JP2008227939A - 撮像素子モジュール及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、簡易な構成で、高効率な熱移送を実現して、冷却効率の高効率化を図り得、且つ、設計を含む製作の自由度の向上を図り得るようにすることにある。
【解決手段】機器筐体２４に収容されるＦＰＣ基板１３に開口部１３１を設けて、この開口部１３１に対して撮像素子１０の絶縁シート１０１を対向させてＦＰＣ基板１３に搭載し、その絶縁シート１０１に対してＦＰＣ基板１３の開口部１３１を通して熱的に結合され、且つＦＰＣ基板１３と熱的に結合される流体循環路２０が内装された第１及び第２の放熱部材１７，１９を配して、その流体循環路２０に作動流体を圧電型ポンプ２３により強制的に循環供給して熱伝導により熱を均一的に分散するように構成したものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば撮像素子一体型レンズ交換式やカメラヘッドユニット等の電子カメラ装置を含む電子機器に係り、特に、その撮像素子モジュールの冷却構造に関する。

一般に、この種の電子機器においては、電子部品である撮像素子や、制御回路を構成するＣＰＵ（中央演算装置）を内装する場合、防塵性を持たせたうえで、その熱対策を採ることが要請されている。このうち熱対策は、防塵性を高めると、電子部品の温度が上昇して、雑音レベルが上がると、電子カメラ装置の場合、画質の劣化を招くために、最近の撮像素子やＣＰＵの高性能化により、特に、重要な課題の一つとなっている。

そこで、このような放熱構造としては、液体冷却方式や空冷却方式の例えば特許文献１〜８が提案されている。

特許文献１には、回路基板上に搭載されている集積回路素子の表面に冷却板を接触させ、微細の冷媒流路に冷却水などを供給し、冷却板を水冷させる液体冷却方式の構成が開示されている。そして、この冷却板と集積回路素子との間である熱接合部に熱伝導性の優れたコンパウンド等の熱伝導性可変形物質を介在させ、接触面積を増大させることにより、熱伝導性を良好とする試しも実施されている。

具体的には、セラミック板等の回路基板の一面側に多数の集積回路素子が搭載されている。そして、回路基板に設置される液体冷却モジュールは、冷媒流路から冷媒が供給される冷却板と、集積回路素子の表面との間に熱伝導性の優れたコンパウンド等の熱伝導性可変形物質が介在されており、スプリングのバネ圧により、冷却板と集積回路素子との熱接合を良好なものにしている。また、液体供給手段は、冷媒流路につなぐ冷媒供給管と、開閉弁と、メカニカルポンプを備えている。

また、特許文献２は、カメラボディ内の本体構造体に組み込まれ、撮影レンズを支持するボディ側マウントと、本体構造体の開口部に光軸に沿って配されるシャッタと、撮像ユニット等からなる空気冷却方式を採用した撮像装置が開示されている。即ち、撮像ユニットは、本体構造体に固定支持される撮像素子固定板、光学ローパスフィルタ、保護ガラス、ベアチップタイプの撮像素子が設けられ、撮像素子が、その非撮像面側表面に対して放熱板を構成する撮像素子固定板が接着固定されてボディ側マウントの表面から撮像素子の撮像面（光電変換面）までの光軸方向の距離を精度よく組み付けられる。そして、撮像素子は、その駆動に伴い発生した熱が、撮像素子固定板を介して放熱されることで、温度上昇が抑えられている。

また、特許文献３には、パッケージ、リードフレーム、カバーガラス等から成る撮像素子を回路基板上に実装して、回路基板に設けた開口部と、パッケージの裏面に可塑性シートを介在してペルチェ素子等の冷却素子の吸熱面を当接させた撮像素子揺動方式の手ブレ補正機能付き撮像ユニットが開示されている。このパッケージの裏面と、冷却素子の吸熱面との間に小型放熱部材を配置し、筐体側に大型放熱部材を配置して、両者の間を熱伝達部材で熱的に結合される。
特開平０２−１４３１５２号公報 特開２００６−３３２８９４号公報 特開２００６−１７４２２６号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、メカニカルポンプからの冷媒液を導くための冷媒流路を必要とする構成上、冷媒液の流速損失により、冷却効率が劣るという問題を有する。また、冷媒流路の配置スペースがそれぞれ必要となることで、その設計の自由度が劣るうえ、機器筐体が大型となるという問題を有する。

また、特許文献２の構成では、撮像素子からの熱が熱輸送される放熱部材の放熱面積により、その放熱効率が決まるために、放熱量を高めると、機器筐体が大型となるという問題を有する。また、高速駆動する撮像素子の温度上昇に十分な放熱面積を確保することが困難なために、撮像素子近傍の温度と放熱板全体の温度との温度差がなくなる飽和状態下となる。従って、撮像素子近傍の発熱温度をさらに下げることができない、いわゆる撮像素子近傍に、熱の淀みが起こり、その熱抵抗が大きいことで、放熱部材への効率的な熱輸送が困難であるという問題も有する。

また、特許文献３の構成では、ペルチェ素子をパッケージ型撮像素子の下面に配して、撮像素子を、ペルチェ素子を挟んで回路基板に搭載し、このペルチェ素子及び回路基板を介して放熱板に接合する構成のために、その組立作業が非常に面倒なうえ、その取付け精度により、放熱効率が低下されるという問題を有する。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、高効率な熱移送を実現して、冷却効率の高効率化を図り得、且つ、設計を含む製作の自由度の向上を図り得るようにした撮像素子モジュール及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。

この発明は、機器筐体に収容される開口部の設けられた印刷配線基板と、この印刷配線基板上の開口部に絶縁シートが対向されて該印刷配線基板に搭載される撮像素子と、この撮像素子の絶縁シートに対して前記印刷配線基板の開口部を通して熱的に結合され、且つ前記印刷配線基板と熱的に結合される流体循環路が埋設された放熱部材と、前記放熱部材に支持され、前記流体循環路内に作動流体を循環供給して熱移送する流体循環手段とを備えて撮像素子モジュールを構成した。

上記構成によれば、放熱部材には、印刷配線基板に搭載した撮像素子の熱が、その絶縁シートから印刷配線基板の開口部を通り熱放射により熱移送されると共に、印刷配線基板より熱伝導（伝導伝熱）により熱移送され、その熱が流体循環路に循環供給される作動流体により全体に分散されて熱分布が均一に設定される。

また、放熱部材は、例えば熱的に結合されて組付けられる第１放熱部である放熱フィン（後述する図６に示す放熱フィン３４１や図７に示す放熱フィン４３０および図８示す放熱フィン５４１や放熱フィン５６２）と熱伝導材（図７に示す熱伝導材４６ａ）であり、第２の放熱部は、放熱フィン（図６に示す放熱フィン３４２）または熱伝導材（図７に示す熱伝導材４６ｂや図８に示す熱伝導材５７）である。このような複数の放熱部を熱的に結合することにより、放熱部材による冷却効果が向上することができる。

これにより、撮像素子の熱を含む印刷配線基板の熱を効率良く放熱部材を介して放熱することができて、高効率な冷却が実現され、しかも、その熱設計を含む製作の自由度の向上が図れる。

また、この発明は、撮像レンズを有する機器筐体と、この機器筐体に収容されるものであって、開口部を有した印刷配線基板に対して該開口部に絶縁シートを対向させて撮像素子を搭載し、前記印刷配線基板の開口部を通して熱的に結合され、且つ前記印刷配線基板と熱的に結合される流体循環路が埋設された放熱部材を熱的に結合させて配置し、前記流体循環路内に対して流体循環手段を介して作動流体を循環供給してなる撮像素子モジュールとを備えて電子機器を構成した。

上記構成によれば、撮像素子モジュールの放熱部材には、印刷配線基板に搭載した撮像素子の熱が、その絶縁シートから印刷配線基板の開口部を通り熱放射により熱移送されると共に、印刷配線基板より熱伝導により熱移送され、その熱が流体循環路に循環供給される作動流体により全体に分散されて熱分布が均一に設定される。

これにより、撮像素子の熱を含む印刷配線基板の熱を効率良く放熱部材を介して放熱することができて、高効率な冷却が実現され、しかも、その熱設計を含む製作の自由度の向上が図れる。

以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、高効率な熱移送を実現して、冷却効率の高効率化を図り得、且つ、熱設計を含む製作の自由度の向上を図り得るようにした撮像素子モジュール及びそれを用いた電子機器を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態に係る撮像素子モジュール及びそれを用いた電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る撮像素子モジュール１を示すもので、撮像素子１０は、その背面の絶縁シート１０１に例えば赤外線反射部材である熱反射部材１１が接合されて、例えばセラミック製のパッケージ本体１２内に収容配置される。この熱反射部材１１は、例えばアルミニウム材で、鏡面仕上げされて形成され、その表面に金属箔や金属酸化物や赤外線カットフィルタ等がコーティング、または白色塗料のシートが接合されて、放射率が０．１〜０．６以下の表面処理が形成される。これにより、熱反射部材１１は、撮像素子１０からの熱を赤外線として放射し、外部からの赤外線を反射することから、放射熱による撮像素子１０の再温度上昇を抑えることができる。

上記パッケージ本体１２には、放熱用開口部１２１が熱反射部材１１に対向して設けられる。このパッケージ本体１２は、その開口部１２１が、例えば弾性変形自在なフレキシブル印刷配線基板（以下、ＦＰＣ基板と記す）１３に設けられた放熱用開口部１３１に対向されて該ＦＰＣ基板１３に搭載されて、リードフレーム１２２は、半田付けで接合される。そして、このパッケージ本体１２は、その撮像素子１０にボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続されたリードフレーム１２２の配置される側部と、直交する上記パッケージ本体１２の下面と上記ＦＰＣ基板１３との隙間を有する両側部が、図２に示すように熱伝導性の優れた接着剤１５１を用いて上記ＦＰＵ基板１３とパッケージ本体１２の側部との間に接着されて、上記パッケージ本体１２から外部に放出する放熱及び対流熱を遮断することができる。その結果、パッケージ本体１２の上面部に保護ガラス１６が接続されて撮像素子１０が密閉収容されて、撮像素子１０の受光面上に埃等が付着することを防ぐことができる。

上記ＦＰＣ基板１３には、例えば４個の挿通凹部１３２が設けられ、この挿通凹部１３２に、放熱部材を構成する第１の放熱部材１７に設けられた突部１７１が挿通されて上記パッケージ本体１２に隣接して立設している。その結果、上記パッケージ本体１２から外部へ放出する対流熱を吸収でき、パッケージ本体１２からその周辺の放熱する熱を吸収できる。放熱部材１７への熱伝導の効率をより向上させるためには、パッケージ本体１２と接合することもできる。さらに、この突部１７１に赤外線を吸収する熱吸収シート１７４を接合することにより、パッケージ本体１２に向かう赤外線を吸収することができ、パッケージ本体１２の再温度上昇を抑制することができる。この第１の放熱部材１７は、銅、アルミニウム合金等の金属材料で形成される。

また、上記第１の放熱部材１７には、例えば上段に位置する上記パッケージ本体１２の開口部１２１と下段に位置するＦＰＣ基板１３の開口部１３１との段差部に矩形または円形状で、銅またはアルミニウム合金材料あるいは熱伝導性ゴムのパッケージ本体接合部１７２が熱伝導性のよい接着剤で接合されている。このパッケージ本体接合部１７２の上面は、パッケージ本体１２の下面とは熱的に結合している。その結果、パッケージ本体１２の伝導熱はパッケージ本体接合部１７２に熱伝導されて第１の放熱部材１７に熱移送される。

パッケージ本体接合部１７２は、熱吸収材１８と熱反射部材１１との空間を有しない形状とし、熱吸収材１８と熱反射部材１１を省くことで、上記パッケージ本体１２の下段に設けた開口部１２１と嵌合させて熱的に結合すると共に、パッケージ本体接合部１７２の上面はパッケージ本体１２の絶縁シート面とは熱的に結合することもできる。このようにすると、パッケージ本体１２内で発生する熱がパッケージ本体接合部１７２に放射及び対流のない熱伝導によって第１の放熱部材１７に熱移送することが可能となる。

上記第１の放熱部材１７には、例えば赤外線吸収部材である熱吸収材１８が、上記ＦＰＣ基板１３の開口部１３１に位置するように設けられる。この熱吸収材１８は、例えばアルミニウム材で形成して、その表面側に黒色アルマイト処理、スプライン加工、砂目処理（赤外線が反射しないように規則性あるいは不規則に凹凸を形成）等を施して０．９以上の放射率で、赤外線の反射率が低く熱吸収性を高めた処理面が形成される。これにより、熱吸収材１８は、外部からの赤外線を効率よく吸収して、外部への赤外線の放射を最小限に抑えることが可能となる。

なお、上記熱吸収材１８としては、例えば第１の放熱部材１７の熱反射部材１１に対向する部位に、上述した表面処理を施して、該第１の放熱部材１７で直接的に構成するようにしても良い。

また、第１の放熱部材１７には、その熱吸収材１８と逆側の背面に第２の放熱部材１９が接合される。この第２の放熱部材１９は、例えば板厚が１ｍｍ〜２ｍｍの場合、エッチング等の手法により０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の深さ寸法の溝が形成され、この溝の中間部には、さらに小径な微細溝が形成される。そして、第２の放熱部材１９の形成面には、上記第１の放熱部材１７の背面に接合されて相互間に後述する微細流路部２０１を有する流体循環路２０が埋設される如く設けられる。

第２の放熱部材１９の背面側には、第１及び第３の放熱部材１７，２２に蓄熱する熱を熱伝導により放出し、第１及び第３の放熱部材１７，２２の放熱面積を、十分に広く採る補助放熱板を備えている。また、第２の放熱部材１９の背面側には、中空形状の凸部１９１が設けられ、この凸部１９１内には、熱伝導材２１が収容されて、その開口側先端部に第３の放熱部材２２が、例えばカシメ加工により圧着されて該熱伝導材２１が密閉収容される。

この第３の放熱部材２２は、例えば第１及び第２の放熱部材１７，１９と同材料で形成される。そして、上記熱伝導材２１は、第１乃至第３の放熱部材１７，１９，２２より熱伝導性の優れたグラファイトカーボン材、シリコンゲル、金属発泡材、各種の多孔質結晶体、グラファイトシート等の材料で形成される。

第２の放熱部材１９には、その背面側に流体循環手段を構成する例えば特開２００３−２８０６８号等に開示される周知の圧電型ポンプ２３が配置され、この圧電型ポンプ２３の流体入口２３１及び出口２３２が上記流体循環路２０に連結される。この流体循環路２０は、例えば図３に示すように上記撮像素子１０の背面側を囲んで巻き回し形成されており、純水、アルコール等の作動流体が密閉収容される。

これにより、流体循環路２０は、上記圧電型ポンプ２３が駆動されると、該作動流体が循環供給され、上記撮像素子１０及びＦＰＣ基板１３から熱を受熱して、その熱を第１乃至第３の放熱部材１７，１９，２２に熱伝導して分散させて全体を均一な温度に設定する。この際、作動流体は、流体循環路２０の２経路に分離された微細流路部２０１で流速が高められ、流路内を均一な速度で移動して高効率な熱移送が実現できる。

この２経路に分離された微細流路２０１間の土手の突起部２０２は、第２の放熱部材１９と同一の板厚で、上記第１の放熱部材１７に接合されており、第２の放熱部材１９との（例えば、一方の第１の放熱部材１７に突起した細径の複数からなる位置決めピン２０ｅを形成し、他方の第２の放熱部材１９には複数からなる位置決め穴２０ｆを形成し、この両者を嵌合する。）位置決め手法で、第１の放熱部材１７と第２の放熱部材１９を接合すると、微細流路２０１が形成される。

なお、圧電ポンプ２３の駆動方法としては、例えばその圧電振動子の駆動周波数を制御して、その送り回数を制御して行われ、第２の放熱部材１９に対する熱的な平衡を持たせて、その圧電定数を大きくして、その変位量を大きくするように駆動される。これにより、圧電素子２３の送り回数を制御する駆動回路が不要となる。

即ち、図示しない温度センサを備え、この温度センサによって、撮像素子１０の温度を一定時間毎に検出し、検出信号に基づいて動作時間を、例えば図示しないタイマーにより選択制御する。具体的には、予め上記撮像素子１０の温度と駆動周波数の動作時間との関係をメモリに記憶して、撮像素子１０の温度上昇が始まり、所定時間が経過した状態で、上記温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて上記メモリの記憶情報から圧電ポンプ２３の駆動時間、停止時間を制御する。これにより、電池の消費電力の軽減を図ることが可能となる。

また、上記第１の放熱部材１７には、筐体結合部１７３が設けられ、この筐体結合部１７３は、例えば上記ＦＰＣ基板１３に設けられた挿通孔１３３に挿通されて機器筐体２４に熱的に結合される。これにより、第１の放熱部材１７は、熱移送された熱の一部を、機器筐体２４に熱移送して、該機器筐体２４から排熱することで、撮像素子１０の熱制御を実行する。

上記ＦＰＣ基板１３は、例えばその挿通凹部１３２の近傍で、上記第１の放熱部材１７に対して熱伝導性の高い接着剤１５２を用いて接合されて上記ＦＰＣ基板１３とパッケージ本体１２の浮き上がりによる撮像素子１０の受光面が光軸方向へ変動することを防ぐことができる。

また、図示されていないが、ＦＰＣ基板１３上にグランド端子を設けて、このグランド端子と第１の放熱部材１７上に突起するピン接合で熱的に接合する。このようにＦＰＣ基板１３上に発生する熱を第１の放熱部材１７に伝熱することで、ＦＰＣ基板１３の温度上昇を抑えることができ、さらにＦＰＣ基板１３の浮き上がりを防止することもできる。また、図示されていないが、パッケージ本体１２と第１の放熱部材１７の突部１７１との間に熱伝導性の高い接着剤で固着してもよい。

上記構成により、撮像素子１０が駆動されて発熱すると、その熱は、そのパッケージ本体１２及びＦＰＣ基板１３から第１の放熱部材１７に熱伝導により熱移送される。同時に、ＦＰＣ基板１３の他の電子部品からの熱が、該ＦＰＣ基板１３を介して第１の放熱部材１７に熱伝導により熱移送される。

また、上記撮像素子１０で発生した熱は、絶縁シート１０１を通して直接的に熱反射部材１１に熱移送され、この熱反射部材１１で赤外線として放射されて熱吸収材１８を介して第１の放熱部材１７に熱移送される。さらに、撮像素子１０からの熱の一部は、パッケージ本体１２の側壁から放熱され、その熱が、第１の放熱部材１７の突部１７１に対流伝熱されて該第１の放熱熱部材１７に熱移送される。

この際、第１及び第２の放熱部材１７，１９で構成される流体循環路２０には、作動流体が圧電型ポンプ２３を介して循環供給されることで、熱移送された熱が、熱伝導材２１と協働して第１乃至第３の放熱部材１７，１９，２２全体に効率よく熱伝導されて温度分布が均一に設定される。これにより、３つの形態で第１の放熱部材１７に熱移送された熱が効率よく機器筐体２４に熱伝導され、外部への高効率な排熱が可能となる。この結果、撮像素子１０及ＦＰＣ基板１３に搭載される他の電子部品の熱のよどみがなくなり、高効率な冷却が行われる。

このように、上記撮像素子モジュール１は、機器筐体２４に収容されるＦＰＣ基板１３に開口部１３１を設けて、この開口部１３１に対して撮像素子１０の絶縁シート１０１を対向させてＦＰＣ基板１３に搭載し、その絶縁シート１０１に対してＦＰＣ基板１３の開口部１３１を通して熱的に結合され、且つＦＰＣ基板１３と熱的に結合される流体循環路２０が内装された第１及び第２の放熱部材１７，１９を配して、その流体循環路２０に作動流体を圧電型ポンプ２３により強制的に循環供給して熱伝導により熱を均一的に分散するように構成した。

これによれば、第１の放熱部材１７には、ＦＰＣ基板１３に搭載した撮像素子１０の熱が、その絶縁シート１０１からＦＰＣ基板１３の開口部１３１を通り熱放射により熱移送されると共に、ＦＰＣ基板１３より熱伝導により熱移送される。すると、この熱は、第１及び第２の放熱部材１７，１９に埋設された流体循環路２０に循環供給される作動流体により全体に分散されて該第１及び第２の放熱部材１７，１９の熱分布が均一に設定される。これにより、撮像素子１０の熱を含むＦＰＣ基板１３の熱を効率良く放熱部材を介して放熱することができて、高効率な冷却が実現され、しかも、その熱設計を含む製作の自由度の向上が図れる。

なお、上記流体循環路２０の製造方法としては、その他、例えば図４に示すように製造してもよい。即ち、上記第２の放熱部材１９には、中心部に凹部２０ｃを有した溝２０ａを上記圧電型ポンプ２３の流体入口２３１及び出口２３２に対応して例えばエッチング処理等により形成する。

また、第１の放熱部材１７には、上記第２の放熱部材１７の溝２０ａより小径な溝２０ｂを有した凸部２０ｄを、上記凹部２０ｃに対応して突出して形成する。そして、これら第１及び第２の放熱部材１７，１９は、その第２の放熱部材１９の凹部２０ｃ内に第１の放熱部材１７の凸部２０ｄが収容されて積重されて接合される。これにより、第１及び第２の放熱部材１７，１９間には、その溝２０ａ、２０ｂにより、上記微細流路部２０１を有した流体循環路２０が形成される。

また、第１の放熱部材１７には、位置決めピン２０ｅを設け、第２の放熱部材１９には、位置決め穴２０ｆを形成し、第１の放熱部材１の位置決めピン２０ｅを第２の放熱部材１９の位置決め穴２０ｆに嵌合させて積層すると、溝２０ａ，２０ｂの周辺に破線で示す凹部２０ｃで囲まれた微細流路２０１となる。

次に、上記撮像素子モジュール１の使用形態について説明する。例えば上記撮像素子モジュール１は、携帯型電子機器を構成する、例えば図５に示す一眼レフ用電子カメラのカメラ筐体であるカメラ本体９１に内装されて使用に供される。但し、この図５においは、上記図１及び図２と同一部分について、同一符合を付して詳細な説明を省略する。

即ち、一眼レフ用電子カメラは、カメラ本体９１に撮像光学系、ファインダー光学系、焦点検出光学系が配置される。このうち撮像光学系は、光路の順に撮影レンズ群９２ａ、ハーフミラー９２ｂ、反射ミラー５４で構成される。

この撮影レンズ群９２ａは、マウントを介してカメラ本体９１に着脱自在に組付けられる。ハーフミラー９２ｂは、撮影レンズ群９２ａからの光路を上記撮像素子モジュール１ｆの方向とファインダー光学系とに分割するように構成される。また、このハーフミラー９２ｂは、上記シャッタ８８と連動して持ち上がるクイックリターンミラーで構成されている。

反射ミラー９２ｃは、撮影レンズ群９２ａからの光を焦点検出光学系に導くように構成されている。また、反射ミラー９２ｃは、ハーフミラー９２ｂと連動して持ち上がるように構成され、持ち上げられたときに光路から外れて撮影レンズ群９２ａからの光が撮像素子モジュール１ｆに導かれて、撮影レンズ群９２ａからの光路を撮像素子モジュール方向と焦点検出光学系とに切替え設定される。

焦点検出光学系は、撮影レンズ群９２ａの結像面と等価な予定結像面９２ｄ近傍に配置されたコンデンサーレンズ９３ａと、このコンデンサーレンズ９３ａからの光を折曲げてカメラ本体９１内でコンパクトに収めるための反射ミラー９３ｂと、縦横方向にそれぞれ一対の開口絞りを持つ開口絞り群９３ｃと、再結像レンズ９３ｄが開口絞り９３ｃに対応して一体形成された再結像光学系９３ｅとの組み合わせと、光電変換素子列９３ｆとで構成されている。

また、一対の開口絞り９３ｃと対応する一対の再結像レンズ９３ｄとの組み合わせにおいて、それぞれの開口絞り９３ｃの中心及びそれに対応する再結像レンズ９３ｄは、撮影レンズ群９２ａの光軸から偏心している。ファインダー光学系は、ハーフミラー９２ｂで反射された方向の光路上において撮影レンズ群９２ａの結像面と等価な予定結像面に配置されたスクリーン９４ａと、ペンタダハプリズム９４ｂと、接眼レンズ９４ｃとで構成されている。

このように上記撮像素子モジュール１は、カメラ本体９１内に組付けることで、上述したように高効率な冷却を実現したうえで、その熱設計を含む製作の自由度の向上を図ることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、弾性変形自在なＦＰＣ基板１３を用いて構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、ハードタイプの印刷配線基板を用いて構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。

また、この発明は、上記補助放熱板の放熱構造に限ることなく、その他、例えば図６、図７、図８、図８乃至図１０にそれぞれ示すように構成してよく、上記実施の形態による放熱構造と同様に有効な効果を期待することができる。但し、この図６乃至図８においては、上記図１乃至図４と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図６に示す放熱構造は、いわゆるベアチップタイプの撮像素子１０ａを用いて構成したもので、ＦＰＣ基板１３には、撮像素子１０ａの下面に接合された熱伝導性の高い絶縁シート１０１ａを囲む開口部１３１が形成される。そして、この絶縁シート１０１ａ及び開口部１３１の背面側には、例えば銅等の金属材料製の放熱部材で構成する支持枠３０が対向配置される。この絶縁シート１０１ａと支持枠３０とは、熱伝導性の高い接着剤で接合する。

また、図示していないが、ＦＰＣ基板１３上にグランド端子を設けて、このグランド端子と支持枠３０に突起されたピン接合で熱的に接合する。このようにＦＰＣ基板１３上に発生する熱を支持枠３０に熱伝導することで、ＦＰＣ基板１３上の温度上昇を抑えることができ、ＦＰＣ基板１３の浮き上がりを防止することもできる。さらに、図示されていないが、パッケージ本体１２と第１の放熱部材１７の突部１７１との間に熱伝導性の高い接着剤で固着してもよい。

支持枠３０には、凹部３０１が設けられ、この凹部３０１には、例えば銅等の金属材料製の第１及び第２の放熱部材３１，３２が、パッキン部材３３を介在して熱的に結合されて密閉収容される。

第１の放熱部材３１には、その一方面に例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の溝が、例えばエッチング処理により上記撮像素子１０ａに対向して形成され、この一方面に第２の放熱部材３２が、例えば拡散接合や半田付け等の手法により接合されて相互間に上記流体循環路２０が埋設する如く設けられる。この流体循環路２０には、上記第２の放熱部材３２上に設置される上記圧電型ポンプ２３の流体入口２３１及び出口２３２が連結される。

上記第１の放熱部材３１は、上記ＦＰＣ基板１３の背面側が載置されて該ＦＰＣ基板１３及び撮像素子１０ａの支持手段を構成し、その端部に上記機器筐体２１に熱的に結合される突部３１１が設けられる。

支持枠３０には、その略中央部に例えば銅等の金属材料製の第１の放熱フィン３４が、例えば紫外線硬化型接着剤を用いて接合され、この第１の放熱フィン３４と上記第２の放熱部材３２との間には、パッキン部材３３が介在されて密閉されて組付けられる。第１の放熱フィン３４は、凹状に形成され、その外壁に複数の突起部３４１が形成され、例えばそのＸ及びＹ方向の壁面に排気孔３４２（図６においては、図の都合上、Ｙ方向のみを図示）が形成される。そして、この第１の放熱フィン３４内には、外周部に複数の突起部３５１の設けられた例えば銅等の金属材料製の第２の放熱フィン３５が収容される。この第２の放熱フィン３５には、そのＹ方向に挿通された排気孔３５２が形成される。

この放熱構造においては、放熱面積を、十分に広く採ることができ、しかも、その広い放熱面全体に対して、撮像素子１０ａ及びＦＰＣ基板１３からの熱を、流体循環路２０により効率よく熱伝導して熱を分散することができるため、さらに、高効率な冷却を行うことが可能となる。

なお、上記支持枠３０には、例えば上述した圧電型ポンプ駆動用の温度センサ３６が搭載され、この温度センサ３６で支持枠３０の温度を検出することで、上述したように圧電型ポンプ２３の駆動制御が行われる。

また、図７に示す放熱構造は、支持枠を構成する例えば銅等の金属材料製の第１の放熱部材４０の一方面に溝を、例えばエッチング処理等により形成して、この第１の放熱部材４０の溝上には、上記撮像素子１０ａに熱的に結合される例えば銅等の金属材料製の第２の放熱部材４１がパッキン部材４２を介在して密閉構造に接合されて、相互間に流体循環路２０が形成される。この第１の放熱部材４０の背面には、例えば外周壁に複数の突起部４３０が設けられた例えば銅等の金属材料製の凹状の放熱フィン４３がパッキン部材４２を介在して接合される。

放熱フィン４３には、その開口側に例えば銅等の金属材料製の第３の放熱部材４４が閉塞されて配され、この第３の放熱部材４３は、上記第１の放熱部材４０に接合される。上記放熱フィン４３には、その内壁に案内溝４３１が開口側から底面側に至って形成され、この案内溝４３１には、空気抜き孔４５１の設けられた例えば金属材料製の押圧板４５が、シリコングリス等の熱伝導材４６を介在して移動自在に収容される。

また、放熱フィン４３には、その底面部に中空状のグリス収容部４３２が設けられ、このグリス収容部４３２には、上記シリコングリス等の熱伝導材４６が収容される。このグリス収容部４３２には、その案内溝４３１に収容した押圧板４５に対向して螺子孔４３３及び挿通孔４３４が設けられる。

グリス収容部４３２の螺子孔４３３には、挿通孔４３４に挿通された螺子部材４７がパッキン部材４２を介在して螺着されて、該螺子部材４７の先端部が押圧板４５の一方面に係合されている。これにより、押圧板４５は、螺子部材４７が螺子孔４３３に対して螺合調整されると、該螺子部材４７により押圧されて案内溝４３１に沿って移動案内され、放熱フィン４３内の熱伝導材４６を所望の圧力で第３の放熱部材４４に圧接されて密着される。この際、熱伝導材４６内に混入された空気は、押圧板４５の空気抜き孔４５１から排出され、熱伝導材４６が所望の熱伝導特性を有して配置される。ここで、例えば変形として、放熱フィン４３の底面部に中空状にシリコン収納部４３２を設け、パッキン部材４２で封した構造としたが、熱伝導材を用いず、パッキン部材４２を圧縮コイルばねに置き換えて構成することも可能である。

図８に示す放熱構造は、例えば銅等の金属材料製の第１の放熱部材５０の一方面に溝を、例えばエッチング処理等により形成して、この第１の放熱部材５０の溝上に、上記撮像素子１０ａに熱的に結合される例えば銅等の金属材料製の第２の放熱部材５１を密閉構造に接合し、相互間に上記流体循環路２０が形成される。この第１の放熱部材５０の背面には、放熱部材を構成する例えば銅等の金属材料製の支持枠５２がパッキン部材５３を介して密閉構造に接合される。

この支持枠５２には、開口部５２１が上記流体循環路２０に対応して設けられ、この開口部５２１には、有低筒状の例えば銅等の金属材料製の放熱フィン５４が内装される。この放熱フィン５４の底面外壁には、グラファイトシート等の熱伝導材５５が、上記流体循環路２０に対向して上記第１の放熱部材５０に熱的に結合されて設けられ、その底面内壁に複数の突起部５４１が設けられる。

また、放熱フィン５４には、その先端部に空気抜き孔５６１の設けられた例えば銅等の金属材料製の押圧板５６がシリコングリス等の熱伝導材５７を挟んで移動自在に挿通されて組付けられる。この押圧板５６には、複数の突起部５６２が上記放熱フィン５４の複数の突起部５４１に対向して設けられ、この各突起部５６２が熱伝導材５７内に収容配置される。

この押圧板５６には、一端部に係止部５６３が設けられ、この係止部５６３が、上記支持枠５２に設けられた取付台５８の係止凹部５８１に係止される。また、押圧板５６には、その他端部に挿通部５６４が設けられ、この挿通部５６４に対して、螺子部材５９が挿通されて該螺子部材５９が上記支持枠５２に螺着されて組付け配置される。

図９及び図１０に示す放熱構造は、上記撮像素子１０ａ及びＦＰＣ基板１３は、支持枠を構成する例えば銅等の金属材料製の第１の放熱材６０の一方面に熱的に結合されて支持される。この第１の放熱部材６０には、その背面側の他方面に溝が、例えばエッチング処理等により形成され、この第１の放熱部材６０の溝上には、例えば銅等の金属材料製の第２の放熱部材６１が密閉構造に接合されて相互間に上記流体循環路２０が形成される。この第２の放熱部材６１には、その一方面に流体流入部及び流出部６１１，６１２が設けられ、この流体流入部６１１及び流出部６１２には、上記流体循環路２０の流体入口２３１及び出口２３２に連結されている。

ここで、図１０に示す破線は、流体循環路２０の他の実施例である。流体入口２３１と流体出口２３２のそれぞれに作動流体を貯める幅広い第１及び第２の貯水部２３３，２３４が形成されている。この第１及び第２の貯水部２３３，２３４間を複数（例えば、５本）の流体循環路２０が形成されている。圧電型ポンプ２３の駆動により、同時に複数の長さの短い流体循環路２０に作動流体が熱移動する。その結果、流体循環路２０内における作動流体の熱移動を頻繁に行うことができるため、撮像素子１０ａの温度上昇を抑えた冷却が可能となる。

また、第２の放熱部材６１の他方面には、例えば銅等の金属材料製の第３の放熱部材６２がグラファイトシート等の熱伝導材６３を介在して接合される。ここで、この第３の放熱部材６２は、上記第１の放熱部材６０の他方面に対してパッキン部材６４を介して圧接されて密閉構造に組付けられる。

第３の放熱部材６２には、その他方面にフィン構造の複数の突起部６２１が設けられ、この突起部６２１の間には、上記圧電型ポンプ２３が撮像素子１０ａの撮像面のＸＹ面に対して例えば４５度傾斜して配置される（図１０参照）。この圧電型ポンプ２３の流体入口２３１及び出口２３２は、第３の放熱部材６２に挿通されて第２の放熱部材６１の流体流入部６１１及び流出部６１２に連結される。このように圧電型ポンプ２３を撮像素子１０ａの撮像面に対して傾斜させて配置することにより、配置スペースの有効利用が可能となり、小形化の促進が図れ、しかも熱伝導面積の向上を図ることが可能となり、さらに冷却効率の向上を図ることができる。

なお、この放熱構造においては、上記流体潤滑路２０が形成される第１及び第２の放熱部材６０，６１を、利用して撮像素子１０ａ及びＦＰＣ基板１３を支持する放熱構造に変えて、例えば図１１に示すように撮像素子１０ａ及びＦＰＣ基板１３を、例えば銅等の金属材料製の支持枠６５に熱的に結合して配して、この支持枠６５に対して流体潤滑路２０が形成される例えば銅等の金属材料製の第１及び第２の放熱部材６６，６７を熱的に結合させるように構成してもよい。

この第１及び第２の放熱部材６６，６７は、支持枠６５に接合して熱的に結合し、この支持枠６５には、グラファイトシート等の熱伝導材６８を介して第３の放熱部材６９が接合される。この際、第３の放熱部材６９は、支持枠６５に対してパッキン部材６５１を介して密閉構造に組付けられる。

また、上記流体潤滑路２０としては、その他、図１２、図１３に示すように構成してもよい。

図１２では、撮像素子１０（１０ａ）及びＦＰＣ基板１３に熱的に結合される積層構造の第１及び第２の放熱部材７０，７１の一方に第１及び第２の圧電型ポンプ２３ａ，２３ｂを配置して、この第１及び第２の圧電型ポンプ２３ａ，２３ｂ間を上述したようにエッチング処理等により形成した流体循環路７３，７４で直列状に配管接続する。そして、第１の圧電型ポンプ２３ａから第２の圧電型ポンプ２３ｂへの流体潤滑路７３の中間部には、例えば円形状の微細流路部７３１が設けられる。

また、第１の圧電型ポンプ２３ａと微細流路部７３１との中間部の流体循環路７３には、第３の放熱部材７５が熱的に結合されて配置される。これにより、流体潤滑路７３，７４を長く設定したうえで、作動流体の高効率な流束が確保され、さらに冷却効率の向上を図ることが可能となる。

図１３では、例えば撮像素子１０（１０ａ）の撮像面に対応して２つの領域に分割し、その領域毎に第１及び第２の圧電型ポンプ８０，８１が配置される。この第１及び第２の圧電型ポンプ８０，８１は、上記撮像素子１０（１０ａ）に熱的に結合されて放熱部材８２に、撮像素子の各領域に対応して搭載される。

この放熱部材８２は、例えば第１及び第２の放熱部８２１，８２２が積重されて形成され、そのうち例えば第１の放熱部８２１には、上述したように溝がエッチング処理等により第１及び第２の圧電型ポンプ８０，８１に対応して２系統形成される。そして、この第１の放熱部８２１の２系統の溝上には、第２の放熱部８２２が積重されて接合されて第１及び第２の流体循環路８３，８４が上記第１及び第２の圧電型ポンプ８０，８１に対応して形成される。

この第１及び第２の流体循環路８３，８４には、上記第１及び第２の圧電型ポンプ８０，８１が連結され、各圧電型ポンプ８０，８１により作動流体が循環供給される。また、第１及び第１の流体循環路８３，８４の中間部には、流速制御用の小径な微細流路部８３１，８４１が設けられ、この微細流路部８３１，８４１で作動流体の流速が所望の値に設定される。

さらに、上記第１及び第２の流体循環路８３，８４には、例えば第１及び第２の圧電型ポンプ８０，８１の流体出口あるいは流体入口側に図示しない流体タンクが配置され、この流体タンクを経由して作動流体が循環供給される。

この場合、例えば流体タンクの下面側に放熱構造を組付けることが可能となる。このように、流体タンクを備えることで、長期間に亘り、安定した高効率な冷却効果を実現することが可能となる。

また、流体タンクを流体循環路に連結配置する構成は、上記いずれの実施の形態においても、適用可能で、同様の効果が期待される。

なお、上記実施の形態では、撮像素子１０（１０ａ）の撮像面を２つの領域に分割した場合を代表して説明したが、これに限ることなく、例えばＦＰＣ基板１３を含む範囲を２つ以上の領域に分割して領域毎に冷却するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、撮像素子モジュール１を一眼レフ用電子カメラに組み込んだ場合について、代表して説明したが、これに限ることなく、その他、撮像素子１０，１０ａの内蔵される各種の電子機器に適用することが可能であり、同様に有効な効果を期待することができる。

よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

また、この発明は、上記各実施の形態によれば、その他、次のような構成を得ることもできる。

（付記１）
機器筐体に収容される開口部の設けられた印刷配線基板と、
この印刷配線基板上の開口部に絶縁シートが対向されて該印刷配線基板に搭載される撮像素子と、
この撮像素子の絶縁シートに対して前記印刷配線基板の開口部を通じて放射、対流伝導および/または伝熱伝導による熱的に結合され、且つ前記印刷配線基板と熱伝導による熱的に結合される流体循環路が埋設された放熱部材と、
前記放熱部材に支持され、前記流体循環路内に作動流体を循環供給して熱移送する流体循環手段と、
を具備することを特徴とする撮像素子モジュール。

（付記２）
撮像レンズを有する機器筐体と、
この機器筐体に収容されるものであって、開口部を有した印刷配線基板に対して該開口部に絶縁シートを対向させて撮像素子を搭載し、前記印刷配線基板の開口部を通じて放射、対流伝導および/または伝熱伝導による熱的に結合され、且つ前記印刷配線基板と熱伝導による熱的に結合される流体循環路が埋設された放熱部材を熱的に結合させて配置し、前記流体循環路内に対して流体循環手段を介して作動流体を循環供給してなる撮像素子モジュールと、
を具備することを特徴とする電子機器。

この発明の一実施の形態に係る撮像素子モジュールを示した断面図である。 図１を撮像素子の受光面側から見たＡ矢視を示した平面図である。 図１の流体潤滑路を示した構成説明図である。 図１の流体潤滑路の製造方法の一例を説明するために示した構成説明図である。 図１の撮像素子モジュールを用いた一眼レフ用電子カメラの概略構成を示した構成説明図である。 この発明の他の実施の形態の係る撮像素子モジュールを示した断面図である。 この発明の他の実施の形態の係る撮像素子モジュールを示した断面図である。 この発明の他の実施の形態の係る撮像素子モジュールを示した断面図である。 この発明の他の実施の形態の係る撮像素子モジュールを示した断面図である。 図９を撮像素子の背面側から見た状態を示した平面図である。 図９の変形例を示した断面図である。 この発明の実施の形態に係る撮像素子モジュールに適用される流体潤滑路の他の例を示した構成説明図である。 この発明の実施の形態に係る撮像素子モジュールに適用される流体潤滑路の他の例を示した構成説明図である。

符号の説明

１…撮像素子モジュール、１０，１０ａ…撮像素子、１０１，１０１ａ…絶縁シート、１１…熱反射部材、１２…パッケージ本体、１２１…開口部、１２２…リードフレーム、１３…ＦＰＣ基板、１３１…開口部、１３２…挿通凹部、１３３…挿通孔、１４…ボンディングワイヤ、１５１，１５２…接着剤、１６…保護ガラス、１７…第１の放熱部材、１７１…突部、１７２…パッケージ本体接合部、１７３…筐体結合部、１７４…熱吸収シート、１８…熱吸収材、１９…第２の放熱部材、１９１…凸部、２０…流体循環路、２０１…微細流路部、２０ａ，２０ｂ…溝、２０ｃ…凹部、２０ｄ…凸部、２０ｅ…位置決めピン、２０ｆ…位置決め穴、２１…熱伝導材、２２…第３の放熱部材、２３…圧電型ポンプ、２３１…流体入口、２３２…流体出口、２３３…第１の貯水部、２３４…第２の貯水部、２４…機器筐体、３０…支持枠、３０１…凹部、３１…第１の放熱部材、３１１…突部、３２…第２の放熱部材、３３…パッキン部材、３４…第１の放熱フィン、３４１…突起部、３４２…排気孔、３５…第２の放熱フィン、３５１…突起部、３５２…排気孔、３６…温度センサ、４０…第１の放熱部材、４１…第２の放熱部材、４２…パッキン部材、４３…放熱フィン、４３０…突起部、４３１…案内溝、４３２…グリス収容部、４３３…螺子孔、４３４…挿通孔、４４…第３の放熱部材、４５…押圧板、４５１…空気抜き孔、４６ａ，４６ｂ…熱伝導材、４７…螺子部材、５０…第１の放熱部材、５１…第２の放熱部材、５２…支持枠、５２１…開口部、５３…パッキン部材、５４…放熱フィン、５４１…突起部、５５…熱伝導材、５６…押圧板、５６１…空気抜き孔、５６２…突起部、５６３…係止部、５６４…挿通部、５７…熱伝導材、５８…取付台、５８１…係止凹部、５９…螺子部材、６０，６６…第１の放熱部材、６１，６７…第２の放熱部材、６１１…流体流入部、６１２…流体流出部、６２…第３の放熱部材、６２１…突起部、６３…熱伝導材、６４…パッキン部材、６５…支持枠、２３ａ，２３ｂ…第１及び第２の圧電型ポンプ、７０，７１…第１及び第２の放熱部材、７３，７４…流体循環路、７３１…微細流路部、８２…放熱部材、８０，８１…第１及び第２の圧電型ポンプ、８３，８４…第１及び第２の流体循環路、８３１，８４１…微細流路部、９１…カメラ本体。

Claims (12)

1. 機器筐体に収容される開口部の設けられた印刷配線基板と、
   この印刷配線基板上の開口部に絶縁シートが対向されて該印刷配線基板に搭載される撮像素子と、
   この撮像素子の絶縁シートに対して前記印刷配線基板の開口部を通して熱的に結合され、且つ前記印刷配線基板と熱的に結合される流体循環路が埋設された放熱部材と、
   前記放熱部材に支持され、前記流体循環路内に作動流体を循環供給して熱移送する流体循環手段と、
   を具備することを特徴とする撮像素子モジュール。
2. 前記放熱部材には、複数の流体循環路が形成されることを特徴とする請求項１記載の撮像素子モジュール。
3. 前記放熱部材に設けた流体循環路は、前記撮像素子を囲んで設けられることを特徴とする請求項２記載の撮像素子モジュール。
4. 前記放熱部材の流体循環路中で、前記撮像素子に対向した位置に微細流路部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の撮像素子モジュール。
5. 前記放熱部材の流体循環路には、流体貯水部が設けられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか記載の撮像素子モジュール。
6. 前記流体循環手段は、圧電型ポンプで構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の撮像素子モジュール。
7. 前記圧電型ポンプは、流体流出口及び流体流入口が前記撮像素子の撮像面をＸＹ平面として、該撮像面に対して傾斜させて配置されることを特徴とする請求項６記載の撮像素子モジュール。
8. 前記放熱部材は、前記流体循環路が埋設される基板支持部と、該基板支持部に熱的に結合される放熱部とで形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の撮像素子モジュール。
9. 前記放熱部は、熱的に結合されて組み付けられる第１の放熱部と第２の放熱部で形成されることを特徴とする請求項８記載の撮像素子モジュール。
10. 前記第１及び第２の放熱部には、放熱フィンまたは熱伝導材が設けられることを特徴とする請求項９記載の撮像素子モジュール。
11. 前記第１及び第２の放熱部は、熱伝導性の優れた熱伝導材が介在されて熱的に結合されることを特徴とする請求項９又は１０記載の撮像素子モジュール。
12. 撮像レンズを有する機器筐体と、
    この機器筐体に収容されるものであって、開口部を有した印刷配線基板に対して該開口部に絶縁シートを対向させて撮像素子を搭載し、前記印刷配線基板の開口部を通して熱的に結合され、且つ前記印刷配線基板と熱的に結合される流体循環路が埋設された放熱部材を熱的に結合させて配置し、前記流体循環路内に対して流体循環手段を介して作動流体を循環供給してなる撮像素子モジュールと、
    を具備することを特徴とする電子機器。

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