JP2008109378A - 光学デバイスモジュールとその製造方法および光学デバイスユニットとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で小型にでき、筐体内への挿入作業がやりやすい光学デバイスモジュールを提供する。
【解決手段】フレキシブル基板１３の一端に固体撮像素子１１を接続し、他端は外部取り出し電極１５ｂが設けられた外部接続部１５となっている。フレキシブル基板１３の搭載部１３５には複数の電子部品１７ａ，１７ｂが搭載されている。フレキシブル基板１３は第１屈曲部において固体撮像素子１１と鋭角をなすように折り曲げられ、第２屈曲部１５ａにおいて外部端子部１５と鋭角をなすように折り曲げられている。そして、これら２つの鋭角は錯角の関係となっており、固体撮像装置１は断面においてＺ字状となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学デバイスモジュールに関し、特に光学素子と光学素子に接続されたフレキシブル基板とフレキシブル基板に搭載された電子部品とを有している光学デバイスモジュールに関する。

近年、受光・発光機能を持つ光学素子を用い、ＤＶＤの読みとりなどに用いられる光ピックアップや携帯電話のカメラモジュールなど、光学素子とその駆動回路を一体にした光学デバイスモジュールが開発されて来ている。これらの光学デバイスモジュールは、組み込まれる機器が小型化することに対応して、より小さくすることが求められている。

上述の光学デバイスモジュールの一例として、電荷結合型撮像素子（ＣＣＤ）、静電誘導トランジスタ撮像素子（ＳＩＴ）、電荷増幅型撮像素子（ＣＭＤ）などの固体撮像素子を光学素子として用いた固体撮像装置（撮像モジュール）の開発が行われ、これらの固体撮像装置は小型カメラユニットに組み込まれることが多い。これらの固体撮像装置は小型カメラユニット内への挿入チューブの硬性化した先端部に組み込まれて用いられている。このような小型カメラユニットは、遺跡発掘や、災害時の狭所へ確認、美術品内部の調査などに用いられるため、先端部の外径を細くするとともに短小化することが求められており、このような観点から、固体撮像装置をいかに小型化するかが重要となる。また、低価格の小型カメラユニットを実現するために、固体撮像装置の組み立て作業効率を向上させ製造コストを低減することも重要な課題である。

従来、小型化低コスト化を図った固体撮像装置としては、ＩＣやチップ部品が実装されたフレキシブル基板のリードを固体撮像素子の特定の辺のバンプに折り曲げて接続し、ＩＣと固体撮像素子の裏面同士を接着した構成の固体撮像装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図１３は、上記従来例に示された固体撮像装置の構成を示す断面概念図である。

図１３に示すように、フレキシブル基板１０１に固体撮像素子１０２，半導体素子（ＩＣチップ）１０３，チップ部品１０４を搭載し、外部信号線１０５を接続した後、フレキシブル基板１０１を３カ所でそれぞれ直角に折り曲げ、固体撮像素子１０２の下面部とＩＣチップ１０３の上面部とを対向させて接着剤１２２で接着固定する。それから、チップ部品１０４の側面部を図示しない接着剤で基板１０１の折り曲げ対向部と接着固定し、コンパクトな形状とした電子内視鏡用固体撮像装置を構成している。特許文献１は、フレキシブル基板１０１を矩形形状に折り曲げ、ＩＣチップ１０３と固体撮像素子１０２の裏面同士を接着して構成しているので、作業効率を低下させずに小型化低コスト化が図れるとしている。

また、小型化を図った固体撮像装置の他の従来の例として、箱形形状に折り曲げられてその箱形内側の面に電子部品が実装されたフレキシブル基板の底部の端子に固体撮像素子が接続された構成の固体撮像装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、フレキシブル基板を、各面が矩形形状である箱形形状に折り曲げて、箱形の基板内面側に電子部品を実装するので、撮像ユニットが小型でき、先端部の細径化小型化を図ることができるとしている。
特開平１１−２７１６４６号公報 特開２０００−２１０２５２号公報

上述の特許文献１の固体撮像装置は、フレキシブル基板を直角に折り曲げ、ＩＣチップと固体撮像素子の裏面同士を接着して構成している。このため、特許文献１の技術によれば、フレキシブル基板の折り曲げ位置・角度を高精度に制御して折り曲げを行う必要があり、このため製造が難しく、製造コストも増大する。

また、ＩＣチップと固体撮像素子の裏面同士を接着しているので、固体撮像装置が剛直化してしまう。固体撮像装置は筒型の筐体に収納して内視鏡先端部となるが、内視鏡を小型化するため筐体の内径は固体撮像装置の外形寸法とほぼ同じに設定され、それ故、剛直な固体撮像装置を筐体内へ挿入しようとすると途中で引っかかって作業性が悪くなる。それとともに、素子の裏面同士を接着する工程も要するので、コストが高くなるという課題がある。

また、特許文献２の固体撮像装置は、フレキシブル基板を箱形形状に折り曲げて構成し、箱形の内面側に電子部品を実装する構成としている。このため、特許文献２の技術によれば、フレキシブル基板の箱形形状を高精度な寸法で形成する必要があるとともに、箱形形状となるので固体撮像装置が剛直化する。それ故、上記特許文献１の例と同様に、製造が難しくてコストが増大するうえに、固体撮像装置の筐体内への挿入作業もやりにくく作業性が悪くなり、コストが高くなるという課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、製造が容易で小型にでき、筐体内への挿入作業がやりやすい光学デバイスモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光学デバイスモジュールは、以下の構成とした。

すなわち、光学素子と、前記光学素子に接続しているフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に搭載された電子部品とを備え、前記フレキシブル基板は、一方の端部に前記光学素子と接続する接続端子部を、他方の端部に外部と接続する外部接続部を、接続端子部と外部接続部との間に電子部品を搭載する搭載部を有していると共に、搭載部と接続端子部との間に第１屈曲部を、搭載部と外部接続部との間に第２屈曲部を有しており、前記光学素子の光学機能面の裏面と前記フレキシブル基板の搭載部とが鋭角をなすよう、該フレキシブル基板は前記第１屈曲部において曲げられており、前記外部接続部は前記搭載部と鋭角をなし、当該鋭角と前記光学機能面の裏面および前記搭載部がなす角とが錯角の関係となるよう、前記フレキシブル基板は前記第２屈曲部において曲げられている構成である。ここで外部とは電源や信号入出力機器などである。また、フレキシブル基板とは折り曲げ可能な屈曲性のある基板であり例えばポリイミドフィルムや液晶ポリマフィルムに銅箔を貼り合わせたりめっきにより銅層を形成したものなどを挙げることができる。また、電子部品には、光学素子を駆動するドライバーなどの半導体素子や、コンデンサや抵抗などの受動電子部品が含まれる。

この構成によると、光学素子の光学機能面と外部接続部との間に複数の電子部品を配置して小型化でき、モジュール全体としてフレキシブル基板のフレキシビリティが確保される。従って筐体内への挿入が行いやすくなる。

ある好適な実施形態において、前記電子部品は複数存し、前記フレキシブル基板の前記搭載部は、前記電子部品の一部を搭載する第１の搭載領域と、前記電子部品の残部を搭載する第２の搭載領域と、当該２つの搭載領域を繋ぐ接続領域とを有しており、当該接続領域において折り曲げられている。

ある好適な実施形態において、前記第１および第２の搭載領域は、前記電子部品を搭載する搭載面と、当該搭載面の反対側の面である非搭載面とをそれぞれ有し、前記フレキシブル基板は、前記第１および第２の搭載領域の非搭載面同士が向かい合うように前記接続領域において折り曲げられている。

ある好適な実施形態において、前記フレキシブル基板は、フレキシブル基板を貫通している貫通電極を有し、前記電子部品は、前記フレキシブル基板の両面に搭載されており、前記貫通電極は、前記フレキシブル基板の一方の面に搭載された少なくとも一つの前記電子部品と、前記フレキシブル基板の他方の面に搭載された少なくとも一つの前記電子部品とを電気的に接続している。

前記光学素子は固体撮像素子であってもよい。そして、前記固体撮像素子の受光面には透明部材が接着されていることが好ましい。

ある好適な実施形態において、前記フレキシブル基板はフィルムキャリアテープからなり、前記第１屈曲部においてはフィルムが除去されている。

前記第１屈曲部には、保護膜が設けられていることが好ましい。

ある好適な実施形態において、前記第２屈曲部においては前記フィルムが除去されて、保護膜が設けられている。

前記接続端子部上には補強樹脂が設けられていることが好ましい。補強樹脂は接続端子部を覆っていることが好ましく、接続端子部と接続している光学素子の電極も覆っていることが好ましい。

本願発明の光学デバイスユニットは、上記の光学デバイスモジュールと、前記光学デバイスモジュールを収納する筐体とを備え、前記フレキシブル基板は、前記筐体内において応力が印加されて一部が変形した状態で収納されている構成である。

ある好適な実施形態において、前記筐体内には、少なくとも表面が電気絶縁性である放熱部材が収納されている。ここで放熱部材は光学デバイスモジュールが発する熱を効果的に外部に逃がすという観点から、熱伝導率が常温において空気の１００倍以上である物質が好ましく、空気の２０００倍以上である物質がより好ましい。

本願発明の光学デバイスモジュールの製造方法は、光学素子と、該光学素子に接続しているフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に搭載されている電子部品とを備えた光学デバイスモジュールの製造方法であって、表面に配線パターンを有し、一方の端部に前記光学素子と接続する接続端子部を、他方の端部に外部と接続する外部接続部を、接続端子部と外部接続部との間に電子部品を搭載する搭載部を有しているフレキシブル基板を用意する工程と、前記フレキシブル基板の搭載部に複数の電子部品を搭載する工程と、前記フレキシブル基板の接続端子部と光学素子とを電気的に接続する工程と、前記光学素子の光学機能面の裏面が前記搭載部と鋭角をなすように、前記フレキシブル基板の接続端子部に隣接する部分を折り曲げる工程と、前記外部接続部が前記搭載部と鋭角をなし、当該鋭角と光学機能面の裏面および搭載部のなす角とが錯角の関係となるように、前記フレキシブル基板の外部接続部に隣接する部分を折り曲げる工程とを含む。

本願発明の光学デバイスユニットは、上記の光学デバイスモジュールと、該光学デバイスモジュールを収納する筐体とを備えた光学デバイスユニットの製造法であって、前記光学デバイスモジュールを用意する工程と、前記筐体内に前記光学デバイスモジュールを挿入し、前記フレキシブル基板の一部が変形して応力を印加された状態で該光学デバイスモジュールを収納する工程とを含む。

ある好適な実施形態において、さらに、前記筐体内に少なくとも表面が電気絶縁性である放熱部材を収納する工程を含む。

本発明の光学デバイスモジュールは、複数の電子部品を搭載したフレキシブル基板を光学素子と接続し、第１屈曲部と第２屈曲部とで錯角の関係になるようそれぞれ鋭角に折り曲げているので、小型で柔軟な構造となり、モジュール自体の寸法精度の許容範囲を大きくできて所定寸法の筐体内への挿入作業が容易になり、小型で安価な光学デバイスユニットを実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。以下の実施形態では光学素子の中でも固体撮像素子を利用した小型カメラモジュールおよび小型カメラユニットで説明しているが、他の光学素子であるレーザー、ＬＥＤなどを用いた光学デバイスモジュールおよび光学デバイスユニットにも応用できる。

（第１の実施の形態）
−固体撮像装置−
図１（ａ）は第１の実施の形態に係る固体撮像装置（光学デバイスモジュール）１の構成を示す斜視概念図、図１（ｂ）は図１（ａ）の下側から見た斜視概念図である。

図２（ａ）は本実施の形態に係る固体撮像装置１の構成を示す平面概念図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面概念図である。

図１、図２に示すように、固体撮像装置１は、例えばＣＣＤ（電荷結合型撮像素子）などの固体撮像素子（光学素子）１１と、可撓性のあるフレキシブル基板（例えばポリイミド樹脂基板）１３とを備え、フレキシブル基板１３の一方の面である基板主面１３１ａ上には固体撮像素子１１を駆動するための周辺回路を構成する電子部品１７ａが搭載され実装されている。フレキシブル基板１３は、その一方の端には固体撮像素子１１と接続するための接続端子部１４を備え、他方の端には、固体撮像装置１への電力供給や信号のやり取りを行う外部リード線（図示省略）と接続するための外部取り出し電極１５ｂを少なくとも基板主面１３１ａ上に備えた外部接続部１５を備えている。

本実施の形態ではフレキシブル基板１３としてＴＡＢ基板（フィルムキャリアテープ）を使用しており、その基板主面１３１ａ上に銅箔などの金属箔を貼り付けエッチングしてパターン化した配線パターン（図示省略）を設けている。すなわち本実施の形態のフレキシブル基板１３は、一方の面にのみ配線パターンを有する片面配線基板である。配線パターンは、接続端子部１４および外部接続部１５と接続して形成されている。また、フレキシブル基板１３のうち、接続端子部１４と外部接続部１５との間の領域は電子部品１７ａ、１７ｂを搭載している搭載部１３５である。接続端子部１４と搭載部１３５との間には第１屈曲部１４ａが設けられ、外部接続部１５と搭載部１３５との間には第２屈曲部１５ａが設けられている。

本実施の形態の固体撮像装置１は、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面においてＺ形状となっている。すなわち、接続端子部１４は固体撮像素子１１の電極であるバンプ１１ａに接続され、固体撮像素子１１の受光面（光学機能面）１１ｂの裏面が搭載部１３５と鋭角θ１をなすように第１屈曲部１４ａにおいて折り曲げられており、外部接続部１５は搭載部１３５と鋭角θ２をなすように第２屈曲部１５ａにおいて折り曲げられており、２つの鋭角θ１，θ２は錯角の関係となっている。つまり、受光面１１ｂと外部端子部１５とが略平行状態になっていて、搭載部１３５がそれらとなす角θ１、θ２が数学的に錯角の関係になっている。なお、受光面１１ｂと外部端子部１５とが略平行状態では無くても錯角の関係は成立する。また、鋭角θ２は、第２屈曲部１５ａ近辺の外部端子部１５と搭載部１３５とのなす角であり、外部端子部１５は曲面であっても構わない。

ここで受光面１１ｂはフレキシブル基板１３の搭載部１３５とは逆の方向である撮像方向を向いている。すなわち受光面１１ｂの裏面と搭載部１３５とがなす鋭角θ１は、固体撮像素子１１が搭載部１３５とは逆の方向に受光面１１ｂが向くようにして形成されたものである。図２（ｂ）では受光面１１ｂと外部接続部１５とがほぼ並行になっているが、これらは必ずしも平行である必要はない。また、別の言葉で表すと、受光面１１ｂと搭載部１３５とがなす鋭角θ１を含む平面において、本実施の形態の固体撮像装置１はＺ形状あるいはＮ形状となっている。また、鋭角θ１は受光面１１ｂの裏面と搭載部１３５の基板主面１３１ａとがなす角であり、鋭角θ２は外部接続部１５と搭載部１３５の基板主面１３１ａとがなす角である。ここで、搭載部１３５は完全なる平面である必要はなく、多少の歪みや湾曲などがあっても構わない。

また、接続端子部１４の周辺に補強樹脂１４ｃが設けられて接続端子部１４と固体撮像素子１１との接続部分を保護している。なお、補強樹脂１４ｃは第１屈曲１４ａの周りにも設けられ、フレキシブル基板１３のフィルム部分にも一部設けられている。これにより、固体撮像素子１１とフレキシブル基板１３との接続部分は補強樹脂１４ｃで補強されるので接続信頼性が向上でき、固体撮像素子１１と傾斜して配置したフレキシブル基板１３の端を所定の角度である鋭角θ１で固定できる。

このようなＺ形状により、搭載部１３５は固体撮像素子１１の背面（受光面１１ｂとは反対側の面）側に配置され、光が受光面１１ｂに入る方向を視線として受光面１１ｂを見たときに、複数の電子部品１７ａ，１７ｂは固体撮像素子１１の背面側に全て隠れるので、カメラモジュールを小型にすることができる。また、外部接続部１５の面積を広く取ることができ、確実な接続を行うことができる。

本実施の形態において、フレキシブル基板１３の第１屈曲部１４ａに相当する位置では、フィルムが取り去ってあって、第１屈曲部１４ａおよび接続端子部１４はフレキシブル基板１３の一方の端から金属配線が飛び出た形状に設けられている。このように第１屈曲部１４ａは金属配線のみからなるので、フィルムが存している場合よりも柔軟であり、屈曲しやすくなる。そのため、曲率半径を小さくすることができ固体撮像装置１の形状はさらにコンパクトにできる。また、ＴＡＢ基板を使用し固体撮像素子１１のバンプ１１ａとＩＬＢ接続する上述の構造は、固体撮像素子１１をより小型のチップとすることができ多ピン化が可能となり、このことによりさらに固体撮像装置１を小型にすることができる。

上記により、固体撮像装置１は、断面がＺ字形状であってフレキシブルで機械的に柔軟な構造となるので、固体撮像装置１自体の寸法精度の許容範囲を大きくしても所定寸法の筐体筒内への固体撮像装置１の挿入作業を容易に行うことができる。

本実施の形態において、固体撮像素子１１は保護容器内に入れられてはおらず、剥き出しのチップのままフレキシブル基板１３に接続されているが、その受光面１１ｂには受光領域よりも大きく受光面１１ｂ側の固体撮像素子１１チップの形状・面積よりも小さい形状・面積の透明ガラス基板などからなる光学部材１２が透明接着剤１２ａにより接着されて保護カバーとなっている。このように、固体撮像素子１１を保護容器内に入れずにベアチップの状態で用い、固体撮像素子１１チップの受光面１１ｂに光学部材１２を直接接着して設けているので、このことによっても固体撮像装置１を小型化できるとともに、受光面１１ｂに塵埃が付着したり傷が付くことが防止でき信頼性や画像品質を向上できる。また、固体撮像素子１１は、受光面１１ｂ側の周縁部にバンプ１１ａが設けられており、接続端子部１４の一端とバンプ接続されている。

また、搭載部１３５は第１の搭載領域１３ａと第２の搭載領域１３ｂと、この両者を繋ぐ接続領域１３ｃとを有している。接続端子部１４および外部接続部１５の間にある第１の搭載領域１３ａの基板主面１３１ａ上には、固体撮像素子１１を駆動するための周辺回路を構成する電子部品１７ａが搭載され実装されている。電子部品１７ａは複数存し、これらは例えばドライバーＩＣチップなどの半導体素子１７１やチップ抵抗１７２、チップコンデンサ１７３などである。第２の搭載領域１３ｂにも固体撮像素子１１を駆動するための周辺回路を構成する他の電子部品１７ｂが基板主面１３１ｂ上に搭載されて実装されている。なお、第１の搭載領域１３ａの基板主面１３１ａと第２の搭載領域１３ｂの基板主面１３１ｂとはフレキシブル基板１３の同じ面である。他の電子部品１７ｂは、例えばトランジスタ１７４やその他のチップ抵抗、チップコンデンサなどの受動部品を使用することができる。他の電子部品１７ｂが実装された第２の搭載領域１３ｂは、第１の搭載領域１３ａの電子部品１７ａが搭載された搭載面に対して裏面である非搭載面側に１８０度折り曲げられ、第１の搭載領域１３ａの非搭載面に第２の搭載領域の非搭載面が互いに向き合う形状になっている。なお、第１の搭載領域１３ａの搭載面は基板主面１３１ａであり、第２の搭載領域１３ｂの搭載面は基板主面１３１ｂ、非搭載面はその反対側の面である。このような構造とすることにより、多数の電子部品１７ａ，１７ｂを限られた狭い空間に実装することができ、固体撮像素子１１を駆動するための周辺回路を構成するために必要な複数の電子部品１７ａ，１７ｂを狭い空間にコンパクトに実装収納でき小型化できる。

−カメラユニット−
図３は、方形である筐体筒２１内に上記の固体撮像装置１を挿入したカメラユニット（光学デバイスユニット）２の構成を示す断面概念図である。

図３に示すように、カメラユニット２は、図１、図２に示す構成のＺ字形状であるフレキシブルで柔軟な固体撮像装置１を、所定寸法の方形の小型の筐体筒２１内に挿入したものである。ここでカメラユニット２は小型であることを要求されるので、筐体筒２１の端面開口部は、固体撮像装置１の受光面１１ｂ側の大きさ（形状・面積）よりも少し大きい程度（挿入時の作業性を考慮した程度）に形成されているが、フレキシブル基板１３の柔軟性、特に第１屈曲部１４ａおよび第２屈曲部１５ａの柔軟性により、固体撮像装置１を筐体筒２１内に挿入する際に固体撮像装置１が変形して容易に挿入でき、挿入作業を低コストで行うことできる。また、挿入された状態で固体撮像装置１の一部は筐体筒２１の内部に接触していて、フレキシブル基板１３は撓んだ状態でカメラユニット２を構成しており、筐体筒２１内でフレキシブル基板１３は応力が印加されて一部が変形した状態となっている。

なお、上記において、カメラユニット２の筐体筒２１を方形として説明したが、カメラユニット２の外形が例えば円筒形状で内側に矩形空間が設けられ、固体撮像装置１をその矩形空間に挿入しているものであってもよい。これにより、光学系との光学調整がしやすくなる。

−固体撮像装置の製造−
図４および図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法の工程を説明する概念図であり、図４はその一部を示す平面概念図であり、図５は図４（ｃ）において第２の搭載領域１３ｂを第１の搭載領域１３ａの裏面側に矢印１００のように折り曲げた後のＡ−Ａ線断面により示された概念図である。なお、以下の実施例において、図１から図２と同一の部品および部分には同じ符号を付与し、一部省略している。

まず、図示しないが、ＣＣＤからなる固体撮像素子１１チップを準備する。

そして、図４（ａ）に示すように、可撓性のある例えばポリイミド樹脂フィルム等の基板上に、フレキシブル基板１３の配線パターン（図示省略）の単位を複数単位形成した例えば長尺のフィルムキャリアテープ４０を準備する。フレキシブル基板１３は、一方の端に接続端子部１４、他方の端に外部接続部１５およびこれらに挟まれた第１の搭載領域１３ａと、第１の搭載領域１３ａに接続領域１３ｃにより繋がっている第２の搭載領域１３ｂとを有している。第１の搭載領域１３ａおよび第２の搭載領域１３ｂの一方の面である基板主面１３１ａ，１３１ｂ上には配線パターンが形成されている。配線パターンは接続端子部１４および外部取り出し電極１５ｂと接続している。配線パターンは、基板主面１３１ａ、１３１ｂ上に例えば銅箔を貼り付け、その銅箔をパターンエッチングし、接続端子部１４と外部接続部１５とを一緒に形成している。また、単位毎の第１屈曲部１４ａおよび接続端子部１４の領域下のフィルムは、配線パターン形成の前に部分的に取り去ってフィルム穴部４０ａを設け、銅箔パターンの一部分をフィルム端から飛び出させて、折り曲げ部分である第１屈曲部１４ａおよびインナーリードボンディング用リード端子である接続端子部１４としている。

次に、図４（ｂ）に示すように、フレキシブル基板１３の第１の搭載領域１３ａ、第２の搭載領域１３ｂの基板主面１３１ａ、１３１ｂ上の所定の箇所に、別途準備した電子部品１７ａ、他の電子部品１７ｂを配置する。そしてこれらの電子部品１７ａ，１７ｂを配線パターンとはんだにより接続し実装する。電子部品１７ａ、他の電子部品１７ｂとして、例えば半導体素子（ドライバーＩＣチップ）１７１やトランジスタ１７４、チップ抵抗１７２、チップコンデンサ１７３などを使用する。ドライバーＩＣチップである半導体素子１７１は、フリップチップ実装、ウエハーレベルチップサイズパッケージ実装などの方法によりボールはんだを介して接続してもよく、あるいはワイヤーボンディング法で接続してもよい。

その後、図４（ｃ）に示すように、実装したフィルムキャリアテープ４０をフレキシブル基板１３の単位毎に打ち抜き、各フレキシブル基板１３を形成する。そして、図４（ｃ）の矢印１００に示すように、他の電子部品１７ｂを実装した第２の搭載領域１３ｂを、接続領域１３ｃの部分で第１の搭載領域１３ａの裏面側に１８０度折り曲げ、他の電子部品１７ｂを第１の搭載領域１３ａの裏面側に配置する。これにより、固体撮像素子１１を駆動するための周辺回路を構成するために必要な複数の電子部品１７ａ、１７ｂを簡単な方法でコンパクトに収納実装できて小型に安価に製造できる。

それから図５（ａ）に示すように、固体撮像素子１１の周縁の一部に形成したバンプ１１ａと接続端子部１４との間をインナーリードボンディング（ＩＬＢ）により接続する。

次に、図５（ｂ）に示すように、準備した固体撮像素子１１の受光面１１ｂ上に透明な例えば紫外線硬化樹脂などの透明接着剤１２ａを塗布し、その上に透明ガラス基板などの光学部材１２を搭載する。それから、光学部材１２を通して透明接着剤１２ａに紫外線（ＵＶ）を照射して接着硬化させる。

光学部材１２は、例えばテレックス(登録商標)ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英を用いることができる。また、透明接着剤１２ａとしては、光学部材１２より小さな屈折率のアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂あるいはエポキシ系樹脂等の紫外線硬化型または加熱硬化型の材料を用いることができる。これにより、受光面１１ｂに塵埃が付着することや傷が付くことを防止することができ、固体撮像装置１の品質を向上させ小型形状にできる。そして、固体撮像素子１１との少なくともＩＬＢ接続部分を例えばエポキシ樹脂接着剤などの熱硬化形の補強樹脂（図示省略）で補強する。

その後、図５（ｃ）に示すように、接続された固体撮像素子１１を、第１屈曲部１４ａにおいて受光面１１ｂが撮像方向（矢印Ｘ方向）を向くように、かつ受光面１１ｂの裏面側が搭載部１３５に対して所定の鋭角θ１となるように矢印２００に従って折り曲げる。それから折り曲げた状態で、固体撮像素子１１のバンプ１１ａ近辺と接続端子部１４と光学部材１２の側面の一部と第１屈曲部１４ａと搭載部１３５の端部を補強樹脂１４ｃにより覆う。補強樹脂１４ｃは、ノズルなどから押し出して塗布した後に熱硬化させる。これにより、固体撮像素子１１のバンプ１１ａ近辺と接続端子部１４と光学部材１２の側面の一部と第１屈曲部１４ａと搭載部１３５の端部とを固定し、バンプ１１ａと接続端子部１４との接続部分および第１屈曲部１４ａとを補強する。補強樹脂１４ｃとしては、例えば熱硬化形のエポキシ樹脂接着剤などを使用することが好ましい。

上記の工程により、固体撮像素子１１と接続端子部１４との接続信頼性を向上できるとともに、受光面１１ｂと搭載部１３５とを所定の角度θ１で固定でき、折り曲げ部分の機械的強度が向上する。この時点で、フレキシブル基板１３の第１の搭載領域１３ａの少なくとも端部分は、固体撮像素子１１裏面に対して傾斜して配置されて固定されることになる。

それから、図５（ｄ）に示すように、フレキシブル基板１３の他方の端である外部接続部１５を、第２屈曲部１５ａの部分で、搭載部１３５との間で所定の鋭角θ２となるように、且つ鋭角θ１と鋭角θ２とが錯角の関係となるように矢印３００に従って折り曲げる。このように折り曲げることにより、搭載部１３５と固体撮像素子１１と外部接続部１５とが、２つの鋭角θ１，θ２を含む面において全体断面がＺ字形状を描くように配置される。このようにして、固体撮像装置１を形成する。

以上の工程により、寸法精度に余裕をもってフレキシブルで機械的に柔軟な構造の固体撮像装置１を小型に形成できるとともに、所定寸法の筐体筒内への挿入作業性を向上させることができる。そして固体撮像装置１の寸法精度の許容範囲を大きくしても筐体筒内への挿入作業は容易に行えるので、低コストに製造できる。

−カメラユニットの製造ー
図６は、上記の固体撮像装置１を筐体筒２１内に挿入する工程を示す断面概念図である。

図６（ａ）に示すように、上述の製造方法で形成した固体撮像装置１をカメラユニットの所定寸法の方形形状の筐体筒２１内に挿入し、図６（ｂ）に示すように、カメラユニット２を形成する。固体撮像装置１は寸法精度に余裕のある柔軟でフレキシブルなコンパクトな構造で形成されているので、筐体筒２１への挿入作業時に、傾斜したフレキシブル基板１３の特に両端などはたわんで筐体筒２１内へ手間取らず挿入できる。従って、短時間に挿入作業できる。また、筐体筒２１内でもフレキシブル基板１３は一部が変形し撓んだ状態で設置されている。

上記により、固体撮像装置１をカメラユニット２の筐体である所定寸法の筐体筒２１内に容易に挿入でき、挿入作業性が向上する。それ故、小型のカメラユニット２が容易に組み立てでき低コストで製造できる。

（第２の実施の形態）
図７（ａ）は第２の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面概念図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面概念図である。図２と同一の部品および部分には同じ符号を付与し、一部省略している。本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、フレキシブル基板３３がその両面に配線パターン（図示省略）が形成されている両面基板であり、搭載部３３５における基板部分３３ａにビアホール（図示省略）が形成されていて、他の電子部品が搭載部３３５の他方の面上に実装されていることである。すなわち、電子部品１７ａ，１７ｂは、フレキシブル基板３３の両面に搭載され実装されている。また、フレキシブル基板３３の一方の面（基板主面）３３１ａに搭載された電子部品１７ａの一部が、他方の面（基板裏面）３３１ｂに搭載された電子部品１７ｂの少なくとも一部と、ビアホールに設けられた貫通電極（図示省略）により電気的に接続されている。これら以外の点は第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。

本実施形態においては、固体撮像装置３は、フレキシブル基板３３の搭載部３３５の基板主面３３１ａに形成した配線パターンに貫通電極が電気的に接続している。また貫通電極は、基板裏面３３１ｂに設けた配線パターン（図示省略）とも接続されている。

本実施の形態では、フレキシブル基板３３の両面に電子部品が実装されるので、狭い空間に周辺回路を構成するために必要な複数の電子部品をコンパクトに実装収納できて小型化できる。

（第３の実施の形態）
図８は第３の実施の形態に係る固体撮像装置４の構成を示す断面概念図である。図２と同一の部品および部分には同じ符号を付与し、一部省略している。本実施の形態が、第１の実施の形態と異なるのは、接続端子部４４および第１屈曲部４４ａにおいて金属リード（配線）をフィルム上に設けていることである。この点以外は第１の実施の形態と同じであるので、それら同じ部分については説明を省略する。

図８に示すように、固体撮像装置４は、可撓性のある基板からなるフレキシブル基板４３の接続端子部４４および第１屈曲部４４ａ下にフィルム穴を設けておらず、従ってフィルムにより接続端子部４４および第１屈曲部４４ａが支持されている。すなわち、接続端子部４４は、フレキシブル基板４３の第１の搭載領域４３ａの一方の面（基板主面）４３１ａ上に一方の端まで設けられている。フレキシブル基板４３は、一方の端を第１屈曲部４４ａにおいて折り曲げられ、固体撮像素子１１の辺のバンプ１１ａと接続端子部４４とが接続される。接続はＩＬＢ法でなく、ハンダ接続により行う。

本実施の形態では、第１屈曲部４４ａの下にフレキシブルなフィルムが存しているので、折り曲げ部分における機械的な強度が向上する。

（第４の実施の形態）
図９は第４の実施の形態に係る固体撮像装置５の構成を示す断面概念図である。図２と同一の部品および部分には同じ符号を付与し、一部省略している。本実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、固体撮像素子５１の電極端子５１ａが受光面５１ｂとは反対側の面に設けられていること、および第３の実施形態と同様に第１屈曲部５４ａと端子接続部５４とがフィルムに支持されていることであり、これら以外の点は第１の実施形態と同じであるので、それら同じ部分については説明を省略する。

図９に示すように、固体撮像装置５は、固体撮像素子５１の電極端子５１ａを受光面５１ｂとは反対側の裏面側に設けている。第１屈曲部５４ａでフレキシブル基板５３を折り曲げ、電極端子５１ａと接続端子部５４とを接続している。接続はＩＬＢ法でなく、ハンダ接続により行う。なお、接続端子部５４は、第１の搭載領域５３ａにおける電子部品を搭載する主面５３１ａとは反対側の面（裏面）５３１ｂに接続配線（図示省略）を有しており、この接続配線は主面５３１ａ上に設けられた配線パターン（図示省略）と電気的に接続している。この接続において固体撮像素子５１の裏面の大部分は接続端子部５４を支持しているフィルムにより覆われてサポートされている。

本実施形態では、接続端子部５４の接続配線を裏面５３１ｂ上に設ける必要があるが、固体撮像素子５１の裏面のほぼ全体がフレキシブル基板５３のフィルムが存している部分により支えられるので、機械的強度を向上できる。

（第５の実施の形態）
図１０は第５の実施の形態に係る固体撮像装置の第１屈曲部６４ａ近辺を示した図である。本実施の形態は第１屈曲部６４ａの部分のみが第１の実施形態と異なっており、その他の部分は第１の実施形態と同じであるので、異なっているところを説明する。

本実施形態においては、第１屈曲部６４ａが２つの部分からなっている。１つは端子接続部６４に隣接している部分で、フレキシブル基板１３の構成要素であるフィルムと同じフィルム１０１が配線の下に設けられている部分であり、もう１つはフィルム１０１よりも可撓性が高い保護膜１０２が配線の下に設けられている部分である。このような構造により第１屈曲部６４ａは、第３の実施の形態よりも折り曲げやすく、第１の実施の形態よりも固体撮像素子１１と接続する前の取り扱いが容易になり且つ接続の信頼性が向上する。本実施形態の固体撮像装置は、フィルムキャリアテープを作製する段階において、第１屈曲部６４ａとなる部分の一部のフィルム１０１を残してフィルム穴を形成し、そのフィルム穴の一部に保護膜１０２を形成することにより作製することができる。

（第６の実施の形態）
図１１は第６の実施の形態に係る固体撮像装置の第２屈曲部７５近辺を示した図である。本実施の形態は第２屈曲部７５の部分のみが第１の実施形態と異なっており、その他の部分は第１の実施形態と同じであるので、異なっているところを説明する。

本実施形態では、第２屈曲部７５の部分のフィルムが取り除かれて、その代わりにフィルムよりも可撓性の高い保護膜１０３が設けられている。この保護膜上に配線パターン（図示省略）が存している。このような構造により、本実施形態の第２屈曲部７５は他の実施形態に比べて折り曲げやすくなっている。本実施形態の固体撮像装置は、フィルムキャリアテープを作製する段階において、第２屈曲部７５となる部分のフィルムを取り除いてフィルム穴を形成し、そのフィルム穴に保護膜１０３を形成することにより作製することができる。

（第７の実施の形態）
図１２は第７の実施の形態に係るカメラユニット６の概念的な断面図である。本実施形態は、筐体筒２１内に放熱部材８０が入れられていることが第１の実施の形態と異なっており、それ以外は第１の実施形態とおなじである。

本実施形態のカメラユニット６は、固体撮像装置１を筐体筒２１に挿入する際に粒状の放熱部材８０を一緒に入れて作製されている。放熱部材８０は筐体筒２１内において固体撮像装置１が占める空間以外の空間をほぼ全て占めており、固体撮像素子１１や電子部品１７ａ，１７ｂから発生する熱を筐体筒２１に素早く伝えて放熱を行い、固体撮像装置１の温度が高くなりすぎないようにしている。このため、本実施形態ではカメラユニット６の信頼性が向上する。放熱部材８０は少なくともその表面が電気絶縁性であって、固体撮像装置１の短絡を防いでいる。放熱部材８０としては表面が絶縁加工されたＡｌや、Ｃｕ合金などを用いることができる。これらの熱伝導率は常温において空気の１００倍以上である。また、放熱部材８０の形状は粒形でもよいし、金属たわしのようなワイヤの塊であってもよい。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態は本発明の例示であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、第１から第４の実施の形態において、固体撮像素子は、パッケージしてなくその受光面に光学部材を接着して設けるとして説明したが、固体撮像素子は光学部材を受光面と離間して封止しパッケージされた構成で設けていてもよく、信頼性を向上できる。固体撮像素子１１，５１は上記ＣＣＤの他に、静電誘導トランジスタ撮像素子（ＳＩＴ）、電荷増幅型撮像素子（ＣＭＤ）などの固体撮像素子を利用できる。

フレキシブル基板は片面配線のＴＡＢに限定されず、両面配線フレキシブル基板や３層貼り合わせフレキシブル基板などを用いても構わない。

第３の実施の形態において、バンプ１１ａと接続される端子接続部４４の部分にはサポートとなるフィルムが無くてもよい。すなわち、端子接続部４４がフィルム端部から外方へ突き出したリードであっても構わない。

それぞれの実施の形態の特徴部分を組み合わせても構わない。例えば第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせると、固体撮像素子との電気的接続に両面基板を有効利用できる。

放熱部材８０の形状は、粒状、繊維状、粉状など、どのような形状でも構わない。

本発明に係る光学デバイスモジュールは、小型で柔軟な組み立て構造となり、所定寸法の筐体内への挿入作業性がはかどり安価となるので、撮像手段として電子内視鏡や細径で小型撮像ファイバーカメラチューブその他に利用され、小型細径の固体撮像装置やレーザ装置などとして有用である。

（ａ）は第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す斜視概念図であり、（ｂ）は（ａ）の裏面側から見た斜視概念図である。 （ａ）は第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面概念図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面概念図である。 第１の形態に係るカメラユニットの構成を示す断面概念図である。 第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一部を説明する平面概念図である。 第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の別の一部を説明する断面概念図である。 第１の形態に係るカメラユニットの製造方法を示す断面概念図である。 （ａ）は第２の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面概念図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面概念図である。 第３の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面概念図である。 第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面概念図である。 第５の実施の形態に係る固体撮像装置の一部を示す断面概念図である。 第６の実施の形態に係る固体撮像装置の一部を示す断面概念図である。 第７の実施の形態に係るカメラユニットの構成を示す断面概念図である。 従来の固体撮像装置の構成を示す断面概念図である。

符号の説明

１，３，４，５ 固体撮像装置
２ カメラユニット
１１，５１ 固体撮像素子
１１ａ，５１ａ バンプ
１１ｂ，５１ｂ 受光面
１２ 光学部材
１２ａ 透明接着剤
１３，４３，５３ フレキシブル基板
１３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ 第１の搭載領域
１３ｂ， 第２の搭載領域
１３ｃ 接続領域
１４，４４，５４，６４ 接続端子部
１４ａ，４４ａ，５４ａ，６４ａ 第１屈曲部
１４ｃ 補強樹脂
１５ 外部接続部
１５ａ，７５ 第２屈曲部
１７，１７ａ，１７ｂ 電子部品
２１ 筐体筒
４０ フィルムキャリアテープ
５１ａ 電極端子
８０ 放熱部材
１０２，１０３ 保護膜
１３１ａ，１３１ｂ，３３１ａ，４３１ａ，５３１ａ 基板主面
１３５，３３５ 搭載部
１７１ 半導体素子
１７２ チップ抵抗
１７３ チップコンデンサ
１７４ トランジスタ
３３１ｂ，５３１ｂ 裏面
θ１ 鋭角
θ２ 鋭角

Claims (15)

1. 光学素子と、
   前記光学素子に接続しているフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板に搭載された電子部品と
   を備え、
   前記フレキシブル基板は、一方の端部に前記光学素子と接続する接続端子部を、他方の端部に外部と接続する外部接続部を、接続端子部と外部接続部との間に電子部品を搭載する搭載部を有していると共に、搭載部と接続端子部との間に第１屈曲部を、搭載部と外部接続部との間に第２屈曲部を有しており、
   前記光学素子の光学機能面の裏面と前記フレキシブル基板の搭載部とが鋭角をなすよう、該フレキシブル基板は前記第１屈曲部において曲げられており、
   前記外部接続部は前記搭載部と鋭角をなし、当該鋭角と前記光学機能面の裏面および前記搭載部がなす角とが錯角の関係となるよう、前記フレキシブル基板は前記第２屈曲部において曲げられている、光学デバイスモジュール。
2. 前記電子部品は複数存し、
   前記フレキシブル基板の前記搭載部は、前記電子部品の一部を搭載する第１の搭載領域と、前記電子部品の残部を搭載する第２の搭載領域と、当該２つの搭載領域を繋ぐ接続領域とを有しており、当該接続領域において折り曲げられている、請求項１に記載の光学デバイスモジュール。
3. 前記第１および第２の搭載領域は、前記電子部品を搭載する搭載面と、当該搭載面の反対側の面である非搭載面とをそれぞれ有し、
   前記フレキシブル基板は、前記第１および第２の搭載領域の非搭載面同士が向かい合うように前記接続領域において折り曲げられている、請求項２に記載の光学デバイスモジュール。
4. 前記フレキシブル基板は、貫通電極を有し、
   前記電子部品は、前記フレキシブル基板の両面に搭載されており、
   前記貫通電極は、前記フレキシブル基板の一方の面に搭載された少なくとも一つの前記電子部品と、前記フレキシブル基板の他方の面に搭載された少なくとも一つの前記電子部品とを電気的に接続している、請求項１に記載の光学デバイスモジュール。
5. 前記光学素子は固体撮像素子である、請求項１から４のいずれか一つに記載の光学デバイスモジュール。
6. 前記固体撮像素子の受光面には透明部材が接着されている、請求項５に記載の光学デバイスモジュール。
7. 前記フレキシブル基板はフィルムキャリアテープからなり、前記第１屈曲部においてはフィルムが除去されている、請求項１から６のいずれか一つに記載の光学デバイスモジュール。
8. 前記第１屈曲部には、保護膜が設けられている、請求項１から７のいずれか一つに記載の光学デバイスモジュール。
9. 前記第２屈曲部においては前記フィルムが除去されて、保護膜が設けられている、請求項７または８に記載の光学デバイスモジュール。
10. 前記接続端子部上には補強樹脂が設けられている、請求項１から９のいずれか一つに記載の光学デバイスモジュール。
11. 請求項１から１０のいずれか一つに記載の光学デバイスモジュールと、
    前記光学デバイスモジュールを収納する筐体と
    を備え、
    前記フレキシブル基板は、前記筐体内において応力が印加されて一部が変形した状態で収納されている、光学デバイスユニット。
12. 前記筐体内には、少なくとも表面が電気絶縁性である放熱部材が収納されている、請求項１１に記載の光学デバイスユニット。
13. 光学素子と、該光学素子に接続しているフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に搭載されている電子部品とを備えた光学デバイスモジュールの製造方法であって、
    表面に配線パターンを有し、一方の端部に前記光学素子と接続する接続端子部を、他方の端部に外部と接続する外部接続部を、接続端子部と外部接続部との間に電子部品を搭載する搭載部を有しているフレキシブル基板を用意する工程と、
    前記フレキシブル基板の搭載部に複数の電子部品を搭載する工程と、
    前記フレキシブル基板の接続端子部と光学素子とを電気的に接続する工程と、
    前記光学素子の光学機能面の裏面が前記搭載部と鋭角をなすように、前記フレキシブル基板の接続端子部に隣接する部分を折り曲げる工程と、
    前記外部接続部が前記搭載部と鋭角をなし、当該鋭角と光学機能面のり面および搭載部のなす角とが錯角の関係となるように、前記フレキシブル基板の外部接続部に隣接する部分を折り曲げる工程と
    を含む、光学デバイスモジュールの製造方法。
14. 請求項１から１０のいずれか一つに記載の光学デバイスモジュールと、該光学デバイスモジュールを収納する筐体とを備えた光学デバイスユニットの製造法であって、
    前記光学デバイスモジュールを用意する工程と、
    前記筐体内に前記光学デバイスモジュールを挿入し、前記フレキシブル基板の一部が変形して応力を印加された状態で該光学デバイスモジュールを収納する工程と
    を含む、光学デバイスユニットの製造方法。
15. さらに、前記筐体内に少なくとも表面が電気絶縁性である放熱部材を収納する工程を含む、請求項１４に記載の光学デバイスユニットの製造方法。

Images