JP2015160104A - Ultrasonic device unit, probe, electronic device and ultrasonic image apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波デバイスユニット、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。 The present invention relates to an ultrasonic device unit, and a probe, an electronic apparatus, an ultrasonic imaging apparatus, and the like using the ultrasonic device unit.
特許文献1に開示されるように、超音波トランスデューサー素子を備える超音波デバイスは一般に知られる。超音波トランスデューサー素子は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第1面に有する基板を備える。個々の超音波トランスデューサー素子は振動膜を備える。振動膜の形成にあたって基板には開口部が形成される。開口部は第1面の裏側の第2面で開口する。 As disclosed in Patent Document 1, an ultrasonic device including an ultrasonic transducer element is generally known. The ultrasonic transducer element includes a substrate having an element array including a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in an array on a first surface. Each ultrasonic transducer element includes a vibrating membrane. In forming the vibration film, an opening is formed in the substrate. The opening is opened on the second surface on the back side of the first surface.
特許文献1では基板の第2面にバックプレートが接合される。バックプレートは基板の開口部を塞ぐ。このとき、ある種の超音波デバイスではさらなる超音波デバイスの薄型化が期待される。これに伴って基板の薄型化が進行すると、開口部の深さは減少する。振動膜からバックプレートまでの距離が短縮され、その結果、開口部内の空気中を伝搬する超音波の反射が懸念される。減衰しきれなかった超音波はバックプレートの界面で反射し振動膜に作用し、超音波測定にあたって悪影響を及ぼしてしまう。 In Patent Document 1, the back plate is bonded to the second surface of the substrate. The back plate closes the opening of the substrate. At this time, a certain type of ultrasonic device is expected to further reduce the thickness of the ultrasonic device. Along with this, as the substrate becomes thinner, the depth of the opening decreases. The distance from the vibration film to the back plate is shortened, and as a result, there is a concern about reflection of ultrasonic waves propagating in the air in the opening. The ultrasonic wave that cannot be attenuated is reflected at the interface of the back plate and acts on the vibration film, which adversely affects the ultrasonic measurement.
こうした実情に鑑み、基板が薄型化されても振動膜の裏側で十分に超音波を減衰させることができる超音波デバイスユニットが望まれる。 In view of such circumstances, there is a demand for an ultrasonic device unit that can sufficiently attenuate ultrasonic waves on the back side of the vibration film even if the substrate is thinned.
(1)本発明の一態様は、アレイ状に配置された複数の薄膜型超音波トランスデューサー素子を含む素子アレイを第1面に有し、個々の前記薄膜型超音波トランスデューサー素子ごとに前記第1面の裏側の第2面に開口する開口部を有する第1基板と、前記第1基板の前記第2面に結合されて、前記第1基板の厚み方向からの平面視で少なくとも前記素子アレイの輪郭を収容する広がりを有して前記開口部から連続する貫通口を有する第2基板とを備える超音波デバイスユニットに関する。 (1) One aspect of the present invention has an element array including a plurality of thin-film ultrasonic transducer elements arranged in an array on the first surface, and the thin-film ultrasonic transducer elements are arranged for each of the thin-film ultrasonic transducer elements. A first substrate having an opening opening on a second surface on the back side of the first surface; and at least the element in a plan view from the thickness direction of the first substrate, coupled to the second surface of the first substrate The present invention relates to an ultrasonic device unit comprising: a second substrate having a spread opening that accommodates an outline of an array and having a through-hole that is continuous from the opening.
薄膜型超音波トランスデューサー素子は超音波の発信時に振動膜を超音波振動させる。超音波は振動膜から表側に伝わり第1基板の第1面から出射される。このとき、超音波は同様に振動膜から裏側に伝わる。超音波は開口部内を伝わる。開口部は貫通口に連続することから、超音波の伝搬経路の長さは増大する。伝播経路の長さの増大に伴い超音波は減衰する。こうして振動膜から裏側に伝わる超音波の影響は抑制される。 The thin film type ultrasonic transducer element ultrasonically vibrates the vibrating membrane when transmitting ultrasonic waves. The ultrasonic wave is transmitted from the vibrating membrane to the front side and is emitted from the first surface of the first substrate. At this time, the ultrasonic wave is similarly transmitted from the vibrating membrane to the back side. Ultrasound travels through the opening. Since the opening is continuous with the through hole, the length of the ultrasonic propagation path increases. The ultrasonic wave attenuates as the length of the propagation path increases. Thus, the influence of ultrasonic waves transmitted from the vibrating membrane to the back side is suppressed.
(2)超音波デバイスユニットでは前記第2基板は配線板であればよい。配線板には導電材で配線パターンが形成される。開口部から連続する貫通口では導電材の配置は回避される。こうして導電材に基づく超音波の反射は防止される。雑信号の影響は抑制される。 (2) In the ultrasonic device unit, the second substrate may be a wiring board. A wiring pattern is formed of a conductive material on the wiring board. Arrangement of the conductive material is avoided at the through-hole that continues from the opening. In this way, reflection of ultrasonic waves based on the conductive material is prevented. The influence of miscellaneous signals is suppressed.
(3)超音波デバイスユニットでは前記第2基板は前記第1基板の前記第2面に接合される補強板であってもよい。第1基板の第2面に補強板は重ねられる。補強板は第1基板の剛性を補強する。ここでは、接合にあたって第2基板は第1基板に接着剤で接着されてもよい。 (3) In the ultrasonic device unit, the second substrate may be a reinforcing plate bonded to the second surface of the first substrate. The reinforcing plate is overlaid on the second surface of the first substrate. The reinforcing plate reinforces the rigidity of the first substrate. Here, the second substrate may be bonded to the first substrate with an adhesive for bonding.
(4)前記開口部および前記貫通口の空間は超音波に対して空気中よりも大きい度合いで減衰を引き起こす材料で満たされることができる。開口部および貫通口を満たす材料で超音波の減衰は促進される。その結果、振動膜から裏側に伝わる超音波の影響は確実に防止される。このように減衰の度合いが高まれば、超音波の伝搬経路の短縮化、言い換えると、第2基板の薄板化に寄与することができる。 (4) The space of the opening and the through-hole can be filled with a material that causes attenuation to a greater extent than in the air. The attenuation of the ultrasonic wave is promoted by the material filling the opening and the through-hole. As a result, the influence of ultrasonic waves transmitted from the vibrating membrane to the back side is reliably prevented. Thus, if the degree of attenuation increases, it can contribute to shortening of the propagation path of an ultrasonic wave, in other words, to thinning the second substrate.
(5)前記薄膜型超音波トランスデューサー素子からの前記材料の厚みは超音波の波長の4分の1の奇数倍であればよい。こうした構造によれば、振動膜から裏側に伝わる超音波が材料の界面で反射しても、薄膜型超音波トランスデューサー素子に戻る超音波は振動膜からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。 (5) The thickness of the material from the thin film type ultrasonic transducer element may be an odd multiple of one quarter of the wavelength of the ultrasonic wave. According to such a structure, even if the ultrasonic wave transmitted from the vibrating membrane to the back side is reflected by the interface of the material, the ultrasonic wave returning to the thin film type ultrasonic transducer element cancels out with the ultrasonic wave from the vibrating membrane. Thus, the influence of ultrasonic waves transmitted from the vibrating membrane to the back side is further effectively suppressed.
(6)超音波デバイスユニットは、前記開口部内で前記薄膜型超音波トランスデューサー素子に接する空気層と、前記空気層で前記薄膜型超音波トランスデューサー素子から隔てられ、少なくとも前記貫通口を塞ぎ、超音波に対して空気中よりも大きい度合いで減衰を引き起こす材料層とをさらに備えてもよい。貫通口を塞ぐ材料層で超音波の減衰は促進される。その結果、振動膜から裏側に伝わる超音波の影響は確実に防止される。このように減衰の度合いが高まれば、超音波の伝搬経路の短縮化、言い換えると、第2基板の薄板化に寄与することができる。 (6) The ultrasonic device unit is separated from the thin-film ultrasonic transducer element by the air layer in contact with the thin-film ultrasonic transducer element in the opening, and closes at least the through-hole. It may further comprise a material layer that causes attenuation to a greater extent than the air in the ultrasonic wave. The attenuation of ultrasonic waves is promoted by the material layer that closes the through hole. As a result, the influence of ultrasonic waves transmitted from the vibrating membrane to the back side is reliably prevented. Thus, if the degree of attenuation increases, it can contribute to shortening of the propagation path of an ultrasonic wave, in other words, to thinning the second substrate.
(7)前記薄膜型超音波トランスデューサー素子からの前記空気層の厚みは超音波の波長の4分の1の奇数倍であればよい。こうした構造によれば、振動膜から裏側に伝わる超音波が空気層および材料層の界面で反射しても、薄膜型超音波トランスデューサー素子に戻る超音波は振動膜からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。 (7) The thickness of the air layer from the thin film type ultrasonic transducer element may be an odd multiple of one quarter of the wavelength of the ultrasonic wave. According to such a structure, even if the ultrasonic waves transmitted from the vibration film to the back side are reflected at the interface between the air layer and the material layer, the ultrasonic waves returning to the thin film type ultrasonic transducer element cancel each other out with the ultrasonic waves from the vibration film. Thus, the influence of ultrasonic waves transmitted from the vibrating membrane to the back side is further effectively suppressed.
(8)前記空気層からの前記材料層の厚みは超音波の波長の4分の1の奇数倍であればよい。こうした構造によれば、材料層内を伝わる超音波が材料層の界面で反射しても、薄膜型超音波トランスデューサー素子に戻る超音波は振動膜からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。 (8) The thickness of the material layer from the air layer may be an odd multiple of one quarter of the wavelength of the ultrasonic wave. According to such a structure, even if the ultrasonic wave transmitted through the material layer is reflected at the interface of the material layer, the ultrasonic wave returning to the thin film type ultrasonic transducer element cancels out with the ultrasonic wave from the vibration film. Thus, the influence of ultrasonic waves transmitted from the vibrating membrane to the back side is further effectively suppressed.
(9)超音波デバイスユニットはプローブに組み込まれて利用されてもよい。このとき、プローブは、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットを支持する筐体とを備えればよい。 (9) The ultrasonic device unit may be used by being incorporated in a probe. At this time, the probe may include an ultrasonic device unit and a housing that supports the ultrasonic device unit.
(10)超音波デバイスユニットは電子機器に組み込まれて利用されてもよい。このとき、電子機器は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理する処理部とを備えることができる。 (10) The ultrasonic device unit may be used by being incorporated in an electronic apparatus. In this case, the electronic apparatus can include an ultrasonic device unit and a processing unit that is connected to the ultrasonic device unit and processes the output of the ultrasonic device unit.
(11)超音波デバイスユニットは超音波画像装置に組み込まれて利用されてもよい。このとき、超音波画像装置は、超音波デバイスユニットと、前記超音波デバイスユニットに接続されて、前記超音波デバイスユニットの出力を処理し、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。 (11) The ultrasonic device unit may be used by being incorporated in an ultrasonic imaging apparatus. At this time, the ultrasonic imaging apparatus is connected to the ultrasonic device unit, the processing unit that processes the output of the ultrasonic device unit and generates an image, and the display that displays the image Apparatus.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
(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(処理部)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、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。
(1) Overall Configuration of Ultrasonic Diagnostic Apparatus FIG. 1 schematically shows a specific example of an electronic apparatus, that is, an ultrasonic diagnostic apparatus (ultrasonic imaging apparatus) 11 according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic
超音波プローブ13は筐体16を有する。筐体16内には超音波デバイスユニットDVが収容される。超音波デバイスユニットDVは超音波デバイス17を備える。超音波デバイス17は音響レンズ18を備える。音響レンズ18の外表面は部分円筒面18aで形成される。音響レンズ18は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ18は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。筐体16には窓孔19が区画される。窓孔19内には音響レンズ18が配置される。音響レンズ18の外表面は筐体16の表面で露出する。超音波デバイス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。
The
図2は超音波デバイス17の平面図を概略的に示す。超音波デバイス17は基体21を備える。基体21の表面(第1面)には素子アレイ22が形成される。素子アレイ22はアレイ状に配置された薄膜型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。
FIG. 2 schematically shows a plan view of the
個々の素子23は振動膜24を備える。図2では振動膜24の膜面に直交する方向の平面視(基板の厚み方向からの平面視)で振動膜24の輪郭が点線で描かれる。振動膜24上には圧電素子25が形成される。圧電素子25は上電極26、下電極27および圧電体膜28で構成される。個々の素子23ごとに上電極26および下電極27の間に圧電体膜28が挟まれる。これらは下電極27、圧電体膜28および上電極26の順番で重ねられる。超音波デバイス17は1枚の超音波トランスデューサー素子チップ(基板)として構成される。
Each
基体21の表面には複数本の第1導電体29が形成される。第1導電体29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1導電体29が割り当てられる。1本の第1導電体29は配列の行方向に並ぶ素子23の圧電体膜28に共通に接続される。第1導電体29は個々の素子23ごとに上電極26を形成する。第1導電体29の両端は1対の引き出し配線31にそれぞれ接続される。引き出し配線31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1導電体29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。第1導電体29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1導電体29にはその他の導電材が利用されてもよい。
A plurality of
基体21の表面には複数本の第2導電体32が形成される。第2導電体32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2導電体32が割り当てられる。1本の第2導電体32は配列の列方向に並ぶ素子23の圧電体膜28に共通に配置される。第2導電体32は個々の素子23ごとに下電極27を形成する。第2導電体32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2導電体32にはその他の導電材が利用されてもよい。
A plurality of
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素子23に上電極が接続されてもよい。
Energization of the
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31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31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32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32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。
The outline of the
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。
A first flexible printed wiring board (hereinafter referred to as “first wiring board”) 38 is connected to the
(2)第1実施形態に係る超音波デバイスユニットの構成
図3に示されるように、基体21は基板(第1基板)44および被覆膜45を備える。基板44の表面に被覆膜45が一面に形成される。基板44には個々の素子23ごとに開口部46が形成される。開口部46は基板44に対してアレイ状に配置される。個々の開口部46は素子23ごとに裏側の面(第2面)に開口する。開口部46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つの開口部46の間には仕切り壁47が区画される。隣接する開口部46は仕切り壁47で仕切られる。仕切り壁47の壁厚みは開口部46の間隔に相当する。仕切り壁47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。基板44は例えばシリコン基板で形成されればよい。
(2) Configuration of Ultrasonic Device Unit According to First Embodiment As shown in FIG. 3, the
被覆膜45は、基板44の表面に積層される酸化シリコン(SiO2)層48と、酸化シリコン層48の表面に積層される酸化ジルコニウム(ZrO2)層49とで構成される。被覆膜45は開口部46に接する。こうして開口部46の輪郭に対応して被覆膜45の一部が振動膜24を形成する。振動膜24は、被覆膜45のうち、開口部46に臨むことから基板44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48の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。
The covering
振動膜24の表面に下電極27、圧電体膜28および上電極26が順番に積層される。圧電体膜28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28にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第1導電体29の下で圧電体膜28は完全に第2導電体32を覆う。圧電体膜28の働きで第1導電体29と第2導電体32との間で短絡は回避されることができる。
A
基体21の表面には音響整合層51が積層される。音響整合層51は素子アレイ22を覆う。音響整合層51の膜厚は振動膜24の共振周波数に応じて決定される。音響整合層51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。音響整合層51上に音響レンズ18が配置される。音響レンズ18は部分円筒面18aの裏側の平面で音響整合層51の表面に密着する。音響レンズ18は音響整合層51の働きで基体21に接着される。部分円筒面18aの母線は第1導電体29に平行に位置づけられる。部分円筒面18aの曲率は、1筋の第2導電体33に接続される1列の素子23から発信される超音波の焦点位置に応じて決定される。
An
基体21の裏面にはバッキング材としての補強板(第2基板)53が結合される。補強板53は平板形状に形成される。補強板53の表面に基体21の裏面が重ねられる。補強板53には貫通口54が形成される。補強板53の表面は基体21の裏面に接合される。こうした接合にあたって補強板53は基体21に接着剤で接着されてもよい。補強板53は基体21の剛性を補強する。補強板53の働きで基体21の表面では平面度は良好に確保される。補強板53は例えばリジッドな基材を備えることができる。そうした基材は例えば42アロイ(鉄ニッケル合金)といった金属材料から形成されればよい。
A reinforcing plate (second substrate) 53 as a backing material is coupled to the back surface of the
貫通口54は、基体21の厚み方向からの平面視で少なくとも素子アレイ22の輪郭を収容する広がりを有する。そして、貫通口54は素子アレイ22に含まれる素子23の開口部46から連続する。ここでは、開口部46および貫通口54は空気で満たされる。振動膜24からの空気の厚みは超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定される。こうした空気の厚みは基板44および補強板53の板厚に基づき設定されることができる。
The through-
超音波デバイスユニットDVは配線基板56を備える。配線基板56は超音波デバイス17に結合される。配線基板56の表面に補強板53の裏面が重ねられる。超音波デバイス17は配線基板56に樹脂材で固定されてもよい。配線基板56には配線パターン57が形成される。超音波デバイス17の第1配線板38および第2配線板41は配線パターン57に接続される。配線パターン57は第1導電パッド58aおよび第2導電パッド58bを備える。第1導電パッド58aおよび第2導電パッド58bは配線基板56の表面に形成される。個々の第1導電パッド58aおよび第2導電パッド58bは個々の第1信号線39および第2信号線42に対応して配置される。第1導電パッド58aおよび第2導電パッド58bは例えば銅といった導電材から形成されればよい。個々の第1導電パッド58aおよび第2導電パッド58bには対応の第1信号線39および第2信号線42が接合される。
The ultrasonic device unit DV includes a
配線基板56の裏面には第1コネクター59aおよび第2コネクター59bが配置される。第1コネクター59aは第1導電パッド58aにビア61aで接続される。第2コネクター59bは第2導電パッド58bにビア61bで接続される。ビア61a、61bは配線基板56の表面から裏面に貫通する。第1コネクター59aおよび第2コネクター59bにそれぞれ接続される配線62a、62bでケーブル14は形成される。
A
(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。超音波の送信にあたって圧電素子25にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子35、37および上電極端子34、36を通じて列ごとに素子23に供給される。個々の素子23では下電極27および上電極26の間で圧電体膜28に電界が作用する。圧電体膜28は超音波の周波数で振動する。圧電体膜28の振動は振動膜24に伝わる。こうして振動膜24は超音波振動する。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。
(3) Operation of Ultrasonic Diagnostic Device Next, the operation of the ultrasonic
超音波の反射波は振動膜24を振動させる。振動膜24の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜28を超音波振動させる。圧電素子25の圧電効果に応じて圧電素子25から電圧が出力される。個々の素子23では上電極26と下電極27との間で電位が生成される。電位は下電極端子35、37および上電極端子34、36から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。
The ultrasonic reflected wave vibrates the
超音波の送信および受信は繰り返される。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、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。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。
Transmission and reception of ultrasonic waves are repeated. As a result, linear scan and sector scan are realized. When the scan is completed, an image is formed based on the digital signal of the output signal. The formed image is displayed on the screen of the
前述のように、超音波の発信時に振動膜24は超音波振動する。超音波は振動膜24から表側に伝わり基板44の表面から出射される。このとき、超音波は同様に振動膜24から裏側に伝わる。超音波は開口部46内の空気を伝わる。開口部46は貫通口54に連続することから、超音波の伝搬経路の長さは増大する。伝播経路の長さの増大に伴い超音波は減衰する。こうして振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響は抑制される。
As described above, the
開口部46および貫通口54は特定の材料で満たされてもよい。材料は、超音波に対して空気中よりも大きい度合いで減衰を引き起こすものであることが望まれる。こうした材料には樹脂材が用いられることができる。材料の働きで超音波の減衰は促進される。その結果、振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響は確実に防止される。このように減衰の度合いが高まれば、超音波の伝搬経路の短縮化、言い換えると、補強板53の薄型化に寄与することができる。材料の充填にあたって、例えば図4に示されるように、補強板53の貼り付け後に、貫通口54および開口部46に流動性の材料63が流し込まれればよい。流し込まれた材料63が硬化すると、開口部46および貫通口54は材料63で満たされることができる。硬化に先立って配線基板56が重ねられれば、材料63は接着剤として機能することができる。しかも、貫通口54内で空気(気泡)の残存は回避されることができる。
The
振動膜24からの材料の厚みt1は超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定されればよい。こうした材料の厚みは基板44および補強板53の板厚に基づき設定されることができる。こうした構造によれば、振動膜24から裏側に伝わる超音波が材料63の界面で反射しても、素子23に戻る超音波は振動膜24からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。
The thickness t 1 of the material from the
(4)第2実施形態に係る超音波デバイスユニット
図5に示されるように、超音波デバイス17では開口部46内で振動膜24に接する空気層65が形成されてもよい。このとき、貫通口54は材料層66で塞がれればよい。材料層66は空気層65で振動膜24から隔てられる。材料層66は超音波に対して空気中よりも大きい度合いで減衰を引き起こす材料から形成されることが望まれる。こうした材料には樹脂材が用いられることができる。材料層66の働きで超音波の減衰は促進される。その結果、振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響は確実に防止される。このように減衰の度合いが高まれば、超音波の伝搬経路の短縮化、言い換えると、補強板53の薄型化に寄与することができる。補強板53の貫通口54には基板44に対する補強板53の接合に先立って材料層66が形成されていればよい。
(4) Ultrasonic Device Unit According to Second Embodiment As shown in FIG. 5, in the
振動膜24からの空気層65の厚みt2は超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定されればよい。こうした構造によれば、振動膜24から裏側に伝わる超音波が空気層65および材料層66の界面で反射しても、素子23に向かって戻る超音波は振動膜24からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。
The thickness t 2 of the
同様に、空気層65からの材料層66の厚みt3は超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定されればよい。こうした構造によれば、材料層66内を伝わる超音波が材料層66の界面で反射しても、素子23に向かって戻る超音波は振動膜24からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。その他、空気層65の厚みに応じて材料層66は開口部46に進入してもよい。
Similarly, the thickness t 3 of the material layer 66 from the
(5)第3実施形態に係る超音波デバイスユニット
図6は第3実施形態に係る超音波デバイスユニットDVaの構成を概略的に示す。超音波デバイスユニットDVaでは補強板53の貫通口54に加えて配線基板67に貫通口68が形成される。貫通口68は配線基板67の厚み方向からの平面視で少なくとも素子アレイ22の輪郭を収容する広がりを有する。そして、貫通口68は補強板53の貫通口54に連続する。貫通口68、54は、空気で満たされてもよく、超音波に対して空気中よりも大きい度合いで減衰を引き起こす材料で満たされてもよい。開口部46は貫通口54、68に連続することから、超音波の伝搬経路の長さは増大する。伝播経路の長さの増大に伴い超音波は減衰する。こうして振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響は抑制される。材料で満たされれば、貫通口54、68を満たす材料で超音波の減衰は促進される。前述と同様に、振動膜24からの材料の厚みは超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定されればよい。こうした構造によれば、振動膜24から裏側に伝わる超音波が材料の界面で反射しても、素子23に戻る超音波は振動膜24からの超音波で打ち消し合う。こうして振動膜24から裏側に伝わる超音波の影響はさらに効果的に抑制される。
(5) Ultrasonic Device Unit According to Third Embodiment FIG. 6 schematically shows a configuration of an ultrasonic device unit DVa according to the third embodiment. In the ultrasonic device unit DVa, a through
前述と同様に、開口部46および貫通口54、68内には振動膜24に接する空気層が形成されてもよい。貫通口68は空気層で振動膜24から隔てられる材料層で塞がれてもよい。振動膜24からの空気層の厚みは超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定されればよい。空気層からの材料層の厚みは超音波の波長λの4分の1(λ/4)の奇数倍に設定されればよい。空気層の厚みに応じて材料層は貫通口54に進入してもよく開口部46まで進入してもよい。その他の構成は前述の超音波デバイスユニットDVと同様である。
As described above, an air layer in contact with the vibrating
(6)第4実施形態に係る超音波デバイスユニット
図7は第4実施形態に係る超音波デバイスユニットDVbの構成を概略的に示す。超音波デバイスユニットDVbでは配線基板(配線板)67に直接に基体21が受け止められる。言い換えると、超音波デバイス17と配線基板67との結合にあたって補強板53は省略される。前述と同様に、配線基板67には貫通口68が形成される。貫通口68は開口部46から連続する。その他の構成は前述の超音波デバイスユニットDV、DVaと同様である。
(6) Ultrasonic Device Unit According to Fourth Embodiment FIG. 7 schematically shows a configuration of an ultrasonic device unit DVb according to the fourth embodiment. In the ultrasonic device unit DVb, the
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や装置端末12、超音波プローブ13、ディスプレイパネル15、筐体16、基体21、素子23、第1および第2配線板38、41、音響整合層51、音響レンズ52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。
Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. In addition, the ultrasonic
11 電子機器としての超音波画像装置(超音波診断装置)、12 処理部(装置端末)、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 超音波デバイス、22 素子アレイ、23 薄膜型超音波トランスデューサー素子、44 第1基板(基板)、46 開口部、53 第2基板(補強板)、54 貫通口、65 空気層、66 材料層、67 配線基板、68 貫通口、DV 超音波デバイスユニット、DVa 超音波デバイスユニット、DVb 超音波デバイスユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1基板の前記第2面に結合されて、前記第1基板の厚み方向からの平面視で少なくとも前記素子アレイの輪郭を収容する広がりを有して前記開口部から連続する貫通口を有する第2基板と、
を備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。 An element array including a plurality of thin film type ultrasonic transducer elements arranged in an array is provided on the first surface, and each thin film type ultrasonic transducer element is provided on a second surface on the back side of the first surface. A first substrate having an opening to be opened;
A through-hole coupled to the second surface of the first substrate and having a spread to accommodate at least the outline of the element array in a plan view from the thickness direction of the first substrate and continuing from the opening. A second substrate;
An ultrasonic device unit comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014038892A JP2015160104A (en) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | Ultrasonic device unit, probe, electronic device and ultrasonic image apparatus |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107028621A (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-11 | 精工爱普生株式会社 | Ultrasonic transducer, ultrasonic probe and ultrasonic unit |
US10605915B2 (en) | 2015-07-30 | 2020-03-31 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device, ultrasonic module, electronic apparatus, and ultrasonic measurement apparatus |
JP7396108B2 (en) | 2020-02-20 | 2023-12-12 | セイコーエプソン株式会社 | Sonic sensor unit and recording device |
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- 2014-02-28 JP JP2014038892A patent/JP2015160104A/en active Pending
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