JP7459228B2 - 電子モジュール、電子モジュールの製造方法および内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、小型高集積でありながら廉価で信頼性の高い電子モジュール、電子モジュールの製造方法および内視鏡に関する。

近年、携帯端末の普及に伴って電子部品の小型化の流れが加速しており、これらを実装する基板に所定の機能を持たせて小型化を追求する技術の提案が活発になっている。例えば、日本国特開２０１６－８６０６８号公報には、基体部とその外面に形成された配線パターンを備え、かつ、実装面に凹所形成し、基板が発光素子のリフレクタ機能を兼用して小型化する技術が開示されている。また、この日本国特開２０１６－８６０６８号公報においては、立体回路基板の凹部の方向を平面回路基板に当接させて実装時することで閉空間を形成して、部品の実装スペースを確保している。

しかしながら、上述した日本国特開２０１６－８６０６８号公報には、立体基板の凹部への電子部品の実装を廉価、高集積にて行う技術についての課題は考慮されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、立体基板への高集積化、高性能かつ廉価な超小型の電子モジュール、電子モジュールの製造方法および内視鏡を提供するものである。

本発明の一態様の電子モジュールは、底面と４つの壁面とが形成され、上記底面に複数の電極が設けられたキャビティ部を有する立体配線基板と、上記複数の電極に実装された、複数のチップ部品および上記キャビティ部の開口部方向を撮像する撮像モジュールを含む複数の電子部品と、を有し、上記４つの壁面は、上記複数のチップ部品の並び方向に対応する第１の壁面と上記複数のチップ部品の並び方向に対応しない第２の壁面とを含み、上記第１及び第２の壁面は上記底面に対して傾斜している傾斜面であり、上記第１の壁面の傾斜角度は上記第２の壁面の傾斜角度よりも大きい。

本発明の一態様の電子モジュールの製造方法は、射出成型において、ランナー方向に傾斜を有する４つの壁面であって上記傾斜の角度が相互に異なる第１及び第２の壁面および、上記ランナー方向に平行に広がる底部により形成されるキャビティ部を設けた構造に射出成型するステップと、上記キャビティ部における上記底部から上記第１及び第２の壁面のうち上記傾斜が大きい壁面方向に沿って設けられた配線パターンを形成するステップと、上記配線パターン上に配設された電極に複数の電子部品を実装するステップと、を有する。

本発明の一態様の内視鏡は、底面と４つの壁面とが形成され、上記底面に複数の電極が設けられたキャビティ部を有する立体配線基板と、上記複数の電極に実装された、複数のチップ部品および上記キャビティ部の開口部方向を撮像する撮像モジュールを含む複数の電子部品と、有し、上記４つの壁面は、上記複数のチップ部品の並び方向に対応する第１の壁面と上記複数のチップ部品の並び方向に対応しない第２の壁面とを含み、上記第１及び第２の壁面は上記底面に対して傾斜している傾斜面であり、上記第１の壁面の傾斜角度は上記第２の壁面の傾斜角度よりも大きい電子モジュールと、前記電子モジュールを有する挿入部と、を有する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子モジュールを示した拡大斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る電子モジュールを側方から示した側断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る電子モジュールが適用される内視鏡における挿入部先端部の構成を示した要部拡大斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る電子モジュールが適用される内視鏡における挿入部先端部の一部を切り取って示した側断面図である。 図５は、第１の実施形態に係る電子モジュールのキャビティ内部にはんだペーストを供給する様子を示した側面図である。 図６は、電子モジュールが勾配の無い壁面により形成されたと仮定した際における電子モジュールのキャビティ部とディスペンサノズルとの位置関係を示した側面図である。 図７は、第１の実施形態に係る電子モジュールの製造方法を示したフローチャートである。 図８は、第１の実施形態に係る電子モジュールの製造工程を示した説明図である。 図９は、電子モジュールに係るレーザープロセスにおいて、電子モジュールの形状とレーザー光との関係を説明するための図である。 図１０は、電子モジュールに係るレーザープロセスにおいて、電子モジュールの形状とレーザー光との関係を説明するための図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る電子モジュールが適用される内視鏡における挿入部先端部の内部構成を示した要部拡大斜視図である。 図１２は、第２の実施形態に係る電子モジュールが適用される内視鏡における挿入部先端部の一部を切り取って示した側断面図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態に係る電子モジュールを示した斜視図である。 図１４は、第３の実施形態に係る電子モジュールを裏面側から示した斜視図である。 図１５は、第３の実施形態に係る電子モジュールを側方から示した側断面図である。 図１６は、電子モジュールに係るレーザープロセスにおいて、電子モジュールの形状とレーザー光との関係を説明するための図である。 図１７は、第１～第３の実施形態の電子モジュールが適用される内視鏡システムを示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

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に、構成要素毎に縮尺を異ならせることがあり、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、およ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。

＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態として、電子モジュールを小型化するために、キャビティ（くぼみ）部を有する成型部品の中に複数のチップ部品等を収めて実装した例について説明する。

この電子モジュールは、内蔵する電子部品が、例えば、撮像モジュールである場合、撮像ユニットとして使用することが可能である。この場合、様々な小型カメラに利用でき、小型化することでウェアラブル端末、内視鏡先端部などに組み付けて、対象物の撮像が可能となる。

なお、箱状成形品の金型で箱の外側部分が雌型でキャビティと呼ぶが、キャビティ（Cavity）とは，「空洞、穴、窪み」という意味があることから、ここでは、成型品のくぼみをキャビティ部と呼んでいる。

本実施形態において、成型部品は、いわゆるＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）技術によって形成されている。ここで、ＭＩＤとは、射出成形品等の立体成形品の表面に電気回路用の配線を一体形成した３次元成形回路部品のことで、このＭＩＤ技術を用いることで、従来の２次元回路とは異なり、傾斜面、垂直面、曲面、成形体内部の貫通孔等にも回路用配線を形成することができるようになる。

なお、このＭＩＤとしては、特に日本国特開２００８－１５９９４２号公報、日本国特開２０１１－１３４７７７号公報に開示されている微細複合加工技術を用いることができる。この微細複合加工技術によれば、射出成形品の表面に電気回路を形成するＭＩＤ技術に、成形表面活性化処理技術とレーザーパターニング工法等を用いることで、微細パターニング、かつ、ベアチップ実装が可能な、いわゆる３Ｄ実装デバイスを実現することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る電子モジュール５０について、図１、図２等を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子モジュールを示した拡大斜視図であり、図２は、第１の実施形態に係る電子モジュールを側方から示した側断面図である。

図１、図２に示すように、電子モジュール５０は、底部５２から延設された４つの壁面５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄにより形成されるキャビティ部５５を有するＭＩＤ枠部５１を備える。

また、電子モジュール５０は、ＭＩＤ枠部５１のキャビティ部５５における底部５２において、例えば、成形ＭＩＤ製造プロセスにより、壁面５１ａ、５１ｂの勾配方向に沿って配線パターンおよび電極が成形されている。

具体的には、例えば、射出成型ステップにより成形されたＭＩＤ枠部５１に対して、成形品表面にレーザー光を照射してパターニングおよび活性化し、めっきを施すことで活性化された部分のみがメタライズされて、配線パターン（図示せず）を形成すると共に、配線パターンのランド（図示せず）上に複数の電子部品を実装可能としている。

この実装される電子部品は、本実施形態においては、上述した撮像モジュール６１の他、コンデンサ、抵抗等のチップ部品６２、６３等である。

ここで撮像モジュール６１は、撮像素子の受光面が実装面と並行で、撮像素子上に積層された光学系の光軸は実装面に対して略垂直の方向となるため底部５２から立設する高さ方向の長さが比較的長い（すなわち、比較的高い）部品である。なお、ここでは撮像素子の例で説明しているが、撮像素子以外で高さ方向の長さが比較的長い部品でも同様に扱えることは言うまでもない。一方、チップ部品６２、６３は、同高さ方向の長さが比較的短い（比較的低い）部品である。

また、本実施形態においては、撮像モジュール６１は、キャビティ部５５内において、制御信号もしくは出力信号を扱う配線を引き回す自由度確保、または光学的な影響をキャビティ部から受けないように、底部５２の比較的中央部に実装される。チップ部品６２、６３は、配線が少なく、キャビティ部５５からの影響もないので底部５２における壁面５１ｂの近傍の配線パターン上に配設される。

また、このようにキャビティ内の比較的中央部にチップを実装し、キャビティ内を樹脂８６で充填した場合、温度特性で樹脂の膨張収縮がある場合に、壁面とチップ間の膨張収縮によるバランスを整えて、電子部品への偏ったストレスを軽減する設計が可能である。すなわち、立体基板のキャビティ部において、それぞれ対向するキャビティ壁面の形状を、センサなど電子部品実装部を中心に対称な形状にして（例えば同様の傾き、勾配にするなど）、ストレスの偏りをなくす設計が考えられる。

また、電子モジュール５０は、撮像モジュール６１における撮像素子を制御する信号または撮像素子で生成された撮像信号を伝達するための撮像ケーブル７１の先端部が配設されるようになっている。

ところで、本実施形態に係る電子モジュール５０は小型で単純な構成であるために、様々な機器に搭載可能である。例えば、図３に示すように、本実施形態における電子モジュールを、内視鏡先端部２３に搭載するもできる。この先端部２３は、図示しない内視鏡の挿入部の先端部分であり、例えば金属製の硬質の先枠部２３ａを有する。なお、この先枠部２３ａは、電子モジュールの複数の面をガードして、たとえば、取り扱い時に衝突の衝撃を受けにくくなるという利点がある。硬質の先枠部２３ａの材質は金属に限らない。

先枠部２３ａには、光源装置からのライトガイド経由で伝送された照明光を照射する照明光学系４１が配設されると共に、前記ライトガイドに並設される処置具挿通チャンネル２６の開口部が配設されている。なお処置具挿通チャンネル２６には、所定の処置具が挿入可能となっている。電子モジュールが小型であるので、こうしたレイアウトでの設計が可能となる。

撮像ケーブル７１は、図示はしないがケーブル本体（被覆部）とケーブル本体の先端部に形成された電気接点部（芯線部）とを有し、図示しない内視鏡挿入部の例えば図示しない可撓管部内を延設され、撮像モジュール６１における図示しない撮像素子によって生成された撮像信号を伝達する。

また、撮像ケーブル７１の信号線（導体電線、電気伝導体）は、図４に示すようにＭＩＤ電極へのはんだ付け部７２にはんだ付けされる。このように、電子モジュール実装方向から、その背面まで立体構造を回り込むように導電パターンを形成できるのは、ＭＩＤならではの特性を生かした設計と言える。

ここで、図４は、図３で説明した電子モジュールを組み込んだ内視鏡挿入部における先端部の一部を切り取って示した側断面図である。

撮像ケーブル７１は、図示はしないがケーブル本体（被覆部）とケーブル本体の先端部に形成された電気接点部（芯線部）とを有し、図示しない内視鏡挿入部における図示しない可撓管部内を延設される。また撮像ケーブル７１は、撮像モジュール６１の電子部品実装面から背面までパターンを形成した、図示していない電極部（電気接点部、はんだ付け用ランド）とはんだ付けにて電気的に接続され、制御信号および撮像信号が通信できるようになっている。

このように先端部２３の組み込みにおいて、はんだ付け用のスペースを、撮像の邪魔になることなく、また、撮像部の径方向（光軸に垂直な方向あるいは内視鏡挿入方向と垂直な方向）に厚みを増すことなく設けることが可能となる。さらに、ＭＩＤ特有の立体形状の工夫によりはんだ付け用のスペースを確保することができ、作業性も向上し、小型化を実現することができる。

このような接続として、例えばコネクタなどを設ける場合もあるが、配置スペースもない場合に有効である。また、コネクタ配置のスペースとする応用も可能である。

また、上述した径方向の寸法を小さくして、内視鏡の挿入時の容易さを増す設計にでき、併設した光源装置からのライトガイドまたは照明光学系のスペースを確保すると共に、処置具挿通チャンネル２６のスペースを確保して、明るく照明範囲が適切な光源とすることができ、複雑な処置に対応可能な高性能、高機能内視鏡とすることに寄与している。つまり、キャビティ部の開口の大きさに影響を受けない凹部、へこみ部を設けることによって、電気的接続用のスペースを設けたことに特徴を有するものである。

上述したように、本実施形態の電子モジュール５０によると、ＭＩＤ枠部５１におけるキャビティ部５５は、例えば４つの壁面により全周が覆われている。これは撮像素子およびチップ部品が一般に実装面上で四角い範囲を占めるからであるが、これら部品の安定用に封止用樹脂をキャビティ部５５内部に充填した場合においても、当該樹脂が外部に流れ出ることがない。

なお、底面が三角形なら壁面は３つでもよく、封止用樹脂のこぼれ対策を行って封止すれば、本実施形態のようなキャビティ部の壁のいくつかの辺はなくとも良い。また、上記４つの壁面のうち、少なくとも１面について、キャビティ部の開口が広がるように勾配を形成することで（本実施形態においては、壁面５１ａと５１ｂとが勾配を有する）、開口が広く、また、ＭＩＤ枠部５１の成形、配線パターンの作成、電子部品の実装がしやすく、信頼性の向上も期待できる。内視鏡先端部に本実施形態の電子モジュールを設ける場合は、内視鏡挿入部の挿入方向に対して勾配を有するように形成している。

この壁面５１ａ、５１ｂの勾配は、壁面５１ｃ、５１ｄより傾斜角度が大きく設定されている。この壁面５１ａ、５１ｂの勾配は、後述する実装ツールの形状またはレーザー加工を容易にし、樹脂の流し込みをしやすくするための勾配で、おおよそ５°以上を想定し、壁面５１ｃ、５１ｄの一般的な射出成型の抜き勾配である３°以下より傾斜している。

この壁面５１ａ、５１ｂの傾斜角度が大きいと、レーザー加工または樹脂充填が容易になるが、電子モジュール全体のサイズが大きくなってしまう。そのため、必要な方向の壁面にのみ勾配をつけることで影響を抑えることが可能である。例えば、撮像素子の実装面または受光面が長方形の場合などは、傾斜角度が大きい方に素子受光面、実装面の長手方向に合わせて実装することで、光学的なケラレの影響を軽減しつつ、電子モジュールサイズの拡大を最小限にできる。

また、キャビティ部を構成する複数の壁面のうち、いくつかの壁面に傾斜をつけることによって、封止樹脂が温度によって膨張収縮するときの応力を開口部に逃げるように設計することが出来る。本実施形態においては、壁面５１ａ、５１ｂに、この傾斜による応力分散の機能を持たせている。こうして、壁面５１ａ、５１ｂに設けた勾配によって、加工性および信頼性に優れた電子モジュールにすることが可能となる。

ここで、本実施形態における、ＭＩＤ利用のキャビティ部付き電子モジュールへの各部品の実装方法を説明するが、実装部品のはんだ付けのためにはまず、正しい位置にはんだペーストが塗布できる必要がある。そのため、壁面５１ａ、５１ｂの近傍に配設されるチップ部品６２、６３をはんだ付けするためのはんだペーストの供給について図５、図６を参照して説明する。

図５は、第１の実施形態に係る電子モジュールのキャビティ内部にはんだペーストを供給するためのディスペンサノズルを示し、はんだペーストを供給する様子も示した側断面図である。

図５に示すように、本実施形態の電子モジュール５０に対応するはんだ付け用のディスペンサノズル８１は、ノズル内径部８２の精密ノズルであり、先端部において所定の角度を有するテーパー８１ａが形成される。なお、電子モジュール５０のＭＩＤ枠部５１における上記壁面５１ａの勾配角度は、上記テーパー８１ａの角度に対応した角度に設定されている。

キャビティ部５５における配線パターン上の電極に対してはんだペースト８３を供給する際は、図５に示すように、ディスペンサノズル８１におけるノズル内径部８２の先端８２ａを、所定の電極上に位置決めした後、当該先端８２ａからはんだペースト８３を塗布する。

また、上述したようにディスペンサノズル８１の先端部にはテーパー８１ａがつけられ、すなわち基端部にかけて末広がりの形状を呈するが、このテーパー８１ａの角度は壁面５１ａに係る勾配角度に対応しているので、キャビティ部５５の底部５２における壁面５１ａの近傍に配設されたチップ部品６２に対応する電極に対してはんだペーストを供給する場合においても、当該壁面５１ａによってディスペンサノズル８１の先端部が干渉されることはなく、実装面の壁の際近くまでスムースなはんだ供給を実施することができる。

一方、図６に示すように、仮に、電子モジュールが勾配の無い壁面により形成されたと仮定すると、キャビティ部内部の底部にはディスペンサノズル１０２の先端面と壁との干渉により、壁近傍にははんだ塗布ができない無駄なスペースが生じてしまう。そして、電子モジュールが勾配の無い壁面により形成された場合であっても、壁面の強度を考慮すると一定の肉厚は確保しなければならないため、電子部品の実装エリアを確保すると全体が大きくなってしまう。一方で、MIDの壁に勾配がある場合は、最上位の肉厚は底部付近の肉厚より薄いが底部の肉厚を確保して成形されるので、強度的にも有利となる。

＜電子モジュール５０の製造工程＞
次に電子モジュール５０の製造工程について図７、図８を参照して説明する。

図７は、第１の実施形態に係る電子モジュールの製造方法を示したフローチャートであり、図８は、電子モジュールの製造工程を示した説明図である。なお、ここで示す壁面などの記号は図１等を参照するものとし、主な部位のみ記号を記すことによって図が煩雑にならないようにした。

電子モジュール５０を製造する場合、まず、所定の樹脂材料を金型にセットし、射出成型において、多数個取りする場合は、ランナー方向に直交する方向、かつ、多数個取りの配列方向に直交する方向に、勾配を有する壁面５１ａ、５１ｂを含む複数の壁面（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ，５１ｄ）および底部５２により形成されるキャビティ部５５の開口部を設けたＭＩＤ枠部５１に射出成型する（ステップＳ１）。

次に、キャビティ部５５における底部５２において、壁面５１ａ、５１ｂの勾配が形成された面に配線パターンが形成される（ステップＳ２）。

このステップＳ２においては、例えば、上述した射出成型ステップにより成形されたＭＩＤ枠部５１に対して、成形品表面にレーザー光を照射してパターニングおよび活性化し、めっきを施すことで活性化された部分のみがメタライズされて、配線パターン２５３を成形すると共に、配線パターン上に複数の電極を形成する。

次に、配線パターン上に成形された複数の電極のそれぞれに、対応する電子部品（撮像モジュール６１、チップ部品６２、６３）を実装するためのはんだペーストを供給する（ステップＳ３）。

このステップＳ３においてキャビティ部５５における配線パターン上の電極に対してはんだペーストを供給する際は、図５に示すように、ディスペンサノズル８１におけるノズル内径部８２の先端８２ａを、所定の電極上に位置決めした後、当該先端８２ａからはんだペースト８３を塗布する。

次に、電子部品、例えば撮像モジュール６１、チップ部品６２、６３を対応する電極にマウントして実装する（ステップＳ４）。

次に、キャビティ部５５の内部において、上記壁面５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと、上記複数の実装部品（撮像モジュール６１、チップ部品６２、６３）と、により形成される空間に所定の樹脂８６で充填して封止する（ステップＳ５；図２参照）。

このステップＳ５において樹脂による封止が完了すると、切り離し工程（個片化）を実行し（ステップＳ６）、上記各電子部品が実装された電子モジュール５０が完成する。なお、切り離し工程はプロセスの最後でなくてもよく、例えば、成型工程の直後でも良い。電子モジュール製造プロセス全体を俯瞰し、適切なタイミングで実施される。

次に、上述したように、ＭＩＤ枠部５１の壁面５１ａ、５１ｂには、所定の勾配がつけられているが、この壁面５１ａ、５１ｂに勾配がつけられていることの効果について、図９、図１０および図１６を用いて説明する。

図９、図１０および図１６は、電子モジュールに係るレーザープロセスにおいて、電子モジュールの形状と電気的接続パターン形成用のレーザー光照射との関係を説明するための図である。

本実施形態の如き電子モジュール５０をレーザープロセスにより作製する場合においては、理想的には電気的導通パターン（配線パターン）の形成対象となる樹脂面に対して適切な角度を保ってレーザー照射されることが望ましいが、図９のような切り立った壁面であると、壁部の陰となってレーザー照射ができず、キャビティ底部から壁面を乗り上げるパターン形成が出来ない。

そこで、本実施形態の如く壁面を勾配させた構成とすると、図１０に示すように、レーザー光を矢印方向にスキャンして一度のスキャンで手間をかけずにキャビティ底部の部品実装部から連続した配線パターンをキャビティ部外まで引き回すことが可能となる。このように壁部勾配によって、レーザープロセスを単純化して、確実な配線で信頼性が高く、廉価なモジュールが製造可能となる。

レーザー照射角度は、対象となる樹脂面に対して９０°で照射されることが理想的であり、照射角度が浅くなるにつれ品質は劣化する。

また、例えば、図１６に示すように、電子モジュールのキャビティ部が勾配の無い壁面により形成され、かつ、キャビティの深さが深い場合は、レーザー光が壁面によりけられてしまうため、すなわち、作製の自由度が低い。

これに対して、例えば本実施形態の如き電子モジュール５０は、上述したように、キャビティ部５５を形成する４つの壁面のうち、壁面５１ａ、５１ｂについては勾配をつけたので、この勾配の存在によりキャビティ部５５の形状の自由度が高くなる。レーザースキャンのみならず、ＭＩＤ部材側を動かして照射位置を切り替えて配線パターンを作ってもよく、これらを組み合わせてもよい。実装部の反対の方向まで照射するには、複数のレーザー光源を使用、または、部品の傾きを変えてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡における挿入部先端部の内部構成を示した要部拡大斜視図であり、図１２は、挿入部先端部の一部を切り取って示した側断面である。

図１１に示すように、本第２の実施形態は、内視鏡の挿入時に側面を撮像するように図１で示したようなＭＩＤ枠部１５１で囲まれた電子モジュール１５０を配置している。

図示しない挿入部の先端部１２３には、光源装置からのライトガイド１２４を経由して伝送された照明光を照射する照明光学系１３２と、撮像モジュール１６１と、が配設されている。

先端部１２３における電子モジュール１５０は、（例えば金属製の）硬質の先枠部１２３ａのくぼみに収められ、電子モジュールの複数の面をガードして、たとえば、取り扱い時に衝突の衝撃を受けにくくなるという利点がある。

さらに、硬質の先枠部１２３ａには、電子モジュール１５０に対して処置具挿通チャンネル１３１が並設され、所定の処置具が挿入可能となっている。このように、内視鏡挿入方向と異なる方向の処置具の動きの様子を確認できる位置に電子モジュール１５０（と照明光学系１３２）が配設するため、処置具挿通チャンネル１３１と共にこの電子モジュール１５０を小型にする必要がある。

特に内視鏡挿入方向に対して直交する方向は、挿入部を被検体の体腔に挿入する場合の苦痛を減らし、その他の検査でも小さな穴からの挿入を可能にするため、小さくすることが重要である。そのため、勾配のある壁面１５１ａ、１５１ｂを内視鏡挿入方向に合わせるようなレイアウトにしてある。

処置具挿通チャンネル１３１の前方には、いわゆる処置具の起上台が配設されており処置具挿通チャンネル１３１に挿通された処置具が当該起上台の動作において、処置具先端部の向きを変更可能となっている。ここからさらに小型の内視鏡を突出させることも出来る。このような挿通チャンネルは、操作性に富む処置具が出入りする、あるいは起上台の上で向きを変える時の変形を防止するため、金属または樹脂などの硬質の材料を使った部材となっている。

この方向変更の際には、例えば、ワイヤを使ってこしの強い部材をけん引する必要があり、その力を受けても変形が抑えられ、正しい位置に処置具を制御できることが重要となる。この時の力の影響またはメカニズム配置の影響を受けないように、電子モジュールは挿入方向（これがけん引方向ともなる）に対して直交する方向に、挿通チャンネル１３１と並べて配置してある。

図１２には、図４と同様に、撮像素子などを制御し、撮像信号を通信するケーブル線からの配線をはんだ付けするはんだ付け部１７２を設けるスペースが電子モジュール１５０にあることを示している。このように、シールド等の効果のあるケーブル線をなるべく電子部品の近くまで持ってくる配置によってノイズなどの影響を受けにくい、信頼性が高く高画質の設計にできる。

ここでは、ケーブル１７１をなるべく電子モジュール１５０に近づけることが出来るように、電子モジュールの実装面の反対の部分にへこみ部（凹部）を設けて、ＭＩＤならではの立体形状の工夫で小型化を達成している。

第１の実施形態では、このへこみ部にはんだの盛り上がりを収める例を示したが、ここでは、ケーブルそのものを収めるスペースとした。このケーブルと電子モジュール１５０の電極とのはんだ付け部は、第３の実施形態において説明する。

また、先のけん引のメカニズムのレイアウトに邪魔することなくケーブル配線が可能となっている。このように、本発明の特徴である小型電子モジュールを提供することによって側視型の内視鏡を小型化することが出来る。さらに、確実な処置具制御や撮像素子制御で、信頼性の高い、使いやすい内視鏡製品を提供可能となる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１３～図１５は、本発明の第３の実施形態を示すものであるが、これらの図面を用いて、上述した第１実施形態および第２の実施形態についても併せて説明できるように、ここでは配線パターンもわかりやすく図示している。すなわち、上述した第１の実施形態および第２の実施形態に係る図面において記載していない部分は、ここで説明する内容に準ずるものとする。

図１３に示すように、この第３の実施形態は、電子モジュール２５０を内視鏡先端部などに組み付けやすくするための組付け部２５６を有する。

この組付け部２５６は、例えば、ビス等を使って位置決めが出来るように、凹部を有している。これはこの電子モジュール２５０のキャビティ部の勾配と同じ方向に延長部を設けて成型された部分に設けられ、例えば内視鏡挿入方向に合わせることによって、挿入時の障害となる径方向を抑えた寸法にしている。

組付け作業で金属配線パターンを触って欠けなどの不具合を生じないように、この部分をハンドリングすることが出来るので、製品製造時、あるいはモジュール検査時の取り扱いを改善した設計になっている。

また、図１５は、本第３の実施形態に係る電子モジュールの側断面図であり、第１、第２の実施形態と同様、枠部材（ＭＩＤ）のキャビティ部の勾配と、電子部品の関係も、勾配のある方向の実装面を有効に利用して並んでいる。

積層レンズなどで実装面に対して高さのある撮像モジュール２６１は、必要に応じてキャビティ内に封止樹脂を充填することで封止されている。樹脂充填時も、この勾配部に沿っての樹脂の流し込みによって気泡の発生等を防止でき、あふれ出しやこぼれだしを防いで、周囲に充填される封止樹脂の量が略均一になるように管理した、信頼精向上の観点からも好ましい製造が可能となる。

本実施形態は、樹脂、光学系の材料または設計上の工夫により水密構造にすることも可能で、小型であるがゆえに様々な用途に展開が可能である。

また、この勾配がある壁が並んだ方法に延長した延長部の方向は、図８で説明したランナーが伸びる方向でもある。さらにこれは、内視鏡先端部などに、当該電子モジュール（撮像ユニット）を組み付けるときに、挿入方向を伸ばした形状となり、狭いところに入るための小型化に寄与している。つまり、組付け部を設けることによって、挿入方向に直行する方向の長さが長くなることがない設計になっている。

射出成型時にはこのランナー方向から樹脂が注入される。フィラーを含む樹脂は、流動方向の線膨張係数が直角方向に対して小さいことが一般的に知られている。キャビティの壁が流動方向に直角である、すなわち、電子部品が実装されるキャビティの底面は樹脂の流動方向と平行になるため、線膨張係数が小さく、信頼性の観点で有利である。

また、キャビティ内の比較的中央部に電子部品を実装し、キャビティ内を樹脂で満たして充填した場合、温度特性で樹脂の膨張収縮がある場合を想定し、立体基板のキャビティ部において、対向するそれぞれのキャビティ壁面の形状をセンサなど電子部品実装部を中心に対称な形状にしてもよい。これによって、壁面と電子部品間の膨張収縮によってかかる力のバランスを整えて、電子部品への偏ったストレスを軽減することが期待できる。

また、このような延長部があると、キャビティ部から勾配のある壁面に沿ったケーブル（図４参照）までの配線パターンが長くなって信号の質が劣化してしまうので、短い距離での撮像素子等の実装面の裏にある配線引き回しが出来るように、貫通孔２５２を設けている。この孔２５２を使って短い配線ではんだ付け部までのパターン２５３が作れるうえ、パターンに沿って連続的に照射するレーザー光のスキャン範囲の単純化を可能にしている。また、このような工夫で製造を容易にしている。

すなわち、立体基板のキャビティ部と異なる部位には、立体基板表裏面に貫通する貫通孔を有しており上記開口部表面を介してセンサ実装部端子と外部端子を接続するためのパターンを形成した。貫通孔によって、配線工程作成の手間を省いて製造を容易に、かつ配線そのものを短くして、当該モジュールの検査時または実使用時に、信号線に入るノイズなどの影響を低減している。また、配線の一部が貫通孔を形成する部分でぶつかりにくくなっており、取り扱いもよくなり、生産性向上に寄与している。

さらに図１５に示すように、この延長部を把持して当該電子モジュール２５０が取り扱われるときに、枠部材底部が平らになっていて、作業台などに乗せやすい構造であることもわかる。

また、図１４に示す本第３の実施形態に係る電子モジュールにおける背面の斜視図でも明らかなように、この第３の実施形態では、第１、第２の実施形態においては説明を省略した配線パターン２５３が、どのようにキャビティ部から這いまわされているかも確認できるようにしている。

これは図１３と併せて、実装面から勾配部に沿って上った配線が、どのようにはんだ付けランド２５４に続いているかについても図示してあるが、第１、第２の実施形態も同様の配線を想定している。

特に、第２の実施形態（図１１）におけるケーブルは、この図１４に図示したケーブル接続電極（はんだ付けランド）２５４にはんだ付けすることを想定している。

第１の実施形態におけるはんだ付けランドは、図１４で言えば、電子回路側に配線を辿って、モジュール底面と略直交する面の部分に設ければよい。

また、検査台などに載置して、撮像素子などの機能、性能を検証できるように検査用電極２５５を、実装面の裏面に相当するモジュール底面に設けてある。これによって、検査時に撮像素子などに入射させる対象物の像に対して遮蔽などなく、撮像信号を含めた検査が可能となる。

すなわち、撮像素子の視野方向の裏側に撮像素子等の信号用に延伸したパターンは、上記センサ実装部裏の平行な平面に設けられた検査用端子に電気的に接続されることで検査の工程で、検査用治具や回路、配線などの影響を受けにくくし、チェックピンなどの当てつけを確実にすることが出来る。

次に、第１～第３の実施形態の電子モジュールが適用される内視鏡システムについて、図１７を参照して説明する。

図１７に示すように、内視鏡システム９は、内視鏡２と、プロセッサ５Ａと、光源装置５Ｂと、モニタ５Ｃと、を具備する。内視鏡２は、挿入部３を被検体の体腔内に挿入することによって、被検体の体内画像を撮像し撮像信号を出力する。すなわち、内視鏡２は挿入部３の先端部に、電子モジュール（撮像ユニット）５０，１５０，２５０のいずれかを具備する。

内視鏡２の挿入部３の基端側には、内視鏡２を操作する各種ボタン類が設けられた操作部４が配設されている。操作部４には、被検体の体腔内に、生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入するチャンネルの処置具挿入口４Ａがある。先端にチャンネル開口部がある。

挿入部３は、撮像装置１が配設されている先端部３Ａと、先端部３Ａの基端側に連設された湾曲自在な湾曲部３Ｂと、この湾曲部３Ｂの基端側に連設された可撓管部３Ｃとによって構成される。湾曲部３Ｂは、操作部４の操作によって湾曲する。

操作部４の基端部側に配設されたユニバーサルコード４Ｂには、先端部３Ａの撮像装置１と接続された信号ケーブル７５が挿通している。

ユニバーサルコード４Ｂは、コネクタ４Ｃを介してプロセッサ５Ａおよび光源装置５Ｂに接続される。プロセッサ５Ａは内視鏡システム９の全体を制御するとともに、撮像装置１が出力する撮像信号に信号処理を行い画像信号として出力する。モニタ５Ｃは、プロセッサ５Ａが出力する画像信号を表示する。

光源装置５Ｂは、例えば、白色ＬＥＤを有する。光源装置５Ｂが出射する白色光は、ユニバーサルコード４Ｂを挿通するライトガイド（不図示）を介して先端部３Ａの照明光学系（不図示）に導光され、被写体を照明する。

内視鏡２は、挿入部の先端部に小型撮像装置５０、１５０、２５０を具備するため、細形化が可能となる。以上、説明したように、この撮像ユニット（電子モジュール）とチャンネルとを、内視鏡挿入方向に対して直交するように先端部に配置した内視鏡にすることで、チャンネル部を出し入れする部材のストレスを、この撮像ユニットは受けにくくなり、この撮像ユニットの底面と複数の壁とが形成されたキャビティ部を有する立体配線基板と、その底面に設けられた電極に実装された複数の電子部品などは安全に保護される。上記キャビティ部の複数の壁のうち、上記複数の電子部品の並び方向に対応する壁がキャビティ部底面に対して傾斜し、かつ、隣接する前記チャンネルの並び方向と略直交方向であることを特徴としたので、この内視鏡の先端を細くして挿入容易にすることが出来る。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。例えば、内視鏡として説明した部分は、その他コンシューマ用カメラ、産業用カメラ、車載カメラ、監視カメラなどに置き換えた応用が可能である。つまり、本発明の小型化の特徴を活かせば、撮像ユニットを制御し、その信号を受け取るケーブル配線を含め、この配線の引き出し方向に直交する方向に対して、省スペース化が出来るので、小さなスペースに配置した撮像ユニットに対し、それを制御する制御回路が離れて配置されるようなシステムやレイアウトの場合でも、高性能の撮像装置を組み込む事が可能となる。したがって、車外、車内の死角なく、様々な場所を撮像するニーズがある自動車では、多くの撮像ユニットを搭載するため、本発明のような配線まで含めての小型化は重要で、組み込み時の設計が容易になる。また、携帯性ゆえに小型軽量化が求められる携帯端末、あるいは置き場所を小さくしたいＡＩスピーカーをはじめとするネット端末、ＩｏＴ家電、日常を見守って対象の安全を保障する見守り用カメラにも応用することが出来る。さらに、移動機能が重要なため小型化、軽量化、さらに機器の重心やバランスも重要なロボット（掃除機なども含む）、ドローンなど移動体への組み込みも容易な撮像ユニットとなっている。

また、上記記載で電子モジュール、撮像ユニットのキャビティ部を有する立体配線基板は、射出成型によるＭＩＤ技術で作成されたものに限定する必要はなく、例えば、３Ｄプリンタによる加工または切削加工によって作成してもよい。材質も樹脂には限定されず、セラミックまたはガラスエポキシを用いても良い。

Claims (11)

1. 底面と４つの壁面とが形成され、上記底面に複数の電極が設けられたキャビティ部を有する立体配線基板と、
   上記複数の電極に実装された、複数のチップ部品および上記キャビティ部の開口部方向を撮像する撮像モジュールを含む複数の電子部品と、
   を有し、
   上記４つの壁面は、上記複数のチップ部品の並び方向に対応する第１の壁面と上記複数のチップ部品の並び方向に対応しない第２の壁面とを含み、上記第１及び第２の壁面は上記底面に対して傾斜している傾斜面であり、上記第１の壁面の傾斜角度は上記第２の壁面の傾斜角度よりも大きい
   ことを特徴とする電子モジュール。
2. 上記撮像モジュールが上記底面の中央部に実装され、上記複数のチップ部品が上記撮像モジュールの周囲に実装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
3. 上記第１の壁面に沿って上記底面に実装された配線パターンは、上記電子部品における実装面の裏面にまで延伸している
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子モジュール。
4. 上記キャビティ部と、上記複数の電子部品のうちの少なくとも１つの電子部品と、により形成される空間を充填される樹脂をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
5. 上記電子モジュールの少なくとも一部は、金属筐体内に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
6. 上記第１の壁面における当該傾斜する方向に配設された、上記電子モジュールが上記金属筐体内に配置されるときに当該電子モジュールを固定する組付け部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の電子モジュール。
7. 上記電子モジュールは、内視鏡先端部に配設され、
   上記内視鏡先端部はチャンネルを有し、
   当該電子モジュールと上記チャンネルとを、内視鏡挿入方向に対して直交するよう配置し、上記電子モジュールのキャビティ部の勾配方向は、隣接する上記チャンネルの並び方向と略直交方向である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
8. 上記チャンネルは可動部を備え、
   上記可動部は鉗子起上台である
   ことを特徴とする請求項７に記載の電子モジュール。
9. 射出成型において、ランナー方向に傾斜を有する４つの壁面であって上記傾斜の角度が相互に異なる第１及び第２の壁面および、上記ランナー方向に平行に広がる底部により形成されるキャビティ部を設けた構造に射出成型するステップと、
   上記キャビティ部における上記底部から上記第１及び第２の壁面のうち上記傾斜が大きい壁面方向に沿って設けられた配線パターンを形成するステップと、
   上記配線パターン上に配設された電極に複数の電子部品を実装するステップと、
   を有することを特徴とする電子モジュールの製造方法。
10. 上記キャビティ部と、上記複数の電子部品における少なくとも１つの電子部品と、により形成される空間を樹脂により充填するステップ
    をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の電子モジュールの製造方法。
11. 底面と４つの壁面とが形成され、上記底面に複数の電極が設けられたキャビティ部を有する立体配線基板と、上記複数の電極に実装された、複数のチップ部品および上記キャビティ部の開口部方向を撮像する撮像モジュールを含む複数の電子部品と、を有し、上記４つの壁面は、上記複数のチップ部品の並び方向に対応する第１の壁面と上記複数のチップ部品の並び方向に対応しない第２の壁面とを含み、上記第１及び第２の壁面は上記底面に対して傾斜している傾斜面であり、上記第１の壁面の傾斜角度は上記第２の壁面の傾斜角度よりも大きい電子モジュールと、
    前記電子モジュールを有する挿入部と、
    を有することを特徴とする内視鏡。

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