专利名称：成像装置和成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用成像板的成像装置。
背景技术：
使用具有大面积光电转换单元的光电检测器的超高感度成像装置正在被研究。成像器件的尺寸(入射面的面积)的增加使得能够在增加光电检测器的面积的同时实现足够的分辨率(即，实现的光电检测器的数量增加)。可通过在硅板或玻璃板中形成光电检测器以薄板状成像器件(成像板)的形式实现这种成像器件。现在，有效地使用保持板以确保大型、薄型的成像板的机械强度。日本专利公开No. 2006-302990公开了保持大面积成像板的基板(保持板)，成像板和基板通过诸如银环氧树脂等的粘接剂被粘接。
发明内容
根据本发明的一个方面的成像装置包括具有光入射的前面和具有包含中心的中间区域和包围中间区域的周边区域的后面的成像板；具有被配置为从后面侧保持成像板的保持面的保持板；和通过被固定于成像板和保持板被设置在周边区域和保持面之间的中间部件，其中，中间部件不在中间区域的至少一部分和从保持面延伸的平面上的面向中间区域的面向(facing)区域的至少一部分之间延伸，并且在其间形成空隙，并且成像板的线膨胀系数和中间部件的线膨胀系数之间的算术差小于保持板的线膨胀系数和中间部件的线膨胀系数之间的算术差。由于本公开的一个方面，提供可减少由于温度变化导致的损伤和变形的成像装置。参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。
图IA和图IB是用于描述第一实施例的不意图。图2A和图2B是用于描述第二实施例的示意图。图3A和图3B是用于描述第二实施例的不意图。图4A和图4B是用于描述第四实施例的示意图。图5A和图5B是用于描述第五实施例的不意图。图6A和图6B是用于描述第六实施例的示意图。图7A和图7B是用于描述第七实施例的示意图。图8A和图8B是用于描述第八实施例的示意图。图9是用于描述第九实施例的示意图。图IOA和图IOB是用于描述实施例的示意图。图IlA和图IlB是用于描述成像装置的例子的示意图。
具体实施例方式首先参照图IlA和图IlB描述根据本发明的实施例的成像装置I的概要。成像装置I具有成像板2和保持板10，图IlA示出成像板2和保持板10之间的位置关系。图IlB是沿图IlA中的成像板2的XIB-XIB的断面图。成像板2是具有前面210和作为前面210的相对侧的面的后面220这两个主面的固态成像器件(图像传感器)。被成像的光入射 到前面210，因此，前面210也可被称为入射面。一般地，两个主面，即，前面210和后面220具有相同的形状和相同的面积，使得它们的形状为正方形。前面的面积越大(因此后面220越大)，本发明的实施例的优点变得越明显，但是，本发明的适用性不受前面210的面积限制。在实际的使用中，前面210的面积的例子可以为300mm2或IOOOmm2左右。并且，即使通过对于前面210具有IOOOOmm2左右的面积(这是热膨胀的影响会较大的尺寸)的成像装置1，本发明的实施例也可产生充分的优点。前面210具有第一区域211和包围第一区域211的第二区域212。后面220具有周边区域221和被周边区域221包围的中间区域222。因此，第二区域212是在前面210上位于第一区域211的外侧(在前面210的外周和第一区域211的外周之间)的区域。周边区域221是在后面220上位于中间区域222的外侧的区域(在后面220的外周和中间区域222的外周之间)。中间区域222包含后面220的中心。在不能明确确定中心的情况下，后面220的几何重心被取为后面220的中心。中间区域222可占据后面220的面积的1/4或更多，或者可占据后面220的面积的1/2或更多。第二区域212是与周边区域221对应的区域即从后面220投影到前面210上的周边区域221的具有与周边区域221基本上相同的形状的正交投影区域。第一区域211是与中间区域222对应的区域即从后面220投影到前面210上的中间区域222的具有与中间区域222基本上相同的形状的正交投影区域。多个光电检测器213被配置于前面210上。多个光电检测器213可被一维配置以被用作线传感器，或者四个或更多个光电检测器213可被二维配置以被用作区域传感器。一般地，区域传感器需要前面210的面积比线传感器大，因此，本发明特别好地适用于区域传感器的应用。各光电检测器213用作像素，因此，配置多个光电检测器213的区域也可被称为像素区域。多个光电检测器213至少被配置于第一区域211中。多个光电检测器213可仅被配置于第一区域211中，或者，其一部分可被配置于第二区域212中。S卩，整个像素区域可包含于第一区域211中，或者，像素区域的一部分可包含于第二区域212中。各光电检测器213具有将对于前面210的入射光转换成信号电荷的光电转换单兀230。可通过用图中未示出的读取电路读出信号电荷获得图像。入射光的例子包含红外线、可见光、紫外线、X射线和Y射线。入射光是被照体所反射的光、来自被照体的放射光和穿过被照体的光等。在诸如X射线和Y射线的放射的情况下，波长可通过使用闪烁体被转换，并且，转换的波长光(荧光)在光电转换单元被转换成信号电荷。除了景色和生物摄影以夕卜，成像装置I可被应用于医疗用途和天体观察。虽然多个光电检测器213用作用于获得图像的有效像素，但是，也可设置用作不直接有助于图像获得的无效像素的遮蔽像素214。遮蔽像素214以与光电检测器213相同的方式具有光电转换单元230，但是，遮蔽像素配有遮光部件234，使得入射光不到达光电转换单元230。例如，遮蔽像素214可被用作用于测量暗电流的像素。因此，在设置用作无效像素的遮蔽像素214(也称为光学黑色像素，以下，可被称为“0B像素”)的情况下，除了与光电检测器213对应的区域(有效像素区域)以外，与遮蔽像素214对应的区域(无效像素区域)也被视为像素区域。虽然成像板2的主要材料不被特别限制，但是，对于图IlB所示的CMOS成像板
2(CMOS图像传感器)或图中没有示出的CCD成像板2 (CCD图像传感器)，一般使用作为半导体的硅，特别是单晶硅。硅的线膨胀系数为2X10_6 4X10_6/K。并且，可对于成像板2的材料使用玻璃。在玻璃的情况下，可通过在玻璃基板上形成具有MIS结构或PIN结构等的 薄膜光电检测器或薄膜晶体管(TFT)获得成像板2。玻璃的线膨胀系数依赖于类型，但一般为IOX IO-6ZK或更低，对于常用的碱石灰玻璃为9X 10_6/K并且对于石英玻璃为0. 5X 10_6/K0进一步详细描述图IlB所示的成像板2的例子。对于硅为主要材料的成像板的配置，可以使用像素放大型成像板或电荷传送型成像板。在硅基板200的前面的与第一区域211对应的区域上形成用作光电转换单元230的光电二极管。作为替代方案，作为光电二极管的替代，可以使用光电门。除了光电二极管以外，还设置未示出的放大晶体管。并且，可根据需要设置传送晶体管、复位晶体管和选择晶体管。可以一对一地对于各光电转换单元230设置这些放大晶体管等，或者可以按对于若干光电转换单元230设置一个放大晶体管的像素共享方式设置它们。相邻的光电转换单元230通过诸如LOCOS或STI等的分离结构相互分离。另一方面，可以在与第二区域212对应的区域中设置构成诸如垂直扫描电路和水平扫描电路、放大器和A/D转换电路等的周边电路的晶体管231和二极管等。上述的晶体管和二极管通过由以预定的形式构图的第一金属层241和第二金属层242构成的布线240相互电连接。第一金属层241被设置为比第二金属层242接近硅基板200。虽然金属层的数量在这里被描述为两个层，但是，它可仅为一个层，或者，可进一步在第一金属层241和第二金属层242之间形成一个或更多个金属层以具有三个或更多个金属层。金属层由铝或铜形成，并且通过引入其间的构成绝缘部件250的多个层间绝缘层分层。各金属层的布线240通过设置在层间绝缘层中的未示出的通孔相互电连接。第二金属层242的一部分在遮蔽像素214的光电转换单元230之上形成，并且可被用作防止光入射到光电转换单元230的遮光部件234。并且，第二金属层242的另一部分可被用作电极6。可通过使用光刻法在与构图的第二金属层242相同的时间形成布线240的一部分与遮光部件234和电极6。在绝缘部件250之上设置滤色器260,并且,对于各像素在滤色器260之上设置微透镜270。第一金属层241和第二金属层242被设置为不覆盖光电检测器213的光电转换单元230，使得穿过微透镜270和滤色器260的光进入到光电转换单元230。可以使用折射率与层间绝缘层的折射率不同(一般地，折射率比层间绝缘层的折射率大)的透明材料，以在光电转换单元230的正上方设置光学波导结构。并且，布线层可位于硅基板200的前面210的相对侧，即，后面220侧上。具有这种结构的成像板常常被称为“后面照射”型，但是，不用说，即使在使用这种“后面照射”结构的情况下，通过本实施例，光也进入到前面210并且不进入到后面220。除了硅基板200以外，成像板2包含处理电气和/或光学和/或化学和/或机械功能的各种部件。因此，成像板2的线膨胀系数应被设想为不刚好是硅基板200的线膨胀系数，而是包含基本上一体化的硅基板200的复合部件的线膨胀系数。但是使一般作为成像板2的主要材料(构成成像板2的体积的最大部分的材料)的基板的材料(硅或玻璃)的线膨胀系数近似于成像板2的线膨胀系数是有效的。对于保持板10这也成立。在以精确的方式测量成像板2或保持板10的线膨胀系数的情况下，可以使用通过在JISZ2285中规定的光学扫描执行的测量结果。
保持板10是具有足以保持成像板2的刚度的板状部件。成像板2的后面220和保持板10的保持面110相互面对。保持板10从后面220侧保持成像板2。保持面110可具有面向周边区域221的第三区域111、面向中间区域222的第四区域112和不面向成像板2的第五区域113。第三区域111是从后面220投影到保持面110上的周边区域221的正交投影区域，但是第四区域112不必具有与周边区域221相同的形状。第四区域112是从后面220投影到保持面110上的中间区域222的正交投影区域，但是，第三区域111不必具有与中间区域222相同的形状。但是，保持板10 (保持面110)可省略第四区域112和第五区域113中的至少一个。省略第四区域112的情况是例如保持面110的第三区域111表现闭合环形状，并且与被第三区域111包围的第四区域112对应的区域用作开口的情况。省略第五区域113的情况是当从前面210侧观察成像装置I时保持板10完全被成像板2隐藏的情况。但是，即使保持板10不具有第四区域112或第五区域113，也可在成像装置I上规定第四区域112和第五区域113。也就是说，设定包含第三区域111 (保持面110)的平面。该平面包含通过以直线的方式假想延伸第三区域111获得的保持面110，并且是与保持面110平行并且包含该保持面110的假想几何平面。可从该假想平面上的周边区域221和中间区域222之间的位置关系规定第三区域111和第四区域112。保持板10的主要材料只要使保持板10具有足以保持成像板2的刚度就不被特别限制，其例子包含金属(纯金属或合金)、陶瓷和塑料。使用金属是有利的，原因是由于导电可以实现电气噪声防止(电磁遮蔽)。并且，在大型化能力、易加工性和成本上，金属优于陶瓷。适当的金属包含铝、铝合金、铜和不锈钢，并且，适于保持板10的厚度为0. 5 5mm。金属的线膨胀系数一般为10X10—6 40X10_6/K。关于特定例子，铝的线膨胀系数为24X10—7K，铜的线膨胀系数为17X10_6/K，SUS 304(不锈钢)的线膨胀系数为17X10_6/K。本实施例当被应用于上述的成像板2的线膨胀系数和保持板10的线膨胀系数不同的情况时可以是有利的，并且，与成像板2的线膨胀系数和保持板10的线膨胀系数匹配的情况相比，使得能够选择用于保持板10的更宽的材料范围。通过使用诸如Invar或42合金的具有低线膨胀系数的材料，甚至允许成像板2的线膨胀系数比保持板10的线膨胀系数大。从减少成像板2的噪声的观点，可以使用非磁性材料而不是使用诸如42合金等的铁磁材料。在使用诸如铝、铝合金、铜或不锈钢等的典型的非磁性材料的配置中，保持板10的线膨胀系数比成像板2的线膨胀系数大。注意，在本实施例中，规定成像板2和保持板10的形状的术语“板状”意味着大致具有与前面210或保持面110垂直的断面的面积不超过前面210或保持面110的面积的水平的厚度的形状。成像板2的厚度是前面210和后面220之间的距离，并且，保持板10的厚度是其保持面110和后面之间的距离。例如，我们说，成像器件是关于前面210的周边，长边的长度为L、短边的长度为W并且厚度为T的立方体。前面210的面积为LXW，并且，与前面210垂直的断面的面积为LXT，但是，在板状成像器件(成像板)内，应满SW>T。对于保持板10同样成立。当在使用这种成像板2和保持板10的成像装置I中出现温度变化时，在与前面210垂直的方向相比，成像板2和保持板10的热膨胀的影响在沿前面210的方向上是支配性的。在硅是主要材料的成像板2中，硅基板200的厚度T 一般为0. Imm
2.Omm,并且更一般为0. 5mm I. 0mm。虽然日本专利公开No. 2006-302990公开了使用以硅为主要材料的成像板并且保持板的线膨胀系数为8X10_6/K 10X10_6/K的例子，硅的线膨胀系数已知为3X10_6/K。在成像板和保持板的线膨胀系数以这种方式不同的情况下，在成像板和保持板中的一个或两个存在温度变化的情况下，存在两者的热膨胀量的差异。对于大型的成像板，热膨胀量较大，因此，由于热膨胀量差导致的热应力可损伤成像板，或者可通过弯曲等使图像板变形。由于热膨胀导致的弯曲可被抑制，原因是这会导致由于温度变化导致的像差变化和与保持板的剥离。本实施例提供由于温度变化导致的损失和变形更少的成像装置。本实施例使得能够减少具有不同的线膨胀系数的成像板2和保持板10之间的热膨胀量差对于成像装置I的影响，并且特别是在沿前面210的方向上减少成像板2和保持板10上的热膨胀的影响。以下作为实施例描述具体的配置。第一实施例参照图IA和图IB描述根据本实施例的成像装置I的第一实施例。图IA是从前面210侧观察的成像装置I的平面图，图IB是沿图IA中的IB-IB的断面图。中间部件7被设直在保持面110和后面220之间。中间部件7将后面220和保持面110粘接在一起，并且，作为结果，成像板2和保持板10通过中间部件7被固定在一起。特别地，中间部件7至少位于后面220的周边区域221和保持面110的第三区域111之间。另一方面，中间部件7不从周边区域221和保持面110的第三区域111之间延伸到后面220的中间区域222的至少一部分和保持面110的第四区域112的至少一部分之间。作为结果，对于中间区域222和第四区域112之间的至少一部分提供空隙300。空隙300是存在气体的空间，并且可以是或者不是大气压力。中间区域222和第四区域112可通过中间部件7被部分固定，但应被配置成使得不由中间部件7固定中间区域222和第四区域112的全部。中间部件7可以不从周边区域221和保持面110的第三区域111之间延伸到中间区域222的中心和第四区域112的中心之间。并且，中间部件7可以不从周边区域221和保持面110的第三区域111之间延伸到中间区域222的面积的1/4或更多和第四区域112的面积的1/4或更多之间。并且，中间部件7可以不从周边区域221和保持面110的第三区域111之间延伸到中间区域222的面积的1/2或更多和第四区域112的面积的1/2或更多之间。注意，中间部件7不必位于中间区域222和第四区域112之间的全部之上。将描述成像板2、中间部件7和保持板10之间的关系。以下，Y表示中间部件7的线膨胀系数，X表示成像板2的线膨胀系数，并且，Z表示保持板10的线膨胀系数(这里，X古Z)。本实施例满足|X-Y| < Z-Yl的条件(i)。该条件⑴是成像板2的线膨胀系数X和中间部件7的线膨胀系数Y之间的差(|X-Y|中间部件)比保持板10的线膨胀系数Z和中间部件7的线膨胀系数Y之间的差(|Z-Y|中间部件)小的条件。、
在后面描述的第二到第八实施例中，也同样满足该条件(i)。在X < Z的情况下，
0< Y < (X+Z)/2成立，并且，在Z < X的情况下，Y > (X+Z)/2成立。与Z < X相比，Z >X可以是更优选的。并且，可优选满足Ix-Yl < Iz-Xl的条件(ii)。该条件(ii)是成像板2的线膨胀系数X和中间部件7的线膨胀系数Y之间的差(IX-Yl)比成像板2的线膨胀系数X和保持板10的线膨胀系数Z之间的差(IZ-Xl)小的条件。更优选地，可以满足|Z-Y|< Iz-Xl的条件(iii)。该条件(iii)是保持板10的线膨胀系数Z和中间部件7的线膨胀系数Y之间的差(IX-Yl)比成像板2的线膨胀系数X和保持板10的线膨胀系数Z之间的差I Z-XI小的条件。在X < Z的情况下通过使X彡Y < (X+Z) /2并在X > Z的情况下通过使(X+Z)/2 < X，条件(i) (iii)均得到满足。X = Y可以是最优选的。当相互固定具有不同的线膨胀系数的部件时，由于温度变化在部件之间出现热膨胀量差，从而在部件之间产生应力。根据以上的条件，可使得在成像板2和中间部件7之间产生的热膨胀差比在保持板10和中间部件7之间产生的热膨胀差小。另外，可以设想，通过中间部件7不存在于后面220的中间区域222的至少一部分和第四区域112之间，由于中间部件7的热膨胀沿向着成像装置I的内侧(第四区域112和中间区域222)的方向和向着成像装置I的外侧(第五区域113)的方向被分散，因此，可以减少在成像板2和中间部件7之间产生的应力。因此，可以设想，应力对于成像板2的影响可减少。中间部件7的宽度(沿从后面220的中心向后面220的外周的方向的中间部件7的长度)优选尽可能地短。在中间部件7的宽度极大的情况下，中间部件7的热膨胀增加，并且，在成像板2和中间部件7之间并且/或者在中间部件7和保持板10之间产生的应力可能不再是可忽略的。因此，中间部件7的宽度，包含后面的延伸部分71，优选小于等于沿上述的方向从后面220的中心到后面220的周边的距离(一般为W/2或L/2)。并且，中间部件7的宽度优选为沿上述的方向从后面220的中心到后面220的周边的距离的2/3或更小，并且更优选为1/4或更小。成像板2侧的中间部件7的面积优选为成像板2的前面210的面积的1/2或更小、更优选1/4或更小。中间部件7的材料只要能够固定成像板2和保持板10并且满足以上的条件就不被特别限制。可通过利用中间部件7的粘接或结合性质的粘接或通过熔接或焊接实现中间部件7和成像板2之间以及与保持板10的粘接。但是，熔接或焊接包含高温处理，从而具有大的温度变化影响，因此，粘接是优选的。由于相同的原因，优选通过使用在室温下固化的粘接剂执行粘接。例如，可以使用由于溶剂的蒸发、化学反应或光硬化等在室温下固化的粘接剂。在图IA所示的例子中，由阴影表示的中间部件7以不间断的方式包围空隙300，但是，其形状中可形成有中断。在中间部件7中形成中断在中断上给出热膨胀的余地，因此，与中间部件7被设置为以不中断的方式包围空隙300的情况相比，可以减轻应力。关于图IA和图IB描述其它的配置。电路部件9通过粘接剂14被固定于保持板10上。可对于粘接剂14使用诸如环氧树脂或板状粘接剂等的已知的粘接剂。在成像板2的第二区域212中设置电极6，并且，电极6和电路部件9被接合导线连接。注意，在本实施例中使用的“接合导线”意味着通过导线接合电连接导体(电极6和电路部件9)的金属细线(纯金属或合金)。电路部件9可以是柔性印刷电路(简写为“FPC”)、刚性印刷板、引线或接点栅格阵列(简写为“LGA”)。电路部件9可形成为单个部件，但是，由于随着电路部件9的面积增加热膨胀增加，因此，分成多个电路部件9是优选的。可提出替代性的配置，其中，柔性印刷电路被粘接于成像板2的第二区域212而不是保持板10上，使得电极6和柔性印刷电路在前面210上被接合导线连接。并且，可通过使用各向异性导电膜(简写为“ACF”)连接电极6和柔性印刷电路，以获得电气和机械连接。第二实施例参照图2A和图2B描述第二实施例。图2A是从前面210侧观察的成像装置I的平面图，图2B是沿图2A中的IIB-IIB的断面图。具有与图IA和图IB相当的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，省略它们的详细描述。在第二实施例中，中间部件7通过使用粘接剂13被固定于周边区域221上。粘接剂13可以是一般的固晶(die-bond)糊剂。可通过使用与粘接剂13相同的粘接剂实现中间部件7与第三区域111的固定，但是，图2A和图2B所示的形式使用缓冲部件11。中间部件7、成像板2和保持板10的固定不限于粘接剂，并且，可以使用熔接或焊接等，但是，出于在第一实施例中描述的原因，粘接剂是优选的。在本实施例中，可以使用本身不具有粘接性质的中间部件7。一般地，诸如硅或玻璃等的成像板2的材料本身不具有粘接性质，但是，可通过使用粘接剂13对于中间部件7使用与成像板2的主要材料相同的材料。也就是说，如果成像板2的主要材料是硅，则可以使用硅作为中间部件7的主要材料，并且，如果成像板2的主要材料是玻璃，则可以使用玻璃作为中间部件7的主要材料。作为结果，可使得中间部件7的线膨胀系数与成像板2的线膨胀系数之间的差(IX-Yl)为零或接近零。由于热膨胀被认为是由于在硅基板的晶体结构中产生的翘曲导致暗电流的因素，因此，本发明特别适用于成像板2的主要材料是硅的情况。在前面210的尺寸(在正方形的情况下，为对角线的长度，并且，在圆的情况下，为直径的长度)为IOOmm或更大的情况下，优选对于中间部件7使用与成像板2相同的材料，以充分地使中间部件7的线膨胀系数和成像板2的线膨胀系数之间的差最小化。虽然粘接剂和缓冲部件的线膨胀系数不被特别限制，但是，可通过以薄的方式形成来减少粘接剂和缓冲部件的热膨胀的影响。另一方面，中间部件7越厚，则本实施例的优点越明显。在实际的使用中，中间部件7的厚度为0.1mm或更厚。中间部件7的厚度优选为周边区域221和保持面110(第三区域111)之间的距离的一半或更大，更优选0. 5mm或更大。另一方面，如果中间部件7的厚度极大，则前面210沿与前面210垂直的方向的位移会变得明显。因此，中间部件7的厚度优选为2. Omm或更小，更优选为I. Omm或更小。在成像板2和中间部件7的主要材料为硅的情况下，中间部件7的厚度优选为大于等于0. 5mm且小于等于2. 0mm。虽然中间部件7在图IA中的例子中被示为一个连续的部件，但是，在图2A中的例子中，中间部件7是多个分割的部件(这里为两个)。以分割的方式放置中间部件7可减少中间部件7的热膨胀的影响。成像板2侧的多个中间部件7的面积优选为成像板2的前面210的面积的1/4或更小。缓冲部件11的厚度优选为0. Imm或更大，杨氏模量为IOOMPa或更小。如果缓冲部件11的厚度极大，则成像板2很容易关于保持板10变得不稳定，因此，缓冲部件11的厚 度优选为I. Omm或更小,更优选为0. 5mm或更小。缓冲部件11的材料的特定例子包含凝胶板、粘接橡胶板、液体粘接剂、低弹性树脂和双面带。使用这种缓冲部件11使得能够减轻很容易变得大于成像板2和中间部件7之间的应力的保持板10和中间部件7之间的应力，由此减少中间部件7与保持板10分离的可能性，并且提高保持板10和中间部件7的固定的
可靠性。
第三实施例参照图3A和图3B描述第三实施例。图3A是从前面210侧观察的成像装置I的平面图，图3B是沿图3A中的IIIB-IIIB的断面图。具有与图IA 2B的功能相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。在第三实施例中，使用电路部件9 (柔性印刷电路)作为中间部件7。一般的柔性印刷电路的线膨胀系数为10X10_6 20X10_6/K。通过该配置，在成像装置I内，可以减少具有不同的线膨胀系数的部件的数量，因此，可以减少产生热应力的位置的数量。电路部件9通过粘接剂13被固定于周边区域221，并且，通过粘接剂14被固定于第三区域111。作为粘接剂14的替代，优选使用在第二实施例中描述的缓冲部件11。第四实施例参照图4A和图4B描述第四实施例。图4A是从前面210侧观察的成像装置I的平面图，图4B是沿图4A中的IVB-IVB的断面图。具有与图IA 3B的功能相同的功能的部分由相同的附图标记表不，并且，其详细的描述被省略。与第一到第三实施例一样，在本实施例中，中间部件7位于周边区域221和第三区域111之间。在本实施例中，中间部件7从周边区域221和第三区域111之间延伸到第五区域113上(周边区域221的外面)。中间部件7的延伸到第五区域113上的部分被称为延伸部分71。电路部件9通过粘接剂14被固定于延伸部分71。电极6和电路部件9通过接合导线12电连接在中间部件7上。通过该配置，与第二实施例相比，可以减少由于成像装置I的温度上升导致的电极6和电路部件9之间的距离增加，使得可以减少接合导线12的断线率，并且，可以提高电连接的可靠性。第五实施例参照图5A和图5B描述第五实施例。具有与图IA 4B的功能相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。本实施例与第四实施例的不同在于，电路部件9从延伸部分71之上延伸到中间部件7和周边区域221之间。根据该配置，电路部件9被夹在成像板2和中间部件7之间，因此，可以减小成像板2和电路部件9之间的相对位移，并可因此提高电连接的可靠性。虽然在本实施例中也可使用接合(boding)导线，但是，配置于成像板2的周边区域221 (后面220)上的电极6和电路部件9可在不使用接合导线的情况下为如图5B所示的那样互连的倒装芯片(flip chip)。因此，可以使用没有易于在接合导线中出现的断线问题的结构，由此进一步提高电连接的可靠性和耐久性。第六实施例参照图6A和图6B描述第六实施例。具有与图IA 5B的功能相同的功能的部分由相同的附图标记表不，并且，其详细的描述被省略。本实施例与第五实施例的不同在于，电路部件9从中间部件7和周边区域221之间延伸到中间区域222和第四区域112之间。注意，虽然在图6A和图6B中示出的例子中，电路部件9的一部分位于延伸部分71上，但是，电路部件9的任一部分都不必位于延伸部分71上，并且，不必设置延伸部分71自身。并且，虽然在图6A和6B中示出的例子中，对于成像板2上的电极6和电路部件9之间的电连接使用接合导线12，但是，设置在后面220上的电极6和电路部件9可以是诸如图5B所示的那样互连的倒装芯片。图6A是本实施例的在中间区域222和第四区域112之间设置电子电路19的例子。电子电路19与在中间区域222和第四区域112之间延伸的电路部件9电连接。电子电路19可包含用于信号处理或驱动等的IC 16，诸如电阻器、电容器和电感器等的未示出的无源器件，上面可安装它们的板17，和用于与电路部件9连接的连接器18等。因此，在保持板10和成像板2之间设置电子电路19使得能够减小成像装置I的总体厚度。图6B是本实施例的在保持板10的与中间区域222对应的区域中设置开口 20的另一例子。因此，在本例子中，第四区域112是包含保持面(第三区域111)的假想面的区域。电路部件9通过开口 20被引出到保持板10的与成像板2的相对侧(保持板10的后侧)。上述的电子电路19与通过开口 20引出到后侧的电路部件9连接。与图6A中的例子相比，在本例子中，可变为热源的电子电路19可远离成像板2，因此，可以获得不容易出现成像板2的温度变化的成像装置1，因此，可以减少在成像板2上产生的热膨胀。并且，可以减少由于成像板2自身的温度变化导致的随机噪声，并且，可以减少由成像板2上的电子电路19产生的电磁波的影响，由此获得具有很少的噪声的图像。第七实施例参照图7A和图7B描述第七实施例。具有与图IA 6B的功能相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。如图7A所示，在本实施例中，间隔规定部件8位于中间区域222和第四区域112之间以被固定于成像板2和保持板10。因此，可以确信地设置空隙300，并且，可以抑制由于振动等导致的与前面210垂直的方向上的成像板2的位移。并且，如图7B所示，可使得间隔规定部件8的厚度比周边区域221和第三区域111之间的距离薄，并且间隔规定部件8被固定于成像板2和保持板10。因此，成像板2的第一区域211可被拉向保持板10侧，使得前面210以凹形形状弯曲。作为替代方案，通过使得成像板2的面积和空隙300足够大，可使得前面210在不使用间隔规定部件8的情况下在成像板2自身的重量下以凹形形状弯曲。通过形成前面210的凹形面，可以减少由于物镜等导致的像场弯曲像差。在第一区域211 (像素区域)的面积较大的情况下，由于趋于在第一区域211的边缘上出现像差，因此，这种配置是合适的。第八实施例参照图8A和图8B描述第八实施例。具有与图IA 7B的功能相同的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，其详细的描述被省略。图8A是部分包含沿图4A所示的VIIIA VIIIA的断面的成像装置I的断面图，图8B是部分包含沿图4A所示的VIIIB VIIIB的断面的成像装置I的断面图。注意，在图4A中，沿VIIIA VIIIA的断面和沿VIIIB VIIIB的断面是相互正交的断面。如图8A和图8B所示，成像装置I具有设置在成像板2的前面210侧之上的保护板21。保护板21被设置在保持板10的第五区域113之上的支撑部件22支撑。保护板21优选远离成像板2，并且，可通过适当地设定支撑部件22的高度设定保护板21到成像板2的高度。在图8B所示的例子中，如图4A所示，支撑部件22通过对于第五区域113设置的螺栓孔15通过螺栓24被固定于保持板10。支撑部件22可通过使用粘接剂或焊接等而不 是使用螺栓24被固定于保持板10上。并且，保持板10和支撑部件可一体化成型，使得保持板10自身支撑保护板21。这里，描述向图4A和图4B所示的第四实施例添加支撑部件22和螺栓24以产生本实施例的例子。但是，应当注意，本实施例适于第一到第七实施例中的任一个，并且，在图1A、图2A、图3A和图5A中也示出螺栓孔15。
支撑部件22可被设置在成像板2的第二区域212之上，但是，从减少固定到成像板2时和使用时的冲击的观点，设置在第五区域113之上是更好的。支撑部件22优选由金属形成，以具有刚度，并且可使用与保持板10相同的材料。以框架形状形成支撑部件22使得能够形成包围成像板2连同保持板10和保护板21的密封封装(外封壳)。该密封封装可抑制对于前面210的机械损伤以及诸如灰尘等的异物的粘接。注意，在以框架形状形成支撑部件22的情况下，在支撑部件22和保持板10之间设置间隙23，或者在支撑部件22中设置开口使得能够从间隙23或开口将电路部件9引出到外面。保护板21具有透明性，由此，可以至少透过输入到成像板2的光。保护板21可以是一个或多个滤波器功能。可通过改变保护板21的表面或通过施加到用于保护板21的基板的膜来实现滤波器功能。滤波器可以是用于截止特定空间频带的低通或高通滤波器，或者可以是不允许特定波长的光进入到成像板2的波长选择滤波器。可使用的波长选择滤波器的例子包含红外滤波器和滤色器。一般地，对于保护板21或用于保护板21的基板使用玻璃。第九实施例参照图9作为第九实施例描述成像装置I和使用它的成像系统1001的例子。本实施例可被应用于第一到第八实施例中的任一个。成像系统1001包含成像装置I和输入来自成像装置I的输出信号并且处理这些输出信号的信号处理装置1000。图9是示出成像系统1001的例子的示图。从成像装置I的OUTl和0UT2输出信号。这里，示出OUTl和0UT2这两个输出路径，但是，输出路径的数量可以为一个，或者，可以为三个或更多个。OUTl和0UT2等同于上述的电极6或电路部件9。输出信号被输入到信号处理装置1000的IN。输出信号可以是诸如电流信号或电压信号的电信号，或者可以是无线电信号或光信号。并且，输出信号可以是模拟信号或数字信号。信号处理装置1000被配置成使得向IN输入信号从0UT3输出图像信号。可以提出使得在第六实施例中描述的电子电路19构成信号处理装置1000的配置。描述图9所示的成像装置I的例子。根据本例子，对于成像装置I使用像素放大成像板。在图9中，成像装置I的成像板具有像素区域711、垂直扫描电路712、两个读出电路713、两个水平扫描电路714和两个输出放大器715。像素区域711以外的区域也被称为周边电路区域。在像素区域711中以二维的形式配置大量的光电检测器213。各光电检测器I等同于一个像素。由参照图IlB描述的晶体管213构成的例如行放大器、⑶S电路或加法电路等的读出电路713被设置在周边电路区域中，并且，关于通过垂直信号线从由垂直扫描电路712选择的行中的像素读出的信号执行放大和相加等。例如，在各像素行中或者每多个像素行中，设置行放大器、CDS电路或加法电路等。水平扫描电路714产生用于依次从读出电路713读出信号的信号。输出放大器715放大并输出来自由水平扫描电路714选择的行的信号。上述的配置仅是成像装置I的一个配置例子，并且不应限于本例子。读出电路713和水平扫描电路714和输出放大器715构成用于两个系统的输出路径(0UT1、0UT2)，并且处于像素区域711的两侧。成像系统1001的代表性例子是诸如静止照相机或视频照相机等的照相机。为了在成像板2上形成图像，成像系统1001可具有由诸如透镜或镜子等的光学部件构成的图像形成配置。成像系统1001还可具有存储获得的图像的存储配置。成像系统1001还可具有可传输成像装置I的传输配置(未示出)。传输配置的例子是轮子，由此，电动机、往复引擎或旋转引擎等用作运动源。并且，传输配置的例子是诸如推进器、涡轮引擎或火箭引擎等的推进装置。可通过在汽车、轨道汽车、船舶 、航空器或卫星等上安装成像装置I和信号处理装置1000实现具有传输配置的这种成像系统。其它的实施例在本实施例中，描述制造图4A、图4B、图8A和图8B所示的形式的成像装置I的例子，但是，应当注意，本发明不限于本实施例，并且，可以修改该设计。在厚度为0. 775mm并且直径为300mm的盘状硅晶片70上通过0. 35 y m CMOS工艺形成像素区域。硅晶片70的线膨胀系数为2.6X10-6/K。形成像素区域，使得在垂直160iim、水平160 iim的像素间隔上二维配置垂直1280个像素和水平1248个像素(其中，有效像素是垂直1280个像素和水平1128个像素)。对于用于布线的金属层使用三层铝层。像素区域的尺寸为垂直205mm和水平200mm。在像素区域外面的区域(两个这种区域，每个垂直205mm且水平Imm)中沿垂直方向一维配置电极6。然后，如图IOA所示，硅晶片70被切成大致正方形形状，由此制造垂直205mm且水平202mm的成像板2 (CMOS图像传感器)205，使得对角线尺寸为287mm。对于前面210和后面220，成像板2的面积均为41410mm2。作为保持板10,制备垂直340mm且水平340mm的正方形形状并且厚3mm的招板。铝板的线膨胀系数为24X10_6/K。保持板10的表面通过黑色耐酸铝变黑以防止反射。首先，在切割时产生的硅晶片70的两个断片701和702被制备成中间部件7。当然，用于制造成像板2的硅晶片70的两个断片701和702以外的其它的硅板也可被用作中间部件7。但是，当使用经过与成像板2相同的工艺(热处理工艺等)的硅晶片70的两个断片701和702时，由于成像板2和中间部件7之间的热性能差可被最小化，因此，这是优选的。断片701和702的最大宽度分别为49mm。虽然这里对于断片701和702留下圆弧状的边，但是，圆弧状的断片701和702的边缘的附近可被切掉，使得断片701和702被加工成条带，并且条带状断片被用作中间部件7。并且，对于电路部件9，制备具有构图的铜线的聚酰亚胺柔性印刷电路，每个边上五个，总共10个。在与中间部件7的延伸部分71相当的部分上，作为粘接剂14施加热硬化银糊剂(由Hitachi Chemical Co.，Ltd制造)。通过粘接剂14，对于断片701和702固定10个柔性印刷电路，每个5个。制备多个电路部件9的原因是，抑制柔性印刷电路从断片701和702的剥离。粘接剂14的硬化条件为在150°C的炉子中I小时。在粘接剂14硬化之后，测试柔性印刷电路的质量，然后，作为粘接剂13向断片701和702施加热硬化液体环氧树脂粘接剂(由Panasonic Corporation制造)。成像板2被设置在两个断片701和702上，两个断片701和702附接有柔性印刷电路，并且，断片701和702通过粘接剂13被固定于成像板2上，使得电极6位于粘接剂13之上。这里，距后面220的周边达1_的区域，包括像素区域的一部分和像素区域外面的区域，被取为周边区域221。并且，断片701和702被粘接于中间区域222的与像素区域的一部分对应的一部分，以获得足够的粘接区域。粘接剂13的硬化条件为在150°C的炉子中I小时。注意，硬化之后的粘接剂13的杨氏模量为IGPa或更高。因此，制造具有相互固定的成像板2、断片701和702和电路部件9的部件。然后，一体化的成像板2和断片701和702被设置在被加热到150°C的接合台上，并且，通过导线接合连接柔性印刷电路的端子和电极6。此时，不存在由于接合台加热导致的上面粘接断片701和702的成像板2的翘曲。并且，从导线接合的连接的可靠性的观点，成像板2的基材优选足够硬。用于固定成像板2和断片701和702的粘接剂13是具有IGPa或更高的杨氏模量的硬粘接剂，因此，没有问题地实施导线接合。然后，作为缓冲部件11，向保持板10的与第三区域111对应的区域施加厚度为
0.15mm并且具有非织布的基板的双面带5011N(由Nitto Denko Corporation制造)。注意，事先确认双面带5011N的杨氏模量为IOOMPa或更低。固定于成像板2上的断片701和702被设置在缓冲部件11上，并且，断片701和702和成像板2通过缓冲部件11被固定于保持板10上。成像板2的周边区域221和保持板10的第三区域111之间的距离为I. 0mm。因此，断片701和702用作中间部件7。对于支撑部件22，通过黑色耐酸铝工艺处理的宽度为IOmm并且高度为IOmm的铝框被拧到保持板10上。适于用作保护板21的丙烯酸板(垂直23mm、水平32mm并且厚5mm)被安装于支撑部件22。由此，制成图8A和图SB所示的成像装置I。环境温度在环境实验腔室中从_20°C变为60°C，但是，没有看到成像板2的翘曲变化或剥离松动，也没有看到接合导线12的断线。随后，在0. 31x的低照度环境下拍摄图像，并且，获得清楚的图像。虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式和等同的结构和功能。权利要求
1.一种成像装置，包括 成像板，具有光入射的前面、和具有包含中心的中间区域和包围中间区域的周边区域的后面； 保持板，具有被配置为从所述后面侧保持所述成像板的保持面；和 中间部件，通过被固定于所述成像板和所述保持板而被设置在所述周边区域和所述保持面之间， 其中，所述中间部件不在所述中间区域的至少一部分和从所述保持面延伸的平面上的面向所述中间区域的面向区域的至少一部分之间延伸，并且在其间形成空隙，并且， 其中，所述成像板的线膨胀系数和所述中间部件的线膨胀系数之间的算术差小于所述保持板的线膨胀系数和所述中间部件的线膨胀系数之间的算术差。
2.根据权利要求I的成像装置，其中，所述成像板的线膨胀系数和所述中间部件的线 膨胀系数之间的算术差小于所述成像板的线膨胀系数和所述保持板的线膨胀系数之间的算术差。
3.根据权利要求I的成像装置，其中，所述中间部件的厚度为所述保持面和所述周边区域之间的距离的一半或更大。
4.根据权利要求I的成像装置，其中，所述中间部件在被分成多个分割的部件的状态下被设置在所述周边区域和所述保持面之间。
5.根据权利要求I的成像装置，还包括 被设置在所述中间部件和所述保持面之间的缓冲部件， 其中，所述缓冲部件的杨氏模量为IOOMPa或更小，并且所述缓冲部件的厚度为0. Imm或更大。
6.根据权利要求I的成像装置，还包括 与所述成像板电连接的电路部件， 其中，所述电路部件被固定于所述中间部件。
7.根据权利要求6的成像装置，其中，中间部件在被分成多个中间部件的状态下设置在所述周边区域和所述保持面之间。
8.根据权利要求6的成像装置，其中，所述电路部件被设置在所述中间部件和所述周边区域之间。
9.根据权利要求6的成像装置，其中，所述成像板和所述电路部件通过接合导线被电连接。
10.根据权利要求I的成像装置，其中，所述成像板和所述中间部件的主要材料是硅。
11.根据权利要求10的成像装置，其中，所述中间部件的厚度大于等于0.5mm且小于等于 2. Omnin
12.根据权利要求I的成像装置，其中，所述保持板的主要材料是非磁性金属。
13.根据权利要求I的成像装置，其中，所述前面形成凹面。
14.根据权利要求I的成像装置，其中，所述前面的面积为300_2或更大。
15.根据权利要求I的成像装置，其中，所述前面的面积为IOOOOmm2或更大。
16.—种成像系统,包括 根据权利要求I 15中的任一项的成像装置；和信号处理装置，对其输入来自所述成像装置的输出信号，并且所述信号处理装置处理所述输出信号并且输出图像信号。
17.一种成像装置，包括 成像板，具有光进入到其中的前面、和具有包含中心的中间区域和包围中间区域的周边区域的后面； 保持板，具有被配置为从所述后面侧保持所述成像板的保持面；和中间部件，通过被固定于所述成像板和所述保持板而被设置在所述周边区域和所述保持面之间， 其中，所述前面的面积为300mm2或更大， 所述中间部件不在所述中间区域的至少一部分和从所述保持面延伸的平面上的面向 所述中间区域的面向区域的至少一部分之间延伸，并且在其间形成空隙，并且， 其中，所述成像板和所述中间部件的主要材料是硅，并且所述保持板的主要材料是非磁性金属。
18.根据权利要求17的成像装置，其中，所述中间部件的厚度大于等于0.5_且小于等于2. Omm,并且所述前面的面积为IOOOOmm2或更大。
19.根据权利要求17的成像装置，还包括 缓冲部件，被设置在所述中间部件和所述保持面之间， 其中，所述缓冲部件的杨氏模量为IOOMPa或更小，并且所述缓冲部件的厚度为0. Imm或更大。
20.一种成像系统，包括 根据权利要求17 19中的任一项的成像装置；和 信号处理装置，对其输入来自所述成像装置的输出信号，并且所述信号处理装置处理所述输出信号并且输出图像信号。
全文摘要
本公开涉及成像装置和成像系统。在周边区域和第三区域之间，设置固定于成像板和保持板的中间部件。中间部件不延伸到中间区域的至少一部分和第四区域之间，使得提供空隙。成像板的线膨胀系数和中间部件的线膨胀系数之间的差小于保持板的线膨胀系数和中间部件的线膨胀系数之间的差。
文档编号H01L27/146GK102646692SQ20121003629
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月17日 优先权日2011年2月18日
发明者铃木隆典 申请人:佳能株式会社