JPWO2018186163A1 - 撮像ユニット、および内視鏡 - Google Patents

Abstract

板状でない形状が複雑な回路基板を使用した場合でも、プロービングを確実に行うことができる撮像ユニット、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、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージ２０と、複数のケーブル６０と、表面側に撮像素子２１が実装される撮像素子実装領域Ｒ１と、ケーブル６０が接続されるケーブル接続領域Ｒ２とが設けられるとともに、ケーブル接続領域Ｒ２の裏面側に検査用端子３４が形成されている検査用端子配設領域Ｒ３を有する回路基板３０と、を備え、ケーブル接続領域Ｒ２には凸部３１が設けられ、凸部３１上および凸部３１より基端側に２列にケーブル接続電極３３が形成されており、凸部３１を表面側から裏面側に投影した際に、凸部３１の中心面が、検査用端子配設領域Ｒ３内に位置することを特徴とする。

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、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ユニットが嵌め込まれ、撮像ユニットの回路基板には信号ケーブルが半田付けされている（例えば、特許文献１参照）。

特公平７−７１５５０号公報

特許文献１のような撮像ユニットにおいて、撮像素子と回路基板との接続等の検査のために、回路基板に検査用端子を形成し、該検査用端子にプローブを接触させることにより導通検査が行われている。

しかしながら、回路基板や撮像ユニットの形状が複雑になると、検査用端子への確実なプロービングが困難となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、板状でない形状が複雑な回路基板を使用した場合でも、プロービングを確実に行うことができる撮像ユニット、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有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージと、複数のケーブルと、表面側に前記撮像素子が実装される撮像素子実装領域と、前記複数のケーブルが接続されるケーブル接続領域とが設けられるとともに、前記ケーブル接続領域の裏面側に検査用端子が形成されている検査用端子配設領域を有する回路基板と、を備え、前記ケーブル接続領域には、前記回路基板の短辺方向と平行に凸部が設けられ、前記凸部上および前記凸部より後端側に２列にケーブル接続電極が形成されており、前記凸部を表面側から裏面側に投影した際に、前記凸部の前記回路基板の短辺方向と平行な中心面が、前記検査用端子配設領域内に位置す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、前記凸部を表面側から裏面側に投影した際に、前記凸部の前記回路基板の短辺方向と平行な先端側側面および基端側側面が、前記検査用端子配設領域内に位置し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、前記ケーブル接続領域に形成されたケーブル接続電極の一部は、前記検査用端子と直線的に配置された貫通ビアで接続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、前記貫通ビアにより前記検査用端子と接続されているケーブル接続電極の前記撮像素子までの距離と、前記貫通ビアにより前記ケーブル接続電極と接続されている検査用端子の前記撮像素子までの距離とは同一であ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、前記貫通ビアにより前記検査用端子と接続されているケーブル接続電極には、画像信号伝送用のケーブルが接続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、前記凸部は、基端部側から階段部をなし、前記階段部の上面にケーブル接続電極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、回路基板の表面側の短辺方向と平行に設けられた凸部を、凸部の中心面が裏面側に設けられている検査用端子配設領域内に位置するように形成することにより、プロービングを確実に行うことができるため、信頼性の高い撮像ユニット、および内視鏡を得ることができる。

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２は、図１に示す内視鏡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とは異なる方向からの撮像ユニットの斜視図である。 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４に示す撮像ユニットの側面図である。 図６は、図５の回路基板の一部拡大側面図である。 図７は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの導通検査を説明する断面図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例１にかかる回路基板の一部拡大側面図である。 図９は、本発明の実施の形態の変形例２にかかる回路基板の一部拡大側面図である。 図１０は、本発明の実施の形態の変形例３にかかる回路基板の一部拡大断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態の変形例４にかかる回路基板の一部拡大側面図である。

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）
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、本実施の形態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とは異なる方向からの撮像ユニット１０の斜視図である。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４に示す撮像ユニット１０の側面図である。図６は、図５の回路基板３０の一部拡大側面図である。なお、図３において、プリズム４０とケーブル６０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、複数の電子部品５０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、表面ｆ５側に撮像素子２１が実装される撮像素子実装領域Ｒ１と、前記複数のケーブル６０が接続されるケーブル接続領域Ｒ２とが設けられるとともに、ケーブル接続領域R2の裏面ｆ６側に検査用端子３４が形成されている検査用端子配設領域Ｒ３を有する回路基板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ｆ４には図示しない接続電極、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、いわゆる横置き型である。

回路基板３０の表面ｆ５のケーブル接続領域Ｒ２には、回路基板３０の短辺ｍ１、ｍ２と平行に凸部３１が形成され、凸部３１の上面および凸部３１より基端側（短辺ｍ１側）に、ケーブル６０を接続するケーブル接続電極３３が２列に形成されている。なお、本明細書では、回路基板３０の撮像素子実装領域Ｒ１側を先端側、ケーブル接続領域Ｒ２側を基端側という。

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の撮像素子実装領域Ｒ１の裏面ｆ６側には、電子部品５０が実装される電極ランド３５が形成された凹部３２が形成され、裏面ｆ６の基端側には検査用端子３４が配設されている検査用端子配設領域Ｒ３が形成されている。

回路基板３０のケーブル接続領域Ｒ２の基端側のケーブル接続電極３３ａには、ケーブル６０ａが実装され、凸部３１の上面上のケーブル接続電極３３ｂには、ケーブル６０ｂが実装されている。ケーブル６０ａおよび６０ｂは、導体６１と、導体６１を被覆する絶縁体からなる外皮６２と、を有し、端部で外皮６２が剥離されて導体６１が露出している。この露出した導体６１が、ケーブル接続電極３３ａおよび３３ｂにそれぞれ接続されている。

凸部３１の高さｒ１は、ケーブル６０ａの径ｒ２以上、詳細には、ケーブル６０ａの導体６１の径と、外皮６２の厚さと、ケーブル６０ｂの外皮６２の厚さの和以上とすることが好ましい。凸部３１の高さｒ１を上記のようにすることにより、ケーブル６０ａおよびケーブル６０ｂを折り曲げることなくケーブル接続電極３３ａおよびケーブル接続電極３３ｂに接続でき、接続部に加わる応力を低減し、剥離を防止できるためである。

また、ケーブル接続電極３３ａおよびケーブル接続電極３３ｂには、同軸ケーブルのシールドと中心導体とをそれぞれ接続することもできる。ケーブル接続電極３３ａおよびケーブル接続電極３３ｂに、同軸ケーブルのシールドおよび中心導体を接続する場合、凸部３１の高さｒ１は、内部絶縁体の厚さとシールドの厚さとの和と同程度とすればよい。

凸部３１は、図４および図６に示すように、凸部３１を表面ｆ５側から裏面ｆ６側に投影した際に、凸部３１の回路基板３０の短辺（ｍ１、ｍ２）方向と平行な中心面ａが、検査用端子配設領域Ｒ３内に位置するように形成されている。

図７は、本発明の実施の形態にかかる撮像ユニット１０の導通検査を説明する断面図である。撮像ユニット１０は、回路基板３０に半導体パッケージ２０を実装した後、ソケット１００内に載置されて検査を行う。撮像ユニット１０は、回路基板３０の大きさの凹部１０４およびプローブ１０５を挿通する開口部１０６を有する台座１２０に載置され、上部から蓋部１１０が被せられる。蓋部１１０の内部には、蓋部１１０の上部から押圧した際に、蓋部１１０が半導体パッケージ２０と接触を防止する溝部１０２が形成されている。また、蓋部１１０の半導体パッケージ２０と対向する位置に、開口部１０１が設けられている。導通検査は、図７に示す矢印方向に蓋部１１０を押圧し、検査用端子３４にプローブ１０５を当接させた状態で、蓋部１１０の上部から開口部１０１を介して半導体パッケージ２０に光を入射して、回路基板３０内の配線の導通を検査する。

回路基板３０の表面ｆ５側に凸部３１を形成した場合、凸部３１と検査用端子配設領域Ｒ３の形成位置によっては、プローブ１０５と検査用端子３４との当接が確実に行えない場合が生じる。本実施の形態では、凸部３１は、凸部３１を表面ｆ５側から裏面ｆ６側に投影した際に、凸部３１の回路基板３０の短辺（ｍ１、ｍ２）方向と平行な中心面ａが、検査用端子配設領域Ｒ３内に位置するように形成されるため、蓋部１１０の内壁１０３を介して凸部３１に加えられた力が、裏面ｆ６側の対向した位置に形成されている検査用端子３４およびプローブ１０５に確実に加えられ、信頼性の高い導通検査を行うことができる。

凸部３１は、凸部３１を表面ｆ５側から裏面ｆ６側に投影した際に、凸部３１の回路基板３０の短辺（ｍ１、ｍ２）方向と平行な中心面ａが、検査用端子配設領域Ｒ３内に位置していればよく、例えば、図８に示すように、回路基板３０Ａ上の凸部３０Ａは、基端側の短辺ｍ１よりに形成されていてもよく、あるいは、図９に示すように、回路基板３０Ｂ上の凸部３０Ｂは、先端側に形成されていてもよいが、導通検査のより高い信頼性のためには、図６に示すように、凸部３１を表面側から裏面側に投影した際に、凸部３１の回路基板３０の短辺（ｍ１、ｍ２）と平行な先端側側面ｍ３および基端側側面ｍ４が、検査用端子配設領域Ｒ３内に位置していることが好ましい。

本実施の形態では、回路基板３０の表面ｆ５側の短辺（ｍ１、ｍ２）方向と平行に設けた凸部３１を、凸部３１の中心面ａが裏面側に設けられている検査用端子配設領域Ｒ３内に位置するように形成しているので、プロービングを確実に行うことができ、信頼性の高い撮像ユニット１０を得ることができる。また、ケーブル接続領域Ｒ２内に凸部３１を設けて、ケーブル６０を２列に配置するため、ケーブル６０の実装密度を向上することができるとともに、凸部３１の高さを選択することにより、接続部の剥離のおそれがない信頼性の高い撮像ユニット１０を得ることができる。

また、検査用端子３４を使用した導通検査の信頼性をさらに向上するために、ケーブル接続電極３３ａおよびケーブル接続電極３３ｂの一部は、検査用端子３４と貫通ビア３６ａおよび貫通ビア３６ｂで直線的に接続することが好ましい。図１０は、本発明の実施の形態の変形例３にかかる回路基板３０Ｄの一部拡大断面図である。変形例３にかかる回路基板３０Ｄでは、ケーブル接続電極３３ａおよびケーブル接続電極３３ｂと検査用端子３４ａおよび検査用端子３４ｂとを、貫通ビア３６ａおよび貫通ビア３６ｂそれぞれ接続している。貫通ビア３６ａおよび貫通ビア３６ｂで、直近のケーブル接続電極３３と検査用電極３４とを接続することにより、ケーブル接続電極３３の撮像素子２１までの距離と、検査用端子３４の撮像素子２１までの距離とが略同一となり、各検査用端子３４から得られる電気特性をケーブル接続電極の電気特性に一致させることができるためである。貫通ビア３６により検査用端子３４と接続されているケーブル接続電極３３の撮像素子２１までの距離と、貫通ビア３６によりケーブル接続電極３３と接続されている検査用端子３４の撮像素子２１までの距離とが同一であることが、更に好ましい。例えば、ケーブル接続電極３３ｂは、配線３５ｂにより撮像素子２１と接続されているが、ケーブル接続電極３３ｂの撮像素子２１までの距離、すなわち、貫通ビア３６ｂのケーブル接続電極３３ｂから配線３５ｂまでの長さｒ３と、配線３５ｂの長さとの和が、検査用端子３４ｂの撮像素子２１までの距離、すなわち、貫通ビア３６ｂの検査用電極３４ｂから配線３５ｂまでの長さｒ３と、配線３５ｂの長さとの和に等しいことが好ましい。

なお、貫通ビア３６ａおよび貫通ビア３６ｂにより、検査用端子３４ａおよび検査用端子３４ｂと接続されているケーブル接続電極３３ａおよびケーブル接続電極３３ｂには、画像信号伝送用のケーブルを接続することで、より高画質な画像データの送信が可能となる。

さらにまた、凸部３１は、基端部側から階段部をなすように形成されていてもよい。図１１は、本発明の実施の形態の変形例４にかかる回路基板３０Ｅの一部拡大側面図である。変形例４にかかる回路基板３０Ｅでは、凸部３１Ｅは、基端部側から階段部をなすように形成され、階段部の上面にケーブル接続電極３３ａ、ケーブル接続電極３３ｂおよびケーブル接続電極３３ｃが形成されている。

変形例４では、凸部３１Ｅの最上段の階段部の中心面ａ１が裏面側に設けられている検査用端子配設領域Ｒ３内に位置するように形成しているので、プロービングを確実に行うことができ、信頼性の高い撮像ユニット１０を得ることができる。また、ケーブル接続電極３３ａ、ケーブル接続電極３３ｂおよびケーブル接続電極３３ｃを３列に配置しているので、より多くのケーブル６０を接続することが可能になる。変形例４では、凸部３１Ｅを２段の階段部で構成するが、これに限定するものではなく、３段以上の階段部とし、ケーブル接続電極３３を４列以上に配置してもよい。

本発明の撮像ユニットは、高品質な画像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、３０Ａ、３０Ｂ 回路基板
３１ 凸部
３２ 凹部
３３、３３ａ、３３ｂ ケーブル接続電極
３４ 検査用端子
４０ プリズム
５０ 電子部品
６０、６０ａ、６０ｂ ケーブル
６１ 導体
６２ 外皮

Claims (7)

1. 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有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージと、
   複数のケーブルと、
   表面側に前記撮像素子が実装される撮像素子実装領域と、前記複数のケーブルが接続されるケーブル接続領域とが設けられるとともに、前記ケーブル接続領域の裏面側に検査用端子が形成されている検査用端子配設領域を有する回路基板と、
   を備え、
   前記ケーブル接続領域には、前記回路基板の短辺方向と平行に凸部が設けられ、前記凸部上および前記凸部より後端側に２列にケーブル接続電極が形成されており、前記凸部を表面側から裏面側に投影した際に、前記凸部の前記回路基板の短辺方向と平行な中心面が、前記検査用端子配設領域内に位置することを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記凸部を表面側から裏面側に投影した際に、前記凸部の前記回路基板の短辺方向と平行な先端側側面および基端側側面が、前記検査用端子配設領域内に位置し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. 前記ケーブル接続領域に形成されたケーブル接続電極の一部は、前記検査用端子と直線的に配置された貫通ビアで接続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. 前記貫通ビアにより前記検査用端子と接続されているケーブル接続電極の前記撮像素子までの距離と、前記貫通ビアにより前記ケーブル接続電極と接続されている検査用端子の前記撮像素子までの距離とは同一であることを特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
5. 前記貫通ビアにより前記検査用端子と接続されているケーブル接続電極には、画像信号伝送用のケーブルが接続されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像ユニット。
6. 前記凸部は、基端部側から階段部をなし、前記階段部の上面に前記ケーブル接続電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
7. 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。

Images