特許 6388536 超音波振動子アセンブリ及びその製造方法

(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】6388536

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】超音波振動子アセンブリ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20180903BHJP

   A61B 8/00 20060101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   H04R17/00 330H

   H04R17/00 330J

   H04R17/00 332A

   A61B8/00

【請求項の数】14

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-518018(P2014-518018)

(86)(22)【出願日】2012年6月26日

(65)【公表番号】特表2014-523689(P2014-523689A)

(43)【公表日】2014年9月11日

(86)【国際出願番号】IB2012053216

(87)【国際公開番号】WO2013001448

(87)【国際公開日】20130103

【審査請求日】2015年6月24日

【審判番号】不服2017-2717(P2017-2717/J1)

【審判請求日】2017年2月24日

(31)【優先権主張番号】61/501,307

(32)【優先日】2011年6月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＮＩＮＫＬＩＪＫＥ ＰＨＩＬＩＰＳ Ｎ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001690

【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】スドル ヴォイテク

【合議体】

【審判長】 森川 幸俊

【審判官】 関谷 隆一

【審判官】 井上 信一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１５８４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４３６９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H04R17/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一の送信方向に超音波を送信するための超音波振動素子を有する超音波振動子アセンブリであって、前記超音波振動素子の少なくとも一つは、
前記一の送信方向に対して、上面、下面、及び側面を持つ圧電層と、
下部電極層と、
上部電極層と、
前記上部電極層に付与される少なくとも１つのマッチング層と、
前記上部電極層に電気的に接続する導電接続層と、
を有し、
導電層が、前記圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の前記上部電極層及び前記下部電極層に接続されるように、前記圧電層の前記少なくとも１つの特定の圧電層の前記側面に、少なくとも部分的に付与される超音波振動子アセンブリにおいて、
前記導電層が、前記少なくとも１つのマッチング層の側面に更に付与され、
前記導電層が、前記導電接続層を半導体チップに電気的に接続することを特徴とする、超音波振動子アセンブリ。

【請求項2】

前記特定の圧電層を有する前記超音波振動素子は、超音波を送信又は受信するように動作しないダミー素子である、請求項１に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項3】

前記特定の圧電層を有する前記超音波振動素子は、前記超音波振動素子の行又はアレイの中で最も外側の超音波振動素子である、請求項１に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項4】

前記導電層が付与される前記側面は、前記超音波振動素子の行又はアレイの中で外側に面している側面である、請求項３に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項5】

前記下部電極層に付与される少なくとも１つのデマッチング層を更に有する、請求項１に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項6】

前記導電層は、前記少なくとも１つのデマッチング層の側面に更に付与される、請求項５に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項7】

一番上のマッチング層に付与される上部導電層及び／又は一番下のデマッチング層に付与される下部導電層を更に有する、請求項６に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項8】

前記超音波振動素子の前記下部電極層のそれぞれ又は一部は、前記半導体チップに接続される、請求項１に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項9】

前記特定の圧電層を有する前記超音波振動素子の前記下部電極層は、外部電気的接続のためにフレキシブル回路に接続される、請求項１に記載の超音波振動子アセンブリ。

【請求項10】

一の送信方向に超音波を送信するための超音波振動素子を有する超音波振動子アセンブリの製造方法であって、前記方法は、前記超音波振動素子の少なくとも一つに対して、
前記一の送信方向に対して、上面、下面、及び側面を持つ圧電層を提供するステップと、
下部電極層を付与するステップと、
上部電極層を付与するステップと、
前記上部電極層にマッチング層の少なくとも１つを付与し、前記下部電極層に少なくとも１つのデマッチング層を付与するステップと、
前記圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の前記上部電極層及び前記下部電極層に接続されるように、導電層を、前記圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の前記側面に、少なくとも部分的に付与するステップと、
前記上部電極層に電気的に接続する導電接続層を付与するステップと、
を有する方法において、
前記マッチング層及び前記デマッチング層の少なくとも１つの側面に前記導電層を付与するステップと、
前記導電層により、前記導電接続層を半導体チップに電気的に接続するステップと、を更に有することを特徴とする、超音波振動子アセンブリの製造方法。

【請求項11】

前記導電層が、メタライゼーションによって付与される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記メタライゼーションが、スパッタリング又は導電性エポキシの付与によって行われる、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

一の送信方向に超音波を送信するための超音波振動素子を有する超音波振動子アセンブリの製造方法であって、前記方法は、前記超音波振動素子の少なくとも一つに対して、
前記一の送信方向に対して、上面、下面、及び側面を持つ圧電層を提供するステップと、
前記圧電層にマッチング層の少なくとも１つを付与し、前記圧電層に少なくとも１つのデマッチング層を付与するステップと、
前記マッチング層に上部電極層を付与するステップと、
前記デマッチング層に下部電極層を付与するステップと、
前記圧電層の少なくとも１つの特定圧電層の前記上部電極層及び前記下部電極層に接続されるように、導電層を、前記圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の前記側面に、少なくとも部分的に付与するステップと、
前記上部電極層に電気的に接続する導電接続層を付与するステップと、
を有する方法において、
前記マッチング層及び前記デマッチング層の側面に前記導電層を付与するステップと、
前記導電層により、前記導電接続層を半導体チップに電気的に接続するステップと、を更に有し、
前記下部電極層、前記上部電極層、及び前記導電層は、圧電材料でできた共通層への１つの共通メタライゼーションステップで付与され、
前記導電層が付与される側面は、前記超音波振動素子の行又はアレイの中で外側に面している面である、超音波振動子アセンブリの製造方法。

【請求項14】

前記超音波振動素子は、前記共通メタライゼーションステップが行われた後に、圧電材料でできた前記共通層から切り出される又はダイシングされる、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を通常の送信方向に送信するための超音波振動素子を有する超音波振動子アセンブリに関する。本発明は、更に、このような超音波振動子アセンブリの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＵＳ２００８／０３１５３３１ Ａ１は、ｃＭＵＴアレイに形成されたビア及びＡＳＩＣを通ってアース接続された振動子アセンブリを開示する。振動子モジュールは、薄膜に渡って位置付けられた前面電極を有する半導体基板上に形成されたｃＭＵＴ振動子サブアレイを有し、前記薄膜は、絶縁支持部に架け渡されている。個々のセルは、ＡＳＩＣ回路セルからの信号を受信するための底面電極を含む。導電ビアは、前面電極をｃＭＵＴ基板上の接触部に接続させるために、隣接する振動子セル間の絶縁支持部の中に形成される。しかしながら、ＵＳ２００８／０３１５３３１ Ａ１に開示される振動子アセンブリは、かなり複雑で、それゆえ製造が容易でない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

超音波振動子アセンブリと、より簡易な製造で、よって、より安価な超音波振動子アセンブリを提供する対応する製造方法と、を提供することが本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１態様では、通常の送信方向に超音波を送信するための超音波振動素子を有する超音波振動子アセンブリが示されている。超音波振動素子のそれぞれ又は一部のそれぞれは、下部電極層及び上部電極層だけでなく、通常の送信方向に対して、上面、下面、及び側面を持つ圧電層を有する。更に、導電層は、圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の上部電極層及び下部電極層に接続されるように、圧電層の少なくとも１つの特定の層の側面に少なくとも部分的に（直接）付与される。

【0005】

本発明の更なる態様では、超音波振動子アセンブリの製造方法が示されており、前記アセンブリは、通常の送信方向に超音波を送信するための超音波振動素子を有する。前記方法は、超音波振動素子のそれぞれ又は一部のそれぞれに、通常の送信方向に対して、上面、下面、及び側面を持つ圧電層を提供するステップを有する。前記方法は、更に、超音波振動素子のそれぞれ又は一部のそれぞれに、下部電極層を配置又は付与するステップと、上部電極層を配置又は付与するステップと、を有する。前記方法は、更に、導電層が圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の上部電極層及び下部電極層に接続されるように、圧電層の少なくとも１つの特定の層の側面に、少なくとも部分的に（直接）導電層を付与するステップを含む。

【0006】

別の態様では、超音波振動子アセンブリを製造する方法が示されており、前記アセンブリは、通常の送信方向に超音波を送信するための超音波振動素子を有する。前記方法は、上面、下面及び側面を持つ圧電材料でできた共通層を提供するステップを有する。前記方法は、導電層が共通上部電極層及び共通下部電極層に接続されるように、共通圧電層の下面に共通下部電極層を付与するステップと、共通圧電層の上面に共通上部電極層を付与するステップと、共通電圧層の各側面に導電層を付与するステップと、を更に有する。前記方法は、圧電材料でできた被覆された共通層から超音波振動素子を切り出す又はダイシングするステップを更に有する。

【0007】

通常の送信方向について、通常の方向とは、超音波振動素子から超音波が送信される方向を意味する。特に、上面又は上部電極層は、下面又は下部電極層よりも、通常の送信方向の中で前方に配置されている。通常の送信方向は、具体的には、超音波振動素子の上部によって形成された面に対して垂直となりうる。圧電層の下面及び上面は、それぞれ通常の送信方向に対して垂直に配置され、及び／又は、側面は、通常の送信方向に対して平行に配置されうる。上部電極層と下部電極層との間に電圧が印加された場合、超音波は、圧電層から通常の送信方向に送信される。下部電極層は、圧電層又は振動素子のための下部電極としての役割をする。上部電極層は、圧電層又は振動素子のための上部電極としての役割をする。

【0008】

好ましくは、下部電極層は圧電層の下面に付与され、上部電極層は圧電層の上面に付与される。代替的に、圧電層と電極との間には、中間層も存在しうる。

【0009】

本発明の基本的な発想は、上部電極と外部電気的接続、特に、グランドとの間に短絡電路を提供することである。導電層は、圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層の上部電極層及び下部電極層に接続されるように、圧電層の少なくとも１つの特定の層の側面に、少なくとも部分的に、特に全側面に（直接）付与される。導電層を（直接）付与することは、圧電層と付与された導電層との間に中間層が無いことを意味する。導電層は、外部電気的接続、特にグランドへの外部電気的接続のために、前記特定の圧電層の上部電極層と下部電極層との間に電気的接続を提供する。代替的に、ある電位への外部電気的接続が提供されうる。特定の圧電層、すなわち対応する超音波振動素子の上部電極層から下部電極層への電路を提供することで、短絡電路、特にグランドリターン電流のための短絡電路が提供され、同時に製造工程が容易である。

【0010】

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定されている。請求項に係る製造方法は、請求項に係る超音波振動子アセンブリ、及びその従属請求項に規定されているのと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を有すると理解されたい。同じように、請求項に係る超音波振動子アセンブリは、請求項に係る製造方法、及び従属請求項に規定されているのと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を有すると理解されたい。

【0011】

１つの実施形態では、特定の圧電層を有する超音波振動素子は、超音波を送信又は受信するように動作しないダミー素子である。特定の圧電層、すなわち対応する超音波振動素子の上部電極層と下部電極層との間に電路を提供することで、圧電層はもはや機能しない。それゆえ、特定の超音波振動素子は、超音波を送信又は受信するように動作しないダミー素子となる。従って、特定の振動素子は、もはや振動素子として機能しないため、犠牲になる。しかしながら、特定の超音波振動素子が犠牲になっても、超音波振動子アセンブリの製造方法は、大幅に簡素化され、従って、より安価な超音波振動子アセンブリが提供される。

【0012】

更なる実施形態では、特定の圧電層を有する超音波振動素子は、超音波振動素子の（１次元の）行又は（２次元の）アレイにおける、最も外側の超音波振動素子である。このように、導電層は、超音波振動子アセンブリの最も外側に付与され、それゆえ、導電層を付与する簡易な方法が提供される。この実施形態の変形では、導電層が付与される側面は、超音波振動素子の行又はアレイの中で外側に面している側面である。

【0013】

この実施形態の更なる変形では、特定の圧電層を有する超音波振動素子は、超音波振動素子の（１次元の）行又は（２次元の）アレイの端部にある、最も外側の超音波振動素子である。このように、超音波振動素子の（１次元の）行の２つの端部、又は（２次元の）アレイの縁部にある、超音波振動素子の一部又は全部は、超音波を送信又は受信するように動作しないダミー素子となりうる。１次元の行とは、１方向のみに振動素子を配置する（１行に隣接して配置する）ことを意味する。２次元のアレイとは、２方向に振動素子を配置する（行及び列に配置する）ことを意味する。

【0014】

更なる実施形態では、前記アセンブリは、更に、超音波振動素子の上部電極層に電気的に接続する導電接続層を有する。これは、外部電気的接続、特にグランドへの電気的接続のために共通上部電極を提供する簡易な方法である。１例では、導電接続層は、上部電極層に（直接）付与されうる、又は、上部電極層を形成しうる。別の例では、上部電極層と導電接続層との間に追加の導電層が存在しうる。

【0015】

更なる実施形態では、前記アセンブリは、上部電極層に付与された少なくとも１つのマッチング層、及び／又は、下部電極層に付与された少なくとも１つのデマッチング層を更に有する。このようにして、超音波振動子アセンブリの性能が改善されうる。少なくとも１つのマッチング層、特に複数のマッチング層を上部電極に提供することで、超音波振動子アセンブリが位置付けられるユーザー（患者）の身体との上部電極インピーダンス整合を取ることができる。少なくとも１つのデマッチング層、特に正に１つのデマッチング層を下部電極に提供することで、通常の送信方向の超音波の基本的に全ての送信エネルギーの反射を得ることができる。マッチング層及び／又はデマッチング層は、具体的には導電性材料で作られる。１例では、マッチング層はグラファイトから、及び／又は、デマッチング層はタングステン又は炭化タングステンから作ることができる。

【0016】

この実施形態の変形では、導電層が、少なくとも１つのマッチング層及び／又はデマッチング層の側面に更に付与される。特定の超音波振動素子（層のスタック）の一部のみの上に導電層を付与することは難しいため、マッチング層及び／又はデマッチング層の側面にも導電層を付与することは、より簡易な製造方法を提供する。層のスタックの全側面は、従って、１つの導電層で被覆されうる。

【0017】

この変形の変形では、上部導電層は一番上のマッチング層に付与され、下部導電層は一番下のデマッチング層に付与される。特定の超音波振動素子の側面のみに導電層を付与するのは難しいので、上部導電層及び／又は下部電極層も層のスタックに付与することは、より簡易な製造方法を提供する。

【0018】

更なる実施形態では、超音波振動素子の下部電極層のそれぞれ又は一部は、少なくとも１つの半導体チップに接続されている。半導体チップは、例えばＡＳＩＣ等でもよい。半導体チップは、例えば通常の送信方向に対して、ある角度に超音波を向けるためにビーム形成を用いて、超音波振動素子の送信及び／又は受信を制御するのに使用できる。特に、外部電気的接続、具体的にはグランドへの電気的接続が、半導体チップを通して提供されうる。

【0019】

更なる実施形態では、特定の圧電層を有する超音波振動素子の下部電極層は、外部電気的接続のためにフレキシブル回路に接続される。このように、外部電気的接続、特にグランドへの電気的接続が提供されうる。従って、グランドリターン電流のための電路が提供されうる。この実施形態の変形では、特定の超音波振動素子の下部電極層は、フレキシブル回路に接続される半導体チップに接続される。従って、グランドリターン電流のための電路が提供されうる。

【0020】

更なる実施形態では、導電層は、メタライゼーションによって付与される。このように、簡易な製造方法、特に導電層の被覆の簡易な製造方法が提供される。例では、導電層は、メタライゼーションによって付与されうる、金又は任意の他の適切な導電性材料で作られうる。

【0021】

この実施形態の変形では、メタライゼーションは、スパッタリング又は導電性エポキシの付与によって行われる。スパッタリング又は導電性エポキシの付与は、特に適切な製造方法である。

【0022】

他の実施形態では、下部電極層、上部電極層、及び導電層は、圧電層の共通層に１つの共通メタライゼーションステップで付与される。この実施形態の変形では、超音波振動素子は、共通メタライゼーションステップが行われた後に、圧電材料でできた共通層から切り出される又はダイシングされる。共通上部電極層と、共通下部電極層と、側面に導電層と、が上に付与された圧電材料でできた共通層を提供することで、製造方法は簡素化される。超音波振動素子は、その後、圧電材料でできた共通メタライズ層から切り出す又はダイシングするだけで良い。このように、共通上部電極層及び共通下部電極層があるので、電気的接続の変動をより少なくすることが可能になる。

【0023】

本発明のこれら又は他の態様は、以下説明される実施形態を参照して明確になり解明されるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態による超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図2a】実施形態による製造方法の連続する製造ステップの一つを示す。

【図2b】実施形態による製造方法の連続する製造ステップの一つを示す。

【図2c】実施形態による製造方法の連続する製造ステップの一つを示す。

【図2d】実施形態による製造方法の連続する製造ステップの一つを示す。

【図2e】実施形態による製造方法の連続する製造ステップの一つを示す。

【図3a】異なる実施形態の一つによる超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図3b】異なる実施形態の一つによる超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図3c】異なる実施形態の一つによる超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図3d】異なる実施形態の一つによる超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図3e】異なる実施形態の一つによる超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図3f】異なる実施形態の一つによる超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【図3g】異なる実施形態による超音波振動子アセンブリの断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１は、実施形態による超音波振動子アセンブリ１００の断面図を示す。超音波振動子アセンブリ１００は、超音波を通常の送信方向Ａに送信するための超音波振動素子１７５、１７５ａを有する。超音波振動素子１７５、１７５ａは、（１次元の）行又は（２次元の）アレイに配置されうる。簡素化する目的で、図１の断面図には、それら超音波振動素子のうち３個のみ描かれている。行又はアレイに配置された超音波振動素子を任意の数追加できることを理解されたい。

【0026】

図１の実施形態では、各超音波振動素子１７５、１７５ａは、通常の送信方向Ａに対して上面、下面及び側面を持つ圧電層１１０、１１０ａを有する。圧電層１１０、１１０ａの上面及び下面は、それぞれ通常の送信方向Ａに垂直に配置されている。側面は、通常の送信方向Ａに平行に配置されている。超音波振動素子１７５、１７５ａのそれぞれは、圧電層１１０、１１０ａの下面に配置された下部電極層１１１、１１１ａと、圧電層１１０、１１０ａの上面に配置された上部電極層１１２、１１２ａと、を更に有する。通常の送信方向について、通常の方向とは、超音波が超音波振動素子１７５、１７５ａから送信される方向を意味する。図１に見られるように、圧電層１１０、１１０ａの上面又は上部電極層１１２、１１２ａは、対応する圧電層１１０の下面又は下部電極層１１１、１１１ａよりも、通常の送信方向Ａの中で前方に配置されている。通常の送信方向Ａは、ここで、超音波振動素子１７５、１７５ａの上部によって形成された面に垂直である。振動素子１７５の上部電極層１１２と下部電極層１１１との間に電圧が印加された場合、超音波は、通常の送信方向Ａにあるその超音波振動素子１７５の圧電層１１０から送信される。

【0027】

導電層１２５は、圧電層の少なくとも１つの特定の圧電層１１０ａの側面に、特に全側面に、少なくとも部分的に（直接）付与される。その特定の圧電層１１０ａを有する超音波振動素子は、図１の実施形態における振動素子１７５ａである。図１に見られるように、圧電層１１０ａと付与された導電層１２５との間には中間層は存在しない、それゆえ、導電層１２５は（直接）付与される。導電層１２５は、導電層１２５が、特定の振動素子１７５ａの前記特定の圧電層１１０ａの上部電極層１１２ａと、下部電極層１１１ａと、に接続されるように、付与される。このように、上部電極１１２ａと（下部電極１１１ａを経由する）外部電気的接続部との間の短絡電路、特にグランドへの短絡電路が提供されうる。このような電路は、図１で矢印によって概略的に表されている。特定の超音波振動素子１７５ａのその特定の圧電層１１０ａの上部電極層１１２ａから下部電極層１１１ａへの、この電路を提供することによって、短絡電路、特にグランドリターン電流が提供され、同時に製造工程が簡易である。

【0028】

このように、特定の圧電層１１０ａを有する特定の超音波振動素子１７５ａは、超音波を送信又は受信するように動作しないダミー素子として作られる。従って、特定の振動素子１７５ａは、もはや超音波振動素子として機能しないため、犠牲となる。しかしながら、この特定の超音波振動素子１７５が犠牲になっても、後により詳細に説明されるように、超音波振動子アセンブリ１００の製造は、明らかに簡素化される。

【0029】

図１の実施形態に見られるように、特定の圧電層１１０ａ（ダミー素子）を有する特定の超音波振動素子１７５ａは、超音波振動素子の行又はアレイの中で、最も外側にある超音波振動素子１７５ａである。特に、導電層１２５が付与される側面は、行又はアレイの中で外側に面している側面である。

【0030】

図１の実施形態では、超音波振動子アセンブリ１００は、上部電極層１１２、１１２ａに電気的に接続する導電接続層１８０を更に有する。この実施形態では、導電接続層１８０は、上部電極層１１２、１１２ａに（直接）付与される。代替的に、上部電極層１１２、１１２ａを形成することもできる。導電接続層１８０は、先に説明したように、図１に矢印で表されるリターン電流路を提供するために、上部電極層１１２、１１２ａに接続する。

【0031】

図１の実施形態に見られるように、超音波振動素子１７５、１７５ａの下部電極層１１１、１１１ａは、半導体チップ１６０に接続されている。この電気的接続は、導電性スタッドバンプ１９０を用いて提供される。しかしながら、前記電気的接続は、任意の他の適切な手段でも提供されうる。半導体チップ１６０は、例えばＡＳＩＣ等でもよい。半導体チップ１６０は、例えば、通常の送信方向Ａに対して、ある角度に超音波を向けるためにビーム形成を用いて、超音波振動素子１７５、１７５ａの送信及び／又は受信を制御するために使用される。半導体チップ１６０は、図１の実施形態におけるバッキング１６５上に配置される。バッキング１６５は、振動子アセンブリに対する支持部を提供する。外部（グランドへの）電気的接続は、半導体チップ（例：ＡＳＩＣ）を通して提供される。

【0032】

半導体チップ１６０は、コネクタ２００を用いてフレキシブル回路１８５に接続される。このように、特定の圧電層１１０ａを有する特定の超音波振動素子１７５ａの下部電極層１１１ａも、外部電気的接続のためにフレキシブル回路１８５に接続される。従って、グランドリターン電流路が提供されうる。より具体的には、特定の超音波振動素子１７５ａの下部電極層１１１ａは、半導体チップ１６０に接続され、その結果フレキシブル回路１８５に接続されるので、グランドリターン電流路が提供される。

【0033】

フレキシブル回路１８５は、このような電気的接続のためのアース線を有しうる。フレキシブル回路１８５は、更に、システムチャンネルライン及び半導体チップ制御ライン（例：ＡＳＩＣ制御ライン）を有しうる。各システムチャンネルラインは、振動素子１７５のそれぞれの１つと（図示されていない）外部超音波計算システム（例：超音波画像システム）との間でデータ信号を送信する。各データ信号は、例えば各振動素子１７５の送信及び／又は受信を制御することができる。半導体チップ制御ライン（例：ＡＳＩＣ制御ライン）は、半導体チップ（例：ＡＳＩＣ）の機能性を制御する。（図示されていない）同軸ケーブルは、例えば外部電気的接続のためにフレキシブル回路１８５、特に超音波計算システムに接合されうる。アース接続又はある電位への接続のためのアース又は電圧源及び／若しくは電流源は、超音波計算システムの中に位置されうる。代替的に、アース又は電圧源及び／若しくは電流源は、任意の他の適切な位置に置くこともでき、例えば超音波振動子アセンブリに取り付ける、あるいは、その隣に配置することができる。

【0034】

図２ａから図２ｅは、実施形態による超音波振動子アセンブリの製造方法、特に図１の実施形態の超音波振動子アセンブリ１００を製造するための製造方法の連続する製造ステップを示す。図２ａに示される、第１ステップでは、前記方法は、上面、下面及び側面を持つ圧電材料でできた共通層１１０´を提供するステップを有する。この共通圧電層１１０´を、各超音波振動素子１７５、１７５ａに対して使用することで、通常の送信方向Ａに対して、上面、下面及び側面を持つ圧電層１１０、１１０ａが提供されうる。

【0035】

続くステップでは、図２ｂに示されるように、導電層１２５が共通上部電極層１１２´及び共通下部電極層１１１´に接続されるように、共通下部電極層１１１´が共通圧電層１００´の下面に付与され、共通上部電極層１１２´が共通圧電層１１０´の上面に付与され、及び導電層１２５が共通圧電層１００´の各側面に付与される。導電層１２５及び／又は電極層は、メタライゼーション、例えばスパッタリング又は導電性エポキシの付与によって付与されうる。図２ｂに見られるように、下部電極層１１１、１１１ａ、上部電極層１１２、１１２ａ、及び導電層１２５は、１つの共通メタライゼーションステップで、圧電材料でできた共通層１１０´に付与される。

【0036】

続くステップでは、図２ｃに示されるように、超音波振動素子１７５、１７５ａは、（図２ｂを参照して説明したように）共通メタライゼーションステップが行われた後に、被覆又はメタライズされた圧電材料でできた共通層１１０´から切り出される又はダイシングされる。

【0037】

このように、各超音波振動素子１７５、１７５ａに対して、下部電極層１１１、１１１ａは圧電層１１０、１１０ａの下面に配置され、上部電極層１１２、１１２ａは圧電層１１０、１１０ａの上面に配置される。更に、導電層１２５は、導電層１２５が、その特定の圧電層１１０ａの上部電極層１１２ａ及び下部電極層１１１ａに接続されるように、特定の圧電層１１０ａの側面に（直接）付与される。

【0038】

図２ｃでは、前記特定の圧電層１１０ａを有する前記特定の超音波振動素子１７５ａは、超音波振動素子の（１次元の）行の２つの端部にある２つの最も外側の超音波振動素子である。同様に、超音波振動素子が（２次元の）アレイに配置された場合、これらはアレイの縁部にある超音波振動素子である。

【0039】

更なるステップでは、図２ｄを参照して、上部電極層１１２、１１２ａに電気的に接続する導電接続層１８０が提供されうる。この例では、導電接続層１８０は、上部電極層１１２、１１２ａの上に（直接）付与される。

【0040】

超音波振動子アセンブリ１００を提供するための最終ステップは、図２ｅに示される。接続された振動素子１７５、１７５ａは、例えばバッキング１６５に配置された半導体チップ１６０の少なくとも１つに接続されうる。図２ｅに見られるように、これは、例えば導電性スタッドバンプ１９０を用いることで行われうる。最後に、半導体チップ１６０は、その後、コネクタ２００を用いてフレキシブル回路１８５に接続されうる。図２ｅのステップは、図２ｄのステップの前に行うこともできることを理解されたい。

【0041】

図３ａから図３ｇは、それぞれ異なる実施形態による超音波振動子アセンブリ１００の断面図を示す。図３ａは、図１又は図２ａから図２ｅを参照して説明された基本的な実施形態を示す。図３ｂは、各超音波振動素子１７５、１７５ａの上部電極１１２、１１２ａに付与された追加の第１マッチング層１２０がある点で、図３ａの基本的な実施形態とは異なる実施形態を示す。図３ｃの実施形態は、各振動素子１７５、１７５ａの上部電極１１２、１１２ａに付与された第１マッチング層１２０がある点で、及び各振動素子１７５、１７５ａの第１マッチング層１２０に付与された第２マッチング層１３０がある点で、図３ａの基本的な実施形態とは異なる。マッチング層１２０、１３０を提供することによって、超音波振動子アセンブリ１００が位置付けられるユーザー（患者）の身体とのインピーダンス整合が取れる。マッチング層１２０、１３０は、具体的には導電性材料（例えば、グラファイト）で作られうる。このように、上部電極１１２から導電接続層１８０への電気的接続が、前述の通り、提供されうる。

【0042】

図３ｄの実施形態は、各振動素子１７５、１７５ａの下部電極層１１１、１１１ａに付与された追加のデマッチング層がある点で、図３ｃの実施形態とは異なる。デマッチング層１４０を下部電極に提供することで、通常の送信方向Ａの超音波の基本的に全ての送信エネルギーの反射を得ることができる。デマッチング層１４０は、具体的には導電性材料（例えば、タングステンのような金属、又は、炭化タングステンのような炭化物）で作られうる。

【0043】

図３ｅの実施形態は、導電層１２５が、更に，特定の振動素子１７５ａの第１マッチング層１２０ａ、第２マッチング層１３０ａ、及びデマッチング層１４０ａの側面に（直接）付与されていることが、図３ｄの実施形態とは異なる。特定の超音波振動素子１７５ａ（層のスタック）の全側面に導電層１２５を付与することは、側面の一部にのみ付与するよりも容易である。従って、層のスタックの全側面は、図３ｅの実施形態において、導電層１２５で被覆される。

【0044】

図３ｆの実施形態は、各振動素子に対して、一番上のマッチング層１３０、１３０ａに付与された追加の上部導電層１１４、１１４ａと、一番下のデマッチング層１４０、１４０ａに付与された追加の下部導電層１１３、１１３ａと、がある点で、図３ｅの実施形態とは異なる。従って、上部導電層１１４、１１４ａ及び下部導電層１１３、１１３ａは、層のスタックの上面及び下面に付与される。従って、層のスタックは全面が被覆され、より簡易な製造方法を提供する。

【0045】

図３ｇの実施形態では、上部電極は、圧電層の上面に（直接に）付与されないが、圧電層と上部電極層との間には中間層が存在する。各超音波振動素子１７５、１７５ａは、上面、下面、及び側面を持つ圧電層１１０、１１０ａを有する。各超音波振動素子１７５、１７５ａは、圧電層１１０、１１０ａの下面に配置された下部電極層１１１、１１１ａを有する。第１マッチング層１２０、１２０ａは、各振動素子１７５、１７５ａの上面に付与され、第２マッチング層１３０は、第１マッチング層１２０の上に付与される。上部電極層１１２、１１２ａは、その後、第２マッチング層１３０に付与される。従って、図３ｇのこの実施形態では、前出の図の実施形態とは反対に、上部電極層１１２、１１２ａは、圧電層１１０、１１０ａの上面に（直接）付与されないが、それらの間には中間層が存在する。しかしながら、マッチング層１２０、１３０は導電性であるため、上部電極層１１２、１１２ａは、圧電素子１１０、１１０ａに対して、なお上部電極としての役割をすることができる。任意の数（例えば、１つ）の中間層（例えば、マッチング層）を間に配置することができると理解される。同様に（図３ｇに示されていない）、下部電極層は、圧電層の下面に（直接）付与することができなかったが、図３ｇに示されるように、圧電層の下面に付与されたデマッチング層１４０の下面に付与することができた。

【0046】

本発明は、図及び先の記載に詳細に描画及び説明されている一方、このような描画及び記載は、説明的又は例示的であっても限定的ではないと考えられる、つまり、本発明は、開示された実施形態に限定されない。図、記載、及び添付の請求項の解釈から、請求項に記載された発明を実施する際に、開示された実施形態に対する他のバリエーションは、当業者によって理解され、実効されうる。

【0047】

請求項において、単語「有する（comprise）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を排除するものではない。単一の要素又は他のユニットは、請求項の中で述べられた複数項目の機能を満たすことができる。特定の手段が、相互に異なる従属請求項の中で述べられているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを効果的に使用することができないと説明しているわけではない。

【0048】

請求項の中の参照符号は、請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図3e】

【図3f】

【図3g】