JP6273743B2

JP6273743B2 - 超音波デバイスおよびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置

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Publication number: JP6273743B2
Application number: JP2013203475A
Authority: JP
Inventors: 清瀬　摂内; 摂内清瀬; 鈴木　博則; 博則鈴木; 洋史松田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-09-30
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Description

本発明は、超音波デバイス、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。

超音波デバイスは一般に知られる。例えば、特許文献１に記載の超音波デバイスでは複数の超音波トランスデューサー素子がアレイ状に配置される。超音波トランスデューサー素子は振動膜を有する。振動膜上に圧電体および電極が形成される。振動膜の超音波振動に応じて超音波は発信される。

特開２００５−５１６８８号公報特開２００７−２３５７９５号公報

超音波デバイスの振動膜に音響整合層が密着して重ねられれば、空気層の介在が回避されて超音波は効率的に伝達される。例えば特許文献２に記載されるように、いわゆるバルク型の超音波トランスデューサー素子ではバルクの圧電体の表面に密着する音響整合層が提案される。音響整合層は個々の圧電体ごとに分断される。隣接する音響整合片相互の間には目詰め材が詰められる。目詰め材の音響インピーダンスは音響整合体の音響インピーダンスよりも小さい。目詰め材は隣接する音響整合片相互の間でクロストークを防止する役割を果たす。しかしながら、バルクの圧電体と相違し、振動膜の音響インピーダンスは小さいことから、振動膜に密着する音響整合層の音響インピーダンスは小さいことが求められる。特許文献２によれば、目詰め材の音響インピーダンスは音響整合層の音響インピーダンスを下回らなければならず、振動膜を利用した超音波デバイスでは目詰め材の材料の選定は難しく、その結果、振動膜に密着する音響整合層の分断は難しかった。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、振動膜に密着しつつも良好にクロストークを防止することができる音響整合層を有する超音波デバイスは提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、基体と、前記基体にアレイ状に配置され、個々に振動膜を有する超音波トランスデューサー素子と、個々の超音波トランスデューサー素子上に形成される音響整合層と、前記基体の厚み方向からの平面視で、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間に配置されて、前記隣り合う前記超音波トランスデューサー素子上の前記音響整合層を前記基体からの高さ方向に関して少なくとも一部の高さ範囲において相互に隔て、前記音響整合層の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する壁部とを備える超音波デバイスに関する。

超音波の送信にあたって超音波トランスデューサー素子の振動膜は超音波振動する。超音波振動は音響整合層内を伝搬して音響整合層の界面から発信される。このとき、隣接する超音波トランスデューサー素子の間には音響整合層の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する壁部が配置される。こうして音響インピーダンスの差に応じて隣接する超音波トランスデューサー素子の間で音響整合層には界面が形成される。界面は超音波振動の伝達を防止する。その結果、超音波振動する１つの振動膜から隣接する超音波トランスデューサー素子の振動膜に向かって超音波振動の伝達は防止される。１つの振動膜の超音波振動時に超音波のクロストークは防止される。

（２）前記壁部は、前記音響整合層のヤング率よりも大きいヤング率を有する材質で形成されていることができる。音響整合層の剛性は壁部で補強される。厚み方向に音響整合層の潰れは防止される。振動膜と界面との距離は一定に維持される。その結果、超音波は効率的に界面から出射されることができる。

（３）超音波デバイスは、前記音響整合層に密着し、前記壁部の頂上面に接着剤層で結合される音響レンズをさらに備えることができる。音響整合層は接着剤の機能を果たす。音響整合層は壁部で途切れるものの、接着剤層の働きで音響レンズは壁部に密着する。壁部が形成されても、音響レンズの密着領域の減少は最小限に抑制される。しかも、音響レンズが壁部に接合されると、音響レンズおよび壁部は構造体を形成することができる。構造体はさらに確実に音響整合層の変形を防止することができる。

（４）前記壁部は、前記音響レンズとの接合面から凹んで前記接着剤層で占められる窪みを有することができる。音響レンズは壁部の接合面で受け止められる。したがって、音響整合層の厚みは壁部の接合面の位置で決定される。壁部の寸法精度に応じて音響整合層の厚みは精度よく設定されることができる。しかも、音響レンズの密着領域の減少は最小限に抑制される。

（５）前記接着剤層は前記音響整合層と同じ材質で形成されていることができる。接着剤層は音響整合層と同一の製造工程で形成されることができる。製造工程の複雑化は回避される。製造コストの増加は回避される。

（６）前記壁部は、１つの信号線に共通に接続される前記超音波トランスデューサー素子群ごとに前記音響整合層を隔てることができる。１つの信号線に共通に接続される超音波トランスデューサー素子群に属する振動膜は駆動信号の供給に応じて同時に振動する。これら振動膜から他の超音波トランスデューサー素子群に属する振動膜に向かって超音波振動の伝達は防止される。

（７）前記壁部は、前記信号線に共通に接続される前記超音波トランスデューサー素子群中で前記隣り合う前記超音波トランスデューサー素子上の前記音響整合層を相互に隔てることができる。同時に振動する振動膜の間で超音波振動の伝達は防止される。同時に振動する振動膜相互の間で超音波のクロストークは防止される。

（８）超音波デバイスはプローブに組み込まれて利用されることができる。このとき、プローブは、超音波デバイスと、前記超音波デバイスを支持する筐体とを備えればよい。

（９）超音波デバイスは電子機器に組み込まれて利用されることができる。このとき、電子機器は、超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理する処理装置とを備えればよい。

（１０）超音波デバイス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。このとき、超音波画像装置は、超音波デバイスと、前記超音波デバイスの出力から生成される画像を表示する表示装置とを備えることができる。

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３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図３の部分拡大図に相当し、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一部平面図である。図４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断面図である。超音波トランスデューサー素子ユニットの製造方法であって、壁体の形成工程を概略的に示す図である。超音波トランスデューサー素子ユニットの製造方法であって、窪みの形成工程を概略的に示す図である。超音波トランスデューサー素子ユニットの製造方法であって、音響整合層および接着剤層の形成工程を概略的に示す図である。

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は電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末（処理装置）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、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（超音波デバイス）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。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２６および下電極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（信号線）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の内側領域および外側領域に配置される。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（Ａｌ_２Ｏ_３）や酸化シリコン（ＳｉＯ_２）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の領域外には分離壁（壁部）４４が形成される。分離壁４４は第１導電体２８の長手方向に帯状に延びる。分離壁４４は隣接する振動膜２４の間に配置される。分離壁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。分離壁４４の素材は電極分離膜４３の素材と一致してもよい。分離壁４４は第２導電体３１上を横切る。

図４に示されるように、基体２１は本体４６および可撓膜４７を備える。本体４６の表面に可撓膜４７が一面に形成される。本体４６は例えばシリコン（Ｓｉ）から形成される。本体４６には個々の素子２３ごとに開口４８が形成される。開口４８は本体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。隣り合う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、本体４６の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）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（ＺｒＯ_２）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に臨むことから本体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の表面に第１導電体２８、圧電体膜５３および第２導電体３１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。圧電体膜５３は下電極２７の少なくとも一部および振動膜２４の一部を覆う。上電極２６は圧電体膜５３の少なくとも一部を覆う。ここでは、第２導電体３１の下で圧電体膜５３は完全に第１導電体２８の表面を覆う。圧電体膜５３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。

図４に示されるように、電極分離膜４３は圧電素子２５の側面を覆う。すなわち、電極分離膜４３は第１導電体２８および第２導電体３１の間で圧電体膜５３上に形成される。こうして第１導電体２８および第２導電体３１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の表面には音響整合層５４が積層される。音響整合層５４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は音響整合層５４で覆われる。音響整合層５４は素子２３の表面に密着する。音響整合層５４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。音響整合層５４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。

音響整合層５４上には音響レンズ５５が積層される。音響レンズ５５は音響整合層５４
の表面に密着する。音響レンズ５５の外表面は部分円筒面で形成される。部分円筒面は第
２導電体３１に平行な母線を有する。部分円筒面の曲率は、１筋の第１導電体２８に接続
される１列の素子２３から発信される超音波の焦点位置に応じて決定される。音響レンズ
５５は例えばシリコーン樹脂から形成される。

基体２１の裏面には補強板５６が固定される。補強板５６の表面に基体２１の裏面が重ねられる。補強板５６は素子ユニット１７の裏面で開口４８を閉じる。補強板５６はリジッドな基材を備えることができる。補強板５６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５６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５６に結合される。補強板５６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。

図５に示されるように、圧電体膜５３は第１導電体２８に覆い被さる。圧電体膜５３は第１導電体２８の縁から外側に広がる範囲で振動膜２４の表面に接触する。圧電体膜５３は第１導電体２８と第２導電体３１とを相互に完全に分離する。第１導電体２８と第２導電体３１との短絡は回避される。

図５に示されるように、隣接する音響整合層５４相互は分離空間５７で隔てられる。分離空間５７は分離壁４４で占められる。分離壁４４は、音響整合層５４の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する物体で形成される。分離壁４４は、音響整合層５４のヤング率よりも大きいヤング率を有する固体から構成される。

音響レンズ５５は１平面内で広がる接合面５８を有する。音響レンズ５５は接合面５８で途切れなく音響整合層５４および分離壁４４の頂上面４４ａに密着する。分離壁４４の頂上面４４ａには音響レンズ５５との接合面から凹む窪み６１が形成される。窪み６１内の空間は接着剤層６２で占められる。分離壁４４の頂上面４４ａは接着剤層６２で音響レンズ５５に結合される。接着剤層６２は音響整合層５４と同じ材質で形成される。

（２）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。超音波の送信にあたって圧電素子２５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６を通じて列ごとに素子２３に供給される。個々の素子２３では下電極２７および上電極２６の間で圧電体膜５３に電界が作用する。圧電体膜５３は超音波で振動する。圧電体膜５３の振動は振動膜２４に伝わる。こうして振動膜２４は超音波振動する。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。

超音波の反射波は振動膜２４を振動させる。振動膜２４の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜５３を超音波振動させる。圧電素子２５の圧電効果に応じて圧電素子２５から電圧が出力される。個々の素子２３では上電極２６と下電極２７との間で電位が生成される。電位は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。

超音波の送信および受信は繰り返される。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、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。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。

超音波の送信にあたって振動膜２４は超音波振動する。超音波振動は音響整合層５４内を伝達されて音響整合層５４の界面から発信される。超音波振動は界面を横切って音響レンズ５５に伝達される。このとき、隣接する素子２３の間には分離空間５７が規定され当該分離空間５７は音響インピーダンスの大きい物体すなわち分離壁４４で占められる。こうして音響インピーダンスの差に応じて隣接する素子２３の間で音響整合層５４には界面が形成される。界面は超音波振動の伝達を防止する。その結果、超音波振動する１つの振動膜２４から隣接する素子２３の振動膜２４に向かって超音波振動の伝達は防止される。１つの振動膜２４の超音波振動時に超音波のクロストークは防止される。仮に分離壁４４が形成されずに素子２３相互で音響整合層５４が共通に広がると、１素子２３から発信される超音波振動は音響整合層５４および音響レンズ５５の界面から反射して他の素子２３の振動膜２４に伝播してしまう。

素子ユニット１７では１つの信号線すなわち１筋の第１導電体２８に共通に接続される素子２３群ごとにセグメントが形成される。１セグメントに属する振動膜２４は駆動信号の供給に応じて同時に振動する。リニアスキャンやセクタースキャンの実施にあたって１セグメントと他のセグメントでは動作タイミングが相違することがある。このとき、分離壁４４はセグメントごとに音響整合層５４を隔てる。したがって、１セグメントに属する振動膜２４から他のセグメントに属する振動膜２４に向かって超音波振動の伝達は防止される。クロストークは防止される。

前述のように、分離壁４４は、音響整合層５４のヤング率よりも大きいヤング率を有する固体で構成される。その結果、音響整合層５４の剛性は分離壁４４で補強される。厚み方向に音響整合層５４の潰れは防止される。振動膜２４と音響整合層５４の界面との距離は一定に維持される。超音波は効率的に界面から出射されることができる。このとき、音響レンズ５５は接合面５８で音響整合層５４の表面および分離壁４４の頂上面４４ａに密着する。したがって、音響レンズ５５は分離壁４４で支持される。厚み方向に音響整合層５４の潰れは確実に防止されることができる。

音響整合層５４の表面は接着剤の機能を果たす。その結果、音響レンズ５５は音響整合層５４に密着する。密着は維持される。音響整合層５４の表面は分離空間５７で途切れるものの、接着剤層６２の働きで音響レンズ５５は分離壁４４の頂上面４４ａに密着する。密着は維持される。分離空間５７が形成されても、音響レンズ５５の密着領域の減少は最小限に抑制される。しかも、音響レンズ５５が分離壁４４に接合されると、音響レンズ５５および分離壁４４は構造体を形成することができる。構造体はさらに確実に音響整合層５４の変形を防止することができる。

分離壁４４の頂上面４４ａには窪み６１が形成される。窪み６１は接着剤層６２で占められる。音響レンズ５５は接着剤層６２で分離壁４４の頂上面４４ａに結合される。このとき、音響レンズ５５は分離壁４４の頂上面４４ａで受け止められる。したがって、音響整合層５４の厚みは分離壁４４の頂上面４４ａの位置で決定される。分離壁４４の寸法精度に応じて音響整合層５４の厚みは精度よく設定されることができる。しかも、音響レンズ５５の密着領域の減少は最小限に抑制される。

素子ユニット１７では接着剤層６２は音響整合層５４と同じ材質で形成される。したがって、後述されるように、接着剤層６２は音響整合層５４と同一の製造工程で形成されることができる。製造工程の複雑化は回避される。製造コストの増加は回避される。

（３）第２実施形態に係る素子ユニット
図６は第２実施形態に係る素子ユニット１７ａの構成を概略的に示す。この素子ユニット１７ａでは１セグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…は複数列の素子２３群から形成される。図示では３筋の第１導電体２８に共通に接続される素子２３群で１セグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃが形成される。１セグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃに属する振動膜２４は駆動信号の供給に応じて同時に振動する。分離壁４４はセグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃ相互の間に配置される。分離壁４４はセグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃごとに素子アレイ２２を区分する。こうして複数列の素子２３群が同時に超音波振動すると、超音波の強度は高められることができる。分離壁４４はセグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃごとに音響整合層５４を隔てる。したがって、１セグメント６４ａ（６４ｂ）（６４ｃ）に属する振動膜２４から他のセグメント６４ｂ、６４ｃ（６４ａ、６４ｃ）（６４ａ，６４ｂ）に属する振動膜２４に向かって超音波振動の伝達は防止される。クロストークは防止される。その他、以上の説明で言及される構成以外の構成は前述の第１実施形態に係る素子ユニット１７のそれと同様である。

（４）第３実施形態に係る素子ユニット
図７は第３実施形態に係る素子ユニット１７ｂの構成を概略的に示す。この素子ユニット１７ｂでは、セグメントごとに音響整合層５４を分離する前述の分離空間５７に加えて、セグメント内で音響整合層５４をさらに分離する分離空間６５が形成される。分離空間６５は、第２導電体３１の長手方向に延びて、１信号線に共通に接続される素子２３群中で隣接する素子２３上の音響整合層５４を相互に隔てる。分離空間６５は分離壁６６で占められる。分離壁６６は、分離壁４４と同様に、音響整合層５４の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する物体で形成される。分離壁６６は、音響整合層５４のヤング率よりも大きいヤング率を有する固体から構成される。こうして同時に振動する振動膜２４の間で超音波振動の伝達は防止される。同時に振動する振動膜２４相互の間で超音波のクロストークは防止される。その他、以上の説明で言及される構成以外の構成は前述の第１実施形態または第２実施形態に係る素子ユニット１７、１７ａのそれと同様である。

ここでは、分離壁６６は前述の分離壁４４と同様に形成されればよい。すなわち、音響レンズ５５は接合面５８で途切れなく音響整合層５４および分離壁６６の頂上面６６ａに密着する。分離壁６６の頂上面６６ａには音響レンズ５５との接合面から凹む窪み６７が形成される。窪み６７内の空間は接着剤層６８で占められる。分離壁６６の頂上面６６ａは接着剤層６８で音響レンズ５５に結合される。接着剤層６８は音響整合層５４と同じ材質で形成される。

（５）素子ユニットの製造方法
ここで、素子ユニット１７（１７ａ、１７ｂ）の製造方法を簡単に説明する。基板７１が用意される。基板７１は例えばシリコンから形成される。基板７１の表面には例えば熱処理が施され酸化膜が形成される。こうして基板７１から本体４６および酸化シリコン層５１が形成される。酸化シリコン層５１の表面には一面に酸化ジルコニウム層５２が形成される。その後、酸化ジルコニウム層５２の表面には、図８に示されるように、圧電素子２５を含む素子アレイ２２や第１および第２導電体２８、３１、第１および第２端子アレイ３３ａ、３３ｂ等が形成される。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。

酸化ジルコニウム層５２の表面では圧電素子２５相互の間に壁体７２が形成される。壁体７２の形成にあたって例えばフォトリソグラフィ技術が用いられる。壁体７２そのものがフォトレジスト材で形成される場合には、露光後に分離壁４４の形状を象ったフォトレジスト膜が残存すればよい。壁体７２がフォトレジスト材以外の材料で形成される場合には、露光後に分離壁４４の形状を象った空間がフォトレジスト膜で区画されればよい。

続いて、図９に示されるように、壁体７２の頂上面７２ａに窪み７３が形成される。窪み７３の形成にあたって例えばフォトリソグラフィ技術が用いられる。頂上面７２ａはフォトレジスト膜で保護された後に例えばエッチング処理に曝される。その後、不要なフォトレジスト膜は除去される。ここで、基板７１の裏面から酸化シリコン層５１を残して開口４８が穿たれ、基板７１の裏面に補強板５６が接合される。ただし、開口４８の形成および補強板５６の接合は圧電素子２５の完成に続いて実施されてもよい。

図１０に示されるように、酸化ジルコニウム層５２の表面に音響整合層５４の材料が流し込まれる。音響整合層５４の材料７４は例えば流動性を有する。材料７４は壁体７２の間の空間を埋める。同時に、材料７４は窪み７３の空間を埋める。材料７４の表面は壁体７２の頂上面７２ａに面一であることが望ましい。材料７４は固められる。その結果、音響整合層５４および接着剤層６２が確立される。

その後、音響整合層５４の表面には音響レンズ５５が重ねられる。音響レンズ５５は接合面５８で音響整合層５４および接着剤層６２に密着する。音響整合層５４および接着剤層６２は接着剤の機能を果たすことから、音響整合層５４および接着剤層６２と音響レンズ５５との密着は維持され続ける。こうして音響整合層５４と接着剤層６２とは同じ材質で形成されることから、接着剤層６２は音響整合層５４と同一の製造工程で形成されることができる。その結果、製造工程の複雑化は回避される。製造コストの増加は回避される。

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、素子ユニット１７、１７ａ、１７ｂ、素子２３、圧電素子２５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。期待される通りに機能や効果が発揮される限り、分離壁４４の高さは音響整合層５４の高さよりも低くてもよい。

１１電子機器としての超音波画像装置（超音波診断装置）、１２処理装置（装置端末）、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）、１７超音波デバイス（超音波トランスデューサー素子ユニット）、１７ａ超音波デバイス（超音波トランスデューサー素子ユニット）、１７ｂ超音波デバイス（超音波トランスデューサー素子ユニット）、２１基体、２３超音波トランスデューサー素子、２４振動膜、２８信号線（第１導電体）、４４壁部（分離壁）、４４ａ頂上面、５４音響整合層、５５音響レンズ、６１窪み、６２接着剤層、６６壁部（分離壁）、６７窪み、６８接着剤層。

Claims

基体と、
前記基体にアレイ状に配置され、個々に振動膜を有する超音波トランスデューサー素子
と、
個々の超音波トランスデューサー素子上に形成される音響整合層と、
前記基体の厚み方向からの平面視で、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間に配置されて、前記隣り合う前記超音波トランスデューサー素子上の前記音響整合層を前記基体からの高さ方向に関して少なくとも一部の高さ範囲において相互に隔て、前記音響整合層の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する壁部と、
前記音響整合層に密着し、前記壁部の頂上面に接着剤層で結合される音響レンズと、を備え、
前記壁部は、前記音響レンズとの接合面から凹んで前記接着剤層で占められる窪みを有すること特徴とする超音波デバイス。
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、前記壁部は、前記音響整合層のヤング率よりも大きいヤング率を有する材質で形成されていることを特徴とする超音波デバイス。
請求項１または２に記載の超音波デバイスにおいて、前記接着剤層は前記音響整合層と同じ材質で形成されていることを特徴とする超音波デバイス。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、前記壁部は、１つの信号線に共通に接続される前記超音波トランスデューサー素子群ごとに前記音響整合層を隔てることを特徴とする超音波デバイス。
請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、前記壁部は、前記信号線に共通に接続される前記超音波トランスデューサー素子群中で前記隣り合う前記超音波トランスデューサー素子上の前記音響整合層を相互に隔てることを特徴とする超音波デバイス。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイス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１〜６のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理する処理装置とを備えることを特徴とする電子機器。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスの出力から生成される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。