(57)【要約】【課題】チップ表面から被検体側への配線接続領域の飛び出しを抑えることができる静電容量型トランスデューサなどを提供する。【解決手段】静電容量型トランスデューサは、基板１００上に第１の電極１０２と、第１の電極と間隙１０５を隔てて形成された第２の電極１０３を含む振動膜１０１と、を備えたセルを有する。第１の電極及び第２の電極のうちいずれか一方の電極と、配線基板１２０と、を接続するための接続用電極１１０を基板上に有し、接続用電極が配置された領域２０２の基板の面の高さが、セルが配置された領域２０１の基板の面の高さより、低い。【選択図】図１−１
2015128270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に第１の電極と、前記第１の電極と間隙を隔てて形成された第２の電極を含む振動膜と、を備えたセルを有する静電容量型トランスデューサであって、
前記第１の電極及び第２の電極のうちいずれか一方の電極と、配線基板と、を接続するための接続用電極を前記基板に有し、
前記接続用電極が配置された領域の前記基板の面の高さが、前記セルが配置された領域の前記基板の面の高さより、低いことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項２】
前記接続用電極と、前記配線基板が有する電極と、が対向して配置されており、それらの電極間をバンプにより電気的に接続していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項３】
前記接続用電極と、配線基板が有する電極の面とが対向して配置されており、それらの電極間を異方性導電樹脂により電気的に接続していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項４】
前記接続用電極を配置した領域の前記基板の面が、前記基板の厚さ方向に対して複数の高さを有していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項５】
前記接続用電極を配置した領域の異なる前記基板の面毎に、対応する配線基板を有しており、
前記接続用電極と前記配線基板とを対向させて配置し、互いに電気的に接続していることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項６】
前記接続用電極を配置した領域の前記基板の面が、前記セルを配置した領域の前記基板の面に対して角度を有しており、前記基板の外側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項７】
前記接続用電極を配置した領域以外の領域の前記基板の面が、前記セルを配置した領域の前記基板の面と同じ面であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項８】
前記基板がシリコン基板であり、前記接続用電極を配置した領域の前記基板の面が、前記基板をエッチングした後、前記基板を熱酸化した面であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項９】
前記基板がＳＯＩ基板であり、前記セルが前記ＳＯＩ基板の活性層に配置されており、前記接続用電極が前記ＳＯＩ基板のハンドル層またはＢＯＸ層に配置されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１０】
被検体からの音響波を受信する請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、
少なくとも前記静電容量型トランスデューサからの受信信号を用いて被検体の画像情報を生成する画像情報生成装置と、を有することを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
被検体からの弾性波を受信する請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、
前記静電容量型トランスデューサからの受信信号を用いて、前記静電容量型トランスデューサの表面に印加された外力の大きさを測定することを特徴とする測定装置。
【請求項１２】
請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、該トランスデューサが出力する信号を用いて被検体の情報を取得する処理部と、を有し、
前記トランスデューサは、被検体からの音響波を受信し、前記信号に変換することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項１３】
光源をさらに有し、
前記トランスデューサは、前記光源から発振した光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して信号に変換し、
前記処理部は、前記信号を用いて被検体の情報を取得することを特徴とする請求項１２に記載の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、超音波などの音響波（超音波で代表することもある）の送受信を行う静電容量型トランスデューサと、それを用いた超音波画像形成装置などの被検体情報取得装置、その静電容量型トランスデューサを用いたセンサ（測定装置）などに関する。本明細書で送受信と言う場合、送信と受信のうちの少なくとも一方を意味する。また、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものなどを含む。例えば、被検体内部に可視光線や赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する光音響波を含む。
【背景技術】
【０００２】
超音波の送受信を行う目的で、静電容量型超音波トランスデューサであるＣＭＵＴ（Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer）が提案されている（非特許文献１参照）。ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-Systems）プロセスを用いて作製されたものである。
【０００３】
図１０−１（ａ）に静電容量型トランスデューサであるＣＭＵＴ（送受信素子）の断面の模式図を示す。ここで、振動膜１０１と間隙１０５を挟んで対向した第１の電極１０２と第２の電極１０３を、１組としてセルと呼ぶ。振動膜１０１は、チップ（基板）１００上に形成された支持部１０４により支持されている。この例では、第１の電極１０２には、直流電圧発生手段３０１が接続され、第１の電極１０２には、直流電圧発生手段３０１により所定の直流電圧Vaが印加されている。一方、ＣＭＵＴの素子単位（エレメント）が有する複数のセルを含むセル群では、第２の電極１０３同士は電気的に接続されている。この第２の電極１０３は、エレメント毎にそれぞれ送受信回路３０２に接続されている。第２の電極１０３の電位は、送受信回路３０２によりGND電位付近の固定電位となっている。これにより、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間にVbias=Va-0Vの電位差を発生させている。Vaの値を調整することで、Vbiasの値が、ＣＭＵＴのセルが持つ機械特性により決まる、所望の電位差（数十Vから数百V程度）と一致するようになっている。
【０００４】
送受信回路３０２により、第２の電極１０３に、交流の駆動電圧を印加することで、第１と第２の電極間に交流の静電引力が発生し、振動膜１０１を或る周波数で振動させて超音波を送信することができる。また、振動膜１０１が超音波を受け振動することにより、第２の電極１０３に静電誘導により微小電流が発生し、送受信回路３０２により、その電流値を測定することで、受信信号を取り出すことができる。尚、上記説明では、第１の電極１０２に直流電圧発生手段３０１を、第２の電極１０３を送受信回路３０２に接続しているが、第１の電極１０２に送受信回路３０２を、第２の電極１０３を直流電圧発生手段３０１に接続した構成も同様に用いることができる。
【０００５】
図１０−２（ｂ）に、ＣＭＵＴ２００と回路３０１、３０２との接続部を説明する断面の模式図を示す。チップ１００上に配置されたＣＭＵＴ２００は、外部の回路（直流電圧発生手段３０１や送受信回路３０２）と電気的に接続するために、チップ１００と外部回路間に、接続配線１２０を備えている。接続配線１２０には、配線（導電）層１２２が絶縁膜１２３、１２４で挟まれた構成のフレキシブル配線基板を用いることができる。チップ１００とフレキシブル配線基板１２０は、支持基板１３０上に並んで配置されている。チップ１００上に配置した電極１０９、１１０は、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１と電気的に接続されている。図１０−１（ｂ）では、電気的接続には、ワイヤーボンディングで形成されたワイヤー１３１を用いている。なお、１０６は絶縁膜であり、１０７は第１の電極１０２と繋がった配線であり、１０８は第２の電極１０３と繋がった配線である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A.S. Ergun, Y. Huang, X. Zhuang, O. Oralkan, G.G. Yarahoglu, andB.T. Khuri-Yakub, "Capacitive micromachined ultrasonic transducers:fabrication technology," Ultrasonics, Ferroelectrics and FrequencyControl, IEEE Transactions on, vol. 52, no. 12, pp. 2242- 2258, Dec. 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実際のプローブとして使用する際には、図１０−２（ｃ）に示すように、ＣＭＵＴ上に接着層１６２を介して音響レンズ１６１や保護膜などが配置される。しかし、チップ１００と外部回路（不図示）からの配線とを電気的に接続する部分（配線接続１２０の部分）が、チップの厚さ方向に対して高さを有する。そのため、配線接続領域がＣＭＵＴを形成したチップ表面より飛び出した構成となる。これにより、図１０−２（ｃ）に示すように、レンズは強度上必要な厚さが決まっており、飛び出した部分との干渉を避けるため、ＣＭＵＴと音響レンズ間の距離が遠くなる。音響レンズや接着層は、超音波が通過する際にこれを大きく減衰させるため、厚くなると超音波の送受信特性が劣化することになり易い。
【０００８】
本発明は、チップ表面から被検体側への配線接続領域の飛び出しを抑制することができる静電容量型トランスデューサやこれを用いた装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量型トランスデューサは、基板上に第１の電極と、前記第１の電極と間隙を隔てて形成された第２の電極を含む振動膜と、を備えたセルを有する。そして、前記第１の電極及び第２の電極のうちいずれか一方の電極と、配線基板と、を接続するための接続用電極を前記基板上に有し、前記接続用電極が配置された領域の前記基板の面の高さが、前記セルが配置された領域の前記基板の面の高さより、低い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、チップ表面から被検体側への配線接続領域の飛び出しを抑えることができる静電容量型トランスデューサを実現できる。そのため、ＣＭＵＴなどのトランスデューサの表面に近接して音響レンズを配置し、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。また、ＣＭＵＴなどのトランスデューサの表面上に保護膜を配置する構成をとる場合にも、保護膜の厚さを薄くすることができる。保護層は、超音波が通過する際に通常これを大きく減衰させるため、保護膜を薄くすることで送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１−１】第１の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図１−２】第１の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図２】第２の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図３】第３の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図４−１】第４の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図４−２】第４の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図５】第５の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図６−１】第６の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図６−２】比較形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図７−１】第７の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図７−２】第７の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図８】第８の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図９−１】第９及び第１０の実施形態に係わる超音波測定装置を説明する図。
【図９−２】第９及び第１０の実施形態に係わる超音波測定装置を説明する図。
【図９−３】第９及び第１０の実施形態に係わる超音波測定装置を説明する図。
【図１０−１】従来の静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図１０−２】従来の静電容量型トランスデューサを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明では、上記課題を解決するために、外部回路に配線基板を介して接続された配線と電気的接続を行うための電極が配置された領域の面と、ＣＭＵＴなどのトランスデューサのセルが配置された領域の面との位置関係に注目した。本発明の静電容量型トランスデューサは、電極配置面がセル配置面より低いことを特徴とする。「低い」とは、基板の厚さ方向に対して内側、つまり、セルの配置面より接続用電極の配置面のほうが窪んで（凹んで）いて、これによりセルの配置面のほうが接続用電極の配置面より被検体ないし被験者側に位置する。
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の静電容量型トランスデューサ、超音波画像形成装置などの装置の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１−１（ａ）は、第１の実施形態の静電容量型トランスデューサのＣＭＵＴを形成したチップ（ＣＭＵＴチップ）１００付近の電気接続部断面の模式図である。図１−２（ｂ）は、本実施形態の静電容量型トランスデューサのＣＭＵＴチップの模式図である。ここで、チップ１００上において、ＣＭＵＴを配置した領域をＣＭＵＴ配置領域２０１とし、外部の接続配線との接続を行うための電極（接続用電極）１０９、１１０を配置した領域を配線接続領域２０２とする。
【００１４】
本実施形態では、チップ１００は、チップの厚さ方向に段差を有していることが１つ目の特徴である。チップ１００は段差を有しているため、チップ内は厚さ方向に異なる高さの面を有している。チップ１００の段差は、チップの一部を削って凹部を形成したものでもよいし、チップの一部に膜を形成し、その部分だけ厚くしたものでも、段差を実現できるものであれば、何でも用いることができる。チップは、シリコン基板やガラス基板など、ＭＥＭＳプロセスで一般的に用いられるものであれば用いることができる。
【００１５】
本実施形態の２つ目の特徴は、チップ内の異なる高さの面上に配置されているものについてである。高い方の面（チップ厚さ方向に対して外側にある面）上にＣＭＵＴが形成されている。一方、低い方の面（チップ厚さ方向に対して内側にある面）上には外部の配線との接続を行うための電極１０９、１１０が配置されている。これにより、チップ上のＣＭＵＴが形成された面より、配線接続用電極が形成された面の方が、低い位置（チップの厚さ方向の内側）に配置されている。
【００１６】
上記の構成を持つことにより、チップ外部の配線（配線基板）を接続する配線接続領域２０２は、ＣＭＵＴを構成するＣＭＵＴ配置領域２０１より、被検体に対してより遠い場所に配置することができる。そのため、配線基板の配線とＣＭＵＴチップを接続する配線接続領域の被検体側への飛び出しを少なくことができる。ここで、チップ１００が有する段差の高さを、配線接続領域が有する高さより高くすることで、配線接続領域の被検体側への飛び出しを無くすことができる。
【００１７】
図１−１（ａ）では、外部回路への配線（配線基板）とＣＭＵＴチップの電気的な接続にワイヤー１３１を用いている。このワイヤー１３１は、集積回路の実装に一般的に用いられるワイヤーボンディングの技術を用いることで、容易に形成することができる。ワイヤーボンディングで形成したワイヤーは、電極から一定の高さに配置される（一般的に、数十マイクロメータ〜数百マイクロメーターの高さ）。また、ワイヤーを保護するために、ワイヤーをエポキシ樹脂などで囲んで固定する構成を取ることがある。これらのワイヤーの高さや、ワイヤーを囲んでいる樹脂の高さが、配線接続領域の高さとなる。また、一般的な半導体加工プロセスを用いることで、この配線接続領域の高さと同等以上の段差を持つチップは、容易に形成することができる。
【００１８】
本実施形態によると、配線接続領域のチップ表面からの被検体側への飛び出しを抑制することができる。ＣＭＵＴ表面に近接した音響レンズの配置する構成（図９−１（ａ）参照）や、ＣＭＵＴ表面上に薄い保護膜を配置する構成（図９−１（ｂ）参照）にすることができるため、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを実現することができる。
【００１９】
図１−２（ｃ）は、本実施形態の変形形態を説明するための図である。チップ１００上に、直接フレキシブル配線基板１２０を直接配置する構成を取ることができる。チップ１００の段差上に配置された電極１０９、１１０の隣接する領域に、フレキシブル配線基板１２０が配置されている。フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１と、チップ上の電極１０９、１１０と、の間は、ワイヤー１３１により電気的に接続されている。本変形形態によると、支持基板１３０が不要になるため、より簡易な構成で本発明の効果を得ることができる。本変形形態によると、簡易な構成で、且つ送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、配線の接続方法が異なる。それ以外は、第１の実施形態の変形形態と同じである。本実施形態は、チップ上の電極１０９、１１０とフレキシブル配線１２０との接続にバンプを用いていることが特徴である。
【００２１】
図２は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの断面の模式図である。図２において、１４１はバンプである。チップ１００上の電極１０９、１１０と、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１は、対向するように配置されている。バンプ１４１は、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１に形成されており、チップ１００上の電極１０９、１１０と電気的に接続されている。本実施形態のバンプ１２１には、半田バンプや金バンプなどを用いることができ、バンプ１４１と電極１０９、１１０間の接続は、半導体の実装で用いられるフリップチップ実装の技術を用いることで容易に実現することができる。また、上記の説明では、。バンプ１４１を、フレキシブル配線基板１２０上に形成したが、本実施形態はこれに限るわけではなく、チップ１００の電極１０９、１１０上に形成してもよいし、チップ１００側とフレキシブル配線基板１２０側の両方に形成してもよい。
【００２２】
配線接続領域に、バンプ１４１を用いることで、ワイヤーボンディングを用いる構成に比べて、配線接続領域の幅（図２の左右方向の長さ）を狭くすることができる。そのため、静電容量型トランスデューサの横の幅を小さくすることができる。本実施形態によると、横幅が小さく、且つ送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００２３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、配線接続方法が上記実施形態と異なる。それ以外は、第１の実施形態の変形形態と同じである。本実施形態は、チップ上の電極１０９、１１０とフレキシブル配線１２０との接続に異方導電性フィルムを用いていることが特徴である。
【００２４】
図３は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの断面の模式図である。図３において、１４２は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）である。チップ１００上の電極１０９、１１０と、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１は、対向するように配置されている。異方導電性フィルム１４２は、チップ１００上の電極１０９、１１０とフレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１との間に配置されており、チップ１００上の電極１０９、１１０と電気的に接続されている。異方導電性フィルム１４２は、微細な導電性金属粒子を含有している絶縁性の熱硬化性樹脂であり、電極で挟み圧力を加えて、対向する電極間の距離を導電性金属粒子の大きさ以下にすることで、電極間を電気的に接続することができる。
【００２５】
ここで、電気接続のための工程を説明する。最初に、ＣＭＵＴチップ１００上に配置した電極パッド１０９、１１０の上に異方導電性フィルム１４２を配置する。次に、フレキシブル配線基板１２０の有する電極パッド（電極部分）１２１と、ＣＭＵＴチップ１００上の電極パッド（電極）１０９、１１０同士と、を位置合わせして、仮留めする。最後に、圧力と温度をかけて、上下の電極１０９、１２１及び１１０、１２１間に挟まれた領域の異方導電性フィルム１４２は潰され、上下電極１０９−１２１、１１０−１２１間は電気的に接続される。一方、隣り合う電極の間には電極がなく、異方導電性フィルム１４２は潰されないため、異方導電性フィルム１４２自体が持つ絶縁性により電気的に絶縁されている。以上のように、本実施形態によれば、フレキシブル配線基板１２０を、簡易な工程で、チップ１００上の電極１０９、１１０と電気的に接続することができる。配線接続領域に、異方導電性フィルム１４２を用いることで、ワイヤーボンディングを用いる構成に比べて、配線接続領域の幅を狭くすることができる。そのため、静電容量型トランスデューサの横の幅を小さくすることができる。
【００２６】
また、配線接続領域の高さは、電極の厚さにフレキシブル配線基板の厚さを加えた厚さ程度にできるため、バンプ１４１を用いる構成に比べて、配線接続領域の高さを低くすることができ、チップ１００が有する段差を低くすることができる。送受信特性への影響を考慮すると、チップの厚さは薄い方が望ましく、作製工程上で必要な機械的強度を保てる最小限の厚さに設定される。本実施形態では、チップに形成する段差を小さくすることができるため、チップの厚さを薄くすることが可能になる。そのため、静電容量型トランスデューサのチップ厚さによる、送受信特性への影響を小さくすることができる。本実施形態によると、横幅が小さく、且つチップの厚さを最適な厚さにでき、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００２７】
上記の第２及び第３の実施形態では、配線接続領域にバンプや異方導電性フィルムを用いる構成を説明したが、本発明はこれに限ったものではなく、対向する電極間を電気的に接続するものであれば、用いることができる。例えば、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）などの、半導体のフリップチップ実装において一般的に用いられている技術を利用して電気的接続を実現することができる。また、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１は片側に絶縁膜が配置された構造に限ったものではなく、配線層の両側の絶縁膜がないフライングリード構造のフレキシブル配線基板も同様に用いることができる。
【００２８】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、配線接続領域の構造が上記実施形態と異なる。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。本実施形態は、高さが異なる段差面上に配線接続領域が配置されていることが特徴である。
【００２９】
図４−１（ａ）は、本実施形態に係わるＣＭＵＴチップの模式図である。本実施形態のチップ１００は、配線接続領域２０２に複数の段差面１５１、１５２を有している。それぞれの段差面上には、ＣＭＵＴ２００に接続された電極１０９、１１０が配置されている。図４−１（ａ）でのＡ-Ａ’断面の模式図を図４−１（ｂ）に、Ｂ-Ｂ’断面の模式図を図４−２（ｃ）に示す。第１の段差面１５１上に配置された電極１０９、１１０は、ワイヤー１５３によって、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１と接続されている。一方、第２の段差面１５２上に配置された電極１０９、１１０は、ワイヤー１５４によって、フレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１と接続されている。
【００３０】
ここで、第１の段差面上の電極と接続されているワイヤー１５３の高さより、第２の段差面上の電極と接続されているワイヤー１５４の高さの方が低くなるように配置されている。また、ワイヤー１５３とフレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１との接続部は、ワイヤー１５４とフレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１との接続部に比べて、チップ１００より遠い位置に配置されている。これらの構成を取ることで、異なる段差面１５１、１５２に接続されたワイヤー１５３、１５４が、チップ断面で見て、干渉することがなくなる。そのため、チップ１００上の配線１０７、１０８やフレキシブル配線基板１２０内の配線１２２の間隙（図４−２（ｃ）の紙面に垂直な方向の間隔）が狭い場合でも、ワイヤー１５３、１５４を空間的に分離して配置することができる。これにより、ワイヤーの位置が実装時や実装後にずれたりすることでのワイヤー同志の接触の発生を避けることができる。
【００３１】
本実施形態によると、線間のピッチが狭い場合でも、チップ表面からの配線接続領域の被検体側への飛び出しを少なくすることができ、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００３２】
図４−２（ｄ）、（ｅ）を用いて、本実施形態の変形形態を説明する。図４−１（ａ）でのＡ-Ａ’断面の模式図を図４−２（ｄ）に、Ｂ-Ｂ’断面の模式図を図４−２（ｅ）に示す。本変形形態は、高さが異なる段差面上に配線接続領域が配置されており、それぞれの段差面に異なるフレキシブル配線基板が直接電気的に接続され、その接続に異方導電性フィルム１４２を用いていることが特徴である。第１の段差面１５１上に配置された電極１０９、１１０は、異方導電性フィルム１４２によって、第１のフレキシブル配線基板１５５の配線層が露出した電極部分１２１と接続されている。一方、第２の段差面１５２上に配置された電極１０９、１１０は、異方導電性フィルム１４２によって、第２のフレキシブル配線基板１５６の配線層が露出した電極部分１２１と接続されている。このように、接続用電極を配置した領域の異なる基板の面毎に、対応する配線基板を有している。
【００３３】
本実施形態に係わる静電容量型トランスデューサは、チップ表面からの配線接続領域の被検体側への飛び出しを少なくしたまま、チップ１００上の配線１０７、１０８を、複数のフレキシブル配線基板に分離して接続して引き出すことができる。そのため、チップ１００上の配線１０７、１０８の間隙が狭い場合でも、容易に配線を配線基板を介して外部回路と接続することができる。また、複数のフレキシブル配線基板１５５、１５６を用いるため、フレキシブル配線基板内での配線間の距離を広げることができ、線間の寄生する容量を小さくすることができる。そのため、本実施形態では、送受信特性への配線からの影響を少なくすることができる。
【００３４】
本実施形態によると、横幅を小さく、且つチップの厚さを最適な厚さにでき、チップ表面からの配線接続領域の被検体側への飛び出しを少なくすることにより、音響的な送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを実現できる。その上、配線間容量による送受信特性の劣化が少ない、より送受信特性の優れた静電容量型トランスデューサを提供することができる
【００３５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、配線接続領域の構造が上記実施形態と異なる。それ以外は、第１から第４の何れかの実施形態と同じである。本実施形態は、配線接続領域２０２の面が、ＣＭＵＴ配置領域２０１の面に対して傾いていることが特徴である。
【００３６】
図５は、本実施形態に係わるＣＭＵＴチップの模式図である。本実施形態のチップ１００は、チップ表面に対して傾きを持った段差面１５７を有している。その段差面１５７は、チップ１００の外側に向かって降下する傾斜を持っている。段差面１５７上には、電極１０９、１１０が配置されている。傾いた段差面１５７上の電極１０９、１１０とフレキシブル配線基板１２０の配線層が露出した電極部分１２１とは、異方導電性フィルム１４２により電気的に接続されている。
【００３７】
本実施形態を用いることにより、フレキシブル配線基板１２０を下側に引き出す場合でも、フレキシブル配線基板１２０を曲げる角度を小さくすることができる。そのため、フレキシブル配線１２０を小さなＲ（曲率）で曲げることができ、チップ１００から横方向へのはみ出しを小さくすることができる。また、チップ１００に傾きをもった段差面１５７を備えるだけでよいので、チップ表面と平行な段差面を備える場合に比べて、チップの機械的な強度の低下が少ない。そのため、本実施形態を用いることで、基板の厚さを薄くすることができ、より理想的なチップ厚さにすることができる。本実施形態によると、横幅をより小さく、且つチップの厚さをより好適な厚さにでき、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００３８】
（第６の実施形態）
第６の実施形態は、配線接続領域の構造が上記実施形態と異なる。それ以外は、第１から第５の何れかの実施形態と同じである。本実施形態は、配線接続領域以外の部分がＣＭＵＴ配置領域２０１と同じレベル（高さ）の面となっていることが特徴である。
【００３９】
図６−１（ａ）は、本実施形態に係わるＣＭＵＴチップの模式図である。図６−１の構成では、チップ１００上の電極１０９、１１０を配置した領域２０２のみ、チップ１００表面より窪んでおり、ＣＭＵＴ２００を形成していない領域も、チップ１００表面と同じ高さの面となっている。
【００４０】
図６−１（ｂ）、図６−２（ｃ）、図６−２（ｄ）を用いて、配線接続領域２０２以外の部分が一部、ＣＭＵＴ配置領域２０１と同じ面となっていないチップの場合について説明する。図６−２（ｃ）のように、配線接続領域２０２以外の部分が一部、ＣＭＵＴ配置領域２０１と同じ面となっていないチップでは、ＣＭＵＴ両側（図６−２（ｃ）の中央部の左右の端部）の配線接続領域で急にチップの高さが変わってしまっている。そのため、音響レンズをチップに押し当てて貼り付けた際、図６−２（ｄ）で示すように、配線接続領域の近くなるに従って、レンズが変形したり、接着層が薄くなったりし、ＣＭＵＴ上の音響レンズ１６１や接着層１６２での音響特性が変化する可能性がある。
【００４１】
一方、図６−１（ａ）に示す本実施形態のチップを用いることにより、次のようになる。すなわち、音響レンズ１６１をチップに押し当てて貼り付けた際、音響レンズ１６１をＣＭＵＴや電極のない面（特にチップの四隅の領域）で広く支えることができるため、図６−１（ｂ）に示すように、接着層１６２の薄化やレンズ１６１自体の変形の発生を少なくすることができる。そのため、音響レンズ１６１をＣＭＵＴ配置面に対して平行に貼りつけることが容易になり、音響レンズ１６１の変形や接着層１６２の厚さムラを低減することができる。加えて、測定時に音響レンズ１６１表面に圧力が加わった場合でも、音響レンズ１６１をＣＭＵＴ配置面に加えて電極のない面で広く支えているため、配線接続領域２０２付近での音響レンズ１６１の変形を少なくすることができる。また、ＣＭＵＴ２００表面に音響レンズ１６１を配置する構成に加えて、ＣＭＵＴ表面に保護膜１６３を塗って形成する際にも、本実施形態のチップ構成を用いることで、厚さのムラを少なくすることができる（図９−１（ｂ）参照）。
【００４２】
本実施形態によると、ＣＭＵＴ２００表面に近接した音響レンズ１６１の配置や、ＣＭＵＴ表面上に薄い保護膜１６３を均一に配置できるため、送受信特性の劣化がより少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００４３】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、ＣＭＵＴチップ１００の作製方法について説明する。作製される構造自体は、第１から第６の何れかの実施形態と同じである。図７−１と図７−２の模式図を用いて、本実施形態のチップの形成方法を説明する。まず、配線接続領域２０２以外の領域を保護した上で、配線接続領域２０２にあるチップ１００を、エッチングにより一定の深さまで除去して、チップ１００内に段差を形成する（図７−１（ａ）、（ｂ）参照）。次に、エッチングで除去していないチップ１００上に、ＣＭＵＴを形成する（図７−１（ｃ）参照）。最後に、エッチングで形成した段差の表面に電極１０９、１１０を配置し、ＣＭＵＴと電極１０９、１１０間を配線１０７、１０８で接続する（図７−２（ａ）参照）。
【００４４】
本実施形態では、チップ１００にシリコン基板を用いて、チップをエッチングした後に、チップ全体を熱酸化してシリコン熱酸化膜１８０を形成し、その上にＣＭＵＴ、配線、電極を形成することができる（図７−２（ｅ）参照）。エッチングした表面は初期のチップ表面に比べて平坦性が低下しており、その面を熱酸化することにより、段差の表面の平坦性を回復させることができる。そのため、電極１０９、１１０を配置している面の平坦性が良くなり、電極とフレキシブル配線間をバンプや異方性導電樹脂を用いて電気接続する際（図７−２（ｆ）参照）の接続信頼性を確保することができる。
【００４５】
本実施形態によると、段差を有したチップを簡単に形成することができ、それを用いて送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００４６】
（第８の実施形態）
第８の実施形態は、ＣＭＵＴチップの作製方法について説明する。作製される構造自体は、第１から第６の何れかの実施形態と同じである。本実施形態は、チップ１００にＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）基板を用いていることが特徴である。
【００４７】
図８（ｄ）は、本実施形態のチップを説明する模式図である。本実施形態のチップ１００は、ＳＯＩ基板による構成され、ＳＯＩ基板の活性層１７１上に、ＣＭＵＴが形成され、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層１７２上に、電極１０９、１１０が配置されている。電極１０９、１１０をＳＯＩ基板のＢＯＸ（Buried-Oxide）層１７２（又は、ハンドル層１７３）上に形成することにより、電極を形成する面の平坦性をより高くすることができる。そのため、バンプや異方性導電樹脂を用いた電気接続の際の接続信頼性を高めることができる。また、段差の高さを活性層１７１の厚さで正確に規定することができるため、基板の厚さを最小限の厚さにすることができ、送受信特性への影響を少なくすることができる。
【００４８】
図８を用いて、本実施形態のチップの形成方法を説明する。工程には、活性層１７１とＢＯＸ層１７２とハンドル層１７３が積層されたＳＯＩ基板１００が用いられる（図８（ａ））。まず、配線接続領域２０２以外の領域を保護した上で、配線接続領域２０２にある活性層１７１を、エッチングにより除去して、ＢＯＸ層１７２を一部露出させる。次に、エッチングで除去していない活性層１７１上に、ＣＭＵＴを形成する。最後に、活性層を除去したＢＯＸ層１７２表面に電極１０９、１１０を配置し、活性層１７１上に形成したＣＭＵＴと電極１０９、１１０間を配線１０７、１０８で接続する。
【００４９】
上記説明では、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層１７２上に電極１０９、１１０を配置した。しかし、活性層１７１のエッチング後に、ＢＯＸ層１７２を一部エッチングして、ハンドル層１７３の表面の一部を露出させ、ハンドル層１７３の表面上に電極１０９、１１０を配置してもよい。本実施形態によると、配線接続領域の信頼性が高く、且つ送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００５０】
（第９の実施形態）
次に、図９−１、図９−２、図９−３を用いて第９の実施形態を説明する。第９の実施形態は、第１から第８の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサを用いた超音波測定装置ないし被検体情報取得装置に関する。
【００５１】
図９−２（ｃ）において、４０１は静電容量型トランスデューサ、４０２は被検体、４０３は画像情報生成装置、４０４は画像表示器である。また、５０１、５０２は超音波、５０３は超音波送信情報、５０４は超音波受信信号、５０５は再現画像情報、４００は測定装置である。静電容量型トランスデューサ４０１から被検体４０２に向かって出力された超音波５０１は、被検体４０２の表面付近で、界面での固有音響インピーダンスの差により反射する。反射した超音波５０２は、静電容量型トランスデューサ４０１で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号５０４として処理部である画像情報生成装置４０３に送られる。一方、静電容量型トランスデューサ４０１から、送信超音波の大きさや形状、時間の情報が超音波送信情報５０３として、画像情報生成装置４０３に送られている。画像情報生成装置４０３では、超音波受信信号５０４と超音波送信情報５０３を基に、被検体４０２の画像信号を生成して再現画像情報５０５として送り、これが画像表示器４０４で表示される。
【００５２】
本実施形態の静電容量型トランスデューサ４０１は、上記実施形態の何れかに記載したＣＭＵＴが用いられている。このＣＭＵＴは、外部回路への配線とＣＭＵＴチップを接続する配線接続領域の被検体側への飛び出しを少なくすることができる。そのため、ＣＭＵＴ表面に近接して音響レンズを配置することができるため、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供できる。本発明の静電容量型トランスデューサ４０１は送受信特性の劣化が少ないため、被検体４０２で反射した超音波５０２のより正確な情報を得ることができるため、被検体４０２の画像をより正確に再現できる。
【００５３】
本実施形態の超音波測定装置によると、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサを用いているため、良質な画像を取得でき小型な超音波測定装置ないし被検体情報取得装置を提供することができる。
【００５４】
また、本実施形態の別の構成として、図９−３（ｄ）で示すように、別の送信音源４０１を用いて発生させた超音波を、静電容量型トランスデューサ４０３により高精度に検出することもできる。この別の送信音源４０１として、本発明の静電容量型トランスデューサを用いてもよい。また、光源から発振した光を被検体に照射して、光音響効果により発生する超音波を、静電容量型トランスデューサ４０３により受信する構成にもできる。本発明の静電容量型トランスデューサ４０３は、このように送信音源の種類によらず、受信素子として用いることができる。
【００５５】
（第１０の実施形態）
本発明の静電容量型トランスデューサは、超音波の送受信だけでなく、外力の検出にも用いることができる。第１０の実施形態は、第１から第８の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサを用いたセンサに関する。図を用いて第１０の実施形態を説明する。図９−１（ｂ）に、本実施形態に係る静電容量型トランスデューサの模式図を示す。ＣＭＵＴの表面には、保護膜１６３が形成されており、外部からＣＭＵＴ表面に印加される外力が、振動膜に伝わるような構造になっている。
【００５６】
第１の電極１０２には、直交流電圧発生手段（不図示）が接続されている。第１の電極１０２には、直交流電圧発生手段により所定の直流電圧Vaと、所定の周波数の交流電圧Vsinが印加されている。もう一方の第２の電極１０３は、検出回路（不図示）に接続され、GND電位付近の固定電位となっている。直流電圧Vaにより、第１の電極と第２の電極との間にVbias=Va-0Vの電位差を発生させている。Vaの値を調整することで、Vbiasの値が、ＣＭＵＴのセルが持つ機械特性により決まる、所望の電位差（数十Vから数百V程度）と一致するようになっている。
【００５７】
振動膜１０１に外部からの力の入力がない時には、交流電圧Vsinと電極間の距離によって決まる微小電流が第２の電極１０３に発生し、検出回路により、その電流値を電圧に変換して外部に取り出すことができる。ここで、振動膜１０１が保護膜１６３を介した外力を受けて変形することにより、電極間の距離が変化して、第２の電極１０３に発生する微小電流の大きさが変化する。検出回路により、その時の電流値を電圧に変換して外部に取り出し、振動膜１０１に外部からの力の入力がない時の電圧値と比較することで、外部から印加された力を検出することができる。
【００５８】
本実施形態の静電容量型トランスデューサは、外部回路への配線とＣＭＵＴチップを接続する配線接続領域の被検体側への飛び出しを少なくことができる。そのため、ＣＭＵＴ表面に薄く均一な保護膜を配置することができるため、外力に対してより感度の良い静電容量型トランスデューサを提供することができる。
【００５９】
尚、上記説明では、ＣＭＵＴ基板と送受信回路間を接続する配線として、フレキシブル配線基板を用いたが、これに限るものではない。ＣＭＵＴチップと送受信回路を電気的に接続することができるものであれば、用いることができ、単線、フラットケーブル、プリント配線基板、リジットフレキ基板などを用いることもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１００；チップ（基板）、１０１；振動膜、１０２；第１の電極、１０３；第２の電極、１０５；間隙、１０９、１１０；電極（接続用電極）、１２０；接続配線（配線基板）、２０１；ＣＭＵＴ配置領域（セルが配置された領域）、２０２；配線接続領域（接続用電極が配置された領域）
【図１−１】
2015128270.tif 000003
【図１−２】
2015128270.tif 000004
【図２】
2015128270.tif 000005
【図３】
2015128270.tif 000006
【図４−１】
2015128270.tif 000007
【図４−２】
2015128270.tif 000008
【図５】
2015128270.tif 000009
【図６−１】
2015128270.tif 000010
【図６−２】
2015128270.tif 000011
【図７−１】
2015128270.tif 000012
【図７−２】
2015128270.tif 000013
【図８】
2015128270.tif 000014
【図９−１】
2015128270.tif 000015
【図９−２】
2015128270.tif 000016
【図９−３】
2015128270.tif 000017
【図１０−１】
2015128270.tif 000018
【図１０−２】
2015128270.tif 000019