特許 7344910 制振層を備えるＰＭＵＴ超音波トランスデューサ

(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】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(54)【発明の名称】制振層を備えるＰＭＵＴ超音波トランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20230907BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20230907BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20230907BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330J

H04R31/00 330

H10N30/30

H10N30/20

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020565402

(86)(22)【出願日】2019-05-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-24

(86)【国際出願番号】 US2019033004

(87)【国際公開番号】W WO2019226497

(87)【国際公開日】2019-11-28

【審査請求日】2022-03-04

(31)【優先権主張番号】62/674,356

(32)【優先日】2018-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/413,999

(32)【優先日】2019-05-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519019791

【氏名又は名称】フジフイルム ソノサイト インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】フレイ グレッグ

(72)【発明者】

【氏名】リ ウェイ

【審査官】大石 剛

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５３５６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０３２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０９４２５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ｈ０４Ｒ ３１／００

Ｈ１０Ｎ ３０／３０

Ｈ１０Ｎ ３０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置であって、
第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有するトランスデューサ膜層と、
前記トランスデューサ膜層の前記第一の側面にある一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子であって、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記膜層の前記第二の側面にキャビティを有し、前記キャビティは制振材料で少なくとも部分的に充填される、一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子と、
を備え、
前記キャビティは、前記キャビティに真空を適用し、前記キャビティに前記制振材料を供給するように構成された一対の経路に流動的に接続される、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置。

【請求項2】

前記キャビティを密閉する前記膜層に固定された基板層をさらに備える、請求項１に記載のＰＭＵＴトランスデューサ装置。

【請求項3】

前記制振材料はポリマ材料である、請求項１に記載の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置。

【請求項4】

前記制振材料は硬化すると気相から凝集または沈殿するポリマである、請求項１に記載の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置。

【請求項5】

前記経路は前記膜層のうちの一つ、または前記キャビティを密閉する前記膜層に固定された基板層に形成される、請求項１に記載のＰＭＵＴトランスデューサ。

【請求項6】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法であって、
トランスデューサ膜層内のキャビティを制振材料で充填することであって、前記トランスデューサ膜層は第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有し、一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子はトランスデューサ膜層の前記第一の側面にあり、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記トランスデューサ膜層の前記第二の側面に前記キャビティを有する、充填すること、
前記キャビティをウェハの端部に結合するチャネル層を形成することであって、前記キャビティは前記チャネル層を通じて前記制振材料で充填される、形成すること、
を含む、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法。

【請求項7】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法であって、
トランスデューサ膜層内のキャビティを制振材料で充填することであって、前記トランスデューサ膜層は第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有し、一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子はトランスデューサ膜層の前記第一の側面にあり、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記トランスデューサ膜層の前記第二の側面に前記キャビティを有する、充填すること、を含み、
前記キャビティはスピンコーティングを使用して前記制振材料により充填される、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法。

【請求項8】

前記キャビティは硬化すると前記キャビティの壁に凝集する気相で前記制振材料により充填される、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法であって、
トランスデューサ膜層内のキャビティを制振材料で充填することであって、前記トランスデューサ膜層は第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有し、一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子はトランスデューサ膜層の前記第一の側面にあり、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記トランスデューサ膜層の前記第二の側面に前記キャビティを有する、充填すること、を含み、
前記キャビティは基板層が前記トランスデューサ膜層にボンディングされる前に前記制振材料により充填される、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法。

【請求項10】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法であって、
トランスデューサ膜層内のキャビティを制振材料で充填することであって、前記トランスデューサ膜層は第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有し、一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子はトランスデューサ膜層の前記第一の側面にあり、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記トランスデューサ膜層の前記第二の側面に前記キャビティを有する、充填すること、を含み、
基板層は前記トランスデューサ膜層にボンディングされ、前記キャビティは前記基板層の開口部を通じて前記制振材料により充填される、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法。

【請求項11】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法であって、
トランスデューサ膜層内のキャビティを制振材料で充填することであって、前記トランスデューサ膜層は第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有し、一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子はトランスデューサ膜層の前記第一の側面にあり、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記トランスデューサ膜層の前記第二の側面に前記キャビティを有する、充填することと、
前記キャビティを前記制振材料で充填するために第一のボンディング層を使用して前記トランスデューサ膜層を前記第一の側面において第一の基板にボンディングすることと、
前記キャビティを前記制振材料で充填した後に第二のボンディン層を使用して前記トランスデューサ膜層を前記第二の側面において第二のウェハにボンディングすることと、
前記第一の基板を除去することと、
を含む、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置を製造するための方法。

【請求項12】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置のための方法であって、
電気駆動信号を用いて一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子を駆動することと、
前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子により音響信号を受信することと、
前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子により前記受信した音響信号に応答して電気応答信号を生成することであって、前記圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置は第一の側面および当該第一の側面と反対側の第二の側面を有するトランスデューサ膜層を備え、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子は前記トランスデューサ膜層の前記第一の側面にあり、前記一または二以上の圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ素子の各々は前記膜層の前記第二の側面にキャビティを有し、前記キャビティは制振材料で少なくとも部分的に充填される、生成することと、
を含み、前記キャビティは、前記キャビティに真空を適用し、前記キャビティに前記制振材料を供給するように構成された一対の経路に流動的に接続される、圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置のための方法。

【請求項13】

前記圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ装置は前記キャビティを密閉する前記膜層に固定された基板層をさらに備える、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記制振材料はポリマ材料である、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記制振材料は硬化すると気相から沈殿するポリマである、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１８年５月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／６７４，３５６号、および２０１９年５月１６日に出願された非仮出願第１６／４１３，９９９号に基づく優先権の利益を主張するものであり、これらの出願はいずれもその全体が参照により本明細書に組み入れられる。

【0002】

本開示技術は超音波トランスデューサに関し、特には、ＰＭＵＴ超音波トランスデューサに関する。

【背景技術】

【0003】

圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）は半導体処理技術により作成することのできるＭＥＭＳをベースとする圧電超音波トランスデューサである。超音波信号を生成するためにＰＺＴまたは単結晶ＰＭＮ－ＰＴ等の圧電セラミックのバルクピースを使用する従来の超音波トランスデューサと異なり、ＰＭＵＴトランスデューサは薄膜の歪み動作に基づく。ＰＭＵＴはウェハを使用して大量に製造することができるという事実にもかかわらず、それらはいくつかのカテゴリでは従来のトランスデューサ設計ほどの性能がない。ＰＭＵＴトランスデューサは従来のトランスデューサと比較して非常に「リンギングしやすい（ｒｉｎｇｙ）」傾向がある。送信素子のリンギングに起因して、それらは一般的に狭い範囲の周波数に応答し、それによりそれらが駆動される周波数の前後の重要な周波数においてエコー信号を検出する能力が制限される。

【発明の概要】

【0004】

この問題に対処するために、本開示技術は送信素子の各々の背後に形成されるキャビティに位置するある量の制振材料（ｄａｍｐｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含むＰＭＵＴ超音波トランスデューサに関する。ＰＭＵＴトランスデューサはいくつかの送信／受信素子を有し、その各々は薄膜層の背面のキャビティを用いて形成される。送信／受信素子の背後のキャビティは、それらが駆動パルスで励起されると、送信／受信素子のリンギングを制振する材料で少なくとも部分的に充填される。いくつかの実施形態では、制振材料は高分子材料である。いくつかの実施形態では、制振材料は材料をキャビティ内に分散させるためにウェハをスピンコーティングすることにより付加される。他の実施形態では、制振材料は気相で付加され、硬化されるとキャビティの壁および面に凝集する。

【0005】

上記の概要は本開示における全ての実施形態の網羅的なリストを含まない。全てのシステムおよび方法は上記で要約された様々な態様および実施形態の全ての好適な組合せから、そして以下の発明の詳細な説明において開示されるそれらからも実施することができる。

【0006】

添付図面は例を示しており、したがって、例示的な実施形態であり、その範囲に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示技術のある実施形態により構成される単一のＰＭＵＴ超音波送信／受信素子の断面図である。

【図2A】本開示技術の一実施形態による、並列に接続されたいくつかのＰＭＵＴトランスデューサ送信／受信素子の上面図である。

【図2B】本開示技術のある実施形態による、トランスデューサ素子の背後のキャビティに供給される制振材料を例示する断面図である。

【図3】本開示技術のある実施形態による、制振材料を供給することのできるマニホールドに接続されたキャビティを有する単一のＰＭＵＴトランスデューサ送信／受信素子の断面図である。

【図4】本開示技術のある実施形態による、その各々が複数のＰＭＵＴトランスデューサ送信／受信素子を含むいくつかの素子を有する超音波トランスデューサアレイを例示する。

【図5】本開示技術のある実施形態による、各送信／受信素子の背後のキャビティ内に制振材料を備えるいくつかの送信／受信素子を有するＰＭＵＴトランスデューサの断面図である。

【図6】本開示技術の別の実施形態による、背後のキャビティを備えるドーム型または平坦でない送信／受信素子を有するＰＭＵＴトランスデューサの断面図である。

【図7】本開示技術のある実施形態による、処理のために犠牲ウェハに固定されるドーム型送信／受信素子を備えるＰＭＵＴトランスデューサの前面を示す。

【図8】本開示技術のある実施形態による、ＰＭＵＴトランスデューサ内のいくつかのドーム型送信／受信素子の背後のキャビティに付加される制振材料を示す。

【図9】本開示技術のある実施形態による、制振材料で充填されたキャビティを備えるＰＭＵＴ膜層に固定された基板ウェハを示す。

【図10】本開示技術のある実施形態による、制振材料で充填されたキャビティを有し、犠牲層が除去されたＰＭＵＴトランスデューサを示す。

【図11】本開示技術のある実施形態による、システムを例示する。

【発明を実施するための形態】

【0008】

様々な実施形態および態様が以下で論じられる詳細を参照して説明され、添付図面は様々な実施形態を例示する。以下の説明および図面は例示的なものであり、限定するものと解釈されるべきでない。様々な実施形態の深い理解を提供するために多数の固有の詳細が説明される。しかしながら、所定の例では、実施形態の簡潔な議論を提供するために周知の、または従来の詳細は説明されない。

【0009】

本明細書における「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「ある実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性は少なくとも一つの実施形態に含まれる可能性があることを意味する。本明細書内の様々な場所における「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という句の出現は、必ずしも全てが同一の実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は一または二以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせられ得る。以下においてプロセスがいくつかの逐次的な工程の観点から説明されるが、説明される工程のうちいくつかは異なる順序で実行され得ることを理解されるべきである。その上、いくつかの工程は順次実行されるのではなく、並列に実行され得る。

【0010】

上記で示されたように、ＰＭＵＴトランスデューサについての問題の一つは、トランスデューサ素子は励起パルスで駆動されるとリンギングする傾向があるという事実である。このリンギングは励起パルスの周波数付近である周波数範囲で検出することのできるエコー信号の帯域幅を制限する。その結果、ＰＭＵＴ超音波トランスデューサは従来のトランスデューサ設計を用いて検出することができる動作中心周波数よりも高いかまたは低い周波数信号に対してはるかに感度が低い。本明細書において開示される技術はＰＭＵＴ送信／受信素子の背後のキャビティを制振材料で部分的または完全に充填することによりトランスデューサ素子のリンギングを低減するためのシステムに関する。説明されるように、制振材料は、基板層が膜層にボンディングされる前に材料をＰＭＵＴキャビティにスピンコーティングすることにより、または真空で非粘性の制振材料をキャビティに引き込むことにより付加される高分子材料とすることができる。別の実施形態では、キャビティには気体材料が入り込んでおり、硬化されるとキャビティ内に制振層が沈殿する。

【0011】

図１は本開示技術のある実施形態により構成されたＰＭＵＴトランスデューサの断面図を示している。一実施形態では、ＰＭＵＴトランスデューサ５０は同時にボンディングされる膜層５２および基盤層８０を備える。示されるように、膜層５２は膜層５２に位置する単一のＰＭＵＴ送信／受信素子（簡単にするために、以下ＰＭＵＴ送信素子と呼ぶ）を含む。示されている実施形態において、膜層５２は基板５４を覆うシリコン酸化物の層５６を備えるシリコン基板５４から形成される。シリコン酸化物層５６に重なる第一の電極５８は駆動信号をＰＶＤＦ等の圧電材料から作成されるＰＭＵＴ送信素子６０の一面に提供するために使用される。絶縁層６２は電極５８および送信素子６０の一部に重なって位置する。第二の電極層６４は絶縁層６２に重なって位置する。典型的に、第二の電極層６４はいくつかのＰＭＵＴ送信素子（図示されていない）の共通のグランドとして振る舞う。しかしながら、電極層５８および６４への接続は逆にすることができる。

【0012】

膜層５２のシリコン基板５４の背面は送信素子６０の背後に位置するキャビティ６６を有する。キャビティ６６は、送信素子が送信信号を用いて駆動され、音響信号を受け取ると、送信素子６０がシリコン基板５４を曲げることを可能にする。本開示技術の態様によると、キャビティ６６は、駆動信号を用いて駆動される際または音響エコー信号を受信する際にＰＭＵＴ送信素子６０のリンギングを制振させる制振材料６８で部分的または完全に充填されている。以下で論じられるように、制振量はトランスデューサの所望の特性に依存する。制振およびトランスデューサが多すぎると受信した超音波エネルギーに応答せず、制振およびトランスデューサの帯域幅が少なすぎると駆動信号の周波数付近の周波数に制限される。一実施形態では、キャビティ内の制振材料の量はＰＭＵＴ素子の所望のリンギングの制振、ＰＭＵＴ素子により受信されたエコー信号の所望の検知周波数帯域幅、またはそれらの組合せに基づいて決定される。

【0013】

示されている実施形態では、膜層５２の裏面にボンディングされている基板層８０はシリコン層８２およびシリコン層８２に重なるシリコン酸化物の層８４を備える。一実施形態では、膜層５２および基板層８０はＰＭＵＴ送信素子６０の背後のキャビティ６６が基板層８０により密閉されるように互いにボンディングされている。

【0014】

いくつかの実施形態では、基板層８０はホール、穿孔、または音響スピーカー上のポートと同様の方法でその周波数特性を変更するためにキャビティ６６をポートする他の構造（図示されていない）を含み得る。いくつかの実施形態では、基板層８０は完全に省略され得る。

【0015】

当業者により理解されるように、ＰＭＵＴトランスデューサの構造は製造方法により異なる場合がある。本開示技術は、送信素子の背後のキャビティ６６を制振材料で部分的または完全に充填することによりＰＭＵＴ送信素子を制振する技術に関する。

【0016】

図２Ａは、並列に接続されたいくつかのＰＭＵＴ送信素子の上面図である。示されている例では、ＰＭＵＴ送信素子９０ａ、９０ｂ、９０ｃの列は基板に隣り合って位置している。素子はそれらの底面の共通電極５８により駆動信号を供給され、それらの上面の共通グランド電極６４を共有する。いくつかの実施形態では、各ＰＭＵＴ送信素子９０は駆動信号を供給するための各々の電極を有し得る。しかしながら、ほとんどの実施形態において、任意の単一のＰＭＵＴ送信素子により生成することができる音響パワーの合計は従来の超音波トランスデューサと比較して小さい。したがって、ＰＭＵＴ素子は通常送信側での音響パワーの合計を増加させるために並列に駆動され、音響信号は受信信号パワーを増加させるために並列に受信され処理される。

【0017】

図２Ｂは、本開示技術のある実施形態による、トランスデューサ素子の背後のキャビティに供給される制振材料を例示する断面図である。図２Ｂに示され、また上記で示されたように、いくつかの実施形態では、基板層８０は送信素子９０ａ、９０ｂ、９０ｃの各々の背後のキャビティ６６ａ、６６ｂおよび６６ｃをそれぞれ密閉するために膜層５２にボンディングされる。いくつかの実施形態では、制振材料８３は基板層８０が膜層６２にボンディングされる前にキャビティに追加される。他の実施形態では、基板層８０内のポート９４ａ、９４ｂ、９４ｃ等はキャビティと並んでいる。制振材料は基板層８０が膜層５２にボンディングされた後にキャビティを充填するためにポート９４ａ、９４ｂ、９４ｃを通過することができる。いくつかの実施形態では、パリレン蒸着ポリ（ｐキシリレン）等の材料は、気相においてポート９４ａ、９４ｂ、９４ｃを通って供給することができ、キャビティ６６ａ、６６ｂおよび６６ｃ内に高分子制振層を形成するために凝集する高分子材料である。

【0018】

図３は、本開示技術によるＰＭＵＴトランスデューサのさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、膜層５２内の各キャビティは、キャビティをＰＭＵＴが製造されるウェアの端部に接続する入出力チャネル１００に流動的に結合される。チャネル１００は、真空がＰＭＵＴ送信素子の背後のキャビティに適用されること、および非粘性制振材料がマニホールドチャネルを通じてキャビティに引き込まれることを可能にするために膜層内のシリコン基板または基板層内のマニホールドとして形成することができる。制振材料は、硬化されていない状態でチャネル１００を通ってキャビティ６６に流れ込み、次に制振層に硬化することができるように、十分に非粘性であることが必要である。好適な材料には薄いエポキシ、ポリマ、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）またはポリイミドを含む。あるいは、気体ポリマは上記で説明されたようなポリレン等のチャネル１００を通じて引き込むことができる。

【0019】

上記で示されたように、任意の単一のＰＭＵＴ送信素子から利用可能な音響パワーは一般的に組織に高周波の音波を当て、同一の単一の素子を用いて検出することのできる十分なパワーの有用な電子信号を生成するには十分でない。したがって、複数のＰＭＵＴ送信素子はしばしばＰＭＵＴ超音波トランスデューサ内で並列に組み合わせられ、駆動される。

【0020】

図４は各々が並列に動作されるいくつかの個々のＰＭＵＴ送信素子を含む間隔を空けた素子１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃのアレイを有するトランスデューサ１０４の一実施形態を示している。同時に、各アレイ素子１０６のＰＭＵＴ送信素子は検査されている対象の組織または超音波を用いて検査されている他のオブジェクトに高周波の音波を当てるために十分なパワーの音響信号を生成する。一実施形態では、単一のアレイ素子のＰＭＵＴ送信素子により生成される信号はエコー信号を受信すると並列に処理される。いくつかの実施形態では、トランスデューサの個々のアレイ素子１０６は、ビームステアリングがトランスデューサ１０４の正面の区域の外の区域から信号を直接送信および受信するために実行することができるように、別々に制御することができる。いくつかの実施形態では、ＰＭＵＴ送信素子の大部分または全てはトランスデューサのＰＭＵＴ送信素子のリンギングが低減されるように制振材料で部分的または完全に充填されたキャビティを有する。ＰＭＵＴトランスデューサ素子は半導体処理技術を使用して製造することができるため、線形アレイ、フェーズドアレイ、１．５および２次元アレイ等を含む多数のトランスデューサ構成が可能である。

【0021】

図５は本開示技術の別の実施形態によるＰＭＵＴトランスデューサのさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、トランスデューサは、いくつかのＰＭＵＴ圧電送信素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄがその外面に固定されたシリコン膜層１１０を含む。送信素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃおよび１１２ｄの各々はシリコン膜層内の素子の背後に設置された関連付けられたキャビティ１１６を有する。上記で示されたように、キャビティ１１６は送信素子１１２のリンギングを低減する制振材料で充填される。示されている実施形態では、キャビティが充填されると、基板層１２０はキャビティ１１６を密閉するためにシリコン膜層１１０の背面に固定される。

【0022】

一実施形態では、制振材料は、膜層を含むウェハがキャビティを確実に均一に充填するレートでスピンされている間にノズルからベンゾシクロブテンまたはポリイミド等の材料をスプレーすることにより付加される。膜層のウェハは静電チャックによりサポートされるか、または犠牲ウェハとして振る舞い、プロセスの最後に除去されるシリコン基板に一時的に固定され得る。制振材料が硬化されると、背後のキャビティを密閉するために基板層１２０が背面膜層１１０にボンディングされるかまたは付加されることができるよう、制振材料内の凹凸を滑らかにするために膜層の背面をラッピングすることができる。

【0023】

送信ＰＭＵＴ送信素子は平坦である必要はない。いくつかの実施形態では、ドーム型ＰＭＵＴ送信素子等の他の形状が可能である。図６－１０はＰＭＵＴ送信素子が、例えばその全体が参照により本明細書に組み入れられる米国特許第９，４３７，８０２号に開示されるようなドーム型である場合の本開示技術のある実施形態を示している。この実施形態では、ドーム型ＰＭＵＴ送信素子１３０は膜層１４０に形成される。各ＰＭＵＴ送信素子１３０の背後は膜層１４０内に形成されるキャビティ１４４である。いくつかの実施形態では、送信素子がキャビティの直径に対してフィットするように、キャビティ１４４はＰＭＵＴ送信素子１３０の直径よりもわずかに小さい直径を有する円筒状であり得る。

【0024】

一実施形態では、キャビティ１４４を制振材料で完全に、または部分的に充填するために、膜層１４０は図７に示されるようにボンディング層１５２を備える犠牲ウェハ１５０に最初にボンディングされる。

【0025】

図８に示されるように、キャビティ１４４はＢＣＢ、ポリイミド、ポリマ、ソフトエポキシ、パリレン等の制振材料１６０で充填される。一実施形態では、制振材料１６０はエポキシを含む熱硬化性または熱可塑性ポリマを含む。上記で示されたように、制振材料はスピンコーティングすることまたはキャビティの全区域を確実に均一に充填する他の方法により付加することができる。

【0026】

図９は制振材料１６０で充填されたキャビティを備える膜層１４０を示している。一実施形態では、基板層１７０は制振材料と同一の材料を使用して膜層１４０に固定される。制振材料がソフトエポキシであるケースでは、膜層１４０の背面の制振材料は滑らかにラッピングされ、基板層１７０の隣接する面に配置された制振材料の薄い層とすることができる。膜層の制振材料の隣接するする層および基板層は次に、基板層を膜層に固定するため、およびＰＭＵＴ送信素子の背後のキャビティを密閉するために同時にプレスされて硬化される。

【0027】

図１０に示されるように、基板層１７０が膜層１４０に接合すると、犠牲ウェハ１５０は除去され、それによりドーム型ＰＭＵＴ送信素子１３０の上面が露出する。

【0028】

キャビティ区域の全部または一部が制振材料で充填されるとＰＭＵＴ送信素子の帯域幅は増加する。

【0029】

図１１は本開示技術のある実施形態によるシステムを例示している。システムはストレインリリーフ素子１１１９または無線リンクによりプローブの近位端１１１４に取り付けられるケーブル１１１８を介して超音波イメージングシステム１１３０に電気的に結合された超音波トランスデューサプローブ１１００を含む。図１１に示されるように、プローブ１１００は遠位端部分１１１２と近位端部分１１１４との間に延在する筐体１１１０を含む。図１１に示されるように、超音波トランスデューサプローブ１１００はシステム電子機器に電気的に結合されるトランスデューサアセンブリ１１２０を含む。一実施形態では、トランスデューサアセンブリ１１２０は上記で説明されたように制振材料で少なくとも部分的に充填された対応するキャビティを備える一または二以上のトランスデューサ素子を有する。動作中、トランスデューサアセンブリ１１２０は一または二以上のトランスデューサ素子から対象に向けて超音波エネルギーを送り、対象から超音波エコーを受信する。超音波エコーは、一または二以上の超音波画像を形成するために、一または二以上のトランスデューサ素子により電気信号に変換され、超音波イメージングシステム１１３０内のシステム電子機器に電気的に送信される。

【0030】

例示的なトランスデューサアセンブリ（例えば、トランスデューサアセンブリ１１２０）を使用して対象から超音波データをキャプチャすることは、一般的に、超音波を生成すること、超音波を対象に送信すること、および対象により反射された超音波を受信することを含む。超音波の広帯域の周波数は、例えば低周波超音波（例えば、１５ＭＨｚ未満）および／または高周波超音波（例えば、１５ＭＨｚ以上）の超音波をキャプチャするために使用することができる。当業者はこれらに限定されるものではないが、例えばイメージングの深さおよび／または所望の解像度等のファクタに基づいてどの周波数範囲を使用するかを容易に決定することができる。

【0031】

一実施形態では、超音波イメージングシステム１１３０は、当該技術分野において周知の方法で超音波イメージングシステム１１３０の機能をサポートするための、一または二以上のプロセッサ、集積回路、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および電源を備える超音波システム電子機器１１３４を含む。一実施形態では、超音波イメージングシステム１１３０は一または二以上のプロセッサを有する超音波制御サブシステム１１３１も含む。少なくとも一つのプロセッサは、音波を放出し、また戻りエコーから生成されるプローブからの電気パルスを受信するために電気信号をプローブ１１００のトランスデューサに送信する。一または二以上のプロセッサは、受信した電気パルスに関連付けられた生のデータを処理し、ディスプレイスクリーン１１３３に画像を表示させる超音波イメージングサブシステム１１３２に送られる画像を形成する。したがって、ディスプレイスクリーン１１３３は超音波制御サブシステム１１３１のプロセッサにより処理された超音波データからの超音波画像を表示する。

【0032】

一実施形態では、超音波イメージングシステム１１３０は、データを入力し、超音波ディスプレイシステムのディスプレイから測定結果を取得することを可能にする一または二以上のユーザ入力デバイス（例えば、キーボード、カーソル制御デバイス、他のユーザ入力デバイス）（図示されていない）、取得した画像を格納するためのディスクストレージデバイス（例えば、ハード、フロッピー（登録商標）、サムドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、他のストレージデバイス）（図示されていない）、および表示されたデータから画像を印刷するプリンタ（図示されていない）も有する。

【0033】

一実施形態では、超音波トランスデューサアセンブリはその上にいくつかのＰＭＵＴ送信素子を備えるトランスデューサ膜層および膜層内の各トランスデューサ素子の背後にあるキャビティを備え、キャビティの各々は制振材料で少なくとも部分的に充填される。

【0034】

上記から、本発明の固有の実施形態は本明細書において例示の目的のために説明されるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正がなされ得ることを理解されたい。

【0035】

本開示技術に従って構成されたＰＭＵＴトランスデューサは人間および動物の対象の両方の検査に有用であり、他の非生物の関心領域を撮像するために使用することができる。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲を除いて限定されない。

【0036】

上記明細書において、固有の例示的な実施形態が説明された。以下の特許請求の範囲において述べられるより広い精神および範囲から逸脱することなく様々な修正がこれらの実施形態になされ得ることは明らかである。したがって、明細書および図面は限定する意味ではなく例示の意味であるとみなされるべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】