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技術 中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子

出願人 エムテックスマツムラ株式会社
発明者 森谷利春
出願日 2015年4月28日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2015-091392
公開日 2016年12月8日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2016-207956
状態 特許登録済
技術分野 固体撮像素子 半導体容器とその封止 半導体または固体装置の冷却等
主要キーワード フォトソルダーレジスト膜 中心軸間 樹脂モールド成形 フレキシブルシート 成型金型 封止板 電子基板 ポリオレフィンポリマー
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月8日)のものです。
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図面 (8)

課題

高い放熱性を有する中空パッケージコストを抑えて容易に製造できる中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子を提供する。

解決手段

表面に配線122を有するベースプレート13を、当該ベースプレート13より大きいベースプレート枠11内に固定する固定工程と、ベースプレート13の周囲を囲うように配置される枠14をベースプレート枠11に固定されたベースプレート13の周囲に配置する配置工程と、を有する中空パッケージの製造方法により製造される。

概要

背景

半導体素子(例えばイメージセンサー等の撮像素子)は、中空パッケージと称されるパッケージの凹部に実装され、当該凹部が透明封止板(例えばガラス板)で封止される。撮像素子が実装された中空パッケージは、デジタルカメラ等の固体撮像装置に搭載される。

そのような中空パッケージは、例えばリードフレームと、それを枠状に封止する樹脂成形体とを有する。リードフレームは、インナーリードアウターリードを有するリードと、放熱板または防湿板として機能するアイランドとが一体化されたものである。樹脂成形体は、底部と枠部とを有し、アイランドは、樹脂成形体の底部に埋設されているか、あるいは樹脂成形体の底部の上面または下面に露出している。

このような中空パッケージは、例えば特許文献1に開示されるように、成型金型内にリードとアイランドが一体化されたリードフレームを挿入した後、成型金型内に熱硬化性樹脂充填して、硬化させる工程を経て得られる。

概要

高い放熱性を有する中空パッケージをコストを抑えて容易に製造できる中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子を提供する。表面に配線122を有するベースプレート13を、当該ベースプレート13より大きいベースプレート枠11内に固定する固定工程と、ベースプレート13の周囲を囲うように配置される枠14をベースプレート枠11に固定されたベースプレート13の周囲に配置する配置工程と、を有する中空パッケージの製造方法により製造される。

目的

半導体素子の動作時に発生する熱が増加すると、半導体素子そのものの機能を低下させるおそれがあることから、中空パッケージの放熱性を高めることが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に固定する固定工程と、前記ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部を前記ベースプレート枠に固定された前記ベースプレートの周囲に配置する配置工程と、を有する中空パッケージの製造方法。

請求項2

前記ベースプレートおよび前記ベースプレート枠は、放熱部材により形成される、請求項1に記載の中空パッケージの製造方法。

請求項3

前記枠部は、樹脂モールド成型によって形成される、請求項1に記載の中空パッケージの製造方法。

請求項4

前記固定工程より前に、絶縁性シートの表面に配線がパターニングされたフレキシブル配線板を、前記ベースプレートの縁で折り曲げて当該ベースプレートに貼り付ける貼付工程をさらに有する、請求項1に記載の中空パッケージの製造方法。

請求項5

表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に固定する固定工程と、前記ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部を前記ベースプレート枠に固定された前記ベースプレートの周囲に配置する配置工程と、前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部にイメージセンサーを配置し、当該イメージセンサーを前記配線と電気的に接続するイメージセンサー配置工程と、前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように、透明封止板により当該凹部を封止する封止工程と、を有する固体撮像素子の製造方法。

請求項6

表面に配線を有するベースプレートと、当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、前記ベースプレート枠に前記ベースプレートを嵌入したとき、当該ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部と、を有する中空パッケージ。

請求項7

前記ベースプレートは、絶縁性のシートの表面に配線がパターニングされたフレキシブル配線板を備えており、前記フレキシブル配線板は、前記ベースプレートの縁で折り曲げられて当該ベースプレートに貼り付けられ、前記枠部により囲まれた前記ベースプレートの表面上に露出するインナーリードと、前記ベースプレートの裏面上に露出するアウターリードとを構成する、請求項6に記載の中空パッケージ。

請求項8

前記ベースプレート枠と前記ベースプレートとの間に所定の大きさの隙間が設けられ、前記枠部は、当該隙間に嵌合する突条を有する、請求項6に記載の中空パッケージ。

請求項9

表面に配線を有するベースプレートと、当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、前記ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部と、前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部に配置され、前記配線と電気的に接続されるイメージセンサーと、前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように当該凹部を覆う透明封止板と、を有する固体撮像素子。

技術分野

0001

本発明は、半導体素子実装する中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子に関する。

背景技術

0002

半導体素子(例えばイメージセンサー等の撮像素子)は、中空パッケージと称されるパッケージの凹部に実装され、当該凹部が透明封止板(例えばガラス板)で封止される。撮像素子が実装された中空パッケージは、デジタルカメラ等の固体撮像装置に搭載される。

0003

そのような中空パッケージは、例えばリードフレームと、それを枠状に封止する樹脂成形体とを有する。リードフレームは、インナーリードアウターリードを有するリードと、放熱板または防湿板として機能するアイランドとが一体化されたものである。樹脂成形体は、底部と枠部とを有し、アイランドは、樹脂成形体の底部に埋設されているか、あるいは樹脂成形体の底部の上面または下面に露出している。

0004

このような中空パッケージは、例えば特許文献1に開示されるように、成型金型内にリードとアイランドが一体化されたリードフレームを挿入した後、成型金型内に熱硬化性樹脂充填して、硬化させる工程を経て得られる。

先行技術

0005

特開平4−312963号公報

発明が解決しようとする課題

0006

近年、固体撮像素子等の半導体素子は高密度化が進んでおり、それに伴い半導体素子の動作時に発生する熱が増加している。半導体素子の動作時に発生する熱が増加すると、半導体素子そのものの機能を低下させるおそれがあることから、中空パッケージの放熱性を高めることが望まれている。

0007

中空パッケージの放熱性を向上させるために、放熱のための伝熱性の高い放熱板の周囲にフレキシブルプリント基板を貼り付けたり、巻き付けたりすることでリードフレームを構成する技術がある。

0008

しかし、放熱板の形状によっては、放熱板の周囲にフレキシブルプリント基板を好適に接着することが難しく、製造にコストや時間がかかってしまう、という課題があった。

0009

本発明は、高い放熱性を有する中空パッケージをコストを抑えて容易に製造できる中空パッケージの製造方法、固体撮像素子の製造方法、中空パッケージおよび固体撮像素子を提供することができる。

課題を解決するための手段

0010

本発明の中空パッケージの製造方法は、表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に固定する固定工程と、前記ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部を前記ベースプレート枠に固定された前記ベースプレートの周囲に配置する配置工程と、を有する。

0011

本発明の固体撮像素子の製造方法は、表面に配線を有するベースプレートを、当該ベースプレートより大きいベースプレート枠内に固定する固定工程と、前記ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部を前記ベースプレート枠に固定された前記ベースプレートの周囲に配置する配置工程と、前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部にイメージセンサーを配置し、当該イメージセンサーを前記配線と電気的に接続するイメージセンサー配置工程と、前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように、透明封止板により当該凹部を封止する封止工程と、を有する。

0012

本発明の中空パッケージは、表面に配線を有するベースプレートと、当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、前記ベースプレート枠に前記ベースプレートを嵌入したとき、当該ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部と、を有する。

0013

本発明の固体撮像素子は、表面に配線を有するベースプレートと、当該ベースプレートを枠内に嵌入可能なベースプレート枠と、前記ベースプレートの周囲を囲うように配置される枠部と、前記ベースプレートと前記枠部とにより形成される凹部に配置され、前記配線と電気的に接続されるイメージセンサーと、前記凹部に前記イメージセンサーを封入するように当該凹部を覆う透明封止板と、を有する。

発明の効果

0014

本発明によれば、高い放熱性を有する中空パッケージをコストを抑えて容易に製造できる。

図面の簡単な説明

0015

固体撮像素子の構成を説明するための分解図
ベースプレート枠とベースプレートについて説明するための図
配線の好適な配置例を示した図
固体撮像素子の断面の一部を拡大して示す図
固体撮像素子の製造方法について説明するための図
固体撮像素子の製造方法について説明するための図
実装基板上に実装された固体撮像素子を示す断面図

実施例

0016

以下、本発明の各実施の形態について詳細に説明する。

0017

以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子10について説明する。図1は、固体撮像素子10の構成を説明するための分解図である。固体撮像素子10は、図1に示されるように、ベースプレート枠11、フレキシブルプリント基板(Flexible PrintedCircuits:以下FPCと称する)(フレキシブル配線板に対応)12、ベースプレート13、枠(枠部に対応)14、イメージセンサー15および透明封止板16で構成されている。

0018

ベースプレート枠11は、後述するベースプレート13と組み合わされ、固体撮像素子10の土台となる部位を構成する。ベースプレート枠11は、イメージセンサー15の使用時に発生する熱を固体撮像素子10の外部に放熱するために、十分な伝熱性を有する材料で構成されていることが好ましく、後述するベースプレート13とともに放熱板を構成する。ベースプレート枠11の材料には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金およびステンレス鋼、42アロイ等の金属の他、伝熱性の高いセラミック等が含まれる。ベースプレート枠11の厚さは、特に限定されないが、例えば0.4〜2.0mmである。

0019

図2は、ベースプレート枠11とベースプレート13について説明するための図であり、図2(a)はベースプレート枠11の平面図である。ベースプレート枠11は、図2(a)に示すように、枠状、すなわち中央部が中抜きされるように形成されている。ベースプレート枠11の中抜き部111には、後述するベースプレート13が嵌入される。従って、中抜き部111はベースプレート13が嵌入できるだけの大きさに形成されており、結果としてベースプレート枠11はベースプレート13よりも大きい。

0020

また、ベースプレート枠11の長手方向の両端縁部には、穴112が複数形成されている。この穴112は、固体撮像素子10をリフロー工程等によって実装基板上に固定する際の位置決めのため、位置決めピンやねじを通す穴である。穴112については、図6に関連して後に説明する。

0021

FPC12は、絶縁性シート121およびその表面に配列された複数の配線122を有する。絶縁性のシート121は、矩形状のフレキシブルシートであり、矩形の四隅切り欠かれている(図1参照)。絶縁性のシート121の周縁部には、複数の配線122の端子が露出しており、端子が露出した部分が折り曲げられて折り曲げ部123が構成される。絶縁性のシート121の折り曲げ部123は、後述するベースプレート13の縁に沿ってベースプレート13の表面から裏面、あるいは裏面から表面に亘って覆うことができるように構成される。絶縁性のシート121は、ベースプレート13の表面あるいは裏面に接着されることでベースプレート13に固定される。

0022

絶縁性のシート121の厚さは、例えば10〜50μmである。絶縁性のシート121の材料の例には、ポリイミド等の耐熱性樹脂およびフォトソルダーレジスト膜が含まれる。絶縁性のシート121の材料は、ポリイミドであることが、絶縁性に加えて耐熱性に優れる観点から好ましい。

0023

配線122は、導電性を有するパターン層である。配線122は、例えば、パターニングされた金属箔で構成されている。配線122のそれぞれの形状は、例えば、直線状である。並列する配線122のそれぞれは、折り曲げ部123の表面に、互いに平行に並列されている。

0024

配線122の幅は、例えば10〜200μmであり、配線122のピッチ中心軸間の距離)は、例えば20〜800μmであり、配線122の厚さは、例えば10〜50μmである。配線122は、例えば、絶縁性のシート121の全面に接着した銅箔の不要な部分を取り除くサブトラクティブ法や、絶縁性のシート121に所期の形状の配線122を付加するアディティブ法等の公知の方法によって作製される。

0025

なお、FPC12の配線122の好ましい配置例は、以下の通りである。図3は、配線122の好適な配置例を示した図である。配線122は、図3に示されるように、第一の配線と第二の配線とを含む。第一の配線と第二の配線とは交互に並列される。第一の配線は、より短い線状の導線部1221とその端に配置されている幅広パッド1223とを有する。第二の配線は、より長い線状の導線部1222とその端に配置されている幅広のパッド1223とを有する。第一の配線および第二の配線は、いずれも、ベースプレート13の表面側からベースプレート13の縁で折れ曲がってベースプレート13の裏面側のパッド1223に至る導電路を形成している。

0026

図3に示されるように、ベースプレート13の裏面側において、第一の配線のパッド1223は、ベースプレート13の縁に沿って一列に配列している。同様に、第二の配線のパッド1223も、ベースプレート13の縁に沿って一列に配列しているが、第一の配線のパッド1223よりも、ベースプレート13のより中央側に配列している。

0027

導線部1221および1222の幅は、いずれも、例えば10〜200μmであり、パッド1223の幅は、例えば200〜2000μmである。また、導線部1221および導線部1222の間のピッチ(中心軸間の距離)は、例えば400〜2500μmである。

0028

ベースプレート13は、上述したFPC12と組み合わされてイメージセンサー15と電気的に接続される配線であるリード線を有する電子基板となる。そして、ベースプレート13は、ベースプレート枠11に嵌入されることで、放熱板を構成するとともに、固体撮像素子10の土台となる。ベースプレート13は、効率よい放熱のために、ベースプレート枠11と同様に、伝熱性の高い材料で構成されていることが好ましい。従って、ベースプレート13の材料には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金およびステンレス鋼、42アロイ等の金属の他、伝熱性の高いセラミック等が含まれる。

0029

図2(b)はベースプレート13の平面図であり、図2(c)は、ベースプレート枠11とベースプレート13とが組み合わされた状態を示す平面図である。図2(c)に示すように、ベースプレート枠11にベースプレート13が嵌入されると、ベースプレート枠11とベースプレート13との間に隙間113が生じる。この隙間113は、後述する枠14を構成する樹脂入り込ませてベースプレート枠11とベースプレート13との接続強度を向上させるための空隙である。隙間113の大きさは特に限定しないが、後述する枠14の突条141が十分に嵌まり込み、かつ突条141の四方が隙間113の各辺に十分に接触することができる大きさであればよい。

0030

なお、本実施の形態では、図2(c)に示すようにベースプレート枠11にベースプレート13を嵌入して固定する例について説明したが、本発明はこれには限定されない。例えばベースプレート13は、ベースプレート枠11の一部に接着剤テープ等により固定されるようにしてもよい。

0031

図4は、固体撮像素子10の断面の一部を拡大して示す図である。図4は特に固体撮像素子10の周縁部における断面を示している。図4に示すように、配線122のそれぞれの一端部は、FPC12が巻き付けられたベースプレート13がベースプレート枠11に嵌入されたとき、ベースプレート枠11の中抜き部111内に露出してインナーリードを構成している。複数の配線122のそれぞれの他端部は、ベースプレート13の裏面上に露出してアウターリードを構成している。また、図4に示すように、配線122のそれぞれは、折り曲げ部123で折れ曲がる絶縁性のシート121に沿って、ベースプレート13の表面から裏面に至る導電路を形成している。

0032

枠14は、ベースプレート枠11およびベースプレート13の表面上に配置される絶縁性の矩形の枠であり、例えば樹脂製である。枠14がベースプレート枠11およびベースプレート13上に形成されることにより、イメージセンサー15が配置されるべき凹部状中空部がベースプレート13上に構成される。また、図4に示すように、枠14は、ベースプレート枠11とベースプレート13との間に設けられた隙間113に嵌まり込むように構成された突条141を有する。当該突条141により、ベースプレート枠11とベースプレート13、および枠14が互いに強固に固定される。

0033

枠14を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい。枠14の樹脂の例には、エポキシ樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂および不飽和ポリエステル樹脂が含まれる。枠14は、樹脂以外の絶縁性の材料、例えばセラミックス、で構成されていてもよい。

0034

イメージセンサー15は、CCDまたはCMOS等の撮像素子である。透明封止板16は、ガラス板または透明樹脂(例えば、シクロポリオレフィンポリマー)等である。

0035

次に、以上説明した固体撮像素子10の製造方法について説明する。図5A,Bは、固体撮像素子10の製造方法について説明するための図である。図5A,Bでは、矢印に示される順番で固体撮像素子10が製造される。

0036

まず、ベースプレート13にFPC12を接着剤等で接着する。FPC12は、折り曲げ部123のそれぞれがベースプレート13の四つの縁のそれぞれをベースプレート13の裏面側から表面側に巻き込んだ状態で、ベースプレート13に接着される(図5A(a)〜(c)参照)。

0037

次いで、FPC12が接着されたベースプレート13は、ベースプレート枠11の中抜き部111に嵌入される(図5A(d),(e)参照)。あるいは、ベースプレート13がベースプレート枠11の一部に接着あるいはテープ等により固定される。ここで、上述したようにベースプレート枠11とベースプレート13との間に隙間113が設けられることが望ましい(図2(c)参照)。

0038

さらに、枠14が、ベースプレート13と一体化したベースプレート枠11の表面側から、ベースプレート13の縁を囲むように配置される(図5B(f)参照)。枠14は、予め樹脂で成形されている枠14をFPC12に接着することによって配置される。枠14の配置によって、枠14と、ベースプレート13の表面を覆うFPC12とで区画された凹状の中空部が構成される。

0039

あるいは、枠14は、FPC12が接着されたベースプレート13をインサートとする樹脂モールド成形によって配置されてもよい。樹脂モールド成形で枠14を配置する場合には、FPC12で覆われたベースプレート13をインサートとし、樹脂モールド成形の熱を利用して、FPC12をベースプレート13に接着することも可能である。このように、枠14の装着と、ベースプレート13へのFPC12の接着とを同時に行ってもよい。

0040

こうして配置された、ベースプレート枠11、FPC12および枠14は、固体撮像素子10用の中空パッケージを構成する。配線122の一端部は、上記凹部内のベースプレート13の表面上に露出し、インナーリードを構成する。配線122の他端部は、ベースプレート13の裏面上に露出し、インナーリードに一対一で対応するアウターリードを構成する。

0041

次いで、凹部状の中空部にイメージセンサー15が配置される(図5B(g),(h)参照)。イメージセンサー15は、FPC12の表面の、複数の配線122で囲まれた矩形の実装領域に配置される。そして、イメージセンサー15の図示しない複数の端子のそれぞれが、ワイヤボンディングにより、インナーリードを構成する複数の配線122のそれぞれにワイヤ17で電気的に接続される(後述する図6参照)。または、イメージセンサー15の図示しない複数のバンプ突起状の端子)のそれぞれが、フリップチップにより、インナーリードを構成する複数の配線122のそれぞれに電気的に接続される。

0042

次いで、透明封止板16が枠14の天面に接着剤で接着される(図5B(i),(j)参照)。透明封止板16の接着により、イメージセンサー15が密封される。こうして、固体撮像素子10が作製される。

0043

このようにして製造された固体撮像素子10は、実装基板上に固定され、例えば、固体撮像素子10のアウターリードのそれぞれに対応する位置にハンダペーストが塗布された実装基板に、リフロー工程によって実装される。図6は、実装基板30上に実装された固体撮像素子10を示す断面図である。図6に示すように、ベースプレート枠11に設けられた穴112にねじ20が挿通されることで、固体撮像素子10の実装基板30に対する位置決めが行われる。なお、ベースプレート枠11上に穴112に加えて位置決めピンを挿通する位置決め穴をさらに設けてもよい。その後、固体撮像素子10はリフロー工程等によって当該実装基板上に実装される。このような工程により、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置が製造される。

0044

以上説明したように、本発明の固体撮像素子10は、表面に配線122を有するベースプレート13を、当該ベースプレート13より大きいベースプレート枠11内に固定する固定工程と、ベースプレート13の周囲を囲うように配置される枠14をベースプレート枠11に固定されたベースプレート13の周囲に配置する配置工程と、を有する中空パッケージの製造方法により製造される。

0045

本発明では、このように、固体撮像素子10の土台となるベースプレート枠11およびベースプレート13を別体に構成したことにより、ベースプレート13に配線122を有するFPC12を巻き付けることが容易になる。具体的には、FPC12の四方の折り曲げ部123をベースプレート13の縁に沿って折り曲げて接着するだけでよいので、FPC12をスリットに通したり、複雑な形状のベースプレートに沿わせて曲げたり、等の複雑な工程が存在しないため、製造が容易である。これにより、製造工数を減らし、製造コストを抑えることができるようになる。

0046

また、このようにベースプレート枠11およびベースプレート13を別体に構成したことにより、ベースプレート枠11とベースプレート13それぞれの材料を変更することができるようになる。具体的には、ベースプレート枠11とベースプレート13とは、上述したように、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金およびステンレス鋼、42アロイ等の金属により形成されてもよいし、目的に応じて他の材料、例えば、セラミックス等により形成されてもよい。また、ベースプレート枠11とベースプレート13とをそれぞれ放熱性の高い材料で形成することにより、より固体撮像素子10の放熱性を高めることができるようになる。

0047

さらに、本発明の固体撮像素子10は、ベースプレート枠11にベースプレート13を嵌入したとき、当該ベースプレート枠11と当該ベースプレート13との間に所定の大きさの隙間113が設けられ、枠14は、当該隙間113に嵌合する突条141を有する。

0048

本発明では、このような構成により、枠14とベースプレート枠11およびベースプレート13との接触面積が大きくなり、結果として固体撮像素子10の強度が向上する。また、隙間113に枠14の突条141が嵌め込まれることにより、FPC12をベースプレート13により強固に固定することができる。

0049

なお、上述した実施の形態は本発明の一例であり、本発明はこれには限定されない。上述した実施の形態では、ベースプレート13に配線122を有するFPC12を巻き付けることで配線を有するベースプレートを構成していたが、本発明では他の形態を採ることも可能である。例えば、ベースプレート枠に嵌入するベースプレートを、ガラスエポキシ基板セラミック基板等に適宜配線を行ったものとしてもよい。

0050

本発明は、半導体素子を実装する中空パッケージの製造方法に好適である。

0051

10固体撮像素子
11ベースプレート枠
12FPC
13 ベースプレート
14 枠
15イメージセンサー
16 透明封止板
17ワイヤ
20 ねじ
30実装基板
111 中抜き部
112 穴
113 隙間
121シート
122配線
123 折り曲げ部
141突条
1221,1222導線部
1223 パッド

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