超聲波換能器及其製造方法、超聲波診斷裝置及超聲波顯微鏡的製作方法

2023-05-02 06:45:56

專利名稱：超聲波換能器及其製造方法、超聲波診斷裝置及超聲波顯微鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有駐極體的電容式超聲波換能器、超聲 波換能器的製造方法、超聲波診斷裝置及超聲波顯微鏡。
背景技術：
對被檢體照射超聲波、並利用其回波信號來診斷被檢體狀 態的超聲波診斷法正廣為普及。該超聲波診斷法所使用的超聲 波診斷裝置之 一 有在醫療領域所使用的超聲波內窺鏡。
超聲波診斷裝置不限於用於醫療領域，在工業領域中為了 診斷是否存在產生於被檢體(試樣)上的傷痕、裂紋、空洞等 缺陷也使用超聲波診斷裝置，這些用於工業領域的超聲波診斷 裝置作為無損檢查裝置、無損探傷裝置，這是公知的。
此外，還公知如下這樣的所謂的利用V( z)曲線的解析法 通過對被檢體(試樣)照射超聲波來評價被檢體的聲音特性， 從而來對被檢體的彈性性質定量化、或評價薄膜構造。作為根 據這樣的V(z)曲線來解析被檢體性質的裝置，公知有超聲波 顯微鏡。
在這些超聲波診斷裝置、超聲波顯微鏡中，配設有用於將 電信號轉換為超聲波並將其發送、或接收超聲波並將其轉換為 電信號的超聲波換能器。
以往，作為超聲波換能器，主要使用陶瓷壓電材料PZT(鋯 鈦酸鉛)等的壓電元件，但近年來，日本特表2005 - 510264 號公報所公開那樣的、使用微加工技術製造的電容式超聲波換 能器(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer; 以
下稱為c-MUT)受到關注。
c- MUT具有夾著空隙部而相對的一對平板狀電極(平行 平板電極)，利用含有一方電極的膜(膜片membrane)的振動 來進行超聲波的收發。在接收超聲波時，c-MUT為了基於一 對電極之間的靜電電容的變化而將超聲波信號轉換為電信號， 必須在接收超聲波期間在一對電極之間連續供給較高電壓的 DC偏壓。
為了解決該問題，日本特開平2 - 52599號公報中公開了 一 種通過在一對電極之間設置駐極體(駐極體絕緣膜)而不需要 施加DC偏壓的c-MUT (電容式超聲波換能器)。此外，在曰 本特表2005 - 506783號公報中公開了 一種將駐極體化了的膜 設置在一對電極的正上方、即設置在發送超聲波一側的超聲波 換能器。
c - MUT發送的超聲波的聲壓和將接收的超聲波轉換為電 壓信號的靈敏度依存於一對電極之間的靜電電容。例如，在平 4亍平板電極之間配設了駐極體的情況下，通過配i殳駐極體而使 平行平板電極之間距離變大，與不配設駐極體的情況相比，電 極之間的靜電電容降低了 。
即，在電極之間配設了駐極體的情況下，難以利用充分的 聲壓和靈敏度來收發超聲波。

發明內容
本發明是鑑於上述問題點而做成的，其目的在於提供一種 通過具有駐極體而不需要施加DC偏壓、同時可利用充分的聲壓 和靈敏度來收發超聲波的電容式超聲波換能器、超聲波換能器 的製造方法、超聲波診斷裝置及超聲波顯微鏡。
為了達到上述目的，本發明的超聲波換能器的特徵在於，
該超聲波換能器包括振子元件、第1導電層、第2導電層和駐極 體，
上述振子元件具有第1電極、隔著空隙部配設於該第1電極
上的振動膜、支承在該振動膜上的第2電極， 上述第l導電層與上述第l電極電連接，
上述第2導電層與上述第l導電層相對配設，並與上述第2 電極電連接，
上述駐極體配設在上述第l導電層與上述第2導電層之間， 且在從利用上述振動膜振動而產生的超聲波的發送方向看時， 該駐極體的至少 一部分配設在與上述振子元件不重疊的區域， 該駐極體保持電荷，對上述第l電極與上述第2電極之間賦予規 定的電位差。
通過以下參照附圖的說明，本發明上述和其它目的、特徵 和優點將變得更容易理解。


圖l是表示超聲波內窺鏡的概略結構的說明圖。 圖2是表示超聲波內窺鏡前端部分的結構的立體圖。 圖3是振子陣列的立體圖。
圖4是從超聲波的發送方向看振子元件的俯視圖。 圖5是圖4的V-V剖視圖。 圖6是振子部件的等效電路圖。
圖7是振子部件的形成有駐極體的區域的局部剖視圖。 圖8是第1實施方式的變形例的形成有駐極體的區域的局 部剖視圖。
圖9是表示第l實施方式的振子陣列的變形例的圖。 圖10是第2實施方式的振子部件的剖視圖。
8 圖11是第3實施方式的振子部件的俯視圖。
圖12是圖ii的xirxn剖視圖。
圖13是第3實施方式的變形例的振子部件的俯一見圖。
圖14是第4實施方式的振子部件的剖視圖。
圖15是第5實施方式的振子部件的剖視圖。
圖16是第5實施方式的變形例的剖視圖。
圖17是第6實施方式的振子部件的剖視圖。
圖18是第7實施方式的振子部件的俯視圖。
圖19是圖18的XIX-XIX剖視圖。
圖20是第7實施方式的變形例的振子部件的俯視圖。 圖21是第8實施方式的振子單元的俯視圖。 圖22是圖21的XXII-XXII剖視圖。 圖23是說明振子單元的製造工序的圖。 圖24是說明振子單元的製造工序的圖。 圖25是說明振子單元的製造工序的圖。 圖26是第9實施方式的振子部件的剖視圖。 圖27是第IO實施方式的振子陣列的俯視圖。 圖28是表示超聲波顯微鏡概略結構的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的優選實施方式進行說明。另夕卜， 在以下說明所使用的各圖中，將各構成要素在圖上做成可識別 程度的大小，因此，對每一構成要素的縮小比例不同。本發明 並非僅限定於這些圖中記載的構成要素的數量、構成要素的形 狀、構成要素的大小比例以及各構成要素的相對位置關係。
第l實施方式
以下，參照圖1~圖8對本發明的第1實施方式進行說明。
圖l是表示超聲波內窺鏡的概略結構的說明圖。圖2是表示
超聲波內窺鏡前端部分的結構的立體圖。圖3是振子陣列的立 體圖。
在本實施方式中，對將本發明應用於作為超聲波診斷裝置 的超聲波內窺鏡的例子進行說明。如圖l所示，本實施方式的 超聲波內窺鏡l主要由導入到體腔內的細長插入部2、位於該插 入部2基端的操作部3、從該操作部3側部延伸出的通用連接纜4 構成。
在上述通用連接纜4的基端部設有與未圖示的光源裝置連 接的內窺鏡連接器4a。從該內窺鏡連接器4a延伸出電纜5和超 聲波纜線6，該電纜5通過電連接器5a可自由裝卸地連接於未圖 示的攝像機控制單元，該超聲波纜線6通過超聲波連接器6a可 自由裝卸地連接於未圖示的超聲波觀測裝置。
上述插入部2是自前端側起依次連i殳前端石更性部20、彎曲 部8、撓性管部9而構成的，該前端硬性部20由硬質樹脂構件形 成，該彎曲部8位於該前端石更性部20的後端且可自由彎曲，該 撓性管部9位於該彎曲部8的後端且為延伸至上述操作部3的前 端部的直徑細的長杆形，且具有撓性。此外，在上述前端硬性 部20的前端側設有用於收發超聲波的超聲波收發部30,關於該 超聲波收發部30的詳細情況將在後述。
在上述操作部3上設有用於將上述彎曲部8向所希望的方 向彎曲控制的角度旋鈕11 、用於進行送氣和送水操作的送氣送 水按鈕12、用於進行吸引操作的吸引按鈕13、成為導入到體腔 內的處理器具的入口的處理器具插入口 14等。
如圖2所示，在前端硬性部20上設有構成對觀察部位照射 照明光的照明光學部的照明透鏡(未圖示)、構成捕捉觀察部位 的光學像的觀察光學部的物鏡21、作為用於吸引切除下的部位
或使處理器具突出的開口的吸引兼鉗子口 22、和用於進行送氣
送水的送氣送水口 (未圖示)。
如圖3所示，設於前端硬性部20前端的超聲波收發部30具 有振子陣列31、驅動電路34和FPC35。 FPC35是具有撓性、且 在兩面形成有安裝面的線路板(撓性線路板)，在超聲波收發部 30中，該FPC35以與前端硬性部20的插入軸線大致平行的軸線 為中心軸線地巻繞成大致圓筒狀地配設。
在圓筒狀FPC35的外周面上設有作為超聲波振子陣列的 振子陣列31 。振子陣列31具有沿周向排列於FPC35夕卜周面上的 本實施方式的作為超聲波換能器的多個振子單元32。從FPC35 外周面的法線方向看時，振子單元32為大致長方形狀，振子單 元32以寬度方向作為FPC35的周向地等間隔排列於圓筒狀 FPC35的夕卜周面上。振子陣列31例如由數十 數百個振子單元
且，各振子單元32具有48個振子部件33。
本實施方式的振子單元3 2是利用微加工技術形成在由低 電阻的矽半導體構成的矽基板上的電容式超聲波換能器，屬於 所謂的MEMS ( Micro Electro Mechanical Systems孩i才幾電系 統)的技術範圍。這樣的利用微加工技術形成的電容式超聲波 換能器通常稱為c - MUT ( Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer )， 詳糹田後述。
在本實施方式的振子陣列31中，在一個振子單元32內配設 多個的振子部件33構成用於收發超聲波的最小驅動單位。振子 部件33分別向FPC35的安裝面的法線方向、即圓筒狀FPC35的 徑向朝外地發送超聲波。
另一方面，在圓筒狀FPC35的內周面上、即與安裝有振子 陣列31的安裝面相反一側的安裝面上，安裝有多個驅動電路
ii 34。驅動電路34具有用於驅動振子部件33的脈衝發生器、選擇 電路等電路，且與各個振子部件33電連接。
此外，驅動電路34與形成在圓筒狀FPC35外周面上的多個 信號電極36和接地電極37電連接。信號電才及36和接地電極37 與穿過超聲波纜線6內且一端同超聲波連接器6a電連接的同軸 纜線的另一端電連接。因此，驅動電路34與超聲波觀測裝置電 連接。
具有上述結構的超聲波收發部30可利用配設於圓筒形狀 FPC35外周面上的二維振子陣列31進行可實現扇形掃描的電 子式徑向掃描，該電子式徑向掃描基本上在與前端硬性部20的 插入軸線大致正交的平面上呈放射狀收發超聲波。
接著，以下參照圖4~圖7對本實施方式的作為電容式超聲 波換能器的振子單元32的詳細結構進行說明。圖4是從超聲波 的收發一側看振子單元32的俯視圖。即，在圖4中，向與紙面 正交且離開紙面的方向發送超聲波。圖5是圖4的V-V剖視圖。 圖6是振子部件3 3的等效電路圖。圖7是振子部件的形成有駐極 體的區域的局部剖視圖。
如圖4所示，本實施方式的振子單元32是排列有多個振子 部件33而構成的。在圖4中，虛線圍起來的細長區域表示一個 振子部件33。
振子部件33具有多個振子元件IOO。此外，振子部件33具 有分別與構成該振子部件33的上述多個振子元件100電連接的 駐極體130、信號電極焊盤38、接地電極焊盤39。
在本實施方式中，振子部件33具有沿細長區域的長度方向 直線狀排列的8個振子元件10 0 、和配設於細長區域 一 端將8個 振子元件100全部並聯電連接的一個駐極體130。
在同一振子部件33中，振子元件100全部被並聯電連接，
通過經信號電極焊盤38輸入來自超聲波觀測裝置的驅動信號 來同時發送同相位的超聲波。
如圖5所示，本實施方式的振子部件33是利用使用了半導 體工藝等的微加工技術而形成在由低電阻的矽半導體構成的矽 基板101上的、具有層疊構造的電容式超聲波換能器。
另外，在以下的對層疊構造的說明中，關於各層的上下關 系，將沿法線方向遠離矽基板101表面的方向作為上方向。例 如，在圖5的剖—見圖中，稱為上部電極120配i殳於下部電極110 的上方。此外，各層的厚度是指在矽基板101表面的法線方向 上的各層尺寸。此外，在以下的說明中，為了便於說明，將矽 基板101表面中的形成有振子元件100的面稱為元件形成面，將 與形成振子元件10 0的面相反 一 側的面稱為背面。
矽基板101由具有導電性的低電阻矽構成，在兩表面上分 別形成有具有電絕緣性的矽氧化膜、即第l絕緣膜102和背面絕 緣膜109。第1絕緣膜102和背面絕緣膜109是通過對矽基板101 進行熱氧化而形成的高溫氧化膜。另外，第1絕緣膜102和背面 絕緣膜109也可以是矽氮化膜。
首先，以下詳細說明振子元件100的構造。
振子元件IOO具有夾著大致圓柱狀的空隙部即腔室107而 相對的一對平行平板電極、即下部電極IIO (第l電極)和上部 電極120(第2電極)。並且，具有該振子元件100的振子部件33 是利用振子元件10 0的包括上部電極12 0的具有彈性的膜狀構 造體、即膜片100a(振動膜)的振動來收發超聲波的。
上方看時該下部電極110為大致圓形。下部電極110是通過利用 濺鍍形成Mo (鉬)膜並形成圖案而形成的。下部電極110中， 從上方看，
部電極配線111而相電連接。
另外，下部電極110為層疊構造的下層部，且形成在矽氧
化膜上，構成該下部電極110的材料除Mo以外，優選是例如W (鴒)、Ti(鈦)、Ta (鉭)等高熔點金屬或其合金，但若是能 夠在其後的製造工序中避免高溫熱處理，則不限定於這些材料， 也可以是A1(鋁)、Cu(銅)等。此外，下部電極110可以具有 層疊了兩種以上導電性材料的多層構造。
在從上方看為細長形狀的振子部件33的、與配設有駐極體 130的端部相反一側的端部，以振子部件33為單位設有貫通矽 基板101而形成的晶圓貫通電極112。晶圓貫通電極112與矽基 板101電絕緣，且與下部電極IIO和形成在背面絕緣膜109上的 信號電極焊盤38電連接。
即，同 一振子部件33內的全部下部電極110藉助下部電極 配線lll、晶圓貫通電極112與形成在矽基板101背面的信號電 極焊盤38電連接。
在下部電才及IIO上以覆蓋該下部電才及110的方式形成有具 有電絕緣性的第2絕緣膜103。在本實施方式中，第2絕緣膜103 是矽氧化膜，利用等離子CVD法進行成膜。另外，第2絕緣膜 103也可以是矽氮化膜、氮化鉿(HfN)、鉿酸氮化物(HfON) 等。
在第2絕緣膜10 3上隔著腔室10 7地形成有具有電絕緣性的 第3絕緣膜104。在本實施方式中，第3絕緣膜104是矽氧化膜， 利用等離子CVD法進行成膜。另外，第3絕緣膜104也可以是矽 氮化膜。
在第2絕緣膜103和第3絕緣膜104之間形成有密閉成大氣 壓、加壓或減壓狀態的空隙層、即腔室107。在此，減壓狀態 是指壓力低於大氣壓的狀態，也包括所謂的真空狀態。腔室107
14
為大致圓柱形狀，從上方看設置成與下部電極110大致同心。
在本實施方式中，腔室107是通過公知技術的犧牲層蝕刻 而形成的，在犧牲層蝕刻時所使用的用於將腔室107內與第3絕 緣膜104上層連通的犧牲層除去孔被未圖示的塞子堵住。另夕卜， 腔室107也可以用將機械或化學的微細加工後的晶圓彼此間接 合的方法來形成。
在第3絕緣膜104上形成有從上方看為大致圓形的導電層、 即上部電極120。 乂人上方看，上部電才及120與下部電極110大致 同心，即上部電極120設於與下部電極110相對的位置。在本實 施方式中，上部電極120是通過利用濺鍍形成A1膜並形成圖案 而形成的。
上部電極120中，從上方看時，相鄰的振子元件100的上部
部電極120的材料除A1以外，例如可以是Cu、 W、 Ti、 Ta等具 有導電性的材料。此外，上部電極120可以具有層疊了兩種以 上導電性材料的多層構造。
上部電才及配線121與貫通電極122在從上方看為細長形狀 的振子部件33的、與配設有駐極體130的端部相反一側的端部 電連接。貫通電極122貫通第1絕緣膜102、第2絕緣膜103和第 3絕緣膜104 ，並通過與形成上部電極120和上部電極配線121 相同的工序而形成，該貫通電極122藉助歐姆接觸區域122a與 矽基板101電連接。
此外，在背面絕緣膜109上形成有接地電極焊盤39,接地 電極焊盤39藉助歐姆接觸區域123a與矽基板101電連接。
即，同 一振子部件33內的全部上部電極120藉助上部電極 配線121、貫通電極122、矽基板101而與形成在矽基板101背 面的接地電極焊盤39電連接。
在上部電極120上形成有具有電絕緣性的保護膜105。在本 實施方式中，保護膜105是矽氮化膜，利用等離子CVD法形成 膜。另外，保護膜105也可以由除矽氮化物以外的矽氧化膜、 氮化鉿(HfN)、鉿酸氮化物(HfON)等構成。特別是HfN和 HfON,由於可得到高密度的膜，因此優選用作保護膜。
此外，在保護膜105上形成有具有耐水性、抗藥品性等的、 生物體適合性和電絕緣性優良的對二曱苯系樹脂膜10 6 。
振子單元32例如通過焊錫接合、各向異性導電膜接合、超 聲波接合等公知方法安裝於FPC35上。由此，上述振子部件33 的振子元件100藉助信號電極焊盤38和接地電極焊盤39與安裝 於FPC35的相反一 側的驅動電路34電連接。
通過在振子元件10 0的背面側設置信號電極焊盤3 8和接地 電極焊盤39，可減少安裝面積，可縮短前端硬性部20,從而提 高超聲波內窺鏡l的操作性。
另外，在上述結構中，下部電極IIO、上部電才及120和腔室 107從上方看為大致圓形，但它們的形狀不限於本實施方式， 例如也可以是正六邊形、矩形等多邊形或其他形狀。膜片100a 和腔室107的尺寸取決於在觀察時使用的超聲波的波長和輸出 功率。
接著，以下詳細說明本實施方式的超聲波換能器的配設有 駐極體130的區域的結構。
在本實施方式中，如上所述，作為電荷保持部件的駐極體 130配設在從上方看為細長形狀的振子部件33的端部。駐極體 130具有持久保持極性為正或負的電荷的功能。
本實施方式的駐極體130由無機膜構成，具體而言，是通 過電暈放電使利用等離子CVD法等形成的矽氧化膜帶電而形 成的。另外，駐極體130也可以由矽氮化膜、Hf02膜、HfAl205
膜等的Hf (鉿)氧化物等其他無機膜構成。此外，駐極體130 也可以是多種上述無機膜層疊而成。
如圖6的等效電路圖所示，在單一的振子部件33內，駐極 體130的保持負電荷的一側與上述多個振子元件100的各個下 部電極110電連接。由于振子元件的上部電極120接地，因此， 駐極體13 0對作為振子元件10 0的 一 對電極的下部電極110與上 部電才及120之間j陚予電位差。
即，振子元件100在電氣性上成為與在下部電極110和上部 電極120之間施加DC偏壓的狀態相同的狀態，本實施方式的作 為超聲波換能器的振子部件33不從外部施加DC偏壓就可進行 超聲波的收發。
因此，具有本實施方式的作為超聲波換能器的振子部件33 的超聲波診斷裝置，不需要以往的c- MUT那樣的用於施加DC 偏壓的電路、配線，可實現裝置的小型化。此外，流過DC偏壓 源、配線的電流值變小，可降低耗電。由此，可實現驅動電路 的進一 步小型化，還可防止因驅動電路發熱而產生的振子元件 的特性變動。
具體如圖7的局部剖—見圖所示，本實施方式的駐極體130夾 設於同振子元件100的下部電極110電連接的下部導電層114 (第l導電層)與同上部電極120電連接的上部導電層124 (第2 導電層)之間。另外，在本實施方式中，下部導電層114是由 利用與下部電極IIO相同的半導體工藝形成的Mo構成的導電 層。上部導電層124是由利用與上部電極120相同的半導體工藝 形成的A1構成的導電層。
此外，在駐極體130與上部導電層124之間夾設有作為絕緣 層的空隙部131。在本實施方式中，該空隙部131是利用公知技 術的犧牲層蝕刻而形成的。另外，空隙部131隻要是使駐極體
13 0與上部導電層12 4電絕緣的構件即可，也可以是其他絕緣 膜、例如矽氧化膜、矽氮化膜等。
在上部導電層124的上方，與振子元件100同樣地形成有具 有電絕緣性的保護膜105。如上所述，在本實施方式中，保護 膜105是矽氮化膜。
此外，在配設於駐極體13 0上方的上部導電層12 4和保護膜 105上，穿設有沿厚度方向貫通該上部導電層124和保護膜105 的無數孩i細貫通孔13 2 。該貫通孔13 21^又形成在/人上部導電層 124和保護膜105的上方看為與駐極體130重疊的區域。在本實 施方式中，貫通孔132的直徑為pm級(直徑為數(im)，以規定 的分布密度隨機分散設置。
另外，穿設於上部導電層124和保護膜105上的貫通孔132 的形態不限於本實施方式，貫通孔132也可以M^'j排列，例如 矩陣狀排列。
在保護膜10 5的上方與振子元件10 0同樣地形成有對二曱 苯系樹脂膜106。
此外，如圖7所示，在振子部件33中，配設了駐極體130 的區域形成為比形成有振子元件100的區域向上方(超聲波的 發送方向)突出。具體而言，振子部件33的配設有駐極體130 的區域的厚度We大於形成有振子元件100的區域的厚度Wc。
如此，在與振子元件100相鄰的區域具有比形成有振子元 件100的區域向超聲波的發送方向突出的結構，從而本實施方 式的振子部件3 3可以防止因與其他物體接觸而破壞振子元件 IOO的膜片100a。
此外，在本實施方式中，作為在形成有駐極體130的區域 中相互相對的平行平板電極的上部導電層124與下部導電層
極110之間的間隔Dc。因此，可抑制在不用於超聲波的發送和
接收的區域發生寄生電容，可提高超聲波單元的驅動效率。
在此，本實施方式的作為超聲波換能器的振子部件33的、 利用電暈放電對駐極體130進行的帶電處理，是在如下狀態下 與電極114之間進行的，上述狀態是在成為駐極體130的矽氧 化膜上形成空隙部131、上部導電層124和保護膜105,並進一 步形成了沿厚度方向貫通上部導電層124和保護膜105的貫通 孔132。電極114本來用於輸入超聲波收發信號，但在該電暈放 電的帶電處理中，用作電暈》文電的對電。
即，利用電暈放電對駐極體130進行的帶電處理是在形成 駐極體13 0之後的形成層構造的半導體工藝全部結束之後、在 駐極體130的至少 一 部分通過貫通孔132露出到上方的狀態下 進行的。
並且，在上述駐極體130的帶電處理之後，通過旋轉塗敷 法(spin coat method)等形成對二曱苯系樹脂膜106,從而 完成振子部件33的元件形成面 一側的構造。
以下，說明具有上述結構的本實施方式的超聲波換能器和 超聲波診斷裝置的效果。
在本實施方式的振子部件33中，從超聲波的發送方向、即 從作為振子元件10 0的 一 對電極的下部電才及110和上部電極12 0 的層疊方向看時，駐極體130配設在與振子元件100不重疊的相 分離開的區域。因此，在本實施方式的振子部件33中，可分別 獨立地設定駐極體130的厚度、下部電極110與上部電極120之 間的3巨離。
例如，與以往的在 一 對平行平板電極之間配設了駐極體的 電容式超聲波換能器相比，本實施方式的振子部件33可以使一 對平行平板電極(在本實施方式中為下部電極110與上部電極
120)之間的距離(間隙)更小，且可以使作為電荷保持部件
的駐極體130更厚。
因此，採用本實施方式，與以往相比，可減小下部電極IIO 與上部電極120之間的距離而增大兩電極之間的靜電電容，提 高了發送超聲波的聲壓和接收超聲波的靈敏度，並且可將駐極 體130的厚度做成可使該駐極體130持久穩定保持電荷的厚度。
此外，本實施方式的振子部件33未沿厚度方向層疊配設下 部電極IIO、上部電極120和駐極體130,因此，可構成得薄於 以往的電容式超聲波換能器。
同樣，與沿厚度方向層疊振子元件和駐極體而構成的以往 的電容式超聲波換能器相比，本實施方式的振子部件33可進一 步減薄超聲波發送方向上的厚度。
因此，本實施方式的作為超聲波換能器的振子部件33比以 往更薄，且在以低電壓驅動時具有更高的發送超聲波的聲壓和 更高的接收超聲波的靈敏度，還可持久維持其特性。
換言之，在發揮規定的發送超聲波的聲壓和接收超聲波的 靈敏度時，本實施方式實現了長期維持初始性能、比以往更薄、 且能夠以低電壓驅動的超聲波換能器。
此外，採用本實施方式，可以將具有薄型且可以低電壓驅 動的振子部件33的超聲波診斷裝置構成為比以往壽命長且小 型。例如，若是如圖l所示那樣的超聲波內窺鏡l,則可以使振 子陣列31的外徑比以往更小，可以進一步實現對被檢者的負擔 少的診斷。
此外，在本實施方式的振子部件33中，在配設於駐極體130 上層的上部導電層124和保護膜105上形成有沿厚度方向貫通 該上部導電層124和保護膜105的貫通孔132 。在上部導電層 124和保護膜105的形成工序完成了的時刻，駐極體130配設在
從超聲波的發送方向看為與振子元件100分離開的區域上，因 此，駐極體130的至少 一部分通過該貫通孔132而露出到上方 (超聲波的發送方向)。
在具有如此結構的本實施方式的振子部件33中，利用電暈 放電對駐極體130實施帶電處理的工序可以在形成了上部導電 層124和保護膜105之後容易地實施。在該帶電處理中，由電暈 放電產生的電荷不會全部被覆蓋駐極體130的導電層、即上部 導電層124捕捉， 一部分電荷會通過貫通孔132到達駐極體130 上。並且，在駐極體130的帶電處理結束之後，進行形成對二 曱苯系樹脂膜10 6的工序，完成振子部件3 3的元件形成面 一 側 的構造。另外，對二甲苯系樹脂中含氟(F)的部分抗藥品性 較高，因此優選。
換言之，在本實施方式中，是在由半導體工藝形成的層構 造全部形成了之後對駐極體130進行帶電處理的，因此，在對 駐極體130完成了帶電處理之後，不存在使該駐極體130的溫度 為高溫的工序。
通常，作為電荷保持部件的駐極體具有在高溫時放出電荷 從而使所保持的電荷量降低的性質。例如，本實施方式的由矽 氧化膜構成的駐極體130，在達到大約400。C以上的溫度時，會 發生帶電量降低。若駐極體130所保持的電荷量降低，則施加 於下部電極IIO與上部電極120之間的直流電壓成分會降低，因 此，尤其是振子部件33的接收超聲波的靈敏度會降低。
例如，利用半導體工藝形成在以往的一對平行平板電極之 間配設有駐極體的電容式超聲波換能器的情況下，在對駐極體 實施了帶電處理之後，在上層側的電極和絕緣膜的成膜中使用 在400°C以上的溫度下進行的處理時，駐極體的帶電量會降低， 超聲波換能器的靈敏度會降低。對於該問題，考慮有如下方法
21 在駐極體的帶電處理後，將超聲波換能器的製造工序全部在
400。C以下進行，從而來防止駐極體的帶電量的降低。但是，
採用這樣的方法，會受可使用的成膜方法的限制而增加必須的 製造裝置，工序變得複雜化，因此，存在招致成本增加這樣的 問題。
但是，如上所述，具有本實施方式結構的振子部件33具有 如下結構不必將完成了帶電處理後的駐極體130加熱到使該 駐極體130所保持的電荷量降低的溫度，就可以製造該駐極體 130。
因此，與以往相比，本實施方式的作為超聲波換能器的振 子部件33可進一步提高駐極體130所保持的電荷量，在以低電 壓驅動時具有更高的接收超聲波的靈敏度。此外，本實施方式 的振子部件33的製造工序中不需要以較低溫度例如400。C以下 的處理溫度進行的半導體工藝，因此，可以利用更通用的半導 體製造裝置以低成本進行製造。
另外，在上述的本實施方式中，對駐極體130是對矽氧化 膜等的單層或多層無機膜實施了帶電處理而成的例子進行了說 明，但駐極體130的形態不限於此。
例如，駐極體130可以由有機膜構成，具體而言，是通過 利用電暈放電使通常被稱為FEP的氟樹脂帶電而形成的，也可 以由FEP以外的氟樹脂、聚醯亞胺、聚丙烯、聚甲基戊烯等其 他有機膜構成。
公知由這些有機膜構成的駐極體是從以往就用於其他領域 的形態的駐極體，可長期穩定保持電荷。但是，由有機膜構成 的駐極體具有在高溫時所保持的電荷量會降低的性質，特別是 在該由有機膜構成的駐極體在比由無機膜構成的駐極體的溫度 低的100。C ~ 200。C左右的溫度時會發生其所保持的電荷量降
藝形成的電容式超聲波換能器。
但是，在本實施方式的振子部件33中，如上所述，由於是 在半導體工藝結束之後實施對駐極體的帶電處理，因此即使由
有機膜構成駐極體，也不會發生該駐極體所保持的電荷量降低。 因此，採用本實施方式，可以由可比以往長時間穩定保持
電荷的有機膜構成振子部件3 3的駐極體，可以提供比以往更長
壽命的電容式超聲波換能器。
此外，在上述的實施方式中，保持負電荷的駐極體130與 同振子元件100的下部電極110電連接的下部導電層114相接觸 地形成。並且，在該駐極體130與上部導電層124之間夾設有作 為絕緣層的空隙部131。
特別是在振子部件33發送超聲波時自驅動電路34輸出而
的形態有效。這是由於，在這樣的形態下，由駐極體130對下 部電極110與上部電極120之間施加負極性的直流電壓成分，而
電層124流出。
此外，為了使駐極體130更可靠地保持電荷，由絕緣膜覆 蓋駐極體130的周圍整面是有效的。另外，不言而喻，覆蓋該 駐極體130周圍整面的絕緣膜可以分成多個絕緣膜。
例如，如圖8所示，作為本實施方式的變形例，若為通過 在駐極體13 0的下層側和上層側中的至少 一 方形成絕緣層13 9 而做成由絕緣性膜覆蓋駐極體130的周圍整面的結構，則可以 使駐極體13 0更可靠地保持電荷。
在圖8所示的本實施方式的變形例中，在駐極體130由矽氧 化膜構成時，優選是覆蓋駐極體130的第2絕緣膜104、保護膜
105和絕緣層139由矽氮化膜構成。
另外，根據自驅動電路34輸出的信號的極性和將該信號施 加於下部電才及110或上部電才及120中的哪一方上，來適當改變駐 極體130所保持的電荷極性以及夾設作為絕緣層的空隙部131 的位置，並不限定於上述實施方式。
此外，在具有超聲波換能器的超聲波診斷裝置中，為了屏 蔽外來噪聲、提高S/N比，有時利用與超聲波換能器電獨立地 接地的導電層、即屏蔽層來覆蓋該超聲波換能器。
在將該屏蔽層適用於上述實施方式時，若例如由屏蔽層覆 蓋振子單元32的工序是在駐極體130所保持的電荷量會降低的 溫度下進行的，則在屏蔽層的重疊於駐極體130上的區域上與 上部導電層124同樣地形成貫通孔，通過該貫通孔對駐極體130 實施帶電處理。
若例如由屏蔽層覆蓋振子單元32的工序是在比駐極體130 所保持的電荷量會降低的溫度還低的溫度下進行的，則在對駐 極體130實施帶電處理之後形成屏蔽層，不需要形成貫通孔。
另外，本實施方式的振子部件是將導電性矽基板101作為 基材而構成的，振子部件也可以形成在由具有電絕緣性的石英、 藍寶石、水晶、礬土、氧化鋯、玻璃、樹脂等絕緣性材料構成 的基材上。
此外，本實施方式的超聲波內窺鏡是以進行電子式徑向掃 描的超聲波內蔬鏡為例進行說明的，但掃描方式不限於此，也 可以採用線性掃描、凸面掃描、機械式掃描等。
此外，振子陣列也可以是將用於收發超聲波的最小驅動單 位構成為二維排列的二維陣列的形態。將這樣形態的例子作為 本實施方式的一變形例示於圖9中。
在本變形例中，在圓筒狀FPC35的外周面上設有作為二維
超聲波振子陣列的振子陣列4 1 。振子陣列4 1具有沿周向排列於
FPC35夕卜周面上的多個振子單元42。從FPC35夕卜周面的法線方 向看時，振子單元42為大致長方形狀，振子單元42以寬度方向 為周向地等間隔排列於圓筒狀FPC35的外周面上。振子陣列41 例如由數十~數百個振子單元42構成，本實施方式的振子陣列 41具有128個振子單元42。振子單元42是在其長度方向上排列 多個振子部件33而構成的。在本變形例中， 一個振子單元42構 成為一維排列有64個振子部件33。
並且，在本變形例的振子陣列41中，與上述實施方式不同， 振子部件33構成用於收發超聲波的最小驅動單位。即， 一維排 列振子部件33而構成的振子單元42構成一維的超聲波振子陣 列，通過排列多個該振子單元42來構成作為二維超聲波振子陣 列的振子陣列41。
配設於FPC35內周面上的多個驅動電路44與各個振子部 件33電連接。此外，驅動電路44與形成在圓筒狀FPC35外周面 上的多個信號電極46和接地電極47電連接。另外，在圖10中將 信號電極46表示為 一個電極，但信號電極46可以對應于振子部 件33的數量被分割，對一個振子部件33配設一個信號電極。
具有上述結構的振子陣列41的超聲波內窺鏡可同時或交 替進行所謂的電子式徑向掃描和所謂的電子式扇形掃描，該電 子式徑向掃描是在與前端硬性部20的插入軸線大致垂直的平 面上以放射狀收發超聲波，該電子式扇形掃描是在包括前端硬 性部20的插入軸線的平面上以放射狀收發超聲波。即，本變形 例的超聲波內窺鏡可通過進行體腔內的三維超聲波掃描來取得 三維超聲波圖像。此外，具有振子陣列41的超聲波內窺鏡也可 通過進行複合進行電子式徑向掃描和線性掃描的三維超聲波掃 描來取得三維超聲波圖像，上述線性掃描使進行該電子式徑向掃描的平面沿前端;5更性部20的插入軸線方向移動。
另外，不言而喻，不僅如上述變形例那樣的、將用於收發 超聲波的最小驅動單位配置成陣列狀的形態包含於本發明，僅 使用該最小驅動單位的超聲波換能器的形態也包含於本發明。 此外，本實施方式的超聲波診斷裝置既可以是不具有光學
觀察窗的超聲波探頭型診斷裝置，也可以是膠嚢型超聲波內窺 鏡。此外，超聲波診斷裝置也可以是從糹皮4全體的體表面上向體 腔內進行超聲波掃描的所謂體外式超聲波診斷裝置。此外，超 聲波診斷裝置也可以是工業領域所使用的無損檢查裝置、無損 探傷裝置。
第2實施方式
以下，參照圖IO對本發明的第2實施方式進行說明。圖10 是第2實施方式的振子部件的剖視圖。
在第2實施方式中，與第l實施方式的不同點僅在於形成駐 極體的區域的結構。因此，以下僅說明該不同點，並且，對於 與第l實施方式相同的構成要素標註相同的附圖標記，適當省 略其i兌明。
如圖10所示，與第l實施方式相比，本實施方式的振子部 件是具有振子部件3 3 a的形成駐極體13 0的區域不比形成振子 元件100的區域向超聲波的發送方向突出的結構。
本實施方式的振子部件33a通過在矽基板101的形成駐極 體130的區域形成凹部101a而消除了發送超聲波一側的表面凹 凸。
通過做成這樣的結構，本實施方式的作為超聲波換能器的 振子單元，提高了在形成振子元件100的半導體工藝中圖案形
成的精度。
即，與第l實施方式相比，本實施方式的振子部件可提高
振子元件100的尺寸精度，可形成聲音特性均勻的振子元件
100。
第3實施方式
以下，參照圖ll和圖12對本發明的第3實施方式進行說明。 圖ll是本實施方式的超聲波振子部件233的俯視圖。圖12是圖 ll的XII-XII剖視圖。
在第3實施方式中，與第l實施方式的結構的不同點僅在於 形成振子元件的區域與形成駐極體的區域的位置關係。因此， 以下4又i兌明該不同點，並且，對於與第l實施方式相同的構成 要素標註相同的附圖標記，適當省略其說明。
如圖11所示，本實施方式的振子部件233具有從上方(超 聲波的發送方向)看為矩陣狀排列的多個振子元件200、和從 上方看形成在與該振子元件200分離開的區域上的多個駐極體 230。在圖ll中，為了便於說明，用實線表示由與振子元件200 的上部電極220相同的導電層形成的圖案，用虛線表示由與下 部電極210相同的導電層形成的圖案，用雙點劃線表示配設有 駐極體230的區域。
具體而言，在著眼於振子部件233的一部分的2行2列中相 互相鄰排列的4個部位的振子元件200時，駐才及體230配設於在 與超聲波發送方向正交的方向上同該4個部位的振子元件200 均距離相等的位置處。即，在包括2行2列的該4個部位振子元 件200中位於對角的2個部位的振子元件200的中心、且由與超 聲波發送方向平行的平面切斷的截面(圖12)中，配設振子元 件200的區域和配設駐極體230的區域交替排列。
如圖12所示，本實施方式的振子部件233與第l實施方式相 同，通過使用半導體工藝等微加工技術形成在由低電阻的矽半 導體構成的矽基板201上，該矽基板201的兩表面分別形成有具
有電絕緣性的矽氧化膜、即第1絕緣膜202和背面絕緣膜209。
配設振子元件200的區域和配設駐極體230的區域的結構 與第l實施方式相同，因此省略其詳細說明，以下僅說明其結 構。
振子元件200具有下部電極210、上部電極220和腔室207, 該下部電極210作為導電層，從上方看為大致圓形，該上部電 極220作為導電層，與該下部電極相對配設，且從上方看為大 致圓形，上述腔室207為夾設於該下部電極210與上部電極220 之間的大致圓筒狀的空隙部。並且，為了使下部電極210和上 部電極220電絕緣，在下部電極210和上部電才及220的靠腔室 207 —側分別配設有第2絕緣膜203和第3絕緣膜204。此外，在 上部電極220上方配設有保護膜205和對二曱苯系樹脂膜206。
本實施方式的振子元件200利用具有彈性的膜狀構造體、 即膜片200a (振動膜)的振動來收發超聲波，該膜片200a由上 述振子元件200的上部電極220、第3絕緣膜204、保護膜205和 對二甲苯系樹脂膜2 0 6構成。
另 一方面，配設駐極體230的區域由與振子元件200的下部 電極210電連接的下部導電層214、與上部電極220電連接的上
間的駐極體230構成。此外，在駐極體230與上部導電層224之 間夾設有作為絕緣層的空隙部2 31 。
並且，在配設於駐極體230上方的上部導電層224和保護膜 205上，穿設有沿厚度方向貫通該上部導電層224和保護膜205 的無數微細貫通孔232。
此外，如圖ll所示，在本實施方式中，在除了配設振子元 件200和配設駐極體230的區域以外的區域，由與上部電極220 相同的導電層形成的圖案(圖ll中的實線)同由與下部電極210
28
相同的導電層形成的圖案(圖ll中的虛線)相互不重疊地配設。
即，在本實施方式中，將多個上部電極220與多個上部導 電層224電連接的上部電極配線221、和將多個下部電極210與 多個下部導電層214電連接的下部電極配線211交替或改變角 度地配置於從上方看互不相同的區域。
如此，通過/人上方看互不重疊地配i殳上部導電層224和下 部導電層214,可以防止在配線部發生寄生電容。
具有如上那樣結構的振子部件2 3 3的本實施方式的振子部 件，具有與上述第l實施方式相同的效果，並且還具有以下這 樣的效果。
本實施方式的振子單元通過將駐極體230配設在多個振子 元件200之間，從而在從超聲波發送方向看振子部件時，可使 不用於超聲波的發送和接收的區域的面積小於第l實施方式。 換言之，可提高振子部件的超聲波收發麵的利用效率。
因此，本實施方式的振子部件可更高效率地發送和接收超 聲波，可提供更小型的超聲波診斷裝置。
另外，駐極體230隻要是保持足夠對振子部件的振子元件 200施加直流電壓的量的電荷即可，如圖ll所示，即使不配設 在多個振子元件200之間的全部區域上也可以。
此外，在上述的本實施方式中，駐極體分開配設在多個區 域上，但只要是在與形成有振子元件的區域不同的相分離開的 區域內，也可以以單一的連續形狀配設駐極體。
例如，如圖13所示，可以在填充矩陣狀排列的多個振子元
第4實施方式
以下，參照圖14對本發明的第4實施方式進行說明。圖14 是第4實施方式的振子部件的剖視圖。
在第4實施方式中，與第l實施方式的結構的不同點僅在於 形成駐才及體的區i或的結構。因此，以下1"又i兌明該不同點，並且， 對於與第l實施方式相同的構成要素標註相同的附圖標記，適 當省略其說明。
如圖14所示，與第l實施方式相比，本實施方式的振子部 件中，在振子部件33b的形成有駐極體130b的區域中，與振子 元件100的下部電極110電連接的第l導電層114b配設於駐極體 130b的上方，在駐極體130b的下方配設有與振子元件100的上 部電極120相同電位的第3導電層124b。
進一 步具體而言，在駐極體130b與作為接地電位的珪基板 101之間配設與該矽基板電連接的第3導電層124b。並且，在駐 極體130b的上方隔著空隙部131相對配設第l導電層114b。
在配設於該駐極體130b上方的第l導電層114b上，在從上 方、即從超聲波的發送方向看為與駐極體130b重疊的區域上穿 設有沿厚度方向貫通該第l導電層114b的無數貫通孔132b。
與第l實施方式相同，在駐極體130b上形成了第l導電層 114b之後，通過貫通孔132b進行本實施方式的駐極體130b的 帶電處理。即，即j吏是如本實施方式這樣在駐極體130b的上方 形成與下部電極110電連接的第l導電層114b的情況下，也可得 到與第1實施方式相同的效果。
第5實施方式
以下，參照圖15對本發明的第5實施方式進行說明。圖15 是第5實施方式的振子部件的剖視圖。
在第5實施方式中，與第l實施方式的結構的不同點僅在於 形成駐極體的區域的結構。因此，以下僅說明該不同點，並且， 對於與第1實施方式相同的構成要素標註相同的附圖標記，適 當省略其說明。
具體而言，本實施方式的駐極體330是夾設於第l導電層 314與第2導電層324之間，該第1導電層314與振子元件100的 下部電4及110電連4妻，該第2導電層324與上部電極120電連接。
在此，在本實施方式中，第1導電層314和第2導電層324 是相互大致平行相對配設的平板狀電極，其相互相對的面配設 為與矽基板101表面的法線方向大致平行。即，第1導電層314 和第2導電層324分別具有與振子部件33c的超聲波發送方向大 致平4於的平面部，該平面部相互相對i也配i殳。
因此，本實施方式中的駐極體330被第1導電層314和第2 導電層324在與矽基板101表面大致平行的方向、即與超聲波發 送方向大致正交的方向上夾持。
即，本實施方式的駐極體330如上述那樣對振子元件100
產生的電場的方向與振子元件100的超聲波發送方向、即下部 電極110和上部電極120的層疊方向大致正交。
換言之，夾設於上述第1導電層314與第2導電層324之間的 駐極體330配設成其至少一部分自第1導電層314和第2導電層 324在振子部件33c的超聲波發送方向、即作為振子元件100的
此外，在駐極體330與第2導電層324之間夾設有作為絕緣 層的空隙部331。在本實施方式中，該空隙部331是利用公知技 術的犧牲層蝕刻而形成的。另外，空隙部331隻要是使駐極體 330與第2導電層324電絕緣的構件，可以是其他絕緣膜、例如 矽氧化膜、矽氮化膜等。
在上述第1導電層314、第2導電層324、駐極體330及空隙 部331的上方形成有具有電絕緣性的保護膜105。此外，在保護 膜105的上方形成有對二曱苯系樹脂膜106。
此外，如圖15所示，在振子部件33c中，配設有駐極體330 的區域形成為比形成振子元件100的區域更向上方(超聲波發 送方向)突出。具體而言，振子部件33c的配i殳有駐極體330的 區域的厚度We大於形成有振子元件100的區域的厚度Wc。
如此，通過在與振子元件100相鄰的區域具有比形成振子 元件100的區域更向超聲波發送方向突出的結構，本實施方式 的寺展子部件33c可以與第l實施方式相同防止因與其他物體4妻 觸而破壞振子元件100的膜片100a。
具有以上說明的結構的本實施方式的作為超聲波換能器的 振子部件33c的、利用電暈放電對駐極體330進行的帶電處理， 是在利用半導體工藝形成配設有振子元件100和駐極體330的 區域的工序結束之後實施。
即，利用電暈放電對駐極體330進行的帶電處理是在形成 了保護膜105之後隔著該保護膜105而進行的。然後，在上述駐 極體3 3 0的帶電處理之後，利用旋轉塗敷法等形成對二曱苯系 樹脂膜10 6, 乂人而完成振子部件3 3 c的元件形成面側的構造。
以下，說明具有上述結構的本實施方式的超聲波換能器及 超聲波診斷裝置的效果。
在本實施方式的振子部件33c中，從超聲波的發送方向、 即乂人作為振子元件IOO的 一對電極的下部電才及110和上部電招^ 120的層疊方向看時，駐極體330配設在與振子元件100互不重 疊的相分離開的區域。因此，在本實施方式的振子部件33c中， 可分別獨立地設定駐極體330的厚度、下部電極IIO與上部電極 120之間的距離。
因此，與以往的在一對平行平板電極之間配設了駐極體的 電容式超聲波換能器相比，本實施方式的振子部件33c可以使 一對平行平板電極(在本實施方式中為下部電極110與上部電
極120)之間的距離(間隙)更小，且可以使作為電荷保持部
件的駐極體330更厚。
因此，採用本實施方式，與以往相比，可減小下部電才及IIO 與上部電極120之間距離而增大兩電極之間的靜電電容，提高 了發送超聲波的聲壓和接收超聲波的靈敏度，並且可將駐極體 330的厚度做成可使該駐極體330持久穩定保持電荷的厚度。
此外，本實施方式的振子部件3 3 c未沿厚度方向層疊配設 下部電極IIO、上部電極120和駐極體330，因此，可構成為薄 於以往的電容式超聲波換能器。
此外，在本實施方式中，駐極體330被在與矽基板101表面 大致平行的方向、即與超聲波發送方向大致正交的方向上夾持。 因此，如圖15中的t所示，駐極體330的厚度由在被第l導電層 314和第2導電層324夾持的方向上的駐極體330的尺寸來定義。
即，在本實施方式中，可與振子部件33c的超聲波發送方 向上的厚度獨立地設定駐極體330的厚度t。因此，採用本實施 方式，可以進一步減薄振子部件33c的超聲波發送方向上的厚 度。
此外，即使與在一對電極之間不配設駐極體、而沿厚度方 向層疊振子元件和駐極體而構成的以往的電容式超聲波換能器 相比，本實施方式的振子部件33c可以進一步減薄在超聲波發 送方向上的厚度。
因此，本實施方式的作為超聲波換能器的振子部件33c比 以往更薄，且在以低電壓驅動時具有更高的發送超聲波的聲壓 和更高的接收超聲波的靈敏度，還可持久維持其特性。
換言之，在發揮規定的發送超聲波的聲壓和接收超聲波的 靈敏度時，本實施方式實現了長期維持初始性能、比以往更薄、 且能夠以低電壓驅動的超聲波換能器。 此外，採用本實施方式，可以將具有薄型且可以低電壓驅 動的振子部件33c的超聲波診斷裝置構成為比以往壽命長且小 型。例如，若是如圖l所示那樣的超聲波內窺鏡l，可以使振子
陣列31的外徑比以往更細，可以實現對被一企者的負擔更少的診斷。
此外，在本實施方式的振子部件33c中，駐極體330被配設 成其至少一部分相對於第l導電層314和第2導電層324在振子 部件33c的超聲波發送方向上露出，且在露出該駐極體330的區 域上僅形成保護膜105和對二甲苯系樹脂膜106。另外，對二曱 苯系樹脂中含有氟(F)的樹脂抗藥品性較高，因此優選。
在具有這樣結構的本實施方式的振子部件33c中，利用電 暈放電對駐極體3 3 0實施帶電處理的工序容易在形成了保護膜 105之後實施。換言之，在本實施方式中，是在由半導體工藝 形成的層構造全部形成了之後對駐極體330進行帶電處理的， 在對駐極體330完成了帶電處理之後，不存在使該駐極體330 的溫度為高溫的工序、例如CVD那樣的工序。
通常，作為電荷保持部件的駐極體具有在高溫時放出電荷、 所保持的電荷量降低的性質。例如，本實施方式的由矽氧化膜 構成的駐極體3 3 0,在達到大約4 0 (TC以上的溫度時會發生帶電 量降低。若駐極體330所保持的電荷量降低，則施加於下部電 極110與上部電極120之間的直流電壓成分會降低，因此，尤其 是振子部件3 3 c的接收超聲波的靈敏度會降低。
但是，與第l實施方式相同，採用本實施方式，振子部件 33c具有不必將完成了帶電處理後的駐極體330加熱到會使該 駐極體3 3 0所保持的電荷量降低的溫度就可以製造該駐極體 330的結構。
因此，與以往相比，本實施方式的作為超聲波換能器的振
子部件33c可進一步提高駐極體330所保持的電荷量，在以低電 壓驅動時具有更高的接收超聲波的靈敏度。
此外，本實施方式的振子部件33c不需要在較低溫度下、 例如在400。C以下的處理溫度下進行的半導體工藝，因此，可 以利用更通用的半導體製造裝置以低成本進行製造。
另外，在本實施方式的振子部件33c的形成工序中，在利 用電暈放電對駐才及體330進行帶電處理時與第l實施方式不同，
的。因此，與第l實施方式相比，在本實施方式中，在進行帶 電處理時，不會發生應注入到駐極體330中的電荷經導電層而 漏出，可以更高效率地進行駐極體的帶電處理。
另外，在上述的本實施方式中，對駐極體330是對矽氧化 膜等的單層或多層無機膜實施了帶電處理而成的例子進行了說 明，但駐極體330的形態不限於此。
例如，駐4及體330可以由有機膜構成，具體而言，是通過 利用電暈放電使通常被稱為FEP的氟樹脂帶電而形成的，也可 以由FEP以外的氟樹脂、聚醯亞胺、聚丙烯、聚曱基戊烯等其 他有機膜構成。
公知由這些有機膜構成的駐極體是從以往就用於其他領域 的形態的駐極體，可長期穩定保持電荷。但是，由有機膜構成 的駐極體具有在高溫時所保持的電荷量會降低的性質，特別是 在該由有機膜構成的駐極體在比由無機膜構成的駐極體的溫度 低的100。C ~ 20(TC左右的溫度時會發生其所保持的電荷量降 低，因此，難以將由有機膜構成的駐極體適用於利用半導體工 藝形成的電容式超聲波換能器。
但是，在本實施方式的振子部件33c中，如上所述，由於 是在半導體工藝結束之後實施對駐極體的帶電處理，因此即使
35
由有機膜構成駐極體，也不會發生該駐極體所保持的電荷量降 低。
因此，釆用本實施方式，可以由以往可長時間穩定保持電
荷的有機膜構成振子部件33c的駐極體，可以提供比以往更長 壽命的電容式超聲波換能器。
此外，在上述的實施方式中，保持負電荷的駐極體330與 同振子元件100的下部電極110電連接的第l導電層314接觸地 形成。並且，在該駐極體330與第2導電層324之間夾設有作為 絕緣層的空隙部331。
特別是在振子部件33c發送超聲波時自驅動電路34輸出而 被賦予給下部電極110的電壓信號具有負極性的情況下，這樣 的形態有效。這是由於，在這樣的形態下，由駐極體330對下 部電極IIO與上部電才及120之間施加負極性的直流電壓成分，而
324流出。
此外，為了利用駐極體330更可靠地保持電荷，由絕緣膜 覆蓋駐極體330的周圍是有效的。另外，不言而喻，覆蓋駐極 體330周圍的絕緣膜可以分成多個絕緣膜。
如圖16所示，例如作為本實施方式的變形例，若通過在駐 極體3 3 0與空隙層3 31之間形成絕緣層3 3 9而做成由絕緣性膜覆 蓋駐極體3 3 0的周圍的結構，則可以利用駐極體3 3 0更可靠地保 持電荷。在圖16所示的本實施方式的變形例中，在駐極體330 由矽氧化膜構成時，優選覆蓋駐極體330的第2絕緣膜104、保 護膜105和絕緣層339由矽氮化膜構成。
第6實施方式
以下，參照圖17對本發明的第6實施方式進行說明。圖17 是第6實施方式的振子部件的剖視圖。
在第6實施方式中，與第5實施方式的結構的不同點僅在於
形成駐極體的區域的結構。因此，以下僅說明該不同點，並且，
對於與第5實施方式相同的構成要素標註相同的附圖標記，適 當省略其it明。
如圖17所示，與第5實施方式相比，本實施方式的振子部 件的結構是，振子部件33e的形成有駐極體330e的區域不是相 對於形成振子元件100的區域向超聲波發送方向突出。
本實施方式的振子部件33e通過在矽基板101的形成有駐 極體330e的區域形成凹部101e而消除了發送超聲波一側的表 面凹凸。
通過做成這樣的結構，本實施方式的作為超聲波換能器的 振子部件33e，提高了在形成振子元件100的半導體工藝中圖案 形成的精度。
即，與第5實施方式相比，本實施方式的振子部件33e可提 高振子元件100的尺寸精度，可形成聲音特性均勻的振子元件 100。
第7實施方式
以下，參照圖18和圖19對本發明的第7實施方式進行說明。 圖18是本實施方式的超聲波振子部件433的俯視圖。圖19是圖 18的XIX-XIX剖視圖。
在第7實施方式中，與第5實施方式的結構的不同點僅在於
形成振子元件的區域與形成駐極體的區域的位置關係。因此， 以下僅說明該不同點，並且，對於與第5實施方式相同的構成 要素標註相同的附圖標記，適當省略其說明。
聲波的發送方向)看為矩陣狀排列的多個振子元件400、和從 上方看形成在與該振子元件400分離開的區域上的多個駐極體
430。在圖18中，為了便於說明，用實線表示由與振子元件400 的上部電極420相同的導電層形成的圖案，用虛線表示由與下 部電極410相同的導電層形成的圖案，用斜剖面線表示配設有 駐極體430的區域。
駐極體430配設於矩陣狀排列的多個振子元件400的各振 子元件400之間的區域。例如，在本實施方式中，在沿行方向 排列的各振子元件400的中間配設有駐極體430。即，在包括同 一行排列的多個振子元件400的中心、且由與超聲波發送方向 平行的平面切斷的截面(圖19)中，配設振子元件400的區域 和配設駐極體430的區域交替排列。
如圖19所示，本實施方式的振子部件433與第5實施方式相 同，通過使用半導體工藝等微加工技術形成在由低電阻的矽半 導體構成的矽基才反401上，該矽基板401的兩表面分別形成有具 有電絕緣性的矽氧化膜、即第1絕緣膜4 0 2和背面絕緣膜4 0 9 。
配設振子元件400的區域和配設駐極體430的區域的結構 與第5實施方式相同，因此省略其詳細說明，以下^又說明其結 構。
振子元件400具有下部電極410、上部電極420和腔室407, 該下部電極410作為導電層，從上方看為大致圓形，該上部電 極420作為導電層，與該下部電極相對配設，且從上方看為大 致圓形，上述腔室407為夾設於該下部電極410與上部電極420 之間的大致圓筒狀的空隙部。並且，為了使下部電極410和上 部電極420電絕緣，在下部電極410和上部電極420的靠腔室 407—側分別配設有第2絕緣膜403和第3絕緣膜404。此外，在 上部電極420上方配設有保護膜405和對二甲苯系樹脂膜406。
即膜片400a (振動膜)的振動來收發超聲波，該膜片400a由上
述振子元件400的上部電極420、第3絕緣膜404、保護膜405和 對二甲苯系樹脂膜406構成。
另 一方面，配設駐極體430的區域由與振子元件400的下部 電極410電連接的第l導電層414、與上部電極420電連接的第2 導電層424、和夾設於該第1導電層414與第2導電層424之間的 駐極體430構成。此外，在駐極體430與第2導電層424之間夾設 有作為絕緣層的空隙部4 31 。
並且，駐極體430被第1導電層414和第2導電層424在與矽 基板401表面大致平行的方向、即與超聲波發送方向大致正交 的方向上夾持。
換言之，夾設於上述第1導電層414與第2導電層424之間的 駐極體430配設成其至少 一部分從第l導電層414和第2導電層 424向振子部件433的超聲波發送方向、即作為振子元件400的
此外，如圖18所示，在本實施方式中，在除了配設有振子 元件400和酉己設有駐極體430的區域以夕卜的區域，由與上部電極 420相同的導電層形成的圖案(圖18中的實線)同由與下部電 極410相同的導電層形成的圖案(圖18中的虛線)相互不重疊 地配設。
即，在本實施方式中，將多個上部電極420和多個第2導電 層424電連接的上部電極配線421沿行列方向配設，另 一方面， 將多個下部電才及410和多個第1導電層414電連接的下部電極配 線411以從上方看與上述上部電極配線421成45度角的方式配設。
這樣，通過從上方看互不重疊地配設第2導電層424和第1 導電層414,可以防止在配線部發生寄生電容。
具有如上這樣結構的振子部件433具有與上述第5實施方
式相同的效果，並且還具有以下這樣的效果。
本實施方式的振子部件通過將駐極體430配設在多個振子 元件400之間，從而在從超聲波發送方向看振子部件時，可使 不用於發送和接收超聲波的區域的面積小於第5實施方式。換 言之，可提高振子部件的超聲波收發麵的利用效率。
因此，本實施方式的振子部件可更高效率地發送和接收超 聲波，可提供更小型的超聲波診斷裝置。
另外，駐極體430隻要是保持足夠對振子部件433的振子元 件400施加直流電壓的量的電荷即可，如圖18所示，即使不配 設在多個振子元件400之間的全部區域上也可以。
此外，在上述的本實施方式中，駐極體分開配設在多個區 域上，但若是在與形成有振子元件的區域不同的相分離開的區 域內，也可以以單一的連續形狀配設駐極體。
例如，如圖20所示，在著目艮於24亍2歹'J中相互相鄰排歹'J的4 個部位的振子元件400時，駐極體430a可以配設於在與超聲波 發送方向正交的方向上同該4個部位的振子元件400均距離相 等的位置處。
此外，以上到第7實施方式為止的駐極體的帶電處理方法 示出的是電暈放電法，但帶電處理方法不限定於電暈放電法， 例如也可以是電子束照射法、離子注入法，只要是可以在其他 層中形成固定電荷的方法即可。
第8實施方式
以下，參照圖21~圖25對本發明的第8實施方式進行說明。 以下僅說明第8實施方式與第l實施方式的不同點，此外，
對於與第l實施方式相同的構成要素標註相同的附圖標記，適
當省略其說明。
圖21是從超聲波發送一側看振子單元的俯視圖。即，在圖
4021中，與紙面正交地、且向離開紙面的方向發送超聲波。圖22 是圖21的XXII-XXII剖視圖。圖23~圖25是說明振子單元的制 造方法的圖。
如圖21所示，本實施方式的振子單元32f是排列有多個振 子部件33f而構成的。在圖21中，虛線圍起來的細長區域表示 一個振子部件33f。
振子部件33f具有多個振子元件IOO。此外，振子部件33f 具有分別與構成該振子部件33f的上述多個振子元件100電連 接的駐極體530、信號電極焊盤38、接地電極焊盤39。
駐極體530用於保持電荷、對振子元件100供給DC偏壓， 對此將後詳述。此外，在本實施方式的振子單元32f中， 一個駐 極體530與多個振子部件33f電連接，對構成各個振子部件33f 的多個振子元件100供給DC偏壓。
在本實施方式中，振子部件33f具有沿細長區域的長度方向 直線狀排列的8個振子元件10 0 、和配設於細長區域 一 端將8個 振子元件1 OO全部並聯電連接的 一 個駐極體530。
在同 一振子部件33f中，振子元件100全部被並聯電連接， 通過經信號電極焊盤38輸入來自超聲波觀測裝置的驅動信號 來同時發送同相位的超聲波。
此外，構成同 一振子單元32f的全部振子部件33f的信號電 極焊盤38被相互電連接，因此如上所述， 一個振子部件33f構 成用於收發超聲波的最小驅動單位。
如圖22所示，與第l實施方式相同，本實施方式的振子部 件3 3 f是利用使用半導體工藝等微加工技術形成在由低電阻矽 半導體構成的矽基板101上的具有層疊構造的電容式超聲波換 能器。
本實施方式中的形成振子元件IOO的區域的結構與第1實
施方式相同，因此省略其"i兌明，以下，詳細i兌明本實施方式的
超聲波換能器的配設有駐極體530的區域的結構。
在本實施方式中，作為電荷保持部件的駐極體530藉助在 常溫下固化的粘接劑而貼附配設於從上方看為細長形狀的振子 部件33f的端部。駐極體530具有持久保持極性為正或負的電荷 的功能。
本實施方式的駐極體530由有機膜構成，具體而言，是通 過利用電暈放電使通常被稱為FEP的氟樹脂帶電而形成的。另 外，駐極體530還可以由FEP以外的氟樹脂、聚醯亞胺、聚丙
烯等其他有機膜構成。
此外，具體而言，如圖22所示，本實施方式的駐極體530
構成為在厚度方向的兩表面上的至少一部分上形成有下部導電 層531和上部導電層532。下部導電層531和上部導電層532例 如是銅、金、鋁等具有導電性的金屬膜，利用蒸鍍、CVD、粘 接、噴墨法等公知的金屬膜形成技術而配設於駐極體5 3 0的兩 表面上。
並且，在本實施方式的振子部件33f中，形成於駐極體530 下側表面上的下部導電層531 (第l導電層)通過具有導電性的 下部電極配線514與多個振子元件100的下部電極110電連接。 另 一方面，形成於駐極體530上側表面上的上部導電層532 (第 2導電層)通過具有導電性的上部電極配線524與多個振子元件 100的上部電極120電連接。上部電極配線524是利用現有的低 溫膜形成技術形成的具有導電性的膜。
即，在單一的振子部件33f內，駐極體530與上述多個振子 元件100的下部電極110和上部電極120電連接。在此，由于振 子元件100的上部電極120接地，因此，駐極體530對作為振子
位差。
此外，在駐極體530及配設於其上方的上部導電層532、上 部電極配線524上，與振子元件100同樣地形成有對二甲苯系樹 脂膜106。另外，若對二甲苯系樹脂膜106含有抗藥品性較高的 氟(F),則更優選。
以下說明具有上述結構的本實施方式的振子單元3 2 f的制 造方法。另外，在以下的說明中，除了形成有駐極體530的區 域以外的製造方法是利用半導體工藝進行的公知方法，因此省 略該說明或簡單說明。
首先，如圖23所示，利用半導體工藝和作為在所謂的 MEMS技術領域的公知技術的犧牲層蝕刻在低電阻的矽基板 101上形成作為構成振子元件10 0的 一 對平行平板電極的下部 電極110和上部電才及120、夾設於該兩電極之間的腔室107,上 述矽基板101的兩表面上分別形成有作為矽氧化膜的第1絕緣 膜102和背面絕緣膜109。
具體而言，將由Mo構成的導電層製成圖案而形成多個下部 電極IIO、和與該多個下部電極110電連^妻且乂人振子部件33端部 延伸出的下部電極配線114。接著，在多個下部電極110上形成 第2絕緣膜103和第3絕緣膜104 ，並利用犧牲層蝕刻在第2絕緣 膜103和第3絕緣膜104之間形成多個腔室107。
接著，在分別與多個下部電極IIO隔著腔室107相對的位置 將由A1構成的導電層製成圖案而形成上部電極120。接著，覆 蓋該上部電極120上面地形成具有電絕緣性的保護膜105。
並且，在振子部件33f的配設有駐極體530的端部側形成沿 厚度方向貫通保護膜105、且與上部電極120電連接的導通孔 124a。
在以上工序結束了的狀態下，在矽基板101的元件形成面
側，在成為振子部件3 3 f的區域的配設有駐極體5 3 0的端部側，
105上且與上部電極120電連接的導通孔524a在上方即超聲波 發送方向露出。在此，在從上方看矽基板101的元件形成面的 狀態下，下部電^L配線514和導通孔524a形成在相互分離開的 不同區域。
接著，如圖24所示，用在常溫下固化的粘接劑將駐極體530 貼附於下部電極配線514上，該駐極體5 3 0是在與利用上述半導 體工藝在矽基板101上形成層疊構造的工序不同的工序中形成的。
在此，如上所述，駐極體530是通過利用電暈》文電使被稱 為FEP的氟樹脂帶電而形成的，並在駐極體530的兩表面上形 成有作為金屬膜的下部導電層531和上部導電層532。因此，通
部電極配線514和下部導電層531電連接。
另外，在進行了帶電處理後的駐極體530上形成下部導電 層531和上部導電層532的工序是在駐極體530所保持的電荷不 損失的溫度條件下進行的。例如，如本實施方式這樣，在駐極 體530是對被稱為FEP的氟樹脂進行帶電處理而成的情況下， 當將該駐極體530加熱到IO(TC以上時，其所保持的電荷量會降 低。因此，在本實施方式中，在駐極體530上形成下部導電層 531和上部導電層532的工序是在駐極體530的溫度為100°C以 下的條件下進行的。
同樣，利用粘接劑將駐極體530貼附於下部電極配線514 上的工序也是在駐極體530所保持的電荷不損失的溫度條件下 進行的，在本實施方式中，是在駐極體530的溫度為100。C以下 的條件下進行的。
此外，將駐極體530配設於下部電極配線514上的方法不限 於使用粘接劑，只要是將下部電極配線514和下部導電層531 電連接、且在駐極體530所保持的電荷不損失的溫度條件下進 4亍的方法即可。
在以上工序結束了的狀態下，在石圭基4反101的元件形成面 側，在成為振子部件33f的區域的配設有駐極體530的端部側， 與上部電極120電連接的導通孔524a和形成於駐極體530上的 上部導電層532向上方即超聲波發送方向露出。
接著，如圖25所示，形成作為具有導電性的金屬膜的上部 電極配線524,以將形成於保護膜105上的導通孔524a和上部導 電層532電連接。
在本實施方式中，上部電極配線524是利用公知的低溫金 屬膜形成技術而形成的。通過該工序，將上部電極120和形成 於駐極體530上的上部導電層532電連接。
另外，將形成於保護膜105上的導通孔524a和上部導電層 532電連接的方法不限於本實施方式，只要是將上部電極配線 524和上部導電層532電連接、且在駐極體530所保持的電荷不 損失的溫度條件下進行的方法即可。例如可以是通過引線接合 或線焊接等低溫配線形成工藝將與導通孔5 2 4 a電連接的電極 焊盤和與上部導電層5 3 2電連接的電極焊盤電連接的形態。此 外，例如也可以是利用粘接劑貼附金屬膜的方法、利用噴墨法 或分配(dispense)法將導電性膏描繪成配線的形態等。
在以上參照圖23~圖25說明了的工序之後，進一步利用旋 轉塗敷法(spin coat method)或蒸鍍法等低溫工藝在上層側 形成對二曱苯系樹脂膜106,從而形成圖21和圖22所示的本實 施方式的振子單元32f。另外，對二甲苯系樹脂膜106的形成可 以在將振子單元32f安裝到FPC35上之後進行。
以下，說明具有上述結構的本實施方式的超聲波換能器和 超聲波診斷裝置的效果。
在本實施方式的振子單元32f中，從超聲波的發送方向、即 從作為振子元件100的 一對電極的下部電極110和上部電極120 的層疊方向看時，駐4及體530配設在與振子元件IOO互不重疊的 區域。因此，本實施方式的振子單元32f構成為比以往的沿厚度 方向、即超聲波發送方向層疊c - MUT和駐才及體而成的超聲波 換能器薄。
但是，由於要使駐極體530保持高密度的帶電電荷和具有 充分的抗劣化性，因此，優選是使駐極體530的厚度為數iim ~ 數10(im。另一方面，在通常的c-MUT中，為了得到可實現充 分的超聲波聲壓和靈敏度的電極之間的靜電電容，優選是電極 之間距離為l[im以下。即，在電極之間配設駐極體的以往的c -MUT不能確保得到所必須的靜電電容的電極之間距離，不能 利用充分的聲壓和靈敏度收發超聲波。
對此，本實施方式的振子單元32f可分別獨立地設定駐極體 530的厚度、和下部電極110與上部電極120之間的距離(間隙)。 即，採用本實施方式，提高了振子單元32f的設計自由度，因此 例如與以往相比，可減小下部電極IIO與上部電才及120之間的距 離而增大兩電極之間的靜電電容，提高了發送超聲波的聲壓和 接收超聲波的靈敏度，並且可將駐極體530的厚度做成可使該 駐極體530持久穩定保持電荷的厚度。並且，在該狀態下，可 以將振子單元32f構成得比以往更薄。
因此，採用本實施方式，振子單元32f的在超聲波發送方向 上的厚度薄於以往，且具有更高的發送超聲波的聲壓和接收超 聲波的靈敏度，並且駐極體530的性能穩定，從而可更長期維 持其性能。
換言之，本實施方式的振子單元32f實現了比以往更高效率 的超聲波換能器，在發揮規定的發送超聲波的聲壓和接收超聲 波的靈敏度時，本實施方式實現了長期維持所期望的性能、比 以往更薄、且能夠以低電壓驅動的超聲波換能器。
但是，在採用以往的沿厚度方向、即超聲波發送方向層疊c -MUT和駐極體而成的超聲波換能器時，存在因在對駐極體進 行帶電處理後的製造工序中的氣體介質成分、溼度、溫度的影 響而使駐極體的性能發生劣化這樣的問題。
例如，在層疊c- MUT和駐極體而成的以往的超聲波換能 器中，在形成駐極體之後，需要進一步使用半導體工藝形成矽 氧化膜等層疊構造。即，在其後的半導體工藝中，會將駐極體 加熱到數百。C。因此，在以往的超聲波換能器中，不能將在100 °C左右所保持的電荷會消失的F E P等有機膜用作駐極體。
因此，作為針對駐極體保持的電荷消失的對策，在以往的 超聲波換能器中，由即使在更高溫下仍可保持電荷的例如由矽 化合物構成的無機膜來構成駐極體。
然而，由矽化合物等無機膜構成的駐極體與由有機膜構成 的駐極體相比，存在帶電處理後的電荷保持性較差，難以持久 穩定保持電荷這樣的問題。即，在具有無機膜的駐極體而構成 的以往的超聲波換能器中，發送超聲波的聲壓和對於接收超聲 波的靈敏度等特性會因時間而發生變動。
另一方面，在本實施方式中，在與形成振子元件100的半 導體工藝不同的工序中做成駐極體530，並在構成振子元件IOO
而且，在所保持的電荷不損失的溫度條件下將駐極體530貼附 于振子單元32f上，進而與振子元件100的下部電極110和上部 電極120電連接。換言之，在本實施方式中，由有機膜構成的
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駐極體530不會在帶電處理後加熱到所保持電荷減少或消失的溫度。
因此，與以往的具有無機膜駐極體的超聲波換能器相比， 本實施方式的作為超聲波換能器的振子單元32f可使用可更長 時間穩定保持電荷的有機膜的駐極體，因此可更長期恆定保持特性。
另外，在具有超聲波換能器而構成的超聲波診斷裝置中， 為了屏蔽外來噪聲、提高S/N比，有時利用與超聲波換能器電 獨立地接地的導電層、即屏蔽層來覆蓋該超聲波換能器。
在將該屏蔽層適用於上述實施方式時，若例如由屏蔽層覆 蓋振子元件100的工序是在駐極體530所保持的電荷量會降低 的溫度下進行的，則在該屏蔽層形成到振子元件100上之後實 施將駐極體530配設於下部電極配線514上的工序。若例如由屏 蔽層覆蓋振子元件100的工序是在比駐極體530所保持的電荷 量會降低的溫度低的溫度下進行的，則無此限制。
此外，在上述實施方式中，駐極體530是藉助上部導電層 532 、上部電極配線524和上部電極120而與作為接地電位的矽 基板101電連接的，但也可以是例如上部導電層532通過引線接 合等直接與形成在矽基板101上的電極焊盤連接的結構。
第9實施方式
以下，參照圖26對本發明的第9實施方式進行說明。圖26 是第9實施方式的振子部件的剖視圖。
在第9實施方式中，與第8實施方式的結構的不同點僅在於
配設駐極體的區域的結構。因此，以下僅說明該不同點，並且，
對於與第l實施方式相同的構成要素標註相同的附圖標記，適 當省略其說明。
在本實施方式的振子單元中，在自振子部件33g—端延伸
出而形成的下部電4及配線514與配i殳於該下部電才及配線514上 的駐極體530之間夾設有空隙層533。
具體而言，在下部電^l配線514上，形成以身見定間隔將駐 極體530和下部電極配線514分離開的墊片534，將駐極體530 貼附於該墊片534上。
例如如上述第8實施方式那樣，在駐極體5 3 0的表面上直接 配設了作為導電層的下部導電層531和上部導電層532時，有時
間，駐極體530的帶電狀態被中和，結果，成為與駐極體530 所保持的電荷量降低了相同的狀態。
但是，在本實施方式的振子部件中，通過在駐極體530與
514之間設置空隙層5 3 3 ，從而可消除在上述的導電層的界面附 近的缺陷捕集電荷這樣的影響。
即，採用本實施方式，可更有效地將駐極體530所保持的 電荷用作供給到振子元件100的下部電極110和上部電極120之 間的直流電壓成分，可構成具有更高發送超聲波的聲壓和更高 接收超聲波的靈敏度的振子部件。
第IO實施方式
以下，參照圖27對本發明的第10實施方式進行說明。圖27 是本實施方式的超聲波振子陣列731的俯視圖。
在上述第8實施方式中，是一個駐極體與多個振子部件電 連接、對構成振子部件的多個振子元件分別供給直流電壓成分 的結構，但在本實施方式中，是一個駐極體與多個振子單元電 連接的結構。
如圖27所示，本實施方式的作為超聲波換能器的超聲波振
多個振子元
件100構成的多個振子單元732。
在著眼於單一振子單元732時，與構成該單一振子單元732 的全部振子元件100的下部電極110電連4妄的下部電極配線 614、下部電極焊盤631a、信號電極配線636a和信號電極焊盤 636形成在FPC735上。
部電極焊盤631a、信號電極配線636a和信號電極焊盤636中的
的導電圖案，與FPC735表面絕緣。另一方面，下部電極焊盤 631a和信號電極焊盤636是在FPC735的安裝面側的最上面露 出而形成的導電圖案。
並且，在與多個振子單元732對應設置的多個下部電極焊 盤631a上貼附有單 一 的駐極體630a ,並且該單 一 的駐極體 630a與多個下部電極焊盤631a電連接。此外，在該駐極體630a 的與貼附於下部電極焊盤631a上與該下部電極焊盤631a相對 的面相反一側的面上、即與FPC735相反一側的面上，與下部 電極焊盤631a的位置對應地形成有上部導電層632a。
該上部導電層632a藉助通過引線接合等而形成的上部電 極配線624而與構成單一振子單元732的全部振子元件100的上 部電極120電連接。
此外，形成於駐才及體630a上的全部多個上部導電層632a 藉助接地電極配線637a與在FPC735的安裝面側的最上面露出 而形成的共用接地電極焊盤637電連接。即，在本實施方式的 振子陣列631中，全部振子單元732的振子元件100的上部電極 120與共用接地電極焊盤637電連接。
在具有上述結構的超聲波振子陣列731中，多個振子單元 732與單一的駐極體630a電連接， 一個振子單元732構成用於收
發超聲波的最小驅動單位。並且，駐極體630a對構成振子單元位差。
採用上述本實施方式，可以將形成為晶片狀的振子單元 732和對該振子單元732的振子元件IOO賦予電位差的駐極體 630a分另'J酉己設在FPC735上的互不重疊的不同區域上。
即，與如第8實施方式那樣對每一振子單元配設駐極體的 情況相比，採用本實施方式可進一步減薄整個振子陣列的厚度。
此外，與第8實施方式相比，構成為可增大駐極體的大小， 因此，可以更容易進行駐極體的形成和貼附工序。
第ll實施方式
以下，參照圖28對本發明的第11實施方式進行說明。第ll 實施方式是將上述本發明的超聲波換能器應用於超聲波顯微鏡 的實施方式。圖28是說明本實施方式的超聲波顯微鏡結構的 圖。
超聲波顯微鏡800將在高頻振蕩器801產生的高頻信號經 循環器802施加到本發明的超聲波換能器803上而轉換為超聲 波。用聲透鏡804匯聚該超聲波，並在該匯聚點配置試樣805。 試樣805被樣品保持架806保持，在試樣805與聲透鏡804的透 鏡面之間填充水等耦合劑807。來自試樣805的反射波經聲透鏡 804而被換能器803接收，並轉換為電氣反射信號。從超聲波換 能器803輸出的與接收超聲波對應的電信號經循環器802而輸 入到顯示裝置808。由被掃描電路809控制的掃描裝置810來在 水平面內沿XY這兩軸方向驅動樣品保持架806。
以上這樣構成的超聲波顯微鏡800,通過對試樣805照射超 聲波來評價試樣805的聲音特性，從而可對試樣805的彈性性質 定量化，或評價薄膜構造。
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另外，本發明不限於上述實施方式，在不違反從權利要求 書和整個說明書讀出的發明要旨或思想的範圍內，可進行適當 變更，伴隨這樣變更的超聲波換能器、超聲波換能器的製造方 法、超聲波診斷裝置和超聲波顯微鏡也包含於本發明的保護範 圍中。
權利要求
1. 一種超聲波換能器，其特徵在於，該超聲波換能器包括振子元件、第1導電層、第2導電層和駐極體，上述振子元件具有第1電極、隔著空隙部配設於該第1電極上的振動膜、支承在該振動膜上的第2電極，上述第1導電層與上述第1電極電連接，上述第2導電層與上述第1導電層相對配設，並與上述第2電極電連接，上述駐極體配設在上述第1導電層與上述第2導電層之間，且在從利用上述振動膜振動而產生的超聲波的發送方向看時，該駐極體的至少一部分配設在與上述振子元件不重疊的區域，該駐極體保持電荷，對上述第1電極與上述第2電極之間賦予規定的電位差。
2. 根據權利要求l所述的超聲波換能器，其特徵在於， 上述駐極體具有相對於上述第l導電層和上述第2導電層中的至少一方在上述超聲波發送方向露出的區域。
3. 根據權利要求2所述的超聲波換能器，其特徵在於， 上述第2導電層配設於上述第l導電層上方， 在從上述超聲波的發送方向看時，在上述第2導電層的與上述駐極體重疊的區域內形成有貫通孔。
4. 根據權利要求2所述的超聲波換能器，其特徵在於， 上述第l導電層和上述第2導電層被配設成在與上述第l電極和上述第2電極相對的方向正交的方向上相對。
5. 根據權利要求2所述的超聲波換能器，其特徵在於， 上述駐極體配設在具有與上述第2電極相同電位的第3導電層的上方，上述第l導電層配設在上述駐極體的上方，且在從上述超 聲波的發送方向看時，在上述第l導電層的與上述駐極體重疊 的區域內形成有貫通孔。
6. 根據權利要求l ~ 5中任一項所述的超聲波換能器，其特 徵在於，在上述駐極體與上述第l導電層之間、或在上述駐極體與 上述第2導電層之間夾設有絕緣層。
7. 根據權利要求6所述的超聲波換能器，其特徵在於， 由上述絕緣層隔開的上述第1導電層與上述第2導電層之間的間隔大於上述振子元件中的由上述空隙部隔開的上述第1 電極與上述第2電才及之間的間隔。
8. 根據權利要求l ~ 5中任一項所述的超聲波換能器，其特 徵在於，具有覆蓋上述超聲波發送方向一側表面的保護膜，該保護 膜的與上述駐極體重疊的區域比上述保護膜的與上述振子元件 重疊的區域更向上述超聲波發送方向突出。
9. 根據權利要求8所述的超聲波換能器，其特徵在於， 在上述駐極體與上述第l導電層之間、或在上述駐極體與上述第2導電層之間夾設有絕緣層。
10. 根據權利要求l ~ 5中任一項所述的超聲波換能器，其 特徵在於，具有覆蓋上述超聲波發送方向一側表面的保護膜，該保護 膜的上述超聲波發送方向一側表面是平面狀。
11. 根據權利要求10所述的超聲波換能器，其特徵在於， 在上述駐極體與上述第l導電層之間、或在上述駐極體與上述第2導電層之間夾設有絕緣層。
12. 根據權利要求l所述的超聲波換能器，其特徵在於， 上述駐極體貼附於上述第l導電層上。
13. 根據權利要求12所述的超聲波換能器，其特徵在於， 具有分別與多個振子元件對應設置的多個第l導電層， 單一的上述駐極體貼附於該多個第l導電層上。
14. 根據權利要求12或13所述的超聲波換能器，其特徵在於，在上述駐極體與上述第l導電層之間、或在上述駐極體與 上述第2導電層之間夾設有空隙部。
15. —種超聲波診斷裝置，其特徵在於，具有權利要求1 14中任一項所述的超聲波換能器。
16. 根據權利要求15所述的超聲波診斷裝置，其特徵在於，該超聲波診斷裝置是在導入到生物體內的插入部配設有上 述超聲波換能器而成的超聲波內窺鏡。
17. —種超聲波顯微鏡，其特徵在於，具有權利要求1 14中任一項所述的超聲波換能器。
18. —種超聲波換能器的製造方法，該超聲波換能器包括 振子元件和駐極體，上述振子元件具有形成於基板上的第l電極、隔著空隙部 配設於該第l電極上的振動膜、支承在該振動膜上的第2電極，上述駐極體由保持電荷、並對上述第l電極與上述第2電極 之間賦予規定電位差的有機膜構成，其特徵在於，該製造方法 包括如下工序在上述基板上形成上述振子元件；形成第l導電層，該第l導電層與上述振子元件的第l電極 電連接，且延伸到上述基板上與上述振子元件不重疊的區域，在與形成上述振子元件和第l導電層的工序不同的工序形 成上述駐極體；在上述基板上的與上述振子元件不重疊的區域，將上述駐 極體貼附到上述第l導電層上；在上述駐極體的同與上述第l導電層相對的面相反一側的 面上形成第2導電層；將上述第2導電層與上述第2電極電連接。
19.根據權利要求18所述的超聲波換能器的製造方法，其 特徵在於，將上述駐極體貼附到上述第l導電層上的工序、形成上述 第2導電層的工序、將上述第2導電層與上述第2電極電連接的 工序是在如下條件下實施的，即，上述駐極體的溫度為上述駐 極體保持的電荷量發生降低的規定溫度以下。
全文摘要
本發明提供一種超聲波換能器及其製造方法、超聲波診斷裝置及超聲波顯微鏡。該超聲波換能器的特徵在於，包括振子元件和駐極體，該振子元件具有第1電極、隔著空隙部配設於該第1電極上的第2電極，該駐極體對上述第1電極和上述第2電極之間賦予電位差，在從超聲波的發送方向看時，上述駐極體的至少一部分配設在與上述振子元件不重疊的區域。
文檔編號A61B8/12GK101378605SQ20081013467
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月15日 優先權日2007年8月28日
發明者唐木和久, 安達日出夫, 松本一哉, 神谷宜孝, 若林勝裕, 長谷川守 申請人:奧林巴斯醫療株式會社