JP2019165307A - 超音波センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】上部電極同士を好適に接続できる超音波センサを提供する。【解決手段】センサ1は、支持層25と、複数の圧電体部27と、複数の上部電極29と、複数の橋部19と、複数の上部配線31とを有している。複数の圧電体部27は、支持層25上にて平面方向に配列されて複数の列3をなしており、複数の列3の間で互いに分離されている。複数の上部電極29は、複数の圧電体部27上に位置している。複数の橋部19は、絶縁性であり、支持層25上に位置しており、それぞれ、同一の列3内において互いに隣り合う圧電体部27同士をつないでいる。複数の上部配線31は、複数の橋部19上に位置しており、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う上部電極29同士を接続している。【選択図】図1
Description
本開示は、pMUT(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer)およびcPUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)等の超音波センサに関する。
超音波診断装置の超音波プローブ等に利用される超音波センサとして、各々超音波の送受信を行う素子部を縦横に配列したものが知られている(例えば特許文献1および2)。特許文献1および2において、複数の素子部は、種々の層の積層によって構成されている。具体的には、複数の素子部に亘る広さの振動層と、振動層上に複数の素子部毎に設けられた複数の下部電極と、複数の下部電極上に複数の素子部毎に設けられた複数の圧電体部と、複数の圧電体部上に複数の素子部毎に設けられた複数の上部電極とが積層されている。同一の列内の互いに隣り合う上部電極同士は、配線によって互いに接続されている。この配線は、同一の列内の互いに隣り合う圧電体部のうち上部電極から露出する部分、および振動層のうち互いに隣り合う圧電体部の間から露出する部分に重なっている。
上部電極同士を好適に接続できる超音波センサが提供されることが望まれる。
本開示の一態様に係る超音波センサは、支持層と、前記支持層上にて平面方向に配列されて複数の列をなしており、前記複数の列の間で互いに分離されている複数の絶縁部と、前記複数の絶縁部上に位置している複数の上部電極と、前記支持層上に位置しており、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う前記絶縁部同士をつないでいる、絶縁性の複数の橋部と、前記複数の橋部上に位置しており、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う前記上部電極同士を接続している複数の配線と、を有している。
一例において、前記支持層は、前記絶縁部に重なる下部電極を含み、前記絶縁部は、前記上部電極および前記下部電極の対向方向を分極方向とする領域を含む圧電体により構成されている。
一例において、前記複数の橋部は、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う前記絶縁部の間に位置している。
一例において、前記橋部は、前記絶縁部よりも、前記複数の列に直交する方向の幅が狭い部分を含んでいる。
一例において、前記橋部の上面は、前記絶縁部の上面と連続している。
一例において、前記橋部は、前記絶縁部の材料と同一の材料により構成されている。
一例において、前記橋部は、前記絶縁部の材料と異なる材料により構成されている。
一例において、前記支持層は、前記絶縁部および前記橋部と重なっている下部導体層を有している。
上記の構成によれば、上部電極同士を好適に接続できる。
以下、図面を参照して本開示に係る実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。また、複数の図面相互の寸法比率も必ずしも一致しない。
図面には、便宜上、直交座標系D1−D2−D3を付すことがある。なお、センサは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、実施形態の説明では、便宜上、D3軸方向の正側を上方として、上部または下部等の語を用いることがある。また、以下において平面視という場合、特に断りがない限りは、D3軸方向に見ることをいうものとする。
(センサの全体構成)
図1は、実施形態に係る超音波式のセンサ1の構成を示す斜視図である。図2は、センサ1の構成を示す平面図である。図3は、図2のIII−III線における断面図である。
図1は、実施形態に係る超音波式のセンサ1の構成を示す斜視図である。図2は、センサ1の構成を示す平面図である。図3は、図2のIII−III線における断面図である。
センサ1は、例えば、D1−D2平面に沿って配列された複数の素子部5を有している。各素子部5は、例えば、pMUTとして構成されている。そして、各素子部5は、所定の波形で電圧が変化する電気信号が入力され、その電気信号を当該電気信号の波形を反映した(例えば周波数を反映した)超音波に変換し、D3軸方向の正側へ送信する。また、各素子部5は、D3軸方向の正側から超音波(例えば送信した超音波の反射波)を受信し、その超音波を当該超音波の波形を反映した電気信号に変換する。
なお、ここでいう超音波の送信および受信についてのD3軸方向の正側は、D3軸方向に平行とは限らない。また、超音波の周波数帯は、例えば、20kHz以上の周波数帯である。超音波の周波数の上限について、特に規定は存在しないが、例えば、上限は、5GHzである。
複数の素子部5は、例えば、縦横に(行列状に)配列されており、複数の素子部5は、複数の列3と、複数の行4とを構成している。換言すれば、複数の列3同士において、素子部5の、列3に直交する方向(D1軸方向)における位置は互いに同一である。なお、特に図示しないが、複数の列3同士において、素子部5のD1軸方向における位置を互いに異ならせてもよい。複数の素子部5の列数および行数は適宜に設定されてよい。図示の例は一例に過ぎず、また、列数と行数とは同一である必要はない。列3のピッチは、例えば、一定である。列3内の素子部5のピッチ(行4のピッチ)は、例えば、一定である。
センサ1は、D1軸方向および/またはD2軸方向への走査が可能に構成されていてもよいし(D2軸方向に配列された複数の素子部5および/またはD1軸方向に配列された複数の素子部5を個別に利用可能であってもよいし)、そのような走査が不可能に構成されていてもよい。本実施形態の説明では、各列3内の複数の素子部5が共に利用され、D2軸方向に走査可能である場合を例に取る。
センサ1の大きさは適宜に設定されてよい。一例を挙げると、センサ1の厚さは、50μm以上600μm以下であり、各素子部5の平面視における径(具体的には、例えば、後述する開口9aの直径または最大径)は、10μm以上100μm以下である。
センサ1は、例えば、複数の素子部5に亘る広さの複数の層が積層されて構成されている。複数の層は、例えば、下方から順に、底面層7、開口層9、振動層11、下部導体層13、圧電体層15および上部導体層17を含んでいる。上部導体層17等の一部の層は、平面方向に配列された複数の所定形状を含んでおり、これにより、上記の積層体には、平面方向に配列された複数の素子部5が構成されている。
また、センサ1は、圧電体層15と同一の積層位置において、複数の橋部19を有している。なお、後述するように、橋部19は、圧電体層15の一部であってもよい。ただし、本実施形態の説明では、基本的に、橋部19が圧電体層15の一部でない場合を例に取る。
上記のような構成においては、例えば、下部導体層13と上部導体層17との間に電圧が印加されて圧電体層15が逆圧電効果によって変形することによって、振動層11を含む上方の層が振動する。これにより、超音波が生成される。また、上記とは逆の原理により、超音波が電圧に変換される。底面層7および開口層9は、例えば、その振動する部分を支持することに寄与する。なお、特に図示しないが、複数の素子部5に亘る広さで、上部導体層17の上から成膜された絶縁層が設けられていてもよい。各層の具体的な構成は、以下のとおりである。
(底面層)
底面層7は、例えば、複数の素子部5に亘る広さを有する、厚さが一定の層である。底面層7は、例えば、開口層9を支持することに寄与する。また、例えば、底面層7の下面は、不図示の実装基板にセンサ1を実装するときの接着面として利用される。なお、底面層7は、省略することも可能である。
底面層7は、例えば、複数の素子部5に亘る広さを有する、厚さが一定の層である。底面層7は、例えば、開口層9を支持することに寄与する。また、例えば、底面層7の下面は、不図示の実装基板にセンサ1を実装するときの接着面として利用される。なお、底面層7は、省略することも可能である。
底面層7の材料は任意であり、例えば、無機絶縁材料であってもよいし、有機絶縁材料であってもよいし、導電材料であってもよい。なお、無機絶縁材料としては、例えば、シリコンが挙げられる。シリコンの一方主面または両主面にSiO2層が設けられていてもよい。
(開口層)
開口層9は、例えば、複数の素子部5に亘る広さを有する、厚さが一定の層である。開口層9は、素子部5毎に設けられた開口9a(キャビティ)を有している。開口9aが形成されていることにより、例えば、振動層11は、素子部5を構成する部分において振動が容易化されている。
開口層9は、例えば、複数の素子部5に亘る広さを有する、厚さが一定の層である。開口層9は、素子部5毎に設けられた開口9a(キャビティ)を有している。開口9aが形成されていることにより、例えば、振動層11は、素子部5を構成する部分において振動が容易化されている。
開口9aの横断面(D3軸に直交する断面)の形状(別の観点では平面形状)は適宜な形状とされてよく、例えば、円形である。また、開口9aの横断面の形状は、例えば、その開口方向(D3軸方向)において一定である。ただし、図示の例とは異なり、開口9aは、振動層11側またはその反対側ほど径が大きくなっていてもよい。
開口層9の材料は任意であり、例えば、無機絶縁材料であってもよいし、有機絶縁材料であってもよいし、導電材料であってもよい。なお、無機絶縁材料としては、例えば、シリコンが挙げられる。シリコンの一方主面または両主面にSiO2層が設けられていてもよい。また、開口層9は、底面層7と一体的に形成されていてもよい。すなわち、層状部材の一方主面に開口9aとなる凹部が形成されて、底面層7および開口層9が構成されていてもよい。
(振動層)
振動層11は、例えば、複数の素子部5に亘る広さを有する、厚さが一定の層である。振動層11は、例えば、後述するように、圧電体層15の平面方向の変形を規制して、面外振動を生じさせることに寄与する。振動層11は、開口層9によって、開口9aの周囲において支持されている。別の観点では、振動層11は、複数の開口9aを塞ぐように開口層9を覆っている。
振動層11は、例えば、複数の素子部5に亘る広さを有する、厚さが一定の層である。振動層11は、例えば、後述するように、圧電体層15の平面方向の変形を規制して、面外振動を生じさせることに寄与する。振動層11は、開口層9によって、開口9aの周囲において支持されている。別の観点では、振動層11は、複数の開口9aを塞ぐように開口層9を覆っている。
振動層11は、例えば、絶縁材料によって形成されている。絶縁材料は、無機材料でも有機材料でもよく、より具体的には、例えば、シリコン、二酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(SiN)である。振動層11は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。例えば、振動層11は、シリコン層と、その上面および/または下面に重なるSiO2層とによって構成されていてもよい。
(下部導体層)
下部導体層13は、例えば、素子部5毎に設けられた下部電極21と、下部電極21に接続された複数の下部配線23と、複数の下部配線23同士を接続している接続配線24とを有している。これらは、例えば、互いに同一の材料および厚さで形成されており(一体的に形成されており)、下部導体層13は、一定の厚さの層となっている。ただし、これらは、厚さおよび/または材料が互いに異なっていてもよい。
下部導体層13は、例えば、素子部5毎に設けられた下部電極21と、下部電極21に接続された複数の下部配線23と、複数の下部配線23同士を接続している接続配線24とを有している。これらは、例えば、互いに同一の材料および厚さで形成されており(一体的に形成されており)、下部導体層13は、一定の厚さの層となっている。ただし、これらは、厚さおよび/または材料が互いに異なっていてもよい。
下部電極21の平面形状および大きさは、例えば、概ね、開口9aの平面形状および大きさと同様である。そして、下部電極21は、例えば、その大部分(例えば8割以上)または全体が平面透視において開口9aに重なっている。なお、下部電極21の外縁は、開口9aの外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。
複数の下部配線23は、例えば、同一の行4において互いに隣り合う下部電極21同士を接続する下部配線23を含んでいる。従って、各行4に属する複数の下部電極21は、互いに同一の電位が付与される。また、複数の下部配線23は、図示の例のように、各行4の両端(一端のみでもよい)に位置する下部電極21からその外側へ延び出る下部配線23を含んでいてもよい。下部配線23は、例えば、行4に平行に直線状に延びている。下部配線23の幅(D1軸方向)は、例えば、下部電極21の幅(D1軸方向)よりも狭い。
接続配線24は、上記のように複数の下部配線23同士を接続している。従って、複数の下部配線23は、互いに同一の電位が付与され、ひいては、全ての下部電極21は、互いに同一の電位が付与される。接続配線24の位置は適宜に設定されてよい。図示の例では、接続配線24は、複数の下部電極21の配置領域の外側において、列3に沿って直線状に延び、複数の下部配線23の端部同士を接続している。
下部導体層13(および上部導体層17)の材料は、例えば、適宜な金属とされてよい。金属は、例えば、金(Au)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)もしくはクロム(Cr)またはこれらを含む合金である。下部導体層13(および上部導体層17)は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。
(支持層)
後述の変形例等から理解されるように、下部導体層13の平面形状および圧電体層15の平面形状によって、圧電体層15は、下部導体層13上に位置する部分に加えて、下部導体層13を介さずに振動層11上に位置する部分を有する場合と、有しない場合とがある。同様に、橋部19は、下部導体層13の平面形状および橋部19の平面形状によって、下部導体層13上に位置する部分の有無および振動層11上に直接に位置する部分の有無が異なる。そこで、以下の説明では、振動層11および下部導体層13を合わせて支持層25ということがある。
後述の変形例等から理解されるように、下部導体層13の平面形状および圧電体層15の平面形状によって、圧電体層15は、下部導体層13上に位置する部分に加えて、下部導体層13を介さずに振動層11上に位置する部分を有する場合と、有しない場合とがある。同様に、橋部19は、下部導体層13の平面形状および橋部19の平面形状によって、下部導体層13上に位置する部分の有無および振動層11上に直接に位置する部分の有無が異なる。そこで、以下の説明では、振動層11および下部導体層13を合わせて支持層25ということがある。
(圧電体層)
圧電体層15は、支持層25上に位置し、圧電体の非配置領域を除いては厚さが概ね一定の層である。圧電体層15は、例えば、素子部5毎に設けられた圧電体部27(絶縁部の一例)を有している。圧電体層15は、少なくとも複数の列3の間の領域が圧電体層15の非配置領域とされており、圧電体部27は、少なくとも互いに異なる列3同士において互いに分離されている。図示の例では、複数の行4の間の領域も圧電体層15の非配置領域とされており、各列3においても、複数の圧電体部27は互いに分離されている。
圧電体層15は、支持層25上に位置し、圧電体の非配置領域を除いては厚さが概ね一定の層である。圧電体層15は、例えば、素子部5毎に設けられた圧電体部27(絶縁部の一例)を有している。圧電体層15は、少なくとも複数の列3の間の領域が圧電体層15の非配置領域とされており、圧電体部27は、少なくとも互いに異なる列3同士において互いに分離されている。図示の例では、複数の行4の間の領域も圧電体層15の非配置領域とされており、各列3においても、複数の圧電体部27は互いに分離されている。
圧電体部27の平面形状および大きさは、例えば、概ね、開口9aおよび下部電極21の平面形状および大きさと同様である。そして、圧電体部27は、例えば、その大部分(例えば8割以上)または全体が平面透視において開口9aおよび下部電極21に重なっている。なお、圧電体部27の外縁は、開口9aおよび/または下部電極21の外縁に対して、内側に位置していてもよいし、一致していてもよいし、外側に位置していてもよい。
圧電体層15の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、圧電体層15の厚さは、下部導体層13および上部導体層17の厚さに比較して厚くされている。また、具体的な寸法の一例を挙げると、圧電体層15の厚さは、0.5μm以上10μm以下であり、下部導体層13および上部導体層17の厚さは、圧電体層15の厚さの半分未満である。
圧電体層15は、単結晶によって構成されていてもよいし、多結晶によって構成されていてもよい。圧電体層15の材料は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、チタン酸バリウム(BTO:BaTiO3)、ニオブ酸カリウムナトリウム(KNN:(K,Na)NbO3)、チタン酸ビスマスナトリウム(NBT:Na0.5Bi0.5TiO3)およびチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zrx,Ti1−x)O3)である。上記の例示からも理解されるように、圧電体は、強誘電体であってもなくてもよいし、焦電体であってもなくてもよい。また、結晶構造は、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型等の適宜なものであってよい。
圧電体部27は、例えば、分極軸方向(単結晶の電気軸、X軸)が、圧電体層15の厚み方向(下部電極21と後述する上部電極29との対向方向)とされた領域を含んでいる。例えば、圧電体部27は、その全体において、分極軸方向が厚み方向とされている。なお、上記領域以外において、圧電体層15は、分極されていてもよいし、分極されていなくてもよいし、分極されている場合の方向も適宜に設定されてよい。
(上部導体層)
上部導体層17は、例えば、素子部5毎に設けられた上部電極29と、上部電極29に接続された複数の上部配線31とを有している。上部電極29および上部配線31は、図示の例では、厚さが互いに異なっている。また、上部電極29および上部配線31は、互いに同一の材料で形成されていてもよいし(一体的に形成されていてもよいし)、互いに異なる材料で形成されていてもよい。
上部導体層17は、例えば、素子部5毎に設けられた上部電極29と、上部電極29に接続された複数の上部配線31とを有している。上部電極29および上部配線31は、図示の例では、厚さが互いに異なっている。また、上部電極29および上部配線31は、互いに同一の材料で形成されていてもよいし(一体的に形成されていてもよいし)、互いに異なる材料で形成されていてもよい。
上部電極29の平面形状および大きさは、例えば、概ね、圧電体部27の平面形状および大きさと同様である。そして、上部電極29は、例えば、その全体が平面透視において圧電体部27に重なっている。なお、上部電極29の外縁は、圧電体部27の外縁に対して、一致していてもよいし、内側に位置していてもよい。
複数の上部配線31は、例えば、同一の列3内において互いに隣り合う上部電極29同士を接続する上部配線31を含んでいる。従って、各列3に属する複数の上部電極29は、互いに同一の電位が付与される。また、複数の上部配線31は、図示の例のように、各列3の両端(一端のみでもよい)に位置する上部電極29からその外側へ延び出る上部配線31を含んでいてもよい。上部配線31は、例えば、列3に平行に直線状に延びている。上部配線31の幅(D2軸方向)は、例えば、上部電極29の幅(D1軸方向)よりも狭い。
(振動部およびその動作)
振動層11、下部導体層13、圧電体層15および上部導体層17のうち、開口9a上に位置する部分は、振動することによって超音波の送信および受信を直接に担う振動部33(符号は図3のみに示す。)となっている。なお、当該振動部33を素子部5と捉えてもよい。振動部33の厚さは、適宜に設定されてよく、一例を挙げると、2μm以上20μm以下である。振動部33の動作は、例えば、以下のとおりである。
振動層11、下部導体層13、圧電体層15および上部導体層17のうち、開口9a上に位置する部分は、振動することによって超音波の送信および受信を直接に担う振動部33(符号は図3のみに示す。)となっている。なお、当該振動部33を素子部5と捉えてもよい。振動部33の厚さは、適宜に設定されてよく、一例を挙げると、2μm以上20μm以下である。振動部33の動作は、例えば、以下のとおりである。
下部電極21および上部電極29によって、これらに挟まれている圧電体部27に分極の向き(D3軸方向の一方側)と同じ向きで電界が印加されると、圧電体部27は、平面方向(D1軸方向およびD2軸方向)において収縮する。この収縮は、振動層11によって規制されるから、振動部33は、バイメタルのように開口9a側へ撓む(変位する)。逆に、分極の向きと逆の向きで電界が印加されると、振動部33は、開口9aとは反対側へ撓む。
上記のような振動部33の変位によって、振動部33の周囲の媒質(例えば流体)においては圧力波が形成される。そして、所定の波形で電圧が変化する電気信号が下部電極21および上部電極29に入力されることによって、その電気信号の波形(例えば周波数)を反映した超音波が生成される。
振動部33は、例えば、上記のような振動部33が面する方向(D3軸方向)における振動(面外振動、屈曲振動)であって、平面視の中央が振動の腹となり、外縁が振動の節となる1次モードの振動に関して、共振周波数が超音波の周波数帯に位置するように構成されている。
電気信号は、例えば、振動部33を開口9a側へ変位させる電圧印加と、振動部33を開口9aとは反対側へ変位させる電圧印加とが繰り返されるものであってよい。すなわち、電気信号は、極性(正負)が反転する(電圧(電界)の向きがD3軸方向において交互に入れ替わる)ものであってよい。
また、例えば、電気信号は、振動部33を開口9a側へ変位させる電圧印加のみ、または振動部33を開口9aとは反対側へ変位させる電圧印加のみが繰り返されるものであってもよい。この場合、撓みと、復元力による撓みの解消との繰り返しによって、超音波が生成される。
また、電気信号の波形は適宜なものとされてよい。例えば、1つの超音波信号(エコー信号)において、波の数は適宜に設定されてよいし、また、周波数および電圧は一定であってもよいし、一定でなくてもよい。電気信号の極性が変化する場合において、正側の電圧と負側の電圧とは同一の大きさであってもよいし、異なっていてもよい。
本実施形態では、各列3において複数の上部電極29が互いに接続されており、全ての下部電極21が互いに接続されている。従って、複数の列3毎に振動を制御することができる。これにより、例えば、列3に直交する方向への走査が可能となっている。走査は、例えば、D3軸方向に平行に超音波を送受信するリニア式であってもよいし、列3間の超音波の相互作用によって超音波をD3軸に対してD2軸方向へ傾斜させつつ超音波を送受信するコンベックス式又はアーク式であってもよい。
超音波の送信について述べたが、超音波の受信は、送信時とは逆の原理によって実現される。センサ1は、例えば、超音波信号の送信を間欠的に行い、超音波信号の送信が行われていない間において超音波信号の受信を行う。これにより、センサ1は、例えば、自らが送信し、反射して帰ってきた超音波信号を受信する。
(橋部)
橋部19は、支持層25上に位置している。また、橋部19は、例えば、互いに同一の列3内において互いに隣り合う圧電体部27同士をつないでいる。橋部19上には、上部配線31が位置している。これにより、種々の効果が奏される。例えば、本実施形態とは異なり、橋部19が設けられていない場合、上部配線31は、支持層25の上面から圧電体部27の上面へ延びることになり、概ね圧電体部27の厚みに相当する段差を超えなければならない。しかし、橋部19によって、そのような不都合を解消することが容易化される。
橋部19は、支持層25上に位置している。また、橋部19は、例えば、互いに同一の列3内において互いに隣り合う圧電体部27同士をつないでいる。橋部19上には、上部配線31が位置している。これにより、種々の効果が奏される。例えば、本実施形態とは異なり、橋部19が設けられていない場合、上部配線31は、支持層25の上面から圧電体部27の上面へ延びることになり、概ね圧電体部27の厚みに相当する段差を超えなければならない。しかし、橋部19によって、そのような不都合を解消することが容易化される。
なお、列3の端に位置する上部電極29から外側へ延び出る上部配線31が設けられていることに対応して、列3の端に位置する圧電体部27から外側へ延び出る橋部19も設けられてよい。
橋部19の上面と圧電体部27の上面との段差の高さは、例えば、支持層25の上面のうち圧電体部27の周囲部分(図示の例では振動層11の上面)から圧電体部27の上面までの段差の高さ(以下、「基準高さ」という。)未満である。換言すれば、橋部19の厚みは、この条件が満たされるように設定される。この条件が満たされる限り、例えば、上部配線31が圧電体部27の外側から圧電体部27上へ延びるに際して超える段差が低減される効果が多少なりとも奏される。なお、この条件は、図示の例とは異なり、橋部19の上面が圧電体部27の上面よりも高い構成によって満たされてもよい。
もちろん、橋部19の上面と圧電体部27の上面との段差の高さは、より小さくされてよい。例えば、当該段差の高さは、例えば、基準高さの1/2以下または1/5以下とされてよい。さらに、橋部19の上面は、圧電体部27の上面と連続していてもよい(例えば面一であってもよい。)。
図示の例では、橋部19の上面は、圧電体部27の上面よりも若干低くなっている。このように段差が存在する場合において、上部配線31は、図示の例のように、橋部19および圧電体部27のうち低い側(図示の例では橋部19)において相対的に厚くされ、上面が下面よりも平面に近くされ、または平面とされてよい。また、図示の例とは異なり、上部配線31は、概ね一定の厚さで段差を超えてもよい。
橋部19の平面視における位置、形状および大きさは適宜に設定されてよい。例えば、橋部19は、当該橋部19がつなぐ2つの圧電体部27間に位置する部分を含んでいる。また、例えば、橋部19は、当該橋部19がつなぐ2つの圧電体部27間を列3に平行に直線状に延びている(列3に平行な1対の側面を有している。)。その幅(D2軸方向)は、例えば、圧電体部27の幅(D2軸方向)よりも狭い。
橋部19の材料は、絶縁材料である。絶縁材料は、樹脂等の有機材料であってもよいし、セラミック等の無機材料であってもよい。また、橋部19の材料は、圧電体部27(圧電体層15)の材料と異なっていてもよいし、同一であってもよい(橋部19は圧電体層15の一部として圧電体部27と一体的に形成されていてもよい。)。本実施形態では、既述のように、橋部19の材料が圧電体層15の材料とは異なる場合を例に取っている。
橋部19の材料が圧電体部27の材料とは異なる場合において、橋部19の線膨張係数およびヤング率等の種々の物性値は、圧電体部27のものに比較して、大きくてもよいし、同等でもよいし、小さくてもよい。例えば、橋部19の材料のヤング率は、圧電体部27の材料のヤング率に比較して小さい。例えば、前者は、後者の1/10以下である。このような橋部19の材料としては樹脂を挙げることができる。
(送受信部)
図2および図3では、複数の素子部5との間で電気信号の入出力を行う送受信部51も模式的に示されている。なお、センサ1は、送受信部51を含まないトランスデューサーであってもよいし、送受信部51を含むものであってもよい。実施形態の説明では、便宜上、トランスデューサーをセンサ1ということがある。
図2および図3では、複数の素子部5との間で電気信号の入出力を行う送受信部51も模式的に示されている。なお、センサ1は、送受信部51を含まないトランスデューサーであってもよいし、送受信部51を含むものであってもよい。実施形態の説明では、便宜上、トランスデューサーをセンサ1ということがある。
送受信部51は、例えば、センサ1へ電気信号を出力する送信部53と、センサ1からの電気信号が入力される受信部55と、これらとセンサ1との接続等を制御する複数のスイッチ素子57とを有している。
送信部53は、便宜的に電源を示す記号により示されているように、例えば、商業電源を適宜な波形の電圧の信号に変換して出力する電源回路を含んで構成されている。そして、送信部53は、発生させたい超音波の波形に相当する波形の電気信号を下部配線23および上部配線31を介して下部電極21および上部電極29に印加する。
受信部55は、便宜的に増幅器を示す記号により示されているように、例えば、入力された電気信号を増幅して出力するアンプを含んで構成されている。アンプは、例えば、電圧アンプであってもよいし、チャージアンプであってもよい。超音波が振動部33に入力されると、振動部33は振動して電気信号を生成する。
複数のスイッチ素子57は、例えば、トランジスタ等の半導体素子によって構成されており、複数の上部配線31と、送信部53および受信部55との間に介在している。そして、スイッチ素子57は、電気信号の通過を許容もしくは禁止し、および/またはその電気信号の強度を制御する。これにより、複数の列3が個別に利用され、D2軸方向の走査がなされる。
特に図示しないが、センサ1またはセンサ1の外部には、送信部53からセンサ1への電気信号の送信タイミングと、受信部55によるセンサ1からの電気信号の受信タイミングとを、前者が後者の後に到来するように適宜に制御する制御部が設けられていてよい。
(センサの製造方法)
センサ1は、例えば、ウェハに対して薄膜形成およびパターニングの工程を繰り返すことによって作製されてよい。
センサ1は、例えば、ウェハに対して薄膜形成およびパターニングの工程を繰り返すことによって作製されてよい。
一例を挙げると、まず、開口層9となるシリコン層およびSiO2層の組み合わせと、前記のSiO2層上に重なり、振動層11となるシリコン層とを有するウェハを準備する。そして、振動層11上において、下部導体層13となる金属の成膜およびパターニング、圧電体層15となる圧電体の成膜およびパターニング、橋部19となる絶縁材料の成膜およびパターニング、ならびに上部導体層17となる金属の成膜およびパターニングを順に行う。
また、適宜な時期に開口層9に対して振動層11とは反対側からエッチングを行って開口9aを形成する。そして、開口9aを塞ぐように、底面層7となるフィルムまたは基板を開口層9に対して接着する。
また、圧電体層15の分極は、圧電体層15の成膜時に特定の成膜方法を採用することによって生じさせてもよいし、圧電体層15の成膜後に電圧印加によって生じさせてもよい。電圧を印加する場合は、下部導体層13及び上部導体層17を利用してもよいし、一時的に設けられた導体層が利用されてもよい。
圧電体層15となる圧電体の成膜およびパターニング、ならびに橋部19となる絶縁材料の成膜およびパターニングは、上記とは逆の順であってもよい。また、橋部19が圧電体層15の一部として圧電体部27と一体的に形成される場合においては、圧電体層15となる圧電体の成膜およびパターニングによって橋部19も形成され、1層分の成膜およびパターニングが省かれる。また、この場合、橋部19は分極されてもされなくてもよい。
なお、上記とは異なり、例えば、底面層7および開口層9となるウェハに対して開口層9側からエッチングを行って開口9a(凹部)を形成し、振動層11となるフィルムを開口9aに被せてもよいし、底面層7となるウェハ上に、開口層9となる材料の成膜およびパターニングを行い、振動層11となるフィルムを開口9aに被せてもよい。上部導体層17において、上部電極29と上部配線31とが別材料からなる場合は、両者の成膜およびパターニングは分けられてよい。下部導体層13についても同様である。
以上のとおり、本実施形態では、センサ1は、支持層25と、複数の絶縁部(圧電体部27)と、複数の上部電極29と、複数の橋部19と、複数の上部配線31とを有している。複数の圧電体部27は、支持層25上にて平面方向に配列されて複数の列3をなしており、複数の列3の間で互いに分離されている。複数の上部電極29は、複数の圧電体部27上に位置している。複数の橋部19は、絶縁性であり、支持層25上に位置しており、それぞれ、同一の列3内において互いに隣り合う圧電体部27同士をつないでいる。複数の上部配線31は、複数の橋部19上に位置しており、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う上部電極29同士を接続している。
従って、まず、複数の圧電体部27が列3間で分離されていることから、例えば、振動部33の変位を大きくしやすい。具体的には、実施形態とは異なり、圧電体層15が支持層25の全面に広がっている場合においては、圧電体層15のうちの圧電体部27間の部分が、圧電体部27の撓みの際に引張応力を生じ、振動部33の変位を抑制してしまうおそれがある。しかし、列3間の部分を圧電体の非配置領域とすることによって、このような不都合を解消することができる。また、例えば、一の列3の振動によって生じた応力が圧電体層15を介して隣の列3へ伝わるおそれも低減されるから、複数の列3の間の振動の相互影響が低減される。
一方で、列3に直交する方向(行4間)においても複数の圧電体部27を分離すると(圧電体部27間を圧電体の非配置領域とすると)、例えば、既述のように、上部配線31は、支持層25の上面と圧電体部27の上面との、概ね圧電体部27の厚さに相当する高さの段差を超えるように形成されることになる。その結果、例えば、上部配線31は、断線のおそれが生じ、またはそのようなおそれを軽減するために厚く形成されることになる。しかし、本実施形態では、橋部19が設けられることによって、段差が低くされ、または無くされ、上記のような不都合が低減される。その結果、例えば、上部配線31の形成方法の選択の自由度が向上し、また、上部電極29と共に上部配線31を形成することも容易化される。
また、本実施形態では、支持層25は、圧電体部27に重なる下部電極21を含む。絶縁部(圧電体部27)は、上部電極29および下部電極21の対向方向を分極方向とする領域を含む圧電体により構成されている。
すなわち、センサ1は、圧電式のものである。このようなセンサ1においては、振動のための駆動力を得るために圧電体部27の厚さを確保する必要があり、ひいては、静電式のセンサに比較して、支持層と絶縁部との間の段差(本実施形態では支持層25と圧電体部27との間の段差)が大きくなりやすい。従って、橋部19が有効に機能する。
また、本実施形態では、複数の橋部19は、それぞれ、同一の列3内において互いに隣り合う圧電体部27の間に位置している。すなわち、各橋部19は、圧電体部27の間に位置している部分を含んでいる。
従って、後述する変形例(図6(d))との比較から理解されるように、上部配線31は、上部電極29同士を最短距離で結ぶことができる。また、複数の列3の間における圧電体の非配置領域を極力小さくすることができるから、複数の列3同士の独立性も向上する。別の観点では、複数の素子部5の、複数の列3に直交する方向(D2軸方向)の密度を高くしやすい。
また、本実施形態では、橋部19は、圧電体部27よりも、複数の列3に直交する方向(D2軸方向)の幅が狭い部分(本実施形態では、橋部19の全体)を含んでいる。
従って、例えば、同一の列3内においても、複数の圧電体部27の間に介在する圧電体が低減されることによって、振動部33の変位が抑制されるおそれが低減され、および/または圧電体部27同士の振動の相互影響が低減される。その結果、列3内における段差の低減と、列3内の圧電体部27の独立性の向上とを両立することができる。
また、本実施形態では、橋部19の上面は、圧電体部27の上面と連続していてもよい。
この場合、上記の段差を低減する効果が最も奏される。また、超音波の送信および/または受信のために圧電体部27に応力が生じたときに、圧電体部27の上面と橋部19の上面との間に応力集中が生じにくくなる。その結果、例えば、両者の間に亀裂が生じて上部配線31が断線するおそれが低減される。ひいては、圧電体部27を振動させることができる回数が増大し、センサ1の寿命が長くなる。
また、本実施形態では、橋部19は、圧電体部27の材料と同一の材料によって構成されていてよい。
この場合、例えば、両者が一体的に形成されることから、両者の接続が強固なものとなり、超音波の送信および/または受信のために圧電体部27に応力が生じたときに、両者の間に亀裂が生じるおそれが低減される。その結果、例えば、上部配線31が断線するおそれが低減され、ひいては、センサ1の寿命が長くなる。また、例えば、圧電体部27と橋部19とを共に形成できることから、製造方法が簡素化される。また、圧電体部27の上面と橋部19の上面とを連続させることも容易化される。
また、本実施形態では、橋部19は、圧電体部27の材料と異なる材料によって構成されていてもよい。
この場合、橋部19の寸法および物性値を適宜に設定することによって、種々の効果を得ることができる。例えば、橋部19のヤング率を小さくことによって、同一の列3内の圧電体部27同士の独立性を向上させることができる。別の観点では、圧電体部27同士の独立性を維持しつつ、橋部19の幅および/または高さを十分に確保することが容易化される。
(変形例)
以下、種々の変形例について、図4〜図6(d)を参照して説明する。以下の説明では、既に説明された構成と共通または類似する構成について、既に説明された構成に付した符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。なお、既に説明された構成と対応(類似)する構成については、既に説明された構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、既に説明された構成と同様とされてよい。
以下、種々の変形例について、図4〜図6(d)を参照して説明する。以下の説明では、既に説明された構成と共通または類似する構成について、既に説明された構成に付した符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。なお、既に説明された構成と対応(類似)する構成については、既に説明された構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、既に説明された構成と同様とされてよい。
(第1変形例)
図4は、第1変形例に係るセンサ201の構成の一部(振動層11から上方側部分)を示す斜視図である。
図4は、第1変形例に係るセンサ201の構成の一部(振動層11から上方側部分)を示す斜視図である。
この変形例では、下部導体層213は、複数の素子部5に亘る広さを有するベタ状電極とされている。従って、特に符号を付さないが、下部導体層213は、圧電体部27に重なる部分(当該部分は下部電極21と捉えられてよい。)と、橋部19に重なる部分と、圧電体部27及び橋部19のいずれにも重ならない部分とを有している。なお、下部導体層213は、実施形態と同様に、支持層225を振動層11と構成している。ただし、この変形例では、下部導体層213のみによって支持層が構成されていると捉えられても構わない。
下部導体層213がベタ状電極であることにより、例えば、安定して同一の電位を複数の下部電極21に付与することができる。また、下部導体層213に基準電位を付与すれば、下部導体層213は、シールドとして機能し得る。また、下部導体層213のパターニングを不要とし、またはその精度を下げることができる。
なお、実施形態のように、下部導体層13が行4に沿って延びる下部配線23を有している場合においては、例えば、下部導体層13と上部配線31との間で意図していない電界が生じるおそれが低減される。また、下部導体層13のうち開口9aの外側に位置する部分の引張応力が振動部33の撓みを抑制するおそれが低減される。
この変形例のように、下部導体層213が橋部19と重なる部分を含んでいる場合においては、橋部19は、上部配線31と下部導体層213とを絶縁する部材として兼用されることになる。別の観点では、橋部19が設けられていることによって、下部導体層213のパターンの自由度が向上する。特に図示しないが、例えば、実施形態において、下部配線23および/または接続配線24に加えて、または代えて、橋部19に沿って延びる配線を下部導体層13に設け、下部電極21同士を接続することも可能である。
圧電体部27と橋部19とが同一の材料によって一体的に形成されたり、両者の上面が面一にされたりしてもよいことは既に述べたとおりである。図4では、そのような態様を例に取っている。すなわち、圧電体層215は、複数の圧電体部27と、複数の橋部19とを含んでいる。なお、図示の例では、上記に加えて、下部導体層213がベタ状電極であることから、圧電体層215の厚さは、複数の圧電体部27および複数の橋部19に亘って一定となっている。また、図示の例では、上部導体層217の厚さも、複数の上部電極29および複数の上部配線31に亘って一定となっている。
列3の数および行4の数が適宜に設定されてよいことは既に述べたとおりであり、図4に示す列3の数および行4の数も一例に過ぎない。ただし、この図に示されているように、列3の数は、少なくとも2つでよく、1つの列3に含まれる圧電体部27の数(行4の数)も、少なくとも2つでよい。
(第2変形例)
図5は、第2変形例に係るセンサ301の構成の一部(振動層11から上方側部分)を示す斜視図である。
図5は、第2変形例に係るセンサ301の構成の一部(振動層11から上方側部分)を示す斜視図である。
この変形例は、第1変形例と圧電体層の形状のみが相違する。具体的には、この変形例の圧電体層315は、圧電体部27および橋部19の配置領域以外の領域においても、これらよりも薄い厚さで圧電体を有している。このことから理解されるように、複数の圧電体部27が列3間で分離されているというとき、列3間の領域は、圧電体の非配置領域ではなく、圧電体が薄くされた領域であってもよい。このような態様であっても、圧電体層が支持層225の全面に亘って一定の厚さで広がっている態様に比較して、複数の圧電体部27の列3間の独立性は向上している。なお、圧電体層315のうち、下部導体層213側の一定の厚さの部分は、その上に圧電体部27および橋部19が設けられる支持層を構成していると捉えられてもよい。
この変形例に係る圧電体層315は、例えば、実施形態に比較して圧電体層のエッチング量を少なくすれば形成できる。圧電体層315の、圧電体部27および橋部19以外の部分は、例えば、下部導体層213と他の導体との短絡抑制に寄与している。
(第3〜第6変形例)
第3〜第6変形例は、橋部の形状が実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。なお、これらの変形例においても、実施形態と同様に、圧電体部および橋部の材料は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
第3〜第6変形例は、橋部の形状が実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。なお、これらの変形例においても、実施形態と同様に、圧電体部および橋部の材料は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
(第3変形例)
図6(a)は、第3変形例に係る橋部419を示す断面図である。この図に示すように、橋部419は、一定の厚さでなくてもよく、また、橋部419の上面は、平面でなくてもよい。
図6(a)は、第3変形例に係る橋部419を示す断面図である。この図に示すように、橋部419は、一定の厚さでなくてもよく、また、橋部419の上面は、平面でなくてもよい。
図6(a)では、より具体的には、橋部419の上面は、圧電体部27と接続される位置においては、圧電体部27の上面と同一の高さとなっており、圧電体部27から離れるにつれ(橋部419の中央側ほど)、圧電体部27の上面よりも低くなっている。橋部419の上面が圧電体部27の上面に連続しているという場合、このような態様も含むものとする。橋部419の上面は、例えば、曲面によって構成されており(ただし、一部に曲面になだらかにつながる平面を含んでいてもよい)、段差を有していない。ただし、橋部419の上面は、段差を伴って中央側が低くなっていてもよい。
橋部419の幅が圧電体部27の幅よりも狭い場合においては、圧電体層をエッチングするときの条件を適宜に調整すると、圧電体部27から離れるほどアンダーエッチングによるエッチング量が大きくなる。このような現象を利用することにより、図6(a)に示す橋部419の形状が実現されてよい。また、マスクを換えて複数回パターニングを行うことによって、段差を伴って中央側が低くなる橋部419の上面が実現されてもよい。
この変形例では、橋部419の上面が圧電体部27の上面に連続していることから、例えば、実施形態と同様に、上部配線31は両者の間の段差を超えなくてよい。その結果、例えば、上部配線31の断線のおそれが低減される(上部配線31を厚くする必要性が低減される。)。一方で、例えば、橋部419の横断面の面積が中途で小さくなっていることから、橋部419が圧電体部27の変形を抑制するおそれ、および/または橋部419によって隣り合う圧電体部27同士の相互影響が強くなるおそれが低減される。また、例えば、橋部419は、圧電体部27に近く、相対的に大きい力が加えられる位置において横断面の面積が確保されていることから、橋部419の中央側と橋部419の端とで応力の差が低減される。これにより、例えば、橋部419の圧電体部27側の局部的な疲労によって橋部419の耐久性が決定されてしまうおそれが低減される。
(第4変形例)
図6(b)は、第4変形例に係る橋部519を示す平面図である。この図に示すように、橋部519の幅(D2軸方向)は、圧電体部27の幅(D2軸方向)以上であってもよい。図示の例では、両者は同等とされている。
図6(b)は、第4変形例に係る橋部519を示す平面図である。この図に示すように、橋部519の幅(D2軸方向)は、圧電体部27の幅(D2軸方向)以上であってもよい。図示の例では、両者は同等とされている。
この変形例では、例えば、複数の列3同士の独立性を確保しつつも、橋部519の幅を広く確保しやすい。その結果、例えば、橋部519上の導体の設計の自由度が向上する。例えば、特に図示しないが、1つの圧電体部27上に互いに電位が異なる2以上の上部電極が設けられる態様の場合に、橋部519上に2本の上部配線31を並列に配置することが容易化される。
(第5変形例)
図6(c)は、第5変形例に係る橋部619を示す平面図である。この図に示すように、橋部619の幅(D2軸方向)は、一定でなくてもよい。
図6(c)は、第5変形例に係る橋部619を示す平面図である。この図に示すように、橋部619の幅(D2軸方向)は、一定でなくてもよい。
図6(c)では、より具体的には、橋部619は、圧電体部27から離れるにつれ(橋部619の中央側ほど)、幅が狭くなっている。橋部619の圧電体部27との接続位置における幅は、圧電体部27の幅に対して、小さくてもよいし、同等であってよいし、大きくてもよい。橋部619の側面は、曲面によって構成されており(ただし、一部に曲面になだらかにつながる平面を含んでいてもよい)、段差を有していない。ただし、橋部419の側面は、段差を伴って幅方向中央側へ寄っていてもよい。
このような橋部619の平面形状は、例えば、圧電体層をエッチングするためのマスクにおいて、橋部619に対応する部分の幅を圧電体部27から離れるほど細くすることによって実現されてよい。また、橋部619の幅が圧電体部27の幅よりも狭い場合においては、圧電体層をエッチングするときの条件を適宜に調整すると、圧電体部27に近いほど残渣が多くなり、および/または圧電体部27から離れるほどアンダーエッチングによるエッチング量が大きくなる。このような現象を利用することにより、図6(c)に示す橋部619の形状が実現されてもよい。
このような橋部619においては、例えば、図6(a)の橋部419と同様に、横断面の面積が中途で小さくなっていることから、圧電体部27の振動の独立性を向上させることができ、また、橋部619の圧電体部27側の応力を緩和することができる。また、橋部619の平面形状は、マスクのパターンによって適宜に調整可能であるから、図6(a)の変形例に比較して、橋部619の横断面の調整が容易である。
(第6変形例)
図6(d)は、第6変形例に係る橋部719を示す平面図である。この図に示すように、橋部719は、圧電体部27間に位置していなくてもよい(圧電体部27間に位置する部分を含んでいなくてもよい。)。この場合、例えば、同一の列3内における圧電体部27同士の独立性を向上させることができる。
図6(d)は、第6変形例に係る橋部719を示す平面図である。この図に示すように、橋部719は、圧電体部27間に位置していなくてもよい(圧電体部27間に位置する部分を含んでいなくてもよい。)。この場合、例えば、同一の列3内における圧電体部27同士の独立性を向上させることができる。
(応用例)
図7は、センサ1の応用例としての超音波診断装置101の構成を模式的に示すブロック図である。
図7は、センサ1の応用例としての超音波診断装置101の構成を模式的に示すブロック図である。
超音波診断装置101は、例えば、患者に当接されるプローブ103と、プローブ103に接続されている可撓性のケーブル105と、ケーブル105を介してプローブ103に接続されている装置本体107とを備えている。
プローブ103は、例えば、センサ1を有している。なお、便宜上、実施形態のセンサの符号を用いているが、変形例に係るセンサがプローブ103に設けられていてもよい。また、列数および行数は適宜に設定されてよく、いずれが長手方向でもよいが、例えば、長手方向に複数の列3が配列されている。
装置本体107は、例えば、ユーザ(例えば医師または技師)の操作を受け付ける入力部111と、入力部111からの信号に基づいて既述の送受信部51を制御する制御部113とを有している。また、装置本体107は、送受信部51からの信号および制御部113からの信号に基づいて画像処理を行う画像処理部115と、画像処理部115からの信号に基づいて画像を表示する表示部117とを備えている。
上記のような構成を備えていることにより、超音波診断装置101は、患者の断層画像を表示部117に表示することができる。なお、送受信部51の一部は、プローブ103に設けられていてもよい。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
実施形態では、センサ(素子部)は、超音波の送信と超音波の受信とに兼用された。ただし、送信用のセンサと受信用のセンサとが設けられてもよいし、1つのセンサ内(複数の素子部の配列内)に、送信用の素子部と受信用の素子部とが設けられてもよい。
センサは、圧電式のものに限定されず、静電式のものであってもよい。換言すれば、絶縁部は、圧電体からなる圧電体部に限定されず、樹脂等の他の絶縁材料であってもよい。静電式のセンサにおいて、複数の素子部のそれぞれは、例えば、開口(キャビティ)の底部に位置する下部電極と、開口を塞ぐ絶縁層と、絶縁層上に位置する上部電極とを有している。このような構成においても、開口の外側において絶縁層(絶縁部)を互いに分離して独立性を向上させつつ、絶縁部間に橋部を形成して種々の効果を得ることができる。
圧電式のセンサは、分極の向きが厚み方向の互いに逆向きとなるように貼り合わされた2層の圧電体層を有し、振動層11に相当する部材を有していないものであってもよい。なお、この場合において、2層の圧電体層のいずれも列間で分離されて圧電体部を構成していてもよいし、1層の圧電体層のみ列間で分離されていてもよい。後者の場合、図5の変形例の説明から類推されるように、分離された1層のみが複数の圧電体部を構成しており、残りの1層は支持層を構成していると捉えられてもよいし、2層の圧電体層が複数の圧電体部を構成していると捉えられてもよい。
圧電体層が1層であり、かつ下部導体層がベタ状電極である場合において、振動層11が設けられずに、下部導体層が圧電体層の面内振動を規制して面外振動を生じさせる層として機能してよい。また、例えば、超音波を送受信する方向は、支持層に対して圧電体部が設けられる側ではなく、その逆側であってもよい。
センサは、圧電体部をその厚み方向に挟んでいる1対の電極を有するものに限定されず、圧電体部の一方の主面(上面または下面)に1対の電極を有するものであってもよいし、そのような1対の電極を圧電体層の両主面に有しているものであってもよいし、電位が互いに異なる3種以上の電極を有しているものであってもよい。
上記のように、圧電体部の上面に2以上の互いに電位が異なる電極が設けられる場合において、1つの橋部上に2以上の配線が配置されてもよいし、配線毎に橋部が設けられてもよい(互いに隣り合う圧電体部同士をつなぐ橋部が2以上設けられていてもよい。)。
実施形態では、複数の下部配線23が接続配線24によって接続され、複数の下部電極21は、互いに同一の電位とされた。ただし、接続配線24を設けずに、複数の下部配線23に互いに独立に電位を付与するなどしてもよい。すなわち、同一の列3内の素子部5は、互いに独立に超音波の送信および/または受信を行ってもよい。これにより、2次元の走査が行われてもよい。
上記とは逆に、複数の上部配線31同士を接続する接続配線を設けるなどして、複数の上部電極29を複数の列3間においても同電位とし、複数の列3の素子部5を共に、超音波の送信および/または受信に供してもよい。なお、複数の上部配線31同士を接続する接続配線が設けられる場合、当該接続配線を支持する橋部が設けられてもよい。
また、実施形態とは逆に、複数の上部配線31同士を接続する接続配線を設け、複数の下部配線23を互いに接続せず、各行4内の素子部5を共に利用するとともに、複数の行4を互いに独立に利用してもよい。換言すれば、D1軸方向を走査方向としてもよい。
1…センサ(超音波センサ)、3…列、19…橋部、27…圧電体部(絶縁部)、29…上部電極(電極)、31…上部配線(配線)。
Claims (8)
- 支持層と、
前記支持層上にて平面方向に配列されて複数の列をなしており、前記複数の列の間で互いに分離されている複数の絶縁部と、
前記複数の絶縁部上に位置している複数の上部電極と、
前記支持層上に位置しており、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う前記絶縁部同士をつないでいる、絶縁性の複数の橋部と、
前記複数の橋部上に位置しており、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う前記上部電極同士を接続している複数の配線と、
を有している超音波センサ。 - 前記支持層は、前記絶縁部に重なる下部電極を含み、
前記絶縁部は、前記上部電極および前記下部電極の対向方向を分極方向とする領域を含む圧電体により構成されている
請求項1に記載の超音波センサ。 - 前記複数の橋部は、それぞれ、同一の列内において互いに隣り合う前記絶縁部の間に位置している
請求項1または2に記載の超音波センサ。 - 前記橋部は、前記絶縁部よりも、前記複数の列に直交する方向の幅が狭い部分を含んでいる
請求項3に記載の超音波センサ。 - 前記橋部の上面は、前記絶縁部の上面と連続している
請求項1〜4のいずれか1項に記載の超音波センサ。 - 前記橋部は、前記絶縁部の材料と同一の材料により構成されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波センサ。 - 前記橋部は、前記絶縁部の材料と異なる材料により構成されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波センサ。 - 前記支持層は、前記絶縁部および前記橋部と重なっている下部導体層を有している
請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波センサ。
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WO2021205768A1 (ja) | 2020-04-06 | 2021-10-14 | 住友化学株式会社 | 圧電積層体、圧電積層体の製造方法、および圧電素子 |
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2018
- 2018-03-19 JP JP2018051202A patent/JP2019165307A/ja active Pending
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