JP5452282B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子が形成された撮像素子基板と、前記撮像素子基板と接合した接合部および所定角度で屈曲した屈曲部および延設部からなる配線板と、を具備する固体撮像装置に関し、特に前記屈曲部を前記所定角度で保持する保持部を具備する固体撮像装置に関する。

挿入部先端部に固体撮像装置（以下、「撮像装置」ともいう）を内蔵した電子内視鏡が使用されている。しかし挿入部の細径化のために、撮像装置を内蔵する挿入部先端部の空間は限られたものとなっている。このため、撮像素子が形成された撮像素子基板と、撮像素子からの画像信号等を伝達するための配線板との接続および配線板の配置が重要である。

出願人は、特開２００９−１７６８１５号公報において、配線基板に実装された電子部品を互いに当接することにより、所定角度の屈曲部を形成した構造体を開示している。

しかし、配線板に実装する電子部品の大きさおよび基板上の電子部品の配置には制限があるため、配線板を所望の角度で屈曲することは容易ではない。このため、狭い空間内に固体撮像装置を配設することは容易ではないことがあった。

特開２００９−１７６８１５号公報

本発明は、狭い空間内に配設可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の実施の形態の固体撮像装置は第１の主面と第２の主面とを有し、前記第１の主面上に固体撮像素子が形成された撮像素子基板と、前記撮像素子基板の前記第２の主面と接合した接合面と、前記接合面に対し所定角度で内側方向に傾斜した傾斜面と、を有する保持部と、前記撮像素子基板と接合された先端部と、前記傾斜面と接着層を介して接合された延設部と、前記先端部と前記延設部との間の前記所定角度で折れ曲がった屈曲部と、からなる配線板と、を具備する。

本発明によれば、狭い空間内に配設可能な固体撮像装置を提供することができる。

第１の実施の形態の撮像装置の構造を説明するための分解図である。 第１の実施の形態の撮像装置の構造を説明するための横方向から見たときの状態を示す説明図である。 第２の実施の形態の変形例の撮像装置の構造を説明するための横方向から見たときの状態を示す説明図である。 第２の実施の形態の撮像装置の構造を説明するための横方向から見たときの状態を示す説明図である。 第２の実施の形態の変形例の撮像装置の構造を説明するための横方向から見たときの状態を示す説明図である。 実施の形態の撮像装置を有する内視鏡の断面構造を説明するための説明図である。 第４の実施の形態の撮像装置の構造を説明するための横方向から見たときの状態を示す説明図である。

＜第１の実施形態＞
図１および図２に示すように、本実施の形態の固体撮像装置１は、撮像素子基板であるデバイスチップ１０と、保持部である保持ブロック２０と、配線板３０と、保護ガラス４０と、ケーブル３８と、を具備する。

イメージャーであるデバイスチップ１０は、第１の主面１４と第２の主面１５とを有し、第１の主面１４に固体撮像素子であるＣＭＯＳ素子１１および電極部１２が形成されている。電極部１２はＣＭＯＳ素子１１の外部入出力端子であり、例えば凸形状のバンプが形成されている。保護ガラス４０はＣＭＯＳ素子１１を保護する透明基板である。なお、固体撮像素子は、ＣＣＤ等であってもよい。

配線板３０は、ポリイミド等の可撓性樹脂を基材とし、おもて面３３と裏面３４とを有する。配線板３０は銅等からなる配線層（不図示）と、裏面３４に露出した接続部３１と、おもて面３３に露出した接続部３２と、電子部品３９を実装するためのおもて面３３に露出した接続部（不図示）と、を有し、デバイスチップ１０と導電線を有するケーブル３８とを接続する。なお、配線板３０は少なくとも両面に配線層を有する多層配線板であり、内部を貫通する貫通配線（不図示）を有している。そして、おもて面３３には、チップコンデンサ等の電子部品３９が実装され、電子回路を構成している。なお、以下、便宜上、配線板３０を、先端部３０Ｔ、屈曲部３０Ｖおよび延設部３０Ｃと区分して表現するが、図１に示すように本実施の形態の配線板３０は１枚の配線板であり、前記区分の境界は明確に定義されるものではない。なお配線板は少なくとも屈曲部３０Ｖが可撓性を有していればよく、先端部３０Ｔおよび延設部３０Ｃを硬質基板で構成してもよい。フレキシブル基板と硬質基板とからなる配線板では、区分の境界は明確である。ケーブル３８は複数の導電線を有し、デバイスチップ１０と図示しない制御部および信号処理部等との間の信号等を伝達する。

そして、撮像装置１は、配線板３０をデバイスチップ１０に対して所定角度で安定して保持するための保持部である保持ブロック２０を有する。保持ブロック２０はデバイスチップ１０の第２の主面１５と接合する接合面２２と、接合面２２に対し所定角度θＶで内側方向に傾斜した傾斜面２１とを有する。図２に示すように傾斜面２１の角度θＶは、配線板３０の屈曲角度を決定するものであり、９０度未満の場合に内側方向に傾斜しているが、２０〜４５度が好ましく、２５〜３５度が特に好ましく、例えば、３０度である。前記範囲内であれば、後述するように撮像装置１の小型化を図ることができる。

保持ブロック２０は、可撓性を有する配線板３０を、所定の空間内、すなわちデバイスチップ１０の投影空間内に固定する固定部材としての機能を有する。また、保持ブロック２０は配線板３０を安定に保持するため、ケーブル３８の配線板３０への接合作業を容易にする。さらに、保持ブロック２０はデバイスチップ１０等が発生した熱を放熱するための放熱機能を有するヒートシンクでもある。図１に示すように保持ブロック２０の表面に溝２０Ｖを形成し表面積を増加することにより放熱機能を強化することもできる。放熱機能を重視する場合には、保持ブロック２０は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材料で構成することが好ましい。撮像装置１は、保持ブロック２０が放熱機能を有するため、デバイスチップ１０の動作が安定している。

さらに保持ブロック２０は、デバイスチップ１０および配線板３０を一体に保持し機械的強度をあげる補強部材としての機能も有している。すなわち、デバイスチップ１０は例えばシリコン基板からなるために、外力により変形したり、破損したりするおそれがある。しかし、保持ブロック２０と接合されることにより強度が増加する。同様に配線板３０も、保持ブロック２０と接合されることにより、可撓性は実質的に失われるが、強度が増加する。

以上の説明のように、本実施の形態の撮像装置１は、配線板３０は保持ブロック２０に当接した状態で固定されるため、常に所定角度で屈曲した状態となる。すなわち、撮像装置１は、所定の狭い空間内に配線板３０を配置することができるために、外寸を小さくすることが容易である。このため撮像装置１は所定の狭い空間内に安定して配設可能である。

次に、撮像装置１の製造方法について説明する。デバイスチップ１０と、保持ブロック２０と、配線板３０と、保護ガラス４０と、ケーブル３８と、は、それぞれ別に作製された後に、組立工程において一体化される。

デバイスチップ１０はシリコン基板に公知の半導体プロセスを用いて多数のＣＭＯＳ素子１１および電極部１２を形成後に、切断により個片化される。保持ブロック２０はアルミニウム等の金属からなる場合は機械加工により作製されるが、耐熱性樹脂等からなる場合は金型成型により作製される。配線板３０は銅箔と基材であるポリイミド等を貼り合わせてからエッチングしたり、めっき法等を用いたりして作製される。

組立工程では、例えば最初に、デバイスチップ１０の第１の主面１４に保護ガラス４０が接合され、デバイスチップ１０の第２の主面１５に保持ブロック２０の接合面２２が接合される。接合には図示しない接着剤が用いられる。なお、保持ブロック２０の接合面２２の大きさは、デバイスチップ１０の第２の主面１５の大きさと同じである必要はない。

次に、デバイスチップ１０の第１の主面１４上の電極部１２周辺と配線板３０の先端部３０Ｔの裏面の少なくとも一方に非導電性ペーストＮＣＰ（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）等が塗布される。そして、電極部１２と接続部３１との位置合わせ／圧着／硬化処理により配線板３０の先端部３０Ｔがデバイスチップ１０と接合され、電極部１２と接続部３１とが電気的に接続される。なお、この段階では配線板３０の屈曲部３０Ｖおよび延設部３０Ｃも、先端部３０Ｔと同様に、デバイスチップ１０の第１の主面１４と同じ平面上にある。言い換えれば屈曲部３０Ｖの屈曲角度は０度である。

次に、配線板３０の延設部３０Ｃの裏面３４側または保持ブロック２０の傾斜面２１の少なくとも一方に接着層２３となる接着剤が塗布された後、配線板３０は延設部３０Ｃが保持ブロック２０の傾斜面２１と当接するように、屈曲部３０Ｖが曲げられる。延設部３０Ｃが保持ブロック２０の傾斜面２１と当接した状態で、接着剤を硬化することにより、延設部３０Ｃは接着層２３を介して傾斜面２１と接合される。なお、屈曲部３０Ｖとデバイスチップ１０との間は空間であってもよいし、接着層２３と同じ接着剤等が充填されていてもよい。

撮像装置１では、配線板３０の屈曲角度は、保持ブロック２０の傾斜面２１の角度により決定されるために、容易に、かつ正確に所定角度に屈曲することができる。また、配線板３０は広い接触面積を有する面接触により保持ブロック２０と当接しているために屈曲作業が容易であり、かつ、無理な応力を受けることがないため、破損のおそれがない。

そして最後にケーブル３８の導電線が配線板３０の接続部３２と、例えば、はんだ接合により電気的に接続される。撮像装置１では、配線板３０が保持ブロック２０により安定に保持されているために、ケーブル３８の接続部３２への、はんだ付け接続作業が容易である。そして、はんだ付け接続作業のときに配線板３０を仮固定しておくための特別な治具を用いる必要もない。撮像装置１では、配線板３０の延設部３０Ｃの接着層２３との接合面（裏面３４）と対向する面である、おもて面３３に導電線であるケーブル３８が接続されているが、作業性がよいため作業ミスが発生し難く、製造歩留まりが高い。

以上の説明のように、配線板３０はデバイスチップ１０の第１の主面１４に接合された先端部３０Ｔと、保持ブロック２０の傾斜面２１に接着層２３を介して接合された延設部３０Ｃと、先端部３０Ｔと延設部３０Ｃとの間の所定角度で折れ曲がった屈曲部３０Ｖと、からなり、デバイスチップ１０が第１の主面１４にＣＯＭＳ素子１１の電極部１２を有し、配線板３０の接続部３１が、電極部１２と接続されている。

＜第１の実施の形態の変形例＞
次に第１の実施の形態の変形例の撮像装置１Ａについて説明する。本変形例の撮像装置１Ａは第１の実施の形態の撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図３に示すように、撮像装置１Ａの保持部は、Ｌ字型板材２０Ａである。Ｌ字型板材２０Ａは、板材を所定角度に屈曲したもので、保持ブロック２０と同様に、デバイスチップ１０の第２の主面１５と接合する接合面２２Ａと、接合面２２Ａに対し所定角度θＶで内側方向に傾斜した傾斜面２１Ａとを有する。

なお、保持部としてＬ字型板材２０Ａに替えて、接合面２２と平行な面を有するコの字型板材や中空の保持ブロック等を用いても、よい。

本実施の形態の撮像装置１Ａは、第１の実施の形態の撮像装置１と同様の効果を有し、撮像装置１と比べると接合面２２Ａからの放熱機能はやや劣るが、より軽量である。

＜第２の実施の形態＞
次に第２の実施の形態の撮像装置１Ｂについて説明する。本実施の形態の撮像装置１Ｂは第１の実施の形態の撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図４に示すように、本実施の形態の撮像装置１Ｂの配線板３０Ｂにはおもて面３３だけでなく、裏面３４にも電子部品３９が実装されている。一方、保持部である保持ブロック２０Ｂは、傾斜面２１Ｂに凹部２０Ｂ１を有する。そして、配線板３０Ｂの裏面３４Ｂに実装された電子部品３９は傾斜面２１Ｂに凹部２０Ｂ１に収納されている。言い換えれば凹部２０Ｂ１は電子部品３９格納用の空間である。このため、配線板３０Ｂは電子部品３９の配置の自由度が高く、設計が容易である。また電子部品３９が発生する熱は保持ブロック２０Ｂの接合面２２Ｂを介して放熱される。さらに配線板３０Ｂに大きな電子部品を実装することができる。なお、凹部２０Ｂ１と電子部品３９との隙間は空間（空気）であってもよいし、接着層２３と同じ接着剤等が充填されていてもよい。

以上の説明のように、本実施の形態の撮像装置１Ｂは、撮像装置１が有する効果に加えて、電子部品３９をより高密度に実装できる。また撮像装置１Ｂは保持ブロック２０Ｂを保持ブロック２０よりも小型化できるため、撮像装置１よりも狭い空間内に配置可能である。

＜第２の実施の形態の変形例＞
次に第２の実施の形態の変形例の撮像装置１Ｃについて説明する。本変形例の撮像装置１Ｃは第２の実施の形態の撮像装置１Ｂと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図５に示すように、本変形例の撮像装置１Ｃの保持部は、傾斜面２１Ｃに孔２０Ｃ１を有するＬ字型板材２０Ｃである。孔２０Ｃ１の大きさは、配線板３０Ｂの裏面３４Ｂに実装された電子部品３９の大きさより大きい。このため、孔２０Ｃ１を介して配線板３０Ｂの裏面３４Ｂに実装された電子部品３９が収納されている。

以上の説明のように、本実施の形態の撮像装置１Ｃは、第２の実施の形態の撮像装置１Ｂの効果を有し、撮像装置１Ｂと比較すると、接合面２２Ｃからの放熱機能はやや劣るが、より軽量である。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態として、挿入部先端部に撮像装置１Ｄを組み込んだ内視鏡装置５０について説明する。図６において模式的に示している光学系５１と、撮像装置１Ｄとは枠部５２により光軸Ｏを中心に固定されている。撮像装置１Ｄの後側はシールド枠５３により覆われており、シールド枠５３の内部は高熱伝導率の非導電性樹脂充填剤５５により充填されている。配線板３０Ｄの延設部３０Ｃにはチップ部品５６が実装されているとともに、接続部３２にはケーブル３８が接続されている。
撮像装置１Ｄは、すでに説明した撮像装置１Ｂと同様の構造である。

上記構造、すなわち、撮像装置１Ｄ等を挿入部先端部に有する内視鏡装置５０は細径化が可能である。

＜第４の実施の形態＞
最後に第４の実施の形態の撮像装置１Ｅについて説明する。本実施の形態の撮像装置１Ｅは第１の実施の形態の撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図７に示すように、本実施の形態の撮像装置１Ｅのデバイスチップ１０Ｅは貫通配線１３を有し、第２の主面１５に電極部１２Ｅが形成されている、いわゆるチップサイズパッケージング用のチップである。そして配線板３０Ｅはおもて面３３に接続部３１Ｅが形成されている。また保持部であるコの字型板材２０Ｅは、接合面２２Ｅがデバイスチップ１０Ｅに、傾斜面２１Ｅが配線板３０Ｅに接合されている。そして、コの字型板材２０Ｅは、傾斜面２１Ｅに電子部品３９を配設するための孔２０Ｅ１を有する。なお、図７に示すように、屈曲部が接着層２３Ｅによりデバイスチップ１０Ｅに固定されていてもよい。

配線板３０Ｅはデバイスチップ１０Ｅと接合された先端部と、傾斜面２１Ｅと接着層２３Ｅを介して接合された延設部と、先端部と延設部との間の所定角度で折れ曲がった屈曲部と、からなり、デバイスチップ１０Ｅが第２の主面１５にＣＯＭＳ素子１１の電極部１２Ｅを有し、配線板３０Ｅの接続部３１Ｅが、電極部１２Ｅと接続されている。

本実施の形態の撮像装置１Ｅは第２の実施の形態の変形例の撮像装置１Ｃ等と同じ効果を有し、さらに小径化が可能である。

以上のように本発明は上述した実施の形態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…固体撮像装置、１０、１０Ｅ…デバイスチップ、１１…ＣＯＭＳ素子、１２…電極部、１３…貫通配線、１４…第１の主面、１５…第２の主面、２０、２０Ｂ、２０Ｄ…保持ブロック、２０Ａ、２０Ｃ…Ｌ字型板材、２０Ｅ…コ字型板材、２１、２１Ａ〜２１Ｅ…傾斜面、２０Ｂ１…凹部、２０Ｃ１、２０Ｅ１…孔、２０Ｖ…溝、２２、２２Ａ〜２２Ｅ…接合面、２３…接着層、３０、３０Ｂ、３０Ｅ…配線板、３０Ｃ…延設部、３０Ｔ…先端部、３０Ｖ…屈曲部、３１、３１Ｅ、３２…接続部、３３…おもて面、３４、３４Ｂ…裏面、３８…ケーブル、３９…電子部品、４０…保護ガラス、５０…内視鏡装置

Claims (7)

1. 第１の主面と第２の主面とを有し、前記第１の主面上に固体撮像素子が形成された撮像素子基板と、
   前記撮像素子基板の前記第２の主面と接合した接合面と、前記接合面に対し所定角度で内側方向に傾斜した傾斜面と、を有する保持部と、
   前記撮像素子基板と接合された先端部と、前記傾斜面と接着層を介して接合された延設部と、前記先端部と前記延設部との間の前記所定角度で折れ曲がった屈曲部と、からなる配線板と、を具備することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記保持部が放熱機能を有するブロックであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記保持部がＬ字型板材であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記保持部が前記傾斜面に凹部または貫通孔を有し、
   前記配線板が、少なくとも両面に配線層を有する多層配線板であり、両面に電子部品が実装されており、
   前記接着層側の面に実装されている前記電子部品が、前記凹部内または前記貫通孔を介して配設されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記撮像素子基板が前記第１の主面に前記固体撮像素子の電極部が形成されており、
   前記配線板の接続部が、前記撮像素子基板の前記電極部と接続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項に記載の固体撮像装置。
6. 前記撮像素子基板が貫通配線を有し、前記第２の主面に前記固体撮像素子の電極部が形成されており、
   前記配線板の接続部が、前記撮像素子基板の前記電極部と接続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項に記載の固体撮像装置。
7. 前記延設部の前記接着層との接合面と対向する面に、導電線が接続されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

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