JP2010269072A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子に汚染や破損等が生じないようにしつつ、リードと信号線の接合部分に応力が作用されにくい固定撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置１０は、前面に撮像面が設けられる撮像素子基板１１と、基板１１から後方に向けて突出するリード１２と、リード１２に半田等の導電性ろう材１４を介して接続される信号線２０とを備える。撮像素子基板１１の背面に、リード１２及び導電性ろう材１４が埋設するように、封止部３０を積層する。封止部３０は、撮像素子基板１１の背面に積層される第１の光硬化性樹脂層３１と、光硬化性樹脂層３１の上に積層される熱硬化性樹脂層３２と、熱硬化性樹脂層３２の上に積層される第２の光硬化性樹脂層３３とを有する。熱硬化性樹脂層３２の樹脂の一部は、信号線２０の芯線２１と信号線外皮２２の間や、信号線２０とケーブル外皮２６との間に浸透している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子内視鏡の先端部に設けられた固体撮像素子の端子と信号線との接合部分が封止された固体撮像装置、及びその製造方法に関する。

従来、電子内視鏡の先端部に設けられたＣＣＤ等の固体撮像素子は、信号線を介して、信号の出入力を行うのが一般的である。信号線は、固体撮像素子の端子に半田によって接合されるが、軟性内視鏡では、半田接合部に大きな応力が負荷される場合がある。したがって、従来、半田接合部に応力が作用されることを防止するために、半田接合部が封止されるように、撮像素子基板背面に封止樹脂が積層されることがある（例えば、特許文献１参照）。

上記封止樹脂として熱硬化性樹脂を使用する場合、封止樹脂は加熱により徐々に硬化され、また樹脂表面と内部との硬化度の差が小さいため硬化歪が生じにくい。さらに、加熱時の毛細管現象により、熱硬化性樹脂は、信号線の芯線と外皮や、複数束ねられた信号線をさらに被覆するケーブル外皮と信号線の間に浸透されるので、半田接合部への応力を抑制できるというメリットもある。

しかし、熱硬化性樹脂では、加熱硬化時、信号線の芯線と外皮の間等から空気が噴出し気泡が樹脂中に発生するため、樹脂密度が低下し、半田接合部への応力が負荷されやすくなることがある。また、熱硬化性樹脂は、硬化前に粘度が低くなるため所望の形状に成型するのが困難であるとともに、低粘度の加熱樹脂が比較的長い時間かけて硬化されるので、撮像素子基板背面上に配置した樹脂が、基板前面に移動して撮像面を汚染することがある。さらには、樹脂を硬化するための加熱や硬化時の自己発熱により、撮像素子を劣化させるおそれもある。

撮像素子の劣化等を防止するために、常温硬化タイプの熱硬化性樹脂を使用することも考えられるが、常温硬化のものは、粘度が高い状態のまま硬化されるので、信号線内部等への樹脂浸透が少なくなり、またタクトタイムも長くなる傾向にある。

一方、封止樹脂として光硬化性樹脂を使用する場合、硬化を比較的短くできるため、タクトタイムを短くすることができる。しかし、多数の信号線がＣＣＤに接続される場合、紫外線が照射されない未硬化部分が多くなるおそれがある。また、硬化時間が短いため、上記樹脂浸透はほとんど生じず、また浸透したとしても浸透樹脂は光照射により硬化できないので、半田接合部への応力が作用されやすいという問題もある。

さらに、半田接合部を封止するために、封止樹脂にはある程度の厚みが必要とされるが、光硬化性樹脂で形成された封止樹脂は、厚みが大きくなると、表面と内部との硬化度の差が大きくなり硬化歪が生じやすい。このような硬化歪は、ＣＣＤ駆動時の発熱によって解放されて、使用時に半田接合部に大きな応力が作用されるおそれがある。

特開２００６−５５４５８号公報

本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、タクトタイムを長くすることなく、撮像素子に汚染や破損等が生じないようにしつつ、半田接合部等の端子と信号線の接合部分に応力が作用されにくい固定撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子を有し、前面に固体撮像素子の撮像面が設けられる撮像素子基板と、撮像素子基板の背面よりも少なくとも一部が後方に配置され、固体撮像素子に電気的に接続される端子と、端子に導電性ろう材を介して接続される信号線と、上記導電性ろう材が埋設するように撮像素子基板の背面に積層される封止部とを備え、封止部が、撮像素子基板の背面に積層される第１の光硬化性樹脂と、第１の光硬化性樹脂の上にさらに積層される熱硬化性樹脂とを有することを特徴とする。

信号線が、芯線と、芯線外周を被覆する信号線外皮とを備えるとともに、芯線の端部が端子に接続される場合、熱硬化性樹脂の一部は、信号線外皮の端部から、芯線と信号線外皮の間に浸透されていることが好ましい。

端子及び導電性ろう材は、例えば第１の光硬化性樹脂に埋設されている。また、封止部はさらに、熱硬化性樹脂の上に積層され、かつ信号線の一部をその内部に埋設する第２の光硬化性樹脂を有することが好ましい。端子は、例えば撮像素子基板から後方に向けて突出するリードである。

固体撮像装置が複数の端子及び複数の信号線を有する場合、複数の信号線はケーブル外皮内部に挿通配置されるとともに、複数の信号線それぞれの端部は導電性ろう材を介して各端子それぞれに接続される。熱硬化性樹脂の一部は、ケーブル外皮の端部から、信号線とケーブル外皮の間に浸透されていることが好ましい。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前面に固体撮像素子の撮像面が設けられる撮像素子基板の背面よりも少なくとも一部が後方に配置され、固体撮像素子に電気的に接続される端子に、信号線を導電性ろう材によって接続する第１工程と、撮像素子基板の背面の上に、第１の光硬化性樹脂を配置し、光照射により硬化させる第２工程と、硬化された第１の光硬化性樹脂の上にさらに熱硬化性樹脂を配置し、加熱硬化させる第３工程とを備え、これら硬化された第１の光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂から形成される封止部内部に、導電性ろう材が埋設されることを特徴とする。

信号線が、芯線と、芯線外周を被覆する信号線外皮とを備えるとともに、芯線の端部が端子に接続されている場合、上記第３工程において、熱硬化性樹脂の一部を、毛細管現象により、信号線外皮の端部から、芯線と信号線外皮の間に浸透させた後、硬化させることが好ましい。

硬化された熱硬化性樹脂の上にさらに第２の光硬化性樹脂を配置し、光照射により硬化させる第４工程を備えても良い。第２の光硬化性樹脂の内部には、例えば信号線の一部が埋設される。また、上記第３工程において、熱硬化性樹脂を加熱硬化させつつ、その加熱により硬化された第１の光硬化性樹脂をアニール処理することが好ましい。

複数の端子及び複数の信号線が設けられるとともに、複数の信号線がケーブル外皮内部に挿通配置されている場合、上記第１工程において、複数の信号線それぞれの端部を、導電性ろう材によって各端子それぞれに接続する。また、上記第３工程において、熱硬化性樹脂の一部を、毛細管現象により、ケーブル外皮の端部から、信号線とケーブル外皮の間に浸透させた後硬化させることが好ましい。

本発明では、封止部を光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を積層して構成することにより、タクトタイムを長くすることなく、撮像素子に汚染や破損等が生じないようにしつつ、端子と信号線の接合部分に応力が作用されにくい固定撮像装置を提供することができる。

固体撮像装置を示す側面図である。 固体撮像装置を背面側から見た正面図である。 固体撮像装置の製造工程を示すための側面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１、２は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す図であり、図２においては封止部が点線で示されている。

固定撮像装置１０は、電子内視鏡の挿入部の先端部に配置された撮像素子基板１１と、その挿入部の内部に挿通されたケーブル２５を備える。電子内視鏡は、軟性内視鏡であって、挿入部が可撓性を有する。撮像素子基板１１には、ＣＣＤ等で構成される固体撮像素子が実装されており、基板１１の前面に固体撮像素子の撮像面が設けられる。撮像素子基板１１の側面には、後方に向けて突出する複数のリード１２が設けられており、リード１２の先端部は、基板１１の背面よりも後方に配置される。リード１２は、固体撮像素子に電気的に接続されており、固体撮像素子に対して、画像信号等の各種信号の入出力を行う。

ケーブル２５は、ケーブル外皮２６と、ケーブル外皮２６の内部に、束ねられて挿通配置された複数の信号線２０とを備える。各信号線２０は、芯線２１と、芯線２１の外周を被覆する信号線外皮２２とを備える。ケーブル外皮２６は、ケーブル２５の端部において取り除かれており、ケーブル外皮２６の端部から複数の信号線２０が突出する。信号線外皮２２及びケーブル外皮２６は、例えば、紫外線等の光を透過することができない非透過性材料で構成される。

ケーブル外皮２６の端部から突出する信号線２０は、その端部において信号線外皮２２が取り除かれており、芯線２１の端部が信号線外皮２２の端部から突出している。突出した芯線２１それぞれは、その先端が半田等の導電性ろう材１４によって各リード１２の先端部に接合される。

固体撮像基板１１の背面には、封止部３０が積層される。封止部３０の内部には、ケーブル外皮２６から突出する信号線２０、導電性ろう材１４、及びリード１２が埋設され、これらが封止されている。封止部３０は、以下で詳述するように、第１及び第２の光硬化性樹脂層３１、３３及び熱硬化性樹脂層３２から構成される。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図３を用いて説明する。なお、図３において樹脂は斜線で示される。本実施形態では、まず、リード１２それぞれに、半田等の導電性ろう材１４によって、信号線２０を接続した後、図３（Ａ）に示すように、背面が鉛直上向きを向くように撮像素子基板１１を配置する。このとき、各信号線２０の端部は、ケーブル外皮２６の端部から下向きに突出し、略鉛直方向に沿って配置される。その後、撮像素子基板１１の側面全周及び背面全面を被覆するように、液状を呈する硬化前の光硬化性樹脂３１’を基板１１の背面上に注入して配置する。その後、紫外線等の光照射によって、光硬化性樹脂３１’を硬化させ、撮像素子基板１１の側面全周を囲み、さらに背面上に積層される第１の光硬化性樹脂層３１を形成する。なお、本実施形態では、リード１２及び導電性ろう材１４は、その全体が第１の光硬化性樹脂層３１内部に埋設される。

光硬化性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂等の紫外線硬化型樹脂を使用する。紫外線硬化型樹脂を硬化するための紫外線としては、特に限定されるわけではないが、ＬＥＤから出射される単波長（例えば３６５ｎｍ）の紫外線を使用する。また、紫外線照射は、特に限定されるわけではないが、６０ｍＷ／ｃｍ^２以下の相対的に低い照度の紫外線を照射（第１の紫外線照射）した後、３００ｍＷ／ｃｍ^２以上の相対的に高い照度の紫外線を照射（第２の紫外線照射）して行う。このように２段階で紫外線照射を行うことにより、光硬化性樹脂層３１に生じる硬化歪を小さくすることができる。

第１及び第２の紫外線照射の間には、硬化歪を除去するために、光硬化性樹脂層３１を６０〜８０℃程度で加熱し、アニール処理（第１のアニール処理）を施したほうが良い。また、第２の紫外線照射後、さらに光硬化性樹脂層３１を６０〜８０℃程度で加熱してアニール処理（第２のアニール処理）を再度施しても良いが、第２のアニール処理は後述する熱硬化性樹脂の加熱硬化とともに行ったほうが良い。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、光硬化性樹脂層３１の上にさらに、硬化前の液状を呈する熱硬化性樹脂３２’を注入して配置する。このとき、熱硬化性樹脂３２’は、信号線外皮２２の端部が樹脂内部に配置される位置まで注入される。

その後、熱硬化性樹脂３２’を加熱して、熱硬化性樹脂３２’の粘度を低下させた後硬化し、第１の光硬化性樹脂層３１の上に熱硬化性樹脂層３２を形成する。このとき、熱硬化性樹脂３２’は粘度低下等によって、毛細管現象が生じやくなり、その一部は、図３（Ｃ）に示すように、信号線外皮２２の端部から芯線２１と信号線外皮２２の間に、ケーブル外皮２６の端部から信号線２０とケーブル外皮２６との間に浸透された後硬化される。これにより、信号線外皮２２端部において、芯線２１の外周面は信号線外皮２２の内周面に、ケーブル外皮２６端部において、信号線２０の外周面はケーブル外皮２６の内周面に、熱硬化性樹脂によって接着される。なお、熱硬化性樹脂層３２は、毛細管現象により、図３（Ｄ）に示すように、上方に向かうに従って樹脂量が少なくなる先細り形状を呈する。

熱硬化性樹脂３２’としては、２５〜１００℃で硬化する加熱中温硬化型のものが好ましく、例えばエポキシ樹脂を使用する。熱硬化性樹脂３２’として、硬化温度が１００℃より高い加熱高温硬化型を使用した場合、硬化速度が速くなり過ぎ、上記信号線２０やケーブル２５内部への樹脂浸透が十分でなくなる。また、硬化温度が２５℃未満の常温硬化タイプのものでは、硬化速度が遅くタクトタイムが長くなり、さらには高粘度のまま使用されるため上記樹脂浸透も少なくなる。

熱硬化性樹脂３２’の２５℃における粘度は、１００ｃｐｓ〜８０００ｃｐｓ程度である。粘度は、単一円筒型回転式粘度計を用いて、ＪＩＳ Ｋ７２３３の条件で測定したものである。熱硬化性樹脂３２’は、このような粘度では毛細管現象が十分に生じない場合があるが、上記加熱により粘度低下が起こり毛細管現象が生じやすくなる。

熱硬化性樹脂を硬化させるための加熱温度は、信号線２０やケーブル２５内部への樹脂浸透や、熱硬化性樹脂３２’の硬化を良好に行うことができる温度であれば特に限定されないが、少なくとも第１の光硬化性樹脂３１’が硬化されるときの雰囲気温度よりも高く、例えば６０〜８０℃である。また、熱硬化性樹脂３２’の硬化時間は光硬化性樹脂３１’の硬化時間より長く、その加熱時間は、光硬化性樹脂３１’を硬化させるための紫外線照射時間の合計時間よりも長くなる。なお、熱硬化性樹脂３２’が上記温度で加熱されることにより、第１の光硬化性樹脂層３１も加熱され、光硬化性樹脂層３１にアニール処理（第２のアニール処理）が施される。

熱硬化性樹脂層３２の上には、さらに光硬化性樹脂を注入配置し、その後、光照射により光硬化性樹脂を硬化して、第２の光硬化性樹脂層３３を形成する。熱硬化性樹脂層３２は先細り形状を呈するため、第２の光硬化熱硬化性層３３は、熱硬化性樹脂層３２の周囲を取り巻きつつ、熱硬化性樹脂層３２の上に積層され、ケーブル外皮２６から突出する信号線２０は、第２の光硬化性樹脂層３３及び熱硬化性樹脂層３２に埋設される。本実施形態では、光硬化性樹脂は、ケーブル外皮２６の端面に達する位置まで配置され、ケーブル外皮２６から突出する信号線２０は、その全体が封止部３０に埋設されることになる。

第２の光硬化性樹脂層３３を形成するための光硬化性樹脂としては、上記した光硬化性樹脂３１’と同様のものを使用し、紫外線照射やアニール処理も同様に行うことが好ましい。すなわち、第２の光硬化性樹脂層３３を形成するための光硬化性樹脂には、上記した第１の紫外線照射、第１のアニール処理、第２の紫外線照射、及び第２のアニール処理を施すことが好ましい。

硬化された第１及び第２の光硬化性樹脂層３１、３３及び熱硬化性樹脂層３２のガラス転移温度（Ｔｇ）は、６５℃以上であることが好ましく、またこれらの線膨張係数は８．０×１０^−５［１／Ｋ］未満であることが好ましい。ガラス転移温度は示差走査熱量測定機（ＤＳＣ）を用い、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して測定したものである。また、線膨張係数は、熱機械分析測定機（ＴＭＡ）を用い、ＪＩＳ Ｋ７１９７に準拠して測定したものである。固体撮像素子は、駆動時に発熱するが、ガラス転移温度を上記温度とすることにより、駆動時の発熱によって封止部３０が変形することが防止される。また、上記線膨張係数により、撮像素子発熱時の封止部３０の体積変化も抑制することができる。

本実施形態では、例えば、内視鏡先端部に、撮像素子基板１１及びケーブル２５の端部を囲むように、四角枠形の撮像ユニット枠等が配置される場合には、その枠内に上記各樹脂を注入して封止部を形成するが、撮像ユニット枠体がない場合には、上記封止部の形状に一致した形状を有する成型型等を使用しても良い。

以上のように、本実施形態では、硬化速度が速い光硬化性樹脂が撮像素子基板１１の背面上に直接積層される一方、硬化速度が遅くかつ硬化時に低粘度となる熱硬化性樹脂は、その光硬化性樹脂を介して背面上に積層される。したがって、撮像素子基板１１の前面側に樹脂が流れる前に、各樹脂を硬化させることができ、撮像面の樹脂による汚染を防止できる。また、熱硬化性樹脂層３２は、硬化により自己発熱を起こすが、使用量が少なく、かつ光硬化性樹脂層を介して基板１１の上に配置されるので、固体撮像素子に対する熱履歴を小さくすることができ、固体撮像素子の破損等を防止することができる。さらに、熱硬化性樹脂は、使用量が少なく信号線全体を封止しないので、成型性の悪化や封止部の密度低下も最小限に抑えることができる。

また、本実施形態では、芯線２１−信号線外皮２２間に、熱硬化性樹脂が浸透・硬化されるため、芯線２１は信号線外皮２２に対して相対的に変位しにくくなる。同様に、信号線２０−ケーブル外皮２６間に熱硬化性樹脂が浸透・硬化されるので、信号線２０もケーブル外皮２６に対して相対的に変位しにくくなる。そのため、本実施形態では、信号線２０とリード１２との接合部分（導電性ろう材１４）に作用される応力を小さくすることもできる。

さらに、封止部３０を、樹脂層３１、３２、３３の３層構造とすることにより、光硬化性樹脂層３１、３３の厚みを薄くすることができるため、光硬化性樹脂層３１、３３で生じる硬化歪を抑えることができる。

１０ 固体撮像装置
１１ 撮像素子基板
１２ リード
２０ 信号線
２１ 芯線
２２ 信号線外皮
２５ ケーブル
２６ ケーブル外皮
３０ 封止部
３１ 第１の光硬化性樹脂層
３２ 熱硬化性樹脂層
３３ 第２の光硬化性樹脂層

Claims (11)

1. 固体撮像素子を有し、前面に前記固体撮像素子の撮像面が設けられる撮像素子基板と、
   前記撮像素子基板の背面よりも少なくとも一部が後方に配置され、前記固体撮像素子に電気的に接続される端子と、
   前記端子に導電性ろう材を介して接続される信号線と、
   前記導電性ろう材が埋設するように、前記撮像素子基板の背面に積層される封止部とを備え、
   前記封止部は、前記撮像素子基板の背面に積層される第１の光硬化性樹脂と、前記第１の光硬化性樹脂の上にさらに積層される熱硬化性樹脂とを有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記信号線は、芯線と、前記芯線外周を被覆する信号線外皮とを備えるとともに、前記芯線の端部は前記端子に接続され、
   前記熱硬化性樹脂の一部は、前記信号線外皮の端部から、前記芯線と前記信号線外皮の間に浸透されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記端子及び導電性ろう材が、前記第１の光硬化性樹脂に埋設されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記封止部はさらに、前記熱硬化性樹脂の上に積層され、かつ前記信号線の一部をその内部に埋設する第２の光硬化性樹脂を有することを特徴とする請求項１に記載の固定撮像装置。
5. 前記固体撮像装置は、複数の前記端子及び複数の前記信号線を有するとともに、前記複数の信号線は、ケーブル外皮内部に挿通配置されており、前記複数の信号線それぞれの端部は、前記導電性ろう材を介して各端子それぞれに接続し、
   前記熱硬化性樹脂の一部が、前記ケーブル外皮の端部から、前記信号線と前記ケーブル外皮の間に浸透されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
6. 前記端子は、前記撮像素子基板から後方に向けて突出するリードであることを特徴とする請求項１に記載の固定撮像装置。
7. 前面に固体撮像素子の撮像面が設けられる撮像素子基板の背面よりも少なくとも一部が後方に配置され、前記固体撮像素子に電気的に接続される端子に、信号線を導電性ろう材によって接続する第１工程と、
   前記撮像素子基板の背面の上に、第１の光硬化性樹脂を配置し、光照射により硬化させる第２工程と、
   前記硬化された第１の光硬化性樹脂の上にさらに熱硬化性樹脂を配置し、加熱硬化させる第３工程とを備え、
   これら硬化された第１の光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂から形成される封止部内部に、前記導電性ろう材が埋設されることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
8. 前記信号線は、芯線と、前記芯線外周を被覆する信号線外皮とを備えるとともに、前記芯線の端部は、前記端子に接続されており、
   前記第３工程において、前記熱硬化性樹脂の一部を、毛細管現象により、前記信号線外皮の端部から、前記芯線と前記信号線外皮の間に浸透させた後、硬化させることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 硬化された前記熱硬化性樹脂の上にさらに第２の光硬化性樹脂を配置し、光照射により硬化させる第４工程を備え、
   前記第２の光硬化性樹脂の内部には、前記信号線の一部を埋設させることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 複数の前記端子及び複数の前記信号線が設けられるとともに、前記複数の信号線は、ケーブル外皮内部に挿通配置されており、
    前記第１工程において、前記複数の信号線それぞれの端部を、導電性ろう材によって各端子それぞれに接続し、
    前記第３工程において、前記熱硬化性樹脂の一部を、毛細管現象により、前記ケーブル外皮の端部から、前記信号線と前記ケーブル外皮の間に浸透させた後硬化させることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 前記第３工程において、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させつつ、その加熱により前記硬化された第１の光硬化性樹脂をアニール処理することを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。

Images