WO2018092318A1 - 内視鏡用撮像モジュール、および内視鏡 - Google Patents

内視鏡用撮像モジュール、および内視鏡 Download PDF

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拓郎 巣山
考俊 五十嵐
健介 須賀
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オリンパス株式会社
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    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope imaging module in which an imaging element and a semiconductor element are joined, and an endoscope having an endoscope imaging module in which an imaging element and a semiconductor element are joined.
  • the endoscope acquires an in-vivo image by, for example, inserting an insertion portion in which an imaging module is accommodated in a rigid distal end portion of the insertion portion into a patient's body.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-334509 discloses an imaging module in which a wiring board on which electronic component chips such as capacitors, resistors, and ICs constituting a driving circuit are mounted is bonded to the back surface of the imaging element. Yes.
  • An imaging module having a wiring board on which an electronic component chip is mounted has a long length in the optical axis direction. For this reason, it is not easy to shorten the rigid distal end portion of the endoscope.
  • the imaging module can be reduced in diameter and shortened.
  • Tensile stress is applied to the signal cable joined to the rear surface of the imaging module due to the incorporation into the housing or the bending operation of the endoscope. If the joint strength between the image pickup element and the semiconductor element is not sufficient, if a stress is applied to the joint via the signal cable, a connection failure may occur and reliability may be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a highly reliable endoscope imaging module and a highly reliable endoscope.
  • a plurality of semiconductor elements including an imaging element are stacked via a sealing layer, and a signal is transmitted via a signal cable connected to the rear surface.
  • a first semiconductor element of the plurality of semiconductor elements has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and a semiconductor in a central region of the first main surface A through-wiring connected to the semiconductor circuit portion in an intermediate region surrounding the central region, and connected to the through-wiring in the central region of the second main surface;
  • a second semiconductor element of the plurality of semiconductor elements having a third main surface and a fourth main surface facing the third main surface;
  • an endoscope in another embodiment, includes an endoscope imaging module, the endoscope imaging module transmits a signal via a cable, and a first semiconductor element of the plurality of semiconductor elements is , Having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, having a semiconductor circuit portion in a central region of the first main surface and surrounding the central region A plurality of semiconductor elements having a through-wiring connected to the semiconductor circuit portion in an intermediate region and a first electrode connected to the through-wiring in the central region of the second main surface;
  • the second semiconductor element has a third main surface and a fourth main surface opposite to the third main surface, and a second electrode is provided in the central region of the third main surface.
  • the imaging module includes an insertion portion accommodated in a distal end portion, an operation portion disposed on a proximal end side of the insertion portion, and a universal cord extending from the operation portion, wherein the universal cord is It is electrically connected to the signal cable.
  • imaging module 1 The endoscope imaging module 1 of the present embodiment (hereinafter referred to as “imaging module 1”) is accommodated in the distal end portion 9A of the endoscope 9 (see FIG. 12).
  • an imaging element 10 that is a first semiconductor element and a second semiconductor element 20 are interposed via a sealing layer 30.
  • a sealing layer 30 is interposed in the imaging module 1 .
  • a plurality of semiconductor elements 10 and 20 including the imaging element 10 are stacked in the imaging module 1.
  • the wiring board 40 is connected to the external connection terminal 29 of the rear surface 20SB of the second semiconductor element 20 of the imaging module 1, and further to the wiring board 40.
  • the signal cable 41 is connected.
  • the endoscope imaging module 1 a plurality of semiconductor elements 10 and 20 including the imaging element 10 are stacked via the sealing layer 30, and signals are transmitted via the signal cable 41 connected to the rear surface 20 SB. To transmit. And it has the external connection terminal 29 with which the signal cable 41 is arrange
  • FIG. 1 a plurality of semiconductor elements 10 and 20 including the imaging element 10 are stacked via the sealing layer 30, and signals are transmitted via the signal cable 41 connected to the rear surface 20 SB. To transmit. And it has the external connection terminal 29 with which the signal cable 41 is arrange
  • the imaging device 10 having a rectangular shape in plan view, that is, a rectangular cross-sectional shape in a direction orthogonal to the optical axis O, has a substantially rectangular parallelepiped shape having a first main surface 10SA and a second main surface 10SB facing the first main surface 10SA. It is a flat plate.
  • the light receiving unit 11 that is the first semiconductor circuit unit formed in the central region S1 of the first main surface 10SA is a CCD or CMOS light receiving circuit or the like, and receives the light and performs photoelectric conversion to generate an electric signal. Is generated.
  • the light receiving unit 11 includes a plurality of first electrodes 13 disposed in the central region S1 of the second main surface 10SB via a plurality of through wires 12 disposed in the intermediate region S2 surrounding the central region S1. Connected with.
  • the central region S1 is a region where the plurality of first electrodes 13 are disposed
  • the intermediate region is a region where the plurality of through wirings 12 are disposed around the central region S1.
  • the second main surface 10SB of the image sensor 10 is provided with a wiring 14 that connects the through wiring 12 in the intermediate region S2 and the first electrode 13 in the central region S1. Yes.
  • the second semiconductor element 20 having a rectangular shape in plan view has a third main surface 20SA and a fourth main surface 20SB opposite to the third main surface 20SA.
  • the second semiconductor element 20 includes a plurality of first electrodes 13 of the imaging element 10 and a plurality of second electrodes 23 that are joined to the third main surface 20SA. That is, the second electrode 23 is disposed in the central region S1 of the third main surface 20SA of the second semiconductor element 20.
  • the first electrode 13 and the second electrode 23 are joined via bumps 15 having a height of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m. 1 Note that the first electrode 13 and the second electrode 23 do not go through bumps. It may be directly joined to.
  • the second semiconductor element 20 processes the electrical signal output from the image sensor 10 and outputs it as an image signal.
  • a second functional circuit such as a capacitor, resistor or buffer, or a signal processing circuit such as a noise removal circuit or an analog-digital conversion circuit.
  • a planar type device 21 is formed as the semiconductor circuit portion.
  • the imaging module 1 is a wafer level module manufactured by cutting a bonded wafer obtained by bonding an imaging wafer including a plurality of imaging elements 10 and a second semiconductor wafer including a plurality of second semiconductor elements 20. For this reason, the projection image of the image sensor 10 projected on the projection plane in the direction orthogonal to the optical axis completely overlaps with the projection image of the second semiconductor element 20. For this reason, the imaging module 1 has a small diameter. In addition, the imaging module 1 in which the second semiconductor element 20 in which the planar device 21 is formed is joined to the imaging element 10 is short and small.
  • the wafer level module can efficiently produce a plurality of imaging modules 1.
  • the imaging module 1 may be a block level module that cuts each wafer into rectangular or square blocks including a plurality of elements, and separates the wafers after joining the blocks.
  • the block level module has a higher degree of freedom of element arrangement on the wafer than the wafer level module.
  • the second electrode 23 of the second semiconductor element 20 is connected to the planar device 21 on the fourth main surface 20SB through the through wiring 22 in the intermediate region S2. That is, although not shown, the third main surface 20SA of the second semiconductor element 20 is provided with a wiring that connects the second electrode 23 in the central region S1 and the through wiring 22 in the intermediate region S2. Yes.
  • a sealing layer 30 is disposed between the image sensor 10 and the second semiconductor element 20.
  • the sealing layer 30 is made of an insulating resin such as an epoxy resin, an acrylic resin, a polyimide resin, a silicone resin, or a polyvinyl resin.
  • the thickness of the image sensor 10 and the second semiconductor element 20 is about 5 ⁇ m to 100 ⁇ m, respectively, and may be different as will be described later.
  • the planar device 21 may be formed only on one side of the semiconductor element 20 or may be formed on both sides.
  • the junction between the first electrode 13 of the imaging element 10 and the second electrode 23 of the second semiconductor element 20 is made of metal. Since a metal has a small elastic deformation range, when a large stress is applied, there is a possibility that a joint is cracked or a joint surface is peeled off.
  • the sealing layer 30 made of resin has a large elastic deformation range and absorbs stress by elastic deformation.
  • the central region S1 has a so-called hard structure
  • the outer peripheral region S3 surrounding the intermediate region S2 has a so-called softer structure than the central region S1.
  • the stress applied to the endoscope imaging module 1 is applied via a signal cable (not shown) joined to the second semiconductor element 20 that is the rear end face of the imaging module 1.
  • force is applied to the imaging module 1 via the signal cable by the bending operation of the endoscope. Specifically, a force in a direction that pushes and bends the optical axis O is applied to the imaging module 1 in which semiconductor elements are stacked in the Z direction. For this reason, the place where the stress is most applied is the outside of the imaging module 1, that is, the outer peripheral region S3.
  • the imaging module 1 has high reliability because all the joint portions are disposed only in the central region S1 far from the outer peripheral region S3. Furthermore, since the imaging module 1 absorbs stress when the sealing layer 30 disposed in the outer peripheral region S3 is elastically deformed, the stress applied to the joint portion and the through wirings 12 and 22 is reduced.
  • the endoscope imaging module according to the modified example of the first embodiment is similar to the imaging module 1 and has the same effect.
  • the plurality of first electrodes 13 and the plurality of second electrodes 23 arranged in the central region S1 are arranged in a circular shape.
  • the bump 15, which is a joint between the first electrode 13, and the second electrode 23, is arranged on the circumference of one circle.
  • the bumps 15, which are joint portions between the first electrode 13 and the second electrode 23, are arranged in a grid pattern. That is, the bumps 15 are not arranged in a circular shape. If the bumps are arranged only in the central region S1, the arrangement of the bumps is not limited to a circle.
  • the imaging module 1 in which the bumps 15 are arranged in a circle is used.
  • the reliability is higher than that of the imaging module 1A.
  • the first electrode 13, the second electrode 23 and the second electrode 23 are all arranged concentrically. That is, the bump 15 which is a joint portion between the first electrode 13 and the second electrode 23 is disposed on the circumference of two circles having the same center point.
  • the first electrode 13 includes a first electrode 13A arranged on the circumference of the inner circumference circle and a first electrode 13B arranged on the circumference of the outer circumference circle.
  • the imaging module 1B can easily arrange many connection portions.
  • the junction part may be arrange
  • the imaging element 10A of the imaging module 1B is a back-illuminated type, and the through-wiring 12A connecting the light receiving unit and the second main surface 10SB is arranged in a circle.
  • some of the plurality of through wirings 12A may be formed in a central region facing the light receiving unit.
  • the through wiring 12A is arranged in a circle.
  • the imaging module 1B has higher reliability than the imaging module 1.
  • positioned among the junction parts at the inner peripheral side is smaller than the magnitude
  • the number of the junction parts per unit area is larger on the inner peripheral side than on the outer peripheral side.
  • the first electrode 13 includes a first electrode 13C disposed on the circumference of the inner circumferential circle and a first electrode 13D disposed on the circumference of the outer circumferential circle.
  • the size of the first electrode 13C is smaller than the size of the first electrode 13D.
  • the imaging module 1C is more reliable than the imaging module 1B because it is easy to arrange more joints in the region (inner peripheral side) close to the center.
  • the imaging module 1 ⁇ / b> D does not electrically connect the imaging element 10 (first semiconductor element) and the second semiconductor element 20 to the central region S ⁇ b> 1 on the outer peripheral side of the joint. There is a dummy joint.
  • a first dummy electrode 13E that is not connected to the through wiring 12 is disposed on the second main surface 10SB of the image sensor 10.
  • the first dummy electrode 13E is joined to the second dummy electrode of the second semiconductor element 20 via the bump 15 which is a joint portion.
  • the first dummy electrode 13E is disposed so as to surround the first electrode 13. That is, the first electrode 13 is disposed only inside the polygon formed by connecting the centers of the plurality of first dummy electrodes 13E.
  • the imaging module 1D is more reliable because the junction is protected by the dummy junction.
  • the endoscope imaging module 1E according to the modified example of the second embodiment is similar to the imaging module 1 and the like and has the same effect.
  • the sealing layer 30E is disposed in the first sealing layer 31 disposed in the central region S1 and the intermediate region S2, and in the outer peripheral region S3. And a second sealing layer 32 having a Young's modulus smaller than that of the first sealing layer 31.
  • the patterned first sealing layer 31 is disposed on the bonding surface, and the bonding surface after bonding is bonded.
  • the sealing layer 30E is disposed by injecting the second element 20 into the gap.
  • the central region S1 and the intermediate region S2 where the joint and the through wiring are disposed are protected by the first sealing layer 31 having a high Young's modulus.
  • a second sealing layer 32 that elastically deforms and absorbs stress is disposed in the outer peripheral region S3.
  • the first sealing layer 31 has a Young's modulus of 1 GPa or more
  • the second sealing layer 32 has a Young's modulus of 1 MPa or more and 500 MPa or less.
  • the first sealing layer 31 is made of an epoxy resin having a Young's modulus of 8 GPa
  • the second sealing layer 32 is made of a silicone resin having a Young's modulus of 50 MPa.
  • the imaging module 1E is more reliable than the imaging module 1 having the single sealing layer 30.
  • the intermediate region S2 in which the through wiring is disposed is also protected by the first sealing layer 31.
  • the second sealing layer 32 is disposed in the intermediate region S2. Since the second sealing layer 32 having a large area has a strong stress absorption effect, it is possible to more reliably protect the joint portion disposed in the central region S1.
  • the first sealing layer 31 is circular, the first sealing layer 31 can be disposed without performing any particular patterning by dropping the liquid resin.
  • the imaging modules 1E and 1F also have the effects of the imaging modules 1A to 1D by having the joint portions of the imaging modules 1A to 1D.
  • the endoscope imaging module 1G according to the modified example of the third embodiment is similar to the imaging module 1 and the like and has the same effect.
  • the imaging module 1G includes a plurality of semiconductor elements 20A to 20C including the imaging element 10 stacked.
  • a signal cable 41 is connected to the rear surface 20CSB of the imaging module 1G via a wiring board 40 using a flexible substrate to which signal connection pads 49 are connected via external connection terminals 29.
  • the plurality of semiconductor elements 20A to 20C have substantially the same configuration as that of the imaging element 10 (first semiconductor element) or the second semiconductor element 20 described above, and have the same configuration as the sealing layers 30 and 30E. They are stacked via layers.
  • the third semiconductor element 20B has a fifth main surface 20BSA and a sixth main surface 20BSB facing the fifth main surface 20BSA.
  • the sixth main surface 20BSB has the semiconductor circuit portion 21B in the central region S1, and the through-hole wiring 22B connected to the semiconductor circuit portion 21B in the intermediate region S2 surrounding the central region S1.
  • a first electrode 13B connected to the through wiring 22B is provided in the central region S1 of the sixth main surface 20BSB.
  • a second electrode 23B is provided in the central region S1 of the fifth main surface. That is, in the third semiconductor element 20B, the junction with the first semiconductor element 20A and the junction with the third semiconductor element 20B are disposed only in the central region S1.
  • a plurality of first electrodes, a plurality of second electrodes, and a part of the through wiring may be formed in a region facing the inner peripheral portion of the semiconductor circuit portion or the semiconductor circuit portion 21.
  • the semiconductor circuit portion may be formed in the intermediate region or the outer peripheral region.
  • the imaging module of the embodiment may include three or more semiconductor elements as long as the imaging module 10 is included.
  • the effect of the present invention is remarkable when the number of stacked semiconductor elements is 4 or more.
  • the configuration of the imaging module 1 or the like is preferable.
  • the imaging module 1G can easily connect the cable 41 because the wiring board 40 uses a flexible flexible substrate as a base.
  • the signal connection pad 49 of the wiring board 45 is joined to the external connection terminal 29 of the semiconductor element 20C.
  • the two signal cables 41 are connected to the side surfaces of the wiring board 45, respectively.
  • the wiring board may be flexible or inflexible.
  • a plurality of signal cables 41 may be connected to a plurality of surfaces of the wiring board, respectively.
  • the imaging module may be connected to the signal cable 41 directly to the external connection terminal 29 without using a wiring board.
  • the endoscope according to the fourth embodiment includes the imaging modules 1 and 1A to 1G already described.
  • the endoscope 9 includes an insertion portion 9B in which the imaging module 1 is accommodated in the distal end portion 9A, an operation portion 9C disposed on the proximal end side of the insertion portion 9B, and an operation portion. And a universal cord 9D extending from 9C.
  • the universal cord 9D is connected to the signal cable 41 of the imaging module 1.
  • the endoscope 9 Since the endoscope 9 has the imaging modules 1 and 1A to 1G at the distal end portion 9A of the insertion portion 9B, the endoscope 9 has high reliability.
  • the endoscope 9 is a flexible endoscope, but may be a rigid endoscope. Moreover, a medical endoscope or an industrial endoscope may be used.
  • the imaging module of the present invention is not limited to an endoscope application.
  • the imaging device is such that stress is applied to the imaging module by moving the signal cable connected to the imaging module, the same configuration as the imaging module for an endoscope of the present invention, The same effect can be obtained.

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Abstract

内視鏡用撮像モジュール１は、撮像素子１０を含む複数の半導体素子１０，２０が封止層３０を介して積層されており、後面に接続される信号ケーブル４１を介して信号を伝送し、第１の半導体素子１０が、第１の主面１０ＳＡの中央領域Ｓ１に半導体回路部１１を有し、中央領域Ｓ１を囲んでいる中間領域Ｓ２に半導体回路部１１と接続されている貫通配線１２を有し、第２の主面１０ＳＢの中央領域Ｓ１に貫通配線１２と接続されている第１の電極１３を有し、第２の半導体素子２０が、第３の主面２０ＳＡの中央領域Ｓ１に第２の電極２３を有し、複数の半導体素子１０、２０のうち最も後ろ側の半導体素子２０の後面２０ＳＢに配設された、信号ケーブルが接続される外部接続端子２９を有し、中央領域Ｓ１にのみ、第１の電極１３と第２の電極２３との接合部であるバンプ１５が配設されている。

Description

内視鏡用撮像モジュール、および内視鏡
　本発明は、撮像素子と半導体素子とが接合された内視鏡用撮像モジュール、および、撮像素子と半導体素子とが接合された内視鏡用撮像モジュールを有する内視鏡に関する。
　内視鏡は、挿入部の硬性先端部に撮像モジュールが収容された挿入部を、例えば、患者の体内に挿入することによって体内の画像を取得する。日本国特開２００５－３３４５０９号公報には、駆動回路を構成するコンデンサ、抵抗およびＩＣ等の電子部品チップが実装された配線板が、撮像素子の裏面に接合されている撮像モジュールが開示されている。
　電子部品チップが実装された配線板を有する撮像モジュールは、光軸方向の長さが長くなる。このため、内視鏡の硬性先端部の短小化は容易ではない。
　近年、コンデンサ等の電子部品チップと同じ機能を有するプレーナ型デバイス（薄膜部品）が形成された半導体素子が開発されている。プレーナ型デバイスが形成された半導体素子を、撮像素子の裏面にフリップチップ法により接合することにより、撮像モジュールの細径化および短小化を図ることができる。
　撮像モジュールの後面に接合されている信号ケーブルには、筐体への組み込み作業や内視鏡の湾曲操作により、引っ張り応力が印加される。撮像素子と半導体素子との接合部の接合強度が十分でない場合には、信号ケーブルを介して接合部に応力が印加されると接続不良が発生し、信頼性が低下するおそれがある。
特開２００５－３３４５０９号公報
　本発明は、信頼性の高い内視鏡用撮像モジュール、および信頼性の高い内視鏡を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態の内視鏡用撮像モジュールは、撮像素子を含む複数の半導体素子が封止層を介して積層されており、後面に接続される信号ケーブルを介して信号を伝送し、前記複数の半導体素子のうちの第１の半導体素子が、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面の中央領域に半導体回路部を有し、前記中央領域を囲んでいる中間領域に前記半導体回路部と接続されている貫通配線を有し、前記第２の主面の前記中央領域に前記貫通配線と接続されている第１の電極を有し、前記複数の半導体素子のうちの第２の半導体素子が、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面を有し、前記第３の主面の前記中央領域に第２の電極を有し、前記複数の半導体素子のうち最も後ろ側の半導体素子の後面に配設された、前記信号ケーブルが接続される外部接続端子を有し、前記中央領域にのみ、前記第１の電極と前記第２の電極との接合部が配設されている。
　別の実施形態の内視鏡は内視鏡用撮像モジュールを具備し、前記内視鏡用撮像モジュールはケーブルを介して信号を伝送し、前記複数の半導体素子のうちの第１の半導体素子が、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面の中央領域に半導体回路部を有し、前記中央領域を囲んでいる中間領域に前記半導体回路部と接続されている貫通配線を有し、前記第２の主面の前記中央領域に前記貫通配線と接続されている第１の電極を有し、前記複数の半導体素子のうちの第２の半導体素子が、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面を有し、前記第３の主面の前記中央領域に第２の電極を有し、前記複数の半導体素子のうち最も後ろ側の半導体素子の後面に配設された、前記信号ケーブルが接続される外部接続端子を有し、前記中央領域にのみ、前記第１の電極と前記第２の電極との接合部が配設されており、さらに、前記外部接続端子に接続される信号ケーブルと、前記撮像モジュールが先端部に収容された挿入部と、前記挿入部の基端側に配設された操作部と、前記操作部から延出するユニバーサルコードと、を具備し、前記ユニバーサルコードは、前記信号ケーブルと電気的に接続されている。
　本発明によれば、信頼性の高い内視鏡用撮像モジュール、および信頼性の高い内視鏡を提供できる。
第１実施形態の撮像モジュールの斜視図である。 第１実施形態の撮像モジュールの図１のＩＩ-ＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の撮像モジュールの撮像素子の背面図である。 第１実施形態の変形例１の撮像モジュールの撮像素子の背面図である。 第１実施形態の変形例２の撮像モジュールの撮像素子の背面図である。 第１実施形態の変形例３の撮像モジュールの撮像素子の背面図である。 第１実施形態の変形例４の撮像モジュールの撮像素子の背面図である。 第２実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第２実施形態の撮像モジュールの図８のＩＸ-ＩＸ線に沿った断面図である。 第２実施形態の変形例の撮像モジュールの断面図である。 第３実施形態の撮像モジュールの断面図である。 第３実施形態の変形例の撮像モジュールの断面図である。 第４実施形態の内視鏡の斜視図である。
＜第１実施形態＞
　本実施形態の内視鏡用撮像モジュール１（以下、「撮像モジュール１」という。）は、内視鏡９の先端部９Ａに収容される（図１２参照）。
　図１および図２に示すように、本実施形態の内視鏡用撮像モジュール１は、第１の半導体素子である撮像素子１０と第２の半導体素子２０とが、封止層３０を介して積層されている。言い替えれば、撮像モジュール１は、撮像素子１０を含む複数の半導体素子１０、２０が積層されている。
　なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、光軸Ｏ（Ｚ軸）の撮像素子１０の方向を「前」、第２の半導体素子２０の方向を「後」という。
　また、一部の構成要素（例えば、配線板４０、信号ケーブル４１）の図示を省略することがある。すなわち、図１等では図示しないが、図１１に示すように、撮像モジュール１の第２の半導体素子２０の後面２０ＳＢの外部接続端子２９には、配線板４０が接続され、さらに配線板４０には信号ケーブル４１が接続される。
　すなわち、内視鏡用撮像モジュール１は、撮像素子１０を含む複数の半導体素子１０、２０が封止層３０を介して積層されており、後面２０ＳＢに接続される信号ケーブル４１を介して信号を伝送する。そして、複数の半導体素子１０、２０のうち最も後ろ側の半導体素子２０の後面２０ＳＢに配設された、信号ケーブル４１が接続される外部接続端子２９を有する。
　平面視矩形、すなわち光軸Ｏに直交する方向の断面形状が矩形の撮像素子１０は、第１の主面１０ＳＡと第１の主面１０ＳＡと対向する第２の主面１０ＳＢとを有する略直方体平板である。
　第１の主面１０ＳＡの中央領域Ｓ１に形成されている第１の半導体回路部である受光部１１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ受光回路等であり、光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する。受光部１１は、中央領域Ｓ１を囲む中間領域Ｓ２に配設されている複数の貫通配線１２を介して第２の主面１０ＳＢの中央領域Ｓ１に配設されている複数の第１の電極１３と接続されている。
　言い替えれば、中央領域Ｓ１は、複数の第１の電極１３が配設されている領域であり、中間領域は、中央領域Ｓ１の周囲の、複数の貫通配線１２が配設されている領域である。
　図３に示す様に、撮像素子１０の第２の主面１０ＳＢには、中間領域Ｓ２の貫通配線１２と、中央領域Ｓ１の第１の電極１３と、を接続する配線１４が配設されている。
　一方、平面視矩形の第２の半導体素子２０は、第３の主面２０ＳＡと第３の主面２０ＳＡと対向する第４の主面２０ＳＢとを有する。そして、第２の半導体素子２０は、第３の主面２０ＳＡに撮像素子１０の複数の第１の電極１３のそれぞれと、それぞれが接合されている複数の第２の電極２３を有する。すなわち、第２の電極２３は、第２の半導体素子２０の第３の主面２０ＳＡの中央領域Ｓ１に配設されている。
　第１の電極１３と第２の電極２３とは、高さ1μｍ～５０μｍｎのバンプ１５を介して接合されている１なお、第１の電極１３と第２の電極２３とは、バンプを介さずに直接、接合されていてもよい。
　第２の半導体素子２０は、撮像素子１０が出力する電気信号を処理し、撮像信号として出力する。第２の半導体素子２０の第３の主面２０ＳＡには、コンデンサ、抵抗もしくはバッファ等の電子部品機能回路、または、ノイズ除去回路もしくはアナログデジタル変換回路等の信号処理回路を構成している第２の半導体回路部であるプレーナ型デバイス２１が形成されている。
　撮像モジュール１は、複数の撮像素子１０を含む撮像ウエハと、複数の第２の半導体素子２０を含む第２の半導体ウエハとを接合した接合ウエハの切断により作製されるウエハレベルモジュールである。このため、光軸直交方向の投影面に投影された撮像素子１０の投影像と、第２の半導体素子２０の投影像とは、完全に重なっている。このため撮像モジュール１は、細径である。また、撮像素子１０にプレーナ型デバイス２１が形成されている第２の半導体素子２０が接合されている撮像モジュール１は、短小である。
　ウエハレベルモジュールは、複数の撮像モジュール１を効率良く作製できる。撮像モジュール１は、各ウエハを複数の素子を含む長方形または正方形のブロックに切断し、複数のブロックを接合した後に個片化するブロックレベルモジュールでもよい。ブロックレベルモジュールはウエハレベルモジュールよりも、ウエハにおける素子配置の自由度が高い。
　なお、第２の半導体素子２０の第２の電極２３は、中間領域Ｓ２の貫通配線２２を介して第４の主面２０ＳＢのプレーナ型デバイス２１と接続されている。すなわち、図示しないが、第２の半導体素子２０の第３の主面２０ＳＡには、中央領域Ｓ１の第２の電極２３と、中間領域Ｓ２の貫通配線２２とを接続する配線が配設されている。
　撮像素子１０と第２の半導体素子２０との間には封止層３０が配設されている。封止層３０は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂またはポリビニル樹脂等の絶縁樹脂からなる。
　撮像素子１０および第２の半導体素子２０の厚さはそれぞれ、５μｍ～１００μｍ程度であり、後述するように異なっていてもよい。また、プレーナ型デバイス２１は、半導体素子２０の片面だけに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。
　撮像モジュール１は、撮像素子１０の第１の電極１３と第２の半導体素子２０の第２の電極２３との接合部が金属からなる。金属は、弾性変形範囲が小さいため、大きな応力が印加されると、接合部にひびが生じたり、接合面が剥離したりするおそれがある。
　撮像モジュール１は、接合部の全てが、中央領域Ｓ１に配設されており、撮像素子１０と第２の半導体素子２０との間には、封止層３０が配設されている。樹脂からなる封止層３０は、弾性変形範囲が大きく、弾性変形することにより応力を吸収する。
　すなわち、撮像モジュール１では、中央領域Ｓ１は、いわゆる硬い構造であるのに対して、中間領域Ｓ２を囲んでいる外周領域Ｓ３は、中央領域Ｓ１よりも、いわゆる軟らかい構造となっている。
　すでに説明したように、内視鏡用撮像モジュール１に印加される応力は、撮像モジュール１の後端面である第２の半導体素子２０に接合されている信号ケーブル（不図示）を介して印加される。
　ここで、内視鏡の湾曲操作によって、信号ケーブルを介して撮像モジュール１に力が加わる。具体的には、Ｚ方向に半導体素子が積層された撮像モジュール１には、光軸Ｏを押し曲げるような方向の力が加わる。このため最も応力がかかる箇所は撮像モジュール１の外側、つまり外周領域Ｓ３である。
　撮像モジュール１は、全ての接合部が、外周領域Ｓ３より遠い中央領域Ｓ１にのみ配設されているため信頼性が高い。さらに、撮像モジュール１は、外周領域Ｓ３に配設されている封止層３０が弾性変形することにより応力を吸収するため、接合部および貫通配線１２、２２に印加される応力が低減される。
＜第１実施形態の変形例＞
　第１実施形態の変形例の内視鏡用撮像モジュールは、撮像モジュール１と類似し同じ効果を有しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜第１実施形態の変形例１＞
　撮像モジュール１では、中央領域Ｓ１に配設されている複数の第１の電極１３および複数の第２の電極２３は、円状に配置されていた。言い替えれば、第１の電極と１３と第２の電極２３との接合部であるバンプ１５は、１つの円の円周上に配置されていた。
　これに対して、図４に示す様に、撮像モジュール１Ａでは、第１の電極と１３と第２の電極２３との接合部であるバンプ１５は、格子状に配置されている。すなわち、バンプ１５は円状には配置されていない。バンプは、中央領域Ｓ１にのみ配置されていれば、バンプの配置は円状に限定されない。
　ただし、信号ケーブル４１を介して撮像モジュール１に印加される応力が、光軸Ｏに直交する面内において等方的である場合は、バンプ１５が円状に配置されている撮像モジュール１の方が、撮像モジュール１Ａよりも信頼性が高い。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図５に示す様に、撮像モジュール１Ｂでは、第１の電極と１３と第２の電極２３とは、ともに同心円状に配置されている。すなわち、第１の電極と１３と第２の電極２３との接合部であるバンプ１５は、中心点が同じ２つの円の円周上に配置されている。
　例えば、第１の電極１３は、内周円の円周上に配置されている第１の電極１３Ａと、外周円の円周上に配置されている第１の電極１３Ｂと、からなる。
　撮像モジュール１Ｂは、多くの接続部を配置することが容易である。なお、接合部は、３つ以上の円の円周上に配置されていてもよいし、円の中心領域にも配置されていてもよい。
　なお、撮像モジュール１Ｂの撮像素子１０Ａは裏面照射型であり、受光部と第２の主面１０ＳＢとを接続している貫通配線１２Ａが円状に配置されている。裏面照射型の撮像素子１０Ａでは、複数の貫通配線１２Ａの一部は、受光部と対向する中央領域に形成されていてもよい。
　すでに説明したように、信号ケーブル４１を介して撮像モジュール１Ｂに印加される応力が、光軸Ｏに直交する面内において等方的である場合は、貫通配線１２Ａが円状に配置されている撮像モジュール１Ｂは、撮像モジュール１よりも信頼性が高い。
＜第１実施形態の変形例３＞
　図６に示す様に、撮像モジュール１Ｃは、撮像モジュール１Ｂと同じように、第１の電極と１３と第２の電極２３、すなわち接合部であるバンプ１５は、同心円状に配置されている。
　そして、接合部のうち内周側に配置されている接合部の光軸直交方向（すなわちＸＹ平面方向）の面積である大きさが、外周側に配置されている接合部の大きさよりも、小さい。そして、単位面積当たりの接合部の数は、内周側が外周側よりも多い。
　例えば、第１の電極１３は、内周円の円周上に配置されている第１の電極１３Ｃと、外周円の円周上に配置されている第１の電極１３Ｄと、からなる。そして、第１の電極１３Ｃの大きさが、第１の電極１３Ｄの大きさよりも小さい。
　撮像モジュール１Ｃは、中心に近い領域（内周側）に、より多くの接合部を配置することが容易であるため、撮像モジュール１Ｂよりも信頼性が高い。
＜第１実施形態の変形例４＞
　図７に示す様に、撮像モジュール１Ｄは、接合部よりも外周側の中央領域Ｓ１に、撮像素子１０（第１の半導体素子）と第２の半導体素子２０とを電気的に接続していないダミー接合部がある。
　例えば、撮像素子１０の第２の主面１０ＳＢには、貫通配線１２と接続されていない第１のダミー電極１３Ｅが配設されている。図示しないが、第１のダミー電極１３Ｅは、接合部であるバンプ１５を介して第２の半導体素子２０の第２のダミー電極と接合されている。
　例えば、第１のダミー電極１３Ｅは第１の電極１３を囲むように配置されている。すなわち、第１の電極１３は、複数の第１のダミー電極１３Ｅの中心を結ぶことで構成される多角形の内部にだけ配置されている。
　撮像モジュール１Ｄは、接合部がダミー接合部により保護されているため、より信頼性が高い。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の変形例の内視鏡用撮像モジュール１Ｅは、撮像モジュール１等と類似し同じ効果を有しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図８および図９に示す本実施形態の撮像モジュール１Ｅは、封止層３０Ｅが、中央領域Ｓ１および中間領域Ｓ２に配設されている第１の封止層３１と、外周領域Ｓ３に配設されている第１の封止層３１よりもヤング率の小さい第２の封止層３２と、からなる。
　例えば、第１の半導体素子（撮像素子）１０と第２の半導体素子２０とを接合する前に、パターニングされた第１の封止層３１が接合面に配設され、接合後の接合面の隙間に第２の素子２０が注入されることで、封止層３０Ｅは配設される。
　接合部および貫通配線が配設されている中央領域Ｓ１および中間領域Ｓ２は、ヤング率の高い第１の封止層３１により保護されている。そして、外周領域Ｓ３には、弾性変形し応力を吸収する第２の封止層３２が配設されている。
　特に、第１の封止層３１はヤング率が１ＧＰａ以上で、第２の封止層３２はヤング率が、１ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下であることが好ましい。
　例えば、第１の封止層３１は、ヤング率が８ＧＰａのエポキシ樹脂からなり、第２の封止層３２は、ヤング率が５０ＭＰａのシリコーン樹脂からなる。
　撮像モジュール１Ｅは、単一の封止層３０を有する撮像モジュール１よりも、信頼性が高い。
＜第２実施形態の変形例＞
　撮像モジュール１Ｅでは、貫通配線が配設されている中間領域Ｓ２も第１の封止層３１により保護されていた。
　これに対して、図１０に示す本変形例の撮像モジュール１Ｆでは、中間領域Ｓ２には、第２の封止層３２が配設されている。広い面積の第２の封止層３２は応力吸収効果が強いため、中央領域Ｓ１に配設されている接合部をより確実に保護できる。
　さらに、第１の封止層３１は、円形であるため、液体樹脂の滴下により特にパターニングを行うこと無く配設できる。
　また、撮像モジュール１Ｅ、１Ｆにおいても、撮像モジュール１Ａ～１Ｄの構成の接合部を有することで、撮像モジュール１Ａ～１Ｄの効果を有することは言うまでも無い。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態の変形例の内視鏡用撮像モジュール１Ｇは、撮像モジュール１等と類似し同じ効果を有しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１１に示す様に、撮像モジュール１Ｇは、撮像素子１０を含む複数の半導体素子２０Ａ～２０Ｃが積層されている。撮像モジュール１Ｇの後面２０ＣＳＢには、外部接続端子２９を介して信号接続パッド４９が接続されたフレキシブル基板を用いた配線板４０を介して信号ケーブル４１が接続されている。
　そして、複数の半導体素子２０Ａ～２０Ｃが、すでに説明した撮像素子１０（第１の半導体素子）または第２の半導体素子２０と略同じ構成で、封止層３０、３０Ｅと略同じ構成の封止層を介して積層されている。
　例えば、第３の半導体素子２０Ｂは、第５の主面２０ＢＳＡと第５の主面２０ＢＳＡと対向する第６の主面２０ＢＳＢとを有する。第６の主面２０ＢＳＢの中央領域Ｓ１に半導体回路部２１Ｂを有し、中央領域Ｓ１を囲んでいる中間領域Ｓ２に半導体回路部２１Ｂと接続されている貫通配線２２Ｂを有する。第６の主面２０ＢＳＢの中央領域Ｓ１に貫通配線２２Ｂと接続されている第１の電極１３Ｂを有する。第５の主面の中央領域Ｓ１に第２の電極２３Ｂを有する。すなわち、第３の半導体素子２０Ｂでは、第１の半導体素子２０Ａとの接合部および第３の半導体素子２０Ｂとの接合部が中央領域Ｓ１にのみ、配設されている。
　なお、複数の第１の電極、複数の第２の電極および貫通配線の一部が、半導体回路部の内周部や半導体回路部２１と対向する領域に形成されていてもよい。逆に、半導体回路部が、中間領域や外周領域に形成されていてもよい。
　すなわち、実施形態の撮像モジュールは、撮像素子１０を含んでいれば、３つ以上の半導体素子を含んでいてもよい。特に積層される半導体素子の数が、４以上であると本発明の効果が顕著である。
　なお、３つ以上の半導体素子が積層されている撮像モジュールにおいては、少なくともいずれかの素子間が撮像モジュール１等と同じ構成であれば、よい。ただし、４以上の半導体素子が積層されている撮像モジュールでは、最前方の素子間および最後方の素子間は、最も強い応力が印加されるため、撮像モジュール１等の構成であることが好ましい。
＜第３実施形態の変形例＞
　第３実施形態の変形例の撮像モジュール１Ｈは、撮像モジュール１Ｇと類似し同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　撮像モジュール１Ｇは、配線板４０が可撓性を有するフレキシブル基板を基体として用いているため、ケーブル４１を容易に接続できる。これに対して、図１２に示す撮像モジュール１Ｈの配線板４５は、硬質基板を基体とする。配線板４５の信号接続パッド４９は、半導体素子２０Ｃの外部接続端子２９と接合されている。また、２本の信号ケーブル４１は配線板４５の側面にそれぞれ接続されている。
　すなわち、配線板は、可撓性でも非可撓性でもよい。また、複数の信号ケーブル４１が、配線板の複数の面にそれぞれ接続されていてもよい。さらに、撮像モジュールは、配線板を用いないで、外部接続端子２９に直接、信号ケーブル４１が接続されていてもよい。
＜第４実施形態＞
　第４実施形態の内視鏡は、既に説明した撮像モジュール１、１Ａ～１Ｇを具備する。
　図１２に示すように、例えば、内視鏡９は、撮像モジュール１が先端部９Ａに収容された挿入部９Ｂと、挿入部９Ｂの基端側に配設された操作部９Ｃと、操作部９Ｃから延出するユニバーサルコード９Ｄと、を具備する。ユニバーサルコード９Ｄは、撮像モジュール１の信号ケーブル４１と接続されている。
　内視鏡９は、撮像モジュール１、１Ａ～１Ｇを挿入部９Ｂの先端部９Ａに有するため、信頼性が高い。なお、内視鏡９は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、医療用内視鏡でも工業用内視鏡でもよい。
　また、内視鏡用撮像モジュール１等について説明したが、本発明の撮像モジュールは内視鏡用途に限定されるものではない。具体的には、撮像モジュールに接続した信号ケーブルが動くことによって、撮像モジュールに応力が印加されるような撮像装置であれば、本発明の内視鏡用撮像モジュールと同じ構成とすることで、同じ効果を得ることができる。例えば、可動する超小型のロボットアームの先端部に搭載された撮像モジュール、および、レンズユニットではなく撮像モジュールを光軸方向に動かしてフォーカス調整等をする撮像内視鏡用撮像モジュールなど、内視鏡以外の装置にも適用することができる。
　本発明は、上述した実施形態およ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、改変等が可能である。
１、１Ａ～１Ｇ・・・内視鏡用撮像モジュール
９・・・内視鏡
１０・・・撮像素子（第１の半導体素子）
１１・・・受光部（半導体回路部）
１２・・・貫通配線
１３・・・第１の電極
１４・・・配線
１５・・・バンプ
２０・・・第２の半導体素子
２１・・・プレーナ型デバイス
２２・・・貫通配線
２３・・・第２の電極
３０・・・封止層
４０・・・配線板
４１・・・信号ケーブル
Ｓ１・・・中央領域
Ｓ２・・・中間領域
Ｓ３・・・外周領域

Claims (10)

  1. 　撮像素子を含む複数の半導体素子が封止層を介して積層されており、後面に接続される信号ケーブルを介して信号を伝送し、
    　前記複数の半導体素子のうちの第１の半導体素子が、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面の中央領域に半導体回路部を有し、前記中央領域を囲んでいる中間領域に前記半導体回路部と接続されている貫通配線を有し、前記第２の主面の前記中央領域に前記貫通配線と接続されている第１の電極を有し、
    　前記複数の半導体素子のうちの第２の半導体素子が、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面を有し、前記第３の主面の前記中央領域に第２の電極を有し、
    　前記複数の半導体素子のうち最も後ろ側の半導体素子の前記後面に配設された、前記信号ケーブルが接続される外部接続端子を有し、
    　前記中央領域にのみ、前記第１の電極と前記第２の電極との接合部が配設されていることを特徴とする内視鏡用撮像モジュール。
  2. 　複数の接合部が円状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  3. 　前記複数の接合部が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  4. 　前記複数の接合部のうち内周側に配置されている接合部の大きさが、外周側に配置されている接合部の大きさよりも、小さいことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  5. 　前記接合部が配設されている領域よりも外周側の前記中央領域に、前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子とを電気的に接続していないダミー接合部が配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  6. 　前記封止層が、前記中央領域に配設されている第１の封止層と、前記中間領域を囲む外周領域に配設されている前記第１の封止層よりもヤング率の小さい第２の封止層と、からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  7. 　前記第１の封止層が、前記中間領域にも配設されていることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  8. 　前記第１の半導体素子が、前記半導体回路部が受光部の前記撮像素子であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  9. 　前記複数の半導体素子が、前記第１の半導体素子または前記第２の半導体素子と同様の構成で、前記封止層と同じ構成の封止層を介して積層されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡用撮像モジュール。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の内視鏡用撮像モジュールを具備する内視鏡であって、
    　前記外部接続端子に接続される信号ケーブルと、
    　前記内視鏡用撮像モジュールが先端部に収容された挿入部と、
    　前記挿入部の基端側に配設された操作部と、
    　前記操作部から延出するユニバーサルコードと、を具備し、
    　前記ユニバーサルコードは、前記信号ケーブルと電気的に接続されていることを特徴とする内視鏡。
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