JP6324639B1 - 撮像ユニット、および内視鏡 - Google Patents

Abstract

電子部品等の実装密度を向上して撮像ユニットの小型化を可能とするとともに、特殊な治具等を使用することなくプリズムを撮像素子上に位置合わせ可能な撮像ユニットおよび内視鏡を提供する。本発明における撮像ユニット１０は、光を集光するプリズム４０と、撮像素子２１を有し、裏面側にセンサ電極が形成された半導体パッケージ２０と、複数の電子部品５１と、表面側に第１接続電極３１が形成され、裏面側に電子部品５１を接続する第２接続電極と、検査用電極３５とが形成されており、前記第２接続電極が形成された電子部品実装領域Ｒ１の周囲の少なくとも対向する２辺には、複数の電子部品５１の高さより高い壁部３３が形成され、検査用電極３５が形成される検査用電極配置領域Ｒ２の最大厚さは、電子部品実装領域Ｒ１の壁部３３を含む厚さより薄いことを特徴とする。

Description

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ユニット、および内視鏡に関する。

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装置が広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡装置は、患者等の被検体の体腔内に、先端に撮像素子が設けられた細長形状をなす可撓性の挿入部を挿入することによって、被検体を切開せずとも体腔内の体内画像を取得でき、さらに、必要に応じて挿入部先端から処置具を突出させて治療処置を行うことができるため、広く用いられている。

このような内視鏡装置の挿入部先端には、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ユニットが嵌め込まれている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１０６０５５号公報

特許文献１では、回路基板の撮像素子が接続される面と対向する面に電子部品が実装されているため、撮像素子上にプリズムを位置合わせする際、撮像素子を水平に保持する治具等が必要であるところ、撮像素子等の小型化に伴い、これを保持する治具等の製造も困難となる。

近年、電子部品を内蔵する回路基板や、回路基板に電子部品を実装する溝部を設けた撮像ユニットが提案され、特殊な治具等を使用することなくプリズム等を撮像素子上に精度よく位置決め可能となった。しかしながら、撮像ユニットのさらなる小型化により、撮像素子とプリズムとの位置合わせの際の水平保持の観点から、回路基板の裏面の端部に形成される検査用電極の厚みも許容できなくなっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子部品等の実装密度を向上して撮像ユニットの小型化を可能とするとともに、特殊な治具等を使用することなくプリズムを撮像素子上に位置合わせ可能とする撮像ユニットおよび内視鏡を提供することを目的とする。

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ユニットは、光を集光する光学系と、前記光学系から入射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する撮像素子を表面側に有し、裏面側にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、複数の電子部品と、表面側に前記半導体パッケージの前記センサ電極を接続する第１接続電極が形成され、裏面側に前記複数の電子部品を接続する第２接続電極と、検査用電極とが形成されており、前記第２接続電極が形成された電子部品実装領域の周囲の少なくとも対向する２辺には、前記複数の電子部品の高さより高い壁部が形成され、前記検査用電極が形成される検査用電極配置領域の最大厚さは、前記電子部品実装領域の前記壁部を含む厚さより薄い回路基板と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記壁部は、前記検査用電極配置領域の周囲にも形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記検査用電極配置領域の周囲には、柱部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記検査用電極配置領域の回路基板の厚さは、前記電子部品実装領域の回路基板の厚さより厚いことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡は、上記のいずれか一つに記載の撮像ユニットが先端に設けられた挿入部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、回路基板の検査用電極が形成される検査用電極配置領域の最大厚さを電子部品実装領域に形成される壁部を含む厚さより薄くすることにより、特殊な治具等を使用することなく回路基板の水平を取ることができ、精度に優れる撮像ユニットおよび内視鏡を製造することができる。

図１は、本発明の実施の形態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２は、図１に示す内視鏡の先端部に配置される撮像ユニットの斜視図である。 図３は、図２に示す撮像ユニットの側面図である。 図４は、図２に示す撮像ユニットの底面図である。 図５は、図２の撮像ユニットの回路基板近傍の一部拡大側面図である。 図６は、従来の撮像ユニットの側面図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる回路基板の底面図である。 図８は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる回路基板の底面図である。 図９は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかる回路基板の底面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかる回路基板の底面図である。 図１１は、本発明の実施の形態１の変形例５にかかる回路基板の底面図である。 図１２は、本発明の実施の形態１の変形例６にかかる撮像ユニットの側面図である。 図１３Ａは、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニットの側面図である。 図１３Ｂは、本発明の実施の形態２にかかる回路基板の底面図である。

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、撮像ユニットを備えた内視鏡システムについて説明する。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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態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１に示すように、本実施の形態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。

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。

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、処置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。

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先端の開口部から表出する。

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、後述する撮像ユニット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。

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。

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。

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。

次に、内視鏡システム１で使用する撮像ユニット１０について詳細に説明する。図２は、図１に示す内視鏡２の先端部６ａに配置される撮像ユニット１０の斜視図である。図３は、図２に示す撮像ユニット１０の側面図である。図４は、図２に示す撮像ユニット１０の底面図である。図５は、図２の撮像ユニット１０の回路基板近傍の一部拡大側面図である。なお、図２〜図５において、半導体パッケージ２０と回路基板３０との間に充填されるアンダーフィル剤、およびケーブル６０、電子部品５１、５２の接続に使用するハンダの図示を省略している。

撮像ユニット１０は、入射光を集光し反射するプリズム４０と、プリズム４０から入射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する撮像素子２１を有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージ２０と、撮像素子２１からの画像信号の送信、または電源電圧を供給する複数のケーブル６０と、複数の電子部品５１、５２と、矩形板状をなし、表面ｆ３に撮像素子２１が実装される第１接続電極３１と、ケーブル６０が接続されるケーブル接続電極３２とが並べて配置されるとともに、裏面ｆ４に電子部品５１、５２が実装される第２接続電極３４ａ、３４ｂが形成された回路基板３０と、を備える。

半導体パッケージ２０は、ガラス２２が撮像素子２１に貼り付けられた構造となっている。プリズム４０のｆ１面から入射し、ｆ２面で反射された光はガラス２２を介して、受光部を備える撮像素子２１のｆ０面（受光面）に入射する。撮像素子２１の受光面の裏面には図示しないセンサ電極、および、はんだ等からなるバンプ２３が形成されている。半導体パッケージ２０は、ウエハ状態の撮像素子チップに、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の大きさがそのまま半導体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。また、半導体パッケージ２０は、撮像素子２１の受光面であるｆ０面が水平に載置される、いわゆる横置きである。

回路基板３０は、セラミックス基板、ガラエポ基板、ガラス基板、シリコン基板等が用いられる。半導体パッケージ２０との接続の信頼性を向上する観点から、半導体パッケージ２０の材料と熱膨張率が同程度の材料から形成されるもの、例えば、シリコン基板やセラミック基板が好ましい。

回路基板３０の表面ｆ３には、撮像素子２１が実装される第１接続電極３１と、ケーブル６０が接続されるケーブル接続電極３２とが、ケーブル６０が延出する方向（以後、光軸方向という）に並べて配置されている。ケーブル６０は、導体６２と、導体６２を被覆する絶縁体からなる外皮６１と、を有し、端部で外皮６１が剥離されて導体６２が露出している。この露出した導体６２が、ケーブル接続電極３２にそれぞれ接続される。ケーブル接続電極３２は、ケーブル６０の実装密度を向上しながら撮像ユニット１０を細径化するために、千鳥格子状（ジグザグ状）に配置されている。

回路基板３０の裏面ｆ４には、コンデンサ、抵抗コイル等の受動部品、ドライバＩＣ等の能動部品等の電子部品５１、５２を実装する電子部品実装領域Ｒ１と、検査用電極３５が配置される検査用電極配置領域Ｒ２が形成されている。電子部品実装領域Ｒ１が先端部６ａの先端側に、検査用電極配置領域Ｒ２が基端側に配置されている。電子部品実装領域Ｒ１には、電子部品５１、５２をそれぞれ実装する第２接続電極３４ａ、３４ｂが形成され、周囲に、高さｈ１が電子部品５１、５２の高さｈ２より高い壁部３３が配置されている。本実施の形態１では、壁部３３は、電子部品実装領域Ｒ１を取り囲むように四方に配置されているが、少なくとも対向する２辺に形成されていればよい。高さｈ１が、電子部品５１、５２の高さｈ２より高い壁部３３を電子部品実装領域Ｒ１の周囲に設けることにより、製造の際、特殊な治具等を用いることなく撮像ユニット１０の水平を取ることが可能となる。

回路基板３０のｆ４面の基端側の検査用電極配置領域Ｒ２は、段差部３６をなし、この段差部３６上に検査用電極３５が形成されている。段差部３６の壁部３３からの深さｈ３は、検査用電極３５の厚さｈ４より大きく、すなわち、検査用電極配置領域Ｒ２の最大厚さｈ６（回路基板３０の検査用電極配置領域Ｒ２の厚さ＋検査用電極３５の厚さｈ４）が、電子部品実装領域Ｒ１に形成される壁部３３を含む厚さｈ５より薄くなるように設定されている。

図６は、従来の撮像ユニット１０Ａの側面図である。図６に示すように、撮像ユニット１０Ａは、電子部品実装領域Ｒ１の周囲に、電子部品５１、５２の高さより高い高さの壁部３３を設けることにより、電子部品５１、５２の上面の回路基板３０Ａの裏面側へのはみ出しによる問題は解消されているが、検査用電極３５の厚みにより撮像ユニット１０Ａの水平保持が困難となっていた。本実施の形態１では、検査用電極配置領域Ｒ２の最大厚さｈ６を、電子部品実装領域Ｒ１に形成される壁部３３を含む厚さｈ５より薄くすることにより、製造の際、特殊な治具等を用いることなく撮像ユニット１０の水平を取ることが可能となる。

また、撮像ユニット１０の製造工程において、回路基板３０の第１接続電極３１と半導体パッケージ２０のセンサ電極とをバンプ２３により接続後、検査用電極３５に検査装置の端子を接触させることにより、工程毎に接続の良否を検査することができるため、不良品の早期発見が可能となり、製造コストを低減することができる。

上記の実施の形態１では、壁部３３は電子部品実装領域Ｒ１の周囲にのみ形成されるが、検査用電極配置領域Ｒ２の周囲に形成されていてもよい。図７は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる回路基板３０Ｂの底面図である。

変形例１にかかる回路基板３０Ｂにおいて、段差部３６の周囲には、壁部３３が形成されている。段差部３６の四方に壁部３３を形成することにより、荷重が基端側に加わった際にも、撮像ユニットの水平を取ることが可能となる。

なお、変形例１の検査用電極配置領域Ｒ２に設けられる壁部３３は、検査用電極配置領域Ｒ２の四方に配置されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも２辺に形成されていればよい。図８は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる回路基板３０Ｃの底面図である。図９は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかる回路基板３０Ｄの底面図である。

変形例２にかかる回路基板３０Ｃにおいて、段差部３６の周囲の辺Ｓ１、およびＳ３側に壁部３３が形成されている。変形例２では、辺Ｓ４、およびＳ２側に壁部３３を設けていないため、辺Ｓ４、または辺Ｓ２側から検査用電極３５上への封止樹脂の充填を容易に行うことができる。壁部３３は、段差部３６の周囲の辺Ｓ２、およびＳ３側、または辺Ｓ４、およびＳ３側に設けてもよい。

また、変形例３にかかる回路基板３０Ｄにおいて、段差部３６の周囲の辺Ｓ４側を除く周囲、すなわち、辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３側に壁部３３が形成されている。変形例３では、辺Ｓ４側に壁部３３を設けていないため、辺Ｓ４側から検査用電極３５上への封止樹脂の充填を容易に行うことができる。また、基端側に荷重が加わった際にも、撮像ユニットの水平を取ることが可能となる。壁部３３は、辺Ｓ１、Ｓ３およびＳ４側、または辺Ｓ２、Ｓ３およびＳ４側に設けていてもよい。

さらに、検査用電極配置領域Ｒ２を分割して配置してもよい。図１０は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかる回路基板３０Ｅの底面図である。

変形例４にかかる回路基板３０Ｅにおいて、検査用電極配置領域Ｒ２は、第１検査用電極配置領域Ｒ２−１と、第２検査用電極配置領域Ｒ２−２に壁部３３により分割されている。第１検査用電極配置領域Ｒ２−１は、段差部３６−１の周囲の辺Ｓ２、Ｓ３およびＳ４側に壁部３３が形成され、第２検査用電極配置領域Ｒ２−２は、段差部３６−２の周囲の辺Ｓ１、Ｓ３およびＳ４側に壁部３３が形成されている。変形例４では、検査用電極配置領域Ｒ２を２つに分割しているが、これに限定するものではなく、３つ以上に分割してもよく、検査用電極３５毎に分割してもよい。

さらにまた、検査用電極配置領域Ｒ２の周囲に、柱部３７を配置してもよい。図１１は、本発明の実施の形態１の変形例５にかかる回路基板３０Ｆの底面図である。

変形例５にかかる回路基板３０Ｆにおいて、検査用電極配置領域Ｒ２の角部には、柱部３７が形成されている。検査用電極配置領域Ｒ２の柱部３７を含む厚さ（回路基板３０Ｆの検査用電極配置領域Ｒ２の厚さ＋柱部３７の高さ）は、電子部品実装領域Ｒ１に形成される壁部３３を含む厚さと同一となるよう設定されている。これにより、基端側に荷重が加わった際にも、撮像ユニットの水平を取ることが可能となるとともに、検査用電極３５上への封止樹脂の充填を容易に行うことができる。柱部３７は三角柱状であるが、これに限定されるものではなく、角柱状をなしていてもよい。また、柱部３７は、検査用電極配置領域Ｒ２の角部だけでなく、周囲に一定間隔で配置してもよい。

また、段差部３６は、１段の段差に限定されるものではなく、複数の段差より構成されていてもよい。図１２は、本発明の実施の形態１の変形例６にかかる撮像ユニット１０Ｇの側面図である。

変形例６にかかる回路基板３０Ｇにおいて、検査用電極配置領域Ｒ２は、３段の階段状の段差部３６Ｇからなる。段差部は、複数段の階段状に限定されるものではなく、複数の段差が（側視で）凹状、または凸状をなしていてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２にかかる撮像ユニット１０Ｈにおいて、電子部品実装領域Ｒ１の三方に壁部３３が配置されるとともに、検査用電極配置領域Ｒ２の対向する２辺に壁部３３が形成されている。図１３Ａは、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニット１０Ｈの側面図である。図１３Ｂは、本発明の実施の形態２にかかる回路基板３０Ｈの底面図である。

本実施の形態２にかかる撮像ユニット１０Ｈでは、電子部品実装領域Ｒ１の周囲の辺Ｓ１、辺Ｓ２、および辺Ｓ３側の三方に壁部３３が配置され、検査用電極配置領域Ｒ２の周囲の対向する辺Ｓ１、および辺Ｓ２側に壁部３３が配置され、電子部品実装領域Ｒ１と検査用電極配置領域Ｒ２の境界には壁部３３が形成されていない。

撮像ユニット１０Ｈは、電子部品実装領域Ｒ１と検査用電極配置領域Ｒ２は面一ではなく、検査用電極配置領域Ｒ２の厚さｈ８は、電子部品実装領域Ｒ１の厚さｈ７より厚くなるよう設定されている。これにより、電子部品５１、５２の周囲に充填されるアンダーフィル剤の検査用電極配置領域Ｒ２への流出を防止することができる。

本発明の撮像ユニットは、高画質な画像、先端部の細径化および短小化が要求される内視鏡システムに有用である。

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
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 撮像ユニット
２０ 半導体パッケージ
２１ 撮像素子
２２ ガラス
２３ バンプ
３０ 回路基板
３１ 第１接続電極
３２ ケーブル接続電極
３３ 壁部
３４ａ、３４ｂ 第２接続電極
３５ 検査用電極
３６ 段差部
３７ 柱部
４０ プリズム
５１、５２ 電子部品
６０ ケーブル
６１ 外皮
６２ 導体

Claims (5)

1. 光を集光する光学系と、
   前記光学系から入射された光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する撮像素子を表面側に有し、裏面側にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、
   複数の電子部品と、
   表面側に前記半導体パッケージの前記センサ電極を接続する第１接続電極が形成され、裏面側に前記複数の電子部品を接続する第２接続電極が形成される電子部品実装領域と、検査用電極が形成される検査用電極配置領域とを有する回路基板と、
   を備え、前記電子部品実装領域の周囲の少なくとも対向する２辺には、前記複数の電子部品の高さより高い壁部が形成され、前記検査用電極配置領域の最大厚さは、前記電子部品実装領域の前記壁部を含む厚さより薄いことを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記壁部は、前記検査用電極配置領域の周囲にも形成さ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。
3. 前記検査用電極配置領域の周囲には、柱部が形成さ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。
4. 前記検査用電極配置領域の回路基板の厚さは、前記電子部品実装領域の回路基板の厚さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
5. 請求項１に記載の撮像ユニットが先端に設けられた挿入部を備えたことを特徴とする内視鏡。

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