JP2014078906A - 超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 - Google Patents

超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】強度が高く、素子特性の低下を抑制できる超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等を提供すること。
【解決手段】超音波トランスデューサーデバイス２００は、複数の開口４５がアレイ状に配置された基板６０と、基板６０の第１面において、複数の開口４５の各開口に対して各超音波トランスデューサーデバイス素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子１０と、基板６０の第１面の反対側の面である基板の第２面に固定されて、基板６０を補強する補強部材５０とを含む。補強部材５０には、複数の第１の溝部５１と、複数の第１の溝部５１をまとめて束ねる第２の溝部５２とが設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等に関する。
対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波トランスデューサーデバイスとして、例えば特許文献１には、基板上に圧電体層及び電極層を含むトランスデューサー素子を形成する手法が開示されている。
特開２０１１−８２６２４号公報
しかしながらこの手法では、基板に複数の開口が設けられるために、基板の強度が低下し、外部からの圧力によって超音波トランスデューサーデバイスが破損するなどの問題があった。
本発明の幾つかの態様によれば、強度が高く、素子特性の低下を抑制できる超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置等を提供できる。
本発明の一態様は、複数の開口がアレイ状に配置された基板と、前記基板の第１面において、前記複数の開口の各開口に対して各超音波トランスデューサーデバイス素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子と、前記基板の前記第１面の反対側の面である第２面に固定されて、前記基板を補強する補強部材とを含み、前記補強部材には、前記基板の前記複数の開口と対向して形成される複数の第１の溝部と、前記複数の第１の溝部をまとめて束ねる第２の溝部とが設けられる超音波トランスデューサーデバイスに関係する。
本発明の一態様によれば、補強部材が基板の第２面に固定されるから、超音波トランスデューサー素子及び基板の強度を高めることができる。また、複数の開口が、第１の溝部を介して相互に連通することができ、さらに第２の溝部が複数の第１の溝部をまとめて束ねることで、複数の第１の溝部が相互に連通することができる。
また本発明の一態様では、前記補強部材は、前記第２の溝部と外部空間とを連通する前記補強部材の厚み方向に貫通する貫通孔を有し、前記複数の第１の溝部、前記第２の溝部及び前記貫通孔は、前記基板の前記開口と前記外部空間とを相互に連通する通気経路を形成してもよい。
このようにすれば、開口は密閉されずに、外部空間との間で通気を確保することができるから、例えば実動作時に音圧が閉じ込められることによる素子特性の低下や、開口内の空気が温度変化により膨張収縮することによる素子破壊などの問題を回避することなどが可能になる。
また本発明の一態様では、前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の前記開口領域の前記周囲領域に対向する領域には、外部空間と連通し、前記複数の第１の溝部及び前記第２の溝部のいずれにも連通しない第３の溝部が設けられてもよい。
このようにすれば、第３の溝部を設けることで、補強部材を基板に接着させる際に補強部材と基板との間の空気を外部空間に逃がすことができるから、補強部材と基板との密着性を向上させることができる。
また本発明の一態様では、前記複数の第１の溝部は、前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の開口領域に対向する領域に、第１の方向に沿って設けられ、前記第２の溝部は、前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の前記開口領域の周囲領域に対向する領域に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って設けられ、前記複数の第１の溝部の各第１の溝部の少なくとも一端は、前記基板の前記開口領域の前記周囲領域に対向する領域において、前記第２の溝部と連結されてもよい。
このようにすれば、複数の第１の溝部を補強部材の基板と接合する面において、基板の開口領域に対向する領域に設けて、第２の溝部を複数の第１の溝部が設けられる領域の周囲の領域に設けることができる。そして複数の第１の溝部の各第１の溝部の一端を第２の溝部と連結することができる。こうすることで、第２の溝部が複数の第１の溝部をまとめて束ねることができる。
また本発明の一態様では、前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の開口領域の周囲領域に対向する領域には、前記外部空間と連通し、前記複数の第１の溝部及び前記第２の溝部のいずれにも連通しない第３の溝部が設けられ、前記第３の溝部は、前記補強部材の前記第１の方向側の端辺又は前記第１の方向と反対側の端辺に沿う領域において、前記第１の方向に沿って設けられ、或いは、前記補強部材の前記第２の方向側の端辺又は前記第２の方向と反対側の端辺に沿う領域において、前記第２の方向に沿って設けられ、前記第３の溝部の一端は、前記複数の第１の溝部及び前記第２の溝部のいずれからも分離し、前記第３の溝部の他端は、前記補強部材の前記端辺と接合してもよい。
このようにすれば、第３の溝部を補強部材の４つの端辺に沿って配置することができるから、補強部材と基板との密着性をさらに向上させることができる。
また本発明の一態様では、前記補強部材は、アレイ状に配置された前記複数の開口の各開口を隔てる仕切り壁部に対して、少なくとも１カ所の接合領域において接合されてもよい。
このようにすれば、補強部材が仕切り壁部の動きを拘束することで、仕切り壁部の振動を抑制することができる。その結果、例えば隣接する超音波トランスデューサー素子間のクロストークを低減することができる。
また本発明の一態様では、前記複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、前記開口を塞ぐ振動膜と、前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、前記圧電素子部は、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有してもよい。
このようにすれば、超音波トランスデューサー素子は、上部電極の電圧と下部電極の電圧との電圧差を変化させることで圧電体膜が伸縮し、振動膜が振動することで超音波を出射することができる。
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波トランスデューサーデバイスを含むプローブヘッドに関係する。
本発明の他の態様は、上記に記載のプローブヘッドと、前記超音波トランスデューサーデバイスからの信号を処理する処理装置とを含む超音波プローブに関係する。
本発明の他の態様は、上記に記載の超音波プローブを含む電子機器に関係する。
本発明の他の態様は、上記に記載の超音波プローブと、表示用画像データを表示する表示部とを含む超音波診断装置に関係する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例の断面図。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、超音波トランスデューサーデバイスの実装例。 超音波トランスデューサーデバイスの実装例。 補強部材の第１の構成例。 貫通孔の断面図。 補強部材の第２の構成例。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、貫通孔が補強部材の裏面に設けられることが望ましい理由を説明する図。 電子機器（超音波診断装置）の基本的な構成例。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、超音波診断装置の具体的な構成例。図１０（Ｃ）は、超音波プローブの具体的な構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
１．超音波トランスデューサー素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の超音波トランスデューサーデバイスに含まれる超音波トランスデューサー素子（薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子）１０の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）４２と、圧電素子部とを有する。圧電素子部は、下部電極（第１電極層）２１、圧電体膜（圧電体層）３０、上部電極（第２電極層）２２を有する。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は図１（Ａ）、図１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
なお、以下の説明では、超音波トランスデューサー素子１０を「超音波素子１０」とも呼ぶ。
図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波素子１０の、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。基板６０において、素子が形成される側の面を第１面ＳＦ１とし、第１面ＳＦ１の反対側の面を第２面ＳＦ２とする。
第１電極層２１は、振動膜４２の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
圧電体膜３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波素子１０に接続される配線であってもよい。
振動膜（メンブレン）４２は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４５を塞ぐように設けられる。この振動膜４２は、圧電体膜３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体膜３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。
開口４５は、基板６０に配置される。開口４５による空洞領域４０は、基板６０の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。
超音波素子１０の下部電極は、第１電極層２１により形成され、上部電極は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体膜３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体膜３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体膜３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。
圧電体膜３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波素子１０は、薄手の圧電素子部と振動膜４２を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜４２の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜３０に交流電圧を印加することで、振動膜４２が膜厚方向に対して振動し、この振動膜４２の振動により超音波が放射される。圧電体膜３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。
バルクの超音波素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような薄膜による超音波素子１０では、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。
超音波素子１０は、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜４２が振動し、この振動によって圧電体膜３０に圧力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。
２．超音波トランスデューサーデバイス
図２は、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００の構成例の断面図である。超音波トランスデューサーデバイス２００は、複数の超音波トランスデューサー素子１０、基板６０及び補強部材５０を含む。なお、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
超音波トランスデューサー素子１０は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した素子を用いることができる。
基板６０は、例えばシリコン基板であって、アレイ状に配置された複数の開口４５を有する。基板６０の第１面ＳＦ１において、複数の開口４５の各開口に対応して、超音波トランスデューサー素子１０が設けられる。
補強部材５０は、基板６０の第１面ＳＦ１の反対側の面である基板６０の第２面ＳＦ２に固定されて、基板６０を補強する。補強部材５０は、例えばシリコン基板をエッチングすることで形成される。或いは、金属板を微細加工することで形成される。補強部材５０の基板６０と接合する面には、複数の第１の溝部５１が設けられる（図５参照）。第１の溝部５１は、例えば直線状の溝である。即ち、第１の溝部５１と対向する複数の開口４５は、第１の溝部５１を介して相互に連通する。なお、第１の溝部５１の断面形状は、四角形であってもよく三角形であってもよく半円形その他の形状であってもよい。
補強部材５０は、アレイ状に配置された複数の開口４５の各開口を隔てる仕切り壁部６１に、少なくとも１カ所の接合領域において接合される。仕切り壁部６１は、隣接する開口４５の間に設けられ、隣接する開口４５は互いに仕切り壁部６１で仕切られる。接合にあたって接着剤を用いることができる。このようにすれば、仕切り壁部６１の動きは補強部材５０によって拘束されるから、仕切り壁部６１の振動を抑制することができる。その結果、超音波トランスデューサー素子１０間のクロストークを低減することができる。
なお、補強部材５０の基板６０と接合する面には、後述する図３（Ｂ）、図５に示すように、第２の溝部５２がさらに設けられる。第２の溝部５２は、複数の第１の溝部５１をまとめて束ねる。
超音波トランスデューサーデバイス２００の表面には保護膜４９が積層される。保護膜４９は、例えば全面にわたって超音波トランスデューサーデバイス２００の表面に覆い被さる。保護膜４９は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子１０を保護すると共に、音響整合層としても機能する。保護膜４９には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４に、超音波トランスデューサーデバイス２００の超音波プローブ（プローブヘッド）への実装例を示す。図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）はＢ−Ｂ’に沿った断面図、図４はＡ−Ａ’に沿った断面図である。なお、図３（Ｂ）、図４では、超音波トランスデューサーデバイス２００の詳細な構造は図示していない。また、超音波トランスデューサーデバイス２００の実装は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４に示すものに限定されず、種々の方法が可能である。
超音波トランスデューサーデバイス２００の表面には、保護膜４９が積層され、さらにその上に音響レンズ７０が形成される。超音波トランスデューサーデバイス２００の裏面は、プローブ基体２５０に固定される。また、超音波トランスデューサーデバイス２００の側面は、保護層７１を介して、プローブ筐体２４０及びプローブ基体２５０により取り囲まれる。即ち、超音波トランスデューサーデバイス２００は、プローブ筐体２４０及びプローブ基体２５０により支持される。保護層７１は、例えば保護膜４９と同じシリコーン樹脂で形成することができる。
超音波トランスデューサーデバイス２００の補強部材５０には、複数の第１の溝部５１、第２の溝部５２及び貫通孔５４が設けられる。第１の溝部５１は複数の開口４５と対向し、第２の溝部５２は複数の第１の溝部５１をまとめて束ねる。貫通孔５４は、第２の溝部５２と外部空間とを連通する。その結果、第１の溝部５１、第２の溝部５２及び貫通孔５４は、基板６０の開口４５と外部空間とを相互に連通する通気経路を形成する。
具体的には、図３（Ｂ）に示すように、複数の第１の溝部５１は、Ｘ方向に沿って設けられる。また、第２の溝部５２は、補強部材５０の短辺側にＹ方向に沿って設けられる。例えばＢ−Ｂ’に沿って配置された複数の開口４５は、Ｂ−Ｂ’に沿って設けられた第１の溝部５１を介して相互に連通する。そして第１の溝部５１の一端は一方の第２の溝部５２に連結し、第１の溝部５１の他端は他方の第２の溝部５２に連結する。第２の溝部５２と外部空間とは貫通孔５４を介して連通し、さらに貫通孔５４はプローブ基体２５０に設けられた貫通孔２５１に連結される。その結果、Ｂ−Ｂ’に沿って配置された複数の開口４５は、外部空間と連通する。
このように本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００によれば、各開口４５と外部空間とを相互に連通する通気経路を形成することができる。こうすることで、開口４５の内部空間は密閉されずに、外部空間との間で通気を確保することができる。仮に開口４５の内部空間が気密に密閉されてしまうと、実動作時に音圧が閉じ込められてしまい、送受信特性が低下したり、温度変化により内部空間の空気が膨張収縮して素子特性が変化するなどの問題が生じる。場合によっては、振動膜４２が破損するおそれがある。本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００では、開口４５の内部空間は周囲の圧力変動に容易に追従することができるから、超音波トランスデューサー素子１０が上記の問題を回避することができる。ここで、外部空間とは、例えば基板６０、振動膜４２及び補強部材５０により内部空間から隔てられる空間であって、内部空間に比べて著しく大きな空間を意味する。
図５に、補強部材５０の第１の構成例を示す。第１の構成例の補強部材５０は、複数の第１の溝部５１、第２の溝部５２及び貫通孔５４を含む。図５に示すＸ、Ｙ及びＺ方向は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４に示したＸ、Ｙ及びＺ方向に対応する。なお、本実施形態の補強部材５０は図５の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
複数の第１の溝部５１は、補強部材５０の基板６０と接合する面において、基板６０の開口領域に対向する領域５５に、Ｘ方向（広義には第１の方向）に沿って設けられる。開口領域とは、基板６０において開口４５がアレイ状に配置される領域である。開口領域に対向する領域５５とは、補強部材５０が基板６０に固定された場合に、補強部材５０において開口領域に対向する領域である。こうすることで、補強部材５０が基板６０に固定された場合に、第１の溝部５１は、複数の開口４５を連通する通気経路を形成することができる。
第２の溝部５２は、補強部材５０の基板６０と接合する面において、基板６０の開口領域の周囲領域に対向する領域５６に、Ｙ方向（広義には第１の方向と交差する第２の方向）に沿って設けられる。開口領域の周囲領域とは、基板６０において複数の開口４５がアレイ状に配置される領域の周囲の領域である。開口領域の周囲領域に対向する領域５６とは、補強部材５０が基板６０に固定された場合に、補強部材５０において開口領域の周囲領域に対向する領域である。即ち、開口領域の周囲領域に対向する領域５６は、補強部材５０が基板６０に固定された場合に、基板６０において複数の開口４５がアレイ状に配置される領域とは対向しない。
複数の第１の溝部５１の各第１の溝部の一端は、基板６０の開口領域の周囲領域に対向する領域５６において、第２の溝部５２と連結される。即ち、第２の溝部５２は、複数の第１の溝部５１をまとめて束ねる。
貫通孔５４は、第２の溝部５２と外部空間とを連通する。こうすることで、第１の溝部５１、第２の溝部５２及び貫通孔５４は、基板６０の開口４５と外部空間とを相互に連通する通気経路を形成することができる。
例えば図５に示すように、第１の溝部５１は、開口領域に対向する領域５５においてＸ方向に沿って設けられる。また第２の溝部５２は、補強部材５０の短辺側の領域（広義には開口領域の周囲領域に対向する領域）５６においてＹ方向に沿って設けられる。２つの第２の溝部５２の一方は第１の溝部５１の一端と連結され、２つの第２の溝部５２の他方は第１の溝部５１の他端と連結される。貫通孔５４は、第２の溝部５２と補強部材５０の裏面（基板６０と接合しない面）とを貫通する。貫通孔５４は、複数設けることができる。
なお、第１の溝部５１は、開口領域に対向する領域５５においてＹ方向に沿って設けられてもよい。この場合には、第２の溝部５２は、補強部材５０の長辺側の領域においてＸ方向に沿って設けられる。
図６は、補強部材５０の第１の構成例の貫通孔５４の断面図である。第２の溝部５２の幅ＷＡは、貫通孔５４の直径φよりも大きい。例えば、ＷＡ＝１ｍｍ、φ＝０．４ｍｍである。また、第２の溝部５２の深さＤＡは例えば０．１ｍｍであり、貫通孔５４の深さＤＢは例えば０．４ｍｍである。
図７に、補強部材５０の第２の構成例を示す。第２の構成例の補強部材５０は、第１の溝部５１、第２の溝部５２、第３の溝部５３及び貫通孔５４を含む。図７に示すＸ、Ｙ及びＺ方向は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４に示したＸ、Ｙ及びＺ方向に対応する。第１の溝部５１、第２の溝部５２及び貫通孔５４については、上述した第１の構成例（図５参照）と同じであるから、詳細な説明を省略する。
第３の溝部５３は、補強部材５０の基板６０と接合する面において、基板６０の開口領域の周囲領域に対向する領域５７に設けられ、外部空間と連通し、第１の溝部５１及び第２の溝部５２のいずれにも連通しない。開口領域の周囲領域に対向する領域５７とは、補強部材５０が基板６０に固定された場合に、補強部材５０において開口領域の周囲領域に対向する領域である。第３の溝部５３は、補強部材５０の４つの端辺に沿う開口領域の周囲領域に対向する領域５７に設けられてもよい。
第３の溝部５３は、補強部材５０のＸ方向（広義には第１の方向）側の端辺又はＸ方向と反対側の端辺に沿う領域において、Ｘ方向に沿って設けられる。或いは、補強部材５０のＹ方向（広義には第２の方向）側の端辺又はＹ方向と反対側の端辺に沿う領域において、Ｙ方向に沿って設けられる。第３の溝部５３の一端は、複数の第１の溝部５１及び第２の溝部５２のいずれからも分離し、第３の溝部５３の他端は、補強部材５０の端辺と接合する。
具体的には、例えば図７に示すように、第３の溝部５３は、補強部材５０の４つの端辺に沿う開口領域の周囲領域に対向する領域５７において複数設けられる。第３の溝部５３の一端は、第１の溝部５１及び第２の溝部５２のいずれとも連結しない。一方、第３の溝部５３の他端は、補強部材５０の端辺（端面）と接合する。第３の溝部５３は、複数の第１の溝部５１及び第２の溝部５２が設けられる領域の外側の領域（広義には開口領域の周囲領域に対向する領域）５７に設けられる。
第３の溝部５３を設けることで、補強部材５０を基板６０に接着させる際に補強部材５０と基板６０との間の空気を外部空間に逃がすことができるから、補強部材５０と基板６０との密着性を向上させることができる。
図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、貫通孔５４が補強部材５０の裏面に設けられることが望ましい理由を説明する図である。図８（Ａ）は、比較例として貫通孔５４が側面に設けられる場合を示し、図８（Ｂ）は、貫通孔５４が裏面に設けられる場合を示す。
超音波トランスデューサーデバイス２００はプローブ基体２５０の凹部に置かれて、その上から保護膜４９を形成する樹脂が流し込まれる。この際に、貫通孔５４が側面に設けられる場合には、図８（Ａ）のＡ１、Ａ２に示すように、樹脂によって貫通孔５４が埋められてしまう。一方、貫通孔５４が裏面に設けられる場合には、貫通孔５４は樹脂によって埋められない。
このように貫通孔５４を補強部材５０の裏面に設けることで、保護膜４９を形成する樹脂が流し込まれる際に、貫通孔５４が樹脂によって埋められることがなくなるから、各開口４５と外部空間とを相互に連通する通気経路を確保することができる。
なお、超音波トランスデューサーデバイス２００の実装方法は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すものに限定されず、他の実装方法であってもよい。また、貫通孔５４が樹脂によって埋められるおそれがない場合には、貫通孔５４が補強部材５０の裏面以外の場所、例えば側面に設けられてもよい。
以上説明したように、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００によれば、補強部材５０が基板６０に固定されるから、超音波トランスデューサー素子１０及び基板６０の強度を高めることができる。また、基板６０に設けられた開口４５が密閉されずに、外部空間との間で通気を確保することができるから、例えば実動作時に音圧が閉じ込められることによる素子特性の低下や、開口内の空気が温度変化により膨張収縮することによる素子破壊などの問題を回避することなどが可能になる。また、補強部材５０が仕切り壁部６１の振動を抑制することができるから、例えば隣接する超音波トランスデューサー素子１０間のクロストークを低減することができる。その結果、強度が高く、素子特性の低下を抑制できる超音波トランスデューサーデバイスを実現することなどが可能になる。
３．超音波プローブ、プローブヘッド、電子機器及び超音波診断装置
図９に、本実施形態の電子機器（超音波診断装置）の基本的な構成例を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ３００、超音波診断装置本体４０１を含む。超音波プローブ３００は、プローブヘッド３１０、処理装置３３０を含む。超音波診断装置本体４０１は、制御部４１０、処理部４２０、ユーザーインターフェース部（ＵＩ部）４３０、表示部４４０を含む。
処理装置３３０は、送受信制御部３３４、受信部３３５（アナログフロントエンド部）を含む。プローブヘッド３１０は、超音波トランスデューサーデバイス２００と、超音波トランスデューサーデバイス２００を回路基板（例えばリジッド基板）に接続する接続部２１０（コネクター部）とを含む。回路基板には、送受信制御部３３４、受信部３３５が実装されている。接続部２１０は、集積回路装置５００を含む。集積回路装置５００は、送信部３３２を含む。
超音波を送信する場合には、送受信制御部３３４が送信部３３２に対して送信指示を行い、送信部３３２がその送信指示を受けて駆動信号を高電圧に増幅して駆動電圧を出力する。受信部３３５は不図示のリミッター回路を有しており、そのリミッター回路が駆動電圧を遮断する。超音波の反射波を受信する場合には、超音波トランスデューサーデバイス２００により検出された反射波の信号を受信部３３５が受信する。受信部３３５は、送受信制御部３３４からの受信指示に基づいて、反射波の信号を処理（例えば増幅処理や、Ａ／Ｄ変換処理等）し、処理後の信号を処理部４２０に送信する。処理部４２０は、その信号に基づいて表示用画像データを生成し、表示部４４０に表示させる。
なお、本実施形態の超音波測定装置は、上記のような医療用の超音波診断装置に限らず、種々の電子機器に適用可能である。例えば、超音波トランスデューサーデバイスが適用された電子機器として、建築物等の内部を非破壊検査する診断機器や、ユーザーの指の動きを超音波の反射により検出するユーザーインターフェース機器等が想定される。
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に、本実施形態の超音波診断装置４００の具体的な構成例を示す。図１０（Ａ）は携帯型の超音波診断装置４００を示し、図１０（Ｂ）は据置型の超音波診断装置４００を示す。
携帯型及び据置型の超音波診断装置４００は共に、超音波プローブ３００、ケーブル３５０及び超音波診断装置本体４０１を含む。超音波プローブ３００は、ケーブル３５０により超音波診断装置本体４０１に接続される。超音波診断装置本体４０１は表示用画像データを表示する表示部４４０を含む。
図１０（Ｃ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の具体的な構成例を示す。超音波プローブ３００はプローブヘッド３１０及びプローブ本体３２０を含み、図１０（Ｃ）に示すように、プローブヘッド３１０はプローブ本体３２０と脱着可能である。
プローブヘッド３１０は、超音波トランスデューサーデバイス２００、プローブ基体２５０、プローブ筐体２４０、プローブヘッド側コネクター４２５を含む。
プローブ本体３２０は、処理装置３３０及びプローブ本体側コネクター４２６を含む。プローブ本体側コネクター４２６は、プローブヘッド側コネクター４２５と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により超音波診断装置本体４０１に接続される。
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波トランスデューサーデバイス、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層（下部電極）、
２２ 第２電極層（上部電極）、３０ 圧電体膜（圧電体層）、４０ 空洞領域、
４２ 振動膜、４５ 開口、４９ 保護膜、５０ 補強部材、５１ 第１の溝部、
５２ 第２の溝部、５３ 第３の溝部、５４ 貫通孔、５５ 開口領域に対向する領域、
５６、５７ 開口領域の周囲領域に対向する領域、６０ 基板、６１ 仕切り壁部、
７０ 音響レンズ、７１ 保護層、
２００ 超音波トランスデューサーデバイス、２１０ 接続部、２４０ プローブ筐体、
２５０ プローブ基体、２５１ 貫通孔、３００ 超音波プローブ、
３１０ プローブヘッド、３２０ プローブ本体、３３０ 処理装置、
３３２ 送信部、３３４ 送受信制御部、３３５ 受信部、３５０ ケーブル、
４００ 電子機器本体、４１０ 制御部、４２０ 処理部、
４２５ プローブヘッド側コネクター、４２６ プローブ本体側コネクター、
４３０ ユーザーインターフェース部、４４０ 表示部、５００ 集積回路装置

Claims (11)

  1. 複数の開口がアレイ状に配置された基板と、
    前記基板の第１面において、前記複数の開口の各開口に対して各超音波トランスデューサーデバイス素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子と、
    前記基板の前記第１面の反対側の面である第２面に固定されて、前記基板を補強する補強部材とを含み、
    前記補強部材には、
    前記基板の前記複数の開口と対向して形成される複数の第１の溝部と、
    前記複数の第１の溝部をまとめて束ねる第２の溝部とが設けられることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  2. 請求項１において、
    前記補強部材は、
    前記第２の溝部と外部空間とを連通する前記補強部材の厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
    前記複数の第１の溝部、前記第２の溝部及び前記貫通孔は、前記基板の前記開口と前記外部空間とを相互に連通する通気経路を形成することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  3. 請求項２において、
    前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の開口領域の周囲領域に対向する領域には、
    前記外部空間と連通し、前記複数の第１の溝部及び前記第２の溝部のいずれにも連通しない第３の溝部が設けられることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  4. 請求項１において、
    前記複数の第１の溝部は、
    前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の開口領域に対向する領域に、第１の方向に沿って設けられ、
    前記第２の溝部は、
    前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の前記開口領域の周囲領域に対向する領域に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って設けられ、
    前記複数の第１の溝部の各第１の溝部の少なくとも一端は、前記基板の前記開口領域の前記周囲領域に対向する領域において、前記第２の溝部と連結されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  5. 請求項４において、
    前記補強部材の前記基板と接合する面において、前記基板の開口領域の周囲領域に対向する領域には、
    前記外部空間と連通し、前記複数の第１の溝部及び前記第２の溝部のいずれにも連通しない第３の溝部が設けられ、
    前記第３の溝部は、
    前記補強部材の前記第１の方向側の端辺又は前記第１の方向と反対側の端辺に沿う領域において、前記第１の方向に沿って設けられ、
    或いは、前記補強部材の前記第２の方向側の端辺又は前記第２の方向と反対側の端辺に沿う領域において、前記第２の方向に沿って設けられ、
    前記第３の溝部の一端は、前記複数の第１の溝部及び前記第２の溝部のいずれからも分離し、前記第３の溝部の他端は、前記補強部材の前記端辺と接合することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
    前記補強部材は、
    アレイ状に配置された前記複数の開口の各開口を隔てる仕切り壁部に対して、少なくとも１カ所の接合領域において接合されることを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    前記複数の超音波トランスデューサー素子の各超音波トランスデューサー素子は、
    前記開口を塞ぐ振動膜と、
    前記振動膜の上に設けられる圧電素子部とを有し、
    前記圧電素子部は、
    前記振動膜の上に設けられる下部電極と、
    前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、
    前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極とを有することを特徴とする超音波トランスデューサーデバイス。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の超音波トランスデューサーデバイスを含むことを特徴とするプローブヘッド。
  9. 請求項８に記載のプローブヘッドと、
    前記超音波トランスデューサーデバイスからの信号を処理する処理装置とを含むことを特徴とする超音波プローブ。
  10. 請求項９に記載の超音波プローブを含むことを特徴とする電子機器。
  11. 請求項９に記載の超音波プローブと、
    表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波診断装置。
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