JP2014110847A - 撮像装置、内視鏡及び撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、製造が容易な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置１は、第１の配列で配置された複数の接合端子２３を裏面に有する撮像素子チップ２０と、それぞれが接合端子２３と接合され第１の配列で配置された複数の第１の端子３１を第１の主面に有し、それぞれが第１の端子３１と接合され、第２の配列で配置された複数の第２の端子３３を第２の主面に有する平板状の第１の配線板３０と、第１の配線板２０の第２の端子３３と接合された第３の端子４１と、第３の端子４１と接続された第４の端子４２と、を有し、第１の配線板３０の第２の主面に垂直に配設されている平板状の第２の配線板４０と、第４の端子４２と接合された導線を有する信号ケーブル５０と、を具備する。
【選択図】図３

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０００−１９９８６３号公報 特開２０１１−２１７８８７号公報

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。

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の端子と接合され、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、を具備する。

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の端子と接合され、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、を具備す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。

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。

公知の撮像装置の斜視図である。 公知の撮像装置の分解図である。 第１実施形態の撮像装置の構造を説明するための断面図である。 第１実施形態の撮像装置の構造を説明するための分解図である。 第１実施形態の撮像装置の第１の配線板の第１の主面の平面図である。 第１実施形態の撮像装置の第１の配線板の第２の主面の平面図である。 第１実施形態の撮像装置の第１の配線板と第２の配線板の接合部の分解斜視図である。 第２実施形態の撮像装置の第１の配線板と第２の配線板の接合部の分解断面図である。 第３実施形態の撮像装置の第１の配線板と第２の配線板の接合部の分解斜視図である。 第４実施形態の内視鏡の斜視図である。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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

（Ｂ） はんだ４７＞はんだ３９＞はんだバンプ２４

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。

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。

＜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。

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。

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

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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、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

Claims (5)

1. 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の端子と接合され、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、を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の配線板が、前記第１の主面の中央に前記第１の端子を有し、前記第２の主面の、前記第２の配線板が接合されている中央に前記第２の端子を有していないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２の配線板を前記第１の配線板の前記第２の主面に垂直に配設する固定部材を具備することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記固定部材が、前記撮像素子チップの前記接合端子と、前記第１の配線板の前記第１の端子と、を接合する導電性材料からなるＬ字型部材であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の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、を具備することを特徴とする内視鏡。

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