JP4795683B2 - マイクロマシン加工した湾曲超音波トランスジューサ・アレイ並びに関連する製造方法 - Google Patents
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Description
平坦なプレートに関してはこの2つの曲率半径は共に無限大であり、この定数は0である。したがって、一方の半径の逆数が0のままである場合、方位(azimuthal)方向と上下(elevational)方向のいずれかにおいてアレイを湾曲させることは容易である。しかし、この両方向での湾曲は厳しい制限を受ける。
本明細書でも、マイクロマシン加工に関して同じ定義を採用することにする。こうしたマイクロマシン加工処理法から得られるシステムは、典型的には、「マイクロマシン加工電子機械システム(micromachined electro−mechanical system:MEMS)」と呼ばれる。
上式において、dはコンデンサの電極すなわちプレート間の距離であり、またεはセルの実効誘電率である。cMUTセルの感度は、バイアス電圧が高くかつ電極が互いに接近している場合に最大となることが分かっている。
上式において、xはプレートの中心を原点とするプレート厚の寸法方向における距離である。したがって、低い弾性係数を有する材料は曲げるのがより容易である。表1は、超音波トランスジューサの製作に使用される幾つかの材料の弾性係数及び破壊靭性を表している。シリコンと圧電セラミックはいずれも他のトランスジューサ材料と比べてかなり堅固であり、またシリコンは弾性係数が最も大きい。破壊靭性は、現存する亀裂から材料を破損させるのに要する力に比例する。材料はすべて、本質的にさらに亀裂に進む可能性があるような微視的な欠陥(flaw)を有するものと仮定することができる。
上式において、Kは破壊靭性であり、またxは亀裂の先端からの距離である。xが最大の場合にプレートの縁の位置に生じる最大応力を用い、かつ応力を等しくさせることによって、亀裂に関する次の関係式が得られる。
上式において、tはプレートの厚さである。このため、一定の半径において破損を生じずに曲げるための性能指数は次式となる。
別の表現をすると、ある一定の半径において破断に抗する同じマージンを維持するためには、シリコンは、圧電セラミック用の典型的な外側整合層であるRexolite(商標)と比べて約7倍薄くしなければならない。
4 基板
6 隔絶性支持体
8 薄い膜、隔壁
10 電極
12 電極
20 空隙
22 cMUT基板
24 cMUT層
25 ウェッブ
26 裏当てプレート
28 切り溝
30 支持部材
30’ 支持部材
32 吸音材料
34 CMOS電子回路
36 支持部材前面
38 支持部材前面
Claims (6)
- 概して湾曲したプロフィールを有するように形成されたスパイン形状形成部と前記湾曲したスパイン形状形成部の一方の側から延びる多数の歯部とを備えた支持構造(22、26)であって、前記多数の歯部の隣接した歯部同士の間には空隙が形成されている、前記支持構造(22、26)と、
前記支持構造(22、26)の前記多数の歯部が設けられた側と反対側の多数位置にマイクロマシン加工されたセンサ(24)と、を具備することにより、湾曲したセンサ開口が設けられることを特徴とするセンサ・デバイス。 - 前記センサはMUTセルを備えている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記MUTセルは前記スパイン形状形成部上に構築されており、かつ前記支持構造(22、26)は、前記多数の歯部の、前記スパイン形状形成部と反対側の端部が取り付けられる支持部材(30)を備えている、請求項2に記載のデバイス。
- 前記多数の歯部は非周期的な間隔を有している、請求項1に記載のデバイス。
- 前面及び後方向に突き出している多数の離間したプラトー形状部を備えた連続した基板(22)と、
前記基板(22)上または基板(22)内でその前面の位置に製作された多数のマイクロマシン加工したセンサ(24)と、
その各々がそれぞれのプラトーの背面に取り付けられている多数の裏当て体(26)と、
前面を有する支持部材(30)であって、前記裏当て体(26)のそれぞれの背面が該支持部材の該前面に取り付けられている支持部材(30)と、を備えるセンサ・デバイスであって、
前記多数のセンサは同一面内に位置していない、センサ・デバイス。 - 前記センサはMUTセルを備えている、請求項5に記載のデバイス。
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