JP5186295B2 - 撮像モジュール及びその製造方法並びに内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像モジュール及びその製造方法並びに内視鏡装置に関する。

デジタルカメラ等に用いられるＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等の撮像素子は、特許文献１，２に記載されている様に、撮像素子の受光面上にカバーガラスを若干離間して固定している。このカバーガラスは、撮像素子受光面と平行にした方がよいため、従来は、撮像モジュール製造時に、撮像素子受光面の周囲に複数個のスペーサを配置してその上にカバーガラスを置き、平行度を出すようにしている。

特開２００３―３０３９４６号公報 特開２００２―２７０８０２号公報

デジタルカメラ等に用いられる撮像素子と内視鏡装置の挿入部先端に取り付けられる撮像素子とではその大きさが異なり、特に近年の様に細径化が図られた内視鏡装置の先端部に取り付けられる撮像素子は、半導体チップの大きさが２ｍｍ角程度の微小な大きさになっている。

この様な小さな撮像素子を搭載した撮像モジュールを製造する場合、撮像素子とカバーガラスとの間にスペーサを入れて調節しただけでは、両者間の平行度を出すことができない。つまり、カバーガラスを撮像素子側に押圧する力に偏りが生じると、平行度が違ってきてしまう。

本発明の目的は、カバーガラスと撮像素子との間の平行度を高精度に調整することが可能な撮像モジュールの製造方法及びこの製造方法で製造された撮像モジュールとこの撮像モジュールを搭載した内視鏡装置を提供することにある。

本発明の撮像モジュールは、半導体チップに有効画素領域が形成された撮像素子と、前記半導体チップ上に搭載され前記有効画素領域を囲む枠形状のスペーサと、該スペーサの上に接着されるカバーガラスと、前記半導体チップと前記スペーサとの間を接着する接着材とを備える撮像モジュールであって、前記スペーサに沿う位置の少なくとも３箇所の該スペーサ下部に、夫々圧力センサが設けられていることを特徴とする。

本発明の撮像モジュールは、前記圧力センサが前記半導体チップの表面部に形成された半導体製の圧力センサであることを特徴とする。

本発明の撮像モジュールは、前記圧力センサが前記有効画素の製造プロセスで製造されたものであることを特徴とする。

本発明の撮像モジュールの製造方法は、前記接着材の上に前記スペーサを介して載せた前記カバーガラスを前記半導体チップ側に押圧し、複数の前記圧力センサの圧力検出値が同一圧力値になったとき前記接着材を固化させることを特徴とする。尚、ここで、「同一圧力値」とは完全な同一圧力値である必要はなく、製品上、許容精度内，誤差範囲内で同一圧力値であれば良い。

本発明の撮像モジュールの製造方法は、接着材が、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂であることを特徴とする。

本発明の撮像モジュールの製造方法は、複数の前記撮像素子が形成された半導体ウェハ上に前記スペーサを介して該半導体ウェハと同程度の広さの前記カバーガラスを接着させ、その後に、個々の前記撮像モジュールを個片化することを特徴とする。

本発明の内視鏡装置は、上記のいずれかに記載の撮像モジュールを挿入部先端に内蔵したことを特徴とする。

本発明によれば、カバーガラスと撮像素子との平行度を低コストで精度良く検出し、両者間の平行度を高めた撮像モジュールを製造できるため、高品質の被写体画像を撮影できる撮像モジュールを得ることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の全体図である。この内視鏡装置１は、手元操作部２と、この手元操作部２に連設された挿入部３と、手元操作部２に可撓性チューブ４を介して連設されたコネクタ部５とを備える。

挿入部３の先端部３ａの内部には、後述する撮像モジュールが内蔵されており、この撮像モジュールの出力信号線が、挿入部３，手元操作部２，チューブ４と挿通されてコネクタ部５に接続され、このコネクタ部５を、図示省略のビデオプロセッサに連結することで、撮像モジュールによる撮影映像がモニタ表示される。

図２は、図１に示す先端部３ａの前面を示す斜視図である。内視鏡先端部３ａには、鉗子孔開口７が設けられており、図１に示す鉗子孔入口８から挿入された図示しない処置具が鉗子孔開口７から出て処置が行われる。

また、内視鏡先端部３ａには、対物レンズ９が設けられ、その両脇に、照明光を出射するライトガイド１０，１１が設けられている。鉗子孔開口７の脇に設けられた送気送水ノズル１２は、対物レンズ９が汚れたとき水等の液体を対物レンズ９に噴射して洗浄を行う。

近年の内視鏡装置１は、挿入部３の細径化が図られ、その先端部３ａの外径が５ｍｍ，６ｍｍ程度と細くなっている。先端部３ａの内部には、鉗子孔開口７の通路やライトガイド１０，１１の光ファイバ束，送気送水ノズル１２への流体通路などが挿通されているため、ここに搭載する撮像モジュールは小型化せざるを得ない。

図３は、先端部３ａ内に搭載される撮像装置の概略図である。被写体からの入射光すなわちライトガイド１０，１１からの照明光の反射光を取り込む対物光学系１５の先端部分に図２に示す対物レンズ９が設けられており、対物光学系１５の入射光出口端に光路を直角に曲げるプリズム１６が設けられ、プリズム１６の下端部に平板状の撮像モジュール１７が搭載される。

図４は、撮像モジュール１７の構成図である。撮像モジュール１７は、半導体チップ上に形成した撮像素子２１と、撮像素子２１の受光面（有効画素領域）の周囲を囲む様に載置した矩形枠形状のスペーサ２２と、スペーサ２２の上に載置したカバーガラス２３と、撮像素子２１に隣接配置された端子基板２４とを備え、撮像素子２１のチップ端部に形成された接続パッド２９（図５参照）と端子基板２４上の信号端子（図示省略）とがワイヤ２５でボンディングされる。

スペーサ２２と撮像素子２１を形成した半導体チップ表面との間や、カバーガラス２３とスペーサ２２との間は、例えば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂により接着される。

図５は、撮像モジュール１７の上面図であり、図６は、図５のVI―VI線断面である。撮像素子２１の中央部分に形成された有効画素領域２１ａには、図示省略の多数の画素が二次元アレイ状に形成されている。各画素の検出信号を読み出す手段は、ＣＭＯＳ型であればＣＭＯＳ回路となり、ＣＣＤ型であれば電荷転送路となるが、本実施形態の撮像素子２１はどちらの信号読出手段でも良い。

撮像素子２１が形成された半導体チップの有効画素領域２１ａを囲む４隅近傍位置には、半導体圧力センサ３０が設けられている。この半導体圧力センサ３０は、例えばピエゾ抵抗効果を利用した拡散型のセンサであり、撮像素子２１を形成する半導体プロセスと同一プロセスで半導体チップの表面部に形成される。

そして、有効画素領域２１ａを囲むように、矩形の枠形状のスペーサ２２が半導体チップ上に載置されるが、スペーサ２２の４隅が、半導体圧力センサ３０上に来るように載置される。更にスペーサ２２の上に、透明なカバーガラス２３が載置される。スペーサ２２の外部には、撮像素子２１の接続パッド２９の他、圧力センサ３０の接続パッド３０ａも設けられる。

本実施形態に係る撮像モジュールを製造する場合、撮像素子２１の半導体チップ上に、スペーサ２２をＵＶ硬化樹脂３１を薄く塗布してから載せ、その上に、ＵＶ硬化樹脂を薄く塗布してカバーガラス２３を載せる。このとき、スペーサ２２の４隅が、圧力センサ３０の上に来るように位置合わせする。

そして、カバーガラス２３の上からカバーガラス２３を撮像素子２１側に押し、パッド３０ａを通して得られる各圧力センサ３０の検出信号値が同一圧力値を検出した時点で、ＵＶ硬化樹脂３１に紫外線を照射することで、カバーガラス２３，スペーサ２２と撮像素子２１とを接着し一体化させる。これにより、カバーガラス２３と撮像素子の受光面２１ａとが平行となった撮像モジュールが得られる。

スペーサ２２の高さは全周に渡って高精度に均一高さに製造されており、４隅の圧力センサ３０が許容精度内，誤差範囲内の同一圧力値で押圧されていることを検知した時点で、接着用樹脂を硬化すれば、カバーガラス２３と撮像素子２１との平行度は高精度に高くなる。

本実施形態では、各圧力センサ３０を、有効画素を製造するプロセスと同一の半導体プロセスで同一基板上に製造するため、低コストで製造でき、各圧力センサ３０間の製造誤差は少なく、このため、圧力検出誤差も極めて小さい。更にカバーガラス２３と撮像素子２１の平行度を高めたいのであれば、各圧力センサ３０の圧力検出誤差を事前に測定しておき、この測定値に基づき補正した検出圧力値で、４つの圧力センサ３０の同一圧力を検出するようにすれば良い。

図７は、本発明の別実施形態に係る撮像モジュールの製造方法説明図である。図６で説明した実施形態では、１つ１つの撮像モジュール１７において、カバーガラス２３と撮像素子２１との平行度調整を行ってカバーガラス２３をスペーサ２２を介して撮像素子２１に接着した。

しかし、本実施形態では、ウェハ４０に複数の撮像素子２１を製造し、格子形状のスペーサ連結体を、ウェハ４０上に、紫外線硬化樹脂を薄く塗布してから載せ、スペーサ連結体の上にウェハ４０と同一径のカバーガラスを載せる。

ウェハ４０上に形成された複数の撮像素子２１のうち、離散的な位置の複数個の撮像素子２１を選択し、各撮像素子２１のいずれかの圧力センサ３０（図７中に例示する、点線丸で囲む圧力センサ）の検出値をウェハ４０外部で検出できるように配線を行う。この配線は、カバーガラス２３をウェハ４０に載せる前に行う。

そして、スペーサ連結体の上にカバーガラス２３を載せで押圧し、検出対象としている圧力センサ３０の検出圧力が同一圧力となった時点で、紫外線を照射し樹脂を硬化させる。

その後、ウェハ４０はカットせずに、その上のスペーサ連結体とカバーガラスだけを、少し幅のあるカッタでダイシングし、次に、このダイシングした跡に沿って、今度は薄いカッタでウェハ４０のダイシングを行う。これにより、撮像素子２１が個片化される。

尚、上述した実施形態では、紫外線硬化樹脂を例に説明したが、熱硬化樹脂を使用して接着することもできる。

また、半導体チップ表面部に圧力センサ３０を形成する例について述べたが、半導体チップ上に圧力センサを形成できない場合には、圧力センサを別途単体で製造し、この圧力センサをスペーサの４隅の下に置いて、上記同様にカバーガラス２３と撮像素子２１との平行度を検出する様にしても良い。

また、上述した実施形態では、内視鏡先端部に搭載する撮像モジュールについて説明したが、同じ製造技術を、デジタルカメラ等に搭載する撮像モジュールに適用することも可能である。

本発明に係る撮像モジュールの製造方法は、低コストで精度良くカバーガラスと撮像素子チップとの平行度を出すことができるため、内視鏡装置に搭載する撮像モジュールに適用すると有用である。

本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の構成図である。 図１に示す内視鏡先端部前面を示す斜視図である。 内視鏡先端部に内蔵される撮像光学系の構成図である。 図３に示す撮像モジュールの構成図である。 撮像モジュールの上面図である。 図５のVI―VI線断面図である。 ウェハ状態での撮像モジュールの製造方法説明図である。

符号の説明

１ 内視鏡装置
３ 挿入部
３ａ 挿入部先端（内視鏡先端）
９ 対物レンズ
１５ 対物光学系
１６ プリズム
１７ 撮像モジュール
２１ 撮像素子
２２ スペーサ
２３ カバーガラス
３０ 圧力センサ
３１ 接着用樹脂
４０ 半導体ウェハ

Claims (7)

1. 半導体チップに有効画素領域が形成された撮像素子と、前記半導体チップ上に搭載され前記有効画素領域を囲む枠形状のスペーサと、該スペーサの上に接着されるカバーガラスと、前記半導体チップと前記スペーサとの間を接着する接着材とを備える撮像モジュールであって、前記スペーサに沿う位置の少なくとも３箇所の該スペーサ下部に、夫々圧力センサが設けられていることを特徴とする撮像モジュール。
2. 請求項１に記載の撮像モジュールであって、前記圧力センサが前記半導体チップの表面部に形成された半導体製の圧力センサであることを特徴とする撮像モジュール。
3. 請求項２に記載の撮像モジュールであって、前記圧力センサが前記有効画素の製造プロセスで製造されたものであることを特徴とする撮像モジュール。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の撮像モジュールを製造する方法であって、前記接着材の上に前記スペーサを介して載せた前記カバーガラスを前記半導体チップ側に押圧し、複数の前記圧力センサの圧力検出値が同一圧力値になったとき前記接着材を固化させることを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
5. 請求項４に記載の撮像モジュールの製造方法であって、前記接着材が、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂であることを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
6. 請求項４または請求項５の撮像モジュールの製造方法は、複数の前記撮像素子が形成された半導体ウェハ上に前記スペーサを介して該半導体ウェハと同程度の広さの前記カバーガラスを接着させ、その後に、個々の前記撮像モジュールを個片化することを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
7. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の撮像モジュールを挿入部先端に内蔵したことを特徴とする内視鏡装置。

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