JP2014233584A - 撮像素子冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】径方向への拡大を行うことなく、撮像素子の効率的な冷却を行う冷却構造を提供する。
【解決手段】撮像素子パッケージ１２を撮像素子実装回路基板１３に実装する。撮像素子実装回路基板１３において、撮像素子パッケージ１２が実装される側とは反対側にケーブル取付部２１を設ける。複合ケーブル１５の各ケーブルをケーブル取付部２１の側面に設けられたランドに接合する。ケーブル取付部２１の基板冷却部２７内に流路を形成し、流路の流入口、流出口を複合ケーブル１５側の面に設ける。複合ケーブル１５内に冷媒供給用の供給チューブ２５と冷媒排出用の排出チューブ２６を配設する。供給チューブ２５、排出チューブ２６を基板冷却部２７の流入口、流出口に接続し冷媒を循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子の冷却構造に関し、特に電子内視鏡挿入部先端に設けられる撮像素子の冷却構造に関する。

従来の電子内視鏡において、撮像素子で発生する熱は接続ケーブルを通して放熱されているが、ケーブルからの放熱には限界があり、発熱量の大きい高機能高速伝送撮像素子の放熱には十分ではない。このような問題に対して、撮像ユニットの外周に冷媒還流用のパイプを巻き付けた構成（特許文献１）や、撮像素子の実装基板の側面に冷媒循環チューブに接続された冷却ユニットを取り付け、高電圧を印加することにより流路内に電気共役流体を発生させ、流路内の冷媒を循環させる構成（特許文献２）などが提案されている。

特開２００６−０００６６４号公報 特開２００９−２４７５６０号公報

しかし、特許文献１、２の構成では、挿入部先端の径方向への拡大が必要となり、先端部の細径化が求められる電子内視鏡においては好ましくない。

本発明は、径方向への拡大を行うことなく、撮像素子の効率的な冷却を行う冷却構造を提供することを課題としている。

本発明の撮像素子冷却構造は、流入口、流出口、および流路を備える撮像素子実装回路基板と、流入口に連結される供給チューブと、流出口に連結される排出チューブとを備え、流入口および流出口が、撮像素子が実装される面とは反対側に向けて形成され、供給チューブおよび排出チューブが、少なくとも電源供給ケーブルまたは信号伝搬ケーブルを含む複合ケーブル内に設けられることを特徴としている。

撮像素子実装回路基板は、例えば撮像素子実装側に配置さる平板状の第１層と、流路が形成された第２層と、流入口、流出口が設けられた第３層を積層してなる。流入口および流出口には、例えば供給チューブ、排出チューブを装着するパイプがそれぞれ嵌め込まれる。

本発明の電子内視鏡は、上記撮像素子冷却構造を用いたことを特徴としている。

本発明によれば、径方向への拡大を行うことなく、撮像素子の効率的な冷却を行う冷却構造を提供することができる。

本発明の一実施形態である撮像素子冷却機構を搭載した撮像ユニットの構成を示す側断面図である。 基板冷却部の積層構成を示す斜視図である。 基板冷却部の流路形成層の平面図である。 複合ケーブルの断面図である。 流路の変形例を示す流路形成層の平面図である。 流路の別の変形例を示す流路形成層の平面図である。 流路の別の変形例を示す流路形成層の平面図である。 複合ケーブルの変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である撮像素子冷却機構を搭載した撮像ユニットの構成を示す側断面図である。

本実施形態において、撮像ユニット１０は、例えば電子内視鏡の挿入部先端に撮像素子を搭載するためのユニットである。撮像ユニット１０は、主に撮像素子パッケージ１２と、撮像素子パッケージ１２が実装される撮像素子実装回路基板１３と、撮像素子パッケージ１２および撮像素子実装回路基板１３をその内側に収容・保持するシールドパイプ枠１４を備える。撮像素子ユニット１０は、電子内視鏡挿入部の先端部に取り付けられ、基端部側には、プロセッサ装置（図示せず）側からの複合ケーブル１５が接続される。

撮像素子パッケージ１２において撮像素子１６は、保護ガラス１７によりその撮像面が保護され、パッケージ裏面には例えばＢＧＡバンプ１８が設けられる。撮像素子パッケージ１２は、ＢＧＡバンプ１８を撮像素子実装回路基板１３のランド（図示せず）に接合することで撮像素子実装回路基板１３に実装され、撮像素子実装回路基板１３との隙間には熱伝導性の高い樹脂充填剤１９が充填される。

撮像素子実装回路基板１３は、例えば撮像素子パッケージ１２が実装される平板状のベース基板２０と、ベース基板２０の撮像素子が実装される面とは反対側の面から直立して延出されるケーブル取付部２１を備える。撮像素子パッケージ１２以外の各種電子部品２２は、例えばベース基板２０の撮像素子実装面とは反対側の面に実装される。ケーブル取付部２１の側面には、例えば複数のケーブル接合ランド２２Ａが設けられ、複合ケーブル１５の電源供給用のケーブルや信号伝達用のケーブル２３が取り付けられる。なお複合ケーブル１５の外部シールド線２４は、シールドパイプ枠１４に取り付けられる。

また、本実施形態の複合ケーブル１５内には、冷媒循環用の可撓性を有する供給チューブ２５および排出チューブ２６が配設されるとともに、撮像素子実装回路基板１３のケーブル取付部２１には、基板冷却部２７が設けられる。基板冷却部２７はベース基板２０とは反対側に配置され、ベース基板２０とは反対側の面（複合ケーブルに対面する面）に後述する流入口、流出口が設けられパイプ（例えば金属製）２８、２９が装着される。パイプ２８、２９は例えばブレージングにより固定される。そしてパイプ２８、２９には、供給チューブ２５および排出チューブ２６が装着される。

供給チューブ２５には、例えばプロセッサ装置（図示せず）から冷媒が送出され、基板冷却部２７へと供給される。そして基板冷却部２７へ供給された冷媒は、排出チューブ２６を通してプロセッサ側へと排出される。なお、冷媒には、空気などの気体が用いられるが、水などの液体を用いることも可能である。また、冷媒循環用のポンプはプロセッサ装置など、内視鏡の外部装置に設けてもよいが、内視鏡操作部などに設けることも可能である。

次に図２、図３を参照して、本実施形態の基板冷却部２７の構成について説明する。基板冷却部２７は、例えばベタ層３０、流路形成層３１、オーバーレイ層３２を気密的に積層することで構成される。なお、撮像素子実装回路基板１３は、例えば複数のセラミックスを積層して一体的に形成され、基板冷却部２７も上記各層を構成するセラミックスを積層することにより形成される。

ベタ層３０は、平板状のセラミックス板からなり、ベース基板２０に最も近い位置に配置される。流路形成層３１は、内側に例えば上下を貫く所定のパターンの穴やスリットが形成されたセラミック平板であり、冷媒循環用の流路３３の形状を画定する。オーバーレイ層３２を構成するセラミック平板には、流路３３に対応する位置に上下を貫通する孔が設けられ、流入口３４、流出口３５を構成する。

すなわち、ベタ層３０は流路３３の底面、流路形成層３１は流路３３の側面、オーバーレイ層３２は、流路３３の頂面及び流入口３４、流出口３５を形成する。なおパイプ２８、２９は、この流入口３４、流出口３５に嵌め込まれる。図２の例において、基板冷却部２７は矩形を呈し、流路３３は対角線に沿ったＩ字形のチャネルとして形成される。また、流入口３４、流出口３５は、流路３３の両端に配置される。図３の流路形成層３１の平面図において、流路３３の形状と流入口３４、流出口３５の配置を示す。なお、本実施形態では、基板冷却部２７は３層で構成されたが、流路形成層３１やオーバーレイ層３２を複数積層し、流路３３を３次元的な多層構造とすることも可能である。

図４に複合ケーブル１５の断面図を示す。複合ケーブル１５は、絶縁素材からなる外皮１５Ａで被覆され、外皮１５Ａの内側には、外部シールド線（電磁シールド）２４が配置される。外部シールド線２４の内側に電源供給用ケーブルや信号伝達用ケーブルなどの各種ケーブル２３と供給チューブ２５、排出チューブ２６が配置される。図４の複合ケーブル１５は、一対の供給チューブ２５、排出チューブ２６を備え、両チューブ２５、２６は、両チューブ間における熱交換を減らすために、なるべく離間して配置される。なお、図４において符号２３Ａは同軸ケーブル、符号２３Ｂは絶縁線を表している。

以上のように本実施形態よれば、撮像素子実装回路基板に冷媒を循環させる冷却構造を一体的に形成し、冷媒の流入口、流出口を撮像素子とは反対側の面に設けるとともに供給チューブ、排出チューブを複合ケーブル内に配設することで、径方向（撮像面方向）への拡大を行うことなく、撮像素子の効率的な冷却を行うことができる。

図５〜図７に流路パターンの変形例を示す。図５には、Ｎ字形の流路３３Ａと流入、流出口３４Ａ、３５Ａが、図６にはＳ字形の流路３３Ｂと流入、流出口３４Ｂ、３５Ｂが、図７には矩形の流路３３Ｃとそれぞれ一対、合計４個の流入、流出口３４Ｃ、３５Ｃが例示される。流路パターンはこの他にもＵ字形やＶ字形、Ｗ字形などでもよく、螺旋形や格子状でもよい。また、流入／流出口の数も本実施形態に限定されず、両者が同数である必要もない。例えば図８には、複合ケーブル１５中央に２本の供給チューブ２５Ａと１本の排出チューブ２６Ａが配設された例を示す。このような場合、撮像素子実装回路基板に、２つの流入口、１つの流出口を設けてもよい。

なお、本実施形態では、流入口、流出口に剛性を有するパイプを装着し、パイプに供給チューブ、排出チューブを取り付けたが、パイプを用いず、供給チューブ、排出チューブを直接流入口、流出口に差し込み、接着剤で固定してもよい。

１０ 撮像ユニット
１２ 撮像素子パッケージ
１３ 撮像素子実装回路基板
１４ シールドパイプ枠
１５ 複合ケーブル
１６ 撮像素子
１７ 保護ガラス
１８ ＢＧＡバンプ
１９ 樹脂充填剤
２０ ベース基板
２１ ケーブル取付部
２３ ケーブル
２４ 外部シールド線
２５ 供給チューブ
２６ 排出チューブ
２７ 基板冷却部
２８、２９ パイプ
３０ ベタ層
３１ 流路形成層
３２ オーバーレイ層
３３ 流路

Claims (4)

1. 流入口、流出口、および流路を備える撮像素子実装回路基板と、
   前記流入口に連結される供給チューブと、
   前記流出口に連結される排出チューブとを備え、
   前記流入口および流出口が、撮像素子が実装される面とは反対側に向けて形成され、前記供給チューブおよび排出チューブが、電源供給ケーブルまたは信号伝搬ケーブルを含む複合ケーブル内に設けられる
   ことを特徴とする撮像素子冷却構造。
2. 前記撮像素子実装回路基板が、前記撮像素子実装側に配置さる平板状の第１層と、前記流路が形成された第２層と、前記流入口、前記流出口が設けられた第３層を積層してなることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子冷却構造。
3. 前記流入口および前記流出口に前記供給チューブ、排出チューブをそれぞれ装着するパイプが嵌め込まれることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子冷却構造。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の撮像素子冷却構造を用いたことを特徴とする電子内視鏡。

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