CN102860045B - 超声波探头及其制造方法以及超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

在本发明的超声波探头中，抑制衬里层和CMUT部的接合部分产生的热应力引起的CMUT部的翘曲，提高CMUT部与衬里层的粘合的耐久性。为此，具备：具有根据施加的偏置电压改变机电耦合系数或灵敏度的振动要素的CMUT部（20）；与CMUT部（20）的超声波发送面的背面侧粘合的衬里层（22）；隔着衬里层（22）与CMUT部（20）相对配置，抑制与衬里层（22）粘合的CMUT部（20）与衬里层（22）之间产生的热应力导致的CMUT部（20）的翘曲的热应力平衡部件（24）。

Description

超声波探头及其制造方法以及超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及在超声波振子中使用了CMUT部的超声波探头及其制造方法以及超声波诊断装置。

背景技术

超声波诊断装置通过超声波探头向被检者发送超声波，并通过超声波探头接收来自被检者体内的反射信号，基于该接收到的反射信号来拍摄诊断图像。超声波探头排列了多个超声波振子。超声波振子具有将从超声波束形成电路供给的驱动信号变换为超声波并向被检者发送超声波，并且接收来自被检者的反射信号并变换为电信号的功能。

近年的超声波振子采用了超微电容型超声波振子（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer、简称为“CMUT部”）。CMUT部通过半导体微加工工艺制造，以机电耦合系数根据在隔着多个振动要素形成的上部电极和下部电极间施加的偏置电压变化的方式工作。多个振动要素将从超声波束形成电路供给的驱动信号变换为超声波，将超声波发送到被检者，并且接收来自被检者的反射信号，变换为电信号。

在专利文献1中公开了在超声波振子中使用了CMUT部的超声波探头的一例。超声波探头具有按照衬里层、热应力抑制单元、基板、CMUT部、声能透镜的顺序层叠的构造。热应力抑制单元抑制在线膨胀系数不同的基板和衬里层中各自由于温度变化而产生的热应力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2009/069555号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1只停留在通过热应力抑制单元抑制基板和衬里层的热应力。

但是，关于在衬里层与CMUT部的接合部分产生的热应力的抑制，在专利文献1中没有任何解决。

本发明的目的在于提供能够提高与在衬里层和CMUT部的接合部分产生的热应力相关的耐久性的超声波探头及其制造方法以及超声波诊断装置。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明从超声波发送面看，按照CMUT部、衬里层、热应力平衡部件的顺序层叠并相互粘合。换言之，将CMUT部与热应力平衡部件隔着衬里层相对配置。CMUT部与衬里层粘合，热应力平衡部件与衬里层粘合。

接着，说明本发明的具体结构。

本发明的超声波探头，其特征在于，具备：CMUT部，其具有根据施加的偏置电压改变机电耦合系数或灵敏度的振动要素；衬里层，其与所述CMUT部的超声波发送面的背面侧粘合；以及热应力平衡部件，其隔着所述衬里层与所述CMUT部相对配置，与所述衬里层粘合。

另外，本发明的超声波探头的制造方法，其特征在于，包含以下工序：将CMUT部的超声波发送面的背面侧与衬里层粘合的第一工序；隔着所述衬里层将热应力平衡部件与所述CMUT部相对配置，将该热应力平衡部件与所述衬里层粘合的第二工序。

另外，本发明的超声波诊断装置，具备：向被检者发送接收超声波的超声波探头；驱动所述超声波探头的发送部；使用通过所述超声波探头接收的来自所述被检者的反射信号生成超声波图像的图像生成部；显示所述超声波图像的显示部；以及控制所述发送部至显示部的控制部，所述超声波诊断装置的特征在于，具备：CMUT部，其具有根据施加的偏置电压改变机电耦合系数或灵敏度的振动要素；衬里层，其与所述CMUT部的超声波发送面的背面侧粘合；以及热应力平衡部件，其隔着所述衬里层与所述CMUT部相对配置，与所述衬里层粘合。

根据本发明，通过具备热应力平衡部件，在热应力平衡部件与衬里层间产生的热应力，在和CMUT部与衬里层间产生的热应力的相反方向上产生，使各热应力彼此均衡。

然而，本发明可以抑制在衬里层与CMUT部的结合部分产生的热应力引起的CMUT部的翘曲，因此可以提高CMUT部与衬里层的粘合的耐久性。

发明的效果

根据本发明，可以抑制由于在衬里层与CMUT部的接合部分产生的热应力所导致的CMUT部的翘曲，因此起到提供能够提高CMUT部与衬里层的粘合的耐久性的超声波探头及其制造方法以及超声波诊断装置。

附图说明

图1是本发明的超声波诊断装置1的结构图。

图2是切开超声波探头2的一部分的立体图。

图3是图2中的振子21的结构图。

图4是图3中的振动要素28之一的截面图。

图5是说明热应力平衡部件24的热应力抵消原理的图。

图6是表示测定实施例1的超声波探头2的长轴方向的翘曲量的结果的图。

图7是表示实施例2的没有热应力平衡部件24时的有限要素模型的图。

图8是表示实施例2的有热应力平衡部件24时的有限要素模型的图。

图9是表示测定实施例2的超声波探头2的长轴方向的翘曲量的结果的图。

图10是表示测定实施例3的超声波探头2的长轴方向的翘曲量的结果的图。

图11是实施例4的配置了热应力平衡部件24-1～24-5的超声波探头2的截面图。

图12是实施例5的配置了热应力平衡部件24a、24b的超声波探头2的截面图。

图13是实施例6的超声波探头的制造方法的工序的流程图。

图14是表示图13的制造工序的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的超声波探头以及使用该超声波探头的超声波诊断装置的优选实施方式。

此外，在以下的说明以及附图中，关于具有相同功能结构的结构要素，通过赋予相同的符号来省略重复说明。

（超声波诊断装置1的结构）

最初，参照图1说明超声波诊断装置1的结构。

本发明的超声波诊断装置1具有：超声波探头2、发送部3、偏压供给部4、接收部5、调相相加部6、图像处理部7、显示部8、制造部9和操作部10。

超声波探头2在与接触的被检者之间收发超声波。超声波从超声波探头2被发送给被检者。通过超声波探头2接收来自被检者的反射信号。

发送部3将用于发送超声波的驱动信号施加给超声波探头2。

偏压供给部4将偏置电压与驱动信号叠加后施加给超声波探头2内的相对振动要素而配置的电极。

接收部5对于通过超声波探头2接收到的来自被检者的反射信号还进行模拟数字变换等信号处理。

调相相加部6对接收到的反射信号进行调相相加。

图像处理部7基于调相相加后的反射回波信号生成诊断图像（例如断层像或血流像）。

显示部8显示通过图像处理部7生成的诊断图像。

控制部9是控制上述各构成要素的装置。

操作部10是对控制部9例如提供诊断开始的记号等指示的输入设备，例如是轨迹球、键盘或鼠标等。

（超声波探头2的结构）

接着，参照图2～图4说明超声波探头2的结构。图2是切开超声波探头2的一部分的立体图。超声波探头2具备CMUT部20。CMUT部20是短栅状地排列多个振子21-1、振子21-2、…所得的一维阵列型的振子群。在振子21-1、振子21-2、…中设置多个振动要素28。此外，在图2中举例表示线性型探头，但是也可以使用2维阵列型或紧凑型等其他形态的振子群。另外，虽然用1维阵列型进行说明，但也可以是2维矩阵型。

衬里层22被设置在CMUT部20的背面侧（超声波发送方向的相反侧）。在CMUT部20的超声波发送方向设置了声能透镜26。CMUT部20以及衬里层22被容纳在超声波探头罩25中。

衬里层22吸收从CMUT部20的背面侧传播的超声波。

声能透镜26会聚从CMUT部20发送的超声波束。

图3是振子21的结构图。图3为图2的切开部的平面图，图2与图3的位置关系使用超声波发送方向、长轴方向X、短轴方向Y来表示。在多个振动要素28的超声波发送方向上，以与振子21-1、21-2、…一致的方式配置上部电极46-1、46-2、…和下部电极48-1、48-2、48-3、48-4、…。

图4是图3中的振动要素28之一的截面图。振动要素28由基板40、膜体44、膜体45、框体47构成。振动要素28通过半导体工艺的微加工而形成。此外，振动要素28相当于CMUT的一个元件。基板40是硅晶圆等半导体基板，被配置在下部电极48侧。膜体44以及框体47由硅化合物等半导体化合物形成。膜体44被配置在振动要素28的最靠近被检者侧（超声波射出侧），框体47被配置在膜体44的背面（超声波发送面侧的相反侧）。在膜体44和框体47之间设置上部电极46。在框体47和基板40之间设置膜体45，在其内部设置下部电极48。通过框体47以及膜体45划分出的内部空间50成为真空状态，或者填充预定的气体。

上部电极46以及下部电极48与图1所示的作为偏置电压而施加直流电压的偏压供给部4连接，并且与供给作为用于发送超声波的驱动信号的交流高频电压的发送部3连接。

在发送超声波的情况下，在振动要素28的上部电极46以及下部电极48上施加直流的偏置电压（Va），通过偏置电压（Va）产生电场。所产生的电场使膜体44产生张力，膜体44成为预定的机电耦合系数（Sa）。当从发送部3向上部电极46供给驱动信号时，从膜体44发送基于机电耦合系数（Sa）的强度的超声波。

另外，在振动要素28的上部电极46以及下部电极48上通过偏压供给部4施加别的直流的偏置电压（Vb）时，通过偏置电压（Vb）产生电场。通过所产生的电场在膜体44中产生张力，膜体44成为预定的机电耦合系数（Sb）。当从发送部3向上部电极46供给驱动信号时，从膜体44发送基于机电耦合系数（Sb）的强度的超声波。

在此，当偏置电压为“Va<Vb”时，膜体44的机电耦合系数成为“Sa<Sb”。

另一方面，在接收超声波的情况下，通过从被检者产生的反射回波信号激励膜体44，内部空间50的容量变化。该内部空间50的变化量作为电信号，经由上部电极46被检测出。

此外，振动要素28的机电耦合系数由施加在膜体44上的张力来决定。因此，若改变施加在振动要素28上的偏置电压的大小来控制膜体44的张力，则即使输入同一振幅的驱动信号，也可以改变从振动要素28发送的超声波的强度（或者音压、振幅）。

接着，说明成为本发明的主题的“热应力平衡部件24”的原理。

图5是说明热应力平衡部件24的热应力抵消原理的图。

超声波探头2从图5的图纸的上方向下方按照声能透镜26、CMUT部20、粘合层23、衬里层22、粘合层23、热应力平衡部件24的顺序配置。粘合层23是粘合剂固化而形成的层。

首先，CMUT部20一般在振子中使用以硅为基体的材料。CMUT部20的线膨胀系数与硅的线膨胀系数3ppm/℃大体一致。

另外，衬里层22使用使超声波分散并且具有音响衰减功能的材料。衬里层22的材料一般是钨或铝这样的粉末和聚氯乙稀或环氧树脂、聚酰胺树脂这样的树脂的复合材料。衬里层22的线膨胀系数与成为复合材料的母材的树脂的线膨胀系数约100ppm/℃大体一致。

接着，说明CMUT部20和衬里层22之间的热应力的发生机理及其抑制法。

CMUT部20和衬里层22之间的热应力的发生，原因是各自的线膨胀系数不同。

对于上述原因的解决方法是使CMUT部20和衬里层22两者的线膨胀系数一致。

但是，由于CMUT部20必须为半导体材料，因此CMUT部20侧的材料选择受限。

另一方面，在衬里层22侧的材料选择中，与CMUT部20相比具有自由度，然而即使进行制法的最优化，线膨胀系数到约50ppm/℃也为边界值。

即，即使进行衬里层22的制法的最优化来接近CMUT部20的线膨胀系数，在CMUT部20和衬里层22两者之间仍然存在大的线膨胀系数差，当将两者粘合来进行一体化时不可避免地产生第一热应力f1。

因此，在本发明中，为了抑制第一热应力f1的发生而设置了热应力平衡部件24。

本发明的超声波探头2具备：具有根据施加的偏置电压来改变机电耦合系数或灵敏度的振动要素的CMUT部20；在CMUT部20的超声波发送面的背面侧粘合的衬里层22；隔着衬里层22与CMUT部20相对配置，抑制由于与衬里层22粘合的CMUT部20与衬里层22之间产生的热应力f1所导致的CMUT部20的翘曲的热应力平衡部件24。

热应力平衡部件24选择与CMUT部20的线膨胀系数近似的材料、或者比衬里层22的线膨胀系数小的材料。作为热应力平衡部件24（括号内为线膨胀系数）的金属材料，可以从铝（约23.6ppm/℃）、锡（约20ppm/℃）、铁（约10ppm/℃）、金（约14.2ppm/℃）、银（约18.9ppm/℃）、铜（约16.8ppm/℃）、镍（约12.8ppm/℃）等材料、或者不锈钢（约10.4ppm/℃）、硬铝（约23ppm/℃）这样的铝合金中选择。

另外，热应力平衡部件24的材料（括号内为线膨胀系数）若与CMUT部20相同，从硅（约3ppm/℃）、42合金（alloy）（约5ppm/℃）、因瓦合金（约1.2ppm/℃）、可伐合金（约5ppm）这样的镍合金、或者大理石（约4ppm）或陶瓷（约7ppm/℃）、玻璃（约9ppm/℃）这样的线膨胀系数在10ppm以下并具有与硅接近的线膨胀系数的无机材料中选择，则适合于抑制翘曲。

热应力平衡部件24与CMUT部20夹着衬里层22，将CMUT部20与热应力平衡部件24相对配置。CMUT部20与热应力平衡部件24通过粘合剂与衬里层22粘合。

热应力平衡部件24存在于衬里层22中的CMUT部20侧的面的相对面，由此，在CMUT部20与衬里层22之间产生的第一热应力f1引起的翘曲，和在与第一热应力f1相反方向上作用的热应力平衡部件24与衬里层22之间产生的第二热应力f2引起的翘曲同时发生，由此，第二热应力f2起到抵消第一热应力f1的作用。其结果，抑制以CMUT部20对衬里层22的第一热应力f1为原因的翘曲。

即，热应力平衡部件24发挥抑制CMUT部20与衬里层22之间产生的第一热应力f1引起的翘曲的作用。由此，可以抑制在衬里层22与CMUT部20的接合部分产生的热应力引起的CMUT部20的翘曲，因此，可以提高CMUT部20与衬里层22的粘合的耐久性。

另外，可以抑制CMUT部20的翘曲，减小CMUT部20的翘曲引起的CMUT部20的振动要素的位置的波动，因此，超声波束的会聚精度提高，超声波图像的分辨率提高。

另外，以超声波探头的制造方法的观点来看，通过具有对衬里层22粘合热应力平衡部件24的工序，抑制CMUT部20与衬里层22间产生的第一热应力f1导致的CMUT部20与衬里层22间的翘曲，声能透镜26的安装等部件的位置对齐变得容易，能够提高组装性。

以下，作为实施例来说明上述本发明的原理的具体例。

实施例1

实施例1使用图5、图6说明热应力平衡部件24为一个构造体，热应力平衡部件24的材料为硅的情况。

在图5中表示了热应力平衡部件24的材料以及尺寸与CMUT部20相同的情况。

首先，第一热应力f1在CMUT部20-衬里层22间产生，第二热应力在热应力平衡部件-衬里层间产生。CMUT部20与热应力平衡部件24隔着衬里层22相对配置，因此，第二热应力f2在与第一热应力f1相反的方向上作用。原因在于配置CMUT部20、衬里层22、热应力平衡部件24的位置接近，温度环境实质上也相同。

即，第一热应力f1与第二热应力f2成为大体相同的值，分别在相反方向上作用，因此，通过第二热应力f2抵消第一热应力f1。

因此，避免CMUT部20-衬里层22间产生的第一热应力f1引起的CMUT部20的翘曲，因此，可以提高与衬里层22与CMUT部20的接合部分产生的热应力相关的耐久性。

接着，说明设定CMUT部20、衬里层22以及热应力平衡部件24的材料的材质、尺寸进行验证所得的结果。

CMUT部20例如设为厚度50μm、长轴长度40mm、短轴长度10mm的长方体。衬里层22由尼龙形成，通过粘合剂粘合CMUT部20。粘合剂由玻璃或融点为70℃的环氧树脂形成。另外，粘合剂可以是低弹性的环氧树脂类粘合剂、聚胺酯类粘合剂、硅类粘合剂的任意一种。热应力平衡部件24被粘合在衬里层22的CMUT部20的相对面上。热应力平衡部件24是厚度为50μm的硅基板。热应力平衡部件24和衬里层22使用与将CMUT20与衬里层22粘合的粘合剂相同材质的粘合剂来粘合。CMUT部20以及热应力平衡部件24和衬里层22的各自的粘合层23以相同厚度以及面积被涂布。

图6是表示测定实施例1的超声波探头2的长轴方向的翘曲量所得的结果的图。

在图6中用虚线表示没有热应力平衡部件24的情况，用实线表示有热应力平衡部件24的情况。在没有热应力平衡部件24的情况下，CMUT部20的中央部由于热应力引起的翘曲而成为***50μm左右的形状。在有热应力平衡部件24的情况下，热应力引起的翘曲量被抑制在10μm以下。

另外，在将超声波探头2的中心频率设为10MHz的情况下，生物体内的超声波的波长λ成为约150μm。因此，通过设置热应力平衡部件24能够修正λ/3左右的相位的偏差。

根据以上说明的实施例1，可以抑制在衬里层22与CMUT部20的接合部分产生的热应力所引起的CMUT部20的翘曲，因此可以提高CMUT部20与衬里层22的粘合的耐久性。

另外，实施例1中，热应力平衡部件24与CMUT部20为相同的材质、相同形状，并且在CMUT部20和衬里层22以及热应力平衡部件24和衬里层22的各自的粘合中使用的粘合剂也同样以玻璃或融点为70℃的环氧树脂在相同厚度、面积等涂布条件下做成。

因此，对于CMUT部20和衬里层22以及热应力平衡部件24和衬里层22的各自中产生的热应力，不进行任何热应力计算等就能够简便地抑制CMUT部20与衬里层22的热应力。

实施例2

实施例2使用图7～图9说明热应力平衡部件24为一个构造体，热应力平衡部件24的材料为硅，与实施例1相比改变了尺寸的情况。

首先，说明设定CMUT部20、衬里层22以及热应力平衡部件24的材料的材质、尺寸来进行验证所得的结果。

CMUT部20设厚度为100μm、长轴长度为40mm、短轴长度为10mm，与衬里层22粘合。衬里层22以环氧树脂为基体。热应力平衡部件24为厚度为100μm的硅。另外，热应力平衡部件24设置在成为CMUT部20的相对面的衬里层22的部分。

接着，在CMUT部20、衬里层22以及热应力平衡部件24的材料的材质、尺寸的条件下，比较热应力平衡部件24的有无导致的CMUT部20的翘曲量。

比较方法通过基于有限要素法的热应力变形解析来解析。热应力解析是指将100℃设为粘合层的玻璃转变温度、即CMUT部20与衬里层22粘合的应力零点，验证冷却到室温20℃时的热应力变形量。

图7是表示仅有实施例2的CMUT部20、衬里层22，没有热应力平衡部件24时的有限要素模型的图，图8是表示CMUT部20、衬里层22以及热应力平衡部件24的有限要素模型的图。图7、图8（A）表示温度变化前，图7、图8（B）表示温度变化后。

在图7（B）中，CMUT部20以及衬里层22由于线膨胀系数差以及刚性的差，导致CMUT部20的中央部分***，与图7（A）相比发生了翘曲。

与此相对，在图8（B）中，通过热应力平衡部件24，CMUT部20的中央部分的上翘与图7（B）相比抑制了翘曲。

图9是表示测定实施例2的CMUT部20的超声波探头2的长轴方向的翘曲量的结果的图。

在图中用虚线表示没有热应力平衡部件24的情况，用实线表示有热应力平衡部件24的情况。

在没有热应力平衡部件24的情况下翘曲约70μm，但是在有热应力平衡部件24的情况下可以将翘曲抑制到10μm左右。

特别是在CMUT部20的长轴的中央部分（CMUT部20的长轴方向的位置为5～35mm的部分），翘曲量达到3μm以下。

CMUT部20的长轴的端部由于温度条件而发生少量翘曲，但是CMUT部20的长轴的端部是通常不使用的部分。

这样，通常使用的CMUT部20的长轴的中央部分在实际使用中不发生翘曲，或者翘曲的发生为较小的区域，通过在CMUT部20的长轴的中央部分配置振动要素28，可以使翘曲的影响为最小限度。

根据以上说明的实施例2，可以抑制由于在衬里层22与CMUT部20的接合部分产生的热应力所导致的CMUT部20的翘曲，因此可以提高CMUT部20和衬里层22的粘合的耐久性。

另外，实施例2通过有限要素法验证了CMUT部20的长轴方向的位置引起的翘曲不平衡，因此，能够在CMUT部20的翘曲少的部分配置振动要素28，CMUT部20的翘曲少，即可以使翘曲的影响为最小限度，因此可以获得高精度的图像。

实施例3

实施例3使用图5、图10说明热应力平衡部件24为一个构造体，热应力平衡部件24的材料为42合金的情况。

首先，说明设定CMUT部20、衬里层22以及热应力平衡部件24的材料的材质、尺寸来验证所得的结果。

CMUT部20设厚度为100μm、长轴长度为40mm、短轴长度为10mm，并且与衬里层22粘合。

热应力平衡部件24在衬里层22上设置厚度为100μm的42合金。

图10是表示测定实施例3的超声波探头2的长轴方向的翘曲量的结果的图。

在图中用虚线表示没有热应力平衡部件24的情况，用实线表示有热应力平衡部件24的情况。

在没有热应力平衡部件24的情况下，翘曲接近70μm。另一方面，在有热应力平衡部件的情况下，可以将翘曲量抑制到15μm左右。特别是在图2所示的CMUT部20的长轴方向（X）的位置的中央部（5～35mm）翘曲量达到5μm以下。

根据以上说明的实施例3，可以抑制由于在衬里层22和CMUT部20的接合部分产生的热应力所导致的CMUT部20的翘曲，因此可以提高CMUT部20和衬里层22的粘合的耐久性。

另外，实施例3，即使热应力平衡部件24的材料不同于硅，也可以验证上述耐久性提高。

实施例4

实施例4使用图11说明热应力平衡部件24有多个构造体，热应力平衡部件24的材料为硅的情况。

图11是实施例4的超声波探头2的截面图。

CMUT部20例如设为厚度为50μm、长轴长度为40mm、短轴长度为10mm的长方体。衬里层22由尼龙形成，通过粘合剂粘合CMUT部20。粘合剂由玻璃或融点为70℃的环氧树脂形成。热应力平衡部件24具有多个构造体24-1、24-2、24-3、24-4、24-5，分别与衬里层22的与CMUT部20的相对面粘合。各热应力平衡部件24-1、24-2、24-3、24-4、24-5是厚度为50μm的硅基板，使用与将CMUT部20与衬里层22粘合的粘合剂相同材质的粘合剂粘合在相对面上。热应力平衡部件24-1、24-2、24-3、24-4、24-5从实施例1的热应力平衡部件24的一体构造的配置变为分割为5个来配置的形态，但是分割数不限于5个，只要为多个即可。

热应力平衡部件24-1、24-2、24-3、24-4、24-5，对于由于CMUT部20与衬里层22的热应力而产生的翘曲，通过热应力平衡部件24-1、24-2、24-3、24-4、24-5的刚性，对于由于CMUT部20和衬里层22的热应力所产生的翘曲如托板那样起作用。

根据以上说明的实施例4，可以抑制由于在衬里层22与CMUT部20的接合部分产生的热应力所导致的CMUT部20的翘曲，因此可以提高CMUT部20与衬里层22的粘合的耐久性。

另外，实施例4与实施例1的一体构造的热应力平衡部件24相比，通过在热应力平衡部件24-1～24-5中相邻的热应力平衡部件间存在的间隙被轻型化。

因此，实施例4与实施例1相比，可以轻型化。

实施例5

实施例5使用图12说明热应力平衡部件的中央部分24b为硅，周边部分24a为42合金那样由多种材质构成的情况。

图12是实施例5的超声波探头2的截面图。

与实施例4同样，设CMUT部20例如为厚度为50μm、长轴长度为40mm、短轴长度为10mm的长方体。衬里层22由尼龙形成，通过粘合剂粘合CMUT部20。粘合剂由玻璃或融点温度为70℃的环氧树脂形成。热应力平衡部件，相比于与CMUT部20（振动要素群）的长度方向的周边部分相对的部分，将与中央部分相对的部分的线膨胀系数构成得较小。具体来说，热应力平衡部件的中央部分24b为硅，周边部分24a由42合金形成。热应力平衡部件与衬里层22的CMUT部20的相对面粘合。热应力平衡部件24是厚度为50μm的硅基板。热应力平衡部件24和衬里层22使用与将CMUT部20与衬里层22粘合的粘合剂相同材质的粘合剂进行粘合。

通过热应力平衡部件能够有效地抑制由于CMUT部20和衬里层22的热应力而产生的翘曲变得最大的CMUT部20的长轴方向的位置的翘曲即可。翘曲变得最大的是CMUT部20的长轴方向的位置为中央部分附近，因此，在该中央部分附近配置与CMUT部20的线膨胀系数近似的材料即可。

根据以上说明的实施例5，可以抑制由于在衬里层22与CMUT部20的接合部分产生的热应力导致的CMUT部20的翘曲，因此可以提高CMUT部20与衬里层22的粘合的耐久性。

另外，实施例5若在热应力平衡部件的中央部分24b使用接近CMUT部20的线膨胀系数3ppm/℃的硅（线膨胀系数：3ppm/℃），在热应力平衡部件的周边部分24b使用42合金（线膨胀系数：5ppm/℃），则可以抑制CMUT部20的长轴方向的位置为中央部分附近的热应力。

实施例6

使用图13、图14说明本发明的超声波探头的制造方法的一例。

图13是超声波探头的制造方法的工序的流程图，图14是表示图13的制造工序的图。图14（A）表示第一工序（P1）结束后的过程，图14（B）表示第二工序（P2）结束后的过程。

按照以下的每个工序来说明本发明的超声波探头的制造方法。

第一工序（P1）：如图14（A）所示，在衬里层22的附图上方的面上涂布粘合剂。在涂布了粘合剂的部分放置CMUT部20的超声波发送面的背面侧并按压。由此，CMUT部20的超声波发送面的背面侧与衬里层22通过粘合剂粘合，形成了粘合层23a。

第二工序（P2）：如图14（B）所示，在衬里层22的附图下方的面上涂布粘合剂。在涂布了粘合剂的部分压接热应力平衡部件24。由此，热应力平衡部件24与衬里层22粘合，形成粘合层23b。热应力平衡部件24与CMUT部20隔着衬里层22配置。换言之，热应力平衡部件24从CMUT部20看来隔着衬里层22相对配置。

此外，粘合层23a和粘合层23b为相同材质的粘合剂，理想的是各自以相同的厚度以相同面积涂布。

根据以上说明的实施例6，通过第二工序（P2）可以抑制由于在衬里层22和CMUT部20的接合部分产生的热应力而产生的CMUT部20的翘曲，因此起到提供能够提高CMUT部20和衬里层22的粘合的耐久性的超声波探头的制造方法的效果。

以上，参照附图说明了本发明的超声波探头及其制造方法以及超声波诊断装置的优选实施方式，但本发明不限于上述例子。本领域技术人员在本申请所公开的技术思想的范围内显然能够想到各种变更例或修正例，它们当然也属于本发明的技术范围。

符号的说明

20：CMUT部；22：衬里层；24：热应力平衡部件。

Claims (10)

1.一种超声波探头，其特征在于，具备：

超微电容型超声波振子(CMUT)部，其具有根据施加的偏置电压改变机电耦合系数或灵敏度的振动要素；

衬里层，其与所述CMUT部的超声波发送面的背面侧粘合；以及

热应力平衡部件，其隔着所述衬里层与所述CMUT部相对配置，与所述衬里层粘合，通过在热应力平衡部件与衬里层间产生的热应力，来抑制在所述CMUT部与所述衬里层之间产生的热应力引起的所述CMUT部的从所述衬里层的翘曲，其中，热应力平衡部件与衬里层间产生的所述热应力在与CMUT部和衬里层间产生的热应力的相反方向上产生。

2.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述热应力平衡部件是所述衬里层的线膨胀系数以下的材料。

3.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述热应力平衡部件是线膨胀系数为10ppm/℃以下的材料。

4.根据权利要求3所述的超声波探头，其特征在于，

所述热应力平衡部件是硅、42合金、陶瓷、玻璃、铝、铝合金、不锈钢、镍合金、大理石中的某一种材料。

5.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述热应力平衡部件与所述CMUT部为相同尺寸。

6.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

将所述热应力平衡部件和所述衬里层粘合的粘合剂与将所述CMUT部和所述衬里层粘合的粘合剂为相同材料。

7.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述热应力平衡部件被分割为多个。

8.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述热应力平衡部件构成为，和与所述振动要素的长度方向的周边部分相对的部分相比，与中央部分相对的部分的线膨胀系数小。

9.一种超声波探头的制造方法，其特征在于，包括：

将超微电容型超声波振子(CMUT)部的超声波发送面的背面侧与衬里层粘合的第一工序；

隔着所述衬里层将热应力平衡部件与所述CMUT部相对配置，将该热应力平衡部件与所述衬里层粘合的第二工序，

在所述第二工序中，通过在热应力平衡部件与衬里层间产生的热应力，来抑制在所述CMUT部与所述衬里层之间产生的热应力引起的所述CMUT部的从所述衬里层的翘曲，其中，热应力平衡部件与衬里层间产生的所述热应力在与CMUT部和衬里层间产生的热应力的相反方向上产生。

10.一种超声波诊断装置，具备：

向被检者发送接收超声波的超声波探头；

驱动所述超声波探头的发送部；

使用通过所述超声波探头接收到的来自所述被检者的反射信号生成超声波图像的图像生成部；

显示所述超声波图像的显示部；以及

控制从所述发送部至所述显示部的各部的控制部，所述超声波诊断装置的特征在于，

所述超声波探头是权利要求1至8中任意一项中记载的所述超声波探头。