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

電子回路ユニット、撮像ユニットおよび内視鏡 Download PDF

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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。
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