JP6021618B2 - Imaging apparatus, endoscope, and manufacturing method of imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子チップを具備する撮像装置、前記撮像装置を具備する内視鏡及び前記撮像装置の製造方法に関し、特に撮像素子チップの裏面の接合端子と接続された平板状の配線板を具備する撮像装置、前記撮像装置を具備する内視鏡及び前記撮像装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus including an image pickup element chip, an endoscope including the image pickup apparatus, and a method for manufacturing the image pickup apparatus, and more particularly to a flat wiring board connected to a junction terminal on the back surface of the image pickup element chip. The present invention relates to an imaging apparatus provided, an endoscope including the imaging apparatus, and a method for manufacturing the imaging apparatus.
撮像素子チップを具備する撮像装置は、例えば内視鏡の先端部に配設されて使用される。内視鏡は、被検者の苦痛を和らげるために、先端部の細径化が重要な課題となっている。 An imaging device including an imaging element chip is used, for example, provided at the distal end portion of an endoscope. In an endoscope, in order to relieve pain of a subject, it is an important issue to reduce the diameter of the tip.
特開2000−199863号公報には、図1に示す撮像装置101が開示されている。撮像装置101は、撮像部121が形成された撮像素子チップ120と、パターンフィルム130と、配線板140と、信号ケーブル150と、を有する。そして、配線板140、配線板140に実装された電子部品146、及び信号ケーブル150の先端側153は、撮像素子チップ120の投影面に、ほぼ納まっている。
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-199863 discloses an
配線板140は、垂直向きの基板140Aと基板140Aに直交する水平向きの基板140Bとが一体形成されたT字形状の多層セラミック板である。そして、撮像素子123の外周部に設けられたボンディングパッド122と、撮像素子チップ120の背面に結合された垂直向きの基板140Aに設けられたボンディングパッド(不図示)と、が配線パターンを形成したパターンフィルム130により接続されている。水平向きの基板140Bには電子部品146が実装されているとともに、端部に信号ケーブル150の先端部153が接続されている。
The
一方、特開2011−217887号公報には、図2に示す撮像装置201が開示されている。撮像装置201は、おもて面220SAに撮像部221が形成された撮像素子チップ220の投影面200Sに配設された配線板230を具備するフレキシブル材料からなる配線板230は、撮像素子チップ220の裏面220SBの接合端子223と接合された端子231を有する中間部230Mと、折れ曲げられた延設部230C1、230C2と、からなる。そして、信号ケーブル250の導線251は延設部230C1、230C2の電極232と接続されている。延設部230C1、230C2には電子部品236が実装されている。また、配線板230の折り曲げ作業を容易にするとともに放熱改善のため、配線板230の内面はブロック240と当接している。撮像装置201では、配線板230、配線板230に実装された電子部品236、及び信号ケーブル250の導線251は、撮像素子チップ220の投影面に完全に納まっている。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-217887 discloses an
しかし、撮像装置101では、パターンフィルム130が撮像素子チップ120の側面に配置されることによりパターンフィルム130の厚み分(数十μm〜数百μm)だけ、外寸が大きくなり、撮像装置101を有する内視鏡の先端部細径化の障害となる、おそれがあった。そして撮像素子チップ120が、より小さくなると、パターンフィルム130の厚みの影響は、より顕著となる。また、配線板140は、基板140Aと基板140Bとを一体形成するため、作製が容易ではない。
However, in the
また、撮像装置201は、撮像素子チップ220と接続した配線板230を折り曲げる工程があるため、配線板230の配線パターンの断線などの不良を生じ、信頼性が低下するおそれがあった。
In addition, since the
本発明は、信頼性が高く、製造が容易な撮像装置、及び前記撮像装置を具備する内視鏡を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an imaging device that is highly reliable and easy to manufacture, and an endoscope including the imaging device.
本発明の実施形態の撮像装置は、撮像部をおもて面に有し、それぞれが貫通配線を介して前記撮像部と接続され、第1の配列で配置された複数の接合端子を裏面に有する撮像素子チップと、それぞれが接合端子と接合され、前記第1の配列で配置された複数の第1の端子を第1の主面に有し、それぞれが第1の端子と接続され、前記第1の配列とは異なる第2の配列で配置された複数の第2の端子を第2の主面に有し、前記撮像素子チップの投影面内に配設された平板状の第1の配線板と、前記第1の配線板の第2の端子と半田接合された第3の端子と、前記第3の端子と接続された第4の端子と、を有し、前記第1の配線板の前記第2の主面に垂直に配設されており、前記撮像素子チップの前記投影面内に配設された平板状の第2の配線板と、前記第4の端子と接合された導線を有する信号ケーブルと、を具備し、前記第2の端子が前記第2の配線板を、はさむように配置され、前記第3の端子が前記第2の配線板の両面に列設されている。 An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention has an imaging unit on a front surface, each of which is connected to the imaging unit via a through-wiring, and has a plurality of junction terminals arranged in a first array on the back surface. an imaging element chip having, respectively are bonded to the bonding terminals, a plurality of first terminals disposed in said first array to the first major surface, each connected to the first terminal, the A plurality of second terminals arranged in a second arrangement different from the first arrangement is provided on the second main surface, and the first plate-like first arranged in the projection plane of the imaging element chip A wiring board; a third terminal soldered to the second terminal of the first wiring board; and a fourth terminal connected to the third terminal. A flat second wiring board disposed perpendicularly to the second main surface of the plate and disposed within the projection surface of the imaging element chip , Anda signal cable having a fourth terminal and joined conductors, the second terminal is the second circuit board, is arranged so as to sandwich said third terminal is the second Are arranged on both sides of the wiring board.
別実施形態の内視鏡は、撮像部をおもて面に有し、それぞれが貫通配線を介して前記撮像部と接続され、第1の配列で配置された複数の接合端子を裏面に有する撮像素子チップと、それぞれが接合端子と接合され、前記第1の配列で配置された複数の第1の端子を第1の主面に有し、それぞれが第1の端子と接続され、前記第1の配列とは異なる第2の配列で配置された複数の第2の端子を第2の主面に有し、前記撮像素子チップの投影面内に配設された平板状の第1の配線板と、前記第1の配線板の第2の端子と半田接合された第3の端子と、前記第3の端子と接続された第4の端子と、を有し、前記第1の配線板の前記第2の主面に垂直に配設されており、前記撮像素子チップの前記投影面内に配設された平板状の第2の配線板と、前記第4の端子と接合された導線を有する信号ケーブルと、を具備し、前記第2の端子が前記第2の配線板を、はさむように配置され、前記第3の端子が前記第2の配線板の両面に列設されている撮像装置が先端部に配設された挿入部と、前記挿入部の基端側に配設された操作部と、前記操作部から延出するユニバーサルコードと、を具備する。 An endoscope according to another embodiment has an imaging unit on a front surface, each of which is connected to the imaging unit via a through-wiring, and has a plurality of junction terminals arranged in a first array on the back surface an imaging element chip, each joined to the bonding terminals, a plurality of first terminals disposed in said first array to the first major surface, each connected to the first terminal, the second A plurality of second terminals arranged in a second arrangement different from the arrangement of the first arrangement on the second main surface, and a flat plate-like first wiring arranged in the projection plane of the image sensor chip A first terminal connected to the third terminal, and a third terminal soldered to the second terminal of the first wiring board; and a fourth terminal connected to the third terminal. A second wiring board in the form of a flat plate disposed in the projection plane of the imaging device chip, and perpendicular to the second main surface of the imaging element chip, A signal cable having a 4 terminal and joined conductors, comprising a said second terminal is the second circuit board, it is arranged so as to sandwich said third said the terminal second wiring board An insertion unit in which imaging devices arranged on both sides of the insertion unit are disposed at a distal end portion, an operation unit disposed on a proximal end side of the insertion unit, and a universal cord extending from the operation unit, It has.
本発明によれば、信頼性が高く、製造が容易な撮像装置、及び前記撮像装置を具備する内視鏡を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus that is highly reliable and easy to manufacture, and an endoscope including the imaging apparatus.
<第1の実施形態>
図3〜図6を用いて本実施形態の撮像装置1について説明する。なお、図は説明のための模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。また、一部の構成要素の図示を省略したり、断面図においては、一部の構成要素を側面から観察した状態で表示したりする。
<First Embodiment>
The
図3及び図4に示すように、撮像装置1は、カバーガラス10と、撮像素子チップ20と、第1の配線板30と、第1の配線板30に垂直に配設されている第2の配線板40と、信号ケーブル(以下、「ケーブル」ともいう)50と、を具備する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
撮像素子チップ20のおもて面20SAにはCMOS素子等の撮像部21が形成されており、撮像部21は、TSV(Through-Silicon Via)等による貫通配線22を介して裏面20SBの接合端子23と接続されている。なお、撮像素子チップ20の裏面20SBには、多層配線構造を有する配線層が形成されているが、図示していない。接合端子23には、はんだからなるバンプ24が形成されている。すなわち、撮像素子チップ20は、いわゆるCSP(Chip size package)タイプにパッケージングされている。
An
撮像部21にはマイクロレンズ12が配設されており、接合層11を介して、撮像部21を保護するカバーガラス10が接合されている。なお、撮像素子チップ20は、公知のウエハプロセスにより半導体ウエハ上に一括して複数個が作製される。ウエハプロセス中に撮像部21を保護するために半導体ウエハに接合されたガラスウエハが、半導体ウエハとともに切断されたものが、カバーガラス10となる。このため、撮像素子チップ20の外寸(平面視寸法)と、カバーガラス10の外寸とは同じである。
The
そして、第1の配線板30、第2の配線板40、導線51は、いずれも撮像素子チップ20の投影面20Sの内部に配置されている。
The
図5A及び図5Bに示すように、第1の配線板30は、第1の主面30SAに複数の第1の端子41を有し、第2の主面に複数の第2の端子42を有する。そして、複数の第1の端子41の配列(第1の配列)と第2の端子42の配列(第2の配列)とは異なる。すなわち、第1の配線板30は、端子配列変換配線板である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
端子配列変換を行う配線は、例えば多層配線板である第1の配線板30の内部配線である。もちろん、第1の主面30SA又は第2の主面30SBに端子配列変換配線の一部を形成してもよい。
The wiring that performs terminal arrangement conversion is an internal wiring of the
なお、第1の配線板30は、第1の主面30SAの中央領域に複数の第1の端子41を有するが、第2の主面30SBの中央領域には第2の端子42を有していない。この理由は、第1の配列は、撮像素子チップ20の接合端子23の配列と同じであるためである。そして、第1の配線板30と撮像素子チップ20との接合強度改善のため、及び端子間の短絡防止のため、撮像素子チップ20の裏面20SBの複数の接合端子23の配列は、中央領域に接合端子23が配設されている第1の配列となっている。
The
一方、第1の配線板30の第2の主面30SBの中央領域には、第2の配線板40が接合されるため、第2の端子42を形成することはできない。このため、複数の第2の端子42の配列は、中央領域には第2の端子42を有していない第2の配列となっている。
On the other hand, since the
そして、第1の配線板30は、第1の主面30SAの第1の配列を、第2の主面の第2の配列に変換する端子配列変換配線板である。
The
なお、図5A及び図5Bに示すように、撮像装置1では、撮像素子チップ20の接合端子23(バンプ24)と接合される第1の端子31は、略円形である。これに対して、第2の配線板40の第3の端子41と接合される第2の端子33は、略矩形である。また、端子配列変換配線により、複数の第1の端子31は接続されているため、第1の端子31は15個であるが、第2の端子33は9個である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, in the
すなわち、第1の端子31と第2の端子33とは、配置だけでなく、形状、大きさ、又は数の少なくともいずれかが異なっていてもよい。
That is, the
第1の配線板30の第2の主面30SBの中央領域に垂直に接合された第2の配線板40は、両面の端部に第1の配線板30の第2の端子33と接続された第3の端子41を有する。第3の端子41は、配線43を介して、他端部の第4の端子42と接続されている。そして、第4の端子42は、ケーブル50の導線51と接合されている。
The
配線43の途中、すなわち、第3の端子41と第4の端子42の間には、チップコンデンサ、チップインダクタ、半導体チップ等の電子部品46がはんだ47を介して表面実装されている。電子部品の実装方法は、ワイヤーボンド方式、又はTAB(Tape Automated Bonding)方式等でもよい。また、第2の配線板30は、電子部品を内蔵した配線板でもよい。
In the middle of the
撮像素子チップ20の接合端子23と第1の配線板30の第1の端子31とは、バンプ24を介してはんだ接合され、更に接合部は、例えばエポキシ系熱硬化樹脂等の封止樹脂25で封止されている。バンプ24はAu、Ag又はCu等であってもよい。また、接合端子23と第1の端子31との接合方法は、熱圧着、超音波併用熱圧着、導電性ペースト、NCP(Non Conductive Paste)、NCF(Non Conductive Film)、ACP(異方性導電フィルム)、ACF(異方性導電ペースト)でもよい。一方、封止樹脂25としては、エポキシ系に替えて、シリコーン系、ポリイミド系、フェノール系、アクリル系、又はウレタン系等でもよく、硬化方法としても、熱硬化タイプ、UV硬化タイプ、UV硬化+熱硬化タイプでもよい。更に放熱性向上のために、熱伝導率の高いフィラーが入った樹脂を使用してもよい。
The
図6に示すように、第2の配線板40は、第1の配線板30の第2の主面30SBの略中央に、接着剤(不図示)を介して垂直に固定される。なお、第1の配線板30の第2の主面30SBに、第2の配線板40が嵌合する凹部を形成しておいてもよい。はめ込むだけで接合作業が行えるため作業性が向上する。また、接合が補強されるため信頼性が向上する。また、接合に接着剤が不要となる場合には低コスト化がはかられる。
As shown in FIG. 6, the
そして、第1の配線板30の第2の端子33と、第2の配線板40の第3の端子41とが、はんだ39を介して接合される。第2の端子33と第3の端子41との接合部を、補強のため樹脂等で覆ってもよい。
Then, the
なお、撮像装置1の製造方法は複数のはんだ接合工程を有する。複数のはんだ接合工程で用いる半田は作業性向上又は信頼性向上等のため、溶融温度の異なる組成とすることが好ましい。例えば、溶融温度が以下の(A)であれば、作業性が向上し、以下の(B)であれば、撮像部21の熱劣化が防止できる。
In addition, the manufacturing method of the
(A) 撮像素子チップ20と第1配線板30との接合用の、はんだバンプ24>電子部品実装用のはんだ47>第2の端子33と第3の端子41との接合用のはんだ39
(A)
(B) はんだ47>はんだ39>はんだバンプ24
(B)
第1の配線板30及び第2の配線板40は、ガラスエポキシ樹脂、金属、又はセラミック等からなる平板状で、柔軟性のない、いわゆるリジッド配線板である。特に熱伝導率の高い金属又は窒化アルミニウム等のセラミックが好ましく用いられる。
The
撮像装置1は、信頼性が高く、製造が容易である。すなわち、配線板がフレキシブル配線板ではなく、リジッド配線板であるため、電気的接合部の信頼性が高い。また、2種類の配線板を接合することで作製できるため製造が容易である。更に熱伝導率の高い配線板を用いることで、撮像部21が発生した熱を効率的に放熱できる。更に製造工程において配線板を折り曲げることがなく狭い空間に配置可能である。
The
<第2実施形態>
次に、図7を用いて第2実施形態の撮像装置1Aについて説明する。撮像装置1Aは、撮像装置1と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
Second Embodiment
Next, an imaging apparatus 1A according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Since the image capturing apparatus 1A is similar to the
図7に示すように、撮像装置1Aでは、第1の配線板30と、第2の配線板40とは、固定部材であるピン40Pを用いて接合されている。すなわち、第1の配線板30に形成された孔30Hに、第2の配線板40の端面に配設されたピン40Pが嵌合する。
As shown in FIG. 7, in the
固定部材であるピンが第1の配線板30に配設されており、第2の配線板40の端面にピンと嵌合する孔が形成されていてもよい。また、接合面に接着剤が塗布されていてもよい。また、孔は貫通孔でもよいし、孔の内部でピンが、はんだ又は接着剤で接合されていてもよい
A pin that is a fixing member may be disposed on the
撮像装置1Aは撮像装置1の効果を有し、更に、第1の配線板30と第2の配線板40が強固であり信頼性が向上する。また、第1の配線板30と第2の配線板40との位置合わせが容易であり、作業性が向上する。更に、接合部のはんだ付けが容易であり、作業性が向上する。
The imaging device 1A has the effect of the
<第3実施形態>
次に、図8を用いて第3実施形態の撮像装置1Bについて説明する。撮像装置1Bは、撮像装置1、1Aと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
<Third Embodiment>
Next, an
図8に示すように、撮像装置1Aでは、第1の配線板30と、第2の配線板40とは、固定部材であるL字型部材48を用いてはんだ49により接合されている。L字型部材48は、はんだ付け性に優れた、導電性の金属材料、例えば、銅又はニッケル等からなる。ステンレス等の表面に銅膜等が成膜されていてもよい。
As shown in FIG. 8, in the
L字型部材48を用いて接合された撮像装置1Bは撮像装置1の効果を有し、更に、第1の配線板30と第2の配線板40が強固であり信頼性が向上する。また、第1の配線板30と第2の配線板40との位置合わせが容易であり、作業性が向上する。更に、はんだ付けが容易であり、作業性が向上する。
The
もちろん、撮像装置1Aにおいても、撮像装置1Aのように、第1の配線板30と第2の配線板40とを接合するピン40P等を有していてもよい。
Of course, the imaging apparatus 1A may also have
<第4実施形態>
次に、第4の実施の形態の内視鏡9について説明する。
<Fourth embodiment>
Next, an
図9に示すように、内視鏡9は、撮像装置1、撮像装置1A又は撮像装置1Bが先端部2に配設された挿入部3と、挿入部3の基端側に配設された操作部4と、操作部4から延出するユニバーサルコード5と、を具備する。
As shown in FIG. 9, the
内視鏡9は、撮像素子チップ20と信号ケーブル50との接続信頼性が高い撮像装置1等を有するため、信頼性が高い。また撮像装置1等は、撮像素子チップ20の投影面内に構成要素が配設されているため、先端部2は細径である。
Since the
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1、1A、1B・・・撮像装置、9・・・内視鏡、10・・・カバーガラス、20・・・撮像素子チップ、21・・・撮像部、22・・・貫通配線、23・・・接合端子、24・・・バンプ、25・・・封止樹脂、30・・・第1の配線板、31・・・第1の端子、33・・・第2の端子、39・・・はんだ、40・・・第2の配線板、41・・・第3の端子、42・・・第4の端子、43・・・配線、46・・・電子部品、48・・・L字型部材、49・・・はんだ、50・・・信号ケーブル、51・・・導線、59・・・はんだ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
それぞれが前記接合端子と接合され、前記第1の配列で配置された複数の第1の端子を第1の主面に有し、それぞれが前記第1の端子と接続され、前記第1の配列とは異なる第2の配列で配置された複数の第2の端子を第2の主面に有し、前記撮像素子チップの投影面内に配設された平板状の第1の配線板と、
前記第1の配線板の前記第2の端子と半田接合された第3の端子と、前記第3の端子と接続された第4の端子と、を有し、前記第1の配線板の前記第2の主面に垂直に配設されており、前記撮像素子チップの前記投影面内に配設された平板状の第2の配線板と、
前記第4の端子と接合された導線を有する信号ケーブルと、を具備し、
前記第2の端子が前記第2の配線板を、はさむように配置され、前記第3の端子が前記第2の配線板の両面に列設されていることを特徴とする撮像装置。 An imaging element chip having an imaging unit on the front surface, each of which is connected to the imaging unit via a through-wiring and having a plurality of junction terminals arranged in a first array on the back surface;
Each been bonded to the bonding terminals, said first plurality of first arranged in an array of terminals having a first major surface, are connected respectively to the first terminal, said first sequence A plurality of second terminals arranged in a second arrangement different from the second main surface on the second main surface, and a flat first wiring board disposed in the projection surface of the imaging element chip;
A third terminal which is the second terminal and the solder joint of the first wiring board, and a fourth terminal coupled to the third terminal, has, above the first wiring board A flat second wiring board disposed perpendicular to the second main surface and disposed in the projection plane of the imaging element chip;
A signal cable having a conducting wire joined to the fourth terminal,
An imaging apparatus, wherein the second terminal is disposed so as to sandwich the second wiring board, and the third terminal is arranged on both surfaces of the second wiring board .
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