(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面にチップ電極が配設されており、第２の主面に貫通配線を介して前記チップ電極と接続されているケーブル電極が配設されている配線板と、
前記チップ電極と接合された外部電極を有する撮像素子チップと、
前記ケーブル電極と接合された導線を有するケーブルと、を具備する撮像モジュールであって、
全ての前記ケーブル電極が前記チップ電極の配設領域と対向していない領域に配設されていることを特徴とする。
【請求項２】
前記チップ電極が、前記第１の主面の外周部に配設されており、
前記ケーブル電極が、前記第２の主面の中央部に配設されてい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】
前記チップ電極が、前記第１の主面の中央部に配設されており、
前記ケーブル電極が、前記第２の主面の外周部に配設されてい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４】
前記配線板の、前記第２の主面の前記チップ電極の配設領域と対向していない領域に電子部品が表面実装されてい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５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像モジュールと、前記撮像素子チップの受光面に被写体像を結像する光学部材と、を具備することを特徴とする撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像チップと、前記撮像チップと接合された配線板と、前記配線板を介して前記撮像チップと接合されたケーブルと、を具備する撮像モジュールおよび前記撮像モジュールを具備する撮像ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示す撮像モジュール１０１が特開２０１０−２６３０２０号公報に開示されている。撮像モジュール１０１は、カバーガラス１１０と、撮像素子チップ１２０と、配線板１３０と、ケーブル１４０と、を有する。カバーガラス１１０と撮像素子チップ１２０とは接着層１１９により接合されており、撮像素子チップ１２０と配線板１３０とは補強部材１２９により接合されている。また配線板１３０とケーブル１４０との接合部は補強部材１４９で覆われている。
【０００３】
撮像素子チップ１２０の外部電極１２２は、配線板１３０のチップ電極１３２と接合されている。配線板１３０にはチップ電極１３２の裏面に到達する貫通孔１３１がある。ケーブル１４０の導線１４２は、貫通孔１３１に挿入された状態で接合されることで、チップ電極１３２と電気的に接続されている。
【０００４】
撮像モジュール１０１では、配線板１３０の貫通孔１３１に挿入された導線１４２を接合するときに、すでに接合されている外部電極１２２とチップ電極１３２との接合部にも、熱エネルギーまたは機械的負荷が印加される。
【０００５】
このため、撮像モジュール１０１は、小型化・細径化を図ろうとすると、接合部に不具合が生じ、接続信頼性が低下するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、接続信頼性の高い細径の撮像モジュールおよび接続信頼性の高い細径の撮像ユニット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】
【０００８】
本発明の実施形態の撮像モジュールは、第１の主面にチップ電極が配設されており、第２の主面に貫通配線を介して前記チップ電極と接続されているケーブル電極が配設されている配線板と、前記チップ電極と接合された外部電極を有する撮像素子チップと、前記ケーブル電極と接合された導線を有するケーブルと、を具備し、全ての前記ケーブル電極が前記チップ電極の配設領域と対向していない領域に配設されている。
【０００９】
また、別の実施形態の撮像ユニットは、第１の主面にチップ電極が配設されており、第２の主面に貫通配線を介して前記チップ電極と接続されているケーブル電極が配設されている配線板と、前記チップ電極と接合された外部電極を有する撮像素子チップと、前記ケーブル電極と接合された導線を有するケーブルと、を具備し、全ての前記ケーブル電極が前記チップ電極の配設領域と対向していない領域に配設されている撮像モジュールと、前記撮像素子チップの受光面に被写体像を結像する光学部材とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、接続信頼性の高い細径の撮像モジュールおよび接続信頼性の高い細径の撮像ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の撮像モジュールの構造を説明するための断面図である。
【図２】実施形態の撮像モジュールの構造を説明するための斜視図である。
【図３】実施形態の撮像モジュールの構造を説明するための断面分解図である。
【図４】実施形態の撮像モジュールの配線板を説明するための平面図であり、図４（Ａ）は第１の主面を、図４（Ｂ）は第２の主面を示している。
【図５】実施形態の撮像モジュールの撮像チップの製造方法を説明するための斜視図である。
【図６】実施形態の撮像モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】実施形態の撮像モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】変形例１の撮像モジュールの配線板を説明するための平面図であり、図８（Ａ）は第１の主面を、図８（Ｂ）は第２の主面を示している。
【図９】変形例２の撮像モジュールの配線板を説明するための平面図であり、図９（Ａ）は第１の主面を、図９（Ｂ）は第２の主面を示している。
【図１０】変形例３の撮像モジュールの配線板を説明するための平面図であり、図１０（Ａ）は第１の主面を、図１０（Ｂ）は第２の主面を示している。
【図１１】変形例４の撮像モジュールの構造を説明するための断面図である。
【図１２】変形例５の撮像モジュールの構造を説明するための断面図である。
【図１３】実施形態の撮像ユニットの構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
図２〜図４を用いて、本発明の実施形態の撮像モジュール１の構造について説明する。なお図は、いずれも説明のための模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。また一部の構成要素の図示を省略することがある。
【００１３】
図２および図３に示すように、撮像モジュール１は、カバーガラス１０と、撮像素子チップ２０と、配線板３０と、ケーブル４０と、を具備する。なお、カバーガラス１０が接合された撮像素子チップ２０を、撮像チップ５０という。
【００１４】
シリコン等の半導体からなる撮像素子チップ２０のおもて面２０ＳＡの略中央部には固体撮像素子であるＣＣＤ２１が形成されている。ＣＣＤ２１と接続された信号処理回路（不図示）からの配線（不図示）は、ＣＣＤ電極パッド２２と貫通配線２３とを介して裏面２０ＳＢの外部電極２４に接続されている。
【００１５】
撮像素子チップ２０のおもて面２０ＳＡには、透明なカバーガラス１０が接着層１９を介して接合されている。なお、接着層１９はＣＣＤ２１の上には配設されていない。後述するように、撮像チップ５０は、ウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬ−ＣＳＰ）技術により、１枚の接合ウエハ５０Ｗ（図５参照）を切断し個片化することにより作製される。このため、カバーガラス１０の外寸は、撮像素子チップ２０の外寸と同じである。
【００１６】
撮像チップ５０の裏面２０ＳＢの外部電極２４は、配線板３０の第１の主面３０ＳＡのチップ電極３１と接合されている。撮像チップ５０と配線板３０との間は、封止樹脂２９で封止されている。配線板３０の外寸は、撮像チップ５０の外寸よりも小さい。
【００１７】
ケーブル４０の導線４２は、配線板３０の第２の主面３０ＳＢのケーブル電極３３と接合されている。ケーブル電極３３は、貫通配線３２および第２の主面３０ＳＢの表面配線３４を介して、第１の主面３０ＳＡのチップ電極３１と接続されている。配線板３０とケーブル４０の接合部は封止樹脂４９で覆われている。なお、図示にあたっての便宜上、導線４２は全て直線形状で表示しているが、部分的に曲がっていたり互いに撚られていたりしてもよい。
【００１８】
撮像モジュール１は、配線板３０のチップ電極３１とケーブル電極３３との相対的な配置すなわち位置関係に特徴がある。
【００１９】
すなわち、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、配線板３０の第１の主面３０ＳＡの外周部（平面視したときの配線板３０の外辺近傍とその周辺、すなわち周縁寄りの側の面上）には、８個のチップ電極３１が配設されており、第２の主面３０ＳＢの中央部（平面視したときの配線板３０の中心近傍とその周辺、すなわち内側の面上）には、９個のケーブル電極３３が配設されている。外周部に配置されている複数のチップ電極３１の配置間隔Ｐ１は、中央部に配置されている複数のケーブル電極３３の配置間隔Ｐ２よりも広い。
【００２０】
チップ電極３１とケーブル電極３３とは、貫通配線３２を介して接続されている。しかし、撮像モジュール１では、全てのケーブル電極３３は、チップ電極３１の配設領域と対向していない領域に配設されている。言い換えれば、透過平面図において、ケーブル電極３３とチップ電極３１とは重複して表示されることがない。
【００２１】
すなわち、チップ電極３１は貫通配線３２の直上に配設されているが、ケーブル電極３３は全て、表面配線３４を介して貫通配線３２から離れた配線板３０の中央部に配設されている。
【００２２】
次に、撮像モジュール１の製造方法について説明する。
撮像モジュール１は、配線板３０の第２の主面３０ＳＢにケーブル４０を接合した後に、ＣＳＰタイプの撮像チップ５０を配線板３０の第１の主面３０ＳＡすることで製造される。
【００２３】
＜撮像チップの作製＞
図５に示すように、シリコンウエハ２０Ｗのおもて面に公知の半導体技術を用いて複数のＣＣＤ２１および複数の信号処理回路（不図示）が形成される。なお、ＣＣＤ２１上に、マイクロレンズおよびカラーフィルタを配設してもよい。また、固体撮像素子としてはＣＯＭＳイメージセンサ等でもよい。
【００２４】
さらに、信号処理回路から延設された、それぞれの配線（不図示）を介してＣＣＤ２１と接続されている複数のＣＣＤ電極パッド２２が、それぞれのＣＣＤ２１の外周部に配設される。
【００２５】
＜接合ウエハの作製＞
シリコンウエハ２０Ｗのおもて面、すなわち、ＣＣＤ２１形成面に、接着層１９Ｗを介して透明なガラスウエハ１０Ｗが接合されることで接合ウエハ５０Ｗが作製される。ＣＣＤ２１の少なくとも有効撮像素子形成領域の上の接着層１９Ｗには開口が形成されている。このため、シリコンウエハ２０ＷのＣＣＤ２１形成領域と、ガラスウエハ１０Ｗとの間には、空洞部が形成される。なお、撮像モジュールの仕様によっては、空洞部を形成する必要がない場合もある。
【００２６】
＜貫通配線の作製＞
接合ウエハ５０Ｗ（シリコンウエハ２０Ｗ）の裏面にフォトレジストを用いて、ＣＣＤ電極パッド２２と対向する位置に開口のあるエッチングマスクが配設される。そして、裏面側からのＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて、シリコンウエハ２０Ｗを貫通しＣＣＤ電極パッド２２の裏面に到達する貫通孔が形成される。貫通孔の形成には、例えば、ＫＯＨまたはＴＭＡＨ等のアルカリ溶液を用いたウエットエッチングを用いてもよい。
【００２７】
次に、貫通孔の内部を覆う導電性材料からなる貫通配線２３が作製され、貫通孔の内部は導電性材料等で充填される。さらに、貫通配線２３の裏面側には、外部電極２４が作製される。外部電極２４は、金、または、はんだ等からなる凸形状バンプである。外部電極２４は、例えば、電極パターンの上に、めっきバンプまたはスタッドバンプ等を形成することにより作製される。
【００２８】
＜個片化＞
接合ウエハ５０Ｗが、図５に示す破線に沿ってブレードダイシング法により切断／個片化されることにより、一括して複数の撮像チップ５０が作製される。
【００２９】
＜配線板の作製＞
別途、例えば、両面配線基板を用いて、配線板３０が作製される。配線板３０は、第１の主面３０ＳＡの外周部に複数のチップ電極３１を有する。それぞれのチップ電極３１の位置は、撮像チップ５０の対応する外部電極２４の位置と、一致するように設定されている。チップ電極３１の直下には第２の主面３０ＳＢに到達する貫通配線３２が形成されている。一方、配線板３０は、第２の主面３０ＳＢの中央部に複数のケーブル電極３３を有する。表面配線３４を介して貫通配線３２と接続されたケーブル電極３３は、ケーブル４０の対応する導線４２の位置と、一致するように設定されている。なお、すでに説明したように、撮像モジュール１の細径化のために、配線板３０の外寸は、撮像チップ５０の外寸よりも小さい。
【００３０】
＜配線板とケーブルとの接合＞
配線板３０のケーブル電極３３とケーブル４０の導線４２とが、接合される。接合には、接合部に外部からエネルギーを印加する必要がある。例えば、はんだ接合の場合には、熱エネルギーが局所的に印加された接合箇所が、はんだ融点以上に加熱される。局所加熱には、ヒーター加熱、レーザー加熱またはランプ加熱等を用い、必要に応じて圧力を加えながら加熱してもよい。なお、熱エネルギー印加に換えて、異なるエネルギーの印加、例えば超音波エネルギー等の印加により接合してもよい。
【００３１】
接合後に、接合部の機械的強度を向上するために、周囲に封止樹脂４９が配設される。
【００３２】
＜撮像チップと配線板との接合＞
ケーブル４０が接合された配線板３０のチップ電極３１に、撮像チップ５０の外部電極２４が接合される。ケーブル電極３３とケーブル４０との接合と同様に、この接合にも接合部にエネルギーの印加が必要である。
【００３３】
図６に示すように、ケーブル４０が挿通可能な穴のあるステージ６０に配線板３０が第１の主面３０ＳＡが上向きに保持される。配線板３０の第１の主面３０ＳＡのチップ電極３１に、外部電極２４が当接するように撮像チップ５０が位置合わせされる。そして、ステージ６０を介して、チップ電極３１と外部電極２４との当接部に局部的に熱エネルギーが印加されることで、接合処理が行われる。
【００３４】
なお、図６には図示しないが、図３等に示すように接合部には封止樹脂２９が配設される。封止樹脂２９は、接合部の周囲を封止し接続の信頼性を高めると同時に、撮像チップ５０と配線板３０とを接合している。封止樹脂２９としては、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、またはフェノール系樹脂等を用いる。
【００３５】
なお、封止樹脂２９として、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）、異方性導電膜（ＡＣＦ）、絶縁性ペースト（ＮＣＰ）等を用いてもよい。なお、封止樹脂２９を用いなくともよい。
【００３６】
すでに説明したように、撮像モジュール１では、チップ電極３１とケーブル電極３３とは配線板３０の表裏において一致する位置には設けられていない。このため、チップ電極３１と外部電極２４との接合部を局所加熱するときに、すでに接合されているケーブル電極３３とケーブル４０との接合部には、不要な熱エネルギーおよび熱応力が印加されることがない。
【００３７】
このため、撮像モジュール１は、細径化を実現しながら、高い接続信頼性を有する。
【００３８】
なお、図７に示すように、撮像チップ５０をコレット６１で保持するとともに、コレット６１を介して接合部に熱エネルギーを印加することで、撮像チップ５０と配線板３０とを接合してもよい。
【００３９】
また、撮像チップ５０と配線板３０とを接合した後に、ケーブル４０と配線板３０とを接合してもよい。
【００４０】
＜実施形態の変形例＞
次に、実施形態の変形例の撮像モジュール１Ａ〜１Ｅについて説明する。変形例の撮像モジュール１Ａ〜１Ｅは、実施形態の撮像モジュール１と類似しているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４１】
以下の説明のように、撮像モジュール１Ａ〜１Ｅは、撮像モジュール１と同様に、ケーブル電極３３が、チップ電極３１の配設領域と対向していない領域に配設されているため、いずれも撮像モジュール１と同じ効果を有する。
【００４２】
＜変形例１＞
図８（Ａ）に示すように、変形例１の撮像モジュール１Ａでは、配線板３０Ａの第１の主面３０ＳＡの中央部にチップ電極３１が配設され、表面配線３５を介してチップ電極３１と離れた位置にある貫通配線３２と接続されている。そして、図８（Ｂ）に示すように、配線板３０Ａの第２の主面３０ＳＢの周辺部に形成された貫通配線３２の直上にケーブル電極３３が配設されている。
【００４３】
＜変形例２＞
図９（Ａ）に示すように、変形例２の撮像モジュール１Ｂでは、配線板３０Ｂの第１の主面３０ＳＡの中央部および周辺部にチップ電極３１が配設されている。一部のチップ電極３１は表面配線３５を介して貫通配線３２と接続されており、一部のチップ電極３１は直下の貫通配線３２と接続されている。そして、図９（Ｂ）に示すように、配線板３０Ｂの第２の主面３０ＳＢの中央部および周辺部にケーブル電極３３が配設されている。一部のケーブル電極３３は、貫通配線３２の直上に配設されており、一部のケーブル電極３３は、表面配線３４を介して貫通配線３２と離れた位置に配設されている。また一部の貫通配線３２は表面配線３４、３５を介してケーブル電極３３とチップ電極３１とを接続している。
【００４４】
＜変形例３＞
図１０（Ａ）に示すように、変形例３の撮像モジュール１Ｃでは、配線板３０Ｃの第１の主面３０ＳＡの中央から偏芯した領域に複数のチップ電極３１が配設されている。そして、撮像モジュール１Ｂと同様に、第１の主面３０ＳＡに表面配線３５が配設されており、第２の主面３０ＳＢにも表面配線３４が配設されており、ケーブル電極３３は、チップ電極３１の配設領域と対向していない領域に配設されている。なお、第１の主面３０ＳＡのチップ電極３１Ｃは、接合のバランスを確保するためのダミー電極である。
【００４５】
さらに、撮像モジュール１Ｃでは、配線板３０Ｃの第２の主面３０ＳＢの表面配線３４に電子部品３６が表面実装されている。実装されている電子部品は例えばチップコンデンサ等のチップ部品である。なお、配線板として、多層配線板または部品内蔵基板を用いてもよい。
【００４６】
＜変形例４＞
図１１に示すように、変形例４の撮像モジュール１Ｄでは、ケーブル４０の複数の導線４２の端部が、配線板３０の複数のケーブル電極３３の配列にあわせて再配列され、ブロック部材４３により一体化されている。
【００４７】
＜変形例５＞
図１２に示すように、変形例５の撮像モジュール１Ｅでは、ケーブル４０の複数の導線４２の端部が、配線板３０の複数のケーブル電極３３の配列にあわせて折り曲げられている。そして、ケーブル電極３３と導線４２とは、はんだ付けされている。
【００４８】
＜第２実施形態＞
図１３に示すように、本発明の第２実施形態の撮像ユニット２は、すでに説明した撮像モジュール１と、撮像素子チップの受光面に被写体像を結像する光学部材と、を具備する。すなわち、撮像ユニット２は、レンズユニット６２（光学レンズおよびそれを保持するレンズバレル）とそれを保持するレンズユニットホルダ６３とが、撮像モジュール１とともにシールド枠６４の内側に収容されており、ケーブル４０は充填樹脂６５により封止されている。撮像モジュール１を具備する撮像ユニット２は、接続信頼性が高く、細径であるために、電子内視鏡の先端部に配設するのに適している。なお、撮像モジュール１に替えて撮像モジュール１Ａ〜１Ｅを具備している撮像ユニットも、撮像ユニット２と同様の効果を有する。
【００４９】
本発明は上述した実施形態または変形例等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、組み合わせ等ができる。
【符号の説明】
【００５０】
１、１Ａ〜１Ｅ…撮像モジュール
２…撮像ユニット
１０…カバーガラス
１９…接着層
２０…撮像素子チップ
２１…ＣＣＤ
２２…ＣＣＤ電極
２３…貫通配線
２４…外部電極
２９…封止樹脂
３０…配線板
３１…チップ電極
３２…貫通配線
３３…ケーブル電極
３４、３５…表面配線
３６…電子部品
４０…ケーブル
４２…導線
４９…封止樹脂
５０…撮像チップ
５０Ｗ…接合ウエハ
６０…ステージ
６１…コレット
６２…レンズユニット
６３…レンズユニットホルダ
６４…シールド枠
６５…充填樹脂
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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