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(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】
(24)【登録日】2022-11-14
(45)【発行日】2022-11-22
(54)【発明の名称】超音波素子、及び超音波装置
(51)【国際特許分類】
H04R 17/00 20060101AFI20221115BHJP
【ＦＩ】
H04R17/00 330G
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018200009
(22)【出願日】2018-10-24
(65)【公開番号】P2020068453
(43)【公開日】2020-04-30
【審査請求日】2021-08-10
(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】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 博則
(72)【発明者】
【氏名】小島 力
(72)【発明者】
【氏名】大橋 幸司
(72)【発明者】
【氏名】松本 泰幸
(72)【発明者】
【氏名】今井 克浩
【審査官】中村 天真
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１８８２０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０８５６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２０１６７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ８／１４
Ｂ０６Ｂ １／０６
Ｈ０１Ｌ ４１／０４７－４１／０５３
４１／２３
４１／３１ －４１／３１９
Ｈ０４Ｒ １７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一面、及び前記第一面と表裏を為す第二面と、前記第一面から前記第二面までを貫通する開口部と、前記開口部を囲う隔壁部とを有する素子基板と、
前記素子基板の前記第一面に設けられて前記開口部を覆い、前記開口部に臨む第三面と、前記第三面と表裏を為す第四面とを有する支持膜と、
前記支持膜の前記第四面に設けられ、前記第三面から前記第四面に向かう膜厚方向から見た平面視において、前記隔壁部とともに、前記支持膜の前記開口部と重なる領域に所定の振動領域を区画する支持壁と、
前記支持膜の、前記隔壁部及び前記支持壁により囲われる前記振動領域に設けられた圧電素子と、
前記支持膜の前記第四面に対向して設けられる封止板と、を備え、
前記封止板は、前記支持壁に対向する位置に、前記支持壁に向かって突出する梁部を有し、前記梁部と前記支持壁とが接合されており、
前記振動領域は、前記隔壁部の縁及び前記支持壁の縁により囲われた領域であり、
前記振動領域を区画する前記支持壁の縁に沿った方向及び前記膜厚方向に直交する前記支持壁の幅は、前記梁部の幅よりも小さい
ことを特徴とする超音波素子。
【請求項2】
第一面、及び前記第一面と表裏を為す第二面と、前記第一面から前記第二面までを貫通する開口部と、前記開口部を囲う隔壁部とを有する素子基板と、
前記素子基板の前記第一面に設けられて前記開口部を覆い、前記開口部に臨む第三面と、前記第三面と表裏を為す第四面とを有する支持膜と、
前記支持膜の前記第四面に設けられ、前記第三面から前記第四面に向かう膜厚方向から見た平面視において、前記隔壁部とともに、前記支持膜の前記開口部と重なる領域に所定の振動領域を区画する支持壁と、
前記支持膜の、前記隔壁部及び前記支持壁により囲われる前記振動領域に設けられた圧電素子と、
前記支持膜の前記第四面に対向して設けられる封止板と、を備え、
前記封止板は、前記支持壁に対向する位置に、前記支持壁に向かって突出する梁部を有し、前記梁部と前記支持壁とが接合されており、
前記梁部と前記支持壁とが接着部材により接合されており、
前記振動領域は、前記隔壁部の縁及び前記支持壁の縁により囲われた領域であり、
前記振動領域を区画する前記支持壁の縁に沿った方向及び前記膜厚方向に直交する前記支持壁の幅は、前記梁部の幅よりも大きい
ことを特徴とする超音波素子。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の超音波素子と、前記圧電素子に対して駆動信号を入力する駆動回路と、
を備えることを特徴とする超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波素子、及び超音波装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、開口部を有する基板の一面側に開口部を覆う支持膜を設け、開口部に対応する位置の支持膜上に圧電素子を配置した超音波素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
特許文献１の超音波素子では、支持膜の基板とは反対側の面に、梁部を介して封止板が接続されている。これにより、支持膜、梁部及び封止板によりキャビティを形成することで、圧電素子を振動させる領域を確保している。そして、このような超音波素子では、開口部を覆う支持膜のうち、平面視において、互いに対向する一対の基板の隔壁の縁と、互いに対向する一対の梁部の縁と、により囲われる領域が圧電素子により振動する振動部となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－１１０３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の超音波素子では、互いに対向する一対の梁部の中心に圧電素子が位置するように、梁部を支持膜に接合させている。しかし、梁部と支持膜との張り合わせ誤差により、梁部の位置が所定の位置からずれる、すなわち、互いに対向する一対の梁部の中心に圧電素子が位置しないことがある。そうすると、振動部における圧電素子の相対位置が変化するため、所望する周波数特性が発揮できないといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一適用例に係る超音波素子は、第一面、及び前記第一面と表裏を為す第二面と、前記第一面から前記第二面までを貫通する開口部と、前記開口部を囲う隔壁部とを有する素子基板と、前記素子基板の前記第一面に設けられて前記開口部を覆い、前記開口部に臨む第三面と、前記第三面と表裏を為す第四面とを有する支持膜と、前記支持膜の前記第四面に設けられ、前記第三面から前記第四面に向かう膜厚方向から見た平面視において、前記隔壁部とともに、前記支持膜の前記開口部と重なる領域に所定の振動領域を区画する支持壁と、前記支持膜の、前記隔壁部及び前記支持壁により囲われる前記振動領域に設けられた圧電素子と、前記支持膜の前記第四面に対向して設けられる封止板と、を備え、前記封止板は、前記支持壁に対向する位置に、前記支持壁に向かって突出する梁部を有し、前記梁部と前記支持壁とが接合されていることを特徴とする。
【0007】
本適用例の超音波素子において、前記振動領域は、前記隔壁部の縁及び前記支持壁の縁により囲われた領域であり、前記振動領域を区画する前記支持壁の縁に沿った方向及び前記膜厚方向に直交する前記支持壁の幅は、前記梁部の幅よりも小さいことが好ましい。
【0008】
本適用例の超音波素子において、前記梁部と前記支持壁とが接着部材により接合されており、前記振動領域は、前記隔壁部の縁及び前記支持壁の縁により囲われた領域であり、前記振動領域を区画する前記支持壁の縁に沿った方向及び前記膜厚方向に直交する前記支持壁の幅は、前記梁部の幅よりも大きいことが好ましい。
【0009】
本発明の一適用例に係る超音波装置は、上述した適用例の超音波素子と、前記圧電素子に対して駆動信号を入力する駆動回路と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第一実施形態の超音波装置の一例である距離測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図2】第一実施形態の超音波素子の構成を模式的に示す平面図。
【図4】第一実施形態の超音波素子の概略を模式的に示す断面斜視図。
【図5】第一実施形態の超音波素子の製造工程の概略を示す図。
【図6】第一実施形態の超音波素子の製造工程の概略を示す図。
【図7】第二実施形態の超音波素子の概略を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、第一実施形態の超音波装置の一例である距離測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の距離測定装置１は、超音波素子１０と、超音波素子１０を制御する制御部２０とを備える。この距離測定装置１では、制御部２０は、駆動回路３０を介して超音波素子１０を制御し、超音波素子１０から超音波を送信する。そして、対象物により超音波が反射され、超音波素子１０により反射波が受信されると、制御部２０は、超音波の送信タイミングから超音波の受信タイミングの時間に基づいて、超音波素子１０から対象物までの距離を算出する。
以下、このような距離測定装置１の構成について、具体的に説明する。
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、第一実施形態の超音波装置の一例である距離測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の距離測定装置１は、超音波素子１０と、超音波素子１０を制御する制御部２０とを備える。この距離測定装置１では、制御部２０は、駆動回路３０を介して超音波素子１０を制御し、超音波素子１０から超音波を送信する。そして、対象物により超音波が反射され、超音波素子１０により反射波が受信されると、制御部２０は、超音波の送信タイミングから超音波の受信タイミングの時間に基づいて、超音波素子１０から対象物までの距離を算出する。
以下、このような距離測定装置１の構成について、具体的に説明する。
【0012】
［超音波素子１０の構成］
図２は、超音波素子１０の概略を模式的に示す平面図である。なお、図２において、封止板４５の図示は省略している。
図２に示すように、超音波素子１０には、互いに交差するＸ方向及びＹ方向に沿って、複数の超音波トランスデューサー５０が２次元アレイ状に配置されている。なお、図２では、Ｘ方向とＹ方向とが直交する場合を例示している。
本実施形態では、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー５０により、１チャネルの送受信列素子群が構成される。また、当該１チャネルの送受信列素子群がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波素子１０が構成される。ここで、超音波トランスデューサー５０が配置される領域をアレイ領域Ａｒとする。
なお、図２は、説明の便宜上、超音波トランスデューサー５０の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー５０が配置されている。
図２は、超音波素子１０の概略を模式的に示す平面図である。なお、図２において、封止板４５の図示は省略している。
図２に示すように、超音波素子１０には、互いに交差するＸ方向及びＹ方向に沿って、複数の超音波トランスデューサー５０が２次元アレイ状に配置されている。なお、図２では、Ｘ方向とＹ方向とが直交する場合を例示している。
本実施形態では、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサー５０により、１チャネルの送受信列素子群が構成される。また、当該１チャネルの送受信列素子群がＹ方向に沿って複数並んで配置されることで、１次元アレイ構造の超音波素子１０が構成される。ここで、超音波トランスデューサー５０が配置される領域をアレイ領域Ａｒとする。
なお、図２は、説明の便宜上、超音波トランスデューサー５０の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー５０が配置されている。
【0013】
図３は、図２におけるＡ－Ａ線で切断した超音波素子１０を模式的に示す断面図であり、図４は、超音波素子１０の概略を模式的に示す断面斜視図である。
図３及び図４に示すように、超音波素子１０は、素子基板４１と、支持膜４２と、圧電素子４３と、支持壁４４と、封止板４５と、を含んで構成されている。
図３及び図４に示すように、超音波素子１０は、素子基板４１と、支持膜４２と、圧電素子４３と、支持壁４４と、封止板４５と、を含んで構成されている。
【0014】
［素子基板４１の構成］
素子基板４１は、第一面４１１、及び第一面４１１と表裏を為す第二面４１２を有し、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。本実施形態では、素子基板４１には、Ｙ方向に長手となる開口部４１Ａが、Ｘ方向に複数設けられている。
各開口部４１Ａは、素子基板４１の第一面４１１から第二面４１２までを貫通する貫通孔であり、当該貫通孔の第一面４１１側に支持膜４２が設けられる。すなわち、支持膜４２により開口部４１Ａの第一面４１１側が覆われている。なお、開口部４１Ａには、クロストークの影響を抑制するために、樹脂等が充填されて振動抑制層が形成されていてもよい。
ここで、素子基板４１の支持膜４２と接合される部分は隔壁部４１Ｂであり、開口部４１Ａは、隔壁部４１Ｂにより、±Ｘ側及び±Ｙ側の四方が囲われることで形成される。よって、±Ｘ側の隔壁部４１Ｂは、Ｘ方向で互いに対向し、±Ｙ側の隔壁部４１ＢはＹ方向で互いに対向する。
素子基板４１は、第一面４１１、及び第一面４１１と表裏を為す第二面４１２を有し、例えばＳｉ等の半導体基板により構成されている。本実施形態では、素子基板４１には、Ｙ方向に長手となる開口部４１Ａが、Ｘ方向に複数設けられている。
各開口部４１Ａは、素子基板４１の第一面４１１から第二面４１２までを貫通する貫通孔であり、当該貫通孔の第一面４１１側に支持膜４２が設けられる。すなわち、支持膜４２により開口部４１Ａの第一面４１１側が覆われている。なお、開口部４１Ａには、クロストークの影響を抑制するために、樹脂等が充填されて振動抑制層が形成されていてもよい。
ここで、素子基板４１の支持膜４２と接合される部分は隔壁部４１Ｂであり、開口部４１Ａは、隔壁部４１Ｂにより、±Ｘ側及び±Ｙ側の四方が囲われることで形成される。よって、±Ｘ側の隔壁部４１Ｂは、Ｘ方向で互いに対向し、±Ｙ側の隔壁部４１ＢはＹ方向で互いに対向する。
【0015】
［支持膜４２の構成］
支持膜４２は、例えばＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板４１の開口部４１Ａに臨む第三面４２１及び当該第三面４２１の裏面である第四面４２２を有する。すなわち、支持膜４２は、開口部４１Ａを構成する隔壁部４１Ｂにより支持され、開口部４１Ａの第一面４１１側を覆う。この支持膜４２の厚み寸法は、素子基板４１に対して十分小さい厚み寸法となる。
支持膜４２は、例えばＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板４１の開口部４１Ａに臨む第三面４２１及び当該第三面４２１の裏面である第四面４２２を有する。すなわち、支持膜４２は、開口部４１Ａを構成する隔壁部４１Ｂにより支持され、開口部４１Ａの第一面４１１側を覆う。この支持膜４２の厚み寸法は、素子基板４１に対して十分小さい厚み寸法となる。
【0016】
［支持壁４４の構成］
支持壁４４は、例えば樹脂により構成されており、エッチング等により支持膜４２の第四面４２２側に設けられている。このような、支持壁４４は、Ｘ方向が長手方向とされ、Ｙ方向に複数設けられる。本実施形態では、支持壁４４は、アレイ領域Ａｒ内において、±Ｘ側端部間に亘って形成されている。
支持壁４４は、例えば樹脂により構成されており、エッチング等により支持膜４２の第四面４２２側に設けられている。このような、支持壁４４は、Ｘ方向が長手方向とされ、Ｙ方向に複数設けられる。本実施形態では、支持壁４４は、アレイ領域Ａｒ内において、±Ｘ側端部間に亘って形成されている。
【0017】
このような構成では、支持膜４２は、第三面４２１から第四面４２２に向かう膜厚方向から見た平面視において、開口部４１Ａを構成する隔壁部４１Ｂの縁と、支持壁４４の縁とにより、複数の振動領域としての振動部４２３に区画される。
具体的には、開口部４１Ａの±Ｙ側端部においては、支持膜４２のうち、Ｘ方向に延びる１つの隔壁部４１Ｂの縁と、Ｙ方向に延びる一対の隔壁部４１Ｂの互いに向かい合う２つの縁と、Ｘ方向に延びる１つの支持壁４４の縁とにより囲われる領域が振動部４２３となる。また、開口部４１Ａの端部以外においては、支持膜４２のうち、Ｙ方向に延びる一対の隔壁部４１Ｂの互いに向かい合う２つの縁と、Ｘ方向に延びる一対の支持壁４４の互いに向かい合う２つの縁とにより囲われる領域が振動部４２３となる。
具体的には、開口部４１Ａの±Ｙ側端部においては、支持膜４２のうち、Ｘ方向に延びる１つの隔壁部４１Ｂの縁と、Ｙ方向に延びる一対の隔壁部４１Ｂの互いに向かい合う２つの縁と、Ｘ方向に延びる１つの支持壁４４の縁とにより囲われる領域が振動部４２３となる。また、開口部４１Ａの端部以外においては、支持膜４２のうち、Ｙ方向に延びる一対の隔壁部４１Ｂの互いに向かい合う２つの縁と、Ｘ方向に延びる一対の支持壁４４の互いに向かい合う２つの縁とにより囲われる領域が振動部４２３となる。
【0018】
支持壁４４は、当該支持壁４４の縁に沿った方向及び支持膜４２の膜厚方向と直交する方向、すなわち、Ｙ方向における幅Ｗ１が、例えば２０μｍとされており、後述する梁部４５１の幅ＷＲよりも小さい。また、支持壁４４は、後述する梁部４５１の取付面４５２に対向する接合面４４１を有する。
【0019】
［圧電素子４３の構成］
圧電素子４３は、支持膜４２の第四面４２２側において、各振動部４２３の中心部にそれぞれ設けられている。この圧電素子４３は、例えば、支持膜４２側から下部電極４３１、圧電膜４３２、及び上部電極４３３を積層した積層体により構成されている。
このような超音波トランスデューサー５０では、下部電極４３１及び上部電極４３３の間に所定周波数の矩形波電圧、つまり駆動信号が印加されることで、圧電膜４３２が撓んで振動部４２３が振動して超音波が送出される。また、被検体から反射された超音波により振動部４２３が振動されると、圧電膜４３２の上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４３１及び上部電極４３３の間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
圧電素子４３は、支持膜４２の第四面４２２側において、各振動部４２３の中心部にそれぞれ設けられている。この圧電素子４３は、例えば、支持膜４２側から下部電極４３１、圧電膜４３２、及び上部電極４３３を積層した積層体により構成されている。
このような超音波トランスデューサー５０では、下部電極４３１及び上部電極４３３の間に所定周波数の矩形波電圧、つまり駆動信号が印加されることで、圧電膜４３２が撓んで振動部４２３が振動して超音波が送出される。また、被検体から反射された超音波により振動部４２３が振動されると、圧電膜４３２の上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４３１及び上部電極４３３の間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
【0020】
本実施形態では、図２に示すように、下部電極４３１は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されており、１チャネルの送受信列素子群を構成する複数の超音波トランスデューサー５０を接続する。この下部電極４３１の両端部には、駆動端子４３１Ａが設けられる。
また、上部電極４３３は、Ｘ方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５０を接続する。そして、上部電極４３３の±Ｙ側端部は共通電極線４３３Ａに接続される。この共通電極線４３３Ａは、Ｘ方向に複数配置された各上部電極４３３同士を結線し、その端部には、回路基板に電気接続される共通端子４３３Ｂが設けられている。
この駆動端子４３１Ａ及び共通端子４３３Ｂは、それぞれ駆動回路３０に接続され、駆動端子４３１Ａには、駆動回路３０から駆動信号が入力され、共通端子４３３Ｂには、所定の共通電位、例えば、－３Ｖが印加される。
また、上部電極４３３は、Ｘ方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ超音波トランスデューサー５０を接続する。そして、上部電極４３３の±Ｙ側端部は共通電極線４３３Ａに接続される。この共通電極線４３３Ａは、Ｘ方向に複数配置された各上部電極４３３同士を結線し、その端部には、回路基板に電気接続される共通端子４３３Ｂが設けられている。
この駆動端子４３１Ａ及び共通端子４３３Ｂは、それぞれ駆動回路３０に接続され、駆動端子４３１Ａには、駆動回路３０から駆動信号が入力され、共通端子４３３Ｂには、所定の共通電位、例えば、－３Ｖが印加される。
【0021】
超音波素子１０から超音波を送信する際、上記のように、上部電極４３３に共通電位が印加され、下部電極４３１に駆動信号が入力される。図２に示すように、各送受信部素子群のそれぞれに対応して駆動端子４３１Ａが設けられているので、各送受信部素子群に対して独立して駆動信号を入力することができる。このため、駆動回路３０から駆動信号を入力する駆動端子４３１Ａを選択することで、各送受信部素子群を遅延駆動させたり、同時駆動させたり、個別駆動させたりすることができる。
【0022】
［封止板４５の構成］
封止板４５は、素子基板４１を補強する機能を有する。この封止板４５は、Ｚ方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。
封止板４５は、素子基板４１を補強する機能を有する。この封止板４５は、Ｚ方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。
【0023】
この封止板４５には、素子基板４１の対向する面から、支持壁４４に向かって突出する梁部４５１が設けられている。梁部４５１は、例えば、エッチング等により封止板４５と一体に形成されており、アレイ領域Ａｒ内において、±Ｘ側端部間に亘って設けられている。また、梁部４５１は、支持壁４４に対向する取付面４５２を有し、当該取付面４５２が支持壁４４の接合面４４１に接着部材により接合される。これにより、封止板４５のうち振動部４２３に対向する領域では、振動部４２３との間に所定寸法のギャップが設けられ、振動部４２３の振動が阻害されない。
【0024】
本実施形態では、梁部４５１は、Ｙ方向における幅ＷＲが、例えば４０μｍとされている。すなわち、梁部４５１は、幅ＷＲが支持壁４４の幅Ｗ１よりも大きい。
【0025】
［制御部２０の構成］
制御部２０は、超音波素子１０を駆動させる駆動回路３０と、演算部４０とを含んで構成されている。また、制御部２０には、その他、距離測定装置１を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。
制御部２０は、超音波素子１０を駆動させる駆動回路３０と、演算部４０とを含んで構成されている。また、制御部２０には、その他、距離測定装置１を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。
【0026】
駆動回路３０は、超音波素子１０の駆動を制御するためのドライバー回路であり、例えば図１に示すように、基準電位回路３１、切替回路３２、送信回路３３、及び受信回路３４等を備える。
基準電位回路３１は、超音波素子１０の上部電極４３３の共通端子４３３Ｂに接続され、上部電極４３３に基準電位、例えば－３Ｖ等を印加する。
切替回路３２は、アレイ領域Ａｒに配置された各超音波トランスデューサー５０の下部電極４３１の駆動端子４３１Ａと、送信回路３３と、受信回路３４とに接続される。この切替回路３２は、スイッチング回路により構成されており、各駆動端子４３１Ａのそれぞれと送信回路３３とを接続する送信接続、及び、各駆動端子４３１Ａのそれぞれと受信回路３４とを接続する受信接続を切り替える。
基準電位回路３１は、超音波素子１０の上部電極４３３の共通端子４３３Ｂに接続され、上部電極４３３に基準電位、例えば－３Ｖ等を印加する。
切替回路３２は、アレイ領域Ａｒに配置された各超音波トランスデューサー５０の下部電極４３１の駆動端子４３１Ａと、送信回路３３と、受信回路３４とに接続される。この切替回路３２は、スイッチング回路により構成されており、各駆動端子４３１Ａのそれぞれと送信回路３３とを接続する送信接続、及び、各駆動端子４３１Ａのそれぞれと受信回路３４とを接続する受信接続を切り替える。
【0027】
送信回路３３は、切替回路３２及び演算部４０に接続される。そして、送信回路３３は、切替回路３２が送信接続に切り替えられた際に、演算部４０の制御に基づいて、アレイ領域Ａｒ内の各超音波トランスデューサー５０にパルス波形の駆動信号を出力し、超音波素子１０から超音波を送信させる。
【0028】
［超音波素子１０の製造方法］
次に、上述のような超音波素子１０の製造方法について説明する。
図５及び図６は、本実施形態における超音波素子１０の製造工程の概略を示す図である。
図５に示すように、超音波素子１０を製造するには、先ず、素子基板４１及び封止板４５を製造する。
具体的には、Ｓｉの半導体基板の一方の面側を熱酸化処理し、半導体基板の表面にＳｉＯ２膜を形成する。さらに、ＳｉＯ２膜上にＺｒ層を形成し、これを熱酸化処理して、ＺｒＯ２層を形成する。これらのＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体により支持膜４２を形成する。そして、支持膜４２上に圧電素子４３及び支持壁４４を形成し、その後、半導体基板の他方の面側をエッチングすることにより、開口部４１Ａを有する素子基板４１を形成する。
また、別の半導体基板をエッチングすることにより、梁部４５１を有する封止板４５を形成する。
次に、上述のような超音波素子１０の製造方法について説明する。
図５及び図６は、本実施形態における超音波素子１０の製造工程の概略を示す図である。
図５に示すように、超音波素子１０を製造するには、先ず、素子基板４１及び封止板４５を製造する。
具体的には、Ｓｉの半導体基板の一方の面側を熱酸化処理し、半導体基板の表面にＳｉＯ２膜を形成する。さらに、ＳｉＯ２膜上にＺｒ層を形成し、これを熱酸化処理して、ＺｒＯ２層を形成する。これらのＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体により支持膜４２を形成する。そして、支持膜４２上に圧電素子４３及び支持壁４４を形成し、その後、半導体基板の他方の面側をエッチングすることにより、開口部４１Ａを有する素子基板４１を形成する。
また、別の半導体基板をエッチングすることにより、梁部４５１を有する封止板４５を形成する。
【0029】
次に、梁部４５１の取付面４５２に接着部材を転写し、当該接着部材により、梁部４５１と支持壁４４とを接合する。
この際、図６に示すように、封止板４５のアライメントがずれて、梁部４５１と支持壁４４と接合位置が所定の位置からずれることがある。このような場合において、本実施形態では、振動部４２３が、互いに対向する一対の隔壁部４１Ｂと支持壁４４とにより区画されるので、梁部４５１の接合位置がずれたとしても、振動部４２３における圧電素子４３の相対位置は変化することがない。そのため、振動部４２３は、梁部４５１の接合位置に関わらず、所望の超音波特性を発揮することができる。
この際、図６に示すように、封止板４５のアライメントがずれて、梁部４５１と支持壁４４と接合位置が所定の位置からずれることがある。このような場合において、本実施形態では、振動部４２３が、互いに対向する一対の隔壁部４１Ｂと支持壁４４とにより区画されるので、梁部４５１の接合位置がずれたとしても、振動部４２３における圧電素子４３の相対位置は変化することがない。そのため、振動部４２３は、梁部４５１の接合位置に関わらず、所望の超音波特性を発揮することができる。
【0030】
また、本実施形態では、梁部４５１は、幅ＷＲが支持壁４４の幅Ｗ１よりも大きい、すなわち、取付面４５２が接合面４４１よりも大きい。これにより、梁部４５１の接合位置がずれたとしても、そのずれを取付面４５２の大きさにより補うことができる。そのため、梁部４５１を支持壁４４に確実に接合させることができる。
さらに、支持壁４４は、幅Ｗ１が梁部４５１の幅ＷＲよりも小さくなるように形成されるので、支持膜４２の幅に対する支持壁４４の相対的な幅を小さくすることができる。すなわち、支持膜４２に占める支持壁４４との接続部分の面積を小さくできるので、支持膜４２に圧電素子４３をより多く配置することができる。
さらに、支持壁４４は、幅Ｗ１が梁部４５１の幅ＷＲよりも小さくなるように形成されるので、支持膜４２の幅に対する支持壁４４の相対的な幅を小さくすることができる。すなわち、支持膜４２に占める支持壁４４との接続部分の面積を小さくできるので、支持膜４２に圧電素子４３をより多く配置することができる。
【0031】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波素子１０は、第一面４１１及び第二面４１２と、第一面４１１から第二面４１２までを貫通する開口部４１Ａと、開口部４１Ａを囲う隔壁部４１Ｂとを有する素子基板４１を備える。素子基板４１の第一面４１１には、開口部４１Ａを覆い、開口部４１Ａに臨む第三面４２１及び第三面４２１と表裏を為す第四面４２２を有する支持膜４２が設けられている。支持膜４２の第四面４２２には、第三面４２１から第四面４２２に向かう膜厚方向から見た平面視において、隔壁部４１Ｂとともに、支持膜４２の開口部４１Ａと重なる領域に振動部４２３を区画する支持壁４４が設けられている。当該振動部４２３には、圧電素子４３が設けられている。そして、支持壁４４には、封止板４５から当該支持壁４４に向かって突出した梁部４５１が接着部材により接合されている。これにより、例えば、封止板４５のアライメントがずれて、梁部４５１と支持壁４４との接合位置がずれたとしても、振動部４２３における圧電素子４３の相対位置は変化することがない。そのため、振動部４２３は、梁部４５１の接合位置に関わらず、所望の超音波特性を発揮することができる。
本実施形態の超音波素子１０は、第一面４１１及び第二面４１２と、第一面４１１から第二面４１２までを貫通する開口部４１Ａと、開口部４１Ａを囲う隔壁部４１Ｂとを有する素子基板４１を備える。素子基板４１の第一面４１１には、開口部４１Ａを覆い、開口部４１Ａに臨む第三面４２１及び第三面４２１と表裏を為す第四面４２２を有する支持膜４２が設けられている。支持膜４２の第四面４２２には、第三面４２１から第四面４２２に向かう膜厚方向から見た平面視において、隔壁部４１Ｂとともに、支持膜４２の開口部４１Ａと重なる領域に振動部４２３を区画する支持壁４４が設けられている。当該振動部４２３には、圧電素子４３が設けられている。そして、支持壁４４には、封止板４５から当該支持壁４４に向かって突出した梁部４５１が接着部材により接合されている。これにより、例えば、封止板４５のアライメントがずれて、梁部４５１と支持壁４４との接合位置がずれたとしても、振動部４２３における圧電素子４３の相対位置は変化することがない。そのため、振動部４２３は、梁部４５１の接合位置に関わらず、所望の超音波特性を発揮することができる。
【0032】
本実施形態では、支持壁４４は、Ｙ方向における幅Ｗ１が梁部４５１の幅ＷＲよりも小さい。そのため、支持膜４２の幅に対する支持壁４４の相対的な幅を小さくすることができる。すなわち、支持膜４２に占める支持壁４４との接続部分の面積を小さくできるので、支持膜４２に圧電素子４３をより多く配置することができる。
【0033】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、支持壁４４は、Ｙ方向における幅Ｗ１が梁部４５１の幅ＷＲよりも小さくなるように形成される例を示した。これに対して、第二実施形態では、支持壁４４Ａは、幅Ｗ２が梁部４５１の幅ＷＲよりも大きくなるように形成される点で、上記第一実施形態と相違する。
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、支持壁４４は、Ｙ方向における幅Ｗ１が梁部４５１の幅ＷＲよりも小さくなるように形成される例を示した。これに対して、第二実施形態では、支持壁４４Ａは、幅Ｗ２が梁部４５１の幅ＷＲよりも大きくなるように形成される点で、上記第一実施形態と相違する。
【0034】
図７は、第二実施形態の超音波素子１０を模式的に示す断面図である。
図７に示すように、本実施形態では、第一実施形態と同様、支持膜４２の第四面４２２側に、支持壁４４Ａが形成される。支持壁４４Ａは、Ｙ方向における幅Ｗ２が、例えば６０μｍとされている。
図７に示すように、本実施形態では、第一実施形態と同様、支持膜４２の第四面４２２側に、支持壁４４Ａが形成される。支持壁４４Ａは、Ｙ方向における幅Ｗ２が、例えば６０μｍとされている。
【0035】
また、封止板４５には、第一実施形態と同様、支持壁４４に向かって突出する梁部４５１が一体に設けられている。そして、当該梁部４５１と支持壁４４とは、接着部材により接合される。
また、梁部４５１は、第一実施形態と同様、Ｙ方向における幅ＷＲが、例えば４０μｍとされている。すなわち、本実施形態では、支持壁４４Ａは、幅Ｗ２が、梁部４５１の幅ＷＲよりも大きくなるように形成される。そのため、支持壁４４Ａの梁部４５１と対向する接合面４４１Ａが大きくなる。
また、梁部４５１は、第一実施形態と同様、Ｙ方向における幅ＷＲが、例えば４０μｍとされている。すなわち、本実施形態では、支持壁４４Ａは、幅Ｗ２が、梁部４５１の幅ＷＲよりも大きくなるように形成される。そのため、支持壁４４Ａの梁部４５１と対向する接合面４４１Ａが大きくなる。
【0036】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、支持壁４４Ａは、Ｙ方向における幅Ｗ２が梁部４５１の幅ＷＲよりも大きい。そのため、支持壁４４Ａにおける梁部４５１との接合面４４１Ａが大きくなる。これにより、例えば、梁部４５１を接着部材により支持壁４４Ａに接合させる場合、梁部４５１に転写された接着部材は、支持壁４４Ａの接合面４４１Ａに保持されやすくなる。そのため、接着部材が支持壁４４Ａの壁部を伝って圧電素子４３にまで流れだすことを防ぐことができる。したがって、圧電素子４３に接着部材が付着して、所望の周波数特性が得られなくなってしまうことを防ぐことができる。
本実施形態では、支持壁４４Ａは、Ｙ方向における幅Ｗ２が梁部４５１の幅ＷＲよりも大きい。そのため、支持壁４４Ａにおける梁部４５１との接合面４４１Ａが大きくなる。これにより、例えば、梁部４５１を接着部材により支持壁４４Ａに接合させる場合、梁部４５１に転写された接着部材は、支持壁４４Ａの接合面４４１Ａに保持されやすくなる。そのため、接着部材が支持壁４４Ａの壁部を伝って圧電素子４３にまで流れだすことを防ぐことができる。したがって、圧電素子４３に接着部材が付着して、所望の周波数特性が得られなくなってしまうことを防ぐことができる。
【0037】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【0038】
例えば、上記各実施形態において、支持壁４４，４４Ａの幅Ｗ１，Ｗ２と梁部４５１の幅ＷＲとが異なる例を示したが、これに限定されない。例えば、支持壁４４の幅と梁部４５１の幅とが同じであってもよい。
【0039】
上記各実施形態において、圧電素子４３は、支持膜４２の第四面４２２側に設けられる例を示したが、これに限定されない。例えば、圧電素子４３は、支持膜４２の第三面４２１側に設けられていてもよい。
【0040】
上記各実施形態では、梁部４５１は、封止板４５と一体に形成されている例を示したが、これに限定されない。例えば、梁部４５１と封止板４５とは別部材にて設けられ、封止板４５に梁部４５１が取り付けられていてもよい。
【0041】
上記各実施形態において、アレイ領域Ａｒ内において、梁部４５１が±Ｘ側端部間に亘って設けられる構成を例示したが、これに限定されない。
すなわち、Ｘ方向に複数設けられる開口部４１Ａのうち、所定数の開口部４１Ａを跨いでＸ方向に長手に設けられる構成とすればよい。
例えば、１つの開口部４１Ａの－Ｘ側に配置される隔壁部４１Ｂから、当該開口部４１Ａの＋Ｘ側に配置される隔壁部４１Ｂまでに亘って梁部４５１が設けられる構成としてもよい。この場合、Ｘ方向に対して複数の梁部４５１が設けられる構成となる。
すなわち、Ｘ方向に複数設けられる開口部４１Ａのうち、所定数の開口部４１Ａを跨いでＸ方向に長手に設けられる構成とすればよい。
例えば、１つの開口部４１Ａの－Ｘ側に配置される隔壁部４１Ｂから、当該開口部４１Ａの＋Ｘ側に配置される隔壁部４１Ｂまでに亘って梁部４５１が設けられる構成としてもよい。この場合、Ｘ方向に対して複数の梁部４５１が設けられる構成となる。
【0042】
上記各実施形態において、アレイ領域Ａｒ内において、支持壁４４が±Ｘ側端部間に亘って形成される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、支持壁４４は、±Ｘ側端部間に亘って形成され、さらに、±Ｙ方向に延出されていてもよい。すなわち、支持壁４４は、－Ｚ方向から見た平面視において、十字状に形成されていてもよい。この場合、±Ｙ方向に延出された部位は、－Ｚ方向から見た平面視において、隔壁部４１Ｂと重なる位置に形成されていてもよい。
【0043】
上記各実施形態では、アレイ領域Ａｒ内にのみ支持壁４４，４４Ａ及び梁部４５１が設けられる構成を例示したが、これに限定されず、例えばアレイ領域Ａｒ外に支持膜４２と封止板４５とを接合する接合部材が設けられてもよい。
【0044】
上記各実施形態では、梁部４５１と支持壁４４とを接着部材により接合する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波接合や摩擦圧接等の接合技術を用いて梁部４５１と支持壁４４とを直接接合する構成であってもよい。
【0045】
上記各実施形態では、超音波装置の一例として距離測定装置１を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波の送受信結果に応じて、構造体の内部断層像を測定する超音波測定装置等に適用することもできる。
【0046】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【0047】
１…距離測定装置（超音波装置）、１０…超音波素子、２０…制御部、３０…駆動回路、４１…素子基板、４１Ａ…開口部、４１Ｂ…隔壁部、４２…支持膜、４３…圧電素子、４４，４４Ａ…支持壁、４５…封止板、５０…超音波トランスデューサー、４１１…第一面、４１２…第二面、４２１…第三面、４２２…第四面、４２３…振動部（振動領域）、４３１…下部電極、４３１Ａ…駆動端子、４３２…圧電膜、４３３…上部電極、４３３Ａ…共通電極線、４３３Ｂ…共通端子、４４１，４４１Ａ…接合面、４５１…梁部、４５２…取付面、Ａｒ…アレイ領域。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】