JP2016063499A - Transducer and analyte information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波などの音響波(以下、超音波で代表することもある)の送信又は受信のうち少なくともいずれかを行う静電容量型トランスデューサと、それを用いた被検体情報取得装置に関する。 The present invention relates to a capacitive transducer that performs at least one of transmission and reception of an acoustic wave such as an ultrasonic wave (hereinafter sometimes represented by an ultrasonic wave), and a subject information acquisition apparatus using the capacitive transducer. .
超音波の送受信を行うトランスデューサとして、静電容量型のCMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)がある。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することができる。これは、圧電素子を用いた超音波トランスデューサに比べて、超音波の送信周波数の幅や受信周波数の幅が広い特徴がある。 As a transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, there is a capacitive type CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer). The CMUT can be manufactured using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process that applies a semiconductor process. This is characterized in that the width of the ultrasonic transmission frequency and the width of the reception frequency are wider than those of the ultrasonic transducer using the piezoelectric element.
図10に示すように、CMUTは、例えば、基板10上に、第1の電極(下電極)13が固定電極として配置されており、第1の電極13上には空隙ないし間隙(キャビティ)15を介して振動膜11が配置されている。振動膜11には、第2の電極(上電極)12が第1の電極13と対向するように配置されている(非特許文献1参照)。振動膜11は、基板10上に配置した支持部14により支持されており、第1の電極13と第2の電極12間にパルス状の電位差を印加することで、振動膜11が振動して、超音波が発生し外部に伝播する(超音波の送信)。一方、外部からの超音波が振動膜11に伝わると、第2の電極12も振動し、第1の電極13と第2の電極12間の距離が変化することで微小な電流が発生する。この微小な電流を検出することで、超音波の受信信号を取り出すことができる(超音波の受信)。
As shown in FIG. 10, in the CMUT, for example, a first electrode (lower electrode) 13 is arranged as a fixed electrode on a
ここでは、第1の電極13は、配線22を介して、直流電圧発生回路32に接続されている。また、第2の電極12は、配線21を介して、送受信回路31に接続されている。直流電圧発生回路32は、数十ボルトから数百ボルトの直流電圧Vaを発生し、第1の電極13は配線22で接続されているので、同じVaが印加される。送受信回路31の端子は、回路31内部で0ボルトになるように設定されており、第2の電極12は配線21により接続されているので、0ボルトの電位に固定されている。そのため、第1の電極13と第2の電極12間は、Va(=Va−0)ボルトの電位差が常に発生するようになっており、この電位差を、超音波の送受信を行う際の効率が高くなるように設定してCMUTが使用される。
Here, the
一方、送受信回路31は、超音波の受信時には電極で発生した微小な電流を電圧に変換して出力する機能と、超音波の送信時には数十ボルトから数百ボルトの高電圧パルスを発生させる機能を有している。送受信回路31で発生した高電圧パルスは、配線21を介して第2の電極12に伝わり、第1の電極13と第2の電極12間に発生する電位差を変化させる。それにより、電極間に発生する静電引力が変化して、振動膜11が振動し、超音波を発生させることができる。第1の電極13と第2の電極12の役割は、上記のものと反対であってもよい。
On the other hand, the transmission /
CMUTなどの静電容量型トランスデューサは、上述したように超音波の送受信を行うために、電極に高い直流電圧や、高電圧のパルスを印加する必要がある。そのため、CMUTが有する電極や、電極と回路間を接続する配線、電極と配線を接続する部分に高電圧が印加される。しかし、CMUTを超音波画像診断装置のトランスデューサとして用いる際には、被検体である生体に接触させて使用することがある。そのため、生体に対する安全性を確保するために、CMUTの電極や電極と回路を接続する配線や電極と配線の接続部と、外部に接触するトランスデューサ表面と、の間を確実に絶縁する必要がある。本発明は、電極や配線などとトランスデューサ表面との間について、高い絶縁性を有したトランスデューサ、被検体情報取得装置等を提供することを目的とする。 A capacitive transducer such as CMUT needs to apply a high DC voltage or a high voltage pulse to the electrodes in order to transmit and receive ultrasonic waves as described above. Therefore, a high voltage is applied to the electrode of the CMUT, the wiring that connects the electrode and the circuit, and the portion that connects the electrode and the wiring. However, when the CMUT is used as a transducer of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus, it may be used in contact with a living body that is a subject. Therefore, in order to ensure safety for a living body, it is necessary to reliably insulate between the CMUT electrode, the wiring connecting the electrode and the circuit, and the connection portion between the electrode and the wiring, and the transducer surface in contact with the outside. . An object of the present invention is to provide a transducer, an object information acquisition device, and the like having high insulation between an electrode, wiring, and the like and a transducer surface.
上記課題に鑑み、基板上に、第1の電極と、前記第1の電極と間隔を隔てて形成された第2の電極を含む振動膜と、を備えたセルを1つ以上有する本発明の静電容量型トランスデューサは、次の特徴を有する。前記第1の電極に電気的に接続された第1の配線と、該第1の配線に電気的に接続された第1の接続電極と、前記第2の電極に接続された第2の配線と、該第2の配線に電気的に接続された第2の接続電極と、前記基板上の第1の接続電極及び第2の接続電極とそれぞれ対向して配置された第3の接続電極及び第4の接続電極を有するフレキシブル基板と、備える。前記フレキシブル基板の第3の接続電極及び第4の接続電極と前記第1の接続電極及び第2の接続電極間は、異方性導電樹脂が有する粒子の大きさより狭く、該異方性導電樹脂によりそれぞれ電気的に接続される。そして、前記基板上の前記電極、前記配線、前記接続電極は、該基板上に形成した絶縁層と前記フレキシブル基板が有する絶縁フィルムにより覆われている。 In view of the above problems, the present invention has one or more cells each including one or more cells including a first electrode and a vibration film including a second electrode formed at a distance from the first electrode on a substrate. The capacitive transducer has the following characteristics. A first wiring electrically connected to the first electrode; a first connection electrode electrically connected to the first wiring; and a second wiring connected to the second electrode A second connection electrode electrically connected to the second wiring, a third connection electrode disposed opposite to the first connection electrode and the second connection electrode on the substrate, and And a flexible substrate having a fourth connection electrode. The space between the third connection electrode and the fourth connection electrode of the flexible substrate and the first connection electrode and the second connection electrode is narrower than the size of the particles of the anisotropic conductive resin. Are electrically connected to each other. And the said electrode on the said board | substrate, the said wiring, and the said connection electrode are covered with the insulating film which the flexible layer has on the insulating layer formed on this board | substrate.
本発明によれば、上記の如き被覆構造により、電極や配線などとトランスデューサ表面間で高い絶縁性を有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。 According to the present invention, it is possible to provide a capacitive transducer having high insulation between the electrode, wiring, and the like and the transducer surface by the covering structure as described above.
本発明のトランスデューサでは、基板上に、第1の電極と該第1の電極と絶縁部を隔てて形成された第2の電極を含むセルを1つ以上有し、基板上の電極、配線、接続電極は、基板上に形成した絶縁層とフレキシブル基板の絶縁フィルムにより覆われている。前記絶縁部は圧電素子などでもあり得るが、典型的には、トランスデューサは、第1の電極と間隔を隔てて形成された第2の電極を含む振動膜を備えたセルを有する静電容量型トランスデューサである。 In the transducer of the present invention, the substrate has one or more cells including a first electrode and a second electrode formed by separating the first electrode and the insulating portion, and an electrode on the substrate, a wiring, The connection electrode is covered with an insulating layer formed on the substrate and an insulating film of the flexible substrate. The insulating part may be a piezoelectric element or the like, but typically, the transducer is a capacitance type having a cell including a vibration film including a second electrode formed at a distance from the first electrode. It is a transducer.
本発明では、上記課題を解決するために、電極と外部の回路とを接続する配線部分に注目した。本発明のトランスデューサは、フレキシブル基板を用いて、基板上の接続電極とフレキシブル基板上の接続電極とを、異方性導電樹脂(薄い異方性導電膜(ACF)や異方性導電ペースト(ACP)など)で電気的に接続する。そして、基板上の電極、配線などの、電圧が印加される導電性の部分は、基板上に成膜した絶縁層またはフレキシブルプリント基板が有する絶縁フィルムの何れかに覆われていることを特徴とする。以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 In the present invention, in order to solve the above problems, attention is paid to a wiring portion that connects an electrode and an external circuit. The transducer of the present invention uses a flexible substrate and connects the connection electrode on the substrate and the connection electrode on the flexible substrate to an anisotropic conductive resin (thin anisotropic conductive film (ACF) or anisotropic conductive paste (ACP). ) Etc.) for electrical connection. A conductive portion to which a voltage is applied, such as an electrode and a wiring on the substrate, is covered with either an insulating layer formed on the substrate or an insulating film of the flexible printed board. To do. Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
以下図面を用いて、本発明のトランスデューサの実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の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(a)は平面図、図1(b)は直線A-Bの断面図、図1(c)は直線C-Dの断面図である。図2は、図1の本実施形態の静電容量型トランスデューサの基板100を説明する模式図である。
Embodiments of a transducer according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of the capacitive transducer according to the first embodiment. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AB, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along a line CD. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the
これらの図において、100は基板、101は第1の電極、102は第2の電極、103は空隙ないし間隙(キャビティ)、104は振動膜、105は支持部、111は第1の配線、112は第2の配線、113は第1の接続電極、114は第2の接続電極である。また、201は第1の絶縁層、202は第2の絶縁層、211は第1の電極層、212は第2の電極層、300はフレキシブル基板であるフレキシブルプリント配線基板である。さらに、301は導電膜、302は第1の絶縁フィルム、303は第2の絶縁フィルム、311は第3の接続電極、312は第4の接続電極、313は第3の配線、314は第4の配線、401は第1の異方性導電樹脂、402は第2の異方性導電樹脂である。900はセルである。
In these figures, 100 is a substrate, 101 is a first electrode, 102 is a second electrode, 103 is a gap or cavity, 104 is a vibrating membrane, 105 is a support portion, 111 is a first wiring, 112 Is a second wiring, 113 is a first connection electrode, and 114 is a second connection electrode.
基板100上に、第1の電極101が固定電極として配置されており、第1の電極101上は、空隙103を介して、振動膜104が配置されている。振動膜104上には、第2の電極102が、第1の電極101と対向するように配置されている。振動膜104は支持部105により支持されており、振動膜104と第2の電極102が振動するようになっている。第1の電極101は、基板100上の第1の配線111と、フレキシブルプリント配線基板300上の第3の配線313により、直流電圧発生回路(不図示)に接続されている。第1の配線111と第3の配線313は、第1の配線111に接続された第1の接続電極113と第3の配線313に接続された第3の接続電極311間について、第1の異方性導電樹脂401により電気的に接続されている。第2の電極102は、基板100上の第2の配線112とフレキシブルプリント配線基板300上の第4の配線314により、送受信回路(不図示)に接続されている。第2の配線112と第4の配線314は、第2の配線112に接続された第4の接続電極114と第4の配線314に接続された第4の接続電極312間について、第1の異方性導電樹脂401により電気的に接続されている。
A
図2を用いて、基板100とその上に形成されたCMUTについて、説明する。基板100には、絶縁基板が用いられている。第1の電極101は、基板100上に成膜にて形成した第1の金属層211により構成されている。第1の電極101は、必要な送受信効率を得るために必要な抵抗と、必要な電極表面の粗さを実現できる厚さに設定される。振動膜104と支持部105は、第1の金属層211上に成膜で形成した第1の絶縁層201により構成されている。この第1の絶縁層201は、第1の電極101を覆っており、第1の絶縁層201の上下に配置された金属層間を絶縁する機能を有している。第2の電極102は、第1の絶縁層201上に成膜にて形成した第2の金属層212により、構成されている。第2の電極102は、必要な送受信効率を得るために必要な抵抗と、振動膜が必要な機械特性を実現できる厚さに設定される。第2の電極102は、第2の金属層212上に成膜で形成した第2の絶縁層202により覆われている。この第2の絶縁層202により、第2の電極102は覆われているため、外部と電気的な絶縁が保たれている。
The
本実施形態では、第1の配線111と第1の接続電極113は 、第1の電極101と同様に、基板100上に成膜により形成した第1の金属層211により構成されている。この第1の金属層211は、第1の電極を構成する電極層と同じ層で構成されている。第1の配線111により、第1の電極101と第1の接続電極113間は電気的に接続されている。前述したように、第1の金属層211上には、第1の絶縁層201が成膜で形成されている。第1の金属層で構成される第1の配線111の一部と第1の接続電極113は、第1の絶縁層201に覆われていない。これは、絶縁層を選択的に形成する方法や、絶縁層を形成した後にエッチングにより一部の領域を選択的に除去するなどのMEMS技術を用いることで容易に実現することができる。第1の絶縁層201に覆われていない部分を形成する理由は、露出した部分の接続電極113とフレキシブルプリント配線基板300の接続電極311とを第1の異方性導電樹脂401により電気的に接続することにある。副次的には、前記異方性導電樹脂が逃げる部分も作って、ここに絶縁部の第2の異方性導電樹脂402が形成されるようにすることにもある。
In the present embodiment, the
第1の絶縁層201上に成膜した第2の金属層212により、第2の電極102、第2の配線112、第2の接続電極114が構成されている。第2の接続電極114が配置される領域には、第1の絶縁層201が配置されていない。そのため、第2の配線112は、第1の絶縁層201と基板100の間にある段差を跨いで電気的に接続される。また、第2の接続電極114は、基板100上に直接配置されている。第2の金属層212で構成された第2の電極102と、第2の配線112の一部は、第2の絶縁層202により覆われている。一方、第2の金属層212で構成された第2の配線112の一部と、第2の接続電極114は、第2の絶縁層202により覆われていない。ここでも、第2の絶縁層202に覆われていない部分を作る主な理由は、露出した部分の接続電極114とフレキシブルプリント配線基板300の接続電極312とを第1の異方性導電樹脂401により電気的に接続することにある。
The
上記構成で、第1の絶縁層201と第2の絶縁層202は、振動膜に必要な機械特性を満たしている。また、これらの材料として、シリコンの窒化膜など、成膜により形成できる材料であれば用いることができる。第1の金属層211は、第1の絶縁層201と第2の絶縁層202を成膜する際の熱に耐えることができる金属材料であれば何でも用いることができる。第2の金属層212は、振動膜に必要な機械特性と電気特性を満たして、第1の絶縁層201と第2の絶縁層202を成膜する際の熱に耐えることができる金属材料であれば何でも用いることができる。これらの金属層として、アルミニウムやアルミニウム合金、タングステン、チタンなどを用いることができる。
With the above configuration, the first insulating
本実施形態では、基板100上の第1の電極101と第2の電極102、第1の配線111の一部と第2の配線112の一部は、絶縁特性が優れ成膜した絶縁層201、202により、覆われている。絶縁層201、202は、成膜により電極上に形成するため、電極や配線を確実に覆うことができ、電極や配線とセンサ表面間とを確実に電気的に絶縁することができる。
In this embodiment, the
第1の接続電極113と第2の接続電極114は、外部の回路と電気的に接続するためのフレキシブルプリント配線基板300との接続部として用いられる。第1の接続電極113と第2の接続電極114は、基板100上に配置されている。そのため、基板100上の接続電極113、114と、フレキシブルプリント配線基板300上の接続電極311、312間に異方性導電樹脂を配置する。このことで、フレキシブルプリント配線基板300の配線へ第1の電極101と第2の電極102を、共にそれぞれ電気的に接続することができる。
The
図3は、本実施形態の静電容量型トランスデューサのフレキシブルプリント配線基板300を説明する模式図である。図3(a)は平面図、図3(b)は直線A-Bの断面図、図3(c)は直線C-Dの断面図、図3(d)は直線E-Fの断面図である。本実施形態では、第1の接続電極113と直流電圧発生回路間の接続に用いる配線313、第2の接続電極114と送受信回路間の接続に用いる配線314は、フレキシブルプリント配線基板300を用いている。フレキシブルプリント配線基板300は、配線としての導電層301を、第1の絶縁フィルム302と第2の絶縁フィルム303で挟み込んでいる構成となっている。フレキシブルプリント配線基板300は、基板100側の端では、導電層301が第1の絶縁フィルム302のみで覆われており、片面の導電層301は露出している。露出している領域は、基板100上の接続電極113、114と絶縁層201、202により覆われていない配線111、112とが重なるように配置されている。露出している領域に配置された接続電極311、312では、基板100上に配置された接続電極113、114と対向するように配置されている。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the flexible printed
また、基板100上にフレキシブルプリント配線基板300が配置されており、導電層301が露出した第1の絶縁フィルム302の領域と基板100間には、異方性導電性樹脂が充填して配置されている。異方性導電性樹脂(ACF)は、微細な導電性金属粒子(直径は数マイクロメータから十数マイクロメータ)を含有している絶縁性の熱硬化性樹脂である。対向して配置された接続電極113と接続電極311間の距離は、異方性導電性樹脂が有する微細な導電性金属粒子(数マイクロメータから十マイクロメータ程度)の大きさより小さくなっている。そのため、接続電極113と接続電極311間は、これら接続電極が配置されている領域で、微細な導電性金属粒子により電気的に接続されている。同様に、接続電極114と接続電極312間の距離は異方性導電性樹脂が有する微細な導電性金属粒子の大きさより小さくなっており、接続電極114と接続電極312が配置されている領域で、電極間は金属粒子により電気的に接続されている。本実施形態では、第1の接続電極113と第2の接続電極114は、同じ基板100上に配置されている。従って、それぞれと対向するフレキシブルプリント配線基板300上の接続電極311、312との距離を均一にすることができ、電気接続の信頼性の高い接続を簡単な工程で実現することができる。本明細書では、上下の接続電極間での電気的接続を行っている異方性導電性樹脂を、第1の異方性導電性樹脂401と呼ぶ。
In addition, a flexible printed
一方、接続電極311、312や接続電極113、114が配置されていない領域の異方性導電樹脂は、接続電極113と接続電極311、または接続電極114と接続電極312の電極厚さ分だけ、基板100と絶縁フィルム302間の距離は広くなっている。よって、そもそも電極が配置されていないため、絶縁性の樹脂として機能している。また、基板100上や第1の絶縁フィルム302上の異なる電極間の距離は、異方性導電性樹脂の導電性金属粒子のサイズより十分大きくなっており、基板100上の異なる接続電極間や、絶縁フィルム302上の異なる電極間は電気的に絶縁されている。本明細書では、絶縁性の樹脂として機能しているものを、第2の異方性導電樹脂402と呼ぶ(図1の402で示す部分を参照)。このように、絶縁機能を果たす異方性導電樹脂は、基板上の配線、接続電極において、基板上に形成した絶縁層により覆われていない領域上を充填している。
On the other hand, the anisotropic conductive resin in the region where the
本実施形態では、第1の電極101、第2の電極102、第1の配線111、第2の配線112、接続電極113、114、311、312は、絶縁層201、202、第1の絶縁フィルム302、第2の異方性導電樹脂402の何れかにより完全に覆われる。従って、外部との間で絶縁されている。基板100に成膜した絶縁層201、202は、基板100上の電極101、102を確実に覆って外部と絶縁することができる。また、高い絶縁性を有しているため絶縁層の厚さを薄くすることができ、超音波の送受信特性に適した振動膜を得ることができる。絶縁フィルム302は、絶縁層の絶縁性を均一に、且つ絶縁層の厚さを厚くすることができる。また、基板100と第1の絶縁フィルム302間について、接続電極113、114と接続電極311、312の周辺の領域はすべて、絶縁性の異方性導電樹脂402により囲まれているため、高い絶縁性を確保することができる。こうして、電極や配線とトランスデューサ表面の間について高い絶縁性を有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。
In this embodiment, the
本実施形態では、基板100は絶縁基板として説明しているが、これに限らない。導電性の基板を用いて、表面に絶縁層を成膜した基板も同様に用いることができる。また、第1の電極101に直流電圧発生手段を接続し、第2の電極102に送受信回路を接続しているが、この形態に限らない。第1の電極101に送受信回路を接続し、第2の電極102に直流電圧発生手段を接続したものにも本実施形態を適用することができる。また、第1の電極101と振動膜104間に空隙103を配置しているが、空隙103の上下に成膜した酸化シリコンなどの絶縁層を追加で配置する構成にしてもよい。
In the present embodiment, the
また、第1の接続電極を第1の金属層211で構成し、第2の接続電極を第2の金属層212で構成するとしたが、接続電極113、114上に、第3の金属層(後述の実施例を参照)を配置した構成も取ることができる。これにより、接続電極の最表面を、異方性導電樹脂による電極間の接続に適した金属材料で構成することができる。また、接続電極の厚さを、第1の電極111や第2の電極112の厚さと異ならせることができるので、接続に適した厚さにすることができ、そのため、電気特性の優れた電気接続を行うことができる。
In addition, the first connection electrode is composed of the
さらに、トランスデューサの最表面には、第2の絶縁層202や、第1の絶縁フィルム302のみが配置されているが、本実施形態はこの形態に限らない。絶縁層や絶縁フィルム上に、シリコーンゴムにより形成された保護膜や、音響レンズを配置した構成に用いることもできる。この構成の場合、トランスデューサの最表面に絶縁材料であるシリコーンゴム層が配置されているので、より絶縁性が高い。万一やわらかいシリコーンゴム層に傷などが入った場合でも、第2の絶縁層202や、第1の絶縁フィルム302で絶縁性を確保することができる。
Furthermore, only the second insulating
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、接続電極113、114が、第1の絶縁層201上に配置されている点が異なる。それ以外は、第1の実施形態と同じである。図4は、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。本実施形態では、第1の電極101に接続された第1の配線111は、その一部が第1の金属層211により構成されている。第1の電極101に接続された第1の配線111の残りの部分と、第1の接続電極113は、第2の金属層212により構成されている。このように本実施形態では、基板上の第1の接続電極と第2の接続電極は、少なくとも一部、第2の電極を構成する電極層と同じ層で構成されている。
(Second Embodiment)
The second embodiment is different in that the
第1の金属層211上は、第1の絶縁層201が成膜により形成されているが、一部の領域が、第1の絶縁層201により覆われていない領域500を有している。この領域500を、第1のコンタクトホール500と呼ぶ。このコンタクトホールは、絶縁層の一部をくり抜いて実現するため、凹部を有した形状になる。この第1のコンタクトホール内で、第1の金属層211と第2の金属層212を電気的に接続する。具体的には、第1の絶縁層201上に配置した第2の金属層212により、第1の絶縁層201下の第1の配線111と第1の絶縁層201上の第1の接続電極113間が第1のコンタクトホール500において、電気的に接続されている。また、第2の電極102に接続された第2の配線112と第2の接続電極114は、第1の絶縁層201上の第2の金属層212により構成される。第2の接続電極114と第2の配線112の一部は、第2の絶縁層202に覆われておらず露出している。ここでも、第2の絶縁層202に覆われていない部分を作る主な理由は、露出した部分の接続電極114とフレキシブルプリント配線基板300の接続電極312とを第1の異方性導電樹脂401により電気的に接続することにある。
On the
上記の如く、第1の接続電極113と第2の接続電極114は、第1の絶縁層201上に配置されている。そして、フレキシブルプリント配線基板300上の第1の接続電極311や第2の接続電極312と、第1の異方性導電性樹脂401により、電気的に接続されている。また、第1の配線111、第1の接続電極113、第2の配線112、第2の接続電極114で絶縁層に覆われていない領域は、フレキシブルプリント配線基板300が上部を覆うように配置されている。絶縁層に覆われていない領域とフレキシブルプリント配線基板300間には、第2の異方性導電樹脂402が充填されており、外部と電気的に絶縁されている。
As described above, the
本実施形態に係る静電容量型トランスデューサでは、接続電極を第1の絶縁層201上に配置できるため、導電性の基板100からの距離を離すことができ、接続電極での寄生容量を小さくすることができる。寄生容量は、送受信回路の特性を劣化させるため、本実施形態では、導電性の基板を用いた場合でも、送受信特性の劣化が少なく、電極や配線とトランスデューサ表面の間について高い絶縁性を有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。
In the capacitive transducer according to this embodiment, since the connection electrode can be disposed on the first insulating
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、接続電極113、114を第3の金属層213で構成している点が異なる。つまり本実施形態では、基板上の第1の接続電極と第2の接続電極は、第2の電極を構成する電極層の上に成膜された金属層で構成されている。それ以外は、第1及び第2の実施形態の何れかと同じである。
(Third embodiment)
The third embodiment is different in that the
図5は、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。本実施形態では、第1の電極101に接続された第1の配線111は、その一部を第1の金属層211により構成されている。第1の電極101に接続された第1の配線111の残りの部分と、第1の接続電極113は、第3の金属層213により構成されている。第1の金属層211上は、第1の絶縁層201と第2の絶縁層202が成膜により形成されているが、一部の領域が、絶縁層201、202により覆われていない領域501を有している。この領域501を、第2のコンタクトホールと呼ぶ。このコンタクトホールは、絶縁層の一部をくり抜いて実現するため、凹部を有した形状になる。この第2のコンタクトホール501内で、第1の金属層211と第3の金属層213を電気的に接続する。具体的には、第2の絶縁層202上に配置した第3の金属層213により、第1の絶縁層201下の第1の配線111と第2の絶縁層202上の第1の接続電極113間が第2のコンタクトホール501において、電気的に接続されている。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a capacitive transducer according to the third embodiment. In the present embodiment, a part of the
また、第2の電極102に接続された第2の配線112は、その一部を第2の金属層212により構成されている。第2の電極102に接続された第2の配線112の残りの部分と第2の接続電極114は、第3の金属層213により構成されている。第2の金属層212上は、第2の絶縁層202が成膜により形成されているが、一部の領域が第2の絶縁層202により覆われていない領域502を有している。この領域502を、第3のコンタクトホールと呼ぶ。このコンタクトホールは、絶縁層の一部をくり抜いて実現するため、凹部を有した形状になる。この第3のコンタクトホール502内で、第2の金属層212と第3の金属層213を電気的に接続する。具体的には、第2の絶縁層202上に配置した第3の金属層213により、第1の絶縁層201上の第2の配線112と第2の絶縁層202上の第2の接続電極114間が電気的に接続されている。
A part of the
第1の接続電極113と第2の接続電極114は、フレキシブルプリント配線基板300上の第1の接続電極311や第2の接続電極312と、第1の異方性導電性樹脂401により、電気的に接続されている。第1の配線111、第1の接続電極113、第2の配線112、第2の接続電極114で絶縁層に覆われていない領域は、フレキシブルプリント配線基板300が覆うように配置されている。絶縁層に覆われていない領域の配線とフレキシブルプリント配線基板300間は、第2の異方性導電樹脂402が充填されており、外部と電気的に絶縁されている。また、コンタクトホール501、502内は、第2の異方性導電樹脂402で充填されており、絶縁が保たれている。異方性導電樹脂で電極間を接続させる際に、異方性導電樹脂を加熱して粘度を下げた後、硬化させる。ここで、コンタクトホールは、凹部形状であるので、異方性導電樹脂を加熱した際、樹脂は凹部内に流れ込む。よって、コンタクトホール内を完全に樹脂で充填することができる。この際、第1の異方性導電樹脂401や基板の端部の第2の異方性導電樹脂402も形成することができる。すなわち、加熱時、同時に電極間を加圧して、電極間を電気的に接続させるための第1の異方性導電樹脂401を形成する。そして、第2の異方性導電樹脂402の部分も、粘度が下がった異方性導電樹脂がはみ出し、硬化されることで同時に形成される。
The
本実施形態では、配線が、異なる金属層間を電気的に接続するためのコンタクトホールを必ず有しており、コンタクトホールは凹部の形状であるので、異方性導電樹脂で確実に充填することができる。そのため、複数の金属層を跨いだ配線部で、より高い絶縁性を有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。 In the present embodiment, the wiring always has a contact hole for electrically connecting different metal layers, and the contact hole has a concave shape, so that it can be reliably filled with an anisotropic conductive resin. it can. Therefore, it is possible to provide a capacitive transducer having a higher insulating property in a wiring portion straddling a plurality of metal layers.
(第4の実施形態)
第4の実施形態では、配線111、112の一部を第1の金属層211により構成する点が異なる。つまり本実施形態では、第1の配線の一部と第2の配線の一部が、第1の電極を構成する電極層と同じ層で構成されている。それ以外は、第3の実施形態と同じである。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is different in that a part of the
図6は、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。本実施形態では、第2の配線112を、第4のコンタクトホール503を介して、一旦第1の金属層211を経由させていることが異なる。第1の金属層211を形成する際に、第2の配線112の一部を形成する。第1の金属層211にある第2の配線112は、両端に第4のコンタクトホール503と第3のコンタクトホール502を有している。第4のコンタクトホールは、第1の金属層211上に第1の絶縁層201を配置しない領域を作り形成する。第4のコンタクトホール503内には、第2の金属層212が積層され、第2の配線112と接続されている。第4のコンタクトホール内に積層された第2の金属層212上は、第2の絶縁層202で覆われている。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a capacitive transducer according to the fourth embodiment. The present embodiment is different in that the
本実施形態の構成によると、第1の配線111と第2の配線112の大部分が、第1の絶縁層201と第2の絶縁層202により2重に覆われているので、配線部の絶縁をより確実に行うことができる。そのため、素子から接続電極までの配線の長さが長くなっても、絶縁を確実に行うことができる。このように、本実施形態では、素子と接続電極間の配線の長さが長い場合でも、高い絶縁性を有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。
According to the configuration of the present embodiment, most of the
(第5の実施形態)
第5の実施形態では、コンタクトホールが接続電極の中央に配置されている点が異なる。すなわち本実施形態では、第1の接続電極と第2の接続電極が配置された部分の下の絶縁層に、下部の金属層と電気的に接続するためのコンタクトホールがそれぞれ形成される。そして、一方のコンタクトホールを挟むように第1の接続電極が配置され、他方のコンタクトホールを挟むように第2の接続電極が配置されている。それ以外は、第1から第4の何れかの実施形態と同じである。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment is different in that the contact hole is arranged at the center of the connection electrode. That is, in the present embodiment, contact holes for electrically connecting to the lower metal layer are formed in the insulating layer below the portion where the first connection electrode and the second connection electrode are disposed. Then, the first connection electrode is disposed so as to sandwich one contact hole, and the second connection electrode is disposed so as to sandwich the other contact hole. The rest is the same as any one of the first to fourth embodiments.
図7は、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。本実施形態では、図5の静電容量型トランスデューサの変形例として異なる点のみを説明する。本実施形態では、第5の実施形態では第2の絶縁層202上に配置した接続電極113、114が、第3の絶縁層203上に配置されている点が異なる。第1の接続電極113は、2つの領域に分割されており、第2のコンタクトホール501がその分割された接続電極113の間に配置されている。第1の接続電極113は、第2の絶縁層202上に成膜した第3の金属層213により構成され、第3の金属層213は第2のコンタクトホール501内の第1の配線111と電気的に接続されている。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a capacitive transducer according to the fifth embodiment. In the present embodiment, only different points will be described as modifications of the capacitive transducer of FIG. The present embodiment is different from the fifth embodiment in that the
同様に、第2の接続電極114は、2つの領域に分割されており、第3のコンタクトホール502がその分割された接続電極114の間に配置されている。第2の接続電極114は、第2の絶縁層202上に成膜した第3の金属層213により構成され、第3の金属層213は第3のコンタクトホール502内の第2の配線112と電気的に接続されている。
Similarly, the
本実施形態の構成によると、基板100上の接続電極113、114は、フレキシブルプリント配線基板300上の接続電極311、312と、第1の異方性導電樹脂401により、固定されている。その為、基板100とフレキシブルプリント配線基板300間が固定された接続電極が図面に対して左右に分割され、その中央部に配置されたコンタクトホール501、502上は、フレキシブルプリント配線基板300の絶縁フィルム302で確実に覆われる。また、異方性導電樹脂を硬化させる際、左右を接続電極で覆われているため、樹脂402が、接続電極に挟まれた領域に、より確実に充填される。
According to the configuration of the present embodiment, the
本実施形態では、コンタクトホール付近が更に高い絶縁性を有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。 In the present embodiment, it is possible to provide a capacitive transducer having a higher insulating property near the contact hole.
(第6の実施形態)
第6の実施形態では、コンタクトホールが接続電極より基板端側に配置されている点が異なる。すなわち本実施形態では、第1の接続電極と第2の接続電極が配置された部分の下の絶縁層に、下部の金属層と電気的に接続するためのコンタクトホールがそれぞれ形成される。そして、一方のコンタクトホールは第1の接続電極より基板の端側に配置され、他方のコンタクトホールは第2の接続電極より基板の端側に配置されている。それ以外は、第1から第5の何れかの実施形態と同じである。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment is different in that the contact hole is arranged closer to the substrate end than the connection electrode. That is, in the present embodiment, contact holes for electrically connecting to the lower metal layer are formed in the insulating layer below the portion where the first connection electrode and the second connection electrode are disposed. One contact hole is disposed closer to the end of the substrate than the first connection electrode, and the other contact hole is disposed closer to the end of the substrate than the second connection electrode. The rest is the same as any one of the first to fifth embodiments.
図8は、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。本実施形態では、図5の静電容量型トランスデューサの変形例として異なる点のみを説明する。本実施形態では、第5の実施形態では第2の絶縁層202上に配置した接続電極113、114が、第3の絶縁層203上に配置されている点が異なる。第1の接続電極113は、第2のコンタクトホール501が配置された位置と、素子が配置された位置の間に配置されている。第1の接続電極113は、第2の絶縁層202上に成膜した第3の金属層213により構成され、第3の金属層213は第2のコンタクトホール501内の第1の配線111と電気的に接続されている。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a capacitive transducer according to the sixth embodiment. In the present embodiment, only different points will be described as modifications of the capacitive transducer of FIG. The present embodiment is different from the fifth embodiment in that the
同様に、第2の接続電極114は、第3のコンタクトホール502が配置された位置と、素子が配置された位置の間に配置されている。第2の接続電極114は、第2の絶縁層202上に成膜した第3の金属層213により構成され、第3の金属層213は第3のコンタクトホール502内の第2の配線112と電気的に接続されている。
Similarly, the
本実施形態の構成によると、コンタクトホール501、502と基板100端までの間には、フレキシブルプリント配線基板300の導電層301の下部に第2の絶縁フィルム303が配置されている。第2の絶縁フィルム303は、ある厚さを有しており、フレキシブルプリント配線基板300と基板100間の距離が狭くなるので、その領域に配置される第2の異方性導電樹脂402に必要な厚さが薄くて済む。そのため、異方性導電樹脂を硬化させる際、フレキシブルプリント配線基板300と基板100間を第2の異方性導電樹脂402で確実に充填することができる。
According to the configuration of the present embodiment, the second
本実施形態では、フレキシブルプリント配線基板300と基板100の接続に必要な面積をほとんど増やすことなく、更に高い絶縁性を有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。
In the present embodiment, it is possible to provide a capacitive transducer having a higher insulating property without substantially increasing the area necessary for connecting the flexible printed
第5と第6の実施形態では、静電容量型トランスデューサの構成を、第3の実施形態で説明した図5の変形例として説明したが、これに限らない。第1、第2、第4の何れかの実施形態で説明した静電容量型トランスデューサの構成などをはじめ、他の静電容量型トランスデューサの構成にも、同様に用いることができる。 In the fifth and sixth embodiments, the configuration of the capacitive transducer has been described as a modification of FIG. 5 described in the third embodiment, but the present invention is not limited to this. It can be used in the same manner for the configurations of other capacitive transducers as well as the configurations of the capacitive transducers described in any of the first, second, and fourth embodiments.
(第7の実施形態)
第7の実施形態は、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などのトランスデューサを備え、超音波を含む音響波を用いて測定対象物の情報を取得する被検体情報取得装置の一種の画像形成装置である。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment includes a transducer such as the capacitive transducer described in the first to sixth embodiments, and acquires object information using an acoustic wave including ultrasonic waves. It is a kind of image forming apparatus of an acquisition apparatus.
図9は、本実施形態の画像形成装置を説明する模式図である。図9において、600は画像形成装置、601は光源、602は測定対象、603は静電容量型トランスデューサなどのトランスデューサ、604は処理部である画像情報生成装置、605は画像表示器である。また、701は超音波、702は反射した超音波、703は超音波送信情報、704は電気信号の超音波受信信号である。また、705は送受信の再現画像情報、706は発光指示信号、707は光、708は光707の照射により発生した音響波(超音波)、709は光音響波受信信号、710は光音響信号による再現画像情報である。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the image forming apparatus of the present embodiment. In FIG. 9, 600 is an image forming apparatus, 601 is a light source, 602 is a measurement target, 603 is a transducer such as a capacitive transducer, 604 is an image information generating apparatus as a processing unit, and 605 is an image display.
図9(a)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などのトランスデューサにおいて超音波を送受信して、画像を形成する画像形成装置を示す。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、例えば、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号704として画像情報生成装置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、画像情報生成装置604で記憶される。画像情報生成装置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。画像表示器605では、超音波送受信による再現画像情報を基に、測定対象物602を画像として表示する。
FIG. 9A shows an image forming apparatus that forms an image by transmitting and receiving ultrasonic waves in a transducer such as the capacitive transducer described in the first to sixth embodiments. Hereinafter, ultrasonic measurement using transmitted ultrasonic waves will be described in detail. An
また、第1から第6の何れかの実施形態に記載の静電容量型トランスデューサなどのトランスデューサは、光音響効果を利用した超音波の受信に用いることができ、それを実行する画像形成装置に適用することができる。図9(b)を用いて、本例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)を発振させることにより、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、電気信号に変換された光音響波受信信号709として画像情報生成装置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、光音響信号として画像情報生成装置604に記憶される。光音響信号の画像情報生成装置604では、光音響波受信信号709と発光情報を基に測定対象物602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。画像表示器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を画像として表示する。
Further, the transducer such as the capacitive transducer described in any one of the first to sixth embodiments can be used for reception of ultrasonic waves using the photoacoustic effect, and the image forming apparatus that executes the transducer can be used. Can be applied. The operation of the ultrasonic measurement apparatus of this example will be specifically described with reference to FIG. First, based on the light
また、画像表示器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との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。
Further, the image display 605 can also display the
本実施形態で示したように、第1から第6の実施形態に記載の静電容量型トランスデューサは、内部の電極や配線と表面との高い絶縁性が確保されているため、それを使用した画像形成装置などでは高い安全性を達成することができる。 As shown in the present embodiment, the capacitive transducers described in the first to sixth embodiments are used because high insulation is ensured between the internal electrodes and wiring and the surface. In an image forming apparatus or the like, high safety can be achieved.
100・・基板、101・・第1の電極、102・・第2の電極、103・・間隔、104・・振動膜、105・・支持部、111・・第1の配線、112・・第2の配線、113・・第1の接続電極、114・・第2の接続電極、201、202・・絶縁層、300・・フレキシブル基板、302、303・・絶縁フィルム、311・・第3の接続電極、312・・第4の接続電極、401・・異方性導電樹脂、900・・セル
100 .. Substrate, 101... First electrode, 102... Second electrode, 103 .. Spacing, 104 .. Vibration film, 105 .. Supporting part, 111 .. First wiring, 112. 2
Claims (13)
前記第1の電極に電気的に接続された第1の配線と、該第1の配線に電気的に接続された第1の接続電極と、前記第2の電極に接続された第2の配線と、該第2の配線に電気的に接続された第2の接続電極と、前記基板上の第1の接続電極及び第2の接続電極とそれぞれ対向して配置された第3の接続電極及び第4の接続電極を有するフレキシブル基板と、備え、
前記フレキシブル基板の第3の接続電極及び第4の接続電極と前記第1の接続電極及び第2の接続電極間は、異方性導電樹脂が有する粒子の大きさより狭く、該異方性導電樹脂によりそれぞれ電気的に接続され、
前記基板上の前記電極、前記配線、前記接続電極は、該基板上に形成した絶縁層と前記フレキシブル基板が有する絶縁フィルムにより覆われていることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。 A capacitive transducer having one or more cells each including a first electrode and a vibration film including a second electrode formed at a distance from the first electrode on a substrate. ,
A first wiring electrically connected to the first electrode; a first connection electrode electrically connected to the first wiring; and a second wiring connected to the second electrode A second connection electrode electrically connected to the second wiring, a third connection electrode disposed opposite to the first connection electrode and the second connection electrode on the substrate, and A flexible substrate having a fourth connection electrode;
The space between the third connection electrode and the fourth connection electrode of the flexible substrate and the first connection electrode and the second connection electrode is narrower than the size of the particles of the anisotropic conductive resin. Are each electrically connected by
The capacitive transducer according to claim 1, wherein the electrode, the wiring, and the connection electrode on the substrate are covered with an insulating layer formed on the substrate and an insulating film of the flexible substrate.
前記第1の電極に電気的に接続された配線と、該配線に電気的に接続された第1の接続電極と、前記第2の電極に接続された配線と、該配線に電気的に接続された第2の接続電極と、前記基板上の第1及び第2の接続電極とそれぞれ対向して配置された第3の接続電極及び第4の接続電極を有するフレキシブル基板と、備え、
前記フレキシブル基板の第3の接続電極及び第4の接続電極と前記第1の接続電極及び第2の接続電極間は、異方性導電樹脂が有する粒子の大きさより狭く、該異方性導電樹脂によりそれぞれ電気的に接続され、
前記基板上の前記電極、前記配線、前記接続電極は、該基板上に形成した絶縁層と前記フレキシブル基板が有する絶縁フィルムにより覆われていることを特徴とするトランスデューサ。 A transducer having one or more cells each including a first electrode and a second electrode formed on the substrate with the first electrode and the insulating portion being separated from each other,
A wiring electrically connected to the first electrode, a first connection electrode electrically connected to the wiring, a wiring connected to the second electrode, and an electrical connection to the wiring And a flexible substrate having a third connection electrode and a fourth connection electrode disposed to face the first and second connection electrodes on the substrate, respectively,
The space between the third connection electrode and the fourth connection electrode of the flexible substrate and the first connection electrode and the second connection electrode is narrower than the size of the particles of the anisotropic conductive resin. Are each electrically connected by
The transducer, wherein the electrode, the wiring, and the connection electrode on the substrate are covered with an insulating layer formed on the substrate and an insulating film of the flexible substrate.
前記トランスデューサは、被検体からの音響波を受信し、前記電気信号を出力することを特徴とする被検体情報取得装置。 A transducer according to any one of claims 1 to 9, and a processing unit that acquires and processes information on an object using at least an electrical signal output from the transducer,
2. The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the transducer receives an acoustic wave from an object and outputs the electric signal.
前記トランスデューサは、前記光源から発振した光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換することを特徴とする請求項10に記載の被検体情報取得装置。 Having a light source,
The object information acquiring apparatus according to claim 10, wherein the transducer receives a photoacoustic wave generated by irradiating the object with light oscillated from the light source and converts the photoacoustic wave into an electric signal.
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