特許第6625630号(P6625630)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6625630撮像装置、内視鏡システムおよび撮像装置の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6625630
(24)【登録日】2019年12月6日
(45)【発行日】2019年12月25日
(54)【発明の名称】撮像装置、内視鏡システムおよび撮像装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H04N 5/225 20060101AFI20191216BHJP
   H01L 27/146 20060101ALI20191216BHJP
   A61B 1/04 20060101ALI20191216BHJP
   A61B 1/05 20060101ALI20191216BHJP
   A61B 1/12 20060101ALI20191216BHJP
   H01L 23/29 20060101ALI20191216BHJP
【FI】
   H04N5/225 500
   H01L27/146 D
   A61B1/04 530
   A61B1/05
   A61B1/12 540
   H04N5/225 700
   H01L23/36 A
【請求項の数】9
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2017-521339(P2017-521339)
(86)(22)【出願日】2015年5月29日
(86)【国際出願番号】JP2015065656
(87)【国際公開番号】WO2016194074
(87)【国際公開日】20161208
【審査請求日】2018年5月17日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000376
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(72)【発明者】
【氏名】関戸 孝典
【審査官】 北島 拓馬
(56)【参考文献】
【文献】 特開2004−008638(JP,A)
【文献】 国際公開第2012/169476(WO,A1)
【文献】 特開2000−115594(JP,A)
【文献】 特開2002−057921(JP,A)
【文献】 特開2001−025457(JP,A)
【文献】 特開平09−090237(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61B 1/00 − 1/32
G02B 23/24 −23/26
H04N 5/222− 5/257
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射された光を光電変換して電気信号を生成する受光部と、受光部が形成された面の裏面側に形成される複数のセンサ電極と、を有する撮像素子と、
少なくとも1枚の矩形状の基板と、前記基板に実装される1以上の電子部品と、前記電子部品を封止する封止樹脂からなり、前記基板の投影面と同一形状の断面を有する矩形柱状に成形された本体部と、表面に形成される基板電極と、裏面に形成されるケーブル電極と、前記基板上に立設され、前記基板電極と前記ケーブル電極の間を電気的に接続する複数のピンと、を有し、前記基板電極が前記撮像素子のセンサ電極と電気的および機械的に接続される中継基板と、
複数のケーブルと、前記ケーブルを固定するケーブル固定部材と、を有し、前記ケーブル固定部材の接続面上に露出する前記ケーブルの芯線の端面が前記中継基板の前記ケーブル電極と電気的および機械的に端面接続される集合ケーブルと、
を備え、前記中継基板、および前記集合ケーブルは、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に収まる大きさであって、
前記撮像素子の熱膨張係数、前記中継基板の熱膨張係数、前記集合ケーブルの熱膨張係数が、順に小さい、または順に大きい段階的な変化となることを特徴とする撮像装置。
【請求項2】
前記中継基板は、1枚の前記基板が前記撮像素子の光軸と直交するように配置されるとともに、前記基板の表面側に第1の中継部、裏面側に第2の中継部がそれぞれ形成され、
前記第1の中継部は、前記基板の表面に実装される第1の電子部品と、前記第1の電子部品を封止する第1の封止樹脂からなる第1の本体部と、前記第1の本体部の表面に設けられる前記基板電極と、前記基板の表面上に立設される複数の第1のピンと、を有し、
前記第2の中継部は、前記基板の裏面に実装される第2の電子部品と、前記第2の電子部品を封止する第2の封止樹脂からなる第2の本体部と、前記第2の本体部の裏面に設けられる前記ケーブル電極と、前記基板の裏面上に立設される複数の第2のピンと、を有し、
前記撮像素子の熱膨張係数、前記第1の封止樹脂の熱膨張係数、前記第2の封止樹脂の熱膨張係数、前記集合ケーブルの熱膨張係数が、順に小さい、または順に大きい段階的な変化となることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
【請求項3】
記光軸方向に直交する面での前記基板電極と前記ケーブル電極の配置位置が異なることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
【請求項4】
前記中継基板は、前記基板上に配置され、前記センサ電極および/または前記芯線と電気的に接続されない複数のダミーピンを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の撮像装置。
【請求項5】
前記ダミーピンは、前記基板に実装される電子部品のうち、放熱量の大きい前記電子部品の周囲に立設されることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
【請求項6】
前記ダミーピンは、前記本体部の側面のうち、前記光軸方向と平行な側面に露出するよう設けられることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
【請求項7】
前記ダミーピンは、前記基板に実装される電子部品のうち、放熱量の大きい前記電子部品から引き出されたパターン上に立設することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
【請求項8】
生体内に挿入され、生体内を撮像する内視鏡システムにおいて、
請求項1〜7のいずれか一つに記載の撮像装置を先端部に備えた内視鏡を有することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項9】
請求項1〜7のいずれか一つに記載の撮像装置の製造方法であって、
前記中継基板の母基板を製造する母基板製造工程と、
複数の受光部およびセンサ電極が形成されており、ウエハの前記センサ電極と、前記母基板の表面に形成された基板電極とを接続する第1の接続工程と、
前記集合ケーブルが前記ケーブル固定部材で連結される大集合ケーブルの接続面上に露出する前記ケーブルの芯線と、前記母基板の裏面に形成されたケーブル電極とを接続する第2の接続工程と、
前記ウエハ、前記母基板および前記大集合ケーブルを、前記受光部の光軸方向と平行にダイシングして、撮像装置を形成するダイシング工程と、
を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の先端に設けられて被検体内を撮像する撮像装置、撮像装置を使用した内視鏡システム、および撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、医療分野および工業分野において、各種検査のために内視鏡システムが広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡システムは、患者等の被検体内に、先端部に撮像装置が内蔵された可撓性を有する細長の挿入部を挿入することによって、被検部位の観察等を行うことができるものである。このような内視鏡システムでは、被検体への導入のしやすさを考慮し、挿入部の細径化が求められている。
【0003】
内視鏡システムで使用される内視鏡の挿入部先端には、撮像素子と、該撮像素子の駆動回路を構成するコンデンサやICチップ等の電子部品が実装された回路基板を含む撮像装置が嵌め込まれ、撮像装置の回路基板にはケーブルが半田付けされている。
【0004】
近年、ケーブルの信号線の接続作業の簡易化や接続部分の信頼性を向上するとともに、細径化を可能とする技術として、種々の撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1〜2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014−110847号公報
【特許文献2】特開2013−118337号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1では、撮像素子と第1の配線板とを主面同士が平行となるように接続し、第2の配線板を第1の配線板に対し垂直となるように接続し、第2の配線板上に電子部品やケーブルを接続している。特許文献1では、ケーブルの導線の側面で端子と接続するため、接続面積を稼ぐことができ接続の信頼性が高いものの、接続に要する領域が大きくなるため、硬質部分の長さが長くなり、小型化が難しいという問題を有している。
【0007】
特許文献2では、撮像素子と配線板とを主面同士が平行となるように接続し、前記配線板の前記撮像素子と接続する面の裏面側に、複数の導線を有するケーブルを端面接続している。特許文献2では、配線板とケーブルとの接続部を封止樹脂で保護することにより接続の信頼性を向上しているが、使用の際撮像素子からの放熱により接続部分に熱応力が加わった場合に、接続の信頼性が低下するおそれがある。また、特許文献2では、撮像素子を駆動する電子部品の実装については何ら考慮されておらず、電子部品を実装するためには、装置が大型化するおそれがある。
【0008】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化可能であって、接続の信頼性にも優れる撮像装置、内視鏡システムおよび撮像装置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】
【0009】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、入射された光を光電変換して電気信号を生成する受光部と、受光部が形成された面の裏面側に形成される複数のセンサ電極と、を有する撮像素子と、少なくとも1枚の矩形状の基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記電子部品を封止する封止樹脂からなり、前記基板の投影面と同一形状の断面を有する矩形柱状に成形された本体部と、表面に形成される基板電極と、裏面に形成されるケーブル電極と、前記基板上に立設され、前記基板電極と前記ケーブル電極の間を電気的に接続する複数のピンと、を有し、前記基板電極が前記撮像素子のセンサ電極と電気的および機械的に接続される中継基板と、複数のケーブルと、前記ケーブルを固定するケーブル固定部材と、を有し、前記ケーブル固定部材の接続面上に露出する前記ケーブルの芯線が前記中継基板の前記ケーブル電極と電気的および機械的に接続される集合ケーブルと、を備え、前記撮像素子の熱膨張係数、前記中継基板の熱膨張係数、前記集合ケーブルの熱膨張係数が、順に小さい、または順に大きい段階的な変化となることを特徴とする。
【0010】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記中継基板は、1枚の前記基板が前記撮像素子の光軸と直交するように配置されるとともに、前記基板の表面側に第1の中継部、裏面側に第2の中継部がそれぞれ形成され、前記第1の中継部は、前記基板の表面に実装される第1の電子部品と、前記第1の電子部品を封止する第1の封止樹脂からなる第1の本体部と、前記第1の本体部の表面に設けられる前記基板電極と、前記基板の表面上に立設される複数の第1のピンと、を有し、前記第2の中継部は、前記基板の裏面に実装される第2の電子部品と、前記第2の電子部品を封止する第2の封止樹脂からなる第2の本体部と、前記第2の本体部の裏面に設けられる前記ケーブル電極と、前記基板の裏面上に立設される複数の第2のピンと、を有し、前記撮像素子の熱膨張係数、前記第1の封止樹脂の熱膨張係数、前記第2の封止樹脂の熱膨張係数、前記集合ケーブルの熱膨張係数が、順に小さい、または順に大きい段階的な変化となることを特徴とする。
【0011】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記中継基板、および前記集合ケーブルは、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に収まる大きさであって、光軸方向に直交する面での前記基板電極と前記ケーブル電極の配置位置が異なることを特徴とする。
【0012】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記中継基板は、前記基板上に配置され、前記センサ電極および/または前記芯線と電気的に接続されない複数のダミーピンを有することを特徴とする。
【0013】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記ダミーピンは、前記基板に実装される電子部品のうち、放熱量の大きい前記電子部品の周囲に立設されることを特徴とする。
【0014】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記ダミーピンは、前記本体部の側面のうち、前記光軸方向と平行な側面に露出するよう設けられることを特徴とする。
【0015】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記ダミーピンは、前記基板に実装される電子部品のうち、放熱量の大きい前記電子部品から引き出されたパターン上に立設することを特徴とする。
【0016】
また、本発明にかかる内視鏡システムは、生体内に挿入され、生体内を撮像する内視鏡システムにおいて、上記のいずれか一つに記載の撮像装置を先端部に備えた内視鏡を有することを特徴とする。
【0017】
また、本発明にかかる撮像装置の製造方法は、上記のいずれか一つに記載の撮像装置の製造方法であって、前記中継基板の母基板を製造する母基板製造工程と、複数の受光部およびセンサ電極が形成されたウエハの前記センサ電極と、前記母基板の表面に形成された基板電極とを接続する第1の接続工程と、前記集合ケーブルが前記ケーブル固定部材で連結される大集合ケーブルの接続面上に露出する前記ケーブルの芯線と、前記母基板の裏面に形成されたケーブル電極とを接続する第2の接続工程と、前記ウエハ、前記母基板および前記大集合ケーブルを、前記受光部の光軸方向と平行にダイシングして、撮像装置を形成するダイシング工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、小型化、かつ接続の信頼性が高い撮像装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1図1は、本実施の形態1にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。
図2A図2Aは、図1の内視鏡で使用する撮像装置の斜視図である。
図2B図2Bは、図2Aの撮像装置の分解斜視図である。
図3図3は、図2Aおよび図2Bの撮像装置の断面図である。
図4A図4Aは、実施の形態1にかかる撮像装置の製造方法を説明する図である。
図4B図4Bは、実施の形態1にかかる撮像装置の製造方法を説明する図である。
図4C図4Cは、実施の形態1にかかる撮像装置の製造方法を説明する図である。
図4D図4Dは、実施の形態1にかかる撮像装置の製造方法を説明する図である。
図4E図4Eは、実施の形態1にかかる撮像装置の製造方法を説明する図である。
図5図5は、本実施の形態1の変形例1にかかる撮像装置の断面図である。
図6図6は、本実施の形態1の変形例2にかかる撮像装置の断面図である。
図7図7は、本実施の形態2にかかる中継基板の斜視図である。
図8図8は、本実施の形態2の変形例1にかかる中継基板の斜視図である。
図9図9は、本実施の形態2に変形例2かかる中継基板の斜視図である。
図10図10は、本実施の形態2変形例3にかかる中継基板の斜視図である。
図11図11は、本実施の形態2の変形例4にかかる中継基板の斜視図である。
図12図12は、本実施の形態2の変形例5にかかる中継基板の斜視図である。
図13図13は、本実施の形態3にかかる中継基板の斜視図である。
図14図14は、本実施の形態3の変形例1にかかる中継基板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下の説明では、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)として、撮像モジュールを備えた内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
【0021】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる内視鏡システム1は、被検体内に導入され、被検体の体内を撮像して被検体内の画像信号を生成する内視鏡2と、内視鏡2が撮像した画像信号に所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム1の各部を制御する情報処理装置3(外部プロセッサ)と、内視鏡2の照明光を生成する光源装置4と、情報処理装置3による画像処理後の画像信号を画像表示する表示装置5と、を備える。
【0022】
内視鏡2は、被検体内に挿入される挿入部6と、挿入部6の基端部側であって術者が把持する操作部7と、操作部7より延伸する可撓性のユニバーサルコード8と、を備える。
【0023】
挿入部6は、照明ファイバ(ライトガイドケーブル)、電気ケーブルおよび光ファイバ等を用いて実現される。挿入部6は、後述する撮像ユニットを内蔵した先端部6aと、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部6bと、湾曲部6bの基端部側に設けられた可撓性を有する可撓管部6cと、を有する。先端部6aには、照明レンズを介して被検体内を照明する照明部、被検体内を撮像する観察部、処理具用チャンネルを連通する開口部および送気・送水用ノズル(図示せず)が設けられている。
【0024】
操作部7は、湾曲部6bを上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ7aと、被検体の体腔内に生体鉗子、レーザメス等の処置具が挿入される処置具挿入部7bと、情報処理装置3、光源装置4、送気装置、送水装置および送ガス装置等の周辺機器の操作を行う複数のスイッチ部7cと、を有する。処置具挿入部7bから挿入された処置具は、内部に設けられた処置具用チャンネルを経て挿入部6先端の開口部6dから表出する。
【0025】
ユニバーサルコード8は、照明ファイバ、ケーブル等を用いて構成される。ユニバーサルコード8は、基端で分岐しており、分岐した一方の端部がコネクタ8aであり、他方の基端がコネクタ8bである。コネクタ8aは、情報処理装置3のコネクタに対して着脱自在である。コネクタ8bは、光源装置4に対して着脱自在である。ユニバーサルコード8は、光源装置4から出射された照明光を、コネクタ8b、および照明ファイバを介して先端部6aに伝播する。また、ユニバーサルコード8は、後述する撮像装置が撮像した画像信号を、ケーブルおよびコネクタ8aを介して情報処理装置3に伝送する。
【0026】
情報処理装置3は、コネクタ8aから出力される画像信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム1全体を制御する。
【0027】
光源装置4は、光を発する光源や、集光レンズ等を用いて構成される。光源装置4は、情報処理装置3の制御のもと、光源から光を発し、コネクタ8bおよびユニバーサルコード8の照明ファイバを介して接続された内視鏡2へ、被写体である被検体内に対する照明光として供給する。
【0028】
表示装置5は、液晶または有機EL(Electro Luminescence)を用いた表示ディスプレイ等を用いて構成される。表示装置5は、映像ケーブル5aを介して情報処理装置3によって所定の画像処理が施された画像を含む各種情報を表示する。これにより、術者は、表示装置5が表示する画像(体内画像)を見ながら内視鏡2を操作することにより、被検体内の所望の位置の観察および性状を判定することができる。
【0029】
次に、撮像装置の構成について詳細に説明する。図2Aは、図1の内視鏡で使用する撮像装置の斜視図である。図2Bは、図2Aの撮像装置の分解斜視図である。図3は、図2Aおよび図2Bの撮像装置の断面図である。
【0030】
図2に示すように、実施の形態1にかかる撮像装置100は、撮像素子10と、中継基板20と、集合ケーブル30と、を備える。
【0031】
撮像素子10は、ガラス11が撮像素子チップ12に貼り付けられた構造となっている。レンズユニットが集光した光はガラス11の表面であるf1面を介して、受光部12aを備える撮像素子チップ12の受光面に入射する。撮像素子10のf2面(裏面)にはセンサ電極13、およびはんだ等からなるバンプ14が形成されている。撮像素子10は、ウエハ状態の撮像素子チップ12に、配線、電極形成、樹脂封止、およびダイシングをして、最終的に撮像素子チップ12の大きさがそのままパッケージの大きさとなるCSP(Chip size package)であることが好ましい。
【0032】
中継基板20は、2枚の同一矩形状の基板21および23と、基板23に実装される電子部品28と、電子部品28を封止する封止樹脂からなり、基板21および23の投影面と同一形状の矩形柱状に成形された本体部22と、表面であるf3面に形成される基板電極26と、裏面であるf4面に形成されるケーブル電極24と、基板23上に立設され、基板電極26とケーブル電極24の間を電気的に接続する複数のピン27と、を有する。中継基板20は、基板電極26とケーブル電極24の光軸方向に直交する面での配置位置を変えることにより、再配線機能を有している。なお、基板電極26とケーブル電極24の光軸方向に直交する面での配置位置は同一とし、基板21または23の配線により配列変更をしてもよい。中継基板20は、基板21および23が、撮像素子10の光軸と直交するように(撮像素子10と平行)配置されて基板電極26が撮像素子10のセンサ電極13とバンプ14を介して電気的および機械的に接続されている。
【0033】
本体部22を構成する封止樹脂は、絶縁性の熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂が使用される。基板21および23には、図示しないビアや貫通電極、または配線が形成され、ピン27と接続される。電子部品28は、基板21に実装されていてもよい。本実施の形態1では、基板21に形成された基板電極26により撮像素子10と接続しているが、基板21を設けることなく、端面に露出したピン27、またはピン27上に形成した基板電極26により撮像素子10と接続してもよい。また、基板21に電子部品28およびピン27を接続し、基板23を設けることなく、端面に露出したピン27、またはピン27上に形成したケーブル電極24により撮像素子10と接続してもよい。なお、図示していないが、センサ電極13と基板電極26との接続部には、接続の信頼性向上を目的として封止樹脂が充填されている。
【0034】
集合ケーブル30は、9本のケーブル31と、ケーブル31を固定するケーブル固定部材32と、を有する。
【0035】
ケーブル31は、導電性の芯線34と、芯線34の外周を被覆する絶縁体35とからなる。ケーブル31の先端側は、絶縁体35を所定の長さストリップして、芯線34が露出している。
【0036】
ケーブル固定部材32は、露出した芯線34を固定するものであり、絶縁性の熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂が使用される。ケーブル固定部材32の接続面であるf5面には、ケーブル31の芯線34の端面が露出し、露出した芯線端部が中継基板20のケーブル電極24とバンプ25を介して電気的および機械的に接続されている。なお、図示していないが、ケーブル電極24とケーブル31の芯線34の端部との接続部には、接続の信頼性向上を目的として封止樹脂が充填されている。
【0037】
上記したように、センサ電極13と基板電極との接続部、およびケーブル電極24とケーブル31の芯線34の端部との接続部を封止樹脂で封止して接続部の断線を防止しているが、撮像素子10や電子部品等の発熱により環境温度が上昇した場合、撮像素子10、中継基板20、および集合ケーブル30に使用される材料の熱膨張係数の差により、接続部に大きな熱応力が加わり、接続部にクラックが生じたり、断線が生じるおそれがある。本実施の形態1では、接続部に加わる熱応力低減するために、撮像素子10の熱膨張係数、中継基板20の熱膨張係数、集合ケーブル30の熱膨張係数が、順に小さく、または順に大きくなるように材料を選択する。中継基板20の熱膨張係数には本体部22を構成する封止樹脂の熱膨張係数が最も寄与し、集合ケーブル30の熱膨張係数にはケーブル固定部材32を構成する樹脂が最も寄与する。したがって、撮像素子10の熱膨張係数、本体部22を構成する封止樹脂の熱膨張係数、ケーブル固定部材32を構成する樹脂の熱膨張係数が、順に小さく、または順に大きくなるように材料を選択すればよい。ここで、接続部に加わる熱応力を低減するためには、隣接する材料間の熱膨張係数に大きな差が生じないように、連続して配置される各部材の熱膨張係数を段階的に変化するようにすれば良いので、例えば、撮像素子10の熱膨張係数をα1、本体部22を構成する封止樹脂の熱膨張係数をα2、ケーブル固定部材32を構成する樹脂の熱膨張係数をα3とした場合、α1≧α2≧α3、α1≦α2≦α3を満たせばよい。したがって、α1=α2=α3を含みうるものであり、α1>α2=α3、α1=α2>α3等、上記の式を満たすものを含む。このような連続して配置される各部材の熱膨張係数の変化を「段階的な変化」として以下では説明する。
【0038】
次に、図を参照して、撮像装置100の製造方法について説明する。図4A図4Eは、実施の形態1にかかる撮像装置100の製造方法を説明する図である。なお、図4A図4Eにおいては、センサ電極13やケーブル電極24、ケーブル31等の数を低減して、図面を簡略化している。
【0039】
まず、図4Aに示すように、ガラス板111と接続された、複数の受光部12aおよびセンサ電極13が形成されたウエハ112をステージ50上に載置し、センサ電極13上にバンプ14を形成する。
【0040】
ケーブル電極24が複数形成された基板123の裏面側に複数の電子部品28およびピン27を実装し、電子部品28およびピン27を封止樹脂で封止して本体部122を形成し、本体部122のピン27の端部が露出する側と基板121とを接続して中継基板20の母基板120を製造する(図4B参照)。
【0041】
その後、図4Aに示す、バンプ14を形成したウエハ112上に、図4Bに示すように母基板120を載置し、センサ電極13と基板電極26とをバンプ14により接続する(第1の接続工程)。
【0042】
端部の絶縁体35をストリップされた複数のケーブル31を、ケーブル固定部材132で固定した大集合ケーブル130を製造する(図4D参照)。
【0043】
図4Cに示すように、ケーブル電極24上にバンプ25を形成し、図4Dに示すように、ケーブル固定部材132で連結される大集合ケーブル130の接続面上に露出するケーブル31の芯線34と、母基板120の裏面に形成されたケーブル電極24とを、バンプ25を介して接続する(第2の接続工程)。
【0044】
ウエハ112、母基板120および大集合ケーブル130を接続後、図4Eに点線で示す位置をダイシングして撮像装置100に個片化する。
【0045】
上記のように製造することにより、多数の撮像装置100をより安価に製造することができる。なお、個片化された撮像素子10、中継基板20および集合ケーブル30を接続して撮像装置100を製造することもできるが、接続は、集合ケーブル30と中継基板20とを接続後、中継基板20に撮像素子10を接続することが好ましい。この順番に接続することにより、接続の際に不良が発生した場合の廃棄コストが低減できるためである。
【0046】
本実施の形態1では、撮像素子10の光軸方向の投影面内に中継基板20および集合ケーブル30を収め、かつ、集合ケーブル30を中継基板20に端面接続するため、撮像装置100を小型化することができる。また、撮像素子10、中継基板20および集合ケーブル30の熱膨張係数を順に小さく、または順に大きく段階的な変化となることにより、撮像素子10、中継基板20および集合ケーブル30の接続部に加わる熱応力を低減するため、接続の信頼性を向上することができる。
【0047】
なお、上記の実施の形態1の中継基板20は2枚の基板21および23を使用しているが、1枚の基板の両面にそれぞれ本体部を設けたものであってもよい。図5は、本実施の形態1の変形例1にかかる撮像装置の断面図である。
【0048】
本実施の形態1の変形例1の撮像装置100Aにおいて、中継基板20Aの基板21のf3面に第1の中継部20A−1、f4面に第2の中継部20A−2が形成される。第1の中継部20A−1は、基板21のf3面に実装される電子部品28A−1と、基板21のf3面に立設される複数の第1のピン27A−1と、電子部品28A−1及び第1のピン27A−1を封止する第1の封止樹脂からなる第1の本体部22A−1と、第1の本体部22A−1の表面に形成される基板電極26と、を有する。第2の中継部20A−2は、基板21のf4面に実装される電子部品28A−2と、基板21のf4面に立設される複数の第2のピン27A−2と、電子部品28A−2及び第2のピン27A−2を封止する第2の封止樹脂からなる第2の本体部22A−2と、第2の本体部22A−2の裏面に形成されるケーブル電極24と、を有する。電子部品28A−1と電子部品28A−2は、同一の部品でも、異なる部品でもよい。
【0049】
撮像装置100Aでは、撮像素子10の熱膨張係数、第1の本体部22A−1を構成する第1の封止樹脂の熱膨張係数、第2の本体部22A−2を構成する第2の封止樹脂の熱膨張係数、集合ケーブル30(ケーブル固定部材32を構成する樹脂)の熱膨張係数が、順に小さく、または順に大きく段階的な変化となるよう、材料が選択されることが好ましい。実施の形態1の変形例1では、より多くの電子部品を実装できるとともに、接続部の信頼性をさらに向上することができる。なお、電子部品の実装数をさらに増やしたい場合には、基板を2枚用いて、3つの本体部としてもよい。
【0050】
また、中継基板は、基板が撮像素子10の光軸と平行になるように配置してもよい。図6は、本実施の形態1の変形例2にかかる撮像装置の断面図である。
【0051】
本実施の形態1の変形例2の撮像装置100Bにおいて、中継基板20Bの基板21Bは、撮像素子10の光軸と平行になるよう配置される。中継基板20Bの上面側に第1の中継部20B−1、下面側に第2の中継部20B−2が形成されている。第1の中継部20B−1は、基板21Bの上面に実装される電子部品28B−1と、基板21Bの上面に立設され、屈曲部により屈曲してf3面側に端面が露出する複数の第1のピン27B−1と、基板21Bの上面に立設され、屈曲部により屈曲してf4面側に端面が露出する複数の第1のピン27B−1’と、電子部品28B−1、第1のピン27B−1及び第1のピン27B−1’を封止する第1の封止樹脂からなる第1の本体部22B−1と、を有する。第2の中継部20B−2は、基板21Bの下面に実装される電子部品28B−2と、基板21Bの下面に立設され、屈曲部により屈曲してf3面側に端面が露出する複数の第2のピン27B−2と、基板21Bの下面に立設され、屈曲部により屈曲してf4面側に端面が露出する複数の第2のピン27B−2’と、電子部品28B−2、第2のピン28B−1及び第2のピン28B−1’を封止する第2の封止樹脂からなる第2の本体部22B−2と、を有する。第1の本体部22B−1を構成する第1の封止樹脂と第2の本体部22B−2を構成する第2の封止樹脂は同程度の熱膨張係数は同程度の熱膨張係数であることが好ましく、同一の封止樹脂を使用することがより好ましい。
【0052】
f3面に露出する第1のピン27B−1および第2のピン27B−2の端部上には、基板電極26が形成され、センサ電極13とバンプ14を介して接続される。f4面に露出する第1のピン27B−1’および第2のピン27B−2’の端部上には、ケーブル電極24が形成され、ケーブル31の芯線34とバンプ25を介して接続される。
【0053】
撮像装置100Bでは、撮像素子10の熱膨張係数、第1の本体部22B−1を構成する第1の封止樹脂の熱膨張係数(第2の本体部22B−2を構成する第2の封止樹脂の熱膨張係数)、集合ケーブル30(ケーブル固定部材32を構成する樹脂)の熱膨張係数が、順に小さく、または順に大きく段階的な変化となるよう、材料が選択されることにより、接続部の信頼性を向上することができる。また、実施の形態1の変形例2では、より多くの電子部品の実装も可能となる。
【0054】
(実施の形態2)
実施の形態2では、中継基板の基板上にセンサ電極および/または芯線と電気的に接続されない複数のダミーピンを有する。図7は、本実施の形態2にかかる中継基板の斜視図である。図7では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および撮像素子10側の基板21の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0055】
中継基板20Cでは、基板23の四隅にピン27が立設され、中央部に電子部品28が実装されている。ピン27と電子部品28とは、配線15により接続されている。基板23の長辺上に、センサ電極および/または芯線と電気的に接続されない複数のダミーピン29が電子部品28を中心として対象に立設されている。ダミーピン29は、ピン27と同一材料、すなわち電気伝導性および熱伝導性に優れる金属材料であって、中継基板20Cの本体部を構成する封止樹脂より剛性が大きいものである。
【0056】
実施の形態2のように中継基板20C内にダミーピン29を立設することにより、中継基板20Cの剛性が向上するとともに、フィラーとしての機能を果たすことにより、熱負荷が加わった際の反り等を防止でき、接続部の信頼性を向上することができる。
【0057】
また、ダミーピンを中継基板の応力が集中する箇所に立設し、電気的および機械的にセンサ電極および/または芯線と接続するピンを、応力が集中する箇所を避けて立設してもよい。図8は、本実施の形態2の変形例1にかかる中継基板の斜視図である。図8では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および撮像素子10側の基板21の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0058】
中継基板20Dでは、応力が集中する基板23の四隅にダミーピン29が立設される。応力が集中しない基板23の長辺上に、ピン27が立設され、基板23の中央部に実装される電子部品28と配線15により接続されている。
【0059】
実施の形態2の変形例1では、中継基板20D内の応力集中箇所にダミーピン29を立設することにより、中継基板20Dの剛性を向上するとともに、ピン27を応力が集中しない箇所に立設するため、接続の信頼性を向上することができる。また、ピンおよびダミーピンは、フィラーとしての機能を果たすため、熱負荷が加わった際の反り等を防止でき、接続部の信頼性をさらに向上することができる。
【0060】
さらに、基板上に実装される電子部品の実装位置に偏りがある場合、電子部品の実装位置の偏りにより応力が集中する箇所にダミーピンを配置することが好ましい。図9は、本実施の形態2の変形例2にかかる中継基板の斜視図である。図9では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および撮像素子10側の基板21の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0061】
中継基板20Eでは、基板23の四隅にピン27が立設されるとともに、複数の電子部品28が基板23の一辺側に偏って実装されている。また、基板23の中心に対し電子部品28と対称な位置にダミーピン29が立設される。
【0062】
実施の形態2の変形例2では、電子部品28と対称な位置にダミーピンを立設することにより、中継基板20E内の応力のバランスをとることができ、剛性が向上する。また、ピンおよびダミーピンは、フィラーとしての機能を果たすため、熱負荷が加わった際の反り等を防止でき、接続部の信頼性を向上することができる。
【0063】
また、基板23に放熱量が大きい電子部品が実装される場合、該電子部品の周囲にダミーピン29を立設して放熱させてもよい。図10は、本実施の形態2の変形例3にかかる中継基板の斜視図である。図10では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および撮像素子10側の基板21の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0064】
中継基板20Fでは、基板23の四隅にピン27が立設されるとともに、複数の電子部品28と、電子部品28より放熱量が大きい電子部品28Fが実装されている。電子部品28Fの周囲には、センサ電極および/または芯線と電気的に接続されない複数のダミーピン29が立設されている。
【0065】
ダミーピン29は、ピン27と同一材料、すなわち電気伝導性および熱伝導性に優れる金属材料であって、中継基板20Fの本体部を構成する封止樹脂より剛性および熱伝導性に優れるものである。熱伝導性に優れるダミーピン29を電子部品28Fの周囲に配置することにより、電子部品28Fが放熱した熱をダミーピン29により中継基板20F外に放熱できる。これにより、中継基板20Fの熱応力の負荷を軽減でき、接続部の信頼性を向上できる。
【0066】
さらにまた、基板23に放熱量が大きい電子部品が実装される場合、電子部品から引き回される配線15上にダミーピン29を配置してもよい。図11は、本実施の形態2の変形例4にかかる中継基板の斜視図である。図11では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および撮像素子10側の基板21の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0067】
中継基板20Gでは、基板23の四隅にピン27が立設されるとともに、複数の電子部品28と、電子部品28より放熱量が大きい電子部品28Gが実装されている。また、電子部品28Gから引き回される配線15上にダミーピン29が立設されている。
【0068】
熱伝導性に優れるダミーピン29を電子部品28Gから引き回される配線15上に配置することにより、電子部品28Gが放熱した熱を、配線15を介してダミーピン29が中継基板20G外に放熱できる。これにより、中継基板20Gの熱応力の負荷を軽減でき、接続部の信頼性を向上できる。また、ダミーピン29の剛性により、中継基板20Gの剛性を向上することができる。
【0069】
また、ダミーピンは、本体部の光軸方向と平行な側面に露出するよう立設してもよい。図12は、本実施の形態2の変形例5にかかる中継基板の斜視図である。図12では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および基板21上の基板電極の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0070】
中継基板20Hでは、基板23の四隅にピン27が立設されるとともに、複数の電子部品28−2が実装されている。また、基板21にも電子部品28−1が実装されている。中継基板20Hの本体部の光軸方向と平行な対向する2つの側面に、ダミーピン29Hが露出するように立設されている。ダミーピン29Hは半円柱形状をなしているが、ダミーピン29Hの形状はこれに限定するものではなく、例えば、矩形柱の1つの側面が露出しているものでもよい。
【0071】
熱伝導性に優れるダミーピン29Hを本体部の側面に露出するように配置することにより、電子部品28−1および28−2が放熱した熱を、中継基板20Hの側面側にさらに効率よく放熱できる。これにより、中継基板20Hの熱応力の負荷を軽減でき、接続部の信頼性を向上できる。また、ダミーピン29Hの剛性により、中継基板20Hの剛性を向上することができる。
【0072】
(実施の形態3)
実施の形態3では、ダミーピンが本体部の光軸方向と平行な側面に露出するよう横設されている。図13は、本実施の形態3にかかる中継基板の斜視図である。図13では、発明の理解のために、第1の本体部および第2の本体部を構成する封止樹脂の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0073】
本実施の形態3の中継基板220において、基板221のf3面に第1の中継部220−1、f4面に第2の中継部220−2が形成される。第1の中継部220−1には、基板221のf3面に電子部品228−1が実装されるとともに、複数の第1のピン227−1が立設される。また、電子部品228−1を挟んだ対向する位置に、複数のダミーピン229−1が横設されている。また、第2の中継部220−2には、基板221のf4面に電子部品228−2が実装されるとともに、複数の第2のピン227−2が立設される。また、電子部品228−2を挟んだ対向する位置に、複数のダミーピン229−2が横設されている。ダミーピン229−1および229−2の端面は、第1の本体部および第2の本体部の光軸方向と平行な側面に露出する。
【0074】
実施の形態3では、熱伝導性に優れるダミーピン229−1および229−2を横設して、第1の本体部および第2の本体部の側面に露出するように配置することにより、電子部品228−1および228−2が放熱した熱を、中継基板220の側面側にさらに効率よく放熱できる。これにより、中継基板220の熱応力の負荷を軽減でき、接続部の信頼性を向上できる。
【0075】
また、2枚の基板を使用した中継基板においても、各基板にダミーピンを横設することにより、中継基板の側面方向に放熱させてもよい。図14は、本実施の形態3の変形例1にかかる中継基板の斜視図である。図14では、発明の理解のために、本体部を構成する封止樹脂および基板221上に形成される基板電極の図示を省略している。また、以下説明する中継基板は、実施の形態1の中継基板と同様に、撮像素子10および集合ケーブル30と接続されて撮像装置として使用される。
【0076】
本実施の形態3の変形例1にかかる中継基板220Aにおいて、基板221上には複数の電子部品228−1が実装されるとともに、基板223上に複数の電子部品228−2が実装されている。対向する基板221と223との間には、複数のピン227が配置されている。また、電子部品228−1を挟んだ対向する位置に、複数のダミーピン229−1が横設されるとともに、電子部品228−2を挟んだ対向する位置に、複数のダミーピン229−2が横設されている。ダミーピン229−1および229−2の端面は、本体部の光軸方向と平行な側面に露出する。
【0077】
実施の形態3の変形例1では、熱伝導性に優れるダミーピン229−1および229−2を横設して、本体部の側面に露出するように配置することにより、電子部品228−1および228−2が放熱した熱を、中継基板220Aの側面側にさらに効率よく放熱できる。これにより、中継基板220Aの熱応力の負荷を軽減でき、接続部の信頼性を向上できる。
【符号の説明】
【0078】
1 内視鏡システム
2 内視鏡
3 情報処理装置
4 光源装置
5 表示装置
6 挿入部
6a 先端部
6b 湾曲部
6c 可撓管部
6d 開口部
7 操作部
7a 湾曲ノブ
7b 処置具挿入部
7c スイッチ部
8 ユニバーサルコード
8a、8b コネクタ
10 撮像素子
11 ガラス
12 撮像素子チップ
13 センサ電極
14、25 バンプ
20 中継基板
21、23 基板
22 本体部
24 ケーブル電極
26 基板電極
30 集合ケーブル
31 ケーブル
32 ケーブル固定部材
34 芯線
35 絶縁体
100、100A、100B 撮像装置
図1
図2A
図2B
図3
図4A
図4B
図4C
図4D
図4E
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14