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CN104303303B - 固体摄像装置 - Google Patents

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CN104303303B
CN104303303B CN201380026040.7A CN201380026040A CN104303303B CN 104303303 B CN104303303 B CN 104303303B CN 201380026040 A CN201380026040 A CN 201380026040A CN 104303303 B CN104303303 B CN 104303303B
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

纤维光学板(40)的光射出端面(40b)侧的部分(41)包括第一部分(41a)和第二部分(41b)。第一部分(41a)与半导体光检测元件(20)的周边部分(23)对应。第二部分(41b)与半导体光检测元件(20)的薄型部分(25)对应，并且比第一部分(41a)更向半导体光检测元件(20)突出。由纤维光学板(40)的第一部分(41a)和第二部分(41b)构成的台阶差的高度比由半导体光检测元件(20)的薄型部分(25)和周边部分(23)构成的台阶差的高度低。半导体光检测元件(20)和纤维光学板(40)以使第一部分(41a)和周边部分(23)接触并且使第二部分(41b)和薄型部分(25)分离的状态，通过树脂(45)被固定。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及固体摄像装置。
背景技术
已知有一种固体摄像装置，其包括：具有光入射端面和光射出端面的纤维光学板；和光入射面与纤维光学板的光射出端面光学结合的半导体光检测元件(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－162724号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了使固体摄像装置的检测灵敏度提高，考虑采用背面入射型的半导体光检测元件作为半导体光检测元件。但是，在采用了背面入射型的半导体光检测元件的固体摄像装置中，担心存在以下的问题。
背面入射型的半导体光检测元件具有相互相对的第一主面和第二主面。背面入射型的半导体光检测元件通常将光感应区域设置于第一主面侧，并且使与光感应区域对应的部分以残留该部分的周边部分的方式从第二主面侧被薄化。因此，在纤维光学板配置于背面入射型的半导体光检测元件的状态下，纤维光学板的光射出端面和半导体光检测元件中的被薄化的部分只离开由半导体光检测元件的被薄化的部分和周边部分构成的台阶差的程度。纤维光学板的光射出端面与半导体光检测元件中的被薄化的部分离开时，则从纤维光学板的光射出端面射出的光进行扩散直至入射到半导体光检测元件。其结果，固体摄像装置的解像度(空间分辨率)降低。
本发明的目的在于，提供一种即使在采用背面入射型的半导体光检测元件的情况下也能够抑制解像度的降低的固体摄像装置。
解决课题的技术手段
本发明为固体摄像装置，其具有：背面入射型的半导体光检测元件，其具有相互相对的第一主面和第二主面，在第一主面侧设置有光感应区域，并且与光感应区域对应的部分以残留该部分的周边部分的方式从第二主面侧被薄化；封装体(package)，其具有相互相对的第三主面和第四主面，在第三主面和第四主面开口，并且形成有收纳半导体光检测元件的收纳空间；纤维光学板，其具有光入射端面和光射出端面，光射出端面以与第二主面相对的方式配置；和保护部件，其从第一主面侧被固定于半导体光检测元件，保护半导体光检测元件的被薄化的部分，纤维光学板的光入射端面侧的部分从第三主面向封装体的外侧突出，纤维光学板的光射出端面侧的部分包括：与半导体光检测元件的周边部分对应的第一部分；和与半导体光检测元件的被薄化的部分对应，并且比第一部分更向半导体光检测元件突出的第二部分，由纤维光学板的第一部分和第二部分构成的台阶差的高度比由半导体光检测元件的被薄化的部分和周边部分构成的台阶差的高度低，半导体光检测元件和纤维光学板，通过填充在光射出端面和被薄化的部分之间的、相对于被检测光为光学透明的树脂，以使第一部分和周边部分接触并且使第二部分和被薄化的部分离开的状态被固定，纤维光学板的第二部分和半导体光检测元件的被薄化的部分通过树脂而被光学结合。
在本发明中，纤维光学板的光射出端面侧的部分包括：与半导体光检测元件的周边部分对应的第一部分；和与半导体光检测元件的被薄化的部分对应，并且比第一部分更向半导体光检测元件突出的第二部分。因此，在纤维光学板配置于背面入射型的半导体光检测元件的状态下，纤维光学板的第二部分中的光射出端面和半导体光检测元件中的被薄化的部分接近。因此，从纤维光学板的第二部分中的光射出端面射出的光难以进行扩散直至入射到半导体光检测元件，能够抑制固体摄像装置的解像度(空间分辨率)降低。
由纤维光学板的第一部分和第二部分构成的台阶差的高度设定为比由半导体光检测元件的被薄化的部分和周边部分构成的台阶差的高度低。半导体光检测元件和纤维光学板以使第一部分和周边部分接触并且使第二部分和被薄化的部分分离的状态被固定。由此，即使在纤维光学板的第二部分中的光射出端面和半导体光检测元件中的被薄化的部分接近的状态下，半导体光检测元件中的被薄化的部分和纤维光学板(第二部分)也不接触。因此，能够防止由于纤维光学板的接触等而使半导体光检测元件的被薄化的部分受到损伤。
保护部件从第一主面侧被固定于半导体光检测元件，保护半导体光检测元件的被薄化的部分。由此，能够在机械上增强半导体光检测元件中的被薄化的部分。
半导体光检测元件和纤维光学板通过填充在光射出端面和被薄化的部分之间的、相对于被检测光为光学透明的树脂而被固定。固定半导体光检测元件和纤维光学板的树脂因为填充在纤维光学板的光射出端面与半导体光检测元件中的被薄化的部分之间，所以在纤维光学板的光射出端面与半导体光检测元件中的被薄化的部分之间、特别是在纤维光学板的第二部分与半导体光检测元件中的被薄化的部分之间难以产生空隙(void)。因此，能够防止从纤维光学板的第二部分中的光射出端面射出的光的散射等。
在纤维光学板的第二部分的、与半导体光检测元件的被薄化的部分相对的面，也可以配置有波长选择滤波器，半导体光检测元件和纤维光学板也可以以波长选择滤波器和被薄化的部分分离的状态被固定。在此情况下，即使在波长选择滤波器和半导体光检测元件中的被薄化的部分接近的状态下，半导体光检测元件中的被薄化的部分和波长选择滤波器也不接触。因此，能够防止由于波长选择滤波器的接触等而使半导体光检测元件的被薄化的部分和波长选择滤波器中的任一者受到损伤。
半导体光检测元件也可以经由台座而被固定于封装体。在此情况下，能够精度良好地固定半导体光检测元件。
固体摄像装置也可以还具有盖部件，该盖部件从第四主面侧闭塞收纳空间，并被固定于保护部件，保护部件和盖部件也可以被热结合。在此情况下，在半导体光检测元件产生的热通过保护部件和盖部件而被放射。因此，能够使散热性提高。
保护部件和盖部件也可以通过含有树脂和由热传导率比该树脂高的材料构成的填料的粘接剂而被固定。在此情况下，能够更加提高散热性。
发明的效果
根据本发明，能够提供即使在采用背面入射型的半导体光检测元件的情况下也能够抑制解像度的降低的固体摄像装置。
附图说明
图1为表示本实施方式所涉及的固体摄像装置的俯视图。
图2为用于说明沿着图1中的II－II线的截面构成的图。
图3为用于说明半导体光检测元件和纤维光学板的截面构成的图。
图4为表示本实施方式所涉及的固体摄像装置的构成的分解立体图。
图5为用于说明本实施方式所涉及的固体摄像装置的制造过程的图。
图6为用于说明本实施方式所涉及的固体摄像装置的制造过程的图。
图7为用于说明本实施方式所涉及的固体摄像装置的制造过程的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。另外，在说明中，对相同的要素或具有相同功能的要素使用相同符号，省略重复的说明。
首先，参照图1～图4，对本实施方式所涉及的固体摄像装置1的构成进行说明。图1为表示本实施方式所涉及的固体摄像装置的俯视图。图2为用于说明沿着图1中的II－II线的断面构成的图。图3为用于说明半导体光检测元件和纤维光学板的截面构成的图。图4为用于说明本实施方式所涉及的固体摄像装置的构成的分解立体图。
如图1～图4所示，固体摄像装置1具有封装体(package)10、背面入射型的半导体光检测元件20、台座30、纤维光学板(fiber optical plate)40、保护部件50和盖部件60。固体摄像装置1可以用于成像板的放射线图像读出装置。成像板的放射线图像读出装置向成像板照射激发光，检测从成像板放射的光。从成像板放射的光(被检测光)的波长与激发光的波长不同。
封装体10具有相互相对的主面10a和主面10b，由陶瓷材料构成。在本实施方式中，封装体10由氧化铝构成。在封装体10的中央区域形成有沿封装体10中的规定方向延伸的中空部11。封装体10在俯视中呈大致长方形状，中空部11沿封装体10的长边方向延伸。
中空部11在主面10a和主面10b开口。主面10a的开口在俯视中呈大致长方形状，沿封装体10的长边方向延伸。中空部11起到作为收纳半导体光检测元件20的收纳空间的功能。在封装体10，以向中空部11突出的方式设置有用于载置半导体光检测元件20的载置部13。
载置部13具有：用于配置半导体光检测元件20的第一平面15；配置了电极垫(未图示)的第二平面16；和固定有盖部件60的第三平面17。第一、第二和第三平面15、16、17与主面10a相对，从主面10b侧以第三平面17、第二平面16、第一平面15的顺序形成为台阶状。即，由主面10b和第三平面17构成台阶差，由第三平面17和第二平面16构成台阶差，由第二平面16和第一平面15构成台阶差。
在封装体10的两侧面分别配置有外部连接用的多个电极销19。电极销19通过配置于封装体10内的配线而与对应的电极垫进行电连接。
半导体光检测元件20具有相互相对的主面20a和主面20b，在主面20a侧设置有光感应区域21。光感应区域21根据入射光产生电荷。在本实施方式中，作为半导体光检测元件20，可以使用BT(Back-illuminated Thinning(薄型背照式))－CCD(电荷耦合元件)。所产生的电荷通过移位寄存器而作为信号电荷被传送，并变换为与信号电荷对应的电压而被输出。半导体光检测元件20通过TDI(Time Delay Integration(时间延迟积分))动作进行电荷传送。半导体光检测元件20的各电极垫(未图示)通过接合导线(bonding wire)而与封装体10的对应的电极垫电连接。
半导体光检测元件20中，与光感应区域21对应的部分以残留该部分的周边部分23的方式从主面20b侧被薄化。即，与光感应区域21对应的部分成为被薄化的部分(薄型部分)25。半导体光检测元件20的薄化例如可以如以下所述进行。在构成半导体光检测元件20的硅基板的主面20b堆积氮化硅膜，通过光刻工序使氮化硅膜图形化成所期望的形状。与周边部分23对应的区域被氮化硅膜覆盖，与光感应区域21对应的部分露出。之后，通过蚀刻液(例如，KOH等)，以原样使氮化硅膜所覆盖的区域(与周边部分23对应的区域)较厚地残留的方式，对硅基板进行蚀刻。
半导体光检测元件20以主面20b侧成为光入射面的方式，通过台座30而被载置于载置部13的第一平面15，并被固定于载置部13(封装体10)。半导体光检测元件20以半导体光检测元件20的薄型部分25面向主面10a的开口的方式配置于封装体10。薄型部分25与主面10a的开口对应，沿主面10a的开口的长边方向延伸。
在台座30形成有与主面10a的开口对应的贯通孔。台座30由规定的温度范围内的热膨胀系数比半导体光检测元件20(硅)的热膨胀系数大的陶瓷材料构成。在本实施方式中，台座30由氧化铝构成。台座30通过粘接剂(未图示)被固定于封装体10。通过粘接剂(未图示)，半导体光检测元件20的周边部分23的主面20b侧固定于台座30。
纤维光学板40具有光入射端面40a和光射出端面40b。纤维光学板40以光射出端面40b与半导体光检测元件20的主面20b相对的方式配置。纤维光学板40在俯视中呈大致长方形状，其长边方向与主面10a的开口的长边方向一致。
纤维光学板40的光射出端面40b侧的部分41也如图3所示，包括第一部分41a和第二部分41b。第一部分41a定位成与半导体光检测元件20的周边部分23对应。第二部分41b定位成与半导体光检测元件20的薄型部分25对应。第二部分41b比第一部分41a更向半导体光检测元件20突出。即，在光射出端面40b，通过第一部分41a和第二部分41b形成台阶差。由纤维光学板40的第一部分41a和第二部分41b构成的台阶差的高度设定为比由半导体光检测元件20的薄型部分25和周边部分23构成的台阶差的高度低。
在纤维光学板40的第二部分41b中的与半导体光检测元件20的薄型部分25相对的面(第二部分41b的光射出端面40b)，配置有波长选择滤波器70。波长选择滤波器70例如是电介质多层膜滤波器。电介质多层膜滤波器可以通过蒸镀等形成于纤维光学板40的第二部分41b的光射出端面40b。
在成像板的放射线图像读出装置中，为了使向成像板照射的激发光不入射到半导体光检测元件20，需要使激发光和被检测光分离。通过波长选择滤波器70能够使激发光和被检测光分离，被检测光入射到半导体光检测元件20。
半导体光检测元件20和纤维光学板40通过树脂45固定。在纤维光学板40固定于半导体光检测元件20的状态下，第一部分41a和周边部分23接触，并且波长选择滤波器70(第二部分41b)与薄型部分25分离。树脂45相对于被检测光为光学透明。树脂45填充在纤维光学板40的光射出端面40b和波长选择滤波器70与半导体光检测元件20的薄型部分25之间的空间。由此，波长选择滤波器70(纤维光学板40的第二部分41b)和半导体光检测元件20的薄型部分25通过树脂45而被光学结合。在本实施方式中，作为树脂45，可以使用透明的硅酮树脂。
在纤维光学板40固定于半导体光检测元件20的状态下，纤维光学板40的光入射端面40a侧的部分43比封装体10的主面10a更向封装体10的外侧突出。纤维光学板40不直接固定于封装体10，而是通过半导体光检测元件20和台座30而固定于封装体10。因此，在纤维光学板40与封装体10之间形成有规定的间隙。
纤维光学板40的第二部分41b与半导体光检测元件20的薄型部分25的间隔设定为比波长选择滤波器70的厚度大。即，由半导体光检测元件20的薄型部分25和周边部分23构成的台阶差的高度设定为比由纤维光学板40的第一部分41a和第二部分41b构成的台阶差的高度加上波长选择滤波器70的厚度而得到的值高。因此，在第一部分41a与周边部分23接触的状态下，半导体光检测元件20和波长选择滤波器70分离。
保护部件50从主面20a侧固定于半导体光检测元件20。保护部件50保护半导体光检测元件20的薄型部分25。保护部件50在俯视中呈大致长方形状，其长边方向成为薄型部分25的长度方向。保护部件50例如由蓝宝石基板等构成。保护部件50通过粘接剂(未图示)被固定于半导体光检测元件20。
盖部件60从主面10b闭塞中空部11。盖部件60的端部固定于载置部13的第三平面17。盖部件60由陶瓷材料构成。在本实施方式中，盖部件60由氧化铝构成。盖部件60通过粘接剂(未图示)固定于封装体10(第三平面17)。盖部件60也被固定于保护部件50。由此，保护部件50和盖部件60被热结合。盖部件60通过粘接剂61被固定于保护部件50。粘接剂61含有树脂(例如，环氧树脂等)和由热传导率比该树脂高的材料构成的填料(例如，氧化铝等)。
接着，参照图5～图7，对具有上述构成的固体摄像装置1的制造过程进行说明。图5～图7为用于说明本实施方式所涉及的固体摄像装置的制造过程的图。
首先，准备封装体10和台座30，通过粘接剂81将台座30固定于封装体10(第一平面15)(参照图5的(a))。作为粘接剂81，例如使用含有Ag粉作为填料的环氧树脂。
接着，通过粘接剂82，将准备的半导体光检测元件20固定于台座30(参照图5的(b))。作为粘接剂82，例如使用含有Ag粉作为填料的环氧树脂。台座30的固定于封装体10的面和固定半导体光检测元件20的面通过机械加工(例如，化学机械研磨等)而被平坦化。由此，能够适当地规定半导体光检测元件20的搭载面。
接着，通过导线接合，将对应的半导体光检测元件20的电极垫(未图示)和封装体10的电极垫(未图示)连接(参照图6的(a))。
接着，通过粘接剂83，将准备的保护部件50固定于半导体光检测元件20的主面20a(参照图6的(b))。作为粘接剂83，例如可以使用环氧树脂。在使粘接剂83固化时，使之升温到上述的规定的温度范围。由此，通过半导体光检测元件20与台座30的热膨胀系数的差，半导体光检测元件20的薄型部分25成为平坦化的状态，原样维持该状态，保护部件50被固定于半导体光检测元件20。
接着，通过粘接剂61、84，将准备的盖部件60固定于保护部件50和封装体10(第三平面17)(参照图7的(a))。作为粘接剂61，例如可以使用加入有上述的氧化铝填料的环氧树脂。粘接剂61的固化在比上述的规定的温度范围低的温度范围进行。作为将盖部件60和封装体10固定的粘接剂84，例如可以使用环氧树脂。
接着，通过树脂45，将准备的纤维光学板40固定于半导体光检测元件20(参照图7的(b))。在纤维光学板40，在第二部分41b的光射出端面40b形成有波长选择滤波器70。作为树脂45，可以使用透明的硅酮树脂。该硅酮树脂在室温下被固化。
通过这些制造过程，能够得到具有上述的构成的固体摄像装置1。
如以上所述，在本实施方式中，纤维光学板40的光射出端面40b侧的部分41包括第一部分41a和第二部分41b。在纤维光学板40的第二部分41b中的光射出端面40b配置有波长选择滤波器70。因此，在将纤维光学板40配置于半导体光检测元件20的状态下，波长选择滤波器70(第二部分41b中的光射出端面40b)和半导体光检测元件20的薄型部分25接近。因此，从波长选择滤波器70射出的光难以扩散直至入射到半导体光检测元件20，能够抑制固体摄像装置1的解像度(空间分辨率)降低。
由纤维光学板40的第一部分41a和第二部分41b构成的台阶差的高度设定为比从由半导体光检测元件20的薄型部分25和周边部分23构成的台阶差的高度减去波长选择滤波器70的厚度而得到的值低。半导体光检测元件20和纤维光学板40以使第一部分41a和周边部分23接触并且使波长选择滤波器70(第二部分41b)和薄型部分25分离的状态被固定。由此，即使在波长选择滤波器70和半导体光检测元件20的薄型部分25接近的状态下，半导体光检测元件20的薄型部分25和波长选择滤波器70也不接触。因此，能够防止由于波长选择滤波器70的接触等而使半导体光检测元件20的薄型部分25和波长选择滤波器70中的任一者受到损伤。
保护部件50从主面20a侧固定于半导体光检测元件20，保护半导体光检测元件20的薄型部分25。由此，能够在机械上增强半导体光检测元件20的薄型部分25。在保护部件50固定于半导体光检测元件20的状态下，维持半导体光检测元件20的薄型部分25被平坦化的状态。因此，能够抑制波长选择滤波器70(第二部分41b中的光射出端面40b)与半导体光检测元件20的薄型部分25的间隔根据场所而变化，能够防止解像度产生偏差。
半导体光检测元件20和纤维光学板40通过填充在纤维光学板40的光射出端面40b和波长选择滤波器70与半导体光检测元件20的薄型部分25之间的空间的树脂45而被固定。因为树脂45填充于纤维光学板40的光射出端面40b和波长选择滤波器70与半导体光检测元件20的薄型部分25之间，因此，在纤维光学板40的光射出端面40b与半导体光检测元件20的薄型部分25之间、特别是在波长选择滤波器70与薄型部分25之间难以产生空隙。因此，能够防止从波长选择滤波器70射出的光的散射等。
半导体光检测元件20通过台座30固定于封装体10。由此，能够将半导体光检测元件20精度良好地固定于封装体10。
从主面10b闭塞中空部11的盖部件60固定于保护部件50，并与保护部件50热结合。由此，通过半导体光检测元件20产生的热量通过保护部件50和盖部件60而被放射，能够提高散热性。
保护部件50和盖部件60通过含有树脂和由热传导率比该树脂高的材料构成的填料的粘接剂61而被固定。由此，能够更加提高散热性。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是，本发明未必限定于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内可以进行各种变更。
本实施方式的固体摄像装置1不仅可以用于成像板的放射线图像读出装置，而且也可以用于分光装置等。
在不需要选择入射到半导体光检测元件20的光的情况下，不需要配置波长选择滤波器70。在该情况下，由纤维光学板40的第一部分41a和第二部分41b构成的台阶差的高度也可以设定为比由半导体光检测元件20的薄型部分25和周边部分23构成的台阶差的高度低。由此，能够防止半导体光检测元件20的薄型部分25发生损伤。
产业上的可利用性
本发明可以利用于成像板的放射线图像读出装置所使用的固体摄像装置。
符号的说明
1…固体摄像装置、10…封装体、10a、10b…主面、11…中空部、20…半导体光检测元件、20a、20b…主面、21…光感应区域、23…周边部分、25…薄型部分、30…台座、40…纤维光学板、40a…光入射端面、40b…光射出端面、41…光射出端面侧的部分、41a…第一部分、41b…第二部分、43…光入射端面侧的部分、45…树脂、50…保护部件、60…盖部件、61…粘接剂、70…波长选择滤波器。

Claims (7)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，
具有：
背面入射型的半导体光检测元件，其具有相互相对的第一主面和第二主面，在所述第一主面侧设置有光感应区域，并且与所述光感应区域对应的部分以残留该部分的周边部分的方式从所述第二主面侧被薄化；
封装体，其具有相互相对的第三主面和第四主面，在所述第三主面和所述第四主面开口，并且形成有收纳所述半导体光检测元件的收纳空间；
纤维光学板，其具有光入射端面和光射出端面，所述光射出端面以与所述第二主面相对的方式配置；以及
保护部件，其从所述第一主面侧被固定于所述半导体光检测元件，保护所述半导体光检测元件的被薄化的部分，
所述纤维光学板的所述光入射端面侧的部分从所述第三主面向所述封装体的外侧突出，
所述纤维光学板的所述光射出端面侧的部分包括：与所述半导体光检测元件的所述周边部分对应的第一部分；以及与所述半导体光检测元件的被薄化的部分对应，并且比所述第一部分更向所述半导体光检测元件突出的第二部分，
由所述纤维光学板的所述第一部分和所述第二部分构成的台阶差的高度比由所述半导体光检测元件的被薄化的所述部分和所述周边部分构成的台阶差的高度低，
所述半导体光检测元件和所述纤维光学板，利用填充于所述光射出端面和被薄化的所述部分之间并且相对于被检测光为光学透明的树脂，以使所述第一部分和所述周边部分接触并且使所述第二部分和被薄化的所述部分分离的状态被固定，
所述纤维光学板的所述第二部分和所述半导体光检测元件的被薄化的所述部分经由所述树脂而被光学结合。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于：
在所述纤维光学板的所述第二部分的、与所述半导体光检测元件的被薄化的所述部分相对的面，配置有波长选择滤波器，
所述半导体光检测元件和所述纤维光学板以所述波长选择滤波器和被薄化的所述部分分离的状态被固定。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述半导体光检测元件经由台座而被固定于所述封装体。
4.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于：
还具有：
盖部件，其从所述第四主面侧闭塞所述收纳空间，并被固定于所述保护部件，
所述保护部件和所述盖部件被热结合。
5.如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于：
还具有：
盖部件，其从所述第四主面侧闭塞所述收纳空间，并被固定于所述保护部件，
所述保护部件和所述盖部件被热结合。
6.如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述保护部件和所述盖部件利用含有树脂和由热传导率比该树脂高的材料构成的填料的粘接剂而被固定。
7.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于：
所述保护部件和所述盖部件利用含有树脂和由热传导率比该树脂高的材料构成的填料的粘接剂而被固定。
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