JPWO2018105391A1 - 電子回路ユニット、撮像ユニットおよび内視鏡 - Google Patents

Abstract

接続ランドの配置間隔を短縮可能とするとともに、作業者の熟練度にかかわらず接続信頼性を保持しうる電子回路ユニット、撮像ユニット、内視鏡および電子回路ユニットの接続方法を提供する。本発明における電子回路ユニットは、細線を撚り合せた芯線４８ａを外皮４８ｂで被覆してなり、一端の外皮４８ｂが除去されて芯線４８ａが露出する信号ケーブル４８と、筒状をなし、孔部に露出した芯線４８ａが挿入されている金属管４８ｃと、芯線４８ａを接続する接続ランド６３を有する積層基板４６と、を備え、露出した芯線４８ａは、接続ランド６３に金属管４８ｃを介して拡散接合または超音波接合により接続されていることを特徴とする。

Description

本発明は、電子回路ユニット、撮像ユニット、内視鏡および電子回路ユニットの接続方法に関する。

従来、医療分野および工業分野において、各種検査のために内視鏡システムが広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡は、患者等の被検体の体腔内に、先端に撮像素子が設けられた細長形状をなす可撓性の挿入部を挿入することによって、被検体を切開せずとも体腔内の体内画像を取得でき、さらに、必要に応じて挿入部先端から処置具を突出させて治療処置を行うことができるため、広く用いられている。

このような内視鏡の挿入部先端には、撮像素子と、該撮像素子の駆動回路を構成するコンデンサやＩＣチップ等の電子部品が実装された回路基板を含む撮像ユニットが嵌め込まれ、回路基板の接続ランドには複数の信号ケーブルが半田付けされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−４２２１９号公報

この信号ケーブルをショートさせることなく、各接続ランドに接続するためには、接続ランドを所定の間隔をおいて配置する必要があるため、信号ケーブルの接続領域の削減は困難であり、撮像ユニットの小型化を阻害する一因となっている。

内視鏡に使用される信号ケーブルは極細であり、接続ランドへの信号ケーブルの接続は、顕微鏡を用いて行われる。しかしながら、信号ケーブルの線径は使用する半田ごての先端部よりはるかに小さいため、接続部がこて先に隠れて作業がしづらく、作業者の熟練度の違いによる接続の信頼性のバラツキが発生しやすいという問題も有している。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続ランドの配置間隔を短縮可能とするとともに、作業者の熟練度にかかわらず接続の信頼性を保持しうる電子回路ユニット、撮像ユニット、内視鏡および電子回路ユニットの接続方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電子回路ユニットは、細線を撚り合せた芯線を外皮で被覆してなり、一端の前記外皮が除去されて前記芯線が露出するケーブルと、筒状をなし、孔部に露出した前記芯線が挿入されている金属管と、前記芯線を接続する接続ランドを有する基板と、を備え、露出した前記芯線は、前記接続ランドに前記金属管を介して拡散接合または超音波接合により接続されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる電子回路ユニットは、上記発明において、前記金属管は、前記接続ランドの表面を構成する材料と同一の材料からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる電子回路ユニットは、上記発明において、前記金属管は、前記芯線の材料より硬度が小さい材料からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる電子回路ユニットは、上記発明において、前記金属管は円筒状をなすことを特徴とする。

また、本発明にかかる電子回路ユニットは、上記発明において、前記金属管の材料は金からなり、メッキ法により形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる電子回路ユニットは、上記発明において、前記接続ランドに溝が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の撮像ユニットは、光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する撮像素子と、上記のいずれか一つに記載の電子回路ユニットと、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記撮像素子の光軸方向に前記撮像素子から延出するフレキシブルプリント基板をさらに有し、前記電子回路ユニットを構成する基板は、前記フレキシブルプリント基板の表面に形成された積層基板であって、該積層基板には電子部品が実装され、前記電子回路ユニットおよび前記電子部品は、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記撮像素子の裏面側に形成されたセンサ電極に第１の電極パッドにより接続され、電子部品が実装される回路基板をさらに有し、前記電子回路ユニットを構成する基板は、前記回路基板の裏面側に形成される第２の電極パッドに接続される異形基板であって、前記電子回路ユニットは、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像ユニットは、上記発明において、前記撮像素子の裏面側に形成されたセンサ電極に第１の電極パッドにより接続される回路基板をさらに有し、前記電子回路ユニットを構成する基板は、前記回路基板の裏面側に形成される第２の電極パッドに接続されるフレキシブルプリント基板であって、該フレキシブルプリント基板には電子部品が実装され、前記電子回路ユニットおよび前記電子部品は、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡は、上記のいずれか一つに記載の撮像ユニットが先端に設けられた挿入部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる電子回路ユニットの製造方法は、ケーブルと、基板の接続ランドとを電気的および機械的に接続した電子回路ユニットの接続方法において、前記ケーブルの一端の被覆を除去し、細線を撚り合せた芯線を露出する工程と、露出した前記芯線に金属管を被せる工程と、前記接続ランド上に前記金属管を被せた芯線を載置し、前記金属管上から押圧しながら、拡散接合または超音波接合により、前記接続ランドと前記金属管、および前記金属管と前記芯線とを接合する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、極細の信号ケーブルを用いた場合でも接続信頼性が高く、かつ接続ランドの配置間隔を短縮できるので、電子回路ユニット、撮像ユニット、および内視鏡の小型化が可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す内視鏡先端の部分断面図である。 図３は、図２に示す撮像ユニットを積層方向で平面視した平面図である。 図４は、接続ランドへの信号ケーブルの接合を説明する斜視図である。 図５は、接続ランドへの信号ケーブルの接合を説明する断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる撮像ユニットの平面図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる撮像ユニットの平面図である。 図８は、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニットの斜視図である。 図９は、図８の撮像ユニットの分解斜視図である。 図１０は、接続ランドへの信号ケーブルの接合を説明する側面図である。 図１１は、本発明の実施の形態２の変形例にかかる第２の回路基板の斜視図である。 図１２は、本発明の実施の形態２の変形例における接続ランドへの信号ケーブルの接合を説明する断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニットの側面図である。 図１４は、本発明の実施の形態３の変形例にかかる撮像ユニットの側面図である。 図１５は、図１４の撮像ユニットで使用される第２の回路基板の展開図である。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、撮像ユニットを備えた内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、内視鏡システム１は、内視鏡２と、ユニバーサルコード６と、コネクタ７と、光源装置９と、プロセッサ（制御装置）１０と、表示装置１３とを備える。

内視鏡２は、挿入部４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。ユニバーサルコード６内部の電気ケーブル束は、内視鏡２の挿入部４の先端まで延伸され、挿入部４の先端部３１に設けられる撮像装置３５（図２参照）に接続する。

コネクタ７は、ユニバーサルコード６の基端に設けられて、光源装置９およびプロセッサ１０に接続され、ユニバーサルコード６と接続する先端部３１の撮像装置３５が出力する撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、撮像信号をアナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して画像信号として出力する。

光源装置９は、例えば、白色ＬＥＤを用いて構成される。光源装置９が点灯するパルス状の白色光は、コネクタ７、ユニバーサルコード６を経由して内視鏡２の挿入部４の先端から被写体へ向けて照射する照明光となる。

プロセッサ１０は、コネクタ７から出力される画像信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体を制御する。表示装置１３は、プロセッサ１０が処理を施した画像信号を表示する。

内視鏡２の挿入部４の基端側には、内視鏡機能を操作する各種ボタン類やノブ類が設けられた操作部５が接続される。操作部５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処置具挿入口１７が設けられる。

挿入部４は、撮像装置３５が設けられる先端部３１と、先端部３１の基端側に連設された複数方向に湾曲自在な湾曲部３２と、この湾曲部３２の基端側に連設された可撓管部３３とによって構成される。湾曲部３２は、操作部５に設けられた湾曲操作用ノブの操作によって湾曲し、挿入部４内部に挿通された湾曲ワイヤの牽引弛緩にともない、たとえば上下左右の４方向に湾曲自在となっている。

内視鏡２には、光源装置９からの照明光を伝送するライトガイドバンドル（不図示）が配設され、ライトガイドバンドルによる照明光の出射端に照明レンズ（不図示）が配置される。この照明レンズは、挿入部４の先端部３１に設けられており、照明光が被検体に向けて照射される。

次に、内視鏡２の先端部３１の構成について詳細に説明する。図２は、内視鏡２先端の部分断面図である。図２は、内視鏡２の先端部３１に設けられた撮像装置３５の基板面に対して直交する面であって撮像装置３５の光軸方向と平行な面で切断した場合の断面図である。図２においては、内視鏡２の挿入部４の先端部３１と、湾曲部３２の一部を図示する。

図２に示すように、湾曲部３２は、後述する被覆管４２の内側に配置する湾曲管８１内部に挿通された湾曲ワイヤ８２の牽引弛緩にともない、上下左右の４方向に湾曲自在である。この湾曲部３２の先端側に延設された先端部３１内部に、撮像装置３５が設けられる。

撮像装置３５は、レンズユニット４３と、レンズユニット４３の基端側に配置する撮像ユニット４０とを有し、接着剤４１ａで先端部本体４１の内側に接着される。先端部本体４１は、撮像装置３５を収容する内部空間を形成するための硬質部材で形成される。先端部本体４１の基端外周部は、柔軟な被覆管４２によって被覆される。先端部本体４１よりも基端側の部材は、湾曲部３２が湾曲可能なように、柔軟な部材で構成されている。先端部本体４１が配置される先端部３１が挿入部４の硬質部分となる。

レンズユニット４３は、複数の対物レンズ４３ａ−１〜４３ａ−４と、対物レンズ４３ａ−１〜４３ａ−４を保持するレンズホルダ４３ｂとを有し、このレンズホルダ４３ｂの先端が、先端部本体４１内部に挿嵌固定されることによって、先端部本体４１に固定される。

撮像ユニット４０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する撮像素子４４と、撮像素子４４から光軸方向に延出するフレキシブルプリント基板（以下、「ＦＰＣ基板」という）である回路基板４５と、回路基板４５表面に形成された複数の導体層を有する積層基板４６と、撮像素子４４の受光面を覆った状態で撮像素子４４に接着するカバーガラス４９と、を備える。撮像ユニット４０の積層基板４６には、撮像素子４４の駆動回路を構成する電子部品５５〜５８が実装または内蔵され、複数の導体層間を電気的に導通させるビア（図示しない）が形成されている。また、積層基板４６の基端に形成される接続ランド６３（図３参照）には、電気ケーブル束４７の各信号ケーブル４８の芯線４８ａが金属管４８ｃを介して接続されている。なお、積層基板４６には、撮像素子４４の駆動回路を構成する電子部品以外の電子部品５５〜５８が実装されてもよい。

信号ケーブル４８の基端は、挿入部４の基端方向に延伸する。電気ケーブル束４７は、挿入部４に挿通配置され、図１に示す操作部５およびユニバーサルコード６を介して、コネクタ７まで延設されている。

レンズユニット４３の対物レンズ４３ａ−１〜４３ａ−４によって結像された被写体像は、対物レンズ４３ａ−１〜４３ａ−４の結像位置に配設された撮像素子４４によって検出されて、撮像信号に変換される。撮像信号は、回路基板４５および積層基板４６に接続する信号ケーブル４８およびコネクタ７を経由して、プロセッサ１０に出力される。

撮像素子４４は、回路基板４５および積層基板４６と接着剤５４ｂにより接着される。撮像素子４４と、撮像素子４４および回路基板４５の接続部とは、金属製の補強部材５２に覆われる。回路基板４５上の電子部品５５〜５８に対する外部静電気の影響を防止するため、補強部材５２は、撮像素子４４、回路基板４５および積層基板４６から離間して設置される。

撮像ユニット４０および電気ケーブル束４７の先端部は、耐性向上のために、熱収縮チューブ５０によって外周が被覆される。熱収縮チューブ５０内部は、接着樹脂５１によって部品間の隙間が埋められている。

撮像素子ホルダ５３は、撮像素子ホルダ５３の基端側内周面にカバーガラス４９の外周面が嵌め込まれることによって、カバーガラス４９に接着する撮像素子４４を保持する。撮像素子ホルダ５３の基端側外周面は、補強部材５２の先端側内周面に嵌合する。撮像素子ホルダ５３の先端側内周面には、レンズホルダ４３ｂの基端側外周面が嵌合する。このように各部材同士が嵌合した状態で、レンズホルダ４３ｂの外周面、撮像素子ホルダ５３の外周面、ならびに、熱収縮チューブ５０の先端側外周面が、接着剤４１ａによって先端部本体４１の先端の内周面に固定される。

次に、撮像ユニット４０について説明する。図３は、撮像ユニット４０を積層方向で平面視した平面図である。図４は、撮像ユニット４０の接続ランド６３への信号ケーブル４８の接合を説明する斜視図である。図５は、接続ランド６３への信号ケーブル４８の接合を説明する断面図である。

積層基板４６には、電子部品５５が電気的に接続される２つの接続ランド６１と、電子部品５６が接続される２つの接続ランド６２と、信号ケーブル４８の芯線４８ａが電気的かつ機械的に接続される接続ランド６３が形成されている。図３の例では、３箇所の接続ランド６３が設けられており、３本の信号ケーブル４８が金属管４８ｃを介して接続されている。

信号ケーブル４８は、細線を撚り合わせた芯線４８ａを絶縁材料からなる外皮４８ｂで被覆されたものである。

金属管４８ｃは、円筒状をなし、金、銀、銅、亜鉛、インジウム等の金属材料からなる。金属管４８ｃは、単一の材料だけでなく、複数の金属、たとえば、銅上に金、または銀上に錫を積層したものであってもよい。金属管４８ｃの材料を、接続ランド６３を構成する材料と同一の材料とすることにより、接続性を向上できる。接続ランド６３に金属が積層されている場合は、表面を構成する材料と同一の材料とすることが好ましい。また、金属管４８ｃは、芯線４８ａを構成する材料より硬度が小さい材料であることが好ましい。硬度が小さい材料を使用することにより、接合の際、芯線４８ａが金属管４８ｃに食い込み、接触面積が向上するためである（図５参照）。金属管４８ｃは、導電性、硬度および酸化防止の観点から金からなる、または金被覆を有するものであることが好ましい。

信号ケーブル４８の接続ランド６３への接続は、まず、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、一端の外皮４８ｂを除去して芯線４８ａを露出させた後、図４（Ｃ）に示すように、金属管４８ｃの孔部に露出した芯線４８ａを挿入する。

その後、図４（Ｄ）に示すように、金属管４８ｃの孔部に挿入した芯線４８ａを接続ランド６３上に載置した状態で、超音波加振器７６の接続ツール７１を金属管４８ｃに押し付け、積層基板４６の下側の図示しないアンビルとともに積層基板４６の接続ランド６３および金属管４８ｃ（芯線４８ａ）を挟持し、加圧した状態で振動を加えて超音波接合する。超音波接合後には、金属管４８ｃ上に接続ツール７１由来の圧痕４８ｄが形成される。

内視鏡用の信号ケーブル４８の芯線４８ａの径ｒ１は、０．０２〜０．５０ｍｍであり、金属管４８ｃの孔部の内径ｒ４は芯線４８ａの径ｒ１の１．０倍より大きく、１．８倍以下であり、金属管４８ｃの肉厚は、１０〜５０μｍである。金属管４８ｃの孔部の内径ｒ４は小さすぎると芯線４８ａの挿入が難しく、また大きすぎると接続ランド６３の配置間隔を長くする必要があり、撮像ユニット４０の小型化が困難となる。したがって、金属管４８ｃの孔部の内径ｒ４は芯線４８ａの径ｒ１の１．１倍以上、１．５倍以下とすることが好ましい。金属管４８ｃの外径ｒ３は、信号ケーブル４８の外径ｒ２以下とすることが好ましい。このような金属管４８ｃは、細線上にメッキ法により金属皮膜を積層させ、細線を引き抜くことにより製造することができる。

金属管４８ｃの長さｒ５は、接続ランド６３の光軸方向の長さｒ６より短い。実施の形態１では、超音波接合を採用するため、接続信頼性が高く、接続ランド６３の長さｒ６およびｒ７を短くすることができる。また、金属管４８ｃの長さｒ５は、金属管４８ｃの孔部の内径ｒ４以上とすることが好ましい。さらに、芯線４８ａは、金属管４８ｃの端部から露出させた状態で超音波接合することが好ましい。芯線４８ａは、金属管４８ｃの端部から露出させることにより、超音波接合の可否を目視判断できるためである。

実施の形態１では、接合の際、芯線４８ａに芯線４８ａより径が大きい金属管４８ｃを被せているため、接合対象が大きくなり、接合作業が容易となる。また、金属管４８ｃにより、細線がばらけることがないため、ショート等の発生を防止することができる。

半田により芯線４８ａを接続ランド６３に接合する場合、半田の溶融に時間を要するため、撮像素子４４やレンズユニット４３等への熱によるダメージが発生するおそれが大きくなるが、本発明の実施の形態１では、超音波接合するため、撮像素子４４やレンズユニット４３等への熱によるダメージを抑制することができる。さらに、半田により接合する場合は、半田やフラックスの飛散を考慮して接続ランド６３の配置間隔を大きくする必要があるが、超音波接合では、加える圧力および振動数を制御することにより、金属管４８ｃの接合後の幅方向の長さｒ８（図３参照）を制御でき、ショート発生のおそれを低減できる。金属管４８ｃの接合後の幅方向の長さｒ８は、芯線４８ａの径ｒ１の１．５〜４倍とすることが好ましい。

本発明の実施の形態１では、超音波接合により金属管４８ｃを介して芯線４８ａを接続ランド６３に接合しているが、これに限定するものではなく、熱および圧力を用いた拡散接合により接合するものであってもよい。

また、実施の形態１では、円筒状の金属管４８ｃを使用するが、楕円状、角柱状であってもよい。

さらに、実施の形態１では、金属管４８ｃは、長さｒ５が接続ランド６３の光軸方向の長さｒ６より短いものを使用するが、これに限定するものではない。図６は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる撮像ユニット４０Ａの平面図である。

撮像ユニット４０Ａでは、光軸方向の長さが接続ランド６３の長さよりも長い金属管４８ｃ−１を使用する。光軸方向の長さが接続ランド６３の長さよりも長い金属管４８ｃ−１を使用することにより、芯線４８ａを保護することができる。

さらにまた、信号ケーブル４８の実装密度を向上するために、接続ランド６３を千鳥状に配置してもよい。図７は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる撮像ユニット４０Ｂの平面図である。

撮像ユニット４０Ｂでは、接続ランド６３（６３−１、６３−２）は積層基板４６Ｂ上に千鳥状（ジグザグ）に配置されている。また、撮像ユニット４０Ｂでは、長さの異なる２種類の金属管４８ｃ−１、および金属菅４８ｃ−２を使用する。長さの長い金属管４８ｃ−２は、積層基板４６Ｂの基端部から離れて配置された接続ランド６３−２に接続される信号ケーブル４８の芯線４８ａに、長さの短い金属管４８ｃ−１は、積層基板４６Ｂの基端部に配置された接続ランド６３−１に接続される信号ケーブル４８の芯線４８ａにそれぞれ被せられる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニット１４０の斜視図である。図９は、図８の撮像ユニット１４０の分解斜視図である。図１０は、接続ランドへ１３２の信号ケーブル１４８の接合を説明する側面図である。

撮像ユニット１４０は、撮像素子１１１にカバーガラス１１２が張り付けられ、撮像素子１１１の裏面であるｆ２面にセンサ電極１１３が形成された半導体パッケージ１１０と、表面であるｆ３面および裏面であるｆ４面に第１の電極パッド（図示しない）および第２の電極パッド１２２がそれぞれ形成され、ｆ３面の第１の電極パッドが半導体パッケージ１１０のセンサ電極１１３と電気的および機械的に接続されている第１の回路基板１２０と、表面であるｆ５面に図示しない第３の電極パッドが形成され、対向する側面であるｆ６面およびｆ７面に信号ケーブル１４８を接続する接続ランド１３２がそれぞれ形成されている第２の回路基板１３０と、第１の回路基板１２０の裏面であるｆ４面に実装される電子部品１２４と、を備える。

撮像ユニット１４０において、第１の回路基板１２０、第２の回路基板１３０、ならびにｆ６面およびｆ７面の接続ランド１３２にそれぞれ接続された信号ケーブル１４８は、半導体パッケー ジ１１０の光軸方向の投影面内に位置する。

レンズユニットが集光した光はカバーガラス１１２の表面であるｆ１面を介して、撮像素子１１１の受光面ｆ０に入射する。撮像素子１１１のｆ２面（裏面）にはセンサ電極１１３、およびはんだボール等からなる接合部材１１４が形成されている。接合部材１１４ははんだボールのほか、金属コアはんだボール、樹脂コアはんだボール、Ａｕバンプ等でもよい。半導体パッケージ１１０は、ウエハ状態の撮像素子チップに、配線、電極形成、樹脂封止、およびダイシングをして、最終的に撮像素子チップの大きさがそのまま半導体パッケージ１１０の大きさとなるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）であることが好ましい。

第１の回路基板１２０は、配線が形成された複数の基板が積層されて板状をなしている（ｆ３面およびｆ４面に平行な基板が複数積層）。積層される基板は、セラミックス基板、ガラエポ基板、フレキシブル基板、ガラス基板、シリコン基板等が用いられる。第１の回路基板１２０の内部には、積層される基板上の配線を導通させる複数のビアが形成されている。第１の回路基板１２０のｆ３面には第１の電極パッドが形成され、半導体パッケージ１１０のセンサ電極１１３と接合部材１１４を介して電気的、および機械的にそれぞれ接続されている。ｆ３面の第１の電極パッドとｆ２面のセンサ電極１１３との接続部は、図示しない封止樹脂により封止されている。

また、図９に示すように、第１の回路基板１２０のｆ４面の中央部には、凹部１２１が設けられ、凹部１２１内に電子部品１２４を実装する実装ランド１２５が形成されている。実装される電子部品１２４は、コンデンサ、抵抗コイル等の受動部品、ドライバＩＣ等の能動部品が例示される。第１の回路基板１２０の中央付近の凹部１２１内に電子部品１２４を実装することにより、撮像素子１１１と電子部品１２４との距離を短くできるため、インピーダンスを小さくでき、撮像素子１１１の安定的な駆動が可能となることで高画質の画像を得ることができる。第１の回路基板１２０のｆ４面の凹部１２１以外の部分には、第２の電極パッド１２２が形成され、後述する第２の回路基板１３０のｆ５面の第３の電極パッドと接合部材１２３を介して電気的および機械的に接続されている。

第２の回路基板１３０は、セラミックス基板、ガラエポ基板、ガラス基板、シリコン基板等からなり、配線が形成された複数の基板が積層されて、対向するｆ６面およびｆ７面（側面）が階段状をなしている異形基板である。

図９に示すように、第２の回路基板１３０の表面ｆ５面には、第２の電極パッド１２２と接続される第３の電極パッドが形成されている。

第２の回路基板１３０の側面であるｆ６面およびｆ７面は、半導体パッケージ１１０の光軸方向の基端側で近接するような階段状、すなわち、ｆ６面およびｆ７面には、階段部Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３が形成されている。

ｆ６面およびｆ７面の階段部Ｓ２、およびＳ３には接続ランド１３２が形成されている。階段部Ｓ２、およびＳ３の接続ランド１３２は、光軸方向で重ならないようにずらして配置されている。信号ケーブル１４８は、一端の外皮１４８ｂが剥離され、露出した芯線１４８ａに金属管１４８ｃが被せられている。金属管１４８ｃは、実施の形態１の金属管４８ｃと同様のものを使用することができる。

実施の形態２では、第２の回路基板１３０の対向するｆ６面およびｆ７面に接続ランド１３２が形成され、信号ケーブル１４８が接続されるため、図１０に示すように、ｆ６面およびｆ７面の階段部Ｓ２の接続ランド１３２上に、金属管１４８ｃを被せた芯線１４８ａを配置し、上下方向から超音波ホーン１７０で同時に挟み込み、加圧した状態で振動を加えて超音波接合することが好ましい。上下方向から同時に接合することにより、圧力および超音波振動を効率よく印加することができる。階段部Ｓ３の接続ランド１３２上に接続する場合にも同様にして超音波接合すればよい。超音波接合により、金属管１４８ｃ上には圧痕１４８ｄが形成される。

半田により芯線１４８ａを接続ランド１３２に接合する場合、最細の半田ごて（先端径０．２ｍｍ、先端部が最細のテーパ形状）を使用したとしても、階段部Ｓ２およびＳ３の接続ランド１３２（半田接続する場合の最小の接続ランド１３２：長さ０．４ｍｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．２ｍｍ）への接続、特に段差近傍での接続が困難である。しかしながら、超音波接合は、超音波ホーン１７０の先端径を数十μｍ程度とすることができるので、段差近傍でも容易に接合することができるとともに、第２の回路基板１３０の光軸方向の長さの短縮も可能となる。

また、実施の形態２では、実施の形態１と同様に、接合の際、芯線１４８ａに芯線１４８ａより径が大きい金属管１４８ｃを被せているため、接合対象が大きくなり、接合作業が容易となる。また、金属管１４８ｃにより、細線がばらけることがないため、ショート等の発生を防止することができる。

さらにまた、接続ランド１３２に溝を形成してもよい。図１１は、本発明の実施の形態２の変形例にかかる第２の回路基板１３０Ａの斜視図である。図１２は、本発明の実施の形態２の変形例における接続ランド１３２Ａへの信号ケーブル１４８の接合を説明する断面図である。

第２の回路基板１３０Ａでは、接続ランド１３２Ａに光軸方向に平行な溝１３４が形成されている。溝１３４は、第２の回路基板１３０Ａを構成する多層基板の層間ビア部である。接続ランド１３２Ａ上に溝１３４を形成することにより、円筒状の金属管１４８ｃの載置の安定性が向上するとともに、接続ランド１３２Ａと金属管１４８ｃ（芯線１４８ａ）との接触面積を向上でき、導電性および接続信頼性を向上できる。

（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニット１４０Ｂの側面図である。

撮像ユニット１４０Ｂは、半導体パッケージ１１０と、表面であるｆ３面および裏面であるｆ４面に第１の電極パッド１２６および第２の電極パッド１２２がそれぞれ形成され、ｆ３面の第１の電極パッド１２６が半導体パッケージ１１０のセンサ電極１１３と電気的および機械的に接続されている第１の回路基板１２０Ｂと、表面であるｆ５面に第３の電極パッド１３１が形成され、裏面であるｆ８面に信号ケーブル１４８を接続する接続ランド１３２Ｂがそれぞれ形成されている第２の回路基板１３０Ｂと、第２の回路基板１３０Ｂの裏面であるｆ８面に実装される電子部品１２４と、を備える。

第１の回路基板１２０Ｂは、配線が形成された複数の基板が積層されて板状をなしている（ｆ３面およびｆ４面に平行な基板が複数積層）。積層される基板は、セラミックス基板、ガラエポ基板、フレキシブル基板、ガラス基板、シリコン基板等が用いられる。第１の回路基板１２０Ｂの内部には、積層される基板上の配線を導通させる複数のビアが形成されている。

第２の回路基板１３０Ｂは、ＦＰＣ基板である。第２の回路基板１３０Ｂの中央部の表面ｆ５面側に第３の電極パッド１３１が形成され、中央部の裏面ｆ８面側に電子部品１２４を接続する実装ランド１２５が形成されている。また、第２の回路基板１３０Ｂの実装ランド１２５の両側に、信号ケーブル１４８を接続する接続ランド（図示しない）が形成されている。第２の回路基板１３０Ｂは、電子部品１２４を実装し、信号ケーブル１４８の芯線１４８ａを金属管１４８ｃを介して超音波接合した後、信号ケーブル１４８が光軸方向に延伸するようにＣ字状に折り曲げられる。第２の回路基板１３０Ｂを折り曲げることにより、第２の回路基板１３０Ｂおよび信号ケーブル１４８は半導体パッケージ１１０の光軸方向の投影面内に位置することとなる。なお、第１の回路基板１２０Ｂも半導体パッケージ１１０の光軸方向の投影面内に位置する。

実施の形態３では、第２の回路基板１３０Ｂに信号ケーブル１４８を金属管１４８ｃを介して超音波接合した後、第１の回路基板１２０Ｂと第２の回路基板１３０Ｂとを接続する。ＦＰＣ基板である第２の回路基板１３０Ｂ上の接続ランド上への信号ケーブル１４８の接合は、接続ランドが裏面ｆ８面のみに形成され、かつ第１の回路基板１２０Ｂへの接続前に行うため、異形基板である実施の形態２の第２の回路基板１３０への接合より簡易に行うことができる。なお、第２の回路基板１３０Ｂの両面（ｆ５面およびｆ８面）に接続ランドを形成して、信号ケーブル１４８の実装密度を向上することもできる。

また、実施の形態３では、実施の形態１および２と同様に、接合の際、芯線１４８ａに芯線１４８ａより径が大きい金属管１４８ｃを被せているため、接合対象が大きくなり、接合作業が容易となる。また、金属管１４８ｃにより、細線がばらけることがないため、ショート等の発生を防止することができる。

上記の実施の形態３では、第２の回路基板１３０ＢをＣ字状に折り曲げて、第２の回路基板１３０Ｂおよび信号ケーブル１４８を半導体パッケージ１１０の光軸方向の投影面内に収めるとともに、信号ケーブル１４８を光軸方向に延伸させているが、これに限定するものではない。図１４は、本発明の実施の形態３の変形例にかかる撮像ユニット１４０Ｃの側面図である。図１５は、図１４の撮像ユニット１４０Ｃで使用される第２の回路基板１３０Ｃの展開図である。

第２の回路基板１３０Ｃは、ＦＰＣ基板であり、第１の領域１３０−１と、第２の領域１３０−２と、第３の領域１３０−３と、第４の領域１３０−４と、を有する。

第１の領域１３０−１の裏面ｆ６には、電子部品１２４を実装する実装ランド１２５と、同軸ケーブル１４９のシールド１４９ｆを接続する接続ランド１３３とが形成されている。第１の領域１３０−１は、光軸方向と平行に配置されている。同軸ケーブル１４９のシールド１４９ｆは、外皮１４９ｅが除去され、束ねた状態で金属管１４９ｇの孔部に挿入されている。シールド１４９ｆは、金属管１４９ｇを介して接続ランド１３３に超音波接合されている。超音波接合により、金属管１４９ｇ上には圧痕１４９ｈが形成される。

第２の領域１３０−２の表面ｆ５には、第１の回路基板１２０Ｃの第２の電極パッド１２２と接続される第３の電極パッド１３１が形成されている。第２の領域１３０−２は、光軸方向および第１の領域１３０−１と直交するように折り曲げられている。

第３の領域１３０−３の裏面ｆ８には、信号ケーブル１４８（単線）の芯線１４８ａを接続する接続ランド１３２ｃが形成されている。第３の領域１３０−３は、光軸方向と平行、かつ第１の領域１３０−１と直交するように折り曲げられている。信号ケーブル１４８の芯線１４８ａは、金属管１４８ｃを介して接続ランド１３２ｃに超音波接合されている。超音波接合により、金属管１４８ｃ上には圧痕１４８ｄが形成される。接続ランド１３２ｃは、長手方向が光軸方向と平行に形成され、第３の領域１３０−３が折り曲げられた際、接合された信号ケーブル１４８は光軸方向に延伸する。

第４の領域１３０−４の裏面ｆ８には、同軸ケーブル１４９の芯線１４９ａを接続する接続ランド１３２ｃが形成されている。第４の領域１３０−４は、光軸方向および第３の領域１３０−３と平行、かつ第１の領域１３０−１と直交するように折り曲げられている。同軸ケーブル１４９の芯線１４９ａは、内部絶縁体１４９ｂが除去されて金属管１４９ｃの孔部に挿入されている。芯線１４９ａは、金属管１４９ｃを介して接続ランド１３２ｃに超音波接合されている。超音波接合により、金属管１４９ｃ上には圧痕１４９ｄが形成される。接続ランド１３２ｃは、長手方向が光軸方向と平行に形成され、第４の領域１３０−４が折り曲げられた際、接合された同軸ケーブル１４９の芯線１４９ａは光軸方向に延伸する。なお、金属管１４９ｃおよび１４９ｇは、金属管１４８ｃと同様の材料からなり、孔部の径は、挿入する芯線１４９ａおよびシールド１４９ｆの外径を考慮して適宜決定すればよい。

第２の回路基板１３０Ｃを上記のように折り曲げることにより、第２の回路基板１３０Ｃ、信号ケーブル１４８および同軸ケーブル１４９は半導体パッケージ１１０の光軸方向の投影面内に位置することとなる。なお、第１の回路基板１２０Ｃも半導体パッケージ１１０の光軸方向の投影面内に位置する。

実施の形態３の変形例では、実施の形態３と同様に、第２の回路基板１３０Ｃに信号ケーブル１４８および同軸ケーブル１４９を、金属管１４８ｃ、１４９ｃおよび１４９ｇを介して超音波接合した後、第１の回路基板１２０Ｃと第２の回路基板１３０Ｃとを接続する。ＦＰＣ基板である第２の回路基板１３０Ｃ上の接続ランド１３２ｃ、１３３上への信号ケーブル１４８および同軸ケーブル１４９の接合は、接続ランド１３２ｃ、１３３が裏面ｆ６のみに形成され、かつ第１の回路基板１２０Ｃへの接続前に行うため、異形基板である実施の形態２の第２の回路基板１３０への接合より簡易に行うことができる。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
４ 挿入部
５ 操作部
６ ユニバーサルコード
７ コネクタ
９ 光源装置
１０ プロセッサ
１３ 表示装置
１７ 処置具挿入口
３１ 先端部
３２ 湾曲部
３３ 可撓管部
３５ 撮像装置
４０、４０Ａ、４０Ｂ、１４０、１４０Ｂ、１４０Ｃ 撮像ユニット
４１ 先端部本体
４１ａ、５４ｂ 接着剤
４２ 被覆管
４３ レンズユニット
４３ａ−１〜４３ａ−４ 対物レンズ
４３ｂ レンズホルダ
４４、１１１ 撮像素子
４５ 回路基板
４６ 積層基板
４７ 電気ケーブル束
４８、１４８ 信号ケーブル
４８ａ、１４８ａ 芯線
４８ｂ、１４８ｂ 外皮
４８ｃ、１４８ｃ 金属管
４８ｄ、１４８ｄ 圧痕
４９、１１２ カバーガラス
５０ 熱収縮チューブ
５１ 接着樹脂
５２ 補強部材
５３ 撮像素子ホルダ
５５〜５８ 電子部品
６１、６２、６３、１３２、１３２ｃ、１３３ 接続ランド
８１ 湾曲管
８２ 湾曲ワイヤ
１１０ 半導体パッケージ
１２０ 第１の回路基板
１３０ 第２の回路基板
１４９ 同軸ケーブル
１４９ａ 芯線
１４９ｂ 内部絶縁体
１４９ｃ、１４９ｇ 金属管
１４９ｄ、１４９ｈ 圧痕
１４９ｅ 外皮
１４９ｆ シールド

Claims (12)

1. 細線を撚り合せた芯線を外皮で被覆してなり、一端の前記外皮が除去されて前記芯線が露出するケーブルと、
   筒状をなし、孔部に露出した前記芯線が挿入されている金属管と、
   前記芯線を接続する接続ランドを有する基板と、
   を備え、露出した前記芯線は、前記接続ランドに前記金属管を介して拡散接合または超音波接合により接続されていることを特徴とする電子回路ユニット。
2. 前記金属管は、前記接続ランドの表面を構成する材料と同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子回路ユニット。
3. 前記金属管は、前記芯線の材料より硬度が小さい材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子回路ユニット。
4. 前記金属管は円筒状をなすことを特徴とする請求項１に記載の電子回路ユニット。
5. 前記金属管の材料は金からなり、メッキ法により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路ユニット。
6. 前記接続ランドに溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路ユニット。
7. 光を受光して光電変換を行うことにより電気信号を生成する撮像素子と、
   請求項１に記載の電子回路ユニットと、
   を備えることを特徴とする撮像ユニット。
8. 前記撮像素子の光軸方向に前記撮像素子から延出するフレキシブルプリント基板をさらに有し、
   前記電子回路ユニットを構成する基板は、前記フレキシブルプリント基板の表面に形成された積層基板であって、該積層基板には電子部品が実装され、
   前記電子回路ユニットおよび前記電子部品は、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする請求項７に記載の撮像ユニット。
9. 前記撮像素子の裏面側に形成されたセンサ電極に第１の電極パッドにより接続され、電子部品が実装される回路基板をさらに有し、
   前記電子回路ユニットを構成する基板は、前記回路基板の裏面側に形成される第２の電極パッドに接続される異形基板であって、
   前記電子回路ユニットは、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする請求項７に記載の撮像ユニット。
10. 前記撮像素子の裏面側に形成されたセンサ電極に第１の電極パッドにより接続される回路基板をさらに有し、
    前記電子回路ユニットを構成する基板は、前記回路基板の裏面側に形成される第２の電極パッドに接続されるフレキシブルプリント基板であって、該フレキシブルプリント基板には電子部品が実装され、
    前記電子回路ユニットおよび前記電子部品は、前記撮像素子の光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする請求項７に記載の撮像ユニット。
11. 請求項７に記載の撮像ユニットが先端に設けられた挿入部を備えたことを特徴とする内視鏡。
12. ケーブルと、基板の接続ランドとを電気的および機械的に接続した電子回路ユニットの接続方法において、
    前記ケーブルの一端の被覆を除去し、細線を撚り合せた芯線を露出する工程と、
    露出した前記芯線に金属管を被せる工程と、
    前記接続ランド上に前記金属管を被せた芯線を載置し、前記金属管上を押圧しながら、拡散接合または超音波接合により、前記接続ランドと前記金属管、および前記金属管と前記芯線とを接合する工程と、
    を含むことを特徴とする電子回路ユニットの接続方法。

Images