JP6543584B2 - 超音波探触子の製造方法および超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子とその製造方法ならびに超音波診断装置に関し、特に、コンベックス型の静電容量型超音波トランスデューサを用いた超音波探触子とその製造方法ならびに超音波診断装置に適用して有効な技術に関する。

超音波トランスデューサを用いた超音波探触子は、超音波を送受信することにより、人体内の腫瘍の診断や建造物に発生した亀裂の検査などの様々な用途に用いられている。

これまでは、圧電体の振動を利用した超音波探触子が用いられてきたが、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進歩により、振動部をシリコン基板上に作製した静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が開発されている。

このＣＭＵＴは、従来の圧電体を用いた超音波トランスデューサと比較して、使用できる超音波の周波数帯域が広い、あるいは、高感度であるなどの利点を有している。また、ＬＳＩ加工技術を用いて作製することができるので、微細加工が可能である利点も有している。

例えば、特許文献１は、超音波内視鏡の超音波振動子部にＣＭＵＴを適用した技術に関し、図５には、湾曲状に形成された超音波振動子部が開示されている。超音波振動子部２０は、複数の振動子エレメント２４を有し、各エレメント２４には、複数のＣＭＵＴセル２８が配列されている。そして、隣り合うエレメント２４間には、所定数のＣＭＵＴセル２４からなるセル群を離隔する直線状の切溝である分割溝３０が設けられている。さらに、各エレメント２４の背面側には可撓性部材２７が設けられ、表面側には保護膜２９が形成されている。

また、特許文献２には、複数の第１チップを第２チップ上に積層した合成チップにより構成されたＣＭＵＴが開示されている。

特開２０１４−２３７７５号公報 特許第５１０８１００号公報

本願発明者は、半導体プロセスを用いて、例えば、ＣＭＵＴを用いたコンベックス型探触子を製造するための技術を検討している。詳細は後述するが、例えば、腹部用のコンベックス型探触子では、広範囲の診断、および、より鮮明な診断画像を提供することが求められている。

本発明は、超音波の検出精度を向上させ、より鮮明な診断画像を取得できる超音波探触子を提供する。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態における超音波探触子は、第１方向において、順に配列された第１平面、第２平面および第３平面を有する吸音材と、第１平面上、第２平面上および第３平面上に搭載され、各々に複数のＣＭＵＴセルがアレイ状に配置された第１チップ、第２チップおよび第３チップと、を有する。そして、第１方向における断面視にて、第１平面および第３平面は、それぞれ第２平面に対して傾斜角を有し、第１方向における平面視にて、第１チップと第２チップの間隔は、第２チップと第３チップの間隔とほぼ等しい。

一実施の形態によれば、ＣＭＵＴを有する超音波探触子において、超音波の検出精度を向上させることができる。

本実施の形態の超音波診断装置の一部である探触子の外観図である。 図１の探触子に内蔵された超音波トランスデューサの要部平面図である。 図２のチップの要部平面図である。 図３のＣＭＵＴセルの要部断面図である。 図２のＶ−Ｖに沿う要部断面図である。 図５のＡ部分の拡大図である。 図６に対応する比較例を示す断面図である。 本実施の形態の超音波診断装置の一部である探触子の製造工程を示すプロセスフロー図である。 本実施の形態の超音波診断装置の一部である探触子の製造工程中の要部平面図である。 図８のステップＳ４である「半導体ウエハダイシング工程」を示す断面図である。 図８のステップＳ５である「チップ接着工程」を示す平面図である。 図６の変形例である超音波トランスデューサの要部断面図である。 図２に示したガイドの変形例を示す平面図である。 変形例３の超音波診断装置の一部である探触子の製造工程を示すプロセスフロー図である。 （ａ）は、図１４のステップＳ１３である「アライメント治具搭載のフィルム準備工程」を示す斜視図である。（ｂ）は、図１４のステップＳ１４である「チップをフィルムに貼り付ける工程」を示す斜視図である。（ｃ）は、図１４のステップＳ１５である「アライメント治具取り外し工程」を示す斜視図である。（ｄ）は、図１４のステップＳ１６である「チップ付きのフィルムを吸音材に貼り付ける工程」を示す断面図である。 本実施の形態の課題を説明する超音波探触子の要部断面図である。 本実施の形態における超音波診断装置の構成図の一例である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態）
まず、本願発明者が検討している超音波診断装置の構造および課題について説明する。本願発明者は、半導体プロセスを用いて、例えば、コンベックス型ＣＭＵＴ探触子を検討している。

コンベックス型ＣＭＵＴ探触子を、例えば腹部の診断に用いる場合、胃や肝臓、胎児などの比較的体表から離れた深部の診断に用いるため、低周波数領域（例えば３ＭＨｚ程度）での動作が求められる。低周波動作のためには、各ＣＭＵＴセル（「超音波トランスデューサ」セル）のセルサイズを大きくする必要がある。また、コンベックス型探触子では、広範囲の診断を可能にするために、ＣＭＵＴトランスデューサを形成するチップ（半導体チップ）が大面積になる。その結果、チップの製造歩留りが低下する、また、製造コストが上昇するという課題が明らかになった。

また、コンベックス型探触子では、吸音材（バッキング材）の表面上に搭載されるチップを湾曲させた構造にする必要がある。例えば、球面を有する吸音材の表面に、チップを貼り付ける必要がある。しかしながら、例えば、シリコンからなるチップは、脆く割れやすいため、大型化したチップを湾曲させると、チップ割れが発生し、超音波探触子の製造が困難になるという課題も明らかになった。

本願発明者は、上記の課題を解決するために、複数の平面が連続的に配置された略円弧状のチップ搭載部を有する吸音材を用い、複数の平面上に、夫々、ＣＭＵＴセルが形成された小チップを搭載した超音波探触子を検討した。しかしながら、小チップの搭載位置が設計値からずれてしまうことにより、診断画像の劣化が発生するという新たな課題が明らかになった。

図１６は、本実施の形態の課題を説明する超音波探触子の要部断面図である。図１６では、簡略的に、吸音材ＡＡの平坦な主面上に２個のチップＣＰ１およびＣＰ２が配置された例を示しているが、実際には３個以上のチップが吸音材ＡＡ上に搭載される。チップＣＰ１およびＣＰ２内には、複数のＣＭＵＴセルＣＬが、間隔（ピッチ）ｄを持ってアレイ状に配置されているが、図１６では、４個のＣＭＵＴセル（ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４）のみ示している。また、チップＣＰ１およびＣＰ２の端部と、端部に隣接するＣＭＵＴセルＣＬの中心までは間隔ｂ、隣り合うチップＣＰ１およびＣＰ２の間隔ｃで設計している。

ＣＭＵＴセルは、下部電極ＬＥ、空洞部ＣＶ、上部電極ＵＥ、および、絶縁膜ＩＦを有しており、絶縁膜ＩＦは、下部電極ＬＥ、空洞部ＣＶ、および、上部電極ＵＥを取り囲んでおり、空洞部ＣＶの上部がメンブレンＭと呼ばれる振動部である。

送信時には、下部電極ＬＥと上部電極ＵＥに直流電圧と交流電圧を重畳して印加することにより、静電引力でメンブレンＭを振動させて超音波を送信する。また、受信時には、メンブレンＭの表面に到達した超音波の圧力でメンブレンＭが振動し、その振動による下部電極ＬＥと上部電極ＵＥ間の静電容量変化を測定することで超音波を検出している。

各ＣＭＵＴセルＣＬで送信、受信する超音波を１点にフォーカスするために、各ＣＭＵＴセルＣＬで超音波を送信、受信するタイミングをずらす「電子フォーカス」と呼ばれる手法が使用されている。電子フォーカスは、送信、受信するタイミングの差分（時間差）を予め決定しておき、超音波診断装置に登録しておくことで実現する。

各ＣＭＵＴセルＣＬからフォーカス点（検診部位）までの距離は、例えば、ＣＭＵＴセルＣＬ１からフォーカス点ＦＰまでの距離がＬ１の場合、ＣＭＵＴセルＣＬ１から超音波を送信し、それを受信するまでの時間ｔ１を（式１）を用いて算出する。
ｔ１＝２×Ｌ１／ｖ・・・（式１）
ここで、ｖは媒質中の音速である。

次に、上記の間隔ｂ、ｃおよびｄ、ならびに、ＣＭＵＴセルＣＬ２、ＣＬ３、および、ＣＬ４からフォーカス点ＦＰまでの距離Ｌ２、Ｌ３、および、Ｌ４を用いて、アレイ内の複数のＣＭＵＴセルＣＬ２、ＣＬ３、および、ＣＬ４から超音波を送信し、それを受信するまでの時間ｔ２、ｔ３、ｔ４を計算する。ｔ１と、ｔ２、ｔ３、ｔ４それぞれとの時間差を算出し、超音波診断装置に登録しておく。実際に超音波を送信、受信する際に、算出した時間差の分だけ、ＣＭＵＴセルＣＬ１に対して、ＣＭＵＴセルＣＬ２、ＣＬ３、および、ＣＬ４で送信、受信する超音波のタイミングをずらすことにより、アレイ内の複数のＣＭＵＴセルＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、および、ＣＬ４から送信する超音波をフォーカス点ＦＰにフォーカスできることになる。

チップＣＰ１およびＣＰ２は、微細な半導体プロセス（例えば、１μｍプロセス）を用いて形成する為、間隔ｄおよび間隔ｂは、ほぼ設計値となっている。例えば、１μｍプロセスを用いた場合の加工誤差範囲は、±０．１μｍ以下である。しかしながら、吸音材ＡＡの主面上にチップＣＰ１およびＣＰ２を搭載する際の位置合せ精度は、数十から数百μｍ程度となる。つまり、隣り合うチップＣＰ１およびＣＰ２の間隔ｃが、設計値に対してずれてしまう。その為、上記の距離Ｌ３、Ｌ４に誤差が生じ、チップＣＰ１およびＣＰ２の境界でのフォーカスが出来なくなり、診断画像の劣化につながるという新たな課題が本願発明者により認識された。

本実施の形態は、上記課題に対策した新規な超音波探触子とその製造方法ならびに超音波診断装置を提供するものである。

＜超音波探触子の構造＞
図１は、本実施の形態の超音波診断装置の一部である探触子の外観図である。探触子ＰＲは、超音波診断装置の超音波の送受信部であり、超音波診断装置の本体とはケーブルで接続されている。図２は、図１の探触子に内蔵されたトランスデューサの要部平面図である。図３は、図２のチップの要部平面図である。図４は、図３のＣＭＵＴセルの断面図である。図５は、図２のＶ−Ｖに沿う要部断面図である。図６は、図５のＡ部分の拡大図である。図７は、図６に対応する比較例を示す断面図である。

図１に示すように、探触子ＰＲは、後述する超音波トランスデューサが内蔵された探触子ケースＰＣと、探触子ケースＰＣの先端に取り付けられた音響レンズＡＬと、超音波トランスデューサを、図示しない超音波診断装置の本体と電気的に接続するケーブルＣＢと、を有している。本実施の形態のコンベックス型の探触子ＰＲでは、音響レンズＡＬがＹ方向において曲面となるように構成されている。

探触子ＰＲは、図２に示すように、複数のチップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３）からなる超音波トランスデューサ、吸音材ＡＡ、および、配線基板２４を有する。本実施の形態は、超音波トランスデューサを大面積の１個のチップで形成するのではなく、小面積の複数個の小チップＣＰで構成する点に特徴が有る。ここでは、超音波トランスデューサを３個のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３で構成した例で説明するが、３個に限定されるものではなく、チップサイズおよび製造歩留り等を加味して最適な個数とすることができる。

チップＣＰは、例えば、長方形の主面および裏面を有し、長方形の主面および裏面は、それぞれ、一対の長辺と一対の短辺を有する。図２では、長辺がＹ方向に延在する例を示しているが、Ｘ方向が長辺となるチップＣＰとしても良い。また、正方形の主面および裏面を有するチップＣＰとしても良い。チップＣＰは、その主面に、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に配列された複数の下部電極ＬＥと、下部電極ＬＥの延在方向と直交するＸ方向に延在し、Ｙ方向に配列された複数の上部電極ＵＥを有する。下部電極ＬＥと上部電極ＵＥの交差部分は、ブロックＢと呼ぶ単位を構成し、ブロックＢには、後述するように複数のＣＭＵＴセルが形成されている。例えば、各チップＣＰには、Ｙ方向に６４個のブロックＢ、Ｘ方向に１６個のブロックＢが、マトリックス状に配置されている。

また、チップＣＰは、その主面に、複数のパッド電極（ボンディングパッド、外部引出電極）２１を有し、各下部電極ＬＥおよび各上部電極ＵＥは、図示しない配線によってパッド電極２１に接続されている。なお、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３は、それぞれが等しい構成、構造を有し、上部電極ＵＥ、下部電極ＬＥ、パッド電極２１等は、等しいパターンからなる。チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の対応する位置の下部電極ＬＥは、互いに、電気的に接続されている。

チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３は、互いに離間しており、所定の間隔ｃで吸音材ＡＡ上に配置されている。つまり、隣り合うチップＣＰ１とＣＰ２またはＣＰ２とＣＰ３の短辺（隣り合う辺）間の距離ｃは等しい。吸音材ＡＡは、Ｙ方向に順に配列された長方形の３つの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３を有しており、３つの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３上には、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３が搭載されている。チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の周囲は、それぞれ、ガイド（チップガイド）ＧＤで囲まれている。ガイドＧＤは、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を所望の位置に、位置ずれなく搭載するための額縁形状の突起であり、例えば、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の裏面の長辺および短辺がガイドＧＤと接触している。チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の長辺および短辺がガイドＧＤと接触するように、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３をガイドＧＤの内側に配置するため、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を設計値通リの間隔ｃで配置することができる。また、前述のチップＣＰからフォーカス点ＦＰまでの距離の算出を容易にするため、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３は、等しい間隔ｃで配置されているが、等しい間隔でなくても、設計値通りの間隔であれば、異なる間隔で配置されていてもよい。なお、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の間隔が、「ほぼ等しい」と表現する場合は、製造誤差（搭載誤差）範囲内で等しいという意味である。

また、吸音材ＡＡ上には、複数の端子２２を有する配線基板２４が接着されており、パッド電極２１とそれに対応する端子２２とは、ワイヤ２３で接続されている。端子２２は、配線基板２４上に形成された図示しない配線により超音波診断装置の本体に接続されている。

図３は、図２に示したチップＣＰの要部平面図である。図３に示すように、ブロックＢには、例えば、４×３個のＣＭＵＴセルＣＬが配置されているが、ブロックＢ内のＣＭＵＴセルＣＬの数は、４×３個に限定されない。ＣＭＵＴセルＣＬは、６角形の上部電極ＵＥと、６角形の空洞部ＣＶと、下部電極ＬＥと、を有し、ブロックＢ内にＣＭＵＴセルＣＬを高密度に配置するために、ＣＭＵＴセルＣＬはハニカム状に配置されている。ＣＭＵＴセルＣＬのサイズは、例えば、１００μｍ×１００μｍ程度である。Ｘ方向に延在する各上部電極ＵＥは、端部で互いに連結され、かつ、Ｘ方向に延在する４本の枝部を有し、各枝部は、Ｘ方向に配置された複数のＣＭＵＴセルＣＬの上部電極ＵＥを接続している。ブロックＢ内の１２個の各ＣＭＵＴセルＣＬの上部電極ＵＥは、４本の枝部によって互いに接続されている。ブロックＢにおいて、下部電極ＬＥは、ブロックＢ内の全てのＣＭＵＴセルＣＬに対して共通で一体的に形成され、Ｙ方向に延在している。

図４は、ＣＭＵＴセルＣＬの要部断面図である。図４に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板（基板）ＳＵＢ上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜４１が形成されており、絶縁膜４１上にＣＭＵＴセルＣＬの下部電極ＬＥが配置されている。下部電極ＬＥの上層には酸化シリコン膜からなる下層絶縁膜４２を介して空洞部ＣＶが配置されている。空洞部ＣＶは、下部電極ＬＥと重なるように配置されている。空洞部ＣＶを囲むように酸化シリコン膜からなる上層絶縁膜４３が配置され、上層絶縁膜４３の上層に、上部電極ＵＥと、上部電極ＵＥを覆う絶縁膜４４および４５とが配置されている。絶縁膜４４および４５は、例えば、窒化シリコン膜からなる。上部電極ＵＥは、空洞部ＣＶおよび下部電極ＬＥと重なっており、メンブレンＭは、上層絶縁膜４３、上部電極ＵＥ、ならびに、絶縁膜４４および４５で構成されている。

超音波診断装置の一部である探触子ＰＲは、図５に示すように、吸音材ＡＡと、吸音材ＡＡの主面上に搭載された複数のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３と、複数のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を吸音材ＡＡの主面に接着する接着層ＡＤと、吸音材ＡＡの表面に形成されたガイドＧＤと、複数のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を覆う音響レンズＡＬと、複数のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３と音響レンズＡＬ間に介在する接着層ＡＳと、を有する。

吸音材ＡＡは、例えば、タングステン等の金属粉を混合した樹脂体からなり、その主面は、Ｙ方向に連続する複数の平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３で構成されている。Ｙ方向において、吸音材ＡＡの主面を疑似的な湾曲面（球面の一部）とするために、隣り合う平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３は互いに傾斜しており、隣接する平面ＦＳ１とＦＳ２またはＦＳ２とＦＳ３の傾斜角は互いに等しい。つまり、平面ＦＳ２に対して平面ＦＳ１は、傾斜角β１を有し、平面ＦＳ２に対して平面ＦＳ３は、傾斜角β１と等しい傾斜角β２を有する。傾斜角β１およびβ２は、０°＜β１、β２＜９０°の範囲である。疑似的な湾曲面を４つ以上の平面で構成する場合にも、隣接する平面のなす傾斜角は互いに等しくするのが好適である。なお、傾斜角が「ほぼ等しい」と表現する場合は、製造誤差範囲内で等しいという意味である。ただし、隣接する平面のなす傾斜角が異なっていても、設計値通りの傾斜角になっていれば、予め超音波診断装置に登録決定したタイミングで、それぞれの平面上に配置したチップＣＰで超音波を送受信しても診断画像が劣化することはない。吸音材ＡＡは、可撓性材料で構成することも出来る。

ガイドＧＤは、平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３から突出する台形状の突起部である。また、ガイドＧＤは、三角形の突起部としても良い。図５に示すように、ガイドＧＤは、チップＣＰの両端において、チップＣＰ裏面の対向する短辺および対向する長辺に接触している。各平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３において、ガイドＧＤに挟まれた領域がチップ搭載領域である。また、チップ搭載領域は、図２のガイドＧＤで囲まれた領域であり、チップＣＰ裏面が接触する領域である。台形状のガイドＧＤの側面は、平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３に対して傾斜角α（４５°≦α≦６０°）を有する傾斜面となっているため、傾斜面がガイドとなり、チップＣＰがチップ搭載領域に正確に位置決めされる。つまり、対向するガイドＧＤの傾斜面の間隔は、吸音材ＡＡ表面のチップ搭載領域に近づくほど狭くなっている。言い換えると、傾斜面は、チップ搭載領域から離れる方向に傾斜している。

また、ガイドＧＤは、吸音材ＡＡと同じ材料で形成しても良く、別材料で形成しても良い。本実施の形態では、ガイドＧＤが各平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３から突出する構造としたが、各平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３において、チップ搭載領域を掘り込んだ凹部としても良い。その場合には、チップ搭載領域は、傾斜角α（４５°≦α≦６０°）を有する壁面（傾斜面）で取り囲まれた構造となる。

チップＣＰは、例えば、接着層ＡＤで吸音材ＡＡの主面に接着されている。接着層ＡＤには、例えば、ＤＡＦ（Die Attach Film）等の接着シートを用いることができる。また、エポキシ樹脂からなる接着剤を用いても良い。

シリコンゴムからなる音響レンズＡＬは、接着層ＡＳを介して複数のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３、ガイドＧＤ、ならびに、吸音材ＡＡの主面を覆っている。音響レンズＡＬは、Ｘ方向（１次元のトランスデューサにおいてエレベーション方向と呼ばれる）に配置されたＣＭＵＴセルＣＬの超音波をフォーカス点（検診部位）にフォーカスするために装着されている。また、Ｙ方向（アジマス方向と呼ばれる）においては、前述の「電子フォーカス」と呼ばれる方法で、各ＣＭＵＴセルＣＬからの超音波の送信および受信のタイミングを調整することにより、フォーカス点（検診部位）に対するフォーカスを行っている。

図６は、図５のＡ部の拡大図であり、図７は図６に対応する比較例を示す断面図である。図６に示すように、チップＣＰ２は厚さｈｃ、接着層ＡＤは厚さｈｄ、接着層ＡＳは厚さｈｓ、および、ガイドＧＤは高さｈｇを有し、図６に示す断面構造は、（式２）の関係を満たすことが好適である。ガイドＧＤの高さとは、平面ＦＳ２または平面ＦＳ２のチップ搭載領域からの高さである。
ｈｇ≦ｈｃ＋ｈｄ＋ｈｓ・・・（式２）
（式２）の関係を満たすことで、チップＣＰ２とガイドＧＤの高さの差に起因して、接着層ＡＳと音響レンズＡＬとの間に発生するボイドＶＤが、チップＣＰ２が送受信する超音波に影響を与えるのを防止することができる。

図７に示すように、（式２）の関係を満たさない程度にガイドＧＤの高さｈｇを高くすると、接着層ＡＳと音響レンズＡＬとの間に発生するボイドＶＤが、チップＣＰ２の内部側（中央側）に延びる為、チップＣＰ２が送受信する超音波が、ボイドＶＤと接着層ＡＳまたは音響レンズＡＬとの界面で反射して診断画像の劣化につながってしまう。（式２）を満たしている場合には、ボイドＶＤが内部側に延びることはなく、診断画像の劣化を防止できる。

なお、チップＣＰ２を用いて説明したが、上記説明は、チップＣＰ１およびＣＰ２でも同様である。

＜超音波探触子の製造方法＞
次に、本実施の形態の超音波診断装置の一部である探触子の製造工程を説明する。図８は、本実施の形態の超音波診断装置の一部である探触子の製造工程を示すプロセスフロー図である。図９は、図８のステップＳ２が完了した段階における半導体ウエハの平面図である。図１０は、図８のステップＳ４である「半導体ウエハダイシング」工程を示す断面図である。図１１は、図８のステップＳ５である「チップ接着」工程を示す平面図である。

まず、図８の「チップＣＰ形成」（ステップＳ１）工程を実施する。つまり、シリコンからなる半導体ウエハに、複数のチップＣＰを形成する。チップＣＰには、図３および４に示すＣＭＵＴセルＣＬが行列状に形成されている。

次に、図８の「チップＣＰ検査」（ステップＳ２）工程を実施する。半導体ウエハに形成した複数のチップＣＰに対して、電気な検査を実施し良品、不良品の判定を実施する。検査内容は、図３および４に示すＣＭＵＴセルＣＬの上部電極ＵＥと下部電極ＬＥの間の静電容量−電圧特性、上部電極ＵＥと下部電極ＬＥとの絶縁耐圧、隣接する上部電極ＵＥ間のショートチェック、隣接する下部電極ＬＥ間のショートチェック等である。図９に示すように、半導体ウエハＳＷに形成されたチップＣＰに対する検査の結果、良品と判定されたチップＣＰには○印を、不良品と判定されたチップには×印を付している。こうして、複数の良品のチップＣＰを準備する。

次に、図８の「接着層ＡＤ貼り付け」（ステップＳ３）工程および「半導体ウエハＳＷダイシング」（ステップＳ４）工程を実施する。まず、半導体ウエハＳＷの裏面に接着層ＡＤを貼り付ける。接着層ＡＤとしてＤＡＦからなる接着シートを用いる。図１０に示すように、枠体１０２に貼り付けられたダイシング用のシート（樹脂膜）１０１上に、接着層ＡＤを貼り付けた半導体ウエハＳＷを接着する。次に、半導体ウエハＳＷを、ダイシング装置のステージ１０３上に載置し、ブレード１０４で半導体ウエハＳＷをダイシング（切断）して、個片のチップＣＰに分割する。ダイシング工程では、半導体ウエハＳＷと接着層ＡＤの両方を切断する。

次に、図８の「チップＣＰ接着」（ステップＳ５）工程を実施する。図１１に示すように、良品と判定され、裏面に接着層ＡＤが貼り付けられたチップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）を、吸音材ＡＡの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３上に搭載し、接着する。チップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）は、平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３に形成されているガイドＧＤに囲まれたチップ搭載領域上に接着される。図１１には、チップＣＰ１およびＣＰ２が搭載された状態を示している。なお、チップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）の接着に先立って、吸音材ＡＡには、配線基板２４が接着されている。

次に、図８の「ワイヤボンディング」（ステップＳ６）工程を実施する。図２に示したように、チップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）上のパッド電極２１と、配線基板２４上の端子２２とを、ワイヤ２３により接続する。ワイヤ２３は、金ワイヤまたは銅ワイヤを用いることができる。

次に、図８の「接着層ＡＴ成膜」（ステップＳ７）工程および「音響レンズＡＬ接着」（ステップＳ８）工程を実施する。先ず、図５に示すように、チップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）、ガイドＧＤ、ならびに、吸音材ＡＡの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３を覆うように接着層ＡＳを成膜する。次に、接着層ＡＳ上に音響レンズＡＬを載置した後、熱処理を施すことで、チップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）上およびガイドＧＤ上に音響レンズＡＬを接着する。音響レンズＡＬは、例えば、シリコンゴムで形成されているため、接着層ＡＳには、シリコン樹脂系の接着剤を用いることが好適である。

そして、吸音材ＡＡ上に接着され、その表面を音響レンズＡＬで覆われたチップＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３）を探触子ケースＰＣ内に組み込むことで、探触子ＰＲを形成する。

＜実施の形態における特徴＞
互いに傾斜角を有して隣接する平面ＦＳ１とＦＳ２、ＦＳ２とＦＳ３を有する吸音材ＡＡにおいて、各々の平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３上にＣＭＵＴセルを複数有するチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を搭載し、離間して隣り合うチップＣＰ１とＣＰ２またはＣＰ２とＣＰ３間の間隔ｃをほぼ等しくしたことで、広範囲の診断が可能となるコンベックス型ＣＭＵＴ探触子を実現できる。さらに、隣り合うチップＣＰ１とＣＰ２またはＣＰ２とＣＰ３の境界での電子フォーカスの精度を向上できるため、診断画像の劣化を防止することが出来る。

チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３は、平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３に設けたガイドＧＤで位置決めされるため、チップ搭載領域に対するチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の搭載精度を向上でき、隣り合うチップＣＰ１とＣＰ２またはＣＰ２とＣＰ３の間隔ｃを、等しくできる。この為、高精度な電子フォーカスが可能となる。

また、ガイドＧＤの側壁は傾斜面となっており、対向するガイドＧＤの傾斜面の間隔は、吸音材ＡＡ表面のチップ搭載領域に近づくほど狭くなっている。従って、チップＣＰをチップ搭載面に高精度に位置決めすることができる。

前述の式（２）を満たす程度に、ガイドＧＤの高さを低くすることで、接着層ＡＳと音響レンズＡＬ間に形成されるボイドＶＤの影響で診断画像が劣化するのを防止することができる。

また、チップ検査を実施した良品チップＣＰのみを吸音材ＡＡの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３上に接着するため、超音波診断装置の一部である探触子ＰＲの製造歩留りを向上することができる。

＜変形例１＞
図１２は、図６の変形例である超音波トランスデューサの要部断面図である。

上記実施の形態の図６では、ガイドＧＤの高さｈｇが、チップＣＰ２の厚さｈｃと接着層ＡＤの厚さｈｄの和よりも小さい場合を例示したが、変形例１では、ガイドＧＤの高さｈｇが、チップＣＰ２の厚さｈｃと接着層ＡＤの厚さｈｄの和よりも大きい場合を示している。

この場合でも、前述の式（２）を満たすように、チップＣＰ２上の接着層ＡＳの厚さｈｓを厚くすることにより、図７に示した、チップＣＰ２とガイドＧＤの境界に形成されるボイドＶＤの発生を防止することができる。

＜変形例２＞
図１３は、図２に示したガイドの変形例を示す平面図である。上記実施の形態の図２では、ガイドＧＤは、チップＣＰの周囲を囲む額縁形状のパターンを有していたが、変形例２のガイドは、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の周囲に部分的に存在する。図１３には、３種類のガイドのパターンを示している。

平面ＦＳ１上に形成されたガイドＧＤ１は、チップＣＰ１の対角線上に位置する２つの角部に設けられている。各々のガイドＧＤ１は、Ｌ字形状を有し、チップＣＰ１の長辺および短辺に接触している。

平面ＦＳ２上に形成されたガイドＧＤ２は、Ｘ方向に延在する辺の両端に配置されている。各々のガイドＧＤ２は、Ｌ字形状を有し、チップＣＰ２の長辺および短辺に接触している。２つのガイドＧＤ２は、Ｙ方向に延在する辺の両端に配置しても良い。

平面ＦＳ３上に形成されたガイドＧＤ３は、チップＣＰ３の一つの角部にのみ配置されている。ガイドＧＤ３は、Ｌ字形状を有し、チップＣＰ２の長辺および短辺に接触している。

なお、３つの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３上に、すべて等しいパターンのガイドＧＤ１、ＧＤ２、または、ＧＤ３を形成しても良いし、ガイドＧＤ１、ＧＤ２、または、ＧＤ３を混在させても良い。

なお、ガイドＧＤ１、ＧＤ２、および、ＧＤ３の側面は、上記実施の形態と同様に傾斜面となっている。

＜変形例３＞
変形例３は、超音波診断装置の一部である探触子の製造工程に係わる。

図１４は、変形例３の超音波診断装置の一部である探触子の製造工程を示すプロセスフロー図である。図１５（ａ）は、図１４のステップＳ１３である「アライメント治具搭載のフィルム準備」工程を示す斜視図である。図１５（ｂ）は、図１４のステップＳ１４である「チップをフィルムに貼り付ける」工程を示す斜視図である。図１５（ｃ）は、図１４のステップＳ１５である「アライメント治具取り外し」工程を示す斜視図である。図１５（ｄ）は、図１４のステップＳ１６である「チップ付きのフィルムを吸音材に貼り付ける」工程を示す断面図である。図１４のステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１７〜Ｓ１９は、図８のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４およびＳ６〜Ｓ８に対応しているので、その説明は省略する。

図１５（ａ）に示すように良品のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を準備する。良品のチップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３は、図１４のステップＳ１０〜Ｓ１２を実施することによって準備される。さらに、図１４の「アライメント治具ＡＪ搭載のフィルムＦＭを準備する」（ステップＳ１３）工程を実施する。例えば、ＤＡＦからなるフィルムＦＭの表面には、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の位置決め用のアライメント治具ＡＪが接着されている。例えば、シリコンまたは金属で形成されたアライメント治具ＡＪは、３つの開口部ＯＰ１、ＯＰ２、および、ＯＰ３が等間隔に配置された額縁状の枠体である。隣り合う開口部ＯＰ１およびＯＰ２の間隔ｃは、隣り合う開口部ＯＰ２およびＯＰ３の間隔ｃと等しい。つまり、隣り合う開口部ＯＰ１およびＯＰ２の間のアライメント治具ＡＪの幅は、隣り合う開口部ＯＰ２およびＯＰ３の間のアライメント治具ＡＪの幅と等しい。

次に、図１４の「チップＣＰ１〜ＣＰ３をフィルムＦＭに貼り付ける」（ステップＳ１４）工程を実施する。図１５（ｂ）は、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３が、図１５（ａ）に示したアライメント治具ＡＪの開口部ＯＰ１、ＯＰ２、および、ＯＰ３に貼り付けられた状態を示している。チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の表面を、例えば１８０℃程度の加熱治具で押圧して、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の裏面をフィルムＦＭに接着する。

次に、図１４の「アライメント治具ＡＪ取り外し」（ステップＳ１５）工程を実施する。チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３にダメージを与えることなく、アライメント治具ＡＪをフィルムＦＭから引き剥がす。図１５（ｃ）は、アライメント治具ＡＪを取り外した状態を示している。アライメント治具ＡＪの取り外しを容易にするために、アライメント治具ＡＪの厚さを、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３の厚さよりも薄くしておくのが好ましい。前述の「チップＣＰ１〜ＣＰ３をフィルムＦＭに貼り付ける」（ステップＳ１４）工程において、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を加熱、押圧した際に、アライメント治具ＡＪは押圧されないので、アライメント治具ＡＪがフィルムＦＭに強固に接着されるのを防止することができる。

次に、図１４の「チップＣＰ１〜ＣＰ３付きのフィルムＦＭを吸音材ＡＡに貼り付ける」（ステップＳ１６）工程を実施する。チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３が貼り付けられたフィルムＦＭを、吸音材ＡＡの平面ＦＳ１、ＦＳ２、および、ＦＳ３に接着する。チップＣＰ１は平面ＦＳ１上に、チップＣＰ２は平面ＦＳ２上に、チップＣＰ３は平面ＦＳ３上に、それぞれ配置される。

この後、図１４のステップＳ１７からステップＳ１９を実施することにより、変形例３の超音波診断装置の一部である探触子ＰＲを製造することができる。

変形例３によれば、吸音材ＡＡの表面にガイドＧＤを設けることなく、チップＣＰ１、ＣＰ２、および、ＣＰ３を等間隔（ほぼ等間隔）に配置することができる探触子ＰＲの製造工程を簡略化することができる。

最後に、図１７を参照しながら、超音波診断装置における上述した各実施例のＣＭＵＴを備えた超音波診断装置の一構成例とその役割について説明する。

図１７において、超音波診断装置は、超音波診断装置本体１７０１と、探触子ＰＲで構成され、超音波診断装置本体１７０１は、送受分離部１７０３、送信部１７０４、バイアス部１７０５、受信部１７０６、整相加算部１７０７、画像処理部１７０８、表示部１７０９、制御部１７１０、操作部１７１１から構成される。

探触子ＰＲは、被検体に接触させて被検体との間で超音波を送受波する装置であり、上述した各実施例の製法で製造されたＣＭＵＴを用いて作成される。探触子ＰＲから超音波が被検体に送波され、被検体からの反射エコー信号が探触子ＰＲにより受波される。上記実施の形態のＣＭＵＴは、送受分離部１７０３と電気的に接続される。送信部１７０４及びバイアス部１７０５は、探触子ＰＲに駆動信号を供給する装置である。受信部１７０６は、探触子ＰＲから出力される反射エコー信号を受信する装置である。受信部１７０６は、さらに、受信した反射エコー信号に対してアナログデジタル変換等の処理を行う。送受分離部１７０３は、送信時には送信部１７０４から探触子ＰＲへ駆動信号を渡し、受信時には探触子ＰＲから受信部１７０６へ受信信号を渡すよう送信と受信とを切換、分離するものである。整相加算部１７０７は、受信された反射エコー信号を整相加算する装置である。画像処理部１７０８は、整相加算された反射エコー信号に基づいて診断画像を構成する装置である。表示部１７０９は、画像処理された診断画像を表示する表示装置である。制御部１７１０は、上述した各構成要素を制御する装置であり、制御部１７１０は、探触子ＰＲの超音波の送受信を制御する。操作部１７１１は、制御部１７１０に指示を与える装置である。操作部１７１１は、例えば、トラックボールやキーボードやマウス等の入力機器である。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。すなわち、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

ＡＡ 吸音材
ＡＤ 接着層
ＡＪ アライメント治具
ＡＬ 音響レンズ
ＡＳ 接着層
Ｂ ブロック
ＣＢ ケーブル
ＣＰ、ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３ チップ（小チップ）
ＣＬ、ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４ ＣＭＵＴセル（セル）
ＣＶ 空洞部
ＦＭ フィルム
ＦＰ フォーカス点
ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３ 平面
ＧＤ、ＧＤ１、ＧＤ２、ＧＤ３ ガイド（チップガイド）
ＩＦ 絶縁膜
ＬＥ 下部電極
Ｍ メンブレン
ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３ 開口部
ＰＣ 探触子ケース
ＰＲ 探触子
ＳＷ 半導体ウエハ
ＵＥ 上部電極
２１ パッド電極（ボンディングパッド、外部引出電極）
２２ 端子
２３ ワイヤ
２４ 配線基板
４１，４２，４３，４４ 絶縁膜
１０１ シート（樹脂膜）
１０２ 枠体
１０３ ステージ
１０４ ブレード
１７０１ 超音波診断装置本体
１７０３ 送受分離部
１７０４ 送信部
１７０５ バイアス部
１７０６ 受信部
１７０７ 整相加算部
１７０８ 画像処理部
１７０９ 表示部
１７１０ 制御部
１７１１ 操作部

Claims (3)

1. （ａ）半導体ウエハにアレイ状に配置された複数のチップを形成する工程、
   （ｂ）前記複数のチップに対し、電気的な検査を実施し、前記複数のチップを良品チップと不良品チップとに判定し、少なくとも第１チップ、第２チップ、および、第３チップを含む良品チップを準備する工程、
   （ｃ）ほぼ等間隔かつ１列に配置された第１開口部、第２開口部、および、第３開口部を有するアライメント治具が貼り付けられたフィルムを準備する工程、
   （ｄ）前記フィルムの前記第１開口部、前記第２開口部、および、前記第３開口部に、夫々、前記第１チップ、前記第２チップ、および、前記第３チップを接着する工程、
   （ｅ）前記（ｄ）工程の後に、前記アライメント治具を前記フィルムから取り外す工程、
   （ｆ）前記第１チップ、前記第２チップ、および、前記第３チップを接着した前記フィルムを、第１方向において、この順に連続する第１平面、第２平面、および、第３平面を有する吸音材に接着する工程、
   を有し、
   前記第１方向における断面視にて、前記第１平面および前記第３平面は、それぞれ、前記第２平面に対して傾斜角を有し、
   前記第１チップ、前記第２チップ、および、前記第３チップは、夫々、前記第１平面上、前記第２平面上、および、前記第３平面上に搭載される、超音波探触子の製造方法。
2. 請求項１に記載の超音波探触子の製造方法において、
   前記第１平面の前記第２平面に対する傾斜角β１は、前記第３平面の前記第２平面に対する傾斜角β２とほぼ等しい、超音波探触子の製造方法。
3. 請求項１に記載の超音波探触子の製造方法において、
   前記（ｄ）工程において、前記第１チップ、前記第２チップ、および、前記第３チップは、前記第１チップ、前記第２チップ、および、前記第３チップを加熱治具で押圧および加熱することにより前記フィルムに接着し、
   前記アライメント治具の厚さは、前記第１チップ、前記第２チップ、および、前記第３チップの厚さよりも薄い、超音波探触子の製造方法。

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