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カメラ付き携帯電話用キーデバイスにおけるガラス部材の薄膜化［PAGE3］

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3.CCD／C一MOSイメージセンサー
（1）CCD (Charge Coupled Device)
実用化されているCCD撮像デバイスは次のようなものである。図7には、IT-CCD (Interline Transfer CCD) の構成を示した。

ここでは、水平4画素×垂直4画素、合計で16画素の場合を表している。この4×4の繰り返しで画素が多数配置されることになる。図では、縦長の四角がフォトダイオード、
横長の四角が垂直転送CCDの電極である。各列のフォトダイオードの間にはそれぞれ垂直転送CCDが配列され、最後の行の垂直転送 CCDに隣接して水平転送CCDが1本設けられている。
撮像レンズによって、この表面に被写体の光学像が結像されると各フォトダイオードでは光電変換が行われ、光の強さと時間に応じて電荷が蓄積されていく。
このようにして電荷像ができる。フィルムが感光すると化学反応で潜像ができるのと同じである。この電荷像を走査により1次元の電気信号として外部に取り出すが、
CCDでは、縦横に順次信号を転送していき、1個の信号出力端子から信号を取り出すように工夫されている。この役目をするのがCCD転送部である。
まず、16画素のフォトダイオードに蓄積された信号電荷は、フィールドシフトパルスにより一斉に垂直CCDの一部に転送される。
次に、4列の垂直転送CCDが並列に垂直方向に電荷を転送し始める。垂直に転送された信号電荷は、水平転送CCDに次々に送り込まれる。1行分、4画素の信号が入るたびに、
水平転送CCDは素早く信号を水平方向に転送し、左端に設けられた出力回路を通して信号を出力する。こうして、1ラインずつの信号が出力端子から得られる。
このように、ITCCD撮像デバイスでは、左下のフォトダイオードから右方向に順次信号電荷が読み出されていく。1行の信号が読み出されると次にその上の行に移り、
順番に移動して全面素、1画面の信号が読み出されていく。その他、用途により各種の改善が試みられているが、この方式は概ねCCD撮像デバイスの基本となるものである。
（2）C-MOS（CompIementary MetalOxide Semiconductor）撮像デバイス
C－MOS撮像デバイスの基本は次の通りである。図8のように、フォトダイオードとMOSトランジスタースイッチの組み合わせで、感光部の画素が形成される。
各画素は水平、垂直のシフトレジスターと接続されていて、印加されるパルスによって順番にスイッチされて、各画素の信号電荷が出力に取り出されていく。
光が入射するとフォトダイオードで光電変換され、光の強弱に応じた信号電荷が時間と共に蓄積されていく（ここまではITCCDと同様である）。
走査については、まず垂直のシフトレジスターにより垂直方向の画素の1つ、水平1ラインが選択される。次に、水平シフトレジスターにより、連続してパルスが順次加えられ、
水平方向に左から右へ各画素がスイッチングされ、蓄積された信号電荷が出力に読み出されていく。
1ラインの信号が読み終わると、垂直シフトレジスターからのパルスが次の水平ラインに印加され、再びこのラインの水平走査が開始される。
このようにして順次、水平、垂直の走査が行われ、全画素の信号が出力端子に読み出される。出力信号線を2本または3本にして信号を独立に読み出すこともできる。
1回の読み出しで信号電荷がなくならない。非破壊読み出しが可能であるといったメリットがある。
C－MOSデバイスの場合、CCDに比べて仕組みが簡単で駆動電圧が低く、消費電力を抑えやすい。画像の読み出しが速い。専用の製造ラインを必要とせず、
C－MOSメモリーの製造ラインを使えることにより、低コスト化が図れる。周辺回路とのワンチップ化による小型化が図れるというメリットを持つ。
また、 CCDに比べてα線といった放射線に強いというメリットもある。CCDが撮像デバイス市場の大半を占めていた時代でも耐放射線といった部分に着目され、
欧米を中心に根強く開発され続けたのである。
C－MOS技術の欠点であった画素ごとのトランジスターの出力バラツキであるとか、不要な電流によるノイズの発生しやすさといった問題点の解決が進んでいく中で、
1999年から2000年にかけて大きくブレイクしたのは光学用マウスの登場であった。ただし、この辺はハイエンドな商品群とは言いにくい。
その後、急速にC－MOSの性能が向上し、国内メーカーもCCDと並行してC－MOSに取り組むようになってきた（高画素品をC－MOS主体に商品化しているメーカーもある）。

（3）CCD/C-MOSカバーガラスに求められる品質
カメラ付き携帯電話のカメラ部分は一般のデジタルカメラに迫る勢いで、11万画素から31万画素、さらには100万画素以上の機種が生まれてきた。200万画素対応など、
メガピクセル時代に突入しようとしている。
CCDとC－MOSについては、もはや方式による優劣はなく、個別製品開発力が優位性を決めるようになってきた。
1980年代のCCDでは20万画素（480VX400H：垂直480画素、水平400画素）が一般的であり、1画素の大きさも13×22μm程度もあったが、
最近では5×5μm以下がごく普通になってきている。外観欠点もこれに対応したレベルの要求となるため、クリーン化は重要な要素である。
携帯電話に採用されるイメージセンサーの小型・薄型化が当然進んでおり、カバーガラスは約7mm角でt0.3mm程度に仕上げなければならない。
しかも、ガラスの端面は糸面取りが必要である。
（4）CSP(チップサイズパッケージ)
Shellcase社（1993年にイスラエル＜本社：エルサレム＞にて設立）は、昨今需要が高まりつつあるデジタル製品用の半導体デバイスやテレコムインフラ市場に向けて、
斬新なウェハレベルチップのパッケージングソリューションを世界規模で提供するようになった。この技術は、CCD/C－MOSイメージセンサーの小型化にとって画期的なものである。
製造プロセスの1つは図9のようなものである。

A.表面処理
B.ガラス1の取り付け
C.レイヤーの形成
D.切り目を入れる
E.外部リード形成
F.外部パシベーション
G.BGA形成
H.バックサイドシリコンの研磨
I.スクライブラインをエッチング
J.ガラス2を取り付け
K.ダイシング切断
といった工程を経る。

CSPの技術については、2001年には台湾のメーカーに、さらに02年には日本で導入するメーカーも現れるようになった。このパッケージは、
ガラス/シリコン/ガラスのサンドイッチ構造となっている。トータルの厚みは、「ShellOPタイプ」で約0.7mm、「ShellBGAタイプ」で約0.4mmとなっている。
この方式が成功した大きな要因として、シリコンと膨張の合った薄膜ガラスに表1～3の硼硅酸ガラスA（ダウンドロー法で製板）の存在があったことが挙げられる。

表1 標準組成例

表2 機械的・電気的・光学的特性

表3 温度特性