JP6091296B2 - 撮像装置、撮像装置の製造方法及び撮像モジュール - Google Patents

撮像装置、撮像装置の製造方法及び撮像モジュール Download PDF

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Description

本発明は、撮像素子が形成された撮像チップが実装された配線板を具備する撮像装置、前記撮像装置の製造方法、及び前記撮像装置を具備する撮像モジュールに関し、特にチップサイズパッケージ型の撮像チップを具備する撮像装置、前記撮像装置の製造方法、及び前記撮像装置を具備する撮像モジュールに関する。
撮像チップを具備する撮像装置は、例えば電子内視鏡の先端部に配設されて使用される。電子内視鏡の先端部は患者の苦痛を和らげるために、細径化が重要な課題である。
図1に示すように、特開2011−217887号公報には、撮像チップ110の投影面110S内に配線板130が配置されている撮像装置101が開示されている。撮像装置101では、撮像チップ110の外部接続端子113と、配線板130の金バンプ131とが接合されている。そして配線板130の屈曲部133が折り曲げられている。
撮像装置101は、撮像チップ110と配線板130とは、外部接続端子113と金バンプ131との接合部だけで接合されている。このため、信頼性及び接合強度が十分に担保されているとはいえないおそれがあった。
これに対して、図2に示すように、特開2012−64883号公報には、撮像チップ210の外部接続端子213と配線板230の接続パッド231との接合部を、封止層220で封止した撮像装置201が開示されている。封止層220は、異方性導電膜からなり、外部接続端子213と接続パッド231とを電気的に接続すると共に、接合部の封止機能及び補強機能を有する。
しかし、撮像装置201では、封止層220を接合部に合わせて所定形状にパターニングする必要があった。
図3に示す撮像装置301では、撮像チップ310と配線板330とを接合した後に、接合部の隙間に、液体樹脂を注入後に硬化処理することで、封止層320を配設している。撮像装置301は製造が簡単である。
しかし、液体樹脂は流動性があるため、確実に接合部を封止しようとすると、撮像チップ310と配線板330との間の隙間は全て封止層320により充填される。言い換えれば、撮像チップ310の平面視寸法と封止層320平面視寸法とは同じ大きさである。配線板330は、撮像チップ310の外周部にも固定されているため、折り曲げても、撮像チップ310の投影面310S内に配置することはできなかった。
特開2011−217887号公報 特開2012−64883号公報
本発明は、製造が容易で狭い空間内に配設可能な撮像装置、前記撮像装置の製造方法法、及び前記撮像装置を具備する撮像モジュール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、第1の主面に撮像素子を有し、第2の主面に前記撮像素子と貫通配線を介して接続された第1の接合端子を有する撮像チップと、前記撮像チップの前記第1の接合端子と接合された第2の接合端子を有するチップ接合部と、前記チップ接合部から延設された屈曲部と、前記屈曲部から延設された、前記第2の接合端子と接続されたケーブル接続端子を端部に有する延設部とからなる配線板と、前記第1の接合端子と前記第2の接合端子との端子接合部を封止する封止樹脂からなる封止層と、を具備し、前記撮像チップに前記封止層を介して固定されていた前記屈曲部が、前記封止層から分離することにより前記配線板が前記撮像チップの投影面内に配置されている。
別の実施形態の撮像装置の製造方法は、第1の主面に撮像素子を有し、第2の主面に前記撮像素子と貫通配線を介して接続された第1の接合端子を有する撮像チップが作製される工程と、前記撮像チップの前記第1の接合端子と接合される第2の接合端子を有するチップ接合部と、前記チップ接合部から延設された屈曲部と、前記屈曲部から延設された、前記第2の接合端子と接続されたケーブル接続端子を端部に有する延設部とからなる配線板が作製される工程と、前記配線板の前記第1の接合端子と前記撮像チップの前記第2の接合端子とが接合される接合工程と、前記撮像チップの前記第2の主面と平板状態の前記配線板との隙間に液体樹脂が注入された後に、硬化処理されて前記第1の接合端子と前記第2の接合端子との端子接合部を封止する封止層が配設される工程と、前記配線板が前記屈曲部で折り曲げられることにより、前記撮像チップに固定されていた前記屈曲部が、前記封止層から分離し、前記配線板が前記撮像チップの投影面内に配設される工程と、を具備する。
本発明によれば、狭い空間内に配設可能な撮像装置、前記撮像装置の製造方法法、及び前記撮像装置を具備する撮像モジュールを提供できる。
従来の撮像装置の側面図である。 従来の撮像装置の分解図である。 従来の撮像装置の側面図である。 第1実施形態の撮像装置の断面図である。 第1実施形態の撮像装置の上面図である。 第1実施形態の撮像装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 第1実施形態の撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 第1実施形態の変形例1の撮像装置の部分断面図である。 第1実施形態の変形例2の撮像装置の部分断面図である。 第1実施形態の変形例3の撮像装置の断面図である。 第2実施形態の撮像モジュールの断面図である。
<第1実施形態>
図4及び図5に示すように、本実施形態の撮像装置1は、撮像チップ10と、封止層20と、配線板30と、信号ケーブル50と、を具備する。
撮像装置1は、配線板30の屈曲部33に剥離層40が配設されている。すなわち、後述するように、配線板30と撮像チップ10との隙間は封止層20で外周部まで充填されるが、配線板30が折り曲げられると、剥離層40と封止層20の界面が剥離するため、配線板30は撮像チップ10の投影面10S内に配設される。
なお、投影面10Sとは撮像チップ10の第1の主面10SA及び第2の主面10SBの垂直投影面である。
以下、撮像装置1の構成要素について説明する。
撮像チップ10は、第1の主面10SAに、COMSイメージセンサ等の撮像素子11を有し、第2の主面10SBに複数の第1の接合端子13を有する。
撮像チップ10は、シリコン基板を用いてウエハレベルチップサイズパッケージ法で作製されている。撮像素子11は、TSV(Through-Silicon Via)等による貫通配線12を介して第2の主面10SBの第1の接合端子13と接続されている。
配線板30は、チップ接合部32と、チップ接合部32の対向する両端部からそれぞれ延設された2つの屈曲部33と、それぞれの屈曲部33から延設された延設部34とからなる。
チップ接合部32には、撮像チップ10の複数の第1の接合端子と、それぞれが接合された複数の第2の接合端子31が配設されている。延設部34には、信号ケーブル50と接続されたケーブル接続端子35が端部に配設されている。第2の接合端子31とケーブル接続端子35とは屈曲部33を介した配線層36により接続されている。凸形状の第2の接合端子31は、金バンプ、銅バンプ又は半田バンプ等である。なお、配線板30の第2の接合端子31が平板状の電極パッドで、撮像チップ10の第1の接合端子13が凸形状のバンプであってもよい。
ここで、便宜上、配線板30を、チップ接合部32、屈曲部33、延設部34、と区分して表現しているが、配線板30は1枚のフレキシブル配線板であり、前記区分の境界は明確に定義されるものではない。なお配線板は少なくとも屈曲部33が可撓性を有していればよく、チップ接合部32及び延設部34を硬質基板で構成したリジッドフレキシブル配線板でもよい。リジッドフレキシブル配線板では、前記区分の境界は比較的、明確である。
図5に示すように、配線板30の幅W30は撮像チップ10の幅W10よりも小さいが、配線板30の長さは撮像チップ10の長さ(高さ)よりも長い。しかし、配線板30は、屈曲部33で内側に屈曲しているため、撮像チップ10の投影面10Sの内側に配置されている。
封止層20は、撮像チップ10と配線板30との接合部を封止すると共に、接合強度を高めている。封止層20は、液体樹脂20A(図7(B)参照)が硬化処理された封止樹脂からなる。後述するように、撮像チップ10の第1の接合端子13と配線板30の第2の接合端子31とが接合されると、第1の接合端子13の厚さと第2の接合端子31の厚さとにより、撮像チップ10と配線板30との間には隙間が形成される。液体樹脂20Aは、この隙間に注入され硬化処理され封止樹脂となる。
狭い隙間を確実に封止するためには流動性の高い液体樹脂20Aを使用する必要がある。すると、液体樹脂20Aは、第1の接合端子13と第2の接合端子31との接合箇所だけでなく、撮像チップ10の第2の主面10SBと配線板30との対向領域全面に広がってしまう。このため、液体樹脂20Aの硬化により形成される封止層20は、配線板30のチップ接合部32だけでなく屈曲部33までも撮像チップ10に固定してしまう。
配線板30の延設部34のケーブル接続端子35と接続されたケーブル50は、撮像チップ10と図示しない制御部及び信号処理部等との間の信号等を伝達する。なお、配線板30の延設部34等に電子部品が実装されていてもよい。
そして、剥離層40が配線板30の屈曲部33に配設されている。厳密には、剥離層40が配設された領域が配線板30の屈曲部33となっている。
剥離層40は、例えば、シリコーン樹脂、又はフッ素樹脂等からなる。
剥離層40は、封止層20との剥離強度が配線板30との剥離強度よりも小さい。剥離層40の封止層20との剥離強度は、10.0N/cm以下であり、好ましくは5.0N/cm以下である。なお剥離強度とは、JIS Z0237に規定されている「粘着テープ、粘着シート試験方法」に準じて測定した垂直剥離強度である。
剥離層40の封止層20との剥離強度が前記範囲以下であれば、配線板30が外力により折り曲げられるときに、剥離層40と封止層20の界面が剥離するため、配線板30が撮像チップ10の投影面10S内に配設される。剥離強度の下限値は特に限定されるものではないが、例えば1.0N/cm以上である。
すなわち、撮像装置1は、封止層をパターニングする必要がないため、製造が簡単である。さらに、撮像チップ10に封止層20を介して固定されていた屈曲部33が、封止層20から分離することにより配線板30が撮像チップ10の投影面10S内に配置されているため、狭い空間内に配設可能である。
なお、配線板30を折り曲げるときには、所定角度で交差する2面のある治具を用いることが好ましい。また後述するように、配線板30の折り曲げ状態を維持すると共に放熱のために、配線板30の第2の主面30SBを所定形状のブロックに接着してもよい。
撮像装置1の断面積は撮像チップ10の投影面10Sと同じであるために、撮像装置1は、細径で狭い空間内に配設可能である。そして、撮像装置1が先端部に配設された内視鏡は、先端部の細径化が容易である。
次に、図6のフローチャートに沿って撮像装置1の製造方法について説明する。
<ステップS11>撮像チップ作製
図7(A)に示すように、撮像チップ10はウエハレベルチップサイズパッケージ型である。最初に、シリコン等の半導体ウエハの第1の主面10SAに、COMSイメージセンサ等の複数の撮像素子11が公知の半導体製造技術により形成される。第2の主面10SB側から貫通孔が、ウエットエッチング又はドライエッチングにより形成された後に、貫通孔の内面を導電化することにより、撮像素子11と接続された貫通配線12が作製される。そして、第2の主面10SBに貫通配線12と接続された第1の接合端子13が形成される。
貫通配線12は、第1の主面10SAの撮像素子11の外周部に形成されるが、第2の主面10SBの第1の接合端子13は、より内周側に配設することが好ましい。すなわち、第1の接合端子13の配設位置が撮像チップ10の外周に近い場合には、配線板30を撮像チップ10の投影面10Sの内部に配設することが困難となる場合がある。このため、撮像チップ10では、貫通配線12の形成部よりも内周側に第1の接合端子13を配設するために、配線層(不図示)を用いている。なお、貫通配線12と撮像素子11との間も配線層(不図示)により接続されている。
半導体ウエハをワイヤーソー、ブレードダイシング装置、又はレーザーダイシング装置等を用い、切断し個片化することにより多数の撮像チップ10が一括して作製される。
なお、半導体ウエハの第1の主面10SAに、ガラスウエハを接着後に貫通孔等を形成することにより、第1の主面10SAがカバーガラスで覆われた撮像装置を作製してもよい。
<ステップS12>配線板作製
例えば、ポリイミド等の可撓性樹脂を基材とするフレキシブル配線板である配線板30が公知の配線板作製技術により作製される。配線板30の第1の主面30SAの、チップ接合部32には複数の接合端子31が形成されており、延設部34には複数のケーブル接続端子35が形成されている。配線板30は片面配線板でもよいが、両面配線板、又は多層配線板であることが好ましい。また、後述するように、配線板30にチップコンデンサ等の電子部品を予め実装しておいてもよい。
なお、撮像チップ作製工程(S11)と配線板作製工程(S12)の順序が逆でもよいことは言うまでも無い。
<ステップS13>剥離層配設
配線板30の第1の主面30SAの屈曲部33に剥離層40が配設される。例えば、シリコーン樹脂からなる剥離層40が配線板30にパターン塗布され、硬化処理される。
なお、図7(A)に示すように剥離層40が配設されるときには配線板30は平板状態である。すなわち、接合されたときに、撮像チップ10の外周部と対向する領域が屈曲部33である。
剥離層40が配設される領域は、配線板30の可撓性及び屈曲角度θvをもとに適宜、決定される。なお、撮像チップ10と配線板30との隙間から封止層20(液体樹脂20A)がはみ出すことがあるため、図7(B)に示すように、剥離層40は延設部34の一部にまで配設されていることが好ましい。
<ステップS14>接合
図7(A)、図7(B)に示すように、平板状態の配線板30の第1の主面30SAの接合端子31と、撮像チップ10の接合端子13とが電気的に接合される。接合は、圧着接合、超音波接合又は半田接合により行われる。
<ステップS15>封止層配設
すでに説明したように接合された撮像チップ10の第2の主面10SBと配線板30のチップ接合部32の第1の主面30SAとの間には、空間(隙間)が配設される。この隙間を充填するのが、アンダーフィルで、液体樹脂20Aから作製される封止層20である。液体樹脂20Aは、例えば、一液性のエポキシ樹脂であり、加熱により硬化し、封止樹脂となる。
接合信頼性を担保するためには、図7(C)に示すように、撮像チップ10の第2の主面10SBを完全に覆うように液体樹脂20Aが注入され硬化される。
<ステップS16>折り曲げ
図7(D)に示すように、配線板30が、チップ接合部32の両端から延設されている2つの延設部
34の第2の主面30SBが対向するように、屈曲部33で折り曲げられる。すると、折り曲げるときの外力により、剥離層40と封止層20の界面が剥離する。このため配線板30は、撮像チップ10の投影面10S内に配置される。
折り曲げ角度θvが略90度以下の場合に、配線板30は撮像チップ10の投影面10S内に配置されるが、信号ケーブル50の接合等を考慮すると、折り曲げ角度θvは、80〜45度が好ましい。
<ケーブル接続工程>
配線板30の延設部34のケーブル接続端子35と、信号ケーブル50とが接続される。ケーブル接続は、例えば、はんだ接合により行われる。
なお、ケーブル50は可撓性を有するため、撮像装置1の細径化のために、ケーブル50は全長にわたって撮像チップ10の投影面10S内の空間に配置されている必要はない。ケーブル50は、少なくとも、配線板30との接合部が投影面10S内に配置されていればよい。
以上の説明のように、本実施形態の撮像装置1の製造方法は、撮像チップ作製工程(S11)と、配線板作製工程(S12)と、剥離層配設工程(S13)と、接合工程(S14)と、封止層配設工程(S15)と、折り曲げ工程(S16)とを具備する。そして、折り曲げ工程において、剥離層40と封止層20の界面が剥離し、撮像チップ10に固定されていた屈曲部33が、封止層20から分離するため、配線板30が撮像チップ10の投影面10S内に配設される。
本実施形態の製造方法によれば、狭い空間内に配設可能な撮像装置1を製造できる。
<第1実施形態の変形例>
次に、第1実施形態の変形例の撮像装置1A、1B、1Cについて説明する。撮像装置1A、1B、1C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。
変形例1の撮像装置1Aでは、図8に示すように、配線板30の屈曲部33に表面改質層40Aが形成されており、表面改質層40Aと封止層20の界面が剥離している。このため配線板30が撮像チップ10の投影面10S内に配置されている。ここで、表面改質層40Aと封止層20との剥離強度は、表面改質層40Aと配線板30との剥離強度よりも小さく、例えば、10N/cm以下である。
表面改質層40Aは、配線板30の基体の、例えばポリイミド樹脂からなる表面層に、フッ素基を導入することにより形成されている。表面改質層40Aは、屈曲部33から延設部34の全体にわたって形成されていてもよい。言い換えれば、配線板30のチップ接合部32以外の領域全体に表面改質層40Aが形成されていてもよい。同様にシリコーン樹脂又はフッ素樹脂からなる離型剤や潤滑剤をスプレー塗布することでも同様の効果が得られる。
変形例2の撮像装置1Bでは、図9に示すように、屈曲部33と対向している封止層20に剥離部材40Bが接合されている。剥離部材40Bは、フレキシブル樹脂からなる基板部41の片面に接着層42を有する、例えばポリイミドテープ(ポリイミド粘着テープ)である。そして、接着層42と配線板30の屈曲部33の界面が剥離している。このため配線板30が撮像チップ10の投影面10S内に配置されている。剥離部材としては、セロハンテープ、アセテート粘着テープ、ビニールテープ又はクラフト粘着テープなど、接着性のテープを用いることができる。
剥離部材40Bは、配線板30の屈曲部33に接着層42を介して接着されていた。しかし、配線板30が折り曲げられるときに、剥離部材40Bは屈曲部33から剥離した。すなわち、剥離部材40Bの接着層42と配線板30の剥離強度は、基板部41と封止層20との剥離強度よりも小さく、例えば、10N/cm以下である。尚、剥離箇所が接着層42と基板部41との間または封止層20と基板部41との間であっても効果に相違はないため、基板部41の材質、接着層42の材質、それらの組み合わせは適宜選定される。
変形例3の撮像装置1Cでは、図10に示すように、配線板30Cは、チップ接合部32の一方の端部だけから屈曲部33及び延設部34が延設されている。このため、封止層20Cは撮像チップ10の第2の主面10SBの全面を覆ってはいない、
撮像装置1Cは、撮像装置1と同様に、屈曲部33に配設された剥離層40と、封止層20の界面が剥離することにより、配線板30Cが撮像チップ10の投影面10S内に配置されている。
上記変形例の撮像装置1A〜1Cは、いずれも撮像装置1の効果を有し、変形例の撮像装置1A〜1Cの製造方法は、いずれも撮像装置1の製造方法の効果を有する。
<第2実施形態>
第2実施形態の撮像モジュール2は、図11に示すように、撮像装置1Dが金属からなる筐体であるシールドケース60に収容されている。すでに説明した撮像装置1等と同じように撮像装置1Dは、配線板30は撮像チップ10の投影面10S内に配置されている。すなわち、図11には詳細を図示しないが、撮像装置1Dは、撮像装置1、1A〜1Cのいずれかと同じ構成を有し、撮像チップ10に封止層20を介して固定されていた屈曲部33が封止層20から分離することにより配線板30が撮像チップ10の投影面10S内に配置されている。このため、シールドケース60の内寸は、撮像チップ10の外寸と略同じで小型(小径)である。
また、撮像チップ10の第1の主面10SAにはカバーガラス61が接着されている。配線板30の延設部34には電子部品63が実装されている。
撮像装置1Dと模式的に示している複数のレンズ(その他の光学部材を含む)からなる光学系62とは、光学系62の保持体である光学系ホルダー65により光軸Oを中心に位置合せされている。また、光学系ホルダー65と接合しているシールドケース60の内部は、高熱伝導性の封止樹脂64で封止されている。
さらに、撮像装置1Dは、配線板30の屈曲部33を所定角度で内側折り曲げて保持するための補強部材であるブロック70を有する。ブロック70は、配線板30の第2の主面30SBと接合されている接合面と、接合面の両側に所定角度θVで内側方向に傾斜した傾斜面を有する。配線板30はブロック70に沿って折り曲げられており、屈曲部33の屈曲角度θvは、ブロック70の傾斜面の角度θvにより決定される。ブロック70は、アルミニウム等の高熱伝導材料からなり、放熱機能を有していることが好ましい。
撮像装置1Dが小型で製造が容易であるため、撮像モジュール2は小型化及び製造が容易である。また、ブロック70により折り曲げた配線板30は安定に保持される。さらに撮像チップ10が発生した熱はブロック70を介して伝熱されるため、撮像モジュール2は撮像チップ10が高温になりにくいため、動作が安定している。撮像モジュール2は細径であるため、電子内視鏡の先端部の撮像手段として好ましく用いることができる。
本発明は上述した実施の形態及び変形例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、1〜1C…撮像装置、10…撮像チップ、11…撮像素子、12…貫通配線、13…接合端子、20…封止層、20A…液体樹脂、30…配線板、31…接合端子、32…チップ接合部、33…屈曲部、34…延設部、35…ケーブル接続端子、36…配線層、40…剥離層、40A…表面改質層、40B…剥離部材、41…基板部、42…接着層、50…信号ケーブル、60…シールドケース、61・・・カバーガラス、62・・・光学系、63・・・電子部品、64・・・封止樹脂、65・・・光学系ホルダー、70…ブロック

Claims (9)

  1. 第1の主面に撮像素子を有し、第2の主面に前記撮像素子と貫通配線を介して接続された第1の接合端子を有する撮像チップと、
    前記撮像チップの前記第1の接合端子と接合された第2の接合端子を有するチップ接合部と、前記チップ接合部から延設された屈曲部と、前記屈曲部から延設された、前記第2の接合端子と接続されたケーブル接続端子を端部に有する延設部とからなる配線板と、
    前記第1の接合端子と前記第2の接合端子との端子接合部を封止する封止樹脂からなる封止層と、を具備し、
    前記撮像チップに前記封止層を介して固定されていた前記屈曲部が、前記封止層から分離することにより前記配線板が前記撮像チップの投影面内に配置されていることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記屈曲部に剥離層が配設されており、前記剥離層と前記封止層の界面が剥離していることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記屈曲部に表面改質層が形成されており、前記表面改質層と前記封止層の界面が剥離していることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 基板部の片面に接着層を有する剥離部材が前記封止層に接合されており、前記剥離部材の前記接着層と前記屈曲部の界面が剥離していることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  5. 第1の主面に撮像素子を有し、第2の主面に前記撮像素子と貫通配線を介して接続された第1の接合端子を有する撮像チップが作製される工程と、
    前記撮像チップの前記第1の接合端子と接合される第2の接合端子を有するチップ接合部と、前記チップ接合部から延設された屈曲部と、前記屈曲部から延設された、前記第2の接合端子と接続されたケーブル接続端子を端部に有する延設部とからなる配線板が作製される工程と、
    前記配線板の前記第1の接合端子と前記撮像チップの前記第2の接合端子とが接合される接合工程と、
    前記撮像チップの前記第2の主面と平板状態の前記配線板との隙間に液体樹脂が注入された後に、硬化処理されて前記第1の接合端子と前記第2の接合端子との端子接合部を封止する封止層が配設される工程と、
    前記配線板が前記屈曲部で折り曲げられることにより、前記撮像チップに固定されていた前記屈曲部が、前記封止層から分離し、前記配線板が前記撮像チップの投影面内に配設される工程と、を具備することを特徴とする撮像装置の製造方法。
  6. 前記接合工程の前に、前記配線板の前記屈曲部に剥離層を配設する工程を具備し、
    前記配線板が前記屈曲部で折り曲げられるときに、前記剥離層と前記封止層の界面が剥離することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置の製造方法。
  7. 前記接合工程の前に、前記配線板の前記屈曲部に表面改質層を形成する工程を具備し、
    前記配線板が前記屈曲部で折り曲げられるときに、前記表面改質層と前記封止層の界面が剥離することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置の製造方法。
  8. 前記接合工程の前に、基板部の片面に接着層を有する剥離部材を、前記接着層を介して前記屈曲部に接着する工程を具備し、
    前記配線板が前記屈曲部で折り曲げられるときに、前記接着層と前記屈曲部の界面が剥離することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置の製造方法。
  9. 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と、
    前記撮像装置の前方に配置された光学系と、
    前記光学系の保持体である光学系ホルダーと、
    前記光学系ホルダーと接合している、前記撮像装置を収容したシールドケースと、
    前記シールドケースの内部を充填した封止樹脂と、を具備することを特徴とする撮像モジュール。
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