超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置的制作方法

专利名称：超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于拍摄诊断图像的超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置。
背景技术：
超声波诊断装置，是基于从超声波探头输出的反射回波信号来拍摄诊断图像的 装置。在超声波探头上排列了多个超声波振子。超声波振子将驱动信号变换成超声波， 将超声波发送到被检体，同时，接收从被检体产生的反射回波信号，变换成电信号。
近年来，开发 了使用 cMUT (Capacitive Micromachined UltrasonicTransducer)的超 声波探头。cMUT是通过半导体微细加工工艺制造的超微细电容型超声波振子。在cMUT 中，根据偏置电压的大小，超声波接收发送灵敏度即电气机械耦合系数变化。偏置电压 被重叠施加在从超声波接收发送部供给的驱动信号上(例如参考“专利文献1”)。
专利文献1 美国专利US5894452号公报
但是，在“专利文献1”公开的cMUT探头中，对硅基板，直流电压作为偏置 电压被施加在下部电极上。因此，在与被检测者相对接的部分上需要配置绝缘层，使得 不存在与cMUT芯片的上部电极接触。绝缘层通过真空蒸发、溅射或者CVD(ChemiCal Vapor Deposition)等被成膜在声透镜上。另一方面，导电层被成膜在cMUT芯片上。然 后，通过粘结剂粘结绝缘层和导电层。在该构造的cMUT探头的情况下，当将cMUT探 头涂上酒精等消毒液时，消毒液就成为粘结剂的溶剂。溶剂溶化粘结剂，溶化的粘结剂 浸透到cMUT芯片。cMUT芯片的框体和膜体由浸透的粘结剂硬化。对于cMUT芯片， 由硬化的框体和膜体所划分的内部空间引起的超声波的发送和接收变成功能不完全。防 止基于这种粘结剂的浸透导致的cMUT芯片的功能不完全仍然没有解决。发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置，其能 够防止基于粘结剂的浸透导致的cMUT芯片的功能不完全。
本发明的超声波探头，包括cMUT芯片，其具有根据偏置电压而使电气机械 耦合系数或者灵敏度变化的多个振动单元，用于发送接收超声波；导电层，其被成膜在 所述cMUT芯片的超声波放射侧；声透镜，其被配置在所述cMUT芯片的超声波放射 侧；绝缘层，其被成膜在所述声透镜的超声波放射侧的相反方向上；以及框体部，其收 纳通过粘结剂将所述导电层和所述绝缘层粘结的所述cMUT芯片和所述声透镜，其特征 在于，所述绝缘层，包含硅氧化物或者对二甲苯(paraxylylene)的至少一种，并且由用于 防止所述粘结剂的溶剂向所述粘结剂部分浸透的材质形成。
由此，能够提供一种超声波探头，其能够防止基于粘结剂的浸透的CMUT芯片 的功能不完全。
本发明的超声波探头的制造方法，所述超声波探头包括CMUT芯片，其具有4根据偏置电压而使电气机械耦合系数或者灵敏度变化的多个振动单元，用于发送接收超 声波；声透镜，其被配置在所述CMUT芯片的超声波放射侧；支持层，其被设置在所述 CMUT芯片的背面侧，并且用于吸收所述超声波的传播；电气配线部，其从所述CMUT 芯片的周边部被设置在所述支持层的侧面，并且配置了与所述cMUT芯片的电极连接的 信号图案；以及框体部，其收纳所述cMUT芯片、所述声透镜、所述支持层和所述电气 配线部，该超声波探头的制造方法的特征在于，具有将所述cMUT芯片粘结到所述支 持层的上面的工序；将所述电气配线部粘结到所述支持层的上面周边的工序；将所述电 气配线部和所述cMUT芯片经由电线进行连接的工序；在所述电线的周围作为密封材料 填充光硬化树脂的工序；在cMUT芯片的超声波放射侧形成连接于地所得到的导电膜的 工序；将所述声透镜粘结到所述cMUT芯片的超声波放射面的工序。
由此，能够提供一种超声波探头的制造方法，其能够防止基于粘结剂的浸透的 cMUT芯片的功能不完全。
本发明的超声波诊断装置，包括超声波探头，用于对被检体接收发送超声 波；图像处理部，基于从所述超声波探头输出的超声波接收信号，构成超声波图像；以 及显示部，显示所述超声波图像，所述超声波探头是第1超声波探头。
第1超声波探头，包括cMUT芯片，其具有根据偏置电压而使电气机械耦合 系数或者灵敏度变化的多个振动单元，用于发送接收超声波；导电层，其被成膜在所述 cMUT芯片的超声波放射侧；声透镜，其被配置在所述cMUT芯片的超声波放射侧；绝 缘层，其被成膜在所述声透镜的超声波放射侧的相反方向上；以及框体部，其收纳通过 粘结剂将所述导电层和所述绝缘层粘结的所述cMUT芯片和所述声透镜，其特征在于， 所述绝缘层，包含硅氧化物或者对二甲苯的至少一种，并且由用于防止所述粘结剂的溶 剂向所述粘结剂部分浸透的材质形成。
由此，能够提供一种超声波诊断装置，其能够防止基于粘结剂的浸透的CMUT 芯片的功能不完全。
发明效果
根据本发明，能够提供一种超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置，其能 够防止基于粘结剂的浸透的cMUT芯片的功能不完全。


图1是超声波诊断装置1的构成图。
图2是超声波探头2的构成图。
图3是振子21的构成图。
图4是振动单元28的构成图。
图5是表示第一实施方式的超声波探头2的示意图。
图6是表示超声波诊断装置1和超声波探头2之间的连接的模式图。
图7是表示第二实施方式的超声波探头&的示意图。
图8是表示超声波探头2的配线的模式图。
图9是表示cMUT芯片20的基板40的接地连接的示意图。
图10是表示图5所示的超声波探头2的制造工序的示意图。
图11是表示第五实施方式的超声波探头2f的示意图。
图12是图11的电连接部的详细图。
图13是表示从cMUT芯片20的上面侧开始的基板40的接地连接的示意图。
图14是表示从cMUT芯片20的下面侧开始的基板40的接地连接的示意图。
图15是表示第七实施方式的超声波探头2c的概括剖面图。
图16是第八实施方式的cMUT晶片的上面图。
图17是第八实施方式的cMUT芯片的上面图。
图18是表示第九实施方式的导电膜的形成方法的示意图。
图19是表示第十实施方式的导电膜的形成方法的示意图。
附图符号说明
1超声波诊断装置、2超声波探头、3接收发送分离部、4发送部、6偏置部、8 接收部、10调相加法部、12图像处理部、14显示部、16控制部、18操作部、2OcMUT芯 片、21-1，21-2...振子、22支持层、25超声波探头盖、沈声透镜、27密封材料、观振动 单元、38，41信号图案、40基板、46上部电极、48下部电极、72柔性基板、70，71， 90粘结层、76导电膜(接地层)、78，78a绝缘膜(绝缘层)、84，94接地线(电缆屏蔽 线)、86，183 电线、88 光硬化树脂、108，120 地、161，171，181，185，191，195 通 孔、163，165，173，175，182，184，192，194 焊盘(pad)端子、164，174，193 导电粘 结剂(各向异性导电粘结片)、201，202，203，308导电膜、204柔性基板、30IcMUT晶 片、302cMUT芯片、303电极焊盘、304光致抗蚀剂、305，307光致抗蚀剂开口、306， 309导电膜开口。
具体实施方式
下面参照附图，详细说明本发明的超声波探头和超声波诊断装置的优选实施方 式。在下面的说明和附图中，对于具有大致相同的功能构成的构成单元，通过赋予相同 的符号，省略重复说明。
(1、超声波诊断装置的构成)
首先，参考图1，说明超声波诊断装置1的构成。
图1是超声波诊断装置1的构成图。
超声波诊断装置1由超声波探头2、接收发送分离部3、发送部4、偏置部6、接 收部8、调相(整相)加法部10、图像处理部12、显示部14、控制部16、操作部18构 成。
超声波探头2是与被检体接触并在与被检体之间接收发送超声波的装置。超声 波从超声波探头2被发送到被检体，并通过超声波探头2接收来自被检体的反射回波信号。
发送部4和偏置部6是向超声波探头2供给驱动信号的装置。
接收部8是接收从超声波探头2输出的反射回波信号的装置。接收部8还对接 收的反射回波信号进行模拟数字变换等处理。
接收发送分离部3是用于切换、分离接收和发送的装置，在发送时，其将驱动 信号从发送部4送到超声波探头2，在接收时，其将接收信号从超声波探头2送到接收部8。
调相加法部10是对接收的反射回波信号进行调相加法的装置。
图像处理部12是基于被调相加法的反射回波信号来构成诊断图像(例如断层像 和血流像)的装置。
显示部18是用于对被图像处理的诊断图像进行显示的显示装置。
控制部16是用于控制上述的各个构成单元的装置。
操作部18是将指示给与控制部16的装置。操作部18例如是轨迹球、键盘或者 鼠标等输入设备。
(2,超声波探头2)
下面，参考图2 图4，说明超声波探头2。
(2-1,超声波探头2的构成)
图2是超声波探头2的构成图。图2是超声波探头2的一部分切口立体图。
超声波探头2包括cMUT芯片20。cMUT芯片20是多个振子21_1、振子 21-2、...被排列成长方形状的1维阵列型的振子群。在振子21-1、振子21-2、...上，配 设了多个振动单元观。而且，也可以使用2维阵列型或者凸型等其他形式的振子群。
在cMUT芯片20的背面侧，设置了支持层22。在cMUT芯片20的超声波发射 侧，设置了声透镜26。cMUT芯片20和支持层22等被收纳在超声波探头盖25内。
cMUT芯片20将来自发送部4和偏置部6的驱动信号变换成超声波和将超声波 发送到被检体。接收部8将从被检体产生的超声波变换成电信号，从而作为反射回波信 号进行接收。
支持层22是吸收从cMUT芯片20在背面侧发射的超声波的传播以及抑制剩余的 振动的层。
声透镜沈是将从cMUT芯片20发送的超声波束进行聚焦的透镜。声透镜沈基 于一个焦点距离来决定曲率。
而且，在声透镜沈和cMUT芯片20之间可以设置匹配层。匹配层是将cMUT 芯片20和被检体的声阻抗进行调整、从而提高超声波的传送效率的层。
(2-2、振子 21)
图3是振子21的构成图。
振动单元观的上部电极46被连接到在长轴方向X上所划分的每个振子21上。 即，上部电极46-1、上部电极46-2、...被并联配置在长轴方向X。
振动单元观的下部电极48被连接到在短轴方向Y上所划分的每个分区上。即， 下部电极48-1、下部电极48-2、...被并联配置在短轴方向Y。
(2-3,振动单元沘)
图4是振动单元28的构成图。图4是一个振动单元28的截面图。
振动单元观由基板40、膜体44、膜体45、上部电极46、框体47、下部电极48 构成。振动单元观由通过半导体工艺实现的微细加工形成。振动单元观相当于cMUT 的1元件部分。
基板40是硅等半导体基板。
膜体44和框体47由硅化合物等半导体化合物形成。膜体44被设置在框体47的超声波发射侧。在膜体44和框体47之间设置上部电极46。在基板40上所形成的膜 体45上设置下部电极48。通过框体47和膜体45所划分的内部空间50或者设为真空状 态，或者由预定的气体填充。
上部电极46和下部电极48分别被连接到用于供给交流高频电压作为驱动信号的 发送部4和用于施加直流电压作为偏置电压的偏置部6。
在发送超声波的情况下，通过介入上部电极46和下部电极48，直流的偏置电压 (Va)被施加在振动单元28上，并且通过偏置电压(Va)产生电场。膜体44通过产生的 电场而拉紧，从而成为预定的电气机械耦合系数6a)。当从发送部4向上部电极46供给 驱动信号时，基于电气机械耦合系数6a)，超声波从膜体44中发射出。
当通过介入上部电极46和下部电极48，直流的偏置电压(Vb)被施加在振动单 元观上时，通过偏置电压(Vb)产生电场。通过所产生的电场，膜体44拉紧，从而成为 预定的电气机械耦合系数6b)。当从发送部4向上部电极46供给驱动信号时，基于电 气机械耦合系数(Sb)，超声波从膜体44中发射出。
这里，在偏置电压为“Va<Vb”的情况下，电气机械耦合系数成为Sa < Sb。
另一方面，在接收超声波的情况下，通过从被检体产生的反射回波信号，膜体 44被激励，从而内部空间50的容量变化。基于该内部空间50的变化量，电信号经由上 部电极46被检测出。
振动单元观的电气机械耦合系数由膜体44的拉紧度决定。因此，如果通过改 变施加于振动单元观的偏置电压的大小来控制膜体44的拉紧度，则即使是输入了相同振 幅的驱动信号，也能够使从振动单元观发射的超声波的声压(例如振幅)变化。
(3、第一实施方式)
下面，参考图5和图6，说明第一实施方式。
(3-1、超声波探头2的构成部件)
图5是表示第一实施方式的超声波探头2的示意图。图5是图2的超声波探头 2的平面A截面图。
沿着cMUT芯片20的超声波放射面、柔性基板72和支持层22的侧面形成导电 膜76，在声透镜沈的内面形成作为绝缘层的绝缘膜78。导电膜76和绝缘膜78例如通 过真空蒸发、溅射或者CVD等形成，导电膜76是Cu或者Al膜等，具有电的导电性。 绝缘膜78通过粘结剂与导电膜76粘结。绝缘膜78例如是硅氧化物膜、对二甲苯膜等， 具有耐药品性。这里所述的耐药品性，是指抑制例如由与声透镜沈粘结的粘结剂引起的 向cMUT芯片20的浸透。导电膜76由带有焊锡或导电粘结剂等通过介入连接部82和接 地线84被连接到主体装置侧的地120。
这样，由于在cMUT芯片20的超声波放射侧设置了作为接地层的导电膜76，因 此能够提高超声波探头2对被检体的电安全性。在声透镜沈和cMUT芯片20之间形成 了作为绝缘层的绝缘膜78，并且被检体和cMUT芯片20之间通过声透镜沈和绝缘层78 被双重绝缘。因此，超声波探头2的安全性提高了。而且，如果与1层的绝缘层78相 比，设置2层或者以上的绝缘层，则更能够提高电安全性。
而且，由于在cMUT芯片20的超声波放射面上形成了导电膜76，因此不需要在 声透镜沈的内面形成导电膜。由于沿着柔性基板72和支持层22的侧面形成了导电膜76，因此能够将支持层22作为基座，通过介入连接部82而直接连接导电膜76和接地线 84。
cMUT芯片20通过介入粘结层70被粘结到支持层22的上面。沿着支持层22的 上面周边和四方侧面，设置柔性基板72 (Flexible PrintedCircuits FPC)。柔性基板72通过介入粘结层71被粘结到支持层22的上面周边。
粘结层70和粘结层71例如是由环氧树脂构成的粘结剂。通过任意地调整粘结 层70和粘结层71的层厚度，能够调整cMUT芯片20和柔性基板72的高度方向位置。
柔性基板72和cMUT芯片20经由电线86而被电连接。电线86通过引线键合 (wirebonding)方式而连接。作为电线86，能够使用Au电线等。在电线86的周围，作 为密封材料，填充了例如光硬化树脂88。而且，密封材料可以是热硬化树脂。对于热硬 化树脂，使用其热膨胀系数与半导体母材相同的热膨胀系数的材质。根据热硬化树脂， 与光硬化树脂相比，更能够提高由热膨胀引起的材质强度。除了引线键合方式之外，还 可以使用在焊盘之间连接的倒装片接合(flip chip bonding)方式。如果使用倒装片接合方 式，则与由引线键合方式引起的内部连接相比，更能够缓和芯片尺寸等搭载的限制。
声透镜沈，在内面形成的绝缘膜78和在cMUT芯片20的超声波放射面形成的 导电膜76之间，经由粘结层90，被粘结到cMUT芯片20。作为声透镜沈的材质，例如 使用硅橡胶。对于粘结层90的材质，希望设为与声透镜沈类似的材质(例如硅树脂)。
声透镜沈的超声波放射面，至少在区域23的范围内，在超声波照射方向上是凸 状。在cMUT芯片20中，至少在与区域23对应的范围内，配置振动单元观。从声透 镜26的凸状的部分照射超声波。
声透镜沈的背面在与cMUT芯片20的周边对应的位置上具有凹部。在该凹部 上嵌合了 cMUT芯片20和柔性基板72之间的连接部分(光硬化树脂88的部分)。
超声波探头盖25设置在超声波探头2的四方侧面。超声波探头盖25固定在声 透镜26的四方侧面。检测者用手把持超声波探头盖25来操作超声波探头2。在超声波 探头盖25和声透镜沈之间的缝隙间填充了密封材料27。
希望超声波探头盖25的上端位置与cMUT芯片20相比位于上方。由此，即使 在发生了超声波探头2落下等不测事件，也能够防止直接的冲击和保护cMUT芯片20。
(3-2、超声波探头2的连接)
图6是表示超声波诊断装置1和超声波探头2之间的连接的模式图。
超声波诊断装置1和超声波探头2经由电缆82而连接。电缆82具有多个同轴 电缆96。
振动单元28的上部电极46被连接到配线85。配线85经由同轴电缆96的内部 导体被连接到超声波诊断装置1内的配线91。配线91经由接收发送分离电路98被连接 到接收部8内的接收放大器100和发送部4。
振动单元28的下部电极48被连接到配线66。配线66通过介入同轴电缆96的 内部导体被连接到超声波诊断装置1内的配线62。配线62被连接到偏置部6。
同轴电缆96的根数成为多个振动单元观所共同配置的上部电极46和下部电极 48的合计数。
振动单元28的基板40被连接到配线87。配线87经由同轴电缆96的外部导体被连接到超声波诊断装置1内的配线93。配线93经由主体装置(没有图示)的机壳接地 而被连接到地108。
在配线66和配线87之间配置了电容器112。该电容器112是在AC电流从上部 电极46流到下部电极48时用于对来自下部电极48的电流进行旁路的信号电流的旁路用 的电容元件。
在配线91和配线93之间配置了电阻110。该电阻110是将上部电极46的DC 电位稳定在接地电位的电阻元件。
在配线62和配线93之间配置了偏置部6。该偏置部6在上部电极46和下部电 极48之间产生电位差。发送部4在上部电极46上施加交流高频电压作为驱动信号。具 体地，上部电极46成为DC =接地(基准电位)、AC = Vpp,下部电极48成为DC = Vdc> AC = 0。
振动单元28的导电膜76被连接到配线84。配线84被形成为使得覆盖超声波探 头2的内部电路(配线85、配线66、电容器112等)，并且经由电缆82的外周，被连接 到超声波诊断装置1内的配线99。配线99被形成为使得覆盖超声波诊断装置1的内部 电路(配线91、配线62、电阻110等)，并被连接到接地120。因此，导电膜76、配线 84、电缆82的外周、配线99是DC = 0、AC = O0
导电膜76、配线84、电缆82的外周、配线99和接地120形成保护电路，使得 来自外部的电磁波不会侵入超声波诊断装置1和超声波探头2的内部电路，同时，使得在 超声波诊断装置1和超声波探头2的内部产生的电力被放出到其外部。
(3-3、第一实施方式的效果)
这样，在第一实施方式的超声波探头2中，在CMUT芯片20的超声波放射侧设 置了绝缘层78。因此，能够防止基于粘结剂浸透的cMUT芯片的功能不完全。
由于导电膜76被配置在cMUT芯片20的超声波放射面侧，因此即使在放射侧声 透镜26破损的情况下，导电膜76由于接地电位而能够防止触电，从而能够提高超声波探 头对被检体的电安全性。
通过导电膜76、接地线84和主体装置的机壳接地，形成了接地电位的闭空间。 即，超声波探头2的主要构成单元和主体电路由于被内包在接地电位的闭空间中，因此 能够防止受到来自外部的不需要电波的影响以及由超声波探头2自身产生的电磁波对外 部装置施加坏的影响。
在第一实施方式的超声波探头2中，导电膜76沿着声透镜沈的内面和外侧面而 形成，并且经由高可靠性的导电部件80和接地线84而被连接到地120。
由此，由于不是用模内Gnmold)成型所抽出的片状的导电膜，而是沿着声透镜 26的内面和外侧面所形成的导电膜76，因此经由导电部件80，能够容易和可靠地与接地 线84连接。从而能够提高实际安装的可靠性和操作性。
通过使用高可靠性的导电部件80，能够防止在固定到柔性基板72时导电部件80 破损。
在图5中，仅仅在柔性基板72的纸面左侧侧面上示出了导电部件80和接地线 84，但是，在柔性基板72的四方侧面的至少任意一个上也都可以设置。
(4,第二实施方式)
下面，参考图7，说明第二实施方式。
图7是表示第二实施方式的超声波探头&的示意图。图7是图2的平面A截面 图。
在第一实施方式中，说明了导电膜76沿着cMUT芯片20的超声波放射面、柔 性基板72和支持层22的侧面而形成，并且通过介入粘结部82被连接到接地线84的情 况，在第二实施方式中，在cMUT芯片20和所述导电膜76之间形成作为绝缘层的绝缘膜 78a。在声透镜沈的内面形成作为绝缘层的绝缘膜78的情况是与第一实施方式相同。
这样，根据第二实施方式，与第一实施方式同样，能够防止基于粘结剂浸透的 cMUT芯片的功能不完全。
由于在cMUT芯片20的超声波放射侧设置了作为接地层的导电膜76，因此能够 提高超声波探头&对被检体的电安全性，并且通过设置绝缘膜78a，能够提高导电膜76 和电线86之间、以及导电膜76和cMUT芯片20之间的电耐压性。
(5、第三实施方式)
下面，参考图8和图9，说明第三实施方式。
图8是表示超声波探头2的配线的模式图。
图9是表示cMUT芯片20的基板40的接地连接的示意图，是图8的B_B’线 的截面图。
在cMUT芯片20的上面周边，cMUT芯片20的上部电极46和柔性基板72的信 号图案38由电线86-1连接，cMUT芯片20的下部电极48和柔性基板72的信号图案41 由电线86-2连接。光硬化树脂88被填充到电线86的周围，从而连接部被密封。
在cMUT芯片20的角落部(角部)，在cMUT芯片20和柔性基板72之间填充了 导电树脂89。导电树脂89与cMUT芯片20的基板40和接地线94之间的连接部相当。 接地线94在cMUT芯片20的角落部中被配设在柔性基板72和支持层22之间。
基板40被设置在cMUT芯片20的底面。基板40与导电树脂89电连接。基板 40通过介入导电树脂89和接地线94被连接到接地108。
图9的接地线94与图6的配线87相当。导电树脂89被设置于基板40和配线 87之间的连接部。
这样，根据第三实施方式，能够防止基于粘结剂浸透的CMUT芯片的功能不完全。
在cMUT芯片20的角落部以外的周边，存在用于将柔性基板72的信号图案38 和信号图案41与cMUT芯片20进行连接的电线86，但是，cMUT芯片20的基板40和 接地线94经由被填充到cMUT芯片20之角落部的导电树脂89而连接。由此，能够在其 他位置独立而设置信号图案连接部和基板接地连接部，并且制作也是容易的。
由于基板40自身也是半导体，因此也存在当异常发生时基板40变成高电压的可 能性。根据第三实施方式，通过将基板40进行接地连接，即使在异常发生时也能够将基 板40维持在接地电位，从而能够确保超声波探头2的安全性。
(6、第四实施方式)
下面，参考图10，说明第四实施方式。第四实施方式涉及图5超声波探头2的 制造方法。图10是表示图5所示的超声波探头2的制造工序的示意图。
cMUT芯片20通过粘结层70被粘结到支持层22的上面(步骤Si)。
柔性基板72通过粘结层71被粘结到支持层22的上面周边(步骤S2)。
柔性基板72和cMUT芯片20经由电线86而电连接。电线86通过引线键合方 式或者倒装片接合方式连接(步骤S3)。
光硬化树脂88作为密封材料被填充到电线86的周围(步骤S4)。
形成导电膜76 (步骤S5)。
形成声透镜26(步骤S6)，并且在声透镜沈的内面形成绝缘膜78(步骤S7)。
声透镜沈通过粘结层90被粘结到cMUT芯片20的超声波放射面。导电膜76 被连接到接地线84。安装超声波探头盖25。在声透镜沈、柔性基板72与超声波探头盖 25之间的缝隙间填充密封材料27 (步骤S8)。
经过以上的过程，就制造了图5所示的超声波探头2。
在步骤S5的工序中，也可以在形成导电膜76之前形成绝缘膜78a。在这种情况 下，制造了图7所示的超声波探头&。
关于膜形成方法，有与声透镜沈的成型同时将带导电膜的绝缘片模内成型的方 法、和将绝缘膜及导电膜通过物理蒸发或者化学蒸发而形成的方法。根据模内成型，能 够低成本地形成膜，但是，膜厚ΙΟμιη左右是极限。另一方面，根据通过蒸发进行的膜 形成，能够成为膜厚Iym左右。
(7、第五实施方式)
下面，参考图11和图12，说明第五实施方式。第五实施方式涉及cMUT芯片 20和柔性基板72之间的电连接。
图11是表示第五实施方式的超声波探头2f的示意图。图11与图2的平面A截 面图相当。
图12是图11的电连接部的详细图。
在第一实施方式中，说明了柔性基板72和cMUT芯片20根据引线键合方式经由 电线86而被电连接，但是在第五实施方式中，经由通孔161或者通孔171，柔性基板72 和cMUT芯片20被电连接。
柔性基板72的信号图案在cMUT芯片20的周边部背面中与cMUT芯片20的电 极电连接。在电连接部中，根据柔性基板72、粘结层71和粘结层70的厚度，在支持层 22的周边部上面设置切口部168。
通孔161是cMUT芯片20的上部电极46和在cMUT芯片20的背面设置的焊盘 端子163之间的导通路。通孔171是cMUT芯片20的下部电极48和在cMUT芯片20的 背面设置的焊盘端子173之间的导通路。
通孔161和通孔171由金属填充，或者在内部壁面上形成金属层。在cMUT芯片 20的基板40的部分中，在通孔161和通孔171的周围设置了绝缘部162和绝缘部172。 而且，希望在基板40的背面也设置绝缘层167。
柔性基板72上所设置的焊盘端子165和焊盘端子175，通过各向异性导电粘结片 等的导电粘结剂164和导电粘结剂174，分别被电连接到cMUT芯片20的下面设置的焊 盘端子163和焊盘端子173。
柔性基板72的信号图案38，经由焊盘端子165、导电粘结剂164、焊盘端子163、通孔161，被电连接到cMUT芯片20的上部电极46。柔性基板72的信号图案41， 经由焊盘端子175、导电粘结剂174、焊盘端子173、通孔171，被电连接到cMUT芯片20 的下部电极48。
这样，在第五实施方式中，柔性基板72和cMUT芯片20通过介入通孔161和通 孔171而被电连接。由此，不需要用于电连接的电线，仅仅通过进行焊盘端子之间的位 置吻合，就能够进行柔性基板72和cMUT芯片20之间的电连接。
在图12中，说明了在cMUT芯片20的背面中，经由通孔而进行电连接的情况， 但是，在cMUT芯片20的超声波放射面中，也可以经由通孔而进行电连接。
在通过图5等所示的引线键合方式将cMUT芯片20的电极和柔性基板72的信号 线进行连接的情况下，由于高电位的电线86和接地电位的导电膜76靠近，因此存在因光 硬化树脂88等的密封材料的不良和绝缘膜78的针孔(pta hole)不良导致的导电膜78和电 线86之间短路、从而使得不能维持导电膜76的接地电位的情况。另一方面，当通过图 11和图12所示的通孔来连接cMUT芯片20的电极和柔性基板72的信号线的情况下，由 于连接线和导电膜76没有靠近，因此没有短路之虞，由于导电膜76的接地电位被维持， 因此确保了安全性。
由于由图5等所示的引线键合方式使用的电线86是金属细线，因此通过作用力 而容易损坏，操作处理是困难的。另一方面，在通过图11和图12所示的通孔进行的连 接中，由于是不需要通过引线键合方式进行的电线连接作业，因此操作处理是容易的。
在通过图5等所示的引线键合方式进行的连接中，由于在电线86的周围进行填 充，因此需要光硬化树脂88等密封材料。作为密封材料使用的树脂和电线86，其线膨胀 系数不同。一般地，作为密封材料使用的树脂的线膨胀系数比金属的大。因此，当由于 温度变化使作为密封材料使用的树脂膨胀时，就存在电线86损坏之虞。而且，当作为密 封材料使用的树脂内存在杂质时，由于电迁移，就存在电线86和导电膜76之间进行短路 之虞。另一方面，在通过图11和图12所示的通孔进行的连接中，由于是不需要电线和 密封材料，因此就不存在起因于树脂内杂质的问题。
这样，根据第五实施方式，代替通过引线键合方式进行的连接，通过进行由通 孔实现的连接，能够进一步提高超声波探头2的安全性。
(8、第六实施方式)
下面，参考图13和图14，说明第六实施方式。第六实施方式涉及cMUT芯片 20的基板40的接地连接。
在第三实施方式中，说明了从cMUT芯片20的侧面，经由导电树脂89，使基板 40接地连接的情况，在第六实施方式中，从cMUT芯片20的上面侧(超声波放射面侧) 或者下面侧(背面侧)，使基板40接地连接。
(8-1、从cMUT芯片20上面侧的接地连接)
图13是表示来自cMUT芯片20的上面侧的基板40的接地连接的示意图。
通孔181是cMUT芯片20的基板40和在cMUT芯片20的上面设置的焊盘端子 182之间的导通路。通孔185是柔性基板72的内面所设置的接地线94和上面所设置的焊 盘端子184之间的导通路。通孔181和通孔185由金属填充，或者在内部壁面上形成金属层。
焊盘端子182和焊盘端子184通过引线键合方式经由电线183而被电连接。 cMUT芯片20的基板40经由通孔181、焊盘端子182、电线183、焊盘端子184、通孔 185、接地线94而被连接到地108。
(8-2、来自cMUT芯片下面侧的接地连接)
图14是表示来自cMUT芯片20的下面侧的基板40的接地连接的示意图。
通孔191是cMUT芯片20的基板40和在cMUT芯片20的下面设置的焊盘端子 192之间的导通路。通孔195是柔性基板72的内面所设置的接地线94和上面所设置的焊 盘端子194之间的导通路。通孔191和通孔195由金属填充，或者在内部壁面上形成金属层。
焊盘端子192和焊盘端子194通过各向异性导电粘结片等的导电粘结剂193而被 电连接。cMUT芯片20的基板40经由通孔191、焊盘端子192、导电粘结剂193、焊盘 端子194、通孔195、接地线94而被接地连接。
(8-3、第六实施方式的效果)
这样，根据第六实施方式，cMUT芯片20的基板40，经由通孔，能够从cMUT 芯片20的上面侧或者下面侧进行接地连接。由此，代替用于接地连接的导电树脂的填 充，仅仅通过进行由引线键合方式实现的连接和焊盘端子之间的位置吻合，就能够进行 cMUT芯片20的基板40的接地连接。通过将基板40设为接地电位，就能够使cMUT芯 片的电位稳定，从而能够使超声波特性稳定。
而且，在cMUT芯片20的基板40上，存在被施加100V以上高电压的上部电极 46和下部电极48。由于基板40本身也是半导体，因此在异常发生时也存在基板40变成 高电压的可能性。根据第六实施方式，经由通孔而将基板40进行接地连接，即使在异常 发生时，也能够将基板40维持在接地电位，从而能够确保超声波探头2的安全性。
(9、第七实施方式)
下面，根据图15，说明第七实施方式。
在cMUT芯片20上形成导电膜201，该导电膜201是由用于制造将多个cMUT芯 片分割之前的cMUT晶片的工艺中所形成的。由于cMUT晶片使用半导体工艺而制造， 因此该导电膜201是在晶片状态下形成的导电膜。作为上述半导体工艺中的导电膜，使 用Al或者AlCu合金，或者Cu，但是，如果具有导电性，也能够适用Ti、Cr、Au、Pt、 TiN、TiW、Si3N4 等。
作为成膜方法，具有真空蒸发、溅射、CVD。而且，上述的导电膜201也能 够在cMUT晶片的制造工序完成之后形成，但是，为了防止异物的残留，优选地，在将 cMUT晶片用切割等进行分割之前的晶片状态下形成。在这种情况下，也能够用旋涂或 者喷涂的方法来形成导电性涂层材料。
在柔性基板204上形成导电膜203，其是在制造柔性基板204时形成的导电膜。 但是，该导电膜203也能够在形成了柔性基板204之后通过粘附金属涂层或者Cu带而形 成。cMUT芯片20的导电膜201和柔性基板204的导电膜203是由导电膜202电连接的 结构。导电膜202使用Cu带或者Al带等导电性带(tape)或者熬好加入了 Ag粒子或者 C粒子的导电性膏等而形成。
根据以上那样的cMUT晶片的制造工序，由于形成导电膜201，由于在cMUT芯片20和柔性基板204的搭载以及引线键合工序、光硬化树脂填充工序等安装工序中没有 异物向导电膜中卷入，因此没有由声透镜粘结工序中的加压引起的对振动单元的影响， 从而能够形成稳定的探头。
(10、第八实施方式)
下面，根据图16和图17，概略说明cMUT晶片和cMUT芯片之间的关系。图 16是cMUT芯片302被多个布置在cMUT晶片301的面内的示意图。cMUT晶片301例 如使用8英寸、6英寸、12英寸晶片来制造。在cMUT晶片301的制造结束之后，沿着 划线310进行切割，分离各个cMUT芯片302。
图17是将一个cMUT芯片302放大后的概括图。在cMUT芯片302上形成了 用于与外部电连接的电极焊盘303。
(11、第九实施方式)
下面根据图18，说明对cMUT晶片301的导电膜形成方法。图18是在图17的 D-D截面所观察的图。在振动单元(没有图示)完成后的cMUT晶片301上，用CVD 或者溅射形成导电膜202 (a)。
接着，将光致抗蚀剂304通过旋涂或者喷涂进行成膜(b)。接着，通过光刻法， 在光致抗蚀剂304上形成光致抗蚀剂开口 305 (c)。
接着，通过干法刻蚀或者湿法刻蚀，在导电膜202上形成电极焊盘的导电膜开 口 306(d)。最后，除去、洗净光致抗蚀剂304，完成导电膜202的形成和用于与外部通 过引线键合取得导通的电极焊盘303的导电膜开口 306的形成。
(12、第十实施方式)
下面，根据图19，说明对cMUT晶片301的其他的导电膜形成方法。图19是在 图17的D-D截面所观察的图。在振动单元(没有图示)完成后的cMUT晶片301上， 将光致抗蚀剂304用旋涂或者喷涂进行成膜(a)。
接着，通过光刻法，在光致抗蚀剂304上形成光致抗蚀剂开口 307(b)。接着， 通过CVD或者溅射，形成导电膜308 (C)。
最后，当除去、洗净光致抗蚀剂304时，除去电极焊盘303上的导电膜308，并 且形成导电膜开口 309(d)。对于图18所示的方法，该方法的优点是通过没有导电膜 的刻蚀工序，使导电膜开口 309的形成变得容易。
但是，在除去最后的光致抗蚀剂304之后，在cMUT晶片301上残留的导电膜 308上容易残留毛刺等。这在导电膜308的厚度变得比光致抗蚀剂304的厚度厚时发生， 或者即使导电膜308比光致抗蚀剂304厚，当导电膜308在光致抗蚀剂304的边缘部连接 时，也残留毛刺。为了回避这一问题，光致抗蚀剂304的厚度比导电膜308的厚度充分 地厚是重要的。
从实施方式1到10说明的在cMUT芯片上直接形成了导电膜的结构的超声波探 头，与现有技术的在声透镜侧形成了导电膜的结构的超声波探头相比，显然，声特性良 好。在为将导电膜形成于声透镜侧的结构的情况下，由于在cMUT芯片和导电膜之间具 有用于粘结声透镜的粘结剂层、在超声波的声源和导电膜之间具有距离，因此有时由导 电膜反射的超声波返回到cMUT芯片，从而发生由cMUT芯片反射引起的多重反射。
根据本发明，由于是在CMUT芯片上直接形成了导电膜的结构，由于导电膜自身成为超声波的振动单元同时又进行振动的声源，因此不会发生上述的多重反射，从而 能够提供展示良好声特性的超声波探头。
(13、其他)
也可以通过合适地组合上述实施方式来构成超声波探头和超声波诊断装置。
在上述的实施方式中，希望将导电膜的膜厚设为Ο. μιη左右，将绝缘层的膜厚 设为Iym左右。通过分别将绝缘层和导电膜的膜厚变薄，能够抑制对在cMUT芯片中 被接收发送的超声波的影响(对脉冲、频率特性的影响和衰减)。
以上，参考附图，说明了本发明的超声波探头和超声波诊断装置的优选实施方 式，但是，本发明不局限于这些例子。应当知道，如果是本领域技术人员，在本申请公 开的技术思想的范围内，都能够想到各种变更例或者修正例。对此，应当理解为属于本 发明的技术范围。
权利要求
1.一种超声波探头，包括cMUT芯片，其具有根据偏置电压而使电气机械耦合系数或者灵敏度变化的多个振 动单元，并发送接收超声波；导电层，其被成膜在所述cMUT芯片的超声波放射侧； 声透镜，其被配置在所述cMUT芯片的超声波放射侧； 绝缘层，其被成膜在所述声透镜的超声波放射侧的相反方向上；以及 框体部，其收纳通过粘结剂将所述导电层和所述绝缘层粘结的所述cMUT芯片以及 所述声透镜，所述超声波探头的特征在于，所述绝缘层，包含硅氧化物或者对二甲苯的至少一种，并且由用于防止所述粘结剂 的溶剂向所述粘结剂部分浸透的材质形成。
2.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于， 所述绝缘层沿着所述声透镜的内面而形成。
3.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述绝缘层由多个绝缘膜构成，并且所述多个绝缘膜中的至少一个绝缘膜被形成在 cMUT芯片的超声波放射面上，所述cMUT芯片的超声波放射面上所形成的残留的绝缘 层，沿着所述声透镜的内面而形成。
4.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，在所述cMUT芯片的超声波放射侧设置了接地电位的接地层，所述接地层与接地线 连接。
5.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，所述cMUT芯片的基板从cMUT芯片的侧方经由导电树脂与接地线连接。
6.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，所述cMUT芯片具备使所述cMUT芯片的电极导通到超声波放射面或者背面为止的 通孔，所述cMUT芯片的电极经由所述通孔与所述电气配线部的信号图案连接。
7.根据权利要求6所述的超声波探头，其特征在于，所述通孔和所述电气配线部的信号图案通过双方的焊盘端子的位置吻合而连接。
8.根据权利要求4所述的超声波探头，其特征在于，所述cMUT芯片具备使所述cMUT芯片的基板导通到超声波放射面或者背面为止的 通孔，所述cMUT芯片的基板经由所述通孔与接地线连接。
9.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，包括从所述cMUT芯片经由导电电线而从外部传送电信号或者电力的柔性基板， 在所述柔性基板的树脂材料的表面上形成导电膜。
10.—种超声波探头的制造方法，所述超声波探头包括cMUT芯片，其具有根据 偏置电压而使电气机械耦合系数或者灵敏度变化的多个振动单元，并发送接收超声波； 声透镜，其被配置在所述cMUT芯片的超声波放射侧；支持层，其被设置在所述cMUT 芯片的背面侧，并且用于吸收所述超声波的传播；电气配线部，其从所述cMUT芯片的 周边部被设置在所述支持层的侧面，并且配置了与所述cMUT芯片的电极连接的信号图 案；以及框体部，其收纳所述cMUT芯片、所述声透镜、所述支持层和所述电气配线部，所述超声波探头的制造方法的特征在于，具有 将所述cMUT芯片粘结到所述支持层的上面的工序； 将所述电气配线部粘结到所述支持层的上面周边的工序； 将所述电气配线部和所述cMUT芯片经由电线进行连接的工序； 在所述电线的周围作为密封材料进行填充的工序； 在所述cMUT芯片的超声波放射面形成导电膜的工序； 在所述声透镜的内面形成绝缘膜的工序；以及将所述声透镜粘结到所述cMUT芯片的超声波放射面上形成的导电膜上的工序。
11.根据权利要求10所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，包括沿着所述cMUT芯片的超声波放射面、所述柔性基板和所述支持层的侧面形成第一 绝缘膜的工序；以及在所述第一绝缘膜上形成导电膜的工序。
12.根据权利要求10所述的超声波探头的制造方法，其特征在于，所述cMUT芯片的超声波放射面的导电膜，在切出所述cMUT芯片前的cMUT晶片 的振动单元形成之后，在晶片状态下通过CVD或者溅射而形成。
13.根据权利要求12所述的超声波探头的制造方法，其特征在于， 在所述cMUT晶片的振动单元形成之后形成导电膜的工序； 在所述导电膜之上形成光致抗蚀剂的工序；通过光刻法，在所述光致抗蚀剂上设置光致抗蚀剂开口的工序； 将所述光致抗蚀剂开口部的所述导电膜通过蚀刻而除去的工序；以及 通过用于除去所述光致抗蚀剂的工序，在所述cMUT晶片上形成所述导电膜和导电 膜开口。
14.根据权利要求12所述的超声波探头的制造方法，其特征在于， 在所述cMUT晶片的振动单元形成之后成膜光致抗蚀剂的工序； 通过光刻法，形成光致抗蚀剂开口的工序；在所述光致抗蚀剂和所述光致抗蚀剂开口形成所述导电膜的工序；以及 除去所述光致抗蚀剂，形成导电膜开口。
15.—种超声波诊断装置，包括超声波探头，用于对被检体接收发送超声波；图像处理部，基于从所述超声波探头输出的超声波接收信号，构成超声波图像；以及显示部，显示所述超声波图像，所述超声波诊断装置的特征在于，所述超声波探头是权利要求1所述的超声波探头。
全文摘要
本发明涉及超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置。本发明的超声波探头包括cMUT芯片，其具有根据偏置电压而使电气机械耦合系数或者灵敏度变化的多个振动单元，用于发送接收超声波；导电层，其被成膜在所述cMUT芯片的超声波放射侧；声透镜，其被配置在所述cMUT芯片的超声波放射侧；绝缘层，其被成膜在所述声透镜的超声波放射侧的相反方向上；以及框体部，其收纳通过粘结剂将所述导电层和所述绝缘层粘结的所述cMUT芯片和所述声透镜，所述绝缘层，包括硅氧化物或者对二甲苯的至少一种，并且由用于防止所述粘结剂的溶剂向所述粘结剂部分浸透的材质形成。
文档编号H04R31/00GK102026581SQ200980117559
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月15日
发明者佐光晓史, 佐野秀造, 吉村保广, 永田达也, 深田慎 申请人:株式会社日立医疗器械