超声波器件、超声波诊断装置的制作方法

1.本发明涉及超声波器件及具备该超声波器件的超声波诊断装置。


背景技术：

2.以往，已知将超声波换能器用于探头的超声波诊断装置。例如，专利文献1公开了一种超声波诊断装置，其在探头具备通过矩阵状地配置多个超声波换能器而得的超声波器件。
3.根据该文献设为，在超声波器件中的作为超声波射出侧的面的表面设置有连接端子，并将柔性基板连接到该连接端子，以经由柔性基板供给驱动用的脉冲信号。另外，在超声波器件的背面粘接固定有刚性的第一增强板，以提高超声波器件的刚性。用于获得电连接的柔性基板或弯折或重叠着连接到超声波器件的背面侧的连接器。
4.专利文献1：日本特开2016-92592号公报
5.柔性基板由于难以处理，而存在安装成品率较差，难以自动化的问题，故而研究将其置换成刚性基板。详细而言，考虑在超声波器件的背面的第一增强板设置连接垫，以对设置在第一增强板的背面侧的刚性基板进行倒装法安装以获得电连接。在该情况下，除了刚性基板的电极与超声波器件的连接凸块的接合部分以外，一般用像环氧粘接剂这样的ncp(non conductive paste：非导电膏)来填充整个面。
6.但是，若用ncp粘接超声波器件与刚性基板之间的整个面，则存在对超声波换能器的特性有影响的技术问题。详细而言，超声波换能器射出的超声波的频率会变化。另一方面，若没有ncp，则难以确保刚性，另外，由于包括连接凸块的接合部分暴露在空气中，故而存在难免产生由水分侵入导致的迁移的技术问题。
7.也就是说，要求有使用倒装法安装并且能够得到期望的特性(包括刚性)的超声波器件、超声波诊断装置。


技术实现要素：

8.本技术的一方面涉及的超声波器件具备：第一基板，包括供压电元件和连接到所述压电元件的第一电极配置的第一面；第二基板，包括供连接到控制电路的第二电极配置的第二面；中间基板，配置在所述第一基板与所述第二基板之间，并包括接合到所述第一面的第三面和与所述第二面相对的第四面；以及粘接部，粘接所述第二基板与所述中间基板，所述中间基板具备从所述第三面贯通到所述第四面的贯通孔和设置于所述贯通孔并连接到所述第一电极的第三电极，所述第二电极连接到所述第三电极，并经由所述第三电极与所述第一电极电连接，所述粘接部在所述第二基板与所述中间基板之间以相互分离的岛状设置多个，所述粘接部的至少一个设置为围绕所述第三电极。
9.本技术涉及的超声波诊断装置具备上述超声波器件。
附图说明
10.图1为实施方式1涉及的超声波诊断装置的外观图。
11.图2为超声波器件的俯视图。
12.图3为超声波元件周边的剖视图。
13.图4为连接垫周边的剖视图。
14.图5为粘接部周边的剖视图。
15.图6为超声波器件的制造方法的流程图。
16.图7a为制造过程中的一方面的剖视图。
17.图7b为制造过程中的一方面的剖视图。
18.图8为实施方式2涉及的超声波器件的俯视图。
19.附图标记说明
20.2：电极；3：压电体；4：电极；5：压电元件；6：振动膜；7：超声波元件；7a～7d：元件行；10：主体；11：第一基板；12：电缆；13：探测器；14：开口部；15：显示部；16：控制基板；17：壳体部；18：声学透镜；19：元件阵列区域；20：超声波器件；21：中间基板；22：超声波基板；22a：超声波基板；25、26：贯通孔；27、28：第一电极；31：第二基板；37、38：第二电极；41：第一布线；42：第二布线；51：第一面；52：第二面；53：第三面；54：第四面；71、72：连接凸块；79：环氧树脂粘接剂；81、82、83：粘接部；91：贯通布线；92：贯通布线；100：超声波诊断装置。
具体实施方式
21.实施方式1
22.超声波诊断装置的概要
23.图1为实施方式1涉及的超声波诊断装置的立体图。
24.首先，使用图1对超声波诊断装置100的简要构成进行说明。
25.本实施方式的超声波诊断装置100由主体10、电缆12、探测器13等构成。
26.主体10是超声波诊断装置的主体，由显示部15、控制基板16等构成。显示部15在优选例中是带触摸面板的液晶面板，也作为操作部发挥功能。控制基板16是包括控制电路的控制部，所述控制电路对内置于探测器13的超声波器件20收发超声波进行控制。
27.电缆12是电连接主体10与探测器13的布线电缆。
28.探测器13是探头，由壳体部17、超声波器件20、声学透镜18等构成。
29.壳体部17呈长方形的箱状，在其表面设置有圆筒面透镜状的声学透镜18。声学透镜18由具有接近受试者的生物体中的声学阻抗的声学阻抗的材质构成。在优选例中，声学透镜18由硅树脂形成。需要说明的是，不限于硅树脂，只要是具有接近生物体的声学阻抗的材料即可。需要说明的是，将沿长方形的壳体部17中的长边的方向设为x正方向，而将沿短边的方向设为y正方向。
30.在壳体部17中的声学透镜18之下收纳有超声波器件20。超声波器件20是进行超声波的发送和接收的压电型的超声波换能器。需要说明的是，超声波器件20的详细后述。
31.在通过超声波诊断装置100进行超声波诊断时，在使探测器13的声学透镜18侧接触到受试者的生物体的状态下，缓缓地进行扫描。在超声波器件20中生成的超声波经由声学透镜18发送而入射到生物体。由生物体反射的超声波经由声学透镜18而由超声波器件20
接收。
32.然后，在主体10中，生成基于接收的超声波的接收信号的图像，并图像化检测结果以显示于显示部15。
33.超声波器件的构成
34.图2为超声波器件的俯视图。图3为图2的b-b剖面处的剖视图。
35.如图2所示，超声波器件20俯视观察下呈长方形，且x正方向为长边方向，y正方向为短边方向。如图3所示，超声波器件20为通过将超声波基板22层叠在第二基板31之上而得的构成。
36.返回到图2。
37.超声波基板22呈比第二基板31小一圈的长方形，且在其中央设置有由多个超声波元件7矩阵状地配置而得的元件阵列区域19。
38.在图2中，超声波元件7以在y正方向上为四行、在x正方向上为五列的方式排列。需要说明的是，不限于该排列样式，对应探测器13(图1)的尺寸、规格而适当设定即可。另外，将在y正方向上延伸的超声波元件7的行设为元件行7a，从元件行7a朝向y负方向，将第二行设为元件行7b、将第三行设为元件行7c，将第四行设为元件行7d。
39.如图2所示，一个超声波元件7俯视观察下呈大致的正方形，该正方形由开口部14划分。需要说明的是，在图2中，在破断线的x正侧图示出元件阵列区域19的外观，在破断线的负侧以透过方式示出下层的布线。在开口部14中，振动膜6露出，超声波元件7生成的超声波通过振动膜6的振动而发送。另外，振动膜6也作为接收超声波时的振动膜发挥功能。
40.在元件阵列区域19的y负侧，连接凸块71、连接凸块72排列设置在x正方向上。连接凸块71、连接凸块72是用于获得超声波基板22与第二基板31的电连接的连接端子。详细而言，是用于将超声波基板22以倒装法安装到第二基板31的连接凸块。
41.如图2所示，连接凸块71、连接凸块72的周围由粘接部81围绕。另外，在超声波基板22的y正侧处的两个顶点部分也设置有粘接部82、粘接部83。
42.图3为图2的b-b剖面处的剖视图，示出了超声波元件7的剖面构成。如图3所示，超声波基板22为通过层叠第一基板11和中间基板21而得的构成。
43.第一基板11在优选例中使用硅基板。需要说明的是，不限于硅基板，只要是硬质的刚性基板即可。
44.在第一基板11的z负侧设置有振动膜6。将振动膜6在优选例中设为两层构成。详细而言，将第一基板11的基材侧的第一层设为氧化硅(sio2)层，将第二层设为氧化锆(zro2)层。优选基于收发的超声波的共振频率设定振动膜6的膜厚。需要说明的是，不限于该构成，只要是能够通过超声波共振的硬质材料即可，也可以由一层构成。
45.如上所述，在第一基板11设置有多个开口部14。
46.超声波元件7与开口部14对应设置，并由振动膜6、压电元件5等构成。
47.压电元件5由电极2、压电体3、电极4等构成。
48.设置在振动膜6之上的电极2是压电体3的驱动电极，由导电性材料构成。例如能够使用铂(pt)、铱(ir)、金(au)、铝(al)、铜(cu)、钛(ti)、不锈钢等金属材料、氧化铟锡(ito)、氟掺杂氧化锡(fto)等氧化锡系导电材料、氧化锌系导电材料、钌酸锶(srruo3)、镍酸镧(lanio3)、元素掺杂钛酸锶等氧化物导电材料、导电性聚合物等来作为导电性材料。
49.设置在电极2之上的压电体3在优选例中使用锆钛酸铅(pzt)的压电体层。需要说明的是，不限于此，也可以使用具有同等位移量的压电材料。
50.设置在压电体3之上的电极4是压电体3的驱动电极，由与电极2同样的导电性材料构成。
51.中间基板21是以不阻碍多个超声波元件7中的振动的方式覆盖的盖体，在优选例中使用硅基板。需要说明的是，不限于硅基板，只要是硬质的刚性基板即可。如图3所示，在中间基板21设置有划分超声波元件7的多个凹部。中间基板21与第一基板11的振动膜6粘接固定。
52.在接合了第一基板11和中间基板21的超声波基板22的完成状态下，在超声波元件7的下侧形成有与上侧的由开口部14形成的空间同样的空间。这样，通过在超声波元件7的上下设置空间，而形成不阻碍超声波元件7振动的构造。
53.在x正方向上相邻的超声波元件7的电极2之间通过第一布线41电连接。在优选例中，在形成电极2时在相同工序中将第一布线41一起形成。
54.如图2所示，构成元件行7a的多个超声波元件7中的电极2均通过第一布线41电连接。在元件行7b、元件行7c、元件行7d中也是同样的。
55.另外，在列方向上也是同样的，在y负方向上相邻的超声波元件7中的电极4均通过第二布线42电连接。需要说明的是，在第一布线41与第二布线42之间设置有绝缘层，以确保绝缘。
56.在本实施方式中，采用如下驱动方法：对元件阵列区域19的全部的超声波元件7供给共同的驱动信号，并按照时序交替进行超声波的发送和接收。详细而言，经由连接凸块71对全部的超声波元件7供给共同的驱动信号。驱动信号在优选例中是脉冲串波形的驱动信号，由于按照时序确保接收时间以周期性地发送，故而交替进行超声波的发送和接收。另外，从连接凸块72对全部的超声波元件7供给例如接地电位等共同电位。
57.基板间的接合构成
58.图4为图2的c-c剖面处的剖视图。
59.接下来，对超声波基板22的中间基板21与第二基板31的接合构成进行说明。
60.如图4所示，在中间基板21形成有两个贯通孔25、贯通孔26。在第一基板11中的贯通孔25的底部设置有第一电极27。同样地，在贯通孔26的底部设置有第一电极28。换言之，在第一基板11中的z负侧的面、即第一面51设置有第一电极27、第一电极28。第一电极27与第二布线42(图2)通过未图示的布线电连接。第一电极28与第一布线41(图2)通过未图示的布线电连接。也就是说，第一电极27、28电连接到压电元件5(图3)。
61.另外，在贯通孔25设置有由含有金属填料的树脂系粘接剂构成的连接凸块71。同样地，在贯通孔26设置有连接凸块72。连接凸块71、72是具有各向异性导电性的连接凸块，若将其按压固定到第二基板31，则能够在z轴方向上确保电连接。连接凸块71、72相当于第三电极。
62.在优选例中，将在环氧树脂粘接剂中含有银填料的材料用作连接凸块71、72。需要说明的是，不限于此，只要是具有同等的各向异性导电性的材料即可，例如也可以使用聚氨酯树脂、硅树脂系的粘接剂来作为树脂系粘接剂。另外，也可以将金、铜、镍、锡等金属、氧化铟等金属氧化物来用作金属填料。另外，不限于金属填料，也可以使用碳纤维、纳米管等导
电性填料。
63.在第二基板31中，在与贯通孔25、贯通孔26对应的位置设置有第二电极37、第二电极38。换言之，第二电极37、38设置在第二基板31的z正侧的面、即第二面52。
64.在第二电极37连接有贯通布线91。贯通布线91经由从第二基板31的背面向外部延伸的布线、以及电缆12(图1)电连接到控制基板16(图1)。同样地，在第二电极38连接有贯通布线92，贯通布线92也电连接到控制基板16(图1)。换言之，第二电极37、38连接到控制基板16(图1)的控制电路。
65.第二电极37是金属电极，在优选例中，设为由ni层、pt层、au层形成的三层构成。第二电极38也是同样的。需要说明的是，不限于此，只要是能够在连接凸块71、72之间电连接的金属即可，也可以是一层的构成。
66.另外，在中间基板21中，将与第一基板11的第一面51面对面的面设为第三面53，将与第二基板31的第二面52面对面的面设为第四面54。换言之，中间基板21配置在第一基板11与第二基板31之间，包括接合到第一面51的第三面53和与第二面52相对的第四面54。另外，中间基板21具备从第三面53贯通到第四面54的贯通孔25、26、和设置于贯通孔25、26并连接到第一电极27、28的连接凸块71、72。另外，第二电极37、38连接到连接凸块71、72，并经由连接凸块71、72与第一电极27、28电连接。
67.如图4所示，在接合连接凸块71和第二电极37的接合部的周围配置有粘接部81。在优选例中，粘接部81将环氧树脂粘接剂作为ncp使用。需要说明的是，不限于此，只要是具有与环氧树脂粘接剂同等的绝缘性、耐湿性、粘接性的粘接剂即可，例如也可以使用聚氨酯树脂、硅树脂系的粘接剂。
68.图5为图2的d-d剖面处的剖视图。
69.如图5所示，在超声波基板22的顶点部处，在中间基板21与第二基板31之间设置有粘接部82。粘接部82是与粘接部81相同的粘接剂。粘接部82粘接第二基板31的第二面52与中间基板21的第四面54之间。粘接部82的一部分从中间基板21伸出且也会接触到周缘的侧面。换言之，粘接部82的一部分也设置在了中间基板21的周缘部。
70.另外，在超声波基板22与第二基板31之间，未设置有粘接部82的部分成为了空间。换言之，在超声波基板22与第二基板31之间的未设置有粘接部81、粘接部82的部分设置有间隙。
71.返回到图2。
72.在俯视观察下，连接凸块71呈长方形，长边向x正方向延伸。与连接凸块71相邻的连接凸块72同样也呈长方形。与连接凸块71重叠的第二电极37(图4)也俯视观察下形成为长方形。与连接凸块72重叠的第二电极38(图4)也是同样的。也就是说，连接凸块71和连接凸块72配置为沿超声波基板22的一个长边排列。
73.如图2所示，粘接部81设置为俯视观察下围绕连接凸块71、72的周围的长方形状。也就是说，长方形状的粘接部81沿超声波基板22的一个长边设置。粘接部81的长边方向的长度为中间基板21的长边的长度的一半以上的长度。粘接部81也设置在了连接凸块71与连接凸块72之间。另外，粘接部81的一部分从超声波基板22的y负侧的长边伸出。换言之，粘接部81的一部分也设置在了中间基板21的周缘部。另一方面，粘接部81的y正侧的长边未到元件阵列区域19，粘接部81与元件阵列区域19分离设置。
74.在超声波基板22的另一个长边上的一端设置有粘接部82，而在另一端设置有粘接部83。粘接部82的一部分从超声波基板22的一个顶点伸出。也就是说，也接触到了超声波基板22的中间基板21中的长边的侧面及短边的侧面。同样地，粘接部83的一部分从超声波基板22的另一个顶点伸出。也就是说，也接触到了超声波基板22的中间基板21中的长边的侧面及短边的侧面。另一方面，粘接部82、83未到元件阵列区域19，粘接部82、83设置为与元件阵列区域19分离。换言之，粘接部81、82、83俯视观察下设置于不与元件阵列区域19重叠的部分。粘接部81、82、83在第二基板31与中间基板21之间以相互分离的岛状设置多个，粘接部的至少一个设置为围绕连接凸块71、72。
75.粘接部81、粘接部82及粘接部83隔着元件阵列区域19桁架配置。详细而言，在以沿超声波基板22的一个长边的粘接部81的中心为顶点并以另一个长边为底边的三角形的底边的顶点设置有粘接部82和粘接部83。由此，不会阻碍元件阵列区域19中的振动，并确保了超声波基板22与第二基板31之间的接合强度。换言之，粘接部81、82、83设置于在元件阵列区域19的周围分离的至少三个地方。需要说明的是，不限于三个地方，接合部也可以设置在四个以上的地方。
76.超声波器件的制造方法
77.图6为示出超声波器件的制造方法的流程图。图7a、图7b为图2的c-c剖面处的工序过程图。
78.在此，以图6为主体，适当地夹杂图7a、图7b、图4对超声波器件20的制造方法进行说明。
79.在步骤s1中，准备第一基板11、中间基板21、第二基板31。详细而言，准备分别通过单独的工序制造的第一基板11、中间基板21、第二基板31。
80.在步骤s2中，接合第一基板11和中间基板21。详细而言，将中间基板21粘接到第一基板11的振动膜6。在优选例中，使用硅粘接剂。在图7a中示出了在接合第一基板11和中间基板21的制造过程中的超声波基板22a。
81.在步骤s3中，形成连接凸块71、72。详细而言，将含有银填料的环氧树脂粘接剂分别填充到中间基板21的两个贯通孔25、贯通孔26，并进行加热固化。在优选例中，使用分配器将适量环氧树脂粘接剂填充到贯通孔25、贯通孔26。此时，如图7b所示，使连接凸块71、72从第四面54突出一定量。然后，放入设定为预定温度的恒温槽以进行加热，并通过固化环氧树脂粘接剂，以形成连接凸块71、72。
82.在步骤s4中，涂布ncp。在优选例中，如图7b所示，将环氧树脂粘接剂79涂布到第二基板31的第二电极37、38上。在优选例中，使用分配器将适量环氧树脂粘接剂79涂布到第二电极37、38上。另外，并行地在成为粘接部82、83的部分也涂布环氧树脂粘接剂。需要说明的是，也可以涂布到超声波基板22侧。
83.在步骤s5中，接合超声波基板22和第二基板31。详细而言，如图7b所示，在将超声波基板22重叠到第二基板31的状态下施加预定的压力，在该状态下，放入设定为预定温度的恒温槽以进行加热，固化环氧树脂粘接剂。换言之，将超声波基板22以倒装法安装到第二基板31。
84.由此，完成图4的超声波器件20。
85.以上，如所述，根据本实施方式的超声波器件20及超声波诊断装置100，能够得到
以下的效果。
86.超声波器件20具备：第一基板11，包括供压电元件5和连接到压电元件5的第一电极27、28配置的第一面51；第二基板31，包括供连接到控制电路的第二电极37、38配置的第二面52；中间基板21，配置在第一基板11与第二基板31之间，并包括接合到第一面51的第三面53、和与第二面52相对的第四面54；以及粘接部81、82、83，粘接第二基板31与中间基板21。另外，中间基板21具备从第三面53贯通到第四面54的贯通孔25、26、和设置于贯通孔25、26并连接到第一电极27、28的作为第三电极的连接凸块71、72，第二电极37、38连接到连接凸块71、72，并经由连接凸块71、72与第一电极27、28电连接，粘接部81、82、83在第二基板31与中间基板21之间以相互分离的岛状设置多个，粘接部81、82、83中的至少一个设置为围绕连接凸块71、72。
87.由此，与粘接超声波器件与刚性基板之间的整个面的以往的构成不同，因为通过用分离的岛状的粘接部81、82、83接合第二基板31与中间基板21，从而两者的粘接面积减小，所以能够减小对超声波器件20的特性的影响。
88.另外，由于以围绕连接凸块71、72的方式设置有粘接部81，故而能够防止水分侵入到包括连接凸块71、72的接合部分。
89.因此，能够提供使用倒装法安装并且能够得到期望的特性的超声波器件20。
90.另外，压电元件5设置为与振动膜6相接，且具有由多个压电元件5规则配置而成的元件阵列区域19，在俯视观察下，粘接部81、82、83设置在不与元件阵列区域19重叠的部分。
91.由此，由于在元件阵列区域19未设置粘接部，故而不阻碍基于超声波元件7的超声波的振荡，并能够得到期望的特性
92.另外，俯视观察下中间基板21呈矩形，元件阵列区域19设置在中间基板21的大致中央处，粘接部81、82、83设置于在元件阵列区域19的周围分离的至少三个地方。
93.由此，由于通过俯视观察下围绕元件阵列区域19的三处以上的粘接部来固定第二基板31与中间基板21，故而能够确保作为复合构造体的超声波器件20的刚性。
94.特别是，如图2所示，在通过隔着元件阵列区域19而桁架配置的粘接部81、82、83进行固定的情况下，即便是三个地方的固定，也能够确保作为构造体所需要的刚性。
95.另外，作为第三电极的连接凸块71、72是由包含金属填料的树脂系粘接剂构成的凸块。
96.由此，通过连接凸块71、72的各向异性导电性，能够可靠地获得第一电极27、28与第二电极37、38之间的电连接。
97.另外，粘接部81、82、83是绝缘性的树脂系粘接剂。
98.由此，能够防止水分侵入到包括连接凸块71、72的接合部分，并且能够确保电绝缘性。
99.另外，粘接部81、82、83的一部分也设置在中间基板21的周缘部。
100.由此，通过向中间基板21的周缘部伸出的粘接部能够进一步提高与第二基板31的粘接强度。
101.另外，超声波诊断装置100具备超声波器件20。
102.由此，能够提供使用倒装法安装并且能够得到期望的特性的超声波诊断装置100。
103.实施方式2
104.超声波器件的不同电路构成
105.图8是本实施方式涉及的超声波器件的俯视图，是与图2对应。
106.如图8所示，本实施方式的超声波器件120呈在x正方向上细长的长方形，并在其中央具备元件阵列区域119。元件阵列区域119成为由六个实施方式1的元件阵列区域19在x正方向上排列而成的多沟道构成。超声波器件120是通过将超声波基板122以倒装法安装到第二基板131而得的构成。超声波基板122呈比第二基板131小一圈的长方形。对应多沟道，供驱动信号输入的连接凸块171a在元件阵列区域119的y负侧设置多个。同样地，在元件阵列区域119的y正侧也设置有多个连接凸块171b。需要说明的是，连接凸块171a、171b也作为超声波元件7所接收的超声波的接收信号的接收端子发挥功能。
107.另外，在超声波基板122的两个短边的大约中间处设置有用于供给共同电位的连接凸块172a、172b。另外，沿超声波基板122的一个长边设置有围绕多个连接凸块171a的粘接部181a。同样地，沿另一个长边设置有围绕多个连接凸块171b的粘接部181b。
108.另外，在连接凸块172a的周围设置有粘接部182a，在连接凸块172b的周围设置有粘接部182b。除了这些点以外，与实施方式1的构成相同。以下对与实施方式1相同的构成部位标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
109.粘接部181a、181b、粘接部182a、182b分别以岛状独立地配置在元件阵列区域119的外侧。
110.粘接部181a、181b沿超声波基板122的长边设置，其一部分向超声波基板122之外伸出。同样地，粘接部182a、182b沿超声波基板122的短边设置，其一部分向超声波基板122之外伸出。
111.在这样的构成的超声波器件120中，例如，能够以发送专用和接收专用来交替设置元件阵列区域119中的元件阵列区域19。或者，也可以将奇数的元件行设为发送专用，而将偶数的元件行设为接收专用。或者，也可以进行按照超声波元件7设置开关元件以单独地主动驱动超声波元件7等各种各样的驱动。
112.如上所述，根据本实施方式的超声波器件120，除了实施方式1中的效果之外，还能得到以下的效果。
113.在超声波器件120中，粘接部181a、181b、182a、182b在第二基板131与超声波基板122之间以相互分离的岛状设置多个，且各粘接部设置为围绕对应的连接凸块。
114.由此，因为通过用分离的岛状的粘接部181a、181b、182a、182b接合第二基板131与超声波基板122，从而两者的粘接面积减小，所以能够减小对超声波器件20的特性的影响。另外，由于将粘接部设置为围绕对应的连接凸块，故而能够防止水分侵入到包括连接凸块的接合部分。
115.因此，能够提供使用倒装法安装并且能够得到期望的特性的超声波器件120。