JP6047936B2 - 超音波トランスデューサー素子パッケージ、プローブ、プローブヘッド、電子機器、超音波診断装置および超音波トランスデューサー素子パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波トランスデューサー素子パッケージ、超音波トランスデューサー素子チップ、プローブ、プローブヘッド、電子機器、超音波診断装置および超音波トランスデューサー素子パッケージの製造方法に関する。

例えば特許文献１に開示されるように、超音波トランスデューサー素子チップは１枚の基板を備える。基板には１対の開口が形成される。個々の開口に超音波トランスデューサー素子が設けられる。超音波トランスデューサー素子は振動膜を備える。振動膜は基板の表面から開口を塞ぐ。個々の超音波トランスデューサー素子ごとに振動膜の振動に応じて超音波が生成される。

特開２０１１−８２６２４号公報 特開昭６３−１２８８９９号公報

薄膜型の超音波トランスデューサー素子においては、振動の生成にあたって基板上に配設された振動膜ごとに圧電体が形成される。特許文献２に開示されるバルク型の圧電体素子のように超音波トランスデューサー素子は基板から個々の個体片に切り出される必要はない。その一方で、超音波ビームのスキャン方向の焦点を絞るためにはスキャン方向において超音波トランスデューサー素子の間隔は広げられることが望まれる。こうした間隔に応じて超音波ビームの焦点のビーム幅は調整されることができる。こうして超音波スキャン方向にトランスデューサー素子の間隔が広げられると、基板の開口の間に超音波送受信に寄与しない無用な基板領域が作り出されてしまう。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、無用な基板領域に対応する基板材料の削減を図りつつ超音波トランスデューサー素子列の間隔は広げられて超音波ビームの焦点を絞ることができる。

（１）本発明の一態様は、第１の方向に並ぶ複数の開口を有する複数の基板と、前記複数の基板を前記第１の方向と交差する第２の方向に間隔を空けて支持する支持体と、個々の前記開口に設けられる超音波トランスデューサー素子と、を備える超音波トランスデューサー素子パッケージに関する。

基板は間隔を空けて配置されることから、基板の間の空間から基板材料は省略されることができる。基板材料の削減を図りつつ、隣接する超音波トランスデューサー素子の間隔は広げられることができる。こうして超音波トランスデューサー素子の間隔が広げられると、超音波ビームの焦点を絞ることができる。

（２）前記支持体の厚み方向からの平面視で、前記第１の方向の開口の間の距離は、前記第２の方向の基板の間の距離より小さくてもよい。こうして超音波トランスデューサー素子の間隔は十分に広げられることができる。

（３）超音波トランスデューサー素子パッケージは、前記基板の厚み方向からの平面視で前記複数の開口を横切って前記超音波トランスデューサー素子の第１電極を形成する１本の第１導電体と、前記基板の厚み方向からの平面視で個々の前記開口ごとに前記開口を横切って、個別に前記超音波トランスデューサー素子の第２電極を形成する第２導電体と、を備えることができる。複数の超音波トランスデューサー素子に共通に第１導電体は接続される。第１電極から配線の引き出しは簡略化されることができる。

（４）前記基板の間は絶縁体材料により充塞されていることができる。絶縁体材料の働きで基板の間隔は容易に保持されることができる。

（５）前記支持体は、前記基板が配置される表面を有する板状部と、前記板状部の前記表面から立ち上がって、前記基板および前記超音波トランスデューサー素子を囲む凹部を前記板状部の前記表面に沿って形成する囲い壁とを備えることができる。このとき、前記凹部には音響整合層が充塞され、前記音響整合層は前記超音波トランスデューサー素子を被覆していることができる。超音波トランスデューサー素子パッケージの製造にあたって流動体の音響整合層素材は囲い壁の内側に流し込まれることができる。こうして音響整合層は簡単に形成されることができる。こうした製造の簡素化は製品コストの低減に寄与することができる。

（６）超音波トランスデューサー素子パッケージは、前記支持体および前記基板の間に挟まれて前記支持体に前記基板を接着し、前記支持体および前記基板よりも低い剛性を有する接着層を備えることができる。基板の振動は接着層で吸収される。支持体に向かって振動の伝達は低減される。したがって、クロストークは低減される。Ｓ／Ｎ比は向上する。

（７）前記支持体は、相互に平行な母線を有する凹状の湾曲面を有し、前記母線に合わせて前記基板を配置することができる。音響レンズなしで超音波ビームのビーム幅は絞られることができる。したがって、薄型化や小型化は実現されることができる。製品コストは低減されることができる。

（８）超音波トランスデューサー素子パッケージは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素子パッケージと、前記超音波トランスデューサー素子パッケージを支持する筐体とを備えることができる。

（９）プローブ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、プローブと、前記プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることができる。

（１０）プローブは超音波診断装置に組み込まれて利用されることができる。超音波診断装置は、プローブと、前記プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、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）超音波トランスデューサー素子パッケージはプローブヘッドに組み込まれて利用されることができる。プローブヘッドは、超音波トランスデューサー素子パッケージと、前記超音波トランスデューサー素子パッケージを支持する筐体とを備えることができる。

（１２）本発明の他の態様は、所定の方向に並べられた複数の開口を有する基板と、個々の前記開口に設けられる超音波トランスデューサー素子と、前記基板の厚み方向からの平面視で前記複数の開口を横切って、前記超音波トランスデューサー素子の第１電極を形成する１本の第１導電体と、前記基板の厚み方向からの平面視で個々の前記開口ごとに前記開口を横切って、個別に前記超音波トランスデューサー素子の第２電極を形成する第２導電体と、を備える超音波トランスデューサー素子チップに関する。こうした超音波トランスデューサー素子チップは前述の超音波トランスデューサー素子パッケージの実現にあたって大いに役立つことができる。

（１３）本発明のさらに他の態様は、第１の方向に並べられた複数の開口を有し、個々の前記開口に超音波トランスデューサー素子が設けられた基板を支持体上で前記第１の方向と交差する第２の方向に間隔を空けて並べる超音波トランスデューサー素子パッケージの製造方法に関する。こうした製造方法は前述の超音波トランスデューサー素子パッケージの実現にあたって大いに役立つことができる。

なお、前記複数の基板は同一形状に形成されることができる。こうして基板が標準化されると、支持体の設計変更で超音波トランスデューサー素子パッケージは様々な用途に対応することができる。納期の短縮やコストの削減は実現されることができる。

また、前記基板はＳｉ、ガラスなどの剛性の高い材料から形成されることができる。個々の基板では開口の間隔は保持されることができる。個々の基板ごとに一定の超音波ビームは形成されることができる。こうした超音波ビームの保持は超音波トランスデューサー素子パッケージの設計の簡素化に寄与することができる。

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。 超音波トランスデューサー素子パッケージの拡大斜視図である。 超音波トランスデューサー素子パッケージの透視平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った垂直断面図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿った垂直断面図である。 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。 シリコンウエハー上に形成された可撓膜および第１導電体を概略的に示す部分拡大垂直断面図である。 第１導電体上に形成された圧電体膜および第１導電膜を概略的に示す部分拡大垂直断面図である。 シリコンウエハーを覆う導電材の膜を概略的に示す部分拡大垂直断面図である。 シリコンウエハーに形成された開口を概略的に示す部分拡大垂直断面図である。 シリコンウエハーから切り出される超音波トランスデューサー素子チップを概略的に示す拡大平面図である。 第２実施形態に係る超音波トランスデューサー素子パッケージの構造を概略的に示す側面図である。 第３実施形態に係る超音波トランスデューサー素子パッケージに組み込まれる超音波トランスデューサー素子チップを概略的に示す拡大平面図である。

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パッケージ（以下「素子パッケージ」という）１７が収容される。素子パッケージ１７の表面は筐体１６の表面で露出することができる。素子パッケージ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、素子パッケージ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パッケージ１７の外観を概略的に示す。素子パッケージ１７は支持体１８を備える。支持体１８は板材（板状部）１９を備える。板材１９の表面には囲い壁２１が結合される。囲い壁２１は板材１９の板面から立ち上がって板材１９の板面に沿って複数の凹部２２を囲む。板材１９と囲い壁２１とは気密に結合される。

個々の凹部２２は長尺の直方体に形成される。個々の凹部２２は並列に並ぶ。直方体は支持体１８の第１側面１８ａから反対側の第２側面１８ｂに向かって相互に平行に延びる。個々の凹部２２には樹脂材２３が充填される。樹脂材２３には例えばシリコーン樹脂が用いられることができる。

支持体１８の第１側面１８ａには個々の凹部２２ごとに第１導電端子２４が配置される。第１導電端子２４は支持体１８の第１側面１８ａに固定される。第１導電端子２４の配列の両側には１対の第２導電端子２５が配置される。すなわち、１対の第２導電端子２５の間に第１導電端子２４の配列は配置される。第２導電端子２５は支持体１８の第１側面１８ａに固定される。第１導電端子２４および第２導電端子２５は、各々、板材１９の表面から板材１９の端面を回り込んで板材１９の裏面に至ることができる。第１側面１８ａの反対側の第２側面１８ｂには同様に第１導電端子２４および第２導電端子２５が配置される（ここでは図示されず）。第１導電端子２４および第２導電端子２５は例えば銅といった金属材料その他の導電性材料で形成されることができる。

図４に示されるように、支持体１８上には素子アレイ２７が形成される。素子アレイ２７は超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）２８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。マトリクスの形成にあたって複数列の超音波トランスデューサー素子列（以下「素子列」という）２９が並列に並べられる。素子列２９は第１の方向Ｄ１に一列（単一の列）に並べられた超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）２８で構成される。

個々の凹部２２には超音波トランスデューサー素子チップ（以下「素子チップ」という）３１が組み込まれる。素子チップ３１は長尺の基板３２を備える。こうして複数の長尺の基板３２は板材１９の表面に第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に間隔を空けて並べられる。ここでは、第２の方向Ｄ２は第１の方向Ｄ１に直交する。全ての基板３２は同一形状に形成される。ここでは、基板３２はシリコンから形成される。後述されるように、基板３２は1枚の基板すなわちシリコンウエハーから切り出されることができる。第２の方向Ｄ２の基板３２の間の距離Ｌ２は隣接する基板３２の端部間の距離で規定される。

個々の基板３２に単一の素子列２９が形成される。個々の素子２８は圧電素子部３３を備える。圧電素子部３３は下部電極（第１電極）３４、上部電極（第２電極）３５および圧電体膜３６で構成される。個々の素子２８ごとに下部電極３４と上部電極３５との間に圧電体膜３６が挟み込まれる。

個々の基板３２には１本の第１導電体３７が形成される。第１導電体３７は基板３２の一端から他端まで基板３２の長手方向に延びる。第１導電体３７は１列の素子２８に共通に形成される。第１導電体３７は個々の素子２８ごとに下部電極３４を形成する。

個々の基板３２には素子２８と同数の第２導電体３８が形成される。第２導電体３８は第１導電体３７から絶縁される。個々の第２導電体３８は基板３２の長手方向を横切る方向に延びる。ここでは、第２導電体３８は基板３２の長手方向と直交する方向に延びる。第２導電体３８は個々の素子２８ごとに形成される。個々の第２導電体３８は相互に絶縁される。第２導電体３８は個々の素子２８ごとに上部電極３５を形成する。

支持体１８には、素子列２９の配列の両側で第３導電体３９が形成される。第３導電体３９は例えば素子アレイ２７の外側で素子列２９に平行に延びる。第３導電体３９は両端でそれぞれ第２導電端子２５に接続される。こうして第３導電体３９は第１側面１８ａの第２導電端子２５と第２側面１８ｂの第２導電端子２５との間で延びる。後述されるように、全ての第２導電体３８は第３導電体３９に接続される。

基板３２ごとに素子２８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ラインスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子２８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４列が描かれる。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群は奇数列の素子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。さらには、第１導電体３７が圧電素子部３３の上部電極を形成する一方で、第２導電体３８が圧電素子部３３の下部電極を形成してもよい。

図５に示されるように、個々の素子２８は振動膜４２を有する。振動膜４２の形成にあたって基板３２には個々の素子２８ごとに開口４３が形成される。開口４３は基板３２の長手方向に一列に並べられる。第１の方向Ｄ１の開口４３の間の距離Ｌ１は隣接する開口４３の外縁部間の距離で規定される。開口４３の間の距離Ｌ１は基板３２の間の距離Ｌ２よりも小さい。基板３２の表面には可撓膜４４が一面に形成される。可撓膜４４は、基板３２の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層４５と、酸化シリコン層４５の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層４６とで構成される。可撓膜４４は開口４３に接する。こうして開口４３の輪郭に対応して可撓膜４４の一部が振動膜４２として機能する。酸化シリコン層４５の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。共振周波数は超音波の周波数に相当する。

振動膜４２の表面に第１導電体３７、圧電体膜３６および第２導電体３８が順番に積層される。第１導電体３７は１列の開口４３を横切る。第１導電体３７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。圧電体膜３６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。第２導電体３８は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。第２導電体３８は個々の開口４３ごとに個別に開口４３を横切る。第１導電体３７および第２導電体３８にはその他の導電材が利用されてもよく、圧電体膜３６にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、上部電極３５の下で圧電体膜３６は完全に下部電極３４を覆う。圧電体膜３６の働きで上部電極３５と下部電極３４との間で短絡は回避されることができる。

個々の第１導電端子２４は凹部２２に突出する。第１導電体３７は一端で第１側面１８ａの第１導電端子２４に接続され他端で第２側面１８ｂの第１導電端子２４に接続される。接続にあたって例えばそれぞれ１本の導電線４７が用いられることができる。こういった導電線４７は例えばワイヤボンディングで形成されることができる。こうして１本の第１導電体３７の配線は支持体１８の外側に引き出されることができる。

図５から明らかなように、囲い壁２１で囲まれる凹部２２内には基板３２および素子２８が収容される。囲い壁２１は基板３２を囲む凹部を形成する。囲い壁２１の高さＨ１は素子２８の高さＨ２よりも高いことから、樹脂材２３は素子２８に覆い被さる。基板３２の表面は樹脂材２３で覆われる。樹脂材２３は振動膜４２の表面で音響整合層として機能することができる。音響整合層は、振動膜４２と対象物との間で音響インピーダンスを調整し超音波の反射を防止する役割を担う。

図６に示されるように、第２導電体３８は第３導電体３９に接続される。接続にあたって第３導電体３９は第３導電体３９に最も近い凹部２２に個々の素子２８ごとに突出する。第２導電体３８は例えば１本の導電線４８で第３導電体３９に接続される。こういった導電線４８は例えばワイヤボンディングで形成されることができる。加えて、素子列２９の間では囲い壁２１と板材１９との間に第４導電体４９が配置される。第４導電体４９は１行の素子２８に則して配置される。第４導電体４９は囲い壁２１の両側で凹部２２に突出する。第２導電体３８は例えば１本の導電線５０で第４導電体４９に接続される。こういった導電線５０は例えばワイヤボンディングで形成されることができる。こうして隣接する凹部２２では第４導電体４９を通じて第２導電体３８は電気的に接続される。その結果、１行の素子２８に対応する第２導電体３８は１行の両端でそれぞれ第３導電体３９に接続される。こうして全ての第２導電体３８の配線は第３導電体３９を通じて共通に支持体１８の外側に引き出されることができる。

図６から明らかなように、素子チップ３１は接着層５１で支持体１８の板材１９に固着される。接着層５１は板材１９および基板３２の間に挟まれる。ここでは、接着層５１は、硬化して接着機能を発現している接着剤であって、支持体１８の板材１９および基板３２よりも低い剛性を有する。

（２）超音波診断装置の回路構成
図７に示されるように、超音波診断装置１１は素子パッケージ１７に電気的に接続される集積回路チップ５２を備える。集積回路チップ５２はマルチプレクサー５３および送受信回路５４を備える。マルチプレクサー５３は素子パッケージ１７側のポート群５３ａと送受信回路５４側のポート群５３ｂとを備える。素子パッケージ１７側のポート群５３ａには信号線５５経由で第１導電端子２４および第２導電端子２５が接続される。こうしてポート群５３ａは素子アレイ２７に繋がる。ここでは、送受信回路５４側のポート群５３ｂには集積回路チップ５２内の規定数の信号線５６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２８の列数に相当する。マルチプレクサー５３はケーブル１４側のポートと素子パッケージ１７側のポートとの間で相互接続を管理する。

送受信回路５４は規定数の切り替えスイッチ５７を備える。個々の切り替えスイッチ５７はそれぞれ個別に対応の信号線５６に接続される。送受信回路５４は個々の切り替えスイッチ５７ごとに送信経路５８および受信経路５９を備える。切り替えスイッチ５７には送信経路５８と受信経路５９とが並列に接続される。切り替えスイッチ５７はマルチプレクサー５３に選択的に送信経路５８または受信経路５９を接続する。送信経路５８にはパルサー６１が組み込まれる。パルサー６１は振動膜４２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５９にはアンプ６２、ローパスフィルター（ＬＰＦ）６３およびアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）６４が組み込まれる。個々の素子２８の検出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５４は駆動／受信回路６５を備える。送信経路５８および受信経路５９は駆動／受信回路６５に接続される。駆動／受信回路６５はスキャンの形態に応じて同時にパルサー６１を制御する。駆動／受信回路６５はスキャンの形態に応じて検出信号のデジタル信号を受信する。駆動／受信回路６５は制御線６６でマルチプレクサー５３に接続される。マルチプレクサー５３は駆動／受信回路６５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６７が組み込まれる。処理回路６７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６７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６７は駆動／受信回路６５を制御する。処理回路６７は素子２８の検出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６８が組み込まれる。描画回路６８は処理回路６７に接続される。描画回路６８にはディスプレイパネル１５が接続される。描画回路６８は処理回路６７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６７は駆動／受信回路６５に超音波の送信および受信を指示する。駆動／受信回路６５はマルチプレクサー５３に制御信号を供給するとともに個々のパルサー６１に駆動信号を供給する。パルサー６１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５３は制御信号の指示に従ってポート群５３ｂのポートにポート群５３ａ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第１〜第４導電体３７、３８、３９、４９を通じて列ごとに素子２８に供給される。パルス信号の供給に応じて振動膜４２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は発せられる。

超音波の送信後、切り替えスイッチ５７は切り替えられる。マルチプレクサー５３はポートの接続関係を維持する。切り替えスイッチ５７は送信経路５８および信号線５６の接続に代えて受信経路５９および信号線５６の接続を確立する。超音波の反射波は振動膜４２を振動させる。その結果、素子２８から検出信号が出力される。検出信号はデジタル信号に変換されて駆動／受信回路６５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５３はポートの接続関係を変更する。その結果、ライン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６７は検出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。

素子パッケージ１７では凹部２２に素子チップ３１が組み込まれる。隣接する凹部２２は囲い壁２１で相互に隔てられる。したがって、素子チップ３１の基板３２は支持体１８上に間隔を空けて配置される。その結果、基板３２の間の基板材料は省略されることができる。基板材料の削減を図りつつ、隣接する素子列２９の間隔を任意に設定できる。こうして素子列２９の間隔がを任意に設定できると、超音波ビームの焦点距離の自由度は広げられることができる。

前述のように、基板３２はＳｉ、ガラスなどの剛性の高い材料から形成される。個々の基板３２では開口４３の間隔は確実に保持されることができる。個々の基板３２ごとに一定の超音波ビームは形成されることができる。こうした超音波ビームの保持は素子パッケージ１７の設計の簡素化に寄与することができる。

個々の素子チップ３１では１本の第１導電体３７が一列の開口４３を横切る。第１導電体３７は一列の圧電体膜３６に共通に下部電極３４を形成する。こうして下部電極３４から配線の引き出しは簡略化されることができる。

素子パッケージ１７では凹部２２は囲い壁２１で相互に隔てられる。しかも、個々の凹部２２は樹脂材２３で満たされる。したがって、隣接する基板３２の間には絶縁体材料が充填される。絶縁体材料の働きで基板３２の間隔は容易に保持されることができる。

前述のように、支持体１８は板材１９および囲い壁２１を備える。凹部２２は囲い壁２１で囲まれ、凹部２２の下端は板材１９で閉鎖される。音響整合層の形成にあたって流動体の樹脂材（音響整合層素材）２３は凹部２２の開口から囲い壁２１の内側に流し込まれることができる。音響整合層は簡単に形成されることができる。こうした製造の簡素化は製品コストの低減に寄与することができる。

支持体１８および基板３２の間には固形の接着層５１が挟まれる。接着層５１は支持体１８および基板３２よりも低い剛性を有することができる。こうして硬質の支持体１８および基板３２の間に低い剛性の接着層５１が挟み込まれると、接着層５１は基板３２の振動を吸収することができる。振動膜４２の振動時に支持体１８に向かって振動の伝達は低減されることができる。したがって、クロストークは低減される。Ｓ／Ｎ比は向上する。

（４）超音波トランスデューサー素子チップの製造方法
図８に示されるように、シリコンウエハー（基板）７１の表面に第１導電体３７の集合体を形成する。同一形状の第１導電体３７を並列に並べられることができる。第１導電体３７の形成に先立ってシリコンウエハー７１の表面には酸化シリコン膜７２および酸化ジルコニウム膜７３を順に形成する。酸化ジルコニウム膜７３の表面には導電材の膜を形成する。導電材の膜はチタン、イリジウム、白金およびチタンの積層膜で構成する。フォトリソグラフィ技術に基づき導電膜から第１導電体３７を成形する。

図９に示されるように、第１導電体３７の表面で個々の素子２８ごとに圧電体膜３６および第１導電膜７４を形成する。圧電体膜３６および第１導電膜７４の形成にあたってシリコンウエハー７１の表面には圧電材の膜および導電材の膜を成膜する。圧電材の膜はＰＺＴ膜から構成する。導電材の膜はイリジウム膜から構成する。フォトリソグラフィ技術に基づき個々の素子２８ごとに圧電材の膜および導電材の膜から圧電体膜３６および第１導電膜７４を成形する。

続いて、図１０に示されるように、シリコンウエハー７１の表面に導電材の膜７５を成膜する。導電材の膜７５は第１導電膜７４に覆い被さる。そして、フォトリソグラフィ技術に基づき導電材の膜７５から第２導電膜を成形する。第２導電膜は、第１導電体３７に直交する方向に延び、次々と第１導電体３７を横切る。第２導電膜は行方向に第１導電膜７４を接続する。第１導電膜７４および第２導電膜は第２導電体３８を構成する。ここでは、第１導電膜７４は上部電極３５の下層に相当する。

その後、図１１に示されるように、シリコンウエハー７１の裏面からアレイ状の開口４３を形成する。開口４３の形成にあたってエッチング処理を施す。酸化シリコン膜７２はエッチングストップ層として機能する。酸化シリコン膜７２および酸化ジルコニウム膜７３に振動膜４２を区画する。

開口４３の形成後、図１２に示されるように、シリコンウエハー７１は第１導電体３７で接続される素子列２９ごとに切り分ける。こうして素子チップ３１が製造される。切り出された素子チップ３１は支持体１８上で間隔を空けて相互に並列に並べる。前述のように、個々の素子チップ３１を支持体１８の凹部２２に収容する。素子チップ３１の配置にあたって予め支持体１８は用意しておく。支持体１８は板材１９に囲い壁２１を貼り合わせて形成する。板材１９および囲い壁２１は例えば硬質の樹脂材から成型することができる。貼り合わせに先立って板材１９には第１導電端子２４や第２導電端子２５、第３および第４導電体３９、４９を形成する。素子チップ３１は板材１９の表面に接着層５１で固定する。その後、導電線４７、４８を形成する。導電線４７、４８の形成後、凹部２２には流動体の樹脂材２３（音響整合層素材）を流し込む。

１枚のシリコンウエハー７１上には１つの素子チップ３１に相当する第１導電体３７、圧電体膜３６、第２導電体３８および開口４３が繰り返しパターンで形成することができる。素子チップ３１は簡単に同一形状に形成することができる。こうして素子チップ３１が標準化されると、支持体１８の設計変更で素子パッケージ１７は様々な用途に対応することができる。納期の短縮やコストの削減は実現されることができる。

（５）第２実施形態に係る超音波トランスデューサー素子パッケージ
図１３は第２実施形態に係る素子パッケージ１７ａの構造を概略的に示す。この素子パッケージ１７ａでは凹状の湾曲面８１を有する。湾曲面８１は例えば板材１９ａの表面で規定される。湾曲面８１は相互に平行な母線８２を有する。したがって、母線８２に直交する仮想平面内で湾曲面８１の曲率は特定される。湾曲面８１は一律な曲率を有すればよい。

湾曲面８１に倣って凹部２２は区画される。凹部２２内で素子チップ３１は湾曲面８１に固定される。素子チップ３１は湾曲面８１の母線８２に平行に配置される。個々の素子２８の振動膜４２は、母線８２および湾曲面８１の接線を含む仮想平面に平行に広がる。ここでは、母線８２は等間隔に特定される。

第２実施形態に係る素子パッケージ１７ａでは相互に平行な母線８２に合わせて基板３２が配置される。マトリクスの１行の素子２８では振動膜４２の垂線８３は１点に集束する。したがって、音響レンズなしで超音波ビームのビーム幅は絞られることができる。薄型化や小型化は実現されることができる。製品コストは低減されることができる。

ここでは、素子パッケージ１７ａの底面すなわち板材１９ａの裏面は平面ＨＰに形成される。こうした平面ＨＰによれば、素子パッケージ１７ａは平面上に簡単に設置されることができる。第１導電端子２４および第２導電端子２５は平面ＨＰに沿って配置されることから、第１導電端子２４および第２導電端子２５に対して簡単に導電接続は確立されることができる。ただし、板材１９ａは均一な板厚で形成されてもよい。したがって、素子パッケージ１７ａの底面は湾曲してもよい。こうして板厚が均一に設定されると、曲げ加工で板材１９ａは簡単に製造されることができる。その他、板材１９ａおよび囲い壁２１には軟性の樹脂が利用されてもよい。板材１９ａおよび囲い壁２１は設置面の形状に倣って変形することができる。その結果、設置面の曲率に応じて様々な曲率の湾曲面８１は提供されることができる。素子パッケージ１７ａは様々な焦点距離の超音波ビームに対応することができる。

（６）第３実施形態に係る超音波トランスデューサー素子パッケージ
図１４は第３実施形態に係る素子パッケージに利用される素子チップ３１ａを示す。素子チップ３１ａでは基板３２の板面に１本の第１導電体３７に並列に１本の第３導電体８４が形成される。第３導電体８４は第１導電体３７から絶縁される。第３導電体８４は基板３２の一端から他端まで基板３２の長手方向に延びる。第３導電体８４にはそれぞれ第２導電体３８が接続される。こうして第３導電体８４は個々の素子チップ３１ａごとに支持体１８の外側に引き出されることができる。

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や超音波プローブ１３、超音波トランスデューサー素子パッケージ１７、１７ａ、素子アレイ２７、超音波トランスデューサー素子２８、制御回路チップ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。

１１ 電子機器としての超音波診断装置、１３ プローブ（超音波プローブ）、１３ｂ プローブヘッド、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素子パッケージ、１７ａ 超音波トランスデューサー素子パッケージ、１８ 支持体、１９ 板状部（板材）、１９ａ 板状部（板材）、２１ 囲い壁、２２ 凹部、２３ 音響整合層（樹脂材）、２８ 超音波トランスデューサー素子、３１ 超音波トランスデューサー素子チップ、３１ａ 超音波トランスデューサー素子チップ、３２ 基板、３４ 第１電極（下部電極）、３５ 第２電極（上部電極）、３７ 第１導電体、３８ 第２導電体、４３ 開口、５１ 接着層、８１ 湾曲面、８２ 母線。

Claims (12)

1. 第１の方向に並ぶ複数の開口を有する複数の基板と、
   前記基板が配置される凹部を有し、前記複数の基板を前記第１の方向と交差する第２の方向に間隔を空けて支持する支持体と、
   前記開口に設けられる超音波トランスデューサー素子と、
   前記凹部に充塞され、前記超音波トランスデューサー素子を被覆する音響整合層と、を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージ。
2. 請求項１に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージにおいて、前記支持体の厚み方向からの平面視で、前記第１の方向の開口の間の距離は、前記第２の方向の基板の間の距離より小さいことを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージ。
3. 請求項１または２に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージにおいて、
   前記基板の厚み方向からの平面視で前記複数の開口を横切って前記超音波トランスデューサー素子の第１電極を形成する１本の第１導電体と、
   前記基板の厚み方向からの平面視で個々の前記開口ごとに前記開口を横切って、個別に前記超音波トランスデューサー素子の第２電極を形成する第２導電体と、を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージにおいて、前記基板の間は絶縁体材料により充塞されていることを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージにおいて、前記支持体は、前記基板が配置される表面を有する板状部と、前記板状部の前記表面から立ち上がって、前記基板および前記超音波トランスデューサー素子を囲む前記凹部を前記板状部の前記表面に沿って形成する囲い壁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素子パッケージ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージにおいて、前記支持体および前記基板の間に挟まれて前記支持体に前記基板を接着し、前記支持体および前記基板よりも低い剛性を有する接着層を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージにおいて、前記支持体は、相互に平行な母線を有する凹状の湾曲面を有し、前記母線に合わせて前記基板を配置することを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージと、前記超音波トランスデューサー素子パッケージを支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
9. 請求項８に記載のプローブと、前記プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることを特徴とする電子機器。
10. 請求項８に記載のプローブと、前記プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、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診断装置。
11. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサー素子パッケージと、
    前記超音波トランスデューサー素子パッケージを支持する筐体と
    を備えることを特徴とするプローブヘッド。
12. 第１の方向に並べられた複数の開口を有し、前記開口に超音波トランスデューサー素子が設けられた基板を支持体上で前記第１の方向と交差する第２の方向に間隔を空けて並べ、
    前記支持体により形成された凹部に前記基板を配置し、
    前記超音波トランスデューサー素子を被覆するように前記凹部に音響整合層を充塞する
    ことを特徴とする超音波トランスデューサー素子パッケージの製造方法。

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