JP6587051B2 - 超音波センサー及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、超音波センサー及びその製造方法に関する。
従来、超音波を送信及び／又は受信する圧電素子と、圧電素子が設けられる振動板と、超音波を伝達させる音響整合層と、を具備する超音波センサーがある。例えば、電気機械変換素子（圧電素子）と、可動膜（振動板）と、可動膜の電気機械変換素子とは反対側の開口部（空間）に設けられる音響伝達部材（音響整合層）と、を具備する超音波センサーがある（特許文献１及び２参照）。
特許文献１及び２の超音波センサーは、何れも、振動板の圧電素子とは反対側が超音波の通過領域となる型（いわゆるＣＡＶ面型）である。そして、特許文献１及び２では、何れも、振動板の圧電素子側に、圧電素子を封止する封止部材を設けることが提案されている。封止部材の中央には凹部が形成されており、この凹部によって圧電素子の周囲の領域が覆われる。
特開２０１１−２５５０２４号公報（請求項１，請求項２，段落［００５４］等） 特開２０１１−２５９２７４号公報（段落［００５１］，段落［００５３］，図６等）
しかしながら、特許文献１及び２では、封止部材を設ける場合、高い信頼性を確保するのが困難になるという問題があった。すなわち、複数の圧電素子が集合して配置される場合、封止部材に形成される凹部の開口面積が大きくなる。この場合、音響整合層側から所定の圧力が振動板に加わると、振動板が封止部材の凹部内に大きく撓み、その結果、構造歪みが生じて信頼性が低下するおそれがあった。場合によっては、各部にクラックが生じるおそれもあった。このような問題は、特許文献１及び２の超音波センサーに限られず、ＣＡＶ面型の超音波センサーであれば同様に存在する。
本発明は、このような事情に鑑み、高い信頼性を確保できる超音波センサー及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、前記ＸＹ平面に沿った基板と、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向のうち少なくとも一方の方向に沿って前記基板に形成された複数の空間と、前記空間を塞ぐように前記基板上に設けられ、前記基板側の第１面と該第１面に対向する第２面とを有する振動板と、前記振動板の前記第２面側のうち空間に対応する部分に設けられ、超音波を発信及び／又は受信する圧電素子と、前記振動板の前記第２面側に設けられ、前記圧電素子の周囲の領域を包囲する包囲板と、を具備し、前記圧電素子は、前記基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を含んで構成されており、前記第１電極及び前記第２電極の何れか一方が一列又は複数の列毎に駆動可能な個別電極であり、他方が共通電極であり、前記包囲板は、前記圧電素子の前記Ｘ軸方向の両側及び前記Ｙ軸方向の両側を覆う側面と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向側を覆う上面とを有し、前記包囲板の前記上面と前記振動板の前記第２面との間、かつ前記圧電素子と重ならない位置に、前記上面と前記第２面とを接続する支持部材が設けられていることを特徴とする超音波センサーにある。
かかる態様によれば、上記の支持部材により振動板を支持できる。このため、例えば、レンズ部材を実装する際や、レンズ部材の実装後に該レンズ部材の密着性を確保する際、音響整合層側から所定の圧力が振動板に加わったとしても、振動板が包囲板の凹部内に大きく撓むことが防止される。よって、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。
尚、かかる態様によれば、圧電素子と重ならない位置に支持部材が設けられている。このため、圧電素子が支持部材によって過度に拘束されることが回避される。よって、支持部材を設けていない場合と比べ、超音波の送信効率や受信効率が過度に低下することも防止される。
ここで、前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、一方の方向に沿って延びる梁形状を有することが好ましい。かかる態様によれば、Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向に亘る広い範囲で、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、より高い信頼性を確保できる。
また、前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、前記一方の方向と交わる他方の方向に並設されていることが好ましい。かかる態様によれば、Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に亘る広い範囲で、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、より高い信頼性を確保できる。
また、前記Ｘ軸及びＹ軸の何れにも直交する軸をＺ軸としたとき、前記支持部材は、前記Ｚ軸方向でのみ前記包囲板に接する柱形状を有することが好ましい。かかる態様によれば、特定の箇所を狙って、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、高い信頼性を確実に確保できる。
また、前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、少なくとも一方の方向に並設されていることが好ましい。かかる態様によれば、特定の箇所を狙いつつ広い範囲で、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、高い信頼性を確実に確保できる。
また、前記第１電極及び第２電極の少なくとも何れか一方に重なるように、及び／又は前記第２電極と連続するように、バイパス電極が設けられていることが好ましい。かかる態様によれば、バイパス電極が設けていることで、第２電極のインピーダンスの増大を平均化できる場合がある。この場合、高い信頼性を確保できる上、超音波の送信効率や受信効率の向上も図ることができる超音波センサーとなる。
また、前記バイパス電極は、前記包囲板及び前記支持部材と前記振動板との接合領域を除くよう、縞状に設けられていることが好ましい。かかる態様によれば、包囲板を超音波センサー素子側に接合するのが容易となる。また、包囲板及び支持部材と超音波センサー素子との密着性が、バイパス電極によって悪影響を受けるおそれもなくなる。よって、高い信頼性を確保できる。
上記課題を解決する本発明の他の態様は、互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、前記ＸＹ平面に沿った基板と、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向のうち少なくとも一方の方向に沿って前記基板に形成された複数の空間と、前記空間を塞ぐように前記基板上に設けられ、前記基板側の第１面と該第１面に対向する第２面とを有する振動板と、前記振動板の前記第２面側のうち空間に対応する部分に設けられ、超音波を発信及び／又は受信する複数の圧電素子と、前記振動板の前記第２面側に設けられ、複数の前記圧電素子の周囲の領域を包囲する包囲板と、を具備する超音波センサーの製造方法であって、前記圧電素子は、前記基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を含んで構成されており、前記第１電極及び前記第２電極の何れか一方が一列又は複数の列毎に駆動可能な個別電極であり、他方が共通電極であり、前記包囲板は、前記圧電素子の前記Ｘ軸方向の両側及び前記Ｙ軸方向の両側を覆う側面と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向側を覆う上面とを有し、前記包囲板の前記上面と前記振動板の前記第２面との間、かつ前記圧電素子と重ならない位置に、前記上面と前記第２面とを接続する支持部材を設けることを特徴とする超音波センサーの製造方法にある。かかる態様によれば、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる超音波センサーを製造できる。
また、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、一方の方向に沿って延びる梁形状を有する前記支持部材を、ウエットエッチングにより作製することが好ましい。かかる態様によれば、広い範囲で振動板を支持できる超音波センサーを容易に製造できる。
また、前記Ｘ軸及びＹ軸の何れにも直交する軸をＺ軸としたとき、前記Ｚ軸方向でのみ前記包囲板に接する柱形状を有する前記支持部材を、ドライエッチングにより作製することが好ましい。かかる態様によれば、特定の箇所を狙って振動板を支持できる超音波センサーを容易に製造できる。
本発明に関連する別の態様は、互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、前記ＸＹ平面に沿った基板と、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向のうち少なくとも一方の方向に沿って前記基板に形成された複数の空間と、前記空間を塞ぐように前記基板上に設けられ、前記基板側の第１面と該第１面に対向する第２面とを有する振動板と、前記振動板の前記第２面側のうち空間に対応する部分に設けられ、超音波を発信及び／又は受信する複数の圧電素子と、前記振動板の前記第２面側に設けられ、複数の前記圧電素子の周囲の領域を包囲する包囲板と、を具備し、前記包囲板の前記圧電素子側の面と前記振動板の前記第２面との間、かつ、前記圧電素子と重ならない位置に、支持部材が設けられていることを特徴とする超音波センサーにある。
かかる態様によれば、上記の支持部材により振動板を支持できる。このため、例えば、レンズ部材を実装する際や、レンズ部材の実装後に該レンズ部材の密着性を確保する際、音響整合層側から所定の圧力が振動板に加わったとしても、振動板が包囲板の凹部内に大きく撓むことが防止される。よって、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。
尚、かかる態様によれば、圧電素子と重ならない位置に支持部材が設けられている。このため、圧電素子が支持部材によって過度に拘束されることが回避される。よって、支持部材を設けていない場合と比べ、超音波の送信効率や受信効率が過度に低下することも防止される。
ここで、前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、一方の方向に沿って延びる梁形状を有することが好ましい。かかる態様によれば、Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向に亘る広い範囲で、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、より高い信頼性を確保できる。
また、前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、前記一方の方向と交わる他方の方向に並設されていることが好ましい。かかる態様によれば、Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に亘る広い範囲で、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、より高い信頼性を確保できる。
また、前記Ｘ軸及びＹ軸の何れにも直行する軸をＺ軸としたとき、前記支持部材は、前記Ｚ軸方向でのみ前記包囲板に接する柱形状を有することが好ましい。かかる態様によれば、特定の箇所を狙って、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、高い信頼性を確実に確保できる。
また、前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、少なくとも一方の方向に並設されていることが好ましい。かかる態様によれば、特定の箇所を狙いつつ広い範囲で、上記の支持部材により振動板を支持できる。よって、高い信頼性を確実に確保できる。
また、前記圧電素子は、前記基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を含んで構成されており、前記第１電極及び前記第２電極の何れか一方が一列又は複数の列毎に駆動可能な個別電極であり、他方が共通電極であり、前記第１電極及び第２電極の少なくとも何れか一方に重なるように、及び／又は前記第２電極と連続するように、バイパス電極が設けられていることが好ましい。かかる態様によれば、バイパス電極が設けていることで、第２電極のインピーダンスの増大を平均化できる場合がある。この場合、高い信頼性を確保できる上、超音波の送信効率や受信効率の向上も図ることができる超音波センサーとなる。
また、前記バイパス電極は、包囲板及び前記支持部材と前記振動板との接合領域を除くよう、縞状に設けられていることが好ましい。かかる態様によれば、包囲板を超音波センサー素子側に接合するのが容易となる。また、包囲板及び支持部材と超音波センサー素子との密着性が、バイパス電極によって悪影響を受けるおそれもなくなる。よって、高い信頼性を確保できる。
上記課題を解決する本発明の他の態様は、互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、前記ＸＹ平面に沿った基板と、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向のうち少なくとも一方の方向に沿って前記基板に形成された複数の空間と、前記空間を塞ぐように前記基板上に設けられ、前記基板側の第１面と該第１面に対向する第２面とを有する振動板と、前記振動板の前記第２面側のうち空間に対応する部分に設けられ、超音波を発信及び／又は受信する複数の圧電素子と、前記振動板の前記第２面側に設けられ、複数の前記圧電素子の周囲の領域を包囲する包囲板と、を具備する超音波センサーの製造方法であって、前記包囲板の前記圧電素子側の面と前記振動板の前記第２面との間、かつ、前記圧電素子と重ならない位置に、支持部材を設けることを特徴とする超音波センサーの製造方法にある。かかる態様によれば、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる超音波センサーを製造できる。
また、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、一方の方向に沿って延びる梁形状を有する前記支持部材を、ウエットエッチングにより作製することが好ましい。かかる態様によれば、広い範囲で振動板を支持できる超音波センサーを容易に製造できる。
また、前記Ｘ軸及びＹ軸の何れにも直行する軸をＺ軸としたとき、前記Ｚ軸方向でのみ前記包囲板に接する柱形状を有する前記支持部材を、ドライエッチングにより作製することが好ましい。かかる態様によれば、特定の箇所を狙って振動板を支持できる超音波センサーを容易に製造できる。
超音波デバイスの構成例を示す断面図。 超音波センサーの構成例を示す分解斜視図。 超音波センサーの構成例を示す平面図。 超音波センサーの構成例を示す断面図。 超音波センサーの製造例（包囲板側）を示す図。 超音波センサーの製造例（包囲板側）を示す図。 超音波センサーの製造例（超音波センサー素子側）を示す図。 超音波センサーの製造例（超音波センサー素子側）を示す図。 超音波センサーの製造例（超音波センサー素子側）を示す図。 超音波センサーの構成例を示す平面図及び断面図。 超音波センサーの構成例を示す平面図。 超音波センサーの構成例を示す断面図。 超音波センサーの製造例（包囲板側）を示す図。 超音波センサーの製造例（包囲板側）を示す図。 超音波センサーの構成例を示す平面図。 超音波センサーの構成例を示す平面図。 超音波センサーの構成例を示す断面図。 超音波センサーの構成例を示す断面図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において、同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
（実施形態１）
（超音波デバイス）
図１は、超音波センサーを搭載した超音波デバイスの構成例を示す断面図である。図示するように、超音波プローブＩは、ＣＡＶ面型の超音波センサー１と、超音波センサー１に接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板２）と、装置端末（図示せず）から引き出されたケーブル３と、ＦＰＣ基板２及びケーブル３を中継ぎする中継基板４と、超音波センサー１、ＦＰＣ基板２及び中継基板４を保護する筐体５と、筐体５及び超音波センサー１の間に充填された耐水性樹脂６と、等を具備して構成されている。
超音波センサー１からは、超音波が送信される。また、測定対象物から反射された超音波が、超音波センサー１によって受信される。これらの超音波の波形信号に基づき、超音波プローブＩの装置端末において、測定対象物に関する情報（位置や形状等）が検出される。
超音波センサー１によれば、後述のように、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。従って、超音波センサー１を搭載することで、各種特性に優れた超音波デバイスとなる。本発明は、超音波の送信に最適化された送信専用型と、超音波の受信に最適化された受信専用型と、超音波の送信及び受信に最適化された送受信一体型と、等の何れの超音波センサーにも適用できる。超音波センサー１を搭載可能な超音波デバイスは超音波プローブＩに限定されない。
（超音波センサー）
次に、超音波センサー１の構成例について説明する。図２は、超音波センサーの分解斜視図である。図３は、超音波センサーの基板の平面図である。図４（ａ）は、図３のＡ−Ａ´線断面図である。図４（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ´線断面図である。
超音波センサーの基板がＸ軸及びＹ軸によって形成されるＸＹ平面に沿っているとき、図４（ａ）の切断面は、Ｘ軸及びＺ軸によって形成されるＸＺ平面に沿っており、図４（ｂ）の切断面は、Ｙ軸及びＺ軸によって形成されるＹＺ平面に沿っている。以降、Ｘ軸を第１の方向Ｘ、Ｙ軸を第２の方向Ｙ、Ｚ軸を第３の方向Ｚと称する。
超音波センサー１は、超音波センサー素子３１０と、音響整合層１３と、レンズ部材２０と、包囲板４０と、を含んで構成されている。超音波センサー素子３１０は、基板１０と、振動板５０と、圧電素子３００と、を含んで構成されている。図２において、包囲板４０と支持部材４１とが別体に示されているが、実際には両者は一体的に構成されている。
基板１０には、複数の隔壁１１が形成されている。複数の隔壁１１によって、複数の空間１２が区画されている。基板１０は、Ｓｉ単結晶基板を用いることができる。基板１０は、前記の例に限定されず、ＳＯＩ基板やガラス基板等を用いてもよい。
空間１２は、第３の方向Ｚに基板１０を貫通するように形成されている。空間１２は、二次元状、すなわち、第１の方向Ｘに複数かつ第２の方向Ｙに複数形成されている。第１の方向Ｘをスキャン方向とし、第２の方向Ｙをスライス方向としたとき、超音波センサー１は、スキャン方向にスキャンしながら、スライス方向に延びる列毎に超音波の送受信を行う。これにより、スライス方向のセンシング情報を、スキャン方向に連続して取得することができる。空間１２は、第３の方向Ｚから見たときに正方形状（第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとの長さの比が１：１）である。
空間１２の配列や形状は、種々に変形が可能である。例えば、空間１２は、一次元状、すなわち、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの何れか一方の方向に沿って複数形成されてもよい。また、空間１２は、第３の方向Ｚから見たときに長方形状（第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとの長さの比が１：１以外）であってもよい。
振動板５０は、空間１２を塞ぐように基板１０上に設けられている。以降、振動板５０の基板１０側の面を第１面５０ａと称し、該第１面５０ａに対向する面を第２面５０ｂと称する。振動板５０は、基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体層５２と、によって構成されている。この場合、弾性膜５１によって第１面５０ａが構成され、絶縁体層５２によって第２面５０ｂが構成される。
弾性膜５１は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなり、絶縁体層５２は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなる。弾性膜５１は、基板１０と別部材でなくてもよい。基板１０の一部を薄く加工し、これを弾性膜として使用してもよい。振動板５０と基板１０とを合わせた厚みは約５０μｍであるが、前記の値に限定されない。振動板５０と基板１０とを合わせた厚みは、可撓性や強度等を考慮して適宜選択可能である。
振動板５０の第２面５０ｂ側のうち空間１２に対応する部分には、超音波を発信及び／又は受信する圧電素子３００が設けられている。以降、振動板５０の第２面５０ｂ側のうち空間１２に対応する部分を、可動部と称する。可動部は、圧電素子３００の変位によって振動が生じる部分である。可動部に生じる振動に応じて、超音波センサー１から超音波が送信及び／又は受信される。
圧電素子３００は、厚さが約０．２μｍの第１電極６０と、厚さが約３．０μｍ以下、好ましくは厚さが約０．５〜１．５μｍの圧電体層７０と、厚さが約０．０５μｍの第２電極８０と、を含んで構成されている。
以降、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた部分を能動部と称する。また、本実施形態では、圧電体層７０の変位によって、少なくとも振動板５０及び第１電極６０が変位する。すなわち、本実施形態では、少なくとも振動板５０及び第１電極６０が、実質的に振動板としての機能を有している。ただし、弾性膜５１及び絶縁体層５２の何れか一方、又は両方を設けずに、第１電極６０のみが振動板として機能するようにしてもよい。基板１０上に第１電極６０を直接設ける場合には、第１電極６０を絶縁性の保護膜等で保護することが好ましい。
図示しないものの、圧電素子３００と振動板５０との間に他の層が設けられてもよい。例えば、圧電素子３００と振動板５０との間に、密着性を向上させるための密着層が設けられてもよい。このような密着層は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯＸ）層、チタン（Ｔｉ）層又は窒化シリコン（ＳｉＮ）層等から構成できる。
圧電素子３００は、第３の方向Ｚから見たとき、空間１２の内側の領域にある。すなわち、圧電素子３００の第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙは、何れも空間１２より短い。ただし、圧電素子３００の第１の方向Ｘが空間１２より長い場合や、圧電素子３００の第２の方向Ｙが空間１２より長い場合も、本発明に含まれる。
振動板５０の第２面５０ｂ側には、包囲板４０が設けられている。包囲板４０の中央には凹部（圧電素子保持部３２）が形成され、この圧電素子保持部３２の周囲は、包囲板４０の縁部４０ａ（図１等参照）とされている。圧電素子保持部３２によって、圧電素子３００の周囲の領域（圧電素子３００の上面及び側面を含む領域）が覆われる。従って、圧電素子保持部３２の底面に相当する面が、包囲板４０の圧電素子３００側の面４０ｂとなる。
包囲板４０は、縁部４０ａにおいて超音波センサー素子３１０側に接合されている。包囲板４０の接合は、接着剤（図示せず）を用いることができるが、前記の例に限定されない。圧電素子保持部３２の深さ、すなわち第３の方向の長さは、約８０μｍであるが、前記の値に限定されない。圧電素子保持部３２の深さは、圧電素子３００の駆動を阻害しない程度のスペースが確保される値であればよい。また、圧電素子保持部３２は、空気で満たされていてもよく、樹脂で満たされていてもよい。包囲板４０の厚さは、約４００μｍであるが、前記の値に限定されない。
超音波センサー１には、包囲板４０の圧電素子３００側の面４０ｂと振動板５０の第２面５０ｂとの間、かつ、圧電素子３００と重ならない位置に、支持部材４１が設けられている。これによれば、支持部材４１により振動板５０を支持できる。このため、例えば、レンズ部材２０を実装する際や、レンズ部材２０の実装後に該レンズ部材２０の密着性を確保する際、音響整合層１３側から所定の圧力が振動板５０に加わったとしても、振動板５０が圧電素子保持部３２内に大きく撓むことが防止される。よって、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。
支持部材４１は、圧電素子３００と重ならない位置に設けられている。このため、圧電素子３００が支持部材４１によって過度に拘束されることが回避される。よって、支持部材４１を設けていない場合と比べ、超音波の送信効率や受信効率が過度に低下することも防止される。
圧電素子３００と重ならない位置とは、第３の方向Ｚから見たとき、上記の能動部（第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた部分）に重ならない位置である。特に、超音波センサー１では、隔壁１１よりも狭い幅を有している支持部材４１が、隣り合う空間１２の間に設けられている。つまり、超音波センサー１では、第３の方向Ｚから見たとき、支持部材４１が、上記の可動部（振動板５０の第２面５０ｂ側のうち空間１２に対応する部分）にすら重なっていない。このため、支持部材４１を設けていない場合と比べ、超音波の送信効率や受信効率が過度に低下することが確実に防止される。支持部材４１は、接着剤（図示せず）により超音波センサー素子３１０側に接合されているが、接合の手法は前記の例に限定されない。
支持部材４１は、第２の方向Ｙに沿って延びる梁形状を有している。これによれば、第２の方向Ｙに亘る広い範囲で振動板５０を支持できる。梁形状の支持部材４１は、第１の方向Ｘではなく、第１の方向Ｘに沿って延在していてもよい。梁形状の支持部材４１は、延在する片方の端部が、包囲板４０の縁部４０ａから離れていてもよい。延在方向の少なくとも片方の端部が包囲板４０の縁部４０ａに接していれば、梁形状の支持部材４１に含まれる。
梁形状の支持部材４１は、包囲板４０をウエットエッチングすることで作製されたものである。このように、支持部材４１は、包囲板４０の構成材料を活かして作製されており、包囲板４０と同一の構成を有している。ウエットエッチングは、例えばドライエッチングに比べ、加工精度は劣るものの、短時間で多くの領域を削ることができるため、梁形状の支持部材４１を作製するのには好適な手法である。
圧電素子保持部３２の中心部分は、包囲板４０の縁部４０ａから比較的離れている。従って、振動板５０において、圧電素子保持部３２の中心部分に対応する中心箇所Ｃ（図１等参照）では、支持部材４１がない場合に剛性が低くなりやすい。そこで、支持部材４１は、そのような振動板５０の中心箇所Ｃを支持するように設けられている。これにより、より高い信頼性を確保できる。
本発明において、支持部材の数、配置、形状等は種々に選択が可能である。例えば、支持部材は複数であってもよい。その場合、支持部材は、圧電素子保持部３２内に等間隔に設けられることが好ましい。これによれば、振動板５０をまんべんなく支持できる。従って、振動板の数は、３つ以上の奇数であることが好ましい。これは、圧電素子保持部３２内に支持部材を等間隔に設けたとき、その真ん中の支持部材が、振動板５０の中心箇所Ｃの近傍に位置し得るためである。例えば、支持部材の数は、３つ程度であるとバランスがよい。
支持部材は、振動板５０の中心箇所Ｃからずれた部分のみに設けられてもよい。支持部材は、梁形状を有していなくてもよい。支持部材は、延在方向に直線状でなくてもよい。支持部材の作製手法によっては、支持部材のＸＹ平面の断面積が第３の方向Ｚに応じて異なる態様となる場合があるものの、かかる態様も、振動板を支持できる限り、本発明の支持部材に含まれる。
圧電素子３００では、何れか一方の電極が共通電極とされ、他方の電極が個別電極とされる。ここでは、第１電極６０を第１の方向Ｘに亘るように設けて個別電極が構成され、第２電極８０を第２の方向Ｙに亘るように設けて共通電極が構成されている。ただし、駆動回路や配線の都合を考慮し、第１電極を共通電極として構成し、第２電極を個別電極として構成してもよい。
第１電極６０や第２電極８０の材料は、導電性を有する材料であれば制限されない。第１電極６０や第２電極８０の材料としては、金属材料、酸化スズ系導電材料、酸化亜鉛系導電材料、酸化物導電材料等が挙げられる。金属材料は、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼等である。酸化スズ系導電材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等である。酸化物導電材料は、酸化亜鉛系導電材料、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）、元素ドープチタン酸ストロンチウム等である。第１電極６０や第２電極８０の材料は、導電性ポリマー等でもよい。
圧電体層７０は、空間１２毎にパターニングして構成され、上記の第１電極６０及び第２電極８０に挟持されている。圧電体層７０は、例えばＡＢＯ３型ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んで構成されている。かかる複合酸化物として、鉛の含有量を抑えた非鉛系材料を用いれば、環境負荷を低減できる。非鉛系材料としては、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）及びニオブ（Ｎｂ）を含むＫＮＮ系の複合酸化物等が挙げられる。
ＡＢＯ３ペロブスカイト型構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造のＡサイトは、酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。ＫＮＮ系の複合酸化物を用いた例では、ＡサイトにＮ、Ｎａ、ＢサイトにＮｂが位置しており、その組成式は、例えば（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３と表される。
ＫＮＮ系の複合酸化物には、他の元素が含まれていてもよい。他の元素としては、圧電体層７０のＡサイトの一部と置換されるリチウム（Ｌｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、セリウム（Ｃｅ）や、圧電体層７０のＢサイトの一部と置換されるマンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が挙げられる。
ＫＮＮ系の複合酸化物は、鉛を含まないことが好ましいが、他の元素として、Ａサイトの一部と置換されるＰｂ（鉛）を含んでいてもよい。他の元素の例は、上記に限定されず、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、銀（Ａｇ）等も挙げられる。これらの他の元素は、２種以上含まれていてもよい。一般的に、他の元素の量は、主成分となる元素の総量に対して１５％以下、好ましくは１０％以下である。他の元素を利用することで、各種特性の向上や構成及び機能等の多様化を図ることができる場合がある。他の元素を利用した複合酸化物である場合も、ＡＢＯ３ペロブスカイト構造を有するように構成されることが好ましい。
非鉛系材料としては、上記のＫＮＮ系の複合酸化物の他、ビスマス（Ｂｉ）及び鉄（Ｆｅ）を含むＢＦＯ系の複合酸化物や、ビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）及びチタン（Ｔｉ）を含むＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物が挙げられる。ＢＦＯ系の複合酸化物を用いた例では、ＡサイトにＢｉ、ＢサイトにＦｅ、Ｔｉが位置しており、その組成式は、例えばＢｉＦｅＯ３と表される。ＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物を用いた例では、ＡサイトにＢｉ、Ｂａ、ＢサイトにＦｅ、Ｔｉが位置しており、その組成式は、例えば（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ３と表される。
ＢＦＯ系の複合酸化物やＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物には、他の元素が含まれていてもよい。他の元素の例は、上記の通りである。また、ＢＦＯ系の複合酸化物やＢＦ−ＢＴ系の複合酸化物に、ＫＮＮ系の複合酸化物を構成する元素が含まれていてもよい。
圧電体層７０は、非鉛系材料以外の複合酸化物を主成分として構成されていてもよい。非鉛系材料以外の複合酸化物としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）系の複合酸化物が上げられる。これによれば、圧電素子３００の変位向上を図りやすくなる。勿論、ＰＺＴ系の複合酸化物にも、他の元素が含まれていてもよい。他の元素の例は、上記の通りである。
これらのＡＢＯ３型ペロブスカイト構造を有する複合酸化物には、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや、元素の一部が他の元素に置換されたものも含まれる。すなわち、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。
基板１０に形成された空間１２と、振動板５０と、圧電素子３００と、を含んで超音波センサー素子３１０が構成されている。超音波センサー素子３１０に、上記の包囲板４０に加え、音響整合層１３及びレンズ部材２０が設けられることで、超音波センサー１となる。
音響整合層１３は、空間１２内に設けられている。音響整合層１３が設けられることで、圧電素子３００及び測定対象物の間で音響インピーダンスが急激に変化することを防止でき、その結果、超音波の伝播効率が低下することを防止できる。音響整合層１３は、例えばシリコーン樹脂から構成できるが、前記の例に限定されず、超音波センサーの用途等に応じた材料を適宜選択して用いることができる。
レンズ部材２０は、基板１０の振動板５０とは反対側に設けられている。レンズ部材２０は、超音波を収束させる役割を有している。超音波を電子フォーカス法で収束させる場合等、レンズ部材２０は省略可能である。ここでは、上記の音響整合層１３が、レンズ部材２０と基板１０との接着機能も有している。レンズ部材２０と基板１０（隔壁１１）との間に音響整合層１３を介在させ、超音波センサー１が構成されている。
レンズ部材２０を超音波センサー素子３１０に実装する際や、レンズ部材２０の実装後に該レンズ部材２０の密着性を確保する際に、レンズ部材２０を音響整合層１３側に押圧することがある。レンズ部材２０を具備していない場合や、レンズ部材の代わりに他の部材を設けた場合にも、各部の密着性を確保するため、音響整合層１３側から振動板５０に押圧力を付すこともある。超音波センサー１では、支持部材４１を具備して構成されているため、上記の通り、所定の外圧が振動板５０に加わったとしても、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。
超音波センサー１では、振動板５０の圧電素子３００とは反対側が超音波の通過領域となるＣＡＶ面型に構成されている。これによれば、外部からの水分が圧電素子３００に極めて到達し難い構成を実現できるため、使用時の電気的安全性に優れる超音波センサー１となる。しかも、圧電素子３００と振動板５０が薄膜である場合、振動板５０よりも十分厚みのある包囲板４０の縁部４０ａと支持部材４１が、圧電素子３００を囲むように、振動板５０と接合又は接着される。そのため、製造時のハンドリング性も向上させることができ、超音波センサー１の取り扱いが容易となる。
（製造方法）
次に、超音波センサー１の製造方法の一例を説明する。図５〜図９は、超音波センサーの製造方法の各プロセスを示している。図５〜図６は、それぞれ、第３の方向Ｚから見た平面図と、ａ−ａ′線断面図と、からなる。図７〜図９は、それぞれ、第３の方向Ｚから見た平面図と、ａ−ａ′線断面図と、ｂ−ｂ′線断面図と、からなる。ａ−ａ′線は、第１の方向Ｘに沿っており、ｂ−ｂ′線は、第２の方向Ｙに沿っている。
このうち、図５〜図６は、包囲板４０側の製造方法の工程を示し、図７〜図９は、超音波センサー素子３１０側の製造方法の工程を示している。図５〜図６の工程と、図７〜図９の工程と、の順番は逆でもよい。
まず、図５に示すように、包囲板用シリコンウェハー１４０（４０）の表面にレジスト（図示せず）を設け、このレジストを所定形状にパターニングしてマスク膜５３を形成する。ここでは、包囲板用シリコンウェハー１４０（４０）の縁部４０ａにマスク膜５４を形成するとともに、マスク膜５４から連続して第２の方向Ｙに延びるマスク膜５５を形成している。
そして、図６に示すように、マスク膜５３を介して、包囲板用シリコンウェハー１４０（４０）を、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウエットエッチング）する。これにより、支持部材４１及び圧電素子保持部３２が形成された包囲板４０が作製される。その後、縁部４０ａ上に残っているマスク膜５４や、支持部材４１上に残っているマスク膜５５を除去する。尚、図６（ａ）では、一部、粗い加工断面が誇張して図示されている。上記の通り、ウエットエッチングは、例えばドライエッチングに比べ、加工精度は劣るものの、短時間で多くの領域を削ることができる。
一方、基板用シリコンウェハー１１０（１０）の表面に、熱酸化等によって酸化シリコンからなる弾性膜５１を形成する。その後、弾性膜５１上にジルコニウムを成膜し、熱酸化等によって酸化ジルコニウムからなる絶縁体層５２を形成する。
そして、図７に示すように、絶縁体層５２上に、第１電極６０をスパッタリング法や蒸着法等で形成し、第１電極６０が所定の形状となるようにパターニングする。次いで、第１電極６０及び振動板５０上に圧電体層７０を積層する。圧電体層７０は、例えば金属錯体を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、更に高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電材料を得る、ＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成できる。ＣＳＤ法に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法や、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法等を用いてもよい。
次に、図８に示すように、圧電体層７０を圧電素子３００毎にパターニングする。次いで、圧電体層７０と、第１電極６０と、振動板５０（振動板５０の第２面５０ｂ）と、の表面に、第２電極８０をスパッタリング法や熱酸化等で形成する。そして、図９に示すように、第２電極８０をパターニングし、第２の方向Ｙの列毎に分割させるとともに第１の方向Ｘの列毎に連続させる。これにより、振動板５０の第２面５０ｂ上に、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と、を含む圧電素子３００が形成される。
更に、基板用シリコンウェハー１１０（１０）の圧電素子３００とは反対側の表面に、レジスト（図示せず）を設け、このレジストを所定形状にパターニングしてマスク膜（図示せず）を形成する。そして、このマスク膜を介して、基板用シリコンウェハー１１０（１０）を、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウエットエッチング）する。これにより、基板１０の圧電素子３００に対向する領域に空間１２を形成する。
その後は、各部材を順次設けて、図２等に示す超音波センサー１を作製する。すなわち、支持部材４１が圧電素子３００と重ならないように、接着剤により、包囲板４０及び支持部材４１を超音波センサー素子３１０側に接合する。そして、空間１２内に音響整合層１３を設け、この音響整合層１３を介してレンズ部材２０を接合する。音響整合層１３及びレンズ部材２０を設けた後に、包囲板４０及び支持部材４１を超音波センサー素子３１０側に接合してもよい。
（実施形態２）
図１０（ａ）は、超音波センサーの基板の平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。以下、これまでの実施形態と同一の部分は適宜省略し、超音波センサー１Ａについて説明する。
超音波センサー１Ａは、第２の方向Ｙに沿って延びる梁形状の支持部材４１が、第１の方向Ｘに並設されている。これによれば、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに亘る広い範囲で振動板５０を支持できる。よって、より高い信頼性を確保できる。支持部材４１は、圧電素子３００と重ならない位置に設けられている。このため、支持部材４１が第１の方向Ｘに並設される場合でも、圧電素子３００が支持部材４１によって過度に拘束されることが回避される。
超音波センサー１Ａでは、隣り合う圧電素子３００毎に、梁形状の支持部材４１が設けられている。上記の通り、支持部材４１の数は限定されない。支持部材４１の数が多くなることで、振動板５０をまんべんなく支持できる。一方、支持部材４１の数が多くなると、高い加工精度が必要となる場合がある。
（実施形態３）
図１１は、超音波センサーの基板の平面図である。図１２（ａ）は、図１１のＡ−Ａ´線断面図である。図１２（ｂ）は、図１１のＢ−Ｂ´線断面図である。超音波センサーの基板の平面図である。以下、これまでの実施形態と同一の部分は適宜省略し、超音波センサー１Ｂについて説明する。
超音波センサー１Ｂは、支持部材４１Ｂが、第３の方向Ｚでのみ包囲板４０に接する柱形状を有している。柱形状の支持部材４１Ｂであれば、特定の箇所を狙って振動板５０を支持しやすい。例えば、ここでの支持部材４１Ｂは、振動板５０の中心箇所Ｃ（図１等参照）を支持するように設けられている。
柱形状の支持部材４１Ｂは、包囲板４０をドライエッチングすることで作製されたものである。ドライエッチングは、例えばウエットエッチングに比べ、加工時間を要するものの、シリコン基板の結晶面方位を気にすることなく高い精度で加工ができるため、柱形状の支持部材４１Ｂを作製するのには好適な手法である。尚、上記の梁形状の支持部材４１であっても、その数が非常に多い場合には高い加工精度が必要になるため、かかる場合にはドライエッチングが有用となる。
次に、超音波センサー１Ｂの製造方法の一例を説明する。図１３〜図１４は、超音波センサーの製造方法の各プロセスを示し、それぞれ、第３の方向Ｚから見た平面図と、ａ−ａ′線断面図と、ｂ−ｂ′線断面図と、からなる。ａ−ａ′線は、第１の方向Ｘに沿っており、ｂ−ｂ′線は、第２の方向Ｙに沿っている。
超音波センサー１Ｂの製造方法は、柱形状の支持部材４１Ｂをドライエッチングで作製する点を除き、実施形態１の製造方法と同様である。そのため、ここでは包囲板４０側の製造方法の工程のみを説明する。
まず、図１３に示すように、包囲板用シリコンウェハー１４０（４０）の表面にレジスト（図示せず）を設け、このレジストを所定形状にパターニングしてマスク膜５３を形成する。ここでは、包囲板用シリコンウェハー１４０（４０）の縁部４０ａにマスク膜５４を形成するとともに、マスク膜５４から非連続にマスク膜５６を形成している。
そして、図１４に示すように、マスク膜５３を介して、包囲板用シリコンウェハー１４０（４０）をドライエッチングする。これにより、支持部材４１Ｂ及び圧電素子保持部３２が形成された包囲板４０が作製される。その後、縁部４０ａ上に残っているマスク膜５４や、支持部材４１Ｂ上に残っているマスク膜５６を除去する。その他は、実施形態１と同様である。尚、図１４では、例えば図６（ａ）の場合と比べ、高い精度で加工断面が形成されている。上記の通り、ドライエッチングは、例えばウエットエッチングに比べ、加工時間を要するものの、シリコン基板の結晶面方位を気にすることなく高い精度で加工ができる。
（実施形態４）
図１５は、超音波センサーの基板の平面図である。以下、これまでの実施形態と同一の部分は適宜省略し、超音波センサー１Ｃについて説明する。
超音波センサー１Ｃは、柱形状の支持部材４１Ｂが、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの方向に並設されている。これによれば、特定の箇所を狙いつつ広い範囲で振動板５０を支持できる。柱形状の支持部材４１Ｂは、第１の方向Ｘ又は第２の方向Ｙのうち、少なくとも一方の方向に並設されていてもよい。
（実施形態５）
（超音波センサー）
図１６は、超音波センサーの基板の平面図である。図１７（ａ）は、図１６のＡ−Ａ´線断面図である。図１７（ｂ）は、図１６のＢ−Ｂ´線断面図である。以下、これまでの実施形態と同一の部分は適宜省略し、超音波センサー１Ｄについて説明する。
超音波センサー１Ｄは、第１電極６０及び第２電極８０の何れか一方が一列又は複数の列毎に駆動可能な個別電極であり、他方が共通電極であり、その共通電極に接続してバイパス電極８５が設けられている。ここでは、第１電極６０が複数の列毎に駆動可能な個別電極とされ、第２電極８０が共通電極とされている。
すなわち、超音波センサー１Ｄでは、第１の方向Ｘ（スライス方向）に１６個の超音波センサー素子３１０が並設され、第２の方向Ｙ（スキャン）に６４個の超音波センサー素子３１０が並設されている。第１電極６０は、第１の方向Ｘに延びる４列毎に駆動可能となっている。第２電極８０は、第２の方向Ｙに延びる列毎に連続して設けられている。
バイパス電極８５は、第２の方向Ｙに延びる第１延設部８５ａと、第１延設部８５ａから連続して第１の方向Ｘに延びる第２延設部８５ｂと、を有している。この第２延設部８５ｂに、第２の方向Ｙに延びる第２電極８０が接続されている。第２延設部８５ｂは、第１電極６０が第１の方向Ｘに４列設けられるごとに、第１延設部８５ａに連結するように設けられている。
バイパス電極８５を設けることにより、共通電極のインピーダンスの増大を平均化できる場合がある。この場合、高い信頼性を確保できる上、超音波の送信効率や受信効率の向上も図ることができる超音波センサー１Ｄとなる。
バイパス電極８５は、第１電極６０や第２電極８０とは異なる材料、好ましくは電気抵抗率が小さい材料を用いるのが好ましく、金、銀、銅、アルミニウム等を挙げることができる。超音波センサー１Ｄでは、金が用いられている。金の配線を形成する場合には、下地としてニクロムなどの下地層を形成することが好ましい。バイパス電極８５は、単層である必要はなく、二層以上の積層膜であってもよく、積層の場合には、全体の電気抵抗値が、第２電極８０より小さいように形成するのが好ましい。
図示しないものの、第１電極６０の延設方向のインピーダンスの増大を改善するため、第２電極８０に連続するバイパス電極８５に加え、第１電極６０に連続するバイパス電極（第２バイパス電極）を更に設けてもよい。第２バイパス電極は、第１電極６０の延設方向である第１の方向Ｘに延びる第１延設部と、この第１延設部と各列の第１電極とを連結する第２延設部と、を具備して構成できる。
バイパス電極と、第１電極６０や第２電極８０と、が重畳する領域では、バイパス電極が、第１電極６０や第２電極８０より上方に設けられることが好ましい。これによれば、製造時の歩留まりを向上させることができ、信頼性の向上をより図ることができる。逆に言えば、既に第１電極６０や第２電極８０が形成されている領域上に、例えば金の層を更に積層することで、バイパス電極としての上記の機能が発揮されるようになる。
バイパス電極８５は、薄膜であっても厚膜であってもよい。バイパス電極８５は、その構成材料のヤング率と膜厚と短手側幅との積（以下、「α値」と称する）が、第２電極８０のα値より大きいことが好ましい。従って、バイパス電極８５を厚膜で形成した方が、上記のα値の関係を満たしやすい。一方、バイパス電極８５が厚膜であると、振動板５０との間の段差が大きくなる。段差の大きさによっては、バイパス電極８５及び振動板５０に亘って支持部材４１を密着性よく設けるのが難しくなる。この場合、包囲板４０や支持部材４１が接合される領域においてバイパス電極８５を形成しない（バイパス電極を縞状に形成する）こともできる。
超音波センサー１Ｄにも、包囲板４０の圧電素子３００側の面４０ｂと振動板５０の第２面５０ｂとの間、かつ圧電素子３００と重ならない位置に、支持部材４１が設けられている。ここでは、第２の方向Ｙに沿って延びる梁形状の支持部材４１が設けられている。梁形状の支持部材４１は、第１の方向Ｘに並設されている。すなわち、梁形状の支持部材４１は、第１電極６０に沿うように、かつ隣り合う第１電極６０の間に設けられている。
超音波センサー１Ｄにおいて、バイパス電極８５は、その上方の部材の有無に関わらず、連続して設けられている。すなわち、包囲板４０の縁部４０ａや支持部材４１は、少なくともバイパス電極８５を介して超音波センサー素子３１０側に接合されている。
（製造方法）
次に、超音波センサー１Ｄの製造方法の一例を説明する。超音波センサー１Ｄの製造方法は、バイパス電極に関する構成を作製する点を除き、実施形態２の製造方法と同様である。
すなわち、実施形態２の製造方法と同様の手法により、圧電素子３００を作製する。圧電素子３００を作製した後、ニッケルクロム等の下地層と金層とを成膜し、パターニングすることにより、バイパス電極８５を作製する。バイパス電極８５を形成する工程は、空間１２を形成する前でもよく後でもよい。その後、包囲板４０及び支持部材４１を、接着剤等により、超音波センサー素子３１０側に接合する。
（実施形態６）
図１８は、超音波センサーの断面図である。切断面は、図１６のＡ−Ａ´線に相当する。以下、これまでの実施形態と同一の部分は適宜省略し、超音波センサー１Ｅについて説明する。
超音波センサー１Ｅは、包囲板４０の縁部４０ａや支持部材４１が接合される領域を除くように、バイパス電極８６が設けられている。すなわち、超音波センサー１Ｅでは、第３の方向Ｚから見たとき、バイパス電極８６が縞状に設けられている。これによれば、包囲板４０及び支持部材４１を、超音波センサー素子３１０側に接合するのが容易となる。また、包囲板４０及び支持部材４１と超音波センサー素子３１０との密着性が、バイパス電極８５によって悪影響を受けるおそれもなくなる。
超音波センサー１Ｅの製造方法は、縞状のバイパス電極８６を作製する点を除き、実施形態５の製造方法と同様である。包囲板４０や支持部材４１が接合される領域においてバイパス電極を形成しないようにする。これにより、縞状のバイパス電極８６が作製される。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明した。しかし、本発明の基本的構成は上記の態様に限定されない。上記の実施形態は、互いに組み合わせることができる。例えば、バイパス電極を具備する超音波センサーに、柱形状の支持部材を設けることもできる。
また、例えば、図２において、多数の超音波センサー素子が集合配置されている態様を例示しているが、超音波センサー素子は、複数であればよく、従って、２つであってもよい。本発明は、ＣＡＶ面型の超音波センサー全般を対象としており、送信専用型、受信専用型、送受信一体型等の何れの超音波センサーにも適用できる。
本発明の超音波センサーは、種々の超音波デバイスに適用できる。特にＣＡＶ面型の超音波センサーは、ＡＣＴ面型の超音波センサーに比べ、使用時の電気的安全性に優れている。従って、ＣＡＶ面型の超音波センサーは、安全性等の点からリーク電流を特に嫌う医療用の機器、例えば超音波診断装置、血圧計及び眼圧計にも好適に使用できる。
本発明の超音波センサーは、種々の圧力センサーとして用いることができる。例えば、プリンター等の液体噴射装置において、インクの圧力を検知するセンサーとしても適用できる。また、本発明の超音波センサーの構成は、超音波モーター、圧電トランス、振動式ダスト除去装置、圧力電気変換機、超音波発信機及び加速度センサー等に好適に応用できる。この種の超音波センサーの構成を利用して得られた完成体、例えば、上記の超音波センサーを搭載したロボット等も、超音波デバイスに含まれる。
図面において示す構成要素、すなわち、各部の形状や大きさ、層の厚さ、相対的な位置関係、繰り返し単位等は、本発明を説明する上で誇張して示されている場合がある。また、本明細書の「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「基板上の圧電素子」や「振動板上の支持部材」という表現は、基板と圧電素子との間や、振動板と支持部材との間に、他の構成要素を含むものを除外しない。
Ｉ 超音波プローブ、 １、１Ａ〜１Ｅ 超音波センサー、 ２ ＦＰＣ基板、 ３ ケーブル、 ４ 中継基板、 ５ 筐体、 ６ 耐水性樹脂、 １０ 基板、 １１ 隔壁、 １２ 空間、 １３ 音響整合層、 ２０ レンズ部材、 ４０ 包囲板、 ４０ａ 包囲板の縁部、 ４０ｂ 包囲板の圧電素子側の面、 ５０ 振動板、 ５０ａ 第１面、 ５０ｂ 第２面、 ５１ 弾性膜、 ５２ 絶縁体層、 ５３〜５６ マスク膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ８５ バイパス電極、 ８５ａ 第１延設部、 ８５ｂ 第２延設部、 ３００ 圧電素子、 ３１０ 超音波センサー素子

Claims (10)

  1. 互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、
    前記ＸＹ平面に沿った基板と、
    前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向のうち少なくとも一方の方向に沿って前記基板に形成された複数の空間と、
    前記空間を塞ぐように前記基板上に設けられ、前記基板側の第１面と該第１面に対向する第２面とを有する振動板と、
    前記振動板の前記第２面側のうち空間に対応する部分に設けられ、超音波を発信及び／又は受信する圧電素子と、
    前記振動板の前記第２面側に設けられ、前記圧電素子の周囲の領域を包囲する包囲板と、を具備し、
    前記圧電素子は、前記基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を含んで構成されており、
    前記第１電極及び前記第２電極の何れか一方が一列又は複数の列毎に駆動可能な個別電極であり、他方が共通電極であり、
    前記包囲板は、前記圧電素子の前記Ｘ軸方向の両側及び前記Ｙ軸方向の両側を覆う側面と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向側を覆う上面とを有し、
    前記包囲板の前記上面と前記振動板の前記第２面との間、かつ前記圧電素子と重ならない位置に、前記上面と前記第２面とを接続する支持部材が設けられていることを特徴とする超音波センサー。
  2. 前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、一方の方向に沿って延びる梁形状を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサー。
  3. 前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、前記一方の方向と交わる他方の方向に並設されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波センサー。
  4. 前記Ｘ軸及びＹ軸の何れにも直交する軸をＺ軸としたとき、
    前記支持部材は、前記Ｚ軸方向でのみ前記包囲板に接する柱形状を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサー。
  5. 前記支持部材は、前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、少なくとも一方の方向に並設されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波センサー。
  6. 前記第１電極及び第２電極の少なくとも何れか一方に重なるように、及び／又は前記第２電極と連続するように、バイパス電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の超音波センサー。
  7. 前記バイパス電極は、前記包囲板及び前記支持部材と前記振動板との接合領域を除くよう、縞状に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超音波センサー。
  8. 互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、
    前記ＸＹ平面に沿った基板と、
    前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向のうち少なくとも一方の方向に沿って前記基板に形成された複数の空間と、
    前記空間を塞ぐように前記基板上に設けられ、前記基板側の第１面と該第１面に対向する第２面とを有する振動板と、
    前記振動板の前記第２面側のうち空間に対応する部分に設けられ、超音波を発信及び／又は受信する圧電素子と、
    前記振動板の前記第２面側に設けられ、前記圧電素子の周囲の領域を包囲する包囲板と、を具備する超音波センサーの製造方法であって、
    前記圧電素子は、前記基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を含んで構成されており、
    前記第１電極及び前記第２電極の何れか一方が一列又は複数の列毎に駆動可能な個別電極であり、他方が共通電極であり、
    前記包囲板は、前記圧電素子の前記Ｘ軸方向の両側及び前記Ｙ軸方向の両側を覆う側面と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向側を覆う上面とを有し、
    前記包囲板の前記上面と前記振動板の前記第２面との間、かつ前記圧電素子と重ならない位置に、前記上面と前記第２面とを接続する支持部材を設けることを特徴とする超音波センサーの製造方法。
  9. 前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向のうち、一方の方向に沿って延びる梁形状を有する前記支持部材を、ウエットエッチングにより作製することを特徴とする請求項８に記載の超音波センサーの製造方法。
  10. 前記Ｘ軸及びＹ軸の何れにも直交する軸をＺ軸としたとき、
    前記Ｚ軸方向でのみ前記包囲板に接する柱形状を有する前記支持部材を、ドライエッチングにより作製することを特徴とする請求項８に記載の超音波センサーの製造方法。
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