采用pcb連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種采用PCB連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組，解決了采用多個(gè)圖像傳感器的三維（3D）內(nèi)窺鏡的圖像傳感器受到空間限制，而難于實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡小型化的問題。在內(nèi)窺鏡鏡頭中設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)圖像傳感器，輔助電路部，信號(hào)連接器。采用PCB連接的方法，可以在搭載圖像傳感器的承載基板后，增加一塊或多塊承載基板，用于搭載圖像傳感器以外的各部，承載基板間用PCB連接板實(shí)現(xiàn)信號(hào)的連接和結(jié)構(gòu)支撐，從而減小整個(gè)成像模組的外形尺寸，實(shí)現(xiàn)微型化。
【專利說明】采用PCB連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及圖像傳感器微型成像模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣連接及制作方法，特別涉及一種采用PCB連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組。

【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)窺鏡是經(jīng)人體自然孔道或手術(shù)形成的通道進(jìn)入人體內(nèi)，通過光學(xué)及實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的圖像傳感器將體內(nèi)各被檢查臟器或病變部位的圖像傳輸?shù)襟w外顯示設(shè)備，供醫(yī)生進(jìn)行診斷、手術(shù)等操作，是微創(chuàng)外科不可或缺的設(shè)備。為了減小給患者帶來的痛苦，內(nèi)窺鏡鏡頭的尺寸較小，外形為細(xì)長(zhǎng)圓柱狀(直徑小于等于10mm)，工作距離(長(zhǎng)度)遠(yuǎn)大于其直徑。內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要求成像模塊能適合其鏡頭結(jié)構(gòu)，由圖像傳感器等核心器件構(gòu)成的成像模組的微型化對(duì)減小內(nèi)窺鏡鏡頭的尺寸和體積非常重要。而由于技術(shù)的發(fā)展及臨床的需要，三維內(nèi)窺鏡及寬視野、高清晰、高分辨率實(shí)時(shí)視頻的要求，使得在內(nèi)窺鏡鏡頭處實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的圖像傳感器的性能、工作頻率、分辨率、數(shù)據(jù)帶寬和信號(hào)傳輸通道的信號(hào)完整性要求提高，元器件數(shù)量增加，增大了成像模組設(shè)計(jì)加工難度。本實(shí)用新型的成像模組就是為了滿足上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。
[0003]微型化的成像模組除內(nèi)窺鏡外，其應(yīng)用范圍廣泛。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所解決的問題是提供一種采用PCB連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組及其制作方法，形成的圖像傳感器模組的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，連接可靠，其結(jié)構(gòu)具有抗電磁干擾和減小電磁輻射的特點(diǎn)，并適合于內(nèi)窺鏡的應(yīng)用環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]采用PCB連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組包括圖像傳感器、第一承載基板、第二承載基板、連接板、信號(hào)連接器和輔助電路，
[0007]所述圖像傳感器固定安裝在第一承載基板的上表面上，所述連接板置于第一承載基板和第二承載基板之間，第一承載基板和第二承載基板通過連接板固定連接，第二承載基板的下表面與信號(hào)連接器固定連接，所述輔助電路固定安裝在第一承載基板的下表面和/或第二承載基板的上表面上。
[0008]所述的第一承載基板和第二承載基板之間設(shè)有一個(gè)以上第三承載基板，相鄰的第三承載基板之間通過連接板固定連接，第一承載基板與同其最鄰近的第三承載基板之間通過連接板固定連接，第二承載基板與同其最鄰近的第三承載基板之間通過連接板固定連接。
[0009]所述第三承載基板的表面上安裝有輔助電路。
[0010]所述連接板呈環(huán)形，所述輔助電路位于連接板的環(huán)內(nèi)，所述連接板有兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述連接板位于輔助電路的外圍。
[0011]所述連接板與第一承載板、第二承載基板之間分別通過導(dǎo)電的粘接劑固定連接。
[0012]所述第三承載基板上表面與第一承載基板下表面之間、第三承載基板下表面與第二承載基板上表面之間分別通過導(dǎo)電的粘接劑固定連接。
[0013]所述導(dǎo)電的粘接劑為錫球。
[0014]所述連接板為印制電路板。
[0015]位于所述第一承載基板上且與所述第一承載基板上表面間采用表面焊接(SMT)實(shí)現(xiàn)電連接的圖像傳感器，圖像傳感器可以有多個(gè)
[0016]位于連接板上、下表面的導(dǎo)電焊盤之間，可選的，存在導(dǎo)電透孔、埋孔或盲孔，構(gòu)成上、下導(dǎo)電焊盤間的電連接；
[0017]位于承載基板與連接板之間的錫球或錫層實(shí)現(xiàn)承載基板與連接板間的電連接和機(jī)械連接；
[0018]可選的，對(duì)于多個(gè)連接板的情況，連接板的外形可以是相同的，或不同的；
[0019]可選的，對(duì)于多個(gè)連接板的情況，連接板上下表面的導(dǎo)電焊盤的位置和形狀，可以是相同的，或不同的；
[0020]可選的，承載基板的數(shù)目可以多于兩塊。
[0021]位于承載基板最下面的是信號(hào)連接器。
[0022]在最后一個(gè)承載基板的下表面，安裝焊接信號(hào)連接器。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]所述成像模組的各承載基板的外形尺寸與圖像傳感器的外形尺寸接近或相等，最大程度地實(shí)現(xiàn)微型化。
[0025]采用兩層或多層承載基板，提高了空間利用率。
[0026]采用印刷線路板的連接板，使連接板既作為兩層承載基板間的機(jī)械支撐，又利用連接板實(shí)現(xiàn)電連接。
[0027]進(jìn)一步的，在承載基板的內(nèi)部設(shè)計(jì)至少一層地平面，在承載基板的上下表面進(jìn)行鋪地，在連接板內(nèi)設(shè)計(jì)連接兩層承載基板間的地回路，這種電連接將承載基板內(nèi)部的布線及可選的輔助電路進(jìn)行包覆，有效地減少模塊的電磁輻射，提高了模塊的抗電磁干擾能力。特別的，當(dāng)連接板構(gòu)成閉合環(huán)形時(shí)，與上下承載基板所形成的封閉區(qū)間內(nèi)的布線和輔助電路的電磁輻射被抑制到最小，而抗電磁干擾的能力達(dá)到最大。這種結(jié)構(gòu)適合用于內(nèi)窺鏡的細(xì)長(zhǎng)圓柱狀空間結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的圖像傳感器模組的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2A是本實(shí)用新型用雙層PCB構(gòu)成連接板的剖面示意圖；
[0030]圖2B是本實(shí)用新型用多層PCB構(gòu)成連接板的剖面示意圖；
[0031]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1的圖像傳感器模組的制作過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的圖像傳感器模組的制作過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1:
[0034]如圖3F所示，圖像傳感器101和102連接在第一承載基板103的上表面，接收經(jīng)內(nèi)窺鏡光學(xué)鏡頭傳來的光學(xué)信號(hào)輸入，第一承載基板103和第二承載基板109用多個(gè)連接板108作為機(jī)械支撐和電信號(hào)連接，兩側(cè)的連接板108所含的地回路與第一承載基板和第二承載基板所含的內(nèi)部地平面將輔助電路104、105、106包圍，減小輔助電路的電磁輻射，提高抗電磁干擾的能力；
[0035]實(shí)施步驟如下:
[0036]將用于接收光學(xué)信號(hào)的圖像傳感器101與102、第一承載基板103、第二承載基板109、連接板108、連接外部信號(hào)交換與控制電路的信號(hào)連接器110，用于輔助圖像傳感器模組上各器件與外部信號(hào)交換與控制電路建立電氣連接和/或協(xié)議轉(zhuǎn)換、控制信號(hào)轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘及電源與復(fù)位管理等功能的輔助電路104，105，106依次組織備用；
[0037]連接板108可以采用雙層及多層PCB制作，對(duì)于雙層PCB，其上下層間可以形成導(dǎo)電通路202，該導(dǎo)電通路分別與對(duì)應(yīng)的上下表面的導(dǎo)電焊盤201，203連接；對(duì)于多層PCB，其各層間的導(dǎo)電通道可以是直通型(透孔)或非直通型(盲孔、埋孔)，如圖2B所示，導(dǎo)電通路分別與對(duì)應(yīng)的上下表面的導(dǎo)電焊盤201，203連接；
[0038]如圖3所示，安裝焊接圖像傳感器101與102到第一承載基板103上表面；
[0039]將與第一承載基板103下表面的與連接板108上表面的導(dǎo)電焊盤201對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電焊盤上定位熱固錫球107或涂覆錫層；
[0040]安裝焊接第一承載基板103下表面的連接板108，輔助電路104，此處104為圖像傳感器提供時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘源；
[0041]將已與第一承載基板103焊接的連接板108下表面的導(dǎo)電焊盤203上定位熱固錫球107或涂覆錫層，作為一個(gè)器件；
[0042]安裝焊接第二承載基板109上表面的輔助電路105，106，此處105為信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)器件，106為兩路圖像傳感器提供同步控制的器件；
[0043]將已與第一承載基板103連接的連接板108的下表面焊接到第二承載基板109的上表面；
[0044]在第二承載基板109的下表面，安裝焊接信號(hào)連接器110，此處為符合信號(hào)傳輸特性的接插件，例如，對(duì)于高清數(shù)字輸出，具有傳輸高速Ivds信號(hào)能力的接插件，該器件同時(shí)提供整個(gè)圖像傳感器模組的電源和控制信號(hào)輸入通道。
[0045]實(shí)施例1中采用的兩路圖像傳感器在時(shí)鐘和控制器件驅(qū)動(dòng)下，同步工作，輸出的視頻信號(hào)經(jīng)第一承載基板和連接板，到達(dá)第二承載基板，通過信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)后，經(jīng)信號(hào)連接器向外傳輸，實(shí)現(xiàn)兩路視頻信號(hào)的同步輸出。整體結(jié)構(gòu)可以安裝到內(nèi)窺鏡長(zhǎng)圓柱形外殼之內(nèi)。
[0046]實(shí)施例1中，當(dāng)兩路圖像傳感器帶有LVDS信號(hào)輸出接口，作為信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)器件的輔助電路105可以省略。
[0047]實(shí)施例中，輔助電路104，105，106 可以為 OSC SMD 2520, TPS3831, DS90C031,但不限于這幾種器件。
[0048]實(shí)施例2
[0049]如圖4所示，圖像傳感器101和102連接在第一承載基板的上表面，接收經(jīng)內(nèi)窺鏡光學(xué)鏡頭傳來的光學(xué)信號(hào)輸入，第一承載基板103和第三承載基板111用多個(gè)連接板108作為機(jī)械支撐和電信號(hào)連接，第三承載基板111和第二承載基板109用多個(gè)連接板108作為機(jī)械支撐和電信號(hào)連接，兩側(cè)的連接板108所含的地回路與第一、第二及第三承載基板所含的內(nèi)部地平面將輔助電路104、105、106、112、113、114包圍，減小輔助電路的電磁輻射，提高抗電磁干擾的能力；
[0050]實(shí)施步驟如下:
[0051]將用于接收光學(xué)信號(hào)的圖像傳感器101與102、第一承載基板103、第二承載基板109、第三承載基板111、連接板108、連接外部信號(hào)收發(fā)與控制電路的信號(hào)連接器110，用于輔助圖像傳感器模組上各器件與外部信號(hào)收發(fā)與控制電路建立電氣連接和/或協(xié)議轉(zhuǎn)換，包括輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換、輸出驅(qū)動(dòng)、同步控制、時(shí)鐘及復(fù)位與電源管理等功能的輔助電路104、105、106、112、113、114 依次組織備用；
[0052]連接板108可以采用雙層及多層PCB制作，對(duì)于雙層PCB，其上下層間可以形成導(dǎo)電通路202，該導(dǎo)電通路分別與對(duì)應(yīng)的上下表面的導(dǎo)電焊盤201，203連接；對(duì)于多層PCB，其各層間的導(dǎo)電通道可以是直通型(透孔)或非直通型(盲孔、埋孔)，如圖2B所示，導(dǎo)電通路分別與對(duì)應(yīng)的上下表面的導(dǎo)電焊盤201，203連接；
[0053]如圖4所示，安裝焊接圖像傳感器101與102到第一承載基板103上表面；
[0054]將與第一承載基板103下表面的導(dǎo)電焊盤對(duì)應(yīng)的連接板108上表面的導(dǎo)電焊盤201上定位熱固錫球107或涂覆錫層；
[0055]安裝焊接第一承載基板103下表面的連接板108，輔助電路104，此處104為圖像傳感器提供時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘源；
[0056]將已與第一承載基板103焊接的連接板108下表面的導(dǎo)電焊盤203上定位熱固錫球107或涂覆錫層，作為一個(gè)器件；
[0057]安裝焊接第三承載基板111上表面的輔助電路105，106，此處105為信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)器件，106為兩路圖像傳感器提供同步控制的器件；
[0058]將已與第一承載基板103連接的連接板108的下表面與對(duì)應(yīng)的第三承載基板111的上表面焊接；
[0059]將與第三承載基板111下表面的導(dǎo)電焊盤對(duì)應(yīng)的連接板108上表面的導(dǎo)電焊盤201上定位熱固錫球107或涂覆錫層；
[0060]安裝焊接第三承載基板111下表面的連接板108，輔助電路112，此處112為數(shù)據(jù)處理器件；
[0061]將已與第三承載基板111焊接的連接板108下表面的導(dǎo)電焊盤203上定位熱固錫球107或涂覆錫層，作為一個(gè)器件；
[0062]安裝焊接第二承載基板109上表面的輔助電路113，114，此處113為輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換器件，114為復(fù)位與電源管理器件；
[0063]將已與第三承載基板111連接的連接板108的下表面焊接到第二承載基板109的上表面；
[0064]在第二承載基板109的下表面，安裝焊接信號(hào)連接器110，此處為符合信號(hào)傳輸特性的接插件，例如，對(duì)于高清數(shù)字輸出，具有傳輸高速Ivds信號(hào)能力的接插件，該器件同時(shí)提供整個(gè)圖像傳感器模組的電源和控制信號(hào)輸入通道。
[0065]上述所完成的實(shí)施例中，任意兩個(gè)承載基板間采用PCB制作的連接板實(shí)現(xiàn)機(jī)械支撐，同時(shí)構(gòu)成承載基板間的電信號(hào)的連接，節(jié)省了空間。并且，在設(shè)計(jì)承載基板和連接板的導(dǎo)電通路時(shí)，可以用地平面和地回路構(gòu)成包覆承載基板與連接板構(gòu)成的空間，有效減少此空間中的各器件所受到的電磁干擾，而在此空間中的導(dǎo)電通路和輔助電路在高頻傳輸時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射也得到有效抑制。當(dāng)連接板為環(huán)形或多個(gè)連接板在兩個(gè)承載基板間形成封閉形狀時(shí)，整個(gè)模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以及抗電磁干擾性能和電磁輻射衰減能力得到最佳。
[0066]由于本實(shí)用新型采用多層承載基板，當(dāng)成像模組的輔助電路較多時(shí)，可以采用增加承載基板來增加安裝焊接輔助電路的空間，這種縱向延伸與內(nèi)窺鏡的細(xì)長(zhǎng)圓柱狀空間結(jié)構(gòu)相符，適合于內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)的要求。
[0067]上述完成的實(shí)施例中，輔助器件的安放位置可以根據(jù)具體情況調(diào)整，并不只限于本實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)形式；實(shí)施例2中的第三承載基板可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，對(duì)于多個(gè)第三承載基板的情況，可以按照實(shí)施例2中的對(duì)第三承載基板的處理方法重復(fù)進(jìn)行，直到所有的第三承載基板都處理完成后，再按實(shí)施例2的步驟，處理第二承載基板，直至完成整個(gè)模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種采用PCB連接的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征在于，包括圖像傳感器(101、102)、第一承載基板(103)、第二承載基板(109)、連接板(108)、信號(hào)連接器(110)和輔助電路(104、105、106)， 所述圖像傳感器(101、102)固定安裝在第一承載基板(103)的上表面上，所述連接板(108)置于第一承載基板(103)和第二承載基板(109)之間，第一承載基板(103)和第二承載基板(109)通過連接板(108)固定連接，第二承載基板(109)的下表面與信號(hào)連接器(110)固定連接，所述輔助電路(104、105、106)固定安裝在第一承載基板(103)的下表面和/或第二承載基板(109)的上表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征在于:所述的第一承載基板(103)和第二承載基板(109)之間設(shè)有一個(gè)以上第三承載基板(111)，相鄰的第三承載基板之間通過連接板(108)固定連接，第一承載基板(103)與同其最鄰近的第三承載基板之間通過連接板固定連接，第二承載基板(109)與同其最鄰近的第三承載基板之間通過連接板固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征是:所述第三承載基板(111)的表面上安裝有輔助電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征在于:所述連接板(108)呈環(huán)形，所述輔助電路位于連接板(108)的環(huán)內(nèi)，所述連接板(108)有兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述連接板(108)位于輔助電路的外圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征是:所述連接板(108)與第一承載板(103)、第二承載基板(109)之間分別通過導(dǎo)電的粘接劑固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征是:所述第三承載基板上表面與第一承載基板(103)下表面之間、第三承載基板下表面與第二承載基板(109)上表面之間分別通過導(dǎo)電的粘接劑固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征是:所述導(dǎo)電的粘接劑為錫球(107)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)窺鏡微型成像模組，其特征是:所述連接板(108)為印制電路板。
【文檔編號(hào)】A61B1/05GK203970339SQ201420440552
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】葉學(xué)松, 張宏, 蔡秀軍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)