(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部及び配線パターンを有する可撓性基板と、
前記可撓性基板に対して、受光エリアが前記開口部に位置し、且つ、前記配線パターンに電気的に接続するよう実装されたベアチップからなる撮像素子と、
前記撮像素子を収納可能な凹部及び配線パターンを有するリジット基板と、を有し、
前記リジット基板の前記凹部の少なくとも一部に前記撮像素子の光軸方向を規定するための基準面を設定して、前記撮像素子における受光エリアの裏面の少なくとも一部を前記基準面に固着するとともに、
前記可撓性基板の前記配線パターンと前記リジット基板の前記配線パターンとを電気的に接続したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記リジット基板の前記凹部の深さを、前記撮像素子の厚さ以下に設定したことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、スペーサ部材を介して前記凹部の前記基準面に固着されるものであって、
前記リジット基板の前記凹部の開口端部から前記基準面までの深さを、前記撮像素子の厚さと前記スペーサ部材の厚さの和以下に設定したことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記スペーサ部材は放熱部材であることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記基準面は、前記凹部に形成された段差部に設定され、
前記撮像素子の裏面側に形成された段差部に設定された固着面が前記基準面に固着されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の撮像装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアチップからなる撮像素子が可撓性基板に実装された撮像装置及びこれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子内視鏡、カプセル型内視鏡、或いは、デジタルカメラ等の比較的小型な電子機器に好適に用いられる撮像装置としては、ベアチップからなる撮像素子を、可撓性基板に実装したものが知られている。
【０００３】
この種の撮像装置として、例えば、特許文献１には、ベアチップからなる固体撮像素子（撮像素子）を、その受光エリアに対向した開口部を有する基板の一方の面に形成された配線パターンに突起電極を介して接着剤で電気的に接続し、基板の他方の面には開口部を封止するように透光性部材を接着し、固体撮像素子を収納可能な凹部を有する封止部材を固体撮像素子の裏面側から、それを取り囲むようにして基板に接着し気密封止して固体撮像装置を構成する技術が開示されている。
【０００４】
このように構成することにより、特許文献１の撮像装置は、金ワイヤ等を介してベアチップの端子をセラミック基板等に金属間接続するワイヤボンディング方式の撮像装置等に比べ、低背化が可能である。しかも、固体撮像素子に付属する各種電子部品等を可撓性基板上に実装すれば、各種電子部品等を実装するための専用基板を別途追加する必要がなく、撮像装置の更なる低背化や小型化を実現することが可能となる。さらに、上述の特許文献１の技術では、固体撮像素子の実装基板として可撓性基板（フレキシブル基板）を採用することにより、各種電子機器に撮像装置を組み込む際のレイアウトの自由度等を確保することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７３０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術のように、固体撮像素子の実装基板として可撓性基板を用いた場合、当該基板には封止部材等との接合において撓みが生じる場合がある。そして、このような基板の撓みは、封止部材等に対する固体撮像素子の受光面の方向にばらつきを生じさせ、搭載した電子機器上での撮像方向を精度よく設定することが困難となる虞がある。
【０００７】
また、この種の撮像装置を搭載する電子機器は更なる小型化が要求される傾向にあり、これに伴い、撮像装置においても、各種電子部品等を効率よく高密度に実装して、更なる低背化等を実現することが要求される。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、撮像方向のばらつきを抑制するとともに低背化を実現することができる撮像装置及びこれを用いた電子機器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】
【０００９】
本発明の一態様による撮像装置は、開口部及び配線パターンを有する可撓性基板と、前記可撓性基板に対して、受光エリアが前記開口部に位置し、且つ、前記配線パターンに電気的に接続するよう実装されたベアチップからなる撮像素子と、前記撮像素子を収納可能な凹部及び配線パターンを有するリジッド基板と、を有し、前記リジッド基板の前記凹部の少なくとも一部に前記撮像素子の光軸方向を規定するための基準面を設定して、前記撮像素子における受光エリアの裏面の少なくとも一部を前記基準面に固着するとともに、前記可撓性基板の前記配線パターンと前記リジッド基板の前記配線パターンとを電気的に接続したものである。
【００１０】
また、本発明の一態様による電子機器は、前記撮像装置を搭載したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像方向のばらつきを抑制するとともに低背化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、撮像装置を搭載した内視鏡先端部の要部断面図
【図２】同上、撮像装置の斜視図
【図３】同上、図２のIII−III線に沿う断面図
【図４】同上、撮像装置の製造工程を示す説明図
【図５】本発明の第２の実施形態に係わり、撮像装置の要部断面図
【図６】本発明の第３の実施形態に係わり、撮像装置の要部断面図
【図７】本発明の第４の実施形態に関わり、撮像装置の要部断面図
【図８】撮像装置を搭載したカプセル型内視鏡の概略構成図
【図９】撮像装置を搭載したデジタルカメラの要部を示す斜視図
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿って要部を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図１乃至図４は本発明の第１の実施形態に係わり、図１は撮像装置を搭載した内視鏡先端部の要部断面図、図２は撮像装置の斜視図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は撮像装置の製造工程を示す説明図である。なお、各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
【００１４】
図１において、電子機器の一例として示す内視鏡１は、長尺な挿入部２の先端に設けられた先端硬質部３内に、撮像ユニット５を有する。撮像ユニット５は、複数のレンズ７を保持したレンズ枠６と、このレンズ枠６の基部側に連設されたイメージセンサ枠８とを有する。イメージセンサ枠８内には、例えば、一対のカバーガラス９及び撮像装置１０が保持され、この撮像装置１０の撮像素子１１に設定された受光エリア１１ａが、レンズ枠６内の各レンズ７の光軸Ｏ上に配設されている。また、撮像装置１０には、信号を伝送するためのケーブル１２が電気的に接続されている。
【００１５】
図２，３に示すように、撮像装置１０は、例えば、撮像素子１１と、この撮像素子１１を実装するフレキシブル基板（可撓性基板）２０と、このフレキシブル基板２０に電気的に接続するリジッド基板３０と、を備えて構成されている。
【００１６】
撮像素子１１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）等の半導体ベアチップ基板で構成され、この撮像素子１１の一方の面（表面）側には受光エリア１１ａが形成されている。また、撮像素子１１の表面側において、受光エリア１１ａを囲繞する縁辺領域には、例えば、金バンプからなる複数の導電性バンプ１３が形成されている。
【００１７】
フレキシブル基板２０には、撮像素子１１の受光エリア１１ａに対応して厚さ方向に貫通する開口部２１が開口されている。また、フレキシブル基板２０には所定の配線パターン２２が形成されている。さらに、フレキシブル基板２０の他方の面（裏面）側に露出する配線パターン２２上には、撮像素子１１の各導電性バンプ１３に対応する複数の端子部２３が形成されるとともに、リジッド基板３０と電気的に接続するための電極２４が突設されている。
【００１８】
そして、このように構成されたフレキシブル基板２０に対し、撮像素子１１は、所定に位置決めされた状態で実装されている。具体的には、撮像素子１１は、受光エリア１１ａが開口部２１に相対し、且つ、各導電性バンプ１３が各端子部２３と電気的に接続するよう機械的に位置決めされた状態で、フレキシブル基板２０の裏面側に接続されている。
【００１９】
また、フレキシブル基板２０上の適所には、抵抗或いはＬＥＤ等のチップ部品からなる各種電子部品２６が実装され、これらは配線パターン２２と電気的に接続されている。
【００２０】
リジッド基板３０の一方の面（表面）側には、撮像素子１１を収容するための有底の凹部３１が開口されている。本実施形態において、この凹部３１は、その底面３１ａが撮像素子１１の裏面と当接可能な平面で構成され、さらに、その深さ（すなわち、リジッド基板３０の表面から底面３１ａまでの深さ）ｄ１が撮像素子１１の厚さｔ１以下となるよう設定されている。
【００２１】
また、リジッド基板３０には所定の配線パターン３２が形成され、リジッド基板３０の表面側において、この配線パターン３２上には、フレキシブル基板２０の電極２４に対応する端子部３３が形成されている。
【００２２】
そして、このように構成されたリジッド基板３０は、フレキシブル基板２０の裏面側に対し、所定に位置決めされたで接合される。具体的には、リジッド基板３０は、撮像素子１１を凹部３１内に収容し、且つ、各端子部３３が各電極２４と電気的に接続するよう機械的に位置決めされた状態で、フレキシブル基板２０の裏面側に接続されている。
【００２３】
このリジッド基板３０の接合に際し、例えば、撮像素子１１の裏面側は凹部３１内に嵌め込み固着され、裏面が底面３１ａに対して押し当てられた状態で保持される。これにより、フレキシブル基板２０に実装された撮像素子１１の光軸方向は、底面に倣って一義的に規定される。すなわち、凹部３１の底面３１ａは、撮像素子１１の裏面側が略密着状態で固着されることにより、撮像素子１１の光軸方向を規定するための基準面として機能する。
【００２４】
また、リジッド基板３０上の適所には、抵抗或いはＬＥＤ等のチップ部品からなる各種電子部品３４が実装され、これらは配線パターン３２と電気的に接続されている。
【００２５】
ここで、フレキシブル基板２０と撮像素子１１との機械的な接続には非導電性接着剤２５が用いられ、この非導電性接着剤２５が受光エリア１１ａを囲繞するよう周設されることにより、撮像素子１１の表面側縁辺部の環状領域がフレキシブル基板２０に対して水密に接合されている。同様に、フレキシブル基板２０とリジッド基板３０と機械的な接続には、非導電性接着剤３５が用いられ、この非導電性接着剤３５が凹部３１の周囲を囲繞するよう周設されることにより、リジッド基板３０の表面側縁辺部の環状領域がフレキシブル基板２０に対して水密に接合されている。そして、これら非導電性接着剤２５，３５を介した接合により、撮像素子１１の裏面側は凹部３１内に水密に封止されている。
【００２６】
次に、このように構成された撮像装置１０の製造方法の一例について、図４に示す手順に従って説明する。
【００２７】
この撮像装置１０の製造方法では、先ず、ステップＳ１の工程において、フレキシブル基板２０上に各種電子部品２６が実装される。
【００２８】
続くステップＳ２の工程において、撮像素子１１が投入され、この撮像素子１１は、フレキシブル基板２０の裏面側に対し、機械的な位置決めがなされた後、非導電性接着剤２５を介して実装される。
【００２９】
続くステップＳ３の工程において、リジッド基板３０が投入され、当該リジッド基板３０上に各種電子部品３４が実装される。
【００３０】
そして、ステップＳ４の工程において、リジッド基板３０は、フレキシブル基板２０の裏面側に対し、機械的な位置決めがなされた後、非導電性接着剤３５を介して接合される。その際、リジッド基板３０の凹部３１内にはフレキシブル基板２０に実装された撮像素子１１の裏面側が嵌め込み固着され、撮像素子１１の裏面が凹部３１の底面３１ａに当接されることにより、撮像装置１０上における撮像素子１１の光軸方向が一義的に規定される。
【００３１】
このような実施形態によれば、開口部２１及び配線パターン２２を有するフレキシブル基板２０に対して、受光エリア１１ａが開口部２１に位置し且つ導電性バンプ１３が端子部２３（配線パターン２２）に電気的に接続するよう、ベアチップからなる撮像素子１１を実装することにより、撮像装置１０の低背化を好適に実現することができる。さらに、撮像素子１１を収納可能な凹部３１を有するリジッド基板３０をフレキシブル基板２０に接続するとともに、凹部３１の底面３１ａを基準面として設定し当該底面３１ａに撮像素子１１の裏面を固着することで撮像素子１１の光軸方向を規定することにより、撮像素子１１の実装基板としてフレキシブル基板２０を用いた場合にも撮像装置１０による撮像方向のばらつきを的確に抑制することができる。この場合、特に、リジッド基板３０に凹部３１を形成し、当該凹部３１内に撮像素子１１を収納することにより、撮像装置１０の低背化を維持しつつ、撮像素子１１の裏面側を封入するための封入部材としても機能させることができる。加えて、リジッド基板３０に配線パターン３２を設け、当該リジッド基板３０の配線パターン３２とフレキシブル基板２０の配線パターン２２とを電気的に接続することにより、リジッド基板３０に対し、撮像素子１１に付属する各種電子部品３４を実装するための機能とを兼用させることができ、より好適な撮像装置１０の低背化を実現することができる。
【００３２】
この場合において、リジッド基板３０の凹部３１の深さｄ１を撮像素子１１の厚さｔ１以下に設定することにより、フレキシブル基板２０の弾性等によって撮像素子１１の裏面が凹部３１の底面３１ａから離間することを的確に防止することができる。
【００３３】
そして、このような撮像装置１０を内視鏡１等の電子機器に搭載することにより、撮像方向を精度よく設定することができるとともに、電子機器の小型化等を好適に実現することができる。
【００３４】
次に、図５は本発明の第２の実施形態に関わり、図５は撮像装置の要部断面図である。なお、本実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、本実施形態の撮像装置１０において、フレキシブル基板２０には、表面側のみならず裏面側においても電子部品２６が実装されている。この場合、フレキシブル基板２０の裏面側に実装された電子部品２６に対し、リジッド基板３０上の対応する位置に凹部３６を形成することが好ましく、この凹部３６の深さは電子部品２６の高さよりも深く設定することが好ましい。また、本実施形態のリジッド基板３０は、多層構造（例えば、３層構造）の基板で構成され、このリジッド基板３０の各層３０ａ，３０ｂ，３０ｃには電子部品３４が適宜実装されている。
【００３６】
なお、本実施形態において、フレキシブル基板２０とリジッド基板３０との電気的な接続は、例えば、金線２７を用いたワイヤボンディングによって行われている。
【００３７】
このような実施形態によれば、上述の第１の実施形態で得られる効果に加え、電子部品の高密度実装をより効率的に行うことができ、更なる低背化を実現できる。
【００３８】
次に、図６は本発明の第３の実施形態に係わり、図６は撮像装置の要部断面図である。なお、本実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図６に示すように、本実施形態の撮像装置１０において、撮像素子１１の裏面は、凹部３１の底面３１ａに対し、スペーサ３７を介装して固着されている。
【００４０】
ここで、本実施形態のスペーサ３７は、例えば、熱伝導性の高い金属部材等によって構成されていることが好ましい。また、リジッド基板３０に形成される凹部３１の深さｄ２は、撮像素子１１の厚さとスペーサ３７の厚さ厚さの和ｔ２以下に設定されていることが望ましい。
【００４１】
このような実施形態によれば、上述の第１の実施形態で得られる効果に加え、撮像素子１１で発生する熱を、スペーサ３７を介して速やかに発散することが可能となる。
【００４２】
次に、図７は本発明の第４の実施形態に関わり、図７は撮像装置の要部断面図である。なお、本実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図７に示すように、本実施形態の撮像装置１０において、リジッド基板３０の凹部３１には、底面３１ａよりも浅い位置に段差部３１ｂが形成され、この段差部３１ｂが、撮像素子１１の光軸方向を規定する基準面として設定されている。
【００４４】
一方、撮像素子１１の裏面側には、凹部３１に形成された段差部３１ｂに対応する段差部１１ｂが形成され、この段差部１１ｂが固着面として設定されている。
【００４５】
そして、撮像素子１１の光軸Ｏ方向は、これら撮像素子１１及び凹部３１に設定された段差部１１ｂ，３１ｂ間の固着によって規定されている。
【００４６】
このような実施形態によれば、上述の第１の実施形態で得られる効果に加え、撮像素子１１に設定した段差部１１ｂを凹部３１の段差部３１ｂに当接させることにより、より高精度に撮像素子１１の光軸Ｏ方向を基底することが可能となる。
【００４７】
ところで、上述の各実施形態においては、撮像装置１０を内視鏡１に搭載した一例について説明したが、撮像装置１０が適用される電子機器は、内視鏡１に限定されるものではなく、他の電子機器に対しても搭載が可能であることは勿論である。
【００４８】
例えば、図８に示すように、撮像装置１０をカプセル型内視鏡５０に搭載することも可能である。図８に例示するカプセル型内視鏡５０は、一対の撮像装置１０と、光学部材（レンズユニット）５１と、撮像装置１０からの撮像信号を処理する信号処理回路ユニット５２と、電源ユニットであるバッテリ５３と、信号処理回路ユニット５２で信号処理された画像信号を外部機器に無線伝送するＲＦユニット５４と、が密閉容器である外装ケース５５内に収納されて要部が構成されている。外装ケース５５は、例えば、略円筒形状をなす外枠部材５６と、略半球状のドーム部材である一対のカバー部材５７と、を備え、各カバー部材５７が外枠部材５６の両端開口部を塞ぐように嵌合接着されることにより、外装ケース５５の内部は水密に密閉されている。なお、外装ケース５５のカバー部材５７は光透過性を有するオプティカルドームで構成され、各撮像装置１０の受光エリア１１ａは光学部材５１を介してカバー部材５７に臨まされている。
【００４９】
また、例えば、図９，１０に示すように、撮像装置１０をデジタルカメラに搭載することも可能である。図９，１０に例示するデジタルカメラの要部は、デジタル一眼レフレックスカメラに関するものであり、このデジタルカメラの要部のミラーボックス７１の本体部７２の前面にはボディマウント７３が載置されるマウント載置面７３ａが設定されている。このボディマウント７３は、撮影光学系を有する撮影レンズ鏡筒（図示せず）を本体部７２に対して着脱自在とするために設けられているものである。従って、ボディマウント７３に撮影レンズ鏡筒を装着したとき、その撮影光学系の光軸Ｏはボディマウント７３の略中心部を通過するように、且つ、ボディマウント７３のマウント面は、撮影光学系の光軸Ｏに対して略直交する面となるように設定されている。本体部７２の後方には、ボディマウント７３と平行に配置された板状の固定部材７４が配設され、この固定部材７４を介して撮像装置１０の裏面側が本体部７２に固設されている。
【００５０】
なお、上述の各実施形態においては、導電性バンプとして金バンプを用いた一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、はんだバンプ（はんだボール）等を用いてもよい。
【００５１】
また、上述の各実施形態においては、撮像素子とフレキシブル基板との接着、或いは、フレキシブル基板とリジッド基板との接着に非導電性接着剤を用いた一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＮＣＦ（絶縁性フィルム）、ＡＣＰ（異方性導電樹脂）、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）、感光性接着剤、或いは、感光性接着フィルム等を用いてもよい。
【００５２】
フレキシブル基板やリジッド基板に実装される電子部品についても、上述の各実施形態のものに限定されるものではなく、例えば、信号処理のドライバ用ＩＣ、ダイオード、コイル、リードスイッチ等の種々の電子部品を実装することが可能である。
【００５３】
また、上述の第２の実施形態においては、ワイヤボンディングのワイヤとして金線を用いた一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アルミニウムや銅等の導電性物質の線材或いは板材等を用いてもよい。
【００５４】
また、上述の第３の実施形態においては、スペーサを金属部材で構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、樹脂製の板等種々の材質を用いることが可能である。
【００５５】
さらに、本発明は上述の各実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１…内視鏡（電子機器）、２…挿入部、３…先端硬質部、５…撮像ユニット、６…レンズ枠、７…レンズ８…イメージセンサ枠、９…カバーガラス、１０…撮像装置、１１…撮像素子、１１ａ…受光エリア、１１ｂ…段差部、１２…ケーブル、１３…導電性バンプ、２０…フレキシブル基板（可撓性基板）、２１…開口部、２２…配線パターン、２３…端子部、２４…電極、２５…非導電性接着剤、２６…電子部品、２７…金線、３０…リジッド基板、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…層、３１…凹部、３１ａ…底面、３１ｂ…段差部、３２…配線パターン、３３…端子部、３４…電子部品、３５…非導電性接着剤、３６…凹部、３７…スペーサ、５０…カプセル型内視鏡（電子機器）、５１…光学部材、５２…信号処理回路ユニット、５３…バッテリ、５４…ＲＦユニット、５５…外装ケース、５６…外枠部材、５７…カバー部材、７１…ミラーボックス、７２…本体部、７３…ボディマウント、７３ａ…マウント載置面、７４…固定部材、Ｏ…光軸
【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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