JP6299509B2 - 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 - Google Patents
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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。
例えば特許文献１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。
特許文献１では目詰め材にフィラーを含有するシリコーンゴムが用いられる。シリコーンゴムは透湿性を有する。したがって、湿気はシリコーンゴムを透過して電極に至ってしまう。電極は湿気に曝される。長時間にわたって電極が湿気に曝されると、電極の腐食や電気抵抗の増加が懸念される。
本発明の少なくとも１つの態様によれば、クロストークの防止にあたって湿気から導電体を保護することができ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、個々の前記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、前記超音波トランスデューサー素子の電極に接続される導電体と、前記導電体上に配置されて、前記音響整合層に比べて小さい透湿性を有する保護膜と、前記保護膜上に配置されて、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から相違する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、隣り合う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から相違する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播を防止する。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。保護膜の透湿性は音響整合層のそれよりも小さいことから、音響整合層に覆われる場合に比べて導電体は湿気から保護されることができる。
（２）超音波デバイスでは、前記保護膜は、前記平面視で前記導電体上であって前記導電体の表面の一部を挟む位置に配置されればよい。このとき、前記超音波デバイスは、前記導電体の表面の前記一部、前記導電体の表面の一部を挟む位置に配置された前記保護膜および前記壁部によって囲まれるように配置される配線体をさらに備えればよい。配線体は、例えば空間的に隔てられた導電体同士を相互に接続することができる。このとき、配線体は全長にわたって封止される。こうして配線体は保護される。
（３）前記壁部内には空洞が形成されてもよい。壁部の素材の音響インピーダンスと空洞内の空間の音響インピーダンスとは相違する。したがって、超音波振動は壁部内を伝播して空洞の界面で反射する。界面は超音波振動の伝播を防止する。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いっそう確実に防止される。
（４）前記空洞は、前記壁部で前記高さ方向に最も前記基体から離れた頂上面に開口し、底部が前記高さ方向に前記保護膜から所定の高さ位置であればよい。壁部では保護膜や配線体との界面で連続性が維持されることから、壁部と保護膜や配線体との接合強度は十分に確保されることができる。
（５）前記保護膜は無機材料の酸化膜または窒化膜であればよい。無機材料の酸化膜や窒化膜は確実に音響整合層よりも小さい透湿性を提供することができる。したがって、保護膜は確実に導電体を湿気から保護することができる。
（６）前記保護膜はＡｌ２Ｏ３で形成されればよい。Ａｌ２Ｏ３は確実に音響整合層よりも小さい透湿性を提供することができる。したがって、保護膜は確実に導電体を湿気から保護することができる。
（７）前記壁部は、前記音響整合層に比べて小さい透湿性を有する素材で形成されればよい。配線体は確実に湿気から保護される。その結果、配線体には高い導電性を有する材料が用いられることができる。
（８）前記壁部は永久レジスト膜で形成されてもよい。永久レジスト膜はレジスト材料が焼き固められて形成される。したがって、壁部は高い精度で形成されることができ、しかも、比較的に簡単に実現されることができる。製造工程の増加も最小限に抑えられる。
（９）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ればよい。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。
（１０）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てもよい。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。
（１１）以上のような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。
（１２）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。
（１３）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ればよい。
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（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（処理部）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（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（処理部）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。
超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６には超音波デバイスユニットＤＶが嵌め込まれる。超音波デバイスユニットＤＶは超音波デバイス１７を備える。超音波デバイス１７は音響レンズ１８を備える。音響レンズ１８の外表面には部分円筒面１８ａが形成される。部分円筒面１８ａは平板部１８ｂで囲まれる。平板部１８ｂの外周は全周で途切れなく筐体１６に結合される。こうして平板部１８ｂは筐体の一部として機能する。音響レンズ１８は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ１８は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。超音波デバイス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。
（２）第１実施形態に係る超音波デバイスの構造
図２は第１実施形態に係る超音波デバイス１７の平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７は基体２１を備える。基体２１の表面（第１面）には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２は、アレイ状に配置された薄膜型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。
図２は第１実施形態に係る超音波デバイス１７の平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７は基体２１を備える。基体２１の表面（第１面）には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２は、アレイ状に配置された薄膜型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２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。素子アレイ２２は素子アレイ領域２５を区画する。素子アレイ領域２５の輪郭は、最外周の振動膜２４に外接する最小面積の四辺形で形成される。素子アレイ２２は、輪郭の図心２６を含む中央線２７で線対称に形成される。超音波デバイス１７は１枚の超音波トランスデューサー素子チップ（基板）として構成される。
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２８ａ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２８ｂが配置される。第１端子アレイ２８ａ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２８ｂ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２８ａは１対の上電極端子３１および複数の下電極端子３２で構成される。同様に、第２端子アレイ２８ｂは１対の上電極端子３３および複数の下電極端子３４で構成される。１本の引き出し配線３５の両端にそれぞれ上電極端子３１、３３は接続される。引き出し配線３５および上電極端子３１、３３は中央線２７で線対称に形成されればよい。１本の第２導電体４６の両端にそれぞれ下電極端子３２、３４は接続される。下電極端子３２、３４は中央線２７で線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２８ａに覆い被さる。第１配線板３７の一端には上電極端子３１および下電極端子３２に個別に対応して導電線すなわち信号線が形成される。信号線は上電極端子３１および下電極端子３２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）３８が覆い被さる。第２配線板３８は第２端子アレイ２８ｂに覆い被さる。第２配線板３８の一端には上電極端子３３および下電極端子３４に個別に対応して導電線すなわち信号線が形成される。信号線は上電極端子３３および下電極端子３４に個別に向き合わせられ個別に接合される。
素子２３の振動膜２４上には圧電素子４１が形成される。圧電素子４１は上電極、下電極および圧電体膜で構成される。個々の素子２３ごとに上電極および下電極の間に圧電体膜が挟まれる。これらは下電極、圧電体膜および上電極の順番で重ねられる。圧電素子４１の詳細は後述される。
基体２１の表面には複数本の第１導電体（信号線）４５が形成される。第１導電体４５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４５が割り当てられる。１本の第１導電体４５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４５は個々の素子２３ごとに下電極４３を形成する。このように第１導電体４５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４５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４５にはその他の導電材が利用されてもよい。第１導電体４５の両端は下電極端子３２、３４にそれぞれ接続される。
基体２１の表面には複数本の第２導電体４６が形成される。第２導電体４６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４６が割り当てられる。１本の第２導電体４６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４６は個々の素子２３ごとに上電極を形成する。第２導電体４６の両端は１対の引き出し配線３５にそれぞれ接続される。引き出し配線３５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４６は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子２３に共通に上電極は接続される。このように第２導電体４６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４６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４６にはその他の導電材が利用されてもよい。第２導電体４６の両端は引き出し配線３５にそれぞれ接続される。
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。上電極および下電極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。
振動膜２４上では第２導電体４６に並列に第１保護膜４７が配置される。第１保護膜４７は第２導電体４６の長手方向に帯状に延びる。第１保護膜４７は絶縁性および防湿性を有する。第１保護膜４７は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）といった無機物の酸化膜または窒化膜から構成される。第１保護膜４７は絶縁性を有する。第１保護膜４７は個々の第２導電体４６を挟んで第２導電体４６の両側に分離して形成される。すなわち、第１保護膜４７は、平面視で第２導電体４６上であって第２導電体４６の表面の一部を挟む位置に配置される。第２導電体４６は振動膜２４上で第１導電体４５に交差することから、第１保護膜４７は振動膜２４上で第１導電体４５上を横切る。こうして第１保護膜４７は第１導電体４５上に配置される。すなわち、第１保護膜４７は第１導電体４５に被さる。
基体２１上で振動膜２４の領域外には第２保護膜４８が形成される。第２保護膜４８は第１導電体４５の長手方向に帯状に延びる。第２保護膜４８は隣接する振動膜２４の間に配置される。第２保護膜４８は例えばアルミナや酸化シリコンといった無機物の酸化膜または窒化膜から構成される。第２保護膜は絶縁性を有する。第２保護膜４８の素材は第１保護膜４７の素材と一致してもよい。第２保護膜４８は第２導電体４６上を横切る。こうして第２保護膜４８は第２導電体４６上に配置される。すなわち、第２保護膜４８は第２導電体４６に被さる。ここでは、第１保護膜４７および第２保護膜４８は相互に接続されて格子形状を形成する。
第１保護膜４７および第２保護膜４８上には壁（壁部）５１が配置される。壁５１は振動膜２４の領域外で基体２１からの高さ方向に立ち上がる。個々の振動膜２４は壁５１で囲まれる。壁５１は振動膜２４ごとに格子を形成する。
図３に示されるように、基体２１は基板６１および被覆膜６２を備える。基板６１の表面に一面に被覆膜６２が積層される。基板６１には個々の素子２３ごとに開口部６３が形成される。開口部６３は、基板６１の裏面から刳り抜かれて基板６１を貫通する空間を区画する。開口部６３は基板６１に対してアレイ状に配置される。開口部６３が配置される領域の輪郭は素子アレイ領域２５の輪郭に相当する。基板６１は例えばシリコン基板で形成されればよい。
隣接する２つの開口部６３の間には仕切り壁６４が区画される。隣接する開口部６３は仕切り壁６４で仕切られる。仕切り壁６４の壁厚みは開口部６３の間隔に相当する。仕切り壁６４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。
被覆膜６２は、基板６１の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ２）層６５と、酸化シリコン層６５の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層６６とで構成される。被覆膜６２は開口部６３に接する。こうして開口部６３の輪郭に対応して被覆膜６２の一部が振動膜２４を形成する。振動膜２４は、被覆膜６２のうち、開口部６３に臨むことから基板６１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６５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４３、圧電体膜４４および上電極４２が順番に積層される。圧電体膜４４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４４にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第２導電体４６の下で圧電体膜４４は完全に第１導電体４５を覆う。圧電体膜４４の働きで第２導電体４６と第１導電体４５との間で短絡は回避されることができる。
この超音波デバイス１７では第２導電体４６の膜厚は隣接する圧電体膜４４の間で増大する。圧電体膜４４の間では第２導電体４６の膜厚は第１導電体４５の膜厚よりも大きい。そして、圧電体膜４４相互の間の第２導電体４６から圧電体膜４４上に保護導電膜６８が連続する。保護導電膜６８は圧電体膜４４の側面に被さる。こうして保護導電膜６８は例えば湿気から圧電体膜４４の側面を保護する。
圧電体膜４４上で第２導電体４６と保護導電膜６８との間には圧電体膜４４に接する間隙７１が形成される。間隙７１は第２導電体４６から保護導電膜６８を絶縁する。第１保護膜４７は間隙７１内の空間を占める。したがって、保護導電膜６８は第１保護膜４７で第２導電体４６（上電極４２）から隔てられる。
基体２１の表面には音響整合層７３が積層される。音響整合層７３は素子アレイ２２を覆う。音響整合層７３の膜厚は振動膜２４の共振周波数に応じて決定される。音響整合層７３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７３は第１端子アレイ２８ａおよび第２端子アレイ２８ｂの間の空間に収まる。音響整合層７３の縁は基体２１の第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂから離れる。音響整合層７３は基体２１の輪郭よりも小さい輪郭を有する。
音響整合層７３上に音響レンズ１８が配置される。音響レンズ１８は音響整合層７３の表面に密着する。音響レンズ１８は音響整合層７３の働きで基体２１に接着される。音響レンズ１８の部分円筒面１８ａは第２導電体４６に平行な母線を有する。部分円筒面１８ａの曲率は、１筋の第１導電体４５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１８は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ１８は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。
基体２１には保護膜７４が固定される。保護膜７４は例えばエポキシ樹脂といった遮水性を有する素材から形成される。ただし、保護膜７４はその他の樹脂材から形成されてもよい。好ましくは、保護膜７４は壁５１と同じ材質であることが望ましい。保護膜７４は音響レンズ１８および音響整合層７３の側面に固着される。保護膜７４は、音響整合層７３と第１および第２配線板３７、３８との間で基体２１表面の第１導電体４５や第２導電体４６、引き出し配線３５に被さる。同様に、保護膜７４は、基体２１上で第１配線板３７および第２配線板３８の端部に被さる。
基体２１の裏面にはバッキング材７５が固定される。バッキング材７５の表面に基体２１の裏面が重ねられる。バッキング材７５は超音波デバイス１７の裏面で開口部６３を閉じる。バッキング材７５はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁６４は接合面でバッキング材７５に結合される。バッキング材７５は個々の仕切り壁６４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。
壁５１は、基体２１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、隣り合う素子２３上の音響整合層７３を相互に隔てる。ここでは、壁５１は、基体２１からの高さ方向に音響整合層７３の厚み分だけ立ち上がる。壁５１の頂上面は音響レンズ１８に結合される。したがって、壁５１は隣り合う素子２３上の音響整合層７３を分断する。壁５１の音響インピーダンスは音響整合層７３の音響インピーダンスから相違する。壁５１は音響整合層７３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ればよい。壁５１並びに第１保護膜４７および第２保護膜４８は音響整合層７３に比べて小さい透湿性を有する。したがって、壁５１並びに第１および第２保護膜４７、４８は音響整合層７３に比べて湿気の透過を抑制する。こうした壁５１の形成にあたって壁５１には例えば焼き固められたフォトレジスト膜（いわゆる永久レジスト膜）が用いられればよい。壁５１は、図３に示されるように配列の列方向に第１導電体４５の長手方向に音響整合層７３を分断するとともに、図４に示されるように配列の行方向に第２導電体４６の長手方向に音響整合層７３を分断する。
（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。超音波の送信にあたって素子２３の圧電素子４１にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子３２、３４および上電極端子３１、３３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４３および上電極４２の間で圧電体膜４４に電界が作用する。圧電体膜４４は超音波の周波数で振動する。圧電体膜４４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、被検体（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。超音波の送信にあたって素子２３の圧電素子４１にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子３２、３４および上電極端子３１、３３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４３および上電極４２の間で圧電体膜４４に電界が作用する。圧電体膜４４は超音波の周波数で振動する。圧電体膜４４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、被検体（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。
超音波の反射波は素子２３の振動膜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４４を超音波振動させる。圧電素子４１の圧電効果に応じて圧電素子４１から電圧が出力される。個々の素子２３では上電極４２と下電極４３との間で電位が生成される。電位は下電極端子３２、３４および上電極端子３１、３３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７３内を伝達されて音響整合層７３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１８に伝達される。このとき、隣接する素子２３の間には壁５１が形成される。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７３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。加えて、第１保護膜４７および第２保護膜４８の透湿性は音響整合層７３のそれに比べて小さいことから、音響整合層７３に覆われる場合に比べて第１導電体４５および第２導電体４６は湿気から保護されることができる。
壁５１は、配列の列方向に、１つの信号線すなわち第１導電体４５に共通に接続される素子２３群ごとに音響整合層７３を隔てる。１つの第１導電体４５に共通に接続される素子２３群に属する振動膜２４は駆動信号の供給に応じて同時に振動する。１チャネルを形成する。これら振動膜２４から他の素子２３群に属する振動膜２４に向かって超音波振動の伝達は防止される。同様に、壁５１は、配列の行方向に、第１導電体４５に共通に接続される素子２３群中で隣り合う素子２３上の音響整合層７３を相互に隔てる。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。
（４）第２実施形態に係る超音波デバイスの構造
図５は図３に対応して第２実施形態に係る超音波デバイス１７ａの拡大断面図を概略的に示す。超音波デバイス１７ａでは壁５１内に空洞７６が形成される。空洞７６は、壁５１で高さ方向に最も基体２１から離れた頂上面５１ａから基体２１に向かって広がる。ただし、空洞７６は壁５１の界面に至らずに途切れる。すなわち、空洞７６は、壁５１の頂上面５１ａに開口し、空洞７６の底部は高さ方向に第１保護膜４７から所定の高さ位置である。その他の構成は前述の第１実施形態に係る超音波デバイス１７と同様である。
図５は図３に対応して第２実施形態に係る超音波デバイス１７ａの拡大断面図を概略的に示す。超音波デバイス１７ａでは壁５１内に空洞７６が形成される。空洞７６は、壁５１で高さ方向に最も基体２１から離れた頂上面５１ａから基体２１に向かって広がる。ただし、空洞７６は壁５１の界面に至らずに途切れる。すなわち、空洞７６は、壁５１の頂上面５１ａに開口し、空洞７６の底部は高さ方向に第１保護膜４７から所定の高さ位置である。その他の構成は前述の第１実施形態に係る超音波デバイス１７と同様である。
壁５１の素材の音響インピーダンスと空洞７６内の空間の音響インピーダンスとは相違する。したがって、超音波振動は壁５１内を伝播して空洞７６の界面で反射する。界面は超音波振動の伝播を防止する。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いっそう確実に防止される。しかも、空洞７６は、壁５１で頂上面５１ａから基体２１に向かって広がってかべ５１の界面に至らずに途切れる。空洞７６は壁５１を貫通しない。壁５１では第１保護膜４７や第２保護膜４８との界面で連続性が維持されることから、壁５１と第１保護膜４７や第２保護膜４８との接合強度は十分に確保されることができる。
ここでは、壁５１の形成にあたってネガのフォトレジスト材料が用いられればよい。露光にあたって壁５１の領域でフォトレジスト材料は光線（または電子線）に曝される。壁５１の領域の外側では光線（または電子線）は遮断される。このとき、空洞７６の領域ではマスクに幅狭の細片が区画される。回折の影響で光線（または電子線）は細片下の空間に向かって屈折する。フォトレジスト材料の表面に近い位置では光線（または電子線）は遮られるものの、表面から遠い位置では光線（または電子線）は進入する。その結果、空洞７６は壁５１の頂上面から基体２１に向かって広がるものの壁５１の界面（底部）まで至らずに途切れる。現像後、フォトレジスト材料は焼き固められる。
（５）第３実施形態に係る超音波デバイスの構造
図６は第３実施形態に係る超音波デバイス１７ｂの平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７ｂでは素子アレイ２２の配列の列方向に第１導電体４５に並列に導電材の配線パターン（配線体）７７が形成される。配線パターン７７は振動膜２４の領域の外側に配置される。配線パターン７７は第１導電体４５から空間的に隔てられる。すなわち、配線パターン７７は第１導電体４５から電気的に絶縁される。配線パターン７７は例えば金といった導電材から形成される。配線パターン７７の両端はそれぞれ上電極端子７８に接続される。上電極端子７８はそれぞれ第１端子アレイ２８ａおよび第２端子アレイ２８ｂ中で下電極端子３２同士の間および下電極端子３４同士の間に配置される。
図６は第３実施形態に係る超音波デバイス１７ｂの平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７ｂでは素子アレイ２２の配列の列方向に第１導電体４５に並列に導電材の配線パターン（配線体）７７が形成される。配線パターン７７は振動膜２４の領域の外側に配置される。配線パターン７７は第１導電体４５から空間的に隔てられる。すなわち、配線パターン７７は第１導電体４５から電気的に絶縁される。配線パターン７７は例えば金といった導電材から形成される。配線パターン７７の両端はそれぞれ上電極端子７８に接続される。上電極端子７８はそれぞれ第１端子アレイ２８ａおよび第２端子アレイ２８ｂ中で下電極端子３２同士の間および下電極端子３４同士の間に配置される。
図６から明らかなように、配線パターン７７は第２導電体４６に交差し第２導電体４６を横切る。このとき、図７に示されるように、配線パターン７７は第２導電体４６に接触する。したがって、第２導電体４６同士の間で導通は確立される。こうして１チャネルごとに素子２３の上電極４２は配線パターン７７で上電極端子７８に接続される。
図７に示されるように、第２保護膜４８は、平面視で第２導電体４６上であって第２導電体４６の表面の一部を挟む位置に配置される。配線パターン７７は、第２導電体４６の表面の一部、そして、第２導電体４６の表面の一部を挟む位置に配置された第２保護膜４８および壁５１によって囲まれるように配置される。配線パターン７７は１対の上電極端子７８の間で全長にわたって第２保護膜４８および壁５１によって封止される。封止にあたって第２保護膜４８は上電極端子７８の間で１筋の空間７９を区画する。空間７９は全長にわたって連続すればよい。その結果、空間７９は第２導電体４６に交差し第２導電体４６を横切る。こうして第２導電体４６を横切ることから、空間７９では第２導電体４６の表面が露出する。この空間７９に配線パターン７７は配置されることから、配線パターン７７と第２導電体４６との間で導通が確保される。その他の構成は第１実施形態または第２実施形態と同様である。
配線パターン７７は、空間的に隔てられた第２導電体４６同士を相互に接続する。このとき、配線パターン７７は全長にわたって封止される。配線パターン７７は保護される。
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、超音波デバイス１７、１７ａ、１７ｂ、素子２３、圧電素子４１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画像装置（超音波診断装置）、１２ 処理部（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）、１６ 筐体、１７ 超音波デバイス、１７ａ 超音波デバイス、１７ｂ 超音波デバイス、１７ｃ 超音波デバイス、２１ 基体、２３ 超音波トランスデューサー素子、２４ 振動膜、４２ 電極（上電極）、４３ 電極（下電極）、４５ 導電体（第１導電体）、４６ 導電体（第２導電体）、４７ 保護膜（第１保護膜）、４８ 保護膜（第２保護膜）、５１ 壁部（壁）、７３ 音響整合層、７６ 空洞、７７ 配線体（配線パターン）、７９ 空間。
Claims (13)
- 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、
個々の前記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、前記超音波トランスデューサー素子の電極に接続される導電体と、
前記導電体上に配置されて、前記音響整合層に比べて小さい透湿性を有する保護膜と、
前記保護膜上に配置されて、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から相違する音響インピーダンスを有する壁部と、
を備えることを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、
前記保護膜は、前記平面視で前記導電体上であって前記導電体の表面の一部を挟む位置に配置され、
前記導電体の表面の前記一部、前記導電体の表面の一部を挟む位置に配置された前記保護膜および前記壁部によって囲まれるように配置される配線体をさらに備え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、前記壁部内には空洞が形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、前記空洞は、前記壁部で前記高さ方向に最も前記基体から離れた頂上面に開口し、底部が前記高さ方向に前記保護膜から所定の高さ位置であることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、前記保護膜は無機材料の酸化膜または窒化膜であることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、前記保護膜はＡｌ２Ｏ３で形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項１〜６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、前記音響整合層に比べて小さい透湿性を有する素材で形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項７に記載の超音波デバイスにおいて、前記壁部は永久レジスト膜で形成されることを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項１〜８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９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１〜１０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１〜１０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１〜１０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。
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