(57)【要約】【課題】フレキシブル配線基板の折り曲げ部の配置を工夫することで、装置の枠とデバイス基板の縁部の隙間を狭くすることができる探触子などの装置を提供する。【解決手段】装置は、デバイスが配列された基板１０１と、デバイスにそれぞれ接続され基板１０１の辺の縁部に形成された電極端子と、基板１０１のデバイス形成面と反対の面側に配置され配線を備えたフレキシブル配線基板１０２を有する。接続部１０８により、電極端子と配線は電気的に接続される。フレキシブル配線基板１０２は、接続部１０８の形成された辺とは異なる基板１０１の辺の縁部に沿って、基板１０１のデバイス形成面と反対の面から遠ざかる方向に折リ曲げられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデバイスが配列された基板と、複数のデバイスにそれぞれ接続され前記基板の縁部に形成された複数の電極端子と、前記基板のデバイス形成面と反対の面側に配置され複数の配線を備えたフレキシブル配線基板と、前記複数の電極端子と前記複数の配線をそれぞれ電気的に接続した接続部と、を有する装置であって、
前記フレキシブル配線基板は、前記接続部の形成された辺とは異なる前記基板の辺の縁部に沿って、前記基板のデバイス形成面と反対の面から遠ざかる方向に折リ曲げられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記デバイスは電気機械変換装置であり、探触子として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気機械変換装置は容量型超音波トランスデューサであり、前記基板は半導体基板であり、前記接続部はワイヤーボンディングによって前記電極端子と前記配線を接続していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電気機械変換装置上に、超音波を通すが光は反射する反射膜が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
請求項２から４の何れか１項に記載の探触子として構成された装置と、
前記電気機械変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有し、
被検体からの音響波を前記電気機械変換装置で検出し、変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項６】
請求項２から４の何れか１項に記載の探触子として構成された装置と、
パルス状に光を発生する光源と、
前記電気機械変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有し、
前記光源から発せられて被検体にあてられた光によって生じる光音響波を前記電気機械変換装置で検出し、変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス基板とフレキシブル配線基板を有する装置、静電容量型超音波トランスデューサなどの電気機械変換装置を有する探触子（プローブ）、それを用いた被検体診断装置などの被検体情報取得装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシンニング工程を用いて作製される静電容量型電気機械変換装置が盛んに研究されていて、これに関しての提案がある（特許文献１参照）。通常の容量型電気機械変換装置は、下部電極と所定の間隔を保って支持された振動膜と、振動膜の表面に配設される上部電極とを有する。これは、例えば、容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer）などとして用いられる。ＣＭＵＴは、軽量の振動膜を用いて超音波などの音響波を送信または受信し、液中及び空気中でも優れた広帯域特性を持つものが容易に得られる。このＣＭＵＴを利用すると、従来の医療診断より高精度な診断が可能となるため、有望な技術として注目されつつある。なお、本明細書において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含む。例えば、測定対象内部に可視光線や赤外線等の光（電磁波）を照射して測定対象内部で発生する音響波や、測定対象内部に音響波を送信して測定対象内部で反射する反射音響波などを含む。以下の説明では、音響波を代表して、超音波と言う場合もある。
【０００３】
また、超音波画像の取得を目的としたＣＭＵＴとＩＣ（集積回路）、配線等を実装した装置例を開示するものとして非特許文献１がある。更に、一度に多くの情報を得るために２次元配列の容量型超音波振動子を用いた探触子の提案がある（特許文献２参照）。こうした探触子は、複数のＣＭＵＴにより１つの振動子ないしエレメントを形成し、そのエレメントを同一の半導体基板上に２次元に複数配列して形成される。各ＣＭＵＴの超音波送受信面側に配置される振動膜側の電極は、半導体基板の縁部に設けられたエレメントの電極端子に個別に接続される。各電極端子は、フレキシブル配線基板などの外部配線基板に形成されたリード端子にワイヤーボンディングにより接続され、リード端子を介して、外部からエレメントに駆動信号が印加されるように構成される。フレキシブル配線基板は、半導体基板の縁部と探触子のケーシング（枠）とに挟まれた空間に収納されて、アンプ等に接続する部分まで伸延されている。
【０００４】
一方、被検体の広い範囲の画像を取得するために探触子を２次元面内で走査することが行われるが、エレメントを複数配列した半導体基板と探触子の枠の壁面との走査方向の間隔は、少しでも多くの情報を得るために、出来るだけ狭くする必要がある。また、探触子の大きさは益々コンパクトに形成される傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１９７１２号公報
【特許文献２】特開２００８−１９３３５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE Ultrasonic Symposium,1997, p.900-903
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の様に、ＣＭＵＴの半導体基板の縁部と探触子の枠との隙間は狭く、その狭い空間にフレキシブル配線基板を収納して、アンプ等と接続するためにフレキシブル配線基板を伸延させる必要がある。そのために、半導体基板の縁部でのフレキシブル配線基板の折り曲げ半径が小さくなり、フレキシブル配線基板の配線部材の破断などが発生する可能性があり、信頼性が低下することがあった。また、探触子作製工程において、探触子の枠壁面とフレキシブル配線基板の接触抵抗で、エレメントが配列された基板とフレキシブル配線基板の枠内への挿入が困難になることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑みて、本発明の装置は、複数のデバイスが配列された基板と、複数のデバイスにそれぞれ接続され前記基板の辺の縁部に形成された複数の電極端子と、前記基板のデバイス形成面と反対の面側に配置され複数の配線を備えたフレキシブル配線基板と、前記複数の電極端子と前記複数の配線をそれぞれ電気的に接続した接続部と、を有する。そして、前記フレキシブル配線基板は、前記接続部の形成された辺とは異なる前記基板の辺の縁部に沿って、前記基板のデバイス形成面と反対の面から遠ざかる方向に折リ曲げられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、ワイヤーボンディングなどの接続部とフレキシブル配線基板の折り曲げ部をデバイス基板の別々の辺の所に配置することで、探触子などの装置の枠とデバイス基板の縁部の隙間を狭くすることができる。これによって、例えば、探触子を被検体に沿って走査する際に、走査方向の可能な限り端まで走査が可能となり、被検体の広い範囲のデータを取得することができる。
【００１０】
また、フレキシブル配線基板の折り曲げ部は、折り曲げ半径が小さい場合や上記接続部の近辺にある場合、配線部材が折れる可能性があり、接触不良などを起こして信頼性を損なうことがあり得る。しかし、本発明では、デバイス基板の上記接続部の形成された辺とは異なる辺の裏側に折り曲げ位置があるため、折り曲げ半径を大きくすることができ、配線部材にかかるストレスを低減して信頼性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、探触子などの装置の作製工程において、フレキシブル配線基板をワイヤーボンディングなどでデバイス基板に接続した後に折り曲げ、探触子などの装置の枠内に挿入するが、この際、配線基板の剛性の影響で、多少広がった状態で挿入することになる。よって、装置の枠とフレキシブル配線基板の接触による挿入抵抗がある。しかし、本発明では、デバイス基板の上記接続部の形成された辺とは異なる辺の裏側に折り曲げ位置があるため、折り曲げ半径を大きくしても（つまり多少広がった状態でも）挿入抵抗を低減でき、探触子などの装置の作製を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施形態の探触子のA-A’断面図。
【図２】本発明に係る実施形態の探触子の正面図。
【図３】本発明に係る実施形態の探触子のB-B’断面図。
【図４】フレキシブル配線基板の展開図と超音波トランスデューサの配置関係を示す図。
【図５】フレキシブル配線基板の展開図と超音波トランスデューサの配置関係を示す図。
【図６】超音波トランスデューサの基板の構成例を示す斜視図。
【図７】容量型超音波トランスデューサの構成例の上面と断面を示す図。
【図８】探触子の構成例を示す斜視図。
【図９】本発明に係る実施形態の被検体診断装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、フレキシブル配線基板が、デバイス基板の電極端子と配線基板の配線を接続した接続部の形成された辺とは異なるデバイス基板の辺の縁部に沿って、デバイス基板のデバイス形成面と反対の面から遠ざかる方向に折リ曲げられることを特徴とする。本発明におけるデバイスは、後述の実施形態で説明する容量型超音波トランスデューサに限られず、圧電型超音波トランスデューサなどの電気機械変換装置であり得る。更には、本発明は、種々のデバイスの基板と該基板の電極端子に接続される配線を持つフレキシブル配線基板とを有する装置に適用することもできる。
【００１４】
以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。図１から図３に示す探触子は、容量型超音波トランスデューサの基板１０１を有する探触子であり、ここでは、フレキシブル配線基板１０２と基板１０１上の電極端子がワイヤーボンディング１０８によって接続されている。複数の配線を備えたフレキシブル配線基板１０２は、基板１０１のデバイス形成面と反対の面側に配置される。フレキシブル配線基板１０２は、ワイヤーボンディング１０８を含む接続部の形成された辺とは異なる基板１０１の辺の縁部に沿って、基板１０１のデバイス形成面と反対の面から遠ざかる方向に折リ曲げられている。なお、本発明において「縁部に沿って折り曲げられている」とは、縁部の位置で節部に完全に沿って折り曲げられている場合だけでなく、縁部にほぼ沿うように折り曲げられている場合を含む。この構造において、フレキシブル配線基板１０２は、図２に示す様に、ワイヤーボンディング１０８の接続部と、後段のアンプに接続するための配線部（すなわち折り曲げが要求される部分）とを基板１０１の別々の辺の近辺に配置している。通常、折リ曲げ部がある側における装置の枠１０３と基板１０１の縁部の隙間より、接続部がある側における装置の枠１０３と基板１０１の縁部の隙間のほうを狭くすることができるので、接続部側の枠の壁面の間隔の方向が探触子の走査方向となる。
【００１５】
図３に示す様に、フレキシブル配線基板１０２は折り曲げた状態で探触子の枠１０３内に配置され、フレキシブル配線基板１０２のアンプ接続部は、容量型超音波トランスデューサの基板１０１の裏側に配置されたアンプ（ここでは不図示）と接続される。また、フレキシブル配線基板１０２の折り曲げ部分をデバイス基板１０１の裏側に配置し、折り曲げ半径を大きくすることで（この場合、探触子の枠１０３の壁に接触することもある）、フレキシブル配線基板１０２の接続信頼性向上を図る。或いは、探触子の枠１０３の壁に接触しないように配線基板１０２をデバイス基板１０１の縁部と揃う所まで折り曲げ、探触子作製工程での枠１０３内への挿入の容易化を図る。
【００１６】
図１と図３に示す様に、デバイス基板１０１とフレキシブル配線基板１０２上には、音響整合層１０６を介して反射膜支持層１０５と反射膜１０４が設けられている。反射膜支持層１０５と反射膜１０４は、探触子の枠１０３の開口部を塞いで枠１０３内を密閉状態にしている。反射膜１０４は、超音波を通すが光は反射するので、デバイス基板１０１に対して超音波が出入する。デバイス基板１０１と反射膜支持層１０５との間に音響整合層１０６があるので、これらの界面での超音波の反射や散乱などが抑制される。反射膜支持層１０５は、入射してくる超音波を通過させる必要があるので、超音波に対して減衰の少ない材料を用いるのが好ましい。また、音源からの超音波の伝搬媒質（不図示）を用いる場合、伝搬媒質と反射膜支持層１０５との音響インピーダンスの差から生じる超音波の反射を少なくするため、反射膜支持層１０５の音響インピーダンスは、接する伝搬媒質と近いのが望ましい。例えば、被検体が生体組織であるとき、その音響インピーダンスは水（音響インピーダンスが１.５ＭＲayls）に近い。そのため、伝搬媒質は、音響インピーダンスが水に近いものとして、水やシリコンゲルなどが利用される。従って、伝搬媒質に接する反射膜支持層１０５は、伝搬媒質に近い音響特性であることが好ましく、音響インピーダンスがおよそ１〜３ＭＲaylsの範囲にあるものがよい。
【００１７】
図６は容量型超音波トランスデューサ等の電気機械変換装置の一例の半導体基板１０１を示している。ここでは、基板１０１上に、センサにあたる容量型超音波振動子等のセルが１つ以上集まって構成されたエレメント２０２が２次元アレイ状に配列され、各エレメントからの配線２０３が基板１０１の辺の縁部に配置された電極端子２０４に接続されている。配線２０３は、隣接する電気機械変換エレメント２０２の間を通っている。電極端子２０４が並んだ基板１０１の辺が、上記接続部の形成される辺となる。この辺とは異なるデバイス基板の辺（例えば、図６の左右の辺）の縁部裏側に沿って、フレキシブル配線基板１０２が折リ曲げられる。
【００１８】
容量型超音波トランスデューサのセルが複数集まって構成されたエレメントの構成例について説明する。ここでは、図７に示す様に、容量型超音波トランスデューサのエレメント２０２では、基板７０１上の第一電極７０２とメンブレン７０７上の第二電極７０３とがキャビティ７０４を隔てて対向して設けられている。基板７０１はシリコンウェハを用いている。第一電極７０２、第二電極７０３はＴｉ膜を用いたが、他の電極材料であっても構わない。第一と第二の電極の間には絶縁膜７０６であるシリコン酸化膜が配置されている。第二電極７０３はメンブレン７０７の上に配置され、配線２０３を介して第二電極７０３の電極パッド（電極端子）７０９に接続される。第一電極７０２は第一電極の電極パッド７０８に接続される。容量型超音波トランスデューサの最小単位であるセルが、第二電極７０３により４個接続されていて、１つのエレメント７０５となっている。勿論、エレメント７０５の構成はこれに限らず、適宜構成することができる。ここでは、メンブレン７０７はシリコン窒化膜を用いている。
【００１９】
実際の探触子の構成例を図８に示す。この構成では、反射膜支持層１０５上に、光音響波の励起源であるレーザ光に対する反射膜１０４を設置し、レーザ光による偽信号の発生の抑制を施した電気機械変換装置としている。すなわち、電気機械変換装置上に、超音波を通すが光は反射する反射膜が設けられている。こうした電気機械変換装置を、初段増幅基板の格納部６０３である筐体と機械的に結合する保持部（枠）１０３の端部に設置している。枠１０３の内部の折り曲げられたフレキシブル配線基板１０２上の配線を通して、上記電気機械変換装置を格納部６０３内の初段増幅部と電気的に接続し、初段増幅部に信号を伝達している。
【００２０】
より具体的な実施例について説明する。一実施例では、図４に示すようにフレキシブル配線基板４０１の配線４０２とデバイス基板４０３上の接続用電極端子４０４をワイヤーボンディングによって接続する。この場合、フレキシブル配線基板４０１は、ワイヤーボンディングの接続部４０５とアンプ接続のための配線部分４０６を含み折り曲げが要求される部分とをデバイス基板４０３の別々の辺の縁部に配置する。容量型超音波トランスデューサの基板が有する素子数が６００ｃｈ（チャンネル）の場合、片側とその反対側の辺に夫々３００ｃｈの引き出しが必要となる。そして、基板４０３の大きさが２０mm×３０mmのとき、一つの引き出し側の配線のピッチは３０mm÷３００chとなる。すなわち、１００μmのピッチとなり、配線の線幅は、線幅と配線間の距離の比が１:１のとき、５０μmとなる。
【００２１】
一方、フレキシブル配線基板４０１のアンプ接続側の配線は、２０mmの幅に３００本の線を通すことになり、ピッチは２０mm÷３００、すなわち約６６μmとなる。配線の線幅は、線幅と配線間の距離の比が１:１のとき、３３μmとなる。例えば、厚さが１００μmであり、材質がポリイミドであるフレキシブル配線基板を用いることができる。フレキシブル配線基板の配線材料は銅を用い、配線の厚さは２０μm程度とする場合、上記配線ピッチ（約６６μm）は限界値に近い。図４の構成の場合、フレキシブル配線基板４０１は、デバイス基板４０３の裏側において、デバイス基板４０３の接続部４０５のある辺とは異なる辺の近辺で、デバイス基板４０３から遠ざかる方向に折り曲げられて、探触子の枠内に収容される。
【００２２】
図５に示す様にフレキシブル配線基板５０１の１つの辺からアンプへの接続配線５０２を引き出す構造も可能である。ただし、この場合、上記配線基板の両辺から引き出した場合と比べ、アンプへの接続部５０６の配線ピッチが半分となるため、上記数値例において約３３μmとなる。この値では、配線の厚さをかなり薄くする必要がある。図５の構成の場合、フレキシブル配線基板５０１は、接続用電極端子５０４を備えるデバイス基板５０３の裏側において、デバイス基板５０３の接続部５０５のある辺とは異なる１つの辺に沿って折り曲げられ、探触子の枠内に収容される。
【００２３】
上記実施形態や実施例で説明した電気機械変換装置を備える探触子は、音響波を用いた被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波を超音波トランスデューサで受信し、出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報を取得することができる。
【００２４】
図９は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置の例を示したものである。パルス状に光を発生する光源１５１から発生したパルス光１５２は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材１５４を介して、被検体１５３に照射される。被検体１５３の内部にある光吸収体１５５は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波１５６を発生する。本発明の広帯域特性を有する超音波トランスデューサを収納する筺体を備える探触子１５７は、光音響波１５６を受信して電気信号に変換し、信号処理部１５９に出力する。信号処理部１５９は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部１５０へ出力する。データ処理部１５０は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報）を画像データとして取得する。表示部１５８は、データ処理部１５０から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。なお、探触子は、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。勿論、超音波トランスデューサを備える探触子は、音響波があてられた被検体からの音響波を検出する被検体診断装置で用いることもできる。ここでも、被検体からの音響波を超音波トランスデューサで検出し、変換された信号を信号処理部で処理することで被検体内部の情報を取得する。ここで、被検体に向けて送信する音響波を本発明の超音波トランスデューサを備える探触子から発信することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の探触子は、生体などの測定対象内の情報を得る光イメージング装置や、従来の超音波診断装置などに適用することができる。更に、超音波探傷機など、他の用途に用いることもできる。
【符号の説明】
【００２６】
１０１・・超音波トランスデューサの基板（デバイス基板）、１０２・・フレキシブル配線基板、１０３・・探触子の枠、１０８・・ワイヤーボンディング（接続部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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