JP6188479B2 - 基板モジュール - Google Patents

Description

本発明は、撮像ユニットに適する基板モジュールに関する。

内視鏡は、医療分野、工業分野等において用いられている。内視鏡には、挿入部の先端部に撮像ユニットを内蔵した、いわゆる電子式内視鏡（以下、内視鏡と記載する）がある。内視鏡においては、挿入部の細径化及び硬質部長の短縮化のため、挿入部の先端部に内蔵される撮像ユニットの小型化が図られている。また、内視鏡においては、画質の向上が求めら、撮像素子の高画素化等が進められている。

内視鏡においては、挿入部の先端部に設けられた撮像装置と外部装置である例えばビデオプロセッサとを結ぶ伝送路が長距離である。このため、画質の向上を図る内視鏡では、操作部内に撮像素子の信号を増幅させる中継基板を設けることによって、信号ケーブルの細径化を実現しつつ画質の向上を図っている（特許文献１）。

特許文献２には狭い空間内に容易に配設することが可能な撮像装置が示されている。この撮像装置によれば、補強部材を配置して配線板を折り曲げることによって、接合層に応力がかかることを防止することができる。この結果、端子部がフレキシブル基板から剥がれる不具合、撮像素子とフレキシブル基板との接続部に破損等が発生する不具合が減少する。

特開２００９−２７９１４８号公報 特開２０１２−６４８８３号公報

しかしながら、信号線が折り曲げられた基板の外面側の接続ラントに接続されている場合、折り曲げ形成した配線板を筒状の狭い空間内に配設する際、接続部に外力が働いて信号線が外れるおそれがあった。この逆に、信号線が折り曲げられた基板の内面側の接続ラントに接続されている場合、撮像ユニットの小型化に伴って、配線板内の信号線同士が短絡するおそれがあった。なお、特許文献２には信号ケーブルの細径化を実現しつつ画質の向上を図る技術について開示も示唆もされていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、狭い空間内に配設する際に信号線が外れること或いは短絡することを防止しつつ画質の向上を図った基板モジュールを提供することを目的にしている。

本発明の一態様の基板モジュールは、撮像素子が電気的に接続される接続部を有する第１の面、前記第１の面を挟んで配置される二つの面のうちの一方の面であって、前記撮像素子以外の複数の電子部品のうちの一部が実装される第２の電子部品用ランド、及び複数の信号線のうちの一部が接続される第２の信号線用ランドを有する第２の面、前記第１の面を挟んで配置される二つの面のうちの他方の面であって、前記複数の電子部品のうち残りの電子部品が実装される第３の電子部品用ランド、及び複数の信号線のうち残りの信号線が接続される第３の信号線用ランドを有する第３の面、前記第１の面と前記第２の面との境界を折り曲げるための第１の折曲部、及び前記第１の面と前記第３の面との境界を折り曲げるための第２の折曲部、を有するフレキシブル基板と、前記第１の面にチップ用ランドを設け、該チップ用ランドに接合される前記撮像素子で光電変換された電気信号を光信号として出射するレーザー発信チップと、前記レーザー発信チップの出射面に入射端面を対設させた前記光信号を伝送する光ファイバと、を具備し、前記第２の面の第２の信号線用ランドに接続された信号線の第２の接続部と、前記第３の面の第３の信号線用ランドに接続された信号線の第３の接続部とを、前記光ファイバを中心に位置決め配置する絶縁性外装体を挟んで該絶縁性外装体の外側面側に絶縁性接着剤で接着固定する。

本発明によれば、狭い空間内に配設する際に信号線が外れること或いは短絡することを防止しつつ伝送容量の増大を図った基板モジュールを実現することができる。

撮像素子、各種電子部品が実装され、信号ケーブルが接続されるフレキシブル基板を説明する図 図２−図７は基板モジュールの形成手順の一例を説明する図であって、フレキシブル基板に撮像素子以外の電子部品を実装するとともに信号ケーブルの銅線を接合した状態を説明する図 図２のフレキシブル基板に、さらに、撮像素子を実装した状態を説明する図 図３のフレキシブル基板の第２の面及び第３の面を折曲部に沿って折り曲げた状態を説明する上面図 図４のフレキシブル基板を矢印Ｙ５方向から見た側面図 基板モジュールの一構成例を説明する上面図 図６の基板モジュールのＹ７−Ｙ７線断面図 基板モジュールの他の構成例を説明する上面図 図８の基板モジュールのＹ９−Ｙ９線断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものもあり、本発明は、これらの
図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１−図７を参照してフレキシブル基板を有する基板モジュールを説明する。
図１を参照してフレキシブル基板を説明する。
図１に示すようにフレキシブル基板１は、第１の面１０と、第２の面２０と、第３の面３０とを備えて構成されている。

第１の面１０は、電子部品である例えば撮像素子であるＣＣＤが実装される平面である。第１の面１０の一端面側には後述するＣＣＤが電気的に接続される接続部である例えばインナーリード１１が設けられている。符号１２は、送信器用ランドである。送信器用ランド１２は、実装される電子部品との電気的な導通をとるためのランド電極であって、後述するレーザー発信チップを備える光送信器１４が電気的に接続される。
なお、インナーリード１１の代わりに、第１の面１０に撮像素子用ランドを設ける構成であってもよい。

第２の面２０及び第３の面３０は、第１の面１０を挟んで設けられている。本実施形態においては、第２の面２０及び第３の面３０は、第１の面１０の中心線１３を挟んで対称形状に形作られている。

第２の面２０は、電子部品実装面２１と、信号線接続面２２と、連結面２３と、第１の折曲部２４と、を備えて構成されている。
電子部品実装面２１には、撮像素子及び光送信器以外の複数の電子部品を実装するための第２の電子部品用ランド２５が設けられている。信号線接続面２２には、複数の信号線を接続するための第２の信号線用ランド２６が設けられている。第２の信号線用ランド２６は、中心線１３に直交する仮想線２７に沿って複数配列されている。

連結面２３は、電子部品実装面２１と信号線接続面２２とを一体にする連結部であって、信号線用ランド２６から延出される図示しない配線と、第２の電子部品用ランド２５に接続される配線（不図示）とをそれぞれ接続する配線（不図示）が設けられている。
第１の折曲部２４は、図中の二点鎖線に示す谷折り線であって、第２の面２０は、第１の面１０に対して直角に折り曲げ可能である。

第３の面３０は、第２の面２０と同様に電子部品実装面３１と、信号線接続面３２と、連結面３３と、第２の折曲部３４と、を備えて構成されている。
電子部品実装面３１には、複数の電子部品を実装するための第３の電子部品用ランド３５が設けられている。信号線接続面３２には、複数の信号線を接続するための第３の信号線用ランド３６が設けられている。第３の信号線用ランド３６も、中心線１３に直交する仮想線３７に沿って複数配列されている。

連結面３３は、電子部品実装面３１と信号線接続面３２とを一体にする連結部であって、信号線用ランド３６から延出される図示しない配線と、第３の電子部品用ランド３５に接続される配線（不図示）とをそれぞれ接続する配線（不図示）が設けられている。
第２の折曲部３４は、図中の二点鎖線に示す谷折り線であって、第３の面３０は、第１の面１０に対して直角に折り曲げ可能である。

図２−図７を参照して内視鏡の撮像ユニットとして使用される基板モジュールの組み立て手順を説明する。
まず、作業者は、撮像素子及び複数の周辺電子部品を用意するとともに、複数の信号線及び後述する光ファイバを用意する。
そして、作業者は、図２に示すように電子部品の１つである光送信器１４を送信器用ランド１２に実装する。

また、複数の周辺電子部品のうちの一部である予め定めた電子部品２８ａ、２８ｂを、それぞれ第２の面２０の電子部品実装面２１に設けられた予め定めた第２の電子部品用ランド２５に実装し、複数の信号線のうちの一部である予め定めた信号ケーブル２９ａ、２９ｂ、２９ｃ内の例えば銅線を信号線接続面２２に設けられた予め定めた第２の信号線用ランド２６に例えば半田によって接合する。

引き続き、作業者は、複数の周辺電子部品のうち、残りの電子部品３８ａ、３８ｂを、それぞれ第３の面３０の電子部品実装面３１に設けられた予め定めた第３の電子部品用ランド３５に実装する。また、複数の信号線のうち、残りの信号ケーブル３９ａ、３９ｂ、３９ｃ内の銅線を信号線接続面３２に設けられた予め定めた第３の信号線用ランド３６に接合する。

上述において、光送信器１４のレーザー発信チップチップは、ＣＣＤ１５で光電変換された電気信号を光信号として発信する出射面を有している。電子部品２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂは、一例として、撮像素子の電源電圧の変動の制御、或いは、電源配線におけるノイズの制御を目的として配設されるコンデンサである。

次に、作業者は、第１の面１０の複数のインナーリード１１を例えば超音波接合によってＣＣＤ１５に電気的に接合固定する。この後、インナーリード１１を折り曲げ形成して、図３に示すようにＣＣＤ１５の側面が第１の面１０に当接するように配置させる。そして、ＣＣＤ１５と第１の面１０とを絶縁性接着剤によって一体に固定する。
なお、 符号１６は、ガラスリッドであり、ＣＣＤ１５の撮像面側に予め設けられている。

次いで、作業者は、第２の面２０を第１の折曲部２４に沿って谷折りで折り曲げ、第３の面３０を第２の折曲部３４に沿って谷折りで折り曲げる。この結果、図４に示すように第２の面２０の平面と第３の面３０の平面とが対向した位置関係になる。

図４、図５に示すように光送信器１４及び複数の電子部品２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂは、第１の面１０と、折り曲げ形成されて対向する第２の面２０の電子部品実装面２１及び第３の面３０の電子部品実装面３１と、で構成された基板空間内に配置される。また、信号線用ランド２６に接合された信号ケーブル２９ａ、２９ｂ、２９ｃの銅線接続部４１、４２、４３は、第２の面２０の信号線接続面２２の内面側に配置され、信号線用ランド３６に接合された信号ケーブル３９ａ、３９ｂ、３９ｃの銅線接続部４４、４５、４６は第３の面３０の信号線接続面３２の内面側に配置される。

次に、作業者は、光送信器１４と光ファイバ４７とを接続する。即ち、作業者は、光ファイバ４７を中心に位置決めしたフェルール４８を光送信器１４の予め定めた部位に接続する。この結果、光送信器１４が備えるレーザー発信チップの出射面と光ファイバ４７の入射面とが対向した位置関係になる。
なお、フェルール４８は、円柱形の絶縁性外装体であって、中心軸に沿って設けられている貫通孔内に光ファイバ４７の端部が一体に固定されている。

ここで、作業者は、第２の面２０を構成する信号線接続面２２の内側面に絶縁性接着剤を塗布し、信号線接続面２２の内側面をフェルール４８の外周面に沿わせて配置する。このとき、信号線接続面２２が電子部品実装面２１に対して連結面２３を介して連結されているため、第１の折曲部２４で折り曲げ形成された電子部品実装面２１の折り曲げ形状を変形させること無く、信号線接続面２２がフェルール４８の外周面に沿うように変形される。

そして、接着剤が硬化することによって、信号線接続面２２がフェルール４８の外周面に一体的に固定される。このとき、銅線接続部４１、４２、４３は、フェルール４８の外周面に近接させて配置されている。

また、作業者は、上述と同様に、第３の面３０を構成する信号線接続面３２の内側面に絶縁性接着剤を塗布し、信号線接続面３２をフェルール４８の外周面に接着固定する。この結果、銅線接続部４１、４２、４３と銅線接続部４４、４５、４６とが、フェルール４８を挟んで該フェルール４８の外周面に近接して配置される。

この結果、図６、図７に示すように電子部品２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂを基板空間内に実装して、複数の信号ケーブル２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び光ファイバ４７を延出させた基板モジュール１Ｍが構成される。

上述した基板モジュール１Ｍによれば、伝送手段として光ファイバ４７を設けたことによって撮像素子の高画素化を実現することができる。

また、第２の面２０を構成する信号線接続面２２の内側面及び第３の面３０を構成する信号線接続面３２の内側面をフェルール４８の外周面に絶縁性接着剤で接着固定している。この結果、銅線接続部４１、４２、４３及び銅線接続部４４、４５、４６がフェルール４８の外周面近傍に結着剤によって密着して保持される。

このため、銅線接続部４１、４２、４３及び銅線接続部４４、４５、４６の接続強度が大幅に増大され、撮像ユニットを内視鏡の先端部内に配置させる以前に意図せぬ外力により接続部が破損される不具合を解消して、接続信頼性の向上を図ることができる。
また、各銅線接続部４１、４２、４３の間及び各銅線接続部４４、４５、４６の間に絶縁性の接着剤を介在させたことによって銅線同士の短絡を確実に防止することができる。

さらに、上述したように伝送手段として光ファイバ４７を設け、信号線接続面２２及び信号線接続面３２をフェルール４８に接着固定して接続信頼性の向上及び銅線同士の短絡の防止を図れるので撮像ユニットの更なる小型化を実現することができる。

なお、基板空間内には図示しない封止樹脂が充填される。
また、フレキシブル基板１の表面及び裏面のランド以外の領域は、絶縁性のレジストで覆われている。

さらに、フェルール４８は、円柱形状に限定されるものではなく、図８、図９に示すように段面形状が四角形等の角柱形状のフェルール４８Ａであってもよい。
図８及び図９に示す基板モジュール２Ｍにおいては、第１の面１０に信号線用ランドを有する信号線接続面１７を設け、信号線用ランドに信号ケーブル１９の銅線を接合している。そして、本実施形態においては、第１の面１０を構成する信号線接続面１７の内側面をフェルール４８Ａの外側面である底面５１に絶縁性接着剤で接着固定し、第２の面２０を構成する信号線接続面２２の内側面をフェルール４８Ａの外側面である第１の側面５２に絶縁性接着剤で接着固定し、第３の面３０を構成する信号線接続面３２の内側面をフェルール４８Ａの外側面である第２の側面５３に絶縁性接着剤で接着固定している。
その他の構成は、上述した実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。

このように、第１の面１０に信号線接続面１７を設けることによって、信号線の本数を増やす構成或いは信号線間の距離を幅広にとる構成を実現することができる。その他の作用及び効果は上述した実施形態と同様である。

なお、フェルール４８、４８Ａ内に複数の光ファイバ４７を設けるようにしてもよい。
また、フェルール４８、４８Ａの長手軸に対して直交する外装体断面形状は、光ファイバの中心軸に直交する一軸を挟んで対称形であることが望ましく、対称形に形成することによって、第２の面２０の信号線接続面２２に設けられる銅線接続部４１、４２、４３と、第３の面３０の信号線接続面３２に設けられる銅線接続部４４、４５、４６とがフェルール４８、４９を挟んで対称な位置関係に配置される。
したがって、撮像ユニットを内視鏡の先端部内に配置させる際、銅線接続部に不均等な
外力がかかり難くなる。

上述した実施形態においては、基板モジュールを内視鏡の撮像ユニット用としているが、基板モジュールは内視鏡の撮像ユニットに限定されるものでは無く、他の装置、例えば、デジタルカメラ用、車載カメラ用、携帯カメラ用、カプセル内視鏡用等であってもよい。

さらに、信号線接続面の内側面を接着固定するフェルールの代わりに円柱形状或いは角柱形状の絶縁部材を設けて、上述した接続信頼性の向上及び銅線同士の短絡を防止する基板モジュールを構成するようにしてもよい。

尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１…フレキシブル基板 １Ｍ、２Ｍ…基板モジュール １０…第１の面
１１…インナーリード １２…送信器用ランド １３…中心線 １４…光送信器
１５…ＣＣＤ １６…ガラスリッド １７…信号線接続面 １９…信号ケーブル
２０…第２の面 ２１…電子部品実装面 ２２…信号線接続面 ２３…連結面
２４…第１の折曲部 ２５…第２の電子部品用ランド ２６…第２の信号線用ランド
２７…仮想線 ２８ａ、２８ｂ…電子部品 ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ…信号ケーブル
３０…第３の面 ３１…電子部品実装面 ３２…信号線接続面 ３３…連結面
３４…第２の折曲部 ３５…第３の電子部品用ランド ３６…第３の信号線用ランド
３７…仮想線 ３８ａ、３８ｂ…電子部品 ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ…信号ケーブル
４１、４２、４３…銅線接続部 ４４、４５、４６…銅線接続部 ４７…光ファイバ
４８、４８Ａ…フェルール ５１…底面 ５２…第１の側面 ５３…第２の側面

Claims (3)

1. 撮像素子が電気的に接続される接続部を有する第１の面、前記第１の面を挟んで配置される二つの面のうちの一方の面であって、前記撮像素子以外の複数の電子部品のうちの一部が実装される第２の電子部品用ランド、及び複数の信号線のうちの一部が接続される第２の信号線用ランドを有する第２の面、前記第１の面を挟んで配置される二つの面のうちの他方の面であって、前記複数の電子部品のうち残りの電子部品が実装される第３の電子部品用ランド、及び複数の信号線のうち残りの信号線が接続される第３の信号線用ランドを有する第３の面、前記第１の面と前記第２の面との境界を折り曲げるための第１の折曲部、及び前記第１の面と前記第３の面との境界を折り曲げるための第２の折曲部、を有するフレキシブル基板と、
   前記第１の面に送信器用ランドを設け、該送信器用ランドに接合される前記撮像素子で光電変換された電気信号を光信号として出射するレーザー発信チップと、
   前記レーザー発信チップの出射面に入射端面を対設させた前記光信号を伝送する光ファイバと、
   を具備し、
   前記第２の面の第２の信号線用ランドに接続された信号線の第２の接続部と、前記第３の面の第３の信号線用ランドに接続された信号線の第３の接続部とを、前記光ファイバを中心に位置決め配置する絶縁性外装体を挟んで該絶縁性外装体の外側面側に絶縁性接着剤で接着固定することを特徴とする基板モジュール。
2. 前記絶縁性外装体の長手軸に対して直交する外装体断面形状は、光ファイバの中心軸に直交する一軸を挟んで対称形であることを特徴とする請求項１に記載の基板モジュール。
3. 請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の基板モジュールを具備していることを特徴とする内視鏡。

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