JP6617536B2 - 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器 - Google Patents

圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP6617536B2
JP6617536B2 JP2015234291A JP2015234291A JP6617536B2 JP 6617536 B2 JP6617536 B2 JP 6617536B2 JP 2015234291 A JP2015234291 A JP 2015234291A JP 2015234291 A JP2015234291 A JP 2015234291A JP 6617536 B2 JP6617536 B2 JP 6617536B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
piezoelectric
piezoelectric body
connection electrode
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015234291A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017099566A (ja
Inventor
清瀬　摂内
摂内 清瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2015234291A priority Critical patent/JP6617536B2/ja
Priority to US15/350,491 priority patent/US10424720B2/en
Priority to CN201611052699.1A priority patent/CN106913356B/zh
Publication of JP2017099566A publication Critical patent/JP2017099566A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6617536B2 publication Critical patent/JP6617536B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/04—Measuring blood pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/101—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical and mechanical input and output, e.g. having combined actuator and sensor parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/06—Measuring blood flow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/56—Details of data transmission or power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0648—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of rectangular shape

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器に関する。
従来、センサー基板上に実装される複数の超音波トランスデューサーを備えた超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１）。
上記特許文献１に記載の超音波センサーは、例えば、センサー基板上に４つの超音波トランスデューサーが、Ｘ軸及びＹ軸に沿って均等間隔に配置されたマトリクス状の二次元アレイ構造を備える。しかしながら、このような二次元アレイ構造においては、各超音波トランスデューサーに接続される配線が複雑化するという課題がある。
上記課題を解決するため、貫通電極を用いた超音波探触子が知られている（例えば、特許文献２）。
上記特許文献２に記載の超音波探触子は、バイアス電圧に応じて電気機械結合係数又は感度が変化する複数の振動要素を有し、各振動要素は、基板と、基板上に設けられた第１の膜体と、第１の膜体内に設けられた下部電極と、第１の膜体上に設けられる枠体と、枠体上に設けられる第２の膜体と、第２の膜体内に設けられた上部電極とを備える。また、枠体には、開口が設けられ、この開口により第１の膜体と第２の膜体との間に内部空間（真空）が形成される。このｃＭＵＴチップは、下部電極と上部電極との間にパルス電圧を印加することで、内部空間に面する第２の膜体を振動させ、基板と反対側に超音波を送信する。
そして、ｃＭＵＴチップの上部電極及び下部電極のそれぞれに対応して、基板を貫通するスルーホール、すなわち、貫通電極が設けられ、当該貫通電極が基板を介してフレキシブル基板上に設けられた信号パターンに接続されている。このような構成により、配線の簡略化が図られている。
特開２０１２−１５２３１９号公報 国際公開第２００９／１３９４００号
ところで、上記特許文献２に記載の超音波探触子では、貫通電極により配線簡略化が図れているものの、基板に貫通電極を設けるため、当該素子基板の強度が低下し、破損しやすくなる。これに対し、補強板（封止板）を設けて強化する構成も考えられるが、上記のようなｃＭＵＴチップでは、第２の膜体側を振動させて超音波を出力する構成なので、当該第２の膜体側に補強板を設けることができない。よって、補強板を設ける場合、基板の第１及び第２の膜体とは反対側に設ける必要がある。この場合、結局、補強板と基板の双方に貫通電極を設けることになり、強度が不十分であるという課題がある。
本発明は、適切な強度を備える圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一適用例の圧電デバイスは、第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記第一面に設けられた凹状開口部、及び前記凹状開口部を囲う支持部を有する素子基板と、前記凹状開口部の前記第二面に設けられた圧電体と、前記圧電体に接続され、前記圧電体から前記支持部の前記第二面に引き出された複数の接続電極と、前記素子基板の前記第二面側に接合される補強板と、前記補強板の前記支持部に対向する位置に設けられ、前記補強板を厚み方向に貫通し、前記複数の接続電極のそれぞれに対して接続される複数の貫通電極と、を備えることを特徴とする。
本適用例では、素子基板の第一面に凹状開口部及び支持部が設けられ、当該凹状開口部の第二面に圧電体が設けられている。そして、圧電体に接続された複数の接続電極には、当該素子基板の第二面側に接合された補強板を厚み方向に貫通する複数の貫通電極がそれぞれ接続されている。
このような構成では、複数の貫通電極により、複数の接続電極のそれぞれを個別に制御できる。また、素子基板ではなく、補強板に貫通電極を設ける構成であるので、例えば素子基板に貫通孔や貫通電極を設ける構成に比べて、素子基板の強度が強く、衝撃等による破損を抑制できる。また、補強板に貫通電極を設ける構成となるが、当該補強板は、素子基板に比べて強度が十分に強いので、圧電デバイスの破損を抑制できる。さらに、貫通電極を用いる構成であるので、例えばワイヤボンディング等により接続電極を配線基板に接続する構成に比べて、断線等の不都合も抑制できる。
また、素子基板に設けられた接続電極が貫通電極と電気的に接続されており、その貫通電極が補強板の素子基板とは反対側まで貫通している。この場合、配線基板の所望の位置に半田等により貫通電極の素子基板とは反対側の一端を直接接合する（いわゆる、フェースダウン実装）ことができる。よって、例えば、当該圧電デバイスを超音波デバイスとして用いる場合に、当該圧電デバイスの実装段階における作業工程を簡単にでき、製造効率性を向上させることができる。
これに加え、例えば、素子基板の外周端部まで接続電極を引きまわす必要がなく、配線構成の簡略化を図れる。また、素子基板の外周端部に接続電極と配線基板との接続を行うための端子領域が不要となるので、素子基板の小型化を図れる。
本発明の一適用例の圧電モジュールは、第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記第一面に設けられた凹状開口部、及び前記凹状開口部を囲う支持部を有する素子基板と、前記各凹状開口部の前記第二面に設けられた圧電体と、前記各圧電体に接続され、前記圧電体から前記支持部の前記第二面に引き出された複数の接続電極と、前記素子基板の前記第二面側に接合される補強板と、前記補強板の前記支持部に対向する位置に設けられ、前記補強板を厚み方向に貫通し、前記複数の接続電極のそれぞれに対して接続される複数の貫通電極と、を備え、前記凹状開口部及び前記圧電体により構成される素子部がアレイ状に配置された圧電素子基板と、前記貫通電極のそれぞれに対して独立して信号を入出力する入出力回路と、を備えることを特徴とする。
本適用例の圧電モジュールは、上記圧電デバイスと同様、素子基板の強度低下を抑制でき、圧電素子基板の強度を強くできる。
これに加え、貫通電極のそれぞれに対して入出力回路から独立して信号が入出力される構成となり、各素子を個別に制御でき、各素子部を高精度に駆動させることが可能となる。
つまり、上記特許文献１に記載したような構成では、複数の素子でＣＯＭ（共通電極）が共通となり（互いに結線されており）、ＳＩＧ（駆動電極）も共通となり、これらの複数の素子を１つの素子群として駆動させる。しかしながら、このような構成では、ＣＯＭやＳＩＧが共通とされた複数の素子において、信号の入力位置から遠い素子では、信号の電圧降下が発生して、駆動精度が低下してしまう。
これに対して、本実施形態では、各素子部に対してそれぞれ貫通電極が設けられており、各素子部をそれぞれ独立して駆動させることが可能となる。よって、上記のような信号の電圧降下が発生せず、各素子部を高精度に駆動させることができる。また、各素子部が独立しているため、２次元アレイ構造として機能させることが可能となる。つまり、素子部毎に超音波の送出制御ができるので、例えば音響レンズ等を用いなくても、超音波の送信方向を制御することができる。
本適用例の圧電モジュールにおいて、前記素子部は、前記第一面及び前記第二面の法線方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出された第一接続電極と、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出された第二接続電極と、を備えることが好ましい。
本適用例の圧電モジュールでは、第一接続電極が第一方向に沿って引き出され、第二接続電極が第一方向に交差する第二方向に沿って引き出されているので、第一接続電極及び第二接続電極の双方が、同一方向（例えば第一方向のみや、第二方向のみ）に沿ってそれぞれ引き出されている場合に比べて、圧電モジュールにおける素子部を密に配置できる。このため、アレイ間隔を小さくでき、圧電素子基板や圧電モジュールの小型化を促進できる。
本適用例の圧電モジュールにおいて、前記素子部は、前記第一面及び前記第二面の法線方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、前記接続電極は、前記圧電体の前記第一方向の一端側に引き出された第三接続電極と、前記圧電体の前記第一方向の他端に引き出された第四接続電極と、を備え、前記第三接続電極は、前記第二方向の一端側に位置し、前記第四接続電極は、前記第二方向の他端側に位置することが好ましい。
本適用例の圧電モジュールでは、各素子部の第一方向の一端側でかつ第二方向の一端側に第三接続電極が引き出され、各素子部の第一方向の他端側でかつ第二方向の他端側に第四接続電極が引き出される。例えば、各素子部の中心を通るｘｙ軸を規定した場合に、第一象限に第三接続電極を設ける場合、第三象限に第四接続電極を設ける。なお、各素子部において、第二象限に第三接続電極を設ける場合では、第四象限に第四接続電極を設ければよい。
このような構成では、隣り合う素子部において、一方の素子部の第三接続電極と他方の素子部の第四接続電極とを、第二方向沿って並んで配置させることができる。この構成によれば、例えば、隣り合う素子部の各接続電極が第一方向若しくは第二方向に沿って並ぶ場合に比べて、圧電モジュールにおける素子部を密に配置できる。
本適用例の圧電モジュールにおいて、前記素子部は、前記第一面及び前記第二面の法線方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、複数の前記素子部のうちの第一の素子部に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出され、前記第一の素子部に隣り合う第二の素子部に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出されることが好ましい。
本適用例の圧電モジュールでは、第一の素子部の接続電極と、第二の素子部の接続電極の引出方向が異なる。よって、第一の素子部の接続電極と、第二の素子部の接続電極とが、第一方向又は第二方向に沿って並ぶことがなく、圧電モジュールにおける素子部を密に配置できる。
本発明の一適用例の電子機器は、第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記第一面に設けられた凹状開口部、及び前記凹状開口部を覆う支持部を有する素子基板と、前記各凹状開口部の前記第二面に設けられた圧電体と、前記各圧電体に接続され、前記圧電体から前記支持部の前記第二面に引き出された複数の接続電極と、前記素子基板の前記第二面側に接合される補強板と、前記補強板の前記支持部に対向する位置に設けられ、前記補強板を厚み方向に貫通し、前記複数の接続電極のそれぞれに対して接続される複数の貫通電極と、を備え、前記凹状開口部及び前記圧電体により構成される素子部がアレイ状に配置された圧電素子基板と、前記貫通電極のそれぞれに対して独立して信号を入出力する入出力回路と、前記圧電体を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本適用例の電子機器では、上記圧電デバイスと同様、素子基板の強度低下を抑制でき、圧電素子基板の強度を強くでき、上記圧電モジュールと同様、貫通電極のそれぞれに対して入出力回路から独立して信号が入出力される構成となり、各素子を個別に制御でき、各素子部を高精度に駆動できる。このように、素子部を高精度に駆動させることで、電子機器における各種処理（例えば、超音波の送出や受信、圧力の検出や、圧力の付与等）を高精度に実施できる。
本発明の電子機器において、前記制御部は、前記圧電体を駆動させて超音波を送信させる超音波送信処理、及び前記素子部で超音波を受信する超音波受信処理を実施し、前記超音波の送受信タイミングに基づいて被測定物を測定することが好ましい。
本適用例では、制御部は、素子部を制御することで、超音波の送受信処理を実施し、送受信タイミングに基づいて被測定物に対する測定（超音波測定）を実施する。本適用例では、上述のように、各素子部での超音波送信処理や超音波受信処理を高精度に実施することができるので、超音波測定における測定精度の向上を図れる。
第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。 第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示すブロック図。 第一実施形態の超音波プローブにおける超音波センサーの概略構成を示す平面図。 第一実施形態の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。 第一実施形態における超音波センサーの一部の断面図。 第二実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。 第三実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。 第四実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図。 他の実施形態における電子機器の一例を示す図。
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の電子機器としての超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
［超音波測定装置１の構成］
図１は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
本実施形態の超音波測定装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を生体（例えば人体）の表面に当接させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血圧及び血流等）を測定したりする。
［制御装置１０の構成］
図２は、超音波測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
制御装置１０は、図２に示すように、例えば、操作部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、演算部１４と、を備えて構成されている。この制御装置１０は、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いてもよく、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置であってもよい。
操作部１１は、ユーザーが超音波測定装置１を操作するためのＵＩ（user interface）であり、例えば表示部１２上に設けられたタッチパネルや、操作ボタン、キーボード、マウス等により構成することができる。
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、画像を表示させる。
記憶部１３は、超音波測定装置１を制御するための各種プログラムや各種データを記憶する。
演算部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリー等の記憶回路により構成されている。そして、演算部１４は、記憶部１３に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、超音波プローブ２の送信回路２３４に対して送信信号の生成及び出力処理の制御を行い、受信回路２３５に対して受信信号の周波数設定やゲイン設定などの制御を行う。
［超音波プローブ２の構成］
図３は、超音波プローブ２における超音波センサー２４の概略構成を示す平面図である。
超音波プローブ２は、図１〜図３に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に設けられた超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバ回路等が設けられた配線基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、配線基板２３とにより超音波センサー２４が構成され、当該超音波センサー２４は、本発明の超音波モジュールを構成する。
［筐体２１の構成］
筐体２１は、図１に示すように、平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の配線基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、図３に示すように、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
超音波デバイス２２は、上述したように、配線基板２３とともに、超音波センサー２４を構成する。この超音波デバイス２２は、図２及び図３に示すように、複数の超音波トランスデューサー５１（図４参照）がアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイ５０を備える。
なお、超音波デバイス２２の詳しい構成については、後述する。
［配線基板２３の構成］
配線基板２３は、図２及び図３に示すように、配線端子部２３１、接合部材２３２（図５参照）、選択回路２３３、送信回路２３４、受信回路２３５、及びコネクタ部２３６を備えている。これらのうち、選択回路２３３、送信回路２３４、受信回路２３５、及びコネクタ部２３６は、超音波デバイス２２を駆動させるためのドライバ回路等、すなわち、集積回路ＩＣ（図５参照）を構成する。この集積回路ＩＣは、本発明の入出力回路に相当する。
配線端子部２３１は、配線基板２３上に複数配置され、上記集積回路ＩＣとそれぞれ電気的に接続されている。これら複数の配線端子部２３１のそれぞれは、接合部材２３２を介して超音波トランスデューサー５１、より具体的には、後述する第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４に接続されている。
選択回路２３３は、制御装置１０の制御に基づいて、超音波デバイス２２と送信回路２３４とを接続する送信接続、及び超音波デバイス２２と受信回路２３５とを接続する受信接続を切り替える。
送信回路２３４は、制御装置１０の制御により送信接続に切り替えられた際に、選択回路２３３を介して超音波デバイス２２に超音波を発信させる旨の送信信号を出力する。
受信回路２３５は、制御装置１０の制御により受信接続に切り替えられた際に、選択回路２３３を介して超音波デバイス２２から入力された受信信号を制御装置１０に出力する。受信回路２３５は、例えば低雑音増幅回路、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、受信信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の受信信号を制御装置１０に出力する。
コネクタ部２３６は、送信回路２３４、受信回路２３５に接続されている。また、コネクタ部２３６にはケーブル３が接続されており、上述したように、このケーブル３は、筐体２１の通過孔２１Ｃから引き出されて制御装置１０に接続されている。
［超音波デバイス２２の構成］
図４は、本実施形態の超音波プローブ２の素子基板４１の一部を拡大して示す平面図であり、図５は、図４における素子基板４１の一部をＢ−Ｂ線切断した素子基板４１（超音波センサー２４）の断面図である。
超音波センサー２４を構成する超音波デバイス２２は、図３及び図４に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響整合層４３（図５参照）と、により構成されている。
なお、封止板４２は、本発明の補強板に相当する。
（素子基板４１の構成）
素子基板４１は、図５に示すように、基板本体部４１１と、当該基板本体部４１１に積層された振動膜４１２と、振動膜４１２に積層された圧電素子４１３を備えている。ここで、素子基板４１において、封止板４２に対向する背面４１Ａは本発明における第二面となり、背面４１Ａとは反対側で超音波の送受信方向となる作動面４１Ｂが本発明における第一面となる。また、振動膜４１２及び圧電素子４１３により、本発明の超音波トランスデューサー５１が構成されている。
そして、図４に示すように、素子基板４１を厚み方向から見た平面視において、素子基板４１の中心領域には、複数の超音波トランスデューサー５１がアレイ状に配置された超音波トランスデューサーアレイ５０が設けられている。この超音波トランスデューサーアレイ５０が設けられる領域を、以降、アレイ領域Ａｒ１（図３参照）と称する。
基板本体部４１１は、例えばＳｉ等の半導体基板である。この基板本体部４１１のアレイ領域Ａｒ１内には、各々の超音波トランスデューサー５１に対応した開口部４１１Ａが設けられている。また、各開口部４１１Ａは、基板本体部４１１の背面４１Ａ側に設けられた振動膜４１２により閉塞されている。
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部４１１の背面４１Ａ側全体を覆って設けられている。この振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。基板本体部４１１をＳｉにより構成し、振動膜４１２をＳｉＯ２により構成する場合、例えば基板本体部４１１の背面４１Ａ側を酸化処理することで、所望の厚み寸法の振動膜４１２を容易に形成することが可能となる。また、この場合、ＳｉＯ２の振動膜４１２をエッチングストッパとして基板本体部４１１をエッチング処理することで、容易に上記開口部４１１Ａを形成することが可能となる。
なお、開口部４１１Ａと、振動膜４１２のうち当該開口部４１１Ａを閉塞する領域とにより、本発明の凹状開口部が構成される。また、素子基板４１のうち、開口部４１１Ａが設けられていない部分は、平面視において、開口部４１１Ａを囲う支持部４１１Ｂとなる。
また、各開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２上には、図５に示すように、それぞれ独立した下部電極４１４、圧電膜４１５、及び上部電極４１６の積層体である圧電素子４１３が設けられている。なお、この圧電素子４１３は、本発明の圧電体に相当する。また、これら振動膜４１２及び圧電素子４１３により、超音波トランスデューサー５１が構成され、当該超音波トランスデューサーは、本発明における素子部に相当する。
このような超音波トランスデューサー５１では、それぞれの下部電極４１４及び上部電極４１６の間に所定周波数の矩形波電圧が印加されることで、開口部４１１Ａの開口領域内の振動膜４１２を振動させて超音波が送出することができる。また、対象物から反射された超音波により振動膜４１２が振動されると、圧電膜４１５の上下で電位差が発生する。したがって、下部電極４１４及び上部電極４１６間に発生する上記電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
また、下部電極４１４は、それぞれの圧電素子４１３ごとにそれぞれ独立して設けられており、上部電極４１６は、上記下部電極４１４と同様に、それぞれの圧電素子４１３ごとにそれぞれ独立して設けられている。
なお、下部電極４１４のそれぞれには、後述する第一貫通電極４２３が電気的に接続され、上部電極４１６のそれぞれには、後述する第二貫通電極４２４が電気的に接続される。
また、本実施形態では、図４に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１が、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って複数配置されている。
具体的に、超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３は、図４に示すように、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側の端辺における−Ｙ側端部から、−Ｘ側に向かって、下部接続電極４１４Ａ（本発明の第三接続電極に相当）が引き出されている。また、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｘ側の端辺における＋Ｙ側から、＋Ｘ側に向かって、上部接続電極４１６Ａ（本発明の第四接続電極に相当）が引き出されている。すなわち、圧電素子４１３をＹ方向に沿って見た場合に、Ｘ方向に沿って隣り合う２つの圧電素子４１３の間で、−Ｘ側に位置する圧電素子４１３の上部電極４１６と、＋Ｘ側に位置する圧電素子４１３の下部電極４１４とは、重なって配置されている。
このような構成により、例えば、圧電素子４１３の−Ｘ側の端辺の中央部から−Ｘ側に向かって下部接続電極４１４Ａを引き出し、＋Ｘ側の端辺の中央部から＋Ｘ側に向かって上部接続電極４１６Ａを引き出す場合（Ｙ方向に沿って見た際に、下部電極４１４と上部電極４１６とが重ならない）に比べて、圧電素子４１３の配置を密にできる。
（封止板４２の構成）
封止板４２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、シリコン基板等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー５１の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー５１にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
そして、この封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向するアレイ対向領域Ａｒ３（図３参照）には、素子基板４１の開口部４１１Ａに対応した複数の凹溝４２１が形成されている。これにより、振動膜４１２のうち、超音波トランスデューサー５１により振動される領域（開口部４１１Ａ内）では、素子基板４１との間に所定寸法のギャップ４２１Ａが設けられることになり、振動膜４１２の振動が阻害されない。また、１つの超音波トランスデューサー５１からの背面波が他の隣接する超音波トランスデューサー５１に入射される不都合（クロストーク）を抑制することができる。
なお、基板本体部４１１の開口部４１１Ａ以外の領域（支持部４１１Ｂ；図５参照）と封止板４２の凹溝４２１以外の領域とが当接又は接合されていてもよい。
また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ａ側（作動面４１Ｂ側）の他、封止板４２側（背面４１Ａ側）にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板４２により反射され、再びギャップ４２１Ａを介して振動膜４１２側に放出される。この際、反射背面波と、振動膜４１２から作動面４１Ｂ側に放出される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、ギャップ４２１Ａにおける音響的な距離が、超音波の波長λの４分の１（λ／４）の奇数倍となるように、各凹溝４２１の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー５１から発せられる超音波の波長λを考慮して、素子基板４１や封止板４２の各部の厚み寸法が設定される。
また、封止板４２のうち支持部４１１Ｂに対向する補強部４２２は、素子基板４１に接合されて、素子基板４１を補強する。この補強部４２２のうち、各下部接続電極４１４Ａ及び、各上部接続電極４１６Ａに対向する位置には、それぞれ、貫通孔が設けられ、当該貫通孔には、貫通電極（第一貫通電極４２３、第二貫通電極４２４）が設けられる。
第一貫通電極４２３は、封止板４２を厚み方向に貫通して下部接続電極４１４Ａに接続される。この第一貫通電極４２３は、複数の下部接続電極４１４Ａのそれぞれに対応して設けられている。したがって、各第一貫通電極４２３から各下部接続電極４１４Ａを介し、各下部電極４１４にそれぞれ独立した信号を入出力することが可能となる。
同様に、第二貫通電極４２４は、封止板４２を厚み方向に貫通して、上部接続電極４１６Ａに接続される。この第二貫通電極４２４は、複数の上部接続電極４１６Ａのそれぞれに対応して設けられており、各第二貫通電極４２４から各上部接続電極４１６Ａを介して、各上部電極４１６にそれぞれ独立した信号を入出力することが可能となる。
第一貫通電極４２３と下部接続電極４１４Ａとの接続、及び、第二貫通電極４２４と上部接続電極４１６Ａとの接続は、例えば半田等の導電性の接合部材（図示省略）を介して接合すればよく、その他、異方性導電性膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）や異方性導電性ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）を用いた接合であってもよい。ＡＣＦやＡＣＰを用いる場合では、例えば、封止板４２の補強部４２２の素子基板４１に対向する面に、ＡＣＦを成膜又はＡＣＰを塗布する。そして、封止板４２を素子基板４１に重ね合せ厚み方向に荷重を印加する。これにより、ＡＣＦ（又はＡＣＰ）の加重印加方向（厚み方向）では、導電性が保持され、荷重印加に直交する方向では絶縁性が保持されることになる。すなわち、第一貫通電極４２３及び下部接続電極４１４Ａが電気的に接続され、第二貫通電極４２４及び上部接続電極４１６Ａが電気的に保持され、かつ、ＡＣＦ（又はＡＣＰ）により、素子基板４１と封止板４２とが接合される。
また、上記各第一貫通電極４２３及び各第二貫通電極４２４の他端側（素子基板４１とは反対側）は、例えば半田等の導電性の接合部材２３２を介して、配線基板２３の配線端子部２３１に接続される。これらの配線端子部２３１は、配線基板２３上にそれぞれ独立して形成され、上記集積回路ＩＣによりそれぞれ独立して制御される。すなわち、本実施形態においては、各第一貫通電極４２３及び各第二貫通電極４２４を介して、各超音波トランスデューサー５１のそれぞれを独立して制御できる。換言すると、各超音波トランスデューサー５１のＣＡＶ面（素子基板４１における開口部４１１Ａが開口する側の面）から、それぞれのタイミングにて超音波を送信できる。
この場合、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向（素子基板４１の基板面の法線方向（基板厚み方向））として、例えばＸ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１からの送信する超音波の送信タイミングを遅延させることで、ＸＺ平面において、超音波の送信方向を制御することが可能となる。また、例えばＹ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５１からの送信する超音波の送信タイミングを遅延させることで、ＹＺ平面において、超音波の送信方向を制御することが可能となる。すなわち、超音波トランスデューサーアレイ５０を２次元アレイとして機能させることが可能となり、超音波を任意の方向に送信することが可能となる。このため、本実施形態では、超音波を屈折させて送信方向を所定方向に制御する音響レンズを備えていない。
（音響整合層４３の構成）
音響整合層４３は、図５に示すように、素子基板４１の作動面４１Ｂ側に設けられている。具体的には、音響整合層４３は、素子基板４１の開口部４１１Ａ内に充填され、かつ、基板本体部４１１の作動面４１Ｂ側から所定の厚み寸法で形成される。
この音響整合層４３は、超音波トランスデューサー５１から送信された超音波を測定対象である生体に効率よく伝搬させ、また、生体内で反射した超音波を効率よく超音波トランスデューサー５１に伝搬させる。このため、音響整合層４３は、素子基板４１の超音波トランスデューサー５１の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスに設定されている。
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、基板本体部４１１に開口部４１１Ａが設けられ、基板本体部４１１の背面４１Ａ側（第二面側）に開口部４１１Ａを閉塞する振動膜４１２が設けられている。つまり、素子基板４１の作動面４１Ｂ（第一面）に、開口部４１１Ａ及び振動膜４１２により構成された凹状開口部が設けられている。また、この凹状開口部の底面である振動膜４１２の背面４１Ａ側に圧電素子４１３が設けられている。圧電素子４１３の下部電極４１４に接続された下部接続電極４１４Ａ、及び上部電極４１６に接続された上部接続電極４１６Ａは、素子基板４１の支持部４１１Ｂ（素子基板４１における開口部４１１Ａが設けられる領域以外）に引き出される。そして、これらの下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａは、素子基板４１の背面４１Ａ側に接合された封止板４２を厚み方向に貫通する第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４に接続されている。
このような構成では、第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４から各超音波トランスデューサー５１に信号を入出力することで、各超音波トランスデューサー５１を個別に制御できる。また、素子基板４１ではなく、封止板４２に第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４を設ける構成であるので、素子基板４１に貫通孔を設ける必要がなく、衝撃等による素子基板４１の破損を抑制できる。
本実施形態では、素子基板４１に設けられた下部電極４１４及び上部電極４１６が、下部接続電極４１４Ａ及び上部接続電極４１６Ａを介して、第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４と電気的に接続されており、これら第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４が封止板４２の素子基板４１とは反対側まで貫通している。
このような構成では、第一貫通電極４２３や第二貫通電極４２４が超音波トランスデューサーアレイ５０内に設けられる構成となるので、配線の引き回し等が不要となり、超音波デバイス２２を小型化でき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の小型化を促進できる。
本実施形態では、第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４のそれぞれに対して集積回路ＩＣから独立して信号が入出力されると、各圧電素子４１３（各超音波トランスデューサー５１）を個別に制御できる。また、これらの超音波トランスデューサー５１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元アレイ構造に配置されている。このため、各超音波トランスデューサー５１の駆動タイミングを制御することで、任意の方向に超音波を送信でき、音響レンズ等の構成を不要にできる。
本実施形態では、下部接続電極４１４Ａは圧電素子４１３の−Ｘ側の端辺におけるーＹ側から−Ｘ側に引き出されている。また、上部接続電極４１６Ａは圧電素子４１３の＋Ｘ側の端辺における＋Ｙ側から＋Ｘ側に引き出されている。よって、Ｘ方向に隣り合う圧電素子４１３（超音波トランスデューサー５１）において、−Ｘ側に配置される圧電素子４１３の上部接続電極４１６Ａと、＋Ｘ側に配置される圧電素子４１３の下部接続電極４１４Ａとが、Ｙ方向に沿って並んで配置させることが可能となる。このような構成とすることで、超音波トランスデューサーアレイ５０において、超音波トランスデューサー５１を密に配置することができ、超音波トランスデューサーアレイ５０や超音波デバイス２２をより小型にでき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の更なる小型化を促進できる。
本実施形態における超音波プローブ２は、いわゆるＣＡＶ面から超音波を送出するキャブ面出射方式の超音波プローブであり、圧電素子４１３や、下部接続電極４１４Ａや上部接続電極４１６Ａは、振動膜４１２における超音波射出側とは反対側に配置される。超音波プローブ２を用いて生体に対する超音波測定を実施する場合、通常、音響整合層４３と生体との間に、ジェル等を塗布するが、音響整合層４３と振動膜４１２との間に、水滴が侵入することがある。しかしながら、上記のように、本実施形態では、圧電素子４１３や、下部接続電極４１４Ａや上部接続電極４１６Ａが、振動膜４１２の背面４１Ａ側に配置されているため、水滴に触れることがなく、ショートや錆び等の不都合を抑制できる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
本実施形態に係る超音波測定装置は、上記超音波測定装置１と略同一の構成を備える他、超音波トランスデューサーを構成する圧電素子４１３の構成の一部が異なる点で、超音波測定装置１と相違する。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る超音波測定装置１と同一若しくは略同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図６は、本実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図である。
本実施形態では、図６に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１Ｂが、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って複数配置されている。
そして、本実施形態では、図６において、下部接続電極４１４Ｂは、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側に引き出される。一方、上部接続電極４１６Ｂは、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出される。本実施形態においては、下部接続電極４１４Ｂは、本発明の第一接続電極に相当し、上部接続電極４１６Ｂは、本発明の第二接続電極に相当する。
なお、上記例では、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出す例を示すが、これに限られない。
例えば、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｙ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｙ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出してもよい。
また、下部接続電極４１４Ｂと上部接続電極４１６Ｂとの引き出し方向を替えてもよい。例えば、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｘ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の−Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｘ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の−Ｘ側に引き出してもよく、下部接続電極４１４Ｂを下部電極４１４の＋Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｂを上部電極４１６の＋Ｘ側に引き出してもよい。
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波トランスデューサー５１Ｂを構成する圧電素子４１３Ｂは、−Ｘ側に引き出された下部接続電極４１４Ｂと、＋Ｙ側に引き出された上部接続電極４１６Ｂとを備える。この場合、Ｘ方向及びＹ方向に沿って圧電素子４１３Ｃを配列させた際、Ｘ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｂ間には、それぞれ、１つの下部接続電極４１４Ｂが配置され、Ｙ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｂ間には、それぞれ、１つの上部接続電極４１６Ｂが配置される。よって、例えば、圧電素子間に複数（例えば２つ）の接続電極が配置される場合に比べ、圧電素子４１３Ｂ（超音波トランスデューサー５１Ｂ）を密に配置することができる。これにより、上記第一実施形態と同様、超音波トランスデューサーアレイ５０や超音波デバイス２２をより小型にでき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の更なる小型化を促進できる。
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態に係る超音波測定装置は、上記超音波測定装置１と略同一の構成を備える他、超音波トランスデューサーを構成する圧電素子４１３の構成の一部が異なる点で、超音波測定装置１と相違する。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る超音波測定装置１と同一若しくは略同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図７は、本実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図である。
本実施形態では、図７に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１Ｄが、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って交互に複数配置されている。
具体的には、図７に示すように、超音波トランスデューサー５１Ｃを構成する圧電素子４１３Ｃにおいて、下部接続電極４１４Ｃは、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｙ側に引き出され、上部接続電極４１６Ｃは、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６の＋Ｙ側に引き出される。
一方、超音波トランスデューサー５１Ｄを構成する圧電素子４１３Ｄにおいて、下部接続電極４１４Ｄは、圧電膜４１５と重なる下部電極４１４の−Ｘ側に引き出され、上部接続電極４１６Ｄは、圧電膜４１５と重なる上部電極４１６から＋Ｘ側に引き出される。本実施形態においては、圧電素子４１３Ｄは、本発明の第一の圧電素子に相当し、圧電素子４１３Ｃは、本発明の第二の圧電素子に相当する。
なお、上記例では、圧電素子４１３Ｃにおいて、下部接続電極４１４Ｃを−Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｃを＋Ｙ側に引き出したが、下部接続電極４１４Ｃを＋Ｙ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｃを−Ｙ側に引き出してもよい。同様に、圧電素子４１３Ｄにおいて、下部接続電極４１４Ｄを−Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｄを＋Ｘ側に引き出したが、下部接続電極４１４Ｄを＋Ｘ側に引き出し、上部接続電極４１６Ｄを−Ｘ側に引き出してもよい。
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１Ｄのうち、超音波トランスデューサー５１Ｃを構成する圧電素子４１３Ｃでは、下部接続電極４１４Ｃ及び上部接続電極４１６ＣをＹ方向に沿って引き出し、超音波トランスデューサー５１Ｄを構成する圧電素子４１３Ｄでは、下部接続電極４１４Ｄ及び上部接続電極４１６ＤをＸ方向に沿って引き出している。そして、超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１ＤをＸ方向及びＹ方向に対して交互に配置している。このような構成では、Ｘ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｃ間には、それぞれ、１つの下部接続電極４１４Ｃ又は上部接続電極４１６Ｃが配置され、Ｙ方向に並ぶ圧電素子４１３Ｄ間には、それぞれ、１つの下部接続電極４１４Ｄ又は上部接続電極４１６Ｄが配置される。よって、例えば、圧電素子間に複数（例えば２つ）の接続電極が配置される場合に比べ、圧電素子４１３Ｃ，４１３Ｄ（超音波トランスデューサー５１Ｃ，５１Ｄ）を密に配置することができる。これにより、上記第一実施形態と同様、超音波トランスデューサーアレイ５０や超音波デバイス２２をより小型にでき、超音波センサー２４や超音波プローブ２の更なる小型化を促進できる。
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
本実施形態に係る超音波測定装置は、上記超音波測定装置１と略同一の構成を備える他、超音波トランスデューサーを構成する圧電素子４１３の構成の一部が異なる点で、超音波測定装置１と相違する。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る超音波測定装置１と同一若しくは略同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図８は、本実施形態における超音波測定装置の超音波センサーの素子基板の一部を拡大して示す平面図である。
本実施形態では、図８に示すように、上記のような超音波トランスデューサー５１Ｇが、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１内に、Ｘ方向（第一方向）、及びＸ方向に直交するＹ方向（第二方向）に沿って複数配置されている。
具体的に、超音波トランスデューサー５１Ｇを構成する圧電素子４１３Ｇにおいて、下部接続電極４１４Ｇは、図８に示すように、−Ｘ側に引き出され、上部接続電極４１６Ｇは、＋Ｘ側に引き出されている。
［第四実施形態の作用効果］
本実施形態では、超音波トランスデューサー５１Ｇを構成する圧電素子４１３Ｇは、圧電膜４１５に対して、下部電極４１４は、圧電膜４１５の−Ｘ方向側に位置し、上部電極４１６は、圧電膜４１５に対して＋Ｘ方向側に位置しているので、例えば、上記第一〜第三実施形態における圧電素子４１３，４１３Ｂ〜４１３Ｄに比べて、構成を簡易にできる。
また、隣り合う圧電素子４１３Ｇとの間の距離を大きくできる。例えば、送受信対象の超音波の周波数が低周波数である場合は、開口部４１１Ａの開口径を大きくする必要があり、この場合、隣り合う開口部４１１Ａとの間の距離が短いと、素子基板４１の強度が低下する。これに対して、本実施形態では、圧電素子４１３Ｇ間の距離が大きいので、支持部４１１Ｂの強度も強くなり、素子基板４１の破損を抑制できる。
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
また、圧電素子４１３として、下部電極４１４、圧電膜４１５、上部電極４１６が厚み方向に積層される積層体により構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、圧電素子４１３の厚み方向に直交する一面側に、一対の電極を互いに対向させて配置する構成などとしてもよい。また、圧電膜の厚み方向に沿った側面で圧電膜を挟み込むように電極を配置してもよい。
上記各実施形態では、集積回路ＩＣを配線基板２３に設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、集積回路ＩＣが制御装置１０内に設けられ、配線基板２３には、各配線端子部２３１からの配線を集約したコネクタ部が設けられる構成としてもよい。この場合、コネクタ部に対してケーブル線を接続し、ケーブル線を介して制御装置１０の集積回路ＩＣと超音波プローブ２とを接続すればよい。
超音波測定装置１として、生体の内部断層構造を測定するための構成を例示したが、その他、例えばコンクリート建築物等のコンクリート内部構造を検査するための測定機等として用いることもできる。
また、超音波デバイス２２を備えた超音波測定装置１を例示したが、その他の電子機器に対しても適用できる。例えば、超音波を洗浄対象に対して送出し、線状対象を超音波洗浄する超音波洗浄機等に用いることができる。
図９は、超音波洗浄機の概略構成を示す図である。
図９に示す超音波洗浄機８は、洗浄槽８１と、洗浄槽８１の例えば底面に設置された超音波モジュール８２と、を備える。
超音波モジュール８２は、上記実施形態と同様の超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御する配線基板８３とを備えている。すなわち、超音波デバイス２２は、作動面４１Ｂが洗浄槽８１の内面に臨む素子基板４１と、素子基板４１の背面４１Ａ側に設けられた封止板４２とを備え、素子基板４１の背面４１Ａ側に、複数の超音波トランスデューサー５１（図９においては図示略）により構成された超音波トランスデューサーアレイ５０（図９においては図示略）と、を備えている。そして、超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３の上部電極４１６は、封止板４２に設けられた第一貫通電極４２３に接続され、下部電極４１４は、第二貫通電極４２４に接続される。これら第一貫通電極４２３及び第二貫通電極４２４は、配線基板８３に設けられた配線端子部（図示略）に電気的に接続される。
このような構成において、配線基板８３に対して超音波デバイス２２をフェースダウン実装にて容易に実装することができる。また、素子基板４１の作動面４１Ｂ側が洗浄槽８１側に面するので、背面４１Ａ側に設けられた超音波トランスデューサー５１や電極線の防水性を高めることができる。
上記各実施形態では、素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられる構成としたが、例えば素子基板４１に開口部４１１Ａが設けられず、超音波トランスデューサー５１が素子基板４１自体を振動させることで超音波を送出させ、素子基板４１の振動により超音波の受信を検出する構成などとしてもよい。
上記各実施形態では、開口部４１１Ａが設けられた基板本体部４１１の背面４１Ａ側に振動膜４１２が設けられる構成としたが、これに限定されない。例えば、基板本体部４１１の作動面４１Ｂ側に、各超音波トランスデューサー５１に対応した複数の凹溝が設けられ、当該凹溝の底面を振動膜とする構成としてもよい。
また、開口部４１１Ａの背面４１Ａ側に振動膜４１２を設ける構成を例示したが、例えば、開口部４１１Ａの作動面４１Ｂ側に振動膜４１２が設けられ、この振動膜４１２の背面４１Ａ側に超音波トランスデューサー５１を構成する圧電素子４１３が設けられる構成としてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、８…超音波洗浄機（電子機器）、２２…超音波デバイス、２３…配線基板、２４…超音波センサー（超音波モジュール）、４１…素子基板、４１Ａ…背面（第二面）、４１Ｂ…作動面（第一面）、４２…封止板、５０…超音波トランスデューサーアレイ、５１…超音波トランスデューサー（素子部）、８２…超音波モジュール、８３…配線基板、２３１…配線端子部、２３２…接合部材、４１１…基板本体部、４１１Ａ…開口部（凹状開口部）、４１１Ｂ…支持部、４１２…振動膜、４１３…圧電素子（圧電体）、４１４…下部電極、４１４Ａ…下部接続電極（接続電極）、４１５…圧電膜、４１６…上部電極、４１６Ａ…上部接続電極（接続電極）、４２１…凹溝、４２３…第一貫通電極、４２４…第二貫通電極。

Claims (6)

  1. 第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記第一面に設けられた凹状開口部、及び前記凹状開口部を囲う支持部を有する素子基板と、
    前記凹状開口部の前記第二面に設けられた圧電体と、
    前記圧電体に接続され、前記圧電体から前記支持部の前記第二面に引き出された複数の接続電極と、
    前記素子基板の前記第二面側に接合される補強板と、
    前記補強板の前記支持部に対向する位置に設けられ、前記補強板を厚み方向に貫通し、前記複数の接続電極のそれぞれに対して接続される複数の貫通電極と、を備え、
    前記凹状開口部及び前記圧電体により素子部が構成され、
    前記素子部は、前記第一面及び前記第二面の法線方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
    前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出された第一接続電極と、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出された第二接続電極と、を備える
    ことを特徴とする圧電デバイス。
  2. 第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記第一面に設けられた凹状開口部、及び前記凹状開口部を囲う支持部を有する素子基板と、
    前記凹状開口部の前記第二面に設けられた圧電体と、
    前記圧電体に接続され、前記圧電体から前記支持部の前記第二面に引き出された複数の接続電極と、
    前記素子基板の前記第二面側に接合される補強板と、
    前記補強板の前記支持部に対向する位置に設けられ、前記補強板を厚み方向に貫通し、前記複数の接続電極のそれぞれに対して接続される複数の貫通電極と、を備え、
    前記凹状開口部及び前記圧電体により素子部が構成され、
    前記素子部は、前記第一面及び前記第二面の法線方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
    前記接続電極は、前記圧電体の前記第一方向の一端側に引き出された第三接続電極と、
    前記圧電体の前記第一方向の他端に引き出された第四接続電極と、を備え、
    前記第三接続電極は、前記第二方向の一端側に位置し、前記第四接続電極は、前記第二方向の他端側に位置する
    ことを特徴とする圧電デバイス。
  3. 第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を有し、前記第一面に設けられた凹状開口部、及び前記凹状開口部を囲う支持部を有する素子基板と、
    前記凹状開口部の前記第二面に設けられた圧電体と、
    前記圧電体に接続され、前記圧電体から前記支持部の前記第二面に引き出された複数の接続電極と、
    前記素子基板の前記第二面側に接合される補強板と、
    前記補強板の前記支持部に対向する位置に設けられ、前記補強板を厚み方向に貫通し、前記複数の接続電極のそれぞれに対して接続される複数の貫通電極と、を備え、
    前記凹状開口部及び前記圧電体により素子部が構成され、
    前記素子部は、前記第一面及び前記第二面の法線方向から見た平面視において、第一方向及び前記第一方向に交差する第二方向に沿ってアレイ状に配置され、
    複数の前記素子部のうちの第一の素子部に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第一方向に沿って引き出され、
    前記第一の素子部に隣り合う第二の素子部に接続される前記接続電極は、前記圧電体から前記第二方向に沿って引き出される
    ことを特徴とする圧電デバイス。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイスと、
    前記貫通電極のそれぞれに対して独立して信号を入出力する入出力回路と、を備える
    ことを特徴とする圧電モジュール。
  5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイスと、
    前記貫通電極のそれぞれに対して独立して信号を入出力する入出力回路と、
    前記圧電体を制御する制御部と、を備える
    ことを特徴とする電子機器。
  6. 請求項５に記載の電子機器において、
    前記制御部は、前記圧電体を駆動させて超音波を送信させる超音波送信処理、及び前記素子部で超音波を受信する超音波受信処理を実施し、前記超音波の送受信タイミングに基づいて被測定物を測定する
    ことを特徴とする電子機器。
JP2015234291A 2015-11-30 2015-11-30 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器 Active JP6617536B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015234291A JP6617536B2 (ja) 2015-11-30 2015-11-30 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器
US15/350,491 US10424720B2 (en) 2015-11-30 2016-11-14 Piezoelectric device, piezoelectric module, and electronic apparatus
CN201611052699.1A CN106913356B (zh) 2015-11-30 2016-11-24 压电器件、压电模块以及电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015234291A JP6617536B2 (ja) 2015-11-30 2015-11-30 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017099566A JP2017099566A (ja) 2017-06-08
JP6617536B2 true JP6617536B2 (ja) 2019-12-11

Family

ID=58777307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015234291A Active JP6617536B2 (ja) 2015-11-30 2015-11-30 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10424720B2 (ja)
JP (1) JP6617536B2 (ja)
CN (1) CN106913356B (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6623596B2 (ja) * 2015-07-24 2019-12-25 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス、超音波モジュール、電子機器、及び超音波測定装置
US10903414B2 (en) * 2016-05-24 2021-01-26 Dr. Hielscher Gmbh Device and method for generating an oscillatory motion
CN109256366A (zh) * 2017-07-13 2019-01-22 中芯国际集成电路制造（天津）有限公司 封装方法及封装结构
CN109472182B (zh) * 2017-09-08 2020-09-22 茂丞科技(深圳)有限公司 晶圆级超声波芯片规模制造及封装方法
WO2019234854A1 (ja) * 2018-06-06 2019-12-12 サンコール株式会社 超音波トランスデューサー及びその製造方法
JP7124669B2 (ja) * 2018-11-22 2022-08-24 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイスおよび電子機器
JP6552149B1 (ja) * 2019-02-18 2019-07-31 サンコール株式会社 超音波トランスデューサー及びその製造方法
JP6598417B1 (ja) * 2019-03-29 2019-10-30 サンコール株式会社 超音波トランスデューサー及びその製造方法
JP2021006139A (ja) * 2019-06-28 2021-01-21 フジキンソフト株式会社 超音波画像診断装置
JP7487473B2 (ja) * 2019-12-26 2024-05-21 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイス、及びｍｅｍｓデバイス
EP4099718A4 (en) * 2020-01-30 2024-02-14 Suncall Corporation ELECTROSTATIC TRANSDUCER AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF
JP7517012B2 (ja) * 2020-09-16 2024-07-17 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス
JP7750049B2 (ja) * 2021-11-19 2025-10-07 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイス
JPWO2023181309A1 (ja) * 2022-03-24 2023-09-28

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0847093A1 (en) * 1995-08-25 1998-06-10 Mitsui Chemicals, Inc. Piezoelectric oscillator component, structure for supporting piezoelectric oscillator and method of mounting piezoelectric oscillator
EP0851260A3 (en) * 1996-12-16 1998-09-09 Ngk Insulators, Ltd. Display device
US20030025442A1 (en) * 2000-03-27 2003-02-06 Ngk Insulators, Ltd. Display device and method for producing the same
JP2002258179A (ja) * 2000-12-27 2002-09-11 Ngk Insulators Ltd 反射型表示装置
US20030043449A1 (en) * 2001-09-03 2003-03-06 Ngk Insulators, Ltd. Display device and method for producing the same
US7309948B2 (en) 2001-12-05 2007-12-18 Fujifilm Corporation Ultrasonic transducer and method of manufacturing the same
JP3985866B2 (ja) 2001-12-05 2007-10-03 富士フイルム株式会社 超音波トランスジューサ及びその製造方法
JP4529427B2 (ja) * 2003-12-01 2010-08-25 Ｔｄｋ株式会社 積層型圧電素子
JP4271252B2 (ja) 2006-10-12 2009-06-03 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 超音波振動子セル、超音波振動子エレメント、超音波振動子アレイ及び超音波診断装置
US7834522B2 (en) * 2007-08-03 2010-11-16 Mr Holdings (Hk) Limited Diagnostic ultrasound transducer
CN102026581A (zh) 2008-05-15 2011-04-20 株式会社日立医疗器械 超声波探头及其制造方法和超声波诊断装置
JP5669443B2 (ja) * 2010-05-31 2015-02-12 キヤノン株式会社 振動体とその製造方法及び振動波アクチュエータ
JP5560928B2 (ja) 2010-06-10 2014-07-30 コニカミノルタ株式会社 超音波探触子および超音波診断装置
JP5553700B2 (ja) * 2010-07-15 2014-07-16 セイコーインスツル株式会社 パッケージの製造方法
WO2012050016A1 (ja) * 2010-10-15 2012-04-19 株式会社村田製作所 弾性表面波装置
JP5754145B2 (ja) 2011-01-25 2015-07-29 セイコーエプソン株式会社 超音波センサーおよび電子機器
JP5780857B2 (ja) * 2011-07-04 2015-09-16 オリンパス株式会社 超音波ユニットおよび超音波内視鏡
JP5962018B2 (ja) * 2012-01-11 2016-08-03 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサー、超音波プローブ、診断機器および電子機器
JP6078994B2 (ja) * 2012-06-13 2017-02-15 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサー素子ユニットおよびプローブおよびプローブヘッド並びに電子機器および超音波診断装置
JP6135088B2 (ja) * 2012-10-12 2017-05-31 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
JP6102622B2 (ja) * 2013-08-07 2017-03-29 コニカミノルタ株式会社 超音波探触子

Also Published As

Publication number Publication date
CN106913356B (zh) 2021-01-08
US10424720B2 (en) 2019-09-24
JP2017099566A (ja) 2017-06-08
CN106913356A (zh) 2017-07-04
US20170155029A1 (en) 2017-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6617536B2 (ja) 圧電デバイス、圧電モジュール及び電子機器
JP6623596B2 (ja) 超音波デバイス、超音波モジュール、電子機器、及び超音波測定装置
JP6597026B2 (ja) 超音波デバイス及び超音波モジュール
JP6610058B2 (ja) 超音波デバイス、及び電子機器
CN103720486B (zh) 超声波转换器装置、探测头、超声波探测器及电子设备
JP6601190B2 (ja) 圧電モジュール、超音波モジュール及び電子機器
US20180192995A1 (en) Ultrasonic device, ultrasonic probe, and ultrasonic apparatus
JP6852366B2 (ja) 超音波デバイス、及び超音波装置
CN106473772A (zh) 超声波器件、超声波模块以及超声波测量仪
CN104013420B (zh) 超声波探测器器件、头单元、探测器及超声波图像装置
CN104013421B (zh) 超声波换能器器件、头单元、探测器及超声波图像装置
JP2018133622A (ja) 超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置
JP6753293B2 (ja) 超音波デバイス及び超音波装置
JP2018114042A (ja) 超音波探触子、超音波診断装置、半導体センサ
CN106473775A (zh) 超声波器件、超声波模块及超声波测定仪
JP2017069662A (ja) 圧電素子基板、圧電モジュール、超音波モジュール、及び超音波装置
JP2015160104A (ja) 超音波デバイスユニットおよびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置
JP6834538B2 (ja) 超音波デバイス、超音波探触子、及び超音波装置
CN114504344A (zh) 压电致动器、超声波元件、超声波探针以及超声波装置
JP2018056618A (ja) 超音波デバイス、超音波プローブ、及び超音波装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181011

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190621

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190826

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191015

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6617536

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150