JP6155818B2

JP6155818B2 - 撮像素子および撮像装置

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Publication number: JP6155818B2
Application number: JP2013095777A
Authority: JP
Inventors: 奥谷　剛; 剛奥谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-04-30
Also published as: JP2014216625A

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。

従来、画素を有する撮像チップと回路基板との間をフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）で接続している。また、撮像チップとＦＰＣとを接着するために、撮像チップとＦＰＣとの間に接着剤を設けていた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１特開２００７−２２７６７４号公報

しかしながら、撮像チップおよびＦＰＣが接着剤で固定されていたとしても、ＦＰＣが引っ張られる場合に生じた応力が接着部分にかかると、撮像チップとＦＰＣとの電気的接続の信頼性が低下する。

本発明の第１の態様における撮像素子は、複数の画素を有する撮像チップと、撮像チップと電気的に接続される可撓性基板と、撮像チップを囲み、かつ、可撓性基板が外に引き出される枠部材と、枠部材において可撓性基板が通過する位置に設けられ、かつ、可撓性基板を枠部材に対して固定する可撓性基板固定部材とを備える。

また、本発明の第２の態様における撮像素子は、上記の撮像素子を備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１の実施形態における撮像素子の上面を示す図である。図１におけるＡ‐Ａ部分の断面を示す図である。図２におけるＦＰＣ部分の拡大図である。図３におけるＢ‐Ｂ断面部分の上面を示す図である。図３におけるＢ‐Ｂ断面部分の上面を示す図である。図５におけるＣ‐Ｃ部分の断面を示す図である。図５におけるＤ‐Ｄ部分の断面を示す図である。図５におけるＥ‐Ｅ部分の断面を示す図である。図５におけるＦ‐Ｆ部分の断面を示す図である。第２の実施形態における撮像素子の断面を示す図である。第３の実施形態における撮像素子の断面を示す図である。第４の実施形態における撮像素子を備える一眼レフカメラの断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１の実施形態における撮像素子１００の上面を示す図である。また、図２は、図１におけるＡＡ部分の断面を示す図である。撮像素子１００は、固定プレート１０１、撮像チップ２０１、信号処理チップ２０３、ＦＰＣ２０４、下部支持部２０８、上部支持部２０９、枠部材３０１、光学ローパスフィルター４０１、および光学ローパスフィルター４０２を備える。なお、図１においては、光学ローパスフィルター４０１、および光学ローパスフィルター４０２を省略する。

固定プレート１０１は、撮像チップ２０１を固定プレート１０１に接着する撮像チップ接着部１０２を有する。撮像チップ２０１は、撮像チップ接着部１０２を介して固定プレート１０１に載置されている。なお、本例では、固定プレート１０１の材料はアルミニウムであるが、必ずしもアルミニウム等の金属に限定されない。

撮像チップ２０１は、撮像チップ２０１の上面の中央部分において、複数の画素を有する撮像領域２０２を備える。当該中央部分は、例えば光軸１０３である。また、信号処理チップ２０３は、撮像領域２０２以外の領域において撮像チップ２０１と部分的に重ねられて配置される。本例の撮像チップ２０１は、その端部において信号処理チップ２０３と部分的に重ねられて、かつ、電気的に接続される。

撮像チップ２０１の上面には、撮像領域２０２に接してマイクロレンズ２０５が設けられる。なお、撮像チップ２０１の中央の位置は、撮像領域２０２に光を照射する光学系の光軸１０３の位置と一致してよい。

本例の撮像チップ接着部１０２は、撮像チップ２０１の固定プレート１０１に対向する面における略中央の一点を固定プレート１０１に接着固定する。撮像チップ２０１の中央の一点を接着固定することによって、撮像チップ２０１と他の部材との熱膨張係数の差に起因する撮像チップ２０１の反りを防止することができる。

撮像チップ２０１は、マイクロバンプ２０６を介して、信号処理チップ２０３と電気的に接続する。撮像チップ２０１と信号処理チップ２０３との間をマイクロバンプ２０６によって多点接続することにより、従来のバンプと比較してより多くの信号線（バス）により撮像チップ２０１と信号処理チップ２０３とを接続することができる。したがって、バス幅を広くすることができる。よって、撮像チップ２０１から信号処理チップ２０３へ高い伝送速度を実現することができる。

可撓性基板としてのＦＰＣ２０４は、バンプ２０７を介して信号処理チップ２０３に電気的に接続する。つまり、ＦＰＣ２０４は、信号処理チップ２０３を介して撮像チップ２０１に電気的に接続する。ＦＰＣ２０４は、信号処理チップ２０３のうち撮像チップ２０１と重ならない領域に接続される。ＦＰＣ２０４は、信号処理チップ２０３の電気信号を、枠部材３０１の外にある外部回路へ送るための電気的経路となる。

ＦＰＣ２０４は、撮像チップ２０１が配置される枠部材３０１の内側から枠部材３０１の外側に引き出される。ＦＰＣ２０４の他端は、枠部材３０１の外部において、外部回路と電気的に接続される。また、ＦＰＣ２０４は、固定プレート１０１と枠部材３０１との間において、可撓性基板固定部材としてのゴム枠３０４を用いて固定されている。

信号処理チップ２０３は、撮像チップ２０１から出力されるアナログ信号を受信して、当該アナログ信号を処理する信号処理回路を少なくとも含む。例えば、信号処理チップ２０３は、撮像チップ２０１から出力されるアナログ信号を受信してデジタル信号に変換するＡＤ変換器を少なくとも含む。また、信号処理チップ２０３は、ＡＤ変換器に加えて、撮像チップで生成されたアナログ信号を読み出すための読み出し回路、読み出し回路を駆動するためのタイミング制御回路、および読み出した信号のノイズを除去するための除去信号回路等を有してもよい。

枠部材３０１は、撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３を囲って設けられる。枠部材３０１は、固定プレート１０１の上面に設けられ、かつ、固定プレート１０１の上面と垂直な高さ方向において、撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３の上面よりも高い位置まで設けられる。枠部材３０１の材料は、たとえば金属である。また、枠部材３０１の材料は、樹脂であってもよい。

枠部材３０１は、撮像チップ２０１または信号処理チップ２０３の上面よりも高い位置における内壁に、撮像チップ２０１が配置される枠部材３０１の内側から光軸１０３の方向に突出した庇部３０２を有する。庇部３０２は、撮像チップ２０１とは重ならないが、信号処理チップ２０３とは一部重なる位置まで突き出して形成される。

庇部３０２は、四角枠の形状を有する。庇部３０２の入射光側に接して、光学ローパスフィルター４０１が載置される。光学ローパスフィルター４０１は、庇部３０２の四角枠の開口を封止する。

枠部材３０１は、ボス３０３を有する。ボス３０３は、枠部材３０１において固定プレート１０１と対向する下面から、固定プレート１０１の方向に突出して形成される。また、固定プレート１０１には、ボス３０３の端部が挿入される凹みを有する。ボス３０３はＦＰＣ２０４を貫通することにより、ＦＰＣ２０４を固定する。なお、ボス３０３は、固定プレート１０１の上面に設けられてもよい。この場合、枠部材３０１の下面に凹みが形成される。

ゴム枠３０４は、固定プレート１０１と枠部材３０１との間に密着して、両者を封止する。ゴム枠３０４は、枠部材３０１とＦＰＣ２０４との間、およびＦＰＣ２０４と固定プレート１０１との間に設けられており、ＦＰＣ２０４の両面を挟む。なお、ゴム枠３０４は、ゲル状の部材または接着剤であってもよい。

ゴム枠３０４は、固定プレート１０１と枠部材３０１との間において、少なくともＦＰＣ２０４が通過する位置に設けられている。ゴム枠３０４は、固定プレート１０１と枠部材３０１との間において、ＦＰＣ２０４を挟み込みこんで圧接することにより、ＦＰＣ２０４を枠部材３０１に対して固定する。

ゴム枠３０４は、固定プレート１０１と枠部材３０１との間において二重に設けられている。本例のゴム枠３０４は、ボス３０３に対して撮像チップ２０１の側に設けられた上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６、ならびに、ボス３０３に対して撮像チップ２０１とは反対側に設けられた上部外周固定部材３０７および下部外周固定部材３０８を有する。上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７は、ボス３０３を間に挟んで設けられている。

上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７は、枠部材３０１の溝に設けられている。また、下部内周固定部材３０６および下部外周固定部材３０８は、固定プレート１０１の溝に設けられている。枠部材３０１の溝は、枠部材３０１の一周に渡って配置されている。固定プレート１０１の溝も、枠部材３０１の溝に対応して、固定プレート１０１上において一周に渡って配置されている。

枠部材３０１の溝の深さは、ＦＰＣ２０４が通過する位置とＦＰＣ２０４が通過しない位置とで異なる。ＦＰＣ２０４が通過する位置では、ゴム枠３０４とＦＰＣ２０４などが密着する。一方、ＦＰＣ２０４が通過しない位置では、上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７ならびに下部内周固定部材３０６および下部外周固定部材３０８がそれぞれ密着している。したがって、ＦＰＣ２０４などの厚みに応じて、ＦＰＣ２０４が通過する位置での枠部材３０１の溝の深さは、ＦＰＣ２０４が通過しない位置での溝の深さよりも浅い。

上部内周固定部材３０５は、枠部材３０１とＦＰＣ２０４との間に設けられる。下部内周固定部材３０６は、ＦＰＣ２０４と固定プレート１０１との間に設けられる。上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６は、ボス３０３に対して撮像チップ２０１の側に設けられており、ＦＰＣ２０４を間に挟んで、ＦＰＣ２０４を固定する。上部外周固定部材３０７は、枠部材３０１とＦＰＣ２０４との間に設けられる。下部外周固定部材３０８は、ＦＰＣ２０４と固定プレート１０１との間に設けられる。上部外周固定部材３０７および下部外周固定部材３０８は、ボス３０３に対して撮像チップ２０１とは反対側に設けられており、ＦＰＣ２０４を間に挟んで、ＦＰＣ２０４を固定する。

本例では、各々のゴム枠３０４は、ゴム枠である。ゴム枠３０４がゴム枠である場合には、枠部材３０１を繰り返し着脱することができる。ゴム枠３０４は、固定プレート１０１と枠部材３０１との間を密着できればよい。本例では、非押圧下でのゴム枠３０４の断面形状は円形である。しかし、非押圧下でのゴム枠３０４の断面形状は、楕円または多角形であってもよい。

ＦＰＣ２０４は、ボス３０３およびゴム枠３０４により固定されるので、枠部材３０１の外からＦＰＣ２０４にかかる応力は、枠部材３０１において遮断される。したがって、枠部材３０１より外からＦＰＣ２０４にかかる応力は、信号処理チップ２０３にまで伝わらない。例えば、ＦＰＣ２０４が枠部材３０１の外において引っ張られても、その力はＦＰＣ２０４と信号処理チップ２０３の接続部分まで伝わらない。このため、撮像チップ２０１と信号処理チップ２０３との接続部分を保護できる。

ＦＰＣ２０４は、室温において撓んだ状態で、信号処理チップ２０３およびゴム枠３０４において固定されている。本例のＦＰＣ２０４は、信号処理チップ２０３に接続するバンプ２０７ならびに上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６によりそれぞれ固定されている。ＦＰＣ２０４は、撓んだ状態で、撮像チップ２０１の両側に備えられている。

ＦＰＣ２０４が固定される位置のうち少なくとも二か所において、固定プレート１０１に対する垂直方向の高さは異なる。本例では、バンプ２０７によりＦＰＣ２０４が固定される位置と、上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６とによりＦＰＣ２０４が固定される位置との、固定プレート１０１に対する垂直方向の高さは異なる。ＦＰＣ２０４は、撓んだ形状で固定されているので、熱膨張等により信号処理チップ２０３の位置が変化する場合であっても、信号処理チップ２０３の動きを制約しない。ＦＰＣ２０４は、撮像素子１００の使用温度の使用の範囲内において、撓んだ状態を維持できるように配置されてよい。

光学ローパスフィルター４０１は、撮像チップ２０１の側に突出して設けられた庇部３０２に接して設けられる。本例の光学ローパスフィルター４０１は、入射光側に位相板を有する水晶板である。光学ローパスフィルター４０１は、光学ローパスフィルター４０１を固定する接着部材４０４を介して、庇部３０２と固定される。固定プレート１０１、ゴム枠３０４、枠部材３０１、光学ローパスフィルター４０１を固定する接着部材４０４および光学ローパスフィルター４０１によって密封空間が形成される。

光学ローパスフィルター４０２は、シール部４０５を介して、枠部材３０１の最上部に固定される。本例の光学ローパスフィルター４０２は、入射光側に赤外線カットフィルムを有する水晶板である。本例の光学ローパスフィルター４０２は、その縁部において、圧電素子４０３を有する。圧電素子４０３は、光学ローパスフィルター４０２を振動させて、光学ローパスフィルター４０２の表面に付着したゴミを除去する。圧電素子４０３が発生する振動を抑制しないように、シール部４０５には柔軟性のある材料を用いてよい。

下部支持部２０８は、ＦＰＣ２０４と固定プレート１０１との間に設けられる。本例の下部支持部２０８は、ＦＰＣ２０４のうち、バンプ２０７と接続する領域の下側に設けられる。本明細書において、支持とは、ある物体の位置変化を許容しつつ、かつその物体を支えることをいう。ただし、支える方向は下側から支えることに限定されない。本例では、下部支持部２０８は、固定プレート１０１上において信号処理チップ２０３およびＦＰＣ２０４を支持する。

下部支持部２０８は、上下方向及び固定プレート１０１の上面と平行な方向に弾性を有する支持部材である。下部支持部２０８は、弾性の復元力により信号処理チップ２０３を支持する。例えば、下部支持部２０８は、スポンジ状の支持部材である。下部支持部２０８は、弾性を有しているので、信号処理チップ２０３およびＦＰＣ２０４を支持しつつ、かつ、柔軟に変形することができる。下部支持部２０８は、固定プレート１０１の水平方向および垂直方向において、柔軟に変形することができる。したがって、下部支持部２０８は、固定プレート１０１の水平方向および垂直方向において信号処理チップ２０３およびＦＰＣ２０４を可動とする。なお、本明細書において、水平方向とは、固定プレート１０１の上面に平行である方向をいい、垂直方向とは固定プレート１０１の上面に垂直である方向をいう。

上部支持部２０９は、下部支持部２０８と同様に弾性を有する。上部支持部２０９は、庇部３０２と信号処理チップ２０３の間に設けられている。上部支持部２０９は、弾性の復元力により、信号処理チップ２０３を支持する。

下部支持部２０８および上部支持部２０９は、熱導伝性を有する。例えば、下部支持部２０８は、スポンジ状の材料の表面に導伝性シートを巻いた支持部材である。導伝性シートの熱伝導性は良いので、下部支持部２０８の熱伝導率は、表面に導伝性シートを巻かない場合と比較して熱伝導性が向上する。したがって、下部支持部２０８および上部支持部２０９は、信号処理チップ２０３が発生した熱を固定プレート１０１および枠部材３０１へ放熱することができる。

撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３は、通電時に発熱して、固定プレート１０１の水平方向に熱膨張する場合がある。この場合、信号処理チップ２０３は、撮像チップ２０１および自身の熱膨張に伴い、固定プレート１０１の水平方向に移動する。

本例では、信号処理チップ２０３は、下部支持部２０８および上部支持部２０９に支持されているので、固定プレート１０１の水平方向に移動することができる。したがって、信号処理チップ２０３は、撮像チップ２０１の熱膨張に応じて位置を変えることができる。それゆえ、撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３が熱膨張した場合であっても、マイクロバンプ２０６を用いた撮像チップ２０１と信号処理チップ２０３との電気的接続の信頼性を確保することができる。

図３は、図２におけるＦＰＣ部分の拡大図である。ａａ面は、信号処理チップ２０３とＦＰＣ２０４との第一の重なり面である。ｂｂ面は、ＦＰＣ２０４と下部内周固定部材３０６との第二の重なり面である。ａａ面とｂｂ面とは略平行である。さらに、固定プレート１０１に対する垂直方向の高さは、ａａ面とｂｂ面とで異なる。当該構成において、ＦＰＣ２０４は撓みを有した状たで固定される。

ＦＰＣ２０４の撓み量は、撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３の熱変形による変位量ならびに信号処理チップ２０３が撮像チップ２０１の変位に追従したことによる変位量の和よりも十分に大きい。なお、撓み量とは、ＦＰＣ２０４の二辺を固定して平面状にした場合の二辺の間の長さと、当該２つの固定点の直線距離との差分のことをいう。

枠部材３０１および固定プレート１０１は、ゴム枠３０４が設けられる位置にゴム枠３０４の断面形状に応じた凹部を有する。本例では、枠部材３０１は、固定プレート１０１と対向する下面に、上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７の断面形状に応じて窪んだ溝を有する。さらに、固定プレート１０１は、枠部材３０１と対向する上面に、下部内周固定部材３０６および下部外周固定部材３０８の断面形状に応じて窪んだ溝を有する。ゴム枠３０４は、各溝に配置されることにより、枠部材３０１および固定プレート１０１に対する相対位置が安定する。したがって、ゴム枠３０４によりＦＰＣ２０４を固定することが容易になる。

枠部材３０１とＦＰＣ２０４との間および固定プレート１０１とＦＰＣ２０４との間には、それぞれ応力緩和部材５０６および応力緩和部材５０８が備えられる。応力緩和部材５０６および応力緩和部材５０８は、枠部材３０１および固定プレート１０１からＦＰＣ２０４への圧縮応力を緩和して、ＦＰＣ２０４内の電気配線が断線することを防ぐ。また、応力緩和部材は、枠部材３０１とＦＰＣ２０４との間およびＦＰＣ２０４と固定プレート１０１との間の少なくともいずれか一方に備えられもてよい。

マイクロバンプ２０６は、撮像チップ２０１の表面に備えられたパッド２１０と信号処理チップ２０３の表面に備えられたパッド２１１とを電気的に接続する。パッド２１０とパッド２１１の間には、アンダーフィル２１２が設けられる。アンダーフィル２１２は、例えば、エポキシ樹脂を主剤とする樹脂である。アンダーフィル２１２は、撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３の間、ならびに、パッド２１０およびパッド２１１の間を物理的に固着する。

撮像チップ２０１と信号処理チップ２０３とがアンダーフィルで固定されていても、ＦＰＣ２０４が引っ張られるような場合に生じた応力が撮像チップ２０１と信号処理チップ２０３との接着部分にかかると、撮像チップ２０１とＦＰＣ２０４との電気的接続および信頼性が低下する。しかし、撮像素子１００によれば、固定プレート１０１と枠部材３０１との間においてゴム枠３０４によりＦＰＣ２０４は固定されているので、ＦＰＣ２０４に生じた応力を遮断することができる。

バンプ２０７は、信号処理チップ２０３表面に備えられたパッド２１３とＦＰＣ２０４を電気的に接続する。バンプ２０７は、例えば、Ａｕバンプである。

図４は、図３におけるＢＢ断面部分の上面を示す図である。ＦＰＣ２０４が枠部材３０１を横切る方向を第一の方向とし、第一の方向に対して垂直であって、固定プレート１０１の表面と平行な方向を第二の方向とする。

ＦＰＣ２０４は、撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３が配置される枠部材３０１の内側から、枠部材３０１の内部を経て、枠部材３０１の外側に引き出される。

ＦＰＣ２０４は、第二の方向に突出する凸部２１４を有している。この凸部２１４は、枠部材３０１内部を通過するＦＰＣ２０４の部分に設けられ、枠部材３０１の第二の方向における凹部３０９とはめ合う。本例では、ＦＰＣ２０４は、第二の方向において対向する辺から各々逆側に突出する一対の凸部２１４を有する。一対の凸部２１４は、第二の方向において枠部材３０１の一対の凹部３０９とはめ合う。ＦＰＣ２０４の凸部２１４は、枠部材３０１の凹部３０９とはめ合うので、枠部材３０１の内部において位置決めが容易になる。また、第二の方向において一対の凸部２１４および一対の凹部３０９がはめ合うので、ＦＰＣ２０４を固定する強度が増す。

ＦＰＣ２０４は、穴部２１５を有している。また、固定プレート１０１および枠部材３０１の一方には、穴部２１５を貫通するボス３０３が備えられている。第一の方向において穴部２１５の長さは、ボス３０３の直径よりも大きい。また、第二の方向においても、穴部２１５の長さは、ボス３０３の長さよりも大きくてよい。つまり、穴部２１５はボス３０３に対して遊びを有する。したがって、ＦＰＣ２０４の位置をボス３０３に対して微調整することができる。

ＦＰＣ２０４の凸部２１４と枠部材３０１の凹部３０９との間には間隙５００が形成される。間隙５００は、ＦＰＣ２０４の一対の凸部２１４と枠部材３０１の一対の凹部３０９との間にそれぞれ設けられている。本例では、間隙５００は、第一の方向と平行である第一方向間隙５０１、ボス３０３に対して撮像チップ２０１側に設けられており第二の方向と平行である第二間隙５０２、およびボス３０３に対して撮像チップ２０１側とは反対側に設けられており第二の方向と平行である第二間隙５０４を含む。

ゴム枠３０４は、ＦＰＣ２０４の凸部２１４と枠部材３０１の凹部３０９との間隙５００であって、第二の方向に平行な方向に形成されている間隙５００を覆う。本例では、ゴム枠３０４のうち上部内周固定部材３０５は、第二の方向と平行である第二間隙５０２を覆う。また、上部外周固定部材３０７は、第二の方向と平行である第二間隙５０４を覆う。同様に、ゴム枠３０４のうち下部内周固定部材３０６は第二の方向と平行である第二間隙５０２を覆い、かつ、下部外周固定部材３０８は第二の方向と平行である第二間隙５０４を覆ってよい。

本例では、第二間隙５０２の幅５０３は、枠部材３０１と固定プレート１０１との間で圧着された時のゴム枠３０４の上部内周固定部材３０５の幅３１５よりも小さい。また、第二間隙５０４の幅５０５は、枠部材３０１と固定プレート１０１との間で圧着された時のゴム枠３０４の上部外周固定部材３０７の幅３１７よりも小さい。

枠部材３０１と固定プレート１０１との間で圧着された時の上部内周固定部材３０５の幅３１５は、第二間隙５０２の幅５０３のうち最も狭い幅よりも大きい。より好ましくは、枠部材３０１と固定プレート１０１との間で圧着された時の上部内周固定部材３０５の幅３１５は、第二間隙５０２の幅５０３のうち最も広い幅よりも大きい。

上述のように、第二間隙５０２および第二間隙５０４は、ゴム枠３０４により封止される。したがって、枠部材３０１の内側に配置されている撮像チップ２０１および信号処理チップ２０３を密封することができる。その際、ゴム枠３０４は、ＦＰＣ２０４を固定する。

応力緩和部材５０６は、ＦＰＣ２０４に接して設けられる。図４では、ＦＰＣ２０４に対して枠部材３０１の側に設けられる応力緩和部材５０６を点線で示す。応力緩和部材５０６は、ボス３０３が貫通する部分に穴部５０７を有する。応力緩和部材５０６の穴部５０７の形状は、ＦＰＣ２０４の穴部２１５の形状と同一であってよい。また、ＦＰＣ２０４に対して、応力緩和部材５０６と反対側に応力緩和部材５０８を設けてもよい。その場合、応力緩和部材５０８も、応力緩和部材５０６の穴部５０７と同様の穴部を有する。

図５は、図３におけるＢ‐Ｂ断面部分の上面を示す図である。断面の位置を特定することが容易になるように、図４とは別途の図面とした。以降、図５におけるＣ‐Ｃ断面図を図６に、Ｄ‐Ｄ断面図を図７に、Ｅ‐Ｅ断面図を図８に、また、Ｆ‐Ｆ断面図を図９にそれぞれ示す。

図６は、図５におけるＣ‐Ｃ部分の断面を示す図である。ただし、上部内周固定部材３０５、上部外周固定部材３０７、応力緩和部材５０６および応力緩和部材５０６の下のＦＰＣ２０４はそれぞれ接触させたままで、枠部材３０１を固定プレート１０１から矢印方向に離した状態を示す図である。

枠部材３０１および固定プレート１０１は、ＦＰＣ２０４が通過する位置に応力緩和部材５０６および応力緩和部材５０８の厚みに応じた凹部３１８および凹部３１９をそれぞれ有する。枠部材３０１の凹部３１８において、上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７は、応力緩和部材５０６に密着する。また、固定プレート１０１の凹部３１９において、下部内周固定部材３０６および下部外周固定部材３０８は、応力緩和部材５０８に密着する。

固定プレート１０１と枠部材３０１とが圧着されている状態では、上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７は、ＦＰＣ２０４および応力緩和部材５０６の形状に応じて変形する。それゆえ、上部内周固定部材３０５および上部外周固定部材３０７は、ＦＰＣ２０４および応力緩和部材５０６に密着することができる。

ボス３０３は、ＦＰＣ２０４の穴部２１５、応力緩和部材５０６の穴部５０７、および応力緩和部材５０８の穴部５０９を貫通している。穴部２１５、穴部５０７および穴部５０９の断面積は、ボス３０３の断面積よりも大きい。

図７は、図５におけるＤ‐Ｄ部分の断面を示す図である。なお、Ｄ−Ｄ部分断面は、枠部材３０１の外側から内側を見た断面図である。また、当該断面図は、枠部材３０１、上部内周固定部材３０５、応力緩和部材５０６およびＦＰＣ２０４は接触させたままで、枠部材３０１を固定プレート１０１から矢印方向に離した状態を示す断面図である。

図８は、図５におけるＥ‐Ｅ部分の断面を示す図である。なお、当該断面図は、枠部材３０１の内側から外側を見た断面図である。また、当該断面図は、上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６を間に挟んで、固定プレート１０１と枠部材３０１とを密着させた状態を示す断面図である。

上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６は、ＦＰＣ２０４を間に挟んで、ＦＰＣ２０４を密着固定する。また、上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６は、ＦＰＣ２０４を密着固定していない領域において、互いに密着している。したがって、上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６は、ＦＰＣ２０４を固定して、かつ、固定プレート１０１と枠部材３０１との間の隙間をなくす。

図９は、図５におけるＦ‐Ｆ部分の断面を示す図である。なお、当該断面図は、上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６を間に挟んで、固定プレート１０１と枠部材３０１とを密着させた状態を示す断面図である。なお、固定プレート１０１と枠部材３０１とを密着時において、ゴム枠３０４は、枠部材３０１とＦＰＣ２０４との間隙５００（特に、第二間隙５０２および第二間隙５０４）がある部分および当該間隙が無い部分において形状が異なる。第二間隙５０２および第二間隙５０４に対応したＦＰＣ固定部材の形状を図面手前に、当該間隙が無い部分に対応したＦＰＣ固定部材の形状を図面奥にそれぞれ示す。

図面手前に見える上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６の一部分は、応力緩和部材５０６および応力緩和部材５０８にそれぞれ密着する。加えて、図面手前に見える上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６の他の部分は、互いに密着する。したがって、図面手前に見える上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６により、枠部材３０１とＦＰＣ２０４との内側の間隙およびＦＰＣ２０４と固定プレート１０１との内側の間隙はそれぞれ塞がれる。

図面奥に見える上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６一部分は、応力緩和部材５０６および応力緩和部材５０８にそれぞれ密着する。加えて、図面奥に見える上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６の他の部分は、ＦＰＣ２０４に密着する。当該図面奥の様子は、図６のＣ−Ｃ断面と同じ状況となる。なお、図面奥に見える上部外周固定部材３０７および下部外周固定部材３０８についても同様である。

ＦＰＣ２０４はゴム枠３０４により密着固定されるので、ＦＰＣ２０４にかかる応力は、固定プレート１０１および枠部材３０１の間において密着固定される。したがって、枠部材３０１の外部からＦＰＣ２０４にかかる応力は、固定プレート１０１および枠部材３０１の間において遮断される。加えて、固定プレート１０１および枠部材３０１の間において、枠部材３０１の外部からのゴミ等の侵入も遮断される。

図１０は、第２の実施形態における撮像素子１１０の断面を示す図である。当該断面において、撮像素子１１０は、固定プレート１０１上に載置される。撮像素子１１０は、撮像チップ２０１、ＦＰＣ２０４、枠部材３０１、光学ローパスフィルター４０１、および４０２光学ローパスフィルター４０２を備える。以下、第１の実施形態と異なる点について述べる。

本例では、撮像チップ２１６は、画素が形成されている撮像領域２１７を有する。また、撮像チップ２１６は、撮像領域２１７に隣接して信号処理回路２１８を有する。すなわち、撮像チップ２１６には、撮像領域２１７および信号処理回路２１８が一体形成されている。信号処理回路２１８は、第１の施形態における信号処理チップ２０３と同様の処理を行う。

ＦＰＣ２０４は、撮像領域２１７が設けられていない領域に設けられている。つまり、ＦＰＣ２０４は、撮像チップ２０１において撮像領域２１７が設けられていない領域であって、撮像チップ信号処理回路２１８が形成されている領域に接して設けられる。ＦＰＣ２０４は、バンプ２０７を介して撮像チップ信号処理回路２１８に電気的に接続される。

ｃｃ面は、撮像チップ２１６とＦＰＣ２０４との第一重なり面である。ｄｄ面は、ＦＰＣ２０４と下部内周固定部材３０６との第二重なり面である。ここで、ｃｃ面とｄｄ面とは、略平行である。さらに、固定プレート１０１に対する垂直方向の高さは、ｃｃ面とｄｄ面とで異なる。当該構成において、ＦＰＣ２０４は撓みを有した状態で固定される。

図１１は、第３の施形態における撮像素子１２０の断面を示す図である。当該断面において、撮像素子１２０は、固定プレート１０４の表面に撮像チップ２０１、信号処理チップ２０３、ＦＰＣ２０４、下部支持部２０８、上部支持部２０９、枠部材３０１、光学ローパスフィルター４０１、および光学ローパスフィルター４０２を備える。以下、第１の実施形態と異なる点について述べる。

撮像素子１２０は、撮像チップ２０１近傍において支持突起１０５を有する固定プレート１０１上に載置される。信号処理チップ２０３は、撮像領域２０２以外の領域において撮像チップ２０１と部分的に重ねられて配置される。ただし、本例の信号処理チップ２０３の端部は、撮像チップ２０１の固定プレート１０１と向き合う面に部分的に重ねられている。

信号処理チップ２０３はマイクロバンプ２０６を介して撮像チップ２０１と電気的に接続して、バンプ２０７を介してＦＰＣ２０４と電気的に接続する点は第１の実施例と同じである。ただし、本例では、信号処理チップ２０３は、撮像チップ２０１よりも固定プレート１０１に近い位置に設けられている。それゆえ、信号処理チップ２０３は、下部支持部２０８に支持されており、一方で、ＦＰＣ２０４は上部支持部２０９に支持されている。

信号処理チップ２０３の撮像チップ２０１およびＦＰＣ２０４に対する位置関係は、第１の実施例と異なる。しかし、ＦＰＣ２０４は撓みを有した状たで固定される点は同じである。本例では、ＦＰＣ２０４と信号処理チップ２０３との第一重なり面、ならびに、ＦＰＣ２０４と上部内周固定部材３０５および下部内周固定部材３０６との第二重なり面は、略平行であり、かつ、固定プレート１０１に対する垂直方向の高さは異なる。当該構成において、ＦＰＣ２０４は撓みを有した状たで固定される。

図１２は、第４の実施形態における撮像素子１００を備える一眼レフカメラ６００の断面図である。一眼レフカメラ６００は、レンズユニット７００およびカメラボディ８００を備える。カメラボディ８００には、レンズユニット７００が装着される。レンズユニット７００は、その鏡筒内に、光軸１０３に沿って配列された光学系を備え、入射する被写体光束をカメラボディ８００の撮像素子１００へ導く。

カメラボディ８００は、レンズマウント７５０に結合されるボディマウント８６０の後方にメインミラー８７２およびサブミラー８７４を備える。メインミラー８７２は、レンズユニット７００から入射した被写体光束に斜設される斜設位置と、被写体光束から退避する退避位置との間で回動可能に軸支される。サブミラー８７４は、メインミラー８７２に対して回動可能に軸支される。

メインミラー８７２が斜設位置にある場合、レンズユニット７００を通じて入射した被写体光束の多くはメインミラー８７２に反射されてピント板８５２に導かれる。ピント板８５２は、撮像チップ２０１の受光面と共役な位置に配されて、レンズユニット７００の光学系が形成した被写体像を可視化する。ピント板８５２に形成された被写体像は、ペンタプリズム８５４およびファインダ光学系８５６を通じてファインダ８５０から観察される。斜設位置にあるメインミラー８７２に入射した被写体光束の一部は、メインミラー８７２のハーフミラー領域を透過しサブミラー８７４に入射する。サブミラー８７４は、ハーフミラー領域から入射した光束の一部を、合焦光学系８８０に向かって反射する。合焦光学系８８０は、入射光束の一部を焦点検出センサ８８２に導く。

ピント板８５２、ペンタプリズム８５４、メインミラー８７２、サブミラー８７４は、構造体としてのミラーボックス８７０に支持される。ミラーボックス８７０は、撮像素子１００に取り付けられる。メインミラー８７２およびサブミラー８７４が退避位置に退避し、シャッタユニット８４０の先幕および後幕が開状態となれば、レンズユニット７００を透過する被写体光束は、撮像チップ２０１の受光面に到達する。

撮像素子１００の後方には、ボディ基板８２０および背面表示部８３４が順次配置される。液晶パネル等が採用される背面表示部８３４は、カメラボディ８００の背面に現れる。ボディ基板８２０には、ＣＰＵ８２２、画像処理ＡＳＩＣ８２４等の電子回路が実装される。撮像チップ２０１の出力は、フレキシブル基板を介して画像処理ＡＳＩＣ８２４へ引き渡される。

上述の実施形態においては、撮像装置として一眼レフカメラ６００を例に説明したが、カメラボディ８００を撮像装置と捉えても良い。また、撮像装置は、ミラーユニットを備えるレンズ交換式カメラに限らず、ミラーユニットを持たないレンズ交換式カメラ、ミラーユニットの有無に関わらずレンズ一体式カメラであっても良い。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００撮像素子、１０１固定プレート、１０２撮像チップ接着部、１０３光軸、１０４固定プレート、１０５支持突起、１１０撮像素子、１２０撮像素子、２０１撮像チップ、２０２撮像領域、２０３信号処理チップ、２０４ＦＰＣ、２０５マイクロレンズ、２０６マイクロバンプ、２０７バンプ、２０８下部支持部、２０９上部支持部、２１０パッド、２１１パッド、２１２アンダーフィル、２１３パッド、２１４凸部、２１５穴部、２１６撮像チップ、２１７撮像領域、２１８信号処理回路、３０１枠部材、３０２庇部、３０３ボス、３０４ゴム枠、３０５上部内周固定部材、３０６下部内周固定部材、３０７上部外周固定部材、３０８下部外周固定部材、３０９凹部、３１５幅、３１７幅、３１８凹部、３１９凹部、４０１光学ローパスフィルター、４０２光学ローパスフィルター、４０３圧電素子、４０４接着部材、４０５シール部、５００間隙、５０１第一方向間隙、５０２第二間隙、５０３幅、５０４第二間隙、５０５幅、５０６応力緩和部材、５０７穴部、５０８応力緩和部材、５０９穴部、６００一眼レフカメラ、７００レンズユニット、７５０レンズマウント、８００カメラボディ、８２０ボディ基板、８２２ＣＰＵ、８２４画像処理ＡＳＩＣ、８３４背面表示部、８５０ファインダ、８５２ピント板、８５４ペンタプリズム、８５６ファインダ光学系、８６０ボディマウント、８７０ミラーボックス、８７２メインミラー、８７４サブミラー、８８０合焦光学系、８８２焦点検出センサ

Claims

複数の画素を有する撮像チップと、
前記撮像チップに接続され、前記撮像チップから出力されるアナログ信号を処理する信号処理回路を有する信号処理チップと、
前記信号処理回路を介して前記撮像チップと電気的に接続される可撓性基板と、
前記撮像チップを囲み、かつ、前記可撓性基板が外側に引き出される枠部材と、
前記撮像チップを載置する固定プレートと、
前記固定プレートと前記枠部材との間に設けられ、かつ、前記可撓性基板を前記枠部材に対して固定する可撓性基板固定部材と、
前記可撓性基板と前記固定プレートとの間に設けられ、前記信号処理チップおよび前記可撓性基板を支持しつつ、前記固定プレートの水平方向および垂直方向において前記信号処理チップおよび前記可撓性基板を可動とする下部支持部材と、
を備える撮像素子。
前記可撓性基板固定部材は、前記固定プレートと前記枠部材との間を封止する、請求項１に記載の撮像素子。
前記固定プレートおよび前記枠部材の一方は、前記固定プレートおよび前記枠部材の他方にはめ合うボスを有し、
前記可撓性基板は穴部を有し、
前記ボスは前記穴部を貫通し、
前記可撓性基板が前記枠部材を横切る第一の方向において、前記穴部の長さは前記ボスの長さよりも大きい、請求項２に記載の撮像素子。
前記可撓性基板固定部材は、前記枠部材と前記可撓性基板との間、および前記可撓性基板と前記固定プレートとの間に設けられており、前記可撓性基板の両面を挟む、請求項３に記載の撮像素子。
前記可撓性基板固定部材は、前記ボスに対して前記撮像チップ側に設けられた内周固定部材および前記ボスに対して前記撮像チップとは反対側に設けられた外周固定部材を有する、請求項４に記載の撮像素子。
前記可撓性基板は、前記可撓性基板が前記枠部材を横切る第一の方向に対して垂直であって、前記固定プレートの表面と平行な第二の方向に突出する凸部を有しており、前記枠部材は前記凸部に対してはめ合う凹部を有している、請求項５に記載の撮像素子。
前記可撓性基板は、前記第二の方向に突出する一対の凸部を有しており、
前記枠部材は前記一対の凸部に対してはめ合う一対の凹部を有する、請求項６に記載の撮像素子。
前記可撓性基板固定部材は、前記可撓性基板の前記凸部と前記枠部材の前記凹部との間であって、前記第二の方向に平行な方向に形成されている間隙を覆う、請求項７に記載の撮像素子。
前記間隙は、前記ボスに対して前記撮像チップ側に設けられた第一間隙を含み、
前記第一間隙は、前記第二の方向と平行であり、
前記可撓性基板固定部材は、前記第一間隙を覆い、
前記第一間隙の幅は、前記可撓性基板固定部材が前記枠部材と前記固定プレートとの間で圧着された時の前記可撓性基板固定部材の幅よりも小さい、請求項８に記載の撮像素子。
前記間隙は、前記第一間隙および前記ボスに対して前記撮像チップ側とは反対側に設けられた第二間隙を含み、
前記第一間隙は、前記第二の方向と平行であり、
前記第二間隙は、前記第二の方向と平行であり、
前記内周固定部材は、前記第一間隙を覆い、
前記外周固定部材は、前記第二間隙を覆い、
前記第一間隙および前記第二間隙の幅は、前記可撓性基板固定部材が前記枠部材と前記固定プレートとの間で圧着された時の前記可撓性基板固定部材の幅よりも小さい、請求項９に記載の撮像素子。
前記枠部材と前記可撓性基板との間および前記可撓性基板と前記固定プレートとの間の少なくともいずれか一方には、前記枠部材および前記固定プレートとの少なくともいずれか一方から前記可撓性基板への応力を緩和する応力緩和部材をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の撮像素子。
前記枠部材および前記固定プレートは、前記可撓性基板固定部材が設けられる位置に前記可撓性基板固定部材の断面形状に応じた凹部を有する請求項１から１１のいずれか一項に記載の撮像素子。
前記枠部材および前記固定プレートの少なくとも一つは、前記可撓性基板が通過する位置に応力緩和部材および応力緩和部材の厚みに応じた凹部を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の撮像素子。
前記下部支持部材は弾性を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の撮像素子。
前記下部支持部材は導伝性を有する、請求項１４に記載の撮像素子。
前記信号処理チップと前記可撓性基板との第一の重なり面は、前記可撓性基板と前記可撓性基板固定部材との第二の重なり面と略平行であり、前記固定プレートに対する垂直方向の高さは、前記第一の重なり面と前記第二の重なり面とで異なる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の撮像素子。
前記枠部材は、前記撮像チップ側に突出して設けられた庇部を含み、
前記庇部に接して設けられたローパスフィルタをさらに備え、
前記固定プレート、前記可撓性基板固定部材、前記枠部材、前記ローパスフィルタを固定する接着部材、および前記ローパスフィルタによって密封空間を形成する、請求項１６に記載の撮像素子。
請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。