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JP4762627B2 - 撮像装置および撮像装置の製造方法 - Google Patents

撮像装置および撮像装置の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、被写体からの光を受光し光電変換して被写体の画像を撮像する撮像装置および撮像装置の製造方法に関するものである。
従来から、デジタルカメラまたはビデオカメラを始め、カメラ機能を備えた携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯端末に内蔵する小型の撮像装置が提案されている。この撮像装置は、被写体からの光を受光し、この受光した光を光電変換して被写体の画像を撮像するよう機能する。かかる撮像装置は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子と、この固体撮像素子の受光面に被写体からの光を結像する光学系とを用いて実現される（例えば、特許文献１参照。）。
また、このような撮像装置は、近年、被検体の消化管内等を観察するための内視鏡またはカプセル内視鏡等の医療機器に内蔵されるようになり、これに伴って、この撮像装置の小型化が益々要望されている。このため、この撮像装置に用いる固体撮像装置として、半導体チップのチップサイズとほぼ同等の外形サイズのパッケージ形態であるＣＳＰ（Chip Size Package）型の固体撮像素子が採用されている。図８は、このようなＣＳＰ型の固体撮像素子を用いた従来の撮像装置の側断面構造を模式的に例示する断面模式図である。
図８に示すように、この従来の撮像装置１０１は、被写体からの光を受光する受光部１０２ａを有するＣＳＰ型の固体撮像素子１０２と、この受光部１０２ａの受光面に被写体からの光を集光するための光学系１０３と、固体撮像素子１０２を実装する回路基板１０４と、固体撮像素子１０２と回路基板１０４との実装強度を補強する樹脂部材１０５とを有する。固体撮像素子１０２は、受光部１０２ａを形成した半導体チップ（例えばＣＣＤチップ）を保護するカバーガラス１０２ｂと、回路基板１０４に接合する半田ボール群１０２ｃとを有する。光学系１０３は、被写体からの光を受光部１０２ａに集光するレンズ１０３ａと、レンズ１０３ａを保持するとともにカバーガラス１０２ｂの面上に受光領域１０３ｄを形成する筒部材１０３ｂと、カバーガラス１０２ｂの受光領域１０３ｄ以外の領域を遮光する遮光壁１０３ｃとによって形成される。筒部材１０３ｂは、内部に貫通孔を有し、この貫通孔の一端の開口を閉じる態様でレンズ１０３ａを保持し、この貫通孔の他端の開口によって、カバーガラス１０２ｂの面上の受光部１０２ａに相対する領域に受光領域１０３ｄを形成する。遮光壁１０３ｃは、側断面形状がほぼ凹状であって、カバーガラス１０２ｂの受光領域１０３ｄ以外の領域（上面および側面）を覆うようにカバーガラス１０２ｂに係合される。
このような撮像装置１０１が被写体の画像を撮像する場合、被写体からの光は、レンズ１０３ａ通過して筒部材１０３ｂの内部に入射し、その後、受光領域１０３ｄを通過して受光部１０２ａの受光面に結像される。受光部１０２ａは、このように結像された被写体からの光を光電変換し、被写体の画像信号を生成する。この場合、遮光壁１０３ｃがカバーガラス１０２ｂの受光領域１０３ｄ以外の領域を遮光するので、受光部１０２ａは、レンズ１０３ａを介して筒部材１０３ｂの内部に入射する被写体からの光のみを受光する。
特開２００３−１１０９４５号公報
しかしながら、上述した従来の撮像装置１０１では、カバーガラス１０２ｂの受光領域１０３ｄ以外の領域を遮光することによって被写体からの光以外の不要な外部光を遮るために、カバーガラス１０２ｂに係合される遮光壁１０３ｃの凹状の係合部のサイズ（縦×横×深さ）とカバーガラス１０２ｂの外形サイズ（縦×横×厚さ）とを可能な限り近いものにし、遮光壁１０３ｃをカバーガラス１０２ｂに係合した場合に遮光壁１０３ｃの係合部とカバーガラス１０２ｂとの間に空隙が殆どない状態にしなければならない。このため、遮光壁１０３ｃをカバーガラス１０２ｂに係合する際に遮光壁１０３ｃの係合部の位置とカバーガラス１０２ｂの位置とを高精度に合わせなければならず、このような遮光壁が形成された光学系を固体撮像素子に設置することは困難な場合が多く、これに起因して撮像装置を製造することが困難になるという問題点があった。
また、かかるカバーガラスの外形サイズすなわち固体撮像素子の半導体チップのチップサイズに応じて、このような遮光壁を形成した光学系を固体撮像素子毎に準備するためには多大な時間および労力がかかるという問題点があった。さらに、上述した遮光壁に起因して撮像装置自体が大型化するという問題点があった。このため、かかる撮像装置を内蔵した内視鏡装置またはカプセル内視鏡等は、この撮像装置に応じて筐体が大型化する場合が多く、その装置規模の小型化が困難であった。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被写体からの光を集光する光学系を固体撮像素子に容易に設置でき、この被写体からの光以外の不要な外部光を確実に遮ることが可能であり、且つカプセル内視鏡等への適用が可能な超小型の撮像装置および撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる撮像装置は、被写体からの光を受光面を介して受光し光電変換する半導体チップの上面に光透過性部材を設けて該半導体チップを保護し、該半導体チップの下面に電極端子群を設けた固体撮像素子と、前記光透過性部材の面上であって前記受光面に相対する受光領域上に設けられ前記被写体からの光を集光する光学系と、前記固体撮像素子が設置される回路基板と該固体撮像素子の電極端子群との接合強度を補強するとともに前記光透過性部材の受光領域以外の領域を遮光する樹脂部材と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項２にかかる撮像装置は、上記発明において、前記樹脂部材は、黒色系樹脂であることを特徴とする。
また、請求項３にかかる撮像装置は、上記発明において、前記光学系は、前記光透過性部材上の取り付け位置を決定する位置決め部を備えたことを特徴とする。
また、請求項４にかかる撮像装置は、上記発明において、前記固体撮像素子のパッケージ形態は、ＣＳＰであることを特徴とする。
また、請求項５にかかる撮像装置の製造方法は、被写体からの光を受光面を介して受光し光電変換する半導体チップの上面に光透過性部材を設け、該半導体チップの下面に電極端子群を設けた固体撮像素子の該電極端子群と回路基板とを接合する接合工程と、前記光透過性部材の面上であって前記受光面に相対する受光領域上に前記被写体からの光を集光する光学系を設置する光学系設置工程と、遮光性を有した樹脂部材によって、前記回路基板と前記半導体チップとの間の空隙を埋めて接合強度を補強するとともに前記光透過性部材の受光領域以外の領域を覆って遮光する補強遮光工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項６にかかる撮像装置の製造方法は、被写体からの光を受光面を介して受光し光電変換する半導体チップの上面に光透過性部材を設け、該半導体チップの下面に電極端子群を設けた固体撮像素子の前記光透過性部材の面上であって、前記受光面に相対する受光領域上に前記被写体からの光を集光する光学系を設置する光学系設置工程と、前記電極端子群と回路基板とを接合する接合工程と、遮光性を有した樹脂部材によって前記回路基板と前記半導体チップとの間の空隙を埋めて接合強度を補強するとともに前記光透過性部材の受光領域以外の領域を覆って遮光する補強遮光工程と、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、固体撮像素子の受光面に被写体からの光を集光する光学系に遮光壁の筐体構造（例えば図８に示す遮光壁１０３ｃ）を形成しなくとも、遮光性を有した樹脂部材によってこの固体撮像素子の光透過性部材の受光領域以外の領域を確実に遮光でき、かつ固体撮像素子に光学系を設置する際の位置合わせの自由度を高めることができ、これによって、被写体からの光を集光する光学系を固体撮像素子に容易に設置できるとともに、この被写体からの光以外の不要な外部光を確実に遮ることが可能であり、且つカプセル内視鏡等への適用が可能な超小型の撮像装置を容易に実現できるという効果を奏する。
以下、図面を参照して、この発明にかかる撮像装置および撮像装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である撮像装置の一構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、この撮像装置１は、被写体からの光を受光し光電変換して被写体の画像を撮像する固体撮像素子２と、固体撮像素子２の受光面に被写体からの光を集光する光学系３と、固体撮像素子２を実装する回路基板４と、かかる固体撮像素子２と回路基板４との実装強度を補強するとともに固体撮像素子２の受光領域（後述する）以外の領域を遮光する樹脂部材５とを有する。
具体的には、固体撮像素子２は、パッケージ形態がＣＳＰ型の固体撮像素子であり、上面に光学系３が設置され、下面側で回路基板４に実装される。また、このように回路基板４に実装された固体撮像素子２は、光学系３の設置領域の外側の領域（すなわち固体撮像素子２の受光領域以外の領域）が樹脂部材５によって覆われている。この場合、樹脂部材５は、固体撮像素子２と回路基板４との間にも充填され、かかる固体撮像素子２と回路基板４との間の空隙を埋めている。
図２は、図１に示す撮像装置の側断面構造を模式的に例示するＡ−Ａ線断面模式図である。図２に示すように、固体撮像素子２は、被写体からの光を受光部２ｄに受光し光電変換して被写体の画像を撮像するよう機能するＣＣＤチップ２ａと、ＣＣＤチップ２ａの上面すなわち受光部２ｄが形成された側の面を保護するカバー部材２ｂと、ＣＣＤチップ２ａと回路基板４とを電気的に接続しかつ物理的に接合（すなわち実装）するための突起電極群２ｃとを有する。
ＣＣＤチップ２ａは、受光面を介して被写体からの光を受光し、この受光した光を光電変換して被写体の画像を撮像するよう機能する半導体チップであり、上面側に受光部２ｄを有する。受光部２ｄは、複数の画素の集合体であり、かかる画素毎に光電変換素子を有する。かかる受光部２ｄは、受光面を介して被写体からの光を受光し、この受光した光を光電変換して被写体の画像に対応する電気信号（画像信号）を生成する。なお、かかるＣＣＤチップ２ａのチップサイズは、矩形の１辺（縦または横）が１〜１０ｍｍ程度であり、厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度である。
カバー部材２ｂは、受光部２ｄによる被写体からの光の受光を阻害せずにＣＣＤチップ２ａを保護するためのものである。具体的には、カバー部材２ｂは、光透過性を有するガラスまたは樹脂等の光透過性部材であり、ＣＣＤチップ２ａの上面すなわち受光部２ｄが形成された側の面に固着される。かかるカバー部材２ｂは、ＣＣＤ２ａを保護し、特に受光部２ｄを保護する。なお、カバー部材２ｂの外形サイズは、上述したＣＣＤチップ２ａの矩形サイズに対応し、矩形の１辺（縦または横）が１〜１０ｍｍ程度であり、厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度である。
突起電極群２ｃは、ＣＳＰ型の固体撮像素子２を回路基板４に実装するとともに固体撮像素子２と回路基板４とを電気的に接続する外部電極として機能するためのものである。具体的には、突起電極群２ｃは、複数の半田ボールまたは金バンプ等の外部電極であり、ＣＣＤチップ２ａの下面側すなわち受光部２ｄが形成された面の裏側に設けられる。この場合、突起電極群２ｃは、回路基板４の電極（図示せず）の配列に対応して、例えばＣＣＤ２ａの下面に格子状に配列される。また、逆の場合もあり、回路基板４の電極は、突起電極群２ｃの配列に対応して配列されることもある。かかる突起電極群２ｃは、所定の温度以上に加熱処理されて溶融することによって、回路基板４の電極と接合される。このようにして、固体撮像素子２（具体的にはＣＣＤチップ２ａ）は、かかる突起電極群２ｃを介して回路基板４に実装される。
光学系３は、受光部２ｄに被写体からの光を集光するレンズ３ａと、レンズ３ａを保持する筒部材３ｂとを有する。レンズ３ａは、被写体からの光を筒部材３ｂの内部に通し、かかる被写体からの光を受光部２ｄに結像する。なお、かかる光学系３が有するレンズは、図２に示すように単一のレンズ３ａであってもよいし、複数のレンズを組み合わせたものであってもよい。
筒部材３ｂは、内部に貫通孔３ｃが形成された筒形状の部材であり、貫通孔３ｃの一端の開口を閉じる態様でレンズ３ａを保持する。また、筒部材３ｂは、図２に示すように固体撮像素子２の上面（具体的にはカバー部材２ｂの上面）に設置され、カバー部材２ｂの面上であって受光部２ｄに相対する領域に受光領域３ｄを形成するとともに、レンズ３ａと受光部２ｄとの間隔を一定に保持し、所望の光学像を得ている。この受光領域３ｄは、レンズ３ａを介して貫通孔３ｃに入射した被写体からの光が受光部２ｄに結像される場合に通過するカバー部材２ｂの面上の領域である。かかる筒部材３ｂは、レンズ３ａを介して貫通孔３ｃに入射した被写体からの光を受光領域３ｄに到達させ、筒部材３ｂの筐体に入射する外部光（具体的には被写体からの光以外の外部光）を遮るよう機能する。
回路基板４は、板状のプリント配線基板またはフレキシブル基板、あるいはこれらの組み合わせによって実現される。具体的には、回路基板４は、電極および回路配線が形成され、上述したように、突起電極群２ｃを介して固体撮像素子２が実装される。また、回路基板４には、この固体撮像素子２の他に、各種デバイス（図示せず）が必要に応じて実装されている。かかるデバイスとして、例えば、固体撮像素子２によって出力された画像信号に対して所定の画像処理を行って被写体の画像を構築する画像処理装置が挙げられる。
樹脂部材５は、固体撮像素子２と回路基板４との実装強度を補強するとともにカバー部材２ｂの受光領域３ｄ以外の領域を遮光するためのものである。具体的には、樹脂部材５は、半導体素子の封止工程に用いられる封止樹脂またはＣＳＰ型やＢＧＡ型の半導体装置の実装強度の補強剤として用いられるアンダーフィル剤であり、例えば黒色のエポキシ系、シリコン系、またはポリインド系の樹脂等の黒色系樹脂である。樹脂部材５は、回路基板４に実装された固体撮像素子２のＣＣＤチップ２ａと回路基板４との間の空隙を埋めることによって固体撮像素子２と回路基板４との実装強度を補強し、これと同時に、カバー部材２ｂの受光領域３ｄ以外の領域（具体的には受光領域３ｄ以外のカバー部材の上面および側面）を覆って遮光膜を形成する。かかる遮光膜は、カバー部材２ｂの受光領域３ｄ以外の領域を遮光し、被写体からの光以外の外部光がカバー部材２ｂを介して受光部２ｄに入射されることを防止する。このような樹脂部材５は、流体の状態で固体撮像素子２および回路基板４に塗布されるので、固体撮像素子２の外形すなわちＣＣＤチップ２ａおよびカバー部材２ｂの外形によらず、上述した遮光膜をフレキシブルに形成できるとともに、固体撮像素子２と回路基板４との実装強度を補強できる。
なお、このような固体撮像素子２と回路基板４との実装強度は、例えば回路基板４に対する固体撮像素子２の固定強度であり、突起電極群２ｃと回路基板４との接合強度および突起電極群２ｃとＣＣＤチップ２ａとの接合強度を含む。本実施の形態１である撮像装置１の固体撮像素子２は、光学系３が取り付けられるために装置全体としての背が高くなり、かかる光学系３（例えば筒部材３ｂ）に外力が加えられて突起電極群２ｃと回路基板４との接合部または突起電極群２ｃとＣＣＤチップ２ａとの接合部に応力が集中する虞がある。このため、固体撮像素子２と回路基板４との実装強度は、一般的なＩＣまたはＬＳＩの実装強度に比して高い強度が要求される。また、本実施の形態１では、ＣＣＤチップ２ａと回路基板４との間の空隙を全て埋めるように樹脂部材５が形成されているが、この発明はこれに限定されるものではなく、この実装強度が所望の強度に確保できれば、樹脂部材５がＣＣＤチップ２ａと回路基板４との間の空隙を部分的に埋めるようにしてもよいし、この空隙を樹脂部材５によって埋めなくてもよい。
このような構成を採用した撮像装置１は、レンズ３ａを介して被写体からの光を受光部２ｄに受光し、この受光した被写体からの光を光電変換して被写体の画像信号を生成し、被写体の画像の撮像処理を達成する。この場合、被写体からの光は、レンズ３ａを通って筒部材３の内部に入射し、その後、受光領域３ｄを通過して受光部２ｄの受光面に結像される。受光部２ｄは、このように結像された被写体からの光を受光面を介して受光し、この受光した被写体からの光を光電変換して被写体の画像信号を生成する。その後、かかる被写体の画像信号は、画像処理装置によって所定の画像処理が行われる。これによって、この画像信号に対応する被写体の画像が構築される。一方、被写体からの光以外の外部光は、筒部材３ｂまたは樹脂部材５によって遮られるので、受光部２ｄに到達しない。
つぎに、この発明の実施の形態１である撮像装置１の製造方法について説明する。図３は、撮像装置１を製造するための処理工程を例示するフローチャートである。図３に示すように、まず、ＣＣＤチップ２ａを回路基板４に実装できる状態にするために、ＣＣＤチップ２ａの上面にカバー部材２ｂを設け、かつ下面に突起電極群２ｃを設けてＣＣＤチップ２ａをＣＳＰ化し、ＣＳＰ型の固体撮像素子２を製造する（ステップＳ１０１）。
この場合、カバー部材２ｂおよび／または突起電極群２ｃは、シリコンウェハーから切り出した半導体チップ状態のＣＣＤチップ２ａに設けてもよいし、シリコンウェハーに形成された状態（すなわちシリコンウェハーから切り出す前の状態）のＣＣＤ素子に設け、その後、かかるカバー部材２ｂまたは突起電極群２ｃを有するＣＣＤチップ２ａを切り出してもよい。
つぎに、ステップＳ１０１によって製造したＣＳＰ型の固体撮像素子２の突起電極群２ｃを回路基板４の電極に接合する（ステップＳ１０２）。この場合、回路基板４の電極に接触させた状態で突起電極群２ｃを加熱溶融し、回路基板４の電極に突起電極群２ｃを溶着する。このように突起電極群２ｃを溶着することによって、固体撮像素子２を回路基板４に実装できる。かかる固体撮像素子２は、このように溶着した突起電極群２ｃを介し、回路基板４に対して固定される。なお、このステップＳ１０２では、上述した方法に限らず、固体撮像素子２を加圧しながら回路基板４の電極に突起電極群２ｃを溶着してもよいし、固体撮像素子２および回路基板４に対して超音波を印加して突起電極群２ｃを溶着してもよい。
その後、このように回路基板４に実装した固体撮像素子２のカバー部材２に光学系３を設置する（ステップＳ１０３）。この場合、光学系３の筒部材３ｂは、カバー部材２ｂの面上であって受光部２ｄに相対する領域に上述した受光領域３ｄを形成するように設置される。このように筒部材３ｂを設置することによって、レンズ３ａは、この受光領域３ｄの上方に配置される。
つぎに、樹脂部材５によって固体撮像素子２と回路基板４との実装強度を補強するとともにカバー部材２ｂの受光領域３ｄ以外の領域を遮光する（ステップＳ１０４）。具体的には、実装後の固体撮像素子２（具体的にはＣＣＤチップ２ａ）と回路基板４との間の空隙に樹脂部材５を流し込むことによってこの空隙を埋め、これによって固体撮像素子２と回路基板４との実装強度を補強する。これと同時に、樹脂部材５によってカバー部材２ｂの受光領域３ｄ以外の領域を覆って遮光膜を形成し、かかる遮光膜によってこの受光領域３ｄ以外の領域を遮光する。このようにして、図１，２に例示したような撮像装置１を製造できる。
以上、説明したように、この発明の実施の形態１では、遮光性を有した樹脂部材によって固体撮像素子の半導体チップと回路基板との間の空隙を埋めてこの実装強度を補強するとともに固体撮像素子のカバー部材（光透過性部材）の受光領域以外の領域に遮光膜を形成している。このため、かかる固体撮像素子の受光面に被写体からの光を集光する光学系に遮光壁の筐体構造（例えば図８に示す遮光壁１０３ｃ）を形成しなくとも、かかる樹脂部材によって形成した遮光膜によって、この光透過性部材の受光領域以外の領域を確実に遮光できる。さらに、この光学系の筐体構造を単純化して固体撮像素子の外形サイズに対する光学系の汎用性を高めることができるとともに、固体撮像素子に光学系を設置する際の位置合わせの自由度を高めることができる。これによって、被写体からの光を集光する光学系を固体撮像素子に容易に設置できるとともに、この被写体からの光以外の不要な外部光を確実に遮ることが可能な撮像装置を容易に実現できる。
また、かかる光透過性部材の受光領域以外の領域に対し、この樹脂部材を流体の状態で塗布して遮光膜を形成するので、固体撮像素子の外形すなわち光透過性部材の外形およびサイズによらずフレキシブルに遮光膜を形成でき、所望の外形およびサイズの固体撮像素子について光透過性部材の受光領域以外の領域を確実に遮光できる。
このような樹脂部材によって遮光膜を形成した本発明にかかる撮像装置は、上述したように遮光壁の筐体構造を必要としないので装置規模の小型化を促進でき、デジタルカメラまたはビデオカメラを始め、カメラ機能を備えた携帯電話機やＰＤＡ等の携帯端末、あるいは被検体の消化管内等を観察するための内視鏡またはカプセル内視鏡等の医療機器に内蔵される小型の撮像装置に適している。
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２にかかる撮像装置は、固体撮像素子の上面に設置する光学系の筒部材に位置決め部をさらに形成し、かかる位置決め部によってこの固体撮像素子での設置位置を決定するようにしている。
図４は、この発明の実施の形態２である撮像装置の一構成例を模式的に示す斜視図である。図５は、図４に示す撮像装置の側断面構造を模式的に例示するＢ−Ｂ線断面模式図である。図４，５に示すように、この撮像装置２１は、上述した実施の形態１の撮像装置１の光学系３に代えて光学系２３を有する。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
光学系２３は、レンズ３ａと、上述した筒部材３ｂの端部に位置決め部２３ｃをさらに形成した構造を有する筒部材２３ｂとを有する。筒部材２３ｂは、その内部に貫通孔３ｃが形成され、貫通孔３ｃの一端の開口を閉じる態様でレンズ３ａを保持する。かかる筒部材２３ｃは、上述した筒部材３ｂと同様に、カバー部材２ｂの上面の受光部２ｄに相対する領域に受光領域３ｄを形成する。
また、筒部材２３ｂは、カバー部材２ｂに設置される側の端部に位置決め部２３ｃを有する。位置決め部２３ｃは、カバー部材２ｂの縁部に係合できる形状に形成され、例えばほぼＬ字形状の断面構造を有する。かかる位置決め部２３ｃは、カバー部材２ｂの縁部に引っ掛かることによって、光学系２３（具体的には筒部材２３ｂ）のカバー部材２ｂ上での設置位置を規制し決定する。
図６は、固体撮像素子２の上面に光学系２３を設置する際に光学系２３の設置位置を決定する位置決め部２３ｃの作用を説明する模式図である。図６に示すように、位置決め部２３ｃは、カバー部材２ｂに接触する側に、カバー部材２ｄの縁部２ｅに係合可能な係合面２３ｅを有する。このような位置決め部２３ｃを有する光学系２３は、カバー部材２ｂの上面に設置される際に、かかる係合面２３ｅと縁部２ｅとを係合することによって、カバー部材２ｂ上での設置位置が決定される。このように決定したカバー部材２ｂ上での設置位置に光学系２３（具体的には筒部材２３ｂ）を固定することによって、貫通孔３ｃの開口を受光領域３ｄに高精度かつ容易に合わせることができる。
このような構成を採用した撮像装置２１は、上述した実施の形態１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理工程を順次行うことによって製造できる。この場合、固体撮像素子２の上面に光学系２３を設置する光学系設置工程（ステップＳ１０３）では、上述した位置決め部２３ｃによって光学系２３の最適な設置位置を容易に決定でき、これによって、貫通孔３ｃの開口と受光領域３ｄと位置を高精度に合わせた状態でカバー部材２ｂ上に光学系２３を固定できる。
以上、説明したように、この発明の実施の形態２では、上述した実施の形態１の構成を有し、さらに、固体撮像素子の上面での光学系の設置位置を決定する位置決め部をこの光学系の筒部材に形成したので、固体撮像素子に光学系を設置する際に、かかる位置決め部によって光学系の最適な設置位置を容易に決定でき、上述した実施の形態１の作用効果を享受するとともに、固体撮像素子の受光面に相対するカバー部材（光透過性部材）上の領域すなわち受光領域と光学系の貫通孔の開口との位置を高精度かつ容易に合わせることができる撮像装置を実現できる。
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、上述した実施の形態１である撮像装置１をカプセル型の筐体の内部に組み込んだカプセル内視鏡を実現している。
図９は、この発明の実施の形態１である撮像装置１を内蔵したカプセル内視鏡を模式的に例示する断面模式図である。図９に示すように、このカプセル内視鏡２０１は、略円筒形に形成されたカプセル型の筐体２０２を有する。筐体２０２は、一端に、透明な光学部材によって形成される光学ドーム２０２ａを有し、他端に、不透明なドーム２０２ｂを有する。また、カプセル内視鏡２０１は、筐体２０２の内部に、体腔内を撮像して画像データを得る撮像機構部と、この画像データを含む各種情報を送信する無線機構部と、電源部２０７とを有する。
カプセル内視鏡２０１の撮像機構部は、光学ドーム２０２ａの近傍に設けられ、光学ドーム２０２ａを介して被検体（図示せず）の体腔内被検部位を照明するＬＥＤ等の発光素子を用いて実現される照明源２０３と、照明源２０３によって照明された体腔内被検部位からの反射光を受光して体腔内被検部位の画像を撮像する撮像装置１とを有する。この撮像装置１は、上述したように、固体撮像素子２、光学系３、回路基板４、および樹脂部材５を有する。この場合、光学系３は、光学ドーム２０２ａを介して入射された体腔内被検部位からの反射光を固体撮像素子２に結像する。固体撮像素子２は、このように光学系３によって結像された反射光をもとに体腔内被検部位の画像を撮像する。このように撮像された画像に対応する画像信号は、回路基板４によってカプセル内視鏡２０１の無線機構部に送信される。なお、撮像装置１の周囲には、図９に示すように例えば２つの照明源２０３が設けられているが、これに限らず、照明源２０３の数量は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
カプセル内視鏡２０１の無線機構部は、ドーム２０２ｂの内部近傍に設けられ、撮像装置１によって出力された画像信号をＲＦ信号に変調する送信機２０５と、送信機２０５によって生成されたＲＦ信号の電波を被検体外部の受信装置（図示せず）に向けて出力する送信用アンテナ２０６とを有する。この場合、送信機２０５は、撮像装置１によって撮像された体腔内被検部位の画像データを含むＲＦ信号を生成し、送信用アンテナ２０６を用いてこのＲＦ信号を被検体外部の受信装置に送信する。
なお、電源部２０７は、上述した撮像装置１、照明源２０３、送信機２０５、および送信用アンテナ２０６に駆動電力を供給する。また、カプセル内視鏡２０１は、例えば受信機および受信用アンテナをさらに備えることによって、所定の電波を介して外部装置（図示せず）からの各種制御信号を受信し、受信した制御信号に基づいて照明源２０３または撮像装置１等の駆動を制御することも可能である。
このような構成を採用したカプセル内視鏡２０１は、筐体２０２内に内蔵する撮像装置１が超小型に形成されるため、筐体２０２の小型化を促進でき、これによって、装置規模の小型化を促進できる。また、このような撮像装置１を内蔵することによって、筐体２０２を大型化せずに別の機構を搭載可能な空間を筐体内に形成でき、必要に応じて診断または処置等の別の機能をカプセル内視鏡２０１に追加することができる。
なお、この発明の実施の形態１，２では、固体撮像素子２の撮像機能を有する半導体チップとしてＣＣＤチップ２ａを用いていたが、この発明はこれに限定されるものではなく、ＣＣＤ２ａに代えてＣＭＯＳチップを用い、固体撮像素子２をＣＭＯＳイメージセンサにしてもよい。
また、この発明の実施の形態１，２では、固体撮像素子２のパッケージ形態としてＣＳＰを採用していたが、この発明はこれに限定されるものではなく、かかる固体撮像素子のパッケージ形態としてＢＧＡ（Ball Grid Array）型のパッケージ形態を採用してもよいし、ＬＣＣ（Leadless Chip Carrier）型のパッケージ形態を採用してもよい。または、固体撮像素子の半導体チップと回路基板とをフリップチップ接続によって実装する各種パッケージ形態を採用してもよい。
さらに、この発明の実施の形態１，２では、回路基板に固体撮像素子を実装し（ステップＳ１０２）、その後、この固体撮像素子の上面に光学系を設置（ステップＳ１０３）していたが、この発明はこれに限定されるものではなく、先に固体撮像素子の上面に光学系を設置し、その後、この固体撮像素子を回路基板に実装してもよい。この場合、上述したステップＳ１０１の撮像素子製造工程のつぎにステップＳ１０３の光学系設置工程を行い、その後、ステップＳ１０２の接合工程を行い、このような処理順位でステップＳ１０１〜Ｓ１０３までの処理工程が行われたものに対し、ステップＳ１０４の補強遮光工程を行うことによって、この発明にかかる撮像装置を製造できる。
また、この発明の実施の形態２では、光学系の筒部材に一つの位置決め部を形成していたが、この発明はこれに限定されるものではなく、光学系の筒部材に形成する位置決め部は複数であってもよい。図７は、この発明の実施の形態２である撮像装置２１の変形例の一構成例を模式的に示す斜視図である。なお、図７では、このような複数の位置決め部を明確に示すために樹脂部材５の図示を省略している。かかる変形例である撮像装置の光学系２３は、図７に示すように、例えばカバー部材２ｂの直交する２辺に対応して複数の位置決め部２３ｃ，２３ｄを有する。位置決め部２３ｄは、上述した位置決め部２３ｃと同様にカバー部材２ｂの縁部に係合可能な形状に形成される。かかる位置決め部２３ｃ，２３ｄは、固体撮像素子２の上面に光学系２３を設置する際にカバー部材２ｂの各縁部にそれぞれ係合することによって、カバー部材２ｂの上面での縦方向および横方向について光学系２３の設置位置を決定できる。これによって、この光学系２３を最適な設置位置に確実に設置できるようになる。
さらに、この発明の実施の形態３では、カプセル内視鏡２０１に上述した実施の形態１である撮像装置１を内蔵していたが、この発明はこれに限定されるものではなく、この撮像装置１に代えて上述した実施の形態２である撮像装置２１をカプセル内視鏡２０１に内蔵してもよい。
また、この発明の実施の形態３では、上述した実施の形態１である撮像装置１をカプセル内視鏡２０１に内蔵していたが、この発明はこれに限定されるものではなく、この発明にかかる撮像装置１または撮像装置２１は、カプセル内視鏡を始めとし、内視鏡、デジタルカメラ、およびカメラ機能を備えた携帯電話機やＰＤＡ等の携帯端末等に内蔵することができる。このような撮像装置１または撮像装置２１を内蔵した各種機器は、上述した実施の形態３の作用効果を享受する。
この発明に実施の形態１である撮像装置の一構成例を模式的に示す斜視図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面模式図である。 この発明にかかる撮像装置を製造するための処理工程を例示するフローチャートである。 この発明の実施の形態２である撮像装置の一構成例を模式的に示す斜視図である。 図４に示すＢ−Ｂ線断面模式図である。 光学系の設置位置を決定する位置決め部の作用を説明する模式図である。 この発明の実施の形態２の変形例である撮像装置の一構成例を模式的に示す斜視図である。 従来の撮像装置の側断面構造を模式的に例示する断面模式図である。 この発明の実施の形態１である撮像装置を内蔵したカプセル内視鏡を模式的に例示する断面模式図である。
符号の説明
１，２１ 撮像装置
２ 固体撮像素子
２ａ ＣＣＤチップ
２ｂ カバー部材
２ｃ 突起電極群
２ｄ 受光部
２ｅ 縁部
３，２３ 光学系
３ａ レンズ
３ｂ，２３ｂ 筒部材
３ｃ 貫通孔
３ｄ 受光領域
４ 回路基板
５ 樹脂部材
２３ｃ，２３ｄ 位置決め部
２３ｅ 係合面
１０１ 撮像装置
１０２ 固体撮像素子
１０２ａ 受光部
１０２ｂ カバーガラス
１０２ｃ 半田ボール群
１０３ 光学系
１０３ａ レンズ
１０３ｂ 筒部材
１０３ｃ 遮光壁
１０３ｄ 受光領域
１０４ 回路基板
１０５ 樹脂部材
２０１ カプセル内視鏡
２０２ 筐体
２０２ａ 光学ドーム
２０２ｂ ドーム
２０３ 照明源
２０５ 送信機
２０６ 送信用アンテナ
２０７ 電源部

Claims (6)

  1. 被写体からの光を受光面を介して受光し光電変換する半導体チップの上面に光透過性部材を設けて該半導体チップを保護し、該半導体チップの下面に電極端子群を設けた固体撮像素子と、
    前記光透過性部材の面上であって前記受光面に相対する受光領域上に設けられ前記被写体からの光を集光する光学系と、
    前記固体撮像素子が設置される回路基板と該固体撮像素子との間の空隙を埋めて前記回路基板と前記固体撮像素子の電極端子群との接合強度を補強するとともに前記光透過性部材の受光領域以外の領域を覆い、遮光する樹脂部材と、
    を備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記樹脂部材は、黒色系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記光学系は、前記光透過性部材上の取り付け位置を決定する位置決め部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
  4. 前記固体撮像素子のパッケージ形態は、ＣＳＰであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の撮像装置。
  5. 被写体からの光を受光面を介して受光し光電変換する半導体チップの上面に光透過性部材を設け、該半導体チップの下面に電極端子群を設けた固体撮像素子の該電極端子群と回路基板とを接合する接合工程と、
    前記光透過性部材の面上であって前記受光面に相対する受光領域上に前記被写体からの光を集光する光学系を設置する光学系設置工程と、
    遮光性を有した樹脂部材によって、前記回路基板と前記半導体チップとの間の空隙を埋めて接合強度を補強するとともに前記光透過性部材の受光領域以外の領域を覆って遮光する補強遮光工程と、
    を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
  6. 被写体からの光を受光面を介して受光し光電変換する半導体チップの上面に光透過性部材を設け、該半導体チップの下面に電極端子群を設けた固体撮像素子の前記光透過性部材の面上であって、前記受光面に相対する受光領域上に前記被写体からの光を集光する光学系を設置する光学系設置工程と、
    前記電極端子群と回路基板とを接合する接合工程と、
    遮光性を有した樹脂部材によって前記回路基板と前記半導体チップとの間の空隙を埋めて接合強度を補強するとともに前記光透過性部材の受光領域以外の領域を覆って遮光する補強遮光工程と、
    を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
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