JP2012061255A - 撮像装置、電子内視鏡装置及び撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像ヘッドの発熱部品で発生した熱を効率よく放熱すること。
【解決手段】撮像素子５８と撮像素子５８が接続されて折り曲げられたフレキシブル回路基板６２とを備え、フレキシブル回路基板６２の折り曲げられた内周面６２ｂに、撮像素子５８の動作時に発熱する発熱部品７５と発熱部品７５の熱を放熱するダミーチップ７８とが互いに対向して配置され、且つ、発熱部品７５及びダミーチップ７８の対向面７５ａ、７８ａ同士が互いに近接（又は接触）した状態で、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及びダミーチップ７８が樹脂６６で封止されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像素子を搭載した撮像ヘッドに信号伝送線用の可撓性ケーブルを接続した撮像装置、その撮像装置を備えた電子内視鏡装置及び撮像装置の製造方法に関し、特に、撮像ヘッドの発熱部品で発生した熱を効率よく放熱することができる構造及び製造方法に関する。

医療分野において電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行なわれている。電子内視鏡は、撮像素子を搭載した撮像ヘッドに信号伝送用の可撓性ケーブルを接続した撮像装置を備え、被検体内に挿入されて被検体内を撮像し、可撓性ケーブルを介して撮像信号を出力する。可撓性ケーブルを介して伝送された撮像信号は、画像処理装置により信号処理が施されて、内視鏡画像としてモニタに表示される。

特許文献１には、電子部品を搭載した基板を複数積層して構成する電子機器装置において、基板間の間隔を確保するためのスペーサとしてダミー部品を搭載した構造が開示されている。リジッド基板とフレキシブル基板との複合基板であり、基板間の配線は半田ボールで繋がれている。

特開２００３−６９１８１号公報

従来の撮像装置では、撮像ヘッドの発熱部品で発生した熱を効率よく放熱することが困難であった。

電子内視鏡用の撮像装置には、撮像素子を駆動する駆動デバイスや撮像素子などに電源を供給する電源供給デバイスなどの発熱性の高い電子デバイスがあるので、これらの発熱に因り撮像画像にノイズが発生したり、電子デバイスの寿命を早めるといった障害が起こり易い。

特許文献１記載の構造では、ダミー部品を基板間の間隔を確保するためのスペーサとして搭載しているにすぎず、発熱部品と対向してダミー部品を配置しているわけではないので、発熱部品の放熱は促進されない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮像ヘッドの発熱部品で発生した熱を効率よく放熱することができる撮像装置、電子内視鏡装置及び撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、撮像素子と、前記撮像素子が接続されて折り曲げられたフレキシブル回路基板と、を備え、前記フレキシブル回路基板の折り曲げられた内周面に、前記撮像素子の動作時に発熱する発熱部品と前記発熱部品の熱を放熱する放熱部品とが互いに対向して配置され、且つ、前記発熱部品及び前記放熱部品の対向面同士が互いに近接又は接触し、前記フレキシブル回路基板の内周面、前記発熱部品及び前記放熱部品が樹脂で封止されていることを特徴とする撮像装置を提供する。即ち、フレキシブル回路基板の折り曲げられた内周面で発熱部品に放熱用の放熱部品が対向し且つ近接又は接触しているので、撮像素子の動作時に発熱部品で発生する熱の放熱が放熱部品により促進される。

前記放熱部品は、前記樹脂よりも熱伝導率が高い。例えば、前記放熱部品は、セラミックス材料又は金属材料を含んで構成されている。

例えば、前記放熱部品は、前記フレキシブル回路基板のグランドに接地されている。即ち、放熱部品からフレキシブル回路基板のグランドを通じて放熱をさらに効率よく行うことができる。

本発明の一実施形態にて、前記発熱部品と前記放熱部品との間に前記樹脂よりも熱伝導率が高い熱伝導材料が介装されている。即ち、発熱部品に物理的ダメージを与えることなく、発熱部品から放熱部品への熱伝導性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、前記撮像装置を備えた電子内視鏡装置を提供する。

また、本発明は、撮像素子、前記撮像素子の動作時に発熱する発熱部品及び前記発熱部品の熱を放熱する放熱部品をフレキシブル回路基板に接合する工程と、前記フレキシブル回路基板を折り曲げて、前記発熱部品と前記放熱部品とが前記フレキシブル回路基板の折り曲げられた内周面で互いに対向し、且つ、前記発熱部品及び前記放熱部品の対向面同士を互いに近接又は接触させた状態で、前記フレキシブル回路基板の内周面、前記発熱部品及び前記放熱部品を樹脂で封止する工程と、を備えたことを特徴とする撮像装置の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態にて、前記フレキシブル回路基板に対し前記発熱部材と前記放熱部品とを同一種類の接合材料により同時に接合する。

本発明によれば、撮像ヘッドの発熱部品で発生した熱を効率よく放熱することができる。

本発明に係る撮像装置の概略構成図 本発明に係る撮像装置を組み込んだ内視鏡システムの一例の全体構成図 電子内視鏡の先端部を示した正面図 第１実施形態における撮像ヘッドの一例の要部を示す側面断面図 図４に示した撮像ヘッドの製造処理の説明に用いる工程図 放熱部品の材料の説明に用いる説明図 第２実施形態における撮像ヘッドの一例の要部を示す側面断面図 図７に示した撮像ヘッドの製造処理の説明に用いる工程図 第３実施形態における撮像ヘッドの一例の要部を示す側面断面図 図９に示した撮像ヘッドの製造処理の説明に用いる工程図

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明に係る撮像装置１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、撮像装置１は、体腔内に挿入される撮像ヘッド２と及び可撓性ケーブル４を含んで構成されている。自在に撓ませることが可能な可撓性ケーブル４の一端は撮像ヘッド２に接続されており、他端は画像処理装置６に接続されている。

図２は、本発明に係る撮像装置を組み込んだ内視鏡システムの一例の概略構成を示した全体構成図である。図２に示すように、本例の内視鏡システム１０は、被検体の体腔内に挿入される可撓性の挿入部２０と、挿入部２０の基端部分に連設された操作部２２と、プロセッサ装置１４（図１の画像処理装置６に相当）及び光源装置１６に接続されるユニバーサルコード２４とを備えている。挿入部２０及び操作部２２により電子内視鏡１２が構成されている。

挿入部２０の先端には、体腔内撮影用の撮像ヘッド２（図１を参照）などが内蔵された先端部２６が設けられている。先端部２６の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部２８が設けられている。湾曲部２８は、操作部２２に設けられたアングルノブ３０が操作されて、挿入部２０内に挿設されたアングルワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部２６が体腔内の所望の方向に向けられる。

ユニバーサルコード２４の基端は、コネクタ３６に連結されている。コネクタ３６は、複合タイプのものであり、コネクタ３６には、プロセッサ装置１４が接続されている他、光源装置１６が接続されている。

プロセッサ装置１４は、ユニバーサルコード２４、操作部２２及び挿入部２０の内部に挿通された可撓性ケーブル４（図１を参照）を介して先端部２６の撮像ヘッド２に給電を行い、撮像ヘッド２内の撮像素子５８（図４を参照）の駆動を制御するとともに、先端部２６の撮像ヘッド２から可撓性ケーブル４を介して伝送された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データに変換する。プロセッサ装置１４で変換された画像データは、プロセッサ装置１４にケーブル接続されたモニタ３８に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置１４は、コネクタ３６を介して光源装置１６と電気的に接続され、照明光の照射を制御する。

図３は、電子内視鏡１２の先端部２６を示した正面図である。図３に示すように、先端部２６の先端面２６ａには、観察窓４０、照明窓４２、鉗子出口４４、及び送気・送水用ノズル４６が設けられている。観察窓４０は、撮像ヘッド２により体腔内の被観察部位を撮像するための窓である。照明窓４２は、体腔内の被観察部位に光源装置１６からの照明光を照射する。鉗子出口４４は、操作部２２に設けられた鉗子口３４（図２を参照）に連通している。鉗子口３４には、注射針や高周波メスなどが先端に配置された各種処置具が挿通され、各種処置具の先端が鉗子出口４４から露呈される。送気・送水用ノズル４６は、操作部２２に設けられた送気・送水ボタン３２（図２を参照）の操作に応じて、光源装置１６に内蔵された送気・送水装置から供給される洗浄水や空気を、観察窓４０や体腔内に向けて噴射する。

なお、図示を省略したが、照明窓４２の奥には、照明部が設けられている。照明部には、光源装置１６からの照明光を導くライトガイドの出射端が配されている。ライトガイドは、可撓性ケーブル４と同様に、挿入部２０、操作部２２、及びユニバーサルコード２４の各内部を挿通し、コネクタ３６に接続されている。

図４は、図３の電子内視鏡１２に内蔵された第１実施形態における撮像装置１の撮像ヘッド２の一例を示す側面断面図である。図４に示すように、観察窓４０の奧には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物レンズ５０を保持するレンズ鏡筒５２が配設されている。レンズ鏡筒５２の後端には、対物レンズ５０を経由した被観察部位の像光を、略直角に曲げて撮像素子５８に向けて導光するプリズム５６が接続されている。

撮像素子５８は、体腔内の被観察部位を撮像するものである。本例の撮像素子５８は、ＣＭＯＳ撮像センサ（又はＣＣＤ撮像センサ）によって構成されている。撮像素子５８の撮像面５８ａは、プリズム５６の出射面と対向するように配置されている。撮像面５８ａ上には、矩形枠状のスペーサ６３を介して、矩形板状のカバーガラス６４が取り付けられている。撮像素子５８、スペーサ６３及びカバーガラス６４は、接着剤を介して組み付けられている。これにより、塵埃などの侵入から撮像素子５８の撮像面５８ａが保護されている。

フレキシブル回路基板６２は、可撓性の基板である。フレキシブル回路基板６２には、撮像素子５８が接続（実装）されて、折り曲げられている。さらに各種の電子デバイス７１〜７６及び放熱部品７８がフレキシブル回路基板６２に実装されている。

電子デバイス７１〜７６は、本来の電子的機能を発揮するデバイス（真正の電子デバイス）であり、電子的な動作回路の部品としてフレキシブル回路基板６２に実装されている。例えば、撮像素子５８を駆動する駆動デバイス、撮像素子５８での撮像を制御する制御デバイス、撮像素子５８による撮像のための信号の入出力を行なう信号入出力デバイス、撮像素子５８などに電源供給を行う電源供給デバイスなどが、真正の電子デバイスとして挙げられる。撮像素子５８と一部の電子デバイス（例えば駆動デバイス）とを一体にしてワンチップで形成してもよい。

電子デバイス７１〜７６のうち符号７５の電子デバイスは、撮像素子５８の動作時における発熱が最も大きく、放熱を促進させる必要がある。以下では、符号７５の電子デバイスを「発熱部品」という。

放熱部品７８は、本来の電子的機能を発揮する真正の電子デバイスであるとは限らない。本例の放熱部品７８は、放熱用のダミーの電子デバイス（以下「ダミーチップ」という）である。従って、本例の放熱部品７８は、電子的な動作回路の部品としてフレキシブル回路基板６２に組み込まれてはおらず、電子デバイス本来の動作は行なわない。しかし、その代わり、放熱部品７８は、発熱部品７５の熱を受け取り、効率的に放熱する役割に特化されている。

なお、放熱部品７８を電子的な動作回路の部品としてフレキシブル回路基板６２に組み込んで、放熱部品７８に真正の電子デバイスとしての本来の動作を行わせてもよい。即ち、放熱部品７８を効率的に放熱する役割に特化しなくてもよい。

本例の放熱部品７８は、樹脂６６よりも熱伝導率が高く、フレキシブル回路基板６２のグランド（グランド配線）に接地されている。

発熱部品７５と放熱部品７８とは、フレキシブル回路基板６２の折り曲げられた内周面６２ｂに、互いに対向して配置されている。また、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ同士が互いに近接し、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及び放熱部品７８が樹脂６６で封止されている。即ち、フレキシブル回路基板６２の内周側に樹脂６６が充填されている。

本実施形態では、発熱部品７５で発生した熱が樹脂６６を介して放熱部品７８に伝導することで、発熱部品７５の実装側とは樹脂６６を挟んで反対側で、放熱が行なわれることになる。

図４に示した撮像ヘッド２の製造処理の一例を、図５（ａ）〜（ｇ）の工程図を用いて説明する。

まず、図５（ｂ）に示すように、フレキシブル回路基板６２の一方の面６２ａに、半田８２を印刷する。

次に、図５（ａ）に示すように、半田８２をリフローすることで、フレキシブル回路基板６２の一方の面６２ａに、真正の電子デバイス７１、７２、７３を実装する。

次に、図５（ｃ）に示すように、フレキシブル回路基板６２の他方の面６２ｂに、半田８２を印刷する。

次に、図５（ｄ）に示すように、半田８２をリフローすることで、フレキシブル回路基板６２の他方の面６２ｂに、真正の電子デバイス７４、７５、７６と放熱部品７８を実装する。即ち、真正の電子デバイス７４、７５、７６と放熱部品７８とを同一種類の接合材料（本例では半田）により同時に接合する。ここで、放熱部品７８は、フレキシブル回路基板６２に接地させる。即ち、放熱部品７８の特定の端子を半田によりフレキシブル回路基板６２の接地部に接合する。

次に、図５（ｅ）に示すように、フレキシブル回路基板６２の端部に、撮像素子５８、スペーサ６３及びカバーガラス６４を実装する。

次に、図５（ｆ）に示すように、フレキシブル回路基板６２を折り曲げて、発熱部品７５と放熱部品７８とを、フレキシブル回路基板６２の折り曲げられた内周面６２ｂにて互いに対向させる。

次に、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ同士を互いに近接させた状態で、図５（ｇ）に示すように、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及び放熱用放熱部品７８を樹脂６６で封止する。即ち、フレキシブル回路基板６２の内周側を樹脂６６で充填する。ここで、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ間にも樹脂６６が充填される。

発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ同士の間隔は、特に限定されないが、熱伝導の観点から小さい方がよい。ただし、製造時の発熱部品７５に対する物理的ダメージを回避する観点から小さすぎない方がよい。本例にて、放熱部品７８の高さが０．５ｍｍであり、対向面７５ａ、７８ａ同士の間隔は放熱部品７８の高さよりも小さい。

放熱部品７８の熱伝導率は、樹脂６６の熱伝導率よりも高い。例えば、樹脂６６の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ未満であり、放熱部品７８は樹脂６６よりも大きい熱伝導率（０．５Ｗ／ｍＫ以上）を有する。放熱部品７８の熱伝導率は、放熱の観点から高いほど好ましいが、発熱部品７５の発熱量や部品の価格なども考慮して決定する必要がある。図６に、一般的な樹脂、セラミックス材料、及び金属材料の熱伝導率を示した。例えば、発熱部品７５の発熱量がそれほど大きくなければセラミックス材料（例えばチタン系）を用いてもよいし、発熱部品７５の発熱量が大きければ熱伝導率が高い金属材料（例えば銅）を用いることが好ましい。本例では、放熱部品７８として、セラミックス材料からなるコンデンサ・チップ（例えば太陽誘電製 ＭＫ１０５）を用いている。金属性チップを放熱部品７８として用いる場合には、ニッケル、金などのめっきを施した方が、接合しやすい。

樹脂６６の熱伝導率も高い方が好ましい。特に、対向面７５ａ、７８ａ同士の間隔が大きい場合には、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の樹脂材料を用いるとよい。

次に、第２実施形態における撮像装置及びその製造方法について説明する。

図７は、第２実施形態における撮像装置１の撮像ヘッド２の一例を示す側面断面図である。なお、図４に示した構成要素には同じ符号を付してあり、以下では第１実施形態と異なる事項のみ説明する。

第２実施形態では、フレキシブル回路基板６２の折り曲げられた内周面６２ｂに、発熱部品７５と放熱用の放熱部品７８とが互いに対向して配置され、且つ、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面同士が互いに接触した状態で、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及び放熱部品７８が樹脂６６で封止されている。

図８（ａ）〜（ｇ）は、図７に示した撮像ヘッド２の製造処理の一例を示す工程図である。なお、図８（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態における図５（ａ）〜（ｅ）と同様であり、説明を省略する。

第２実施形態では、図８（ｆ）及び（ｇ）に示すように、フレキシブル回路基板６２を折り曲げて、発熱部品７５と放熱部品７８とがフレキシブル回路基板６２の折り曲げられた内周面６２ｂで互いに対向し、且つ、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ同士を互いに接触させた状態で、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及び放熱部品７８を樹脂６６で封止する。即ち、フレキシブル回路基板６２の内周側に樹脂６６を充填する。

次に、第３実施形態における撮像装置及びその製造方法について説明する。

図９は、第３実施形態における撮像装置１の撮像ヘッド２の一例を示す側面断面図である。なお、図４に示した構成要素には同じ符号を付してあり、以下では第１実施形態と異なる事項のみ説明する。

第３実施形態では、フレキシブル回路基板７６の折り曲げられた内周面６２ｂに、発熱部品７５と放熱部品７８とが互いに対向して配置され、且つ、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ同士を熱伝導シート７９（熱伝導材料）を介して接着（近接）させた状態で、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及び放熱部品７８が樹脂６６で封止されている。即ち、フレキシブル回路基板６２の内周側に樹脂６６が充填されている。

熱伝導シート７９は、樹脂６６よりも熱伝導率が高いシート状の高熱伝導性材料である。例えば、熱伝導性粘着テープ（または「熱伝導性接着剤転写テープ」）と呼ばれるものを熱伝導シート７９として用いることができる。熱伝導性粘着テープは、電気絶縁性を有する粘着剤（例えば粘着性ポリマー）に、高熱伝導性材料を含有させた両面粘着テープである。熱伝導性粘着テープは、高熱伝導性（熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上）、粘着性及び電気絶縁性を有する。

図１０（ａ）〜（ｇ）は、図９に示した撮像ヘッド２の製造処理の一例を示す工程図である。なお、図１０（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態における図５（ａ）〜（ｅ）と同様であり、説明を省略する。

第３実施形態では、図１０（ｆ）及び（ｇ）に示すように、フレキシブル回路基板６２を折り曲げて、発熱部品７５と放熱部品７８とがフレキシブル回路基板６２の折り曲げられた内周面６２ｂで互いに対向し、且つ、発熱部品７５及び放熱部品７８の対向面７５ａ、７８ａ同士を熱伝導シート７９を介して接着（近接）させた状態で、フレキシブル回路基板６２の内周面６２ｂ、発熱部品７５及び放熱部品７８を樹脂６６で封止する。即ち、フレキシブル回路基板６２の内周側に樹脂６６を充填する。熱伝導シート７９は、発熱部品７５の熱を放熱部品７８に伝導する役割と、発熱部品７５と放熱部品７８とを近接して配置するときの衝撃吸収の役割とを担う。

なお、第１実施形態から第３実施形態において、本発明を簡略に説明するため、ひとつの発熱部品に対向させて放熱部品をひとつ配置した場合を例に説明したが、このような場合に本発明は特に限定されない。発熱する部品（発熱部品）が複数ある場合、複数の放熱部品をひとつずつ各発熱部品に対向させて配置してもよいし、ひとつの放熱部品を複数の発熱部品に対向させても配置してもよい。また、複数の放熱部品をひとつの発熱部品に対向させて配置してもよい。 以上、本発明に係る撮像装置を電子内視鏡装置に適用した場合を例に説明したが、他の用途に適用してもよい。

本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

１…撮像装置、２…撮像ヘッド、４…可撓性ケーブル、１２…電子内視鏡、２６…電子内視鏡の先端部、５０…対物レンズ、５６…プリズム、５８…撮像素子、６２…フレキシブル回路基板、６２ｂ…フレキシブル回路基板の内周面、６３…スペーサ、６４…カバーガラス、６６…樹脂、７５…発熱部品、７８…放熱部品

Claims (8)

1. 撮像素子と、前記撮像素子が接続されて折り曲げられたフレキシブル回路基板と、を備え、
   前記フレキシブル回路基板の折り曲げられた内周面に、前記撮像素子の動作時に発熱する発熱部品と前記発熱部品の熱を放熱する放熱部品とが互いに対向して配置され、且つ、前記発熱部品及び前記放熱部品の対向面同士が互いに近接又は接触し、前記フレキシブル回路基板の内周面、前記発熱部品及び前記放熱部品が樹脂で封止されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記放熱部品は、前記樹脂よりも熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記放熱部品は、セラミックス材料又は金属材料を含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記放熱部品は、前記フレキシブル回路基板のグランドに接地されていることを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
5. 前記発熱部品と前記放熱部品との間に前記樹脂よりも熱伝導率が高い熱伝導材料が介装されていることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 請求項１ないし５のうちいずれか１項の撮像装置を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
7. 撮像素子、前記撮像素子の動作時に発熱する発熱部品及び前記発熱部品の熱を放熱する放熱部品をフレキシブル回路基板に接合する工程と、
   前記フレキシブル回路基板を折り曲げて、前記発熱部品と前記放熱部品とが前記フレキシブル回路基板の折り曲げられた内周面で互いに対向し、且つ、前記発熱部品及び前記放熱部品の対向面同士を互いに近接又は接触させた状態で、前記フレキシブル回路基板の内周面、前記発熱部品及び前記放熱部品を樹脂で封止する工程と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置の製造方法。
8. 前記フレキシブル回路基板に対し前記発熱部材と前記放熱部品とを同一種類の接合材料により同時に接合することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置の製造方法。

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