WO2021149177A1 - 撮像装置、内視鏡、および撮像装置の製造方法 - Google Patents

撮像装置、内視鏡、および撮像装置の製造方法 Download PDF

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碩 萩原
拓郎 巣山
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging device including a laminated element, an endoscope including an imaging device including a laminated element, and a method for manufacturing an imaging device including a laminated element.
  • the image pickup signal output by the image sensor is processed and transmitted by a plurality of electronic components.
  • International Publication No. 2016/203828 discloses an endoscope in which an image pickup apparatus is miniaturized and has high functionality by using a laminated element in which a plurality of semiconductor elements are laminated.
  • the laminated element is arranged at the rear part of the wiring board which is joined to the back surface of the image pickup element and extends rearward. Therefore, the image pickup unit has a long dimension in the optical axis direction.
  • the image pickup unit of FIG. 4 of the above publication has a short dimension in the optical axis direction because the laminated element is bonded to the back surface of the image pickup device.
  • the image pickup unit if the heat generated from the laminated elements is transferred to the image pickup device, the image quality may deteriorate due to thermal noise.
  • An object of the present invention is to provide an image pickup device capable of obtaining a small-sized and high-quality image, an endoscope provided with the image pickup device, and a method for manufacturing such an image pickup device.
  • the image pickup apparatus of the embodiment includes an image pickup member including at least an image pickup element, a laminated element in which a plurality of semiconductor elements are laminated, and a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
  • a wiring board comprising a central section, at least one intermediate section extending and bending from the central section, and at least one terminal section extending from the intermediate section.
  • a plurality of signal cables bonded to the terminal section are provided, the image pickup member is bonded to the first main surface of the central section, and the laminated element is bonded to the first main surface of the central section. It is joined to the main surface of 2.
  • the endoscope of the embodiment includes an image pickup device, and the image pickup device includes an image pickup member including at least an image pickup device, a laminated element in which a plurality of semiconductor elements are laminated, a first main surface, and the first main surface.
  • a wiring plate including a section, and a plurality of signal cables joined to the terminal section are provided, and the image pickup member is joined to the first main surface of the central section.
  • the laminated element is joined to the second main surface of the central section.
  • the method of manufacturing the image pickup apparatus of the embodiment includes an image pickup member including at least an image pickup element, a laminated element in which a plurality of semiconductor elements are laminated, and a second main surface opposite to the first main surface.
  • the central section has a step of joining the image pickup member and a step of joining a plurality of signal cables to the terminal section.
  • an image pickup device capable of obtaining a small and high-quality image
  • an endoscope provided with the image pickup device
  • a method for manufacturing such an image pickup device it is possible to provide an image pickup device capable of obtaining a small and high-quality image, an endoscope provided with the image pickup device, and a method for manufacturing such an image pickup device.
  • the endoscope system 8 shown in FIG. 1 includes an endoscope 9 of an embodiment, a processor 80, a light source device 81, and a monitor 82.
  • the endoscope 9 has an insertion unit 90, an operation unit 91, and a universal cord 92.
  • the insertion portion 90 is inserted into the body of the subject, an internal image is taken, and an imaging signal is output.
  • the insertion portion 90 is composed of a tip portion 90A in which the image pickup apparatus 1 is arranged, a bendable bending portion 90B connected to the tip portion 90A, and a flexible portion 90C connected to the bending portion 90B. NS.
  • an operation portion 91 provided with various buttons for operating the endoscope 9 is arranged.
  • the curved portion 90B is curved by the operation of the operating portion 91.
  • the light source device 81 has, for example, a white LED.
  • the illumination light emitted by the light source device 81 is guided to the tip 90A by passing through a light guide (not shown) that inserts the universal cord 92 and the insertion portion 90, and illuminates the subject.
  • the processor 80 controls the entire endoscope system 8 and processes the imaging signal output by the imaging device 1 to output it as an image signal.
  • the monitor 82 displays the image signal output by the processor 80 as an endoscopic image.
  • the image pickup device 1 is small and can obtain a high-quality image. Since the endoscope 9 has a small diameter, it is minimally invasive and a high-quality image can be obtained.
  • the endoscope 9 is a flexible endoscope for medical use
  • the endoscope of the present invention may be a rigid endoscope or its use may be for industrial use.
  • the image pickup device 1 of the present embodiment shown in FIGS. 2 and 3 includes an image pickup element 10, a stacking element 20, a wiring board 30, and a signal cable 40.
  • the image sensor (imager) 10 has a light receiving circuit 11 made of a CCD or CMOS on the light receiving surface 10SA. Although not shown in FIG. 2 and the like, a cover glass 52 and an imaging optical system 53 are arranged on the light receiving surface 10SA (see FIG. 10). A junction conductor 19 connected to the light receiving circuit 11 via a through wiring 15 penetrating in the thickness direction is arranged on the back surface 10SB on the opposite side of the light receiving surface 10SA of the image sensor 10.
  • the laminated element 20 has a bonding surface 20SA and a rear surface 20SB on the opposite side of the bonding surface 20SA.
  • the laminated element 20 is a member having a substantially rectangular parallelepiped shape in which a plurality of semiconductor elements 20A, 20B, and 20C are laminated.
  • the through wires 25A to 25C penetrating in the thickness direction of the semiconductor elements 20A to 20C facing each other are joined by the joining conductors 28A and 28B, respectively.
  • a plurality of joint conductors 29 are arranged on the joint surface 20SA, which is a surface of the laminated element 20 close to the image pickup element 10.
  • the bonded conductors 19, 28A, 28B, and 29 are stud bumps, plated bumps, or ball bumps having a height of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m and made of gold or solder.
  • the image sensor 10 and the semiconductor elements 20A to 20C are both flat semiconductor chips using silicon as a substrate.
  • Semiconductor circuits 21A to 21C are formed in the semiconductor elements 20A to 20C, respectively.
  • the wiring board 30 has a first main surface 30SA and a second main surface 30SB on the opposite side of the first main surface 30SA.
  • the wiring board 30 has a substrate and wiring composed of conductor layers arranged on both sides of the first main surface 30SA and the second main surface 30SB.
  • the substrate is composed of, for example, a resin, and may further contain air as described later.
  • the wiring board 30 may have an insulating resin layer covering the conductor layer, or may be a multilayer wiring board.
  • the wiring board 30 includes a central section 30A, a bent intermediate section 30B, and a terminal section 30C to which the signal cable 40 is joined.
  • An intermediate section 30B extends from one of the four sides of the central section 30A, which is a substantially rectangular area of the flat plate.
  • a terminal section 30C extends from the intermediate section 30B. Since the widths of the central section 30A, the intermediate section 30B, and the terminal section 30C are the same, the wiring board 30 in the state where the intermediate section 30B is not bent is a rectangular flat plate.
  • the wiring board 30 is a rigid flexible wiring board in which the substrates of the central section 30A and the terminal section 30C are hard and the substrates of the intermediate section 30B are flexible.
  • the back surface 10SB of the image sensor 10 is joined to the first main surface 30SA of the central section 30A.
  • the bonding surface 20SA of the laminated element 20 is bonded to the second main surface 30SB of the central section 30A. That is, the plurality of semiconductor elements 20A to 20C of the laminated element 20 are laminated along the optical axis direction.
  • the laminated element 20 is preferably provided at a position corresponding to the image pickup device 10 on the second main surface 30SB of the central section 30A.
  • an image pickup member in which one or more semiconductor elements are joined to the back surface 10SB of the image pickup element 10 may be joined to the wiring board 30. That is, the image pickup device 1 may have an image pickup member including at least the image pickup element 10.
  • the intermediate section 30B is bent at an angle of approximately 90 degrees, for example, 70 degrees or more and 110 degrees or less. Therefore, the angle formed by the terminal section 30C arranged substantially parallel to the side surface of the laminated element 20 with the central section 30A is approximately 90 degrees. A part of the terminal section 30C may be in contact with the side surface of the laminated element 20.
  • the plurality of signal cables 40 are joined to the wiring of the first main surface 30SA and the second main surface 30SB at the rear end of the terminal section 30C.
  • the area to which the signal cable 40 is joined is the terminal section 30C of the wiring board 30.
  • the plurality of signal cables 40 may be joined to at least one of the first main surface 30SA and the second main surface 30SB. Further, the signal cable 40 may be a shielded cable. Further, a resin (not shown) that fixes the bent state of the intermediate section 30B may be disposed between the laminated element 20 and the wiring board 30.
  • the image pickup device 1 Since the image pickup device 1 has a structure in which the image pickup element 10 and the laminated element 20 are laminated with the wiring plate 30 (central section 30A) interposed therebetween, the length in the optical axis direction is short and the image pickup device 1 is compact.
  • the laminated element 20 generates heat. For example, if the heat generated by the drive signal generation circuit of the semiconductor element is transferred to the image pickup device 10, a high-quality image may not be obtained.
  • a central section 30A which is a heat insulating member, is arranged between the image pickup element 10 and the laminated element 20. Therefore, the heat of the laminated element 20 is not easily transferred to the image sensor 10.
  • an epoxy resin is used as the material of the substrate of the central section 30A.
  • the thermal conductivity of the epoxy resin is 0.35 W / m ⁇ K, which is much smaller than the thermal conductivity of copper, which is a conductor, 400 W / m ⁇ K. Therefore, most of the heat of the laminated element 20 is transmitted to the signal cable 40 via the conductor layer provided on the second main surface 30SB of the wiring board 30. Most of the heat of the image pickup device 10 is transmitted to the signal cable 40 via the conductor layer provided on the first main surface SA of the wiring board 30.
  • a resin having a thermal conductivity of 1 W / m ⁇ K or less is preferable.
  • the substrate material of the wiring board 30 include epoxy resin, polyimide resin, fluororesin, polyamideimide, polyphenylene ether, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherketone, polyetherimide, and fluorine.
  • based thermoplastic elastomers and butadiene rubbers Preferably based thermoplastic elastomers and butadiene rubbers.
  • the central section 30A has a through wiring 32 penetrating in the thickness direction, a part of the heat generated by the laminated element 20 is passed through the through wiring 32 and the through wiring 15 of the image sensor 10 to the image sensor. It is transmitted to 10.
  • the through wiring 32 and the through wiring 15 are so-called conformal vias in which a conductor layer is arranged on the wall surface of the through hole and the inside is filled with resin. Conformal vias have higher thermal resistance than so-called filled vias, in which through-holes are filled with conductors. Thermal resistance is a parameter that indicates the difficulty of heat transfer from one main surface of a flat plate to the other main surface. Therefore, the heat transferred from the laminated element 20 to the image pickup device 10 via the through wiring 32 and the through wiring 15 of the image pickup device 10 is small.
  • the resin of the substrate of the central section 30A contains 10% by volume or more of air. Since the thermal conductivity of air is extremely small at 0.0241 W / m ⁇ K, the thermal resistance of the resin substrate containing air is large. In order to ensure the mechanical strength, the amount of air contained in the resin is preferably 70% by volume or less, for example.
  • the imaging device 1 has a short length in the optical axis direction and is compact. Further, in the image pickup device 1, the heat of the laminated element 20 is not easily transferred to the image pickup device 10, so that a high-quality image can be obtained.
  • the thickness of at least one of the substrates of the intermediate section 30B and the terminal section 30C is larger than the thickness D10 of the image sensor 10. Further, it is more preferable that the resin of at least one of the substrates of the intermediate section 30B and the terminal section 30C contains 10% by volume or more of air.
  • the image sensor 10, the laminated element 20, and the wiring board 30 are manufactured.
  • the image pickup device 10 is manufactured by cutting an image pickup wafer having a plurality of light receiving circuits 11 and the like.
  • the image sensor 10 may be either a front-illuminated imager or a back-illuminated imager.
  • the laminated element 20 is manufactured, for example, by laminating semiconductor element wafers, each of which has a plurality of semiconductor circuits 21A, 21B, 21C, etc., and cutting the laminated wafers which are bonded to each other by a plurality of bonding conductors 28A, 28B. ..
  • the semiconductor circuits 21A to 21C process the image pickup signal output by the image pickup device 10 and process the control signal for controlling the image pickup device 10.
  • the semiconductor elements 20A to 20C include, for example, an AD conversion circuit, a memory, a transmission output circuit, a drive signal generation circuit, a filter circuit, a thin film capacitor, a thin film inductor, and the like.
  • a plurality of semiconductor circuits may be formed on one semiconductor element, or semiconductor circuits may be formed on both main surfaces of one semiconductor element.
  • the number of semiconductor elements included in the laminated element 20 is, for example, 1 or more and 10 or less.
  • the wiring board 30 is a rigid flexible wiring board including a non-flexible central section 30A, a flexible intermediate section 30B, and a non-flexible terminal section 30C.
  • the substrates of the central section 30A and the terminal section 30C are made of a non-flexible resin such as an epoxy resin.
  • the substrate of the intermediate section 30B is made of a flexible resin such as polyimide.
  • the thickness and the like of the central section 30A, the intermediate section 30B and the terminal section 30C may be different.
  • the wiring board 30 is a double-sided wiring board having a conductor layer made of copper having a thickness of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, but may be a multi-layer wiring board having wiring inside. Further, an electronic component such as a chip capacitor may be mounted on at least one of the first main surface 30SA or the second main surface 30SB.
  • Step S20 Step of Joining the Laminated Element 20
  • the laminated element 20 is joined to the wiring board 30 in which the intermediate section 30B is not bent.
  • the laminated element 20 is joined to the second main surface 30SB of the central section 30A of the wiring board 30.
  • a solder bump which is a bonding conductor 29 that electrically connects the wiring board 30 and the laminated element 20, is bonded to the electrode of the conductor layer of the second main surface 30SB.
  • a high thermal conductive resin containing an insulating filler such as silicon particles may be filled between the laminated element 20 and the wiring board 30.
  • the thermal conductivity of silicon is 160 W / m ⁇ K.
  • Step S40> Step of Joining the Image Sensor The image sensor 10 is joined to the first main surface 30SA of the central section 30A.
  • a gold bump which is a bonding conductor 19 that electrically connects the image sensor 10 and the wiring board 30, is ultrasonically bonded to a gold electrode arranged on the conductor layer of the first main surface 30SA.
  • the substrate of all sections of the wiring board 30 may be flexible, but the central section 30A is preferably inflexible because the lamination element 20 and the image pickup element 10 can be easily joined.
  • the terminal section 30C may be flexible or inflexible.
  • a plurality of signal cables 40 are joined to the rear end of the terminal section 30C by using, for example, solder.
  • the cable joining step may be performed before the wiring board bending step or the image sensor joining step. Further, a part of the plurality of signal cables 40 may be joined before the wiring board bending step or the image sensor joining step. That is, the signal cable 40 may be joined at any stage of the manufacturing process as long as the wiring board 30 is manufactured, or may be performed in a plurality of steps.
  • the shielded wire of the ground potential cable or the shielded cable it is preferable to first join the shielded wire of the ground potential cable or the shielded cable to the wiring board 30 in order to prevent troubles due to static electricity.
  • the wiring board 30 does not have a through wiring in the central section 30A.
  • the image sensor 10 and the laminated element 20 are connected by passing through a through wiring 35 that penetrates the terminal section 30C in the thickness direction.
  • the wiring board 30 may have a through wiring in the intermediate section 30B. In other words, the wiring board 30 of the present embodiment has a through wiring only in the central section 30A.
  • the plurality of signal cables 40 joined to the second main surface 30SB include a first cable 41 not joined to the through wiring 35 and a second cable 42 joined to the through wiring 35. ..
  • the plurality of signal cables 40 (41, 42) are joined only to the second main surface 30SB.
  • the plurality of signal cables 40 (41, 42) may be joined only to the first main surface 30SA. That is, the plurality of signal cables 40 (41, 42) are joined to only one of the first main surface 30SA and the second main surface 30SB. Therefore, the image pickup apparatus 1A is easy to manufacture.
  • the path transmitted from the laminated element 20 to the first cable 41 and the path transmitted from the image pickup element 10 to the second cable 42 are separated into two main surfaces of the wiring board 30. Therefore, in the image pickup device 1A, the heat of the laminated element 20 is not easily transferred to the image pickup device 10.
  • the tip of the second cable 42 which is not joined to the through wiring 35, is joined to the conductor layer at a position closer to the central section 30A than the through wiring 35.
  • the image pickup device 1A does not have a through wiring having a small thermal resistance in the central section 30A, the heat of the laminated element 20 is less likely to be transferred to the image pickup device 10 via the central section 30A than the image pickup device 1. .. Therefore, the image pickup device 1A can obtain a higher quality image than the image pickup device 1.
  • the joint conductor 29 and the joint conductor 19 do not overlap when viewed from the thickness direction of the central section 30A. Therefore, in the image pickup device 1A, the heat of the laminated element 20 is less likely to be transferred to the image pickup device 10 via the central section 30A than in the image pickup device 1.
  • the main path through which heat is transferred on the first main surface 30SA and the second main surface 30SB of the wiring board 30 is a conductor layer made of copper or the like having high thermal conductivity.
  • the first main surface 30SA and the second main surface 30SB It is preferable that 70% or more of the above is covered with the conductor layer 33. That is, the conductor layer 33 may include not only the wiring pattern but also, for example, a dummy pattern having a large area. The dummy pattern is preferably connected to the shielded wire of the ground potential signal cable or shielded cable.
  • the thermal resistance in the plane direction especially in the central section 30A. Therefore, it is preferable that at least 70% or more of the first main surface 30SA and the second main surface 30SB of the central section 30A of the wiring board 30 is covered with the conductor layer 33.
  • a plurality of signal cables 40 are joined to a third cable 43 joined to the first main surface 30SA and a fourth cable 43 joined to the second main surface 30SB. Cable 44 and.
  • the heat transfer path from the laminated element 20 and the heat transfer path from the image pickup device 10 are separated into a first main surface 30SA and a second main surface 30SB.
  • the image pickup apparatus 1B can obtain a high-quality image.
  • the image pickup apparatus 1B does not have a through wiring having a small thermal resistance, particularly a filled via, in the central section 30A.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the tip 90A of the endoscope 9B including the imaging device 1B.
  • a frame body 50 is arranged at the tip 90A of the endoscope 9B.
  • the frame body 50 made of stainless steel has a plurality of through holes H50A and H50B.
  • An imaging optical system 53 including a cover glass 52 and a plurality of lenses is arranged on the light receiving surface 10SA of the imaging device 1B.
  • the image pickup apparatus 1B is inserted into the first through hole H50A, and the first main surface 30SA of the terminal section 30C of the wiring board 30 is in contact with the wall surface of the first through hole H50A.
  • the conductor layer of the first main surface 30SA preferably has a ground potential.
  • the endoscope 9B can transfer heat to the frame body 50 via the wiring plate 30, the heat transferred to the image pickup element 10 can be further reduced.
  • the through hole H50B is, for example, a channel or a water pipe for inserting a treatment tool.
  • the endoscope 9B has a higher heat dissipation effect because the wiring plate 30 is in contact with the region of the frame body 50 that is close to the second through hole H50B.
  • the wiring board 30 of the image pickup apparatus 1C of the present embodiment shown in FIG. 11 has a substantially rectangular central section 30A, a first intermediate section 30B1 extending from the central section 30A and bending, and a first intermediate section 30B1.
  • Terminal 1 section 30C1 extending from, second intermediate section 30B2 extending from the central section 30A to the opposite side of the first intermediate section 30B1 and bending, and extending from the second intermediate section 30B2.
  • Terminal 2 Section 30C2 and.
  • the wiring board 30 is a rigid flexible wiring board in which only the central section 30A is inflexible, and the first intermediate section 30B1, the second intermediate section 30B2, the first terminal section 30C1, and the second terminal section 30C2 are flexible. be.
  • the first intermediate section 30B1 and the first terminal section 30C1 are integrated, and the boundary between them is not clear.
  • the second intermediate section 30B2 is bent at a substantially right angle like the first intermediate section 30B1, and the second terminal section 30C2 is arranged parallel to the first terminal section 30C1 so as to cover the side surface of the laminated element 20. , Fixed by resin 34.
  • the plurality of signal cables 40 are joined to a fifth cable 45 joined to the second main surface 30SB of the first terminal section 30C1 and a sixth cable 45 joined to the first main surface 30SA of the second terminal section 30C2. Cable 46 and. Further, the plurality of signal cables 40 include a seventh cable 47 connected to the rear surface 20SB on the opposite side of the joint surface 20SA of the laminated element 20. The seventh cable 47 is joined to the wiring board 39 which is joined to the rear surface 20SB.
  • the heat transfer path generated from the laminated element 20 and the heat transfer path generated from the image pickup device 10 are the first intermediate section 30B1, the first terminal section 30C1, the second intermediate section 30B2, and the first. It is separated into two terminal sections 30C2. Further, the two heat transfer paths are separated into a first main surface 30SA and a second main surface 30SB of the wiring board 30.
  • the fifth cable 45 to which the heat generated from the laminated element 20 is transferred has a thicker conducting wire than the sixth cable 46 to which the heat generated from the image sensor 10 is transferred.
  • the fifth cable 45 is for power supply and the sixth cable 46 is for signal transmission.
  • the fifth cable 45 which has a thick conductor, has higher heat transfer performance than the sixth cable 46.
  • the wiring density in the region where the fifth cable 45 of the wiring board is joined is the region where the sixth cable 46 of the wiring board is joined. It is preferably higher than the wiring density of.
  • the heat generated by the laminated element 20 is transferred from the rear surface 20SB to the seventh cable 47.
  • the heat generated from the laminated element 20 is difficult to be transferred to the image pickup device 10. Therefore, according to the image pickup apparatus 1C of the present embodiment, a high-quality image can be obtained.
  • the terminal section 30C may be flexible, or a signal cable may be connected to the rear surface 20SB of the laminated element 20. Further, also in the imaging devices 1, 1A and 1B, the signal cable to which the heat generated from the laminated element 20 of the plurality of signal cables 40 is transferred may have a thicker conducting wire than the other signal cables.
  • the heat transfer path generated from the laminated element 20 and the heat transfer path generated from the image sensor 10 are the first intermediate section 30B1 and the first terminal section 30C1, the second intermediate section 30B2, and the second terminal section. Even if it is separated into 30C2, it is difficult for heat to be transferred from the laminated element 20 to the image sensor 10. That is, the signal cable 40 may be joined to the second main surface 30SB of each of the first terminal section 30C1 and the second terminal section 30C2.
  • the wiring board includes two intermediate sections and two terminal sections, and the plurality of signal cables are connected to the first terminal section of the two terminal sections with the fifth cable. It may include a sixth cable, which is joined to the second terminal section of the two terminal sections.
  • the wiring board 30 of the image pickup apparatus 1D has a cross shape centered on the central section 30A in a flat state. That is, in the wiring board 30, the intermediate section 30B extends from each of the four end faces of the substantially rectangular central section 30A, and the terminal section 30C extends from each of the four intermediate sections 30B.
  • the four intermediate sections 30B are bent at approximately 90 degrees, the four side surfaces of the laminated element 20 are covered with the respective terminal sections 30C.
  • the image pickup device 1D can easily separate the heat transfer path. In the image pickup device 1D, the heat generated from the laminated element 20 is difficult to be transferred to the image pickup device 10. Therefore, the image pickup apparatus 1D can obtain a high-quality image.
  • the wiring board 30 does not have to be cross-shaped in a flat state.
  • it has three intermediate sections 30B and three terminal sections 30C, and it goes without saying that even a T-shaped wiring board in a flat state has the same effect as the wiring board 30 of the image pickup apparatus 1D. There is no.
  • the wiring board includes a plurality of (2 or more and 4 or less) intermediate sections and a plurality of (2 or more and 4 or less) terminal sections, and each of the plurality of signal cables is joined to each of the plurality of terminal sections. Therefore, in the image pickup device, the heat generated from the laminated element 20 is difficult to be transferred to the image pickup device 10, so that a high-quality image can be obtained.
  • the wiring board 30 of the image pickup apparatus 1E shown in FIG. 13 extends from a substantially rectangular central section 30A, a first intermediate section 30B1 extending and bending from the central section 30A, and a first intermediate section 30B1.
  • the first terminal section 30C1 and the second intermediate section 30B2 extending from the central section 30A to the opposite side of the first intermediate section 30B1 and being bent are extended from the second intermediate section 30B2.
  • the laminated element 20 is joined to the second main surface 30SB of the first terminal section 30C1. That is, the plurality of semiconductor elements 20A to 20C of the laminated element 20 are laminated along the direction orthogonal to the optical axis direction.
  • a fifth cable 45 having a thick conducting wire for power supply is joined to the end of the second main surface 30SB of the first terminal section 30C1.
  • a sixth cable 46 for signal transmission is joined to the end of the first main surface 30SA of the second terminal section 30C2.
  • the heat generated by the laminated element 20 is transferred to the fifth cable 45 via the conductor layer on the second main surface of the first terminal section 30C1. Most of the heat generated by the image sensor 10 is transmitted to the sixth cable 46 via the conductor layer of the first main surface 30SA of the second terminal section 30C2.
  • the laminated element 20 Since the laminated element 20 is bonded to the first terminal section 30C1 of the image pickup apparatus 1E, it is not easy to shorten the length. However, the heat transfer path from the laminated element 20 and the heat transfer path from the image pickup device 10 are completely separated. In the image pickup device 1E, the heat generated by the laminated element 20 is difficult to be transferred to the image pickup device 10. Therefore, the image pickup apparatus 1E can obtain a high-quality image.
  • the fifth cable 45 having a thick conducting wire for power supply is joined to the second main surface 30SB of the first terminal section 30C1.
  • the sixth cable 46 for signal transmission is joined to the first main surface 30SA of the second terminal section 30C2.
  • the image pickup device in which the heat of the laminated element 20 is not easily transferred to the image pickup device 10 has been described.
  • the image pickup apparatus of the present invention not only the heat transfer from the laminated element 20 to the image pickup element 10 is blocked, but also the heat transfer from the image pickup element 10 to the laminated element 20 is blocked. Therefore, the temperature of the laminated element 20 does not rise, the operation of the semiconductor circuit becomes unstable, and the reliability does not decrease.
  • a high thermal conductive resin containing an insulating filler such as silicon particles is filled between the image sensor 10 and the wiring board 30. May be.
  • the endoscopes 9A to 9E having the imaging devices 1A to 1E have the effects of the respective imaging devices 1A to 1E in addition to the effects of the endoscope 9. Also in the endoscopes 9, 9A, 9C to 9E, it is preferable that the wiring plate of the image pickup device is in contact with the wall surface of the through hole of the frame into which the image pickup device is inserted, as in the endoscope 9B.
  • the image pickup devices 1A to 1E are endoscope image pickup devices, but the use of the image pickup device of the embodiment is not limited.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various changes and modifications can be made without changing the gist of the present invention.
  • Terminal section 30SA ... ⁇ First main surface 30SB ⁇ ⁇ ⁇ Second main surface 32 ⁇ ⁇ ⁇ Through wiring 33 ⁇ ⁇ ⁇ Conductor layer 35 ⁇ ⁇ ⁇ Through wiring 39 ⁇ ⁇ ⁇ Wiring board 40 to 47 ⁇ ⁇ ⁇ Signal cable 50 ⁇ ⁇ Frame 52 ⁇ ⁇ ⁇ Cover glass 53 ⁇ ⁇ ⁇ Optical system

Abstract

撮像装置１は、撮像素子１０と、複数の回路素子２０Ａ～２０Ｃが積層された積層素子２０と、中央セクション３０Ａと、前記中央セクションから延設され屈曲している中間セクション３０Ｂと、中間セクション３０Ｂから延設されているターミナルセクション３０Ｃと、を含んでいる配線板３０と、ターミナルセクション３０Ｃに接合されている複数の信号ケーブル４０と、を具備しており、撮像素子１０は中央セクション３０Ａの第１の主面３０ＳＡに接合されており、積層素子１０は中央セクション３０Ａの第２の主面３０ＳＢに接合されている。

Description

撮像装置、内視鏡、および撮像装置の製造方法
　本発明は、積層素子を具備する撮像装置、積層素子を具備する撮像装置を含む内視鏡、および、積層素子を具備する撮像装置の製造方法に関する。
　撮像素子が出力する撮像信号は、複数の電子部品によって処理され伝送される。国際公開第２０１６／２０３８２８号には、複数の半導体素子が積層された積層素子を用いることによって、撮像装置の小型化、高機能化を実現した内視鏡が開示されている。
　上記公報の図３の撮像ユニットでは、撮像素子の裏面と接合されており後方に延設されている配線板の後部に積層素子が配置されている。このため、上記撮像ユニットは光軸方向の寸法が長い。これに対して、上記公報の図４の撮像ユニットは、撮像素子の裏面に積層素子が接合されているため、光軸方向の寸法が短い。しかし、当該撮像ユニットにおいては、積層素子から発生した熱が撮像素子に伝わると、サーマルノイズによって画質が低下するおそれがあった。
国際公開第２０１６／２０３８２８号
　本発明の実施形態は、小型であり高画質の画像が得られる撮像装置、これを備えた内視鏡、および、そのような撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
　実施形態の撮像装置は、少なくとも撮像素子を含む撮像部材と、複数の半導体素子が積層された積層素子と、第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、中央セクションと、前記中央セクションから延設され屈曲している少なくとも１つの中間セクションと、前記中間セクションから延設されている少なくとも１つのターミナルセクションと、を含んでいる配線板と、前記ターミナルセクションに接合されている複数の信号ケーブルと、を具備しており、前記撮像部材は前記中央セクションの前記第１の主面に接合されており、前記積層素子は前記中央セクションの前記第２の主面に接合されている。
　実施形態の内視鏡は、撮像装置を含み、前記撮像装置は、少なくとも撮像素子を含む撮像部材と、複数の半導体素子が積層された積層素子と、第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、中央セクションと、前記中央セクションから延設され屈曲している少なくとも１つの中間セクションと、前記中間セクションから延設されている少なくとも１つのターミナルセクションと、を含んでいる配線板と、前記ターミナルセクションに接合されている複数の信号ケーブルと、を具備しており、前記撮像部材は前記中央セクションの前記第１の主面に接合されており、前記積層素子は前記中央セクションの前記第２の主面に接合されている。
　実施形態の撮像装置の製造方法は、少なくとも撮像素子を含む撮像部材と、複数の半導体素子が積層された積層素子と、第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、中央セクションと、前記中央セクションから延設されている中間セクションと、前記中間セクションから延設されているターミナルセクションと、を含んでいる配線板と、を作製する工程と、前記配線板の前記中央セクションの前記第２の主面に前記積層素子を接合する工程と、前記中間セクションを、前記積層素子の側面を覆う状態に折り曲げて固定する工程と、前記配線板の前記中央セクションに、前記撮像部材を接合する工程と、前記ターミナルセクションに複数の信号ケーブルを接合する工程と、を有する。
　本発明の実施形態によれば、小型であり高画質の画像が得られる撮像装置、これを備えた内視鏡、および、そのような撮像装置の製造方法を提供できる。
実施形態の内視鏡の外観図である。 第１実施形態の撮像装置の斜視図である。 第１実施形態の撮像装置の図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第２実施形態の撮像装置の斜視図である。 第２実施形態の撮像装置の図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 第２実施形態の撮像装置の図４のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 第２実施形態の撮像装置の積層素子から信号ケーブルへの伝熱経路を示す断面模式図である。 第２実施形態の撮像装置の撮像素子からケーブルへの伝熱経路を示す断面模式図である。 第２実施形態の撮像装置の配線板の平面図である。 第３実施形態の撮像装置の断面図である 第３実施形態の撮像装置を含む内視鏡の先端部の断面図である。 第４実施形態の撮像装置の断面図である。 第５実施形態の撮像装置の配線板の平面模式図である。 第６実施形態の撮像装置の断面図である。
＜内視鏡の構成＞
　図１に示す内視鏡システム８は、実施形態の内視鏡９と、プロセッサ８０と、光源装置８１と、モニタ８２と、を具備する。内視鏡９は、挿入部９０と操作部９１とユニバーサルコード９２とを有する。内視鏡９は、挿入部９０が被検体の体内に挿入されて体内画像を撮影し撮像信号を出力する。
　挿入部９０は、撮像装置１が配設されている先端部９０Ａと、先端部９０Ａに連設された湾曲自在な湾曲部９０Ｂと、湾曲部９０Ｂに連設された軟性部９０Ｃとによって構成される。
　内視鏡９の挿入部９０の基端部には、内視鏡９を操作する各種ボタン類が設けられた操作部９１が配設されている。湾曲部９０Ｂは、操作部９１の操作によって湾曲する。
　光源装置８１は、例えば、白色ＬＥＤを有する。光源装置８１が出射する照明光は、ユニバーサルコード９２および挿入部９０を挿通するライトガイド（不図示）を経由することによって先端部９０Ａに導光され、被写体を照明する。
　プロセッサ８０は内視鏡システム８の全体を制御するとともに、撮像装置１が出力する撮像信号に信号処理を行い画像信号として出力する。モニタ８２は、プロセッサ８０が出力する画像信号を内視鏡画像として表示する。
　後述するように、撮像装置１は小型で高画質の画像が得られる。内視鏡９は細径であるため低侵襲であり、高画質の画像が得られる。
　なお、内視鏡９は医療用の軟性内視鏡であるが、本発明の内視鏡は硬性内視鏡でもよいし、その用途は工業用でもよい。
＜第１実施形態＞
　図２および図３に示す本実施形態の撮像装置１は、撮像素子１０と積層素子２０と配線板３０と信号ケーブル４０とを具備する。
　なお、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものである。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。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。また、一部の構成要素の図示および符号の付与を省略する。また、光軸Ｏにそって被写体のある方向を「前」という。
　撮像素子（イメージャー）１０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳからなる受光回路１１を受光面１０ＳＡに有する。図２等では図示しないが、受光面１０ＳＡには、カバーガラス５２および撮像光学系５３が配設されている（図１０参照）。撮像素子１０の受光面１０ＳＡの反対側の裏面１０ＳＢには、厚さ方向に貫通する貫通配線１５を介在して受光回路１１と接続されている接合導体１９が配設されている。
　積層素子２０は、接合面２０ＳＡと接合面２０ＳＡの反対側の後面２０ＳＢとを有する。積層素子２０は、複数の半導体素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが積層されている略直方体形状の部材である。対向している半導体素子２０Ａ～２０Ｃのそれぞれの厚さ方向に貫通する貫通配線２５Ａ～２５Ｃはそれぞれ接合導体２８Ａ、２８Ｂによって接合されている。積層素子２０の撮像素子１０に近接している面である接合面２０ＳＡには複数の接合導体２９が配設されている。
　例えば、接合導体１９、２８Ａ、２８Ｂ、２９は、高さが１０μｍ～１００μｍであり、金または半田からなる、スタッドバンプ、めっきバンプまたはボールバンプである。
　撮像素子１０および半導体素子２０Ａ～２０Ｃは、いずれもシリコンを基板とする平板の半導体チップである。半導体素子２０Ａ～２０Ｃには、それぞれ半導体回路２１Ａ～２１Ｃが形成されている。
　配線板３０は、第１の主面３０ＳＡと、第１の主面３０ＳＡの反対側の第２の主面３０ＳＢと、を有する。配線板３０は、基板と、第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢの両面に配設された導体層からなる配線と、を有する。基板は、例えば樹脂を含んで構成され、後述するようにさらに空気を含んでいてもよい。配線板３０は、導体層を覆う絶縁樹脂層を有していてもよいし、多層配線板でもよい。
　配線板３０は、中央セクション３０Ａと、屈曲している中間セクション３０Ｂと、信号ケーブル４０が接合されているターミナルセクション３０Ｃと、を含んでいる。平板の略矩形領域である中央セクション３０Ａの４辺の一つから、中間セクション３０Ｂが延設されている。さらに中間セクション３０Ｂから、ターミナルセクション３０Ｃが延設されている。中央セクション３０Ａ、中間セクション３０Ｂおよびターミナルセクション３０Ｃの幅は同じであるため、中間セクション３０Ｂが屈曲していない状態の配線板３０は、矩形の平板である。
　配線板３０は、中央セクション３０Ａおよびターミナルセクション３０Ｃの基板が硬質であり、中間セクション３０Ｂの基板が可撓性であるリジッドフレキシブル配線板である。
　撮像素子１０の裏面１０ＳＢは中央セクション３０Ａの第１の主面３０ＳＡに接合されている。積層素子２０の接合面２０ＳＡは、中央セクション３０Ａの第２の主面３０ＳＢに接合されている。すなわち、積層素子２０の複数の半導体素子２０Ａ～２０Ｃは光軸方向にそって積層されている。なお、積層素子２０は、中央セクション３０Ａの第２の主面３０ＳＢのうち、撮像素子１０に対応する位置に設けられていることが好ましい。
　なお、例えば、撮像素子１０の裏面１０ＳＢに１以上の半導体素子が接合されている撮像部材が、配線板３０に接合されていてもよい。すなわち、撮像装置１は、少なくとも撮像素子１０を含む撮像部材を有していてもよい。
　配線板３０は、中間セクション３０Ｂが略９０度、例えば７０度以上１１０度以下の角度で屈曲している。このため、積層素子２０の側面に略平行に配置されているターミナルセクション３０Ｃが、中央セクション３０Ａとなす角度は略９０度である。なお、ターミナルセクション３０Ｃの一部が積層素子２０の側面と接触していてもよい。
　複数の信号ケーブル４０は、ターミナルセクション３０Ｃの後端部の第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢの配線に接合されている。言い替えれば、信号ケーブル４０が接合されている領域が、配線板３０のターミナルセクション３０Ｃである。
　なお、複数の信号ケーブル４０は、第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢの少なくともいずれかに接合されていればよい。また、信号ケーブル４０は、シールドケーブルでもよい。また、積層素子２０と配線板３０との間には、中間セクション３０Ｂの屈曲状態を固定している樹脂（不図示）が配設されてもよい。
　撮像装置１は、撮像素子１０と積層素子２０とが配線板３０（中央セクション３０Ａ）を挟んで積層された構造であるため、光軸方向の長さが短く、小型である。
　すでに説明したように、積層素子２０は熱を発生する。例えば、半導体素子の駆動信号発生回路が発生した熱が撮像素子１０に伝わると、高画質の画像が得られないことがある。
　しかし、撮像装置１においては、撮像素子１０と積層素子２０との間に、断熱部材である中央セクション３０Ａが配置されている。このため、積層素子２０の熱は撮像素子１０に伝わりにくい。
　中央セクション３０Ａの基板の材料としては、例えば、エポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂の熱伝導率は、０．３５Ｗ／ｍ・Ｋであり、導体である銅の熱伝導率４００Ｗ／ｍ・Ｋよりも遙かに小さい。このため、積層素子２０の熱の多くは、配線板３０の第２の主面３０ＳＢに設けられた導体層を経由して信号ケーブル４０に伝わる。また、撮像素子１０の熱の多くは、配線板３０の第１の主面ＳＡに設けられた導体層を経由して信号ケーブル４０に伝わる。
　配線板３０の基板の材料としては、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の樹脂が好ましい。配線板３０の基板の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、フッ素系の熱可塑性エラストマー、ブタジエン系のゴムが好ましい。
　なお、中央セクション３０Ａには、厚さ方向に貫通する貫通配線３２があるため、積層素子２０が発生した熱の一部は、貫通配線３２および撮像素子１０の貫通配線１５を経由して撮像素子１０に伝わる。しかし、貫通配線３２および貫通配線１５は、貫通孔の壁面に導体層が配設され内部が樹脂によって充填されている、いわゆるコンフォーマルビアである。コンフォーマルビアは、貫通孔が導体によって充填されている、いわゆるフィルドビアに比べて熱抵抗が高い。熱抵抗とは、平板の一方の主面から他方の主面への熱の伝わりにくさを示すパラメータである。このため、積層素子２０から貫通配線３２および撮像素子１０の貫通配線１５を経由して撮像素子１０に伝わる熱は少ない。
　また、中央セクション３０Ａの基板の樹脂が、空気を１０体積％以上含むことが好ましい。空気の熱伝導率は、０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋと極めて小さいため、空気を含む樹脂基板の熱抵抗は大きい。なお、機械的強度を担保するために、樹脂に含まれる空気は、例えば７０体積％以下であることが好ましい。
　撮像装置１は、光軸方向の長さが短く小型である。また、撮像装置１は、積層素子２０の熱が撮像素子１０に伝わりにくいため、高画質の画像が得られる。
　なお、中間セクション３０Ｂおよびターミナルセクション３０Ｃの少なくともいずれかの基板の厚さも撮像素子１０の厚さＤ１０よりも大きいことが、より好ましい。また、中間セクション３０Ｂおよびターミナルセクション３０Ｃの少なくともいずれかの基板の樹脂が、空気を１０体積％以上含むことが、より好ましい。
＜撮像装置の製造方法＞
　次に、撮像装置１の製造方法を簡単に説明する。
＜ステップＳ１０＞部品を作製する工程
　撮像素子１０、積層素子２０および配線板３０が作製される。
　撮像素子１０は、複数の受光回路１１等を有する撮像ウエハの切断によって作製される。撮像素子１０は、表面照射イメージャーおよび裏面照射イメージャーのいずれでもよい。
　積層素子２０は、例えば、それぞれが複数の半導体回路２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ等を有する半導体素子ウエハが積層され、それらが複数の接合導体２８Ａ、２８Ｂによって互いに接合された積層ウエハの切断によって作製される。半導体回路２１Ａ～２１Ｃは、撮像素子１０が出力する撮像信号を処理したり、撮像素子１０を制御する制御信号を処理したりする。半導体素子２０Ａ～２０Ｃは、例えば、ＡＤ変換回路、メモリ、伝送出力回路、駆動信号発生回路、フィルタ回路、薄膜コンデンサ、薄膜インダクタ等を含んでいる。１つの半導体素子に複数の半導体回路が形成されていてもよいし、１つの半導体素子の両方の主面にそれぞれ半導体回路が形成されていてもよい。積層素子２０が含む半導体素子の数は、例えば、１以上１０以下である。
　すでに説明したように、配線板３０は、非可撓性の中央セクション３０Ａと可撓性の中間セクション３０Ｂと、非可撓性のターミナルセクション３０Ｃと、を含んでいるリジッドフレキ配線板である。中央セクション３０Ａおよびターミナルセクション３０Ｃの基板は、非可撓性の樹脂、例えばエポキシ樹脂等からなる。中間セクション３０Ｂの基板は、可撓性の樹脂、例えばポリイミド等からなる。
　中央セクション３０Ａと中間セクション３０Ｂとターミナルセクション３０Ｃとは、厚さ等が異なっていてもよい。配線板３０は、厚さ１μｍ～１０μｍの銅からなる導体層を有する両面配線板であるが、内部にも配線を有する多層配線板でもよい。また、第１の主面３０ＳＡまたは第２の主面３０ＳＢの少なくともいずれかに、チップコンデンサ等の電子部品が実装されていてもよい。
＜ステップＳ２０＞　積層素子を接合する工程
　中間セクション３０Ｂが屈曲されていない状態の配線板３０に対して、積層素子２０を接合する。具体的には、配線板３０の中央セクション３０Ａの第２の主面３０ＳＢに積層素子２０が接合される。例えば、配線板３０と積層素子２０とを電気的に接続する接合導体２９である半田バンプが、第２の主面３０ＳＢの導体層の電極に接合される。
　積層素子２０と配線板３０との間には、シリコン粒子等の絶縁性フィラーを含む高熱伝導性樹脂が充填されていてもよい。例えば、シリコンの熱伝導率は、１６０Ｗ／ｍ・Ｋである。
＜ステップＳ３０＞　配線板を屈曲する工程
　中間セクション３０Ｂを略９０度折り曲げることによって、ターミナルセクション３０Ｃが積層素子２０の側面を覆う状態となる。すなわち、ターミナルセクション３０Ｃは、積層素子２０の側面と略平行となる。そして、図示しない樹脂によって中間セクション３０Ｂが屈曲した状態に固定される。
＜ステップＳ４０＞　撮像素子を接合する工程
　中央セクション３０Ａの第１の主面３０ＳＡに、撮像素子１０が接合される。
　例えば、撮像素子１０と配線板３０とを電気的に接続する接合導体１９である金バンプが、第１の主面３０ＳＡの導体層に配設された金電極に超音波接合される。
　なお、配線板３０は、全てのセクションの基板が可撓性でもよいが、中央セクション３０Ａは積層素子２０および撮像素子１０の接合が容易であるために、非可撓性であることが好ましい。これに対して、ターミナルセクション３０Ｃは、可撓性でも非可撓性でもよい。
＜ステップＳ５０＞ケーブルを接合する工程
　ターミナルセクション３０Ｃの後端部に複数の信号ケーブル４０が、例えば半田を用いて接合される。なお、ケーブル接合工程は、配線板屈曲工程、または、撮像素子接合工程よりも前に行われてもよい。また、複数の信号ケーブル４０の一部の接合が、配線板屈曲工程、または、撮像素子接合工程よりも前に行われてもよい。すなわち、信号ケーブル４０の接合は、配線板３０が製造された後であれば、製造工程のどの段階で行われてもよいし、複数の工程において行われてもよい。
　ただし、複数の信号ケーブル４０のうち、接地電位のケーブルまたはシールドケーブルのシールド線を最初に配線板３０に接合することが、静電気によるトラブル発生を防止するために、好ましい。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の撮像装置１Ａは、撮像装置１と類似しているため、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。
　図４から図８に示す本実施形態の撮像装置１Ａにおいては、配線板３０は中央セクション３０Ａに貫通配線を有していない。撮像素子１０と積層素子２０とは、ターミナルセクション３０Ｃを厚さ方向に貫通する貫通配線３５を経由することによって接続されている。配線板３０は、中間セクション３０Ｂに貫通配線を有していてもよい。言い替えれば、本実施形態の配線板３０は、中央セクション３０Ａ以外にだけ、貫通配線を有している。
　第２の主面３０ＳＢに接合されている複数の信号ケーブル４０は、貫通配線３５と接合されていない第１のケーブル４１と、貫通配線３５と接合されている第２のケーブル４２と、を含む。
　複数の信号ケーブル４０（４１、４２）は、第２の主面３０ＳＢにだけ接合されている。なお、複数の信号ケーブル４０（４１、４２）は、第１の主面３０ＳＡにだけ接合されていてもよい。すなわち、複数の信号ケーブル４０（４１、４２）は、第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢのいずれか一方にだけ接合されている。このため、撮像装置１Ａは製造が容易である。
　図７Ａに示すように、積層素子２０が発生した熱の多くは、第２の主面３０ＳＢの導体層を経由して第１のケーブル４１に伝わる。これに対して、図７Ｂに示すように、撮像素子１０が発生した熱の多くは、第１の主面３０ＳＡの導体層および貫通配線３５を経由して第２のケーブル４２に伝わる。
　撮像装置１Ａは、積層素子２０から第１のケーブル４１への伝わる経路と、撮像素子１０から第２のケーブル４２への伝わる経路とが、配線板３０の２つの主面に分離されている。このため、撮像装置１Ａは、積層素子２０の熱が撮像素子１０に伝わりにくい。
　なお、貫通配線３５と接合されていない第２のケーブル４２の先端部は、貫通配線３５よりも中央セクション３０Ａに近い位置において導体層と接合されていることが好ましい。前記構成であれば、積層素子２０からの熱は、貫通配線３５よりも先に第２のケーブル４２に伝わるために、貫通配線３５には伝わりにくいためである。
　さらに、撮像装置１Ａは、中央セクション３０Ａに熱抵抗の小さい貫通配線を有していないために、撮像装置１よりも、積層素子２０の熱が中央セクション３０Ａを経由して撮像素子１０に伝わりにくい。このため、撮像装置１Ａは、撮像装置１よりも、高画質の画像が得られる。
　さらに、図５および図６に示すように、接合導体２９と、接合導体１９とは、中央セクション３０Aの厚さ方向から見て重なり合っていない。このため、撮像装置１Ａは、撮像装置１よりも、積層素子２０の熱が中央セクション３０Ａを経由して撮像素子１０に伝わりにくい。
　すでに説明したように、配線板３０の第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢにおける熱が伝わる主たる経路は、熱伝導率が高い銅等からなる導体層である。配線板３０の厚さ方向（光軸方向）の熱抵抗よりも面方向の熱抵抗を小さくするためには、例えば図８に示すように、第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢの７０％以上が導体層３３に覆われていることが好ましい。すなわち、導体層３３は、配線パターンだけでなく、例えば、広い面積のダミーパターンを含んでいてもよい。ダミーパターンは、接地電位の信号ケーブルまたはシールドケーブルのシールド線と接続されていることが好ましい。
　なお、特に中央セクション３０Ａにおいて、面方向の熱抵抗を小さくすることが重要である。このため、配線板３０は、少なくとも中央セクション３０Ａの第１の主面３０ＳＡおよび第２の主面３０ＳＢの７０％以上が導体層３３に覆われていることが好ましい。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態の撮像装置１Ｂは、撮像装置１、１Ａと類似しているため、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。
　図９に示す本実施形態の撮像装置１Ｂでは複数の信号ケーブル４０が、第１の主面３０ＳＡに接合されている第３のケーブル４３と、第２の主面３０ＳＢに接合されている第４のケーブル４４と、を含む。
　撮像装置１Ｂでは、積層素子２０の熱の多くは、第２の主面３０ＳＢの導体層を経由して、第４のケーブル４４に伝わる。これに対して撮像素子１０の熱の多くは、第１の主面３０ＳＡの導体層を経由して、第３のケーブル４３に伝わる。
　撮像装置１Ｂでは、積層素子２０からの伝熱経路と撮像素子１０からの伝熱経路が、第１の主面３０ＳＡと第２の主面３０ＳＢとに分離されている。
　撮像装置１Ｂは、積層素子２０の熱が、撮像素子１０に伝わりにくい。このため、撮像装置１Ｂは、高画質の画像が得られる。
　なお、撮像装置１Ｂにおいても、中央セクション３０Ａに熱抵抗の小さい貫通配線、特にフィルドビアを有していないことが好ましい。
　ここで、図１０は、撮像装置１Ｂを含む内視鏡９Ｂの先端部９０Ａの断面図である。内視鏡９Ｂの先端部９０Ａには、枠体５０が配設されている。例えば、ステンレス鋼からなる枠体５０には複数の貫通孔Ｈ５０Ａ、Ｈ５０Ｂがある。
　撮像装置１Ｂの受光面１０ＳＡには、カバーガラス５２および複数のレンズを含む撮像光学系５３が配設されている。撮像装置１Ｂは第１の貫通孔Ｈ５０Ａに挿入されており、配線板３０のターミナルセクション３０Ｃの第１の主面３０ＳＡは、第１の貫通孔Ｈ５０Ａの壁面に接触している。第１の主面３０ＳＡの導体層は接地電位であることが好ましい。
　内視鏡９Ｂは、熱を、配線板３０を経由して枠体５０にも伝えることができるため、撮像素子１０へ伝わる熱をさらに低減できる。
　なお、第１の貫通孔Ｈ５０Ａの壁面のうち、配線板３０が接触している領域は、撮像装置１Ｂが挿入されている第１の貫通孔Ｈ５０Ａとは別の第２の貫通孔Ｈ５０Ｂと近接している領域である。貫通孔Ｈ５０Ｂは、例えば、処置具を挿通するためのチャンネルまたは送水管である。
　内視鏡９Ｂは、配線板３０が枠体５０のうち第２の貫通孔Ｈ５０Ｂに近接している領域に接触しているため、より放熱効果が高い。
＜第４実施形態＞
　第４実施形態の撮像装置１Ｃは、撮像装置１、１Ａ、１Ｂと類似しているため、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。
　図１１に示す本実施形態の撮像装置１Ｃの配線板３０は、略矩形の中央セクション３０Ａと、中央セクション３０Ａから延設されており屈曲している第１中間セクション３０Ｂ１と、第１中間セクション３０Ｂ１から延設されている第１ターミナルセクション３０Ｃ１と、中央セクション３０Ａから第１中間セクション３０Ｂ１の反対側に延設されており屈曲している第２中間セクション３０Ｂ２と、第２中間セクション３０Ｂ２から延設されている第２ターミナルセクション３０Ｃ２と、を含んでいる。
　配線板３０は、中央セクション３０Ａだけが非可撓性であり、第１中間セクション３０Ｂ１、第２中間セクション３０Ｂ２、第１ターミナルセクション３０Ｃ１、第２ターミナルセクション３０Ｃ２が可撓性のリジッドフレキ配線板である。例えば、第１中間セクション３０Ｂ１と第１ターミナルセクション３０Ｃ１とは一体であり、その境界は明確ではない。
　第２中間セクション３０Ｂ２は、第１中間セクション３０Ｂ１と同じように略直角に屈曲しており、第２ターミナルセクション３０Ｃ２は、積層素子２０の側面を覆うように第１ターミナルセクション３０Ｃ１と平行に配置され、樹脂３４によって固定されている。
　複数の信号ケーブル４０は、第１ターミナルセクション３０Ｃ１の第２の主面３０ＳＢに接合されている第５のケーブル４５と、第２ターミナルセクション３０Ｃ２の第１の主面３０ＳＡに接合されている第６のケーブル４６と、を含む。さらに、複数の信号ケーブル４０は、積層素子２０の接合面２０ＳＡの反対側の後面２０ＳＢに接続されている第７のケーブル４７を含む。第７のケーブル４７は、後面２０ＳＢに接合されている配線板３９に接合されている。
　撮像装置１Ｃでは、積層素子２０から発生した熱の伝わる経路と、撮像素子１０から発生した熱の伝わる経路とが、第１中間セクション３０Ｂ１および第１ターミナルセクション３０Ｃ１と、第２中間セクション３０Ｂ２および第２ターミナルセクション３０Ｃ２と、に分離されている。さらに前記２つの熱の伝わる経路が、配線板３０の第１の主面３０ＳＡと第２の主面３０ＳＢとに分離されている。
　なお、積層素子２０から発生した熱が伝わる第５のケーブル４５は、撮像素子１０から発生した熱が伝わる第６のケーブル４６よりも、太い導線を有する。例えば、第５のケーブル４５は電力供給用であり、第６のケーブル４６は信号伝送用である。太い導線を有する第５のケーブル４５は第６のケーブル４６よりも伝熱性能が高い。
　なお、第５のケーブル４５により多くの熱を伝えるためには、配線板の第５のケーブル４５が接合されている領域の配線密度が、配線板の第６のケーブル４６が接合されている領域の配線密度よりも高いことが好ましい。
　また、積層素子２０が発生した熱は、後面２０ＳＢから第７のケーブル４７に伝わる。
　撮像装置１Ｃにおいては、積層素子２０から発生した熱が、撮像素子１０に伝わりにくい。このため、本実施形態の撮像装置１Ｃによれば、高画質の画像が得られる。
　撮像装置１、１Ａ、１Ｂにおいても、ターミナルセクション３０Ｃは可撓性であってもよいし、積層素子２０の後面２０ＳＢに信号ケーブルが接続されていてもよい。また、撮像装置１、１Ａ、１Ｂにおいても、複数の信号ケーブル４０のうちの積層素子２０から発生した熱が伝わる信号ケーブルが、他の信号ケーブルよりも太い導線を有していてもよい。
　なお、積層素子２０から発生した熱の伝わる経路と、撮像素子１０から発生した熱の伝わる経路とが、第１中間セクション３０Ｂ１および第１ターミナルセクション３０Ｃ１と、第２中間セクション３０Ｂ２および第２ターミナルセクション３０Ｃ２とに分離されているだけでも、積層素子２０から撮像素子１０へ伝熱されにくい。すなわち、第１ターミナルセクション３０Ｃ１および第２ターミナルセクション３０Ｃ２の、それぞれの第２の主面３０ＳＢに、それぞれ信号ケーブル４０が接合されていてもよい。
　すなわち、撮像装置は、配線板が、２つの中間セクションおよび２つのターミナルセクションを含んでおり、複数の信号ケーブルは、２つのターミナルセクションのうちの第１ターミナルセクションに接合される第５のケーブルと、２つのターミナルセクションのうちの第２ターミナルセクションに接合される第６のケーブルと、を含んでいればよい。
＜第５実施形態＞
　第５実施形態の撮像装置１Ｄは、撮像装置１、１Ａ～１Ｃと類似しているため、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。
　図１２に示すように、撮像装置１Ｄの配線板３０は、平面状態では中央セクション３０Ａを中心とする十字形である。すなわち、配線板３０は、略矩形の中央セクション３０Ａの４つの端面から、それぞれ中間セクション３０Ｂが延設されており、４つの中間セクション３０Ｂから、それぞれターミナルセクション３０Ｃが延設されている。
　図示しないが、４つの中間セクション３０Ｂは略９０度に屈曲されるため、積層素子２０の４側面は、それぞれのターミナルセクション３０Ｃに覆われる。
　撮像装置１Ｄは、伝熱経路の分離が容易である。撮像装置１Ｄにおいては、積層素子２０から発生した熱が、撮像素子１０に伝わりにくい。このため、撮像装置１Ｄは、高画質の画像が得られる。
　なお、配線板３０は平面状態で十字形でなくともよい。例えば、図示しないが、３つの中間セクション３０Ｂおよび３つのターミナルセクション３０Ｃを有し、平面状態ではＴ字形の配線板であっても、撮像装置１Ｄの配線板３０と同じ効果を有することは言うまでも無い。
　すなわち、配線板が、複数（２以上４以下）の中間セクションおよび複数（２以上４以下）のターミナルセクションを含んでおり、複数の信号ケーブルのそれぞれは、複数のターミナルセクションのそれぞれに接合されていれば、撮像装置は積層素子２０から発生した熱が、撮像素子１０に伝わりにくいため、高画質の画像が得られる。
＜第６実施形態＞
　第６実施形態の撮像装置１Ｅは、撮像装置１、１Ａ～１Ｄと類似しているため、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。
　図１３に示す、撮像装置１Ｅの配線板３０は、略矩形の中央セクション３０Ａと、中央セクション３０Ａから延設されており屈曲している第１中間セクション３０Ｂ１と、第１中間セクション３０Ｂ１から延設されている第１ターミナルセクション３０Ｃ１と、中央セクション３０Ａから第１中間セクション３０Ｂ１の反対側に延設されており屈曲している第２中間セクション３０Ｂ２と、第２中間セクション３０Ｂ２から延設されている第２ターミナルセクション３０Ｃ２と、を含んでいる。
　積層素子２０は、第１ターミナルセクション３０Ｃ１の第２の主面３０ＳＢに接合されている。すなわち、積層素子２０の複数の半導体素子２０Ａ～２０Ｃは光軸方向に直交する方向にそって積層されている。
　第１ターミナルセクション３０Ｃ１の第２の主面３０ＳＢの端部には、電力供給用の太い導線を有する第５のケーブル４５が接合されている。第２ターミナルセクション３０Ｃ２の第１の主面３０ＳＡの端部には、信号伝送用の第６のケーブル４６が接合されている。
　積層素子２０が発生した熱は、第１ターミナルセクション３０Ｃ１の第２の主面の導体層を経由して第５のケーブル４５に伝わる。撮像素子１０が発生した熱の多くは、第２ターミナルセクション３０Ｃ２の第１の主面３０ＳＡの導体層を経由して第６のケーブル４６に伝わる。
　撮像装置１Ｅは、第１ターミナルセクション３０Ｃ１に積層素子２０が接合されているため、短小化が容易ではない。しかし、積層素子２０からの伝熱経路と撮像素子１０からの伝熱経路とが完全に分離されている。撮像装置１Ｅは、積層素子２０が発生した熱が、撮像素子１０に伝わりにくい。このため、撮像装置１Ｅは、高画質の画像が得られる。
　電力供給用の太い導線を有する第５のケーブル４５は、第１ターミナルセクション３０Ｃ１の第２の主面３０ＳＢに接合されている。信号伝送用の第６のケーブル４６は、第２ターミナルセクション３０Ｃ２の第１の主面３０ＳＡに接合されている。
　なお、以上の説明では、積層素子２０の熱が撮像素子１０に伝わりにくい撮像装置について説明した。本発明の撮像装置によれば、積層素子２０から撮像素子１０への伝熱をさまたげるだけでなく、撮像素子１０から積層素子２０への伝熱もさまたげる。このため、積層素子２０の温度が上昇して半導体回路の動作が不安定になったり、信頼性が低下したりすることがない。
　なお、撮像素子１０の熱を配線板３０に、より効率的に伝えるために、撮像素子１０と配線板３０との間には、シリコン粒子等の絶縁性フィラーを含む高熱伝導性樹脂が充填されていてもよい。
　撮像装置１Ａ～１Ｅを有する内視鏡９Ａ～９Ｅが、内視鏡９の効果に加えて、それぞれの撮像装置１Ａ～１Ｅの効果を有することは言うまでも無い。内視鏡９、９Ａ、９Ｃ～９Ｅにおいても、内視鏡９Ｂのように撮像装置の配線板が、撮像装置が挿入されている枠体の貫通孔の壁面に接触していることが好ましい。撮像装置１Ａ～１Ｅは、内視鏡用撮像装置であるが、実施形態の撮像装置の用途は限定されるものではない。
　本発明は上述した実施形態等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、１Ａ～１Ｅ・・・撮像装置
８・・・内視鏡システム
９、９Ａ～９Ｅ・・・内視鏡
１０・・・撮像素子
１０ＳＡ・・・受光面
１０ＳＢ・・・裏面
１１・・・受光回路
１５・・・貫通配線
１９・・・接合導体
２０・・・積層素子
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ・・・半導体素子
２０ＳＡ・・・接合面
２０ＳＢ・・・後面
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ・・・半導体回路
２５Ａ～２５Ｃ・・・貫通配線
２８Ａ、２８Ｂ・・・接合導体
２９・・・接合導体
３０・・・配線板
３０Ａ・・・中央セクション
３０Ｂ・・・中間セクション
３０Ｃ・・・ターミナルセクション
３０ＳＡ・・・第１の主面
３０ＳＢ・・・第２の主面
３２・・・貫通配線
３３・・・導体層
３５・・・貫通配線
３９・・・配線板
４０～４７・・・信号ケーブル
５０・・・枠体
５２・・・カバーガラス
５３・・・光学系

Claims (16)

  1. 　少なくとも撮像素子を含む撮像部材と、
    　複数の半導体素子が積層された積層素子と、
    　第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、中央セクションと、前記中央セクションから延設され屈曲している少なくとも１つの中間セクションと、前記中間セクションから延設されている少なくとも１つのターミナルセクションと、を含んでいる配線板と、
    　前記ターミナルセクションに接合されている複数の信号ケーブルと、を具備しており、
    　前記撮像部材は前記中央セクションの前記第１の主面に接合されており、前記積層素子は前記中央セクションの前記第２の主面に接合されていることを特徴とする撮像装置。
  2. 　前記中央セクションは、基板を有し、
    　前記基板は、前記撮像素子よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記中央セクションは、樹脂および空気を含む基板を有し、
    　前記基板は、空気を１０体積％以上含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
  4. 　前記配線板は、前記中央セクション以外にだけ、貫通配線が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  5. 　前記複数の信号ケーブルは、前記第１の主面または前記第２の主面に接合されており、
    　前記複数の信号ケーブルは、前記貫通配線と接合されていない第１のケーブルと、前記貫通配線と接合されている第２のケーブルと、を含むことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
  6. 　前記複数の信号ケーブルは、前記第１の主面に接合されている第３のケーブルと、前記第２の主面に接合されている第４のケーブルと、を含むことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の撮像装置。
  7. 　前記配線板は、複数の中間セクションおよび複数のターミナルセクションを含んでおり、
    　前記複数の信号ケーブルのそれぞれは、前記複数のターミナルセクションのそれぞれに接合されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の撮像装置。
  8. 　前記配線板は、２つの中間セクションおよび２つのターミナルセクションを含んでおり、
    　前記複数の信号ケーブルは、第１ターミナルセクションに接合される第５のケーブルと第２ターミナルセクションに接合される第６のケーブルと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
  9. 　前記第５のケーブルは前記第２の主面に接合されており、前記第６のケーブルは前記第１の主面に接合されていることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
  10. 　前記複数の信号ケーブルは、前記積層素子の前記配線板に接合する面の反対側の面に接続されている第７のケーブルを含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. 　前記第１の主面および前記第２の主面の７０％以上が導体層に覆われていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
  12. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の撮像装置を含むことを特徴とする内視鏡。
  13. 　複数の貫通孔のある枠体を含み、
    　前記配線板が、前記撮像装置が挿入されている貫通孔の壁面に接触していることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡。
  14. 　前記壁面の前記配線板が接触している領域は、前記撮像装置が挿入されている前記貫通孔とは別の貫通孔と近接している領域であることを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡。
  15. 　少なくとも撮像素子を含む撮像部材と、複数の半導体素子が積層された積層素子と、第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有し、中央セクションと、前記中央セクションから延設されている中間セクションと、前記中間セクションから延設されているターミナルセクションと、を含んでいる配線板と、を作製する工程と、
    　前記配線板の前記中央セクションの前記第２の主面に前記積層素子を接合する工程と、
    　前記中間セクションを、前記積層素子の側面を覆う状態に折り曲げて固定する工程と、
    　前記配線板の前記中央セクションに、前記撮像部材を接合する工程と、
    　前記ターミナルセクションに複数の信号ケーブルを接合する工程と、を有することを特徴とする撮像装置の製造方法。
  16. 　前記複数の信号ケーブルを接合する工程において、前記複数の信号ケーブルのうち、接地電位のケーブルを最初に前記配線板に接合することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置の製造方法。
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