JP2012100069A - 静電容量型電気機械変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板内に侵入した弾性波による影響を受信特性が受け難くできる静電容量型電気機械変換装置を提供する。
【解決手段】静電容量型電気機械変換装置は、第１の電極１０２と、第１の電極と間隙を介して対向して第１の基板１０６の面に配置された第２の電極１０５と、を有し、弾性波を受けて第１の電極１０２が振動することにより弾性波を受信する受信動作を少なくとも行う。第２の電極１０５に接続し、第１及び第２の電極が設けられた面とは逆側の第１の基板１０６の面側に第２の電極１０５を引き出す第１の電気接続部１１１が設けられている。第１及び第２の電極が設けられた第１の基板１０６の面側に、第１の基板の厚さ方向から見て第１の電気接続部１１１を覆い隠すための振動膜１０１が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波などの弾性波の受信を行う静電容量型電気機械変換装置に関する。

超音波の受信を行うトランスデューサとして、静電容量型超音波トランスデューサであるＣＭＵＴ（Capacitive-Micromachined-Ultrasonic-Transducer）が提案されている。ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-Systems）プロセスを用いて作製されたものである。図８は二次元アレイＣＭＵＴの模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＸ-Ｘ’断面図である。図８において、１０１は振動膜、１０２は第１の電極（上部電極）、１０３は振動膜支持部、１０４は空隙、１０５は第２の電極（下部電極）、１０６は第１の基板、１０７は貫通配線、１１１は電気接続部、１１２は第２の基板である（特許文献１参照）。

このＣＭＵＴでは、振動膜１０１上に第１の電極１０２が形成され、その振動膜１０１は、第１の基板１０６上に形成された支持部１０３により支持されている。第１の基板１０６上には、振動膜１０１上に形成した第１の電極１０２と、これと空隙１０４（通常数十ｎｍ〜数百ｎｍの厚さ）を挟んで対向した第２の電極１０５とが配置されている。以下、第１の基板１０６のＣＭＵＴが形成された面をＣＭＵＴ形成面、逆側の面を、ＣＭＵＴ非形成面と呼ぶ。図８では、振動膜１０１が外力により基板１０６側に少し撓んだ状態で記載している。これらの振動膜１０１と空隙１０４を挟んで対向した２つの電極を１組としてセルと呼ぶ。第１の電極１０２と第２の電極１０５がそれぞれ接続された複数（通常１００〜３０００個程度）のセルを、超音波の送受信を行う単位としてエレメントと呼ぶ。第１の基板１０６は、複数の貫通配線１０７を有しており、ＣＭＵＴ形成面の第１の電極または第２の電極の配線を、ＣＭＵＴ非形成面に引き出している。引き出された配線は、電気接続部１１１を介して、第２の基板１１２に接続されている。第２の基板１１２は、多層配線を有したプリント基板（ＰＣＢ：Printed-Circuit-Board）または信号処理用のチップであり、二次元に配置されたＣＭＵＴのエレメントを検出回路や電源に接続している。

米国特許第６，４３０，１０７号

上記の如きＣＭＵＴにおいて、振動膜１０１が形成されていない領域に到達した超音波は、第１の基板１０６が有する固有音響インピーダンス（Ｚ１）と、超音波が伝わってくる媒質の持つ固有音響インピーダンス（Ｚ０）に応じて、基板表面で反射される。基板表面で反射されなかった残りの超音波は、第１の基板１０６の内部に侵入し、基板１０６のＣＭＵＴ非形成面まで基板内を進む。第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面では、基板１０６の持つ固有音響インピーダンスの値と、ＣＭＵＴ非形成面に接した物質の持つ固有音響インピーダンスの値（Ｚ２）に応じて、超音波が反射する。ＣＭＵＴ非形成面で反射した超音波は、ＣＭＵＴ形成面方向に進み、ＣＭＵＴの支持部１０３や第２の電極（下部電極）１０５を介して、電極間の容量変化に影響を及ぼす。そのため、振動膜１０１が超音波を受けて振動することによる容量変化からのズレが生じ、ＣＭＵＴの受信特性を劣化させる恐れがある。

上記課題に鑑みて、本発明の静電容量型電気機械変換装置は、次の特徴を有する。この装置は、第１の電極と、前記第１の電極と間隙を介して対向して第１の基板の面に配置された第２の電極と、を有し、弾性波を受けて前記第１の電極が振動することにより弾性波を受信する受信動作を少なくとも行う。また、この装置は、前記第２の電極に接続し、前記第１及び第２の電極が設けられた面とは逆側の前記第１の基板の面側に前記第２の電極を引き出す第１の電気接続部を備える。そして、前記第１及び第２の電極が設けられた前記第１の基板の面側に、前記第１の基板の厚さ方向から見て前記第１の電気接続部を覆い隠すための振動膜が形成されている。

本発明の静電容量型電気機械変換装置によれば、第１の電気接続部を覆い隠すための上記の如き振動膜が形成されているので、第１の基板内に侵入した弾性波による影響を受信特性が受け難くなる。

第１の実施形態に係る静電容量型電気機械変換装置を説明する図である。 第１の実施形態の変形例を説明する断面図である。 第２の実施形態に係る静電容量型電気機械変換装置を説明する図である。 第３の実施形態に係る静電容量型電気機械変換装置を説明する断面図である。 第４の実施形態に係る静電容量型電気機械変換装置を説明する断面図である。 第５の実施形態に係る静電容量型電気機械変換装置を説明する断面図である。 第６の実施形態に係る静電容量型電気機械変換装置を説明する図である。 従来の静電容量型電気機械変換装置を説明する図である。

本発明で重要な点は、基板内に侵入した弾性波の電気接続部での反射に注目し、基板の厚さ方向について、振動膜が形成された領域が、電気接続部が形成された領域を覆い隠す構成にする点である。弾性波は典型的には超音波であるので、以下の説明では超音波という表現で代表する。また、「基板の厚さ方向について」とは、厚さ方向から見てという意味であって、図１（a）で言えば図の上方から見ることである。また、本発明において振動膜とは、間隙上に設けられた振動可能な膜の領域を示す。図１（ａ）等に示すように、振動膜を支持部する振動膜支持部１０３上に形成されている膜の部分は振動膜支持部１０３に固定されて振動しないため、本発明の振動膜には含まれない。

上記覆い隠す構成の技術的意義を説明する。振動膜に到達した超音波は、第１の電極（上部電極）と共に振動膜を振動させ、第１の電極（上部電極）と第２の電極（下部電極）間の容量変化を発生させる。つまり、この容量変化を、第１または第２の電極から出力される電気信号（電流）により検出回路で検出することで、超音波を検出する。通常、振動膜と第２の電極（下部電極）間の空隙は真空または減圧されており、振動膜が振動しても、空隙内の気体によるダンピングが発生して振動膜の振動を妨げることはない。また、振動膜のバネ特性は、入力される超音波の大きさで振動膜が十分振動する様に設定されている。そのため、外からの圧力に対して、振動膜は従順に振動する様になっている。よって、振動膜に到達した超音波は、殆ど反射することなく、ほぼ全て振動膜に吸収される。故に、上記の如き覆い隠しを行うと電気接続部にはあまり超音波が届かず、超音波の電気接続部での反射波による影響を低減できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
受信動作を行う電気機械変換装置の第１の実施形態を示す図である図１において、各符号は、図８を用いた上記説明と同様な構成要素を示す。空隙１０４は、大気圧以下の圧力状態で空気やそれ以外のガスなどが入った間隙であればよく、必ずしも空気の入った空間である必要はないが、以下の説明では空隙という表現を用いる。本実施形態も、以下に説明する点を除いて、図８を用いた上記説明とほぼ同様な構成を有する。以下、第２の基板１１２について、第１の基板１０６側の表面を上面、逆側の面を下面と呼ぶ。

本実施形態において、第１の電気接続部１１１は、ハンダバンプや金バンプなどの金属のバンプを用いることができる。金属のバンプを用いることで、第１の基板１０６と第２の基板１１２間の接続の抵抗を低くでき、また接続部の信頼性を確保することができる。電気接続部１１１は、第１の基板１０６を貫く貫通配線１０７と接続し、対向した第１及び第２の電極１０２、１０５が設けられていない第１の基板１０６の面側の配線を第２の基板１１２に接続する。本実施形態では、第１の基板１０６の厚さ方向について、この電気接続部１１１を配置した領域が、振動膜１０１を形成した領域により、全て覆い隠されていることが特徴である（図１（ｂ）参照）。

上記構成において、第１の基板１０６に侵入した超音波の反射について考える。異なる物質の界面で、超音波が透過したり反射したりする量は、それぞれの物質が持つ固有音響インピーダンスにより決まる。具体的には、２つの物質の持つ固有音響インピーダンスの値の差が大きいほど、反射する割合が高くなり、逆にインピーダンスの差が小さいほど、反射する割合が低くなる。ここで、第１の基板１０６が持つ固有音響インピーダンスをＺ１、超音波が伝わってくる媒質の持つ固有音響インピーダンスをＺ０とする。第１の基板１０６のＣＭＵＴ形成面で超音波が反射する割合は、以下の式（１）のｒ１で表すことができる。
ｒ１＝（Ｚ０−Ｚ１）／（Ｚ０＋Ｚ１）・・・式（１）
一方、超音波が基板１０に侵入（透過）する割合は、以下の式（２）のＴ１で表すことができる。
Ｔ１＝２×Ｚ０／（Ｚ０＋Ｚ１）・・・式（２）

通常、ＣＭＵＴなどを形成する第１の基板１０６には、シリコンを始めとする単結晶の材料や、ガラスなどが用いられる。これらの固有音響インピーダンスの値は、単結晶シリコンで２０[MRayl]程度、ガラスでは１０〜２０[MRayl]程度である。それに対して、ハンダの持つ固有音響インピーダンスは４０〜５０[MRayl]程度である。第１の基板１０６に侵入して、電気接続部１１１がある第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面に進んだ超音波は、この固有音響インピーダンスの差により反射する。この反射した超音波は、ＣＭＵＴなどの受信特性に影響を与え、性能を劣化させる原因となる。

本実施形態では、第１の基板１０６に侵入する超音波が、振動膜１０１が形成されていない領域から侵入して、直進することに注目した。振動膜１０１が形成されている領域からは、第１の基板１０６への超音波の侵入は殆どないと見なすことができる。そのため、電気接続部１１１を配置する領域を、振動膜１０１が形成されている領域で全て覆い隠してしまうことで、第１の基板１０６に侵入した超音波が、基板１０６のＣＭＵＴ非形成面と電気接続部１１１に到達する割合を低減できる。この様に、第１の基板１０６に侵入した超音波が電気接続部１１１に到達する量自体を少なくすることができるので、ＣＭＵＴ非形成面と電気接続部１１１で反射する量を大幅に抑制することができる。これにより、基板に侵入した超音波が電気接続部１１１で反射して装置の受信特性に与える影響を低減することができる。こうして、本実施形態の構成を用いることで、基板に侵入した超音波による劣化が少ない受信特性を持つ静電容量型電気機械変換装置（ＣＭＵＴなど）を提供できる。

本実施形態の貫通配線１０７には、銅をはじめとする金属、または不純物をドープして抵抗値を下げたシリコンなどを用いることができる。これらの貫通配線１０７が持つ固有音響インピーダンスと、第１の基板１０６の持つ固有音響インピーダンスとの差により、基板に侵入した超音波の反射が起こる場合もある。そのため、第１の基板１０６の厚さ方向に見て、この貫通配線１０７を配置した領域が、振動膜１０１を形成した領域により、全て覆い隠されていることがより望ましい。これにより、基板に侵入した超音波が、貫通配線１０７で反射して装置の受信特性に与える影響も低減することができる。この構成を用いることで、基板に侵入した超音波による劣化がより少ない受信特性を実現できる。

本実施形態の変形例として、図２（ａ）で示す様に、第１の基板１０６と第２の基板１１２間において、電気接続部１１１が配置されていない領域に基板間充填物質１２１を配置する望ましい構成がある。基板間充填物質１２１は、第１の基板１０６と第２の基板１１２の持つ固有音響インピーダンスを考慮した物質が用いられる。具体的には、第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面で、基板内に侵入した超音波の反射が起こり難く、また第２の基板１１２の上面で、基板内に侵入した超音波の反射が起こり難い物質を用いる。つまり基板間充填物質としては、第１の基板の音響インピーダンスと第２の基板の音響インピーダンスの間の音響インピーダンスをもつ物質を用いるとよい。この構成を用いることで、基板に侵入した超音波が、第１の基板１０６と第２の基板１１２の界面において電気接続部１１１が配置されていない領域で反射することも少なくなり、より受信特性に影響を与え難くなる。そのため、基板に侵入した超音波による劣化がより少ない受信特性を実現できる。また、この基板間充填物質１２１を用いることで、第１の基板１０６と第２の基板１１２間の機械的な強度を向上させるという効果を持たせることもできる。

本実施形態の他の変形例として、図２（ｂ）で示す様に、必要に応じて第２の基板１１２の下面に弾性波減衰物質１２２を配置することもできる。この弾性波減衰物質１２２の持つ固有音響インピーダンスは、第２の基板１１２の持つ固有音響インピーダンスを考慮して選択される。具体的には、第２の基板１１２と弾性波減衰物質１２２の接触面（第２の基板１１２の下面）で、基板に侵入して進んできた超音波が反射し難い値を持つ物質を用いる。具体的には、第２の基板１１２が持つ固有音響インピーダンスに近い値を有する物質が用いられる。且つ、弾性波減衰物質１２２は、静電容量型電気機械変換装置で変換しようとする周波数において、超音波を減衰させる弾性波減衰物質が用いられるのが好ましい。また、弾性波減衰物質１２２が持つ減衰率と厚さは、装置の受信特性に影響を与えない値に設定されている。具体的には、基板に侵入した超音波が、弾性波減衰物質１２２の第２の基板１１２と接触してない裏面で反射して装置内に再び戻ってくるまでに、十分減衰する様に設定される。

この構成を用いることにより、第１の基板１０６から第２の基板１１２に伝わった超音波による受信特性への影響を大きく低減することができる。そのため、基板に侵入した超音波による劣化が更に少ない受信特性を持つ静電容量型電気機械変換装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３を用いて第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、振動膜１０１の大きさと電気接続部１１１の大きさとの関係に関する。それ以外は、第１の実施形態と同じである。本実施形態では、ＣＭＵＴなどへの超音波の入射角により、振動膜１０１の大きさと電気接続部１１１の大きさの関係を規定する。

図３（ａ）で示す様に、超音波が入射される角度をθ０とする。振動膜１０１は半径ａの円形、電気接続部１１１は半径ｂの円形、第１の基板１０６の厚さをｔとする。ここで、振動膜１０１の中心と電気接続部１１１の中心は、一致している。また、ＣＭＵＴなどに超音波が進行してくる領域にある物質の音速をＣ１、第１の基板１０６の持つ音速をＣ２とする。この場合、第１の基板１０６の点Ａにθ０の角度で入射した超音波は、第１の基板１０６に侵入すると屈折し、以下の式（３）で示すθ１の角度を持ち第１の基板１０６内を進行する。
θ１＝ｓｉｎ^−１（Ｃ２／Ｃ１×ｓｉｎ（θ０））・・・式（３）

第１の基板１０６に侵入した超音波は、θ１の角度を持って侵入し、第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面にある点Ｂに到達する。第１の基板１０６のＣＭＵＴ形成面で点Ａから侵入した超音波は、第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面に到達した時には点Ｂにあり、第１の基板１０６の厚さ方向と垂直方向に移動したことになる。この移動量をＸとすると、以下の式（４）で表すことができる。
Ｘ＝ｔ×ｔａｎθ１・・・式（４）

この様に、入射される超音波が角度を持っている場合は、第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面に到達するまでに、位置が移動するため、振動膜１０１が電気接続部１１１を覆い隠す構成を設計する際には、考慮に入れるのが望ましい。この点を考慮すると、移動量Ｘと、振動膜１０１の大きさａ、電気接続部１１１の大きさｂの好ましい関係は、以下の式（５）で表すことができる。
Ｘ＜（ａ−ｂ）・・・式（５）

式（４）と式（５）から、振動膜１０１の大きさａと電気接続部１１１の大きさｂの関係は、以下の式（６）で表す様になっていることが望ましい。
ａ＞ｂ＋ｔ×ｔａｎ（θ１）・・・式（６）
更に、式（３）と式（６）から、式（７）として表せる。
ａ＞ｂ＋ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ^−１（Ｃ２／Ｃ１×ｓｉｎ（θ０）））・・・式（７）

振動膜１０１の大きさと電気接続部１１１の大きさを式（７）の関係にすることで、入射される超音波が角度を持っている場合でも、基板に侵入した超音波を電気接続部１１１に到達させ難くすることができる。本実施形態によると、こうした角度を持っている場合でも、基板に侵入した超音波による劣化が少ない受信特性を持つ静電容量型電気機械変換装置（ＣＭＵＴなど）を提供することができる。

本実施形態の変形例として、超音波が入射する角度θ０を、ＣＭＵＴなどの持つ指向性を考慮した値に設定させることができる。ＣＭＵＴなどは、超音波が入射してくる角度に依存して受信感度が低下する受信感度特性を有しており、これを指向性と呼ぶ。角度θが変化した時の最大の受信感度からの受信感度の比Ｒθは、エレメントの幅Ｗ（ここでは、エレメントを正方形とする）と受信を行う周波数での波長λによって、以下の式（８）で表すことができる。図３（ｂ）にこの式の変化態様例を示す。
Ｒθ＝｜ｓｉｎ（ｋ×Ｗ／２×ｓｉｎθ）／（ｋ×Ｗ／２×ｓｉｎθ）｜・・・式（８）
（但し、ｋ＝２π／λ）

入射角θが大きくなり、この感度の割合が低くなると、受信特性が低下してしまうので、実際の測定には用いないことが多い。そのため、ＣＭＵＴなどを用いる際も、指向性を考慮して一定の第１の基板への弾性波の使用最大入射角θｍａｘ以下で用いられる。このθｍａｘを用いて、振動膜１０１の大きさと電気接続部１１１の大きさを、以下の式（９）の式で表すことができる。
ａ＞ｂ＋ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ^−１（Ｃ２／Ｃ１×ｓｉｎ（θｍａｘ）））・・・式（９）
こうして、式（９）の関係にすることで、入射される超音波が実際の使用上の角度範囲内の最大角度を持っていた場合でも、基板に侵入した超音波による劣化が少ない受信特性を実現することができる。

（第３の実施形態）
次に、図４を用いて第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、電気接続部１１１を覆い隠している振動膜１０１に関する。それ以外は、第１及び第２の実施形態の何れかと同じである。エレメント内に配置された振動膜１０１は、電気接続部１１１上の振動膜１０８と、振動膜１０８以外の振動膜１０９の２種類に分けることができる。本実施形態は、電気接続部１１１上の振動膜１０８と、電気接続部上以外の振動膜１０９の振動膜の大きさが異なっていることが特徴である。

具体的には、電気接続部１１１上の振動膜１０８は、第１や第２の実施形態で記載した様に電気接続部１１１を覆い隠すことに最適な大きさになっている。一方、振動膜１０８以外の振動膜１０９の振動膜は、超音波を受信するのに最適な大きさになっている。この大きさは、受信する信号の周波数や振動膜の材料、形状、空隙の高さなどによって、設定される。振動膜１０８は、基板内に侵入する超音波が最適になる（すなわち低減する）様に設定されているため、超音波を受信して振動しても、他の振動膜１０９のセルとは異なる容量変化を生じさせる。そのため、振動膜１０９の容量変化と、振動膜１０８の容量変化を合わせて回路で検出すると、受信特性を劣化させてしまう。本実施形態では、振動膜１０８の振動によって受信特性に影響を与えない構成になっている。

図４（ａ）を用いて説明する。エレメント内にある第２の電極（下部電極）１０５は、全て接続されて、超音波の振動による容量変化を検出するための回路に接続されている。一方、振動膜１０８上にある第１の電極（上部電極）１０２は、電気的に第２の電極１０５と配線１１３により接続されている。これにより、電気接続部１１１上のセルでは、第１の電極と第２の電極間の電位差がないため、振動膜１０８が振動しても容量変化として検出されることはない。これに対して、振動膜１０８以外の振動膜１０９上にある第１の電極１０２は、配線１１４によりエレメント内で全て接続され、第１と第２の電極間に所望の電位差を印加する構成となっている。

この構成を用いることで、振動膜１０８を持つセル以外のセルでは、電極間に所望の電位を印加して、超音波による、振動膜１０８以外の振動膜１０９のみの振動を容量変化として検出できる。本実施形態によると、電気接続部を覆い隠す振動膜と、受信に用いる振動膜とをそれぞれ最適に設定できる。そのため、基板に侵入した超音波による劣化が少なく、且つ最適な受信特性を持つ高性能な静電容量型電気機械変換装置を提供することができる。

本実施形態の変形例を、図４（ｂ）を用いて説明する。振動膜１０８上の第１の電極（上部電極）１０２の構成のみが異なり、それ以外は上記の構成と同じである。本変形例では、振動膜１０８上には、第１の電極１０２が形成されていない。これにより、電気接続部１１１上の第２の電極（下部電極）と対になる電極がないため、振動膜１０８が振動しても、容量変化として検出されることはない。この様に、本変形例では、受信信号の取り出し時以外には不要な第１の電極１０２が振動膜１０８にないため、電気接続部１１１上の振動膜１０８を、電気接続部を覆い隠すためにより最適な形状に設定できる。

（第４の実施形態）
次に、図５を用いて第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第１の電極（上部電極）１０２の配線に接続された電気接続部上の振動膜１０１に関する。それ以外は、第１から第３の実施形態の何れかと同じである。

ＣＭＵＴなどでは、第１の電極と第２の電極間に電位差を発生させるために、第１の電極１０２には所望の電位を印加する。本実施形態では、第１の基板１０６内に形成した貫通配線１１７を介して、第１の電極１０２に電位を印加する構成にすることができる。第１の基板１０６のＣＭＵＴ形成面の第１の電極用貫通配線１１７と第１の電極１０２は、配線１１６を介して接続されている。また、第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面の第１の電極用貫通配線１１７側は、第１の電極用電気接続部（第２の電気接続部）１１８を介して、第２の基板１１２上の対応する配線（不図示）と接続されている。

本実施形態の構成を用いると、第１の電極（上部電極）１０２のための第２の電気接続部１１８がある場合でも、それを覆って振動膜があり、第１の電極１０２のための電気接続部１１８に到達する超音波の量を大幅に少なくすることができる。そのため、第１の電極１０２を貫通配線１１７を介して第１の基板１０６のＣＭＵＴ非形成面に取り出す場合でも、基板に侵入した超音波による劣化が少ない受信特性を実現することができる。

（第５の実施形態）
次に、図６を用いて第５の実施形態を説明する。第５の実施形態は、貫通配線１０７と接続されていない電気接続部１１９に関する。それ以外は、第１から第４の実施形態の何れかと同じである。本実施形態では、貫通配線１０７に接続された電気接続部１１１に加えて、貫通配線１０７に接続されていない電気接続部１１９を有している。

電気接続部１１９は、第１の基板１０６が有する貫通配線１０７に接続されておらず、超音波を受信した信号を取り出す用途、あるいは第１の電極（上部電極）１０２に所望の電位を印加する用途では用いられない。電気接続部１１９は、第１の基板１０６と第２の基板１１２との間の機械的な強度を保つために配置される。電気接続部１１１、１１９の体積が小さくても、電気接続部１１１以外にこの電気接続部１１９を複数配置することにより、作製時の工程数を増やすことなく容易に全体の機械強度を高めることができる。

電気接続部１１９は、貫通配線１０７とは接続されていないが、第１の基板１０６に侵入した超音波が到達すると反射し、受信特性を劣化させる原因となる。本実施形態では、第１の基板１０６の厚さ方向について、振動膜１０１が、貫通配線１０７に接続されていない電気接続部１１９も覆い隠す構成となっている。これにより、貫通配線１０７と接続されない電気接続部１１９を用いた場合でも、基板に侵入した超音波が電気接続部１１１に到達する量を大幅に低減できる。そのため、電気接続部１１９を用いた場合でも、基板に侵入した超音波による劣化が少ない受信特性を実現することができる。

（第６の実施形態）
次に、図７を用いて第６の実施形態を説明する。第６の実施形態は、第１から第５の実施形態の何れかに記載の静電容量型電気機械変換装置を用いた超音波測定装置に関する。図７において、２０１は超音波送信器（弾性波送信器）、２０２は測定対象物、２０３は静電容量型電気機械変換装置、２０４は画像情報生成装置、２０５は画像表示器である。また、３０１、３０２は超音波、３０３は超音波送信情報、３０４は超音波受信信号、３０５は再現画像情報、４０１は超音波測定装置である。

超音波送信器２０１から測定対象物２０２に向かって出力された超音波３０１は、測定対象物２０２の表面でその界面での固有音響インピーダンスの差により、反射する。反射した超音波３０２は、静電容量型電気機械変換装置２０３で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号３０４として画像情報生成装置２０４に送られる。一方、超音波送信器２０１から、送信超音波の大きさや形状、時間の情報が超音波送信情報３０３として、画像情報生成装置２０４に送られている。画像情報生成装置２０４では、超音波受信信号３０４と超音波送信情報３０３を基に、測定対象物２０２の画像信号を生成して再現画像情報３０５として送り、画像表示器２０５で表示される。

本実施形態の静電容量型電気機械変換装置２０３は、上記実施形態の何れかに記載したＣＭＵＴなどが用いられている。これにより、反射した超音波３０２がＣＭＵＴなどの基板内に侵入しても、受信特性に影響を与え難いため、劣化が少ない超音波受信信号３０４を出力することができる。そのため、測定対象物２０２で反射した超音波３０２のより正確な情報を得ることができるため、測定対象物２０２の画像をより正確に再現することができる。また、超音波送信器２０１を本発明の静電容量型電気機械変換装置で構成してもよく、超音波の送信と受信を１つの静電容量型電気機械変換装置で兼用してもよい。

１０１…振動膜、１０２…第１の電極（上部電極）、１０４…間隙（空隙）、１０５…第２の電極（下部電極）、１０６…第１の基板、１１１…第１の電気接続部、１１２…第２の基板、１１８…第２の電気接続部

Claims (11)

1. 第１の電極と、前記第１の電極と間隙を介して対向して第１の基板の面に配置された第２の電極と、を有し、弾性波を受けて前記第１の電極が振動することにより弾性波を受信する受信動作を少なくとも行う電気機械変換装置であって、
   前記第２の電極に接続し、前記第１及び第２の電極が設けられた面とは逆側の前記第１の基板の面側に前記第２の電極を引き出す第１の電気接続部を備え、
   前記第１及び第２の電極が設けられた前記第１の基板の面側に、前記第１の基板の厚さ方向から見て前記第１の電気接続部を覆い隠すための振動膜が形成されていることを特徴とする静電容量型電気機械変換装置。
2. 前記第１の電極に接続し、前記逆側の前記第１の基板の面側に前記第１の電極を引き出す第２の電気接続部を備え、
   前記第１及び第２の電極が設けられた前記第１の基板の面側に、前記第１の基板の厚さ方向から見て前記第２の電気接続部を覆い隠すための振動膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型電気機械変換装置。
3. 前記電気接続部は、前記第１の基板を貫く貫通配線を介して前記電極と接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型電気機械変換装置。
4. 前記電気接続部は、前記逆側の前記第１の基板の面の配線を第２の基板に接続する電気接続部であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
5. 前記第１の基板と前記第２の基板の間において、前記電気接続部が配置されていない領域には、基板間充填物質が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型電気機械変換装置。
6. 前記第２の基板の前記電気接続部が配置されていない面に、弾性波減衰物質が配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の静電容量型電気機械変換装置。
7. 前記第１の基板へ弾性波が入射する角度θ０により、前記振動膜の大きさに対して、前記電気接続部の大きさが、
   ａ＞ｂ＋ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ^−１（Ｃ２／Ｃ１×ｓｉｎ（θ０）））
   （ただし、ａは振動膜の大きさ、ｂは電気接続部の大きさ、ｔは第１の基板の厚さ、Ｃ１は弾性波が進行してくる領域にある物質の音速、Ｃ２は第１の基板の持つ音速）
   で規定されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
8. 当該電気機械変換装置が有する第１の基板への入射角と受信感度特性により、前記振動膜の大きさに対して、前記電気接続部の大きさが、
   ａ＞ｂ＋ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ^−１（Ｃ２／Ｃ１×ｓｉｎ（θｍａｘ）））
   （ただし、ａは振動膜の大きさ、ｂは電気接続部の大きさ、ｔは第１の基板の厚さ、Ｃ１は弾性波が進行してくる領域にある物質の音速、Ｃ２は第１の基板の持つ音速、θｍａｘは受信感度特性を考慮した第１の基板への弾性波の使用最大入射角）
   で規定されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
9. 前記電気接続部の上以外の領域に、振動膜が設けられ、
   前記電気接続部の上の振動膜と、前記電気接続部の上以外の振動膜の大きさが異なっていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
10. 前記電気接続部の上の振動膜が、弾性波を受けた際、前記第１及び第２の電極間の容量の変化を発生させない構成であることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置。
11. 測定対象物からの弾性波を受信する請求項１から１０の何れか１項に記載の静電容量型電気機械変換装置と、
    少なくとも前記静電容量型電気機械変換装置からの受信信号を用いて測定対象物の画像情報を生成する画像情報生成装置と、
    を有することを特徴とする測定装置。

Images