(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部配線に接続されている信号用端子と前記内部配線に接続されていない固定用端子とを裏面に備える表面実装型の光電変換素子を実装する基板に設けられ、前記固定用端子が接合される表面側銅箔パターン、裏面側銅箔パターン及び、これらの銅箔パターンを接続するスルーホールビアと、
前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定され、該裏面側銅箔パターンを冷却する冷却部材とを備え、
前記固定用端子が、前記光電変換素子の裏面の外周部に設けられ、
前記表面側銅箔パターンが、前記光電変換素子を前記基板に実装した状態で、前記光電変換素子の外周よりも外側に位置する領域を有している光電変換素子の冷却構造。
【請求項２】
前記冷却部材が、前記固定用端子から、前記表面用銅箔パターン、前記スルーホールビア及び前記裏面側銅箔パターンを介して伝導されてきた熱を放散させるヒートシンクである請求項１に記載の光電変換素子の冷却構造。
【請求項３】
前記冷却部材が、前記ヒートシンクを冷却するペルチェ素子を備える請求項２に記載の光電変換素子の冷却構造。
【請求項４】
内部配線に接続されている信号用端子と前記内部配線に接続されていない固定用端子とを裏面に備える表面実装型の光電変換素子を実装する基板に設けられ、前記固定用端子が接合される表面側銅箔パターン、裏面側銅箔パターン及び、これらの銅箔パターンを接続するスルーホールビアと、
前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定され、該裏面側銅箔パターンを冷却する冷却部材とを備え、
前記冷却部材が、前記固定用端子から、前記表面用銅箔パターン、前記スルーホールビア及び前記裏面側銅箔パターンを介して伝導されてきた熱を放散させるヒートシンクであり、
前記光電変換素子の裏面の前記信号用端子及び前記固定用端子の配置されていない領域において前記基板に貫通孔が形成され、
前記ヒートシンクが、前記貫通孔を貫通して前記光電変換素子の裏面に接触する凸部を備える光電変換素子の冷却構造。
【請求項５】
内部配線に接続されている信号用端子と前記内部配線に接続されていない固定用端子とを裏面に備える表面実装型の光電変換素子を実装する基板に設けられ、前記固定用端子が接合される表面側銅箔パターン、裏面側銅箔パターン及び、これらの銅箔パターンを接続するスルーホールビアと、
前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定され、該裏面側銅箔パターンを冷却する冷却部材と、
前記光電変換素子の表面の周縁部分に接触し、前記表面側銅箔パターンに固定され、前記光電変換素子の熱を前記表面側銅箔パターンに伝導する伝熱部材とを備える光電変換素子の冷却構造。
【請求項６】
前記光電変換素子、前記基板及び前記冷却部材を密封状態に収容する筐体を備え、
前記冷却部材の放熱面が前記筐体に接触状態に配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の光電変換素子の冷却構造。
【請求項７】
前記領域に設けられたスルーホールを介して、前記冷却部材を前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定する固定手段を備える請求項１に記載の光電変換素子の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラに搭載される撮像素子を実装するプリント基板に、撮像素子の裏面を露出させる貫通孔を形成し、プリント基板の裏面側に配置したヒートシンク等の冷却手段を撮像素子の裏面に直接接触させることにより、撮像素子を冷却する冷却型撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２００４４号公報
【特許文献２】特開２０１２−８５０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、撮像素子の高解像度化、高速化及び小型化が図られるに従って、裏面全体に多数の信号入出力用の端子を配置し、プリント基板に表面実装する形態の撮像素子が採用されてきており、特許文献１のようなヒートシンク等の冷却手段を直接接触させる広い面積を撮像素子の裏面に確保することができない。
【０００５】
このため、プリント基板に撮像素子を表面実装する場合において、撮像素子の電源端子の銅箔パターンを放熱に活用する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。これは、帯状熱伝導シートを適用し帯状熱伝導シートの一方をプリント基板の銅箔パターンに、他方を金属性の枠に夫々接触させ、撮像素子を搭載したステージユニットに対して、撮像素子の放熱を実現している。ところが、帯状熱伝導シートは、放熱部材として一般に適用される金属材料に比して熱伝導率が小さいことから、充分な放熱効果が得られずＳＮ比が低下する虞がある。また、撮像素子の電源端子の銅箔パターンを露出させるため、外乱ノイズの影響を受けやすく、何らかの衝撃によって放熱構造が崩れた場合に、電源端子とＧＮＤ等において短絡が発生し、撮像素子及び周辺素子に故障をきたす虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、裏面全体に多ピンが配置された表面実装型の光電変換素子を簡易かつ効果的に冷却することができる光電変換素子の冷却構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、内部配線に接続されている信号用端子と前記内部配線に接続されていない固定用端子とを裏面に備える表面実装型の光電変換素子を実装する基板に設けられ、前記固定用端子が接合される表面側銅箔パターン、裏面側銅箔パターン及び、これらの銅箔パターンを接続するスルーホールビアと、前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定され、該裏面側銅箔パターンを冷却する冷却部材とを備え、前記固定用端子が、前記光電変換素子の裏面の外周部に設けられ、前記表面側銅箔パターンが、前記光電変換素子を前記基板に実装した状態で、前記光電変換素子の外周よりも外側に位置する領域を有している光電変換素子の冷却構造を提供する。
【０００８】
本態様によれば、表面側銅箔パターンと裏面側銅箔パターンとを有し、両者がスルーホールビアに接続された基板において、光電変換素子がその固定用端子を表面側銅箔パターンに接合することにより実装されている。さらに、基板の裏面側に形成された裏面側銅箔パターンに冷却部材を固定する。このとき、光電変換素子の固定用端子が表面側銅箔パターンに接合され、表面側銅箔パターンと裏面側銅箔パターンとがスルーホールビアにより接続されているので、光電変換素子から生じた熱が、固定用端子、表面側銅箔パターン、スルーホールビア、裏面側銅箔パターン及び冷却部材へと順に放熱される。このように、光電変換素子から生じた熱の放熱経路を確保して、光電変換素子と冷却部材との間の熱抵抗を小さくして効率的に冷却することで、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記冷却部材が、前記固定用端子から、前記表面用銅箔パターン、前記スルーホールビア及び前記裏面側銅箔パターンを介して伝導されてきた熱を放散させるヒートシンクであってもよい。
このようにすることで、光電変換素子と冷却部材との間の熱抵抗を小さくして効率的に冷却し、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができる。
【００１０】
また、上記態様においては、前記冷却部材が、前記ヒートシンクを冷却するペルチェ素子を備えていてもよい。
このようにすることで、ペルチェ素子に電流を流すと一方の面が吸熱し、反対面は発熱する。そこで、吸熱面を裏面側銅箔パターンと接触させ、発熱面を放熱させることで、光電変換素子と冷却部材との間の熱抵抗を小さくして効率的に冷却し、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、内部配線に接続されている信号用端子と前記内部配線に接続されていない固定用端子とを裏面に備える表面実装型の光電変換素子を実装する基板に設けられ、前記固定用端子が接合される表面側銅箔パターン、裏面側銅箔パターン及び、これらの銅箔パターンを接続するスルーホールビアと、前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定され、該裏面側銅箔パターンを冷却する冷却部材とを備え、前記冷却部材が、前記固定用端子から、前記表面用銅箔パターン、前記スルーホールビア及び前記裏面側銅箔パターンを介して伝導されてきた熱を放散させるヒートシンクであり、前記光電変換素子の裏面の前記信号用端子及び前記固定用端子の配置されていない領域において前記基板に貫通孔が形成され、前記ヒートシンクが、前記貫通孔を貫通して前記光電変換素子の裏面に接触する凸部を備える光電変換素子の冷却構造を提供する。
本態様によれば、凸部が貫通孔を貫通して光電変換素子の裏面に接触するので、光電変換素子から生じた熱を直接的に冷却することができ、光電変換素子と冷却部材との間の熱抵抗を小さくして効率的に冷却し、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができる。
【００１２】
また、本発明の他の態様は、内部配線に接続されている信号用端子と前記内部配線に接続されていない固定用端子とを裏面に備える表面実装型の光電変換素子を実装する基板に設けられ、前記固定用端子が接合される表面側銅箔パターン、裏面側銅箔パターン及び、これらの銅箔パターンを接続するスルーホールビアと、前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定され、該裏面側銅箔パターンを冷却する冷却部材と、前記光電変換素子の表面の周縁部分に接触し、前記表面側銅箔パターンに固定され、前記光電変換素子の熱を前記表面側銅箔パターンに伝導する伝熱部材とを備える光電変換素子の冷却構造を提供する。
本態様によれば、光電変換素子から生じた熱が光電変換素子の表面の周縁部分に接触した伝熱部材から表面側銅箔パターンに伝導するので、放熱経路が拡大し、光電変換素子と冷却部材との間の熱抵抗を小さくして効率的に冷却し、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができる。
【００１３】
また、上記態様においては、前記光電変換素子、前記基板及び前記冷却部材を密封状態に収容する筐体を備え、前記冷却部材の放熱面が前記筐体に接触状態に配置されていてもよい。
このようにすることで、冷却部材からの熱を筐体によって効率的に放熱するので簡便な構成でかつ効果的に冷却することができる。
【００１６】
また、上記態様においては、前記領域に設けられたスルーホールを介して、前記冷却部材を前記基板の前記裏面側銅箔パターンに固定する固定手段を備えていてもよい。
このようにすることで、さらに固定手段によって効率的に冷却し、簡便な構成でかつより効果的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光電変換素子を簡易かつ効果的に冷却することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される撮像素子の概略を示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される撮像素子の概略を示す背面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される撮像素子の概略を示す側面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す正面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す背面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される冷却ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される冷却ユニットの概略構成を示す背面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る冷却型撮像装置の構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す正面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す背面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される冷却ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される冷却ユニットの概略構成を示す背面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る冷却型撮像装置の構成図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す正面図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す背面図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の変形例に係る冷却型撮像装置の構成図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態の変形例に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す正面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の変形例に係る冷却型撮像装置に適用されるプリント基板の概略を示す背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る光電変換素子の冷却構造を適用した冷却型撮像装置について、図面を参照して以下に説明する。本実施形態において、光電変換素子としていわゆるＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を適用している。
図１及び図２に示すように、冷却型撮像装置は、冷却部材としての冷却ユニット１０８、プリント基板１０９及び撮像素子１００を備え、撮像素子１００の裏面にプリント基板１０９を介して冷却ユニット１０８が取り付けら、筐体放熱機構１０に収容された構成となっている。
【００２０】
図３〜図５に示すように、撮像素子１００は、例えば直方体の形状をなしており、撮像素子本体１０１と外装１０３とを備えている。撮像素子本体１０１は、入光面を有する本体表面１０１ａを露出させつつ、本体裏面１０１ｂ及び本体側面１０１ｃが外装１０３により覆われている。
【００２１】
図４に示すように、撮像素子１００の裏面には、外周部（本実施形態では４隅）に設けられ、撮像素子本体１０１と接続されておらず撮像素子１００をプリント基板１０９に固定するための外装空きピン１０２ａと、中央部に設けられ、撮像素子本体１０１と接続された複数の外装ピン１０２ｂとが備えられている。すなわち、撮像素子１００の裏面には、撮像素子１００の内部配線に接続されていない固定用端子である外装空きピン１０２ａと、撮像素子１００の内部配線に接続されている信号用端子である外装ピン１０２ｂとが設けられている。
外装空きピン１０２ａ及び外装ピン１０２ｂは、外装１０３の裏面を貫通して外側に露出しており、外装空きピン１０２ａ及び外装ピン１０２ｂはプリント基板１０９に実装される際にプリント基板１０９に形成された銅箔パターンに接続される。
【００２２】
外装１０３は、撮像素子本体１０１の表面１０１ａの周縁を覆う表面外装１０３ａ、撮像素子本体１０１の裏面１０１ｂを覆う裏面外装１０３ｂ、撮像素子本体１０１の側面１０１ｃを覆う側面外装１０３ｃを有している。なお、本実施形態において、裏面外装１０３ｂとは、撮像素子本体１０１の裏面１０１ｂにおいて、外装空きピン１０２ａ及び外装ピン１０２ｂが配置されていない領域をいう。また、図５の撮像素子１００の側面図に示す通り、本実施形態に係る冷却型撮像装置に適用される撮像素子１００には、プリント基板１０９を貫通するようなピンが存在せず、プリント基板１０９の表面に実装される、いわゆる表面実装型の撮像素子である。
【００２３】
そして、図１及び図２に示すように、撮像素子１００はこの外装ピン１０２ｂを用いて半田によりプリント基板１０９に実装される。このとき、外装空きピン１０２ａは、プリント基板１０９の表面の外周部（本実施形態では４隅近傍）に形成された表面側銅箔パターン１０４にそれぞれ実装される。プリント基板１０９に設けられた銅箔パターン１０４は、外装空きピン１０２ａと接触する面積よりも大きな面積を有している。
【００２４】
具体的には、図６に示すように、プリント基板１０９は、表面の撮像素子１００の外装空きピン１０２ａと対応する位置に、夫々矩形状の銅箔パターン１０４が形成されている（本実施形態では４つ）。各銅箔パターン１０４には、プリント基板１０９に実装される各種部品を電気的に接続するための複数のスルーホールビア１０５と、固定手段としての螺子１０６を取付けるためのスルーホール１１０とが設けられている。各銅箔パターン１０４は、プリント基板１０９に撮像素子１００を実装した時に、撮像素子１００の外周すなわち外装１０３の外周よりも外側に位置する領域を有しており、この領域にスルーホール１１０が位置し、撮像素子１００が実装された状態でスルーホール１１０が露出するようになっている。なお、スルーホール１１０に取り付けられる螺子１０６は、金属など熱伝導に優れる部材からなる。
【００２５】
また、図７に示すように、プリント基板１０９の裏面には、表面側銅箔パターン１０４と対応する背面側銅箔パターン１０７が形成されている（本実施形態では４つ）。プリント基板１０９において、銅箔パターン１０４及び銅箔パターン１０７の基板内層は、スルーホールビア１０５にて複数箇所接続されている。
【００２６】
冷却ユニット１０８は、図８及び図９に示すように、例えば、直方体の１面の４隅から突出した脚部を有する形状とし、ヒートシンクとしての金属部材及びペルチェ素子から構成することができる。冷却ユニット１０８は、脚部の表面に設けられた、銅箔パターン１０７と接触する銅箔パターン接触面１０８ａと、スルーホール１１０と対応する位置に設けられたネジ孔１０８ｂを有している。銅箔パターン接触面１０８ａは、熱伝導グリスなどの伝熱促進部材１１４を介して銅箔パターン１０７と接触する。冷却ユニット１０８は、ネジ１０６とネジ穴１０８ｂに螺合させることにより、プリント基板１０９に固定される。
【００２７】
冷却ユニット１０８は、伝熱促進部材１１４を介して筐体放熱機構１０と接触しており、筐体放熱機構１０は密閉されている。ところで、冷却ユニット１０８の構成要素であるペルチェ素子は、ペルチェ効果を利用した板状の半導体素子であり、素子に電流を流すと一方の面が吸熱し、反対面は発熱する。そこで、吸熱面を背面銅箔パターン１０７と接触させ、発熱面を筐体放熱機構１０と接触させている。
【００２８】
続いて、このように構成された冷却型撮像装置の作用について説明する。
冷却型撮像装置の電源を起動すると、冷却型撮像装置内部の図示しない駆動発生手段や設定データ書込手段によって、撮像素子１００が駆動状態に移行する。撮像素子１００が駆動されると、画像データを取得し画像処理手段において所定の画像処理を行った後に、表示手段等の出力装置へ画像データを出力し、画像データを出力（表示）する。
【００２９】
このような駆動に際して、撮像素子１００が発熱するが、冷却ユニット１０８が撮像素子１００で発生した熱の吸熱を始める。このとき撮像素子本体１０１から発せられた、熱は、熱伝導、熱伝達、熱放射の３つの現象で高温部から低温部へと移動していく。撮像素子本体１００の放熱経路は、撮像素子本体１０１から伝導し、外装ピン１０２ｂを通して基板に放熱する経路（熱伝導）と、表面から空気に放熱する経路（熱伝達、熱放射）があり、熱は熱抵抗の小さい箇所から移動していく。熱抵抗は、以下の式１で求められる。
【００３０】
【数１】
0006588243.tif 000002
但し、θは熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｌが長さ［ｍｍ］、Ｋは熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ｗは幅［ｍｍ］、ｔは厚さ［ｍｍ］である。
【００３１】
上記式１によれば、熱伝導の経路において、長さが短く、熱伝導率・幅・厚さ（＝面積）が大きい方が熱抵抗は小さくなる。
【００３２】
冷却型撮像装置に適用し得る物質の熱伝導率について、下記表１に示す。
【表１】
0006588243.tif 000003
【００３３】
上記表１より、熱伝導率については、銅やアルミニウム、半田などの金属が高く、エポキシや空気は低いことが分かる。よって、撮像素子１００の放熱経路は、熱伝導率、部品表面積、密閉内部空気の流体移動の観点から、プリント基板１０９からの放熱経路が支配的である。これは、撮像素子１００の外装１０３と空気の間の熱抵抗よりも、電極（外装空きピン１０２ａ，外装ピン１０２ｂ）とプリント基板１０９間の熱抵抗の方が圧倒的に低いためである。
【００３４】
ここで、撮像素子１００の支配的な放熱経路となるプリント基板１０９を構成する材料のうち、主材料である銅とエポキシ（ＦＲ４）の熱抵抗［℃／Ｗ］を示す。
【００３５】
銅
横方向（厚さ＝０．０３５ｍｍ）：７９［℃／Ｗ］
厚さ方向（厚さ＝０．０３５ｍｍ（２．５４ｃｍ＾２））：０．０００１５［℃／Ｗ］
スルーホールビア１個（φ０．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍ）：１００［℃／Ｗ］
スルーホールビアビアＮ個：１００／Ｎ［℃／Ｗ］
【００３６】
エポキシ（ＦＲ４）
横方向（厚さ＝１．５ｍｍ）：２６９９［℃／Ｗ］
厚さ方向（厚さ＝１．５ｍｍ（２．５４ｃｍ＾２））：９．３［℃／Ｗ］
【００３７】
つまり、プリント基板１０９の面にそって横方向に熱を逃がす場合で比較すると、銅の方が熱伝導性に優れている。また、基板の厚さ方向に熱を逃がす場合は、エポキシ（ＦＲ４）を経由し、銅箔パターンにおいてスルーホールビアを複数設けることで熱抵抗を小さくし、熱伝導性を向上することができる。
【００３８】
通常の銅箔パターンの大きさは、外装空きピン１０２ａのサイズと同程度であるためエポキシ（ＦＲ４）の面積が多く、プリント基板１０９の横方向の熱伝導は期待できない。プリント基板１０９の厚さ方向においても、スルーホールビアを複数設置することやエポキシ（ＦＰ４）を介して熱抵抗は小さくなるが、金属などの熱伝導に優れる部材には劣る。
【００３９】
本実施形態においては、撮像素子１００の外装空きピン１０２ａに対し、プリント基板１０９の横方向の熱伝導を向上させるために熱伝導に優れる銅箔パターン１０４、銅箔パターン１０７を撮像素子１００の実装面積を超える程度に拡大させて設けている。またプリント基板１０９の基板厚さ方向の熱伝導を向上させるために、複数のスルーホールビア１０５で両銅箔パターン１０４，１０７をプリント基板１０９の内層で接続し、かつ熱伝導性に優れる部材で構成される固定手段としての螺子１０６を、両銅箔パターン１０４，１０７に設けたスルーホール１１０を介して設置する構成となっている。
【００４０】
螺子１０６は、上記表１に記載した銅やアルミニウムなどエポキシと比較して熱伝導率の高い物質で構成されるため、熱抵抗が小さく螺子１０６による熱伝導も発生する。従って、プリント基板１０９に実装された発熱体である撮像素子１００と、吸熱を行う冷却ユニット１０８と接触する銅箔パターン１０７との間の熱抵抗は小さくなっている。
【００４１】
冷却ユニット１０８は、螺子１０６によって伝熱促進部材１１４を介して面精度良く銅箔パターン１０７と接続されているため、撮像素子１００と冷却ユニット１０８との間の熱抵抗が小さく、撮像素子１００の冷却を行うことができる。
冷却ユニット１０８が吸熱した熱の放熱は、冷却ユニット１０８の放熱面と伝熱促進部材１１４を介して接触した筐体放熱機構１０によって行われる。筐体放熱機構１０は、十分な表面積を有し、熱を外部の空気へと放熱する。
【００４２】
このように、冷却ユニット１０８と撮像素子１００との間の熱抵抗を小さくし、冷却ユニット１０８を用いて撮像素子１００を冷却することで、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができ、ＳＮ比の良好な画像を取得することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本実施形態にかかる冷却型撮像装置は、上記した第１の実施形態と略同様の構成あり、プリント基板１０９に代えて開口部１１８を有するプリント基板１１２を適用すると共に、冷却ユニット１０８に代えて凸部１１１ｃを有する凸型冷却ユニット１１１を適用することにより、撮像素子１００に対してプリント基板１１２を介さずに直接接触させて冷却する構成となっている。
【００４４】
なお、本実施形態に係る冷却型撮像装置において第１の実施形態に係る冷却型撮像装置と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。また、本実施形態に係る冷却型撮像装置も筐体放熱機構に収容されるものであるが、その説明を省略する。以下、上記した第１の実施形態に係る冷却型撮像装置との相違点についてのみ説明する。
【００４５】
図１０〜図１２に示すように、プリント基板１１２には、その中心部分に開口部１１８が設けられている。また、凸型冷却ユニット１１１には、開口部１１８との対峙する位置に凸部１１１ｃが設けられている。これにより、撮像素子１００に対して凸型冷却ユニット１１１を、プリント基板１１２を介さずに直接的に接触させて冷却することができる。
【００４６】
撮像素子１００は、格子状に撮像素子本体１０１と内層で接続された外装ピン１０２ｂの先端及び外装空きピン１０２ａの先端が、撮像素子１００の裏面すなわち裏面外装１０３ｂの裏面から露出して配置されている。特に、撮像素子１００の裏面の中央部付近には、プリント基板１１２の開口部１１８と対向する位置に外装ピン１０２ｂが存在しない領域が設けられている。従って、図１２に示すように、プリント基板１１２と撮像素子１００とを取り付けた状態で裏面を正面視すると、プリント基板１１２の開口部１１８から撮像素子１００の裏面外装１０３ｂが露出するようになっている。
【００４７】
図１０、図１３及び図１４において、凸型冷却ユニット１１１には、プリント基板１１２の開口部１１８と対向する位置に凸部１１１ｃが設けられている。凸型冷却ユニット１１１が螺子１０６によりプリント基板１１２にと取付けられた際に、凸部１１１ｃの先端がプリント基板１１２の開口部１１８を貫通し、撮像素子１００の裏面外装１０３ｂに直接接触するようになっている。ここで、凸部１１１ｃは、凸型冷却ユニット１１１の部品精度や螺子１０６の固定の程度によって、撮像素子１００の裏面外装１０３ｂと非接触になってしまう虞がある。また凸部１１１ｃが強く接触することで圧力が生じ、撮像素子１００の裏面外装１０３ｂ付近の外装ピン１０２ｂによる半田剥がれ等が生じる虞がある。
【００４８】
そこで、凸型冷却ユニット１１１について、凸部１１１ｃを銅箔パターン接触面１１１ａに対しては高く形成すると共に、銅箔パターン接触面１１１ａとの高さの差分がプリント基板１１２の厚みよりも小さくなるように精度よく構成する。凸部１１１ｃの凸部の銅箔パターン接触面１１１ａとの高さの差分を、プリント基板１１２の厚みよりも小さくすることで、凸部１１１ｃと裏面外装１０３ｂとの間に微小な隙間が発生する。この生じた隙間に伝熱促進部材１１４を充填することで部材の物理的な接触を防止することによる半田剥がれを防止すると共に、非接触となることを防止して熱伝導が確実に行われるようにして放熱経路を確保している。
【００４９】
本実施形態において、外装１０３と凸型冷却ユニット１１１の間は、伝熱促進部材１１４を介して直接接触させることにより、その熱抵抗を小さくすることができる。特に、直接接触不可状態である撮像素子外装１０３と空気の間の熱抵抗と比較すると圧倒的に熱抵抗は小さくなる。熱抵抗の小さい箇所が増加したことで、撮像素子１００の放熱経路が、上記した第１の実施形態で述べた銅箔パターンのみに限らず、本実施例の凸型冷却ユニット１１１の接触箇所も併用することで増加したため、撮像素子１００の冷却をより効率的に行うことでできる。
【００５０】
このように、凸型冷却ユニット１１１に凸部１１８を設けることで、凸型冷却ユニット１１１と撮像素子１００との間の熱抵抗をより小さくているので、凸型冷却ユニット１１１を用いて撮像素子１００を冷却することで、簡便な構成でかつ効果的に冷却することができ、ＳＮ比の良好な画像を取得することができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る冷却型撮像装置は、放熱部材１１７を有しており、この放熱部材１１７が銅箔パターン１０４又は伝熱促進部材１１４を介して撮像素子１００に接触し、螺子１０６により固定されて撮像素子１００を冷却するようになっている。本実施形態においても、第１及び第２の実施形態に係る冷却型撮像装置と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図１５〜図１７に示すように、本実施形態に係る撮像素子１００は、直方体の形状を成し、入光面である表面１０１ａの周縁、裏面１０１ｂ及び側面１０１ｃを外装１０３によって覆い、保護している。撮像素子１００からの発熱をより効果的に放熱するために、表面外装１０３ａ及び側面外装１０３ｃを覆い、かつ、接触するように放熱部材１１７を配置する。
【００５３】
放熱部材１１７は、撮像素子１００の表面１０１ａの入光面に被らず、かつ撮像素子１００の外装１０３を覆うように可能な限り撮像素子１００と接触する面積が大きくなるように配置する。また、放熱部材１１７は、銅箔パターン１０４をも覆うように配置する。さらに、放熱部材１１７と撮像素子１００との接触箇所には、伝熱促進部材１１４を塗布している。従って、放熱部材１１７は、伝熱促進部材１１４を介して銅箔パターン１０４と間接的に接触し、螺子１０６によって固定される。
【００５４】
このように、凸型冷却ユニット１１１が、その凸部１１１ｃにより外装１０３と直接的に接触し、かつ、伝熱促進部材１１４及び螺子１０６を介して放熱部材１１７と接触することで、上述した他の実施形態に係る冷却型撮像装置に比して、凸型冷却ユニット１１１と撮像素子１００との接触面積が大きくなる。
【００５５】
つまり、裏面外装１０３ｂのみならず、表面外装１０３ａ及び側面外装１０３ｃも熱伝導を用いた放熱経路として活用することにより、撮像素子１００の放熱経路を複数形成することができ、撮像素子１００の冷却をより効率的に行うことでできる。よって、凸型冷却ユニット１１１と撮像素子１００との間の熱抵抗を小さくし、凸型冷却ユニット１１１を用いて撮像素子１００を冷却することで、Ｓ／Ｎの良い画像を取得することができる。
【００５６】
なお、プリント基板開口部１１８は、熱伝導を向上させるためにスルーホールにしても良い。また、放熱のための銅箔パターン１０７は、上記した各実施形態に示すものに限られず、例えば図１８乃至図２０に示すように撮像素子１００の周囲を囲繞するように、可能な限り大きな面積となるようにすることもできる。
なお、各実施形態では、図２、図１０、図１５及び図１８に示すように、冷却ユニットとプリント基板との間に空間を設けているが、これに限られず、この空間に伝熱促進部材１１４を充填しても良い。
このように、冷却ユニットとプリント基板との間にも伝熱促進部材１１４を充填することで、空気と比較して熱伝導が向上し、より撮像素子１００を効率的に冷却することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０    筐体放熱機構
１００  撮像素子
１０１    撮像素子本体
１０１ａ    表面
１０１ｂ    裏面
１０１ｃ    側面
１０２ａ    外装空きピン
１０２ｂ    外装ピン
１０３    外装
１０３ａ    表面外装
１０３ｂ    裏面外装
１０３ｃ    側面外装
１０４    表面側銅箔パターン
１０５    スルーホールビア
１０６    螺子（固定手段）
１０７    背面側銅箔パターン
１０８    冷却ユニット
１０８ａ    銅箔パターン接触面
１０８ｂ    ネジ孔
１０９    プリント基板
１１０    スルーホール
１１１    凸型冷却ユニット
１１１ａ    銅箔パターン接触面
１１１ｂ    ネジ孔
１１１ｃ    凸部
１１２    プリント基板
１１３    銅箔パターン
１１４    伝熱促進部材
１１５    銅箔パターン
１１６    プリント基板
１１７    放熱部材
１１８    開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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