド９を導電性のワイヤ１６で電気的に接続する。
【００５８】
つぎに、図１２及び図１３に示すように、基板２の第１の面２ａ側に収縮枠１７を形成する。収縮枠１７の形成においては、最初に熱膨張係数が１1 ｐｐｍ／℃となるエポキシ樹脂を固体撮像素子１３を囲むように固体撮像素子１３の縁に沿って塗布して枠を形成する。固体撮像素子１３の両端部分にはワイヤ１６が接続されていることから、枠でワイヤ１６、電極パッド９及び電極１５を覆うようにする。枠の断面形状は、例えば、高さ１．０ｍｍ程度、幅５．０ｍｍ程度の盛り上がった形状となる。樹脂の塗布は、例えば、ディスペンサによる塗布、あるいはスクリーン印刷によって行う。
【００５９】
つぎに、塗布して形成した枠（樹脂）をベーク処理して硬化させて収縮枠１７を形成する。このベーク処理は１００℃の温度下で２０分程、さらに１６０℃の温度下で２０分間程度行う。
【００６０】
つぎに、収縮枠１７を含め全体を常温（２０℃）にまで冷却する。冷却前のベーク処理時の１５０℃の雰囲気での基板２、固体撮像素子１３及び収縮枠１７等は、図１３に示すように、反ることもなく平坦な状態を維持しているが、冷却後は、図２に示すように、基板２の第１の面２ａ及び固体撮像素子１３の受光面が凹状に反る。図２には反り量ａを示してある。
【００６１】
ここで、実施例１の固体撮像装置１を製造する前に行った反り発生のメカニズム解析（シミュレーション）の結果について説明する。
【００６２】
図１４及び図１５はシミュレーションモデルを示す図である。図１４はシミュレーションモデル３０の平面図、図１５は図１４のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。シミュレーションモデル３０は、長方形の基板３１と、この基板３１の第１の面に接着剤３２を介して接着したセンサチップ（固体撮像素子）３３と、センサチップ３３を囲み基板３１の第１の面に接着される封止樹脂３４とからなっている。
【００６３】
シミュレーションモデル３０は、基板３１をアルミナ基板（熱膨張係数：７．２ｐｐｍ／℃）とする第１のシミュレーションモデルと、基板３１を窒化硅素基板（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）とする第２のシミュレーションモデルを準備する。センサチップ３３、接着剤３２、封止樹脂３４は同じ材質（製品）のものを使用する。センサチップ３３は、例えば、ＣＭＯＳセンサからなり、材質はシリコン（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。
【００６４】
基板３１は縦（Ｙ軸) ４０．０ｍｍ、横（Ｘ軸）４８．０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸）０．３ｍｍとなっている。センサチップ３３は縦（Ｙ軸) １６．０ｍｍ、横（Ｘ軸）２４．０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸）０．７２５ｍｍとなっている。センサチップ３３は基板３１に厚さ０．０５ｍｍのダイボンディング樹脂によって接続されている。封止樹脂３４は幅４．０ｍｍで高さが０．７３ｍｍの短形枠で形成されている。封止樹脂３４はエポキシ樹脂（熱膨張係数：１１ｐｐｍ／℃）で形成されている。
【００６５】
第１及び第２のシミュレーションモデル３０は、１５０℃の高温下でセンサチップ３３の接着、封止樹脂３４の形成を行い、その後常温（２０℃）にまで冷却した際の反りをシミュレーションした。
【００６６】
図１６はアルミナ基板で基板３１を形成した第１のシミュレーションモデル３０Ａの反り状態を三次元的に示した図である。反りのない状態を二点鎖線で示してある。また、図１７はセンサチップ３３の拡大図であり、反りｆは、＋４８．３μｍともなる。＋はセンサチップ３３の受光面の中央側が凸面状に突出する反りであることを示すものである。なお、これらの図において、図を明瞭とするため封止樹脂３４は省略してある。
【００６７】
図１８は窒化硅素基板で基板３１を形成した第２のシミュレーションモデル３０Ｂの反り状態を三次元的に示した図である。反りのない状態を二点鎖線で示してある。また、図１９はセンサチップ３３の拡大図であり、反りｇは、−８．８μｍともなる。−はセンサチップ３３の受光面の中央側が凹面状に窪む反りであることを示すものである。なお、これらの図において、図を明瞭とするため封止樹脂３４は省略してある。
【００６８】
熱膨張係数の違いにより、アルミナ基板を基板３１とする第１のシミュレーションモデル３０Ａでは凸状の反りとなり、窒化硅素を基板３１とする第２のシミュレーションモデル３０Ｂでは凹状の反りとなる。
【００６９】
そこで、実施例１では窒化珪素を基板３１とする構造とした。図２０は、実施例１の固体撮像装置１の固体撮像素子１３の受光面の反り状態を示す高低差表示例である。図２０の右端に示すように、−４μｍから７μｍまでを２０段階に色分けして表示したものである。
この時表示される反り量は−４μｍから７μｍまでの絶対値の足しあわせ、すなわち１１μｍ程度となる（正確な反り量は−８．９５μｍとなる）。等高線は縦長の楕円形となり、楕円形の長軸がＹ方向に沿って延在し、楕円形の短軸がＸ方向に沿って延在した形状になっている。中央の最も小さい楕円形領域は中心が−３．８μｍと最も窪む部分を含む段階であり、右端の２０段階の下から１番目の段階に相当する。等高線は相似形に変化している。反りの縦横比ａ／ｂは０．８１となっている。尚、本発明は、封止樹脂３４の塗布パターンをコントロールすることにより、チップ反りの縦横比ａ／ｂをコントロールすることができるので、理想的なａ／ｂ＝１．０に近づけることができる。
【００７０】
また、図２１は固体撮像素子１３（チップ）の凹面状の反りを三次元的に表示したモデル図である。Ｘ軸がチップの長手方向（短辺）となり、Ｙ軸がチップの短手方向（短辺）となり、Ｚ軸がチップの厚さ方向となる。そして、Ｚ軸に反りが表れている。
【００７１】
実施例１の固体撮像装置１は、例えば、図２に示すようなカメラ３７に使用される。カメラ３７は、固体撮像装置１をカメラ本体３８の奥に配置する構造になっている。カメラ本体３８の前方にはレンズ部３９が配置されている。このレンズ部３９には光学レンズを含む光学系の一部が内蔵されていて、光線４０を固体撮像装置１の受光面１ａに案内する。また、カメラ本体３８内にはハーフミラー４１が配置されている。このハーフミラー４１はレンズ部３９から受光面１ａに進む光線４０の光軸４０ａに対して４５度傾斜して配置されている。ハーフミラー４１は一端側を支軸４１ａによって回転自在に取り付けられている。カメラの図示しないシャッタを押すと、ハーフミラー４１は支軸４１ａを中心に上方に４５度回転し、光線４０の光束領域から外れる。
【００７２】
４５度傾斜したハーフミラー４１で反射したモニター用光束４２は受光面１ａと等距離にあるフォーカシングスクリーン４３に導かれて結像する。この結像はファインダ４４から覗くことができる。即ち、前記結像は図示しないペンタプリズムによって正立正像に直され、接眼レンズを通して覗くことができる。
【００７３】
固体撮像装置１の受光面１ａ側には、シャッタによって開閉動作するフォーカルプレーンシャッタ４５が配置されている。シャッタを押すと、ハーフミラー４１は４５度上昇して光線４０の光束領域から外れる。
【００７４】
このようなカメラ３７においては、シャッタを押すと、ハーフミラー４１は４５度上昇して光線４０の光束領域から外れ、フォーカルプレーンシャッタ４５が開き、フィルム、即ち、固体撮像装置１に画像が取り込まれる。フォーカルプレーンシャッタ４５が閉じると、ハーフミラー４１は元の位置に戻る。
【００７５】
図２３はカメラレンズ４６を通過する光線４０と固体撮像装置１の受光面１ａとの関係を示す図である。図２３（ａ）は受光面１ａが像面湾曲した固体撮像装置１を示すものであり、図２３（ｂ）は受光面１ａが平坦な受光面１ａを示すものである。また、図２４（ａ），（ｂ）は固体撮像装置１の最外周部分（右端）のマイクロレンズ１４部分の光線４０の関係を示す模式図である。
【００７６】
カメラレンズ４６の中心を通過し、固体撮像装置１の最外周部分に位置するマイクロレンズ１４に到達する光線４０は、受光面１ａが平坦である場合は、図２４（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１４の真下に位置するセンサ部４７に十分に取り込まれなくなる。即ち、斜め上方からマイクロレンズ１４に浸入する光線４０の屈折方向が浅いため、センサ部４７には進まず、マイクロレンズ１４の周囲の絶縁膜４８に向かってしまう。
【００７７】
これに対して、受光面１ａが像面湾曲している固体撮像装置１では、固体撮像装置１の最外周部分に位置するマイクロレンズ１４部分は反ることから、カメラレンズ４６の中心に近づくようになる。このように固体撮像装置１の最外周部分に位置するマイクロレンズ１４部分がカメラレンズ４６の中心に近づくように反ることから、斜め上方からマイクロレンズ１４に浸入する光線４０の屈折方向が深くなり、光線４０はマイクロレンズ１４の周囲の絶縁膜４８に向かうことなくセンサ部４７に進むようになる。この結果、固体撮像装置１の最外周部分のマイクロレンズ１４に浸入した光線４０はセンサ部４７に取り込まれることから、画像周辺部も光量が低下せず、鮮明な画像を得ることができる。
【００７８】
実施例１の固体撮像装置及びその製造方法によれば以下の効果を有する。
【００７９】
（１）熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／℃となる固体撮像素子１３を、熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／℃となる基板２に接着するとともに、基板２の第１の面２ａに固体撮像素子１３を囲むように熱膨張係数が１１ｐｐｍ／℃となるエポキシ樹脂によって収縮枠１７を形成する。接着及び収縮枠１７のベーク処理（硬化処理）は１５０℃の温度下で行われる。その後、全体（基板２、固体撮像素子１３及び収縮枠１７等）は常温（２０℃）にまで冷却される。収縮枠１７は基板２及び固体撮像素子１３に比較して約４倍も熱膨張係数が大きいことから、常温では基板２及び固体撮像素子１３は収縮枠１７によって絞り込むような応力が作用し、固体撮像素子１３の受光面は凹面状に反る。この反りを発生させる収縮枠１７は、収縮枠１７の断面積、即ち、幅及び高さ等によって種々に変わることから、その寸法を選択することによって、固体撮像装置１の受光面に光（光束）を案内するレンズを含む光学系の像面湾曲と同じ程度の反りとすることができる。
【００８０】
（２）基板２及び固体撮像素子１３は収縮枠１７の収縮によって凹面状に反ることから、収縮枠１７の幅及び高さ等を選択することによって固体撮像素子１３の長辺及び短辺に沿う反りの曲率をそれぞれ調整することができ、固体撮像素子１３の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似させることができる。従来の熱膨張係数が異なる基板と固体撮像素子を高温下で接着硬化させ、その後常温まで冷却させて固体撮像素子の受光面を反らせる技術では、反りの程度は、貼り合わされる固体撮像素子及び基板の寸法で決まり一定となる。即ち、従来の貼り合わせ方法では反りの調整はできないが、本発明では収縮枠１７の形状及び収縮枠１７の寸法を選択することによって、固体撮像素子１３の受光面各方向の反りの程度を調整することができる。
【００８１】
（３）上記（２）に示すような方法で固体撮像素子１３の受光面の反りを形成することから、固体撮像装置１をカメラ等に組み込んだ場合、カメラのレンズとの組み立てにおいて、レンズ光軸からの光が固体撮像素子１３の受光面に対して垂直とはならずに傾いてしまういわゆるあおり現象が発生し難くなる。従って、本発明の固体撮像装置１をカメラ等の光学機器に使用した場合のあおりの補正作業、即ち、レンズ光軸からの光が固体撮像素子１３の受光面に対して、垂直になるように位置及び角度を補正するあおりの補正作業が不要になる。
【００８２】
（４）上記（２）に示すように、固体撮像素子１３の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズを含む光学系との間の画像結像性能の向上が図れる。
【００８３】
（５）上記（２）に示すように、固体撮像素子１３の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となる。この場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となることから、光学系を構成するレンズ枚数の低減も可能になる。
【００８４】
（６）固体撮像素子１３は熱伝導性の良好な窒化硅素( 熱伝導率：90W/m ・K)からなる基板に接着されていることから、固体撮像素子１３で発生した熱を基板を介して外部に速やかに放散することができる。従って、カメラに使用した場合、長時間露光が可能になる。例えば、長時間露光によって夜景をきれいに撮影することもできる。
【００８５】
（７）上記（２）に示すように、固体撮像素子１３の受光面の反りが像面湾曲に一致または近似した面になることから、画像周辺部の受光量も画像中心部と同じだけの光量を取り入れることができ、鮮明な画像を得ることができる。この結果、カラー映像においては、画像中心及び画像周辺部の色濃度の均一化が可能になる。
【００８６】
（８）固体撮像装置１は、基板２の第１の面２ａに固体撮像素子１３を接着し、かつ固体撮像素子１３を囲むように収縮枠１７を設けた構造となっている。従って、本発明の固体撮像装置１は、従来のＣｅｒ−ＤＩＰ構造のようにパッケージ本体を窪み構造とする必要がなく、かつ蓋体（リッド）も不要となることから、薄型でかつ軽量な製品になる効果がある。また、部品点数の軽減により固体撮像装置１の製造コストの低減も達成できる。
【００８７】
（９）固体撮像装置１の固体撮像素子１３の受光面の凹状の反りにおいて、チップ反りの縦横比ａ／ｂは０．８１となっている。光学設計においては、チップ反りの縦横比ａ／ｂが１．０に近い事が望ましいので、前記特許文献４のように基板にインバーを用いた時のチップ反りの縦横比ａ／ｂ＝０．７８よりも、本発明のほうがａ／ｂ＝１．０に近く、かつ前記したように封止樹脂３４の塗布パターンをコントロールすることで、ａ／ｂを１．０に近づけることができるという特徴を持つので、より画像全体が鮮明になる効果を有する。
【００８８】
ａ／ｂを１．０に近づける例の１つとしては、図３１のような樹脂塗布パターンにする事が有効である。図３９は、図３１の樹脂塗布パターンとした際のシミュレーション解析によるセンサチップの受光面の反り状態を示す高低差表示例である。図３９の右端に示すように、−４μｍから７μｍまでを２０段階に色分けして表示したものである。この時表示される反り量は−４μｍから７μｍまでの絶対値の足しあわせ、すなわち１１μｍ程度となる（正確な反り量は−９．４２μｍとなる) 。
【００８９】
中央の最も小さい円形領域は中心が−３．８μｍと最も窪む部分を含む段階であり、右端の２０段階の下から１段目の段階に相当する。チップ反りの縦横比ａ／ｂは０．９８となる。
【実施例２】
【００９０】
図２５及び図２６は本発明の実施例２である固体撮像装置に係わる図であり、図２５は固体撮像装置の模式的平面図、図２６は図２５のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【００９１】
実施例２の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、収縮枠形成（Ｓ０４）の工程の後、固体撮像素子１３の受光面に透明な接着剤２１を介して透明な保護体２２を接着するものである。収縮枠形成の後では、固体撮像素子１３の受光面は凹面状に反っている。従って、保護体２２は固体撮像素子１３の受光面の反りに追従するように柔軟な材質で形成されたものである必要がある。また、接着剤２１としては、例えば、紫外線硬化型の接着剤を使用する。
【００９２】
実施例２によれば、固体撮像素子１３の受光面を保護体２２で保護できるようになり、固体撮像装置１の信頼性はさらに向上する。また、固体撮像装置１の受光面に紫外線硬化型の接着剤２１で保護体２２を接着するため、紫外線硬化型接着剤２１の硬化収縮によって固体撮像素子１３の受光面の反りをさらに増加させることができる利点もある。
【実施例３】
【００９３】
図２７及び図２８は本発明の実施例３である固体撮像装置に係わる図であり、図２７は固体撮像装置の模式的平面図、図２８は図２７のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００９４】
実施例３の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、固体撮像素子１３の電極１５（図示せず）とフレキシブル配線基板３の電極パッド９（図示せず）をワイヤで接続することなく、テープ付き配線２３で接続したものである。テープ付き配線２３は、絶縁性のテープ２４と、テープ２４の一面に形成した複数の配線２５とからなり、配線２５の一端が電極１５に接続され、配線２５の他端が電極パッド９に接続されるものである。電極パッド９及び電極１５に接続される部分を覗く配線２５部分を絶縁性の保護膜で覆っておく構造でもよい。
【００９５】
実施例３の固体撮像装置１では、収縮枠１７はテープ付き配線２３の外側に反って設けられている。
【００９６】
実施例３の固体撮像装置１の製造方法においても固体撮像素子１３の受光面を凹面状に反らせることができる。
【実施例４】
【００９７】
図２９及び図３０は本発明の実施例４である固体撮像装置に係わる図であり、図２９は固体撮像装置の模式的平面図、図３０は図２９のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【００９８】
実施例４の固体撮像装置１は、実施例３の固体撮像装置１の製造方法において、固体撮像素子１３を接続手段としてフリップ・チップ接続したものである。即ち、固体撮像素子１３の第１の面に電極を設けることなく、固体撮像素子１３の第２の面にフリップ・チップ接続用の電極１５ａを設け、この電極１５ａをフレキシブル配線基板３の電極パッド９（図示せず）にフリップ・チップ接続したものである。このため、フレキシブル配線基板３の内側の辺は固体撮像素子１３の下面にまで延在している。
【００９９】
実施例４の固体撮像装置１の製造方法においても固体撮像素子１３の受光面を凹面状に反らせることができる。
【実施例５】
【０１００】
図３１及び図３２は本発明の実施例５である固体撮像装置に係わる図であり、図３１は固体撮像装置の模式的平面図、図３２は図３１のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【０１０１】
実施例５の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、収縮枠形成（Ｓ０４）において、図３１に示すように、収縮枠１７の一部の領域を収縮枠１７の外側に張り出した形状にしたものである。張り出した形状、即ち、張り出し部２６は、実施例では、Ｙ方向に沿って延在する収縮枠１７の辺の中間部分をＸ方向に沿って収縮枠１７の外側に向かって所定寸法張り出した形状にしてある。
【０１０２】
このような張り出し部２６を設けることによって、収縮枠１７が冷却されるとき、張り出し部２６の収縮力が張り出し方向に沿って基板２及び固体撮像素子１３に加わり、Ｘ方向に沿う反りを大きくすることになる。このように張り出し部２６を設けることによって平面ＸＹ方向の反りの程度（長さ、曲率等）を微妙に調整することが可能になる。
【実施例６】
【０１０３】
図３３乃至図３５は本発明の実施例６である固体撮像装置に係わる図であり、図３３は固体撮像装置の模式的平面図、図３４は図３３のＬ−Ｌ線に沿う断面図、図３５は固体撮像装置の底面図である。
【０１０４】
実施例６の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、図３３及び図３４に示すように、ワイヤ１６を絶縁性の樹脂で覆って保護体２７を形成するが、基板２の第１の面２ａには収縮枠１７は設けない。その代わり、基板２の第２の面２ｂに収縮枠１７を設ける。この収縮枠１７に囲まれる領域は、固体撮像素子１３が固定される領域の裏側の面となる領域である。
【０１０５】
実施例６は基板２の第２の面２ｂに収縮枠１７を設けることから固体撮像素子１３の受光面を凸状面とする反りとすることもできる。
【０１０６】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施例１による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２の一部を示す拡大断面図である。
【図４】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】実施例１の固体撮像装置の製造方法で使用する基板付き配線基板の模式的平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】前記基板付き配線基板にダイボンディング樹脂を塗布した状態を示す模式的平面図である。
【図８】前記基板付き配線基板にセンサチップを固定した状態を示す模式的平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１０】前記基板付き配線基板の配線とセンサチップの電極をワイヤで接続した状態を示す模式的平面図である。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図１２】前記基板に収縮枠を形成した状態を示す模式的平面図である。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図１４】シミュレーションモデルの平面図である。
【図１５】図１４のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１６】アルミナ基板によるシミュレーションモデルの変形状態を示す模式図である。
【図１７】アルミナ基板上のセンサチップの反り状態を示す模式図である。
【図１８】窒化硅素基板によるシミュレーションモデルの変形状態を示す模式図である。
【図１９】窒化硅素基板上のセンサチップの反り状態を示す模式図である。
【図２０】実施例１の固体撮像装置におけるセンサチップの受光面の高低差を示す模式図である。
【図２１】実施例１の固体撮像装置におけるセンサチップの受光面の反り測定結果を示す三次元モデル図である。
【図２２】実施例１の固体撮像装置が使用されるカメラの模式図である。
【図２３】実施例１の固体撮像装置の受光面に入射するカメラレンズを通過した光の状態と、平坦な受光面を有する固体撮像装置に入射するカメラレンズを通過した光の状態を示す模式図である。
【図２４】図２３に示す各光の入射状態における右端のマイクロレンズに入射する光の状態を示す模式図である。
【図２５】本発明の実施例２による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図２６】図２５のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【図２７】本発明の実施例３による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図２８】図２７のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２９】本発明の実施例４による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図３０】図２９のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【図３１】本発明の実施例５による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図３２】図３１のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【図３３】本発明の実施例６による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図３４】図３３のＬ−Ｌ線に沿う断面図である。
【図３５】実施例６の固体撮像装置の底面図である。
【図３６】特開２００４−３４９５４５号公報のような、チップよりも基板の熱膨張係数が小さいモデル。
【図３７】従来の固体撮像装置の一部を切り欠いて示す平面図である。
【図３８】図３７のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【図３９】図３１の樹脂塗布パターンとした際のシミュレーション解析によるセンサチップの受光面の反り状態を示す高低差表示例である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…固体撮像装置、１ａ…受光面、２…基板、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、３…フレキシブル配線基板、４…接着剤、６…テープ、７…配線、８…絶縁膜、９…電極パッド、１０…外部電極端子、１２…接着剤、１３…固体撮像素子、１４…マイクロレンズ、１５，１５ａ…電極、１６…ワイヤ、１７…収縮枠、１８…固体撮像素子固定部、２１…接着剤、２２…保護体、２３…テープ付き配線、２４…テープ、２５…配線、２６…張り出し部、２７…保護体、３０…シミュレーションモデル、３０Ａ…第１のシミュレーションモデル、３０Ｂ…第２のシミュレーションモデル、３１…基板、３２…接着剤、３３…センサチップ、３４…封止樹脂、３７…カメラ、３８…カメラ本体、３９…レンズ部、４０…光線、４０ａ…光軸、４１…ハーフミラー、４１ａ…支軸、４２…モニター用光束、４３…フォーカシングスクリーン、４４…ファインダ、４５…フォーカルプレーンシャッタ、４６…カメラレンズ、４７…センサ部、４８…絶縁膜、６０…固体撮像装置、６１…アルミナ基板、６２…リード、６３…枠体、６４…接着剤、６５…接着剤、６６…センサチップ、６７…マイクロレンズ、６８…電極、６９…ワイヤ、７０，７１…反射防止膜、７２…ガラス板、７３…接着剤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及びその製造方法に係わり、例えば、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）センサ、ＣＣＤ（電荷転送）センサ等のイメージセンサを使用する固体撮像装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の光学機器にはＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の固体撮像素子（イメージセンサ）が使用されている。光学レンズによって導かれた光（光束）は固体撮像素子（固体撮像チップ）の表面（受光面：撮像面）で結像し、その画像が固体撮像素子の各セル（画素）によって電気信号に変換されてイメージ情報として取り出される。
【０００３】
一方、レンズ（光学レンズ）の光軸に一致する固体撮像素子の画像中心と、画像中心から外れる周縁部分では、光学レンズとの距離が長くなり、いわゆる像面湾曲収差が発生し、焦点が合わなくなり、像がボケ、解像度が低下する。このような像面湾曲収差を解消する方法として、固体撮像素子（センサチップ）の受光面を像面湾曲に合うように凹状に湾曲させる方法が知られている（例えば、特許文献１、２、３）。
【０００４】
特許文献１には、フレキシブルな弾性板の片面に固体撮像チップの裏面を固着し、この弾性板の曲率を調整することによって固体撮像チップの受光面の曲率を調整する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、平板状の撮像素子（熱膨張係数が４ｐｐｍ／ＫのＳｉ）と、撮像素子とは熱膨張係数が異なる平板状の板状部材（熱膨張係数が２ｐｐｍ／Ｋのインバー）とを積層して高温状態で接着した後、常温まで冷却し、冷却による撮像素子と板状部材との収縮量差によって撮像素子の受光面を凹面状に湾曲させ、その後、撮像素子を湾曲させた状態で基板に実装する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、熱膨張係数が固体撮像素子の材質よりも大きい材質の配線基板に突起電極を介して固体撮像素子を接合する際、加熱接合後の冷却作用による配線基板と固体撮像素子の熱膨張係数の違いによって固体撮像素子の受光面を凹状に湾曲させる工法が開示されている。
【０００７】
一方、従来、固体撮像装置は、サーディップ（Ｃｅｒ−ＤＩＰ）と呼称されるパッケージ内に固体撮像素子を内蔵する構造が一般的である（例えば、特許文献４）。特許文献４に開示されている半導体装置（固体撮像装置）は、セラミックにより形成されたパッケージ本体の上部開口をガラス板により形成された蓋体で封止した構造になっている。パッケージ本体の内底である底部の素子配設領域は湾曲し、この湾曲した面に固体撮像素子が密着して接合されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１０８０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９５４５号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６６３３号公報
【特許文献４】特開２００３−２４３６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
デジタルカメラ等の光学機器においては、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の固体撮像素子（イメージセンサ）が使用されている。そして、これらイメージセンサを形成するセンサチップの受光面は像面湾曲収差を解消するためにセンサチップの形状は、凹状に湾曲することが好ましい。
【００１０】
センサチップの受光面を湾曲させる方法としては、前述のように、湾曲した面にセンサチップを強制的に接合させて湾曲させる方法、センサチップを接合した弾性板の湾曲する曲率を調整してセンサチップの受光面を湾曲調整する等の機械的調整方法が知られている。また、熱膨張係数が異なる支持板に高温度下でセンサチップを接着し、その後常温に戻る際の収縮量差によって撮像素子の受光面を凹面状に湾曲させる熱膨張係数差を利用した方法が知られている。
【００１１】
そこで、特許文献４（特開２００４−３４９５４５号公報) にある、インバーからなる板状部材（基板) に、Ｓｉからなる撮像素子（センサチップ) を高温状態で接着した後、常温まで冷却し、インバーとＳｉの熱膨張係数の違いによって撮像素子の受光面を凹面状に湾曲させる方法における反り現象をシミュレーション解析した。シミュレーションでは、基板は厚さ０．３ｍｍ、幅４０．０ｍｍ、長さ４８．０ｍｍとなりセンサチップは厚さ７２５μｍ、幅１６．０ｍｍ、長さ２４．０ｍｍとなっている。また、接着は厚さ50μｍのダイボンディング樹脂（熱膨張係数が2 ×１０−4 ／°Ｃであるシリコン樹脂）を用い、接着を１５０℃で行い、その後常温（２０℃）まで冷却した。
【００１２】
シミュレーションでは、チップの反りを等高線状に表記することができる。チップの中心からの反りを等高線状に表記した時、等高線は楕円系となり楕円の短辺をａ、長辺をｂとした時、ａ／ｂが１．０に近い値である事が、好ましい変形である。以降、ａ／ｂを反りの縦横比と呼ぶ。
【００１３】
図３６はシミュレーション解析によるセンサチップの受光面の反り状態を示す高低差表示例である。図３６の右端に示すように、−４μｍから２μｍまでを２０段階に色分けして表示したものである。この時表示される反り量は−４μｍから２μｍまでの絶対値の足しあわせ、すなわち６μｍ程度となる。( 正確な反り量は−４．６μｍとなる) 等高線は縦長の楕円形となり、楕円形の長軸がＹ方向に沿って延在し、楕円形の短軸がＸ軸方向に沿って延在した形状になっている。
【００１４】
中央の最も小さい楕円形領域は中心が−３．８５μｍと最も窪む部分を含む段階であり、右端の２０段階の下から１番目の段階に相当する。等高線は相似形に変化している。反りの縦横比ａ／ｂは０．７８となっている。鮮明な画像を得る為には、反りの縦横比ａ／ｂは１．０に近い値にすることが好ましい。
【００１５】
一方、従来の固体撮像装置は、一般的にＣｅｒ−ＤＩＰ構造となっている。図３７及び図３８は、市販されているＣｅｒ−ＤＩＰ構造の固体撮像装置を示すものである。図３７は固体撮像装置６０の一部を切り欠いて示す模式的平面図であり、図３８は図３７のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【００１６】
固体撮像装置６０は、長方形のアルミナ基板６１を有している。アルミナ基板６１の上面の短辺側には長辺に沿うように平行に複数のリード６２が固定されている。これらリード６２はアルミナ基板６１の外側で下方に折り曲げられてインライン形のリードを構成している。アルミナ基板６１の上面の周縁には四角形枠からなるアルミナ基板の枠体６３が絶縁性の接着剤６４を介して接着されている。この結果、リード６２はアルミナ基板６１と枠体６３に挟まれる構造となる。即ち、アルミナ基板６１及び枠体６３からなるパッケージ本体は窪み構造になっている。
【００１７】
一方、枠体６３の内側のアルミナ基板６１の上面には絶縁性の接着剤６５を介してＣＭＯＳセンサからなるセンサチップ６６が固定されている。センサチップ６６の上面にはマイクロレンズ６７が縦横に整列配置され、センサチップ６６の各セル（画素）に光を案内するようになっている。センサチップ６６の上面短辺側には電極６８が設けられている。これら電極６８とこれに対応する前記リード６２の内端部分は導電性のワイヤ６９で電気的に接続されている。
【００１８】
また、枠体６３の上面には表裏面に反射防止膜７０，７１をそれぞれ設けたガラス板７２（蓋体）が接着剤７３を介して気密的に固定（封止）されている。
【００１９】
市販されている固体撮像装置６０の寸法は、一例を挙げると以下のようになっている。リード部分を含めないパッケージの大きさは、幅２６．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍ、高さ（厚さ）約３．０ｍｍである( 但し基板〜ガラスの厚み) 。
【００２０】
このようなＣｅｒ−ＤＩＰ構造の固体撮像装置６０は、センサチップ６６の上方にガラス板７２を配置する構造となり、センサチップ６６とガラス板７２との間に０.５ｍｍ程度の隙間があることから、固体撮像装置６０が厚くなる。また、Ｃｅｒ−ＤＩＰ構造は基板の上面に枠体を設ける必要があり、重量も重くなる。
【００２１】
本発明の目的は、像面湾曲収差を解消できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、薄型化及び軽量化が図れる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２５】
（１）本発明の固体撮像装置は、
第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する基板と、
複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して接着される固体撮像素子と、
前記基板の前記第１の面に形成され、一端が外部電極端子となる複数の配線と、
前記固体撮像素子の前記各電極と前記配線を電気的に接続する接続手段とを有し、
前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂からなる収縮枠が接着形成され、前記固体撮像素子の前記受光部の受光面は反っていることを特徴とする。
【００２６】
前記基板の前記第１の面に前記収縮枠が形成され、前記固体撮像素子の前記受光面は凹面状に反っている。この凹面状の反りは、固体撮像装置に光学的に接続されるレンズの像面湾曲に近似した面となっている。また、前記固体撮像素子を構成する材質の熱膨張係数と前記基板を構成する材質の熱膨張係数は同じ数値である。即ち、前記固体撮像素子は熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のシリコンで形成され、前記基板は熱伝導率が９０W/m ・K であり、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃の窒化硅素で形成されている。また、前記収縮枠は熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂で形成されている。また、前記固体撮像素子の前記電極と前記配線は導電性のワイヤで接続され、かつ前記ワイヤは前記収縮枠内に埋まっている。前記基板の前記第１の面には、絶縁性のテープと、前記テープの一面に設けられた複数の配線からなるフレキシブル配線基板が接着されて前記配線が形成されている。
【００２７】
このような固体撮像装置は、
（ａ）第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有し、前記第１の面に固体撮像素子固定部を有し、前記第１の面に前記固体撮像素子の電極に電気的に接続される複数の配線を有する基板を準備する工程、
（ｂ）複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を有する固体撮像素子を準備する工程、
（ｃ）前記基板の前記固体撮像素子固定部に前記固体撮像素子の前記第２の面側を前記基板の前記第１の面側に固定するとともに、前記固体撮像素子の各前記電極を各前記配線に接続手段を介して電気的に接続する工程、
（ｄ）前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に、前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂によって収縮枠を常温よりも高い温度下で接着形成し、その後、常温まで冷却して前記収縮枠の収縮によって前記固体撮像素子の前記受光部の受光面を反らせる工程、とによって製造される。
【００２８】
前記工程（ａ）では、絶縁性のテープと前記テープの一面に設けられた複数の配線とからなるフレキシブル配線基板を、前記基板の前記第１の面に接着して前記配線を形成する。この際、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃の窒化硅素で形成される前記基板を準備する。
【００２９】
前記工程（ｂ）では、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のシリコンで形成される前記固体撮像素子を準備する。
【００３０】
前記工程（ｃ）では、前記固体撮像素子の前記第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して固定し、その後前記固体撮像素子の前記電極と前記配線を導電性のワイヤで接続する。
【００３１】
前記工程（ｄ）では、前記基板の前記第１の面に、百数十度の温度（例えば、１５０℃）下で熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂によって前記収縮枠を形成し、その後常温（２０℃）にまで冷却させることによって、前記固体撮像素子の前記受光面を凹面状に反らせる。この際、前記収縮枠は前記ワイヤを覆うように設ける。
【００３２】
（２）上記（１）の手段において、前記収縮枠は一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状になっている。
【００３３】
このような固体撮像装置は、上記（１）の製造方法において、前記工程（ｄ）では、前記収縮枠を一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状に形成する。
【００３４】
（３）上記（１）の手段において、前記固体撮像素子の前記受光面全域には透明な保護体が透明な接着剤を介して接着されている。
【００３５】
このような固体撮像装置は、上記（１）の製造方法において、前記工程（ｄ）の後に、（ｅ）前記固体撮像素子の前記受光面全域に透明な保護体を透明な接着剤を介して接着する工程を有する。
【発明の効果】
【００３６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００３７】
上記（１）の手段によれば、（ａ）熱膨張係数が約３．０ｐｐｍ／℃となる固体撮像素子を、熱膨張係数が約３．０ｐｐｍ／℃となる基板に接着するとともに、基板の第１の面に固体撮像素子を囲むように熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃となるエポキシ樹脂によって収縮枠を形成する。接着及び収縮枠のベーク処理（硬化処理）は１５０℃の温度下で行われる。その後、全体（基板、固体撮像素子及び収縮枠等）は常温（２０℃）にまで冷却される。収縮枠は基板及び固体撮像素子に比較して約４倍も熱膨張係数が大きいことから、常温では基板及び固体撮像素子は収縮枠によって絞り込むような応力が作用し、固体撮像素子の受光面は凹面状に反る。この反りを発生させる収縮枠は、収縮枠の断面積、即ち、幅及び高さ、形成形状等によって種々に変わることから、その寸法を選択することによって、固体撮像装置の受光面に光（光束）を案内するレンズを含む光学系の像面湾曲と同じ程度の反りとすることができる。
【００３８】
（ｂ）基板及び固体撮像素子は収縮枠の収縮によって凹面状に反ることから、収縮枠の幅及び高さ、形成形状等を選択することによって固体撮像素子の長辺及び短辺に沿う反りの曲率をそれぞれ調整することができ、固体撮像素子の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似させることができる。従来の熱膨張係数が異なる基板と固体撮像素子を高温下で接着硬化させ、その後常温まで冷却させて固体撮像素子の受光面を反らせる技術では、反りの程度は、貼り合わされる固体撮像素子及び基板の寸法で決まり一定となる。即ち、従来の貼り合わせ方法では反りの調整はできないが、本発明では収縮枠の形状及び収縮枠の寸法を選択することによって、固体撮像素子の受光面各方向の反りの程度を調整することができる。
【００３９】
（ｃ）上記（ｂ）に示すような方法で固体撮像素子の受光面の反りを形成することから、固体撮像装置をカメラ等に組み込んだ場合、カメラのレンズとの組み立てにおいて、レンズ光軸からの光が固体撮像素子の受光面に対して垂直とはならずに傾いてしまういわゆるあおり現象が発生し難くなる。従って、本発明の固体撮像装置をカメラ等の光学機器に使用した場合のあおりの補正作業、即ち、レンズ光軸からの光が固体撮像素子の受光面に対して、垂直になるように位置及び角度を補正するあおりの補正作業が容易になる。
【００４０】
（ｄ）上記（ｂ）に示すように、固体撮像素子の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズを含む光学系との間の画像結像性能の向上が図れる。
【００４１】
（ｅ）上記（ｂ）に示すように、固体撮像素子の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となる。この場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となることから、光学系を構成するレンズ枚数の低減も可能になる。
【００４２】
（ｆ）固体撮像素子は熱伝導性の良好な窒化硅素( 熱伝導率：９０W/m ・K)からなる基板に接着されていることから、固体撮像素子で発生した熱を基板を介して外部に速やかに放散することがてきる。従って、カメラに使用した場合、長時間露光が可能になる。例えば、長時間露光によって夜景をきれいに撮影することもできる。
【００４３】
（ｇ）上記（ｂ）に示すように、固体撮像素子の受光面の反りが像面湾曲に一致または近似した面になることから、画像周辺部の受光量も画像中心部と同じだけの光量を取り入れることができ、鮮明な画像を得ることができる。この結果、カラー映像においては、画像中心及び画像周辺部の色濃度の均一化が可能になる。
【００４４】
（ｈ）固体撮像装置は、基板の第１の面に固体撮像素子を接着し、かつ固体撮像素子を囲むように収縮枠を設けた構造となっている。従って、本発明の固体撮像装置は、従来のＣｅｒ−ＤＩＰ構造のようにパッケージ本体を窪み構造とする必要がなく、かつ蓋体（リッド）も不要となることから、薄型でかつ軽量な製品になる効果がある。また、部品点数の軽減により固体撮像装置の製造コストの低減も達成できる。
【００４５】
上記（２）の手段によれば、上記（１）の手段による効果に加えて以下の効果を有する。即ち、収縮枠において、一部の領域において収縮枠を外側に張り出した形状になっていることから、この張り出した部分の冷却時の収縮力によって、張り出し方向に沿って基板及び固体撮像素子に収縮力が増加することになり、反りの程度を調整することが可能になる。
【００４６】
上記（３）の手段によれば、上記（１）の手段による効果に加えて以下の効果を有する。即ち、固体撮像素子の受光面全域には透明な保護体が透明な接着剤を介して接着されていることから、固体撮像素子の受光面を保護体で保護できるようになり、固体撮像装置の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００４８】
図１乃至図１３は本発明の実施例１である固体撮像装置及びその製造方法に係わる図である。図１乃至図３は固体撮像装置の構造に係わる図であり、図４乃至図１３は固体撮像装置の製造方法に係わる図である。
【００４９】
実施例１の固体撮像装置１は、図１及び図２に示すように、長方形の基板２を有している。この基板２は、配線基板付き基板２であり、基板２の第１の面２ａの短辺側にフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）３を接着剤４を介して接着した構造（図３参照）になっている。フレキシブル配線基板３の幅員の中間が基板２の幅員の中間に一致するようにフレキシブル配線基板３は基板２に固定されている。また、図３は図２の右端部分を拡大し、さらに構造を詳細に示す図である。図３に示すように、フレキシブル配線基板３は、絶縁性のテープ６と、テープ６の一面（第１の面）に設けられた複数の配線７と、配線７を選択的に覆う絶縁膜８とからなっている。テープ６の第１の面の反対面となる第２の面が絶縁性の接着剤４によって基板２に接着されている。また、フレキシブル配線基板３は、図３に示すように、第１の面に配線７の端部分を露出させる構造になっている（図５参照）。図５に示すように、フレキシブル配線基板３はその一端が基板２の端から所定長さ突出するように接着されている。フレキシブル配線基板３の基板２に重なる内側の端に並ぶ配線部分は接続手段としてのワイヤを接続する電極パッド９を構成している。また、フレキシブル配線基板３の基板２から突出する外側の端に並ぶ配線部分は固体撮像装置１の外部電極端子１０を構成している。
【００５０】
一方、一対のフレキシブル配線基板３の間の基板２の第１の面２ａには、絶縁性の接着剤１２を介して長方形の固体撮像素子１３が固定されている。固体撮像素子１３は、例えば、ＣＭＯＳセンサからなり、第１の面である受光面（撮像面）にはマイクロレンズ１４が縦横に整列配置されている（図１、２参照）。そして、図示はしないが、マイクロレンズ１４の真下にセンサ部（ＣＭＯＳセンサセル）が設けられている。また、固体撮像素子１３の第１の面の反対面となる第２の面が接着剤１２によって基板２の第１の面２ａに接着されている。固体撮像素子１３の第１の面には、図８に示すように、その両端に複数の電極１５が設けられている。これら電極１５は短辺に沿って１列となり、電極パッド９に平行に並んでいる。そして、各電極１５と、これに対応する電極パッド９は導電性のワイヤ１６によって電気的に接続されている（図１０参照）。また、ワイヤ１６は絶縁性樹脂で形成される収縮枠１７で覆われている。収縮枠１７は、図１及び図２に示すように、固体撮像素子１３を囲むように設けられている。即ち、収縮枠１７は固体撮像素子１３の長辺及び短辺に沿って設けられている。
【００５１】
このような固体撮像装置１は、収縮枠１７の形成時の収縮によって基板２及び固体撮像素子１３のそれぞれの第１の面が凹面状に反り返る構造（反り返り寸法ａ）になっている。例えば、基板２は、幅３７．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍの窒化硅素板（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。フレキシブル配線基板３は、幅２６．０ｍｍ、長さ１２．２８ｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリイミド樹脂系の配線基板からなっている。固体撮像素子１３は、幅１７．４４ｍｍ、長さ２４．６４ｍｍ、厚さ０．７２５ｍｍのシリコン（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。即ち、実施例では基板２と固体撮像素子１３は共に熱膨張係数が同程度となるものを使用している。固体撮像素子１３を基板２に固定する接着剤１２は熱膨張係数が同程度である基板２と固体撮像素子１３との間に位置する構造から反りは殆ど発生しない。また、フレキシブル配線基板３を基板２に固定する接着剤４はエポキシ樹脂系の接着剤であるが、その厚さがおよそ５０μｍ程度と薄いことから、基板２及び固体撮像素子１３を反らせる程の強度部材としては作用しない。
【００５２】
収縮枠１７は、図１等において四角形枠の角部では細く括れたように描いてあるが、実際は辺の部分と同様な幅となっている。そして、例えば、収縮枠１７の幅は５．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍ程度の緩やかな山状断面となっている。収縮枠１７は熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂を使用する。収縮枠１７の形成は樹脂の塗布、ベーク処理による硬化によって形成する。この形成は、例えば、１５０℃の高温下で行い。硬化後、常温（２０℃）まで冷却する。この冷却により、基板２及び固体撮像素子１３の熱膨張係数約３ｐｐｍ／℃に比較して、収縮枠１７の熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃とおよそ４倍強と大きいことから、四角形状の収縮枠１７の収縮力によって、基板２の第１の面２ａ及び固体撮像素子１３の第１の面は凹面状に反り返る。この反り返りは像面湾曲に近似した寸法になる。
【００５３】
つぎに、図４乃至図１３を参照しながら固体撮像装置１の製造方法について説明する。図４は固体撮像装置１の製造方法を示すフローチャートである。固体撮像装置１は、基板・固体撮像素子準備（Ｓ０１）、チップボンディング（Ｓ０２）、ワイヤボンディング（Ｓ０３）、収縮枠形成（Ｓ０４）を経て製造される。収縮枠形成（Ｓ０４）においては、枠形成、ベーク処理（樹脂硬化処理）、冷却処理の各処理が順次行われる。
【００５４】
固体撮像装置１の製造においては、最初に、フレキシブル配線基板３を取り付けた基板２及び固体撮像素子１３を準備する（Ｓ０１）。図５は実施例１の固体撮像装置の製造方法で使用する基板付き配線基板の模式的平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。例えば、基板２は、幅３７．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍの窒化硅素板（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。この基板２の第１の面２ａの両端側にフレキシブル配線基板３が接着されている。フレキシブル配線基板３は、幅２６．０ｍｍ、長さ１２．２８ｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリイミド樹脂系の配線基板からなっている。基板２の第１の面２ａの一対のフレキシブル配線基板３間の領域が固体撮像素子固定部１８となる。この固体撮像素子固定部１８は基板２の露出する第１の面２ａとなる。フレキシブル配線基板３の構造等については既に説明したので省略する。
【００５５】
つぎに、図７に示すように、基板２の第１の面２ａの固体撮像素子固定部１８に接着剤１２を薄く塗布する。
【００５６】
つぎに、図８及び図９に示すように、基板２の第１の面２ａの固体撮像素子固定部１８に接着剤１２を介して固体撮像素子１３を位置決め固定する。この際、固体撮像素子１３の第２の面を接着剤１２によって基板２に固定する。これにより、基板２の上面に固定された固体撮像素子１３の表面にはマイクロレンズ１４が整列配置された状態となって表れる。固体撮像素子１３の左右の端に沿って１列に並ぶ電極１５は、それぞれ電極パッド９に平行に並ぶことになる。固体撮像素子１３は、幅１７．４４ｍｍ、長さ２４．６４ｍｍ、厚さ０．７２５ｍｍのシリコン（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。固体撮像素子１３を基板２に固定する接着剤１２のベーク処理（硬化処理）は、１５０℃の温度下で３０分行われる。この熱処理による熱によって基板２及び固体撮像素子１３の反りは、殆ど発生しない。
【００５７】
つぎに、常用のワイヤボンディング装置を用いて、図１０及び図１１に示すように、固体撮像素子１３の電極１５と、これに対応するフレキシブル配線基板３の電極パッド９を導電性のワイヤ１６で電気的に接続する。
【００５８】
つぎに、図１２及び図１３に示すように、基板２の第１の面２ａ側に収縮枠１７を形成する。収縮枠１７の形成においては、最初に熱膨張係数が１1 ｐｐｍ／℃となるエポキシ樹脂を固体撮像素子１３を囲むように固体撮像素子１３の縁に沿って塗布して枠を形成する。固体撮像素子１３の両端部分にはワイヤ１６が接続されていることから、枠でワイヤ１６、電極パッド９及び電極１５を覆うようにする。枠の断面形状は、例えば、高さ１．０ｍｍ程度、幅５．０ｍｍ程度の盛り上がった形状となる。樹脂の塗布は、例えば、ディスペンサによる塗布、あるいはスクリーン印刷によって行う。
【００５９】
つぎに、塗布して形成した枠（樹脂）をベーク処理して硬化させて収縮枠１７を形成する。このベーク処理は１００℃の温度下で２０分程、さらに１６０℃の温度下で２０分間程度行う。
【００６０】
つぎに、収縮枠１７を含め全体を常温（２０℃）にまで冷却する。冷却前のベーク処理時の１５０℃の雰囲気での基板２、固体撮像素子１３及び収縮枠１７等は、図１３に示すように、反ることもなく平坦な状態を維持しているが、冷却後は、図２に示すように、基板２の第１の面２ａ及び固体撮像素子１３の受光面が凹状に反る。図２には反り量ａを示してある。
【００６１】
ここで、実施例１の固体撮像装置１を製造する前に行った反り発生のメカニズム解析（シミュレーション）の結果について説明する。
【００６２】
図１４及び図１５はシミュレーションモデルを示す図である。図１４はシミュレーションモデル３０の平面図、図１５は図１４のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。シミュレーションモデル３０は、長方形の基板３１と、この基板３１の第１の面に接着剤３２を介して接着したセンサチップ（固体撮像素子）３３と、センサチップ３３を囲み基板３１の第１の面に接着される封止樹脂３４とからなっている。
【００６３】
シミュレーションモデル３０は、基板３１をアルミナ基板（熱膨張係数：７．２ｐｐｍ／℃）とする第１のシミュレーションモデルと、基板３１を窒化硅素基板（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）とする第２のシミュレーションモデルを準備する。センサチップ３３、接着剤３２、封止樹脂３４は同じ材質（製品）のものを使用する。センサチップ３３は、例えば、ＣＭＯＳセンサからなり、材質はシリコン（熱膨張係数：３ｐｐｍ／℃）からなっている。
【００６４】
基板３１は縦（Ｙ軸) ４０．０ｍｍ、横（Ｘ軸）４８．０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸）０．３ｍｍとなっている。センサチップ３３は縦（Ｙ軸) １６．０ｍｍ、横（Ｘ軸）２４．０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸）０．７２５ｍｍとなっている。センサチップ３３は基板３１に厚さ０．０５ｍｍのダイボンディング樹脂によって接続されている。封止樹脂３４は幅４．０ｍｍで高さが０．７３ｍｍの短形枠で形成されている。封止樹脂３４はエポキシ樹脂（熱膨張係数：１１ｐｐｍ／℃）で形成されている。
【００６５】
第１及び第２のシミュレーションモデル３０は、１５０℃の高温下でセンサチップ３３の接着、封止樹脂３４の形成を行い、その後常温（２０℃）にまで冷却した際の反りをシミュレーションした。
【００６６】
図１６はアルミナ基板で基板３１を形成した第１のシミュレーションモデル３０Ａの反り状態を三次元的に示した図である。反りのない状態を二点鎖線で示してある。また、図１７はセンサチップ３３の拡大図であり、反りｆは、＋４８．３μｍともなる。＋はセンサチップ３３の受光面の中央側が凸面状に突出する反りであることを示すものである。なお、これらの図において、図を明瞭とするため封止樹脂３４は省略してある。
【００６７】
図１８は窒化硅素基板で基板３１を形成した第２のシミュレーションモデル３０Ｂの反り状態を三次元的に示した図である。反りのない状態を二点鎖線で示してある。また、図１９はセンサチップ３３の拡大図であり、反りｇは、−８．８μｍともなる。−はセンサチップ３３の受光面の中央側が凹面状に窪む反りであることを示すものである。なお、これらの図において、図を明瞭とするため封止樹脂３４は省略してある。
【００６８】
熱膨張係数の違いにより、アルミナ基板を基板３１とする第１のシミュレーションモデル３０Ａでは凸状の反りとなり、窒化硅素を基板３１とする第２のシミュレーションモデル３０Ｂでは凹状の反りとなる。
【００６９】
そこで、実施例１では窒化珪素を基板３１とする構造とした。図２０は、実施例１の固体撮像装置１の固体撮像素子１３の受光面の反り状態を示す高低差表示例である。図２０の右端に示すように、−４μｍから７μｍまでを２０段階に色分けして表示したものである。
この時表示される反り量は−４μｍから７μｍまでの絶対値の足しあわせ、すなわち１１μｍ程度となる（正確な反り量は−８．９５μｍとなる）。等高線は縦長の楕円形となり、楕円形の長軸がＹ方向に沿って延在し、楕円形の短軸がＸ方向に沿って延在した形状になっている。中央の最も小さい楕円形領域は中心が−３．８μｍと最も窪む部分を含む段階であり、右端の２０段階の下から１番目の段階に相当する。等高線は相似形に変化している。反りの縦横比ａ／ｂは０．８１となっている。尚、本発明は、封止樹脂３４の塗布パターンをコントロールすることにより、チップ反りの縦横比ａ／ｂをコントロールすることができるので、理想的なａ／ｂ＝１．０に近づけることができる。
【００７０】
また、図２１は固体撮像素子１３（チップ）の凹面状の反りを三次元的に表示したモデル図である。Ｘ軸がチップの長手方向（短辺）となり、Ｙ軸がチップの短手方向（短辺）となり、Ｚ軸がチップの厚さ方向となる。そして、Ｚ軸に反りが表れている。
【００７１】
実施例１の固体撮像装置１は、例えば、図２に示すようなカメラ３７に使用される。カメラ３７は、固体撮像装置１をカメラ本体３８の奥に配置する構造になっている。カメラ本体３８の前方にはレンズ部３９が配置されている。このレンズ部３９には光学レンズを含む光学系の一部が内蔵されていて、光線４０を固体撮像装置１の受光面１ａに案内する。また、カメラ本体３８内にはハーフミラー４１が配置されている。このハーフミラー４１はレンズ部３９から受光面１ａに進む光線４０の光軸４０ａに対して４５度傾斜して配置されている。ハーフミラー４１は一端側を支軸４１ａによって回転自在に取り付けられている。カメラの図示しないシャッタを押すと、ハーフミラー４１は支軸４１ａを中心に上方に４５度回転し、光線４０の光束領域から外れる。
【００７２】
４５度傾斜したハーフミラー４１で反射したモニター用光束４２は受光面１ａと等距離にあるフォーカシングスクリーン４３に導かれて結像する。この結像はファインダ４４から覗くことができる。即ち、前記結像は図示しないペンタプリズムによって正立正像に直され、接眼レンズを通して覗くことができる。
【００７３】
固体撮像装置１の受光面１ａ側には、シャッタによって開閉動作するフォーカルプレーンシャッタ４５が配置されている。シャッタを押すと、ハーフミラー４１は４５度上昇して光線４０の光束領域から外れる。
【００７４】
このようなカメラ３７においては、シャッタを押すと、ハーフミラー４１は４５度上昇して光線４０の光束領域から外れ、フォーカルプレーンシャッタ４５が開き、フィルム、即ち、固体撮像装置１に画像が取り込まれる。フォーカルプレーンシャッタ４５が閉じると、ハーフミラー４１は元の位置に戻る。
【００７５】
図２３はカメラレンズ４６を通過する光線４０と固体撮像装置１の受光面１ａとの関係を示す図である。図２３（ａ）は受光面１ａが像面湾曲した固体撮像装置１を示すものであり、図２３（ｂ）は受光面１ａが平坦な受光面１ａを示すものである。また、図２４（ａ），（ｂ）は固体撮像装置１の最外周部分（右端）のマイクロレンズ１４部分の光線４０の関係を示す模式図である。
【００７６】
カメラレンズ４６の中心を通過し、固体撮像装置１の最外周部分に位置するマイクロレンズ１４に到達する光線４０は、受光面１ａが平坦である場合は、図２４（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１４の真下に位置するセンサ部４７に十分に取り込まれなくなる。即ち、斜め上方からマイクロレンズ１４に浸入する光線４０の屈折方向が浅いため、センサ部４７には進まず、マイクロレンズ１４の周囲の絶縁膜４８に向かってしまう。
【００７７】
これに対して、受光面１ａが像面湾曲している固体撮像装置１では、固体撮像装置１の最外周部分に位置するマイクロレンズ１４部分は反ることから、カメラレンズ４６の中心に近づくようになる。このように固体撮像装置１の最外周部分に位置するマイクロレンズ１４部分がカメラレンズ４６の中心に近づくように反ることから、斜め上方からマイクロレンズ１４に浸入する光線４０の屈折方向が深くなり、光線４０はマイクロレンズ１４の周囲の絶縁膜４８に向かうことなくセンサ部４７に進むようになる。この結果、固体撮像装置１の最外周部分のマイクロレンズ１４に浸入した光線４０はセンサ部４７に取り込まれることから、画像周辺部も光量が低下せず、鮮明な画像を得ることができる。
【００７８】
実施例１の固体撮像装置及びその製造方法によれば以下の効果を有する。
【００７９】
（１）熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／℃となる固体撮像素子１３を、熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／℃となる基板２に接着するとともに、基板２の第１の面２ａに固体撮像素子１３を囲むように熱膨張係数が１１ｐｐｍ／℃となるエポキシ樹脂によって収縮枠１７を形成する。接着及び収縮枠１７のベーク処理（硬化処理）は１５０℃の温度下で行われる。その後、全体（基板２、固体撮像素子１３及び収縮枠１７等）は常温（２０℃）にまで冷却される。収縮枠１７は基板２及び固体撮像素子１３に比較して約４倍も熱膨張係数が大きいことから、常温では基板２及び固体撮像素子１３は収縮枠１７によって絞り込むような応力が作用し、固体撮像素子１３の受光面は凹面状に反る。この反りを発生させる収縮枠１７は、収縮枠１７の断面積、即ち、幅及び高さ等によって種々に変わることから、その寸法を選択することによって、固体撮像装置１の受光面に光（光束）を案内するレンズを含む光学系の像面湾曲と同じ程度の反りとすることができる。
【００８０】
（２）基板２及び固体撮像素子１３は収縮枠１７の収縮によって凹面状に反ることから、収縮枠１７の幅及び高さ等を選択することによって固体撮像素子１３の長辺及び短辺に沿う反りの曲率をそれぞれ調整することができ、固体撮像素子１３の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似させることができる。従来の熱膨張係数が異なる基板と固体撮像素子を高温下で接着硬化させ、その後常温まで冷却させて固体撮像素子の受光面を反らせる技術では、反りの程度は、貼り合わされる固体撮像素子及び基板の寸法で決まり一定となる。即ち、従来の貼り合わせ方法では反りの調整はできないが、本発明では収縮枠１７の形状及び収縮枠１７の寸法を選択することによって、固体撮像素子１３の受光面各方向の反りの程度を調整することができる。
【００８１】
（３）上記（２）に示すような方法で固体撮像素子１３の受光面の反りを形成することから、固体撮像装置１をカメラ等に組み込んだ場合、カメラのレンズとの組み立てにおいて、レンズ光軸からの光が固体撮像素子１３の受光面に対して垂直とはならずに傾いてしまういわゆるあおり現象が発生し難くなる。従って、本発明の固体撮像装置１をカメラ等の光学機器に使用した場合のあおりの補正作業、即ち、レンズ光軸からの光が固体撮像素子１３の受光面に対して、垂直になるように位置及び角度を補正するあおりの補正作業が不要になる。
【００８２】
（４）上記（２）に示すように、固体撮像素子１３の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズを含む光学系との間の画像結像性能の向上が図れる。
【００８３】
（５）上記（２）に示すように、固体撮像素子１３の受光面の反りを像面湾曲に一致または近似した面にすることができることから、光学機器に使用した場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となる。この場合、レンズ像面湾曲の補正が不要となることから、光学系を構成するレンズ枚数の低減も可能になる。
【００８４】
（６）固体撮像素子１３は熱伝導性の良好な窒化硅素( 熱伝導率：90W/m ・K)からなる基板に接着されていることから、固体撮像素子１３で発生した熱を基板を介して外部に速やかに放散することができる。従って、カメラに使用した場合、長時間露光が可能になる。例えば、長時間露光によって夜景をきれいに撮影することもできる。
【００８５】
（７）上記（２）に示すように、固体撮像素子１３の受光面の反りが像面湾曲に一致または近似した面になることから、画像周辺部の受光量も画像中心部と同じだけの光量を取り入れることができ、鮮明な画像を得ることができる。この結果、カラー映像においては、画像中心及び画像周辺部の色濃度の均一化が可能になる。
【００８６】
（８）固体撮像装置１は、基板２の第１の面２ａに固体撮像素子１３を接着し、かつ固体撮像素子１３を囲むように収縮枠１７を設けた構造となっている。従って、本発明の固体撮像装置１は、従来のＣｅｒ−ＤＩＰ構造のようにパッケージ本体を窪み構造とする必要がなく、かつ蓋体（リッド）も不要となることから、薄型でかつ軽量な製品になる効果がある。また、部品点数の軽減により固体撮像装置１の製造コストの低減も達成できる。
【００８７】
（９）固体撮像装置１の固体撮像素子１３の受光面の凹状の反りにおいて、チップ反りの縦横比ａ／ｂは０．８１となっている。光学設計においては、チップ反りの縦横比ａ／ｂが１．０に近い事が望ましいので、前記特許文献４のように基板にインバーを用いた時のチップ反りの縦横比ａ／ｂ＝０．７８よりも、本発明のほうがａ／ｂ＝１．０に近く、かつ前記したように封止樹脂３４の塗布パターンをコントロールすることで、ａ／ｂを１．０に近づけることができるという特徴を持つので、より画像全体が鮮明になる効果を有する。
【００８８】
ａ／ｂを１．０に近づける例の１つとしては、図３１のような樹脂塗布パターンにする事が有効である。図３９は、図３１の樹脂塗布パターンとした際のシミュレーション解析によるセンサチップの受光面の反り状態を示す高低差表示例である。図３９の右端に示すように、−４μｍから７μｍまでを２０段階に色分けして表示したものである。この時表示される反り量は−４μｍから７μｍまでの絶対値の足しあわせ、すなわち１１μｍ程度となる（正確な反り量は−９．４２μｍとなる) 。
【００８９】
中央の最も小さい円形領域は中心が−３．８μｍと最も窪む部分を含む段階であり、右端の２０段階の下から１段目の段階に相当する。チップ反りの縦横比ａ／ｂは０．９８となる。
【実施例２】
【００９０】
図２５及び図２６は本発明の実施例２である固体撮像装置に係わる図であり、図２５は固体撮像装置の模式的平面図、図２６は図２５のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【００９１】
実施例２の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、収縮枠形成（Ｓ０４）の工程の後、固体撮像素子１３の受光面に透明な接着剤２１を介して透明な保護体２２を接着するものである。収縮枠形成の後では、固体撮像素子１３の受光面は凹面状に反っている。従って、保護体２２は固体撮像素子１３の受光面の反りに追従するように柔軟な材質で形成されたものである必要がある。また、接着剤２１としては、例えば、紫外線硬化型の接着剤を使用する。
【００９２】
実施例２によれば、固体撮像素子１３の受光面を保護体２２で保護できるようになり、固体撮像装置１の信頼性はさらに向上する。また、固体撮像装置１の受光面に紫外線硬化型の接着剤２１で保護体２２を接着するため、紫外線硬化型接着剤２１の硬化収縮によって固体撮像素子１３の受光面の反りをさらに増加させることができる利点もある。
【実施例３】
【００９３】
図２７及び図２８は本発明の実施例３である固体撮像装置に係わる図であり、図２７は固体撮像装置の模式的平面図、図２８は図２７のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００９４】
実施例３の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、固体撮像素子１３の電極１５（図示せず）とフレキシブル配線基板３の電極パッド９（図示せず）をワイヤで接続することなく、テープ付き配線２３で接続したものである。テープ付き配線２３は、絶縁性のテープ２４と、テープ２４の一面に形成した複数の配線２５とからなり、配線２５の一端が電極１５に接続され、配線２５の他端が電極パッド９に接続されるものである。電極パッド９及び電極１５に接続される部分を覗く配線２５部分を絶縁性の保護膜で覆っておく構造でもよい。
【００９５】
実施例３の固体撮像装置１では、収縮枠１７はテープ付き配線２３の外側に反って設けられている。
【００９６】
実施例３の固体撮像装置１の製造方法においても固体撮像素子１３の受光面を凹面状に反らせることができる。
【実施例４】
【００９７】
図２９及び図３０は本発明の実施例４である固体撮像装置に係わる図であり、図２９は固体撮像装置の模式的平面図、図３０は図２９のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【００９８】
実施例４の固体撮像装置１は、実施例３の固体撮像装置１の製造方法において、固体撮像素子１３を接続手段としてフリップ・チップ接続したものである。即ち、固体撮像素子１３の第１の面に電極を設けることなく、固体撮像素子１３の第２の面にフリップ・チップ接続用の電極１５ａを設け、この電極１５ａをフレキシブル配線基板３の電極パッド９（図示せず）にフリップ・チップ接続したものである。このため、フレキシブル配線基板３の内側の辺は固体撮像素子１３の下面にまで延在している。
【００９９】
実施例４の固体撮像装置１の製造方法においても固体撮像素子１３の受光面を凹面状に反らせることができる。
【実施例５】
【０１００】
図３１及び図３２は本発明の実施例５である固体撮像装置に係わる図であり、図３１は固体撮像装置の模式的平面図、図３２は図３１のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【０１０１】
実施例５の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、収縮枠形成（Ｓ０４）において、図３１に示すように、収縮枠１７の一部の領域を収縮枠１７の外側に張り出した形状にしたものである。張り出した形状、即ち、張り出し部２６は、実施例では、Ｙ方向に沿って延在する収縮枠１７の辺の中間部分をＸ方向に沿って収縮枠１７の外側に向かって所定寸法張り出した形状にしてある。
【０１０２】
このような張り出し部２６を設けることによって、収縮枠１７が冷却されるとき、張り出し部２６の収縮力が張り出し方向に沿って基板２及び固体撮像素子１３に加わり、Ｘ方向に沿う反りを大きくすることになる。このように張り出し部２６を設けることによって平面ＸＹ方向の反りの程度（長さ、曲率等）を微妙に調整することが可能になる。
【実施例６】
【０１０３】
図３３乃至図３５は本発明の実施例６である固体撮像装置に係わる図であり、図３３は固体撮像装置の模式的平面図、図３４は図３３のＬ−Ｌ線に沿う断面図、図３５は固体撮像装置の底面図である。
【０１０４】
実施例６の固体撮像装置１は、実施例１の固体撮像装置１の製造方法において、図３３及び図３４に示すように、ワイヤ１６を絶縁性の樹脂で覆って保護体２７を形成するが、基板２の第１の面２ａには収縮枠１７は設けない。その代わり、基板２の第２の面２ｂに収縮枠１７を設ける。この収縮枠１７に囲まれる領域は、固体撮像素子１３が固定される領域の裏側の面となる領域である。
【０１０５】
実施例６は基板２の第２の面２ｂに収縮枠１７を設けることから固体撮像素子１３の受光面を凸状面とする反りとすることもできる。
【０１０６】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施例１による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２の一部を示す拡大断面図である。
【図４】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】実施例１の固体撮像装置の製造方法で使用する基板付き配線基板の模式的平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】前記基板付き配線基板にダイボンディング樹脂を塗布した状態を示す模式的平面図である。
【図８】前記基板付き配線基板にセンサチップを固定した状態を示す模式的平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１０】前記基板付き配線基板の配線とセンサチップの電極をワイヤで接続した状態を示す模式的平面図である。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図１２】前記基板に収縮枠を形成した状態を示す模式的平面図である。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図１４】シミュレーションモデルの平面図である。
【図１５】図１４のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１６】アルミナ基板によるシミュレーションモデルの変形状態を示す模式図である。
【図１７】アルミナ基板上のセンサチップの反り状態を示す模式図である。
【図１８】窒化硅素基板によるシミュレーションモデルの変形状態を示す模式図である。
【図１９】窒化硅素基板上のセンサチップの反り状態を示す模式図である。
【図２０】実施例１の固体撮像装置におけるセンサチップの受光面の高低差を示す模式図である。
【図２１】実施例１の固体撮像装置におけるセンサチップの受光面の反り測定結果を示す三次元モデル図である。
【図２２】実施例１の固体撮像装置が使用されるカメラの模式図である。
【図２３】実施例１の固体撮像装置の受光面に入射するカメラレンズを通過した光の状態と、平坦な受光面を有する固体撮像装置に入射するカメラレンズを通過した光の状態を示す模式図である。
【図２４】図２３に示す各光の入射状態における右端のマイクロレンズに入射する光の状態を示す模式図である。
【図２５】本発明の実施例２による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図２６】図２５のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【図２７】本発明の実施例３による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図２８】図２７のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２９】本発明の実施例４による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図３０】図２９のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【図３１】本発明の実施例５による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図３２】図３１のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。
【図３３】本発明の実施例６による固体撮像装置の模式的平面図である。
【図３４】図３３のＬ−Ｌ線に沿う断面図である。
【図３５】実施例６の固体撮像装置の底面図である。
【図３６】特開２００４−３４９５４５号公報のような、チップよりも基板の熱膨張係数が小さいモデル。
【図３７】従来の固体撮像装置の一部を切り欠いて示す平面図である。
【図３８】図３７のＭ−Ｍ線に沿う断面図である。
【図３９】図３１の樹脂塗布パターンとした際のシミュレーション解析によるセンサチップの受光面の反り状態を示す高低差表示例である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…固体撮像装置、１ａ…受光面、２…基板、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、３…フレキシブル配線基板、４…接着剤、６…テープ、７…配線、８…絶縁膜、９…電極パッド、１０…外部電極端子、１２…接着剤、１３…固体撮像素子、１４…マイクロレンズ、１５，１５ａ…電極、１６…ワイヤ、１７…収縮枠、１８…固体撮像素子固定部、２１…接着剤、２２…保護体、２３…テープ付き配線、２４…テープ、２５…配線、２６…張り出し部、２７…保護体、３０…シミュレーションモデル、３０Ａ…第１のシミュレーションモデル、３０Ｂ…第２のシミュレーションモデル、３１…基板、３２…接着剤、３３…センサチップ、３４…封止樹脂、３７…カメラ、３８…カメラ本体、３９…レンズ部、４０…光線、４０ａ…光軸、４１…ハーフミラー、４１ａ…支軸、４２…モニター用光束、４３…フォーカシングスクリーン、４４…ファインダ、４５…フォーカルプレーンシャッタ、４６…カメラレンズ、４７…センサ部、４８…絶縁膜、６０…固体撮像装置、６１…アルミナ基板、６２…リード、６３…枠体、６４…接着剤、６５…接着剤、６６…センサチップ、６７…マイクロレンズ、６８…電極、６９…ワイヤ、７０，７１…反射防止膜、７２…ガラス板、７３…接着剤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する基板と、
複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して接着される固体撮像素子と、
前記基板の前記第１の面に形成され、一端が外部電極端子となる複数の配線と、
前記固体撮像素子の前記各電極と前記配線を電気的に接続する接続手段とを有し、
前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂からなる収縮枠が接着形成され、前記固体撮像素子の前記受光部の受光面は反っていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記収縮枠は無端状になっていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記収縮枠は一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記基板の前記第１の面に前記収縮枠が形成され、前記固体撮像素子の前記受光面は凹面状に反っていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記基板の前記第２の面に前記収縮枠が形成され、前記固体撮像素子の前記受光面は凸面状に反っていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像素子を構成する材質の熱膨張係数と前記基板を構成する材質の熱膨張係数は同程度であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子は熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃程度のシリコンで形成され、前記基板は熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃程度のシリコンの熱膨張係数に近い材料で形成され、前記収縮枠は熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃程度のエポキシ樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像素子の前記電極と前記配線は導電性のワイヤで接続され、かつ前記ワイヤは前記収縮枠内に埋まっていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記基板の前記第１の面には、絶縁性のテープと、前記テープの一面に設けられた複数の配線からなるフレキシブル配線基板が接着されて前記配線が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像素子の前記受光面全域には透明な保護体が透明な接着剤を介して接着されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
（ａ）第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有し、前記第１の面に固体撮像素子固定部を有し、前記第１の面に前記固体撮像素子の電極に電気的に接続される複数の配線を有する基板を準備する工程、
（ｂ）複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を有する固体撮像素子を準備する工程、
（ｃ）前記基板の前記固体撮像素子固定部に前記固体撮像素子の前記第２の面側を前記基板の前記第１の面側に固定するとともに、前記固体撮像素子の各前記電極を各前記配線に接続手段を介して電気的に接続する工程、
（ｄ）前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に、前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂によって収縮枠を常温よりも高い温度下で接着形成し、その後、常温まで冷却して前記収縮枠の収縮によって前記固体撮像素子の前記受光部の受光面を反らせる工程、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｄ）では、前記収縮枠を無端状に形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｄ）では、前記収縮枠を一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状に形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｄ）では、前記基板の前記第１の面に前記収縮枠を形成し、前記固体撮像素子の前記受光面を凹面状に反らせることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｄ）では、前記基板の前記第２の面に前記収縮枠を形成し、前記固体撮像素子の前記受光面を凸面状に反らせることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）では、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃の材料で形成される前記基板を準備し、
前記工程（ｂ）では、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のシリコンで形成される前記固体撮像素子を準備し、
前記工程（ｄ）では、百数十度の温度下で熱膨張係数が約11ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂によって前記収縮枠を形成し、その後常温にまで冷却させることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｃ）では、前記固体撮像素子の前記第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して固定し、その後前記固体撮像素子の前記電極と前記配線を導電性のワイヤで接続し、
前記工程（ｄ）では、前記ワイヤを覆うように前記収縮枠を形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）では、絶縁性のテープと前記テープの一面に設けられた複数の配線とからなるフレキシブル配線基板を、前記基板の前記第１の面に接着して前記配線を形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記工程（ｄ）の後に、（ｅ）前記固体撮像素子の前記受光面全域に透明な保護体を透明な接着剤を介して接着する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有する基板と、
複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して接着される固体撮像素子と、
前記基板の前記第１の面に形成され、一端が外部電極端子となる複数の配線と、
前記固体撮像素子の前記各電極と前記配線を電気的に接続する接続手段とを有し、
前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂からなる収縮枠が接着形成され、前記固体撮像素子の前記受光部の受光面は反っていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記収縮枠は無端状になっていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記収縮枠は一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記基板の前記第１の面に前記収縮枠が形成され、前記固体撮像素子の前記受光面は凹面状に反っていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記基板の前記第２の面に前記収縮枠が形成され、前記固体撮像素子の前記受光面は凸面状に反っていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像素子を構成する材質の熱膨張係数と前記基板を構成する材質の熱膨張係数は同程度であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子は熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃程度のシリコンで形成され、前記基板は熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃程度のシリコンの熱膨張係数に近い材料で形成され、前記収縮枠は熱膨張係数が約１1 ｐｐｍ／℃程度のエポキシ樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像素子の前記電極と前記配線は導電性のワイヤで接続され、かつ前記ワイヤは前記収縮枠内に埋まっていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記基板の前記第１の面には、絶縁性のテープと、前記テープの一面に設けられた複数の配線からなるフレキシブル配線基板が接着されて前記配線が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像素子の前記受光面全域には透明な保護体が透明な接着剤を介して接着されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
（ａ）第１の面及び前記第１の面の反対面となる第２の面を有し、前記第１の面に固体撮像素子固定部を有し、前記第１の面に前記固体撮像素子の電極に電気的に接続される複数の配線を有する基板を準備する工程、
（ｂ）複数の電極を有するとともに、第１の面に受光部を有し前記第１の面の反対面となる第２の面を有する固体撮像素子を準備する工程、
（ｃ）前記基板の前記固体撮像素子固定部に前記固体撮像素子の前記第２の面側を前記基板の前記第１の面側に固定するとともに、前記固体撮像素子の各前記電極を各前記配線に接続手段を介して電気的に接続する工程、
（ｄ）前記固体撮像素子の前記受光部よりも外側となる前記基板の表面側に、前記受光部を囲むように熱膨張係数が前記基板及び前記固体撮像素子の熱膨張係数よりも大きい樹脂によって収縮枠を常温よりも高い温度下で接着形成し、その後、常温まで冷却して前記収縮枠の収縮によって前記固体撮像素子の前記受光部の受光面を反らせる工程、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｄ）では、前記収縮枠を無端状に形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｄ）では、前記収縮枠を一部の領域において前記収縮枠の外側に張り出した形状に形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｄ）では、前記基板の前記第１の面に前記収縮枠を形成し、前記固体撮像素子の前記受光面を凹面状に反らせることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｄ）では、前記基板の前記第２の面に前記収縮枠を形成し、前記固体撮像素子の前記受光面を凸面状に反らせることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）では、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃の材料で形成される前記基板を準備し、
前記工程（ｂ）では、熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃のシリコンで形成される前記固体撮像素子を準備し、
前記工程（ｄ）では、百数十度の温度下で熱膨張係数が約11ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂によって前記収縮枠を形成し、その後常温にまで冷却させることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｃ）では、前記固体撮像素子の前記第２の面を前記基板の前記第１の面に接着剤を介して固定し、その後前記固体撮像素子の前記電極と前記配線を導電性のワイヤで接続し、
前記工程（ｄ）では、前記ワイヤを覆うように前記収縮枠を形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）では、絶縁性のテープと前記テープの一面に設けられた複数の配線とからなるフレキシブル配線基板を、前記基板の前記第１の面に接着して前記配線を形成することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記工程（ｄ）の後に、（ｅ）前記固体撮像素子の前記受光面全域に透明な保護体を透明な接着剤を介して接着する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【公開番号】特開２００８−７８５９８（Ｐ２００８−７８５９８Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３００２３９（Ｐ２００６−３００２３９）
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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