WO2017195605A1 - 電子回路ユニット、撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡 - Google Patents

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electrode
electronic
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electronic circuit
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寛幸 本原
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic circuit unit, an imaging unit, an imaging module, and an endoscope.
  • endoscopes that are inserted into a subject to observe a region to be examined are known and widely used in the medical field and the like.
  • This endoscope is configured by incorporating an imaging module including an electronic circuit unit in which an electronic component such as an imaging element is mounted at the distal end of a flexible elongated insertion tool.
  • the distal end portion of the insertion tool is desired to be reduced in diameter and shortened in order to reduce the burden on the subject.
  • the alignment mark is formed of the same metal simultaneously with the electrode pad and the like from the viewpoint of simplifying the process. Since the number of electronic components to be mounted is large on the circuit board and the mounting interval is small, the alignment mark is arranged at a position overlapping the electronic components. However, if the distance between the substrates is narrowed for miniaturization, the electronic components and the alignment mark may come into contact with each other due to variations in the diameter of the solder balls or the pressure applied during connection. There was a limit to narrowing the interval between them.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides an electronic circuit unit, an imaging unit, an imaging module, and an endoscope capable of preventing a failure due to a short circuit between components while achieving downsizing. With the goal.
  • an electronic circuit unit has a plurality of first electrode pads on the front surface, a plurality of mounting lands and a plurality of second electrode pads on the back surface.
  • the first circuit board having a plurality of vias and wirings, two dummy pads on the surface, and the second electrode pads of the first circuit board are electrically and mechanically connected to each other through bonding members.
  • the mounting lands of the electronic components that overlap each other include the dummy pad connected to the third electrode pad by the via and wiring of the second circuit board, the bonding member, the second electrode pad, and the first electrode.
  • the circuit board is connected by vias and wiring.
  • a recess is formed on the back surface of the first circuit board, and the electronic component is formed on the mounting land formed in the recess of the first circuit board. It is implemented.
  • the electronic circuit unit according to the present invention is the electronic circuit unit according to the above invention, wherein a recess is formed on the surface of the second circuit board, and the electronic component mounted on the first circuit board is the second circuit board. It is accommodated in the recessed part of this.
  • the via and the wiring to which the dummy pad is connected are a power supply line or a ground line
  • the electronic component on which the dummy pad is overlapped by the projection is a capacitor. It is characterized by being.
  • the two dummy pads are rotationally symmetric with respect to the center of the surface of the second circuit board and function as alignment marks.
  • an imaging unit comprising: the electronic circuit unit according to any one of the above; and a semiconductor package having an imaging element on a front surface and a sensor electrode formed on a back surface.
  • the first electrode pad and the sensor electrode of the semiconductor package are electrically and mechanically connected to each other via a bonding member, and the electronic circuit unit is within a projection plane in the optical axis direction of the semiconductor package. It is characterized by being located.
  • an imaging module of the present invention includes the electronic circuit unit according to any one of the above, a semiconductor package having an imaging element on a front surface and a sensor electrode formed on a back surface, and a plurality of cables. Cable connection electrodes are formed on two opposing side surfaces of the second circuit board of the electronic circuit unit, and the plurality of cables are electrically and mechanically connected to the cable connection electrodes, respectively.
  • the first electrode pad and the sensor electrode of the semiconductor package are electrically and mechanically connected to each other via a bonding member, and the electronic circuit unit and the plurality of cables are connected to the light of the semiconductor package. It is located in the axial projection plane.
  • the endoscope of the present invention is characterized in that the above-described imaging unit includes an insertion portion provided at the tip.
  • a mounting land of an electronic component on which a dummy pad used as an alignment mark by projection is overlapped is connected to the third electrode pad by wiring or the like, the bonding member, and the second electrode pad.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an endoscope system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an imaging unit arranged at the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
  • FIG. 3 is an exploded view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the back surface side of the first circuit board.
  • FIG. 5 is a plan view of the surface side of the second circuit board.
  • 6 is a side view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the imaging unit of FIG.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of the imaging unit from the side surface facing
  • FIG. 9 is a partially enlarged view of a conventional imaging unit.
  • FIG. 10 is a side view of an imaging unit according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partially enlarged view of the imaging unit of FIG.
  • an endoscope system including an imaging unit will be described as a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”). Moreover, this invention is not limited by this embodiment. Furthermore, the same code
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an endoscope system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • an endoscope system 1 according to the present embodiment includes an endoscope 2 that is inserted into a subject and images the inside of the subject to generate an image signal in the subject.
  • An information processing device 3 that performs predetermined image processing on an image signal captured by the endoscope 2 and controls each part of the endoscope system 1, a light source device 4 that generates illumination light of the endoscope 2, and information processing And a display device 5 that displays an image of an image signal after image processing by the device 3.
  • the endoscope 2 includes an insertion unit 6 to be inserted into a subject, an operation unit 7 on the proximal end side of the insertion unit 6 and held by an operator, and a flexible universal extending from the operation unit 7. Code 8 is provided.
  • the insertion portion 6 is realized using an illumination fiber (light guide cable), an electric cable, an optical fiber, and the like.
  • the insertion portion 6 has a distal end portion 6a in which an imaging unit to be described later is incorporated, a bendable bending portion 6b constituted by a plurality of bending pieces, and a flexibility provided on the proximal end side of the bending portion 6b.
  • the distal end portion 6a includes an illumination unit that illuminates the inside of the subject via an illumination lens, an observation unit that images the inside of the subject, an opening that communicates with the treatment instrument channel, and an air / water supply nozzle (not shown). Is provided.
  • the operation unit 7 includes a bending knob 7a that bends the bending portion 6b in the vertical direction and the left-right direction, a treatment instrument insertion portion 7b in which a treatment instrument such as a biological forceps and a laser knife is inserted into the body cavity of the subject, and an information processing device 3.
  • a plurality of switch units 7c for operating peripheral devices such as the light source device 4, the air supply device, the water supply device, and the gas supply device.
  • the treatment instrument inserted from the treatment instrument insertion portion 7b is exposed from the opening at the distal end of the insertion portion 6 through a treatment instrument channel provided therein.
  • the universal cord 8 is configured using illumination fibers, cables, and the like.
  • the universal cord 8 is branched at the base end, one end of the branch is the connector 8a, and the other base end is the connector 8b.
  • the connector 8a is detachable from the connector of the information processing apparatus 3.
  • the connector 8b is detachable from the light source device 4.
  • the universal cord 8 propagates the illumination light emitted from the light source device 4 to the distal end portion 6a via the connector 8b and the illumination fiber. Further, the universal code 8 transmits an image signal picked up by an image pickup unit described later to the information processing apparatus 3 via a cable and a connector 8a.
  • the information processing apparatus 3 performs predetermined image processing on the image signal output from the connector 8a and controls the entire endoscope system 1.
  • the light source device 4 includes a light source that emits light, a condensing lens, and the like.
  • the light source device 4 emits light from the light source under the control of the information processing device 3, and illuminates the inside of the subject, which is the subject, to the endoscope 2 connected via the connector 8b and the illumination fiber of the universal cord 8. Supply as light.
  • the display device 5 is configured using a display using liquid crystal or organic EL (Electro Luminescence).
  • the display device 5 displays various types of information including images that have been subjected to predetermined image processing by the information processing device 3 via the video cable 5a. Thereby, the surgeon can observe and characterize a desired position in the subject by operating the endoscope 2 while viewing the image (in-vivo image) displayed on the display device 5.
  • FIG. 2 is a perspective view of the imaging unit 10 arranged at the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
  • FIG. 3 is an exploded view of the imaging unit 10 shown in FIG.
  • the imaging unit 10 has an imaging element, and has a semiconductor package 20 in which a sensor electrode 23 is formed on the f2 surface that is the back surface, and the first electrode pad 32 and the second electrode on the f3 surface that is the front surface and the f4 surface that is the back surface. Electrode pads 33 are respectively formed, and the first electrode pad 32 on the f3 surface is electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 of the semiconductor package 20, and the surface is the f5 surface.
  • a second circuit board 40 in which third electrode pads 41a to 41j (41) (see FIG.
  • 42 comprises a plurality of cables 60a ⁇ 60f are electrically and mechanically connected, the.
  • the plurality of cables 60 a to 60 f respectively connected to the first circuit board 30, the second circuit board 40, and the cable connection electrodes 42 on the f6 surface and the f7 surface are in the optical axis direction of the semiconductor package 20.
  • the size fits within the projection plane.
  • the semiconductor package 20 has a structure in which a glass 22 is attached to the image sensor 21.
  • the light collected by the lens unit is incident on the light receiving surface of the image pickup device 21 including the light receiving portion via the f1 surface which is the surface of the glass 22.
  • a sensor electrode 23 and a joining member 24 made of a solder ball or the like are formed on the f2 surface (back surface) of the image sensor 21.
  • the joining member 24 may be a metal core solder ball, a resin core solder ball, an Au bump, or the like in addition to the solder ball.
  • the semiconductor package 20 is a CSP (Chip Size) in which the image pickup device chip in the wafer state is subjected to wiring, electrode formation, resin sealing, and dicing, and the size of the image pickup device chip becomes the size of the semiconductor package 20 as it is. Package).
  • CSP Chip Size
  • the first circuit board 30 is formed in a plate shape by laminating a plurality of substrates on which wiring is formed (a plurality of substrates parallel to the f3 surface and the f4 surface are laminated).
  • a substrate to be laminated a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a flexible substrate, a glass substrate, a silicon substrate, or the like is used.
  • a plurality of vias are formed in the first circuit board 30 to conduct the wirings on the stacked boards.
  • a first electrode pad 32 is formed on the f3 surface of the first circuit board 30, and is electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 of the semiconductor package 20 via the bonding member 24.
  • the connecting portion between the first electrode pad 32 on the f3 surface and the sensor electrode 23 on the f2 surface is sealed with a sealing resin (not shown).
  • a recess 31 is provided at the center of the f4 surface of the first circuit board 30, and mounting lands 35a to 35e (35) for mounting electronic components 51a to 51e in the recess 31 are provided. Is formed.
  • the electronic components 51a to 51e to be mounted are exemplified by passive components such as capacitors and resistance coils, and active components such as driver ICs.
  • Second electrode pads 33a to 33j are formed in portions other than the recess 31 on the f4 surface of the first circuit board 30, and third electrode pads 41a to 41j on the f5 surface of the second circuit board 40 to be described later.
  • the joining member 34 is a solder ball, a metal core solder ball, a resin core solder ball, an Au bump, or the like.
  • the second circuit board 40 is made of a ceramic substrate, glass epoxy substrate, glass substrate, silicon substrate, etc., and a plurality of substrates on which wiring is formed are laminated, and the opposing side surface f6 surface and f7 surface form a stepped shape. Yes.
  • the surface f5 of the second circuit board 40 there are third electrode pads 41a to 41j connected to the second electrode pads 33a to 33j and two dummy pads 43a and 43b. Is formed.
  • the dummy pads 43a and 43b are formed in the same process as the second electrode pads 33a to 33j.
  • the connecting portions of the second electrode pads 33a to 33j on the f4 surface and the third electrode pads 41a to 41j on the f5 surface and the inside of the recess 31 are sealed with a sealing resin (not shown).
  • the dummy pads 43a and 43b are arranged in rotational symmetry with respect to the center C of the surface f5. In FIG.
  • the dummy pads 43a and 43b are projected in the optical axis direction (directions orthogonal to the f4 plane and the f5 plane, which are connection surfaces between the first circuit board 30 and the second circuit board 40).
  • the position at that time is indicated by a dotted line.
  • the dummy pad 43a is arranged at a position overlapping the right electrode on the drawing of the electronic component 51a
  • the dummy pad 43b is arranged at a position overlapping the upper electrode on the drawing of the electronic component 51e.
  • the f6 surface and the f7 surface which are the side surfaces of the second circuit board 40, are stepped so as to be close to each other on the proximal end side in the optical axis direction of the semiconductor package 20, that is, the f6 surface and the f7 surface have stepped portions S1, S2, S3 and S4 are formed.
  • Cable connection electrodes 42 are formed on the step portions S2, S3, and S4 on the f6 surface and the f7 surface.
  • the cable connection electrodes 42 of the stepped portions S2, S3, and S4 are arranged so as not to overlap in the optical axis direction.
  • the cables 60a to 60f (60) are cables having different outer diameters.
  • the insulating outer skin 62 at one end is peeled off, and the exposed core wire 61 is electrically and mechanically connected to the cable connection electrode 42 by solder (not shown). It is connected.
  • the cables 60a and 60f are connected to the semiconductor package.
  • the imaging unit 10 can be reduced in diameter.
  • FIG. 6 is a side view of the imaging unit 10 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the imaging unit 10 of FIG.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of the imaging unit 10 from the side facing the FIG.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view of a conventional imaging unit.
  • the dummy pad 43a is projected in the optical axis direction (direction orthogonal to the f4 plane and the f5 plane, which are connection surfaces between the first circuit board 30 and the second circuit board 40).
  • the electronic component 51a is disposed at a position overlapping the right electrode on the drawing.
  • the interval h1 between the first circuit board 30 and the second circuit board 40 has a predetermined interval h2 so that the electronic component 51a and the dummy pad 43a (and the electronic component 51e and the dummy pad 43b) do not contact each other. Designed. However, even when the electronic component 51a and the dummy pad 43a (and the electronic component 51e and the dummy pad 43b) are designed to be separated from each other by the interval h2, the outer diameter accuracy of the bonding member 34, the second electrode pad 33, The electronic component 51a and the dummy pad 43a (and / or /) at a fixed rate due to fluctuations in the pressure applied when connecting the third electrode pad 41, the amount of solder when connecting the electronic component 51 to the mounting land 35, and the like. Alternatively, the electronic component 51e and the dummy pad 43b) are brought into contact with each other to cause a short circuit and cause a failure.
  • the dummy pad 43 is connected with vias and wirings different from the third electrode pad 41, and an electronic component at a position where the dummy pad 43 overlaps is mounted by projection.
  • the mounting land 35 is also connected to the second electrode pad 33 by a different via and wiring.
  • dummy pads 43a and 43b are connected to third electrode pads 41a and 41j, respectively, and mounting lands 35a and 35e are also connected. Are connected to the second electrode pads 33a and 33j, respectively.
  • the imaging unit 10 can be reduced in size. Can do.
  • the depth h3 of the recess 31 is preferably smaller than the height h4 when the electronic component 51 is mounted on the mounting land 35. By making the depth h3 of the recess 31 smaller than the height h4 when the electronic component 51 is mounted on the mounting land 35, the distance h2 between the electronic component 51 and the dummy pad 43 can be set to a smaller numerical value. .
  • the wiring connecting dummy pads 43a and 43b is a power supply line or a ground line, and electronic components 51a and 51e arranged at positions where dummy pads 43a and 43b overlap are capacitors for stably driving semiconductor package 20, etc. It is preferable that
  • the mounting lands 35a and 35e on which the electronic components 51a and 51e are arranged at the positions where the dummy pads 43a and 43b overlap by projection are connected to the third electrode pads 41a by vias and wirings.
  • the first circuit board 30 and the second circuit board 40 are connected to each other by the dummy pads 43a and 43b, the bonding members 34a and 34j, the second electrode pads 33a and 33j, and the vias and the wirings. Even when the interval h1 is narrowed, the failure occurrence rate can be reduced.
  • the board on which the electronic component 51 and the cable 60 are mounted is divided into the first circuit board 30 and the second circuit board 40, and the first circuit board 30 close to the image sensor 21 is formed. Since the electronic component 51 is mounted, the impedance between the image sensor 21 and the electronic component 51 can be reduced. In addition, by accommodating the electronic component 51 in the recess 31 formed on the back surface f4 of the first circuit board 30, the length of the hard portion in the optical axis direction of the imaging unit 10 can be shortened.
  • the imaging unit 10 can be reduced in diameter.
  • the first circuit board 30 and the second circuit board 40 can be formed with fine pitch wiring, and are parallel to the substrate surface to be laminated, f3 surface, f4 surface, f5 surface, and the semiconductor package 20. Since the first circuit board 30 and the second circuit board 40 are connected to each other, it is possible to obtain the imaging unit 10 that is small in size and highly reliable.
  • FIG. 10 is a side view of an imaging unit 10A according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partially enlarged view of the imaging unit 10A of FIG.
  • a first electrode pad 32 is formed on the f3 surface of the first circuit board 30A, and is electrically and mechanically connected to the sensor electrode 23 of the semiconductor package 20 via the bonding member 24. Yes.
  • mounting lands 35a to 35e (35) for mounting electronic components 51a to 51e and second electrode pads 33a to 33j are formed at the center of the f4 surface of the first circuit board 30A.
  • a recess 44 is provided in the center of the surface f5 surface of the second circuit board 40A, and dummy pads 43a and 43b are formed in the recess 44.
  • Third electrode pads 41a to 41j are formed in portions other than the recess 44 on the f5 surface of the second circuit board 40A, and are joined to the second electrode pads 33a to 33j on the f4 surface of the first circuit board 30A. Electrically and mechanically connected via members 34a to 34j.
  • the dummy pads 43a and 43b are arranged rotationally symmetrically with respect to the center C of the surface f5, as in the embodiment.
  • the dummy pad 43a is arranged at a position overlapping the right electrode on the drawing of the electronic component 51a, and the dummy pad 43b is arranged at a position overlapping the upper electrode on the drawing of the electronic component 51e.
  • the imaging unit 10A As in the embodiment, by mounting the electronic components 51a to 51e near the center of the first circuit board 30A, it is possible to drive the imaging device 21 stably and to achieve high image quality. Images can be obtained. Further, since the recess 44 is provided on the f5 surface of the second circuit board 40A to accommodate the electronic components 51a to 51e, the length of the hard portion in the optical axis direction of the imaging unit 10A can be shortened.
  • the mounting lands 35a and 35e for mounting the electronic components 51a and 51e arranged at positions where the dummy pads 43a and 43b overlap are connected to the third electrode pads 41a and 41j by vias and wirings. Since the dummy pads 43a and 43b, the joining members 34a and 34j, the second electrode pads 33a and 33j, and vias and wirings are used for connection, the distance h1 between the first circuit board 30A and the second circuit board 40A is reduced. Even in this case, the failure rate can be reduced.
  • the electronic circuit unit, the imaging unit, the imaging module, and the endoscope of the present invention are useful for an endoscope system that requires a high-quality image and a reduced diameter of the distal end portion.

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Abstract

小型化を図りながら、ショート等の故障を低減することのできる電子回路ユニット、撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡を提供する。本発明における電子回路ユニットは、第１の電極パッド３２、実装ランド３５および第２の電極パッド３３が形成され、ビアおよび配線を有する第１の回路基板３０と、第３の電極パッド４１およびダミーパッド４３が形成され、ビアおよび配線を有する第２の回路基板４０と、実装ランド３５に接続される電子部品５１と、を備え、ダミーパッド４３は、ｆ５面に直交する方向に投影した際、１つの電子部品のいずれか一方の電極と重なり、投影によりダミーパッド４３と重なる電子部品５１の実装ランド３５は、配線等により第３の電極パッド４１と接続されたダミーパッド４３と、接合部材３４、第２の電極パッド３３、配線等により接続されている。

Description

電子回路ユニット、撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡
　本発明は、電子回路ユニット、撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡に関する。
　従来、被検体内に挿入されて被検部位の観察等を行う内視鏡が知られており、医療分野等で広く利用されている。この内視鏡は、可撓性を有する細長の挿入具の先端部に、撮像素子等の電子部品を実装した電子回路ユニットを含む撮像モジュールが内蔵されて構成されている。挿入具の先端部は、被検者の負担軽減のために、細径化、短小化が望まれている。
　平面的な電子回路基板において接続ピッチの微細化や隣接する電子部品の実装間隔の縮小等により実装密度の向上を図るとともに、回路基板を積層して構成した電子回路ユニットが種々提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
特開２０１５－６０９４７号公報 特開２００６－２３７７６号公報
　このような電子回路ユニットにおいて、第１の回路基板と第２の回路基板とを接続する際、基板上に設けた位置合わせ用のアライメントマークにより位置合わせを行った後、はんだボール等の接合部材により接続されている。アライメントマークは、工程を簡素化する観点から、電極パッド等と同時に同一の金属で形成されている。回路基板上では実装される電子部品数が多く、また実装間隔も小さいため、アライメントマークは電子部品と重なりあう位置に配置される。しかしながら、小型化のために基板間の間隔を狭くすると、はんだボールの径のばらつきや、接続の際に加えられる圧力等により、電子部品とアライメントマークが接触し、ショートするおそれがあるため、基板間の間隔を狭くすることには限界があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を図りながら、部品間のショートによる故障を防止することのできる電子回路ユニット、撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡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、表面に複数の第１の電極パッド、裏面に複数の実装ランドおよび複数の第２の電極パッドが形成され、複数のビアおよび配線を有する第１の回路基板と、表面に２つのダミーパッドと、前記第１の回路基板の第２の電極パッドと接合部材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複数の第３の電極パッドが形成され、複数のビアおよび配線を有する第２の回路基板と、前記実装ランドに接続される複数の電子部品と、を備え、前記ダミーパッドは、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との接続面に直交する方向に投影した際、前記複数の電子部品のうちの１つの電子部品のいずれか一方の電極と重なり、前記投影により前記ダミーパッドが重なる電子部品の実装ランドは、前記第２の回路基板のビアおよび配線により前記第３の電極パッドと接続された前記ダミーパッドと、前記接合部材、前記第２の電極パッドならびに前記第１の回路基板のビアおよび配線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、前記第１の回路基板の裏面には凹部が形成され、前記第１の回路基板の凹部に形成された前記実装ランドに前記電子部品が実装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、前記第２の回路基板の表面には凹部が形成され、前記第１の回路基板に実装された前記電子部品は前記第２の回路基板の凹部に収容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、前記ダミーパッドが接続されるビアおよび配線は、電源ラインまたはグランドラインであって、前記投影により前記ダミーパッドが重なる電子部品は、コンデンサであ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２つのダミーパッドは、前記第２の回路基板の表面の中心に対して回転対称な位置にあり、アライメントマークとして機能することを特徴とする。
　また、本発明の撮像ユニットは、上記のいずれか一つに記載の電子回路ユニットと、表面に撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、を備え、前記電子回路ユニットの第１の電極パッドと、前記半導体パッケージのセンサ電極とは、接合部材を介して電気的および機械的にそれぞれ接続され、前記電子回路ユニットは、前記半導体パッケージ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、本発明の撮像モジュールは、上記のいずれか一つに記載の電子回路ユニットと、表面に撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、複数のケーブルと、を備え、電子回路ユニットの第２の回路基板の対向する２つの側面には、ケーブル接続電極が形成され、前記複数のケーブルは該ケーブル接続電極に電気的および機械的にそれぞれ接続され、前記電子回路ユニットの第１の電極パッドと、前記半導体パッケージのセンサ電極とは、接合部材を介して電気的および機械的にそれぞれ接続されるとともに、前記電子回路ユニットおよび前記複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする。
　また、本発明の内視鏡は、上記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、投影によりアライメントマークとして使用されるダミーパッドが重なる電子部品の実装ランドを、配線等により第３の電極パッドと接続された前記ダミーパッドと、接合部材、第２の電極パッド、および配線等により接続することにより、小型化を可能とするとともに、ダミーパッドが電子部品に接した場合でも、ショートによる電子部品の故障を回避することができる。
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、第１の回路基板の裏面側の平面図である。 図５は、第２の回路基板の表面側の平面図である。 図６は、図２に示す撮像ユニットの側面図である。 図７は、図６の撮像ユニットの一部拡大図である。 図８は、図７と対向する側面側からの撮像ユニットの一部拡大図である。 図９は、従来の撮像ユニットの一部拡大図である。 図１０は、本発明の実施の形態の変形例にかかる撮像ユニットの側面図である。 図１１は、図１０の撮像ユニットの一部拡大図である。
　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）
　図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システム１の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる内視鏡システム１は、被検体内に挿入され、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、処置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１０の斜視図である。図３は、図２に示す撮像ユニット１０の分解図である。
　撮像ユニット１０は、撮像素子を有し、裏面であるｆ２面にセンサ電極２３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面に第１の電極パッド３２および第２の電極パッド３３がそれぞれ形成され、ｆ３面の第１の電極パッド３２が半導体パッケージ２０のセンサ電極２３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３０と、表面であるｆ５面に第３の電極パッド４１ａ～４１ｊ（４１）（図５参照）が形成され、対向する側面であるｆ６面およびｆ７面にケーブル接続電極４２がそれぞれ形成されている第２の回路基板４０と、第１の回路基板３０の裏面であるｆ４面に実装される電子部品５１ａ～５１ｅ（５１）と、第２の回路基板４０の側面であるｆ６面およびｆ７面のケーブル接続電極４２に電気的および機械的に接続される複数のケーブル６０ａ～６０ｆと、を備える。
　撮像ユニット１０において、第１の回路基板３０、第２の回路基板４０、ならびにｆ６面およびｆ７面のケーブル接続電極４２にそれぞれ接続された複数のケーブル６０ａ～６０ｆ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２２が撮像素子２１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２２の表面であるｆ１面を介して、受光部を備える撮像素子２１の受光面に入射する。撮像素子２１のｆ２面（裏面）にはセンサ電極２３、および、はんだボール等からなる接合部材２４が形成されている。接合部材２４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２０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。第１の回路基板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が形成されている。第１の回路基板３０のｆ３面には第１の電極パッド３２が形成され、半導体パッケージ２０のセンサ電極２３と接合部材２４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３２とｆ２面のセンサ電極２３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４に示すように、第１の回路基板３０のｆ４面の中央部には、凹部３１が設けられ、凹部３１内に電子部品５１ａ～５１ｅを実装する実装ランド３５ａ～３５ｅ（３５）が形成されている。実装される電子部品５１ａ～５１ｅ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３０の中央付近の凹部３１内に電子部品５１ａ～５１ｅを実装することにより、撮像素子２１と電子部品５１ａ～５１ｅ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２１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、第１の回路基板３０のｆ４面に凹部３１を設け、電子部品５１ａ～５１ｅ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。第１の回路基板３０のｆ４面の凹部３１以外の部分には、第２の電極パッド３３ａ～３３ｊが形成され、後述する第２の回路基板４０のｆ５面の第３の電極パッド４１ａ～４１ｊと接合部材３４ａ～３４ｊを介して電気的、および機械的に接続されている。接合部材３４は、はんだボール、金属コアはんだボール、樹脂コアはんだボール、Ａｕバンプ、等である。
　第２の回路基板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、対向する側面ｆ６面およびｆ７面が階段状をなしている。
　図５に示すように、第２の回路基板４０の表面ｆ５面には、第２の電極パッド３３ａ～３３ｊと接続される第３の電極パッド４１ａ～４１ｊと、２つのダミーパッド４３ａ、４３ｂが形成されている。ダミーパッド４３ａ、４３ｂは、第２の電極パッド３３ａ～３３ｊと同じ工程で形成される。ｆ４面の第２の電極パッド３３ａ～３３ｊとｆ５面の第３の電極パッド４１ａ～４１ｊの接続部および凹部３１内は、図示しない封止樹脂により封止されている。ダミーパッド４３ａ、４３ｂは、表面ｆ５面の中心Ｃに対して回転対称に配置されている。なお、図４には、ダミーパッド４３ａおよび４３ｂを、光軸方向（第１の回路基板３０と第２の回路基板４０との接続面であるｆ４面およびｆ５面に直交する方向）に投影した際の位置を点線で示している。ダミーパッド４３ａは、電子部品５１ａの図面上で右側の電極と重なる位置に配置され、ダミーパッド４３ｂは、電子部品５１ｅの図面上で上側の電極と重なる位置に配置されている。
　第２の回路基板４０の側面であるｆ６面および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、Ｓ３およびＳ４が形成されている。
　ｆ６面およびｆ７面の階段部Ｓ２、Ｓ３およびＳ４にはケーブル接続電極４２が形成されている。階段部Ｓ２、Ｓ３およびＳ４のケーブル接続電極４２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。ケーブル６０ａ～６０ｆ（６０）は、外径が異なるケーブルであって、一端部の絶縁性の外皮６２が剥離され、露出した芯線６１が図示しないはんだによりケーブル接続電極４２に電気的および機械的に接続されている。外径が小さいケーブル６０ａおよび６０ｄを先端側の階段部Ｓ２のケーブル接続電極４２に、外径が大きいケーブル６０ｃを基端側のケーブル接続電極４２に接続することにより、ケーブル６０ａ～６０ｆ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１０の細径化が可能となる。　
　次に、図を参照して、電子部品５１およびダミーパッド４３の配置位置、ならびに各電極パッド、実装ランド３５、およびダミーパッド４３の配線について説明する。図６は、図２に示す撮像ユニット１０の側面図である。図７は、図６の撮像ユニット１０の一部拡大図である。図８は、図７と対向する側面側からの撮像ユニット１０の一部拡大図である。図９は、従来の撮像ユニットの一部拡大図である。
　図６および図７に示すように、ダミーパッド４３ａは、光軸方向（第１の回路基板３０と第２の回路基板４０との接続面であるｆ４面およびｆ５面に直交する方向）に投影した際、電子部品５１ａの図面上で右側の電極と重なる位置に配置されている。
　第１の回路基板３０と第２の回路基板４０との間隔ｈ１は、電子部品５１ａとダミーパッド４３ａ（および電子部品５１ｅとダミーパッド４３ｂ）とが接しないで、所定の間隔ｈ２を有するように設計されている。しかしながら、電子部品５１ａとダミーパッド４３ａ（および電子部品５１ｅとダミーパッド４３ｂ）とを間隔ｈ２離間するように設計した場合であっても、接合部材３４の外径精度、第２の電極パッド３３と第３の電極パッド４１とを接続する際に加える圧力、電子部品５１を実装ランド３５に接続する際のはんだ量等のぶれに伴い、一定数の割合で電子部品５１ａとダミーパッド４３ａ（および/または電子部品５１ｅとダミーパッド４３ｂ）とが接することによりショートし、故障の原因となっていた。
　従来の撮像ユニットでは、図９に示すように、ダミーパッド４３は、第３の電極パッド４１と異なるビアおよび配線で接続されるとともに、投影によりダミーパッド４３が重なる位置の電子部品が実装される実装ランド３５も、第２の電極パッド３３と異なるビアおよび配線で接続されていた。これに対し、本発明の実施の形態では、図７および図８に示すように、ダミーパッド４３ａおよび４３ｂは、第３の電極パッド４１ａおよび４１ｊにそれぞれ接続されるとともに、実装ランド３５ａおよび３５ｅも、第２の電極パッド３３ａおよび３３ｊにそれぞれ接続されている。このように配線することにより、電子部品５１とダミーパッド４３とがショートした場合であっても、撮像ユニット１０の性能に支障をきたすことなく使用することができる。また、電子部品５１とダミーパッド４３との接触を回避するために第１の回路基板３０と第２の回路基板４０との間隔ｈ１を大きくする必要がないため、撮像ユニット１０を小型化することができる。なお、凹部３１の深さｈ３は、電子部品５１を実装ランド３５に実装した場合の高さｈ４より小さくすることが好ましい。凹部３１の深さｈ３を、電子部品５１を実装ランド３５に実装した場合の高さｈ４より小さくすることにより、電子部品５１とダミーパッド４３との間隔ｈ２をより小さい数値に設定することができる。
　なお、ダミーパッド４３ａおよび４３ｂを接続する配線は、電源ラインまたはグランドラインとし、ダミーパッド４３ａおよび４３ｂが重なる位置に配置される電子部品５１ａおよび５１ｅは、半導体パッケージ２０を安定駆動させるためのコンデンサ等であることが好ましい。
　本実施の形態にかかる撮像ユニット１０は、投影によりダミーパッド４３ａおよび４３ｂが重なる位置に配置される電子部品５１ａおよび５１ｅを実装する実装ランド３５ａおよび３５ｅを、ビアおよび配線により第３の電極パッド４１ａおよび４１ｊに接続されたダミーパッド４３ａおよび４３ｂ、接合部材３４ａおよび３４ｊ、第２の電極パッド３３ａおよび３３ｊ、ならびにビアおよび配線により接続するため、第１の回路基板３０と第２の回路基板４０との間隔ｈ１を狭くした場合であっても、故障の発生率を低減することができる。
　また、本実施の形態では、電子部品５１およびケーブル６０を実装する基板を、第１の回路基板３０および第２の回路基板４０に分割し、撮像素子２１に近接する第１の回路基板３０に電子部品５１を実装するので、撮像素子２１と電子部品５１との間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を、第１の回路基板３０の裏面ｆ４面に形成した凹部３１に収容することで、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。
　さらに、第１の回路基板３０、第２の回路基板４０、およびケーブル６０を、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、第１の回路基板３０、第２の回路基板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、第１の回路基板３０と第２の回路基板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。
　なお、上記の実施の形態では、凹部３１を第１の回路基板３０の裏面ｆ４面に設けているが、凹部は第２の回路基板の表面ｆ５面に設けてもよい。図１０は、本発明の実施の形態の変形例にかかる撮像ユニット１０Ａの側面図である。図１１は、図１０の撮像ユニット１０Ａの一部拡大図である。
　撮像ユニット１０Ａにおいて、第１の回路基板３０Ａのｆ３面には第１の電極パッド３２が形成され、半導体パッケージ２０のセンサ電極２３と接合部材２４を介して電気的、および機械的に接続されている。また、第１の回路基板３０Ａのｆ４面の中央部には、電子部品５１ａ～５１ｅを実装する実装ランド３５ａ～３５ｅ（３５）、および第２の電極パッド３３ａ～３３ｊが形成されている。
　第２の回路基板４０Ａの表面ｆ５面の中央部には、凹部４４が設けられ、凹部４４内にダミーパッド４３ａ、４３ｂが形成されている。第２の回路基板４０Ａのｆ５面の凹部４４以外の部分には、第３の電極パッド４１ａ～４１ｊが形成され、第１の回路基板３０Ａのｆ４面の第２の電極パッド３３ａ～３３ｊと接合部材３４ａ～３４ｊを介して電気的、および機械的に接続されている。
　ダミーパッド４３ａ、４３ｂは、実施の形態と同様に、表面ｆ５面の中心Ｃに対して回転対称に配置されている。ダミーパッド４３ａは、電子部品５１ａの図面上で右側の電極と重なる位置に配置され、ダミーパッド４３ｂは、電子部品５１ｅの図面上で上側の電極と重なる位置に配置されている。
　変形例にかかる撮像ユニット１０Ａにおいて、実施の形態と同様に、第１の回路基板３０Ａの中央付近に電子部品５１ａ～５１ｅを実装することにより、撮像素子２１の安定的な駆動が可能となり高画質の画像を得ることができる。また、第２の回路基板４０Ａのｆ５面に凹部４４を設けて電子部品５１ａ～５１ｅを収容しているため、撮像ユニット１０Ａの光軸方向の硬質部分の長さを短くすることができる。
　また、撮像ユニット１０Ａは、ダミーパッド４３ａおよび４３ｂが重なる位置に配置される電子部品５１ａおよび５１ｅを実装する実装ランド３５ａおよび３５ｅを、ビアおよび配線により第３の電極パッド４１ａおよび４１ｊに接続されたダミーパッド４３ａおよび４３ｂ、接合部材３４ａおよび３４ｊ、第２の電極パッド３３ａおよび３３ｊ、ならびにビアおよび配線により接続するため、第１の回路基板３０Ａと第２の回路基板４０Ａとの間隔ｈ１を狭くした場合であっても、故障の発生率を低減することができる。
　なお、電子部品５１や接合部材３４の大きさによっては、必ずしも、第１の回路基板３０の裏面ｆ４面の凹部３１、または第２の回路基板４０Ａの表面ｆ５面の凹部４４を形成する必要はない。
　本発明の電子回路ユニット、撮像ユニット、撮像モジュールおよび内視鏡は、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、１０Ａ　撮像ユニット
　２０　半導体パッケージ
　２１　撮像素子
　２２　ガラス
　２３　センサ電極
　２４、３４　接合部材
　３０、３０Ａ　第１の回路基板
　３１　凹部
　３２　第１の電極パッド
　３３　第２の電極パッド
　３５　実装ランド
　４０　第２の回路基板
　４１　第３の電極パッド
　４２　ケーブル接続電極
　４３　ダミーパッド
　５１　電子部品
　６０　ケーブル
　６１　芯線
　６２　外皮

Claims (8)

  1. 　表面に複数の第１の電極パッド、裏面に複数の実装ランドおよび複数の第２の電極パッドが形成され、複数のビアおよび配線を有する第１の回路基板と、
    　表面に２つのダミーパッドと、前記第１の回路基板の第２の電極パッドと接合部材を介してそれぞれ接続されている複数の第３の電極パッドが形成され、複数のビアおよび配線を有する第２の回路基板と、
    　前記実装ランドに接続される複数の電子部品と、
    　を備え、
    　前記ダミーパッドの少なくとも一部は、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との接続面に直交する方向に投影した際、前記複数の電子部品のうちの１つの電子部品のいずれか一方の電極の少なくとも一部と重なり、
    　前記投影により前記ダミーパッドが重なる電子部品の前記実装ランドは、前記第２の回路基板のビアおよび配線により前記第３の電極パッドと接続された前記ダミーパッドと、前記接合部材、前記第２の電極パッドならびに前記第１の回路基板のビアおよび配線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. 　前記第１の回路基板の裏面には凹部が形成され、
    　前記第１の回路基板の凹部に形成された前記実装ランドに前記電子部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路ユニット。
  3. 　前記第２の回路基板の表面には凹部が形成され、
    　前記第１の回路基板に実装された前記電子部品は前記第２の回路基板の凹部に収容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。
  4. 　前記ダミーパッドが接続されるビアおよび配線は、電源ラインまたはグランドラインであって、
    　前記投影により前記ダミーパッドが重なる電子部品は、コンデンサであ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。
  5. 　前記２つのダミーパッドは、前記第２の回路基板の表面の中心に対して回転対称な位置にあり、アライメントマークとして機能す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. 　請求項１に記載の電子回路ユニットと、
    　表面に撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、
    　を備え、
    　前記電子回路ユニットの第１の電極パッドと、前記半導体パッケージのセンサ電極とは、接合部材を介してそれぞれ接続され、
    　前記電子回路ユニットは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする撮像ユニット。
  7. 　請求項１に記載の電子回路ユニットと、
    　表面に撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成された半導体パッケージと、
    　複数のケーブルと、
    　を備え、
    　電子回路ユニットの第２の回路基板の対向する２つの側面には、ケーブル接続電極が形成され、前記複数のケーブルは該ケーブル接続電極にそれぞれ接続され、
    　前記電子回路ユニットの第１の電極パッドと、前記半導体パッケージのセンサ電極とは、接合部材を介してそれぞれ接続されるとともに、
    　前記電子回路ユニットおよび前記複数のケーブルは、前記半導体パッケージの光軸方向の投影面内に位置することを特徴とする撮像モジュール。
  8. 　請求項６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。
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