(57)【要約】  細径化を図りながら、接続信頼性の高い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１００は、表面に撮像素子１１の受光部が形成され、裏面にセンサ電極１３が形成された半導体パッケージ１０と、表面にセンサ電極１３とバンプ１４を介して接続されている接続電極２３が形成される回路基板２０と、半導体パッケージ１０を覆う保持枠４０および熱収縮チューブ５０と、保持枠４０および熱収縮チューブ５０とにより囲繞された空間に充填されている第１の充填剤６０と、半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面に充填され、滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張が前記第１の充填剤６０より小さい第２の充填剤７０と、を備えることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に撮像素子の受光部が形成され、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、
表面に前記センサ電極とバンプを介して電気的および機械的に接続されている接続電極が形成される回路基板と、
前記半導体パッケージを覆う囲繞部材と、
前記囲繞部材により囲繞された空間に充填されている第１の充填剤と、
前記半導体パッケージと前記回路基板との接続面に充填され、滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張が前記第１の充填剤より小さい第２の充填剤と、
を備えることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記第２の充填剤の硬化前の粘度は、前記第１の充填剤の硬化前の粘度より小さい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】
前記回路基板は、
表面および裏面に第１の接続電極および第２の接続電極がそれぞれ形成され、表面側の第１の接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と電気的および機械的に接続されている第１の基板と、
表面に第３の接続電極、側面にケーブル接続電極が形成され、前記第３の接続電極が前記第１の基板の前記第２の接続電極と電気的および機械的に接続されている第２の基板と、
を有し、
前記第１の基板の裏面または前記第２の基板の表面に形成された凹部内に電子部品が実装され、
前記第１の基板、前記第２の基板、および前記ケーブル接続電極に接続されたケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向に沿って見たとき、該光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記第１の基板と前記第２の基板との接続部、および前記凹部内には、前記第２の充填剤が充填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。
【請求項５】
前記回路基板は、前記接続電極が形成された本体部と、前記本体部の裏面に突出し、突出する側面のうち少なくとも対向する２側面にケーブル接続電極が形成された取付け部と、を有し、
前記回路基板、および前記ケーブル接続電極に接続された複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向に沿って見たとき、該光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記本体部の裏面には複数の電子部品が実装される電子部品実装領域が設けられ、
前記取付け部は、前記ケーブル接続電極が形成された対向する２側面の中心面が、前記半導体パッケージの前記取付け部の２側面と平行な側面の中心面からシフトして前記本体部から突出し、
前記電子部品実装領域は、前記本体部の裏面に前記取付け部と並べて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
前記本体部と前記電子部品との接続部周辺には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像ユニット。
【請求項８】
前記回路基板は、表面に前記センサ電極と接続される接続電極と、ケーブルが接続されるケーブル接続電極とが並べて配置されるとともに、裏面に電子部品が実装される凹部を有し、
前記半導体パッケージは、前記撮像素子の受光部が光軸方向と平行に載置されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。
【請求項９】
前記回路基板と前記電子部品との接続部周辺には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする請求項８に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９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内視鏡。
【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ユニットおよび内視鏡に関する。
【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。【０００３】
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やケーブルが実装された回路基板と、撮像素子と回路基板とを接続するＴＡＢテープ等の電気接続部材とを含む撮像ユニットが嵌め込まれ、撮像素子や電子部品の周囲には保護を目的とした充填剤が充填されている。【０００４】
医療用に用いられる内視鏡では、消毒滅菌のためにオートクレーブ滅菌（１１５〜１３８℃、大気圧＋０．２ＭＰａ程度）を行っているが、滅菌温度に加熱する際、充填剤の膨張によりＴＡＢテープや電子部品の接続部が破壊されるおそれがあるため、線膨張係数が異なる２種の封止樹脂を使用する撮像ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５７８９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、内視鏡のさらなる細径化の観点から、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）が撮像ユニットに使用され、ＴＡＢテープ等を使用することなく、ＣＳＰのセンサ電極と回路基板の接続電極とをバンプ等により直接接続した撮像ユニットが提案されているが、半導体パッケージと回路基板とを直接接続する際に使用する充填剤については、何ら検討されていなかった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、細径化を図りながら、接続信頼性の高い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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、表面に撮像素子の受光部が形成され、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、表面に前記センサ電極とバンプを介して電気的および機械的に接続されている接続電極が形成される回路基板と、前記半導体パッケージを覆う囲繞部材と、前記囲繞部材により囲繞された空間に充填されている第１の充填剤と、前記半導体パッケージと前記回路基板との接続面に充填され、滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張が前記第１の充填剤より小さい第２の充填剤と、を備えることを特徴とする。【０００９】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記第２の充填剤の硬化前の粘度は、前記第１の充填剤の硬化前の粘度より小さいことを特徴とする。【００１０】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記回路基板は、表面および裏面に第１の接続電極および第２の接続電極がそれぞれ形成され、表面側の第１の接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と電気的および機械的に接続されている第１の基板と、表面に第３の接続電極、側面にケーブル接続電極が形成され、前記第３の接続電極が前記第１の基板の前記第２の接続電極と電気的および機械的に接続されている第２の基板と、を有し、前記第１の基板の裏面または前記第２の基板の表面に形成された凹部内に電子部品が実装され、前記第１の基板、前記第２の基板、および前記ケーブル接続電極に接続されたケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向に沿って見たとき、該光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。【００１１】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記第１の基板と前記第２の基板との接続部、および前記凹部内には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする。【００１２】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記回路基板は、前記接続電極が形成された本体部と、前記本体部の裏面に突出し、突出する側面のうち少なくとも対向する２側面にケーブル接続電極が形成された取付け部と、を有し、前記回路基板、および前記ケーブル接続電極に接続された複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向に沿って見たとき、該光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。【００１３】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記本体部の裏面には複数の電子部品が実装される電子部品実装領域が設けられ、前記取付け部は、前記ケーブル接続電極が形成された対向する２側面の中心面が、前記半導体パッケージの前記取付け部の２側面と平行な側面の中心面からシフトして前記本体部から突出し、前記電子部品実装領域は、前記本体部の裏面に前記取付け部と並べて配置されていることを特徴とする。【００１４】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記本体部と前記電子部品との接続部周辺には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする。【００１５】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記回路基板は、表面に前記センサ電極と接続される接続電極と、ケーブルが接続されるケーブル接続電極とが並べて配置されるとともに、裏面に電子部品が実装される凹部を有し、前記半導体パッケージは、前記撮像素子の受光部が光軸方向と平行に載置されることを特徴とする。【００１６】
また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記回路基板と前記電子部品との接続部周辺には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする。【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体パッケージと回路基板との接続部に、常温から滅菌温度まで加熱した際の、単位長さ当たりの線膨張が小さい第２の充填剤を使用することにより、接続部の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図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２】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断面図である。
【図３】図３は、図２に示す撮像ユニットの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１で使用する第１の充填剤と第２の充填剤の温度と線膨張との関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニットの断面図である。
【図６】図６は、図５に示す撮像ユニットの斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニットの断面図である。
【図８】図８は、図７に示す撮像ユニットの斜視図である。
【図９】図９は、図７に示す撮像ユニットの側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４にかかる撮像ユニットの断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す撮像ユニットの下方からの斜視図である。
【図１２】図１２は、図１０に示す撮像ユニットの上方からの斜視図である。
【図１３】図１３は、図１０の回路基板の凹部とセンサ電極の位置関係を説明する図である。
【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。
【００２１】
（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。
【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。
【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、内視鏡システム１で使用する撮像ユニットについて詳細に説明する。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断面図である。図３は、図２に示す撮像ユニットの斜視図である。なお、図３では、図２の撮像ユニット１００の保持枠４０、熱収縮チューブ５０、第１の充填剤６０、第２の充填剤７０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略するとともに、回路基板２０の側面ｆ５が手前側になるように９０°回転した状態で示している。
【００３０】
撮像ユニット１００は、撮像素子１１を有し、裏面であるｆ２面にセンサ電極１３が形成された半導体パッケージ１０と、接続電極２３が形成された本体部２１と、本体部２１の裏面に突出する取付け部２２と、を有する回路基板２０と、複数の信号ケーブル３１を撚り合せた集合ケーブル３０と、半導体パッケージ１０を保持する保持枠４０と、保持枠４０の基端部分を覆うカバー部材である熱収縮チューブ５０と、保持枠４０と熱収縮チューブ５０とにより囲繞された空間に充填される第１の充填剤６０と、半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面に充填される第２の充填剤７０と、を備える。本実施の形態１において、保持枠４０および熱収縮チューブ５０が囲繞部材として機能する。なお、本実施の形態１では、囲繞部材が保持枠４０と熱収縮チューブ５０とから構成されているが、構成はこれに限ったものでなく、例えば、他の部材が組み入れられた構成としたり、熱収縮チューブ５０だけの構成であってもよい。
【００３１】
半導体パッケージ１０は、カバーガラス１２が撮像素子１１の受光部１１ａを保護するように貼り付けられ、カバーガラス１２の先端部側には半導体パッケージ１０より大きな径を有する芯出しカバーガラス１５が張り付けられている。半導体パッケージ１０は、芯出しカバーガラス１５の半導体パッケージ１０と接しない外周部が、保持枠４０の位置決め部４１に当接されることにより、保持枠４０により保持される。レンズユニットが集光した光は芯出しカバーガラス１５、カバーガラス１２を介して、撮像素子１１のｆ１面（受光面）に入射する。撮像素子１１のｆ２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。半導体パッケージ１０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。
【００３２】
回路基板２０は、表面に接続電極２３が形成された本体部２１と、本体部２１の裏面に突出し、突出する側面のうち対向する２つの側面ｆ５および側面ｆ６にケーブル接続電極２４が形成された取付け部２２と、を有する。本体部２１と取付け部２２とは一体形成された基板であっても、個別で作製した基板を組み合わせたものであってもよい。回路基板２０は、配線が形成された複数の基板が積層されて板状をなしている（表面ｆ３および裏面ｆ４に平行な基板が複数積層）。積層される基板は、セラミックス基板、ガラエポ基板、フレキシブル基板、ガラス基板、シリコン基板等が用いられる。回路基板２０の内部には、積層される基板上の配線を導通させる複数のビア（図示せず）が形成されている。
【００３３】
回路基板２０の本体部２１の表面ｆ３には接続電極２３が形成され、半導体パッケージ１０のセンサ接続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。
【００３４】
集合ケーブル３０は、１０本の単線ケーブルである信号ケーブル３１からなり、信号ケーブル３１の外周は総合シールドおよび総合被覆によって覆われている。集合ケーブル３０の先端部は、総合シールドおよび総合被覆が除去されている。また、信号ケーブル３１は、芯線３２と、芯線３２の外周に設けられる外皮３３と、を備える。信号ケーブル３１の先端部は、芯線３２が先端部から段階的に露出するよう外皮３３が除去されている。本実施の形態１では、信号ケーブル３１の芯線３２は、回路基板２０の取付け部２２の対向する側面ｆ５および側面ｆ６に形成されたケーブル接続電極２４に図示しない半田等を介して電気的および機械的に接続されている。また、実施の形態１において、回路基板２０および回路基板２０の側面ｆ５および側面ｆ６のケーブル接続電極２４にそれぞれ接続された複数の信号ケーブル３１（集合ケーブル３０）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。これにより、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。
【００３５】
熱収縮チューブ５０は、保持枠４０の基端部から集合ケーブル３０の先端側を覆い、保持枠４０および集合ケーブル３０の総合被覆に密着固定される。保持枠４０と熱収縮チューブ５０とにより囲繞された空間には、絶縁性の第１の充填剤６０が充填される。第１の充填剤６０は、防湿性が高い材料からなり、半導体パッケージ１０への湿度による影響を低減することができる。
【００３６】
半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面、すなわち接続電極２３とセンサ電極１３との接続部は、絶縁性の第２の充填剤７０により封止されている。半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面を第２の充填剤７０により封止することにより、接続強度を向上することができる。第２の充填剤７０は、常温から滅菌温度まで加熱した際の、単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さい。接続面積が小さく、接続の信頼性が要求される半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面に、滅菌温度における単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さい第２の充填剤７０を充填することにより、滅菌処理の際の熱膨張による接続部への影響を低減することができる。
【００３７】
なお、滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張とは、図４に示すように、常温時の線膨張を０とし、滅菌温度（１１５℃〜１３８℃）まで加熱した際の単位長さ当たりの線膨張を意味する。図４に示すように、線膨張率は、ガラス転移点Ｔｇ１、Ｔｇ２で変化してしまうため、線膨張率ではなく、常温から滅菌温度までの単位長さ当たりの線膨張により充填剤を選定することが好ましい。第２の充填剤７０として、常温から滅菌温度までの単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さいものを選択することにより、滅菌処理の際の熱膨張による接続部への影響を効果的に低減することができる。
【００３８】
また、第２の充填剤７０の硬化前の粘度は、第１の充填剤６０の硬化前の粘度よりも小さいものであることが好ましい。これにより、半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面への第２の充填剤７０の充填が容易となる。
【００３９】
実施の形態１にかかる撮像ユニット１００は、半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続面に、常温から滅菌温度まで加熱した際の、単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さい第２の充填剤７０を充填するため、滅菌処理の際の熱膨張による接続部への影響を低減することができる。また、第１の充填剤６０として防湿性の高い材料を使用することにより、半導体パッケージ１０への湿度による影響を低減することができる。さらに、回路基板２０および回路基板２０の側面ｆ５および側面ｆ６のケーブル接続電極２４にそれぞれ接続された複数の信号ケーブル３１（集合ケーブル３０）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさとするため、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。
【００４０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニットの断面図である。図６は、図５に示す撮像ユニットの斜視図である。なお、図６では、図５の撮像ユニット１００Ａの保持枠４０、熱収縮チューブ５０、第１の充填剤６０、第２の充填剤７０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略している。
【００４１】
実施の形態２にかかる撮像ユニット１００Ａにおいて、回路基板２０Ａは、第１の基板２０Ａ−１と、第２の基板２０Ａ−２と、を有する。第１の基板２０Ａ−１は、表面ｆ３および裏面ｆ４に第１の接続電極２３Ａおよび第２の接続電極２５がそれぞれ形成され、表面ｆ３側の第１の接続電極２３Ａが半導体パッケージ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。第２の基板２０Ａ−２は、表面ｆ７に第３の接続電極２７、側面ｆ５および側面ｆ６にケーブル接続電極２４が形成され、第３の接続電極２７が第１の基板２０Ａ−１の第２の接続電極２５と、バンプ２６を介して電気的および機械的に接続されている。なお、バンプ２６としては、はんだボールや金属コアはんだボール、樹脂コアボール、金バンプ等がある。
【００４２】
第１の基板２０Ａ−１の裏面ｆ４には、凹部２８が設けられ、凹部２８内に形成された実装ランド２９に電子部品５１が半田等の導電部材を介して実装されている。電子部品５１と実装ランド２９との接続部周辺、すなわち、電子部品５１の底面と凹部２８との間には、第２の充填剤７０が充填されている。また、第１の基板２０Ａ−１の裏面ｆ４と第２の基板２０Ａ−２の表面ｆ７の間、および凹部２８内にも、第２の充填剤７０が充填されている。なお、本実施の形態２では、凹部２８は、第１の基板２０Ａ−１に形成されているが、第２の基板２０Ａ−２に凹部２８を形成してもよい。
【００４３】
第２の基板２０Ａ−２は、対向する側面であるｆ５面と側面ｆ６面に階段部Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３が設けられている。側面ｆ５と側面ｆ６は半導体パッケージ１０の光軸方向の基端側で互いに近づくように階段部Ｓ１〜Ｓ３が設けられる。階段部Ｓ２、およびＳ３にはケーブル接続電極２４がそれぞれ配置され、信号ケーブル３１の芯線３２が電気的および機械的に接続される。
【００４４】
また、撮像ユニット１００Ａは、第１の基板２０Ａ−１、第２の基板２０Ａ−２、およびケーブル接続電極２４に接続された信号ケーブル３１（集合ケーブル３０Ａ）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。これにより、撮像ユニット１００Ａの細径化が可能となる。
【００４５】
実施の形態２にかかる撮像ユニット１００Ａは、半導体パッケージ１０と第１の基板２０Ａ−１との接続面、第１の基板２０Ａ−１のｆ４面と第２の基板２０Ａ−２のｆ７面との間、および凹部２８内に、常温から滅菌温度まで加熱した際の、単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さい第２の充填剤７０を充填するため、滅菌処理の際の熱膨張による接続部への影響を低減することができる。また、第１の充填剤６０として防湿性の高い材料を使用することにより、半導体パッケージ１０への湿度による影響を低減することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニットの断面図である。図８は、図７に示す撮像ユニットの斜視図である。図９は、図７に示す撮像ユニットの側面図である。なお、図８および図９では、図７の撮像ユニット１００Ｂの保持枠４０、熱収縮チューブ５０、第１の充填剤６０、第２の充填剤７０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略している。
【００４７】
実施の形態３にかかる撮像ユニット１００Ｂにおいて、回路基板２０Ｂの裏面ｆ４には、電子部品５１および５２が実装される電子部品実装領域が設けられ、回路基板２０Ｂの信号ケーブル３１を接続する取付け部２２Ｂは、ケーブル接続電極２４が形成された対向する２つの側面ｆ５および側面ｆ６の中心面が、半導体パッケージ１０の中心面からシフトするよう本体部２１から突出する。
【００４８】
取付け部２２Ｂは、本体部２１から階段状に突出し、対向する側面ｆ５と側面ｆ６面に階段部Ｓ１、およびＳ２が設けられている。階段部Ｓ１およびＳ２は、半導体パッケージ１０の光軸方向の基端側で互いに近づくように設けられる。側面ｆ５側の階段部Ｓ１およびＳ２、ならびに側面ｆ６側の階段部Ｓ２にはケーブル接続電極２４がそれぞれ配置され、信号ケーブル３１の芯線３２が電気的および機械的に接続されている。
【００４９】
図８に示すように、側面ｆ５側に形成されるケーブル接続電極２４は、階段部Ｓ１と階段部Ｓ２のケーブル接続電極２４が千鳥格子状（ジグザグ状）に配置される。また、側面ｆ５および側面ｆ６の階段部Ｓ２に対向して形成されるケーブル接続電極２４も、千鳥格子状（ジグザグ状）に配置される。ケーブル接続電極２４を千鳥格子状（ジグザグ状）に配置することにより、信号ケーブル３１の実装密度を向上することができる。
【００５０】
取付け部２２Ｂは、図９に示すように、ケーブル接続電極２４が対向して形成される側面ｆ５および側面ｆ６の中心面ａ１が、半導体パッケージ１０の取付け部２２Ｂの側面ｆ５、側面ｆ６と平行な側面の中心面ａ２からシフト（図９では左側にシフト）して本体部２１から突出するように、本体部２１と一体的に形成されている。これにより、本体部２１の裏面ｆ４の一辺側を、電子部品実装領域Ｒとして使用することができる。電子部品５１、５２を本体部２１の実装ランド２９に実装する際、ディスペンサーニードルで図面上部側から実装ランド２９にハンダを供給する。本実施の形態３では、電子部品実装領域Ｒを、本体部２１の裏面ｆ４の一辺側に、取付け部２２Ｂと並べて配置するため、ディスペンサーニードルでハンダを供給する際、ディスペンサーニードルと取付け部２２Ｂ、特に、階段部Ｓ１、Ｓ２と干渉することなく、上方から正確にハンダを供給することができ、電子部品５１、５２を簡易かつ精度よく実装することができる。
【００５１】
また、電子部品５１、５２にコンデンサ（デカップリングコンデンサ）が含まれていた場合、撮像素子１１に近接する本体部２１を介して、撮像素子１１の直近にデカップリングコンデンサを配置することが可能となる。そのため、撮像素子１１とデカップリングコンデンサとの間のインピーダンスを低減することができ、撮像素子１１の安定駆動、撮像素子１１の高速化が可能となる。
【００５２】
電子部品５１および５２と実装ランド２９との接続部周辺、すなわち、電子部品５１および５２の底面と本体部２１の裏面ｆ４との間には、第２の充填剤７０が充填されている。また、電子部品５１および５２の周囲を、第２の充填剤７０で封止している。
【００５３】
階段部Ｓ１に形成されるケーブル接続電極２４は、本体部２１から離間して形成されるとともに、階段部Ｓ２に形成されるケーブル接続電極２４は、階段部Ｓ１から離間して形成され、階段部Ｓ１に形成されるケーブル接続電極２４は、電子部品５１、５２と光軸方向に重なるように配置される。電子部品５１、５２と光軸方向に重なるとは、ケーブル接続電極２４の本体部２１側の端部から本体部２１までの長さｈ１が、電子部品５１の高さｈ２より短いことを意味する。ケーブル接続電極２４を、本体部２１または階段部Ｓ１から離間して形成することにより、はんだ流れによるショート等のリスクを低減できる。また、階段部Ｓ１に形成されるケーブル接続電極２４を電子部品５１、５２と光軸方向に重なるように配置することにより、取付け部２２Ｂの光軸方向の長さが短くなる。
【００５４】
また、撮像ユニット１００Ｂは、回路基板２０Ｂ、電子部品５１、および５２、ならびにケーブル接続電極２４に接続された信号ケーブル３１（集合ケーブル３０Ｂ）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。これにより、撮像ユニット１００Ｂの細径化が可能となる。
【００５５】
実施の形態３にかかる撮像ユニット１００Ｂは、半導体パッケージ１０と回路基板２０Ｂとの接続面、および電子部品５１および５２と実装ランド２９との接続部周辺に、常温から滅菌温度まで加熱した際の、単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さい第２の充填剤７０を充填するため、滅菌処理の際の熱膨張による接続部への影響を低減することができる。また、第１の充填剤６０として防湿性の高い材料を使用することにより、半導体パッケージ１０への湿度による影響を低減することができる。
【００５６】
実施の形態３では、本体部２１は、対向する２つの側面ｆ５および側面ｆ６に階段部Ｓ１およびＳ２が設けられているが、少なくとも１つの側面、好ましくはシフトされる側（実施の形態３では側面ｆ５）の側面が階段部Ｓ１、Ｓ２をなし、階段部Ｓ１およびＳ２にケーブル接続電極２４が設けられていればよい。
【００５７】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４にかかる撮像ユニットの断面図である。図１１は、図１０に示す撮像ユニットの下方からの斜視図である。図１２は、図１０に示す撮像ユニットの上方からの斜視図である。図１３は、図１０の回路基板の凹部とセンサ電極の位置関係を説明する図である。なお、図１１および図１２では、図１０の撮像ユニット１００Ｄの保持枠４０、熱収縮チューブ５０、第１の充填剤６０、第２の充填剤７０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略している。
【００５８】
撮像ユニット１００Ｄは、入射光を集光し反射するプリズム１６を備え、プリズム１６から入射された光を撮像素子１１が受光する。半導体パッケージ１０は、撮像素子１１の受光面であるｆ１面が光軸方向と平行に載置される、いわゆる横置き型である。
【００５９】
回路基板２０Ｄは、表面ｆ３にセンサ電極１３と接続される接続電極２３と、信号ケーブル３１が接続されるケーブル接続電極２４とが並べて配置されるとともに、裏面ｆ４の全周に壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４が形成されている。撮像ユニット１００Ｄの細径化のために回路基板２０Ｄを薄くすると、回路基板２０Ｄにそりが生じ、半導体パッケージ１０と回路基板２０Ｄとの間の接続の信頼性が低下するおそれがあるが、回路基板２０Ｄの裏面に壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４を形成することにより、回路基板２０Ｄのそりを低減することができる。
【００６０】
回路基板２０Ｄの表面ｆ３には、センサ電極１３と接続される接続電極２３と、信号ケーブル３１が接続されるケーブル接続電極２４とが、信号ケーブル３１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。ケーブル接続電極２４は、信号ケーブル３１の実装密度を向上しながら撮像ユニット１００Ｄ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。
【００６１】
回路基板２０Ｄは、裏面ｆ４の半導体パッケージ１０が実装される領域に、実装ランド２９が形成され、この実装ランド２９に電子部品５１が半田等の導電部材を介して実装されている。実装ランド２９が形成される領域は、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４で囲われている。電子部品５１と実装ランド２９との接続部周辺、すなわち、電子部品５１の底面と回路基板２０Ｄの裏面ｆ４との間には、第２の充填剤７０が充填されている。また、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４で囲われる凹部内にも、第２の充填剤７０が充填されている。
【００６２】
壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４の高さｈ３は、実装ランド２９に電子部品５１が実装された際に、回路基板２２Ｄの裏面ｆ４から電子部品５１の上面が突出しない高さ、すなわち、電子部品５１の高さｈ４より高くなるように形成されている。また、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４の高さｈ３は、回路基板２０Ｄの厚さが０．４〜０．５ｍｍ程度である場合、０．２〜０．３ｍｍ程度、すなわち、回路基板２０Ｄの厚さの半分程度とすることが好ましい。
【００６３】
また、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４で囲われる凹部の大きさは、図１３に示すように、半導体パッケージ１０のセンサ電極１３（バンプ１４）と壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４が、鉛直方向に重なる程度の長さを有している。
【００６４】
センサ電極１３（バンプ１４）がマトリックス状に配置された半導体パッケージ１０の場合、センサ電極１３（バンプ１４）の外周部やセンサ電極１３（バンプ１４）の４つの角部が回路基板２０Ｄの反りに与える影響が大きいが、凹部の大きさを、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４が半導体パッケージ１０のセンサ電極１３（バンプ１４）に重なる程度の大きさとすることにより、センサ電極１３（バンプ１４）の外周部やセンサ電極１３（バンプ１４）の４つの角部の回路基板２０Ｄの厚みを厚くできるため、回路基板２０Ｄの反りを効果的に低減できる。
【００６５】
実施の形態４にかかる撮像ユニット１００Ｄは、半導体パッケージ１０と回路基板２０Ｄとの接続面、および電子部品５１と実装ランド２９との接続部周辺に、常温から滅菌温度まで加熱した際の、単位長さ当たりの線膨張が第１の充填剤６０より小さい第２の充填剤７０を充填するため、滅菌処理の際の熱膨張による接続部への影響を低減することができる。また、第１の充填剤６０として防湿性の高い材料を使用することにより、半導体パッケージ１０への湿度による影響を低減することができる。
【００６６】
なお、実施の形態４では、回路基板２０Ｄの裏面に、四方すべてに壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４を形成し、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４により囲われる凹部内に電子部品５１を実装しているが、壁部２８−１、２８−２、２８−３、２８−４は、少なくとも対向する２方向に形成されていれば、回路基板２０Ｄの反りを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の撮像ユニット、および内視鏡は、高画質な画像、および先端部の細径化が要求される内視鏡システムに有用である。
【符号の説明】
【００６８】
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  半導体パッケージ
１１  撮像素子
１２  カバーガラス
１３  センサ電極
１４、２６  バンプ
１５  芯出しカバーガラス
１６  プリズム
２０、２０Ｂ、２０Ｄ  回路基板
２０Ａ−１  第１の基板
２０Ａ−２  第２の基板
２１  本体部
２２  取付け部
２３  接続電極
２３Ａ  第１の接続電極
２４  ケーブル接続電極
２５  第２の接続電極
２７  第３の接続電極
２８  凹部
３０  集合ケーブル
３１  信号ケーブル
３２  芯線
３３  外皮
４０  保持枠
５０  熱収縮チューブ
５１、５２  電子部品
６０  第１の充填剤
７０  第２の充填剤
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｄ  撮像ユニット
【図１】
2017199776.tif 000003
【図２】
2017199776.tif 000004
【図３】
2017199776.tif 000005
【図４】
2017199776.tif 000006
【図５】
2017199776.tif 000007
【図６】
2017199776.tif 000008
【図７】
2017199776.tif 000009
【図８】
2017199776.tif 000010
【図９】
2017199776.tif 000011
【図１０】
2017199776.tif 000012
【図１１】
2017199776.tif 000013
【図１２】
2017199776.tif 000014
【図１３】
2017199776.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月17日(2017.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に撮像素子の受光部が形成され、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、
表面に前記センサ電極とバンプを介して電気的および機械的に接続されている接続電極が形成される回路基板と、
前記半導体パッケージを覆う囲繞部材と、
前記囲繞部材により囲繞された空間に充填されている第１の充填剤と、
前記半導体パッケージと前記回路基板との接続面に充填され、滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張が前記第１の充填剤より小さい第２の充填剤と、
を備えることを特徴とする撮像ユニット。
【請求項２】
前記第２の充填剤の硬化前の粘度は、前記第１の充填剤の硬化前の粘度より小さい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】
前記回路基板は、
表面および裏面に第１の接続電極および第２の接続電極がそれぞれ形成され、表面側の第１の接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と電気的および機械的に接続されている第１の基板と、
表面に第３の接続電極、側面にケーブル接続電極が形成され、前記第３の接続電極が前記第１の基板の前記第２の接続電極と電気的および機械的に接続されている第２の基板と、
を有し、
前記第１の基板の裏面または前記第２の基板の表面に形成された凹部内に電子部品が実装され、
前記第１の基板、前記第２の基板、および前記ケーブル接続電極に接続されたケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向に沿って見たとき、該光軸方向の投影面内に収ま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４】
前記第１の基板と前記第２の基板との接続部、および前記凹部内には、前記第２の充填剤が充填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。
【請求項５】
前記回路基板は、前記接続電極が形成された本体部と、前記本体部の裏面に突出し、突出する側面のうち少なくとも対向する２側面にケーブル接続電極が形成された取付け部と、を有し、
前記回路基板、および前記ケーブル接続電極に接続された複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向に沿って見たとき、該光軸方向の投影面内に収ま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６】
前記本体部の裏面には複数の電子部品が実装される電子部品実装領域が設けられ、
前記取付け部は、前記ケーブル接続電極が形成された対向する２側面の中心面が、前記半導体パッケージの前記取付け部の２側面と平行な側面の中心面からシフトして前記本体部から突出し、
前記電子部品実装領域は、前記本体部の裏面に前記取付け部と並べて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
前記本体部と前記電子部品との接続部周辺には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像ユニット。
【請求項８】
前記回路基板は、表面に前記センサ電極と接続される接続電極と、ケーブルが接続されるケーブル接続電極とが並べて配置されるとともに、裏面に電子部品が実装される凹部を有し、
前記半導体パッケージは、前記撮像素子の受光部が光軸方向と平行に載置され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９】
前記回路基板と前記電子部品との接続部周辺には、前記第２の充填剤が充填されていることを特徴とする請求項８に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】
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。
【国際調査報告】
2017199776.tif 000016
2017199776.tif 000017
2017199776.tif 000018
2017199776.tif 000019