(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が設けられた素子基板と、
前記素子基板に接合され、少なくとも前記超音波トランスデューサーアレイを覆うアレイ対向板と、
前記素子基板及び前記アレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する支持基板と、を備え、
前記支持基板は、少なくとも前記アレイ対向板の一部が挿入される挿入部を有し、
前記アレイ対向板を前記支持基板に固定する固定部材を備える
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、
前記挿入部は、前記支持基板の厚み方向に設けられた第一溝部であり、
前記第一溝部は、前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面に当接する第一底面を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記挿入部は、前記支持基板を厚み方向に貫通する貫通孔である
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
前記貫通孔を覆って前記支持基板に接合される補強板を備え、
前記補強板は、前記貫通孔に臨む面が前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面に当接する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
前記補強板は、前記補強板を厚み方向から見た平面視において、前記アレイ対向板と重なる位置に、前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の端部が挿入される第二溝部を有し、
前記第二溝部は、前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面に当接する第二底面を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項６】
請求項１から請求項５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、基板厚み方向から見た平面視において、前記アレイ対向板及び前記挿入部から突出する突出部を有し、
前記突出部が前記支持基板に接合される
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波デバイスにおいて、
前記素子基板を前記支持基板に接合する接合部材を備え、
前記素子基板は、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、
前記超音波トランスデューサーアレイは、前記第一面に設けられ、
前記アレイ対向板は、前記第一面に接合され、
前記素子基板における前記突出部の前記第一面には、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続された素子端子部を有し、
前記支持基板は、前記素子端子部に対向する位置に設けられ、前記素子端子部に電気的に接合される回路端子部を有し、
前記接合部材は、導電性材料で形成され、前記素子端子部と前記回路端子部とを電気的に接合する
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に対応した開口部と、前記開口部を閉塞する振動膜とを有し、
前記アレイ対向板は、前記素子基板の厚み方向に見た平面視において、前記超音波トランスデューサーの前記振動膜と重なる位置に設けられた凹部と、複数の超音波トランスデューサー間の前記振動膜以外の領域において前記素子基板を支持し、かつ、前記凹部を隔てる隔壁部と、を有する
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に対応した開口部と、前記開口部を閉塞する振動膜とを有し、
前記超音波トランスデューサーアレイは、同一の駆動信号によって駆動され、隣接して配置される複数の前記超音波トランスデューサーを含む超音波トランスデューサー群を、複数有し、
前記アレイ対向板は、前記素子基板の厚み方向に見た平面視において、複数の前記超音波トランスデューサー群に含まれる前記超音波トランスデューサーの前記振動膜と重なる位置に設けられ、前記素子基板側に開口する凹部と、複数の前記超音波トランスデューサー群間の前記振動膜以外の領域において前記素子基板を支持し、かつ、前記凹部を隔てる隔壁部と、を有する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記支持基板は、前記素子基板に対向する第三面と、前記第三面と交差し、かつ少なくとも一部が前記アレイ対向板に対向する第四面とを有し、
前記固定部材は、前記第四面と前記アレイ対向板とを接合する
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、
前記支持基板は、回路端子部を有し、
前記素子基板は、前記回路端子部に接続される素子端子部を有し、
前記回路端子部及び前記素子端子部は、互いに対向して配置されている
ことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の超音波デバイスを有する
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、圧電デバイス、超音波測定装置、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波の送受信を行う超音波送受信部を備える超音波探触子であって、超音波送受信部が、板状のバッキング材層を介して信号処理回路部に電気的に接続され、信号処理回路部からの送信パルス信号に応じて超音波を送信し、受信した超音波に応じて受信パルス信号を信号処理回路部に出力する超音波探触子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の超音波送受信部は、ダイヤフラムと、ダイヤフラムの超音波放射側に配置され、当該ダイヤフラムを支持する支持部材と、を備える。これらのうちダイヤフラムは、薄板状の基材層と、基材層に対して支持部材と反対側の面（背面）側に設けられた電気機械変換素子としての駆動層と、を備える。そして、基材層の背面側には、スルーシリコンビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）基板（封止部材）が設けられ、当該ＴＳＶ基板によって駆動層が覆われている。ＴＳＶ基板に設けられた貫通電極が、バッキング材層を介して信号処理回路部に通電可能に接続される。このように、ダイヤフラムは、封止部材によって支持された状態で、バッキング材層等に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の超音波探触子（超音波モジュール）では、駆動層が設けられたダイヤフラムが、ＴＳＶ基板（封止板）及びバッキング材層を介して、信号処理回路部すなわち回路基板に固定されているため、ダイヤフラム、封止板、バッキング材層、及び回路基板の配列方向における厚み寸法が大きくなり、超音波モジュールが大型化するという課題があった。
【０００６】
これに対して、封止部材の厚み寸法を小さくすることにより、超音波探触子の大型化を抑制することが考えられる。しかしながら、この場合、封止板の剛性が低下するため、測定対象に超音波探触子を接触させた際の応力によって、封止板やダイヤフラムが変形したり、破損したりするおそれがあった。したがって、封止板の剛性を確保する必要があり、封止板の厚み寸法を小さくすることにも限度があり、所望の剛性を確保しながらも超音波モジュールを小型化することは困難であった。
【０００７】
本発明は、所望の剛性を有しかつ小型な超音波デバイス、及び電子機器を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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が設けられた素子基板と、前記素子基板に接合され、少なくとも前記超音波トランスデューサーアレイを覆うアレイ対向板と、前記素子基板及び前記アレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する支持基板と、を備え、前記支持基板は、少なくとも前記アレイ対向板の一部が挿入される挿入部を有することを特徴とする。
【０００９】
本適用例では、支持基板は、挿入部に少なくともアレイ対向板の一部が挿入された状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する。
このような構成では、それぞれ所定厚み寸法を有する支持基板、アレイ対向板、及び素子基板を、基板厚み方向に順に積層する従来の構成に比べて、挿入部に挿入された少なくともアレイ対向板の一部の厚み寸法分だけ、厚み寸法を小さくでき、超音波デバイスの小型化を図ることができる。また、超音波デバイスの小型化を図るために、アレイ対向板の寸法を小さくしなくてもよいため、アレイ対向板の剛性の低下を抑制できる。このように、本適用例によれば、所望の剛性を有しかつ小型な超音波デバイスを提供することができる。
【００１０】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記アレイ対向板を前記支持基板に固定する固定部材を備えることが好ましい。
ここで、固定部材としては、例えば各種の接着剤等の樹脂材料を用いることができる。
本適用例では、固定部材によって支持基板に対してアレイ対向板を固定する。すなわち、アレイ対向板は、挿入部に挿入された状態で、支持基板に対して固定されている。これにより、例えば、測定時等において基板厚み方向に平行な応力が作用した場合でも、挿入部内においてアレイ対向板が移動することにより素子基板が変形したり、変形量が許容範囲を超えることによって素子基板が破損したりすることを抑制できる。
【００１１】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記挿入部は、前記支持基板の厚み方向に設けられた第一溝部であり、前記第一溝部は、前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面に当接する第一底面を有することが好ましい。
本適用例では、挿入部は、素子基板の厚み方向に設けられた第一溝部であり、第一溝部の第一底面は、アレイ対向板の素子基板と反対側の面に当接する。このような構成では、第一底面にアレイ対向板を当接させた状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくとも一方を支持基板に支持させることができる。これにより、基板厚み方向において、アレイ対向板及び素子基板を、支持基板に対して位置決めできる。すなわち、第一溝部の厚み方向の寸法によって、アレイ対向板の挿入量を設定できるため、支持基板に対して所望の位置に素子基板を位置決めでき、位置決めも容易である。
【００１２】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記挿入部は、前記支持基板を厚み方向に貫通する貫通孔であることが好ましい。
本適用例では、挿入部は、支持基板を貫通するように設けられる。このような構成では、支持基板の厚み寸法以上の厚みを有するアレイ対向板であっても、所望の挿入量でアレイ対向板を挿入部に挿入することができる。つまり、素子基板の位置をアレイ対向板の厚み寸法に関わらず設定することができ、超音波デバイスにおける設計に自由度を広げることができる。例えば、支持基板を平坦面に配置した状態で、素子基板を支持基板に固定することにより、アレイ対向板における素子基板とは反対側の端面と、支持基板の一面とが、厚み方向において同一位置となるように配置することができる。
【００１３】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記貫通孔を覆って前記支持基板に接合される補強板を備え、前記補強板は、前記貫通孔に臨む面が前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面に当接することが好ましい。
本適用例では、補強板が、貫通孔を覆うように支持基板に接合され、当該補強板の貫通孔に臨む面が、アレイ対向板の素子基板とは反対側の面に当接する。このような構成では、補強板にアレイ対向板を当接させた状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくとも一方を支持基板に支持させることができる。これにより、基板厚み方向において、支持基板に対して所望の位置にアレイ対向板及び素子基板を位置決めできる。また、補強板によって支持基板を補強することができ、超音波デバイスの強度を向上させることができる。
【００１４】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記補強板は、前記補強板を厚み方向から見た平面視において、前記アレイ対向板と重なる位置に、前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の端部が挿入される第二溝部を有し、前記第二溝部は、前記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面に当接する第二底面を有することが好ましい。
本適用例では、厚み方向において、アレイ対向板における素子基板とは反対側の端部が、支持基板から突出し、当該端部が、補強板に設けられた第二溝部に挿入される。そして、上記アレイ対向板の前記素子基板とは反対側の面が、第二溝部の第二底面に当接した状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくとも一方を支持基板に支持させることができる。これにより、上述した発明と同様に、基板厚み方向において、支持基板に対して所望の位置に、アレイ対向板及び素子基板を位置決めすることができる。これに加え、第二溝部の厚み方向の寸法によって、封止板の挿入量を設定でき、超音波デバイスにおける設計の自由度をより広げることができる。また、第二溝部の平面形状（補強板の板厚方向から見た平面視における形状）をアレイ対向板の平面形状に応じた形状とすることで、アレイ対向板のアライメント調整を好適に実施でき、及び平面方向への位置ずれを抑制できる。
【００１５】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記素子基板は、基板厚み方向から見た平面視において、前記アレイ対向板及び前記挿入部から突出する突出部を有し、前記突出部が前記支持基板に接合されることが好ましい。
本適用例では、挿入部にアレイ対向板が挿入された状態で、素子基板の突出部と支持基板とが接合される。このような構成では、挿入部にアレイ対向板を挿入した状態で、平面視において、支持基板に対する素子基板の位置を調整することが容易であり、位置決め精度の向上を図ることができる。
【００１６】
本適用例の超音波デバイスにおいて、前記素子基板を前記支持基板に接合する接合部材を備え、前記素子基板は、第一面、及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記超音波トランスデューサーアレイは、前記第一面に設けられ、前記アレイ対向板は、前記第一面に接合され、前記素子基板における前記突出部の前記第一面には、前記超音波トランスデューサーに電気的に接続された素子端子部を有し、前記支持基板は、前記素子端子部に対向する位置に設けられ、前記素子端子部に電気的に接合される回路端子部を有し、前記接合部材は、導電性材料で形成され、前記素子端子部と前記回路端子部とを電気的に接合することが好ましい。
本適用例では、接合部材としての導電性材料を用いて、素子基板に設けられた素子端子部と、配線基板に設けられた回路端子部と、を直接接合すること（いわゆる、フェースダウン実装）により、素子基板と配線基板とを接合する。これにより、超音波デバイスの実装段階における作業工程を簡単にでき、製造効率性を向上させることができる。また、実施時に、上記電極線及び電極端子とフレキシブル基板とを半田を用いて接合する場合、フレキシブル基板の一端側と他端側との２度の加熱を行うことになり、加熱工程数が増大することとなる。この場合、２度目の加熱の前までに、超音波モジュールに配置された樹脂材料（例えば電極端子を覆う樹脂被膜や接着剤等）が熱収縮したり変形したりして、素子基板に応力が作用し、当該素子基板が変形するおそれがある。これに対して、本適用例では、フェースダウン実装によって、１度の加熱によって、電極線及び電極端子を接合することができ、上記素子基板の変形を抑制できる。
【００１７】
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に対応した開口部と、前記開口部を閉塞する振動膜とを有し、前記アレイ対向板は、前記素子基板の厚み方向に見た平面視において、前記超音波トランスデューサーの前記振動膜と重なる位置に設けられた凹部と、複数の超音波トランスデューサー間の前記振動膜以外の領域において前記素子基板を支持し、かつ、前記凹部を隔てる隔壁部と、を有することが好ましい。
本適用例では、アレイ対向板は、各超音波トランスデューサーと重なる位置に設けられた凹部と、超音波トランスデューサー間の振動膜が形成された領域以外の領域にて素子基板を支持し、かつ、凹部を隔てる隔壁部とを、有する。このような構成では、各超音波トランスデューサーに対応する凹部が、隔壁部によって隔たれているため、超音波トランスデューサー間でのクロストークを抑制できる。また、隔壁部によって、支持基板が支持されているため、素子基板の撓みを抑制できる。
【００１８】
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に対応した開口部と、前記開口部を閉塞する振動膜とを有し、前記超音波トランスデューサーアレイは、同一の駆動信号によって駆動され、隣接して配置される複数の前記超音波トランスデューサーを含む超音波トランスデューサー群を、複数有し、前記アレイ対向板は、前記素子基板の厚み方向に見た平面視において、複数の前記超音波トランスデューサー群に含まれる前記超音波トランスデューサーの前記振動膜と重なる位置に設けられ、前記素子基板側に開口する凹部と、複数の前記超音波トランスデューサー群間の前記振動膜以外の領域において前記素子基板を支持し、かつ、前記凹部を隔てる隔壁部と、を有することが好ましい。
本適用例では、アレイ対向板は、各超音波トランスデューサー群と重なる位置に設けられた凹部と、超音波トランスデューサー群間の振動膜が形成された領域以外の領域にて素子基板を支持し、かつ、凹部を隔てる隔壁部とを、有する。このような構成では、各超音波トランスデューサー群に対応する凹部が、隔壁部によって隔たれているため、超音波トランスデューサー群間でのクロストークを抑制できる。また、隔壁部によって、素子基板が支持されているため、素子基板の撓みを抑制できる。
【００１９】
本発明に係る一適用例の圧電デバイスは、複数の圧電素子がアレイ状に配置された圧電素子アレイが設けられた素子基板と、前記素子基板に接合され、少なくとも前記圧電素子アレイを覆うアレイ対向板と、前記素子基板及び前記アレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する支持基板と、備え、前記支持基板は、少なくとも前記アレイ対向板の一部が挿入される挿入部を有することを特徴とする。
本適用例では、支持基板は、挿入部に少なくともアレイ対向板の一部が挿入された状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する。
このような構成では、それぞれ所定厚み寸法を有する支持基板、アレイ対向板、及び素子基板を、基板厚み方向に順に積層する従来の構成に比べて、挿入部に挿入された前記少なくともアレイ対向板の一部の厚み寸法分だけ、厚み寸法を小さくでき、圧電デバイスの小型化を図ることができる。また、圧電デバイスの小型化を図るために、アレイ対向板の寸法を小さくしなくてもよいため、アレイ対向板の剛性の低下を抑制できる。このように、本適用例によれば、所望の剛性を有しかつ小型な圧電デバイスを提供することができる。
【００２０】
本発明に係る一適用例の超音波測定装置は、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が設けられた素子基板と、前記素子基板に接合され、少なくとも前記超音波トランスデューサーアレイを覆うアレイ対向板と、前記素子基板及び前記アレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する支持基板と、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、前記支持基板は、少なくとも前記アレイ対向板の一部が挿入される挿入部を有することを特徴とする。
本適用例では、支持基板は、挿入部に少なくともアレイ対向板の一部が挿入された状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する。
このような構成では、それぞれ所定厚み寸法を有する支持基板、アレイ対向板、及び素子基板を、基板厚み方向に順に積層する従来の構成に比べて、挿入部に挿入された前記少なくともアレイ対向板の一部の厚み寸法分だけ、厚み寸法を小さくでき、超音波測定装置の小型化を図ることができる。また、超音波測定装置の小型化を図るために、アレイ対向板の寸法を小さくしなくてもよいため、アレイ対向板の剛性の低下を抑制できる。このように、本適用例によれば、所望の強度を有しかつ小型な超音波測定装置を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る一適用例の電子機器は、複数の圧電素子がアレイ状に配置された圧電素子アレイが設けられた素子基板と、前記素子基板に接合され、少なくとも前記圧電素子アレイを覆うアレイ対向板と、前記素子基板及び前記アレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する支持基板と、前記圧電素子を制御する制御部と、を備え、前記支持基板は、少なくとも前記アレイ対向板の一部が挿入される挿入部を有することを特徴とする。
本適用例では、支持基板は、挿入部に少なくともアレイ対向板の一部が挿入された状態で、素子基板及びアレイ対向板の少なくともいずれか一方を支持する。
このような構成では、それぞれ所定厚み寸法を有する支持基板、アレイ対向板、及び素子基板を、基板厚み方向に順に積層する従来の構成に比べて、挿入部に挿入された前記少なくともアレイ対向板の一部の厚み寸法分だけ、厚み寸法を小さくでき、電子機器の小型化を図ることができる。また、電子機器の小型化を図るために、アレイ対向板の寸法を小さくしなくてもよいため、アレイ対向板の剛性の低下を抑制できる。このように、本適用例によれば、所望の強度を有しかつ小型な電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一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】第一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】第一実施形態の超音波プローブにおける超音波デバイスの概略構成を示す平面図。
【図４】第一実施形態の超音波デバイスの素子基板を、封止板側から見た平面図。
【図５】第一実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図６】第一実施形態の超音波デバイスの封止板を、素子基板側から見た平面図。
【図７】第一実施形態の超音波デバイスの配線基板を、素子基板側から見た平面図。
【図８】第一実施形態における超音波ユニットの配線基板への実装方法を示す図。
【図９】従来の超音波デバイスの構成例を示す断面図。
【図１０】第二実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図１１】第三実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図１２】第三実施形態の変形例の超音波デバイスの断面図。
【図１３】第四実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図１４】第四実施形態の変形例の超音波デバイスの断面図。
【図１５】第五実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図１６】第五実施形態の変形例の超音波デバイスの断面図。
【図１７】第六実施形態の超音波デバイスの断面図。
【図１８】第六実施形態の超音波デバイスの封止板を、素子基板側から見た平面図。
【図１９】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】
【００２３】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一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。
［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。制御装置１０は、本発明の制御部に相当する。
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。
【００２４】
［超音波プローブ２の構成］
図３は、超音波プローブ２における超音波デバイス２４の概略構成を示す平面図である。
超音波プローブ２は、筐体２１と、筐体２１内部に設けられた超音波ユニット２２と、超音波ユニット２２を制御するためのドライバ回路等が設けられ、超音波ユニット２２を支持する配線基板２３と、を備えている。
なお、超音波デバイス２４は、超音波ユニット２２と、配線基板２３とを含み構成され、超音波ユニット２２と配線基板２３とが、接合部材４５（図５参照）によって接合される。また、超音波ユニット２２は、本発明の圧電デバイスの一例であり、後述するように圧電素子４１３を含み構成される。
【００２５】
筐体２１は、図１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、超音波ユニット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。
【００２６】
［超音波ユニット２２の構成］
図４は、超音波ユニット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デバイス２４の断面図である。
超音波デバイス２４を構成する超音波ユニット２２は、図３及び図４に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響整合層４３（図５参照）と、音響レンズ４４（図５参照）と、を備える。
【００２７】
（素子基板４１の構成）
素子基板４１は、図５に示すように、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。ここで、素子基板４１において、封止板４２に対向する背面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。また、振動膜４１２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が構成されている。
【００２８】
ここで、図４に示すように、素子基板４１を厚み方向から見た平面視において、素子基板４１の中心領域には、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（圧電素子アレイ）５０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。後述するが、素子基板４１の背面４１Ａ側のアレイ領域Ａｒ１に少なくとも重なる位置に、封止板４２が配置される。
【００２９】
また、素子基板４１は、図５に示すように、アレイ領域Ａｒ１に重なるように配置された封止板４２よりも、Ｘ方向の両側に突出する突出部４１Ｃを有する。図４に示すように、突出部４１Ｃの背面４１Ａ側の端子領域Ａｒ２には、Ｙ方向に沿って配置された複数の第一電極パッド４１４Ｐ及び第二電極パッド４１６Ｐが設けられている。これら第一電極パッド４１４Ｐ及び第二電極パッド４１６Ｐは、本発明の素子端子部に相当する。なお、後述するが、素子基板４１は、突出部４１Ｃにおいて、接合部材４５（図４において二点鎖線で配置位置を示す）によって配線基板２３に接合される。
【００３０】
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の背面４１Ａ側に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
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、基板本体部４１１の背面４１Ａ側全体を覆って設けられている。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の背面４１Ａ側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ーとして基板本体部４１１をエッチング処理することで、開口部４１１Ａを容易に形成することが可能となる。
【００３１】
また、図５に示すように、各開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２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、振動膜４１２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膜４１２を振動させて超音波が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膜４１２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。
【００３２】
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Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って複数配置されている。
ここで、下部電極４１４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外の端子領域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、後述する配線端子部２３１と接続される第一電極パッド４１４Ｐを構成する。
【００３３】
一方、上部電極４１６は、図４に示すように、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（本発明の第二電極線の一部を構成）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（本発明の第二電極線の一部を構成）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（本発明の第二電極線の一部を構成）とを有する。
共通電極部４１６Ｂは、アレイ領域Ａｒ１以外の外周領域Ａｒ３におけるＹ方向の両側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側端部に設けられた超音波トランスデューサー５１から＋Ｙ側に延出した上部端子電極４１６Ｅ同士を接続する。−Ｙ側端部の共通電極部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、後述する配線端子部２３１と接続される第二電極パッド４１６Ｐを構成する。
【００３４】
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、同一の駆動信号で駆動される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２次元アレイ構造を構成する。
【００３５】
（封止板４２の構成）
図６は、封止板４２を素子基板４１側から見た平面図である。
封止板４２は、本発明のアレイ対向板に相当し、図６に示すように、厚み方向から見た際の平面形状が例えば矩形状に形成され、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。封止板４２は、図３に示すように、平面視において、少なくともアレイ領域Ａｒ１と重なり、かつ、Ｘ方向において２つの端子領域Ａｒ２の間となる位置に配置され、アレイ領域Ａｒ１以外の外周領域Ａｒ３において、接合膜や接着剤等により素子基板４１と接合されている。これにより、封止板４２は、素子基板４１の基板強度を向上させることが可能となる。
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。
【００３６】
この封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向するアレイ対向領域Ａｒ４（図４参照）に、超音波トランスデューサー５１のそれぞれに対応した複数の凹溝（凹部）４２１が形成されている。隣接する凹溝４２１間において、当該凹溝４２１によって形成される内部空間が、隔壁部４２２によって隔てられている。
この凹溝４２１が形成されることにより、振動膜４１２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、振動膜４１２の振動が阻害されない。
また、隔壁部４２２は、基板本体部４１１における超音波トランスデューサー５１間の開口部４１１Ａ以外の領域（支持部４１１Ｂ；図５参照）と重なる位置に配置され、基板本体部４１１を支持している。この隔壁部４２２によって内部空間Ｓが隔てられることにより、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。
なお、基板本体部４１１の開口部４１１Ａ以外の領域（支持部４１１Ｂ）と封止板４２の隔壁部４２２とが接合されていてもよい。
【００３７】
また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ａ側（作動面４１Ｂ側）の他、封止板４２側（背面４１Ａ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。
【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、図５に示すように、素子基板４１の作動面４１Ｂ側に設けられている。具体的には、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の作動面４１Ｂ側から所定の厚み寸法で形成される。
音響レンズ４４は、音響整合層４３上に設けられ、図１に示すように、筐体２１のセンサー窓２１Ｂ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］
図７は、配線基板２３を素子基板４１側から見た平面図である。
配線基板２３は、本発明の支持基板に相当し、素子基板４１が接合される。この配線基板２３は、図５及び図７に示すように、配線端子部２３１と、貫通孔２３２とを備える。
配線端子部２３１は、本発明の回路端子部に相当し、素子基板４１の突出部４１Ｃの端子領域Ａｒ２に設けられた各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに対応する位置に設けられる。この配線端子部２３１は、対応する電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと、例えば半田等の導電性を有する接合部材４５によって接合される。すなわち、素子基板４１の突出部４１Ｃは、接合部材４５によって、配線基板２３に接合される。なお、配線端子部２３１及び接合部材４５は、樹脂被膜４５Ａによって覆われている。
【００４０】
貫通孔２３２は、本発明の挿入部に相当し、図４に示すように、封止板４２が挿入される。貫通孔２３２は、図示例では、平面視において、封止板４２に応じた形状を有し（図示例では矩形状）、当該封止板４２が挿入可能に構成され、厚み方向に配線基板２３を貫通している。この貫通孔２３２に封止板４２が挿入された状態で、配線端子部２３１と各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐとが接合部材４５によって接合され、素子基板４１が配線基板２３に接合される。
【００４１】
また、配線基板２３は、超音波ユニット２２を駆動させるためのドライバ回路等が設けられている。具体的には、配線基板２３は、図２に示すように、選択回路２３３、送信回路２３４、受信回路２３５、及びコネクタ部２３６（図３参照）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、超音波ユニット２２と送信回路２３４とを接続する送信接続、及び超音波ユニット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を介して超音波ユニット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を介して超音波ユニット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。
【００４２】
［超音波ユニット２２の配線基板２３への実装方法］
図８は、本実施形態における超音波ユニット２２の配線基板２３への実装方法を示す図である。
本実施形態では、超音波ユニット２２と配線基板２３との接続は、まず図８（Ａ）に示すように、素子基板４１の各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐに対向する位置に設けられた配線端子部２３１に対して、例えば半田等の導電性を有する接合部材４５を設ける。なお、配線基板２３は、図示を省略するが平坦面に載置されている。
この後、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、超音波ユニット２２を配線基板２３の法線方向（厚み方向）から重ね合せ、押圧部材等により押圧する。これにより、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと配線端子部２３１とが、接合部材４５により接合される。その後、電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと配線端子部２３１とを樹脂被膜４５Ａで覆うことにより、容易に超音波ユニット２２を配線基板２３に実装できる。
【００４３】
図９は、ＦＰＣ７１を用いて超音波ユニット２２と配線基板２３とを電気的に接続する従来例の構成を模式的に示す断面図である。図９に示す従来例では、封止板７２は、平面視において、素子基板４１と略同様の外形を有し、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと重なる位置に開口７３が設けられている。また、ＦＰＣ７１の一端は、この開口７３に挿入され、４１４Ｐ，４１６Ｐと接続される。このＦＰＣ７１は、開口７３の角部近傍で、当該ＦＰＣ７１の他端が配線基板２３の外周部に向かうように、配線基板２３に沿って折曲される。そして、ＦＰＣ７１の他端は、配線基板２３の配線端子部２３１に接続される。このような従来例では、ＦＰＣ７１と封止板７２における開口７３の角部との接触による、ＦＰＣ７１が断線するおそれがある（図９の領域Ｉ参照）。また、ＦＰＣ７１の折曲部分の角度の変化や、ＦＰＣ７１の張力によって、超音波ユニット２２の浮きが生じるおそれがある（図９の領域II参照）。
これに対して本実施形態のようなフェースダウン実装を採用する構成では、図９に示す従来例のように、ＦＰＣ７１と封止板７２における開口７３の角部との接触による断線がなく、配線信頼性が向上する。また、ＦＰＣ７１の張力による超音波ユニット２２の浮きがないので、超音波トランスデューサーアレイ５０から所望方向に精度よく超音波を送信することができ、また、所望方向から超音波を精度よく受信することができる。
【００４４】
また、ＦＰＣ７１の一端を超音波ユニット２２に接続し、樹脂被膜７４を設けた後に、他端を配線基板２３に接続する場合、加熱されたＦＰＣ７１や樹脂被膜７４が熱収縮等によって変形するおそれがある。
これに対して、本実施形態では、電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと配線端子部２３１とを接続し、樹脂被膜４５Ａで覆った後に、加熱することがない。したがって、樹脂被膜４５Ａが熱収縮等によって変形することにより、超音波ユニット２２に応力が作用することを抑制でき、当該応力により素子基板４１が変形する等の不具合の発生を抑制できる。
【００４５】
［制御装置１０の構成］
制御装置１０は、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。
【００４６】
［第一実施形態の作用効果］
配線基板２３は、素子基板４１側で開口し、素子基板４１側から封止板４２が挿入される貫通孔２３２を有する。超音波デバイス２４では、この貫通孔２３２に封止板４２が挿入された状態で、素子基板４１が接合部材４５によって配線基板２３に接合される。
このような構成では、それぞれ所定厚み寸法を有する支持基板、封止板、及び素子基板を、基板厚み方向に順に積層する従来の構成に比べて、貫通孔２３２に挿入された封止板４２の厚み寸法分だけ、超音波デバイス２４の厚み寸法を小さくでき、超音波デバイス２４の小型化を図ることができる。また、超音波デバイス２４の小型化を図るために、封止板の寸法を小さくすることによる封止板の剛性の低下を抑制できる。このように、本実施形態によれば、所望の剛性を有しかつ小型な超音波デバイス２４を提供することができる。また、所望の強度を有しかつ小型な超音波測定装置１を提供することができる。
【００４７】
貫通孔２３２は、配線基板２３を貫通するように設けられる。このような構成では、配線基板２３の厚み寸法以上の厚みを有する封止板４２であっても、所望の挿入量でアレイ対向板を貫通孔２３２に挿入することができる。つまり、素子基板４１の位置を封止板４２の厚み寸法に関わらず設定することができ、超音波デバイス２４における設計の自由度を広げることができる。例えば、配線基板２３を平坦面に配置した状態で、素子基板４１を配線基板２３に接合することにより、封止板４２における素子基板４１とは反対側の面と、配線基板２３の素子基板４１とは反対側の面とが、厚み方向において同一位置となるように配置することもできる。なお、この場合、配線基板２３に対して、基板厚み方向における所望の位置に、素子基板４１を配置することができる。
【００４８】
素子基板４１は、突出部４１Ｃを有し、突出部４１Ｃにおいて、配線基板２３と接合される。本実施形態では、貫通孔２３２に封止板４２を挿入した状態で、素子基板４１の突出部４１Ｃと配線基板２３とが接合される。このような構成では、貫通孔２３２に封止板４２を挿入した状態で、平面視において、配線基板２３に対する素子基板４１の位置を調整することが容易であり、位置決め精度の向上を図ることができる。
【００４９】
接合部材４５は、導電性材料で形成され、素子基板４１に設けられた各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと、配線基板２３に設けられた配線端子部２３１とを直接接合することにより、配線基板２３とを接合する（フェースダウン実装）。これにより、超音波ユニット２２の実装段階における作業工程を簡単にでき、製造効率性を向上させることができる。
【００５０】
また、実装時に、図９に示すように、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐ及び配線端子部２３１とフレキシブル基板とを半田を用いて接合する場合、フレキシブル基板の一端側と他端側との２度の加熱を行うことになり、加熱工程数が増大することとなる。この場合、２度目の加熱の前までに、フレキシブル基板の接合部分を覆う樹脂被膜等の樹脂材料が熱収縮したり変形したりして、素子基板４１に応力が作用し、当該素子基板４１が変形するおそれがある。これに対して、本実施形態では、フェースダウン実装によって、１度の加熱によって、各電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと配線端子部２３１とを接合することができ、上記素子基板４１の変形を抑制できる。
【００５１】
封止板４２は、各超音波トランスデューサー５１と重なる位置に設けられた凹溝４２１と、超音波トランスデューサー５１間の振動膜４１２が形成された領域以外の領域にて素子基板４１を支持し、かつ、凹溝４２１を隔てる隔壁部４２２とを、備える。このような構成では、各超音波トランスデューサー５１に対応する凹溝４２１が、隔壁部４２２によって隔たれているため、超音波トランスデューサー間でのクロストークを抑制できる。また、隔壁部４２２によって、配線基板２３が支持されているため、素子基板４１の撓みを抑制できる。
【００５２】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
図１０は、第二実施形態に係る超音波デバイスの断面図である。
第二実施形態に係る超音波デバイス２４Ａは、図１０に示すように、第一実施形態の超音波デバイスに対して、更に、封止板４２を配線基板２３に固定する固定部材としての樹脂部材４６を備える。第二実施形態に係る超音波デバイス２４Ａは、樹脂部材４６を備える点以外は、基本的に、第一実施形態の超音波デバイス２４と略同様に構成される。なお、以降の説明にあたり、第一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。
【００５３】
樹脂部材４６は、本発明の固定部材に相当し、超音波ユニット２２と配線基板２３との間に充填されている。すなわち、樹脂部材４６は、貫通孔２３２の内面と、封止板４２との間の間隙や、素子基板４１と配線基板２３とに挟まれた領域に充填されている。この樹脂部材４６によって、封止板４２が、配線基板２３に対して接合される。なお、樹脂部材４６としては、例えば、エポキシ系の接着剤を用いることができる。
【００５４】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、封止板４２は、貫通孔２３２に挿入された状態で、樹脂部材４６によって配線基板２３に対して固定される。これにより、例えば、測定時等において作動面４１Ｂから背面４１Ａに向かう方向の応力が作用した場合でも、貫通孔２３２内において封止板４２が移動することにより素子基板４１が変形したり、変形量が許容範囲を超えることによって素子基板４１が破損したりすることを抑制できる。
また、本実施形態では、樹脂部材４６として接着剤を用いる。このため、封止板４２を貫通孔２３２に挿入した状態で、貫通孔２３２の内面と封止板４２との間の隙間に接着剤を流入させ、硬化させる等の簡易な方法により、封止板４２を配線基板２３に固定することができる。
【００５５】
［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について説明する。
第一実施形態の超音波デバイスでは、配線基板２３に、当該配線基板２３を基板厚み方向に貫通する貫通孔２３２が設けられている。これに対して、第三実施形態の超音波デバイスでは、上記貫通孔２３２の代りに溝部が設けられる点で相違する。
【００５６】
図１１は、第三実施形態に係る超音波デバイスの断面図である。
図１１に示すように、超音波デバイス２４Ｂにおける配線基板２３Ａは、溝部２３７を有する。
溝部２３７は、本発明の第一溝部に相当し、平面視において、第一実施形態の貫通孔２３２（図５参照）と同様の位置に設けられ、封止板４２が挿入される。この溝部２３７は、素子基板４１と対向する底面（第一底面）２３７Ａを有し、素子基板４１とは反対側の封止板４２の端部４２３（すなわち、封止板４２の素子基板４１とは反対側の端面）が底面２３７Ａに当接する。このような構成では、封止板４２の端部４２３が底面２３７Ａによって支持されるため、封止板４２が素子基板４１とは反対側に移動することを抑制でき、ひいては、応力によって素子基板４１が封止板４２側に反ることを抑制できる。
【００５７】
なお、本実施形態では、封止板４２の端部４２３と、溝部２３７の底面２３７Ａとが当接しているとしたが、これに限定されず、端部４２３と底面２３７Ａとが離間していてもよい。この場合、基板厚み方向における端部４２３と底面２３７Ａとの隙間の寸法は、素子基板４１の反り量（封止板４２の移動量）が許容範囲となるように設定されることが好ましい。これにより、素子基板４１が封止板４２側へ反ることによる、駆動精度の低下や、素子基板４１の破損等の不具合を抑制できる。
【００５８】
［第三実施形態の作用効果］
溝部２３７は、封止板４２が挿入されるものである。この溝部２３７の底面２３７Ａは、封止板４２の端部４２３に当接する。このような構成では、上述のように、素子基板４１の反りを抑制でき、当該反りによる駆動精度への低下や、素子基板４１の破損といった不具合の発生を抑制できる。
【００５９】
また、本実施形態では、底面２３７Ａに封止板４２の端部４２３を当接させた状態で、素子基板４１を配線基板２３Ａに接合することができる。これにより、基板厚み方向において、封止板４２すなわち素子基板４１を位置決めすることができる。すなわち、溝部２３７の厚み方向の寸法によって、封止板４２の挿入量を設定できるため、素子基板４１を位置決めでき、位置決めも容易である。
【００６０】
［第三実施形態の変形例］
図１２は、第三実施形態の一変形例の超音波デバイス２４Ｃの断面図である。
図１２に示す超音波デバイス２４Ｃでは、溝部２３７の内面と、封止板４２との間の間隙や、素子基板４１と配線基板２３Ａとに挟まれた領域に、樹脂部材４６が充填される。
このような構成では、上記第三実施形態の作用効果に加え、第二実施形態の作用効果を同時に得ることができる。すなわち、配線基板２３Ａに対して素子基板４１を容易に位置決めできる。また、封止板４２を配線基板２３Ａに固定でき、素子基板４１の変形や破損を抑制できる。
【００６１】
［第四実施形態］
次に、本発明に係る第四実施形態について説明する。
図１３は、第四実施形態に係る超音波デバイスの断面図である。
第四実施形態に係る超音波デバイス２４Ｄは、図１３に示すように、第一実施形態の超音波デバイスに対して、更に、封止板４２の貫通孔２３２を覆う補強板４７を備える。
補強板４７は、厚み方向に見た平面視において、矩形状の部材であり、素子基板４１とは反対側において配線基板２３に接合される。この補強板４７は、厚み方向に見た平面視において、少なくとも貫通孔２３２と重なる位置に配置され、貫通孔２３２の一端（封止板４２が挿入される側とは反対側の開口）を閉塞する。補強板４７は、配線基板２３や封止板４２よりも高い剛性を有し、例えば、４２アロイ等の金属材料を用いて形成される。
【００６２】
また、補強板４７の貫通孔２３２に臨む面（素子基板４１側の面）は、封止板４２の端部４２３に当接している。このような構成では、封止板４２の端部４２３が補強板４７によって支持されるため、封止板４２が素子基板４１とは反対側に移動することを抑制でき、ひいては、応力によって素子基板４１が封止板４２側に反ることを抑制できる。
【００６３】
上記超音波デバイス２４Ｄは、基本的に図８に示す第一実施形態の超音波デバイス２４の実装方法と同様の方法によって、配線基板２３に実装できる。すなわち、配線基板２３に補強板４７を接合し後、当該配線基板２３に対して超音波ユニット２２をフェースダウン実装によって実装する。この場合、補強板４７に封止板４２を当接させることにより、厚み方向において、配線基板２３に対して超音波ユニット２２及び封止板４２を位置決めすることができる。
なお、超音波デバイス２４Ｄの実装方法は、上記方法に限定されず、配線基板２３に超音波ユニット２２を実装した後に、補強板４７を配線基板２３に接合してもよい。
【００６４】
ここで、本実施形態では、封止板４２の端部４２３と、補強板４７とが当接しているとしたが、これに限定されず、第三実施形態と同様に、端部４２３と補強板４７とが離間していてもよい。この場合、基板厚み方向における端部４２３と補強板４７との隙間の寸法を、素子基板４１の反り量が許容範囲となるように設定することが好ましい。これにより、素子基板４１が封止板４２側へ反ることによる、駆動精度の低下や、素子基板４１の破損等の不具合を抑制できる。
【００６５】
［第四実施形態の作用効果］
本実施形態では、配線基板２３における素子基板４１とは反対側の面に補強板４７を接合し、当該補強板４７の貫通孔２３２に臨む面に封止板４２が当接する。このような構成では、補強板４７に封止板４２を当接させた状態で、素子基板４１を配線基板２３に接合することができる。これにより、基板厚み方向において、封止板４２すなわち素子基板４１を位置決めすることができる。また、補強板４７によって配線基板２３を補強することができ、超音波デバイス２４（超音波ユニット２２）の強度を向上させることができる。
【００６６】
［第四実施形態の変形例］
図１４は、第四実施形態の一変形例に係る超音波デバイス２４Ｅの断面図である。
超音波デバイス２４Ｅは、図１４に示すように、第四実施形態の超音波デバイス２４Ｄに対して、更に、封止板４２を配線基板２３及び補強板４７に接合する樹脂部材４６を備える。
樹脂部材４６は、貫通孔２３２の内面と封止板４２と補強板４７によって囲まれる空間や、素子基板４１と配線基板２３とに挟まれた領域に充填されている。この樹脂部材４６によって、封止板４２が、配線基板２３や補強板４７に接合される。
【００６７】
このような構成では、上記第四実施形態の作用効果に加え、第二実施形態の作用効果を同時に得ることができる。すなわち、配線基板２３に対して素子基板４１を容易に位置決めできる。また、封止板４２を配線基板２３に固定でき、素子基板４１の変形や破損を抑制できる。
【００６８】
［第五実施形態］
次に、本発明に係る第五実施形態について説明する。
第四実施形態の超音波デバイスでは、配線基板２３に、当該配線基板２３を基板厚み方向に貫通する貫通孔２３２が設けられ、当該貫通孔２３２を覆うように平板状の補強板４７が接合されている。これに対して、第六実施形態の超音波デバイスでは、上記補強板の貫通孔２３２と重なる位置に第二溝部が設けられる点で相違する。
【００６９】
図１５は、第五実施形態に係る超音波デバイスの断面図である。
図１５に示すように、超音波デバイス２４Ｆにおける補強板４７Ａは、第二溝部４７１を有する。
第二溝部４７１は、平面視において、貫通孔２３２と重なる位置に設けられ、封止板４２の端部４２３が挿入される。すなわち、本実施形態では、基板厚み方向における封止板４２の寸法が、配線基板２３よりも大きい。このため、封止板４２の端部４２３は、基板厚み方向における配線基板２３とは反対側にて、貫通孔２３２から突出している。この封止板４２の端部４２３は、第二溝部４７１に挿入され、当該第二溝部４７１の第二底面４７１Ａと当接する。
【００７０】
［第五実施形態の作用効果］
本適用例では、厚み方向において、素子基板４１とは反対側の封止板４２の端部４２３が、配線基板２３から突出し、補強板４７Ａに設けられた第二溝部４７１に挿入される。そして、上記封止板４２の端部４２３が、第二溝部４７１の第二底面４７１Ａに当接した状態で、素子基板４１と配線基板２３とが接合される。これにより、第二底面４７１Ａに封止板４２が支持された状態で、素子基板４１を配線基板２３に接合することができる。これにより、基板厚み方向において、封止板４２すなわち素子基板４１を位置決めすることができる。これに加え、第二溝部４７１の厚み方向の寸法によって、封止板４２の挿入量を設定でき、超音波デバイス２４Ｆにおける設計の自由度をより広げることができる。
また、第二溝部４７１の平面形状（補強板の板厚方向から見た平面視における形状）を封止板４２の平面形状に応じた形状とすることにより、封止板４２のアライメント調整を好適に実施でき、及び平面方向への位置ずれを抑制できる。
【００７１】
［第五実施形態の変形例］
超音波デバイス２４Ｇは、図１６に示すように、第五実施形態の超音波デバイス２４Ｆに対して、更に、封止板４２を配線基板２３及び補強板４７に接合する樹脂部材４６を備える。
樹脂部材４６は、貫通孔２３２の内面と封止板４２と補強板４７の第二溝部４７１とによって囲まれる空間や、素子基板４１と配線基板２３とに挟まれた領域に充填されている。すなわち、この樹脂部材４６によって、封止板４２が、配線基板２３や補強板４７に接合される。
【００７２】
このような構成では、上記第五実施形態の作用効果に加え、第二実施形態の作用効果を同時に得ることができる。すなわち、配線基板２３に対して素子基板４１を容易に位置決めできる。また、封止板４２を配線基板２３に固定でき、素子基板４１の変形や破損を抑制できる。
【００７３】
［第六実施形態］
次に、本発明に係る第六実施形態について説明する。
第一実施形態の超音波デバイスでは、封止板４２は、各超音波トランスデューサー５１に対応する凹溝４２１が形成されている。これに対して、第六実施形態の超音波デバイスでは、複数の超音波トランスデューサー５１を含む超音波トランスデューサー群５１Ａのそれぞれに対応する凹溝が形成される点で相違する。
【００７４】
図１７は、第六実施形態に係る超音波デバイスの断面図である。また、図１８は、封止板４２Ａを素子基板４１側から見た平面図である。
図１７に示すように、超音波デバイス２４Ｈは、封止板４２Ａを備える。
この封止板４２Ａは、図１８に示すように、アレイ対向領域Ａｒ４（図４参照）に、超音波トランスデューサー群５１Ａのそれぞれに対応した複数の凹溝（凹部）４２４が形成される。これら複数の凹溝４２４は、基板厚み方向の平面視において、Ｘ方向に沿って設けられる複数の隔壁部４２５によって互いに隔てられている。すなわち、Ｙ方向に隣接する凹溝４２４間において、当該凹溝４２４によって形成される内部空間ＳＡが、隔壁部４２５によって隔てられている。
【００７５】
［第六実施形態の作用効果］
封止板４２Ａは、各超音波トランスデューサー群５１Ａと重なる位置に設けられた凹溝４２４が形成され、当該凹溝４２４によって形成される内部空間ＳＡが、隔壁部４２５によって隔てられている。このような構成では、各超音波トランスデューサー群５１Ａに対応する凹溝４２４が、隔壁部４２５によって隔たれているため、超音波トランスデューサー群５１Ａ間でのクロストークを抑制できる。
また、隔壁部４２５は、超音波トランスデューサー群５１Ａ間における、振動膜４１２が形成された領域以外の領域にて素子基板４１を支持している。このような構成では、隔壁部４２５によって、素子基板４１を支持することにより、当該素子基板４１の撓みを抑制できる。
【００７６】
［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。
上記各実施形態では、挿入部としての貫通孔２３２や溝部２３７が、平面視において封止板４２に応じた形状を有し、素子基板４１及び封止板４２のうち、封止板４２のみを挿入可能に構成されていた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、素子基板４１及び封止板４２の両方が、挿入部に挿入可能に構成され、これら素子基板４１及び封止板４２のうちの少なくとも一方が、配線基板２３に対して支持される構成を採用してもよい。例えば、基板厚み方向の平面視において、素子基板４１及び封止板４２の外形が一致し、素子基板４１及び封止板４２の両方が挿入可能に構成されてもよい。また、上記各実施形態のように、素子基板４１が配線基板２３に支持される構成に限定されず、封止板４２のみが、例えば樹脂部材４６等の固定部材によって配線基板２３に固定され、支持される構成としてもよい。
【００７７】
上記第一及び第二実施形態では、封止板４２の素子基板４１とは反対側の端部と、貫通孔２３２の開口端とが、基板厚み方向において同一の位置に配置される構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図示を省略するが、上記封止板４２の端部と、貫通孔２３２の開口端とが、基板厚み方向において異なる位置に配置されてもよい。例えば、実装時に、配線基板２３の貫通孔２３２と重なる位置に、基板厚み方向における当該封止板４２の位置決めを行うための凸部や凹部を有する治具を用いて、封止板４２の挿入量を調整することにより、位置決めを行ってもよい。このように、貫通孔２３２が、配線基板２３を貫通する構成を採用することにより、例えば、上記治具を用いる等の簡易な方法を用いて、配線基板２３に対して、素子基板４１及び封止板４２の位置決めを行うことができる。
【００７８】
上記第三実施形態では、封止板４２が、溝部２３７の底面２３７Ａに当接している構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、封止板４２と底面２３７Ａとが離間して配置されていてもよい。また、封止板４２と底面２３７Ａとの間に樹脂部材４６が充填され、当該封止板４２の端部４２３と底面２３７Ａとが接合されてもよい。上記第四実施形態及び第五実施形態でも同様に、封止板と補強板とが離間して配置されていてもよく、封止板の端部と補強板との間に樹脂部材が充填されていてもよい。
【００７９】
上記第二実施形態や、第三乃至第五実施形態の変形例では、封止板４２と配線基板２３，２３Ａとを固定する固定部材としての樹脂部材４６が、配線基板２３,２３Ａと素子基板４１との間にも充填される構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、樹脂部材４６が、封止板４２と配線基板２３,２３Ａ（挿入部の内面）との間にのみ充填され、素子基板４１と配線基板２３,２３Ａとの間には充填されない構成を採用してもよい。このような構成では、素子基板４１に樹脂部材４６が接触しないため、樹脂部材４６が硬化収縮したとしても、当該硬化収縮による応力が素子基板４１に直に作用することがない。このため、応力による素子基板４１の変形をより好適に抑制できる。
【００８０】
上記各実施形態では、素子基板４１は、配線基板２３,２３Ａに接合され、当該配線基板２３,２３Ａによって支持される構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、超音波ユニットが、素子基板４１と配線基板２３,２３Ａとの間に配置され、当該素子基板４１を支持する支持基板（中継基板）を備えてもよい。なお、支持基板は、基板厚み方向の平面視において、素子基板４１側の電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐ及び配線基板側の配線端子部２３１と重なる位置に貫通電極を備え、当該貫通電極によって電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと配線端子部２３１とを導通可能なように構成されてもよい。
【００８１】
上記各実施形態では、超音波トランスデューサーアレイ５０において、Ｘ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサー５１により超音波トランスデューサー群５１Ａを構成し、当該超音波トランスデューサー群５１ＡがＹ方向に並ぶ１次元アレイ構造を例示したが、これに限定されない。例えば、各超音波トランスデューサー５１の下部電極４１４がそれぞれ個別に引き出され端子領域Ａｒ２まで引き出され、それぞれ個別に配線基板２３に接続されてもよい。この場合、各超音波トランスデューサー５１を個別に駆動させることが可能となり、超音波トランスデューサーアレイ５０を２次元アレイとして駆動させることが可能となる。
【００８２】
上記各実施形態では、接合部材４５として導電部材を用いて、素子基板４１側の電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐと、配線基板２３，２３Ａ側の配線端子部２１３とを接続するとともに、素子基板４１と配線基板２３，２３Ａとを接合する構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、素子基板４１と配線基板２３，２３Ａとを接合する接合部材と、電極パッド４１４Ｐ，４１６Ｐ及び配線端子部２１３を接続する接続部材とをそれぞれ別々に設けてもよい。
【００８３】
超音波測定装置１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、超音波ユニット２２を備えた超音波測定装置１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、線状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１９は、超音波洗浄機の概略構成を示す図である。
図１９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ユニット２２と、超音波ユニット２２を制御する配線基板８３とを備えている。すなわち、超音波ユニット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１９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１９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１９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、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に対して超音波ユニット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。
【００８４】
上記各実施形態では、素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられる構成としたが、例えば素子基板４１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４１自体を振動させることで超音波を送出させ、素子基板４１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。この場合、アレイ対向板として、超音波トランスデューサー５１における超音波の送出面とは反対側にアレイ対向板としてのバックプレートを配置する構成にも本発明を好適に適用可能である。
また、開口部４１１Ａの背面４１Ａ側に振動膜４１２を設ける構成を例示したが、例えば、開口部４１１Ａの作動面４１Ｂ側に振動膜４１２が設けられ、この振動膜４１２の背面４１Ａ側に超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３が設けられる構成としてもよい。
【００８５】
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の背面４１Ａ側に振動膜４１２が設けられる構成としたが、これに限定されない。例えば、基板本体部４１１の作動面４１Ｂ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。
【００８６】
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。
【００８７】
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】
【００８８】
１…超音波測定装置、８…超音波洗浄機（電子機器）、１０…制御装置（制御部）、
２３，２３Ａ…配線基板（支持基板）、２４，２４Ａ〜２４Ｇ…超音波デバイス（圧電デバイス）、４１Ａ…背面（第一面）、４１Ｂ…作動面（第二面）、４１Ｃ…突出部、４２，４２Ａ…封止板、４５…接合部材、４６…樹脂部材（固定部材）、４７，４７Ａ…補強板、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、５１Ａ…超音波トランスデューサー群、２１３…配線端子部（素子端子部）、２３１…配線端子部（回路端子部）、２３２…貫通孔（挿入部）、２３７…溝部（第一溝部、挿入部）、２３７Ａ…底面、４１１Ａ…開口部、４１２…振動膜、４１３…圧電素子、４１４Ｐ…第一電極パッド（素子端子部）、４１６Ｐ…第二電極パッド（素子端子部）、４２１…凹溝、４２２…隔壁部、４２３…端部、４２４…凹溝、４２５…隔壁部、４７１…第二溝部、４７１Ａ…第二底面。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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