(57)【要約】【課題】  外形サイズの小型化が可能な内視鏡用撮像モジュールを提供する。【解決手段】  内視鏡用撮像モジュール１００は、ガラスリッド１１０と、固体撮像素子１２０と、固体撮像素子１２０に近接するように配され、固体撮像素子１２０との間で電気的なインターフェースを提供するための導電経路を含むセラミック基板１３０と、複数の端子１４２を備え、セラミック基板１３０と対向するように配された半導体集積回路素子１４０と、半導体集積回路素子１４０に近接するように配され、少なくとも半導体集積回路素子１４０との間で電気的なインターフェースを提供するための導電経路を含むセラミック基板１５０とを含んで構成される。【選択図】  図１
2006025852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス部材と、
ガラス部材の一方の面側に配された固体撮像素子と、
第１の主面とこれに対向する第２の主面を含み、第１の主面が固体撮像素子に近接するように配され、少なくとも固体撮像素子との間で電気的なインターフェースを提供するための第１の接続経路を含む第１の基板と、
一方の面に２次元的に設けられた複数の端子を含み、当該複数の端子が第１の基板の第２の主面と対向するように配された半導体集積回路素子と、
第１の主面とこれに対向する第２の主面を含み、第１の主面が半導体集積回路素子に近接するように配され、少なくとも半導体集積回路素子との間で電気的なインターフェースを提供するための第２の接続経路を含む第２の基板と、
を含む内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項２】
第１の基板は、各層に所望の導電パターンが形成された積層セラミック基板を含み、第１の基板は、第１の主面と第２の主面とを接続する側面に前記導電パターンにより形成された複数の側面端子部と、少なくとも第１または第２の主面に前記導電パターンにより形成された複数の端子部とを含み、第１の接続経路は、複数の側面端子部と複数の端子部との間に複数の接続経路を含む、請求項１に記載の内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項３】
第２の基板は、各層に所望の導電パターンが形成された積層セラミック基板を含み、第２の基板は、第１の主面と第２の主面とを接続する側面に前記導電パターンにより形成された複数の側面端子部と、少なくとも第１または第２の主面に前記導電パターンにより形成された複数の端子部とを含み、第２の接続経路は、複数の側面端子部と複数の端子部との間に複数の接続経路を含む、請求項１に記載の内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項４】
固体撮像素子の出力信号は、第１の基板の第１の接続経路を介して半導体集積回路素子の所定の端子に入力される、請求項１ないし３いずれか１つに記載の内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項５】
第１または第２の基板は内部空間を含み、当該内部空間内に電子部品が配され、当該電子部品が第１または第２の接続経路に電気的に接続される、請求項１に記載の内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項６】
第１の基板と半導体回路集積素子との間に接着剤が充填される、請求項１ないし５いずれか１つに記載の内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項７】
ガラス部材と、
ガラス部材に対向して配された固体撮像素子と、
一方の面に２次元的に設けられた複数の端子を含み、当該一方の面と対向する他方の面を固体撮像素子に接着させた半導体集積回路素子と、
第１の主面、第１の主面に対向する第２の主面、および第１の主面と第２の主面とに接続される側面を含み、少なくとも第１の主面または第２の主面と側面との間に複数の電気的な接続経路を有し、第１の主面が半導体集積回路素子の一方の面の複数の端子に接続された基板と、
固体撮像素子の端子を基板の側面に電気的に接続する接続リードと、
を含む内視鏡用撮像素子モジュール。
【請求項８】
ガラス部材と、
ガラス部材に対向して配された固体撮像素子と、
固体撮像素子と積層する方向に配される複数の基板であって、各基板は、第１の主面、第１の主面と対向する第２の主面、および第１の主面と第２の主面とを接続する側面を含み、少なくとも第１の主面または第２の主面と側面との間に電気的な接続経路を含む、前記複数の基板と、
複数の基板の各基板間に配される複数の半導体集積回路素子であって、各半導体集積回路素子は、一方の主面に２次元的に配された複数の端子を含み、当該複数の接続端子が近接する基板の第１の主面または第２の主面に接続される、前記複数の半導体集積回路素子と、
固体撮像素子の端子と所定の基板の側面および各基板の側面を接続する接続リードと
を含む内視鏡用撮像素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡に用いられる内視鏡用撮像モジュールに関し、特に、撮像モジュール内の部品の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子として、超小型のＣＣＤやＣＭＯＳセンサーが開発され、これらが医療用の電子内視鏡へ応用されている。電子内視鏡は、人体に挿入され、患部等の撮像を行うものであり、小型化が望まれている。
【０００３】
特許文献１に示される固体撮像装置は、ＣＣＤに接続されるフレキシブルな回路基板の一方の面側にチップコンデンサやＩＣの電子部品を集中して実装し、他方の面側にケーブルの信号線を接続する出力信号ランド、垂直転送パルスランド、水平転送パルスランド等を集中して配置させている。これにより、固体撮像装置の小型化を図り、かつ高密度パターン配置によるクロストークの影響を防止している。
【０００４】
また特許文献２に示される電子内視鏡用固体撮像装置は、半導体素子を形成した半導体素子基板上に、薄膜コンデンサが積層された薄膜コンデンサ素子基板と、ＣＣＤを形成した固体撮像素子基板と、カラーフィルタとを順に積層し、かつ、固体撮像素子、半導体素子および薄膜コンデンサを電気的に接続する電気的接続材を有する構造を開示している。これにより、小型化、薄型化された内視鏡用固体撮像装置を提供している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５７９３７号
【特許文献２】特開平９−４６５６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電子内視鏡用撮像装置には、次のような課題がある。図７は、内視鏡用撮像装置に用いられる撮像モジュールの代表的な構成例を示す断面図である。撮像モジュールは、内視鏡撮像装置の先端部を構成するケースもしくはハウジング内に収容される。撮像モジュールは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子１０を含み、撮像素子の上面には、その受光面を保護するための矩形状のガラスリッド１２が配されている。固体撮像素子１０とガラスリッド１２の間には、紫外線硬化樹脂などの光学用接着剤１４が充填され、両者が固定されている。セラミック基板１６は、固体撮像素子１０を支持するとともに、固体撮像素子と両面基板２６との間の電気的インターフェースを提供する。撮像素子１０の上面に形成された突起状のバンプ端子１８は、ＴＡＢテープの外部リード２０によってセラミック基板１６の側面端子部２２に電気的に接続される。また、セラミック基板１６の底面の端子部には外部リード２４を介してチップコンデンサ２８やバッファＩＣ３０などがはんだ実装された両面基板２６が接続されている。セラミック基板１６は、例えば積層セラミック基板を用い、側面端子部２２と底面の端子部との間に複数の接続経路を形成している。
【０００７】
しかし、図８に示すように、撮像素子の仕様などに応じて、撮像素子が必要とするコンデンサ２８やバッファＩＣ３０が複数個存在する場合には、実装する部品数に合わせてスペースを確保するため、両面基板２６を軸方向に長くする必要がある。そうすると、撮像モジュールの全長が長くなってしまい、その結果として、撮像モジュールを収容するケースの外形サイズ、特に長さ方向のサイズが大きくなってしまう。小型化が要求される内視鏡にとって、撮像部分を構成する先端部分が大きくなることは、大きな問題であり、商品価値を左右する大きな原因でもある。
【０００８】
一方、特許文献１でも、フレキシブル基板上に電子部品を実装するため、同じような課題がある。また、特許文献２に示す撮像装置は、固体撮像素子、薄膜コンデンサ、半導体素子を積層させているが、最下層に半導体素子が配置されており、半導体素子への機械的強度が考慮されておらず、外部からの振動や圧力によって半導体素子にダメージが与えられるおそれがある。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、半導体素子を保護しつつ、外形サイズの小型化が可能な内視鏡用撮像モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る内視鏡用撮像モジュールは、ガラス部材と、ガラス部材の一方の面側に配された固体撮像素子と、第１の主面とこれに対向する第２の主面を含み、第１の主面が固体撮像素子に近接するように配され、少なくとも固体撮像素子との間で電気的なインターフェースを提供するための第１の接続経路を含む第１の基板と、一方の面に２次元的に設けられた複数の端子を含み、当該複数の端子が第１の基板の第２の主面と対向するように配された半導体集積回路素子と、第１の主面とこれに対向する第２の主面を含み、第１の主面が半導体集積回路素子に近接するように配され、少なくとも半導体集積回路素子との間で電気的なインターフェースを提供するための第２の接続経路を含む第２の基板とを含んで構成される。
【００１１】
好ましくは、第１の基板は、各層に所望の導電パターンが形成された積層セラミック基板を含み、第１の基板は、第１の主面と第２の主面とを接続する側面に導電パターンにより形成された複数の側面端子部と、少なくとも第１または第２の主面に導電パターンにより形成された複数の端子部とを含み、第１の接続経路は、複数の側面端子部と複数の端子部との間に複数の接続経路を含む。同様に、第２の基板は、各層に所望の導電パターンが形成された積層セラミック基板を含み、第２の基板は、第１の主面と第２の主面とを接続する側面に導電パターンにより形成された複数の側面端子部と、少なくとも第１または第２の主面に導電パターンにより形成された複数の端子部とを含み、第２の接続経路は、複数の側面端子部と複数の端子部との間に複数の接続経路を含む。
【００１２】
好ましくは、固体撮像素子の出力信号は、第１の基板の第１の接続経路を介して半導体集積回路素子の所定の端子に入力される。さらに、第１または第２の基板は内部空間を含み、当該内部空間内に電子部品が配され、電子部品が第１または第２の接続経路に電気的に接続されるようにしてもよい。また、第１の基板と半導体回路集積素子との間に接着剤が充填されるようにしてもよい。
【００１３】
本発明の他の内視鏡用撮像モジュールは、ガラス部材と、ガラス部材に対向して配された固体撮像素子と、一方の面に２次元的に設けられた複数の端子を含み、当該一方の面と対向する他方の面を固体撮像素子に接着させた半導体集積回路素子と、第１の主面、第１の主面に対向する第２の主面、および第１の主面と第２の主面とに接続される側面を含み、少なくとも第１の主面または第２の主面と側面との間に複数の電気的な接続経路を有し、第１の主面が半導体集積回路素子の一方の面の複数の端子に接続された基板と、固体撮像素子の端子を基板の側面に電気的に接続する接続リードとを含んで構成される。
【００１４】
本発明の他の内視鏡用撮像モジュールは、ガラス部材と、ガラス部材に対向して配された固体撮像素子と、固体撮像素子と積層する方向に配される複数の基板であって、各基板は、第１の主面、第１の主面と対向する第２の主面、および第１の主面と第２の主面とを接続する側面を含み、少なくとも第１の主面または第２の主面と側面との間に電気的な接続経路を含む、前記複数の基板と、複数の基板の各基板間に配される複数の半導体集積回路素子であって、各半導体集積回路素子は、一方の主面に２次元的に配された複数の端子を含み、当該複数の接続端子が近接する基板の第１の主面または第２の主面に接続される、前記複数の半導体集積回路素子と、固体撮像素子の端子と所定の基板の側面および各基板の側面を接続する接続リードとを含んで構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る内視鏡用撮像モジュールは、半導体集積回路素子を基板でサンドイッチし、かつこれらを固体撮像素子に積層させたので、半導体集積回路素子の機械的な強度を保持しつつ、撮像モジュールの外形サイズ、特に、積層方向のサイズを従来よりも非常に小さくすることができる。これにより撮像モジュールを収容する内視鏡の先端部の外形サイズの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を示す断面図である。なお、従来の説明で用いた図７と同一構成については、同一参照番号を付してある。図１において、本実施例の撮像モジュール１００は、ガラスリッド１１０、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子１２０、セラミック基板１３０、半導体集積回路素子１４０およびセラミック基板１５０を積層した構造を有する。
【００１８】
ガラスリッド１１０は、光学用接着剤１４を介して固体撮像素子１２０の受光面側に接着され、固体撮像素子１２０の裏面は、セラミック基板１３０によって機械的に支持される。セラミック基板１３０は、複数のセラミック層を積層した積層基板であり、各層の上面、側面および底面には、所望の複数の導電パターンが形成されている。各セラミック層が積層されたとき、セラミック基板１３０の側面には、導電パターンによる複数の側面端子部１３２が形成され、また、底面にも導電パターンによる複数の底面端子部１３４が形成される。これにより、側面端子部１３２と底面端子部１３４との間には、複数の導電経路が形成される。なお、側面端子部１３２および底面端子部１３４は、導電パターンの一部であっても良く、あるいは導電パターン上に金属パッド層を含むものであってもよい。
【００１９】
セラミック基板１３０の最上層が接着剤を介して固体撮像素子１２０に接着される。固体撮像素子１２０のバンプ端子１８は、外部リード２０によってセラミック基板１３０の側面端子部１３２に電気的に接続される。外部リード２０は、側面端子部１３２とはんだ付け等により接続される。
【００２０】
好ましくは、固体撮像素子の出力信号が、外部リード２０、側面端子部１３２および底面端子部１３４を介して半導体集積回路素子１４０の端子１４２に入力される。
【００２１】
半導体集積回路素子１４０は、ウエハーレベルのＣＳＰ（チップサイズパッケージ）であり、固体撮像素子１１０の出力信号を増幅する増幅回路や信号を一時的に保持するバッファ回路などを集積している。半導体集積回路素子１４０の一方の面には、バンプ状の複数の端子１４２が設けられ、これらの端子１４２は、入力端子、出力端子、および電源供給端子等を含んでいる。
【００２２】
半導体集積回路素子１４０は、端子１４２がセラミック基板１３０の底面端子部１３４に対向するように位置決めされる。複数の端子１４２は、底面端子部１３４とはんだ付けにより接続される。複数の端子１４２を底面端子部１３４にはんだ接続することで一定の接合強度は得られるが、より接合強度を増加させるために、セラミック基板１３０と半導体集積回路素子１４０との間に接着剤を介在させるようにしてもよい。
【００２３】
セラミック基板１５０は、セラミック基板１３０と同様に、複数のセラミック層を積層した積層基板から構成される。各基板には複数の所望の導電パターンが形成され、各層を積層することで、セラミック基板１５０の側面および底面に複数の側面端子部１５２および底面端子部１５４が形成され、側面端子部１５２と底面端子部１５４との間に複数の導電経路が形成される。
【００２４】
セラミック基板１３０とセラミック基板１５０の側面端子部１３２と１５２の間は、外部リード１５６によって接続される。また、セラミック基板１５０の側面端子部１５２または底面端子部１５４には、図示しないケーブルに含まれる外部リード１５８がはんだ接続される。外部リードは、信号ラインおよび電源供給ライン等を含んでいる。好ましくは、半導体集積回路素子１４０の出力端子から出力される出力信号は、セラミック基板１３０の底面端子部１３４、側面端子部１３２、外部リード１５６、セラミック基板１５０の側面端子部１５２および底面端子部１５４を介してケーブルの信号ラインに接続される。また、ケーブルからの電源供給ラインは、セラミック基板１５０の側面端子部１５２およびセラミック基板１３０の側面端子部１３２を介して直接に固体撮像素子１２０に供給されるようにしてもよい。この場合、外部リード２０と外部リード１５６とを連結するようにしてもよい。
【００２５】
こうして、半導体集積回路素子１４０は、上下のセラミック基板１３０、１５０にサンドイッチされ、外部からの応力や振動に耐えることができる機械的強度を得る。
【００２６】
さらに、セラミック基板１３０、１５０に挟み込まれた半導体集積回路素子１４０に種々の電子回路機能を含ませることで、従来の撮像モジュールに必要とされた電子回路部品の一部もしくは全部を省略させることにより、撮像モジュールの長さ方向Ｌの距離を格段に小さくすることができる。本実施例の撮像モジュールであれば、例えば、ガラスリッド１１０の厚さを、０．５ｍｍ、固体撮像素子１２０の厚さを０．４ｍｍ、セラミック基板１３０、１５０の厚さをそれぞれ０、５ｍｍ、半導体集積回路素子１４０の厚さを０．４ｍｍで構成することができ、撮像モジュールの長さＬを、約１．８ｍｍとすることができる。従って、撮像モジュールを組み込んだ電子内視鏡の先端部の外形サイズも小型化することが可能となる。
【００２７】
次に本発明の第２の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を図２に示す。第２の実施例の撮像モジュール１０１は、半導体集積回路素子１４０をセラミック基板１３０を介さずに、固体撮像素子１２０に接合させている。半導体集積回路素子１４０およびセラミック基板１５０は、第１の実施例の状態から１８０度反転させられている。すなわち、半導体集積回路素子１４０の他方の面が接着剤等により固体撮像素子１２０の裏面に接着され、半導体集積回路素子１４０の一方の面に形成された複数の端子１４２（入力および出力端子を含む）がセラミック基板１５０の底面端子部１５４にそれぞれはんだ付けにより接続されている。
【００２８】
また、固体撮像素子１２０のバンプ端子１８に接続された外部リード２０は、セラミック基板１５０の側面端子部１５２に接続されるように延在されている。これにより、固体撮像素子１２０の出力信号が、側面端子部１５２、底面端子部１５４、および入力端子１４２を介して半導体集積回路素子１４０に入力される。半導体集積回路素子１４０の出力信号は、出力端子１４２、底面端子部１５４、および側面端子部１５２を介して信号ラインを構成する外部リード１５８に接続される。なお、半導体集積回路素子１４０とセラミック基板１５０との接合強度を増加させるために、その間に接着剤を充填させても良い。
【００２９】
第２の実施例によれば、固体撮像素子の一面を利用して半導体集積回路素子１４０をセラミック基板１５０との間で挟持するようにしたので、第１の実施例と比較してセラミック基板を１つ省略することができ、その分だけ、撮像モジュールの長さＬを短くすることができる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を図３に示す。第３の実施例では、第１の実施例で用いた積層構造において、セラミック基板１５０内に形成された内部空間１６０内にコンデンサ等の電子部品１６２を組み込んだものである。内部空間１６０内において電子部品１６２は、所定の導電パターンと電気的に接続される。これにより、半導体集積回路素子とは異なる機能を備えた電子部品を、撮像モジュールの長さＬをさほど大きくすることなく実装することができる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を図４に示す。第４の実施例では、撮像モジュール１０４は、第１の実施例の構成に加えて、さらに半導体集積回路素子２００、２１０と、これらの素子をサンドイッチするセラミック基板２２０、２３０を備えている。半導体集積回路素子２００、２１０は、第１の実施例と同様に、ＣＳＰであり、その一面に複数の端子２０２、２０４を備えている。セラミック基板２２０、２３０は、第１の実施例と同様に、積層基板であり、複数の側面端子部２２２、２３２および複数の底面端子部２２４、２３４を含み、それらの端子部間に複数の導電経路を形成する。セラミック基板１５０、２２０、２３０の側面端子部１５２、２２２、２３２は、外部リード２４０、２４２によって電気的に接続される。
【００３２】
また、第４の実施例における撮像モジュール１０４において、第３の実施例に示した電子部品を内部に組み込んだ基板を適用しても良い。図５は、電子部品を内部に組み込んだセラミック基板１５０の適用例を示している。
【００３３】
図６は、本実施例による内視鏡用撮像モジュールによる小型化の効果を説明する表である。この表では、半導体集積回路素子の数量を１つから６まで増加させたときの撮像モジュールの長さとその容積を、従来例の場合と対比している。素子数が１とは、撮像モジュールが第１の実施例のように１つの半導体集積回路素子を含む場合である。半導体集積回路素子数が増加したとき、それをサンドイッチするセラミック基板も増加される（例えば、第４の実施例）。設定条件として、セラミック基板の厚さを０．５ｍｍ、固体撮像素子の厚さを０．４ｍｍ、半導体集積回路素子の厚さを０．４ｍｍとした。本実施例の撮像モジュールの長さＬは、ガラスリッドを除いた、固体撮像素子の表面からセラミック基板の底面までの長さＬであり（図１を参照）、従来の撮像モジュールは、図７および図８に示すように、固体撮像素子の表面から両面基板の端部までの長さである。また、固体撮像素子や半導体集積回路素子の外形（平面形状）は矩形状であるが、ここでは、直径が３ｍｍ（Φ３）の円に近似して計算を行っている。
【００３４】
本実施例の場合、集積回路素子数が１つ増加する毎に厚さが０．９ｍｍ増加するが、表からも明らかなように、従来方法に比べて撮像モジュールＬの長さおよび容積は小さくなり、その結果、容積比も従来の約半分程度に小型化することができる。
【００３５】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る内視鏡用撮像モジュールは、医療用の内視鏡用撮像装置や内視鏡撮像システムに利用され、これ以外にも、人間の視覚によって認識することが困難な場所、例えばスペースが限られた配管、あるいは人体に危険があるような機械設備等において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例に係る内視鏡用撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図５】第４の実施例の内視鏡用撮像モジュールの変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施例による撮像モジュールの小型化の効果を説明する表である。
【図７】従来の内視鏡用撮像モジュールの構成を示す断面図である。
【図８】従来の内視鏡用撮像モジュールの課題を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００、１０１、１０２、１０３、１０４：内視鏡用撮像モジュール
１１０：ガラスリッド
１２０：固体撮像素子
１３０、１５０、２２０、２３０：セラミック基板
１３２、１５２、２２２、２３２：側面端子部
１３４、１５４、２２４、２３４：底面端子部
１４０、２００、２１０：半導体集積回路素子
１４２、２０２、２１２：端子
２０、１５６、１５８、２４０、２４２：外部リード
【図１】
2006025852.tif 000003
【図２】
2006025852.tif 000004
【図３】
2006025852.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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