JP6136464B2 - 超音波トランスデューサー装置およびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波トランスデューサー装置、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。
超音波トランスデューサー装置は一般に知られる。例えば、特許文献１に記載の超音波トランスデューサー装置では複数の振動膜がアレイ状に配置される。振動膜上に下部電極が形成される。下部電極には配線が接続される。下部電極および配線は圧電膜で覆われる。圧電膜上に上部電極が形成される。
圧電膜は振動膜ごとに仕切られることが望まれる。例えば特許文献１に記載のべたの圧電膜に代えて個々の振動膜ごとに圧電素子が形成されることが考えられる。この場合には、一般の手法に従えば、べたの素材膜からエッチング処理で圧電素子用の圧電体が形成される。配線はエッチング処理に曝される。配線の膜厚は減少する。さらに上部電極が形成される際に配線はエッチング処理に曝される。こうした膜厚の減少に応じて配線の電気抵抗は高まってしまう。
本発明の少なくとも１つの態様によれば、振動膜ごとに圧電体膜を有しながら配線抵抗の上昇を回避した超音波トランスデューサー装置は提供されることができる。
（１）本発明の一態様は、複数の振動膜がアレイ状に配置された基体と、前記振動膜上に形成される第１電極膜と、前記第１電極膜上に形成される圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成される第２電極膜と、前記第１電極膜の膜厚よりも大きい膜厚で形成されて前記第１電極膜に接続される第１導電膜とを備える超音波トランスデューサー装置に関する。
振動膜には超音波が作用する。超音波は振動膜の超音波振動を引き起こす。振動膜の超音波振動に応じて圧電素子から電流が出力される。こうして超音波トランスデューサー装置は超音波を検出する。ここで、第１導電膜は第１電極膜の配線膜として機能する。第１導電膜には十分な膜厚が確保されることから、配線抵抗の増加は回避されることができる。したがって、超音波の検出感度は十分に確保されることができる。
（２）超音波トランスデューサー装置は、前記第２電極膜から離隔され、かつ、前記第１導電膜に接続されて前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように形成される第２導電膜を備えることができる。
（３）前記圧電体膜上で前記第２電極膜および前記第２導電膜の間には絶縁膜が形成されることができる。第２導電膜は第２電極膜から離間されることから、第２導電膜と第２電極膜との間には隙間が形成される。絶縁膜は隙間に対する湿気の浸入を阻止する。その結果、超音波トランスデューサー装置が湿気に曝されても、第２電極膜と第２導電膜との間で電気的短絡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装置では前記第２電極膜の膜厚と前記第２導電膜の膜厚とは等しくてもよい。第２電極膜および第２導電膜は１層の導電膜から形成されることができる。したがって、第２電極膜および第２導電膜は共通の製造工程で形成されることができる。製造工程は簡素化されることができる。
（５）前記第１導電膜は、前記基体の厚み方向からの平面視で前記第１電極膜と前記振動板の第１方向端部との間に形成される第１方向導電体部と、前記第１電極膜と前記振動板の前記第１方向端部とは前記第１電極膜を挟んで反対側の第２方向端部との間に形成される第２方向導電体部とを有することができ、前記第２導電膜は、前記第１方向導電体部に接続されて前記圧電体膜上で前記第２電極膜から離隔される第１上層導電体部と、前記第２方向導電体部に接続されて前記圧電体膜上で前記第２電極膜から離隔される第２上層導電体部とを有することができ、前記圧電体膜上で前記第２電極膜と前記第１上層導電体部との間に第１絶縁膜が形成され、前記圧電体膜上で前記第２電極膜と前記第２上層導電体部との間に第２絶縁膜が形成され、前記第１絶縁膜と第２絶縁膜とは前記第２電極膜上で離隔していることができる。
第１絶縁膜および第２絶縁膜は第１上層導電体部と第２電極膜との隙間や第２上層導電体部と第２電極膜との隙間に対する湿気の浸入を阻止する。その結果、超音波トランスデューサー装置が湿気に曝されても、第２電極膜と第１上層導電体部との間や第２電極膜と第２上層導電体部との間で電気的短絡は回避されることができる。しかも、第２電極膜上では第１絶縁膜および第２絶縁膜の広がりは抑制されることから、振動膜の可撓性は良好に維持される。したがって、超音波の検出感度は維持されることができる。
（６）いずれの超音波トランスデューサー装置も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装置と、前記超音波トランスデューサー装置を支持する筐体とを備えることができる。
（７）超音波トランスデューサー装置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、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理する処理部とを備えることができる。
（８）超音波トランスデューサー装置は超音波画像装置に組み込まれて利用されることができる。超音波画像装置は、超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理し、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。
（９）本発明の他の態様は、基体に形成されてアレイ状に配置される複数の振動膜の表面上に導電材料を含む第１素材膜を形成する工程と、前記第１素材膜から、第１電極膜、および、前記第１電極膜から連続する第１導電膜を形成する工程と、圧電体材料を含む第２素材膜を形成し、前記第２素材膜をエッチング処理を含むパターニング処理により前記第１電極膜上に圧電体膜を形成する工程と、少なくとも前記第１導電膜および前記圧電体膜の表面を覆うように導電材料を含む第３素材膜を形成する工程と、前記第３素材膜をエッチング処理を含むパターニング処理により、前記圧電体膜上に第２電極膜を形成し、かつ前記圧電体膜上で前記第２電極膜と離隔し前記第１導電膜に接続する第２導電膜を形成する工程とを備える超音波トランスデューサー装置の製造方法に関する。
圧電体膜の形成にあたってエッチング処理が施される。このとき、圧電体膜の周囲では第１導電膜がエッチング処理に曝される。その結果、第１導電膜の膜厚は第１電極膜に比べて減少する。その後、第１導電膜には第３素材膜が積層される。こうして第１導電膜の膜厚は増加する。第１電極膜に接続される配線膜には十分な膜厚が確保されることができる。配線抵抗の増加は回避されることができる。したがって、超音波の検出感度は十分に確保されることができる。
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は一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。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。
個々の素子２３は振動膜（振動板）２４を備える。振動膜２４の詳細は後述される。図３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。輪郭の内側は振動膜２４の領域内に相当する。輪郭の外側は振動膜２４の領域外に相当する。振動膜２４上には圧電素子２５が形成される。圧電素子２５では、後述されるように、上電極（第２電極膜）２６および下電極（第１電極膜）２７の間に圧電体膜（図示されず）が挟まれる。これらは順番に重ねられる。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は配列の列方向に並ぶ素子２３に共通に配置される。第１導電体２８は個々の素子２３ごとに下電極２７を形成する。このように第１導電体２８は振動膜２４の領域内および領域外に配置される。第１導電体２８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１導電体２８にはその他の導電材が利用されてもよい。
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は配列の行方向に並ぶ素子２３に共通に接続される。第２導電体３１は個々の素子２３ごとに上電極２６を形成する。第２導電体３１の両端は１対の引き出し配線３２にそれぞれ接続される。引き出し配線３２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２導電体３１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。このように第２導電体３１は振動膜２４の領域内および領域外に配置される。第２導電体３１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２導電体３１にはその他の導電材が利用されてもよい。
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上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３２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３２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３１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３１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。
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。
振動膜２４上では第２導電体３１に並列に電極分離膜４３が配置される。電極分離膜４３は第２導電体３１の長手方向に帯状に延びる。電極分離膜４３は絶縁性および防湿性を有する。電極分離膜４３は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）といった防湿性絶縁材から形成される。電極分離膜４３は個々の第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に分離して形成される。第２導電体３１は振動膜２４上で第１導電体２８に交差することから、電極分離膜４３は振動膜２４上で第１導電体２８上を横切る。
基体２１上で振動膜２４の領域外には絶縁膜４４が形成される。絶縁膜４４は第１導電体２８の長手方向に帯状に延びる。絶縁膜４４は第１導電体２８に並列に配置される。絶縁膜４４は例えばアルミナや酸化シリコンといった防湿性の絶縁材から形成される。絶縁膜４４の素材は電極分離膜４３の素材と一致すればよい。絶縁膜４４は第２導電体３１上を横切る。こうして絶縁膜４４は第２導電体３１上に形成される。絶縁膜４４は電極分離膜４３に連続する。絶縁膜４４は、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される電極分離膜４３に接続される。
図４に示されるように、基体２１は基板４６および可撓膜４７を備える。基板４６の表面に可撓膜４７が一面に形成される。基板４６には個々の素子２３ごとに開口４８が形成される。開口４８は基板４６に対してアレイ状に配置される。開口４８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４８の間には仕切り壁４９が区画される。隣接する開口４８は仕切り壁４９で仕切られる。仕切り壁４９の壁厚みは開口４８の間隔に相当する。仕切り壁４９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。
可撓膜４７は、基板４６の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ２）層５１と、酸化シリコン層５１の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層５２とで構成される。可撓膜４７は開口４８に接する。こうして開口４８の輪郭に対応して可撓膜４７の一部が振動膜２４を形成する。振動膜２４は、可撓膜４７のうち、開口４８に臨むことから基板４６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５１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２４の表面に下電極２７、圧電体膜５３および上電極２６が順番に積層される。圧電体膜５３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５３にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここで、第１導電体２８は下電極２７および第１導電膜５４を有する。第１導電膜５４は下電極２７に接続される。第１導電膜５４は下電極２７に連続する。第１導電膜５４の膜厚は下電極２７の膜厚よりも大きい。第１導電膜５４には第２導電膜５５が接続される。第２導電膜５５は、第１導電膜５４から分岐し圧電体膜５３上に延び、上電極２６から離隔した位置で途切れる。１つの下電極２７に関し、第１導電膜５４は、基体２１の厚み方向からの平面視で下電極２７と振動膜２４の第１方向Ｄ１の端部（以下「第１方向端部」という）との間に形成される第１方向導電体部５４ａと、下電極２７と第１方向端部とは下電極２７と挟んで反対側の第２方向Ｄ２の端部（以下「第２方向端部」という）との間に形成される第２方向導電体部５４ｂとを有する。第２導電膜５５は、第１方向導電体部５４ａに接続されて、圧電体膜５３上で上電極２６から離隔される第１上層導電体部５５ａと、第２方向導電体部５４ｂに接続されて、圧電体膜５３上で上電極２６から離隔される第２上層導電体部５５ｂとを有する。圧電体膜５３の頂上面には、上電極２６と第１上層導電体部５５ａとの間に隙間５６が形成され、上電極２６と第２上層導電体部５５ｂとの間に隙間５６が形成される。
図４に示されるように、上電極２６と第１上層導電体部５５ａとの間に電極分離膜４３は形成される。同様に、上電極２６と第２上層導電体部５５ｂとの間に電極分離膜４３は形成される。電極分離膜４３は圧電体膜５３の頂上面で隙間５６を塞ぐ。電極分離膜４３は隙間５６に充填される。こうして上電極２６および第２導電膜５５の間で圧電体膜５３の表面は電極分離膜４３で覆われる。ここでは、第１導電体２８の長手方向に電極分離膜４３は振動膜２４の領域内に留まる。電極分離膜４３は振動膜２４の縁に係らない。
基体２１の表面には保護膜５７が積層される。保護膜５７は例えば全面にわたって基体２１の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ２２や第１および第２端子アレイ３３ａ、３３ｂ、第１および第２配線板３８、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３３ａおよび第１配線板３８の接合、第２端子アレイ３３ｂおよび第２配線板４１の接合を保護する。
基体２１の裏面には補強板５８が固定される。補強板５８の表面に基体２１の裏面が重ねられる。補強板５８は素子ユニット１７の裏面で開口４８を閉じる。補強板５８はリジッドな基材を備えることができる。補強板５８は例えばシリコン基板から形成されることができる。基体２１の板厚は例えば１００μｍ程度に設定され、補強板５８の板厚は例えば１００〜１５０μｍ程度に設定される。ここでは、仕切り壁４９は補強板５８に結合される。補強板５８は個々の仕切り壁４９に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。
（２）超音波診断装置の回路構成
図５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５９を備える。集積回路チップ５９はマルチプレクサー６０および送受信回路６１を備える。マルチプレクサー６０は素子ユニット１７側のポート群６０ａと送受信回路６１側のポート群６０ｂとを備える。素子ユニット１７側のポート群６０ａ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６０ａ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６０ｂには集積回路チップ５５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６０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。
図５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５９を備える。集積回路チップ５９はマルチプレクサー６０および送受信回路６１を備える。マルチプレクサー６０は素子ユニット１７側のポート群６０ａと送受信回路６１側のポート群６０ｂとを備える。素子ユニット１７側のポート群６０ａ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６０ａ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６０ｂには集積回路チップ５５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６０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６０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５２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の出力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出力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６０に接続される。マルチプレクサー６０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（処理部）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の出力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６０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６０は制御信号の指示に従ってポート群６０ｂのポートにポート群６０ａ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電極端子３４、３６および下電極端子３５、３７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２４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。
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６０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６０は制御信号の指示に従ってポート群６０ｂのポートにポート群６０ａ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電極端子３４、３６および下電極端子３５、３７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２４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６０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２４を振動させる。その結果、素子２３から出力信号が出力される。出力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６０はポートの接続関係を変更する。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、処理回路７４は出力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。
振動膜２４には超音波が作用する。超音波は振動膜２４の超音波振動を引き起こす。振動膜２４の超音波振動に応じて圧電素子２５から電流が出力される。こうして個々の素子２３は超音波を検出する。ここで、第１導電膜５４は下電極２７の配線膜として機能する。第１導電膜５４には十分な膜厚が確保されることができる。配線抵抗の増加は回避されることができる。したがって、超音波の検出感度は十分に確保されることができる。
前述のように、第２導電膜５５は上電極２６から離間されることから、第２導電膜５５と上電極２６との間には隙間５６が形成される。電極分離膜４３は隙間５６に対する湿気の浸入を阻止する。その結果、素子ユニット１７が湿気に曝されても、上電極２６と第２導電膜５５との間で電気的短絡は回避されることができる。しかも、電極分離膜４３は振動膜２４の縁に係らないことから、振動膜２４の可撓性は良好に維持される。したがって、超音波の検出感度は維持されることができる。
上電極２６の膜厚と第２導電膜５５の膜厚とは等しい。したがって、上電極２６および第２導電膜５５は１層の導電膜から形成されることができる。後述されるように、上電極２６および第２導電膜５５は共通の製造工程で形成されることができる。製造工程は簡素化されることができる。
絶縁膜４４は、第２導電体３１を挟んで第２導電体３１の両側に配置される２つの電極分離膜４３が相互に離れる方向に変位することを規制することから、電極分離膜４３の接合強度は高められることができる。加えて、絶縁膜４４は基体２１の表面に形成されることから、絶縁膜４４の接合強度は高められることができる。その結果、電極分離膜４３の接合強度は高められる。
（４）素子ユニットの製造方法
次に素子ユニット１７の製造方法を簡単に説明する。図６に示されるように、基体２１が用意される。基体２１ではアレイ状に振動膜２４が配置される。基体２１の表面に一面に第１素材膜８１が形成される。第１素材膜８１は均一な膜厚を有する。第１素材膜８１は導電材から形成される。第１素材膜８１は振動膜２４の表面に被さる。
次に素子ユニット１７の製造方法を簡単に説明する。図６に示されるように、基体２１が用意される。基体２１ではアレイ状に振動膜２４が配置される。基体２１の表面に一面に第１素材膜８１が形成される。第１素材膜８１は均一な膜厚を有する。第１素材膜８１は導電材から形成される。第１素材膜８１は振動膜２４の表面に被さる。
第１素材膜８１から下電極２７および第１導電膜５４が形成される。形成にあたってフォトリソグラフィ技術が用いられればよい。下電極２７および第１導電膜５４は基体２１の表面で連続する。この時点では下電極２７の膜厚と第１導電膜５４の膜厚とは一致する。
続いて振動膜２４上では圧電体膜５３が形成される。圧電体膜５３の形成にあたって、図７に示されるように、基体２１の表面に一面に第２素材膜８２が形成される。第２素材膜８２は均一な膜厚を有する。第２素材膜８２は圧電体材料から形成される。第２素材膜８２上には所定のパターンに従ってレジスト膜８３が形成される。レジスト膜８３の形成にあたって例えばフォトレジスト技術が用いられればよい。レジスト膜８３は圧電体膜５３の形状を象る。
図８に示されるように、第２素材膜８２には所定のパターンに従ってエッチング処理が施される。レジスト膜８３から外れた位置で第２素材膜８２は除去されていく。こうして圧電体膜５３は第２素材膜８２から形成される。このとき、レジスト膜８３から外れた位置で第１導電膜５４は表面から削られる。第１導電膜５４の膜厚は減少する。こうして第１導電膜５４の膜厚は下電極２７の膜厚よりも小さくなる。エッチング処理が終了すると、レジスト膜８３は除去される。
続いて振動膜２４上では上電極２６が形成される。上電極２６の形成にあたって、図９に示されるように、基体２１の表面に一面に第３素材膜８４が形成される。第３素材膜８４は均一な膜厚を有する。第３素材膜８４は導電材料から形成される。こうして第３素材膜８４は少なくとも第１導電膜５４および圧電体膜５３の露出面に被さる。第１導電膜５４の膜厚は増大する。第３素材膜８４上には所定のパターンに従ってレジスト膜８５が形成される。レジスト膜８５の形成にあたって例えばフォトレジスト技術が用いられればよい。レジスト膜８５は上電極２７および第２導電膜５５の形状を象る。
図１０に示されるように、第３素材膜８４には所定のパターンに従ってエッチング処理が施される。レジスト膜８５から外れた位置で第３素材膜８４は除去されていく。こうして上電極２６および第２導電膜５５は第３素材膜８４から形成される。圧電体膜５３上で上電極２６の輪郭は仕切られる。圧電体膜５３上では、上電極２６から隔てられて第２導電膜５５が形成される。こうして第３素材膜８４には隙間５６が形成される。隙間５６で第２導電膜５５は上電極２６から分離される。エッチング処理が終了すると、レジスト膜８５は除去される。
続いて振動膜２４上では電極分離膜４３が形成される。電極分離膜４３の形成にあたって、図１１に示されるように、基体２１の表面に一面に第４素材膜８６が形成される。第４素材膜８６は均一な膜厚を有する。第４素材膜８６は絶縁材料から形成される。絶縁材料は防湿性を有する。第４素材膜８６は少なくとも隙間５６に充填される。第４素材膜８６上には所定のパターンに従ってレジスト膜８７が形成される。レジスト膜８７の形成にあたって例えばフォトレジスト技術が用いられればよい。レジスト膜８７は電極分離膜４３の形状を象る。
第４素材膜８６には所定のパターンに従ってエッチング処理が施される。レジスト膜８７から外れた位置で第４素材膜８６は除去されていく。こうして電極分離膜４３は第４素材膜８６から形成される。エッチング処理が終了すると、レジスト膜８７は除去される。その後、基体２１の表面には保護膜５７が形成される。こうして素子ユニット１７は製造される。
本実施形態に係る製造方法によれば、圧電体膜５３の形成にあたってエッチング処理が施される。このとき、圧電体膜５３の周囲では第１導電膜５４がエッチング処理に曝される。その結果、第１導電膜５４の膜厚は下電極２７に比べて減少する。その後、第１導電膜５４には第３素材膜８４が積層される。こうして第１導電膜５４の膜厚は増加する。下電極２７に接続される配線膜には十分な膜厚が確保されることができる。配線抵抗の増加は回避されることができる。したがって、超音波の検出感度は十分に確保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、超音波プローブ１３、プローブヘッド１３ｂ、素子ユニット１７、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 電子機器および超音波画像装置としての超音波診断装置、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 超音波トランスデューサー装置の一部を構成する超音波トランスデューサー素子ユニット、２１ 基体、２４ 子ｄの得板（振動膜）、２６ 第２電極膜（上電極）、２７ 第１電極膜（下電極）、４３ （第１および第２）絶縁膜（電極分離膜）、５３ 圧電体膜、５４ 第１導電膜、５４ａ 第１方向導電体部、５４ｂ 第２方向導電体部、５５ 第２導電膜、５５ａ 第１上層導電体部、５５ｂ 第２上層導電体部、７４ 処理部（処理回路）、８１ 第１素材膜、８２ 第２素材膜、８４ 第３素材膜、Ｄ１ 第１方向、Ｄ２ 第２方向。
Claims (5)
- 振動膜が配置された基体と、
前記振動膜上に形成される第１電極膜と、
前記第１電極膜上に形成される圧電体膜と、
前記圧電体膜上に形成される第２電極膜と、
前記第１電極膜の膜厚よりも大きい膜厚で形成されて前記第１電極膜に接続される第１導電膜と、
前記第２電極膜から離隔され、かつ、前記第１導電膜に接続されて前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように形成される第２導電膜と、
を備え、
前記第１導電膜は、前記基体の厚み方向からの平面視で前記第１電極膜と前記振動膜の第１方向端部との間に形成される第１方向導電体部と、前記第１電極膜と前記振動膜の前記第１方向端部とは前記第１電極膜を挟んで反対側の第２方向端部との間に形成される第２方向導電体部とを有し、
前記第２導電膜は、前記第１方向導電体部に接続されて前記圧電体膜上で前記第２電極膜から離隔される第１上層導電体部と、前記第２方向導電体部に接続されて前記圧電体膜上で前記第２電極膜から離隔される第２上層導電体部とを有し、
前記圧電体膜上で前記第２電極膜と前記第１上層導電体部との間に第１絶縁膜が形成され、前記圧電体膜上で前記第２電極膜と前記第２上層導電体部との間に第２絶縁膜が形成され、前記第１絶縁膜と第２絶縁膜とは前記第２電極膜上で離隔していることを特徴とする超音波トランスデューサー装置。 - 請求項１に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置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１に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項１に記載の超音波トランスデューサー装置と、前記超音波トランスデューサー装置に接続されて、前記超音波トランスデューサー装置の出力を処理し、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、を備えることを特徴とする超音波画像装置。
- 基体に配置される振動膜に導電材料を含む第１素材膜を形成する工程と、
前記第１素材膜から、第１電極膜、および、前記第１電極膜から連続する第１導電膜を形成する工程と、
圧電体材料を含む第２素材膜を形成し、前記第２素材膜をエッチング処理を含むパターニング処理により前記第１電極膜上に圧電体膜を形成する工程と、
少なくとも前記第１導電膜および前記圧電体膜を覆うように導電材料を含む第３素材膜を形成する工程と、
前記第３素材膜をエッチング処理を含むパターニング処理により、前記圧電体膜上に第２電極膜を形成し、かつ前記圧電体膜上で前記第２電極膜と離隔し前記第１導電膜に接続する第２導電膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする超音波トランスデューサー装置の製造方法。
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