JP7149489B2

JP7149489B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP7149489B2
Application number: JP2018125684A
Authority: JP
Inventors: 正三越智; 大輔櫻井; 清一糸井
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2022-10-07
Anticipated expiration: 2038-07-02
Also published as: JP2020005216A

Description

本発明は、電子内視鏡等に設けられる小型の固体撮像装置に関するものである。

従来から、細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内臓器等を観察し、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置の行える医療用の内視鏡が広く利用されている。また、工業分野においても、ボイラ，タービン，エンジン，化学プラントなどの内部の傷や腐蝕などを観察し、検査することのできる工業用内視鏡が広く利用されている。

前記内視鏡としては、例えば挿入部の先端部に電荷結合素子（ＣＣＤと略記）などの固体撮像素子や電子部品を設けた固体撮像装置が内蔵されている。この固体撮像装置で光電変換した信号を信号ケーブル伝送し、信号処理手段を介してモニタ装置にカラー表示するようにした電子内視鏡が用いられている。

内視鏡においては、狭く曲がりくねった管腔内に挿入されるため挿入部の細径化が望まれている。そして、電子内視鏡では、小回りがきき、操作性の良い内視鏡を実現するため固体撮像装置の小型、小径化が望まれていた。

例えば、電子内視鏡の先端部に配置される固体撮像装置として、特許文献１には高密度化又は小型化を達成するため、外形サイズを大きくせずに可撓性基板の実装面積を拡大できるようにした固体撮像装置が示されている。

特開平１１－１９３５７２号公報

図８は、特許文献１の固体撮像装置の断面図であり、図９は、特許文献１の固体撮像装置の側面図である。

しかしながら、特許文献１の固体撮像装置では、固体撮像素子２２の受光面２２ａと、上記受光面２２ａ上で接着された透明部材であるカバープレート２１と、固体撮像素子２２の端部の接続端子２２ｂと、前記接続端子２２ｂに配置されたパッド部と、前記パッド部上に形成された突起電極と、前記突起電極を介して接続された可撓性基板３２のインナーリードと、前記インナーリード上に配置された電子部品３３、３４と、前記接続端子２２ｂの周辺部及び前記固体撮像素子２２と、前記インナーリードとの接続部分に封止された封止樹脂２６と、から構成されている。

このため、固体撮像素子２２においては、接続端子２２ｂよって、受光面２２ａの占める割合が低下し、その結果、固体撮像の性能効率が低下する。

更に封止樹脂２６によって形成された封止固定部の範囲が広範になり、固体撮像装置の小型化が阻まれていた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、固体撮像の性能効率を損なう事無く、面積を最小限に抑えることを可能とし、小型化が可能なモジュール構造を提供することを目的とする。

（独立請求項のみ）
上記目的を達成するために、電気信号の授受を行うための接続端子を受光面に対して裏面に備えた固体撮像素子と、上記固体撮像素子との電気的接続をするための接続端子と、電子部品が配置されるキャビティ部と、を持つメイン基板と、上記接続端子の端部に形成された第１導体パターンと、上記接続端子に形成された封止樹脂と、を含む固体撮像装置を用いる。

また、電気信号の授受を行うための接続端子を受光面に対して裏面に備えた固体撮像素子と、上記固体撮像素子との電気的接続をするための接続端子と、電子部品が電気的接続部を介して配置されるキャビティ部と、を持つメイン基板と、上記キャビティ部の端部に形成された第２導体パターンと、上記電子部品を覆う封止樹脂と、を含む固体撮像装置を用いる。

以上のように、本発明の固体撮像装置によれば、接続端子を受光面の裏面に形成することで受光面占有率が上がり、その結果、固体撮像の性能効率が損なわれない。

更に、導体パターンによって封止樹脂がメイン基板の側面に流れ落ちることなく、メイン基板の端部までフィレットが形成され、信頼性が高く、小型で高性能な固体撮像装置を提供することができる。

（ａ）～（ｂ）本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す断面図（ａ）～（ｂ）本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す平面図本発明の実施の形態１における封止樹脂の濡れ広がりを示す断面図（ａ）～（ｆ）本発明の実施の形態１における固体撮像装置の形成工程を示す断面図本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構成を示す断面図（ａ）～（ｂ）本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構成を示す平面図（ａ）～（ｂ）本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構成を示す平面図従来の固体撮像装置の構成を示す断面図従来の固体撮像装置の構成を示す平面図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図である
図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１において図１の波線Ａでの固体撮像装置の平面図で、図２（ａ）が封止前、図２（ｂ）が封止後である。

図３は本発明の実施の形態１において図１（ａ）の領域Ｂでの封止樹脂の濡れ広がりを示す断面図である。

＜構造＞
本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構造は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、固体撮像素子３があり、固体撮像素子３の一方の面には受光面３ａが、もう一方の面には、第１接続端子９が複数個配置されている。

受光面３ａに対向するようにカバーガラス１が、配置されており、接着剤２で固体撮像素子３とカバーガラス１を固定している。

固体撮像素子３の面３ｂに対向するように、メイン基板８を配置しており、固体撮像素子３の第１接続端子９とメイン基板８の第２接続端子１１とを突起電極１０を介して、電気的に接続しており、封止樹脂４で固体撮像素子３とメイン基板８の接続部を固定している。

そして、図１（ａ）に示すように、封止樹脂４は接合部の端部に形成された第１導体パターン５ａの外側に流れ落ちることなく濡れ広がっている。

ここで第１導体パターン５ａは、メイン基板８と固体撮像素子３を接続する際に使用する実装機において、位置合わせの認識マークとしても使用される。第１導体パターン５ａは、第２接続端子１１とは異なる形状である。

さらに、図１（ｂ）に示すように、メイン基板８と固体撮像素子３の接合部の両側に形成したキャビティ部７に電子部品６が複数個配置されており、メイン基板８の第３接続端子１３と接合材１２を介して電気的に接続している。

また、メイン基板８には複数のケーブル接続端子１４が形成されている。
＜製法＞
このような固体撮像装置は図４（ａ）～図４（ｆ）の工程により作製することができる。

はじめに、図４（ａ）に示すように、固体撮像素子３に第１接続端子９を形成し、固体撮像素子の受光面にカバーガラス１を配置し、接着剤２で固定する。

一方で図４（ｂ）に示すように、キャビティ部７が形成されたメイン基板８に第１導体パターン５ａ、第２接続端子１１、第３接続端子１３、ケーブル接続端子１４を形成する。

第１導体パターン５ａは、第２接続端子１１、第３接続端子１３、ケーブル接続端子１４とともに同じプロセスで形成される。

次に図４（ｃ）に示すように、第２接続端子１１上に突起電極１０を形成し、キャビティ部７の第３接続端子１３上に電子部品６、接合材１２を配置する。

次に図４（ｄ）に示すように、加熱によって接合材１２を溶融して、電子部品６と第３接続端子１３を、接合材１２を介して電気的に接続する。

次に図４（ｅ）に示すように、メイン基板８の突起電極１０が形成された面と固体撮像素子３の第１接続端子９が形成された面を向かいあわせで配置し、第１接続端子９と第２接続端子１１とを突起電極１０を介して電気的に接続する。

最後に次に図４（ｆ）に示すように、第１接続端子９と第２接続端子１１の接合部に封止樹脂４を封止して接続部を固定し、固体撮像装置が完成する。
＜動作＞
図１（ａ）において、カバーガラス１を介して固体撮像素子３が受光面３ａで受光し、電気信号に変換される。

変換された電気信号は、固体撮像素子３と電気的に接続されているメイン基板８に伝送される。

メイン基板８に伝送された電気信号は、メイン基板８と電気的に接続されている電子部品６に伝送される。

電子部品６は、伝送された電気信号に対して電子部品６に組み込まれた処理を行い、再びメイン基板８に伝送する。

全ての電子部品６を経由した後、電気信号をケーブル接続端子１４から外部機器に伝送する。
＜各要素＞
なお、それぞれの部材のサイズは、メイン基板８が１ｍｍ×１ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ、電子部品６が０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ以下、カバーガラス１が１ｍｍ×１ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ、固体撮像素子３が１ｍｍ×１ｍｍ×厚さ０．１ｍｍである。

＜電子部品６＞
電子部品６は、例えば、コンデンサであるが、抵抗器でも良い。
＜カバーガラス１＞
カバーガラス１は、透明な直方体形状の光学部材である。

また、固体撮像装置の幅寸法を固体撮像素子３と同じにし、小型化するため、カバーガラス１の幅寸法は固体撮像素子３以下である。

＜固体撮像素子３＞
固体撮像素子３は、光を検出して電気信号に変換するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージなどのことである。信号処理を行う回路が組み込まれていても良い。信号処理を行う機能を持つ素子と積層されていても良い。電気信号の授受を行うための第１接続端子９を備えている。

＜第１接続端子９，第２接続端子１１，１３，１４＞
第１接続端子９、１１、１３、１４は、例えばアルミニウムなどによって形成されているが、銅のようにアルミニウムよりも導電率が高い金属やタングステンを用いても良い。さらに、銅にニッケル／金めっき処理を施して酸化しにくい状態にしても良い。

＜ケーブル接続端子１４＞
ケーブル接続端子１４は、例えばアルミニウムなどによって形成されているが、銅のようにアルミニウムよりも導電率が高い金属やタングステンを用いても良い。さらに、銅にニッケル／金めっき処理を施して酸化しにくい状態にしても良い。

＜突起電極１０＞
突起電極１０は、例えば半田などによって形成されているが、銅や金のような金属を用いても良い。

＜メイン基板８＞
メイン基板８は、例えばセラミック基板などによって形成されているが、ビルドアップ基盤、アラミドエポキシ基板、ガラスエポキシ基板などを用いても良い。

＜キャビティ部７＞
キャビティ部７のサイズは、１．０ｍｍ×０．３５ｍｍ×厚さ０．３５ｍｍであり、電子部品６がキャビティ部７内に収まることにより、固体撮像装置の幅寸法を固体撮像素子３の幅寸法と同じに保つことができる。

キャビティ部７はメイン基板８の固体撮像素子３と接続されている面に２個、左右対称に形成されており、固体撮像素子３の放熱性が左右対称となることで、特性の面内バラつきを押さえることができる。

＜接着剤２＞
接着剤２は、紫外線硬化型等の透明な接着剤であり、幅寸法は固体撮像素子と同じかそれ以下である。
＜封止樹脂４＞
封止樹脂４は、エポキシ系の接着剤であり、幅寸法は固体撮像素子３よりと同じかそれ以下である。

また、図２（ａ）に示すように、メイン基板８の端部に第１導体パターン５ａを形成することによって、図２（ｂ）と図３に示すように、封止樹脂４は接合部の端部に形成された第１導体パターン５ａの外側に流れ落ちることを防いでいる。さらに第１導体パターン５ａにめっき処理を施すことにより、第１導体パターン５ａの端部まで封止樹脂４が濡れ広がり、フィレットＣを形成している。

また、封止樹脂４はメイン基板８の外側に流れ落ちなければ、キャビティ部７の領域に形成されていても良い。

＜第１導体パターン５ａ＞
第１導体パターン５ａは、例えばアルミニウムなどによって形成されているが、銅のようにアルミニウムよりも導電率が高い金属やタングステンを用いても良い。さらに、銅にニッケル／金めっき処理を施して酸化しにくい状態にしても良い。

また、第１導体パターン５ａは、メイン基板８と固体撮像素子３を接続する際に使用する実装機において、位置合わせの認識マークとしても使用される。第１導体パターン５ａの形状は第２接続端子１１と異なる形状で、かつ、封止樹脂４がメイン基板８の外側に流れ落ちないような形状であることが望ましく、サイズは、長手方向が０．３ｍｍ×０．１ｍｍ、短手方向が０．１５ｍｍ×０．１ｍｍのコーナーマークとなる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図であり、図６（ａ）、図６（ｂ）は本発明の実施の形態２において図５の波線Ａでの固体撮像装置の平面図で、図６（ａ）が封止前、図６（ｂ）が封止後である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
＜構造＞
本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構造は、図５に示すように、固体撮像素子３があり、固体撮像素子３の一方の面には受光面３ａが、もう一方の面には、第１接続端子９が複数個配置されている。

メイン基板８と固体撮像素子３の接合部の片側に形成したキャビティ部７に電子部品６が複数個配置されており、メイン基板８の第３接続端子１３と接合材１２を介して電気的に接続している。

また、メイン基板８には複数のケーブル接続端子１４が形成されている。
＜キャビティ部７＞
キャビティ部７のサイズは、１．０ｍｍ×０．７ｍｍ×厚さ０．３５ｍｍであり、電子部品６がキャビティ部７内に収まることにより、固体撮像装置の幅寸法を固体撮像素子３の幅寸法と同じに保つことができる。

キャビティ部７は、メイン基板８の固体撮像素子３の第２接続端子１１の片側に１個、形成されており、キャビティ部７の個数を減らすことでメイン基板８の製造工程を短縮することができる。
＜封止樹脂４＞
封止樹脂４は、エポキシ系の接着剤であり、幅寸法は固体撮像素子３と同じかそれ以下である。

また、図６（ａ）に示すように、メイン基板８と固体撮像素子３の第２接続端子１１の端部に第１導体パターン５ａ、５ｂを形成し、キャビティ部７の端部に第２導体パターン５ｃを形成することによって、図６（ｂ）に示すように、封止樹脂４がメイン基板８の外側に流れ落ちることを防いでいる。第２導体パターン５ｃは、第３接続端子１３と異なる形状である。

＜第１導体パターン５ａ、５ｂ、第２導体パターン５ｃ＞
第１導体パターン５ａ、５ｂ、第２導体パターン５ｃは、例えばアルミニウムなどによって形成されているが、銅のようにアルミニウムよりも導電率が高い金属やタングステンを用いても良い。さらに、銅にニッケル／金めっき処理を施して酸化しにくい状態にしても良い。

第１導体パターン５ａ、５ｂ、第２導体パターン５ｃは、第２接続端子１１、第３接続端子１３と同じ工程で形成するのが好ましい。

また、第１導体パターン５ａ、５ｂ、第２導体パターン５ｃは、メイン基板８と固体撮像素子３を接続する際に使用する実装機において、位置合わせの認識マークとしても使用される。第１導体パターン５ａ、５ｂ、第２導体パターン５ｃの形状は第２接続端子１１と異なる形状で、かつ、封止樹脂４がメイン基板８の外側に流れ落ちないような形状であることが望ましく、第１導体パターン５ａ、５ｂのサイズは、長手方向が０．３ｍｍ×０．１ｍｍ、短手方向が０．１５ｍｍ×０．１ｍｍのコーナーマークとなり、第１導体パターン５ｂのサイズは、０．１ｍｍ×０．０８ｍｍの長方形となり、第２導体パターン５ｃのサイズは、０．７ｍｍ×０．０８ｍｍの長方形となる。

なお、実施の形態１の第１導体パターン５ａ，５ｂがなく、第２導体パターン５ｃだけ設けてもよい。

（実施の形態３）
図７（ａ）、図７（ｂ）は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の平面図であり、図７（ａ）が封止前、図７（ｂ）が封止後である。説明しない事項は実施の形態１、２と同様である。

＜封止樹脂４＞
封止樹脂４は、エポキシ系の接着剤であり、幅寸法は固体撮像素子３よりと同じかそれ以下である。

また、図７（ａ）に示すように、メイン基板８の端部に第１導体パターン５ａを形成することによって、図７（ｂ）に示すように、封止樹脂４は接合部の端部に形成された第１導体パターン５ａの外側に流れ落ちることを防いでいる。

さらに第１導体パターン５ａにめっき処理を施すことにより、導体パターン５の端部まで封止樹脂４が濡れ広がり、フィレットＣを形成している。

ここで、第２導体パターン５ｃはメイン基板８と固体撮像素子３を接続する際に使用する実装機において、位置合わせの認識マークとしても使用される。第１導体パターン５ａの形状は第２接続端子１１よりも大きな円形となる。

また、第１導体パターン５ａは、メイン基板８と固体撮像素子３を接続する際に使用する実装機において、位置合わせの認識マークとしても使用される。第１導体パターン５ａの形状は第２接続端子１１よりも大きな円形で、かつ、封止樹脂４がメイン基板８の外側に流れ落ちないような形状であることが望ましく、第２接続端子１１のサイズが直径０．１ｍｍであるのに対し、第１導体パターン５ａのサイズは、直径０．２ｍｍとなる。

＜効果＞
上記の構造のように、接続端子を受光面の裏面に形成することで、固体撮像素子の受光面占有率が上がり、固体撮像の性能効率を損なうことがなく、更に、接続端子の端部に形成された導体パターンによって封止樹脂がメイン基板の側面に流れ落ちることなくメイン基板の端部までフィレットを形成することで、信頼性が高く、小型で高性能な固体撮像装置を提供することができる。

（全体として）
実施の形態１～３は組み合わせできる。

本願の固体撮像装置は、内視鏡用固体撮像装置など小型の固体撮像装置として、広く利用される。

１カバーガラス
２接着剤
３固体撮像素子
３ａ受光面
３ｂ面
４封止樹脂
５導体パターン
５ａ第１導体パターン
５ｂ第１導体パターン
５ｃ第２導体パターン
６電子部品
７キャビティ部
８メイン基板
９第１接続端子
１０突起電極
１１第２接続端子
１２接合材
１３第３接続端子
１４ケーブル接続端子
２１カバープレート
２２固体撮像素子
２２ａ受光面
２２ｂ接続端子
２６封止樹脂
３２可撓性基板
３３電子部品

Claims

電気信号の授受を行うための第１接続端子を受光面に対して裏面に備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子との電気的接続をするための第２接続端子と、電子部品が配置されるキャビティ部と、を持つメイン基板と、
前記第１接続端子の端部に形成された第１導体パターンと、
前記第１接続端子に形成された封止樹脂と、
を含む固体撮像装置。
前記第２接続端子と、前記第１導体パターンとの形状が異なる請求項１記載の固体撮像装置。
前記封止樹脂が、前記第１導体パターン上に濡れ広がっているが、前記固体撮像装置の側面にはみ出していない請求項１または２記載の固体撮像装置。
前記第１導体パターンは、前記メイン基板と固体撮像素子との位置合わせの認識マークである請求項１～３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
電気信号の授受を行うための第１接続端子を受光面に対して裏面に備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子との電気的接続をするための第２接続端子と、電子部品が第３接続端子を介して配置されるキャビティ部と、を持つメイン基板と、
前記キャビティ部の端部に形成された第２導体パターンと、
前記電子部品を覆う封止樹脂と、
を含む固体撮像装置。
前記封止樹脂が、前記第２導体パターン上に濡れ広がっている請求項５記載の固体撮像装置。
前記封止樹脂が、前記第２導体パターン上に濡れ広がっているが、前記固体撮像装置の側面にはみ出していない請求項５または６記載の固体撮像装置。
前記キャビティ部が２箇所あり左右対称である請求項１～７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。