WO2016092732A1 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法 Download PDF

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imaging device
state imaging
electrode
transparent substrate
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毅 川端
伊東　健一
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device for imaging and a manufacturing method thereof.
  • Pathological diagnosis which diagnoses diseases from tissues directly collected from affected areas of patients, is a very powerful technique for determining disease names and conditions.
  • the collected tissue is dehydrated, embedded in paraffin, sliced into a desired thickness of several ⁇ m to several tens of ⁇ m, the paraffin removed, stained, and then used as a specimen with a biological microscope. Make observations.
  • Pathologists make diagnosis based on microscopic observation based on morphological information such as changes in the size and shape of cell nuclei and changes in tissue patterns, and staining information.
  • Patent Document 1 There is a microscopic imaging device.
  • a microscope image capturing apparatus such as Patent Document 1 needs to obtain a high-resolution image in order to correctly perform specimen evaluation, and requires an expensive optical lens and system.
  • Patent Document 2 that reads and evaluates specimen form information using a solid-state imaging device as a biosensor.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device as a biosensor disclosed in Patent Document 2.
  • This solid-state imaging device includes a solid-state imaging device 101, a culture vessel 102 held above the imaging surface of the solid-state imaging device 101, cells 103 that are specimens contained in the culture vessel 102, and growth of the specimens.
  • the culture medium 104 is included.
  • JP 2009-223164 A Japanese Patent Laid-Open No. 6-311879
  • the form information of the specimen read by the solid-state imaging device needs to be output to an external system such as an image processing device or a storage device using an external terminal. There is no consideration of composition.
  • An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
  • a solid-state imaging device includes a transparent substrate having a first surface on which an imaging target is mounted, an opposed to the first surface, an imaging unit on the surface facing the first surface, and the A solid-state imaging device having a first electrode connected to an imaging unit; and a flexible wiring board having a second electrode disposed around a position where the imaging object is to be mounted, the first electrode Is electrically connected to the second electrode.
  • a method for manufacturing a solid-state imaging device includes a solid-state imaging device having an imaging unit and a first electrode connected to the imaging unit on the same surface, and a flexible wiring board having an opening and a second electrode.
  • the solid-state imaging device and the flexible device so that the first electrode and the second electrode are electrically connected with the imaging unit and the opening facing each other.
  • the step of adhering the wiring substrate, the step of mounting the imaging target on the transparent substrate and encapsulating with a resin, and the transparent substrate and the imaging so that the imaging target and the imaging surface are in contact with each other in the opening Joining the solid-state imaging device.
  • the imaging target and the imaging unit are in direct contact with each other, and the first electrode on the same plane as the imaging unit and the second electrode of the flexible wiring board are short distances. There is little noise because it is connected with.
  • the flexible wiring board is installed so as to be sandwiched between the solid-state imaging device and the transparent substrate with a thickness equivalent to the thickness of the imaging target, the imaging target, the solid-state imaging device, the transparent substrate, and the flexible wiring substrate.
  • the overall configuration of the solid-state imaging device can be made thin, and the degree of freedom in arrangement when connecting to an external system is high.
  • the solid-state image sensor is mounted on the flexible wiring board, it is resistant to bending and deformation when the solid-state image sensor is mounted on the transparent substrate on which the imaging object is mounted. Therefore, the disturbance of the acquired signal and image can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan perspective view schematically showing the configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is an external view of a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view and a top view of the flexible wiring board according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating details of a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 5A is an exploded cross-sectional view of a solid-state imaging device according to a modification.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view and a top view of a solid-state imaging device according to a modification.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the prior art.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan perspective view schematically showing the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • the solid-state imaging device shown in FIG. 1 is disposed so as to face the first surface of the transparent substrate 1, the transparent substrate 1 having the first surface for mounting the imaging object (that is, the specimen 2), and the first surface.
  • a solid-state imaging device 5 having a first electrode 3 and an imaging unit 4 on a surface opposite to the surface; a flexible wiring board 7 having a second electrode 6 disposed around a position where an imaging object is to be mounted; Is provided.
  • the first electrode 3 is electrically connected to the second electrode 6.
  • This solid-state imaging device can hold the imaging target (here, the specimen 2) in a state where the imaging unit 4 and the imaging target are in contact with each other.
  • the transparent substrate 1 is, for example, a slide glass (76 mm ⁇ 26 mm ⁇ 0.9 mm to 1.2 mm) used in general optical microscope observation. And it arrange
  • the specimen 2 is an example of an imaging object, and is sandwiched between the surface having the imaging unit 4 of the solid-state imaging device 5 and the transparent substrate 1 and is sealed by a resin encapsulant 11 so as not to be exposed to the outside air. It is enclosed.
  • the specimen 2 is, for example, a pathological section, the size is approximately within 20 cm ⁇ 20 cm, and the thickness is about several ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the solid-state imaging device 5 is a semiconductor chip in which a circuit is formed on a semiconductor substrate made of silicon or the like, and a first electrode 3 connected to the imaging unit 4 is provided on a main surface (circuit surface) having the imaging unit 4.
  • the imaging unit 4 is a photoelectric conversion region in which, for example, photoelectric conversion circuits are arranged in a matrix, and receives incident light and converts it into an electrical signal.
  • the imaging unit 4 and the first electrode 3 are electrically connected inside the solid-state imaging device 5 by wiring to send an output signal.
  • the solid-state imaging device 5 may be, for example, a charge coupled device (CCD) type or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type solid-state imaging device.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the main surface of the solid-state image sensor 5 is preferably subjected to hydrophilic surface treatment. By performing such processing, voids between the solid-state imaging device 5 and the specimen 2 or between the specimen 2 and the transparent substrate 1 when the encapsulating material 11 is extruded and sealed can be suppressed.
  • a microlens is generally formed on the surface.
  • the distance between the imaging unit 4 and the specimen 2 can be made closer, and an image with higher resolution can be obtained.
  • the main surface having the image pickup unit 4 is usually a circuit surface of a semiconductor, and the first electrode 3 and the image pickup unit 4 are provided on the same surface.
  • the first electrode 3 may be connected to another electrode formed on the surface opposite to the circuit surface of the solid-state imaging device 5 so that an electric signal can be input and output.
  • the flexible wiring board 7 disposed around the specimen 2 is formed of a wiring layer 7A having a conductive wiring and an insulating layer 7B.
  • the insulating layer 7B is often a resin tape material such as polyimide. It is desirable to use a fine substrate for semiconductor use having a wiring thickness of about 10 ⁇ m or less and a tape portion of about 35 ⁇ m or less.
  • the flexible wiring board 7 as a whole is resistant to warping and bending, and the wiring from the second electrode 6 connected to the first electrode 3 to the external terminal 8 can be formed flexibly.
  • the second electrode 6 is a part (end part in FIG. 1) of the wiring of the wiring layer 7A, and is a part that has been subjected to a surface treatment such as gold plating.
  • the external terminal 8 is a part of the wiring of the wiring layer 7A (the other end in FIG. 1) and has been subjected to a surface treatment such as gold plating.
  • the external terminal 8 is connected to an external system, and is a terminal for inputting and outputting power and various signals. Further, if the external terminals 8 of the flexible wiring board 7 are protruded from the periphery of the transparent substrate 1, the degree of freedom in connecting the external terminals 8 to the connection destination is further improved.
  • the thickness of the specimen 2 including the encapsulating material 11 is about 10 ⁇ m, it is preferable to use a thinned wiring thickness of 5 ⁇ m and a tape material of 5 ⁇ m or less.
  • the total thickness of the flexible wiring board 7 is set to a value approximately equal to or slightly less than the specimen thickness, a load is applied so as to press against the specimen 2 when the solid-state imaging device 5 is mounted on the transparent substrate 1.
  • a load is also applied between the first electrode 3 and the second electrode 6 so that the tape base material portion is slightly deformed, so that the electrical connection is maintained.
  • the specimen 2 can be further pressed, so that the void can be removed.
  • the wiring layer 7A can be electrically protected from the outside if it is covered with an insulating layer such as a solder resist except for the electrode portions (that is, the second electrode 6 and the external terminal 8).
  • FIG. 2 is an external view of a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view and a top view of the flexible wiring board 7.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating details of a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. 4D is one of the finished products and corresponds to FIG. This will be described below with reference to FIGS.
  • a flexible wiring board 7 having a single layer formed of a wiring layer 7A and an insulating layer 7B such as a tape material and two or more wiring layers 7A is prepared.
  • a single layer is shown.
  • wiring layers 7A are formed above and below the insulating layer 7B.
  • other insulating layers 7B and other wiring layers 7A are alternately formed on the wiring layer 7A. Multi-layering can be realized by laminating the layers.
  • the flexible wiring board 7 has an opening 10 at the center.
  • the surrounding wiring layer 7A is formed with a second electrode 6 for connection to the solid-state imaging device 5 side and an external terminal 8 for connection to the system side in a later step, and the wiring is the second electrode. 6 is laid out from the center toward the external terminal 8 from 6. Since the wiring can be bent together with the tape material, the external terminal 8 can be moved in the vertical (Z) direction. In addition, a cut line can be inserted along the wiring in a region where there is no wiring on both sides of the wiring, and a part or all of the wiring can be separated into individual pieces. In that case, the layout and position in the Z direction for each wiring are further increased, and the external terminals 8 can be individually connected to the system side terminals.
  • the flexible wiring board is arranged so that the first electrode 3 on the same plane as the imaging unit 4 of the solid-state imaging device 5 is in direct contact with the second electrode 6 on the wiring. 7 is mounted. Since the first electrode 3 and the second electrode 6 are mostly metal, the mounting may be direct bonding by ultrasonic waves or welding. In addition, a fine bump or a metal paste is interposed between the first electrode 3 and the second electrode 6 as the conductive member 9, and the bump or paste is melted by heat and load and then cured. You can also stay connected. For example, FIG.
  • FIG. 4A shows an example in which metal bumps are formed in advance on the wiring of the wiring layer 7A on the flexible wiring board 7 as the conductive member 9, but they may be formed on the solid-state imaging device 5 as well. Good.
  • the light receiving surface of the imaging unit 4 faces downward as shown in FIG. 4B, and the opening 10 of the flexible wiring board 7 is almost directly below the imaging unit 4 so that light can enter from below. It is arranged to come.
  • specimen 2 For specimen 2, first, the collected tissue is dehydrated, embedded in paraffin, and then prepared to have a desired thickness of several mm to several tens of mm. As shown in FIG. 2A, the paraffin is removed, and the dyed one is sliced on the transparent substrate 1. Next, as shown in FIG. 2B or FIG. 4C, the encapsulating material 11 is applied on the specimen 2. The encapsulating material 11 may be incompletely cured at this stage, and may be cured at the mounting timing with the element described later.
  • the solid-state imaging device 5 and the flexible wiring board 7 in the state of FIG. 4B are shown in FIG.
  • the imaging unit 4 and the enclosed specimen 2 are mounted so as to contact each other in the direction of the arrow.
  • the imaging unit 4 of the solid-state imaging device 5 is aligned so that it can be mounted on the top of the specimen 2.
  • adjustment is made so that the imaging unit 4 comes to the upper part of the specimen 2.
  • the specimen 2 is sealed on the transparent substrate 1 by the solid-state imaging device 5, the sealing material 11, and the flexible wiring board 7 while the imaging unit 4 pushes the sealing material 11 on the specimen 2.
  • the specimen 2 is stored in the opening 10 as shown in FIGS. 2D and 4D, and the flexible wiring board 7 is mounted around the specimen 2.
  • the flexible wiring board 7 has a thickness equivalent to the thickness of the specimen 2 as an imaging target and is disposed so as to be sandwiched between the solid-state imaging device 5 and the transparent substrate 1.
  • the configuration of the specimen 2 to be imaged, the solid-state imaging device 5, the transparent substrate 1, and the flexible wiring board 7 becomes compact, and the entire apparatus can be made thinner.
  • the thickness of the flexible wiring board 7 is slightly smaller than the thickness of the specimen 2, the thickness of the flexible wiring board 7 does not limit the thickness of the entire apparatus.
  • the load is applied to the solid-state imaging device 5 so as to press the encapsulant 11 on the transparent substrate 1 when mounted, the encapsulant 11 is on the wiring of the first electrode 3 and the wiring layer 7A on the flexible wiring board 7.
  • the second electrode 6 can be protruded and covered.
  • the element and the transparent substrate are fixed, and the connection between the first electrode 3 and the second electrode 6 is strengthened to improve long-term reliability and storage stability. You can also. Even when the solid-state imaging device 5 is mounted on the transparent substrate 1 on which the specimen 2 to be imaged is mounted, the entire apparatus including the solid-state imaging device 5 is bent from the upper surface by utilizing the deformability of the flexible wiring board 7.
  • the entire surface of the solid-state imaging device 5 having the imaging unit 4 is also brought into contact with the specimen 2 that is the imaging target, and the resin encapsulant 11 is pushed out in the lateral direction.
  • the external terminal 8 may be configured such that the flexible wiring substrate 7 is not fixed to the transparent substrate 1 on the transparent substrate 1 excluding the external terminals 8. Further, it may protrude from the transparent substrate 1. Accordingly, the external terminals 8 can increase the degree of freedom of arrangement without being restricted by the size and arrangement of the transparent substrate 1.
  • the wiring can be freely made in the Z direction shown in FIG. It is sufficient that at least the second electrode 6 of the wiring layer 7A and the first electrode 3 on the solid-state imaging device 5 are joined. Further, the external terminal 8 may be connected to the connector terminal 12. Thereby, the connection with the pathological examination system and the control circuit side can be facilitated.
  • the specimen 2 to be imaged and the imaging unit 4, and the first electrode 3 and the flexible wiring board 7 on the same plane as the imaging unit 4 are connected at a short distance. Good electrical characteristics and low noise. Further, since the flexible wiring substrate 7 that can be formed of a tape material is used, the finished product after mounting is resistant to bending and deformation. Further, during the operation of the finished product, since there is no void that becomes a noise component in the imaging path, it is possible to prevent disturbance of the acquired signal and image.
  • the imaging unit 4 and the specimen 2 to be imaged may be in contact with each other. With such a configuration, since the imaging object and the imaging unit 4 are in direct contact, there is very little signal noise during image capture.
  • the flexible wiring board 7 is mounted on the transparent substrate 1 and the first electrode 3 and the second electrode 6 are opposed to each other through the conductive member 9.
  • the conductive member 9 as an adhesive member is between the first electrode 3 and the second electrode 6. Therefore, the connection reliability between the solid-state imaging device 5 and the flexible wiring board 7 can be improved.
  • the conductive member 9 is preferably protected by the encapsulant 11.
  • the strength of the entire apparatus can be increased, and reliability and product life can be improved.
  • the material can be used efficiently, and the bonding between the first electrode 3 and the second electrode 6 can be achieved. Since the bonding area of the resin including the portion can be increased, the mechanical strength of the device itself can be further improved.
  • FIG. 5A and FIG. 5B show a modification of the embodiment.
  • FIG. 5A is an exploded cross-sectional view of a solid-state imaging device according to a modification.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view and a top view of a solid-state imaging device according to a modification.
  • the central portion of the flexible wiring board 7 is greatly opened, and the transparent substrate 1 is accommodated in the opening 10.
  • the configuration of this part is only different from the embodiment. Therefore, when mounting the specimen 2 on the transparent substrate 1 and the solid-state imaging device 5 mounted on the flexible wiring board 7, the specimen is not limited by the thickness of the flexible wiring board 7 as shown in FIG. 5A.
  • the solid-state imaging device 5 and the imaging unit 4 can be mounted and brought into contact with the specimen 2 from above so that only 2 is crushed.
  • the contact between the specimen 2 and the imaging unit 4 can be strengthened, and voids that may occur between them can be mounted so that voids can be suppressed, and high-resolution images can be captured. Can do.
  • the finished product is installed so that the transparent substrate 1 is stored in the flexible wiring board 7, so that the specimen 2, the solid-state imaging device 5, the transparent substrate 1,
  • the configuration of the flexible wiring board 7 is compact, and the entire apparatus can be made thinner. Moreover, since the flexible wiring board can be bent freely, the degree of freedom of arrangement in the system is high.
  • the solid-state imaging device is disposed so as to face the first surface with the transparent substrate having the first surface on which the imaging target is mounted, and faces the first surface.
  • a solid-state imaging device having an imaging unit and a first electrode connected to the imaging unit on a surface to be mounted, and a flexible wiring board having a second electrode disposed around a position where the imaging target is to be mounted The first electrode is electrically connected to the second electrode.
  • the imaging object and the imaging unit, and the first electrode on the same plane as the imaging unit 4 and the flexible wiring board are connected at a short distance, so that electric characteristics are good and noise is low.
  • a flexible wiring board is used, when mounting a solid-state imaging device on a transparent substrate on which an imaging object is mounted, it is resistant to bending, is resistant to deformation, and has excellent system connectivity.
  • the solid-state imaging device can hold the imaging object in a state where the imaging unit and the imaging object are in contact with each other.
  • the flexible wiring board may have an opening, and a position where the imaging object is to be mounted may be in the opening.
  • the flexible wiring board can be installed so as to be sandwiched with the imaging object between the solid-state imaging device and the transparent substrate with a thickness equivalent to the thickness of the imaging object.
  • the configuration of the image sensor, the transparent substrate, and the flexible wiring substrate is compact, and the entire apparatus can be thinned.
  • the flexible wiring board may have an opening, the area of the opening may be larger than the area of the transparent substrate, and at least a part of the transparent substrate may be accommodated in the opening.
  • the flexible wiring board is installed so that at least a part of the transparent substrate is stored, the configuration of the object, the solid-state imaging device, the transparent substrate, and the wiring substrate is compact, and the entire apparatus Can be made thinner.
  • the flexible wiring board may be mounted on the transparent substrate, and the first electrode and the second electrode may be electrically connected via a conductive member.
  • Such a configuration can improve the connection reliability between the solid-state imaging device and the flexible wiring board.
  • the conductive member may be protected by an encapsulant.
  • the strength of the entire solid-state imaging device can be increased, and reliability and product life can be improved.
  • the material can be used efficiently and the encapsulating material including the joint between the first electrode and the second electrode. Therefore, the mechanical strength of the solid-state imaging device itself can be further improved.
  • a method for manufacturing a solid-state imaging device includes a solid-state imaging device having an imaging unit and a first electrode connected to the imaging unit on the same surface, and a flexible wiring board having an opening and a second electrode.
  • the solid-state imaging device and the flexible device so that the first electrode and the second electrode are electrically connected with the imaging unit and the opening facing each other.
  • the present disclosure can be suitably used for, for example, a solid-state imaging device for pathological examination that requires high-resolution video imaging, reliability, miniaturization, and manufacturability, and a manufacturing method thereof.

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Abstract

　本発明は、検体の形態情報、光や電気信号をノイズなく外部のシステムに出力し、また装置全体をコンパクトにしつつ外部のシステムとの接続も容易にする固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。撮像対象物を搭載するための第１面を有する透明性基板（１）と、第１面に対向して配置され、第１面と対向する面に撮像部（４）および前記撮像部（４）に接続された第１の電極（３）を有する固体撮像素子（５）と、撮像対象物を搭載すべき位置の周囲に配置され、第２の電極（６）を有するフレキシブル配線基板（７）とを備え、第１の電極（３）は第２の電極（６）と電気的に接続されている。

Description

固体撮像装置およびその製造方法
　本開示は、撮像用の固体撮像装置およびその製造方法に関する。
　患者の患部から直接採取した組織から病気の診断を行う病理診断は、病名・病状を確定する上で非常に有力な手法である。
　病理診断では、採取した組織を脱水し、パラフィンにより包埋処理を行った後、数μｍから数１０μｍ程度の所望の厚さに薄切りし、パラフィンを取り除き、染色した後、検体として生物顕微鏡にて観察を行う。
　病理医はこの顕微鏡観察によって、細胞の核の大きさや形状の変化、組織のパターンの変化などの形態学的な情報、染色情報をもとに診断を行っている。
　このような病院や研究所で行われる顕微鏡画像の撮影は、大量の検体に対して行なわれるものであり、膨大な量の顕微鏡画像の撮影を効率的に行なう技術として、例えば特許文献１のような顕微鏡画像撮影装置がある。特許文献１のような顕微鏡画像撮影装置は、正しく検体評価を実施するために高解像度の画像を得る必要があり、高価な光学レンズとシステムを要している。
　一方、上記のような光学レンズとシステムを使わない検体評価技術として、特許文献２のような、固体撮像装置をバイオセンサとして用いて検体の形態情報を読み取り評価する技術がある。
　図６は、特許文献２に開示されたバイオセンサとしての固体撮像装置の断面図である。この固体撮像装置は、固体撮像素子１０１と、この固体撮像素子１０１の撮像面の上部に保持された培養容器１０２と、この培養容器１０２に収容された検体である細胞１０３と検体の生育のための培地１０４を含むものである。このような構成とすることで、高価な光学レンズとシステムを使用することなく低コストで被対象物の形態情報を固体撮像素子で読み取り、その映像から病理診断することができる。
特開２００９－２２３１６４号公報 特開平６－３１１８７９号公報
　しかしながら、特許文献２の技術を用いて病理診断する場合、検体と固体撮像素子との間には容器が存在するため、固体撮像素子の光電変換部と検体との間に容器の厚み分の距離が生じ、解像度の高い映像を得ることが難しい。
　また、固体撮像素子により読み取られた検体の形態情報は、外部端子を用いて画像処理装置や記憶装置などの外部のシステムに出力される必要があるが、上記文献においては端子の設置方法及び配線構成の配慮がない。
　従って、検体等の対象物を通って入射する光が容器を通じた経路で反射成分（つまりノイズ）を持ち画像を乱したり、固体撮像装置内部において固体撮像素子から外部端子まで配線長が長くなったりする場合があり、インダクタンス成分や抵抗成分が大きくなりノイズが生じる。さらに、固体撮像素子側の外部端子の配置上の制約からシステムとの接続箇所が制限されて、システム自体が大きくなってしまう可能性がある。
　本開示は上記従来の問題点を解決するもので、検体の形態情報、光や電気信号をノイズなく外部のシステムに出力し、また装置全体をコンパクトにしつつ外部のシステムとの接続も容易にする固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
　本開示における固体撮像装置は、撮像対象物を搭載するための第１面を有する透明性基板と、前記第１面に対向して配置され、前記第１面と対向する面に撮像部および前記撮像部に接続された第１の電極を有する固体撮像素子と、前記撮像対象物を搭載すべき位置の周囲に配置され、第２の電極を有するフレキシブル配線基板とを備え、前記第１の電極は前記第２の電極と電気的に接続されている。
　また、本開示における固体撮像装置の製造方法は、撮像部および前記撮像部に接続された第１の電極を同一面に有する固体撮像素子と、開口部および第２の電極を有するフレキシブル配線基板とを準備する工程と、前記撮像部と前記開口部とを対向させた状態で、前記第１の電極と前記第２の電極とが電気的に接続されるように、前記固体撮像素子と前記フレキシブル配線基板とを接着する工程と、透明性基板に撮像対象物を搭載し樹脂により封入する工程と、前記撮像対象物と前記撮像面とが前記開口部内で接するように、前記透明性基板と前記固体撮像素子とを接合する工程とを有する。
　本開示における固体撮像装置およびその製造方法は、撮像対象物と撮像部とが直に接触し、かつ撮像部と同一面上の第１の電極とフレキシブル配線基板の第２の電極とが短距離で接続されているため、ノイズが少ない。またフレキシブル配線基板が撮像対象物の厚みと同等程度の厚みで固体撮像素子と透明性基板とに挟み込まれるように設置されているため、撮像対象物、固体撮像素子、透明性基板、フレキシブル配線基板の構成がコンパクトで、固体撮像装置全体を薄くでき、さらに外部のシステムに接続する際の配置自由度が高い。
　またフレキシブル配線基板に固体撮像素子が実装されているため、撮像対象物が搭載された透明性基板に、固体撮像素子を実装する際に曲げに強く、変形にも強い。そのため取得した信号及び画像の乱れを抑制できる。
図１は、実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す断面図および平面透視図である。 図２は、実施形態に係る固体撮像装置の製造過程の一部における外観図である。 図３は、実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図および上面図である。 図４は、実施形態に係る固体撮像装置の製造過程の詳細を示す断面図である。 図５Ａは、変形例に係る固体撮像装置の分解断面図である。 図５Ｂは、変形例に係る固体撮像装置の断面図および上面図である。 図６は、従来技術に係る固体撮像素子の断面図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面及び以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　（実施形態）
　以下、図１を用いて、実施形態を説明する。
　図１は、本実施形態にかかる固体撮像装置の構成を模式的に示す断面図および平面透視図である。
　図１に示す固体撮像装置は、撮像対象物（つまり検体２）を搭載するための第１面を有する透明性基板１と、透明性基板１の第１面と対向して配置され、第１面と対向する面に第１の電極３と撮像部４とを有する固体撮像素子５と、撮像対象物を搭載すべき位置の周囲に配置され、第２の電極６を有するフレキシブル配線基板７とを備える。第１の電極３は第２の電極６と電気的に接続されている。この固体撮像装置は、撮像部４と撮像対象物とが接した状態で撮像対象物（ここでは検体２）を保持可能である。
　図１においては、透明性基板１は、例えば一般的な光学顕微鏡観察で用いられるスライドガラス（７６ｍｍ×２６ｍｍ×０．９ｍｍ～１．２ｍｍ）が用いられる。そして固体撮像素子５の撮像部４を有する面に対向して配置される。透明性基板１のサイズは固体撮像素子５より充分大きいことで、透明性基板１を掴めるため、取り扱いが容易となる。
　検体２は、撮像対象物の一例であり、固体撮像素子５の撮像部４を有する面と透明性基板１の間に挟まれており、外気に晒されぬように樹脂製の封入材１１により封入されている。検体２は例えば、病理切片であり、その大きさはおおよそ２０ｃｍ×２０ｃｍ以内であり、厚みは数μｍ～１５μｍ程度である。
　ここで固体撮像素子５について、詳細に説明しておく。固体撮像素子５は、シリコン等からなる半導体基板に回路が形成されて成る半導体チップであり、撮像部４を有する主面（回路面）に、撮像部４に接続された第１の電極３を備える。撮像部４は、例えば光電変換回路が行列状に配置された光電変換領域であり、入射光を受光して電気信号に変換する。撮像部４と第１の電極３は出力信号を送るため配線により固体撮像素子５内部で電気的に接続される。
　固体撮像素子５は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）型、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）型のいずれの固体撮像素子であってもよい。但し、光を捕捉し、それを光電変換する機能を持ち合わせる有機薄膜を用いたＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、原理的に入射光に対して開口率を１００％にすることができるため、より解像度の高い映像を得ることが可能である。また、固体撮像素子５の主面は親水性の表面処理を施すことが好ましい。このような処理を実施することにより、封入材１１を押出し、封入する際の固体撮像素子５と検体２の間、もしくは検体２と透明性基板１間のボイドを抑制することが出来る。
　通常、撮像部を有する固体撮像素子では表面にマイクロレンズが形成されるのが一般的であるが、この検体２が撮像部４と直接接している場合は集光する必要がなく、マイクロレンズが不要となる。これにより撮像部４と検体２の距離をより近づけることができ、より解像度の高い映像を得ることが可能である。また、マイクロレンズ形成の工程を省略することができるため、固体撮像素子５及び本固体撮像装置の製造コストを低減することが可能である。尚、撮像部４を有する主面は、通常半導体の回路面である場合が多く、その同一面上には第１の電極３と撮像部４がある。但し、場合によっては第１の電極３は、固体撮像素子５の回路面と反対側の面に形成された別の電極と接続させることで、電気信号を入出力できるようにしてもよい。
　次に、検体２の周囲に配置されるフレキシブル配線基板７は、導電性の配線を有する配線層７Ａと絶縁層７Ｂとで形成される。絶縁層７Ｂはポリイミド等の樹脂テープ材であることが多い。配線厚みは１０μｍ以下程度、テープ部は３５μｍ以下程度の半導体用途の微細な基板を用いるのが望ましい。フレキシブル配線基板７は全体が反りや曲げに強く、第１の電極３と接続する第２の電極６から外部端子８までをフレキシブルに配線形成できる。第２の電極６は、配線層７Ａの配線の一部（図１では端部）であって、金メッキ等の表面処理が施された部分である。外部端子８も同様に、配線層７Ａの配線の一部（図１ではもう一方の端部）であって、金メッキ等の表面処理が施された部分である。外部端子８は、外部のシステムに接続され、電源および各種信号を入出力するための端子である。また、フレキシブル配線基板７の外部端子８を透明性基板１の周囲からはみ出すようにしておけば外部端子８の接続先への自由度は更に向上する。尚、封入材１１を含め検体２の厚みが１０μｍ程度になる場合には配線厚みを５μｍ、テープ材を５μｍ以下に薄化したものを用いると良い。フレキシブル配線基板７のトータル厚を検体厚みと同程度か若干それ以下の値に設定すれば、固体撮像素子５を透明性基板１上に搭載する際は、検体２に押し付けるように荷重をかけることで、検体２と固体撮像素子５の間の密着性を高め、その間に生じる可能性のあるボイドの抑制もできる。その後に、第１の電極３と第２の電極６の間にも荷重をかけてテープ基材部が若干変形するように実装することで、電気的な接続を保つようにする。同時に検体２を更に押し付けることができるので、ボイドを抜くことができる。尚、配線層７Ａ上は電極部分（つまり第２の電極６および外部端子８）を除き、ソルダーレジスト等の絶縁層で被覆されていると電気的に外部から保護することができる。
　以上の固体撮像装置全体について製造方法を以下に説明する。図２は、実施形態の固体撮像装置の製造過程の一部における外観図である。図３は、フレキシブル配線基板７の断面図および上面図である。図４は、実施形態の固体撮像装置の製造過程の詳細を示す断面図である。尚、図４の（ｄ）は完成品の１つで図１に該当している。以下、図２～図４を用いて説明する。
　実施形態では、図３に示すように、まず配線層７Ａとテープ材等の絶縁層７Ｂとで形成された単層及び２層以上の配線層７Ａを備えたフレキシブル配線基板７を準備する。ここでは単層の場合を示している。尚、２層の場合には、絶縁層７Ｂの上下に配線層７Ａが形成され、それ以上の場合にはその配線層７Ａの上に随時他の絶縁層７Ｂと他の配線層７Ａとが交互に積層されてゆくことで、多層化を実現できる。また、フレキシブル配線基板７は中央部に開口部１０を有している。その周囲の配線層７Ａには後の工程で固体撮像素子５側と接続するための第２の電極６と、システム側と接続するための外部端子８とが形成され、配線は第２の電極６から外部端子８に向かって中央から広がるようにレイアウトされている。配線はテープ材とともに折り曲げすることができるため、外部端子８は上下（Ｚ）方向に動かすこともできる。また、配線の両側の、配線のない領域で配線に沿って切り込み線をいれ、配線毎に一部または全部を個片化することもできる。その場合には更に配線ごとのＺ方向へのレイアウト及び位置の自由度が上がり、外部端子８を、個別にシステム側端子に接続することもできる。
　次に、図４の（ａ）のように固体撮像素子５の撮像部４と同一面上の第１の電極３が直接に配線上の第２の電極６と接触するように、フレキシブル配線基板７上に実装する。第１の電極３および第２の電極６は金属である場合がほとんどであるので、実装は超音波や溶着による直接接合でもよい。また、導電性部材９として微小なバンプや更に金属系ペーストを第１の電極３と第２の電極６との間に介在させ、熱と荷重でバンプやペーストを溶融させた後に硬化させることで、接続を保つこともできる。例えば図４（ａ）では、導電性部材９として金属バンプをフレキシブル配線基板７上の配線層７Ａの配線に予め形成した例を示しているが、固体撮像素子５上に形成しておいてもよい。以上の過程を経て図４の（ｂ）のように撮像部４の受光面は下向きで、下から光が入射できるようにちょうどフレキシブル配線基板７の開口部１０が、ほぼ撮像部４の真下にくるように配置されている。
　検体２については、まず、採取した組織を脱水し、パラフィンにより包埋処理を行った後、数ｍｍから数１０ｍｍ程度の所望の厚さにしたものを準備しておく。それを図２の（ａ）に示すように、パラフィンを取り除き、染色したものを透明性基板１上に薄切りしておく。次に、図２の（ｂ）もしくは図４の（ｃ）に示すように、上記の検体２上に封入材１１を塗布する。封入材１１の硬化はこの段階では不完全な場合もあり、後述する素子との実装タイミングで硬化させることもできる。
　このようにしてできた透明性基板１上の検体２に対し、図４の（ｂ）の状態の固体撮像素子５及びフレキシブル配線基板７を、図２の（ｃ）において、図の上面側から矢印方向に従い、撮像部４と封入された検体２とを接触するように搭載する。固体撮像素子５の撮像部４は、検体２の上部に搭載できるように位置あわせをする。この時、適宜透明性基板１側から目視することにより、検体２の上部に撮像部４が来るように調整する。このように撮像部４を検体２上の封入材１１を押出しながら、固体撮像素子５と封入材１１及びフレキシブル配線基板７により、透明性基板１上で検体２を封入する。以上で、図２（ｄ）及び図４の（ｄ）のように開口部１０に検体２が収納され、検体２の周囲にフレキシブル配線基板７が搭載されるようになる。
　ここでフレキシブル配線基板７は撮像対象物としての検体２の厚みと同等程度の厚みで、固体撮像素子５と透明性基板１に挟み込まれるように設置されているとよい。これにより撮像対象物の検体２、固体撮像素子５、透明性基板１、フレキシブル配線基板７の構成がコンパクトになり、装置全体をより薄くできる。特にフレキシブル配線基板７の厚みを若干検体２の厚みより薄くしておけば、フレキシブル配線基板７の厚みに装置全体の厚みが制約されることはなくなる。
　また、搭載時には、透明性基板１上の封入材１１を押さえつけるように固体撮像素子５に荷重をかけるため、封入材１１は第１の電極３及びフレキシブル配線基板７上の配線層７Ａの配線上の第２の電極６まではみ出させ、覆うようにできる。これにより、検体の固定や保存の目的に加え、素子と透明性基板の固定や、第１の電極３及び第２の電極６間の接続を強固にし、長期にわたる信頼性、保存性を高めることもできる。撮像対象物の検体２が搭載された透明性基板１に、固体撮像素子５を実装する際にも、上面から、フレキシブル配線基板７の変形性を利用し固体撮像素子５を含む装置全体を曲げながら、撮像対象物である検体２に対しても固体撮像素子５の撮像部４を有する面の一部だけを接触させた後に全面を接触させて、樹脂製の封入材１１を側面方向に押し出すように実装することができる。そのため、封入材１１で封止された対象物の検体２の内部や固体撮像素子５の撮像部４の面と検体２の界面に含まれるボイドと呼ばれる空隙を逃がすように実装できる。
　このようにして基本的には図４の（ｄ）に示す完成状態となる。さらに外部端子８については図４の（ｅ）に示すように、外部端子８を除く透明性基板１上ではフレキシブル配線基板７は透明性基板１と固定されないようにしてあってもよい。また透明性基板１からはみ出していてもよい。これらにより外部端子８は、透明性基板１のサイズや配置の制約を受けることなく、配置の自由度を高めることができる。特に図３が示すＺ方向へ自由に配線できるようになる。少なくとも配線層７Ａの第２の電極６と固体撮像素子５上の第１の電極３が接合していればよいことになる。さらに外部端子８はコネクター端子１２に接続しておいてもよい。これにより、病理検査システムや制御回路側との接続を容易にすることができる。
　以上、本実施例における固体撮像装置は、撮像対象物の検体２と撮像部４、また撮像部４と同一面上の第１の電極３とフレキシブル配線基板７が短距離で接続されているため、電気特性が良好でノイズが少ない。またテープ材で形成可能なフレキシブル配線基板７を用いているため、実装後の完成品としても曲げに強く、変形にも強い。更に完成品の動作の際、撮像する経路においてノイズ成分となるボイドがないために取得した信号及び画像の乱れを防ぐことができる。
　尚、撮像部４と撮像対象物の検体２が接していてもよい。このような構成により、撮像対象物と撮像部４が直に接触しているため、画像の取り込み時の信号ノイズが極めて少ない。
　また、フレキシブル配線基板７は透明性基板１上に搭載され、第１の電極３と第２の電極６は導電性部材９を介して相対しているとよい。このような構成により、相対する第１の電極３と第２の電極６との間に荷重がかけやすく第１の電極３と第２の電極６との間が接着部材としての導電性部材９で接合されているので、固体撮像素子５とフレキシブル配線基板７の接続信頼性を向上できる。
　また、導電性部材９は封入材１１により保護されているとよい。このような構成により、装置全体の強度を増すことができ、信頼性や製品寿命を向上できる。特に、撮像対象物である検体２を封入している封入材１１である樹脂と一緒に保護すれば、材料の使用効率がよく、第１の電極３と第２の電極６との間の接合部も含めて樹脂の接着面積を増やすことができるため、装置自体の機械的な強度を一層向上できる。
　次に、図５Ａ、図５Ｂに実施の形態の変形例を示す。図５Ａは、変形例に係る固体撮像装置の分解断面図である。図５Ｂは、変形例に係る固体撮像装置の断面図および上面図である。本変形例では、フレキシブル配線基板７の中央部が大きく開口され、その開口部１０に透明性基板１が収納されている。この部分の構成が、実施形態と異なっているだけである。そのため、透明性基板１上の検体２と、フレキシブル配線基板７に実装された固体撮像素子５を実装する際に、フレキシブル配線基板７の厚みに全く制約されることなく、図５Ａのように検体２のみを押しつぶすように上部から固体撮像素子５及び撮像部４を検体２に搭載、接触させることができる。
　このような構成により、検体２と撮像部４の接触を強固にすることができ、その間に生じる可能性のあるボイドをつぶすように実装できるためにボイドを抑制でき、高解像度の画像を取り込むことができる。
　また、完成品としては図５Ｂに示すように、フレキシブル配線基板７に透明性基板１が格納されるように設置されているため撮像対象物の検体２、固体撮像素子５、透明性基板１、フレキシブル配線基板７の構成がコンパクトで、装置全体を一層薄くすることもできる。またフレキシブル配線基板を自由に曲げることができるため、システムへの配置自由度が高い。
　以上説明してきたように、本開示における固体撮像装置は、撮像対象物を搭載するための第１面を有する透明性基板と、前記第１面に対向して配置され、前記第１面と対向する面に撮像部および前記撮像部に接続された第１の電極を有する固体撮像素子と、前記撮像対象物を搭載すべき位置の周囲に配置され、第２の電極を有するフレキシブル配線基板とを備え、前記第１の電極は前記第２の電極と電気的に接続されている。
　このような構成により撮像対象物と撮像部、また撮像部４と同一面上の第１の電極とフレキシブル配線基板とが短距離で接続されているため、電気特性が良好でノイズが少ない。またフレキシブル配線基板を用いているため、撮像対象物が搭載された透明性基板に固体撮像素子を実装する際に曲げに強く、変形にも強くシステムへの接続性に優れる。
　また、前記固体撮像装置は、前記撮像部と前記撮像対象物とが接した状態で前記撮像対象物を保持可能である。
　このような構成により、撮像対象物と撮像部とが直に接触しているため、その間に介在物がなく、画像の取り込み時の信号ノイズが極めて少ない。
　また、前記フレキシブル配線基板は開口部を有し、前記撮像対象物を搭載すべき位置は、前記開口部内にあってもよい。
　このような構成によりフレキシブル配線基板は撮像対象物の厚みと同等程度の厚みで固体撮像素子と透明性基板の間に撮像対象物と一緒に挟み込まれるように設置可能であるため、対象物、固体撮像素子、透明性基板、フレキシブル配線基板の構成がコンパクトで、装置全体を薄くできる。
　また、前記フレキシブル配線基板は開口部を有し、前記開口部の面積は前記透明性基板の面積よりも大きく、前記開口部に前記透明性基板の少なくとも一部が収納されてもよい。
　このような構成により、フレキシブル配線基板に透明性基板の少なくとも一部が格納されるように設置されているため対象物、固体撮像素子、透明性基板、配線用基板の構成がコンパクトで、装置全体を一層薄くできる。
　また、前記フレキシブル配線基板は前記透明性基板上に搭載され、前記第１の電極と前記第２の電極は導電性部材を介して電気的に接続されてもよい。
　このような構成により、固体撮像素子とフレキシブル配線基板の接続信頼性を向上できる。
　また、前記導電性部材は封入材により保護されてもよい。
　このような構成により、固体撮像装置全体の強度を増すことができ、信頼性や製品寿命を向上できる。特に撮像対象物と、それを封入している封入材の樹脂とを一緒に保護すれば、材料の使用効率がよく第１の電極と第２の電極との間の接合部も含めて封入材の接着面積を増やすことができるため、固体撮像装置自体の機械的な強度を一層向上できる。
　また、本開示における固体撮像装置の製造方法は、撮像部および前記撮像部に接続された第１の電極を同一面に有する固体撮像素子と、開口部および第２の電極を有するフレキシブル配線基板とを準備する工程と、前記撮像部と前記開口部とを対向させた状態で、前記第１の電極と前記第２の電極とが電気的に接続されるように、前記固体撮像素子と前記フレキシブル配線基板とを接着する工程と、透明性基板に撮像対象物を搭載し樹脂により封入する工程と、前記撮像対象物と前記撮像部とが前記開口部内で接するように、前記透明性基板と前記固体撮像素子とを接合する工程とを有する。
　以上、例示的な各実施の形態について説明したが、本願の請求の範囲は、これらの実施の形態に限定されるものではない。添付の請求の範囲に記載された主題の新規な教示および利点から逸脱することなく、上記各実施の形態においてさまざまな変形を施してもよく、上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせて他の実施の形態を得てもよいことを、当業者であれば容易に理解するであろう。したがって、そのような変形例や他の実施の形態も本開示に含まれる。
　本開示は、例えば、高解像度の映像撮影、信頼性、小型化、製造容易性が要求される病理検査用の固体撮像装置およびその製造方法に好適に利用可能である。
１　　透明性基板
２　　検体
３　　第１の電極
４　　撮像部
５　　固体撮像素子
６　　第２の電極
７　　フレキシブル配線基板
７Ａ　配線層
７Ｂ　絶縁層
８　　外部端子
９　　導電性部材
１０　開口部
１１　封入材
１２　コネクター端子

Claims (7)

  1. 　撮像対象物を搭載するための第１面を有する透明性基板と、
    　前記第１面に対向して配置され、前記第１面と対向する面に撮像部および前記撮像部に接続された第１の電極を有する固体撮像素子と、
    　前記撮像対象物を搭載すべき位置の周囲に配置され、第２の電極を有するフレキシブル配線基板と
    を備え、
    　前記第１の電極は前記第２の電極と電気的に接続されている
    固体撮像装置。
  2. 　前記固体撮像装置は、前記撮像部と前記撮像対象物とが接した状態で前記撮像対象物を保持可能である
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記フレキシブル配線基板は開口部を有し、
    　前記撮像対象物を搭載すべき位置は、前記開口部内にある
    請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記フレキシブル配線基板は開口部を有し、
    　前記開口部の面積は前記透明性基板の面積よりも大きく、
    　前記開口部に前記透明性基板の少なくとも一部が収納されている
    請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記フレキシブル配線基板は前記透明性基板上に搭載され、
    　前記第１の電極と前記第２の電極は導電性部材を介して電気的に接続される
    請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記導電性部材は封入材により保護されている
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 　撮像部および前記撮像部に接続された第１の電極を同一面に有する固体撮像素子と、開口部および第２の電極を有するフレキシブル配線基板とを準備する工程と、
    　前記撮像部と前記開口部とを対向させた状態で、前記第１の電極と前記第２の電極とが電気的に接続されるように、前記固体撮像素子と前記フレキシブル配線基板とを接着する工程と、
    　透明性基板に撮像対象物を搭載し樹脂により封入する工程と、
    　前記撮像対象物と前記撮像部とが前記開口部内で接するように、前記透明性基板と前記固体撮像素子とを接合する工程とを有する
    固体撮像装置の製造方法。
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