特許 6252248 超音波デバイスおよびその製造方法並びにプローブ、電子機器および超音波画像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6252248

(24)【登録日】2017年12月8日

(45)【発行日】2017年12月27日

(54)【発明の名称】超音波デバイスおよびその製造方法並びにプローブ、電子機器および超音波画像装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20171218BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20171218BHJP

   A61B 8/00 20060101ALI20171218BHJP

【ＦＩ】

   H04R17/00 332A

   H04R17/00 330J

   H04R31/00 330

   A61B8/00

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-37269(P2014-37269)

(22)【出願日】2014年2月27日

(65)【公開番号】特開2015-162813(P2015-162813A)

(43)【公開日】2015年9月7日

【審査請求日】2017年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(72)【発明者】

【氏名】鶴野 次郎

(72)【発明者】

【氏名】中村 友亮

【審査官】 大石 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１２５０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３５７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０１０５０９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ｈ０４Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の超音波トランスデューサー素子を有する基板と、
母材およびフィラーで形成されて、前記複数の超音波トランスデューサー素子を覆う音響整合層と、
前記基板の厚み方向の平面視で、前記超音波トランスデューサー素子の範囲に比べて、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間で単位体積当たりの前記フィラーの占有体積の割合は大きい
ことを特徴とする超音波デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、前記フィラーの占有体積の割合は、前記超音波トランスデューサー素子の範囲と、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間との間で勾配を有することを特徴とする超音波デバイス。

【請求項3】

請求項１または２に記載の超音波デバイスにおいて、前記音響整合層内の前記超音波トランスデューサー素子の範囲は前記超音波トランスデューサー素子から遠ざかるにつれて広がることを特徴とする超音波デバイス。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、前記超音波トランスデューサー素子の範囲に比べて、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間で前記フィラーの平均粒径は大きいことを特徴とする超音波デバイス。

【請求項5】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波デバイスにおいて、前記超音波トランスデューサー素子の範囲に比べて、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間で前記フィラーの個数は多いことを特徴とする超音波デバイス。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイス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7】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理する処理部とを備えることを特徴とする電子機器。

【請求項8】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理し、画像を生成する処理部と、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画像装置。

【請求項9】

複数の超音波トランスデューサー素子を有する基板に、前記基板の厚み方向の平面視で隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間の領域に第１素材を塗布する工程と、
前記超音波トランスデューサー素子が配置される領域内に第２素材を塗布する工程と、
を備え、
前記第１素材では、前記第２素材に比べて、母材内で単位体積当たりのフィラーの占有体積の割合が大きい
ことを特徴とする超音波デバイスの製造方法。

【請求項10】

請求項９に記載の超音波デバイスの製造方法において、前記第１素材の硬化後に、前記第１素材の間の空間に前記第２素材が満たされることを特徴とする超音波デバイスの製造方法。

【請求項11】

複数の超音波トランスデューサー素子を有する基板に、第１値の粒径範囲の第１フィラーおよび第１値より大きい第２値の粒径範囲の第２フィラーを包含する流動性の素材を塗布して、前記素材で前記複数の超音波トランスデューサー素子を覆う工程と、
個々の前記超音波トランスデューサー素子で超音波振動を発生させ、前記超音波振動に基づき、前記基板の厚み方向からの平面視で前記超音波トランスデューサー素子の範囲から隣り合う前記超音波トランスデューサー素子同士の間に領域に向かって前記第２フィラーを移動させ、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子同士の間の領域に前記第２フィラーを偏在させる工程と、
を備えることを特徴とする超音波デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波デバイスおよびその製造方法、並びに、それを利用したプローブ、電子機器および超音波画像装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されるように、超音波トランスデューサー素子を備える超音波デバイスは一般に知られる。超音波トランスデューサー素子は、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を含む素子アレイを有する基板を備える。素子アレイは音響整合層で覆われる。音響整合層は素子アレイに音響レンズを結合する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１２５０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、音響整合層は個々の超音波トランスデューサー素子ごとに分割される。隣り合う音響整合層の間には分離材が充填される。音響整合層は固体材料で形成される一方で、分離材はゴム系材料から形成される。したがって、超音波トランスデューサー素子から伝搬する超音波振動は、隣り合う超音波トランスデューサー素子同士の間で行き交うことはないものの、音響整合層および分離材の界面で反射し、音響レンズに伝搬する。反射した超音波は時間遅れで音響レンズから出射され、超音波測定の精度を低下させてしまう。

【0005】

そして、超音波測定の精度の向上に寄与する超音波デバイスが望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明の一態様は、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を含む素子アレイを有する基板と、母材およびフィラーで形成されて、前記素子アレイを覆う音響整合層と、前記基板の厚み方向の平面視で、前記超音波トランスデューサー素子の範囲に比べて、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間で単位体積当たりの前記フィラーの占有体積の割合は大きい超音波デバイスに関する。

【0007】

超音波トランスデューサー素子は超音波の発信時に超音波振動する。超音波は超音波トランスデューサー素子から音響整合層を伝わり超音波デバイスの表面から出射される。音響整合層は超音波トランスデューサー素子と画像化対象物との間で音響インピーダンスの整合を図る。音響インピーダンスの整合の結果、音響整合層の界面で超音波の反射は低減される。このとき、隣り合う超音波トランスデューサー素子では一方の超音波トランスデューサー素子から他方の超音波トランスデューサー素子に向かって音響整合層内を超音波振動が伝搬する。隣り合う超音波トランスデューサー素子の間ではフィラーの占有体積の割合が大きいことから、超音波振動は効率的に減衰する。こうして隣り合う超音波トランスデューサー素子同士の間でクロストークは防止される。隣り合う超音波トランスデューサー素子同士の間では音響整合層の母材は連続することから、超音波振動の反射は抑制される。超音波の乱反射は抑制される。超音波測定の精度は向上する。

【0008】

（２）前記フィラーの占有体積の割合は、前記超音波トランスデューサー素子の範囲と、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間との間で勾配を有してもよい。超音波トランスデューサー素子の範囲から、隣り合う超音波トランスデューサー素子の間の範囲に向かって徐々にフィラーの占有体積の割合は変化することから、音響インピーダンスの急激な変化に基づく超音波振動の反射は効果的に抑制される。こうして超音波の乱反射は確実に抑制される。

【0009】

（３）前記音響整合層内の前記超音波トランスデューサー素子の範囲は前記超音波トランスデューサー素子から遠ざかるにつれて広がることができる。超音波振動は超音波トランスデューサー素子から広がりながら音響整合層内を伝搬する。したがって、フィラーの占有体積が小さい領域が超音波トランスデューサー素子から遠ざかるにつれて広がれば、フィラーの占有体積の高い領域に進入する超音波振動は抑制される。こうして超音波の乱反射はさらに効果的に抑制される。

【0010】

（４）前記超音波トランスデューサー素子の範囲に比べて、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間で前記フィラーの平均粒径は大きくてもよい。こうして占有体積の割合の調整にあたってフィラーの平均粒径が利用される。平均粒径が大きければ、占有体積の割合は高まる。

【0011】

（５）前記超音波トランスデューサー素子の範囲に比べて、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間で前記フィラーの個数は多くてもよい。こうして占有体積の割合の調整にあたってフィラーの個数が利用される。フィラーの個数が増大すれば、占有体積の割合は高まる。

【0012】

（６）超音波デバイスはプローブに組み込まれて利用されてもよい。このとき、プローブは、超音波デバイスと、前記超音波デバイスを支持する筐体とを備えればよい。

【0013】

（７）超音波デバイスは電子機器に組み込まれて利用されてもよい。このとき、電子機器は、超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理する処理部とを備えることができる。

【0014】

（８）超音波デバイスは超音波画像装置に組み込まれて利用されてもよい。このとき、超音波画像装置は、超音波デバイスと、前記超音波デバイスに接続されて、前記超音波デバイスの出力を処理し、画像を生成する処理部と、前記画像を表示する表示装置とを備えることができる。

【0015】

（９）本発明の他の態様は、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を含む素子アレイを有する基板に、前記基板の厚み方向の平面視で隣り合う前記超音波トランスデューサー素子の間の領域に第１素材を塗布する工程と、前記超音波トランスデューサー素子が配置される領域内に第２素材を塗布する工程とを備え、前記第１素材では、前記第２素材に比べて、母材内で単位体積当たりのフィラーの占有体積の割合が大きい超音波デバイスの製造方法に関する。こうして前述の超音波デバイスは製造される。

【0016】

（１０）超音波デバイスの製造方法では、前記第１素材の硬化後に、前記第１素材の間の空間に前記第２素材が満たされてもよい。基板に塗布された第１素材は基板の表面から遠ざかるにつれて先細る形状に形成されることができる。その結果、超音波トランスデューサー素子の領域では超音波トランスデューサー素子から遠ざかるにつれて広がる空間が形成される。フィラーの占有体積の割合が小さい領域は超音波トランスデューサー素子から遠ざかるにつれて広がるような形状を有することができる。

【0017】

（１１）本発明の他の態様は、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を含む素子アレイを有する基板に、第１値の粒径範囲の第１フィラーおよび第１値より大きい第２値の粒径範囲の第２フィラーを包含する流動性の素材を塗布して、前記素材で前記素子アレイを覆う工程と、個々の前記超音波トランスデューサー素子で超音波振動を発生させ、前記超音波振動に基づき、前記基板の厚み方向からの平面視で前記超音波トランスデューサー素子の範囲から隣り合う前記超音波トランスデューサー素子同士の間に領域に向かって前記第２フィラーを移動させ、隣り合う前記超音波トランスデューサー素子同士の間の領域に前記第２フィラーを偏在させる工程とを備える超音波デバイスの製造方法に関する。こうして前述の超音波デバイスは製造される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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を概略的に示す外観図である。

【図2】超音波プローブの拡大正面図である。

【図3】第１実施形態に係る超音波デバイスの拡大平面図である。

【図4】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図5】第１実施形態に係る音響整合層の構造を概略的に示す図４の拡大一部断面図である。

【図6】超音波デバイスの製造工程を示す図であって、基板の拡大一部断面図である。

【図7】超音波デバイスの製造工程を示す図であって、塗布された第１素材を概略的に示す基板の拡大一部断面図である。

【図8】超音波デバイスの製造工程を示す図であって、塗布された第２素材を概略的に示す基板の拡大一部断面図である。

【図9】第２実施形態に係る音響整合層の構造を概略的に示す図４の拡大一部断面図である。

【図10】超音波デバイスの製造工程を示す図であって、塗布された素材を概略的に示す基板の拡大一部断面図である。

【図11】超音波デバイスの製造工程を示す図であって、超音波振動の印加時の素材を概略的に示す基板の拡大一部断面図である。

【図12】図５に対応し、第１実施形態の変形例に係る音響整合層の構造を概略的に示す拡大一部断面図である。

【図13】図９に対応し、第２実施形態の変形例に係る音響整合層の構造を概略的に示す拡大一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。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。

【0020】

（１）超音波診断装置の全体構成
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（超音波画像装置）１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末（処理部）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、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。

【0021】

図２に示されるように、超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６内には超音波デバイス１７が収容される。超音波デバイス１７の表面は筐体１６の表面で露出することができる。超音波デバイス１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。その他、超音波プローブ１３は、プローブ本体１３ａに着脱自在に連結されるプローブヘッド１３ｂを備えることができる。このとき、超音波デバイス１７はプローブヘッド１３ｂの筐体１６内に組み込まれることができる。

【0022】

図３は超音波デバイス１７の平面図を概略的に示す。超音波デバイス１７は基体２１を備える。基体２１には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２はアレイ状に配置された薄膜型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。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子２３群は奇数列の素子２３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。

【0023】

個々の素子２３は振動膜２４を備える。図３では振動膜２４の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向からの平面視）で振動膜２４の輪郭が点線で描かれる。振動膜２４上には圧電素子２５が形成される。圧電素子２５は上電極２６、下電極２７および圧電体膜２８で構成される。個々の素子２３ごとに上電極２６および下電極２７の間に圧電体膜２８が挟まれる。これらは下電極２７、圧電体膜２８および上電極２６の順番で重ねられる。超音波デバイス１７は１枚の超音波トランスデューサー素子チップ（基板）として構成される。

【0024】

基体２１の表面には複数本の第１導電体２９が形成される。第１導電体２９は配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の素子２３ごとに１本の第１導電体２９が割り当てられる。１本の第１導電体２９は配列の行方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２８に共通に接続される。第１導電体２９は個々の素子２３ごとに上電極２６を形成する。第１導電体２９の両端は１対の引き出し配線３１にそれぞれ接続される。引き出し配線３１は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第１導電体２９は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子２３に共通に上電極２６は接続される。第１導電体２９は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体２９にはその他の導電材が利用されてもよい。

【0025】

基体２１の表面には複数本の第２導電体３２が形成される。第２導電体３２は配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の素子２３ごとに１本の第２導電体３２が割り当てられる。１本の第２導電体３２は配列の列方向に並ぶ素子２３の圧電体膜２８に共通に配置される。第２導電体３２は個々の素子２３ごとに下電極２７を形成する。第２導電体３２には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第２導電体３２にはその他の導電材が利用されてもよい。

【0026】

列ごとに素子２３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてリニアスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子２３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極２６および下電極２７の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子２３に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子２３に上電極が接続されてもよい。

【0027】

基体２１の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂを有する。第１辺２１ａと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ３３ａが配置される。第２辺２１ｂと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ３３ｂが配置される。第１端子アレイ３３ａは第１辺２１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ３３ｂは第２辺２１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ３３ａは１対の上電極端子３４および複数の下電極端子３５で構成される。同様に、第２端子アレイ３３ｂは１対の上電極端子３６および複数の下電極端子３７で構成される。１本の引き出し配線３１の両端にそれぞれ上電極端子３４、３６は接続される。引き出し配線３１および上電極端子３４、３６は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体３２の両端にそれぞれ下電極端子３５、３７は接続される。第２導電体３２および下電極端子３５、３７は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体２１の輪郭は矩形に形成される。基体２１の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。

【0028】

基体２１には第１フレキシブルプリント配線板（以下「第１配線板」という）３８が連結される。第１配線板３８は第１端子アレイ３３ａに覆い被さる。第１配線板３８の一端には上電極端子３４および下電極端子３５に個別に対応して導電線すなわち第１信号線３９が形成される。第１信号線３９は上電極端子３４および下電極端子３５に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、基体２１には第２フレキシブルプリント配線板（以下「第２配線板」という）４１が覆い被さる。第２配線板４１は第２端子アレイ３３ｂに覆い被さる。第２配線板４１の一端には上電極端子３６および下電極端子３７に個別に対応して導電線すなわち第２信号線４２が形成される。第２信号線４２は上電極端子３６および下電極端子３７に個別に向き合わせられ個別に接合される。

【0029】

図４に示されるように、基体２１は基板４４および被覆膜４５を備える。基板４４の表面に被覆膜４５が一面に形成される。基板４４には個々の素子２３ごとに開口４６が形成される。開口４６は基板４４に対してアレイ状に配置される。開口４６が配置される領域の輪郭は素子アレイ２２の輪郭に相当する。隣接する２つの開口４６の間には仕切り壁４７が区画される。隣接する開口４６は仕切り壁４７で仕切られる。仕切り壁４７の壁厚みは開口４６の間隔に相当する。仕切り壁４７は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みは２つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。基板４４は例えばシリコン基板で形成されればよい。

【0030】

被覆膜４５は、基板４４の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層４８と、酸化シリコン層４８の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層４９とで構成される。被覆膜４５は開口４６に接する。こうして開口４６の輪郭に対応して被覆膜４５の一部が振動膜２４を形成する。振動膜２４は、被覆膜４５のうち、開口４６に臨むことから基板４４の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層４８の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。

【0031】

振動膜２４の表面に下電極２７、圧電体膜２８および上電極２６が順番に積層される。圧電体膜２８は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜２８にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第１導電体２９の下で圧電体膜２８は完全に第２導電体３２を覆う。圧電体膜２８の働きで第１導電体２９と第２導電体３２との間で短絡は回避されることができる。

【0032】

基体２１の表面には音響整合層５１が積層される。音響整合層５１は素子アレイ２２を覆う。音響整合層５１の膜厚は振動膜２４の共振周波数に応じて決定される。音響整合層５１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。音響整合層５１は第１端子アレイ３３ａおよび第２端子アレイ３３ｂの間の空間に収まる。音響整合層５１の縁は基体２１の第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂから離れる。音響整合層５１は基体２１の輪郭よりも小さい輪郭を有する。

【0033】

音響整合層５１上には音響レンズ５２が配置される。音響レンズ５２の輪郭は音響整合層５１の輪郭に重なる。したがって、音響レンズ５２の縁は基体２１の第１辺２１ａおよび第２辺２１ｂから離れる。音響レンズ５２は音響整合層５１の表面に密着する。音響レンズ５２は音響整合層５１の働きで基体２１に接着される。音響レンズ５２の外表面は部分円筒面で形成される。部分円筒面は第１導電体２９に平行な母線を有する。部分円筒面の曲率は、１筋の第２導電体３３に接続される１列の素子２３から発信される超音波の焦点位置に応じて決定される。音響レンズ５２は例えばシリコーン樹脂から形成される。音響レンズ５２は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する。

【0034】

基体２１には保護膜５３が固定される。保護膜５３は例えばエポキシ樹脂といった遮水性を有する素材から形成される。ただし、保護膜５３はその他の樹脂材から形成されてもよい。保護膜５３は音響レンズ５２および音響整合層５１に接触する。ここでは、保護膜５３は音響レンズ５２および音響整合層５１の側面５２ａ、５１ａに固着される。側面５２ａ、５１ａは基体２１の表面に垂直に基体２１の表面から立ち上がる。図４では、保護膜５３は、音響レンズ５２の母線に平行に広がり基体２１に直角に交差する２つの仮想平面５４ａ、５４ｂにそれぞれ沿った接触面５３ａで音響レンズ５２および音響整合層５１を挟む。このとき、音響レンズ５２および音響整合層５１の側面５２ａ、５１ａは面一に広がる。保護膜５３は、音響整合層５１と第１および第２配線板３８、４１との間で基体２１表面の第２導電体３２や引き出し配線３１に被さる。同様に、保護膜５３は、基体２１上で第１配線板３８および第２配線板４１の端部に被さる。

【0035】

基体２１の裏面にはバッキング材５６が固定される。バッキング材５６の表面に基体２１の裏面が重ねられる。バッキング材５６は超音波デバイス１７の裏面で開口４６を閉じる。バッキング材５６はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁４７はバッキング材５６に結合される。バッキング材５６は個々の仕切り壁４７に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。

【0036】

（２）第１実施形態に係る音響整合層
図５に示されるように、第１実施形態に係る音響整合層５１は母材５７とフィラー５８とを備える。フィラー５８は母材５７内で分散する。母材５７はシリコーン樹脂で形成される。フィラー５８には例えば酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、シリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末および窒化ボロン粉末の群から選択される少なくとも１つが用いられる。母材５７は、素子２３の振動膜２４の範囲で広がる第１域５７ａと、隣り合う素子２３同士の間で広がる第２域５７ｂとを有する。第２域５７ｂは第１域５７ａ同士を接続する。第１域５７ａではフィラー５８は第１値の平均粒径を有する。第２域５７ｂではフィラー５８は第１値よりも大きい第２値の平均粒径を有する。ここでは、単位体積当たりのフィラー５８の個数は概ね等しい。その結果、基体２１の厚み方向の平面視で、素子２３の範囲に比べて、隣り合う素子２３の間の領域で単位体積当たりのフィラー５８の占有体積の割合は大きい。ここでは、音響整合層５１内の第１域５７ａは圧電素子２５から遠ざかるにつれて広がる。

【0037】

（３）超音波デバイスの動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子２５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６を通じて列ごとに素子２３に供給される。個々の素子２３では下電極２７および上電極２６の間で圧電体膜２８に電界が作用する。圧電体膜２８は超音波の周波数で振動する。圧電体膜２８の振動は振動膜２４に伝わる。こうして振動膜２４は超音波振動する。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ビームは発せられる。

【0038】

超音波の反射波は振動膜２４を振動させる。振動膜２４の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜２８を超音波振動させる。圧電素子２５の圧電効果に応じて圧電素子２５から電圧が出力される。個々の素子２３では上電極２６と下電極２７との間で電位が生成される。電位は下電極端子３５、３７および上電極端子３４、３６から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。

【0039】

超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、リニアスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。

【0040】

超音波の発信時に素子２３が超音波振動すると、超音波は素子２３から音響整合層５１を伝わり音響レンズ５２の表面から出射される。このとき、音響レンズ５２は生体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有することから、音響レンズ５２および生体の間の界面で超音波の反射は抑制される。音響整合層５１は素子２３と生体との間で音響インピーダンスの整合を図る。音響インピーダンスの整合の結果、音響整合層５１の界面で超音波の反射は低減される。

【0041】

隣り合う素子２３では一方の素子２３から他方の素子２３に向かって音響整合層５１内を超音波振動が伝搬する。隣り合う素子２３の間ではフィラー５８の占有体積の割合が大きいことから、超音波振動は効率的に減衰する。一方の素子２３から他方の素子２３に向かって超音波振動の伝搬は防止される。こうして隣り合う素子２３同士の間でクロストークは防止される。隣り合う素子２３同士の間では音響整合層５１の母材５７は連続することから、超音波振動の反射は抑制される。超音波の乱反射は抑制される。超音波測定の精度は向上する。

【0042】

超音波振動は素子２３から広がりながら音響整合層５１内を伝搬する。前述のように、音響整合層５１内でフィラー５８の占有体積が小さい第１域５７ａが圧電素子２５から遠ざかるにつれて広がれば、フィラー５８の占有体積の高い第２域５７ｂに進入する超音波振動は抑制される。こうして超音波の乱反射はさらに効果的に抑制される。

【0043】

（４）超音波デバイスの製造方法
次に超音波デバイス１７の製造方法を簡単に説明する。図６に示されるように、基板６１が用意される。基板６１は、基材６２上にアレイ状に配置された複数の素子２３を含む素子アレイ２２を有する。基材６２は前述の基体２１に相当する。基材６２には開口４６が形成される。基材６２の裏面にはバッキング材５６が接合される。基板６１には第１配線板３８および第２配線板４１が固着される。

【0044】

その後、基板６１の表面に音響整合層５１が形成される。音響整合層５１の形成にあたって、まず、図７に示されるように、基板６１の厚み方向の平面視で隣り合う素子２３の間の領域に第１素材６３が塗布される。第１素材６３の塗布にあたって例えばインクジェット技術が利用されることができる。第１素材６３の液滴は表面張力の働きで基板６１の表面から遠ざかるにつれて先細る。第１素材６３ではシリコーン樹脂の流動体６４にフィラー５８が分散する。第１素材６３ではフィラー５８は第２値の平均粒径を有する。塗布された第１素材６３を半硬化させる。

【0045】

続いて、図８に示されるように、隣り合う第１素材６３同士の間の領域に第２素材６５が塗布される。第２素材６５の塗布にあたって同様にインクジェット技術が用いられればよい。第２素材６５は第１素材６３同士の間の空間を満たす。第２素材６５ではシリコーン樹脂の流動体６６にフィラー５８が分散する。第２素材６５ではフィラー５８は第１値の平均粒径を有する。第１素材６３および第２素材６５で単位体積当たりのフィラー５８の粒子数が概ね等しければ、第１素材６３では、第２素材６５に比べて、流動体６６内で単位体積当たりのフィラー５８の占有体積の割合は大きい。

【0046】

第２素材６５が塗布されると、第１素材６３および第２素材６５上に音響レンズ５２が設置される。音響レンズ５２は第１素材６３および第２素材６５に密着する。第１素材６３および第２素材６５が硬化すると、音響レンズ５２は基板６１に固定される。第１素材６３は音響整合層５１の第２域５７ｂに相当し、第２素材６５は音響整合層５１の第１域５７ａに相当する。

【0047】

このとき、第１素材６３は基板６１の表面から遠ざかるにつれて先細る形状に形成されることから、第１素材の半硬化などに応じて第１素材６３と第２素材６５との混合が防止されると、第２素材６５は素子２３から遠ざかるにつれて広がる形状に形成されることができる。フィラー５８の占有体積の割合が小さい領域は素子２３から遠ざかるにつれて広がるような形状を有することができる。

【0048】

（５）第２実施形態に係る音響整合層
図９に示されるように、第２実施形態に係る音響整合層７１は母材７２とフィラー７３ａ、７３ｂとを備える。フィラー７３ａ、７３ｂは母材７２内で分散する。母材７２はシリコーン樹脂で形成される。母材７２は音響整合層７１の全域で連続する。フィラー７３ａ、７３ｂには例えば酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、シリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末および窒化ボロン粉末の群から選択される少なくとも１つが用いられる。第１フィラー７３ａは第１値の平均粒径を有する。第２フィラー７３ｂは第１値よりも大きい第２値の平均粒径を有する。第１フィラー７３ａは素子２３の振動膜２４の範囲に偏在する。第２フィラー７３ｂは隣り合う素子２３同士の間の領域に偏在する。ここでは、単位体積当たりの第１フィラー７３ａおよび第２フィラー７３ｂの個数は概ね等しい。その結果、基体２１の厚み方向の平面視で、素子２３の範囲に比べて、隣り合う素子２３の間で単位体積当たりのフィラーの占有体積の割合は大きい。こういった音響整合層７１は前述の音響整合層５１に代えて超音波デバイス１７に組み入れられる。

【0049】

超音波の発信時に、隣り合う素子２３では一方の素子２３から他方の素子２３に向かって音響整合層７１内を超音波振動が伝搬する。隣り合う素子２３の間では第１フィラー７３ａに比べて第２フィラー７３ｂの占有体積の割合が大きいことから、超音波振動は効率的に減衰する。一方の素子２３から他方の素子２３に向かって超音波振動の伝搬は防止される。こうして隣り合う素子２３同士の間でクロストークは防止される。隣り合う素子２３同士の間では音響整合層７１の母材７２は連続することから、超音波振動の反射は抑制される。超音波の乱反射は抑制される。超音波測定の精度は向上する。

【0050】

超音波デバイス１７の製造にあたって基板６１の表面に音響整合層７１が形成される。音響整合層７１の形成にあたって、まず、図１０に示されるように、基板６１の表面に流動性の素材７５が塗布される。素材７５には第１フィラー７３ａおよび第２フィラー７３ｂが包含される。第１フィラー７３ａは第１値の粒径範囲の粉末で形成される。第２フィラー７３ｂは第１値よりも大きい第２値の粒径範囲の粉末で形成される。素材７５は素子アレイ２２を覆う。

【0051】

素材７５の塗布後、個々の素子２３で超音波振動を発生させる。図１１に示されるように、素材７５内で定在波７６が発生する。選択された特定の周波数で超音波振動が付与されると、第２フィラー７３ｂは、超音波振動に基づき、振動膜２４の領域から隣り合う振動膜２４同士の間の領域に向かって移動する。こうして第２フィラー７３ｂは隣り合う振動膜２４同士の間の領域に偏在する。

【0052】

超音波振動の印加時間が調整されることで、第２フィラー７３ｂの占有体積の割合は勾配を有することができる。振動膜２４の領域から、隣り合う振動膜２４同士の間の領域に向かって徐々に第２フィラー７３ｂの占有体積の割合は変化する。その結果、音響整合層７１内で音響インピーダンスの急激な変化は回避される。したがって、音響インピーダンスの急激な変化に基づく超音波振動の反射は効果的に抑制される。こうして超音波の乱反射は確実に抑制される。

【0053】

その他、図１２および図１３に示されるように、音響整合層５１、７１では占有体積の割合の調整にあたってフィラー７７の個数が利用されることができる。母材７８中には概ね等しい粒径のフィラー７７が分散する。振動膜２４の領域ではフィラー７７の個数が少なく、隣り合う振動膜２４同士の間の領域ではフィラー７７の個数が多い。フィラー７７の個数が増大すれば、占有体積の割合は高まって、音響整合層５１、７１を伝搬する超音波振動の減衰は促進される。隣り合う素子２３同士の間でクロストークは防止される。

【0054】

なお、上記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。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書また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られることができる。また、超音波診断装置１１や装置端末１２、超音波プローブ１３、ディスプレイパネル１５、筐体１６、基体２１、素子２３、第１および第２配線板３８、４１、音響整合層５１、７１、音響レンズ５２等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0055】

１１ 電子機器および超音波画像装置としての超音波診断装置、１２ 処理部（装置端末）、１３ プローブ（超音波プローブ）、１３ａ プローブ本体、１３ｂ プローブヘッド、１５ 表示装置（ディスプレイパネル）、１６ 筐体、１７ 超音波デバイス、２２ 素子アレイ、２３ 超音波トランスデューサー素子、４４ 基材（基板）、５１ 音響整合層、５７ 母材、５７ａ 第１域、５７ｂ 第２域、５８ フィラー、６３ 第１素材、６５ 第２素材、７１ 音響整合層、７２ 母材、７３ａ 第１フィラー、７３ｂ 第２フィラー、７７ フィラー、７８ 母材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】