JP2019080301A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より小型化した固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像素子と、上記固体撮像素子の受光面とは反対側の面で、封止樹脂により上記固体撮像素子に固定される基板とを備え、上記固体撮像素子の受光面側から見た上記基板の外縁は、上記固体撮像素子の外縁内に収まっており、上記固体撮像素子の受光面側から見た上記封止樹脂の外縁は、上記固体撮像素子の外縁内に収まっている固体撮像装置を用いる。また、上記封止樹脂は、第１封止樹脂であり、上記第１封止樹脂とは非接触で、上記部品を封止する第２封止樹脂を有する上記固体撮像装置を用いる。【選択図】図１

Description

本開示は、電子内視鏡等に設けられる小型の固体撮像装置に関するものである。

従来から医療分野において、細長い挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内臓器等を観察したり、処置具チャンネル内に挿通された処置具を用いて各種治療処置したりできる医療用の内視鏡が提供されている。また、工業分野において、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラントなどの内部の傷や腐蝕などを観察又は検査できる工業用の内視鏡が提供されている。

このような内視鏡（電子内視鏡）には、例えば、挿入部の先端部に電荷結合素子（ＣＣＤと略記）などの固体撮像素子や電子部品を備えた固体撮像装置を内蔵したものがある。固体撮像装置は、撮像対象物からの反射光を受光して光電変換し、光電変換した信号を、信号ケーブルを介して、モニタ装置を備えた情報処理装置に伝送する。情報処理装置は、固体撮像装置から受信した信号を処理し、固体撮像装置で撮像された撮像対象物を、モニタ装置にカラー表示する。

固体撮像装置を内蔵した内視鏡は、例えば、狭く曲がりくねった管腔内等に挿入されるため、挿入部の細径化が望まれている。また、固体撮像装置は、小回りがきき、操作性の良い内視鏡を実現するため、小型化、小径化が望まれている。

特許文献１には、内視鏡の先端部に配置される固体撮像装置が開示されている。特許文献１には、封止樹脂によって形成される封止固定部をできるだけ小さくして全体の構成を小型化した固体撮像装置が開示されている。

特開２００１−１７３８９号公報

図７は、特許文献１の固体撮像装置の断面図であり、図８は、特許文献１の固体撮像装置の平面図である。特許文献１の固体撮像装置では、固体撮像素子２の受光面上に透明部材３が接着され、受光面に形成された突起電極２ｂに、ＦＰＣ４Ａ（フレキシブル回路基板）のリード１２が接続されている。また、特許文献１の固体撮像装置では、透明部材３の周辺部と、固体撮像素子２及びＦＰＣ４Ａのリード１２の接続部分とが、第２封止樹脂２５で封止されている。

このため、特許文献１では、第２封止樹脂２５によって形成された封止固定部６の範囲が広範になることによって、固体撮像装置の小型化が阻まれていた。

例えば、固体撮像装置を固体撮像素子２の受光面側から見ると、封止固定部６が固体撮像素子２の外縁からはみ出ており、固体撮像装置の受光面側から見た大きさは、封止固定部６の大きさで決まってしまう。

本開示は、より小型化された固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、固体撮像素子と、上記固体撮像素子の受光面とは反対側の面で、封止樹脂により上記固体撮像素子に固定される基板とを備え、上記固体撮像素子の受光面側から見た上記基板の外縁は、上記固体撮像素子の外縁内に収まっており、上記固体撮像素子の受光面側から見た上記封止樹脂の外縁は、上記固体撮像素子の外縁内に収まっている固体撮像装置を用いる。

本開示によれば、より小型化した固体撮像装置を提供することができる。

実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す断面図 実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す平面図 （ａ）〜（ｆ）実施の形態１における固体撮像装置の形成工程を示す断面図 （ａ）〜（ｆ）第２の実施の形態における固体撮像装置の形成工程を示す断面図 第３の実施の形態における固体撮像装置の構成を示す断面図 第４の実施の形態における固体撮像装置の構成を示す断面図 従来の固体撮像装置の構成を示す断面図 従来の固体撮像装置の構成を示す平面図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１、図面を参照して説明する。

図１は、本開示の実施の形態１における固体撮像装置の断面図であり、図２は、本開示の実施の形態１における固体撮像装置の平面図である。

＜構造＞
図１に示すように、本発明の実施の形態１における固体撮像装置は、直方体形状の固体撮像素子２３を有している。固体撮像素子２３は、受光面２３ａと、面２３ｂと、を有している。

固体撮像素子２３の受光面２３ａには、直方体形状の透明部材２１（カバーガラス）が配置されている。透明部材２１は、接着剤２２によって、固体撮像素子２３に固定されている。固体撮像素子２３の面２３ｂには、接続端子９が複数形成されている。

固体撮像素子２３の面２３ｂには、凸形状のメイン基板２８が配置されている。固体撮像素子２３は、第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５によって、メイン基板２８に固定されている。

メイン基板２８の突起部上面には、接続端子１１が複数形成されている。メイン基板２８の接続端子１１と、固体撮像素子２３の面２３ｂに形成された接続端子９との間には、突起電極１０が設けられている。突起電極１０は、メイン基板２８と固体撮像素子２３とを電気的に接続している。

メイン基板２８のベース部上面には、接続端子１４が複数形成されている。チップ部品２６（固体撮像素子２３の面２３ｂとメイン基板２８のベース部との間の空間２７）には、接続端子３２を有したチップ部品２６が複数配置されている。

メイン基板２８の接続端子１４と、チップ部品２６の接続端子３２との間には、突起電極１３が設けられている。突起電極１３は、メイン基板２８とチップ部品２６とを電気的に接続している。第２封止樹脂２５は、チップ部品２６を充填している。メイン基板２８のベース部側面には、ケーブル接続端子１５が形成されている。

平面視における透明部材２１及び接着剤２２の面積は、平面視における固体撮像素子２３の面積より小さい（図２を参照）。平面視において、透明部材２１及び接着剤２２の外縁は、固体撮像素子２３の外縁内に収まるように配置されている（図２を参照）。

また、平面視における第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５及びメイン基板２８の面積は、平面視における固体撮像素子２３の面積より小さい。平面視において、第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５の外縁及びメイン基板２８の外縁は、固体撮像素子２３の外縁内に収まるように配置されている。

これにより、固体撮像装置の幅寸法（平面視における大きさ、図２の縦横方向の寸法）が最大となる要素は、固体撮像素子２３となる。固体撮像装置は、極限まで（固体撮像素子２３の大きさまで）小型化されることができる。

なお、平面視における透明部材２１及び接着剤２２の面積は、平面視における固体撮像素子２３の面積と同じであってもよい。そして、透明部材２１及び接着剤２２は、平面視における形状が、固体撮像素子２３の平面視における形状と同じであってもよい。

また、平面視における第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５及びメイン基板２８の面積は、平面視における固体撮像素子２３の面積と同じであってもよい。そして、第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５及びメイン基板２８は、平面視における形状が、固体撮像素子２３の平面視における形状と同じであってもよい。

＜製法＞
固体撮像装置は、図３に示す工程により作成することができる。

まず図３の矢印Ａに示すように、固体撮像素子２３の面２３ｂに接続端子９を形成する。また、固体撮像素子２３の受光面２３ａに透明部材２１を配置し、接着剤２２で固定する。

一方で図３の矢印Ｂに示すように、メイン基板２８に接続端子１１と接続端子１４とを形成し、接続端子１１上に突起電極１０を形成する。また、チップ部品２６に接続端子３２を形成し、接続端子３２上に突起電極１３を形成する。また、チップ部品２６をチップ部品２６に配置し、突起電極１３をメイン基板２８上の接続端子１４に接続する。これにより、チップ部品２６とメイン基板２８は、電気的に接続される。

次に図３の矢印Ｃに示すように、第２封止樹脂２５でチップ部品２６を充填する。次に図３の矢印Ｄに示すように、メイン基板２８をダイシングで個片化する。次に図３の矢印Ｅに示すように、メイン基板２８の突起電極１０が形成された面に、第１封止樹脂２４を塗布する。

次に図３の矢印Ｆに示すように、メイン基板２８の突起電極１０が形成された面と、固体撮像素子２３の接続端子９が形成された面とを向かい合わせで配置する。そして、突起電極１０を接続端子９に接続し、メイン基板２８と固体撮像素子２３とを第１封止樹脂２４で固定する。これにより、固体撮像素子２３とメイン基板２８は、電気的に接続される。以上の工程により、固体撮像装置が完成する。

＜動作＞
固体撮像素子２３は、撮像対象物で反射された光を、透明部材２１を通して受光面２３ａで受光し、受光した光を電気信号に変換する。

電気信号は、固体撮像素子２３と電気的に接続されているメイン基板２８に伝わる。電気信号は、メイン基板２８と電気的に接続されているチップ部品２６に伝わる。チップ部品２６は、伝えられた電気信号に対して所定の信号処理を行い、メイン基板２８に伝える。チップ部品２６を経由し、メイン基板２８に伝えられた電気信号は、ケーブル接続端子１５から外部機器（例えば、モニタ装置を備えた情報処理装置）に伝えられる。

＜各要素＞
それぞれの部材のサイズの一例を下記に示す。

メイン基板２８：１ｍｍ×１ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ
チップ部品２６：０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ以下
透明部材２１：１ｍｍ×１ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ
固体撮像素子２３：１ｍｍ×１ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ
なお、透明部材２１の平面視における面積及びメイン基板２８の平面視における面積は、図１及び図２で示したように、固体撮像素子２３の平面視における面積より小さくてもよい。

＜チップ部品２６＞
チップ部品２６は、例えば、コンデンサであるが、抵抗器であっても良い。また、チップ部品２６は、電気信号の授受を行うための接続端子３２を備えている。平面視において、チップ部品２６は、固体撮像素子２３の外縁内に収まるように配置されている。

＜透明部材２１＞
透明部材２１は、透明な直方体形状の光学部材である。固体撮像装置の幅寸法（固体撮像装置を平面視したときの縦と横の寸法）を、固体撮像素子２３の幅寸法にして小型化するため、透明部材２１の幅寸法は、固体撮像素子２３の幅寸法以下とする。

＜固体撮像素子２３＞
固体撮像素子２３は、光を検出して電気信号に変換するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどである。固体撮像素子２３には、信号処理を行う回路が組み込まれていても良い。または、固体撮像素子２３は、信号処理を行う機能を持つ素子と積層されていても良い。固体撮像素子２３は、電気信号の授受を行うための接続端子９を備えている。

＜接続端子９，１１，３２，１４＞
接続端子９，１１，３２，１４は、例えばアルミニウムなどによって形成される。接続端子９，１１，３２，１４には、銅のようにアルミニウムよりも導電率が高い金属を用いても良い。接続端子９，１１，３２，１４に銅を用いた場合、銅にニッケル／金めっき処理を施して、酸化しにくい状態にしても良い。

＜ケーブル接続端子１５＞
ケーブル接続端子１５は、例えばアルミニウムなどによって形成される。ケーブル接続端子１５には、銅のようにアルミニウムよりも導電率が高い金属を用いても良い。ケーブル接続端子１５に銅を用いた場合、銅にニッケル／金めっき処理を施して酸化しにくい状態にしても良い。

＜突起電極１０，１３＞
突起電極１０，１３は、例えば半田などによって形成される。突起電極１０，１３には、銅や金のような金属を用いても良い。

＜メイン基板２８＞
メイン基板２８は、例えばセラミック基板などによって形成される。メイン基板２８には、ビルドアップ基板、アラミドエポキシ基板、ガラスエポキシ基板などを用いてもよい。メイン基板２８は、平面視において、左右にチップ部品２６が実装されるための空間２７（チップ部品２６）が形成されている。

＜チップ部品２６＞
チップ部品２６のサイズは、例えば０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×厚さ０．３ｍｍである。チップ部品２６がチップ部品２６内に収まることにより、固体撮像装置の幅寸法を、固体撮像素子２３の幅寸法と同じに保つことができる。

チップ部品２６は、メイン基板２８の突起部を境に２個、左右対称に形成されている。これにより、固体撮像素子２３の放熱性が左右対称となり、電気的特性等の面内バラつきを押さえることができる。

また、メイン基板２８の面８ｂ（図１参照）にも、チップ部品２６を形成し、４個点対称にしても良い。

＜接着剤２２＞
接着剤２２は、紫外線硬化型等の透明な接着剤である。接着剤２２の幅寸法は、透明部材２１の幅寸法以下である。

＜第１封止樹脂２４＞
第１封止樹脂２４は、エポキシ系の接着剤である。第１封止樹脂２４の幅寸法は、固体撮像素子２３の幅寸法以下である。第１封止樹脂２４は、固体撮像素子２３とメイン基板２８とを接続する突起電極１０を覆っている。

＜第２封止樹脂２５＞
第２封止樹脂２５の幅寸法は、固体撮像素子２３の幅寸法以下である。第２封止樹脂２５は、第１封止樹脂２４と比較して、弾性率が低く、放熱性の高い樹脂である。第２封止樹脂２５の第１封止樹脂２４と接している面は、図１のテーパー部５ａのように、外側から内側に向かってテーパーが形成される。例えば、第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５との境界面は、固体撮像装置の内部から外部へ、第１封止樹脂２４の厚みが薄くなる方向へ傾斜している。このように、テーパー部５ａを設けることで、製造時、第１封止樹脂２４が漏れることを防ぐことが可能となる。

＜効果＞
上記の構造のように、固体撮像装置を構成する透明部材２１、固体撮像素子２３、メイン基板２８、チップ部品２６を積層して接続することにより、固体撮像装置の幅寸法は、固体撮像素子２３の幅寸法にすることができ、小型化できる。また、固体撮像装置の幅寸法を小さくできるので、例えば、内視鏡の挿入部の細径化を図ることができる。

また、固体撮像装置を固定する封止樹脂に、密着性の高い第１封止樹脂２４、放熱性の高い第２封止樹脂２５の２種類を使用し、かつ左右対称の構造とすることで、信頼性の高い固体撮像装置を提供することができる。
（第２の実施の形態）：第１封止樹脂２４と５が分離
次に、図４（ａ）〜図４（ｄ）を用いて第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、実施の形態１と異なり、第２封止樹脂２５の封止後の形状が異なる。説明しない事項は、実施の形態１と同様である。
＜プロセス＞
まず図４（ａ）に示すように、固体撮像素子２３の受光面２３ａ側に接着剤２２を塗布した後、透明部材２１を配置して、前記受光面２３ａ全面に接着剤を濡れ広がらせてから紫外線もしくは熱などにより固定する。

また一方で、図４（ｂ）に示すように、メイン基板２８には接続端子１１と接続端子１４とを有しており、接続端子１１上には加熱、加圧、超音波などにより突起電極１０を形成する。また、チップ部品２６は接続端子３２を有し、前記接続端子３２上には突起電極１３が形成されている。
チップ部品２６をチップ部品２６に配置し、突起電極１３をメイン基板２８上の接続端子１４にリフローなどの熱処理により接続する。これにより、チップ部品２６とメイン基板２８は、電気的に接続される。

次に図４（ｃ）に示すように、チップ部品２６が搭載されたメイン基板２８上のチップ部品２６を第２封止樹脂２５で充填する。その後、図４（ｄ）に示すように、切断ブレードなどを用いてメイン基板２８をダイシングで切断し個片化する。

図４（ｃ）および、図４（ｄ）に示す樹脂封止工程では、ポッティングなどによりメイン基板２８上に実装されたチップ部品２６の周辺に封止樹脂を充填していく。

その際に第２封止樹脂２５は隣り合わせたチップ部品２６の側面部まではみ出さないように充填させることで、個片化ダイシング時は第２封止樹脂２５を切断せずにメイン基板２８のみを切断すれば個片化することが可能となり、切断後の基板サイズおよび切断部の品質向上および安定化が実現できる。

また、第２封止樹脂２５はチップ部品２６上面に被らない位置までの充填とすることにより、図４（ｅ）に示すように第１封止樹脂２４を塗布した後に、図４（ｆ）に示すように固体撮像素子２３を実装した際に、第１封止樹脂２４の濡れ広がりをチップ部品２６の端部で止めることが可能となる。

＜構造＞
実施の形態２の構造では、第１封止樹脂２４と第２封止樹脂２５とが分離している。このことにより、チップ部品２６の外側およびメイン基板２８の外側へ第１封止樹脂２４が流れ出すことを防止することで、固体撮像装置の小型化構造を実現している。
（実施の形態３）第１封止樹脂２４が太鼓形状
次に図５を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３は、実施の形態２に対して、第１封止樹脂２４の形状が異なる。説明しない事項は、実施の形態１、２と同様である。

第１封止樹脂２４の形状は、第１封止樹脂２４と固体撮像素子２３との濡れ性によって異なってくる。第１封止樹脂２４の形状は、実施の形態２の図４（ｆ）に示されるようなフィレット形状だけでなく、図５に示されるような太鼓形状であってもよい。

メイン基板２８および固体撮像素子２３の表面に対する第１封止樹脂２４との濡れ性を低下させる。また、第１封止樹脂２４の粘性を上げる。これらのことにより、メイン基板２８へ固体撮像素子２３を実装する際に、第１封止樹脂２４の中央部が押し出され太鼓形状を形成する。これにより、後工程における熱処理や信頼性試験においてかかる応力をより吸収する事ができる。
（実施の形態４）：第３封止樹脂１６
次に、図６を用いて、実施の形態４について説明する。実施の形態４は、実施の形態２および３における、第１封止樹脂２４の流れ出し防止機能の向上および、チップ部品２６と固体撮像素子２３との第２の接続を付加したものである。説明しない事項は、実施の形態１〜３と同様である。

第１封止樹脂２４の流れ出し防止機能を、さらに向上させるとともに、メイン基板２８と固体撮像素子２３との接続信頼性向上を図る手法として、第１封止樹脂２４とは別の第３封止樹脂１６をチップ部品２６上に形成した構造である。

第３封止樹脂１６は第１封止樹脂２４とは異なった材料であり、第１封止樹脂２４と比較して、弾性率が低く、放熱性の高い樹脂である。

第３封止樹脂１６は、メイン基板２８が個片化された後にチップ部品２６上にポッティングなどにより塗布され、１００℃〜１５０℃程度の温度で加熱し仮硬化させる。その後、第１封止樹脂２４を塗布し固体撮像素子２３を実装すると第１封止樹脂２４が濡れ広がっていくが、濡れ広がった部分が第３封止樹脂１６に接触し止まることで、メイン基板２８の外側へこぼれることを防止する。

その後、１７０℃〜２００℃程度で加熱することで第１封止樹脂２４および第３封止樹脂１６を硬化させる。

これにより、第１封止樹脂２４の流れ出しを第３封止樹脂１６により確実に止めることが可能となる。

さらに、実施の形態２，３では、固体撮像素子２３はメイン基板２８の中央突起部に形成された金属バンプおよび第１封止樹脂２４により接続されているだけであったが、本実施の形態４では、より高品質な接続を確保するために、チップ部品２６上の空間部分を第３封止樹脂１６で埋め、メイン基板２８と固体撮像素子２３を接続した。

第３封止樹脂１６は熱硬化型樹脂だけでなく、短時間硬化が可能な紫外線硬化型樹脂もしくは、熱と紫外線併用硬化型の樹脂を使用してもよい。

本開示の固体撮像装置は、小型の固体撮像装置として広く利用される。例えば、内視鏡固体撮像装置として利用される。

２ 固体撮像素子
２ｂ 突起電極
３ 透明部材
５ａ テーパー部
６ 封止固定部
８ｂ 面
９ 接続端子
１０ 突起電極
１１ 接続端子
１２ リード
１３ 突起電極
１４ 接続端子
１５ ケーブル接続端子
１６ 第３封止樹脂
２１ 透明部材
２２ 接着剤
２３ 固体撮像素子
２３ａ 受光面
２３ｂ 面
２４ 第１封止樹脂
２５ 第２封止樹脂
２６ チップ部品
２８ メイン基板
３２ 接続端子

Claims (12)

1. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の受光面とは反対側の面で、封止樹脂により前記固体撮像素子に固定される基板とを備え、
   前記固体撮像素子の受光面側から見た前記基板の外縁は、前記固体撮像素子の外縁内に収まっており、
   前記固体撮像素子の受光面側から見た前記封止樹脂の外縁は、前記固体撮像素子の外縁内に収まっている固体撮像装置。
2. 前記基板には、前記固体撮像素子の受光面側から見て、左右に部品が実装されるための空間が形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記固体撮像素子の受光面に接着材で固定される透明部材をさらに備え、
   前記固体撮像素子の受光面側から見た前記透明部材の外縁は、前記固体撮像素子の外縁内に収まっており、
   前記固体撮像素子の受光面側から見た前記接着材の外縁は、前記固体撮像素子の外縁内に収まっている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記封止樹脂は、第１封止樹脂と第２封止樹脂との積層体であり、
   前記固体撮像素子側の第１封止樹脂と前記基板の側の第２封止樹脂とを有し、
   前記第１封止樹脂と前記第２封止樹脂との境界面は、前記固体撮像装置の内部から外部へ、前記第１封止樹脂の厚みが薄くなり、傾斜している請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記第１封止樹脂は、前記固体撮像素子と前記基板とを接続する接続電極を覆っている請求項４記載の固体撮像装置。
6. 前記第２封止樹脂は、前記部品を封止している請求項４または５記載の固体撮像装置。
7. 前記第２封止樹脂は、前記第１封止樹脂より放熱性が高い、請求項４〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記第２封止樹脂は、前記第１封止樹脂より柔軟である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 前記封止樹脂は、第１封止樹脂であり、
   前記第１封止樹脂とは非接触で、前記部品を封止する第２封止樹脂を有する請求項２または３に記載の固体撮像装置。
10. 前記第１封止樹脂は、前記固体撮像素子と前記基板とを接続する接続電極を覆い、
    前記第２封止樹脂は、前記部品のみを封止する請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 前記第１封止樹脂は、太鼓形状である請求項９または１０に記載の固体撮像装置。
12. 前記部品と前記固体撮像素子とを接続する第３封止樹脂がある請求項９〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
    

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