JPS6074880A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ァ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ぎせ、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ァイバの径できまるが、フ
ァイバ径を現状よりもざ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、これによっ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ＯＣＤ　、　ＢＢＤ　、　ＭＯＳ　
−ＦＥＴ　ＡＲＲＡＹ、ＰＩＮ　−ＰＨ０ＴＯＤＩＯＤ
ＥＡＲＲＡＹ　、　ＳＩＴ　ＡＲＲＡＹなどの半導体固
体撮像装着が開発されており、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、シかも寿命も長いとい
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Ｒ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ップ内に構成する場合と、複数
個の半導体チッ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図に示す例ではパックージを構成するセラミック基板
１上に１枚の半導体チップ２を設け、その左側の部分２
ＬにＯＯＤ　ｔ、　ＢＢＤ等の電荷転送素子。

ＭＯＳ　）ランジスタウフォトダイオード、フォトトラ
ンジスタ、静電島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、各種の選択孔インチ、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
［は遮光膜または遮光板８が設けられており、透明ガラ
スキャップ４を経て照射される光によって半導体内に発
生する亀子−正孔対に起因する微少隠流による悪影響が
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、セラミック基板１に設け
られたボンディングバット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ップＩ内に形成で
きるので、これらを別々の半導体チップに形成する場合
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
によって発生したキャ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（。ざらに大きな問題点そ
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
導体チップ上に構成するので、特性およびチップ製造プ
ロセスの合わせ込みの困１１’２！に起因するコストア
ップが生ずる。

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図に示すようなバック
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ップ１１に形成
し、信号処理回路素子は下側の半導体チップ］２に形成
し、これらチップは絶縁性のホルダ１８と一体に形成し
た隔壁１４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
うために半導体チップ１１および１２の表面に形成した
接点パッド１５および１６を導線】７および１８を介し
てホルダ】８の表裏に設けた接点パッド】９および２０
にそれぞれ接続し、ざらにこれらの接点パッド１９と２
０との間をホルダ１８の側面を延在するリード２１によ
り接続してし）る。

ざ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】８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図に示す全体をざらにパッケージ
に収納しているが、第２図ではパッケージは図示してい
ない。

第２図に示したバック接合構造では光検出半導体素子を
形成した半導体チップ１１と信号処理回路素子を形成し
た半導体チップ１２とは別体となっていると共に隔壁１
４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
くなっていると共に熱の影響やキャ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失地に組込
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
っていると共に１対物レンズ系の先頭レンズを洗浄する
ための送水チューブや、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ューブな
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っている。したがって
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１．。

固体撮像素子自体の構成を改良する必要があるが、光検
出半導体チップと信号処理半導体チップとの結合と配置
、両生導体チップ間の信号ラインの結合、パッケージの
方法、リードの導出方法など種々の困１１な問題を解決
しなければならない。

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。

本発明による固体撮像装置は、光検出半導体素子および
信号処理回路素子を入射光の方向から見て前後に形成し
た少なく共１個の半導体チップの側面に、光検出半導体
素子と信号処理回路素子との間の相互接続を行なう導体
を形成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の詳細な説明する。

第８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ップ８〕の表裏に
光検出半導体領域８１ａと、信号処理半導体領域８１ｂ
とを構成し、光検出半導体領域８１ａにはＣＯＤ、ＢＢ
Ｄ等の電荷結合半導体素子。

ＭＯＳ　）ランジスタアレイ、ピンフォトダイオードア
レイ、フォトトランジスタアレイ、ｅｗｉ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ィルタ膜を形成するが
、これら素子の各領域や、絶縁膜９色フィルタ膜などの
図示は省略する。また、信号処理半導体領域８１ｂには
水平、垂直シフトレジスタ、増幅回路、スイッチなどを
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８１ａと信号処理半導体
領域８１ｂ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８２および３３の間を半導
体チップ８１の側面に金属の蒸着により形成した導体８
４により接続する。また、半導体チップ８１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
めのり一ド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、半導体チップ（
ＩＩＩＩ面に被着した導体によっ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ざくすること
かできる。また、半導体チッ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Ｎ像装置の他の同を示す線図的断
面図である。本例では半導体チップ４１の領域４Ｉａ内
に光検出半導体素子を形成し、半導体チップ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
チップ４１および４２を適当な厚ざの絶縁部材４８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
ップ４１の所定の領域４４を、半導体チップ４１．４２
および絶縁部材４８の側面に金属の蒸着により形成した
導体４５により半導体チップ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
半導体チップ４１と信号処理回路を形成した半導体チッ
プ４２とを別個に構成したため、回路の緒特性と半導体
チップ製造プ四セスの合わせ込みが不要となり、熱やキ
ャ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ざく
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。

ざらに本例では半導体チップ４２の裏面にリードを直接
ボンディングせずに、半導体チップ４２の裏面に接点領
＃２４７を設け、取付は基板４日に取付けたリード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は基板に取付け、この基板を半導体
チッ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ざ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
た半導体チップ５１と信号処理回路素子を形成した半導
体チップ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。半導体チップ５】と５２との
間の接続はこれら半導体チップの側面に金属蒸着して形
成した導体５８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、後側の半導体チップ
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図は半導体チップ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
体チッ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５４の導体芯５４ａを挿入し１領域５５と
導体芯５４ａとの間をはんだ５７により接続する。この
ような構成とすることによって、リード線５４が半導体
チップ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眠気的
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
スチールよす成る先端本体６２を嵌着する。この先端本
体６２には数個のチャンネル６２ａ、６２ｂ、６２０・
・・　を形成する。ライトガイドチャンネル６２ａには
オプチカルファイバ束より成るライトガイド６８を挿入
し、先端には凹レンズ６４を嵌合する。ライトガイド６
８はカバーチューブ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
観察チャンネル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つの半導体チップを上下に重ねたものである。

後側の半導体チッ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６９は可撓性チューブ７
０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。送気チャンネル６２ｃには送気チュー
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。送水チャンネルには送水チューブを連結す
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図では送水チューブや送水ノズル
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にはざらに鉗子チャンネルを形成し、
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７８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
施例では半導体チッ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は基板に
固着し、この取付は基板を半導体チップ裏面に固着する
こともできる６また、半導体チップの側面に延在する導
体は半導体チッ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。ざ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８色の発光ダイオードを用い、これらを順次に発光
き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ィルタは不要となる。ざら
に本発明の固体撮像装置は内１、）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。

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、半導体チップ
の側面に形成した導体によっ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
ほぼ同程度まで小びくすることかで＠１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
ドを半導体チップの裏側に取付けることによっても小形
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ック接合形固体撮像装
置の構成を示す断面図、 第８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ざ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。 ８１・・・半導体チップ　８２．８８・・・領域８４・
・・導体　８５・・・リード ４１．４２・・・半導体チップ ４３・・・絶縁部材　４４．４６．４７・・・領域４５
・・・導体　４９・・・リード ５１．５２・・・半導体チップ ５８・・・導体　５４・・・リード線 ５５・・・領域　５６・・・孔 ５７・・・はんだ 特許出願人　オリンパス光学工朶株式会社第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第１頁の続き ０発　明　者　神　原　浩　司　東京都渋谷区幡ケ谷株
式会社内 ０発　明　者　大　橋　−司　東京都渋谷区幡ケ谷株式
会社内 ０発　明　者　八　嶋　弘　幸　東京都渋谷区幡ケ谷株
式会社内 ０発　明　者　小　川　元　嗣　東京都渋谷区幡ケ谷株
式会社内 ０発　明　者　藤　森　弘　善　東京都渋谷区幡ケ谷株
式会社内 ０発　明　者　山　１）　秀　俊　東京都渋谷区幡ケ谷
株式会社内 ０発　明　者　飯　野　勝　東京都渋谷区幡ケ谷株式会
社内 ２丁目４旙２号　オリンパス光学工業 ２了目４旙２号　オリンパス光学工業 ２了目４旙２号　オリンパス光学工業 ２了目４旙２号　オリンパス光学工業 ２了目４旙２号　オリンパス光学工業 ２了目４旙２号　オリンパス光学工業 ２了目４旙２号　オリンパス光学工業

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　光検出半導体素子および信号処理回路素子を入射光
   の方向から見て前後に形成した少なく共１個の半導体チ
   ップの側面に、光検出半導体素子と信号処理回路素子と
   の間の相互接続を行なう導体を形成したことを特徴とす
   る固体撮像装置。 ２　前記光検出半導体素子および信号処理回路素子をそ
   れぞれ別個の半導体チップに形成し、これら半導体チッ
   プを入射光の方向に見て絶縁部材を介して前後に重ねて
   配置し、前記光検出半導体素子と信号処理回路素子との
   相互接続を行なう導体を、前記両生導体チップおよび絶
   縁部材の側面に形成しｆことを特徴とする特許請求の範
   囲１記載の固体撮像装置。 ＆　固体撮像装置を外部回路へ接続するリードを前記半
   導体チップの裏面に設けたことを特徴とする特許請求の
   範囲１または２記載の固体撮像装置。