JP2009147180A - 光学デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子においてカバーガラス搭載時に接着剤の粘性等による復元力や表面張力などでカバーガラスが位置ずれする現象を抑制してガラス搭載精度の高い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】ＴＡＢテープ４にカバーガラス３より大きな開口部４ｄを設け、固体撮像素子２の撮像素子エリア５のセンター位置を基準とし、カバーガラス３の搭載精度の許容値を考慮してＴＡＢテープ４を固体撮像素子２に固定し、カバーガラス３の接着固定時にカバーガラス３の位置ずれをＴＡＢテープ４の開口部４ｄの内周縁によって規制してガラス搭載精度を確保する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内視鏡等に用いられる光学デバイスおよびその製造方法に関し、特に固体撮像装置の技術に係るものである。

近年、工業用内視鏡および医療用内視鏡が広く利用されており、その用途においても従来の観察用途だけでなく、処置具などをケーブル内に組み込むことで、各種の治療や処置を行う用途にも使用されている。

これらの用途の広がりに伴って、内視鏡の益々の小径化、小型化が望まれるようになってきた。内視鏡の小径化、小型化を実現するには、当然のことながら内視鏡に組み込まれる固体撮像素子の小型化が必須条件となる。

従来における固体撮像装置の小型化の例としては、例えば特許文献１に記載するものがある。その構成は図６に示すようなものであり、固体撮像装置１は、固体撮像素子２の受光部２ａへ直接にカバーガラス３を接着剤で貼り付けて固定し、固体撮像素子２の突起電極(バンプ)２ｂにフレキシブル回路基板をなすＴＡＢテープ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）４の接続リード４ａを熱圧着により接着固定してなり、パッケージレス構造により小型化を実現している。

一方、パッケージ構造の例としては、例えば特許文献２に記載するものがある。その構成は図７に示すようなものであり、枠７の４辺の中間位置に切り欠いた溝８を設け、パッケージ本体２０とカバーガラス（ウインドガラス）３とを接着剤９で接着するものであり、固体撮像素子（図示省略）はパッケージ本体２０の内部に収めて配置し、カバーガラス３は枠７に嵌り込むことで位置ずれしないように規制される構造となっている。また、余分な接着剤９は枠７の溝８に流れ込むことで枠７の上面に接着剤がはみ出すことはない。また、枠の代わりに突起部を設けることで対応するものも示されている。
特開２００１−１７３８９号公報 実開平１−１４０８５０号公報 特開平１−２１９４６号公報 特開２００３−２０９７５１号公報 特開平６−１８８４０３号公報

上述した構成において、カバーガラス３の基本的な役割は固体撮像素子２の撮像素子エリアを保護することにある。また、固体撮像装置１をカメラユニットとして組み立てる際には撮像素子エリアのセンター位置を割り出さなくてはならないが、その際にカバーガラスが基準とされることが常である。このため、カバーガラス３と撮像素子エリアの位置関係が重要となる。

また、小型化・高精細度化に伴って固体撮像素子２自体が小さくなり、カバーガラス３の位置決め精度が益々厳しくなり、重要となって来ている。
図６に示した特許文献１の構造は、固体撮像装置１の小型化については有効であるが、パッケージ構造を持たず、カバーガラス３の位置を規制するものが存在しないので、常にカバーガラス３の位置ずれに注意する必要があった。

カバーガラス３の位置ずれが発生する要因には以下のものがある。カバーガラス３の装着時にはカバーガラス３で接着剤を押し広げることで接着面を確保しているが、カバーガラス３に加えていた押し当て力を解除すると、接着剤の持つ粘性による復元力や表面張力などによってカバーガラス３があらぬ方向に引っ張られることでカバーガラス３の位置ずれが発生する。

押し当て力を加えたままの状態で接着剤を硬化させる工法もあるが、この方法ではガラスを押さえ込んで保持するコレットが必要となり、また瞬時に硬化させる必要性からＵＶ硬化型の接着剤が使用される。しかしながら、コレットの存在によって接着剤を硬化させるための紫外線を均一に照射することが困難となる。

この点に関して、実験では、アクリル樹脂などの紫外線を透過させる素材でコレットを製作してＵＶ照射を試みたが、コレットに均一な照射面を確保することが出来ないので、この影響により撮像画像にムラが発生することが判明している。仮硬化による２段硬化方法によっても同様に撮像画像にムラが生じ、有効な手法でないことが判明している。

図２の構造は、カバーガラス３の位置ずれを防止することに対しては有効な構造であるが、カバーガラス３の位置を規制するための枠部７が必要であり、且つ、パッケージ内に固体撮像素子が収納されるので、常に外形が固体撮像素子よりも大きくなり、小型化には不利な構造である。また、カバーガラスに発生した静電気によってカバーガラスの表面にダストが付着する現象があり、部分的なピントボケが発生していた。

本発明は、上述した従来の構成の長所を持ち、小型化に適し、且つカバーガラス搭載精度に優れた光学デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の光学デバイスは、電気信号の授受を行うための電気接点部を備えた固体撮像素子と、この電気接点部に接続する接続リードを有する接続リード部を形成したフレキシブル回路基板と、前記固体撮像素子の撮像エリアを覆うように接着固定するカバーガラスとを備え、前記フレキシブル回路基板の前記接続リード部の先端を、前記カバーガラスの接着固定時に前記カバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置したことを特徴とする。

本発明の光学デバイスは、電気信号の授受を行うための電気接点部を備えた固体撮像素子と、この電気接点部に接続する接続リードを有する接続リード部を形成したフレキシブル回路基板と、前記固体撮像素子の撮像エリアを覆うように接着固定するカバーガラスとを備え、前記フレキシブル回路基板は、前記接続リード部よりも前方へ延在する先端部に前記カバーガラスに遊嵌する開口部を有し、かつ前記開口部の内周縁と前記カバーガラスの外周縁との間に所定間隙を有し、前記開口部の内周縁を、前記カバーガラスの接着固定時にカバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置したことを特徴とする。

また、前記フレキシブル回路基板は、前記接続リードのうちの一部に、折り曲げられて一段低くなった先端部を有し、前記接続リードの前記先端部が前記カバーガラスの裏面に接続し、かつ前記固体撮像素子のアース端子に電気的に接続することを特徴とする。

本発明の光学デバイスの製造方法は、電気信号の授受を行うための電気接点部を備えた固体撮像素子と、この電気接点部に接続する接続リードを有する接続リード部を形成したフレキシブル回路基板と、前記固体撮像素子の撮像エリアを覆うように接着固定するカバーガラスとを備えた光学デバイスの製造方法であって、前記フレキシブル回路基板は、前記接続リード部よりも前方へ延在する先端部に前記カバーガラスに遊嵌する開口部を有し、かつ前記開口部の内周縁と前記カバーガラスの外周縁との間に所定間隙を有し、前記開口部の内周縁を、前記カバーガラスの接着固定時にカバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置し、前記固体撮像素子の電気接点部に前記接続リード部の接続リードを電気的に接続し、前記カバーガラスを接着固定後に、前記フレキシブル回路基板の少なくとも前記開口部を含む先端部を切り取り除去することを特徴とする。

本発明によれば、カバーガラスの搭載位置の位置ずれをフレキシブル回路基板を壁として規制することができ、固体撮像素子とカバーガラスの大きさの制約を受けることなく対応出来る。カメラユニットとして固体撮像装置を組立てる場合に、一般的にカバーガラス側を基準にすることが多いが、カバーガラスの優れた搭載精度を実現し、撮像素子エリアとカバーガラスの位置関係を保証することで、高精細度化、小型化に対応することができる。

また、カバーガラスに発生した静電気をアース端子を通じて逃がすことでダスト付着を少なくすることが出来る。
さらに、固体撮像素子の小型化に対しては、カバーガラスを搭載した後にフレキシブル回路基板の不要な部分を除去することで、固体撮像素子の大きさのままで対応出来るので、固体撮像装置の小型化にも有効である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態において光学デバイスをなす固体撮像装置は、固体撮像素子が電気信号の授受を行うための電気接点部をなすパッド部を有し、固体撮像素子に電気的に接合するフレキシブル回路基板がＴＡＢテープからなり、ＴＡＢテープにカバーガラスの位置ずれを規制する働きをも持たせたものである。また、ＴＡＢテープはカバーガラスの搭載位置に対応する部分に形成した開口部でカバーガラスの位置ずれを規制する。

以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の実施例１における光学デバイスをなす固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図１において、固体撮像装置１は、ＴＡＢテープ（フレキシブル回路基板）４の接続リード部の接続リード４ａを固体撮像素子２のパッド部２ｃのバンプ（突起電極）２ｂに位置合わせし、箔状の銅からなる接続リード４ａを固体撮像素子２の電気接点部をなすバンプ（突起電極）２ｂに熱圧着などによって電気的に接合する。

従来のＴＡＢテープ４では接続リード４ａが剥き出しの構造であるが、本実施例１ではＴＡＢテープ４のポリイミドフィルム４ｂが接続リード４ａに沿って延在し、接続リード４ａの一側をポリイミドフィルム４ｂで覆って接続リード部を形成しており、ポリイミドフィルム４ｂが接続リード部としての強度を補強すると共に、接続リード４ａの曲がりを防止する機能を担っている。

本実施例１ではＴＡＢテープ４の接続リード部の先端部でカバーガラス３の位置ずれを規制する。このため、ＴＡＢテープ４の接続リード部を固体撮像素子２のパッド部２ｃの上に位置合わせする際には、カバーガラス３の位置ずれを許容できる範囲内でＴＡＢテープ４の接続リード部の先端がカバーガラス３の位置ずれを規制する壁となる位置に、ＴＡＢテープ４の接続リード部の先端を位置決めする。

ＴＡＢテープ４の接続リード部を固体撮像素子２のパッド部に接合した後に、カバーガラス３を固体撮像素子２の撮像素子エリア５のセンター位置に合せし、接着剤にて接着固定する。この際に、押し付けられたカバーガラス３は、押し付け力が外れると接着剤の持つ粘性による復元力や表面張力などによって移動し、カバーガラス３の位置ずれが発生する。

しかしながら、移動するカバーガラス３は、ＴＡＢテープ４の接続リード部の先端で止められて、それ以上は位置ずれしないように規制される。

図２は、図１で述べた固体撮像素子２においてパッド部２ｃが１辺だけにあるのでなく、対辺の２辺に有る場合を示したものである。
この場合には、実施例１と同様にして、固体撮像素子２の両側のパッド部２ｃの上にＴＡＢテープ４の接続リード部を位置合わせする際には、カバーガラス３の位置ずれを許容できる範囲内でＴＡＢテープ４の接続リード部の先端がカバーガラス３の位置ずれを規制する壁となる位置に、ＴＡＢテープ４の接続リード部の先端を位置決めする。

この構成により、カバーガラス３の接着固定時にカバーガラス３に位置ずれが生じても、固体撮像素子２の両側のパッド部２ｃに対向する方向においてカバーガラス３はその位置ずれが規制される。同様に固体撮像素子２の４辺にパッド部２ｃを有し、４辺のそれぞれにＴＡＢテープ４の接続リード部の先端を位置決めすることで、カバーガラス３はその４辺について位置ずれが規制されることになる。

図３は、固体撮像素子２の４辺のそれぞれに対向する４方向においてカバーガラス３の位置ずれを規制する機能を有するＴＡＢテープ４を示すものである。
ＴＡＢテープ４は、ポリイミドフィルム４ｂが接続リード４ａに沿って延在し、接続リード４ａの一側をポリイミドフィルム４ｂで覆って接続リード部を形成しており、接続リード４ａの先端よりもさらに前方にポリイミドフィルム４ｂが延在して先端部４ｃを形成している。

先端部４ｃにはカバーガラス３に遊嵌する開口部４ｄを形成している。開口部４ｄは、その大きさをカバーガラス３の搭載位置と位置ずれの許容範囲およびカバーガラス３の外形寸法を勘案して設定し、カバーガラス３の外形よりも位置ずれ許容範囲分だけ大きく開口し、開口部４ｄの内周縁とカバーガラス３の外周縁との間に所定間隙を有している。

ＴＡＢテープ４の先端部４ｃを固体撮像素子２のパッド部２ｃの上に位置合わせする際には、カバーガラス３の位置ずれを許容できる範囲内でＴＡＢテープ４の先端部４ｃの開口部４ｄの内周縁がカバーガラス３の位置ずれを規制する壁となる位置、つまり開口部４ｄの中心位置がカバーガラス３の搭載位置の中心位置と合致する位置に、ＴＡＢテープ４を位置決めするとともに、ＴＡＢテープ４の接続リード部の接続リード４ａを固体撮像素子２のパッド部２ｃのバンプ（突起電極）２ｂに位置合わせし、接続リード４ａをバンプ（突起電極）２ｂに熱圧着などによって電気的に接合する。

次に、カバーガラス３を固体撮像素子２の撮像素子エリア５のセンター位置に位置合せし、接着剤にて接着固定する。この際に、押し付けられたカバーガラス３は、押し付け力が外れると接着剤の持つ粘性による復元力や表面張力などによって移動し、カバーガラス３の位置ずれが発生する。

しかしながら、ＴＡＢテープ４の開口部４ｄの内部にカバーガラス３をセットすることで、カバーガラス３の位置ずれが生じても、ＴＡＢテープ４の開口部４ｄの内周縁によってカバーガラス３の移動を規制することで、ガラス搭載位置の位置ずれを許容範囲内に維持することを保証する。よって、カバーガラス３の搭載精度は予め開口部４ｄの大きさをどの程度に設定するかで決まるので、搭載位置精度を所望の狙い目に設定することが出来る。

先の図１のものでは固体撮像素子２とカバーガラス３とが同一の幅を有しているが、図３のものでは、カバーガラス３はその４辺のいずれもが固体撮像素子２の対応する辺よりも小さい形状である。しかしながら、カバーガラス３が固体撮像素子２より大きい場合には、ＴＡＢテープ４の幅を固体撮像素子２より大きく形成することで対応出来る。

実施例４として、図４を参照して固体撮像装置の組立フローを含め説明する。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＴＡＢテープ４は、ポリイミドフィルム４ｂが接続リード４ａに沿って延在し、接続リード４ａの一側をポリイミドフィルム４ｂで覆って接続リード部を形成しており、接続リード４ａの先端よりもさらに前方にポリイミドフィルム４ｂが延在して先端部４ｃを形成している。

先端部４ｃにはカバーガラス３に遊嵌する開口部４ｄを形成している。開口部４ｄは、その大きさをカバーガラス３の搭載位置と位置ずれの許容範囲およびカバーガラス３の外形寸法を勘案して設定し、カバーガラス３より位置ずれ許容範囲分だけ大きく開口しており、開口部４ｄから接続リード４ａに沿って接続リード部に切り込み部４ｅを形成している。

図４（ａ）、（ｂ）では、開口部４ｄが固体撮像素子２の外形の大きさより小さい場合を想定しているが、カバーガラス３の外形の大きさが固体撮像素子２より大きい場合には、ＴＡＢテープ４の幅を固体撮像素子２より大きく形成することで対応出来る。

ＴＡＢテープ４の先端部４ｃを固体撮像素子２のパッド部２ｃの上に位置合わせする際には、開口部４ｄの内部に撮像素子エリア５を含み、カバーガラス３の位置ずれを許容できる範囲内でＴＡＢテープ４の先端部４ｃの開口部４ｄの内周縁がカバーガラス３の位置ずれを規制する壁となる位置に、ＴＡＢテープ４を位置決めするとともに、ＴＡＢテープ４の接続リード部の接続リード４ａを固体撮像素子２のパッド部２ｃのバンプ（突起電極）２ｂに位置合わせし、接続リード４ａをバンプ（突起電極）２ｂに熱圧着などによって電気的に接合する。

次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、カバーガラス３を固体撮像素子２の撮像素子エリア５のセンター位置に位置合せし、接着剤にて接着固定する。この際に、カバーガラス３は吸着パッドやコレットなどによって吸着保持して、固体撮像素子２に滴下された接着剤に押し当てることで接着剤を押し広げる。その後、カバーガラス３は、吸着パッドから外されて押し当て力が解除されると、接着剤の粘性による復元力や表面張力などによって当初の搭載位置から移動し、カバーガラス３の位置ずれが発生する。

しかしながら、ＴＡＢテープ４の開口部４ｄの内部にカバーガラス３をセットすることで、カバーガラス３の位置ずれが生じても、ＴＡＢテープ４の開口部４ｄの内周縁によってカバーガラス３の移動を規制することで、ガラス搭載位置の位置ずれを許容範囲内に維持することを保証する。

次に、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように、カバーガラス３を搭載して接着剤が硬化した後においては、カバーガラス３の位置規制を行なうＴＡＢテープ４の先端部４ｃは不要になるので、切り込み部４ｅの奥端の切断部６においてＴＡＢテープ４から先端部４ｃおよび接続リード部の電気的接続に関与しない部分を切り離す。

これは、カバーガラス３の幅が固体撮像素子２の幅と同じ場合、または大きい場合において、ＴＡＢテープ４が幅方向において固体撮像素子２からはみ出していることを想定するものであり、小型化の観点によりＴＡＢテープ４に切断部６を設けて不要な部分を切り離すものである。

上述した工程を経て、図４（ｇ）、（ｈ）に示すように、不要な部分を切り離した状態の固体撮像装置１が完成する。以上の組立フローによって、カバーガラス３と固体撮像素子２との大きさの関係がどのような場合にあっても対応が出来、優れたガラス搭載精度を確保することができる。

ＴＡＢテープ４はプレスによって製造されるので、新たに開口部や切断のために必要なスリット部を設ける場合でも、プレス金型の加工費用が追加されるだけなのでコスト面でも有効な手法である。

図５は、実施例５における固体撮像装置１を示しており、この構成は図３に示した構成と基本的に同様であり、同符号を付して詳細な説明を省略する。
図５において、接続リード４ａは、その一部がカバーガラス３に向けて延長してあり、さらに先端を折り曲げて一段低く加工した先端部がアース用接続リード１０をなしており、アース用接続リード１０がカバーガラス３の裏面に接触している。

この延長した接続リード４ａのアース用接続リード１０は、その先端が撮像素子エリア５に入らないようにカバーガラス３の外周部に接続し、アース用バンプ１１によって固体撮像素子２のアース端子に接続する。

この構成により、カバーガラス３に生じた静電気を、箔状の銅からなる接続リード４ａのアース用接続リード１０とアース用バンプ１１とを通じて固体撮像素子２のアース端子に逃がすことが出来る。

本発明は、医療用、工業用の内視鏡及びＴＡＢテープをもちいてカバーガラス搭載を行う固体撮像素子に利用出来る。

本発明の実施例１の固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 本発明の実施例２の固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 本発明の実施例３の固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 本発明の実施例４の固体撮像装置の組立フローを示す説明図 本発明の実施例５の固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図及び部分拡大図、（ｂ）は側面図 従来の固体撮像装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 従来の他の固体撮像装置のパッケージを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図

符号の説明

１ 固体撮像装置
２ 固体撮像素子
２ａ 受光部
２ｂ バンプ（突起電極）
２ｃ パッド部
３ カバーガラス
４ ＴＡＢテープ（フレキシブル回路基板）
４ａ 接続リード
４ｂ ポリイミドフィルム
４ｃ 先端部
４ｄ 開口部
４ｅ 切り込み部
５ 撮像素子エリア
６ 切断部（切断線）
７ 枠（カバーガラスセット枠）
８ 溝
９ 接着剤
１０ アース用接続リード
１１ アース用バンプ

Claims (6)

1. 電気信号の授受を行うための電気接点部を備えた固体撮像素子と、この電気接点部に接続する接続リードを有する接続リード部を形成したフレキシブル回路基板と、前記固体撮像素子の撮像エリアを覆うように接着固定するカバーガラスとを備え、
   前記フレキシブル回路基板の前記接続リード部の先端を、前記カバーガラスの接着固定時に前記カバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置したことを特徴とする光学デバイス。
2. 前記固体撮像素子は対辺をなす２辺もしくは４辺のそれぞれに、電気接点部を形成したパッド部を有し、各パッド部に前記フレキシブル回路基板の接続リード部を接合し、各接続リード部の先端を、前記カバーガラスの接着固定時に前記カバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
3. 電気信号の授受を行うための電気接点部を備えた固体撮像素子と、この電気接点部に接続する接続リードを有する接続リード部を形成したフレキシブル回路基板と、前記固体撮像素子の撮像エリアを覆うように接着固定するカバーガラスとを備え、
   前記フレキシブル回路基板は、前記接続リード部よりも前方へ延在する先端部に前記カバーガラスに遊嵌する開口部を有し、かつ前記開口部の内周縁と前記カバーガラスの外周縁との間に所定間隙を有し、前記開口部の内周縁を、前記カバーガラスの接着固定時にカバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置したことを特徴とする光学デバイス。
4. 前記フレキシブル回路基板の開口部は、前記カバーガラスの外形寸法と位置ずれの許容範囲とを合わせた寸法で開口し、前記開口部の中心位置が前記カバーガラスの搭載位置の中心位置と合致していることを特徴とする請求項３に記載の光学デバイス。
5. 前記フレキシブル回路基板は、前記接続リードのうちの一部に、折り曲げられて一段低くなった先端部を有し、前記接続リードの前記先端部が前記カバーガラスの裏面に接続し、かつ前記固体撮像素子のアース端子に電気的に接続することを特徴とする請求項１又は３に記載の光学デバイス。
6. 電気信号の授受を行うための電気接点部を備えた固体撮像素子と、この電気接点部に接続する接続リードを有する接続リード部を形成したフレキシブル回路基板と、前記固体撮像素子の撮像エリアを覆うように接着固定するカバーガラスとを備えた光学デバイスの製造方法であって、
   前記フレキシブル回路基板は、前記接続リード部よりも前方へ延在する先端部に前記カバーガラスに遊嵌する開口部を有し、かつ前記開口部の内周縁と前記カバーガラスの外周縁との間に所定間隙を有し、前記開口部の内周縁を、前記カバーガラスの接着固定時にカバーガラスの位置ずれを規制する位置に配置し、前記固体撮像素子の電気接点部に前記接続リード部の接続リードを電気的に接続し、前記カバーガラスを接着固定後に、前記フレキシブル回路基板の少なくとも前記開口部を含む先端部を切り取り除去することを特徴とする光学デバイスの製造方法。

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