JP6344935B2 - 半導体装置及び内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子の周辺回路が設けられる半導体装置、及びこの半導体装置を備える内視鏡に関する。

内視鏡は、配線板の表面に接続された撮像素子を先端部に備える。撮像素子を動作させるため、複数の電子部品を備える周辺回路が配線板の裏面に設けられる。配線板の裏面には、撮像素子が出力する画像データを伝送するための通信ケーブルもまた接続される（特許文献１）。

特開２０１３−１１８３３７号公報

近年、被験者の負担を減らすため、内視鏡の細径化が求められている。内視鏡を細径化するためには、撮像素子が小型化されなければならない。撮像素子が小型化されると、配線板の大きさもまた、撮像素子に合わせて小型化されなければならない。そのため、配線板において周辺回路を設けるための領域が、撮像素子が小型化されるにつれて狭くなる。これにより、配線板の裏面に周辺回路を設けるに必要な面積を確保できなくなるおそれがある。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、周辺回路を設けることが可能な半導体装置、及びこの半導体装置を備える内視鏡を得ることを目的とする。

本願第１の発明による半導体装置は、撮像素子と通信ケーブルとの間に設けられる半導体装置であって、撮像素子が取り付けられる撮像素子接続基板と、撮像素子接続基板に固定され、通信ケーブルが取り付けられるケーブル接続基板とを備え、ケーブル接続基板は、ケーブル接続基板の内部に設けられる部品実装部と、ケーブル接続基板の外周に設けられるケーブル接続部とを備えることを特徴とする。

ケーブル接続基板は、有底筒状の基部と、基部の開口を覆う蓋部とを有し、部品実装部は、基部の内周面により形成されることが好ましい。部品実装部の面積を確保しながら、半導体装置を小型化できる。

ケーブル接続部は、基部の側面に設けられる基部側接続部と、蓋部の側面に設けられる蓋部側接続部とを有し、通信ケーブルは、基部側接続部と蓋部側接続部とに跨がって半田付けされ、これにより、基部と蓋部とが固定されることが好ましい。基板と蓋部とを容易に固定できる。

撮像素子の撮像面に対して直角を成す方向から見たとき、撮像素子接続基板とケーブル接続基板は、撮像素子以下の大きさであることが好ましい。半導体装置を小型化できる。

ケーブル接続基板は、有底筒状の基部と、基部の開口を覆う蓋部とを有し、基部と蓋部とは、接着剤により固定されてもよい。基板と蓋部とを確実かつ容易に固定できるとともに、半田付けを行う前に接着剤で固定すれば、ケーブル接続部に通信ケーブルを半田付けする際に、治具を用いて基板と蓋部とを仮固定する必要がない。

部品実装部に取り付けられ、撮像素子が機能するために必要な電子部品をさらに備えることが好ましい。

撮像素子はＢＧＡから成る素子側端子を有し、撮像素子接続基板は撮像素子実装用ランドを有し、撮像素子と撮像素子接続基板とは、素子側端子と撮像素子実装用ランドとに跨がるように半田を流すことによって接続されることが好ましい。これにより、撮像素子と撮像素子接続基板とを容易に固定できる。

本願第２の発明による内視鏡は、画像データを出力する撮像素子と、画像データを伝送する通信ケーブルと、撮像素子が取り付けられる撮像素子接続基板と、撮像素子接続基板に固定され、通信ケーブルが取り付けられるケーブル接続基板とを有する半導体装置とを備え、ケーブル接続基板は、ケーブル接続基板の内部に設けられる部品実装部と、ケーブル接続基板の外周に設けられるケーブル接続部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型でありながら、周辺回路を設けることが可能な半導体装置、及びこの半導体装置を備える内視鏡を得る。

本願発明による内視鏡を示したブロック図である。 撮像素子と半導体装置の斜視図である。 半導体装置の分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態による半導体装置１４０と、半導体装置１４０を備える内視鏡装置１００について説明する。

図１は内視鏡装置１００を概略的に示す。内視鏡装置１００は、観察対象物を撮像して画像データを出力する内視鏡スコープ（内視鏡）１１０と、内視鏡スコープ１１０から画像を受信して画像処理を行うプロセッサ１３０とを主に備える。

内視鏡スコープ１１０は、撮像素子パッケージ１２０と、通信ケーブル１１２と、スコープ信号処理回路１１３と、スコープシステムコントローラ１１６と、ライトガイドファイバ１１７とを主に備える。

撮像素子パッケージ１２０は、図２に示す撮像素子１２１及び半導体装置１４０を主に備える。撮像素子１２１は、例えば人体の内部に挿入されて観察対象物を撮像し、映像信号を出力する。撮像素子パッケージ１２０の構成については、後述される。

通信ケーブル１１２は、撮像素子パッケージ１２０から受信した映像信号をスコープ信号処理回路１１３に伝送する。スコープ信号処理回路１１３は、シリアル−パラレル変換等の種々の処理を施して、プロセッサ１３０に送信する。

スコープシステムコントローラ１１６は、スコープ信号処理回路１１３を制御する。ライトガイドファイバ１１７は、プロセッサ１３０から受光した照明光を観察対象物に照射する。

プロセッサ１３０は、プロセッサ信号処理回路１３１と、プロセッサシステムコントローラ１３４と、光源１３６とを主に備える。

プロセッサシステムコントローラ１３４は、プロセッサ１３０の動作を制御するとともに、スコープシステムコントローラ１１６に接続され、内視鏡スコープ１１０に所定の命令を送信する。

プロセッサ信号処理回路１３１は、スコープ信号処理回路１１３からデジタル信号を受信して、所定の画像処理を施し、画像信号を出力する。モニタ１０３は、画像信号を受信して表示する。

光源１３６は、プロセッサシステムコントローラ１３４からの信号に応じて、通常光を発光する。通常光は、ライトガイドファイバ１１７に入射して、内視鏡スコープ１１０の遠位端に伝達される。

次に図２及び３を参照して、撮像素子パッケージ１２０について説明する。

撮像素子パッケージ１２０は、撮像素子１２１と、半導体装置１４０と、電子部品である複数の受動部品１２５とを主に備える。

撮像素子１２１は、ＢＧＡパッケージから成り、複数の撮像素子側電極１２３が配列されて成る背面１２２と、フォトダイオードが配列されて成る撮像面１２４を備える。撮像素子側電極（素子側端子）１２３は、ＢＧＡとなっている。なお、実際の製品では、撮像面１２４は、フォトダイオードの配列を覆うガラスが設けられている。

半導体装置１４０は、いわゆる積層基板であって、撮像素子接続基板１４１と、ケーブル接続基板１５０とを主に備える。

撮像素子接続基板１４１は直方体形状を有し、撮像素子１２１のＢＧＡに対応するように配置された複数の撮像素子実装用ランド１４３を正面１４２に備え、裏面１４４を介してケーブル接続基板１５０と電気的に接続され、かつ固定される。

ケーブル接続基板１５０は、２つの直方体を接続して成る形状を有し、１つの直方体を成す基部１５１及び蓋部１５２と、他方の直方体を成す中間部１５３とを主に備える。基部１５１は、部品を実装するために用いられるキャビティが設けられる。このキャビティは、有底筒状であって、基部１５１の内部に矩形の平面で形成された部品実装部１５４を備える。基部１５１の内部に形成された矩形の平面が、基部１５１の内周面を成す。基部１５１の外周に位置する外側面には、複数の基部側接続部１５５が設けられる。基部側接続部１５５は、平面状の電極である。蓋部１５２は、板状である。蓋部１５２の外周に位置する外側面には、複数の蓋部側接続部１５６が設けられる。蓋部側接続部１５６は、平面状の電極である。基部側接続部１５５と蓋部側接続部１５６とが、ケーブル接続部１５７を成す。

中間部１５３は、基部１５１及び蓋部１５２から成る直方体よりも小さい直方体であって、蓋部１５２と撮像素子接続基板１４１とを電気的に接続する。

部品実装部１５４には、印刷等により電気配線が形成され、電気配線上に設けられたランドに複数の受動部品１２５が半田により電気的に接続かつ固定される。これにより、部品実装部１５４に周辺回路が形成される。受動部品１２５は、撮像素子１２１が機能するに必要な電気部品である。

部品実装部１５４に受動部品１２５が取り付けられた後、蓋部１５２は、基部１５１の開口を覆うように基部１５１に取り付けられ、これにより、ケーブル接続基板１５０の内部に部品実装部１５４が形成される。蓋部１５２と基部１５１とが接触する面には、接着剤が塗布され、蓋部１５２と基部１５１とを固定する。蓋部１５２が備える１つの側面と基部１５１が備える１つの側面は、１つの平面を成す。また、１つの基部側接続部１５５と１つの蓋部側接続部１５６とが、１つのケーブル接続部１５７を成す。撮像素子接続基板１４１と蓋部１５２と中間部１５３とは、積層セラミックから成り、一体として成形される。

基部１５１と蓋部１５２とが接続された状態において、ケーブル接続部１５７に通信ケーブル１１２が半田付けされる。より詳細に説明すると、通信ケーブル１１２は、複数の心線１１４を備え、心線１１４が基部側接続部１５５と蓋部側接続部１５６に半田付けされる。このとき、半田は、基部側接続部１５５と蓋部側接続部１５６とに跨がるように流される。これにより、基部１５１と蓋部１５２とが強固に固定されると共に電気的に接続される。

撮像素子１２１と、半導体装置１４０と、受動部品１２５とを組立てる手順について説明する。まず、半田をリフローすることにより、撮像素子側電極１２３と撮像素子実装用ランド１４３とが半田付けされる。これにより、撮像素子実装用ランド１４３に撮像素子１２１が取り付けられる。

次に、半田をリフローして、部品実装部１５４に受動部品１２５を取り付ける。その後、蓋部１５２を、基部１５１の開口を覆うように基部１５１に取り付ける。これにより、撮像素子１２１及び受動部品１２５が半導体装置１４０に取り付けられる。

撮像素子１２１及び受動部品１２５が半導体装置１４０に取り付けられた状態において、撮像素子１２１の撮像面に対して直角を成す方向から見たとき、ケーブル接続基板、すなわち基部１５１、蓋部１５２、及び中間部１５３、並びに撮像素子接続基板１４１は、撮像素子１２１以下の大きさである。

撮像素子接続基板１４１とケーブル接続基板１５０の内部には、電気配線が設けられている。この電気配線と、前述の基部側接続部１５５と蓋部側接続部１５６を接続する半田とにより、撮像素子１２１、受動部品１２５、及び通信ケーブル１１２が電気的に接続される。

本実施形態によれば、受動部品１２５を格納する小型の半導体装置１４０を得る。半導体装置１４０は小型であって、撮像素子１２１の背面と平行な方向に突出することなく、撮像素子１２１に取り付けることが可能である。

また、受動部品１２５及び周辺回路が部品実装部１５４、すなわち半導体装置１４０の内部に格納されるため、半導体装置１４０の外部から、他の部品、例えばケーブル線や外部シールド線等が受動部品１２５及び周辺回路に接触し、ショートすることがない。

また、半田のリフローを２回行うことにより、撮像素子１２１と、半導体装置１４０と、受動部品１２５とを組立てることができる。

撮像素子１２１は、ＣＣＤ、あるいはＣＭＯＳ等の個体撮像素子が好適である。各固体撮像素子の機能に応じて、前述の処理が適宜変更されうる。

半導体装置１４０が格納される装置は、内視鏡装置１００に限定されず、撮像素子を用いる装置であればよい。

また、蓋部１５２を有底筒状とし、基部１５１及び蓋部１５２に部品実装部１５４を設けてもよい。

なお、中間部１５３を設けずに、撮像素子接続基板１４１と蓋部１５２とを直接接続してもよい。

あるいは、基部１５１を板状とするとともに、蓋部１５２を有底筒状とし、蓋部１５２に部品実装部１５４を設けてもよい。

なお、通信ケーブル１１２は、基部側接続部１５５及び蓋部側接続部１５６の両方に跨がって半田付けされなくてもよく、いずれか一方に半田付けされてもよい。少なくとも、基部側接続部１５５と蓋部側接続部１５６とに跨がるように半田が流されれば、基部１５１と蓋部１５２とが電気的に導通され、固定される。

なお、内視鏡スコープ１１０が半導体装置１４０を備えるとして説明したが、半導体装置１４０は、内視鏡スコープ１１０以外の装置に設けられてもよい。

また、半導体装置１４０は、撮像素子１２１以外の電気部品と、通信ケーブル１１２以外の電気部品とを接続するものであってもよい。

１００ 内視鏡装置
１０３ モニタ
１１０ 内視鏡スコープ
１１２ 通信ケーブル
１１３ スコープ信号処理回路
１１４ 心線
１１６ スコープシステムコントローラ
１１７ ライトガイドファイバ
１２０ 撮像素子パッケージ
１２１ 撮像素子
１２２ 背面
１２３ 撮像素子側電極
１２４ 撮像面
１２５ 受動部品
１３０ プロセッサ
１３１ プロセッサ信号処理回路
１３４ プロセッサシステムコントローラ
１３６ 光源
１４０ 半導体装置
１４１ 撮像素子接続基板
１４２ 正面
１４３ 撮像素子実装用ランド
１４４ 裏面
１５０ ケーブル接続基板
１５１ 基部
１５２ 蓋部
１５３ 中間部
１５４ 部品実装部
１５５ 基部側接続部
１５６ 蓋部側接続部
１５７ ケーブル接続部

Claims (8)

1. 撮像素子と通信ケーブルとの間に設けられる半導体装置であって、
   前記撮像素子が取り付けられる撮像素子接続基板と、
   前記撮像素子接続基板に固定され、前記通信ケーブルが取り付けられるケーブル接続基板と、を備え、
   前記ケーブル接続基板は、前記ケーブル接続基板の内部に設けられる部品実装部と、前記ケーブル接続基板の外周に設けられるケーブル接続部とを有し、
   前記撮像素子接続基板は、内部に第１内部電気配線を有し、
   前記ケーブル接続基板は、前記部品実装部に実装される電子部品を接続するために、前記ケーブル接続基板の内部に設けられた第２内部電気配線を有し、
   前記撮像素子と前記部品実装部に実装される前記電子部品とは、前記第１内部電気配線と前記第２内部電気配線を介して接続され、
   前記通信ケーブルと前記撮像素子とが、前記ケーブル接続部と前記第１内部電気配線とによって電気的に接続され、
   前記ケーブル接続基板は、有底筒状の基部と、前記基部の開口を覆う蓋部とを有し、
   前記ケーブル接続部は、前記基部の側面に設けられる基部側接続部と、前記蓋部の側面に設けられる蓋部側接続部とを有し、前記通信ケーブルは、前記基部側接続部と前記蓋部側接続部とに跨がって半田付けされ、これにより、前記基部と前記蓋部とが固定される
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記部品実装部は、前記基部の内周面により形成される請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記撮像素子の撮像面に対して直角を成す方向から見たとき、前記撮像素子接続基板と前記ケーブル接続基板は、前記撮像素子以下の大きさである請求項１から２のいずれかに記載の半導体装置。
4. 前記ケーブル接続基板は、有底筒状の基部と、前記基部の開口を覆う蓋部とを有し、
   前記基部と前記蓋部とは、接着剤により固定される請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記部品実装部に取り付けられ、前記撮像素子が機能するために必要な電子部品をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 前記撮像素子はＢＧＡから成る素子側端子を有し、前記撮像素子接続基板は撮像素子実装用ランドを有し、前記撮像素子と前記撮像素子接続基板とは、前記素子側端子と前記撮像素子実装用ランドとに跨がるように半田を流すことによって接続される請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 撮像素子と通信ケーブルとの間に設けられる半導体装置であって、
   前記撮像素子が取り付けられる撮像素子接続基板と、
   前記撮像素子接続基板に固定され、前記通信ケーブルが取り付けられるケーブル接続基板と、を備え、
   前記ケーブル接続基板は、前記ケーブル接続基板の内部に設けられる部品実装部と、前記ケーブル接続基板の外周に設けられるケーブル接続部とを有し、
   前記ケーブル接続基板は、基部と蓋部とからなり、
   前記基部には有底筒状の実装部が形成されるとともに、前記蓋部は前記実装部の開口を覆うように形成され、
   前記部品実装部は、前記基部の内周面により形成され、前記撮像素子を機能させるために必要な電子部品を収容し、
   前記通信ケーブルは、前記ケーブル接続部に半田付けによって取り付けられ、
   前記ケーブル接続部は、前記基部の側面に設けられる基部側接続部と、前記蓋部の側面に設けられる蓋部側接続部とを有し、
   前記通信ケーブルは、前記基部側接続部と前記蓋部側接続部とに跨って半田付けされることにより、前記基部と前記蓋部とが固定される
   ことを特徴とする半導体装置。
8. 画像データを出力する撮像素子と、
   前記画像データを伝送する通信ケーブルと、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置と、を備える内視鏡。
   

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