WO2016092986A1 - 撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡システム - Google Patents

撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡システム Download PDF

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草野　康弘
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    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/144—Stacked arrangements of planar printed circuit boards

Definitions

  • the imaging unit of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a step portion is provided on the second surface and the third surface, and the connection electrode is disposed on the step portion.
  • the electronic component is housed in a recess formed in the first surface of the odd circuit board, and the second surface and the third surface are connected.
  • a part of the electrode is formed at a position overlapping the concave portion in the optical axis direction.
  • the imaging module of the present invention includes an imaging element, a semiconductor package having connection electrodes formed on the back surface, connection electrodes formed on the front surface and the back surface, and the connection electrodes on the front surface side being the connection electrodes of the semiconductor package.
  • a circuit board electrically and mechanically connected to each other, and connection electrodes are formed on at least the first surface, the second surface, and the third surface, respectively, and the connection electrode on the first surface is the circuit substrate
  • An electronic component mounted on the back surface of the circuit board, wherein the electronic component is housed in a recess formed on the back surface of the circuit board or the first surface of the odd circuit board, and the circuit board, and Serial profiled circuit board is characterized in that fit in the semiconductor package of the optical axis direction of the projection plane.
  • connection electrodes 42b, 42d, and 42f arranged on the stepped portion S2 are shortened by shortening the length h1 of the stepped portion S1 in the optical axis direction.
  • 42h, 42j, and 42m are formed at positions overlapping the recess 43 in the optical axis direction. Accordingly, the arrangement positions of the connection electrodes 42b, 42d, 42f, 42h, 42j, and 42m in the modification can be moved in the f5 plane direction by h2 as compared with the second embodiment shown in FIG.
  • the length of the hard part can be shortened by h2.
  • a recess 243 and connection electrodes 245a, 245b, 245c, 245d, 245g, 245h, 245i, 245j, and 241k are formed on the f5 surface of the odd-shaped circuit board 240A, and the connection electrodes 233a, 233b, and 233c of the circuit board 230A are formed. 233d, 233g, 233h, 233i, 233j, and 233k, respectively.

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Abstract

　挿入部先端の細径化を図りながら、高画質の画像を得ることのできる撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡システムを提供する。本発明における撮像ユニット１０は、撮像素子を有し、接続電極２１が形成された半導体パッケージ２０と、ｆ３面で半導体パッケージ２０と接続される回路基板３０と、少なくともｆ５面、ｆ６面、およびｆ７面に接続電極が形成され、ｆ５面で回路基板３０と接続される異形回路基板４０と、回路基板３０のｆ４面に実装される電子部品５１、５２と、異形回路基板４０のｆ６面、ｆ７面の接続電極に接続される複数のケーブル６０と、を備え、電子部品５１、５２は、異形回路基板４０のｆ５面に形成された凹部４３内に収容され、回路基板３０、異形回路基板４０、および複数のケーブル６０は、半導体パッケージ２０の光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。

Description

撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡システム
　本発明は、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の先端に設けられて被検体内を撮像する撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡システムに関する。
　従来から、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装置が広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡装置は、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。
　このような内視鏡装置の挿入部先端には、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、撮像ユニットの回路基板には信号ケーブルが半田付けされている。
　近年、ケーブルの信号線の接続作業の簡易化や接続部分の信頼性の向上、または小型化を目的として、撮像素子と接続する回路基板を立体構造とした撮像ユニットが提案されている（例えば、特許文献１～５参照）。
特開２００５－２７８７６０号公報 特開２００６－２２３６２４号公報 特開２０００－１９９８６３号公報 特開２０１３－１９７５０１号公報 特開２０１４－１１０８４７号公報
　しかしながら、特許文献１～５では、電子部品が撮像素子と離れた位置、特に撮像素子の中央部付近から離れた位置に実装されるため、インピーダンスが高くなりノイズが発生する。そのため、撮像素子を安定して駆動できない場合が発生し、画質低下の要因となっている。特に撮像素子が高速化した場合に顕著となる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、細径化を図りながら、高画質の画像を得ることのできる撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡システム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、本発明にかかる撮像ユニットは、撮像素子を有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージと、表面および裏面に接続電極がそれぞれ形成され、表面側の接続電極が前記半導体パッケージの接続電極と電気的および機械的に接続される回路基板と、少なくとも第１の面、第２の面、および第３の面に接続電極がそれぞれ形成され、前記第１の面の接続電極が前記回路基板の接続電極と電気的および機械的に接続される異形回路基板と、前記回路基板の裏面に実装される電子部品と、前記異形回路基板の第２の面および第３の面の接続電極に電気的および機械的に接続される複数のケーブルと、を備え、前記電子部品は、前記回路基板の裏面または前記異形回路基板の第１の面に形成された凹部内に収容され、前記回路基板、前記異形回路基板、ならびに前記第２の面および前記第３の面の接続電極にそれぞれ接続された複数の前記ケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記異形回路基板の前記第２の面および前記第３の面に形成される接続電極の少なくとも１つは、前記ケーブルの導体を収容する溝状をなすことを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記異形回路基板の第２の面および第３の面は対向する面であって、前記第２の面および前記第３の面の各々は、前記撮像素子の光軸方向の基端側で互いに近づくような階段状をなし、前記階段部に前記接続電極がそれぞれ形成されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記接続電極は千鳥格子状に配置され、複数の前記ケーブルのうち外径が大きいケーブルが光軸方向の基端側となる接続電極に接続されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記第２の面および前記第３の面には、前記接続電極の光軸方向の前後方向に溝部が形成されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記異形回路基板の第２の面および第３の面は対向する面であって、前記第２の面および前記第３の面の各々は、前記撮像素子の光軸方向の基端側で近接するような勾配を有することを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記第２の面および前記第３の面には段差部が設けられ、前記段差部に前記接続電極がそれぞれ配置されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記電子部品は、前記異形回路基板の第１の面に形成された凹部内に収容され、前記第２の面および前記第３の面の接続電極の一部は、光軸方向において前記凹部と重複する位置に形成されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記電子部品は、前記回路基板の裏面に形成された凹部内に実装され、前記回路基板の裏面の凹部を除く面に前記接続電極が形成されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記発明において、前記電子部品が実装される実装ランドの光軸方向の投影領域内に、前記半導体パッケージの接続電極の少なくとも一部および前記回路基板の表面の接続電極と裏面の実装ランドとを接続するビアが配置されることを特徴とする。
　また、本発明の撮像モジュールは、撮像素子を有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージと、表面および裏面に接続電極がそれぞれ形成され、表面側の接続電極が前記半導体パッケージの接続電極と電気的および機械的に接続される回路基板と、少なくとも第１の面、第２の面、および第３の面に接続電極がそれぞれ形成され、前記第１の面の接続電極が前記回路基板の接続電極と電気的および機械的に接続されるとともに、前記第２の面および前記第３の面の接続電極には複数のケーブルが電気的および機械的に接続される異形回路基板と、前記回路基板の裏面に実装される電子部品と、を備え、前記電子部品は、前記回路基板の裏面または前記異形回路基板の第１の面に形成された凹部内に収容され、前記回路基板、および前記異形回路基板は、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする。
　また、本発明の内視鏡システムは、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。
　本発明によれば、撮像素子に近接する回路基板を介して、撮像素子の直近に電子部品を配置することにより、撮像素子の高速駆動が可能となり、細径化を図りながら高画質の画像を得ることが可能となる。
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に示す内視鏡先端部に配置される撮像ユニットの斜視図である。 図３は、図２に示す撮像ユニットの分解図である。 図４は、図２の撮像ユニットで使用する異形回路基板の底面側の斜視図である。 図５は、異形回路基板の変形例１の斜視図である。 図６は、異形回路基板の変形例２の斜視図である。 図７は、図３の撮像ユニットの一部断面図である。 図８は、電子部品と接続電極の配置を説明する断面図である。 図９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１０は、図９に示す撮像ユニットの分解図である。 図１１は、図９に示す撮像ユニットを基端側から見た図である。 図１２は、本発明の実施の形態２の変形例にかかる撮像ユニットの側面図である。 図１３は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニットの斜視図である。 図１４は、図１３に示す撮像ユニットの分解図である。 図１５は、本発明の実施の形態４にかかる撮像ユニットの斜視図である。 図１６は、図１５に示す撮像ユニットの分解図である。 図１７は、図１５に示す撮像ユニットを基端側から見た図である。 図１８は、本発明の実施の形態４の変形例にかかる撮像ユニットの斜視図である。 図１９は、図１８に示す撮像ユニットの下方から見た斜視図である。 図２０は、図１８に示す撮像ユニットの分解図である。 図２１は、図１８に示す撮像ユニットを基端側から見た図である。
　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１に示すように、本実施の形態１にかかる内視鏡システム１は、被検体内に導入され、被検体の体内を撮像して被検体内の画像信号を生成する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した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の各部を制御する情報処理装置３と、内視鏡２の照明光を生成する光源装置４と、情報処理装置３による画像処理後の画像信号を画像表示する表示装置５と、を備える。
　内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部６と、挿入部６の基端部側であって術者が把持する操作部７と、操作部７より延伸する可撓性のユニバーサルコード８と、を備える。
　挿入部６は、照明ファイバ（ライトガイドケーブル）、電気ケーブルおよび光ファイバ等を用いて実現される。挿入部６は、後述する撮像ユニットを内蔵した先端部６ａと、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部６ｂと、湾曲部６ｂの基端部側に設けられた可撓性を有する可撓管部６ｃと、を有する。先端部６ａには、照明レンズを介して被検体内を照明する照明部、被検体内を撮像する観察部、処理具用チャンネルを連通する開口部および送気・送水用ノズル（図示せず）が設けられている。
　操作部７は、湾曲部６ｂを上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ７ａと、被検体の体腔内に生体鉗子、レーザメス等の処置具が挿入される処置具挿入部７ｂと、情報処理装置３、光源装置４、送気装置、送水装置および送ガス装置等の周辺機器の操作を行う複数のスイッチ部７ｃと、を有する。処置具挿入部７ｂから挿入された処置具は、内部に設けられた処置具用チャンネルを経て挿入部６先端の開口部から表出する。
　ユニバーサルコード８は、照明ファイバ、ケーブル等を用いて構成される。ユニバーサルコード８は、基端で分岐しており、分岐した一方の端部がコネクタ８ａであり、他方の基端がコネクタ８ｂである。コネクタ８ａは、情報処理装置３のコネクタに対して着脱自在である。コネクタ８ｂは、光源装置４に対して着脱自在である。ユニバーサルコード８は、光源装置４から出射された照明光を、コネクタ８ｂ、および照明ファイバを介して先端部６ａに伝播する。また、ユニバーサルコード８は、後述する撮像ユニットが撮像した画像信号を、ケーブルおよびコネクタ８ａを介して情報処理装置３に伝送する。
　情報処理装置３は、コネクタ８ａ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。
　光源装置４は、光を発する光源や、集光レンズ等を用いて構成される。光源装置４は、情報処理装置３の制御のもと、光源から光を発し、コネクタ８ｂおよびユニバーサルコード８の照明ファイバを介して接続された内視鏡２へ、被写体である被検体内に対する照明光として供給する。
　表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を用いた表示ディスプレイ等を用いて構成される。表示装置５は、映像ケーブル５ａを介して情報処理装置３によって所定の画像処理が施された画像を含む各種情報を表示する。これにより、術者は、表示装置５が表示する画像（体内画像）を見ながら内視鏡２を操作することにより、被検体内の所望の位置の観察および性状を判定することができる。
　次に、内視鏡システム１で使用する撮像ユニットについて詳細に説明する。図２は、図１に示す内視鏡先端部に配置される撮像ユニットの斜視図である。図３は、図２に示す撮像ユニットの分解図である。図４は、図２の撮像ユニットで使用する異形回路基板の底面側の斜視図である。
　撮像ユニット１０は、撮像素子を有し、裏面であるｆ２面に接続電極２１が形成された半導体パッケージ２０と、表面であるｆ３面および裏面であるｆ４面に接続電極がそれぞれ形成され（ｆ３面の接続電極は図示しない。３３はｆ４面の接続電極）、ｆ３面の接続電極が半導体パッケージ２０の接続電極２１と電気的および機械的に接続される第１の回路基板３０と、第１の面であるｆ５面、第２の面であるｆ６面、および第３の面であるｆ７面に、接続電極４１および４２がそれぞれ形成され、第１の面であるｆ５面の接続電極４１が回路基板３０の接続電極３３と電気的および機械的に接続される異形回路基板４０と、回路基板３０の裏面であるｆ４面に実装される電子部品５１、５２と、異形回路基板４０の第２の面であるｆ６面および第３の面であるｆ７面の接続電極４２に電気的および機械的に接続される複数のケーブル６０と、を備える。
　実施の形態１において、電子部品５１および５２は、異形回路基板４０のｆ５面に形成された凹部４３内に収容され、回路基板３０、異形回路基板４０、ならびにｆ６面およびｆ７面の接続電極４２にそれぞれ接続された複数のケーブル６０は、半導体パッケージ２０の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。
　半導体パッケージ２０は、ガラス２０ａが撮像素子２０ｂに貼り付けられた構造となっている。レンズユニットが集光した光はガラス２０ａの表面であるｆ１面を介して、受光部を備える撮像素子２０ｂのｆ０面（受光面）に入射する。撮像素子２０ｂのｆ２面（裏面）には接続電極２１、および、はんだ等からなるバンプ２２が形成されている。半導体パッケージ２０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の大きさとなるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　ｓｉｚｅ　ｐａｃｋａｇｅ）であることが好ましい。
　回路基板３０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。回路基板３０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３２が形成されている（図７参照）。また、回路基板３０のｆ４面には、電子部品５１および５２を実装する実装ランド３５が設けられ、ｆ４面の接続電極３３および実装ランド３５と、ｆ３面の接続電極とは、ビア３２で接続される。電子部品５１および５２としては、コンデンサ、抵抗、コイル等の受動部品、ドライバＩＣ、波形成形回路ＩＣ、水晶発振器、ＶＣＳＥＬ、ＰＤ等の能動部品が例示される。実施の形態１では、図３に示すように、３つの電子部品５１と１つの電子部品５２が実装されているが、実装される電子部品５１、５２の種類および個数はこれに限定されるものではない。
　回路基板３０のｆ３面には図示しない接続電極が形成され、半導体パッケージ２０の接続電極２１とバンプ２２を介して電気的、および機械的に接続されている。ｆ３面の接続電極とｆ２面の接続電極２１との接続部は、封止樹脂２３により封止されている（図７参照）。
　異形回路基板４０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異形をなしている（ｆ５面およびｆ８面に平行な基板が複数積層）。異形回路基板４０のｆ５面には、図４に示すように、凹部４３が形成され、凹部４３はｆ９面からｆ１０面まで貫通している。凹部４３は、回路基板３０のｆ４面に実装された電子部品５１および５２を収容する大きさである。本実施の形態１では、半導体パッケージ２０の裏面であるｆ２面と回路基板３０のｆ３面を接続し、回路基板３０の中央付近に電子部品５１および５２を実装することにより、撮像素子と電子部品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。また、異形回路基板４０のｆ５面に凹部４３を設け、電子部品５１および５２を収容するので、硬質部長（撮像ユニット１０の光軸方向の硬質部分の長さ）を短くすることができる。なお、異形回路基板４０の凹部４３は、図４に示すものに限定されるものではなく、図５に示すように、一面（ｆ９面）のみに開口を有する凹部４３Ａや、図６に示すように、ｆ５面以外に開口を有しない凹部４３Ｂのような形状であってもよい。また、実施の形態１では、凹部４３は、ｆ９面とｆ１０面に開口するが、接続電極４２が形成されるｆ６面およびｆ７面に開口する物であってもよい。凹部４３の形状は、電子部品５１および５２の形状や実装位置等により適宜選択すればよい。
　また、撮像ユニット１０において、電子部品５１または５２の実装ランド３５の光軸方向の投影面内に、半導体パッケージ２０の接続電極２１の少なくとも一部および回路基板３０のｆ３面の接続電極３１と実装ランド３５を接続するビア３２が配置されている。図７は、図３の撮像ユニットの一部断面図である。図７に示すように、電子部品５１の実装ランド３５の光軸方向の投影領域３８内には半導体パッケージ２０の接続電極２１が配置されている。また、回路基板３０のｆ３面の接続電極３１と実装ランド３５を接続するビア３２が配置されている。実施の形態１において、直線状のビア３２および接続電極２１を介して、電子部品５１は半導体パッケージ２０内の撮像素子と直線的に接続されるため、撮像素子と電子部品５１との間のインピーダンスを小さくでき、ノイズを低減できる。なお、投影領域３８内に配置されるビア３２は、図８に示すような構造であってもよい。図８では、電子部品５１の実装ランド３５の光軸方向の投影領域３８Ａ内に複数のビア３２Ａが配置されている。実装ランド３５の直下の第１層と次の第２層にはそれぞれ２つのビア３２Ａ－１、３２Ａ－２が配置され、最終層で１つのビア３２Ａ－３に導通された後、接続電極３１に接続されている。またこのとき、電子部品５１の実装ランド３５の光軸方向の投影領域３８Ａ内に半導体パッケージ２０の接続電極２１が配置されている。図８の構造では、複数のビア３２Ａが配置されるため、ビアが1本の場合と比較してインピーダンスを小さくでき、ノイズを低減できる。
　異形回路基板４０のｆ５面の凹部４３以外の残りの部分には接続電極４１が形成され、回路基板３０の接続電極３３と、はんだによる接合や、超音波を用いたＡｕ－Ａｕ接合等で、接続されている。なお、回路基板３０と異形回路基板４０の接続部、および電子部品５１および５２が収容された凹部４３内は、図示しない封止樹脂により封止される。
　異形回路基板４０の第２の面であるｆ６面および第３の面であるｆ７面には、ケーブル６０を接続する接続電極４２が設けられている。ケーブル６０は、一端部の絶縁性の外皮６２が剥離され、露出した導体６１が図示しないはんだにより接続電極４２に電気的および機械的に接続される。第２の面であるｆ６面と第３の面であるｆ７面は対向する面であり、対向する面に接続電極４２を設けることにより、ケーブル６０の接続が容易となる。実施の形態１では、ｆ６面とｆ７面に接続電極４２を形成するが、ｆ９面とｆ１０面に接続電極４２を形成してもよい。
　実施の形態１では、電子部品５１、５２およびケーブル６０を実装する基板を、回路基板３０および異形回路基板４０に分割し、撮像素子に近接する回路基板３０の中央付近に電子部品５１、５２を実装するので、撮像素子と電子部品５１、５２とのインピーダンスを低下することができる。また、撮像素子の各端子において、撮像素子中央付近の端子であっても、撮像素子外周の端子であっても、状況に応じて電子部品５１、５２の端子を近接できる自由度を有する。また、電子部品５１、５２は、回路基板の裏面に実装し、異形回路基板４０の表面（ｆ５面）に形成した凹部４３に収容することで、電子部品５１、５２の配置構成をより簡易かつ安価に変更することができる。
　また、回路基板３０、異形回路基板４０、およびケーブル６０は、半導体パッケージ２０の光軸方向の投影面内に収まる大きさとしているので、撮像ユニット１０の細径化が可能であるとともに、回路基板３０、異形回路基板４０は、ファインピッチな配線形成が可能な、積層する基板面と平行な面、ｆ３面、ｆ４面、ｆ５面で、半導体パッケージ２０との接続や、回路基板３０と異形回路基板４０との接続を行うため、小型化、かつ信頼性の高い撮像ユニット１０を得ることができる。
（実施の形態２）
　実施の形態２にかかる撮像ユニットにおいて、異形回路基板の第２の面および第３の面は半導体パッケージの光軸方向の基端側で近接するような階段状をなしている。図９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１０は、図９に示す撮像ユニットの分解図である。図１１は、図９に示す撮像ユニットを基端側から見た図である。
　実施の形態２にかかる撮像ユニット１００では、図９～１１に示すように、異形回路基板１４０の第２の面であるｆ６面および第３の面であるｆ７面が、半導体パッケージ２０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面の階段部Ｓ２およびＳ３には、接続電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、および４２ｆが形成され、接続電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、および４２ｆは、千鳥格子状（ジグザグ状）に配置されている。また、ｆ７面の階段部Ｓ２およびＳ３には、接続電極４２ｇ、４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋ、および４２ｍが形成され、接続電極４２ｇ、４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋ、および４２ｍは、千鳥格子状（ジグザグ状）に配置されている。接続電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、および４２ｆには、ケーブル６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、および６０ｆがそれぞれ接続され、接続電極４２ｇ、４２ｈ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｋ、および４２ｍには、ケーブル６０ｇ、６０ｈ、６０ｉ、６０ｊ、６０ｋ、および６０ｍがそれぞれ接続されている。
　接続電極４２ｅおよび４２ｋは、異形回路基板１４０を刳り貫いた溝状をなす。溝状の接続電極４２ｅおよび４２ｋには、ケーブル６０ｅおよび６０ｋの導体が収容される。接続電極４２ｅおよび４２ｋを溝状とし、ケーブル６０ｅおよび６０ｋの導体を収容させて接続することにより、ケーブル６０ｅおよび６０ｋが大径である場合でも、ケーブルを半導体パッケージ２０の光軸方向の投影面内に収めることができ、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。また、接続電極４２ｅおよび４２ｋを溝状とすることにより、異形回路基板１４０を構成する積層された基板内層で、ケーブル接続用のはんだがアンカーされるため、ケーブルの接続強度が向上し、大径のケーブルでもケーブル外れが発生しにくい。
　ケーブル６０ａ～６０ｍは外径が異なるケーブルであるが、ケーブル６０ａ～６０ｍの中で外径が最も大きい６０ｅおよび６０ｋは、光軸方向の基端側である階段部Ｓ３に設けられた接続電極４２ｅおよび４２ｋに接続される。第２の面であるｆ６面および第３の面であるｆ７面は、半導体パッケージ２０の光軸方向の基端側で近接、すなわち階段部Ｓ１より基端側の階段部Ｓ２の幅Ｒ２は階段部Ｓ１の幅Ｒ１より狭く、階段部Ｓ２より基端側の階段部Ｓ３の幅Ｒ３は、階段部Ｓ２の幅Ｒ２より狭い。したがって、外径が最も大きい６０ｅおよび６０ｋを、最も幅が狭い階段部Ｓ３の接続電極に接続することにより、ケーブルを半導体パッケージ２０の光軸方向の投影面内に収めることができ、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。また、階段部Ｓ１およびＳ２の側面は、階段部Ｓ２およびＳ３に接続されるケーブル６０ａ～６０ｍの位置決め部としても機能する。
　また、階段部Ｓ２とＳ３との間、換言すれば、接続電極４２ａ、４２ｃ、および４２ｅと、接続電極４２ｂ、４２ｄ、および４２ｆとの間、および接続電極４２ｇ、４２ｉ、および４２ｋと、接続電極４２ｈ、４２ｊ、および４２ｍとの間に溝部４４が設けられている。さらに、接続電極４２ａ、４２ｃ、および４２ｅの光軸方向の基端側、ならびに接続電極４２ｇ、４２ｉ、および４２ｋの光軸方向の基端側に溝部４５が設けられている。溝部４４および４５を設けることにより、ケーブルを接続電極に接続する際のはんだ流れを防止でき、ショート等のリスクを低減できる。また、溝部４４にアルミナコートすることにより、はんだ流れをより防止することができる。
　また、異形回路基板１４０のｆ８面には、実装ランド４７が設けられ、電子部品５３および５４が実装されている。電子部品は回路基板３０に実装されることが好ましいが、実装する電子部品数が多い場合はｆ８面に実装することができる。例えば、撮像素子と近接させてインピーダンスを抑えたいデカップリングコンデンサ等は回路基板３０に実装し、撮像素子と近接させてインピーダンスを抑える必要のないカップリングコンデンサ等はｆ８面に実装することができる。
　実施の形態２では、異形回路基板１４０の第２の面および第３の面を、半導体パッケージ２０の光軸方向の基端側で近接するような階段状としているため、太径のケーブル６０ｅおよび６０ｋ等を使用する場合でも、基端側の階段部Ｓ３にケーブル６０ｅおよび６０ｋを接続すれば、ケーブル６０ｅおよび６０ｋを半導体パッケージ２０の光軸方向の投影面内に収めることができ、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。
　なお、実施の形態２では、階段部Ｓ２に配置される接続電極４２ｂ、４２ｄ、および４２ｆ、ならびに接続電極４２ｈ、４２ｊ、および４２ｍは、凹部４３の底面より基端側に形成されるが、接続電極４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ、４２ｈ、４２ｊ、および４２ｍは、光軸方向において凹部４３と重複する位置に形成されていてもよい。図１２は、本発明の実施の形態２の変形例にかかる撮像ユニットの側面図である。図１２においては、ケーブル６０ａおよび６０ｇのみ示している。
　図１２（ｂ）に示すように、変形例にかかる撮像ユニット１００Ａにおいて、階段部Ｓ１の光軸方向の長さｈ１を短くすることにより、階段部Ｓ２に配置される接続電極４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ、４２ｈ、４２ｊ、および４２ｍの一部は、光軸方向において凹部４３と重複する位置に形成されている。これにより、変形例における接続電極４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ、４２ｈ、４２ｊ、および４２ｍの配置位置は、図１２（ａ）に示す実施の形態２よりもｈ２だけｆ５面方向に移動でき、撮像ユニット１００Ａの硬質部長もｈ２分短くすることができる。
（実施の形態３）
　実施の形態３にかかる撮像ユニットにおいて、電子部品は回路基板に形成された凹部内に実装される。図１３は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニットの斜視図である。図１４は、図１３に示す撮像ユニットの分解図である。
　実施の形態３にかかる撮像ユニット１１０では、図１３および図１４に示すように、回路基板１３０の裏面であるｆ４面に凹部３６が設けられている。電子部品５１は、凹部３６内の実装ランド３５に実装される。
　半導体パッケージ１２０は、裏面であるｆ２面に接続電極２１、および、はんだ等からなるバンプ２２が配置され、回路基板１３０の表面であるｆ３面に形成された、図示しない接続電極と接続される。回路基板１３０の凹部３６を除くｆ４面には接続電極３３が設けられ、異形回路基板１４１のｆ５面に形成された図示しない接続電極と接続される。
　異形回路基板１４１は、ｆ９面とｆ１０面に階段部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４が設けられる。実施の形態３において、ｆ９面が第２の面、ｆ１０面が第３の面となる。ｆ９面とｆ１０面は半導体パッケージ１２０の光軸方向の基端側で互いに近づくように階段部Ｓ１～Ｓ４が設けられる。
　ｆ９面の階段部Ｓ２には接続電極１４２ａおよび１４２ｂ、階段部Ｓ３には接続電極１４２ｃおよび１４２ｄ、階段部Ｓ４には接続電極１４２ｅおよび１４２ｆが配置されている。ｆ１０面の階段部Ｓ２には図示しない接続電極１４２ｇおよび１４２ｈ、階段部Ｓ３には図示しない接続電極１４２ｉおよび１４２ｊ、階段部Ｓ４には図示しない接続電極１４２ｋおよび１４２ｍが配置されている。
　また、接続電極１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄ、１４２ｅおよび１４２ｆには、ケーブル６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅおよび６４ｆがそれぞれ接続され、接続電極１４２ｇ、１４２ｈ、１４２ｉ、１４２ｊ、１４２ｋおよび１４２ｍには、ケーブル６３ｇ、６３ｈ、６３ｉ、６３ｊ、６３ｋおよび６３ｍがそれぞれ接続される。
　階段部Ｓ２とＳ３との間、および階段部Ｓ３とＳ４との間、換言すれば、接続電極１４２ａおよび１４２ｂと接続電極１４２ｃおよび１４２ｄとの間、接続電極１４２ｃおよび１４２ｄと接続電極１４２ｅおよび１４２ｆとの間、接続電極１４２ｇおよび１４２ｈと接続電極１４２ｉおよび１４２ｊとの間、接続電極１４２ｉおよび１４２ｊと接続電極１４２ｋおよび１４２ｍとの間に、溝部４４が設けられている。さらに、接続電極１４２ｅおよび１４２ｆの光軸方向の基端側、ならびに接続電極１４２ｋおよび１４２ｍの光軸方向の基端側に溝部４５が設けられている。溝部４４および４５を設けることにより、ケーブルを接続電極に接続する際のはんだ流れを防止でき、ショート等のリスクを低減できる。
　実施の形態３では、回路基板１３０の裏面（ｆ４面）に凹部３６を形成し、凹部３６内に電子部品５１等を実装する。実施の形態３では、撮像素子に近接する回路基板１３０の中央付近に電子部品５１等を実装するので、撮像素子と電子部品５１等とのインピーダンスを低下することができる。また、電子部品５１等は、回路基板１３０の凹部３６に実装されるため、電子部品５１等の配置構成をより簡易かつ安価に変更することができる。またさらに、異形回路基板１４１に凹部を形成する場合には基板が高価になるが、実施の形態３では異形回路基板１４１に凹部を形成する必要がないため、安価な撮像ユニットを提供できる。またさらに、回路基板１３０に凹部３６を形成した場合には半導体パッケージ２０にかかる応力を低減させることができるため、信頼性の高い撮像ユニットを提供できる。
（実施の形態４）
　実施の形態４にかかる撮像ユニットにおいて、異形回路基板の第２の面および第３の面の各々は、半導体パッケージの光軸方向の基端側で近接するような勾配を有する。図１５は、本発明の実施の形態４にかかる撮像ユニットの斜視図である。図１６は、図１５に示す撮像ユニットの分解図である。図１７は、図１５に示す撮像ユニットを基端側から見た図である。
　実施の形態４にかかる撮像ユニット２００では、図１５～１７に示すように、異形回路基板２４０の第２の面であるｆ９面および第３の面であるｆ１０面が、半導体パッケージ２０の光軸方向の基端側で近接するような勾配を有している。実施の形態４において、異形回路基板２４０は、射出成形により立体配線が形成されたＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　Ｄｅｖｉｃｅ）基板である。本実施の形態４では、異形回路基板２４０としてＭＩＤ基板を使用するため、簡易かつ安価に製造可能となる。ＭＩＤ基板の基材としては、液晶ポリマー、ポリアミド、ポリカーボーネート等が例示される。
　回路基板２３０の裏面であるｆ４面には、接続電極３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｉ、３３ｊ、３３ｋおよび３３ｍが設けられるとともに、電子部品５５および５６を実装する実装ランドが設けられている。
　異形回路基板２４０のｆ５面には、凹部２４３と、図示しない接続電極２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、２４１ｊ、２４１ｋおよび２４１ｍが形成され、回路基板２３０の接続電極３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｉ、３３ｊ、３３ｋおよび３３ｍとそれぞれ接続される。
　異形回路基板２４０のｆ９面とｆ１０面は、半導体パッケージ２０の光軸方向の基端側で近接するような勾配、好ましくは、ｆ９面およびｆ１０面を延長した際、二等辺三角形を形成するような勾配を有している。また、ｆ９面およびｆ１０面には、段差部Ｓ１、Ｓ２が設けられ、ｆ９面およびｆ１０面全体に接続電極２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ、２４２ｅ、２４２ｆ、２４２ｇ、２４２ｈ、２４２ｉ、２４２ｊ、２４２ｋおよび２４２ｍが配置されている。また、ｆ８面には、接続電極２４２ｃ、２４２ｄ、および２４２ｊと接続されるグランドパターン４６が形成されている。
　接続電極２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｅ、２４２ｆ、２４２ｇ、２４２ｈ、２４２ｉ、２４２ｊ、２４２ｋおよび２４２ｍは、ｆ５面の接続電極２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、２４１ｊ、２４１ｋおよび２４１ｍからｆ９面またはｆ１０面にそれぞれ延長されたものであり、接続電極２４２ｃおよび２４２ｄは、接続電極２４１ｃがｆ９面の段差部Ｓ２で分岐されたものである。
　ケーブル６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇ、６４ｈ、６４ｉ、６４ｊ、６４ｋおよび６４ｍは、段差部Ｓ２において接続電極２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ、２４２ｅ、２４２ｆ、２４２ｇ、２４２ｈ、２４２ｉ、２４２ｊ、２４２ｋおよび２４２ｍにそれぞれ接続される。
　ケーブル６４ａ～６４ｍは、複数のケーブルが束ねられて外皮シールドおよび外皮で覆われた複合ケーブルを構成するケーブルであり、接続電極に接続する際、複合ケーブルの一端部の外皮シールドおよび外皮を剥離した後、個々のケーブル６４ａ～６４ｍにばらして接続される。本実施の形態４では、ｆ９面およびｆ１０面が光軸方向の基端側で近接するような勾配を有しているので、水平である場合より、ケーブル６４ａ～６４ｍの接続電極２４２ａ～２４２ｍへの接続を容易に行うことができる（ケーブル６４ａ～６４ｍの接続用治具へのセットが容易）。また、ケーブル６４ａ～６４ｍは、ｆ９面およびｆ１０面に沿うように配設されるため、外皮シールドから露出するケーブル６４ａ～６４ｍが短くなり、外部からの影響を低減することができる。
　また、図示しないｆ５面の接続電極２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｅ、２４１ｆ、２４１ｇ、２４１ｈ、２４１ｉ、２４１ｊ、２４１ｋおよび２４１ｍは、ｆ５面の端部まで形成され、ｆ９面またはｆ１０面の接続電極２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ、２４２ｅ、２４２ｆ、２４２ｇ、２４２ｈ、２４２ｉ、２４２ｊ、２４２ｋおよび２４２ｍとなるため、接続電極３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｉ、３３ｊ、３３ｋおよび３３ｍとそれぞれ接続される際、はんだフィレットが形成され、回路基板２３０と異形回路基板２４０との間の接続強度を向上することができる。
　なお、異形回路基板の第２の面または第３の面には、ケーブルだけでなく、電子部品を実装することも可能である。図１８は、本発明の実施の形態４の変形例にかかる撮像ユニットの斜視図である。図１９は、図１８に示す撮像ユニットの下方から見た斜視図である。図２０は、図１８に示す撮像ユニットの分解図である。図２１は、図１８に示す撮像ユニットを基端側から見た図である。
　実施の形態４の変形例にかかる撮像ユニット２００Ａでは、第３の面であるｆ１０面に電子部品１６０を実装している。
　回路基板２３０Ａの裏面であるｆ４面には、接続電極２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄ、２３３ｇ、２３３ｈ、２３３ｉ、２３３ｊ、２３３ｋが設けられるとともに、電子部品５７および５８を実装する実装ランドが設けられている。
　異形回路基板２４０Ａのｆ５面には、凹部２４３と、図示しない接続電極２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃ、２４５ｄ、２４５ｇ、２４５ｈ、２４５ｉ、２４５ｊ、２４１ｋが形成され、回路基板２３０Ａの接続電極２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄ、２３３ｇ、２３３ｈ、２３３ｉ、２３３ｊ、２３３ｋとそれぞれ接続される。
　異形回路基板２４０Ａのｆ９面とｆ１０面は、半導体パッケージ１２０の光軸方向の基端側で近接するような勾配を有するとともに、段差部Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が設けられる。また、ｆ９面およびｆ１０面全体に接続電極２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃ、２４４ｄ、２４４ｇ、２４４ｈ、２４４ｉ、２４４ｊ、２４４ｋが配置されている。また、ｆ９面の段差部Ｓ３に接続電極２４４ｅが形成されている。
　接続電極２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃ、２４４ｄ、２４４ｇ、２４４ｈ、２４４ｉ、２４４ｊ、２４４ｋは、ｆ５面の接続電極２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃ、２４５ｄ、２４５ｇ、２４５ｈ、２４５ｉ、２４５ｊ、２４５ｋからｆ９面またはｆ１０面にそれぞれ延長されたものである。
　ケーブル６５ａ、６５ｂ、６５ｄ、６５ｅ、６５ｇ、６５ｈ、６５ｉ、６５ｊ、および６５ｋは、段差部Ｓ２またはＳ３において接続電極２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｄ、２４４ｅ、２４ｄｇ、２４４ｈ、２４４ｉ、２４４ｊ、２４４ｋにそれぞれ接続される。ケーブル６５ｃ－１、６５ｃ－２は、接続電極２４４ｃの段差部Ｓ２、Ｓ３にそれぞれ接続される。
　変形例では、実施の形態４と同様の効果を得ることができるとともに、電子部品の実装位置も適宜選択可能である。
　本発明の撮像ユニット、および撮像モジュールは、高画質な画像、および先端部の細径化が要求される内視鏡システムに有用である。
　１　内視鏡システム
　２　内視鏡
　３　情報処理装置
　４　光源装置
　５　表示装置
　６　挿入部
　６ａ　先端部
　６ｂ　湾曲部
　６ｃ　可撓管部
　７　操作部
　７ａ　湾曲ノブ
　７ｂ　処置具挿入部
　７ｃ　スイッチ部
　８　ユニバーサルコード
　８ａ、８ｂ　コネクタ
　１０、１００、１００Ａ、１１０、２００、２００Ａ　撮像ユニット
　２０、１２０　半導体パッケージ
　２１、３１、３３、４１、４２　接続電極
　２２　バンプ
　２３　封止樹脂
　３０、１３０、２３０、２３０Ａ　回路基板
　３２、３２Ａ－１、３２Ａ－２、３２Ａ－３　ビア
　３５　実装ランド
　３６　凹部
　３８、３８Ａ　投影領域
　４０、１４０、１４１、２４０、２４０Ａ　異形回路基板
　４３、４３Ａ、４３Ｂ、２４３　凹部
　４４、４５　溝部
　４６　グランドパターン
　５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８，１６０　電子部品
　６０　ケーブル
　６１　導体
　６２　外皮

Claims (12)

  1. 　撮像素子を有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージと、
    　表面および裏面に接続電極がそれぞれ形成され、表面側の接続電極が前記半導体パッケージの接続電極と電気的および機械的に接続される回路基板と、
    　少なくとも第１の面、第２の面、および第３の面に接続電極がそれぞれ形成され、前記第１の面の接続電極が前記回路基板の接続電極と電気的および機械的に接続される異形回路基板と、
    　前記回路基板の裏面に実装される電子部品と、
    　前記異形回路基板の第２の面および第３の面の接続電極に電気的および機械的に接続される複数のケーブルと、
    　を備え、
    　前記電子部品は、前記回路基板の裏面または前記異形回路基板の第１の面に形成された凹部内に収容され、
    　前記回路基板、前記異形回路基板、ならびに前記第２の面および前記第３の面の接続電極にそれぞれ接続された複数の前記ケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする撮像ユニット。
  2. 　前記第２の面および前記第３の面に形成される接続電極の少なくとも１つは、前記ケーブルの導体を収容する溝状をなすことを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  3. 　前記異形回路基板の第２の面および第３の面は対向する面であって、前記第２の面および前記第３の面の各々は、前記撮像素子の光軸方向の基端側で互いに近づく階段状をなし、前記階段部に前記接続電極がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。
  4. 　前記接続電極は千鳥格子状に配置され、複数の前記ケーブルのうち外径が大きいケーブルが光軸方向の基端側となる接続電極に接続されることを特徴とする請求項３に記載の撮像ユニット。
  5. 　前記第２の面および前記第３の面には、前記接続電極の光軸方向の前後方向に溝部が形成されることを特徴とする請求項３または４に記載の撮像ユニット。
  6. 　前記異形回路基板の第２の面および第３の面は対向する面であって、前記第２の面および前記第３の面の各々が、前記撮像素子の光軸方向の基端側で近接するような勾配を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像ユニット。
  7. 　前記第２の面および前記第３の面には段差部が設けられ、前記段差部に前記接続電極がそれぞれ配置されることを特徴とする請求項６に記載の撮像ユニット。
  8. 　前記電子部品は、前記異形回路基板の第１の面に形成された凹部内に収容され、前記第２の面および前記第３の面の接続電極の一部は、光軸方向において前記凹部と重複する位置に形成されることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
  9. 　前記電子部品は、前記回路基板の裏面に形成された凹部内に実装され、前記回路基板の裏面の凹部を除く面に前記接続電極が形成されることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
  10. 　前記電子部品を実装する実装ランドの光軸方向の投影領域内に、前記半導体パッケージの接続電極の少なくとも一部および前記回路基板の表面の接続電極と裏面の実装ランドとを接続するビアが配置されることを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の撮像ユニット。
  11. 　撮像素子を有し、裏面に接続電極が形成された半導体パッケージと、
    　表面および裏面に接続電極がそれぞれ形成され、表面側の接続電極が前記半導体パッケージの接続電極と電気的および機械的に接続される回路基板と、
    　少なくとも第１の面、第２の面、および第３の面に接続電極がそれぞれ形成され、前記第１の面の接続電極が前記回路基板の接続電極と電気的および機械的に接続されるとともに、前記第２の面および前記第３の面の接続電極には複数のケーブルが電気的および機械的に接続される異形回路基板と、
    　前記回路基板の裏面に実装される電子部品と、
    　を備え、
    　前記電子部品は、前記回路基板の裏面または前記異形回路基板の第１の面に形成された凹部内に収容され、
    　前記回路基板および前記異形回路基板は、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に収まることを特徴とする撮像モジュール。
  12. 　請求項１～１０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内視鏡システム。
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