JP7799414B2 - 電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品に関し、特に基板間をフレキシブル基板で接続した構成における高速信号伝送技術に関するものである。

近年、撮像装置において、短時間で複数枚の画像を撮影し、合成して、解像度や感度、ダイナミックレンジ等を拡大する技術が注目されている。短時間で複数枚の画像を撮影し、合成を行うためには、撮像素子から画像処理回路への信号伝送の高速化が重要な要素技術の１つとなっている。信号伝送の高速化のためには、信号伝送の周波数を上げる方法があるが、１ＵＩ（Unit Interval）で伝送できるビット数を増やすことが可能なＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）４伝送なども注目されている。

また、近年のミラーレスカメラでは、ボディ内手振れ補正の性能向上のために、撮像素子が実装されている基板と、撮像素子からの信号を処理する基板とを、フレキシブル基板で接続する構成が一般的となっている。

しかしながら、従来、基板間をコネクタ付きのフレキシブル基板で接続し、信号を高速伝送する際に、コネクタ部分においてインピーダンスの不整合により信号の一部が反射する、信号反射が問題となっていた。図６（ａ）は、基板間をコネクタ付きのフレキシブル基板で接続した構成、図６（ｂ）は、図６（ａ）の構成におけるインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。送信側（ＴＸ）基板のコネクタ部と受信側（ＲＸ）基板のコネクタ部で、インピーダンスが、狙いとする値（ここでは１００Ω）から下がってしまっていることが分かる。

このような問題に対し、特許文献１では、コネクタ部でのインピーダンスの不整合により発生する信号の反射を防止するために、伝送線路のインピーダンスを敢えて低く制御することが開示されている。

特開２０１８－９８２９０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、伝送線路のインピーダンスを１００Ωに揃えられないため、インピーダンス不整合による信号反射が許容できない場合がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、基板間をフレキシブル基板で接続する構成において、組み立て易さを著しく損なうことなく、信頼性の高い高速信号伝送を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の電子部品は、第１の基板と、前記第１の基板と第２の基板とを接続するための第１のフレキシブル基板と、前記第１の基板と、前記第２の基板と、前記第１のフレキシブル基板とに形成された、前記第１の基板から前記第２の基板へ差動信号を伝送する第１の伝送配線と、を含み、前記第１のフレキシブル基板の１つの端部を前記第１の基板にダイレクト接続し、前記第１のフレキシブル基板の別の端部に前記第２の基板に付け外し可能なコネクタを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、基板間をフレキシブル基板で接続する構成において、組み立て易さを著しく損なうことなく、信頼性の高い高速信号伝送を可能にすることができる。

本発明の第１の実施形態における電子部品の構成を示す図。 第１の実施形態における電子部品の構成及びインピーダンスプロファイルを説明する図。 第１の実施形態におけるアイパターンの改善を説明するための図。 第２の実施形態における電子部品の構成を示す図。 第３の実施形態における電子部品の構成を示す図。 従来の構成及びインピーダンスプロファイルを説明する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における電子部品の構成を示す図である。
撮像素子１０１は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子であり、入射した光に応じて画像信号を出力する。撮像素子１０１は、一般的に、フォトダイオード等を含む画素ブロック、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換等を行う処理回路ブロック、デジタル変換したデータを出力する伝送回路ブロック等に分けられる。

基板１０２には、撮像素子１０１が実装されており、以下「撮像基板」と呼ぶ。撮像基板１０２はプリント基板であり、撮像素子１０１の他に、不図示の電子部品等を搭載し、高速信号伝送配線１０３や電源配線１０４が銅等の金属で形成されている。撮像基板１０２は、撮像素子１０１を搭載するためリジッド基板とすることが望ましく、例えばガラスエポキシ等で生成される。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、セラミックスと銅配線を用いたＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）基板等でもよく、特定の材料に、銅等の金属配線でパターンを形成し、部品を搭載可能な基板であればよい。

信号処理部２０１は、撮像素子１０１から出力された画像信号に対して画像処理等を行うと共に、撮像素子１０１を駆動するための通信や撮像素子１０１の制御信号を出力する。

基板２０２には、信号処理部２０１が実装されており、以下、「信号処理基板」と呼ぶ。信号処理基板２０２は、信号処理部２０１の他に、コネクタ勘合部２０３や、その他不図示の電気部品等を搭載し、高速信号伝送配線１０３が銅等の金属で形成されている。

フレキシブル基板４０１は、撮像基板１０２と信号処理基板２０２とを接続するために用いられる。フレキシブル基板４０１は、ポリイミド等からなるフレキシブル基材と、金属箔等からなる配線層、絶縁層であるカバーレイを有する。フレキシブル基板４０１には、高速信号伝送配線１０３や撮像素子１０１を駆動するための不図示の通信用配線、撮像素子１０１の制御信号配線等が銅等の金属で形成されている。

高速信号伝送配線１０３は、撮像基板１０２、フレキシブル基板４０１、信号処理基板２０２上に形成された、撮像素子１０１から信号処理部２０１に画素信号等を高速に伝送するための配線である。一般的に、高速信号伝送配線は、２本の信号線を用い、互いに逆相の電流を流し、信号線間の電位差で伝送する差動伝送になっていることが多い。差動伝送することによって、２本の信号線に同じノイズが加わっても、ノイズがキャンセルされ、誤動作しにくくなる。本実施形態の高速信号伝送配線１０３も、同様に差動伝送を行うものとする。

インピーダンスの不整合の影響は、受信側と比べて送信側に近いほど大きいため、送信側をダイレクト接続すると効果が大きい。そこで、本実施形態では、信号の送信側である撮像基板１０２とフレキシブル基板４０１とを、ダイレクト接続部４０２で導電接続部材によって、コネクタを介さずに直接接続する。一方、フレキシブル基板４０１と信号の受信側である信号処理基板２０２とを、コネクタ勘合部２０３を介して接続する。

ダイレクト接続部４０２は、撮像基板１０２とフレキシブル基板４０１とを、撮像基板１０２上に形成された金属配線が露出した開口部と、フレキシブル基板４０１上に形成された金属配線が露出した開口部（１つの端部）とを、導電接続部材で接続することにより接続する。

コネクタ勘合部２０３は、信号処理基板２０２とフレキシブル基板４０１の端部（別の端部）とをＢｏａｒｄ ｔｏ Ｂｏａｒｄコネクタやフリップロックタイプのコネクタ等で接続する。コネクタ勘合部２０３により、信号処理基板２０２に対してフレキシブル基板４０１を適宜付け外し可能となっている。

信号処理基板２０２側もダイレクト接続することは可能だが、ダイレクト接続すると撮像装置の組み立て易さが大幅に損なわれてしまうため、上記の効果を踏まえ、本実施形態では出力側の片側だけダイレクト接続する。図２（ａ）は、本実施形態における基板間をコネクタ付きのフレキシブル基板で接続した電子部品の構成、図２（ｂ）は、図２（ａ）の構成におけるインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。このように接続することによって、従来の図６に示す構成と比べて、信号の出力側の基板とフレキシブル基板の接続部のインピーダンス不整合を軽減することができる。

ここで、高速信号伝送配線１０３を介して送信される信号の品質について説明する。信号の波形の評価方法としては、アイパターンによる評価が一般的である。アイパターンとは、実際の信号波形の遷移を多数サンプリングし、重ね合わせて信号の特徴を視覚的に表示したものである。波形が同じ位置（タイミング、電圧）で複数重なっていれば品質の良い波形であり、波形の位置（タイミング、電圧）がずれている場合、品質の悪い波形と言える。

図３に第１の実施形態における高速信号伝送路を使用した際のアイパターンの改善結果を説明するための図を示す。図３に示すひし形は、アイパターンの規定マスクで、信号波形が規定マスクに掛かってしまうと信号遷移の情報が正しく伝送できない可能性が出てくる。図３（ａ）は、従来例のように、送信側をコネクタで接続した場合を示しており、送信側のコネクタ部のインピーダンス不整合によりジッタが悪化している。これに対し、図３（ｂ）は、本実施形態に示すように送信側をダイレクト接続した場合を示しており、インピーダンス不整合による信号反射等の影響が軽減されて、規定マスクに対するマージンが増えていることがわかる。

図１に戻り、電源部３０１は、電源用フレキシブル基板５０１を介して撮像素子１０１に電力を供給する。
基板３０２には、電源部３０１が搭載されており、以下「電源基板」と呼ぶ。電源基板３０２には、電源部３０１の他に、電源基板コネクタ勘合部３０３やその他不図示の電気部品等が実装されている。

電源用フレキシブル基板５０１は、撮像基板１０２と電源基板３０２を接続するために用いられる。電源用フレキシブル基板５０１は、ポリイミド等からなるフレキシブル基材と、金属箔等からなる配線層、絶縁層であるカバーレイを有し、電源配線１０４が銅等の金属で形成されている。

電源配線１０４は、撮像基板１０２、電源用フレキシブル基板５０１、電源基板３０２上に銅等の金属で形成されている電源配線パターンであり、電源部３０１から撮像素子１０１に電力を供給するための配線である。

高速信号伝送配線を含まない場合は、信号反射を考慮する必要が無いため、フレキシブル基板の両側をコネクタ接続する方が、組み立て易い。そこで、本実施形態では、電源基板３０２と電源用フレキシブル基板５０１とを電源基板コネクタ勘合部３０３を介して接続すると共に、電源用フレキシブル基板５０１と撮像基板１０２とを電源コネクタ勘合部１０５を介して接続する。

電源基板コネクタ勘合部３０３は、電源基板３０２と電源用フレキシブル基板５０１とをＢｏａｒｄ ｔｏ Ｂｏａｒｄコネクタやフリップロックタイプのコネクタ等で接続する。電源基板コネクタ勘合部３０３により、電源基板３０２に対して電源用フレキシブル基板５０１を適宜付け外し可能となっている。

また、電源コネクタ勘合部１０５は、撮像基板１０２と電源用フレキシブル基板５０１とをＢｏａｒｄ ｔｏ Ｂｏａｒｄコネクタやフリップロックタイプのコネクタ等で接続する。電源コネクタ勘合部１０５により、撮像基板１０２に対して電源用フレキシブル基板５０１を適宜付け外し可能となっている。

上記の通り第１の実施形態によれば、フレキシブル基板を使って、組み立て易さを確保しながら、信頼性の高い基板間の高速信号伝送を提供することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態における電子部品の構成を示す図である。なお、図４において、図１に示す構成と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態では、基板２１０上に、信号処理部２０１及び電源部３０１が実装されており、以下「信号処理基板」と呼ぶ。第２の実施形態では、信号処理部２０１は処理した信号に基づいて、撮像素子１０１の補正データや調整データ等を生成する。信号処理基板２１０は、信号処理部２０１及び電源部３０１の他に、コネクタ勘合部２０３、ダイレクト接続部２１２、及びその他不図示の電気部品等を搭載し、高速信号伝送配線２１１が銅等の金属で形成されている。

フレキシブル基板２１３は、撮像基板１０２と信号処理基板２１０とを接続するために用いられる。フレキシブル基板２１３は、ポリイミド等からなるフレキシブル基材と、金属箔等からなる配線層、絶縁層であるカバーレイを有し、高速信号伝送配線２１１や電源配線１０４等が銅等の金属で形成されている。

高速信号伝送配線２１１は、信号処理基板２１０、フレキシブル基板２１３、撮像基板１０２上に形成された、信号処理部２０１から撮像素子１０１に撮像素子１０１の補正データや調整データ等を伝送するため配線である。

第１の実施形態でも説明したように、インピーダンスの不整合の影響は、受信側と比べて送信側に近いほど影響が大きいため、送信側をダイレクト接続すると効果が大きい。そこで、本実施形態では、信号の送信側である信号処理基板２１０とフレキシブル基板２１３とを、ダイレクト接続部２１２で導電接続部材によって、コネクタを介さずに直接接続する。一方、フレキシブル基板２１３と信号の受信側である撮像基板１０２とを、電源コネクタ勘合部１０５を介して接続する。

ダイレクト接続部２１２は、信号処理基板２１０とフレキシブル基板２１３とを、信号処理基板２１０上に形成された金属配線が露出した開口部と、フレキシブル基板２１３上に形成された金属配線が露出した開口部（１つの端部）とを、導電接続部材で接続することにより接続する。

撮像基板１０２側もダイレクト接続することは可能だが、ダイレクト接続すると撮像装置の組み立て易さが大幅に損なわれてしまうため、出力側である信号処理基板２１０側だけをダイレクト接続する。

上記の通り第２の実施形態によれば、フレキシブル基板を使って、組み立て易さを確保しながら、信頼性の高い基板間の双方向の高速信号伝送を提供することができる。

なお、上述した例では、信号処理部２０１から撮像素子１０１に、撮像素子１０１の補正データや調整データ等を送信する場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、基板２１０に撮像素子１０１を制御する制御部を搭載してもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態における電子部品の構成を示す図である。なお、図５において、図１に示す構成と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。

表示装置６０１は、再生画像や撮影映像をモニタ可能な有機ＥＬや液晶ディスプレイ等により構成される。基板６０２には、表示装置６０１が実装されており、以下「表示装置基板」と呼ぶ。表示装置基板６０２には、表示装置６０１の他に、不図示の電子部品等が搭載され、表示装置用高速信号伝送配線７０２が銅等の金属で形成されている。

表示装置用フレキシブル基板７０１は、信号処理基板２０２と表示装置基板６０２とを接続するために用いられる。表示装置用フレキシブル基板７０１は、ポリイミド等からなるフレキシブル基材と、金属箔等からなる配線層、絶縁層であるカバーレイを有する。表示装置用フレキシブル基板７０１には、表示装置用高速信号伝送配線７０２や表示装置６０１を駆動するための不図示の通信用配線、表示装置６０１の制御信号配線等が、銅等の金属で形成されている。

表示装置用高速信号伝送配線７０２は、信号処理基板２０２、表示装置用フレキシブル基板７０１、表示装置基板６０２に形成された、信号処理部２０１から表示装置６０１に表示用画像データ等を高速に伝送するための配線である。

第１の実施形態でも説明したように、インピーダンスの不整合の影響は、受信側と比べて送信側に近いほど影響が大きいため、送信側をダイレクト接続すると効果が大きい。そこで、本実施形態では、信号の送信側である信号処理基板２０２と表示装置用フレキシブル基板７０１とを、ダイレクト接続部７０３で導電接続部材によって、コネクタを介さずに直接接続する。一方、表示装置用フレキシブル基板７０１と信号の受信側である表示装置基板６０２とを、表示基板コネクタ勘合部６０３を介してＢｏａｒｄ ｔｏ Ｂｏａｒｄコネクタやフリップロックタイプのコネクタ等で接続する。表示基板コネクタ勘合部６０３により、表示装置基板６０２に対して表示装置用フレキシブル基板７０１を適宜付け外し可能となっている。

表示装置基板６０２側もダイレクト接続することは可能だが、ダイレクト接続すると撮像装置の組み立て易さが大幅に損なわれてしまうため、出力側である信号処理基板２１０側だけをダイレクト接続する。

メモリカードコネクタ８０１は、ＳＤカードやＣＦカード等の記憶媒体に接続するためのコネクタであって、記憶媒体を装着することによって、信号処理部２０１から出力された画像データを記録することができる。基板８０２にはメモリカードコネクタ８０１が実装されており、以下「メモリカード基板」と呼ぶ。メモリカード基板８０２には、メモリカードコネクタ８０１の他に、不図示の電子部品等が搭載され、メモリカード用高速信号伝送配線９０２が銅等の金属で形成されている。

メモリカード用フレキシブル基板９０１は、信号処理基板２０２とメモリカード基板８０２とを接続するために用いられる。メモリカード用フレキシブル基板９０１は、ポリイミド等からなるフレキシブル基材と、金属箔等からなる配線層、絶縁層であるカバーレイを有する。メモリカード用フレキシブル基板９０１には、メモリカード用高速信号伝送配線９０２や、メモリカードコネクタ８０１を駆動するための不図示の通信用配線や制御信号配線等が、銅等の金属で形成されている。

メモリカード用高速信号伝送配線９０２は、信号処理基板２０２、メモリカード用フレキシブル基板９０１、メモリカード基板８０２に形成された、信号処理部２０１からメモリカードコネクタ８０１に記録用の画像データ等を伝送するための配線である。

上述したように、インピーダンスの不整合の影響は、受信側と比べて送信側に近いほど影響が大きいため、送信側をダイレクト接続すると効果が大きい。そこで、本実施形態では、信号の送信側である信号処理基板２０２とメモリカード用フレキシブル基板９０１とを、ダイレクト接続部９０３で導電接続部材によって、コネクタを介さずに直接接続する。一方、メモリカード用フレキシブル基板９０１と信号の受信側であるメモリカード基板８０２とを、メモリカード基板コネクタ勘合部８０３を介してＢｏａｒｄ ｔｏ Ｂｏａｒｄコネクタやフリップロックタイプのコネクタ等で接続する。メモリカード基板コネクタ勘合部８０３により、メモリカード基板８０２に対してメモリカード用フレキシブル基板９０１を適宜付け外し可能となっている。

メモリカード基板８０２側もダイレクト接続することは可能だが、ダイレクト接続すると撮像装置の組み立て易さが大幅に損なわれてしまうため、出力側である信号処理基板２１０側だけをダイレクト接続する。

上記の通り第３の実施形態によれば、フレキシブル基板を使って、組み立て易さを確保しながら、表示装置やメモリカード等への信頼性の高い基板間の高速信号伝送を実現することができる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０１：撮像素子、１０２：撮像基板、１０３，２１１，７０２，９０２：高速信号伝送配線、１０５，２０３，３０３，６０３，８０３：コネクタ勘合部、２０１：信号処理部、２０２：信号処理基板、３０１：電源部、３０２：電源基板、４０１，５０１，７０１，９０１：フレキシブル基板、４０２，２１２，７０３，９０３：ダイレクト接続部、６０１：表示装置、６０２：表示装置基板、８０１：メモリカードコネクタ、８０２：メモリカード基板

Claims (9)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板と第２の基板とを接続するための第１のフレキシブル基板と、
   前記第１の基板と、前記第２の基板と、前記第１のフレキシブル基板とに形成された、前記第１の基板から前記第２の基板へ差動信号を伝送する第１の伝送配線と、を含み、
   前記第１のフレキシブル基板の１つの端部を前記第１の基板にダイレクト接続し、前記第１のフレキシブル基板の別の端部に前記第２の基板に付け外し可能なコネクタを設けたことを特徴とする電子部品。
2. 前記第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを接続するための第２のフレキシブル基板と、
   前記第１の基板と、前記第２の基板と、前記第２のフレキシブル基板とに形成された、前記第２の基板から前記第１の基板へ差動信号を伝送する第２の伝送配線と、を更に含み、
   前記第２のフレキシブル基板の１つの端部を前記第２の基板にダイレクト接続し、前記第２のフレキシブル基板の別の端部に前記第１の基板に付け外し可能なコネクタを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記第１の基板に撮像手段を搭載し、前記第２の基板に信号処理手段を搭載し、前記第１の伝送配線は、前記撮像手段から出力される画像信号を前記信号処理手段に伝送することを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
4. 前記第１の基板に撮像手段を搭載し、前記第２の基板に信号処理手段を搭載し、前記第２の伝送配線は、前記信号処理手段から出力される前記撮像手段の補正データや調整データを前記撮像手段に伝送することを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
5. 前記第１の基板に撮像手段を搭載し、前記第２の基板に制御手段を搭載し、前記第２の伝送配線は、前記制御手段から出力される前記撮像手段を制御するための信号を前記撮像手段に伝送することを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
6. 前記第１の基板に信号処理手段を搭載し、前記第２の基板に表示手段を搭載し、前記第１の伝送配線は、前記信号処理手段から出力される表示用の画像データを前記表示手段に伝送することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
7. 前記第１の基板に信号処理手段を搭載し、前記第２の基板にメモリカードコネクタを搭載し、前記第１の伝送配線は、前記信号処理手段から出力される記録用の画像データを前記メモリカードコネクタに伝送することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
8. 前記第１の基板と第３の基板とを接続するための第３のフレキシブル基板と、
   前記第１の基板と、前記第３の基板と、前記第３のフレキシブル基板とに形成された、前記第１の基板から前記第３の基板へ差動信号を伝送する第３の伝送配線と、を更に含み、
   前記第３のフレキシブル基板の１つの端部を前記第１の基板にダイレクト接続し、前記第３のフレキシブル基板の別の端部に前記第３の基板に付け外し可能なコネクタを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品。
9. 前記第１の基板に信号処理手段を搭載し、前記第２の基板に表示手段を搭載し、前記第１の伝送配線は、前記信号処理手段から出力される表示用の画像データを前記表示手段に伝送し、
   前記第３の基板にメモリカードコネクタを搭載し、前記第３の伝送配線は、前記信号処理手段から出力される記録用の画像データを前記メモリカードコネクタに伝送する
   ことを特徴とする請求項８に記載の電子部品。