(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波トランスデューサーがアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイを備え、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有する素子基板と、
前記素子基板の前記第一面で、かつ、前記第一面の法線方向から見た平面視において、
前記超音波トランスデューサーアレイよりも外側に設けられ、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続される端子部と、
前記素子基板の前記第二面で、前記平面視において前記端子部と重なる領域に設けられ、前記素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板と、
を備え、
前記素子基板は、所定の基準厚み寸法を有する基準厚み部と、前記基準厚み部よりも小さい厚み寸法の薄厚部とを有し、
前記素子基板における前記補強板が設けられる領域は、前記薄厚部であり、かつ、当該領域の前記第二面は、前記基準厚み部における前記第二面よりも前記第一面側に位置していることを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記素子基板の前記第一面側に設けられた封止板を備え、
前記封止板には、前記平面視において前記端子部と重なる領域に、前記封止板を厚み方向に貫通する貫通孔が設けられ、
前記補強板は、前記平面視において前記貫通孔と重なる領域に設けられている
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
前記素子基板は、複数の前記超音波トランスデューサーにそれぞれ対応した開口部と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する振動部と、を備え、
前記素子基板の前記補強板が設けられる領域の前記第二面は、前記振動部の前記開口部に臨む面と同一平面である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記超音波トランスデューサーアレイは、第一方向に沿って並び、かつ、同一の信号線で接続された複数の前記超音波トランスデューサーにより構成される超音波トランスデューサー群が、前記第一方向に対して交差する第二方向に沿って複数配置されるアレイ構造を有し、
前記端子部は、各超音波トランスデューサー群の前記第一方向の両端のうちの少なくとも一端側に配置され、
前記補強板は、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第一方向の両端のうちの少なくとも前記一端側に、前記第二方向に沿って配置される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記補強板は、前記平面視において、枠形状に形成され、かつ、前記超音波トランスデューサーアレイを囲む
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記超音波トランスデューサーアレイは、第一方向に沿って並び、かつ、同一の信号線で接続された複数の前記超音波トランスデューサーにより構成される超音波トランスデューサー群が、前記第一方向に対して交差する第二方向に沿って複数配置されるアレイ構造を有し、
前記素子基板には、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第二方向の両端側に、前記第一方向に沿って並ぶ複数の評価用超音波トランスデューサーが設けられ、
前記端子部は、各超音波トランスデューサー群の前記第一方向の両端側にそれぞれ配置され、
前記補強板は、前記超音波トランスデューサーアレイにおける前記第一方向の両端側で、前記第二方向に沿って配置される端子領域補強部と、前記超音波トランスデューサーアレイにおける前記第二方向の両端側で、かつ、前記平面視において複数の前記評価用超音波トランスデューサーと重なる領域に、前記第一方向に沿って配置される評価素子領域補強部と、を備える
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記素子基板は、複数の前記超音波トランスデューサーのそれぞれ対応した開口部と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する振動部とを備え、
前記補強板における前記素子基板に接合されない面は、前記開口部の開口面と同一平面、又は、前記開口面に対して前記第一面から遠ざかる方向に位置している
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記補強板は、前記平面視において、前記端子部と重なる領域に設けられた端子領域補強部と、前記超音波トランスデューサー間に配置された素子間領域補強部と、を備えている
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、
前記端子部と接続される接続部材と、
前記端子部を覆う保護部材と、
前記接続部材と接続される配線基板と、
を備えたことを特徴とする超音波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、超音波モジュール、電子機器、及び超音波測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可動膜を備え、当該可動膜を振動させることで、超音波を出力する超音波デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の超音波探触子の超音波送受信部は、支持部材と、支持部材における超音波の放射方向とは反対側に設けられたダイヤフラム（可動膜）と、支持部材の前記反対側に設けられ、ダイヤフラムを封止する封止部材とを備えている。そして、支持部材の前記反対側の面には、ダイヤフラムを構成する電極層と電気的に接続された端子部が設けられ、当該端子部は、封止部材に設けられた貫通電極の一方の端部に、はんだバンプを介して接続されている。これによれば、貫通電極の他方の端部を配線基板に接続することで、超音波送受信部を配線基板に実装できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５９２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波送受信部を配線基板に実装する他の方法として、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）を用いた方法が考えられる。
この方法では、封止部材に、支持部材に設けられた端子部を露出させる貫通孔が設けられ、この貫通孔にＦＰＣが挿入され、ＦＰＣの電極と端子部とが接続される。そして、貫通孔の外に位置するＦＰＣの他の電極が、配線基板に接続されることで、超音波送受信部を配線基板に実装できる。この場合、封止部材から露出する端子部を保護するため、端子部が樹脂等の保護部材で覆われる。
しかしながら、この構成によれば、保護部材は、例えば、超音波送受信部を配線基板に実装する際の熱によって軟化し、その後、硬化する際に収縮する。そして、この収縮に伴う応力が支持部材に加わる。薄膜状の超音波トランスデューサーでは、薄型の支持部材が用いられるため、支持部材に応力が加わると、支持部材が反ってしまう。
【０００５】
本発明は、反りを抑制できる超音波デバイス、超音波モジュール、電子機器、及び超音波測定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】
【０００６】
本発明に係る一適用例の超音波デバイスは、複数の超音波トランスデューサーがアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイを備え、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有する素子基板と、前記素子基板の前記第一面で、かつ、前記第一面の法線方向から見た平面視において、前記超音波トランスデューサーアレイよりも外側に設けられ、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続される端子部と、前記素子基板の前記第二面で、前記平面視において前記端子部と重なる領域に設けられ、前記素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
超音波デバイスは、例えば、ＦＰＣを用いて配線基板に実装される。この場合、端子部は、ＦＰＣの電極と接続され、さらに、樹脂等の保護部材によって覆われる。そして、ＦＰＣの他の電極が、配線基板に接続されることで、超音波デバイスは配線基板に実装される。この際、保護部材は、例えば、実装時の熱によって軟化し、その後、硬化する際に収縮する。そして、この収縮に伴う応力が素子基板に加えられる。超音波デバイスの配線基板への実装方法としては、その他、例えば、素子基板に設けられた端子部を、半田等を用いて、直接配線基板に接続する等も考えられるが、この場合でも、半田の収縮に伴う応力が素子基板に加えられたり、溶融状態の半田を端子部に当接した際の熱によって、素子基板自体が収縮したりするおそれもある。
ここで、本適用例では、上述のように、素子基板の第二面で、かつ、前記平面視において端子部と重なる領域に、素子基板よりも曲げ剛性が大きい（硬い）補強板が設けられている。この構成によれば、例えば、素子基板の端子部にＦＰＣを接続し、当該接続部分を保護部材により覆う場合に、保護部材の収縮による応力が素子基板に加わったとしても、素子基板の端子部に対応した領域が補強板によって補強されているため、素子基板の反りを抑制できる。
【０００８】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記素子基板の前記第一面側に設けられた封止板を備え、前記封止板には、前記平面視において前記端子部と重なる領域に、前記封止板を厚み方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記補強板は、前記平面視において前記貫通孔と重なる領域に設けられていることが好ましい。
封止板に貫通孔が設けられることで、この貫通孔から素子基板に設けられた端子部が露出する。よって、貫通孔に例えばＦＰＣを挿入し、当該ＦＰＣの電極と端子部とを接続し、当該ＦＰＣの他の電極と配線基板とを接続することで、超音波デバイスを配線基板に実装できる。この際、ＦＰＣと端子部との接続部分を保護する例えば樹脂等の保護部材を封止板の貫通孔内に充填させた場合でも、補強板が貫通孔と重なる領域に設けられているので、保護部材の収縮による応力を緩和でき、素子基板の反りを抑制できる。また、貫通孔内に保護部材を充填することで、補強板が設けられていない領域に保護部材が広がることがない。つまり、補強板によって応力に対する曲げ剛性が強化されている部分に保護部材を配置することが可能となり、この点でも、素子基板の反りを抑制することができる。
【０００９】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記素子基板は、所定の基準厚み寸法を有する基準厚み部と、前記基準厚み部よりも小さい厚み寸法の薄厚部とを有し、前記素子基板における前記補強板が設けられる領域は、前記薄厚部であり、かつ、当該領域の前記第二面は、前記基準厚み部における前記第二面よりも前記第一面側に位置していることが好ましい。
本適用例によれば、補強板は、素子基板の厚み寸法が小さい薄厚部に設けられており、かつ、当該補強板が設けられる薄厚部の第二面は、基準厚み部における第二面よりも第一面側に位置する。すなわち、素子基板の補強板が設けられる領域（以降、補強領域と称す）は、第一面側に凹状又は段差状となっている。よって、このような凹状又は段差状となる部分に補強板を配置することで、例えば、基準厚み部と同一の厚み寸法の領域に補強板を設ける場合に比べて、素子基板と補強板の合計厚み寸法を小さくでき、超音波デバイスの薄型化を促進できる。
【００１０】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記素子基板は、複数の前記超音波トランスデューサーにそれぞれ対応した開口部と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する振動部と、を備え、前記素子基板の前記補強板が設けられる領域の前記第二面は、前記振動部の前記開口部に臨む面と同一平面であることが好ましい。
本適用例では、素子基板は、複数の超音波トランスデューサーにそれぞれ対応した開口部と、開口部の第一面側を閉塞する振動部とを備える。この構成により、超音波トランスデューサーを駆動させて振動部を振動させることで、超音波を送出することができ、また、振動部の振動による超音波トランスデューサーの変形を検出することで超音波を受信することができる。
また、開口部や、素子基板における補強領域は、例えば、平坦な基板に対してエッチングを行うことで形成できる。
この場合、本適用例によれば、開口部と補強領域とで、同じ深さのエッチングを行えばよいので、別々の深さのエッチングを行う場合と比べて、開口部及び補強領域を簡単に形成できる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波トランスデューサーアレイは、第一方向に沿って並び、かつ、同一の信号線で接続された複数の前記超音波トランスデューサーにより構成される超音波トランスデューサー群が、前記第一方向に対して交差する第二方向に沿って複数配置されるアレイ構造を有し、前記端子部は、各超音波トランスデューサー群の前記第一方向の両端のうちの少なくとも一端側に配置され、前記補強板は、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第一方向の両端のうちの少なくとも前記一端側に、前記第二方向に沿って配置されることが好ましい。
本適用例では、第一方向に沿って並ぶ超音波トランスデューサーにより超音波トランスデューサー群が構成されており、１つの超音波トランスデューサー群を超音波送受信における１チャンネルとして機能させることができる。このような超音波トランスデューサー群を第二方向に沿って複数配置することで、本適用例では、１次元超音波アレイを構成する。この場合、１次元アレイ配置された超音波トランスデューサーのそれぞれに対して信号線を個別に配線する場合に比べて、配線の簡略化を図れ、超音波デバイスの小型化を図れる。この際、端子部の位置を、第一方向の両端のうちの少なくとも一端側とし、第二方向に沿って各超音波トランスデューサー群に対応した端子部を並べる。そして、超音波トランスデューサーアレイにおける第一方向の両端のうちの少なくとも前記一端側で、第二方向に沿って長手となる補強板を配置することで、容易に各端子部に対応する領域を補強板で覆うことができる。すなわち、各端子部のそれぞれに対応して、補強板を設ける必要がなく、第二方向に並ぶ複数の端子部に亘って補強板を配置することができ、構成の簡略化を図れる。
【００１２】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記補強板は、前記平面視において、枠形状に形成され、かつ、前記超音波トランスデューサーアレイを囲むことが好ましい。
本適用例によれば、例えば、超音波トランスデューサーアレイが上記アレイ構造を有する場合、補強板が超音波トランスデューサーアレイの第一方向の両端側にのみ設けられている場合と比べて、素子基板をより強固に補強できるため、素子基板の反りをより抑制できる。
【００１３】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記超音波トランスデューサーアレイは、第一方向に沿って並び、かつ、同一の信号線で接続された複数の前記超音波トランスデューサーにより構成される超音波トランスデューサー群が、前記第一方向に対して交差する第二方向に沿って複数配置されるアレイ構造を有し、前記素子基板には、前記超音波トランスデューサーアレイの前記第二方向の両端側に、前記第一方向に沿って並ぶ複数の評価用超音波トランスデューサーが設けられ、前記端子部は、各超音波トランスデューサー群の前記第一方向の両端側にそれぞれ配置され、前記補強板は、前記超音波トランスデューサーアレイにおける前記第一方向の両端側で、前記第二方向に沿って配置される端子領域補強部と、前記超音波トランスデューサーアレイにおける前記第二方向の両端側で、かつ、前記平面視において複数の前記評価用超音波トランスデューサーと重なる領域に、前記第一方向に沿って配置される評価素子領域補強部と、を備えることが好ましい。
なお、評価用超音波トランスデューサーは、例えば製品の検査用に用いられる素子であり、検査終了後に補強板が配置されることで、通常の超音波の送受信には用いられない。
本適用例によれば、端子部の位置を、各超音波トランスデューサー群の第一方向の両端側とし、第二方向に沿って各超音波トランスデューサー群に対応した端子部を並べる。そして、超音波トランスデューサーアレイにおける第一方向の両端側で、第二方向に沿って長手となる補強板を配置することで、容易に各端子部に対応する領域を補強板で覆うことができる。
また、超音波トランスデューサーアレイにおける第二方向の両端側で、第一方向に沿って長手となる評価素子領域補強部を配置することで、容易に各評価用超音波トランスデューサーに対応する素子基板の領域を補強板で覆うことができる。そして、当該領域を補強板で覆うことで、超音波デバイスに衝撃が与えられた際などに、当該領域において素子基板にクラック等が入ることを抑制でき、評価用超音波トランスデューサーの破壊を抑制できる。
【００１４】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記素子基板は、複数の前記超音波トランスデューサーのそれぞれ対応した開口部と、前記開口部の前記第一面側を閉塞する振動部とを備え、前記補強板における前記素子基板に接合されない面は、前記開口部の開口面と同一平面、又は、前記開口面に対して前記第一面から遠ざかる方向に位置していることが好ましい。
通常、超音波デバイスには、超音波トランスデューサーアレイにおける超音波の送信又は受信方向に、超音波トランスデューサーアレイと、超音波の送信先（超音波受信の場合では、超音波の発信（反射）元）である対象物との音響インピーダンスの差を緩和させるための音響整合層が設けられる。ここで、音響整合層と超音波トランスデューサーアレイとの間に、音響インピーダンスが大きい空気層が介在すると、その境界で超音波が反射されてしまうため、音響整合層は素子基板における開口部を完全に埋めるように、開口部内に充填される。
この際、本適用例では、補強板の素子基板に接合されない面（補強板表面）が、開口部における開口面と同一平面、又は、開口面に対して第一面から遠ざかる方向に位置している。よって、音響整合層を形成する際に、例えば、音響整合層を形成するための材料（例えばシリコーン等）を開口部内に充填した後、当該材料を補強板表面に沿ってすりきることで、補強板表面を基準として均一な厚み寸法の音響整合層を形成することが可能となる。また、補強板を枠状とする場合では、前記材料を補強板で堰き止めることもできる。
【００１５】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記補強板は、前記平面視において、前記端子部と重なる領域に設けられた端子領域補強部と、前記超音波トランスデューサー間に配置された素子間領域補強部と、を備えていることが好ましい。
本適用例によれば、素子基板における、前記平面視において超音波トランスデューサーアレイと重なる部分に補強板が配置されていない場合と比べて、素子基板をより強固に補強できるため、素子基板の反りをより抑制できる。また、超音波トランスデューサー間のクロストークを低減することもできる。
【００１６】
本発明の一適用例に係る超音波モジュールは、複数の超音波トランスデューサーがアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイを備え、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有する素子基板と、前記素子基板の前記第一面で、かつ、前記第一面の法線方向から見た平面視において、前記超音波トランスデューサーアレイよりも外側に設けられ、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続される端子部と、前記素子基板の前記第二面で、前記平面視において前記端子部と重なる領域に設けられ、前記素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板と、前記端子部と接続される接続部材と、前記端子部を覆う保護部材と、前記接続部材と接続される配線基板と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の超音波モジュールは、上記超音波デバイスと同様に、素子基板の第二面で、かつ、前記平面視において端子部と重なる領域に、素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板が設けられているため、素子基板に例えば保護部材の収縮に伴う応力が加えられた場合に、素子基板の反りを抑制できる。
【００１７】
本発明の一適用例に係る電子機器は、複数の超音波トランスデューサーがアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイを備え、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有する素子基板と、前記素子基板の前記第一面で、かつ、前記第一面の法線方向から見た平面視において、前記超音波トランスデューサーアレイよりも外側に設けられ、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続される端子部と、前記素子基板の前記第二面で、前記平面視において前記端子部と重なる領域に設けられ、前記素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板と、前記端子部と接続される接続部材と、前記端子部を覆う保護部材と、前記接続部材と接続される配線基板と、前記超音波トランスデューサーを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の電子機器では、上記超音波デバイスや超音波モジュールと同様に、素子基板の第二面で、かつ、前記平面視において端子部と重なる領域に、素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板が設けられているため、素子基板に例えば保護部材の収縮に伴う応力が加えられた場合に、素子基板の反りを抑制できる。
したがって、このような超音波デバイスや超音波モジュールが組み込まれた電子機器において、上記作用効果を奏することができ、かつ、高精度な超音波の送受信を行うことができる。
【００１８】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、複数の超音波トランスデューサーがアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイを備え、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有する素子基板と、前記素子基板の前記第一面で、かつ、前記第一面の法線方向から見た平面視において、前記超音波トランスデューサーアレイよりも外側に設けられ、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続される端子部と、前記素子基板の前記第二面で、前記平面視において前記端子部と重なる領域に設けられ、前記素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板と、前記端子部と接続される接続部材と、前記端子部を覆う保護部材と、前記接続部材と接続される配線基板と、前記超音波トランスデューサーアレイからの超音波の送信、及び反射された超音波の受信を制御し、超音波の送受信タイミングに基づいて被測定物を測定する測定制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の超音波測定装置では、上記超音波デバイスや超音波モジュールと同様に、素子基板の第二面で、かつ、前記平面視において端子部と重なる領域に、素子基板よりも曲げ剛性が大きい補強板が設けられているため、素子基板に例えば保護部材の収縮に伴う応力が加えられた場合に、素子基板の反りを抑制できる。
したがって、このような超音波デバイスや超音波モジュールが組み込まれた超音波測定装置において、上記作用効果を奏することができ、かつ、高精度な超音波の送受信を行うことができ、超音波による対象物の高精度な測定処理を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態の超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】第１実施形態の超音波プローブにおける超音波センサーの概略構成を示す平面図。
【図４】第１実施形態の超音波センサーの素子基板を、封止板側から見た平面図。
【図５】第１実施形態の超音波センサーの断面図。
【図６】第１実施形態の超音波デバイスを、音響レンズ側から見た平面図。
【図７】第１実施形態における超音波デバイスの配線基板への実装方法を示す図。
【図８】第２実施形態の超音波デバイスを、音響レンズ側から見た平面図。
【図９】第３実施形態の超音波センサーの断面図。
【図１０】第３実施形態の超音波デバイスを、音響レンズ側から見た平面図。
【図１１】他の実施形態における電子機器の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施形態の電子機器としての超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
［超音波測定装置１の構成］
図１は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波測定装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を生体（例えば人体）の表面に当接させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。
【００２１】
［超音波プローブ２の構成］
図３は、超音波プローブ２における超音波センサー２４の概略構成を示す平面図である。
超音波プローブ２は、図１〜図３に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に設けられた超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバー回路等が設けられた配線基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、配線基板２３とにより超音波センサー２４が構成され、当該超音波センサー２４は、本発明の超音波モジュールを構成する。
【００２２】
筐体２１は、図１に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の配線基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
【００２３】
［超音波デバイス２２の構成］
図４は、超音波デバイス２２における素子基板４１を、封止板４２側から見た平面図である。図５は、図４におけるＢ-Ｂ線で切断した超音波センサー２４の断面図である。図６は、超音波デバイス２２を音響レンズ４４側から見た平面図である。なお、図６では、音響整合層４３及び音響レンズ４４の図示は省略している。
超音波センサー２４を構成する超音波デバイス２２は、図５に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響整合層４３と、音響レンズ４４と、補強板４５とにより構成されている。
【００２４】
（素子基板４１の構成）
図５、図６に示すように、素子基板４１は、厚み方向から見た平面視（法線方向から見た平面視）において長方形状に形成されている。素子基板４１は、基板本体部４１１と、基板本体部４１１に積層された振動膜４１２と、振動膜４１２に積層された圧電素子４１３と、を備えている。
そして、前記平面視において、素子基板４１の中心領域には、後述する複数の超音波トランスデューサー５１がアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイ５０（図４参照）が設けられている。この超音波トランスデューサーアレイ５０が設けられる領域を、以降、アレイ領域Ａｒ１と称する。
なお、以下の説明では、前記平面視において、素子基板４１の長手方向に沿う方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する方向をＹ方向とする。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。なお、Ｘ方向における一方向を＋Ｘ方向とし、＋Ｘ方向とは反対方向を−Ｘ方向とする。また、Ｙ方向における一方向を＋Ｙ方向とし、＋Ｙ方向とは反対方向を−Ｙ方向とする。また、Ｚ方向における封止板４２から音響レンズ４４に向かう方向を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向とは反対方向を−Ｚ方向とする。
ここで、Ｘ方向は本発明の第一方向に相当し、Ｙ方向は本発明の第二方向に相当する。また、素子基板４１の−Ｚ側の背面４１Ａは本発明における第一面となり、背面４１Ａとは反対側の作動面４１Ｂが本発明における第二面となる。
【００２５】
基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部４１１のアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波トランスデューサー５１に対応した開口部４１１Ａが設けられている。また、各開口部４１１Ａは、基板本体部４１１の−Ｚ側に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
【００２６】
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成されている。また、振動膜４１２は、前記平面視において、アレイ領域Ａｒ１と重なり、かつ、基板本体部４１１の各開口部４１１Ａを覆う振動部４１２Ａを有している。さらに、振動膜４１２は、前記平面視において、振動部４１２Ａの＋Ｙ方向の端縁から外側に延出する延出部４１２Ｂ（図６参照）と、振動部４１２Ａの−Ｙ方向の端縁から外側に延出する延出部４１２Ｃ（図６参照）とを有する。さらに、振動膜４１２は、前記平面視において、振動部４１２Ａ及び延出部４１２Ｂ，４１２Ｃの＋Ｘ方向の端縁から外側に延出する延出部４１２Ｄと、振動部４１２Ａ及び延出部４１２Ｂ，４１２Ｃの−Ｘ方向の端縁から外側に延出する延出部４１２Ｅとを有する。
ここで、振動部４１２Ａ、及び、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄ，４１２Ｅの＋Ｚ側の面は、同一平面上に位置している。また、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃは、前記平面視において基板本体部４１１と重なり、延出部４１２Ｄ，４１２Ｅは、基板本体部４１１と重なっていない（基板本体部４１１から露出している）。
【００２７】
この振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、振動膜４１２をＳｉＯ２により構成する場合、例えば基板本体部４１１の−Ｚ側の面を酸化処理することで、所望の厚み寸法の振動膜４１２を容易に形成することが可能となる。また、この場合、ＳｉＯ２の振動膜４１２をエッチングストッパとして基板本体部４１１をエッチング処理することで、容易に開口部４１１Ａを形成するとともに、振動膜４１２における延出部４１２Ｄ，４１２Ｅを基板本体部４１１から露出させることが可能となる。
ここで、素子基板４１において、振動膜４１２と基板本体部４１１とが厚み方向に重なる部分で、かつ、開口部４１１Ａが設けられていない部分は、所定の基準厚み寸法を有する本発明の基準厚み部４１Ｃを構成する。また、基板本体部４１１から露出している延出部４１２Ｄ，４１２Ｅは、基準厚み部４１Ｃよりも小さい厚み寸法を有する本発明の薄厚部を構成する。なお、基準厚み部４１Ｃの厚み寸法は、本実施形態では８０μｍ程度である。
【００２８】
また、振動部４１２Ａ上には、それぞれ下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体である圧電素子４１３が設けられている。ここで、振動部４１２Ａ及び圧電素子４１３により、本発明の超音波トランスデューサー５１が構成される。
このような超音波トランスデューサー５１では、下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部４１１Ａの開口領域内の振動部４１２Ａを振動させて超音波を送出することができる。また、対象物から反射された超音波により振動部４１２Ａが振動されると、圧電膜４１５の上下で電位差が発生する。したがって、下部電極４１４及び上部電極４１６間に発生する前記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態では、図４に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１が、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向及びＹ方向に沿って複数配置されている。
ここで、下部電極４１４（本発明の信号線）は、Ｘ方向に沿う直線状に形成されている。すなわち、下部電極４１４は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー５１に跨って設けられており、圧電膜４１５と振動膜４１２との間に位置する下部電極本体４１４Ａと、隣り合う下部電極本体４１４Ａを連結する下部電極線４１４Ｂと、アレイ領域Ａｒ１外であり、延出部４１２Ｄ，４１２Ｅに位置する端子領域Ａｒ２に引き出される下部端子電極線４１４Ｃとにより構成されている。よって、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１では、下部電極４１４は同電位となる。
また、下部端子電極線４１４Ｃは、アレイ領域Ａｒ１外の端子領域Ａｒ２まで延出し、端子領域Ａｒ２において、後述するＦＰＣ４６の電極と接続される第一電極パッド４１４Ｐを構成する。
【００３０】
一方、上部電極４１６は、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の超音波トランスデューサー５１に跨って設けられた素子電極部４１６Ａと、互いに平行する素子電極部４１６Ａの端部同士を連結する共通電極部４１６Ｂとを有する。素子電極部４１６Ａは、圧電膜４１５上に積層された上部電極本体４１６Ｃと、隣り合う上部電極本体４１６Ｃを連結する上部電極線４１６Ｄと、Ｙ方向の両端部に配置された超音波トランスデューサー５１からＹ方向に沿って外側に延出する上部端子電極４１６Ｅとを有する。
共通電極部４１６Ｂは、アレイ領域Ａｒ１の＋Ｙ方向の端部及び−Ｙ方向の端部にそれぞれ設けられている。＋Ｙ側の共通電極部４１６Ｂは、Ｙ方向に沿って複数設けられた超音波トランスデューサー５１のうちの＋Ｙ側の端部に設けられた超音波トランスデューサー５１から＋Ｙ方向に延出した上部端子電極４１６Ｅ同士を接続する。−Ｙ側の共通電極部４１６Ｂは、−Ｙ側に延出した上部端子電極４１６Ｅ同士を接続する。よって、アレイ領域Ａｒ１内の各超音波トランスデューサー５１では、上部電極４１６は同電位となる。また、これら一対の共通電極部４１６Ｂは、Ｘ方向に沿って設けられ、その端部がアレイ領域Ａｒ１から端子領域Ａｒ２まで引き出されている。そして、共通電極部４１６Ｂは、端子領域Ａｒ２において、後述するＦＰＣ４６の電極と接続される第二電極パッド４１６Ｐを構成する。ここで、第二電極パッド４１６Ｐ、及び、上記第一電極パッド４１４Ｐは、本発明の端子部を構成する。
【００３１】
上記のような超音波トランスデューサーアレイ５０では、下部電極４１４で連結されたＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１により、１チャンネルとして機能する１つの超音波トランスデューサー群５１Ａが構成され、当該超音波トランスデューサー群５１ＡがＹ方向に沿って複数並ぶ１次元アレイ構造を構成する。すなわち、Ｘ方向は、超音波トランスデューサーアレイ５０のスライス方向に相当し、Ｙ方向は、超音波トランスデューサーアレイ５０のスキャン方向に相当する。
【００３２】
（封止板４２の構成）
図５に示すように、封止板４２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、シリコン基板等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー５１の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー５１にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００３３】
そして、この封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向する領域には、素子基板４１の開口部４１１Ａに対応した複数の凹溝４２１が形成されている。これにより、振動部４１２Ａのうち、超音波トランスデューサー５１により振動される領域（開口部４１１Ａ内）では、素子基板４１との間に所定寸法のギャップ４２１Ａが設けられることになり、振動部４１２Ａの振動が阻害されない。また、１つの超音波トランスデューサー５１からの背面波が他の隣接する超音波トランスデューサー５１に入射される不都合（クロストーク）を抑制することができる。
【００３４】
また、振動部４１２Ａが振動すると、開口部４１１Ａ側の他、封止板４２側にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板４２により反射され、再びギャップ４２１Ａを介して振動膜４１２側に放出される。この際、反射背面波と、振動膜４１２から作動面４１Ｂ側に放出される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、ギャップ４２１Ａにおける音響的な距離が、超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍となるように、各凹溝４２１の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー５１から発せられる超音波の波長λを考慮して、素子基板４１や封止板４２の各部の厚み寸法が設定される。
【００３５】
また、封止板４２には、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に対向する位置に、封止板４２を厚み方向に貫通し、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に設けられた各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐを露出させる貫通孔４２２が設けられている。そして、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐは、貫通孔４２２内に挿入される後述するＦＰＣ４６の電極に接続される。
【００３６】
（ＦＰＣ４６の構成）
ＦＰＣ４６は、可撓性を有するフィルム上に、配線パターンが設けられて構成されている。ＦＰＣ４６は、一方の端部が、封止板４２の貫通孔４２２内に挿入され、当該一方の端部に設けられた電極が、素子基板４１の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと、例えば半田等の導電性の接合部材４６１により接合されている。
また、ＦＰＣ４６は、他方の端部が、貫通孔４２２の外に位置し、当該他方の端部に設けられた電極が、後述する配線基板２３の配線端子部２３１と、例えば半田等の導電性の接合部材４６２により接合されている。これにより、電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと、配線端子部２３１とが電気的に接続される。ここで、ＦＰＣ４６は、本発明の接続部材を構成する。
また、電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと、ＦＰＣ４６との接続部分は、封止板４２の貫通孔４２２に充填され、接続部分を保護する例えば樹脂等の保護部材４７で被覆されている。これにより、当該接続部分の剥離や電食を防止できる。
【００３７】
（補強板４５の構成）
図５、図６に示すように、補強板４５は、素子基板４１の延出部４１２Ｄ，４１２Ｅの＋Ｚ側の面を覆って設けられている。すなわち、補強板４５は、前記平面視において、アレイ領域Ａｒ１のＸ方向の両端側に、Ｙ方向に沿って配置されている。これにより、補強板４５は、前記平面視において、素子基板４１の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐ、及び、封止板４２に設けられた貫通孔４２２と重なっている。
また、補強板４５は、素子基板４１（基板本体部４１１及び振動膜４１２）よりも曲げ剛性が大きい（硬い）。本実施形態では、補強板４５は、例えば４２アロイ等の金属板で構成されている。なお、補強板４５には、素子基板４１よりも曲げ剛性が大きければ、金属板以外の板、例えば、セラミック板等を用いてもよい。
また、補強板４５の厚み寸法は、素子基板４１の基準厚み部４１Ｃの厚み寸法よりも大きい。このため、補強板４５の＋Ｚ側の面（補強板表面）は、基板本体部４１１の＋Ｚ側の面（開口部４１１Ａの開口面と同一面）に対して、＋Ｚ側に位置している。
なお、補強板４５は、素子基板４１に封止板４２が設けられた後、封止板４２が設けられた素子基板４１に対して取り付けられる。
【００３８】
（音響整合層４３及び音響レンズ４４の構成）
音響整合層４３は、素子基板４１の開口部４１１Ａ内に充填され、かつ、基板本体部４１１の＋Ｚ側の面から所定の厚み寸法で形成される。ここで、音響整合層４３の＋Ｚ側の面は、補強板４５の＋Ｚ側の面（補強板表面）と、同一平面上に位置している。
音響レンズ４４は、音響整合層４３の＋Ｚ側の面に設けられ、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂにから外部に露出する。
これらの音響整合層４３や音響レンズ４４は、超音波トランスデューサー５１から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー５１に伝搬させる。このため、音響整合層４３及び音響レンズ４４は、素子基板４１の超音波トランスデューサー５１の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。
【００３９】
［配線基板２３の構成］
配線基板２３は、図５に示すように、ＦＰＣ４６の電極に対応する配線端子部２３１を有し、この配線端子部２３１に対してＦＰＣ４６の電極が例えば半田等の導電性の接合部材４６２により接合される。
また、配線基板２３は、超音波デバイス２２を駆動させるためのドライバー回路等が設けられている。具体的には、配線基板２３は、図２、図３に示すように、選択回路２３３、送信回路２３４、受信回路２３５、及びコネクター部２３６を備えている。
選択回路２３３は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波デバイス２２と送信回路２３４とを接続する送信接続、及び超音波デバイス２２と受信回路２３５とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路２３４は、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に、選択回路２３３を介して超音波デバイス２２に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。
受信回路２３５は、制御装置１０の制御により受信接続に切り替えられた際に、選択回路２３３を介して超音波デバイス２２から入力された受信信号を制御装置１０に出力する。受信回路２３５は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置１０に出力する。
コネクター部２３６は、送信回路２３４、受信回路２３５に接続されている。また、コネクター部２３６にはケーブル３が接続されており、上述したように、このケーブル３は、筐体２１の通過孔２１Ｃから引き出されて制御装置１０に接続されている。
【００４０】
［超音波デバイス２２の配線基板２３への実装方法］
図７は、本実施形態における超音波デバイス２２の配線基板２３への実装方法を示す図である。
まず、図７（Ａ）に示すように、音響整合層４３及び音響レンズ４４を設ける前の超音波デバイス２２に対して、封止板４２の貫通孔４２２にＦＰＣ４６の一方の端部を挿入し、当該一方の端部の電極を、接合部材４６１により、素子基板４１の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと接合する。この際、接合部材４６１が熱によって収縮し、素子基板４１に応力が加わる場合がある。又は、溶融状態の接合部材４６１を各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに当接した際の熱によって素子基板４１自体が収縮するおそれもある。このような場合でも、素子基板４１に設けられた補強板４５によって素子基板４１の反りが抑制される。
【００４１】
次に、図７（Ｂ）に示すように、封止板４２の貫通孔４２２内に、熱によって軟化した状態の保護部材４７を充填する。その後、保護部材４７は温度の低下とともに硬化して収縮する。この際、保護部材４７の収縮に伴い素子基板４１に応力が加わる。この場合でも、補強板４５によって素子基板４１の反りが抑制される。
【００４２】
次に、図７（Ｃ）に示すように、ＦＰＣ４６の他方の電極を、接合部材４６２により、配線基板２３の配線端子部２３１と接合する。この際、ＦＰＣ４６に与えられた熱が伝わり、接合部材４６１や、保護部材４７や、素子基板４１自体が収縮するおそれがある。このような場合でも、素子基板４１に設けられた補強板４５によって素子基板４１の反りが抑制される。
【００４３】
その後、図７（Ｄ）に示すように、素子基板４１の開口部４１１Ａ内に、音響整合層４３を形成するための材料（例えばシリコーン等）を充填する。そして、充填した前記材料を、補強板４５の＋Ｚ側の面（補強板表面）に沿ってすりきることで、補強板表面を基準として均一な厚み寸法の音響整合層４３を形成する。そして、音響整合層４３の＋Ｚ側の面に、音響レンズ４４を密着させる。
【００４４】
［制御装置１０の構成］
制御装置１０は、図１、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、演算部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０は、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いてもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波測定装置１を操作するためのＵＩ（User Interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波測定装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
演算部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、送信回路２３４に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行い、受信回路２３５に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
【００４５】
［第１実施形態の作用効果］
本実施形態では、素子基板４１の延出部４１２Ｄ，４１２Ｅの＋Ｚ側の面で、かつ、前記平面視において各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと重なる領域に、素子基板４１よりも曲げ剛性が大きい補強板４５が設けられている。これによれば、上述したように実装時に素子基板４１に応力が加わったとしても、素子基板４１の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに対応した領域が補強板４５によって補強されているため、素子基板４１の反りを抑制できる。これにより、素子基板４１にクラック等が入る可能性を低減できる。
【００４６】
本実施形態では、補強板４５が前記平面視において貫通孔４２２と重なる領域に設けられているので、貫通孔４２２内に充填させた保護部材４７の収縮による応力を緩和でき、素子基板４１の反りを抑制できる。また、貫通孔４２２内に保護部材４７を充填することで、補強板４５が設けられていない領域に保護部材４７が広がることがない。つまり、補強板４５によって応力に対する曲げ剛性が強化されている部分に保護部材４７を配置することが可能となり、この点でも、素子基板４１の反りを抑制することができる。
【００４７】
本実施形態では、補強板４５は、素子基板４１の厚み寸法が小さい延出部４１２Ｄ，４１２Ｅに設けられており、かつ、当該補強板４５が設けられる延出部４１２Ｄ，４１２Ｅの＋Ｚ側の面は、基準厚み部４１Ｃにおける＋Ｚ側の面よりも−Ｚ側に位置する。すなわち、素子基板４１の補強板４５が設けられる領域は、−Ｚ側に段差状となっている。よって、このような段差状となる部分に補強板４５を配置することで、例えば、基準厚み部４１Ｃと同一の厚み寸法の領域に補強板４５を設ける場合に比べて、素子基板４１と補強板４５の合計厚み寸法を小さくでき、超音波デバイス２２の薄型化を促進できる。
【００４８】
本実施形態では、補強板４５が設けられる薄厚部（延出部４１２Ｄ，４１２Ｅ）の＋Ｚ側の面は、振動部４１２Ａの開口に臨む面と同一平面である。これによれば、素子基板４１を形成するための平坦な基板に対して、エッチングを行うことで開口部４１１Ａ及び薄厚部を形成する場合、開口部４１１Ａと薄厚部とで同じ深さのエッチングを行えばよい。これによれば、開口部４１１Ａと薄厚部とで別々の深さのエッチングを行う場合と比べて、開口部４１１Ａ及び薄厚部を簡単に形成できる。
【００４９】
本実施形態では、アレイ領域Ａｒ１のＸ方向の両端側で、Ｙ方向に沿って長手となる補強板４５が配置されているため、容易に素子基板４１の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに対応する領域を補強板で覆うことができる。すなわち、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐのそれぞれに対応して、補強板４５を設ける必要がなく、Ｙ方向に並ぶ複数の端子部に亘って補強板４５を配置することができ、構成の簡略化を図れる。
【００５０】
本実施形態では、補強板４５の＋Ｚ側の面（補強板表面）が、開口部４１１Ａにおける開口面に対して、＋Ｚ側に位置している。よって、音響整合層４３を形成する際に、音響整合層４３を形成するための材料を開口部４１１Ａ内に充填した後、当該材料を補強板表面に沿ってすりきることで、補強板表面を基準として均一な厚み寸法の音響整合層４３を形成することが可能となる。
【００５１】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。
第１実施形態の超音波デバイス２２では、素子基板４１の薄厚部がＸ方向の両端側に設けられ、当該薄厚部に補強板４５が設けられている。これに対して、第２実施形態の超音波デバイス２２Ｈでは、薄厚部が素子基板のＹ方向の両端側にも設けられ、薄厚部全体を覆うように枠状の補強板４５が設けられる点で主に相違する。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５２】
図８は、第２実施形態の超音波デバイス２２Ｈを音響レンズ４４側から見た平面図である。
図８に示すように、超音波デバイス２２Ｈでは、前記平面視において、素子基板におけるアレイ領域Ａｒ１の＋Ｙ方向の外側及び−Ｙ方向の外側に、製品の検査用に用いられる素子である評価用超音波トランスデューサー５１Ｔ（ＴＥＧ：Test Element Group）が、複数個、Ｘ方向に沿って並んで設けられている。評価用超音波トランスデューサー５１Ｔは、例えば、振動部と圧電素子と電極とを含んで構成され、圧電素子の駆動評価や通電評価等に用いられる。
また、基板本体部４１１は、前記平面視において、アレイ領域Ａｒ１にのみ重なるように形成されている。すなわち、前記平面視において、振動膜４１２の延出部４１２Ｄ，４１２Ｅだけではなく、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃも、基板本体部４１１と重なっていない（基板本体部４１１から露出している）。
【００５３】
そして、補強板４５は、前記平面視において、枠形状に形成され、素子基板のアレイ領域Ａｒ１を囲んで形成されている。
具体的には、補強板４５は、端子領域補強部４５１と、評価素子領域補強部４５２とを有する。
端子領域補強部４５１は、前記平面視において、アレイ領域Ａｒ１のＸ方向の両端側で、Ｙ方向に沿って配置され、振動膜４１２の延出部４１２Ｄ，４１２Ｅと重なる。これにより、端子領域補強部４５１は、前記平面視において、素子基板の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐ、及び、封止板４２に設けられた貫通孔４２２と重なっている。
評価素子領域補強部４５２は、前記平面視において、アレイ領域Ａｒ１のＹ方向の両端側で、Ｘ方向に沿って配置され、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃと重なる。これにより、評価素子領域補強部４５２は、前記平面視において、素子基板の評価用超音波トランスデューサー５１Ｔと重なっている。
【００５４】
［第２実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の構成により、同様の作用効果を得ることができる。
また、本実施形態では、補強板４５は、前記平面視において、枠形状に形成され、かつ、アレイ領域Ａｒ１を囲む。この構成によれば、例えば、補強板４５がアレイ領域Ａｒ１のＸ方向の両端側にのみ設けられている場合と比べて、素子基板をより強固に補強できるため、素子基板の反りをより抑制できる。例えば、素子基板がスライス方向であるＸ方向に沿って湾曲することをより抑制できる。
【００５５】
本実施形態では、アレイ領域Ａｒ１のＹ方向の両端側で、Ｘ方向に沿って長手となる評価素子領域補強部４５２を配置することで、容易に各評価用超音波トランスデューサー５１Ｔに対応する素子基板の領域を補強板４５で覆うことができる。そして、当該領域を補強板４５で覆うことで、超音波デバイス２２Ｈに衝撃が与えられた際などに、当該領域において素子基板にクラック等が入ることを抑制でき、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔの破壊を抑制できる。
【００５６】
本実施形態では、補強板４５が枠形状に形成されているため、音響整合層４３を形成するための材料を開口部４１１Ａ内に充填した際に、前記材料を補強板４５で堰き止めることができる。これにより、音響整合層４３を容易に形成することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。
第２実施形態の超音波デバイス２２Ｈでは、薄厚部が素子基板のＸ方向の両端側に加えてＹ方向の両端側にも設けられ、薄厚部全体を覆うように枠状の補強板４５が設けられている。これに対して、第３実施形態の超音波デバイス２２Ｉでは、薄厚部全体に加えて、基準厚み部４１Ｃも覆うように補強板４５が設けられている点で主に相違する。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５８】
図９は、第３実施形態の超音波センサー２４Ｉの断面図である。図１０は、第３実施形態の超音波デバイス２２Ｉを音響レンズ４４側から見た平面図である。
図１０に示すように、超音波デバイス２２Ｉでは、第２実施形態の超音波デバイス２２Ｈと同様に、前記平面視において、素子基板４１Ｉにおけるアレイ領域Ａｒ１の＋Ｙ方向の外側及び−Ｙ方向の外側に、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔが、複数個、Ｘ方向に沿って並んで設けられている。
また、図９、図１０に示すように、超音波デバイス２２Ｉでは、基板本体部４１１は、前記平面視において、振動膜４１２と同一形状及び同一サイズに形成されている。すなわち、基板本体部４１１は、前記平面視において、振動膜４１２の延出部４１２Ｂ，４１２Ｃだけではなく、延出部４１２Ｄ，４１２Ｅとも重なっている。
そして、補強板４５は、基板本体部４１１の＋Ｚ側の面に設けられている。具体的に、補強板４５は、第２実施形態の超音波デバイス２２Ｈと同様に、前記平面視において、振動膜４１２の延出部４１２Ｄ，４１２Ｅと重なる端子領域補強部４５１と、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃと重なる評価素子領域補強部４５２とを有する。
さらに、補強板４５は、基板本体部４１１における開口部４１１Ａ間の部分である隔壁部４１１Ｂのうち、Ｘ方向に沿う方向の隔壁部４１１Ｂを覆う素子間領域補強部４５３を有する。すなわち、素子間領域補強部４５３は、前記平面視において、Ｙ方向に並んだ超音波トランスデューサー５１の間に配置される。
【００５９】
［第３実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、第１、第２実施形態と同様の構成により、同様の作用効果を得ることができる。
また、本実施形態では、補強板４５が素子間領域補強部４５３を有し、当該素子間領域補強部４５３は、前記平面視において、Ｙ方向に並んだ超音波トランスデューサー５１の間に配置される。これによれば、アレイ領域Ａｒ１と重なる部分に補強板４５が配置されていない場合と比べて、素子基板４１Ｉをより強固に補強できるため、素子基板４１Ｉの反りをより抑制できる。特に、超音波トランスデューサーアレイ５０がスライス方向であるＸ方向に沿って湾曲することを抑制できるため、超音波トランスデューサー群５１Ａを構成する各超音波トランスデューサー５１間で、出射される超音波の方向を所定の方向に揃えることができる。また、Ｙ方向に並んだ超音波トランスデューサー５１間、すなわち、超音波トランスデューサー群５１Ａ間のクロストークを低減することもできる。
【００６０】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００６１】
上記各実施形態では、保護部材４７の収縮に伴い素子基板に加えられる応力によって当該素子基板が反ることを例示したが、例えば保護部材４７がない構成であっても、素子基板の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐの近傍に応力が加わる構成であれば、本発明を適用することで、素子基板の反りを抑制できる。例えば、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐを、半田等を用いて直接配線基板２３に接続する場合、半田の収縮に伴う応力が素子基板に加えられたり、溶融状態の半田を各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに当接した際の熱によって、素子基板自体が収縮したりするおそれもある。この場合も、本発明を適用することで、素子基板の反りを抑制できる。
【００６２】
上記各実施形態では、補強板４５は、前記平面視において、封止板４２の貫通孔４２２と重なっているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、補強板４５は、前記平面視において、少なくとも各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと重なっていればよい。
【００６３】
上記各実施形態では、素子基板の補強板４５が設けられる領域（補強領域）の＋Ｚ側の面は、振動部４１２Ａの開口部４１１Ａに臨む面、又は、開口部４１１Ａの開口面と同一平面であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、補強領域の＋Ｚ側の面は、振動部４１２Ａの開口部４１１Ａに臨む面と、開口部４１１Ａの開口面との間に位置していてもよいし、当該開口面に対して＋Ｚ側に位置していてもよい。
【００６４】
上記各実施形態では、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐは、アレイ領域Ａｒ１のＸ方向の両端側に設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐは、アレイ領域Ａｒ１の＋Ｘ側及び−Ｘ側のいずれか一方にのみ設けられていてもよい。
【００６５】
上記第２及び第３実施形態では、アレイ領域Ａｒ１のＹ方向の両端側には、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔが設けられているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔは設けられていなくてもよい。
また、第２実施形態において、基板本体部４１１を、前記平面視において振動膜４１２の延出部４１２Ｂ，４１２Ｃと重なるように形成し、当該延出部４１２Ｂ，４１２Ｃと重なる領域に開口部を設け、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔを、振動部と圧電素子と電極と開口部とを含んで構成してもよい。この場合、圧電素子の通電評価だけではなく、超音波トランスデューサーから超音波が出射されているか又は超音波を受信できるかを評価することもできる。
この場合、評価素子領域補強部４５２を、端子領域補強部４５１と別部材で構成して、基板本体部４１１上に設ける構成とする。又は、基板本体部４１１の厚み分だけ補強板４５を湾曲させたり折り曲げて段差を形成したりして、評価素子領域補強部４５２が、基板本体部４１１に乗り上げる構成としてもよい。
なお、第２実施形態のように、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔが基板本体部４１１に設けられる開口部を備えない場合には、評価素子領域補強部４５２を、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃに直接設けることができるため、補強板４５に枠形状を有する平らな板を用いることができる。
また、第３実施形態においても同様に、基板本体部４１１の延出部４１２Ｂ，４１２Ｃと重なる領域に開口部を設け、評価用超音波トランスデューサー５１Ｔを、振動部と圧電素子と電極と開口部とを含んで構成してもよい。なお、この場合も第３実施形態では、補強板４５に枠形状を有する平らな板を用いることができる。
【００６６】
上記各実施形態では、補強板４５の＋Ｚ側の面（補強板表面）は、開口部４１１Ａの開口面に対して、＋Ｚ側に位置しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、補強板表面は、前記開口面に対して、同一平面上、又は、−Ｚ側に位置していてもよい。なお、補強板表面が前記開口面に対して同一平面上に位置している場合は、上記各実施形態と同様に、補強板表面を基準として均一な厚み寸法の音響整合層４３を形成することが可能となる。
【００６７】
上記第３実施形態では、補強板４５の素子間領域補強部４５３は、基板本体部４１１の隔壁部４１１Ｂのうち、Ｘ方向に沿う方向の隔壁部４１１Ｂを覆っているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、素子間領域補強部４５３は、Ｙ方向に沿う方向の隔壁部４１１Ｂを覆うように形成されていてもよい。また、素子間領域補強部４５３は、格子状に形成され、Ｘ方向に沿う方向の隔壁部４１１Ｂ及びＹ方向に沿う方向の隔壁部４１１Ｂを覆うように形成されていてもよい。
なお、素子間領域補強部４５３がＹ方向に沿う方向の隔壁部４１１Ｂを覆うように形成されることで、超音波トランスデューサーアレイ５０がスキャン方向であるＹ方向に沿って湾曲することを抑制できるため、各超音波トランスデューサー群５１Ａ間で、出射される超音波の方向を所定の方向に揃えることができる。また、Ｘ方向に並んだ超音波トランスデューサー５１間のクロストークを低減することもできる。
また、上記第３実施形態では、補強板４５の端子領域補強部４５１及び評価素子領域補強部４５２は、基板本体部４１１に設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄ，４１２Ｅが基板本体部４１１から露出し、端子領域補強部４５１及び評価素子領域補強部４５２が、延出部４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄ，４１２Ｅに直接設けられる構成としてもよい。この場合、素子間領域補強部４５３を、端子領域補強部４５１及び評価素子領域補強部４５２と別部材で構成して、基板本体部４１１上に設ける構成とする。又は、補強板４５を湾曲させたり折り曲げて段差を形成したりして、素子間領域補強部４５３が、基板本体部４１１に乗り上げる構成としてもよい。
【００６８】
上記各実施形態では、補強板４５の材料として、４２アロイを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、補強板４５の材料に、熱伝導率が比較的低い材料（例えばチタン等）を用いることで、実装時に保護部材４７に熱が伝わりにくくなるため、素子基板に加わる応力を低減できる。
【００６９】
上記各実施形態では、ＦＰＣ４６を用いて超音波デバイスを配線基板２３に実装しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、封止板４２に、封止板４２を厚み方向に貫通する貫通電極を設け、当該貫通電極の＋Ｚ方向の端部を、素子基板の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに接続させ、−Ｚ方向の端部を、配線基板２３の配線端子部２３１に接続させることで、超音波デバイスを配線基板２３に実装してもよい。この場合も、実装時等に、素子基板の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐ近傍に応力が加わる可能性があるが、上記各実施形態では、素子基板における平面視において各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと重なる位置に、補強板４５が設けられているため、素子基板の反りを抑制できる。
【００７０】
上記各実施形態では、素子基板に開口部４１１Ａが設けられる構成としたが、例えば素子基板に開口部４１１Ａが設けられず、超音波トランスデューサー５１が素子基板自体を振動させることで超音波を送出させ、素子基板の振動により超音波の受信を検出する構成などとしてもよい。
また、開口部４１１Ａの−Ｚ側に振動部４１２Ａを設ける構成を例示したが、例えば、開口部４１１Ａの＋Ｚ側に振動部が設けられ、この振動部の−Ｚ側に超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子が設けられる構成としてもよい。
【００７１】
上記各実施形態では、開口部４１１Ａが設けられた基板本体部４１１の−Ｚ側に振動膜４１２が設けられる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、基板本体部４１１の＋Ｚ側に、各超音波トランスデューサー５１に対応した複数の凹溝が設けられ、当該凹溝の底面を振動膜とする構成としてもよい。
【００７２】
上記各実施形態では、圧電素子として、下部電極、圧電膜、上部電極が厚み方向に積層される積層体により構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、圧電膜の厚み方向に直交する一面側に、一対の電極を互いに対向させて配置する構成などとしてもよい。また、圧電膜の厚み方向に沿った側面で圧電膜を挟み込むように電極を配置してもよい。
【００７３】
上記各実施形態では、超音波測定装置として、生体の内部断層構造を測定するための構成を例示したが、その他、例えばコンクリート建築物等のコンクリート内部構造を検査するための測定機等として用いることもできる。
また、超音波デバイスを備えた超音波測定装置を例示したが、その他の電子機器に対しても適用できる。例えば、超音波を洗浄対象に対して送出し、洗浄対象を超音波洗浄する超音波洗浄機等に用いることができる。
図１１は、超音波洗浄機の概略構成を示す図である。
図１１に示す超音波洗浄機８は、洗浄槽８１と、洗浄槽８１の例えば底面に設置された超音波モジュール８２と、を備える。
超音波モジュール８２は、上記各実施形態と同様の超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御する配線基板８３とを備えている。すなわち、超音波デバイス２２は、作動面４１Ｂが洗浄槽８１の内面に臨む素子基板４１と、素子基板４１の背面４１Ａ側に設けられた封止板４２とを備え、素子基板４１の背面４１Ａ側に、複数の超音波トランスデューサー５１（図１１においては図示略）により構成された超音波トランスデューサーアレイ５０（図１１においては図示略）と、超音波トランスデューサーアレイ５０のアレイ領域Ａｒ１（図１１においては図示略）の外側に引き出された電極線とを備えている。そして、電極線は、アレイ領域Ａｒ１外の端子領域Ａｒ２において、封止板４２の貫通孔４２２に挿入されたＦＰＣ４６の電極に接続され、ＦＰＣ４６を介して配線基板８３に設けられた配線端子部（図示略）に電気的に接続される。
このような構成において、配線基板８３に対して超音波デバイス２２をフェースダウン実装にて容易に実装することができる。また、素子基板４１の作動面４１Ｂ側が洗浄槽８１側に面するので、背面４１Ａ側に設けられた超音波トランスデューサー５１や電極線の防水性を高めることができる。
【００７４】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、２２，２２Ｈ，２２Ｉ…超音波デバイス、２３…配線基板、２４，２４Ｉ…超音波センサー（超音波モジュール）、４１，４１Ｉ…素子基板、４１１…基板本体部、４１１Ａ…開口部、４１１Ｂ…隔壁部、４１２…振動膜、４１２Ａ…振動部、４１２Ｂ，４１２Ｃ，４１２Ｄ，４１２Ｅ…延出部、４１４Ｐ…第一電極パッド（端子部）、４１６Ｐ…第二電極パッド（端子部）、４１Ａ…背面（第一面）、４１Ｂ…作動面（第二面）、４１Ｃ…基準厚み部、４２…封止板、４２２…貫通孔、４３…音響整合層、４５…補強板、４５１…端子領域補強部、４５２…評価素子領域補強部、４５３…素子間領域補強部、４６…ＦＰＣ、４７…保護部材、５０…超音波トランスデューサーアレイ、５１…超音波トランスデューサー、５１Ｔ…評価用超音波トランスデューサー、８…超音波洗浄機（電子機器）、Ａｒ１…アレイ領域、Ａｒ２…端子領域。
【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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【図１０】
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【図１１】
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