JP5985917B2 - Endoscope with substrate heat dissipation device - Google Patents
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Description
本発明は、基板に接続された部品が発する熱を放熱する装置を備えた内視鏡に関する。
The present invention relates to an endoscope provided with a device that dissipates heat generated by a component connected to a board.
人体に挿入されて体内の画像を撮像する内視鏡と、内視鏡から画像信号を受信して表示する内視鏡プロセッサが知られている。このような内視鏡は先端に撮像素子を備え、撮像素子が出力した画像信号を内視鏡プロセッサに出力する。撮像素子は種々の部品と共に基板に取り付けられ、内視鏡に固定される。基板に取り付けられた撮像素子及び部品は、動作時に熱を発する。撮像素子及び部品が発した熱により素子自体が動作不良や破壊を起こしたり、最悪の場合には体内が火傷することを防ぐために、効率的に熱を放熱する種々の構成が知られている。特許文献1は、固体撮像素子の裏面に取り付けられた伝熱バンプと、プリント基板に積層して設けられる放熱層と、プリント基板の厚さ方向に埋め込まれた受熱部とを有する撮像ユニットを開示する。固体撮像素子が生じた熱は伝熱バンプと受熱部を介して放熱層に伝えられ、放熱層を介してプリント基板の外部に排出される。特許文献2は、プリント基板に積層して設けられるヒートシンク層に同軸ケーブルの外部導体を接続して、電気回路等が発した熱を外部導体に伝達して放熱する放熱構造を開示する。 An endoscope that is inserted into a human body and captures an image inside the body, and an endoscope processor that receives and displays an image signal from the endoscope are known. Such an endoscope includes an image sensor at the tip, and outputs an image signal output from the image sensor to the endoscope processor. The image sensor is attached to the substrate together with various components, and is fixed to the endoscope. The image sensor and components attached to the substrate generate heat during operation. Various configurations are known that efficiently dissipate heat in order to prevent malfunction and destruction of the element itself due to heat generated by the imaging element and components, and in the worst case, burns in the body. Patent Document 1 discloses an imaging unit having a heat transfer bump attached to the back surface of a solid-state imaging device, a heat dissipation layer provided by being stacked on the printed circuit board, and a heat receiving part embedded in the thickness direction of the printed circuit board. To do. The heat generated by the solid-state imaging device is transmitted to the heat dissipation layer via the heat transfer bump and the heat receiving portion, and is discharged to the outside of the printed circuit board via the heat dissipation layer. Patent Document 2 discloses a heat dissipation structure in which an external conductor of a coaxial cable is connected to a heat sink layer provided by being laminated on a printed board, and heat generated by an electric circuit or the like is transmitted to the external conductor to dissipate heat.
しかし特許文献1及び2に記載のように、プリント基板に積層して放熱層又はヒートシンク層を設けると、現在主流を占める多層基板において層間接続を確保することが困難になるとともに、プリント基板を特殊な製造工程で製造しなければならず、コストが上がるおそれがある。 However, as described in Patent Documents 1 and 2, if a heat dissipation layer or a heat sink layer is provided by laminating on a printed circuit board, it becomes difficult to ensure interlayer connection in a multilayer board that currently occupies the mainstream, and a special printed circuit board is used. Cost, the cost may increase.
本発明はこれらの問題を鑑みてなされたものであり、基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱する基板の放熱装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to obtain a heat dissipation device for a substrate that efficiently dissipates heat generated by an image sensor and components connected to the substrate.
本願発明による基板の放熱装置は、撮像素子の撮像面の裏面に取り付けられる放熱装置であって、撮像面の裏面に対向する実装面と、実装面の裏面である背面とを有する基板と、背面から実装面の手前まで基板に埋め込まれる放熱部材と、放熱部材と少なくとも熱的に接続される遮蔽部材を有する同軸ケーブルと、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられ、放熱部材と基板との熱伝達率を低下させる断熱部材とを備えることを特徴とする。 A substrate heat dissipating device according to the present invention is a heat dissipating device attached to the back surface of the imaging surface of the image sensor, and includes a mounting surface facing the back surface of the imaging surface and a back surface that is the back surface of the mounting surface; A heat radiating member embedded in the substrate from the mounting surface to the front of the mounting surface, a coaxial cable having a shielding member that is at least thermally connected to the heat radiating member, and at least a part between the heat radiating member and the substrate, And a heat insulating member that reduces a heat transfer coefficient with the substrate.
放熱装置は、撮像面の裏面に設けられた端子面に取り付けられることが好ましい。 The heat dissipation device is preferably attached to a terminal surface provided on the back surface of the imaging surface.
基板の内部に設けられ、端子面及び放熱部材に熱的に接続される配線部材をさらに備えることが好ましい。 It is preferable to further include a wiring member provided inside the substrate and thermally connected to the terminal surface and the heat dissipation member.
断熱部材は、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられる空気層から成るものであることが好ましい。 The heat insulating member is preferably composed of an air layer provided at least at a part between the heat radiating member and the substrate.
断熱部材は、放熱部材と基板との間の少なくとも一部に設けられる断熱材から成るものであってもよい。 The heat insulating member may be made of a heat insulating material provided at least at a part between the heat radiating member and the substrate.
背面から実装面の手前まで延びる第1の基板円筒穴を基板が有し、第1の基板円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、放熱部材は円柱であって、円柱の外周面には雄ねじが形成され、第1の基板円筒穴の内周面と円柱の外周面とが螺合することが好ましい。 The substrate has a first substrate cylindrical hole extending from the back surface to the front of the mounting surface, an internal thread is formed on the inner peripheral surface of the first substrate cylindrical hole, the heat dissipation member is a column, and the outer peripheral surface of the column Preferably, a male screw is formed, and the inner peripheral surface of the first substrate cylindrical hole and the outer peripheral surface of the column are screwed together.
背面から実装面の手前まで延びる基板穴を基板が有し、基板穴の内周面と断熱部材の外周面とが嵌合し、断熱部材は断熱円筒穴を有し、断熱円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、放熱部材は円柱であって、円柱の外周面には雄ねじが形成され、断熱円筒穴の内周面と円柱の外周面とが螺合するように構成されても良い。 The board has a board hole extending from the back to the front of the mounting surface, the inner peripheral surface of the board hole and the outer peripheral surface of the heat insulating member are fitted, the heat insulating member has a heat insulating cylindrical hole, and the inner periphery of the heat insulating cylindrical hole An internal thread is formed on the surface, the heat dissipation member is a cylinder, an external thread is formed on the outer peripheral surface of the cylinder, and the inner peripheral surface of the heat-insulating cylindrical hole and the outer peripheral surface of the column may be screwed together. good.
背面から実装面の手前まで延びる第2の基板円筒穴を基板が有し、第2の基板円筒穴の内周面には雌ねじが形成され、断熱部材は円筒であって、円筒の外周面には雄ねじが形成され、第2の基板円筒穴の内周面と円筒の外周面とが螺合し、円筒の内周面には放熱部材が嵌合するように構成されても良い。 The substrate has a second substrate cylindrical hole extending from the back surface to the front of the mounting surface, an internal thread is formed on the inner peripheral surface of the second substrate cylindrical hole, the heat insulating member is a cylinder, and the outer peripheral surface of the cylinder May be configured such that a male screw is formed, the inner peripheral surface of the second substrate cylindrical hole and the outer peripheral surface of the cylinder are screwed together, and a heat radiating member is fitted to the inner peripheral surface of the cylinder.
放熱装置は、基板付近の温度を測定する温度センサと、熱処理部材の熱移動量を制御する制御部材とをさらに備え、放熱部材は、背面から実装面に向けて延びるセンサ穴を有し、温度センサはセンサ穴に取り付けられてもよい。 The heat dissipation device further includes a temperature sensor that measures the temperature in the vicinity of the substrate, and a control member that controls the amount of heat transfer of the heat treatment member, and the heat dissipation member has a sensor hole extending from the back surface toward the mounting surface. The sensor may be attached to the sensor hole.
本発明によれば、基板に接続された撮像素子及び部品が生じた熱を効率よく放熱する基板の放熱装置を得る。 According to the present invention, a substrate heat dissipation device that efficiently dissipates heat generated by an image sensor and components connected to a substrate is obtained.
以下、本発明の第1の実施形態による第1の放熱装置120について添付図面を参照して説明する。まず、図1及び2を用いて第1の放熱装置120を備える第1の撮像ユニット100の構成について説明する。
Hereinafter, a first
第1の撮像ユニット100は、第1の撮像素子110及び第1の放熱装置120を備える。
The
第1の撮像素子110は、CMOSであって、被写体像が結像する撮像面111と、撮像面111の裏面に設けられた端子面112とを備える。格子状に並べられた複数のボール状端子113が端子面112に設けられる。すなわち、第1の撮像素子110はBGAパッケージである。
The
第1の放熱装置120は、同軸ケーブル140と、第1の基板150と、第1の放熱部材180と、第1の断熱部材156とを備える。
The first
同軸ケーブル140は、複数の銅線から成る芯線141と、芯線141を包み込むように周囲に設けられる絶縁体142と、絶縁体142の周囲に設けられる網組線143と、網組線143を覆うように設けられる外皮144とを備える。絶縁体142は例えばポリエチレンから成る。網組線143は遮蔽部材とも呼ばれ、複数の銅線を編んで網状にしたもの、或いは単純に巻き付けたものである。外皮144はビニールなどの絶縁体から成る。
The
第1の基板150は、直方体形状を有する多層基板であって、第1の撮像素子110側に位置する実装面151と、実装面151の裏面であるケーブル面152と、ケーブル面152に開口する第1の断熱穴153と、第1の断熱穴153の底面157から実装面151に向けて開口する第1の基板円筒穴154とを有する。実装面151からケーブル面152への方向を厚さ方向とする。第1の基板150は、厚さ方向を拡大して図示されている。第1の基板150の材料は、例えばジルコニア、FR4、シリコン、ガラス、窒化アルミ、アルミナである。ジルコニアの熱伝導率は3W/m・K、FR4の熱伝導率は0.44W/m・K、シリコンの熱伝導率は168W/m・K、ガラスの熱伝導率は1W/m・K、窒化アルミの熱伝導率は150W/m・K、アルミナの熱伝導率は32W/m・Kである。熱伝導率が低い材料により第1の基板150が形成されることが望ましい。なお、第1の基板150に設けられた部品は図示されない。
The
実装面151は、第1の断熱穴153の周囲に格子状に並べられた円盤形状の複数の円状端子155を有する。円状端子155は、ボール状端子113と半田付けされる。
The
第1の断熱穴153は、ケーブル面152に矩形の開口を有し、ケーブル面152から第1の基板150の厚さ方向の約2/5までケーブル面152に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第1の断熱穴153の内部には空気が流入可能であって、第1の断熱穴153の内側の空間は空気を断熱体として第1の断熱部材156を形成する。空気の熱伝導率は0.024W/m・Kである。
The first
第1の基板円筒穴154は、第1の基板150の厚さの約1/5の長さを有する円筒形状であって、第1の断熱穴153の底面157から実装面151に向けて延びる。第1の基板円筒穴154の内周面全体に雌ねじが切られる。
The first substrate
第1の放熱部材180は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第1の放熱部材180において先端面182付近の外周面には、雄ねじが切られた第1の雄ねじ面184が形成される。第1の放熱部材180は第1の基板円筒穴154と螺合し、先端面182及び先端面182付近の第1の雄ねじ面184は熱伝導性グリスを介して第1の基板円筒穴154と密着する。第1の放熱部材180の後端面183には網組線143が半田付けされる。
The first
第1の基板150の内部には、厚さ方向に対して直角な方向に延びる複数のパターン配線161と、厚さ方向に延びる複数のビア162とが設けられる。異なる層に設けられたパターン配線161をビア162が接続する。第1の基板150の側面158には、複数の側面端子163が設けられる。側面端子163は、第1の基板150の内部においてパターン配線161あるいはビア162と接続され、第1の基板150の外部において芯線141と半田付けされる。
Inside the
次に、第1の撮像ユニット100の組み立て工程について説明する。まず、円状端子155とボール状端子113とを半田付けして、第1の撮像素子110と第1の基板150とを接続及び固定する。次に、第1の放熱部材180を先端面182から第1の断熱穴153を経て第1の基板円筒穴154に挿入して、第1の基板円筒穴154に第1の放熱部材180を螺合させる。そして、第1の放熱部材180の後端面183に網組線143が半田付けされ、側面端子163が芯線141と半田付けされる。第1の放熱部材180はパターン配線161の1つと電気的及び熱的に接続される。このパターン配線161は第1の撮像素子110のGNDである。前述のように第1の放熱部材180は導電性であるため、第1の撮像素子110のGNDは、第1の放熱部材180を介して同軸ケーブル140の網組線143と接続され、接地される。
Next, an assembly process of the
次に、第1の撮像素子110が熱を発したときの第1の放熱装置120の状態について説明する。第1の撮像素子110が熱を発すると、熱はパターン配線161及びビア162を介して第1の放熱部材180に伝達される。第1の放熱部材180は、後端面183から網組線143に熱を伝達する。網組線143を介して熱が発散される。
Next, the state of the first
第1の基板150は熱伝導率が低い材料から成るが、比較的熱伝導率が低いFR4であっても0.44W/m・Kの熱伝導率を有する。そのため、第1の基板150及びパターン配線161を介して第1の放熱部材180に伝達された熱が、再び第1の基板150及び第1の撮像素子110に戻るおそれがある。そこで、第1の基板150の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する空気を第1の放熱部材180の周囲に断熱体として配置することにより、第1の放熱部材180に伝達された熱が第1の撮像素子110に戻ることを防ぐ。
The
本実施形態によれば、第1の撮像素子110が生じた熱を効率よく吸収し、再び第1の撮像素子110及び第1の基板150に戻ることを防止しながら、効率よく放熱することができる。
According to the present embodiment, the heat generated by the
次に、図3を用いて第2の実施形態による第2の放熱装置220について説明する。第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第1の実施形態と同様であるため、図3において省略される。第2の放熱装置220は、基板及び放熱部材の形状が第1の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。
Next, the 2nd
第2の放熱装置220は、図示されない同軸ケーブルと、第2の基板250と、第2の放熱部材280とを備える。
The second
第2の基板250は、熱伝導率が低い材料から成り、直方体形状を有する多層基板であって、第1の撮像素子110側に位置する実装面151と、実装面151の裏面であるケーブル面152と、ケーブル面152に開口する第1の断熱穴153と、第1の断熱穴153の底面157から実装面151に向けて開口する第2の基板円筒穴254とを有する。実装面151からケーブル面152への方向を厚さ方向とする。第2の基板250は、厚さ方向を拡大して図示されている。第2の基板250の材料は、第1の基板150の材料と同様である。なお、第2の基板250に設けられた部品は図示されない。
The
第2の基板円筒穴254は、第2の基板250の厚さの約1/5の長さを有する円筒形状であって、第1の断熱穴153の底面157から実装面151に向けて延びる。
The second substrate
第2の放熱部材280は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第2の放熱部材280は第2の基板円筒穴254と係合する。すなわち、第2の放熱部材280の先端面282及び先端面282付近の外周面284は熱伝導性グリスを介して第2の基板円筒穴254と密着する。第2の放熱部材280の後端面283には網組線143が半田付けされる。
The second
第2の放熱部材280を第1の撮像素子110に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子155とボール状端子113とを半田付けして、第1の撮像素子110と第2の基板250とを接続及び固定する。次に、第2の放熱部材280を先端面282から第1の断熱穴153を経て第2の基板円筒穴254に挿入して、第2の基板円筒穴254に第2の放熱部材280を係合させる。そして、第2の放熱部材280の後端面283に網組線143が半田付けされ、側面端子163が芯線141と半田付けされる。第2の放熱部材280はパターン配線161の1つと電気的及び熱的に接続される。このパターン配線161は第1の撮像素子110のGNDである。前述のように第2の放熱部材280は導電性であるため、第1の撮像素子110のGNDは、第2の放熱部材280を介して同軸ケーブル140の網組線143と接続され、接地される。
A process of attaching the second
第1の撮像素子110が熱を発したときの第2の放熱装置220の状態は、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Since the state of the second
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得る。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained.
次に、図4を用いて第3の実施形態による第3の放熱装置320について説明する。第1及び第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第1の実施形態と同様であるため、図4において省略される。第3の放熱装置320は、基板及び放熱部材の形状が第1の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。
Next, the 3rd
第3の放熱装置320は、第2の撮像素子210及び第3の放熱装置320を備える。
The third
第2の撮像素子210は、CMOSであって、被写体像が結像する撮像面211と、撮像面211の裏面に設けられた端子面212とを備える。格子状に並べられた複数のボール状端子113が端子面212に設けられる。すなわち、第2の撮像素子210はBGAパッケージである。複数のボール状端子113の中央には、第2の撮像素子210が発する熱を発散する平面形状の放熱端子214が設けられる。放熱端子214は、第2の撮像素子210のGNDを兼ねる。
The
第3の放熱装置320は、熱処理部材を成すペルチェ素子130と、図示されない同軸ケーブルと、第3の基板350と、第3の放熱部材380とを備える。
The third
ペルチェ素子130は、吸熱面231と放熱面132とを有する。図示しない電力線からペルチェ素子130に電力を供給すると、吸熱面231から放熱面132に向けて熱が移動する。熱の移動量は、ペルチェ素子130に流す電流の大きさにより決定される。熱伝導性グリスを介して吸熱面231が放熱端子214に密着される。
The
第3の基板350は、熱伝導率が低い材料から成り、直方体形状を有する多層基板であって、第2の撮像素子210側に位置する実装面151と、実装面151の裏面であるケーブル面152と、実装面151に開口する第3の素子側断熱穴353と、実装面151からケーブル面152まで貫通する第3の基板円筒穴354と、ケーブル面152に開口する第3のケーブル側断熱穴371と、第3の素子側断熱穴353と第3のケーブル側断熱穴371との間に設けられる第3の中間断熱穴374とを有する。第3の基板350は、厚さ方向を拡大して図示されている。第3の基板350の材料は、第1の基板150の材料と同様である。なお、第3の基板350に設けられた部品は図示されない。
The
実装面151は、第3の素子側断熱穴353の周囲に格子状に並べられた円盤形状の複数の円状端子155を有する。円状端子155は、ボール状端子113と半田付けされる。
The mounting
第3の素子側断熱穴353は、実装面151に矩形の開口を有し、実装面151から第3の基板350の厚さ方向の略1/3までケーブル面152に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第3の素子側断熱穴353の内部には空気が流入可能であって、第3の素子側断熱穴353の内側の空間は空気を断熱体として第3の素子側断熱部材356を形成する。
The third element-side
第3のケーブル側断熱穴371は、ケーブル面152に矩形の開口を有し、ケーブル面152から第3の基板350の厚さ方向の略1/10まで実装面151に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第3のケーブル側断熱穴371の内部には空気が流入可能であって、第3のケーブル側断熱穴371の内側の空間は空気を断熱体として第3のケーブル側断熱部材372を形成する。
The third cable-side
第3の中間断熱穴374は、厚さ方向に対して第3の素子側断熱穴353と第3のケーブル側断熱穴371との間に設けられる。厚さ方向に直角を成す断面の形状は、第3の素子側断熱穴及び第3のケーブル側断熱穴371と同じである。厚さ方向における第3の中間断熱穴374の長さは、基板の厚さの略1/5である。第3のケーブル側断熱穴371の内部には空気が存在し、第3のケーブル側断熱穴371の内側の空間は空気を断熱体として第3の中間断熱部材375を形成する。
The third intermediate
第3の基板円筒穴354は、円筒形状であって、第3の素子側断熱穴353の底面357から第3の中間断熱穴374を介して第3のケーブル側断熱穴371の底面373に貫通する。第3の基板円筒穴354の内周面全体に雌ねじが切られる。
The third substrate
第3の放熱部材380は、熱伝導率が高い材料、例えば銅から成る円柱である。第3の放熱部材380の外周面の一部には、雄ねじが切られた第3の雄ねじ面384が形成される。第3の放熱部材380の先端面382は、熱伝導性グリスを介して放熱面132と密着する。第3の放熱部材380の後端面383には網組線143が半田付けされる。
The third
次に、第3の放熱装置320を第2の撮像素子210に取り付ける工程について説明する。まず、放熱端子214に吸熱面231を接触させることにより、第2の撮像素子210とペルチェ素子130とを接続する。次に、円状端子155とボール状端子113とを半田付けして、第2の撮像素子210に基板を接続する。そして、第3の放熱部材380の先端面382をケーブル面152から第3の基板円筒穴354に挿入して、第3の基板円筒穴354に第3の放熱部材380を螺合させる。その後、第3の放熱部材380を適切に回転させて、第3の放熱部材380の先端面382を放熱面132に押しつける。回転数を適切に保つことにより、第3の放熱部材380とペルチェ素子130、そしてペルチェ素子130と放熱端子214が適切な圧力で密着する。そして最後に、第3の放熱部材380の後端面383に網組線143が半田付けされ、側面端子163が芯線141と半田付けされる。第3の放熱部材380はパターン配線161の1つと電気的に接続される。このパターン配線161は第2の撮像素子210のGNDである。前述のように第3の放熱部材380は導電性であるため、第2の撮像素子210のGNDは、第3の放熱部材380を介して同軸ケーブル140の網組線143と接続され、接地される。
Next, a process of attaching the third
第2の撮像素子210が熱を発したときの第3の放熱装置320の状態について説明する。第2の撮像素子210が熱を発すると、熱は放熱端子214を介してペルチェ素子130に伝達される。ペルチェ素子130は、吸熱面231から放熱面132に向けて熱を移動させる。そして、放熱面132から第3の放熱部材380の先端面382に熱が伝達される。先端面382を介して第3の放熱部材380に伝達された熱は、後端面383から網組線143に伝達される。網組線143を介して熱が発散される。
The state of the third
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得る。また、ペルチェ素子130を設けることにより第1の実施形態よりも撮像素子を冷却できる。さらに、ペルチェ素子130の周囲に第3の素子側断熱部材356を設けることにより、第3の放熱部材380に伝達された熱が第2の撮像素子210及び第3の基板350に戻ることを防ぐ。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained. Further, by providing the
次に、図5を用いて第4の実施形態による第4の放熱装置420について説明する。第1から第3の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第1の実施形態と同様であるため、図5において省略される。第4の放熱装置420は、基板、放熱部材、及び断熱部材の形状が第1の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。
Next, the 4th
第4の放熱装置420は、図示しない同軸ケーブルと、第4の基板450と、第4の放熱部材480と、第4の断熱部材456とを備える。
The fourth
第4の基板450は、直方体形状を有する多層基板であって、ケーブル面152に開口する第4の基板穴454を有する。第4の基板穴454は、ケーブル面152に矩形の開口を有し、ケーブル面152から第4の基板450の厚さ方向の約3/5まで実装面151に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。なお、第4の基板450に設けられた部品は図示されない。
The
第4の放熱部材480は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第4の放熱部材480の外周面の一部には、雄ねじが切られた第4の雄ねじ面484が形成される。第4の放熱部材480の先端面482は、熱伝導性グリスを介して第4の基板穴454の底面455と密着する。第4の放熱部材480の後端面483には網組線143が半田付けされる。
The fourth
第4の断熱部材456は熱伝導率が低い材料から成る円筒であって、内周面474には雌ねじが切られる。材料には、例えば熱伝導率が0.21W/m・Kであるエポキシ樹脂等が用いられる。第4の断熱部材456の軸方向長さは、第4の基板穴454の軸方向長さと同じである。内周面474に第4の放熱部材480がねじ込まれる。
The fourth
第4の基板穴454の内部には、第4の断熱部材456がケーブル面152側から圧入される。第4の基板穴454と第4の断熱部材456との間には、耐熱性の接着剤が設けられ、第4の基板穴454と第4の断熱部材456とが互いに密着して動かないように固定される。第4の断熱部材456の軸方向端面は、ケーブル面152と面一と成る。
A fourth
次に、第4の放熱装置420を第1の撮像素子110に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子155とボール状端子113とを半田付けして、第1の撮像素子110と第4の基板450とを接続及び固定する。次に、第4の断熱部材456をケーブル面152から第4の基板穴454に挿入して、第4の基板穴454に第4の放熱部材480を固定する。そして、第4の放熱部材480を先端面482から第4の断熱部材456の内周面474に螺合させて、第4の放熱部材480の先端面482が第4の基板穴454の底面455と密着するまで第4の断熱部材456に第4の断熱部材456を回転挿入する。これにより、第4の放熱部材480の先端面482が第4の基板穴454と熱的に接続される。最後に、第4の放熱部材480の後端面483に網組線143を半田付けし、側面端子163を芯線141と半田付けする。また第4の基板450内に設けられた図示しない配線により第1の撮像素子110のGNDが第4の放熱部材480に接続され、これにより第1の撮像素子110のGNDが同軸ケーブル140の網組線143と接続され、接地される。
Next, a process of attaching the fourth
次に、第1の撮像素子110が熱を発したときの第4の放熱装置420の状態について説明する。第4の基板450に取り付けられた図示しない部品及び第1の撮像素子110が熱を発すると、パターン配線161、ビア162、及び基板を介して熱が第4の放熱部材480の先端面482に伝達される。第4の放熱部材480は、先端面482を介して後端面483から網組線143に熱を伝達する。網組線143を介して熱が発散される。
Next, the state of the fourth
第4の基板450は熱伝導率が低い材料から成るが、比較的熱伝導率が低いFR4であっても0.44W/m・Kの熱伝導率を有する。そのため、第4の放熱部材480に伝達された熱が、再び第4の基板及び第1の撮像素子110に戻るおそれがある。そこで、第4の基板450の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する第4の断熱部材456を第4の放熱部材480の周囲に断熱体として配置することにより、第4の放熱部材480に伝達された熱が第4の基板及び第1の撮像素子110に戻ることを防ぐ。
The
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ると共に、第4の断熱部材456が第4の放熱部材480を確実に支持する。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and the fourth
なお、第4の断熱部材456は円筒形でなくても良い。軸方向の断面において、外側面が矩形を有し、内側面が円形を有しても良い。このとき、第4の基板穴454は、矩形断面を有する筒形となる。
Note that the fourth
次に、図6を用いて第5の実施形態による第5の放熱装置520について説明する。第1から第4の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第1の実施形態と同様であるため、図6において省略される。第5の放熱装置520は、基板、放熱部材、及び断熱部材の形状が第1から第4の実施形態と異なる。以下、これらについて主に説明する。
Next, the 5th
第5の放熱装置520は、図示されない同軸ケーブルと、第5の基板550と、第5の放熱部材580と、第5の断熱部材572とを備える。
The fifth
第5の基板550は、直方体形状を有する多層基板であって、ケーブル面152に開口する第5の基板穴554を有する。第5の基板穴554は、ケーブル面152に円形の開口を有し、ケーブル面152から第5の基板550の厚さ方向の約3/5まで実装面151に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ円形である。第5の基板穴554の内周面には雌ねじが切られる。なお、第5の基板550に設けられた部品は図示されない。
The
第5の放熱部材580は、熱伝導率が高くかつ導電性の材料、例えば銅から成る円柱である。第5の放熱部材580の先端面582は、熱伝導性グリスを介して第5の基板穴554の底面555と密着する。第5の放熱部材580の後端面583には網組線143が半田付けされる。
The fifth
第5の断熱部材572は熱伝導率が低い材料から成る円筒であって、外周面573には雌ねじが切られる。材料には、例えば熱伝導率が0.21W/m・Kであるエポキシ樹脂等が用いられる。第5の断熱部材572の軸方向長さは、第5の基板穴554の軸方向長さと同じである。第5の断熱部材572は第5の基板穴554にねじ込まれ、第5の基板穴554に第5の放熱部材580が圧入される。これにより、第5の基板穴554と第5の断熱部材572、及び第5の断熱部材572と第5の放熱部材580とが互いに密着して動かないように固定される。第5の断熱部材572の軸方向端面は、ケーブル面152と略面一と成る。
The fifth
次に、第5の放熱装置520を第1の撮像素子110に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子155とボール状端子113とを半田付けして、第1の撮像素子110と第5の基板550とを接続及び固定する。次に、第5の断熱部材572をケーブル面152から第5の基板穴554に回転挿入して、第5の基板穴554に第5の放熱部材580を螺合させ、固定する。そして、第5の放熱部材580を第5の断熱部材572の内周面574に挿入して、第5の放熱部材580の先端面582が第5の基板穴554の底面555と密着するまで第5の断熱部材572に第5の放熱部材580を圧入する。これにより、第5の放熱部材580の先端面582が第5の基板550と熱的に接続される。最後に、第5の放熱部材580の後端面583に網組線143を半田付けし、側面端子163を芯線141と半田付けする。また第5の基板550内に設けられた図示しない配線により第1の撮像素子110のGNDが第5の放熱部材580に接続され、これにより第1の撮像素子110のGNDが同軸ケーブル140の網組線143と接続され、接地される。
Next, a process of attaching the fifth
次に、第1の撮像素子110が熱を発したときの第5の放熱装置520の状態について説明する。第5の基板550に取り付けられた図示しない部品及び第1の撮像素子110が熱を発すると、パターン配線161、ビア162、及び基板を介して熱が第5の放熱部材580の先端面582に伝達される。第5の放熱部材580は、先端面582を介して後端面583から網組線143に熱を伝達する。網組線143を介して熱が発散される。
Next, the state of the fifth
第5の基板550は熱伝導率が低い材料から成るが、比較的熱伝導率が低いFR4であっても0.44W/m・Kの熱伝導率を有する。そのため、第5の放熱部材580に伝達された熱が、再び第5の基板及び第1の撮像素子110に戻るおそれがある。そこで、第5の基板550の材料よりも遙かに低い熱伝導率を有する第5の断熱部材572を第5の放熱部材580の周囲に断熱体として配置することにより、第5の放熱部材580に伝達された熱が第5の基板及び第1の撮像素子110に戻ることを防ぐ。
The
本実施形態によれば、第1及び第4の実施形態と同様の効果を得ると共に、第5の断熱部材572が第5の放熱部材580を確実に支持する。
According to the present embodiment, the same effects as those of the first and fourth embodiments are obtained, and the fifth
なお、第5の断熱部材572の内周は円筒形でなく、矩形であっても良い。このとき、第5の放熱部材580は、矩形断面を有する直方体となる。
Note that the inner circumference of the fifth
次に、図7を用いて第6の実施形態による第6の放熱装置620について説明する。第1から第5の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。同軸ケーブルの構成は第1の実施形態と同様であるため、図7において省略される。第6の放熱装置620は、基板及び放熱部材の形状が第1の実施形態と異なる。以下、これらの形状について主に説明する。
Next, a sixth
第6の放熱装置620は、図示されない同軸ケーブルと、第6の基板650と、第6の放熱部材680とを備える。
The sixth
第6の基板650は、熱伝導率が低い材料から成り、直方体形状を有する多層基板であって、第1の撮像素子110側に位置する実装面151と、実装面151の裏面であるケーブル面152と、ケーブル面152に開口する第6の断熱穴652と、ケーブル面152に開口する第6の基板穴654とを有する。第6の基板650は、厚さ方向を拡大して図示されている。第6の基板650の材料は、第1の基板150の材料と同様である。なお、第6の基板650に設けられた部品は図示されない。
The
第6の断熱穴652は、ケーブル面152に矩形の開口を有し、ケーブル面152から第6の基板650の厚さ方向の略1/6まで実装面151に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ矩形である。第6の断熱穴652の内部には空気が流入可能であって、第6の断熱穴652の内側の空間は空気を断熱体として第6の断熱部材656を形成する。
The sixth
第6の基板穴654は、円筒形状であって、第6の基板650の厚さの略2/3の深さを有し、第6の断熱穴652の底面653から実装面151に向けて延びる。厚さ方向に対して直角な断面の形状は、厚さ方向の全長に渡り同じ円形である。
The
第6の放熱部材680は、熱伝導率が高い材料、例えば銅から成る円柱であって、第6の基板穴654に圧入され、熱伝導性が高い接着剤等により固定される。第6の放熱部材680の先端面682は、熱伝導性グリスを介して第6の基板穴654の底面655と密着する。第6の放熱部材680の後端面683には網組線143が半田付けされる。
The sixth
後端面683から第6の放熱部材680の軸方向にセンサ穴684が設けられる。センサ穴684は円筒形であって、後端面683から先端面682に向けて、第6の放熱部材680の軸方向長さの約4/3まで延びる。センサ穴684には温度センサ691が挿入される。温度センサ691から延びる信号線692は、制御部材693に接続される。
A
制御部材693は、温度センサ691からの信号に応じてユーザに警告を発する。すなわち、温度センサ691が検出した温度が所定値を超えると、警報ランプ694を点灯させてユーザに警報を発する。
The
次に、第6の放熱装置620を第1の撮像素子110に取り付ける工程について説明する。まず、円状端子155とボール状端子113とを半田付けして、第1の撮像素子110に基板を接続する。そして、第6の放熱部材680を第6の断熱穴652の底面653から第6の基板穴654に挿入して、第6の基板穴654に第6の放熱部材680を固定する。このとき、先端面682を第6の基板穴654の底面655に押しつける。そして、センサ穴684に温度センサ691を挿入して、耐熱性接着剤で固定する。最後に、第6の放熱部材680の後端面683に網組線143が半田付けされ、側面端子163が芯線141と半田付けされる。第6の放熱部材680はパターン配線161の1つと電気的に接続される。このパターン配線161は第1の撮像素子110のGNDである。前述のように第6の放熱部材680は導電性であるため、第1の撮像素子110のGNDは、第6の放熱部材680を介して同軸ケーブル140の網組線143と接続され、接地される。
Next, a process of attaching the sixth
次に、第1の撮像素子110が熱を発したときの第6の放熱装置620の状態について説明する。第1の撮像素子110が熱を発すると、熱は第6の基板650を介して第6の放熱部材680に伝達される。第6の放熱部材680に伝達された熱は、後端面683から網組線143に伝達される。網組線143は、同軸ケーブル140を介して熱を発散させる。温度センサ691は第6の放熱部材680の温度を測定し、制御部材693に測定値を送信する。制御部材693は、温度センサ691が検出した温度が所定値を超えると、警報ランプ694を点灯させてユーザに警報を発する。これにより、ユーザは第1の撮像素子110の温度をリアルタイムで把握しながら、観察を行うことが出来る。
Next, the state of the sixth
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得るとともに、ユーザは第1の撮像素子110の温度をリアルタイムで把握しながら、観察を行うことが出来る。
なお、第6の断熱穴652の断面は、矩形断面でなく、円形断面であっても良い。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the user can perform observation while grasping the temperature of the
Note that the cross section of the sixth
なお、第1の撮像素子110はCCDであっても良い。
The
また、いずれの実施形態においても断熱部材の大きさは前述の大きさに限定されず、他の大きさであっても良い。また、基板、放熱部材、及び断熱部材の材料は前述の材料に限定されず、それぞれの特性に適合した材料であればよい。そして、基板の形状は直方体に限定されない。 In any of the embodiments, the size of the heat insulating member is not limited to the above-described size, and may be other sizes. Moreover, the material of a board | substrate, a heat radiating member, and a heat insulation member is not limited to the above-mentioned material, What is necessary is just a material suitable for each characteristic. And the shape of a board | substrate is not limited to a rectangular parallelepiped.
放熱部材と網組線143とは、半田付けでなく、圧着等の熱伝達率が高くかつ導電性を確保できる手段により接続されても良い。
The heat dissipating member and the
100 第1の撮像ユニット
110 第1の撮像素子
111 撮像面
112 端子面
113 ボール状端子
120 第1の放熱装置
140 同軸ケーブル
141 芯線
142 絶縁体
143 網組線
144 外皮
150 第1の基板
151 実装面
152 ケーブル面
153 第1の断熱穴
154 第1の基板円筒穴
155 円状端子
156 第1の断熱部材
157 底面
158 側面
161 パターン配線
162 ビア
163 側面端子
180 第1の放熱部材
182 先端面
183 後端面
184 第1の雄ねじ面
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記裏面に対向する実装面と、前記実装面の裏面である背面とを有する基板と、
前記背面から前記実装面の手前まで前記基板に埋め込まれる放熱部材と、
前記放熱部材と少なくとも熱的に接続される遮蔽部材を有する同軸ケーブルと、
前記放熱部材と前記基板との間の少なくとも一部に設けられ、前記放熱部材と前記基板との熱伝達率を低下させる断熱部材とを備える基板の放熱装置を備えた内視鏡。 An endoscope including a substrate heat dissipation device attached to the back surface of the imaging surface of the imaging element,
A substrate having a mounting surface facing the back surface and a back surface that is the back surface of the mounting surface;
A heat dissipating member embedded in the substrate from the back surface to the front of the mounting surface;
A coaxial cable having a shielding member that is at least thermally connected to the heat dissipation member;
An endoscope comprising a substrate heat dissipating device provided at least in part between the heat dissipating member and the substrate, and comprising a heat insulating member that reduces a heat transfer coefficient between the heat dissipating member and the substrate.
前記放熱部材は、前記放熱部材の後端面から前記放熱部材の先端面に向けて延びるセンサ穴を有し、前記温度センサは前記センサ穴に挿入されている請求項1乃至3のいずれかに記載の内視鏡。 The heat dissipation device further includes a temperature sensor that measures the temperature near the substrate, and a control member that issues a warning when the temperature measured by the temperature sensor exceeds a predetermined value ,
The heat radiation member has a sensor hole that extends from the rear end face of the heat dissipation member to the front end surface of the heat radiating member, the temperature sensor according to any one of claims 1 to 3 is inserted into the sensor hole Endoscope .
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