撮像ユニット、内視鏡及び撮像ユニットの製造方法
【課題】撮像素子が実装された後のフレキシブルプリント配線板の厚さが薄く、小型な撮像ユニット及び前記撮像ユニットを備えた内視鏡と前記撮像ユニットの製造方法を提供する。
【解決手段】撮像素子、及びフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットにおいて、前記撮像素子は、受光部、前記受光部に電気的に接続された金属配線層、前記金属配線層に形成された金属パッド、及び前記金属パッドを受光側とは反対側に露出させるように設けられた開口部、を含み、前記フレキシブルプリント配線板は、前記開口部内において前記金属パッドと電気的に接続される金属線を含み、かつ前記撮像素子の受光側とは反対側の面上に接着剤によって接着される。
【解決手段】撮像素子、及びフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットにおいて、前記撮像素子は、受光部、前記受光部に電気的に接続された金属配線層、前記金属配線層に形成された金属パッド、及び前記金属パッドを受光側とは反対側に露出させるように設けられた開口部、を含み、前記フレキシブルプリント配線板は、前記開口部内において前記金属パッドと電気的に接続される金属線を含み、かつ前記撮像素子の受光側とは反対側の面上に接着剤によって接着される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル配線板上に実装された撮像素子を有する撮像ユニット、撮像ユニットの製造方法及び内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の体内や構造物の内部等の観察が困難な箇所を観察するために、生体や構造物の外部から内部に導入可能であって、光学像を撮像するための撮像ユニットを具備した内視鏡が、例えば医療分野や工業分野において利用されている。
【０００３】
内視鏡の撮像ユニットは、被写体像を結像する対物レンズと、対物レンズの結像面に配設された一般にＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等と称される撮像素子を具備してなる。
【０００４】
撮像素子には、基板上への実装面積を小さくするために、撮像素子の光が入射する面（入射面）とは反対側に、基板との電気的な接続を行うための金属バンプが設けられる形態のものがある。例えば特開２００７−７３９５８号公報には、はんだバンプによって基板上に実装する撮像素子のパッケージが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７３９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光が入射する面とは反対側に設けられた金属バンプを介して撮像素子を基板上に実装する場合、撮像素子と基板との間に金属バンプが存在することによって、撮像素子が実装された後の基板の厚さが増してしまう。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、撮像素子が実装された後のフレキシブルプリント配線板の厚さが薄く、小型な撮像ユニット及び前記撮像ユニットを備えた内視鏡と前記撮像ユニットの製造方法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】
本発明に係る撮像ユニットは、被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットであって、前記撮像素子は、前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、前記金属パッドを前記支持面側に露出させるように前記支持面から前記金属パッドに至るように凹設された開口部と、を含み、前記フレキシブルプリント配線板は、前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、を含み、前記撮像素子の前記支持面上に接着剤によって接着される。また、本発明の内視鏡は、前記撮像ユニットを備える。
【０００９】
また、本発明に係る撮像ユニットの製造方法は、被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットの製造方法であって、前記撮像素子は、前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、を含み、前記フレキシブルプリント配線板は、前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、を含んでおり、前記撮像素子の前記支持面に開口部を設けて、前記金属パッドを露出させる行程と、前記撮像素子の前記支持面上に、前記フレキシブルプリント配線板を接着剤によって接着する行程と、前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属線を前記金属パッドに電気的に接続する行程と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子が実装された後のフレキシブルプリント配線板の厚さが薄く、小型な撮像ユニット及び前記撮像ユニットを備えた内視鏡と前記撮像ユニットの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内視鏡の構成を説明する図である。
【図２】内視鏡の先端部の構成を説明する図である。
【図３】撮像素子及びフレキシブルプリント配線板の断面図である。
【図４】撮像素子及びフレキシブルプリント配線板を対物レンズとは反対側から見た図である。
【図５】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図６】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図７】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図８】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図９】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図１０】第１の変形例を説明するための図である。
【図１１】第２の変形例を説明するための図である。
【図１２】第３の変形例を説明するための図である。
【図１３】第４の変形例を説明するための図である。
【図１４】図１３のXIV-XIV断面図である。
【図１５】第２の実施形態の撮像素子及びフレキシブルプリント配線板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、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、各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。
【００１３】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る撮像ユニット１を具備する内視鏡１０１の構成の一例を説明する。本実施形態の内視鏡１０１は、人体等の被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有する。なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。
【００１４】
内視鏡１０１は、被検体の内部に導入される挿入部１０２と、この挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とで主に構成されている。
【００１５】
挿入部１０２は、先端に配設される先端部１１０、先端部１１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１０９、及び湾曲部１０９の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０８が連設されて構成されている。なお、内視鏡１０１は、挿入部に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。
【００１６】
詳しくは後述するが、先端部１１０には、撮像ユニット１、及び照明光出射部１１３（図１には不図示）が設けられている。また、操作部１０３には、湾曲部１０９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１０６が設けられている。
【００１７】
ユニバーサルコード１０４の基端部には外部装置１２０に接続される内視鏡コネクタ１０５が設けられている。内視鏡コネクタ１０５が接続される外部装置１２０は、例えば、光源部、画像処理部及び画像表示部１２１を具備して構成されている。
【００１８】
また、内視鏡１０１は、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３及び挿入部１０２内に挿通された電気ケーブル１１５及び光ファイバ束１１４（図１には不図示）を具備している。
【００１９】
電気ケーブル１１５は、コネクタ部１０５と撮像ユニット１とを電気的に接続するように構成されている。コネクタ部１０５が外部装置１２０に接続されることによって、撮像ユニット１は、電気ケーブル１１５を介して外部装置１２０に電気的に接続される。この電気ケーブル１１５を介して、外部装置１２０から撮像ユニット１への電力の供給、及び外部装置１２０と撮像ユニット１との間の通信が行われる。
【００２０】
外部装置１２０に設けられた画像処理部は、撮像ユニット１から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部１２１に出力する構成を有している。すなわち、本実施形態では、撮像ユニット１により撮像された光学像が、映像として表示部１２１に表示される。なお、画像処理部及び画像表示部１２１の一部又は全部は、内視鏡１０１に配設される構成であってもよい。
【００２１】
また、光ファイバ束１１４は、外部装置１２０の光源部から発せられた光を、先端部１１０の照明光出射部１１３にまで伝えるように構成されている。なお、光源部は、内視鏡１０１の操作部１０３や先端部１１０に配設される構成であってもよい。
【００２２】
次に、先端部１１０の構成を説明する。図２に示すように、先端部１１０には、撮像ユニット１及び照明光出射部１１３が配設されている。
【００２３】
本実施形態では一例として、撮像ユニット１は、図２中に矢印Ｌで示す挿入部１０２の長手方向（挿入軸方向）に沿って先端方向を撮像するように配設されている。より具体的には、撮像ユニット１は、後述する対物レンズ４の光軸Ｏが挿入部１０２の長手方向に沿うように配設されている。なお、撮像ユニット１は、光軸Ｏが、挿入部１０２の長手方向に対して所定の角度をなすように配設されるものであってもよい。
【００２４】
また、照明光出射部１１３は、光ファイバ束１１４から入射した光を、撮像ユニット１の被写体を照明するように出射する構成を有している。本実施形態では、照明光出射部１１３は、挿入部１０２の長手方向に沿って、先端部１１０の先端面から先端方向に向かって光を出射するように構成されている。
【００２５】
撮像ユニット１及び照明光出射部１１３は、先端部１１０に設けられた保持部１１１によって保持されている。保持部１１１は、先端部１１０の先端面１１０ａに露出する硬質な部材であって、挿入部１０２の長手方向に沿って穿設された貫通孔１１１ａ及び１１１ｂが設けられている。
【００２６】
貫通孔１１１ａ及び１１１ｂ内には、撮像ユニット１及び照明光出射部１１３が、接着剤やネジ止め等の方法によって固定されている。また、貫通孔１１１ｂ内に、基端側から光ファイバ束１１４が挿入され、固定されている。
【００２７】
次に、本実施形態の撮像ユニット１の構成を説明する。図２に示すように、撮像ユニット１は、対物レンズ４、撮像素子１０及びフレキシブルプリント配線板２０を具備して構成されている。撮像ユニット１を構成するこれらの部材は、略枠形状の保持枠３によって保持されている。本実施形態では、保持枠３は、光軸Ｏの周囲を囲う筒形状の部材である。
【００２８】
なお以下において、撮像ユニット１の光軸Ｏに沿って、撮像ユニット１から被写体へ向かう方向（図２において左方）を前方と称し、その反対の方向を後方と称するものとする。
【００２９】
対物レンズ４は、筒形状のレンズ鏡筒２内に配設され、被写体像を後述する撮像素子１０の受光部１１ｂ上に結像するための１つ又は複数のレンズ等の光学部材からなる。レンズ鏡筒２は、保持枠３内に前方から嵌合し、位置決めされた状態で接着剤等によって固定される。なお、対物レンズ４は、反射鏡、プリズム又は光学フィルタ等の光学素子を含む形態であってもよい。また、対物レンズ４は、焦点距離の変更が可能な構成を有する形態であってもよい。
【００３０】
撮像素子１０及びフレキシブルプリント配線板２０は、詳しくは後述するが、それぞれが一体的に接合された後に、保持枠３内に後方から挿入され、固定される。また、フレキシブルプリント配線板２０の後方には、電気ケーブル１１５が接続されている。
【００３１】
撮像素子１０は、対物レンズ４を通過した光を受光し光電変換を行う複数のフォトダイオードが配列されてなる受光部１１ｂを有してなり、一般にＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサ等と称される形式、あるいはその他の各種の形式の撮像素子が適用され得る。
【００３２】
本実施形態では一例として、撮像素子１０は、いわゆる裏面照射（ＢａｃｋＳｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）方式と称される形態のＣＭＯＳセンサである。裏面照射方式のＣＭＯＳセンサの構成は公知であるため、撮像素子１０の詳細な説明は省略するものとする。
【００３３】
撮像素子１０は、図３に示すように、センサ基板１１、ガラス基板１２及び支持基板１３が接合されて構成されている。
【００３４】
センサ基板１１は、シリコン基板１１ａに形成された複数のフォトダイオードからなる受光部１１ｂ、及び受光部１１ｂ上に形成された金属配線層１１ｃを有して構成されている。裏面照射方式のＣＭＯＳセンサを構成するセンサ基板１１は、公知のように、受光部１１ｂが、金属配線層１１ｃよりも対物レンズ４からの光が入射する側に配設される構成を特徴とするものである。シリコン基板１１ａは、シリコン基板１１ａ上に受光部１１ｂ及び金属配線層１１ｃを形成する行程が完了した後に、金属配線層１１ｃとは反対側から受光部１１ｂに光が入射する厚さにまで研磨されている。
【００３５】
以下では、撮像素子１０の受光部１１ｂに光が入射する側の面（前方に向く面）を入射面１０ｄと称し、撮像素子１０の入射面１０ａと反対の面（後方に向く面）を支持面１０ｂと称するものとする。すなわち、撮像素子１０の入射面１０ｂは、対物レンズ４側の面である。
【００３６】
センサ基板１１においては、受光部１１ｂが入射面１０ａ側に配設されており、金属配線層１１ｃが支持面１０ｂ側に配設されている。センサ基板１１の支持面１０ｂ側の面（対物レンズ４とは反対側の面）上には、金属配線層１１ｃの一部である、金属パッド１１ｆが露出して形成されている。金属パッド１１ｆは、詳しくは後述するが、撮像素子１０と、撮像素子１０が実装されるフレキシブルプリント配線板２０と、の電気的な接続を行うためのものである。この金属パッド１１ｆを介して、撮像素子１０への電力供給、撮像素子１０の駆動制御及び撮像素子１０からの信号出力が行われる。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態では一例として、センサ基板１１の外縁部に沿って、複数の金属パッド１１ｆが配列されている。なお、本実施形態では、複数の金属パッド１１ｆが１列に配列されているが、複数の金属パッドは行列状や千鳥状に配列される形態であってもよい。
【００３８】
ガラス基板１２は、センサ基板１１の入射面１０ａ側の面上に接合されている。なお、ガラス基板１２とセンサ基板１１の受光部１１ｂとの間には、カラーフィルタやマイクロレンズ等が適宜に配設される。
【００３９】
支持基板１３は、センサ基板１１の支持面１０ｂ側の面（対物レンズ４とは反対側の面）上に接合されている。支持基板１３は、受光部１１ｂ及び金属配線層１１ｃが形成された後のシリコン基板１１ａを研磨する行程においてセンサ基板１１を保持し、シリコン基板１１ａが研磨された後のセンサ基板１１を含む撮像素子１０の剛性を高めるためのものである。
【００４０】
支持基板１３には、センサ基板１１ｃの金属パッド１１ｆを露出させる１つ又は複数の開口部１３ａが形成されている。開口部１３ａは、撮像素子１０を、支持面１０ｂ側から見た場合（対物レンズ４とは反対側から見た場合、図４の視点）に、センサ基板１１の金属パッド１１ｆを露出させるように形成されている。すなわち、撮像素子１０において、センサ基板１１の入射面１０ａ上に形成された金属パッド１１ｆは、支持基板１３の開口部１３ａを介して外部に露出している。
【００４１】
開口部１３ａは、金属パッド１１ｆを露出させるように、支持基板１３の周縁部の一部を厚さ方向に貫通する形状を有する。開口部１３ａは、１つの開口部１３ａにつき１つの金属パッド１１ｆを露出させる形態であってもよいし、１つの開口部１３ａにつき複数の金属パッド１１ｆを露出させる形態であってもよい。
【００４２】
開口部１３ａの形状や数は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として、開口部１３ａは１つであって、センサ基板１１に設けられた全ての金属パッド１１ｆを露出させる形態を有する。本実施形態の開口部１３ａは、支持基板１３の外縁を含む開口であり、支持基板１３を外縁から内側に向かって切り欠いたような形状を有する。
【００４３】
開口部１３ａを形成する方法は特に限定されるものではなく、エッチング等の化学的な除去加工であってもよいし、切削や研磨等の機械的な除去加工であってもよい。本実施形態では一例として、開口部１３ａは、プラズマエッチングによって形成される。
【００４４】
また、本実施形態では、複数の金属パッド１１ｆのそれぞれに金属バンプ１１ｇが形成されている。金属バンプ１１ｇは、金属パッド１１ｆから突出するように設けられた金属製の部材である。金属バンプ１１ｇには、後述するフレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａが接合される。金属バンプ１１ｇの金属パッド１１ｆからの高さは、金属線２０ａが接合された状態において、支持面１０ｂよりも低い。すなわち、金属バンプ１１ｆの高さは、支持基板１３の厚さよりも低い。言い換えれば、金属バンプ１１ｇの頂部は、撮像素子１０の後方の面である支持面１０ｂよりも前方に位置している。
【００４５】
金属バンプ１１ｇを構成する材料は、金属パッド１１ｆ及び後述する金属線２０ａとの接合が可能であり導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。本実施形態では一例として、金属バンプ１１ｇは、金によって構成されている。本実施形態の金属バンプ１１ｇは、超音波接合によって金属パッド１１ｆ上に接合されている。
【００４６】
フレキシブルプリント配線板２０は、一部又は全部が可撓性を有する電子回路基板である。フレキシブルプリント配線板２０は、電気絶縁性の樹脂からなる折り曲げ可能なフィルム状の基材上に、金属箔等の導電性の材料によって電子回路を形成したものである。なお、フレキシブルプリント配線板２０上には、電子部品が実装されていてもよい。
【００４７】
フレキシブルプリント配線板２０は、図２に示すように、先端部１１０内において前後方向に延在するように配設されている。フレキシブルプリント配線板２０の前方側端部は、後述する構成によって、撮像素子１０の支持面１０ｂに接着され機械的に固定されており、フレキシブルプリント配線板２０に形成された電子回路は撮像素子１０の金属パッド１１ｆと電気的に接続されている。
【００４８】
また、フレキシブルプリント配線板２０の後方側端部には、電気ケーブル１１５が電気的に接続されている。なお、フレキシブルプリント配線板２０と電気ケーブル１１５との電気的な接続は、半田付けによって直接的に行われる形態であってもよいし、着脱自在なコネクタを介して間接的に行われる形態であってもよい。
【００４９】
より具体的には、フレキシブルプリント配線板２０は、図３に示すように、撮像素子１０の支持面１０ｂ上に接着剤２１によって機械的に固定されている。本実施形態では、撮像素子１０の支持面１０ｂとは支持基板１１の後方側の面であることから、フレキシブルプリント配線板２０は、支持基板１１に接着剤によって接着されている。接着剤２１の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態の接着剤２１は、一例として非導電性の接着樹脂である。
【００５０】
また、フレキシブルプリント配線板２０には、電子回路に電気的に接続された複数の金属線２０ａが外部に露出した状態で設けられている。金属線２０ａは、撮像素子１０の金属パッド１１ｆと、フレキシブルプリント配線板２０の電子回路との電気的な接続を行うためのものである。金属線２０ａは、例えば金属同士の超音波接合や、導電性接着剤による接合、又は半田による接合等の公知の方法によって金属パッド１１ｆに接続されている。
【００５１】
本実施形態では一例として、金属線２０ａは表面に金メッキが施され、フレキシブルプリント配線板２０の外縁部から外方に向かって延出する短冊状の金属製の薄片である。金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の電子回路を形成する金属箔の一部がフレキシブルプリント配線板２０の外縁部から外方に突出したものであり、一般に、フライングリード等と称されるものである。
【００５２】
本実施形態では、複数の金属パッド１１ｆが１列に配列されていることから、複数の金属線２０ａは、図４に示すように複数の金属パッド１１ｆの配列間隔と略同一の間隔で一方向に沿って配列されている。金属線２０ａは、金属バンプ１１ｇ上に超音波接合されることによって、金属バンプ１１ｇを介して金属パッド１１ｆに接合されている。
【００５３】
前述したように、金属バンプ１１ｇの高さが、金属線２０ａが接合された状態において、支持基板１３の厚さよりも低いことから、金属線２０ａと金属バンプ１１ｇとの接合は、支持基板１３とフレキシブルプリント配線板２０とが接着剤２１により固定された面である支持面１０ｂよりもセンサ基板１１に近い位置においてなされている。言い換えれば、金属線２０ａと金属バンプ１１ｇとの接合は、支持基板１３に設けられた開口部１３ａ内においてなされている。
【００５４】
金属線２０ａと金属パッド１１ｆとが接合されることにより、フレキシブルプリント配線板２０の電子回路と撮像素子１０とが電気的に接続される。以上に説明したように、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とは、機械的及び電気的に接続されている。
【００５５】
次に、図５から図９を参照して以上に述べた構成を有する撮像ユニット１における、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的及び電気的な接続の方法を説明する。
【００５６】
図５は、開口部１３ａが形成される前の撮像素子１０単体を示している。前述したように、撮像素子１０のセンサ基板１１の支持面１０ｂ側には金属パッド１１ｆが形成されており、センサ基板１１の支持面１０ｂ側には支持基板１３が接合されている。そして、支持基板１３は、センサ基板１１の全体を覆っている。
【００５７】
次に、図６に示すように、プラズマエッチングにより支持基板１３を厚さ方向に貫通する開口部１３ａを形成する。この行程により、センサ基板１１に形成されている金属パッド１１ｆが、撮像素子１０の入射面１０ａとは反対側の支持面１０ｂ側に露出する。言い換えれば、金属パッド１１ｆが、対物レンズ４とは反対側に露出する。
【００５８】
次に、図７に示すように、金属パッド１１ｆ上に金属バンプ１１ｇを形成する。そして、図８に示すように、接着剤２１によってフレキシブルプリント配線板２０を支持面１０ｂ上に位置決めして接着する。このとき、フレキシブルプリント配線板２０は、金属線２０ａが金属パッド１１ｆ上に重なるように位置決めされて固定される。次に、金属線２０ａと、金属バンプ１１ｇとを、開口部１３ａ内の支持面１０ｂよりもセンサ基板１１に近い位置において、超音波接合により接合する。
【００５９】
以上の行程により、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とが機械的及び電気的に接続される。
【００６０】
以上に説明した撮像ユニット１では、撮像素子１０の、対物レンズ４とは反対側（光が入射する側とは反対側）に配設された支持基板１３に開口部１３ａを形成することによって金属パッド１１ｆを露出させ、この開口部１３ａ内において金属パッド１１ｆとフレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａとの電気的な接続が行われている。また、本実施形態の撮像ユニット１における、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的な接続は、撮像素子１０の光が入射する入射面１０ａとは反対側の支持面１０ｂとフレキシブルプリント配線板２０との間に接着剤２１を介装させることで行われている。
【００６１】
このように、本実施形態では、撮像素子１０の光が入射する側とは反対側の面から突出するはんだバンプや金バンプ等の金属バンプを用いずに、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的な接続及び電気的な接続を行うため、撮像素子１０が実装された後のフレキシブルプリント配線板２０の厚さを薄くすることが可能である。またこのような撮像ユニット１を備えた内視鏡１０１は、先端部１１０を小型なものとすることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、撮像素子１０の支持面１０ｂと、フレキシブルプリント配線板２０の実装面とを接着剤２１によって接着し固定することから、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との接着面積を大きくすることができ、両者間の固定強度を高くすることができる。
【００６３】
このため、撮像ユニット１内においてフレキシブルプリント配線板２０を屈曲させる場合であっても、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との接続の信頼性が向上する。
【００６４】
また、本実施形態では、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とが接着され固定される箇所から離れた位置において、金属パッド１１ｆと金属線２０ａとが接合される。ここで、金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の外縁部から延出する薄片状である。このため、外力や温度変化等によってフレキシブルプリント配線板２０が撮像素子１０に対して相対的に移動した場合であっても、この移動量を金属線２０ａの変形によって吸収することができ、力が金属パッド１１ｆと金属線２０ａとの接合部に加わることを防止することができる。すなわち、本実施形態では、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との接続の信頼性が向上する。
【００６５】
言い換えれば、本実施形態の撮像ユニット１は、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的な接続と、両者の電気的な接続とを異なる箇所において行い、かつ、両者の電気的な接続をフレキシブルプリント配線板２０の外縁部から延出する薄片状の金属線２０ａを介して行うことによって、金属パッド１１ｆと金属線２０ａとの接合部に、フレキシブルプリント配線板２０からの機械力が伝わらないように構成されている。
【００６６】
なお、上述した実施形態における撮像素子１０は、一般に裏面照射方式と称され、入射面１０ａとは反対側に支持基板１３が接合される形態を有しているが、本発明は支持基板を持たない表面照射方式のイメージセンサにも適用可能である。
【００６７】
図１０に、撮像素子１０が表面照射方式である場合の変形例を示す。表面照射方式の撮像素子１０は、シリコン基板１１ａに形成された複数のフォトダイオードからなる受光部１１ｂよりも、対物レンズ４からの光が入射する側に金属配線層１１ｃが配設されている。そして、金属配線層１１ｃの支持面１０ｂ側に、金属パッド１１ｆが形成されている。
【００６８】
本変形例のように、撮像素子１０を表面照射方式とする場合には、開口部１３ａは、シリコン基板１１ａを厚さ方向に貫通することによって形成される。また、撮像素子１０の支持面１０ｂは、シリコン基板１１ａの後方側を向く面であり、フレキシブルプリント配線板２０は、シリコン基板１１ａに接着剤２１によって接着され固定される。このような本変形例であっても、上述した本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００６９】
また、上述した本実施形態では、撮像素子１０の金属パッド１１ｆ上に金属バンプ１１ｇを形成し、金属バンプ１１ｇとフレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａとを接合しているが、金属バンプ１１ｇと金属線２０ａとの接続の形態は本実施形態に限られるものではない。
【００７０】
例えば、図１１に示すように、撮像素子１０の金属パッド１１ｆと、フレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａとが、直接接合される形態であってもよい。図１１に示す変形例では、金属バンプの形成が不要であるため、撮像ユニット１をより安価に製造することが可能となる。
【００７１】
また、上述した実施形態では、複数の金属パッド１１ｆは１列に配列されているが、図１２に示すように、複数の金属パッド１１ｆは千鳥状に配列される形態であってもよい。図１２に示すように複数の金属パッド１１ｆを千鳥状に配列すれば、複数の金属線２０ａ間の間隔を広めながら、金属パッド１１ｆの面積を大きくすることができるため、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とを接着する際に許容される位置ずれ量を大きくすることができ、接着を容易に行うことが可能となる。
【００７２】
また、上述した本実施形態では、開口部１３ａを形成することによって露出した金属パッド１１ｆに、金属線２０ａを、金属バンプ１１ｇを介して接合、又は直接的に接合することにより両者を電気的に接続しているが、本発明はこれらの形態に限られるものではない。金属パッド１１ｆと金属線２０ａとの電気的な接続は、開口部１３ａ内において支持面１０ｂよりも金属パッド１１ｆに近い位置において行われる形態であればよい。
【００７３】
例えば、図１３及び図１４に示すように、支持基板１３に開口部１３ａを形成して露出させた金属パッド１１ｆに電気的に接続される再配線金属パッド１１ｈを、開口部１３ａの底面部上に新たに形成し、この再配線金属パッド１１ｈと金属線２０ａとを接合する形態であってもよい。
【００７４】
このように、金属配線層１１ｃとは異なる後の行程において再配線金属パッド１１ｈを形成するようにすれば、再配線金属パッド１１ｈの位置、寸法形状及び材料等を、金属配線層１１ｃを形成する行程における制約を受けること無く自由に定めることが可能である。例えば図１３に示すように、金属配線層１１ｃに形成される金属パッド１１ｆの面積に上限がある場合には、金属パッド１１ｆよりも面積の大きい再配線金属パッド１１ｈを後の行程において形成し、これに金属線２０ａを接合することによって、金属パッド１１ｆと金属線２０ａを容易に電気的に接続することができる。なお、再配線金属パッド１１ｈは、金属配線層１１ｃと同様にフォトリソグラフィー技術により形成されるものであってもよいし、導電性ペースト等を用いた印刷技術により形成されるものであってもよい。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００７６】
第１の実施形態では、金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の外縁部から外方に延出しているが、本実施形態では、図１５に示すように、金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の周縁部の面上に形成されている。
【００７７】
そして、フレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子１０の対物レンズ４とは反対側の面上に接着剤２１により接着された後に、金属線２０ａが形成された領域が開口部１３ａ内に入り込むように屈曲されている。そして、金属線２０ａと金属パッド１１ｆとが、例えば超音波接合や導電性接着剤によって電気的に接合されている。
【００７８】
このような本実施形態であれば、第１の実施形態のように、金属線２０ａをフレキシブルプリント配線板２０の外方に突出させて形成する必要が無いため、安価かつ容易にフレキシブルプリント配線板２０を製造することができる。また、本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。
【００７９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う撮像ユニット及びその製造方法と撮像ユニットを備えた内視鏡もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
上述のように、本発明は、フレキシブルプリント配線板に実装される撮像素子を具備する撮像ユニット及びその製造方法と撮像ユニットを備えた内視鏡に対して好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 撮像ユニット、
２ レンズ鏡筒、
３ 保持枠、
４ 対物レンズ、
１０ 撮像素子、
１０ａ 入射面、
１０ｂ 支持面、
１１ センサ基板、
１１ａ シリコン基板、
１１ｂ 受光部、
１１ｃ 金属配線層、
１１ｆ 金属パッド、
１１ｇ 金属バンプ、
１１ｈ 再配線金属パッド、
１２ ガラス基板、
１３ 支持基板、
１３ａ 開口部、
２０ フレキシブルプリント配線板、
２０ａ 金属線、
２１ 接着剤、
１０１ 内視鏡、
１０２ 挿入部、
１０３ 操作部、
１０４ ユニバーサルコード、
１０５ コネクタ部、
１０６ アングル操作ノブ、
１０８ 可撓管部、
１０９ 湾曲部、
１１０ 先端部、
１１０ａ 先端面、
１１１ 保持部、
１１１ａ 貫通孔、
１１１ｂ 貫通孔、
１１３ 照明光出射部、
１１４ 光ファイバ束、
１１５ 電気ケーブル、
１２０ 外部装置、
１２１ 画像表示装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル配線板上に実装された撮像素子を有する撮像ユニット、撮像ユニットの製造方法及び内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の体内や構造物の内部等の観察が困難な箇所を観察するために、生体や構造物の外部から内部に導入可能であって、光学像を撮像するための撮像ユニットを具備した内視鏡が、例えば医療分野や工業分野において利用されている。
【０００３】
内視鏡の撮像ユニットは、被写体像を結像する対物レンズと、対物レンズの結像面に配設された一般にＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等と称される撮像素子を具備してなる。
【０００４】
撮像素子には、基板上への実装面積を小さくするために、撮像素子の光が入射する面（入射面）とは反対側に、基板との電気的な接続を行うための金属バンプが設けられる形態のものがある。例えば特開２００７−７３９５８号公報には、はんだバンプによって基板上に実装する撮像素子のパッケージが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７３９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光が入射する面とは反対側に設けられた金属バンプを介して撮像素子を基板上に実装する場合、撮像素子と基板との間に金属バンプが存在することによって、撮像素子が実装された後の基板の厚さが増してしまう。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、撮像素子が実装された後のフレキシブルプリント配線板の厚さが薄く、小型な撮像ユニット及び前記撮像ユニットを備えた内視鏡と前記撮像ユニットの製造方法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】
本発明に係る撮像ユニットは、被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットであって、前記撮像素子は、前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、前記金属パッドを前記支持面側に露出させるように前記支持面から前記金属パッドに至るように凹設された開口部と、を含み、前記フレキシブルプリント配線板は、前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、を含み、前記撮像素子の前記支持面上に接着剤によって接着される。また、本発明の内視鏡は、前記撮像ユニットを備える。
【０００９】
また、本発明に係る撮像ユニットの製造方法は、被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットの製造方法であって、前記撮像素子は、前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、を含み、前記フレキシブルプリント配線板は、前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、を含んでおり、前記撮像素子の前記支持面に開口部を設けて、前記金属パッドを露出させる行程と、前記撮像素子の前記支持面上に、前記フレキシブルプリント配線板を接着剤によって接着する行程と、前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属線を前記金属パッドに電気的に接続する行程と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子が実装された後のフレキシブルプリント配線板の厚さが薄く、小型な撮像ユニット及び前記撮像ユニットを備えた内視鏡と前記撮像ユニットの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内視鏡の構成を説明する図である。
【図２】内視鏡の先端部の構成を説明する図である。
【図３】撮像素子及びフレキシブルプリント配線板の断面図である。
【図４】撮像素子及びフレキシブルプリント配線板を対物レンズとは反対側から見た図である。
【図５】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図６】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図７】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図８】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図９】撮像ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図１０】第１の変形例を説明するための図である。
【図１１】第２の変形例を説明するための図である。
【図１２】第３の変形例を説明するための図である。
【図１３】第４の変形例を説明するための図である。
【図１４】図１３のXIV-XIV断面図である。
【図１５】第２の実施形態の撮像素子及びフレキシブルプリント配線板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、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、各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。
【００１３】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る撮像ユニット１を具備する内視鏡１０１の構成の一例を説明する。本実施形態の内視鏡１０１は、人体等の被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有する。なお、内視鏡１０１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。
【００１４】
内視鏡１０１は、被検体の内部に導入される挿入部１０２と、この挿入部１０２の基端に位置する操作部１０３と、この操作部１０３の側部から延出するユニバーサルコード１０４とで主に構成されている。
【００１５】
挿入部１０２は、先端に配設される先端部１１０、先端部１１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１０９、及び湾曲部１０９の基端側に配設され操作部１０３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１０８が連設されて構成されている。なお、内視鏡１０１は、挿入部に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。
【００１６】
詳しくは後述するが、先端部１１０には、撮像ユニット１、及び照明光出射部１１３（図１には不図示）が設けられている。また、操作部１０３には、湾曲部１０９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１０６が設けられている。
【００１７】
ユニバーサルコード１０４の基端部には外部装置１２０に接続される内視鏡コネクタ１０５が設けられている。内視鏡コネクタ１０５が接続される外部装置１２０は、例えば、光源部、画像処理部及び画像表示部１２１を具備して構成されている。
【００１８】
また、内視鏡１０１は、ユニバーサルコード１０４、操作部１０３及び挿入部１０２内に挿通された電気ケーブル１１５及び光ファイバ束１１４（図１には不図示）を具備している。
【００１９】
電気ケーブル１１５は、コネクタ部１０５と撮像ユニット１とを電気的に接続するように構成されている。コネクタ部１０５が外部装置１２０に接続されることによって、撮像ユニット１は、電気ケーブル１１５を介して外部装置１２０に電気的に接続される。この電気ケーブル１１５を介して、外部装置１２０から撮像ユニット１への電力の供給、及び外部装置１２０と撮像ユニット１との間の通信が行われる。
【００２０】
外部装置１２０に設けられた画像処理部は、撮像ユニット１から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部１２１に出力する構成を有している。すなわち、本実施形態では、撮像ユニット１により撮像された光学像が、映像として表示部１２１に表示される。なお、画像処理部及び画像表示部１２１の一部又は全部は、内視鏡１０１に配設される構成であってもよい。
【００２１】
また、光ファイバ束１１４は、外部装置１２０の光源部から発せられた光を、先端部１１０の照明光出射部１１３にまで伝えるように構成されている。なお、光源部は、内視鏡１０１の操作部１０３や先端部１１０に配設される構成であってもよい。
【００２２】
次に、先端部１１０の構成を説明する。図２に示すように、先端部１１０には、撮像ユニット１及び照明光出射部１１３が配設されている。
【００２３】
本実施形態では一例として、撮像ユニット１は、図２中に矢印Ｌで示す挿入部１０２の長手方向（挿入軸方向）に沿って先端方向を撮像するように配設されている。より具体的には、撮像ユニット１は、後述する対物レンズ４の光軸Ｏが挿入部１０２の長手方向に沿うように配設されている。なお、撮像ユニット１は、光軸Ｏが、挿入部１０２の長手方向に対して所定の角度をなすように配設されるものであってもよい。
【００２４】
また、照明光出射部１１３は、光ファイバ束１１４から入射した光を、撮像ユニット１の被写体を照明するように出射する構成を有している。本実施形態では、照明光出射部１１３は、挿入部１０２の長手方向に沿って、先端部１１０の先端面から先端方向に向かって光を出射するように構成されている。
【００２５】
撮像ユニット１及び照明光出射部１１３は、先端部１１０に設けられた保持部１１１によって保持されている。保持部１１１は、先端部１１０の先端面１１０ａに露出する硬質な部材であって、挿入部１０２の長手方向に沿って穿設された貫通孔１１１ａ及び１１１ｂが設けられている。
【００２６】
貫通孔１１１ａ及び１１１ｂ内には、撮像ユニット１及び照明光出射部１１３が、接着剤やネジ止め等の方法によって固定されている。また、貫通孔１１１ｂ内に、基端側から光ファイバ束１１４が挿入され、固定されている。
【００２７】
次に、本実施形態の撮像ユニット１の構成を説明する。図２に示すように、撮像ユニット１は、対物レンズ４、撮像素子１０及びフレキシブルプリント配線板２０を具備して構成されている。撮像ユニット１を構成するこれらの部材は、略枠形状の保持枠３によって保持されている。本実施形態では、保持枠３は、光軸Ｏの周囲を囲う筒形状の部材である。
【００２８】
なお以下において、撮像ユニット１の光軸Ｏに沿って、撮像ユニット１から被写体へ向かう方向（図２において左方）を前方と称し、その反対の方向を後方と称するものとする。
【００２９】
対物レンズ４は、筒形状のレンズ鏡筒２内に配設され、被写体像を後述する撮像素子１０の受光部１１ｂ上に結像するための１つ又は複数のレンズ等の光学部材からなる。レンズ鏡筒２は、保持枠３内に前方から嵌合し、位置決めされた状態で接着剤等によって固定される。なお、対物レンズ４は、反射鏡、プリズム又は光学フィルタ等の光学素子を含む形態であってもよい。また、対物レンズ４は、焦点距離の変更が可能な構成を有する形態であってもよい。
【００３０】
撮像素子１０及びフレキシブルプリント配線板２０は、詳しくは後述するが、それぞれが一体的に接合された後に、保持枠３内に後方から挿入され、固定される。また、フレキシブルプリント配線板２０の後方には、電気ケーブル１１５が接続されている。
【００３１】
撮像素子１０は、対物レンズ４を通過した光を受光し光電変換を行う複数のフォトダイオードが配列されてなる受光部１１ｂを有してなり、一般にＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサ等と称される形式、あるいはその他の各種の形式の撮像素子が適用され得る。
【００３２】
本実施形態では一例として、撮像素子１０は、いわゆる裏面照射（ＢａｃｋＳｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）方式と称される形態のＣＭＯＳセンサである。裏面照射方式のＣＭＯＳセンサの構成は公知であるため、撮像素子１０の詳細な説明は省略するものとする。
【００３３】
撮像素子１０は、図３に示すように、センサ基板１１、ガラス基板１２及び支持基板１３が接合されて構成されている。
【００３４】
センサ基板１１は、シリコン基板１１ａに形成された複数のフォトダイオードからなる受光部１１ｂ、及び受光部１１ｂ上に形成された金属配線層１１ｃを有して構成されている。裏面照射方式のＣＭＯＳセンサを構成するセンサ基板１１は、公知のように、受光部１１ｂが、金属配線層１１ｃよりも対物レンズ４からの光が入射する側に配設される構成を特徴とするものである。シリコン基板１１ａは、シリコン基板１１ａ上に受光部１１ｂ及び金属配線層１１ｃを形成する行程が完了した後に、金属配線層１１ｃとは反対側から受光部１１ｂに光が入射する厚さにまで研磨されている。
【００３５】
以下では、撮像素子１０の受光部１１ｂに光が入射する側の面（前方に向く面）を入射面１０ｄと称し、撮像素子１０の入射面１０ａと反対の面（後方に向く面）を支持面１０ｂと称するものとする。すなわち、撮像素子１０の入射面１０ｂは、対物レンズ４側の面である。
【００３６】
センサ基板１１においては、受光部１１ｂが入射面１０ａ側に配設されており、金属配線層１１ｃが支持面１０ｂ側に配設されている。センサ基板１１の支持面１０ｂ側の面（対物レンズ４とは反対側の面）上には、金属配線層１１ｃの一部である、金属パッド１１ｆが露出して形成されている。金属パッド１１ｆは、詳しくは後述するが、撮像素子１０と、撮像素子１０が実装されるフレキシブルプリント配線板２０と、の電気的な接続を行うためのものである。この金属パッド１１ｆを介して、撮像素子１０への電力供給、撮像素子１０の駆動制御及び撮像素子１０からの信号出力が行われる。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態では一例として、センサ基板１１の外縁部に沿って、複数の金属パッド１１ｆが配列されている。なお、本実施形態では、複数の金属パッド１１ｆが１列に配列されているが、複数の金属パッドは行列状や千鳥状に配列される形態であってもよい。
【００３８】
ガラス基板１２は、センサ基板１１の入射面１０ａ側の面上に接合されている。なお、ガラス基板１２とセンサ基板１１の受光部１１ｂとの間には、カラーフィルタやマイクロレンズ等が適宜に配設される。
【００３９】
支持基板１３は、センサ基板１１の支持面１０ｂ側の面（対物レンズ４とは反対側の面）上に接合されている。支持基板１３は、受光部１１ｂ及び金属配線層１１ｃが形成された後のシリコン基板１１ａを研磨する行程においてセンサ基板１１を保持し、シリコン基板１１ａが研磨された後のセンサ基板１１を含む撮像素子１０の剛性を高めるためのものである。
【００４０】
支持基板１３には、センサ基板１１ｃの金属パッド１１ｆを露出させる１つ又は複数の開口部１３ａが形成されている。開口部１３ａは、撮像素子１０を、支持面１０ｂ側から見た場合（対物レンズ４とは反対側から見た場合、図４の視点）に、センサ基板１１の金属パッド１１ｆを露出させるように形成されている。すなわち、撮像素子１０において、センサ基板１１の入射面１０ａ上に形成された金属パッド１１ｆは、支持基板１３の開口部１３ａを介して外部に露出している。
【００４１】
開口部１３ａは、金属パッド１１ｆを露出させるように、支持基板１３の周縁部の一部を厚さ方向に貫通する形状を有する。開口部１３ａは、１つの開口部１３ａにつき１つの金属パッド１１ｆを露出させる形態であってもよいし、１つの開口部１３ａにつき複数の金属パッド１１ｆを露出させる形態であってもよい。
【００４２】
開口部１３ａの形状や数は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として、開口部１３ａは１つであって、センサ基板１１に設けられた全ての金属パッド１１ｆを露出させる形態を有する。本実施形態の開口部１３ａは、支持基板１３の外縁を含む開口であり、支持基板１３を外縁から内側に向かって切り欠いたような形状を有する。
【００４３】
開口部１３ａを形成する方法は特に限定されるものではなく、エッチング等の化学的な除去加工であってもよいし、切削や研磨等の機械的な除去加工であってもよい。本実施形態では一例として、開口部１３ａは、プラズマエッチングによって形成される。
【００４４】
また、本実施形態では、複数の金属パッド１１ｆのそれぞれに金属バンプ１１ｇが形成されている。金属バンプ１１ｇは、金属パッド１１ｆから突出するように設けられた金属製の部材である。金属バンプ１１ｇには、後述するフレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａが接合される。金属バンプ１１ｇの金属パッド１１ｆからの高さは、金属線２０ａが接合された状態において、支持面１０ｂよりも低い。すなわち、金属バンプ１１ｆの高さは、支持基板１３の厚さよりも低い。言い換えれば、金属バンプ１１ｇの頂部は、撮像素子１０の後方の面である支持面１０ｂよりも前方に位置している。
【００４５】
金属バンプ１１ｇを構成する材料は、金属パッド１１ｆ及び後述する金属線２０ａとの接合が可能であり導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。本実施形態では一例として、金属バンプ１１ｇは、金によって構成されている。本実施形態の金属バンプ１１ｇは、超音波接合によって金属パッド１１ｆ上に接合されている。
【００４６】
フレキシブルプリント配線板２０は、一部又は全部が可撓性を有する電子回路基板である。フレキシブルプリント配線板２０は、電気絶縁性の樹脂からなる折り曲げ可能なフィルム状の基材上に、金属箔等の導電性の材料によって電子回路を形成したものである。なお、フレキシブルプリント配線板２０上には、電子部品が実装されていてもよい。
【００４７】
フレキシブルプリント配線板２０は、図２に示すように、先端部１１０内において前後方向に延在するように配設されている。フレキシブルプリント配線板２０の前方側端部は、後述する構成によって、撮像素子１０の支持面１０ｂに接着され機械的に固定されており、フレキシブルプリント配線板２０に形成された電子回路は撮像素子１０の金属パッド１１ｆと電気的に接続されている。
【００４８】
また、フレキシブルプリント配線板２０の後方側端部には、電気ケーブル１１５が電気的に接続されている。なお、フレキシブルプリント配線板２０と電気ケーブル１１５との電気的な接続は、半田付けによって直接的に行われる形態であってもよいし、着脱自在なコネクタを介して間接的に行われる形態であってもよい。
【００４９】
より具体的には、フレキシブルプリント配線板２０は、図３に示すように、撮像素子１０の支持面１０ｂ上に接着剤２１によって機械的に固定されている。本実施形態では、撮像素子１０の支持面１０ｂとは支持基板１１の後方側の面であることから、フレキシブルプリント配線板２０は、支持基板１１に接着剤によって接着されている。接着剤２１の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態の接着剤２１は、一例として非導電性の接着樹脂である。
【００５０】
また、フレキシブルプリント配線板２０には、電子回路に電気的に接続された複数の金属線２０ａが外部に露出した状態で設けられている。金属線２０ａは、撮像素子１０の金属パッド１１ｆと、フレキシブルプリント配線板２０の電子回路との電気的な接続を行うためのものである。金属線２０ａは、例えば金属同士の超音波接合や、導電性接着剤による接合、又は半田による接合等の公知の方法によって金属パッド１１ｆに接続されている。
【００５１】
本実施形態では一例として、金属線２０ａは表面に金メッキが施され、フレキシブルプリント配線板２０の外縁部から外方に向かって延出する短冊状の金属製の薄片である。金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の電子回路を形成する金属箔の一部がフレキシブルプリント配線板２０の外縁部から外方に突出したものであり、一般に、フライングリード等と称されるものである。
【００５２】
本実施形態では、複数の金属パッド１１ｆが１列に配列されていることから、複数の金属線２０ａは、図４に示すように複数の金属パッド１１ｆの配列間隔と略同一の間隔で一方向に沿って配列されている。金属線２０ａは、金属バンプ１１ｇ上に超音波接合されることによって、金属バンプ１１ｇを介して金属パッド１１ｆに接合されている。
【００５３】
前述したように、金属バンプ１１ｇの高さが、金属線２０ａが接合された状態において、支持基板１３の厚さよりも低いことから、金属線２０ａと金属バンプ１１ｇとの接合は、支持基板１３とフレキシブルプリント配線板２０とが接着剤２１により固定された面である支持面１０ｂよりもセンサ基板１１に近い位置においてなされている。言い換えれば、金属線２０ａと金属バンプ１１ｇとの接合は、支持基板１３に設けられた開口部１３ａ内においてなされている。
【００５４】
金属線２０ａと金属パッド１１ｆとが接合されることにより、フレキシブルプリント配線板２０の電子回路と撮像素子１０とが電気的に接続される。以上に説明したように、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とは、機械的及び電気的に接続されている。
【００５５】
次に、図５から図９を参照して以上に述べた構成を有する撮像ユニット１における、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的及び電気的な接続の方法を説明する。
【００５６】
図５は、開口部１３ａが形成される前の撮像素子１０単体を示している。前述したように、撮像素子１０のセンサ基板１１の支持面１０ｂ側には金属パッド１１ｆが形成されており、センサ基板１１の支持面１０ｂ側には支持基板１３が接合されている。そして、支持基板１３は、センサ基板１１の全体を覆っている。
【００５７】
次に、図６に示すように、プラズマエッチングにより支持基板１３を厚さ方向に貫通する開口部１３ａを形成する。この行程により、センサ基板１１に形成されている金属パッド１１ｆが、撮像素子１０の入射面１０ａとは反対側の支持面１０ｂ側に露出する。言い換えれば、金属パッド１１ｆが、対物レンズ４とは反対側に露出する。
【００５８】
次に、図７に示すように、金属パッド１１ｆ上に金属バンプ１１ｇを形成する。そして、図８に示すように、接着剤２１によってフレキシブルプリント配線板２０を支持面１０ｂ上に位置決めして接着する。このとき、フレキシブルプリント配線板２０は、金属線２０ａが金属パッド１１ｆ上に重なるように位置決めされて固定される。次に、金属線２０ａと、金属バンプ１１ｇとを、開口部１３ａ内の支持面１０ｂよりもセンサ基板１１に近い位置において、超音波接合により接合する。
【００５９】
以上の行程により、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とが機械的及び電気的に接続される。
【００６０】
以上に説明した撮像ユニット１では、撮像素子１０の、対物レンズ４とは反対側（光が入射する側とは反対側）に配設された支持基板１３に開口部１３ａを形成することによって金属パッド１１ｆを露出させ、この開口部１３ａ内において金属パッド１１ｆとフレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａとの電気的な接続が行われている。また、本実施形態の撮像ユニット１における、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的な接続は、撮像素子１０の光が入射する入射面１０ａとは反対側の支持面１０ｂとフレキシブルプリント配線板２０との間に接着剤２１を介装させることで行われている。
【００６１】
このように、本実施形態では、撮像素子１０の光が入射する側とは反対側の面から突出するはんだバンプや金バンプ等の金属バンプを用いずに、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的な接続及び電気的な接続を行うため、撮像素子１０が実装された後のフレキシブルプリント配線板２０の厚さを薄くすることが可能である。またこのような撮像ユニット１を備えた内視鏡１０１は、先端部１１０を小型なものとすることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、撮像素子１０の支持面１０ｂと、フレキシブルプリント配線板２０の実装面とを接着剤２１によって接着し固定することから、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との接着面積を大きくすることができ、両者間の固定強度を高くすることができる。
【００６３】
このため、撮像ユニット１内においてフレキシブルプリント配線板２０を屈曲させる場合であっても、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との接続の信頼性が向上する。
【００６４】
また、本実施形態では、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とが接着され固定される箇所から離れた位置において、金属パッド１１ｆと金属線２０ａとが接合される。ここで、金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の外縁部から延出する薄片状である。このため、外力や温度変化等によってフレキシブルプリント配線板２０が撮像素子１０に対して相対的に移動した場合であっても、この移動量を金属線２０ａの変形によって吸収することができ、力が金属パッド１１ｆと金属線２０ａとの接合部に加わることを防止することができる。すなわち、本実施形態では、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との接続の信頼性が向上する。
【００６５】
言い換えれば、本実施形態の撮像ユニット１は、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０との機械的な接続と、両者の電気的な接続とを異なる箇所において行い、かつ、両者の電気的な接続をフレキシブルプリント配線板２０の外縁部から延出する薄片状の金属線２０ａを介して行うことによって、金属パッド１１ｆと金属線２０ａとの接合部に、フレキシブルプリント配線板２０からの機械力が伝わらないように構成されている。
【００６６】
なお、上述した実施形態における撮像素子１０は、一般に裏面照射方式と称され、入射面１０ａとは反対側に支持基板１３が接合される形態を有しているが、本発明は支持基板を持たない表面照射方式のイメージセンサにも適用可能である。
【００６７】
図１０に、撮像素子１０が表面照射方式である場合の変形例を示す。表面照射方式の撮像素子１０は、シリコン基板１１ａに形成された複数のフォトダイオードからなる受光部１１ｂよりも、対物レンズ４からの光が入射する側に金属配線層１１ｃが配設されている。そして、金属配線層１１ｃの支持面１０ｂ側に、金属パッド１１ｆが形成されている。
【００６８】
本変形例のように、撮像素子１０を表面照射方式とする場合には、開口部１３ａは、シリコン基板１１ａを厚さ方向に貫通することによって形成される。また、撮像素子１０の支持面１０ｂは、シリコン基板１１ａの後方側を向く面であり、フレキシブルプリント配線板２０は、シリコン基板１１ａに接着剤２１によって接着され固定される。このような本変形例であっても、上述した本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００６９】
また、上述した本実施形態では、撮像素子１０の金属パッド１１ｆ上に金属バンプ１１ｇを形成し、金属バンプ１１ｇとフレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａとを接合しているが、金属バンプ１１ｇと金属線２０ａとの接続の形態は本実施形態に限られるものではない。
【００７０】
例えば、図１１に示すように、撮像素子１０の金属パッド１１ｆと、フレキシブルプリント配線板２０の金属線２０ａとが、直接接合される形態であってもよい。図１１に示す変形例では、金属バンプの形成が不要であるため、撮像ユニット１をより安価に製造することが可能となる。
【００７１】
また、上述した実施形態では、複数の金属パッド１１ｆは１列に配列されているが、図１２に示すように、複数の金属パッド１１ｆは千鳥状に配列される形態であってもよい。図１２に示すように複数の金属パッド１１ｆを千鳥状に配列すれば、複数の金属線２０ａ間の間隔を広めながら、金属パッド１１ｆの面積を大きくすることができるため、撮像素子１０とフレキシブルプリント配線板２０とを接着する際に許容される位置ずれ量を大きくすることができ、接着を容易に行うことが可能となる。
【００７２】
また、上述した本実施形態では、開口部１３ａを形成することによって露出した金属パッド１１ｆに、金属線２０ａを、金属バンプ１１ｇを介して接合、又は直接的に接合することにより両者を電気的に接続しているが、本発明はこれらの形態に限られるものではない。金属パッド１１ｆと金属線２０ａとの電気的な接続は、開口部１３ａ内において支持面１０ｂよりも金属パッド１１ｆに近い位置において行われる形態であればよい。
【００７３】
例えば、図１３及び図１４に示すように、支持基板１３に開口部１３ａを形成して露出させた金属パッド１１ｆに電気的に接続される再配線金属パッド１１ｈを、開口部１３ａの底面部上に新たに形成し、この再配線金属パッド１１ｈと金属線２０ａとを接合する形態であってもよい。
【００７４】
このように、金属配線層１１ｃとは異なる後の行程において再配線金属パッド１１ｈを形成するようにすれば、再配線金属パッド１１ｈの位置、寸法形状及び材料等を、金属配線層１１ｃを形成する行程における制約を受けること無く自由に定めることが可能である。例えば図１３に示すように、金属配線層１１ｃに形成される金属パッド１１ｆの面積に上限がある場合には、金属パッド１１ｆよりも面積の大きい再配線金属パッド１１ｈを後の行程において形成し、これに金属線２０ａを接合することによって、金属パッド１１ｆと金属線２０ａを容易に電気的に接続することができる。なお、再配線金属パッド１１ｈは、金属配線層１１ｃと同様にフォトリソグラフィー技術により形成されるものであってもよいし、導電性ペースト等を用いた印刷技術により形成されるものであってもよい。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００７６】
第１の実施形態では、金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の外縁部から外方に延出しているが、本実施形態では、図１５に示すように、金属線２０ａは、フレキシブルプリント配線板２０の周縁部の面上に形成されている。
【００７７】
そして、フレキシブルプリント配線板２０は、撮像素子１０の対物レンズ４とは反対側の面上に接着剤２１により接着された後に、金属線２０ａが形成された領域が開口部１３ａ内に入り込むように屈曲されている。そして、金属線２０ａと金属パッド１１ｆとが、例えば超音波接合や導電性接着剤によって電気的に接合されている。
【００７８】
このような本実施形態であれば、第１の実施形態のように、金属線２０ａをフレキシブルプリント配線板２０の外方に突出させて形成する必要が無いため、安価かつ容易にフレキシブルプリント配線板２０を製造することができる。また、本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。
【００７９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う撮像ユニット及びその製造方法と撮像ユニットを備えた内視鏡もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
上述のように、本発明は、フレキシブルプリント配線板に実装される撮像素子を具備する撮像ユニット及びその製造方法と撮像ユニットを備えた内視鏡に対して好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 撮像ユニット、
２ レンズ鏡筒、
３ 保持枠、
４ 対物レンズ、
１０ 撮像素子、
１０ａ 入射面、
１０ｂ 支持面、
１１ センサ基板、
１１ａ シリコン基板、
１１ｂ 受光部、
１１ｃ 金属配線層、
１１ｆ 金属パッド、
１１ｇ 金属バンプ、
１１ｈ 再配線金属パッド、
１２ ガラス基板、
１３ 支持基板、
１３ａ 開口部、
２０ フレキシブルプリント配線板、
２０ａ 金属線、
２１ 接着剤、
１０１ 内視鏡、
１０２ 挿入部、
１０３ 操作部、
１０４ ユニバーサルコード、
１０５ コネクタ部、
１０６ アングル操作ノブ、
１０８ 可撓管部、
１０９ 湾曲部、
１１０ 先端部、
１１０ａ 先端面、
１１１ 保持部、
１１１ａ 貫通孔、
１１１ｂ 貫通孔、
１１３ 照明光出射部、
１１４ 光ファイバ束、
１１５ 電気ケーブル、
１２０ 外部装置、
１２１ 画像表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットであって、
前記撮像素子は、
前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、
前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、
前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、
前記金属パッドを前記支持面側に露出させるように前記支持面から前記金属パッドに至るように凹設された開口部と、
を含み、
前記フレキシブルプリント配線板は、
前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、
前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、を含み、
前記撮像素子の前記支持面上に接着剤によって接着される
ことを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記撮像素子は、前記受光部の前記支持面側に前記金属配線層が配設され、前記金属配線層の前記金属パッドが設けられた面上に支持基板が接合されてなり、
前記開口部は、前記支持基板を厚さ方向に貫通するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記金属線は、前記フレキシブルプリント配線板の外縁部から外方に向かって延出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記金属線は、前記フレキシブルプリント配線板の前記撮像素子に接着される面上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記開口部を形成した後に前記開口部の底面部上の前記金属パッドとは離間した位置に形成され、前記金属パッドと電気的に接続された再配線金属パッドを有し、
前記金属パッドと前記金属線との電気的な接続は、前記再配線金属パッドを介して行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像ユニットを備える内視鏡。
【請求項７】
被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットの製造方法であって、
前記撮像素子は、
前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、
前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、
前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、
を含み、
前記フレキシブルプリント配線板は、
前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、
前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、
を含んでおり、
前記撮像素子の前記支持面に開口部を設けて、前記金属パッドを露出させる行程と、
前記撮像素子の前記支持面上に、前記フレキシブルプリント配線板を接着剤によって接着する行程と、
前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属線を前記金属パッドに電気的に接続する行程と、
を含むことを特徴とする撮像ユニットの製造方法。
【請求項１】
被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットであって、
前記撮像素子は、
前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、
前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、
前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、
前記金属パッドを前記支持面側に露出させるように前記支持面から前記金属パッドに至るように凹設された開口部と、
を含み、
前記フレキシブルプリント配線板は、
前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、
前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、を含み、
前記撮像素子の前記支持面上に接着剤によって接着される
ことを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記撮像素子は、前記受光部の前記支持面側に前記金属配線層が配設され、前記金属配線層の前記金属パッドが設けられた面上に支持基板が接合されてなり、
前記開口部は、前記支持基板を厚さ方向に貫通するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記金属線は、前記フレキシブルプリント配線板の外縁部から外方に向かって延出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記金属線は、前記フレキシブルプリント配線板の前記撮像素子に接着される面上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記開口部を形成した後に前記開口部の底面部上の前記金属パッドとは離間した位置に形成され、前記金属パッドと電気的に接続された再配線金属パッドを有し、
前記金属パッドと前記金属線との電気的な接続は、前記再配線金属パッドを介して行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像ユニットを備える内視鏡。
【請求項７】
被写体像を結像する対物レンズを透過した光を入射面側から受光する撮像素子、及び前記撮像素子の前記入射面とは反対側の面である支持面と接合されるフレキシブルプリント配線板を含む撮像ユニットの製造方法であって、
前記撮像素子は、
前記入射面側から受光した光を光電変換する複数のフォトダイオードからなる受光部と、
前記受光部に電気的に接続される金属配線層と、
前記金属配線層の前記支持面側の面上に設けられた金属パッドと、
を含み、
前記フレキシブルプリント配線板は、
前記撮像素子と電気的に接続される電子回路と、
前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属パッドと電気的に接続される金属線と、
を含んでおり、
前記撮像素子の前記支持面に開口部を設けて、前記金属パッドを露出させる行程と、
前記撮像素子の前記支持面上に、前記フレキシブルプリント配線板を接着剤によって接着する行程と、
前記開口部内の前記撮像素子の前記支持面よりも前記入射面に近い位置において、前記金属線を前記金属パッドに電気的に接続する行程と、
を含むことを特徴とする撮像ユニットの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−９８１８２（Ｐ２０１３−９８１８２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６３８８（Ｐ２０１１−２３６３８８）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
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