JP5776197B2

JP5776197B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5776197B2
Application number: JP2011023710A
Authority: JP
Inventors: 一彦末延
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-02-07
Also published as: JP2012165160A

Description

本発明は、撮像素子を有する撮像装置に関するものである。

ＣＭＯＳ型やＣＣＤ型などの撮像素子では、発熱により性能が劣化することがよく知られている。

そこで、撮像素子を有する従来の撮像装置では、一般的に、撮像素子で発生した熱を放熱させるために、ヒートシンクが用いられている。例えば、下記特許文献１に開示された撮像装置では、撮像素子の熱を、筐体の内部に設けられたヒートパイプ及びヒートシンクにより、筐体に形成された通気口まで伝えて、通気口から放出させている。

特開２００６−９１３９９号公報

しかしながら、ヒートシンクを設けるには、大きな取り付けペースを要してしまい、撮像装置の小型化を図ることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、撮像素子で発生した熱を逃がすことができるとともに小型化を図ることができる撮像装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による撮像装置は、光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面に入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、前記第１面に対向して配置され、前記撮像素子と接続するための配線パターンを有する透光性板と、前記第２面に対向して配置され、前記撮像素子で発生した熱を放熱するための熱伝導体パターンを有する第１基板と、前記撮像素子及び前記第１基板の間に配置され、前記撮像素子を前記透光性板の方向へ押圧するとともに、前記撮像素子で発生した熱を前記熱伝導体パターンへ伝導する押圧部材と、前記配線パターン及び前記第１基板を接続する第２基板と、を備えるものである。
第２の態様による撮像装置は、前記第１の態様において、前記押圧部材は、弾性を有するものである。
第３の態様による撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記撮像素子及び前記配線パターンは、バンプを介して接続されているものである。
第４の態様による撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記押圧部材は、表面が金属でコーティングされているものである。
第５の態様による撮像装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記押圧部材は、前記熱伝導体パターンに半田付けされているものである。
第６の態様による撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記押圧部材は、熱伝導性樹脂であるものである。
第７の態様による撮像装置は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記熱伝導体パターンは、導電性を有するものである。
第８の態様による撮像装置は、光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面に入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、前記第１面に対向して配置される透光性板と、前記第２面に対向して配置され、前記撮像素子で発生した熱を放熱するための熱伝導体パターンを有する基板と、前記撮像素子及び前記基板の間に配置され、前記撮像素子を前記透光性板の方向へ押圧するとともに、前記撮像素子で発生した熱を前記熱伝導体パターンへ伝導する押圧部材と、を備え、前記押圧部材は、表面が金属でコーティングされているものである。
第９の態様による撮像装置は、前記第８の態様において、前記押圧部材は、弾性を有するものである。
第１０の態様による撮像装置は、前記第８又は第９の態様において、前記透光性板は、前記撮像素子と接続するための配線パターンを有するものである。
第１１の態様による撮像装置は、前記第１０の態様において、前記撮像素子及び前記配線パターンは、バンプを介して接続されているものである。
第１２の態様による撮像装置は、前記第８乃至第１１のいずれかの態様において、前記押圧部材は、前記熱伝導体パターンに半田付けされているものである。
第１３の態様による撮像装置は、前記第８乃至第１２のいずれかの態様において、前記熱伝導体パターンは、導電性を有するものである。
また、前記各態様に関連して、以下の各態様を提示する。第１の態様による撮像装置は、透光性板と、前記透光性板を透過した光を受光し、電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の前記透光性板とは反対側に配置され、熱伝導体パターンを有する配線基板と、前記配線基板により支持されて、前記撮像素子を前記透光性板の方向へ弾性的に押圧するとともに、前記撮像素子の熱を前記熱伝導体パターンへ伝導する押圧部材と、を備えたものである。

第２の態様による撮像装置は、前記第１の態様において、前記押圧部材は、表面がメタルコーティングされた弾性部材であるものである。

第３の態様による撮像装置は、前記第２の態様において、前記押圧部材は、前記熱伝導体パターンに半田付けされたものである。

第４の態様による撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記透光性板と前記撮像素子との間が固定され、前記押圧部材による押圧方向の前記透光性板の位置を決める取り付け部を備えたものである。

第５の態様による撮像装置は、前記第４の態様において、前記取り付け部は、前記透光性板の一部が適合する凹部を有するものである。

第６の態様による撮像装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記透光性板は、前記撮像素子と電気的に接続された配線パターンを有するものである。

第７の態様による撮像装置は、前記第６の態様において、前記配線基板と前記透光性板の前記配線パターンとの間を電気的に接続するフレキシブルプリント基板を備えたものである。

第８の態様による撮像装置は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記熱伝導体パターンは導電性を有するものである。

本発明によれば、撮像素子で発生した熱を逃がすことができるとともに小型化を図ることができる撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態による撮像装置を模式的に示す概略断面図である。図１中のセンサモジュール、押圧部材、プリント配線基板及びフレキシブルプリント基板を示す概略平面図である。図２に示すセンサモジュール等を取り付け部に取り付けた状態を示す、図２中のＢ−Ｂ’矢視に対応する概略図である。図１に示す撮像装置の組み立て方法の各工程を示す概略断面図である。

以下、本発明による撮像装置装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による撮像装置１を模式的に示す概略断面図である。図２は、図１中のセンサモジュール７、押圧部材１３、プリント配線基板１１及びフレキシブルプリント基板１０を示す概略平面図である。図１には、図２中のＡ−Ａ’矢視の概略図が含まれている。図３は、図２に示すセンサモジュール７、押圧部材１３、プリント配線基板１１及びフレキシブルプリント基板１０を取り付け部１２に取り付けた状態を示す、図２中のＢ−Ｂ’矢視に対応する概略図である。なお、図１では、プリント配線基板１１上に搭載されている電気・電子部品１７等の図示は省略している。

本実施の形態による撮像装置１は、いわゆるデジタル一眼レフカメラである。この撮像装置１は、カメラボディ（カメラ筐体）２のレンズマウント（図示せず）にレンズ鏡筒３が着脱自在に取り付けられている。このレンズ鏡筒３のレンズ４を通した光がカメラボディ２の背面側に配置された固体撮像素子５上に結像される。

本実施の形態では、固体撮像素子５は、ＣＭＯＳ型又はＣＣＤ型等の固体撮像素子として構成され、正面視略矩形のベアチップとなっている。固体撮像素子５は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子を有する複数の画素が２次元状に配列された画素アレイ（図示せず）を有している。固体撮像素子５は、更に、前記画素アレイの画素出力を信号処理して出力する信号処理部（図示せず）を有していてもよい。前記信号処理部は、前記画素アレイのカラム毎にアナログ電気信号を並列にデジタル変換する複数のアナログデジタル変換器（図示せず）を有していてもよい。

固体撮像素子５は、ベアチップ実装されてセンサモジュール７を構成している。より具体的には、固体撮像素子５の受光面の周囲にパッド（図示せず）が形成され、透光性板としてのガラス基板６上の配線パターン（図示せず）がバンプ８を介して前記パッドに接続され、さらに、バンプ８の周囲に封止樹脂９が充填されてセンサモジュール７が構成されている。このようにして、固体撮像素子５とガラス基板６との間が固定されている。本実施の形態では、このように、ガラス基板６上にベアチップの固体撮像素子５を直接的に実装するＣＯＧ（チップオンガラス）構造が採用されている。もっとも、本発明では、必ずしもＣＯＧ構造を採用する必要はない。なお、図３では、バンプ８及び封止樹脂９の図示を省略している。ガラス基板６上の配線パターンには、２枚のフレキシブルプリント基板１０（図２及び図３参照）が接続され、これらのフレキシブルプリント基板１０を介してプリント配線基板１１の配線パターン（図示せず）に電気的に接続されている。前述したようにバンプ８の周囲に封止樹脂９が充填されることで、ガラス基板６への固体撮像素子５の取り付け剛性及び固体撮像素子５の受光面５ａの気密性が確保される。

カメラボディ２は、マグネシウム合金等の熱伝導性材料をダイキャスト等で成形したものである。カメラボディ２は、レンズ４からの光束が通過する開口部１２ａが形成された取り付け部１２を有している。取り付け部１２の裏面側の開口部１２ａの周囲には、ガラス基板６の一部が適合する凹部が形成されている。本実施の形態では、この凹部は、光軸方向のガラス基板６（ひいてはセンサモジュール７）の位置決めを行う取り付け基準面１２ｂと、取り付け基準面１２ｂから立ち上がった立ち上がり面１２ｃとを有している。取り付け基準面１２ｂに、センサモジュール７のガラス基板６の表面６ａの周辺部が接着等により固定されている。立ち上がり面１２ｃは、ガラス基板６のカメラボディ２に対するシフト方向等の位置決めを行う。取り付け基準面１２ｂ及び立ち上がり面１２ｃを有する前記凹部によって、センサモジュール７を無調整で位置決めして取り付け部１２に取り付けることができるようになっている。

プリント配線基板１１は、剛性を有し、固体撮像素子５のガラス基板６とは反対側において、取り付け部１２及び固体撮像素子５と略平行に配置されている。固体撮像素子５とプリント配線基板１１との間には、４個の押圧部材１３が設けられている。これらの押圧部材１３は、プリント配線基板１１により支持されて、固体撮像素子５をガラス基板６の方向（図１中の左方向）へ弾性的に押圧するとともに、固体撮像素子５の熱をプリント配線基板１１の熱伝導体パターン１４（図２参照、図１及び図３では省略。）へ伝導する。押圧部材１３は、固体撮像素子５の発熱量の大きい箇所（例えば、アナログデジタル変換器の付近の箇所）に当接するように配置することが好ましい。

本実施の形態では、押圧部材１３として、表面が半付け可能な金属（例えば、錫、アルミニウム、金など）でメタルコーティングされた弾性部材（例えば、シリコンゴム部材）が用いられている。本実施の形態では、押圧部材１３は直方体状に構成されているが、これに限らず、例えば、蒲鉾型などの他の形状であってもよい。また、押圧部材１３の数も４個に限らない。さらに、押圧部材１３は、このようなメタルコーティングされた弾性部材に限らず、例えば、弾性を有した熱伝導性樹脂（例えば、高熱伝導性ナイロン樹脂など）でもよい。

本実施の形態では、図３に示すように、プリント配線基板１１の挿通孔１５（図２参照）に挿通した取り付けねじ１６が、取り付け部１２に形成されたねじ孔（図示せず）に螺合されることによって、押圧部材１３が固体撮像素子５とプリント配線基板１１との間で圧縮された状態となるように、プリント配線基板１１が取り付け部１２に取り付けられている。これにより、押圧部材１３は、固体撮像素子５をガラス基板６の方向（図１中の左方向）へ弾性的に押圧している。

プリント配線基板１１の表面１１ａには、押圧部材１３と接触する領域を含む領域において、熱伝導体パターン１４が形成されている。理解を容易にするため、図２では、熱伝導体パターン１４にハッチングを付している。本実施の形態では、熱伝導体パターン１４は比較的広い長方形状の領域に形成されているが、熱伝導体パターン１４の形状はこれに限らない。本実施の形態では、熱伝導体パターンは、プリント配線基板１１に形成された配線パターン（図示せず）と同じく、銅層等からなる導電性パターンで構成されている。もっとも、熱伝導体パターン１４は、熱伝導性を有していれば、必ずしも導電性を有していなくてもよい。熱伝導体パターン１４は、放熱を促進するために配線パターンの表面に表れていることが好ましいが、プリント配線基板１１として多層基板を用いた場合には、熱伝導体パターン１４の一部として中間層のパターンを用いてもよい。図面には示していないが、必要に応じて、熱伝導体パターン１４をカメラボディ２に熱的に結合してもよい。

本実施の形態では、押圧部材１３が熱伝導体パターン１４に半田付けされている。もっとも、押圧部材１３は、固体撮像素子５の熱を熱伝導体パターン１４に伝導することができればよく、必ずしも熱伝導体パターン１４に半田付けする必要はない。

プリント配線基板１１には、ＩＣ部品や抵抗器などの各種の電気・電子部品１７が搭載され、図示しない配線パターンが形成されている。前述したように、プリント配線基板１１の配線パターンは、フレキシブルプリント基板１０を介して、センサモジュール７のガラス基板６の配線パターンに接続されている。これらによって、撮像装置１に必要な回路が構成されている。なお、本実施の形態では、固体撮像素子５とプリント配線基板１１との間がフレキシブルプリント基板１０を用いて接続されているが、それらの間の接続手法はこれに限らない。

次に、図４を参照して、本実施の形態による撮像装置１の組み立て方法のうち、主として、センサモジュール７の取り付けに関する工程の一例について説明する。図４は、この組み立て方法の各工程を示す概略断面図であり、図３に対応している。

まず、プリント配線基板１１を用意し、リフロー工程によって、電気・電子部品１７と一緒に押圧部材１３を、プリント配線基板１１上に半田付けして表面実装する（図４（ａ））。また、この工程とは別の工程で、センサモジュール７を用意しておく。

次に、センサモジュール７のガラス基板６にフレキシブルプリント基板１０を接続し、このセンサモジュール７を押圧部材１３上に載置し、さらに、フレキシブルプリント基板１０をプリント配線基板１１に接続する（図４（ｂ））。

その後、図４（ｂ）に示す状態のままガラス基板６を、取り付け部１２の凹部（取り付け基準面１２ｂ及び立ち上がり面１２ｃ）に適合させて位置決めし、プリント配線基板１１を取り付け部１２側に押し付けて押圧部材１３を圧縮しながら、プリント配線基板１１を取り付けねじ１６で取り付け部１２にねじ止めする（図３）。これにより、センサモジュール７及びプリント配線基板１１の、取り付け部１２への取り付けが、完了する。

本実施の形態によれば、固体撮像素子５の熱が、押圧部材１３からプリント配線基板１１の熱伝導体パターン１４に伝導され、熱伝導体パターン１４を経由して放熱される。このとき、押圧部材１３が固体撮像素子５を弾性的に押圧しているので、固体撮像素子５と押圧部材１３との間が密着し、固体撮像素子５の熱が効率良く押圧部材１３に伝わる。また、押圧部材１３がプリント配線基板１１の熱伝導体パターン１４に半田付けされているので、押圧部材１３に伝わった熱が効率良く熱伝導体パターン１４に伝導される。これらによって、固体撮像素子５が効率良く熱伝導体パターン１４に伝導され、効率良く放熱される。これにより、本実施の形態によれば、固体撮像素子５の発熱による性能低下を防止することができる。

そして、本実施の形態では、固体撮像素子５の熱の放熱のために、押圧部材１３及び熱伝導体パターン１４が用いられ、ヒートシンクが用いられていないので、取り付けスペースを低減することができる。これにより、本実施の形態によれば、撮像装置１の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、押圧部材１３が固体撮像素子５を取り付け部１２側へ弾性的に押圧しているので、センサモジュール７のガラス基板６の表面６ａの周辺部が取り付け部１２の取り付け基準面１２ｂに押し付けられて、固体撮像素子５の光軸方向（図１中の左右方向）の位置決めが行われる。したがって、本実施の形態によれば、固体撮像素子５の光軸方向の位置決めを容易に行うことができる。

さらに、本実施の形態では、押圧部材１３としてメタルコーティングされた弾性部材が用いられ、押圧部材１３を電気・電子部品１７と一緒にプリント配線基板１１に半田付けすることができるので、押圧部材１３を電気・電子部品１７と一緒に取り扱うことができることから、その取り扱いが容易となり、製造コストを低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、デジタル一眼レフカメラに限らず、ビデオカメラやデジタルコンパクトカメラ等の撮像装置にも適用することができる。

１撮像装置
２カメラボディ（筐体）
５固体撮像素子
６ガラス基板（透光性板）
１０フレキシブルプリント基板
１１プリント配線基板
１２取り付け部
１３押圧部材
１４熱伝導体パターン

Claims

光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面に入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記第１面に対向して配置され、前記撮像素子と接続するための配線パターンを有する透光性板と、
前記第２面に対向して配置され、前記撮像素子で発生した熱を放熱するための熱伝導体パターンを有する第１基板と、
前記撮像素子及び前記第１基板の間に配置され、前記撮像素子を前記透光性板の方向へ押圧するとともに、前記撮像素子で発生した熱を前記熱伝導体パターンへ伝導する押圧部材と、
前記配線パターン及び前記第１基板を接続する第２基板と、
を備える撮像装置。
前記押圧部材は、弾性を有する請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像素子及び前記配線パターンは、バンプを介して接続されている請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
前記押圧部材は、表面が金属でコーティングされている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記押圧部材は、前記熱伝導体パターンに半田付けされている請求項４に記載の撮像装置。
前記押圧部材は、熱伝導性樹脂である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記熱伝導体パターンは、導電性を有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面に入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記第１面に対向して配置される透光性板と、
前記第２面に対向して配置され、前記撮像素子で発生した熱を放熱するための熱伝導体パターンを有する基板と、
前記撮像素子及び前記基板の間に配置され、前記撮像素子を前記透光性板の方向へ押圧するとともに、前記撮像素子で発生した熱を前記熱伝導体パターンへ伝導する押圧部材と、
を備え、
前記押圧部材は、表面が金属でコーティングされている撮像装置。
前記押圧部材は、弾性を有する請求項８に記載の撮像装置。
前記透光性板は、前記撮像素子と接続するための配線パターンを有する請求項８又は請求項９に記載の撮像装置。
前記撮像素子及び前記配線パターンは、バンプを介して接続されている請求項１０に記載の撮像装置。
前記押圧部材は、前記熱伝導体パターンに半田付けされている請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記熱伝導体パターンは、導電性を有する請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の撮像装置。