JP2014209728A

JP2014209728A - 超音波トランスデューサー装置およびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置

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Publication number: JP2014209728A
Application number: JP2014058149A
Authority: JP
Inventors: 清瀬　摂内; Setsunai Kiyose; 摂内清瀬; 鈴木　博則; Hironori Suzuki; 博則鈴木; 洋史松田; Yoji Matsuda
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP6252279B2; CN104068894B; EP2783760A2; US9868137B2; CN104068894A; EP2783760B1; EP2783760A3; US20140296715A1

Abstract

【課題】振動膜の可撓性を良好に維持しつつ導電体の保護を実現する超音波トランスデューサー装置を提供する。【解決手段】振動膜２４の表面に圧電素子２５が形成される。基体の厚み方向の平面視で振動膜２４の領域内および振動膜２４の領域外に導電体３１が配置される。基体の厚み方向の平面視で領域外のみにおいて導電体３１上に第１絶縁膜７７ａが形成される。振動膜２４の領域内のみにおいて第２絶縁膜７７ｂは形成される。第２絶縁膜７７ｂは第１絶縁膜７７ａの膜厚よりも小さい膜厚を有し、かつ、少なくとも圧電素子２５の一部の上に形成される。【選択図】図１０

Description

本発明は、超音波トランスデューサー装置、並びに、それを利用したプローブ、電子機器および超音波画像装置等に関する。

超音波トランスデューサー装置は一般に知られる。例えば、特許文献１に記載の超音波トランスデューサー装置では複数の振動膜がアレイ状に配置される。振動膜上に圧電素子が形成される。圧電素子は保護膜で覆われる。保護膜は振動膜の内側領域および外側領域に均一な厚みで広がる。

特開２００５−５１６８８号公報

振動膜に超音波は作用する。超音波は振動膜の超音波振動を引き起こす。振動膜の超音波振動に応じて圧電素子から電流が出力される。こうして超音波トランスデューサー装置は超音波を検出する。このとき、保護膜が振動膜の内側領域および外側領域に連続して満遍なく均一な厚みで広がると、振動膜の可撓性は減少してしまう。超音波の検出感度は低下してしまう。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、振動膜の可撓性を良好に維持しつつ導電体の保護を実現する超音波トランスデューサー装置は提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、前記振動膜上に形成される圧電素子と、前記基体上に形成されて、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内および前記振動膜の領域外に配置される導電体と、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域外のみにおいて前記導電体上に形成される第１絶縁膜と、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内のみにおいて、前記第１絶縁膜の膜厚よりも小さい膜厚を有し、かつ、少なくとも前記圧電素子の一部の上に形成される第２絶縁膜とを備える超音波トランスデューサー装置に関する。

振動膜には超音波が作用する。超音波は振動膜の超音波振動を引き起こす。振動膜の超音波振動に応じて圧電素子から電流が出力される。こうして超音波トランスデューサー装置は超音波を検出する。ここで、第１絶縁膜は導電体を保護する。第１絶縁膜は振動膜に係らないことから、振動膜の可撓性は良好に維持される。したがって、超音波の検出感度は維持されることができる。第２絶縁膜は第１絶縁膜よりも薄いことから、振動膜の振動動作は良好に維持されることができる。

（２）超音波トランスデューサー装置は、前記第２絶縁膜の膜厚よりも小さい膜厚を有して前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とに接続される第３絶縁膜をさらに備えることができる。第３絶縁膜は振動膜の領域内で導電体に被さることができる。こうして導電体はさらに確実に保護される。第３絶縁膜は第１および第２絶縁膜よりも薄いことから、振動膜の振動動作は良好に維持されることができる。

（３）前記圧電素子は、前記振動膜上に形成される第１電極と、前記第１電極の少なくとも一部を覆うように形成される圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように形成される第２電極とを有することができる。このとき、前記導電体は、前記第１電極と接続される第１導電体部と、前記第２電極と接続する第２導電体部とを有することができ、超音波トランスデューサー装置は、前記第２電極または前記第２導電体部に覆われていない前記圧電体膜を覆うように形成される第４絶縁膜をさらに有することができる。

（４）前記第４絶縁膜は前記第２電極を挟んで前記第２電極の両側に分離して配置されることができる。

（５）前記圧電体膜は、前記第１電極の少なくとも一部および前記振動膜の一部を覆い、前記第２絶縁膜は、前記第２電極上に形成されて、第１膜厚を有する第１膜体部と、前記圧電素子の側面の前記圧電体膜を覆い前記第１膜厚よりも大きい第２膜厚を有する第２膜体部とを有することができる。

（６）前記圧電体膜は、前記第１電極上に積層されて、前記第１電極により前記振動膜の表面から隔てられて形成されており、前記第２電極は、前記圧電体膜上に積層されて、前記圧電体膜により前記第１電極から隔てられて形成されており、前記第２絶縁膜は、前記第２電極上に形成されて、第１膜厚を有する第１膜体部と、前記圧電素子の側面で前記第２電極、前記圧電体膜および前記第１電極を覆い、前記第１膜厚よりも大きい第２膜厚を有する第２膜体部とを有することができる。

（７）本発明の他の態様は、複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、前記振動膜上に形成される圧電素子と、前記基体上に形成されて、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内および前記振動膜の領域外に配置される導電体と、を備える超音波トランスデューサー装置であって、前記基体の厚み方向からの平面視で前記複数の振動膜は長辺および短辺を有する矩形形状を有し、前記基体の厚み方向からの平面視で、前記振動膜の領域外および前記振動膜の二つの長辺の一部のみを覆うように形成される絶縁膜を有する超音波トランスデューサー装置に関する。

（８）前記絶縁膜は、前記基体の厚み方向からの平面視で、前記振動膜の領域外および前記振動膜の二つの短辺を覆うように形成されることができる。

（９）前記圧電素子は、前記振動膜上に形成される第１電極と、前記第１電極の少なくとも一部を覆うように形成される圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように形成される第２電極とを有することができる。このとき、前記導電体は、前記第１電極と接続される第１導電体部と、前記第２電極と接続される第２導電体部とを有することができ、前記第２絶縁膜は、前記第２電極または前記第２導電体部に覆われていない前記圧電体膜を覆うように形成されることができる。

（１０）前記絶縁膜は前記第２電極を挟んで前記第２電極の両側に配置されることができる。

（１１）本発明のさらに他の態様は、複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、前記振動膜上に形成される圧電素子と、前記基体上に形成されて、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内および前記振動膜の領域外に配置される導電体と、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域外のみの前記導電体上に形成される絶縁膜とを備える超音波トランスデューサー装置に関する。

振動膜には超音波が作用する。超音波は振動膜の超音波振動を引き起こす。振動膜の超音波振動に応じて圧電素子から電流が出力される。こうして超音波トランスデューサー装置は超音波を検出する。ここで、絶縁膜は導電体を保護する。絶縁膜は振動膜に係らないことから、振動膜の可撓性は良好に維持される。したがって、超音波の検出感度は維持されることができる。

（１２）いずれの超音波トランスデューサー装置もプローブに組み込まれて利用されることができる。プローブは、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置を支持する筐体とを備えることができる。

（１３）超音波トランスデューサー装置は電子機器に組み込まれて利用されることができる。電子機器は、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理する処理部とを備えることができる。

（１４）超音波トランスデューサー装置は超音波画像装置に組み込まれて利用されることができる。超音波画像装置は、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置とを備えることができる。

一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置を概略的に示す外観図である。超音波プローブの拡大正面図である。第１実施形態に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの拡大平面図である。図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。超音波診断装置の回路構成を概略的に示すブロック図である。第２実施形態に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの拡大平面図である。図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図８に対応し、第１絶縁膜および第２絶縁膜の形成方法を概略的に示す断面図である。図８に対応し、第２実施形態の変形例に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの断面図である。図８に対応し、第２実施形態の他の変形例に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末１２と超音波プローブ（プローブ）１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル（表示装置）１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、後述されるように、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。

図２に示されるように、超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６内には超音波トランスデューサー素子ユニット（以下「素子ユニット」という）１７が収容される。素子ユニット１７の表面は筐体１６の表面で露出することができる。素子ユニット１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。その他、超音波プローブ１３は、プローブ本体１３ａに着脱自在に連結されるプローブヘッド１３ｂを備えることができる。このとき、素子ユニット１７はプローブヘッド１３ｂの筐体１６内に組み込まれることができる。

図３は第１実施形態に係る素子ユニット１７の平面図を概略的に示す。素子ユニット１７は基体２１を備える。基体２１には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２は超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）２３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子２３群は奇数列の素子２３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。

個々の素子２３は振動膜２４を備える。振動膜２４の詳細は後述される。図３では振動膜２４の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向の平面視）で振動膜２４の輪郭が点線で描かれる。輪郭の内側は振動膜２４の領域内に相当する。輪郭の外側は振動膜２４の領域外に相当する。振動膜２４上には圧電素子２５が形成される。圧電素子２５では、後述されるように、上電極（第２電極）２６および下電極（第１電極）２７の間に圧電体膜（図示されず）が挟まれる。これらは順番に重ねられる。素子ユニット１７は１枚の超音波トランスデューサー素子チップとして構成される。

基体２１の表面には複数本の第１導電体２８が形成される。第１導電体２８は配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の素子２３ごとに１本の第１導電体２８が割り当てられる。１本の第１導電体２８は配列の列方向に並ぶ素子２３に共通に配置される。第１導電体２８は個々の素子２３ごとに下電極２７を形成する。第１導電体２８は下電極２７に接続される導電体すなわち第１導電体部を形成する。このように第１導電体２８は振動膜２４の領域内および領域外に配置される。第１導電体２８には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第１導電体２８にはその他の導電材が利用されてもよい。

基体２１の表面には複数本の第２導電体３１が形成される。第２導電体３１は配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の素子２３ごとに１本の第２導電体３１が割り当てられる。１本の第２導電体３１は配列の行方向に並ぶ素子２３に共通に接続される。第２導電体３１は個々の素子２３ごとに上電極２６を形成する。第２導電体３１は上電極２６に接続される導電体すなわち第２導電体部を形成する。第２導電体３１の両端は１対の引き出し配線３２にそれぞれ接続される。引き出し配線３２は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第２導電体３１は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子２３に共通に上電極２６は接続される。このように第２導電体３１は振動膜２４の内側領域および外側領域に配置される。第２導電体３１は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第２導電体３１にはその他の導電材が利用されてもよい。

列ごとに素子２３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてリニアスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子２３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極２６および下電極２７の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子２３に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に上電極が接続されてもよい。

基体２１の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂを有する。第１辺２１ａと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ３３ａが配置される。第２辺２１ｂと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ３３ｂが配置される。第１端子アレイ３３ａは第１辺２１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ３３ｂは第２辺２１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ３３ａは１対の上電極端子３４および複数の下電極端子３５で構成される。同様に、第２端子アレイ３３ｂは１対の上電極端子３６および複数の下電極端子３７で構成される。１本の引き出し配線３２の両端にそれぞれ上電極端子３４、３６は接続される。引き出し配線３２および上電極端子３４、３６は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体３１の両端にそれぞれ下電極端子３５、３７は接続される。第２導電体３１および下電極端子３５、３７は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体２１の輪郭は矩形に形成される。基体２１の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。

基体２１には第１フレキシブルプリント配線板（以下「第１配線板」という）３８が連結される。第１配線板３８は第１端子アレイ３３ａに覆い被さる。第１配線板３８の一端には上電極端子３４および下電極端子３５に個別に対応して導電線すなわち第１信号線３９が形成される。第１信号線３９は上電極端子３４および下電極端子３５に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、基体２１には第２フレキシブルプリント配線板（以下「第２配線板」という）４１が覆い被さる。第２配線板４１は第２端子アレイ３３ｂに覆い被さる。第２配線板４１の一端には上電極端子３６および下電極端子３７に個別に対応して導電線すなわち第２信号線４２が形成される。第２信号線４２は上電極端子３６および下電極端子３７に個別に向き合わせられ個別に接合される。

振動膜２４上では第２導電体３１に並列に電極分離膜（第４絶縁膜）４３が配置される。電極分離膜４３は第２導電体３１の長手方向に帯状に延びる。電極分離膜４３は絶縁性および防湿性を有する。電極分離膜４３は例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や酸化シリコン（ＳｉＯ_２）といった防湿性絶縁材から形成される。電極分離膜４３は個々の第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に分離して形成される。第２導電体３１は振動膜２４上で第１導電体２８に交差することから、電極分離膜４３は振動膜２４上で第１導電体２８上を横切る。

基体２１上で振動膜２４の領域外には絶縁膜４４が形成される。絶縁膜４４は第１導電体２８の長手方向に帯状に延びる。絶縁膜４４は振動膜２４の領域外のみで第１導電体２８に並列に配置される。絶縁膜４４は例えばアルミナや酸化シリコンといった防湿性の絶縁材から形成される。絶縁膜４４の素材は電極分離膜４３の素材と一致すればよい。絶縁膜４４は第２導電体３１上を横切る。こうして絶縁膜４４は第２導電体３１上に形成される。絶縁膜４４は電極分離膜に連続する。絶縁膜４４は、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される電極分離膜４３に接続される。

図４に示されるように、基体２１は基板４６および可撓膜４７を備える。基板４６の表面に可撓膜４７が一面に形成される。基板４６には個々の素子２３ごとに開口４８が形成される。開口４８は基板４６に対してアレイ状に配置される。開口４８が配置される領域の輪郭は素子アレイ２２の輪郭に相当する。隣接する２つの開口４８の間には仕切り壁４９が区画される。隣接する開口４８は仕切り壁４９で仕切られる。仕切り壁４９の壁厚みは開口４８の間隔に相当する。仕切り壁４９は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みは２つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。

可撓膜４７は、基板４６の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層５１と、酸化シリコン層５１の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層５２とで構成される。可撓膜４７は開口４８に接する。こうして開口４８の輪郭に対応して可撓膜４７の一部が振動膜２４を形成する。振動膜２４は、可撓膜４７のうち、開口４８に臨むことから基板４６の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層５１の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。

振動膜２４の表面に第１導電体２８、圧電体膜５３および第２導電体３１が順番に積層される。圧電体膜５３は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜５３にはその他の圧電材料が用いられてもよい。圧電体膜５３は下電極２７の少なくとも一部および振動膜２４の一部を覆う。上電極２６は圧電体膜５３の少なくとも一部を覆う。ここでは、第２導電体３１の下で圧電体膜５３は完全に第１導電体２８の表面を覆う。圧電体膜５３の働きで第１導電体２８と第２導電体３１との間で短絡は回避されることができる。

図４に示されるように、電極分離膜４３は圧電素子２５の側面を覆う。すなわち、電極分離膜４３は第１導電体２８および第２導電体３１の間で圧電体膜５３上に形成される。こうして第１導電体２８および第２導電体３１の間で圧電体膜５３の表面は電極分離膜４３で覆われる。ここでは、第１導電体２８の長手方向に電極分離膜４３は振動膜２４の領域内に留まる。電極分離膜４３は振動膜２４の縁に係らない。

基体２１の表面には保護膜５４が積層される。保護膜５４は例えば全面にわたって基体２１の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ２２や第１および第２端子アレイ３３ａ、３３ｂ、第１および第２配線板３８、４１は保護膜５４で覆われる。保護膜５４には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。保護膜５４は、素子アレイ２２の構造や、第１端子アレイ３３ａおよび第１配線板３８の接合、第２端子アレイ３３ｂおよび第２配線板４１の接合を保護する。

基体２１の裏面には補強板５５が固定される。補強板５５の表面に基体２１の裏面が重ねられる。補強板５５は素子ユニット１７の裏面で開口４８を閉じる。補強板５５はリジッドな基材を備えることができる。補強板５５は例えばシリコン基板から形成されることができる。基体２１の板厚は例えば１００μｍ程度に設定され、補強板５５の板厚は例えば１００〜１５０μｍ程度に設定される。ここでは、仕切り壁４９は補強板５５に結合される。補強板５５は個々の仕切り壁４９に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。

図５に示されるように、圧電体膜５３は第１導電体２８に覆い被さる。圧電体膜５３は第１導電体２８の縁から外側に広がる範囲で振動膜２４の表面に接触する。圧電体膜５３は第１導電体２８と第２導電体３１とを相互に完全に分離する。第１導電体２８と第２導電体３１との短絡は回避される。こうして第２導電体３１は配列の行方向に途切れなく延びることができる。絶縁膜４４は第２導電体３１を覆う。絶縁膜４４は振動膜２４の領域外で途切れる。絶縁膜４４は振動膜２４の領域外に留まり領域内に入らない。

（２）超音波診断装置の回路構成
図６に示されるように、超音波診断装置１１は素子ユニット１７に電気的に接続される集積回路チップ５８を備える。集積回路チップ５８はマルチプレクサー５９および送受信回路６１を備える。マルチプレクサー５９は素子ユニット１７側のポート群５９ａと送受信回路６１側のポート群５９ｂとを備える。素子ユニット１７側のポート群５９ａには配線６２経由で第１信号線３９および第２信号線４２が接続される。こうしてポート群５９ａは素子アレイ２２に繋がる。ここでは、送受信回路６１側のポート群５９ｂには集積回路チップ５８内の規定数の信号線６３が接続される。規定数はスキャンにあたって同時に出力される素子２３の列数に相当する。マルチプレクサー５９はケーブル１４側のポートと素子ユニット１７側のポートとの間で相互接続を管理する。

送受信回路６１は規定数の切り替えスイッチ６４を備える。個々の切り替えスイッチ６４はそれぞれ個別に対応の信号線６３に接続される。送受信回路６１は個々の切り替えスイッチ６４ごとに送信経路６５および受信経路６６を備える。切り替えスイッチ６４には送信経路６５と受信経路６６とが並列に接続される。切り替えスイッチ６４はマルチプレクサー５９に選択的に送信経路６５または受信経路６６を接続する。送信経路６５にはパルサー６７が組み込まれる。パルサー６７は振動膜２４の共振周波数に応じた周波数でパルス信号を出力する。受信経路６６にはアンプ６８、ローパスフィルター（ＬＰＦ）６９およびアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）７１が組み込まれる。個々の素子２３の出力信号は増幅されてデジタル信号に変換される。

送受信回路６１は駆動／受信回路７２を備える。送信経路６５および受信経路６６は駆動／受信回路７２に接続される。駆動／受信回路７２はスキャンの形態に応じて同時にパルサー６７を制御する。駆動／受信回路７２はスキャンの形態に応じて出力信号のデジタル信号を受信する。駆動／受信回路７２は制御線７３でマルチプレクサー５９に接続される。マルチプレクサー５９は駆動／受信回路７２から供給される制御信号に基づき相互接続の管理を実施する。

装置端末１２には処理回路７４が組み込まれる。処理回路７４は例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリーを備えることができる。超音波診断装置１１の全体動作は処理回路７４の処理に従って制御される。ユーザーから入力される指示に応じて処理回路７４は駆動／受信回路７２を制御する。処理回路７４は素子２３の出力信号に応じて画像を生成する。画像は描画データで特定される。

装置端末１２には描画回路７５が組み込まれる。描画回路７５は処理回路７４に接続される。描画回路７５にはディスプレイパネル１５が接続される。描画回路７５は処理回路７４で生成された描画データに応じて駆動信号を生成する。駆動信号はディスプレイパネル１５に送り込まれる。その結果、ディスプレイパネル１５に画像が映し出される。

（３）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。処理回路７４は超音波診断モードと感度検出モードとを切り替える。超音波診断モードでは超音波診断装置１１で超音波診断が実施されることができる。感度検出モードでは圧電素子２５の感度の低下が判定されることができる。処理回路７４が超音波診断モードを選択すると、処理回路７４は駆動／受信回路７２に超音波の送信および受信を指示する。駆動／受信回路７２はマルチプレクサー５９に制御信号を供給するとともに個々のパルサー６７に駆動信号を供給する。パルサー６７は駆動信号の供給に応じてパルス信号を出力する。マルチプレクサー５９は制御信号の指示に従ってポート群５９ｂのポートにポート群５９ａのポートを接続する。パルス信号はポートの選択に応じて上電極端子３４、３６および下電極端子３５、３７を通じて列ごとに素子２３に供給される。パルス信号の供給に応じて振動膜２４は振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。

超音波の送信後、切り替えスイッチ６４は切り替えられる。マルチプレクサー５９はポートの接続関係を維持する。切り替えスイッチ６４は送信経路６５および信号線６３の接続に代えて受信経路６６および信号線６３の接続を確立する。超音波の反射波は振動膜２４を振動させる。その結果、素子２３から出力信号が出力される。出力信号はデジタル信号に変換されて駆動／受信回路７２に送り込まれる。

超音波の送信および受信は繰り返される。繰り返しにあたってマルチプレクサー５９はポートの接続関係を変更する。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、処理回路７４は出力信号のデジタル信号に基づき画像を形成する。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。

振動膜２４には超音波が作用する。超音波は振動膜２４の超音波振動を引き起こす。振動膜２４の超音波振動に応じて圧電素子２５から電流が出力される。こうして個々の素子２３は超音波を検出する。ここで、絶縁膜４４は第２導電体３１を保護する。絶縁膜４４は振動膜２４に係らないことから、振動膜２４の可撓性は良好に維持される。したがって、超音波の検出感度は維持されることができる。

電極分離膜４３は第１導電体２８および第２導電体３１を相互に絶縁する。第１導電体２８および第２導電体３１の間で短絡は防止される。電極分離膜４３は絶縁膜４４に連続することから、絶縁膜４４は第２導電体３１に結合されて電極分離膜４３の接合強度を高める。特に、絶縁膜４４は、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される２つの電極分離膜４３が相互に離れる方向に変位することを規制することから、たとえ電極分離膜４３が圧電素子２５の側壁に形成されても、電極分離膜４３の接合強度は確実に高められることができる。加えて、絶縁膜４４は基体２１の表面に形成されることから、絶縁膜４４の接合強度は高められることができる。その結果、電極分離膜の接合強度は高められる。

本実施形態では電極分離膜４３は防湿性を有する。電極分離膜４３は第１導電体２８および第２導電体３１の間を埋めることから、電極分離膜４３は圧電体膜５３の表面で防水機能を果たす。電極分離膜４３は水分の進入を防止して第１導電体２８および第２導電体３１の間で短絡を阻止する。

（４）第２実施形態に係る素子ユニット
図７はおよび図８は第２実施形態に係る素子ユニット１７ａの平面図を概略的に示す。この第２実施形態では基体２１上で振動膜２４の領域外に第１絶縁膜７７ａが形成される。第１絶縁膜７７ａは第１導電体２８の長手方向に帯状に延びる。第１絶縁膜７７ａは前述の絶縁膜４４と同様に振動膜２４の領域外のみで第１導電体２８に並列に配置される。第１絶縁膜７７ａは例えばアルミナや酸化シリコンといった防湿性の絶縁材から形成される。第１絶縁膜７７ａの素材は電極分離膜４３の素材と一致すればよい。第１絶縁膜７７ａは第２導電体３１上を横切る。こうして第１絶縁膜７７ａは第２導電体３１上に形成される。第１絶縁膜７７ａは電極分離膜４３に連続する。第１絶縁膜７７ａは、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される電極分離膜４３に接続される。

振動膜２４の内側領域に第２絶縁膜７７ｂが形成される。第２絶縁膜７７ｂは第１導電体２８の長手方向に帯状に延びる。第２絶縁膜７７ｂは隣接する電極分離膜４３の間で第１絶縁膜７７ａに並列に延びる。第２絶縁膜７７ｂは少なくとも圧電素子２５の一部を覆って振動膜２４の領域内で途切れ領域内のみに配置される。第２絶縁膜７７ｂは例えばアルミナや酸化シリコンといった防湿性の絶縁材から形成される。第２絶縁膜７７ｂの素材は電極分離膜４３の素材と一致すればよい。ここでは、図８から明らかなように、第２絶縁膜７７ｂは圧電素子２５の側面を覆う。第２絶縁膜７７ｂは第２導電体３１に覆われていない圧電体膜５３を覆うように形成される。第２絶縁膜７７ｂは第１絶縁膜７７ａの膜厚よりも小さい膜厚を有する。このとき、第２絶縁膜７７ｂの膜厚は圧電素子２５の側面に垂直な方向に測定される。第２絶縁膜７７ｂは電極分離膜４３に連続する。第２絶縁膜７７ｂは、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される電極分離膜４３に接続される。

第１絶縁膜７７ａおよび第２絶縁膜７７ｂは第２導電体３１を保護する。第１絶縁膜７７ａは振動膜２４に係らないことから、振動膜２４の可撓性は良好に維持される。したがって、超音波の検出感度は維持されることができる。加えて、第２絶縁膜７７ｂは圧電素子２５を保護する。第２絶縁膜７７ｂは振動膜２４の縁を横切らないことから、振動膜２４の振動動作は良好に維持されることができる。しかも、第２絶縁膜７７ｂは圧電素子２５の側壁に形成されることから、振動膜２４の可撓性に対する影響は最小限に抑えられる。振動膜２４の可撓性は良好に維持されることができる。さらに、第２絶縁膜７７ｂは、第２導電体３１を挟んで配置される電極分離膜４３が相互に離れる方向に変位することを規制することから、電極分離膜４３の接合強度はさらに高められる。

図９に示されるように、第１絶縁膜７７ａおよび第２絶縁膜７７ｂの形成にあたって基体２１の表面では一面に満遍なく絶縁材層が形成される。形成にあたって例えばスパッタリングが用いられればよい。絶縁材層上にはレジスト膜７９が形成される。レジスト膜７９は第１絶縁膜７７ａの形状を象る。ここで、例えばイオンエッチング処理が施されると、レジスト膜７９以外の領域で絶縁材層は除去されていく。このとき、レジスト膜７９下では絶縁材層は残存する。レジスト膜７９の周囲では、基体２１の表面や振動膜２４の表面、圧電素子２５の頂上面に比べて圧電素子２５の壁面で絶縁材層の除去は遅れる。その結果、基体２１の表面や振動膜２４の表面、圧電素子２５の頂上面で絶縁材層が完全に除去されても、圧電素子２５の壁面に絶縁材層は残存する。こうして第２絶縁膜７７ｂは形成される。レジスト膜７９下に比べて圧電素子２５の壁面では絶縁材層はエッチングに曝されることから、第２絶縁膜７７ｂの膜厚は第１絶縁膜７７ａの膜厚よりも減少する。

図１０に示されるように、基体２１上では第３絶縁膜８１ａがさらに形成されてもよい。第３絶縁膜８１ａは第１絶縁膜７７ａに第２絶縁膜７７ｂを接続する。ここでは、第２絶縁膜７７ｂは第１膜体部８１ｂと第２膜体部８１ｃとで形成される。第１膜体部８１ｂは圧電素子２５の頂上面に配置される。第２膜体部８１ｃは圧電素子２５の側面で圧電体膜５３の上の第２導電体３１を覆う。第１膜体部８１ｂは隣接する第２膜体部８１ｃを相互に接続する。第３絶縁膜８１ａおよび第２絶縁膜７７ｂは例えばアルミナや酸化シリコンといった防湿性の絶縁材から形成される。第１絶縁膜７７ａの素材は電極分離膜（第４絶縁膜）４３の素材と一致すればよい。第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂの膜厚は一致すればよい。第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂの膜厚は第２膜体部８１ｃの膜厚よりも小さい。第３絶縁膜８１ａ、第１膜体部８１ｂおよび第２膜体部８１ｃは、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される電極分離膜（第４絶縁膜）４３に連続している。

第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂは振動膜２４の内側領域で第２導電体３１に被さる。第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂは第２導電体３１を保護する。このとき、第３絶縁膜８１ａは第１絶縁膜７７ａおよび第２絶縁膜７７ｂよりも薄いことから、振動膜２４の振動動作は良好に維持されることができる。しかも、第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂは、第２導電体３１を挟んで配置される電極分離膜４３が相互に離れる方向に変位することを規制することから、電極分離膜４３の接合強度はさらに高められる。

前述のように、第１絶縁膜７７ａおよび第２絶縁膜７７ｂの形成にあたってイオンエッチング処理が用いられることができる。このとき、基体２１の表面や振動膜２４の表面、圧電素子２５の壁面で絶縁材層が残存すれば、第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂは形成されることができる。レジスト膜７９の周囲では、基体２１の表面や振動膜２４の表面、圧電素子２５の頂上面に比べて圧電素子２５の壁面で絶縁材層の除去は遅れることから、第３絶縁膜８１ａおよび第１膜体部８１ｂの膜厚は第２膜体部８１ｃの膜厚よりも減少する。

図１１に示されるように、圧電素子２５では下電極２７、圧電体膜５３および上電極２６は順番に積層されてもよい。この場合には、圧電体膜５３は下電極２７で振動膜２４の表面から隔てられる。上電極２６は圧電体膜５３で下電極２７から隔てられる。圧電素子２５の側面で下電極２７、圧電体膜５３および上電極２６は露出する。第２絶縁膜７７ｂの第２膜体部８１ｃは圧電素子２５の側面で上電極２６、圧電体膜５３および下電極２７に被さる。第２絶縁膜７７ｂは上電極２６と下電極２７とを絶縁する。第２絶縁膜７７ｂは上電極２６と下電極２７との短絡を防止する。第２絶縁膜７７ｂの第１膜体部８１ｂは圧電素子２５の頂上面で第２導電体３１に被さる。第２導電体３１は確実に保護されることができる。図１１に示される実施形態では、前述と同様に、第１絶縁膜７７ａおよび第２絶縁膜７７ｂの第２膜体部８１ｃが残されて第３絶縁膜８１ａおよび第２絶縁膜７７ｂの第１膜体部８１ｂは省略されてもよい。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置１１、超音波プローブ１３、プローブヘッド１３ｂ、素子ユニット１７、１７ａ、素子２３等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１電子機器および超音波画像装置としての超音波診断装置、１３プローブ（超音波プローブ）、１５表示装置（ディスプレイパネル）、１６筐体、１７超音波トランスデューサー装置の一部を構成する超音波トランスデューサー素子ユニット、２１基体、２４振動膜、２５圧電素子、２６上電極、２７下電極、２８導電体（第１導電体）、３１導電体（第２導電体）、４３第４絶縁膜（電極分離膜）、４４絶縁膜、５３圧電体膜、７４処理部（処理回路）、７７ａ第１絶縁膜、７７ｂ第２絶縁膜および第２膜体部、８１ａ第３絶縁膜、８１ｂ第１膜体部、８１ｃ第２膜体部。

Claims

複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、
前記振動膜上に形成される圧電素子と、
前記基体上に形成されて、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内および前記振動膜の領域外に配置される導電体と、
前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域外のみにおいて前記導電体上に形成される第１絶縁膜と、
前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内のみにおいて、前記第１絶縁膜の膜厚よりも小さい膜厚を有し、かつ、少なくとも前記圧電素子の一部の上に形成される第２絶縁膜と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記第２絶縁膜の膜厚よりも小さい膜厚を有して前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とに接続される第３絶縁膜をさらに備えることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１または２に記載の超音波トランスデューサー装置において、
前記圧電素子は、
前記振動膜上に形成される第１電極と、
前記第１電極の少なくとも一部を覆うように形成される圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように形成される第２電極と、を有し、
前記導電体は、
前記第１電極と接続される第１導電体部と、
前記第２電極と接続される第２導電体部と、を有し、
前記超音波トランスデューサー装置は、前記第２電極または前記第２導電体部に覆われていない前記圧電体膜を覆うように形成される第４絶縁膜をさらに有する
ことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項３に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記第４絶縁膜は前記第２電極を挟んで前記第２電極の両側に分離して配置されることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項３に記載の超音波トランスデューサー装置において、
前記圧電体膜は、前記第１電極の少なくとも一部および前記振動膜の一部を覆い、
前記第２絶縁膜は、前記第２電極上に形成されて、第１膜厚を有する第１膜体部と、前記圧電素子の側面の前記圧電体膜を覆い前記第１膜厚よりも大きい第２膜厚を有する第２膜体部とを有する
ことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項３に記載の超音波トランスデューサー装置において、
前記圧電体膜は、前記第１電極上に積層されて、前記第１電極により前記振動膜の表面から隔てられて形成されており、
前記第２電極は、前記圧電体膜上に積層されて、前記圧電体膜により前記第１電極から隔てられて形成されており、
前記第２絶縁膜は、前記第２電極上に形成されて、第１膜厚を有する第１膜体部と、前記圧電素子の側面で前記第２電極、前記圧電体膜および前記第１電極を覆い、前記第１膜厚よりも大きい第２膜厚を有する第２膜体部とを有することを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、
前記振動膜上に形成される圧電素子と、
前記基体上に形成されて、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内および前記振動膜の領域外に配置される導電体と、を備える超音波トランスデューサー装置であって、
前記基体の厚み方向からの平面視で前記複数の振動膜は長辺および短辺を有する矩形形状を有し、
前記基体の厚み方向からの平面視で、前記振動膜の領域外および前記振動膜の二つの長辺の一部のみを覆うように形成される絶縁膜を有する
ことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項７に記載の超音波トランスデューサー装置において、
前記絶縁膜は、前記基体の厚み方向からの平面視で、前記振動膜の領域外および前記振動膜の二つの短辺を覆うように形成される
ことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項７または８に記載の超音波トランスデューサー装置において、
前記圧電素子は、
前記振動膜上に形成される第１電極と、
前記第１電極の少なくとも一部を覆うように形成される圧電体膜と、
前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように形成される第２電極と、を有し、
前記導電体は、
前記第１電極と接続される第１導電体部と、
前記第２電極と接続される第２導電体部と、を有し、
前記絶縁膜は、前記第２電極または前記第２導電体部に覆われていない前記圧電体膜を覆うように形成される
ことを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項９に記載の超音波トランスデューサー装置において、前記絶縁膜は前記第２電極を挟んで前記第２電極の両側に配置されることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、
前記振動膜上に形成される圧電素子と、
前記基体上に形成されて、前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域内および前記振動膜の領域外に配置される導電体と、
前記基体の厚み方向からの平面視で前記振動膜の領域外のみの前記導電体上に形成される絶縁膜と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置を支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置と、を備えることを特徴とする超音波画像装置。