CN101636112B - 超声波探头及其制造方法及超声波诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的超声波探头为如下所述的超声波探头(2)，其具备：具有与偏置电压对应改变机电耦合系数或灵敏度的多个振动要件，且发送接收超声波的cMUT芯片(20)；设置于所述cMUT芯片(20)的超声波辐射侧的音响透镜(26)；设置于所述cMUT芯片(20)的背面侧，且吸收所述超声波的传播的背衬层(22)；从所述cMUT芯片(20)的周缘部开始设置于所述背衬层(22)的侧面，且配置有与所述cMUT芯片(20)的电极连接的信号图案的电配线部(挠性基板(72))；收容所述cMUT芯片(20)、所述音响透镜(26)、所述背衬层(22)及所述电配线部(挠性基板(72))的框体部(超声波探头罩(25))，在所述cMUT芯片(20)的超声波辐射侧设置有接地电位的接地层(导电膜(76))。
Description
技术领域
本发明涉及拍摄诊断图像的超声波探头及其制造方法及超声波诊断装置。
背景技术
超声波诊断装置是基于从超声波探头输出的反射回波信号拍摄诊断图像的装置。在超声波探头排列有多个超声波振子。超声波振子将驱动信号变换为超声波，将超声波向被检测体发送，并且，接受从被检测体产生的反射回波信号，将其变换为电信号。
近年来，开发了使用cMUT(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer)的超声波探头。cMUT是利用半导体微细加工工序制造的超微细电容型超声波振子。在cMUT的情况下，对应于偏置电压的大小，超声波发送接收信号灵敏度即机电耦合系数变化。还有，偏置电压重叠于从超声波发送接收信号部供给的驱动信号而施加(例如，参照[专利文献1])。
专利文献1：美国专利第5894452号说明书。
发明内容
然而，在上述[专利文献1]中公开的cMUT探头中，对于硅基板，直流电压作为偏置电压向下部电极施加，相对于下部电极，交流高频电压作为驱动信号向上部电极施加。其结果，上部电极不是接地电位的接地层，存在对被检测体的电方面安全性不充分的问题。
本发明是鉴于以上的问题而做成的，其目的在于提供能够提高对被检测体的电方面安全性的超声波探头及其制造方法及超声波诊断装置。
本发明的一种超声波探头，其具备：具有与偏置电压对应改变机电耦合系数或灵敏度的多个振动要件，且发送接收超声波的cMUT芯片；设置于所述cMUT芯片的超声波辐射侧的音响透镜；设置于所述cMUT芯片的背面侧，且吸收所述超声波的传播的背衬层；从所述cMUT芯片的周缘部开始设置于所述背衬层的侧面，且配置有与所述cMUT芯片的电极连接的信号图案的电配线部；收容所述cMUT芯片、所述音响透镜、所述背衬层及所述电配线部的框体部，所述超声波探头的特征在于，在所述cMUT芯片的超声波辐射侧设置有接地电位的接地层。
本发明的超声波探头的制造方法中，所述超声波探头具备：具有与偏置电压对应改变机电耦合系数或灵敏度的多个振动要件，且发送接收超声波的cMUT芯片；设置于所述cMUT芯片的超声波辐射侧的音响透镜；设置于所述cMUT芯片的背面侧，且吸收所述超声波的传播的背衬层；从所述cMUT芯片的周缘部开始设置于所述背衬层的侧面，且配置有与所述cMUT芯片的电极连接的信号图案的电配线部；收容所述cMUT芯片、所述音响透镜、所述背衬层及所述电配线部的框体部，所述超声波探头的制造方法的特征在于，包括：将所述cMUT芯片粘接于所述背衬层的上表面的工序；将所述电配线部粘接于所述背衬层的上表面周缘的工序；将所述电配线部和所述cMUT芯片经由引线连接的工序；将光硬化树脂作为密封材料填充在所述引线的周围的工序；在所述音响透镜的内表面形成能够接地的导电膜的工序；将所述音响透镜粘接于所述cMUT芯片的超声波辐射面的工序。
本发明的超声波诊断装置，其具备如下所述的超声波探头，该超声波探头具备：具有与偏置电压对应改变机电耦合系数或灵敏度的多个振动要件，且发送接收超声波的cMUT芯片；设置于所述cMUT芯片的超声波辐射侧的音响透镜；设置于所述cMUT芯片的背面侧，且吸收所述超声波的传播的背衬层；从所述cMUT芯片的周缘部开始设置于所述背衬层的侧面，且配置有与所述cMUT芯片的电极连接的信号图案的电配线部；收容所述cMUT芯片、所述音响透镜、所述背衬层及所述电配线部的框体部，所述超声波探头的特征在于，在所述cMUT芯片的超声波辐射侧设置有接地电位的接地层。
发明效果
根据本发明可知，能够提供能够提高对被检测体的电方面安全性的超声波探头及其制造方法及超声波诊断装置。
附图说明
图1是超声波诊断装置1的结构图。
图2是超声波探头2的结构图。
图3是振子21的结构图。
图4是振动要件28的结构图。
图5是表示第一实施方式的超声波探头2的图。
图6是表示超声波诊断装置1和超声波探头2的连接的示意图。
图7是表示第二实施方式的超声波探头2a的图。
图8是表示第三实施方式的超声波探头2b的图。
图9是表示第四实施方式的超声波探头2c的图。
图10是表示第五实施方式的超声波探头2d的图。
图11是表示第六实施方式的超声波探头2e的图。
图12是表示超声波探头2的配线的示意图。
图13是表示cMUT芯片20的基板40的接地连接的图。
图14是表示图5所示的超声波探头2的制造工序的图。
图15是表示图10所示的超声波探头2d的制造工序的图。
图16是表示第二实施方式的超声波探头2f的图。
图17是图16的电连接部160的详细图。
图18是表示自cMUT芯片20的上表面侧的基板40的接地连接的图。
图19是表示自cMUT芯片20的下表面侧的基板40的接地连接的图。
图中：1-超声波诊断装置；2-超声波探头；3-发送接收分离机构；4-发信机构；6-偏置机构；8-收信机构；10-相位调整加算机构；12-图像处理机构；14-显示机构；16-控制机构；18-操作机构；20-cMUT芯片；21-1、21-2-振子；22-背衬层；25-超声波探头罩；26-音响透镜；27-密封材料；28-振动要件；38、41-信号图案；40-基板；46-上部电极；48-下部电极；72-挠性基板；70、71、90-粘接层；76-导电膜(接地层)；78-绝缘膜(绝缘层)；84、94-接地线(电缆屏蔽线)；86-引线；88-光硬化树脂；108、120-地面；161、171、181、185、191、195-通孔；163、165、173、175、182、184、192、194-焊盘端子；164、174、193-导电粘接剂(各向异性导电粘接片)；183-引线。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的超声波探头及超声波诊断装置的适当的实施方式。还有，在以下的说明及附图中，关于具有大致相同的功能结构的结构要件，标注相同的符号，由此省略重复说明。
(1.超声波诊断装置的结构)
首先，参照图1说明超声波诊断装置1的结构。
图1是超声波诊断装置1的结构图。
超声波诊断装置1包括：超声波探头2；发送接收分离机构3；发信机构4；偏置机构6；收信机构8；相位调整(整相)加算机构10；图像处理机构12；显示机构14；控制机构16；操作机构18。
超声波探头2是与被检测体接触，在与被检测体之间进行超声波的发送接收的装置。从超声波探头2向被检测体射出超声波，并由超声波探头2接受从被检测体产生的反射回波信号。
发信机构4及偏置机构6是向超声波探头2供给驱动信号的装置。
收信机构8是接受从超声波探头2输出的反射回波信号的装置。收信机构8还对接受的反射回波信号进行模拟数字变换等处理。
发送接收分离机构3在发信时将发信机构4向超声波探头2转移，在收信时将接收信号从超声波探头2向收信机构8转移地切换、分离发信和收信。
相位调整加算机构10是将接收的反射回波信号相位调整加算的装置。
图像处理机构12是基于相位调整加算的反射回波信号，构成诊断图像(例如断层像或血流像)的装置。
显示部18是显示图像处理的诊断图像的显示装置。
控制机构16是控制上述各结构要件的装置。
操作机构18是向控制机构16赋予指示的装置。操作机构18是例如跟踪球或键盘或鼠标等输入设备。
(2.超声波探头2)
其次，参照图2～图4说明超声波探头2。
(2-1.超声波探头2的结构)
图2是超声波探头2的结构图。图2是超声波探头2的局部缺欠图。
超声波探头2具备cMUT芯片20。cMUT芯片20是多个振子21-1、振子21-2、……以长条状排列的一维排列型振子组。在振子21-1、振子21-2、……配设有多个振动要件28。还有，使用二维阵列型或凸型等其他方式的振子组也可。
在cMUT芯片20的背面侧设置有背衬层22。在cMUT芯片20的超声波辐射侧设置音响透镜26。cMUT芯片20及背衬层22等收容于超声波探头罩25。
cMUT芯片20将来自发信机构4及偏置机构6的驱动信号变换为超声波，向被检测体发送超声波。收信机构8将从被检测体产生的超声波变换为电信号，作为反射回波信号接受。
背衬层22是吸收从cMUT芯片20向背面侧射出的超声波的传送，抑制多余的振动的层。
音响透镜26是使从cMUT芯片20发送的超声波束收敛的透镜。音响透镜26中基于一个焦点距离规定曲率。
还有，在音响透镜26和cMUT芯片20之间设置有匹配层也可。匹配层是调整cMUT芯片20及被检测体的音响阻抗，提高超声波的传送效率的层。
(2-2.振子21)
图3是振子21的结构图。
振动要件28的上部电极46与在长轴方向X上划分的每一个振子21连线。即，上部电极46-1、上部电极46-2、……在长轴方向X上并列配置。
振动要件28的下部电极48与在短轴方向Y上划分的每一个区域连线。即，下部电极48-1、下部电极48-2、……在短轴方向Y上并列配置。
(2-3.振动要件28)
图4是振动要件28的结构图。图4是一个振动要件28的剖面图。
振动要件28包括：基板40；膜体44；膜体45；上部电极46；框体47；下部电极48。振动要件28通过利用半导体工序的微细加工来形成。还有，振动要件28相当于cMUT的一个元件量。
基板40是硅等半导体基板。
膜体44及框体47由硅化合物等半导体化合物形成。膜体44设置于框体47的超声波射出侧。在膜体44和框体47之间设置上部电极46。在基板40上形成的膜体45上设置下部电极48。由框体47及膜体45划分的内部空间50为真空状态，或由规定的气体填充。
上部电极46及下部电极48分别与将交流高频电压作为驱动信号供给的发信机构4和将直流电压作为偏置电压施加的偏置机构6连接。
在发送超声波的情况下，经由上部电极46及下部电极48向振动要件28施加直流的偏置电压(Va)，利用偏置电压(Va)产生电场。由于产生的电场，膜体44绷紧，成为规定的机电耦合系数(Sa)。若从发信机构4向上部电极46供给驱动信号，则基于机电耦合系数(Sa)，从膜体44射出超声波。
另外，若经由上部电极46及下部电极48，向振动要件28施加直流的偏置电压(Vb)，则通过偏置电压(Vb)产生电场。由于产生的电场，膜体44绷紧，成为规定的机电耦合系数(Sb)。若从发信机构4向上部电极46供给驱动信号，则基于机电耦合系数(Sb)，从膜体44射出超声波。
在此，在偏置电压为[Va＜Vb]的情况下，机电耦合系数成为[Sa＜Sb]。
另一方面，在接受超声波的情况下，利用从被检测体产生的反射回波信号，激励膜体44，使得内部空间50的电容改变。基于该内部空间50的变化量，经由上部电极46检测电信号。
还有，振动要件28的机电耦合系数由膜体44的绷紧度来确定。从而，若改变向振动要件28施加的偏置电压的大小，控制膜体44的绷紧度，则在输入相同振幅的驱动信号的情况下，能够改变从振动要件28射出的超声波的声压(例如振幅)。
(3.第一实施方式)
其次，参照图5及图6说明第一实施方式。
(3-1.超声波探头2的结构部件)
图5是表示第一实施方式的超声波探头2的图。图5是图2的超声波探头2的平面A剖面图。
沿音响透镜26的内表面及外侧面形成导电膜76。导电膜76是例如利用蒸镀来形成的Cu膜。导电膜76经由导电部件80及地线84与主体装置侧的地面120连接。
导电部件80是具有导电性的部件。导电部件80是与导电膜76相比，难以破损的可靠性高的部件。导电部件80是刚性例如比导电膜76高的Cu带。导电部件80固定于音响透镜26的外侧面的导电膜76及挠性基板72的外侧面。地线84利用软钎焊或导电粘接剂等经由连接部82与导电部件80连接。
cMUT芯片20经由粘接层70粘接于背衬层22的上表面。沿背衬层22的上表面周缘及四方侧面，设置挠性基板72(Flexible printed circuits：FPC)。挠性基板72经由粘接层71粘接于背衬层22的上表面周缘。
粘接层70及粘接层71是例如包括环氧树脂的粘接剂。能够任意地调节粘接层70及粘接层71，调节cMUT芯片20及挠性基板72的高度方向位置。
挠性基板72和cMUT芯片20经由引线86电连接。引线86通过引线接合方式连接。作为引线86，可以使用Au引线等。在引线86的周围填充作为密封材料的光硬化树脂88。还有，代替引线接合方式，使用焊盘之间连接的片装接方式也可。
音响透镜26经由粘接层90与cMUT芯片20的超声波辐射面粘接。作为音响透镜26的材质，例如，使用硅橡胶。关于粘接层90的材质，期望与音响透镜26类似的材质(例如硅)。
音响透镜26的超声波辐射面至少在区域23的范围内向超声波照射方向为凸状。在cMUT芯片20中至少与区域23对应的范围内配置振动要件28。从音响透镜26的凸状的部分照射超声波。
音响透镜26的背面在与cMUT芯片20的周缘对应的位置具有凹部。在该凹部嵌合有cMUT芯片20和挠性基板72的连接部分(光硬化树脂88的部分)。
超声波探头罩25设置于超声波探头2的四方侧面。超声波探头罩25固定于音响透镜26的四方侧面。检测人用手把持超声波探头罩25，操作超声波探头2。在超声波探头罩25和音响透镜26的间隙中填充密封材料27。
还有，超声波探头罩25的上端位置期望位于cMUT芯片20的上方。由此，即使发生超声波探头2的下落等难以预料的事态，也能够防止直接的冲击，保护cMUT芯片20。
(3-2.超声波探头2的连接)
图6是表示超声波诊断装置1和超声波探头2的连接的示意图。
超声波诊断装置1和超声波探头2经由电缆82连接。电缆82具有多个同轴电缆96。
振动要件28的上部电极46与配线85连接。配线85经由同轴电缆96的内部导体与超声波诊断装置1内的配线91连接。配线91经由发送接收分离电路98与收信机构8内的收信放大器100及发信机构4连接。
振动要件28的下部电极48与配线66连接。配线66经由同轴电缆96的内部导体与超声波诊断装置1内的配线62连接。配线62与偏置机构6连接。
同轴电缆96的条数是在多个振动要件28共通配置的上部电极46和下部电极48的总计数。
振动要件28的基板40与配线87连接。配线87经由同轴电缆96的外部导体与超声波诊断装置1内的配线93连接。配线93经由主体装置(未图示)的底盘地面与地面108连接。
在配线66和配线87之间配置有电容器112。该电容器112是用于在AC电流从上部电极46流向下部电极48时，使来自下部电极48的电流迂回的信号电流的旁路用电容元件。
在配线91和配线93之间配置有电阻110。该电阻110是用于将上部电极46的DC电位稳定化为接地电位的电阻元件。
在配线62和配线93之间配置有偏置机构6。该偏置机构6使上部电极46和下部电极48之间产生电位差。另外，发信机构4将交流高频电压作为驱动信号向上部电极46施加。具体来说，在上部电极46中，DC＝接地(基准电位)、AC＝Vpp，在下部电极48中，DC＝Vdc、AC＝0。
振动要件28的导电膜76与配线84连接。配线84以覆盖超声波探头2的内部电路(配线85、配线66、电容器112等)的方式形成，经由电缆82的外周与超声波诊断装置1内的配线99连接。配线99以覆盖超声波诊断装置1的内部电路(配线91、配线62、电阻110等)的方式形成，与地面120连接。从而，在导电膜76、配线84、电缆82的外周、配线99中，DC＝0、AC＝0。
导电膜76、配线84、电缆82的外周、配线99及地面120形成保护电路，使来自外部的电磁波不进入超声波诊断装置1和超声波探头2的内部电路，并且，使在超声波诊断装置1和超声波探头2的内部产生的电不向那些的外部放出。
(3-3.第一实施方式中的效果)
这样，在第一实施方式的超声波探头2中，在cMUT芯片20的超声波辐射侧设置作为接地层的导电膜76。从而，即使音响透镜26破损，导电膜76为接地电位，因此，防止触电，从而能够提高对被检测体的超声波探头的电方面安全性。
另外，利用导电膜76及地线84及主体装置的底盘地面，形成接地电位的封闭空间。即，超声波探头2的主要结构要件或主体电路包括在接地电位的封闭空间，因此，能够防止受到来自外部的无用电波的影响，或由超声波探头2自身产生的电磁波对外部装置产生坏影响的情况。
另外，在第一实施方式的超声波探头2中，导电膜76沿音响透镜26的内表面及外侧面形成，经由高可靠性的导电部件80及地线84与地面120连接。
由此，不是利用模内(in mold)成形来引出的片状导电膜，而是能够由沿音响透镜26的内表面及外侧面形成的导电膜76经由导电部件80与地线84容易且可靠的连接。能够提高安装的可靠性及作业性。
另外，通过使用高可靠性的导电部件80，能够防止在固定于挠性基板72时导电部件80破损的情况。
另外，在图5中，仅在挠性基板72的纸面左侧侧面示出了导电部件80及地线84，但设置于挠性基板72的四方侧面的至少任一个也可。
(4.第二实施方式)
其次，参照图7说明第二实施方式。
图7是表示第二实施方式的超声波探头2a的图。图7相当于图2的平面A剖面图。
在第一实施方式中，说明了导电膜76经由导电部件80与地线84连接的结构，但在第二实施方式中，直接连接导电膜76和地线84a。地线84a利用软钎焊或导电粘接剂等经由连接部82a，在音响透镜26的外侧面与导电膜76直接连接。
这样，在第二实施方式中，与第一实施方式相同地，在cMUT芯片20的超声波辐射侧设置作为接地层的导电膜76，因此，能够提高对被检测体的超声波探头2a的电方面安全性。另外，在第二实施方式中，不需要用于连接导电膜76和地线84a的导电部件。
(5.第三实施方式)
其次，参照图8说明第三实施方式。
图8是表示第三实施方式的超声波探头2b的图。图8相当于图2的平面A剖面图。
在第一实施方式中，说明了在引线86的周围填充作为密封材料的光硬化树脂88的结构，但在第三实施方式中，在引线86的周围不填充密封材料。
粘接层90不仅填充在音响透镜26和cMUT芯片20之间，而且还填充在引线86的周围。粘接层90不仅粘接音响透镜26和cMUT芯片20，而且还作为引线86的周围的密封材料发挥作用。
这样，在第三实施方式中，与第一实施方式相同地，在cMUT芯片20的超声波辐射侧设置作为接地层的导电膜76，因此，能够提高对被检测体的超声波探头2b的电方面安全性。另外，在第三实施方式中，不需要在引线86的周围另行形成密封材料。
(6.第四实施方式)
其次，参照图9说明第四实施方式。
图9是表示第四实施方式的超声波探头2c的图。图9相当于图2的平面A剖面图。
在第一实施方式中，说明了在音响透镜26的内表面及外侧面形成导电膜76的结构，但在第四实施方式中，还形成作为绝缘层的绝缘膜78。绝缘膜78例如为硅氧化物膜、对二甲苯膜。
这样，在第四实施方式中，与第一实施方式相同地，在cMUT芯片20的超声波辐射侧设置作为接地层的导电膜76，因此，能够提高对被检测体的超声波探头2c的电方面安全性。
另外，在第四实施方式中，在音响透镜26和cMUT芯片20之间形成作为绝缘层的绝缘膜78。在被检测体和cMUT芯片20之间利用音响透镜26及绝缘膜78来双重绝缘。从而，超声波探头2c的安全性提高。还有，设置两层以上的绝缘层也可。例如，夹着导电膜76设置两层绝缘层也可。
(7.第五实施方式)
其次，参照图10说明第五实施方式。
图10是表示第五实施方式的超声波探头2d的图。图10相当于图2的平面A剖面图。
在第一实施方式中，说明了在音响透镜26的内表面及外侧面形成导电膜76的结构，但在第五实施方式中，沿cMUT芯片20的超声波辐射面、挠性基板72及背衬层22的侧面形成导电膜76d。
这样，在第五实施方式中，与第一实施方式相同地，在cMUT芯片20的超声波辐射侧设置作为接地层的导电膜76d，因此，能够提高对被检测体的超声波探头2d的电方面安全性。
另外，在第五实施方式中，在cMUT芯片20的超声波辐射面形成导电膜76d，因此，不需要在音响透镜26的内表面及外侧面形成导电膜。另外，沿挠性基板72及背衬层22的侧面形成导电膜76d，因此，将背衬层22作为基座，经由连接部82直接连接导电膜76d和地线84。
(8.第六实施方式)
其次，参照图11说明第六实施方式。
图11是表示第六实施方式的超声波探头2e的图。图11相当于图2的平面A剖面图。
在第五实施方式中，说明了在cMUT芯片20的超声波辐射面形成导电膜76d的结构，但在第六实施方式中，还形成作为绝缘层的绝缘膜78e。即，在cMUT芯片20的超声波辐射面形成导电膜76e及绝缘膜78e。
这样，在第六实施方式中，与第五实施方式相同地，在音响透镜26和cMUT芯片20之间形成作为绝缘层的绝缘膜78e。在被检测体和cMUT芯片20之间利用音响透镜26及绝缘膜78e来双重绝缘。从而，超声波探头2e的安全性提高。还有，设置两层以上的绝缘层也可。例如夹着导电膜76e设置两层绝缘层也可。
(9.第七实施方式)
其次，参照图12及图13说明第七实施方式。
图12是表示超声波探头2的配线的示意图。
图13是表示cMUT芯片20的基板40的接地连接的图。是图12的B-B’线剖面图。
在cMUT芯片20的上表面周缘用引线86-1连接cMUT芯片20的上部电极46和挠性基板72的信号图案38，利用引线86-2连接cMUT芯片20的下部电极48和挠性基板72的信号图案41。在引线86的周围填充光硬化树脂88，密封连接部。
在cMUT芯片20的角落部(角部)中，在cMUT芯片20和挠性基板72之间填充导电树脂89。导电树脂89相当于cMUT芯片20的基板40和地线94的连接部。地线94在cMUT芯片20的角落部配设于挠性基板72和背衬层22之间。
基板40设置于cMUT芯片20的底面。基板40与导电树脂89电连接。基板40经由导电树脂89及地线94与地面108连接。
还有，图13的地线94相当于图6的配线87。导电树脂89设置于基板40和配线87的连接部。
这样，在第七实施方式中，cMUT芯片20的基板40在角落部经由导电树脂89及地线94与地面108连接。由此，可以在不将上部电极46设为接地电位的情况下，稳定化cMUT芯片20的电位，稳定化超声波特性。
另外，在cMUT芯片20的角落部以外的周缘存在有连接挠性基板72的信号图案38及信号图案41和cMUT芯片20的引线86，但cMUT芯片20的基板40和地线94经由在cMUT芯片20的角落部填充的导电树脂89连接。由此，可以将信号图案连接部和基板接地连接部独立设置于其他处，制作也容易。
还有，基板40本身也是半导体，因此，存在发生异常时，基板40成为高电压的可能性。在第七实施方式中，通过接地连接基板40，在发生异常时也能够将基板40维持在接地电位，从而能够确保超声波探头2的安全性。
(10.第八实施方式)
其次，参照图14说明第八实施方式。第八实施方式涉及图5的超声波探头2、图8的超声波探头2b、图9的超声波探头2c的制造方法。图14是表示图5所示的超声波探头2的制造工序的图。
利用粘接层70将cMUT芯片20粘接于背衬层22的上表面(步骤S1)。
利用粘接层71将挠性基板72粘接于背衬层22的上表面周缘(步骤S2)。
经由引线86电连接挠性基板72和cMUT芯片20。引线86通过引线接合方式或倒装片接合方式来连接(步骤S3)。
将光硬化树脂88作为密封材料填充在引线86的周围(步骤S4)。
形成音响透镜26(步骤S5)，在音响透镜26的内表面形成导电膜76(步骤S6)。
利用粘接层90将音响透镜26粘接于cMUT芯片20的超声波辐射面。导电膜76与地线84连接。安装超声波探头罩25。在音响透镜26或挠性基板72和超声波探头罩25的间隙中填充密封材料27(步骤S7)。
经过以上的步骤，制作图5所示的超声波探头2。
还有，省略步骤S4的工序，在引线86的周围也填充粘接层90，兼用为粘接剂及密封材料也可。在这种情况下，制作图8所示的超声波探头2b。
另外，在步骤S6的工序中，与导电膜76一同形成绝缘膜78也可。在这种情况下，制造图9所示的超声波探头2c。
关于膜形成方法，有与音响透镜26的成形的同时，将带有导电膜的绝缘片模内成形的方法或将绝缘膜或导电膜利用物理蒸镀或化学蒸镀来形成的方法。在模内成形中，能够以低成本形成膜，但膜厚10μm左右为极限。另一方面，在利用蒸镀的膜形成中，可以设为膜厚1μm左右。
(11.第九实施方式)
其次，参照图15说明第九实施方式。第九实施方式涉及图10的超声波探头2d、图11的超声波探头2e的制造方法。图15是表示图10所示的超声波探头2d的制造工序的图。
在第八实施方式中，说明了在音响透镜26侧形成导电膜或绝缘膜的结构，但在第九实施方式中，在cMUT芯片20侧形成导电膜或绝缘膜。
步骤S1～步骤S5的工序与图14相同，因此省略说明。
沿cMUT芯片20的超声波辐射面、挠性基板72及背衬层22的侧面形成导电膜76d(步骤S8)。
利用粘接层90将音响透镜26粘接于cMUT芯片20的超声波辐射面。导电膜76d与地线84连接。安装超声波探头罩25。在音响透镜26或挠性基板72和超声波探头罩25的间隙中填充密封材料27(步骤S9)。
经过以上步骤制造图10所示的超声波探头2d。
还有，在步骤S8的工序中，与导电膜76e一同形成绝缘膜78e也可。在这种情况下，制造图11所示的超声波探头2e。
(12.第十实施方式)
其次，参照图16及图17说明第十实施方式。第十实施方式涉及cMUT芯片20和挠性基板72的电连接。
图16是表示第十实施方式的超声波探头2f的图。图16相当于图2的平面A剖面图。
图17是图16的电连接部160的详细图。
在第一实施方式中，说明了挠性基板72和cMUT芯片20利用引线接合方式经由引线86电连接的结构，但在第十实施方式中，经由通孔161或通孔171电连接挠性基板72和cMUT芯片20。
挠性基板72的信号图案在cMUT芯片20的周缘部背面与cMUT芯片20的电极电连接。在电连接部160中，与挠性基板72及粘接层71及粘接层70的厚度对应，在背衬层22的周缘部上表面设置缺欠部168。
通孔161是cMUT芯片20的上部电极46和在cMUT芯片20的背面设置的焊盘端子163的导通路。通孔171是cMUT芯片20的下部电极48、和在cMUT芯片20的背面设置的焊盘端子173的导通路。
通孔161及通孔171被金属填充，或在内部壁面形成金属层。在cMUT芯片20的基板40部分中，在通孔161及通孔171的周围设置绝缘部162及绝缘部172。还有，期望在基板40的背面也设置绝缘层167。
在挠性基板72设置的焊盘端子165及焊盘端子175分别利用各向异性导电粘接片等导电粘接剂164及导电粘接剂174与在cMUT芯片20的下表面设置的焊盘端子163及焊盘端子173电连接。
挠性基板72的信号图案38经由焊盘端子165、导电粘接剂164、焊盘端子163、通孔161与cMUT芯片20的上部电极46电连接。挠性基板72的信号图案41经由焊盘端子175、导电粘接剂174、焊盘端子173、通孔171与cMUT芯片20的下部电极48电连接。
这样，在第十实施方式中，挠性基板72和cMUT芯片20经由通孔161及通孔171电连接。由此，不需要用于电连接的引线，只要进行焊盘端子之间的对位，就能够进行挠性基板72和cMUT芯片20的电连接。
还有，在图17中，说明了在cMUT芯片20的背面经由通孔进行电连接的结构，但在cMUT芯片20的超声波辐射面经由通孔进行电连接也可。
另外，利用图5或图9等所示的引线接合方式，连接cMUT芯片20的电极和挠性基板72的信号线的情况下，高电位的引线86和接地电位的导电膜76接近，因此，有时由于光硬化树脂88等密封材料的不良或绝缘膜78的针孔不良，导致导电膜76和引线86之间短路，不能维持导电膜76的接地电位。另一方面，利用图16及图17所示的通孔，连接cMUT芯片20的电极和挠性基板72的信号线的情况下，连接线和导电膜76不接近，因此，不会短路，维持导电膜76的接地电位，因此，确保安全性。
另外，以图5或图9等所示的引线接合方式使用的引线86为金属细线，因此，容易由于作用力而破损，难以操作。另一方面，在图16及图17所示的利用通孔的连接中，不需要利用引线接合方式的引线连接作业，容易操作。
另外，在图5或图9所示的利用引线接合方式的连接中，为了填充引线86的周围，需要光硬化树脂88等密封材料。用作密封材料的树脂和引线86的线膨胀系数不同。通常，用作密封材料的树脂的线膨胀系数比金属大。因此，若用作密封材料的树脂由于温度变化而膨胀，则引线86可能破损。另外，在用作密封材料的树脂内存在杂质的情况下，由于电方面迁移，引线86和导电膜76之间可能短路。另一方面，在图16及图17所示的利用通孔的连接中，不需要引线及密封材料，因此，不发生树脂内的杂质引起的问题。
这样，在第十实施方式中，代替利用引线接合方式的连接，进行利用通孔的连接，由此能够进一步提高超声波探头2的安全性。
(13.第十一实施方式)
其次，参照图18及图19说明第十一实施方式。第十一实施方式涉及cMUT芯片20的基板40的接地连接。
在第七实施方式中，说明了基板40从cMUT芯片20的侧面经由导电树脂89接地连接的结构，但在第十一实施方式中，基板40从cMUT芯片20的上表面侧(超声波辐射面侧)或下表面侧(背面侧)接地连接。
(13-1.自cMUT芯片上表面侧的接地连接)
图18是表示自cMUT芯片20的上表面侧的基板40的接地连接的图。
通孔181是cMUT芯片20的基板40和在cMUT芯片20的上表面设置的焊盘端子182的导通路。通孔185是在挠性基板72的内表面设置的地线94和在上表面设置的焊盘端子184的导通路。通孔181及通孔185被金属填充，或在内部壁面形成金属层。
焊盘端子182和焊盘端子184利用引线接合方式经由引线183电连接。cMUT芯片20的基板40经由通孔181、焊盘端子182、引线183、焊盘端子184、通孔185、地线94与地面108连接。
(13-2.自cMUT芯片下表面侧的接地连接)
图19是表示自cMUT芯片20的下表面侧的基板40的接地连接的图。
通孔191是cMUT芯片20的基板40和在cMUT芯片20的下表面设置的焊盘端子192的导通路。通孔195是在挠性基板72的内表面设置的地线94和在上表面设置的焊盘端子194的导通路。通孔191及通孔195被金属填充，或在内部壁面形成金属层。
焊盘端子192及焊盘端子194利用各向异性导电粘接片等导电粘接剂193电连接。cMUT芯片20的基板40经由通孔191、焊盘端子192、导电粘接剂193、焊盘端子194、通孔195、地线94接地连接。
(13-3.第十一实施方式中的效果)
这样，在第十一实施方式中，cMUT芯片20的基板40可以经由通孔，从cMUT芯片20的上表面侧或下表面侧进行接地连接。由此，代替用于接地连接的导电树脂的填充，只要进行利用引线接合方式的连接或焊盘端子之间的对位，就能够进行cMUT芯片20的基板40的接地连接。通过将基板40设为接地电位，能够稳定化cMUT芯片的电位，稳定化超声波特性。
还有，在cMUT芯片20的基板40上存在被施加100V以上的高压的上部电极46及下部电极48。基板40自身也为半导体，因此，在异常发电时，基板40还可能成为高压。在第十一实施方式中，通过将基板40经由通孔接地连接，在异常发生时也能够将基板40维持为接地电位，从而能够确保超声波探头2的安全性。
(14.其他)
还有，适当组合上述实施方式，构成超声波探头及超声波诊断装置也可。
另外，期望在上述实施方式中，将导电层的膜厚设为0.1μm左右，将绝缘层的膜厚设为1μm左右。通过分别减薄绝缘层及导电层，能够抑制在cMUT芯片中对发送接收的超声波的影响(对脉冲/频率特性的影响或衰减)。
以上，参照附图说明了本发明的超声波探头及超声波诊断装置的适当的实施方式，但本发明不限定于所述例子。认为只要是本领域普通技术人员，显然可以在本申请中公开的技术思想的范畴内，想到各种变更例或修正例，关于那些，当然也属于本发明的技术范围中。
Claims (15)
1.一种超声波探头，其具备：具有与偏置电压对应改变机电耦合系数或灵敏度的多个振动要件，且发送接收超声波的cMUT芯片；设置于所述cMUT芯片的超声波辐射侧的音响透镜；设置于所述cMUT芯片的背面侧，且吸收所述超声波的传播的背衬层；从所述cMUT芯片的周缘部开始设置于所述背衬层的侧面，且配置有与所述cMUT芯片的电极连接的信号图案的电配线部；收容所述cMUT芯片、所述音响透镜、所述背衬层及所述电配线部的框体部，所述超声波探头的特征在于，
在所述cMUT芯片的超声波辐射侧设置有接地电位的接地层，在所述接地层的超声波照射侧形成有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述接地层沿所述音响透镜的内表面及外侧面形成，
在所述音响透镜的外侧面连接固定有所述接地层和导电部件，在所述背衬层的侧面连接固定有所述导电部件和地线。
3.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述接地层沿所述音响透镜的内表面及外侧面形成，
所述接地层在所述音响透镜的外侧面与地线连接固定。
4.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述接地层形成于所述cMUT芯片的超声波照射面。
5.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
在所述接地层的超声波照射侧的背面侧形成有粘接层。
6.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
在所述cMUT芯片的电极和所述电配线部的信号图案的连接部的周围填充密封材料。
7.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
在所述cMUT芯片的电极和所述电配线部的信号图案的连接部的周围填充有用于粘接所述cMUT芯片和所述音响透镜的粘接剂。
8.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述cMUT芯片的基板与地线连接。
9.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述cMUT芯片的基板从cMUT芯片的侧方经由导电树脂与地线连接。
10.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述cMUT芯片具备使所述cMUT芯片的电极导通至超声波辐射面或背面的通孔，
所述cMUT芯片的电极经由所述通孔与所述电配线部的信号图案连接。
11.根据权利要求10所述的超声波探头，其特征在于，
所述通孔和所述电配线部的信号图案通过双方的焊盘端子的对位来连接。
12.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，
所述cMUT芯片具备使所述cMUT芯片的基板导通至超声波辐射面或背面的通孔，
所述cMUT芯片的基板经由所述通孔与地线连接。
13.一种超声波探头的制造方法，所述超声波探头具备：具有与偏置电压对应改变机电耦合系数或灵敏度的多个振动要件，且发送接收超声波的cMUT芯片；设置于所述cMUT芯片的超声波辐射侧的音响透镜；设置于所述cMUT芯片的背面侧，且吸收所述超声波的传播的背衬层；从所述cMUT芯片的周缘部开始设置于所述背衬层的侧面，且配置有与所述cMUT芯片的电极连接的信号图案的电配线部；收容所述cMUT芯片、所述音响透镜、所述背衬层及所述电配线部的框体部，所述超声波探头的制造方法的特征在于，包括：
将所述cMUT芯片粘接于所述背衬层的上表面的工序；
将所述电配线部粘接于所述背衬层的上表面周缘的工序；
将所述电配线部和所述cMUT芯片经由引线连接的工序；
将光硬化树脂作为密封材料填充在所述引线的周围的工序；
在所述音响透镜的内表面形成能够接地的导电膜的工序；
在所述导电膜的超声波照射侧形成绝缘膜的工序；
将所述音响透镜粘接于所述cMUT芯片的超声波辐射面的工序。
14.根据权利要求13所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，
在形成所述导电膜的工序中，沿所述cMUT芯片的超声波辐射面、所述电配线部及所述背衬层的侧面形成导电膜。
15.一种超声波诊断装置，其具备：对被检测体发送接收超声波的超声波探头；基于从所述超声波探头输出的超声波接收信号构成超声波图像的图像处理部；显示所述超声波图像的显示部，
所述超声波诊断装置的特征在于，
所述超声波探头为权利要求1所述的超声波探头。
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