JP2011120065A

JP2011120065A - 撮像素子パッケージの放熱構造

Info

Publication number: JP2011120065A
Application number: JP2009276523A
Authority: JP
Inventors: Soshi Nomura; 壮志野村; Takahiro Shindo; 高広神藤; Toshihiro Watanabe; 智弘渡辺; Atsushi Suzuki; 淳鈴木
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: JP5371106B2; WO2011067984A1

Abstract

【課題】撮像素子パッケージを実装した回路基板の裏面側に放熱部材を配置した放熱構造において、撮像素子パッケージの熱を効率良く放熱部材に伝達できるようにする。
【解決手段】ＰＧＡ型の撮像素子パッケージ１１を実装した回路基板１３は、放熱シリコーンゲル等の熱伝導部材１５を介して放熱部材である金属製の筐体１６に取り付けられている。撮像素子パッケージ１１の裏面中央の平坦面部分には、グラファイトシート等で形成された変形可能なシート状熱伝導部材１７が密着した状態で伝熱性接着剤によって貼り付けられている。シート状熱伝導部材１７は、撮像素子パッケージ１１の裏面中央部分から両側に突出し、撮像素子パッケージ１１と筐体１６とに跨がって回路基板１３の外側方をバイパスするように配置され、該シート状熱伝導部材１７の先端部分が筐体１６の平坦面に密着した状態で伝熱性接着剤又は粘着性ゲル等によって貼り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上に撮像素子パッケージを実装し、該回路基板の裏面側に放熱部材を配置した撮像素子パッケージの放熱構造に関する発明である。

カメラに搭載される撮像素子は、撮像動作を行うと発熱し、その発熱に応じて撮像素子の出力信号にノイズが重畳する。このノイズは、撮像素子の温度が高くなるほど大きくなるため、撮像素子の熱を放熱させて撮像素子の温度を低下させる必要がある。

そこで、例えば、特許文献１（特開２００６−２１１０９１号公報）に記載されているように、撮像素子の裏面と回路基板との間に平板状の放熱板を介在させて、該撮像素子の裏面に放熱板を密着させ、該放熱板の先端部をカメラケースの開口部から外部に露出させて放熱させるようにしたものがある。

特開２００６−２１１０９１号公報

上記特許文献１の構成では、撮像素子の裏面に放熱板が密着されているため、撮像素子の熱を放熱板を介して放熱できるが、放熱板と回路基板との間は、隙間があけられているため、撮像素子からその端子を介して回路基板に伝達された熱や回路基板内部で発生した熱は十分に放熱できない。

そこで、撮像素子パッケージを実装した回路基板の裏面側に放熱部材（金属製の筐体等）を配置して、撮像素子パッケージと回路基板の両方の熱を放熱部材に伝達して放熱させるようにしたものがある。このものは、撮像素子パッケージの熱を回路基板のスルーホール内の導体（又は端子）を通して放熱部材に伝達することになるが、このようなスルーホールを利用した熱伝達経路では、熱伝達経路が狭く、放熱効率が悪い。しかも、回路基板の外形寸法に制約があるため、放熱目的のスルーホールを増加したり、スルーホールの径を大きくすることも困難である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、撮像素子パッケージを実装した回路基板の裏面側に放熱部材を配置した撮像素子パッケージの放熱構造において、撮像素子パッケージの熱を効率良く放熱部材に伝達できるようにすることである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、回路基板上に撮像素子パッケージを実装し、該回路基板の裏面側に放熱部材を配置した撮像素子パッケージの放熱構造において、前記撮像素子パッケージと前記放熱部材との間の熱伝達経路を構成する変形可能なシート状熱伝導部材を備え、前記シート状熱伝導部材は、前記撮像素子パッケージと前記放熱部材とに跨がって前記回路基板の外側方をバイパスするように配置されていることを特徴とするものである。

この放熱構造は、変形可能なシート状熱伝導部材を、撮像素子パッケージと放熱部材とに跨がって回路基板の外側方をバイパスするように配置しているため、撮像素子パッケージと放熱部材との間の熱伝達経路を容易に拡大することができ、放熱効率を容易に向上させることができる。しかも、撮像素子パッケージと放熱部材との間の熱伝達経路を変形可能なシート状熱伝導部材によって構成しているため、製造ばらつきにより撮像素子パッケージと放熱部材との間の間隔が製品毎にばらついても、そのばらつき分をシート状熱伝導部材の変形により吸収してシート状熱伝導部材を撮像素子パッケージと放熱部材との両方に確実に密着させることができ、製造ばらつきによる放熱性能のばらつきの問題を解消できる。

この場合、撮像素子パッケージのタイプは、ＢＧＡ型、ＰＧＡ型等、どの様なタイプの撮像素子パッケージであっても本発明を適用可能であるが、ＰＧＡ型の撮像素子パッケージを用いる場合は、請求項２のように、ＰＧＡ型の撮像素子パッケージの各ピンを根元部の径が先端側の基板挿入部の径より太い段付き形状に形成し、各ピンの基板挿入部を前記回路基板のスルーホールに挿入して電気的に接続した状態で各ピンの根元部が前記撮像素子パッケージと前記回路基板との間に該根元部の厚み相当の隙間を確保するスペーサとして機能するように構成し、シート状熱伝導部材を前記撮像素子パッケージと前記回路基板との間の隙間に配置して該撮像素子パッケージの裏面に密着させるようにしても良い。このようにすれば、撮像素子パッケージと回路基板との間の隙間にシート状熱伝導部材をコンパクトに配置できる。しかも、撮像素子パッケージの各ピンを利用して撮像素子パッケージの熱を放熱部材に伝達する第２の熱伝達経路を構成することができ、シート状熱伝導部材とピンとの２つの熱伝達経路によって撮像素子パッケージの熱を効率良く放熱部材に伝達することができる。

回路基板の裏面側に配置する放熱部材は、ヒートシンク等の放熱専用の部材であっても良いが、回路基板を固定する金属製の筐体を放熱部材として利用するようにしても良い。この場合、請求項３のように、筐体に、ヒートシンクと冷却ファンの両方又はいずれか一方を設けるようにしても良い。このようにすれば、筐体に伝達された熱をヒートシンクや冷却ファンによって効率良く放熱させることができる。

本発明で用いるシート状熱伝導部材は、薄い銅板、アルミニウム板等の金属板により形成しても良いが、請求項４のように、シート状熱伝導部材をグラファイトシートにより形成すると良い。グラファイトシートは、熱伝導率が銅板の約２倍、アルミニウム板の約３倍であり、高い放熱性能を実現できる。

図１は本発明の一実施例を示す撮像素子パッケージの放熱構造の正面図である。図２は撮像素子パッケージの放熱構造の側面図である。図３は撮像素子パッケージの放熱構造の上面図である。図４は撮像素子パッケージの側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を図１乃至図４を用いて説明する。
撮像素子パッケージ１１は、その裏面に複数のピン１２が所定の配列パターンで配列されたＰＧＡ型のパッケージであり、その表面の中央部分が撮像面１０となっている。撮像素子パッケージ１１の各ピン１２は、根元部１２ａの径が先端側の基板挿入部１２ｂの径より太い段付き形状に形成されている。この撮像素子パッケージ１１を実装する回路基板１３には、撮像素子パッケージ１１の各ピン１２の基板挿入部１２ｂを挿入するスルーホール１４が形成され、各ピン１２の基板挿入部１２ｂの長さが回路基板１３の厚みよりも長くなるように形成されている。

撮像素子パッケージ１１の各ピン１２を段付き形状に形成することで、各ピン１２の基板挿入部１２ｂを回路基板１３のスルーホール１４に挿入して該基板挿入部１２ｂの先端部を回路基板１３の裏面のランドに半田付けした状態で各ピン１２の根元部１２ａが撮像素子パッケージ１１と回路基板１３との間に該根元部１２ａの厚み相当の隙間を確保するスペーサとして機能するように構成されている。

撮像素子パッケージ１１を実装した回路基板１３は、放熱シリコーンゲル等の熱伝導部材１５を介して放熱部材である金属製の筐体１６に取り付けられている。図示はしないが、筐体１６の所定位置には、該筐体１６に伝達された熱を放散させるためのヒートシンクと冷却ファンの両方又はいずれか一方が設けられている。

図３に示すように、撮像素子パッケージ１１の裏面の中央部分は、ピン１２が設けられていない平坦面に形成され、該撮像素子パッケージ１１の裏面中央の平坦面部分には、変形可能なシート状熱伝導部材１７が密着した状態で熱伝導率の高い伝熱性接着剤又は粘着性ゲル等によって貼り付けられている。これにより、撮像素子パッケージ１１の撮像面１０の撮像素子で発生した熱がその直下のシート状熱伝導部材１７に最短距離で効率良く伝達されるようになっている。

シート状熱伝導部材１７は、撮像素子パッケージ１１と筐体１６との間の熱伝達経路を構成するために、金属よりも熱伝導率の高い材料であるグラファイトシートで形成することが好ましいが、これに限定されず、銅板、アルミニウム板等の金属板により形成しても良く、要は、熱伝導率の高い材料で変形可能にシート状に形成すれば良い。グラファイトシートは、熱伝導率が銅板の約２倍、アルミニウム板の約３倍であるため、グラファイトシートをシート状熱伝導部材１７として用いれば高い放熱性能を実現できる。

シート状熱伝導部材１７の厚みは、撮像素子パッケージ１１と回路基板１３との間の隙間の厚み（ピン１２の根元部１２ａの厚み）よりも薄く形成され、シート状熱伝導部材１７と回路基板１３との間に隙間が確保されるようになっている。但し、本発明は、シート状熱伝導部材１７と回路基板１３とを密着させた構成としても良い。

シート状熱伝導部材１７は、撮像素子パッケージ１１の裏面中央部分から両側に突出し、撮像素子パッケージ１１と筐体１６とに跨がって回路基板１３の外側方をバイパスするように配置され、該シート状熱伝導部材１７の先端部分が筐体１６の平坦面に密着した状態で熱伝導率の高い伝熱性接着剤又は粘着性ゲル等によって貼り付けられている。

以上説明した本実施例の放熱構造は、変形可能なシート状熱伝導部材１７を、撮像素子パッケージ１１と筐体１６とに跨がって回路基板１３の外側方をバイパスするように配置しているため、撮像素子パッケージ１１と筐体１６との間の熱伝達経路を容易に拡大することができ、放熱効率を容易に向上させることができる。しかも、撮像素子パッケージ１１と筐体１６との間の熱伝達経路を変形可能なシート状熱伝導部材１７によって構成しているため、製造ばらつきにより撮像素子パッケージ１１と筐体１６との間の間隔が製品毎にばらついても、そのばらつき分をシート状熱伝導部材１７の変形により吸収してシート状熱伝導部材１７を撮像素子パッケージ１１と筐体１６との両方に確実に密着させることができ、製造ばらつきによる放熱性能のばらつきの問題を解消できる。

しかも、本実施例では、ＰＧＡ型の撮像素子パッケージ１１の各ピン１２を根元部１２ａの径が先端側の基板挿入部１２ｂの径より太い段付き形状に形成し、各ピン１２の基板挿入部１２ｂを回路基板１３のスルーホール１４に挿入して電気的に接続した状態で各ピン１２の根元部１２ａが撮像素子パッケージ１１と回路基板１３との間に該根元部１２ａの厚み相当分の隙間を確保するスペーサとして機能するように構成し、シート状熱伝導部材１７を撮像素子パッケージ１１と回路基板１３との間の隙間に配置して該撮像素子パッケージ１１の裏面に密着させるようにしたので、撮像素子パッケージ１１と回路基板１３との間の隙間にシート状熱伝導部材１７をコンパクトに配置できる。しかも、撮像素子パッケージ１１の各ピン１２を利用して撮像素子パッケージ１１の熱を筐体１６に伝達する第２の熱伝達経路を構成することができ、シート状熱伝導部材１７とピン１２との２つの熱伝達経路によって撮像素子パッケージ１１の熱を効率良く筐体１６に伝達することができる。これにより、放熱性能を効果的に向上できるため、回路基板１３の外層、内層共に放熱用の銅箔ベタを設ける必要がなくなり、基板面積に対する配線効率を向上できると共に、回路基板１３の裏面にも部品を実装して部品実装密度を向上でき、上記配線効率の向上と相俟って、回路基板１３を小型化することができる。

尚、段付きピンではない通常のピンを配列したＰＧＡ型の撮像素子パッケージを用いた構成のものでは、撮像素子パッケージと回路基板との間にスペーサを挟み込んで、そのスペーサの厚みによってシート状熱伝導部材を配置する隙間を確保するようにしても良い。

また、シート状熱伝導部材を撮像素子パッケージに密着させる位置は、撮像素子パッケージの裏面中央の平坦面部分に限定されず、撮像素子パッケージの裏面のうちの中央部分以外の平坦面部分にシート状熱伝導部材を密着させたり、撮像素子パッケージの表面の撮像面１０の外側の平坦面部分や側面の平坦面部分にシート状熱伝導部材を密着させるようにしても良い。

また、本発明は、ＰＧＡ型の撮像素子パッケージに限定されず、ＢＧＡ型等、どの様なタイプの撮像素子パッケージであっても適用可能であり、撮像素子パッケージと回路基板との間にシート状熱伝導部材を配置する隙間を確保できない構造のものでは、撮像素子パッケージの表面の撮像面の外側の平坦面部分や側面の平坦面部分にシート状熱伝導部材を密着させるようにすれば良い。

その他、本発明は、回路基板の裏面側に配置する放熱部材は、金属製の筐体に限定されず、ヒートシンク等の放熱専用の部材であっても良く、また、シート状熱伝導部材の形状を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…撮像素子パッケージ、１２…ピン、１２ａ…根元部、１２ｂ…基板挿入部、１３…回路基板、１４…スルーホール、１５…熱伝導部材、１６…筐体（放熱部材）、１７…シート状熱伝導部材

Claims

回路基板上に撮像素子パッケージを実装し、該回路基板の裏面側に放熱部材を配置した撮像素子パッケージの放熱構造において、
前記撮像素子パッケージと前記放熱部材との間の熱伝達経路を構成する変形可能なシート状熱伝導部材を備え、前記シート状熱伝導部材は、前記撮像素子パッケージと前記放熱部材とに跨がって前記回路基板の外側方をバイパスするように配置されていることを特徴とする撮像素子パッケージの放熱構造。
前記撮像素子パッケージは、その裏面に複数のピンが配列されたＰＧＡ型のパッケージであり、各ピンは根元部の径が先端側の基板挿入部の径より太い段付き形状に形成され、各ピンの基板挿入部を前記回路基板のスルーホールに挿入して電気的に接続した状態で各ピンの根元部が前記撮像素子パッケージと前記回路基板との間に該根元部の厚み相当の隙間を確保するスペーサとして機能するように構成され、
前記シート状熱伝導部材は、前記撮像素子パッケージと前記回路基板との間の隙間に配置されて該撮像素子パッケージの裏面に密着されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子パッケージの放熱構造。
前記放熱部材は、前記回路基板を固定する金属製の筐体であり、該筐体には、ヒートシンクと冷却ファンの両方又はいずれか一方が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子パッケージの放熱構造。
前記シート状熱伝導部材は、グラファイトシートにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像素子パッケージの放熱構造。