JP2012186301A

JP2012186301A - 配線板、配線板の製造方法、および撮像装置

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Publication number: JP2012186301A
Application number: JP2011048083A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Fujimori; 紀幸藤森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: JP5926890B2; WO2012120742A1; US20140003018A1; EP2683225A4; EP2683225A1; US9693460B2

Abstract

【課題】撮像素子チップ等の部品と配線ケーブルとの間に配設される配線板を具備する小型の撮像装置を実現できる配線板を提供する。
【解決手段】配線板１０は、複数の配線層２２と、複数の絶縁層２３とを有し、電子部品２１が内蔵された多層基板であって、複数の配線層２２および複数の絶縁層２３と交差する垂直の側面１３、１４に露出部２０Ｓを有し、表面にめっき膜が形成された状態で内蔵された、導電材料からなる電極部材２０を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば撮像素子チップ等の部品と配線ケーブルとの間に配設される配線板、前記配線板の製造方法、および前記配線板を具備する撮像装置に関する。

ウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬ−ＣＳＰ）型の小型の撮像装置が、例えば内視鏡等の小型化が要求される用途に用いられている。例えば特開２００５−１９８９６４号公報には、ＷＬ−ＣＳＰ型の撮像装置を配線板に実装した内視鏡用撮像装置が開示されている。

しかし、撮像装置をＷＬ−ＣＳＰ型とすることにより小型化しても、撮像装置を実装する配線板が撮像装置と比べて大きいために、装置の小型化は容易ではないことがあった。

特開２００５−１９８９６４号公報

本発明の実施形態は、小型の装置を実現できる配線板、配線板の製造方法、および前記配線板を具備する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の配線板は、複数の配線層と、複数の絶縁層と、前記複数の配線層および前記複数の絶縁層と交差する側面に露出部を有する状態で内蔵された、導電材料からなる電極部材と、を具備する。

また、本発明の別の実施形態の配線板の製造方法は、複数の配線層と、複数の絶縁層と、を有し、導電材料からなる電極形成部材が内蔵された配線板基板を作製する基板作製工程と、前記電極形成部材の一部が側面に露出するように配線板基板を切断する切断工程と、を具備する。

また、本発明の別の実施形態の撮像装置は、第１の主面に撮像素子を有し、第２の主面に外部接続用電極を有する撮像素子チップと、配線ケーブルと、複数の配線層と、複数の絶縁層と、前記複数の配線層および前記複数の絶縁層と交差する側面に露出部を有する状態で内蔵された導電性材料からなる複数の電極部材と、を有し、一の前記電極部材の前記露出部が前記撮像素子チップの前記外部接続用電極と接合され、他の一の前記電極部材の前記露出部が前記配線ケーブルと接続されている配線板と、を具備する。

本発明によれば、小型の装置を実現できる配線板、配線板の製造方法、および小型の撮像装置を提供することができる。

第１実施形態の撮像装置の斜視図である。第１実施形態の撮像装置の図１のＩＩ―ＩＩ線に沿った断面図である。第１実施形態の配線板の斜視図である。第１実施形態の配線板の斜視透視図である。第１実施形態の配線板の製造方法を説明するための断面図である。第２実施形態の撮像装置の断面図である。第３実施形態の配線板の斜視透視図である。第４実施形態の配線板の斜視透視図である。第５実施形態の配線板の露出部を説明するための断面図である。第６実施形態の配線板の露出部を説明するための断面図である。第７実施形態の配線板を有するセンサ装置の斜視図である。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態の撮像装置１は、配線板１０と、撮像部３０と、配線ケーブル４０と、を具備する。撮像部３０は撮像素子チップ３１と透明なカバー部３７とを有する。第１実施形態の配線板１０は第１の主面１１と第２の主面１２と４つの側面１３、１４、１５、１６とを有する略直方体である。なお、第１の主面１１、第２の主面１２は、多層配線板である配線板１０のコア基板２４Ａと平行な面であり、側面１３、１４、１５、１６は、直交する面である。

撮像装置１は、ＸＹ方向の最大寸法が、撮像部３０の寸法、ｘ３０×ｙ３０であり、小型化、特にＸＹ方向の寸法が小さい小径化を実現している。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面である。図２に示すように、撮像素子チップ３１は第１の主面３２に、ＣＭＯＳ撮像素子等の撮像素子３４が形成されている半導体からなる。撮像素子３４は、貫通配線３５および第２の主面３３の配線３６を介して第２の主面３３の外部接続用電極３９と接続されている。すなわち、撮像素子チップ３１は、いわゆるウエハレベルチップサイズパッケージ用のチップである。

配線板１０は、コア基板２４Ａの上下に複数の配線層２２と複数の絶縁層２３とが積層された多層配線板であり、既に説明したように、第１の主面１１と第２の主面１２とは配線層２２および絶縁層２３と平行な外面であり、側面１３〜１６は配線層２２および絶縁層２３と直角に交差する外面である。そして、配線板１０は、側面１３、１４に、それぞれ４個の導電性材料からなるパターン部（ランド）、すなわち外部接続用電極である露出部２０Ｓを有している。

図３および図４に示すように、配線板１０は、８個の電極部材２０を内蔵しており、側面１３、１４に、それぞれ４個の露出部２０Ｓを有している。すなわち、露出部２０Ｓは、側面１３、１４の表面に形成された導電体パターン等ではなく、配線板１０に内蔵された金属の塊であるバルクの電極部材２０の一面である。なお本実施形態では露出部２０Ｓの形状は、略正方形であるが、電極部材２０の断面形状に応じて、丸型、長方形、または、その他の接続に適した形状であってもよい。

図１に示すように、露出部２０Ｓは、第１の主面１１および第２の主面１２には露出しておらず、第１の主面１１および第２の主面１２に形成されている電極とは独立した電極である。そして、側面にのみ露出した露出部２０Ｓは配線板１０に内蔵された電極部材２０の一面である。このために、側面に成膜された電極膜のように側面から剥離することがなく、接合の信頼性が高い。また、電極部材２０は、厚い金属膜を成膜するのではなく、後述するようにチップ形状の金属である電極形成部材２０Ａから作製されるために作製が容易であり、かつ、内部応力等による不具合が発生することもない。

電極部材２０は、導電材料チップ部材であり、特に銅、金等の金属材料からなることが加工性の観点から好ましい。

なお、配線板１０の側面１３、１４の寸法、ｘ２０×ｙ２０（図３参照）は、撮像部３０の主面の寸法、ｘ３０×ｙ３０（図１参照）よりも小さい。すなわち、ｘ２０＜ｘ３０、かつ、ｙ２０＜ｙ３０である。

また、配線板１０は、電極部材２０だけでなく、チップ抵抗、またはチップコンデンサ等の電子部品（チップ部品）２１が内蔵されている、いわゆる部品内蔵基板である。配線板１０は、電子部品２１と配線層２２とにより撮像素子チップ３１への入出力信号を処理する回路を形成している。

受動部品／能動部品等の電子部品２１が内蔵されている配線板は、高機能であるが小型である。

なお、後述するように、配線板１０の第１の主面１１、第２の主面１２にも、電子部品が表面実装されていてもよい。

次に、撮像装置１および配線板１０の製造方法を説明する。配線板１０は配線板基板１０Ａを切断加工することにより作製され、配線板基板１０Ａに内蔵された電極形成部材２０Ａが切断加工されることにより、側面に露出部２０Ｓを有する電極部材２０が作製される。

＜配線板基板作製工程＞
図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は配線板１０の製造方法を説明するための、ＹＺ平面の断面図であり、３個の配線板１０を含む領域を示している。最初に、導電性材料からなる電極形成部材２０Ａが内蔵された配線板基板１０Ａが作製される。なお、以下、配線板１０の複数の配線層２２Ａ〜２２Ｃのそれぞれを配線層２２といい、複数の絶縁層２３Ａ〜２３Ｃのそれぞれを絶縁層２３という。

配線板基板１０Ａは、複数の配線板１０の構成要素を有する基板であり、Ｚ方向だけでなく、Ｘ方向にも複数の配線板１０の構成要素を有する。配線板基板１０Ａは、例えば、２０×２０のマトリックス状に４００個の配線板１０の構成要素を有し、Ｘ方向およびＺ方向に沿って切断することにより、４００個の配線板１０が作製される。

図５（Ａ）に示すように、配線板基板１０Ａの作製では、最初に、コア基板２４Ａの厚さ１５０μｍのコア（絶縁層）２３Ａの両面の厚さ２０μｍの導体膜を、エッチングによりパターニングすることにより、両面に配線層２２Ａを有するコア基板２４Ａが作製される。
なお、コア基板２４Ａの厚さは、内蔵する部品の実装高さ、コア基板２４Ａの厚さばらつき等を考慮して設定される。

次に、図５（Ｂ）に示すように、コア基板２４Ａの両面に内蔵部品、すなわち、電極形成部材２０Ａおよび電子部品２１が実装される。

電極形成部材２０Ａの主面サイズ（実装面積）は、０６０３（６ｍｍ×３ｍｍ）サイズ、または０４０２（４ｍｍ×２ｍｍ）サイズといった汎用チップ部品と同一サイズ、または、類似したサイズが好ましい。汎用チップ部品と同じ表面実装技術（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）、例えば部品自動挿入装置を用いて配線板の所定位置に配設することができるためである。

電極形成部材２０Ａの高さは形成する露出部２０Ｓの仕様に応じて決定される。なお、複数の電極形成部材２０Ａを内蔵する場合には、サイズが異なっていてもよい。

例えば、０４０２サイズ高さ２００μｍの電極形成部材２０Ａを、Ｘ方向に間隔２００μｍで実装すれば、切断面には２００μｍ角の電極（ランド）が４００μｍのピッチで形成されるため、ＢＧＡ（Ball Grid Array）の半田ボール接合に適している。

内蔵する電極形成部材２０Ａの数は、側面に形成する接続用電極（露出部２０Ｓ）の数によるが、例えば４〜１２個である。

電極形成部材２０Ａの実装では、配線層２２Ａの接続部に、半田が印刷され、その上に電極形成部材２０Ａが仮接合された後に、半田のリフロー処理が行われる。作製した配線板１０に、撮像部３０／配線ケーブル４０を半田で接合する場合には、配線板１０に内蔵する電極形成部材２０Ａおよび電子部品２１の実装には、高融点半田を用いることが好ましい。

さらに、図５（Ｃ）〜図５（Ｄ）に示すように、絶縁層２３Ｂと配線層２２Ｂとからなる第２の積層層２４Ｂが積層用接着剤を用いて積層される。第２の積層層２４Ｂは既に実装されている部品に相当する領域がくりぬかれており、積層時に部品と干渉することがない。コア基板２４Ａの配線層２２Ａと同様に配線層２２Ｂには所望の回路パターンが形成されている。

なお、配線層２２Ｂとコア基板２４Ａの配線層２２Ａとの電気的な接合は、マイクロビア等を形成して行ってもよいし、後の工程において、スルーホールを形成して３以上の配線層の電気的な接合を一括して行ってもよい。

さらに、絶縁層２３Ｃと配線層２２Ｃとからなる第２の積層層２４Ｃが積層用接着剤を用いて積層される。第２の積層層２４Ｃは第１の積層層２４Ｂと異なり通常のビルドアップ基板の積層層と同様にくりぬきのない平面板である。配線層２２Ｃは、配線層２２Ｂと同様に、マイクロビア等を介して他の配線層と電気的な接合を行ってもよいし、後の工程において、スルーホール介して一括して電気的な接合を行ってもよい。このとき、積層用接着剤を特に内蔵部品の周辺部には十分に厚く塗布して、内蔵部品周辺に空隙ができることを防止する。さらに、スルーホールを形成して各層を一括して電気的な接合を行う。すなわち、配線板基板１０Ａの作製においては公知の多層配線板作製手法を組み合わせて用いる。また、配線板基板１０Ａ、すなわち配線板１０の配線層２２と絶縁層２３との積層数等は仕様に応じて決定される。

第２の積層層２４Ｃの配線層２２Ｃをエッチングし配線パターンを形成することにより、配線板基板１０Ａが作製される。

＜切断工程＞
図５（Ｅ）に示すように、配線板基板１０Ａが切断加工により、複数の配線板１０に個片化される。このとき、配線板基板１０Ａは、電極形成部材２０Ａの一部が切断面（側面）に露出するように切断線Ｃに沿って切断加工される。電極形成部材２０Ａの内蔵位置である切断線Ｃに沿って、配線板基板１０Ａが切断されると、電極形成部材２０Ａは、２つの配線板１０のそれぞれの電極部材２０となる。言い換えれば、１個の電極形成部材２０Ａが切断加工により、２個の電極部材２０になる。

すなわち、図５（Ｆ）に示すように、電極形成部材２０Ａは、切断加工により、側面に露出部２０Ｓを有する電極部材２０となる。言い換えれば、電極部材２０は、切断加工により形成された側面に露出している。

配線板基板１０Ａに内蔵された電極形成部材２０Ａの位置を正確に特定するためには、赤外線または超音波による内部構造検出装置等を用いてもよいし、配線板基板１０Ａを作製するときに外面（第１の主面）に位置特定用パターンを形成しておいてもよい。切断には半導体ウエハの切断に用いられるダイシング装置、または、高出力のレーザ加工機等を用いる。

＜接合工程＞
配線板１０の側面１３に露出した電極部材２０に、撮像部３０の配線３６が外部接続用電極３９を介して接続される。また配線板１０の側面１４に露出した電極部材２０に、配線ケーブル４０の導線４１が接続部４２を介して接続される。

配線ケーブル４０の導体４１は、撮像素子３４への入出力信号を伝達する電気配線であり、撮像装置１と撮像装置制御部（不図示）とを接続する可撓性ケーブルである。

撮像部３０／配線ケーブル４０の接続を半田接合で行う場合には、配線板１０の内部接続半田が再溶融することがあるが、周囲に樹脂が充填されているため位置が動くことはなく、接続状態が維持される。既に説明したように配線板１０の内部接続に高融点半田を用いることにより、撮像部３０／配線ケーブル４０の接続時においても、配線板１０の内部接続状態がより安定に維持される。

以上の説明のように、配線板１０は、複数の配線層と、複数の絶縁層と、配線層および絶縁層と交差する側面に露出部を有する状態で内蔵された、導電材料からなる電極部材と、を具備するために、小型である。そして、配線板１０を具備する撮像装置１は小型である。

＜第２実施形態＞
次に、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。

図６に示すように、撮像装置１Ａは、撮像装置１の構成要素に加えて、光学系部材５０と接合保護部材５１とを有する。撮像部３０のカバー部３７の全面に配設された光学系部材５０は複数のレンズを有している。

撮像装置１において、撮像素子チップ３１と配線板１０とは、外部接続用電極３９により半田接合され、さらに図示しない光学接着剤または半導体封止剤等で補強されているが、接合面積が小さく曲げ強度が十分でない場合がある。撮像装置１Ａでは、接合保護部材５１により、撮像素子チップ３１と配線板１０との接合強度を補強している。

このため、撮像装置１Ａは撮像装置１が有する効果を有し、さらに曲げ強度を向上している。

なお、図６に示した撮像装置１Ａでは、配線板１０と配線ケーブル４０との接合部も接合保護部材５１により、補強されている例を示している。

撮像装置１Ａは小型、特に小径であることから、内視鏡の撮像装置として好ましく用いることができる。

＜第３実施形態〜第６実施形態＞
次に、第３実施形態〜第６実施形態の配線板１０Ｂ〜１０Ｅについて説明する。配線板１０Ｂ〜１０Ｅは配線板１０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。

図７に示すように、第３実施形態の配線板１０Ｂは、側面１３と、側面１３と直交する側面１５とに露出部２０Ｓを有する電極部材２０を内蔵している。配線板１０Ｂは、配線板１０と同様の効果を有する。

すなわち、配線板の電極部材２０の露出部２０Ｓが露出している側面は、対向する２つの側面に限られるものではない。さらに露出部２０Ｓが、３以上の側面に露出していてもよく、全ての側面１３、１４、１５、１６に外部との電気的接続のための電極（ランド）となる露出部２０Ｓがあってもよい。さらに、第１の主面１１および第２の主面の少なくともいずれかにも、外部との電気的接続のための導電体膜からなる電極（ランド）が形成されていてもよい。なお、露出部２０Ｓに、内部回路を形成するためのチップ部品等の電子部品が実装されていてもよい。

一方、図８に示す第４実施形態の配線板１０Ｃは、側面１３が第１の主面１１および第２の主面１２に対して直角に交差しないで、傾斜している。すなわち、電極部材２０の露出部である切断面（ＸＹ面）は、コア基板２４Ａ、すなわち配線層２２および絶縁層２３に対して傾斜して交差していてもよいし、平面ではなく湾曲面であってもよい。

さらに、配線板１０Ｃの上面、すなわちＹ軸方向から観察したときの側面も、前述したダイシング加工等による直線ではなく、フライス加工等による曲線であってもよい。

また、図９（Ｂ）に示す第５実施形態の配線板１０Ｄは、切断加工された電極部材２０の露出部２０Ｓが、さらに研磨加工されており、図１０に示す第６実施形態の配線板１０Ｅは、研磨加工された電極部材２０の露出部２０Ｓに、さらに導電性のめっき膜２５が成膜されている。

図９（Ａ）に示すように、加工方法によっては、切断面の表面粗さが大きかったり、絶縁層２３／配線層２２の変形により露出部２０Ｓが小さかったり変形したりすることがある。これに対して図９（Ｂ）に示すように、配線板１０Ｄは、露出部２０Ｓが研磨加工されているために、接合の信頼性が高い。

また、例えば銅、ニッケル、すず、半田、または金等の導電性のめっき膜２５が表面に成膜されている配線板１０Ｅは、より接合の信頼性が高い。

＜第７実施形態＞
図１１に示す第７実施形態の配線板１０Ｆは、圧力センサ３０Ｆおよび配線接続用のソケット４４とともに半導体装置である圧力センサ装置１Ｆを構成している。すなわち、配線板１０Ｆの側面１３には圧力センサ３０Ｆが実装されており、側面１４にはソケット４４が挿入されている。

圧力センサチップ３１Ｆは素子部３４Ｆを保護するカバー部３７Ｆとともに圧力センサ３０Ｆを構成している。図示しないが、例えば、素子部３４Ｆはメンブレンおよびメンブレンの変形を検出するピエゾ膜等からなる。

ソケット４４の複数の電極部４５は配線板１０Ｆの第１の主面１１および第２の主面１２の、それぞれの導体層２２と、着脱自在に嵌合することにより電気的に接続されている。そして電極部４５は配線ケーブル４０の導線４１と接続されている。

すなわち、配線板１０Ｆは、１つの側面１３にのみ電極部材２０の露出部２０Ｓを有する。

なお、配線板１０Ｆの第１の主面１１および第２の主面１２の配線層２２には、電子部品２１Ｆが表面実装されている。

配線板１０Ｆでは、配線板１０等が有する効果を有し、さらに、圧力センサ３０Ｆが配線板１０Ｆの端部に配設されているために、配線板１０Ｆに実装された他の電子部品の影響を受けにくい。このため、センサの測定精度が高い。また、配線板１０Ｆは、大型化することなく、より多くの部品を実装することができる。

以上のように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。

１、１Ａ…撮像装置、１Ｆ…圧力センサ装置、１０、１０Ａ〜１０Ｆ…配線板、１０Ａ…配線板基板、１１、１２…配線板の主面、１３〜１６…配線板の側面、２０…電極部材、２０Ａ…電極形成部材、２０Ｓ…露出部、２１…電子部品、２２…配線層、２３…絶縁層、２４Ａ…コア基板、２４Ｂ、２４Ｃ…積層層、２５…めっき膜、３０…撮像部、３１…撮像素子チップ、３１Ｆ…圧力センサチップ、３２、３３…撮像素子チップの主面、３４…撮像素子、３４Ｆ…素子部、３５…貫通配線、３６…配線、３７…カバー部、３９…外部接続用電極、４０…配線ケーブル、４１…導線、４２…接続部、４４…ソケット、５…電極部、５０…光学系部材、５１…接合保護部材

Claims

複数の配線層と、
複数の絶縁層と、
前記複数の配線層および前記複数の絶縁層と交差する側面に露出部を有する状態で内蔵された、導電材料からなる電極部材と、を具備することを特徴とする配線板。
前記電極部材が、切断加工により形成された前記側面に露出していることを特徴とする請求項１に記載の配線板。
前記電極部材の前記露出部が、研磨加工されていることを特徴とする請求項２に記載の配線板。
前記電極部材の前記露出部に、めっき膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の配線板。
電子部品が内蔵されていることを特徴とする請求項４に記載の配線板。
複数の配線層と、複数の絶縁層と、を有し、導電材料からなる電極形成部材が内蔵された配線板基板を作製する基板作製工程と、
前記電極形成部材の一部が側面に露出するように配線板基板を切断する切断工程と、を具備することを特徴とする配線板の製造方法。
前記切断工程の後に、切断面を研磨する研磨工程を具備することを特徴とする請求項６に記載の配線板の製造方法。
切断面に露出した前記電極形成部材の露出部に、めっき膜を形成するめっき工程を具備することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の配線板の製造方法。
前記基板作製工程において、前記配線板基板に電子部品が内蔵されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の配線板の製造方法。
第１の主面に撮像素子を有し、第２の主面に外部接続用電極を有する撮像素子チップと、
配線ケーブルと、
複数の配線層と、複数の絶縁層と、前記複数の配線層および前記複数の絶縁層と交差する側面に露出部を有する状態で内蔵された導電性材料からなる複数の電極部材と、を有し、一の前記電極部材の前記露出部が前記撮像素子チップの前記外部接続用電極と接合され、他の一の前記電極部材の前記露出部が前記配線ケーブルと接続されている配線板と、を具備することを撮像装置。
前記撮像素子チップと前記配線板との接合強度を補強する接合保護部材を具備することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
前記外部接続用電極が、切断加工により形成された前記側面に露出していることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の撮像装置。
前記電極部材の前記露出部が研磨加工されていることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
前記電極部材の前記露出部に、めっき膜が形成されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の撮像装置。
前記配線板に電子部品が内蔵されていることを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の撮像装置。