JP6078994B2

JP6078994B2 - 超音波トランスデューサー素子ユニットおよびプローブおよびプローブヘッド並びに電子機器および超音波診断装置

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Publication number: JP6078994B2
Application number: JP2012133670A
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Inventors: 康憲大西; 清瀬　摂内; 摂内清瀬
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Filing date: 2012-06-13
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Description

本発明は、超音波トランスデューサー素子ユニット、および、それを利用したプローブおよびプローブヘッド、並びに、そういったプローブを利用した電子機器および超音波診断装置に関する。

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。基板にはアレイ状に開口が形成される。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２０１０−１４７６５８号公報

振動の励起にあたって振動膜の表面には圧電素子が形成される。圧電素子は基板の表面から突出する。したがって、超音波診断装置のプローブのように基板の表面が対象物（ここでは人体）に押し当てられる際に圧電素子は対象物からの反力を受け止める。そのまま振動膜に対象物の反力が作用してしまう。振動膜すなわち超音波トランスデューサー素子が破損することがあった。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、超音波トランスデューサー素子の破損のリスクを低減する超音波トランスデューサー素子ユニットを提供することができる。

（１）本発明の一態様は、開口がアレイ状に配置された基板と、前記基板の一つの主表面において、個々の前記開口に設けられ、かつ前記一つの主表面から垂直方向に第１高さを有する超音波トランスデューサー素子と、前記基板の前記一つの主表面において、前記基板の厚み方向からの平面視で前記超音波トランスデューサー素子と重ならない位置に配置され、前記垂直方向に第１高さよりも大きい第２高さを有する突出部と、を備える超音波トランスデューサー素子ユニットに関する。ここで、基板の主表面は板の表面に相当し側面から区別される。

超音波トランスデューサー素子ユニットでは超音波トランスデューサー素子の高さよりも高い位置に突出部は先端を規定する。したがって、基板の主表面が対象物に押し当てられる際に突出部は超音波トランスデューサー素子よりも先に対象物からの反力を受け止めることができる。突出部は対象物からの反力を支持する。こうして超音波トランスデューサー素子に対して外力の作用は回避されることができる。超音波トランスデューサー素子の破損のリスクは確実に低減されることができる。

（２）超音波トランスデューサー素子ユニットは、前記超音波トランスデューサー素子を被覆し、前記一つの主表面からの垂直方向において前記第２高さの位置に表面を有する保護膜を備えることができる。基板の主表面が対象物に押し当てられる際に突出部は対象物からの反力を支持する。保護膜に対して対象物からの反力の作用は抑制されることができる。保護膜の変形は防止されることができる。

（３）前記突出部の前記超音波トランスデューサー素子に臨む側の側面は前記一つの主表面から遠ざかるにつれて前記平面視で前記超音波トランスデューサー素子から遠ざかる方向に傾く面であることができる。超音波トランスデューサー素子は超音波ビームを放射する。超音波トランスデューサー素子は例えば特定の回転軸回りで超音波ビームを走査することができる。基板の主表面の垂直方向に対して超音波ビームが傾斜すると、超音波ビームは基板の主表面から遠ざかるにつれて基板の表面に平行な方向に超音波トランスデューサー素子から遠ざかる。したがって、前述のように突出部の側面が基板の主表面から遠ざかるにつれて超音波トランスデューサー素子から遠ざかれば、突出部の断面は基端に近づくにつれて増大することから、突出部と超音波ビームとの間で干渉を回避しつつ突出部の強度は高められることができる。

（４）前記アレイ状に配置された開口は、所定の方向に並ぶ開口の列が複数列配置されたものであり、前記突出部は、前記超音波トランスデューサー素子の間に配置されて、前記所定の方向に沿って延びる壁部を備えることができる。超音波トランスデューサー素子は超音波ビームを放射する。超音波トランスデューサー素子は例えば特定の回転軸回りで超音波ビームを走査することができる。このとき、壁部が超音波トランスデューサー素子の列に沿って１筋の空間を形成すれば、突出部と超音波ビームとの干渉は回避されることができる。超音波トランスデューサー素子の行と行との間に突出部は配置される必要はなく、その結果、超音波トランスデューサー素子の行と行との間隔は狭められることができる。超音波トランスデューサー素子の密度は高められることができる。

（５）前記突出部は、前記平面視で前記超音波トランスデューサー素子の間に格子点状に配置される複数の突起を備えることができる。超音波トランスデューサー素子は超音波ビームを放射する。超音波トランスデューサー素子は例えば特定の回転軸回りで超音波ビームを走査することができる。このとき、突起が超音波ビームの走査の方向に平行に配置されれば、突出部と超音波ビームとの干渉は回避されることができる。超音波トランスデューサー素子の行と行との間隔は狭められることができる。超音波トランスデューサー素子の密度は高められることができる。

（６）超音波トランスデューサー素子ユニット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ユニットと、前記超音波トランスデューサー素子ユニットを支持する筐体とを備えることができる。

（７）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。

（８）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。

（９）超音波トランスデューサー素子ユニット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ユニットと、前記超音波トランスデューサー素子ユニットを支持する筐体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４のＢ−Ｂ線に沿った超音波トランスデューサー素子の拡大断面図である。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。図５に対応し、超音波ビームの揺動を概略的に示す超音波トランスデューサー素子の拡大断面図である。シリコンウエハー上に形成された可撓膜および第２導電体を概略的に示す部分拡大垂直断面図である。第２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べた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および格子体を概略的に示す部分拡大垂直断面図である。図５に対応し、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部分断面図である。図５に対応し、第３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部分断面図である。図３に対応し、第４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に対応し、第５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。

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。個々の素子２３は圧電素子部２４を備える。圧電素子部２４は上部電極２５、下部電極２６および圧電体膜２７で構成される。個々の素子２３ごとに上部電極２５および下部電極２６の間に圧電体膜２７が挟み込まれる。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２８が割り当てられる。１本の第１導電体２８は配列の行方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２７に共通に接続される。第１導電体２８は個々の素子２３ごとに上部電極２５を形成する。第１導電体２８の両端は１対の引き出し配線２９にそれぞれ接続される。引き出し配線２９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２８は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子２３に共通に上部電極２５は接続される。

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３１が割り当てられる。１本の第２導電体３１は配列の列方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２７に共通に配置される。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４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５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。さらにまた、上部電極２５および下部電極２６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に共通に下部電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子２３に上部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３２ａ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３２ｂが配置される。第１端子アレイ３２ａ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３２ｂ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３２ａは１対の上部電極端子３３および複数の下部電極端子３４で構成される。同様に、第２端子アレイ３２ｂは１対の上部電極端子３５および複数の下部電極端子３６で構成される。１本の引き出し配線２９の両端にそれぞれ上部電極端子３３、３５は接続される。引き出し配線２９および上部電極端子３３、３５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部電極端子３４、３６は接続される。第２導電体３１および下部電極端子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。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）３７が連結される。第１配線板３７は第１端子アレイ３２ａを被覆する。第１配線板３７の一端には上部電極端子３３および下部電極端子３４に個別に対応して導電線すなわち第１信号線３８が形成される。第１信号線３８は上部電極端子３３および下部電極端子３４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３２ｂを被覆する。第２配線板４１の一端には上部電極端子３５および下部電極端子３６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は上部電極端子３５および下部電極端子３６に個別に向き合わせられ個別に接合される。

基体２１の表面には格子体４３が固定される。格子体４３は、素子アレイ２２の行方向に延びる複数の第１長尺片４４と、素子アレイ２２の列方向に延びる複数の第２長尺片４５とを備える。第１長尺片４４は相互に平行に配列される。第２長尺片４５は相互に平行に配列される。第１長尺片４４および第２長尺片４５は基体２１の表面に平行な方向に素子２３からずれた位置に配置される。隣接する第１長尺片４４の間に１行の素子２３が配置される。隣接する第２長尺片４５の間に１列の素子２３が配置される。こうして素子２３と格子体４３との重なりは回避される。

図４に示されるように、基体２１は基板４７および可撓膜４８を備える。基板４７の表面に可撓膜４８が一面に形成される。基板４７には個々の素子２３ごとに開口４９が形成される。開口４９は基板４７に対してアレイ状に配置される。隣接する開口４９の間には仕切り壁５１が区画される。個々の開口４９は仕切り壁５１で仕切られる。仕切り壁５１の壁厚みは開口４９の空間の間隔に相当する。仕切り壁５１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４８は、基板４７の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層５２と、酸化シリコン層５２の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層５３とで構成される。可撓膜４８は開口４９に接する。こうして開口４９の輪郭に対応して可撓膜４８の一部が振動膜５４を形成する。酸化シリコン層５２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５４の表面に第２導電体３１、圧電体膜２７および第１導電体２８が順番に積層される。第２導電体３１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２７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１導電体２８は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。第１導電体２８および第２導電体３１にはその他の導電材が利用されてもよく、圧電体膜２７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２８の下で圧電体膜２７は完全に第２導電体３１を覆う。圧電体膜２７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。

格子体４３の固定にあたって接着剤５５が用いられる。接着剤５５は格子体４３と基体２１の表面との間に挟まれる。第１長尺片４４および第２長尺片４５は基体２１の厚み方向からの平面視で開口４９に重ならない位置に配置される。すなわち、格子体４３は開口４９の輪郭の外側で基体２１の表面に接触する。素子２３の間では格子体４３は仕切り壁５１に結合される。格子体４３は素子２３の第１高さＨ１よりも大きい第２高さＨ２を有する。第１高さＨ１および第２高さＨ２は基板４７の表面（主表面）から垂直方向に規定される。格子体４３は、隣接する第１長尺片４４の間で、かつ、隣接する第２長尺片４５の間に直方体の空間５６を区画する。個々の空間５６ごとに素子２３は閉じ込められる。

基体２１の表面には保護膜５７が積層される。保護膜５７は少なくとも個々の空間５６に充填される。保護膜５７は格子体４３の高さＨ２と同一の高さＨ２に表面を有する。したがって、保護膜５７は素子２３を被覆する。ここでは、保護膜５７は全面にわたって基体２１の表面を被覆する。その結果、素子アレイ２２だけでなく第１および第２端子アレイ３２ａ、３２ｂ、第１および第２配線板３７、４１は保護膜５７で覆われる。保護膜５７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５７は、素子アレイ２２の構造や、第１端子アレイ３２ａおよび第１配線板３７の接合、第２端子アレイ３２ｂおよび第２配線板４１の接合を保護する。

図５に示されるように、振動膜５４の輪郭から格子体４３の第２長尺片４５までの距離Ｄと、振動膜５４の表面から格子体４３の頂上面までの距離Ｌ（ここでは保護膜５７の膜厚）との間には次式が成立する。

ここで、角度θは、格子体４３の第２長尺片４５に最も近い振動膜５４の縁で規定される垂直面から傾斜角を特定する。角度θは超音波ビームの揺動角に相当する。例えば保護膜５７の音速が８００ｍ／ｓであって、保護膜５７が接触する生体（対象物）の音速が１６００ｍ／ｓとすると、角度θは１６度以上に設定されることができる。保護膜５７の膜厚は超音波周波数の波長の４分の１に設定されることができる。その結果、保護膜５７は音響整合層として機能することができる。距離Ｄは、格子体４３の第２長尺片４５に最も近い振動膜５４の縁で規定される垂直面と、第２長尺片４５の上端との間で規定されることができる。

（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３８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５４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検出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部電極端子３３、３５および下部電極端子３４、３６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５４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５４を振動させる。その結果、素子２３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、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７４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。

素子ユニット１７では素子２３の高さＨ１よりも高い位置に格子体４３は上面を規定する。したがって、基体２１の表面が対象物に押し当てられる際に格子体４３は素子２３よりも先に対象物からの反力を受け止めることができる。格子体４３は対象物からの反力を支持する。こうして素子２３に対して外力の作用は回避されることができる。素子２３の破損は確実に防止されることができる。しかも、保護膜５７の表面は格子体４３の上面に面一に形成されることから、保護膜５７に対して対象物からの反力の作用は抑制されることができる。保護膜５７の変形は防止されることができる。

図７に示されるように、素子ユニット１７では素子２３は超音波ビーム７６を放射する。素子２３は素子アレイ２２の行方向に平行な回転軸回りで超音波ビーム７６を走査することができる。振動膜５４の表面の垂直方向に対して超音波ビーム７６が傾斜すると、振動膜５４の表面から遠ざかるにつれて振動膜５４の表面に平行な方向に超音波ビーム７６は素子２３から遠ざかる。超音波ビーム７６の最大傾斜角に応じて距離Ｄが設定されれば、格子体４３の第２長尺片４５と超音波ビーム７６との干渉は回避されることができる。

（４）超音波トランスデューサー素子ユニットの製造方法
図８に示されるように、シリコンウエハー７８の表面で個々の素子ユニット１７ごとに第２導電体３１および下部電極端子３４、３６（図８以降では図示されず）を形成する。第２導電体３１および下部電極端子３４、３６の形成に先立ってシリコンウエハー７８の表面には酸化シリコン膜７９および酸化ジルコニウム膜８１を順に形成する。酸化ジルコニウム膜８１の表面には導電膜を形成する。導電膜はチタン、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２導電体３１および下部電極端子３４、３６を成形する。

図９に示されるように、第２導電体３１の表面で個々の素子２３ごとに圧電体膜２７および第１導電膜８２を形成する。圧電体膜２７および第１導電膜８２の形成にあたってシリコンウエハー７８の表面には圧電材料膜および導電材のべた膜を成膜する。圧電材料膜はＰＺＴ膜で構成する。導電材のべた膜はイリジウム膜で構成する。フォトリソグラフィ技術に基づき個々の素子２３ごとに圧電材料膜および導電材のべた膜から圧電体膜２７および第１導電膜８２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７８の表面に導電材のべた膜８３を成膜する。導電材のべた膜８３は個々の第１導電膜８２を被覆する。第１導電膜８２はべた膜８３で相互に接続する。そして、フォトリソグラフィ技術に基づきべた膜８３から第２導電膜を成形する。第２導電膜は、第２導電体３１に直交する方向に延び、次々と第２導電体３１を横切る。第２導電膜は素子アレイ２２の行方向にそれぞれの第１導電膜８２を接続する。第２導電膜は第１導電体２８、引き出し配線２９および上部電極端子３３、３５を形成する。第２導電膜の一部は第１導電膜８２に重なって第１導電膜８２とともに上部電極２５を形成する。

その後、図１１に示されるように、シリコンウエハー７８の裏面からアレイ状の開口４９を形成する。開口４９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７９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７９および酸化ジルコニウム膜８１に振動膜５４を区画する。開口４９の形成後、シリコンウエハー７８の表面に素子ユニット１７ごとに格子体４３を接着する。格子体４３はシリコンウエハー７８の表面に重ねる。接着後、シリコンウエハー７８から個々の素子ユニット１７を切り出す。

（５）他の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
図１２は第２実施形態に係る素子ユニット１７ａの構造を概略的に示す。第２実施形態では格子体４３の第２長尺片４５は傾斜面８５の側面（素子２３に臨む側の側面）を有する。傾斜面８５は例えば平面で形成されることができる。傾斜面８５は、基体２１の表面から垂直方向に遠ざかるにつれて平面視で素子２３から遠ざかる。このとき、傾斜面８５の上端を形成する稜線８５ａと、第２長尺片４５に最も近い振動膜５４の縁とを結ぶ平面８６の傾斜角（＝角度θ）は前述と同様に［数１］で決定されることができる。その他の構成は前述と同様である。

素子ユニット１７ａでは素子２３は超音波ビーム７６を放射する。素子２３は素子アレイ２２の行方向に平行な回転軸回りで超音波ビーム７６を走査することができる。振動膜５４の表面の垂直方向に対して超音波ビーム７６が傾斜すると、振動膜５４の表面から遠ざかるにつれて振動膜５４の表面に平行な方向に超音波ビーム７６は素子２３から遠ざかる。前述のように超音波ビーム７６の最大傾斜角に応じて距離Ｄが設定されれば、格子体４３の第２長尺片４５と超音波ビーム７６との干渉は回避されることができる。ここでは、第１実施形態に係る格子体４３に比べて第２長尺片４５の壁厚は増大することができる。したがって、格子体４３の強度は高められることができる。

（６）さらに他の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
図１３は第３実施形態に係る素子ユニット１７ｂの構造を概略的に示す。第３実施形態では格子体４３の第２長尺片４５は保護膜５７の第３高さＨ３よりも低い第２高さＨ２を有する。第２高さＨ２は素子２３の第１高さＨ１よりも高い。ここでは、保護膜５７の膜厚は前述と同様に維持されることから、保護膜５７は音響整合層として機能することができる。格子体４３は素子２３よりも先に対象物からの反力を受け止めることができる。格子体４３は対象物からの反力を支持する。しかも、格子体４３の高さＨ２は抑えられることから、第２長尺片４５と超音波ビーム７６との干渉の回避にあたって第２長尺片４５は第１実施形態および第２実施形態に比べて振動膜５４に近づくことができる。したがって、素子２３の密度は高められることができる。ここでは、第１長尺片４４の高さは第２長尺片４５に合わせ込まれてもよく保護膜５７の高さに合わせ込まれてもよい。その他の構成は前述と同様である。

（７）さらに他の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
図１４は第４実施形態に係る素子ユニット１７ｃの構造を概略的に示す。第４実施形態では前述の格子体４３に代えて基体２１の表面に格子体８７が固定される。この格子体８７は、素子２３の列の間に配置されて相互に平行に延びる第１長尺片（壁部）８８を備える。ここでは、第１長尺片８８は素子２３の列の両側にそれぞれ対応して配置される。第１長尺片８８は、素子アレイ２２の輪郭の外側で行方向に延びる１対の第２長尺片８９で相互に結合される。隣接する第１長尺片８８の間は１筋の空間で占められる。長尺片８８の間に障害物は存在しない。その他の構成は前述と同様である。

素子ユニット１７ｃでは例えばセクタースキャンの実現にあたって個々の素子２３で行方向に延びる回転軸回りで超音波ビームは走査される。格子体８７では、第１長尺片８８は超音波ビームの走査の方向に平行に配置される。超音波ビームの走査の方向に障害物は存在しない。その結果、格子体８７と超音波ビームとの干渉は回避されることができる。行方向に隣接する素子２３の間には長尺片が配置されないことから、素子２３の行の間隔は狭められることができる。素子２３の密度は高められることができる。

（８）さらに他の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
図１５は第５実施形態に係る素子ユニット１７ｄの構造を概略的に示す。第５実施形態では前述の格子体４３に代えて基体２１の表面に突起９１の集合体９２が固定される。突起９１の集合体９２は、格子点状に配置される複数の突起９１を有する。すなわち、個々の集合体９２では、突起９１は、素子アレイ２２の列方向に平行に基体２１の表面に規定される仮想平行線９３上に並べられて、素子２３の列と列との間に配置される。ここでは、集合体９２は素子２３の列の両側にそれぞれ対応して配置される。突起９１は個々の素子２３の輪郭線（振動膜５４の輪郭線に相当）の外側に配置される。隣接する列方向の集合体９２の間は空間で占められる。障害物は存在しない。その他の構成は前述と同様である。

素子ユニット１７ｄでは例えばセクタースキャンの実現にあたって個々の素子２３で行方向に延びる回転軸回りで超音波ビームは走査される。したがって、超音波ビームの走査の方向に障害物は存在しない。その結果、突起９１と超音波ビームとの干渉は回避されることができる。行方向に隣接する素子２３の間には突起が配置されないことから、素子２３の行と行との間隔は狭められることができる。素子２３の密度は高められることができる。

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、超音波プローブ１３、プローブヘッド１３ｂ、素子ユニット１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、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電子機器としての超音波診断装置、１２装置端末、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ユニット、２３超音波トランスデューサー素子、４３突出部（格子体）、５７保護膜、８５側面（傾斜面）、８７突出部（格子体）、８８壁部（第１長尺片）、９１突出部（突起）、９２集合体、９３仮想平行線、Ｈ１第１高さ、Ｈ２第２高さ。

Claims

複数の開口が設けられた基板と、
前記基板の一つの主表面において、前記基板の厚み方向の平面視で前記複数の開口と重なる位置に設けられ、かつ前記一つの主表面から垂直方向に第１高さを有する複数の超音波トランスデューサー素子と、
前記基板の前記一つの主表面において、前記平面視で前記複数の開口と重ならない位置に配置され、前記垂直方向に第１高さよりも大きい第２高さを有する突出部と、
を備え、
前記複数の開口は、前記超音波トランスデューサー素子から出射される超音波ビームが走査される走査方向に並ぶ開口の列が複数列配置されたものであり、前記突出部は、前記超音波トランスデューサー素子の間に配置されて、前記走査方向に沿って延びる壁部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ユニット。
複数の開口が設けられた基板と、
前記基板の一つの主表面において、前記基板の厚み方向の平面視で前記複数の開口と重なる位置に設けられ、かつ前記一つの主表面から垂直方向に第１高さを有する複数の超音波トランスデューサー素子と、
前記基板の前記一つの主表面において、前記平面視で前記複数の開口と重ならない位置に配置され、前記垂直方向に第１高さよりも大きい第２高さを有する格子状の突出部と、
を備え、
前記突出部は、前記超音波トランスデューサー素子から出射される超音波ビームが走査される走査方向において前記突出部を挟んで隣り合う２つの前記超音波トランスデューサー素子に臨む側の２つの側面の各々が、前記一つの主表面から遠ざかるにつれて前記平面視で前記超音波トランスデューサー素子から遠ざかる方向に傾く面であることを特徴とする超音波トランスデューサー素子ユニット。
複数の開口が設けられた基板と、
前記基板の一つの主表面において、前記基板の厚み方向の平面視で前記複数の開口と重なる位置に設けられ、かつ前記一つの主表面から垂直方向に第１高さを有する複数の超音波トランスデューサー素子と、
前記基板の前記一つの主表面において、前記平面視で前記複数の開口と重ならない位置に配置され、前記垂直方向に第１高さよりも大きい第２高さを有する突出部と、
を備え、
前記突出部は、前記平面視で前記超音波トランスデューサー素子の間に格子点状に配置される複数の突起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ユニット。
請求項１乃至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ユニットにおいて、前記超音波トランスデューサー素子を被覆し、前記一つの主表面の垂直方向において前記第２高さの位置に表面を有する保護膜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ユニット。
請求項１乃至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ユニットにおいて、前記超音波トランスデューサー素子を被覆し、前記一つの主表面の垂直方向において前記第２高さよりも大きい第３高さの位置に表面を有する保護膜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ユニット。
請求項１乃至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ユニットにおいて、前記超音波トランスデューサー素子は、送信時および受信時に選択されて駆動されることを特徴とする超音波トランスデューサー素子ユニット。
請求項１乃至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ユニットと、前記超音波トランスデューサー素子ユニット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７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。
請求項７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。
請求項１乃至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ユニットと、
前記超音波トランスデューサー素子ユニットを支持する筐体と
を備えることを特徴とするプローブヘッド。