JP2003153391A - 可変の音響インピーダンスを有する超音波変換器ウェハー - Google Patents
可変の音響インピーダンスを有する超音波変換器ウェハーInfo
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- G—PHYSICS
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
-
- G—PHYSICS
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- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
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- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0426—Bulk waves, e.g. quartz crystal microbalance, torsional waves
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ＩＣに変換器アレイを配置することは多大な
パッケージング効率となる。ＩＣ及び回路ボードの基板
による音響エネルギーの所望でない側音の伝播を削除若
しくは排除する一方で、集積回路若しくは回路ボードに
直接的に超音波変換器アレイの素子を接続する方法を提
供する。 【解決手段】 可変の音響特質を有するウェハーであ
る。ウェハーは、基板上に超音波変換器、ＩＣが形成す
る基板として使用されるかもしれないし、又は回路ボー
ドとして使用されるかもしれない。ウェハーに形成され
る超音波変換器は、圧電セラミック変換器素子若しくは
ＭＵＴ素子を含むかもしれない。超音波変換器のための
集積された制御回路類が形成されるところのウェハーの
音響インピーダンスを制御することによって、ウェハー
の音響インピーダンスは超音波変換器の音響インピーダ
ンスの要求と整合することができる。
パッケージング効率となる。ＩＣ及び回路ボードの基板
による音響エネルギーの所望でない側音の伝播を削除若
しくは排除する一方で、集積回路若しくは回路ボードに
直接的に超音波変換器アレイの素子を接続する方法を提
供する。 【解決手段】 可変の音響特質を有するウェハーであ
る。ウェハーは、基板上に超音波変換器、ＩＣが形成す
る基板として使用されるかもしれないし、又は回路ボー
ドとして使用されるかもしれない。ウェハーに形成され
る超音波変換器は、圧電セラミック変換器素子若しくは
ＭＵＴ素子を含むかもしれない。超音波変換器のための
集積された制御回路類が形成されるところのウェハーの
音響インピーダンスを制御することによって、ウェハー
の音響インピーダンスは超音波変換器の音響インピーダ
ンスの要求と整合することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に超音波変
換器に関し、より詳細には可変の音響インピーダンスを
有する超音波変換器ウェハー若しくは基板に関する。か
かる超音波変換器は、例えば、医学分野の画像化の応用
における超音波画像化システムを含むことができる。
換器に関し、より詳細には可変の音響インピーダンスを
有する超音波変換器ウェハー若しくは基板に関する。か
かる超音波変換器は、例えば、医学分野の画像化の応用
における超音波画像化システムを含むことができる。
【０００２】
【従来の技術】超音波変換器は非常に利用可能であり、
特に、非侵入性の医学的な診断画像化において有用であ
る。超音波変換器は、一般的に、圧電気素子若しくは微
細に機械加工された超音波変換器（ＭＵＴ）素子の何れ
かに形成される。圧電気素子は一般的に、変換器アレイ
を形成するために配列されている複数の素子を伴う、ジ
ルコニウム酸チタン酸鉛（ＰＺＴとして略される）など
の圧電気セラミックからなる。ＭＵＴは、本質的に、シ
リコン基板上のエッジ周辺にサポートされている柔軟な
膜からなる、適応性のある超音波変換器に帰着する、既
知の半導体製造技術を用いて形成される。接触物質を電
極の形態で膜、若しくは膜の一部、シリコン基板の穴の
底面に適用することにより、次いで適切な電圧を電極の
信号に適用することにより、ＭＵＴは適切な超音波の波
が生成されるように活性化される。同様にして、電気的
なバイアスがかけられる場合、ＭＵＴの膜は反射した超
音波エネルギーを捕獲すること、及び受信信号を生成す
る、エネルギーを電気的にバイアスされた膜に移動に転
送することによって超音波信号を受取るために使用され
るかもしれない。
特に、非侵入性の医学的な診断画像化において有用であ
る。超音波変換器は、一般的に、圧電気素子若しくは微
細に機械加工された超音波変換器（ＭＵＴ）素子の何れ
かに形成される。圧電気素子は一般的に、変換器アレイ
を形成するために配列されている複数の素子を伴う、ジ
ルコニウム酸チタン酸鉛（ＰＺＴとして略される）など
の圧電気セラミックからなる。ＭＵＴは、本質的に、シ
リコン基板上のエッジ周辺にサポートされている柔軟な
膜からなる、適応性のある超音波変換器に帰着する、既
知の半導体製造技術を用いて形成される。接触物質を電
極の形態で膜、若しくは膜の一部、シリコン基板の穴の
底面に適用することにより、次いで適切な電圧を電極の
信号に適用することにより、ＭＵＴは適切な超音波の波
が生成されるように活性化される。同様にして、電気的
なバイアスがかけられる場合、ＭＵＴの膜は反射した超
音波エネルギーを捕獲すること、及び受信信号を生成す
る、エネルギーを電気的にバイアスされた膜に移動に転
送することによって超音波信号を受取るために使用され
るかもしれない。
【０００３】変換器素子は、追加的な制御電子を含有し
ているハウジングに可能なようにアセンブルされ、電子
回路ボードの形態で、超音波プローブを形成する組合せ
で、変換器アセンブリを形成する制御回路を伴って組み
合わせられるかもしれない。バルク波圧電素子（ｂｕｌ
ｋ ｗａｖｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｌｅｍ
ｅｎｔｓ）若しくはＭＵＴの何れかを有し、様々な音響
整合層、背面層、及び非整合層を含む超音波プローブ
は、身体の組織により超音波信号を送信し受信するため
に使用されるかもしれない。
ているハウジングに可能なようにアセンブルされ、電子
回路ボードの形態で、超音波プローブを形成する組合せ
で、変換器アセンブリを形成する制御回路を伴って組み
合わせられるかもしれない。バルク波圧電素子（ｂｕｌ
ｋ ｗａｖｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｌｅｍ
ｅｎｔｓ）若しくはＭＵＴの何れかを有し、様々な音響
整合層、背面層、及び非整合層を含む超音波プローブ
は、身体の組織により超音波信号を送信し受信するため
に使用されるかもしれない。
【０００４】過去において、圧電セラミック変換器素子
若しくはＭＵＴ素子などの電気制御回路に対する音響セ
ンサーを接続することは制御回路に対する変換器配列の
各素子を接続する多くの個々のワイヤーの使用を要求し
た。非常に多くの素子を有する大きな変換器アレイの場
合、大きな配線引き具が要求された。不運にして、大き
な配線引き具は超音波プローブのバルク及びコストを増
大する。人体内で使用されるように設計される超音波プ
ローブにおいて、超音波プローブと関連するケーブルの
全体の大きさを削減することが望ましい。プローブ及び
ケーブルの大きさを縮減する一つの手法は、集積回路
（ＩＣ）アセンブリ若しくは回路ボードに変換器コント
ロールエレクトロニクスを提供することである。変換器
アレイに近接するＩＣは多くの小さな変換器素子から伝
達し受信するために使用され、また信号を多重化するた
めに使用されるかもしれない。それによりかさばって高
価なケーブルを削減するか若しくは排除することは、一
般的に超音波プローブ素子をコントロールエレクトロニ
クスに接続する。
若しくはＭＵＴ素子などの電気制御回路に対する音響セ
ンサーを接続することは制御回路に対する変換器配列の
各素子を接続する多くの個々のワイヤーの使用を要求し
た。非常に多くの素子を有する大きな変換器アレイの場
合、大きな配線引き具が要求された。不運にして、大き
な配線引き具は超音波プローブのバルク及びコストを増
大する。人体内で使用されるように設計される超音波プ
ローブにおいて、超音波プローブと関連するケーブルの
全体の大きさを削減することが望ましい。プローブ及び
ケーブルの大きさを縮減する一つの手法は、集積回路
（ＩＣ）アセンブリ若しくは回路ボードに変換器コント
ロールエレクトロニクスを提供することである。変換器
アレイに近接するＩＣは多くの小さな変換器素子から伝
達し受信するために使用され、また信号を多重化するた
めに使用されるかもしれない。それによりかさばって高
価なケーブルを削減するか若しくは排除することは、一
般的に超音波プローブ素子をコントロールエレクトロニ
クスに接続する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＩＣに変換器アレイを
配置することは多大なパッケージング効率となるが、し
かしながら、ＩＣ上の基板物質がすべての変換器素子と
接触して形成するために、基板物質により変換器素子間
に音響エネルギーの所望でない接続を頻繁に引き起こ
す。
配置することは多大なパッケージング効率となるが、し
かしながら、ＩＣ上の基板物質がすべての変換器素子と
接触して形成するために、基板物質により変換器素子間
に音響エネルギーの所望でない接続を頻繁に引き起こ
す。
【０００６】したがって、ＩＣ及び回路ボードの基板に
よる音響エネルギーの所望でない側音の伝播を削減若し
くは排除する一方で、集積回路若しくは回路ボードに直
接超音波変換器アレイの素子を接続する方法を有するこ
とが望ましい。
よる音響エネルギーの所望でない側音の伝播を削減若し
くは排除する一方で、集積回路若しくは回路ボードに直
接超音波変換器アレイの素子を接続する方法を有するこ
とが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は可変の音響特質
を有するウェハーを導く。ウェハーは、超音波変換器、
ＩＣをその上に形成する基板として使用されるか、もし
くは回路ボードとして使用される。ウェハー上に形成さ
れた超音波変換器は圧電セラミック変換器素子若しくは
ＭＵＴ素子を含むかもしれない。超音波変換器が形成さ
れるための集積された制御回路でのウェハーの音響イン
ピーダンスを制御することによって、ウェハーの音響イ
ンピーダンスは音響変換器の音響インピーダンスの要求
に整合することができる。さらに、内部空間を加えるこ
とによって、ウェハーはウェハーによる音響エネルギー
の側音の伝播を削減するか、若しくは排除する。
を有するウェハーを導く。ウェハーは、超音波変換器、
ＩＣをその上に形成する基板として使用されるか、もし
くは回路ボードとして使用される。ウェハー上に形成さ
れた超音波変換器は圧電セラミック変換器素子若しくは
ＭＵＴ素子を含むかもしれない。超音波変換器が形成さ
れるための集積された制御回路でのウェハーの音響イン
ピーダンスを制御することによって、ウェハーの音響イ
ンピーダンスは音響変換器の音響インピーダンスの要求
に整合することができる。さらに、内部空間を加えるこ
とによって、ウェハーはウェハーによる音響エネルギー
の側音の伝播を削減するか、若しくは排除する。
【０００８】本発明の他のシステム、方法、特質及び利
点は、添付図及び詳細な記載の説明において当業者に明
らかとなるであろう。記載の範囲内に含まれるすべての
追加的なシステム、方法、特質及び利点は本発明の範囲
内であり、請求項により保護されることが意図されてい
る。
点は、添付図及び詳細な記載の説明において当業者に明
らかとなるであろう。記載の範囲内に含まれるすべての
追加的なシステム、方法、特質及び利点は本発明の範囲
内であり、請求項により保護されることが意図されてい
る。
【０００９】請求項で定義される本発明は、添付図に関
してより理解できる。図での構成部分は互いに関係する
大きさである必要はなく、代わりに本発明の原理を明ら
かに例証することを強調する。
してより理解できる。図での構成部分は互いに関係する
大きさである必要はなく、代わりに本発明の原理を明ら
かに例証することを強調する。
【００１０】
【発明の実施の形態】続いて記載される本発明は、集積
回路（ＩＣ）が形成できる基板に接続される圧電及び微
細な機械加工の超音波変換器（ＭＵＴ）素子に適用可能
である。
回路（ＩＣ）が形成できる基板に接続される圧電及び微
細な機械加工の超音波変換器（ＭＵＴ）素子に適用可能
である。
【００１１】図１は超音波変換器１００の斜視図であ
る。例証する目的のみにおいて、超音波変換器１００は
圧電物質を用いて構成される、アレイとして言及される
複数の素子を含んでいる。しかしながら、超音波変換器
１００は添付の図３Ａ及び３Ｂに関して記載されるよう
にＭＵＴ素子を使用して組み立て可能である。複数の素
子の典型的な一つは参照番号１１０によって与えられ
る。集合的な複数の変換器素子１１０は、超音波センサ
ーを含んでいる。均一な間隔で例示されているが、変換
器素子１１０は例証されているように間隔が置かれる必
要はない。変換器素子１１０は、一つ以上の整合層（下
記に記載される）を含み、集積回路（ＩＣ）（図１では
示されてはいない）に付加される。パッケージング効率
を最大化するために、ＩＣ上に変換器素子１１０を組み
立てることが望ましい。ＩＣは本発明の態様と一致して
構成される音響的に可変なウェハー１４５に組み立てら
れる。ウェハー１４５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）を
使用して組み立て可能であるか、若しくは代替として、
制限しないが、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの他
の基板物質を使用して組み立てできる。下記に記載のよ
うに、音響的に可変なウェハー１４５に二つのウェハー
構成部分を共に接合することによって形成される。二つ
のウェハー構成部分はまた、個々のウェハーとして呼ば
れる。
る。例証する目的のみにおいて、超音波変換器１００は
圧電物質を用いて構成される、アレイとして言及される
複数の素子を含んでいる。しかしながら、超音波変換器
１００は添付の図３Ａ及び３Ｂに関して記載されるよう
にＭＵＴ素子を使用して組み立て可能である。複数の素
子の典型的な一つは参照番号１１０によって与えられ
る。集合的な複数の変換器素子１１０は、超音波センサ
ーを含んでいる。均一な間隔で例示されているが、変換
器素子１１０は例証されているように間隔が置かれる必
要はない。変換器素子１１０は、一つ以上の整合層（下
記に記載される）を含み、集積回路（ＩＣ）（図１では
示されてはいない）に付加される。パッケージング効率
を最大化するために、ＩＣ上に変換器素子１１０を組み
立てることが望ましい。ＩＣは本発明の態様と一致して
構成される音響的に可変なウェハー１４５に組み立てら
れる。ウェハー１４５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）を
使用して組み立て可能であるか、若しくは代替として、
制限しないが、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの他
の基板物質を使用して組み立てできる。下記に記載のよ
うに、音響的に可変なウェハー１４５に二つのウェハー
構成部分を共に接合することによって形成される。二つ
のウェハー構成部分はまた、個々のウェハーとして呼ば
れる。
【００１２】第一ウェハー構成部分１３０は、例えば、
ダイシングソーを備えた溝を方形切断により成形される
か、若しくは第一ウエハー構成部分１３０上のパターン
を生成する物質を削除するために選択的にエッチングす
ることによって形成される。パターンはウェハー上に形
成されるであろう変換器アレイの特異的な適用及び形態
において最適化できる。一つの実施態様において、パタ
ーンは複数のポスト及び空間を含む。第二ウェハー構成
部分１２２は、好ましくは超薄ウェハーであり、第一ウ
ェハー構成部分１３０に接合している。第一ウェハー構
成部分１３０及び第二ウェハー構成部分１２２は、適切
な剛さを有する音響的に可変なウェハー１４５を形成
し、ＩＣ、ＭＵＴ、若しくはトレース及びバイアスを伴
う回路ボードに続いて処理するために有用である。さら
に詳細に下記に説明されるように、音響的に可変なウェ
ハー１４５内のポスト若しくは空間上に変換器アレイ素
子を位置することは、各変換器素子１１０により経験さ
れる音響インピーダンスを変化する。
ダイシングソーを備えた溝を方形切断により成形される
か、若しくは第一ウエハー構成部分１３０上のパターン
を生成する物質を削除するために選択的にエッチングす
ることによって形成される。パターンはウェハー上に形
成されるであろう変換器アレイの特異的な適用及び形態
において最適化できる。一つの実施態様において、パタ
ーンは複数のポスト及び空間を含む。第二ウェハー構成
部分１２２は、好ましくは超薄ウェハーであり、第一ウ
ェハー構成部分１３０に接合している。第一ウェハー構
成部分１３０及び第二ウェハー構成部分１２２は、適切
な剛さを有する音響的に可変なウェハー１４５を形成
し、ＩＣ、ＭＵＴ、若しくはトレース及びバイアスを伴
う回路ボードに続いて処理するために有用である。さら
に詳細に下記に説明されるように、音響的に可変なウェ
ハー１４５内のポスト若しくは空間上に変換器アレイ素
子を位置することは、各変換器素子１１０により経験さ
れる音響インピーダンスを変化する。
【００１３】ＩＣは音響的に可変なウェハー１４５上に
形成される。音響的に可変なウェハー１４５は可変のイ
ンピーダンスを有して構成され、第二ウェハー構成部分
１２２に接合される、第一ウェハー構成部分１３０とし
てここで呼ばれる音響的に可変な基板を含んでいる。下
記に記載のように、例えば、第一ウェハー構成部分１３
０は可変な音響インピーダンスを可能にする、例えば、
ワッフル型の構造を含んでいる。第一ウェハー構成部分
１３０に適用されるパターンはまた、音響的に可変なウ
ェハー１４５内の音響エネルギーの側音の伝播を削減す
る。ＩＣは音響的に可変なウェハー１４５の表面に形成
できる。さらに、ＩＣに代わって、音響的に可変なウェ
ハー１４５はトレースを伴う回路ボードを含むかもしれ
ないが、活発な回路類はない。一般的に、第一ウェハー
構成部分１３０が形成される物質は第二ウェハー構成部
分１２２が形成される物質と同一である。オプションと
して、背面１４０は第一ウェハー構成部分１３０の背後
に適用できる。背面１４０は音響吸収物質として作用す
る。
形成される。音響的に可変なウェハー１４５は可変のイ
ンピーダンスを有して構成され、第二ウェハー構成部分
１２２に接合される、第一ウェハー構成部分１３０とし
てここで呼ばれる音響的に可変な基板を含んでいる。下
記に記載のように、例えば、第一ウェハー構成部分１３
０は可変な音響インピーダンスを可能にする、例えば、
ワッフル型の構造を含んでいる。第一ウェハー構成部分
１３０に適用されるパターンはまた、音響的に可変なウ
ェハー１４５内の音響エネルギーの側音の伝播を削減す
る。ＩＣは音響的に可変なウェハー１４５の表面に形成
できる。さらに、ＩＣに代わって、音響的に可変なウェ
ハー１４５はトレースを伴う回路ボードを含むかもしれ
ないが、活発な回路類はない。一般的に、第一ウェハー
構成部分１３０が形成される物質は第二ウェハー構成部
分１２２が形成される物質と同一である。オプションと
して、背面１４０は第一ウェハー構成部分１３０の背後
に適用できる。背面１４０は音響吸収物質として作用す
る。
【００１４】本発明の態様と一致し、下記の詳細な記載
において、第一ウェハー構成部分１３０は、下記でポス
トと呼ばれる多くのサポート素子を定義する多くの穴を
含んでいる。局所と同様に、平均的なアレイ素子１１０
より下の音響的に可変なウェハー１４５の音響インピー
ダンスは大きさ、質量、形状、位置、及び穴のほかのパ
ラメーターを変更することによって制御できる。さら
に、第一ウェハー構成部分１３０内の穴は、音響エネル
ギーの伝播、若しくは波、音響的に可変なウェハー１４
５による側音の移動を削減するか若しくは排除する。こ
の整列は、個々の変換器素子１１０間の音響エネルギー
の接続を削減する。音響的に可変なウェハー１４５の音
響インピーダンスを変化することによって、音響的に可
変なウェハー１４５の音響インピーダンスは変換器素子
１１０の音響インピーダンスと整合することができる。
さらに、第一ウェハー構成部分１３０に穴を追加するこ
とによって、変換器素子１１０間の音響エネルギーの側
音のクロスカップリングは著しく削減されるか若しくは
排除される。さらに、変換器素子１１０の音響インピー
ダンスに整合する音響的に可変なウェハー１４５の必要
な音響インピーダンスを変化することによって、超音波
変換器１１０のバンド幅は減少できる。
において、第一ウェハー構成部分１３０は、下記でポス
トと呼ばれる多くのサポート素子を定義する多くの穴を
含んでいる。局所と同様に、平均的なアレイ素子１１０
より下の音響的に可変なウェハー１４５の音響インピー
ダンスは大きさ、質量、形状、位置、及び穴のほかのパ
ラメーターを変更することによって制御できる。さら
に、第一ウェハー構成部分１３０内の穴は、音響エネル
ギーの伝播、若しくは波、音響的に可変なウェハー１４
５による側音の移動を削減するか若しくは排除する。こ
の整列は、個々の変換器素子１１０間の音響エネルギー
の接続を削減する。音響的に可変なウェハー１４５の音
響インピーダンスを変化することによって、音響的に可
変なウェハー１４５の音響インピーダンスは変換器素子
１１０の音響インピーダンスと整合することができる。
さらに、第一ウェハー構成部分１３０に穴を追加するこ
とによって、変換器素子１１０間の音響エネルギーの側
音のクロスカップリングは著しく削減されるか若しくは
排除される。さらに、変換器素子１１０の音響インピー
ダンスに整合する音響的に可変なウェハー１４５の必要
な音響インピーダンスを変化することによって、超音波
変換器１１０のバンド幅は減少できる。
【００１５】図２Ａは図１の変換器１００の一部分の断
面の概略図である。変換器１００は複数の変換器素子１
１０を含み、その各々は第一整合層１１１、第二整合層
１１２、及び圧電素子１１５を含んでいる。二つの整合
層１１１及び１１２を有して示されているが、変換器１
００は、所望の適用に依存して、一つの整合層のみでな
ることができるか若しくは整合層を伴わないでなること
ができる。当業者に周知であるような整合層は、画像化
される組織の音響インピーダンスに対して圧電素子１１
５の音響インピーダンスが整合するように支援する。圧
電素子１１５は、変換器の特質に整合する所望のインピ
ーダンスに依存してすべてのＰＺＴセラミックを使用し
て組み立てられるか、若しくは合成圧電物質を使用して
組み立てできる。
面の概略図である。変換器１００は複数の変換器素子１
１０を含み、その各々は第一整合層１１１、第二整合層
１１２、及び圧電素子１１５を含んでいる。二つの整合
層１１１及び１１２を有して示されているが、変換器１
００は、所望の適用に依存して、一つの整合層のみでな
ることができるか若しくは整合層を伴わないでなること
ができる。当業者に周知であるような整合層は、画像化
される組織の音響インピーダンスに対して圧電素子１１
５の音響インピーダンスが整合するように支援する。圧
電素子１１５は、変換器の特質に整合する所望のインピ
ーダンスに依存してすべてのＰＺＴセラミックを使用し
て組み立てられるか、若しくは合成圧電物質を使用して
組み立てできる。
【００１６】変換器素子１１０、及び特に圧電素子１１
５は接合ライン１１８に沿ってＩＣ１２０と接合され
る。説明する目的において、下記の記載は、ＩＣ１２０
が音響的に可変なウェハー１４５の表面で組み立てられ
ることを仮定する。音響的に可変なウェハー１４５は、
第一ウェハー構成部分１３０に第二ウェハー構成部分１
２２を接合することによって組み立てられる。第二ウェ
ハー構成部分１２２は、好ましくは“ミクロン”として
しばしば呼ばれる厚さである２００マイクロメートル
（μｍ）以下のオーダーであり、周知の接合技術として
知られている、例えば、陽極結合若しくは融合結合を用
いて第一ウェハー構成部分１３０に結合できる。
５は接合ライン１１８に沿ってＩＣ１２０と接合され
る。説明する目的において、下記の記載は、ＩＣ１２０
が音響的に可変なウェハー１４５の表面で組み立てられ
ることを仮定する。音響的に可変なウェハー１４５は、
第一ウェハー構成部分１３０に第二ウェハー構成部分１
２２を接合することによって組み立てられる。第二ウェ
ハー構成部分１２２は、好ましくは“ミクロン”として
しばしば呼ばれる厚さである２００マイクロメートル
（μｍ）以下のオーダーであり、周知の接合技術として
知られている、例えば、陽極結合若しくは融合結合を用
いて第一ウェハー構成部分１３０に結合できる。
【００１７】多くの異なる方法論はＩＣ１２０に圧電素
子１１５を結合するために使用でき、それらの多くは同
一の日付で出願して、出願番号ＸＸＸＸＸ（事件整理番
号１０００４００１）を割り当てられる、“Ｓｙｓｔｅ
ｍ ｆｏｒ Ａｔｔａｃｈｉｎｇ ａｎ Ａｃｏｕｓｔ
ｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ”という発明の名称が付けられた
一般にアサインされる米国特許出願で開示される。
子１１５を結合するために使用でき、それらの多くは同
一の日付で出願して、出願番号ＸＸＸＸＸ（事件整理番
号１０００４００１）を割り当てられる、“Ｓｙｓｔｅ
ｍ ｆｏｒ Ａｔｔａｃｈｉｎｇ ａｎ Ａｃｏｕｓｔ
ｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ”という発明の名称が付けられた
一般にアサインされる米国特許出願で開示される。
【００１８】本発明と一致して、第一ウェハー構成部分
１３０は複数の柱若しくはポスト１３２を定義する、複
数の穴１３４を含んでいる。好ましくは、穴はダイシン
グソーを用いて第一ウェハー構成部分１３０に切り込む
か、若しくは当業者に周知であるエッチング技術を用い
て第一ウェハー構成部分１３０に化学的にエッチングす
る。好ましくは、穴１３４はおよそ５０乃至１００マイ
クロメートル（μｍ）の幅で２５０乃至４５０μｍの深
さで形成される。しかしながら、音響的に可変なウェハ
ー１４５の望ましい音響的特質に依存して、他の穴の大
きさが可能である。
１３０は複数の柱若しくはポスト１３２を定義する、複
数の穴１３４を含んでいる。好ましくは、穴はダイシン
グソーを用いて第一ウェハー構成部分１３０に切り込む
か、若しくは当業者に周知であるエッチング技術を用い
て第一ウェハー構成部分１３０に化学的にエッチングす
る。好ましくは、穴１３４はおよそ５０乃至１００マイ
クロメートル（μｍ）の幅で２５０乃至４５０μｍの深
さで形成される。しかしながら、音響的に可変なウェハ
ー１４５の望ましい音響的特質に依存して、他の穴の大
きさが可能である。
【００１９】図２Ａに示される実施例において、各変換
器素子１１０はポスト１３２の一つの上に存在する。穴
１３４の物理的な特質を変化することによって、したが
って第一ウェハー構成部分１３０の音響特質及び音響的
に可変なウェハー１４５は変化できる。この手法におい
て、全体の超音波変換器１００の音響特質は変化でき、
これによって制御できる。第一ウェハー構成部分１３０
の音響インピーダンスは素子１１０の音響インピーダン
スと整合するように設計できる。
器素子１１０はポスト１３２の一つの上に存在する。穴
１３４の物理的な特質を変化することによって、したが
って第一ウェハー構成部分１３０の音響特質及び音響的
に可変なウェハー１４５は変化できる。この手法におい
て、全体の超音波変換器１００の音響特質は変化でき、
これによって制御できる。第一ウェハー構成部分１３０
の音響インピーダンスは素子１１０の音響インピーダン
スと整合するように設計できる。
【００２０】本発明の別の態様と一致して、第一ウェハ
ー構成部分１３０内の穴１３４は、音響的に可変なウェ
ハー１４５により側音に移動する音響波の伝播を削減す
るか若しくは除外する。この手法において、音響的に可
変なウェハー１４５により素子１１０間の音響エネルギ
ーの接続は著しく削除されるか若しくは排除される。
ー構成部分１３０内の穴１３４は、音響的に可変なウェ
ハー１４５により側音に移動する音響波の伝播を削減す
るか若しくは除外する。この手法において、音響的に可
変なウェハー１４５により素子１１０間の音響エネルギ
ーの接続は著しく削除されるか若しくは排除される。
【００２１】穴１３４が第一ウェハー構成部分１３０に
形成された後に、第二ウェハー構成部分１２２はライン
１２５に沿って第一ウェハー構成部分１３０に接続さ
れ、したがって音響的に可変なウェハー１４５を形成す
る。この実施例において、第二ウェハー構成部分１２２
及び第一ウェハー構成部分１３０の両者はシリコンであ
る。したがって、第二ウェハー構成部分１２２は、例え
ば、陽極結合を使用して第一ウェハー構成部分１３０に
接続できる。代替として、融合結合、若しくは当業者が
周知の他の技術を使用して第二ウェハー構成部分１２２
を第一ウェハー構成部分１３０に接続できる。これは、
穴１３４の形態により定義される音響インピーダンスを
有する音響的に可変なウェハー１４５の結果となる。
形成された後に、第二ウェハー構成部分１２２はライン
１２５に沿って第一ウェハー構成部分１３０に接続さ
れ、したがって音響的に可変なウェハー１４５を形成す
る。この実施例において、第二ウェハー構成部分１２２
及び第一ウェハー構成部分１３０の両者はシリコンであ
る。したがって、第二ウェハー構成部分１２２は、例え
ば、陽極結合を使用して第一ウェハー構成部分１３０に
接続できる。代替として、融合結合、若しくは当業者が
周知の他の技術を使用して第二ウェハー構成部分１２２
を第一ウェハー構成部分１３０に接続できる。これは、
穴１３４の形態により定義される音響インピーダンスを
有する音響的に可変なウェハー１４５の結果となる。
【００２２】第二ウェハー構成部分１２２が第一ウェハ
ー構成部分１３０に接合後、ＩＣ１２０は従来のＩＣ組
み立て方法を用いて第二ウェハー構成部分１２２の露出
している表面に形成される。プロファイルにおいて、Ｉ
Ｃ１２０は音響的に可変なウェハー１４５の厚さと比較
して非常に薄い。ＩＣ１２０の形成後、圧電素子１１５
を形成する物質は、既に記載のようにライン１１８に沿
ってＩＣ１２０の表面に接合される。次いで、整合層１
１２及び１１１は圧電素子１１５上に適用され、次い
で、変換器素子１１０は、例えば、方形切断若しくはエ
ッチングにより形成される。
ー構成部分１３０に接合後、ＩＣ１２０は従来のＩＣ組
み立て方法を用いて第二ウェハー構成部分１２２の露出
している表面に形成される。プロファイルにおいて、Ｉ
Ｃ１２０は音響的に可変なウェハー１４５の厚さと比較
して非常に薄い。ＩＣ１２０の形成後、圧電素子１１５
を形成する物質は、既に記載のようにライン１１８に沿
ってＩＣ１２０の表面に接合される。次いで、整合層１
１２及び１１１は圧電素子１１５上に適用され、次い
で、変換器素子１１０は、例えば、方形切断若しくはエ
ッチングにより形成される。
【００２３】超音波変換器１００の所望の特性に依存し
て、第一ウェハー構成部分１３０に第二ウェハー構成部
分１２２を組み立てることに先だって、穴１３４は空気
若しくは不活性ガスで満たすことができる。代替とし
て、第二ウェハー構成部分１２２は真空内で第一ウェハ
ー構成部分１３０に接合でき、その結果、穴１３４内の
ガスは周辺エリアの圧力よりも低くできる。
て、第一ウェハー構成部分１３０に第二ウェハー構成部
分１２２を組み立てることに先だって、穴１３４は空気
若しくは不活性ガスで満たすことができる。代替とし
て、第二ウェハー構成部分１２２は真空内で第一ウェハ
ー構成部分１３０に接合でき、その結果、穴１３４内の
ガスは周辺エリアの圧力よりも低くできる。
【００２４】下記に続く議論は第一ウェハー構成部分１
３０の音響インピーダンスにおける一つの手法を例証
し、したがって、音響的に可変なウェハー１４５は変換
器素子１１０の音響インピーダンスと整合するために変
化できる。シリコンはおよそ１９Ｍｒａｙｌｓ（Ｍｒａ
ｙｌは音響インピーダンスを測定する単位である）の音
響インピーダンスを有し、圧電セラミック（各圧電素子
１１５の物質が形成される）はおよそ３３Ｍｒａｙｌｓ
の音響インピーダンスを有していると仮定する。音響的
に可変なウェハー１４５（シリコン）の音響インピーダ
ンスが圧電素子１１５（圧電セラミック）の音響インピ
ーダンスと整合することが望ましいことを仮定する。圧
電セラミックのインピーダンスの削減は、およそ１９Ｍ
ｒａｙｌｓの音響インピーダンスを有する圧電セラミッ
ク及び様々なポリマーの合成物を使用することによって
行なわれる。これは、圧電素子１１５とＩＣ１２０間の
インターフェイス１１８での反射を防御する。本発明の
態様にしたがって、シリコンインターフェイス（第二ウ
ェハー構成部分１２２が、第一ウェハー構成部分１３０
に接合する表面１２５）の背面で音響の反射を防ぐこと
は、音響的に可変なウェハー１４５がポスト１３２及び
穴１３４を定義することで定義され、その結果、第一ウ
ェハー構成部分１３０の音響インピーダンスは圧電素子
１１５の音響インピーダンスと整合する。
３０の音響インピーダンスにおける一つの手法を例証
し、したがって、音響的に可変なウェハー１４５は変換
器素子１１０の音響インピーダンスと整合するために変
化できる。シリコンはおよそ１９Ｍｒａｙｌｓ（Ｍｒａ
ｙｌは音響インピーダンスを測定する単位である）の音
響インピーダンスを有し、圧電セラミック（各圧電素子
１１５の物質が形成される）はおよそ３３Ｍｒａｙｌｓ
の音響インピーダンスを有していると仮定する。音響的
に可変なウェハー１４５（シリコン）の音響インピーダ
ンスが圧電素子１１５（圧電セラミック）の音響インピ
ーダンスと整合することが望ましいことを仮定する。圧
電セラミックのインピーダンスの削減は、およそ１９Ｍ
ｒａｙｌｓの音響インピーダンスを有する圧電セラミッ
ク及び様々なポリマーの合成物を使用することによって
行なわれる。これは、圧電素子１１５とＩＣ１２０間の
インターフェイス１１８での反射を防御する。本発明の
態様にしたがって、シリコンインターフェイス（第二ウ
ェハー構成部分１２２が、第一ウェハー構成部分１３０
に接合する表面１２５）の背面で音響の反射を防ぐこと
は、音響的に可変なウェハー１４５がポスト１３２及び
穴１３４を定義することで定義され、その結果、第一ウ
ェハー構成部分１３０の音響インピーダンスは圧電素子
１１５の音響インピーダンスと整合する。
【００２５】音響背面１４０は、音響的に可変なウェハ
ー１４５により移動する音響エネルギーを吸収するため
に、第一ウェハー構成部分１３０の背面に付加される。
ー１４５により移動する音響エネルギーを吸収するため
に、第一ウェハー構成部分１３０の背面に付加される。
【００２６】図２Ｂは図２Ａの超音波変換器の代替とな
る実施態様を例示する断面の概略図である。超音波変換
器１００に関する前述の記載と同様に、超音波変換器１
５０は圧電素子１１５上の第一整合層１１１及び第二整
合層１１２を含んでいる。圧電素子１１５は圧電セラミ
ックであるか、若しくは既に記載のような圧電合成物質
である。第一整合層１１１、第二整合層１１２及び圧電
素子１１５は変換器素子１１０を含んでいる。各変換器
素子１１０は前述に記載と同様の手法でＩＣ１２０に付
加されている。
る実施態様を例示する断面の概略図である。超音波変換
器１００に関する前述の記載と同様に、超音波変換器１
５０は圧電素子１１５上の第一整合層１１１及び第二整
合層１１２を含んでいる。圧電素子１１５は圧電セラミ
ックであるか、若しくは既に記載のような圧電合成物質
である。第一整合層１１１、第二整合層１１２及び圧電
素子１１５は変換器素子１１０を含んでいる。各変換器
素子１１０は前述に記載と同様の手法でＩＣ１２０に付
加されている。
【００２７】図２Ａに関する前述の記載と同様な手法に
おいて、第一ウェハー構成部分１６０は方形切断、エッ
チング若しくは他の当業者に周知の技術の何れかによっ
てそこに形成される複数の穴１６４を有する。穴１６４
は複数のポスト１６２を定義する。しかしながら、図２
Ｂに記載の実施態様において、各変換器素子１１０は１
つの穴１６４の上に位置する。既に言及したように、穴
１６４の各々は空気、不活性ガスで満たされ、若しくは
真空で形成され、このように真空若しくはガスが背面に
存在する超音波変換器１５０を作り出す。ガスが背面に
存在する超音波変換器１５０は高い効率で幅広いバンド
幅の操作を提供する。前述に記載と同様に、穴１６４は
第一ウェハー構成部分１６０の音響インピーダンスを変
化するために設計でき、したがって、音響的に可変なウ
ェハー１６５の音響インピーダンスはまた、音響的に可
変なウェハー１６５により音響エネルギーの伝達を側音
で削除若しくは排除する。
おいて、第一ウェハー構成部分１６０は方形切断、エッ
チング若しくは他の当業者に周知の技術の何れかによっ
てそこに形成される複数の穴１６４を有する。穴１６４
は複数のポスト１６２を定義する。しかしながら、図２
Ｂに記載の実施態様において、各変換器素子１１０は１
つの穴１６４の上に位置する。既に言及したように、穴
１６４の各々は空気、不活性ガスで満たされ、若しくは
真空で形成され、このように真空若しくはガスが背面に
存在する超音波変換器１５０を作り出す。ガスが背面に
存在する超音波変換器１５０は高い効率で幅広いバンド
幅の操作を提供する。前述に記載と同様に、穴１６４は
第一ウェハー構成部分１６０の音響インピーダンスを変
化するために設計でき、したがって、音響的に可変なウ
ェハー１６５の音響インピーダンスはまた、音響的に可
変なウェハー１６５により音響エネルギーの伝達を側音
で削除若しくは排除する。
【００２８】図３Ａは、微細な機械加工された超音波変
換器（ＭＵＴ）素子を含有し、本発明の態様と一致して
構成された変換器２００を例示する断面の概略図であ
る。超音波変換器２００は複数のＭＵＴ２１０が形成さ
れる音響的に可変なウェハー２５０を有している。各Ｍ
ＵＴ素子は複数のＭＵＴセル（示されていない）を含ん
でいる。音響的に可変なウェハー２５０は、ＭＵＴ２１
０が形成される基板を形成する、第一ウェハー構成部分
２３０及び第二ウェハー構成部分２２０を含んでいる。
第二ウェハー構成部分２２０は前述に記載の第二ウェハ
ー構成部分１２２と同様であり、シリコン若しくは他の
半導体基板物質であるかもしれない。
換器（ＭＵＴ）素子を含有し、本発明の態様と一致して
構成された変換器２００を例示する断面の概略図であ
る。超音波変換器２００は複数のＭＵＴ２１０が形成さ
れる音響的に可変なウェハー２５０を有している。各Ｍ
ＵＴ素子は複数のＭＵＴセル（示されていない）を含ん
でいる。音響的に可変なウェハー２５０は、ＭＵＴ２１
０が形成される基板を形成する、第一ウェハー構成部分
２３０及び第二ウェハー構成部分２２０を含んでいる。
第二ウェハー構成部分２２０は前述に記載の第二ウェハ
ー構成部分１２２と同様であり、シリコン若しくは他の
半導体基板物質であるかもしれない。
【００２９】本発明の態様と一致して、第二ウェハー構
成部分２２０の接合に先だって、穴２３４は第一ウェハ
ー構成部分２３０に形成され、示された構造を有する音
響的に可変なウェハー２５０に帰着する。各穴２３４は
エッチングされるか若しくは第一ウェハー構成部分２３
０に切り込まれることができ、好ましくはおよそ５０乃
至１００マイクロメートル（μｍ）幅及び２５０乃至４
５０μｍの深さである穴２３４を作り出す。
成部分２２０の接合に先だって、穴２３４は第一ウェハ
ー構成部分２３０に形成され、示された構造を有する音
響的に可変なウェハー２５０に帰着する。各穴２３４は
エッチングされるか若しくは第一ウェハー構成部分２３
０に切り込まれることができ、好ましくはおよそ５０乃
至１００マイクロメートル（μｍ）幅及び２５０乃至４
５０μｍの深さである穴２３４を作り出す。
【００３０】第一ウェハー構成部分２３０に穴２３４の
形成後、第二ウェハー構成部分２２０はライン２２５に
沿って第一ウェハー構成部分２３０に接合され、したが
って音響的に可変なウェハー２５０を形成する。音響的
に可変なウェハー２５０がこのように形成された後、当
業者にとって周知のようにＭＵＴ素子２１０は音響的に
可変なウェハー２５０の表面上に組み立てられる。第一
ウェハー構成部分２３０はシリコン若しくは超音波変換
器２００の望ましい音響性能に依存する任意の他の基板
の何れかである得る。第二ウェハー構成部分２２０は、
例えば、陽極結合若しくは融合結合を用いて第一ウェハ
ー構成部分２３０に接合される。さらに、この実施例に
おいて、他のシリコンとシリコンの接合技術が使用でき
る。
形成後、第二ウェハー構成部分２２０はライン２２５に
沿って第一ウェハー構成部分２３０に接合され、したが
って音響的に可変なウェハー２５０を形成する。音響的
に可変なウェハー２５０がこのように形成された後、当
業者にとって周知のようにＭＵＴ素子２１０は音響的に
可変なウェハー２５０の表面上に組み立てられる。第一
ウェハー構成部分２３０はシリコン若しくは超音波変換
器２００の望ましい音響性能に依存する任意の他の基板
の何れかである得る。第二ウェハー構成部分２２０は、
例えば、陽極結合若しくは融合結合を用いて第一ウェハ
ー構成部分２３０に接合される。さらに、この実施例に
おいて、他のシリコンとシリコンの接合技術が使用でき
る。
【００３１】前述に記載のように、音響分離を提供し、
音響的に可変なウェハー２５０で移動している音響エネ
ルギーを側音で多大に削減若しくは排除するために、穴
２３４は空気、ガスで満たされ、真空となることができ
る。これは音響カップリングを多大に削減し、このよう
してＭＵＴ素子２１０間の音響のクロストークを削減す
る。図３Ａに示されているように、各ＭＵＴ素子２１０
は一つのポスト２３４上に位置する。穴２３４の大き
さ、形状、位置、及び質量を変更することにより、第一
ウェハー構成部分２３０の音響インピーダンス、及び特
に各ポスト２３２の音響インピーダンスは、ＭＵＴ変換
器素子の音響インピーダンスが背面物質の範囲と整合す
るために設計できる。既に記載したように、背面２４０
は音響的に可変なウェハーにより移動する音響エネルギ
ーを吸収するために第一ウェハー構成部分に適用でき
る。
音響的に可変なウェハー２５０で移動している音響エネ
ルギーを側音で多大に削減若しくは排除するために、穴
２３４は空気、ガスで満たされ、真空となることができ
る。これは音響カップリングを多大に削減し、このよう
してＭＵＴ素子２１０間の音響のクロストークを削減す
る。図３Ａに示されているように、各ＭＵＴ素子２１０
は一つのポスト２３４上に位置する。穴２３４の大き
さ、形状、位置、及び質量を変更することにより、第一
ウェハー構成部分２３０の音響インピーダンス、及び特
に各ポスト２３２の音響インピーダンスは、ＭＵＴ変換
器素子の音響インピーダンスが背面物質の範囲と整合す
るために設計できる。既に記載したように、背面２４０
は音響的に可変なウェハーにより移動する音響エネルギ
ーを吸収するために第一ウェハー構成部分に適用でき
る。
【００３２】図３Ｂは図３Ａの超音波変換器２００の代
替となる実施態様２５５を例示する断面の概略図であ
る。図３Ｂに示されているように、第一ウェハー構成部
分２６０は複数のポスト２６２を定義する複数の穴２６
４を含んでいる。しかしながら、この実施態様におい
て、各ＭＵＴ素子２１０は一つの穴２６４上に位置して
いる。
替となる実施態様２５５を例示する断面の概略図であ
る。図３Ｂに示されているように、第一ウェハー構成部
分２６０は複数のポスト２６２を定義する複数の穴２６
４を含んでいる。しかしながら、この実施態様におい
て、各ＭＵＴ素子２１０は一つの穴２６４上に位置して
いる。
【００３３】本発明の原理から逸脱せず既に記載のよう
に多くの修正及び変化が本発明になされることは当業者
にとって明らかであるだろう。例えば、本発明は圧電セ
ラミック及びＭＵＴ変換器素子を備えて使用できる。さ
らに、本発明は、例えば、シリコン及びゲルマニウムを
含有している異なる基盤物質に適用可能である。すべて
のこのような修正及び変化は、ここに含まれるように意
図される。
に多くの修正及び変化が本発明になされることは当業者
にとって明らかであるだろう。例えば、本発明は圧電セ
ラミック及びＭＵＴ変換器素子を備えて使用できる。さ
らに、本発明は、例えば、シリコン及びゲルマニウムを
含有している異なる基盤物質に適用可能である。すべて
のこのような修正及び変化は、ここに含まれるように意
図される。
【図１】ウェハーに形成される超音波変換器アレイの斜
視図である。
視図である。
【図２Ａ】図１の変換器の一部の断面の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの超音波変換器の代替となる実施態様
を例示する断面の概略図である。
を例示する断面の概略図である。
【図３Ａ】微細な機械加工された超音波変換器（ＭＵ
Ｔ）素子を含有し、本発明の態様と一致して構成された
変換器を例示する断面の概略図である。
Ｔ）素子を含有し、本発明の態様と一致して構成された
変換器を例示する断面の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの超音波変換器の代替となる実施態様
を例示する断面の概略図である。
を例示する断面の概略図である。
１００ 超音波変換器
１１０ 変換器素子
１２２ 第二ウェハー構成部分
１３０ 第一ウェハー構成部分
１４０ 背面
１４５ 音響的に可変なウェハー
１１１ 第一整合層
１１２ 第二整合層
１１５ 圧電素子
１１８ 接合ライン
１２０ ＩＣ
１２５ 接合する表面
１３２ ポスト
１３４ 穴
１５０ 超音波変換器
１６０ 第一ウェハー構成部分
１６２ ポスト
１６４ 穴
１６５ 音響的に可変なウェハー
２００ 超音波変換器
２１０ ＭＵＴ
２２０ 第二ウェハー構成部分
２２５ ライン
２３０ 第一ウェハー構成部分
２３２ ポスト
２４０ 背面
２５０ 音響的に可変なウェハー
２５５ 超音波変換器２００の代替となる実施態様
２６０ 第一ウェハー構成部分
２６２ ポスト
２６４ 穴
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 デイヴィッド ジー ミラー
アメリカ合衆国，マサチューセッツ
01845，ノース アンドーヴァー，キング
ストン ストリート ３
Ｆターム(参考） 2G047 CA01 DB02 EA04 EA10 GA02
GB02 GB17 GB29 GB35 GB36
4C301 EE04 EE07 EE11 GA03 GB02
GB18 GB19 GB22 GB36 GB37
5D019 AA25 BB19 EE02 FF04 HH03
Claims (10)
- 【請求項１】 複数の素子を有する超音波センサーと、
及びウェハーに形成される集積回路からなり、前記ウェ
ハーは穴が前記ウェハーの音響インピーダンスを変化す
るような複数のポストを定義する複数の前記穴を含有
し、前記集積回路が前記超音波センサーに接合されるこ
とを特徴とする超音波変換器。 - 【請求項２】 前記超音波センサーは微細な機械加工の
超音波変換器（ＭＵＴ）を含むことを特徴とする請求項
１に記載の変換器。 - 【請求項３】 前記超音波センサーの各素子は複数の前
記ポストの１つの上に位置されることを特徴とする請求
項１に記載の変換器。 - 【請求項４】 前記超音波センサーの各素子は複数の前
記穴の１つの上に位置されることを特徴とする請求項１
に記載の変換器。 - 【請求項５】 前記穴は前記ウェハーで移動する音響エ
ネルギーを側音で削減するように設計されることを特徴
とする請求項１に記載の変換器。 - 【請求項６】 前記穴は前記ウェハーの前記音響インピ
ーダンスを前記変換器素子の前記音響インピーダンスに
整合することを可能にするように設計されることを特徴
とする請求項１に記載の変換器。 - 【請求項７】 前記ウェハーは、 複数の前記穴を含有する第一ウェハー構成部分と；及び
前記ウェハーが可変の音響インピーダンスを有するよう
に前記第一ウェハー構成部分に接合する第二ウェハー構
成部分、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載
の変換器。 - 【請求項８】 超音波変換器を形成するための方法であ
って、該方法は、 穴が前記第一ウェハー構成部分の前記音響インピーダン
スを定義し、前記穴が複数のポストを定義するように、
前記第一ウェハー構成部分に複数の前記穴を形成する段
階と；前記第一ウェハー構成部分に前記第二ウェハー構
成部分を接合する段階と；前記第二ウェハー構成部分の
表面に集積回路を形成する段階と；複数の素子を有する
超音波センサーを形成する段階と；及び前記超音波セン
サーを前記集積回路に接合する段階、からなることを特
徴とする方法。 - 【請求項９】 前記穴が前記第一ウェハー構成部分の前
記音響インピーダンスを変化するように複数のポストを
定義する複数の穴を有する第一ウェハー構成部分と；及
びウェハーが可変の音響インピーダンスを有するように
前記第一ウェハー構成部分に接合する第二ウェハー構成
部分、からなることを特徴とするウェハー。 - 【請求項１０】 請求項１乃至７の何れか一に記載の超
音波変換器からなる超音波画像化システム。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006527567A (ja) * | 2003-06-09 | 2006-11-30 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 音響活性集積電子機器を備えた超音波送受波器の設計方法 |
| JP2009504057A (ja) * | 2005-08-05 | 2009-01-29 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 曲がった二次元アレイ・トランスデューサ |
Families Citing this family (51)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6669644B2 (en) * | 2001-07-31 | 2003-12-30 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Micro-machined ultrasonic transducer (MUT) substrate that limits the lateral propagation of acoustic energy |
| CN1890031B (zh) * | 2003-12-04 | 2010-09-29 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 超声变换器和将倒装二维阵列技术应用于弯曲阵列的方法 |
| WO2006104498A2 (en) * | 2004-04-20 | 2006-10-05 | University Of Rochester | Hydrogel-supported porous semiconductor devices |
| JP4503347B2 (ja) * | 2004-04-28 | 2010-07-14 | 日本電波工業株式会社 | 超音波探触子の製造方法 |
| JP4591302B2 (ja) * | 2005-10-12 | 2010-12-01 | 株式会社デンソー | 超音波センサの取付構造 |
| US9987666B2 (en) | 2006-01-20 | 2018-06-05 | Naura Akrion Inc. | Composite transducer apparatus and system for processing a substrate and method of constructing the same |
| US9049520B2 (en) | 2006-01-20 | 2015-06-02 | Akrion Systems Llc | Composite transducer apparatus and system for processing a substrate and method of constructing the same |
| US20080125658A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-05-29 | General Electric Company | Low-profile acoustic transducer assembly |
| WO2009055767A2 (en) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Trs Technologies, Inc. | Micromachined piezoelectric ultrasound transducer arrays |
| CN102974524B (zh) * | 2007-11-06 | 2016-06-22 | 艾奎昂系统有限责任公司 | 用声能处理物体的装置和方法 |
| JP5294998B2 (ja) * | 2008-06-18 | 2013-09-18 | キヤノン株式会社 | 超音波探触子、該超音波探触子を備えた光音響・超音波システム並びに検体イメージング装置 |
| EP2244489A1 (de) * | 2009-04-24 | 2010-10-27 | Bayer MaterialScience AG | Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Wandlers |
| US9530955B2 (en) | 2011-11-18 | 2016-12-27 | Acist Medical Systems, Inc. | Ultrasound transducer and processing methods thereof |
| JP6102075B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2017-03-29 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置 |
| JP5900107B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2016-04-06 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置 |
| JP6135088B2 (ja) | 2012-10-12 | 2017-05-31 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 |
| GB2513884B (en) | 2013-05-08 | 2015-06-17 | Univ Bristol | Method and apparatus for producing an acoustic field |
| US9536511B2 (en) * | 2013-12-31 | 2017-01-03 | Acist Medical Systems, Inc. | Ultrasound transducer stack |
| US9612658B2 (en) | 2014-01-07 | 2017-04-04 | Ultrahaptics Ip Ltd | Method and apparatus for providing tactile sensations |
| GB2530036A (en) | 2014-09-09 | 2016-03-16 | Ultrahaptics Ltd | Method and apparatus for modulating haptic feedback |
| CN105633273B (zh) * | 2014-10-29 | 2018-02-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 压电/单晶铁电复合材料制备治具及制备方法 |
| SG11201706557SA (en) | 2015-02-20 | 2017-09-28 | Ultrahaptics Ip Ltd | Perceptions in a haptic system |
| JP6771473B2 (ja) | 2015-02-20 | 2020-10-21 | ウルトラハプティクス アイピー リミテッドＵｌｔｒａｈａｐｔｉｃｓ Ｉｐ Ｌｔｄ | 触覚系におけるアルゴリズム向上 |
| US10818162B2 (en) | 2015-07-16 | 2020-10-27 | Ultrahaptics Ip Ltd | Calibration techniques in haptic systems |
| CN106466953B (zh) * | 2015-08-21 | 2018-05-29 | 上海宝信软件股份有限公司 | 取向性导声材料及其制造方法 |
| JP6617504B2 (ja) * | 2015-10-02 | 2019-12-11 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、プローブ及び超音波測定装置 |
| US10497748B2 (en) * | 2015-10-14 | 2019-12-03 | Qualcomm Incorporated | Integrated piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer pixel and array |
| US11189140B2 (en) | 2016-01-05 | 2021-11-30 | Ultrahaptics Ip Ltd | Calibration and detection techniques in haptic systems |
| US10531212B2 (en) | 2016-06-17 | 2020-01-07 | Ultrahaptics Ip Ltd. | Acoustic transducers in haptic systems |
| US11047979B2 (en) * | 2016-07-27 | 2021-06-29 | Sound Technology Inc. | Ultrasound transducer array |
| US10268275B2 (en) | 2016-08-03 | 2019-04-23 | Ultrahaptics Ip Ltd | Three-dimensional perceptions in haptic systems |
| US10755538B2 (en) | 2016-08-09 | 2020-08-25 | Ultrahaptics ilP LTD | Metamaterials and acoustic lenses in haptic systems |
| JP6606034B2 (ja) * | 2016-08-24 | 2019-11-13 | 株式会社日立製作所 | 容量検出型超音波トランスデューサおよびそれを備えた超音波撮像装置 |
| GB2557345B (en) | 2016-12-08 | 2021-10-13 | Bae Systems Plc | MIMO communication system and data link |
| US10943578B2 (en) | 2016-12-13 | 2021-03-09 | Ultrahaptics Ip Ltd | Driving techniques for phased-array systems |
| US10497358B2 (en) | 2016-12-23 | 2019-12-03 | Ultrahaptics Ip Ltd | Transducer driver |
| US11531395B2 (en) | 2017-11-26 | 2022-12-20 | Ultrahaptics Ip Ltd | Haptic effects from focused acoustic fields |
| WO2019122916A1 (en) | 2017-12-22 | 2019-06-27 | Ultrahaptics Limited | Minimizing unwanted responses in haptic systems |
| US11360546B2 (en) | 2017-12-22 | 2022-06-14 | Ultrahaptics Ip Ltd | Tracking in haptic systems |
| SG11202010752VA (en) | 2018-05-02 | 2020-11-27 | Ultrahaptics Ip Ltd | Blocking plate structure for improved acoustic transmission efficiency |
| US11098951B2 (en) | 2018-09-09 | 2021-08-24 | Ultrahaptics Ip Ltd | Ultrasonic-assisted liquid manipulation |
| US11378997B2 (en) | 2018-10-12 | 2022-07-05 | Ultrahaptics Ip Ltd | Variable phase and frequency pulse-width modulation technique |
| US11550395B2 (en) | 2019-01-04 | 2023-01-10 | Ultrahaptics Ip Ltd | Mid-air haptic textures |
| US11842517B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-12-12 | Ultrahaptics Ip Ltd | Using iterative 3D-model fitting for domain adaptation of a hand-pose-estimation neural network |
| US11553295B2 (en) | 2019-10-13 | 2023-01-10 | Ultraleap Limited | Dynamic capping with virtual microphones |
| US11374586B2 (en) | 2019-10-13 | 2022-06-28 | Ultraleap Limited | Reducing harmonic distortion by dithering |
| US11169610B2 (en) | 2019-11-08 | 2021-11-09 | Ultraleap Limited | Tracking techniques in haptic systems |
| US11715453B2 (en) | 2019-12-25 | 2023-08-01 | Ultraleap Limited | Acoustic transducer structures |
| US20230042741A1 (en) * | 2020-01-17 | 2023-02-09 | The University Of British Columbia | Flexible capacitive micromachined ultrasonic transducer arrays |
| US11816267B2 (en) | 2020-06-23 | 2023-11-14 | Ultraleap Limited | Features of airborne ultrasonic fields |
| US11886639B2 (en) | 2020-09-17 | 2024-01-30 | Ultraleap Limited | Ultrahapticons |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4277712A (en) * | 1979-10-11 | 1981-07-07 | Hewlett-Packard Company | Acoustic electric transducer with slotted base |
| DE3501808A1 (de) * | 1985-01-21 | 1986-07-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschallwandler |
| US5160870A (en) * | 1990-06-25 | 1992-11-03 | Carson Paul L | Ultrasonic image sensing array and method |
| US5744898A (en) * | 1992-05-14 | 1998-04-28 | Duke University | Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry |
| US5511296A (en) * | 1994-04-08 | 1996-04-30 | Hewlett Packard Company | Method for making integrated matching layer for ultrasonic transducers |
| US5648942A (en) * | 1995-10-13 | 1997-07-15 | Advanced Technology Laboratories, Inc. | Acoustic backing with integral conductors for an ultrasonic transducer |
-
2001
- 2001-07-31 US US09/919,241 patent/US6758094B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
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- 2002-07-30 JP JP2002221970A patent/JP4043882B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006527567A (ja) * | 2003-06-09 | 2006-11-30 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 音響活性集積電子機器を備えた超音波送受波器の設計方法 |
| JP2009504057A (ja) * | 2005-08-05 | 2009-01-29 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 曲がった二次元アレイ・トランスデューサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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