JP2016015723A - トランスデューサ、及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な箇所での電気的な絶縁を確保したまま、フレキシブルプリント配線基板の出っ張りを抑制してトランスデューサからの配線を外部の回路などと接続することができる技術を提供する。【解決手段】トランスデューサは、基板２００上に設けられ電極を有する素子２０１と、素子の電極に電気的に接続された接続用電極１０９を有する。フレキシブルプリント配線基板２０３の絶縁フィルム上に設けられた導体部１２２が、接続用電極１０９に電気的に接続されている。導体部１２２は、基板の素子が配置された表面側において一部が露出し、基板の表面側のフレキシブルプリント配線基板と対向する領域では、基板上に絶縁層２０２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波などの弾性波の送受信（本明細書で送受信と言う場合、送信と受信のうちの少なくとも一方を意味する）等を行うトランスデューサと、それを用いた測定装置に関する。

超音波の送受信を行う目的で、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（非特許文献１参照）。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１２にＣＭＵＴの断面の模式図を示す。ここで、振動膜１０１と間隙１０５を挟んで対向した第１の電極１０２と第２の電極１０３を１組としてセルと呼ぶ。振動膜１０１は、基板２００上の支持部１０４により支持されている。第１の電極１０２には、直流電圧発生手段３０１が接続され、所定の直流電圧Vaが印加されている。第２の電極１０３は、送受信回路３０２に接続され、GND電位付近の固定電位となっている。こうして、第１及び第２の電極間にVbias=Va-0Vの電位差を発生させている。Vaの値を調整することで、Vbiasの値が、セルの機械特性で決まる所望の電位差（数十Vから数百V程度）と一致するようになっている。

送受信回路３０２により第２の電極１０３に交流の駆動電圧を印加することで、第１及び第２の電極間に交流の静電引力が発生し、振動膜１０１を或る周波数で振動させて超音波を送信する。また、振動膜１０１が超音波を受けて振動することにより、第２の電極１０３に静電誘導により微小電流が発生する。その電流値を送受信回路３０２で測定して受信信号を取り出すことができる。尚、上記説明では、第１の電極１０２に直流電圧発生手段を、第２の電極１０３に送受信回路を接続しているが、逆に接続した構成も同様に用いることができる。

A.S. Ergun, Y. Huang, X. Zhuang, O. Oralkan, G.G. Yarahoglu,and B.T. Khuri-Yakub, "Capacitive micromachined ultrasonic transducers: fabrication technology," Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on, vol. 52, no. 12, pp. 2242- 2258, Dec. 2005.

図１３を用いて、課題を説明する。図１３（ａ）に、ＣＭＵＴ２０１を設けた基板２００を示す。チップ上のセル（ＣＭＵＴ）２０１に接続された接続用電極１０９、１１０と、外部の直流電流発生手段３０１や送受信回路３０２との間の電気的接続手段として、フレキシブルプリント配線基板（以下、フレキとも記す）が用いられる。フレキは、ポリイミドなどの絶縁フィルム（以下、ベースフィルムとも記す）上に、パターンを有する導体箔を形成したものである。導体箔は銅などの金属で形成され、厚さは十マイクロメータ程度から数十マイクロメータが一般的である。ベースフィルムの導体箔上には、コネクタや他の電極と導通をとる部分を除き、ポリイミド膜やフォトソルダーレジスト膜などの絶縁体（以下、カバーレイとも記載）が被せられて保護している。ベースフィルムとカバーレイの厚さは、それぞれ、十マイクロメータ程度から数十マイクロメータであり、フレキの厚さは、数十マイクロメータ程度から百数十マイクロメータ程度である。フレキは、通常の回路基板や配線に比べて薄いため、柔軟性があり変形可能であるという特徴を有している。

図１３（ｂ）に基板２００とフレキ２０３を接続した断面の模式図を示す（図１３（ａ）のＡ-Ｂ断面の一部）。ＣＭＵＴのセルがある基板２００上に配置した接続用電極１０９と、フレキ２０３上の導体箔１２２の露出領域（フレキ側接続用電極）１４１とが対向して配置されている。これら電極１０９、１４１間を電気接続部１３１で電気的に接続することで、セル２０１に接続された電極と外部の直流電流発生手段３０１や送受信回路３０２などとの間を容易に接続できる。電気接続部１３１としては、半田バンプや金バンプ、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）など、半導体のフリップチップ実装において一般的な技術を利用できる。これにより、基板２００からの電極との接続をワイヤーボンディングにより行った場合に比べて、基板２００上の配線の飛び出しを低くできる。

基板２００は、半導体ウェハー上にセルを形成した後、ダイシングソーでウェハーを切削し（以下、ダイシングとも記す）、個別のチップに分離されたものである。そのため、基板２００表面が、ウェハー状態の時に絶縁層２０２で覆われていたとしても、ダイシング後は、基板２００の側面は半導体が露出している。よって、フレキ２０３上の露出した導体箔１２２と基板２００の側面間が接触すると、基板２００とフレキ上の導体箔（配線）１２２とが短絡してしまう。これは、フレキ２０３のカバーレイ１２３が基板２００上に乗るような配置にすることで、避けることができる。しかし、カバーレイ１２３の厚さは、接続用電極１０９、１４１の厚さより大幅に厚いため、基板２００上のフレキは、チップ表面に対して、ベースフィルム１２１の厚さより飛び出した構造となってしまう。フレキ２０３が大きく飛び出していると、基板２００上に保護膜を形成する工程や、基板２００上に音響レンズなどを配置する際に、保護膜を薄くする下限や、音響レンズとチップ間の距離の下限を大きくしてしまうことがある。こうして、送受信特性などの劣化を引き起こす場合がある。

上記課題に鑑み、本発明のトランスデューサは、基板と、前記基板に設けられ電極を有する素子と、前記基板の前記素子が配置された面上に設けられ前記電極に電気的に接続された接続用電極と、絶縁フィルムと前記接続用電極に電気的に接続され前記絶縁フィルム上に設けられた導体部とを備えるフレキシブルプリント配線基板と、を有する。そして、前記導体部は、前記基板の前記素子が配置された表面側において一部が露出し、前記基板の表面側の前記フレキシブルプリント配線基板と対向する領域では、前記基板上に絶縁層が設けられている。

本発明によれば、必要な箇所での電気的な絶縁を確保したまま、フレキの出っ張りを抑制してトランスデューサからの配線を外部の回路などと接続することができる。

第１の実施形態に係わるトランスデューサを説明する図。 第２の実施形態に係わるトランスデューサを説明する図。 第３の実施形態に係わるトランスデューサを説明する図。 第４の実施形態に係わるトランスデューサを説明する図。 第５の実施形態に係わるトランスデューサの製造方法を説明する図。 第５の実施形態に係わるトランスデューサの製造方法を説明する図。 第５の実施形態に係わるトランスデューサの製造方法を説明する図。 第６の実施形態に係わるトランスデューサを説明する図。 第７の実施形態に係わるトランスデューサの製造方法を説明する図。 第７の実施形態に係わるトランスデューサの製造方法を説明する図。 第８の実施形態に係わる超音波測定装置を説明する図。 第８の実施形態に係わる超音波測定装置を説明する図。 第９の実施形態に係わるセンサ（測定装置）を説明する図。 第１０の実施形態に係わる超音波測定装置を説明する図。 従来の静電容量型トランスデューサを説明する図。 トランスデューサの課題を説明する図。

本発明のトランスデューサは、次の２つの特徴を有する。１つ目は、フレキシブルプリント配線基板が、ＣＭＵＴなどを配置した基板の表面より測定対象側にある（基板の厚さ方向について外側にある）領域では、ベースフィルム上の導体箔（導体部）の上にカバーレイ（絶縁フィルム）を配置していない。２つ目は、ＣＭＵＴなどを配置した基板の表面について、フレキシブルプリント配線基板と対向する領域に、絶縁層が設けられている。即ち、基板上に設けられ電極を有する素子と、前記基板の素子が配置された面上に設けられ前記電極に電気的に接続された接続用電極と、フレキシブルプリント配線基板と、を有するトランスデューサにおいて、次のようになっている。フレキシブルプリント配線基板の導体部は、前記基板の素子が配置された表面側において一部が露出し、前記基板の表面側のフレキシブルプリント配線基板の導体部と対向する領域では、前記基板上に絶縁層が設けられている。前記素子としては、第１の電極を含む振動膜と前記第１の電極と間隙を隔てて基板に設けられた第２の電極とを含むセル、圧電素子などがある。

以下、図面を用いて、本発明のトランスデューサ、これを用いた測定装置などの実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの模式図である。図１において、１０１は振動膜のメンブレン、１０２は第１の電極、１０３は第２の電極、１０４は支持部、１０５は間隙（キャビティ）、１０６は絶縁膜である。また、１０７及び１０８は配線、１０９は接続用電極、２００は基板、２０１は電気機械トランスデューサ（以下ＣＭＵＴで代表することもある）、２０２は基板表面上の絶縁層、２０３はフレキシブルプリント配線基板である。以下において、基板２００と絶縁層２０２を含む構造をチップと称する。また、本明細書では、チップのＣＭＵＴ２０１を設けた面を上面、ＣＭＵＴ２０１を形成していない面を下面とも呼ぶことにする。

基板２００の上面には、絶縁層２０２が形成されていて、絶縁層２０２上に、メンブレン１０１、第１の電極１０２、第２の電極１０３、支持部１０４、間隙１０５からなる、ＣＭＵＴのセルが配置されている。第１の電極１０２、該電極１０２に繋がっている配線１０８、第２の電極１０３に繋がっている配線１０７は、基板２００から電気的に絶縁されている。第２の電極１０３に繋がった配線１０７は、フレキとの接続用電極１０９に接続されている。チップは、シリコンなどの半導体ウェハー（数百マイクロメータの厚さ）上に絶縁層２０２を形成した後にＣＭＵＴを形成し、ダイシングによりチップ化することで、容易に実現できる。

フレキ２０３は、ベースフィルム１２１上に、パターンを有する導体部である導体箔１２２が配置されている。ベースフィルム１２１の導体箔１２２を配置した面の一部の領域上には、絶縁層であるカバーレイ１２３が配置される。ここで、ベースフィルム１２１はポリイミドなどの十マイクロメータから数十マイクロメータの厚さの絶縁フィルムを用いて構成し、導体箔１２２は十マイクロメータから数十マイクロメータの厚さの銅などの金属箔を用いて構成することができる。また、カバーレイ１２３は十マイクロメータから数十マイクロメータの厚さのポリイミド膜やフォトソルダーレジスト膜などの絶縁体を用いて構成することができる。

本実施形態では、フレキ２０３について、基板２００の上面と一致する平面から、測定対象側（チップの厚さ方向について図１上側）にある領域では、カバーレイ１２３が配置されていないことが１つ目の特徴である。言い換えると、フレキ２０３について、基板２００の側面（上面から角部を経て至る面）とほぼ平行に対向している領域では、カバーレイ１２３が配置されている構成となっている。この構成により、基板２００上面よりフレキ２０３が測定対象側へ出っ張っている量を低減できる。具体的には、出っ張り量を、フレキ２０３のベースフィルム１２１の厚さと、導体箔１２２と、基板２００上の接続用電極１０９の厚さと、電気接続部１４１の厚さを合計したものとほぼ同等にできる。

本実施形態の２つ目の特徴は、フレキ２０３と向かい合うＣＭＵＴを配置した基板２００表面の領域に、絶縁層２０２が配置されていることである。これにより、フレキ２０３上でチップ表面側に露出した導体箔１２２がチップ表面に接触しても、絶縁層２０２により絶縁されているので、フレキ２０３の配線（導体箔１２２）と基板が電気的に接触することがない。そのため、フレキ２０３の配線と基板２００間やフレキ２０３内の複数の配線間での、電気的な絶縁を保つことができる。ここで絶縁層２０２は、シリコンなどの基板の母材を熱酸化したもの、酸化物を成膜したもの、窒化物を成膜したものなど、絶縁性を有するものである。ＣＭＵＴを形成する工程において問題が発生しないものであれば、用いられる。

本実施形態によると、基板と配線間の電気的な絶縁を確保したまま、フレキの飛び出しを発生させることなく、配線を外部の回路などと接続できる。そのため、チップ上に薄い保護膜や、近接した位置に音響レンズを配置でき、送受信特性の優れた静電容量型トランスデューサやそれを用いた装置を提供することができる。

尚、フレキ２０３の配線は、第２の電極１０３と電気的に接続された配線１０７と接続する構成を説明したが、この構成に限らない。第１の電極１０２と電気的に接続された配線１０８と接続する構成も用いることもできるし、フレキ２０３が電気的に分離された複数の配線を有しており、それぞれが、対応する配線１０７や配線１０８と接続されている構成に用いることもできる。この場合、単一のフレキを用いて、第１の電極１０２の配線と第２の電極１０３の配線とを回路側に共に接続することができるため、小型な静電容量型トランスデューサなどを提供できる。

また、基板２００上の絶縁層２０２は、ＣＭＵＴなどを形成した面のみに配置したが、これに限らず、基板２００のＣＭＵＴを形成した上面と逆の下面にも配置することもできる。この場合、基板２００の両面に絶縁層２０２が形成されているため、絶縁層２０２から基板２００が受ける応力が両面でキャンセルされ、チップの反りを抑制できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、基板２００の側面の構成が異なる。それ以外は、第１の実施形態と同じである。本実施形態では、基板２００の側面に、絶縁層２００を配置していることが特徴である。図２は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの断面の模式図である。

図２（ａ）では、基板２００上の絶縁層２０２が、ＣＭＵＴ形成面だけではなく、ＣＭＵＴを形成した面の端部および側面の一部にも連続して配置されている。基板２００側面が一部絶縁層２０２で覆われているため、基板表面から基板側面に至る端部に沿って屈曲されたフレキ２０３上のカバーレイ１２３の先端部が、基板２００の上面と一致していなくても、フレキ２０３の配線と基板２００間の絶縁は確保される。そのため、ＣＭＵＴを形成したチップ表面と、屈曲部において基板の端部に対向する側で導体部が露出しているフレキ２０３のカバーレイ１２３の位置を揃えなくても、フレキ２０３の配線と基板２００間の電気的な絶縁を確保できる。

基板側面には、絶縁層を成膜する方法で絶縁層を容易に配置することができる。具体的には、ステンシルマスクやレジストを用いて、ＣＭＵＴを形成した面に絶縁層がつくことを防止する構成を取ることで、基板２００の側面に選択的に形成することができる。本実施形態によると、フレキ２０３上のカバーレイ１２３を配置する位置精度を緩和することができ、より簡易に絶縁を確保することができる。そのため、より安価なフレキ２０３を用いることができ、フレキ２０３と接続用電極との接続工程においても電極間の位置精度を緩和することができ、工程を簡略化できる。

図２（ｂ）は、本実施形態の別の形態を説明するための図である。図２（ｂ）では、基板２００の側面において、全面にわたり絶縁層２０２が配置されている。また、フレキ２０３について、基板２００の側面と対向する領域では、カバーレイ１２３が配置されていない。基板２００の側面に絶縁層２０２が配置されているので、カバーレイ１２３がなくても、フレキ２０３の配線と基板２００との間の電気的な絶縁は確保される。そのため、フレキ２０３の基板２００の側面に対向する領域に、カバーレイ１２３を配置する必要が無くなる。

本実施形態によると、基板２００側面のフレキ２０３には、カバーレイ１２３が配置されていないため、基板２００横方向に広がるフレキの幅をカバーレイの厚さ分、狭くすることができる。また、フレキ２０３上のカバーレイ１２３の配置を高精度に行う必要がなくなり、フレキ２０３がより簡単な構成で作製でき、フレキ２０３の実装時の位置合わせをより粗い精度で行うことができる。そのため、低コストで静電容量型トランスデューサを提供できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、基板２００を支持する部材を有している点が異なる。それ以外は、第１の実施形態と同じである。本実施形態では、基板２００の下面に支持部材を有しており、支持部材と基板２００の側面に、絶縁層を配置していることが特徴である。図３は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの断面の模式図である。図３において、２０４は支持部材、２０５は接着層、２０６は絶縁層である。ＣＭＵＴ２０１が形成された基板２００は、支持部材２０４に接着層２０５を介して配置されている。フレキ２０３が配置される側の、支持部材２０４の側面の位置は、基板２００の側面の位置とほぼ一致しており、支持部材の側面と基板２００の側面で、ほぼ連続した平面になっている。本実施形態では、この連続した平面上に、絶縁層２０６を、接着や粘着により配置されている。

ここで、支持部材２０４は、樹脂などを用いることができ、厚さは、チップの数百マイクロメータ以上の数ミリメーターから数センチメーターである。支持部材２０４の厚さが、基板２００の厚さに比べて厚いため、基板２００の側面だけの場合に比べて、絶縁層２０６を配置する平面は、広くできる。そのため、絶縁層２０６を貼り付ける面積を大きくでき、絶縁層２０６を容易に信頼性高く側面へ配置することができる。

ここで、絶縁層は、ポリエステル、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮなど、絶縁性の薄膜であれば用いることができ、厚さは十マイクロメータから数十マイクロメータのものを用いることができる。そのため、基板の側面だけに絶縁層を成膜する場合に比べて、膜厚を厚くでき、絶縁層がピンホールなどを有さないため、絶縁性を高くすることができる。また、基板２００と支持部材２０４間の接着層２０５は、基板２００と支持部材２０４間を接着するものであれば用いられ、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤などを用いることができる。

本実施形態によると、絶縁性能の高い絶縁層を用いることができるため、フレキ２０３の配線と基板２００間の絶縁性を高めることができ、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。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、基板２００の側面の形状が異なる。それ以外は、第２の実施形態と同じである。本実施形態では、基板２００のＣＭＵＴを形成した側の角が窪みを有しており、窪みの表面が絶縁層で覆われていることが特徴である。図４は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの断面の模式図である。図４において、２１０は窪み、２１１は窪み２１０内の絶縁層である。

基板２００は、フレキ２０３を配置する側面のＣＭＵＴを形成した面側の角がなく、その部分に窪み２１０を有している。この窪みは、数十マイクロメータから百マイクロメータ程度の幅と深さの中から任意に選ぶことができる。また、基板２００が有する窪み２１０の表面は、絶縁層２１１で覆われている。絶縁層２１１は、シリコンなどの基板の母材を熱酸化したものや、酸化物を成膜したもの、窒化物を成膜したものなど、絶縁性を有しているものであれば用いられる。この窪み２１０や窪みを覆う絶縁層２１１は、ＭＥＭＳプロセスを用いることで容易に形成することができる。

本実施形態によると、窪み２１０の表面の少なくとも一部と対向する領域において導体部が露出しているフレキ２０３の屈曲部で、基板２００の角が窪みを有しているため、フレキ２０３と基板２００が物理的に接触しにくい。そのため、フレキ２０３と基板２００が接触して擦れたりすることによりフレキ２０３の配線に損傷が発生することを避けられる。よって、配線の信頼性がより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。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第４の実施形態に係る静電容量型トランスデューサの製造方法を説明する。図５−１〜図５−３は、製造方法を説明する断面図の模式図である。図５−１〜図５−３は、半導体ウェハーの一部の断面を表している。

まず、半導体ウェハー２００（図５−１（ａ））の図面に向かって上側に、エッチングにより溝２１２を形成する（図５−１（ｂ））。溝２１２を形成する際には、表面にレジストを塗布して、一部を除去した後、ドライエッチングまたはウェットエッチングを行うことで、溝を容易に形成することができる。この溝２１１の幅は、ダイシング時に用いるブレードの幅より大きくしておく必要があり、五十マイクロメータから数百マイクロメータにすることが望ましい。また溝２１１の深さは、エッチングの時間を制御することで容易に任意の深さにできる。具体的な厚さは、シリコンウェハーの厚さに対して十分の一から三分の一以下にすることが望ましい。この深さは、溝２１２による作製プロセスへの影響と、フレキ２０３上のカバーレイ１２３の配置精度との兼ね合いで、適切な値に決めればよい。

次に、溝２１２を形成したウェハーの表面に絶縁層２０２を形成する（図５−１（ｃ））。その後、表面に形成した絶縁層２０２上にＣＭＵＴ２０１を通常のプロセスを用いて形成する（図５−２（ｄ））。この時のウェハーの一部を抜き出した模式図を図５−３（ｈ）に示す。図５−３（ｈ）では、絶縁層２０２などの記載は省いている。

次に、溝２１１のほぼ中心をダイシングにより切断して分離する（図５−２（ｅ））。これにより、基板２００の角がなく窪み２１０を有し、且つ窪み２１０の表面を絶縁層２１２で覆っている構成を実現できる。最後に、フレキ２０３の露出した導体部である接続用電極１４１と、基板２００上の接続用電極１０９間を、電気接続部１３１により接続する（図５−２（ｆ））。その後、フレキ２０３を基板２００に対して垂直になるように折り曲げる（図５−３（ｇ））。

本実施形態によれば、ＣＭＵＴなどを形成するウェハーの表面に溝２１２を入れていくだけで、その後は工程を変えることなくＣＭＵＴなどを形成し、フレキ２０３を接続することができる。そのため、電気的な絶縁を確保したまま、フレキの飛び出しを発生させることなく配線を外部の回路などと接続でき、トランスデューサを簡易な工程で作製する製造方法を提供することができる。

また、本実施形態の絶縁層２０２は、酸化物を成膜したもの、窒化物を成膜したもの、ウェハーの母材を熱酸化したものを用いることができる。特に、熱酸化膜は、絶縁特性が優れており、ＣＭＵＴなどを形成する下地に用いる絶縁層としては望ましい。また、膜厚を均一に着けことができるため、溝の内部にも欠陥なく熱酸化膜を形成でき、確実に絶縁性を確保できる。加えて、熱酸化膜は、ダイシング時に膜の欠損が起こりにくいため、本実施形態で用いるには特に望ましい材料である。

絶縁層２０２にウェハーを熱酸化した材料を用い、本実施形態の製造方法で作製したトランスデューサは、絶縁層の絶縁特性が優れているため信頼性が高い。また、製造工程が簡易なため、低コストにできる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態は、基板２００の構成が異なる。それ以外は、第２の実施形態と同じである。本実施形態では、基板２００にＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いており、ＳＯＩ基板の活性層の側面が絶縁層で覆われていることが特徴である。図６は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの断面の模式図である。図６において、２２１は活性層、２２２はＢＯＸ（Buried Oxide）層、２２３はハンドル層である。

図６（ａ）では、ハンドル層２２３の上にＢＯＸ層２２２を介して活性層２２１を配置したＳＯＩ基板を、基板２００として用いている。活性層２２１の表面に絶縁層２０２を介して、ＣＭＵＴ２０１が配置されている。基板２００のフレキ２０３を配置する側の側面には、絶縁層２０２が形成されている。また、ハンドル層２２３の側面に対向する領域にあるフレキ２０３には、カバーレイ１２３が配置されている。

本実施形態では、活性層２２１は、ＢＯＸ層２２２と絶縁層２０２により囲まれているため、基板２００の活性層２２１を高い電位に接続した場合でも、周辺の部材との短絡が発生しなくて高い信頼性を確保することができる。そのため、直流電圧発生手段の電位を基板２００の活性層２２１に接続することで、基板に印加する電位を第２の電極１０３に印加する電位と同じにする構成にしても、周辺の部材との電気的絶縁を確保できる。活性層２２１の電位と、第２の電極（下部電極）１０３の電位と、を共通にすると、第１の電極（上部電極）１０２と第２の電極（下部電極）１０３との間の電界強度の分布を一様にすることができる。また、外部からのノイズを防ぐ目的で、活性層２２１の電位をGNDまたはバイアス電圧に固定することも好ましい。この場合、フレキ２０３上に配置する信号線数を減らすことができ、フレキ２０３の幅を狭くすることが可能になる。

図６（ｂ）は、本実施形態の別の形態を説明する図である。図６（ｂ）では、基板２００に用いているＳＯＩ基板のハンドル層にドープ量の少ない半導体基板を用いている。本形態によると、ハンドル層にドープ量の少ない半導体基板を用いているので、基板２００のハンドル層にフレキ２０３の配線が接触しても、ハンドル層とフレキ２０３の配線は非常に高抵抗で接続されるため、電気的には絶縁が保たれる。基板２００側面のフレキ２０３には、カバーレイ１２３が配置されていないため、基板２００横方向に広がるフレキの幅をカバーレイの厚さ分、狭くできる。

また、フレキ２０３上のカバーレイ１２３の配置を高精度に行う必要がなくなり、フレキ２０３がより簡単な構成で作製でき、フレキ２０３の実装時の位置合わせをより粗い精度で行うことができる。そのため、低コストの静電容量型トランスデューサを提供できる。なお、図６（ａ）と図６（ｂ）の形態において、図６（ｃ）に記載されているように、活性層２２１に第２の電極１０３の機能を担わせるよう構成することもできる。この場合、活性層２２１の表面の絶縁層２０２を貫いて、基板２００上の接続用電極１０９に繋がっている配線１０７が形成されている。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、第６の実施形態に係る静電容量型トランスデューサの製造方法を説明する。図７−１と図７−２は、製造方法を説明する断面図の模式図である。図７−１と図７−２は、半導体ウェハーの一部の断面を表している。

まず、ハンドル層２２３の上にＢＯＸ層２２２を介して活性層２２１を配置したＳＯＩ基板（図７−１（ａ））の図面に向かって上側に、エッチングにより溝２１２を形成する（図７−１（ｂ））。溝２１２を形成する際には、表面にレジストを塗布して、一部を除去した後、ドライエッチングまたはウェットエッチングを行うことで、溝を容易に形成できる。この溝２１２の幅は、ダイシング時に用いるブレードの幅より大きくしておく必要があり、五十マイクロメータから数百マイクロメータにすることが望ましい。また溝２１２の深さは、エッチング時にＢＯＸ層２２２でエッチングが止まるようなエッチング手法を選ぶことで、活性層２２１の厚さで溝の深さを容易に決められる。具体的な厚さは、シリコンウェハーの厚さに対して十分の一から三分の一以下にすることが望ましい。この深さは、溝２１２による作製プロセスへの影響と、フレキ２０３上のカバーレイ１２３の配置精度との兼ね合いで、適切な値に決めればよい。

次に、溝２１２を形成した活性層２２１の表面に絶縁層２０２を形成する（図７−１（ｃ））。その後、表面に形成した絶縁層２０２上にＣＭＵＴ２０１を通常のプロセスを用いて形成する（図７−２（ｄ））。次に、溝２１２のほぼ中心をダイシングにより分離する（図７−２（ｅ））。これにより、基板２００の角がなく、窪み２１０を有し、且つ窪み２１０の表面を絶縁層２０２で覆っている構成を実現できる。これ以降のフレキ２０３を接続する工程は、第５の実施形態と同様である。

本実施形態の製造方法を用いると、窪み２１０の深さを精度よく作製することができる。そのため、本実施形態で作製した静電容量型トランスデューサは、基板２００の側面の絶縁層２０２が配置された深さが正確に規定されているので、カバーレイとの位置関係を精度よく規定できる。よって、絶縁性能の信頼性がより高い静電容量型トランスデューサを提供できる。

（第８の実施形態）
次に、図８と図９を用いて第８の実施形態を説明する。第８の実施形態は、第１から第７の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサを用いた超音波測定装置に関する。

図８において、４０１は静電容量型トランスデューサ、４０２は測定対象物、４０３は画像情報生成装置、４０４は画像表示器である。また、５０１、５０２は超音波、５０３は超音波送信情報、５０４は超音波受信信号、５０５は再現画像情報、４００は超音波測定装置である。静電容量型トランスデューサ４０１から測定対象物４０２に向かって出力された超音波５０１は、測定対象物４０２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、反射する。反射した超音波５０２は、静電容量型トランスデューサ４０１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５０４として画像情報生成装置４０４に送られる。一方、静電容量型トランスデューサ４０１から、送信超音波の大きさや形状、時間の情報が超音波送信情報５０３として、画像情報生成装置４０３に送られている。画像情報生成装置４０３では、超音波受信信号５０４と超音波送信情報５０３を基に、測定対象物４０２の画像信号を生成して再現画像情報５０５として送り、画像表示器４０４で表示される。

本実施形態の静電容量型トランスデューサ４０１は、上記実施形態の何れかに記載したＣＭＵＴが用いられている。このＣＭＵＴは、外部回路への配線とＣＭＵＴチップを接続する配線接続部の測定対象側への飛び出しを少なくことができる。そのため、ＣＭＵＴ表面に近接して音響レンズを配置できるため、送受信特性の劣化が少ない静電容量型トランスデューサを提供できる。本発明の静電容量型トランスデューサ４０１は送受信特性の劣化が少なく、測定対象物４０２で反射した超音波５０２のより正確な情報を得ることができるため、測定対象物４０２の画像をより正確に再現することができる。

本実施形態の超音波測定装置によると、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサを用いているため、良質な画像を取得できる、小型な超音波測定装置を提供することができる。

また、本実施形態の別の構成として、図９で示すように、別の送信音源４０１を用いて発生させた超音波を、静電容量型トランスデューサ４０３により高精度に検出することもできる。また、光源により測定対象物に光（電磁波）を照射して、光音響効果により発生する超音波を、静電容量型トランスデューサ４０３により受信する構成にもできる。このように送信音源の種類によらず、静電容量型トランスデューサ４０３を受信素子として用いることができる。

（第９の実施形態）
本発明の静電容量型トランスデューサは、超音波などの弾性波ないし音響波の送受信だけでなく、外力の検出にも用いることができる。第９の実施形態は、第１から第７の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサを用いたセンサ（測定装置）に関する。図１０を用いて第９の実施形態を説明する。

図１０に、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を示す。ＣＭＵＴの表面には、保護膜２３０を形成しており、外部からＣＭＵＴ表面に印加される外力が、振動膜に伝わるような構造になっている。振動膜の一部をなす第１の電極１０２には、直交流電圧発生手段が接続されている。第１の電極１０２には、直交流電圧発生手段により所定の直流電圧Vaと、所定の周波数の交流電圧Vsinが印加されている。もう一方の第２の電極１０３は、検出回路に接続され、GND電位付近の固定電位となっている。直流電圧Vaにより、第１の電極と第２の電極１０３との間にVbias=Va-0Vの電位差を発生させている。Vaの値を調整することで、Vbiasの値が、ＣＭＵＴのセルが持つ機械特性により決まる、所望の電位差（数十Ｖから数百Ｖ程度）と一致するようになっている。

振動膜１０１に外部からの力の入力がないときには、交流電圧Vsinと電極間の距離によって決まる微小電流が第２の電極１０３に発生し、検出回路により、その電流値を電圧に変換して外部に取り出すことができる。ここで、振動膜１０１が保護膜２３０を介した外力を受けて変形することにより、電極間の距離が変化して、第２の電極１０３に発生する微小電流の大きさが変化する。検出回路により、そのときの電流値を電圧に変換して外部に取り出し、振動膜１０１に外部からの力の入力がないときの電圧値と比較することで、外部から印加された力を検出できる。

本実施形態の静電容量型トランスデューサは、上記実施形態の何れかに記載したＣＭＵＴが用いられている。このＣＭＵＴは、外部回路への配線とＣＭＵＴチップを接続する配線接続部の測定対象側への飛び出しを少なくことができる。そのため、ＣＭＵＴ表面に薄く均一な保護膜を配置できるため、外力に対して感度のよ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。本実施形態の静電容量型トランスデューサを用いることで、外部からの力に対して感度のよいセンサを提供できる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、チップ２００とフレキシブルプリント配線基板２０３が有する導電箔１２２間に、別の絶縁材料が配置されている点が異なる。それ以外は、第１から第９の何れかの実施形態と同じである。第１の実施形態を元にした図１１を用いて説明するが、それ以外の形態にも同様に用いることが出来る。

図１１（ａ）は、チップ２００上の電極１０９と、フレキシブルプリント配線基板２０３上の電極１４１間の電気接続部１３１を、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いた際の断面図である。異方性導電性フィルムは、作製時にチップ２００上の電極１０９とフレキシブルプリント配線基板２０３上の電極１４１との間に配置される。異方性導電性フィルム（異方性導電性樹脂）は、微細な導電性金属粒子を含有する絶縁性の熱硬化性樹脂である。これは、電極で挟み圧力を加えて、対向電極間の距離を導電性金属粒子の大きさ以下にして、電極間を電気的に接続することができ、電気接続部１３１の機能を有することができる。一方、電極間で挟まれていない領域では、絶縁材料の中に、導電性金属粒子が分散して配置されているため、絶縁が保たれる。異方性導電性フィルムは、加熱して作製するため、加熱時には流動性が上がり、電極が配置された以外の領域にも、はみ出す。そのまま、冷却して、異方性導電性フィルムは硬化するため、フレキシブルプリント配線基板２０３上の導電箔１２２表面に、絶縁性を有した異方性導電性フィルム１６１が配置される。

本実施形態では、フレキシブルプリント配線基板２０３上の導電箔１２２表面に、絶縁性を有した異方性導電性フィルム１６１が配置されている。そのため、チップ２００側面とフレキシブルプリント配線基板２０３上の導電箔１２２との絶縁性をより高く、確実にすることができ、絶縁の信頼性をより高いものにすることができる。図１１（ａ）では、露出している導電箔１２２表面全体に、絶縁性を有した異方性導電性フィルム１６１が配置されているが、必ずしも全面に配置されている必要はなく、一部に配置されているだけでも、同様に絶縁の信頼性を上げることができる。

図１１（ｂ）を用いて、別の本実施形態を説明する。図１１（ｂ）では、チップ２００とフレキシブルプリント配線基板２０３上の導電箔１２２間に、別の絶縁材料１７１が配置されていることが特徴である。別の絶縁材料１７１は、シリコーンゴムを充填することで容易に実現することができる。図１１（ａ）の構成に比べて、シリコーンゴムは、チップ２００とフレキシブルプリント配線基板２０３間を確実に充填することができる。そのため、チップ２００側面とフレキシブルプリント配線基板２０３上の導電箔１２２との絶縁性をより高く、確実にすることができる。

また、別の絶縁材料１７１は、電気部品の絶縁に用いるポッティング材を用いることでも実現することが出来る。材料としては、ウレタン（ウレタン樹脂）、エポキシ（エポキシ樹脂）、ブチルゴムなどを用いることができる。電気部品の絶縁に用いるポッティング材は、シリコーンゴムに比べて、水蒸気の透過性を低くすことができるため、高湿な環境下においても高い絶縁性を確保することができる。

また、図１１（ｃ）で示すように、別の絶縁材料を、シリコーンゴム１８１とポッティング材１９１の複数の絶縁層から構成することができる。ＣＭＵＴに近接する領域は、シリコーンゴム１８１の絶縁材料を配置し、チップ２００側面付近はポッティング材１９１の絶縁材料を配置する構成を取ることが出来る。シリコーンゴム１８１は、ＣＭＵＴ表面の保護層として用いることが出来るため、ＣＭＵＴの保護層と絶縁層を兼ねて作製することができる。また、ＣＭＵＴ上やＣＭＵＴ付近の領域には、シリコーンゴム１８１が配置されているので、作製時にポッティング材１９１が回り込んで、ＣＭＵＴの表面に付着してしまうことがなく、特性に影響を与えことがない。このように、図１１（ｃ）では、ＣＭＵＴの特性に影響を与えることなく、高い絶縁性を確保することができる。

また、図１１（ｄ）で示すように、図１１（ａ）と図１１（ｂ）の形態を組み合わせた構成を取ることもできる。図示していないが、図１１（ｄ）と図１１（ｃ）の形態を組み合わせた構成も取ることが出来る。これにより、更に高い絶縁性を確保することができる。

尚、本実施形態中では、絶縁材料１７１、１８１、１９１を、チップ２００とフレキシブルプリント配線基板２０３間を、完全に充填した構成としたが、本発明はこれに限らない。使用上において、絶縁に問題が発生しない範囲であれば、一部のみに絶縁材料を配置した構成も、同様に用いることができる。

１０１・・振動膜、１０２・・第１の電極、１０３・・第２の電極、１０５・・間隙、１０６・・絶縁層、１０９・・接続用電極、１２２・・導体部（導体箔）、１２３・・絶縁フィルム（カバーレイ）、２００・・基板、２０２・・絶縁層、２０３・・フレキシブルプリント配線基板（フレキ）

Claims (18)

1. 基板と、
   第１の電極を含む振動膜と、前記第１の電極と間隙を隔てて前記基板に設けられた第２の電極と、を含むセルと、
   前記基板の前記セルが配置された面の上に設けられ、前記第１及び第２の電極のうち一方に電気的に接続された接続用電極と、
   絶縁フィルムと、前記接続用電極と電気的に接続され前記絶縁フィルムの上に設けられた導体部と、を備えるフレキシブルプリント配線基板と、
   を有し、
   前記導体部は、前記基板の前記セルが配置された表面側において一部が露出し、
   前記基板の表面側の前記フレキシブルプリント配線基板と対向する領域では、前記基板の上に絶縁層が設けられていることを特徴とするトランスデューサ。
2. 前記フレキシブルプリント配線基板は、前記基板の表面から前記基板の側面に至る端部に沿って屈曲されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記導体部は、前記フレキシブルプリント配線基板の屈曲部において前記基板の前記端部に対向する側が露出していることを特徴とする請求項２に記載のトランスデューサ。
4. 前記絶縁層は、前記フレキシブルプリント配線基板と対向する前記基板の側面にも設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のトランスデューサ。
5. 前記基板を支持する支持部材を備え、
   前記絶縁層は、前記フレキシブルプリント配線基板と対向する領域の前記基板の側面と、前記フレキシブルプリント配線基板と対向する領域の前記支持部材の側面にも設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のトランスデューサ。
6. 前記基板の端部は窪みを有しており、前記窪みの表面に絶縁層が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のトランスデューサ。
7. 前記基板は、ハンドル層と活性層とによりＢＯＸ層を挟んだ構成を有し、
   前記絶縁層は、前記活性層の表面と側面を覆い、
   前記セルは、前記活性層の上に前記絶縁層を介して配置されていることを特徴とする請求項２に記載のトランスデューサ。
8. 前記活性層の電位と前記第２の電極の電位とを共通にしていることを特徴とする請求項７に記載のトランスデューサ。
9. 前記活性層が前記第２の電極の機能を担っていることを特徴とする請求項７に記載のトランスデューサ。
10. 前記第２の電極は、前記絶縁層を介して前記基板の上に設けられていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のトランスデューサ。
11. 前記フレキシブルプリント配線基板の前記導体部は、前記側面の少なくとも一部と対向する領域において、露出していることを特徴とする請求項２から１０の何れか１項に記載のトランスデューサ。
12. 前記フレキシブルプリント配線基板の前記導体部は、前記窪みの表面の少なくとも一部と対向する領域において、露出していることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
13. 前記セルと前記フレキシブルプリント配線基板との間に、異方性導電性樹脂、シリコーンゴム、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ブチルゴムの少なくともいずれか一つが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載のトランスデューサ。
14. 基板と、
    前記基板の上に設けられ、電極を有する素子と、
    前記基板の前記素子が配置された面の上に設けられ、前記電極に電気的に接続された接続用電極と、
    絶縁フィルムと、前記接続用電極と電気的に接続され前記絶縁フィルムの上に設けられた導体部と、を備えるフレキシブルプリント配線基板と、
    を有し、
    前記導体部は、前記基板の前記素子が配置された表面側において一部が露出し、
    前記基板の表面側の前記フレキシブルプリント配線基板と対向する領域では、前記基板の上に絶縁層が設けられていることを特徴とするトランスデューサ。
15. 基板の上に設けられ、電極を有する素子を備えるトランスデューサの製造方法であって、前記基板をなす半導体ウェハーに溝を形成した後、前記溝を含む半導体ウェハーの表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層の上に前記素子を設け、前記溝の所で前記基板をダイシングにより切断することを特徴とする製造方法。
16. フレキシブルプリント配線基板の露出した導体部と、前記絶縁層の上の前記電極に電気的に接続された接続用電極と、を電気接続部を介して電気的に接続し、前記フレキシブルプリント配線基板を前記半導体ウェハーの表面に対して垂直になるように折り曲げて配することを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
17. 外力を受ける請求項１から１４の何れか１項に記載のトランスデューサを有し、
    前記トランスデューサからの信号を用いて、前記トランスデューサの表面に印加された外力の大きさを測定することを特徴とする測定装置。
18. 測定対象からの弾性波を受信する請求項１から１４の何れか１項に記載のトランスデューサと、
    少なくとも前記トランスデューサからの受信信号を用いて測定対象の画像情報を生成する画像情報生成装置と、
    を有することを特徴とする測定装置。

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