CN105635922B - 电容式换能器和样本信息获取装置 - Google Patents

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Abstract

一种电容式换能器和样本信息获取装置。该电容式换能器包括至少一个单元，该单元包括第一电极和振动膜，振动膜包括第二电极，第二电极被设置为在第一电极和第二电极之间夹有腔体的情况下与第一电极分隔开。静电屏蔽经由硅橡胶层设置在单元上。

Description

电容式换能器和样本信息获取装置
技术领域
本发明涉及一种执行声波(诸如超声波)的发送和接收的电容式机电转换设备或换能器、以及使用该电容式机电转换设备或换能器的样本信息获取装置。本说明书中的发送和接收意指发送和接收中的至少一个。尽管声波用作包括音波、超声波和光声波的术语，但是声波可以用超声波来代表。
背景技术
电容式微机械超声换能器(CMUT)已经被提议作为执行超声波的发送和接收的换能器(参照A.S.Ergun、Y.Huang、X.Zhuang、O.Oralkan、G.G.Yarahoglu和B.T.Khuri-Yakub，“Capacitive micromachined ultrasonic transducers:fabrication technology”,Ultrasonics,Ferroelectrics and Frequency Control,IEEE Transactions，第52卷，第12期，第2242-2258页，2005年12月)。CMUT是使用应用半导体工艺的微电机系统(MEMS)工艺制造的。图13是示例性CMUT(发送-接收元件)的示意性截面图。参照图13，振动膜101以及第一电极102和第二电极103的集合被称为单元，第一电极102和第二电极103彼此相对，腔体105被夹在它们之间。振动膜101由形成在芯片100上的支承件104支承。直流电压产生单元202连接到第二电极103。某一直流电压Va经由第二导线302从直流电压产生单元202施加于第二电极103。第一电极102经由第一导线301连接到发送接收电路201，并且具有固定的接地(GND)电位附近的电位。这在第一电极102和第二电极103之间引起Vbias＝Va-0V的电位差。调整直流电压Va的值使Vbias的值与基于CMUT单元的机械特性而确定的期望电位差(大约几十伏至几百伏)一致。
交流驱动电压从发送接收电路201施加于第一电极102在第一电极102和第二电极103之间引起交流静电吸引力，并且使振动膜101以某一频率振动以发送超声波。振动膜101响应于超声波的振动通过静电感应在第一电极102中引起微弱电流。用发送接收电路201测量该电流的值使得接收信号可以被提取。CMUT电极之间的电位差在电极之间引起静电吸引力以缩小电极之间的距离。电极之间的电场强度的增大提高当相同的驱动电压被施加时的发送声压(发送效率)，并且增大当相同的超声波被接收到时的输出信号(接收灵敏度)。
发明内容
可能有必要改进当电容超声换能器(CMUT)与诸如活体之类的样本(带电的样本)接触使用时的发送和接收特性。本发明提供一种具有良好的发送和接收特性的电容式换能器以及使用该电容式换能器的样本信息获取装置。
电容式换能器包括：至少一个单元，该单元包括第一电极和振动膜，振动膜包括第二电极，第二电极被设置为在第一电极和第二电极之间夹有腔体的情况下与第一电极分隔开；硅橡胶层；以及静电屏蔽，其经由硅橡胶层设置在单元上。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1A和1B是用于描述根据第一实施例的电容式换能器的截面图。
图2是用于描述根据第一实施例的电容式换能器的顶视图。
图3是用于描述根据第二实施例的电容式换能器的截面图。
图4是用于描述根据第三实施例的电容式换能器的截面图。
图5是用于描述第三实施例的另一个例子的示图。
图6是用于描述第三实施例的另一个例子的示图。
图7是用于描述根据第四实施例的电容式换能器的截面图。
图8A是用于描述根据第五实施例的电容式换能器的截面图。
图8B是用于描述第五实施例的静电屏蔽的顶视图。
图8C是用于描述第五实施例的静电屏蔽的布置的例子的顶视图。
图8D是用于描述第五实施例的静电屏蔽的布置的另一个例子的顶视图。
图8E是用于描述第五实施例的另一个例子的顶视图。
图9A是用于描述根据第六实施例的电容式换能器的截面图。
图9B是用于描述第六实施例的示例性静电屏蔽的顶视图。
图9C是用于描述第六实施例的另一个示例性静电屏蔽的顶视图。
图10A和10B是用于描述根据第七实施例的电容式换能器的截面图。
图11是用于描述根据第八实施例的样本信息获取装置的示图。
图12是用于描述根据第九实施例的样本信息获取装置的示图。
图13是用于描述相关领域的电容超声换能器的截面图。
具体实施方式
在本发明的实施例中，为了解决以上问题，具有预定的固定电位的静电屏蔽(诸如金属层)被布置在换能器的面对样本的表面和布置在芯片或基板上的电容单元之间。金属层是静电屏蔽的典型例子。静电屏蔽不一定由金属制成，因为对于静电屏蔽来说具有导电性是足够的。然而，因为静电屏蔽期望地很薄以便当静电屏蔽实际上被使用时不会对超声波的发送特性具有非期望的影响，所以优选的是静电屏蔽由金属制成。虽然下面将描述本发明的实施例，但是将认识到并且理解，本发明不限于实施例，并且在本发明的精神和范围内，可以在本发明中做出各种修改和改变。
在本文中将参照附图来描述本发明的实施例。
<第一实施例>
图1A和1B是根据本发明的第一实施例的电容式换能器的示意性截面图。参照图1A，标号100表示芯片或基板，标号101表示振动膜，编号102表示第一电极，标号103表示第二电极，标号104表示支承件，标号105表示间隙或腔体，标号106表示芯片100上的绝缘膜。标号107表示连接到第一电极102的导线，标号108表示连接到第二电极103的导线，标号109表示连接到导线107的外部连接电极，标号110表示连接到导线108的外部连接电极。标号120表示软线，标号121表示外部连接电极，标号122表示导电层，标号123表示第一绝缘层，标号124表示第二绝缘层，标号131表示配线，标号140表示支承构件，标号401表示声学透镜，标号402表示硅橡胶层，标号500表示静电屏蔽。声学透镜401经由硅橡胶层402接合到静电屏蔽500。在第一实施例中，静电屏蔽至少被布置在与单元相对的位置处。静电屏蔽由不具有开口并且均匀延伸的单个静电屏蔽层组成。
芯片100和软线120被布置在支承构件140上。在第一实施例中，电容式超声换能器(例如，CMUT)被布置在芯片100上，并且经由软线120连接到外部的直流电压产生单元202和发送接收电路201(参照图1B)。振动膜101由芯片100上的支承件104支承，并且响应于超声波振动。第一电极102被布置在振动膜101上，第二电极103被布置在芯片100上的与第一电极102相对的位置处。振动膜101以及第一电极102和第二电极103的集合组成单元，第一电极102和第二电极103彼此相对，腔体105被夹在它们之间。
如图1B所示，第一电极102经由第一导线301延伸到芯片100的外部，并且连接到发送接收电路201。第二电极103经由第二导线302延伸到芯片100的外部，并且连接到直流电压产生单元202。直流电压产生单元202在第一电极102和第二电极103之间产生从几十伏至几百伏的电位差。振动膜101和第一电极102的振动改变第一电极102和第二电极103之间的距离以改变电极之间的静电电容。因为电位差存在于电极之间，所以微弱电流响应于电容变化而发生。微弱电流在连接到第一电极102的发送接收电路201中被转换为电压，并且该电压从发送接收电路201输出。发送是通过用交流静电吸引力使振动膜101振动来执行的，所述交流静电吸引力是响应于交流驱动电压施加于第一电极102在第一电极102和第二电极103之间引起的交流静电吸引力。
多个单元被布置在芯片100上。在第一实施例中，芯片100上的各个单元中的第二电极103彼此电连接，并且在芯片100上具有相同的电位。相反，芯片100上的第一电极102分成多个组地彼此电连接，并且对于每一个组，电连接到不同的发送接收电路201。每个组在发送和接收中被称为元件(例如，指的是图2中的元件20)。通常，换能器包括多个元件，每个元件包括至少一个单元。每个单元的大小(直径)是几百微米至几个毫米，元件(元件20)的数量从一百个至几千个。芯片上的CMUT能够容易地使用MEMS技术来制造。芯片100可以由例如硅或玻璃制成。在第一实施例中，每个第一电极102连接到发送接收电路201，并且有必要对于在其中第一电极102彼此连接的每一个元件(元件20)电分离第一电极102。然而，因为仅仅改变最上电极层的图案就使得第一电极及其导线可以被形成，所以可以使用更简单的方法来制造CMUT。
图2是用于描述第一实施例的电容式换能器中的电极的形状的示意图。图2中示出了振动膜101上的第一电极102、芯片100的表面上的第二电极103、每个单元10的外形以及元件20的外形，图2是从样本800侧看到的顶视图(参照图11和图12)。芯片100上的第二电极103连接到直流电压产生单元202，并且被布置在芯片100的表面上方。
因为如果连接到发送接收电路201的第一电极102具有很大的寄生电容，则接收中的噪声增大，所以第一电极102的面积期望地较小。相反，因为单元(振动膜101)在振动膜101的振动中在中央部分中变形最大，所以仅在单元的中央部分中仅布置每个第一电极102使得发送效率和接收灵敏度的降低可以最小化。因此，第一电极102的大部分面积被布置在单元10的外形中的、单元的中央部分中，并且第一电极102在单元的周边部分中具有在第一电极102之间连接所必需的最小宽度。
与芯片100一起布置在支承构件140上的软线120具有如下的结构，在该结构中，很薄的导电层122夹在两个绝缘层123和124之间。导电层122从芯片100侧的末端部分暴露成为外部连接电极121。如图1A所示，芯片100上的外部连接电极109和110经由配线131电连接到软线120上的外部连接电极121。软线120的绝缘层由聚酰亚胺制成，软线120的导电层由金属(诸如铜或金)制成。整个软线120的厚度为从几十微米至一百微米。
在第一实施例中，声学透镜401经由硅橡胶层402被布置在芯片100和软线120上，芯片100和软线120被布置在支承构件140上。一个静电屏蔽500被布置在硅橡胶层402中。硅橡胶层402主要用于将声学透镜401粘合到芯片100。当使用常见的粘结剂时，例如，在界面上可能发生反射，和/或振动膜的振动特性可能受硬粘结剂的影响，因为粘结剂的声阻抗不同于与硅橡胶层接触的部分的声阻抗。因此，使用硅橡胶层的粘合是必要的或优选的。硅橡胶层可以附带地保护换能器的表面并且确保绝缘。在本发明的实施例中，硅橡胶层可以由包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的橡胶制成。因为硅橡胶具有很低的杨氏模量(刚度)，所以振动膜的机械特性不太受硅橡胶的影响。
第一实施例的静电屏蔽500由金属薄膜层形成，被设置为具有与发送接收电路201的参考电压Vref相等的固定电位，并且具有超声波没有退化地透射通过静电屏蔽500的特性。静电屏蔽500可以由例如铝、铜、镍或金制成，并且被设置为具有远小于所用超声波的波长的厚度。对于静电屏蔽500来说具有确保超声波的发送特性的材料和厚度以及足够低的电阻是足够的。具体地说，具有几微米或更小厚度的静电屏蔽期望地被使用。相反，如上所述，对换能器的振动膜101的发送和接收特性没有影响并且使得声学透镜401和芯片100之间能够接合的硅橡胶层402期望地被使用。另外，硅橡胶层402期望地由与活体(其是样本)和声学透镜401的声阻抗一致的材料制成。硅橡胶层402期望地能够最小化超声波从声学透镜401和硅橡胶层402之间的界面的反射。
当换能器在与样本信息获取装置接触时被使用时，换能器可以在样本(诸如活体)被布置在声学透镜401的表面附近的状态下被使用。凝胶(超声凝胶)一般被填充在声学透镜401和样本之间，以使得超声波的发送特性不会因为气泡等而劣化。样本的表面被充电，并且根据表面状态，可以被带上很多电荷。换能器的发送和接收特性可能大大地受样本的表面的电荷的影响。发明人已经发现存在以下问题：当电容式换能器(CMUT等)在与样本(诸如活体)接触使用时，换能器的发送和接收特性受存在于样本表面上的电荷的影响以使发送和接收特性劣化。在相关技术的在其中不提供静电屏蔽的配置中，当带有充电表面的样本接近换能器时，静电耦合可能发生于样本和第一电极102之间，电荷可能被感应到第一电极102，并且在接收中可能产生噪声。同时，第一电极102和第二电极103之间的电力线可能改变以使第一电极102和第二电极103之间的电场的强度改变。结果，发送中的输出声压的发送效率和接收中的声压的接收灵敏度改变。当样本和第一电极102之间的距离很短时，来自样本的这样的影响易于发生。
相反，在第一实施例中，提供了静电屏蔽500。因此，即使带有充电表面的样本靠近换能器，从样本800感应的电荷也出现在静电屏蔽500中，并且几乎没有电荷出现在芯片100上的第一电极102中。因为第一实施例的第一电极102被具有固定电位的第二电极103和静电屏蔽500包围，所以第一电极102和第二电极103之间的电力线的形状几乎不由于在第二电极103和静电屏蔽500外部的样本800而改变。因此，在第一实施例中，发送中的输出声压的发送效率和接收中的声压的接收灵敏度几乎不由于样本而改变。如上所述，根据第一实施例，因为发送和接收特性不太受换能器的表面上的样本的电荷的影响，所以可以提供具有良好的发送和接收特性的电容式换能器。
另外，在第一实施例中，直流高电压施加于第二电极103，并且第二电极103被第一电极102覆盖，第一电极102的电压一般固定为接近于发送接收电路201的参考电压的值。因此，因为被施加有直流高电压的电极被布置在离样本较远的位置处，所以可以提高与样本的绝缘以提供安全性高的换能器。
<第二实施例>
第二实施例与第一实施例的不同之处在于电容式换能器中的电极的构造。第二实施例在其他点上与第一实施例相同。图3是用于描述根据第二实施例的电容式换能器的示意性截面图。如图3所示，第二实施例的特征在于，直流电压产生单元202连接到第一电极102，发送接收电路201连接到第二电极103。
现在将描述当不提供静电屏蔽500时第一电极102和第二电极103之间的电力线。如以上在第一实施例中所述的，第一电极102具有图案，并且具有比第二电极103的表面积小的表面积(参照图2)。因此，第一电极102和第二电极103之间的电力线具有朝向第二电极103延伸的形状。因此，当带电的样本存在于第一电极102上时，电力线的形状受到影响，并且易于变形。电力线的形状的变化改变了发送中的输出声压的发送效率和接收中的声压的接收灵敏度。因此，电容式换能器(诸如CMUT)的发送和接收特性根据样本的表面状态而改变以导致作为换能器的性能的降低。当连接到发送接收单元201的第二电极103和样本之间的距离很短时，来自样本的影响易于发生。
然而，因为在第二实施例中在样本和换能器之间提供了静电屏蔽500，所以第一电极102和第二电极103之间的电力线受样本的表面状态的影响较小，并且发送和接收特性的变化被抑制。另外，因为连接到发送接收电路201的第二电极103离样本相对较远，所以第二电极103受样本的影响较小。
<第三实施例>
第三实施例与以上实施例的不同之处在于布置在换能器的表面上的组件。第三实施例在其他点上与第一实施例和第二实施例相同。图4是用于描述根据第三实施例的电容式换能器的示意性截面图。
第三实施例的电容式换能器具有不提供声学透镜401的构造。没有声学透镜的换能器优选用作执行电子聚焦的发送-接收换能器或者接收通过光声效应引起的超声波(光声波)的光声换能器。
在第三实施例的构造中，不提供一般具有几百微米至几毫米的厚度的声学透镜401，并且样本800经由硅橡胶层402与换能器的表面接触，硅橡胶层402具有几十微米至一百微米的厚度。因此，与提供声学透镜401的情况相比，样本800和换能器中的电极之间的距离大大地缩短，并且换能器易于受样本800的表面的很大影响。然而，因为在第三实施例中也在样本和换能器中的电极之间提供静电屏蔽500，所以发送和接收特性的劣化也几乎不在样本800和换能器中的电极之间的距离非常短的构造中发生。因此，在不提供声学透镜401的构造中也可以提供其发送和接收特性受样本的表面状态影响较小的电容式换能器。
现在将参照图5和图6来描述第三实施例的修改。图5例示说明了示例性电容式换能器，其与以上实施例的不同之处在于芯片100和软线120之间的连接状态，软线120将芯片100上的电极连接到换能器外部的直流电压产生单元202和发送接收电路201。参照图5，软线120被布置为与芯片100上的外部连接电极109和110相对以用于电连接。具体地说，电连接到外部连接电极的软线被设置为与芯片的在上面提供单元的面相对。芯片100的外部连接电极109和110能够使用例如各向异性导电薄膜(ACF)容易地连接到软线120中的外部连接电极121。使用图5所示的连接方法，与图4所示的使用配线131的情况相比，芯片100的表面上的突起的高度降低。因此，芯片100上的硅橡胶层402的厚度可以减小。因为在硅橡胶层402中发生超声波的衰减，所以发送和接收特性随着硅橡胶层402的厚度减小而得到改进。相反，随着硅橡胶层402的厚度减小，发送和接收特性更易于受样本的表面状态的影响。然而，因为第三实施例的包括静电屏蔽500的构造的使用使换能器受样本影响较小，所以良好的发送和接收特性得以保持。
如上所述，在图5所示的修改中，可以实现如下的电容式换能器，该电容式换能器具有良好的发送和接收特性，并且在不提供声学透镜401的构造中也受样本的表面状态的影响较小。
图6例示说明另一示例性电容式换能器，其与以上实施例的不同之处在于芯片100和软线120之间的连接状态，软线120将芯片100上的电极连接到换能器外部的直流电压产生单元202和发送接收电路201。图6中的构造与图5中的构造的不同之处在于芯片100上的电连接到软线120的外部连接电极109和110被布置在与芯片100的在上面形成单元的面相反的面(后面)上。具体地说，电连接到外部连接电极的软线被设置为与芯片的在上面提供有单元的面的反面相对。在图6中的构造中，芯片100包括贯穿线111，用于电连接到芯片100的后面上的软线120。使用图6所示的连接方法，在芯片100的表面上不提供突起。因此，可以将芯片100上的硅橡胶层402的厚度减小至实现最良好的发送和接收特性的厚度。在图6所示的修改中，可以提供如下的电容式换能器，该电容式换能器具有特别良好的发送和接收特性，并且在不提供声学透镜401的构造中也受样本的表面状态的影响较小。
<第四实施例>
第四实施例与以上实施例的不同之处在于在其中布置静电屏蔽的区域。第四实施例在其他点上与第一实施例至第三实施例中的任何一个相同。图7是用于描述根据第四实施例的电容式换能器的示意性截面图。
第四实施例的特征在于，静电屏蔽501被布置在与芯片100上的在其中布置第一电极102和第二电极103的区域相对的区域中。在第四实施例中，与静电屏蔽被整体布置的情况相比，仅在与布置有单元的区域相对的区域中布置静电屏蔽501使得构造可以简化。另外，换能器通过下述步骤而制造，即，在芯片100上布置单元，布置静电屏蔽501，并且将芯片电连接到软线120。因此，因为对于制造方法的约束少，所以可以使用更容易的制造方法来制造换能器。
<第五实施例>
第五实施例与以上实施例的不同之处在于静电屏蔽502的形状。第五实施例在其他点上与第一实施例至第四实施例中的任何一个相同。图8A至8E是用于描述根据第五实施例的电容式换能器的示图。图8A是电容式换能器的示意性截面图。图8B是当从上方查看静电屏蔽时的示意图。
第五实施例的静电屏蔽502的特征在于，如图8B所示，多个开口503周期性地二维布置。换句话说，当从单元上方查看静电屏蔽时，静电屏蔽具有多个开口。因为开口503的大小远小于样本800的表面积，所以即使当静电屏蔽502具有多个开口503时，屏蔽效果也几乎不降低。开口503的大小和布置周期可以被设置为任意值，只要发送和接收特性不会经由芯片100上的电极受到样本的影响即可。尽管图8A中的构造中多个开口503与不规则图案中的多个单元相对，但是布置不限于此。
很小的寄生电容发生于静电屏蔽502和芯片100上的第一电极102(或第二电极103)之间。随着静电屏蔽502和芯片100上的第一电极102(或第二电极103)之间的距离减小，寄生电容的大小增大。连接到发送接收电路201的电极处的寄生电容使接收灵敏度降低，并且使接收中的输出噪声增大。与这样的情况对比，在第五实施例中的包括开口503的静电屏蔽502中，静电屏蔽502的表面积能够响应于开口503的总面积增大而减小。因此，发生于静电屏蔽502和芯片100上的第一电极102(或第二电极103)之间的寄生电容的量值能够在保持静电屏蔽的效果的同时被抑制。具体地说，当不期望地引起对接收特性的影响(诸如降低接收灵敏度以及增大输出噪声)时，第五实施例的静电屏蔽的使用减小对接收特性的影响。
如上所述，根据第五实施例，可以实现如下的电容式换能器，在该电容式换能器中，对接收特性的不期望的影响(如降低接收灵敏度以及增大输出噪声)减小，并且受样本的表面状态的影响较小。
现在将参照图8C来描述第五实施例的修改。图8C是当从芯片100的顶面(在上面布置有单元的面)查看静电屏蔽时的示意图。图8C中仅例示说明了振动膜101上的第一电极102、芯片100上的第二电极103以及单元10的外形之间的关系。图8C中的构造的特征在于，静电屏蔽502的每个开口503被布置在与单元的中央位置对应的位置处。换句话说，静电屏蔽的多个开口被规则地布置在与单元对应的位置处。在图8C中的构造中，如第一实施例中的构造中那样，第一电极102连接到发送接收电路201。因为第二电极102的面积在单元的中央部分的周围最大，所以将静电屏蔽502的每个开口503布置在与单元的中央部分相对的位置处使得第一电极102和静电屏蔽502之间的寄生电容的量值可以进一步减小。
使用图8C所示的构造，可以实现如下的电容式换能器，在该电容式换能器中，对接收特性的不期望的影响(如降低接收灵敏度以及增大输出噪声)进一步减小，并且受样本的表面状态的影响较小。
现在将参照图8D来描述第五实施例的另一修改。图8D是当从芯片100的顶面(在上面布置有单元的面)查看静电屏蔽时的示意图。图8D中也只例示说明了第一电极102、第二电极103和单元10的外形之间的关系。图8D中的构造的特征在于，静电屏蔽502的每个开口503尽可能多地偏离与单元10的中央部分对应的位置。换句话说，静电屏蔽的多个开口被布置在相对于单元偏离的区域对应的位置处。在图8D中的构造中，如第二实施例(参照图3)中那样，第二电极103连接到发送接收电路201。第二电极103在单元的中央部分附近被具有图案的第一电极102覆盖。相反，第二电极103在远离单元的中央部分的区域中几乎不被第一电极102覆盖。因此，静电屏蔽502的每个开口503尽可能多地偏离与单元的中央部分对应的位置允许连接到发送接收电路201的第二电极103和静电屏蔽502之间的寄生电容的量值进一步减小。因为静电屏蔽502的效果几乎不根据开口503的位置而改变，所以电容式换能器几乎不受样本的表面状态的影响。
如图8E所示，第二电极103可以被构造为具有如下的图案，在该图案中，在与静电屏蔽502的开口503相对的区域中不提供电极。该构造使得寄生电容的发生被进一步抑制。因此，可以提供具有更良好的接收特性的电容式换能器。使用图8D和图8E所示的构造，可以实现如下的电容式换能器，在该电容式换能器中，对接收特性的不期望的影响(诸如降低接收灵敏度以及增大输出噪声)进一步减小，并且受样本的表面状态的影响较小。
<第六实施例>
第六实施例与以上实施例的不同之处在于静电屏蔽500的形状。第六实施例在其他点上与第一实施例至第五实施例中的任一个相同。图9A至9C是用于描述根据第六实施例的电容式换能器的示图。第六实施例的特征在于，静电屏蔽500由多个静电屏蔽层组成。所述多个层被设置为具有相同的固定电位。
在第六实施例中，如作为示意性截面图的图9A所示的，使用两个静电屏蔽层504和505。静电屏蔽层504和505被布置在不同的高度处。图9B是用于描述第一静电屏蔽层504和第二静电屏蔽层505的顶视图。在第一静电屏蔽层504中，电极被布置为在纸张的平面上绘制竖条纹。相反，在第二静电屏蔽层505中，电极被布置为在纸张的平面上绘制略微偏离第一静电屏蔽层504的竖条纹的竖条纹。当第一静电屏蔽层504沉积在第二静电屏蔽层505上并且当从上方查看第一静电屏蔽层504和第二静电屏蔽层505时，不存在间隙。
因为静电屏蔽在第六实施例中被划分为多个层，所以与静电屏蔽由一个层组成的情况相比，芯片100上的第一电极102(或第二电极103)和静电屏蔽500之间的有效距离增大。因此，发生于第一电极102(或第二电极103)和静电屏蔽500之间的寄生电容的量值进一步减小。
使用图9A和图9B中所示的构造，可以提供如下的电容式换能器，在该电容式换能器中，对接收特性的不期望的影响(诸如接收灵敏度降低以及输出噪声增大)进一步减小，并且受样本的表面状态的影响较小。
现在将参照图9C来描述第六实施例的修改。在图9C中的修改中，如图9B中那样，第一静电屏蔽层504具有被布置为绘制竖条纹的电极。第二静电屏蔽层505具有被布置为绘制横条纹的电极。图9C中的构造与图9B中的构造的不同之处在于，当第一静电屏蔽层504沉积在第二静电屏蔽层505上时，开口被周期性地形成。可以通过适当地设计竖条纹和横条纹图案以及沉积屏蔽层的方式来改变开口的布置。
使用图9C中所示的构造，芯片100上的第一电极102(或第二电极103)和静电屏蔽500之间的有效距离增大，并且寄生电容的量值由于开口的存在而大大地减小。使用图9C中所示的构造，可以提供如下的电容式换能器，在该电容式换能器中，对接收特性的不期望的影响(诸如接收灵敏度降低以及输出噪声增大)进一步减小，并且受样本的表面状态的影响较小。
尽管在上述第六实施例中静电屏蔽由两个层组成，但是第六实施例不限于以上构造，而是可以具有使用三个或更多个屏蔽层的构造。另外，屏蔽层可以没有图案(也就是说，静电屏蔽层没有开口)。这样的构造的屏蔽层具有如下优点，即，避免了在厚屏蔽层的形成中可能发生的应力等中所涉及的问题，并且布置了其电阻略高的多个薄屏蔽层来减小屏蔽层的整体电阻。
<第七实施例>
第七实施例与以上实施例的不同之处在于包括了支承静电屏蔽的层。第七实施例在其他点上与第一实施例至第六实施例中的任何一个相同。图10A和10B是用于描述根据第七实施例的电容式换能器的示意性截面图。
第七实施例的特征在于，使用设置有静电屏蔽的绝缘薄膜。具体地说，静电屏蔽被布置在绝缘薄膜上。绝缘薄膜403可以由很薄的绝缘薄膜形成，并且可以由可以被形成为薄膜的材料，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)或甲基戊烯(TPX)，制成。绝缘薄膜403被设置为具有对于所用超声波的波长足够小的厚度并且期望地具有几微米至十几微米左右的厚度。
图10A是在其中第七实施例应用于第一实施例的构造(参照图1A和1B)的构造中的示意图。图10B是在其中第七实施例应用于第三实施例的构造(参照图4)的构造中的示意图。第七实施例不限于这些构造，并且可以以相同的方式应用于其他实施例的构造。
因为静电屏蔽层形成在第七实施例中使用的平坦的绝缘薄膜403上，所以即使当静电屏蔽层的厚度减小时，也提供均匀的良好的薄膜。因此，静电屏蔽的电阻被足够地抑制。因为静电屏蔽层的厚度减小，所以超声波通过静电屏蔽的发送特性大大地降低。
当第七实施例用在第五实施例或第六实施例中时，绝缘薄膜上的静电屏蔽层的形成提供具有更接近于期望形状的形状的静电屏蔽，这是因为静电屏蔽层具有图案。当第七实施例用在其中静电屏蔽受限地布置在某一区域中的第四实施例中时，制造方法进一步简化，这是因为绝缘薄膜403容易与芯片100对齐。当第七实施例用在第六实施例中时，静电屏蔽的开口容易以高精度与芯片100上的单元对齐，这是因为绝缘薄膜403容易精确地与芯片100对齐。因此，更有效地减小寄生电容。此外，当第七实施例用在第六实施例中时，更有效地减小寄生电容，这是因为以高精度执行多个静电屏蔽层的图案的对齐。
<第八实施例>
根据第一实施例至第七实施例中的任何一个的电容式换能器能够被用于使用光声效应进行光声波(超声波)的接收，并且适用于使用电容式换能器的样本信息获取装置。
现在将参照图11来具体地描述第八实施例的样本信息获取装置的示例性操作。首先，使光源901基于发光指令信号701产生光702(脉冲光)以用光702照射样本(将被测量的对象)800。在将被测量的对象800中响应于光702的照射产生光声波(超声波)703，并且超声波703被超声探头中的多个电容式换能器802接收。关于接收信号的大小、形状和时间的信息被作为光声波的接收信号704供给作为处理单元的图像信息产生单元803。关于在光源901中产生的光702的大小、形状和时间的信息(发光信息)被存储在用于光声信号的图像信息产生单元803中。在用于光声信号的图像信息产生单元803中，基于光声波的接收信号704和光发射信息来产生将被测量的对象800的图像信号，并且所产生的图像信号被作为从光声信号产生的再现图像信息705供给图像显示单元804。在图像显示单元804中，基于从光声信号产生的再现图像信息705来显示将被测量的对象800的图像。如上所述，在第八实施例中，电容式换能器接收通过用光源产生的光照射样本而产生的光声波，并且处理单元(这里样本图像信息产生单元)使用光声接收信号来获取关于样本的信息。
因为根据第八实施例的电容式换能器的接收特性受样本的电荷的影响较小，所以电容式换能器能够从光声波获取精确的信息。因此，电容式换能器能够产生高质量图像。
<第九实施例>
在第九实施例中，根据第一实施例至第七实施例中的任何一个的电容式换能器以不同于第八实施例的模式的模式被用在样本信息获取装置中。图12是根据第九实施例的样本信息获取装置的示意图。参照图12，标号706表示超声发送-接收信号，标号707表示发送的超声波，编号708表示反射的超声波，标号709表示通过超声波的发送和接收而产生的再现图像信息。相同的标号在图12中被用于标识图11中所示的相同组件。作为处理单元的图像信息产生单元除了光声波的接收之外还使用脉冲回波方法(超声波的发送和接收)来形成图像。因为光声波的接收是以与第八实施例中的方式相同的方式执行的，所以这里将描述脉冲回波方法(超声波的发送和接收)。
超声波707基于超声发送信号706从多个电容式换能器802输出(发送)到将被测量的对象800。由于存在于将被测量的对象800中的物质特定的声阻抗的差异，所以超声波在将被测量的对象800中被反射。反射的超声波708被多个电容式换能器802接收，并且关于接收的信号的大小、形状和时间的信息被作为超声接收信号706供给图像信息产生单元803。关于发送的超声波的大小、形状和时间的信息被作为超声发送信息存储在图像信息产生单元803中。将被测量的对象800的图像信号在图像信息产生单元803中基于超声接收信号706和超声发送信息而产生，并且图像信号被输出作为通过超声波的发送和接收而产生的再现图像信息709。
将被测量的对象800的图像基于从光声信号产生的再现图像信息705以及通过超声波的发送和接收而产生的再现图像信息709而显示在图像显示单元804中。因为第九实施例中的电容式换能器中的超声波的发送和接收特性受样本的电荷的影响较小，所以除了光声波之外，来自不同测量方法(即，超声波的发送和接收)的接收信息也能够被精确地获取以形成图像。因此，可以精确地获取信息量更大的图像并且显示该图像。
在第九实施例中，电容式换能器至少从样本接收超声波，并且处理单元使用来自电容式换能器的超声接收信号来获取关于样本的信息。尽管电容式换能器也将超声波发送到样本，但是超声波的发送可以由另一换能器执行。尽管电容式换能器也接收响应于用光源产生的光照射样本而产生的光声波，并且处理单元也使用光声接收信号来获取关于样本的信息，但是电容式换能器可以仅接收超声波，而不接收光声波。
根据本发明，静电屏蔽的提供允许提供具有良好的发送和接收特性的电容式换能器。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被给予最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (24)

1.一种电容式换能器，其特征在于包括：
基板；
形成在所述基板上的至少一个单元，所述单元被构造为包括第一电极和振动膜，所述振动膜包括第二电极，第二电极被设置为在第一电极和第二电极之间夹有腔体的情况下与第一电极分隔开；
硅橡胶层；
静电屏蔽，所述静电屏蔽经由所述硅橡胶层设置在所述单元上；以及
连接到第一电极的导线和连接到第二电极的导线，
其中第一电极、连接到第一电极的导线、第二电极以及连接到第二电极的导线被夹在所述静电屏蔽和所述基板之间。
2.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，发送接收电路连接到第一电极。
3.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，发送接收电路连接到第二电极。
4.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，第一电极形成在所述基板上并且包括多个元件，每个元件都包括至少一个单元。
5.根据权利要求4所述的电容式换能器，还包括：
软线，所述软线被构造为与所述基板的在上面提供有所述单元的面相对，并且被构造为电连接到在该面上的外部连接电极，作为将第一电极连接到电容式换能器外部的直流电压产生单元或发送接收电路的配线。
6.根据权利要求4所述的电容式换能器，还包括：
软线，所述软线被构造为与所述基板的在上面提供有所述单元的面相对，并且被构造为电连接到在该面上的外部连接电极，作为将第二电极连接到电容式换能器外部的直流电压产生单元或发送接收电路的配线。
7.根据权利要求4所述的电容式换能器，还包括：
软线，所述软线被构造为与所述基板的在上面提供有所述单元的面的反面相对，并且被构造为电连接到在所述反面上的外部连接电极，作为将第一电极连接到电容式换能器外部的直流电压产生单元或发送接收电路的配线。
8.根据权利要求4所述的电容式换能器，还包括：
软线，所述软线被构造为与所述基板的在上面提供有所述单元的面的反面相对，并且被构造为电连接到在所述反面上的外部连接电极，作为将第二电极连接到电容式换能器外部的直流电压产生单元或发送接收电路的配线。
9.根据权利要求1所述的电容式换能器，还包括：
在所述静电屏蔽上的声学透镜。
10.根据权利要求9所述的电容式换能器，
其中，所述声学透镜经由硅橡胶层接合到所述静电屏蔽。
11.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽至少被布置在与所述单元相对的位置处。
12.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽包括没有开口并且均匀延伸的静电屏蔽层。
13.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，从所述单元上方观看，所述静电屏蔽包括多个开口。
14.根据权利要求13所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽的所述多个开口被规则地布置在与所述单元相对的位置处。
15.根据权利要求13所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽的所述多个开口被布置在与偏离所述单元的区域相对应的位置处。
16.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽由单个静电屏蔽层组成。
17.根据权利要求1所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽由多个静电屏蔽层组成。
18.根据权利要求16所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽由金属层组成。
19.根据权利要求16所述的电容式换能器，
其中，所述静电屏蔽被布置在绝缘薄膜上。
20.一种样本信息获取装置，其特征在于包括：
根据权利要求1所述的电容式换能器；和
处理单元，
其中，所述电容式换能器至少从样本接收超声波，并且
其中，所述处理单元使用来自所述电容式换能器的超声接收信号来获取关于所述样本的信息。
21.根据权利要求20所述的样本信息获取装置，
其中，所述电容式换能器还将超声波发送到所述样本。
22.根据权利要求20所述的样本信息获取装置，还包括：
光源，
其中，所述电容式换能器还接收响应于使用由所述光源产生的光照射所述样本而产生的光声波，并且
其中，所述处理单元还使用光声接收信号来获取关于所述样本的信息。
23.根据权利要求20所述的样本信息获取装置，
其中，所述处理单元是样本图像信息产生单元。
24.一种样本信息获取装置，其特征在于包括：
根据权利要求1所述的电容式换能器；
光源；以及
处理单元，
其中，所述电容式换能器接收响应于使用由所述光源产生的光照射样本而产生的光声波，并且
其中，所述处理单元使用光声接收信号来获取关于所述样本的信息。
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