KR102106653B1 - 초음파 트랜스듀서 장치 및 프로브, 및 전자 기기 및 초음파 화상 장치 - Google Patents

초음파 트랜스듀서 장치 및 프로브, 및 전자 기기 및 초음파 화상 장치 Download PDF

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히로시 마쯔다
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 진동막이 어레이 형상으로 배치된 기체와,
상기 진동막 상에 형성되는 제1 전극막과,
상기 제1 전극막 상에 형성되는 압전체막과,
상기 압전체막 상에 형성되는 제2 전극막과,
상기 제1 전극막의 막 두께보다도 큰 막 두께로 형성되어 상기 제1 전극막에 접속되는 제1 도전막
을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 장치.

Description

초음파 트랜스듀서 장치 및 프로브, 및 전자 기기 및 초음파 화상 장치{ULTRASONIC TRANSDUCER DEVICE, PROBE, ELECTRONIC INSTRUMENT, AND ULTRASONIC IMAGE DEVICE}
본 발명은 초음파 트랜스듀서 장치, 및 그것을 이용한 프로브, 전자 기기 및 초음파 화상 장치 등에 관한 것이다.
초음파 트랜스듀서 장치는 일반적으로 알려진다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 초음파 트랜스듀서 장치에서는 복수의 진동막이 어레이 형상으로 배치된다. 진동막 상에 하부 전극이 형성된다. 하부 전극에는 배선이 접속된다. 하부 전극 및 배선은 압전막에 의해 덮인다. 압전막 상에 상부 전극이 형성된다.
일본 특허 공개 제2005-51688호 공보
압전막은 진동막마다 구획되는 것이 요망된다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 바의 압전막 대신에 개개의 진동막마다 압전 소자가 형성되는 것이 생각된다. 이 경우에는, 일반적인 방법에 따르면, 통상의 소재막으로 에칭 처리에 의해 압전 소자용의 압전체가 형성된다. 배선은 에칭 처리에 노출된다. 배선의 막 두께는 감소한다. 또한, 상부 전극이 형성될 때에 배선은 에칭 처리에 노출된다. 이와 같은 막 두께의 감소에 따라 배선의 전기 저항은 높아져 버린다.
본 발명 중 적어도 1개의 형태에 의하면, 진동막마다 압전체막을 가지면서 배선 저항의 상승을 회피한 초음파 트랜스듀서 장치는 제공될 수 있다.
(1) 본 발명의 일 형태는, 복수의 진동막이 어레이 형상으로 배치된 기체(基體)와, 상기 진동막 상에 형성되는 제1 전극막과, 상기 제1 전극막 상에 형성되는 압전체막과, 상기 압전체막 상에 형성되는 제2 전극막과, 상기 제1 전극막의 막 두께보다도 큰 막 두께로 형성되어 상기 제1 전극막에 접속되는 제1 도전막을 구비하는 초음파 트랜스듀서 장치에 관한 것이다.
진동막에는 초음파가 작용한다. 초음파는 진동막의 초음파 진동을 야기한다. 진동막의 초음파 진동에 따라 압전 소자로부터 전류가 출력된다. 이렇게 하여 초음파 트랜스듀서 장치는 초음파를 검출한다. 여기서, 제1 도전막은 제1 전극막의 배선막으로서 기능한다. 제1 도전막에는 충분한 막 두께가 확보되는 점에서, 배선 저항의 증가는 회피될 수 있다. 따라서 초음파의 검출 감도는 충분히 확보될 수 있다.
(2) 초음파 트랜스듀서 장치는, 상기 제2 전극막으로부터 이격되고, 또한, 상기 제1 도전막에 접속되어 상기 압전체막의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 제2 도전막을 구비할 수 있다.
(3) 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막 및 상기 제2 도전막의 사이에는 절연막이 형성될 수 있다. 제2 도전막은 제2 전극막으로부터 이격되는 점에서, 제2 도전막과 제2 전극막과의 사이에는 간극이 형성된다. 절연막은 간극에 대한 습기의 침입을 저지한다. 그 결과, 초음파 트랜스듀서 장치가 습기에 노출되어도, 제2 전극막과 제2 도전막과의 사이에서 전기적 단락은 회피될 수 있다.
(4) 초음파 트랜스듀서 장치에서는 상기 제2 전극막의 막 두께와 상기 제2 도전막의 막 두께는 동등해도 된다. 제2 전극막 및 제2 도전막은 1층의 도전막으로 형성될 수 있다. 따라서, 제2 전극막 및 제2 도전막은 공통의 제조 공정에서 형성될 수 있다. 제조 공정은 간소화될 수 있다.
(5) 상기 제1 도전막은, 상기 기체의 두께 방향으로부터의 평면에서 볼 때 상기 제1 전극막과 상기 진동막의 제1 방향 단부와의 사이에 형성되는 제1 방향 도전체부와, 상기 제1 전극막과 상기 진동막의 상기 제1 방향 단부는 상기 제1 전극막을 사이에 두고 반대측의 제2 방향 단부와의 사이에 형성되는 제2 방향 도전체부를 가질 수 있고, 상기 제2 도전막은, 상기 제1 방향 도전체부에 접속되어 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막으로부터 이격되는 제1 상층 도전체부와, 상기 제2 방향 도전체부에 접속되어 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막으로부터 이격되는 제2 상층 도전체부를 가질 수 있고, 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 상기 제1 상층 도전체부와의 사이에 제1 절연막이 형성되고, 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 상기 제2 상층 도전체부와의 사이에 제2 절연막이 형성되고, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은 상기 제2 전극막 상에서 이격되어 있을 수 있다.
제1 절연막 및 제2 절연막은 제1 상층 도전체부와 제2 전극막과의 간극이나 제2 상층 도전체부와 제2 전극막과의 간극에 대한 습기의 침입을 저지한다. 그 결과, 초음파 트랜스듀서 장치가 습기에 노출되어도, 제2 전극막과 제1 상층 도전체부와의 사이나 제2 전극막과 제2 상층 도전체부와의 사이에서 전기적 단락은 회피될 수 있다. 또한, 제2 전극막 상에서는 제1 절연막 및 제2 절연막의 확대는 억제되는 점에서, 진동막의 가요성은 양호하게 유지된다. 따라서, 초음파의 검출 감도는 유지될 수 있다.
(6) 모든 초음파 트랜스듀서 장치는 프로브에 내장되어 이용될 수 있다. 프로브는, 초음파 트랜스듀서 장치와, 상기 초음파 트랜스듀서 장치를 지지하는 케이스를 구비할 수 있다.
(7) 초음파 트랜스듀서 장치는 전자 기기에 내장되어 이용될 수 있다. 전자 기기는, 초음파 트랜스듀서 장치와, 상기 초음파 트랜스듀서 장치에 접속되어, 상기 초음파 트랜스듀서 장치의 출력을 처리하는 처리부를 구비할 수 있다.
(8) 초음파 트랜스듀서 장치는 초음파 화상 장치에 내장되어 이용될 수 있다. 초음파 화상 장치는, 초음파 트랜스듀서 장치와, 상기 초음파 트랜스듀서 장치에 접속되어, 상기 초음파 트랜스듀서 장치의 출력을 처리하고, 화상을 생성하는 처리부와, 상기 화상을 표시하는 표시 장치를 구비할 수 있다.
(9) 본 발명의 다른 형태는, 기체에 형성되어 어레이 형상으로 배치되는 복수의 진동막의 표면 상에 도전 재료를 포함하는 제1 소재막을 형성하는 공정과, 상기 제1 소재막으로부터, 제1 전극막 및 상기 제1 전극막으로부터 연속하는 제1 도전막을 형성하는 공정과, 압전체 재료를 포함하는 제2 소재막을 형성하고, 상기 제2 소재막을 에칭 처리를 포함하는 패터닝 처리에 의해 상기 제1 전극막 상에 압전체막을 형성하는 공정과, 적어도 상기 제1 도전막 및 상기 압전체막의 표면을 덮도록 도전 재료를 포함하는 제3 소재막을 형성하는 공정과, 상기 제3 소재막을 에칭 처리를 포함하는 패터닝 처리에 의해, 상기 압전체막 상에 제2 전극막을 형성하고, 또한 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 이격되어 상기 제1 도전막에 접속하는 제2 도전막을 형성하는 공정을 구비하는 초음파 트랜스듀서 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
압전체막의 형성 시에 에칭 처리가 실시된다. 이때, 압전체막의 주위에서는 제1 도전막이 에칭 처리에 노출된다. 그 결과, 제1 도전막의 막 두께는 제1 전극막에 비해 감소한다. 그 후, 제1 도전막에는 제3 소재막이 적층된다. 이렇게 하여 제1 도전막의 막 두께는 증가한다. 제1 전극막에 접속되는 배선막에는 충분한 막 두께가 확보될 수 있다. 배선 저항의 증가는 회피될 수 있다. 따라서, 초음파의 검출 감도는 충분히 확보될 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 전자 기기의 일 구체예, 즉 초음파 진단 장치를 개략적으로 도시하는 외관도이다.
도 2는 초음파 프로브의 확대 정면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 초음파 트랜스듀서 소자 유닛의 확대 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 5는 초음파 진단 장치의 회로 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 6은 도 4에 대응하고, 소자 유닛의 제조 방법에서 하측 전극 및 제1 도전막의 형성 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 도 4에 대응하고, 소자 유닛의 제조 방법에서 압전체막의 형성 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 4에 대응하고, 소자 유닛의 제조 방법에서 제2 소재막의 에칭 처리 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 4에 대응하고, 소자 유닛의 제조 방법에서 상측 전극 및 제2 도전막의 형성 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 4에 대응하고, 소자 유닛의 제조 방법에서 상측 전극 및 제2 도전막의 형성 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 도 4에 대응하고, 소자 유닛의 제조 방법에서 전극 분리막의 형성 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 본 실시 형태는, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하는 것은 아니고, 본 실시 형태에서 설명되는 구성의 전부가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고 할 수는 없다.
(1) 초음파 진단 장치의 전체 구성
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자 기기의 일 구체예, 즉 초음파 진단 장치(11)의 구성을 개략적으로 도시한다. 초음파 진단 장치(11)는 장치 단말기(12)와 초음파 프로브(프로브)(13)를 구비한다. 장치 단말기(12)와 초음파 프로브(13)는 케이블(14)에 의해 서로 접속된다. 장치 단말기(12)와 초음파 프로브(13)는 케이블(14)을 통하여 전기 신호를 교환한다. 장치 단말기(12)에는 디스플레이 패널(표시 장치)(15)이 내장된다. 디스플레이 패널(15)의 화면은 장치 단말기(12)의 표면에서 노출된다. 장치 단말기(12)에서는, 후술되는 바와 같이, 초음파 프로브(13)에서 검출된 초음파에 기초하여 화상이 생성된다. 화상화된 검출 결과가 디스플레이 패널(15)의 화면에 표시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 프로브(13)는 케이스(16)를 갖는다. 케이스(16) 내에는 초음파 트랜스듀서 소자 유닛(이하 「소자 유닛」이라고 함)(17)이 수용된다. 초음파 트랜스듀서 소자 유닛(17)은, 본 발명의 실시 형태에 따른 초음파 트랜스듀서 장치의 일 구체예이다. 소자 유닛(17)의 표면은 케이스(16)의 표면에서 노출될 수 있다. 소자 유닛(17)은 표면으로부터 초음파를 출력함과 함께 초음파의 반사파를 수신한다. 그 외, 초음파 프로브(13)는 프로브 본체(13a)에 착탈 가능하게 연결되는 프로브 헤드(13b)를 구비할 수 있다. 이때, 소자 유닛(17)은 프로브 헤드(13b)의 케이스(16) 내에 내장될 수 있다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 소자 유닛(17)의 평면도를 개략적으로 도시한다. 소자 유닛(17)은 기체(21)를 구비한다. 기체(21)에는 소자 어레이(22)가 형성된다. 소자 어레이(22)는 초음파 트랜스듀서 소자(이하 「소자」라고 함)(23)의 배열로 구성된다. 배열은 복수행 복수열의 매트릭스로 형성된다. 그 외, 배열에서는 지그재그 배치가 확립되어도 된다. 지그재그 배치에서는 짝수열의 소자(23)군은 홀수열의 소자(23)군에 대해 행피치의 2분의 1로 어긋나게 되면 된다. 홀수열 및 짝수열의 한쪽의 소자수는 다른 쪽의 소자수에 비해 1개 적어도 된다.
개개의 소자(23)는 진동막(진동판)(24)을 구비한다. 진동막(24)의 상세한 것은 후술된다. 도 3에서는 진동막(24)의 막 면에 직교하는 방향의 평면에서 볼 때(기판의 두께 방향으로부터의 평면에서 볼 때) 진동막(24)의 윤곽이 점선으로 그려진다. 윤곽의 내측은 진동막(24)의 영역 내에 상당한다. 윤곽의 외측은 진동막(24)의 영역 외에 상당한다. 진동막(24) 상에는 압전 소자(25)가 형성된다. 압전 소자(25)에서는, 후술되는 바와 같이, 상측 전극(제2 전극막)(26) 및 하측 전극(제1 전극막)(27)의 사이에 압전체막(도시되지 않음)이 끼워진다. 이것들은 순서대로 겹쳐진다. 소자 유닛(17)은 1매의 초음파 트랜스듀서 소자 칩으로서 구성된다.
기체(21)의 표면에는 복수개의 제1 도전체(28)가 형성된다. 제1 도전체(28)는 배열의 열방향으로 서로 평행하게 연장된다. 1열의 소자(23)마다 1개의 제1 도전체(28)가 할당된다. 1개의 제1 도전체(28)는 배열의 열방향으로 배열되는 소자(23)에 공통으로 배치된다. 제1 도전체(28)는 개개의 소자(23)마다 하측 전극(27)을 형성한다. 이와 같이 제1 도전체(28)는 진동막(24)의 영역 내 및 영역 외에 배치된다. 제1 도전체(28)에는, 예를 들어 티타늄(Ti), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 및 티타늄(Ti)의 적층막이 이용될 수 있다. 단, 제1 도전체(28)에는 그 외의 도전재가 이용되어도 된다.
기체(21)의 표면에는 복수개의 제2 도전체(31)가 형성된다. 제2 도전체(31)는 배열의 행방향으로 서로 평행하게 연장된다. 1행의 소자(23)마다 1개의 제2 도전체(31)가 할당된다. 1개의 제2 도전체(31)는 배열의 행방향으로 배열되는 소자(23)에 공통으로 접속된다. 제2 도전체(31)는 개개의 소자(23)마다 상측 전극(26)을 형성한다. 제2 도전체(31)의 양단은 한 쌍의 인출 배선(32)에 각각 접속된다. 인출 배선(32)은 배열의 열방향으로 서로 평행하게 연장된다. 따라서, 모든 제2 도전체(31)는 동일 길이를 갖는다. 이렇게 하여 매트릭스 전체의 소자(23)에 공통으로 상측 전극(26)은 접속된다. 이와 같이 제2 도전체(31)는 진동막(24)의 영역 내 및 영역 외에 배치된다. 제2 도전체(31)는, 예를 들어 이리듐(Ir)으로 형성될 수 있다. 단, 제2 도전체(31)에는 그 외의 도전재가 이용되어도 된다.
열마다 소자(23)의 통전은 절환된다. 이러한 통전의 절환에 따라 리니어 스캔이나 섹터 스캔은 실현된다. 1열의 소자(23)는 동시에 초음파를 출력하는 점에서, 1열의 개수, 즉 배열의 행수는 초음파의 출력 레벨에 따라 결정될 수 있다. 행수는, 예를 들어 10∼15행 정도로 설정되면 된다. 도면 중에서는 생략되어 5행이 그려진다. 배열의 열수는 스캔의 범위의 확대에 따라 결정될 수 있다. 열수는, 예를 들어 128열이나 256열로 설정되면 된다. 도면 중에서는 생략되어 8열이 그려진다. 상측 전극(26) 및 하측 전극(27)의 역할은 바뀌어도 된다. 즉, 매트릭스 전체의 소자(23)에 공통으로 하측 전극이 접속되는 한편, 배열의 열마다 공통으로 상측 전극이 접속되어도 된다.
기체(21)의 윤곽은, 서로 평행한 한 쌍의 직선으로 구획되어 대향하는 제1 변(21a) 및 제2 변(21b)을 갖는다. 제1 변(21a)과 소자 어레이(22)의 윤곽과의 사이에 1라인의 제1 단자 어레이(33a)가 배치된다. 제2 변(21b)과 소자 어레이(22)의 윤곽과의 사이에 1라인의 제2 단자 어레이(33b)가 배치된다. 제1 단자 어레이(33a)는 제1 변(21a)에 평행하게 1라인을 형성할 수 있다. 제2 단자 어레이(33b)는 제2 변(21b)에 평행하게 1라인을 형성할 수 있다. 제1 단자 어레이(33a)는 한 쌍의 상측 전극 단자(34) 및 복수의 하측 전극 단자(35)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 단자 어레이(33b)는 한 쌍의 상측 전극 단자(36) 및 복수의 하측 전극 단자(37)를 포함한다. 1개의 인출 배선(32)의 양단에 각각 상측 전극 단자(34, 36)는 접속된다. 인출 배선(32) 및 상측 전극 단자(34, 36)는 소자 어레이(22)를 이등분하는 수직면으로 면 대칭으로 형성되면 된다. 1개의 제2 도전체(31)의 양단에 각각 하측 전극 단자(35, 37)는 접속된다. 제2 도전체(31) 및 하측 전극 단자(35, 37)는 소자 어레이(22)를 이등분하는 수직면으로 면 대칭으로 형성되면 된다. 여기서는, 기체(21)의 윤곽은 직사각형으로 형성된다. 기체(21)의 윤곽은 정사각형이어도 되고 사다리꼴이어도 된다.
기체(21)에는 제1 플렉시블 프린트 배선판(이하 「제1 배선판」이라고 함)(38)이 연결된다. 제1 배선판(38)은 제1 단자 어레이(33a)에 덮인다. 제1 배선판(38)의 일단부에는 상측 전극 단자(34) 및 하측 전극 단자(35)에 개별로 대응하여 도전선, 즉 제1 신호선(39)이 형성된다. 제1 신호선(39)은 상측 전극 단자(34) 및 하측 전극 단자(35)에 개별로 마주보게 되고 개별로 접합된다. 마찬가지로, 기체(21)에는 제2 플렉시블 프린트 배선판(이하 「제2 배선판」이라고 함)(41)이 덮인다. 제2 배선판(41)은 제2 단자 어레이(33b)에 덮인다. 제2 배선판(41)의 일단부에는 상측 전극 단자(36) 및 하측 전극 단자(37)에 개별로 대응하여 도전선, 즉 제2 신호선(42)이 형성된다. 제2 신호선(42)은 상측 전극 단자(36) 및 하측 전극 단자(37)에 개별로 마주보게 되고 개별로 접합된다.
진동막(24) 상에서는 제2 도전체(31)에 병렬로 전극 분리막(43)이 배치된다. 전극 분리막(43)은 제2 도전체(31)의 길이 방향으로 띠 형상으로 연장된다. 전극 분리막(43)은 절연성 및 방습성을 갖는다. 전극 분리막(43)은, 예를 들어 알루미나(Al2O3)나 산화실리콘(SiO2)과 같은 방습성 절연재로 형성된다. 전극 분리막(43)은 개개의 제2 도전체(31)를 사이에 두고 제2 도전체(31)의 양측에 분리하여 형성된다. 제2 도전체(31)는 진동막(24) 상에서 제1 도전체(28)에 교차하므로, 전극 분리막(43)은 진동막(24) 상에서 제1 도전체(28) 위를 가로지른다.
기체(21) 상에서 진동막(24)의 영역 외에는 절연막(44)이 형성된다. 절연막(44)은 제1 도전체(28)의 길이 방향으로 띠 형상으로 연장된다. 절연막(44)은 제1 도전체(28)에 병렬로 배치된다. 절연막(44)은, 예를 들어 알루미나나 산화 실리콘과 같은 방습성의 절연재로 형성된다. 절연막(44)의 소재는 전극 분리막(43)의 소재와 일치하면 된다. 절연막(44)은 제2 도전체(31) 위를 가로지른다. 이렇게 하여 절연막(44)은 제2 도전체(31) 상에 형성된다. 절연막(44)은 전극 분리막(43)에 연속된다. 절연막(44)은 제2 도전체(31)를 사이에 두고 제2 도전체(31)의 양측에 배치되는 전극 분리막(43)에 접속된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기체(21)는 기판(46) 및 가요막(47)을 구비한다. 기판(46)의 표면에 가요막(47)이 일면에 형성된다. 기판(46)에는 개개의 소자(23)마다 개구(48)가 형성된다. 개구(48)는 기판(46)에 대해 어레이 형상으로 배치된다. 개구(48)가 배치되는 영역의 윤곽은 소자 어레이(22)의 윤곽에 상당한다. 인접하는 2개의 개구(48)의 사이에는 구획벽(49)이 구획된다. 인접하는 개구(48)는 구획벽(49)에 의해 구획된다. 구획벽(49)의 벽 두께는 개구(48)의 간격에 상당한다. 구획벽(49)은 서로 평행하게 확대되는 평면 내에 2개의 벽면을 규정한다. 벽 두께는 2개의 벽면의 거리에 상당한다. 즉, 벽 두께는 벽면에 직교하여 벽면의 사이에 있는 수선의 길이로 규정될 수 있다.
가요막(47)은 기판(46)의 표면에 적층되는 산화실리콘(SiO2)층(51)과, 산화실리콘층(51)의 표면에 적층되는 산화지르코늄(ZrO2)층(52)으로 구성된다. 가요막(47)은 개구(48)에 접한다. 이렇게 하여 개구(48)의 윤곽에 대응하여 가요막(47)의 일부가 진동막(24)을 형성한다. 진동막(24)은 가요막(47) 중, 개구(48)에 면하는 점에서 기판(46)의 두께 방향으로 막 진동할 수 있는 부분이다. 산화실리콘층(51)의 막 두께는 공진 주파수에 기초하여 결정될 수 있다.
진동막(24)의 표면에 하측 전극(27), 압전체막(53) 및 상측 전극(26)이 순서대로 적층된다. 압전체막(53)은, 예를 들어 지르콘산티타늄산연(PZT)으로 형성될 수 있다. 압전체막(53)에는 그 외의 압전 재료가 사용되어도 된다. 여기서, 제1 도전체(28)는 하측 전극(27) 및 제1 도전막(54)을 갖는다. 제1 도전막(54)은 하측 전극(27)에 접속된다. 제1 도전막(54)은 하측 전극(27)에 연속된다. 제1 도전막(54)의 막 두께는 하측 전극(27)의 막 두께보다도 크다. 제1 도전막(54)에는 제2 도전막(55)이 접속된다. 제2 도전막(55)은 제1 도전막(54)으로부터 분기되어 압전체막(53) 상으로 연장되고, 상측 전극(26)으로부터 이격된 위치에서 도중에 끊긴다. 1개의 하측 전극(27)에 관해, 제1 도전막(54)은 기체(21)의 두께 방향으로부터의 평면에서 볼 때 하측 전극(27)과 진동막(24)의 제1 방향(D1)의 단부(이하 「제1 방향 단부」라고 함)와의 사이에 형성되는 제1 방향 도전체부(54a)와, 하측 전극(27)과 제1 방향 단부는 하측 전극(27)과 사이에 두고 반대측의 제2 방향(D2)의 단부(이하 「제2 방향 단부」라고 함)와의 사이에 형성되는 제2 방향 도전체부(54b)를 갖는다. 제2 도전막(55)은 제1 방향 도전체부(54a)에 접속되어, 압전체막(53) 상에서 상측 전극(26)으로부터 이격되는 제1 상층 도전체부(55a)와, 제2 방향 도전체부(54b)에 접속되어, 압전체막(53) 상에서 상측 전극(26)으로부터 이격되는 제2 상층 도전체부(55b)를 갖는다. 압전체막(53)의 정상면(頂上面)에는, 상측 전극(26)과 제1 상층 도전체부(55a)와의 사이에 간극(56)이 형성되고, 상측 전극(26)과 제2 상층 도전체부(55b)와의 사이에 간극(56)이 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상측 전극(26)과 제1 상층 도전체부(55a)와의 사이에 전극 분리막(43)은 형성된다. 마찬가지로, 상측 전극(26)과 제2 상층 도전체부(55b)와의 사이에 전극 분리막(43)은 형성된다. 전극 분리막(43)은 압전체막(53)의 정상면에서 간극(56)을 폐색한다. 전극 분리막(43)은 간극(56)에 충전된다. 이렇게 하여 상측 전극(26) 및 제2 도전막(55)의 사이에서 압전체막(53)의 표면은 전극 분리막(43)으로 덮인다. 여기서는, 제1 도전체(28)의 길이 방향으로 전극 분리막(43)은 진동막(24)의 영역 내에 머문다. 전극 분리막(43)은 진동막(24)의 테두리에 결부되지 않는다.
기체(21)의 표면에는 보호막(57)이 적층된다. 보호막(57)은, 예를 들어 전체면에 걸쳐 기체(21)의 표면에 덮인다. 그 결과, 소자 어레이(22)나 제1 및 제2 단자 어레이(33a, 33b), 제1 및 제2 배선판(38, 41)은 보호막(57)으로 덮인다. 보호막(57)에는, 예를 들어 실리콘 수지막이 이용될 수 있다. 보호막(57)은 소자 어레이(22)의 구조나, 제1 단자 어레이(33a) 및 제1 배선판(38)의 접합, 제2 단자 어레이(33b) 및 제2 배선판(41)의 접합을 보호한다.
기체(21)의 이면에는 보강판(58)이 고정된다. 보강판(58)의 표면에 기체(21)의 이면이 겹친다. 보강판(58)은 소자 유닛(17)의 이면에서 개구(48)를 폐쇄한다. 보강판(58)은 리지드(Rigid)한 기재를 구비할 수 있다. 보강판(58)은, 예를 들어 실리콘 기판으로 형성될 수 있다. 기체(21)의 판 두께는, 예를 들어 100㎛ 정도로 설정되고, 보강판(58)의 판 두께는, 예를 들어 100∼150㎛ 정도로 설정된다. 여기에서는, 구획벽(49)은 보강판(58)에 결합된다. 보강판(58)은 개개의 구획벽(49)에 적어도 1개소의 접합 영역에서 접합된다. 접합 시에 접착제는 사용될 수 있다.
(2) 초음파 진단 장치의 회로 구성
도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 진단 장치(11)는 소자 유닛(17)에 전기적으로 접속되는 집적 회로 칩(59)을 구비한다. 집적 회로 칩(59)은 멀티 플렉서(60) 및 송수신 회로(61)를 구비한다. 멀티 플렉서(60)는 소자 유닛(17)측의 포트군(60a)과 송수신 회로(61)측의 포트군(60b)을 구비한다. 소자 유닛(17)측의 포트군(60a)에는 배선(62) 경유로 제1 신호선(38) 및 제2 신호선(42)이 접속된다. 이렇게 하여 포트군(60a)은 소자 어레이(22)에 연결된다. 여기서는, 송수신 회로(61)측의 포트군(60b)에는 집적 회로 칩(55) 내의 규정수(規定數)의 신호선(63)이 접속된다. 규정수는 스캔 시에 동시에 출력되는 소자(23)의 열수에 상당한다. 멀티 플렉서(60)는 케이블(14)측의 포트와 소자 유닛(17)측의 포트 사이에서 상호 접속을 관리한다.
송수신 회로(61)는 규정수의 절환 스위치(64)를 구비한다. 개개의 절환 스위치(64)는 각각 개별로 대응의 신호선(63)에 접속된다. 송수신 회로(61)는 개개의 절환 스위치(64)마다 송신 경로(65) 및 수신 경로(66)를 구비한다. 절환 스위치(64)에는 송신 경로(65)와 수신 경로(66)가 병렬로 접속된다. 절환 스위치(64)는 멀티 플렉서(60)에 선택적으로 송신 경로(65) 또는 수신 경로(66)를 접속한다. 송신 경로(65)에는 펄서(67)가 내장된다. 펄서(67)는 진동막(24)의 공진 주파수에 따른 주파수에서 펄스 신호를 출력한다. 수신 경로(66)에는 증폭기(68), 로우 패스 필터(LPF)(69) 및 아날로그/디지털 변환기(ADC)(71)가 내장된다. 개개의 소자(23)의 출력 신호는 증폭되어 디지털 신호로 변환된다.
송수신 회로(61)는 구동/수신 회로(72)를 구비한다. 송신 경로(65) 및 수신 경로(66)는 구동/수신 회로(72)에 접속된다. 구동/수신 회로(72)는 스캔의 형태에 따라 동시에 펄서(67)를 제어한다. 구동/수신 회로(72)는 스캔의 형태에 따라 출력 신호의 디지털 신호를 수신한다. 구동/수신 회로(72)는 제어선(73)에 의해 멀티 플렉서(60)에 접속된다. 멀티 플렉서(60)는 구동/수신 회로(72)로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여 상호 접속의 관리를 실시한다.
장치 단말기(12)에는 처리 회로(처리부)(74)가 내장된다. 처리 회로(74)는, 예를 들어 중앙 연산 처리 장치(CPU)나 메모리를 구비할 수 있다. 초음파 진단 장치(11)의 전체 동작은 처리 회로(74)의 처리를 따라서 제어된다. 유저로부터 입력되는 지시에 따라 처리 회로(74)는 구동/수신 회로(72)를 제어한다. 처리 회로(74)는 소자(23)의 출력 신호에 따라 화상을 생성한다. 화상은 묘화 데이터로 특정된다.
장치 단말기(12)에는 묘화 회로(75)가 내장된다. 묘화 회로(75)는 처리 회로(74)에 접속된다. 묘화 회로(75)에는 디스플레이 패널(15)이 접속된다. 묘화 회로(75)는 처리 회로(74)에서 생성된 묘화 데이터에 따라 구동 신호를 생성한다. 구동 신호는 디스플레이 패널(15)에 보내어진다. 그 결과, 디스플레이 패널(15)에 화상이 표시된다.
(3) 초음파 진단 장치의 동작
다음으로 초음파 진단 장치(11)의 동작을 간단하게 설명한다. 처리 회로(74)는 구동/수신 회로(72)에 초음파의 송신 및 수신을 지시한다. 구동/수신 회로(72)는 멀티 플렉서(60)에 제어 신호를 공급함과 함께 개개의 펄서(67)에 구동 신호를 공급한다. 펄서(67)는 구동 신호의 공급에 따라 펄스 신호를 출력한다. 멀티 플렉서(60)는 제어 신호의 지시에 따라서 포트군(60b)의 포트에 포트군(60a)의 포트를 접속한다. 펄스 신호는 포트의 선택에 따라 상측 전극 단자(34, 36) 및 하측 전극 단자(35, 37)를 통하여 열마다 소자(23)에 공급된다. 펄스 신호의 공급에 따라 진동막(24)은 진동한다. 그 결과, 대상물(예를 들어, 인체의 내부)을 향하여 원하는 초음파 빔은 발해진다.
초음파의 송신 후, 절환 스위치(64)는 절환된다. 멀티 플렉서(60)는 포트의 접속 관계를 유지한다. 절환 스위치(64)는 송신 경로(65) 및 신호선(63)의 접속 대신에 수신 경로(66) 및 신호선(63)의 접속을 확립한다. 초음파의 반사파는 진동막(24)을 진동시킨다. 그 결과, 소자(23)로부터 출력 신호가 출력된다. 출력 신호는 디지털 신호로 변환되어 구동/수신 회로(72)에 보내어진다.
초음파의 송신 및 수신은 반복된다. 반복 시에 멀티 플렉서(60)는 포트의 접속 관계를 변경한다. 그 결과, 리니어 스캔이나 섹터 스캔은 실현된다. 스캔이 완료되면, 처리 회로(74)는 출력 신호의 디지털 신호에 기초하여 화상을 형성한다. 형성된 화상은 디스플레이 패널(15)의 화면에 표시된다.
진동막(24)에는 초음파가 작용한다. 초음파는 진동막(24)의 초음파 진동을 야기한다. 진동막(24)의 초음파 진동에 따라 압전 소자(25)로부터 전류가 출력된다. 이렇게 하여 개개의 소자(23)는 초음파를 검출한다. 여기서, 제1 도전막(54)은 하측 전극(27)의 배선막으로서 기능한다. 제1 도전막(54)에는 충분한 막 두께가 확보될 수 있다. 배선 저항의 증가는 회피될 수 있다. 따라서, 초음파의 검출 감도는 충분히 확보될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 도전막(55)은 상측 전극(26)으로부터 이격되는 점에서, 제2 도전막(55)과 상측 전극(26)과의 사이에는 간극(56)이 형성된다. 전극 분리막(43)은 간극(56)에 대한 습기의 침입을 저지한다. 그 결과, 소자 유닛(17)이 습기에 노출되어도, 상측 전극(26)과 제2 도전막(55)과의 사이에서 전기적 단락은 회피될 수 있다. 또한, 전극 분리막(43)은 진동막(24)의 테두리에 결부되지 않는 점에서, 진동막(24)의 가요성은 양호하게 유지된다. 따라서, 초음파의 검출 감도는 유지될 수 있다.
상측 전극(26)의 막 두께와 제2 도전막(55)의 막 두께는 동등하다. 따라서, 상측 전극(26) 및 제2 도전막(55)은 1층의 도전막으로 형성될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 상측 전극(26) 및 제2 도전막(55)은 공통의 제조 공정에서 형성될 수 있다. 제조 공정은 간소화될 수 있다.
절연막(44)은 제2 도전체(31)를 사이에 두고 제2 도전체(31)의 양측에 배치되는 2개의 전극 분리막(43)이 서로 이격되는 방향으로 변위하는 것을 규제하는 점에서, 전극 분리막(43)의 접합 강도는 높아질 수 있다. 또한, 절연막(44)은 기체(21)의 표면에 형성되는 점에서, 절연막(44)의 접합 강도는 높아질 수 있다. 그 결과, 전극 분리막(43)의 접합 강도는 높아진다.
(4) 소자 유닛의 제조 방법
다음으로 소자 유닛(17)의 제조 방법을 간단하게 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기체(21)가 준비된다. 기체(21)에서는 어레이 형상으로 진동막(24)이 배치된다. 기체(21)의 표면에 일면에 제1 소재막(81)이 형성된다. 제1 소재막(81)은 균일한 막 두께를 갖는다. 제1 소재막(81)은 도전재로 형성된다. 제1 소재막(81)은 진동막(24)의 표면에 덮인다.
제1 소재막(81)으로부터 하측 전극(27) 및 제1 도전막(54)이 형성된다. 형성 시에 포토리소그래피 기술이 사용되면 된다. 하측 전극(27) 및 제1 도전막(54)은 기체(21)의 표면에서 연속된다. 이 시점에서는 하측 전극(27)의 막 두께와 제1 도전막(54)의 막 두께는 일치한다.
계속해서 진동막(24) 상에서는 압전체막(53)이 형성된다. 압전체막(53)의 형성 시에, 도 7에 도시된 바와 같이, 기체(21)의 표면에 일면에 제2 소재막(82)이 형성된다. 제2 소재막(82)은 균일한 막 두께를 갖는다. 제2 소재막(82)은 압전체 재료로 형성된다. 제2 소재막(82) 상에는 소정의 패턴에 따라서 레지스트막(83)이 형성된다. 레지스트막(83)의 형성 시에, 예를 들어 포토레지스트 기술이 사용되면 된다. 레지스트막(83)은 압전체막(53)의 형상을 따른다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2 소재막(82)에는 소정의 패턴에 따라서 에칭 처리가 실시된다. 레지스트막(83)으로부터 벗어난 위치에서 제2 소재막(82)은 제거되어 간다. 이렇게 하여 압전체막(53)은 제2 소재막(82)으로 형성된다. 이때, 레지스트막(83)으로부터 벗어난 위치에서 제1 도전막(54)은 표면으로부터 깎인다. 제1 도전막(54)의 막 두께는 감소한다. 이렇게 하여 제1 도전막(54)의 막 두께는 하측 전극(27)의 막 두께보다도 작아진다. 에칭 처리가 종료되면, 레지스트막(83)은 제거된다.
계속해서 진동막(24) 상에서는 상측 전극(26)이 형성된다. 상측 전극(26)의 형성 시에, 도 9에 도시된 바와 같이, 기체(21)의 표면에 일면에 제3 소재막(84)이 형성된다. 제3 소재막(84)은 균일한 막 두께를 갖는다. 제3 소재막(84)은 도전 재료로 형성된다. 이렇게 하여 제3 소재막(84)은 적어도 제1 도전막(54) 및 압전체막(53)의 노출면에 덮인다. 제1 도전막(54)의 막 두께는 증대한다. 제3 소재막(84) 상에는 소정의 패턴에 따라서 레지스트막(85)이 형성된다. 레지스트막(85)의 형성 시에, 예를 들어 포토레지스트 기술이 사용되면 된다. 레지스트막(85)은 상측 전극(27) 및 제2 도전막(55)의 형상을 따른다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제3 소재막(84)에는 소정의 패턴에 따라서 에칭 처리가 실시된다. 레지스트막(85)으로부터 벗어난 위치에서 제3 소재막(84)은 제거되어 간다. 이렇게 하여 상측 전극(26) 및 제2 도전막(55)은 제3 소재막(84)으로 형성된다. 압전체막(53) 상에서 상측 전극(26)의 윤곽은 구획된다. 압전체막(53) 상에서는, 상측 전극(26)으로부터 이격되어 제2 도전막(55)이 형성된다. 이렇게 하여 제3 소재막(84)에는 간극(56)이 형성된다. 간극(56)에 의해 제2 도전막(55)은 상측 전극(26)으로부터 분리된다. 에칭 처리가 종료되면, 레지스트막(85)은 제거된다.
계속해서 진동막(24) 상에서는 전극 분리막(43)이 형성된다. 전극 분리막(43)의 형성 시에, 도 11에 도시된 바와 같이, 기체(21)의 표면에 일면에 제4 소재막(86)이 형성된다. 제4 소재막(86)은 균일한 막 두께를 갖는다. 제4 소재막(86)은 절연 재료로 형성된다. 절연 재료는 방습성을 갖는다. 제4 소재막(86)은 적어도 간극(56)에 충전된다. 제4 소재막(86) 상에는 소정의 패턴에 따라서 레지스트막(87)이 형성된다. 레지스트막(87)의 형성 시에, 예를 들어 포토레지스트 기술이 사용되면 된다. 레지스트막(87)은 전극 분리막(43)의 형상을 따른다.
제4 소재막(86)에는 소정의 패턴에 따라서 에칭 처리가 실시된다. 레지스트막(87)으로부터 벗어난 위치에서 제4 소재막(86)은 제거되어 간다. 이렇게 하여 전극 분리막(43)은 제4 소재막(86)으로 형성된다. 에칭 처리가 종료되면, 레지스트막(87)은 제거된다. 그 후, 기체(21)의 표면에는 보호막(57)이 형성된다. 이렇게 하여 소자 유닛(17)은 제조된다.
본 실시 형태에 따른 제조 방법에 의하면, 압전체막(53)의 형성 시에 에칭 처리가 실시된다. 이때, 압전체막(53)의 주위에서는 제1 도전막(54)이 에칭 처리에 노출된다. 그 결과, 제1 도전막(54)의 막 두께는 하측 전극(27)에 비해 감소한다. 그 후, 제1 도전막(54)에는 제3 소재막(84)이 적층된다. 이렇게 하여 제1 도전막(54)의 막 두께는 증가한다. 하측 전극(27)에 접속되는 배선막에는 충분한 막 두께가 확보될 수 있다. 배선 저항의 증가는 회피될 수 있다. 따라서, 초음파의 검출 감도는 충분히 확보될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 본 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 신규 사항 및 효과로부터 실체적으로 일탈하지 않는 많은 변형이 가능한 것은 당업자에게는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이와 같은 변형예는 모두 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들어, 명세서 또는 도면에 있어서, 적어도 한번, 보다 광의 또는 동의의 다른 용어와 함께 기재된 용어는, 명세서 또는 도면의 어느 개소에 있어서도, 그 다른 용어로 치환될 수 있다. 또한, 초음파 진단 장치(11), 초음파 프로브(13), 프로브 헤드(13b), 소자 유닛(17), 소자(23) 등의 구성 및 동작도 본 실시 형태에서 설명한 것으로 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
11 : 전자 기기 및 초음파 화상 장치로서의 초음파 진단 장치
13 : 프로브(초음파 프로브)
15 : 표시 장치(디스플레이 패널)
16 : 케이스
17 : 초음파 트랜스듀서 장치의 일부를 구성하는 초음파 트랜스듀서 소자 유닛
21 : 기체
24 : 진동막
26 : 제2 전극막(상측 전극)
27 : 제1 전극막(하측 전극)
43 : (제1 및 제2) 절연막(전극 분리막)
53 : 압전체막
54 : 제1 도전막
54a : 제1 방향 도전체부
54b : 제2 방향 도전체부
55 : 제2 도전막
55a : 제1 상층 도전체부
55b : 제2 상층 도전체부
74 : 처리부(처리 회로)
81 : 제1 소재막
82 : 제2 소재막
84 : 제3 소재막
D1 : 제1 방향
D2 : 제2 방향

Claims (9)

  1. 복수의 진동막이 어레이 형상으로 배치된 기체(基體)와,
    상기 진동막 상에 형성되는 제1 전극막과,
    상기 제1 전극막 상에 형성되는 압전체막과,
    상기 압전체막 상에 형성되는 제2 전극막과,
    상기 제1 전극막의 막 두께보다도 큰 막 두께로 형성되어 상기 제1 전극막에 접속되는 제1 도전막과,
    상기 제2 전극막으로부터 이격되고, 또한 상기 제1 도전막에 접속되어 상기 압전체막의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 제2 도전막
    을 구비하고,
    상기 제1 도전막은, 상기 기체의 두께 방향으로부터의 평면에서 볼 때 상기 제1 전극막과 상기 진동막의 제1 방향 단부 사이에 형성되는 제1 방향 도전체부와, 상기 제1 전극막과 상기 진동막의 상기 제1 방향 단부는 상기 제1 전극막을 사이에 두고 반대측의 제2 방향 단부와의 사이에 형성되는 제2 방향 도전체부를 갖고,
    상기 제2 도전막은, 상기 제1 방향 도전체부에 접속되어 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막으로부터 이격되는 제1 상층 도전체부와, 상기 제2 방향 도전체부에 접속되어 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막으로부터 이격되는 제2 상층 도전체부를 갖고,
    상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 상기 제1 상층 도전체부 사이에 제1 절연막이 형성되고, 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 상기 제2 상층 도전체부 사이에 제2 절연막이 형성되고, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은 상기 제2 전극막 상에서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 기재된 초음파 트랜스듀서 장치와, 상기 초음파 트랜스듀서 장치를 지지하는 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브.
  7. 제1항에 기재된 초음파 트랜스듀서 장치와, 상기 초음파 트랜스듀서 장치에 접속되어, 상기 초음파 트랜스듀서 장치의 출력을 처리하는 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  8. 제1항에 기재된 초음파 트랜스듀서 장치와, 상기 초음파 트랜스듀서 장치에 접속되어, 상기 초음파 트랜스듀서 장치의 출력을 처리하고, 화상을 생성하는 처리부와, 상기 화상을 표시하는 표시 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 화상 장치.
  9. 기체에 형성되어 어레이 형상으로 배치되는 복수의 진동막의 표면 상에 도전 재료를 포함하는 제1 소재막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 소재막으로부터, 제1 전극막, 및 상기 제1 전극막으로부터 연속하는 제1 도전막의 적어도 일부를 형성하는 공정과,
    압전체 재료를 포함하는 제2 소재막을 형성하고, 상기 제2 소재막을 에칭 처리를 포함하는 패터닝 처리에 의해 상기 제1 전극막 상에 압전체막을 형성하는 공정과,
    적어도 상기 제1 도전막 및 상기 압전체막의 표면을 덮도록 도전 재료를 포함하는 제3 소재막을 형성하는 공정과,
    상기 제3 소재막을 에칭 처리를 포함하는 패터닝 처리에 의해, 상기 압전체막 상에 제2 전극막을 형성하고, 또한 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 이격하여 상기 제1 도전막에 접속하는 제2 도전막을 형성하는 공정
    을 구비하고,
    상기 제2 도전막은 상기 제2 전극막으로부터 이격되고, 또한 상기 제1 도전막에 접속되어 상기 압전체막의 적어도 일부를 덮도록 형성되고,
    상기 제1 도전막은, 상기 기체의 두께 방향으로부터의 평면에서 볼 때 상기 제1 전극막과 상기 진동막의 제1 방향 단부 사이에 형성되는 제1 방향 도전체부와, 상기 제1 전극막과 상기 진동막의 상기 제1 방향 단부는 상기 제1 전극막을 사이에 두고 반대측의 제2 방향 단부와의 사이에 형성되는 제2 방향 도전체부를 갖고,
    상기 제2 도전막은, 상기 제1 방향 도전체부에 접속되어 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막으로부터 이격되는 제1 상층 도전체부와, 상기 제2 방향 도전체부에 접속되어 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막으로부터 이격되는 제2 상층 도전체부를 갖고,
    상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 상기 제1 상층 도전체부 사이에 제1 절연막이 형성되고, 상기 압전체막 상에서 상기 제2 전극막과 상기 제2 상층 도전체부 사이에 제2 절연막이 형성되고, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은 상기 제2 전극막 상에서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 초음파 트랜스듀서 장치의 제조 방법.
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