JP6562667B2 - 静電容量型トランスデューサ、その製造方法、及び被検体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波などの音響波の送受信（本明細書で送受信と言う場合、送信と受信のうちの少なくとも一方を意味する）を行う静電容量型トランスデューサ、その製造方法、それを用いた超音波画像形成装置などの被検体情報取得装置に関する。本明細書において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものなどを含むが、超音波で代表する場合もある。光音響波は、被検体内部に可視光線や赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する音響波である。

超音波の送受信を行う目的で、静電容量型超音波トランスデューサであるＣＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が提案されている。ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを用いて作製されたものである。

図１９にＣＭＵＴ（送受信素子）の一例の断面の模式図を示す（非特許文献１参照）。ここで、振動膜１０１と間隙（キャビティ）１０５を挟んで対向した第１の電極１０２及び第２の電極１０３を含む構造を１組としてセルと呼ぶ。振動膜１０１は、チップ２０１上に形成された支持部１０４により支持されている。第１の電極１０２には、直流電圧発生手段３１１が接続され、所定の直流電圧Vaが印加されている。もう一方の第２の電極１０３は、送受信回路３１２に接続され、GND電位付近の固定電位となっている。これにより、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間にVbias=Va-0Vの電位差を発生させている。Vaの値を調整することで、Vbiasの値が、ＣＭＵＴのセルが持つ機械特性により決まる、所望の電位差（数十Vから数百V程度）と一致するようになっている。送受信回路３１２により、第２の電極１０３に、交流の駆動電圧を印加することで、第１及び第２の電極間に交流の静電引力が発生し、振動膜１０１を或る周波数で振動させて超音波を送信することができる。また、振動膜１０１が超音波を受けて振動することにより、第２の電極１０３に静電誘導により微小電流が発生し、送受信回路３１２により、その電流値を測定することで、受信信号を取り出すことができる。尚、上記の説明では、第１の電極１０２に直流電圧発生手段１０１を、第２の電極１０３を送受信回路３１２に接続しているが、第１の電極１０２に送受信回路３１２を、第２の電極１０３を直流電圧発生手段３１１に接続した構成も同様に用いることができる。

A.S. Ergun, Y. Huang, X. Zhuang, O. Oralkan, G.G. Yarahoglu,and B.T. Khuri-Yakub, "Capacitive micromachined ultrasonic transducers: fabrication technology," Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on, vol. 52, no. 12, pp. 2242- 2258, Dec. 2005.

一般に、ＣＭＵＴ内に備える電極は、金属の薄膜により構成され、ＣＭＵＴ上には、超音波が透過しやすいシリコーンを主成分とする層が形成されている。シリコーンは絶縁性が高く、絶縁抵抗などで電気的な安全性は確保することはできるが、水蒸気の透過率が高いため、ＣＭＵＴ内の配線まで水蒸気が侵入する場合がある。これにより、この水蒸気や、水蒸気と一緒に透過してきたイオン化や微粒子化した物質が原因で配線の腐食などが発生し、ＣＭＵＴの感度低下など信頼性の問題が発生する場合がある。そのため、ＣＭＵＴの送受信特性に与える影響を最小限にしつつ、且つ外部からの水蒸気などの侵入を低減する必要がある。また、ＣＭＵＴは使用する用途によっては、小型な領域に実装サイズを収める必要がある。そのため、ＣＭＵＴ内での配線の腐食の原因となる水蒸気などの侵入を低減し、且つ実装サイズを基板のサイズにできるだけ近づけて小型な構成にする要求がある。

従って、本発明は、外部からの物質の侵入による配線などの腐食の発生を低減することができ、送受信特性に対する影響が低減された静電容量型トランスデューサなどを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の静電容量型トランスデューサは、次の特徴を有する。即ち、間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造を有する１つ以上のセルと、前記１つ以上のセルが一方の表面上に配置された基板と、耐水性を備えるシートと、前記シートと前記セルとの間に設けられた音響マッチング層と、耐水性を備え、前記基板の側面の周囲を囲むように配置された枠と、を備える。そして、前記シートは、前記枠の開口に蓋をするように前記枠の端面に接着されている。

本発明によれば、上記耐水性のシートと枠により、外部からの侵入物質による配線などの腐食の発生を低減することができ、送受信特性への影響が低減された静電容量型トランスデューサを実現することができる。

第１の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第１の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第２の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第２の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第３の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第４の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第５の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 図５−１の一部についての拡大図。 第６の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第７の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第８の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第９の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第１０の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサを説明する図。 第１１の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１２の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１３の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１４の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１４の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１５の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１６の実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの製造方法の図。 第１７の実施形態に係わる超音波プローブを説明する図。 第１７の実施形態に係わる超音波プローブの他の例を説明する図。 第１８の実施形態に係わる被検体情報取得装置を説明する図。 従来の静電容量型トランスデューサを説明する図。

本発明の静電容量型トランスデューサでは、セルを備えた基板の側面の周囲を囲むように配置された耐水性の枠の開口に蓋をするように、耐水性のシートが枠の端面に接着されている。これにより、外部からの侵入物質による配線などの腐食の発生を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の静電容量型トランスデューサの実施形態は、水蒸気などの透過を防止するシートと、水蒸気などの透過を防止する枠を有しており、ＣＭＵＴなどの表面上は前記シートにより覆われている。また、ＣＭＵＴなどを形成している基板の側面は全周を枠により囲まれており、枠の一方の端面は、シートと全面において接着されて、蓋をされている。

図を用いて、本発明の静電容量型トランスデューサ及び被検体情報取得装置の一種である超音波画像形成装置の実施形態を詳細に説明する。尚、本発明の静電容量型トランスデューサ等を構成する各部材については、同一の部位を表わす部材については、図番が異なっていても同じ符号を付してあえて図面毎に説明しない場合もあり得る。
（第１の実施形態）
図１−１から図２−２は、本実施形態に係わる静電容量型トランスデューサの模式図である。２０１は基板、２０２はシート、２０３は枠、２０４はフレキシブル配線基板、２０５は音響マッチング層であるシリコーン層、２０６は支持部材である。また、図１−１と図１−２は、図２−１と図２−２でのＸ-Ｙ断面を示した模式図である。

基板２０１上には、ＣＭＵＴ１００が形成されている。ＣＭＵＴ１００は、振動膜１０１、第１の電極１０２、第２の電極１０３、支持部１０４、配線１０７、１０８、電極１０９、１１０により構成されている。１つ以上のセルは、それぞれ、間隙１０５を隔てて形成された一対の電極１０２、１０３のうちの一方の電極１０２を含む振動膜が振動可能に支持された構造を有する。基板２０１上には、第２の電極１０３と支持部１０４が配置されており、支持部１０４により支持された振動膜１０１上に第１の電極１０２が配置されている。第１の電極１０２と第２の電極１０３は対向するように配置されており、振動膜１０１は第１の電極１０２と一体に振動する構成となっている。配線１０７、１０８や電極１０９、１１０は、アルミニウム、銅、金、ニッケル、チタンなどの金属薄膜を成膜することにより形成されている。配線１０７、１０８や電極１０９、１１０は、数百ナノメーターから数マイクロメーターの厚さで、数マイクロメーターから数百マイクロメーターの線幅や線間距離を有している。

第１の電極１０２と第２の電極１０３は、フレキシブル配線基板２０４を介して、それぞれ直流電圧発生手段（不図示）と送受信回路（不図示）に接続されている。第１の電極１０２は配線１０７を介して、電極１０９に接続されており、第２の電極１０３は配線１０８を介して、電極１１０に接続されている（図３も参照）。フレキシブル配線基板２０４は、薄い導電層１２２が、薄い絶縁膜１２３と絶縁層１２４により挟まれた構成になっており、導電層や絶縁層の厚さは数マイクロメーターから数十マイクロメーター程度であり、屈曲しやすい構成となっている。導電層１２２は、銅などにより構成することができる。絶縁層１２３、１２４は、ポリイミドなどにより構成することができる。フレキシブル基板２０４の両端は、絶縁層が一部形成されず導電層１２２が露出した電極１２１となっており、電極１２１の部分で、後述する電気接続手段により、基板上２０１の電極と接続されている。フレキシブル基板２０４のもう一方側は、回路基板上の直流電圧発生手段（不図示）や送受信回路（不図示）に接続されている。

図１−１と図１−２で、基板２０１は、支持部材２０６上に、フレキシブル配線基板２０４と並んで配置されており、電極１０９、１１０と電極１２１間は、ワイヤー１３１により電気的に接続されている。ワイヤー１３１は、封止材１３２により覆われており、ワイヤー１３１が基板やフレキシブル配線基板２０４と固定され、外部からの衝撃などによる変形から保護されている。封止材１３２は、エポキシなどの樹脂接着剤を用いて、容易に実現することができる。

支持部材２０６は、樹脂などにより構成することができる。また、枠２０３の一部が有する凹部に、支持部材２０６が有する凸部がはめ込める構造になっており、組み立てることにより枠２０３と支持部材２０６を所望の位置関係に設定することができる。それにより、枠２０３に対して、支持部材２０６上の基板２０１に形成したＣＭＵＴ１００の位置の相対関係を所望のものにすることができる。尚、上記説明と逆の構成、すなわち、枠２０３が凸部を有し、支持部材２０６が凹部を有するはめ込み構造ないし突き当て構造も同様に用いることができる。

基板２０１上のＣＭＵＴの表面上には、音響マッチング層としてシリコーン膜２０５が形成されている。音響マッチング層は、音響インピーダンスが振動膜１０１の音響インピーダンスに近いことが好ましく、具体的には、音響インピーダンスは１ＭＲａｙｌｓ以上２ＭＲａｙｌｓ以下であることが好ましい。本実施形態では、音響マッチング層としてシリコーン膜２０５を用いている。シリコーン膜２０５は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を主成分とした有機ポリマーを架橋したシリコーンゴムである。また、ＰＤＭＳにシリカ粒子等を添加したものや、ＰＤＭＳの水素の一部をフッ素で置換したフロロシリコーンなどでもよい。音響マッチング層は振動膜１０１に影響を与えることが少なく、その厚さは１０μｍ以上９００μｍ以下が好ましい。また、振動膜１０１の変形量やバネ定数などの機械特性を大きく変化させないよう、音響マッチング層のヤング率は１０ＭＰａ以下であることが好ましい。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を主成分とした有機ポリマーを架橋したシリコーンゴムの場合、ヤング率は１ＭＰａ程度である。シリコーン膜２０５上には、耐水性のシート２０２が配置されている。基板２０１の端面（側面）は、耐水性の枠２０３により四方を完全に囲まれている。シート２０２は、枠２０３の端面と隙間が全くなくなるように全周を接着されおり、枠２０３の開口をシート２０２で蓋をしている構成（図２−１（ａ）参照）となっている。耐水性に係る水蒸気の透過量は、４０℃９０％ＲＨ（relative humidity）で単位面積あたりに透過する量で表わされる。配線の腐食、劣化を抑制するための水分透過率を検討した結果、１００ｇ/ｍ^２・ｄａｙ以下であることが好ましい。水分透過率は部材の厚さに依存し、枠部材は機械的強度も求められることから、ある程度の厚さを有するために、水分透過率を低くすることが可能である。

一方、シートは、薄いために水分透過率が大きくなりやすい。本実施例では、枠部材を基板側面の近傍に配置し、枠の端面に接着することによりシートの面積を小さくする構成としている。また、シート２０２は、超音波が透過する際、超音波の特性を劣化させないものであることが望ましい。超音波の透過特性を考慮すると、シートの厚さは、送受信に用いる超音波の周波数の波長の１６分の１から１０分の１程度以下にすることが望ましい。例えば、一般的な送受信の周波数１０ＭＨｚ程度での使用時には、３０マイクロメーター以下の厚さにすることが望ましい。これらの相反する要求から、シートは、厚さが３０μｍ以下であり、また水分透過率が６０ｇ/ｍ^２・ｄａｙ以下であることが好ましい。従って、シート２０２は、水蒸気の透過率が小さいという特性を有していることが好ましく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンなどが好ましい。

またシート２０２は、単一の樹脂シートに限らず、水蒸気の透過を低減するバリア層を含むものも用いることができる。シートに含まれるバリア層は、酸化膜や薄い金属層など無機材料の薄膜を形成することにより、水蒸気の透過率を低減でき、必要な密着力を有するものであれば、用いることができる。これにより、先に挙げたシート以外にもポリエチレン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）など、多種のシートを用いることができる。

図２−１（ｂ）に、本実施形態で用いる枠２０３の模式図を示す。枠２０３は、断面が四角で中が空洞（開口）２００になっている四角柱の形状である。枠２０３は、シート２０２と同等か同等以上に水蒸気の透過率が小さいという特性を有している。ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などのプラスチック樹脂などを用いて容易に形成することができる。

本実施形態では、基板２０１の側面は、枠２０３により四方を囲われ、且つシート２０２により枠２０３に蓋をする構成になっている。そのため、本実施形態によると、ＣＭＵＴ表面側からだけでなく、基板２０１周辺や側面からの水蒸気などの侵入を低減することができる。また、本実施形態では、シート２０２は、枠２０３の端面の全周に隙間無く接着されていることが特徴であるため、シート２０２が配置されていない領域でも、枠２０３により、同様にＣＭＵＴへの水蒸気などの侵入を低減することができる。このため、基板２０１表面にシート２０２を備えるだけの構成に比べて、シート２０２の端部や、シート２０２のサイズより広い領域からの水蒸気などの侵入を抑制することができる。

ここで本実施形態以外の構成を考える。シート２０２により、ＣＭＵＴを包むような構成にするためには、必ずどこかの領域で、シート２０２を重ねる必要が発生する。シートを重ねる場合、構成が複雑になり、小さな領域に収めることは難しい。加えて、シートが重なる領域で隙間が発生しないようにすることが非常に難しく、信頼性をあまり高くできない。また、製造工程が複雑で、製造コストが高くなる。一方、シートを重ねずシート２０２を筐体の側面に接着する構成では、シートを殆ど曲げず筐体の側面に接着する領域が必要なため、筐体を基板に対してかなり大きくする必要があり、小型化することが難しい。本実施形態では、枠２０３を用いて、その枠２０３の端面にシート２０２を接着し、枠２０３の開口にシート２０２で蓋をする構成を取ることで、小さなサイズで、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１を低水蒸気透過率の部材で囲む構成にすることができる。

以上のように、本実施形態を用いることで、小型な実装サイズで、外部からの水蒸気などの侵入を低減できるため、小型で、外部からの侵入物質による配線腐食の発生を低減することができる。こうして、信頼性の高い静電容量型トランスデューサを提供することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、枠２０３を形成している材質が異なる。それ以外は、第１の実施形態と同じである。本実施形態での枠２０３は、金属を用いていることが特徴である。これにより、枠２０３を樹脂で構成する場合に比べて、水蒸気の透過率を大幅に低減することができるため、基板２０１表面側のシート２０２からの水蒸気などの侵入を考慮するだけで良くなり、トータルの水蒸気などの透過を低減することができる。また、樹脂に比べて、機械的な強度を高くできるため、より小型にすることができる。また、金属の音響インピーダンスは、基板２０１の音響インピーダンスに近い。そのため、樹脂を用いる場合に比べて、基板２０１周辺での超音波の乱反射が少なく、ＣＭＵＴの送受信特性に影響を与えることが少なくなる。

本実施形態の形態によると、より信頼性が高く、より小型で、送受信特性がより優れた静電容量型トランスデューサを提供することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、枠２０３のシート２０２を接着していない側（以下、説明の便宜上、底面側と呼ぶ）の構成が一部異なる。それ以外は、第１または第２の実施形態と同じである。

本実施形態では、図１−１（ｂ）で示したように、枠２０３の底面側において、枠２０３と支持部材２０６及びフレキシブル配線基板２０４との間にある隙間を、封止材２１０で埋めている。封止材２１０は、エポキシ樹脂を用いている。エポキシ樹脂の封止材は水蒸気の透過率の低い材料であり、封止材に好適である。本実施形態によると、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１の周りを全て、水蒸気の透過率の低い部材で覆う構成にすることができるため、全ての方向からのＣＭＵＴ１００への水蒸気などの侵入を防ぐことができる。そのため、サイズを変えることなく、より信頼性の高い静電容量型トランスデューサを提供することができる。

また、図１−２（ｃ）と図２−２（ｃ）を用いて、本実施形態の別の構成を説明する。本形態では、枠２０３は、断面が四角で中が空洞になっており、一部に長穴を有する底面を備えた四角柱の形状となっている。図２−２（ｃ）は、底面側から見た模式図である。枠２０３の底面が有する穴２２０は、フレキシブル配線基板２０４を、枠２０３の外側に引き出すことができる構成になっている。この枠２０３の底面側において、枠２０３の有する穴２２０と支持部材２０６及びフレキシブル配線基板２０４との間にある隙間を、封止材２１０で埋めている。この構成によると、封止材２１０で封止する面積を最小限にすることができるので、より確実に封止をすることができる。そのため、本形態によると、更に信頼性の高い、小型の静電容量型トランスデューサを提供することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、基板２０１とフレキシブル配線基板２０４間の配線接続方法と、フレキシブル配線基板２０４とシート２０２間との位置関係が異なる。それ以外は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。図４を用いて説明する。

本実施形態では、基板２０１上の電極１０９、１１０と、フレキシブル配線基板２０４上の電極１２１間をＡＣＦ（異方性導電性）樹脂（不図示）を用いて接続している。ＡＣＦ樹脂は、微細な導電性金属粒子を含有している絶縁性の熱効果樹脂である。電極間に配置して圧力を加えることで、導電性粒子が介在して電極間を電気的に接続することができる。一方、隣り合った電極同士では、導電性金属粒子は絶縁性の樹脂の中に分散して存在しているだけであるので、電気的に絶縁が保たれた状態になる。この状態で、樹脂に熱を加えて硬化させることにより、上下電極同士の接続状態と隣接電極同士の絶縁状態が維持される。

本実施形態では、ＡＣＦ樹脂を電気接続に用いているため、図４で示すように、基板２０１上にフレキシブル配線基板２０４が直接配置される構成となっている。本実施形態では、このフレキシブル配線基板２０４の基板２０１と逆側の表面が、シート２０２に接触していることが特徴である。

この構成により、基板２０１表面とシート２０２間の距離を、フレキシブル配線基板２０４の厚さで規定することができる。フレキシブル配線基板２０４の厚さは、絶縁層や導電層の厚さを変えることで、数十マイクロメーターから数百マイクロメーターの厚さを選ぶことができる。ここで、所望の厚さのフレキシブル配線基板２０４を用いることで、基板２０１とシート２０２間の距離を所望のものにすることができる。そのため、基板２０１上に配置したＣＭＵＴ１００上のシリコーン層２０５の厚さを所望の厚さにでき、厚さのばらつきも、両端のフレキシブル配線基板２０４の厚さのバラツキ内となる均一な厚さにすることができる。シリコーン層２０５は、超音波を減衰させながら透過させるため、均一な所望で厚さにすることが望ましい。本実施形態を用いることで、均一で所望の厚さを持つシリコーン層にすることができるため、送受信特性のより均一で、且つ信頼性の高い、小型の静電容量型トランスデューサを提供できる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、シート２０２の一部が凹部を有していることが異なる。即ち、シート２０２の表面がなす面に凹部を備えており、枠２０３近傍よりも、ＣＭＵＴ１００を配した領域で、窪みを有している。それ以外は、第１から第４の何れかの実施形態と同じである。第４の実施形態の構成を元に、図５−１、図５−２を用いて説明する。

本実施形態では、セルを構成するＣＭＵＴ１００が形成された基板２０１領域上に配置されたシート２０２が、他の領域のシート２０２より、基板２０１側に凹んでいることが特徴である。本実施形態では、図５−１で示すように、基板２０１上の音響マッチング層であるシリコーン層２０５が、場所によって厚さが異なっている。図５−２に図５−１の一部の拡大図を示す。

図５−２を参照すると、ＣＭＵＴ１００が形成された基板２０１領域上は、シリコーン層２０５の厚さＨ１が薄い。それ以外の、フレキシブルプリント配線２０４と電気接続された電気接続部が配置された領域では、シリコーン層２０５の厚さＨ２が厚い構成になっている。即ち、ＣＭＵＴ１００が配された領域に比べて、該領域の外側でシリコーン層２０５が厚く構成されている。シリコーン層２０５では、超音波を減衰させながら透過させるため、送受信信号の劣化を避けるためには、できるだけ薄いシリコーン層２０５を用いることが望ましい。

加えて、シート２０２としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を始めとする樹脂を用いているため、シート２０２が有する音響インピーダンスは、シリコーン層２０５と異なる。また、シート２０２の厚さは、薄いものでも１０マイクロメーター前後あり、使用する数メガヘルツから１０メガヘルツの周波数での波長に対して、完全には無視できない厚さになっている。このため、シリコーン層２０５とシート２０２間の界面において、送受信波（音響波）の一部で反射が発生する。この反射波は、本来ＣＭＵＴで受信するための音響波であるために、または本来ＣＭＵＴから送信するために、音響波の周波数特性を劣化させる原因となる。具体的には、シリコーン層２０５の厚さが、シリコーン層２０５内での音響波の波長と同等となる周波数での特性が、反射波により劣化してしまう。そのため、送受信に使用する音響波の波長に比べて、シリコーン層２０５の厚さが薄いことが望ましい。具体的な数値としては、１０メガヘルツ以下の周波数範囲で影響を受けにくくするためには、Ｈ１を２４マイクロメーター以下の厚さにすることが望ましい。６メガヘルツ以下の周波数範囲で影響を受けにくくするためには、Ｈ１を４０マイクロメーター以下の厚さにすることが望ましい。

一方、ＣＭＵＴ１００上のシリコーン層２０５の厚さＨ１は薄くしすぎると、シート２０２がＣＭＵＴ１００に近接してしまい、ＣＭＵＴの放射インピーダンスがシート２０２の影響を受け、送受信特性が変化する。そのため、ＣＭＵＴ１００上のシリコーン層２０５は、２０マイクロメーター以上であることが望ましい。

これらのことから、ＣＭＵＴ１００上のシリコーン層２０５の厚さは、最も汎用に用いられる８メガヘルツの周波数を中心とする超音波送受信の用途では、２０マイクロメーターから２４マイクロメーターの範囲であることが望ましい。また、比較的低い周波数４メガヘルツの周波数を中心とする超音波送受信の用途では、２０マイクロメーターから４０マイクロメーターの範囲であることが望ましい。

基板２０１の表面とシート２０２の下面との距離は、基板２０１上の電極１０９、１１０からの配線取出し部の高さ、具体的には、第１の実施形態では封止材１３２の高さ、第４の実施形態ではフレキシブル配線基板２０４の厚さによって、下限が決まる。

ここで、図５−２に示した形態では、第１の実施形態で示した封止材を用いていないが、本実施形態は、封止材を用いることも可能である。封止材は、ボンディングワイヤーを覆うように配置、硬化する必要があるため、１００マイクロメーターから３００マイクロメーター程度の厚さとなる。また、フレキシブル配線基板２０４は、１５マイクロメーターより厚い絶縁フィルムを、１０から４０マイクロメーター程度の金属薄膜を挟んで構成するので、４０マイクロメーターから１００マイクロメーター程度の厚さとなる。そのため、シート２０２が凹部を有していない構成では、ＣＭＵＴ１００を配置した領域上のシリコーン層２０５の厚さは、配線取出し部の高さと同等になっている。

そのため、本実施形態のＣＭＵＴ１００上のシリコーン層２０５の厚さだけを薄くして凹部を有する構成を用いることで、配線取出し部を変更することなく、ＣＭＵＴ１００上のシリコーン層２０５の厚さのみ薄くすることができる。よって、耐湿性を有したシート２０２をＣＭＵＴ１００上に配置した構成でも、超音波の送受信を行うＣＭＵＴ１００領域において、シート２０２とシリコーン層２０５の部分での超音波透過時の劣化特性を改善させることができる。故に、優れた送受信特性を得ることができる。

本実施形態によると、ＣＭＵＴ１００上のシリコーン層の厚さＨ１を薄くすることができるため、シート部における送受信超音波の劣化が少ないため、更に送受信特性が優れ、且つ信頼性の高い、小型の静電容量型トランスデューサを提供することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態は、基板２０１上で電極１０９、１１０が配置されている場所が異なる。それ以外は、第１から第５の何れかの実施形態と同じである。第４の実施形態の構成を元に、図６を用いて説明する。

本実施形態では、電極１０９、１１０を、基板２０１上でＣＭＵＴ１００を形成した面と逆側の面に配置していることが特徴である。図６（ａ）で示すように、配線１０７、１０８は、基板２０１の両面間を電気的に接続している貫通配線１１１を介して、ＣＭＵＴ１００を形成した基板面から、ＣＭＵＴ１００を形成していない基板面側に引き出されている。ＣＭＵＴ１００を形成していない基板面側に引き出された配線は、電極１０９と接続され、フレキシブル配線基板２０４へ電気的に接続されている。図６（ａ）では、ＡＣＦ樹脂を用いた配線接続を用いており、基板２０１のＣＭＵＴ１００を形成していない基板面（裏面）に、フレキシブル配線基板２０４が配置されている。

本実施形態では、基板２０１のＣＭＵＴ１００形成面側にフレキシブル配線基板２０４が無いため、基板２０１表面とシート２０２の下面を近づける際の制約がない。そのため、シリコーン２０５層の厚さを、基板２０１とシート２０２間を機械的に固定する際に問題ない厚さまで薄くすることができる。よって、シリコーン層２０５を透過する超音波の減衰が極めて小さく、シリコーン層２０５での送受信特性の劣化を極めて小さくすることができる。また、基板２０１表面に、ＣＭＵＴ１００のみが配置されている構成であるため、基板２０１付近の配線による超音波の乱反射による送受信特性の劣化が起こらなく、良好な送受信特性を得ることができる。

なお、本実施形態では、基板２０１表面とシート２０２の下面間の距離は、枠２０３が有する凹部と支持部材２０６が有する凸部によって、基板２０１の位置と枠２０３の位置を規定することで、所望の値に設定することができる。本実施形態によると、送受信特性が非常に優れており、且つ信頼性の高い、小型の静電容量型トランスデューサを提供することができる。

本実施形態の別の形態を、図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）において、２２２はスペーサーである。スペーサー２２２は、基板２０１上のＣＭＵＴ１００が形成されていない領域の基板の端面上に、対になるように配置されている。スペーサー２２２は、シリコーン層２０５の所望の厚さと同じ厚さのものが用いられている。この構成を取ることにより、枠２０３と支持部材２０６で、基板２０１とシート２０２の距離関係を決める構成に比べて、スペーサー２２２のみで距離を決めることができるため、より高精度に基板２０１とシート２０２間の距離を決めることができる。また、スペーサー２２２の厚みは任意の厚さ（例えば、数マイクロメーターから数十マイクロメーター）を選ぶことができるため、シリコーン層２０５の厚みを薄く、且つ高精度に設定することができる。そのため、シリコーン層２０５を透過する超音波の減衰が極めて小さく、シリコーン層２０５での送受信特性の劣化を極めて小さく、均一にすることができる。本形態によると、送受信特性が非常に優れており、且つ信頼性の高い、小型の静電容量型トランスデューサを提供できる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態は、シート２０２の一部が凸部を有していることが異なる。それ以外は、第１から第６の何れかの実施形態と同じである。第６の実施形態の構成を元に、図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

本実施形態では、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１表面が、枠２０３の端面より外側に飛び出して配置されていることが特徴である。そのため、枠２０３上の領域のシート２０２の表面より、基板２０１上の領域のシート２０２の表面の方が、シリコーン層２０５の厚さ分より遠くトランスデューサの外側に配置される。この構成によると、ＣＭＵＴ１００が、枠２０３の端面より外側、言い換えると超音波を送受信する被検体である測定対象（不図示）側に配置される。そのため、ＣＭＵＴ１００から超音波を送信する際に、枠２０３の端面で、送信した超音波が反射して、測定対象に到達する超音波の送信波形が劣化することをほぼ無視することができる。また、測定対象からの超音波をＣＭＵＴ１００が受信する際に、受信波が枠２０３の端面で反射しても、ＣＭＵＴ１００で受信される信号ではほぼ無視できる。このように、本実施形態では、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１表面が、枠２０３の端面より外側に配置されている。そのため、送受信時の超音波への枠２０３の影響を極めて小さくでき、送受信特性が非常に優れており、且つ信頼性の高い、小型の静電容量型トランスデューサを提供することができる。

尚、本実施形態は、第６の実施形態を元に説明したが、これに限るものではない。第１の実施形態の基板２０１上にワイヤー１３１や、第４の実施形態の基板２０１上にフレキシブル配線基板２０４が配置される構成に対しても、適用することができ、同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態は、シート２０２表面が異なる。それ以外は、第１から第７の何れかの実施形態と同じである。第４の実施形態の構成を元に、図８を用いて説明する。

本実施形態では、シート２０２の表面に、特定の光を反射する反射膜２０７を有していることが特徴である。測定対象にパルス光を照射して、発生した光音響波をトランスデューサで受信する場合、照射したパルス光がトランスデューサにも到達するとトランスデューサ内で光音響波を発生させ、受信特性を劣化させる。本実施形態では、パルス光を反射する反射膜２０７を備え、反射膜２０７を保持する部材を、水蒸気透過率が低いシート２０２で兼用している構成のため、簡単な層構成で実現することができる。そのため、超音波が経由する層の数を少なくすることができるため、ＣＭＵＴ１００で受信する超音波波形の劣化を少なくできる。

本実施形態の反射膜２０７は、ＣＭＵＴ１００への光の入射を抑制するための部材である。具体的には、被検体への照射光またはその散乱光を反射するための部材である。被検体として、乳房等の生体を診断する場合、レーザー光として波長７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の近赤外領域が用いられることが多い。反射膜２０７は、使用する波長領域の光（例えば７００ｎｍ〜１０００ｎｍ）に対して、高い反射率（好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の反射率）を有することが好ましい。具体的には、反射膜２０７は金属薄膜からなることが好ましく、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも１つの元素を含む金属や、これらの合金を用いることができる。

また、反射膜２０７の膜厚は、１５０ｎｍ以上あることが好ましい。１５０ｎｍ以上であれば、十分な反射率を得ることができる。ただし、音響インピーダンスを考慮して、１０μｍ以下であることが好ましい。例えばＡｕの場合、音響インピーダンスが約６３×１０６［ｋｇ・ｍ^−２・ｓ^−１］と高いため、音響インピーダンス不整合による音響波の反射を防ぐためには或る程度薄くする必要がある。よって、Ａｕの場合、膜厚は、材料中の音響波の波長の１／３０以下であることが好ましい。特に、光音響効果により発生する音響波の受信帯域としては、通常１０ＭＨｚ程度であり、１０ＭＨｚでの水中の波長が約１５０μｍであることを考慮して、Ａｕ膜の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。形成方法としては、蒸着もしくはスパッタリングを用いることができる。また、密着力を上げるためにＣｒやＴｉの下地層を設けてもよい。

また、反射膜２０７としては、金属膜だけでなく、誘電体多層膜を用いることもできる。さらには、金属膜の上に誘電体多層膜を形成した積層構造とすることもできる。このような積層構造の場合、反射率を更に向上させることができるため好ましい。本実施形態によると、光音響波の受信に使用する場合にも、信頼性が高く、小型で、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサを提供することができる。

（第９の実施形態）
第９の実施形態は、トランスデューサの外側に部材が配置されている点が異なる。それ以外は、第１から第８の何れかの実施形態と同じである。第４の実施形態の構成を元に、図９を用いて説明する。

本実施形態では、トランスデューサのシート２０２上に、樹脂カバー２０８を備えていることが特徴である。樹脂カバー２０８を有することで、外部からの衝撃が加わった場合でも、シート２０２へ衝撃が伝わることや、シート２０２が傷つくことを防ぐことができる。そのため、シート２０２が損傷して、外部からの水分の浸入が発生し、配線などが腐食することを防ぐことができる。樹脂カバー２０８は、外部からの衝撃や擦過に対して耐性があるものであれば、用いることができる。また、超音波の送受信特性の劣化で問題とならない範囲で、シリコーン樹脂、プラスチックなどの材料で必要な厚さのものを用いることができる。また、樹脂カバー２０８は、図９で示したように、シート２０２上だけでなく、枠２０３の側面の一部にも連続して配置しても良い。樹脂カバーは、シート２０２と枠２０３に接着剤に接着されている。その接着剤は、超音波の送受信特性に与える影響が少なく、十分な接着強度を有するものであれば、用いることができる。

本実施形態によると、外部からの衝撃に強く、信頼性が高く、小型で、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサを提供することができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、トランスデューサの外側に部材が配置されている点が異なる。それ以外は、第１から第８の何れかの実施形態と同じである。第４の実施形態の構成を元に、図１０を用いて説明する。

本実施形態では、トランスデューサのシート２０２上に、音響レンズ２０９を備えていることが特徴である。音響レンズ２０９を用いることで、超音波の送信波形について、特定の距離において或る範囲で強度を高めることができる。同様に、受信についても、特定の距離の或る範囲からの受信波形を高い感度で受信することができる。音響レンズ２０９は、水蒸気の透過率が高いシリコーンを用いて成形され、シート２０２上に接着される。本実施形態によれば、水蒸気透過率の低いシート２０２と枠２０３で、基板２０１上のＣＭＵＴ１００を囲んでいるため、配線部の腐食などが起きにくい。

ここで、シート２０２と音響レンズ２０９が有する音響インピーダンスはできるだけ近くし、界面で反射が起きにくい構成をとることが望ましい。しかし、音響レンズは、音響レンズの表面に接する媒質からの制約や、シート材料固有の音響インピーダンスの制約があり、それぞれの音響インピーダンスを完全に一致させることは難しい。そのため、シート２０２と音響レンズ２０９との界面では、超音波の反射が起こり、超音波の透過特性を劣化させやすいことになる。また、シート２０２を音響レンズ２０９表面に配置した場合は、反射が起こる界面は、音響レンズ２０９の曲面上の部分のＣＭＵＴ１００からの距離が場所により異なり、且つ該曲面上の部分がＣＭＵＴ１００からレンズの厚さの距離以上は離れていることになる。この距離は、使用する超音波の波長に対して十分長くなるように設定されているため、送受信時の透過特性に大きな影響を与える。しかしながら、本実施形態によると、シート２０２を音響レンズ２０９表面に配置した構成に比べて、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１とシート２０２との距離を大幅に短くすることができる。そのため、反射が起こる場所を、ＣＭＵＴ１００から均一の距離で、且つ超音波の波長より十分短い距離の所にすることができるため、送受信時の透過特性に対する影響を小さくすることができる。

本実施形態によると、音響レンズを有した構成においても、信頼性が高く、小型で、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサを提供することができる。尚、第５から第１０の実施形態では、基板２０１上の電極１０９、１１０と、フレキシブル配線基板２０４上の電極１２１との接続を、ＡＣＦ樹脂の電気接続手段を用いて説明したが、これらの実施形態では、これに限られるものではない。第１の実施形態で説明を行った、ワイヤーを用いた電気接続手段をはじめ、電極間の電気接続を行うことができるものであれば適用することができる。

（第１１の実施形態）
本実施形態では、第１から第１０の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサの製造方法に関して記載する。

本実施形態の製造方法は、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１とシート２０２をシリコーン層２０５を用いて固定する工程の後、シート２０２を枠２０３の端面に接着する工程を実行することを特徴とする。図１１を用いて、製造工程を具体的に説明する。尚、製造工程を説明する図では、基板２０１上のＣＭＵＴ１００は省略しているが、実際には基板２０１の図面内で向かって上側の面にＣＭＵＴ１００を形成している。また、枠２０３や支持部材２０６は、実際には、図１−１等の図面で示すように複雑な構造になっているが、製造工程を説明する図では、実際には備えている凹凸部などを省略して、簡単な構成で記載している。また、製造工程を説明する図では、説明上必要な場合を除いて、フレキシブル配線基板２０４を省略している。

まず、基板２０１上にＣＭＵＴ１００を形成し、その後、支持部材２０６上に基板２０１を貼り付ける（図１１（ａ））。この工程は、集積回路のチップを貼り付けるダイボンディングと呼ばれる技術等を用いることで、容易に実施することができる。次に、基板２０１上に硬化前のシリコーン樹脂２４０を塗布する（図１１（ｂ））。ディスペンサーなどを用いることで、基板２０１上への局所的な塗布を容易に行うことができる。シリコーン樹脂としては、常温硬化、加熱硬化型の何れも用いることができる。常温硬化型を用いる際には、硬化時間より短い時間で工程を実施することで問題なく作製できる。

続いて、シート２０２を固定し、シート２０２に基板２０１を近づけ、基板上２０１上の硬化前のシリコーン樹脂２４０の上面とシート２０２の下面を接触させる。この際、シート２０２と基板２０１とが所定の距離になる位置で基板２０１を止める。シートを固定している部分と、支持部材２０６を保持している部分の位置関係を、微動ステージで調整することで、止める位置は容易に決めることができる。その後、シリコーン樹脂２４０を硬化させ、基板２０１とシート２０２間を硬化したシリコーン層２０５で固定する（図１１（ｃ））。常温硬化型、加熱型ともに、硬化が完了するまで、基板２０１とシート２０２の位置関係を固定したままにしておく。

次に、枠２０３の端面に、硬化前の接着剤２３０を塗布する（図１１（ｄ））。ディスペンサーなどを用いることで、枠２０３端面上への局所的な塗布を容易に行うことができる。接着剤２０３としては、シート２０２と枠２０３との間を接着できるものであれば用いることができ、エポキシ系接着剤などにより容易に構成することができる。尚、接着剤とシート２０２あるいは枠２０３との接着力を向上させるために、表面をプライマー処理する構成も取ることができる。プライマーは、表面を接着しやすくするための低粘度液体であり、接着剤の種類により適したものを用いるとよい。ここでは、プライマーを塗布した後に、溶剤を揮発させて定着のための熱処理を行い、接着剤を塗布する。

最後に、基板２０１と固定したシート２０２を枠２０３に近づけていき、枠２０３の接着剤を塗布した端面に、シート２０２の下面を接触させた状態で止めて、硬化させる（図１１（ｅ））。これにより、シート２０２と枠２０３間を、硬化した接着剤２３１で固定する。

尚、製造工程を説明する図面では、シート２０２を介して基板２０１が、枠２０３に保持された構成になっているが、本発明はこれに限ったものではなく、実際は基板２０１と枠２０３の間を、接着剤により固定した構成にすることが望ましい。加えて、枠２０３に凹部（または凸部）を備え、支持部材２０６に凸部（または凹部）を備える構成にし、凸部と凹部をはめ合わせる部分で接着を行うことで、より機械的強度を高くして固定することができ、信頼性を上げることができる。

（第１２の実施形態）
本実施形態でも、第１から第１０の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサの製造方法に関して記載する。本実施形態の製造方法は、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１とシート２０２をシリコーン層により固定する工程と、シート２０２を枠２０３の端面に接着する工程と、を同時に行うことを特徴とする。図１２を用いて、製造工程を具体的に説明する。

まず、基板２０１上にＣＭＵＴ１００を形成し、その後、支持部材２０６上に基板を貼り付ける（図１２（ａ））。この工程は、集積回路のチップを貼り付けるダイボンディングと呼ばれる技術等を用いることで、容易に実施することができる。次に、基板２０１上に硬化前のシリコーン樹脂２４０を塗布する（図１２（ｂ））。ディスペンサーなどを用いることで、基板２０１上への局所的な塗布を容易に行うことができる。シリコーン樹脂としては、常温硬化、加熱硬化型の何れも用いることができる。常温硬化型を用いる際には、硬化時間より短い時間で、その後の工程を実施することで問題なく作製できる。

続いて、枠２０３の端面に、硬化前の接着剤２３０を塗布する（図１２（ｃ））。ディスペンサーなどを用いることで、枠２０３端面上への局所的な塗布を容易に行うことができる。接着剤２３０としては、シート２０２と枠２０３の間を接着できるものであれば用いることができ、エポキシ系接着剤などにより容易に構成することができる。尚、接着剤とシート２０２あるいは枠２０３との接着力を向上させるために、表面をプライマー処理する構成も取ることができる。

次に、シート２０２を固定し、枠２０３をシート２０２側に近づけ（図１２（ｄ））、枠２０３の端面上の硬化前の接着剤２３０の表面とシート２０２の下面を接触させ、所定の厚さにする。合わせて、基板２０１をシート２０２側に近づけ、基板上２０１上の硬化前のシリコーン樹脂２４０の表面とシート２０２の下面を接触させる（図１２（ｅ））。この際、シート２０２と基板２０１とが所定の距離になる位置で基板２０１を止める。シートを固定している部分と、支持部材２０６を保持している部分の位置関係を、微動ステージで調整することで、止める位置は容易に決めることができる。その後、接着剤２３０とシリコーン樹脂２４０を同時に硬化させ、枠２０３とシート２０２間を、硬化させた接着剤２３１で固定し、基板２０１とシート２０２間を、硬化したシリコーン層２０５で固定する（図１２（ｆ））。

本実施形態によると、接着剤２３０とシリコーン２４０の硬化を同じ工程で行うため、工程の簡略化や工程時間の短縮を実現することができる。尚、上記説明では、先にシート２０２に枠２０３を接近させてから、次にシート２０２に基板２０１を接近させるように説明したが、本実施形態はこれに限らず、逆の手順で行うこともできる。また、枠２０３と基板２０１を同時に、シート２０２側に接近させる構成も取ることができる。これにより、工程の簡略化や、冶具の共通化を図ることができる。

（第１３の実施形態）
本実施形態では、第１から第１０の実施形態の何れかに記載の静電容量型トランスデューサの製造方法に関して記載する。本実施形態の製造方法は、シート２０２を枠２０３の端面に接着する工程の後、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１とシート２０２をシリコーン層２０５により固定する工程を行うことを特徴とする。図１３を用いて、製造工程を具体的に説明する。

まず、枠２０３の端面に、硬化前の接着剤２３０を塗布する（図１３（ａ））。ディスペンサーなどを用いることで、枠２０３端面上への局所的な塗布を容易に行うことができる。接着剤２０３としては、シート２０２と枠２０３の間を接着できるものであれば用いることができ、エポキシ系接着剤などにより容易に構成することができる。尚、接着剤とシート２０２あるいは枠２０３との接着力を向上させるために、表面をプライマー処理する構成も取ることができる。次に、シート２０２を固定し、枠２０３をシート２０２側に近づけ、枠２０３の端面上の硬化前の接着剤２３０の表面とシート２０２の下面を接触させ、所定の厚さにする。その後、接着剤２３０を硬化させ、枠２０３とシート２０２間を硬化させた接着剤２３１で固定する（図１３（ｂ））。

続いて、枠２０３とシート２０２で囲まれた領域に、硬化前のシリコーン２４０を塗布して、内部をシリコーン２４０で満たす（図１３（ｃ））。ディスペンサーなどを用いることで、塗布を容易に定量的に行うことができる。シリコーン樹脂としては、常温硬化、加熱硬化型の何れも用いることができる。常温硬化型を用いる際には、硬化時間より短い時間で、その後の工程を実施することで問題なく作製できる。

その後、基板２０１上にＣＭＵＴ１００を形成し、その後、支持部材２０６上に基板を貼り付ける（図１３（ｄ））。この工程は、集積回路のチップを貼り付けるダイボンディングと呼ばれる技術等を用いることで、容易に実施することができる。次に、基板２０１をシート２０２に対して少し傾け、その角度を保ったまま、枠２０３とシート２０２で囲まれ、シリコーン２４０が塗布された領域に、基板２０１を浸していく（図１３（ｅ））。基板２０１の表面が全てシリコーン内に浸漬されたら、基板２０１をシート２０２に対して平行に戻し、更にシート２０２と基板２０１との距離を近づけていく（図１３（ｆ））。

最後に、シート２０２と基板２０１とが所定の距離になる位置で基板２０１を止める（図１３（ｇ））。シートを固定している部分と支持部材２０６を保持している部分との位置関係を、微動ステージで調整することで、止める位置は容易に決めることができる。その後、シリコーン樹脂２４０を硬化させ、基板２０１とシート２０２間を硬化したシリコーン層２０５で固定する（図１３（ｈ））。その際、シリコーン２０５は、枠２０３と基板２０１や支持部材２０６との間に一部流れ込んで硬化する。この範囲は、最初に塗布する量を調整することで調整することができる。また、枠２０３と基板２０１や支持部材２０６との間で硬化したシリコーン２０５は、枠２０３と基板２０１や支持部材２０６間を機械的に保持する接着剤としても機能し、信頼性の向上に繋がる。

ここで、一般的な硬化前のシリコーン樹脂２４０は、粘度が高く、空気を巻き込みやすい課題を有している。シリコーン層２０５に空気層が残っていると、超音波を透過する際に、シリコーン層と空気層との音響インピーダンスの違いにより、大きな超音波の減衰を発生させる。第１１や第１２の実施形態の工程で説明した、基板２０１上にシリコーン２４０を塗布してからシート２０２を貼る工程では、シリコーン２４０内に空気を巻き込みやすい。それを避けるために、減圧雰囲気中で工程を行う、シートの貼り付けをロールを用いて行うなどの複雑な工程が必要となることがある。一方、本実施形態によると、枠２０３とシート２０２で囲まれシリコーン２４０が満たされた領域に、斜めに基板２０１を浸していくため、シリコーン２４０の中に空気を巻き込みにくい。そのため、複雑な工程を用いることなく、簡易な工程で、シート２０２と基板２０１との間のシリコーン層２０５において空気層の形成を防止することができ、送受信特性の優れた静電容量型トランスデューサを製造することができる。

（第１４の実施形態）
本実施形態では、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１と、シート２０２をシリコーン層２０５を介して固定する工程に関する。それ以外は、第１１から第１３の実施形態の何れかに記載の製造方法と同じである。本実施形態では、基板２０１上に配置された膜厚設定手段により、シリコーン２０５の膜厚を規定することが特徴である。図１４−１と図１４−２を用いて、工程を具体的に説明する。

まず、表面が平面の保持冶具２６０に、シート２０２を固定する。この時、シート２０２は、保持冶具２６０の表面形状に沿って平らに保持されている。保持冶具は、基板に印加する外力によって変形を起こさないものであれば、金属、樹脂などを用いることができる。次に、硬化前のシリコーン２４０を塗布した基板２０１を、シート２０２に近づける。この基板２０１上には、シート２０２と基板２０１の間の高さを規定するために、所定の高さに決まった部材（膜厚設定手段）が配置されている。図１４−１（ａ）においては、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２を用いている。

更に、基板２０１をシート側に近づけて行くと、基板上２０１のシリコーン２４０が、シート２０２下面と接触する。そのまま、互いを近づけていくと、シート２０２下面に封止材１３２が接触し、それ以上、基板２０１とシート２０２間の距離が縮まらなくなり、ここで基板２０１の移動をストップさせる（図１４−１（ｂ））。これにより、基板２０１とシート２０２間にあるシリコーン２４０の厚さは、膜厚設定手段である封止材１３２の高さと同じになる。ストップさせる手段としては、ばねなどを用いて基板２０１に一定の外力を印加する構成で、容易に実現できる。最後に、この状態でシリコーン２４０を硬化させることで、基板２０１とシート２０２間の距離を、封止材１３２の高さと同じにしたまま、シリコーン２０５で固定することができる。

本実施形態では、基板上に配置した膜厚設定手段により、シート２０２と基板２０１間の距離を規定するため、可動ステージや、枠-支持部材のはめ込みで高さを規定する場合に比べて、より高精度にシート２０２と基板２０１間の距離を規定することができる。

膜厚設定手段としては、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２だけでなく、所定の高さに決まった部材であれば用いることができる。図１４−１（ｃ）、（ｄ）で示したように、フレキシブル配線基板２０４を用いることもできる。この場合、フレキシブル配線基板２０４は、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２に比べて、高さが低く均一にできるため、より薄く均一なシリコーン２０５の膜厚を得ることができる。また、図１４−１（ｅ）、（ｆ）で示したように、スペーサー２２２を用いることで、基板２０１上の電極１０９、１１０の配置位置の制約を受けず、任意の最適な位置に膜厚設定手段を配置することができる。また、スペーサー２２２の厚さも、引き出し配線の制約を受けないため、最適な厚さを用いることができ、より適した膜厚を得ることができる。図１４−２（ｇ）、（ｈ）は図１４−１（ａ）、（ｂ）の工程を全体的に示した図である。

尚、本実施形態では、第１１の実施形態や第１２の実施形態で説明した、基板２０１上に硬化前のシリコーン２４０を塗布した構成を用いた工程を説明したが、本実施形態はこれに限らない。第１３の実施形態で示したシリコーン２４０をシート２０２側に塗布した構成を用いた工程にもできる。本実施形態によると、シート２０２と基板２０１間の距離をより正確に規定することができるため、シート２０２と基板２０１間のシリコーン層２０５の厚さをより正確に設定することができる。

（第１５の実施形態）
本実施形態は、第１４の実施形態と保持部材の表面形状が異なる。図１５は、本実施形態を説明する模式図である。本実施形態は、保持冶具２７０の表面形状が凸形状を有していることが特徴である。保持冶具２７０が有している凸形状の凸部平面は、基板２０１上にＣＭＵＴが形成された領域を覆うようになっている。保持冶具２７０の形状が異なるだけで、第１４の実施形態と製造工程自体は同じである。ただし、基板２０１をシート２０２側に近づける前に、保持冶具２７０とＣＭＵＴを形成した基板２０１との位置関係を決める冶具、または位置関係を調整する工程を追加する必要がある。これらは、汎用の実装技術を用いて、高精度な位置決め機能付きの冶具や微調整機能を有したステージなどにより、容易に実現することができる。本実施形態の保持冶具２７０を用いると、ＣＭＵＴを形成した平面とＣＭＵＴ上のシート間にあるシリコーン層２０５の厚さを、封止材１３２（膜厚設定手段）の高さより薄くすることができる。

膜厚設定手段としては、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２だけでなく、所定の高さに決まった部材であればよい。第１４の実施形態と同様に、フレキシブル配線基板２０４（図１５（ｃ）、（ｄ））、スペーサー２２２（図１５（ｅ）、（ｆ））を用いることができる。

本実施形態によると、ＣＭＵＴ上のシートまでの距離をより狭くすることができるので、超音波特性の劣化が少なく、送受信特性がより優れた静電容量型トランスデューサの製造方法を提供することができる。

（第１６の実施形態）
本実施形態は、第１３の実施形態に記載の製造方法における、ＣＭＵＴ１００を形成した基板２０１とシート２０２をシリコーン層２０５により固定する工程を有する製造方法に関する。本実施形態では、基板２０１上に配置された膜厚設定手段により、シリコーン２０５の膜厚を規定しており、且つ基板２０１上のシート２０２表面が、枠２０３上のシート表面より外側になるように基板に外力を与えることが特徴である。図１６を用いて、工程を具体的に説明する。

本実施形態の基板２０１上には、シート２０２と基板２０１間の高さを規定するために、所定の高さに決まった部材（膜厚設定手段）が配置されていることが特徴である。図１６においては、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２を用いている。第１３の実施形態の図１３（ｆ）の工程以降の説明を行う。第１３の実施形態と異なる点としては、枠２０３が保持冶具２９０により保持されており、枠２０３の（図面に向かって）上側に外力が印加されても、枠２０３は動かない構成になっている点である。また、基板２０１上の封止材１３２が、シート２０２の表面に接触した後も止まらず、基板２０１は上側に移動することが異なる。そのため、シート２０２に基板２０１上側に印加されている外力が伝わるとき、枠部分は保持冶具２９０により保持されているので、基板上の封止材１３２を介して、シートに外力が伝わる。ここでシートは、非常に薄く伸縮性が高いため、破断することなく、基板上で上側に凸形状を持つように若干変形する（図１６（ｂ））。ここで、凸部の高さは、数マイクロメーターから、数百マイクロメーター程度にすることができる。

基板２０１が枠２０３に対して所望の位置になると、基板２０１の移動を止める。この状態に保持したまま、シリコーンを硬化させることにより、シート２０２が凸形状を持ったまま、固定される（図１６（ｃ））。この時、基板２０１上にＣＭＵＴを形成した平面と、その上のシート２０２との間隔は、封止材１３２（膜厚設定手段）の高さと同じ値になる。そのため、ＣＭＵＴを形成した平面とＣＭＵＴ上のシート間にあるシリコーン層２０５の厚さも、封止材１３２（膜厚設定手段）の高さと同じ値になる。ここで、シート２０２は、端を枠に固定されたまま、基板２０１により上側に押されて固定されるので、押されない場合に比べて、張力がかかっている状態となっている。そのため、シート２０２がぴんと貼って緊張した状態となっており、第１４や第１５の実施形態で示したように、シート上側に平らな形状を有する保持冶具を用いなくても、シリコーン２０５の膜厚を一定値にすることができる。従って、ＣＭＵＴ上のシート２０２表面に接触する必要がないため、保持冶具の表面に付いたゴミなどによりシート２０２を傷つけることがなくなり、シート２０２の水蒸気透過率を悪化させることがない。すなわち、シート２０２の耐水性が保たれる。

膜厚設定手段としては、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２だけでなく、所定の高さに決まった部材であれば、用いることができる。第１４の実施形態と同様に、フレキシブル配線基板２０４を用いることもできる。この場合、フレキシブル配線基板２０４は、ワイヤー１３１を封止している封止材１３２に比べて、高さが低く均一にできるため、より薄く均一なシリコーン２０５の膜厚を得ることができる。また、スペーサー２２２を用いることで、基板２０１上の電極１０９、１１０の配置位置の制約を受けず、任意の最適な位置に膜厚設定手段を配置することができる。また、スペーサーの厚さも、引き出し配線の制約を受けないため、最適な厚さのものを用いることができ、より最適な膜厚を得ることができる。

尚、本実施形態では、枠２０３を保持する保持冶具２９０を、枠２０３上側から押さえる構成で説明したが、本実施形態はこれに限らない。枠２０３を横から挟み込んで保持するものをはじめ、基板２０１に工程内で印加する外力によって枠２０３が動かないものであれば、用いることができる。

本実施形態によると、シート２０２表面に損傷を与えることなく、信頼性が高く、小型で、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサの製造方法を提供することができる。上記の製造工程の説明では、シート２０２を枠２０３に対して、図面内で向かって上側に配置して説明を行ったが、本実施形態はこれに限らない。シート２０２を枠２０３に対して下向き、あるいは横向きにして製造することができる。その際、硬化前の接着剤や、硬化前のシリコーン樹脂を塗布した時の液だれ等が問題にならない条件であれば、どの方向でも用いることができる。

（第１７の実施形態）
第１７の実施形態は、第１から第１０の何れかの実施形態に係る静電容量型トランスデューサ、または第１１から第１６の何れかの実施形態に係る製造方法による静電容量型トランスデューサ を用いた超音波プローブに関する。

ここで、本発明の静電容量型トランスデューサを用いた超音波プローブの構成について、図１７−１と図１７−２を用いて説明する。図１７−１は、本実施形態の静電容量型トランスデューサを用いた超音波プローブの模式図である。図１７−１において、３００は超音波プローブ、３０１は筐体、３０２は回路基板、３０３は送受信回路、３０４はケーブルである。ＣＭＵＴを備えた枠２０３と回路基板３０２は、筐体３０１により囲まれて、接着、保持されている。ＣＭＵＴ１００内の電極に接続されたフレキシブル配線基板２０４は回路基板３０２に接続されており、ＣＭＵＴ内の電極は、それぞれ回路基板３０２上の送受信回路３０３に電気的に繋がっている。各電極に接続された送受信回路は、回路基板３０２に接続されるケーブル３０４を介して筐体３０１の外側に引き出されて、超音波画像形成装置（不図示）などの被検体情報取得装置と接続され、送受信信号の遣り取りを行うことができる構成となっている。

筐体３０１は、一般的な樹脂を用いることで容易に構成することができ、水蒸気の透過率が低い材料を用いることで、回路基板３０２やフレキシブル配線基板２０４、ケーブル３０４などが有する配線について、電気的な特性の劣化を防ぐことができる。本発明の静電容量型トランスデューサを用いることにより、小型な構成で、外部からの水蒸気などの侵入を低減することができるため、プローブ自体も小型にでき、かつ水蒸気などの侵入を防ぐことができる。そのため、本発明の静電容量型トランスデューサを超音波プローブに用いることで、信頼性が高く、小型なプローブを提供することができる。

尚、本実施形態は、図１７−２で示すように、超音波プローブ３００の内部を、封止材３０４により、完全に充填する構成を用いることもできる。これにより、万が一筐体３０１の継ぎ目などから水分が浸入した場合でも、封止材３０５によりそれ以上の水分の浸入を防ぐことができる。そのため、水中で使用する場合でも、信頼性の高い超音波プローブ３００を提供することができる。

（第１８の実施形態）
第１８の実施形態は、第１から第１６の何れかの実施形態に記載の静電容量型トランスデューサ、あるいは第１７の実施形態に記載の超音波プローブを用いた超音波画像形成装置などの被検体情報取得装置に関する。ここでは超音波画像形成装置として説明する。

図１８を用いて、本実施形態の超音波画像形成装置について説明する。４００は超音波画像形成装置、４０１は、被検体からの音響波を受信して電気信号に変換する静電容量型トランスデューサ（超音波プローブ）である。また、４０２は被検体ないし測定対象、４０３は、前記電気信号を用いて被検体の情報を取得する処理部である画像情報生成部、４０４は画像表示部である。また、５０１は送信の超音波、５０２は反射した超音波、５０３は超音波送信情報、５０４は超音波受信信号、５０５は再現画像情報である。

以下、送信した超音波を用いた超音波測定時の動作について説明する。静電容量型トランスデューサ（超音波プローブ）４０１から、測定対象４０２に向かって超音波５０１が出力（送信）される。測定対象４０２の表面で、その界面での固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波５０２は、静電容量型トランスデューサ（超音波プローブ）４０１で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号５０４として画像情報生成部４０３に送られる。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報５０３として、画像情報生成部４０３で記憶される。画像情報生成部４０３では、超音波受信信号５０４と超音波送信情報５０３を基に測定対象物４０２の画像信号を生成して、再現画像情報５０５として出力する。画像表示部４０４では、超音波送受信による再現画像情報を基に、測定対象物４０２を画像として表示する。

光源をさらに有し、静電容量型トランスデューサが、光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換する構成にすることもできる。こうした構成では、画像表示部４０４では、光音響波の受信による再現画像情報を基に、測定対象物４０２を画像として表示する。或いは、超音波送受信による再現画像情報と光音響信号による再現画像情報の２つの情報を基に、測定対象物４０２を画像として表示することもできる。

本実施形態の超音波画像形成装置４００は、本発明の静電容量型トランスデューサ４０１を用いることを特徴とする。これは、信頼性が高く、小型で、送受信特性が優れた静電容量型トランスデューサ４０１である。そのため、信頼性が高く、超音波測定部が小型で、且つ超音波の良好な送受信特性による良質な画像形成を行うことができる超音波画像形成装置などの被検体情報取得装置を提供することができる。

１００・・ＣＭＵＴ（静電容量型トランスデューサ）、１０１・・振動膜、１０２・・第１の電極（一方の電極）、１０３・・第２の電極、１０５・・間隙、２００・・空洞（開口）、２０１・・基板、２０２・・シート、２０３・・枠、２０５・・音響マッチング層

Claims (30)

1. 間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜と、前記振動膜を振動可能に支持する支持部と、を含む構造を有する１つ以上のセルと、
   前記１つ以上のセルが一方の面上に配置された基板と、
   耐水性を備えるシートと、
   前記シートと前記セルとの間に設けられる音響マッチング層と、
   耐水性を備え、前記基板の側面の周囲を囲むように配置された枠と、
   を備え、
   前記シートは、前記枠の開口に蓋をするように前記枠の端面に接着されており、
   前記一方の面は、前記１つ以上のセルが設けられたセル領域と、前記１つ以上のセルの電極と電気回路とを電気的に接続する電気接続領域と、を有し、
   前記セル領域における前記基板と前記シートとの間の距離は、前記電気接続領域における前記基板と前記シートとの間の距離よりも小さいことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
2. 前記シートの表面は、前記枠の近傍よりも前記セルが位置する領域で前記基板の一方の面に近づいた凹部を構成することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
3. 前記音響マッチング層は、前記セルが位置する領域に比べて、該領域の外側の領域で厚く構成されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型トランスデューサ。
4. 前記セルが位置する領域の前記音響マッチング層は、２０μｍから４０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型トランスデューサ。
5. ４メガヘルツの周波数を中心とする超音波の送受信に適用されることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型トランスデューサ。
6. 前記セルが位置する領域の前記音響マッチング層は、２０μｍから２４μｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型トランスデューサ。
7. ８メガヘルツの周波数を中心とする超音波の送受信に適用されることを特徴とする請求項６に記載の静電容量型トランスデューサ。
8. 前記セルが位置する領域の外側の領域の前記マッチング層は、４０μｍから１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項３から７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
9. 間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜と、前記振動膜を振動可能に支持する支持部と、を含む構造を有する１つ以上のセルと、
   前記１つ以上のセルが一方の面上に配置された基板と、
   耐水性を備えるシートと、
   前記シートと前記セルとの間に設けられる音響マッチング層と、
   耐水性を備え、前記基板の側面の周囲を囲むように配置された枠と、
   を備え、
   前記シートは、前記枠の開口に蓋をするように前記枠の端面に接着されており、
   前記基板の上の領域に設けられた前記シートの表面が、前記枠の上の領域に設けられた前記シートの表面に対して、突出して設けられていることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
10. 前記シートは、３０μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
11. 前記シートは、水分透過率が１００ｇ／ｍ ^２ ・ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
12. 前記シートの表面上に、所定の波長の光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
13. 前記シートは、無機材料からなる層を含むことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
14. 前記シートが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
15. 前記シートの表面側に、シリコーンにより形成された音響レンズを備えることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
16. 前記枠の材質が金属であることを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
17. 前記基板の前記一方の面と逆の面側において、前記枠と前記基板の間、または前記枠と前記基板を支持する支持部材の間をエポキシ樹脂で塞いでいることを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
18. 前記基板の前記一方の面と逆の面側に、前記基板を支持する支持部材が配置され、
    前記基板の前記一方の面と前記枠の端面との位置を規定する突き当て構造が、前記支持部材と前記枠に設けられていることを特徴とする請求項１から１７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
19. 前記セルの電極に接続された配線を有するフレキシブル配線基板を有し、
    前記基板の前記一方の面上に、前記フレキシブル配線基板の一部が配置されており、
    前記フレキシブル配線基板の一部は、前記シートの前記基板側の面に接触するように配置されていることを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
20. 前記基板が貫通配線を有しており、
    前記基板の前記一方の面と逆側の基板面に、前記貫通配線と電気的に接続され前記基板の外部へ配線を取り出すための電極が設けられていることを特徴とする請求項１から１９の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
21. 前記音響マッチング層はシリコーン層であることを特徴とする請求項１から２０の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
22. 間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造を有する１つ以上のセルを有し、前記１つ以上のセルが基板の一方の面上に配置され、耐水性のシートと前記セルとの間に音響マッチング層が設けられ、前記基板の側面の周囲を囲むように耐水性の枠が配置された静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
    前記シートと前記基板との間を前記音響マッチング層となるシリコーンで固定する工程と、前記枠の開口に蓋をするように前記シートを前記枠の端面に接着する工程を同時に行うことを特徴とする製造方法。
23. 間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造を有する１つ以上のセルを有し、前記１つ以上のセルが基板の一方の面上に配置され、耐水性のシートと前記セルとの間に音響マッチング層が設けられ、前記基板の側面の周囲を囲むように耐水性の枠が配置された静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
    前記枠の開口に蓋をするように前記シートを前記枠の端面に接着する工程の後、前記シートと前記枠で囲まれた領域に硬化前の前記音響マッチング層のシリコーンを塗布する工程を行い、前記基板を前記シリコーン内に浸漬する工程の後、前記シートを前記シリコーンにより前記基板に固定する工程を行うことを特徴とする製造方法。
24. 前記シートを前記シリコーンにより前記基板に固定する工程において、前記基板に設けられた膜厚設定手段を前記シートに接触させることで、前記シリコーンの層の厚さを設定することを特徴とする請求項２２または２３に記載の製造方法。
25. 前記シートを前記シリコーンにより前記基板に固定する工程において、平面を有する保持冶具で前記シートの表面の緊張を保持することを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
26. 前記シートを前記シリコーンにより前記基板に固定する工程において、凸形状を有する保持冶具でシートの表面の緊張を保持することを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
27. 前記シートを前記シリコーンにより前記基板に固定する工程において、前記枠を動かないように保持冶具で固定し、前記基板に外力を加えて前記シートを凸形状に変形させた後、前記シリコーンにより固定を行うことを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
28. 請求項１から２１の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、処理部と、を有し、
    前記静電容量型トランスデューサは、被検体からの音響波を受信して電気信号に変換し、前記処理部は、前記電気信号を用いて被検体の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
29. 光源をさらに有し、
    前記静電容量型トランスデューサは、前記光源からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換することを特徴とする請求項２８に記載の被検体情報取得装置。
30. 前記処理部が、画像情報の信号を生成する画像情報生成部であり、前記画像情報の信号に基づき画像を表示する画像表示部を備える超音波画像形成装置として構成されていることを特徴とする請求項２８または２９に記載の被検体情報取得装置。