WO2018047585A1 - デバイス及びデバイスの製造方法並びにアレイ型の超音波プローブの製造方法 - Google Patents

デバイス及びデバイスの製造方法並びにアレイ型の超音波プローブの製造方法 Download PDF

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film resist
opening
piezoelectric element
electrode
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大地 鈴木
不破　耕
前平　謙
靖知 大橋
藤田　勝博
芳賀　洋一
忠雄 松永
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株式会社アルバック
国立大学法人東北大学
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for manufacturing the device, and more particularly to an ultrasonic probe as a device for measuring a blood vessel diameter of a living body, more specifically, a blood vessel diameter of a wrist radial artery using a pulse echo method and a method for manufacturing the same.
  • an ultrasonic probe that measures the diameter of a wrist radial artery using a pulse echo method is known.
  • a wearable and flexible array type in which a plurality of piezoelectric elements as functional elements that transmit and receive ultrasonic waves are arranged in an array is the mainstream (for example, see Patent Document 1).
  • the user wears the skin over the radial artery of the wrist, regardless of the specialist, such as a clinician or clinical engineer, and the ultrasonic blood vessel Diameter expansion and contraction can be measured and converted to blood pressure. Further, by measuring the pulsation of the blood vessel, it is possible to evaluate the hardness of the blood vessel not only from the blood pressure measurement but also from the time-dependent change of the blood vessel expansion and contraction as well as the pulse wave and the heartbeat measurement. As a result, vascular diseases such as arteriosclerosis and heart disease can be routinely monitored. It is also expected to be applied to the prevention and care of hypertension and diabetes because of its correlation with vascular endothelial disorder.
  • a groove is formed on a block-shaped piezoelectric body having a predetermined thickness by using a dicer, and after filling the insulating groove into the formed groove, both sides in the thickness direction are formed.
  • Each of the main surfaces is polished by a polishing apparatus.
  • Each of the piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves is arranged in an array at regular intervals by forming split electrodes and full-surface electrodes on both main surfaces of the piezoelectric body by sputtering or plating, respectively. Is made.
  • the oscillation frequency is determined by the thickness of a piezoelectric ceramic such as PZT or barium titanate or a piezoelectric single crystal such as PMN-PT.
  • a piezoelectric ceramic such as PZT or barium titanate
  • PMN-PT a piezoelectric single crystal
  • the characteristics are impaired only by a change in thickness of several ⁇ m.
  • the present invention provides a device having a structure for manufacturing a plurality of functional elements arranged in an array at regular intervals with a high product yield, a manufacturing method thereof, and an array type ultrasonic probe. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.
  • a device of the present invention having a plurality of functional elements having a predetermined thickness has a plurality of first openings opened in an array, and is in close contact with the peripheral edge of each first opening.
  • the first dry film resist that supports each of the functional elements in a partially exposed state and the second dry film resist that is laminated on the first dry film resist and has a second opening that surrounds each of the functional elements.
  • the second dry film resist having a thickness is laminated on the second dry film resist and has a third opening, and the functional element is partially exposed in close contact with the peripheral edge of the third opening, It has a structure provided with the 3rd dry film resist which clamps each functional element between the 1st dry film resist, respectively.
  • the functional element is a piezoelectric ceramic such as PZT or barium titanate, a piezoelectric element composed of a piezoelectric single crystal such as PMN-PT, or a device such as a microlens. Functional parts necessary for doing so are also included.
  • the functional element is a piezoelectric element and the blood vessel diameter of the living body is configured as an array type ultrasonic probe that measures the blood vessel diameter using a pulse echo method
  • one main surface of the first dry film resist and each piezoelectric element A configuration may be adopted that includes a full-surface electrode formed between the two, a partial electrode formed on the other main surface of each piezoelectric element, and a backing material covering the partial electrode.
  • thinner equivalent to a functional element other portions do not need to be equal if the thicknesses of the portions sandwiched between the first and third film resists are equal.
  • a method for manufacturing a device of the present invention having a plurality of functional elements having a predetermined thickness includes attaching a first dry film resist to one surface of a support via a release sheet.
  • the carrier is formed on Irumurejisuto surface, characterized in that it comprises a step of peeling at the interface between the first dry film resist and the release sheet.
  • the method of manufacturing the array-type ultrasonic probe of the present invention for measuring the blood vessel diameter of a living body using the pulse echo method includes a plurality of piezoelectric elements having the same thickness. Preparing, forming a first electrode film on one main surface of each piezoelectric element over the entire surface, attaching a first dry film resist to one surface of the support via a release sheet, A step of exposing and developing the dry film resist to form a plurality of first openings in an array, a step of patterning the first dry film resist surface to form a second electrode film, and a second electrode film formed A second dry film resist having a thickness equivalent to that of the piezoelectric element is attached to the surface of the first dry film resist, and exposure and development are performed to form second openings larger than the first openings directly above the first openings.
  • a piezoelectric element is disposed from the main surface side on which the first electrode film is formed inside the second opening so as to be supported by the peripheral edge of the first opening, and the first electrode film, the second electrode film, And a third dry film resist is affixed to the surface of the second dry film resist including the other main surface of the piezoelectric element under heating, and is exposed and developed to form the piezoelectric element together with the first opening.
  • the piezoelectric element as a functional element is not polished in the process of manufacturing the device as in the conventional example.
  • a plurality of piezoelectric elements that have been previously polished to a predetermined thickness, that is, having a uniform oscillation frequency are prepared, and each piezoelectric element is applied to each first opening formed by exposing and developing the first dry film resist. Since they are installed, the piezoelectric elements facing from the first opening can be arranged in an array at a predetermined interval.
  • FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views showing manufacturing steps of the array-type ultrasonic probe shown in FIG.
  • FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing manufacturing steps of the array-type ultrasonic probe shown in FIG.
  • AP is an array-type ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention that is mounted at a predetermined position on wrist W and measures the diameter of blood vessel B of a wrist radial artery as a measurement target.
  • the ultrasonic probe AP includes a backing material 1, an ultrasonic transmission / reception unit 2, and an acoustic matching unit 3.
  • the ultrasonic probe AP is made of polyimide or the like, and the backing material is formed on a flexible wiring substrate 4 that is metal-wired in a predetermined pattern on the surface. Joined from one side.
  • the ultrasonic transmitter / receiver 2 oscillates an ultrasonic wave toward the blood vessel B when a pulse voltage is applied, and includes a plurality of piezoelectric elements 21 as a functional element that receives a reflected wave that collides with the blood vessel B and is reflected.
  • a first dry film resist 22 that has a plurality of first openings 22a formed in the first opening 22a and supports the piezoelectric elements 21 in a state of being in close contact with each other at a peripheral edge of each first opening 22a and partially exposing the piezoelectric element 21;
  • a second dry film resist 23 having a thickness equal to that of the piezoelectric element 21 and a second opening 23 a that is laminated on the dry film resist 22 and surrounds each piezoelectric element 21;
  • the third opening 24a and in close contact with the peripheral edge of the third opening 24a to partially expose the piezoelectric element 21, between the first dry film resist 22 and the first dry film resist 22. It is composed of a third dry film resist 24 which respectively sandwich the piezoelectric element 21.
  • a full-surface electrode 25 is formed between the first dry film resist 22 and one main surface 21a (lower surface of the piezoelectric element 21) of each piezoelectric element 21, and the other main surface 21b (piezoelectric element) of each piezoelectric element 21 is formed.
  • a partial electrode 26 is formed on the entire surface of the upper surface 21.
  • the backing material 1 efficiently irradiates ultrasonic waves from each piezoelectric element 21 toward the blood vessel B, and also serves as a carrier that carries a device including the backing material 1, the ultrasonic transmission / reception unit 2, and the acoustic matching unit 3. It is composed of a mixture of metal powder and epoxy resin.
  • the backing material 1 is formed on the third dry film resist 24 including the partial electrodes 26 so as to surround the region where the piezoelectric elements 21 are arranged in an array, and the thickness thereof is in the range of 100 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • Each of the piezoelectric elements 21 is composed of a piezoelectric ceramic such as PZT or barium titanate, or a piezoelectric single crystal such as PMN-PT, and both main surfaces 21a and 21b have an area of 0.5 mm 2 and range from 80 ⁇ m to 120 ⁇ m. Are processed into a rectangular parallelepiped shape having a predetermined thickness (preferably 90 ⁇ m).
  • the acoustic matching unit 3 is made of a material having an appropriate acoustic impedance on the surface of an ultrasonic oscillation surface such as polyvinylidene fluoride, processed into a plate shape, and has a thickness set in a range of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the acoustic matching unit 3 can be attached by a method of attaching using a solvent, a method of forming by applying vapor deposition polymerization, or the like.
  • vapor deposition polymerization examples of the resin used include polyimide, parylene, and polyurea.
  • the first to third dry film resists 22, 23, and 24 are configured in the same form with different thicknesses only, and as such first to third dry film resists 22, 23, and 24,
  • first to third dry film resists 22, 23, and 24 For example, those having functions such as photo-curing property and heat-melting property, and known ones having a photosensitive resin composition formed on the surface of a resin sheet-like support can be used (for example, TOKTMMF-S20 series (Tokyo Ohka Kogyo). Manufactured by Kogyo Co.).
  • TOKTMMF-S20 series Tokyo Ohka Kogyo
  • a photomask (not shown) is arranged on each of the first to third dry film resists 22, 23, 24 to expose the first to third dry film resists 22, 23, 24, respectively. Then, after the photomask is removed, development is performed. At this time, if each of the first to third dry film resists 22, 23, 24 is a negative type, the unexposed portions are removed, and the first to the first opening areas having the same opening area are set. Each of the three openings 22a, 23a, 24a is opened by being patterned into an array. Each of the first to third openings 22a, 23a, and 24a is formed to have a rectangular outline. However, the first to third openings 22a, 23a, and 24a can be appropriately changed according to the outline of the main surfaces 21a and 21b of the piezoelectric element 21, for example.
  • a predetermined pulse voltage is selectively applied to each piezoelectric element 21 from a known pulse power source via the flexible wiring board 4.
  • a pulse voltage in the range of 40 to 100 V is applied, an ultrasonic wave of about 20 MHz is oscillated, and the piezoelectric element 21 is vibrated by the ultrasonic wave reflected by the blood vessel B, and the vibration is converted into an electric signal.
  • the reflected wave is measured.
  • the well-known thing can be utilized about the measuring method of the blood vessel diameter of the biological body using the ultrasonic probe AP, the detailed description beyond this is abbreviate
  • omitted since the well-known thing can be utilized about the measuring method of the blood vessel diameter of the biological body using the ultrasonic probe AP, the detailed description beyond this is abbreviate
  • omitted is abbreviate
  • a plurality of piezoelectric elements 21 having the above-described thickness that is, having a uniform oscillation frequency
  • the first electrode film 25a is formed over the entire surface of one main surface 21a of each piezoelectric element 21.
  • a sheet having a heat-peelable release sheet 6 attached to the entire upper surface of the support 5 having rigidity such as silicon is prepared.
  • the release sheet 6 a known one can be used, and an ultraviolet curable release sheet can also be used.
  • the first dry film resist 22 is pasted on the release sheet 6.
  • a roll type pressure bonding with a roll while heating, or a vacuum type laminating apparatus with heat pressure bonding in a vacuum chamber under reduced pressure is used, but is not limited to this.
  • a non-illustrated photomask is arranged to expose the first dry film resist 22, and after the photomask is removed, development is performed to open a plurality of first openings 22a in an array (see FIG. 2A). ).
  • an opening 22 b for forming a wiring layer for performing wiring connection with the flexible wiring board 4 is formed in the first dry film resist 22.
  • the first dry film resist 22 is patterned to form the second electrode film 25b (see FIG.
  • first and second electrode films 25a and 25b for example, a conductive metal material such as gold, copper, or chromium is used.
  • a sputtering apparatus or a vacuum evaporation apparatus is used. Etc. are used.
  • a second dry film resist 23 having a thickness equivalent to that of the piezoelectric element 21 is pasted on the first dry film resist 22 on which the second electrode film 25b is formed in the same manner as described above, and is exposed and developed. Then, a second opening 23a larger than the first opening 22a is formed immediately above each first opening 22a (see FIG. 2C).
  • the second opening 23a is set so as to be slightly larger than the contour of the piezoelectric element 21, and another wiring layer forming opening 23b is also opened immediately above the wiring layer forming opening 22b.
  • the piezoelectric element 21 is each arrange
  • the entire surface electrode 25 is formed in which the first electrode film 25a and the second electrode film 25b are connected (see FIG. 2D).
  • a third dry film resist 24 is pasted on the second dry film resist 23 including the other main surface 21b of the piezoelectric element 21 in the same manner as described above, and is exposed and developed.
  • a third opening 24a is formed so that the piezoelectric element 21 is sandwiched together with the first opening 22a (see FIG. 2E).
  • the partial electrodes 26 are formed on the other main surface 21b of each piezoelectric element 21 so as to extend to the upper surface of the third dry film resist 24 (FIG. 3A). reference).
  • a conductive metal material such as gold, copper, or chromium is used, and is formed using a sputtering apparatus, a vacuum evaporation apparatus, or the like.
  • the backing material 1 is formed on the third dry film resist 24 including each partial electrode 26.
  • the spaces defined by the wiring layer forming openings 22b, 23b, and 24b are filled with, for example, silver paste 7 so as to strengthen the wiring (see FIG. 3 (a)).
  • the fourth dry film resist 8 is pasted on the third dry film resist 24 including the partial electrodes 26 in the same manner as described above, and the piezoelectric elements 21 are arranged in an array.
  • a single fourth opening 81 is formed so as to surround the region (see FIG. 3B).
  • the backing material 1 is formed by filling the 4th opening 81, for example with the mixture of a metal powder and an epoxy resin, and making it harden
  • the support 5 is heated and peeled off at the interface between the first dry film resist 22 and the release sheet 6 (see FIG. 3D).
  • the array type ultrasonic probe AP is manufactured by connecting the flexible wiring board 4 to the entire surface electrode 25 and each partial electrode 26.
  • the piezoelectric elements are not polished in the device manufacturing process as in the conventional example, but are polished in advance to a predetermined thickness, that is, the plurality of piezoelectric elements 21 having the same oscillation frequency.
  • the first dry film resist 22 is exposed and developed to form the first openings 22a in an array, and the piezoelectric elements 21 are disposed in the first openings 22a.
  • the facing piezoelectric elements 21 can be arranged in an array at a predetermined interval.
  • each of the first to third dry film resists 22, 23, 24 is applied under heating, even if there is a fine gap between the second opening 23a and the piezoelectric element 21, for example,
  • the piezoelectric element 21 is firmly held by the first to third dry film resists 22, 23, 24 by partially melting the first to third dry film resists 22, 23, 24 and filling the gaps.
  • each piezoelectric element 21 is reliably electrically insulated.
  • the piezoelectric elements 21 are held by the first to third dry film resists 22, 23, 24, the flexibility as a device is not impaired.
  • the dry film resist can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention that the functional element (including functional parts) is held by the laminated dry film resist.
  • the functional element is a piezoelectric element and applied to an array type ultrasonic probe as a device.
  • the present invention is not limited to this.
  • the thickness of the microlens 100 affects the sensitivity. Therefore, in an image sensor IS according to another embodiment of the present invention, a plurality of microlenses 100 polished to a predetermined thickness are prepared, and each of the first to third each is manufactured by the same manufacturing process as in the above embodiment.
  • the image sensor IS is manufactured by being held by the dry film resists 22, 23, and 24.
  • the second dry film resist 23 is selected to have a thickness equivalent to the base end portion 100a having a predetermined thickness of the microlens 100, and the first to third dry film resists 22, 23, 24 are selected.
  • the thickness of the first dry film resist 22 is set so that the lens portion 100b protrudes into the first opening 22a.
  • the thickness of the crystal resonator 200 affects the sensitivity. Therefore, in a gas sensor GS according to still another embodiment of the present invention, a plurality of crystal resonators 200 polished to a predetermined thickness are prepared, and the first to third processes are performed by the same manufacturing process as in the above embodiment.
  • the gas sensor GS is manufactured by being held by each dry film resist 22, 23, 24.
  • 201 is a gas to be measured.
  • AP ultrasonic probe (device), 2 ... ultrasonic transmission / reception unit, 3 ... piezoelectric element (functional element), 22 ... first dry film resist, 22a ... first opening, 23 ... second dry film resist, 23a ... first 2 opening, 24 ... 3rd dry film resist, 23a ... 1st opening, 4 ... backing material (supporting body), 5 ... support body, 6 ... thermal peeling sheet (peeling sheet), IM ... image sensor (device), 100 ... microlenses (functional parts), GS ... gas sensors (devices), 200 ... crystal oscillators (functional elements).

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Abstract

圧電素子の複数が一定の間隔でアレイ状に配列されたものを製品歩留まり良く製作するための構造を持つデバイスとしてのアレイ型の超音波プローブを提供する。 本発明の超音波プローブ（ＡＰ）は、アレイ状に開設された複数の第１開口（２２ａ）を有し、各第１開口の周縁部で密着して圧電素子（２１）を部分的に露出させた状態で夫々支持する第１ドライフィルムレジスト（２２）と、第１ドライフィルムレジストに積層されると共に各機能素子を夫々囲繞する第２開口（２３ａ）を有する、圧電素子と同等の厚さの第２ドライフィルムレジスト（２３）と、第２ドライフィルムレジストに積層されると共に第３開口（２４ａ）を有し、当該第３開口の周縁部で密着して圧電素子を部分的に露出させた状態で、第１ドライフィルムレジストとの間で各圧電素子を夫々挟持する第３ドライフィルムレジスト（２４）とを備える構造を持つ。

Description

デバイス及びデバイスの製造方法並びにアレイ型の超音波プローブの製造方法
　本発明は、デバイス及びデバイスの製造方法に関し、特に、生体の血管径、より詳しくは、手首橈骨動脈の血管径をパルスエコー法を用いて計測するデバイスとしての超音波プローブとその製造方法に関する。
　近年、高齢化社会をむかえ、使用者が容易に取り扱うことができてヘルスケアに必要な生体情報が簡単に取得できるようにした機器が種々開発されている。このような機器の一例として、手首橈骨動脈の血管径をパルスエコー法を用いて計測する超音波プローブが知られている。超音波プローブとしては、超音波を送受信する機能素子としての圧電素子の複数がアレイ状に配置されたウェアラブルかつフレキシブルなアレイ型のものが主流となっている（例えば、特許文献１参照）。このように多数の圧電素子をアレイ状に配置しておけば、臨床医や臨床工学技士などの専門家に依らず、使用者が手首の撓骨動脈上の皮膚に装着し、超音波による血管径の伸縮を計測し、血圧に換算することができる。また、血管の脈動を計測することで、血圧計測に留まらず、脈波と心拍計測はもちろん血管伸縮の経時変化から血管の硬さを評価できる。その結果、動脈硬化や心疾患などの血管疾患を日常的にモニターすることが可能となる。血管内皮障害との相関から高血圧症や糖尿病の予防・ケアに応用することも期待されている。
　上記従来例のものでは、所定の厚さを持つブロック状の圧電体に対してダイサーを用いて溝を形成し、この形成した溝内に絶縁性の樹脂を充填した後、厚さ方向の両側の主面を研磨装置により夫々研磨する。そして、圧電体の両主面に、スパッタリング法やメッキ法により分割電極と全面電極とを夫々形成することで、超音波を送受信する圧電素子の各々が一定の間隔でアレイ状に配置されたものを製作している。
　ここで、ＰＺＴやチタン酸バリウムなどの圧電セラミックスや、ＰＭＮ－ＰＴなどの圧電単結晶で構成される圧電体はその厚さで発振周波数が決まることが知られている。この場合、例えば、超音波を送受信する超音波プローブ用の圧電素子としてＰＭＮ－ＰＴを用いる場合、数μｍの厚さが変化するだけで、特性が損なわれる。このため、上記従来例の製造方法のように、個々の圧電素子に分離するために樹脂を充填してその主面を研磨する方法では、各圧電素子の厚さを互いに一致させることが難しく、ひいては、各圧電素子の発振周波数を揃えることができないという問題を招来する。この場合、アレイ状に配列された各圧電素子の中から発振周波数の異なるものだけを交換したりすることもできないので、厚さの揃った機能素子の複数が一定の間隔でアレイ状に配列されたものを如何に製品歩留まり良く製作するか、そのためのデバイスの構造やその製造方法の開発が急務の課題となっている。
特開２００６－５１１０５号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、機能素子の複数が一定の間隔でアレイ状に配列されたものを製品歩留まり良く製作するための構造を持つデバイス及びその製造方法並びにアレイ型の超音波プローブの製造方法を提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、所定の厚さの機能素子の複数を備える本発明のデバイスは、アレイ状に開設された複数の第１開口を有し、各第１開口の周縁部で密着して機能素子を部分的に露出させた状態で夫々支持する第１ドライフィルムレジストと、第１ドライフィルムレジストに積層されると共に各機能素子を夫々囲繞する第２開口を有する、機能素子と同等の厚さの第２ドライフィルムレジストと、第２ドライフィルムレジストに積層されると共に第３開口を有し、当該第３開口の周縁部で密着して機能素子を部分的に露出させた状態で、第１ドライフィルムレジストとの間で各機能素子を夫々挟持する第３ドライフィルムレジストとを備える構造を持つことを特徴とする。
　なお、本発明において、機能素子には、ＰＺＴやチタン酸バリウムなどの圧電セラミックスや、ＰＭＮ－ＰＴなどの圧電単結晶で構成される圧電素子の他、マイクロレンズ等のようにデバイスの機能を発揮するために必要な機能部品も含まれる。そして、前記機能素子を圧電素子として、生体の血管径をパルスエコー法を用いて計測するアレイ型の超音波プローブとして構成する場合、前記第１ドライフィルムレジストと前記各圧電素子の一方の主面との間に形成される全面電極と、各圧電素子の他方の主面に夫々形成される部分電極と、部分電極を覆うバッキング材とを備える構成を採用すればよい。また、「機能素子と同等の厚さ」といった場合、第１及び第３のフィルムレジストで挟持する部分の厚さが同等であれば、その他の部分が同等である必要はない。
　また、上記課題を解決するために、所定の厚さの機能素子の複数を有する本発明のデバイスの製造方法は、支持体の一方の面に剥離シートを介して第１ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して複数の第１開口をアレイ状に形成する工程と、第１ドライフィルムレジスト表面に、機能素子と同等の厚さを有する第２ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して各第１開口の直上に当該第１開口より大きい第２開口を夫々形成する工程と、第１開口の周縁部で支持されるように第２開口内側に機能素子を配置する工程と、加熱下で、第２ドライフィルムレジスト表面に第３ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して第１ドライフィルムレジストと共に機能素子が挟持されるように第３開口を夫々形成する工程と、第３ドライフィルムレジスト表面に担持体を形成し、第１ドライフィルムレジストと剥離シートとの間の界面で剥離する工程とを含むことを特徴とする。
　更に、上記課題を解決するために、生体の血管径をパルスエコー法を用いて計測するための本発明のアレイ型の超音波プローブの製造方法は、同等の厚さを有する圧電素子の複数を準備し、各圧電素子の一方の主面にその全面に亘って第１電極膜を形成する工程と、支持体の一方の面に剥離シートを介して第１ドライフィルムレジストを貼付し、第１ドライフィルムレジストを露光現像して複数の第１開口をアレイ状に形成する工程と、第１ドライフィルムレジスト表面にパターニングして第２電極膜を形成する工程と、第２電極膜が形成された第１ドライフィルムレジスト表面に、圧電素子と同等の厚さを有する第２ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して各第１開口の直上に当該第１開口より大きい第２開口を夫々形成する工程と、第１開口の周縁部で支持されるように、第２開口の内側に、第１電極膜が形成された主面側から圧電素子を配置し、第１電極膜と第２電極膜とが接続した全面電極とする工程と、加熱下で、圧電素子の他方の主面を含む第２ドライフィルムレジスト表面に第３ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して第１開口と共に圧電素子が挟持されるように第３開口を形成する工程と、他方の主面に部分電極を夫々形成する工程と、第３ドライフィルムレジストと部分電極とを覆う担持体としてのバッキング材を形成し、第１ドライフィルムレジストと剥離シートとの間の界面で剥離する工程とを含むことを特徴とする。
　以上によれば、デバイスをアレイ型の超音波プローブとした場合を例に説明すれば、上記従来例のようにデバイスの製作過程で機能素子としての圧電素子を研磨するのではなく、ブロック状のものから予め所定の厚さに研磨された、即ち、発振周波数の揃った複数の圧電素子を準備し、第１ドライフィルムレジストを露光現像して形成した各第１開口に対して各圧電素子を設置するようにしたため、第１開口から臨む圧電素子が所定の間隔でアレイ状に配置されたものにできる。そして、少なくとも第３ドライフィルムレジストを第２ドライフィルムレジスト表面に貼付するときには、これら積層したものを加熱することで、例えば第２開口と圧電素子との間に微細な隙間があったとしても、各ドライフィルムレジストの一部が溶けて当該隙間を埋めることで、圧電素子が第１～第３の各ドライフィルムレジストで強固に保持されて各圧電素子が確実に電気的に絶縁される。しかも、第１～第３の各ドライフィルムレジストで機能素子を保持する構成を採用しているから、デバイスとしての可撓性も損なわれない。このように本発明によれば、機能素子の複数が所定の間隔でアレイ状に配置されたものを製品歩留まり良く製作することが可能になる。
本発明の実施形態のアレイ型の超音波プローブの構成を説明する部分断面図。 （ａ）～（ｅ）は、図１に示すアレイ型の超音波プローブの製作工程を夫々示す断面図。 （ａ）～（ｄ）は、図１に示すアレイ型の超音波プローブの製作工程を夫々示す断面図。 本発明の他の実施形態に係るデバイスとしてのイメージセンサの構成を説明する部分断面図。 本発明の更に他の実施形態に係るデバイスとしてのガスセンサの構成を説明する部分断面図。
　以下、図面を参照して、機能素子として超音波を送受信する圧電素子を用い、生体の血管径をパルスエコー法を用いて計測するアレイ型の超音波プローブとしてデバイスを構成したものを例に本発明の実施形態のデバイス及びデバイスの製造方法を説明する。以下において、上、下等の方向を示す用語は、図１に示す超音波部プローブの測定対象に対する装着姿勢を基準とする。
　図１を参照して、ＡＰは、手首Ｗの所定位置に装着して測定対象としての手首橈骨動脈の血管Ｂの径を測定する本発明の実施形態のアレイ型の超音波プローブである。超音波プローブＡＰは、バッキング材１と、超音波送受信部２と、音響整合部３とを備え、ポリイミド等から構成され、表面に所定のパターンで金属配線されたフレキシブル配線基板４にそのバッキング材１側から接合されている。
　超音波送受信部２は、パルス電圧が印加されて血管Ｂに向けて超音波を発振し、血管Ｂに衝突して反射する反射波を受信する機能素子としての複数の圧電素子２１と、アレイ状に開設された複数の第１開口２２ａを有し、各第１開口２２ａの周縁部で密着して圧電素子２１を部分的に露出させた状態で夫々支持する第１ドライフィルムレジスト２２と、第１ドライフィルムレジスト２２上に積層されると共に各圧電素子２１を夫々囲繞する第２開口２３ａを有する、圧電素子２１と同等の厚さの第２ドライフィルムレジスト２３と、第２ドライフィルムレジスト２３上に積層されると共に第３開口２４ａを有し、当該第３開口２４ａの周縁部で密着して圧電素子２１を部分的に露出させた状態で、第１ドライフィルムレジスト２２との間で各圧電素子２１を夫々挟持する第３ドライフィルムレジスト２４とで構成されている。第１ドライフィルムレジスト２２と、各圧電素子２１の一方の主面２１ａ（圧電素子２１の下面）との間には全面電極２５が形成され、各圧電素子２１の他方の主面２１ｂ（圧電素子２１の上面）には、その全面に亘って部分電極２６が夫々形成されている。
　バッキング材１は、各圧電素子２１から超音波を血管Ｂに向けて効率よく照射すると共に、バッキング材１と超音波送受信部２と音響整合部３とを備えるデバイスを担持する担持体としての役割を持つものであり、金属粉とエポキシ樹脂の混合物等で構成される。この場合、バッキング材１は、各圧電素子２１がアレイ状に配置された領域を囲むように、部分電極２６を含む第３ドライフィルムレジスト２４上に形成され、その厚さが１００μｍ～３００μｍの範囲に設定される。圧電素子２１の各々は、ＰＺＴやチタン酸バリウムなどの圧電セラミックスや、ＰＭＮ－ＰＴなどの圧電単結晶で構成され、両主面２１ａ，２１ｂの面積が０．５ｍｍ２で、８０μｍ～１２０μｍの範囲の所定厚さ（好ましくは、９０μｍ）を持つ直方体形状に加工されている。音響整合部３としては、ポリフッ化ビニリデン等の超音波発振面の表面に適当な音響インピーダンスを持つ素材で構成され、板状に加工され、その厚さが１０μｍ～５０μｍの範囲に設定される。音響整合部３の貼り付けには、接着剤を用いる他、溶剤を用いて貼り付けする方法、蒸着重合を応用し形成する方法などを用いることができる。蒸着重合を使用する場合には、使用される樹脂としてポリイミド、パリレン、ポリ尿素等が挙げられる。
　第１～第３のドライフィルムレジスト２２，２３，２４は、厚さのみが異なる同一形態のもので構成され、このような第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４としては、例えば光硬化性や熱溶融性といった機能を持つものであり、樹脂製のシート状支持体表面に感光性樹脂組成物が形成された公知のものが利用できる（例えば、ＴＯＫＴＭＭＦ－Ｓ２０シリーズ（東京応化工業社製））。この場合、第１及び第３のドライフィルムレジスト２２，２４としては、２０μｍ～４５μｍの範囲の所定厚さのものが選択される。そして、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４に対し、図外のフォトマスクを配置して第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４を夫々露光し、次に、フォトマスクを除去した後に現像する。このとき、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４がネガ型の場合には、未露光部分が除去されて、夫々が予め設定された同一の開口面積を持つ第１～第３の各開口２２ａ，２３ａ，２４ａがアレイ状にパターニングされて開設される。第１～第３の各開口２２ａ，２３ａ，２４ａは、矩形の輪郭を持つように形成されるが、例えば圧電素子２１の主面２１ａ，２１ｂの輪郭に応じて適宜変更することもできる。
　上記超音波プローブＡＰでは、特に図示して説明しないが、既知のパルス電源からフレキシブル配線基板４を介して、各圧電素子２１に対して選択的に所定のパルス電圧が印加される。この場合、４０～１００Ｖの範囲のパルス電圧を印加すると、約２０ＭＨｚの超音波を発振し、血管Ｂで反射した超音波により圧電素子２１が振動し、その振動が電気信号に変換されることで反射波が計測される。なお、超音波プローブＡＰを用いた生体の血管径の測定方法については公知のものが利用できるため、これ以上の詳細な説明を省略する。以下に、図２及び図３を参照して、上記超音波プローブの製造方法を説明する。
　先ず、上述した厚さの（即ち、発振周波数の揃った）圧電素子２１の複数を準備し、各圧電素子２１の一方の主面２１ａに対してその全面に亘って第１電極膜２５ａを形成する（図２（ｄ）の仮想線で示すものを参照）。併せて、シリコン等の剛性を持つ支持体５の上面全面に亘って熱剥離性の剥離シート６を貼付したものを準備する。なお、剥離シート６としては公知のものが利用でき、また、紫外線硬化性の剥離シートを用いることもできる。支持体５が準備されると、剥離シート６上に第１ドライフィルムレジスト２２を貼付する。この場合、剥離シート６全面に亘って密着性良く第１フィルムレジスト２２を貼付するために、加熱しながらロールで圧着するロール式や、減圧下の真空チャンバ内で加熱圧着する真空式のラミネート装置が利用されるが、これに限定されるものではない。
　次に、図外のフォトマスクを配置して第１ドライフィルムレジスト２２を露光し、フォトマスクを除去した後に現像して複数の第１開口２２ａをアレイ状に開設する（図２（ａ）参照）。本実施形態では、第１開口２２ａの開設と同時に、フレキシブル配線基板４との配線接続を行うための配線層形成用の開口２２ｂを第１ドライフィルムレジスト２２に形成している。なお、露光、現像、露光部分または未露光部分の除去については公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。第１開口２２ａ及び配線層形成用の開口２２ｂを形成した後、第１ドライフィルムレジスト２２にパターニングして第２電極膜２５ｂを形成する（図２（ｂ）参照）。第１及び第２の電極膜２５ａ，２５ｂとしては、例えば、金、銅やクロム等の導電性の金属材料が用いられ、また、電極膜２５ａ，２５ｂの形成には、スパッタリング装置や真空蒸着装置等が用いられる。
　次に、第２電極膜２５ｂが形成された第１ドライフィルムレジスト２２上に、上記と同様にして、圧電素子２１と同等の厚さを有する第２ドライフィルムレジスト２３を貼付し、露光現像して各第１開口２２ａの直上に当該第１開口２２ａより大きい第２開口２３ａを夫々形成する（図２（ｃ）参照）。この場合、第２開口２３ａは、圧電素子２１の輪郭より僅かに大きくなるように設定され、また、配線層形成用の開口２２ｂの直上にも他の配線層形成用の開口２３ｂが開設される。そして、第１開口２２ａの周縁部で支持されるように、第２開口２３ａの内側に、第１電極膜２５ａが形成された主面２１ａ側から圧電素子２１を夫々配置する。これにより、第１電極膜２５ａと第２電極膜２５ｂとが接続した全面電極２５となる（図２（ｄ）参照）。各圧電素子２１が配置されると、上記と同様にして、圧電素子２１の他方の主面２１ｂを含む第２ドライフィルムレジスト２３上に第３ドライフィルムレジスト２４を貼付し、露光現像して第１開口２２ａと共に圧電素子２１が挟持されるように第３開口２４ａを形成する（図２（ｅ）参照）。
　次に、第３開口２４ａが開設されると、各圧電素子２１の他方の主面２１ｂに、第３ドライフィルムレジスト２４の上面までのびるように部分電極２６を夫々形成する（図３（ａ）参照）。部分電極２６としては、全面電極２５と同様に、例えば、金、銅やクロム等の導電性の金属材料が用いられ、スパッタリング装置や真空蒸着装置等を用いて形成される。そして、各部分電極２６を含む第３ドライフィルムレジスト２４上にはバッキング材１が形成される。なお、バッキング材１の形成に先立って、配線層形成用の開口２２ｂ，２３ｂ，２４ｂで画成される空間には、例えば、銀ペースト７が充填され、配線を強化するようにしている（図３（ａ）参照）。
　バッキング材１の形成に際しては、先ず、上記と同様にして、各部分電極２６を含む第３ドライフィルムレジスト２４上に第４ドライフィルムレジスト８を貼付し、各圧電素子２１がアレイ状に配置された領域を囲むように単一の第４開口８１を形成する（図３（ｂ）参照）。そして、第４開口８１に、例えば金属粉とエポキシ樹脂の混合物を充填し、硬化させることでバッキング材１が形成される（図３（ｃ）参照）。最後に、支持体５を加熱して第１ドライフィルムレジスト２２と剥離シート６との間の界面で剥離する（図３（ｄ）参照）。そして、第１ドライフィルムレジスト２２の下面に音響整合部３を装着した後、フレキシブル配線基板４にそのバッキング材１側から接合される。なお、特に図示して説明しないが、フレキシブル配線基板４と、全面電極２５及び各部分電極２６とが接続されてアレイ型の超音波プローブＡＰが製作される。
　以上の実施形態によれば、上記従来例のようにデバイスの製作過程で圧電素子を研磨するのではなく、予め所定の厚さに研磨された、即ち、発振周波数の揃った複数の圧電素子２１を準備しておき、第１ドライフィルムレジスト２２を露光現像してアレイ状に第１開口２２ａを形成し、各第１開口２２ａに対して各圧電素子２１を配置するため、第１開口２２から臨む各圧電素子２１が所定の間隔でアレイ状に配置されたものにできる。そして、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４を加熱下で貼付するようにしたため、例えば第２開口２３ａと圧電素子２１との間に微細な隙間があったとしても、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４の一部が溶けて当該隙間を埋めることで、圧電素子２１が第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４で強固に保持されて各圧電素子２１が確実に電気的に絶縁されたものになる。しかも、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４で各圧電素子２１を保持する構成を採用しているから、デバイスとしての可撓性も損なわれない。このように本発明によれば、圧電素子２１の複数が所定の間隔でアレイ状に配置されたものを製品歩留まり良く製作することが可能になる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、積層されるドライフィルムレジストにより機能素子（機能部品を含む）が保持されるという本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することが可能であり、特に、厚さで発現する機能が異なる機能素子の複数を備えるような場合には、本発明のデバイスの構造及びその製造方法は好適である。上記実施形態では、機能素子を圧電素子とし、デバイスとしてのアレイ型の超音波プローブに適用したものを例に説明したが、これに限定されるものではない。
　図４に示すように、機能部品であるマイクロレンズ１００と受光素子１０１とを備えるデバイスとしてのイメージセンサＩＳでは、マイクロレンズ１００の厚さが感度に影響を与える。そこで、本発明の他の実施形態に係るイメージセンサＩＳでは、所定の厚さに研磨されたマイクロレンズ１００の複数を準備し、上記実施形態と同様の製作工程により、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４で保持することでイメージセンサＩＳを製作している。この場合、第２ドライフィルムレジスト２３は、マイクロレンズ１００の所定厚さを持つ基端部１００ａと同等の厚さのものが選択され、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４で保持した状態ではレンズ部１００ｂが第１開口２２ａ内に突出するように第１ドライフィルムレジスト２２の厚さが設定される。
　また、図５に示すように、機能素子である水晶振動子２００を備えるデバイスとしてのガスセンサＧＳでは、水晶振動子２００の厚さが感度に影響を与える。そこで、本発明の更に他の実施形態に係るガスセンサＧＳでは、所定の厚さに研磨された水晶振動子２００の複数を準備し、上記実施形態と同様の製作工程により、第１～第３の各ドライフィルムレジスト２２，２３，２４で保持することでガスセンサＧＳを製作している。なお、図５中、２０１は、被測定ガスである。
　ＡＰ…超音波プローブ（デバイス）、２…超音波送受信部、３…圧電素子（機能素子）、２２…第１ドライフィルムレジスト、２２ａ…第１開口、２３…第２ドライフィルムレジスト、２３ａ…第２開口、２４…第３ドライフィルムレジスト、２３ａ…第１開口、４…バッキング材（担持体）、５…支持体、６…熱剥離シート（剥離シート）、ＩＭ…イメージセンサ（デバイス）、１００…マイクロレンズ（機能部品）、ＧＳ…ガスセンサ（デバイス）、２００…水晶振動子（機能素子）。

Claims (4)

  1. 　所定の厚さの機能素子の複数を備えるデバイスであって、
    　アレイ状に開設された複数の第１開口を有し、各第１開口の周縁部で密着して機能素子を部分的に露出させた状態で夫々支持する第１ドライフィルムレジストと、
    　第１ドライフィルムレジストに積層されると共に各機能素子を夫々囲繞する第２開口を有する、機能素子と同等の厚さの第２ドライフィルムレジストと、
    　第２ドライフィルムレジストに積層されると共に第３開口を有し、当該第３開口の周縁部で密着して機能素子を部分的に露出させた状態で、第１ドライフィルムレジストとの間で各機能素子を夫々挟持する第３ドライフィルムレジストとを備える構造を持つことを特徴とするデバイス。
  2. 　請求項１記載のデバイスであって、前記機能素子を圧電素子として、生体の血管径をパルスエコー法を用いて計測するアレイ型の超音波プローブとして構成したものにおいて、
    　前記第１ドライフィルムレジストと前記各圧電素子の一方の主面との間に形成される全面電極と、各圧電素子の他方の主面に夫々形成される部分電極と、部分電極を覆うバッキング材とを備えることを特徴とするデバイス。
  3. 　所定の厚さの機能素子の複数を有するデバイスの製造方法であって、
    　支持体の一方の面に剥離シートを介して第１ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して複数の第１開口をアレイ状に形成する工程と、
    　第１ドライフィルムレジスト表面に、機能素子と同等の厚さを有する第２ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して各第１開口の直上に当該第１開口より大きい第２開口を夫々形成する工程と、
    　第１開口の周縁部で支持されるように第２開口内側に機能素子を配置する工程と、
    　加熱下で、第２ドライフィルムレジスト表面に第３ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して第１ドライフィルムレジストと共に機能素子が挟持されるように第３開口を夫々形成する工程と、
    　第３ドライフィルムレジスト表面に担持体を形成し、第１ドライフィルムレジストと剥離シートとの間の界面で剥離する工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
  4. 　生体の血管径をパルスエコー法を用いて計測するためのアレイ型の超音波プローブの製
    造方法であって、
    　同等の厚さを有する圧電素子の複数を準備し、各圧電素子の一方の主面にその全面に亘
    って第１電極膜を形成する工程と、
    　支持体の一方の面に剥離シートを介して第１ドライフィルムレジストを貼付し、第１ドライフィルムレジストを露光現像して複数の第１開口をアレイ状に形成する工程と、
    　第１ドライフィルムレジスト表面にパターニングして第２電極膜を形成する工程と、
    　第２電極膜が形成された第１ドライフィルムレジスト表面に、圧電素子と同等の厚さを有する第２ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して各第１開口の直上に当該第１開口より大きい第２開口を夫々形成する工程と、
    　第１開口の周縁部で支持されるように、第２開口の内側に、第１電極膜が形成された主面側から圧電素子を配置し、第１電極膜と第２電極膜とが接続した全面電極とする工程と、
    　加熱下で、圧電素子の他方の主面を含む第２ドライフィルムレジスト表面に第３ドライフィルムレジストを貼付し、露光現像して第１開口と共に圧電素子が挟持されるように第３開口を形成する工程と、
    　他方の主面に部分電極を夫々形成する工程と、
    　第３ドライフィルムレジストと部分電極とを覆う担持体としてのバッキング材を形成し、第１ドライフィルムレジストと剥離シートとの間の界面で剥離する工程とを含むことを特徴とするアレイ型の超音波プローブの製造方法。
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