(57)【要約】【課題】  ＣＭＵＴ基板と第２の基板との隙間に接着剤を均一に配置し、信頼性の高い静電容量型超音波トランスデューサを提供する。【解決手段】  第１の基板の第１の面側に、間隙を挟んで配された第１の電極及び第２の電極を備えた超音波トランスデューサであって、第１の基板は第２の基板上に配され、第１の基板と第２の基板との間には、第２の基板に設けられた充填孔を介して充填された接着剤が存在している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の第１の面側に、間隙を挟んで配された第１の電極及び第２の電極を備え、前記第１及び第２の電極の少なくとも一つを振動させて超音波を送信する送信動作と、外部より超音波を受けて前記間隙の距離が変化することで生ずる静電容量の変化を検出する受信動作と、の少なくとも一方を行う超音波トランスデューサであって、
前記第１の基板は、表面に電気的接点を備えた第２の基板上に配され、前記第１及び第２の電極の少なくとも１つは、前記第１の基板の第１の面の反対側に位置する第２の面側に電気的に引き出されて、前記電気的接点と接続されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間には、前記第２の基板に設けられた充填孔を介して充填された接着剤が存在していることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記充填孔は、前記第１の基板を前記第２の基板側に投影したときに、前記第１の基板と前記第２の基板との重複領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記充填孔は、前記重複領域の略中央部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記充填孔の大きさは、２０μｍ〜８ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記第２の基板には、複数の前記充填孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記複数の充填孔同士の間隔は、２００μｍ〜８ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記第２の基板上には、前記第１の基板の複数がアレイ状に配置されており、前記第１の基板に対応して前記第２の基板に前記充填孔が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記複数の第１の基板のそれぞれには、前記送信動作または受信動作を行う素子が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記素子は、２次元アレイ状に配されていることを特徴とする請求項８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
前記素子は、１次元アレイ状に配されていることを特徴とする請求項８に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１１】
前記第１の基板の前記第２の面の外周部には窪んだ段差領域を有していることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１２】
前記第２の基板の前記第１の基板の第２の面側に位置する面は、格子状に配置された溝を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１３】
前記格子状の溝は、ある一方向に対して配置された溝の深さに比してこれに直交する他方向の溝の深さが大きいことを特徴とする請求項１２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１４】
前記他方向の溝の深さは、該他方向に進むにつれ大きくなっていることを特徴とする請求項１３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１５】
前記第２の基板の前記第１の基板の第２の面側に位置する面には、前記複数の第１の基板の辺同士が対向する領域に対応して略円形の溝が配されていることを特徴とする請求項７から請求項１４の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１６】
前記充填孔は、その形状が交差部を有する形状であることを特徴とする請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１７】
前記交差部を有する形状は、Ｘ字形状である請求項１６に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１８】
前記第２の基板は、前記第１の基板の外形に対応した凹部を有しており、該凹部に前記第１の基板が配されていることを特徴とする請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１９】
前記充填孔は、前記第１の基板の第２の面側に位置する前記第２の基板の面と反対側に位置する面との間で貫通する孔であることを特徴とする請求項１から請求項１８の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２０】
前記複数の充填孔は、前記第２の基板の内部で互いに繋がっていることを特徴とする請求項３から請求項１８の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２１】
前記複数の充填孔は、設けられる位置により、径が異なっていることを特徴とする請求項５から請求項２０の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２２】
前記複数の充填孔は、配される位置により、配される間隔が異なることを特徴とする請求項５から請求項２１の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項２３】
請求項１から２２の何れか１項に記載の超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサで得られた超音波情報に基づいて画像信号を生成する画像情報生成部と、前記画像情報生成部で生成された信号に基づいて画像を表示する画像表示部と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２４】
前記超音波情報は、光音響効果により発生した光音響波情報であることを特徴とする請求項２３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項２５】
請求項１から２２の何れか１項に記載の超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサで得られた超音波情報に基づいて画像信号を生成する画像情報生成部と、前記画像情報生成部で生成された信号に基づいて画像を表示する画像表示部と、を有し、前記超音波トランスデューサで、超音波の送信と、光音響効果により発生した光音響波の受信と、を行う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、音響波変換素子などとして用いられる超音波トランスデューサ及びこれを備えた被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波の受信を行うトランスデューサとして、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。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。図２１は非特許文献１に開示された静電容量型超音波トランスデューサの断面の模式図である。非特許文献１は、シリコン基板９００上に形成されたトランスデューサの電極信号を基板９００の裏側に取り出す構成を開示する。図２１においては、シリコン基板９００上に下部電極９０３が配され、空隙（キャビティ）９０５を挟んで振動膜を構成する窒化シリコン膜９３２と上部電極９０２とが配されている。静電容量型超音波トランスデューサでは、上部電極９０２と下部電極９０３との間に所定周波数の電界を印加することで振動膜を振動させることにより超音波を送信することができる。また、超音波を受けて振動膜が振動することで、上部電極９０２と下部電極９０３との間の静電容量の変化を検知することで超音波を受信し、電気信号として取り出すことができる。図２１において、９３１はシリコンの熱酸化膜、９１２は伝導性の多結晶シリコン、９２２は電極パッドである。同じく非特許文献１には、ＣＭＵＴ基板を別の電子基板とフリップチップ接続した例が開示されている。図２２に非特許文献１に開示のフリップチップ接続を示す。図２２においては、シリコンを用いて形成したＣＭＵＴ基板８００にポリシリコン８０１、金属層８０２、８０３、及び８０４を形成したものと、シリコンを用いた電子基板８８０に金属層８８１及び８８２を形成したものと、をハンダバンプ８０５を介して電気的に接続している。ここで、ＣＭＵＴ基板８００と、電子基板８８０と、の隙間はエポキシ・アンダーフィル（Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ：封止用樹脂、接着剤）が封入されている。図２２において８１０は酸化物であり、８８５は、酸化物／窒化物である。非特許文献１では、アンダーフィルをいかにしてＣＭＵＴ基板８００と、電子基板８８０と、の隙間に付与するかについては、開示がない。
【０００３】
一方、特許文献１には、図２３に示す工程を備えた電子部品の実装方法であって、アンダーフィル材料をディスペンサを用いて付与する方法が開示されている。より具体的には、基板３上に形成された電極部３ａ上にハンダペースト５を形成する（図２３（ａ））。ハンダバンプ１が電極部２ａと導通する電子基板２を吸着ノズル６に固定させ、ハンダバンプ１と電極部３ａが接するように電子基板２を基板３にマウントする（図２３（ｂ））。ディスペンサ７を用いて基板３における電子基板２の端部に液状のアンダーフィル材料を注入する（図２３（ｃ））。電子基板２をマウントした基板３をリフロー炉に入れ所定の温度でリフローを行い（図２３（ｄ））、図２３（ｅ）の実装構造が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３２１６７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ２Ｄ  ＣＭＵＴ  Ａｒｒａｙｓ  ｗｉｔｈ  Ｆｒｏｎｔ−Ｅｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ”，Ｉｒａ  Ｏ．Ｗｙｇａｎｔ，Ｘｕｅｆｅｎｇ  Ｚｈｕａｎｇ，Ｄａｖｉｄ  Ｔ．Ｙｅｈ，Ａ．Ｓａｎｌｉ  Ｅｒｇｕｎ，Ｍｕｓｔａｆａ  Ｋａｒａｍａｎ，Ｂｕｔｒｕｓ  Ｔ．Ｋｈｕｒｉ−Ｙａｋｕｂ，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ，ＦＥＲＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ，ＡＮＤ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ，Ｖｏｌ．５５．Ｎｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２２に示した非特許文献１のＣＭＵＴ基板を別の電子基板とフリップチップ接続した例では、ＣＭＵＴ基板８００と別の電子基板（インターポーザ）８８０との固定を行い、電気接続部の信頼性を向上させるために、２つの基板の隙間に接着剤（アンダーフィル材）を封入している。そして、特許文献１に開示されたディスペンサを用いた接着剤の封入を考えると、図２３（ｃ）に示すように電子基板２の端部から接着剤を付与することから、図２２におけるＣＭＵＴ基板８００と電子基板（インターポーザ）８８０と間に図２３（ｃ）に示した気泡８９０が残り、接着剤が均一に封入されないことが懸念される。そして、接着剤の不均一封入によると、ＣＭＵＴ基板８００にかかる応力が変化し、ＣＭＵＴ基板８００の変形やＣＭＵＴ素子の振動特性の変化や、ＣＭＵＴ基板８００裏面での音響波の反射特性の変化に起因する音響特性の変化が懸念される。本発明は、このような背景技術における課題に鑑みてなされたものであり、ＣＭＵＴ基板と電子基板等の第２の基板との隙間に接着剤を均一に配置し、ＣＭＵＴ素子の特性の変化を抑制し、信頼性の高い静電容量型超音波トランスデューサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の超音波トランスデューサは、第１の基板の第１の面側に、間隙を挟んで配された第１の電極及び第２の電極を備え、前記第１及び第２の電極の少なくとも一つを振動させて超音波を送信する送信動作と、外部より超音波を受けて前記間隙の距離が変化することで生ずる静電容量の変化を検出する受信動作と、の少なくとも一方を行う超音波トランスデューサであって、前記第１の基板は、表面に電気的接点を備えた第２の基板上に配され、前記第１及び第２の電極の少なくとも１つは、前記第１の基板の第１の面の反対側に位置する第２の面側に電気的に引き出されて、前記電気的接点と接続されており、
前記第１の基板と前記第２の基板との間には、前記第２の基板に設けられた充填孔を介して充填された接着剤が存在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る静電容量型超音波トランスデューサでは、トランスデューサが設けられた第１の基板と電子基板等の第２の基板と間に接着剤が均一に配置されることとなり、基板上のトランスデューサ素子の特性変化が抑制され、信頼性の高い静電容量型超音波トランスデューサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図３】第２の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図４】第３の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図５】第３の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図６】第３の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図７】第４の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図８】第４の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図９】第５の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１０】第６の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１１】第７の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１２】第７の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１３】第７の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１４】第８の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１５】第９の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１６】第１０の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１７】第１０の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１８】第１０の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明する模式図である。
【図１９】第１１の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する模式図である。
【図２０】第１２の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する模式図である。
【図２１】従来の静電容量型トランスデューサを説明する図である。
【図２２】従来の静電容量型トランスデューサを説明する図である。
【図２３】従来の電子部品の実装方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に限定されるものではない。本発明は、インターポーザ等の電子基板を包含する第２の基板を備えた静電容量型超音波トランスデューサと捉えられる。インターポーザは、プリント配線板（プリント基板）を含むパッケージ基板の他、例えば、電気的接点であるパッドの間隔を所定の間隔に変換するための中継基板等、を包含する。本願明細書でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生する音響波のことを光音響波または光超音波と呼ぶ。本発明の超音波トランスデューサは、第１の基板の第１の面側に、間隙を挟んで配された第１の電極及び第２の電極を備え、前記第１及び第２の電極の少なくとも一つを振動させて超音波を送信する送信動作と、外部より超音波を受けて前記間隙の距離が変化することで生ずる静電容量の変化を検出する受信動作と、の少なくとも一方を行うものである。本発明において、第１の基板は、表面に電気的接点を備えた第２の基板上に配され、前記第１及び第２の電極の少なくとも１つは、前記第１の基板の第１の面の反対側に位置する第２の面側に電気的に引き出されて、前記電気的接点と接続されている。そして、前記第１の基板と前記第２の基板との間には、前記第２の基板に設けられた充填孔を介して充填された接着剤が存在している。本発明において重要な点は、超音波トランスデューサを形成した第１の基板を保持する第２の基板がアンダーフィル供給手段である充填孔を有しており、チップと第２の基板間には充填孔を介して充填した接着剤が配置されていることである。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の静電容量型超音波トランスデューサの模式図である。図１は、複数の超音波トランスデューサを配置した第１の基板２００の上面図である。図１において、９９は間隙を挟んで一対の電極を配置して構成されるセル、２０１及び２０２は、第１の基板の第１の面側からこれと反対側に位置する第二の面側に通ずる電気配線である。以下、貫通配線ということもある。図１における直線Ｘ−Ｘ’の断面の模式図を図２（ａ）に、直線Ｙ−Ｙ’の断面の模式図を図２（ｃ）にそれぞれ示す。図２（ａ）、図２（ｃ）において、１００は、ＣＭＵＴの素子（エレメント）であり、これらの断面図では、３つのＣＭＵＴ素子（エレメント）が第２の基板であるインターポーザ（プリント回路板、ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）３００上に配置されている例を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるインターポーザ３００上のＣＭＵＴ素子１００を拡大して示している。これらの図において、１０１は振動膜であり、振動膜１０１上に第１の電極１０２が形成されており、第２の電極１０３は、空隙１０５を挟んで第１の電極１０２の反対側に設けられている。１０４は振動膜の支持部、１０６は絶縁膜であり、１１１は第１の電極に接続された配線、１１２は第２の電極１０３に接続された配線である。２０２は第２の電極１０３に接続された貫通配線であり、２０１は、第１の電極１０２に接続された貫通配線である。２００はＣＭＵＴ素子が設けられた基板（チップ）である。即ち、第１の電極１０２と第２の電極１０３は、基板２００の第１の面側に設けられ、第１の面の反対側に位置する第２の面側に電気的に引き出されている。インターポーザ３００の表面には電気的接点として導電層３０２、３０３が設けられ、ＣＭＵＴ基板２００の貫通配線２０１、２０２はそれぞれバンプ２１１、２１２を介して電気的接点（導電層３０２、３０３）と接続されている。ここで、第１の電極１０２と第２の電極１０３は、両方が第２の面側に引き出されているが第２の面側には少なくとも１つが引き出されていれば良い。５００は接着剤（アンダーフィル材）であり、図２（ｃ）に示した５０１はインターポーザに設けられた充填孔である。基板２００とインターポーザ３００との間は、バンプ２１１及び２１２により電気的に接続されると共に機械的に固定され、更に、充填孔５０１を介して充填された接着剤が固定化を補強している。本発明において、接着剤としてはエポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、ポリイミド樹脂系、シリコーン系等の接着剤が挙げられる。この中でも一液性加熱硬化型のエポキシ系の樹脂を用いた接着剤がが作業効率が高い点と、高い信頼性を得られるという理由で好適に用いることができる。また、本発明においてインターポーザに設けられる充填孔の大きさ（直径）は使用する接着剤の種類、インターポーザの厚み等を考慮して決定されるが、一般的には、数十μｍ〜数ｍｍの範囲（具体的には、２０μｍ〜８ｍｍの範囲）であり、より好ましくは、１００μｍ〜１ｍｍの範囲から決定される。また、ＣＭＵＴ素子が搭載される基板２００の大きさは、搭載させる素子１００の大きさ等を考慮して適宜決定されるが、一般的には数ｍｍ〜数１０ｍｍの範囲（��体的には、２ｍｍ〜８０ｍｍ）とされる。また、複数設けられる充填孔同士の間隔は、用いる基板２００の大きさを考慮して適宜決定されるが、一般的には、数百μｍ〜数ｍｍの範囲（具体的には２００μｍ〜８ｍｍ）とされる。
【００１２】
本実施形態では、図２（ｃ）から理解されるように複数のそれぞれの第１の基板（チップ）２００の中央部（または略中央部）に対応する領域に、第２の基板であるインターポーザ３００が複数の充填孔５０１を有している。尚、中央部でなくても第１の基板を第２の基板側に投影したときに２つの基板の重複領域の内側に位置していることが必要である。充填孔５０１は貫通孔となっており、充填孔５０１を介して、接着剤５００が基板２００とインターポーザ３００間に充填され、硬化されている。基板２００の裏面（第２の面）とインターポーザ３００の間隔は、数百マイクロメータ以下であり、充填孔５０１から両基板の間隙に注入された接着剤は、毛細管現象により充填孔５０１を中心として徐々に広がり充填されていく。そのため、接着剤５００に低い圧力を印加して、充填孔５０１を介してチップ裏面までに注入されていれば、確実に充填を行うことができる。本実施形態では、チップの中央の領域に充填孔が配置されているので、チップの端からニードルやディスペンサを用いて充填する方式に比べて、チップ全面に気泡の巻き込みなく接着剤を充填することができる。
【００１３】
また、チップの端からニードルやディスペンサを用いて充填する方式ではインターポーザ上に複数のチップを近接配置する場合、対象となるチップを選択して接着剤を充填することが難しい。そのため、チップ毎に充填された接着剤の量が不均一となり、また一部の領域で気泡が巻き込まれた状態となる。そのためチップの固定強度不足が生じたり、チップにかかる応力にばらつきが発生し、ＣＭＵＴの送受信音響特性に影響を与えることとなる。それに対して、本実施形態では、チップ毎に対応する充填孔を有しているので、複数のチップの裏面に、同時に均一に接着剤を充填することができる。そのため、本実施形態では、チップとインターポーザ間に充填された接着剤が均一なので、ＣＭＵＴ送受信音響特性が影響を受け難く、優れた送受信特性を得ることができる。
【００１４】
ここで、超音波の送受信を行うためには、チップ上に配置した振動膜が振動する必要がある。そのため、接着剤がチップ上に這い上がり、振動膜上に到達すると、振動膜の超音波の送受信特性が著しく変化することとなる。チップの端からニードルやディスペンサを用いて充填する方式では、ニードルを配置する位置がずれると、充填する接着剤がチップの側面から振動膜の配置されたチップ上に這い上がる場合があるため、ニードルの位置精度を高くする必要がある。本発明では、チップの裏面側に配置された貫通孔により接着剤を充填するので、インターポーザ上に接着剤が広がり、チップ側面から接着剤が這い上がりを抑制することができる。そのため、本発明の構成によると、振動膜が有する超音波の送受信特性に接着剤が影響を与えにくく、優れた送受信特性を得ることができる。
【００１５】
以上のように、本発明によると、インターポーザ上に複数のチップを近接して配置する構成において、チップとインターポーザ間に接着剤を均一に配置し、チップ上のＣＭＵＴの特性に影響を与えにくく、信頼性の高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。
【００１６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、チップ裏面の形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１の実施形態と同様である。
【００１７】
図３は、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である。図３（ａ）は、被検体側から見た上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）での直線Ｙ−Ｙ’の断面の模式図である。図３（ａ）、図３（ｂ）において、５１０はチップ（基板）に設けられた段差（段差領域）である。
【００１８】
本実施形態では、チップの裏面の周辺部に段差５１０を有していることが特徴的である。チップ裏面の周辺部に段差（段差領域）があることにより、チップの周辺部はチップの中心部に比べて、チップとインターポーザ間の距離が広くなっている。接着剤はチップとインターポーザ間が狭いことによる毛細管現象で広がっていくため、チップの周辺の段差部に到達した接着剤は、大部分がインターポーザ側に広がり、ほとんどチップ裏面に広がらなくなる。これにより、接着剤がチップの側面から這い上がることを防ぐことができる。
【００１９】
以上のように、本発明によると、インターポーザ上に複数のチップを近接して配置した構成において、チップ裏面の形状を変えることにより、チップとインターポーザ間の接着剤をチップ上に這い上がりすることなく、チップの裏面に均一に配置することができる。そのため、チップ上のＣＭＵＴの特性に影響をより与えにくく、信頼性の高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、接着剤の這い上がりを抑制する効果が高いので、複数のチップの配置間隔をより近接することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、インターポーザの表面形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１及び第２の何れかの実施形態と同様である。図４は、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である。図４（ａ）は、被検体側から見た上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）での直線Ｙ−Ｙ’の断面の模式図である。図４（ａ）、図４（ｂ）において、５２０はインターポーザ３００に設けられた溝である。
【００２１】
本実施形態では、インターポーザ３００に、図４（ａ）、図４（ｂ）で示すように、格子状の溝５２０を設けていることが特徴的である。溝５２０は、複数のチップ（基板）２００の間隙に対応して配置されている。各チップに対応した充填孔５０１から接着剤を充填する際には、接着剤が充填されるまでの時間がチップ毎に若干異なる。チップの端まで接着剤が到達する時間が異なるため、早く端に接着剤が到達したチップでは、チップの側面から接着剤が這い上がり、チップ上に到達する可能性がある。接着剤が、チップ表面のＣＭＵＴ上に到達すると、ＣＭＵＴの超音波送受信特性を大幅に劣化させてしまう。本実施形態では、チップ（基板）の端部は溝５２０があるため、チップとインターポーザの表面との間隔の大きさが、溝を有していない所に比べて大幅に広くなっている。チップの裏面には、チップとインターポーザの間隔が狭いことによる毛細管現象で接着剤が充填されているので、溝の配置された領域に到達した接着剤は溝の内部に溜まる。そのため、チップの端まで接着剤が到達する時間が異なっていても、接着剤がチップ表面に這い上がることを防止することができる。図４の構成では、第２の実施形態に比べて、溝の深さを深くする、または幅を広く取ることが可能で、溝に到達した不要な接着剤について、多くの量を吸収することができる。
【００２２】
本実施形態の別の形態として、図５に示す形態が挙げられる。図５に示した形態では、格子状の溝の内、ある一方向に並んだ溝５２２が、この溝に直交して配されている他方向の溝５２１に比べて深くなっており、深さがインターポーザの端に向かうほど深くなっている。ここで、図５では、Ｚ方向に向かうほど溝５２２の深さが深くなっている。この構成を用いることで、溝に流れ込んだ接着剤の量が多い場合にも、深い傾斜を有する溝を介して、余分な接着剤を排出することができる。
【００２３】
更に本実施形態の別の形態として、図６に示す形態が挙げられる。図６に示した形態では、格子状の溝の内に接着剤を排出するための貫通孔５２３を有している。この構成を用いることで、溝に流れ込んだ接着剤の量が多い場合にも、貫通孔５２３を介して、余分な接着剤を排出することができる。尚、排出した接着剤は、硬化前に拭き取りなどを行うことによって、インターポーザの裏面に余計な接着剤を残すことなく、所望の形状のトランスデューサを構成することができる。
【００２４】
本発明によると、インターポーザ上に複数のチップを近接して配置した構成において、インターポーザの形状を変えることにより、チップとインターポーザ間の接着剤をチップ上に這い上がりすることなく、チップの裏面に均一に配置することができる。そのため、チップ上のＣＭＵＴの特性に影響をより与えにくく、信頼性の高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、接着剤の這い上がりを抑制する効果が高いので、複数のチップの配置間隔をより近接することができる。
【００２５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、インターポーザの表面形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同様である。図７、図８は、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である。図７は、チップ（基板）２００をアレイ状に配置した時の被検体側から見た上面図であり、図８は、図７からチップ２００を取り除いた状態のインターポーザ３００の上面図である。図７、図８において、５２４は円形の溝である。
【００２６】
本実施形態では、インターポーザ３００に円形（略円形を含む）の溝５２４が配置されていることが特徴的である。チップ２００の一辺に、溝の半円状部分が重なるように配置されている。つまり、ここでは複数の基板の辺同士が対向する領域に対応して略円形の溝が配されている。充填孔５０１はチップの中央の位置に配置されているので、チップの角までに接着剤を充填する間に、チップの一辺に先に接着剤が到達する。そのため、チップの側面から接着剤の這い上がりが発生する可能性が考えられる。本実施形態では、最も早く接着剤が到達する領域（チップの辺に相当する領域）に半円状の溝が配置されており、チップ裏面とインターポーザ表面の間隔が広がっている。そのため、先に到達した接着剤が溝に流れ込み、角に接着剤が到達する間に、接着剤のチップ側面への這い上がることを抑制することができる。
【００２７】
本発明によると、インターポーザが半円状の溝を有することで、チップ側面への這い上がりなく、チップの四隅まで接着剤を均一に充填できるため、チップの固定強度が均一で高く、影響を受けにく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、接着剤の這い上がりを抑制する効果が高いので、複数のチップの配置間隔をより近接することができる。
【００２８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、充填孔の形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１から第４の何れかの実施形態と同様である。
【００２９】
図９は、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である。図９では、２００はチップ（基板）であり、５３０はインターポーザに設ける交差部を有する形状の充填孔であり、具体的にはＸ字状の充填孔である。
【００３０】
本実施形態では、接着剤の充填孔の形状が交差部を有すること（一例としてＸ字状）であることが特徴的である。Ｘ字状の充填孔５３０は、チップ２００の対角方向に向かってＸの形状になるように配置されている。また、図９で示すように、Ｘ字の四隅は、直線部の幅より大きな径となっている。この充填孔の形状を用いることにより、チップの対角方向に接着剤が充填されるのにかかる時間と、チップの一辺まで接着剤が到達するのにかかる時間を近づけることができる。そのため、チップ側面への接着剤の這い上がりを防止することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、Ｘ字形状の充填孔の四隅からチップ角までの距離と、チップ中央から最も近い辺までの距離がほぼ一致していることが、より望ましい。これにより、チップの対角方向に接着剤が充填されるのにかかる時間と、チップの一辺まで接着剤が到達するのにかかる時間をより近づけることができる。
【００３２】
本発明によると、インターポーザが有する充填孔の形状を変えることにより、チップに這い上がりなく、チップ裏面に接着剤を均一に充填することができる。そのため、簡易な構成で、チップ上のＣＭＵＴの特性に影響をより与えにくく、より信頼性の高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、接着剤の這い上がりを抑制する効果が高いので、複数のチップの配置間隔をより近接することができる。
【００３３】
（第６の実施形態）
第６の実施形態は、チップを固定する部分のインターポーザ形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１から第５の何れかの実施形態と同様である。
【００３４】
図１０、図１１は、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である。図１０は、被検体側から見た上面図であり、図１１（ａ）は、図１０における直線Ｘ−Ｘ’の断面図であり、図１１（ｂ）は、図１０における直線Ｙ−Ｙ’の模式図である。図１０、図１１において、５４０はインターポーザが有する凹部である。
【００３５】
本実施形態では、インターポーザがチップ２００の形状に対応した複数の凹部５４０を有しており、それぞれの凹部内にチップが配置されていることが特徴的である。本実施形態では、図１０に示されるように、凹部５４０の内側の形状が、チップ２００の外形より一回り大きく、凹部にチップを挿入するだけで、インターポーザ上にチップを位置決めすることができる。また、図１１より理解されるようにチップ２００の厚さと、凹部４５０の深さを略一致、または近づけることで、チップの表面とインターポーザ表面の高さをほぼ一致させることができるので、チップの欠け発生を防止できる。
【００３６】
凹部４５０内にチップを配置する構成では、チップ２００と凹部４５０の間隔が狭いため、ニードルまたはディスペンサによりチップの端より接着剤を注入する方式では、凹部の側面やチップから接着剤の這い上がりが発生しやすく、接着剤を均一に充填することができない。本実施形態を用いると、インターポーザ３００の凹部４５０の中央に配置した充填孔５０１から、チップ２００の裏面に接着剤を注入することができる。
【００３７】
凹部４５０の内部にチップ２００を備える構成では、チップ２００の側面と、インターポーザ３００が有する凹部の側面が近接しているので、接着剤の這い上がりが発生しやすくなることが考えられる。そのため、本実施形態の他の形態として、図１２（ａ）に示すように、チップ（基板）２００の裏面の外周部に段差５１０を持たせた構成を用いることができる。それにより、チップ２００の外周部ではチップとインターポーザ間の距離が広くなっているので、チップの外周部に到達した接着剤は、大部分がインターポーザの凹部に広がり、チップ裏面には広がりにくくなる。これにより、チップ上への接着剤の這い上がりを防止することができる。
【００３８】
更に、本実施形態の他の形態として、図１２（ｂ）に示すように、インターポーザの凹部５４０の底面に、チップ２００の外形に沿った溝５２０を設ける構成が挙げられる。図１２（ｂ）の構成では、チップ２００の端まで到達した接着剤を、溝５２０内に流入させることができ、チップや凹部の側面からの接着剤の這い上がりを、より抑制することができる。
【００３９】
本実施形態によると、インターポーザがチップの位置決めをする凹部を有していても、チ接着剤の這い上がりなく、チップ裏面に均一に充填することができる。そのため、チップのアライメントが容易で、チップ上のＣＭＵＴの特性に影響をより与えにくく、より信頼性の高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。
【００４０】
また、本実施形態では、接着剤の這い上がりを抑制することができるので、チップと凹部の間隔を狭くすることができ、チップのアライメント精度を向上させることができる。更に、複数のチップの配置間隔を狭くすることができる。
【００４１】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、注入孔と充填孔を繋ぐ形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１から第６の何れかの実施形態と同様である。
【００４２】
図１３は、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である。図１３では、５５０は流路である。
【００４３】
本実施形態では、インターポーザのチップ側の面に備えられた、複数の充填孔５０１がインターポーザの内部で流路５５０により繋がっており、インターポーザの裏面の注入孔５０２に接続されていることが特徴的である。本実施形態の構成によると、１つの注入孔から複数の充填孔に同時に接着剤を注入することができる。ここで、５０２を注入孔と表現したが、インターポーザに設けられた接着剤を供給するという観点では、注入孔５０２自体も充填孔として捉えることができる。本形態では、充填孔５０１毎に注入孔を備える構成に比べて、少ない注入孔で多くの充填孔を介して接着剤を注入することができるため、製造時の装置をより簡易な構成で実現することができる。また、少ない注入孔で済むため、注入孔への接着剤の圧力ばらつきを抑制しやすくなるので、より接着剤を均一に注入しやすくなる。  図１３（ａ）では、複数の充填孔５０１と注入孔５０２とを繋ぐ流路５５０を、インターポーザの内部に形成する例で説明したが、本実施形態はこの例に限らない。例えば、図１３（ｂ）で示すように、インターポーザの裏面が充填孔同士を接続する溝５５１を有しており、接着剤の充填時に、この溝の部分から接着剤が漏れないように冶具５５２を取りつける構成とすることもできる。冶具５５２の注入孔５５３から接着剤を注入することにより、同様の効果を得ることができる。接着剤の硬化前に冶具５５２を取り外すことで、チップとインターポーザの間に、接着剤を充填させたままで硬化させることができる。
【００４４】
本形態によると、少ない注入孔で多くの充填孔から接着剤を注入することができるため、製造時の装置をより簡易な構成で実現することができる。また、少ない注入孔で済むため、注入孔への接着剤の圧力ばらつきを抑制しやすくなるので、より接着剤を均一に注入しやすくなる。そのため、より均一な状態で接着剤が充填さ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。
【００４５】
（第８の実施形態）
第８の実施形態は、充填孔の形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第７の実施形態と同様である。
【００４６】
図１４は、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である。本実施形態では、注入孔５０２からの距離に応じて、充填孔５０１の孔径の大きさが異なっていることが特徴的である。より具体的には、注入孔５０２に近い充填孔５０１の孔径は小さく、遠い充填孔は大きな径を有している。第７の実施形態の構成では、注入孔から充填孔までの距離が遠いと、注入される接着剤が少なくなるが、本実施形態では、注入孔から遠い充填孔は径を大きくしているので、接着剤がチップとインターポーザ間に注入されやすくなっている。そのため、注入孔から充填孔までの距離に隔てなく、略同量の接着剤を注入することができる。これにより、チップとインターポーザ間に、接着剤をより均一に充填することができる。
【００４７】
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、ＣＭＵＴ素子の形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１から第８の何れかの実施形態と同様である。
【００４８】
図１５は、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であり、複数配置したＣＭＵＴ素子の上面図である。
【００４９】
第１から第８の実施形態では、２次元アレイ状に配置されたＣＭＵＴ素子を用いて説明したが、本形態は１次元アレイ状に配置したＣＭＵＴ素子に関する形態である。長方形のチップ（基板）２００上に、複数の細長い長方形のＣＭＵＴ素子１００が等間隔に配置されている。本実施形態では、複数のチップを近接して配置し、チップとインターポーザ間に均一に接着剤を充填することができる。そのため、異なるチップのＣＭＵＴ素子の間隔Ｄを、同じチップ内でのＣＭＵＴ素子間隔Ｄに一致させることができるため、異なるチップを用いても同じ１次元アレイとすることができる。これにより、１次元アレイを小さな面積のチップに分割して構成できるので、チップの歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
本実施形態では、複数のチップから複数の１次元アレイを構成し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。
【００５１】
（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、チップの形状が特徴的な実施形態である。それ以外は、第１から第９の何れかの実施形態と同様である。
【００５２】
図１６は、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である。
【００５３】
第１のから第９までの実施形態ではインターポーザ上に複数のチップを配置した構成について説明したが、本形態は、複数のチップが繋がって単一のチップになっている形態である。図１６（ａ）は、被検体側から見た上面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）における直線Ｙ−Ｙ’の断面図である。図１６（ａ）、図１６（ｂ）で示すように、本実施形態では、チップ（基板）２００上に複数のＣＭＵＴ素子が配置されている。インターポーザは、第１の実施形態と同様に複数の充填孔５０１を有している。本実施形態のチップ（基板）２００は、大面積を有しており、複数のＣＭＵＴ素子を備えている。そして、１枚のチップに対して、複数の充填孔を備えているので、チップ裏面の全面に接着剤を一括で充填することができる。
【００５４】
また、図１７（ａ）、図１７（ｂ）で示すように、第３の実施形態と同様に、インターポーザ３００上に格子形状の溝５２０を配置した構成を採用することもできる。ここでは、格子形状の溝に囲まれた領域の中央に、充填孔５０１が配置されている。ここに示した構成では、充填孔５０１からチップ裏面とインターポーザ表面の間に注入された接着剤が、格子の内側の領域に完全に充填された後、格子状の溝５２０の中に流れ込み、更に注入された接着剤は、格子状の溝５２０を介してチップの配置されていない領域に排出される。このように、図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示した構成を用いると、格子内の領域に接着剤を確実に、且つ均一に充填することができるため、チップ上のＣＭＵＴの特性に影響を更に与えにくく、信頼性の高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、本実施形態では、充填孔は、チップ上のＣＭＵＴ素子を配置した領域に対応して配置することが望ましい。それにより、ＣＭＵＴ素子を配置したチップ裏面は、インターポーザに薄い接着層で確実に固定され、ＣＭＵＴの特性に影響が出にくい。
【００５５】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７（ａ）、及び図１７（ｂ）に示した形態では、充填孔の大きさが同じで、配置した密度が同じとなる例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、図１８（ａ）に示したように、チップ中央に配置された充填孔の大きさを、チップの周辺に配置された充填孔の大きさより大きくした構成とすることができる。これにより、同じ圧力で接着剤を注入させた時、充填孔の大きさが大きいので、中央の方がチップの周辺部より、接着剤が広がるスピードが速いので、中央の気泡を外側に押し出しながら接着剤が充填される。そのため、チップの裏面に気泡が残らず、均一な接着剤を充填した状態を得ることができる。
【００５６】
また、図１８（ｂ）に示したように、チップの中央に配置された充填孔の間隔を、チップの周辺部に配置された貫通孔の間隔より狭い構成とすることができる。図１８（ｂ）では、チップの中央の充填孔の密度が、チップ周辺部の密度に比べて高いため、チップ中央の領域が、チップ周辺部の領域より先に充填される。そのため、中央部の気泡が順次外側に押し出されながら、接着剤の充填を行うことができる。そのために、チップの裏面に気泡が残らず、均一な接着剤を充填した状態を得ることができる。
【００５７】
（第１１の実施形態）
第１から第１０の何れかの実施形態に記載の静電容量型超音波トランスデューサは、光音響効果を利用した光音響波（超音波）の受信に用いることができ、それを備えた被検体情報取得装置に適用することができる。
【００５８】
図１９に、上記第１から第６の実施形態で説明した静電容量型トランスデューサから超音波を送受信して、画像を形成する構成被検体情報取得装置の例を示す。図１９において６００は、被検体情報取得装置である。
【００５９】
以下、送信した超音波を用いた超音波測定について具体的に説明する。静電容量型トランスデューサ６０３から、測定対象物６０２に向かって超音波７０１が出力（送信）される。測定対象物６０２の表面で、その界面での固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波７０２は、静電容量型トランスデューサ６０３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（超音波情報）７０４として画像情報生成部６０４に送られる。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報として、画像情報生成部６０４で記憶される。画像情報生成部６０４では、超音波受信信号７０４と超音波送信情報７０３を基に測定対象物６０２の画像信号を生成して、再現画像情報７０５として出力する。画像表示部６０５では、超音波送受信による再現画像情報と、光音響信号による再現画像情報の２つの情報を基に、測定対象物６０２の特定領域を画像として表示する。本発明の静電容量型超音波トランスデューサは、トランスデューサの特性変化が抑制され、信頼性の高いトランスデューサとなることから、反射した超音波から正確な情報を安定して取得できるため、高画質な画像を安定して生成することができる。
【００６０】
（第１２の実施形態）
本実施形態は、第１から第１０の何れかの静電容量型超音波トランスデューサを、光音響効果を用いた図２０の被検体情報取得装置に適用したものである。
【００６１】
図２０を参照して、本実施形態の超音波測定装置の動作を具体的に説明する。まず、発光指示信号７０６に基づいて、光源６０１から光７０７（パルス光）を発生させ、測定対象物６０２に光７０７を照射する。測定対象物６０２では光７０７の照射により光音響波（超音波）７０８が発生し、この超音波７０８を静電容量型トランスデューサ６０３で受信する。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波受信信号（光音響波情報）７０９として画像情報生成部６０４に送られる。一方、光源６１０で発生させた光７０７の大きさや形状、時間の情報（発光情報）が、光音響信号の画像情報生成部６０４に記憶される。光音響信号の画像情報生成部６０４では、トランスデューサ６０３からの光音響波受信信号（光音響波情報）７０９と発光情報を基に測定対象物６０２の特定領域の画像信号を生成して、光音響信号による再現画像情報７１０として出力する。画像表示部６０５では、光音響信号による再現画像情報７１０を基に、測定対象物６０２の特定領域を画像として表示する。
【００６２】
また、画像表示部６０５では、超音波送受信による再現画像情報７０５と、光音響信号による再現画像情報７１０の２つの情報を基に、測定対象物６０２を画像として表示することもできる。この場合、複数の受信情報を元にして画像を形成できるため、情報量の多い画像を表示することができる。図２０において７０１、７０２等は、図１９で説明した超音波、反射した超音波等である。
【００６３】
本発明の静電容量型超音波トランスデューサは、トランスデューサの特性変化が抑制され、信頼性の高いトランスデューサとなり、本形態の情報取得装置では、光音響波に加えて、超音波の送受信という異なる測定方法の受信情報を取得して画像を形成する。そのため、より情報量の多い画像を取得、表示することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０２  第１の電極
１０３  第２の電極
２００  基板
３００  インターポーザ
３０２  電気的接点
３０３  電気的接点
５００  接着剤
５０１  充填孔
【図１】
2017069652.tif 000003
【図２】
2017069652.tif 000004
【図３】
2017069652.tif 000005
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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