JPH0525228B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は固体撮像装置、特に体腔内部や機械的
構造体内部を観察するための内視鏡に内蔵して使
用するのに好適な固体撮像装置に関するものであ
る。

従来技術 従来の内視鏡は、被検体内部に挿入される可撓
性外筒の内部にオプチカルフアイバ束より成るラ
イトガイドとイメージガイドとを延在させ、外部
に設けた照明光源から放射される光をライトガイ
ドを経て内視鏡先端まで導き、照明レンズ系を経
て被検体に照射し、被検体の像を対物レンズ系お
よびイメージガイドを経て外部へ導き、接眼レン
ズ系を介して直接観察するかまたは撮像装置で撮
像してモニタ上に表示するようにしている。この
ようなイメージガイドを用いた従来の内視鏡にお
ける分解能はイメージガイドを構成するフアイバ
の径できまるが、フアイバ径を現状よりもさらに
細くするには非常に困難であり、分解能はほぼ限
界に達している。また、イメージガイドは破損し
易いので耐久性の点でも問題がある。

このような問題を解決するために、内視鏡先端
に小形の撮像装置を組込み、これによつて被検体
像を撮像して画像信号に変換し、この画像信号を
導線を経て外部へ導き、モニタ上に被検体像を表
示することが提案されている。撮像装置として
は、CCD、BBD、MOS−FET ARRAY、PIN
−PHOTODIODE ARRAY、SIT ARRAYな
どの半導体固体撮像装置が開発されており、これ
らの固体撮像装置は小形でありながら分解能が高
く、しかも寿命が長いという特長を有しており、
内視鏡に内蔵するのに好適である。しかしなが
ら、現在製造されている固体撮像装置は従来の撮
像管に比べれば小形ではあるが、現状のままでは
内視鏡先端に内蔵することは困難である。特に体
腔内観察用の内視鏡は最も大径の直腸鏡でも直径
は十数ミリ程度であり、現状の固体撮像装置を組
込むことはできない。このような問題は内視鏡だ
けに限られるものではなく、他の撮像機器におい
ても生ずる可能性がある。

半導体固体撮像装置を構成する光検出半導体素
子からの検出信号は微弱であるので一般に素子単
独で用いられるより、検出信号を増幅する増幅回
路等を構成する信号処理回路素子と共に実装した
半導体撮像装置が多用されつつある。この場合、
光検出半導体素子と信号処理回路素子とを単一の
半導体チツプ内に構成する場合と、複数個の半導
体チツプ内に構成する場合とがある。第１図は従
来の固体撮像装置の一例の構成を示しものであ
り、第１図に示す例ではパツケージを構成するセ
ラミツク基板１上に１枚の半導体チツプ２を設
け、その左側の部分2LにCCD、BBD等の電荷転
送素子、MOSトランジスタ、フオトダイオード、
フオトトランジスタ、静電誘導トランジスタ等の
光検出半導体素子を形成し、右側の部分2Rには
水平、垂直シフトレジスタ、アドレスレジスタ、
各種の選択スイツチ、ビデオラインに接続された
負荷抵抗、コンデンサ、アンプ等を構成する信号
処理回路素子を形成する。この信号処理回路素子
を形成した部分2Rの上には遮光膜または遮光板
３が設けられており、透明ガラスキヤツプ４を経
て照射される光によつて半導体内に発生する電子
−正孔対に起因する微少電流による悪影響が信号
処理回路に及ぶことを防いでいる。

光検出半導体素子と信号処理回路素子との間で
の信号の授受は半導体領域または導体パターンを
介して行ない、信号処理半導体領域からの出力信
号や外部回路からの制御信号等の授受は、リード
５、セラミツク基板１に設けられたボンデイング
パツト６および導線７を介して行なわれている。
このような構成の固体撮像装置では光検出半導体
素子と信号処理回路素子とを単一の半導体チツプ
１内に形成できるので、これらを別々の半導体チ
ツプに形成する場合に比べて小形とすることがで
きるが、内視鏡の先端に内蔵することができる程
小形ではない。また、信号処理回路内の増幅回路
等で発生する熱が光検出半導体素子に伝達され、
暗電流が増大し、また光検出領域に入射した光に
よつて発生したキヤリア電荷が増幅回路やその周
辺回路に拡散し誤動作の原因となる。さらに大き
な問題点として光検出半導体素子と信号処理回路
素子とを単一の半導体チツプ上に構成するので、
特性およびチツプ製造プロセスの合わせ込みの困
難さに起因するコストアツプが生ずる。

技術的背景 上述したような問題を解決するために、本願人
は特願昭58−46967号において第２図に示すよう
なバツク接合と呼ばれる実装方法を提案してい
る。第２図において、光検出半導体素子は上側の
半導体チツプ１１に形成し、信号処理回路素子は
下側の半導体チツプ１２に形成し、これらチツプ
は絶縁性のホルダー１３と一体に形成した隔壁１
４により離間されて支持されている。光検出半導
体素子と信号処理回路素子との間の信号の授受を
行なうために半導体チツプ１１および１２の表面
に形成した接点パツド１５および１６を導線１７
および１８を介してホルダ１３の表裏に設けた接
点パツド１９および２０にそれぞれ接続し、さら
にこれらの接点パツド１９と２０との間をホルダ
１３の側面に延在するリード２１により接続して
いる。さらに固体撮像装置を外部回路に接続する
ためのリード２２をホルダ１３から延在させてい
る。実際の固体撮像装置においては、第２図に示
す全体をさらにパツケージに収納しているが、第
２図ではパツケージは図示していない。

第２図に示したパツク接合構造では光検出半導
体素子を形成した半導体チツプ１１と信号処理回
路素子を形成した半導体チツプ１２とは別体とな
つていると共に隔壁１４を挟んで上下に重ねられ
ているため入射光側から見た面積は第１図に示し
た従来の固体撮像装置に比べて小さくなつている
と共に熱の影響やキヤリア電荷の拡散の問題は解
消されているが、そのままでは内視鏡先端に組込
むことは実際上不可能である。すなわち、内視鏡
の径は非常に小さく、固体撮像装置を組込むだけ
の十分なスペースが得られない。例えば体腔内観
察用の内視鏡では上述したライトガイドの他に標
本を採取するための鉗子およびこれを操作するた
めのワイヤが挿通されるようになつていると共
に、対物レンズ系の先頭レンズを洗浄するための
送水チユーブや、先頭レンズに付着した洗浄水を
吹き飛ばしたり体腔を膨らませたりする送気チユ
ーブなども挿通されており、固体撮像装置を内蔵
するために利用できるスペースは非常に狭くなつ
ている。したがつて高解像度の固体撮像装置を内
視鏡先端のようにきわめて狭い空間に組込むため
には固体撮像素子自体の構成を改良する必要があ
るが、光検出半導体チツプと信号処理半導体チツ
プとの結合と配置、両半導体チツプ間の信号ライ
ンの結合、パツケージの方法、リードの導出方法
など種々の困難な問題を解決しなければならな
い。

発明の目的 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去
し、小形に構成することができしかも実装密度を
向上して解像度を上げることができ、きわめて小
径の内視鏡先端にも組込むことができ、特に内視
鏡先端に組込むのに好適な固体撮像装置を提供し
ようとするものである。

発明の概要 本発明の固体撮像装置は、 半導体撮像素子が形成された光検出半導体領域
および信号処理回路素子が形成された信号処理半
導体領域を互いに対向する面に一体的に形成した
半導体チツプと、 前記光検出半導体領域の表面に設けられた前記
半導体撮像素子に対する複数の第１の信号送受用
領域と、 前記信号処理半導体領域の表面に設けられた前
記信号処理回路素子に対する複数の第２の信号授
受用領域と、 前記半導体チツプの表面に金属蒸着によつて形
成され、前記第１の信号送受用領域と第２の信号
送受用領域とを電気的に接続する導体と、 前記第２の信号送受用領域と電気的に接続され
たリードとを具備したことを特徴とするものであ
る。

実施例 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第３図は本発明の固体撮像装置の一実施例の構
成を示す線図である。本例では単一の半導体チツ
プ３１の表裏に光検出半導体領域３１ａと、信号
処理半導体領域３１ｂとを構成し、光検出半導体
領域３１ａにはCCD、BBD等の電荷結合半導体
素子、MOSトランジスタアレイ、ピンフオトダ
イオードアレイ、フオトトランジスタアレイ、静
電誘導トランジスタアレイなどの半導体撮像素子
を形成すると共に表面には絶縁膜を介してモザイ
ク状色フイルタ膜を形成するが、これら素子の各
領域や、絶縁膜、色フイルタ膜などの図示は省略
する。また、信号処理半導体領域３１ｂには水
平、垂直シフトレジスタ、増幅回路、スイツチな
どを構成する半導体素子や、負荷抵抗、コンデン
サなどの受動素子を形成するが、これらの図示も
省略する。本発明においては、光検出半導体領域
３１ａと信号処理半導体領域３１ｂとの間で信号
の授受を行なうために、これら領域の表面に形成
された領域３２および３３の間を半導体チツプ３
１の側面に金属の蒸着により形成した導体３４に
より接続する。また、半導体チツプ３１の裏面に
は固体撮像装置と外部回路との間で信号の授受を
行なうためのリード３５を固着する。本発明では
光検出半導体素子と信号処理回路素子との間の接
続を、半導体チツプ側面に被着した導体によつて
行なうことにより、固体撮像装置の入射光側から
見た寸法を小さくすることができる。また、半導
体チツプの裏面全体をリードの接続に利用するこ
とができるので多数のリードを容易に接続するこ
とができる。

第４図は本発明の固体撮像装置の他の例を示す
線図的断面図である。本例では半導体チツプ４１
の領域４１ａ内に光検出半導体素子を形成し、半
導体チツプ４２の領域４２ａ内に信号処理回路素
子を形成する。これら半導体チツプ４１および４
２を適当な厚さの絶縁部材４３を挟んで入射光の
方向に見て前後に重ね合わせる。半導体チツプ４
１の所定の領域４４を、半導体チツプ４１，４２
および絶縁部材４３の側面に金属の蒸着により形
成した導体４５により半導体チツプ４２に形成し
た所定の領域４６に接続する。本例では光検出半
導体領域を形成した半導体チツプ４１と信号処理
回路を形成した半導体チツプ４２とを別個に構成
したため、回路の諸特性と半導体チツプ製造プロ
セスの合わせ込みが不要となり、熱やキヤリア電
荷による悪影響も除去できると共にリードを裏側
に設けたため光入射方向から見た横方向寸法を小
さくすることができ、しかも実装密度を向上する
ことができる。

さらに本例では半導体チツプ４２の裏面にリー
ドを直接ボンデイングせずに、半導体チツプ４２
の裏面に接点領域４７を設け、取付け基板４８に
取付けたリード４９の先端を接点領域に当接して
電気的に接続する。本例のようにリードを取付け
基板に取付け、この基板を半導体チツプ裏面に取
付けることによりリードの機械的強度が増大する
と共にリードの電気的接続を容易に行なうことが
できる。

第５図は本発明の固体撮像装置のさらに他の例
を示す線図的斜視図である。本例では光検出半導
体素子を形成した半導体チツプ５１と信号処理回
路素子を形成した半導体チツプ５２とを前例と同
様に入射光の方向に見て前後に重ね合わせて配置
する。半導体チツプ５１と５２との間の接続はこ
れら半導体チツプの側面に金属蒸着して形成した
導体５３により行なう。本例では固体撮像装置と
外部回路との接続を行なうために、後側の半導体
チツプ５２に孔をあけ、この孔にリード線５４の
先端を挿入してハンダ付けする。第６図は半導体
チツプ５２とリード線５４との接続部分を拡大し
て示す断面図であり、半導体チツプ表面に所定の
領域５５中に孔５６をあけ、この孔にリード線５
４の導体芯５４ａを挿入し、領域５５と導体芯５
４ａとの間にはんだ５７により接続する。このよ
うな構成とすることによつて、リード線５４が半
導体チツプ５２の外方へはみ出すことがないの
で、入射光方向から見た寸法を小さくすることが
できると共に電気的な接続も簡単かつ確実に行な
うことができるのでトラブルの発生も少なくな
る。

第７図は上述した本発明の固体撮像装置を先端
に内蔵した内視鏡の一例の構成を示す断面図であ
る。本例の内視鏡は直視形の体腔内観察用のもの
であり、被検体内部に挿入される可撓性外筒６１
の先端に、例えばステンレススチールより成る先
端本体６２を嵌着する。この先端本体６２には数
個のチヤンネル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ……を形
成する。ライトガイドチヤンネル６２ａにはオブ
チカルフアイバ束より成るライトガイド６３を挿
入し、先端には凹レンズ６４を嵌合する。ライド
ガイド６３はカバーチユーブ６５により被覆し、
外筒６１の内部を延在させ、操作部へ導き照明光
源に結合する。対物観察チヤンネル６２ｂ内部に
は先端に対物レンズ系６６を嵌合すると共に内部
に固体撮像装置６７を嵌合する。本例の固体撮像
装置６７は第４図に示した構成のものであり、２
つの半導体チツプを上下に重ねたものである。後
側の半導体チツプの裏面に取付けたリード６８に
は導線束６９を接続し、この導線束６８は可撓性
チユーブ７０を経て外筒内部を延在させて操作部
へ導き、信号処理回路に接続する。送気チヤンネ
ル６２ｃには送気チユーブ７１を連結すると共に
先端には送気ノズル７２を取付け、対物レンズ系
６６の先頭レンズに向け、送気できるようにす
る。送水チヤンネルには送水チユーブを連結する
と共に先端には送水ノズルを設け、対物レンズ系
６６の先頭レンズに送水して汚物等を洗い流すこ
とができるようにするが、第７図では送水チユー
ブや送水ノズルは図示していない。また、送気ノ
ズル７２は先頭レンズに付着した洗浄水を吹き飛
ばすと共に必要に応じて被検体内部に送気してこ
れを膨ませることができるようにする。先端本体
６２にはさらに鉗子チヤンネルを形成し、ここに
は被検体標本を採取するための鉗子およびこの鉗
子を外部より操作するためのワイヤを挿通できる
ようにする。先端本体６２の外周面にはねじ溝を
形成し、ここに先端フード７３を螺合する。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形例が可能である。例えば第
３図に示した実施例では半導体チツプの裏面に直
接リードを接続するようにしたが、第４図に示す
ようにリードを取付け基板に固着し、この取付け
基板を半導体チツプ裏面に固着することもでき
る。また、半導体チツプの側面に延在する導体は
半導体チツプの全側面に形成することもできる
が、少なくとも一つの側面には導体を形成しない
方が製造上有利である。さらに本発明の固体撮像
装置は第７図に示した直視形内視鏡だけでなく、
側視形の内視鏡にも組込むことができる。更に、
上述した内視鏡では、光源からの光をライトガイ
ドを経て外筒先端から射出させるようにしたが、
ライトガイドを用いることなく、ランプや発光ダ
イオード等の光源を外筒先端部に設けて被検体を
照明するよう構成することもできる。この場合、
赤、青、緑の３色の発光ダイオードを用い、これ
らを順次に発光させるようにすることもでき、こ
の場合には固体撮像装置の受光面に設けたカラー
フイルタは不要となる。さらに本発明の固体撮像
装置は内視鏡以外の撮像機器にも組込むことがで
きることは勿論である。

発明の効果 本発明によれば、光検出半導体素子と信号処理
回路素子とを入射光の方向から見て前後に形成
し、これら光検出半導体素子と信号処理回路素子
との間を、半導体チツプの側面に金属蒸着によつ
て形成した導体によつて接続するようにしたた
め、入射光の方向から見た横方向の寸法を受光面
の寸法とほぼ同程度まで小さくすることができ、
例えば小径の内視鏡先端内部に有効に組込むこと
ができる。また、リードを半導体チツプの裏側に
取付けることによつても小形化に大きく貢献する
ことになると共に製造も容易となり、電気的特性
も良好となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置の一例の構成を示
す断面図、第２図は本願人が先に提案したバツク
接合形固体撮像装置の構成を示す断面図、第３図
は本発明の固体撮像装置の一例の構成を示す線
図、第４図は本発明の固体撮像装置の他の例の構
成を示す線図的断面図、第５図は本発明の固体撮
像装置のさらに他の例の構成を示す斜視図、第６
図は同じくその一部分を拡大して示す断面図、第
７図は本発明の固体撮像装置を先端内部に組込ん
だ内視鏡の一例を示す断面図である。 ３１……半導体チツプ、３２，３３……領域、
３４……導体、３５……リード、４１，４２……
半導体チツプ、４３……絶縁部材、４４，４６，
４７……領域、４５……導体、４９……リード、
５１，５２……半導体チツプ、５３……導体、５
４……リード線、５５……領域、５６……孔、５
７……はんだ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体撮像素子が形成された光検出半導体領
   域および信号処理回路素子が形成された信号処理
   半導体領域を互いに対向する面に一体的に形成し
   た半導体チツプと、 前記光検出半導体領域の表面に設けられた前記
   半導体撮像素子に対する複数の第１の信号送受用
   領域と、 前記信号処理半導体領域の表面に設けられた前
   記信号処理回路素子に対する複数の第２の信号授
   受用領域と、 前記半導体チツプの表面に金属蒸着によつて形
   成され、前記第１の信号送受用領域と第２の信号
   送受用領域とを電気的に接続する導体と、 前記第２の信号送受用領域と電気的に接続され
   たリードとを具備したことを特徴とする固体撮像
   装置。