TW201521248A - 超音波裝置及其製造方法以及電子機器及超音波圖像裝置 - Google Patents

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Abstract

一種超音波裝置，其特徵在於包括：基板，其具有第1開口及第2開口、以及分隔上述第1開口與上述第2開口之壁部；第1振動膜及第2振動膜，其等分別蓋住上述第1開口及上述第2開口；第1壓電元件及第2壓電元件，其等形成於上述第1振動膜及上述第2振動膜之各者之與上述基板為相反側之面上；以及聲匹配層，其以與上述第1振動膜及上述第2振動膜接觸之方式配置於上述第1開口內及上述第2開口內。

Description

超音波裝置及其製造方法以及電子機器及超音波圖像裝置
本發明係關於一種超音波裝置及其製造方法以及利用其之探針、電子機器及超音波圖像裝置等。
一般已知有利用薄膜之振動膜之超音波裝置。例如，如專利文獻1所記載般，於矽氧化物或矽氮化物之振動膜之表面形成壓電元件。於振動膜之表面配置包圍壓電元件之構造體。振動膜之背面與對象物相對。因此，自振動膜之背面發送超音波。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2010-539442號公報
於專利文獻1中，在形成壓電元件時，振動膜之背面係支持於基板之表面。形成壓電元件後，利用蝕刻去除基板。振動膜之背面係以平坦之面形成。若於振動膜與對象物之間介置聲匹配層(acoustic matching layer)或聲結合材，則會於鄰接之振動膜之間產生串音(crosstalk)。
於是，期望一種可於鄰接之振動膜之間有效地防止串音之超音波裝置。
(1)本發明之一態樣係關於一種超音波裝置，其包括：基板，其具有第1開口及第2開口、以及分隔上述第1開口與上述第2開口之壁部；第1振動膜及第2振動膜，其等分別蓋住上述第1開口及上述第2開口；第1壓電元件及第2壓電元件，其等形成於上述第1振動膜及上述第2振動膜之各者之與上述基板為相反側之面上；以及聲匹配層，其以與上述第1振動膜及上述第2振動膜接觸之方式配置於上述第1開口內及上述第2開口內。
壁部分隔聲匹配層。接觸第1振動膜之聲匹配層與接觸第2振動膜之聲匹配層係由壁部分斷。如此，可防止於聲匹配層中傳播之超音波之串音。
(2)亦可為，上述第1開口為複數個且排列成行狀，上述第2開口為複數個且排列成與上述第1開口之排列並列之行狀。根據該態樣，可對應於行狀之第1開口而於行狀之第1壓電元件共通地連接電極。同樣地，可對應於行狀之第2開口而於行狀之第2壓電元件共通地連接電極。如此，行狀之第1壓電元件可同時動作，行狀之第2壓電元件可同時動作。而且，可防止於第1壓電元件群與第2壓電元件群之間於聲匹配層中傳播之超音波之串音。
(3)亦可為，上述壁部於上述基板之厚度方向上具有第1高度之第1壁部及高於第1高度之第2高度之第2壁部。如此，第1壁部及第2壁部可個別地擔負功能。
(4)亦可為，超音波裝置進而包括接觸上述第2壁部而與上述聲匹配層結合之聲透鏡。根據該態樣，於使用超音波裝置時，聲透鏡與聲匹配層結合。聲透鏡可將自第1振動膜或第2振動膜發送之超音波振動 收斂於焦點位置。聲透鏡係相對於第1振動膜及第2振動膜藉由第2壁部而定位。如此，於聲透鏡與第1振動膜及第2振動膜之間決定聲匹配層之厚度。可利用第2壁部之高度調整聲匹配層之厚度。可設定最適於超音波之傳播之厚度。而且，即便聲透鏡壓抵於受檢體，亦可極力防止聲匹配層之變形。可維持聲匹配層之厚度。
(5)亦可於上述聲透鏡與上述第1壁部之間配置上述聲匹配層。根據該態樣，聲匹配層有助於聲透鏡與第1壁部之黏固。因此，無論壁部之配置如何，均能夠儘可能地抑制聲匹配層與聲透鏡之密接面積之減少。可使聲透鏡與聲匹配層之結合穩定化。
(6)亦可為，超音波裝置包括外框，該外框係於自上述基板之厚度方向之俯視下連續地包圍上述第1開口及上述第2開口，且於上述基板之厚度方向上高於上述壁部。根據該態樣，於形成聲匹配層時可使聲匹配層之素材以流動體之形式流入至第1開口或第2開口。又，外框可阻擋自第1開口或第2開口溢出之素材。如此，可確實地使素材流入至所有第1開口及第2開口。
(7)亦可為，上述第1振動膜具有第1共振頻率，上述第2振動膜具有與上述第1共振頻率不同之第2共振頻率。振動膜於共振頻率之頻帶顯示相對於超音波最大之感度。因此，可接收針對每個振動膜不同之頻帶之超音波。如此，可檢測發送頻率之諧波成分。或者，可擴大超音波之接收頻帶。
(8)上述聲匹配層可於上述第1開口及上述第2開口具有相等之厚度。一般而言，聲匹配層之厚度相當於超音波之波長之4分之1的奇數倍。因此，於在第1共振頻率與第2共振頻率之間諧波之關係成立之情形時，即便於第1開口及第2開口設定相等之厚度，亦可實現聲匹配。
(9)上述聲匹配層亦可於上述第1開口及上述第2開口具有不同之厚度。一般而言，聲匹配層之厚度相當於超音波之波長之4分之1的奇 數倍。可使聲匹配層之厚度相對於各第1開口及第2開口最佳化。
(10)超音波裝置可組入至探針而利用。此時，探針包括超音波裝置及支持上述超音波裝置之殼體即可。
(11)超音波裝置可組入至電子機器而利用。此時，電子機器包括超音波裝置、及連接於上述超音波裝置並對上述超音波裝置之輸出進行處理之處理裝置即可。
(12)超音波裝置可組入至超音波圖像裝置而利用。此時，超音波圖像裝置包括超音波裝置、及顯示自上述超音波裝置之輸出產生之圖像之顯示裝置即可。
(13)本發明之另一態樣係關於一種超音波裝置之製造方法，其包括如下步驟：於在第1面具有膜材之基板之上述膜材之表面形成第1壓電元件及第2壓電元件；自上述第1面之背側之第2面，於上述基板形成相互以壁部分隔之第1開口及第2開口，於上述膜材形成支持上述第1壓電元件之第1振動膜、及支持上述第2壓電元件之第2振動膜；使聲匹配層之素材之流動體流入至上述第1開口及上述第2開口；以及於流入之上述流動體覆蓋聲透鏡，使上述流動體硬化而黏固上述聲透鏡。
於所製造之超音波裝置中，壁部分隔聲匹配層。接觸第1振動膜之聲匹配層與接觸第2振動膜之聲匹配層係由壁部分斷。如此，可防止於聲匹配層中傳播之超音波之串音。於形成聲匹配層時，素材之流動體單純地流入至第1開口及第2開口即可，可簡化製造步驟。聲匹配層確實地密接於第1振動膜及第2振動膜以及聲透鏡。
(14)亦可為，上述壁部於上述基板之厚度方向上具有第1高度之第1壁部及高於第1高度之第2高度之第2壁部。根據該態樣，聲透鏡與第2壁部接觸。聲透鏡係相對於第1振動膜及第2振動膜藉由第2壁部而定位。此時，可於聲透鏡與第1壁部之間介置聲匹配層。聲匹配層可有助於聲透鏡與第1壁部之黏固。
(15)亦可於形成上述第1開口及上述第2開口時，自上述膜材之平坦之上述表面形成第1膜厚之上述第1振動膜、及第2膜厚之上述第2振動膜。根據該態樣，流入之流動體之表面平坦地擴展。因此，流動體之厚度於對應於第1振動膜之部位與對應於第2振動膜之部位不同。如此，可控制聲匹配層之厚度。
11‧‧‧作為電子機器之超音波圖像裝置(超音波診斷裝置)
12‧‧‧處理裝置(裝置終端)
13‧‧‧探針(超音波探針)
13a‧‧‧探針本體
13b‧‧‧探針頭
14‧‧‧纜線
15‧‧‧顯示裝置(顯示面板)
16‧‧‧殼體
17‧‧‧超音波裝置
17a‧‧‧超音波裝置
17b‧‧‧超音波裝置
17c‧‧‧超音波裝置
21‧‧‧基體
21a‧‧‧第1邊
21b‧‧‧第2邊
22‧‧‧元件陣列
23‧‧‧元件
24‧‧‧第1振動膜及第2振動膜(振動膜)
25‧‧‧第1壓電元件及第2壓電元件(壓電元件)
26‧‧‧上電極
27‧‧‧下電極
28‧‧‧壓電體膜
29‧‧‧第1導電體
31‧‧‧第2導電體
32‧‧‧引出配線
33a‧‧‧第1端子陣列
33b‧‧‧第2端子陣列
34‧‧‧上電極端子
35‧‧‧下電極端子
36‧‧‧上電極端子
37‧‧‧下電極端子
38‧‧‧第1配線板
39‧‧‧第1信號線
41‧‧‧第2配線板
42‧‧‧第2信號線
44‧‧‧基板
45‧‧‧可撓膜
46‧‧‧第1開口及第2開口(開口)
47‧‧‧壁部(分隔壁)
47a‧‧‧第1壁部(第1壁)
47b‧‧‧第2壁部(第2壁)
51‧‧‧氧化矽層
52‧‧‧氧化鋯層
53‧‧‧襯底材料
54‧‧‧壁材
55‧‧‧聲匹配層
56‧‧‧聲透鏡
61‧‧‧基板
61b‧‧‧第2面(背面)
62‧‧‧膜材
63‧‧‧光阻劑
64‧‧‧素材
65‧‧‧外框
71a‧‧‧第1元件
71b‧‧‧第2元件
72a‧‧‧第1振動膜
72b‧‧‧第2振動膜
73a‧‧‧第1壓電元件
73b‧‧‧第2壓電元件
74‧‧‧上電極
75‧‧‧下電極
76‧‧‧壓電體膜
77‧‧‧上電極
78‧‧‧下電極
78a‧‧‧第1開口
78b‧‧‧第2開口
79‧‧‧壓電體膜
H1‧‧‧第1高度
H2‧‧‧第2高度
p1‧‧‧第1膜厚
p2‧‧‧第2膜厚
t1‧‧‧第1厚度
t2‧‧‧第2厚度
圖1係概略性地表示電子機器之一具體例即超音波診斷裝置之外觀圖。
圖2係超音波探針之放大前視圖。
圖3係第1實施形態之超音波裝置之放大俯視圖。
圖4係沿圖3之A-A線之剖面圖。
圖5係概略性地表示超音波裝置之製造方法且至形成壓電元件之步驟為止之放大剖面圖。
圖6係概略性地表示超音波裝置之製造方法且至形成開口之步驟為止之放大剖面圖。
圖7係概略性地表示超音波裝置之製造方法且使聲匹配層之素材流入之步驟之放大剖面圖。
圖8係概略性地表示超音波裝置之製造方法且黏固聲透鏡之步驟之放大剖面圖。
圖9係與圖4對應而為第2實施形態之超音波裝置之放大剖面圖。
圖10係與圖4對應而為第3實施形態之超音波裝置之放大剖面圖。
圖11係第4實施形態之超音波裝置之放大局部俯視圖。
圖12係沿圖11之B-B線之局部剖面圖。
以下，一面參照隨附圖式，一面說明本發明之一實施形態。再 者，以下說明之本實施形態並非不合理地限定申請專利範圍所記載之 本發明之內容者，且未必本實施形態中說明之所有構成作為本發明之解決手段為必需。
(1)超音波診斷裝置之整體構成
圖1概略性地表示電子機器之一具體例即超音波診斷裝置(超音波圖像裝置)11之構成。超音波診斷裝置11包括裝置終端(處理裝置)12及超音波探針(探針)13。裝置終端12與超音波探針13係利用纜線14而相互連接。裝置終端12與超音波探針13係經由纜線14而交換電氣信號。於裝置終端12組入顯示面板(顯示裝置)15。顯示面板15之畫面於裝置終端12之表面露出。於裝置終端12，基於由超音波探針13檢測出之超音波而產生圖像。經圖像化之檢測結果顯示於顯示面板15之畫面中。
如圖2所示，超音波探針13具有殼體16。於殼體16內收容超音波裝置17。超音波裝置17之表面可於殼體16之表面露出。超音波裝置17自表面輸出超音波並且接收超音波之反射波。此外，超音波探針13可包括裝卸自如地連結於探針本體13a之探針頭13b。此時，超音波裝置17可組入至探針頭13b之殼體16內。
(2)第1實施形態之超音波裝置之構成
圖3概略性地表示第1實施形態之超音波裝置17之俯視圖。超音波裝置17包括基體21。於基體21形成元件陣列22。元件陣列22由超音波換能器元件(以下稱為「元件」)23之排列構成。排列係由複數列複數行矩陣形成。此外，於排列中，亦可確立鋸齒配置。鋸齒配置中，只要偶數行之元件23群相對於奇數行之元件23群以行間距之2分之1偏移即可。奇數行及偶數行之一者之元件數亦可比另一者之元件數少1個。
各個元件23包括振動膜24。振動膜24之詳情於下文敍述。圖3中，於與振動膜24之膜面正交之方向之俯視(基板之厚度方向之俯視) 下以虛線描繪振動膜24之輪廓。於振動膜24上形成壓電元件25。於壓電元件25中，如下所述，於上電極26與下電極27之間夾隔壓電體膜28。其等係依序重疊。超音波裝置17係作為1片超音波換能器元件晶片而構成。
於基體21之表面形成複數根第1導電體29。第1導電體29於排列之行方向上相互平行地延伸。於每1行元件23分配1根第1導電體29。1根第1導電體29共通地配置於沿排列之行方向排列之元件23。第1導電體29係於各個元件23分別形成下電極27。第1導電體29可使用例如鈦(Ti)、釔(Ir)、鉑(Pt)及鈦(Ti)之積層膜。但，第1導電體29亦可利用其他導電材。
於基體21之表面形成複數根第2導電體31。第2導電體31係於排列之列方向上相互平行地延伸。於每1列元件23分配1根第2導電體31。1根第2導電體31係共通地連接於沿排列之列方向排列之元件23。第2導電體31係於各個元件23分別形成上電極26。第2導電體31之兩端分別連接於1對引出配線32。引出配線32係於排列之行方向上相互平行地延伸。因此，所有第2導電體31具有相同之長度。如此，上電極26共通地連接於矩陣整體之元件23。第2導電體31可由例如釔(Ir)形成。但，第2導電體31亦可利用其他導電材。
於每行切換元件23之通電。與如此之通電之切換相應地實現線性掃描或扇形掃描。由於1行元件23同時輸出超音波，故而1行之個數即排列之列數可根據超音波之輸出位準而決定。列數例如設定為10~15列左右即可。圖中省略地描繪5列。排列之行數可根據掃描範圍廣度而決定。行數例如設定為128行或256行即可。圖中省略地描繪8行。上電極26及下電極27之角色亦可互換。即，亦可於矩陣整體之元件23共通地連接下電極，另一方面，於排列之每行共通地連接上電極。
基體21之輪廓具有以相互平行之1對直線分隔而對向之第1邊21a及第2邊21b。於第1邊21a與元件陣列22之輪廓之間配置1行第1端子陣列33a。於第2邊21b與元件陣列22之輪廓之間配置1行第2端子陣列33b。第1端子陣列33a可與第1邊21a平行地形成1行。第2端子陣列33b可與第2邊21b平行地形成1行。第1端子陣列33a包含1對上電極端子34及複數個下電極端子35。同樣地，第2端子陣列33b包含1對上電極端子36及複數個下電極端子37。於1條引出配線32之兩端分別連接上電極端子34、36。引出配線32及上電極端子34、36只要於將元件陣列22二等分之垂直面呈面對稱地形成即可。於1根第2導電體31之兩端分別連接下電極端子35、37。第2導電體31及下電極端子35、37只要於將元件陣列22二等分之垂直面呈面對稱地形成即可。此處，基體21之輪廓形成為矩形。基體21之輪廓可為正方形，亦可為梯形。
於基體21連結第1可撓性印刷配線板(以下稱為「第1配線板」)38。第1配線板38被覆於第1端子陣列33a。於第1配線板38之一端，個別地對應於上電極端子34及下電極端子35而形成導電線即第1信號線39。第1信號線39個別地面向且個別地接合於上電極端子34及下電極端子35。同樣地，於基體21被覆第2可撓性印刷配線板(以下稱為「第2配線板」)41。第2配線板41被覆於第2端子陣列33b。於第2配線板41之一端，個別地對應於上電極端子36及下電極端子37而形成導電線即第2信號線42。第2信號線42個別地面向且個別地接合於上電極端子36及下電極端子37。
如圖4所示，基體21包括基板44及可撓膜45。於基板44之表面，整面地形成可撓膜45。基板44例如由矽(Si)形成。於基板44，針對各個元件23分別形成開口46。開口46係相對於基板44呈陣列狀配置。配置開口46之區域之輪廓相當於元件陣列22之輪廓。於鄰接之2個開口46之間劃分有分隔壁47。鄰接之開口46係由分隔壁47分隔。分隔壁47 之壁厚相當於開口46之間隔。分隔壁47係於相互平行地擴展之平面內規定2個壁面。壁厚相當於2個壁面之距離。即，壁厚可由正交於壁面且夾於壁面之間之垂線之長度規定。
可撓膜45包含積層於基板44之表面之氧化矽(SiO2)層51及積層於氧化矽層51之表面之氧化鋯(ZrO2)層52。可撓膜45蓋住開口46。如此，對應於開口46之輪廓，可撓膜45之一部分形成振動膜24。振動膜24係可撓膜45中因面向開口46而可於基板44之厚度方向上進行膜振動之部分。氧化矽層51之膜厚可基於共振頻率而決定。
於振動膜24之表面依序積層第1導電體29、壓電體膜28及第2導電體31。壓電體膜28例如可由鋯酸鈦酸鉛(PZT)形成。壓電體膜28亦可使用其他壓電材料。壓電體膜28覆蓋下電極27之至少一部分及振動膜24之一部分。上電極26覆蓋壓電體膜28之至少一部分。此處，於第2導電體31下，壓電體膜28完全覆蓋第1導電體29之表面。因壓電體膜28之作用，可於第1導電體29與第2導電體31之間避免短路。
於基板44之表面，在可撓膜45上安裝襯底材料53。襯底材料53於與可撓膜45之表面之間形成空間。於空間內配置壓電元件25。襯底材料53係以壁材54支持於可撓膜45之表面。壁材54於襯底材料53與可撓膜45之表面之間維持間隔。壁材54於開口46之輪廓之外側支持於基板44。
於基板44，於表面之背側之背面積層聲匹配層55。聲匹配層55於覆蓋於基板44之背面之同時配置於開口46內。聲匹配層55於開口46內與振動膜24接觸。聲匹配層55係無間隙地密接於振動膜24。聲匹配層55例如可使用聚矽氧樹脂膜。分隔壁47之聲阻抗大於聲匹配層55之聲阻抗。
於聲匹配層55上積層聲透鏡56。聲透鏡56係無間隙地密接於聲匹配層55之表面。聲透鏡56之外表面係由局部圓筒面形成。局部圓筒 面具有與第2導電體31平行之母線。局部圓筒面之曲率係根據自連接於1根第2導電體31之1行元件23發送之超音波之焦點位置而決定。聲透鏡56例如由聚矽氧樹脂形成。
(2)超音波診斷裝置之動作
接下來，簡單說明超音波診斷裝置11之動作。於傳送超音波時，對壓電元件25供給脈衝信號。脈衝信號係經由下電極端子35、37及上電極端子34、36以行為單位供給至元件23。各個元件23中，於下電極27與上電極26之間，電場作用於壓電體膜28。壓電體膜28係以超音波振動。壓電體膜28之振動傳遞至振動膜24。如此，振動膜24進行超音波振動。振動膜24之超音波振動係於聲匹配層55中傳播。超音波振動係自聲匹配層55傳遞至聲透鏡56並自聲透鏡56發送。其結果為，朝向對象物(例如人體之內部)發射所期望之超音波束。
超音波之反射波係於聲透鏡56及聲匹配層55中傳播而使振動膜24振動。振動膜24之超音波振動係使壓電體膜28以所期望之頻率進行超音波振動。根據壓電元件25之壓電效果，自壓電元件25輸出電壓。各個元件23中，於上電極26與下電極27之間產生電位。電位係自下電極端子35、37及上電極端子34、36以電氣信號之形式輸出。如此，可檢測超音波。
重複超音波之傳送及接收。其結果為，實現線性掃描或扇形掃描。若掃描完成，則基於輸出信號之數位信號形成圖像。所形成之圖像顯示於顯示面板15之畫面中。
一般而言，於形成超音波圖像時，超音波探針13被壓抵於受檢體。此時，於受檢體與聲透鏡56之間介置流動性之聲結合材。聲結合材例如可利用水。因聲結合材之作用而於受檢體與聲透鏡56之間確立聲匹配，可防止界面之超音波之反射。壓電元件25、第1導電體29或第2導電體31等配線圖案等配置於基體21之正側，因此，壓電元件25 或配線圖案可利用可撓膜45與聲結合材隔開。如此，可保護壓電元件25或配線圖案免受水分之影響。因此，可撓膜45使用具有防濕性之素材即可。
於傳送超音波時，振動膜24進行超音波振動。超音波振動係於聲匹配層55內傳播並自聲匹配層55之界面發送。超音波振動係橫穿界面而傳播至聲透鏡56。此時，於鄰接之振動膜24之間，聲匹配層55係由分隔壁47分隔。與各個振動膜24接觸之聲匹配層55係由分隔壁47分斷。和聲匹配層55之聲阻抗與分隔壁47之聲阻抗之差相應地，於鄰接之聲匹配層55之間在聲學上形成界面。界面防止超音波振動之傳遞。於1個振動膜24之超音波振動時，防止超音波之串音。假設不形成分隔壁47，而聲匹配層55於元件23相互間共通地擴展，則自1元件23發送之超音波振動自聲匹配層55及聲透鏡56之界面反射並傳播至其他元件23之振動膜24。
超音波裝置17中，1行元件23群共通地連接於第1導電體29。可對應於1行開口46，而於1行壓電元件25共通地連接電極。此種開口46之行並列地排列。壓電元件25能以行為單位同時動作。至少於在行彼此之間鄰接之開口46之間形成分隔壁47，因此，可防止於1行壓電元件25群與鄰接之行之壓電元件25群之間於聲匹配層55中傳播之超音波之串音。
(3)超音波裝置之製造方法
接下來，簡單地說明超音波裝置17之製造方法。如圖5所示，準備基板61。基板61例如由矽形成。於基板61之表面，例如實施熱處理，形成氧化膜。基板61之矽經氧化而形成氧化矽。氧化膜具有均勻之膜厚。如此，自基板61形成基板44及氧化矽層51。於氧化矽層51之表面，整面地形成氧化鋯層52。於形成時，例如使用濺鍍。鋯膜係以均勻之膜厚形成。對鋯膜實施氧化處理。如此，氧化鋯層52以均勻之 膜厚形成。利用氧化矽層51與氧化鋯層52之積層而確立膜材62。膜材62相當於可撓膜45。
其後，於膜材62之表面形成壓電元件25。例如，於氧化鋯層52之表面，整面地形成導電材之素材層。於形成時，例如使用濺鍍。素材層係以均勻之膜厚形成。於素材層之表面形成光阻劑之圖案。圖案係仿照第1導電體29之形狀。自素材層之表面實施蝕刻處理。其結果為，自素材層形成第1導電體29。同樣地，於膜材62之表面形成壓電體膜28及上電極26(第2導電體31)。
如此，若除壓電元件25以外，亦形成第1導電體29、第2導電體31、上電極端子34、36及下電極端子35、37，則如圖6所示，於基板44，自基板61之背面(第2面)61b形成開口46。於形成時，基板44係自背面被予以蝕刻處理。於基板61之背面61b形成光阻劑63之圖案。圖案係仿照開口46之輪廓。根據蝕刻處理，於光阻劑63之外側，刻入基板61之背面61b。此時，氧化矽層51作為蝕刻終止層發揮功能。其結果為，於開口46處於膜材62確立振動膜24。
其後，如圖7所示，於開口46流入有聲匹配層55之素材64之流動體。素材64具有流動性，因此，素材64填滿開口46內之空間。素材64完全接觸於振動膜24。此處，素材64之流動體於基板61之背面61b均勻地擴展。素材64之平坦之表面於基板61之背面61b擴展成一面。
如圖8所示，於流入之素材64之流動體覆蓋聲透鏡56。素材64具有流動性，因此，素材64完全接觸於聲透鏡56。其後，對流動體實施硬化處理。與流動體之硬化相應地確立聲匹配層55。聲透鏡56黏固於聲匹配層55。聲匹配層55確實地密接於振動膜24及聲透鏡56。與密接相應地，確實之超音波之傳播得以確立。
其後，於基板44接合第1配線板38及第2配線板41。若安裝第1配線板38及第2配線板41，則於基板61之表面接合襯底材料53。如此， 製造超音波裝置17。
(4)第2實施形態之超音波裝置之構成
圖9概略性地表示第2實施形態之超音波裝置17a之剖面圖。超音波裝置17a中，分隔壁47係於基板之厚度方向上具有第1高度H1之第1壁47a與第2高度H2之第2壁47b。第2高度H2高於第1高度H1。第1高度H1及第2高度H2只要於相對於可撓膜45之表面正交之方向上自氧化矽層51之背面測定即可。此處，第1高度H1及第2高度H2相當於基板44之厚度。聲透鏡56係與第2壁47b之最上表面接觸。於聲透鏡56與第1壁47a之間配置聲匹配層55。此外，超音波裝置17a具有與第1實施形態之超音波裝置17相同之構成。
超音波裝置17a中，聲透鏡56係相對於振動膜24藉由第2壁47b而定位。如此，於聲透鏡56與振動膜24之間決定聲匹配層55之厚度。可利用第2壁47b之高度調整聲匹配層55之厚度。可設定最適於超音波之傳播之厚度。而且，即便將聲透鏡56壓抵於受檢體，亦可極力防止聲匹配層55之變形。可維持聲匹配層55之厚度。
如上所述，聲匹配層55係作為聲透鏡56之黏固劑發揮功能。由於聲匹配層55夾於第1壁47a與聲透鏡56之間，故而聲匹配層55有助於聲透鏡56與第1壁47a之黏固。無論分隔壁47之配置如何，均能夠儘可能地抑制聲匹配層55與聲透鏡56之密接面積之減少。可使聲透鏡56與聲匹配層55之結合穩定化。
於超音波裝置17a之製造中，形成開口46時，基板61之背面61b被予以蝕刻處理。此時，若在相當於第2壁47b之部位抑制蝕刻處理，則可確立第2壁47b之第2高度H2。於黏固聲透鏡56時，聲透鏡56被壓抵於第2壁47b之最上表面。第2壁47b將聲透鏡56定位。
(5)第3實施形態之超音波裝置之構成
圖10概略性地表示第3實施形態之超音波裝置17b之剖面圖。超 音波裝置17b中，於基板44之背面形成連續地包圍所有的開口46之外框。外框之高度高於分隔壁47之高度。聲透鏡56被外框抵住。因此，外框將聲透鏡56定位。於外框之內側配置聲匹配層55。聲匹配層55填滿開口46。聲匹配層55有助於聲透鏡56與分隔壁47之黏固。無論分隔壁47之配置如何，均能夠儘可能地抑制聲匹配層55與聲透鏡56之密接面積之減少。可使聲透鏡56與聲匹配層55之結合穩定化。
超音波裝置17b之製造中，於形成開口46時，基板61之背面61b被予以蝕刻處理。此時，若在相當於外框65之部位抑制蝕刻處理，則可確立外框65之高度。於黏固聲透鏡56時，聲匹配層55之素材係以流動體之形式流入至開口46。外框65可阻擋自開口46溢出之素材。如此，可使素材確實地流入至所有開口46。聲透鏡56壓抵於外框65。外框65將聲透鏡56定位。
(6)第4實施形態之超音波裝置之構成
圖11係第4實施形態之超音波裝置17c之放大局部俯視圖。超音波裝置17c之元件陣列22由第1超音波換能器元件(以下稱為「第1元件」)71a及第2超音波換能器元件(以下稱為「第2元件」)71b之排列構成。此處，第1元件71a及第2元件71b於行方向交替配置。但，第1元件71a及第2元件71b之排列並不限定於此。
第1元件71a包括第1振動膜72a。第2元件71b包括第2振動膜72b。圖11中，於與第1振動膜72a及第2振動膜72b之膜面正交之方向之俯視(基板之厚度方向之俯視)下，以虛線描繪第1振動膜72a及第2振動膜72b之輪廓。於第1振動膜72a上形成第1壓電元件73a。於第2振動膜72b上形成第2壓電元件73b。第1壓電元件73a中，於上電極74與下電極75之間夾隔壓電體膜76。其等係依序重疊。同樣地，於第2壓電元件73b中，於上電極77與下電極78之間夾隔壓電體膜79。其等係依序重疊。於1行第1元件71a及第2元件71b之下電極75、78共通地連接第1 導電體29。於每1列第1元件71a或每1列第2元件71b，於上電極74、77共通地連接第2導電體31。此處，第1振動膜72a之大小(面積)與第2振動膜72b之大小(面積)不同。第1振動膜72a之大小依存於第1共振頻率。第2振動膜72b之大小依存於第2共振頻率。此處，第2共振頻率相當於第1共振頻率之諧波。但，亦可使用除此以外之頻率之組合。
如圖12所示，於基板44，對應於各個第1元件71a形成第1開口78a，對應於各個第2元件71b形成第2開口78b。第1開口78a中，聲匹配層55具有第1厚度t1。第2開口78b中，聲匹配層55具有第2厚度t2。第1厚度t1與第2厚度t2不同。第1厚度t1係根據第1振動膜72a之第1共振頻率而決定。第2厚度t2係根據第2振動膜72b之第2共振頻率而決定。如此，針對各第1振動膜72a及第2振動膜72b，分別使聲匹配層55之厚度t1、t2最佳化。此處，於設定聲匹配層55之厚度t1、t2時，第1振動膜72a具有第1膜厚p1，第2振動膜72b具有第2膜厚p2。第2膜厚p2大於第1膜厚p1。
於超音波裝置17c之製造中，於形成膜材62時，在基板61之表面形成氧化膜。基板61之矽經氧化而形成氧化矽。此時，若對每個區域調整氧化量，則氧化膜之膜厚可針對每個區域而設定。如此，可於相當於第2振動膜72b之區域增大氧化膜之膜厚。可形成具有第1膜厚p1及第2膜厚p2之膜材62。其後，若自基板61之背面形成第1開口78a及第2開口78b，則於第1開口78a及第2開口78b中，於自基板61之背面起不同之位置，氧化矽層51作為蝕刻終止層發揮功能，因此第1開口78a係以相當於第1厚度t1之深度形成，第2開口78b係以相當於第2厚度t2之深度形成。流入至第1開口78a及第2開口78b之素材64之表面平坦地擴展。因此，流動體之厚度於對應於第1振動膜72a之部位與對應於第2振動膜72b之部位不同。如此，可控制聲匹配層55之厚度t1、t2。
另一方面，如上述實施形態中所示，於第1開口78a或第2開口 78b，聲匹配層55之厚度亦可設定為相等。一般而言，聲匹配層55之厚度相當於超音波之波長之4分之1的奇數倍。因此，於在第1共振頻率與第2共振頻率之間諧波之關係成立之情形時，即便於第1開口78a及第2開口78b設定相等之厚度，亦可實現聲匹配。
再者，如上所述般，對本實施形態進行了詳細說明，但業者應可容易理解，能夠進行不實質性地脫離本發明之新穎事項及效果之多種變化。因此，此種變化例均包含於本發明之範圍。例如，於說明書或圖式中，至少一次與更廣義或同義之不同用語一併記載之用語於說明書或圖式之任何部位均可替換為該不同之用語。又，裝置終端12或超音波探針13、殼體16、顯示面板15等之構成及動作亦不限定於本實施形態中說明者，可進行各種變化。
17‧‧‧超音波裝置
21‧‧‧基體
23‧‧‧元件
24‧‧‧第1振動膜及第2振動膜(振動膜)
26‧‧‧上電極
28‧‧‧壓電體膜
29‧‧‧第1導電體
38‧‧‧第1配線板
41‧‧‧第2配線板
44‧‧‧基板
45‧‧‧可撓膜
46‧‧‧第1開口及第2開口(開口)
47‧‧‧壁部(分隔壁)
51‧‧‧氧化矽層
52‧‧‧氧化鋯層
53‧‧‧襯底材料
54‧‧‧壁材
55‧‧‧聲匹配層
56‧‧‧聲透鏡

Claims (15)

  1. 一種超音波裝置，其特徵在於包括：基板，其具有第1開口及第2開口、以及分隔上述第1開口與上述第2開口之壁部；第1振動膜及第2振動膜，其等分別蓋住上述第1開口及上述第2開口；第1壓電元件及第2壓電元件，其等形成於上述第1振動膜及上述第2振動膜之各者之與上述基板為相反側之面上；以及聲匹配層，其以與上述第1振動膜及上述第2振動膜接觸之方式配置於上述第1開口內及上述第2開口內。
  2. 如請求項1之超音波裝置，其中上述第1開口為複數個且排列成行狀，上述第2開口為複數個且排列成與上述第1開口之排列並列之行狀。
  3. 如請求項1或2之超音波裝置，其中上述壁部於上述基板之厚度方向上具有第1高度之第1壁部及高於第1高度之第2高度之第2壁部。
  4. 如請求項3之超音波裝置，其進而包括接觸上述第2壁部而與上述聲匹配層結合之聲透鏡。
  5. 如請求項3或4之超音波裝置，其中於上述聲透鏡與上述第1壁部之間配置上述聲匹配層。
  6. 如請求項1至5中任一項之超音波裝置，其包括外框，該外框係於自上述基板之厚度方向之俯視下連續地包圍上述第1開口及上述第2開口，且於上述基板之厚度方向上高於上述壁部。
  7. 如請求項1至6中任一項之超音波裝置，其中上述第1振動膜具有第1共振頻率，上述第2振動膜具有與上述第1共振頻率不同之第 2共振頻率。
  8. 如請求項7之超音波裝置，其中上述聲匹配層於上述第1開口及上述第2開口具有相等之厚度。
  9. 如請求項7之超音波裝置，其中上述聲匹配層於上述第1開口及上述第2開口具有不同之厚度。
  10. 一種探針，其特徵在於包括如請求項1至9中任一項之超音波裝置及支持上述超音波裝置之殼體。
  11. 一種電子機器，其特徵在於包括如請求項1至9中任一項之超音波裝置、及連接於上述超音波裝置並對上述超音波裝置之輸出進行處理之處理裝置。
  12. 一種超音波圖像裝置，其特徵在於包括：如請求項1至9中任一項之超音波裝置、及顯示自上述超音波裝置之輸出產生之圖像之顯示裝置。
  13. 一種超音波裝置之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：於在第1面具有膜材之基板之上述膜材之表面形成第1壓電元件及第2壓電元件；自上述第1面之背側之第2面，於上述基板形成相互以壁部分隔之第1開口及第2開口，於上述膜材形成支持上述第1壓電元件之第1振動膜、及支持上述第2壓電元件之第2振動膜；使聲匹配層之素材之流動體流入至上述第1開口及上述第2開口；以及於流入之上述流動體覆蓋聲透鏡，使上述流動體硬化而黏固上述聲透鏡。
  14. 如請求項13之超音波裝置之製造方法，其中上述壁部於上述基板之厚度方向上具有第1高度之第1壁部及高於第1高度之第2高度之第2壁部。
  15. 如請求項13或14之超音波裝置之製造方法，其中於形成上述第1開口及上述第2開口時，自上述膜材之平坦之上述表面形成第1膜厚之上述第1振動膜、及第2膜厚之上述第2振動膜。
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