JP6102075B2 - 超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置 - Google Patents
超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置 Download PDFInfo
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Description
図1は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置11の構成を概略的に示す。超音波診断装置11は装置端末12と超音波プローブ(プローブ)13とを備える。装置端末12と超音波プローブ13とはケーブル14で相互に接続される。装置端末12と超音波プローブ13とはケーブル14を通じて電気信号をやりとりする。装置端末12にはディスプレイパネル(表示装置)15が組み込まれる。ディスプレイパネル15の画面は装置端末12の表面で露出する。装置端末12では、後述されるように、超音波プローブ13で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル15の画面に表示される。
図3は第1実施形態に係る素子チップ17の平面図を概略的に示す。素子チップ17は基板21を備える。基板21の表面(第1面)には素子アレイ22が形成される。素子アレイ22は超音波トランスデューサー素子(以下「素子」という)23の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。個々の素子23は圧電素子部を備える。圧電素子部は下部電極24、上部電極25および圧電体膜26で構成される。個々の素子23ごとに下部電極24および上部電極25の間に圧電体膜26が挟み込まれる。
図7に示されるように、集積回路はマルチプレクサー61および送受信回路62を備える。マルチプレクサー61は素子チップ17側のポート群61aと送受信回路62側のポート群61bとを備える。素子チップ17側のポート群61aには第1配線54経由で第1信号線38および第2信号線42が接続される。こうしてポート群61aは素子アレイ22に繋がる。ここでは、送受信回路62側のポート群61bには集積回路チップ55内の規定数の信号線63が接続される。規定数はスキャンにあたって同時に出力される素子23の列数に相当する。マルチプレクサー61はケーブル14側のポートと素子チップ17側のポートとの間で相互接続を管理する。
次に超音波診断装置11の動作を簡単に説明する。処理回路74は駆動/受信回路72に超音波の送信および受信を指示する。駆動/受信回路72はマルチプレクサー61に制御信号を供給するとともに個々のパルサー67に駆動信号を供給する。パルサー67は駆動信号の供給に応じてパルス信号を出力する。マルチプレクサー61は制御信号の指示に従ってポート群61bのポートにポート群61aのポートを接続する。パルス信号はポートの選択に応じて下部電極端子33、35および上部電極端子34、36を通じて列ごとに素子23に供給される。パルス信号の供給に応じて振動膜43は振動する。その結果、対象物(例えば人体の内部)に向けて所望の超音波は発せられる。
図8に示されるように、シリコンウエハー78の表面で個々の素子チップ17ごとに下部電極24、引き出し配線27および下部電極端子33、35(図8以降では図示されず)が形成される。下部電極24、引き出し配線27および下部電極端子33、35の形成に先立ってシリコンウエハー78の表面には酸化シリコン膜79および酸化ジルコニウム膜81が相次いで形成される。酸化ジルコニウム膜81の表面には導電膜が形成される。導電膜はチタン、イリジウム、白金およびチタンの積層膜で構成される。フォトリソグラフィ技術に基づき導電膜から下部電極24、引き出し配線27および下部電極端子33、35は成形される。
図12は第2実施形態に係る超音波トランスデューサー素子チップ17aを概略的に示す。この素子チップ17aでは基板21の裏面に複数の溝(溝部)86が配置される。溝86は仕切り壁51の下端で基板21の裏面を複数の平面87に分割する。複数の平面87は1つの仮想平面HP内で広がる。その仮想平面HP内で補強板52の表面は広がる。溝86は仮想平面HPから窪む。溝86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。図13に示されるように、平面87同士の間で溝86は基体44と補強板52との間に通気経路88a、88bを形成する。こうして溝86内の空間は開口45内の空間に接続される。通気経路88a、88bは開口45内の空間の内外を相互に接続する。こうして開口45内の空間と開口45の外側との間で通気が確保される。1列(ここでは1行)の開口45では次々に開口45同士は通気経路88aで接続される。列端の開口45と基板21の外縁の外側とは通気経路88bで接続される。こうして列端の開口45は基板21の外縁の外側に開放される。その他の構成は素子チップ17と同様に構成されることができる。図中、素子チップ17と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
図15は第3実施形態に係る超音波トランスデューサー素子チップ17bを概略的に示す。この素子チップ17bでは基板21および補強板52の少なくとも一部は多孔質材で構成される。こうした多孔質材は少なくとも開口45同士の間や列端の開口45と基板21の外縁との間に配置される。ここでは、補強板52は多孔質材から形成される。多孔質材の孔は相互に連なって通気経路を形成する。その他の構成は素子チップ17と同様に構成されることができる。図中、素子チップ17と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
Claims (12)
- 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面に設けられ、前記基板の厚み方向から見た平面視において前記複数の開口とそれぞれ重なる位置に設けられた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面とは反対側の前記基板の第2面に設けられた補強部材と、
前記複数の開口を含む前記基板の内部空間および前記基板の外部空間を連通する複数の通気経路と
を備え、
前記複数の開口は、前記基板の厚み方向から見た平面視において行方向及び列方向に沿って配置され、
前記補強部材は、前記基板の前記第2面に重ねられる第1面を有し、
前記複数の通気経路の各々は、前記補強部材の前記第1面において前記行方向又は前記列方向に沿って連続して、かつ、前記平面視において前記行方向又は前記列方向に沿って配置された各々の開口と重なる位置に形成され、前記補強部材の前記行方向又は前記列方向の両端面にてそれぞれ開口する溝部を含むことを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。 - 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面に設けられ、前記基板の厚み方向から見た平面視において前記複数の開口とそれぞれ重なる位置に設けられた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面とは反対側の前記基板の第2面に設けられた補強部材と、
前記複数の開口を含む前記基板の内部空間および前記基板の外部空間を連通する複数の通気経路と
を備え、
前記複数の開口は、前記基板の厚み方向から見た平面視において行方向及び列方向に沿って配置され、
前記複数の通気経路の各々は、前記行方向又は前記列方向で隣り合う2つの開口の間と、前記行方向又は前記列方向で端部にある開口と前記基板の各端面との間において、前記行方向又は前記列方向に沿った一直線上で前記基板の前記第2面に不連続に形成された溝部を含むことを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。 - 請求項1または2に記載の超音波トランスデューサー素子チップにおいて、
前記複数の通気経路の各々は前記行方向に沿って形成され、
前記複数の超音波トランスデューサー素子のうち前記列方向に沿って配置された各々の開口と重なる位置に設けられた各々の超音波トランスデューサー素子が同時に駆動され、かつ、同時駆動される列が行方向にて切り換えられてスキャンされることを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超音波トランスデューサー素子チップにおいて、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間の前記基板の仕切り壁部に少なくとも1カ所の接合域で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素子チップ。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の超音波トランスデューサー素子チップにおいて、
前記基板の前記第1面には、前記基板の厚み方向から見た平面視において、前記複数の開口のうち少なくとも2つの開口に重なるとともに前記行方向及び前記列方向の一方に沿って配置された第1導電体と、前記第1導電体に設けられた圧電体と、前記複数の開口のうち少なくとも2つの開口に重なるとともに前記第1導電体と交差する方向に配置された第2導電体と、が設けられ、
前記通気経路は、前記第1導電体と重なる前記少なくとも2つの開口で規定される前記基板の内部空間を連通し、かつ、前記内部空間と前記基板の外部空間とを連通することを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。 - 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面に設けられ、前記基板の厚み方向から見た平面視において前記複数の開口とそれぞれ重なる位置に設けられた超音波トランスデューサー素子と、
前記基板の前記第1面とは反対側の前記基板の第2面に設けられた補強板と、
前記複数の開口を含む前記基板の内部空間および前記基板の外部空間を連通する通気経路と
を備え、
前記複数の開口は、前記基板の厚み方向から見た平面視において行方向及び列方向に沿って配置され、
前記基板および前記補強板の少なくとも一部は多孔質材で構成され、
前記通気経路は当該多孔質材の孔を含むことを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。 - 請求項6に記載の超音波トランスデューサー素子チップにおいて、前記超音波トランスデューサー素子は、前記基板の前記第2面から前記第1面に向かう方向に超音波ビームが送信され、前記基板の前記第1面から前記第2面に向かう方向からの超音波ビームが受信されることを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波トランスデューサー素子チップにおいて、
前記基板は、前記複数の開口がアレイ状に配置された領域を囲む領域を備え、
前記複数の開口がアレイ状に配置された領域を囲む領域において、前記基板の端部から前記開口までの距離が前記開口の幅より長いことを特徴とする超音波トランスデューサー素子チップ。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波トランスデューサー素子チップと、前記超音波トランスデューサー素子チップを支持する筐体とを備えることを特徴とするプローブ。
- 請求項9に記載のプローブと、前記プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理する処理回路とを備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項9に記載のプローブと、前記プローブに接続されて、前記超音波トランスデューサー素子の出力を処理し、画像を生成する処理回路と、前記画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波トランスデューサー素子チップと、
前記超音波トランスデューサー素子チップを支持する筐体とを備え、
前記筐体がプローブ本体に着脱可能であることを特徴とするプローブヘッド。
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