JP6836121B2 - 実装構造体、超音波デバイス、超音波探触子、超音波装置、電子機器、及び実装構造体の製造方法 - Google Patents

実装構造体、超音波デバイス、超音波探触子、超音波装置、電子機器、及び実装構造体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、実装構造体、超音波デバイス、超音波探触子、超音波装置、電子機器、及び実装構造体の製造方法に関する。
回路基板に電子部品を実装する場合に、回路基板側の配線と電子部品側の配線とをバンプ電極を介して電気的に接続する実装方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1では、電子部品は、基板上にICチップ等の電子素子(機能素子)と、電子素子に接続する金属配線としての導電膜が形成されている。この導電膜は、機能素子から基板の周縁部に形成された樹脂突起の表面まで引き出されている。そして、樹脂突起と、当該樹脂突起の表面を覆う導電膜によりバンプ電極が構成される。また、回路基板は、液晶パネルが形成される基板であって、液晶が配置された領域の外側に電極端子が形成される。これら電子部品側のバンプ電極と、回路基板側の電極端子とが接触した状態で、電子部品が回路基板に実装される。
特開2007−180166号公報
ところで、特許文献1に記載の構成では、機能素子に対向しない回路基板の周縁部において、電極端子とバンプ電極とが接触されている。すなわち、回路基板と電子部品とは、機能素子と離れた位置で接続されている。この場合、回路基板の周縁部の電極端子と機能素子を接続する配線を形成しなければならず、機能素子の高集積化は適さない。つまり、基板上に多数の機能素子が設けられる場合、各機能素子に対する配線構成が複雑化したり、各配線の抵抗が大きくなったり、近接する配線間での寄生容量の影響が大きくなったりする。これに対して、機能素子が形成されている領域において配線接続を行う場合、電極端子のサイズを小さくすることにより機能素子の高集積化を図ることが考えられる。
しかしながら、電極端子のサイズを小さくすると、配線接続時における回路基板と電子部品との位置合わせを高精度に行う必要がある。つまり、基板と回路基板との位置合わせ精度が十分ではない場合、電極端子とバンプ電極との位置ずれにより、適切な配線接続を行うことができないおそれがある。このように、従来の構成では、機能素子が形成された領域で、基板間の電気的接続の接続信頼性が低下するおそれがあった。
本発明は、基板間での電気的接続の接続信頼性を向上させることができる適用例及び実施形態としての実装構造体、超音波デバイス、超音波探触子、超音波装置、電子機器、及び実装構造体の製造方法を提供することを1つの目的とする。
本発明の一適用例に係る実装構造体は、機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記機能素子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記機能素子に導通される導通部と、を備え、前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きいことを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、機能素子と、当該機能素子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続する導通部が設けられている。そして、厚み方向の平面視において、配線部の第3面の面積は、当該配線部の第1基板側の第1端部の面積より大きい。このような構成では、上記平面視において、第1端部の面積を変更せずに、導通部が接続される第3面の面積を大きくすることができる。したがって、第1基板と第2基板との間の位置ずれの許容量を増大させることができ、接続信頼性を向上させることができる。また、上記平面視における第1端部の面積を変更しなくてもよく、機能素子の高集積化を図ることができる。
本適用例の実装構造体において、前記配線部の前記第2基板側の第2端部は、前記第1面に沿って突出することが好ましい。
本適用例では、配線部の第2端部は、第2面に沿って突出する。このような構成では、配線部の第3面の面積を大きくしつつ、配線部の第1端部側の断面積(第1面及び第2面に平行な断面の面積)の増大を抑制できる。したがって、機能素子の高集積化を図るとともに、接続信頼性を向上させることができる。
本適用例の実装構造体において、前記配線部は、前記第1端部及び前記第2端部に亘る側面を有し、前記側面は、前記機能素子が配置された側に、前記機能素子から離れる方向に凹となる凹曲面を有することが好ましい。
本適用例の配線部は、側面の機能素子が配置された側に、機能素子とは離れる方向に凹となる凹曲面を有する。すなわち、配線部及び機能素子のそれぞれの配置位置(中心位置)を通り基板厚み方向に沿う面で配線部を切断した際の側面は、配線部の中心側に向かって凹に湾曲する。これにより、側面が機能素子側に凸となる構成や、側面が直線状の構成と比べて、配線部の側面を機能素子から離すことができる。したがって、機能素子と配線部とが干渉することをより一層抑制することができる。
本適用例の実装構造体において、前記第3面は、前記第2面側に突出する凸部を有することが好ましい。
本適用例では、配線部の第3面は、第2面側に凸部、つまり第2面側に凸の凸曲面を有する。このような第3面は、例えば、平坦な場合と比べて第3面の面積が増大する。したがって、導通部を第3面に沿って密着させることにより、接続面積を増大させることができ、接触抵抗(電気抵抗)を低減させることができる。
本適用例の実装構造体において、前記第3面は、前記第1面側に凹となる凹部を有することが好ましい。
本適用例では、配線部の第3面は、第1面側に凹の凹部、つまり第1面側に凹の凹曲面を有する。このような構成では、配線接続の際に、第3面に対して導通部の位置ずれが生じたとしても、湾曲面に沿って、当該湾曲面の最深部(例えば第1基板に最も近い部分)等の所定の位置に導通部を移動させることができる。したがって、第1基板と第2基板との位置合わせ精度を向上させることができる。
本適用例の実装構造体において、前記導通部は、前記第1面側に突出する突出部を有することが好ましい。
本適用例では、導通部は、第1面側に突出する突出部、つまり第1面側に凸の凸曲面を有する。このような構成では、配線接続の際に、配線部側の凹部に、導通部側の突出部の少なくとも一部を挿入することにより、第1基板と第2基板との位置決めを行うことができる。したがって、第1基板と第2基板との位置合わせが容易である。また、位置合わせの精度を向上させることができる。
本適用例の実装構造体において、前記凹部は第1曲率で湾曲する球面状凹部を含み、前記突出部は第2曲率で湾曲する球面状凸部を含み、前記第1曲率は、前記第2曲率以下であることが好ましい。
本適用例では、凹部は、第1曲率を有する球面状凹部を含む。また、突出部は、第2曲率を有する球面状凸部を含む。この第1曲率は、第2曲率以下である。このような構成では、突出部の曲率以下の曲率を有する凹部に沿って、突出部を移動させることができる。したがって、上述のように配線部と導通部との間で位置ずれが生じたとしても、より確実に配線部の凹部に沿って導通部を移動させることができ、位置合わせ精度を向上させることができる。
本適用例の実装構造体において、前記凹部は第1曲率で湾曲する球面状凹部を含み、
前記突出部は第2曲率で湾曲する球面状凸部を含み、前記第1曲率は、前記第2曲率よりも大きいことが好ましい。
本適用例では、凹部は、第1曲率を有する球面状凹部を含む。また、突出部は、第2曲率を有する球面状凸部を含む。この第1曲率は、第2曲率よりも大きい。このような構成では、突出部の湾曲に応じて、基板厚み方向に交差する面内における突出部と凹部との各中心位置が一致するように、凸部と凹部とを相対移動させることができる。したがって、第1基板と第2基板との位置合わせが容易である。また、位置合わせの精度を向上させることができる。
本適用例の実装構造体において、前記導通部は、前記第3面に接続される第4面を有し、前記第3面及び前記第4面の少なくとも一方は、前記第3面と前記第4面との間の滑りを抑制する滑り抑制部を有することが好ましい。
本適用例では、第3面及び第4面の少なくとも一方は、第3面と第4面との間の滑りを抑制する滑り抑制部を有する。このような構成では、配線接続の際に、第3面と第4面との間での滑りを抑制でき、当該滑りによる位置合わせ精度の低下を抑制できる。
本適用例の実装構造体において、前記滑り抑制部は、凹凸であることが好ましい。
本適用では、滑り抑制部として凹凸を有する。このような構成では、第3面及び第4面の少なくとも一方に凹凸を設けるという簡易な構成により、第3面と第4面との間での滑りによる、位置合わせ精度の低下を抑制できる。
本発明の一適用例に係る実装構造体は、機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記機能素子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面側に突出し、前記配線部に接続して前記機能素子に導通される導通部と、を備え、前記配線部は、前記第2面に対向する第3面を有し、前記導通部は、前記第3面に接続される第4面を有し、前記第3面及び前記第4面の少なくとも一方は、前記第3面と前記第4面との間での滑りを抑制する滑り抑制部を有することを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、機能素子と、当該機能素子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続される導通部が設けられている。そして、互いに接続される配線部の第3面と、導通部の第4面との少なくとも一方は、滑り抑制部を有する。このような構成では、配線接続の際に、第3面と第4面との間での滑りを抑制でき、当該滑りによる位置合わせ精度の低下を抑制できる。
また、位置合わせ精度の低下を抑制できるため、第1基板と第2基板との位置ずれによる、導通部と機能素子とが干渉することを抑制できる。また、位置合わせ精度の低下を抑制できるため、機能素子の高集積化を図ることができる。
本適用例の実装構造体において、前記導通部は、樹脂部と、前記樹脂部を覆う導電膜と、を有することが好ましい。
本適用例では、導通部は、樹脂部と、当該樹脂部を覆う導電膜とを有する。このような構成では、導通部は、樹脂部及び導電膜によって弾性変形可能である。したがって、配線接続の際に、導通部と配線部との間の密着性を向上させることができ、接続信頼性を向上させることができる。
本発明の一適用例に係る超音波デバイスは、振動子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記振動子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記振動子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記振動子に導通される導通部と、を備え、前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きいことを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、振動子と、当該振動子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続される導通部が設けられている。そして、厚み方向の平面視において、配線部の第3面の面積は、当該配線部の第1基板側の第1端部の面積より大きい。
このような構成では、上記適用例と同様に、第1基板の第1面に形成された電極端子に導通部を接続させる場合と比べて、第1基板と第2基板との間の位置ずれの許容量を増大させることができ、接続信頼性を向上させることができる。
また、上記適用例と同様に、第1端部側の面積を小さくして、振動子の高集積化を図ることもできる。
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、振動子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記振動子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記振動子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記振動子に導通される導通部と、前記第1基板、前記配線部、前記第2基板、及び前記導通部を収納する筐体と、を備え、前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きいことを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、振動子と、当該振動子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続される導通部が設けられている。そして、厚み方向の平面視において、配線部の第3面の面積は、当該配線部の第1基板側の第1端部の面積より大きい。
このような構成では、上記適用例と同様に、第1基板の第1面に形成された電極端子に導通部を接続させる場合と比べて、第1基板と第2基板との間の位置ずれの許容量を増大させることができ、接続信頼性を向上させることができる。
また、上記適用例と同様に、第1端部側の面積を小さくして、振動子の高集積化を図ることもできる。
本発明の一適用例に係る超音波装置は、振動子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記振動子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記振動子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記振動子に導通される導通部と、前記振動子を制御する制御部と、を備え、前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きいことを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、振動子と、当該振動子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続される導通部が設けられている。そして、厚み方向の平面視において、配線部の第3面の面積は、当該配線部の第1基板側の第1端部の面積より大きい。
このような構成では、上記適用例と同様に、第1基板の第1面に形成された電極端子に導通部を接続させる場合と比べて、第1基板と第2基板との間の位置ずれの許容量を増大させることができ、接続信頼性を向上させることができる。
また、上記適用例と同様に、第1端部側の面積を小さくして、振動子の高集積化を図ることもできる。
本発明の一適用例に係る電子機器は、機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記機能素子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記機能素子に導通される導通部と、前記機能素子を制御する制御部と、を備え、前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きいことを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、振動子と、当該機能素子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続される導通部が設けられている。そして、厚み方向の平面視において、配線部の第3面の面積は、当該配線部の第1基板側の第1端部の面積より大きい。
このような構成では、上記適用例と同様に、第1基板の第1面に形成された電極端子に導通部を接続させる場合と比べて、第1基板と第2基板との間の位置ずれの許容量を増大させることができ、接続信頼性を向上させることができる。
また、上記適用例と同様に、第1端部側の面積を小さくして、機能素子の高集積化を図ることもできる。
本発明の一適用例に係る実装構造体の製造方法は、機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記機能素子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記機能素子に導通される導通部と、を備える実装構造体の製造方法であって、前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記第1基板側の端部の面積より大きい前記配線部を形成する工程と、前記第2基板に前記導通部を形成する工程と、前記配線部及び前記導通部を接続させる工程と、を含むことを特徴とする。
本適用例では、第1基板の第1面には、振動子と、当該機能素子に導通される配線部と、が設けられている。また、第2基板の第2面には、配線部に接続される導通部が設けられている。そして、厚み方向の平面視において、配線部の第3面の面積は、当該配線部の第1基板側の第1端部の面積より大きい。
このような構成では、上記適用例と同様に、第1基板の第1面に形成された電極端子に導通部を接続させる場合と比べて、第1基板と第2基板との間の位置ずれの許容量を増大させることができ、接続信頼性を向上させることができる。
また、上記適用例と同様に、第1端部側の面積を小さくして、機能素子の高集積化を図ることもできる。
第1実施形態の超音波装置の概略構成を示す斜視図。 第1実施形態の超音波装置の概略構成を示すブロック図。 第1実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。 第1実施形態の超音波デバイスにおける素子基板の概略構成を示す平面図。 第1実施形態の超音波デバイスにおける封止板の概略構成を示す平面図。 第1実施形態の超音波デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート。 第1実施形態の超音波デバイスの製造工程の一例を模式的に示す断面図。 第1実施形態の超音波デバイスの製造工程の一例を模式的に示す断面図。 第1実施形態の超音波デバイスの一変形例の概略構成を示す断面図。 第1実施形態の超音波デバイスの一変形例の概略構成を示す断面図。 第2実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。 第3実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。 第3実施形態の超音波デバイスにおける接合工程を模式的に示す断面図。 第4実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。 第5実施形態の超音波デバイスの概略構成を示す断面図。 超音波デバイスの他の変形例の概略構成を示す断面図。 超音波デバイスの他の変形例の概略構成を示す断面図。 超音波デバイスの他の変形例の概略構成を示す断面図。 超音波デバイスの他の変形例の概略構成を示す断面図。
[第1実施形態]
以下、第1実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図1は、超音波測定装置1の概略構成を示す斜視図である。図2は、超音波測定装置1の概略構成を示すブロック図である。
超音波測定装置1は、図1に示すように、超音波プローブ2と、超音波プローブ2にケーブル3を介して電気的に接続された制御装置10と、を備えている。
この超音波測定装置1は、超音波プローブ2を生体(例えば人体)の表面に当接させ、超音波プローブ2から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ2にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態(例えば血流等)を測定したりする。
[制御装置の構成]
制御装置10は、制御部に相当し、図2に示すように、例えば、操作部11と、表示部12と、記憶部13と、演算部14と、を備えて構成されている。この制御装置10は、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いてもよく、超音波プローブ2を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部11は、ユーザーが超音波測定装置1を操作するためのUI(user interface)であり、例えば表示部12上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部12は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部13は、超音波測定装置1を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
演算部14は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部14は、記憶部13に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、超音波プローブ2に超音波を送信させるための送信信号の生成及び出力処理の制御を行い、超音波プローブ2に超音波を受信させるための各種処理(例えば受信信号の周波数設定やゲイン設定など)の制御を行う。
[超音波プローブの構成]
超音波プローブ2は、超音波探触子に相当し、筐体21と、筐体21内部に収納する超音波デバイス22と、超音波デバイス22を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板23(図2参照)と、を備えている。なお、超音波デバイス22と、回路基板23とにより超音波センサー24が構成され、当該超音波センサー24は、超音波モジュールを構成する。
[筐体の構成]
筐体21は、図1に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面(センサー面21A)には、センサー窓21Bが設けられており、超音波デバイス22の一部が露出している。また、筐体21の一部(図1に示す例では側面)には、ケーブル3の通過孔21Cが設けられ、ケーブル3は、通過孔21Cから筐体21の内部の回路基板23に接続されている。また、ケーブル3と通過孔21Cとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル3を用いて、超音波プローブ2と制御装置10とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ2と制御装置10とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ2内に制御装置10の各種構成が設けられていてもよい。
[回路基板の構成]
回路基板23は、超音波デバイス22が接合され、超音波デバイス22を制御するためのドライバー回路等が設けられる。この回路基板23は、図2に示すように、選択回路231、送信回路232、及び受信回路233を備えている。
選択回路231は、制御装置10の制御に基づいて、超音波デバイス22と送信回路232とを接続する送信接続、及び超音波デバイス22と受信回路233とを接続する受信接続のいずれかの接続状態に切り替える。
送信回路232は、制御装置10の制御により送信接続に切り替えられた際に、選択回路231を介して超音波デバイス22に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。
受信回路233は、制御装置10の制御により受信接続に切り替えられた際に、選択回路231を介して超音波デバイス22から入力された受信信号を制御装置10に出力する。受信回路233は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、A/Dコンバーター等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置10に出力する。
[超音波デバイスの構成]
図3は、超音波デバイス22の断面図である。図4は、超音波デバイス22における素子基板41を、封止板42側から見た平面図である。図5は、保護膜44側から見た超音波トランスデューサー45を模式的に示す平面図である。なお、図3は、図4におけるA−A線で超音波デバイス22を切断した際の断面図である。
超音波デバイス22は、図3に示すように、素子基板41と、封止板42と、音響整合層43と、保護膜44と、を含み構成されている。これらのうち素子基板41及び封止板42は、図3に示すように、封止板42側に設けられた導通部421を介して電気的に接続されている。
この素子基板41には、図4に示すように、超音波を送受信する超音波トランスデューサー45の複数が、X方向及びX方向に交差(本実施形態では直交)するY方向に沿ってマトリクス状に配置されている。これら複数の超音波トランスデューサー45により超音波アレイUAが構成されている。
(素子基板の構成)
素子基板41は、第1基板に相当し、図3に示されるように、基板本体部411と、基板本体部411に積層された振動膜412と、を備えている。また、素子基板41は、図4に示されるように、振動膜412の封止板42側に、圧電素子413と、下部電極連結線414と、配線部415と、上部電極引出線416と、接合部417とが設けられている。これらのうち、振動膜412の振動領域である可撓膜412Aと圧電素子413とにより、超音波を送受信する超音波トランスデューサー45が構成されている。また、素子基板41は、複数の超音波トランスデューサー45によって構成される超音波アレイUAが設けられるアレイ領域Ar1を有する。
ここで、以降の説明にあたり、素子基板41の封止板42に対向する面を第1面に相当する背面41A、背面41Aとは反対側の面を作動面41Bと称する。なお、作動面41Bの法線方向は、Z方向(素子基板41の厚み方向)に略一致し、素子基板41から封止板42に向かう方向は、Z方向に略平行である。
基板本体部411は、例えばSi等の半導体基板である。基板本体部411におけるアレイ領域Ar1内には、各々の超音波トランスデューサー45に対応した開口部411Aが設けられている。各開口部411Aは、壁部411B(図3参照)によって隔てられている。また、各開口部411Aは、封止板42側(−Z側)に設けられた振動膜412により閉塞されている。
振動膜412は、例えばSiOや、SiO及びZrOの積層体等より構成され、基板本体部411の−Z側全体を覆って設けられている。この振動膜412のうち、開口部411Aを閉塞する部分は、弾性変形可能な可撓膜412Aを構成する。この振動膜412の厚み寸法(厚さ)は、基板本体部411に対して十分小さい厚み寸法(厚さ)となる。基板本体部411をSiにより構成し、振動膜412をSiOにより構成する場合、例えば基板本体部411を酸化処理することで、所望の厚み寸法(厚さ)の振動膜412を容易に形成することが可能となる。また、この場合、SiOの振動膜412をエッチングストッパーとして基板本体部411をエッチング処理することで、容易に前記開口部411Aを形成することが可能となる。
また、各開口部411Aを閉塞する振動膜412の可撓膜412A上には、それぞれ圧電素子413が設けられている。これら可撓膜412Aと圧電素子413とにより、1つの超音波トランスデューサー45が構成される。この圧電素子413は、下部電極413A、圧電膜413B、及び上部電極413Cの積層体として構成されている。
下部電極413Aや上部電極413Cは、1又は2以上の導電性材料による層を含み構成されている。このような導電性材料としては、例えば、Au,Al,Cu,Ir,Pt,IrOx,Ti,TiW,TiOx等の電極材料を用いることができる。本実施形態では、例えば、下部電極413Aは、振動膜412上にTiW層(50nm)と、Cu層(100nm)とが順に積層されて構成されている。
また、圧電膜413Bは、例えば、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物、より具体的には、Pb、Ti及びZrを含むチタン酸ジルコン酸鉛を用いて形成される。
このような超音波トランスデューサー45では、下部電極413A及び上部電極413Cの間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部411Aの開口領域に位置する可撓膜412AをZ方向に沿って振動させて超音波を送出することができる。また、対象物から反射された超音波により可撓膜412Aが振動されると、圧電膜413Bの上下で電位差が発生する。したがって、下部電極413A及び上部電極413C間に発生する前記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
また、本実施形態では、図4に示すように、X方向及びY方向に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー45のうち、Y方向に並ぶ2つの超音波トランスデューサー45は、1つの送受信チャンネルである超音波トランスデューサー群45Aを構成する。つまり、超音波アレイUAは、超音波トランスデューサー群45AがX方向及びY方向に沿って配置された2次元アレイ構造を有する。すなわち、超音波アレイUAは、X方向及びY方向に沿って複数の送受信チャンネルが配置されて構成される2次元アレイである。
超音波トランスデューサー群45Aを構成する超音波トランスデューサー45のそれぞれの下部電極413Aは、下部電極連結線414によって連結される。この下部電極連結線414は、各下部電極413Aと一体的に形成される。つまり、下部電極連結線414は、例えば、下部電極413Aと同様に、TiW層(50nm)と、Cu層(100nm)とが積層されて構成される。なお、下部電極連結線414は、下部電極413Aとは別に設けられてもよい。
上部電極引出線416は、超音波トランスデューサー45の各上部電極413Cに接続される。上部電極引出線416は、導電性材料で形成され、Y方向に沿って配置された複数の引出部416Aと、この引出部416Aと上部電極413Cとを連結する連結部416Bと、配線領域Ar2に配置された接続端子部416Cと、を備える。
引出部416Aは、図4に示すように、例えば、X方向に沿って数えた際の奇数番目と偶数番目の超音波トランスデューサー群45Aの間に配置され、これら超音波トランスデューサー群45Aの各上部電極413Cが連結部416Bによって連結されている。
接続端子部416Cは、素子基板41の外周部の配線領域Ar2に形成され、引出部416Aと連結する。この接続端子部416Cは、図示を省略するが、配線部材を介して回路基板23のグランド回路(図示省略)に接続され、基準電位(例えば0電位)に設定されている。つまり、上部電極413Cは、基準電位が印加される共通電極である。
接合部417は、上述のように構成された素子基板41と封止板42とを接合する。この接合部417は、素子基板41の外縁に沿った位置や、超音波トランスデューサー45に沿った位置に配置される。例えば、接合部417は、図4に示すように、背面41Aの壁部411Bと重なる位置に、X方向に沿って配置される。
接合部417は、素子基板41と封止板42とを接合可能な材料、例えば各種接着剤や感光性樹脂材料(フォトレジスト)等の樹脂材料を用いて形成される。本実施形態では、接合部417は、感光性樹脂材料を用いて形成されている。これにより、接合部417を所望の位置に、所望の形状で形成することができる。
(配線部の構成)
配線部415は、導電性を有し、背面41Aの超音波トランスデューサー45とは異なる位置に設けられ、下部電極連結線414を介して超音波トランスデューサー45に導通される。具体的には、配線部415は、Z方向から見た平面視において、壁部411Bと重なる位置に配置された下部電極連結線414から封止板42に向かって突設され、後述する導通部421に電気的に接続される。つまり、各超音波トランスデューサー45の下部電極413Aは、下部電極連結線414及び配線部415を介して導通部421に電気的に接続される。また、配線部415は、複数の超音波トランスデューサー群45Aのそれぞれに対して一つずつ設けられる。なお、素子基板41と、配線部415と、封止板42と、導通部421と、を少なくとも含み、実装構造体が構成される。
配線部415は、素子基板41側の第1端部415Aと、封止板42側の第2端部415Bと、側面415Cと、封止板42側の当接面415D(第3面に相当)と、を有する。
第2端部415Bは、封止板42に沿って突出し、第1端部415Aと比べてX方向及びY方向の寸法(面積)が大きい。つまり、配線部415は、第2端部415Bにおいて、第1端部415Aと比べて、X方向及びY方向に突出している。第2端部415Bの少なくとも一部は、図3及び図4に示すように、Z方向において超音波トランスデューサー45に重なる。
側面415Cは、配線部415の素子基板41側の基端と当接面415Dとに亘る面である。この側面415Cは、Z方向と直交する方向において配線部415の中心に向かって凹状に湾曲する湾曲面である。つまり、側面415Cは、第1端部415Aから第2端部415Bに向かうにしたがって、側面415CのXY面に平行な面の断面積が増加し、かつ、断面積の増加量も増大する。つまり、側面415Cが、圧電素子413から離れる方向に湾曲している。当該構成では、振動膜412が振動した場合でも、配線部415(側面415C)と圧電素子413との干渉が抑制される。
当接面415Dは、Z方向からの平面視における面積が導通部421よりも大きい。つまり、Z方向と直交する方向(例えばX方向及びY方向)において、当接面415Dの寸法は、導通部421の寸法よりも大きい。
このような配線部415は、例えば、金属材料や導電性フィラーを含む樹脂材料等の導電性を有する材料を用いて形成される。例えば、配線部415は、電界めっき法により、金属材料を下部電極連結線414上に析出させることにより形成される。
(封止板の構成)
図3乃至図5に示す封止板42は、第2基板に相当し、素子基板41の強度を補強するために設けられ、例えば半導体基板等により構成され、接合部417により素子基板41に接合されている。封止板42の材質や厚みは、超音波トランスデューサー45の周波数特性に影響を及ぼすため、送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
封止板42には、導通部421と、貫通電極422と、が設けられている。
(導通部の構成)
図3乃至図5に示す導通部421は、封止板42の素子基板41側の面(第2面に相当し、以下、内面42Aとも称す)に設けられ、素子基板41に設けられた配線部415に密着して電気的に接続される。この導通部421は、樹脂部421Aと、樹脂部421Aを覆い、かつ、貫通電極422に電気的に接続される導電膜421Bと、を備える。
樹脂部421Aは、図3に示すように内面42Aにおける配線部415と重なる位置に設けられ、内面42Aから素子基板41に向かって突出している。この樹脂部421Aは、弾性を有する樹脂材料で形成され、後述するように、内面42Aに配置された樹脂材料を熱溶融させることにより略半球状に形成される。なお、樹脂部421Aは、樹脂材料の種類や熱溶融の温度の条件により、略台形(台形の角が丸くなった状態)とすることもできる。
樹脂部421Aの形成材料として、感光性樹脂材料(フォトレジスト)を用いることができる。この場合、樹脂部421Aを所望の位置に、所望の形状で形成することができる。また、樹脂部421Aの形成材料として、感光性樹脂材料以外にも、弾性を有する各種樹脂材料、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及び変性ポリイミド樹脂等を用いることができる。
導電膜421Bは、導電性材料により形成され、樹脂部421Aを被覆している。また、導電膜421Bは、貫通電極422の形成位置までY方向に沿って延出し、貫通電極422に接続されている。この導電膜421Bの厚みを、樹脂部421Aよりも十分に薄くすることにより、樹脂部421Aの弾性変形に応じて、導電膜421Bを変形させることができる。
導電膜421Bを形成する導電性材料として、Au、Ag、TiW、Cu、Ni、Pd、Al、Cr、Ti、W、NiCr等や、鉛フリーはんだ等を用いることができる。本実施形態では、例えば、導電膜421Bは、内面42A側からTiW層(50nm)と、Au層(100nm)とが積層されて構成されている。
そして、導通部421は、図3に示すように、表面421Cの一部が当接面415Dに密着している。すなわち、導通部421を構成する樹脂部421A及び導電膜421Bは、封止板42を素子基板41に接合していない状態において、例えば略半球状に形成されている。そして、封止板42を素子基板41に接合する際に、導通部421の+Z側端部が当接面415Dに圧接されることで、導通部421が弾性変形し、+Z側端部の接続領域Cn(図5参照)が、当接面415Dに密着(導通)される。これにより、弾性変形した樹脂部421Aの復元力により、導電膜421Bが配線部415側に付勢され、導通部421と配線部415との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。
(貫通電極の構成)
貫通電極422は、図3乃至図5に示すように、樹脂部421AをY方向に沿って挟む位置に一対設けられており、例えばSi貫通電極(TSV;Through-Sillicon Via)や、貫通孔に充填された導電性材料である。また、封止板42の−Z側の面(以下、外面42Bとも称す)には、各貫通電極422に対して個別に下部電極配線423が形成されている。下部電極配線423は、貫通電極422に接続し、外面42Bに沿って形成された配線(図示略)を介して回路基板23に接続されている。なお、貫通電極422は、一つの導通部421に対して少なくとも一つ形成されていればよく、三つ以上であってもよい。また、貫通電極422の配置位置は、図示例に限定されず、例えば、樹脂部421Aの+X側や−X側に形成されていてもよい。
(音響整合層及び保護膜の構成)
音響整合層43は、素子基板41の作動面41B側に配置される。本実施形態では、音響整合層43は、作動面41B側に形成された開口部411A内に充填されている。
保護膜44は、素子基板41及び音響整合層43上に設けられ、これら素子基板41及び音響整合層43を保護する。この保護膜44は、図1に示すように、筐体21のセンサー窓21Bから外部に露出し、超音波測定時に生体表面に当接される。
これらの音響整合層43や保護膜44は、超音波トランスデューサー45から送信された超音波を測定対象である生体に効率良く伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー45に伝搬させる。このため、音響整合層43及び保護膜44の音響インピーダンスは、生体の音響インピーダンスに近い値に設定されている。
[超音波デバイスの製造方法]
以下、上述のような超音波デバイス22の製造方法について説明する。
図6は、超音波デバイス22の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図7及び図8は、超音波デバイス22の製造工程を模式的に示す図である。
超音波デバイス22を製造するためには、図6に示すように、素子基板形成工程S1、封止板形成工程S2、接合工程S3及び加工工程S4を実施する。
(素子基板形成工程)
素子基板形成工程S1では、先ず、図7の1番目の図に示すように、例えばSiにより構成された基板本体部411に振動膜412、圧電素子413、下部電極連結線414、及び上部電極引出線416(図示略)を形成する(ステップS11:素子部形成工程)。ステップS11では、基板本体部411を熱酸化処理して形成したSiO膜上にZrを成膜し、さらに熱酸化処理してZrO層を形成して振動膜412を形成する。この振動膜412上に、下部電極413A、圧電膜413B、及び上部電極413Cを形成して、圧電素子413を形成する。なお、下部電極413Aを形成する際に下部電極連結線414を形成し、上部電極413Cを形成する際に上部電極引出線416を形成する。具体的には、先ず、振動膜412上に例えばスパッタリング等により成膜した電極材料をパターニングして下部電極413A及び下部電極連結線414を形成する。その後、下部電極413A上に圧電膜413Bを形成する。圧電膜413Bの形成後、下部電極413A及び下部電極連結線414と同様にして、上部電極413C及び上部電極引出線416を形成する。
次に、図6に示すように、下部電極連結線414上に配線部415を形成する(ステップS12:配線部形成工程)。ステップS12では、図7の2番目の図に示すように、配線部415の形成位置に開口51Aを有する、配線部415を形成するためのマスク51を形成する。このマスク51は、ポジ型のフォトレジストを用い形成できる。そして、例えば、電界めっき法により、図7の3番目の図に示すように、開口51A内の下部電極連結線414上に配線部415を形成する。配線部415は、−Z側の面が凸面であり、開口51Aから突出する。次に、図7の4番目の図に示すように、配線部415の−Z側の面を研磨して平坦な当接面415Dを形成した後、マスク51を除去する。
次に、図6に示すように、素子基板41上に接合部417を形成する(ステップS13:接合部形成工程)。ステップS13では、例えば、接合部417の形成用の感光性樹脂層を素子基板41上に形成して、パターニングすることにより、図7の5番目の図に示すように接合部417を形成する。
(封止板形成工程)
次に、図6に示すように封止板形成工程S2を実施する。ステップS2では、貫通電極422(図示略)を備える封止板42の内面42A側に導通部421を形成する。つまり、内面42Aに樹脂部421Aを形成するための樹脂層を形成してパターニングする。その後、内面42Aに残された樹脂層を加熱溶融させ、再び固化させることにより、略半球状の樹脂部421Aを形成する。そして、樹脂部421A及び貫通電極422の+Z側の面を覆うように導電膜421Bを形成する。
(接合工程)
次に、図6に示すように、上述のように形成された素子基板41と封止板42とを接合する接合工程を実施する(ステップS3)。ステップS3では、図8の1番目の図に示すように、素子基板41上に封止板42を配置する。この際、素子基板41と封止板42との相対位置を調整する。つまり、導通部421が対応する配線部415に重なるように位置調整を行う。
位置調整を行った後、図8の2番目の図に示すように、素子基板41及び封止板42が近づく方向に、素子基板41及び封止板42の少なくとも一方を押圧する。これにより、導通部421が弾性変形して配線部415に密着する。この状態で素子基板41及び封止板42を加熱する(例えば200℃で1時間)。これにより、接合部417は、溶融された後、再固化され、素子基板41及び封止板42は、互いに接合される。
(加工工程)
次に、図6に示すように、素子基板41及び封止板42を加工する加工工程を実施する(ステップS4)。ステップS4では、図8の3番目の図に示すように、素子基板41の基板本体部411の厚みを調整した後、開口部411Aを形成する。また、封止板42の外面42Bに下部電極配線423を含む配線を形成する。なお、封止板42の外面42B側の配線は、予め形成されていてもよい。その後、図3に示すように開口部411Aに音響整合層43を充填した後、保護膜44を形成する。このようにして超音波デバイス22が製造される。
[第1実施形態の作用効果]
本実施形態では、素子基板41の背面41Aには、圧電素子413と、配線部415と、が設けられる。また、封止板42の内面42Aには、配線部415に接続される導通部421が設けられる。この配線部415は、Z方向から見た平面視において、当接面415Dの面積は、第1端部415Aの面積より大きい。このような構成では、背面41Aにおける配線部415の寸法を変更せずに、導通部421が接続可能な面積を増大させることができる。したがって、素子基板41及び封止板42間の位置ずれの許容量を増大させることができる。すなわち、ステップS3の接合工程では、素子基板41と封止板42とのアライメント調整を実施する。この際に、導通部421の位置が、配線部415に対して僅かにずれたとしても、前記許容量の範囲内であれば配線部415と導通部421とを導通させることが可能となり接続信頼性を向上させることができる。
また、圧電素子413の高集積化を図ることができる。例えば、背面41Aに形成された電極端子に導通部421を接続させる場合、同様に接続信頼性を向上させるために、電極端子の寸法を大きくすると、圧電素子413の間隔を大きくする必要がある。つまり、圧電素子413の高集積化と、接続信頼性の向上とを両立させることが困難であった。これに対して、本実施形態では、背面41Aにおける配線部415の寸法を変更せずに、当接面415Dの面積を増大させることができる。したがって、本実施形態の超音波デバイス22は、圧電素子413の高集積化と、接続信頼性の向上とを両立させることができる。
また、例えば、背面41Aに形成された電極端子に導通部421を接続させる場合、電極端子の面積を小さくして、圧電素子413の高集積化を図ることができる。しかしながら、電極端子の面積を小さくした場合、位置合わせ精度が低いと、導通部421と圧電素子413とが干渉するおそれがあるという課題がある。この課題に対して、封止板42側に突出する配線部415に導通部421を接続させることにより、導通部421と圧電素子413との干渉を抑制できる。
また、配線部415の第2端部415Bは、XY面に沿って突出する。このような構成では、平面視における当接面415Dの面積を大きくしつつ、第1端部415Aの面積の増大をより確実に抑制できる。したがって、機能素子の高集積化と、接続信頼性の向上とをより確実に実現させることができる。
また、配線部415は、側面415Cの圧電素子413が配置された側が凹曲面である。すなわち、圧電素子413及び配線部415のそれぞれの配置位置(中心位置)を通りZ方向に沿うYZ面で配線部415を切断した際の側面415Cは、配線部415の中心側に向かって凹に湾曲する。これにより、側面415Cが圧電素子413側に凸となる構成や、側面415Cが直線状の構成と比べて、配線部415の側面415Cを圧電素子413から離すことができる。したがって、圧電素子413及び配線部415の干渉を一層抑制することができる。
また、配線部415は、第2端部415Bが、超音波トランスデューサー45の上方(−Z側)にせり出すように突出する。つまり、第2端部415Bによって超音波トランスデューサー45の−Z側の面の一部が覆われているため。これにより、ステップS3の接合工程において、素子基板41と封止板42との相対位置にずれが生じ、導通部421が超音波トランスデューサー45側にずれた場合でも、配線部415と超音波トランスデューサー45との干渉を抑制できる。
また、超音波トランスデューサー群45Aを構成する二つの超音波トランスデューサー45に対して一つの配線部415が設けられる。つまり、Y方向に沿って並ぶ二つの圧電素子413に対して一つの配線部415が設けられる。このような構成では、配線部415の数を減らすことができ、構成を簡略化できる。また、Y方向において、配線部415の配置間隔を大きくすることができ、隣り合う配線部415の第2端部415Bが互いに接触することを抑制できる。
[第1実施形態の変形例]
図9及び図10は第1実施形態の一変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
第1実施形態では、配線部415は、側面が凹曲面であり、素子基板41から封止板42側に向かってXY面に平行な断面の面積が増大するように湾曲している。
これに対して、図9に示すように、配線部418は、YZ面に平行な断面が略T字状であってもよい。つまり、配線部418は、素子基板41からZ方向に沿って起立する起立部と、起立部の−Z側において圧電素子413に向かって突出する突出部と、を備える。
また、図10に示すように、配線部419は、素子基板41から封止板42に向かってXY面に平行な断面の面積が増大するテーパー状の外形を有する構成としてもよい。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について図面に基づいて説明する。
第1実施形態の配線部415は、当接面415Dが略平坦に形成されている。これに対して、第2実施形態の配線部は、当接面が凸部を有する点で、第1実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図11は、第2実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
図11に示すように、配線部46の当接面(第3面)461は、封止板42の内面(第2面)42A側に突出する凸部を有する。つまり、配線部46の封止板42の内面(第2面)42A側の端部は、凸部に相当する。
導通部421は、第1実施形態と同様に、当接面461に沿って弾性変形する。これにより、配線部46と導通部421とが密着する。
このような配線部46は、例えば、第1実施形態の配線部415と略同様の方法で形成することができ、ステップS12のみが相違する。つまり、第1実施形態では、ステップS12において、素子基板41上に形成されたマスク51の開口51A内に配線部46を形成した後、研磨により配線部46に平坦な当接面415Dを形成した。これに対して、本実施形態では、マスク51の開口51A内に配線部46を形成した後、配線部46の−Z側の面を研磨せずに、マスクを除去する。
[第2実施形態の作用効果]
配線部46の当接面(第3面)461は、封止板42の内面(第2面)42A側に突出する凸部を有する。このような構成では、例えば、当接面461が平坦な場合と比べて、当接面461の面積を増大させることができる。したがって、導通部421を当接面461に沿って密着させることにより、導通部421と当接面461との接続面積を増大させることができ、接触抵抗(電気抵抗)を低減させることができる。
なお、本実施形態では、導通部421は、当接面461に沿って弾性変形し、密着可能に構成されていた。これに対して、導通部が、当接面461に沿う凹面を有する構成としてもよい。この場合でも、導通部421と当接面461とを密着させるとともに、接続面積を増大させることができる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について図面に基づいて説明する。
第1実施形態の配線部415は、当接面415Dが略平坦に形成されている。これに対して、第3実施形態の配線部は、当接面が凹部を有する点で第1実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図12は、第3実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図である。図13は、接合工程における超音波デバイスを模式的に示す図である。
図12に示すように、配線部47の当接面(第3面)471は、素子基板41の背面(第1面)41Aの側に凹に湾曲する凹部を有する。つまり、配線部47の封止板42側の端部は、凹部及び球面状凹部に相当する。当接面471は、X方向及びY方向の中心部において、最も素子基板41の背面(第1面)41Aの側に湾曲している。つまり、当接面471と素子基板41の背面(第1面)41Aとの距離は、当接面471の中心部において、最短となる。当接面471の曲率(第1曲率)は、図13に示すように、弾性変形前の導通部421の表面421Cの曲率(第2曲率)以下である。本実施形態では、当接面471の第1曲率は、導通部421の表面421Cの第2曲率よりも小さい。
導通部421は、第2曲率で球面状に湾曲する表面421Cを含む球面状凸部に相当する。導通部421は、第1実施形態と同様に、当接面471に沿って弾性変形する。これにより、配線部47と導通部421とが密着する。
本実施形態では、ステップS3の接合工程において、素子基板41と封止板42とを位置ずれを補正することができる。すなわち、接合工程において、図13に示すように、素子基板41と封止板42との間の位置合わせ精度が十分ではなく、配線部47の中心位置C1と導通部421の中心位置C2とがずれる場合がある。本実施形態では、このように中心位置C1,C2にずれが生じた場合でも、導通部421は、湾曲する当接面471に沿って、各中心位置C1,C2が一致する方向に向かって移動する。
[第3実施形態の作用効果]
配線部47の当接面(第3面)471は、素子基板41の背面(第1面)41Aの側に凹となる凹部を有する。このような構成では、配線接続の際に、当接面471に対して導通部421の位置ずれが生じたとしても、当接面471の湾曲に沿って、配線部47及び導通部421を相対移動させることができる。つまり、配線部47と導通部421と各中心位置C1,C2が一致する方向に向かって、配線部47及び導通部421を相対移動させることができる。したがって、素子基板41と封止板42との位置合わせ精度を向上させることができる。
また、導通部421は、素子基板41の背面(第1面)41A側に向かって突出する突出部である凸の湾曲面を有する。このような構成では、配線接続の際に、凹曲面である当接面471に導通部421が挿入されることにより、素子基板41と封止板42とを位置決めできる。したがって、素子基板41と封止板42との位置合わせが容易であり、位置合わせの精度を向上させることができる。
ここで、当接面471の曲率は、導通部421の表面421Cの曲率以下である。このような構成では、当接面471に沿って、導通部421をより確実に移動させることができる。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について図面に基づいて説明する。
第1実施形態の配線部415は、当接面415Dが略平坦に形成されている。これに対して、第4実施形態の配線部は、当接面が素子基板側に向かって凹となる凹部を有する点で第1実施形態と相違する。また、第3実施形態では、配線部の曲率は、導通部の曲率以下である。これに対して、第4実施形態では、配線部の曲率は、導通部の曲率より小さい点で相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図14は、第4実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
図14に示す配線部48は、X方向及びY方向における寸法が素子基板41側から封止板42側に向かって大きくなる。また、配線部48は、素子基板41側に凹に湾曲する当接面481を有する。当接面481は、略半球状の凹湾曲面である。つまり、配線部47の封止板42側の端部は、球面状凹部に相当する。当接面481は、X方向及びY方向の中心部において、最も素子基板41側に湾曲している。当接面481の曲率(第1曲率)は、図14に示すように、弾性変形前の導通部421の曲率(第2曲率)より大きい。
導通部421は、第1実施形態と同様に、当接面481に沿って弾性変形可能である。これにより、配線部48と導通部421とが密着する。
第4実施形態では、当接面481の−Z側の端縁(つまり、Z方向から見た際の当接面481の外周縁)482は、導通部421の導電膜421Bを貫通し、樹脂部421Aに到達する。
[第4実施形態の作用効果]
上述のように、素子基板41と封止板42とを接合する接合工程では、素子基板41と封止板42とを位置合わせして、配線部48と導通部421とを当接させる。この際、配線部48の中心位置C3と導通部421の中心位置C2とのX方向及びY方向の位置(XY位置)を合わせることが容易である。つまり、配線部48と導通部421とを当接させる前に、各中心位置C2,C3のXY位置がずれている場合がある。この場合でも、導通部421は、当接面481よりも大きい曲率を有するため、当接面481に沿って、各中心位置C1,C3のXY位置が一致する方向に向かって移動し易い。したがって、素子基板41と封止板42との位置合わせを容易かつ高精度に実施できる。
ここで、位置合わせを行って素子基板41及び封止板42を圧接させた状態で、接合部417を過熱溶融させる。この際、素子基板41と封止板42との位置ずれが生じると、位置合わせ精度が低下する。これに対して、当接面481の端縁482は、導電膜421Bを貫通し、樹脂部421Aに到達する。これにより、接合工程にて、素子基板41と封止板42との位置ずれの発生を抑制でき、位置合わせ精度の低下を抑制できる。なお、端縁482は、配線部48と導通部421との間での滑りを抑制する滑り抑制部として機能する。
[第5実施形態]
次に、第5実施形態について図面に基づいて説明する。
第1実施形態の配線部415は、当接面415Dが略平坦に形成されている。これに対して、第5実施形態の配線部及び導通部の少なくとも一方に、滑り抑制部としての凹凸が形成されている点で、第1実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第1実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図15は、第5実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
図15に示すように、配線部49は、導通部427に接続される当接面491(第4面に相当)に、複数の凹凸492が形成される。なお、図15では、当接面491の略全面に凹凸492が形成されているが、当接面491の一部、例えば、X方向及びY方向の中心部のみに形成されてもよい。凹凸492は、配線部49と導通部427との間の滑りを抑制する滑り抑制部である。例えばパルスめっき法によって、当接面491に凹凸492を形成できる。また、当接面491をパターニングし、ウェットエッチングによって加工することにより凹凸492を形成できる。
導通部427は、樹脂部427Aと導電膜427Bとを有し、+Z側の端部を含む一部に複数の凹凸427Cが形成されている。凹凸427Cは、配線部49と導通部427との間の滑りを抑制する滑り抑制部である。導通部427の凹凸427Cは、配線部49側の凹凸492に沿った形状を有する。つまり、凹部の深さや、凸部の高さや、凹凸の形成ピッチ等が、導通部427と配線部49とで略一致する。
導通部427は、第1実施形態と同様に、当接面491に沿って弾性変形する。この際、導通部427及び配線部49のそれぞれの凹凸427C,492が互いに嵌合した状態で、配線部49と導通部427とが密着する。
[第5実施形態の作用効果]
配線部49及び導通部427は、凹凸が形成されている。このような構成では、配線接続の際に、配線部49及び導通部427の間の滑りを抑制することができ、滑りによる位置合わせ精度の低下を抑制できる。また、凹凸を有する配線部49及び導通部427を密着させるという簡易な構成で、位置合わせ精度の低下を抑制できる。
また、導通部427は、配線部49側の凹凸492に沿った凹凸427Cを有する、そして、導通部427は、弾性変形可能である、凹凸427Cが凹凸492と嵌合した状態で、配線部49と密着する。このような構成では、アンカー効果により、配線部49及び導通部427の間の滑りをより確実に抑制することができる。
[変形例]
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第4実施形態では、配線部48は、素子基板41側よりも封止板42側の方の面積が大きくなるように構成されているが、これに限定されず、素子基板41側から封止板42側にかけて、配線部の面積が略同じであってもよい。
図16は、第4実施形態の変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
図16に示されるように、配線部60は、X方向及びY方向に平行の断面形状(断面積)が、Z方向に沿って略同じである。また、配線部60は、素子基板41側に凹に湾曲する当接面601を有する。当接面601は、略半球状の凹湾曲面である。当接面601の曲率は、変形前の導通部421の曲率より大きい。この当接面601は、ウェットエッチング等によって、配線部60の−Z側の端部が加工されることにより形成される。また、配線部60の+Z側に予め形成される金属下地層に、当接面601に対応する段差や凹部を形成し、当該金属下地層上に電界めっき法により配線部60を形成してもよい。
当接面601の端縁602は、導通部421の導電膜421Bを貫通し、樹脂部421Aに到達している。すなわち、端縁602は、滑り抑制部として機能する。
このような構成でも、第4実施形態と同様に、当接面601に沿って、各中心位置のXY位置が一致する方向に向かって移動させることが容易であり、素子基板41と封止板42との位置合わせを容易かつ高精度に実施できる。
なお、第4実施形態及び上記変形例では、凹部を有する配線部の端縁が、導通部の導電膜を貫通している構成を例示したが、これに限らない。例えば、導通部は、配線部の端縁によって導電膜が貫通されない状態で、配線部の当接面に沿って弾性変形してもよい。
また、上記第5実施形態では、配線部49は、素子基板41側よりも封止板42側の方の面積が大きくなるように構成されているが、これに限定されず、素子基板41側から封止板42側にかけて、配線部の面積が略同じであってもよい。
図17は、第5実施形態の変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
図17に示されるように、配線部61は、X方向及びY方向に平行の断面形状(断面積)が、Z方向に沿って略同じである。また、配線部61は、複数の凹凸612が形成された当接面611を有する。なお、図17では、当接面611の略全面に凹凸612が形成されているが、当接面611の一部、例えば、X方向及びY方向の中心部のみに形成されてもよい。導通部427は、第1実施形態と同様に、当接面611に沿って弾性変形する。この際、導通部427及び配線部61のそれぞれの凹凸427C,612が互いに嵌合した状態で、配線部61と導通部427とが密着する。これにより、配線部61及び導通部427の間の滑りをより確実に抑制することができる。
図18は、第5実施形態の変形例に係る超音波デバイスを模式的に示す断面図である。
図18に示されるように、配線部61と導通部427とのそれぞれの凹凸の寸法が異なる。図18に示される例では、配線部61の凹凸612よりも、導通部427の凹凸427Cの方が、凹凸のサイズ、つまり、凹部の深さ、凸部の高さ、凹凸の間隔等が小さい。なお、このような構成でも、導通部427は、少なくとも一部が配線部61の凹凸612に沿って弾性変形する。これにより、配線部61及び導通部427の間の滑りをより確実に抑制することができる。
上記第5実施形態では、滑り抑制部として、配線部及び導通部の両方に凹凸が形成されていたが、これに限定されず、配線部及び導通部の少なくとも一方に滑り抑制部が形成されていてもよい。
また、上記第5実施形態では、配線部は、滑り抑制部として凹凸が形成されていたが、これに限定されず、配線部と導通部との間の滑りを抑制可能であればよい。
図19は、超音波デバイスの一変形例を示す断面図である。図19に示されるように、配線部62は、当接面621から−Z側に向かって突出する複数の突起部622を有する。突起部622は、導通部427の導電膜427Bを貫通し、樹脂部427Aに到達している。これにより、配線部62及び導通部427の間の滑りをより確実に抑制することができる。
上記第2から第4実施形態では、配線部及び導通部が、滑り抑制部を備えない構成を例示したが、これに限定されず、配線部及び導通部の少なくとも一方が滑り抑制部を備えていてもよい。
例えば、第2実施形態の構成において、配線部の当接面に凹凸を形成することにより、当接面の表面積を増大させることができ、さらなる接触抵抗の低減を図ることができる。
また、例えば、第3及び第4実施形態の構成において、滑り抑制部としての粗面を、配線部及び導通部の少なくとも一方に形成してもよい。これにより、素子基板と封止板とを圧接させた状態における、配線部及び導通部の滑りを抑制できる。
上記実施形態において、配線部は、XY面に沿った断面が略円形である構成を例示したが、これに限定されない。例えば、上記断面が矩形等の各種多角形状であってもよい。
上記各実施形態において、配線部の第2端部は、配線部に対して、圧電素子413が配置された±Y側のみならず、圧電素子413が配置されていない±X側にも延出している構成を例示した。しかしながら、これに限定されず、例えば、圧電素子413が配置された±Y側にのみ第2端部が延出してもよい。
上記実施形態において、配線部は、当該配線部を被覆する被覆部を有する構成としてもよい。この被覆部を、Au等の比較的に電気伝導率が高い材料を用いて形成することにより、配線部と導通部との間の接触抵抗を低減させることができる。また、導通部の導電膜と被覆部とを、Auを用いて形成する場合、Au層間の拡散接合により、接続信頼性を向上させることができる。
上記実施形態では、素子基板41側の配線部は、金属等の導電性材料で形成されていた。また、封止板42の導通部は、樹脂部及び金属膜を含み弾性変形可能に構成されていた。しかしながら、これに限定されず、例えば、導通部も金属等の導電性材料で形成されていてもよい。導通部は、樹脂部等の弾性材料を含まない場合、配線部に密着可能なように、配線部の表面に沿った外形を有することが好ましい。また、配線部及び導通部は、樹脂部及び金属膜を含み弾性変形可能に構成されていてもよい。
上記実施形態では、二つの超音波トランスデューサー45によって構成される超音波トランスデューサー群45Aを一つの送受信チャンネルとするとしたが、三つ以上の超音波トランスデューサー45の各下部電極413Aを互いに連結することによって超音波トランスデューサー群45Aを構成してもよい。また、各超音波トランスデューサー45の下部電極413Aが独立しており、各超音波トランスデューサー45が個別に駆動可能に構成されてもよい。この場合、各超音波トランスデューサー45を一つの送受信チャンネルとして機能させることもできる。
上記実施形態では、一つの送受信チャンネルとしての超音波トランスデューサー群45Aが、素子基板41のアレイ領域Ar1にマトリクス状に配置された2次元アレイ構造を有する超音波デバイス22を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波デバイスは、送受信チャンネルが一方向に沿って複数配置された1次元アレイ構造を有するものでもよい。例えば、X方向に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー45によって超音波トランスデューサー群45Aが構成され、この超音波トランスデューサー群45AがY方向に複数配置され、1次元アレイ構造の超音波アレイUAが構成されてもよい。
上記実施形態では、超音波トランスデューサー45として、振動膜412と、当該振動膜412上に形成された圧電素子413と、を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波トランスデューサー45として、可撓膜と、可撓膜に設けられた第1電極と、封止板における第1電極に対向する位置に設けられた第2電極と、を備える構成を採用してもよい。この第1電極及び第2電極は、振動子としての静電アクチュエーターを構成する。このような構成では、当該静電アクチュエーターを駆動することにより超音波を送信し、電極間の静電容量を検出することにより超音波を検出することができる。
上記実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。
上記実施形態では、素子基板に超音波トランスデューサーが設けられる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、半導体IC等の電子部品、つまり機能素子が設けられた第1基板と、当該第1基板との間で電気的に接続される第2基板と、を備える実装構造体や、このような実装構造体を筐体内に備える画像表示装置や画像形成装置にも上記実施形態及び各変形例の構成を採用することができる。つまり、第1基板に設けられ、電子部品に接続される配線部と、第2基板に設けられ、配線部に接続する導通部とを、電子部品よりも第2基板側で接続することにより、機能素子と導通部とが干渉することを抑制することができ、第1基板と第2基板との間で適切かつ容易に配線接続を行うことができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
1…超音波測定装置(超音波装置)、2…超音波プローブ(超音波探触子)、10…制御装置、21…筐体、22…超音波デバイス、23…回路基板、41…素子基板、41A…背面(第1面)、42…封止板、42A…内面(第2面)、42B…外面、43…音響整合層、44…保護膜、45…超音波トランスデューサー、45A…超音波トランスデューサー群、411…基板本体部、411A…開口部、411B…壁部、412…振動膜、412A…可撓膜、413…圧電素子、413A…下部電極、413B…圧電膜、413C…上部電極、414…下部電極連結線、415…配線部、415A…第1端部、415B…第2端部、415C…側面、415D…当接面、416…上部電極引出線、416A…引出部、417…接合部、421…導通部、421A…樹脂部、421B…導電膜、421C…表面、422…貫通電極、423…下部電極配線。

Claims (17)

  1. 機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記機能素子に導通される配線部と、
    前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記機能素子に導通される導通部と、を備え、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きく、
    前記厚み方向から見た平面視において、前記第3面の少なくとも一部は、前記機能素子に重なる
    ことを特徴とする実装構造体。
  2. 請求項1に記載の実装構造体において、
    前記配線部の前記第2基板側の第2端部は、前記第1面に沿って突出する
    ことを特徴とする実装構造体。
  3. 請求項2に記載の実装構造体において、
    前記配線部は、前記第1端部及び前記第2端部に亘る側面を有し、
    前記側面は、前記機能素子が配置された側に、前記機能素子から離れる方向に凹となる凹曲面を有する
    ことを特徴とする実装構造体。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の実装構造体において、
    前記第3面は、前記第2面側に突出する凸部を有する
    ことを特徴とする実装構造体。
  5. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の実装構造体において、
    前記第3面は、前記第1面側に凹となる凹部を有する
    ことを特徴とする実装構造体。
  6. 請求項5に記載の実装構造体において、
    前記導通部は、前記第1面側に突出する突出部を有する
    ことを特徴とする実装構造体。
  7. 請求項6に記載の実装構造体において、
    前記凹部は第1曲率で湾曲する球面状凹部を含み、
    前記突出部は第2曲率で湾曲する球面状凸部を含み、
    前記第1曲率は、前記第2曲率以下である
    ことを特徴とする実装構造体。
  8. 請求項6に記載の実装構造体において、
    前記凹部は第1曲率で湾曲する球面状凹部を含み、
    前記突出部は第2曲率で湾曲する球面状凸部を含み、
    前記第1曲率は、前記第2曲率よりも大きい
    ことを特徴とする実装構造体。
  9. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の実装構造体において、
    前記導通部は、前記第3面に接続される第4面を有し、
    前記第3面及び前記第4面の少なくとも一方は、前記第3面と前記第4面との間の滑りを抑制する滑り抑制部を有する
    ことを特徴とする実装構造体。
  10. 請求項9に記載の実装構造体において、
    前記滑り抑制部は、凹凸である
    ことを特徴とする実装構造体。
  11. 機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記機能素子に導通される配線部と、
    前記第2面に設けられ、前記第1面側に突出し、前記配線部に接続して前記機能素子に導通される導通部と、を備え、
    前記配線部は、前記第2面に対向する第3面を有し、
    前記導通部は、前記第3面に接続される第4面を有し、
    前記第3面及び前記第4面の少なくとも一方は、前記第3面と前記第4面との間での滑りを抑制する滑り抑制部を有し、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第4面の少なくとも一部は、前記機能素子に重なる
    ことを特徴とする実装構造体。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の実装構造体において、
    前記導通部は、樹脂部と、前記樹脂部を覆う導電膜と、を有する
    ことを特徴とする実装構造体。
  13. 振動子が設けられる第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1面の前記振動子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記振動子に導通される配線部と、
    前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記振動子に導通される導通部と、を備え、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きく、
    前記厚み方向から見た平面視において、前記第3面の少なくとも一部は、前記振動子に重なる
    ことを特徴とする超音波デバイス。
  14. 振動子が設けられる第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1面の前記振動子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記振動子に導通される配線部と、
    前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記振動子に導通される導通部と、
    前記第1基板、前記配線部、前記第2基板、及び前記導通部を収納する筐体と、を備え、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きく、
    前記厚み方向から見た平面視において、前記第3面の少なくとも一部は、前記振動子に重なる
    ことを特徴とする超音波探触子。
  15. 振動子が設けられる第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1面の前記振動子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記振動子に導通される配線部と、
    前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記振動子に導通される導通部と、
    前記振動子を制御する制御部と、を備え、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きく、
    前記厚み方向から見た平面視において、前記第3面の少なくとも一部は、前記振動子に重なる
    ことを特徴とする超音波装置。
  16. 機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記機能素子に導通される配線部と、
    前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記機能素子に導通される導通部と、
    前記機能素子を制御する制御部と、を備え、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記配線部の前記第1基板側の第1端部の面積より大きく、
    前記厚み方向から見た平面視において、前記第3面の少なくとも一部は、前記機能素子に重なる
    ことを特徴とする電子機器。
  17. 機能素子が設けられる第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1面の前記機能素子とは異なる位置に設けられ、前記第2面に対向する第3面を有し、前記機能素子に導通される配線部と、前記第2面に設けられ、前記第1面に向かって突出し、前記第3面に接続して前記機能素子に導通される導通部と、を備える実装構造体の製造方法であって、
    前記第1基板及び前記第2基板の厚み方向から見た平面視において、前記第3面の面積は、前記第1基板側の端部の面積より大きく、前記第3面の少なくとも一部が前記機能素子に重なる前記配線部を形成する工程と、
    前記第2基板に前記導通部を形成する工程と、
    前記配線部及び前記導通部を接続させる工程と、を含む
    ことを特徴とする実装構造体の製造方法。
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