CN106362934A - 超声波器件、超声波模块、电子设备及超声波测量装置 - Google Patents

超声波器件、超声波模块、电子设备及超声波测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供确保防水性且能高精度进行收发控制的超声波器件、超声波模块、电子设备及超声波测量装置。超声波器件(22)具备：元件基板(41)；超声波换能器阵列(50)，设于元件基板(41)的背面(41A)，阵列配置有多个超声波换能器(51)；电极线(414C)，在元件基板(41)的背面(41A)与超声波换能器(51)连接，并且，在从法线方向观察元件基板(41)的平面观察中被引出至超声波换能器阵列(50)外侧的端子区域；密封板(42)，与元件基板(41)的背面(41A)侧接合；及贯通电极(422)，在密封板(42)的与超声波换能器阵列(50)相对的区域外侧且与电极线(414C)的电极垫(414P)相对的位置上沿厚度方向贯通密封板(42)而与电极垫(414P)电连接。

Description

超声波器件、超声波模块、电子设备及超声波测量装置
技术领域
本发明涉及超声波器件、超声波模块、电子设备及超声波测量装置。
背景技术
现有技术中已知一种下述的超声波器件，其具备：元件基板，具有根据信号输入而振动并输出超声波的超声波振子和连接于各超声波振子的第一端子部；以及布线基板，具有与元件基板的各端子电连接的第二端子部(例如参照专利文献1)。
在专利文献1记载的超声波器件中，在具有开口部的元件基板上设有覆盖开口部的支撑膜，在该支撑膜上设有层叠下部电极、压电膜以及上部电极而成的超声波换能器。另外，在元件基板的开口部的面设有用于抑制背面波的背板(加强板)。在这样的超声波器件中，与使用了体(bulk)型压电体的超声波器件相比，能够实现薄型化、小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-209728号公报
可是，在使用超声波器件来检查例如生物体内的器官的情况下，会在超声波器件的超声波发射侧涂布凝胶等液体，以免在超声波器件与生物体之间存在空气。然而，如果像上述专利文献1那样在元件基板的元件侧的面设置超声波换能器、电极的话，则有可能会附着水滴等液体而引起误动作或故障。虽然也考虑设置防水用的保护膜的构成，但如果将这样的保护膜设于超声波的发射侧，则会因声阻抗的差异而在保护膜上反射超声波，无法用超声波实施高精度的检查。
另外，在专利文献1这样的构成中，考虑的是从元件基板的开口部一侧的面输出超声波的构成。在这样的构成中，能够充分确保对压电元件(下部电极、压电膜以及上部电极)和连接于电极的电极线的防水性。
另一方面，在薄膜状的超声波换能器中，由于使用的是薄型的元件基板，因而必须接合加强板(密封板)来对元件基板进行加强。在此，由于无法构成为将加强板设于元件基板中超声波的收发面一侧(妨碍超声波收发)，因而只能将加强板设于元件基板的背面侧。然而，如上所述，在将压电元件、电极线设于元件基板的背面侧的构成中，用于进行与布线基板的连接的端子部也将设于背面侧。图7为现有的超声波器件的一例构成。如图7所示，在上述那样的构成中，FPC71(Flexible printed circuits：柔性印刷线路板)与元件基板41的端子部(电极垫414P)连接，该FPC71从设于加强板(密封板72)的开口73中引出而与设于布线基板上的布线端子部连接。在这种情况下，由于FPC71的反作用力，有可能使元件基板41被顶起或倾斜，变得难以控制超声波收发方向。并且，FPC71也可能在加强板72的开口73的角部处发生断线，导致布线可靠性降低。
发明内容
本发明的目的在于，提供布线可靠性高、且能高精度地控制收发的超声波器件、超声波模块、电子设备及超声波测量装置。
本发明所涉及的一应用例的超声波器件的特征在于，具备：元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；以及贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接。
在本应用例中，在元件基板的配置超声波换能器阵列的第一面配置有电极线，超声波从该第一面相反一侧的第二面发出。而且，与元件基板的第一面相对地设有密封板，在该密封板的与超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧设有与设于元件基板的第一面的电极线导通的贯通电极。
在这样的构成中，例如在将超声波器件用在用于生物体检查的超声波探测器中的情况下，即使在超声波探测器与生物体之间存在凝胶等液体且液体侵入至了超声波探测器内时，该液体也不会附着于超声波换能器阵列、电极线，能够抑制故障、动作不良。
另外，即使在元件基板为薄型的情况下也能够通过密封板加强元件基板的强度，能够抑制由于撞击等所引起的破损。
另一方面，在将这样的密封板设于元件基板的第一面侧时，若为了使元件基板的电极线与布线基板电导通而借助FPC进行连接时，会产生顶起元件基板、FPC断线等问题。对此，在本应用例中，将贯通电极设于密封板的阵列相对区域外，使引出至元件基板的阵列区域外的电极线与贯通电极连接。由此，因顶起元件基板而导致的超声波收发方向的偏离得以抑制，能够实施更高精度的超声波收发控制。另外，由于是使用贯通电极的构成，因而不存在断线等问题。而且，设于元件基板的电极线与贯通电极电连接，该贯通电极贯通至密封板的与元件基板相反的一侧，因而能够通过焊料等将贯通电极的与元件基板相反一侧的一端直接接合(所谓的正面朝下安装)于布线基板的期望位置，能够使超声波器件在安装阶段的作业工序简单化，能够提高制造效率性。
在此，也考虑将贯通电极设于阵列相对区域内的构成。然而，在这种情况下，需使贯通电极与引出至各超声波换能器之间的电极线对位接触，由于超声波换能器间的间隔尺寸微小，因此难以将贯通电极连接于超声波换能器间的电极线，也导致制造效率性恶化。
另外，在通过超声波换能器阵列使振动膜振动的构成中，如果将超声波换能器阵列与密封板接合，则会阻碍振动膜的振动，因而必须在超声波换能器阵列与密封板之间设置规定的间隙。因此，在将贯通电极设于阵列相对区域的情况下，必须形成向第一面侧突出对应于超声波换能器阵列与密封板之间的间隙尺寸的量的贯通电极，并且当振动膜正在振动时也需要使贯通电极与电极线连接。然而，当振动膜振动时，贯通电极与电极线可能因振动而断线，无法确保充分的可靠性。
对此，通过像本应用例这样，采用将贯通电极连接于阵列区域外的电极线的构成，从而能够可靠且容易地将贯通电极连接于各超声波换能器，能够实现制造效率性和可靠性的提高。
在本应用例的超声波器件中，优选地，所述元件基板具备：与多个所述超声波换能器各自对应的开口部；以及堵塞所述开口部的振动膜。
在本应用例中，元件基板对应于各超声波换能器设有开口部以及堵塞开口部的振动膜，超声波换能器设于振动膜的第一面侧。
在这样的构成中，通过驱动超声波换能器而使振动膜振动，从而能够送出超声波，并且，通过检测因振动膜振动所引起的超声波换能器的变形而能接收超声波。此时，由于如上述那样电极线被设于振动膜的第一面侧，因而从超声波的收发面侵入的水滴等不会附着于超声波换能器、电极线，能够确保防水性。
在本应用例的超声波器件中，优选地，所述振动膜堵塞所述开口部的所述第一面一侧。
在本应用例中，振动膜堵塞开口部的第一面侧。即，通过将振动膜设于开口部的第一面侧，从而元件基板的第一面侧成为平面状。因此，从超声波换能器引出的电极线不会设于开口部的凹凸上，故能抑制电极线的断线，能够提高可靠性。并且，由于将超声波换能器、电极线形成于平面状的振动膜上，因而制造效率性也得到提高。
另外，在这样的构成中，通过驱动超声波换能器即可向元件基板的开口部侧送出超声波，并能接收从开口部侧进入的超声波。
在本应用例的超声波器件中，优选地，所述超声波换能器为第一电极、压电膜及第二电极依次层叠的层叠体，所述电极线具备：与所述第一电极连接的第一电极线；以及与所述第二电极连接的第二电极线，所述贯通电极具备：与所述第一电极线连接的第一贯通电极；以及与所述第二电极线连接的第二贯通电极。
在本应用例中，超声波换能器通过层叠第一电极、压电膜以及第二电极而构成。即，本应用例的超声波换能器由膜状的层叠体构成，由此，能够实现超声波器件的薄型化。
另外，对第一电极和第二电极分别设有电极线，各电极线分别连接于贯通电极。在这样的构成中，也能够分别单独地对各超声波换能器的第一电极和第二电极输入信号，能够使超声波换能器阵列作为二维超声波换能器阵列发挥作用。
在本应用例的超声波器件中，优选地，所述超声波换能器阵列具有将沿第一方向配置的多个超声波换能器作为超声波换能器组、且多个所述超声波换能器组沿与所述第一方向交叉的第二方向配置的阵列结构，与属于所述超声波换能器组的多个所述超声波换能器连接的所述第一电极线彼此电连接，与属于所述超声波换能器组的多个所述超声波换能器连接的所述第二电极线彼此电连接。
在本应用例中，超声波换能器阵列具有将沿第一方向配置的多个超声波换能器作为一个超声波换能器组、且多个超声波换能器组沿第二方向配置的阵列结构。由此，能够将超声波换能器阵列作为一维阵列(1次アレイ)驱动。此时，由于通过多个超声波换能器构成超声波换能器组，因此，与例如用一个超声波换能器来进行超声波收发的情况相比，能够提高发送超声波的声压(音圧)并提高接收超声波的接收精度。
另外，属于超声波换能器组的各超声波换能器的第一电极彼此连接，属于超声波换能器组的各超声波换能器的第二电极彼此连接，因而能够减少对应一个超声波换能器组的贯通电极的数量。例如，只要对一个超声波换能器组分别设置对应第一电极的贯通电极和对应第二电极的贯通电极就可驱动超声波换能器组。而且，与对各超声波换能器设置贯通电极的情况相比，能够减少贯通电极的数量，因而能够减少设于密封板的贯通电极，相应地，能够抑制密封板的强度下降。
本发明的一应用例所涉及的超声波模块的特征在于，具备：元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接；以及布线基板，设有与所述贯通电极连接的端子部。
本应用例的超声波模块与上述超声波器件同样，设置超声波换能器、电极线的元件基板的第一面侧在与超声波的收发面相反的一侧，因此能够确保充分的防水性。另外，即使将超声波换能器设于第一面，也能通过设置密封板来充分地确保元件基板的强度，且能抑制串扰。进而，通过将贯通电极设于阵列相对区域外，从而能够通过正面朝下安装(face-down mounting)而容易地将超声波器件安装于布线基板，能够实现制造效率性和可靠性的提高。
本发明的一应用例所涉及的电子设备的特征在于，具备：元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接；布线基板，设有与所述贯通电极连接的端子部；以及控制部，控制所述超声波换能器。
在本应用例的电子设备中，与上述超声波器件、超声波模块同样，设置超声波换能器、电极线的元件基板的第一面侧在与超声波的收发面相反的一侧，因此能够确保充分的防水性。另外，即使将超声波换能器设于第一面，也能通过设置密封板来充分地确保元件基板的强度，且能抑制串扰。进而，通过将贯通电极设于阵列相对区域外，从而能够通过正面朝下安装而容易地将超声波器件安装于布线基板，能够实现制造效率性和可靠性的提高。
因此，在组装有这样的超声波器件、超声波模块的电子设备中，能够发挥上述作用效果、且能进行高精度的超声波收发。
本发明的一应用例所涉及的超声波测量装置的特征在于，具备：元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接；布线基板，设有与所述贯通电极连接的端子部；以及测量控制部，控制从所述超声波换能器阵列的超声波的发送以及反射的超声波的接收，并基于超声波的收发时机(タイミング)测量被测量物。需要注意的是，作为通过测量控制部所进行的测量，除包括测量例如被测量物的表面形状、截面形状的测量以外，还包括测量流体被测量物的流速的测量等。
在本应用例的超声波测量装置中，与上述超声波器件、超声波模块同样，设置超声波换能器、电极线的元件基板的第一面侧在超声波收发面的相反一侧，因此能够确保充分的防水性。另外，即使将超声波换能器设于第一面，也能通过设置密封板来充分地确保元件基板的强度，且能抑制串扰。进而，通过将贯通电极设于阵列相对区域外，从而能够通过正面朝下安装而容易地将超声波器件安装于布线基板，能够实现制造效率性和可靠性的提高。
因此，在组装有这样的超声波器件、超声波模块的超声波测量装置中，能够发挥上述作用效果，且能进行高精度的超声波收发，能够通过超声波实施对象物的高精度的测量处理。
附图说明
图1为示出本实施方式的超声波测量装置的简要构成的立体图。
图2为示出本实施方式的超声波测量装置的简要构成的框图。
图3为示出本实施方式的超声波探测器中的超声波传感器的简要构成的平面图。
图4为从密封板侧观察本实施方式的超声波传感器的元件基板的平面图。
图5为本实施方式的超声波传感器的截面图。
图6的(A)至(C)为示出将本实施方式中的超声波器件安装于布线基板的安装方法的图。
图7为示出现有的超声波器件的构成例的截面图。
图8为示出其它实施方式中的一例电子设备的图。
符号说明
1…超声波测量装置、2…超声波探测器、8…超声波清洗机(电子设备)、22…超声波器件、23…布线基板、24…超声波传感器(超声波模块)、41…元件基板、41A…背面(第一面)、41B…工作面(第二面)、42…密封板、50…超声波换能器阵列、51…超声波换能器、51A…超声波换能器组、82…超声波模块、83…布线基板、231…布线端子部、232…接合部件、411…基板主体部、411A…开口部、411B…支撑部、412…振动膜、413…压电元件、414…下部电极(第一电极)、414A…下部电极主体、414B…下部电极线(第一电极线)、414C…下部端子电极线(第一电极线)、414P…第一电极垫(電極パッド)(第一电极线)、415…压电膜、416…上部电极、416A…元件电极部、416B…公共电极部(第二电极线)、416C…上部电极主体、416D…上部电极线(第二电极线)、416E…上部端子电极(第二电极线)、416P…第二电极垫(電極パッド)(第二电极线)、421…凹槽、422…贯通电极、422A…第一贯通电极、422B…第二贯通电极、423…接合部件、Ar1…阵列区域、Ar2…端子区域、Ar3…阵列相对区域。
具体实施方式
下面，根据附图，对本发明所涉及的一实施方式的作为电子设备的超声波测量装置进行说明。
[超声波测量装置1的构成]
图1是示出本实施方式的超声波测量装置1的简要构成的立体图。图2是示出超声波测量装置1的简要构成的框图。
如图1所示，本实施方式的超声波测量装置1具备：超声波探测器2、和经由线缆3与超声波探测器2电连接的控制装置10。
该超声波测量装置1通过使超声波探测器2抵接于生物体(例如人体)的表面而从超声波探测器2向生物体内发送超声波。另外，用超声波探测器2接收由生物体内的器官反射的超声波，根据该接收信号取得例如生物体内的内部断层图像、或者测量生物体内的器官的状态(例如血压及血流等)。
[超声波探测器2的构成]
图3为示出超声波探测器2中的超声波传感器24的简要构成的平面图。
超声波探测器2具备：壳体21、设于壳体21内部的超声波器件22、以及设有用于控制超声波器件22的驱动器电路等的布线基板23。需要注意的是，通过超声波器件22和布线基板23构成超声波传感器24，该超声波传感器24构成本发明的超声波模块。
如图1所示，在俯视观察时，壳体21形成为矩形状的箱形，在与厚度方向正交的一面(传感器面21A)上设有传感器窗21B，超声波器件22的一部分露出。另外，在壳体21的局部上(图1所示的例子中为侧面)设有线缆3的通过孔21C，线缆3从通过孔21C连接于壳体21内部的布线基板23。另外，线缆3与通过孔21C之间的间隙例如通过填充树脂材料等而确保防水性。
需要说明的是，在本实施方式中，虽然示出了使用线缆3来连接超声波探测器2与控制装置10的构成例，但不限定于此，例如可以通过无线通信来连接超声波探测器2与控制装置10，而且还可以在超声波探测器2内设置控制装置10的各种构成。
[超声波器件22的构成]
图4为从密封板42侧观察超声波器件22中的元件基板41的平面图。图5为沿图4中的B-B线切断后的超声波传感器24的截面图。
如图3及图4所示，构成超声波传感器24的超声波器件22包括元件基板41、密封板42、声匹配层43(参照图5)及声透镜44(参照图5)。
(元件基板41的构成)
如图5所示，元件基板41具备：基板主体部411、层叠于基板主体部411的振动膜412、以及层叠于振动膜412的压电元件413。在此，在元件基板41中，与密封板42相对的背面41A为本发明中的第一面，与背面41A相反一侧的工作面41B为本发明中的第二面。另外，通过振动膜412和压电元件413构成本发明的超声波换能器51。
而且，如图4所示，在从厚度方向观察元件基板41的平面观察中，在元件基板41的中心区域设有多个超声波换能器51配置成阵列状的超声波换能器阵列50。下面，将设置该超声波换能器阵列50的区域称为阵列区域Ar1。
基板主体部411例如为Si等半导体基板。在该基板主体部411的阵列区域Ar1内设有与各个超声波换能器51对应的开口部411A。另外，通过设于基板主体部411的背面41A侧的振动膜412堵塞各开口部411A。
振动膜412例如由SiO2、或者SiO2与ZrO2的层叠体等构成，设置为覆盖基板主体部411的整个背面41A侧。该振动膜412的厚度尺寸是比基板主体部411足够小的厚度尺寸。在用Si构成基板主体部411、用SiO2构成振动膜412的情况下，例如通过对基板主体部411的背面41A侧进行氧化处理而能容易地形成期望的厚度尺寸的振动膜412。另外，在这种情况下，通过将SiO2的振动膜412作为蚀刻停止层来对基板主体部411进行蚀刻处理，从而能够容易地形成所述开口部411A。
另外，如图5所示，在堵塞各开口部411A的振动膜412上分别设有作为下部电极414、压电膜415及上部电极416的层叠体的压电元件413。在此，通过振动膜412及压电元件413来构成本发明的超声波换能器51。
在这样的超声波换能器51中，通过向下部电极414与上部电极416之间施加规定频率的矩形波电压，从而能够使开口部411A的开口区域内的振动膜412振动而送出超声波。另外，当振动膜412因从对象物反射的超声波而振动时，在压电膜415的上下产生电位差。因此，通过检测产生于下部电极414与上部电极416之间的所述电位差而能检出接收到的超声波。
另外，在本实施方式中，如图4所示，上述那样的超声波换能器51在元件基板41的阵列区域Ar1内沿X方向(第一方向)及与X方向正交的Y方向(第二方向)配置有多个。
在此，下部电极414形成为沿着X方向的直线状。即，下部电极414跨沿X方向排列的多个超声波换能器51而设置，并包括：位于压电膜415与振动膜412之间的下部电极主体414A、连结相邻的下部电极主体414A的下部电极线414B(构成本发明的第一电极线的一部分)、以及引出至阵列区域Ar1外的端子区域Ar2的下部端子电极线414C(构成本发明的第一电极线的一部分)。因此，在沿X方向排列的超声波换能器51中，下部电极414为同电位。
另外，下部端子电极线414C延伸至阵列区域Ar1外的端子区域Ar2，在端子区域Ar2中构成与后述的第一贯通电极422A连接的第一电极垫414P。
另一方面，如图4所示，上部电极416具有：跨沿Y方向排列的多个超声波换能器51而设置的元件电极部416A、和连结相互平行的元件电极部416A的端部彼此的公共电极部416B(构成本发明的第二电极线的一部分)。元件电极部416A具有：层叠于压电膜415上的上部电极主体416C、连结相邻的上部电极主体416C的上部电极线416D(构成本发明的第二电极线的一部分)、以及从配置于Y方向的两端部的超声波换能器51沿Y方向延伸至外侧的上部端子电极416E(构成本发明的第二电极线的一部分)。
公共电极部416B分别设于阵列区域Ar1的+Y侧端部及-Y侧端部。+Y侧的公共电极部416B将从沿Y方向设有多个的超声波换能器51中的设于+Y侧端部的超声波换能器51中向+Y侧延伸的上部端子电极416E彼此连接。-Y侧端部的公共电极部416B将向-Y侧延伸的上部端子电极416E彼此连接。因此，在阵列区域Ar1内的各超声波换能器51中，上部电极416为同电位。另外，这一对公共电极部416B沿X方向设置，其端部从阵列区域Ar1引出至端子区域Ar2。而且，公共电极部416B在端子区域Ar2上构成与后述的第二贯通电极422B连接的第二电极垫416P。
在上述那样的超声波换能器阵列50中，通过由下部电极414连结的在X方向排列的超声波换能器51构成一个超声波换能器组51A，形成该超声波换能器组51A沿Y方向排列有多个的二维阵列结构。
(密封板42的构成)
密封板42从厚度方向观察时的平面形状例如形成为与元件基板41相同的形状，其由硅基板等半导体基板、绝缘体基板构成。需要注意的是，密封板42的材质、厚度由于会对超声波换能器51的频率特性带来影响，因此优选基于在超声波换能器51收发的超声波的中心频率而设定。
而且，该密封板42在与元件基板41的阵列区域Ar1相对的阵列相对区域Ar3(参照图4)上形成有对应于元件基板41的开口部411A的多个凹槽421。由此，在振动膜412中的随着超声波换能器51振动的区域(开口部411A内)中，与元件基板41之间设有规定尺寸的间隙421A，由此，不会阻碍振动膜412的振动。并且，能够抑制来自一个超声波换能器51的背面波射入其它相邻的超声波换能器51的不良情况(串扰)。
需要注意的是，基板主体部411的开口部411A以外的区域(支撑部411B；参照图5)与密封板42的凹槽421以外的区域也可以抵接或接合。
并且，当振动膜412振动时，除了向开口部411A侧(工作面41B侧)发出作为背面波(back wave)的超声波以外，还向密封板42侧(背面41A侧)发出作为背面波的超声波。该背面波被密封板42反射，并再次经由间隙421A而向振动膜412侧发出。此时，如果反射背面波与从振动膜412向工作面41B侧发出的超声波的相位错开，则超声波会发生衰减。因此，本实施方式中，以间隙421A中的声程(声学距离(音響的な距離))为超声波波长λ的四分之一(λ/4)的奇数倍的方式设定各凹槽421的槽深。换句话说，考虑从超声波换能器51发出的超声波的波长λ来设定元件基板41、密封板42的各部的厚度尺寸。
另外，密封板42在与元件基板41的端子区域Ar2相对的位置上，与设于端子区域Ar2的各电极垫414P、416P对应地设有贯通密封板42的厚度方向的贯通电极422(TSV；Through-Sillicon Via：硅通孔)。具体而言，设有设于与元件基板41的第一电极垫414P相对的位置上的第一贯通电极422A(参照图4)和设于与第二电极垫416P相对的位置上的第二贯通电极422B(参照图4)。
第一贯通电极422A例如通过焊料等导电性的接合部件423而与第一电极垫414P接合，第二贯通电极422B例如通过焊料等导电性的接合部件423而与第二电极垫416P接合。
进而，密封板42在元件基板41的阵列区域Ar1及端子区域Ar2以外的外周区域Ar4处通过接合膜、粘合剂等而与元件基板41接合。由此，密封板42能够提高元件基板41的基板强度。
(声匹配层43及声透镜44的构成)
如图5所示，声匹配层43设于元件基板41的工作面41B侧。具体而言，声匹配层43填充于元件基板41的开口部411A内、且从基板主体部411的工作面41B侧起形成有规定的厚度尺寸。
声透镜44设于声匹配层43上，如图1所示，从壳体21的传感器窗21B露出至外部。
这些声匹配层43和声透镜44使从超声波换能器51发送的超声波高效地传播至作为测量对象的生物体，并且，使在生物体内反射的超声波高效地传播至超声波换能器51。为此，声匹配层43和声透镜44设定为元件基板41的超声波换能器51的声阻抗与生物体的声阻抗中间的声阻抗。
(布线基板23的构成)
如图5所示，布线基板23具有对应于密封板42的贯通电极422的布线端子部231，贯通电极422例如通过焊料等导电性的接合部件232而与该布线端子部231接合。
另外，布线基板23设有用于驱动超声波器件22的驱动器电路等。具体而言，如图2所示，布线基板23具备：选择电路233、发送电路234、接收电路235以及连接器部236(参照图3)。
选择电路233在控制装置10的控制下切换将超声波器件22与发送电路234连接的发送连接和将超声波器件22与接收电路235连接的接收连接。
当在控制装置10的控制下切换为发送连接时，发送电路234经由选择电路233向超声波器件22输出意为发射超声波的发送信号。
当在控制装置10的控制下切换为接收连接时，接收电路235向控制装置10输出经由选择电路233从超声波器件22输入的接收信号。接收电路235构成为包括例如低噪声放大电路、电压控制衰减器、可编程增益放大器、低通滤波器、A/D转换器等，在实施了接收信号向数字信号的转换、噪声成分的除去、放大为期望信号电平等的各种信号处理之后，将处理后的接收信号输出至控制装置10。
连接器部236与发送电路234、接收电路235连接。另外，在连接器部236上连接有线缆3，如上所述，该线缆3从壳体21的通过孔21C中引出而连接于控制装置10。
[将超声波器件22安装于布线基板23的安装方法]
图6为示出本实施方式中的将超声波器件22安装于布线基板23的安装方法的图。
在本实施方式中，如上所述，密封板42与超声波器件22的元件基板41接合，在密封板42的与元件基板41的各电极垫414P、416P相对的位置上设有贯通电极422，通过接合部件423将它们接合。
为此，超声波器件22与布线基板23的连接首先如图6的(A)所示，对设于布线基板23的与贯通电极422相对的位置上的布线端子部231设置例如焊料等导电性的接合部件232。
然后，如图6的(B)和(C)所示，从布线基板23的法线方向将超声波器件22重叠于布线基板23，并通过按压部件等进行按压。由此，通过接合部件232将贯通电极422与布线端子部231接合，能够容易地将超声波器件22安装于布线基板23。
在这样的正面朝下安装(フェースダウン実装)中，没有图7所示的现有例那样的、由于FPC71与密封板72上的开口73的角部接触所引起的断线，布线可靠性提高。并且，不会因FPC71的张力而顶起超声波器件，从而能够从超声波换能器阵列50向期望方向高精度地发送超声波，并且还能从期望方向高精度地接收超声波。
[控制装置10的构成]
如图2所示，控制装置10例如构成为具备操作部11、显示部12、存储部13、以及运算部14。该控制装置10既可以使用例如平板终端、智能手机、个人计算机等终端装置，也可以是用于操作超声波探测器2的专用终端装置。
操作部11为用于用户操作超声波测量装置1的UI(user interface：用户界面)，例如可以通过设于显示部12上的触摸面板、操作按钮、键盘、鼠标等构成。
显示部12例如由液晶显示器等构成，使图像进行显示。
存储部13存储用于控制超声波测量装置1的各种程序、各种数据。
运算部14例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算电路、存储器等存储电路构成。而且，运算部14通过读入并执行存储部13中存储的各种程序而对发送电路234进行生成发送信号和输出处理的控制，对接收电路235进行接收信号的频率设定、增益设定等控制。
[本实施方式的作用效果]
本实施方式中，在元件基板41的背面41A侧设有构成超声波换能器阵列50的各超声波换能器51以及与超声波换能器51连接的电极线(下部电极线414B、下部端子电极线414C、上部电极线416D、上部端子电极416E)。而且，对元件基板41的背面41A设有密封板42，该密封板42在与端子区域Ar2相对的位置上设有与作为上述电极线的端部的电极垫414P、416P导通的贯通电极422。
在这样的构成中，由于构成为在超声波探测器2中，于与接触生物体的面相反一侧的元件基板41的背面41A侧设置超声波换能器阵列50和各电极线，因而即使在超声波探测器2与生物体之间存在凝胶等液体并且液体从传感器窗21B的间隙侵入，液体也不会附着于各超声波换能器51、电极线，能够抑制故障、测量错误等动作不良。
另外，通过设置密封板42，从而即使在元件基板41为薄型的情况下也能够加强元件基板41的强度，能够抑制由于撞击等所引起的破损。另外，由于与元件基板41的端子区域Ar2相对地设有贯通电极422，因而能够通过正面朝下安装容易地将元件基板41的各电极垫414P、416P与布线基板23的布线端子部231连接。因此，与现有那样的、采用使用FPC的连接的构成相比，能够提高超声波的收发精度，并且，还能提高布线可靠性。
在本实施方式中，元件基板41具有对应于各超声波换能器51的开口部411A，通过该振动膜412堵塞开口部411A的背面41A侧，并在振动膜412的背面41A侧设有压电元件413。
在这样的构成中，通过驱动压电元件413而使薄膜状的振动膜412振动，从而能够发出超声波，并且，通过压电元件413检测振动膜412的振动而能够接收超声波。另外，由于在开口部411A的背面41A侧设有振动膜412，因而与例如在开口部411A的工作面41B侧设置振动膜412并将压电元件413设于开口部411A内的构成相比，容易形成压电元件413，并且，由于能够将从各压电元件413引出的电极线(下部电极线414B、下部端子电极线414C、上部电极主体416C、上部电极线416D)形成于平坦的振动膜412上，因此能够抑制这些电极线断线。
在本实施方式的超声波换能器阵列50中，通过沿X方向配置的多个超声波换能器51构成超声波换能器组51A，在属于该超声波换能器组51A的各超声波换能器51中，下部电极414是公共(共通)的，相邻的超声波换能器51的下部电极主体414A彼此通过下部电极线414B而连接。而且，位于这些超声波换能器组51A端部的超声波换能器51通过下部端子电极线414C而被引出至端子区域Ar2，并从第一电极垫414P经由第一贯通电极422A而连接于布线基板23。另外，上部电极416具备沿Y方向排列的元件电极部416A和设于元件电极部416A的两端部来连接相邻的元件电极部416A彼此的公共电极部416B，公共电极部416B被引出至端子区域Ar2，并从第二电极垫416P经由第二贯通电极422B而连接于布线基板23。也就是说，超声波换能器阵列50内的所有超声波换能器51的上部电极416是公共的(同电位)。
在这样的构成中，布线基板23上与第二贯通电极422B连接的布线端子部231通过连接于接地电路等而被设定为共同电位(例如0电位)。另一方面，布线基板23上与第一贯通电极422A连接的布线端子部231经由选择电路233而与发送电路234、接收电路235连接。当发送超声波时，从发送电路234施加发送信号，另外，在接收超声波时，能够将检测信号输入接收电路235。由此，能够将超声波换能器阵列50作为一维阵列结构来处理。
[变形例]
需要说明的是，本发明并不限定于上述各实施方式，在能达到本发明目的范围内的变形、改良以及通过适当组合各实施方式等而得到的构成均包含在本发明中。
上述实施方式中，虽然例示了在超声波换能器阵列50中通过沿X方向排列的多个超声波换能器51构成超声波换能器组51A、且该超声波换能器组51A沿Y方向排列的一维阵列结构，但不限定于此。例如，也可以是，各超声波换能器51的下部电极414分别单独地引出并被引出至端子区域Ar2而分别单独地经由贯通电极422连接至布线基板23。在这种情况下，可以单独地驱动各超声波换能器51，能够将超声波换能器阵列50作为二维阵列来驱动。
在上述实施方式中，虽然例示了构成超声波换能器阵列50的所有超声波换能器51的上部电极416通过公共电极部416B连接的构成，但不限定于此。例如，也可以是，各超声波换能器51的上部电极416分别单独地被引出至端子区域Ar2而分别与贯通电极422(第二贯通电极422B)连接。
另外，也可以与下部电极414同样地采用在构成超声波换能器组51A的超声波换能器51中上部电极416彼此连结而引出至端子区域Ar2的构成。
在上述实施方式中，虽然采用了在元件基板41中的设有超声波换能器阵列50的阵列区域Ar1的-X侧及+X侧设置端子区域Ar2的构成，但是，例如也可以采用只在-X侧和+X侧中的任一侧设置端子区域Ar2的构成。另外，也可以将端子区域Ar2设于超声波换能器阵列50的±Y侧，并对应于引出至该端子区域Ar2的电极线将贯通电极422设置于密封板42。
作为超声波测量装置1，虽然例示了用于测量生物体的内部断层结构的构成，但是，除此以外，例如还可以用作用于检查混凝土建筑物等的混凝土内部结构的测量仪等。
另外，虽然例示了具备超声波器件22的超声波测量装置1，但是，也可以应用于其它电子设备。例如，可以用于对清洗对象发出超声波来对清洗对象进行超声波清洗的超声波清洗机等。
图8为示出超声波清洗机的简要构成的图。
图8所示的超声波清洗机8具备清洗槽81、和设置于清洗槽81的例如底面的超声波模块82。
超声波模块82具备：与上述实施方式同样的超声波器件22、和控制超声波器件22的布线基板83。即，超声波器件22具备：工作面41B面向清洗槽81的内面的元件基板41、和设于元件基板41的背面41A侧的密封板42，在元件基板41的背面41A侧具备包括多个超声波换能器51(图8中省略图示)的超声波换能器阵列50(图8中省略图示)、和引出至超声波换能器阵列50的阵列区域Ar1(图8中省略图示)外侧的电极线。而且，电极线在阵列区域Ar1外的端子区域Ar2上与设于密封板42的贯通电极422连接，该贯通电极422与设于布线基板83的布线端子部(省略图示)电连接。
在这样的构成中，能够通过正面朝下安装而容易地将超声波器件22安装于布线基板83。并且，由于元件基板41的工作面41B侧面向清洗槽81侧，因而能够提高设于背面41A侧的超声波换能器51、电极线的防水性。
在上述实施方式中，虽然采用了在元件基板41上设置开口部411A的构成，但是，例如也可以采用在元件基板41上不设置开口部411A，而是通过元件基板41本身振动来从超声波换能器51发出超声波并通过元件基板41振动来检测超声波接收的构成等。
另外，虽然例示了将振动膜412设于开口部411A的背面41A侧的构成，但是，例如也可以采用在开口部411A的工作面41B侧设置振动膜412并在该振动膜412的背面41A侧设置构成超声波换能器51的压电元件413的构成。
在上述实施方式中，虽然采用了在设有开口部411A的基板主体部411的背面41A侧设置振动膜412的构成，但不限定于此。例如，也可以采用在基板主体部411的工作面41B侧设置对应于各超声波换能器51的多个凹槽并将该凹槽的底面作为振动膜的构成。
除此之外，实施本发明时的具体结构也可以在能达到本发明目的的范围内通过适当组合上述各实施方式和变形例来构成，并且还可以适当变更为其它结构等。

Claims (8)

1.一种超声波器件，其特征在于，具备：
元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；
电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；
密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；以及
贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接。
2.根据权利要求1所述的超声波器件，其特征在于，
所述元件基板具备：
与多个所述超声波换能器各自对应的开口部；以及
堵塞所述开口部的振动膜。
3.根据权利要求2所述的超声波器件，其特征在于，
所述振动膜堵塞所述开口部的所述第一面一侧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波器件，其特征在于，
所述超声波换能器为第一电极、压电膜及第二电极依次层叠的层叠体，
所述电极线具备：
与所述第一电极连接的第一电极线；以及
与所述第二电极连接的第二电极线，
所述贯通电极具备：
与所述第一电极线连接的第一贯通电极；以及
与所述第二电极线连接的第二贯通电极。
5.根据权利要求4所述的超声波器件，其特征在于，
所述超声波换能器阵列具有将沿第一方向配置的多个超声波换能器作为超声波换能器组、且多个所述超声波换能器组沿与所述第一方向交叉的第二方向配置的阵列结构，
与属于所述超声波换能器组的多个所述超声波换能器连接的所述第一电极线彼此电连接，
与属于所述超声波换能器组的多个所述超声波换能器连接的所述第二电极线彼此电连接。
6.一种超声波模块，其特征在于，具备：
元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；
电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；
密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；
贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接；以及
布线基板，设有与所述贯通电极连接的端子部。
7.一种电子设备，其特征在于，具备：
元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；
电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；
密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；
贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接；
布线基板，设有与所述贯通电极连接的端子部；以及
控制部，控制所述超声波换能器。
8.一种超声波测量装置，其特征在于，具备：
元件基板，具有第一面及与所述第一面相反一侧的第二面；
超声波换能器阵列，设于所述元件基板的所述第一面，多个超声波换能器呈阵列状配置于所述超声波换能器阵列；
电极线，在所述元件基板的所述第一面与所述超声波换能器连接，在从法线方向观察所述元件基板的平面观察中，所述电极线引出至所述超声波换能器阵列的外侧；
密封板，与所述元件基板的所述第一面接合；
贯通电极，在所述平面观察中，于所述密封板的与所述超声波换能器阵列相对的阵列相对区域的外侧且与所述电极线的局部相对的位置上沿厚度方向贯通所述密封板而设置，并与所述电极线的局部连接；
布线基板，设有与所述贯通电极连接的端子部；以及
测量控制部，控制从所述超声波换能器阵列的超声波的发送以及反射的超声波的接收，并基于超声波的收发时机测量被测量物。
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