(57)【要約】【課題】撮像モジュールの小型化を図るとともに、部品点数や接続箇所の減少によって電気接続の信頼性や電気ノイズ耐性を向上させる。【解決手段】撮像面を有する固体撮像素子チップと、前記撮像面を覆うカバーガラスと、前記固体撮像素子チップが実装される配線基板と、を備えた撮像モジュールであって、前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士が互いに重なり合うオーバーラップ構造を有し、前記固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と前記配線基板の端部に形成される第２電極部とがバンプを介して電気的に接続されることを特徴とする撮像モジュールを提供することにより、前記課題を解決する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面を有する固体撮像素子チップと、前記撮像面を覆うカバーガラスと、前記固体撮像素子チップが実装される配線基板と、を備えた撮像モジュールであって、
前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士が互いに重なり合うオーバーラップ構造を有し、
前記固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と前記配線基板の端部に形成される第２電極部とがバンプを介して電気的に接続されることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士は樹脂で封止固定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像モジュール。
【請求項３】
前記第１の電極は、前記撮像面と同一平面上に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像モジュール。
【請求項４】
前記配線基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
【請求項５】
前記フレキシブル基板は、少なくとも、ベース層、前記ベース層上に形成される配線パターン、及び前記配線パターンが形成された前記ベース層の表面を覆うカバー層を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像モジュール。
【請求項６】
撮像面を有する固体撮像素子チップと、前記撮像面を覆うカバーガラスと、前記固体撮像素子チップが実装される配線基板と、を備えた撮像モジュールの製造方法であって、
前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士が互いに重なり合うようにする位置合わせする工程と、
前記位置合わせが行われた後、前記固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と前記配線基板の端部に形成される第２電極部とをバンプを介して電気的に接続する工程と、
含むことを特徴とする撮像モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記固体撮像素子チップ及び前記配線基板の少なくとも一方の端部に熱硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記第１電極部及び前記第２電極部を前記バンプを介して電気的に接続した状態で前記熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の撮像モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記熱硬化性樹脂の加熱は、前記固体撮像素子チップを吸着するツールを介して間接的に行われることを特徴とする請求項７に記載の撮像モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記熱硬化性樹脂は、前記固体撮像素子チップの固体撮像素子が熱劣化する温度以下で硬化する低温硬化樹脂であることを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像モジュールの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像モジュールを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像モジュール及びその製造方法並びに内視鏡装置に係り、特に、フレキシブル基板に固体撮像素子チップを実装する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、医療分野において、内視鏡装置（電子内視鏡）を利用した診断が広く行われている。内視鏡装置は、患者（被検体）の体腔内に挿入される挿入部と、挿入部の基端に連設された操作部とを備えている。挿入部の先端部には、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などの固体撮像素子を有する撮像モジュール（撮像装置）が内蔵されている。
【０００３】
このような内視鏡装置では、患者への挿入性をスムーズにし、患者への負担や内視鏡を操作する術者への負担を軽減するため、撮像モジュールの小型化が求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、固体撮像素子チップの表面上に設けた電極パッドと、フレキシブル基板の端面に形成された内部配線パターンの肉厚部からなる接続用電極とが略同一平面上に配設されるように、固体撮像素子チップ側面にフレキシブル基板の端部を接着し、固体撮像素子チップの電極パッドとフレキシブル基板の接続用電極とをワイヤを用いたワイヤボンディングにより電気的に接続した固体撮像装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、所要の入・出力接続端子を含む配線回路が一主面に設けられたガラス基板と、前記ガラス基板の一主面上に受光面を対向させて搭載、配置された固体撮像素子と、前記固体撮像素子の端子及びガラス基板面の一方の接続端子間を電気的に接続する接続部と、前記ガラス基板面の配線回路に介挿された能動型の回路素子と、前記ガラス基板面の他方の接続端子に電気的に接続するフレキシブル配線板とを具備した固体撮像モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３４５０５号公報
【特許文献２】特開平８−１７２１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される構造では、固体撮像素子チップの電極パッドとフレキシブル基板の接続用電極とがワイヤを用いたワイヤボンディングにより電気的に接続されているため、部品点数が多くなり、接続箇所の増加によって接続信頼性の低下が懸念される。
【０００８】
また、特許文献２に開示される構造では、固体撮像素子とフレキシブル配線板との接続にはガラス基板が介在しているため、ガラス基板の配線の分だけ撮像モジュールの小型化及び電気ノイズに対して不利である。また、特許文献１に開示される構造と同様に、接続箇所の増加によって接続信頼性の低下の懸念もある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮像モジュールの小型化を図るとともに、部品点数や接続箇所の減少によって電気接続の信頼性や電気ノイズ耐性を向上させた撮像モジュール及びその製造方法並びに内視鏡装置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】
前記目的を達成するために、本発明に係る撮像モジュールは、撮像面を有する固体撮像素子チップと、前記撮像面を覆うカバーガラスと、前記固体撮像素子チップが実装される配線基板と、を備えた撮像モジュールであって、前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士が互いに重なり合うオーバーラップ構造を有し、前記固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と前記配線基板の端部に形成される第２電極部とがバンプを介して電気的に接続されることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、固体撮像素子チップと配線基板の端部同士が互いに重なり合うオーバーラップ構造を有し、固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と配線基板の端部に形成される第２電極部とがバンプを介して電気的に接続される。つまり、固体撮像素子チップは配線基板の端部から外側にはみ出して延設した延設配置構造を備え、固体撮像素子チップと配線基板とは、これらの間に中間接続部材（例えばワイヤボンディングによるワイヤや接続用基板など）を介在させることなく直接的に電気接続されている。これにより、撮像モジュールの小型化を図ることができるとともに、部品点数や接続箇所の削減によって電気接続の信頼性や電気ノイズ耐性が向上する。
【００１２】
本発明において、前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士は樹脂で封止固定されることが好ましい。固体撮像素子チップと配線基板との接続強度を確保することができ、電気接続の信頼性を高めることができる。
【００１３】
また本発明において、前記第１の電極は、前記撮像面と同一平面上に形成されることが好ましい。固体撮像素子チップの第１の電極が撮像面と異なる平面上に形成される場合に比べて、撮像モジュールの小型化を図ることができる。また、撮像面から電極パッドまでの配線長を短くすることができ、電気ノイズ耐性も向上する。
【００１４】
また本発明において、前記配線基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることが好ましく、前記フレキシブル基板は、少なくとも、ベース層、前記ベース層上に形成される配線パターン、及び前記配線パターンが形成された前記ベース層の表面を覆うカバー層を含むことがより好ましい。
【００１５】
また前記目的を達成するために、本発明に係る撮像モジュールの製造方法は、撮像面を有する固体撮像素子チップと、前記撮像面を覆うカバーガラスと、前記固体撮像素子チップが実装される配線基板と、を備えた撮像モジュールの製造方法であって、前記固体撮像素子チップと前記配線基板の端部同士が互いに重なり合うようにする位置合わせする工程と、前記位置合わせが行われた後、前記固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と前記配線基板の端部に形成される第２電極部とをバンプを介して電気的に接続する工程と、含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、固体撮像素子チップと配線基板の端部同士が互いに重なり合うオーバーラップ構造を有し、固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と配線基板の端部に形成される第２電極部とがバンプを介して電気的に接続される。つまり、固体撮像素子チップは配線基板の端部から外側にはみ出して延設した延設配置構造を備え、固体撮像素子チップと配線基板とは、これらの間に中間接続部材（例えばワイヤボンディングによるワイヤや接続用基板など）を介在させることなく直接的に電気接続されている。これにより、撮像モジュールの小型化を図ることができるとともに、部品点数や接続箇所の削減によって電気接続の信頼性や電気ノイズ耐性が向上する。
【００１７】
また、配線基板と固体撮像素子チップとを電気的に接続するための部品点数や接続箇所が少なく、撮像モジュールの実装・組立作業性が改善される。
【００１８】
本発明において、前記固体撮像素子チップ及び前記配線基板の少なくとも一方の端部に熱硬化性樹脂を塗布する工程と、前記第１電極部及び前記第２電極部を前記バンプを介して電気的に接続した状態で前記熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる工程と、を含むことが好ましい。固体撮像素子チップと配線基板との接続強度を容易に確保することが可能となり、電気接続の信頼性を高めることができる。
【００１９】
本発明において、前記熱硬化性樹脂の加熱は、前記固体撮像素子チップを吸着するツールを介して間接的に行われることが好ましい。また、前記熱硬化性樹脂は、１８０度以下で硬化する樹脂であることが好ましい。なぜなら、固体撮像素子チップの熱劣化を効果的に防止することができるからである。
【００２０】
また前記目的を達成するために、本発明に係る内視鏡装置は、本発明が適用される撮像モジュールを備えたことを特徴とする。これにより、撮像モジュールが内蔵される挿入部の小型化を図ることができ、患者や術者の負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、固体撮像素子チップと配線基板の端部同士が互いに重なり合うオーバーラップ構造を有し、固体撮像素子チップの端部に形成される第１電極部と配線基板の端部に形成される第２電極部とがバンプを介して電気的に接続される。つまり、固体撮像素子チップは配線基板の端部から外側にはみ出して延設した延設配置構造を備え、固体撮像素子チップと配線基板とは、これらの間に中間接続部材（例えばワイヤボンディングによるワイヤや接続用基板など）を介在させることなく直接的に電気接続されている。これにより、撮像モジュールの小型化を図ることができるとともに、部品点数や接続箇所の削減によって電気接続の信頼性や電気ノイズ耐性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電子内視鏡システムを示した全体構成図
【図２】挿入部の先端部の構成を示した斜視図
【図３】先端部の内部構造の要部を示した概略図
【図４】先端部に内蔵される撮像モジュールの詳細を示した構成図
【図５】撮像モジュールの製造方法の一例を示した説明図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面に従って本発明に係る撮像モジュール及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２４】
図１は、内視鏡システムを示した全体構成図である。図１に示す内視鏡システムは、主として、本発明が適用される撮像モジュールが搭載される内視鏡装置（電子内視鏡）１０、プロセッサ装置２６、光源装置２０、及びモニタ装置５０を備えて構成される。
【００２５】
内視鏡装置１０は、患者（被検体）の体腔内に挿入される挿入部１２と、挿入部１２の基端部分に連設された手元操作部１４とから主に構成される。
【００２６】
手元操作部１４には、送気・送水ボタン２８、吸引ボタン３０、シャッターボタン３２、機能切替ボタン３４、及び一対のアングルノブ３６、３６が設けられる。また、鉗子等の処置具が挿入される鉗子口４６が設けられる。
【００２７】
また、手元操作部１４には、ユニバーサルケーブル１６を介してＬＧコネクタ１８が設けられており、ＬＧコネクタ１８は光源装置２０に着脱自在に連結される。また、ＬＧコネクタ１８には、ケーブル２２を介して電気コネクタ２４が接続されており、電気コネクタ２４はプロセッサ装置２６に着脱自在に連結される。
【００２８】
挿入部１２は、先端側（手元操作部１４とは反対側）から順に、先端部４４、湾曲部４２、及び軟性部４０から構成される。
【００２９】
挿入部１２の先端に連設された先端部４４には、図２に示すように、被写体光（被観察部位からの反射光）を取り込むための観察窓５２が設けられる。また、光源装置２０からユニバーサルケーブル１６などを通じて送られる照明光を被写体に照射するための照明窓５４、５４、送気・送水ボタン２８を操作することによって観察窓５２の汚れを落とすための洗浄水やエアーが噴射される送気・送水ノズル５６、鉗子口４６と連通した鉗子出口５８が設けられる。
【００３０】
先端部４４の基端側（手元操作部１４側）には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部４２が設けられている。湾曲部４２は、手元操作部１４のアングルノブ３６、３６が操作されると、挿入部１２内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部４４が被検体内の所望の方向に向けられる。
【００３１】
湾曲部４２の基端側には、可撓性を有する軟性部４０が設けられている。軟性部４０は、先端部４４が被観察部位に到達可能なように、且つ術者が手元操作部１４を把持して操作する際に支障を来さない程度に患者との距離を保つために１〜数ｍの長さを有する。
【００３２】
次に、先端部４４の内部構造について説明する。図３は、先端部４４の内部構造の要部を示した概略図である。図３に示すように、先端部４４の内部には、観察窓５２から取り込まれた被写体光（入射光）を集光させるための複数のレンズ６０ａ〜６０ｃからなる対物レンズ群６０が設けられており、その後方には被写体光の光路を９０度方向変換するプリズム６２が設けられている。プリズム６２の下端には撮像モジュール６４が配置されており、プリズム６２により光路が９０度方向変換された被写体光は撮像モジュール６４の撮像面（図３中不図示、図４に符号６８として記載）に結像される。
【００３３】
ここで、本実施形態で用いられる撮像モジュール６４の構成について詳説する。図４は、先端部４４に内蔵される撮像モジュール６４の詳細を示した構成図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は平面図である。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の撮像モジュール６４は、主として、例えばシリコーン製の半導体基板上に固体撮像素子（例えばＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子など）が設けられた固体撮像素子チップ６６と、固体撮像素子チップ６６とプリズム６２との間に配置され、固体撮像素子チップ６６の撮像面（受光部）６８を覆うカバーガラス７０と、固体撮像素子チップ６６に一端が接続されるフレキシブル基板（ＦＰＣ）７２とを備えて構成される。
【００３５】
固体撮像素子チップ６６の主面には、略中央部分に撮像面６８が配置されており、その周辺部に撮像面６８と信号の入出力を行うための複数の電極パッド７４が設けられている。各電極パッド７４上には、それぞれバンプ８４が固着されている。
【００３６】
フレキシブル基板７２は、絶縁性及び可撓性を有するベース層（ベース基材）７６と、ベース層７６の表面に形成された配線パターン７８と、配線パターン７８が形成されたベース層７６の表面を覆うカバー層（保護層）８０とから主に構成される。フレキシブル基板７２は、カバー層８０が固体撮像素子チップ６６側（図４の下側）を向くように配置される。
【００３７】
フレキシブル基板７２の構成材料の一例としては、ベース層７６はポリイミドフィルム、配線パターン７８は銅箔パターン、カバー層８０はポリイミドカバーレイが好ましく用いられる。なお、カバー層８０は、ベース層７６と同様に、絶縁性及び可撓性を有する材料にて形成される。ベース層７６とカバー層８０とは同一材料にて形成されてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。
【００３８】
フレキシブル基板７２の一端（固体撮像素子チップ６６側の端部）には、固体撮像素子チップ６６の電極パッド７４と電気的に接続するために複数の接続端子部８２が設けられている。接続端子部８２は、ベース層７６上で引き回された配線パターン７８の端部に形成され、カバー層８０で覆われずに表面に露出した部分となっている。
【００３９】
本実施形態では、固体撮像素子チップ６６をフレキシブル基板７２に実装するときの作業性を向上させるととともに接続端子部（リード部）８２の折れ曲がり防止するために、少なくとも接続端子部８２が形成される位置にはベース層７６が存在するように構成される。即ち、フレキシブル基板７２における固体撮像素子チップ６６の実装部がフライングリード構造とならないようにされている。
【００４０】
固体撮像素子チップ６６とフレキシブル基板７２の端部同士は互いに重なり合うオーバーラップ構造となっており、固体撮像素子チップ６６の電極パッド７４とフレキシブル基板７２の接続端子部８２はバンプ８４を介して電気的に接続されている。
【００４１】
また、固体撮像素子チップ６６とフレキシブル基板７２の端部同士の接続強度を確保するため、電極パッド７４及び接続端子部８２の周辺部は封止樹脂（熱硬化性樹脂）８６で封止固定されている。封止樹脂８６としてはＡＣＰ・ＮＣＰ樹脂（異方導電性ペースト・非導電性ペースト樹脂）が用いられ、例えばエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂が好適である。また、ＡＣＰ・ＮＣＰ樹脂の代わりに、ＡＣＦ・ＮＣＦフィルム（異方導電性フィルム・非導電性フィルム）を用いるようにしてもよい。
【００４２】
図示は省略するが、フレキシブル基板７２の他端にも同様な接続端子部が設けられている。この接続端子部には、プロセッサ装置２６との間で信号を送受信するための信号伝送ケーブルが電気的に接続される。信号伝送ケーブルは、図１の挿入部１２、手元操作部１４、ユニバーサルケーブル１６等に挿通されて電気コネクタ２４まで延設され、プロセッサ装置２６に接続される。信号伝送ケーブルは、固体撮像素子チップ６６やフレキシブル基板７２に実装される電子部品（不図示）などに電力を供給し、固体撮像素子チップ６６で光電変換された電気信号をプロセッサ装置２６に送信する。
【００４３】
かかる構成により、先端部４４の観察窓５２から取り込まれた被写体光は、対物レンズ群６０により集光され、プリズム６２により光路が９０度方向変換された後、撮像モジュール６４の撮像面６８に結像される。そして、撮像モジュール６４で光電変換された被写体光の電気信号（撮像信号）は、フレキシブル基板７２、及び信号伝送ケーブルを通じてプロセッサ装置２６に出力され、プロセッサ装置２６にて映像信号に変換される。これにより、プロセッサ装置２６に接続されたモニタ装置５０に観察画像（内視鏡画像）が表示される。
【００４４】
次に、本実施形態の撮像モジュール６４の製造方法について説明する。図５は、撮像モジュール６４の製造方法の一例を示した説明図である。
【００４５】
まず、図５（ａ）に示すように、ベース層７６、配線パターン７８、及びカバー層８０からなるフレキシブル基板７２をステージ９０上にセットする。このとき、フレキシブル基板７２のベース層７６がステージ９０側を向くようにする。また、配線パターン７８の一端に形成される接続端子部８２は表面に露出するようにしておく。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、ステージ９０上にセットされたフレキシブル基板７２の一端に形成される接続端子部８２の周辺部に封止樹脂８６を塗布する。上述したように、封止樹脂８６としてはＡＣＰ・ＮＣＰ樹脂（異方導電性ペースト・非導電性ペースト樹脂）が用いられる。ＡＣＰ・ＮＣＰ樹脂の代わりに、ＡＣＦ・ＮＣＦフィルム（異方導電性フィルム・非導電性フィルム）を貼り付けてもよい。
【００４７】
続いて、図５（ｃ）に示すように、カバーガラス７０が接合された固体撮像素子チップ６６を所定のツール（素子吸着ツール）９２で吸着固定し、固体撮像素子チップ６６とフレキシブル基板７２の端部同士が互いに重なり合うように、固体撮像素子チップ６６の電極パッド７４とフレキシブル基板７２の接続端子部８２との位置合わせ（アライメント）を行う。
【００４８】
上記位置合わせが完了した後、図５（ｄ）に示すように、固体撮像素子チップ６６の電極パッド７４上に配置されるバンプ８４とフレキシブル基板７２の接続端子部８２を圧着して素子吸着ツール９２を加温する。これにより、素子吸着ツール９２から固体撮像素子チップ６６を介して封止樹脂８６に熱エネルギーが加えられ、封止樹脂８６は硬化する。
【００４９】
固体撮像素子チップ６６にはカラーフィルタやマイクロレンズ等の樹脂材料が含まれるため、固体撮像素子チップ６６とフレキシブル基板７２を接続するときに与えられる加熱温度が高すぎると樹脂材料が劣化し、固体撮像素子が壊れてしまう場合がある。
【００５０】
そこで本実施形態では、封止樹脂８６は固体撮像素子が熱劣化する温度以下で硬化可能な熱硬化性樹脂を使用することにしている。具体的には、接合温度条件は１８０℃／１０ｓｅｃ、低温硬化樹脂（ヘンケル製；品番ＦＰ５１１０）が用いられる。これにより、固体撮像素子の熱劣化が防止されている。
【００５１】
こうして封止樹脂８６を硬化させた後、素子吸着ツール９２による固体撮像素子チップ６６に対する吸着固定を解除するとともに、ステージ９０上からフレキシブル基板７２を取り外すことにより、本実施形態の撮像モジュール６４が完成する。
【００５２】
本実施形態の撮像モジュール６４によれば、固体撮像素子チップ６６とフレキシブル基板７２は端部同士が互いに重なりあうようにオーバーラップ構造を有し、固体撮像素子チップ６６に形成される電極パッド７４とフレキシブル基板７２に形成される接続端子部８２とがバンプ８４を介して電気的に接続される。つまり、固体撮像素子チップ６６がフレキシブル基板７２の端部から外側にはみ出して延設した延設配置構造を有し、固体撮像素子チップ６６がフレキシブル基板７２は、これらの間に中間接続部材（例えばワイヤボンディングによるワイヤや接続用基板など）を介在させることなく直接的に電気接続される。これにより、撮像モジュール６４の小型化を図ることができるとともに、部品点数や接続箇所の削減によって電気接続の信頼性や電気ノイズ耐性が向上する。
【００５３】
また本実施形態では、フレキシブル基板７２における固体撮像素子チップ６６の実装部（即ち、接続端子部８２）はフライングリード構造となっておらず、基板裏面部に存在するベース層７６により剛性確保することができ、接続時や樹脂封止時の作業性が改善され、前記実装部の折れ曲がりを防止することができる。
【００５４】
以上、本発明の撮像モジュール及びその製造方法並びに内視鏡装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５５】
１０…電子内視鏡、１２…挿入部、１４…手元操作部、２０…光源装置、２６…プロセッサ装置、４４…先端部、５２…観察窓、６４…撮像モジュール、６６…固体撮像素子チップ、６８…撮像面、７０…ガラスカバー、７２…フレキシブル基板、７４…電極パッド、７６…ベース層、７８…配線パターン、８０…カバー層、８２…接続端子部、８４…バンプ、８６…封止樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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