JP6712917B2 - 半導体センサチップアレイ、および超音波診断装置 - Google Patents

半導体センサチップアレイ、および超音波診断装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体センサチップアレイおよびそれを用いた超音波診断装置に関する。
超音波素子は、給電配線や信号配線を素子から外部に接続して、これら配線を介して電気信号を伝達している。
特許文献１の要約書には、「ｃＭＵＴアレイをパッケージングするための方法の実施形態により、ｃＭＵＴアレイの側面上に導入される同一パッケージ基板上で、複数のｃＭＵＴアレイをパッケージングすることが可能になる。パッケージ基板は、ｃＭＵＴアレイを外部装置とのインタフェースとなるＩ／Ｏパッドに接続するために、導電層を成膜するように上に開口がパターン化される、誘電体層である。補助的なシステム構成要素を、ｃＭＵＴアレイとともにパッケージングすることができる。複数のｃＭＵＴアレイ、および任意選択的に複数の補助的なシステム構成要素は、バッチ製造のためのより大きな支持構造体によって、適所に保持することができる。支持構造体は、安価な材料を使用して、任意の寸法に作製することができる。」と記載されている。
特表２０１１―５２３５４４号公報
ＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer）チップは、薄膜の積層により作製された超音波送受信デバイスである。ＣＭＵＴチップは、半導体製造技術とＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術とを適用して作製される。このＣＭＵＴチップは、半導体製造技術により素子をグリッド状に一括して形成できるため、グリッド状に配列した多数の素子を半導体ウエハから切り出して、１つのチップとしてパッケージングされる。
一方、超音波センサとしては、大面積を高精細にセンシングするニーズがある。例えば、人の手を模擬した触覚センサやタッチセンサ、大面積を一度に検出できる超音波探傷子、人や動物の医療診断に使う超音波診断装置用プローブなどである。また、半導体センサは、ＣＭＯＳセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor sensor）など光学センサとして、ビデオカメラやデジタルカメラに利用されている。このような半導体センサは、センシング部を大面積にすることにより、高精細化（高画質化）を実現可能である。
半導体製造技術では、ウエハプロセス中の異物や、フォトリソグラフィー不良により、チップの歩留まりが低下する。これらの異物や不良は、製造ライン特有のものであり、チップの面積が大きくなってウエハ当たりのチップ取得数が減るほど歩留まりは低下する。経済性を考慮してチップ取得における歩留まりを所定値以上にしようとすると、半導体センサの面積は制約される。
そこで、チップ取得における歩留まりを所定値以上としつつ、半導体センサの面積を大きくするためには、小さな半導体チップを複数並べることが有効となる。その際に、複数の半導体チップを電気的に接続する方法が問題となる。
本発明は、センシング面積を大きくして高精細化した半導体センサチップアレイ、および超音波診断装置を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明の超音波診断装置は、センサセルが素子部に配列された第１の半導体センサチップと、センサセルが素子部に配列され、前記第１の半導体センサチップに隣接し、かつ当該センサセルに隣接する前記第１の半導体センサチップのセンサセルとの間がそれぞれボンディングワイヤで電気的に接続された第２の半導体センサチップと、を含んで構成される超音波探触子を備える。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明によれば、センシング面積を大きくして高精細化した半導体センサチップアレイ、および超音波診断装置を提供できる。
超音波診断装置と超音波探触子の構成を示すブロック図である。 超音波診断装置と超音波探触子の外観図である。 超音波探触子の概略構成を示す図である。 ５列で配列したＣＭＵＴチップ近傍の斜視図である。 超音波探触子の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態におけるＣＭＵＴチップが隣接する部分の上面図である。 第１の実施形態のＣＭＵＴチップが隣接する部分を拡大した上面図である。 第２の実施形態におけるＣＭＵＴチップが隣接する部分の上面図である。 第２の実施形態のＣＭＵＴチップが隣接する部分を拡大した上面図である。 第３の実施形態のＣＭＵＴチップが隣接する部分を拡大した上面図である。 第４の実施形態におけるＣＭＵＴチップが隣接する部分の上面図である。 第４の実施形態のＣＭＵＴチップが隣接する部分を拡大した上面図である。 第５の実施形態のＣＭＵＴチップが隣接する部分を拡大した断面図である。 第６の実施形態のＣＭＵＴチップが隣接する部分を拡大した断面図である。 第７の実施形態の、２行５列で格子状に配列したＣＭＵＴチップ近傍の斜視図である。 第８の実施形態の、３行５列で格子状に配列したＣＭＵＴチップ近傍の斜視図である。
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１は、超音波診断装置８と超音波探触子１の構成を示すブロック図である。
超音波診断装置８は、被検体９内に超音波を送信し受診して得られたエコー信号を用いて診断部位の２次元超音波画像、３次元超音波画像あるいは各種ドプラ画像を構成して表示するものである。具体的には、超音波診断装置８は、超音波送受信部８２と、超音波画像形成部８３と、表示部８５と、制御部８４と、コントロールパネル８１とを備えて構成される。超音波送受信部８２には、超音波探触子１が電気的に接続されている。
超音波探触子１は、被検体９に超音波を送信して反射したエコーを受診するものである。超音波探触子１には、ＣＭＵＴチップが搭載される。ＣＭＵＴチップとは、半導体製造技術とＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術とを適用して、薄膜の積層により作製された超音波送受信デバイスである。
超音波送受信部８２は、被検体９に送信する超音波信号を発生するためのパルス状の電気信号を発生するものである。超音波送受信部８２は、発生させた電気信号を超音波探触子１に送信する超音波パルス発生部８２１と、超音波探触子１で受診したエコー信号を電気信号に変換する変換部８２２とを備える。超音波送受信部８２は、例えば市販されている任意の超音波送受信機などであってもよい。
超音波画像形成部８３は、受信信号から２次元超音波画像、３次元超音波画像あるいは各種ドプラ画像を形成するものである。超音波画像形成部８３は、具体的には例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)等により構成される。
表示部８５は、超音波画像形成部８３で形成された超音波画像を表示するものである。また、表示部８５には、後記するコントロールパネル８１によって入力された情報や、その他診断に必要な情報等も併せて表示される。表示部８５は、具体的には例えばＬＣＤ(Liquid Crystal Display)やモニタ装置等により構成される。
制御部８４は、後記するコントロールパネル８１で入力される制御情報に基づいて各手段を制御するものである。制御部８４は、具体的には例えばＣＰＵ等により構成される。
コントロールパネル８１は、作業者が被検体９に対して所望の診断を行えるように、任意の情報が作業者によって入力されるものである。そして、この入力された情報に基づいて、制御部８４が各手段を制御する。コントロールパネル８１は、具体的には例えば押しボタン、タッチパネル等により構成される。
図２は、超音波診断装置８と超音波探触子１の外観図である。
超音波診断装置８と超音波探触子１とを被検体９に具体的に適用した様子を示している。
オペレータは、コントロールパネル８１によって診断条件を入力し、超音波探触子１を用いて人体である被検体９を走査する。
超音波探触子１は、ケーブル等を介して超音波診断装置８に電気的に接続されて、超音波信号を人体である被検体９に送信し、この被検体９からエコーとして反射された超音波信号を受信する。受信した超音波信号は、超音波診断装置８によって超音波画像に変換されて、表示部８５に表示される。これにより、被検体９の内部を可視化して診断することができる。
図３は、超音波探触子１の概略構成を示す図である。
図３に示すように超音波探触子１は、バッキング１１の先端に複数のＣＭＵＴチップ２を備えている。ＣＭＵＴチップ２は、音響レンズ７５を介して被検体９に超音波を照射するとともに、被検体９から反射された超音波を受信するものである。この点についての詳細は後記する。ＣＭＵＴチップ２は、コネクタ７２に接続される配線を有するフレキシブル基板７１に対して、ボンディングワイヤ６で接続されている。コネクタ７２は、回路基板７３と接続している。そして、回路基板７３上の接続端子７４は、超音波診断装置８（図１参照）と接続する。
超音波診断装置８（図２参照）は、ＣＭＵＴチップ２に電気信号を与えて振動させるとともに、被検体９からの受波による信号を画像化させるものである。ＣＭＵＴチップ２の表面には、ＣＭＵＴチップ２から発生した超音波を被検体９方向にフォーカスするためのシリコーン樹脂の音響レンズ７５を備えている。ＣＭＵＴチップ２は、音響レンズ７５を経て、人体等の被検体９に超音波を送受信する。
図４は、５列で配列したＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅ近傍の斜視図である。
超音波探触子１の複数のＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅの近傍の構成を詳細に説明する。５列のＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅは、バッキング１１の上に一列に配置されて、バッキング１１に接着されている。この接着には、例えばシート状接着剤などが使用される。ＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅは、内部に矩形のＣＭＵＴ素子部２１ａ〜２１ｅをそれぞれ含んでいる。これらＣＭＵＴ素子部２１ａ〜２１ｅは、センサセルとして機能する駆動電極がグリッド状に配置されている。ＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅには、ＣＭＵＴ素子部２１ａ〜２１ｅの外側に、このＣＭＵＴチップ２ａの外部との接続のためにパッド（図３参照）が備えられている。
ＣＭＵＴチップ２ａのパッドは、列方向に隣接するＣＭＵＴチップ２ｂのパッド（図３参照）との間が、ボンディングワイヤ４で電気的に接続されている。ＣＭＵＴチップ２ｂのパッドは、列方向に隣接するＣＭＵＴチップ２ｃのパッドとの間が、ボンディングワイヤ４で電気的に接続されている。ＣＭＵＴチップ２ｃのパッドは、列方向に隣接するＣＭＵＴチップ２ｄのパッドとの間が、ボンディングワイヤ４で電気的に接続されている。ＣＭＵＴチップ２ｄのパッドは、列方向に隣接するＣＭＵＴチップ２ｅのパッドとの間が、ボンディングワイヤ４で電気的に接続されている。
図５は、超音波探触子１の製造方法を示すフローチャートである。製造機器（不図示）が、この製造方法を実施する。
先ず製造機器は、バッキング１１上に一列にＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅを配置し（ステップＳ１０）、ＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅ相互の位置合わせを行う（ステップＳ１１）。製造機器は、バッキング１１にフレキシブル基板７１を貼り付ける（ステップＳ１２）と、隣接するＣＭＵＴチップ２同士をワイヤボンディングする（ステップＳ１３）。製造機器は更に、フレキシブル基板７１とＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅとをワイヤボンディングする（ステップＳ１４）。これにより、図３に示したような超音波探触子１の一部が構成される。
《第１の実施形態》
図６は、第１の実施形態におけるＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分の上面図である。
図６に示した上面図は、列方向に隣接しているＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂとパッド３２、およびボンディングワイヤ４の関係を示している。ＣＭＵＴチップ２ａは矩形であり、内側にＣＭＵＴ素子部２１ａを備え、その周辺部に外部との電気接続のためのパッド３２が配置されている。各パッド３２は、クランク状の内部配線３１でＣＭＵＴ素子部２１ａと電気的に接続される。クランク状の内部配線３１は、ＣＭＵＴチップ２ａの各辺に対して斜めに配線されており、対向する辺同士で点対称である。
換言すると、個々のＣＭＵＴチップ２は、複数のセンサセルが電気的に接続されて構成される信号の読み出しラインを有する。その読み出しラインに含まれるセンサセル（駆動電極３）のなかで両端に位置するセンサセルからＣＭＵＴチップ２の外部への配線が、読み出しラインの延びる概略方向に対して所定の角度を成すように設けられる。なお、所定の角度を成す配線は、直線である必要はなく、図６に示されるように読み出しラインの方向に対して斜め上方へクランク状に配線されていてもよい。
このように各ＣＭＵＴチップ２を配列して、同じ列の駆動電極に接続されたパッド３２同士を接続することにより、広い範囲を一度にセンシングすることができる。更に、各ＣＭＵＴチップ２をグリッド状に配置して、同じ列の駆動電極に接続されたパッド３２同士を接続し、同じ行の駆動電極に接続されたパッド３２同士を接続する。これにより、超音波探触子１は、広い範囲を一度にセンシング可能となる。
なお、図６、図８、図１１では、内部配線３１を明瞭に示す為に実線で示しているが、この内部配線３１は上面には露出しておらず、絶縁体で被覆されているため、外部からは視認できない。よって図７、図９、図１０、図１２では、この内部配線３１を破線で示している。
ＣＭＵＴチップ２ｂも、ＣＭＵＴチップ２ａと同様に構成される、ＣＭＵＴチップ２ａと、これに隣接するＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３２同士が、ボンディングワイヤ４で接続されている。この接続について、後記する図７で詳細に説明する。
図７は、第１の実施形態のＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分Ａを拡大した図である。
ＣＭＵＴチップ２ａには、メンブレン（図示せず）を駆動するための駆動電極３ｅ〜３ｊなどが、ＣＭＵＴ素子部２１ａの内部に形成されている。以下、各駆動電極３ｅ〜３ｊなどを特に区別しないときには、単に駆動電極３と記載する。ＣＭＵＴ素子部２１ａの内部には、不図示の駆動電極３がグリッド状に配列されている。
同様にＣＭＵＴチップ２ｂには、メンブレンを駆動するための駆動電極３ｐ〜３ｕなどが、ＣＭＵＴ素子部２１ｂの内部に形成されている。
ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆは、内部配線３１ｆでパッド３２ｆに接続される。このパッド３２ｆは、紙面の上下位置が駆動電極３ｆとこれに隣接する駆動電極３ｅとの間に配置され、かつ駆動電極３ｅ〜３ｉなどで構成されるＣＭＵＴ素子部２１ａの外部（紙面右側）に配置されている。他の駆動電極３ｇ〜３ｉも、同様に各内部配線３１ｇ〜３１ｉで各パッド３２ｇ〜３２ｉに接続され、同様に配置される。以下、各内部配線３１ｇ〜３１ｉなどを特に区別しないときには、単に内部配線３１と記載する。
ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑは、内部配線３１ｑでパッド３２ｑに接続される。このパッド３２ｑは、紙面の上下位置が駆動電極３ｑとこれに隣接する駆動電極３ｒとの間に配置され、かつ駆動電極３ｐ〜３ｕなどで構成されるＣＭＵＴ素子部２１ｂの外部（図の左側）に配置されている。他の駆動電極３ｐ，３ｒ〜３ｔも、同様に各内部配線３１ｐ，３１ｒ〜３１ｔで各パッド３２ｐ，３２ｒ〜３２ｔに接続され、同様に配置される。
駆動電極３ｆと、これに隣接する駆動電極３ｑとを電気的に接続するため、パッド３２ｆとパッド３２ｑとがボンディングワイヤ４ｆで接続される。他の駆動電極３ｇ〜３ｉと、それぞれに隣接する駆動電極３ｒ〜３ｔとを電気的に接続するため、パッド３２ｇ〜３２ｉとパッド３２ｒ〜３２ｔとが、それぞれボンディングワイヤ４ｇ〜４ｉで接続される。以下、ボンディングワイヤ４ｇ〜４ｉなどを特に区別しないときには、単にボンディングワイヤ４と記載する。
パッド３２ｆは、駆動電極３ｆに対して紙面上側にずれており、パッド３２ｑは駆動電極３ｑに対して紙面下側にずれている。すなわち、パッド３２ｆとパッド３２ｑとは斜めに配置されている。そのため、チップ間隔Ｂを狭くしても、ボンディングワイヤ４ｆの長さＢ１を確保でき、ワイヤボンディング方式で接続することができる。
他のパッド３２ｇ〜３２ｊの位置も、各駆動電極３ｇ〜３ｊに対して紙面上側にずれており、パッド３２ｐ，３２ｒ〜３２ｔの位置も、各駆動電極３ｐ，３ｒ〜３ｔに対して紙面下側にずれている。
ＣＭＵＴチップ２ａとＣＭＵＴチップ２ｂとのチップ間隔Ｂは、超音波画像を繋ぎ合わせて形成する上では狭い方が好ましい。パッド３２ｆは、駆動電極３ｆに対して斜め右上方向に配置し、内部配線３１ｆで接続している。またパッド３２ｑは、駆動電極３ｑに対して斜め左下方向に配置し、内部配線３１ｑで接続している。これにより、駆動電極３ｆと駆動電極３ｑとを、紙面の上下位置をずれることなく配置した際に、ボンディングワイヤ４ｆの長さＢ１を確保でき、ワイヤボンディング方式で接続することができる。
また、超音波画像を繋ぎ合わせて形成する上では、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、駆動電極３の幅Ｕの整数倍であることが望ましい。第１の実施形態では、図７に示したように、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、幅Ｕの２倍となっている。このときＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂは、チップ間隔Ｂだけ離れて配置されている。
《第２の実施形態》
図８は、第２の実施形態におけるＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分の上面図である。
図８に示した上面図は、隣接しているＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂとパッド３４，３６、およびボンディングワイヤ４の関係を示している。ＣＭＵＴチップ２ａは矩形であり、内側にＣＭＵＴ素子部２１ａを備える。ＣＭＵＴチップ２ａは、上辺と右辺に外部との電気接続のためのパッド３４が配置され、下辺と左辺に外部との電気接続のためのパッド３６が配置されている。各パッド３４は、直線状の内部配線３３でＣＭＵＴ素子部２１ａと電気的に接続される。各パッド３６は、クランクの内部配線３５でＣＭＵＴ素子部２１ａと電気的に接続される。クランク状の内部配線３５は、ＣＭＵＴチップ２ａの各辺に対して斜めに配線されている。ＣＭＵＴチップ２ｂも、ＣＭＵＴチップ２ａと同様に構成されている。
ＣＭＵＴチップ２ａの各パッド３４と、これに隣接するＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３６とが、ボンディングワイヤ４で接続されている。この接続について、後記する図９で詳細に説明する。
図９は、第２の実施形態のＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分を拡大した上面図である。
図９に示すＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂを隣接配置したところは、図７に示した第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と異なるところは、ＣＭＵＴチップ２ａに備えられているパッド３４と、ＣＭＵＴチップ２ｂに備えられているパッド３６とは、駆動電極３に対して、それぞれ並列に配置されているところである。
ＣＭＵＴチップ２ａのパッド３４ｆは、駆動電極３ｆの横に配置され、ＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３６ｑは、駆動電極３ｒの横に配置されている。つまり、パッド３４ｆとパッド３６ｑとは、ずれて斜めに配置されている。しかし、パッド３６ｑと駆動電極３ｑとが内部配線３５ｑで接続されており、パッド３６ｑとパッド３４ｆとがボンディングワイヤ４ｆで電気的に接続される。よって、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆとＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとが電気的に接続され、連動して駆動される。同様に、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｅ，３ｇ〜３ｉとＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｐ，３ｒ〜３ｔも電気的に接続され、連動して駆動される。したがって、ＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂの横一列の駆動電極３を、同時に駆動することができる。このとき、各ボンディングワイヤ４ｅ〜４ｉは長さＣ１であり、ボンディングワイヤ４ｆの最短長以上を確保できるため、ワイヤボンディング方式で接続することができる。
また、超音波画像を繋ぎ合わせて形成する上では、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、駆動電極３の幅Ｕの整数倍であることが望ましい。第２の実施形態では、図９に示したように、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、幅Ｕの２倍となっている。このときＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂは、チップ間隔Ｃだけ離れて配置されている。
《第３の実施形態》
図１０は、第３の実施形態のＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分を拡大した上面図である。
第２の実施形態と同様に、パッド３４ｅ〜３４ｉは、それぞれ駆動電極３ｅ〜３ｊと並列に配置されている。更にパッド３４ｐ〜３４ｔは、それぞれ駆動電極３ｐ〜３ｔに並列に配置されている。パッド３４ｅ〜３４ｉと駆動電極３ｅ〜３ｊとが内部配線３３ｅ〜３３ｉで接続され、パッド３４ｐ〜３４ｔと駆動電極３ｐ〜３ｔが内部配線３３ｐ〜３３ｔで接続されている。パッド３４ｅ〜３４ｉとパッド３４ｐ〜３４ｔとが、それぞれボンディングワイヤ４ｅ〜４ｉで接続されている。これにより、並列に配置された駆動電極３ｅ〜３ｊと駆動電極３ｐ〜３ｔとを電気的に接続して連動させることができる。
ここで、ボンディングワイヤ４の最短の必要長さとチップ間隔との関係を説明する。図７に示した第１の実施形態では、ボンディングワイヤ４の長さＢ１を最短長以上に設定することにより、チップ間隔Ｂを設定することができる。
図９に示した第２の実施形態では、ボンディングワイヤ４の長さＤ１を最短長以上確保するため、ＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂの間隔は、チップ間隔Ｄとなる。ボンディングワイヤ４の長さＢ１と長さＤ１とは等しいため、チップ間隔Ｂよりもチップ間隔Ｄが長くなる。
好ましくは、第１、第２の実施形態に示したように、斜めのパッドに対してボンディングワイヤ４を斜め接続する方が、隣接するＣＭＵＴチップの間隔を小さくすることができる。ただし、パッドからチップ端部までの距離が必要な半導体センサやＣＭＵＴチップの場合には、図１０に示した第３の実施形態におけるボンディングワイヤ４の接続方法でもよい。
また、超音波画像を繋ぎ合わせて形成する上では、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、駆動電極３の幅Ｕの整数倍であることが望ましい。第３の実施形態では、図１０に示したように、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、幅Ｕの３倍となっている。
《第４の実施形態》
図１１は、第４の実施形態におけるＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分の上面図である。
図１１に示した上面図は、隣接しているＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂとパッド３２、およびボンディングワイヤ４の関係を示している。ＣＭＵＴチップ２ａは矩形であり、上辺と右辺には外部との電気接続のためにパッド３２が配置され、下辺と左辺には外部との電気接続のためにパッド３８が配置されている。各パッド３２は、クランク状の内部配線３１でＣＭＵＴ素子部２１ａと電気的に接続される。各パッド３８は、クランク状の内部配線３７でＣＭＵＴ素子部２１ａと電気的に接続される。クランク状の内部配線３１は、ＣＭＵＴチップ２ａの各辺に対して斜めに配線されている。クランク状の内部配線３７は、ＣＭＵＴチップ２ａの各辺に対して、内部配線３１より更に斜めに配線されている。ＣＭＵＴチップ２ｂも、ＣＭＵＴチップ２ａと同様に構成されている。
ＣＭＵＴチップ２ａの各パッド３２と、これに隣接するＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３８とが、ボンディングワイヤ４で接続されている。この接続について、後記する図１２で詳細に説明する。
図１２は、第４の実施形態のＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分を拡大した上面図である。
パッド３２ｆ〜３２ｉは、駆動電極３ｆ〜３ｉに内部配線３１ｆ〜３１ｉでそれぞれ接続される。パッド３８ｐ〜３８ｓは、駆動電極３ｐ〜３ｓに内部配線３７ｐ〜３７ｓでそれぞれ接続される。これらパッド３２ｆ〜３２ｉと、パッド３８ｐ〜３８ｓとは、それぞれボンディングワイヤ４ｆ〜４ｉで電気的に接続されている。
すなわち、パッド３２ｆは、斜め右下のパッド３２ｐを飛ばして、更に下側のパッド３８ｑに接続されている。パッド３２ｇは、斜め右下のパッド３２ｑを飛ばして、更に下側のパッド３８ｒに接続されている。これは、第１の実施形態のボンディングワイヤ４の長さＢ１よりも、更にボンディングワイヤ４の長さＥ１を大きくしなければならない場合に有効な方法である。
また、超音波画像を繋ぎ合わせて形成する上では、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、駆動電極３の幅Ｕの整数倍であることが望ましい。第４の実施形態では、図１２に示したように、ＣＭＵＴチップ２ａの駆動電極３ｆと、ＣＭＵＴチップ２ｂの駆動電極３ｑとの距離は、幅Ｕの２倍となっている。このときＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂは、チップ間隔Ｅだけ離れて配置されている。
《第５の実施形態》
図１３は、第５の実施形態のＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分を拡大した断面図である。
この断面図は、隣接しているＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂとパッド３２、およびボンディングワイヤ４の関係を示している。ＣＭＵＴチップ２ａは、内側（紙面左側）にＣＭＵＴ素子部２１ａを備え、その周辺部（紙面右側）には、電気接続のためのパッド３２ａが配置されている。パッド３２ａは、内部配線３１ａでＣＭＵＴ素子部２１ａの駆動電極３と電気的に接続される。
ＣＭＵＴチップ２ｂは、内側（紙面右側）にＣＭＵＴ素子部２１ｂを備え、その周辺部（紙面右側）には、外部との電気接続用のパッド３２ｂが配置されている。パッド３２ｂは、内部配線３１ｂでＣＭＵＴ素子部２１ｂの駆動電極３と電気的に接続される。
ＣＭＵＴチップ２ａのパッド３２ａと、これに隣接するＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３２ｂとが、ボンディングワイヤ４で電気的に接続されている。第５の実施形態のＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３２ｂは、ＣＭＵＴチップ２ａのパッド３２ａよりも低い位置に配置されているので、ボンディングワイヤ４の長さを確保することができる。
《第６の実施形態》
図１４は、第６の実施形態のＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂが隣接する部分を拡大した断面図である。
この断面図は、隣接しているＣＭＵＴチップ２ａ，２ｂとパッド３２、およびボンディングワイヤ４の関係を示している。ＣＭＵＴチップ２ａは、内側（紙面左側）にＣＭＵＴ素子部２１ａを備え、その周辺部（紙面右下側）には、電気接続のためのパッド３２ａが横向きに配置されている。パッド３２ａは、内部配線３１ａでＣＭＵＴ素子部２１ａの駆動電極３と電気的に接続される。
ＣＭＵＴチップ２ｂは、内側（紙面右側）にＣＭＵＴ素子部２１ｂを備え、その周辺部（紙面右側）には、外部との電気接続用のパッド３２ｂが横向きに配置されている。パッド３２ｂは、内部配線３１ｂでＣＭＵＴ素子部２１ｂの駆動電極３と電気的に接続される。
ＣＭＵＴチップ２ａと、これに隣接するＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３２同士が、ボンディングワイヤ４で電気的に接続されている。第６の実施形態のＣＭＵＴチップ２ｂのパッド３２ｂは、ＣＭＵＴチップ２ａのパッド３２ａよりも高い位置に配置されているので、第６の実施形態と同様に、ボンディングワイヤ４の長さを確保することができる。
《第７の実施形態》
図１５は、第７の実施形態の、二列で格子状に配列したＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｊ近傍の斜視図である。
ＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｊは、チップ列２２ａとチップ列２２ｂとで二列に配置されている。チップ列２２ａを構成するＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅと、チップ列２２ｂを構成するＣＭＵＴチップ２ｆ〜２ｊとは、ボンディングワイヤ６により電気的に接続されている。チップ列２２ａ内のＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅのうち隣接するもの同士は、ボンディングワイヤ４で電気的に接続される。またチップ列２２ｂ内のＣＭＵＴチップ２ｆ〜２ｊのうち隣接するもの同士も同様に、ボンディングワイヤ４で電気的に接続される。
つまり、各ＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｊは、ボンディングワイヤ４およびボンディングワイヤ６で電気的に接続されている。ボンディングワイヤ４で接続された一列の駆動電極３と、ボンディングワイヤ６で接続された一行の駆動電極３とは、連動してＣＭＵＴのメンブレンを駆動することができる。このように５個のチップ列２２ａ，２２ｂを二列でグリッド状にアレイ化することにより、図４に示した第１の実施形態よりも広い面積の超音波送受信面を持つ超音波探触子１を提供できる。超音波探触子１による診断範囲が広いため、高精細な超音波情報を１度で検出することができる。
《第８の実施形態》
図１６は、第８の実施形態の、三列で格子状に配列したＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｏ近傍の斜視図である。
ＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｏは、チップ列２２ａ〜２２ｃの三列で格子状に配置されている。チップ列２２ａを構成するＣＭＵＴチップ２ａ〜２ｅと、チップ列２２ｂを構成するＣＭＵＴチップ２ｆ〜２ｊとは、ボンディングワイヤ６により電気的に接続されている。チップ列２２ｂを構成するＣＭＵＴチップ２ｆ〜２ｊと、チップ列２２ｃを構成するＣＭＵＴチップ２ｋ〜２ｏとは、ボンディングワイヤ６により電気的に接続されている。
このように、チップ列２２ａ〜２２ｃを三列でグリッド状にアレイ化することにより、図１５に示した第７の実施形態よりも、更に広い範囲を一度にセンシングすることができる。
（変形例）
本発明は上記した実施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。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
上記した実施形態の超音波探触子１は、ＣＭＵＴチップ２を一列、二列、三列に配置しているが、これに制限することなく、任意の列数に配置してもよい。また、図４、図１５、図１６に示した実施形態では、それぞれ５個のＣＭＵＴチップ２を並べて配置しているが、これに限定することはなく、任意の個数を配置してもよい。
本発明における複数のＣＭＵＴチップを一列、または複数列に配置することは、ＣＭＵＴチップに限定するものではなく、半導体センサチップにおいても有効である。隣接する半導体センサチップ間のパッド同士をボンディングワイヤで接続する場合に、斜め方向のパッドに対して接続すると、ボンディングワイヤの長さを確保することができる。そのため、隣接するチップの間隔を狭めることが可能となり、複数の半導体センサチップの設置面積を低減することができる。
半導体センサチップやＣＭＵＴチップは、半導体製造プロセスを使用して製造するが、チップの大きさは、歩留まりに影響する。半導体製造プロセスにおいて、ウエハの任意の箇所に不良が発生することがある。複数の不良がウエハ面内に点在している場合、チップの面積が大きく、１枚のウエハからのチップ取れ数の総量が少ないと、不良率も増大する。例えば、８インチのウエハから１００チップとれる場合に、不良が５箇所点在した場合、残りの９５チップが良品で、良品率は、９５％となる。一方、８インチウエハから５００チップ取れる場合、不良が５箇所であれば、４９５チップが良品となり、良品率は９９％となる。したがって、チップサイズの小さい方が、歩留まりは向上する。
また、本発明のように小さいチップを並べるメリットについて説明する。半導体プロセスで製造したウエハは、成膜した膜の特性や膜厚により面内において分布が発生する。ＣＭＯＳセンサでは、検出感度がウエハ面内からの切り出し位置によって異なることがある。ＣＭＵＴチップでは、上下２つの電極に挟まれた空洞の高さにおいて、ウエハ面内のばらつきがある。ＣＭＵＴの場合、上下の電極は、駆動電極と固定電極に対応し、直流電圧を印加して、駆動電極側のメンブレンを撓ませる。この状態で交流電圧を印加して、駆動電極側のメンブレンを振動させて超音波を発生させる。そのため空洞の高さは、ＣＭＵＴ素子の特性に重要である。したがって、空洞の高さは、上下の電極の静電容量で測定できる。空洞の高さは更に、電圧をスイープ印加したときの静電容量の最大値でも評価することができる。そのため静電容量を測定して、各ＣＭＵＴチップのばらつきを測定し、静電容量特性の近いＣＭＵＴチップを選定して配列することにより、更に均一な特性を有するＣＭＵＴチップアレイを提供できる。
ＣＭＯＳセンサやＣＭＵＴチップのウエハ面内ばらつきにより、各チップの特性が異なる場合がある。このような場合には、本発明の複数のチップを並べて接続する方法を使えば、特性の近いチップを選別して配置するとよい。これにより、ひとつのセンサとして安定した特性を提供できる。また、上記のばらつきは、ウエハ面内ばらつきに特定するものではなく、各ウエハのバッチごとや、ロットごとであっても適用できる。
さらに、本発明を適用することにより、駆動周波数特性のことなるＣＭＵＴチップを並列して配置し、同時に異なる周波数の超音波送受信が可能となり、２波長診断などに適用できる。
また、本発明によると、小さいチップを並べることにより、大きいチップの代替えができるため、半導体センサチップやＣＭＵＴチップを用いた計測器や超音波探触子の歩留まりを向上することができる。
１ 超音波探触子
１１ バッキング
２，２ａ〜２ｏ ＣＭＵＴチップ
２１，２１ａ〜２１ｅ ＣＭＵＴ素子部
２２ａ〜２２ｃ チップ列
３，３ｅ〜３ｊ，３ｐ〜３ｕ 駆動電極 （センサセル）
３２，３４，３６，３８ パッド
３１，３３，３５，３７ 内部配線
４，６ ボンディングワイヤ
７１ フレキシブル基板
７２ コネクタ
７３ 回路基板
７４ 接続端子
７５ 音響レンズ
８ 超音波診断装置
８１ コントロールパネル
８２ 超音波送受信部
８２１ 超音波パルス発生部
８２２ 変換部
８３ 超音波画像形成部
８４ 制御部
８５ 表示部
９ 被検体

Claims (10)

  1. センサセルが素子部に配列された第１の半導体センサチップと、
    センサセルが素子部に配列され、前記第１の半導体センサチップに隣接し、かつ当該センサセルに隣接する前記第１の半導体センサチップのセンサセルとの間がそれぞれボンディングワイヤで電気的に接続された第２の半導体センサチップと、
    を含んで構成される超音波探触子を備える、
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 前記ボンディングワイヤは、前記第１、第２の半導体センサチップが隣接する辺に対して、斜め方向に配線されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記ボンディングワイヤは、前記第１、第２の半導体センサチップの配列方向に対して、斜め方向に配線されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  4. 前記第１の半導体センサチップのパッドに対して、当該パッドと電気的に接続される前記第２の半導体センサチップのパッドは、前記第１、第２の半導体センサチップが隣接する辺の斜め方向に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  5. 前記第１の半導体センサチップのパッドに対して、当該パッドと電気的に接続される前記第２の半導体センサチップのパッドは、前記第１、第２の半導体センサチップが隣接する辺の直角方向に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  6. 前記第１の半導体センサチップの各センサセルに対して、当該センサセルのパッドは、前記第１、第２の半導体センサチップが隣接する辺の斜め方向に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  7. 前記第２の半導体センサチップの各センサセルに対して当該センサセルのパッドは、前記第１、第２の半導体センサチップが隣接する辺の斜め方向に配置されている、
    ことを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
  8. バッキングと、
    前記バッキング上に配列した複数の半導体センサチップと、
    前記半導体センサチップのうち隣接する列のセンサセルに接続されるパッド同士を電気的に接続するワイヤボンディングと、
    を備え、
    複数の前記半導体センサチップは、
    センサセルが矩形内にグリッド状に配列された素子部と、
    前記素子部の一辺に位置する各前記センサセルに電気的に接続され、前記センサセルの配列方向に対して斜めに位置するパッドと、
    を含んで構成される、
    ことを特徴とする半導体センサチップアレイ。
  9. 複数の前記半導体センサチップは、一列に配置されている、
    ことを特徴とする請求項８に記載の半導体センサチップアレイ。
  10. 複数の前記半導体センサチップは、グリッド状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項８に記載の半導体センサチップアレイ。
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