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WO2019163175A1 - 撮像ユニットおよび内視鏡 - Google Patents

撮像ユニットおよび内視鏡 Download PDF

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WO2019163175A1
WO2019163175A1 PCT/JP2018/034159 JP2018034159W WO2019163175A1 WO 2019163175 A1 WO2019163175 A1 WO 2019163175A1 JP 2018034159 W JP2018034159 W JP 2018034159W WO 2019163175 A1 WO2019163175 A1 WO 2019163175A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit board
semiconductor package
imaging unit
connection
connection electrode
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/034159
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊幸 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Publication of WO2019163175A1 publication Critical patent/WO2019163175A1/ja
Priority to US16/993,354 priority Critical patent/US11863851B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00112—Connection or coupling means
    • A61B1/00121—Connectors, fasteners and adapters, e.g. on the endoscope handle
    • A61B1/00124—Connectors, fasteners and adapters, e.g. on the endoscope handle electrical, e.g. electrical plug-and-socket connection
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
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    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
    • A61B1/051—Details of CCD assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • the present invention relates to an imaging unit and an endoscope that are provided at a distal end of an insertion portion of an endoscope that is inserted into a subject and images the inside of the subject.
  • a medical endoscope apparatus incises a subject by inserting an elongated flexible insertion portion having an imaging element at the tip into the body cavity of the subject such as a patient. Without being able to acquire an in-vivo image inside the body cavity, and further, it is possible to perform a therapeutic treatment by projecting the treatment tool from the distal end of the insertion portion as necessary.
  • an image pickup device At the distal end of the insertion portion of such an endoscope apparatus, an image pickup device, a circuit board on which electronic components such as a capacitor and an IC chip constituting a drive circuit of the image pickup device and a cable are mounted, an image pickup device and a circuit board
  • An imaging unit including an electrical connection member such as a TAB tape is connected to each other, and a filler for the purpose of protection is filled around the imaging element and the electronic component.
  • Endoscopes used for medical purposes are autoclaved (115-138 ° C, atmospheric pressure + 0.2 MPa) for disinfection sterilization, but when heated to sterilization temperature, the TAB tape is expanded by expansion of the filler.
  • the TAB tape is expanded by expansion of the filler.
  • an imaging unit in which a CSP (Chip Size Package) in which the size of the imaging device chip is the size of the semiconductor package is used as the imaging unit, and the sensor electrode of the CSP and the connection electrode of the circuit board are directly connected by a bump or the like.
  • the linear expansion per unit length of the sterilization temperature is smaller than that of the first filler than the first filler that fills the connection surface between the semiconductor package and the circuit board in the surrounding member that covers the semiconductor package.
  • An imaging unit has been proposed in which the filler 2 is filled to improve the reliability of the connecting portion (see, for example, Patent Document 2).
  • connection reliability between the semiconductor package and the circuit board is filled with a second filler whose linear expansion per unit length of the sterilization temperature is smaller than the first filler.
  • the linear expansion per unit length of the sterilization temperature of the second filler is larger than that of semiconductor packages and circuit boards, the connection reliability is reduced by autoclave sterilization over a long period of time. There is a risk.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an imaging unit and an endoscope with high connection reliability.
  • an imaging unit includes an imaging element that converts an optical image formed by an optical system into an image signal, and a sensor electrode is formed on the back surface.
  • the cover member covers the side surface of the semiconductor package and the side surface of the circuit board together.
  • the circuit board includes a first connection electrode and a second connection electrode formed on the front surface and the back surface, respectively, and the first connection electrode on the front surface side is the semiconductor.
  • the cover member is a heat shrinkable tube or a resin film.
  • an endoscope according to the present invention is characterized in that the imaging unit according to any one of the above is provided with an insertion portion provided at a distal end.
  • connection portion between the semiconductor package and the circuit board is covered with the cover member, so that the infiltration of the filler into the connection portion is prevented, and the air exists in the internal space covered by the cover member. Even when heated from room temperature to sterilization temperature, the connection portion is not broken, and the reliability of the connection portion can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the imaging unit arranged at the endoscope distal end portion shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the imaging unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the transition of the resistance value in the durability test.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an imaging unit according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the imaging unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of the imaging unit shown in FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view of the imaging unit shown in FIG. 8 from multiple directions.
  • 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 illustrating the overall configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • an endoscope system 1 according to the first embodiment includes an endoscope 2 that is introduced into a subject, images the inside of the subject, and generates 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 And a display device 5 for displaying an image signal after image processing by the processing 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 the processing tool 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 cross-sectional view of the imaging unit 100 arranged at the endoscope distal end portion shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the imaging unit 100 shown in FIG. 3, illustration of the holding frame 40, the heat shrinkable tube 50, the filler 60, and the centering cover glass 15 of the imaging unit 100 of FIG. 2 is omitted, and the side surface f5 of the circuit board 20 is on the near side. It is shown in a state rotated 90 °.
  • the imaging unit 100 includes an imaging element 11 that converts an optical image formed by the optical system on the front surface f1 into an image signal, and the semiconductor package 10 in which the sensor electrode 13 is formed on the back surface f2 and the connection electrode 23.
  • a circuit board 20 having a main body portion 21 and a mounting portion 22 protruding from the back surface of the main body portion 21; a cable assembly 30 in which a plurality of signal cables 31 are twisted together; a holding frame 40 that holds the semiconductor package 10;
  • the heat shrinkable tube 50 covering the proximal end portion of the holding frame 40, the filler 60 that is surrounded by the holding frame 40 and the heat shrinkable tube 50, that is, the space filled in the space, the side surface of the semiconductor package 10, and the circuit board 20.
  • a cover member 70 that covers the side surfaces together.
  • the holding frame 40 and the heat shrinkable tube 50 function as surrounding members, and the holding frame 40 and the heat shrinkable tube 50 surround the semiconductor package 10 and the circuit board 20.
  • the semiconductor package 10 is affixed so that the cover glass 12 protects the light receiving portion 11 a of the image sensor 11, and a centering cover glass 15 having a diameter larger than that of the semiconductor package 10 is attached to the front end side of the cover glass 12. ing.
  • the semiconductor package 10 is held by the holding frame 40 when the outer peripheral portion of the centering cover glass 15 that does not contact the semiconductor package 10 is brought into contact with the positioning portion 41 of the holding frame 40.
  • the light condensed by the lens unit enters the light receiving surface of the image sensor 11 through the centering cover glass 15 and the cover glass 12.
  • a sensor electrode 13 and a bump 14 made of solder or the like are formed on the f2 surface of the image sensor 11.
  • the semiconductor package 10 is a CSP (Chip Size Package) in which the image pickup device chip in the wafer state is subjected to wiring, electrode formation, resin sealing, and dicing, and finally the size of the image pickup device chip becomes the size of the semiconductor package. ) Is preferable.
  • CSP Chip Size Package
  • the circuit board 20 has a main body part 21 having a connection electrode 23 formed on the front surface f3, and a rear surface f4 of the main body part 21, and a cable connection electrode 24 is formed on two opposite side surfaces f5 and f6 of the protruding side surfaces.
  • the main body portion 21 and the attachment portion 22 may be a substrate formed integrally or a combination of individually manufactured substrates.
  • the circuit board 20 is formed in a plate shape by laminating a plurality of substrates on which wiring is formed (a plurality of substrates parallel to the front surface f3 and the back surface f4 are laminated).
  • a substrate to be laminated As 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 (not shown) are formed inside the circuit board 20 to conduct the wiring on the stacked boards.
  • a connection electrode 23 is formed on the surface f3 of the main body 21 of the circuit board 20, and is electrically and mechanically connected to the sensor connection 13 and the bump 14 of the semiconductor package 10.
  • the collective cable 30 is composed of 10 signal cables 31 that are single-wire cables, and the outer periphery of the signal cable 31 is covered with an overall shield and an overall covering. The total shield and the total covering are removed from the distal end portion of the collective cable 30.
  • the signal cable 31 includes a core wire 32 and an outer skin 33 provided on the outer periphery of the core wire 32. The outer end 33 of the signal cable 31 is removed so that the core wire 32 is exposed stepwise from the end.
  • the core wire 32 of the signal cable 31 is electrically and mechanically connected to the cable connection electrode 24 formed on the side surface f5 and the side surface f6 facing the mounting portion 22 of the circuit board 20 via solder (not shown). Connected.
  • the circuit board 20 and the plurality of signal cables 31 (collective cable 30) connected to the cable connection electrodes 24 on the side surface f5 and the side surface f6 of the circuit board 20 are arranged in the optical axis direction of the semiconductor package 10.
  • the size fits within the projection plane. Thereby, the diameter of the imaging unit 100 can be reduced.
  • the heat-shrinkable tube 50 covers the distal end side of the assembly cable 30 from the proximal end portion of the holding frame 40 and is closely fixed to the overall covering of the holding frame 40 and the assembly cable 30.
  • the space surrounded by the holding frame 40 and the heat shrinkable tube 50 is filled with an insulating filler 60.
  • the filler 60 is made of a highly moisture-proof material and can reduce the influence of humidity on the semiconductor package 10 and the circuit board 20.
  • connection portion between the semiconductor package 10 and the circuit board 20 that is, a part of the side surface of the semiconductor package 10 and a part of the side surface of the main body 21 of the circuit board 20 prevent the filler 60 from entering the connection portion.
  • the cover member 70 is covered. By covering the periphery of the connection portion between the semiconductor package 10 and the circuit board 20 with the cover member 70, an internal space is formed around the connection portion between the sensor electrode 13 and the connection electrode 23.
  • Air has a much lower modulus of elasticity than typical fillers and has less impact on connections when heated to the sterilization temperature, so the reliability of the connection can be maintained even during long-term sterilization. it can.
  • An adhesive resin film is attached around the connection portion between the semiconductor package 10 and the circuit board 20, and the connection portion between the semiconductor package 10 and the circuit board 20 is covered with a heat shrinkable tube.
  • the side surface of the semiconductor package 10 and the side surface of the circuit board 20 are covered with the cover member 70, and an internal space in which air exists around the connection portion is formed.
  • the influence on the connection part can be reduced. Further, even when a material having a large linear expansion is used as the filler 60, it is possible to reduce the influence of the humidity on the semiconductor package 10 and the circuit board 20 and the influence on the connection part during the sterilization process. .
  • the circuit board 20 and the plurality of signal cables 31 (collective cable 30) connected to the cable connection electrodes 24 on the side surface f5 and the side surface f6 of the circuit board 20 are within the projection plane of the semiconductor package 10 in the optical axis direction. Due to the size, the imaging unit 100 can be reduced in diameter.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the imaging unit 100A according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the imaging unit 100A shown in FIG. In FIG. 5, the illustration of the holding frame 40, the heat shrinkable tube 50, the filler 60, and the centering cover glass 15 of the imaging unit 100A of FIG. 4 is omitted.
  • the circuit board 20A includes a first circuit board 20A-1 and a second circuit board 20A-2.
  • the first connection electrode 23A and the second connection electrode 25 are formed on the front surface f3 and the back surface f4, respectively, and the first connection electrode 23A on the front surface f3 side is the sensor of the semiconductor package 10.
  • the electrode 13 is electrically and mechanically connected via the bump 14.
  • the third connection electrode 27 is formed on the surface f7, and the cable connection electrode 24 is formed on the side surface f5 and the side surface f6 that are stepped so that the proximal end side is close to the third circuit electrode 20A-2.
  • the connection electrode 27 is electrically and mechanically connected to the second connection electrode 25 of the first circuit board 20A-1 via the bumps 26.
  • the bumps 26 include solder balls, metal core solder balls, resin core balls, and gold bumps.
  • a recess 28 is provided on the back surface f4 of the first circuit board 20A-1, and an electronic component 51 is mounted on a mounting land 29 formed in the recess 28 via a conductive member such as solder.
  • the first circuit board 20A-1 is preferably formed of a material having a high thermal conductivity from the viewpoint of efficiently dissipating the heat generated by the imaging element 11. For example, alumina, aluminum nitride, beryllia, silicon carbide and the like can be mentioned.
  • the second circuit board 20A-2 is provided with stepped portions S1, S2 and S3 on the f5 surface and the side f6 surface which are opposite side surfaces. Steps S1 to S3 are provided so that the side surface f5 and the side surface f6 are close to each other on the base end side of the semiconductor package 10 in the optical axis direction. Cable connection electrodes 24 are respectively arranged on the staircase portions S2 and S3, and the core wire 32 of the signal cable 31 is electrically and mechanically connected.
  • the second circuit board 20A-2 has a thermal conductivity from the viewpoint of facilitating the soldering by suppressing the heat dissipation in the second circuit board 20A-2 when the signal cable 31 is soldered. It is preferable to form with a small material.
  • an LTCC substrate Low Temperature Co-fired Ceramics
  • a glass component is mixed in aluminum nitride
  • the LTCC substrate is preferable because silver or copper having low resistance can be used as an electrode, and the signal propagation speed can be improved.
  • the imaging unit 100A includes the first circuit board 20A-1, the second circuit board 20A-2, and the signal cable 31 (collective cable 30A) connected to the cable connection electrode 24 with respect to the optical axis of the semiconductor package 10.
  • the size is within the projection plane of the direction. Thereby, the diameter of the imaging unit 100A can be reduced.
  • connection part between the semiconductor package 10 and the first circuit board 20A-1 and around the connection part between the first circuit board 20A-1 and the second circuit board 20A-2 that is, the side surface of the semiconductor package 10 Part of the first circuit board 20A-1 and part of the side surface of the second circuit board 20A-2 are covered with a cover member 70A that prevents the filler 60 from entering the connecting portion. It has been broken.
  • one cover member 70A surrounds the connection portion between the semiconductor package 10 and the first circuit board 20A-1, and the first circuit board 20A and the second circuit board 20A-2.
  • the recess 28 can be closed, the periphery of the connection between the semiconductor package 10 and the first circuit board 20A-1 and the first circuit board 20A and the second circuit are covered.
  • the periphery of the connection portion with the substrate 20A-2 may be covered with an individual cover member.
  • the imaging unit 100A covers a part of the side surface of the semiconductor package 10, the entire side surface of the first circuit board 20A-1, and a part of the side surface of the second circuit board 20A-2.
  • By covering with 70A an internal space in which air exists is formed around the connection portion, so that the influence on the connection portion during sterilization can be reduced.
  • Even when a material having a large linear expansion is used as the filler 60 the influence of humidity on the semiconductor package 10, the first circuit board 20A-1, and the second circuit board 20A-2 is reduced and sterilization treatment is performed. In this case, the influence on the connection portion can be reduced.
  • a plurality of signal cables 31 (respectively connected to the cable connection electrodes 24 on the side surface f5 and the side surface f6 of the first circuit board 20A-1, the second circuit board 20A-2, and the second circuit board 20A-2. Since the aggregate cable 30) is sized to fit within the projection plane of the semiconductor package 10 in the optical axis direction, the imaging unit 100A can be reduced in diameter.
  • FIG. 6 is a diagram showing the transition of the resistance value in the durability test.
  • FIG. 6 shows a sample A in which air is present around the connection portion between the semiconductor package 10 and the first circuit board 20A-1 and the connection portion between the first circuit board 20A and the second circuit board 20A-2.
  • a filler is injected around the connection portion between the semiconductor package 10 and the first circuit board 20A-1 and the connection portion between the first circuit board 20A and the second circuit board 20A-2.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in resistance value of a connection portion between the first connection electrode 27 and the third connection electrode 27 and a connection portion between the electronic component 51 and the mounting land 29. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the sample A in which air was present around the connection portion did not show an increase in resistance value even when the number of repetitions of the durability test was increased. On the other hand, in the sample B filled with the filler 60, an increase in the resistance value was recognized with the number of repetitions of the durability test.
  • the cover member 70A surrounds the connection between the semiconductor package 10 and the first circuit board 20A-1, and the first circuit board 20A-1 and the second circuit board 20A-2.
  • the periphery of the connection portion By covering the periphery of the connection portion, the infiltration of the filler 60 into the periphery of the connection portion is prevented.
  • the periphery of the connection portion is filled by the heat shrink tube. The infiltration of the agent 60 can also be prevented.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an imaging unit 100B according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the base end side of the holding frame 40B exists only up to the length of the positioning portion 41 with which the centering cover glass 15 is in contact
  • the heat shrinkable tube 50B is a side surface on the base end side of the holding frame 40B.
  • the side surface of the semiconductor package 10, the side surface of the first circuit board 20B-1, and the side surface of the second circuit board 20B-2 (stepped portion S1 only) are covered.
  • the imaging unit 100B heats the side surface of the semiconductor package 10, the side surface of the first circuit board 20B-1, and the side surface (stepped portion S1) of the second circuit board 20B-2.
  • the shrinkable tube 50B By covering with the shrinkable tube 50B, an internal space in which air exists around the connection portion is formed, so that the influence on the connection portion during sterilization can be reduced.
  • the humidity of the semiconductor package 10, the first circuit board 20B-1, and the second circuit board 20B-2 depends on the humidity. The influence can be reduced.
  • a plurality of signal cables 31 (respectively connected to the cable connection electrodes 24 on the side surface f5 and the side surface f6 of the first circuit board 20B-1, the second circuit board 20B-2, and the second circuit board 20B-2. Since the aggregate cable 30) is sized to fit within the projection plane of the semiconductor package 10 in the optical axis direction, the imaging unit 100B can be reduced in diameter.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the imaging unit 100D according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view from below of the imaging unit 100D shown in FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view from above of the imaging unit 100D shown in FIG. 9 and 10, the illustration of the holding frame 40, the heat shrinkable tube 50, the filler 60, and the centering cover glass 15 of the imaging unit 100D in FIG. 8 is omitted.
  • the imaging unit 100D includes a prism 16 that collects and reflects incident light, and the imaging element 11 receives the light incident from the prism 16.
  • the semiconductor package 10 is a so-called horizontal type in which the surface f1 on which the imaging element 11 is arranged is placed in parallel with the optical axis direction.
  • a connection electrode 23 connected to the sensor electrode 13 and a cable connection electrode 24 connected to the signal cable 31 are arranged side by side on the front surface f3, and a recess 28 is formed on the back surface f4.
  • the circuit board 20D is shortened to shorten the imaging unit 100D, the mounting area of the electronic component 51 is narrowed.
  • the imaging unit 100D is formed by forming the recess 28 for mounting the electronic component 51 on the back surface of the circuit board 20D. Therefore, the distance between the electronic component 51 and the image sensor 11 can be shortened, so that the electrical characteristics can be improved.
  • connection electrode 23 connected to the sensor electrode 13 and a cable connection electrode 24 connected to the signal cable 31 extend in a direction in which the signal cable 31 extends (hereinafter referred to as an optical axis direction). ) are arranged side by side.
  • the cable connection electrodes 24 are arranged in a staggered pattern (zigzag) in order to reduce the diameter of the imaging unit 100D while improving the mounting density of the signal cables 31.
  • the circuit board 20D has a recess 28 formed in a region where the semiconductor package 10 on the back surface f4 is mounted, and a mounting land 29 is disposed on the bottom surface of the recess 28.
  • An electronic component 51 is mounted on the mounting land 29 via a conductive member such as solder.
  • the depth h3 of the recess 28 is higher than the height at which the upper surface of the electronic component 51 does not protrude from the back surface f4 of the circuit board 22D when the electronic component 51 is mounted on the mounting land 29, that is, the height h4 of the electronic component 51. It is formed to be higher.
  • the depth h3 of the recess 28 is about 0.2 to 0.3 mm when the thickness of the circuit board 20D is about 0.4 to 0.5 mm, that is, about half the thickness of the circuit board 20D. It is preferable to do.
  • connection portion between the semiconductor package 10 and the circuit board 20D and the periphery of the recess 28, that is, a part of the side surface of the semiconductor package 10, a part of the side surface of the circuit board 20D, and the upper part of the recess 28 are filled with the filler 60 are covered with cover members 70D-1, 70D-2, and 70D-3 that prevent the intrusion of water. Covering the connection portion between the semiconductor package 10 and the circuit board 20D and the peripheral portion of the recess 28 with the cover members 70D-1, 70D-2, and 70D-3, thereby connecting the sensor electrode 13 and the first connection electrode 23. An internal space in which air exists is formed around the connection portion and the connection portion between the electronic component 51 and the mounting land 29.
  • the imaging unit 100D includes a cover member 70D-1, 70D-2, and 70D-3 that covers a part of the side surface of the semiconductor package 10, a part of the side surface of the circuit board 20D, and the periphery of the recess 28. By covering each of them, an internal space where air exists around the connection portion is formed, so that the influence on the connection portion during sterilization can be reduced. Further, even when a material having a large linear expansion is used as the filler 60, the influence on the semiconductor package 10, the circuit board 20D, and the electronic component 51 due to humidity is reduced, and the influence on the connection portion during sterilization is reduced. can do.

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Abstract

接続信頼性の高い撮像ユニットおよび内視鏡を提供する。本発明における撮像ユニット１００は、光学系が形成する光学像を画像信号に変換する撮像素子１１を有し、裏面にセンサ電極１３が形成されている半導体パッケージ１０と、センサ電極１３とバンプ１４を介して接続される接続電極２３を有する回路基板２０と、半導体パッケージ１０と回路基板２０とを覆う熱収縮チューブ５０と、熱収縮チューブ５０により囲繞された空間に充填され、半導体パッケージ１０および回路基板２０の周囲を封止する充填剤６０と、半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続部への充填剤６０の浸入を防止するカバー部材７０と、を備えることを特徴とする。

Description

撮像ユニットおよび内視鏡
　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および内視鏡に関する。
　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やケーブルが実装された回路基板と、撮像素子と回路基板とを接続するＴＡＢテープ等の電気接続部材とを含む撮像ユニットが嵌め込まれ、撮像素子や電子部品の周囲には保護を目的とした充填剤が充填されている。
　医療用に用いられる内視鏡では、消毒滅菌のためにオートクレーブ滅菌（１１５～１３８℃、大気圧＋０．２ＭＰａ程度）を行っているが、滅菌温度に加熱する際、充填剤の膨張によりＴＡＢテープや電子部品の接続部が破壊されるおそれがあるため、線膨張係数が異なる２種の封止樹脂を使用する撮像ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、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）が撮像ユニットに使用され、ＣＳＰのセンサ電極と回路基板の接続電極とをバンプ等により直接接続した撮像ユニットにおいて、半導体パッケージと前記回路基板との接続面に、半導体パッケージを覆う囲繞部材の内部に充填する第１の充填剤より滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張が前記第１の充填剤より小さい第２の充填剤を充填して、接続部の信頼性を図る撮像ユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第４５７８９１３号公報 特許第６２９３３９１号公報
　特許文献２の技術では、滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張が前記第１の充填剤より小さい第２の充填剤を半導体パッケージと前記回路基板との接続面に充填することにより、接続信頼性を向上できるものの、第２の充填材の滅菌温度の単位長さ当たりの線膨張は、半導体パッケージや回路基板の線膨張より大きいため、長期間にわたりオートクレーブ滅菌を行うことにより接続信頼性が低下するおそれがある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続信頼性の高い撮像ユニット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、本発明にかかる撮像ユニットは、光学系が形成する光学像を画像信号に変換する撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成されている半導体パッケージと、前記センサ電極とバンプを介して接続される接続電極を有する回路基板と、前記半導体パッケージと前記回路基板とを覆う囲繞部材と、前記囲繞部材により囲繞された空間に充填され、前記半導体パッケージおよび前記回路基板の周囲を封止する充填剤と、前記充填剤の前記半導体パッケージと前記回路基板との接続部への浸入を防止するカバー部材と、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、前記カバー部材は、前記半導体パッケージの側面と前記回路基板の側面とを合わせて被覆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、前記回路基板は、表面および裏面に第１の接続電極および第２の接続電極がそれぞれ形成され、表面側の第１の接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と接続される第１の回路基板と、表面に第３の接続電極、側面にケーブル接続電極が形成され、前記第３の接続電極が前記第１の基板の前記第２の接続電極と電気的および機械的に接続されている第２の回路基板と、を有し、前記第１の回路基板の裏面に形成された凹部内に電子部品が実装され、前記カバー部材は、前記半導体パッケージと前記第１の回路基板の接続部、および前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の接続部とを合わせて被覆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、前記カバー部材は、熱収縮チューブまたは樹脂フィルムであ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。
　本発明によれば、半導体パッケージと回路基板との接続部をカバー部材により覆うことで、接続部への充填剤の浸入を防止し、カバー部材により覆われた内部空間に空気を存在させることにより、常温から滅菌温度まで加熱した際にも、接続部が破壊されることがなく、接続部の信頼性を向上することができる。
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断面図である。 図３は、図２に示す撮像ユニットの斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニットの断面図である。 図５は、図６に示す撮像ユニットの斜視図である。 図６は、耐久試験での抵抗値の推移を示す図である。 図７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断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニットの断面図である。 図９は、図８に示す撮像ユニットの斜視図である。 図１０は、図８に示す撮像ユニットの多方向からの斜視図である。
　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１００の断面図である。図３は、図２に示す撮像ユニット１００の斜視図である。なお、図３では、図２の撮像ユニット１００の保持枠４０、熱収縮チューブ５０、充填剤６０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略するとともに、回路基板２０の側面ｆ５が手前側になるように９０°回転した状態で示している。
　撮像ユニット１００は、表面ｆ１に光学系が形成する光学像を画像信号に変換する撮像素子１１を有し、裏面ｆ２にセンサ電極１３が形成された半導体パッケージ１０と、接続電極２３が形成された本体部２１と、本体部２１の裏面に突出する取付け部２２と、を有する回路基板２０と、複数の信号ケーブル３１を撚り合せた集合ケーブル３０と、半導体パッケージ１０を保持する保持枠４０と、保持枠４０の基端部分を覆う熱収縮チューブ５０と、保持枠４０と熱収縮チューブ５０とにより囲繞、すなわち取り囲まれた空間に充填される充填剤６０と、半導体パッケージ１０の側面と回路基板２０との側面とを合わせて被覆するカバー部材７０と、を備える。本実施の形態１において、保持枠４０および熱収縮チューブ５０が囲繞部材として機能し、保持枠４０および熱収縮チューブ５０が、半導体パッケージ１０および回路基板２０とを取り囲んでいる。
　半導体パッケージ１０は、カバーガラス１２が撮像素子１１の受光部１１ａを保護するように貼り付けられ、カバーガラス１２の先端部側には半導体パッケージ１０より大きな径を有する芯出しカバーガラス１５が張り付けられている。半導体パッケージ１０は、芯出しカバーガラス１５の半導体パッケージ１０と接しない外周部が、保持枠４０の位置決め部４１に当接されることにより、保持枠４０により保持されている。レンズユニットが集光した光は芯出しカバーガラス１５、カバーガラス１２を介して、撮像素子１１の受光面に入射する。撮像素子１１のｆ２面には、センサ電極１３、および、はんだ等からなるバンプ１４が形成されている。半導体パッケージ１０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２０は、表面ｆ３に接続電極２３が形成された本体部２１と、本体部２１の裏面ｆ４に突出し、突出する側面のうち対向する２つの側面ｆ５および側面ｆ６にケーブル接続電極２４が形成された取付け部２２と、を有する。本体部２１と取付け部２２とは一体形成された基板であっても、個別で作製した基板を組み合わせたものであってもよい。回路基板２０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（表面ｆ３および裏面ｆ４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２０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（図示せず）が形成されている。
　回路基板２０の本体部２１の表面ｆ３には接続電極２３が形成され、半導体パッケージ１０のセンサ接続１３とバンプ１４を介して電気的、および機械的に接続されている。
　集合ケーブル３０は、１０本の単線ケーブルである信号ケーブル３１からなり、信号ケーブル３１の外周は総合シールドおよび総合被覆によって覆われている。集合ケーブル３０の先端部は、総合シールドおよび総合被覆が除去されている。また、信号ケーブル３１は、芯線３２と、芯線３２の外周に設けられる外皮３３と、を備える。信号ケーブル３１の先端部は、芯線３２が先端部から段階的に露出するよう外皮３３が除去されている。本実施の形態１では、信号ケーブル３１の芯線３２は、回路基板２０の取付け部２２の対向する側面ｆ５および側面ｆ６に形成されたケーブル接続電極２４に図示しない半田等を介して電気的および機械的に接続されている。また、実施の形態１において、回路基板２０および回路基板２０の側面ｆ５および側面ｆ６のケーブル接続電極２４にそれぞれ接続された複数の信号ケーブル３１（集合ケーブル３０）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。これにより、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。
　熱収縮チューブ５０は、保持枠４０の基端部から集合ケーブル３０の先端側を覆い、保持枠４０および集合ケーブル３０の総合被覆に密着固定される。保持枠４０と熱収縮チューブ５０とにより囲繞された空間には、絶縁性の充填剤６０が充填される。充填剤６０は、防湿性が高い材料からなり、半導体パッケージ１０や回路基板２０への湿度による影響を低減することができる。
　半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続部の周囲、すなわち半導体パッケージ１０の側面の一部と、回路基板２０の本体部２１の側面の一部は、充填剤６０の接続部への浸入を防止するカバー部材７０により覆われている。カバー部材７０により半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続部の周囲を覆うことにより、センサ電極１３と接続電極２３との接続部の周囲には、内部空間が形成され、この内部空間には空気が存在する。空気は、一般的な充填剤よりも弾性率が非常に小さく、滅菌温度まで加熱した際の接続部への影響も小さいため、長期間にわたる滅菌処理によっても接続部の信頼性を保持することができる。粘着性のある樹脂フィルムを半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続部の周囲に貼り付けたり、半導体パッケージ１０と回路基板２０との接続部の周囲を熱収縮チューブで覆うほか、ゴム製のＯリングまたは角リングで接続部の周囲を封止することにより、カバー部材７０として充填剤６０の接続部への浸入を防止することができる。
　実施の形態１にかかる撮像ユニット１００は、半導体パッケージ１０の側面と回路基板２０の側面をカバー部材７０で覆い、接続部の周囲に空気が存在する内部空間が形成されるため、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。また、充填剤６０として線膨張が大きい材料を使用した場合でも、半導体パッケージ１０や回路基板２０への湿度による影響を低減するとともに、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。さらに、回路基板２０および回路基板２０の側面ｆ５および側面ｆ６のケーブル接続電極２４にそれぞれ接続された複数の信号ケーブル３１（集合ケーブル３０）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさとするため、撮像ユニット１００の細径化が可能となる。
（実施の形態２）
　図４は、本発明の実施の形態２にかかる撮像ユニット１００Ａの断面図である。図５は、図４に示す撮像ユニット１００Ａの斜視図である。なお、図５では、図４の撮像ユニット１００Ａの保持枠４０、熱収縮チューブ５０、充填剤６０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略している。
　実施の形態２にかかる撮像ユニット１００Ａにおいて、回路基板２０Ａは、第１の回路基板２０Ａ－１と、第２の回路基板２０Ａ－２と、を有する。第１の回路基板２０Ａ－１は、表面ｆ３および裏面ｆ４に第１の接続電極２３Ａおよび第２の接続電極２５がそれぞれ形成され、表面ｆ３側の第１の接続電極２３Ａが半導体パッケージ１０のセンサ電極１３と、バンプ１４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２０Ａ－２は、表面ｆ７に第３の接続電極２７、基端側が近接するように階段状をなす対向する側面ｆ５および側面ｆ６にケーブル接続電極２４が形成され、第３の接続電極２７が第１の回路基板２０Ａ－１の第２の接続電極２５と、バンプ２６を介して電気的および機械的に接続されている。なお、バンプ２６としては、はんだボールや金属コアはんだボール、樹脂コアボール、金バンプ等がある。
　第１の回路基板２０Ａ－１の裏面ｆ４には、凹部２８が設けられ、凹部２８内に形成された実装ランド２９に電子部品５１が半田等の導電部材を介して実装されている。第１の回路基板２０Ａ－１は、撮像素子１１が発する熱を効率よく放熱する観点から熱伝導率が大きい材料で形成することが好ましい。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ベリリア、炭化ケイ素等が挙げられる。
　第２の回路基板２０Ａ－２は、対向する側面であるｆ５面と側面ｆ６面に階段部Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３が設けられている。側面ｆ５と側面ｆ６は半導体パッケージ１０の光軸方向の基端側で互いに近づくように階段部Ｓ１～Ｓ３が設けられる。階段部Ｓ２、およびＳ３にはケーブル接続電極２４がそれぞれ配置され、信号ケーブル３１の芯線３２が電気的および機械的に接続される。第２の回路基板２０Ａ－２は、信号ケーブル３１のはんだ付けする際に、第２の回路基板２０Ａ－２中の熱の放散を抑制して半田付けを容易にする観点から、熱伝導率が小さい材料で形成することが好ましい。例えば、窒化アルミニウムにガラス成分が混入されたＬＴＣＣ基板（Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ）等が挙げられる。また、半田付けの観点に加えて、ＬＴＣＣ基板は、電極として抵抗が小さい銀や銅を使用することができ、信号伝播速度を向上できるため好ましい。
　また、撮像ユニット１００Ａは、第１の回路基板２０Ａ－１、第２の回路基板２０Ａ－２、およびケーブル接続電極２４に接続された信号ケーブル３１（集合ケーブル３０Ａ）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさである。これにより、撮像ユニット１００Ａの細径化が可能となる。
　半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部の周囲、および第１の回路基板２０Ａ－１と第２の回路基板２０Ａ－２との接続部の周囲、すなわち半導体パッケージ１０の側面の一部と、第１の回路基板２０Ａ－１の側面全体と、第２の回路基板２０Ａ－２の側面の一部は、充填剤６０の接続部への浸入を防止するカバー部材７０Ａにより覆われている。カバー部材７０Ａにより半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部、および第１の回路基板２０Ａ－１と第２の回路基板２０Ａ－２との接続部を覆うことにより、センサ電極１３と第１の接続電極２３Ａとの接続部、第２の接続電極２５と第３の接続電極２７との接続部、および電子部品５１と実装ランド２９との接続部の周囲には、空気が存在する内部空間が形成される。本実施の形態２では、１つのカバー部材７０Ａにより、半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部の周囲、および第１の回路基板２０Ａと第２の回路基板２０Ａ－２との接続部の周囲を覆っているが、凹部２８を塞ぐことができれば、半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部の周囲、および第１の回路基板２０Ａと第２の回路基板２０Ａ－２との接続部の周囲を、個別のカバー部材により覆ってもよい。
　実施の形態２にかかる撮像ユニット１００Ａは、半導体パッケージ１０の側面の一部と、第１の回路基板２０Ａ－１の側面全体と、第２の回路基板２０Ａ－２の側面の一部をカバー部材７０Ａで覆うことにより、接続部の周囲に空気が存在する内部空間を形成するため、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。また、充填剤６０として線膨張が大きい材料を使用した場合でも、半導体パッケージ１０や第１の回路基板２０Ａ－１、第２の回路基板２０Ａ－２への湿度による影響を低減するとともに、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。さらに、第１の回路基板２０Ａ－１、第２の回路基板２０Ａ－２および第２の回路基板２０Ａ－２の側面ｆ５および側面ｆ６のケーブル接続電極２４にそれぞれ接続された複数の信号ケーブル３１（集合ケーブル３０）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさとするため、撮像ユニット１００Ａの細径化が可能となる。
　なお、接続部への周囲への充填剤の浸入を防止し、接続部への周囲に空気が存在する内部空間を形成することの効果は、図６により明らかである。図６は、耐久試験での抵抗値の推移を示す図である。図６は、半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部、および第１の回路基板２０Ａと第２の回路基板２０Ａ－２との接続部の周囲に空気が存在するサンプルＡと、比較対照として、半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部、および第１の回路基板２０Ａと第２の回路基板２０Ａ－２との接続部の周囲に充填剤を注入したサンプルＢについて、低温と高温の環境に交互に一定時間放置する耐久試験を行い、高温時での接続部（センサ電極１３と第１の接続電極２３Ａとの接続部、第２の接続電極２５と第３の接続電極２７との接続部、電子部品５１と実装ランド２９との接続部）の抵抗値の推移を示す図である。図６に示すように、接続部の周囲に空気が存在するサンプルＡは、耐久試験の繰り返し数が増加しても抵抗値の上昇が認められないことが確認できた。これに対し、充填剤６０が充填されたサンプルＢは、耐久試験の繰り返し数とともに抵抗値の上昇が認められた。
　また、実施の形態２では、カバー部材７０Ａで半導体パッケージ１０と第１の回路基板２０Ａ－１との接続部の周囲、および第１の回路基板２０Ａ－１と第２の回路基板２０Ａ－２との接続部の周囲を覆うことにより、接続部の周囲への充填剤６０の浸入を防止しているが、独立したカバー部材７０Ａを使用することなく、熱収縮チューブにより接続部の周囲への充填剤６０の浸入を防止することもできる。
　図７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１００Ｂの断面図である。撮像ユニット１００Ｂにおいて、保持枠４０Ｂの基端側は、芯出しカバーガラス１５が当接される位置決め部４１の長さまでしか存在せず、熱収縮チューブ５０Ｂが保持枠４０Ｂの基端側の側面、半導体パッケージ１０の側面、第１の回路基板２０Ｂ－１の側面、および第２の回路基板２０Ｂ－２の側面（階段部Ｓ１のみ）を覆っている。
　実施の形態２の変形例にかかる撮像ユニット１００Ｂは、半導体パッケージ１０の側面と、第１の回路基板２０Ｂ－１の側面と、第２の回路基板２０Ｂ－２の側面（階段部Ｓ１）を熱収縮チューブ５０Ｂで覆うことにより、接続部の周囲に空気が存在する内部空間を形成するため、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。また、実施の形態２と同様に、充填剤６０として防湿性の高い材料を使用することにより、半導体パッケージ１０や第１の回路基板２０Ｂ－１、第２の回路基板２０Ｂ－２への湿度による影響を低減することができる。さらに、第１の回路基板２０Ｂ－１、第２の回路基板２０Ｂ－２および第２の回路基板２０Ｂ－２の側面ｆ５および側面ｆ６のケーブル接続電極２４にそれぞれ接続された複数の信号ケーブル３１（集合ケーブル３０）は、半導体パッケージ１０の光軸方向の投影面内に収まる大きさとするため、撮像ユニット１００Ｂの細径化が可能となる。
（実施の形態３）
　図８は、本発明の実施の形態３にかかる撮像ユニット１００Ｄの断面図である。図９は、図８に示す撮像ユニット１００Ｄの下方からの斜視図である。図１０は、図８に示す撮像ユニット１００Ｄの上方からの斜視図である。なお、図９および図１０では、図８の撮像ユニット１００Ｄの保持枠４０、熱収縮チューブ５０、充填剤６０、芯出しカバーガラス１５の図示を省略している。
　撮像ユニット１００Ｄは、入射光を集光し反射するプリズム１６を備え、プリズム１６から入射された光を撮像素子１１が受光する。半導体パッケージ１０は、撮像素子１１が配置される表面ｆ１が光軸方向と平行に載置される、いわゆる横置き型である。
　回路基板２０Ｄは、表面ｆ３にセンサ電極１３と接続される接続電極２３と、信号ケーブル３１が接続されるケーブル接続電極２４とが並べて配置されるとともに、裏面ｆ４に凹部２８が形成されている。撮像ユニット１００Ｄの短小化のために回路基板２０Ｄを短くすると、電子部品５１の実装領域が狭くなるが、回路基板２０Ｄの裏面に電子部品５１を実装する凹部２８を形成することにより、撮像ユニット１００Ｄの短小化および細径化が可能となり、また、電子部品５１と撮像素子１１の距離を短くできるため、電気特性を向上することができる。
　回路基板２０Ｄの表面ｆ３には、センサ電極１３と接続される接続電極２３と、信号ケーブル３１が接続されるケーブル接続電極２４とが、信号ケーブル３１が延出する方向（以後、光軸方向という）に並べて配置されている。ケーブル接続電極２４は、信号ケーブル３１の実装密度を向上しながら撮像ユニット１００Ｄを細径化するために、千鳥格子状（ジグザグ状）に配置されている。
　回路基板２０Ｄは、裏面ｆ４の半導体パッケージ１０が実装される領域に、凹部２８が形成され、凹部２８の底面に実装ランド２９が配置されている。実装ランド２９には、電子部品５１が半田等の導電部材を介して実装されている。
　凹部２８の深さｈ３は、実装ランド２９に電子部品５１が実装された際に、回路基板２２Ｄの裏面ｆ４から電子部品５１の上面が突出しない高さ、すなわち、電子部品５１の高さｈ４より高くなるように形成されている。また、凹部２８の深さｈ３は、回路基板２０Ｄの厚さが０．４～０．５ｍｍ程度である場合、０．２～０．３ｍｍ程度、すなわち、回路基板２０Ｄの厚さの半分程度とすることが好ましい。
　半導体パッケージ１０と回路基板２０Ｄとの接続部の周囲、および凹部２８の周辺部、すなわち半導体パッケージ１０の側面の一部と回路基板２０Ｄの側面の一部、および凹部２８の上部は、充填剤６０の浸入を防止するカバー部材７０Ｄ－１、７０Ｄ－２、７０Ｄ－３により覆われている。カバー部材７０Ｄ－１、７０Ｄ－２、７０Ｄ－３により半導体パッケージ１０と回路基板２０Ｄとの接続部、および凹部２８の周辺部を覆うことにより、センサ電極１３と第１の接続電極２３との接続部、および電子部品５１と実装ランド２９との接続部の周囲には、空気が存在する内部空間が形成されている。
　実施の形態３にかかる撮像ユニット１００Ｄは、半導体パッケージ１０の側面の一部と回路基板２０Ｄの側面の一部、および凹部２８の周辺部をカバー部材７０Ｄ－１、７０Ｄ－２、７０Ｄ－３でそれぞれ覆うことにより、接続部の周囲に空気が存在する内部空間を形成するため、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。また、充填剤６０として線膨張が大きい材料を使用した場合でも、半導体パッケージ１０や回路基板２０Ｄ、電子部品５１への湿度による影響を低減するとともに、滅菌処理の際の接続部への影響を低減することができる。
　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　半導体パッケージ
　１１　撮像素子
　１２　カバーガラス
　１３　センサ電極
　１４、２６　バンプ
　１５　芯出しカバーガラス
　１６　プリズム
　２０、２０Ｄ　回路基板
　２０Ａ－１、２０Ｂ－１　第１の回路基板
　２０Ａ－２、２０Ｂ－１　第２の回路基板
　２１　本体部
　２２　取付け部
　２３　接続電極
　２３Ａ　第１の接続電極
　２４　ケーブル接続電極
　２５　第２の接続電極
　２７　第３の接続電極
　２８　凹部
　３０　集合ケーブル
　３１　信号ケーブル
　３２　芯線
　３３　外皮
　４０　保持枠
　５０、５０Ｂ　熱収縮チューブ
　５１　電子部品
　６０　充填剤
　７０、７０Ａ、７０Ｄ－１、７０Ｄ－２、７０Ｄ－３　カバー部材
　１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｄ　撮像ユニット

Claims (5)

  1. 　光学系が形成する光学像を画像信号に変換する撮像素子を有し、裏面にセンサ電極が形成されている半導体パッケージと、
    　前記センサ電極とバンプを介して接続される接続電極を有する回路基板と、
    　前記半導体パッケージと前記回路基板とを覆う囲繞部材と、
    　前記囲繞部材により囲繞された空間に充填され、前記半導体パッケージおよび前記回路基板の周囲を封止する充填剤と、
    　前記充填剤の前記半導体パッケージと前記回路基板との接続部への浸入を防止するカバー部材と、
    　を備えることを特徴とする撮像ユニット。
  2. 　前記カバー部材は、前記半導体パッケージの側面と前記回路基板の側面とを合わせて被覆することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  3. 　前記回路基板は、
    　表面および裏面に第１の接続電極および第２の接続電極がそれぞれ形成され、表面側の第１の接続電極が前記半導体パッケージのセンサ電極と接続される第１の回路基板と、
    　表面に第３の接続電極、側面にケーブル接続電極が形成され、前記第３の接続電極が前記第１の基板の前記第２の接続電極と電気的および機械的に接続されている第２の回路基板と、を有し、
    　前記第１の回路基板の裏面に形成された凹部内に電子部品が実装され、
    　前記カバー部材は、前記半導体パッケージと前記第１の回路基板の接続部、および前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の接続部とを合わせて被覆することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  4. 　前記カバー部材は、熱収縮チューブまたは樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  5. 　請求項１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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