JP6860470B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本開示は、ｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）およびｃＰＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）等の超音波センサに関する。

超音波診断装置の超音波プローブ等に利用される超音波センサとして、所定表面から超音波の送受信を行うセンサ素子と、センサ素子の前記所定表面とは反対側に接着されている回路基板（実装基体）とを有しているものが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１では、センサ素子は、回路基板側に凹部を有している。特許文献１では、この凹部内に所定の材料が配置されてよいこと、この所定の材料による反射波を低減するために、所定の材料の厚さを波長の４分の１の奇数倍にしてよいことが開示されている。

特開２０１５−１６０１０４号公報

センサ素子と実装基体とを接着する接着層が反射波に及ぼす影響を調整できる超音波センサが提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る超音波センサは、面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、を有しており、前記接着層は、母材と、前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等である。

一例において、前記センサ素子の前記接着層と接着される部分の音響インピーダンスをＺ１とし、前記接着層の音響インピーダンスをＺ２とし、前記実装基体の前記接着層と接着される部分の音響インピーダンスをＺ３とし、前記接着層の厚さをｄとし、前記共振周波数の音波の、前記接着層内における波長をλとし、ｎを０以上の整数としたときに、
Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ２＞Ｚ１、かつ
（１／４×（２ｎ＋１）−１／１６）×λ ＜ ｄ
＜（１／４×（２ｎ＋１）＋１／１６）×λが成り立つ、または
Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２、Ｚ２＞Ｚ３＞Ｚ１、Ｚ２＞Ｚ１＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ１＞Ｚ２かつ
（１／４×２ｎ−１／１６）×λ＜ｄ＜（１／４×２ｎ＋１／１６）×λが成り立つ。

一例において、前記センサ素子は、前記振動面下に、圧電体層と、前記圧電体層に重なっている２以上の電極と、を含んでおり、前記接着層の厚さは、前記圧電体層の厚さ以上である。

一例において、前記接着層は、前記母材内に分布しており、前記複数の第１粒子の材料とは異なる材料からなり、前記複数の第１粒子よりも平均粒径が小さい複数の第２粒子をさらに有している。

一例において、前記母材の材料は樹脂であり、前記複数の第１粒子の材料は絶縁材料であり、前記複数の第２粒子の材料は金属である。

一例において、前記接着剤に含まれる複数の粒子の粒度分布には少なくとも２つの極大値が現れ、そのうちの最も粒径が大きい極大値の粒径は、前記接着層の厚さの０．７倍以上である。

一例において、前記センサ素子は、前記振動面を構成している振動層と、凹部を有しており、前記凹部の周囲部分にて前記振動層を前記振動面とは反対側から支持している素子基体と、前記素子基体の前記凹部とは反対側の面と前記接着層との間でこれらに密着しており、前記素子基体の音響インピーダンスと前記接着剤の音響インピーダンスとの間の大きさの音響インピーダンスを有している中間層と、を有している。

一例において、前記センサ素子は、前記振動面を構成している振動層と、前記振動層と前記接着層との間に位置している多孔質体層と、を有している。

上記の構成によれば、センサ素子と実装基体とを接着する接着層が反射波に及ぼす影響を調整できる。

第１実施形態に係る超音波センサの構成を示す断面図である。 図１の超音波センサの平面図である。 図３（ａ）は図１の超音波センサの接着層における粒度分布の例を示す模式図であり、図３（ｂ）は粒度分布の他の例を示す模式図である。 図４（ａ）は第２実施形態に係る超音波センサの構成を示す断面図であり、図４（ｂ）は変形例に係る中間層の一部を示す断面図である。 超音波センサの応用例としての超音波診断装置の構成を模式的に示すブロック図である。

以下、図面を参照して本開示に係る実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。また、複数の図面相互の寸法比率も必ずしも一致しない。

図面には、便宜上、直交座標系Ｄ１−Ｄ２−Ｄ３を付すことがある。なお、センサは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、実施形態の説明では、便宜上、Ｄ３軸方向の正側を上方として、上部または下部等の語を用いることがある。また、以下において平面視という場合、特に断りがない限りは、Ｄ３軸方向に見ることをいうものとする。

本実施形態の説明では、材料名を例示することがあるが、その材料名は、材料の主成分を指すものとし、適宜に添加物が含まれていてよいものとする。主成分は、例えば、その材料中の全ての原子に対する原子の比率が５０％を超える成分である。

（センサの全体構成）
図１は、実施形態に係る超音波式のセンサ１の構成を示す断面図である。図２は、センサ１の構成を示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線に対応している。

センサ１は、例えば、ｐＭＵＴとして構成されている。センサ１は、例えば、所定の波形（例えば矩形波または正弦波）で電圧が変化する電気信号が入力される。そして、センサ１は、その電気信号を当該電気信号の波形を反映した（例えば周波数を反映した）超音波に変換し、Ｄ３軸方向の正側へ発信する。また、例えば、センサ１は、Ｄ３軸方向の正側から超音波を受信し、その超音波を当該超音波の波形を反映した電気信号に変換する。なお、ここでいう超音波の発信および受信についてのＤ３軸方向の正側は、Ｄ３軸方向に平行とは限らない。

センサ１は、例えば、図１に示すように、センサ素子３と、センサ素子３が実装されている実装基体５と、センサ素子３と実装基体５とを接着している接着層７とを有している。センサ素子３は、超音波（振動）と電気信号との変換を担う。実装基体５は、例えば、センサ素子３と他の電子素子（例えばＩＣ：Integrated Circuit）または電子機器（例えばコンピュータ）との仲介を担う。

（センサ素子の全体構成）
センサ素子３は、例えば、概略、直柱状の形状を有している。すなわち、互いに平行かつ合同な上面および下面を有しているとともに、上面および下面と側面とは概ね直交している。センサ素子３の平面形状は、円形または矩形等の適宜な形状とされてよく、図示の例では矩形である。なお、センサ素子３の平面形状は、後述するように（図５参照）、他のセンサ素子３とつながって外形を特定不可能であってもよい。

センサ素子３の厚さは、適宜に設定されてよく、センサ素子３の平面視における径（例えば最大径）、または後述する振動面９ａの径（例えば最大径）よりも小さくてもよいし、同等でもよいし、大きくてもよい。一例を挙げると、センサ素子３の厚さは、５０μｍ以上６００μｍ以下である。

センサ素子３は、例えば、振動層９と、振動層９を支持している素子基体１１とを有している。

振動層９の上面のうち、一部の領域は、超音波の送信および受信を担う振動面９ａとなっている。なお、振動層９のうち、振動面９ａ下の、振動層９の厚さを有する部分（振動面９ａを上面とする部分）を振動部９ｂということがある。振動面９ａ（振動部９ｂ）は、当該振動面９ａが面する方向（Ｄ３軸方向）における振動（面外振動、屈曲振動）によって超音波を生成および送信し、また、超音波を受信したときは面外振動を生じる。

素子基体１１は、例えば、振動部９ｂの直下にキャビティ１１ｃを有している。キャビティ１１ｃによって、例えば、振動部９ｂの振動が容易化されている。別の観点では、振動層９の直下にキャビティ１１ｃが形成されることによって、振動層９のうちキャビティ１１ｃに重なる部分が振動部９ｂとなっている。

振動面９ａの形状（キャビティ１１ｃの開口形状）は適宜な形状とされてよく、図示の例では円形である。また、振動面９ａの面積（径）も適宜に設定されてよい。一例を挙げると、振動面９ａの径（円の直径または最大径）は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。

振動面９ａ（振動部９ｂ）は、その中央が振動の腹となり、外縁が振動の節となる１次モードの振動に関して、共振周波数が超音波の周波数帯に位置するように構成されている。超音波の周波数帯は、例えば、２０ｋＨｚ以上の周波数帯である。超音波の周波数の上限について、特に規定は存在しないが、例えば、上限は、５ＧＨｚである。

（振動層）
振動層９は、キャビティ１１ｃを覆っている。振動層９の面積はキャビティ１１ｃの面積よりも広く、振動層９は、キャビティ１１ｃの周囲において素子基体１１に固定されて支持されている。振動層９の厚さは適宜に設定されてよい。一例を挙げると、振動層９の厚さは、２μｍ以上２０μｍ以下である。

振動層９は、例えば、下方（素子基体１１側）から順に積層された、メンブレン１３、下部電極１５、圧電体層１７および上部電極１９を有している。

なお、特に図示しないが、振動層９は、この他、上部電極１９を覆う保護膜等を有していてもよい。別の観点では、図示の例では、振動面９ａは、上部電極１９によって構成されているが、保護膜等の他の層によって構成されていてもよい。また、振動面９ａは、外部に露出する面であってもよいし、振動面９ａの振動を阻害しない媒質（例えば流体）を介してカバーによって覆われている面であってもよい。

メンブレン１３は、例えば、一定の厚さの層状であり、その広さは振動層９の広さと同じである。メンブレン１３の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、メンブレン１３の厚さは、圧電体層１７の厚さよりも厚くてもよいし、同等でもよいし、薄くてもよい。

メンブレン１３は、例えば、絶縁材料によって形成されている。絶縁材料は、無機材料でも有機材料でもよく、より具体的には、例えば、シリコン、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）である。メンブレン１３は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。例えば、メンブレン１３は、シリコンと、その下面に重なるＳｉＯ_２とによって構成されていてもよい。

圧電体層１７は、例えば、一定の厚さの層状であり、その広さは振動層９の広さと同じである。圧電体層１７の厚さは適宜に設定されてよい。一例を挙げると、圧電体層１７の厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。

圧電体層１７は、単結晶によって構成されていてもよいし、多結晶によって構成されていてもよい。圧電体層１７の材料は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ：ＢａＴｉＯ_３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ：（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＮＢＴ：Ｎａ_０．５Ｂｉ_０．５ＴｉＯ_３）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_１−ｘ)Ｏ_３）である。上記の例示からも理解されるように、圧電体は、強誘電体であってもなくてもよいし、焦電体であってもなくてもよい。また、結晶構造は、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型等の適宜なものであってよい。

圧電体層１７の分極軸方向（単結晶の電気軸、Ｘ軸）は、圧電体層１７の厚み方向とされている。なお、圧電体層１７が多結晶体である場合において、分極は、圧電体層１７の全体に亘ってなされていてもよいし、振動部９ｂ（その全部または一部）を含む一部においてのみなされていてもよい。

下部電極１５および上部電極１９は、圧電体層１７をその厚さ方向（別の観点では分極方向）において挟んで対向している。下部電極１５および上部電極１９は、互いに同一の構成（平面形状、厚さおよび材料等）であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。

下部電極１５および上部電極１９それぞれは、例えば、一定の厚さの層状であり、平面視においてキャビティ１１ｃに重なるベタ状電極である。平面視において、各電極の外縁は、例えば、キャビティ１１ｃの外縁に概ね一致している。なお、下部電極１５および上部電極１９の少なくとも一方は、振動層９の広さと同じ広さを有していてもよい。各電極の厚さは適宜に設定されてよい。通常、各電極の厚さは、圧電体層１７およびメンブレン１３の厚さに比較して薄い。

各電極の材料は、例えば、適宜な金属とされてよい。金属は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくはクロム（Ｃｒ）またはこれらを含む合金である。各電極は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。

下部電極１５および上部電極１９によって圧電体層１７に分極の向きと同じ向きで電界が印加されると、圧電体層１７の下部電極１５および上部電極１９に挟まれた部分は、平面方向（Ｄ１軸方向およびＤ２軸方向）に縮小する。この縮小は、メンブレン１３によって規制されるから、振動部９ｂは、バイメタルのようにキャビティ１１ｃ側へ撓む（変位する）。逆に、分極の向きと逆の向きで電界が印加されると、振動部９ｂは、キャビティ１１ｃとは反対側へ撓む。

上記のような振動部９ｂの変位によって、振動部９ｂ（振動面９ａ）の周囲の媒質（例えば流体）においては圧力波が形成される。そして、所定の波形で電圧が変化する電気信号が下部電極１５および上部電極１９に入力されることによって、その電気信号の波形（例えば周波数）を反映した超音波が生成される。

なお、電気信号は、例えば、振動部９ｂをキャビティ１１ｃ側へ変位させる電圧印加と、振動部９ｂをキャビティ１１ｃとは反対側へ変位させる電圧印加とが繰り返されるものであってもよい。すなわち、電気信号は、極性（正負）が反転する（電圧（電界）の向きがＤ３軸方向において交互に入れ替わる）ものであってよい。

また、例えば、電気信号は、振動部９ｂをキャビティ１１ｃ側へ変位させる電圧印加のみ、または振動部９ｂをキャビティ１１ｃとは反対側へ変位させる電圧印加のみが繰り返されるものであってもよい。この場合、撓みと、復元力による撓みの解消との繰り返しによって、超音波が生成される。

また、電気信号の波形は適宜なものとされてよい。例えば、１つの超音波信号（エコー信号）において、波の数は適宜に設定されてよいし、また、周波数および電圧は一定であってもよいし、一定でなくてもよい。電気信号の極性が変化する場合において、正側の電圧と負側の電圧とは同一の大きさであってもよいし、異なっていてもよい。

超音波の発信について述べたが、超音波の受信は、発信時とは逆の原理によって実現される。センサ１は、例えば、超音波信号の発信を間欠的に行い、超音波信号の発信が行われていない間において超音波信号の受信を行う。これにより、センサ１は、例えば、自らが発信し、反射して帰ってきた超音波信号を受信する。

（素子基体）
素子基体１１は、例えば、キャビティ１１ｃを構成する凹部が上面（振動層９側の面）に開口している形状である。換言すれば、素子基体１１は、振動層９の広さと同等の広さの下面（振動層９とは反対側の面）を有している形状である。別の観点では、素子基体１１の下面は、平面透視において振動部９ｂに重なる領域とその周囲の領域とを有している。

既述のように、図示の例では、キャビティ１１ｃの平面形状は円形であり、また、当該平面形状は、キャビティ１１ｃの深さ方向（Ｄ３軸方向）において一定である。なお、図示の例とは異なり、キャビティ１１ｃは、凹部の開口側（図示の例では振動層９側）ほど径が大きくなっていてもよい。

素子基体１１の材料は任意であり、また、素子基体１１は、一体的に形成されていてもよいし、複数の部材が組み合わされて構成されていてもよい。例えば、素子基体１１の材料は、無機絶縁材料または有機絶縁材料である。より具体的には、例えば、素子基体１１は、シリコン（Ｓｉ）等の絶縁材料によって一体的に形成されてよい。また、例えば、素子基体１１は、シリコン等の絶縁材料によって概ね全体が一体的に形成されているとともに、上面にＳｉＯ_２等の他の絶縁材料からなる層を有していてもよい。

（実装基体）
実装基体５は、例えば、回路基板によって構成されている。回路基板は、例えば、リジッド式のプリント配線板である。実装基体５は、例えば、絶縁基体２１と、絶縁基体２１の表面上または内部に設けられた導体（例えば後述するパッド３１）とを有している。

絶縁基体２１は、例えば、概略、平板状に形成されている。絶縁基体２１は、例えば、樹脂、セラミックおよび／またはアモルファス状態の無機材料を含んで形成されている。絶縁基体２１は、単一の材料からなるものであってもよいし、基材に樹脂を含浸させた基板のように複合材料からなるものであってもよい。また、絶縁基体２１は、単層基板であってもよいし、多層基板であってもよい。

なお、絶縁基体２１の上面のうち、接着層７と接着される領域を含む少なくとも一部の領域には、接着剤との接着強度を向上させるための表面処理がなされていてもよい。また、上記一部の領域には、絶縁基体２１の絶縁材料とは異なる絶縁層または導体層が設けられていてもよい

（接着層）
接着層７は、例えば、母材２３（マトリックス）と、母材２３内に配置されている第１粒子２５および第２粒子２７とを有している。母材２３は、例えば、センサ素子３（素子基体１１）と実装基体５（例えば絶縁基体２１）との接着に直接に寄与している。第１粒子２５は、例えば、接着層７の厚さの制御に寄与している。第２粒子２７は、例えば、接着層７の種々の特性（例えば音響インピーダンス）の調整に寄与している。

なお、音響インピーダンスは、公知のように、簡便には、以下の式によって表される。
Ｚ＝ρ×ｃ＝ρ×√（Ｅ／ρ）＝√（ρ×Ｅ）
ここで、Ｚ：音響インピーダンス、ρ：媒質の密度、ｃ：媒質中の音速、Ｅ：媒質の弾性率（ヤング率）である。

（母材）
母材２３は、いわば狭義の接着剤であり、流動性を有する状態から硬化して実装基体５および素子基体１１に固着している部分である。母材２３の材料は、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。有機材料は、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂およびポリ酢酸ビニルを挙げることができる。

また、別の観点では、母材２３となる材料は、例えば、化学反応によって硬化するものであってもよいし、物理架橋によって硬化するものであってもよいし、加熱によって硬化するものであってもよいし、（加熱後に）冷却によって硬化するものであってもよい。また、母材２３となる材料は、実装基体５または素子基体１１に配された時点で流動性を有していてもよいし、当該時点においては固体であってもよい。

（第１粒子）
第１粒子２５は、接着層７となる材料が素子基体１１の下面または実装基体５の上面に配置される前から固体状態で母材２３に混入されているものである。また、第１粒子２５は、概ね、接着層７と同等の径を有している。従って、例えば、素子基体１１と実装基体５との間に接着層７となる材料が介在しており、かつ母材２３が流動性を有している状態において、第１粒子２５は、素子基体１１と実装基体５との距離を確保するスペーサとして機能する。その結果、例えば、接着層７の厚さは、第１粒子２５の径と同程度の厚さとなる。

現実には、各第１粒子２５は、完全な球体ではなく、方向によって径が異なる。また、現実には、複数の第１粒子２５間で径にばらつきが存在する。従って、複数の第１粒子２５のうち少なくとも一部の第１粒子２５において、接着層７の厚さ方向（Ｄ３軸方向）の径が接着層７の厚さと同等であればよい。

また、第１粒子２５がスペーサとして機能したとしても、硬化前に第１粒子２５の表面を濡らしていた母材２３が、硬化後まで第１粒子２５と素子基体１１または実装基体５との間に残存し得る。従って、第１粒子２５のＤ３軸方向の径が接着層７の厚さと同等といっても、実際には、接着層７の厚さよりも若干小さくてもよい。例えば、同等は、接着層７の厚さの１０％未満または５％未満の差を含んでよい。

少なくとも一部の第１粒子２５において、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さと同等であるか否かは適宜に確認可能である。例えば、接着層７のＤ３軸に平行な断面を光学式または電子式の顕微鏡を用いて撮像し、第１粒子２５のＤ３軸に平行な径を測定すればよい。このとき、Ｄ１軸方向および／またはＤ２軸方向の位置が互いに異なる複数の断面を観察してよい。

なお、撮像した断面は、第１粒子２５と素子基体１１との接触位置、および第１粒子２５と実装基体５との接触位置を通過するとは限らない。従って、例えば、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さの８０％以上または９０％以上の第１粒子２５の存在を確認できれば、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さと同等の第１粒子２５が存在するとみなしてもよい。

また、第１粒子２５の扁平率が極端に大きくなければ、接着層７の任意の方向の断面を撮像してよい。そして、例えば、第１粒子２５の最大径を測定して、当該最大径が接着層７の厚さと同等の第１粒子２５を確認できれば、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さと同等の第１粒子２５が存在するとみなしてもよい。

第１粒子２５のＤ３軸方向の径に着目したが、例えば、他の方向の径も、接着層７の厚さと同等でよい。また、例えば、第１粒子２５の粒子が球形であると仮定したときのその直径（粒径）が、接着層７の厚さと同等とされてよい。また、複数の第１粒子２５の粒径の代表値（例えば最頻値、中央値または平均値）が接着層７の厚さと同等とされてもよい。

体表値が接着層７の厚さと同等というときも既述のように１０％未満または５％未満の差があってもよい。また、複数の第１粒子２５のうち、上記の代表値よりも大きい粒径を有する第１粒子２５の方が、スペーサとしての機能が相対的に高いから、代表値は、接着層７の厚さよりも３０％未満の差で小さくてもよい。換言すれば、代表値は、接着層７の厚さの０．７倍以上とされてよい。

粒径は、例えば、粒子が母材２３に混入される前等においては、従来公知のレーザ回析散乱法によって粒径が測定されてよい。母材２３の材料および粒子の材料によっては、接着層７の母材２３（硬化後の母材２３）を溶解して粒子を取り出してレーザ回析散乱法によって粒径を測定してもよい。その他、例えば、Ｘ線マイクロＣＴ装置によって接着層７内（硬化後の母材２３内）の第１粒子２５の粒径を測定してもよい。

複数の第１粒子２５間の相違を意識して第１粒子２５の径について説明した。しかし、複数の第１粒子２５は、例えば、基本的に、互いに同一の形状および大きさで形成されることが意図されてよい。従って、製造上不可避な誤差を除いては、複数の第１粒子２５は、互いに同一の形状および大きさであってよい。

第１粒子２５の形状は、例えば、概略、球形である。この場合、例えば、母材２３に均等に分散しやすく、また、スペーサとしての機能にもばらつきが生じにくい。扁平率は、例えば、０．５以下または０．２以下である。ただし、第１粒子２５は、針状または板状のものであってもよい。

複数の第１粒子２５の接着層７における含有率（例えば体積％）は適宜に設定されてよく、特に制限はない。例えば、複数の第１粒子２５の体積の合計は、接着層７の体積の５％以上または１０％以上である。このように、ある程度の含有率が確保されることによって、例えば、複数の第１粒子２５が接着層７の全体に分布してスペーサとしての機能が確実に奏される。

第１粒子２５の材料は、無機材料であってもよいし、有機材料（例えば樹脂）であってもよく、また、絶縁材料であってもよいし、導電材料（例えば金属）であってもよい。例えば、第１粒子２５の材料としては、シリカ、アルミナ、ガラス、グラファイト、フェノール樹脂、ポリエチレンおよびタングステンを挙げることができる。第１粒子２５の材料は、母材２３の材料と異なっていてもよいし、同一であってもよい。

第１粒子２５の材料が有機材料である場合、第１粒子２５が弾性変形し易くなるため、接着層７を圧縮して第１粒子２５をある程度変形させることによって、接着層７の厚みを精度よく制御することができる。

第１粒子２５の材料の物性値は、適宜なものであってよい。物性値としては、例えば、音響インピーダンス、密度、ヤング率、熱膨張率、熱伝導率および電気抵抗率を挙げることができる。第１粒子２５のこれらの物性値のいずれかは、母材２３のものと異なっていてもよいし、同一であってもよい。別の観点では、第１粒子２５は、接着層７のこれらの物性値の調整に寄与してもよい。

例えば、母材２３の音響インピーダンスが素子基体１１の音響インピーダンスよりも低い場合において、第１粒子２５の音響インピーダンスは母材２３または素子基体１１の音響インピーダンスよりも高くてもよい。この場合、素子基体１１の音響インピーダンスと接着層７の音響インピーダンスとの差を緩和して、両者の界面における超音波の反射を抑制することができる。

（第２粒子）
第２粒子２７は、第１粒子２５と同様に、接着層７となる材料が素子基体１１の下面または実装基体５の上面に配置される前から固体状態で母材２３に混入されているものである。第２粒子２７は、例えば、母材２３と所定の物性値が異なっており、接着層７の当該所定の物性値の調整に寄与している。物性値は、例えば、第１粒子２５の説明で例示したものである。

第２粒子２７は、第１粒子２５よりも径が小さい粒子である。第２粒子２７は、例えば、その径のみによって第１粒子２５と区別されてよい。

例えば、図１では、複数の第１粒子２５の径は互いに概ね同等であり、複数の第２粒子２７の径が互いに概ね同等であり、また、第１粒子２５の径と第２粒子２７の径との差は比較的大きい。このような場合において、互いに径が異なる２種の粒子（第１粒子２５および第２粒子２７）が存在することは明らかである。

また、例えば、種々の径の複数の粒子が存在して混沌としている場合においては、所定の径以上の粒子を第１粒子２５とし、所定の径未満の粒子を第２粒子２７としてもよい。所定の径は、適宜に設定されてよいが、例えば、接着層７の厚さの１／２または３／４である。

既述のように、各粒子の径は、方向によって異なる。第１粒子２５と第２粒子２７とで上記のように径を比較するときは、例えば、Ｄ３軸方向の径を比較してもよいし、最大径を比較してもよいし、粒子が球形であると仮定したときのその直径（粒径）を比較してもよい。

例えば、Ｄ３軸に平行な断面を光学式または電子式の顕微鏡を用いて撮像する。当該断面は、各粒子において、そのＤ３軸方向の径または最大径の測定に適した断面とは限らない。ただし、複数の粒子が互いに密集している（互いに当接しているように見える）領域においては、概ね、Ｄ３軸方向の径または最大径の測定に適した断面が撮像されていると考えられてよく、ひいては、第２粒子２７の存在を確認できる。

また、例えば、第１粒子２５の粒径の測定方法で述べたように、レーザ回析散乱法またはＸ線マイクロＣＴ装置が用いられてもよい。第２粒子２７の径によっては、Ｘ線小角散乱法によって、母材２３への混入前の第２粒子２７または硬化した母材２３内の第２粒子２７の粒径が測定されてもよい。

上記のように径のみによって第１粒子２５と第２粒子２７とを区別する場合、第１粒子２５および第２粒子２７は互いに同一の材料によって構成されていてもよいし、互いに異なる材料によって構成されていてもよい。また、複数の第１粒子２５に互いに材料が異なるものが含まれ、および／または複数の第２粒子２７に互いに材料が異なるものが含まれていてもよい。

第２粒子２７は、第１粒子２５の材料とは異なる材料によって構成され、これにより、第１粒子２５と区別されてもよい。ただし、この場合でも、少なくとも一部の第１粒子２５は、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さと同等である。また、複数の第２粒子２７は、例えば、少なくとも一部において、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さよりも小さい。なお、複数の第２粒子２７は、Ｄ３軸方向の径が接着層７の厚さと同等のものを含んでいてもよい。

第２粒子２７の形状は、例えば、概略、球形である。ただし、第２粒子２７は、針状または板状のものであってもよい。また、複数の第２粒子２７の接着層７における含有率（例えば体積％）は、第２粒子２７を接着層７に混入する目的に応じて（物性値の所望の調整量が得られるように）適宜に設定されてよい。例えば、複数の第２粒子２７の体積の合計は、接着層７の体積の５％以上または１０％以上である。また、複数の第２粒子２７は、可能な限り母材２３に密に充填されてもよい。例えば、複数の第２粒子２７は、接着層７の８０体積％または９０体積％を占めてもよい。

第２粒子２７の材料は、第２粒子２７を混入する目的に応じて適宜に選択されてよい。第２粒子２７は、第１粒子２５と同様に、無機材料であってもよいし、有機材料（例えば樹脂）であってもよく、また、絶縁材料であってもよいし、導電材料（例えば金属）であってもよい。具体的な材料としては、第１粒子２５の材料の具体例として挙げたものを例示することができる。

ただし、第２粒子２７は、第１粒子２５とは異なり、何らかの物性値が母材２３とは異なる材料である。例えば、母材２３の音響インピーダンスは素子基体１１の音響インピーダンスよりも低く、第２粒子２７の音響インピーダンスは母材２３または素子基体１１の音響インピーダンスよりも高い。この場合、素子基体１１の音響インピーダンスと接着層７の音響インピーダンスとの差を緩和して、両者の界面における超音波の反射を抑制することができる。

第１粒子２５の材料が有機材料であり、第２粒子２７の材料が金属である場合、大きな第１粒子２５よりも小さな第２粒子２７の方が超音波を乱反射させ易くなる。その結果、超音波を接着層７内で散乱させることができ、超音波を減衰させることができる。

（接着層７の厚さ）
接着層７の厚さ（別の観点では第１粒子２５の径）は、適宜に設定されてよい。例えば、接着層７の厚さは、圧電体層１７の厚さ、振動層９の厚さまたは素子基体１１の厚さよりも厚くされてもよい。接着層７を比較的厚くすることによって、例えば、振動部９ｂから接着層７に入射した音波を接着層７で減衰させることが容易になる。その結果、例えば、接着層７と実装基体５との界面で反射した音波が振動部９ｂに戻って振動部９ｂの振動に影響を及ぼすおそれが低減される。

また、例えば、接着層７の厚さは、振動部９ｂの振動によって生成される超音波（別の観点では振動部９ｂの共振周波数の音波）の、接着層７内における波長をλとしたときに、λ／４の整数倍と同等とされてもよい。この場合、例えば、振動部９ｂで生成され、素子基体１１と接着層７との界面（界面Ｓ１とする。）で反射する反射波と、振動部９ｂで生成され、接着層７と実装基体５との界面（界面Ｓ２とする。）で反射する反射波とを、その少なくとも一部について互いに打ち消し合わせることができる。より具体的には、以下のとおりである。

界面Ｓ１と界面Ｓ２との距離（接着層７の厚さ）をｄとする。このとき、界面Ｓ１を通過した通過波が界面Ｓ２で反射して界面Ｓ１に戻ってくるまでの間において、界面Ｓ１に入射する入射波の位相は、２π／λ×２ｄで進んでいる。

ここで、音波が第１媒質を進んで第２媒質に到達する場合を考える。この場合、第１媒質の音響インピーダンス（Ｚａする。）が、第２媒質の音響インピーダンス（Ｚｂとする）と異なることにより、第１媒質と第２媒質との界面で反射波が生じる。第１媒質を第２媒質へ向かって進んだ入射波と、界面を通過して第２媒質を進む通過波との位相は、ＺａおよびＺｂの大小関係によらず、同一である。Ｚａ＜Ｚｂの場合、反射波の位相は入射波の位相と同じである。一方、Ｚａ＞Ｚｂの場合、反射波の位相は入射波の位相に対して反転する（πずれる。）。

従って、界面Ｓ１および界面Ｓ２の双方において、位相が反転しない、または反転する場合においては、接着層７の厚さｄは、λ／４の奇数倍とされてよい。換言すれば、ｎを０以上の整数とすれば、ｄ＝λ／４×（２ｎ＋１）とされてよい。この場合、界面Ｓ１で反射する反射波と、界面Ｓ２で反射して界面Ｓ１に到達した反射波とは、互いに位相が反転しており、互いに打ち消し合う。

また、上記以外の場合、すなわち、界面Ｓ１および界面Ｓ２の一方のみにおいて位相が反転する場合においては、接着層７の厚さｄは、λ／４の偶数倍とされてよい。換言すれば、ｄ＝λ／４×２ｎとされてよい。この場合も、界面Ｓ１で反射する反射波と、界面Ｓ２で反射して界面Ｓ１に到達した反射波とは、互いに位相が反転しており、互いに打ち消し合う。

音響インピーダンスと界面Ｓ１およびＳ２における反射波の位相の変化との組み合わせは、具体的には、以下のとおりである。センサ素子３の接着層７と接着される部分（素子基体１１）の音響インピーダンスをＺ１とする。接着層７の音響インピーダンスをＺ２とする。実装基体５の接着層７と接着される部分（絶縁基体２１）の音響インピーダンスをＺ３とする。このとき、Ｚ３＞Ｚ２＞Ｚ１の場合は、界面Ｓ１およびＳ２の双方において位相の反転は生じない。また、Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３の場合は、界面Ｓ１およびＳ２の双方において位相の反転が生じる。それ以外の場合（Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２、Ｚ２＞Ｚ３＞Ｚ１、Ｚ２＞Ｚ１＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ１＞Ｚ２）の場合は、界面Ｓ１およびＳ２の一方のみにおいて位相の反転が生じる。

接着層７の厚さｄが正確にλ／４の整数倍でなくても、上記の２種の反射波同士が打ち消し合う効果が奏される。例えば、２種の反射波は、１／４×πまたは３／４×πで位相がずれているとき、互いに強め合う部分と互いに打ち消し合う部分とが同程度であり、平均的には強め合う効果も打ち消し合う効果も生じない。従って、例えば、２種の反射波の位相のずれは、３／８×π以上５／８×π以下であってもよい。すなわち、距離に換算すれば、２種の反射波の位相のずれは、３／１６×λ以上５／１６×λ以下であってもよい。界面Ｓ１と界面Ｓ２との往復距離２ｄが上記の範囲にあればよいから、厚さｄは、λ／４（＝４／１６×λ）の整数倍に対して、±１／１６λの範囲内としてよい。

式によってまとめると、以下が満たされるようにしてよい。
Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ２＞Ｚ１の場合は、
（１／４×（２ｎ＋１）−１／１６）×λ ＜ ｄ
＜（１／４×（２ｎ＋１）＋１／１６）×λ
また、Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２、Ｚ２＞Ｚ３＞Ｚ１、Ｚ２＞Ｚ１＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ１＞Ｚ２の場合は、
（１／４×２ｎ−１／１６）×λ＜ｄ＜（１／４×２ｎ＋１／１６）×λ

なお、接着層７の音響インピーダンスＺ２は、例えば、接着層７の全体（母材２３、第１粒子２５および第２粒子２７）の平均的な値とされてよい。または、音響インピーダンスＺ２は、接着層７の界面（Ｓ１および／またはＳ２）付近の値とされてよい。音響インピーダンスＺ２は、母材２３、第１粒子２５および第２粒子２７の物性値および体積割合等から理論的に導かれてもよいし、測定されてもよい。測定方法は、近接法、反射法および比較法等、種々のものが採用されてよい。

また、接着層７内における波長λは、例えば、接着層７の全体（母材２３、第１粒子２５および第２粒子２７）の平均的な値とされてよい。当該波長は、母材２３、第１粒子２５および第２粒子２７の物性値および体積割合等から理論的に導かれてもよいし、測定されてもよい。例えば、接着層７または接着層７と同じ材料からなる試料を音波が通過する時間と距離とから接着層７内の音速を求め、その音速と振動部９ｂで発生させた超音波の周波数とから波長が求められてよい。

（センサ素子と実装基体との電気的接続）
センサ素子３と実装基体５との電気的接続は適宜になされてよい。図２に示す例では、下部電極１５および上部電極１９に接続されている１対の引出電極２９と、実装基体５に設けられている１対のパッド３１とが１対のボンディングワイヤ３３によって接続されている。

これらの構成も適宜なものとされてよい。図示の例では、下部電極１５に接続されている引出電極２９は、圧電体層１７下にて下部電極１５から延びている配線パターン（符号省略）と、当該配線パターンと接続されており、圧電体層１７を貫通している貫通導体（符号省略）とを有している。上部電極１９に接続されている引出電極２９は、圧電体層１７上にて上部電極１９から延びている配線パターンを有している。１対のパッド３１は、絶縁基体２１の上面に位置している導体層によって構成されている。

（送信部および受信部）
図２では、センサ素子３に電気信号を出力する送信部５１およびセンサ１からの電気信号が入力される受信部５３も模式的に示されている。送信部５１および／または受信部５３は、センサ１の一部と捉えられてもよいし、センサ１と接続されている外部の機器と捉えられてもよい。

送信部５１および／または受信部５３は、例えば、１対のパッド３１を介して下部電極１５および上部電極１９に接続されている。送信部５１および／または受信部５３は、実装基体５に実装されている電子部品（例えばＩＣ）によって構成されていてもよいし、実装基体５とは別個に設けられている電子部品によって構成されていてもよい。１対のパッド３１と送信部５１および／または受信部５３とを接続する配線は、例えば、その少なくとも一部が絶縁基体２１の表面上および／または内部の導体によって構成されている。

送信部５１は、便宜的に電源を示す記号により示されているように、例えば、商業電源を適宜な波形の電圧の信号に変換して出力する電源回路を含んで構成されている。そして、送信部５１は、発生させたい超音波の波形に相当する波形の電気信号を下部電極１５および上部電極１９に印加する。なお、電気信号の周波数は、例えば、振動部９ｂの共振周波数と概ね同等であり、振動部９ｂは、概ねその共振周波数において振動する。そして、上記の共振周波数付近において音圧が最も高くなる超音波が生成される。

受信部５３は、便宜的に増幅器を示す記号により示されているように、例えば、入力された電気信号を増幅して出力するアンプを含んで構成されている。アンプは、例えば、電圧アンプであってもよいし、チャージアンプであってもよい。超音波が振動部９ｂに入力されると、振動部９ｂは振動して電気信号を生成する。このとき、振動部９ｂの振動は、共振周波数付近の周波数を有する超音波の影響を最も受ける。受信部５３は、振動部９ｂにおいて生じた電気信号を増幅して出力する。

なお、特に図示しないが、センサ１またはセンサ１の外部には、送信部５１からセンサ素子３への電気信号の送信タイミングと、受信部５３によるセンサ素子３からの電気信号の受信タイミングとを、前者が後者の後に到来するように適宜に制御する制御部が設けられていてよい。

（粒度分布の例）
図３（ａ）は、接着層７における粒度分布の例を示す模式図である。この図において、横軸Ｄは、接着層７に含まれる粒子の粒径を示しており、紙面右側ほど粒径が大きい。縦軸Ｆは、粒径の度数を示しており、紙面上方ほど度数が高い。

接着層７の粒度分布においては、例えば、２以上（図示の例では２つ）の極大値が現れる。粒径が大きい極大値は、第１粒子２５に対応しており、粒径が小さい極大値は、第２粒子２７に対応している。また、２種の粒子に対応する２つの山は、その裾野が互いに重なっていない。このような場合は、例えば、既述のように第１粒子２５と第２粒子２７とをその径のみから区別可能である。

第１粒子２５に対応する極大値の粒径Ｄ１は、適宜に設定されてよい。ここで、既述のように、厚さｄは、λ／４の整数倍とされてよく、これに対して１／１６λのずれがあってもよい。（１／１６×λ）／（１／４×λ）は、０．２５である。また、第１粒子２５のうち粒径が大きいほど、スペーサとして機能しやすい。従って、例えば、第１粒子２５の最頻値となる粒径Ｄ１が、接着層７の厚さｄの０．７倍以上であれば、接着層７の厚さの調整を有効に行うことができる。

図３（ｂ）は、接着層７における粒度分布の他の例を示す模式図であり、図３（ａ）と同様の図である。

この図においては、第１粒子２５の粒度分布を示す山と、第２粒子２７の粒度分布を示す山とは、裾野が互いに重なっている。このような場合、例えば、既述のように、所定の粒径を基準として、第１粒子２５と第２粒子２７とを区別してもよい。また、例えば、第１粒子２５と第２粒子２７とで材料が異なる場合は、その材料によって両者を区別してもよい。

なお、図３（ａ）および図３（ｂ）のいずれにおいても、複数の第２粒子２７の粒径の平均値（平均粒径）は、複数の第１粒子２５の平均粒径よりも小さい。

特に図示しないが、図３（ａ）および図３（ｂ）の例とは異なり、粒度分布を示す山は、１つまたは３つ以上現れてもよい。この場合も、図３（ｂ）の例と同様に、第１粒子２５および第２粒子２７を区別可能である。

図３（ａ）および図３（ｂ）のような粒度分布は、例えば、粒子が母材２３に混入される前等においては、従来公知のレーザ回析散乱法によって測定されてよい。母材２３の材料および粒子の材料によっては、接着層７の母材２３を溶解して粒子を取り出してレーザ回析散乱法によって粒度分布が測定してもよい。その他、例えば、Ｘ線マイクロＣＴ装置によって接着層７内（硬化後の母材２３内）の粒度分布が測定されてもよい。

（センサの製造方法）
センサの製造方法において、センサ素子３および実装基体５それぞれの製造方法は、公知の種々の製造方法と同様とされてよい。例えば、センサ素子３は、素子基体１１となるウェハに対して薄膜形成およびパターニングの工程を繰り返して、メンブレン１３、下部電極１５、圧電体層１７および上部電極１９を形成することによって作製される。実装基体５は、公知の回路基板と同様に作製される。

接着層７となる材料の製造方法も、第１粒子２５および第２粒子２７の粒径を始めとした各種の具体的な設定を除いては、他の用途に利用されている、フィラーを含んだ接着剤についての公知の種々の製造方法と同様とされてよい。また、他の用途の公知のフィラーは、例えば、無機材料または有機材料によって、また、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の種々の径で作製されており、本実施形態の第１粒子２５および第２粒子２７に適用可能である。

センサ素子３と実装基体５とを接着する工程においては、例えば、まず、センサ素子３の下面および実装基体５の上面の一方に接着層７となる材料を配置する。当該配置は、印刷法またはディスペンサ法など、公知の適宜な手法によってなされてよい。そして、センサ素子３と実装基体５とを対向させ、両者を互いに近接させる方向に加圧する。これにより、接着層７となる材料は、第１粒子２５の径と同等の厚さになるまでつぶされる。ひいては、第１粒子２５の径と同等の厚さを有する接着層７が形成される。

なお、母材２３が熱硬化性樹脂等の加熱処理によって硬化する、または硬化が促進されるものである場合においては、加圧と同時に加熱を行ってもよい。加圧および／または加熱のための冶具および装置等は、公知の種々の加圧および／または加熱のためのものを適用してよい。

以上のとおり、本実施形態では、センサ１は、センサ素子３と、実装基体５と、接着層７とを有している。センサ素子３は、面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面９ａを有している。実装基体５は、センサ素子３に対して振動面９ａとは反対側に位置している。接着層７は、センサ素子３と実装基体５との間でこれらに密着している。また、接着層７は、母材２３と、母材２３内に分布している複数の第１粒子２５と、を有している。複数の第１粒子２５の少なくとも一部は、接着層７の厚さ方向（Ｄ３軸方向）の径が接着層７の厚さと同等である。

従って、例えば、接着層７の厚さは、既に述べたように、第１粒子２５の径によって規定されている。その結果、例えば、接着層７の厚さを比較的大きくして、界面Ｓ１を通過した音波の接着層７における減衰量を大きくすることができる。例えば、接着層７の厚さを圧電体層１７の厚さ以上とすることもできる。また、例えば、接着層７の厚さをλ／４の整数倍として反射波同士を打ち消し合わせることができる。これらの作用によって、例えば、実装基体５側からの反射波が検出精度に及ぼす影響を低減できる。そのような接着層７の厚さの規定を第１粒子２５によって行うことから、第１粒子２５によって接着層７の物性値を調整することとすれば、部材点数の増加が低減される。

また、本実施形態では、接着層７は、母材２３内に分布しており、複数の第１粒子２５の材料とは異なる材料からなり、複数の第１粒子２５よりも平均粒径が小さい複数の第２粒子２７をさらに有している。

従って、例えば、２種の粒子によって接着層７の物性値を調整することができる。その結果、例えば、音響インピーダンス等の特定の物性値を１種の粒子によって調整する場合に比較して、当該物性値をより細かく調整することができる。

なお、上記とは逆に、第２粒子２７の材料を第１粒子２５の材料と同一の材料によって構成した場合においては、例えば、径が相対的に小さい第２粒子２７によって、第１粒子２５の材料と同等の材料を接着層７の隅々まで均等に分布させることができ、ひいては、接着層７の物性値を接着層７の隅々まで均等にすることができる。

また、本実施形態では、例えば、母材２３の材料は樹脂であり、複数の第１粒子２５の材料は絶縁材料であり、複数の第２粒子２７の材料は金属である。

この場合、例えば、音響インピーダンスが比較的低い樹脂からなる母材２３に、音響インピーダンスが比較的高い金属からなる複数の第２粒子２７が充填されていることによって、一般に音響インピーダンスが樹脂よりも高い素子基体１１と、接着層７との音響インピーダンスの差を緩和できる。一方で、例えば、絶縁材料からなり、径が比較的大きい第１粒子２５によって、金属からなる複数の第２粒子２７間の電気的接続を接着層７の厚みに亘って分断できることから、渦電流等の発生を抑制することができる。

（第２実施形態）
図４（ａ）は、第２実施形態に係るセンサ２０１の構成を示す断面図であり、図１に相当している。

センサ２０１は、センサ素子２０３が素子基体１１と接着層７との間に中間層４１を有している点のみが第１実施形態のセンサ１と相違する。ただし、中間層４１の存在を考慮して、素子基体１１および／または接着層７の具体的な物性値および／または寸法は適宜に調整されてよい。

中間層４１の音響インピーダンス（Ｚ４とする。）は、素子基体１１の音響インピーダンス（Ｚ１とする。）と、接着層７の音響インピーダンス（Ｚ２とする。）との間の大きさとされている。すなわち、Ｚ１＜Ｚ４＜Ｚ２またはＺ１＞Ｚ４＞Ｚ２である。これにより、例えば、素子基体１１と接着層７とが直接に密着して構成されている場合に比較して、界面の前後の音響インピーダンスの差を低減することができる。ひいては、反射波を低減することができる。

上記における接着層７の音響インピーダンスＺ２は、例えば、第１実施形態と同様に、接着層７の全体の音響インピーダンスの平均値または接着層７の界面付近の音響インピーダンスとされてよく、また、理論値であっても計測値であってもよい。

中間層４１の音響インピーダンスＺ４は、より具体的には、例えば、Ｚ１とＺ２との中間値（Ｚｍ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２）に近い値とされている。例えば、Ｚ１とＺ２との差をΔＺ（＝｜Ｚ２−Ｚ１｜）としたときに、
Ｚｍ−ΔＺ／４＜Ｚ４＜Ｚｍ＋ΔＺ／４
とされてよい。

上記のように、Ｚ１とＺ２との間にＺ４が位置する関係を満たす、素子基体１１、中間層４１および接着層７の材料の組み合わせは種々可能である。一例を挙げると、素子基体１１の材料はＳｉであり、中間層４１の材料はＳｉＯ_２であり、接着層７の母材２３の材料は、樹脂（例えばエポキシ樹脂）である。ただし、接着層７のＺ２は、例えば、第１粒子２５および第２粒子２７によって母材２３の音響インピーダンスよりも高くされている。

中間層４１は、例えば、素子基体１１の下面の全面に亘っている。また、中間層４１の厚さは、適宜に設定されてよく、例えば、接着層７、素子基体１１または振動層９よりも薄くてもよいし、同等でもよいし、厚くてもよい。一例を挙げると、中間層４１の厚さは、２０μｍ以上５００μｍ以下である。

また、中間層４１の厚さは、接着層７と同様に、振動部９ｂの共振周波数を有する音波の中間層４１内における波長に対して１／４の整数倍であってもよい。この１／４の整数倍とすることに関しては、接着層７の厚さの説明を、接着層７を中間層４１に置き換え、実装基体５を接着層７に置き換え、中間層４１の厚さに適用してよい。

（変形例）
図４（ｂ）は、変形例に係る中間層４１の一部を示す断面図である。

この変形例では、中間層４１は、複数の気孔４３（ボイド、ポア）が形成されている。換言すれば、中間層４１は、多孔質体（ポーラス）によって構成されている。

従って、例えば、複数の気孔４３の総体積が接着層７の体積に占める割合（気孔率）等の調整によって中間層４１の音響インピーダンスを調整することができる。また、例えば、複数の気孔４３によって中間層４１を通過する超音波を散乱させて、接着層７で反射する反射波がセンサ素子３に及ぼす影響を低減することができる。なお、上記から理解されるように、気孔率は、音響インピーダンスの調整量等に応じて適宜に設定されてよい。

複数の気孔４３は、図示の例のように大部分が互いに離れていてもよいし、図示の例とは異なり、大部分が互いにつながっていてもよい。なお、ここでいう大部分は、例えば、複数の気孔４３の体積の合計の８割以上である。また、複数の気孔４３は、規則的に配列されていてもよいし、不規則に分布していてもよい。複数の気孔４３の形状は適宜なものであってよい。図示の例では、気孔４３の形状は、概略球形である。

複数の気孔４３の径は、例えば、中間層４１の厚さよりも小さく、気孔４３は、中間層４１を厚さ方向に貫通する貫通孔を構成してはいない。ただし、複数の気孔４３が互いにつながって、結果として、中間層４１の上下を連通する空洞が形成されることはあり得る。ここでいう気孔４３の径は、例えば、最大径または気孔４３が球形であると仮定したときの直径に相当する径である（以下、同様。）。気孔４３の径の具体的な値は、適宜に設定されてよい。一例を挙げると、気孔４３の径は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である。また、複数の気孔４３は、径が概ね同等であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

気孔４３内は真空であってもよいし、ガスが充填されていてもよい。換言すれば、気孔４３内の圧力は、大気圧よりも高くてもよいし、大気圧と同等でもよいし、大気圧よりも低くてもよい（真空であってもよい）。ガスは、例えば、空気または窒素である。

複数の気孔４３を有する中間層４１においても、その材料は、無機材料でもよいし、有機材料でもよい。気孔を有する無機材料としては、例えば、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）絶縁膜に利用されている多孔質シリカ膜等が公知である。また、気孔を有する有機材料も、発泡性樹脂の名称で知られている。

（応用例）
図５は、センサ１の応用例としての超音波診断装置１０１の構成を模式的に示すブロック図である。

超音波診断装置１０１は、例えば、患者に当接されるプローブ１０３と、プローブ１０３に接続されている可撓性のケーブル１０５と、ケーブル１０５を介してプローブ１０３に接続されている装置本体１０７とを備えている。

プローブ１０３は、例えば、平面状に配列された複数のセンサ素子３と、複数のセンサ素子３に共通に接着された実装基体５とを有している。すなわち、複数のセンサ１によってセンサ１０９が構成されている。

複数のセンサ素子３は、互いに分離されていてもよいし、少なくとも一部が互いに一体的に形成されていてもよい。例えば、素子基体１１および圧電体層１７は、複数のセンサ素子３に亘って一体的に形成されていてよい。また、下部電極１５および上部電極１９の少なくとも一方も、複数のセンサ素子３に亘って一体的に形成されてよい。

複数のセンサ素子３は、互いに同一の電気信号が入力されるものであってもよいし、互いに異なる電気信号（例えば、電子式走査のための、位相が若干ずれた電気信号）が入力されるものであってもよい。後者の場合においては、例えば、下部電極１５には複数のセンサ１に共通の電位が付与され、上部電極１９に複数のセンサ素子３で別個の電位が付与されてよい。

なお、特に図示しないが、複数のセンサ素子３は、素子基体１１となるウェハに対する加工処理によって同時形成されてよい。そして、そのウェハ状の複数のセンサ素子３と、実装基体５とが接着層７によって接着されてよい。

装置本体１０７は、例えば、ユーザ（例えば医師または技師）の操作を受け付ける入力部１１１と、入力部１１１からの信号に基づいて送信部５１を制御する制御部１１３とを有している。なお、送信部５１については既に述べたとおりである。また、装置本体１０７は、既に説明した受信部５３からの信号および制御部１１３からの信号に基づいて画像処理を行う画像処理部１１５と、画像処理部１１５からの信号に基づいて画像を表示する表示部１１７とを備えている。

上記のような構成を備えていることにより、超音波診断装置１０１は、患者の断層画像を表示部１１７に表示することができる。なお、送信部５１および受信部５３の一部（例えば増幅器）は、プローブ１０３に設けられていてもよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

センサ素子は、超音波の送信および／または受信に供される振動面を有する種々の態様のセンサ素子とされてよい。

例えば、センサ素子は、圧電式のもの（ｐＭＵＴ等）ではなく、静電式のもの（ｃＭＵＴ等）であってもよい。

また、例えば、センサ素子は、圧電体層をその厚み方向に挟んでいる１対の電極を有するものに限定されず、圧電体層の一方の主面に１対の電極を有するものであってもよいし、そのような１対の電極を圧電体層の両主面に有しているものであってもよいし、電位が互いに異なる３種以上の電極を有しているものであってもよい。

また、例えば、センサ素子は、互いに分離された複数の領域を含む圧電体層を有していたり、互いに分極方向が異なる複数の領域を含む圧電体層を有していたりしてもよい。実施形態では、センサ素子は、１層の圧電体層を有した。センサ素子は、分極の向きが厚み方向の互いに逆向きとなるように貼り合わされた２層の圧電体層を有し、メンブレン１３に相当する部材を有していないものであってもよい。

また、センサ素子は、超音波を送信および／または受信する表面の内側にキャビティを有するものに限定されない。例えば、圧電体層に対して下面側に重なる弾性体層が設けられ、この弾性体層が実装基体に支持される構成であってもよい。

実施形態では、電極層および圧電体層は、メンブレンに対してキャビティとは反対側に重ねられたが、キャビティ側に重ねることも可能である。また、実施形態では、素子基体１１の上面に凹部が形成されることによってキャビティ１１ｃが構成された。ただし、素子基体に貫通孔を形成したり、素子基体の下面に凹部を形成したりすることによってキャビティが構成されてもよい。メンブレンは、素子基体と同一材料からなり、素子基体と一体的に形成されていてもよい。電極がメンブレンとして機能してもよい。

実施形態では、振動面９ａ（振動部９ｂ）は、超音波の送信と超音波の受信とに兼用された。ただし、送信用の振動面９ａと、受信用の振動面９ａとが設けられていてもよい。

接着層は、第２粒子を有していなくてもよい。また、逆に、第１粒子および第２粒子とは異なる他の粒子を有していてもよい。

なお、第２実施形態からは、第１粒子の存在を問わない、以下の概念を抽出可能である。

（第１概念）
面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
を有しており、
前記センサ素子は、
前記振動面を構成している振動層と、
凹部を有しており、前記凹部の周囲部分にて前記振動層を前記振動面とは反対側から支持している素子基体と、を有しており、
前記素子基体の前記凹部とは反対側の面と前記接着層との間でこれらに密着しており、前記素子基体の音響インピーダンスと前記接着剤の音響インピーダンスとの間の大きさの音響インピーダンスを有している中間層と、を有している
超音波センサ。

（第２概念）
面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
を有しており、
前記センサ素子は、
前記振動面を構成している振動層と、
前記振動層と前記接着層との間に位置している多孔質体層と、を有している
超音波センサ。

１…センサ（超音波センサ）、３…センサ素子、９ａ…振動部、５…実装基体、７…接着層、２３…母材、２５…第１粒子。

Claims (7)

1. 面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
   前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
   前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
   を有しており、
   前記接着層は、
   母材と、
   前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、
   前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等であり、
   前記センサ素子の前記接着層と接着される部分の音響インピーダンスをＺ１とし、
   前記接着層の音響インピーダンスをＺ２とし、
   前記実装基体の前記接着層と接着される部分の音響インピーダンスをＺ３とし、
   前記接着層の厚さをｄとし、
   前記共振周波数の音波の、前記接着層内における波長をλとし、
   ｎを０以上の整数としたときに、
   Ｚ１＞Ｚ２＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ２＞Ｚ１、かつ
   （１／４×（２ｎ＋１）−１／１６）×λ ＜ ｄ
   ＜（１／４×（２ｎ＋１）＋１／１６）×λが成り立つ、または
   Ｚ１＞Ｚ３＞Ｚ２、Ｚ２＞Ｚ３＞Ｚ１、Ｚ２＞Ｚ１＞Ｚ３もしくはＺ３＞Ｚ１＞Ｚ２かつ
   （１／４×２ｎ−１／１６）×λ＜ｄ＜（１／４×２ｎ＋１／１６）×λが成り立つ、
   超音波センサ。
2. 面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
   前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
   前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
   を有しており、
   前記接着層は、
   母材と、
   前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、
   前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等であり、
   前記センサ素子は、前記振動面下に、
   圧電体層と、
   前記圧電体層に重なっている２以上の電極と、を含んでおり、
   前記接着層の厚さは、前記圧電体層の厚さ以上である
   超音波センサ。
3. 面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
   前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
   前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
   を有しており、
   前記接着層は、
   母材と、
   前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、
   前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等であり、
   前記接着層は、前記母材内に分布しており、前記複数の第１粒子の材料とは異なる材料からなり、前記複数の第１粒子よりも平均粒径が小さい複数の第２粒子をさらに有している
   超音波センサ。
4. 前記母材の材料は樹脂であり、
   前記複数の第１粒子の材料は絶縁材料であり、
   前記複数の第２粒子の材料は金属である
   請求項３に記載の超音波センサ。
5. 面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
   前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
   前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
   を有しており、
   前記接着層は、
   母材と、
   前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、
   前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等であり、
   前記接着層に含まれる複数の粒子の粒度分布には少なくとも２つの極大値が現れ、そのうちの最も粒径が大きい極大値の粒径は、前記接着層の厚さの０．７倍以上である
   超音波センサ。
6. 面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
   前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
   前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
   を有しており、
   前記接着層は、
   母材と、
   前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、
   前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等であり、
   前記センサ素子は、
   前記振動面を構成している振動層と、
   凹部を有しており、前記凹部の周囲部分にて前記振動層を前記振動面とは反対側から支持している素子基体と、
   前記素子基体の前記凹部とは反対側の面と前記接着層との間でこれらに密着しており、前記素子基体の音響インピーダンスと前記接着層の音響インピーダンスとの間の大きさの音響インピーダンスを有している中間層と、を有している
   超音波センサ。
7. 面外振動の共振周波数が超音波の周波数帯域内にある振動面を有しているセンサ素子と、
   前記センサ素子に対して前記振動面の反対側に位置している実装基体と、
   前記センサ素子と前記実装基体との間でこれらに密着している接着層と、
   を有しており、
   前記接着層は、
   母材と、
   前記母材内に分布している複数の第１粒子と、を有しており、
   前記複数の第１粒子の少なくとも一部は、前記接着層の厚さ方向の径が前記接着層の厚さと同等であり、
   前記センサ素子は、
   前記振動面を構成している振動層と、
   前記振動層と前記接着層との間に位置している多孔質体層と、を有している
   超音波センサ。

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