JPWO2010044312A1 - アレイ型超音波振動子 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子31の構造例を示す分解斜視図であり、図2は、その縦断面図である。このアレイ型超音波振動子31は、大略的に、バッキング層32上に、セラミック(例えば、チタン酸ジルコン酸鉛:PZT)を有して構成される複数の圧電素子33を介して、2層の音響整合層34,35が略音軸方向に積層されている。複数の圧電素子33は、図1に示す例では2次元配列されており、例えば、図示しない支持基板上に、前記セラミックの圧電層33bを固定し、これを切断して素子分離した後に素子間に充填剤36を充填し、そして、その上に共通(GND)電極33aを形成してからバッキング層32上に固定した後に前記支持基板を剥離し、さらに個別電極33cを積層することによって、形成される。また、複数の圧電素子33は、圧電素子33側に共通(GND)電極33aを形成する代わりに、バッキング層32上に共通(GND)電極33aを形成し、導電性接着剤で圧電層33b上に接着されるように製造してもよい。
図4は、本発明の第2の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子41の構造例を示す分解斜視図であり、図5は、その縦断面図である。この実施形態では、アレイ型超音波振動子41は、バッキング層42上に、大パワーの送信が可能なセラミック(例えばPZT)を有して構成される複数の無機圧電素子43と、高周波の信号を高感度に受信可能な薄膜の有機材料(例えばポリフッ化ビニリデン:PVDF)の圧電素子44とが積層されている。そして、有機圧電素子44で受信された高調波成分によって、ハーモニックイメージングが行われる。
図6は、本発明の第3の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子51の構造例を示す縦断面図である。このアレイ型超音波振動子51は、前述のアレイ型超音波振動子31,41に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。本実施形態のアレイ型超音波振動子51では、音響整合層52がシリコンの両面基板によって構成されており、その表裏各面に、有機圧電層44bの個別信号配線46aおよび無機圧電層33bの個別信号配線34aがそれぞれ形成されるとともに、集積回路のパターンが形成されている。このため、バッキング層32には、個別信号配線47が設けられておらず、また有機圧電層44bの被検体側にも個別信号配線が設けられていない。
図8〜図10は、本発明の第4の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子81,91,101の構造例を示す縦断面図である。先ず、図8で示すアレイ型超音波振動子81は、前述のアレイ型超音波振動子31に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この図8に示すアレイ型超音波振動子81では、シリコンの単層基板である音響整合層34に代えて、送信超音波の1/4波長の厚さ内で複数積層され、少なくとも1層(図8では各層82〜84)に集積回路のパターンが形成されたシリコンの多層基板である音響整合層82〜84が設けられている。
図11〜図13は、本発明の第5の実施形態に係るアレイ型超音波振動子111,121,131の構造例を示す縦断面図である。先ず、図11で示すアレイ型超音波振動子111は、前述のアレイ型超音波振動子31に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。図11に示すアレイ型超音波振動子111では、音響整合層34に代えて、同じシリコン基板によって構成されており、アレイ型の圧電素子33よりも幅広に形成される音響整合層112が用いられ、そのはみ出した部分に、集積回路チップ115が搭載されている。すなわち、シリコン基板には、個別信号配線112aが形成されるだけで、集積回路はチップ115で別付けとなっている。したがって、シリコン基板からおよび該シリコン基板への信号配線の数を大幅に削減することができるとともに、駆動回路75、バッファ回路76およびビームフォーミング回路77の総てを備える大規模な回路をシリコン基板上に実装することができる。また、それぞれのチップ115を最適なプロセスで作成したり、仕向け地に応じて載せ替えるなどの細かな変更に容易に対応することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子31の構造例を示す分解斜視図であり、図2は、その縦断面図である。このアレイ型超音波振動子31は、大略的に、バッキング層32上に、セラミック(例えば、チタン酸ジルコン酸鉛:PZT)を有して構成される複数の圧電素子33を介して、2層の音響整合層34,35が略音軸方向に積層されている。複数の圧電素子33は、図1に示す例では2次元配列されており、例えば、図示しない支持基板上に、前記セラミックの圧電層33bを固定し、これを切断して素子分離した後に素子間に充填剤36を充填し、そして、その上に共通(GND)電極33aを形成してからバッキング層32上に固定した後に前記支持基板を剥離し、さらに個別電極33cを積層することによって、形成される。また、複数の圧電素子33は、圧電素子33側に共通(GND)電極33aを形成する代わりに、バッキング層32上に共通(GND)電極33aを形成し、導電性接着剤で圧電層33b上に接着されるように製造してもよい。
図4は、本発明の第2の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子41の構造例を示す分解斜視図であり、図5は、その縦断面図である。この実施形態では、アレイ型超音波振動子41は、バッキング層42上に、大パワーの送信が可能なセラミック(例えばPZT)を有して構成される複数の無機圧電素子43と、高周波の信号を高感度に受信可能な薄膜の有機材料(例えばポリフッ化ビニリデン:PVDF)の圧電素子44とが積層されている。そして、有機圧電素子44で受信された高調波成分によって、ハーモニックイメージングが行われる。
図6は、本発明の第3の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子51の構造例を示す縦断面図である。このアレイ型超音波振動子51は、前述のアレイ型超音波振動子31,41に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。本実施形態のアレイ型超音波振動子51では、音響整合層52がシリコンの両面基板によって構成されており、その表裏各面に、有機圧電層44bの個別信号配線46aおよび無機圧電層33bの個別信号配線34aがそれぞれ形成されるとともに、集積回路のパターンが形成されている。このため、バッキング層32には、個別信号配線47が設けられておらず、また有機圧電層44bの被検体側にも個別信号配線が設けられていない。
図8〜図10は、本発明の第4の実施形態にかかるアレイ型超音波振動子81,91,101の構造例を示す縦断面図である。先ず、図8で示すアレイ型超音波振動子81は、前述のアレイ型超音波振動子31に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この図8に示すアレイ型超音波振動子81では、シリコンの単層基板である音響整合層34に代えて、送信超音波の1/4波長の厚さ内で複数積層され、少なくとも1層(図8では各層82〜84)に集積回路のパターンが形成されたシリコンの多層基板である音響整合層82〜84が設けられている。
図11〜図13は、本発明の第5の実施形態に係るアレイ型超音波振動子111,121,131の構造例を示す縦断面図である。先ず、図11で示すアレイ型超音波振動子111は、前述のアレイ型超音波振動子31に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。図11に示すアレイ型超音波振動子111では、音響整合層34に代えて、同じシリコン基板によって構成されており、アレイ型の圧電素子33よりも幅広に形成される音響整合層112が用いられ、そのはみ出した部分に、集積回路チップ115が搭載されている。すなわち、シリコン基板には、個別信号配線112aが形成されるだけで、集積回路はチップ115で別付けとなっている。したがって、シリコン基板からおよび該シリコン基板への信号配線の数を大幅に削減することができるとともに、駆動回路75、バッファ回路76およびビームフォーミング回路77の総てを備える大規模な回路をシリコン基板上に実装することができる。また、それぞれのチップ115を最適なプロセスで作成したり、仕向け地に応じて載せ替えるなどの細かな変更に容易に対応することができる。
Claims (9)
- アレイ型超音波振動子であって、
バッキング層と、
このバッキング層の上に配列された複数の圧電素子と、
これら複数の圧電素子の上に設けられ、前記複数の圧電素子よりも音響インピーダンスが低い材料の板状体で構成された音響整合層と、
前記音響整合層の板状体に形成された信号配線とを備えること
を特徴とするアレイ型超音波振動子。 - 前記複数の圧電素子は、2次元に配列されていること
を特徴とする請求項1に記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記信号配線は、前記複数の圧電素子に個別に接続されているものであること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記複数の圧電素子は、それぞれ無機圧電素子であり、
前記音響整合層の上に配列された複数の有機圧電素子を備え、
前記信号配線は、前記複数の有機圧電素子に個別に接続されているものであること
を特徴とする請求項1または2記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記板状体は、シリコン基板であること
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記シリコン基板には、集積回路が形成されていること
を特徴とする請求項5に記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記集積回路は、前記各圧電素子を駆動する駆動回路、もしくは前記各圧電素子で受信された信号を増幅するバッファ回路またはその増幅された信号をビーム形成するビームフォーミング回路の少なくとも1つであること
を特徴とする請求項6に記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記シリコン基板は、複数積層され、少なくとも1層に前記集積回路が形成された多層基板であること
を特徴とする請求項6または請求項7に記載のアレイ型超音波振動子。 - 前記シリコン基板は、前記複数の圧電素子が占める領域よりも幅広に形成され、前記シリコン基板の前記領域外には集積回路チップが搭載されていること
を特徴とする請求項5に記載のアレイ型超音波振動子。
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